JP4495343B2 - リングダウン除去のための装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
（技術分野）
この発明は超音波画像に関し、より詳細には、超音波画像の小キャビティのための方法及び装置に関する。
【０００２】
（関連技術）
超音波画像装置は内壁の視覚画像及び診断目的のための血管の形を得るために使用される。例えば、超音波画像は狭窄障害又は狭窄症の位置を決定するために使用される。さらに、超音波変換器は経皮経管冠動脈形成（ＰＴＣＡ）での使用のためのバルーン付き拡張カテーテルのようなインターベンショナル装置に組込まれ、画像及び他の処置を単一の器具で行わせることができる。
【０００３】
超音波画像はその先端に超音波変換器を有するカテーテルを血管に挿入することにより得られる。通常、そのような変換器は多数の圧電性エレメント又は中央のガイドワイヤ内腔の回りのリングに同軸に配置された他の吸音エレメントを有している。コンピュータシステムは超音波の発生及びカテーテルの先端の集積された超小型回路を通り各エレメントからの超音波の受信を個々に制御する。超音波は血管の内壁及び外形に反射し、変換器エレメントは反射波を受信し、それに応答して電気信号を出力する。コンピュータシステムは各エレメントから電気信号を受信し、信号を処理し、ディスプレイへの出力のため処理信号をデジタル画像にアセンブルする。
【０００４】
表示画像では、視覚アーチファクト又はブラインドスポットはエレメント近くの領域で起こり、このアーチファクトは通常「リングダウン（ringdown）」アーチファクトと呼ばれる。同一エレメントが超音波を送信すると共に受信するので、リングダウンアーチファクトが起こる。超音波を発生するため、電気パルスがエレメントに加えられ、そのエレメントを振動させる。所望の超音波を発生させた後、エレメントは振動が減衰するまで共振又は振動し続ける。この減衰した振動はエレメントに、通常「リングダウン（ringdown）」信号と呼ばれる電気信号を発生させる。振動を停止するために必要な時間はリングダウン時間と呼ばれる。リングダウン時間の間でさえ、エレメントはまた超音波が組織に反射することによるエコーを聞き、又は検知するためにも使用される。
【０００５】
最初、エレメントにより生じたリングダウン信号は通常、超音波のエコーにより生じた信号より非常に強い信号である。事実、リングダウン信号はエコー信号より８０ｄＢ程大きくすることができる。リングダウン信号の振幅はエコー信号に比べて非常に大きいので、リングダウン信号は画像デバイス回路のフロントエンド増幅器を飽和させ、したがって、画像にアーチファクトを作り出す。増幅器のこの飽和は有効にブラインドスポットを作り出し、ブラインドスポットは変換器の表面直近の領域で発生した画像にコロナとして現れる。
【０００６】
Eberleに対する米国特許5,183,048は、リングダウン波形に対応する基準波形をエレメントによる画像データから減じることにより、リングダウン信号を除去すると共に表示画像のアーチファクトを減少させる方法を教示する。基準波形は画像処理を開始する前に発生され、又は、取得される。それは水にカテーテルを配置することにより体外で取得されるか、又は、大きな管にカテーテルを配置しすることにより生体内で取得され、エコーのない波形を得てもよい。
【０００７】
通常の動作の間、リングダウン信号は基準波形に関して、時間に亘り位相及び振幅の両方でドリフトされ、その結果、基準波形はリングダウンドリフトを適切に補償しなくてもよい。多数の要因がリングダウンドリフトに影響を及ぼす。リングダウンドリフトの１つの識別源は温度変化である。電子部品が熱を発生する時、通常の動作の間、プローブの温度は変化する。血液は冷却剤として動作するので、プローブの回りの血流はまた温度に影響を及ぼす。血流が減少した場合には、あまり熱がプローブから除去されず、温度は増加する。
【０００８】
基準波形は最も最近のリングダウン信号をもはや反射しないので、リングダウンドリフトはカテーテルの先端近くの画像の質を低下させる。リングダウンドリフトを補償するため、新しい基準リングダウン波形は大きい管で発生されることができる。しかし、この方法は時間が掛かり、カテーテルの移動を必要とする。
【０００９】
（発明の目的及び概要）
一般に、超音波画像の小キャビティのための新規で改善された方法及び装置を供給することが本発明の目的である。
【００１０】
表示画像のリングダウンアーチファクトを減少させるため、リングダウンドリフトが受領信号で減少される上記性質の方法及び装置を供給することが本発明の別の目的である。
【００１１】
患者の体内でカテーテルを移動させずに新しい基準波形を集める上記性質の方法及び装置を供給することが本発明の別の目的である。
【００１２】
本発明のこれらの及び他の目的は、実質的にエコーのない基準波形が変更され、基準波形と超音波を送信すると共に反射エコーを受信する変換エレメントからの濾波信号の重み付けの和に等しくさせる超音波画像方法及び装置を供給することにより成し遂げられる。その後、変更波形は変換器信号が減じられ、リングダウン信号を除去すると共に実質的にリングダウンアーチファクトのない表示画像を供給する。
【００１３】
（詳細な説明）
図１において、拡大映像装置２０は心臓２４の冠動脈２２に示されている。この冠動脈は脂肪性材料又はプラーク２６の蓄積を含み、動脈を閉塞又は狭窄する原因となる。
【００１４】
装置２０はバルーン２８を有するカテーテル構成部品３０を備え、バルーンは扁平な又はへこんだ状態で動脈に挿入され、その後、狭窄症を処置するために膨らませる。カテーテル構成部品３０はガイドワイヤ３２と、大動脈３６のような大きい動脈を通り抜けるカテーテル３８と、ガイドカテーテル３４内に取り付けられると共にガイドワイヤに沿って進む小径のカテーテル３８とを備えている。３股アダプタ４０はカテーテル体の近位端で供給される。それは信号プロセッサ４８が接続される単一プロセッサポートと、ガイドワイヤポートと、小さいカテーテル３８の流動性内腔を通ってバルーンの内部との連絡のため膨張源５２が接続される膨張ポート４６とを有している。小さいカテーテルはルアロックコネクタ又は血管形成マニホールド５３を通ってより大きいガイドカテーテル３４に挿入される。カテーテル３４及び３８はポリオレフィン又はポリ塩化ビニル等の適当な柔軟材料製とすることができる。
【００１５】
ガイドワイヤ３２が最初に挿入され、ガイドカテーテルが続き、その後、膨張バルーン２８を有するより小さい直径のカテーテル３８が続く。
【００１６】
図２Ａに示されているように、画像プローブ５４はカテーテル３８に供給される。プローブは単一プロセッサ４８と結合される視覚ディスプレイ５０で画像を供給することができ、バルーン２８が動脈の狭窄のように、部分的に閉塞された領域内にある時を示している。部分的に閉塞された領域が配置された後、カテーテル３８は動かされ、バルーン２８を閉塞領域に持ってくる。その後、バルーン２８は膨張され、閉塞を引き起こす狭窄障害２６を拡張する。心臓学は血管形成手続きの結果をチェックしてもよい。手続きがうまくいった場合には、ディスプレイ５０の画像は動脈の流路２２の直径が増加したことを示すであろう。
【００１７】
図２Ｂに示されているように、変換器エレメント６４のアレイは圧電材料のリング５６の下方のプローブの円筒部分の表面の複数の電導トレース５５により形成されている。リングの外面は変換器のアレイのためのグランド面として役立つ金属材料の薄膜５６ａを有している。アレイの各エレメントは導体トレース５５の１つに重なる圧電材料の一部分を構成する。リングは薄層のエポキシ接着剤又はリングをプローブ本体に結合する他の適当な接着剤により、導体トレースに対して一定の位置に保持される。所望であれば、リングは円筒に回転され、継ぎ目で一緒に結合される平坦な板として形成されてもよいが、圧電材料の継ぎ目無し円筒として形成されるのが好ましい。
【００１８】
集積回路６０，６１はプローブの本体に取り付けられ、導体トレース５５は集積回路を圧電エレメントに接続する。導体トレースはプローブ５４の周囲に均等に間隔を空けられ、各導体トレースは1つの変換器エレメントに接続される。現在の好適な１実施例では、６４の導体トレースと６４の変換器エレメントがある。
【００１９】
ケーブル５７は集積回路６０，６１を信号プロセッサに接続する。ケーブルはマグネットワイヤのような複数の絶縁された固定導体５７ａを備え、銅製リボンはワイヤを取囲み、グランドシールドを供給し、絶縁ジャケット５７ｂは銅製リボンを取囲んでいる。
【００２０】
図３に示されているように、コンピュータシステム５８は単一プロセッサ４８及びライン５９を介して主要チップ６０に励起パルスを送る。主要チップ６０はＮ個の従属チップを協力して、プローブ５４の圧電エレメント６４のアレイのエレメントに励起パルスを分配する。好ましくは、４個の従属チップが使用される。例示のプローブ、変換器のアレイ及び関連した回路はProudianらへの米国特許No.4,917,097により詳細に開示されており、ここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。別の例示プローブ、変換器のアレイ及び関連した回路はEberleらへの米国特許No.5,779,644に開示されており、ここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。
【００２１】
アレイ６４の各エレメントは冠動脈のような周囲環境に超音波を送信することにより加えられたパルスに応答する。その後、チップ６０〜６３は受信モードに切り換わり、送信波が血管の内壁、又は同様の小さいキャビティに反射される時に作られる送信された超音波のエコーを検出し、アレイのエレメントに衝突する。エコーを受信して、エレメントはチップ６０〜６３により検出されると共に信号プロセッサ４８に送信される電気信号を作る。
【００２２】
信号プロセッサ４８はチップ６０〜６３からの信号が加えられる受信増幅器６８と、受信増幅器の出力に接続されるアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器７０とを備えている。Ａ／Ｄ変換器からの出力信号はビームフォーマー７２に加えられ、ビームフォーマーの出力はデジタルベクトルプロセッサ（ＤＶＰ）７４に加えられる。ＤＶＰの出力はビデオディスプレイ５０での表示のためコンピュータに信号を送るスキャン変換器７６に加えられる。
【００２３】
受信増幅器６８は一連の増幅器（１）、（２）、（３）・・（Ｎ）を備え、変換器エレメント６４により作られた低レベル信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器７０は増幅信号をデジタル形式に変換する。
【００２４】
ビームフォーマー７２はデジタル信号を処理し、Proudianらへの前述した米国特許No.4,917,097により十分に説明されているような画像情報の放射ビームを発生する。デジタル信号を処理し、画像情報の放射ビームを発生する方法はまたO'Donnellらへの米国特許No.5,453,575にも説明されており、ここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。
【００２５】
信号処理のこの点で、各ビームは所望の組織信号又はエコーに加えて所望しないリングダウン成分を有している。各ビームは信号ベクトルＳn（i,j）により表され、組織信号又はエコーは組織ベクトルＴn（i,j）により表され、ｎはフレーム数で、ｉはビーム数で、ｊはベクトル内の信号点である。
【００２６】
ＤＶＰ７４は信号ベクトルＳn（i,j）からリングダウン波形を取り除き、組織ベクトルＴn（i,j）として組織波形を出力し、変換器７６をスキャンする。スキャン変換器は組織ベクトルＴn（i,j）をコンピュータシステム５８のビデオディスプレイ５０で見るのに適した形式に変換する。
【００２７】
図４はリングダウン信号を示す一連の波形を示し、一連の増幅器（１−Ｎ）の飽和点まで増幅される。伝送パルスはエレメントを励起し、超音波を発生する。その後、エレメントは特有の減衰振動により緩和され、リングダウン信号を発生する。波形の最初の高振幅はリングダウン信号から発生し、反射エコーにより発生した信号の振幅と比較して非常に大きい。波形は信号プロセッサ４８にとって十分な振幅までさらに増幅される時、幾つかの増幅器が高い信号振幅で飽和されるのでリングダウン信号は切断される。例えば、増幅器（２）の出力信号はリングダウン信号の最高振幅に応じて飽和し始め、波形の切断を発生させる。増幅器（３）による信号のさらなる増幅はさらなる信号を切断させる。リングダウン信号が増幅し続ける時、増幅器（Ｎ）の出力は切断されるリングダウン信号の重要な部分を有する。
【００２８】
波形の大きい振幅はリングダウン信号の重要な部分を切断させるが、振幅のこの量は全波形が信号プロセッサにより処理されることのできる大きさまでエコー信号の非常に小さい振幅を増幅することを必要とする。
【００２９】
さらに、プローブ先端近傍の組織からのエコー信号はリングダウン信号の飽和部分に重ね合せられ、その結果、切断のため失われる。
【００３０】
図５に示されているように、画像データが処理されると共に表示される時、リングダウン信号は画像プローブの表面の回りにアーチファクトを発生する。図５に示された画像は例示画像であり、血管の断面図８２、画像プローブ５４、及びリングダウンアーチファクト８４を示している。リングダウンアーチファクトはプローブの外辺部を取囲むコロナのように見える。リングダウン信号に重ね合わされたエコー信号はリングダウン信号が受信する増幅器を飽和させるため実質的に失われるので、画像プローブはコロナ内ではっきりしない。
【００３１】
図６Ａに示されているように、フレームは多数のビーム又は信号ベクトルを有し、それぞれはＳn（i,j）として表され、Ｓnはｎ番目のフレームのビームのための信号ベクトルであり、ｉはビーム数で、ｊは信号ベクトル内の信号点である。図６Ｂの例では、信号ベクトルＳnは信号点、例えば、信号ビームのための２０４８を記憶する。信号ベクトルは信号点、例えば、２５６の所望のリングダウン領域を有し、現在のリングダウンベクトルに対応する。好適な実施例では、指定のリングダウン領域を形成する信号点の数は選択可能であり、ゼロから５１２までの範囲に及ぶ。ユーザは表示画像を見ている間、ノブを回転することにより指定のリングダウン領域のサイズを選択する。ユーザに応じて、コンピュータシステムはＤＶＰの指定のリングダウン領域のサイズを変え、ユーザが所望の画像を得られるようになっている。図６Ｃは基準ベクトルを記憶するためのバッファを示し、基準ベクトルは信号点、例えば、５１２信号点の所定数を有している。基準ベクトルバッファはリングダウン領域のユーザの選択に応じて５１２以下の信号点を記憶することができる。リングダウン信号はエレメントの間、その結果、ビームの間で変化可能であり、基準信号は各ビームのため発生される。
【００３２】
本発明では、変更された基準波形又はベクトルＲnは少なくとも２つのリングダウン減少方法のいずれかを使用して発生される。適用のための適当なリングダウン減少方法は実験的な試験結果に基づいた製造処理の間に決定されると共に選択される。
【００３３】
本発明のリングダウンアーチファクトを減少させる最初の方法では、変更された基準波形又はベクトルＲnは、次の関係に従い、以前の基準波形又はベクトルＲn-1及び現在の信号ベクトルＳnを基にして発生される。
式（１）では、Ｉnは濾波ビームＳnの結果であり、重み付けの和を実行することによりノイズを除去する。式（１）はＩＩＲフィルタであり、βはゼロと１の間の一定の所定値である。製造処理の間、βは実験的試験結果に基づいて選択され、現在の適用のためノイズを除去する。
【００３４】
式（２）はＩnと基準波形Ｒn-1の重み付けの和の結果である変更された基準ベクトルＲnを発生するために使用され、Ｙは図８Ａに関連してここで説明されているように決定される重み係数である。式（２）は指定のリングダウン領域に対応するＩnの信号点のセットを使用する。
【００３５】
式（１）を式（２）と組合せることは、変更された基準ベクトルＲn、以前の基準信号Ｒn-1、及び信号ベクトルＳnの間の以下の関係となる。
式（３）により示されているように、本発明は２個の重み付け値Ｙ及びβを使用し、基準ベクトルＲnを変更する前に信号ベクトルＳnを濾波する。さらに、重み付け値Ｙは現在の信号ベクトルＳnと基準ベクトルＲn-1のリングダウン部分の信号点の少なくとも１つの値の間の関係に基づいて選択される。
【００３６】
本発明のリングダウンアーチファクトを減少させる第２の方法では、変更された基準波形又はベクトルＲnは次の関係に従い、以前の基準ベクトルＲn-1及び現在の信号ベクトルＳnに基づいて発生される。
式（４）を使用するこの２番目の方法では、Ｉnは式（１）のそれとは異なる方法で決定され、式（２）は変更されない。式（４）では、Ｉnは濾波ビームＳnの結果であり、ビーム又は信号ベクトルＳnの少なくとも１つのグループのため有界平均を実行することによりノイズを除去する。グループは式（４）の平均間隔（”Avg Interval”）に等しい所定数のビームを有している。好適な実施例では、各有界平均Ｉnの信号ベクトルＳnのグループは互いに相容れない。
【００３７】
図７は基準ベクトルがどのように変更されて信号波形Ｓnからリングダウンドリフトを除去するかを示したフローチャートである。ステップ１０２では、最初の基準ベクトルＲ0は上述した技術の１つにより取得され、フレームカウンターｎはゼロに設定される。現在の濾波された信号ベクトルＩn（i,j）及び平均カウンター（Avg Count）はまたゼロに初期化される。ステップ１０４では、現在のリングダウンベクトルＲc及び基準ベクトルＲpが初期化され、信号ベクトルカウンターｉはゼロに設定され、フレームポインターｎは増加される。ベクトルＲc及びＲpはＲ0に初期化され、現在の平均され又は濾波されたベクトルＩn（i,j）はゼロに設定される。指示ＲcはＲn（i,j）のための短縮表記であり、指示ＲpはＲn-1（i,j）のための短縮表記である。
【００３８】
ステップ１０６では、入ってくる信号ベクトルＳn（i,j）が取得される。ステップ１０７はどのリングダウン減少方法が選択されたかを決定する。上述した第１の方法がステップ１０８で選択された場合には、ベクトルＳn（i,j）は式（１）に従って濾波される。ステップ１１０では、ベクトルＩn（i,j）の指示されたリングダウン領域の値のサブセットはリングダウン信号を含むように考えられ、Ｒcとして指示される。代わりに、別個の指示ステップは省略可能であり、Ｒcは指示されたリングダウン領域に対応するＩn（i,j）の一部分により表されることができる。ステップ１１２では、基準波形Ｒpは、図８Ａに関連させてこの後もっと詳しく説明するように、式（２）に従って更新される。ステップ１１４では、更新された基準波形は現在のエコー信号から減じられ、組織信号Ｔn（i,j）を供給する。
ステップ１１６では、Ｔn（i,j）の絶対値は所定の許容値と比較され、それが許容値内である場合には、その後、Ｔn（i,j）はステップ１１８でゼロに設定され、処理はステップ１２０に進む。Ｔn（i,j）が許容値外である場合には、処理はステップ１２０に直接進む。ステップ１２０はフレームのためのすべてのビームが変換されるがどうかをチェックする。そうでなければ、ステップ１２２はｉを増加させ、ステップ１０６に進み、次のビームのため信号ベクトルを処理する。フレームのためのすべてのビームが変換された場合には、ステップ１２４は次のフレームが処理されるべきかどうかを決定する。その場合には、ステップ１２４はステップ１０４に戻り、処理が繰り返される。そうでない場合には、処理は終了する（１２６）。
【００３９】
ステップ１１６での許容限界は第１のしきい値を乗じられた現在のリングダウンベクトルＲcの絶対値である。第１のしきい値はデジタルベクトルプロセッサが組織がないと考える以下のノイズ及びドリフトの割合である。第１のしきい値は各プローブの製造処理の間に決定され、プローブの間、及びプローブのエレメントの間で変化する。１実施例では、システムはプローブがプラグ接続され、電力が付けられた時にプローブから許容限界を読取る。別の実施例では、プローブはシステムに値又は特有信号を供給し、システムは第１のしきい値を決定するためにそれらを使用する。
【００４０】
しかし、第２のリングダウン減少方法が選択されたことをステップ１０７が決定した場合には、その後、ベクトルＳn（i,j）は式（４）に従って濾波されるだろう。ステップ１２８では、Ｉnは信号ベクトルのグループの和を記憶するために使用され、Ｉn（i,j）＝Ｓn（i,j）＋Ｉn-1（i,j）となるようになっている。平均カウンター（Avg Count）はまた増加される。ステップ１２９は、AvgCountが所定の平均間隔（Avg Interval）に等しいかどうかを決定する。そうでない場合には、方法はステップ１２０に進む。その場合には、ステップ１３０で、平均値は式（４）に従って決定される。特に、Ｒcは平均値を記憶し、Ｉn（i,j）／Avg Countに等しくなる。さらに、Ｉn（i,j）及びAvg Countは次の変更のためゼロに設定される。リングダウンの基準波形はステップ１１２で変更される。
【００４１】
図８Ａに示されたフローチャートは図７のステップ１１２の基準ベクトルを更新する方法を示している。ステップ１３２では、信号点指標ｊはベクトルＳn（i,j）の各信号点にアクセスするために使用され、Ｓn（i,j）の第１の信号点への点に対しゼロに設定される。ステップ１３４では、Ｒp（i,j）に対するＲc（i,j）の割合が計算される。ステップ１３６では、重み付けＷ1は第２のしきい値を割合から減じることにより決定され、重み付けＷ1に戻るリングダウンの重み関数へのパラメータとしての結果の絶対値を通す。その後、重み付けは次のように使用され、式（２）での使用のためＹ及びＹ−１の値を決定する。
及び、
第１のしきい値のように、第２のしきい値が電力が付いた時、又は、プローブがシステムに取り付けられる時にプローブから受信した特有信号に基づいている。
【００４２】
代わりに、割合からしきい値を減じるよりむしろ、割合それ自体はリングダウンの重み関数へのパラメータとして通過可能である。
【００４３】
ステップ１４０は図８Ｅのフローチャートに関連させて詳細に説明され、組織がリングダウン領域に移動するかどうかを決定する。組織がリングダウン領域に移動しない場合には、ステップ１４２は割合がルックアップ表に記憶される割合Ｒc／Ｒpの最大値である所定値 MaxRatio以下であるかどうかを決定する。割合がMaxRatio以下の場合には、変更された基準ベクトルの信号点はtempと呼ばれるが、次の関係に従って、ステップ１４４で決定される。
その後、ステップ１４６で、tempはＲp（i,j）に記憶される。割合がMaxRatio以下でない場合には、その後、tempはＲp（i,j）の現在の値に等しく設定され、tempのその値はステップ１４６でもう一度Ｒp（i,j）に記憶される。
【００４４】
組織がリングダウン領域に移動するように決定された場合には、ルーチンはステップ１４０からステップ１４８に飛び、基準波形を変更することなく、Ｒp（i,j）に等しいtempを設定する。
【００４５】
ステップ１５２は基準ベクトルのすべての信号点が更新されたかどうかを決定する。そうでなければ、ステップ１５４はｊを増加させ、ステップ１３４に戻る。すべての信号点が更新された場合には、その後、処理はステップ１５６で終了する。
【００４６】
図８Ｂは組織動作が検出された場合に重み付けＷ1が変更される代わりの実施例を示している。この実施例は、リングダウン領域での組織動作がステップ１４０で検出された場合に、その後、重み付けＷ1がステップ１５０で変更され、ルーチンがステップ１４４に進むことを除いて、図８Ａの実施例と同様である。リングダウン領域の組織エコーはリングダウン領域の信号の振幅及び位相を変えてもよく、組織エコーの効果は落ちて又は減少される。
【００４７】
図８ＣはＳ字状関数の例示セットを示し、ｙ軸に沿ってプロットされる重み付けＷ1とｘ軸に沿ってプロットされる割合Ｒc／Ｒpの間の関係を示している。｜Ｒc／Ｒp−第２のしきい値｜が１に等しい、又は代わりにＲc／Ｒpが１に等しい時のように、入力パラメータが１に等しい時、最大重み付けは１に等しくなる。Ｓ字状関数はメモリに記憶されたルックアップ表で実行され、割合はルックアップ表に対する指標である。ルックアップ表は値の有限数を記憶し、MaxRatioはルックアップ表が重み付けを有するＲc／Ｒpの最高値である。MaxRatioを超えるＲc／Ｒpの値はゼロ等の所定値にセットされる。
【００４８】
リングダウンドリフトはエレメントの間で変化するので、１セットの重み関数が示されている。１つの現在の好適な実施例では、システムがパワーオンされる時、又はプローブが取り付けられる時、プローブはプローブのすべてのエレメントのため重み関数の選択信号を送る。その後、システムは重み関数の選択信号を使用し、すべてのエレメントのために使用されるであろう適当な重み関数を選択する。代わりに、所望であれば、プローブはエレメントのため重み関数の値を送ることができる。
【００４９】
例えば、Ｒc／Ｒpが１に等しい場合には、リングダウンドリフトがないので重み付けは１に等しくなるだろう。この場合、Ｒp及びＲcは等しい重み付けを与えられ、変更された基準ベクトルは１／２Ｒp＋１／２Ｒcに等しくなるだろう。
【００５０】
対照的に、割合Ｒc／Ｒpが０．５に等しい時、重み付けはまた０．５に等しくなる。この場合、基準ベクトルは２／３Ｒp＋１／３Ｒcに等しくなり、それにより、Ｒpにさらなる重み付けを与える。多くても、重み付けがゼロに等しい時、Ｒcは基準のリングダウンベクトルを更新する時の重み付けの半分を与えられる。
【００５１】
図８Ｄは基準ベクトルを更新するための代わりの方法を示し、線形しきい値法と呼ばれている。この方法は、重み関数がステップ関数であり、Ｒcが１．５の重み付け又は重み付け無しのいずれかを与えられることを除いて、図８Ａの方法と同様である。ステップ１６２では、ｊはゼロに設定され、ステップ１６４で値Diff及びMaxが決定される。
その後、これらの値はステップ１６６で比較される。DiffがMax以下の場合には、tempはステップ１６８でＲpとＲcの平均値に等しく設定される。DiffがMax以下でない場合には、ステップ１７０で、tempはＲp、リングダウン波形の以前の値に等しく設定される。ステップ１７４はすべての信号点が変更されるかどうかを決定する。そうでなければ、ステップ１７６はｊを増加させ、ステップ１６４に戻る。すべての信号点が変更された場合には、その後、ルーチンはステップ１７８で終了する。
【００５２】
図８Ｅのフローチャートは組織動作がどのように決定されるかを示している。通常、小期間に亘り、組織は移動するが、リングダウン信号は静止している。これは時間に亘り、Ｓn（i,j）の平均値はリングダウン信号Ｒn（i,j）に近づき、Ｔn（i,j）の平均値はゼロに近づく。そのため、平均値は理論上信号の静止のリングダウン成分を評価することができる。しかし、プローブが管壁の近くで静止している場合には、組織信号はもはや平均されず、基準波形を歪ませることができる。この問題を防止するため、基準波形は組織動作に関して更新される。
【００５３】
図８の方法を使用して、近接音場と遠接音場の両方の組織動作が決定される。近接音場の組織動作はリングダウン領域を表すサンプル点の第１グループに対応する領域で発生する。遠接音場の組織動作はリングダウン領域の外部のサンプル点の次のグループに対応する領域で発生する。１実施例では、組織動作は動作の重み付けにより示され、動作の重み付けは所定ビームのためのすべてのサンプル点で計算される。しかし、本来、動作の重み付けはフレームとビームの間で変化すべきでない。そのため、計算を減少させるため、所望であれば、動作の重み付けはビームのサブセットでのみ決定されることができる。
【００５４】
ステップ１８２は次の関係を使用して、２つのフレームの対応するサンプル点で、組織エコーの重み付けの和Σ＋と差Σ−を決定する。
及び、
ステップ１８４は所望の重み関数が記憶されるルックアップ表からぞれぞれ重み付けの和Σ＋と差Σ−のため、重み付け、weight_sum及びweight_diffを決定する。好ましくは、図８Ｃに示されたものと同様のＳ字状関数は重み関数としてルックアップ表に記憶されている。
【００５５】
ステップ１８６は動作関数へのパラメータとしてweight_sum及びweight_diffを通し、組織動作を決定すると共に動作の重み付けを割り当てる。動作関数はパラメータweight_sum及びweight_diffを使用し、メモリに記憶され組織が移動したかどうかを決定する２次元のmotion_weightルックアップ表にアクセスする。
【００５６】
好適な実施例では、動作の重み付けはmotion_weightルックアップ表を使用してゼロ又は１の値を割り当てられ、ゼロは動作無しを示し、１は組織動作を示す。
motion_weightルックアップ表では、weight_sumとweight_diffの組合せに割り当てられた動作の重み付け値の分配は、重み係数値ａ，ｂ，ｃ及びｄ、Ｓ字状関数及び一定値が組織動作を表す所定の可能性による。
【００５７】
代わりの実施例では、ゼロから１への動作の重み付け値の範囲は分数の動作の重み付けを含んで使用される。分数の動作の重み付けは組織が移動する可能性を表す分数である。しかし、分数の動作の重み付けのため、システム又はシステムソフトウェアはさらなる決定関数を必要とし、分数の動作の重み付けが組織が移動していることを示しているかどうか決定する。
【００５８】
Weight_sumとweight_diff及び動作の重み付けのルックアップ表は信号ベクトル又はビームのそれぞれのため決定される。他の重み関数に関し、プローブは特有信号を送り、コンピュータシステム５８が使用され、ＤＶＰにより使用される所望の重み関数を選択すると共にダウンロードする。
【００５９】
好ましく及び理想的には、組織動作は連続フレームの各ビームのために決定され、フレーム毎の和及び差が各ビームのため計算される。しかし、実際には、組織動作はｍフレーム毎に決定され、和及び差はｍフレーム毎に計算される。この実施例では、ｍはマイクロプロセッサの速度の関数及び指示されたリング領域のサイズである。
【００６０】
図８Ａ〜８Ｅの技術を利用するベクトルプロセッサ（ＤＶＰ）７４は図９に示されている。ＤＶＰはフィルタ２２２と、リングダウン基準発生器２２４と、組織動作検出器２２６と、減算器ブロック２２８とを備えている。
【００６１】
フィルタ２２２は入力信号プロセッサ２３０とメモリ２３４とを備えている。電力が付けられた時、システム５８は入力信号プロセッサ２３０により実行のため濾波手順（Filtering proc）２３６をメモリ２３４にダウンロードする。式（１）のため、濾波手順２３６は重み付け（β）２３７でプログラムされ、濾波手順の実行は式（１）の濾波関数を実行し、又は選択されたリングダウン減少方法による。
【００６２】
入ってくる信号ベクトルＳn（i,j）は入力データのＦＩＦＯ２３８で受け取る。入力信号プロセッサ２３０は濾波手順２３６を実行し、入力データＦＩＦＯ２３８に記憶された入力信号ベクトルを濾波する。入力信号プロセッサ２３０は次の濾波動作での使用のためフィルタフレームＦＩＦＯ２４０に濾波手順２３６の出力Ｉn（i,j）を記憶し、リングダウン基準発生器２２４への出力のためインターフェースＦＩＦＯ２４２でＩn（i,j）をも記憶する。
【００６３】
リングダウン基準発生器２２４はリングダウン更新プロセッサ２４４と、検出組織動作の重み付けＦＩＦＯ２４６と、リングダウン基準ＲＡＭ２４８と、許容ＦＩＦＯ２５０及びメモリ２５４を有するリングダウンとを備えている。コンピュータシステム５８は、電力が付けられた時にリングダウン更新プロセッサ２４４による実行のためリングダウン初期化手順２５６及びリングダウン更新手順をメモリ２５４にダウンロードする。さらに、コンピュータシステム５８は、電力が付けられた時、又はプローブが取り付けられた時に第１のしきい値及び重み関数を有するリングダウンルックアップ表２６０をダウンロードする。リングダウン更新プロセッサ２４４はリングダウン初期化手順２５６を実行し、各ビームのための基準ベクトルを供給し、リングダウン基準ＲＡＭ２４８に基準ベクトルを記憶する。リングダウン初期化手順２５６はまたリングダウン基準ＲＡＭ２４８に記憶されたベクトルで第１のしきい値を増やし、許容ＦＩＦＯ２５０を有するリングダウンに結果を記憶する。リングダウン基準発生器２２４はインターフェースＦＩＦＯ２４２の濾波ベクトルＩn（i,j）及びリングダウン基準ＲＡＭ２４８に記憶された基準ベクトルで式（２）の関数を実行する。
【００６４】
減算器ブロック２２８では、入力信号ベクトルＳn（i,j）は減算器２６２の正の入力に適用され、リングダウン基準ＲＡＭ２４８の出力は減算器２６２の負の入力に適用され、減算器２６２はＳn（i,j）とリングダウン基準ＲＡＭ２４８の対応値の間の差を出力するようになっている。整流器２６４はコンパレータ２６６のＡ入力にその差の絶対値を供給し、許容ＦＩＦＯ２５０を有するリングダウンの出力はコンパレータ２６６のＢ入力に適用され、絶対値は許容ＦＩＦＯ２５０のリングダウンからの対応ベクトルと比較される。絶対値がＦＩＦＯベクトル以上の場合には、コンパレータ２６６は１を出力し、ＯＲゲート２６８を高く設定する。それは修正された組織の差を、順位フィルタ２７２でのさらなる処理のためのＡＮＤゲート２７４、デシメイティング（decimating）ＦＩＲフィルタ２７４、圧縮ルックアップ表２７６及びスキャン変換器への出力のためのデジタル利得制御装置２７８に通過させる。
【００６５】
順位フィルタ２７２はＡＮＤゲート２７０からビームを作る信号を受信し、ディスプレイへの出力のため適切な順序でビームを配置する。ビームは連続して取得されないことがあるので、ビームは順序づけることが必要であり、近傍のビームは連続して出力されるだろう。デシメイティングＦＩＲフィルタ２７４による処理の後、信号は圧縮ルックアップ表２７６をアドレス指定し、圧縮信号はデジタル利得制御装置２７８を通過し、出力信号Ｔn（i,j）を供給する。第２のデシメイティングＦＩＲフィルタ２８０は組織動作検出器２２６への出力のためＡＮＤゲート２７０を通過する修正信号を処理する。
【００６６】
組織動作検出器２２６は検出器プロセッサ２８２と、検出されたフレームＦＩＦＯ２８４と、検出された無限インパルス応答（ＩＩＲ）フレームＦＩＦＯ２８６と、動作ＩＩＲフレームＦＩＦＯ２８８と、メモリ２９２とを有している。コンピュータシステム５８は、電力が入れられた時に検出器プロセッサ２８２による実行のため組織動作の検出手順２９４をメモリ２９２にダウンロードする。コンピュータシステム５８はまた、電力が入れられた時、又はプローブが取り付けられた時、ルックアップ表２９６としての和及び差の重み関数をダウンロードし、２次元の組織動作のルックアップ表２９８をダウンロードする。コンピュータシステム５８は係数ａ，ｂ，ｃ及びｄを検出器プロセッサ２８２のレジスタにロードし、重み付けの和及び差を決定する。代わりに、組織動作の検出手順２９４は係数値ａ，ｂ，ｃ及びｄ検出器プロセッサ２８２にロード可能である。
【００６７】
デシメイティングＦＩＲフィルタ２８０からのデシメイティッド（decimated）組織ベクトル信号は検出器プロセッサに与えられ、検出器プロセッサは組織検出手順２９４を実行する。その手順２９４は図８Ｅに関して説明された方法を実行する。検出器プロセッサ２８２はリングダウン基準発生器２２４の検出された重み付けＦＩＦＯ２４６に検出された組織動作の重み付けを出力し、それはＤＥＴ ＩＩＲフレームＦＩＦＯ２８６を使用し、組織動作の重み付けの和を記憶する。それは上述したように、Motion ＩＩＲフレームＦＩＦＯ２８８の重み付けされた差を記憶する。
【００６８】
入力信号プロセッサ２３０、リングダウン更新プロセッサ２４４及び検出器プロセッサ２８２は適当な設計のマイクロプロセッサとすることができ、１つの好適な実施例では、それらはテキサスインストルメンツのＴＭＳ３２０Ｃ５０デジタル信号プロセッサである。
【００６９】
図１０のフロー図はＤＶＰを使用して組織動作の検出と関連させてどのように基準波形が更新されるかを示している。フレームは連続的に到着し、時間制限のため、すべてのフレームのためのリングダウン基準波形を更新しながら、ＤＶＰ７４は所定のビームＳn（i,j）のためのｍフレーム毎の後に組織動作を更新する。
【００７０】
図１０は３個の同様なアップデータ３０２，３０４及び３０６を示し、それぞれは基準ベクトルとビームＳnのための組織動作の両方を更新する。各アップデータは基準ベクトルのための１つの経路３０８及び組織動作のためのもう１つの経路を有している。
【００７１】
基準ベクトル経路では、信号ベクトルＳnはＩＩＲフィルタ３１２により濾波され、割合Ｒc／Ｒpは３１４で示されているように決定される。その後、その割合はルックアップ表３１６に適用され、リングダウン基準波形を更新するため重み関数を決定する。
【００７２】
組織動作経路では、基準波形Ｒp’の以前の値は入ってくる信号ベクトルＳnから減じられ、結果としての信号はブロック３２０に示されているように、有限のインパルス応答（ＦＩＲ）フィルタで平均される。ＦＩＲフィルタの出力はより早くｍフレームを発生したフレームＴn-m（i,j）からの組織ベクトルと共に組織検出器３２２に適用される。組織検出器３２２はＴn-m（i,j）とＴn（i,j）の重み付けの和及び差を決定し、適当な重み関数を重み付けの和及び差に適用し、上述した２次元の重み関数を適用する。組織動作の検出の結果はルックアップ表３１６に記憶され、ブロック３１６で、これらの結果は基準波形を更新するために使用され、次の更新ブロックに進む。
【００７３】
組織動作検出器３２８及びリングダウン更新発生器３３０の代わりの実施例は図１１に示されている。組織動作検出器３２８では、組織はフレームｎ及びフレームｎ−ｍのためのデータのｉ番目のビームの組織信号Ｔn（i,j）及びＴn-m（i,j）は加算器３３２及び上述したように重み付けの和及び差を形成する減算器３３４に入力される。加算器３３２及び減算器３３４の出力はルックアップ表３３６に適用され、動作重み付けルックアップ表３３６にＳ字状で２次元のルックアップ表を含んでいる。動作重み付けルックアップ表３３６の動作重み付け出力Ｗ３はリングダウン更新発生器３３０で乗算器３３８に入力される。
【００７４】
信号ベクトルＳn（i,j）はリングダウン更新発生器３３０に入力され、加算器３３６は以前の重み付け平均値及び出力Ｒcで現在の信号ベクトルＳn（i,j）の重み付け平均を実行する。Ｒc及びＲpは減算機４０の入力に適用され、減算器はＲpとＲcの間の差を決定すると共にルックアップ表３４２にその差を出力する。その表は図８Ｃに示されているような重み関数を実行すると共に重み付けＷ４を出力する。
【００７５】
乗算器３３８は重み付けＷ３とＷ４を乗じ、乗算器３４４はＲc・Ｗ３・Ｗ４を出力する。減算器４６は１−Ｗ３・Ｗ４を出力し、乗算器３４８はＲp・（１−Ｗ３・Ｗ４）を出力する。加算器３５０はＲc・Ｗ３・Ｗ４＋Ｒp・（１−Ｗ３・Ｗ４）を出力し、それはＲp＋Ｗ３・Ｗ４（Ｒc−Ｒp）に等しく、Ｒpとして出力のためメモリ３５２に記憶される。
【００７６】
信号ベクトルＳn（i,j）はまたメモリ３５４に適用され、このメモリの出力は減算器３５６の１つの入力に適用される。メモリ３５２からの更新されたリングダウンベクトルＲpはこの減算器の第２入力に適用され、したがって、更新されたリングダウンベクトルＲpをＳn（i,j）から減じる。メモリ３５４は信号ベクトルのための遅延線路として作動し、更新されたリングダウンベクトルは減算のためそれと整列されるようになっている。換言すれば、処理は遅延され、信号ベクトルＳn（i,j）から減じられる基準ベクトルは同一の信号ベクトルＳn（i,j）からのリングダウン信号で更新されるようになっている。
【００７７】
メモリ３５４及び減算器３５６からの信号は組織信号Ｔn（i,j）を出力する乗算器３５８の入力に適用される。Ｓn（i,j）のリングダウン領域の信号点のため、乗算器により出力された信号は減算器３５６からの信号となるだろう。リングダウン領域外の信号点のため、それは信号Ｓn（i,j）それ自体を出力する。
【００７８】
代わりに、和及び差を重み関数に適用することにより組織動作を決定するよりむしろ、割合が適用可能である。同様に、割合Ｒc／Ｒpを重み関数に適用するよりむしろ、リングダウン基準発生器は差Ｒc−Ｒpを重み関数に適用可能である。
【００７９】
本発明は多数の重要な特徴及び利点を有している。それはリングダウンドリフトが受信信号で効果的に減少され、表示画像のリングダウンアーチファクトを減少させる超音波画像の小キャビティのための方法及び装置を供給し、それは患者の体内でカテーテルを移動することを要求しない方法でそのようにし、新しい基準波形を集める。
【００８０】
超音波画像の小キャビティのための新しく改善された方法及び装置が提供されることは前述より明らかである。一定の現在好適な実施例だけが詳細に説明されているが、当業者であれば明らかなように、前記特許請求の範囲により規定された発明の範囲を逸脱することなく、一定の変更及び修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による超音波画像システムの１実施例の概略図であり、ＰＴＣＡに関連して冠動脈を映す装置の使用を示している。
【図２Ａ】 図１の実施例の拡張バルーン付きカテーテルの遠位端部分の中心線で切断した拡大断面図である。
【図２Ｂ】 図２Ａの実施例の拡張バルーン付きカテーテル内の画像プローブの等拡大図である。
【図３】 本発明を組込んだ超音波画像システムの１実施例のブロック図である。
【図４】 図２Ｂの実施例のプローブの動作を示す波形図である。
【図５】 従来技術及び図１に示されたタイプの超音波画像装置で得られた冠動脈の例示的な断面図である。
【図６Ａ】 図１の画像装置により作られたフレームの例示的セットのビームを示している。
【図６Ｂ】 図６Ａの実施例のビームの１つのための単一波形を表す単一ベクトルを記憶するための使用されるバッファの１実施例を示している。
【図６Ｃ】 本発明の使用のための基準波形を示す基準ベクトルを記憶するためのバッファの１実施例を示している。
【図７】 本発明による単一波形からリングダウンドリフトを除去する方法の１実施例を示すフローチャートである。
【図８Ａ】 図７の実施例において、基準ベクトルを変更し、リングダウンドリフトを除去する方法の１実施例を示すフローチャートである。
【図８Ｂ】 図７において、基準ベクトルを変更し、リングダウンドリフトを除去する別の方法を示すフローチャートである。
【図８Ｃ】 図８Ａの実施例での使用に適した重み関数の図式表現である。
【図８Ｄ】 図７の実施例において、基準波形を更新する方法の別の実施例を示すフローチャートである。
【図８Ｅ】 図７の実施例において、組織動作を検出する方法の１実施例を示すフローチャートである。
【図９】 図７の実施例の使用のためのデジタルベクトルプロセッサの１実施例のブロック図である。
【図１０】 図９のデジタルベクトルプロセッサを使用し、組織動作の検出に関連して基準波形を変更する方法の１実施例を示すフローチャートである。
【図１１】 図７の実施例の使用のためのデジタルベクトルプロセッサの別の実施例のブロック図である。
（技術分野）
この発明は超音波画像に関し、より詳細には、超音波画像の小キャビティのための方法及び装置に関する。
【０００２】
（関連技術）
超音波画像装置は内壁の視覚画像及び診断目的のための血管の形を得るために使用される。例えば、超音波画像は狭窄障害又は狭窄症の位置を決定するために使用される。さらに、超音波変換器は経皮経管冠動脈形成（ＰＴＣＡ）での使用のためのバルーン付き拡張カテーテルのようなインターベンショナル装置に組込まれ、画像及び他の処置を単一の器具で行わせることができる。
【０００３】
超音波画像はその先端に超音波変換器を有するカテーテルを血管に挿入することにより得られる。通常、そのような変換器は多数の圧電性エレメント又は中央のガイドワイヤ内腔の回りのリングに同軸に配置された他の吸音エレメントを有している。コンピュータシステムは超音波の発生及びカテーテルの先端の集積された超小型回路を通り各エレメントからの超音波の受信を個々に制御する。超音波は血管の内壁及び外形に反射し、変換器エレメントは反射波を受信し、それに応答して電気信号を出力する。コンピュータシステムは各エレメントから電気信号を受信し、信号を処理し、ディスプレイへの出力のため処理信号をデジタル画像にアセンブルする。
【０００４】
表示画像では、視覚アーチファクト又はブラインドスポットはエレメント近くの領域で起こり、このアーチファクトは通常「リングダウン（ringdown）」アーチファクトと呼ばれる。同一エレメントが超音波を送信すると共に受信するので、リングダウンアーチファクトが起こる。超音波を発生するため、電気パルスがエレメントに加えられ、そのエレメントを振動させる。所望の超音波を発生させた後、エレメントは振動が減衰するまで共振又は振動し続ける。この減衰した振動はエレメントに、通常「リングダウン（ringdown）」信号と呼ばれる電気信号を発生させる。振動を停止するために必要な時間はリングダウン時間と呼ばれる。リングダウン時間の間でさえ、エレメントはまた超音波が組織に反射することによるエコーを聞き、又は検知するためにも使用される。
【０００５】
最初、エレメントにより生じたリングダウン信号は通常、超音波のエコーにより生じた信号より非常に強い信号である。事実、リングダウン信号はエコー信号より８０ｄＢ程大きくすることができる。リングダウン信号の振幅はエコー信号に比べて非常に大きいので、リングダウン信号は画像デバイス回路のフロントエンド増幅器を飽和させ、したがって、画像にアーチファクトを作り出す。増幅器のこの飽和は有効にブラインドスポットを作り出し、ブラインドスポットは変換器の表面直近の領域で発生した画像にコロナとして現れる。
【０００６】
Eberleに対する米国特許5,183,048は、リングダウン波形に対応する基準波形をエレメントによる画像データから減じることにより、リングダウン信号を除去すると共に表示画像のアーチファクトを減少させる方法を教示する。基準波形は画像処理を開始する前に発生され、又は、取得される。それは水にカテーテルを配置することにより体外で取得されるか、又は、大きな管にカテーテルを配置しすることにより生体内で取得され、エコーのない波形を得てもよい。
【０００７】
通常の動作の間、リングダウン信号は基準波形に関して、時間に亘り位相及び振幅の両方でドリフトされ、その結果、基準波形はリングダウンドリフトを適切に補償しなくてもよい。多数の要因がリングダウンドリフトに影響を及ぼす。リングダウンドリフトの１つの識別源は温度変化である。電子部品が熱を発生する時、通常の動作の間、プローブの温度は変化する。血液は冷却剤として動作するので、プローブの回りの血流はまた温度に影響を及ぼす。血流が減少した場合には、あまり熱がプローブから除去されず、温度は増加する。
【０００８】
基準波形は最も最近のリングダウン信号をもはや反射しないので、リングダウンドリフトはカテーテルの先端近くの画像の質を低下させる。リングダウンドリフトを補償するため、新しい基準リングダウン波形は大きい管で発生されることができる。しかし、この方法は時間が掛かり、カテーテルの移動を必要とする。
【０００９】
（発明の目的及び概要）
一般に、超音波画像の小キャビティのための新規で改善された方法及び装置を供給することが本発明の目的である。
【００１０】
表示画像のリングダウンアーチファクトを減少させるため、リングダウンドリフトが受領信号で減少される上記性質の方法及び装置を供給することが本発明の別の目的である。
【００１１】
患者の体内でカテーテルを移動させずに新しい基準波形を集める上記性質の方法及び装置を供給することが本発明の別の目的である。
【００１２】
本発明のこれらの及び他の目的は、実質的にエコーのない基準波形が変更され、基準波形と超音波を送信すると共に反射エコーを受信する変換エレメントからの濾波信号の重み付けの和に等しくさせる超音波画像方法及び装置を供給することにより成し遂げられる。その後、変更波形は変換器信号が減じられ、リングダウン信号を除去すると共に実質的にリングダウンアーチファクトのない表示画像を供給する。
【００１３】
（詳細な説明）
図１において、拡大映像装置２０は心臓２４の冠動脈２２に示されている。この冠動脈は脂肪性材料又はプラーク２６の蓄積を含み、動脈を閉塞又は狭窄する原因となる。
【００１４】
装置２０はバルーン２８を有するカテーテル構成部品３０を備え、バルーンは扁平な又はへこんだ状態で動脈に挿入され、その後、狭窄症を処置するために膨らませる。カテーテル構成部品３０はガイドワイヤ３２と、大動脈３６のような大きい動脈を通り抜けるカテーテル３８と、ガイドカテーテル３４内に取り付けられると共にガイドワイヤに沿って進む小径のカテーテル３８とを備えている。３股アダプタ４０はカテーテル体の近位端で供給される。それは信号プロセッサ４８が接続される単一プロセッサポートと、ガイドワイヤポートと、小さいカテーテル３８の流動性内腔を通ってバルーンの内部との連絡のため膨張源５２が接続される膨張ポート４６とを有している。小さいカテーテルはルアロックコネクタ又は血管形成マニホールド５３を通ってより大きいガイドカテーテル３４に挿入される。カテーテル３４及び３８はポリオレフィン又はポリ塩化ビニル等の適当な柔軟材料製とすることができる。
【００１５】
ガイドワイヤ３２が最初に挿入され、ガイドカテーテルが続き、その後、膨張バルーン２８を有するより小さい直径のカテーテル３８が続く。
【００１６】
図２Ａに示されているように、画像プローブ５４はカテーテル３８に供給される。プローブは単一プロセッサ４８と結合される視覚ディスプレイ５０で画像を供給することができ、バルーン２８が動脈の狭窄のように、部分的に閉塞された領域内にある時を示している。部分的に閉塞された領域が配置された後、カテーテル３８は動かされ、バルーン２８を閉塞領域に持ってくる。その後、バルーン２８は膨張され、閉塞を引き起こす狭窄障害２６を拡張する。心臓学は血管形成手続きの結果をチェックしてもよい。手続きがうまくいった場合には、ディスプレイ５０の画像は動脈の流路２２の直径が増加したことを示すであろう。
【００１７】
図２Ｂに示されているように、変換器エレメント６４のアレイは圧電材料のリング５６の下方のプローブの円筒部分の表面の複数の電導トレース５５により形成されている。リングの外面は変換器のアレイのためのグランド面として役立つ金属材料の薄膜５６ａを有している。アレイの各エレメントは導体トレース５５の１つに重なる圧電材料の一部分を構成する。リングは薄層のエポキシ接着剤又はリングをプローブ本体に結合する他の適当な接着剤により、導体トレースに対して一定の位置に保持される。所望であれば、リングは円筒に回転され、継ぎ目で一緒に結合される平坦な板として形成されてもよいが、圧電材料の継ぎ目無し円筒として形成されるのが好ましい。
【００１８】
集積回路６０，６１はプローブの本体に取り付けられ、導体トレース５５は集積回路を圧電エレメントに接続する。導体トレースはプローブ５４の周囲に均等に間隔を空けられ、各導体トレースは1つの変換器エレメントに接続される。現在の好適な１実施例では、６４の導体トレースと６４の変換器エレメントがある。
【００１９】
ケーブル５７は集積回路６０，６１を信号プロセッサに接続する。ケーブルはマグネットワイヤのような複数の絶縁された固定導体５７ａを備え、銅製リボンはワイヤを取囲み、グランドシールドを供給し、絶縁ジャケット５７ｂは銅製リボンを取囲んでいる。
【００２０】
図３に示されているように、コンピュータシステム５８は単一プロセッサ４８及びライン５９を介して主要チップ６０に励起パルスを送る。主要チップ６０はＮ個の従属チップを協力して、プローブ５４の圧電エレメント６４のアレイのエレメントに励起パルスを分配する。好ましくは、４個の従属チップが使用される。例示のプローブ、変換器のアレイ及び関連した回路はProudianらへの米国特許No.4,917,097により詳細に開示されており、ここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。別の例示プローブ、変換器のアレイ及び関連した回路はEberleらへの米国特許No.5,779,644に開示されており、ここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。
【００２１】
アレイ６４の各エレメントは冠動脈のような周囲環境に超音波を送信することにより加えられたパルスに応答する。その後、チップ６０〜６３は受信モードに切り換わり、送信波が血管の内壁、又は同様の小さいキャビティに反射される時に作られる送信された超音波のエコーを検出し、アレイのエレメントに衝突する。エコーを受信して、エレメントはチップ６０〜６３により検出されると共に信号プロセッサ４８に送信される電気信号を作る。
【００２２】
信号プロセッサ４８はチップ６０〜６３からの信号が加えられる受信増幅器６８と、受信増幅器の出力に接続されるアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器７０とを備えている。Ａ／Ｄ変換器からの出力信号はビームフォーマー７２に加えられ、ビームフォーマーの出力はデジタルベクトルプロセッサ（ＤＶＰ）７４に加えられる。ＤＶＰの出力はビデオディスプレイ５０での表示のためコンピュータに信号を送るスキャン変換器７６に加えられる。
【００２３】
受信増幅器６８は一連の増幅器（１）、（２）、（３）・・（Ｎ）を備え、変換器エレメント６４により作られた低レベル信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器７０は増幅信号をデジタル形式に変換する。
【００２４】
ビームフォーマー７２はデジタル信号を処理し、Proudianらへの前述した米国特許No.4,917,097により十分に説明されているような画像情報の放射ビームを発生する。デジタル信号を処理し、画像情報の放射ビームを発生する方法はまたO'Donnellらへの米国特許No.5,453,575にも説明されており、ここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。
【００２５】
信号処理のこの点で、各ビームは所望の組織信号又はエコーに加えて所望しないリングダウン成分を有している。各ビームは信号ベクトルＳn（i,j）により表され、組織信号又はエコーは組織ベクトルＴn（i,j）により表され、ｎはフレーム数で、ｉはビーム数で、ｊはベクトル内の信号点である。
【００２６】
ＤＶＰ７４は信号ベクトルＳn（i,j）からリングダウン波形を取り除き、組織ベクトルＴn（i,j）として組織波形を出力し、変換器７６をスキャンする。スキャン変換器は組織ベクトルＴn（i,j）をコンピュータシステム５８のビデオディスプレイ５０で見るのに適した形式に変換する。
【００２７】
図４はリングダウン信号を示す一連の波形を示し、一連の増幅器（１−Ｎ）の飽和点まで増幅される。伝送パルスはエレメントを励起し、超音波を発生する。その後、エレメントは特有の減衰振動により緩和され、リングダウン信号を発生する。波形の最初の高振幅はリングダウン信号から発生し、反射エコーにより発生した信号の振幅と比較して非常に大きい。波形は信号プロセッサ４８にとって十分な振幅までさらに増幅される時、幾つかの増幅器が高い信号振幅で飽和されるのでリングダウン信号は切断される。例えば、増幅器（２）の出力信号はリングダウン信号の最高振幅に応じて飽和し始め、波形の切断を発生させる。増幅器（３）による信号のさらなる増幅はさらなる信号を切断させる。リングダウン信号が増幅し続ける時、増幅器（Ｎ）の出力は切断されるリングダウン信号の重要な部分を有する。
【００２８】
波形の大きい振幅はリングダウン信号の重要な部分を切断させるが、振幅のこの量は全波形が信号プロセッサにより処理されることのできる大きさまでエコー信号の非常に小さい振幅を増幅することを必要とする。
【００２９】
さらに、プローブ先端近傍の組織からのエコー信号はリングダウン信号の飽和部分に重ね合せられ、その結果、切断のため失われる。
【００３０】
図５に示されているように、画像データが処理されると共に表示される時、リングダウン信号は画像プローブの表面の回りにアーチファクトを発生する。図５に示された画像は例示画像であり、血管の断面図８２、画像プローブ５４、及びリングダウンアーチファクト８４を示している。リングダウンアーチファクトはプローブの外辺部を取囲むコロナのように見える。リングダウン信号に重ね合わされたエコー信号はリングダウン信号が受信する増幅器を飽和させるため実質的に失われるので、画像プローブはコロナ内ではっきりしない。
【００３１】
図６Ａに示されているように、フレームは多数のビーム又は信号ベクトルを有し、それぞれはＳn（i,j）として表され、Ｓnはｎ番目のフレームのビームのための信号ベクトルであり、ｉはビーム数で、ｊは信号ベクトル内の信号点である。図６Ｂの例では、信号ベクトルＳnは信号点、例えば、信号ビームのための２０４８を記憶する。信号ベクトルは信号点、例えば、２５６の所望のリングダウン領域を有し、現在のリングダウンベクトルに対応する。好適な実施例では、指定のリングダウン領域を形成する信号点の数は選択可能であり、ゼロから５１２までの範囲に及ぶ。ユーザは表示画像を見ている間、ノブを回転することにより指定のリングダウン領域のサイズを選択する。ユーザに応じて、コンピュータシステムはＤＶＰの指定のリングダウン領域のサイズを変え、ユーザが所望の画像を得られるようになっている。図６Ｃは基準ベクトルを記憶するためのバッファを示し、基準ベクトルは信号点、例えば、５１２信号点の所定数を有している。基準ベクトルバッファはリングダウン領域のユーザの選択に応じて５１２以下の信号点を記憶することができる。リングダウン信号はエレメントの間、その結果、ビームの間で変化可能であり、基準信号は各ビームのため発生される。
【００３２】
本発明では、変更された基準波形又はベクトルＲnは少なくとも２つのリングダウン減少方法のいずれかを使用して発生される。適用のための適当なリングダウン減少方法は実験的な試験結果に基づいた製造処理の間に決定されると共に選択される。
【００３３】
本発明のリングダウンアーチファクトを減少させる最初の方法では、変更された基準波形又はベクトルＲnは、次の関係に従い、以前の基準波形又はベクトルＲn-1及び現在の信号ベクトルＳnを基にして発生される。
【００３４】
式（２）はＩnと基準波形Ｒn-1の重み付けの和の結果である変更された基準ベクトルＲnを発生するために使用され、Ｙは図８Ａに関連してここで説明されているように決定される重み係数である。式（２）は指定のリングダウン領域に対応するＩnの信号点のセットを使用する。
【００３５】
式（１）を式（２）と組合せることは、変更された基準ベクトルＲn、以前の基準信号Ｒn-1、及び信号ベクトルＳnの間の以下の関係となる。
【００３６】
本発明のリングダウンアーチファクトを減少させる第２の方法では、変更された基準波形又はベクトルＲnは次の関係に従い、以前の基準ベクトルＲn-1及び現在の信号ベクトルＳnに基づいて発生される。
【００３７】
図７は基準ベクトルがどのように変更されて信号波形Ｓnからリングダウンドリフトを除去するかを示したフローチャートである。ステップ１０２では、最初の基準ベクトルＲ0は上述した技術の１つにより取得され、フレームカウンターｎはゼロに設定される。現在の濾波された信号ベクトルＩn（i,j）及び平均カウンター（Avg Count）はまたゼロに初期化される。ステップ１０４では、現在のリングダウンベクトルＲc及び基準ベクトルＲpが初期化され、信号ベクトルカウンターｉはゼロに設定され、フレームポインターｎは増加される。ベクトルＲc及びＲpはＲ0に初期化され、現在の平均され又は濾波されたベクトルＩn（i,j）はゼロに設定される。指示ＲcはＲn（i,j）のための短縮表記であり、指示ＲpはＲn-1（i,j）のための短縮表記である。
【００３８】
ステップ１０６では、入ってくる信号ベクトルＳn（i,j）が取得される。ステップ１０７はどのリングダウン減少方法が選択されたかを決定する。上述した第１の方法がステップ１０８で選択された場合には、ベクトルＳn（i,j）は式（１）に従って濾波される。ステップ１１０では、ベクトルＩn（i,j）の指示されたリングダウン領域の値のサブセットはリングダウン信号を含むように考えられ、Ｒcとして指示される。代わりに、別個の指示ステップは省略可能であり、Ｒcは指示されたリングダウン領域に対応するＩn（i,j）の一部分により表されることができる。ステップ１１２では、基準波形Ｒpは、図８Ａに関連させてこの後もっと詳しく説明するように、式（２）に従って更新される。ステップ１１４では、更新された基準波形は現在のエコー信号から減じられ、組織信号Ｔn（i,j）を供給する。
【００３９】
ステップ１１６での許容限界は第１のしきい値を乗じられた現在のリングダウンベクトルＲcの絶対値である。第１のしきい値はデジタルベクトルプロセッサが組織がないと考える以下のノイズ及びドリフトの割合である。第１のしきい値は各プローブの製造処理の間に決定され、プローブの間、及びプローブのエレメントの間で変化する。１実施例では、システムはプローブがプラグ接続され、電力が付けられた時にプローブから許容限界を読取る。別の実施例では、プローブはシステムに値又は特有信号を供給し、システムは第１のしきい値を決定するためにそれらを使用する。
【００４０】
しかし、第２のリングダウン減少方法が選択されたことをステップ１０７が決定した場合には、その後、ベクトルＳn（i,j）は式（４）に従って濾波されるだろう。ステップ１２８では、Ｉnは信号ベクトルのグループの和を記憶するために使用され、Ｉn（i,j）＝Ｓn（i,j）＋Ｉn-1（i,j）となるようになっている。平均カウンター（Avg Count）はまた増加される。ステップ１２９は、AvgCountが所定の平均間隔（Avg Interval）に等しいかどうかを決定する。そうでない場合には、方法はステップ１２０に進む。その場合には、ステップ１３０で、平均値は式（４）に従って決定される。特に、Ｒcは平均値を記憶し、Ｉn（i,j）／Avg Countに等しくなる。さらに、Ｉn（i,j）及びAvg Countは次の変更のためゼロに設定される。リングダウンの基準波形はステップ１１２で変更される。
【００４１】
図８Ａに示されたフローチャートは図７のステップ１１２の基準ベクトルを更新する方法を示している。ステップ１３２では、信号点指標ｊはベクトルＳn（i,j）の各信号点にアクセスするために使用され、Ｓn（i,j）の第１の信号点への点に対しゼロに設定される。ステップ１３４では、Ｒp（i,j）に対するＲc（i,j）の割合が計算される。ステップ１３６では、重み付けＷ1は第２のしきい値を割合から減じることにより決定され、重み付けＷ1に戻るリングダウンの重み関数へのパラメータとしての結果の絶対値を通す。その後、重み付けは次のように使用され、式（２）での使用のためＹ及びＹ−１の値を決定する。
【００４２】
代わりに、割合からしきい値を減じるよりむしろ、割合それ自体はリングダウンの重み関数へのパラメータとして通過可能である。
【００４３】
ステップ１４０は図８Ｅのフローチャートに関連させて詳細に説明され、組織がリングダウン領域に移動するかどうかを決定する。組織がリングダウン領域に移動しない場合には、ステップ１４２は割合がルックアップ表に記憶される割合Ｒc／Ｒpの最大値である所定値 MaxRatio以下であるかどうかを決定する。割合がMaxRatio以下の場合には、変更された基準ベクトルの信号点はtempと呼ばれるが、次の関係に従って、ステップ１４４で決定される。
【００４４】
組織がリングダウン領域に移動するように決定された場合には、ルーチンはステップ１４０からステップ１４８に飛び、基準波形を変更することなく、Ｒp（i,j）に等しいtempを設定する。
【００４５】
ステップ１５２は基準ベクトルのすべての信号点が更新されたかどうかを決定する。そうでなければ、ステップ１５４はｊを増加させ、ステップ１３４に戻る。すべての信号点が更新された場合には、その後、処理はステップ１５６で終了する。
【００４６】
図８Ｂは組織動作が検出された場合に重み付けＷ1が変更される代わりの実施例を示している。この実施例は、リングダウン領域での組織動作がステップ１４０で検出された場合に、その後、重み付けＷ1がステップ１５０で変更され、ルーチンがステップ１４４に進むことを除いて、図８Ａの実施例と同様である。リングダウン領域の組織エコーはリングダウン領域の信号の振幅及び位相を変えてもよく、組織エコーの効果は落ちて又は減少される。
【００４７】
図８ＣはＳ字状関数の例示セットを示し、ｙ軸に沿ってプロットされる重み付けＷ1とｘ軸に沿ってプロットされる割合Ｒc／Ｒpの間の関係を示している。｜Ｒc／Ｒp−第２のしきい値｜が１に等しい、又は代わりにＲc／Ｒpが１に等しい時のように、入力パラメータが１に等しい時、最大重み付けは１に等しくなる。Ｓ字状関数はメモリに記憶されたルックアップ表で実行され、割合はルックアップ表に対する指標である。ルックアップ表は値の有限数を記憶し、MaxRatioはルックアップ表が重み付けを有するＲc／Ｒpの最高値である。MaxRatioを超えるＲc／Ｒpの値はゼロ等の所定値にセットされる。
【００４８】
リングダウンドリフトはエレメントの間で変化するので、１セットの重み関数が示されている。１つの現在の好適な実施例では、システムがパワーオンされる時、又はプローブが取り付けられる時、プローブはプローブのすべてのエレメントのため重み関数の選択信号を送る。その後、システムは重み関数の選択信号を使用し、すべてのエレメントのために使用されるであろう適当な重み関数を選択する。代わりに、所望であれば、プローブはエレメントのため重み関数の値を送ることができる。
【００４９】
例えば、Ｒc／Ｒpが１に等しい場合には、リングダウンドリフトがないので重み付けは１に等しくなるだろう。この場合、Ｒp及びＲcは等しい重み付けを与えられ、変更された基準ベクトルは１／２Ｒp＋１／２Ｒcに等しくなるだろう。
【００５０】
対照的に、割合Ｒc／Ｒpが０．５に等しい時、重み付けはまた０．５に等しくなる。この場合、基準ベクトルは２／３Ｒp＋１／３Ｒcに等しくなり、それにより、Ｒpにさらなる重み付けを与える。多くても、重み付けがゼロに等しい時、Ｒcは基準のリングダウンベクトルを更新する時の重み付けの半分を与えられる。
【００５１】
図８Ｄは基準ベクトルを更新するための代わりの方法を示し、線形しきい値法と呼ばれている。この方法は、重み関数がステップ関数であり、Ｒcが１．５の重み付け又は重み付け無しのいずれかを与えられることを除いて、図８Ａの方法と同様である。ステップ１６２では、ｊはゼロに設定され、ステップ１６４で値Diff及びMaxが決定される。
【００５２】
図８Ｅのフローチャートは組織動作がどのように決定されるかを示している。通常、小期間に亘り、組織は移動するが、リングダウン信号は静止している。これは時間に亘り、Ｓn（i,j）の平均値はリングダウン信号Ｒn（i,j）に近づき、Ｔn（i,j）の平均値はゼロに近づく。そのため、平均値は理論上信号の静止のリングダウン成分を評価することができる。しかし、プローブが管壁の近くで静止している場合には、組織信号はもはや平均されず、基準波形を歪ませることができる。この問題を防止するため、基準波形は組織動作に関して更新される。
【００５３】
図８の方法を使用して、近接音場と遠接音場の両方の組織動作が決定される。近接音場の組織動作はリングダウン領域を表すサンプル点の第１グループに対応する領域で発生する。遠接音場の組織動作はリングダウン領域の外部のサンプル点の次のグループに対応する領域で発生する。１実施例では、組織動作は動作の重み付けにより示され、動作の重み付けは所定ビームのためのすべてのサンプル点で計算される。しかし、本来、動作の重み付けはフレームとビームの間で変化すべきでない。そのため、計算を減少させるため、所望であれば、動作の重み付けはビームのサブセットでのみ決定されることができる。
【００５４】
ステップ１８２は次の関係を使用して、２つのフレームの対応するサンプル点で、組織エコーの重み付けの和Σ＋と差Σ−を決定する。
【００５５】
ステップ１８６は動作関数へのパラメータとしてweight_sum及びweight_diffを通し、組織動作を決定すると共に動作の重み付けを割り当てる。動作関数はパラメータweight_sum及びweight_diffを使用し、メモリに記憶され組織が移動したかどうかを決定する２次元のmotion_weightルックアップ表にアクセスする。
【００５６】
好適な実施例では、動作の重み付けはmotion_weightルックアップ表を使用してゼロ又は１の値を割り当てられ、ゼロは動作無しを示し、１は組織動作を示す。
motion_weightルックアップ表では、weight_sumとweight_diffの組合せに割り当てられた動作の重み付け値の分配は、重み係数値ａ，ｂ，ｃ及びｄ、Ｓ字状関数及び一定値が組織動作を表す所定の可能性による。
【００５７】
代わりの実施例では、ゼロから１への動作の重み付け値の範囲は分数の動作の重み付けを含んで使用される。分数の動作の重み付けは組織が移動する可能性を表す分数である。しかし、分数の動作の重み付けのため、システム又はシステムソフトウェアはさらなる決定関数を必要とし、分数の動作の重み付けが組織が移動していることを示しているかどうか決定する。
【００５８】
Weight_sumとweight_diff及び動作の重み付けのルックアップ表は信号ベクトル又はビームのそれぞれのため決定される。他の重み関数に関し、プローブは特有信号を送り、コンピュータシステム５８が使用され、ＤＶＰにより使用される所望の重み関数を選択すると共にダウンロードする。
【００５９】
好ましく及び理想的には、組織動作は連続フレームの各ビームのために決定され、フレーム毎の和及び差が各ビームのため計算される。しかし、実際には、組織動作はｍフレーム毎に決定され、和及び差はｍフレーム毎に計算される。この実施例では、ｍはマイクロプロセッサの速度の関数及び指示されたリング領域のサイズである。
【００６０】
図８Ａ〜８Ｅの技術を利用するベクトルプロセッサ（ＤＶＰ）７４は図９に示されている。ＤＶＰはフィルタ２２２と、リングダウン基準発生器２２４と、組織動作検出器２２６と、減算器ブロック２２８とを備えている。
【００６１】
フィルタ２２２は入力信号プロセッサ２３０とメモリ２３４とを備えている。電力が付けられた時、システム５８は入力信号プロセッサ２３０により実行のため濾波手順（Filtering proc）２３６をメモリ２３４にダウンロードする。式（１）のため、濾波手順２３６は重み付け（β）２３７でプログラムされ、濾波手順の実行は式（１）の濾波関数を実行し、又は選択されたリングダウン減少方法による。
【００６２】
入ってくる信号ベクトルＳn（i,j）は入力データのＦＩＦＯ２３８で受け取る。入力信号プロセッサ２３０は濾波手順２３６を実行し、入力データＦＩＦＯ２３８に記憶された入力信号ベクトルを濾波する。入力信号プロセッサ２３０は次の濾波動作での使用のためフィルタフレームＦＩＦＯ２４０に濾波手順２３６の出力Ｉn（i,j）を記憶し、リングダウン基準発生器２２４への出力のためインターフェースＦＩＦＯ２４２でＩn（i,j）をも記憶する。
【００６３】
リングダウン基準発生器２２４はリングダウン更新プロセッサ２４４と、検出組織動作の重み付けＦＩＦＯ２４６と、リングダウン基準ＲＡＭ２４８と、許容ＦＩＦＯ２５０及びメモリ２５４を有するリングダウンとを備えている。コンピュータシステム５８は、電力が付けられた時にリングダウン更新プロセッサ２４４による実行のためリングダウン初期化手順２５６及びリングダウン更新手順をメモリ２５４にダウンロードする。さらに、コンピュータシステム５８は、電力が付けられた時、又はプローブが取り付けられた時に第１のしきい値及び重み関数を有するリングダウンルックアップ表２６０をダウンロードする。リングダウン更新プロセッサ２４４はリングダウン初期化手順２５６を実行し、各ビームのための基準ベクトルを供給し、リングダウン基準ＲＡＭ２４８に基準ベクトルを記憶する。リングダウン初期化手順２５６はまたリングダウン基準ＲＡＭ２４８に記憶されたベクトルで第１のしきい値を増やし、許容ＦＩＦＯ２５０を有するリングダウンに結果を記憶する。リングダウン基準発生器２２４はインターフェースＦＩＦＯ２４２の濾波ベクトルＩn（i,j）及びリングダウン基準ＲＡＭ２４８に記憶された基準ベクトルで式（２）の関数を実行する。
【００６４】
減算器ブロック２２８では、入力信号ベクトルＳn（i,j）は減算器２６２の正の入力に適用され、リングダウン基準ＲＡＭ２４８の出力は減算器２６２の負の入力に適用され、減算器２６２はＳn（i,j）とリングダウン基準ＲＡＭ２４８の対応値の間の差を出力するようになっている。整流器２６４はコンパレータ２６６のＡ入力にその差の絶対値を供給し、許容ＦＩＦＯ２５０を有するリングダウンの出力はコンパレータ２６６のＢ入力に適用され、絶対値は許容ＦＩＦＯ２５０のリングダウンからの対応ベクトルと比較される。絶対値がＦＩＦＯベクトル以上の場合には、コンパレータ２６６は１を出力し、ＯＲゲート２６８を高く設定する。それは修正された組織の差を、順位フィルタ２７２でのさらなる処理のためのＡＮＤゲート２７４、デシメイティング（decimating）ＦＩＲフィルタ２７４、圧縮ルックアップ表２７６及びスキャン変換器への出力のためのデジタル利得制御装置２７８に通過させる。
【００６５】
順位フィルタ２７２はＡＮＤゲート２７０からビームを作る信号を受信し、ディスプレイへの出力のため適切な順序でビームを配置する。ビームは連続して取得されないことがあるので、ビームは順序づけることが必要であり、近傍のビームは連続して出力されるだろう。デシメイティングＦＩＲフィルタ２７４による処理の後、信号は圧縮ルックアップ表２７６をアドレス指定し、圧縮信号はデジタル利得制御装置２７８を通過し、出力信号Ｔn（i,j）を供給する。第２のデシメイティングＦＩＲフィルタ２８０は組織動作検出器２２６への出力のためＡＮＤゲート２７０を通過する修正信号を処理する。
【００６６】
組織動作検出器２２６は検出器プロセッサ２８２と、検出されたフレームＦＩＦＯ２８４と、検出された無限インパルス応答（ＩＩＲ）フレームＦＩＦＯ２８６と、動作ＩＩＲフレームＦＩＦＯ２８８と、メモリ２９２とを有している。コンピュータシステム５８は、電力が入れられた時に検出器プロセッサ２８２による実行のため組織動作の検出手順２９４をメモリ２９２にダウンロードする。コンピュータシステム５８はまた、電力が入れられた時、又はプローブが取り付けられた時、ルックアップ表２９６としての和及び差の重み関数をダウンロードし、２次元の組織動作のルックアップ表２９８をダウンロードする。コンピュータシステム５８は係数ａ，ｂ，ｃ及びｄを検出器プロセッサ２８２のレジスタにロードし、重み付けの和及び差を決定する。代わりに、組織動作の検出手順２９４は係数値ａ，ｂ，ｃ及びｄ検出器プロセッサ２８２にロード可能である。
【００６７】
デシメイティングＦＩＲフィルタ２８０からのデシメイティッド（decimated）組織ベクトル信号は検出器プロセッサに与えられ、検出器プロセッサは組織検出手順２９４を実行する。その手順２９４は図８Ｅに関して説明された方法を実行する。検出器プロセッサ２８２はリングダウン基準発生器２２４の検出された重み付けＦＩＦＯ２４６に検出された組織動作の重み付けを出力し、それはＤＥＴ ＩＩＲフレームＦＩＦＯ２８６を使用し、組織動作の重み付けの和を記憶する。それは上述したように、Motion ＩＩＲフレームＦＩＦＯ２８８の重み付けされた差を記憶する。
【００６８】
入力信号プロセッサ２３０、リングダウン更新プロセッサ２４４及び検出器プロセッサ２８２は適当な設計のマイクロプロセッサとすることができ、１つの好適な実施例では、それらはテキサスインストルメンツのＴＭＳ３２０Ｃ５０デジタル信号プロセッサである。
【００６９】
図１０のフロー図はＤＶＰを使用して組織動作の検出と関連させてどのように基準波形が更新されるかを示している。フレームは連続的に到着し、時間制限のため、すべてのフレームのためのリングダウン基準波形を更新しながら、ＤＶＰ７４は所定のビームＳn（i,j）のためのｍフレーム毎の後に組織動作を更新する。
【００７０】
図１０は３個の同様なアップデータ３０２，３０４及び３０６を示し、それぞれは基準ベクトルとビームＳnのための組織動作の両方を更新する。各アップデータは基準ベクトルのための１つの経路３０８及び組織動作のためのもう１つの経路を有している。
【００７１】
基準ベクトル経路では、信号ベクトルＳnはＩＩＲフィルタ３１２により濾波され、割合Ｒc／Ｒpは３１４で示されているように決定される。その後、その割合はルックアップ表３１６に適用され、リングダウン基準波形を更新するため重み関数を決定する。
【００７２】
組織動作経路では、基準波形Ｒp’の以前の値は入ってくる信号ベクトルＳnから減じられ、結果としての信号はブロック３２０に示されているように、有限のインパルス応答（ＦＩＲ）フィルタで平均される。ＦＩＲフィルタの出力はより早くｍフレームを発生したフレームＴn-m（i,j）からの組織ベクトルと共に組織検出器３２２に適用される。組織検出器３２２はＴn-m（i,j）とＴn（i,j）の重み付けの和及び差を決定し、適当な重み関数を重み付けの和及び差に適用し、上述した２次元の重み関数を適用する。組織動作の検出の結果はルックアップ表３１６に記憶され、ブロック３１６で、これらの結果は基準波形を更新するために使用され、次の更新ブロックに進む。
【００７３】
組織動作検出器３２８及びリングダウン更新発生器３３０の代わりの実施例は図１１に示されている。組織動作検出器３２８では、組織はフレームｎ及びフレームｎ−ｍのためのデータのｉ番目のビームの組織信号Ｔn（i,j）及びＴn-m（i,j）は加算器３３２及び上述したように重み付けの和及び差を形成する減算器３３４に入力される。加算器３３２及び減算器３３４の出力はルックアップ表３３６に適用され、動作重み付けルックアップ表３３６にＳ字状で２次元のルックアップ表を含んでいる。動作重み付けルックアップ表３３６の動作重み付け出力Ｗ３はリングダウン更新発生器３３０で乗算器３３８に入力される。
【００７４】
信号ベクトルＳn（i,j）はリングダウン更新発生器３３０に入力され、加算器３３６は以前の重み付け平均値及び出力Ｒcで現在の信号ベクトルＳn（i,j）の重み付け平均を実行する。Ｒc及びＲpは減算機４０の入力に適用され、減算器はＲpとＲcの間の差を決定すると共にルックアップ表３４２にその差を出力する。その表は図８Ｃに示されているような重み関数を実行すると共に重み付けＷ４を出力する。
【００７５】
乗算器３３８は重み付けＷ３とＷ４を乗じ、乗算器３４４はＲc・Ｗ３・Ｗ４を出力する。減算器４６は１−Ｗ３・Ｗ４を出力し、乗算器３４８はＲp・（１−Ｗ３・Ｗ４）を出力する。加算器３５０はＲc・Ｗ３・Ｗ４＋Ｒp・（１−Ｗ３・Ｗ４）を出力し、それはＲp＋Ｗ３・Ｗ４（Ｒc−Ｒp）に等しく、Ｒpとして出力のためメモリ３５２に記憶される。
【００７６】
信号ベクトルＳn（i,j）はまたメモリ３５４に適用され、このメモリの出力は減算器３５６の１つの入力に適用される。メモリ３５２からの更新されたリングダウンベクトルＲpはこの減算器の第２入力に適用され、したがって、更新されたリングダウンベクトルＲpをＳn（i,j）から減じる。メモリ３５４は信号ベクトルのための遅延線路として作動し、更新されたリングダウンベクトルは減算のためそれと整列されるようになっている。換言すれば、処理は遅延され、信号ベクトルＳn（i,j）から減じられる基準ベクトルは同一の信号ベクトルＳn（i,j）からのリングダウン信号で更新されるようになっている。
【００７７】
メモリ３５４及び減算器３５６からの信号は組織信号Ｔn（i,j）を出力する乗算器３５８の入力に適用される。Ｓn（i,j）のリングダウン領域の信号点のため、乗算器により出力された信号は減算器３５６からの信号となるだろう。リングダウン領域外の信号点のため、それは信号Ｓn（i,j）それ自体を出力する。
【００７８】
代わりに、和及び差を重み関数に適用することにより組織動作を決定するよりむしろ、割合が適用可能である。同様に、割合Ｒc／Ｒpを重み関数に適用するよりむしろ、リングダウン基準発生器は差Ｒc−Ｒpを重み関数に適用可能である。
【００７９】
本発明は多数の重要な特徴及び利点を有している。それはリングダウンドリフトが受信信号で効果的に減少され、表示画像のリングダウンアーチファクトを減少させる超音波画像の小キャビティのための方法及び装置を供給し、それは患者の体内でカテーテルを移動することを要求しない方法でそのようにし、新しい基準波形を集める。
【００８０】
超音波画像の小キャビティのための新しく改善された方法及び装置が提供されることは前述より明らかである。一定の現在好適な実施例だけが詳細に説明されているが、当業者であれば明らかなように、前記特許請求の範囲により規定された発明の範囲を逸脱することなく、一定の変更及び修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による超音波画像システムの１実施例の概略図であり、ＰＴＣＡに関連して冠動脈を映す装置の使用を示している。
【図２Ａ】 図１の実施例の拡張バルーン付きカテーテルの遠位端部分の中心線で切断した拡大断面図である。
【図２Ｂ】 図２Ａの実施例の拡張バルーン付きカテーテル内の画像プローブの等拡大図である。
【図３】 本発明を組込んだ超音波画像システムの１実施例のブロック図である。
【図４】 図２Ｂの実施例のプローブの動作を示す波形図である。
【図５】 従来技術及び図１に示されたタイプの超音波画像装置で得られた冠動脈の例示的な断面図である。
【図６Ａ】 図１の画像装置により作られたフレームの例示的セットのビームを示している。
【図６Ｂ】 図６Ａの実施例のビームの１つのための単一波形を表す単一ベクトルを記憶するための使用されるバッファの１実施例を示している。
【図６Ｃ】 本発明の使用のための基準波形を示す基準ベクトルを記憶するためのバッファの１実施例を示している。
【図７】 本発明による単一波形からリングダウンドリフトを除去する方法の１実施例を示すフローチャートである。
【図８Ａ】 図７の実施例において、基準ベクトルを変更し、リングダウンドリフトを除去する方法の１実施例を示すフローチャートである。
【図８Ｂ】 図７において、基準ベクトルを変更し、リングダウンドリフトを除去する別の方法を示すフローチャートである。
【図８Ｃ】 図８Ａの実施例での使用に適した重み関数の図式表現である。
【図８Ｄ】 図７の実施例において、基準波形を更新する方法の別の実施例を示すフローチャートである。
【図８Ｅ】 図７の実施例において、組織動作を検出する方法の１実施例を示すフローチャートである。
【図９】 図７の実施例の使用のためのデジタルベクトルプロセッサの１実施例のブロック図である。
【図１０】 図９のデジタルベクトルプロセッサを使用し、組織動作の検出に関連して基準波形を変更する方法の１実施例を示すフローチャートである。
【図１１】 図７の実施例の使用のためのデジタルベクトルプロセッサの別の実施例のブロック図である。
Claims (20)
- 超音波信号を伝送すると共にエコー信号を受け取る変換器エレメントが刺激されて超音波信号を伝送した後に振動し続ける時に超音波画像に発生するリングダウンアーチファクトを減少させるためのシステムであって、
リングダウン基準信号を供給する手段と、
前記リングダウン基準信号を変更し、前記リングダウン基準信号と、エコー成分とリングダウン成分とを含む濾波された変換器信号との重み付けの和からなる変更基準信号を供給する手段と、
前記変更基準信号を前記変換器信号の１つから減じ、実質的にリングダウンアーチファクトがない出力信号を供給する手段と、を備えたことを特徴とするシステム。 - 前記変更手段はＩＩＲフィルタにより前記変換器信号を濾波する請求項１に記載のシステム。
- Ｉnは前記濾波された変換器信号を表し、前記変更手段は、
の関係によりＩnを決定し、
Ｓnは前記現在の変換器信号であり、Ｉn-1は以前の濾波された変換器信号を表し、βは第１の重み係数であり、
の関係により前記リングダウン基準信号Ｒnを変更し、Ｒn-1は以前の基準信号であり、Ｙは第２の重み係数である請求項１に記載のシステム。 - 前記変更手段は変換器信号の少なくとも１つのグループを平均することにより前記変換器信号を濾波する請求項１に記載のシステム。
- 前記変換器信号の少なくとも１つのグループは所定数の変換器信号を含んでいる請求項４に記載のシステム。
- Ｉnは前記濾波された変換器信号を表し、前記変更手段は、
の関係によりＩnを決定し、
Ｓnは前記現在の変換器信号であり、Ｉn-1は以前の濾波された変換器信号を表し、βは第１の重み係数であり、
の関係により前記リングダウン基準信号Ｒnを変更し、
Ｒn-1は以前の基準信号であり、Ｗ１は別の重み係数である請求項１に記載のシステム。 - 前記変換器信号の１つと前記基準信号の信号点の値の割合が監視され、前記割合が所定の最大値より小さい場合には前記基準信号が変更される請求項６に記載のシステム。
- Ｉnは前記濾波された変換器信号を表し、前記変更手段は、
の関係によりＩnを決定し、
Ｓnは前記現在の変換器信号であり、Ｉn-1は以前の濾波された変換器信号を表し、βは第１の重み係数であり、
の関係により前記リングダウン基準信号Ｒnを変更し、
Ｒn-1は以前の基準信号である請求項１に記載のシステム。 - 前記リングダウン基準信号を変更し、前記変更基準信号を供給する手段による使用のため、前記変換器信号を監視すると共に組織の動作に対応する重み係数を供給する組織の動作をさらに含んでいる請求項１に記載のシステム。
- Ｉnは前記濾波された変換器信号を表し、前記変更手段は、
の関係によりＩnを決定し、
Ｓnは前記現在の変換器信号であり、Ｉn-1は以前の濾波された変換器信号を表し、ｎ−１の以前の変換器信号の和であり、
の関係により前記リングダウン基準信号Ｒnを変更し、
ｎは和Ｉnに含まれる変換器信号の数である請求項１に記載のシステム。 - Ｒnはｎ変換器信号が合計された後に決定される請求項１０に記載のシステム。
- 超音波信号を伝送すると共にエコー信号を受け取る変換器エレメントが刺激されて超音波信号を伝送した後に振動し続ける時に超音波画像システムで発生するリングダウンアーチファクトを減少させるためのシステムであって、
リングダウン基準信号を供給する手段と、
エコー成分とリングダウン成分とを含む前記変換器エレメントからの前記変換器信号の１つの組織の動作を検出する手段と、
前記リングダウン基準信号を変更し、前記検出した組織の動作を基に変更基準信号を供給する手段と、
前記変更基準信号を前記変換器エレメントからの信号の１つから減じ、実質的にリングダウンアーチファクトのない出力信号を供給する手段と、を備え、
前記組織の動作を検出する手段は、
現在の変換器信号と以前の変換器信号の重み付けの和から重み付け組織の和を生成し、 前記現在の変換器信号と前記以前の変換器信号の重み付けされた差から重み付け組織の差を生成し、
前記重み付け組織の和と前記重み付け組織の差を基に動作の重み付けを決定し、そして、
前記変更手段は前記動作の重み付けを基にして前記基準信号を変更する、システム。 - Ｔn（ｉ，ｊ）は現在のエコーであり、Ｔn-m（ｉ，ｊ）は以前のエコーであり、
前記重み付け組織の和は、
に等しく、
前記重み付け組織の差は、
に等しい請求項１２に記載のシステム。 - 超音波画像システムであって、
超音波信号を送信すると共にそれに応じてエコー信号を受信するための複数のエレメントを有するプローブ体と、
超音波信号が送信された後にエレメントの連続振動から生じるリングダウン成分と前記エコー信号に対応する組織成分とを有するエレメントからの信号を増幅する少なくとも１つの増幅器と、
前記増幅信号をデジタル信号に変換するためのアナログデジタル変換器と、
複数のエレメントからのデジタル信号をリングダウン成分と組織成分の両方を有するビームに変換するビームフォーマーと、
前記ビームのノイズを減少させるためのフィルタと、
リングダウン基準信号を発生すると共に前記基準信号を変更し、前記基準信号と前記濾波されたビームとの重み付けの和からなる変更基準信号を供給するためのリングダウン基準発生器と、
前記変更基準信号を前記ビームの１つから減じ、実質上、リングダウンアーチファクトのない出力信号を供給するための減算器と、
前記出力信号をディスプレイ信号に変換するためのスキャン変換器と、
前記ディスプレイ信号に応答し、視覚画像を供給するためのディスプレイと、を備えたことを特徴とするシステム。 - 前記フィルタは前記ビームの少なくとも１つのグループで平均をとり、前記リングダウン基準発生器は前記基準信号を変更し、前記基準信号と前記ビームの少なくとも１つのグループの前記平均値との重み付けの和に等しくする請求項１４に記載の超音波画像システム。
- 前記ビームのリングダウン領域の組織動作を検出する組織動作検出器をさらに備え、前記リングダウン基準発生器は前記組織動作検出器からの信号に応答し、前記基準信号を変更する請求項１４に記載の超音波画像システム。
- 前記リングダウン基準発生器は、
の関係により濾波されたビームＩnを供給し、
Ｓnは前記現在の変換器信号であり、Ｉn-1は以前の濾波されたビームを表し、βは第１の重み係数であり、
の関係により前記リングダウン基準信号Ｒnを変更し、
Ｒn-1は以前の基準信号であり、Ｙは第２の重み係数である請求項１４に記載の超音波画像システム。 - 前記リングダウン基準発生器は、
の関係により濾波されたビームＩnを供給し、
Ｓnは前記現在の変換器信号であり、Ｉn-1は以前の濾波されたビームを表し、βは第１の重み係数であり、
の関係により前記リングダウン基準信号Ｒnを変更し、
Ｒn-1は以前の基準信号であり、Ｗ１は別の重み係数である請求項１４に記載の超音波画像システム。 - 前記変換器信号の１つと前記基準信号での信号点の値の割合が監視され、前記割合が所定の最大値より小さい場合に前記基準信号が変更される請求項１４に記載の超音波画像システム。
- 前記リングダウン基準発生器は
の関係により濾波されたビームＩnを供給し、
Ｓnは前記現在の変換器信号であり、Ｉn-1は以前の濾波されたビームを表し、βは第１の重み係数であり、
の関係により前記リングダウン基準信号Ｒnを変更し、
Ｒn-1は以前の基準信号である請求項１４に記載の超音波画像システム。
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