JP4942237B2 - 関心領域を画像内に配置する表示方法及びイメージングシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、関心領域が背景画像フレーム上にスーパインポーズ（重ね合わせ表示）されているようなイメージングに関する。具体的には、本発明は、生体組織の超音波イメージングにおいて、セクタ（扇状）形状の背景画像フレームに対して関心領域を調節する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波スキャナは、ピクセルの輝度がエコー反射の強度に基づいている組織の２次元Ｂモード画像を形成する。あるいは、カラー・ドプラ・モードでは、体液（例えば、血液）又は組織の運動をイメージングすることができる。ドプラ効果を用いた心臓及び血管内の血流の測定は周知である。後方散乱した超音波の位相シフトを用いて、組織又は血液から後方散乱体の速度を測定することができる。ドプラ・シフトは、異なる色を用いて表示され、流れの速度及び方向を表わすことができる。あるいは、パワー・ドプラ・イメージングの場合には、戻ったドプラ信号に含まれているパワーが表示される。
【０００３】
従来の超音波イメージング・システムは、１行又はこれよりも多い行を成して配列されており別個の電圧で駆動される超音波トランスデューサ素子のアレイ（配列）を含んでいる。印加電圧の時間遅延（又は位相）及び振幅を選択することにより、所与の行内の個々のトランスデューサ素子を制御して超音波を発生し、これらの超音波を組み合わせて、好ましいベクトル方向に沿って走行していると共にビームに沿って選択された点に集束されている正味の超音波を形成することができる。各回のファイアリング（firing）でのビーム形成パラメータを変化させて、例えば、各々のビームの焦点を前回のビームの焦点に対してシフトさせながら同じ走査線に沿って連続したビームを送信することにより、最大焦点に変化を与えることもできるし、他の場合には、各回のファイアリング毎に受信データの内容を変化させることもできる。方向可変式（steered）アレイの場合には、印加電圧の時間遅延及び振幅を変化させることにより、ビームをその焦点について平面内で移動させて物体を走査することができる。リニア型アレイの場合には、１回のファイアリングから次回のファイアリングにかけてアレイを横断するようにアパーチャを平行移動させることにより、アレイに垂直に指向した集束ビームで物体を横断して走査する。受信モードでトランスデューサ・プローブを用いて反射音を受信する場合にも、同じ原理を適用することができる。受信用のトランスデューサ素子において発生する電圧は、正味の信号が、物体内の単一の焦点から反射した超音波を示すものになるように加算される。送信モードの場合と同様に、この超音波エネルギの集束式受信は、各々の受信用トランスデューサ素子からの信号に別個の時間遅延（及び／又は位相シフト）並びにゲインを付与することにより達成される。
【０００４】
集束した超音波エネルギを一点に送信し、次いで、反射エネルギを時間にわたって受信することにより、単一の走査線（又は局在化された走査線の小群）が取得される。集束した送信エネルギを送信ビームと呼ぶ。送信後の一定時間にわたって、１つ又はこれよりも多い受信ビームフォーマ(beam former) が、位相回転又は位相遅延を動的に変化させながら各々のチャネルによって受信されたエネルギをコヒーレントに加算して、所望の走査線に沿って経過時間に比例したレンジ（距離）におけるピーク感度を形成する。得られる集束した感度パターンを受信ビームと呼ぶ。走査線の分解能は、送信ビーム及び受信ビームの関連する対の指向性の結果となる。
【０００５】
Ｂモード超音波画像は、多数の画像走査線で構成されている。ピクセルの輝度は、走査されている生体組織からのエコー反射の強度に基づく。受信ビームフォーマ・チャネルの出力は、コヒーレントに加算されて、物体の関心領域又は関心空間内の各々のサンプル空間についてそれぞれのピクセル強度値を形成する。これらのピクセル強度値は、対数圧縮され、走査変換された後に、走査されている解剖学的構造のＢモード画像として表示される。
【０００６】
加えて、ドプラ効果に基づいて血流を検出する超音波スキャナが周知である。これらのシステムは、物体内に超音波を送信すると共に物体から後方散乱した超音波エコーを受信するように超音波トランスデューサ・アレイを起動することにより動作する。血流特性の測定においては、戻った超音波を周波数基準と比較し、血球等の流動する散乱体によって反射波に付与された周波数シフトを決定する。この周波数シフト、即ち位相シフトは、血流の速度として解釈される。血液速度は、特定のレンジ・ゲートにおけるファイアリングからファイアリングにかけての位相シフトを測定することにより算出される。
【０００７】
後方散乱後の周波数の変化又はシフトは、血液がトランスデューサに向かって流れているときには増大し、血液がトランスデューサから遠ざかって流れているときには減少する。カラー・フロー画像は、血液等の運動物質の速度のカラー画像を白黒の解剖学的構造のＢモード画像上にスーパインポーズすることにより形成される。典型的には、カラー・フロー・モードは、Ｂモード画像上に同時に重ね合わせられた隣接する何百ものサンプル空間を表示し、各々のサンプル空間が、超音波応答要求呼び掛け（interrogation）の時刻の当該サンプル空間内部の運動物質の速度を表わすように色符号化されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
カラー・ドプラ・イメージングを行う超音波スキャナは、グレイ・スケールＢモード画像内でカラー・ドプラ・データを重ね合わせる区域を設定するＲＯＩ（関心領域）を用いる。ＲＯＩはしばしば、許容可能な音波フレーム・レートを維持するためにＢモード画像よりも小さく設定される。スキャナは、操作者がＢモード画像区域に関してＲＯＩを移動させることを可能にするようにプログラムされている。ストレート・リニア型トランスデューサを用いる場合には、Ｂモード画像区域及びＲＯＩの両方が矩形である。従って、ＲＯＩの深さが変更されても、ＲＯＩの高さ又は幅を自動的に変更する必要はない。しかしながら、カーブド・リニア型又はセクタ型のいずれかのトランスデューサを用いる場合には、スキャナは、操作者がＢモード画像区域に関してＲＯＩを移動させるのに伴ってＲＯＩの寸法を自動的に調節するようにプログラムされる。従来のアルゴリズムによれば、ＲＯＩは典型的には、Ｂモード画像区域の中央又は中央の付近に配置される。操作者がＲＯＩを画像のより深い方へ移動させると、ＲＯＩの高さは不変に保たれ、ＲＯＩの幅が自動的に変更されて、前回の位置においてＲＯＩに含まれていたものと同じ数のベクトルを収容するようにする。ベクトルは、深くなるにつれて発散するので、ＲＯＩ幅は、深さが増すにつれて増大する。あるいは、操作者がＲＯＩを画像の浅い方へ移動させると、同じアルゴリズムを用いて、より狭いＲＯＩが結果として得られる。操作者によって始動されたＲＯＩ位置の変更、及びこの位置変更に応答して行われるＲＯＩ幅の自動的な変更に続いて、操作者は、元のＲＯＩ幅を復元するようにＲＯＩ幅を調節してもよい。後者の調節は、ＲＯＩの深さが増す場合に、結果として得られる音波フレーム・レートが増大するので望ましい。しかしながら、超音波スキャナを動作させるこの従来の方法は、音波フレーム・レートの増大という利点を得るために、ＲＯＩの深さの増大に追随して操作者が更なる調節を行わなければならないという問題点を有している。
【非特許文献】
HSU C ET AL: 'A constraint-based manipulator toolset for editing 3D objects' PROCEEDINGS OF THE FOURTH SYMPOSIUM ON SOLID MODELLING AND APPLICATIONS ATLANTA, GA, MAY, 14-1 6, 1997, pages 168-1 80, XP000724303 ISBN: 0-89791 -946-7
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一面によれば、表示画像は、第１のイメージング・モードを用いて取得された背景領域のデータと、第１のイメージング・モードと異なる第２のイメージング・モードを用いて取得されたＲＯＩのデータとを含んでおり、ＲＯＩは、背景領域によって包囲されていると共にＲＯＩ図形によって境界付けされている。表示されるＲＯＩ図形の位置の深さがシステム操作者によって変更されたとき、ＲＯＩ図形の構成は、従来の方法よりも良好にＲＯＩの幅を維持するように自動的に調節される。結果として、操作者がＲＯＩの深さの変更の後にＲＯＩの幅を修正する必要性が少なくなり、操作者がＲＯＩを画像の深い方へ移動させるときには、より少ないベクトルが用いられ、より高い音波フレーム・レートが達成される。本発明は、超音波イメージング及びその他のイメージング・モダリティに応用することができる。
【００１０】
好ましい実施態様は、超音波イメージングに関わる。好ましい一実施態様によれば、第１のイメージング・モードはＢモードであり、第２のイメージング・モードはカラー・ドプラ・モードである。もう１つの好ましい実施態様では、第１のイメージング・モードはＢモードであり、第２のイメージング・モードはズームＢモードである。更にもう１つの好ましい実施態様では、第１のイメージング・モードは非最適画質Ｂモードであり、第２のイメージング・モードは最適画質Ｂモードである。
【００１１】
深さの変更に応答して行われるＲＯＩの形状の調節は、ＲＯＩの高さ及び底辺幅を実質的に一定に維持するアルゴリズムで超音波スキャナをプログラムすることにより達成される。ＲＯＩの頂辺幅及び各エッジ線の角度のみが、操作者が始動するＲＯＩの深さの変更に応答して自動的に変更される。
【００１２】
最初に、ＲＯＩは典型的には、Ｂモード画像区域の中央又は中央近くに配置される。本アルゴリズムの好ましい実施態様によれば、利用者がＲＯＩを画像の深い方へ移動させる場合に、ＲＯＩの高さ及び底辺幅は変更されない。ＲＯＩの頂辺幅が増大され、ＲＯＩの各エッジ線の角度が、ＲＯＩの各エッジ線がＲＯＩの底辺の範囲内で最も左のベクトル及び最も右のベクトルにそれぞれ平行になるように変更される。あるいは、利用者がＲＯＩを画像の浅い方へ移動させる場合には、やはりＲＯＩの高さ及び底辺幅は不変のままにする。ＲＯＩの頂辺の幅が減少され、ＲＯＩの各エッジ線の角度が、やはりＲＯＩの各エッジ線がＲＯＩの底辺の範囲内で最も左のベクトル及び最も右のベクトルにそれぞれ平行になるように変更される。このアルゴリズムから、従来の方法よりも良好に幅を維持しているＲＯＩが得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１について説明する。超音波イメージング・システムは、別個に駆動される複数のトランスデューサ素子３から成るトランスデューサ・アレイ２を含んでいる。トランスデューサは、送信器２８と、受信器３０とを含んでいるビームフォーマ４に接続されている。送信モードでは、一組の送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２６が、トランスデューサ素子を送信器２８に結合する。各々のトランスデューサ素子３は、送信器２８によって発生されるそれぞれのパルス波形によってエネルギを与えられると、単位バーストの超音波エネルギを発生する。受信モードでは、送受信スイッチ２６は、トランスデューサ素子を受信器３０に結合する。被検体から反射されてトランスデューサ・アレイ２へ戻った超音波エネルギは、各々の受信用トランスデューサ素子３によってアナログ電気信号へ変換され、受信器３０に別個に印加される。送信器及び受信器は、ホスト・コンピュータ（即ち、マスタ・コントローラ）４４の制御下で動作する。１回の完全な走査は一連のエコーを取得することにより行われ、この取得では、送信器２８が瞬間的にＯＮにゲート制御されて送信アパーチャ内の各々のトランスデューサ素子３にエネルギを与え、各々のトランスデューサ素子によって発生される後続のエコー信号が受信器３０に印加される。受信器３０は、アナログのエコー信号をディジタル信号へ変換し、各々のトランスデューサ素子から得られたそれぞれのディジタル信号を合計してビーム加算された単一の信号を形成し、この信号を用いて、表示モニタ１４によって表示される画像の１本の線を形成する。
【００１４】
図３について説明する。送信アパーチャ内の各々のトランスデューサ素子は、それぞれのパルサ４８によって出力されるパルス波形によってパルス駆動され、このパルス駆動は、送信シーケンス・メモリ５４から当該パルサへ出力されるそれぞれの送信シーケンスに応答して行われる。送信波形の周波数及び／又は長さの調節は、送信シーケンス・メモリ５４をプログラムすることにより実現される。各々のパルス波形の周波数及び長さは、それぞれの送信シーケンスによって決定される。例えば、パルサ４８が双極型であるならば、＋１及び−１の要素から成る送信シーケンスを各々のパルサによって反対の位相を有するパルスへ変換する。尚、０の要素は無パルスに相当する。衝撃係数（duty cycle）及びパルス幅は、送信シーケンスにおける連続した＋１又は−１の数に比例する。
【００１５】
ホスト・コンピュータ４４の指令下で、送信器２８は、超音波エネルギが指向性の集束ビームとして送信されるようにトランスデューサ・アレイ２を駆動する。集束を行うためには、送信焦点遅延ブロック５２によってパルサ４８に対してそれぞれの時間遅延を付与する一方、それぞれのパルス振幅は、送信レベル制御ブロック５０によって設定される。パルサは、Ｔ／Ｒスイッチ２６を介してトランスデューサ・アレイ２の各素子へ送信パルスを送る。送信焦点時間遅延を従来の方式で適当に調節することにより、送信焦点ゾーンの位置へ超音波ビームを指向させると共にこの位置で集束させることができる。送信焦点ゾーンの軸方向長さは、送信アパーチャの幅の関数となる。
【００１６】
ホスト・コンピュータ４４は、音波パルスを送信する条件を決定する。この情報によって、送信焦点遅延及び送信レベル制御の各ブロックは、パルサ４８によって発生されるべき送信パルスの各々のタイミング及び振幅をそれぞれ決定する一方、送信パルスの周波数及び長さは、送信シーケンスによって決定される。ホスト・コンピュータは、Ｂモード・イメージング及びカラー・フロー(color flow)・モード・イメージングについて、異なる送信シーケンス、送信焦点遅延及び送信レベルの組を提供することができる。
【００１７】
各回の送信の後に、Ｔ／Ｒスイッチ２６は、走査されている物体から後方散乱した反射エコーを受け取るように受信モードに切り換えられる。これらの反射信号は、受信器３０のそれぞれの受信チャネル５６へ供給される。各々の受信チャネルがアナログ・ディジタル（analog-to-digital）変換器を含んでいる。受信器は、ホスト・コンピュータ４４の指令下で、受信されたＲＦエコー信号に対して適正な受信焦点時間遅延５８を付与することによりエコーを追尾する。ビーム加算器６０が、各回のファイアリング毎にＲＦエコー信号を加算して、特定の送信焦点位置に対応する一連のレンジから反射した全超音波エネルギを正確に指示するエコー信号を形成する。
【００１８】
再び図１を見ると、ベースバンド・イメージング・システムの場合には、ビーム加算された信号は、復調器３２へ出力され、復調器３２は、ビーム加算された信号をベースバンドの同相（Ｉ）データ・ベクトル及び直角位相（Ｑ）データ・ベクトルへ変換する。復調器３２からのＩ及びＱの音波データ・ベクトルは、フィルタ係数メモリ（図示されていない）からフィルタ係数を与えられているＦＩＲフィルタ３４へ出力される。フィルタ係数メモリは、ホスト・コンピュータ４４によってプログラムされている。
【００１９】
フィルタ３４からの音波データ(acoustic data) は、スイッチ（図示されていない）へ送られる。Ｂモードでは、全体の画像フレームの走査時に取得された音波データ・ベクトルが、Ｂモード・プロセッサ６へ出力される。カラー・フロー・モードでは、ＲＯＩの走査時に取得された音波データ・ベクトルが、カラー・フロー・プロセッサ８へ出力される。音波データが背景画像用であるか又はＲＯＩ用であるかに応じて、フィルタ３４の出力は適当なプロセッサへ送られる。
【００２０】
Ｂモードでは、Ｂモード・プロセッサ６は、Ｉ及びＱの音波データのストリームの包絡線を検出（図２の包絡線検波器１６）した後に、それぞれの信号包絡線を対数圧縮（図２の対数圧縮ブロック１８）する。ベースバンド信号の包絡線は、Ｉ及びＱが表わすベクトルの大きさとなる。Ｉ及びＱの位相角は、Ｂモード表示には用いられない。信号の大きさ（即ち、強度）は、直交する各成分の平方和の平方根、即ち、（Ｉ² ＋Ｑ² ）^1/2 となる。
【００２１】
再び図１を見ると、Ｂモード強度データは、スキャン・コンバータ１０内のＢモード音線メモリ３８へ出力される。音線メモリ３８は、背景区域の走査時に取得されたＢモード強度データの処理済ベクトルを受け取り、必要があれば補間する。音線メモリ３８は又、Ｂモード強度データの極座標（Ｒθ）セクタ型フォーマット又はデカルト座標リニア型フォーマットから適当に拡縮されたデカルト座標表示ピクセル強度データへの座標変換を行う。背景画像区域のピクセル強度データは、ＸＹ表示メモリ４０に書き込まれる。
【００２２】
ＸＹ表示メモリ４０に記憶された走査変換後のＢモード画像フレームは、ビデオ・プロセッサ１２へ渡され、ビデオ・プロセッサ１２は、ピクセル強度データをビデオ・フレーム・レートへ変換した後に、ビデオ表示のためにグレイ・スケール・マッピングとしてマッピングする。従来の超音波イメージング・システムは典型的には、グレイ・スケール・レベルを表示するために生の強度データの単純な伝達関数である様々なグレイ・マップを用いている。次いで、グレイ・スケール画像フレームは、表示モニタ１４へ送られて表示される。
【００２３】
グレイ・マッピングの前に、ビデオ・プロセッサ１２内の表示ピクセル強度データの連続したフレームは、先入れ先出し方式でシネ・メモリ４２に記憶される。記憶は連続的であってもよいし、又は外部のトリガ事象の結果として生じてもよい。シネ・メモリ４２は、バックグラウンドで稼働する循環的な画像バッファのようなものであり、画像データを取り込んで、リアル・タイムで利用者に対して表示する。利用者がシステムをフリーズさせる（操作者インタフェイス４６上の適当な装置の操作により）と、利用者は、シネ・メモリに以前に取り込まれている画像データを視認する能力を有するようになる。
【００２４】
システム制御は、ホスト・コンピュータ４４に集中化されており、ホスト・コンピュータ４４は、操作者インタフェイス４６（例えば、制御盤）を介して操作者の入力を受け取って、様々なサブシステムを制御する。ホスト・コンピュータ４４は、システム・レベルの制御作用を実行する。システム制御バス（図示されていない）が、ホスト・コンピュータから各サブシステムへのインタフェイスを提供している。ホスト・コンピュータは好ましくは、様々なサブシステムに対して実時間（音波ベクトル速度）の制御入力を供給する走査制御器（図示されていない）を組み入れている。走査制御器は、ベクトル・シーケンス及び音波フレーム取得の同期の選択肢を用いてホスト・コンピュータのＣＰＵによってプログラムされている。このようにして、走査制御器は、ビーム分布及びビーム密度を制御する。走査制御器は、ホスト・コンピュータのＣＰＵによって定義されたビーム・パラメータを走査制御バス（図示されていない）を介して各サブシステムへ伝達する。代替的には、走査制御器は、ホスト・コンピュータによってプログラムされている独立した専用プロセッサであってもよい。
【００２５】
モニタ１４によって表示されるＢモード画像は、その各々が表示におけるそれぞれのピクセルの強度又は輝度を指示しているデータから成る画像フレームで形成されている。画像フレームは、各々の表示ピクセル強度データが、ピクセル輝度を指示する８ビットの２進数であるような、例えば、２５６×２５６のデータの配列を含み得る。各々のピクセルは、呼び掛け用超音波パルスに応答したそれぞれのサンプル空間の後方散乱体断面積と、用いられているグレイ・マップとの関数である強度値を有している。表示画像は、イメージングされている物体を貫通する走査平面内での組織及び／又は血流を表わしている。
【００２６】
カラー・フロー・モードでは、カラー・フロー・プロセッサ８が、Ｉ及びＱの音波データのストリームを速度又はパワーのカラー・フロー推定値へ変換する。音波エネルギを与える（insonifying）ビームと流れの軸との間の角度をθとすると、速度ベクトルの大きさは、次の標準的なドプラ方程式によって決定することができる。
【００２７】
ｖ＝ｃｆ_d／（２ｆ₀ｃｏｓθ） （１）
ここで、ｃは血中での音速であり、ｆ₀は送信周波数であり、ｆ_dは後方散乱した超音波における動きに誘起されたドプラ周波数シフトである。
【００２８】
１つの従来の超音波イメージング・システムでは、超音波トランスデューサ・アレイ２が起動されて、同一の送信特性で同一の送信焦点位置に集束している一連のマルチ・サイクル（典型的には４サイクル〜８サイクル）の波形を送信する。これらの波形は、一定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）でファイアリングされる。同一の送信焦点位置に集束した一連の送信ファイアリングを「パケット（packet）」と呼ぶ。各々の送信ビームは、走査されている物体を通じて伝播し、血球等の超音波散乱体によって反射される。反射信号は、トランスデューサ・アレイの各素子によって検出された後に、受信器３０によって受信ビームとして形成される。この処理が、操作者インタフェイス４６を介してシステム操作者によって選択されたＲＯＩ内の多数の点について繰り返される。
【００２９】
従来のカラー・ファイアリング・シーケンスは、同一の送信焦点位置に集束した一連のファイアリングであり、これらのファイアリングは、それぞれの受信信号
Ｆ₁Ｆ₂Ｆ₃Ｆ₄...Ｆ_M
を形成する。ここで、Ｆ_i は、ｉ番目のファイアリングについての受信信号であり、Ｍはパケット内のファイアリングの数である。次いで、これらの受信信号は、カラー・フロー・プロセッサ８へ送られる。図２を見ると、典型的なカラー・フロー・プロセッサ８は、コーナ・ターナ・メモリ（corner turner memory）２０と、Ｉ成分及びＱ成分のそれぞれのためのウォール・フィルタ２２と、パラメータ推定器２４とを含んでいる。Ｉ成分及びＱ成分は、コーナ・ターナ・メモリ２０にロードされ、コーナ・ターナ・メモリ２０の目的は、インタリーブされている可能性のあるファイアリングからのデータをバッファリング（buffer）して、これらのデータを所与のレンジ・セルにおいて複数のファイアリングに跨がる点から成るベクトルとして出力することにある。データは、「高速」で、即ち、各回のファイアリング毎に（ベクトルに沿って）レンジを下降する（ダウン・レンジ）順で受信されている。結果として得られる「低速」のＩ信号及びＱ信号のサンプルは、それぞれのウォール・フィルタ２２を通される。典型的なシステムでは、各々のウォール・フィルタは、各回のファイアリングに跨がる各々のダウン・レンジ位置に適用される、即ち、「低速」で適用される高域通過フィルタである。（１，−１）のウォール・フィルタという最も単純な例では、各々のレンジ点がフィルタ処理されて、次のようなそれぞれの差信号
（Ｆ₁−Ｆ₂）（Ｆ₂−Ｆ₃）（Ｆ₃−Ｆ₄）...（Ｆ_M-1−Ｆ_M）
を発生し、これらの差がカラー・フロー・パラメータ推定器２４に入力される。
【００３０】
ウォール(wall)・フィルタの目的は、関心のある血流の周りの組織によって発生された信号成分を除去することにある。これらの信号成分が除去されなければ、得られる速度推定値は、血流からの速度と周囲の組織の速度との組み合わせとなる。組織からの後方散乱体成分は、血液からの後方散乱体成分よりも何倍も大きいので、速度推定値は、血流よりも組織をより多く表わすものとなりかねない。流速を得るためには、組織信号はフィルタ除去しなければならない。
【００３１】
ウォール・フィルタで処理された出力は、パラメータ推定器２４へ供給され、パラメータ推定器２４は、レンジ・セルの情報を中間自己相関パラメータＮ、Ｄ及びＲ（０）へ変換する。Ｎ及びＤは、次に示すように、自己相関方程式の分子と分母である。
【００３２】
【数１】

【００３３】
ここで、Ｉ_i 及びＱ_i はファイアリングｉについての入力データであり、Ｍはパケット内のファイアリングの数である。Ｒ（０）は、あるパケットにおけるファイアリングの数の全体にわたる有限の加算として近似することができ、次のようになる。
【００３４】
【数２】

【００３５】
Ｒ（０）は、反射した超音波エコーのパワーを指示している。
【００３６】
パラメータ推定器２４のプロセッサは、Ｎ及びＤを各々のレンジ・セル毎に振幅及び位相へ変換する。用いられる式は、次の通りである。
【００３７】
｜Ｒ（Ｔ）｜＝（Ｎ²＋Ｄ²）^1/2 （５）
φ（Ｒ（Ｔ））＝ｔａｎ^-1（Ｎ／Ｄ） （６）
パラメータ推定器２４は、これらの振幅値及び位相値を処理して、パワー、速度及び乱れ（turbulence）の推定値とする。位相は、後に示すように、速度に比例した平均ドプラ周波数を算出するのに用いられ、Ｒ（０）及び｜Ｒ（Ｔ）｜（振幅）は、乱れを推定するのに用いられる。
【００３８】
平均ドプラ周波数は、Ｎ及びＤの位相、並びにパルス繰り返し時間Ｔから得られる。
【００３９】
【数３】

【００４０】
平均速度は、次のドプラ・シフト方程式を用いて算出される。
【００４１】
【数４】

【００４２】
尚、パラメータ推定器２４は、平均ドプラ周波数を中間出力として算出するわけではなく、ルックアップ・テーブルを用いてプロセッサの位相出力から直接的に
【００４３】
【外１】

【００４４】
い）を用いて、走査変換の前に圧縮される。
【００４５】
カラー・フロー推定値（即ち、パワー又は速度）は、スキャン・コンバータ１０のカラー・フロー音線(acoustic line) メモリ３６へ送られ、スキャン・コンバータ１０は、カラー画像をビデオ表示用のＸＹフォーマットへ変換し、変換後の画像をＸＹ表示メモリ４０に記憶する。次いで、走査変換後のカラー画像は、ビデオ・プロセッサ１２へ渡され、ビデオ・プロセッサ１２は、ビデオ・データをビデオ表示用の表示カラー・マップへマッピングする。次いで、カラー・フロー画像データは、ビデオ・モニタ１４へ送られて、Ｂモード画像データ上にスーパインポーズされているＲＯＩ内に表示される。
【００４６】
図４について説明する。表示時に、ＲＯＩ図形６４がＢモード画像区域６２上にスーパインポーズされている。このＲＯＩ図形の周辺の内部では、カラー・フロー・データがＢモード・データ上にスーパインポーズされている。図４に、ＲＯＩ図形の既定位置を示す。既定位置のＲＯＩ図形６４を表わす表示データは、ホスト・コンピュータ４４によって形成され、スキャン・コンバータ１０の図形表示メモリ４１に記憶されている。代替的には、図形データは、ホスト・コンピュータと通信する専用の図形プロセッサによって形成されていてもよい。ＲＯＩ図形データは、図形表示メモリ４１からビデオ・プロセッサ１２へ出力されて連続表示され、即ち、各々の連続した画像フレームのカラー・フロー・データ及びＢモード・データが表示されているのと同時に、不変のＲＯＩが表示されて、Ｂモード・データ上にスーパインポーズされているカラー・フロー・データの境界を画定する。
【００４７】
本発明の好ましい実施態様によれば、ＲＯＩの幅及び高さは、操作者インタフェイス４６上のそれぞれの制御つまみの操作によって調節することができる。ＲＯＩの位置は、第３の制御つまみの操作によって変更することができる。代替的には、ＲＯＩの位置及び寸法を他の任意の標準的なユーザ・インタフェイス装置（例えば、トラックボール）を介して調節してもよい。
【００４８】
ＲＯＩの寸法及び位置に応じて、カラー・フロー・モードにおいて、ホスト・コンピュータ４４は、送信器２８及び受信器３０に対して所要のビーム・パラメータを供給する。ＲＯＩイメージング・パラメータは、送信波形、送信焦点ゾーンの数、ベクトル間隔、フィルタ係数及びフレーム・レートを含めてすべて、背景のＢモード画像のパラメータとは独立である。
【００４９】
従来のシステムでは、ＲＯＩ６４の既定位置は典型的には、図４に示すように、Ｂモード画像区域６２の中央又は中央近くに位置する。公知のアルゴリズムによれば、ＲＯＩが操作者によって移動されるのに伴って、システムは、ＲＯＩを自動的に再構成して、ＲＯＩ内のベクトルの数を一定に維持する。操作者がＲＯＩを画像の深い方へ移動させると、ＲＯＩの高さは不変に留まり、ＲＯＩの幅が自動的に変更されて、前回のＲＯＩの位置でＲＯＩに含まれていたものと同じ数のベクトルを収容するようにし、これにより、音波フレーム・レートを一定に維持する。このようなより深いＲＯＩを図５の参照番号６６に示す。ベクトルは深くなるにつれて発散するので、図５のＲＯＩ６６の幅は、図４のＲＯＩ６４の幅よりも広い。操作者がＲＯＩを画像の浅い方へ移動させると、同じアルゴリズムによって、より狭いＲＯＩが形成される。このようなより狭いＲＯＩを図６の参照番号６８に示す。操作者によって始動されたＲＯＩ位置の変更、及びこの位置変更に応答して行われるＲＯＩ幅の自動的な変更に続いて、操作者は、元のＲＯＩ幅を復元するようにＲＯＩ幅を調節することもできる。
【００５０】
以上に述べた従来のアルゴリズムに対して、本発明で用いられるアルゴリズムは、位置変更時にＲＯＩ内のベクトルの数を一定に維持しようとしない。その代わりに、好ましい実施例によるアルゴリズムは、操作者が始動したＲＯＩ位置の変更時に、ＲＯＩの高さ及び底辺幅を一定に維持する。位置変更に応答して、ＲＯＩの頂辺幅のみが自動的に変更される。例えば、利用者がＲＯＩを画像の深い方へ（例えば、図４に示す既定位置から図７に示す位置へ）移動させると、ＲＯＩの高さ及び底辺幅は変更されず、即ち、図７のＲＯＩ７０の高さ及び底辺幅は、図４のＲＯＩ６４の高さ及び底辺幅とそれぞれ同じになる。しかしながら、ＲＯＩ７０の頂辺での幅が増大され、ＲＯＩ７０の各エッジの角度が、ＲＯＩの各エッジがＲＯＩ７０の底辺領域の範囲内でカラー・フロー・データの最も左のベクトル及び最も右のベクトルにそれぞれ平行になるように変更される。あるいは、利用者がＲＯＩを画像の浅い方へ移動させると、やはりＲＯＩの高さ及びＲＯＩの底辺幅は変更されない。図８に示すように、ＲＯＩ７２の頂辺幅が、図４のＲＯＩ６４の頂辺幅に対して減少し、ＲＯＩ７２の各エッジの角度が、この場合にも、ＲＯＩの各エッジがＲＯＩ７０の底辺領域の範囲内でカラー・フロー・データの最も左のベクトル及び最も右のベクトルにそれぞれ平行になるように変更される。
【００５１】
好ましい一実施例によれば、第１のイメージング・モードはＢモードであり、第２のイメージング・モードはカラー・ドプラ・モードである。もう１つの好ましい実施例では、第１のイメージング・モードはＢモードであり、第２のイメージング・モードはズームＢモードである。更にもう１つの好ましい実施例では、第１のイメージング・モードは非最適画質Ｂモードであり、第２のイメージング・モードは最適画質Ｂモードである。
【００５２】
各々の好ましい実施例において、ＲＯＩの形状は、ＲＯＩ深さの変更に応答して自動的に調節される。ＲＯＩ、及びＲＯＩが配置されている画像フレームの両方が、円環の部分区画（セクタ）の形状を有しており、即ち、頂辺弧及び底辺弧がそれぞれの端部において左のエッジ線及び右のエッジ線によって接続されており、ＲＯＩ及び画像フレームの両方の弧が、共通の曲率中心を有しており、この曲率中心において各エッジ線の投影が交わる。この共通の曲率中心を、ここでは「画像フレームの頂点」と呼ぶものとする。好ましい実施例では、ＲＯＩの高さ及び幅は、ＲＯＩの深さが変更されても変更されない。高さは、ＲＯＩの底辺弧の中点から頂辺弧の中点までの距離であり、幅は、ＲＯＩの底辺弧の中点からＲＯＩの一方のエッジ線の投影が底辺弧の中点の接線と交わる点までの距離である。ホスト・コンピュータ又は専用の図形プロセッサ（図示されていない）は、画像フレームの頂点から底辺弧の中点までの中線と、一方のエッジ線から画像フレームの頂点へ投射される線との間に内包される角度を算出する。この角度、２分の１幅、及び底辺弧の中点から画像フレーム頂点までの距離に基づいて、コンピュータ又は図形プロセッサは、ＲＯＩの一方のエッジ線を表わす図形データで埋められるべき表示モニタ上のピクセルの座標を決定する。ＲＯＩの他方のエッジ線を表わす図形データで埋められるべき表示モニタ上のピクセルの座標を決定するためには、類似の計算が行われる。又、ＲＯＩの頂辺弧及び底辺弧を表わす図形データで埋められるべき表示モニタ上のピクセルの座標も決定される。次いで、コンピュータ又は図形プロセッサは、ＲＯＩ図形を表わすデータを図形表示メモリ内の決定されたピクセル座標に対応する番地へ入力する。
【００５３】
カラー・フロー・データがＢモード・データの画像フレーム上のＲＯＩにスーパインポーズされるといった好ましい実施例では、操作者が始動したＲＯＩ深さの変更に応答して新たなＲＯＩの境界が決定された後に、ホスト・コンピュータ４４（図１を参照）は、カラー・フロー・モードに用いる新たなビーム・パラメータを送信用ビームフォーマ２８及び受信用ビームフォーマ３０へ伝達する。これらのビーム・パラメータは、カラー・フロー・データの取得を画像フレーム上のＲＯＩに実質的に対応する走査平面内の領域に限定する。同じ動作原理は、他の好ましい実施例にも当てはまり、即ち、システム・コンピュータは、第１のイメージング・モードでは走査平面の領域内のデータを取得する第１のビーム・パラメータの組を伝達すると共に、第２のイメージング・モードでは走査平面のＲＯＩに対応する領域の部分でのみデータを取得する第２のビーム・パラメータの組を伝達する。
【００５４】
本発明の好ましい実施例によれば、アルゴリズムの開始時に、ホスト・コンピュータは、ＲＯＩの初期位置を画定する２つのパラメータをホスト・コンピュータのメモリに記憶している。図９を見ると、第１のパラメータは深さｄ₁で、画像頂点ＡからＲＯＩ７４の底辺の中心Ｂまでの距離であり、第２のパラメータは、角度α₁で、線分ＡＢと、ＲＯＩ７４の左側のエッジと同一直線上にある線分ＡＣとの間の角度である。次いで、ｄ₁ 及びα₁ から、ＲＯＩ７４の２分の１幅ｗ₁ （図９の線ＢＣ）を次のようにして算出することができる。
【００５５】
ｗ₁＝ｄ₁ｔａｎα₁ （９）
ここで、線分ＡＢと線分ＢＣとの間の角度は直角である。この好ましい実施例によれば、利用者がＲＯＩの高さ又は底辺幅のいずれも変更しないでＲＯＩを図１０に示す位置まで移動させると、ホスト・コンピュータは先ず、新たな深さｄ₂ 、即ち、画像頂点Ａから新たなＲＯＩ７６の中心Ｂ′までの距離を直接指示する移動量を決定する。新たなＲＯＩ７６の２分の１幅ｗ₂ （線分Ｂ′Ｃ′）は、古いＲＯＩ７４の２分の１幅ｗ₁ に等しく設定され、ここで、線分ＡＢ′と線分Ｂ′Ｃ′との間の角度はやはり直角である。ｄ₂ 及びｗ₂ の両方が既知であるので、次いで、ホスト・コンピュータは、線分ＡＢ′と線分ＡＣ′との間の新たな角度α₂ を次のようにして算出する。
【００５６】
α₂＝ｔａｎ^-1（ｗ₂／ｄ₂） （１０）
この角度は、ＲＯＩ７６の左側のエッジの配向を画定している。ＲＯＩの他の二半部についても同じ計算を行うことができ、これにより、ＲＯＩ７６の右側のエッジの配向を画定する。
【００５７】
上述のアルゴリズムによれば、ホスト・コンピュータは又、ＲＯＩ７６の底辺弧の中点（図１０の点Ｂ′）のピクセル座標を利用者によるＲＯＩの配置の関数として算出するようにプログラムされている。ＲＯＩ７６の高さ及び幅も又、既に既知であり、即ち、高さ及び幅は図９に示すＲＯＩ７４のものと同じである。ＲＯＩ７６の左側のエッジと中心線（線分ＡＢ′）との間の角度を算出し、ＲＯＩの高さ及び幅並びに底辺の中点のピクセル座標と組み合わせることにより、ホスト・コンピュータは、ＲＯＩ７６の左側のエッジのピクセル座標を算出することができる。同様に、ホスト・コンピュータは、ＲＯＩ７６の右側のエッジのピクセル座標を算出する。ＲＯＩの底辺のピクセル座標は、Ｂ′及び半径ｄ₂ （線分ＡＢ′）のピクセル座標に部分的に基づいて算出することができる一方、ＲＯＩの頂辺のピクセル座標は、ピクセル座標Ｂ′及び半径（ｄ₂ −ｈ）に部分的に基づいて算出することができ、ここで、ｈはＲＯＩの高さである。ホスト・コンピュータは、ＲＯＩ７６を表わすピクセル座標の組に対応する図形表示メモリ４１内の番地に図形データを出力する。ＲＯＩピクセル座標の計算は、ＲＯＩの位置の変更を操作者が入力するのに応答して瞬時に実行されることが理解されよう。
【００５８】
もう１つの好ましい実施例によれば、第１のイメージング・モードは非最適画質Ｂモードであり、第２のイメージング・モードは最適画質Ｂモードである。この実施例では、ＲＯＩ内での最適画質は、背景領域の画像データを取得するのに用いたイメージング・パラメータの組と異なるイメージング・パラメータの組を用いることにより達成される。背景領域のものに対して異なるＲＯＩのイメージング・パラメータは、例えば、異なる（例えば、より短い）送信波形、単位深さ当たりより多い送信焦点ゾーンの数、異なる送信及び／又は受信アパーチャ、受信帯域通過フィルタの異なる中心周波数（主調波及び／又は高（低）調波）、並びにより高いベクトル密度（即ち、より小さいベクトル間隔）を含み得る。最適イメージングはＲＯＩに制限されているので、ＲＯＩの寸法によるがＲＯＩ内では高フレーム・レートが依然として可能である。背景画像（ＲＯＩの外部）は、分解能及び／又はフレーム・レートに関して、何らかの最低限の許容可能なレベルに又はこのレベルよりも高くに維持されるべきである。
【００５９】
好ましい実施例を参照して本発明を記載したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を行うと共に本発明の要素を均等構成で置き換え得ることが理解されよう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに本発明の教示に具体的な状況を適合させる多くの改変を行うことができる。例えば、ＲＯＩ調節作用は、超音波イメージング・システムにおいて実現されるものと限定されているわけではなく、カーブドリニア型又はセクタ型トランスデューサ・アレイを用いる任意のフェーズド・アレイ・イメージング・システムにおいて実現されることもできる。加えて、計算は、ホスト・コンピュータによる代わりに専用の図形プロセッサによって行うこともできる。又、２分の１幅は必ずしも、底辺弧の中点をエッジ線の投影と接続する線分に沿った距離として計算されなくてもよい。例えば、代替的に、２分の１幅を底辺弧の各端点を接続する線分に沿った距離の２分の１として算出することもできよう。どの計算法を用いるかに拘わらず、２分の１幅は、ＲＯＩ深さの変更に応答して一定に保たれる。従って、本発明は、本発明を実行するために想到される最良の態様として開示された特定の実施例に限定されているわけではなく、特許請求の範囲内に含まれるすべての実施態様を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み込むことのできる超音波イメージング・システムの一形式について、Ｂモード信号処理系及びカラー・フロー・モード信号処理系を示すブロック図である。
【図２】図１に示すシステムの更なる構成要素を示すブロック図である。
【図３】図２の送信器及び受信器を更に詳細に示すブロック図である。
【図４】従来の手法に従ってＲＯＩ画像が既定位置で背景画像区域上にスーパインポーズされている場合のセクタ走査を示す概略図である。
【図５】図４のＲＯＩ画像が背景画像区域の底辺へ移動されて従来のアルゴリズムに従って調節された場合のセクタ走査を示す概略図である。
【図６】図４のＲＯＩ画像が背景画像区域の頂辺へ移動されて従来のアルゴリズムに従って調節された場合のセクタ走査を示す概略図である。
【図７】図４のＲＯＩ画像が背景画像区域の底辺へ移動されて好ましい実施例のアルゴリズムに従って調節された場合のセクタ走査を示す概略図である。
【図８】図４のＲＯＩ画像が背景画像区域の頂辺へ移動されて好ましい実施例のアルゴリズムに従って調節された場合のセクタ走査を示す概略図である。
【図９】好ましい実施例のアルゴリズムに従って当初の位置でのＲＯＩの２分の１幅を算出するのに用いられる幾何を示す概略図である。
【図１０】好ましい実施例のアルゴリズムに従って最終の位置でのＲＯＩの２分の１幅を算出するのに用いられる幾何を示す概略図である。
【符号の説明】
２ トランスデューサ・アレイ
３ トランスデューサ素子
４ ビームフォーマ
６ Ｂモード・プロセッサ
８ カラー・フロー・プロセッサ
１０ スキャン・コンバータ
１２ ビデオ・プロセッサ
１４ 表示モニタ
１６ 包絡線検波器
１８ 対数圧縮
２０ コーナ・ターナ・メモリ
２２ ウォール・フィルタ
２４ パラメータ推定器
２６ 送受信スイッチ
２８ 送信器
３０ 受信器
３２ 復調器
３４ ＦＩＲフィルタ
３６ カラー・フロー音線メモリ
３８ Ｂモード音線メモリ
４０ ＸＹ表示メモリ
４１ 図形表示メモリ
４２ シネ・メモリ
４４ ホスト・コンピュータ
４６ 操作者インタフェイス
４８ パルサ
５０ 送信レベル制御
５２ 送信焦点遅延
５４ 送信シーケンス・メモリ
５６ 受信チャネル
５８ 受信集束時間遅延
６０ ビーム加算器
６２ Ｂモード画像区域
６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６ ＲＯＩ図形

Claims (9)

1. 関心領域の図形を表示する方法において、
   基準点を有する画像フレーム（６２）を表示する画像フレーム表示工程と、
   底辺幅と、頂辺幅と、高さと、第１のエッジ線の投影と第２のエッジ線の投影とがなす角度とを有する関心領域の図形（６４，６６，７０，７２，７４）を、前記画像フレーム（６２）上の、前記基準点に対して決定された深さ位置に表示する関心領域図形表示工程と、
   前記関心領域（６４，６６，７０，７２，７４）の前記深さを変更する深さ変更工程と、
   前記関心領域（６４，６６，７０，７２，７４）の図形の前記高さと前記底辺幅を実質的に不変に維持しながら、前記関心領域図形の前記頂辺幅と前記角度とを前記深さの変更の関数として変更する頂辺幅・角度変更工程と、
   を備え、
   前記第１のエッジ線が変更後の底辺幅の範囲内で前記基準点から延びる最も左のベクトルに平行となる角度に変更され、
   前記第２のエッジ線が前記変更後の底辺幅の範囲内で前記基準点から延びる最も右のベクトルに平行となる角度に変更されることを特徴とする関心領域図形の表示方法。
2. 前記頂辺幅は深さの増大に応答して増大し、且つ深さの減少に応答して減少することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記関心領域図形（６４，６６，７０，７２，７４）は、前記第１及び第２のエッジ線によりそれぞれの端点で接続されている第１及び第２の弧を含み、該第１及び第２の弧は共通の曲率中心を前記基準点の位置に有しており、前記各エッジ線の前記各投影は前記基準点で交わることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記頂辺幅・角度変更工程は、
   前記底辺幅の２分の１幅を決定する工程と、
   前記第１のエッジ線と、前記基準点及び前記第２の弧の中点を接続する中線との間に内包される角度を前記２分の１幅及び前記深さの関数として決定する工程、
   とを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記関心領域図形（６４，６６，７０，７２，７４）の内部に位置する前記画像フレームの第１の一部分上に表示されるイメージング・データを第１のイメージング・モードで取得する第１イメージングデータ取得工程と、
   少なくとも前記関心領域図形（６４，６６，７０，７２，７４）の外部に位置する前記画像フレームの少なくとも１つの第２の一部分上に表示されるイメージング・データを第２のイメージング・モードで取得する第２イメージングデータ取得工程と、
   を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記第１イメージングデータ取得工程は、前記画像フレームの前記第２の一部分に対応する走査平面の第１の領域に対して、超音波エネルギビームによる呼び掛けを行う第１スキャン工程を含んでおり、
   前記第２イメージングデータ取得工程は、前記少なくとも１つの第２の一部分に対応する前記走査平面の第２の領域に対して、超音波エネルギビームによる呼び掛けを行う第２スキャン工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記第１と第２のスキャン工程の各々が、
   被検体内部に超音波エネルギのビームを送信する工程と、
   各回の送信に続いて前記被検体内部から戻った超音波エネルギを検出する工程、
   とを含むことを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
8. 前記関心領域図形（６４，６６，７０，７２，７４）の深さを変更する前記深さ変更工程は、操作者インタフェイスの入力装置を操作する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 表示サブシステム（１２，１４）と、
   基準点を有する画像フレームを表示するように前記表示サブシステムを制御する画像フレーム表示制御手段と、
   底辺幅と、頂辺幅と、高さと、第１のエッジ線の投影と第２のエッジ線の投影とがなす角度とを有する関心領域の図形（６４，６６，７０，７２，７４）を、前記画像フレーム（６２）上の前記基準点に対して決定されたある深さ位置に表示するように、前記表示サブシステムを制御する関心領域表示制御手段と、
   前記関心領域の前記深さを変更する深さ変更手段（４６）と、
   前記関心領域図形の前記高さと前記底辺幅とを実質的に不変に維持しながら、前記関心領域図形の前記頂辺幅と前記角度とを前記深さの変更の関数として変更する頂辺幅・角度変更手段と、
   を備え、
   前記第１のエッジ線が変更後の底辺幅の範囲内で最も左のベクトルに平行となる角度に変更され、
   前記第２のエッジ線が前記変更後の底辺幅の範囲内で最も右のベクトルに平行となる角度に変更されることを特徴とするイメージング・システム。

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