JP5069022B2 - Method and system for accurate time delay estimation for use in ultrasound imaging - Google Patents

Method and system for accurate time delay estimation for use in ultrasound imaging Download PDF

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Description

本発明は、全般的には撮像システムに関し、またより具体的には超音波撮像システムにおいて時間遅延を推定し補正するための方法及びシステムに関する。   The present invention relates generally to imaging systems, and more specifically to a method and system for estimating and correcting time delays in an ultrasound imaging system.

超音波システムは、1組の波形を撮像対象内に送信するため並びに反射した1組の超音波信号を受信するために使用されるトランスジューサ素子のアレイを備える。所望の方向及び深度で所望の形状を有するように正味の送信波形を集束させるために、各波形は相対的時間遅延を伴って送出される。同様に、受信した各信号は、所望の方向及び深度に関する所望の形状を有する反射エネルギーに対するシステムの応答が最大化されるように個々に遅延させている。この遅延させた受信信号は加算かつ処理されて、撮像対象の画像が作成されて表示される。   The ultrasound system comprises an array of transducer elements that are used to transmit a set of waveforms into the object to be imaged and to receive a reflected set of ultrasound signals. Each waveform is delivered with a relative time delay to focus the net transmit waveform to have the desired shape at the desired direction and depth. Similarly, each received signal is individually delayed so that the response of the system to reflected energy having the desired shape for the desired direction and depth is maximized. The delayed received signals are added and processed to create and display an image to be imaged.

この送信及び受信時間遅延(一括して、ビーム形成時間遅延と呼ぶ)は典型的には、既知の一定速度で音波が身体を通過して伝播することを前提として計算される。この前提が成り立たないと、送信及び受信の集束が劣化すると共に画像分解能及びコントラストの低下が生じることになる。   This transmission and reception time delay (collectively referred to as beamforming time delay) is typically calculated on the assumption that sound waves propagate through the body at a known constant velocity. If this assumption is not satisfied, the convergence of transmission and reception will be degraded, and image resolution and contrast will be reduced.

画質の低下を小さくするための一方法は、受信信号の相対的時間遅延の計測値に基づいてビーム形成時間遅延を調整することである。これらの相対的時間遅延は、受信ビーム形成遅延を適用した後に計測すると好都合である。既知で一定の音速の前提が正しければ、遅延させた受信信号は時間的な整列がよくなる、すなわち到着時間誤差が小さくなる。この前提が正しくない場合、遅延させた受信信号の時間的な整列が悪くなる、すなわち到着時間誤差が大きくなる。到着時間誤差に対してビーム形成遅延を補正することによってその集束が改善されると共に、画像分解能及びコントラストが向上することになる。到着時間遅延誤差は、当技術分野でよく知られている幾つかの方法のうちの1つを用いて推定することができる。   One way to reduce the degradation in image quality is to adjust the beamforming time delay based on a measure of the relative time delay of the received signal. These relative time delays are conveniently measured after applying the receive beamforming delay. If the known and constant sound speed assumption is correct, the delayed received signals will be better aligned in time, i.e. the arrival time error will be smaller. If this assumption is not correct, the time alignment of the delayed received signals is deteriorated, that is, the arrival time error is increased. Correcting the beamforming delay for the arrival time error improves its focusing and improves image resolution and contrast. The arrival time delay error can be estimated using one of several methods well known in the art.

医用超音波撮像では、到着時間誤差の推定は高速、正確かつ確実でなければならない。さらに、推定ハードウェアの実現に要する追加的コストを最小限にすることが極めて望ましい。本明細書で使用する場合、到着時間誤差は2つの信号間の差と規定される。この到着時間誤差を処理して時間遅延補正値を取得し、次いでこれを適用してビーム形成時間遅延が補正される。   In medical ultrasound imaging, estimation of arrival time errors must be fast, accurate and reliable. Furthermore, it is highly desirable to minimize the additional cost required to implement the estimated hardware. As used herein, arrival time error is defined as the difference between two signals. This arrival time error is processed to obtain a time delay correction value which is then applied to correct the beamforming time delay.

ビーム形成時間遅延は迅速に更新する必要があるため推定は高速であることが望ましい。というのは要求される補正値は撮像対象を基準としてトランスジューサが移動するに連れて変動するためである(この患者の上でのトランスジューサの動きは、オペレータが通常の走査手順の一部として行うことも、オペレータの手の若干の動きあるいは患者の動きや呼吸のためであることもある)。   It is desirable that the estimation be fast because the beamforming time delay needs to be updated quickly. This is because the required correction value varies as the transducer moves relative to the imaged object (transducer movement over this patient must be performed by the operator as part of the normal scanning procedure). Or may be due to slight movement of the operator's hand or patient movement or breathing).

画像分解能及びコントラストを向上させるため、並びに正しくない時間遅延補正値を用いたビーム形成時間遅延調整による画像の望ましくない劣化を回避するために、推定は正確であることが望ましい。到着時間誤差の推定値は幾つかの理由から不正確となることがある。例えば、複素相関和の位相を用いて到着時間誤差推定値を計算すると、この相関和に寄与する信号の相関が良くないことや、あるいはトランスジューサ内のある素子が故障してその出力信号が異常に雑音性であることがあり得る。あるトランスジューサ素子は、肋骨などの音響不透明性の障害物によって撮像対象からその素子が隠蔽されるために雑音性信号を発生させ、これによって到着時間誤差推定値の不正確さを生じさせることがある。時間遅延補正値を決定するためにこうした信頼できないすなわち雑音性の位相推定値の使用を許容することは望ましくない。というのは、こうした不正確な値によるビーム形成成績の劣化が、これより正確な値を用いた補正の恩恵を凌ぐことがあり得るためである。   In order to improve image resolution and contrast and to avoid undesired degradation of the image due to beamforming time delay adjustment using incorrect time delay correction values, it is desirable that the estimation be accurate. The estimated arrival time error may be inaccurate for several reasons. For example, if the arrival time error estimate is calculated using the phase of the complex correlation sum, the correlation of the signal contributing to this correlation sum is not good, or an element in the transducer fails and its output signal becomes abnormal It can be noisy. Some transducer elements can generate a noisy signal because they are concealed from the object being imaged by acoustically opaque obstacles such as ribs, which can cause inaccuracies in arrival time error estimates. . It would be undesirable to allow the use of such unreliable or noisy phase estimates to determine time delay correction values. This is because the degradation of beamforming performance due to such inaccurate values can outweigh the benefits of correction using more accurate values.

さらに、到着時間誤差推定値のこうした誤差によって画像内にアーチファクトが導入されることがあり、これが正しくない診断や検査時間の延長につながる可能性がある。オペレータの大多数が時間遅延補正機能をルーチンで使用し、これにより画像分解能及びコントラストの向上の恩恵を得るためには、このアーチファクト発生率を十分に小さくしなければならない。   In addition, these errors in arrival time error estimates may introduce artifacts in the image, which can lead to incorrect diagnosis and prolonged examination times. In order for the majority of operators to use the time delay correction function routinely, thereby benefiting from improved image resolution and contrast, this artifact rate must be sufficiently small.

多くの用途では、人体の肋骨の間で(肋間によって)撮像する必要があるが、この撮像は(特に、所望の撮像走査面がそのトランスジューサを肋骨の全体的方向と垂直の向きに向けるように要求する場合に)トランスジューサの一部からの超音波の送信及び受信が肋骨によって阻止される可能性があるために困難となる可能性がある。さらに、肋骨に関連するシート状の筋肉は厚さ及び向きが不規則であり、これによってトランスジューサの位置において到着時間誤差が生じる。より正確な診断を可能にするためには、肋間性に撮像しながら高品質画像を作成することが望ましい。
米国特許第5388461号(対応日本公表特許公報H08−507951) 米国特許第5570691号(対応日本公表特許公報H10−507101) 米国早期公開特許2006−0004287号(対応日本公開特許公報2006−015138) Xu et al. Time Delay Estimation Using Wavelet Transform for Pulsed-Wave Ultrasound. Annals of Biomedical Engineering. 23: p. 612-621. 1995.
In many applications, it is necessary to image between the ribs of the human body (by the ribs), but this imaging (especially so that the desired imaging scan plane points the transducer in a direction perpendicular to the overall direction of the ribs). Transmission and reception of ultrasound from a portion of the transducer (if required) can be difficult because the ribs can be blocked. Furthermore, the sheet-like muscles associated with the ribs are irregular in thickness and orientation, which results in arrival time errors at the transducer location. In order to enable more accurate diagnosis, it is desirable to create a high-quality image while imaging with intercostality.
US Pat. No. 5,388,461 (corresponding Japanese published patent publication H08-507951) US Pat. No. 5,570,691 (corresponding Japanese published patent publication H10-507101) US early publication patent 2006-0004287 (corresponding Japanese published patent publication 2006-015138) Xu et al. Time Delay Estimation Using Wavelet Transform for Pulsed-Wave Ultrasound. Annals of Biomedical Engineering. 23: p. 612-621. 1995.

したがって超音波システムにおいて、システムのコスト及びサイズを最小限にしたままで到着時間誤差を正確かつ確実に推定し補償する方法及びシステムに対する要求が存在する。   Accordingly, there is a need for a method and system for accurately and reliably estimating and compensating for arrival time errors in ultrasound systems while minimizing system cost and size.

簡単に述べると、本発明の一態様では、超音波システムにおいてビーム形成時間遅延を補正する方法を提供する。本方法は、対象内に超音波エネルギービームを送信する工程を含む。この超音波エネルギービームはトランスジューサ素子アレイを用いて発生させており、また各トランスジューサ素子は送信ビーム形成時間遅延を伴って超音波エネルギーのパルスを送信するように構成されている。本方法はさらに、受信ビーム形成時間遅延を伴った超音波エネルギービームを受信するように各トランスジューサ素子を構成して複数のエコー信号を受信する工程と、各エコー信号及び各撮像方向ごとに到着時間誤差を推定する工程と、を含む。本方法はさらに、送信及び受信ビーム形成時間遅延を補正する工程と、この補正した送信及び受信ビーム形成時間遅延を用いて対象の超音波画像を作成する工程と、を含む。   Briefly, in one aspect of the invention, a method for correcting beamforming time delay in an ultrasound system is provided. The method includes transmitting an ultrasonic energy beam within the subject. The ultrasonic energy beam is generated using a transducer element array, and each transducer element is configured to transmit a pulse of ultrasonic energy with a transmission beam forming time delay. The method further includes the steps of configuring each transducer element to receive an ultrasonic energy beam with a receive beamforming time delay and receiving a plurality of echo signals, and an arrival time for each echo signal and each imaging direction. Estimating the error. The method further includes correcting transmission and reception beamforming time delays and creating an ultrasound image of the object using the corrected transmission and reception beamforming time delays.

別の実施形態では、ビーム形成時間遅延を推定するための超音波システムを提供する。本超音波システムは、あるパターンで配置された1組のアレイ素子を有するトランスジューサ・アレイであって、該素子の各々は、送信モードの間では対象内に超音波エネルギービームを送信しかつ受信モードの間では該トランスジューサに当たった振動エネルギーに応答してエコー信号を発生させるように別々に動作可能であるトランスジューサ・アレイを備える。本超音波システムは、トランスジューサ・アレイと結合されていると共に、指向性の送信ビームが生成されるように送信モードの間にそれぞれの送信ビーム形成時間遅延をもつ別々の送信信号パルスをアレイ素子のそれぞれに印加するように動作可能な送信器を含む。受信器はトランスジューサ・アレイと結合されていると共に、対応する複数の受信信号が生成されるように受信モードの間にアレイ素子のそれぞれが発生させたエコー信号をサンプリングし、各エコー信号サンプルに対して受信ビーム形成時間遅延を付加するように動作可能である。本システムはさらに、各エコー信号及び各撮像方向ごとに到着時間誤差を推定し該送信及び受信ビーム形成時間遅延を補正するように構成されたビーム形成器システムと、超音波画像を作成するように構成された画像プロセッサと、を含む。   In another embodiment, an ultrasound system for estimating beamforming time delay is provided. The ultrasound system is a transducer array having a set of array elements arranged in a pattern, each of which transmits an ultrasound energy beam into the object during a transmit mode and a receive mode. A transducer array operable separately to generate an echo signal in response to vibrational energy striking the transducer. The ultrasound system is coupled to a transducer array and transmits separate transmit signal pulses with respective transmit beamforming time delays during transmit mode so that a directional transmit beam is generated. A transmitter operable to apply to each is included. The receiver is coupled to the transducer array and samples the echo signal generated by each of the array elements during the receive mode so that a corresponding plurality of received signals are generated, and for each echo signal sample And is operable to add a receive beamforming time delay. The system further includes a beamformer system configured to estimate an arrival time error for each echo signal and each imaging direction and correct the transmit and receive beamforming time delays, and to create an ultrasound image. And a configured image processor.

本発明に関するこれらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。   For these features, aspects and advantages of the present invention, as well as other features, aspects and advantages, read the following detailed description with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals represent like parts throughout the drawings. Will deepen your understanding.

図1は、本発明の一態様により実現させた超音波システム10の一実施形態のブロック図である。本超音波システムは、収集サブシステム12及び処理サブシステム14からなる。収集サブシステム12は、トランスジューサ・アレイ18(複数のトランスジューサ・アレイ素子18A〜18Zからなる)と、送信/受信切り替え回路20と、送信器22と、受信器24と、ビーム形成器システム26と、を備える。処理サブシステム14は、制御プロセッサ28と、復調器30と、画像モードプロセッサ32と、走査変換器34と、表示プロセッサ36と、を備える。この表示プロセッサはさらに、画像を表示するためのモニタと結合されている。ユーザインタフェース40は制御プロセッサ28及び表示モニタ38とインターフェース接続されている。この処理サブシステムはさらに、Webサーバ44及びリモート接続インタフェース46を含むリモート接続サブシステム42と結合されることがある。処理サブシステムはさらに、超音波画像データを受信するためにデータリポジトリ48と結合されることがある。このデータリポジトリは画像ワークステーション50と対話する。 FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of an ultrasound system 10 implemented in accordance with an aspect of the present invention. The ultrasound system comprises a collection subsystem 12 and a processing subsystem 14. The acquisition subsystem 12 includes a transducer array 18 (consisting of a plurality of transducer array elements 18A-18Z), a transmit / receive switching circuit 20, a transmitter 22, a receiver 24, a beamformer system 26, Is provided. The processing subsystem 14 includes a control processor 28, a demodulator 30, an image mode processor 32, a scan converter 34, and a display processor 36. The display processor is further coupled to a monitor for displaying images. User interface 40 is interfaced with control processor 28 and display monitor 38. This processing subsystem may be further coupled to a remote connection subsystem 42 that includes a web server 44 and a remote connection interface 46. The processing subsystem may further be coupled with a data repository 48 to receive ultrasound image data. This data repository interacts with the image workstation 50.

本明細書で使用する場合、「ように動作可能な(operable to)」、「ように構成された(configured to)」その他の表現は、各構成要素を記載の効果を提供するように協働可能とさせる構成要素間のハードウェアまたはソフトウェア接続に言及したものであり、またこれらの用語はさらに、与えられた入力信号に応答して出力を提供する手順を実行ようにプログラムされたアナログ式やディジタル式のコンピュータ、特定用途向けデバイス(例えば、特定用途向け集積回路(ASIC))などの電気的構成要素の動作機能に言及したものでもある。   As used herein, “operable to”, “configured to” and other expressions shall work together to provide each component with the described effect. Refers to the hardware or software connection between the components to be enabled, and these terms further include analog formulas programmed to perform procedures that provide output in response to a given input signal. It also refers to the operational functions of electrical components such as digital computers, application specific devices (eg application specific integrated circuits (ASICs)).

このアーキテクチャ及びモジュールは、ディジタル信号プロセッサを有する回路基板などの専用のハードウェア素子とすることがあり、あるいは商用で市販のPCなど汎用のコンピュータやプロセッサ上で動作するソフトウェアとすることがある。この様々なアーキテクチャ及びモジュールは本発明の様々な実施形態に従って組み合わせることや分離させることができる。   This architecture and module may be a dedicated hardware element such as a circuit board having a digital signal processor, or may be software running on a general purpose computer or processor such as a commercially available PC. The various architectures and modules can be combined and separated according to various embodiments of the invention.

収集サブシステム12において、トランスジューサアレイ18は対象物16と接触状態にある。このトランスジューサアレイは、送信/受信(T/R)切り替え回路20に結合させている。T/R切り替え回路20は、送信器22の出力及び受信器24の入力と結合させている。受信器24の出力はビーム形成器26に対する入力である。ビーム形成器26はさらに送信器22の入力及び復調器30の入力に結合させている。   In the collection subsystem 12, the transducer array 18 is in contact with the object 16. The transducer array is coupled to a transmit / receive (T / R) switching circuit 20. T / R switching circuit 20 is coupled to the output of transmitter 22 and the input of receiver 24. The output of receiver 24 is an input to beamformer 26. Beamformer 26 is further coupled to the input of transmitter 22 and the input of demodulator 30.

処理サブシステム14において、復調器30の出力は画像モードプロセッサ32の入力と結合させている。制御プロセッサは、画像モードプロセッサ32、走査変換器34及び表示プロセッサ36とインタフェース接続している。画像モードプロセッサ32の出力は走査変換器34の入力と結合させている。走査変換器34の出力は表示プロセッサ36の入力と結合させている。表示プロセッサ36の出力はモニタ38と結合させている。 In the processing subsystem 14, the output of the demodulator 30 is coupled to the input of the image mode processor 32. The control processor interfaces with the image mode processor 32, the scan converter 34 and the display processor 36. The output of image mode processor 32 is coupled to the input of scan converter 34. The output of scan converter 34 is coupled to the input of display processor 36. The output of display processor 36 is coupled to monitor 38.

超音波システム10は対象物16の選択領域内に超音波エネルギーを送信し、対象物から後方散乱されたエコー信号を受信し処理して画像の作成及び表示を行う。   The ultrasound system 10 transmits ultrasound energy within a selected region of the object 16 and receives and processes the echo signals backscattered from the object to create and display an image.

超音波エネルギーの送信ビームを作成させるために、制御プロセッサ28はビーム形成器26に対して、トランスジューサアレイ18の表面位置のある点から所望のステアリング角度で所望形状のビームを生成させる送信パラメータを発生させるコマンドデータを送っている。この送信パラメータはビーム形成器26から送信器22に送られる。送信器22はこの送信パラメータを用い、T/R切り替え回路20を介してトランスジューサアレイ18に送ろうとする送信信号を適正にエンコードする。この送信信号は互いに対してあるレベル及び時間遅延に設定されて、トランスジューサアレイ18の個々のトランスジューサ素子に提供される。この送信信号は、時間遅延及びレベルの関係が同じ超音波を放出させるようにトランスジューサ素子を励起させる。その結果、例えば超音波ジェルを用いてトランスジューサアレイ18を対象物と音響結合させたときに、走査線に沿った走査面内部の対象物内に超音波エネルギーの送信ビームが形成される。この処理のことを電子走査と呼んでいる。   To create a transmit beam of ultrasonic energy, the control processor 28 generates transmit parameters that cause the beamformer 26 to generate a beam of the desired shape at a desired steering angle from a point on the surface of the transducer array 18. The command data to be sent is sent. This transmission parameter is sent from the beamformer 26 to the transmitter 22. The transmitter 22 uses this transmission parameter to properly encode a transmission signal to be sent to the transducer array 18 via the T / R switching circuit 20. This transmitted signal is set to a certain level and time delay with respect to each other and provided to the individual transducer elements of the transducer array 18. This transmitted signal excites the transducer element to emit ultrasonic waves having the same time delay and level relationship. As a result, when the transducer array 18 is acoustically coupled to an object using, for example, an ultrasonic gel, a transmission beam of ultrasonic energy is formed in the object inside the scanning plane along the scanning line. This process is called electronic scanning.

トランスジューサアレイ18は双方向トランスジューサである。対象物内に超音波を送信すると、この超音波は対象物内部の組織や血液試料によって後方散乱される。トランスジューサアレイ18は、その音波を戻した組織までの距離並びにその音波が戻された位置のトランスジューサアレイ18の表面に対する角度に応じて、この後方散乱されたエコー信号を様々な時点で受信する。このトランスジューサ素子は後方散乱されたエコー信号に応答し、この後方散乱エコー信号からの超音波エネルギーを電気信号に変換する。   Transducer array 18 is a bidirectional transducer. When ultrasonic waves are transmitted into the object, the ultrasonic waves are backscattered by the tissue and blood sample inside the object. The transducer array 18 receives this backscattered echo signal at various times depending on the distance to the tissue that returned the sound wave and the angle of the position where the sound wave was returned to the surface of the transducer array 18. The transducer element is responsive to the backscattered echo signal and converts the ultrasonic energy from the backscattered echo signal into an electrical signal.

この受信電気信号は、T/R切り替え回路20を経由して受信器24に至る。受信器24は、この受信信号を増幅しかつディジタル化すると共に、利得補償などの別の機能を提供する。ディジタル化された受信信号は、各トランスジューサ素子が様々な時点で受信した後方散乱音波に対応すると共に、後方散乱音波の振幅及び到着時間情報を保持している。   This received electrical signal reaches the receiver 24 via the T / R switching circuit 20. Receiver 24 amplifies and digitizes the received signal and provides other functions such as gain compensation. The digitized received signal corresponds to backscattered sound waves received at various times by each transducer element, and retains the amplitude and arrival time information of the backscattered sound waves.

このディジタル化受信信号はビーム形成器システム26に送られる。制御プロセッサ28はコマンドデータをビーム形成器システム26に送っている。ビーム形成器システム26は、走査線に沿って送信された直前の超音波ビームのステアリング角度に典型的に対応するステアリング角度でトランスジューサアレイ18の表面上のある点から発せられる受信ビームを形成させるためにこのコマンドデータを使用する。   This digitized received signal is sent to the beamformer system 26. The control processor 28 sends command data to the beamformer system 26. Beamformer system 26 forms a receive beam emanating from a point on the surface of transducer array 18 at a steering angle that typically corresponds to the steering angle of the previous ultrasound beam transmitted along the scan line. This command data is used for

ビーム形成器システム26は、制御プロセッサ28からのコマンドデータの命令に従って時間遅延、振幅重み付け及び加算を実行し、対象内部の走査面内の走査線に沿ったサンプルボリュームに対応する受信ビーム信号を生成することによって、適当な受信信号に対する操作を行っている。ビーム形成器システムはさらに、時間遅延及び振幅重みを調整して収差性組織層によって導入される誤差を補正する収差(aberration)アルゴリズムを含む。この波形自体を修正してその収差を補正することも同様に可能である。   The beamformer system 26 performs time delay, amplitude weighting and addition in accordance with command data instructions from the control processor 28 to generate a received beam signal corresponding to the sample volume along the scan line within the scan plane within the object. By doing so, an operation for an appropriate received signal is performed. The beamformer system further includes an aberration algorithm that adjusts the time delay and amplitude weights to correct errors introduced by the aberrant tissue layer. It is also possible to correct the aberration by correcting the waveform itself.

この受信ビーム信号は処理サブシステム14に送られる。復調器30はこの受信ビーム信号に対して復調を実行し、走査面内部のサンプルボリュームに対応するI及びQの復調データ値の対が生成される。復調されたデータは、画像を作成するように構成させた画像モードプロセッサ32に転送される。画像モードプロセッサ32はパラメータ推定技法を用いて復調データから走査シーケンス形式で撮像パラメータ値を作成する。この撮像パラメータは、例えばBモード、Mモード、カラー速度モード、スペクトルドプラモード、組織速度撮像モードなど可能な様々な撮像モードに対応するパラメータを備えることがある。撮像パラメータ値は走査変換器34に送られる。走査変換器34は、走査シーケンス形式から表示形式に変換することによってパラメータデータを処理する。この変換には、パラメータデータに対して補間演算を実行し表示画素データを表示形式で作成することを含む。 This received beam signal is sent to the processing subsystem 14. The demodulator 30 demodulates the received beam signal, and a pair of I and Q demodulated data values corresponding to the sample volume inside the scanning plane is generated. The demodulated data is transferred to an image mode processor 32 that is configured to create an image . The image mode processor 32 uses the parameter estimation technique to create imaging parameter values from the demodulated data in scan sequence format. The imaging parameters may include parameters corresponding to various imaging modes that are possible, such as B mode, M mode, color velocity mode, spectral Doppler mode, tissue velocity imaging mode, and the like. The imaging parameter value is sent to the scan converter 34. The scan converter 34 processes the parameter data by converting from a scan sequence format to a display format. This conversion includes performing an interpolation operation on the parameter data and creating display pixel data in a display format.

さらにこの画像プロセッサは、画像処理アルゴリズムを用いて画像内の所望のフィーチャを検出する。次いで、画像処理アルゴリズムが検出したこれらのフィーチャを用いて、ビーム形成時間遅延の計算方法すなわち実施方法が変更される。例えば画像プロセッサは、あるエリアの補正値をマスキング除去することがあり、あるいは画像から導出した情報に基づいて様々な推定技法から選択することがある。具体的な一実施形態では、ビーム形成時間遅延を迅速に計算するために反復式収差補正アルゴリズムが実現される。画像は幾つかの領域に分割され、先ず第1の領域で開始し画像内の第1のビームが発射される。後続の領域の発射の間に、この第1の領域からのデータが回収されて処理される。こうした技法は、次のフレームでビームを発射する前に処理のための時間を見越している。   In addition, the image processor uses image processing algorithms to detect desired features in the image. These features detected by the image processing algorithm are then used to modify the method for calculating or implementing the beamforming time delay. For example, the image processor may mask out correction values for an area, or may select from various estimation techniques based on information derived from the image. In one specific embodiment, an iterative aberration correction algorithm is implemented to quickly calculate the beamforming time delay. The image is divided into several regions, starting with the first region and firing the first beam in the image. During subsequent region launches, data from this first region is collected and processed. These techniques allow time for processing before launching the beam in the next frame.

走査変換された画素データは表示プロセッサ36に送られ、走査変換画素データに対する最終的な任意の空間または時間フィルタ処理の実行、走査変換画素データに対するグレイスケールまたは色相の付与、並びにモニタ38上に表示するためのディジタル画素データのアナログデータへの変換が行われる。ユーザ40はモニタ38上に表示されたデータに基づいてビーム形成器システム26と対話する。   The scan converted pixel data is sent to the display processor 36 for performing any arbitrary spatial or temporal filtering on the scan converted pixel data, applying grayscale or hue to the scan converted pixel data, and displaying on the monitor 38. For this purpose, the digital pixel data is converted into analog data. User 40 interacts with beamformer system 26 based on the data displayed on monitor 38.

上述したように、ビーム形成器システム26は受信信号に対して時間遅延演算を実行する。ビーム形成器システムが受信信号内のビーム形成時間遅延を推定し補正する方式を図2を参照しながらさらに詳細に記載する。   As described above, beamformer system 26 performs a time delay operation on the received signal. The manner in which the beamformer system estimates and corrects the beamforming time delay in the received signal is described in further detail with reference to FIG.

図2は、適応可能なビーム形成器システム26の一実施形態のブロック図である。このビーム形成器システム26は、マルチプレクサ27を介してトランスジューサ・アレイ18のトランスジューサ素子18A〜18Zから受信信号を受信するように表している。これらのトランスジューサ素子は対象の選択領域内に超音波エネルギーを送信するためにも使用される。このビーム形成器システム26の各ブロックについて以下でさらに詳細に記載する。 FIG. 2 is a block diagram of one embodiment of an adaptive beamformer system 26 . The beamformer system 26 is shown as receiving received signals from the transducer elements 18A-18Z of the transducer array 18 via the multiplexer 27. These transducer elements are also used to transmit ultrasonic energy within a selected area of interest. Each block of the beamformer system 26 is described in further detail below.

ビーム形成遅延62は、ビーム形成器遅延素子62A〜62Zを含む。各遅延素子は、対応するトランスジューサ素子18A〜18Zから受信した受信信号内に遅延を導入する。時間遅延させた受信信号は加算器64に提供され時間遅延した受信信号の和が生成される。   The beamforming delay 62 includes beamformer delay elements 62A-62Z. Each delay element introduces a delay into the received signal received from the corresponding transducer element 18A-18Z. The time-delayed received signal is provided to adder 64 to generate a sum of the time-delayed received signal.

時間遅延受信信号の和は複素フィルタ68に提供され、複素ビーム和信号が生成される。この複素ビーム和信号は図2に示すように相関器プロセッサ70に提供される。相関器プロセッサ70は、複数の相関器プロセッサ70A〜70Zを含む。各相関器プロセッサは、遅延素子62A〜62Zからビーム和信号と遅延させた受信信号とを受信する。   The sum of the time delayed received signals is provided to a complex filter 68 to generate a complex beam sum signal. This complex beam sum signal is provided to the correlator processor 70 as shown in FIG. Correlator processor 70 includes a plurality of correlator processors 70A-70Z. Each correlator processor receives the beam sum signal and the delayed received signal from the delay elements 62A to 62Z.

各相関器プロセッサの出力は複素相関和と呼ばれる複素数である。複素相関和の位相は、各受信信号とビーム和信号の間の推定時間遅延に比例する。   The output of each correlator processor is a complex number called a complex correlation sum. The phase of the complex correlation sum is proportional to the estimated time delay between each received signal and the beam sum signal.

各相関器プロセッサからの相関和は、1つのビーム形成チャンネル及び撮像走査線ビームに対応する。各相関器プロセッサからの相関和は、相関和プロセッサ74に提供される。この相関和は次式で表すことができる   The correlation sum from each correlator processor corresponds to one beamforming channel and imaging scan line beam. The correlation sum from each correlator processor is provided to the correlation sum processor 74. This correlation sum can be expressed as:

Figure 0005069022
(式1)
上式において、B(r)はビーム和信号の複素共役を意味しており、またs(r)はチャンネル信号である。「B」と「s」はその両方をベースバンド信号若しくは解析信号とすることがあり、あるいは「B」をベースバンド若しくは解析信号としかつ「s」を実信号とすることがある。この和は相関レンジサンプル「r1」から「r2」にわたって計算される。
Figure 0005069022
(Formula 1)
In the above equation, B * (r) means the complex conjugate of the beam sum signal, and s (r) is the channel signal. “B” and “s” may both be baseband signals or analytic signals, or “B” may be baseband or analytic signals and “s” may be real signals. This sum is calculated over correlation range samples “r1” to “r2”.

相関和プロセッサはさらに、別の2つの信号を入力として受信し、これを用いて相関和を正規化することがある。一実施形態では、その入力信号はビーム和信号の大きさの2乗値とチャンネル信号の大きさの2乗値とである。ビーム和信号の大きさの2乗値は相関レンジサンプルにわたって加算されており、これは次式で表される。   The correlation sum processor may further receive two other signals as inputs and use them to normalize the correlation sum. In one embodiment, the input signal is a square value of the magnitude of the beam sum signal and a square value of the magnitude of the channel signal. The square value of the magnitude of the beam sum signal is added over the correlation range samples, which is expressed as:

Figure 0005069022
(式2)
同様に、チャンネル信号の大きさの2乗値が相関レンジサンプルにわたって加算されており、これは次式で表される。
Figure 0005069022
(Formula 2)
Similarly, the square value of the magnitude of the channel signal is added over the correlation range samples, which is expressed as:

Figure 0005069022
(式3)
代替的な一実施形態では、ビーム和信号の大きさの総和とチャンネル信号の大きさの総和が相関和プロセッサ74に提供される。ビーム和信号の大きさの総和は次式で表される。
Figure 0005069022
(Formula 3)
In an alternative embodiment, the sum of beam sum signal magnitudes and the sum of channel signal magnitudes are provided to the correlation sum processor 74. The total sum of the beam sum signals is expressed by the following equation.

Figure 0005069022
(式4)
同様に、チャンネル信号の大きさの総和は次式で表される。
Figure 0005069022
(Formula 4)
Similarly, the sum of the magnitudes of channel signals is expressed by the following equation.

Figure 0005069022
(式5)
相関和プロセッサは、各ビーム形成チャンネル及びビームごとに上述の入力信号を用いて1組のビーム形成時間遅延補正値を生成する。この時間遅延補正値は次いで、ビーム形成時間遅延に適用される。
Figure 0005069022
(Formula 5)
The correlation sum processor generates a set of beamforming time delay correction values using the above input signal for each beamforming channel and beam. This time delay correction value is then applied to the beamforming time delay.

図3は、相関和プロセッサ74がビーム形成遅延を発生させる一方法を表した流れ図である。本方法の各工程を以下でさらに詳細に記載する。   FIG. 3 is a flow diagram illustrating one way in which the correlation sum processor 74 generates beamforming delays. Each step of the method is described in further detail below.

工程78では、相関和プロセッサがビーム形成チャンネル及び撮像走査線ビームの幾つかまたは全部に関する正規化相関和を計算する。この正規化相関和「C」は次の(式6)のように表される。   In step 78, the correlation sum processor calculates a normalized correlation sum for some or all of the beamforming channel and the imaging scanline beam. The normalized correlation sum “C” is expressed as the following (Equation 6).

Figure 0005069022
(式6)
(式6)は「B」と「s」の両方がベースバンド信号である場合、並びに「B」と「s」の両方が解析信号である場合に適用される。「C」の大きさは0と1の間の範囲にある。「C」の大きさは「B」が「s」に比例するときに1である。「B」がベースバンド若しくは解析信号であり、かつ「s」が実信号であるときは、「C」の大きさはゼロと2の平方根の逆数値との間の範囲にある。別の実施形態では、その正規化相関和「C」は次の(式7)のように表される。
Figure 0005069022
(Formula 6)
(Equation 6) is applied when both “B” and “s” are baseband signals, and when both “B” and “s” are analysis signals. The magnitude of “C” is in the range between 0 and 1. The size of “C” is 1 when “B” is proportional to “s”. When “B” is a baseband or analytic signal and “s” is a real signal, the magnitude of “C” is in the range between zero and the reciprocal value of the square root of 2. In another embodiment, the normalized correlation sum “C” is expressed as (Equation 7) below.

Figure 0005069022
(式7)
上式において、「N」は総和を計算する際のレンジサンプル数である。(式7)は、(式6)を用いて計算される正規化相関和に対する近似値であり、この方がディジタルハードウェアでの計算をより簡単にすることができる。(式6)はN個のサンプルx、x、...、xに対する標準偏差の定義である
Figure 0005069022
(Formula 7)
In the above equation, “N” is the number of range samples when calculating the sum. (Expression 7) is an approximate value for the normalized correlation sum calculated using (Expression 6), and this can make the calculation in digital hardware easier. (Equation 6) expresses N samples x 1 , x 2 ,. . . , X N is the definition of standard deviation

Figure 0005069022
を用いて(式7)に変換することが可能であり、これは次の(式8)のように整理することができる。
Figure 0005069022
Can be converted into (Equation 7), which can be organized as in (Equation 8) below.

Figure 0005069022
(式8)
上式において、μはN個のサンプルxの平均値
Figure 0005069022
(Formula 8)
In the above equation, μ is the average value of N samples x i

Figure 0005069022
である。
(式8)内の係数
Figure 0005069022
It is.
Coefficient in (Equation 8)

Figure 0005069022
は所与の統計分布に関する定数である。x=|s|を用いると、(式8)によって(式6)が(式7)に変換される(実信号とスペックル様の複素信号のいずれかの振幅を記述する統計分布に関する次数1の定数係数は無視しており、また以下で記載する相関和処理において関心があるのは相関和の相対的ノルム(relative norm)だけであるため棄却することができる)。
Figure 0005069022
Is a constant for a given statistical distribution. Using x = | s |, (Equation 6) is transformed into (Equation 7) by (Equation 8) (degree 1 regarding a statistical distribution describing the amplitude of either a real signal or a speckle-like complex signal. The constant coefficient is ignored, and since only the relative norm of the correlation sum is of interest in the correlation sum processing described below, it can be rejected).

工程80では、ビーム及びトランスジューサ素子を基準として正規化相関和が序列にマッピングされる。多くのシステムでは、トランスジューサ・アレイ内の素子の数はビーム形成チャンネルの数より多い。例えば、1Dの直線的及び曲線的なトランスジューサ・アレイは192個の素子を有することがあるが、典型的にはビーム形成チャンネル数が128個の超音波システムに接続されている。チャンネルと素子の間の接続は、各ビーム方向ごとにトランスジューサ素子の部分組を選択するための1組のプログラム可能な多重化スイッチを介して実現される。   In step 80, normalized correlation sums are mapped to ranks with respect to beam and transducer elements. In many systems, the number of elements in the transducer array is greater than the number of beamforming channels. For example, a 1D linear and curvilinear transducer array may have 192 elements, but is typically connected to an ultrasound system with 128 beamforming channels. The connection between the channel and the element is realized through a set of programmable multiplexing switches for selecting a subset of transducer elements for each beam direction.

「nRow」の横列と「nCol」の縦列を備えた多重横列トランスジューサ・アレイ内の素子は、「row=0、1、から(nRow−1)まで」で表される横列指標と「col=0、1から(nCol−1)まで」で表される縦列指標とによってラベル付けされる。別法として、トランスジューサ・アレイ18内の素子は素子番号「el」(ここで、elは「col」+「row」×「nCol」に等しい)によってラベル付けされる。   The elements in a multiple row transducer array with a row of “nRow” and a column of “nCol” have a row index represented by “row = 0, 1, to (nRow−1)” and “col = 0. 1 to (nCol-1) ”. Alternatively, the elements in transducer array 18 are labeled with the element number “el”, where el is equal to “col” + “row” × “nCol”.

工程82では、マッピングした相関和を修正し、信頼不可の時間遅延推定値の影響を最小化させる。信頼不可の時間遅延推定値は、正しくないあるいは異常に雑音性である可能性が高いと特定できる推定値であると規定される。相関和プロセッサは、各素子及びビームごとに相関和が信頼可能であるか信頼不可であるかにラベル付けする「mask[el,bm]」で表されるマスクを構築する。その相関和の位相が信頼不可の到着時間誤差推定値である素子を特定することによって、実際に推定される到着時間誤差の堅牢性及び確度が向上する。相関和を信頼可能であるまたは信頼不可であるとラベル付けする方式については、図4を参照しながら以下でさらに詳細に記載する。   In step 82, the mapped correlation sum is modified to minimize the effect of unreliable time delay estimates. An unreliable time delay estimate is defined as an estimate that can be identified as likely to be incorrect or unusually noisy. The correlation sum processor constructs a mask denoted “mask [el, bm]” that labels whether the correlation sum is reliable or unreliable for each element and beam. By identifying an element whose correlation sum phase is an unreliable arrival time error estimate, the robustness and accuracy of the actually estimated arrival time error is improved. The manner in which the correlation sum is labeled as reliable or unreliable is described in further detail below with reference to FIG.

図3の工程82について続けると、マスク内のすべての項目を先ずゼロに設定する(このゼロは、信頼可能な相関和を特定するために選択される任意値である)。信頼不可の各相関和ごとに、「mask[el,bm]」が第2の任意値である1に設定される。さらに、所与のビームに関する信頼不可の素子の数がある指定されたしきい値を超えると、当該ビームに関する「mask」内のすべての項目が1に設定される(これについては、図7でさらに詳細に記載することにする)。最後に「mask」内で1になっている各項目ごとに、その対応する相関和が、(式9)に示すように振幅を不変としたままでその位相をゼロに設定することによって修正される。   Continuing with step 82 of FIG. 3, all items in the mask are first set to zero (this zero is an arbitrary value selected to identify a reliable correlation sum). For each unreliable correlation sum, “mask [el, bm]” is set to 1 which is the second arbitrary value. Furthermore, when the number of unreliable elements for a given beam exceeds a specified threshold, all items in “mask” for that beam are set to 1 (this is illustrated in FIG. 7). More details will be described). Finally, for each item that is 1 in “mask”, its corresponding correlation sum is modified by setting its phase to zero while leaving the amplitude unchanged as shown in (Equation 9). The

Figure 0005069022
(式9)
上式において、Cは修正を受ける複素相関和であり、またC’は修正後の相関和である。
Figure 0005069022
(Formula 9)
In the above equation, C is a complex correlation sum to be corrected, and C ′ is a corrected correlation sum.

工程84では、修正済み相関和の実数部と虚数部がフィルタ処理される。一実施形態では、素子指標全体にわたって適用される1次元、リアル、対称型の低域通過フィルタと、ビーム指標全体にわたって適用される1次元、リアル、対称型の別の低域通過フィルタとが使用される。これらのフィルタの長さは、相関和の位相の空間的分散が必要以上に抑制されずに相関和の位相の分散を低減できるように選択される。一実施形態では、三角係数(triangular coefficients)を有するフィルタが使用される。三角フィルタはその周波数応答が負にならないフィルタの一例である。時間遅延補正アルゴリズムの安定した演算のためには、その素子及びビーム指標全体にわたるフィルタの空間周波数応答の符号が変更されてはならない。このアルゴリズムは、ビーム形成時間遅延を修正して到着時間誤差を強制的にゼロにする負帰還を有する1つの系の挙動をしている。フィルタのいずれかの空間周波数応答の符号が変わると、符号の変化に伴ってそのフィードバックが負から正に切り替わると共に、正の帰還がアルゴリズムに対して、幾つかの空間周波数における到着時間誤差を抑制ではなく増幅させることになる。一実施形態では、三角フィルタの幅はビームフィルタではビーム13個分であり素子フィルタでは素子5個分である。   In step 84, the real and imaginary parts of the modified correlation sum are filtered. In one embodiment, a one-dimensional, real, symmetric low-pass filter applied across the element index and another one-dimensional, real, symmetric low-pass filter applied across the beam index are used. Is done. The lengths of these filters are selected so that the spatial dispersion of the correlation sum phase is not suppressed more than necessary, and the correlation sum phase dispersion can be reduced. In one embodiment, a filter with trigonometric coefficients is used. A triangular filter is an example of a filter whose frequency response does not become negative. For the stable operation of the time delay correction algorithm, the sign of the filter's spatial frequency response across its elements and beam indices must not be changed. This algorithm behaves as one system with negative feedback that corrects the beamforming time delay to force the arrival time error to zero. If the sign of one of the filter's spatial frequency responses changes, the feedback switches from negative to positive as the sign changes, and positive feedback suppresses arrival time errors at several spatial frequencies for the algorithm It will be amplified instead. In one embodiment, the width of the triangular filter is 13 beams for the beam filter and 5 elements for the element filter.

工程86では、フィルタ処理済み相関和の位相が計算され、次いでこれが時間遅延補正値に変換される。この時間遅延補正値は相関和の位相を係数2πf(ここで「f」は受信した超音波信号の公称中心周波数である)で割り算することによって得られる。   In step 86, the phase of the filtered correlation sum is calculated and then converted to a time delay correction value. This time delay correction value is obtained by dividing the phase of the correlation sum by a factor 2πf (where “f” is the nominal center frequency of the received ultrasound signal).

到着時間誤差ではなく複素相関和をフィルタ処理することの利点は、到着時間誤差推定値の大きさが±πより大きな位相変化に相当する場合(すなわち、到着時間誤差が±1/(2f)より大きい場合)に、到着時間誤差推定値の確度が大幅に改善されることである。こうしたケースでは、−πから+πまでのレンジ内にある相関和の位相が「折り返され(wrap)」図4に示すように+πに近いある値から−πまで、またこの逆方向にジャンプする。   The advantage of filtering the complex correlation sum rather than the arrival time error is that the arrival time error estimate corresponds to a phase change greater than ± π (ie, the arrival time error is greater than ± 1 / (2f). The accuracy of the arrival time error estimate is greatly improved. In such a case, the phase of the correlation sum in the range from −π to + π is “wrapped” and jumps from a value close to + π to −π and in the opposite direction as shown in FIG.

図4、図5及び図6は、トランスジューサ・アレイの各トランスジューサ素子(「x軸」上)をこれに対するそれぞれの相関和位相(「y軸」上)と一緒に表示しているグラフである。実線は、18E近傍の領域及び18M〜18Q近傍の領域に見られるような幾つかの素子に関する1/(2f)と比べてより大きい滑らかに変動する到着時間誤差に対応する理想的な相関和の位相である。図4内の実線の円はわずかな量のノイズを付加した後のこの理想的な相関和の位相である。図5内の実線の円は、雑音性相関和の位相に対する低域通過フィルタの結果である。図5から分かるように、その位相が折り返された領域の近傍にある所望の位相(実線)に関して得られる近似はよくない。図6は、雑音性相関和を低域通過フィルタし、これに続いて相関和の位相を計算した結果を表している。図6から分かるように、真の位相(実線)との一致がかなり向上している。   4, 5 and 6 are graphs displaying each transducer element (on the “x-axis”) of the transducer array along with its respective correlation sum phase (on the “y-axis”). The solid line represents the ideal correlation sum corresponding to a more smoothly varying arrival time error compared to 1 / (2f) for some elements as seen in the region near 18E and the region near 18M-18Q. It is a phase. The solid circle in FIG. 4 is the phase of this ideal correlation sum after adding a small amount of noise. The solid circle in FIG. 5 is the result of the low-pass filter for the phase of the noisy correlation sum. As can be seen from FIG. 5, the approximation obtained for the desired phase (solid line) in the vicinity of the region where the phase is folded back is not good. FIG. 6 shows the result of performing a low-pass filter on the noisy correlation sum and subsequently calculating the phase of the correlation sum. As can be seen from FIG. 6, the agreement with the true phase (solid line) is significantly improved.

図3について続けると、工程88では、時間遅延補正値から上下方向及びアジマス方向に関するビームステアリング項が推定されて除去される。ステアリング項が除去されて画像の幾何学的歪みを最小化すると、これが(例えば、画像内の幾つかの対象のサイズが重要である場合に)誤診断につながる可能性がある。さらに、レンジ内での補正ビームのシフトを最小化するために平均時間遅延補正値をゼロとする制約や、送信ビームの集束深度に対するシフトを最小化しかつ動的に集束させた受信ビームに対して加える集束シフトを最小化するために時間遅延補正内にパラボリック項を存在させないという制約など別の制約が時間遅延に対して課せられることがある。   Continuing with FIG. 3, in step 88, beam steering terms for the up and down and azimuth directions are estimated and removed from the time delay correction values. If the steering term is removed to minimize the geometric distortion of the image, this can lead to misdiagnosis (eg, when the size of some objects in the image is important). Furthermore, for the constraint that the average time delay correction value is zero to minimize the shift of the correction beam within the range, and for the receive beam that is dynamically focused with the shift to the focus depth of the transmit beam minimized. Another constraint may be imposed on the time delay, such as the absence of parabolic terms in the time delay correction to minimize the added focusing shift.

工程90では、時間遅延補正値が素子順からチャンネル順にマッピングされる。この時間遅延補正値は図2に示すようにビーム形成遅延62A〜62Zに提供される。一実施形態では、その時間遅延補正値は各音響フレームに加えられる。   In step 90, time delay correction values are mapped from element order to channel order. This time delay correction value is provided to the beam forming delays 62A-62Z as shown in FIG. In one embodiment, the time delay correction value is added to each acoustic frame.

図3の工程82で記載したように、相関和プロセッサは各相関和を信頼可能であるあるいは信頼不可であるとラベル付けするように構成されている。図7は、相関和プロセッサによって各相関和の信頼性を決定する方式を表した流れ図である。   As described in step 82 of FIG. 3, the correlation sum processor is configured to label each correlation sum as reliable or unreliable. FIG. 7 is a flowchart showing a method of determining the reliability of each correlation sum by the correlation sum processor.

到着時間誤差の発生源(すなわち、収差導入層)は空間的に滑らかに変動するものと仮定している。したがって、真の時間遅延補正値(観測された相関和の位相に比例する)は、所与のビームに関してトランスジューサ全体での変動が小さく、またトランスジューサ内の所与の素子に関してビーム方向での変動が小さいと見なせる。逆に、信頼不可の素子とは、トランスジューサ全体で、あるいは所与のトランスジューサ素子に関するビーム方向でその位相の変動が小さくない素子である。トランスジューサの上下方向及びアジマス方向の寸法全体に及ぶ素子に細分割されている2次元トランスジューサでは、位相の平滑度は一般に、ビーム方向に加えてトランスジューサの両寸法方向にわたって評価されることになる。幾つかの状況では、トランスジューサ寸法のうちの1つの方向だけで位相の平滑度を評価することが適当であることがある。これには、微分を計算するハードウェアまたはソフトウェア及び以下で記載するフィルタの複雑さが軽減されるという利点がある。以下では、「素子方向」という用語の解釈は、簡略化実施形態における単一のトランスジューサ寸法方向を意味することも、一般的な実施形態における両方の寸法方向を意味することもある。   It is assumed that the source of arrival time error (that is, the aberration introducing layer) fluctuates smoothly in space. Thus, a true time delay correction value (proportional to the phase of the observed correlation sum) is less variable across the transducer for a given beam, and less in the beam direction for a given element in the transducer. Can be considered small. Conversely, an unreliable element is an element whose phase variation is not small throughout the transducer or in the beam direction for a given transducer element. In a two-dimensional transducer that is subdivided into elements that span the entire vertical and azimuth dimensions of the transducer, phase smoothness will generally be evaluated across both dimensions of the transducer in addition to the beam direction. In some situations, it may be appropriate to evaluate the phase smoothness only in one direction of the transducer dimensions. This has the advantage that the complexity of the hardware or software for calculating the derivative and the filter described below is reduced. In the following, the interpretation of the term “element direction” may mean a single transducer dimension in the simplified embodiment, or both dimension directions in the general embodiment.

工程92では、相関和の位相が計算される。素子方向での位相の微分及びビーム方向での微分に対して近似が計算される。一実施形態では、この近似は最近傍値の差を用いた離散的微分である。工程94では、素子指標全体にわたって位相の離散的微分が計算される。工程96では、ビーム指標全体にわたって位相の離散的微分が計算される。工程98では、素子方向での位相の離散的微分の絶対値とビーム方向での位相の離散的微分の絶対値とが各素子及びビームごとに足し合わされる。   In step 92, the phase of the correlation sum is calculated. An approximation is calculated for the phase derivative in the element direction and the derivative in the beam direction. In one embodiment, this approximation is a discrete derivative using the nearest neighbor difference. In step 94, a discrete derivative of the phase is calculated across the element index. In step 96, a discrete derivative of the phase is calculated across the beam index. In step 98, the absolute value of the discrete derivative of the phase in the element direction and the absolute value of the discrete derivative of the phase in the beam direction are added for each element and beam.

工程100では、離散的微分の絶対値の和が素子方向での低域通過フィルタ処理によって平滑化される。工程102では、微分の絶対値の和がビーム方向での低域通過フィルタ処理によって平滑化される。このフィルタ処理は、ノイズを拡大する傾向がある微分を取る処理によって導入されるゆらぎを低下させるために実行される。一実施形態では、近隣の値の対が足し合わされる。2点式低域通過フィルタの出力は、2点式離散的微分が生成する半サンプルシフトが補償されるように配列させることが可能である。 In step 100, the sum of the absolute values of the discrete derivatives is smoothed by low pass filtering in the element direction. In step 102, the sum of the absolute values of the derivatives is smoothed by low pass filtering in the beam direction. This filtering process is performed in order to reduce the fluctuations introduced by the process of taking the derivative that tends to increase the noise. In one embodiment, neighboring value pairs are added. The output of the two point low pass filter can be arranged to compensate for the half-sample shift produced by the two point discrete derivative.

工程104では、位相微分のフィルタ処理された和がユーザ指定の第1のしきい値と比較される。一実施形態では、その第1のしきい値は約5ラジアンである。フィルタ処理された和のうちの第1のしきい値より大きい各項目ごとに、マスク内の対応する項目が1に設定され、その相関和は当該素子及びビームに関して信頼不可であるとマーキングされる。   In step 104, the filtered sum of the phase derivatives is compared to a user-specified first threshold value. In one embodiment, the first threshold is about 5 radians. For each item of the filtered sum that is greater than the first threshold, the corresponding item in the mask is set to 1 and the correlation sum is marked as unreliable for the element and beam. .

同様に、前の工程において所与のビーム方向に関して信頼不可とマーキングされた相関和が第2のしきい値を超えるときは、当該ビーム方向にあるすべての素子に関する相関和は信頼不可であるとマーキングされる。この第2のしきい値も同様にユーザによって指定される。一実施形態では、その第2のしきい値はビーム形成チャンネルの数の半分である。その推定時間遅延補正値のかなりの数が信頼不可であるようなビームを特定することによって、妨害する肋骨やトランスジューサの対象との接触不良によってその画像が音響的シャドウとなった領域を含む場合でもアーチファクトの導入が回避される。こうした状況では送信ビーム及び受信ビームがかなり劣化している。これらのビームでは、基準信号が劣化したまたは歪んだビーム和信号となるため、素子のすべてに関する相関和が信頼不可である可能性が高い。素子のうち有効開口内にある大部分が信頼不可の相関和を有すると特定された場合、残りの相関和を補正値として利用すると画像の改善ではなく画像の劣化に至ることが多い。   Similarly, if the correlation sum marked in the previous step as unreliable for a given beam direction exceeds a second threshold, the correlation sum for all elements in that beam direction is unreliable. Marked. This second threshold is similarly specified by the user. In one embodiment, the second threshold is half the number of beamforming channels. Identifying beams where a significant number of their estimated time delay correction values are unreliable, even if the image contains acoustic shadows due to poor contact with disturbing ribs or transducer objects The introduction of artifacts is avoided. In such a situation, the transmit beam and the receive beam are considerably degraded. In these beams, since the reference signal becomes a deteriorated or distorted beam sum signal, there is a high possibility that the correlation sum for all of the elements is not reliable. If most of the elements in the effective aperture are identified as having an unreliable correlation sum, using the remaining correlation sum as a correction value often leads to image degradation rather than image improvement.

ビーム形成到着時間誤差はさらに、画像処理アルゴリズムを用いて信頼不可であるとラベル付けすることも可能である。一実施形態では、不良の補正推定値に関連付けされた「シグニチャ」を検出するように画像が処理される。本明細書で使用する場合、「シグニチャ」という用語は画像内にある関連するビーム形成時間遅延推定値の信頼性または確度に関連付けされた特定可能な任意のフィーチャを意味している。こうした「シグニチャ」は局所的統計パラメータ、組織の特性、解剖学構造に対する位置などの様々な形態とすることがある。   The beamforming arrival time error can also be labeled as unreliable using an image processing algorithm. In one embodiment, the image is processed to detect a “signature” associated with the defect correction estimate. As used herein, the term “signature” means any identifiable feature associated with the reliability or accuracy of the associated beamforming time delay estimate within the image. These “signatures” may take various forms, such as local statistical parameters, tissue characteristics, and position relative to the anatomy.

図8は、画像データを用いて信頼不可のビーム形成到着時間誤差を特定するための一方法を表した流れ図である。図示した方法は、局所的統計量を用いて時間遅延補正値の信頼性を推定する。工程105では、画像内の関心領域に関する統計パラメータがビーム和または画像データを用いて推定される。統計パラメータは、平均輝度、標準偏差、高次モーメント、分布の形状に関連するパラメータ、並びに具体的なある統計分布がどの程度良好に実際のデータを記述しているかを定量化している良度指数(ただし、これらに限らない)を含むことがある。   FIG. 8 is a flow diagram illustrating a method for identifying unreliable beamforming arrival time errors using image data. The illustrated method estimates the reliability of the time delay correction value using local statistics. In step 105, statistical parameters for the region of interest in the image are estimated using the beam sum or image data. Statistical parameters include mean brightness, standard deviation, higher moments, parameters related to the shape of the distribution, and a goodness index that quantifies how well a particular statistical distribution describes actual data (But not limited to).

工程106では、統計パラメータが画像全体または期間全体にわたってフィルタ処理されて統計パラメータの推定を向上させる。別法として、より大きな領域にわたって統計パラメータを推定することが可能である。推定領域のサイズまたはフィルタ処理の量は、パラメータを位置特定する必要性及び推定値の得られる品質に基づいて計算される。工程107では、フィルタ処理した統計パラメータを使用し、時間遅延補正値の推定に役立つ統計特性の組を有しない領域をラベル付けする。工程108では、ラベル付けされた領域を時間遅延推定値における使用から除外する。工程109では、推定値が棄却されたり保持されたりする対象の小さな孤立領域が存在しないことを保証するためのチェックが実施される。こうした領域が存在する場合、これらの領域は新たなアーチファクトの導入を回避するために局所的補間によって排除される。これらの領域に対するラベル付けは図7の工程104で記載したマスク内に組み込むことが可能である。   In step 106, statistical parameters are filtered over the entire image or time period to improve statistical parameter estimation. Alternatively, statistical parameters can be estimated over a larger area. The size of the estimation region or the amount of filtering is calculated based on the need to locate the parameter and the resulting quality of the estimate. In step 107, the filtered statistical parameters are used to label regions that do not have a set of statistical properties that help to estimate the time delay correction value. In step 108, the labeled region is excluded from use in the time delay estimate. In step 109, a check is performed to ensure that there are no small isolated regions for which the estimate is rejected or retained. If such regions exist, these regions are eliminated by local interpolation to avoid introducing new artifacts. The labeling for these areas can be incorporated into the mask described in step 104 of FIG.

ある種の時間遅延推定アルゴリズムは完全に成長したスペックルの領域において最も適当に動作することが当業者に知られている。スペックル領域からの複素信号の振幅はレイリー分布と呼ばれる統計分布を有する。1組の信号振幅がレイリー分布によって適度に良好に記述されるか否かを決定することが可能である。本明細書で使用する場合、関心領域(ROI)とはその相関和の計算の対象となる1組のビーム及びレンジサンプルを意味している。そのROI内の信号振幅がレイリー分布によって適当に記述されない場合、統計分布が概ねレイリー分布となるまでROIを移動させるかROIサイズを変更することができる。隣接するビームからなるある小さい組に関して信号振幅の近似的レイリー分布を包含する領域を全く見出せない場合は、その到着時間誤差は、周囲の到着時間誤差推定値を用いて設定した値に関して補間することも可能である。ROIのサイズ及び位置に加えて、位相微分しきい値などの到着時間推定で使用される別のパラメータを調整することが可能である。   It is known to those skilled in the art that certain time delay estimation algorithms work best in the region of fully grown speckle. The amplitude of the complex signal from the speckle region has a statistical distribution called a Rayleigh distribution. It is possible to determine whether a set of signal amplitudes is reasonably well described by a Rayleigh distribution. As used herein, a region of interest (ROI) refers to a set of beams and range samples for which the correlation sum is calculated. If the signal amplitude in the ROI is not properly described by the Rayleigh distribution, the ROI can be moved or the ROI size can be changed until the statistical distribution is approximately the Rayleigh distribution. If no region containing an approximate Rayleigh distribution of signal amplitudes can be found for a small set of adjacent beams, its arrival time error should be interpolated with respect to the value set using the surrounding arrival time error estimates. Is also possible. In addition to the size and location of the ROI, it is possible to adjust other parameters used in arrival time estimation, such as the phase derivative threshold.

上述したように、組織タイプは様々な組織特徴付け技法を用いて特定することが可能である。ある組織タイプが到着時間誤差の推定に対してより役立つ特性を有していれば、到着時間誤差を推定する関心領域は、画像からの統計情報に基づいてこの領域まで移動させることが可能である。こうした組織タイプの一例は肝臓であり、それは肝臓がスペックル様散乱体からなる大きな領域を包含するのが一般的であるためである。同様に、ある具体的な組織タイプが到着時間誤差の推定に適さないと分かっていれば、この組織を画像内で検出できても、対応する正しくない到着時間誤差推定値は適用する必要はない。スペックル様でない、したがって到着時間誤差に対する多くの推定方法に適さない組織タイプの一例は横隔膜である。   As mentioned above, tissue types can be identified using various tissue characterization techniques. If a tissue type has more useful properties for estimating arrival time errors, the region of interest for estimating arrival time errors can be moved to this region based on statistical information from the image. . An example of such a tissue type is the liver because it is common for the liver to include a large area of speckle-like scatterers. Similarly, if a particular tissue type is known to be unsuitable for estimating the arrival time error, it can be detected in the image, but the corresponding incorrect arrival time error estimate need not be applied. . One example of a tissue type that is not speckle-like and therefore not suitable for many estimation methods for arrival time errors is the diaphragm.

血管その他の無エコー領域は、画像内に顕著なシグニチャが存在する例である。図9は、関心領域120及び血管122を表した領域の画像である。血管122のサイズは、ROI120のすべてまたは大部分が血管の内部に来るようなサイズである。血液からのエコーは周囲の組織124に関するエコーと比べてかなり小さい。その結果、到着時間誤差の推定値を提供する当該ROI120からの音波エネルギーはかなり小さい。周囲の組織124は送信ビームのサイドローブの形でエネルギーを反射していると共に、その得られる信号は無エコー血液から反射された信号と比べてより大きい。したがって周囲の組織124は「高輝度」ターゲットのオフ軸の役割をしており、時間遅延補正の推定値は補正されたビームを血管の辺縁方向にステアリングしたり、送信ビーム及び受信ビームのサイドローブを成長させる傾向がある。こうしたケースでは、ROI120が血管内や無エコー領域内に存在するか否かを決定するために画像が使用される。画像からのこの情報を用いると、サイドローブの成長や血管の辺縁方向へのステアリングによってアーチファクトが生じるのを回避するようなアルゴリズムを作成することが可能である。
A blood vessel or other echo-free region is an example in which a significant signature exists in an image. FIG. 9 is an image of a region representing the region of interest 120 and the blood vessel 122 . The size of the blood vessel 122 is such that all or most of the ROI 120 is inside the blood vessel. The echo from the blood is much smaller than the echo for the surrounding tissue 124. As a result, the sonic energy from the ROI 120 that provides an estimate of the arrival time error is quite small. The surrounding tissue 124 reflects energy in the form of transmitted beam side lobes, and the resulting signal is larger than the signal reflected from echoless blood. Accordingly, the surrounding tissue 124 serves as the off-axis of the “high brightness” target, and the time delay correction estimate is used to steer the corrected beam toward the edge of the blood vessel or to the side of the transmit and receive beams. There is a tendency to grow robes. In such cases, the image is used to determine whether the ROI 120 is in a blood vessel or an echo-free region. Using this information from the image, it is possible to create an algorithm that avoids artifacts due to sidelobe growth and steering toward the edge of the blood vessel.

図10は、関心領域が血管の近傍や血管内に位置するか否かを検出するためのアルゴリズムを記述した流れ図である。工程110では、各ビームについてその関心領域全体にわたる平均信号振幅「A」が計算される。この平均振幅は対数圧縮した振幅データの平均値とすることや、線形振幅データの平均値とすることが可能である。この平均値は、走査変換したデータから計算することや、走査変換前の生データから計算することが可能である。工程111では、画像内の「N」個のビームのそれぞれについて「M」個のビームにわたる領域平均値「L」を計算することが可能である。領域平均値は「A」値の単純平均とすることが可能であり、あるいは空間重み付き平均値とすることが可能である。平均化領域の長さ「M」は、画像データの関数であることがあり、また固定とすることやユーザによる選択式とすることがある。 FIG. 10 is a flowchart describing an algorithm for detecting whether a region of interest is located near or within a blood vessel. In step 110, the average signal amplitude “A i ” is calculated for each beam over its region of interest. This average amplitude can be an average value of logarithmically compressed amplitude data or an average value of linear amplitude data. This average value can be calculated from the scan-converted data or can be calculated from the raw data before the scan conversion. In step 111, a region average “L i ” over “M” beams can be calculated for each of “N” beams in the image. The area average value can be a simple average of the “A i ” values, or it can be a space weighted average value. The length “M” of the averaged area may be a function of the image data, and may be fixed or selected by the user.

工程112では、あるビームに関する関心領域は、「A」が少なくともある指定のしきい値だけLより小さい場合に血管内部にあるものと見なされる。こうしたビームは「dark」とラベル付けされる(無エコー領域は一般に黒い画素を用いて表示されるため)。このしきい値は、血管の中心に位置するビームが「dark」とラベル付けされるように設定される。しかしこのやり方では、血管の辺縁が画像(特に、未補正の画像)内で明(light)から暗(dark)への急峻な遷移でないため、ビームのうち血管の内部にあるが辺縁の近傍にあるようなビームが「dark」とラベル付けされないことがことが多い。こうした状況におけるアーチファクトを回避するために、ラベル付けされた領域の周りにある近隣のビームもラベル付けされる。工程113では、「dark」と特定されたビームの前方「n」個のビームと後方「n」個のビームも「dark」とラベル付けされる。「n」は正しくない到着時間推定を有していない領域内での補正の有効性が低下することと、正しくない推定到着時間誤差のために生じるアーチファクトを回避することとの間での折衷によって選択される。工程114では、相関和を信頼可能または信頼不可であるとラベル付けする図7の工程104に記述したマスク内にこの「dark」とラベル付けされたビームが組み入れられる。 In step 112, a region of interest for a beam is considered to be inside the vessel if “A i ” is less than L i by at least some specified threshold. Such a beam is labeled “dark” (since the echoless area is typically displayed using black pixels). This threshold is set so that the beam located at the center of the blood vessel is labeled “dark”. However, in this way, the edge of the blood vessel is not a sharp transition from light to dark in the image (especially the uncorrected image), so the beam is inside the blood vessel but is Often, beams in the vicinity are not labeled “dark”. To avoid artifacts in these situations, neighboring beams around the labeled area are also labeled. In step 113, the front “n” beams and the rear “n” beams of the beam identified as “dark” are also labeled “dark”. “N” is a compromise between reducing the effectiveness of corrections in regions that do not have an incorrect arrival time estimate and avoiding artifacts caused by an incorrect estimated arrival time error. Selected. In step 114, the beam labeled "dark" is incorporated into the mask described in step 104 of FIG. 7 which labels the correlation sum as reliable or unreliable.

正しくない到着時間誤差推定値を生成する傾向がある画像内のフィーチャの別の例は、極めて高輝度のターゲット、すなわち音波の強反射体である。図11は、ROI128の直ぐ外側に位置した高輝度の散乱体126を表している。高輝度散乱体の一例は、典型的には周囲の組織と比べてかなり輝度が高くなる横隔膜である。高輝度散乱体がROIの直ぐ外側に位置していると、送信ビームのサイドローブに関連する音波がこの高輝度散乱体で反射し、ROIからの受信信号に顕著な寄与を及ぼすことになる。高輝度ターゲット126から反射されたサイドローブ音響エネルギー132は、主ビーム経路内の組織128から反射される音波130とほとんど同じ大きさである。幾つかのケースでは、そのサイドローブ・エネルギーは関心領域から反射される音波より大きい。   Another example of a feature in an image that tends to generate an incorrect arrival time error estimate is a very bright target, ie a strong reflector of sound waves. FIG. 11 shows the high-intensity scatterer 126 located just outside the ROI 128. An example of a high-intensity scatterer is a diaphragm that is typically much brighter than the surrounding tissue. If the high-intensity scatterer is located just outside the ROI, the sound waves associated with the side lobes of the transmitted beam will be reflected by this high-intensity scatterer and make a significant contribution to the received signal from the ROI. The sidelobe acoustic energy 132 reflected from the high intensity target 126 is almost as large as the sound wave 130 reflected from the tissue 128 in the main beam path. In some cases, the sidelobe energy is greater than the sound wave reflected from the region of interest.

一実施形態では、画像内に高輝度ターゲットが検出されると、この高輝度散乱体の近傍にある収差体(aberrator)の推定値を無視し、その領域に関する補正値は周囲にある未影響の推定値から補間される。別の実施形態では、ROIのサイズのレンジを大きくし高輝度散乱体の影響を低下させている。   In one embodiment, if a high-intensity target is detected in the image, the estimated value of the aberrator near the high-intensity scatterer is ignored, and the correction value for that region is unaffected around Interpolated from the estimated value. In another embodiment, the ROI size range is increased to reduce the effects of high intensity scatterers.

画像処理アルゴリズムは、補正値を適用した後に現れる画像内で不連続性を検出するために用いられることがある。同様に、画像処理アルゴリズムによって画像のうちの輝度の改善、より急峻な境界、及びより適正な統計分布をもつ領域を検出し、これらの補正値を正しい可能性がより高いとラベル付けすることも可能である。各領域内の推定値の信頼度を定量化することによって、各領域にわたる相関和に対する重み付けフィルタを使用することが可能となり、これによって信頼可能な相関和と比較した信頼不可の相関和による寄与が低下することになる。   Image processing algorithms may be used to detect discontinuities in images that appear after applying correction values. Similarly, image processing algorithms can detect areas of the image that have improved brightness, steeper boundaries, and a more appropriate statistical distribution, and label these corrections as more likely to be correct. Is possible. By quantifying the reliability of the estimates within each region, it is possible to use a weighting filter for the correlation sum across each region, which contributes to the contribution from the unreliable correlation sum compared to the reliable correlation sum. Will be reduced.

トランスジューサに対する組織の動きを決定し定量化するために画像が使用されることもある。トランスジューサまたは組織が動くと、到着時間誤差のパターンもトランスジューサ全体にたわってシフトする。到着時間誤差パターンの計測とビーム形成時間遅延の補正の間にかなりの時間間隔が存在する場合、このシフトのために、そのビーム形成チャンネルに対してビーム形成時間遅延補正値が正しく適用されなくなり、これにより画像の改善が最適に至らない結果となる可能性がある。到着時間誤差パターンのシフトを推定することによって、シフトの補償が可能となる。   Images may be used to determine and quantify tissue movement relative to the transducer. As the transducer or tissue moves, the arrival time error pattern shifts across the transducer. If there is a significant time interval between the measurement of the arrival time error pattern and the correction of the beamforming time delay, this shift prevents the beamforming time delay correction value from being applied correctly for that beamforming channel, This can result in sub-optimal image improvements. By estimating the shift of the arrival time error pattern, the shift can be compensated.

上述した発明は、フィルタ処理前に相関和を正規化することによって得られる確度の向上を含め幾つかの利点を有する。複素相関和の振幅は相関させる2つの信号間の類似性の1つの尺度である。フィルタ処理工程の前に相関和を正規化することが、信頼不可の相関和と比べて信頼可能な相関和に対してより大きな重みを置かせることになる。正規化を用いないと例えば、その信号は極めて大きいが雑音性であるような素子による素子フィルタ処理済み相関和に対する寄与が、その信号は小さいが素子に対する時間遅延推定値が信頼可能であるような近隣の素子と比べてより大きくなる。同様に、輝度が異常に大きいが雑音性であるビームによるフィルタ処理済み相関和に対する寄与も、時間遅延推定値が信頼可能である近隣のビームと比べてより大きくなる。   The above-described invention has several advantages, including improved accuracy obtained by normalizing the correlation sum before filtering. The amplitude of the complex correlation sum is a measure of the similarity between the two signals being correlated. Normalizing the correlation sum prior to the filtering process places a greater weight on the reliable correlation sum than the unreliable correlation sum. Without normalization, for example, the contribution to the element filtered correlation sum by an element that is very large but noisy, but the signal is small but the time delay estimate for the element is reliable It becomes larger compared to neighboring elements. Similarly, the contribution to the filtered correlation sum by a beam that is unusually high in luminance but noisy is also greater than in neighboring beams where the time delay estimate is reliable.

本方法は相関和の正規化によって「不感性の(dead)」あるいは極めて雑音性のトランスジューサ素子の寄与を最小化しており、これは雑音性のチャンネル信号ではビーム和信号との相関が小さくなることに由来する。したがって、不感性や雑音性のトランスジューサ素子に関する、あるいは不感性や雑音性のシステムチャンネルに関する検出や補償に要する追加的な処理またはハードウェアが最小化される。   This method minimizes the contribution of “dead” or extremely noisy transducer elements by normalizing the correlation sum, which reduces the correlation between the noisy channel signal and the beam sum signal. Derived from. Thus, additional processing or hardware required for detection and compensation for insensitive and noisy transducer elements or for insensitive and noisy system channels is minimized.

上述した方法はさらに、雑音性位相に関する簡単な推定器を用いて雑音性位相の領域を厳正に無視しており、これにより計算のために複雑で高価なハードウェアを要することなく画像アーチファクトの導入が最小化される。図12は一例として雑音性位相推定の領域及びデータマスクを表しているが、ここではデータマスクは、その推定値が信頼可能であることを示すように0となる素子18Iと18Qの間の雑音性領域内にある素子のうちの2つを適正に特定できていない。図13は、信頼不可であるとマーキングされた(すなわち、データマスクが1である)素子に関する相関和を相関和の振幅によって置き換え、引き続きこの相関和をフィルタ処理した結果を表している。雑音性相関和のうちの2つは修正されていないが、フィルタ処理済みで修正済みの相関和の位相は望みの通りに雑音性領域全体にわたってゼロに近い。   The method described above further uses a simple estimator for the noisy phase to strictly ignore the noisy phase region, thereby introducing image artifacts without requiring complex and expensive hardware to compute. Is minimized. FIG. 12 shows the noisy phase estimation region and data mask as an example, where the data mask is the noise between elements 18I and 18Q that are zero to indicate that the estimate is reliable. Two of the elements within the active region have not been properly identified. FIG. 13 shows the result of substituting the correlation sum for the elements marked as unreliable (ie, the data mask is 1) with the amplitude of the correlation sum and subsequently filtering the correlation sum. Two of the noisy correlation sums are not modified, but the phase of the filtered and modified correlation sum is close to zero over the entire noisy region as desired.

本発明は、信頼可能な到着時間推定値が利用可能なビームとその到着推定値が信頼不可であるようなビームとの間で滑らかな補間を行い、これによってこれら領域間での画像上に邪魔になる境界や不連続性が導入されるのが回避される。図14は、ある素子に関する相関和位相をビーム番号の関数として表した図である。18I〜18Qの近傍のビームはこの例では信頼不可であるとマーキングされると共に、その相関和の位相がゼロに設定されて、振幅が保持される。フィルタ処理後の位相を図15に表している。その位相は、雑音性領域の左側境界の近くにおいてゼロまで滑らかに低下し、また雑音性領域の左側境界の近くにおいてゼロから滑らかに増加している。同じ滑らかな補間はこれらのビームのすべての素子に対して実施されており、これによって補正済みビームと未補正ビームの間の画像上での遷移が滑らかとなる。   The present invention performs a smooth interpolation between a beam for which a reliable arrival time estimate is available and a beam whose arrival estimate is unreliable, thereby obstructing the image between these regions. The introduction of boundaries and discontinuities is avoided. FIG. 14 is a diagram showing the correlation sum phase regarding a certain element as a function of the beam number. The beams in the vicinity of 18I to 18Q are marked as unreliable in this example, and the phase of the correlation sum is set to zero to maintain the amplitude. The phase after the filter processing is shown in FIG. The phase drops smoothly to zero near the left boundary of the noisy region and increases smoothly from zero near the left boundary of the noisy region. The same smooth interpolation is performed on all elements of these beams, which smooths the transition on the image between the corrected and uncorrected beams.

本発明のある種の特徴についてのみ本明細書において図示し説明してきたが、当業者によって多くの修正や変更がなされるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲に属するこうした修正や変更のすべてを包含させるように意図したものであることを理解されたい。
Although only certain features of the invention have been illustrated and described herein, many modifications and changes will occur to those skilled in the art. Accordingly, it is to be understood that the appended claims are intended to cover all such modifications and changes as fall within the true spirit of the invention.

本発明の一態様に従って実現させた超音波システムの一実施形態のブロック図である。1 is a block diagram of one embodiment of an ultrasound system implemented in accordance with an aspect of the present invention. 本発明の一態様によるビーム形成器システムの一実施形態のブロック図である。1 is a block diagram of one embodiment of a beamformer system according to one aspect of the invention. FIG. 到着時間誤差を推定し時間遅延補正値を生成する一方法を表した流れ図である。6 is a flowchart illustrating a method for estimating an arrival time error and generating a time delay correction value. トランスジューサ素子とそのそれぞれの複素相関和の位相との比較を表したグラフである。It is a graph showing a comparison between a transducer element and the phase of its respective complex correlation sum. トランスジューサ素子とそのそれぞれの複素相関和の位相との比較を表したグラフである。It is a graph showing a comparison between a transducer element and the phase of its respective complex correlation sum. トランスジューサ素子とそのそれぞれの複素相関和の位相との比較を表したグラフである。It is a graph showing a comparison between a transducer element and the phase of its respective complex correlation sum. 複素相関和をラベル付けする一方法を表した流れ図である。6 is a flow diagram illustrating one method for labeling complex correlation sums. 画像データを用いて相関和をラベル付けする一方法を表した流れ図である。6 is a flow diagram illustrating one method for labeling correlation sums using image data. 関心領域の近傍における血管の存在を表している組織の画像である。It is an image of the tissue showing the existence of a blood vessel in the vicinity of the region of interest. 関心領域の近傍における血管の存在を検出するための一方法を表した流れ図である。6 is a flowchart illustrating a method for detecting the presence of a blood vessel in the vicinity of a region of interest. 関心領域の近傍における高輝度の散乱体の存在を表している組織の画像である。It is an image of the tissue showing the presence of a high-intensity scatterer in the vicinity of the region of interest. トランスジューサ・アレイ内のトランスジューサ素子に関する複素相関和位相及び対応するデータマスクを表したグラフである。FIG. 5 is a graph representing a complex correlation sum phase and corresponding data mask for transducer elements in a transducer array. トランスジューサ・アレイ内のトランスジューサ素子に関する複素相関和位相及び対応するデータマスクを表したグラフである。FIG. 5 is a graph representing a complex correlation sum phase and corresponding data mask for transducer elements in a transducer array. トランスジューサ・アレイ内のトランスジューサ素子に関する複素相関和位相及び対応するデータマスクを表したグラフである。FIG. 5 is a graph representing a complex correlation sum phase and corresponding data mask for transducer elements in a transducer array. トランスジューサ・アレイ内のトランスジューサ素子に関する複素相関和位相及び対応するデータマスクを表したグラフである。FIG. 5 is a graph representing a complex correlation sum phase and corresponding data mask for transducer elements in a transducer array.

符号の説明Explanation of symbols

10 超音波システム
12 収集サブシステム
14 処理サブシステム
16 撮像対象
18 トランスジューサ・アレイ
18A〜18Z トランスジューサ素子
20 T/R切り替え回路
22 送信器
24 受信器
26 ビーム形成器システム
28 制御プロセッサ
30 復調器
32 画像モードプロセッサ
34 走査変換器
36 表示プロセッサ
38 モニタ
40 ユーザインタフェース
42 リモート接続サブシステム
44 Webサーバ
46 インタフェース
48 データリポジトリ
50 撮像ワークステーション
62 ビーム形成器遅延
62A〜62Z ビーム形成器遅延素子
64 加算器
68 複素フィルタ
70 相関器プロセッサ
70A〜70Z 相関器プロセッサ
74 相関和プロセッサ
120 関心領域
122 血管
124 組織
126 高輝度の散乱体
128 関心領域
132 サイドローブ・エネルギー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic system 12 Acquisition subsystem 14 Processing subsystem 16 Imaging object 18 Transducer array 18A-18Z Transducer element 20 T / R switching circuit 22 Transmitter 24 Receiver 26 Beam former system 28 Control processor 30 Demodulator 32 Image mode Processor 34 Scan Converter 36 Display Processor 38 Monitor 40 User Interface 42 Remote Connection Subsystem 44 Web Server 46 Interface 48 Data Repository 50 Imaging Workstation 62 Beamformer Delay 62A-62Z Beamformer Delay Element 64 Adder 68 Complex Filter 70 Correlator processor 70A-70Z Correlator processor 74 Correlation sum processor 120 Region of interest 122 Blood vessel 124 Tissue 126 High intensity Runtime 128 region of interest 132 side lobe energy

Claims (8)

超音波システム(10)のビーム形成時間遅延を補正する方法であって、
トランスジューサ素子(18A〜18Z)のアレイを用いて対象を通過させる超音波エネルギービームを送信する工程であって、該トランスジューサ素子のそれぞれは送信ビーム時間遅延を伴った超音波エネルギービームを送信するように構成されている送信工程と、
受信ビーム形成時間遅延を伴って超音波エネルギービームを受信するように各トランスジューサ素子を構成して複数のエコー信号を受信する工程と、
各エコー信号及び各撮像方向ごとにビーム形成時間遅延誤差を推定する工程と、
各受信エコー信号の間の時間遅延を表す複素相関和、並びに1つまたは複数の受信エコー信号の総和を生成することによって送信及び受信ビーム形成時間遅延を補正する工程と、
前記補正した送信及び受信ビーム形成時間遅延を用いて対象の超音波画像を作成する工程と、
を含み、
前記補正工程はさらに、
正規化相関和を計算する工程と、
前記正規化相関和を撮像方向及びトランスジューサ素子方向にマッピングする工程と、
前記相関和を修正する工程と、
前記修正済み相関和を撮像方向及び送信素子全体にわたってフィルタ処理してフィルタ処理済み相関和を作成する工程と、
前記フィルタ処理済み相関和の位相を対応する時間遅延補正に変換する工程と、
前記時間遅延補正によってビーム形成時間遅延を補正する工程と、
を含む、
方法。
A method for correcting a beamforming time delay of an ultrasound system (10) comprising:
Transmitting an ultrasonic energy beam through an object using an array of transducer elements (18A-18Z), wherein each of the transducer elements transmits an ultrasonic energy beam with a transmit beam time delay. A configured transmission process;
Configuring each transducer element to receive an ultrasonic energy beam with a receive beamforming time delay and receiving a plurality of echo signals;
Estimating a beam forming time delay error for each echo signal and each imaging direction;
Correcting transmit and receive beamforming time delays by generating a complex correlation sum representing a time delay between each received echo signal and a sum of one or more received echo signals;
Creating an ultrasound image of the object using the corrected transmit and receive beamforming time delays;
Including
The correction step further includes
Calculating a normalized correlation sum;
Mapping the normalized correlation sum to an imaging direction and a transducer element direction;
Correcting the correlation sum;
Filtering the corrected correlation sum across the imaging direction and the entire transmitting element to create a filtered correlation sum;
Converting the phase of the filtered correlation sum into a corresponding time delay correction;
Correcting beam forming time delay by the time delay correction;
including,
Method.
前記修正工程は、
マッピングされた各相関和を信頼可能な相関和である、あるいは信頼不可の相関和であるとラベル付けする工程と、
信頼不可とラベル付けされた各相関和をある絶対値に設定する工程と、
を含む、請求項1に記載の方法。
The correction step includes
Labeling each mapped correlation sum as a reliable or unreliable correlation sum;
Setting each correlation sum labeled untrusted to an absolute value;
The method of claim 1 comprising:
前記ラベル付け工程は、
各トランスジューサ素子及び撮像方向に対応するマッピングした各相関和の位相を計算する工程と、
各トランスジューサ素子及び撮像方向ごとに計算済み位相内の連続的に変動するパターンを決定する工程であって、該連続的に変動するパターンが存在するときに相関和は信頼可能であるとラベル付けされる決定工程と、
を含む、請求項2に記載の方法。
The labeling step includes
Calculating the phase of each mapped correlation sum corresponding to each transducer element and imaging direction;
Determining a continuously varying pattern within the calculated phase for each transducer element and imaging direction, wherein the correlation sum is labeled as reliable when the continuously varying pattern is present. A determination process;
The method of claim 2 comprising:
前記ラベル付け工程はさらに、
素子方向での位相の微分の絶対値の和及び撮像方向での位相の微分の絶対値の和を第1のしきい値と比較する工程と、
位相微分の絶対値の前記計算された和が第1のしきい値を超えるときに相関和を信頼不可であるとラベル付けする工程と、
それぞれの撮像方向での信頼不可の相関和の量が第2のしきい値を超えるときに対応する撮像方向に関するマッピングした相関和のすべてを信頼不可であるとラベル付けする工程と、
を含む、請求項2に記載の方法。
The labeling step further includes
Comparing the sum of absolute values of phase differentiation in the element direction and the sum of absolute values of phase differentiation in the imaging direction with a first threshold;
Labeling the correlation sum as unreliable when the calculated sum of absolute values of the phase derivatives exceeds a first threshold;
Labeling all of the mapped correlation sums for the corresponding imaging direction as unreliable when the amount of unreliable correlation sum in each imaging direction exceeds a second threshold;
The method of claim 2 comprising:
前記ラベル付け工程は、画像処理アルゴリズムを用いて画像内のシグニチャを特定し、該特定したシグニチャに基づいてビーム形成器時間遅延誤差が信頼可能であるか信頼不可であるかをラベル付けする工程を含む、請求項2に記載の方法。   The labeling step includes identifying a signature in the image using an image processing algorithm and labeling whether the beamformer time delay error is reliable or unreliable based on the identified signature. The method of claim 2 comprising. 前記画像処理アルゴリズムは、
画像内で複数の関心領域を特定すること、
特定した各関心領域に関する統計パラメータを計算すること、
前記統計パラメータを適用し、前記推定したビーム形成器時間遅延誤差が信頼可能であるか信頼不可であるかをラベル付けすること、
を実行するように構成されている、請求項5に記載の方法。
The image processing algorithm is:
Identifying multiple regions of interest in the image,
Calculating statistical parameters for each identified region of interest;
Applying the statistical parameter and labeling whether the estimated beamformer time delay error is reliable or unreliable;
The method of claim 5, wherein the method is configured to perform.
ビーム形成時間遅延を推定するための超音波システム(10)であって、
あるパターンで配置された1組のアレイ素子を有するトランスジューサ・アレイ(18)であって、該素子の各々は、送信モードの間では対象内に超音波エネルギービームを送信しかつ受信モードの間では該トランスジューサに当たった振動エネルギーに応答してエコー信号を発生させるように別々に動作可能であるトランスジューサ・アレイ(18)と、
前記トランスジューサ・アレイと結合されていると共に、指向性の送信ビームが生成されるように送信モードの間にそれぞれの送信ビーム形成時間遅延をもつ別々の送信信号パルスを前記アレイ素子のそれぞれに印加するように動作可能な送信器(22)と、
前記トランスジューサ・アレイと結合されていると共に、対応する複数の受信信号が生成されるように受信モードの間に前記アレイ素子のそれぞれが発生させたエコー信号をサンプリングし前記各エコー信号サンプルに対して受信ビーム形成時間遅延を付加するように動作可能な受信器(24)と、
各エコー信号及び各撮像方向ごとに到着時間誤差を推定して前記送信及び受信ビーム形成時間遅延を補正するように構成されたビーム形成器システム(26)と、
超音波画像を作成するように構成された画像プロセッサ(32)と、
を備え、
前記ビーム形成器システム(26)はさらに、
各システムビーム形成チャンネル及び撮像方向ごとに相関和を生成すること、
正規化相関和を計算すること、
前記正規化相関和を撮像方向及びトランスジューサ素子順序に対してマッピングすること、
前記マッピングした相関和を修正すること、
前記修正済み相関和をフィルタ処理し、フィルタ処理済み相関和を生成すること、
前記フィルタ処理済み相関和の位相を計算すること、
フィルタ処理済み相関和の前記位相を補正時間遅延に変換すること、
前記補正時間遅延を用いて前記送信及び受信ビーム形成時間遅延を補正すること、
を実行するようにように構成されている、
超音波システム(10)。
An ultrasound system (10) for estimating beamforming time delay comprising:
A transducer array (18) having a set of array elements arranged in a pattern, each element transmitting an ultrasonic energy beam into the object during transmit mode and between receive modes. A transducer array (18) operable separately to generate an echo signal in response to vibrational energy striking the transducer;
A separate transmit signal pulse is applied to each of the array elements during transmission mode, coupled to the transducer array and having a respective transmit beamforming time delay so that a directional transmit beam is generated. A transmitter (22) operable to:
A sample of echo signals generated by each of the array elements during a reception mode is coupled to the transducer array and corresponding to each echo signal sample so as to generate a corresponding plurality of received signals. A receiver (24) operable to add a receive beamforming time delay;
A beamformer system (26) configured to estimate an arrival time error for each echo signal and each imaging direction to correct the transmit and receive beamforming time delays;
An image processor (32) configured to create an ultrasound image;
With
The beamformer system (26) further includes
Generating a correlation sum for each system beamforming channel and imaging direction;
Calculating a normalized correlation sum;
Mapping the normalized correlation sum to imaging direction and transducer element order;
Modifying the mapped correlation sum;
Filtering the modified correlation sum to generate a filtered correlation sum;
Calculating the phase of the filtered correlation sum;
Converting the phase of the filtered correlation sum into a correction time delay;
Correcting the transmit and receive beamforming time delays using the correction time delays;
Is configured to run,
Ultrasound system (10).
前記ビーム形成器システムは、マッピングした各相関和を信頼可能な相関和である、あるいは信頼不可の相関和であるとラベル付けするように構成されている、請求項7に記載のシステム。
8. The system of claim 7, wherein the beamformer system is configured to label each mapped correlation sum as a reliable or unreliable correlation sum.
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