JP5470260B2 - 合成映像を用いた組織ドップラ映像形成装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、組織ドップラ映像（ＴＤＩ：Ｔｉｓｓｕｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）形成装置および方法に関し、特に、合成映像を用いて組織ドップラ映像を形成する装置および方法に関する。

映像処理システムは、対象体の映像を処理して表示する装置として、多様な分野で用いられている。映像処理システムの一例として、超音波診断のための映像処理システム（以下、「超音波診断システム」という）がある。

超音波診断システムは、無侵襲および非破壊特性を有しており、対象体内部の情報を得るために医療分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要がなく、対象体の内部組織を高解像度の映像で医師に提供できるので、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。

超音波に対する血流と心筋の反応は相違する。即ち、血流はその動きが心筋よりはるかに速いが、超音波を反射させる能力は微弱である。一方、心筋は動く速度は遅いが超音波をはるかに強力に反射する。このような互いに異なる特性を用いて血流の超音波信号を除去すれば、心筋組織の速度を測定できるようになる。これを用いて心筋の状態を評価できるものが「組織ドップラ映像（ＴＤＩ）」である。

ＴＤＩは、１つのスキャンラインに沿って一定時間の間隔で同一の音場を送信して受信される超音波の位相の変化を感知し、簡単に自己相関を用いて平均ドップラ周波数を計算し、対象体をカラー映像として表示する。このＴＤＩを通じて収縮器および弛緩器の心壁運動速度を客観的に評価でき、部分別に機能障害を評価することができ、心筋速度を定量的に評価することができるので、ＴＤＩは先天性および後天性の心臓疾患で心機能追跡観察に大いに役立つ。

従来の方法によって１つのＴＤＩ受信スキャンラインを構成するためには、計算に必要なアンサンブル数（Ｅｎｓｅｍｂｌｅ Ｎｕｍｂｅｒ）だけの同一の位置の送信スキャンラインが必要であり、これから受信された信号を自己相関などを行ってＴＤＩを表現する。即ち、ＴＤＩを得るためには、１つのスキャンラインにアンサンブル数（Ｎ）だけの超音波を反復的に送信し（例えば、スキャンライン１に対してＮ回の超音波送信、スキャンライン２に対してＮ回の超音波送信、スキャンライン３に対してＮ回の超音波送信…）、これから受信される信号を合成してＴＤＩを形成する。

例えば、１つのＴＤＩのために１０個の受信スキャンラインが必要であると仮定すると、１０個のスキャンラインに対してアンサンブル数（Ｎ）だけの超音波を反復的に送信（１０×Ｎ回の超音波送信）しなければならない。従って、ＴＤＩ形成時にかなりの時間が必要である。特に、フレーム率（Ｆｒａｍｅ Ｒａｔｅ）はＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）、アンサンブル数（Ｅｎｓｅｍｂｌｅ Ｎｕｍｂｅｒ）、インターリビング数（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ Ｎｕｍｂｅｒ）などに関連するので、スキャンライン別にアンサンブル数だけの超音波を反復的に送信してＴＤＩを得る従来の方法は、アンサンブル数が大きいほどＴＤＩ形成による遅延も大きくなり、フレーム率が落ちる問題がある。

特開２００７−２２２６７４号公報

本発明の課題は、スキャンライン別にアンサンブル数だけの超音波を反復的に送信しなくても、合成映像を用いて高速に組織ドップラ映像（ＴＤＩ）を形成することができる装置および方法を提供することにある。

本発明における組織ドップラ映像（ＴＤＩ）形成装置は、非順次的方式で送信ビームの送信を制御し、送信ビームの各送信に対応して受信される複数の受信ビームをスキャンラインインデックスの増加方向の増加データと減少方向の減少データとにグルーピングを制御する送受信制御手段と、スキャンラインインデックスの増加および減少方向の増加および減少データグループ別に自己相関を実施し、増加および減少データグループに対する自己相関値のそれぞれに対して加重値を乗じて、得られた値を合算し、平均位相を求める映像動き推定および補償手段と、前記平均位相に対応する速度値、パワー値、分散値の中で少なくとも１つを出力してＴＤＩを形成する映像形成手段とを備える。

また、本発明における組織ドップラ映像（ＴＤＩ）形成方法は、送信ビームが送信される複数のスキャンラインを設定し、前記スキャンラインに対して順次的なインデックスを定義し、前記送信ビームが連続的に送信されるとき、前記インデックスの順序が非順次的な方式で、前記スキャンラインに対して前記送信ビームの順序を設定する段階と、前記設定された送信順序に従って前記送信ビームを送信する段階と、前記送信ビームの各送信に対応する複数の受信ビームをそれぞれ得、前記複数の受信ビームを前記インデックスが増加する方向の増加データグループと前記インデックスが減少する方向の減少データグループとにグルーピングする段階と、前記増加データグループと前記減少データグループとの前記各受信ビームに対して自己相関を実施して前記グループ別に前記受信ビームの位相をそれぞれ求め、前記各グループ別の前記位相に加重値を乗じて、得られた値を合算し、平均位相を求める段階と、前記平均位相に対応する速度値、パワー値、分散値の中で少なくとも１つを出力してＴＤＩを形成する段階とを備える。また、本発明における組織ドップラ映像（ＴＤＩ）形成方法は、送信ビームが送信される複数のスキャンラインを設定し、前記スキャンラインに対して順次的なインデックスを定義し、前記送信ビームが連続的に送信されるとき、前記インデックスの順序が非順次的な方式で、前記スキャンラインに対して前記送信ビームの順序を設定する段階と、前記設定された送信順序に従って前記送信ビームを送信する段階と、前記送信ビームの各送信に対応する複数の受信ビームをそれぞれ得、前記複数の受信ビームを前記インデックスが増加する方向の増加データグループと前記インデックスが減少する方向の減少データグループとにグルーピングする段階と、前記増加データグループと前記減少データグループとの前記各受信ビームに対して自己相関を実施して前記グループ別に前記受信ビームの大きさをそれぞれ求め、前記各グループ別の前記大きさに加重値を乗じて、得られた値を合算し、平均大きさを求める段階と、前記平均大きさに対応する速度値、パワー値、分散値の中で少なくとも１つを出力してＴＤＩを形成する段階とを備える。

本発明は、スキャンライン別にアンサンブル数だけの超音波を反復的に送信しなくても、既存の方式に比べてフレーム率の低下なしに、ＴＤＩを形成することができ、サイドローブレベルの除去によって互いに異なる位置の送信スキャンラインのデータをアンサンブルにしてＴＤＩを形成することができる。

一般的な合成映像形成過程を示す説明図である。 超音波放射例を示す説明図である。 本発明の実施例によって組織ドップラ映像形成装置が適用される超音波診断システムの構成を概略的に示す図面である。 図３のビームフォーマの構成およびエコー処理部の構成を詳細に示す図面である。 図３の映像動き推定／補償制御部の構成を詳細に示す図面である。 本発明の実施例によって送信ビームの送信順序を示す説明図である。 ＢｉＰＢＦ合成映像過程を示す説明図である。 ＬＲＩとスキャンラインとの関係を示す説明図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。ただし、以下の説明では、本発明の要旨を不要に不明瞭にするおそれがある場合、広く知られた機能や構成に関する具体的説明は省略することにする。

超音波診断システムでアレイトランスデューサ（Ａｒｒａｙ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を用いて映像を得る場合、通常は１回の送信とこれに対する受信を通じて映像を得る。しかし、超音波合成映像では、スキャンラインを構成するために既に受信された周囲のスキャンラインが関与する。即ち、超音波合成映像は、１つのスキャンラインを構成するために１つの送信ビームおよびそれに対応する複数の受信ビームを用いて超音波映像を構成する。例えば、図１においてｎ番目スキャンラインＳ_ｎを構成するために、通常はＳ_ｎに対する送受信を通じて映像を得るが、超音波合成映像の場合には、ｎ番目スキャンラインＳ_ｎを構成するために周囲のスキャンライン（Ｓ_ｎ−ｍ、Ｓ_{ｎ−（ｍ−１）}、…、Ｓ_ｎ、…、Ｓ_{ｎ＋（ｍ−１）}、Ｓ_{ｎ＋（ｍ）}、ｍ＞０）を組み合わせて超音波映像を作り出す。図１において、Ｐ_ｓは３つのスキャンライン、即ちＳ_ｎ−１、Ｓ_ｎ、Ｓ_ｎ＋１それぞれの波面が重畳した部分を表示している。このような理由で画面上のＰ_ｓに該当するピクセルを求める時、超音波合成映像の場合には、重畳した部分を考慮して超音波映像を得るようになる。

超音波合成映像は、対象体が固定されている場合、解像度と信号対雑音比が良いが、対象体が動く場合、特に軸（Ａｘｉａｌ）方向に動く場合に対象体が実際に目的とした通りには表示されない。即ち、超音波合成映像では、１つのスキャンラインを作り出すために時間差を有する複数の受信ビームまたはＢｉＰＢＦ（Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｐｉｘｅｌ Ｂａｓｅｄ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ）のように１つの送信ビームに対応する複数の受信ビームを用いるので、人体内で動きが発生する場合、これを考慮することなくビームフォーミングするようになれば、非干渉性和（Ｓｕｍ）が発生するようになる。このような結果で解像度と信号対雑音比が低下される。

従って、現在までは超音波合成映像過程をＴＤＩ形成時に適用することができなかった。

ＢｉＰＢＦ合成映像過程は、複数の送信フィールドからの信号を用いて超音波送信パワーを大きくすることができる送信開口合成方法の１つであって、全ての点に対して送受信集束を可能にする方法である。図２の（２ｂ）のように送信集束点（Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｆｏｃａｌ Ｐｏｉｎｔ）を仮想ソースエレメント（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）と見て解析することができる。

図２の（２ａ）は、Ｂモードの送信フィールドを示しているが、ビームがアレイトランスデューサから放射されて集束点で集束された後、制限された角度を有して球面波形態に発散することが見られた。図２の（２ｂ）は、アレイトランスデューサの１つの仮想ソースエレメントが集束深さ（Ｆｏｃａｌ Ｄｅｐｔｈ）に位置しているものと見られ、これを基準に球面波が前後に作られる形態であるものと見られる。図２の（２ｃ）は、映像点（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ）で２つの仮想ソースの送信フィールドが重畳するのを示しているが、球面フィールドの対称の中心点で一つは前に、もう一つは後に現れることが分かる。

ＢｉＰＢＦ合成映像過程は、他の合成映像過程に比べて全ての深さで横（Ｌａｔｅｒａｌ）方向の解像度とサイドローブによる雑音が改善され、送信フィールドを合成することによって、送信パワーが増加して映像の信号対雑音比が改善される。しかし、これは、対象体が固定された映像またはゆっくり動く映像に対してのみ制限的な長所を有するだけであり、動きが多い場合には、むしろ解像度が悪くなるだけでなく、それが甚だしい場合、対象体が消える状態まで発生するようになる。特に、横方向の動きより軸方向の動きが影響を多く与えるようになる。即ち、固定された対象体に対しては、ＢｉＰＢＦ合成映像は相対的に単一送受信方法より映像の質が良いが、動く対象体に対してはＢｉＰＢＦ合成映像は相対的に単一送受信方法より映像の質が悪い結果が示される。

従って、ＢｉＰＢＦ超音波合成映像過程をＴＤＩ形成時にそのまま適用すれば、特に動く対象体に対しては映像の質が落ちるようになる。本発明は、ＴＤＩ形成時にＢｉＰＢＦ超音波合成映像過程を適用してスキャンライン別にアンサンブル数だけの超音波を反復的に送信しなくてもＴＤＩを形成するものであり（単一送受信方法を用いないで合成映像過程を用いる）、特に合成映像でサイドローブの影響を除去して動きを推定および補償し、その結果に基づいてＴＤＩを形成する。これによって、スキャンライン別にアンサンブル数だけの超音波を反復的に送信しなくてもフレーム率を低下することなくＴＤＩを形成することができ、サイドローブレベルの除去によって互いに異なる位置の送信スキャンラインのデータをアンサンブルにしてＴＤＩを形成することができる。

Ｂ（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）モード映像で軸方向の動きを検出する最も簡単で信頼する方法の中の１つは、２Ｄ−ＴＤＩ（Ｔｉｓｓｕｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｉｍａｇｅ）である。２Ｄ−ＴＤＩは、１つのスキャンラインに一定時間の間隔で同一の超音波を送信して受信される超音波の位相の変化を感知して簡単に自己相関を用いて平均ドップラ周波数を得る。

ＳＡＩの場合も超音波信号を反復送信するという点で２Ｄ−ＴＤＩとある程度類似する。異なる点は、非常に同一の音場で超音波信号が毎回送信されず、少しずつ異なる音場で超音波信号が送信されるという点である。毎回超音波信号を送信する時ごとに、それぞれのピクセルの立場では毎回波面の角度がほぼ一定の角度ずつ回転するようになる。このような回転する送信波面のため、毎回送信から構成される低解像度映像（ＬＲＩ：Ｌｏｗ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍａｇｅ）のサイドローブも共に回転するようになる。この影響の結果、独立した対象体のメインローブの場合は、ほぼ組織ドップラ（Ｔｉｓｓｕｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ）と同一に軸方向の動きを探すことができるが、その対象体のサイドローブの位置では動かない対象体の周辺でも誤った動きが検出されるようになる。本実施例では、このように誤って検出される現象を補償するために送信ビームの新たな送信順序（例えば、送信ビームの非順次的送信）および自己相関を通じた位相検出方式を提示し、これを通じて動きを推定および補償し、サイドローブレベルの除去によって互いに異なる位置の送信スキャンラインのデータをアンサンブルにしてＴＤＩを形成することができるようにする。

図３は、本発明の実施例によって組織ドップラ映像（ＴＤＩ）形成装置が適用される超音波診断システムの構成を概略的に示す図面であり、図４はビームフォーマ３０およびエコー処理部４０の構成を詳細に示す図面であり、図５は映像動き推定／補償制御部３１の構成を詳細に示す図面である。

送受信部１０は、アレイトランスデューサ（Ａｒｒａｙ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を含むプローブ（図示せず）を備える。プローブは、超音波信号を送受信する。送受信部１０は、超音波送信部（図示せず）およびアナログ受信部（図示せず）をさらに備える。アレイトランスデューサは、複数の（例えば、１２８個）エレメントで構成されており、超音波送信部からの電圧印加に応答して超音波パルスを出力する。超音波送信部は、アレイトランスデューサに電圧パルスを印加してアレイトランスデューサの各エレメントから超音波パルスが出力されるようにする。アナログ受信部は、アレイトランスデューサの各エレメントから出力された超音波パルスが対象体で反射されて戻る反射信号（エコー信号）を受信し、受信された反射信号を増幅、エイリアシング（Ａｌｉａｓｉｎｇ）現象および雑音成分の除去、超音波が身体内部を通過しながら発生する減衰の補正などの処理を行う。

送受信スイッチ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）２０は、超音波信号を同一のアレイトランスデューサで送信と受信をするためのスイッチの役割をする。送受信スイッチ２０は、超音波送信部で放出される高圧の電力が受信部に影響を与えないようにする役割をする。即ち、トランスデューサが送信および受信を交互に行う時、超音波送信部とアナログ受信部を適宜スイッチングする。

ビームフォーマ３０は、アレイトランスデューサの各エレメントから受信された信号を受信集束する。ビームフォーマ３０は利得調節部３０１、アナログ−デジタル変換部３０２、遅延部３０３、映像合成部３０４および合算部３０５を備える。利得調節部３０１は、アナログ受信部から受信された受信信号の利得を補償する。アナログ−デジタル変換部３０２は、受信信号をデジタル信号に変換させる。遅延部３０３は、アナログ−デジタル変換部３０２から受信されたデジタル信号に互いに遅延量（Ａｍｏｕｎｔ ｏｆ Ｄｅｌａｙ）（受信集束（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）をしようとする位置に応じて決定される）を適用する。映像合成部３０４は、遅れた信号を合成することによって受信集束をして受信集束ビームを形成する。合算部３０５は、チャネル別に形成された受信集束ビームを加える。

エコー処理部４０は、ビームフォーマ３０から集束された受信スキャンラインのＲＦ信号を基底帯域信号に変化させて直交復調器（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いて包絡線（Ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を検出して１つのスキャンラインに関するデータを得る。

スキャン変換部５０は、スキャンライン上の所定の点から受信集束されたデータを格納し、これを水平走査形式のディスプレイ部６０で用いられるデータ形式に変換させる。即ち、超音波映像を表示するのに適当な形態に変換する。

ディスプレイ部６０は、映像処理された超音波映像を表示する。

以上では、超音波診断システムで超音波合成映像のための各構成要素の機能について詳察した。

本発明のＴＤＩ形成装置は、超音波送信ビームの特性化された配列（即ち、順次的ではなく、非順次的方式で送信する）とこれに対応して受信される受信ビームのグループ化されたデータを自己相関器３１１〜３１３に入力して動きの推定と補償に必要なデータ（例えば、ピクセルまたはサンプル単位の平均位相および大きさデータ（power data））を形成し、動きに対する平均位相および大きさデータに基づいてＴＤＩ形成のために要求されるデータ、即ち速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、パワー（Ｐｏｗｅｒ）、分散（Ｖａｒｉａｎｃｅ）などを求める。

一実施例によると、送受信制御部２１は、送受信スイッチ２０を制御して送信ビームを非順次的方式で送信するように制御し（図６参照）、これに対応して受信される受信ビームに対してスキャンライン増加方向のデータと減少方向のデータをグループ化し、スキャンライン増加方向のＭ、Ｎ個のグループデータとスキャンライン減少方向のＬ個のグループデータが自己相関器（図５の３１１〜３１３）にそれぞれ入力されるように制御する。

映像動き推定／補償制御部３１の自己相関器３１１〜３１３は、スキャンラインインデックスが増加する方向の増加グループデータとスキャンラインインデックスが減少する方向の減少グループデータに基づいて自己相関関数を用いて対象体の動きに対する位相および大きさデータを抽出する。

合算部３１４は、増加グループと減少グループの位相および大きさデータを合算して制御部３１５に伝達する。制御部３１５は、増加／減少グループデータに対するピクセルまたはサンプル基盤の平均位相および大きさデータを形成してエコー処理部４０に伝達する。

このピクセルまたはサンプル基盤の平均位相および大きさデータがＴＤＩ形成のために要求されるデータである。従って、エコー処理部４０は、平均位相および大きさデータに合う速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、パワー（Ｐｏｗｅｒ）、分散（Ｖａｒｉａｎｃｅ）をマッパ４１を通じて出力する。エコー処理部４０のマッパ４１は、平均位相および大きさデータに対応する速度、パワー、分散値を格納しており、平均位相および大きさデータが入力されると、これに対応する速度値の中のいずれか１つを自動で出力し、パワー値の中のいずれか１つを自動で出力し、分散値の中のいずれか１つを自動で出力する。または、平均位相および大きさデータに対応する速度、パワー、分散値のうち少なくとも２個が自動で出力されるようにすることもできる。マッパ４１は、映像後処理（Ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）機能、即ち向上したカラー表示のための作業（例えば、Ｆｌａｓｈ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ等）をさらに含むことができる。

スキャン変換部５０は、マッパ４１から伝達された超音波スキャンライン信号をモニタスキャンライン信号に変換してＴＤＩをディスプレイ部６０に表示する。この時、ディスプレイ部６０に表示されるＴＤＩは、動きのある対象体に対して動きのない対象体の場合と同一の高い解像度を維持するカラー映像である。ＴＤＩは、２Ｄ−ＴＤＩだけではなく、３Ｄ−ＴＤＩが表示可能であり、超音波合成過程を通じて形成されるＢモード映像と共に表示可能である。

前記において送信ビームを順次的に送信せず、非順次的に送信するというのは、超音波合成映像のための複数のスキャンライン（例えば、９つのスキャンライン）に対し順次定義されたインデックス（例えば、インデックス０、インデックス１、インデックス２、…、インデックス８）の増加および減少が繰り返される非順次的な方式で（例えば、インデックス１、インデックス０、インデックス３、インデックス２、インデックス５、インデックス４、…）送信ビームを送信するものである。非順次的方式に基づいた送信順序に従って送信ビームを送信して送信ビームの各送信に対応する複数の受信ビームをそれぞれ得、インデックスが増加する方向の増加グループとインデックスが減少する方向の減少グループにグルーピングし、増加グループと減少グループの各受信ビームに対して自己相関を実施し、各自己相関結果値に加重値を乗じて合算する。このようにすることによってサイドローブの影響が除去されることができる。合算結果値は、固定された対象体に対して０となる。しかし、合算結果値は移動する対象体に対して０とならない。この値が移動する対象体の平均位相および大きさとなる。

図４では、前記映像動き推定／補償制御部３１がビームフォーマ３０の内部に存在することを仮定したが、映像動き推定／補償制御部３１はビームフォーマ３０の外部に別途に存在することもある。本発明は、映像動き推定／補償制御部３１の位置に限定されない。

まず、ＬＲＩ（Ｌｏｗ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍａｇｅ）を介して動きのない固定された映像と動きのある映像に対してメインローブ（Ｍａｉｎ Ｌｏｂｅ）とサイドローブ（Ｓｉｄｅ Ｌｏｂｅ）の位相を確認し、その後、それぞれに対して送信ビームが非順次的に送信された状態での結果を確認する。

図７は、ＢｉＰＢＦ合成映像過程を示す図面であって、１つの合成されたスキャンラインを求めるために（Ｎ＝９）の周囲スキャンラインが関与することを示しており、スキャンラインが移動、増加するに伴って関与したスキャンラインもこれに合せて移動することを示す。０〜８は、自己相関のためのインデックス順序（Ｉｎｄｅｘ Ｏｒｄｅｒ）であり、Ｎ＝９は映像合成に関与するスキャンラインの個数として自己相関関数を用いて平均位相および大きさを求めるために必要なアンサンブル数（Ｅｎｓｅｍｂｌｅ Ｎｕｍｂｅｒ）である。任意のＰ_０点では、波面が継続して進行し、０〜８（自己相関関数に入力されるデータ順序、即ちアンサンブルインデックス）に対応する波面が重畳して映像を合成するものと仮定することができる。

ＬＲＩは、数がＮ＝９であって０〜８までスキャンラインを増加するが、図８のように各インデックス０、インデックス１……インデックス８を集めて合成映像を構成するものである。前記のような場合では、インデックス４の映像が伝統的に単一の送受信焦点映像と見ることができる。Ｎ＝９の場合、９枚のＬＲＩを得てこれに対する位相の変化を見ることができる。

ＢｉＰＢＦ合成映像過程を通じて固定された対象体に対して単に自己相関すれば、メインローブは位相の変化がないため、自己相関結果でブラックホール（Ｂｌａｃｋ Ｈｏｌｅ）形態で示されるが、固定された対象体であるにもかかわらず、サイドローブの影響のため位相が変化する。また、メインローブに近くなるほど位相の変化が小さくなる。これは、対象体の固定または動きに関係なく、サイドローブの位相変化の影響を最小化しなければならないことを意味し、単にサイドローブの影響を考慮せず、自己相関して動きを探す場合、動く対象体だけでなく固定された対象体に対しても動きがある形態の結果を示すようになる。

以下では、本発明の実施例によって、固定された対象体または動く対象体に対して非順次的な方式でビームを送信し、これに対応して受信されるビームに対して自己相関を実施する過程を具体的に詳察する。

送信ビームを非順次的方式で送信する理由は、順次送信されたビームに対応して受信されるビームに基づいて、自己相関関数を用いてピクセル単位で位相と大きさを求めるようになれば、対象体が動かない場合、速度が０ｍ／ｓとなることが理想的であるが、サイドローブの影響で速度成分が検出されるからである。即ち、固定された対象体の場合、送信ビームが順次増加すれば対象体のメインローブの位相は変わらないが、サイドローブの位相はｘ、ｙの空間で見れば、一定のパターンをもって回転するようになる。この結果を用いて補償をする場合にさらに正確な補償がなされないため、これを考慮しなければならない。さらに、動く対象体に対しては正確な位相推定を通じた補償が必要である。従って、本発明では、サイドローブの影響を最小化するために送信ビームを順次送信せず、非順次的な方式で送信し、これに対応して受信されるビームを用いて自己相関する。

図６は、非順次的に送信された送信ビームの形態を示しているが、スキャンラインインデックスが増加する方向の増加グループとスキャンラインインデックスとが減少する方向の減少グループに分け、増加、減少の値は増加が＋２、減少が−１になるというように相異することを示している。

例えば、送信を隣接したスキャンラインの通り順次に１、２、３、４、…のように順次送信せず、２、１、４、３、６、５…の順序で（非順次的送信）、送信スキャンラインの増減が１回は−１、次は＋２の差があるように送信する。この場合、最初の送信と２番目の送信のそれぞれに対応して受信された受信ビームの位相差を求めることをａ（１、３）と表現すると、固定された対象体のサイドローブの位置のピクセルでａ（２、４）、ａ（３、５）、ａ（８、１０）などを用いて求めた平均位相差をＢ（即ち、＋２の差があるＢグループ）、またａ（２、１）、ａ（４、３）、ａ（６、５）などを用いて求めた平均位相差をＡ（即ち、−１の差があるＡグループ）でグルーピングして表現することができる。

固定された対象体の場合、各平均位相差をＡ（スキャンラインインデックスが減少する方向の減少グループ）とＢ（スキャンラインインデックスが増加する方向の増加グループ）と表現すれば、近似的に下の式１の通りである。

式２から各ピクセル毎にＡとＢの位相差を別途に求めた後に、各加重値（例えば、Ａグループに対しては加重値「１」、Ｂグループに対しては加重値）１／２」）を乗じてこれを合わせれば、サイドローブの回転による誤った動きの検出を相殺させることができる。

また、対象体が実際に動く場合、たとえ送信スキャンラインの順序が変わっても各送信時ごとに実際に対象体が近寄ったり遠くなるので、これによる位相の回転は下の式３のようになって前記の通り加重値を乗じてこれを合わせれば、平均位相を求めることができ、これに基づいて一般の２Ｄ−ＴＤＩのように対象体の平均速度を正確に測定することができる。

結果的に、サイドローブ回転による不要な位相変化は低減され、メインローブの動きに対する位相変化は観測される。

前記において、平均位相および大きさを求める方法の一例として自己相関法を用いる。自己相関過程についてさらに具体的に詳察すると次の通りである。

まず、下の式４のように関数ｚ（ｔ）とｚ^＊（ｔ−Ｔ）からｚ_１（ｔ）を定義することができる。

ｚ^＊（ｔ−Ｔ）は、前記式５のように関数ｚ（ｔ）から遅延時間Ｔだけ遅れた共役複素値（Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｃｏｍｐｌｅｘ）である。ある時間に対してｚ_１（ｔ）を積分することによって自己相関関数の結果を下記の式６のように得ることができる。

前記式６において、ｎは一定方向の送信パルスの連続した個数であって、一般に超音波映像でアンサンブル個数として表現される。

下の式７は、送信スキャンライン配置が（＋２）ずつ増加する部分に対する自己相関関数を表現したものである。下の式８および式９は、スキャンラインインデックスが増加する方向の増加グループの大きさおよび位相をそれぞれ示すものである。この過程は、映像動き推定／補償制御部３１の自己相関器３１１〜３１３の中、例えば、自己相関器３１２でスキャンラインインデックスが増加する方向の増加グループデータに対して行う。

前記式９から加重値を適用して位相を求めれば、下の式１０のように表現される。

送信スキャンラインの増加方向に対する最終的な結果式は、下の式１１および式１２の通りである。

一方、送信スキャンライン配置が（−１）ずつ減少する方向に対する式は下の式１３〜式１５の通りである。式１３は、送信スキャンライン配置が（−１）ずつ減少する部分に対する自己相関関数を表現したものであり、式１４および式１５は、スキャンラインインデックスが減少する方向の減少グループの大きさ（power）および位相をそれぞれ示したものである。この過程は、映像動き推定／補償制御部３１の自己相関器３１１〜３１３の中、例えば自己相関器３１１でスキャンラインインデックスが減少する方向の減少グループデータに対して行う。

結果的に、映像動き推定／補償制御部３１の自己相関器３１１〜３１３でスキャンラインインデックスが増加する方向の増加グループデータとスキャンラインインデックスが減少する方向の減少グループデータに対してそれぞれ行った送信スキャンラインの（＋２）増加方向と（−１）減少方向の結果は、合算部３１４で加算され、合算部３１４の出力複素値は下の式１６および式１７の通りである。これを用いて該当ピクセルまたはサンプルに対する大きさを求めれば、下の式１８の通り示すことができ、位相を求めれば、下の式１９の通り示すことができる。

前記式１８は、ピクセル基盤の平均大きさを示し、前記式１９はピクセル基盤の平均位相を示す。これを用いれば、特定領域基盤の平均大きさおよび位相を求めることもできる。これを詳察すると、まず前記式１６と式１７の結果を空間上の座標として下の式２０のように表現することができる。

前記式２０は、再び式２１および式２２のように表現して特定領域基盤の平均大きさおよび位相を有する形態に拡張することができる。

前記式で位相値と共に大きさを測定する理由は、動き推定および補償時の大きさに基づいて補償の自由度を高めるためである。例えば、パワーしきい値を基準とする時、その大きさがあまりにも小さい場合は、無視する。

提案された方法で推定された平均大きさおよび位相を用いてＴＤＩを形成すれば、スキャンライン別にアンサンブル数だけの超音波を反復的に送信しなくてもＴＤＩを時間遅延なく形成することができ、サイドローブレベルの除去によって互いに異なる位置の送信スキャンラインのデータをアンサンブルにしてＴＤＩを形成することができる。

図６のように固定された対象体または動く対象体に対して非順次的な方式でビームを送信し、これに対応して受信されるビームに対し、自己相関を実施すれば、メインローブに及ぼすサイドローブの影響が明確に減少する。また、パワーしきい（Ｐｏｗｅｒ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）電圧を調整すれば、サイドローブによる影響をさらに減らすことができる。

本発明を望ましい実施例を用いて説明したが、当業者であれば添付の特許請求の範囲および範疇を逸脱せずに様々な変形および変更がなされることが分かるはずである。

本発明は、超音波診断システムなどに用いられる。

１０：送受信部
２０：送受信スイッチ
２１：送受信制御部
３０：ビームフォーマ
３１：映像動き推定／補償制御部
４０：エコー処理部
４１：マッパ
５０：スキャン変換部
６０：ディスプレイ部

Claims (16)

1. 組織ドップラ映像（ＴＤＩ）形成装置であって、
   サイドローブの影響を最小化するために非順次的方式で送信ビームの送信を制御し、前記送信ビームの前記各送信に対応して受信される複数の受信ビームをスキャンラインインデックスの増加方向の増加データと減少方向の減少データとにグルーピングを制御する送受信制御手段と、
   前記スキャンラインインデックスの前記増加および減少方向の増加および減少データグループ別に自己相関を実施し、前記増加および減少データグループに対する自己相関値のそれぞれに対して加重値を乗じて、得られた値を合算し、平均位相を求める映像動き推定および補償手段と、
   前記平均位相に対応する速度値、パワー値、分散値の中で少なくとも１つを出力してＴＤＩを形成する映像形成手段とを備え、
   前記加重値は、前記インデックスの増加値及び減少値に基づき決定されることを特徴とする組織ドップラ映像形成装置。
2. 前記非順次的方式は、複数のスキャンラインを設定し、前記スキャンラインに対して順次的なインデックスを定義し、前記インデックスの増加および減少が繰り返される非順次的な方式で前記スキャンラインに対して前記送信ビームの順序を設定し、前記設定された送信順序に従って前記送信ビームを送信する方式であることを特徴とする請求項１に記載の組織ドップラ映像形成装置。
3. 前記送受信制御手段は、前記送信順序に従って送信された前記送信ビームの前記各送信に対応する前記複数の受信ビームをそれぞれ得ることを特徴とする請求項２に記載の組織ドップラ映像形成装置。
4. 前記形成されたＴＤＩを表示するディスプレイ手段
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の組織ドップラ映像形成装置。
5. 前記映像動き推定および補償手段は、前記スキャンラインインデックスの前記増加および減少方向による前記増加データグループおよび前記減少データグループ別に前記自己相関を実施し、前記増加および減少データグループに対する前記自己相関値のそれぞれに対して加重値を乗じて、得られた値を合算して平均大きさを求める機能をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の組織ドップラ映像形成装置。
6. 前記自己相関は、ピクセル単位または所定領域に基づいて実施されることを特徴とする請求項５に記載の組織ドップラ映像形成装置。
7. 前記スキャンラインインデックスの増加は＋２、減少は−１であることを特徴とする請求項６に記載の組織ドップラ映像形成装置。
8. 前記映像形成手段は、前記平均位相および前記平均大きさに対応する速度値、パワー値、分散値を格納するマッパを備え、前記映像動き推定および補償手段から前記平均位相および前記平均大きさの１つが入力されれば、それに対応する、前記速度値の中で１つを出力するか、前記パワー値の中で１つを出力するか、前記分散値の中で１つを出力するか、または前記１つの入力に対応する前記速度値、前記パワー値、前記分散値の中で少なくとも２つの値を出力することを特徴とする請求項７に記載の組織ドップラ映像形成装置。
9. 前記ＴＤＩは、２次元ＴＤＩまたは３次元ＴＤＩであり、Ｂモード映像と共に表示可能であることを特徴とする請求項４に記載の組織ドップラ映像形成装置。
10. 前記送信ビームは、複数のスキャンラインに沿って送信され、
    前記送受信制御手段は、前記送信ビームが連続的に送信されるとき、前記非順次的方式で前記スキャンラインに対して前記送信ビームの送信順序を設定することにより、前記スキャンラインインデックスの順序を設定することを特徴とする請求項１に記載の組織ドップラ映像形成装置。
11. 組織ドップラ映像（ＴＤＩ）形成方法であって、
    送信ビームが送信される複数のスキャンラインを設定し、前記スキャンラインに対して順次的なインデックスを定義し、前記送信ビームが連続的に送信されるとき、サイドローブの影響を最小化するために、前記インデックスの順序が非順次的な方式で、前記スキャンラインに対して前記送信ビームの順序を設定する段階と、
    前記設定された送信順序に従って前記送信ビームを送信する段階と、
    前記送信ビームの各送信に対応する複数の受信ビームをそれぞれ得、前記複数の受信ビームを前記インデックスが増加する方向の増加データグループと前記インデックスが減少する方向の減少データグループとにグルーピングする段階と、
    前記増加データグループと前記減少データグループとの前記各受信ビームに対して自己相関を実施して前記グループ別に前記受信ビームの位相をそれぞれ求め、前記各グループ別の前記位相に加重値を乗じて、得られた値を合算し、平均位相を求める段階と、
    前記平均位相に対応する速度値、パワー値、分散値の中で少なくとも１つを出力してＴＤＩを形成する段階とを備え、
    前記加重値は、前記インデックスの増加値及び減少値に基づき決定されることを特徴とする組織ドップラ映像形成方法。
12. 前記非順次的インデックスは、繰り返し的に増加および減少することを特徴とする請求項１１に記載の組織ドップラ映像形成方法。
13. 前記形成されたＴＤＩを表示する段階
    をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の組織ドップラ映像形成方法。
14. 前記スキャンラインの前記インデックスの前記増加および減少方向による前記増加および減少データグループ別の前記受信ビームに前記自己相関を実施し、前記増加および減少データグループに対する前記受信ビームの大きさを求め、前記増加および減少データグループの前記大きさのそれぞれに対して加重値を乗じ、得られた値を合算し、平均大きさを求める段階と、
    前記平均大きさに対応する速度値、パワー値、分散値の中で少なくとも１つを出力してＴＤＩを形成する段階と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の組織ドップラ映像形成方法。
15. 前記自己相関は、各ピクセルまたは所定のサンプル単位に基づいて実施されることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の組織ドップラ映像形成方法。
16. 前記スキャンラインの前記インデックスの増加は＋２、減少は−１であることを特徴とする請求項１５に記載の組織ドップラ映像形成方法。

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