JP5480475B2 - 多次元超音波で流れを測定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に云えば、超音波イメージング（撮像／画像化）に関するものであり、より具体的には、超音波データ内で流れを測定することに関するものである。

従来の超音波システムは、血液又は組織の速度を測定するための標準的なドップラー技術を使用して、血液の流れ、組織の動き（運動）及び／又は歪み速度を評価するために屡々使用されている。しかしながら、これらの技術は、視線に沿った向きのドップラー速度成分のみを測定することができるので、制限がある。カラーフロー及び組織速度イメージングのような多くの二次元イメージングの場合、この視線制限は、主に二次元空間内の異なる位置が異なるドップラー角度を持っていることにより無視されている。従って、このような場合、一般に運動の相対速度及び方向のみが使用されており、より定量的な情報はパルス式ドップラーを用いて得られる。パルス式ドップラーでは、サンプル・ボリュームが空間内の単一点を規定し、ユーザはドップラー角度効果を補償するための流れ方向又は角度を指定することができる。そのときでも、エレべーション平面における流速成分、すなわちイメージング（アジマス）平面に直角な流速成分は、無視されている。

基本的な視線制限を除くために、三角測量法(triangulation) と呼ばれる処理が用いられている。２つの異なる角度を用いてイメージング平面内でサンプル・ボリュームから情報を得て、２つの次元の速度成分を計算して流れの速度をより良く定量する機構が提供される。データは、２つの別々の操向(steering)角度を使用して逐次的に送信及び受信して、全フレーム速度を低減するようにすることによって、或いは超音波プローブの複数のトランスデューサ素子を分けて別々の開口を形成して、それらの開口により２つの別々の角度で同時に送信及び受信することによって、取得することができる。この方法ではイメージング平面における流速を測定することができるが、エレべーション平面における第３の速度成分を測定するものはない。
米国特許第５３９８２１６号 米国特許第５４５４３７２号

従って、ある体積内の流れの分析は、現在のイメージング平面の外にある流速成分が決定されないので制限される。

一実施形態では、超音波データセット内で流れの速度を推定するための方法を提供し、本方法は、二次元（２Ｄ）画像上にサンプル・ボリューム・ゲートを規定する段階を含む。２Ｄ画像は超音波データセットに基づいて生成される。流れのスペクトル・ドップラー速度推定値が、互いに対して直交する第１及び第２の次元においてサンプル・ボリューム・ゲート内で検出される。これらのドップラー速度推定値に基づいて、サンプル・ボリューム・ゲート内での流れの真の速度推定値が決定される。

別の実施形態では、２つの次元に配置された複数のトランスデューサ素子を持つ２Ｄプローブを有する超音波システムを提供する。プローブは超音波データセットを取得する。表示装置が超音波データセットに基づいた２Ｄ画像を表示する。ユーザ入力により２Ｄ画像上にサンプル・ボリューム・ゲートを規定し、サンプル・ボリューム・ゲートは超音波データセットの一部分を規定する。処理装置が、互いに対して直交する第１及び第２の次元においてサンプル・ボリューム・ゲート内の超音波データについてドップラー速度計算を遂行する。

更に別の実施形態では、超音波画像内の流れ動態を計算するための方法を提供し、本方法は、超音波データセット内にサンプル・ボリューム・ゲートを規定する段階を含む。サンプル・ボリューム・ゲートは第１、第２及び第３の空間次元を有する。速度成分が、サンプル・ボリューム・ゲート内の超音波データに基づいて第１及び第２の次元において計算される。第１及び第２の次元は互いに対して直交しており、速度成分は三角測量技術に基づいて取得される。流れ動態が、速度成分に基づいてサンプル・ボリューム・ゲート内で時間につれて計算される。

本発明の上記の概要、並びに特定の実施形態についての以下の詳しい説明は、添付の図面を参照して読めば、より良く理解されよう。図面には様々な実施形態の機能ブロックを線図で示しているが、それらの機能ブロックは必ずしもハードウエア回路の区分を表すものではない。従って、例えば、１つ又は複数の機能ブロック（例えば、処理装置又はメモリ）は一つのハードウエア（例えば、汎用信号処理装置又はランダム・アクセス・メモリ、ハードディスクなど）で具現化することができる。同様に、プログラムは、独立型プログラムであってよく、またオペレーティング・システム内のサブルーチンとして組み込むことができ、またインストールされたソフトウエア・パッケージ内の機能などであってよい。ここで、様々な実施形態は図面に示された配置構成及び手段に制限されないことを理解されたい。

図１は、超音波システム１００のブロック図を示す。超音波システム１００は、超音波パルス信号を身体内に放出させるためにプローブ１０６内の複数のトランスデューサ素子１０４を駆動する送信器１０２を含む。種々のジオメトリのプローブを使用することができる。超音波信号は、血球又は筋肉組織のような構造から後方散乱されて、複数のトランスデューサ素子１０４へ戻るエコーを生成する。戻ってくるエコーは複数のトランスデューサ素子１０４によって電気信号へ変換され、それらの電気信号は受信器１０８で受信される。受信された信号はビームフォーマ１１０に通され、ビームフォーマ１１０は（複数のトランスデューサ素子の信号を組み合わせてビームの操向及び集束を行う）ビーム形成を行ってＲＦ信号を出力する。このＲＦ信号はＲＦ処理装置１１２を通過する。代替態様として、ＲＦ処理装置１１２は、ＲＦ信号を復調して、エコー信号を表すＩＱデータ対を形成する複素復調器（図示せず）を含むことができる。次いで、ＲＦ又はＩＱ信号データは一時的な保存のためにＲＦ／ＩＱバッファ１１４へ直接送ることができる。後でより詳しく説明するようなユーザ入力装置１２０を使用することにより、超音波システム１００の動作を制御すること、例えば、患者データの入力、走査パラメータ、その中の流れを決定するための画像の一部分の識別、走査モードの変更などを制御することができる。これには、マクロフォン２３０を介して供給される音声指令を含むことができる。

超音波システム１００はまた、取得された超音波情報（すなわち、ＲＦ信号データ又はＩＱデータ対）を処理し且つ表示装置１１８上に表示するために超音波情報のフレームを作成するための処理装置１１６を含む。処理装置１１６は、取得された超音波情報について複数の選択可能な超音波モダリティに従った１つ以上の処理動作を遂行するように構成されている。取得された超音波情報は、エコー信号を受信する期間中に実時間で処理することができる。

超音波システム１００は、おおよそ人の目の知覚速度である毎秒５０フレームよりも高いフレーム速度で超音波情報を連続的に取得することができる。取得された超音波情報は、より低いフレーム速度で表示装置１１８上に表示される。直ちに表示する予定になっていない取得された超音波情報の処理済みのフレームを記憶するためにメモリ１２２が設けられている。模範的な実施形態では、メモリ１２２は、超音波情報の少なくとも数秒に相当するフレームを記憶するのに充分な容量を有する。超音波情報のフレームは、その取得の順序又は時刻に従って検索し易くなるような態様で記憶される。メモリ１２２は任意の既知のデータ記憶媒体を有することができる。

ここでユーザ入力１２０について説明すると、超音波システム１００を制御するために様々な実施形態を具現化することができる。このような様々な実施形態は、超音波システム１００を制御するための一組のユーザ制御部のような制御機能を含むことができる。この一組のユーザ制御部は、例えば、タッチ・スクリーン又はパネルの一部として、或いはユーザ操作可能なスイッチ、ボタンなどのような手動入力として設けることができる。一組のユーザ制御部は、手動で操作できるもの又は音声で作動されるものにすることができる。

図２は、超音波データを取得するように構成されているプローブ１２を持つ手持ち型又は持ち運び型超音波イメージング装置１０のブロック図である。従って、持ち運び型超音波イメージング装置１０はユーザによって容易に運搬可能である。また、統合表示装置１４（例えば、内部表示装置）が設けられて、医学的画像を表示するように構成される。データ・メモリ２２が、取得された画像データを記憶し、該画像データは本発明の或る実施形態ではビームフォーマ２０によって処理することができる。

プローブ１２を使用して医学的画像を表示するため、後置処理装置１６がソフトウエア又はファームウエア・メモリ１８と共に設けられ、該メモリは、プローブ１２からの（構成によっては、ビームフォーマ２０によって更に処理された）取得された超音波画像データを使用して、フレーム処理、走査変換及び分解能選択を遂行するための命令を含む。走査変換を遂行するためにソフトウエアの代わりに専用のハードウエア、又は専用のハードウエアとソフトウエアとの組合せ、又はソフトウエアと汎用処理装置又はディジタル信号処理装置との組合せを使用することができる。

ソフトウエア又はファームウエア・メモリ１８は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、小型ハードディスク・ドライブ、フラッシュ・メモリ・カード、或いは１つ又は複数の機械読取り可能な媒体から命令を読み出すように構成されている任意の種類の１つ又は複数のデバイスを有することができる。ソフトウエア又はファームウエア・メモリ１８に含まれている命令は更に、表示装置１４上で表示するのに適当な分解能の医学的画像を生成するための命令、並びにデータ・メモリ２２に記憶されている画像データを、より高い分解能で、例えば、統合表示装置１４上に表示することのできる最高分解能よりも高い分解能で、外部装置２４へ送るための命令を含む。より高い分解能の画像データ及び／又は超音波データ自体は、後置処理装置１６及びユーザ・インターフェース２８の制御の下で、後置処理装置１６から、有線又は無線のネットワーク２６（又は、例えば、直列又は並列ケーブル又はＵＳＢポートを介しての直接接続）により外部装置２４へ送ることができる。実施形態によっては、外部装置２４は、コンピュータ、或いは表示装置を持つワークステーションであってよい。代替態様として、外部装置２４は、持ち運び型超音波イメージングデータから画像データを受け取ることができ且つ統合表示装置１４よりも高い分解能を持つことのある画像を表示し又は印刷することのできる別個の外部表示装置又はプリンタであってよい。

（統合表示装置１４を含むこともできる）ユーザ・インターフェース２８が、ユーザから指令を受け取り、またユーザからの指令に従って、後置処理装置１６に命令して、取得された画像データを統合表示装置１４上に表示し、走査パラメータを調節し、取得された画像データを統合表示装置１４上に表示可能な分解能よりも高い分解能又は両方の分解能で外部装置２４へ送るために設けられる。

図３は、最大で３つの空間成分（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び１つの時間成分を持つ超音波データを取得するために使用することのできる二次元（２Ｄ）プローブ１５０を例示する。プローブ１５０は図１のシステム１００又は図２の持ち運び型超音波イメージング装置１０のいずれかに使用することができる。プローブ１５０は、第１及び第２の次元１５４及び１５６に沿って配列された複数のトランスデューサ素子１５２を持つ。

図４は、図３の２Ｄプローブ１５０によって取得されたＢモード画像１８０を例示し、該画像は図１及び図２の表示装置１１８及び１４上にそれぞれ表示することができる。Ｂモード画像１８０はイメージング又はアジマス平面にあってよく且つ第１及び第２の次元１８８及び１９０を持つ。Ｂモード画像１８０は、プローブ１５０のエレべーション中心（エレべーション方向は図３の第２の次元１５６に対応する）に配置された複数のトランスデューサ素子１５２によって取得されたデータのスライスを表す。例えば、プローブがエレべーション次元において６４枚のスライスを取得した場合、Ｂモード画像１８０はスライス３２を表す。

カラー・フロー・ボックス１８２がユーザ入力１２０（図１）を使用して選択され、或いは処理装置１１６によって自動的に選択される。Ｂモード画像１８０上の流れ動態をカラー・フロー・ボックス１８２内にカラーで表示することができる。随意選択により、何らカラー・フロー・ボックス１８２を規定しないこともできる。ユーザ入力１２０及びユーザ・インターフェース２８を使用すること等により、関心領域（ＲＯＩ）１８４を規定して、カラー・フロー・ボックス１８２内にユーザによって位置決めすることができる。この例では、関心領域１８４はカラー・フロー・ボックス１８２の外に位置決めすることはできず、プローブ１５０の視野又は大きさは関心領域１８４の相対的な大きさを決定することができる。

サンプル・ボリューム・ゲート１８６を配置して、関心領域１８４内でユーザが流れを評価したいと思っている所望の領域まで動かすことができる。状況によっては、三角測量法による推定の際に使用される走査のジオメトリに依存して、関心領域１８４及び／又はサンプル・ボリューム・ゲート１８６は極端にＢモード画像１８０の縁に配置することができる。ユーザはまた。表示されたＢモード画像１８０内の第１及び第２の次元１８８及び１９０に沿ったサンプル・ボリューム・ゲート１８６の大きさ及び形状を変更することができる。サンプル・ボリューム・ゲート１８６は正方形としてＢモード画像１８０上に示されているが、サンプル・ボリューム・ゲート１８６は立方体又は直方体のような三次元（３Ｄ）領域を空間内に規定する。例えば、サンプル・ボリューム・ゲート１８６は、立方体の１つのピクセル（画素）のような小さいものであってよい。

２Ｄドップラー・スペクトルを得るため及び他の流れの計算のためにサンプル・ボリューム・ゲート１８６内の超音波データについて三角測量法が遂行される。流れパラメータは、それに限定するものではないが、ピーク速度、流れ方向、流れのスペクトル成分などを含むことができる。システム１００はプローブ１５０の視野にわたって２Ｄデータを収集するが、三次元（３Ｄ）データセットの少なくとも一部分をサンプル・ボリューム・ゲート１８６内で取得することができる。

図３に戻って説明すると、第１の次元１５４で三角測量を行うために、複数のトランスデューサ素子１５２は送信開口１５８と第１及び第２の受信開口１６０及び１６２とに分割することができる。第２の次元１５６では、プローブ１５０の複数のトランスデューサ素子１５２は送信開口１５８と第１及び第２の受信開口１６６及び１６８とに分割することができる。この実施形態では、Ｂモード画像１８０がプローブ１５０のエレべーション視野の中心に対応するので、サンプル・ボリューム・ゲート１８６もまたエレべーション中心に位置決めされる。

アジマス及びエレべーション平面における三角測量は、プローブ１５０の開口の大きさに少なくとも部分的に基づくものであってよい。各平面において、受信開口は同じ大きさにして、送信開口の両側に対称に配置することができる。代替態様として、第１及び第２の受信開口１６０及び１６２は送信開口に対して非対称に配置することができ、及び／又は互いに対して異なる大きさにすることができる。ここで、全てのトランスデューサ素子１５２が使用されるとは限らないこと、また送信及び受信開口が互いから別々であり及び／又は互いに対してオーバーラップすることがあることを理解されたい。例えば、第１及び第２の受信開口１６０及び１６２の１つは、送信開口１５８と同じ複数のトランスデューサ素子１５２の一部又は全てを使用することができる。

複数のトランスデューサ素子１５２の２Ｄ配列内の各開口の大きさ及び位置もまた、プローブ１５０の視野に対するサンプル・ボリューム・ゲート１８６の位置に基づいて定めることができ、且つ４Ｄ流れ精度を最大にするように処理装置１１６によって決定及び／又は調節することができる。例えば、流れ精度は、受信開口の大きさ及び位置を送信開口及びサンプル・ボリューム・ゲートに対して釣り合わせることによって最大にすることができる。一般的に云えば、複数の受信開口を互いに対してより大きくし且つより遠く離すと、三角測量（又は速度）推定がより良好になる。しかしながら、個々のトランスデューサ素子１５２の指向性も考慮され、従って、受信開口同士は複数のトランスデューサ素子１５２の指向性の性能を越える距離まで離して位置決めされることはない。ここで、他の三角測量技術を使用してもよいことを理解されたい。

次いで、流速成分又はドップラー速度推定値がイメージング又はアジマス平面（Ｂモード画像１８０の平面）内で及び該アジマス平面に対して直角なエレべーション平面内で取得される。システム１００の能力に依存して、速度推定値は２つの平面内で逐次的に又は同時に取得することができる。

図５及び図６は、図４のＢモード画像１８０のアジマス及びエレべーション次元においてそれぞれドップラー速度推定値を取得するために三角測量法を使用する例をそれぞれ示す。複数のトランスデューサ素子の２Ｄ配列２８０は、エレべーション中心２７８を持つものとして例示されている。ユーザは、Ｂモード画像１８０の第１及び第２の次元１８８及び１９０においてサンプル・ボリューム・ゲート１８６を動かすことによって、及び／又はサンプル・ボリューム・ゲート１８６の大きさ及び形状を変更することによって、空間内にサンプル・ボリューム・ゲート１８６を定めている。この例では、Ｂモード画像１８０はプローブ１５０の視野のエレべーション中心２７８において取得される。

一旦サンプル・ボリューム・ゲート１８６が位置決めされると、処理装置１１６は受信及び送信開口の最適な位置を計算する。これは、シミュレーションから導き出した表に基づくものであってよい。例えば、三角測量技術は典型的には、処理するデータがプローブ１５０（図３）の視野の中心内にあるとき最も正確である。一般に、関心領域１８４の存在が、図４に見られるようにプローブ１５０のＦＯＶに対するサンプル・ボリューム・ゲート１８６の空間内での動きを制限する。送信及び受信開口のジオメトリに依存して、規準画像（１つ又は複数）上での関心領域及び／又はサンプル・ボリューム・ゲートの配置は、少なくとも部分的に、プローブ１５０の視野の中心領域に制限されることがある。しかしながら、ここで、関心領域又はサンプル・ボリューム・ゲートのいずれの配置もプローブ１５０の視野の中心に限られるものではないことを理解されたい。

次に、図５のアジマス次元について説明すると、処理装置１１６は送信開口２８２と第１及び第２の受信開口２８４及び２８６とを規定する。第１及び第２の受信開口２８４及び２８６は送信開口２８２の両側に等距離に位置決めすることができる。代替態様として、このような位置決めは非対称であってもよい。図６のエレべーション次元において、Ｂモード画像１８０がプローブ１５０のエレべーション視野の中心であるので、この実施形態では、処理装置１１６はエレべーション平面の中心を処理すべきであると想定する。処理装置１１６は前に規定した送信開口２８２を使用することができ、また第３及び第４の受信開口２９２及び２９４を規定する。

処理装置１１６は、送信及び受信ビーム形成を修正して、送信及び受信開口をサンプル・ボリューム・ゲートだけに向けて集束させる。ビームフォーマ１１０は送信開口２８２から超音波ビームを送信して、第１及び第２の開口２８４及び２８６で超音波ビームを受け取り、これらの開口は第１及び第２の角度２８８及び２９０のビームを検出する。第１及び第２の角度２８８及び２９０は送信ビームから同じ角距離であってよく、又は異なっていてもよい。処理装置１１６は次いで、第１及び第２の角度２８８及び２９０に基づいて軸方向におけるスペクトル・ドップラー推定値及び横方向におけるスペクトル・ドップラー推定値を計算する。従って、処理装置１１６はサンプル・ボリューム・ゲート１８６内の超音波情報に基づいて２つの異なる方向におけるスペクトル・ドップラー推定値を同時に検出する。

ビームフォーマ１１０は送信開口２８２から超音波ビームを送信して、送信ビームから第３及び第４の角度２９６及び２９８で第３及び第４の開口２９２及び２９４によりそれぞれ超音波ビームを受け取る。次いで、処理装置１１６は、少なくとも第３及び第４の角度２９６及び２９８に基づいて軸方向及びエレべーション次元におけるスペクトル・ドップラー推定値を計算する。これらのスペクトル・ドップラー推定値から、３つの次元の流れ成分（例えば、ピーク速度、平均速度、ピーク流量など）を抽出することができる。

アジマス及びエレべーション次元において計算された軸方向成分は同じ値になるはずである。処理装置１１６は３つの次元からのスペクトル・ドップラー推定値を組み合わせて、サンプル・ボリューム・ゲート１８６内の真の速度の大きさ及び真の速度方向を計算することができる。例えば、処理装置１１６はエレべーション平面において検出された流れ情報（又は、ドップラー偏移情報）を使用して、アジマス平面において取得された流れデータを処理するために必要な流れ方向成分を供給する。従って、処理装置１１６は、ユーザからの更なる入力がなくても真の３Ｄスペクトル推定値又は速度推定値を計算することができる。ここで、これらのスペクトル推定値からの導出などによって、単一の速度推定値を決定することもできることを理解されたい。処理装置１１６が上記両方の平面における三角測量情報を時間につれて繰返し取得し続けるので、４Ｄ速度データのような一連の値が取得され、また時間につれての３Ｄ速度推定値を計算することができる。

図７は、アジマス及びエレべーション次元の両方におけるドップラー速度推定値を同時に取得するために三角測量法を使用する例を示す。単一の送信開口３００がアジマス次元における第１及び第２の受信開口３０２及び３０４とエレべーション次元における第３及び第４の受信開口３０６及び３０８と共に規定される。ビームフォーマ１１０は送信開口３００によりサンプル・ボリューム・ゲート１８６へ送信させ、第１、第２、第３及び第４の受信開口３０４〜３０８が受信信号を同時に検出する。

ユーザにとって、プローブのエレべーション中心に中心合わせしたＢモード画像１８０以外のエレべーション平面内のサンプル・ボリューム・ゲートを視覚化し且つ調節することが望ましいことがある。図８は、サンプル・ボリューム・ゲートを位置決めするために使用することができる複数の平面を示す。複数の平面は、Ａ平面２００、Ｂ平面２０２及びＣ平面２０４のような３つの直交する平面であってよく、またボリューム・レンダリングした画像２０６と共に表示することができる。この例では、Ａ平面２００は図４のＢモード画像１８０のようなアジマス平面とすることができる。ここで、表示される平面は互いに直交する平面に限定されないこと、及び２つの平面を使用できることを理解されたい。例えば、ユーザは、決定しようとする流れが通る解剖学的構造をより良好に観察するために他の平面又は画像を表示することができる。

処理装置１１６はＡ、Ｂ及びＣ平面２００、２０２及び２０４上にＡ、Ｂ及びＣ関心領域２０８、２１０及び２１２をそれぞれ配置する。この例では、カラー・フローは使用していず、従って、カラー・フロー・ボックスは表示されない。Ａ、Ｂ及びＣ関心領域２０８、２１０及び２１２の大きさ及び位置は、前に述べたようにイメージング状況のジオメトリに少なくとも部分的に基づいて定められる。関心領域の位置に基づいて、処理装置１１６は、可能な最良の推定を達成するために当該技術分野で公知の方策を使用して三角測量方策及び開口管理を決定する。随意選択により、ユーザは、プローブ１５０のＦＯＶの中心付近に関心領域を位置決めするためにプローブ１８０の位置及び／又は走査パラメータを調節することを望むことができる。

Ａ、Ｂ及びＣサンプル・ボリューム・ゲート２１４、２１６及び２１８は、Ａ、Ｂ及びＣ関心領域２０８、２１０及び２１２内にそれぞれ表示される。ここで、Ａ、Ｂ及びＣサンプル・ボリューム・ゲート２１４、２１６及び２１８は異なる番号で表示されているが、３Ｄ空間内でのそれらの位置は同じであることを理解されたい。ユーザは、対応する画像平面を観察しながら、Ａ、Ｂ及びＣサンプル・ボリューム・ゲート２１４、２１６及び２１８の各々の大きさ及び位置を個別に操作することができ、従って、イメージング空間内のサンプル・ボリューム・ゲートを操作することができる。１つの平面においてサンプル・ボリューム・ゲートを調節することにより、他の２つの平面において１つ以上のサンプル・ボリューム・ゲートが表示される態様を変更することができる。

図９及び図１０は、軸方向及び横方向にサンプル・ボリューム・ゲートを動かしたことに基づいて送信及び受信開口を位置決めする例をそれぞれ示す。図９及び図１０では、図８のＡ平面２００のようなアジマス平面に関して説明する。図９では、サンプル・ボリューム・ゲート２１４が第１の位置３２０にあるとき、第１及び第２の受信開口は送信開口３２２の両側の第１及び第２の受信位置３２４及び３２６にそれぞれ配置される。ユーザが、例えば、サンプル・ボリューム・ゲートをプローブ１５０の表面からより遠くに位置決めするように、サンプル・ボリューム・ゲート２１４を軸方向に第２の位置３２８へ動かしたとき、送信開口３２２は同じ位置に留まるが、第１及び第２の受信開口は送信開口３２２から更に離れた第３及び第４の受信位置３３０及び３３２にそれぞれ位置決めされる。図示していないが、サンプル・ボリューム・ゲートを軸方向に動かすと、エレべーション次元において送信及び受信開口の位置決めに同様な作用を持つことがある。

図１０について説明すると、サンプル・ボリューム・ゲート２１４が第１の位置３４０にあるとき、送信開口は第１の送信位置３４２にあってよく、また第１及び第２の受信開口は第１の送信位置３４２の両側の第１及び第２の受信位置３４４及び３４６にそれぞれ位置決めされる。ユーザがサンプル・ボリューム・ゲート２１４を横方向に第２の位置３４８へ動かした場合、送信開口は第２の送信位置３５０へ動かされ、また第１及び第２の受信開口は第３及び第４の送信位置３５２及び３５４にそれぞれ位置決めされる。従って、３つの開口の全てを横方向に移動させることができる。開口の大きさは、所望の受信角度と、プローブ１５０の縁から送信開口までの距離とに基づいて、変更することができる。

図９及び図１０に示されている両方の例ではサンプル・ボリューム・ゲートをプローブ１５０のエレべーション平面の中心内で動かしている。図１１は、サンプル・ボリューム・ゲートが図８のＣ平面２０４内のようなエレべーション平面内で動かされたときの送信及び受信開口の位置決めを示す。サンプル・ボリューム・ゲートが、２Ｄ配列２８０のエレべーション中心２７８から離れて配置された位置３６０へ動かされている。送信及び受信開口はサンプル・ボリューム・ゲート２１８の位置３６０に対して位置決めされる。この例では、送信開口３６２がアジマス及びエレべーション方向の両方において使用される。第１及び第２の受信開口がアジマス次元における第１及び第２の受信位置３６４及び３６６に位置決めされ、且つ第３及び第４の受信開口がエレべーション次元における第３及び第４の受信位置３６８及び３７０に位置決めされる。アジマス及びエレべーション方向の両方において速度推定値を同時に収集できるようにするために、ビームフォーマ１１０、送信器１０２及び受信器１０８の回路に別個のハードウエア及び／又はソフトウエアを設けることができる。

図１２は、サンプル・ボリューム・ゲートがプローブの視野の縁近くに位置決めされたときのように、送信開口と複数の受信開口の１つとの間のオーバーラップが存在する場合の例を示す。アジマス次元について説明するが、下記の幾何学的位置決め情報はエレべーション次元にも等しく関係付けられる。ユーザが、図８のＡ平面２００の縁に沿うようなプローブ１５０の視野の遠い縁に配置された位置３８０にサンプル・ボリューム・ゲートを位置決めすることがある。この例では、アジマス次元において送信開口の両側に別々の受信開口を形成するようにトランスデューサ素子を利用することができない。従って、送信／受信位置３８２に配置されたトランスデューサ素子（１つ又は複数）が送信及び受信の両方の機能のために使用される。ビームフォーマは送信／受信位置３８２からサンプル・ボリューム・ゲートの位置３８０へ送信を行うことができる。次いで、アジマス次元におけるドップラー推定値を計算するために、送信／受信位置３８２のトランスデューサ素子が第２の受信位置３８４と同時に信号を受け取る。送信／受信位置３８２は同じトランスデューサ素子（複数）を使用するものとして示されているが、複数のトランスデューサ素子を部分的にオーバーラップさせて使用して送信及び受信位置を規定することができる。

図１３は、超音波データセット内で血液又は組織に関連した４Ｄ速度データを決定するための方法を例示する。段階２５０で、ユーザは、二次元の複数のトランスデューサ素子１５２を持つプローブ１５０（図３に示す）によって超音波データを取得する。段階２５２で、ユーザは、超音波データの中から少なくとも１つの画像を選択して表示することができる。例えば、Ｂモード画像１８０（図４）を表示することができる。代替態様として、図８のＡ、Ｂ及びＣ平面２００、２０２及び２０４のような３つの直交するビュー又は他の複数のビューを表示することができる。ユーザはまた、関心領域（１つ又は複数）及びサンプル・ボリューム・ゲートを選択し位置決めすること等によって、１つ以上の所定の画像を自動的に表示すると共に情報の自動表示を開始する走査プロトコルを開始することができる。

段階２５４で、処理装置１１６は、表示された画像（１つ又は複数）上に少なくとも１つの関心領域を表示させることができ、その大きさ及び位置は少なくともプローブ１５０のジオメトリに基づいて定めることができる。また処理装置１１６は、各々の関心領域内にサンプル・ボリューム・ゲートを表示する。段階２５６で、ユーザは、表示された画像上の関心領域（１つ又は複数）内にサンプル・ボリューム・ゲートを位置決めするとともに、表示されたサンプル・ボリューム・ゲートの大きさ及び／又は形状を変更することができる。サンプル・ボリューム・ゲートは、そこから３Ｄ及び４Ｄ流れデータを導き出すべき超音波データ内の領域を示す。代替態様として、ユーザは、プローブ１５０の視野の縁にサンプル・ボリューム・ゲートの位置を定めることなどのために、関心領域を使用することなくサンプル・ボリューム・ゲートを位置決めすることができる。

段階２５８で、処理装置１１６は、アジマス及びエレべーション次元におけるような直交する平面内の送信及び受信開口の位置、大きさ及び受信角度を決定する。処理装置１１６は、プローブの視野に対するサンプル・ボリューム・ゲートの位置と、受信角度を規定し及び／又は制限するために使用されるデータとに基づいて、送信及び受信開口の位置を定める。前に述べたように、送信及び受信開口は幾何学的配置構成が互いから異なっていてよく、或いは送信及び受信開口は少なくとも一方向において、図１２において述べたように、完全に又は部分的にオーバーラップしていてよい。

段階２６０で、ビームフォーマ１１０は、第１の次元において規定された送信及び受信開口を使用して送信及び受信を行う。処理装置１１６は、三角測量法を使用して第１の次元内のスペクトル・ドップラー速度推定値を計算する。代替態様として、速度を計算するために他の方法を使用することができる。第１の次元はアジマス又は現在のイメージング平面であってよく、或いは異なるユーザ設計の又は所定の平面であってよい。第１の次元がアジマス平面である場合、ドップラー速度推定値は軸方向及び横方向であってよい。段階２６２で、処理装置１１６は、三角測量法を使用すること等によって、第２の次元内のスペクトル・ドップラー速度推定値を計算する。第２の次元はサンプル・ボリューム・ゲートの領域内の第１の平面と交差し、又はそれを二分し、或いは横切ることができる。第２の次元はエレべーション平面であってよく、エレべーション平面は、アジマス平面を横切る流れの方向を識別できるように、アジマス平面に対して直角である。この場合、スペクトル・ドップラー速度推定値は軸方向及びエレべーション方向であってよい。代替態様として、両方向におけるスペクトル・ドップラー速度推定値は同時に取得することができる。

段階２６４で、処理装置１１６は、段階２６０及び２６２で決定されたスペクトル・ドップラー速度推定値に基づいて３Ｄスペクトル速度推定値を計算する。３Ｄスペクトル速度推定値は、アジマス・イメージング平面（図４のＢモード画像１８０）の外にある流速成分を考慮することにより、サンプル・ボリューム・ゲート内の真の３Ｄ流れの値を与える。

段階２６６で、処理装置１１６は、３Ｄ速度推定値をメモリ１２２に記憶させることができ、また段階２６８で、処理装置１１６は、段階２６４の３Ｄ速度推定値に基づいて所望の計算を遂行することができる。例えば、以下に説明するような幾つかの測定は瞬時サンプリングに基づくものであり、他の測定は時間につれての複数の点に基づくものである。本方法は、時間につれての速度データ、すなわち、４Ｄ速度データを取得し計算し続けるために段階２６６から段階２６０へ戻る。より多くの速度推定値を取得したとき、段階２６８で、処理装置１１６は、流れ動態を分析するような多数の時点を必要とする測定を完了することができる。

本書で説明した４Ｄ（時間につれての３Ｄ）流れ技術は、典型的には標準的な２Ｄパルス式ドップラーにおいて使用されている測定及び計算を遂行するために使用することができる。例えば、超音波データに関連したドップラー・トレースを図８の表示装置１１８上に表示することができる。ピーク流れのような、ドップラー・スペクトルの瞬時サンプリングに基づく測定は、実時間で又は凍結ドップラー・トレースを使用して、遂行することができる。ドップラー・スペクトルにおいて多数の時点を必要とする測定は、凍結ドップラー・トレースについて遂行することができる。これらの測定は、それに限定するものではないが、拍動性指数、抵抗指数、ピーク収縮期／拡張終期（ＰＳ／ＥＤ）又はＥＤ／ＰＳ比、収縮期ピークの相対高さ（Ａ／Ｂ比）の測定、最大圧力勾配、平均圧力勾配、１回拍出量及び心拍数を含むことができる。従来のパルス式ドップラーと同様に、これらの測定値は、ドップラー・トレース特性の自動検出により、又は心拍サイクル内の適切な点をユーザにより選択することによって得ることができる。

流れの速度及び方向を、２ＤＢモード画像１８０（図４）と共に、又は図８のＡ／Ｂ／Ｃ平面ボリューム・セット内に表示することができる。例えば、ドップラー・スペクトルを表示することができ、或いは２つ以上の空間次元を示す成分を表示することができる。データを画像内にオーバーレイとして又は別々に表示することができる。

別の実施形態では、小さいサンプル・ボリューム・ゲート内よりはむしろ相対的に大きい関心領域内の超音波データを、速度成分の計算のために使用することができる。ユーザは、図４の関心領域１８４のような前もって規定した関心領域の寸法を減らして、関心領域を２ＤＢモード画像１８０内で動かすことができる。代替態様として、ユーザは、Ａ、Ｂ及び／又はＣ関心領域２０８、２１０及び２１２の寸法を減らして、Ａ、Ｂ及びＣ関心領域をＡ、Ｂ及びＣ平面２００、２０２及び２０４内でそれぞれ動かすことができる。処理装置１１６は次いで、４Ｄデータセットにおける時間の関数として関心領域１８４（又は、Ａ、Ｂ及びＣ関心領域２０８、２１０及び２１２）内のピーク収縮期又は拡張終期の位置及び値での最大流量を決定することができる。更に別の実施形態では、Ａ、Ｂ及びＣ関心領域２０８、２１０及び２１２並びに／又はサンプル・ボリューム・ゲート２１４、２１６及び２１８は或る空間領域内のピーク流量のような値を決定するために使用することができる。

上述の４Ｄ速度計算手法はまた、組織速度イメージング及び歪み速度イメージングのような、ドップラー技術を使用して速度を決定する任意のイメージング技術に適用することができる。更に、ここで、４Ｄ速度計算手法はまた、同時多部分開口技術及び多操向フレーム方法を使用することのような他の三角測量技術によって達成することができることを理解されたい。

少なくとも一実施形態の技術的効果は、三角測量法を使用して３Ｄにおいてドップラー・イメージングを達成することである。ユーザは流れ方向を入力する必要がなく、真の３Ｄ速度データを決定することができる。サンプル・ボリューム・ゲートは、問合せのための所望の領域を規定するために１つ以上の表示された画像上で調節される。サンプル・ボリューム・ゲートは３つの次元で調節することができる。送信及び受信ジオメトリは、サンプル・ボリューム・ゲートの異なる位置及び大きさに対処するために、２つの直交する平面のような２つの次元で決定される。

本発明を様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には本発明が特許請求の範囲に記載された精神及び範囲内で変更されうることが認められよう。

超音波システムのブロック図である。 超音波データを取得するように構成されているプローブを持つ手持ち型又は持ち運び型超音波イメージング装置のブロック図である。 時間につれて超音波データを取得するために使用することのできる本発明の一実施形態に従って形成された二次元（２Ｄ）プローブを示す概略図である。 本発明の一実施形態に従ってサンプル・ボリューム・ゲートを表示した、図３の２Ｄプローブによって取得されたＢモード画像を示す写図である。 三角測量法を使用して、本発明の一実施形態に従ってアジマス次元におけるドップラー速度推定値を取得する例を示す説明図である。 三角測量法を使用して、本発明の一実施形態に従ってエレべーション次元におけるドップラー速度推定値を取得する例を示す説明図である。 三角測量法を使用して、本発明の一実施形態に従ってアジマス次元及びエレべーション次元の両方におけるドップラー速度推定値を同時に取得する例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に従ってサンプル・ボリューム・ゲートを位置決めするために使用することのできる複数の平面を示す写図である。 サンプル・ボリューム・ゲートが軸方向に動かされるときに本発明の一実施形態に従って送信開口及び受信開口を位置決めする例を示す説明図である。 サンプル・ボリューム・ゲートが横方向に動かされるときに本発明の一実施形態に従って送信開口及び受信開口を位置決めする例を示す説明図である。 サンプル・ボリューム・ゲートがエレべーション方向に動かされるときに本発明の一実施形態に従って送信開口及び受信開口を位置決めする例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に従ってアジマス次元において送信開口と複数の受信開口の内の１つとの間にオーバーラップが存在する例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に従って４Ｄ速度データを取得するための方法を例示する流れ図である。

符号の説明

１０ 超音波イメージング装置
１００ 超音波システム
１０４ トランスデューサ素子
１０６ プローブ
１１４ ＲＦ／ＩＱバッファ
１２２ メモリ
１５０ プローブ
１５２ 複数のトランスデューサ素子
１５４ 第１の次元
１５６ 第２の次元
１５８ 送信開口
１６０ 第１の受信開口
１６２ 第２の受信開口
１６６ 第１の受信開口
１６８ 第２の受信開口
１８０ Ｂモード画像
１８２ カラー・フロー・ボックス
１８４ 関心領域
１８６ サンプル・ボリューム・ゲート
１８８ 第１の次元
１９０ 第２の次元
２００ Ａ平面
２０２ Ｂ平面
２０４ Ｃ平面
２０６ ボリューム・レンダリングした画像
２０８ Ａ関心領域
２１０ Ｂ関心領域
２１２ Ｃ関心領域
２１４ Ａサンプル・ボリューム・ゲート
２１６ Ｂサンプル・ボリューム・ゲート
２１８ Ｃサンプル・ボリューム・ゲート
２７８ エレべーション中心
２８０ ２Ｄ配列
２８２ 送信開口
２８４ 第１の受信開口
２８６ 第２の受信開口
２８８ 第１の角度
２９０ 第２の角度
２９２ 第３の受信開口
２９４ 第４の受信開口
２９６ 第３の角度
２９８ 第４の角度
３００ 送信開口
３０２ 第１の受信開口
３０４ 第２の受信開口
３０６ 第３の受信開口
３０８ 第４の受信開口
３２０ 第１の位置
３２２ 送信開口
３２４ 第１の受信位置
３２６ 第２の受信位置
３２８ 第２の位置
３３０ 第３の受信位置
３３２ 第４の受信位置
３４０ 第１の位置
３４２ 第１の送信位置
３４４ 第１の受信位置
３４６ 第２の受信位置
３４８ 第２の位置
３５０ 第２の送信位置
３５２ 第３の送信位置
３５４ 第４の送信位置
３６０ 位置
３６２ 送信開口
３６４ 第１の受信位置
３６６ 第２の受信位置
３６８ 第３の受信位置
３７０ 第４の受信位置
３８０ 位置
３８２ 送信／受信位置
３８４ 第２の受信位置

Claims (10)

1. 超音波データセット内で流れの速度を推定するための方法であって、
   超音波データセットに基づいた二次元（２Ｄ）画像（１８０）上にサンプル・ボリューム・ゲート（１８６）を規定する段階と、
   少なくとも１つの信号を送信するために超音波プローブのトランスデューサ素子を有する送信開口及び複数の受信開口を決定する段階であって、第１及び第２の受信開口が第１の次元（１８８）において前記送信開口を挟んで他の受信開口の反対側に配置され、第３及び第４の受信開口が前記第１の次元（１８８）に対して直交する第２の次元（１９０）において前記送信開口を挟んで他の受信開口の反対側に配置され、第１乃至第４の受信開口の各々が、トランスデューサ素子を有している、前記段階と、
   操作者が前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）の位置を変更したことに応答して、前記第１乃至第４の受信開口のいずれか１つ以上の位置及び大きさを変更する段階と、
   前記送信開口のトランスデューサ素子により送信された前記少なくとも１つの信号に基づいて、前記第１乃至第４の受信開口を使用して前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）内で流れのスペクトル・ドップラー速度推定値を検出する段階であって、該スペクトル・ドップラー速度推定値を、前記第１及び第２の次元（１８８，１９０）において検出する段階と、
   前記ドップラー速度推定値に基づいて前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）内での流れの真の速度推定値を決定する段階と、
   を有する方法。
2. 前記第１及び第２の次元（１８８，１９０）はそれぞれアジマス次元及びエレべーション次元であり、前記検出する段階が、更に、前記アジマス次元及びエレべーション次元において第１及び第２の三角測量計算をそれぞれ遂行する段階を含んでいる、請求項１記載の方法。
3. 前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）は、３つの次元を含み、前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）は前記超音波データセットの一部分を規定する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）に対して前記第１の次元（１８８）における送信開口（２８２）を決定する段階と、
   少なくとも前記送信開口（２８２）及び前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）の位置に対して前記第１の次元（１８８）における第１及び第２の受信開口（２８４，２８６）を決定する段階であって、前記送信開口（２８２）並びに前記第１及び第２の受信開口（１８８，１９０）が前記第１の次元（１８８）における前記スペクトル・ドップラー速度推定値を検出するために使用される、段階と、
   を含んでいる請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 更に、前記スペクトル・ドップラー速度推定値に基づいて前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）内のピーク流量を計算する段階を含んでいる請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
6. 更に、前記超音波データセットに基づいて、前記第１及び第２の次元（１８８，１９０）にそれぞれ対応する少なくとも２つの直交する平面（２００，２０２）を表示する段階と、
   前記少なくとも２つの直交する平面（２００，２０２）の各々に前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）を表示する段階であって、前記サンプル・ボリューム・ゲートは調節可能な３つの次元である、段階と、
   を含んでいる請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記第１の次元（１８８）における前記スペクトル・ドップラー速度推定値は軸方向速度推定値及び横方向速度推定値の内の少なくとも１つを有し、また前記第２の次元（１９０）における前記スペクトル・ドップラー速度推定値は軸方向速度推定値及びエレべーション速度推定値の内の少なくとも１つを有している、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. ２つの次元（１５４，１５６）に配置された複数のトランスデューサ素子（１５２）を持っていて、超音波データセットを取得する二次元（２Ｄ）プローブ（１５０）と、
   前記超音波データセットに基づいた２Ｄ画像（１８０）を表示するための表示装置（１１８）と、
   前記２Ｄ画像（１８０）上にサンプル・ボリューム・ゲート（１８６）を規定するためのユーザ入力（１２０）であって、前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）が前記超音波データセットの一部分を規定する、ユーザ入力（１２０）と、
   処理装置（１１６）と、
   を有し、
   前記処理装置（１１６）は、少なくとも１つの信号を送信するために超音波プローブのトランスデューサ素子を有する送信開口及び複数の受信開口を決定し、
   第１及び第２の受信開口が第１の次元（１８８）において前記送信開口を挟んで他の受信開口の反対側に配置され、第３及び第４の受信開口が前記第１の次元（１８８）に対して直交する第２の次元（１９０）において前記送信開口を挟んで他の受信開口の反対側に配置され、
   第１乃至第４の受信開口の各々が、トランスデューサ素子を有し、
   前記処理装置（１１６）は、前記送信開口のトランスデューサ素子により送信された前記少なくとも１つの信号に基づいて、前記第１乃至第４の受信開口により収集されたドップラー速度推定値を使用して前記第１及び第２の次元（１８８，１９０）において前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）内の超音波データについてドップラー速度計算を遂行し、
   前記処理装置（１１６）は、操作者が前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）の位置を変更したことに応答して、前記第１乃至第４の受信開口のいずれか１つ以上の位置及び大きさを変更する、
   超音波システム（１００）。
9. 前記第２の次元（１９０）における前記速度計算が前記第１の次元（１８８）に対する流れの方向を与える、請求項８記載のシステム（１００）。
10. 更に、前記表示装置（１１８）は、少なくとも前記超音波データセットに基づいた第２の画像（２０２）を表示し、前記第２の画像（２０２）は前記２Ｄ画像（１８０）に対して直角であり且つ前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）によって規定された前記超音波データセットの部分を有し、
    前記ユーザ入力（１２０）は、３つの次元において前記サンプル・ボリューム・ゲート（１８６）を調節する、請求項８記載のシステム（１００）。