JP6734376B2 - イメージング方法、前記方法を実施する装置、コンピュータプログラム、およびコンピュータ可読記憶媒体 - Google Patents
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Description
(a)第1の複数の波が変換器によって媒体の内部で送信される送信ステップ、
(b)波に応答して前記変換器によって一連のデータが獲得される受信ステップ、
(c)画像の少なくとも一部分のビーム形成されたピクセル値を提供する、第2の複数のビーム形成プロセスによって一連のデータが処理されるビーム形成ステップであって、ならびに、各ビーム形成プロセスが、送信重み付けベクトルを用いて発生させた波に対応する一連のデータを使用するか、またはビーム形成されたピクセル値の計算において送信重み付けベクトルを使用する、ステップ、ならびに
(d)前記第2の複数におけるビーム形成されたピクセル値が結合されて、画像内部のピクセルのピクセル値を提供する結合ステップを含み、
送信重み付けベクトルは互いに異なり、また互いに直交する。
送信ステップ(a)の間、各送信重み付けベクトルが波を発生させるのに使用され、
ビーム形成ステップ(c)の間、ビーム形成プロセスは、ビーム形成されたピクセル値が次式によって計算される従来のビーム形成である。
DS(k, l, m)は一連のデータの行列、
WRは受信重み付けベクトル、
τ(x, z, l)はビーム形成プロセスに適合された遅延関数、
lはラインをビーム形成する開口l1およびl2の間に含まれる、アレイ2の変換器の指数、
x, zは画像内部のピクセルの座標である。
ビーム形成ステップ(c)の間、ビーム形成プロセスは、ビーム形成されたピクセル値が次式によって計算される合成ビーム形成である。
DS(k, l, m)は一連のデータの行列、
WRは受信重み付けベクトル、
τ(x, z, l)はビーム形成プロセスに適合された遅延関数、
lはラインをビーム形成する開口l1およびl2の間に含まれる、アレイ2の変換器の指数、
mは1およびMの間に含まれる指数(Mは媒体の内部で送信された波の数である第1の複数)、
WTnは送信重み付けベクトル、
x, zは画像内部のピクセルの座標である。
iは単位複素数の虚数、
nはlおよびNの間に含まれる指数(Nは送信重み付けベクトルの数である第2の複数)、
|X|はXの係数、
HT{X}はXのヒルベルト変換、
Un(x, z)は前記第2の複数のビーム形成されたピクセル値である。
領域の第1の画像が前記処理装置およびアレイによって決定される最初のイメージングステップ、
第1の画像のピクセルに対して測定値が決定される評価ステップ、
測定値が第1の範囲に含まれる場合、画像のピクセル値が、送信重み付きベクトルを使用せずに算出され、測定値が第1の範囲とは異なる第2の範囲に含まれる場合、画像のピクセル値が送信重み付けベクトルを使用して算出され、前記送信重み付けベクトルが互いに異なり互いに直交する、イメージングステップを含む。
アレイおよび処理装置は、
(a)第1の複数(M)の波が変換器によって媒体の内部で送信される送信ステップ、
(b)波に応答して前記変換器によって一連のデータが獲得される受信ステップを実施し、
処理装置は、
(c)画像の少なくとも一部分のビーム形成されたピクセル値を提供する、第2の複数のビーム形成プロセスによって一連のデータが処理されるビーム形成ステップであって、各ビーム形成プロセスが、送信重み付けベクトルを用いて発生させた波に対応する一連のデータを使用するか、またはビーム形成されたピクセル値の計算において送信重み付けベクトルを使用する、ステップ、ならびに
(d)前記第2の複数におけるビーム形成されたピクセル値が互いに結合されて、画像の各ピクセルのピクセル値を提供する結合ステップを実施し、
送信重み付けベクトルは互いに異なり、また互いに直交する。
ビーム形成ステップ(c)の間、ビーム形成プロセスは、ビーム形成されたピクセル値が次式によって計算される合成ビーム形成である。
DS(k, l, m)は一連のデータの行列、
WRは受信重み付けベクトル、
τ(x, z, l)はビーム形成プロセスに適合された遅延関数、
lはラインをビーム形成する開口l1およびl2の間に含まれる、アレイ2の変換器の指数、
mはlおよびMの間に含まれる指数(Mは媒体の内部で送信された波の数である第1の複数)、
WTnは送信重み付けベクトル、
x, zは画像内部のピクセルの座標である。
領域の第1の画像が前記処理装置およびアレイによって決定される最初のイメージングステップ、
第1の画像のピクセルに対して測定値が決定される評価ステップ、
測定値が第1の範囲に含まれる場合、画像のピクセル値が、送信重み付きベクトルを使用せずに算出され、測定値が前記第1の範囲とは異なる第2の範囲に含まれる場合、画像のピクセル値が送信重み付けベクトルを使用して算出され、前記送信重み付けベクトルが互いに異なり互いに直交する、イメージングステップを実施する。
変換器アレイ2、例えば、一般的に、通常のプローブで既に知られているように、軸線X(水平もしくはアレイ方向X)に沿って並置された数十個(例えば100〜300個)の変換器を含むリニアアレイ(そのため、アレイ2は、領域1の二次元(2D)イメージングを実施するように適合されるが、アレイ2は、領域1の3Dイメージングを実施するように適合された二次元アレイであることもできる)と、
変換器アレイを制御し、そこから信号を獲得する電子ベイ3と、
電子ベイ3を制御し、電子ベイから得た画像を見るマイクロコンピュータ4(変形例では、単一の電子デバイスが電子ベイ3およびマイクロコンピュータ4の機能性を全て満たすことができる)とを含んでもよい。
変換器アレイ2のL個の変換器(T1〜TL)に個々に接続されたL個のアナログ/デジタル変換器5(A/D1〜A/DL)と、
n個のアナログ/デジタル変換器5にそれぞれ接続されたL個のバッファメモリ6(B1〜Bn)と、
バッファメモリ6およびマイクロコンピュータ4と通信する中央処理装置8(CPU)と、
中央処理装置8に接続されたメモリ9(MEM)と、
中央処理装置8に接続されたデジタル信号プロセッサ10(DSP)とを含んでもよい。
(a)第1の複数の波が媒体の領域内部の変換器によって送信される、送信ステップ(101; 201)、
(b)波に応答して前記変換器によって一連のデータが獲得される、受信ステップ(102; 202)、
(c)受信ステップの間に獲得された一連のデータが、第2の複数のビーム形成プロセスによって処理されて、画像の少なくとも一部分に対して第2の複数のビーム形成されたピクセル値Un(x, z)を提供する、ビーム形成ステップ(103; 203)、ならびに
(d)N個のビーム形成されたピクセル値が結合されて、画像の各ピクセルのピクセル値を提供する、結合ステップ(104; 204)。
l...Nに属する任意の指数i, jの場合、
指数iは指数jの微分であり、
WTi.WTj=0である。すなわち、
l=1〜Lの場合、WTn(l)≦1
直交する送信重み付けベクトルを使用するおかげで、各送信ベクトルが相関のないスペックルを発生させることにより、画像のスペックルノイズが平滑化される。
O(X)は集束開口の送信開口関数、ならびに
X=(x, y, 0)であり、x, yは画像中の座標である。
RM(X1-X2,f)=χ(X,f)δ(X1-X2)
式中、χは点座標(x, z)の近傍における局所散乱係数である。
Pkl(X0,f)=E{Pk(X0,f)Pl(X0,f)}
式中、
E{ . }は数学的期待値を表す。
通常は従来の集束開口または従来のBモードイメージングと呼ばれる、従来のイメージング方法に対応する第1の実施例について説明する。
kは時間に伴うサンプルの指数、
lはアレイ内の変換器の指数、
mはM×N個の発射または送信された波(数は第1の複数に対応)のうち送信波の指数である。
DS(k, l, m)は一連のデータ全てを保存する行列、
WRは受信重み付けベクトル、
τ(x, z, l)はビーム形成プロセスの、即ちここでの従来のビーム形成プロセスに対応する遅延関数、
lはラインをビーム形成する開口l1およびl2の間に含まれる、アレイ2の変換器の指数、
mは指数nの固有のまたは決定された送信重み付けベクトルWTnを指し、媒体の内部の座標(x, z)を有する地点付近で集束されたビームに対応する指数、
x, zは画像内部のピクセルの座標である。
iは単位複素数の虚数、
nは1とNの間に含まれる指数(Nは第2の複数における送信重み付けベクトルの数)、
|X|はXの係数、
HT{X}はXのヒルベルト変換、
Un(x, z)は指数nに対するビーム形成されたピクセル値である。
M×N回の波の送信および獲得を要し、したがってステップa)およびb)に時間が掛かることがあり、
ビーム焦点深度にのみ適合されるので、走査される領域全体に最適ではないスペックルノイズを有する画像が発生する。
次に、合成イメージング方法に対応する第2の実施例について説明する。
1)開口合成法(SAFT)、
2)仮想変換器SAFT方法、
3)空間符号SAFT方法、
4)円形波合成方法、および
5)平面波合成方法。
アレイ2の各変換器に対して波の少なくとも1つの送信が行われる(発射される)、送信ステップ(a)。アレイ2の各変換器は次々に励起される。また、
全ての変換器信号が獲得され、一連のデータとしてメモリに記録(格納)される、受信ステップ(b)。
kは時間に伴うサンプルの指数、
lはアレイ内の変換器の指数、
mは発射された波の数(数は第1の複数に対応)のうち送信波の指数である。
DS(k, l, m)は一連のデータの行列、
WRは受信重み付けベクトル、
τ(x, z, l)はビーム形成プロセスに対する、即ち本発明のSAFTビーム形成プロセスに対応する遅延関数、
lはラインをビーム形成する指数l1およびl2の間に含まれる、アレイ2の変換器の指数、
mは1およびMの間に含まれる指数(Mは媒体の内部で送信された波の数である第1の複数)、
WTnは指数nの送信重み付けベクトル、
x, zは画像内部のピクセルの座標である。
送信ステップ(a)の間、領域内部の集束域への集束ビームにそれぞれ対応する複数の送信波は、複数の変換器によって送信され、
受信ステップ(b)の間、一連のデータが複数の集束域に対して獲得され、一連のデータは、SAFT方法の1つと等価である「フルデータセット」と通常呼ばれる、行列DS(k, l, m)として組織化することができる。
送信ステップ(a)の間、送信行列TMをSAFT方法の変換器信号に適用することによって、波が発射される。M個の送信波(第1の複数)のそれぞれ1つに対して、変換器への信号が、可逆行列である送信行列TMによって乗算される。
受信ステップ(b)の間、送信波に応答して獲得された一連のデータは受信行列RM(k, l, m)に格納され、次の反転公式によって受信行列RMおよび送信行列TMを使用することによって、一連のデータの行列DS(k, l, m)を得ることができる。
DS(k, l, m)|k=constant=TM-1・RM(k, l, m)|k=constant'
k=1〜Kの場合。
送信ステップ(a)の間、第1の複数(M)の平面波が媒体内へと発射され、
受信ステップ(b)の間、変換器信号が獲得され、一連のデータの行列DS(k, l, m)としてメモリに記録(格納)される(mは媒体内へと送信される平面波の指数)。
領域の第1の画像が前記処理装置およびアレイによって決定される最初のイメージングステップ(301)、
第1の画像内部のピクセルに対して測定値が決定される評価ステップ(302)、
測定値が第1の範囲に含まれる場合、画像のピクセル値が、複数の送信重み付きベクトルを使用せずに直接算出され、測定値が第1の範囲とは異なる第2の範囲に含まれる場合、画像のピクセル値が複数(第2の複数N)の送信重み付けベクトルを使用して算出され、前記送信重み付けベクトルが(第2の)複数において互いに異なり互いに直交する、イメージングステップ(303、304、305)。
R(θ, x, z)=E{Im1(x, z).Im2(x, z)}
式中、E{ }は数学的期待値であり、
Im(x, z)=|Vm(x, z)+iHT{Vm(x, z)}|2
kは時間に伴う指数、
lはアレイ内の変換器の指数、
mは合成ビーム形成の場合の送信波(例えば、平面波)の指数、
WRは受信重み付けベクトル、
τ(x, z, l, m)は、例えば平面波ビーム形成プロセスに対応する、ビーム形成プロセスの遅延関数である。
2 変換器アレイ
3 電子ベイ
4 マイクロコンピュータ
5 アナログ/デジタル変換器
6 バッファメモリ
8 中央処理装置
9 メモリ
10 デジタル信号プロセッサ
Claims (14)
- 媒体と関連する変換器のアレイに接続された処理装置によって実施される、媒体の内部の領域の画像を生成するイメージング方法であって、
(a)第1の複数(M)の波が前記変換器によって前記媒体の内部で送信される、送信ステップと、
(b)前記波に応答して前記変換器によって一連のデータが獲得される、受信ステップと、
(c)前記画像の少なくとも一部分のビーム形成されたピクセル値(Un(x, z))を提供する、第2の複数のビーム形成プロセスによって前記一連のデータが処理されるビーム形成ステップであって、各ビーム形成プロセスが、前記ビーム形成されたピクセル値の計算において送信重み付けベクトル(WTn)を使用する、ステップと、
(d)前記第2の複数における前記ビーム形成されたピクセル値が互いに結合されて、前記画像内部のピクセルのピクセル値(I(x, z))を提供する、結合ステップとを含み、
前記送信重み付けベクトル(WTn)が互いに異なり、また互いに直交し、
インデックスiの送信重み付けベクトルが、インデックスjの送信重み付けベクトルに直交し、インデックスiがインデックスjとは異なり、
前記ビーム形成ステップ(c)の間、前記送信重み付けベクトル(W Tn )が適用され、
前記ビーム形成ステップ(c)の間、前記ビーム形成プロセスが、前記ビーム形成されたピクセル値(Un(x, z))が次式によって計算される合成ビーム形成であり、
DS(k, l, m)は一連のデータの行列であり、
W R は受信重み付けベクトルであり、
τ(x, z, l)はビーム形成プロセスに適合された遅延関数であり、
lはラインをビーム形成する開口l1およびl2の間に含まれる、アレイ2の変換器の指数であり、
mは1およびMの間に含まれる指数であり、Mは媒体の内部で送信された波の数である第1の複数であり、
W Tn は送信重み付けベクトルであり、
x, zは画像内部のピクセルの座標である、
方法。 - 合成ビーム形成プロセスが、合成開口法(SAFT)ビーム形成プロセス、仮想変換器のSAFTビーム形成プロセス、空間符号化SAFTビーム形成プロセス、円形波の合成ビーム形成プロセス、平面波の合成ビーム形成プロセスを含むリストで選ばれる、
請求項1に記載の方法。 - 前記送信重み付けベクトル(WTn)が、リーデル-シドレンコ関数、離散的な扁長楕円体球関数、およびアダマール関数を含むリストで選ばれる直交関数によって決定される、
請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記変換器が超音波を送信または受信する超音波変換器であり、記方法が前記媒体の内部の前記領域の超音波画像を生成する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記領域の第1の画像が前記処理装置およびアレイによって決定される、最初のイメージングステップと、
前記第1の画像のピクセルに対して測定値が決定される、評価ステップと、
前記測定値が第1の範囲に含まれる場合で、前記画像のピクセル値が、送信重み付きベクトルを使用せずに算出され、前記測定値が前記第1の範囲とは異なる第2の範囲に含まれる場合、前記画像のピクセル値が送信重み付けベクトルを使用して算出され、前記送信重み付けベクトルが互いに異なり互いに直交する、イメージングステップとを更に含む、
請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記測定値が、有意の反射信号に対応する前記第1の画像のピクセルを、非有意のスペックル信号に対応する前記第1の画像のピクセルと区別するために決定される、
請求項6に記載の方法。 - 前記測定値が自己相関関数の計算によって決定される、
請求項6または7に記載の方法。 - 前記測定値が、10度から30度の間に含まれる遅れに対する前記自己相関関数の平均値である、
請求項8に記載の方法。 - 媒体と関連する変換器のアレイに接続された処理装置を備える、媒体の内部の領域の画像を生成する装置であって、
前記アレイおよび前記処理装置が、
(a)第1の複数(M)の波が前記変換器によって前記媒体の内部で送信される、送信ステップと、
(b)前記波に応答して前記変換器によって一連のデータが獲得される、受信ステップとを実施し、
前記処理装置が、
(c)前記画像の少なくとも一部分のビーム形成されたピクセル値(Un(x, z))を提供する、第2の複数のビーム形成プロセスによって前記一連のデータが処理されるビーム形成ステップであって、各ビーム形成プロセスが、前記ビーム形成されたピクセル値の計算において送信重み付けベクトル(WTn)を使用する、ステップと、
(d)前記第2の複数における前記ビーム形成されたピクセル値が互いに結合されて、前記画像の各ピクセルのピクセル値(I(x, z))を提供する結合ステップとを実施し、
前記送信重み付けベクトル(WTn)が互いに異なり、また互いに直交すし、
インデックスiの送信重み付けベクトルが、インデックスjの送信重み付けベクトルに直交し、インデックスiがインデックスjとは異なり、
前記ビーム形成ステップ(c)の間、前記送信重み付けベクトル(W Tn )が適用され、
前記ビーム形成ステップ(c)の間、前記ビーム形成プロセスが、前記ビーム形成されたピクセル値(U n (x, z))が次式によって計算される合成ビーム形成であり、
DS(k, l, m)は一連のデータの行列、
W R は受信重み付けベクトル、
τ(x, z, l)はビーム形成プロセスに適合された遅延関数であり、
lはラインをビーム形成する開口l1およびl2の間に含まれる、アレイ2の変換器の指数であり、
mは1およびMの間に含まれる指数であり、Mは媒体の内部で送信された波の数である第1の複数であり、
W Tn は送信重み付けベクトルであり、
x, zは画像内部のピクセルの座標である、
装置。 - 合成ビーム形成プロセスが、合成開口法(SAFT)ビーム形成プロセス、仮想変換器のSAFTビーム形成プロセス、空間符号化SAFTビーム形成プロセス、円形波の合成ビーム形成プロセス、平面波の合成ビーム形成プロセスを含むリストで選ばれる、
請求項10に記載の装置。 - 前記領域の第1の画像が前記処理装置およびアレイによって決定される、最初のイメージングステップと、
前記第1の画像のピクセルに対して測定値が決定される、評価ステップと、
前記測定値が第1の範囲に含まれる場合、前記画像のピクセル値が、送信重み付きベクトルを使用せずに算出され、前記測定値が前記第1の範囲とは異なる第2の範囲に含まれる場合、前記画像のピクセル値が送信重み付けベクトルを使用して算出され、前記送信重み付けベクトルが互いに異なり互いに直交する、イメージングステップとを更に実施する、
請求項10または11に記載の装置。 - コンピュータプログラムがコンピュータによって実行されると請求項1から9のいずれか一項に記載の方法を実行する命令を含む、
コンピュータプログラム。 - コンピュータプログラムがコンピュータによって実行されると請求項1から9のいずれか一項に記載の方法を実行する命令を含む、前記コンピュータプログラムが格納された、
コンピュータ可読記憶媒体。
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