JP7130008B2 - 超音波信号データを処理する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波画像を生成するために超音波信号データを処理する方法、及びそのための装置に関する。

パーシスタンス（Persistence）は、信号ノイズを抑制し、得られる超音波画像の品質を改善するために、超音波データ処理で使用される技術である。パーシスタンスは、その最も単純な形態では、複数の連続したフレームにわたって時間的に平均化することでノイズアーチファクトを弱める処理である。Ｂモード又はカラーフロー画像にパーシスタンスを適用することが、数多くの従来の超音波スキャナから知られている。そのような例においてパーシスタンス処理に提供される入力は、包絡線検出後の（振幅抽出された）又はカラー処理後の信号データである。パーシスタンスは、このようなデータに適用されるとき、信号フレームの非コヒーレントな平均化をもたらす。

Ｂモード撮像のケースで適用されるとき、そのような非コヒーレントなパーシスタンスは、超音波データ内のノイズを抑制することはできるが、信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善におけるその有効性は比較的乏しい。

従って、信号対雑音比におけるいっそう大きい改善を達成することができる改良された信号処理手順が必要とされる。

本発明は、請求項によって規定される。

上述のアプローチに代えて、ロー（未加工）超音波エコーデータ（例えば、ＲＦ又はＩＱデータ）にパーシスタンスを適用することが可能である。これは、コヒーレントな平均化の一例であり、ＳＮＲ増加に関して有意に改善された結果を達成することが分かっている。しかしながら、このアプローチは典型的に、ロー信号が足し合わされるときに生じる相殺的干渉に起因して、結果として得られる平均内の動き誘起アーチファクトに非常に弱いので、検討されてこなかった。これは、フレーム間に動きシフトを導入しないように、データをキャプチャするときにトランスデューサプローブを極めて静止させて保持しなければならないか（これは実際的でないことがある）、又は非常に小さいパーシスタンスカーネルを使用しなければならないか（すなわち、平均に含められるフレームの数を非常に少なく保たなければならない）のいずれかを意味する。

本発明の実施形態は、信号処理に対して、動きアーチファクトが抑制されるコヒーレントなパーシスタンスに基づくアプローチを提供しようとするものである。

本発明の一態様に従った例によれば、超音波画像を生成する際に使用される超音波信号データを処理する方法が提供され、当該方法は、各々が、異なる順次の時間においての体の中の同じ軌道、セクション、又はボリュームを表す、ローエコー信号の一連のデータ表現を受信し、データ表現に動き補償手順を適用し、該手順は、データ表現によって表されるロー信号の振幅ピークを互いに対してレジストレーションし、且つロー信号の位相を互いに対してアライメントすることを有し、動き補償された信号表現の１つ以上のサブセットに平均化技術を適用し、それにより、１つ以上の平均化されたローエコー信号表現を導出する、ことを有する。

本発明の実施形態は、ロー（包絡線抽出されていない）超音波信号データにパーシスタンスを適用するという概念に基づくが、そのデータは、動き補償手順で前処理されている。特に、この動き補償手順は、時間的に順次の超音波信号の振幅を互いに対してレジストレーションするとともに、超音波信号の位相を互いに対してアライメントすることを含む。単純に標準的な“フレーム”レジストレーション（信号振幅のみをアライメントすることに関する）を実行することは、得られる信号セットを非コヒーレントにすることが分かっており、これは、信号のその後の平均化が依然として相殺的干渉（最終的に描画される超音波画像内に黒いストライプ及び割れ目として現れる）を生じさせることを意味する。従って、本発明の実施形態は、位相もアライメントして、得られる信号セットをコヒーレントにすることで、動きアーチファクトを導入することなくパーシスタンスを適用し得るようにすることを提案する。振幅ピークレジストレーション及び位相アライメントは、特定の例によれば、例えば（位相リッチな）超音波データの相互相関を用いて、単一のステップで一緒に実行されてもよい。しかしながら、好適な例において、それらは２つの別個のステップとして実行され得る。

特に、１つ以上の実施形態によれば、動き補償手順は二段階処理を有し、先ず、データ表現によって表されるロー信号の振幅ピークを互いに対してレジストレーションし、その後、位相補正手順を適用して、ロー信号の位相を互いに対してアライメントすることを有する。

ここでは、フレーム間の動きが基本的に、振幅ピークを補正する段階と、位相を補正する２つめの段階との二段階で調整される。このアプローチは、例えば相互相関を用いるものよりも遥かに効率的であり、相互相関の方が計算的に遥かに高コストであって時間もかかる。従って、計算的にいっそう効率的であることに加えて、二段階処理（非位相、次いで、位相）としての動き補償の実行もいっそう高速であり、例えばリアルタイムデータ処理用途（すなわち、超音波データが収集されるときにリアルタイムでデータ処理が実行されるもの）において、遥かに実用的で効率的なものとなる。

以下の解説は、単一ステップ及び上述の２ステップ動き補償オプションの両方を含め、本発明の全ての実施形態に当てはまる。本文脈における動き補償は、その中を経路若しくはセクションが通る又は他の方法でキャプチャされ若しくは信号データによって表現される体と、（１つ以上の）超音波トランスデューサと、の間の相対的な動きを補償することを指す。例えば、人間又は動物の体の一部を通して信号が投影される場合、動き補償は、撮像される体の中にある１つ以上の解剖学的フィーチャ又は構造の動きを補償するものとし得る。

実施形態は、‘振幅ピーク’を互いに対してレジストレーションすることを含む。これは、データ表現によって表されるロー信号の信号ピーク（すなわち、各信号振動の振幅に対応するピーク）を揃える（アライメントする）ことを意味する。ローデータ内のこれらのピークを振幅ピークと称することとする。

‘ローエコー信号’は、単純に、包絡線信号を抽出する処理を未だ受けていないエコー信号を意味する。この用語は、例えばＲＦデータ又はＩＱデータなどの多数の形態の包絡線未抽出データを含み得る。ローエコー信号は、フルサンプリングされてもよいし、ダウンサンプリングされてもよい。

本開示の目的で、ローエコー信号を、簡潔さのために、たびたび、ＲＦ信号又はＲＦデータとして参照することがある。しかしながら、これらの用語は、記載される本発明の例又は適用のいずれかについて限定するものとして解釈されるべきでなく、ＲＦデータ又はＲＦ信号の使用は、例えば、ＩＱデータ若しくはベースバンドＩＱデータ、又は包絡線未抽出のローエコー信号を表す任意のデータ形態、の代用によって完全に交換可能であると解されるべきである。本発明が機能することは、使用されるロー信号データの具体的形態に依存しない。

データ表現の各々は、体を通る単一の経路を表す単一のローエコー信号に対応するデータを有することができ、あるいは、複数の経路を通って伝送される複数のエコー信号に対応するデータを有してもよい。後者の場合、それらの経路は、体を通るセクション（すなわち、断面又は平面）又は体の中のボリュームの表現を各データ表現が提供するように、体を通る隣接し合う経路とし得る。

データ表現は、非限定的な例としてデータアレイを含め、任意の好適なデータ表現とし得る。この例において、データ表現が単一のロー信号のみに関するデータを含む場合、これは、サンプリングされる各時間インターバルにおける信号強度値を提供する単一の行（ロウ）のエントリ（すなわち、データ要素）である１Ｄデータアレイとし得る。これらのデータ要素すなわちエントリの各々を、単に、関連する信号の‘サンプル’として参照することがある。複数の信号に関係するデータをデータ表現が含む場合、アレイは対応する複数の行を含み得る。

一連のデータ表現（データ表現のシリーズ）は、それら各々が、撮像される体を通る実質的に同じ経路又はセクションに対応するが順次の時間（又は期間／インターバル）におけるものであるという意味で、実効的に一連の（ＲＦ）信号時間‘フレーム’を表現する。本開示においては、簡潔さのために、たびたび、シリーズをなすデータ表現のうち１つを指して、用語‘ＲＦフレーム’を使用することがある。故に、これらの用語は同義的に理解されてよい。各ＲＦフレームは、異なる時間においての撮像される体を通る同じ経路又はセクション（又はボリューム）に対応する。各々が、単一のＲＦ信号（単一経路についての）、又は複数の経路についての複数の信号（好ましくは、それによってセクション又は平面又はボリュームを画成する）に関係するデータサンプルを含み得る。

データ表現は、異なる時間における同じ経路又はセクションに対応するとして言及されるが、これは、実際には、異なる期間を意味し得る。何故なら、単一の信号についてのデータサンプルの収集は、瞬間的ではなく、時間的に広がりを持つからである。従って、異なるフレーム（異なるデータ表現）は各々、順次の期間に対応することになる。

少なくとも一組の実施形態によれば、データ処理の平均化法によって複数の平均化されたローエコー信号表現が生成され、当該方法は更に、該複数の平均化された表現を処理して、対応する複数の平均化された包絡線信号表現又は超音波画像を生成し、該複数の平均化された包絡線信号表現又は超音波画像に更なる平均化技術を適用することを有する。

この例によれば、ハイブリッドアプローチが適用され、コヒーレントな平均化と非コヒーレントな平均化との両方が実行される。先ず、複数の平均化されたロー信号表現を生じさせるようにして、ローエコー信号表現に動き補償及びパーシスタンスが適用される。次いで、これら平均化された表現が、包絡線信号データ抽出する（すなわち、平均化されたロー信号各々の振幅における変動を表すものである包絡線信号に対応するデータを抽出する）ように処理される。そして、それら包絡線信号表現が、それら自体で平均化される（非コヒーレントな平均化）。その結果が、基本的なコヒーレントパーシスタンス法よりも良好な信号対雑音比を達成することができるハイブリッドコヒーレント－インコヒーレントパーシスタンス手順である。

このハイブリッド法は、最初の（コヒーレント）平均化技術が、複数のコヒーレントに平均化されたロー信号表現を生成することを必要とし、その結果、それらがその後に、非コヒーレントに平均化されることができる。これは、例において、当初のローエコー信号表現のシリーズを、平均化技術を用いて各々独立に平均化される複数のサブセットの表現へと分割することによって達成されることができる。従って、複数の（コヒーレントに）平均化された表現が生成される。

１つ以上の実施形態によれば、動き補償手順は、データ表現のうちの１つを基準表現に指定し、残りのデータ表現の信号の各々の振幅ピークを、基準表現の信号のピークに対してレジストレーションすることを有することができ、
表現は同時にではなく受信され、基準表現は、最も後に受信された表現として指定され、又は、基準表現は、最も後に受信された表現と、最も前に受信された表現との中間の表現として指定される。

ＲＦ信号表現を互いに対してレジストレーションするとき、これをどのように行うべきかについての選択が存在する。好ましくは、ある単一の表現に対して全ての信号表現が個別にレジストレーションされ、すなわち、シリーズをなす各信号表現の振幅ピークが、シリーズ内から選択された１つの特定の表現に対して調整又はアライメントされる。それを‘基準表現’と呼び得る。

どれを基準表現として選ぶかについての選択が存在する。複数の信号データ表現が異なる時間に受信される場合（例えば、リアルタイムデータ処理を実行しているとき）、１つ以上の例によれば、最も後に受信された表現を基準表現として選択してもよい。これは、処理されたデータから生成される後続の超音波画像における見かけの‘タイムラグ’を最小化するので有利であり、平均化の前の最も後に受信された信号に対して信号群がアライメントされると、結果として得られる画像は、（過去の多数の‘フレーム’の時間ではなく）この直近の時間における体の見た目を表す。

しかしながら、動き補正は典型的に、時間的に大きく離れたフレーム間で実行されるときには、あまり正確でない。直近のフレームが基準である場合、最大飛び越し距離が平均化カーネルの全体サイズに等しい。

故に、他の一組の例によれば、基準表現は、代わりに、シリーズ内の最も後の表現とシリーズ内の最も前の表現との中間の表現として指定されてもよい。中間は、時間的な中間を意味する。中間は、近似的に中間、又はおおよそ中間を意味する。これは、例えば、シリーズの中心６０％の部分内、又は中心５０％の部分内（すなわち、シリーズの両端からの途中２０％の点同士の間、又はシリーズの両端から途中２５％の点同士の間）とし得る。

これらの例では、数秒のレイテンシという犠牲で、動き補償されたフレーム間の時間的変位が抑制され、従って、動き補償精度が高まる。

シリーズの中央又はその付近にあるように基準表現を選択することは、より小さい動きが補償されればよいことを意味し、故に、ロー信号を調整することによって動きを補償することが、信号のより小さい歪みのみを必要とし得る。

以上のものについての更なるバリエーションによれば、基準表現は、最も後に受信された表現と、最も前に受信された表現との中間の表現として指定され、１つ以上の平均化されたローエコー信号表現を導出することの後に、該１つ以上の平均化された表現の振幅ピークを最も後に受信されたデータ表現の振幅ピークに対してレジストレーションすることを少なくとも有する動き補償手順が、平均化されたローエコー信号表現に適用され得る。

得られたコヒーレントに平均化された（１つ以上の）フレームを直近のフレームに対して調整することによって、よりロバストな動き補償という利益を維持しながら、被るレイテンシが完全に排除されるはずである。

少なくとも一組の実施形態によれば、動き補償手順は、受信された一連のデータ表現を処理して、エコー信号の振幅変動を表す対応する一連の包絡線信号表現を導出し、包絡線信号表現間の偏差を決定し、得られた偏差に基づいて、相異なるローエコー信号の振幅ピークを互いに対してレジストレーションするよう、ローエコー信号データ表現に調整を施し、そして、信号表現の位相を互いに対してレジストレーションするよう、振幅レジストレーションされたエコー信号表現に位相補正手順を適用する、ことを有し得る。

この組の実施形態によれば、ロー信号の振幅ピークをレジストレーションすることが、対応する包絡線抽出データ上で実行される動き追跡に基づいて実行される。ローデータの複製をとることで、１つの複製を完全なままにしながら、信号偏差を決定する目的で２つめが包絡線抽出されるようにし得る。

包絡線信号表現間の‘偏差’は、例えば、２つの包絡線信号トレースの時間ドメインにおける変位又はミスアライメントといった、表現間の変位又はミスアライメントを意味し得る。これは、例えば、包絡線信号トレース内のピーク（山）又はトラフ（谷）の、又は信号の何らかの他の特徴又は部分の、ミスアライメント又は変位とし得る。

包絡線信号表現間の偏差を決定することは、少なくとも一組の例によれば、一連の包絡線表現のち、基準表現として指定された１つの表現を含む少なくとも１つのサブセットに対し、時間的に連続した対の間の偏差を決定し、連続した偏差の各々に、先行して又は後続して決定される基準表現までの全ての偏差の合計を加算して、各包絡線表現について、基準表現に対する累積偏差を導出するようにし、そして、包絡線表現に対して決定された累積偏差に基づいて一連のローエコー信号表現を調整し、それにより、ローエコー信号の振幅ピークのレジストレーションを達成することを有し得る。

これらの例では、各表現の（１つ以上の）信号と基準表現のそれ／それらとの間の偏差が計算される。これは、先ず、連続した各対（ペア）の隣接信号表現の間の偏差を計算し、次いで、それらを順次に足し合わせる（すなわち、累積和を決定する）ことに基づいて行われる。これの理由は、得られるアルゴリズムが、特にリアルタイム信号解析のために最適化されるからである。何故なら、シリーズへの新たな信号表現各々の追加は、追加されるその新たな表現についての１つの追加の偏差を決定し、次いで、単純に再加算して新たな累積偏差を決定することを必要とするのみであるからである。

上述のように、一組の例によれば、当該方法は、一連の表現に付加される追加のローエコー信号表現を周期的に受信することを有することができ、新たに収集された表現各々の付加を受けて、少なくとも、上で概説した包絡線信号間の偏差を決定するための例のステップが再実行される。これは、リアルタイムでのデータ収集及び処理を可能にする。

一組以上の更なる実施形態によれば、動き補償手順は、ローエコー信号表現の信号ピーク間の偏差を決定し、得られた偏差に基づいて、異なるローエコー信号の振幅ピークの互いに対するレジストレーション及び信号表現の位相の互いに対するアライメントを達成するよう、ローエコー信号データ表現に調整を施すことを有し得る。

これらの実施形態によれば、ローエコー信号表現間の偏差が直接的に決定される。これは、例えば、相互相関、ドップラー処理、スペックル追跡、又は絶対差の和、のアルゴリズムを用いて行われ得る。他の好適アルゴリズムも使用され得る。

１つ以上の実施形態によれば、位相補正手順は、一連のデータ表現のうち少なくともサブセットのローエコー信号の、基準表現に対する位相シフトを決定し、決定された位相シフトに従ってエコー信号の各々の位相を調整することを有し得る。

オプションで、所与のデータ表現ｆ_ｉ各々についての位相シフトは、式：

に基づいて決定されることができ、ここで、αは一組の位相シフトであり、Ｋは畳み込みカーネルであり、ｆ_０は前記基準データ表現である。

上式中のデータ表現ｆｉは、振幅レジストレーションされたデータ表現とし得る。なお、ｆｉ＊は複素共役を表している。

本発明の任意の実施形態によれば、データ表現は各々、１つ以上のトランスデューサから受信されるフルサンプリングされたエコー信号データ（ダウンサンプリングされたデータではない）を表し得る。

これは、さもなければダウンサンプリング中に失われてしまう位相情報が保持されるので、異なるデータ表現のＲＦ信号間の位相コヒーレンスを向上させ得る。

本発明の任意の実施形態によれば、当該方法は更に、動き補償手順に続いて、ローエコー信号表現間の類似性の度合いを決定し、類似性の度合いに基づいて、平均化技術が適用される１つ以上のサブセットの各々に含めるべき信号表現の総数を決定することを有し得る。平均化技術が適用される１つ以上のサブセットの各々に含める信号表現の総数は、好ましくは、決定された類似性の度合いに対して正の関係があるとし得る。

これらの例によれば、信号表現（又は‘フレーム’）が互いに対して適切にレジストレーションされている程度を表す‘信頼度’（類似性の度合い）が決定され得る。この信頼度に基づいて、平均化カーネルのサイズ／長さ（すなわち、平均に含めるべき信号表現の数）が決定される。低い信頼度（低い類似性の度合い）は、レジストレーションの比較的低い成功度を指し示し、故に、平均における比較的少ない数の信号表現につながり得る（平均化された信号表現内に生成される動きアーチファクトの数を最小化するように）。信号表現が良好にレジストレーションされている場合、信頼度が高くなることができ、故に、多数の信号表現が平均に含められ得る。何故なら、この場合には、動きアーチファクトが生じにくく、大きな平均が可能であるからである。平均化カーネルが大きいほど、得られる信号対雑音比の増加が大きくなり、故に、これが達成され得るように、高品質の信号レジストレーションが望ましい。

一組の実施形態によれば、記載されるいずれの他の実施形態の特徴にも適合して、平均化技術は、動き補償された信号表現の信号の加重平均を決定することを有し、当該方法は更に、動き補償手順の適用に続いて、各信号表現と基準信号表現との間の類似性の度合いを決定し、表現について決定された類似性の度合いに基づいて、各信号表現について、一連の表現の加重平均を決定する際に使用される重み付け係数を決定することを有する。

効果的には、各信号表現について、その信号表現が基準表現とどれだけ良好にレジストレーションされているかを指し示す信頼度が決定され、これに基づいて、その表現についての、平均信号表現を決定する際に使用される重み付け係数が決定される。信号表現が基準フレームと乏しい相関のみを持つ場合、その表現が動きアーチファクトの導入につながり得る程度を最小化するように、重み付け係数が低くされ得る。

オプションで、重み付け係数はバイナリ重み付け係数とすることができ、各表現は、基準に対する該表現の決定された類似性の度合いが特定の閾値を上回る場合にのみ、平均化される信号表現の一部として含められる。

本発明の任意の実施形態によれば、当該方法は更に、平均化されたデータ表現を処理して、１つ以上の超音波画像を形成することを有し得る。

本発明の更なる一態様に従った例は、本開示に記載される又は本出願の請求項に規定される任意の実施形態又は例に従った超音波データ処理方法を実行するように適応された処理ユニットを提供する。

本発明の更なる一態様に従った例は、超音波診断撮像システムを提供し、当該超音波診断撮像システムは、超音波トランスデューサアレイと、トランスデューサアレイに動作的に結合されて、トランスデューサアレイによってキャプチャされたエコー信号のデータ表現を受信するように適応された、上述の超音波信号処理ユニットとを有する。

次に、添付の図面を参照して、本発明の例を詳細に説明する。
コヒーレントパーシスタンス及び非コヒーレントパーシスタンスについての相対的な信号対雑音比の増加を示している。 動き補償なしでのコヒーレントパーシスタンス処理の例を示すブロック図を示している。 動き補償なしでのコヒーレントパーシスタンス処理の例を示すフロー図を示している。 コヒーレントパーシスタンス及び非コヒーレントパーシスタンスの組み合わせが適用される、本発明の一実施形態に従った方法の一例を示している。 図５－７は、本発明の１つ以上の実施形態内に組み込まれる動き補償アルゴリズムの例をフロー図の形態で概略的に示している。 図５－７は、本発明の１つ以上の実施形態内に組み込まれる動き補償アルゴリズムの例をフロー図の形態で概略的に示している。 図５－７は、本発明の１つ以上の実施形態内に組み込まれる動き補償アルゴリズムの例をフロー図の形態で概略的に示している。 本発明の一実施形態に従った信号処理方法の一例を概略的に示している。 類似性の度合いを決定することに基づいて加重平均が計算される、本発明に従った信号処理方法の一例を概略的に示している。 本発明の１つ以上の実施形態についてのバリエーションを概略的に示している。 超音波診断撮像システムの一例を概略的に示している。

本発明は、超音波画像を生成する前に信号データを前処理する超音波データ処理方法を提供する。当該方法は、異なる順次の時間における体を通る同じ経路又はセクションを表す一連のロー超音波信号表現への、コヒーレントなパーシスタンスの適用を通じて、ノイズを抑制しようとするものである。信号を一貫性あるものとし、それにより、動き誘起アーチファクトの導入を制限するために、パーシスタンスの適用の前に、振幅ピークレジストレーションと位相アライメントとを含む動き補償手順がローエコー信号データに適用される。

本発明の実施形態は、例えば、超音波撮像システムの信号処理ユニット内に実装され得る。そのような信号処理ユニットは、好ましくは、超音波プローブの超音波トランスデューサから（又は関連する信号前処理ユニットから）直接的且つリアルタイムに超音波エコー信号を受信し、受信した信号データを、例えば画像処理ユニットへの出力のために処理するように構成され得る。それに代えて、本方法は、超音波撮像装置それ自体からは隔離されて‘オフライン’で実装されてもよく、例えば、データキャプチャが既に行われた後である後の時点で適用されてもよい。

当業者にはよく知られるように、超音波信号は、例えば超音波プローブに結合されたトランスデューサアレイによって、典型的に、一度に単一の、体を通る‘ライン’又は経路に沿って方向付けられて、撮像される体に適用され得る。適用された超音波刺激は、信号が体の中を通るときに遭遇する各境界で部分的に後方反射され、それが、体内の異なる深さから受信された一連のエコー後方反射の、トランスデューサアレイにおける受信につながる。エコー信号内の異なるピーク間の時間間隔を用いて、体内の様々な媒質境界間の相対距離を決定することができ、最終的に、それらから体の視覚的表現が構成され得る。適用される当初の超音波パルス信号は、比較的短い持続時間であり得るが、得られるエコー信号は典型的に、撮像される体の中の複数の異なる深さから、そして、深さに応じた異なる時点で受信されるエコーパルスを含むことになるので、時間的にもっと長いものとなる。

当業者には分かるように、超音波刺激の適用に応答してトランスデューサアレイで受信し返すエコー信号は、当該技術分野では一般に、ＲＦ信号又はＲＦデータとして参照されている。ＲＦ信号、故に、当該技術分野の用語であり、無線周波数信号という文字通りの概念と混同されるべきではない。この用語は、本開示において、ロー超音波信号データを指して使用されることがある。

本発明の実施形態は、ロー状態での、すなわち、包絡線抽出の前の超音波エコー信号データへのパーシスタンスの適用に基づく。そのようなデータはローＲＦ信号データとし得るが、信号データの複素ＩＱ表現及び／又はベースバンドＩＱデータであってもよい。ＲＦデータへのいかなる言及も、具体的に、限定するものとして解釈されるべきではなく、記載される実施形態の機能に影響することなく、任意の他の形態のロー信号データによって置き換え可能であるとして理解されるべきである。ローデータはまた、フルサンプリングされた又はダウンサンプリングされたロー信号データのいずれであってもよい。

本発明の実施形態は、一連の順次の時間における、体を通る同じ経路又はセクションに対応するＲＦエコー信号にコヒーレントな平均化（コヒーレントなパーシスタンス）を適用することに基づく。簡潔さのため、本開示においては、順次の時間における同じ経路／セクションのそのようなＲＦ信号を、‘ＲＦフレーム’として参照することとする。単一のＲＦフレームは、故に、実質的に唯一の時間（又は時間インターバル）における、体を通る単一の経路又はセクション（すなわち、平面）又は体積を表す１つ以上のＲＦエコー信号のデータ表現を指す。フレームがセクション又はボリュームを表す場合、データ表現は、そのセクションを形成する複数の隣接する個々の経路に対応する信号データを含み得る。

複数の立て続けの時間（インターバル）における同じ経路又はセクションに対応する一連のエコー信号表現は、一連のＲＦフレームとして参照されることがある。この文脈における用語‘フレーム’は、単に、エコー信号の時間的な連続性をキャプチャすることを意図したものに過ぎず、視覚的又は図形的な画像を形成するように処理されたデータを指す‘画像フレーム’という概念と混同されるべきでない。

本文脈におけるコヒーレントな平均化又はパーシスタンスは、未加工の信号データ又はフレームに適用される平均化又はパーシスタンスを意味する。本開示における非コヒーレントな平均化又はパーシスタンスは、包絡線抽出されたデータ又は超音波画像に適用される平均化又はパーシスタンスを指す。さらに、本開示において、画像ベース又は包絡線ベースの（非コヒーレント）パーシスタンスという用語は、包絡線データに対して作用されるパーシスタンス及び対数圧縮後のデータに対して作用されるパーシスタンスの双方を指すために使用される。ＲＦベースのパーシスタンスという用語は、パーシスタンスが実際にＲＦデータ、ＩＱデータ、又はベースバンドＩＱデータのいずれを使用するかにかかわらず、コヒーレントなパーシスタンスに対して交換可能に使用され得る。本開示に記載される結果は、主に、５ＭＨｚサンプリングでベースバンドＩＱデータから得られたものである。

上述のように、コヒーレントなパーシスタンス（ロー信号データに適用される）は、非コヒーレントなパーシスタンス（包絡線データ又は画像に適用される）よりも良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）改善を達成する。

コヒーレント及び非コヒーレントなパーシスタンス又は平均化のＳＮＲ利得の間の差を定量的に比較するために、ＳＮＲの計算を可能にする単純な信号モデルを簡潔に説明することとする。ｓ_ｋ＝Ｓ＋ｎ_ｋがＲＦフレームｋの（ノイズ汚染された）ＲＦ信号を表すとする。ここで、Ｓは、真の信号を表す定数であり、ｎ_ｋは、単位電力の複素ゼロ平均ガウスノイズである。一般性の喪失なく、Ｓは実数であると仮定される。故に、単一フレーム電力ＳＮＲはＳ^２である。Ｋ個のＲＦフレームを平均化した後の電力ＳＮＲは：

であり、ここで、Ｅは期待演算子である。

なお、上の分母において、ｎ_ｋは単位電力のランダムノイズであるので、Ｋフレームにわたるその和が√Ｋに加わる。従って、

である。

この場合、平均化からのＳＮＲ増加はＫである。周知の公式ＳＮＲ＝１０ｌｏｇ１０（ＳＮＲ） ｄＢを用いてデシベルに変換すると、ＳＮＲ利得は１０ｌｏｇ１０Ｋ ｄＢに等しい。

Ｋ個の包絡線フレームにわたる平均化（すなわち、非コヒーレントな平均化）の場合の電力ＳＮＲは、

によって与えられる。

図１（ａ）及び図１（ｃ）は、平均化されるフレーム数（ｘ軸）当たりの結果ＳＮＲ（ｙ軸；ｄＢ）に関して、コヒーレント及び非コヒーレントなパーシスタンスの数値結果を比較するプロットを示しており、ここで、単一のフレーム各々が有するＳＮＲは、図１（ａ）では３ｄＢ、図１（ｃ）では２０ｄＢである。各プロットの上側のカーブは、コヒーレント（ＲＦフレーム）パーシスタンスのＳＮＲ変化に対応し、下側のカーブは、非コヒーレント（包絡線フレーム）パーシスタンスのＳＮＲ変化を示している。図１（ｂ）及び図１（ｄ）は、それぞれ、図１（ａ）及び図１（ｃ）のプロットの各々について、平均化されるフレーム数（ｘ軸）当たりの、コヒーレント平均化と非コヒーレント平均化との間の、結果ＳＮＲにおける差（ｙ軸；ｄＢ）を示している。

これらのカーブは、包絡線ベースのパーシスタンスと比較しての、ＲＦベースのパーシスタンスの優れたＳＮＲ改善性能を示している。この差の１つの原因は、包絡線フレームにわたっての平均化は、ＲＦベースの平均化とは違って、振幅におけるノイズ導入された信号レベル依存バイアスを抑制することができず、従って、真の信号振幅を明らかにするのに有効でないということである。

以上のモデル及びサンプル結果は、コヒーレントな（ロー又はＲＦ信号に基づく）パーシスタンス又は平均化が、非コヒーレントな（包絡線信号に基づく）パーシスタンスと比較して優れたＳＮＲ改善を与えることを示している。

以上にて例証した、データのコヒーレント加算によるＳＮＲの改善は、収集される信号表現が、平均化されるＲＦフレームの間、空間コヒーレンスを維持することを仮定している。しかしながら、静的ファントムではなくインビボで組織を撮像するとき、超音波トランスデューサと撮像される体との間の相対的な動きが、適切に管理されないと、空間コヒーレンスを劣化させて性能の低下をもたらしてしまい得る。動きの影響は、パーシスタンス処理にて平均化されるフレームの数に関連して増大する。これが意味することは、コヒーレント平均化では、平均化されるＲＦフレーム間の空間コヒーレンスの有意な破壊、ひいては、ＳＮＲ改善における劣化を回避するために、典型的には非常に小さい平均化カーネルのみを使用することができるということである。

しかしながら、これを回避し、より大きい平均化カーネルを可能にするために、本発明の実施形態によれば、撮像される体の相対的な動きによって導入される空間的なインコヒーレンスを軽減するために、パーシスタンスの適用に先立って、先ず、動き補償手順を用いてローＲＦ信号フレームが前処理される。これは、コヒーレントなパーシスタンスの部分として複数フレームにわたって平均化することで、相殺的干渉（アライメントされていないＲＦ信号を平均化することによって生じる）によって導入される動きアーチファクトが回避されることを確かにする。

オプションで、動き補償式のＲＦパーシスタンスと、その後に適用される標準的な非コヒーレントパーシスタンスとの組み合わせが使用され得る。

本発明の実施形態内でのこれの適用を説明することに移る前に、ここで、コヒーレントパーシスタンスの単純な実装例を記載しておく。

コヒーレントなパーシスタンスでは、Ｋフレームにわたって平均化するとき、平均化される追加フレームごとのＳＮＲの利得増分は、Ｋが小さいときに最も顕著である。このことは、累積ＳＮＲと平均化されるフレーム数との間の対数的な関係を示す図１（ａ）及び図１（ｃ）にて明らかである。これは、コヒーレントパーシスタンスからのＳＮＲの最も顕著な利得が、パーシスタンス処理の最初に達成され得ることを示唆する。この理由から、全てのフレームにわたってではなくても、少なくとも最初の数個のＲＦフレームにわたってコヒーレントパーシスタンスを適用することが望ましく、それにより、数ｄＢのＳＮＲ利得を容易に達成することができる。

ＲＦベースのパーシスタンスの最も単純な形態の１つは、例えばビーム加算（すなわち、ビームフォーミング）されたＲＦ信号データに複数‘フレーム’にわたって適用される直接的なローパスフィルタリング、すなわち、異なる時間又は異なる期間を表す一連の信号をフィルタリングする（又は、当該技術分野でよく言われるように、‘ゆっくりした時間で’フィルタリングする）である。

ローパスフィルタは、例えば、移動平均フィルタのように単純なものとし得る。このようなパーシスタンスを組み込んだプロセスの一例を図２（ａ）に示しており、ステップ２２にて、Ｋ個のＲＦフレームＲ_ｋがローパスフィルタを通され、それにより、フィルタリングされたＲＦフレームが生成される。次いで、ステップ２４にて、フィルタリングされたＲＦフレームが、例えば、包絡線抽出及び／又は画像生成を通じて後処理される。

より複雑な例では、単純なコヒーレントパーシスタンス２２に続いて、画像ベースのパーシスタンスという後続ステップが行われ得る。図２（ｂ）が一例を示しており、先ず、ステップ２２にて、Ｋ個のＲＦフレームＲ_ｋが移動平均フィルタを通されて、Ｋ個のフィルタリングされたＲＦフレームを生成される。次いで、ステップ２６にて、それらのフレームが周波数合成（frequency compounding）で処理される。

周波数合成は、当該技術分野においてよく知られた手順である。簡潔に言えば、周波数合成は、以下のステップを含む。ローＲＦデータが、毎回異なるバンドパスフィルタを用いて、Ｍ回独立にフィルタリングされる。それらのバンドパスフィルタは、帯域幅及び中心周波数において異なる。これらＭ回の別々のフィルタリング処理は、Ｍ個の包絡線データセット又は画像のセットを生成し、各々が、特に、これが周波数依存であるのでそれらのスペックルに関して、僅かに異なる。次いで、これらＭ個の包絡線データセット又は画像が、非コヒーレントに結合される（すなわち、平均化される）。

ローデータ内の異なるＲＦ周波数がスペックルの異なる具現化をもたらすことが期待されるので、異なるようにフィルタリングされたＭ個のデータセットを非ヒーレントに平均化する処理は、スペックルを平均化する効果を有し、従って、スペックルの不一致を低下させて画像品質を高める。

周波数合成は、本発明にとって必須のものではなく、Ｋ個のフィルタリングされたＲＦフレームに適用され得る手順の一例を表すに過ぎない。

これに続いて、ステップ２８にて、１つ以上の画像を形成するようにデータが処理され、画像ベースの（非コヒーレントな）パーシスタンスが適用される。これは、故に、コヒーレントパーシスタンス及び非コヒーレントパーシスタンスの双方が使用される‘ハイブリッド’アプローチの一例である。

図２（ｂ）の例にて周波数合成を示しているが、これは単なる例示に過ぎず、本発明の実施形態において使用されるいずれのパーシスタンス処理にとっても必須のものではない。

図３は、図２（ｂ）にて適用される手順を形成する概略的なフロー図を示している。この手順は、５つのＲＦ信号フレームＲ_ｎの初期入力シリーズに適用されている。移動平均計算手順（移動平均フィルタを介する）の適用から成るパーシスタンス処理が適用されている。図示のように、これは、５つの入力ＲＦフレームからの、各々がそれら入力フレームのうち３つの平均から形成される３つの平均化されたフレームＲ’_ｎの生成をもたらす。例えば、Ｒ_１、Ｒ_２及びＲ_３が各々１／３倍された後に足し合されてＲ’_１を形成する。

次いで、３つの平均化されたＲＦフレームの各々が周波数合成（図３ではＦＣと略している）で処理される。これに続いて、これらＲＦ信号フレームが、包絡線フレーム又は画像フレームＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_３のいずれかを形成するように処理され、次いで、包絡線フレーム又は画像フレームにパーシスタンス処理が適用されて、平均の包絡線フレーム又は画像フレームＩ’_１及びＩ’_２が得られる。図３に示す例では、画像ベースのパーシスタンス処理は、単に移動平均手順の適用を有しており、平均化された画像フレームＩ’_１及びＩ’_２の各々が、周波数合成された画像フレームＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_３のうち２つの平均で形成されている。

以上の説明は、本発明の実施形態の一部として含められ得るようなコヒーレントパーシスタンスの幾つかの単純な例を示している。

しかしながら、このような方法をそれ自体で適用することは、超音波撮像プローブのオペレータが、動きアーチファクトを手動で最小化するように、プローブを極めて静止させたままにすることを当てにする。以上の手順はそれ自体で、撮像される体の中でのフレーム間の動きのリスクが少ないものである非常に短いシリーズの信号フレームでのＳＮＲの改善（所謂‘弱い’パーシスタンス）には適したものとなり得る。しかしながら、ここでさえ、体内の生理学的機構又は構造の局所的な運動の存在下では、直に連続するフレーム間でコヒーレンスを維持することでさえ困難であることがある。

より大きいＲＦパーシスタンスカーネル（すなわち、より大きいシリーズの平均化されるＲＦフレーム）を可能にするため、及び生理的運動に対するロバスト性を高めるために、本発明の実施形態によれば、平均化の前に、動き補償を組み込んで、ＲＦフレームを互いに対してレジストレーション又はアライメントする。

各平均化カーネルに含められる（すなわち、平均化された信号各々に含まれる）ＲＦフレームの数は、一部の例によれば、動き補償中に導出される信頼度によって適応的に決定されることができる。

本発明の一実施形態に従った方法の一例を図４に示す。

Ｋ個のＲＦフレームＲ_ｋのシリーズが受信され、先ずステップ３２にて、シリーズのそれぞれのフレーム間の動き誘起偏差又は変位を抑制するために、動き推定及び補償手順に従って処理され、それにより、ＲＦフレームが互いに対してレジストレーションされる。位相補正手順も適用される。これに続いて、結果として得られた動き補償されたフレームＲ_ｋ’にコヒーレントパーシスタンス手順２２が適用される。パーシスタンス手順は、例えば、単に、フレームの移動平均（図３の例にて）を有していてもよいし、加重平均を有していてもよい。その重み付けは、各フレームの、他のフレームの全てに対するアライメント又は空間コヒーレンスの推定した程度に基づいて導出され得る。これについては、より詳細に後述することとする。

コヒーレントなパーシスタンス又は平均化手順２２は、一組の動き補償され、平均化されたＲＦフレームＲ”_ｋを生じさせる。これらが、次いで、ステップ２６にて周波数合成で処理されて、包絡線抽出された超音波信号データを有するＫ個の等価な包絡線フレームＥ_ｋが実現され得る。これに続いて、包絡線フレームが、ステップ２８にて非コヒーレントパーシスタンスで処理され、それにて、包絡線フレームに平均化手順が適用されて、一組の平均化された包絡線フレームＥ’_ｋがもたらされる。

オプションで、動き追跡中に追加ステップ３８を実行して、ステップ３２において異なるＲＦフレーム間のレジストレーションがどの程度良好に実行されたかに関する信頼度を導出してもよい。この信頼度の一候補は、レジストレーションされたＲＦフレームＲ’_ｋ間の相互相関係数とし得る。信頼度に基づいて、最適なＲＦパーシスタンスカーネルサイズ（すなわち、平均化されるフレームの最適数）を決定することができる。レジストレーション結果はまた、後に実行される包絡線ベースのパーシスタンス処理のカーネルサイズの決定にも使用されることができる。信頼度が低い場合、すなわち、ＲＦフレームが十分にレジストレーションされていない場合、平均化されたフレームＲ”_ｋ及び／又はＥ’_ｋにおける動き誘起アーチファクトのリスクを最小化するように、平均化カーネルのサイズが小さく選択され得る。

図４の例では、動き推定及び補償ステップ３２とコヒーレントＲＦパーシスタンスステップ２２とが別個のものとして示されているが、それに代わる例では、それらが単一の処理又は方法ステップへと結合又は統合されてもよい。ステップ３２にて、動き推定及び補償がローＲＦフレーム上で実行される。動きを推定することには、標準的なドップラー処理（１Ｄ）、ＲＦフレーム間でのスペックル追跡、相互相関、又は絶対差の合計手順（２Ｄ又は３Ｄ）を含め、数多くの好適アルゴリズムが存在する。スペックル追跡は、本分野においてよく知られた方法であり、当業者はそれを適用するための手段を知ることとなる。フレーム間での動きの追跡はまた、勾配降下法又はオプティカルフロー法に基づいて決定されてもよい。

勾配降下法及びオプティカルフロー法は、基準フレームと、基準フレームに対してワーピングされるフレームとの間の強度値の差を最小化するＲＦフレーム間の変形場又は変位場を見つけることを狙いとする反復最適化技術である。例えば、Ｏ．Ｓｏｍｏｐｈｏｎｅ，“Ｆａｓｔ Ｍｙｏｃａｒｄｉａｌ Ｍｏｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｒａｉｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｎ ３Ｄ Ｃａｒｄｉａｃ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ”，２０１３を参照されたい。

より高次元のデータを用いて動きを追跡することも１つのオプションである。例えば、２Ｄ撮像の場合、３Ｄ（空間的に２Ｄ＋時間的に１Ｄ）データでの２Ｄ追跡を用いることによって、特に、信号対雑音比が典型的に低く始まるところである体内の深めの撮像深さにおいて、ノイズ又は干渉に対するいっそう良好なロバスト性を達成することができる。４次元データ（空間的に３Ｄ＋時間的に１Ｄ）を用いた動き追跡も実行されることができる。

ＲＦフレームを互いに対して直接的にレジストレーションすることに代わるものとして、１つの効率的なアプローチは、それに代えて、先ず、フレームに関して、対応する包絡線信号間の偏差又は変位を決定し、その後、フレームを互いに対してワーピングしてレジストレーションを達成するために、決定された偏差を、元のローＲＦフレームに適用することを有する二段階手法を適用するものである。包絡線信号間の変位推定は、超音波撮像において周知のタスクである。これを達成するための１つの特に高速で効率的なアルゴリズムは、特にリアルタイムでの信号分析及び撮像の場合に、“スペアデーモンズ（Spare Demons）”追跡アルゴリズムである。これは、例えば、Ｏ．Ｓｏｍｐｈｏｎｅ，“Ｆａｓｔ Ｍｙｏｃａｒｄｉａｌ Ｍｏｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｒａｉｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｎ ３Ｄ Ｃａｒｄｉａｃ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ”，２０１３に詳細に記載されている。

このアルゴリズムは、少なくとも２つのＲＦ信号フレームＲ_０、Ｒ_１の対応する包絡線信号表現／フレームＥ_０、Ｅ_１を入力とする。これらは、例えば、ＲＦ信号フレームの複製をとり、次いで、包絡線データを抽出する手順を適用することによって導出され、それら包絡線データから、対応する包絡線フレームが構築され得る。包絡線信号フレームのうち一方Ｅ_０を‘基準’フレームと呼び、他方Ｅ_１を‘テンプレート“フレームと呼ぶ。

基準フレームＥ_０とテンプレートフレームＥ_１との間で、推定による変位（又は変位‘場’）が決定される。この変位は、連続したフレーム間の撮像される体の動きに対応する。

基準包絡線フレームとテンプレート包絡線フレームとの間の変位場が計算されると、次いで、これが、ＲＦテンプレートフレームをＲＦ基準フレームに対してレジストレーションするよう、対応する元のＲＦテンプレートフレームに加算され又はその他の方法で適用され得る。この処理は、テンプレートフレームを基準フレームに対して‘ワーピングする’こととして知られている。

テンプレートフレームが基準フレームに対してレジストレーション又はワーピングされると、この実施形態では、テンプレートフレームの位相が、基準フレームの位相と揃うように補償されなければならない。２つのフレーム間の残差位相が計算され、それに従ってテンプレートフレームの位相が調整される。

この処理は、次のように式で表され得る。２つのＲＦ信号フレームＲ_０、Ｒ_１を互いに対してレジストレーションすることを考える。最初に、対応する包絡線信号表現又はフレームＥ_０、Ｅ_１が抽出される（ＲＦ信号の振幅の変化を表す）。

タスクは、Ｒ_１をＲ_０に対してレジストレーションすることである。

先ず、包絡線フレームＥ_０とＥ_１の間で変位推定が実行される。変位推定の問題は、

を最小化するモーションフィールド（動きの場）ｕ（ｘ）を見つけることである。変位場ｕ（ｘ）を見つけるために、例えば、オプティカルフロー法、勾配降下法、又は何らかの他の技術を含め、適切な如何なる技術が実行されてもよい。なお、ここまでは、包絡線のみが使用されている。

変位場ｕ（ｘ）に基づいて、ＲＦフレームＲ_１が基準ＲＦフレームＲ_０に対してワープされなければならない。

ＲＦデータのワーピングは、フレームＲ_１を、

のように補間することによって実行される。なお、この操作はＲＦデータ（すなわち、ローデータ）に適用される。

これに続いて、Ｒ_０とＲ_１の間の残差位相が補償される。残差位相α（ｘ）は、

のように決定され得る。

次いで、Ｒ_０にマッチングさせるためのＲ_１の位相補償が、

のように実行され得る。

もはや、Ｒ_０とＲ_{１warp_phase compensated}とを足し合わせることができ（コヒーレント加算）、結果としてコヒーレント平均が導出される（コヒーレントパーシスタンス）。それらの構造は（ｕ（ｘ）でのワーピングに基づいて）揃うことになり、それらの位相が（位相補償に基づいて）アライメントされることになる。

一連のＲＦフレーム全体の間の偏差を低減させる（すなわち、一連のＲＦフレームをレジストレーションする）手順の例を、ここで詳細に説明する。

本発明の実施形態は、動き補償の適用後に、順次の一連のエコー信号フレームにパーシスタンスを適用するという概念に基づく。そのような一連のフレームに動き補償を適用する際、望ましくは、全てのフレームが互いにアライメント（又はレジストレーション）されるべきである。これを達成するための１つの効率的なアプローチは、シリーズ内の単一のフレームを基準フレームとして指定し、特定のフィーチャ又は特徴に関して、この基準フレームと他の全てのフレームとの間の偏差を決定するものである。各フレームが、次いで、偏差を除去して、該フレームを基準フレームに対していっそう良好にアライメントされたもの又は一貫性あるものとするように、基準フレームからのそれぞれの決定された偏差に従ってワーピング又は調整される。各フレームを、例えば隣接フレームに対してではなく、同じ単一の基準フレームとの偏差に従ってワーピングすることは、より正確であることが見出されている。何故なら、時間的にいっそう異なるフレームで偏差がいっそう大きくなる傾向があり、従って、その決定における誤差のマージンがいっそう小さくなるからである。

好適な例において究極的には各フレームと基準フレームとの間の偏差が決定されるが、これは、１つ以上の例によれば、連続したフレーム間の偏差を決定し、そして、これらを適切に加算することで各フレームと基準フレームとの間の偏差を決定することに基づくアルゴリズムを通じて導出されてもよい。

このアプローチの例を図５及び６に示す。この例では、上述した例においてのように、先ず、一連のＲＦフレームについて、対応する包絡線信号フレーム間の偏差を決定し、次いで、これら決定した包絡線フレーム偏差に従ってＲＦフレームを調整することによって、レジストレーションが実行される。

図５及び図６は、一連のローＲＦフレームに対応する包絡線信号フレームＥ_ｎ間の偏差を決定する処理を例示している。これらの図は、一連の包絡線フレームＥ_ｎ、連続したフレーム間のフレーム間偏差Ｄ、及び、フレームの各々と、フレームのうち基準フレームとして指定された１つとの間の累積偏差ＣＤを示している。

図５に示す第１のアプローチによれば、基準フレームが、シリーズ内の時間的に最初の包絡線信号フレームとして指定され得る。図示の例では、それは包絡線信号フレームＥ_Ｎ－３である。各連続対の包絡線信号フレーム間の偏差Ｄ_ｎが決定される。これに続いて、これらの偏差が順次に加算されることで、基準フレームＥ_Ｎ－３とは別の各信号フレームそれぞれの累積偏差ＣＤ_ｎが提供される。これらは、各フレームＥ_ｎと基準フレームとの間の合計偏差を示す。

図示のように、フレームＥ_Ｎ－２についての最初の累積偏差ＣＤ_Ｎ－２は、単にフレーム間偏差Ｄ_Ｎ－２からなる。フレームＥ_Ｎ－１についての累積偏差ＣＤ_Ｎ－１は、フレーム間偏差Ｄ_Ｎ－２とＤ_Ｎ－１との和に等しい。フレームＥ_Ｎ（シリーズ内の時間的に最も後のフレーム）についての累積偏差ＣＤ_Ｎは、３つのフレーム間偏差Ｄ_Ｎ－２、Ｄ_Ｎ－１、Ｄ_Ｎの全ての和に等しい。

包絡線信号フレームＥ_Ｎ－２、Ｅ_Ｎ－１、Ｅ_Ｎの各々と、指定された基準フレーム（時間的に最初の包絡線信号フレームＥ_Ｎ－３）との間の累積偏差の決定に続いて、これらの累積偏差を用いて、元のローＲＦ信号フレームＲ_Ｎ－２、Ｒ_Ｎ－１、Ｒ_Ｎ（図示せず）の各々が、偏差を除去するように、対応する基準ＲＦフレームＲ_Ｎ－３に対してワーピングされる。ワーピングは、上で概説した手順に従って達成されることができ、各ＲＦフレームが、それぞれの累積偏差又は変位に基づいて補間される。換言すれば、Ｒ_{ｎ warp}（ｘ）＝Ｒ_ｎ（ｘ＋ＣＤ_ｎ（ｘ））であり、ここで、ＣＤ_ｎ（ｘ）は、ＲＦフレームをワーピングするのに使用される累積偏差場であり、ｘは、サンプル点のグリッドである（これは、例えば、ローＲＦ信号についての時間次元、すなわち、ｔとし得る）。

図６に概略的に示す第２の例によれば、時間的に最も後の包絡線信号フレーム（図示の例では、Ｅ_Ｎ）が基準フレームとして指定される。図５の例においてのように、各連続対の包絡線信号フレーム間でフレーム間偏差Ｄ_Ｎ－１、Ｄ_Ｎ－２、及びＤ_Ｎ－３が決定される。これに続いて、この場合には、最も後のフレームＥ_Ｎから始めて、最初の信号フレームＥ_Ｎ－３まで後ろ向きに進んで、一組の累積偏差ＣＤ_Ｎが計算される。それにより、累積偏差ＣＤ_Ｎの各々が、フレームＥ_Ｎ－１、Ｅ_Ｎ－２及びＥ_Ｎ－３の各々と基準フレームＥ_Ｎとの間の合計偏差を与える。

この場合も、累積偏差が計算されると、対応する元のＲＦフレームＲ_Ｎ－１、Ｒ_Ｎ－２、及びＲ_Ｎ－３の各々が、上述のやり方で包絡線偏差に基づいて、指定された参照ＲＦフレームＲ_Ｎに対してワーピングされ得る。

上のアプローチ（図５又は図６）のいずれによっても、例えばシリーズに含まれる全てのフレームの収集後に、フレーム間偏差Ｄ_Ｎ＋１及び／又は累積偏差ＣＤ_ｎの計算の全てが一度に実行され得る。それに代えて、フレーム間偏差及び累積偏差が‘リアルタイムに’決定されて、新たな信号フレームがシリーズに加えられるたびにフレーム間偏差及び累積偏差が追加及び／又は更新されるようにしてもよい。

図５の例によれば、これは、新たなＲＦフレームＲ_ｎ各々の追加を受けて、対応する包絡線フレームＥ_ｎの決定、及びそれに次ぐ、その包絡線フレームと直前の包絡線フレームＥ_ｎ－１との間のフレーム間偏差の計算とを必要とすることになる。それは、次いで、基準包絡線フレーム（この例ではＥ_Ｎ－３）に対するこの追加包絡線フレームの累積偏差の計算を必要とする。これは、単に、新たに決定されたフレーム間偏差Ｄ_ｎ＋１を、先行する３つのフレーム間偏差に足し合わせること、又は等価的に、直前の累積偏差ＣＤ_ｎに足し合わせることを要する。この処理が、新たなフレーム各々がシリーズに追加されるたびに繰り返される。そして、新たに更新された偏差が、動き補償を達成するために、対応する元のローＲＦフレームのシリーズに再適用され得る。

図６の例によれば、偏差の‘リアルタイム’計算は、もっと複雑になり、以前に計算された全ての累積偏差の更新を必要とする。それは何故なら、図６の例では、最も後のフレームとして基準フレームが指定されているからである。従って、新たなフレームが追加された場合、基準フレームが変わったことになり、以前に計算された累積偏差はもはや正確でない。しかしながら、図６の例は、後に生成された画像における見かけの‘タイムラグ’を減少させるので、可能性ある僅かな追加の計算コストにかかわらずに好ましいことがある。全てのＲＦフレームが時間的に最も後のフレームにワーピングされるので、得られる平均は、例えば２、３フレーム過去の時点ではなく、直近にキャプチャされた信号の時点で撮像された体の表現を提供する。

図６の例では、新たに収集されたＲＦフレームＲ_Ｎ＋１の追加を受けて、新たな包絡線フレームＥ_Ｎ＋１が抽出される。次いで、このフレームと直前のフレームＥ_Ｎとの間のフレーム間偏差Ｄ_Ｎが計算される。これに続いて、以前に計算された累積偏差ＣＤ_Ｎ－３、ＣＤ_Ｎ－２、及びＣＤ_Ｎ－１の各々が、それらに新たに計算されたフレーム間偏差Ｄ_Ｎ＋１を加算することによって更新されなければならない。これは事実上、全ての累積偏差の各々がそれぞれの包絡線フレームの各々と新たに加えられた包絡線フレームＥ_Ｎ＋１との間の合計偏差を提供するように、累積偏差の全てを更新する。最後に、フレームＥ_Ｎ（今やもはや基準フレームではない）についての新たな累積偏差が追加されなければならないが、これは単に、新たなフレームＥ_Ｎ＋１と直前のフレームＥ_Ｎとの間の新たなフレーム間偏差Ｄ_Ｎに等しい。得られる更新されたフレーム構造を図７に示す。

上述のプロセスは、振幅ピークをアライメントして、動きアーチファクトのリスクを低減させるよう、互いに対するＲＦフレームの効率的なレジストレーションを達成する。しかしながら、上述のように、ＲＦフレームが、それらそれぞれの包絡線のフィーチャが一致するようにワーピング又は調整されているときであっても、それらフレームが有するＲＦ信号は必ずしも互いにコヒーレントであるわけではない。動きが起こったときにそれら自体を加算することは、一般に、相殺的干渉に起因して黒いストライプ及び割れ目を生じさせる。

これらのアーチファクトを除去するためには、位相調整手順も実行しなければならない。

位相調整手順では、先ず、ワーピングされた各ＲＦフレームｆ_ｉの（各ＲＦ信号の）全サンプルにおける、指定された基準フレームｆ_０の対応するサンプルに対する局所的な位相シフトが推定される。次いで、例えば、好適な畳み込み（コンボリューション）カーネルＫの使用を通じて、位相シフトが補正される。これは、例えばドップラー推定と同様であり、例えばダウンサンプリングされたＩＱデータ上で実行されることができる。各ＲＦフレームの全ＲＦ信号について局所位相シフトを推定するために、以下の推定式：

が使用され得る。ここで、ｆ_０及びｆ_ｉは、それぞれ、基準ＲＦフレーム及びワーピングされたＲＦフレームの複素表現である。

式（１）から導出された量を、ワーピングされたテンプレートの位相に加えることにより、基準との建設的干渉が確保され、ひいては、位相インコヒーレンス：

に起因して生じる動きアーチファクトの軽減又は除去が確保される。

この手順は、位相調整を用いて、２つのそれぞれのＲＦフレームの２つの焦点のライン又は面の間の空間的変位を取り除くことを目的としているので、この手順は、空間的変位が単一パルス波長の長さよりも小さい場合にのみ意味をなし、理想的には、軸方向においてパルス波長の４分の１（ラウンドトリップでは半波長）、そして横方向において１（Ａライン）経路幅の下で意味をなす。

ワーピングされたテンプレートと基準とが必ずしもこれらの条件を満たすわけではないが、得られる平均は、ＲＦデータが画像にレンダリングされるときに、一定のフレーム間距離まで、依然として比較的シャープであって欠陥フリーに見える。

フレームワーピング（振幅ピーク調整）及び位相調整は、異なるスケール又は異なる精度レベルで動作するアライメント手順の２つの部分として考えられてもよい。フレームワーピングは、包絡線ピークをアライメントするが、信号アライメントにおける誤差を１／４波長のオーダーで残す。位相調整は、これら残余の小さいスケールのミスアラインメントを取り除く。

図８は、本発明の一実施形態に従った、一連のＲＦフレームを処理するための全体の手順を概略的にまとめている。上述したように、本開示におけるＲＦフレームという用語は、特定の時間においての、撮像される体を通る所与の経路又はセクションを表す１つ以上のロー（ＲＦ）エコー信号のデータ表現を意味する略語として使用される。一連のＲＦフレームは、一連のそれぞれの時点においての、体を通る上記と同じ経路又はセクションを表す。各ＲＦフレームが、体を通るセクションを形成する複数の隣接経路（又は複数の‘ライン’）を表すデータを有し得る。

図８の処理方法例では、一連の４つのＲＦフレームＲ_ｎ（（ｂ）に示される）が、先ず、動き補償手順（段階（ａ）－（ｄ））を適用され、次いで、位相補正手順（段階（ｅ））を適用され、そして最後に、加算及び平均化手順（段階（ｆ））を適用されている。

第１段階（ａ）に従って、各ＲＦフレームＲ_ｎが、対応する包絡線信号Ｅ_ｎを抽出するように処理される。図５－７を参照して上述した動き追跡手順においてのように、包絡線データが抽出されると、次いで、連続した、各隣接対の包絡線フレームＥ_ｎ間のフレーム間偏差Ｄ_ｎが計算される（ステップ３２ａ）。

ＲＦフレームＲ_ｎ（及び対応する包絡線フレームＥ_ｎ）の１つが基準フレームとして指定される。この例では、基準フレームはＲ_Ｎ（及びＥ_Ｎ）（図８に示される一番上のフレーム）であるように指定されている。連続したフレーム間偏差が決定されると、各包絡線フレームＥ_ｎと基準包絡線フレームＥ_Ｎとの間の合計偏差を与える累積偏差ＣＤ_ｎが計算される（段階（ｃ））。これらは、（ステップ（ｃ）に示すように）Ｄ_Ｎ－１から開始してＤ_Ｎ－３まで下方に続けて、以前に計算された連続したフレーム間偏差Ｄ_ｎを順次に加算することによって生成される。これの結果は、包絡線フレームＥ_Ｎ－１、Ｅ_Ｎ－２、及びＥ_Ｎ－３の各々と基準包絡線フレームＥ_Ｎとの間の合計偏差にそれぞれ対応する３つの累積偏差ＣＤ_Ｎ－１、ＣＤ_Ｎ－２、及びＣＤ_Ｎ－３のセットである。

累積偏差ＣＤ_ｎの計算に続いて、段階（ｄ）にて、元のローＲＦフレームＲ_ｎ（基準フレームＲ_Ｎを除く）の各々が、包絡線フレームＥ_Ｎとの間の計算された累積偏差に基づいて、基準フレームに対してワーピング又は調整される。このワーピング（又は調整）手順は、段階３２ｂとして示されており、計算された偏差ＣＤ_ｎを実質的に除去するように、基準フレームＲ_Ｎに対してワーピングされたＲＦフレームＲ_Ｎ－１、Ｒ_Ｎ－２、Ｒ_Ｎ－３の各々に対応する一組のワーピングされたＲＦフレームＲ’_ｎを出力として生成する。

ワーピングされたＲＦフレームＲ’_ｎの生成に続いて、段階（ｅ）にて、基準フレームＲ_Ｎの位相と揃うように、ワーピングされたＲＦフレームの各々の位相を調整するよう、位相補正手順３６が適用される（例えば、より詳細に上で概説したようにして）。位相補正手順３６の出力は、３つの完全に動き補償されたＲＦフレームＲ”_ｎのセットである。

最後に、段階（ｆ）にて、動き補償されたＲＦフレームＲ”_ｎが各々、基準フレームに足し合わされ、基準フレームのコヒーレント和Ｊ_ｎが形成される。加算前に、単に、動き補償されたフレームＲ”_ｎの各々に、関連する重み付け係数を適用することによって、コヒーレント平均が導出されてもよい。

好ましくは、以上の処理は段階的（ステップワイズ式）に行われ、処理の全ての段階（（ａ）－（ｆ））の各々が所与のフレームに対して実行されてから、次のフレームへと移って処理を繰り返す。有利なことに、これは、新フレームがシリーズに加えられることを可能にし、そして、新フレームを受け入れるように処理が容易に更新されることを可能にする。処理（段階（ａ）－（ｆ））が実行される各フレームで、得られた動き補償済みフレームＲ”_ｎが移動部分和Ｊ_ｎに加算されて、それまでに計算された（又は実際には、それまでに受信された）全ての補償済みフレームの和を表す。

この段階的アプローチに従う場合、好ましくは、位相補正段階（ｅ）において、ワーピングされたフレームＲ’_ｎ各々の位相調整が、基準フレームＲ_Ｎに対してではなく、部分和Ｊ_ｎの位相に対して‘間接的’に実行される。これは、手順の全ての段階でコヒーレンスが維持されることを確実にする。しかしながら、基準フレームに対する直接的な位相調整が代わりに実行されてもよい。

同様に、特定の基準フレームに対してではなく、コヒーレントな移動平均Ｊ_ｎに対して順次のＲＦフレームＲ_ｎ各々のフレームワーピングを実行することも可能である。この場合、各フレームと最新の部分和Ｊ_ｎとの間で累積偏差が計算される。

フレーム間偏差Ｄ_ｎを先ず計算してから累積偏差ＣＤ_ｎ（各フレームと基準フレームとの間の）を計算する図８の上記手順における利点は、得られるアルゴリズムが、更なる新ＲＦフレームがシリーズに繰り返して追加されるリアルタイムデータ処理への適用にとって、いっそう効率的であることである。例として、新フレームＲ_ｎ＋１がシリーズに追加される毎に、動き及び位相補償されたフレームの各々を更新し、平均和Ｊ_ｎを更新するように、以下のステップが実行され得る。

新たなＲＦフレームＲ_Ｎ＋１が受信される。

このフレームが、新たな基準フレームとして指定される。

このフレームが、包絡線信号を抽出するように処理されて、対応する包絡線信号フレームＥ_Ｎ＋１が形成される。

この新たな包絡線フレームＥ_Ｎ＋１と包絡線フレームＥ_Ｎとの間で、フレーム間変位Ｄ_Ｎが計算される。

この新たなフレーム間変位Ｄ_Ｎが、全ての既存の累積変位ＣＤ_ｎ（すなわち、ＣＤ_Ｎ－１、ＣＤ_Ｎ－２、ＣＤ_Ｎ－３の各々）に足し合わされる。その結果は、各フレームと新たなフレームＲ_Ｎ＋１との間の変位を与える一組の新たな累積変位である。

フレームＲ_ＮからＲ_Ｎ－３の各々が、更新された累積偏差に基づいて、新たな基準フレームＲ_Ｎ＋１に対してワーピング３２ｂされる。

ワーピングされたフレームが各々、新たに追加されたフレームに対する位相差を補正するように再処理３６される。

新たなワーピングされた位相調整済みフレームの各々を足し合わせることによって、コヒーレント和Ｊｎが再計算される。

動きアーチファクトが効果的に抑制されるためには、コヒーレント和又は平均Ｊ_ｎに含められるフレームの数にかかわらずに、角度補正（位相調整）３６が必要とされる。上述したように、加算の全段階（段階（ｆ））においてコヒーレンスを維持するために、好ましくは角度補正３６が、直接的に基準フレームに対してではなく、部分和Ｊ_ｎの位相に対して適用される。しかしながら、これは必須ではなく、これに代わるものも可能である。

（撮像される体の）およそ２ｃｍ／ｓの横方向速度と、毎秒８５キャプチャフレームというフレームレートとを仮定すると、上の方法は最大５フレームのパーシスタンス（すなわち、５フレーム長の平均カーネル）を達成することができる。これは、およそ７ｄＢの理論的信号対雑音比（ＳＮＲ）増加に相当する。

１つ以上の実施形態によれば、図８の上記手順がＲＦフレームの複数のサブシリーズの各々に対して実行され、それにより、複数のコヒーレント平均化されたＲＦフレームを生成するハイブリッドコヒーレント－インコヒーレントパーシスタンス法が実行され得る。この複数の平均化されたフレームが、次いで、対応する包絡線フレームを抽出するように処理され、そして、これらの包絡線が平均化され、それにより、最終的なハイブリッドコヒーレント－インコヒーレント平均化された信号フレームが得られる。

ここで特許請求されるデータ処理方法の１つ以上の実施形態によれば、パーシスタンス処理のための平均化カーネルの長さ（すなわち、平均に含められるＲＦフレームの数）が、結果を改善するために、１つ以上のファクタに従って動的に適応され得る（以下にて概説する）。

パーシスタンスにおける動きの影響を部分的に打ち消すための既存のアプローチ（真の動き補償が適用されない）によれば、得られる信号データに対する動きの影響が最初に評価され（例えば、フレーム間の相互相関値をチェックすることによって）、それに従ってパーシスタンス（平均化）カーネルの長さが短縮される。例えば、信号フレーム間の相関が低いと決定された場合、動きアーチファクトを導入するリスクを軽減するために、平均化カーネルがサイズ的に小さくされ得る。これは、定常観察のために依然として比較的高いＳＮＲを達成しながら、アーチファクトフリーの画像を確保する助けとなる（当然ながら、これは、非定常観測でのノイズを減少させることにおいてパーシスタンス処理の有効性を低下させるという代償を伴う）。

このアプローチは、なおも不完全な動き補償によって生じる動きアーチファクトのリスクを減少させるように、本発明の実施形態（真の動き補償が実行される）に有利に組み込まれ得る。ここでは、ワーピングされたフレーム（以下の説明では‘テンプレートフレーム’と呼ぶ）各々と基準フレームとの間の類似性を測定することができ、類似性が十分に大きい場合にのみ、ワーピングされたフレームがコヒーレント平均に追加され得る。

それに代えて、測定した類似性を用いて、最終的な平均内でテンプレートフレームを適用するための重み付け係数を決定してもよい。例えば、乏しい相関のワーピング済みテンプレートは、低い重みを与えられる。同様に、得られる平均において動きアーチファクトが最小化されることを実現するように、平均に加えられる全てのフレームに対して重みを決定して適用してもよい。

そのような処理の一例をブロック図の形態で図９に示す。ここでは、先ず、テンプレートフレームに、基準フレームＲ_０に対する動き追跡及び補償３２が適用されて、ワーピングされたフレームＲ’_１が実現され、その後、基準フレームＲ_０に対する位相調整３６が実行されて、完全に動き補償されたフレームＲ”_１が実現される。次いで、Ｒ_０とＲ’_１との間の類似度σを決定するために、類似性演算Ｘキャップ（上に＾が付いたＸにて表記）が適用される。この類似度に基づいて、それによって重み付きフレームＲ^（３）１を導出するために、フレームＲ”_１との乗算用の重みＷが導出される。そして、重み付きフレームが最終的な和に加算される。この処理を、和に加えられる各フレームに適用することにより、強く相関を持たないフレームが平均内でのそれらの影響に関して弱められるので、動きアーチファクトを抑制することに関して良好な結果が達成され得る。

なお、単に２つの連続フレームからなる単純な（動き補償）平均は、相互相関が比較的低い場合でさえ、殆どの場合、有意な動きアーチファクトにつながりにくい。従って、例によれば、改善された計算効率のために、平均化されるべき任意のシリーズ内の最初の２フレーム間の類似性が無視されてもよい。２番目のフレームについてのみこの指標を無視することは、得られる画像を劣化させるはずがない。対照的に、２番目のフレーム（類似度が低かった）に低い重み値を適用することは、実際に、達成されるＳＮＲ改善に有意な低下を生じさせることになる。

動きに加えて、信号ノイズも、乏しいフレーム相関に寄与することがある。ノイズレベルは一般に、撮像される組織の深さとともに増加する。従って、１つ以上の例によれば、２つのフレーム間の類似性を悟るために適用される相互相関行列が、重みＷを計算する前に、撮像深さに従って正規化されてもよい。

例によれば、コヒーレント平均化と非コヒーレント平均化とのハイブリッド混合が使用される場合（上述のように）、動き補償されたＲＦフレーム間の相互相関の度合いが計算されて、どれだけ多くのフレームがそれぞれコヒーレント平均化及び非コヒーレント平均化されるべきかについての決定を通知するために使用され得る。また、コヒーレント平均化カーネル及び非コヒーレント平均化カーネルの各々のそれぞれの長さを決定するために、複数の異なる指標（例えば、包絡線データの相互相関に対するＲＦデータの相互相関）が別々に使用されてもよい。

上述したように、本発明の実施形態に従った動き補償は、シリーズ内のＲＦフレームの各々を、１つの指定された基準フレームに対してワーピングさせることを有し得る。典型的に、このフレームは、最も後にキャプチャされたフレーム又は最も後に受信されたフレームとして指定される。これを図１０に概略的に示しており、図１０は、Ｒ_ｎ－６まで戻る全てのフレームが最新のキャプチャフレームＲ_ｎに対してワーピングされることを示している。これは典型的に好ましい。何故なら、リアルタイムデータ処理の場合、あまり最近ではないフレームに対するワーピングは、観察可能な超音波画像（これらが、ワーピングされたＲＦフレームからリアルタイムで生成される場合）において明らかな遅延又はタイムラグを生じるからである。例えば、プローブの意図的な動き又は観測されるシーンの変化が、ほんの数秒後に生成される画像内に反映される。

しかしながら、動き追跡は典型的に、時間的に大きく離れたフレーム間で実行されるときには、あまり正確でない。ゼロレイテンシの場合（すなわち、最も後のフレームが基準であり、それに対して他の全てのフレームがワーピングされる場合）、最大飛び越し距離が平均化カーネルの全体サイズに等しい。

故に、他の一構成によれば、基準フレームは、代わりに、シリーズ内の最も後のフレームとシリーズ内の最も前のフレームとの中間のフレームとして指定されてもよい。これを図１０に例示する。ここでは、基準フレームＲ_ｎが、最も前のフレームＲ_ｎ－３と最も後のフレームＲ_ｎ＋３との間の中間のフレームとして選択されている。

数フレーム分のレイテンシ（レンダリングされる画像における数フレーム分の時間遅延）と引き換えに、末端に代えての中心に向けてのワーピングは、フレームＲ_ｎ－６とＲ_ｎとの間の時間的隔たりを半分に減らす。動き補償の品質がそれによって向上される。なお、この構成の計算コストは、最も後のフレームが基準フレームとして選択される構成のそれよりも大きくない。

この実装に関して、毎秒８５フレームで２ｃｍ／ｓの横方向運動を仮定すると、９フレームのパーシスタンスでの動きアーチファクトの低減とＳＮＲ増加との双方の点で非常に良好な性能が達成される。しかしながら、トレードオフとして、これらの設定は、生成されるいずれの超音波画像においても、およそ５０ｍｓのレイテンシを発生させる。

以上の方法の更なる改良として、中心又は中間フレームに対してワーピングされたＲＦフレームの結果として得られるコヒーレント和それ自体が、最後に、最も後のフレームに対してワーピングされるという最終ステップが、処理に追加されてもよい。この例では、ステップ群は以下の通りである。各ＲＦフレームが、上の例においてのように、シリーズ内の中心フレームに対してワーピングされる。次いで、ワーピングされたフレームが足し合わされて、ワーピングされたＲＦフレームのコヒーレント和が生成される。次いで、このコヒーレント和それ自体が、図１０の例における最も後のフレーム（すなわち、Ｒ_ｎ＋３）に対してワーピングされる。これは、動きアーチファクトに対するロバスト性の点で、対称的なカーネルの利益を維持しながら、レイテンシを完全に排除することになる。

記載される本発明の全ての実施形態において、ＲＦフレーム（又はデータ表現）は、ダウンサンプリングされた又は間引かれたＲＦ信号データを表してもよい。この処理は、更なる位相デコヒーレンスを導入してしまい得るものであり、ダウンサンプリングが実行されるときに位相情報が失われる。画像ワーピングは、一般に、データの補間及び再サンプリングに基づく。位相情報が失われている場合、ワーピングされるＲＦフレームと基準ＲＦフレームとの間の完全なコヒーレンスを復元することは非常に困難であり得る。

本発明の１つ以上の実施形態によれば、例えばダウンサンプリングされたデータではなく、完全にサンプリングされたデータが各ＲＦフレームに使用されてもよい。実験的証拠が示していることには、完全にサンプリングされたデータを使用するとき、それらの間に比較的大きいタイムラグを有するフレーム同士をワーピングするときに、より少ないアーチファクトのみが生成される。これが意味することは、（タイムラグを最小化するために）シリーズ内の最も後のフレームに対してＲＦフレームが各々ワーピングされる上述の実施形態において、この手順が実行されても、得られる画像内に生み出される欠陥がいっそう少ないということである。

本発明の一態様によれば、本発明のいずれかの実施形態に従った信号処理方法を実行するように適応された処理ユニットを有する診断撮像システムが提供される。

次に、図１１を参照して、そして、本発明はトランスデューサアレイによって測定される信号の処理に関するので、システムの信号処理機能に重点を置いて、例示的な超音波診断撮像システムの全般的動作を説明することとする。

このシステムは、超音波を送信してエコー情報を受信するＣＭＵＴトランスデューサアレイ１００を有したアレイトランスデューサプローブ４０を有している。トランスデューサアレイ１００は、それに代えて、例えばＰＺＴ又はＰＶＤＦなどの材料で形成された圧電トランスデューサを有していてもよい。トランスデューサアレイ１００は、２Ｄ平面内で、又は３Ｄ撮像では３次元で、スキャンすることが可能なトランスデューサ１１０の２次元アレイである。他の一例において、トランスデューサアレイは、１Ｄアレイであってもよい。

トランスデューサアレイ１００は、ＣＭＵＴアレイセル又は圧電素子による信号の受信を制御するプローブ内のマイクロビームフォーマ４２に結合されている。マイクロビームフォーマは、米国特許第５，９９７，４７９号（Ｓａｖｏｒｄ他）、米国特許第６，０１３，０３２号（Ｓａｖｏｒｄ）、及び米国特許第６，６２３，４３２号（Ｐｏｗｅｒｓ他）に記載されているように、トランスデューサのサブアレイ（又は“グループ”若しくは“パッチ”）によって受信される信号の少なくとも部分的なビームフォーミングが可能である。

なお、マイクロビームフォーマは完全にオプションである。以下の例は、アナログビームフォーミングを想定していない。

マイクロビームフォーマ４２は、プローブケーブルによって送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ４６に結合され、Ｔ／Ｒスイッチ４６は、送信と受信との間で切り換わるとともに、マイクロビームフォーマが使用されずに、トランスデューサアレイがメインシステムビームフォーマによって直接的に動作されるとき、メインビームフォーマ５０を高エネルギー送信信号から保護する。トランスデューサアレイ４０からの超音波ビームの送信は、Ｔ／Ｒスイッチ４６によってマイクロビームフォーマに結合されるトランスデューサコントローラ４８と、ユーザインタフェース又は制御パネル６８のユーザ操作からの入力を受信するものであるメイン送信ビームフォーマ（図示せず）とによって指示される。

トランスデューサコントローラ４８によって制御される機能の１つは、ビームがステアリング及びフォーカシングされる方向である。ビームは、トランスデューサアレイから（直角に）まっすぐ前方に、又はより広い視野に対して複数の異なる角度で、ステアリングされ得る。トランスデューサコントローラ４８は、ＣＭＵＴアレイのためのＤＣバイアス制御部７５を制御するように結合されることができる。ＤＣバイアス制御部７５は、ＣＭＵＴセルに印加される（１つ以上の）ＤＣバイアス電圧を設定する。

受信チャネルにおいて、部分的にビームフォーミングされた信号が、マイクロビームフォーマ４２によって生成されて、メイン受信ビームフォーマ５０に結合され、そこで、トランスデューサの個々のパッチからの部分的にビームフォーミングされた信号が、完全にビームフォーミングされた信号へと結合される。例えば、メインビームフォーマ５０は、１２８チャンネルを有することができ、その各々が、数十個又は数百個のＣＭＵＴトランスデューサセル又は圧電素子のパッチから部分的にビームフォーミングされた信号を受信する。斯くして、トランスデューサアレイの何千個ものトランスデューサによって受信された信号が、単一のビームフォーミングされた信号に効率的に寄与することができる。

ビームフォーミングされた受信信号は信号処理ユニット５２に結合される。これは、本発明の一態様に従った信号処理ユニットとし得る。信号処理ユニット５２は、受信したエコー信号を、例えばバンドパスフィルタリング、デシメーション、Ｉ及びＱ成分分離、並びに高調波信号分離などの様々な手法で処理することができる。高調波信号分離は、組織及びマイクロバブルから返された非線形（基本周波数の高調波）エコー信号の識別を可能にするように、線形信号と非線形信号とを分離するように作用する。信号処理ユニットはまた、例えばスペックル抑制、信号合成、及びノイズ除去などの更なる信号エンハンスメントを実行し得る。信号プロセッサ内のバンドパスフィルタは、トラッキングフィルタとすることができ、その通過帯域が、ますます増す深さからエコー信号が受信されるにつれて、より高い周波数帯域からより低い周波数帯域へとスライドし、それにより、より大きい深さ（そこでは、高めの周波数は解剖学的情報を持たない）からの高めの周波数のノイズを退ける。

信号処理ユニット５２はまた、本発明の処理方法の１つ以上の実施形態を実行するように適応される。

送信用及び受信用のビームフォーマは、異なるハードウェアで実装され、異なる機能を持つことができる。当然ながら、受信器ビームフォーマは、送信ビームフォーマの特性を考慮に入れて設計される。図１１では、単純化のために、受信器ビームフォーマ４２、５０のみが示されている。完全なるシステムでは、送信マイクロビームフォーマ及びメイン送信ビームフォーマを有する送信チェーンも存在することになる。

マイクロビームフォーマ４２の機能は、アナログ信号経路の数を減少させるために、信号の初期結合を提供することである。これは典型的に、アナログドメインで実行される。

最終的なビームフォーミングは、メインビームフォーマ５０にて行われ、典型的にデジタル化の後である。

送信及び受信チャネルは、固定された周波数帯域を持つ同じトランスデューサアレイ４０’を使用する。しかしながら、送信パルスが占める帯域幅は、使用されている送信ビームフォーミングに依存して変わり得る。受信チャネルは、トランスデューサ帯域幅全体をキャプチャすることができ（これは、古典的なアプローチである）、あるいは、バンドパス処理を用いることによって、有用な情報（例えば、主調波の高調波）を含む帯域幅のみを抽出することができる。

処理された信号が、Ｂモード（すなわち、輝度モード、又は２Ｄ撮像モード）処理ユニット５６及びドップラープロセッサ５８に結合される。Ｂモードプロセッサ５６は、例えば体内の臓器及び血管の組織などの体内の構造の画像化のために、受信した超音波信号の振幅の検出を使用する。体の構造のＢモード画像は、高調波画像モード若しくは基本画像モードのいずれか、又は米国特許第６，２８３，９１９号（Ｒｏｕｎｄｈｉｌｌ他）及び米国特許第６，４５８，０８３号（Ｊａｇｏ他）に記載されているように双方の組み合わせで形成され得る。ドップラープロセッサ５８は、例えば画像フィールド内の血液細胞の流れなどの物質の動きの検出のために、組織運動及び血流からの時間的に異なる信号を処理する。ドップラープロセッサ５８は典型的に、体内の選択されたタイプの物質から返されるエコーを通過させる及び／又は退けるように設定され得るパラメータを有するウォールフィルタを含む。

Ｂモードプロセッサ及びドップラープロセッサによって生成された構造信号及び動き信号が、スキャンコンバータ６２及びマルチプレーナ（多断面）リフォーマッタ７４に結合される。スキャンコンバータ６２は、受信された空間的関係にあるエコー信号を所望の画像フォーマットにて配置する。例えば、スキャンコンバータは、エコー信号を、２次元（２Ｄ）セクター形状フォーマット又はピラミッド状３次元（３Ｄ）画像へと配置し得る。スキャンコンバータは、Ｂモード構造画像に、ドップラー推定速度を有する画像フィールド内の点における動きに対応する色を重ねて、画像フィールド内の組織及び血流の動きを描写するカラードップラー画像を生成することができる。マルチプレーナリフォーマッタは、米国特許第６，４４３，８９６（Ｄｅｔｍｅｒ）に記載されているように、体のボリューム領域内の共通の平面内の点から受信されたエコーを、その平面の超音波画像へと変換する。ボリュームレンダラ７２が、米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎ他）に記載されているように、３Ｄデータセットのエコー信号を、所与の基準点から見た投影３Ｄ画像へと変換する。

スキャンコンバータ６２、マルチプレーナリフォーマッタ７４、及びボリュームレンダラ７２から、２Ｄ又は３Ｄ画像が、画像ディスプレイ７０上での表示のための更なるエンハンスメント、バッファリング、及び一時記憶のために、画像プロセッサ６０に結合される。画像化のために使用されることに加えて、ドップラープロセッサ５８によって生成される血流値及びＢモードプロセッサ５６によって生成される組織構造情報は、定量化プロセッサ６４に結合される。定量化プロセッサは、例えば血流の体積速度などの様々な流れ状態の度合いと、例えば臓器の大きさ及び在胎期間など構造的測定値とを生成する。定量化プロセッサは、画像の解剖学的構造内の測定を行うべき点などの入力をユーザ制御パネル６８から受け取り得る。定量化プロセッサからの出力データが、ディスプレイ７０上の画像での測定グラフィックス及び値の再現のために、及び表示装置７０からのオーディオ出力のために、グラフィックスプロセッサ６６に結合される。グラフィックスプロセッサ６６はまた、超音波画像と共に表示するためのグラフィックオーバーレイを生成することができる。これらのグラフィックオーバーレイは、例えば患者名、画像の日付及び時刻、撮像パラメータ、及びこれらに類するものなどの、標準的な識別情報を含むことができる。これらの目的のために、グラフィックスプロセッサは、例えば患者名などの入力をユーザインタフェース６８から受け取る。ユーザインタフェースはまた、トランスデューサアレイ４０’からの超音波信号の生成、ひいては、トランスデューサアレイ及び超音波システムによって生成される画像の生成を制御するために、送信コントローラ４８に結合される。コントローラ４８の送信制御機能は、実行される機能のうちの１つにすぎない。コントローラ４８はまた、動作モード（ユーザによって与えられる）と、それに対応する必要な送信器設定及び受信器アナログ－デジタル変換器におけるバンドパス設定とを考慮する。コントローラ１８は、複数の一定の状態を有する状態マシンとすることができる。

ユーザインタフェースはまた、マルチプレーナリフォーマット（multi-planar reformatted；ＭＰＲ）画像の画像フィールド内で定量化測定を実行するために使用され得る複数のＭＰＲ画像の平面の選択及び制御のために、マルチプレーナリフォーマッタ７４に結合される。

上述のように、実施形態は、コントローラ及び処理ユニットを使用する。これらは各々、必要とされる様々な機能を実行するように、ソフトウェア及び／又はハードウェアを用いて、数多くのやり方で実装され得る。プロセッサは、必要とされる機能を実行するようにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラムされ得る１つ以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラ又は処理ユニットの一例である。しかしながら、コントローラ又は処理ユニットは、プロセッサを用いて又は用いずのいずれで実装されてもよく、また、一部の機能を実行するための専用ハードウェアと、他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば、１つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連回路）との組み合わせとして実装されてもよい。

本開示の様々な実施形態において使用され得るコントローラ又は処理ユニットコンポーネントの例は、以下に限られないが、コンベンショナルなマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む。

様々な実装において、プロセッサ又はコントローラ又は処理ユニットは、例えばＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、及びＥＥＰＲＯＭなどの、揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリなどの、１つ以上の記憶媒体と関連付けられ得る。記憶媒体は、１つ以上のプログラムでエンコードされ、該１つ以上のプログラムが、１つ以上のプロセッサ及び／又はコントローラ及び／又は処理ユニット上で実行されるときに、必要とされる機能を実行する。様々な記憶媒体が、プロセッサ又はコントローラ又は処理ユニットの中に固定されてもよいし、あるいは、格納した１つ以上のプログラムがプロセッサ又はコントローラ又は処理ユニットにロードされ得るように輸送可能であってもよい。

開示の実施形態への他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、特許請求される発明を実施する際に当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数を排除するものではない。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。

Claims (18)

1. 超音波画像を生成する際に使用される超音波信号データを処理する方法であって、
   プロセッサにより、超音波トランスデューサアレイを制御してローエコー信号を取得し、前記超音波トランスデューサアレイは前記プロセッサに動作的に結合され、
   前記プロセッサにより、前記ローエコー信号の複数のローエコー信号表現を受信し、該複数のローエコー信号表現の各々が、異なる順次の時間においての体の中の同じ軌道、セクション、又はボリュームを表し、
   前記プロセッサにより、前記複数のローエコー信号表現に動き補償手順を適用し、該動き補償手順は、
   前記プロセッサにより、最も後に受信されたローエコー信号表現と、最も前に受信されたローエコー信号表現との中間のローエコー信号表現を、基準ローエコー信号表現に指定することと、
   前記プロセッサにより、残りのローエコー信号表現の振幅ピークを前記基準ローエコー信号表現の振幅ピークに対してレジストレーションし、それにより、複数のレジストレーションされたローエコー信号表現を導出することと、
   前記複数のレジストレーションされたローエコー信号表現の位相を互いに対してアライメントし、それにより、複数の動き補償された信号表現を導出することと、
   を有し、
   前記複数の動き補償された信号表現の１つ以上のサブセットに平均化技術を適用し、それにより、１つ以上の平均化された信号表現を導出し、
   前記プロセッサにより、前記１つ以上の平均化された信号表現に基づいて１つ以上の超音波画像を生成し、
   前記プロセッサにより、前記１つ以上の超音波画像を、前記プロセッサに動作的に結合されたディスプレイ上に出力する、
   ことを有する方法。
2. 前記動き補償手順は二段階処理を有し、先ず、前記複数のローエコー信号表現の振幅ピークを互いに対してレジストレーションし、その後、位相補正手順を適用して、前記複数のローエコー信号表現の位相を互いに対してアライメントすることを有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記１つ以上の平均化された信号表現は、複数の平均化された信号表現を有し、
   当該方法は更に、
   前記複数の平均化された信号表現を処理して、対応する複数の平均化された包絡線信号表現又は超音波画像を生成し、
   前記複数の平均化された包絡線信号表現又は超音波画像に更なる平均化技術を適用する、
   ことを有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数のローエコー信号表現は同時にではなく受信される、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記１つ以上の平均化された信号表現を導出することの後に、前記１つ以上の平均化された信号表現の振幅ピークを最も後に受信されたローエコー信号表現の振幅ピークに対してレジストレーションすることを少なくとも有する動き補償手順が、前記１つ以上の平均化された信号表現に適用される、請求項４に記載の方法。
6. 前記動き補償手順は、
   前記複数のローエコー信号表現を処理して、対応する複数の包絡線信号表現を導出し、
   前記複数の包絡線信号表現間の偏差を決定し、
   決定された前記偏差に基づいて、前記複数のローエコー信号表現の振幅ピークを互いに対してレジストレーションし、それにより、前記複数のレジストレーションされたローエコー信号表現を導出するよう、前記複数のローエコー信号表現に調整を施し、
   前記複数のレジストレーションされたローエコー信号表現の位相を互いに対してレジストレーションするよう、前記複数のレジストレーションされたローエコー信号表現に前記位相補正手順を適用する、
   ことを有する、請求項２に記載の方法。
7. 前記複数の包絡線信号表現間の偏差を決定することは、
   前記複数の包絡線信号表現のうち、基準包絡線信号表現として指定された１つの包絡線信号表現を含む少なくとも１つのサブセットに対し、時間的に連続した対の間の偏差を決定し、
   時間的に連続した対の間の前記偏差の各々に、先行して又は後続して決定される前記基準包絡線信号表現までの全ての偏差の合計を加算して、各包絡線信号表現について、前記基準包絡線信号表現に対する累積偏差を導出するようにし、
   前記複数の包絡線信号表現に対して決定された前記累積偏差に基づいて前記複数のローエコー信号表現を調整し、それにより、前記複数のローエコー信号表現の前記振幅ピークのレジストレーションを達成する、
   ことを有する、請求項６に記載の方法。
8. 前記動き補償手順は、
   前記複数のローエコー信号表現の前記振幅ピーク間の偏差を決定し、
   決定された前記偏差に基づいて、前記複数のローエコー信号表現に調整を施して、
   前記複数のローエコー信号表現の前記振幅ピークの互いに対するレジストレーションを達成して、前記複数のレジストレーションされたローエコー信号表現を導出するようにするとともに、
   前記複数のレジストレーションされたローエコー信号表現の前記位相の互いに対するアライメントを達成するようにする、
   ことを有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記位相補正手順は、
   前記複数のローエコー信号表現のうち少なくともサブセットと前記基準ローエコー信号表現との間の位相シフトを決定し、
   決定された前記位相シフトに従って前記複数のローエコー信号表現の各々の前記位相を調整する、
   ことを有する、請求項２に記載の方法。
10. 所与のローエコー信号表現ｆ_ｉ各々についての位相シフトは、式：
    

    

    に基づいて決定され、ここで、αは一組の位相シフトであり、Ｋは畳み込みカーネルであり、ｆ_０は前記基準ローエコー信号表現である、請求項９に記載の方法。
11. 当該方法は更に、
    前記動き補償手順に続いて、前記複数のローエコー信号表現間の類似性の度合いを決定し、
    前記類似性の度合いに基づいて、前記平均化技術が適用される前記１つ以上のサブセットの各々に含めるべきローエコー信号表現の総数を決定する、
    ことを有する、請求項１に記載の方法。
12. 前記平均化技術が適用される前記１つ以上のサブセットの各々に含める前記ローエコー信号表現の前記総数は、決定された前記類似性の度合いに対して正の関係がある、請求項１１に記載の方法。
13. 前記平均化技術は、前記複数の動き補償された信号表現の加重平均を決定することを有し、
    当該方法は更に、
    前記動き補償手順の適用に続いて、各ローエコー信号表現と前記基準ローエコー信号表現との間の類似性の度合いを決定し、
    各信号表現についての重み付け係数を、該ローエコー信号表現について決定された前記類似性の度合いに基づいて決定し、該重み付け係数は、前記複数の動き補償された信号表現の前記加重平均を決定する際に使用される、
    ことを有する、請求項１に記載の方法。
14. 前記重み付け係数はバイナリ重み付け係数であり、
    各動き補償された信号表現は、前記基準ローエコー信号表現に対する該動き補償された信号表現の類似性の度合いが特定の閾値を上回る場合にのみ、前記加重平均の一部として含められる、
    請求項１３に記載の方法。
15. 各ローエコー信号表現が、複数の個々のエコー信号に対応するデータを含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記複数の個々のエコー信号は、前記体を通るセクション又はボリュームの表現を形成するよう、前記体を通る一組の隣接する経路を表す、請求項１５に記載の方法。
17. 前記超音波画像を生成することは、前記１つ以上の平均化された信号表現を処理して、前記１つ以上の超音波画像を形成することを有する、請求項１に記載の方法。
18. 超音波トランスデューサアレイと、
    前記超音波トランスデューサアレイに動作的に結合されたプロセッサであり、
    前記超音波トランスデューサアレイを制御してローエコー信号を取得し、
    前記ローエコー信号の複数のローエコー信号表現を受信し、該複数のローエコー信号表現の各々が、異なる順次の時間においての体の中の同じ軌道、セクション、又はボリュームを表し、
    前記複数のローエコー信号表現に動き補償手順を適用し、該動き補償手順は、
    最も後に受信されたローエコー信号表現と、最も前に受信されたローエコー信号表現との中間のローエコー信号表現を、基準ローエコー信号表現に指定することと、
    残りのローエコー信号表現の振幅ピークを前記基準ローエコー信号表現の振幅ピークに対してレジストレーションし、それにより、複数のレジストレーションされたローエコー信号表現を導出することと、
    前記複数のレジストレーションされたローエコー信号表現の位相を互いに対してアライメントし、それにより、複数の動き補償された信号表現を導出することと、
    を有し、
    前記複数の動き補償された信号表現の１つ以上のサブセットに平均化技術を適用し、それにより、１つ以上の平均化された信号表現を導出し、
    前記１つ以上の平均化された信号表現に基づいて１つ以上の超音波画像を生成し、
    前記１つ以上の超音波画像を、当該プロセッサに動作的に結合されたディスプレイ上に出力する、
    ように適応されたプロセッサと、
    を有する超音波診断撮像システム。

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