JP7366137B2 - 信頼度推定による音響減衰係数の超音波撮像 - Google Patents
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Description
及び
に基づくことができる。添え字s及びrはそれぞれ、組織サンプル及び参照を示し、fは周波数であり、S(f、z)は、深さzを中心とする関心領域(ROI)から測定パワースペクトルであり、 P(f)は、送信パルスのスペクトルと組み合わされるトランスデューサーの応答であり、 D(f、z)は回折効果であり、 z0はROIの開始深度であり、A(f、z0)は、トランスデューサーの表面から深さz0までの累積減衰効果であり、 B(f、z)は音響散乱の影響であり、 α(f)はROIの減衰係数である。 同種の参照ファントムからのSr(f、z)を使用し、組織サンプルと参照に対して同じ音速を仮定することにより、P(f)とDs(f、z)が抑制され、式
が含む。これらの開始関係から、画像フィールドにわたる減衰係数を推定するための3つの方法は、以下のように計算することができる。
がzから独立であると仮定している。
したがって、
であり、ここで
であり、所与の周波数fでのαs(f)は、zに対する
の傾きを推定することで得られる。なお、基準の減衰係数αr(f)は既知である。軟組織では、αは、
α(f)=βfn [5]
としてモデル化することができる。n=1であると仮定すると、αr(f)=βrf及びαs(f)=βsfとなり、
となる。それから、減衰係数の傾きβsは、
ように推定されることができる。ここで、w(f)は重み付け関数である。散乱効果Bsが深さzから独立であると仮定すると、その効果は、zに関する微分の後に消失することは留意される。散乱の深さ独立性の仮定が妥当な場合、スペクトル差分法は通常、後述の最尤(ML)法のような他の方法より優れている。この仮定が成り立つ場合のスペクトル差分法によって生成される減衰係数傾斜マップを図2aに示す。
になる。ここでも、基準の減衰係数αr(f)は既知である。[5]の組織モデルを再び考慮することにより、これは、
になり、これは周波数fの関数である。三つの未知数、すなわち減衰係数傾斜βs、n、及びln[c]は、次いで、曲線フィッティングによって推定することができる。この技術の例は、Y. Labyed及びT. A. Bigelowの, 「A theoretical comparison of attenuation measurement techniques from backscattered ultrasound echoes」( J. Acoust. Soc. Am., vol. 129, no. 4, pp. 2316乃至2324, 2011)に記載される。
になる。hMLは、
に対する解であり、周波数は、f0=(f1+f2)/2になる。項hMLは、ニュートンの逐次近似法を用いて反復的に見つけることができる。n番目の推定値hnが与えられた場合、
になる。図2bは、最尤法によって生成される減衰係数傾斜マップを示す。
が必要である。これは、
になる。この妥当性は、
を計算することによって決定することができる。減衰係数傾き推定値の信頼度はuが小さいほど大きく、uが大きいほど低い。したがって、スペクトル差分法によって計算される減衰係数傾斜マップの各画素についてこのようにして計算されるu値のマップは、減衰係数傾斜マップの信頼性、及び減衰係数傾斜マップ全体を通してのROIに対する係数傾斜推定の精度をユーザに知らせることになる。生の減衰係数傾きマップとその平滑化バージョン(例えば、メジアンフィルタリングを受けたもの)との間の差を使用して、より低い差を有するピクセルに割り当てられたより高い信頼値と共に、信頼性を示すこともできる。信頼性尺度を導出するための他の方法又はメトリックには、テクスチャ分析、フロー測定、音響放射力に対する組織応答、及びビーム前加算チャネルデータにおけるコヒーレンスが含まれる。均一散乱体を有する画像フィールドに対するスペクトル差分法によって計算される減衰係数傾斜マップに対するu値の信頼マップの一例が図3aに示されており、また、深度とともに増加する散乱体密度を有する画像フィールドに対するスペクトル差分法によって計算される減衰係数傾斜マップに対する信頼マップが図3bに示される。合成信頼度マップは、異なる減衰係数マップにわたる一貫性を考慮して、適切な重み付けを伴う個々の信頼度マップ又は測定から導出することができる。例えば、画素についての異なる方法からの減衰係数推定値が互いに著しく異なる場合、一貫性は低いと考えられ、そのような情報は、最終減衰係数マップについて、その画素についての異なる方法の信頼レベル又は重み付けを調整するために使用されるのであろう。
Claims (13)
- 画像フィールドの減衰係数マップを生成する超音波撮像システムであって、
画像フィールドから超音波エコー信号を取得するように構成される超音波プローブと、
前記超音波エコー信号を処理して前記画像フィールドの超音波画像のためのコヒーレントエコー信号を生成するように構成されるビームフォーマと、
前記ビームフォーマに結合され、前記画像フィールドの減衰係数のマップに対する減衰係数値を推定するように構成される、減衰係数推定器であって、前記減衰係数推定器は、スペクトル差分法、スペクトル対数差分法、及び最尤法の二つ又はそれより多くの方法によって複数の減衰係数マップを生成するようにさらに構成される、減衰係数推定器と、
減衰係数マップ合成器であって、前記減衰係数推定器と結合され、前記二つ又はそれより多くの異なる減衰係数推定方法によって生成される前記複数の減衰係数マップを合成するように構成される、減衰係数マップ合成器と、
前記減衰係数マップ合成器によって生成される減衰係数マップを表示するように構成されるディスプレイと
を有する、超音波撮像システム。 - 前記減衰係数マップは色分けされる、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 前記スペクトル差分法は、前記画像フィールドの深度にわたって均一な散乱分布を仮定するように構成される、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 前記最尤法は、前記画像フィールドの深度にわたって不均一な散乱分布を処理するように構成される、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 前記減衰係数マップ合成器は、画素毎に、前記減衰係数推定器によって生成される前記減衰係数マップの二つ又はそれより多くを合成するようにさらに構成される、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 前記減衰係数マップ合成器は、重み付け平均化によって前記減衰係数推定器によって生成される前記減衰係数マップの二つ又はそれより多くを合成するようにさらに構成される、請求項5に記載の超音波撮像システム。
- 前記減衰係数マップ合成器は、信頼度推定によって決定される重み付けを使用して、前記減衰係数マップの二つ又はそれより多くを合成するようにさらに構成される、請求項6に記載の超音波撮像システム。
- 前記減衰係数マップ合成器は、合成される前記マップの減衰係数一貫性によって決定される重み付けを使用して、前記減衰係数マップの二つ又はそれより多くを合成するようにさらに構成される、請求項6に記載の超音波撮像システム。
- 前記減衰係数推定器に結合され、減衰係数マップに対応する信頼度推定のマップを生成するように構成される信頼度測定推定器をさらに有する、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 前記減衰係数マップ合成器は、前記信頼度推定のマップを考慮して決定される重み付けを使用して、前記減衰係数マップの二つ又はそれより多くを合成するようにさらに構成される、請求項9に記載の超音波撮像システム。
- 前記ディスプレイは、前記信頼度推定のマップを表示するようにさらに構成される、請求項9に記載の超音波撮像システム。
- 基準値のマップを記憶するように構成されるメモリをさらに有し、前記減衰係数推定器は、前記基準値のマップとともに、RFエコー信号データ値又はI/Qエコー信号データについて動作するように構成され、
前記基準値は、組織ファントムのパワースペクトル測定値を有する、
請求項1に記載の超音波撮像システム。 - 基準値のマップを記憶するように構成されるメモリをさらに有し、前記減衰係数推定器は、前記基準値のマップとともに、RFエコー信号データ値又はI/Qエコー信号データについて動作するように構成され、
前記基準値は、パワースペクトルの理論モデル、又はパワースペクトルの数値シミュレーションを有する、請求項1に記載の超音波撮像システム。
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