JPH067353A - 超音波画像化装置と共に用いるオンライン音響デンシトメトリ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波データの圧縮又はグレースケーリング
によってビデオ画像中に導入される非線形性をなくすこ
と 【構成】 従来のエンヘ゛ローフ゜検出音響テ゛ータ及び／又は総合
後方散乱音響テ゛ータを生成可能な超音波画像化装置におい
て二次元超音波画像の指定領域中の複数画素を選択する
機構(32)を提供する。各画素の値が処理されて選択画素
について平均音響強度(80)が計算される。その平均値が
処理(82,84,86,90,92,94)され、計算された平均値と元
の受信音響信号との間の非線形性が解消される。この非
線形性は従来のヒ゛テ゛オモニタ用テ゛ータの生成時のテ゛ータ圧縮、スケ
ーリンク゛、マッヒ゜ンク゛により導入され得る。処理後の平均音響
強度がフ゜ロット(42)され、前記手順が所定時間間隔(36)を
おいて繰り返され、元の受信音響信号と線形関係の特性
の時間−強度曲線が形成される。その曲線の特性を計算
すれば、被超音波照射肉体とその内部の造影剤の存在と
に関する別情報が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は広義には超音波画像化に
関し、狭義には二次元超音波画像のユーザが指定した領
域中の平均音響信号を時間の関数としてオンラインで定
量測定し表示する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波とは、広義には人間の可聴範囲を
超えた周波数又はピッチを有する音波のことを言う。超
音波画像化システムでは一般に、音響エネルギーの短い
バーストが人体に向けられ、後にその反射エネルギー又
はエコーが受信される。この反射エネルギーの振幅が処
理されて、内部を音響が通過した(insonify)人体のビデ
オ画像へとフォーマットされる。超音波画像化は、医療
用途において、人体の内部、特に、心臓の構造、脈管
系、胎児、子宮、腹部の器官及び目を非侵襲的に「見
る」のに広く用いられている。

【０００３】超音波画像化が特に有用である用途とし
て、心エコー検査、又は心臓特に心筋の画像化がある。
心エコー検査では、心筋の画像化及びその構造中の異常
の識別を行うために超音波が用いられる。公知の心エコ
ー検査方法は、心筋灌流心エコー検査法と呼ばれる。こ
の方法では、造影剤が冠状動脈に導入される。心筋から
の造影剤の放出又はウォッシュアウト(wash-out)が超音
波画像を用いてモニタされる。造影剤が心筋の或る領域
から出る速度により、心筋の前記領域の血液の流れ又は
灌流特性の間接的な測定値が与えられる。かかるデータ
は、冠状動脈の一部が狭窄性の病巣により遮断されてい
ないかを判定するのに有用である。この技術は、Vanden
bergによる“Myocardial Perfusion and Contrast Echo
cardiography: Review and New Perspectives”(Echoca
rdiography: A Journal of CV Ultrasound and Allied
Technologies, Vol.8, No.1, 1991)と題する論文により
詳細に論じられている。

【０００４】心筋灌流方法において有効なものとして使
用されてきた造影剤として微小気泡(microbubble)があ
る。かかる微小気泡はその大きさが約４〜７ミクロンで
あり、これはほぼ血球の大きさであり、通常は経皮挿入
された血管形成カテーテルを介して冠状動脈の一つにボ
ーラス(bolus)として放たれる。エアポケットは超音波
エネルギーをよく反射するため、心筋内に微小気泡が存
在すると音響エネルギーの反射が大きくなり、その結
果、超音波ビデオ画像中に視覚的に認識できる明るさ又
は強度の領域が表れる。微小気泡の濃度がもっとも高い
心筋の領域は、グレースケール超音波画像上に強度の高
い領域として表れる。この強度は心筋組織中の灌流速度
によって決まる速度で減少する。

【０００５】しかし、微小気泡濃度と超音波画像のグレ
ーレベル強度との間の関係は非線形的であり、様々な画
像化制御の設定によって決まる。したがって、そのビデ
オ画像は、真の心筋灌流特性を不正確に表現したものと
なる。この非線形性は、部分的には超音波信号の圧縮に
起因する。この超音波信号は、増幅後の100dB を越える
ダイナミックレンジから通常20dBを切る小さなダイナミ
ックレンジを有する。これは、市販入手可能なグレース
ケール画像化装置上に信号を表示し得るようにするため
に必要である。さらに、前処理調整によって、アナログ
信号と画像のグレースケールレベルとの関係が変わる。
さらに、後処理調整によって、画像システム中のデジタ
ル化されたグレースケールレベルと表示された出力グレ
ーレベルとの間の関係が変わる可能性がある。

【０００６】上記の問題のいくつかを克服するために、
選択された超音波ビデオデータの平均強度が、図１に実
線で示すように、かかるデータの時間−強度曲線がプロ
ットされる前に、バックグラウンドオフセットに関して
修正されるシステムが開発されてきた。かかるシステム
は、Feinstein による“Workshop on Contrast Echocar
diography: Myocardial Perfusion”(Echocardiograph
y: A Journal of CV Ultrasound and Allied Technogy,
Vol. 6, No.4, 1989)と題する論文に説明されている。
その結果として得られる時間−強度曲線は次いで、図１
に点線で示すように、コンピュータプログラムによって
そのスムージングが行われる。しかし、この開示された
システムには多くの欠点がある。

【０００７】第一に、記憶されたビデオ画像からの強度
データの抽出処理及び時間−強度曲線の生成処理は、一
般に、何時間もかかり、また、心エコー検査処理とそれ
に伴う血管再生処理が終わった際に“オフライン”で生
じる。組織の灌流特性を判定するためにまた最終的に血
管形成処理が成功したかどうかを判定するために、時間
−強度プロットが用いられる場合、その結果は、前記処
理が終わるまでは得られず、患者はもはやすぐに検査を
受けられる状態ではない。したがって、心エコー検査処
理が進行中であって、それに伴う血管形成又は血管再生
処理が終了する前に、リアルタイムで強度データを獲得
して時間−強度プロットを生成する方法が必要とされて
いる。

【０００８】第二に、市販入手可能な超音波画像システ
ムは、様々なレベルの圧縮と後処理のグレースケーリン
グとの両方を提供するものである。記憶されたビデオデ
ータを注意深く分析しても、ビデオ画像が作成されたと
きどのような圧縮レベルとグレースケールマッピングと
が用いられたかを示すことはできない。ビデオ画像のバ
ックグラウンドの強度の補償は、超音波信号の圧縮及び
スケーリングによってビデオデータに導入された非線形
性を修正するものではない。また、上述の論文にあるよ
うな時間−強度曲線のスムージングは、かかる非線形性
を補償するものではない。

【０００９】したがって、リアルタイムな超音波画像又
は記憶された超音波画像から、被走査組織の選択領域中
の造影剤濃度に対して直接的な線形関係を有する正確な
時間−強度曲線が生成されるように、超音波データの圧
縮又は後処理のグレースケーリングによって導入された
非線形性をなくす方法が必要とされている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、超音波データの圧縮又はグレースケーリングに
よってビデオ画像中に導入された非線形性をなくすこと
のできる装置を提供することである。

【００１１】本発明の別の目的は、超音波データの圧縮
及びグレースケーリングによってビデオ画像中に発生す
る非線形性を、既記憶フレームメモリとリアルタイムバ
ァッファメモリとの何れからビデオ画像が得られたかに
関わらず無くすことのできる装置を提供することであ
る。

【００１２】本発明の別の目的は、超音波ビデオ画像の
指定領域の平均強度を計算することができる装置を提供
することである。前記指定領域では、前記平均強度は、
受信されたエコー信号と線形関係にある。

【００１３】本発明の別の目的は、造影心エコー検査処
理中の心筋灌流特性を正確に反映する超音波データの時
間−強度プロットを生成可能な装置を提供することであ
る。

【００１４】本発明の更なる別の目的は、二次元超音波
画像のユーザ指定領域中の平均音響信号の定量測定及び
表示を行うツールを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述その他の目的は本発
明によって達成され、一実施例によれば、本発明は、予
め記憶された画像信号の選択された連続的領域から画像
データ要素を読み出す機構からなる。その記憶された画
像データ要素に集合的に関連するデータ構造は、視覚表
示処理中にそれぞれのデータ要素の値が受ける処理の種
類とレベルとを示す。選択されたデータ値から平均値を
計算した後、関連するデータ構造による選択の元で圧縮
解除が行われて、その結果として得られる値が音響信号
の未処理の強度を表すようになっている。この圧縮解除
された値は時間−強度曲線としてリアルタイムで画面上
にプロットされ、この曲線がさらに分析されて実際の試
験処理中に音響が通過した人体に関する診断情報が提供
される。

【００１６】より詳細には、圧縮解除は、選択されたデ
ータ値をＲＯＭのルックアップテーブルに適用すること
によって実行される。マイクロプロセッサが、前記テー
ブルの項目に対し、以前に計算された或る選択点の平均
値の突き合わせを行って、その平均値を関連する未処理
値に設定する。その平均値に対する圧縮解除された等価
物はもとの受信された音響信号と線形関係にある未処理
量を表すものであり、そのプロットが次いで行われる。
これらの処理全てがくり返されて時間−強度曲線が生成
され、この曲線がさらに分析されて音響が通過した人体
に関する診断情報が提供される。

【００１７】本発明の上述その他の特徴、目的及び利点
は、図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことに
より一層完全に理解されるであろう。

【００１８】

【実施例】本発明は、二次元超音波画像のユーザ指定領
域中の平均音響信号の定量測定及び表示を行う対話型ツ
ールを提供する。本発明の装置は、既存の超音波画像化
装置すなわち従来のエンベロープ検出音響データを生成
するもの、又は超音波総合(integrated)後方散乱データ
を生成する装置と一体化させることができる。更に、本
発明は、リアルタイムデータとビデオメモリデータとの
両方を使用可能なものである。本発明の装置は、超音波
データが受けた任意の圧縮、処理又はグレースケールマ
ッピングを逆行させて、実際の超音波ビデオ画像データ
に導入される非線形性を有することなく平均音響信号の
時間−強度曲線を生成する。この装置はまた、時間−強
度曲線の様々な特性の計算する手段、更には超音波画像
のカラーマッピングを行う手段を提供する。

【００１９】図面（特に図２）を参照すると、本発明と
共に用いるのに適した超音波画像化装置10が示されてい
る。この超音波画像化装置10は、超音波トランスデュー
サ12、スキャナ14、デジタルコントローラ16、デジタル
処理サブ装置20、ビデオ表示装置18、オプション周辺機
器であるプリンタ22、及び記憶装置24からなる。超音波
画像化装置10は、わずかな変更又はハードウエアの追加
を行うだけで本発明を組み込むことができるハードウエ
アプラットフォームを提供するものである。デジタル処
理サブ装置20に対する様々な変更を除き、後述するよう
に超音波画像化装置10の構造及び機能は当業界で公知で
ある。本発明の対話型診断ツールは、既存のハードウエ
ア構成要素上で実行するソフトウエアを用いて、又はソ
フトウエアと読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等の付加メ
モリ要素との組み合わせを用いて、超音波画像化装置10
に完全に組み込むことができる。本発明と共に用いるの
に適した画像化装置には、HP SONOS 1000 Ultrasonic I
maging System や HP SONOS 1500 Ultrasonic Imaging
System があり、これらは何れもヒューレット・パッカ
ード社(Andover, Massachusetts 01810) から市販入手
可能なものである。

【００２０】定量的ツールフォーマット 本発明の定量的ツールは、超音波画像化装置を制御する
オペレーティングシステムのもとで、現在実行中の画像
化タスクとは別個に又はそれと同時に子プロセスとして
実行されるように構成することができる。このようにし
て、本発明のツールは、超音波画像を不所望に変えるこ
となく、画像処理チェーン中の様々なポイントにおいて
画像化タスクにより生成されるデータと対話することが
できる。

【００２１】通常、超音波画像化装置10は表示装置18に
付随するコマンドコンソールから操作される。このコマ
ンドコンソールは、複数の専用の制御部、例えば英数字
キーボード等からなるものである。表示装置18は一般
に、超音波画像その他の診断情報及び波形を表示するこ
とのできる特殊ＣＲＴである。

【００２２】本発明の診断ツールを構成するアルゴリズ
ムのステップのフローチャートを図３及び図４に示す。
これらの図は一つの図を２つに分けて示すものである。
超音波画像化装置10を作動させた際、オペレータは、図
３のステップ30に示すように本発明の診断ツールの実行
を呼び出して必要なパラメータを全て初期設定する。オ
ペレータは、コマンドをタイプする、スクリーン上のメ
ニューで選択を行う、又は装置のコマンドコンソール上
の専用制御部の設定を行うことによって、本発明のツー
ルの実行を呼び出す。この対話型ツールが呼び出された
際、多数の大域プログラムの変数及びデータ構造を定義
又は初期設定する必要がある。説明の目的上、これら多
数の変数に名前を付けて、以下でその説明を行うことと
する。

【００２３】変数COMPRESSIONは、複数の圧縮レベルの
うちの一つを表し、これにより、当初に受信されて増幅
された超音波データが、表示に適したダイナミックレン
ジに圧縮される。変数GRAYSCALEは、圧縮された超音波
データがそのデータを表示装置18上で見るためにマッピ
ング又はスケーリングされる複数のレベルのうちの一つ
を表す。

【００２４】変数COMPRESSION及び変数GRAYSCALEのそれ
ぞれは一般に現在の装置設定に自動的に設定される。こ
れは一般に、装置の制御パネル上のハードワイヤード制
御部によって選択される。これらの変数のそれぞれは一
般に、バイナリフィールドで表され、このバイナリフィ
ールドの大きさは、装置で利用可能な圧縮レベル数及び
グレースケールレベル数に応じて変動する。

【００２５】変数DATATYPEは、本発明のツールで処理す
べきデータが従来の超音波データであるか又は総合後方
散乱データであるかを示す。当業者には自明なように、
超音波の総合後方散乱データを生成する能力のない画像
化装置では、この変数は常に同じ値を有するか又は完全
に排除してしまうことができる。

【００２６】変数SOURCEは、超音波データを装置内のリ
アルタイムフレームバッファメモリから獲得すべきか又
はビデオループメモリから獲得すべきかを示す。そのビ
デオループメモリは、複数のフレームバッファメモリ及
びそれに関連する制御装置である。その制御装置は、デ
ータをフレームメモリ中に順次獲得することができ、そ
れぞれのメモリからの記憶データを順次表示することが
できるものである。これらのメモリは、循環シーケンス
で構成されており、同じ表示セグメントを既記憶データ
シーケンスから繰り返し生成できるようになっている。
ユーザがビデオループメモリからのデータの選択を指定
する場合、一般には、開始ビデオループフレーム及び終
了ビデオループフレームの値がさらに指定される。以降
で説明するように、データは、ビデオループメモリ中の
連続するフレームから指定間隔で取り出される。

【００２７】装置の初期設定を行う場合、ユーザは更
に、一般にＣＲＴ表示装置の隅において小さな二次元図
形プロット又は図形平面を設定し、その図形平面のＸ軸
及びＹ軸のスケールを選択することができる。また、ユ
ーザは、様々なパラメータ、例えば、どの装置パラメー
タを表示すべきか、また処理データ値を数値表示及びプ
ロットすべきか、といったパラメータを指定することが
できる。更にユーザは、生成すべき特定の時間−強度グ
ラフに対する注釈ラベル又は名前を指定することができ
る。

【００２８】診断ツールが呼び出されて初期設定される
と、ユーザは次に、図３のステップ32に示すように、超
音波画像中から対象領域（ＲＯＩ）の位置、大きさ及び
形状を選択する。その対象領域とは、画素データの抽出
及び操作が行われるラスタスキャン超音波ビデオ画像の
或る領域である。この対象領域は、ビデオ画像内の任意
の場所に位置決めすることができ、この位置決めは一般
に、カーソルキー、トラックボール、マウスその他を用
いて、ビデオ画面上に表示されたカーソルを、表示され
ている画像のある領域に移動することによって行われ
る。

【００２９】ユーザが対象領域の位置を選択すると、こ
の対象領域を定義する座標が或るデータ構造に記憶され
る。これを変数ROIPOSITIONと称すことにする。本発明
の企図する実施例では、対象領域はリアルタイムで変更
することができ、これにより変数ROIPOSITIONの値がそ
れと同様に更新されるようになっている。

【００３０】ユーザは次に、変数ROISIZE及び変数ROISH
APEの値を定義して、そのそれぞれにより対象領域の大
きさ及び形状を定義する。一般に、ＲＯＩの形状は矩形
又は円形である。また、その大きさは一般に、11×11、
21×21、31×31、41×41画素といった多数のデフォルト
サイズのうちの一つを選択することによって指定され
る。このデフォルトの円形の対象領域の大きさも、その
対象領域の画素数／直径で同様に指定することができ
る。

【００３１】次に、対話型ツールの呼び出し、データソ
ースの選択、及び対象領域の定義が終わると、ユーザ
は、図３のステップ34に示すように、指定されたデータ
ソースからのデータの抽出を行う際の時間間隔を指定す
る。データの獲得は、心電図のＲ波等から外部的にトリ
ガされ、又はタイマー等の装置内部のソースからトリガ
されることが可能である。変数TRIGGERは、ユーザによ
り指定された連続フレーム間またはトリガソース間の時
間間隔を表す。変数TRIGGERの値及び図形平面のＸ軸の
目盛係数によって、本発明のツールがプロットする時間
−強度曲線のデータ密度が決まる。

【００３２】次にオペレータは、指定された対象領域内
のデータの獲得、処理、プロットを開始させる。これを
以降でトレース動作と称すことにする。この動作及びオ
ペレータにより行なわれた他の選択は、装置の制御コン
ソールにある専用スイッチを押すか、又は英数字キーボ
ードまたはスクリーン上のメニューのいずれかでコマン
ドを入力することによって呼び出し又は入力することが
できる。これらのスイッチ、キーボード及びメニュー
は、従来のハードウエア上で周知の方法で操作される。

【００３３】トレース動作の第一のステップは、図３の
ステップ38に示すように、指定されたソースからデータ
を読み出すことである。ラスタスキャン超音波画像中の
それぞれの画素は、座標位置及び強度値を含む多数のパ
ラメータによってメモリ中に定義される。変数ROIPOSIT
ION、ROISIZE及びROISHAPEによって定義された対象領域
中の各画素の強度値は、変数SOURCEによって定義された
ソースメモリから、変数TRIGGERによって定義された時
間間隔で抽出される。デジタルプロセッサによる制御の
もとに、また典型的にはサブ装置20内のマイクロプロセ
ッサによる制御のもとに、図３のフローチャートのステ
ップ40に示すように、対象領域中の全ての画素の平均強
度値が計算されて変数INTENSITYに記憶される。この変
数INTENSITYの値がさらに処理されて、次に説明する変
数DATATYPEの値に応じてスケーリング、圧縮又はマッピ
ングについての補償が行われる。

【００３４】変数INTENSITYの値がその最終形態へと処
理されると、その値は、図３のステップ42に示すよう
に、ユーザが予め定義した図形平面中にプロットされ
る。又、必要とあらば、変数INTENSITYの数値を表示装
置18上に表示して超音波画像と共に見られるようにする
こともできる。

【００３５】ステップ38,40,42に示したデータの獲得、
強度値の計算、及びその値のプロットは、変数TRIGGER
によって指定された時間間隔をおき、図３の判定ステッ
プ36とそれに付随するループによって示されるトレース
動作の期間中に繰り返される。このトレース動作の期間
は進行中の処理によって決まる。

【００３６】トレース動作中にプロットされる変数INTE
NSITYの連続値は図６に示すような時間−強度曲線を形
成する。ただし、これは単なる例示に過ぎない。この曲
線は、或る指定領域についての音響信号の平均強度の変
化を反映するもので、造影心エコー検査法の特徴となる
ものである。対象領域の音響信号の強度がトレース動作
中に終始変化しない場合、時間−強度プロットは水平な
直線となる。しかし、心筋に存在する造影剤が平均音響
信号の強度に経時変化を引き起こす造影心エコー検査法
等の用途では、結果的に得られる時間−強度プロットの
形状は曲線となる。変数INTENSITYのプロットに先立つ
その計算中に発生した圧縮解除、スケーリング解除及び
逆マッピング処理のために、結果的に得られる時間−強
度曲線は、真の心筋灌流特性に対して線形関係を有する
ものとなる。

【００３７】生成された時間−強度曲線が平均音響信号
したがって心筋内の造影剤の存在に対して線形性を有す
ることから、この時間−強度曲線が、心筋灌流特性、特
に心筋内の閉塞又は狭窄病変の存在の正確な診断に有用
であることが理解されよう。

【００３８】次に、時間−強度曲線の重要な特性が、そ
の曲線を形成する実際の値を用いて計算される。それら
の特性の計算及びその数値の画面への表示を図４のステ
ップ44に示す。これらの特性には、曲線のピーク強度、
曲線の下の面積、曲線の平均遷移時間、曲線の減衰のハ
ーフタイム等が含まれる。これらの特性を得るために用
いられる式及び手順を次に説明する。

【００３９】ステップ45は、新しい“ベースライン”値
の存在をチェックする。より詳細には、時間−強度曲線
において、最も低い値がベースライン値と呼ばれる。本
発明のツールは、曲線中の任意の点を新しいベースライ
ン値として選択することを可能とすることにより、その
曲線の再特徴付けを行う手段を提供する。変数BASELINE
は、典型的には曲線中の最低強度点であるデフォルト位
置に自動的に設定され、ユーザが単に数値表示された値
のどれを新しいベースラインとすべきかを選択すること
によって再定義することができるものである。この新し
い値は、図４のステップ45で以前の値と比較され、新し
いベースラインが検出された場合に、そのルーチンは図
４のステップ46に進む。

【００４０】新しいベースラインの選択に続いて時間−
強度曲線が再プロットされ、変数BASELINEの値より小さ
い値を有する全ての強度値がグラフから省略される。時
間−強度曲線の再プロットは、新しいベースラインより
下のデータを省略するステップ46と、曲線の再プロット
を行うステップ48とによって示される。この時点で、ル
ーチンがステップ44に戻り、そこで、ピーク、面積その
他の時間−強度曲線の特性がその新しい時間−強度曲線
について再計算される。

【００４１】ステップ45で、ベースライン値の比較によ
りベースラインが変更されていないことがわかった場
合、ユーザは、典型的にはリセットスイッチを用いてこ
の対話型ツールを出るか又は全ての変数をクリアするこ
とができ、また必要とあらば、図４の判定ステップ50に
示すように、心筋の同じ位置又は別の位置で新しいトレ
ース動作を設定することができる。

【００４２】ここで、図３のステップ40で発生する強度
値の実際の処理を、従来のエンベロープ検出音響データ
及び総合後方散乱データのために用いられる異なるハー
ドウエアアーキテクチャ、即ちリアルタイムメモリ及び
ビデオループメモリの両者に関連して説明する。

【００４３】装置のアーキテクチャ及び線形化処理 図７は、従来のエンベロープ検出音響データと総合後方
散乱（ＩＢＳ）データとを生成可能な超音波画像化装置
におけるデジタル処理装置20（図２）を一層詳細に示す
ものである。従来の超音波データ及びＩＢＳデータを生
成することができ、本発明と共に用いるのに適した画像
化装置は、ヒューレット・パッカード社(300 Minuteman
Drive, Andover, Massachusetts 01810) の販売する H
P SONOS1500 Ultrasonic Imaging Systemである。

【００４４】一般に、動作中には、超音波圧力波のパル
スは、画像化すべき断面を通って延びる複数のラインに
沿って順次発せられる。これらのパルスの反射波がトラ
ンスデューサによって受信されて電気信号が生成され、
この電気信号は次いで図７のサブ装置20等のデジタル処
理サブ装置に供給される。

【００４５】デジタル処理サブ装置20は、アナログ／デ
ジタル変換器50、圧縮処理ハードウエア54、圧縮ＲＯＭ
56、極座標／直交座標変換ＲＯＭ58、リアルタイムバッ
ファメモリ60、グレースケールＲＯＭ62、ビデオループ
バッファメモリ64及びカラーマップＲＯＭ70からなるも
のである。また、リアルタイムバッファメモリ60は、マ
イクロプロセッサコントローラ52、圧縮解除ＲＡＭ66、
及びスケーリング解除ＲＯＭ68に関連しており、更にこ
れらの要素を互いに接続し、画像化装置の他の部分とも
接続するバスが付随している。ＩＢＳデータについて
は、特殊なＩＢＳマップＲＯＭ72が代替的なデータバス
中に設けられている。

【００４６】従来のエンベロープ検出超音波装置では、
画像化音響信号は、スキャナ14において受信、増幅及び
処理されてビームへと形成される。かかる装置の構造と
機能は周知であり、当業者の理解できる範囲内のもので
ある。次いで、超音波データはサブ装置20のアナログ／
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器50に供給される。このＡ／Ｄ
変換器50のデジタル出力は圧縮ハードウエア54に供給さ
れる。

【００４７】デジタル化された超音波データに用いられ
る圧縮アルゴリズムに応じて、圧縮ハードウエアが異な
り、また圧縮ＲＯＭ56が必要か否かも変わってくる。ほ
とんどの超音波画像化装置は、複雑な対数圧縮技術を用
いており、その実際の実施態様によってハードウエア構
成とＲＯＭ56の内容とが決まる。一般には、ＲＯＭ56
は、変数COMPRESSIONを用いて選択される複数の圧縮テ
ーブルを含むルックアップテーブルメモリである。かか
る圧縮アルゴリズムは、ここでの説明の範囲を越えるも
のであるが、従来の周知事項である。

【００４８】圧縮に続いて、圧縮された超音波データが
ＲＯＭ58に供給され、このＲＯＭ58が、そのデータを、
スキャナから受信したときの極座標系からビデオモニタ
上に表示可能な直交座標系に再フォーマットする。ＲＯ
Ｍ58のデジタルワード出力はリアルタイムバッファメモ
リ60に供給される。このメモリ60は、マイクロプロセッ
サ52の制御のもとで、ビデオ情報の一つの完全なフレー
ムについてのデジタルワードを記憶する。同じくマイク
ロプロセッサ52の制御のもとに、メモリ60からデジタル
ワードが読み出されてグレースケールＲＯＭ62に与えら
れる。このＲＯＭ62は、ユーザにより定義された変数GR
AYSCALEの値によって選択可能な複数のスケーリングテ
ーブルを含むルックアップテーブルメモリである。この
ＲＯＭ62の出力は次いでカラーマップＲＯＭ70に供給さ
れる。このＲＯＭ70は、ユーザにより定義された変数CO
LORMAPの値によって選択可能な複数のカラーマップテー
ブルを含むルックアップテーブルメモリである。

【００４９】ＲＯＭ70の出力は、従来の二次元超音波画
像としてデータ表示を行うビデオモニタ等の表示装置
（図示せず）に供給される。また、ＲＯＭ62の出力は、
それがカラーマップＲＯＭ70に加えられる前に、ヘッダ
型フォーマットで実際の超音波画像データと共に記憶さ
れる変数COMPRESSION及びGRAYSCALEの対応値と共に、ビ
デオループメモリ64に直接記憶させることができる。こ
のようにして、超音波画像データがビデオループメモリ
64から読み出される際には、そのデータに関連する圧縮
レベルデータ及びグレースケールレベルデータにもアク
セス可能であり、それらを以降で説明するように画像デ
ータの圧縮解除及びスケーリング解除に用いることがで
きる。

【００５０】総合後方散乱（ＩＢＳ）超音波画像化装置
では、単一パスに沿って進む超音波搬送波のパルスから
の後方散乱の出力に対応する信号が、Hunt等の米国特許
第4,873,984号に開示の装置及び方法を用いて導出され
る。ここでは、前記引用をもってその特許の開示内容を
包含させるものとする。

【００５１】詳細には、Ａ／Ｄ変換器50のサンプリング
後のデジタル出力は、圧縮ハードウエア54の代わりにＩ
ＢＳマップＲＯＭ72に加えられる。ＩＢＳマップＲＯＭ
72は各入力サンプルについての平均後方散乱値を表す値
を生成する信号を生成する。このＩＢＳマップＲＯＭ72
の出力はＲＯＭ58に加えられ、このＲＯＭ58が上述した
ようにそのデータを、極座標系から、従来の表示モニタ
（図７には示していない）上で表示可能な直交座標系へ
と再フォーマットする。

【００５２】好適には、ＩＢＳデータに関し、グレース
ケールＲＯＭ62の出力は、変数GRAYSCALEの値と共にビ
デオループメモリ64に供給することができる。変数GRAY
SCALEの値をＩＢＳビデオ画像データと共にヘッダフォ
ーマットで記憶して、後述するように、ＩＢＳデータが
後でビデオループメモリから読み出される際のスケーリ
ング解除に備える。

【００５３】ここで図５を参照する。同図には、既に図
３のステップ40で概略を示した超音波データの線形化を
行う処理ステップの一層詳細なフローチャートを示す。
前述したように、マイクロプロセッサ52は、図５の処理
ステップ80に示すように、対象領域中に含まれる全画素
の平均強度を計算する。その結果として得られた平均強
度値は、変数INTENSITYに書き込まれる。

【００５４】次に、プロセッサ52は図５の判定ステップ
82に示すように、アクセスされたデータタイプがＩＢＳ
データであるか従来の超音波データであるかを変数DATA
TYPEの値から判定する。変数DATATYPEの値がＩＢＳデー
タを示している場合、プロセッサは次に図５の判定ステ
ップ84に示すように、変数SOURCEの値がリアルタイムバ
ッファメモリ60とビデオループメモリ64との何れを示し
ているか判定する。データソースがリアルタイムバッフ
ァメモリ60である場合、変数INTENSITYによって示され
る平均強度についてそれ以上処理を行う必要はない。こ
れは、その平均強度が、装置スキャナから受信した総合
後方散乱データの線形関係を反映するためである。しか
し、ＩＢＳデータのソースがビデオループメモリ64であ
る場合には、そのデータはグレースケーリングされてお
り、変数INTENSITYの処理を更に行う必要がある。この
場合には、ビデオループメモリ64における指定されたビ
デオデータフレームのヘッダ情報から変数GRAYSCALEの
値が読み出される。この変数GRAYSCALEの値は、スケー
リング解除ＲＯＭ68内の複数のグレースケールテーブル
のうちの一つにアクセスするのに用いられる。次にマイ
クロプロセッサ52は、前述と同様にして、変数INTENSIT
Yと値の等しい、ＲＯＭ68の選択されたテーブル中の項
目を見つけ出す。次に、その変数INTENSITYは、図５の
処理ステップ86に示すように、それと一致する項目の、
関連するスケーリングされていない変数INTENSITYと等
しく設定される。従って、現在の強度値が受信されたＩ
ＢＳ信号と線形関係となり、それ以上の処理が不要とな
る。次いでその変数INTENSITYの値がプロットされる。

【００５５】判定ステップ82において変数DATATYPEが従
来の超音波データを示す場合には、異なる線形化処理が
発生する。マイクロプロセッサ52は、図５の判定ステッ
プ90に示すように、変数SOURCEの値が、データがリアル
タイムバッファメモリ60とビデオループメモリ64との何
れから獲得されたことを示しているかを判定する。デー
タソースがビデオループメモリ64である場合、変数INTE
NSITYの現在値は、データの見るためのフォーマットに
必要なグレースケーリング因子を含む。この場合、変数
GRAYSCALEの値は、ビデオループメモリ64における指定
されたビデオデータフレームのヘッダ情報から読み出さ
れる。この変数GRAYSCALEの値は、スケーリング解除Ｒ
ＯＭ68中の複数のグレースケールテーブルのうちの一つ
にアクセスするのに用いられる。次にマイクロプロセッ
サ52は、前述と同様にして、変数INTENSITYと値の等し
い、ＲＯＭ68の選択されたテーブル中の項目を見つけ出
す。次に、その変数INTENSITYは、図５の処理ステップ9
2に示すように、それと一致する項目の、関連するスケ
ーリングされていない変数INTENSITYと等しく設定され
る。

【００５６】次に、変数INTENSITYの現在値、及びデー
タソースがリアルタイムバッファ60であるかＲＯＭ68の
出力であるかが、変数COMPRESSIONの値と共に圧縮解除
ＲＡＭ66に供給される。データがリアルタイムメモリ60
からのものである場合、変数COMPRESSIONの値は、マイ
クロプロセッサ52に関連するＲＡＭメモリから読み出す
ことができる。またデータソースがビデオループメモリ
64である場合には、変数COMPRESSIONは、ビデオ情報の
読み出しが行われるフレームに関連するヘッダから読み
出される。圧縮解除ＲＡＭ66は、圧縮変数の値によって
個々に選択可能な複数のテーブルを含むルックアップテ
ーブルメモリである。この圧縮解除ＲＯＭ中の各テーブ
ルは、１項目と、それに関連する、圧縮前の超音波デー
タの値を表す、したがってスキャナから受信された音響
信号と一層高い線形関係を表す、圧縮解除された強度値
とを含む。マイクロプロセッサ52は、図５の処理ステッ
プ94に示すように、変数INTENSITYの現在値について適
当なテーブル項目を見つけ出し、その変数INTENSITYを
それに関連する圧縮されていない強度に設定する。これ
で、変数INTENSITYの値は、装置のスキャナから受信さ
れた音響データと線形関係にある強度レベルを表すこと
になる。

【００５７】以上の説明からわかるように、本発明の診
断ツールは、超音波画像化装置におけるマッピング、圧
縮及びグレースケーリングのレベルに関する情報の記憶
を容易化し、この情報を用いて圧縮、スケーリング及び
マッピングの処理を逆行させて、データをビデオフォー
マットに処理する際に導入される非線形性を伴うこと無
く、装置のトランスデューサによって受信された音響信
号と線形関係にあるデータを得るものである。

【００５８】時間−強度曲線の特性 図４の処理ステップ44に関連して前述した時間−強度曲
線の特性の計算処理について次に詳述する。トレース動
作によって得られる時間−強度曲線は次の数１のガンマ
変量(Gamma-Variate)モデルによって記述することがで
きる。

【００５９】

【数１】

【００６０】数１において、Ｙは曲線の振幅、βは一定
のスケーリング因子、ｔは時間変数、ｅは自然対数の基
底、αは逆時間定数である。時間に関してＹの導関数を
取ると、次の数２が得られる。

【００６１】

【数２】

【００６２】この数２において、ｔ_maxはこの時間−強
度曲線のピークが発生する時間に等しい。値ｔ_maxを数
２に代入し、数２を数１に代入すると、以下に示す数３
が得られる。この数３から、時間−強度曲線のピーク値
を計算することができる。時間−強度曲線のピーク値
は、図６にレベル100として示されている。

【００６３】

【数３】

【００６４】次に、時間−強度曲線の下方の面積を部分
積分法を用いて計算する。その際、Ｙの値はゼロから無
限大であり、その結果として次の数４が得られる。この
数４から、時間−強度曲線の下方の面積を計算すること
ができる。

【００６５】

【数４】

【００６６】αの値は、次の数５に示すように、ピーク
及び面積で表すことができる。

【００６７】

【数５】

【００６８】平均遷移時間はαで表すことができ、以下
に示す数６から計算することができる。平均遷移時間
は、図６で時間間隔102として示されている。

【００６９】

【数６】

【００７０】遷移ハーフタイムもまた以下の数７で示す
ようにαで表すことができる。平均遷移ハーフタイム
は、図６で時間間隔104 として示されている。

【００７１】

【数７】

【００７２】以上の説明から分かるように、本発明の診
断ツールは、二次元超音波画像の指定された領域につい
て、平均音響強度の時間−強度曲線を時間の関数として
生成することを可能にするだけではなく、その曲線の特
性の分析をも可能にする。かかる特性は、時間−強度曲
線データの解釈を更に行う場合に有用である。

【００７３】時間−強度曲線を構成する１セットの点
は、もとのデータセットとの間に中間データ点を補間す
ることができるように、曲線近似サブルーチンに供給す
ることができる。このようにして曲線を実線で表示する
ことができ、これにより、その曲線及びその曲線の特性
を一層視認性の良いものとすることができる。

【００７４】本発明の意図する実施例では、トレース動
作を逐次行うことにより複数の時間−強度曲線を同時に
表示することが可能となる。この種の動作は、オペレー
タが、異なる対象領域から生成された曲線の比較を行う
ことを可能にする。

【００７５】本発明の他の特徴によれば、カラーマップ
ＲＯＭ70は、ユーザが個々の画素の強度値に基づいて超
音波ビデオ画像の色を操作することを可能にする。典型
的なグレースケール表示器では、各画素の赤、緑、青の
値は等しく設定される。しかし、画素値の強度変化につ
れて一つ以上の色の強度をオフセットすることにより、
画素の強度変化につれて変化する色を得ることができ
る。かかる装置は、従来の超音波画像化において陰影の
ついたグレースケール上で強度変化を判定するのに有用
である。カラーマップＲＯＭ70は、ルックアップテーブ
ルメモリといった形態で複数のカラーマップを含んでい
る。その個々のカラーマップは、ユーザにより指定され
た色変数の値によってアクセス可能なものである。超音
波ビデオデータに発生するあらゆる色変化は、表示装置
18によってのみ用いられ、画像データにいかなるスケー
リング又は非線形性も導入することはない。したがっ
て、カラーマッピングの影響を除去するいかなる処理も
手順も不要である。これは、ビデオループメモリ64に記
憶されたデータ及びリアルタイムバッファメモリ60中の
データの何れにもかかる影響が存在しないためである。

【００７６】以上の開示内容から分かるように、本発明
の方法及び装置は、二次元超音波画像の指定領域中の平
均音響信号を定量測定及び表示するためのツールを提供
する。そのツールは、リアルタイムメモリ又はビデオル
ープメモリからの従来の超音波データ又は総合後方散乱
超音波データを処理可能なものである。

【００７７】したがって、この詳細な開示は例示のため
に行われたにすぎず、限定的なものではないことがわか
る。当業者であれば、様々な変更、改造、及び改善を容
易に加えることができ、それは本発明の思想及び範囲か
ら逸脱すること無く理解され得るものである。たとえ
ば、心エコー検査は本発明の用途の一つではあるが、か
かる用途に限定されるものではなく、本発明はあらゆる
超音波画像化用途に用いることができる。さらに、以上
で説明した装置の変数は、デジタル処理サブ装置20内で
直接記憶及び処理される必要はなく、超音波画像化装置
10内の他のメモリ（光学ディスクその他）に記憶させる
こともでき、またデジタルコントローラ16やプロセッサ
52によって処理することもできる。更に同様に、当業者
であれば、総合後方散乱データと従来の超音波データと
のいずれか一方しか生成することのできない画像化装置
においてはデータタイプはどちらか一方しか必要としな
いためデータタイプの判定に必要な変数及びステップは
なくすことができるということは明らかである。本発明
は、特許請求の範囲及びそれと等価なものによってのみ
限定される。

【００７８】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、超
音波データの圧縮又はグレースケーリングによってビデ
オ画像中に非線形性が導入されることのない、二次元超
音波画像のユーザ指定領域中の平均音響信号の定量測定
及び表示を行うツールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のオフライン心エコー検査分析装置により
生成された心筋灌流特性の時間−強度プロットを示すグ
ラフである。

【図２】本発明と共に使用するのに適した超音波画像化
装置を示すブロック図である。

【図３】本発明による時間−強度曲線の生成方法を示す
フローチャートである。

【図４】本発明による時間−強度曲線の生成方法を示す
フローチャートである。

【図５】本発明による時間−強度曲線の生成方法を示す
フローチャートである。

【図６】本発明による方法を用いて生成された時間−強
度曲線を示すグラフである。

【図７】図２の超音波画像化装置のデジタル処理サブ装
置を示すブロック図である。

【符号の説明】

20 デジタル処理サブ装置 50 アナログ／デジタル変換器 52 マイクロプロセッサコントローラ 54 圧縮処理ハードウエア 56 圧縮ＲＯＭ 58 極座標／直交座標変換ＲＯＭ 60 リアルタイムバッファメモリ 62 グレースケールＲＯＭ 64 ビデオループバッファメモリ 66 圧縮解除ＲＡＭ 68 スケーリング解除ＲＯＭ 70 カラーマップＲＯＭ 72 ＩＢＳマップＲＯＭ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波画像の或る領域における平均音響信
   号の定量測定を行う装置であって、この装置が、 それぞれが音響信号の強度を表す値からなる画像データ
   要素のソースと、 前記画像データ要素と集合的に関連し、前記各画像デー
   タ要素の強度値が受ける処理のタイプ及びレベルを示す
   データ構造と、 前記画像データ要素の選択された強度値から平均強度値
   を計算する手段と、 前記データ構造により選択可能なメモリテーブルであっ
   て、このテーブルの各項目が処理されていない強度値に
   関連している、前記メモリテーブルと、 選択された前記テーブルの項目に対して前記平均強度値
   の突き合わせを行い、その突き合わせ結果の一致する項
   目に関連する処理されていない強度値と等しく前記平均
   強度値を設定する手段と、 その平均強度値を表示する手段と、からなることを特徴
   とする、超音波画像化装置と共に用いるオンライン音響
   デンシトメトリ装置。