スペクトルドプラ利得を自動調整するための方法及び装置
【課題】スペクトルドプラ撮像において超音波システムのシステムパラメータの自動調整を提供する。
【解決手段】ドプラスペクトル画像の表示で使用されるパラメータを自動調整するための方法及び装置は、ドプラデータの複数のスペクトル線を収集することを含む。ドプラデータの複数のスペクトル線からドプラデータの部分組が決定される。このドプラデータの部分組のノイズ特性が計算され、かつドプラデータの部分組の信号特性が特定される。ノイズ特性と信号特性が比較され、この比較工程の結果に基づいてシステムパラメータが調整される。
【解決手段】ドプラスペクトル画像の表示で使用されるパラメータを自動調整するための方法及び装置は、ドプラデータの複数のスペクトル線を収集することを含む。ドプラデータの複数のスペクトル線からドプラデータの部分組が決定される。このドプラデータの部分組のノイズ特性が計算され、かつドプラデータの部分組の信号特性が特定される。ノイズ特性と信号特性が比較され、この比較工程の結果に基づいてシステムパラメータが調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的にはスペクトルドプラ技法を用いて血流の速度を計測する超音波診断システムに関し、また具体的には、オペレータに対して最適表示を提供するためのスペクトルドプラ利得の自動調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドプラ効果に基づいて血流を検出するための超音波スキャナはよく知られている。超音波トランスジューサ・アレイが対象物内に超音波を送信し、後方散乱された超音波エコーを受信している。血流特性の計測では、戻された超音波が周波数基準と比較され、戻される音波に対して血球などの散乱体のフローによって与えられる周波数シフトが決定される。この周波数シフトが血流の速度に変換される。
【０００３】
典型的な臨床ドプラ検査は時間がかかると共に、サンプルボリュームのサイズやサンプリング・ゲート、フローの方向、カーソル角度、速度制限やパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）、基準ラインシフト及び反転、自動最大／平均速度トレース、システム利得などの走査パラメータを設定及び調整するための多種多様な制御キーやスイッチに対する調整が必要となる可能性がある。波形内でノイズ・バックグラウンド及び信号強度を検出するためや、ＰＲＦの自動調整によりエイリアシングを除去するためなどについて、ある種の自動化を利用することができる。しかし、ドプラ検査の速度と信頼度の両方を向上させるためにこれ以外のドプラ調整を自動化する要求は存在したままである。
【０００４】
パルスドプラ波形や連続波（ＣＷ）ドプラ波形は、スペクトル・パワーに従った変調を受けたグレイスケール強度（または、カラー）を用いて、時間に対するドプラ周波数（または、速度）のスペクトルとしてまたはスペクトル画像としてリアルタイムで計算され表示される。各スペクトル線は、サンプリング・ゲート内の血流に関する瞬時計測値を意味している。各スペクトル線内のデータは、様々な周波数間隔に対する複数の周波数ビンを備えており、各周波数ビンに関連付けされた信号強度（パワー）がディスプレイ上の対応する画素位置に表示される。スペクトル線のすべてを総合すると１つのスペクトル像すなわちスペクトルが形成される。
【０００５】
このスペクトルの各垂直線は、所与の時刻におけるドプラ周波数スペクトルに対応する。ゼロに等しい周波数を基準ラインにとると正のドプラ周波数はトランスジューサに向かう方向のフローに対応し、また負の周波数はトランスジューサから離れる方向のフローに対応する。
【特許文献１】米国特許第５９３５０７４号
【特許文献２】米国特許第６５７７９６７号
【特許文献３】米国特許第６６６３５６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
典型的には、オペレータは、表示させるスペクトルの調整のために利得などのシステムパラメータを調整しなければならない。例えば、スペクトルの信号成分が小さいため、ノイズ成分から識別することが困難であることがある。また一方、その信号成分が極めて大きいために、モニタが飽和しデータの全レンジを表示できないことがある。いずれのケースでも、そのシステムをオペレータが手作業で調整する必要がある。このことは時間の浪費に繋がることがあり、またシステムパラメータが適正に設定されないと診断の誤り及び／または困難に繋がることがある。
【０００７】
したがって、フロー信号及びノイズ・バックグラウンドを最適輝度レベルで表示できるように、スペクトルドプラ撮像の際に超音波システムのシステムパラメータを自動調整する必要性が存在する。本発明のある種の実施形態は、これらの要求並びに記載する説明及び図面から明らかとなるようなその他の目的を満足させることを意図している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態では、ドプラスペクトル画像の表示で使用されるパラメータを自動調整するための方法は、ドプラデータの複数のスペクトル線を収集する工程を含む。ドプラデータの複数のスペクトル線から、ドプラデータの部分組が決定される。ドプラデータの部分組のノイズ特性が計算されると共に信号特性が特定される。ノイズ特性と信号特性が比較され、この比較の結果に基づいてシステムパラメータが調整される。
【０００９】
別の実施形態では、ドプラスペクトル・データを収集しかつドプラスペクトルの表示で使用されるパラメータを自動調整する超音波システムは、対象物の走査面内部で超音波信号を送信かつ受信するトランスジューサを備える。ビーム形成器が、走査面の内部のサンプルゲートに関する超音波信号を表すデータサンプルを導出する。ドプラ処理モジュールがデータサンプルからドプラデータの未処理周波数ビンの組を作成しており、また走査変換モジュールが該ドプラデータの未処理周波数ビンの組を走査変換している。制御処理モジュールが、ドプラデータの複数のスペクトル線を解析しノイズ特性及び信号特性を特定する。この制御処理モジュールは、ノイズ特性と信号特性の比較に基づいてシステムパラメータを自動調整している。表示アーキテクチャが走査面内部の該サンプルゲートに対応するドプラスペクトルを表示する。
【００１０】
別の実施形態では、超音波システムのモニタ上に表示されるスペクトルのスペクトル利得を自動調整するための方法は、ある時間期間にわたって収集したドプラデータの複数のスペクトル線に基づいてノイズ強度及び周波数の所定のレベルを決定する工程を含む。所定のレベルの周波数及びゼロ周波数に基づいて、ある周波数の位置における信号強度が時間期間の関数として計算される。その信号強度内において信号成分が特定されると共に、信号成分とノイズ強度の比較に基づいてシステム利得が調整される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上述した要約、並びに本発明のある種の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。これらの図面は、様々な実施形態の機能ブロックの図を表したものである。これらの機能ブロックは、必ずしもハードウェア回路間で分割させることを意味するものではない。したがって例えば、１つまたは複数の機能ブロック（例えば、プロセッサやメモリ）を単一のハードウェア（例えば、汎用の信号処理装置や信号処理ブロックやランダム・アクセス・メモリ、ハードディスク、その他）内で実現させることがある。同様にそのプログラムは、スタンドアロンのプログラムとすること、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まれること、インストールした撮像ソフトウェアパッケージの形で機能させること、その他とすることができる。様々な実施形態は図面に示した配置や手段に限定されるものではないことを理解すべきである。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態によるスペクトルドプラ画像を作成し制御するための超音波システム５のブロック概要図である。超音波システム５の図示した要素は、フロントエンド１０、処理アーキテクチャ７０、表示アーキテクチャ１２０、及び入力１４５である。フロントエンド１０は、トランスジューサ・アレイ２０（複数のトランスジューサ・アレイ素子２５を含む）、送信／受信切り替え回路３０、送信器４０、受信器５０、及びビーム形成器６０を備える。処理アーキテクチャ７０は、自動スペクトル利得調整８５を有する制御処理モジュール８０、復調モジュール９０、ドプラ処理モジュール１００、及び走査変換モジュール１１０を備える。表示アーキテクチャ１２０は、表示処理モジュール１３０及びモニタ１４０を備える。入力１４５は、キーボード、トラックボール、マイクロフォン、スイッチ、ノブ、制御キー、その他を備えることがある。
【００１３】
アーキテクチャ及びモジュールは、ディジタル信号プロセッサを備えた回路基板などの専用のハードウェア素子とすることや、市販の出来合いのＰＣなどの汎用コンピュータやプロセッサ上で動作するソフトウェアとすることがある。様々なアーキテクチャ及びモジュールは、組み合わせることや別々とすることができるため、図示した構成に限定されるものではない。
【００１４】
フロントエンド１０において、トランスジューサ・アレイ２０は送信／受信（Ｔ／Ｒ）切り替え回路３０に接続されている。Ｔ／Ｒ切り替え回路３０は送信器４０の出力と受信器５０の入力に接続されている。受信器５０の出力はビーム形成器６０に入力される。ビーム形成器６０はさらに、送信器４０の入力と、処理アーキテクチャ７０内の制御処理モジュール８０及び復調モジュール９０の入力と、に接続されている。
【００１５】
処理アーキテクチャ７０において、復調モジュール９０の出力はドプラ処理モジュール１００の入力に接続されている。制御処理モジュール８０は、ドプラ処理モジュール１００、走査変換モジュール１１０、表示アーキテクチャ１２０内の表示処理モジュール１３０、及び入力１４５とインタフェースを取っている。ドプラ処理モジュール１００の出力は走査変換モジュール１１０の入力に接続されている。走査変換モジュール１１０の出力は表示アーキテクチャ１２０内の表示処理モジュール１３０の入力に接続されており、また表示処理モジュール１３０の出力はモニタ１４０の入力に接続されている。入力１４５の出力は表示処理モジュール１３０に接続されている。
【００１６】
送信する超音波ビームを作成するために、制御処理モジュール８０はビーム形成器６０に対して、あるステアリング角度でトランスジューサ・アレイ２０の表面上のある点から発せられるようにある形状をしたビームを生成させる送信パラメータを作成するようにビーム形成器に伝えるコマンドデータを送る。この送信パラメータはビーム形成器６０から送信器４０へ送られる。送信器４０はこの送信パラメータを用いて、Ｔ／Ｒ切り替え回路３０を通してトランスジューサ・アレイ２０に送られるように送信信号を適正にエンコードしている。この送信信号は、互いに対してあるレベル及び位相となるように設定されると共に、トランスジューサ・アレイ２０の個々のトランスジューサ素子２５に提供される。この送信信号がトランスジューサ・アレイ２０のトランスジューサ素子２５を励起させ、位相及びレベルの関係が同じである超音波を放出させる。その結果、例えば超音波ジェルを用いてトランスジューサ・アレイ２０をある対象に音響結合させたときに走査線１５５に沿って走査面１５０内部の対象内（図２参照）に超音波エネルギーの送信ビームが形成される。この過程のことを電子走査（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｃａｎｎｉｎｇ）と呼んでいる。
【００１７】
トランスジューサ・アレイ２０は双方向トランスジューサである。対象内に超音波が送信された後、超音波が構造内の組織や血液サンプルから後方散乱される。後方散乱された音波は、その音波を戻した組織までの距離並びにその音波が戻されたトランスジューサ・アレイ２０の表面に対する角度に応じて、様々な時点でトランスジューサ・アレイ２０に到達する。トランスジューサ・アレイ２０のトランスジューサ素子２５は後方散乱された音波に応答し、後方散乱音波からの超音波エネルギーを受信電気信号に変換する。
【００１８】
この受信した電気信号はＴ／Ｒ切り替え回路３０を経由して受信器５０に至る。受信器５０は、この受信信号を増幅しかつディジタル化すると共に、利得補償などの別の機能を提供する。このディジタル化される受信信号は各トランスジューサ素子２５が様々な時点で受信した後方散乱音波に対応しており、後方散乱音波の振幅及び位相情報を保持している。
【００１９】
ディジタル化された受信信号はビーム形成器６０に送られる。制御処理モジュール８０はコマンドデータをビーム形成器６０に送っており、ビーム形成器６０はこのコマンドデータを用いて、トランスジューサ・アレイ２０の表面上のある点から典型的にはこの点に対応するステアリング角度並びに走査線１５５に沿って送信された直前の超音波ビームのステアリング角度で発せられる受信ビームを形成させる。ビーム形成器６０は、制御処理モジュール８０からのコマンドデータの命令に従って時間遅延及び集束を実行し、対象内部の走査面１５０内の走査線１５５に沿ったサンプルボリュームに対応する受信ビーム信号を生成することによって、適当な受信信号に対して操作を行っている。様々なトランスジューサ素子２５からの受信信号の位相、振幅及びタイミング情報を使用して受信ビーム信号が生成される。スペクトルドプラ撮像モードでは、サンプルゲート１６０（図２）内部のサンプルボリューム位置に対応する受信信号はさらに処理されてモニタ１４０上のスペクトルドプラ・タイムライン表示が作成される。
【００２０】
この受信ビーム信号はディジタル・インタフェース１１７を介して処理アーキテクチャ７０に送られる。復調モジュール９０はこの受信ビーム信号に対して復調を実行し、サンプルゲート１６０内部のサンプルボリュームに対応するＩ及びＱの復調データ値の対が生成される。復調は受信ビーム信号の位相及び振幅を基準周波数と比較することによって実現される。Ｉ及びＱの復調データ値は、受信信号内のドプラシフトによって誘導された位相及び振幅情報を保持している。
【００２１】
この復調データはドプラ処理モジュール１００に転送される。ドプラ処理モジュール１００は離散形フーリエ変換（ＤＦＴ）処理法などの標準的な技法を用いて、サンプルゲート１６０から受信した信号に対応するスペクトルドプラ・データの組を作成する。このスペクトルドプラ・データは図３に示すようなスペクトル線としてメモリ内に保存される。
【００２２】
図３は、水平方向の次元が時間１７０でありかつ垂直方向の次元がドプラ周波数１８０であるようにしてスペクトル線の部分組を表したものである。スペクトル線は垂直方向の縦列として表現されており、これらの各々は周波数（速度）ビンの組に分割されている。スペクトル線１９０は、サンプルゲート１６０内の血流の具体的なある時点におけるドプラ周波数成分（すなわち、速度成分）を表しており、また周波数ビン２００はこのサンプルゲート１６０に対応する具体的なある速度に関する時間の経過を追った信号データを包含している。
【００２３】
ドプラ周波数データのスペクトル線１９０は、走査シーケンス形式から表示形式への変換を実行する走査変換モジュール１１０に送られる。この変換は、時間対周波数の表示形式でスペクトル表示画素データを生成するためにドプラ周波数データのスペクトル線１９０に対して補間演算を実行することを含む。したがって各周波数ビン２００は、モニタ１４０上に表示されたスペクトルに関して対応する１つの画素強度を有する。
【００２４】
走査変換した画素データは表示アーキテクチャ１２０に送られる。表示アーキテクチャ１２０は、走査変換された画素データに対して最終的な任意の空間または時間フィルタ処理を実行し、走査変換画素データに対してグレイスケールまたは色相を付与し、かつモニタ１４０上に表示させるようにディジタル画素データをアナログデータに変換するための表示処理モジュール１３０を備える。オペレータは、走査、システム及び／または表示のパラメータを調整するために入力１４５を用いることがある。
【００２５】
図４は、本発明の一実施形態に従ってノイズ及びフロー信号を最適強度でモニタ１４０上に表示するためにシステムパラメータを自動設定するための方法を表している。例えば、ノイズ・バックグラウンドとフロー信号強度の両者はシステム利得の関数であり、システム利得が増大するとノイズと信号強度の両者が増大する。ノイズ・バックグラウンドとフロー信号強度のうちの一方または両方を調整するために別のシステムパラメータが用いられることがあることを理解されたい。最適強度は、ノイズを最小化しながらフロー信号を最良に表示させるような設定として規定することができる。最適強度は、使用している超音波システム５、走査対象の解剖構造の種類、及び／またはオペレータの選好に基づいて設定されることがある。
【００２６】
工程３００において、所望のビュー、データ、その他を達成するために、オペレータは超音波システム５によって患者を走査する。このデータは、収集されるに連れて処理されてモニタ１４０上に表示される。サンプルゲート１６０は、所望のスペクトルデータを含むようにオペレータによって調整される。スペクトルデータに対してアンチエイリアシングなどの別の自動処理法及び／またはオペレータ呼び出し式処理法を作用させることがある。
【００２７】
工程３０２では、オペレータは自動スペクトル利得調整８５を有効にする。自動スペクトル利得調整８５は、モニタ１４０上のスペクトルの表示を最適強度となるように自動調整し、モニタ１４０を飽和させることなくノイズ成分を最小化しかつフロー信号成分を最大化する。オペレータは、入力１４５を用いてボタン、スイッチまたはノブを選択することや、音声起動式コマンドを受け付けるマイクロフォンを用いることがある。任意選択では、その自動スペクトル利得調整８５は、あるプロトコルの域内で自動で呼び出されることがある。工程３０４において、超音波システム５は所定の量のスペクトルデータ（概ね１秒間分のスペクトルデータなど）を収集する。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態に従って収集した概ね１秒間分のスペクトルデータのスペクトル３５０を表している。例えば、スペクトル３５０はサンプルゲート１６０（図２）に対応した時間３６４の経過を追ったデータのスペクトル線を表すことがある。収集されるスペクトルデータはこれより多いことや少ないことがあり得ることを理解されたい。基準ライン３５２はゼロドプラ周波数の表示基準であり、またスペクトル３５０のフローは正のドプラ周波数３５４（基準ライン３５２より上）のこと、負のドプラ周波数３５６（基準ライン３５２より下）のこと、あるいはこの両方のことがあり得る。観察を容易にするために、エイリアシングが存在しないようにスペクトル３５０を調整することがある。さらに、スペクトル３５０は反転されていない（すなわち、正のドプラシフトは基準ライン３５２の上側に来るように表示され、かつ負のドプラシフトは基準ライン３５２の下側に来るように表示される）。
【００２９】
図４に戻り工程３０６において、自動スペクトル利得調整８５及び／または制御処理モジュール８０は平均ノイズ強度Ｉｎなどのノイズ特性を計算し、スペクトル３５０向けのフロー信号を有する周波数ビン２００を検出する。平均ノイズ強度Ｉｎが計算されているが、最大ノイズ特性や最小ノイズ特性など別のノイズ特性も同様に使用できることを理解されたい。平均ノイズ強度Ｉｎ及びフロー信号は周知の方法、処理及び式を用いて計算することができる。工程３０８において、制御処理モジュール８０は、スペクトル３５０のフロー信号が正のドプラ周波数３５４及び／または負のドプラ周波数３５６であるかを判定する。フロー信号が正のドプラ周波数３５４と負のドプラ周波数３５６のいずれかでありこれら両者でない場合、本方法は工程３１２に進む。スペクトル３５０が正のドプラ周波数３５４と負のドプラ周波数３５６の両方を有している場合、本方法は工程３１０に進む。
【００３０】
スペクトル３５０のフローが正と負の両方のドプラ周波数３５４及び３５６を有しているとき、本方法は２つの方式のうちの一方で動作することがある。一実施形態では、制御処理モジュール８０は基準ライン３５２より上側の周波数データのみを使用してドプラデータの部分組の信号特性を決定する。一例として、最大（すなわち、最高）信号強度Ｉｓ（ｔｈ，ｆａ）、あるいは平均値（すなわち、平均信号強度）が決定されることがある。別法として、制御処理モジュール８０はドプラ周波数３５４及び３５６のうちの有するシフトが大きい方を検出することがある。次いで、より大きなドプラ周波数シフトを有する方を用いて信号強度Ｉｓ（ｔｈ，ｆａ）が決定される。
【００３１】
本方法は工程３０８及び３１０の両方から、制御処理モジュール８０がスペクトル３５０のフロー信号内の最高周波数ビンｆｈ３６２など所定のレベルの周波数を検出する工程３１２に進む。工程３１４において、制御処理モジュール８０は、最高周波数ビンｆｈ３６２と基準ライン３５２の間に位置する周波数ビンｆａ３５８を特定する。この例では、周波数ビンｆａ３５８は、最高周波数ビンｆｈ３６２と基準ライン３５２の概ね中間にある。周波数ビンｆａ３５８は、最高周波数ビンｆｈ３６２と基準ライン３５２の間で別の周波数に位置することがあることを理解されたい。工程３１６において、制御処理モジュール８０が信号強度Ｉｓ（ｔ，ｆａ）を時間の関数として計算する。
【００３２】
図６は、本発明の一実施形態による周波数ビンｆａ３５８の各周波数位置における信号強度３８６を時間３８８の関数としてグラフ３８０で表したものである。ライン３８２は、サイズがｎ個の周波数ビン及びｍ個のタイムラインであるカーネル３６０を有する平均強度であるＩｓ（ｔ，ｆａ）を表しており、（式１）を用いて計算することができる。
【００３３】
【数１】
（式１）
工程３１８において、制御処理モジュール８０は、Ｉｓ（ｔ，ｆａ）３８６に沿った最高信号強度Ｉｓ（ｔｈ，ｆａ）、あるいはライン３８２に沿った最高信号強度３８４を特定する。上で述べたように、ドプラデータの別の成分または特性が用いられることもある。工程３２０において、制御処理モジュール８０は、（式２）を用いて最高信号強度３８４と平均ノイズ強度Ｉｎ３９０（上の工程３０６で計算済み）の間の差を計算する。
【００３４】
Ｓ＝Ｉｓ（ｔｈ，ｆａ）−Ｉｎ （式２）
最適利得の決定はその一部で、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０と比較して最高信号強度３８４がどの程度大きいかに依存する。工程３２２において、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０がゼロであれば、本方法はシステム利得を増加させるなどのシステムパラメータが調整される工程３２４に進み、次いで工程３０４に戻ってスペクトルデータの収集及び評価が行なわれる。別法として、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０に対する制限は、その値以下ではシステム利得を増加させるように事前決定されることがある。１〜１０のレンジ域内で利得を変更できる場合、利得は例えば１単位で増加させることがある。システム利得の増加は制御処理モジュール８０によって受信器５０や別の適当な回路に伝達されることがある。利得の増加は、モニタ１４０上に表示されるスペクトル３５０の輝度増加に反映される。
【００３５】
工程３２２に戻って平均ノイズ強度Ｉｎ３９０がゼロに等しくない場合、本方法は、（式２）によって計算された信号Ｓが所定のしきい値３９２より大きいか否かを制御処理モジュール８０によって判定する工程３２６に進む。この所定のしきい値３９２は信号Ｓが強いか弱いかを判定するために使用されることがある。単に一例として、所定のしきい値３９２は平均ノイズ強度Ｉｎ３９０を超えるある所望のレベルに規定されることがある。
【００３６】
信号Ｓが所定のしきい値３９２より大きければ、信号Ｓは強く本方法は信号Ｓがモニタ１４０を飽和させているか否かを制御処理モジュール８０によって判定する工程３２８に進む。この飽和は、１つまたは複数の画素でモニタ１４０上に表示される輝度が最大輝度を超えている点として表記されることがある。したがって、飽和したすべての画素は、当該点に現れる信号レベルに関わらず最高輝度レベルで表示される。より大きな信号成分を示す飽和画素もより小さい信号成分を示す飽和画素と同じ表示となり、したがって信号データの全部をオペレータに対して適正に表示できない。一例として、制御処理モジュール８０は、モニタ１４０上の任意の画素が飽和しているか否かを判定するために表示処理モジュール１３０と通信することがある。
【００３７】
モニタ１４０が飽和していない場合、本方法は工程３３０に進む。モニタ１４０を飽和させないような強い信号Ｓでは、システムパラメータを調整することができる。例えばシステム利得は、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０がゼロに極めて近くなるように設定されることがある。これによってモニタ１４０は、信号Ｓのすべてを依然として表示しながらノイズの大部分を表示させることがない。
【００３８】
工程３２８に戻ると、信号Ｓが強くかつモニタ１４０を飽和させている場合、本方法は工程３３２に進み、ここで制御処理モジュール８０は、信号Ｓがモニタ１４０の飽和点の直ぐ下の点までシステム利得を低減すなわち減少させるように要求する。
【００３９】
工程３２６に戻ると、信号Ｓが所定のしきい値３９２より小さい場合、信号Ｓは弱いと見なされ本方法は工程３３４に進む。信号Ｓがより弱いケースでは、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０が事前設定値に等しくなるように利得が設定される。これによって、ノイズ・バックグラウンドが視認可能でありかつ信号強度が弱すぎないような表示が得られる。この事前設定値は、超音波システム５その他の内部のノイズレベルに基づいて製造者、オペレータによって選択されることがある。
【００４０】
工程３３０、３３２及び３３４においてシステム利得を調整し終えた後、自動スペクトル利得調整８５は終了となる。別法として、工程３０２で自動スペクトル利得調整８５を有効にした後、制御処理モジュール８０は、一定間隔で、あるいはサンプルゲート位置、サイズ、その他などの撮像パラメータが変更された場合に、利得調整処理を反復することがある。任意選択では、オペレータによる関与なしにプロトコルによって自動スペクトル利得調整８５を有効にさせることがある。
【００４１】
自動スペクトル利得調整８５の技術的効果は、超音波システム５によってシステム利得などのシステムパラメータを自動設定し、ノイズ及び信号を最適な強度または輝度で表示することが可能であることにある。自動スペクトル利得調整８５はボタンや音声コマンドなどのオペレータ入力を介して容易に呼び出すことができる。ノイズ及び信号のレベルが収集されると共に、システム利得を調整すべきか否かを判定するために互いに及び／またはしきい値レベルと比較されている。弱い信号レベルでは強度を増加させるようにシステム利得を増加させ、かつ強い信号レベルでは強度を低下させるようにシステム利得を低下させ、これにより強い信号によって表示が飽和しないように保証している。
【００４２】
具体的な様々な実施形態に関して本発明を記載してきたが、当業者であれば、本発明が本特許請求の範囲の精神及び趣旨の域内にある修正を伴って実施できることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態による超音波システムのブロック概要図である。
【図２】スペクトルドプラ・モードにおける走査線に沿ったサンプルゲートを用いたセクタ走査を表した図である。
【図３】サンプルゲート内の血流を示しているスペクトル線の部分組及び周波数ビンを表した図である。
【図４】本発明の一実施形態に従ってノイズ及びフロー信号が最適強度で表示されるようにシステムパラメータを自動設定するための方法を表した図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って収集した概ね１秒間分のスペクトルデータのスペクトルを表した図である。
【図６】本発明の一実施形態に従って周波数ビンｆａの各周波数位置の信号強度を時間の関数として表したグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
５ 超音波システム
１０ フロントエンド
２０ トランスジューサ・アレイ
２５ トランスジューサ素子
３０ 送信／受信（Ｔ／Ｒ）切り替え回路
４０ 送信器
５０ 受信器
６０ ビーム形成器
７０ 処理アーキテクチャ
８０ 制御処理モジュール
８５ 自動スペクトル利得調整
９０ 復調モジュール
１００ ドプラ処理モジュール
１１０ 走査変換モジュール
１１７ ディジタル・インタフェース
１２０ 表示アーキテクチャ
１３０ 表示処理モジュール
１４０ モニタ
１４５ 入力
１５０ 走査面
１５５ 走査線
１６０ サンプルゲート
１７０ 時間
１８０ ドプラ周波数
１９０ スペクトル線
２００ 周波数ビン
３５０ スペクトル
３５２ 基準ライン
３５４ 正のドプラ周波数
３５６ 負のドプラ周波数
３５８ 周波数ビンｆａ
３６０ カーネル
３６２ 最高周波数ビンｆｈ
３６４ 時間
３８０ グラフ
３８２ ライン
３８４ 最高信号強度
３８６ 信号強度
３８８ 時間
３９０ 平均ノイズ強度Ｉｎ
３９２ 所定のしきい値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的にはスペクトルドプラ技法を用いて血流の速度を計測する超音波診断システムに関し、また具体的には、オペレータに対して最適表示を提供するためのスペクトルドプラ利得の自動調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドプラ効果に基づいて血流を検出するための超音波スキャナはよく知られている。超音波トランスジューサ・アレイが対象物内に超音波を送信し、後方散乱された超音波エコーを受信している。血流特性の計測では、戻された超音波が周波数基準と比較され、戻される音波に対して血球などの散乱体のフローによって与えられる周波数シフトが決定される。この周波数シフトが血流の速度に変換される。
【０００３】
典型的な臨床ドプラ検査は時間がかかると共に、サンプルボリュームのサイズやサンプリング・ゲート、フローの方向、カーソル角度、速度制限やパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）、基準ラインシフト及び反転、自動最大／平均速度トレース、システム利得などの走査パラメータを設定及び調整するための多種多様な制御キーやスイッチに対する調整が必要となる可能性がある。波形内でノイズ・バックグラウンド及び信号強度を検出するためや、ＰＲＦの自動調整によりエイリアシングを除去するためなどについて、ある種の自動化を利用することができる。しかし、ドプラ検査の速度と信頼度の両方を向上させるためにこれ以外のドプラ調整を自動化する要求は存在したままである。
【０００４】
パルスドプラ波形や連続波（ＣＷ）ドプラ波形は、スペクトル・パワーに従った変調を受けたグレイスケール強度（または、カラー）を用いて、時間に対するドプラ周波数（または、速度）のスペクトルとしてまたはスペクトル画像としてリアルタイムで計算され表示される。各スペクトル線は、サンプリング・ゲート内の血流に関する瞬時計測値を意味している。各スペクトル線内のデータは、様々な周波数間隔に対する複数の周波数ビンを備えており、各周波数ビンに関連付けされた信号強度（パワー）がディスプレイ上の対応する画素位置に表示される。スペクトル線のすべてを総合すると１つのスペクトル像すなわちスペクトルが形成される。
【０００５】
このスペクトルの各垂直線は、所与の時刻におけるドプラ周波数スペクトルに対応する。ゼロに等しい周波数を基準ラインにとると正のドプラ周波数はトランスジューサに向かう方向のフローに対応し、また負の周波数はトランスジューサから離れる方向のフローに対応する。
【特許文献１】米国特許第５９３５０７４号
【特許文献２】米国特許第６５７７９６７号
【特許文献３】米国特許第６６６３５６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
典型的には、オペレータは、表示させるスペクトルの調整のために利得などのシステムパラメータを調整しなければならない。例えば、スペクトルの信号成分が小さいため、ノイズ成分から識別することが困難であることがある。また一方、その信号成分が極めて大きいために、モニタが飽和しデータの全レンジを表示できないことがある。いずれのケースでも、そのシステムをオペレータが手作業で調整する必要がある。このことは時間の浪費に繋がることがあり、またシステムパラメータが適正に設定されないと診断の誤り及び／または困難に繋がることがある。
【０００７】
したがって、フロー信号及びノイズ・バックグラウンドを最適輝度レベルで表示できるように、スペクトルドプラ撮像の際に超音波システムのシステムパラメータを自動調整する必要性が存在する。本発明のある種の実施形態は、これらの要求並びに記載する説明及び図面から明らかとなるようなその他の目的を満足させることを意図している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態では、ドプラスペクトル画像の表示で使用されるパラメータを自動調整するための方法は、ドプラデータの複数のスペクトル線を収集する工程を含む。ドプラデータの複数のスペクトル線から、ドプラデータの部分組が決定される。ドプラデータの部分組のノイズ特性が計算されると共に信号特性が特定される。ノイズ特性と信号特性が比較され、この比較の結果に基づいてシステムパラメータが調整される。
【０００９】
別の実施形態では、ドプラスペクトル・データを収集しかつドプラスペクトルの表示で使用されるパラメータを自動調整する超音波システムは、対象物の走査面内部で超音波信号を送信かつ受信するトランスジューサを備える。ビーム形成器が、走査面の内部のサンプルゲートに関する超音波信号を表すデータサンプルを導出する。ドプラ処理モジュールがデータサンプルからドプラデータの未処理周波数ビンの組を作成しており、また走査変換モジュールが該ドプラデータの未処理周波数ビンの組を走査変換している。制御処理モジュールが、ドプラデータの複数のスペクトル線を解析しノイズ特性及び信号特性を特定する。この制御処理モジュールは、ノイズ特性と信号特性の比較に基づいてシステムパラメータを自動調整している。表示アーキテクチャが走査面内部の該サンプルゲートに対応するドプラスペクトルを表示する。
【００１０】
別の実施形態では、超音波システムのモニタ上に表示されるスペクトルのスペクトル利得を自動調整するための方法は、ある時間期間にわたって収集したドプラデータの複数のスペクトル線に基づいてノイズ強度及び周波数の所定のレベルを決定する工程を含む。所定のレベルの周波数及びゼロ周波数に基づいて、ある周波数の位置における信号強度が時間期間の関数として計算される。その信号強度内において信号成分が特定されると共に、信号成分とノイズ強度の比較に基づいてシステム利得が調整される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上述した要約、並びに本発明のある種の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。これらの図面は、様々な実施形態の機能ブロックの図を表したものである。これらの機能ブロックは、必ずしもハードウェア回路間で分割させることを意味するものではない。したがって例えば、１つまたは複数の機能ブロック（例えば、プロセッサやメモリ）を単一のハードウェア（例えば、汎用の信号処理装置や信号処理ブロックやランダム・アクセス・メモリ、ハードディスク、その他）内で実現させることがある。同様にそのプログラムは、スタンドアロンのプログラムとすること、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まれること、インストールした撮像ソフトウェアパッケージの形で機能させること、その他とすることができる。様々な実施形態は図面に示した配置や手段に限定されるものではないことを理解すべきである。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態によるスペクトルドプラ画像を作成し制御するための超音波システム５のブロック概要図である。超音波システム５の図示した要素は、フロントエンド１０、処理アーキテクチャ７０、表示アーキテクチャ１２０、及び入力１４５である。フロントエンド１０は、トランスジューサ・アレイ２０（複数のトランスジューサ・アレイ素子２５を含む）、送信／受信切り替え回路３０、送信器４０、受信器５０、及びビーム形成器６０を備える。処理アーキテクチャ７０は、自動スペクトル利得調整８５を有する制御処理モジュール８０、復調モジュール９０、ドプラ処理モジュール１００、及び走査変換モジュール１１０を備える。表示アーキテクチャ１２０は、表示処理モジュール１３０及びモニタ１４０を備える。入力１４５は、キーボード、トラックボール、マイクロフォン、スイッチ、ノブ、制御キー、その他を備えることがある。
【００１３】
アーキテクチャ及びモジュールは、ディジタル信号プロセッサを備えた回路基板などの専用のハードウェア素子とすることや、市販の出来合いのＰＣなどの汎用コンピュータやプロセッサ上で動作するソフトウェアとすることがある。様々なアーキテクチャ及びモジュールは、組み合わせることや別々とすることができるため、図示した構成に限定されるものではない。
【００１４】
フロントエンド１０において、トランスジューサ・アレイ２０は送信／受信（Ｔ／Ｒ）切り替え回路３０に接続されている。Ｔ／Ｒ切り替え回路３０は送信器４０の出力と受信器５０の入力に接続されている。受信器５０の出力はビーム形成器６０に入力される。ビーム形成器６０はさらに、送信器４０の入力と、処理アーキテクチャ７０内の制御処理モジュール８０及び復調モジュール９０の入力と、に接続されている。
【００１５】
処理アーキテクチャ７０において、復調モジュール９０の出力はドプラ処理モジュール１００の入力に接続されている。制御処理モジュール８０は、ドプラ処理モジュール１００、走査変換モジュール１１０、表示アーキテクチャ１２０内の表示処理モジュール１３０、及び入力１４５とインタフェースを取っている。ドプラ処理モジュール１００の出力は走査変換モジュール１１０の入力に接続されている。走査変換モジュール１１０の出力は表示アーキテクチャ１２０内の表示処理モジュール１３０の入力に接続されており、また表示処理モジュール１３０の出力はモニタ１４０の入力に接続されている。入力１４５の出力は表示処理モジュール１３０に接続されている。
【００１６】
送信する超音波ビームを作成するために、制御処理モジュール８０はビーム形成器６０に対して、あるステアリング角度でトランスジューサ・アレイ２０の表面上のある点から発せられるようにある形状をしたビームを生成させる送信パラメータを作成するようにビーム形成器に伝えるコマンドデータを送る。この送信パラメータはビーム形成器６０から送信器４０へ送られる。送信器４０はこの送信パラメータを用いて、Ｔ／Ｒ切り替え回路３０を通してトランスジューサ・アレイ２０に送られるように送信信号を適正にエンコードしている。この送信信号は、互いに対してあるレベル及び位相となるように設定されると共に、トランスジューサ・アレイ２０の個々のトランスジューサ素子２５に提供される。この送信信号がトランスジューサ・アレイ２０のトランスジューサ素子２５を励起させ、位相及びレベルの関係が同じである超音波を放出させる。その結果、例えば超音波ジェルを用いてトランスジューサ・アレイ２０をある対象に音響結合させたときに走査線１５５に沿って走査面１５０内部の対象内（図２参照）に超音波エネルギーの送信ビームが形成される。この過程のことを電子走査（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｃａｎｎｉｎｇ）と呼んでいる。
【００１７】
トランスジューサ・アレイ２０は双方向トランスジューサである。対象内に超音波が送信された後、超音波が構造内の組織や血液サンプルから後方散乱される。後方散乱された音波は、その音波を戻した組織までの距離並びにその音波が戻されたトランスジューサ・アレイ２０の表面に対する角度に応じて、様々な時点でトランスジューサ・アレイ２０に到達する。トランスジューサ・アレイ２０のトランスジューサ素子２５は後方散乱された音波に応答し、後方散乱音波からの超音波エネルギーを受信電気信号に変換する。
【００１８】
この受信した電気信号はＴ／Ｒ切り替え回路３０を経由して受信器５０に至る。受信器５０は、この受信信号を増幅しかつディジタル化すると共に、利得補償などの別の機能を提供する。このディジタル化される受信信号は各トランスジューサ素子２５が様々な時点で受信した後方散乱音波に対応しており、後方散乱音波の振幅及び位相情報を保持している。
【００１９】
ディジタル化された受信信号はビーム形成器６０に送られる。制御処理モジュール８０はコマンドデータをビーム形成器６０に送っており、ビーム形成器６０はこのコマンドデータを用いて、トランスジューサ・アレイ２０の表面上のある点から典型的にはこの点に対応するステアリング角度並びに走査線１５５に沿って送信された直前の超音波ビームのステアリング角度で発せられる受信ビームを形成させる。ビーム形成器６０は、制御処理モジュール８０からのコマンドデータの命令に従って時間遅延及び集束を実行し、対象内部の走査面１５０内の走査線１５５に沿ったサンプルボリュームに対応する受信ビーム信号を生成することによって、適当な受信信号に対して操作を行っている。様々なトランスジューサ素子２５からの受信信号の位相、振幅及びタイミング情報を使用して受信ビーム信号が生成される。スペクトルドプラ撮像モードでは、サンプルゲート１６０（図２）内部のサンプルボリューム位置に対応する受信信号はさらに処理されてモニタ１４０上のスペクトルドプラ・タイムライン表示が作成される。
【００２０】
この受信ビーム信号はディジタル・インタフェース１１７を介して処理アーキテクチャ７０に送られる。復調モジュール９０はこの受信ビーム信号に対して復調を実行し、サンプルゲート１６０内部のサンプルボリュームに対応するＩ及びＱの復調データ値の対が生成される。復調は受信ビーム信号の位相及び振幅を基準周波数と比較することによって実現される。Ｉ及びＱの復調データ値は、受信信号内のドプラシフトによって誘導された位相及び振幅情報を保持している。
【００２１】
この復調データはドプラ処理モジュール１００に転送される。ドプラ処理モジュール１００は離散形フーリエ変換（ＤＦＴ）処理法などの標準的な技法を用いて、サンプルゲート１６０から受信した信号に対応するスペクトルドプラ・データの組を作成する。このスペクトルドプラ・データは図３に示すようなスペクトル線としてメモリ内に保存される。
【００２２】
図３は、水平方向の次元が時間１７０でありかつ垂直方向の次元がドプラ周波数１８０であるようにしてスペクトル線の部分組を表したものである。スペクトル線は垂直方向の縦列として表現されており、これらの各々は周波数（速度）ビンの組に分割されている。スペクトル線１９０は、サンプルゲート１６０内の血流の具体的なある時点におけるドプラ周波数成分（すなわち、速度成分）を表しており、また周波数ビン２００はこのサンプルゲート１６０に対応する具体的なある速度に関する時間の経過を追った信号データを包含している。
【００２３】
ドプラ周波数データのスペクトル線１９０は、走査シーケンス形式から表示形式への変換を実行する走査変換モジュール１１０に送られる。この変換は、時間対周波数の表示形式でスペクトル表示画素データを生成するためにドプラ周波数データのスペクトル線１９０に対して補間演算を実行することを含む。したがって各周波数ビン２００は、モニタ１４０上に表示されたスペクトルに関して対応する１つの画素強度を有する。
【００２４】
走査変換した画素データは表示アーキテクチャ１２０に送られる。表示アーキテクチャ１２０は、走査変換された画素データに対して最終的な任意の空間または時間フィルタ処理を実行し、走査変換画素データに対してグレイスケールまたは色相を付与し、かつモニタ１４０上に表示させるようにディジタル画素データをアナログデータに変換するための表示処理モジュール１３０を備える。オペレータは、走査、システム及び／または表示のパラメータを調整するために入力１４５を用いることがある。
【００２５】
図４は、本発明の一実施形態に従ってノイズ及びフロー信号を最適強度でモニタ１４０上に表示するためにシステムパラメータを自動設定するための方法を表している。例えば、ノイズ・バックグラウンドとフロー信号強度の両者はシステム利得の関数であり、システム利得が増大するとノイズと信号強度の両者が増大する。ノイズ・バックグラウンドとフロー信号強度のうちの一方または両方を調整するために別のシステムパラメータが用いられることがあることを理解されたい。最適強度は、ノイズを最小化しながらフロー信号を最良に表示させるような設定として規定することができる。最適強度は、使用している超音波システム５、走査対象の解剖構造の種類、及び／またはオペレータの選好に基づいて設定されることがある。
【００２６】
工程３００において、所望のビュー、データ、その他を達成するために、オペレータは超音波システム５によって患者を走査する。このデータは、収集されるに連れて処理されてモニタ１４０上に表示される。サンプルゲート１６０は、所望のスペクトルデータを含むようにオペレータによって調整される。スペクトルデータに対してアンチエイリアシングなどの別の自動処理法及び／またはオペレータ呼び出し式処理法を作用させることがある。
【００２７】
工程３０２では、オペレータは自動スペクトル利得調整８５を有効にする。自動スペクトル利得調整８５は、モニタ１４０上のスペクトルの表示を最適強度となるように自動調整し、モニタ１４０を飽和させることなくノイズ成分を最小化しかつフロー信号成分を最大化する。オペレータは、入力１４５を用いてボタン、スイッチまたはノブを選択することや、音声起動式コマンドを受け付けるマイクロフォンを用いることがある。任意選択では、その自動スペクトル利得調整８５は、あるプロトコルの域内で自動で呼び出されることがある。工程３０４において、超音波システム５は所定の量のスペクトルデータ（概ね１秒間分のスペクトルデータなど）を収集する。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態に従って収集した概ね１秒間分のスペクトルデータのスペクトル３５０を表している。例えば、スペクトル３５０はサンプルゲート１６０（図２）に対応した時間３６４の経過を追ったデータのスペクトル線を表すことがある。収集されるスペクトルデータはこれより多いことや少ないことがあり得ることを理解されたい。基準ライン３５２はゼロドプラ周波数の表示基準であり、またスペクトル３５０のフローは正のドプラ周波数３５４（基準ライン３５２より上）のこと、負のドプラ周波数３５６（基準ライン３５２より下）のこと、あるいはこの両方のことがあり得る。観察を容易にするために、エイリアシングが存在しないようにスペクトル３５０を調整することがある。さらに、スペクトル３５０は反転されていない（すなわち、正のドプラシフトは基準ライン３５２の上側に来るように表示され、かつ負のドプラシフトは基準ライン３５２の下側に来るように表示される）。
【００２９】
図４に戻り工程３０６において、自動スペクトル利得調整８５及び／または制御処理モジュール８０は平均ノイズ強度Ｉｎなどのノイズ特性を計算し、スペクトル３５０向けのフロー信号を有する周波数ビン２００を検出する。平均ノイズ強度Ｉｎが計算されているが、最大ノイズ特性や最小ノイズ特性など別のノイズ特性も同様に使用できることを理解されたい。平均ノイズ強度Ｉｎ及びフロー信号は周知の方法、処理及び式を用いて計算することができる。工程３０８において、制御処理モジュール８０は、スペクトル３５０のフロー信号が正のドプラ周波数３５４及び／または負のドプラ周波数３５６であるかを判定する。フロー信号が正のドプラ周波数３５４と負のドプラ周波数３５６のいずれかでありこれら両者でない場合、本方法は工程３１２に進む。スペクトル３５０が正のドプラ周波数３５４と負のドプラ周波数３５６の両方を有している場合、本方法は工程３１０に進む。
【００３０】
スペクトル３５０のフローが正と負の両方のドプラ周波数３５４及び３５６を有しているとき、本方法は２つの方式のうちの一方で動作することがある。一実施形態では、制御処理モジュール８０は基準ライン３５２より上側の周波数データのみを使用してドプラデータの部分組の信号特性を決定する。一例として、最大（すなわち、最高）信号強度Ｉｓ（ｔｈ，ｆａ）、あるいは平均値（すなわち、平均信号強度）が決定されることがある。別法として、制御処理モジュール８０はドプラ周波数３５４及び３５６のうちの有するシフトが大きい方を検出することがある。次いで、より大きなドプラ周波数シフトを有する方を用いて信号強度Ｉｓ（ｔｈ，ｆａ）が決定される。
【００３１】
本方法は工程３０８及び３１０の両方から、制御処理モジュール８０がスペクトル３５０のフロー信号内の最高周波数ビンｆｈ３６２など所定のレベルの周波数を検出する工程３１２に進む。工程３１４において、制御処理モジュール８０は、最高周波数ビンｆｈ３６２と基準ライン３５２の間に位置する周波数ビンｆａ３５８を特定する。この例では、周波数ビンｆａ３５８は、最高周波数ビンｆｈ３６２と基準ライン３５２の概ね中間にある。周波数ビンｆａ３５８は、最高周波数ビンｆｈ３６２と基準ライン３５２の間で別の周波数に位置することがあることを理解されたい。工程３１６において、制御処理モジュール８０が信号強度Ｉｓ（ｔ，ｆａ）を時間の関数として計算する。
【００３２】
図６は、本発明の一実施形態による周波数ビンｆａ３５８の各周波数位置における信号強度３８６を時間３８８の関数としてグラフ３８０で表したものである。ライン３８２は、サイズがｎ個の周波数ビン及びｍ個のタイムラインであるカーネル３６０を有する平均強度であるＩｓ（ｔ，ｆａ）を表しており、（式１）を用いて計算することができる。
【００３３】
【数１】
（式１）
工程３１８において、制御処理モジュール８０は、Ｉｓ（ｔ，ｆａ）３８６に沿った最高信号強度Ｉｓ（ｔｈ，ｆａ）、あるいはライン３８２に沿った最高信号強度３８４を特定する。上で述べたように、ドプラデータの別の成分または特性が用いられることもある。工程３２０において、制御処理モジュール８０は、（式２）を用いて最高信号強度３８４と平均ノイズ強度Ｉｎ３９０（上の工程３０６で計算済み）の間の差を計算する。
【００３４】
Ｓ＝Ｉｓ（ｔｈ，ｆａ）−Ｉｎ （式２）
最適利得の決定はその一部で、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０と比較して最高信号強度３８４がどの程度大きいかに依存する。工程３２２において、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０がゼロであれば、本方法はシステム利得を増加させるなどのシステムパラメータが調整される工程３２４に進み、次いで工程３０４に戻ってスペクトルデータの収集及び評価が行なわれる。別法として、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０に対する制限は、その値以下ではシステム利得を増加させるように事前決定されることがある。１〜１０のレンジ域内で利得を変更できる場合、利得は例えば１単位で増加させることがある。システム利得の増加は制御処理モジュール８０によって受信器５０や別の適当な回路に伝達されることがある。利得の増加は、モニタ１４０上に表示されるスペクトル３５０の輝度増加に反映される。
【００３５】
工程３２２に戻って平均ノイズ強度Ｉｎ３９０がゼロに等しくない場合、本方法は、（式２）によって計算された信号Ｓが所定のしきい値３９２より大きいか否かを制御処理モジュール８０によって判定する工程３２６に進む。この所定のしきい値３９２は信号Ｓが強いか弱いかを判定するために使用されることがある。単に一例として、所定のしきい値３９２は平均ノイズ強度Ｉｎ３９０を超えるある所望のレベルに規定されることがある。
【００３６】
信号Ｓが所定のしきい値３９２より大きければ、信号Ｓは強く本方法は信号Ｓがモニタ１４０を飽和させているか否かを制御処理モジュール８０によって判定する工程３２８に進む。この飽和は、１つまたは複数の画素でモニタ１４０上に表示される輝度が最大輝度を超えている点として表記されることがある。したがって、飽和したすべての画素は、当該点に現れる信号レベルに関わらず最高輝度レベルで表示される。より大きな信号成分を示す飽和画素もより小さい信号成分を示す飽和画素と同じ表示となり、したがって信号データの全部をオペレータに対して適正に表示できない。一例として、制御処理モジュール８０は、モニタ１４０上の任意の画素が飽和しているか否かを判定するために表示処理モジュール１３０と通信することがある。
【００３７】
モニタ１４０が飽和していない場合、本方法は工程３３０に進む。モニタ１４０を飽和させないような強い信号Ｓでは、システムパラメータを調整することができる。例えばシステム利得は、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０がゼロに極めて近くなるように設定されることがある。これによってモニタ１４０は、信号Ｓのすべてを依然として表示しながらノイズの大部分を表示させることがない。
【００３８】
工程３２８に戻ると、信号Ｓが強くかつモニタ１４０を飽和させている場合、本方法は工程３３２に進み、ここで制御処理モジュール８０は、信号Ｓがモニタ１４０の飽和点の直ぐ下の点までシステム利得を低減すなわち減少させるように要求する。
【００３９】
工程３２６に戻ると、信号Ｓが所定のしきい値３９２より小さい場合、信号Ｓは弱いと見なされ本方法は工程３３４に進む。信号Ｓがより弱いケースでは、平均ノイズ強度Ｉｎ３９０が事前設定値に等しくなるように利得が設定される。これによって、ノイズ・バックグラウンドが視認可能でありかつ信号強度が弱すぎないような表示が得られる。この事前設定値は、超音波システム５その他の内部のノイズレベルに基づいて製造者、オペレータによって選択されることがある。
【００４０】
工程３３０、３３２及び３３４においてシステム利得を調整し終えた後、自動スペクトル利得調整８５は終了となる。別法として、工程３０２で自動スペクトル利得調整８５を有効にした後、制御処理モジュール８０は、一定間隔で、あるいはサンプルゲート位置、サイズ、その他などの撮像パラメータが変更された場合に、利得調整処理を反復することがある。任意選択では、オペレータによる関与なしにプロトコルによって自動スペクトル利得調整８５を有効にさせることがある。
【００４１】
自動スペクトル利得調整８５の技術的効果は、超音波システム５によってシステム利得などのシステムパラメータを自動設定し、ノイズ及び信号を最適な強度または輝度で表示することが可能であることにある。自動スペクトル利得調整８５はボタンや音声コマンドなどのオペレータ入力を介して容易に呼び出すことができる。ノイズ及び信号のレベルが収集されると共に、システム利得を調整すべきか否かを判定するために互いに及び／またはしきい値レベルと比較されている。弱い信号レベルでは強度を増加させるようにシステム利得を増加させ、かつ強い信号レベルでは強度を低下させるようにシステム利得を低下させ、これにより強い信号によって表示が飽和しないように保証している。
【００４２】
具体的な様々な実施形態に関して本発明を記載してきたが、当業者であれば、本発明が本特許請求の範囲の精神及び趣旨の域内にある修正を伴って実施できることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態による超音波システムのブロック概要図である。
【図２】スペクトルドプラ・モードにおける走査線に沿ったサンプルゲートを用いたセクタ走査を表した図である。
【図３】サンプルゲート内の血流を示しているスペクトル線の部分組及び周波数ビンを表した図である。
【図４】本発明の一実施形態に従ってノイズ及びフロー信号が最適強度で表示されるようにシステムパラメータを自動設定するための方法を表した図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って収集した概ね１秒間分のスペクトルデータのスペクトルを表した図である。
【図６】本発明の一実施形態に従って周波数ビンｆａの各周波数位置の信号強度を時間の関数として表したグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
５ 超音波システム
１０ フロントエンド
２０ トランスジューサ・アレイ
２５ トランスジューサ素子
３０ 送信／受信（Ｔ／Ｒ）切り替え回路
４０ 送信器
５０ 受信器
６０ ビーム形成器
７０ 処理アーキテクチャ
８０ 制御処理モジュール
８５ 自動スペクトル利得調整
９０ 復調モジュール
１００ ドプラ処理モジュール
１１０ 走査変換モジュール
１１７ ディジタル・インタフェース
１２０ 表示アーキテクチャ
１３０ 表示処理モジュール
１４０ モニタ
１４５ 入力
１５０ 走査面
１５５ 走査線
１６０ サンプルゲート
１７０ 時間
１８０ ドプラ周波数
１９０ スペクトル線
２００ 周波数ビン
３５０ スペクトル
３５２ 基準ライン
３５４ 正のドプラ周波数
３５６ 負のドプラ周波数
３５８ 周波数ビンｆａ
３６０ カーネル
３６２ 最高周波数ビンｆｈ
３６４ 時間
３８０ グラフ
３８２ ライン
３８４ 最高信号強度
３８６ 信号強度
３８８ 時間
３９０ 平均ノイズ強度Ｉｎ
３９２ 所定のしきい値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドプラスペクトル画像の表示で使用されるパラメータを自動調整するための方法であって、
ドプラデータの複数のスペクトル線を収集する工程と、
前記ドプラデータの複数のスペクトル線からドプラデータの部分組を決定する工程と、
前記ドプラデータの部分組のノイズ特性を計算する工程と、
前記ドプラデータの部分組の信号特性を特定する工程と、
前記ノイズ特性と前記信号特性を比較する工程と、
前記比較工程の結果に基づいてシステムパラメータを調整する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記信号特性が最適強度に基づくしきい値より大きい場合に信号特性を調整する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記信号特性を最適強度に基づくしきい値と比較する工程と、
前記信号特性が前記しきい値より大きい場合にモニタが飽和しているか否かを判定する工程と、
モニタが飽和している場合にシステムパラメータを調整する工程と、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記システムパラメータはさらにシステム利得を含むと共に、
前記ドプラデータの部分組をモニタ上に表示する工程と、
前記モニタが飽和しているか否かを判定する工程と、
前記モニタが飽和している場合に前記システム利得を低下させる工程と、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記信号特性がしきい値未満である場合に前記ノイズ特性がある事前設定値に設定されるように前記システムパラメータを調整する工程であって、該しきい値は該ノイズ特性を超える所定のレベルに規定されている調整工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ドプラスペクトル・データを収集しかつドプラスペクトルの表示で使用されるシステムパラメータを自動調整する超音波システムであって、
対象物の走査面内部で超音波信号を送信かつ受信するトランスジューサと、
走査面の内部のサンプルゲートに関する超音波信号を表すデータサンプルを導出するビーム形成器と、
前記データサンプルからドプラデータの未処理周波数ビンの組を作成するドプラ処理モジュールと、
ドプラデータの前記未処理周波数ビンの組を走査変換する走査変換モジュールと、
ドプラデータの複数のスペクトル線を解析しノイズ特性及び信号特性を特定する制御処理モジュールであって、該ノイズ特性と信号特性の比較に基づいてシステムパラメータを自動調整している制御処理モジュールと、
走査面内部のサンプルゲートに対応するドプラスペクトルを表示する表示アーキテクチャと、
を備える超音波システム。
【請求項７】
システムパラメータを自動調整するために前記制御処理モジュールを呼び出すコマンドをオペレータから受け取るための入力をさらに備える請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記表示アーキテクチャはさらにある表示飽和点を有するモニタを備えており、前記制御処理モジュールは該表示飽和点に基づいてシステムパラメータを自動調整する、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムパラメータはさらにシステム利得を含んでおり、前記制御処理モジュールは信号特性を所定のしきい値と比較し、該比較に基づいて該システム利得を調整している、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御処理モジュールは、複数のスペクトル線の内部で最高周波数ビンとドプラデータの基準ラインとを検出し、該最高周波数ビンと該基準ラインの間の１つの周波数ビンを特定しており、該周波数ビンに基づいて前記信号特性が決定されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１】
ドプラスペクトル画像の表示で使用されるパラメータを自動調整するための方法であって、
ドプラデータの複数のスペクトル線を収集する工程と、
前記ドプラデータの複数のスペクトル線からドプラデータの部分組を決定する工程と、
前記ドプラデータの部分組のノイズ特性を計算する工程と、
前記ドプラデータの部分組の信号特性を特定する工程と、
前記ノイズ特性と前記信号特性を比較する工程と、
前記比較工程の結果に基づいてシステムパラメータを調整する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記信号特性が最適強度に基づくしきい値より大きい場合に信号特性を調整する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記信号特性を最適強度に基づくしきい値と比較する工程と、
前記信号特性が前記しきい値より大きい場合にモニタが飽和しているか否かを判定する工程と、
モニタが飽和している場合にシステムパラメータを調整する工程と、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記システムパラメータはさらにシステム利得を含むと共に、
前記ドプラデータの部分組をモニタ上に表示する工程と、
前記モニタが飽和しているか否かを判定する工程と、
前記モニタが飽和している場合に前記システム利得を低下させる工程と、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記信号特性がしきい値未満である場合に前記ノイズ特性がある事前設定値に設定されるように前記システムパラメータを調整する工程であって、該しきい値は該ノイズ特性を超える所定のレベルに規定されている調整工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ドプラスペクトル・データを収集しかつドプラスペクトルの表示で使用されるシステムパラメータを自動調整する超音波システムであって、
対象物の走査面内部で超音波信号を送信かつ受信するトランスジューサと、
走査面の内部のサンプルゲートに関する超音波信号を表すデータサンプルを導出するビーム形成器と、
前記データサンプルからドプラデータの未処理周波数ビンの組を作成するドプラ処理モジュールと、
ドプラデータの前記未処理周波数ビンの組を走査変換する走査変換モジュールと、
ドプラデータの複数のスペクトル線を解析しノイズ特性及び信号特性を特定する制御処理モジュールであって、該ノイズ特性と信号特性の比較に基づいてシステムパラメータを自動調整している制御処理モジュールと、
走査面内部のサンプルゲートに対応するドプラスペクトルを表示する表示アーキテクチャと、
を備える超音波システム。
【請求項７】
システムパラメータを自動調整するために前記制御処理モジュールを呼び出すコマンドをオペレータから受け取るための入力をさらに備える請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記表示アーキテクチャはさらにある表示飽和点を有するモニタを備えており、前記制御処理モジュールは該表示飽和点に基づいてシステムパラメータを自動調整する、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムパラメータはさらにシステム利得を含んでおり、前記制御処理モジュールは信号特性を所定のしきい値と比較し、該比較に基づいて該システム利得を調整している、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御処理モジュールは、複数のスペクトル線の内部で最高周波数ビンとドプラデータの基準ラインとを検出し、該最高周波数ビンと該基準ラインの間の１つの周波数ビンを特定しており、該周波数ビンに基づいて前記信号特性が決定されている、請求項６に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１５２１１１（Ｐ２００７−１５２１１１Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−３２６１９２（Ｐ２００６−３２６１９２）
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２６１９２（Ｐ２００６−３２６１９２）
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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