浸透、解像度及びフレームレートの自動制御を有する超音波画像診断システム
画像解像度とフレームレートとの間のバランス（Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ）及び画像解像度と浸透との間のバランス（Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ）が、画像内容に応じて自動的に調整される超音波画像診断システム及び方法が与えられる。動き検出器は、連続する画像間の相対的な動きを解析する。動き内容が相対的に高い場合、撮像パラメータは、相対的に大きいフレームレート及び低減された解像度を優先して変更される。低い動き内容は、反対の調整をもたらす。更に、連続する画像間の電子ノイズが計算され、遠距離場における相対的に高いノイズ内容（低い相関関係）は、結果的に、送信周波数を下げることによって浸透に対する調整をもたらす。相対的に低いノイズ内容は、高められる解像度を優先する調整をもたらす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用画像診断システム、特に、最適な組織浸透、イメージングフレームレート及び画像解像度について超音波イメージングを自動的に制御する画像診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像診断アプリケーションは、経験されるイメージング条件が大きく異なりうる。例えば胎児の心臓をイメージングするとき、ディスプレイの高いフレームレートが、速く鼓動する心臓の詳細を正確にイメージングするために必要とされる。肝臓の腫瘍の診断のような他のアプリケーションでは、高いフレームレートは必要でないが、高い画像品質（解像度）が概して好ましい。あるケースでは、診断される病変は、患者の身体内の深くにありうる。他のケースでは、病変は、皮膚の真下にありうる。これらの大きく異なる条件は、超音波検査士が所与の検査について最善の画像を得るために、超音波システム上の多種多様な設定を頻繁に変更しなければならないことを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
新たな検査のためにシステムをセットアップするために操作される必要がある超音波システ設定の数を最小限にすることが望ましい。特に、可能な場合には、超音波システムの手動設定の多くが自動化されることが望ましく、それによって、超音波システムは、実施されている検査に基づいてシステムの動作設定を自動的に最適化する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の原理により、最も頻繁に使われるユーザ設定であるＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御及びＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御のうちの２つを自動化する超音波画像診断システムが、記述される。Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御は、例えば画像ライン密度、マルチラインオーダー及び焦点ゾーンの数のような撮像パラメータを変えることによって、画像品質（解像度、resolution）とフレームレート（スピード、speed）との間のトレードオフを調整する。Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御は、例えば送信及び受信周波数のような撮像パラメータの制御を通じて、画像解像度と超音波の浸透深さとの間のトレードオフを調整する。例示される実施例において、これらの制御の設定は、撮像されている解剖学的構造における動き及び／又はノイズの量を検知することによって、自動化される。検知された画像の動き及び／又はノイズに応じて、関連する画像パラメータが、これらの競合するファクタの賢明なバランスである画像を取得するために自動的に変えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
まず図１を参照して、本発明の原理に従って構成される超音波画像診断システムが、ブロック図の形式で示されている。超音波走査ヘッド１２は、超音波パルスを送受信する超音波トランスデューサのアレイ１４を有する。アレイは、２次元イメージングのために１次元の線形又はカーブしたアレイでありえ、又は３次元の電子ビームステアリングのためにトランスデューサ素子の２次元マトリックスであってもよい。アレイ１４における超音波トランスデューサは、超音波エネルギーを送信し、この送信に応じて戻ってくるエコーを受信する。送信周波数制御回路２０は、アレイ１４の超音波トランスデューサに結合される送信／受信（「Ｔ／Ｒ」）スイッチ２２を通じて、所望の時間及び所望の周波数又は周波数帯での超音波エネルギーの送信を制御する。トランスデューサアレイが信号を送信するために活性化される時間は、内部システムクロック（図示せず）に同期されることができ、又は心周期のような身体の関数に同期されることができる。後者の場合、心周期波形は、ＥＣＧ装置２６によって提供される。心拍が、ＥＣＧ装置２６によって提供される波形によって決められるその周期の所望のフェーズにあるとき、走査ヘッドは、超音波画像を取得するよう命じられる。走査ヘッド１２によって送信される超音波エネルギーは、画像フィールドにおけるコントラスト剤を破壊し又は崩壊させる相対的に高いエネルギー（高いメカニカルインデックスすなわちＭＩ）でありえ、又はコントラスト剤を実質的に崩壊させずにコントラスト剤からのエコーの戻りを可能にする相対的に低いエネルギーでありえる。送信周波数制御回路２０によって生成される超音波エネルギーの周波数及び帯域幅は、制御信号ｆｔｒによって制御される。所望の方向に超音波ビームをステアリングし、フォーカスするためにアレイの個別の素子が駆動される時間は、制御信号Ｔｓｔによって制御される。両方の制御信号は、中央制御装置２８によって生成される。
【０００６】
送信された超音波エネルギーからのエコーは、アレイ１４のトランスデューサによって受け取られる。トランスデューサは、エコー信号を生成し、エコー信号は、Ｔ／Ｒスイッチ２２を通じて結合されるとともに、システムがデジタルビームフォーマを使用する場合にアナログデジタル（「Ａ／Ｄ」）コンバータ３０によってデジタル化される。アナログビームフォーマが使用されてもよい。Ａ／Ｄコンバータ３０は、中央制御装置２８によって生成される信号ｆｓによって制御されるサンプリング周波数で、受信されたエコー信号をサンプリングする。サンプリング理論によって要求される所望のサンプリングレートは、受信される通過帯域の最大周波数の少なくとも２倍であり、少なくとも３０−４０ＭＨｚのオーダーでありうる。必要最小限よりも高いサンプリングレートも望ましい。
【０００７】
アレイ１４の個別のトランスデューサからのエコー信号サンプルは、ビームフォーマ３２によって遅延され、合計されることにより、制御信号Ｒｓｔによって指定される所望のビームステアリング方向にコヒーレントエコー信号を形成する。デジタルコヒーレントエコー信号は、デジタルフィルタ３４によってフィルタリングされる。この実施例において、送信周波数及び受信器周波数は、個別に制御され、従って、ビームフォーマ３２は、送信される周波数帯のものとは異なる周波数の帯域を自由に受け取ることができる。デジタルフィルタ３４は、信号のバンドパスフィルタリングを行い、周波数帯域を、より低い又はベースバンド周波数レンジにシフトすることもできる。デジタルフィルタは、米国特許第５，８３３，６１３号明細書に開示されているタイプのフィルタでありえる。
【０００８】
組織からのフィルタリングされたエコー信号は、通常のＢモード処理のために、デジタルフィルタ３４からＢモードプロセッサ３６に結合される。Ｂモード画像は、更に、非破壊の超音波イメージングパルスに応じて戻ってくるマイクロバブルエコーから生成されることができる。
【０００９】
例えばマイクロバブルのようなコントラスト剤のフィルタリングされたエコー信号は、コントラスト信号プロセッサ３８に結合される。コントラスト信号プロセッサ３８は、好適には、パルス反転技法によって高調波コントラスト剤から戻ってくるエコーを分離する。この場合、画像位置への複数パルスの送信によって生じるエコーは、基本信号成分をキャンセルし、高調波成分を強めるように組み合わせられる。好適なパルス反転技法は、例えば米国特許第６，１８６，９５０号明細書に記述されている。高調波コントラスト信号の低いＭＩでの検出及びイメージングは、米国特許第６，１７１，２４６号明細書に記述されている。
【００１０】
デジタルフィルタ３４からのフィルタリングされたエコー信号は、更に、速度及びパワードップラー信号を生成するために、通常のドップラー処理を行うドップラープロセッサ４０に結合される。これらのプロセッサの出力は、プラナー画像として表示されることができるとともに、更に、３次元画像のレンダリングを行う３Ｄ画像レンダリングプロセッサ４２に結合される。３次元画像は、３Ｄ画像メモリ４４に記憶される。３次元レンダリングは、米国特許第５，７２０，２９１号、同第５，４７４，０７３号及び同第５，４８５，８４２号明細書に記述されるように実施されることができ、これらの文献のすべての内容は、参照によって本願明細書に盛り込まれる。
【００１１】
コントラスト信号プロセッサ３８、Ｂモードプロセッサ３６及びドップラープロセッサ４０からの信号、及び３Ｄ画像メモリ４４からの３次元画像信号は、Ｃｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８に結合され、Ｃｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８は、多数の超音波画像の各々について画像データを記憶する。画像データは、好適には、Ｃｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８に組で記憶され、画像データの各々の組は、個々の時間に取得された画像に対応する。複数の心拍の各々の間に同時に取得された画像に関する画像データの組が、同様にＣｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８に記憶されることが好ましい。グループの画像データは、心拍の間の個々の時間における組織灌流を示すパラメトリック画像を表示するために使用されることができる。Ｃｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８に記憶される画像データのグループは、ビデオプロセッサ５０に結合され、ビデオプロセッサ５０は、ディスプレイ５２上に表示するために対応するビデオ信号を生成する。ビデオプロセッサ５０は、好適には残存処理を含み、それによって、例えば米国特許第５，２１５，０９４号明細書に記述されるように、検出されたコントラスト剤の瞬間的な強度ピークが、画像において維持されることができる。
【００１２】
本発明の原理により、動き／ノイズプロセッサ４６が、画像フィールドにおけるオブジェクトの動き及び／又はノイズを検出するために設けられる。これは、例示される実施例において、例えばより詳しく以下に記述されるピアソンの相関のような相関プロセスによって果たされる。相関プロセスの結果が比較される基準は、後述されるようなユーザインタフェース１５０上の制御機構のユーザ調整によりＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構又はＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構のいずれか又は両方を設定することによって決定される。画像フィールドにおける動き及び／又はノイズの検出の結果は、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及びＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構のいずれか又は両方の設定を自動的に調整するために使用される。調整は、動き及び／又はノイズの検出の結果に応じて撮像パラメータを調整することによって、よりはっきりしたより良好な解像された画像を提供するように超音波システムの動作を最適化する。
【００１３】
Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及びＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構の例が、図２に示されている。これらの制御機構は、制御パネル上のハードウェアノブ又はスライダでありえるが、この実施例では、制御機構は、超音波ディスプレイ５２の画面上にソフトウェアによって生成される表示制御機構である。制御機構は、さまざまな形状及び色で表示されるダイヤル又はメータ又は他のグラフィクスとして表示されることができ、質的又は量的な設定のいずれも有することができる。この実施例においては、両方とも質的なバー表示６０である。Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構６２は、Ｒｅｓ（最大解像度）とＳｐｅｅｄ（最大フレームレート）との間で可変であり、それらの間にこれらの最大設定の比がある。Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構６４は、Ｐｅｎ（最大浸透）とＲｅｓ（最大画像解像度）との間で可変であり、それらの間のこれらの最大設定の比は、公称の一般の設定「Ｇｅｎ」を中心とする。各制御機構の現在設定の影響は、バーのマーカ６６によって示され、マーカ６６は、超音波画像に現在適用されている効果的な設定に従って配置される。矢印６８は、制御機構の設定を手動で設定するために、例えば制御パネル１５０上のトラックボール、キー又はマウスのようなユーザポインティングデバイスによって調整されることができる。
【００１４】
Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及びＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構は、手動制御又は自動制御のいずれに関しても、独立して設定されることができる。制御機構が、手動制御に関して設定される場合、その設定は、ユーザの手動操作によって調整されることができるだけである。制御機構が手動制御に関して設定される場合、そのマーカ６６は、灰色表示され、ユーザが制御機構設定を変えるために矢印を調整するに従って、常に位置を調整される矢印６８と並んで動く。制御機構が、自動動作に関して設定される場合、そのマーカ６６は、明るく表示され、矢印６８及びマーカは、独立して動くことができる。ユーザが、自動モードにおいて矢印６８を手動で調整するとき、画像は、手動の変更に応じて変化し、マーカ６６は、矢印の最後の設定に一致して並ぶ。矢印の手動制御が解放されると、自動動作が始まる。画像フィールドの動き及び／又はノイズの特性が検出され、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及び／又はＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構の適当な自動設定を決定するために使用されるとき、マーカ６６は、自動制御からもたらされる現在設定を示すために、自動的に移動する。ユーザは、一見して、自動設定がユーザの最後の手動設定からどのように変化したかを知ることができ、画像フィールドにおいて検出された動き及びノイズに対する制御機構の設定の応答を知ることができる。
【００１５】
ユーザが、制御機構の自動動作の応答に不満である場合、ユーザは、制御機構の矢印６８の位置を設定しなおすことができる。自動動作中に矢印を設定しなおすことにより、制御機構の個々のパフォーマンスファクタのバランスを設定しなおし、更に、後述する自動調整が行われる態様をも調整する。例えば、ユーザが、より高い解像度（Ｒｅｓ）の方へ矢印を設定しなおす場合、以降の自動調整は、より大きいＲｅｓ設定に向かう方向への変更をより大いに優先することができる。従って、制御機構の手動調整矢印を設定しなおすことにより、自動システムが、解像度、フレームレート及び浸透深さの競合する影響をバランスする程度を調整することができる。
【００１６】
動き検出能力は、さまざまな目的のために超音波システムにおいて見られることが多い。例えば米国特許第５，５２９，０７０号（Augustine他）及び米国特許第５，５３８，００４号（Bamber）明細書に記述されるもののように、さまざまなセンサが、超音波プローブの動きを検出するために使用されている。更に、米国特許第６，２９９，５７９号（Peterson他）、同第６，２３８，３４５号（Wissler他）、同第６，１１７，０８１号（Jago他）、同第５，７８２，７６６号（Weng他）、同第５，５７５，２８６号（Weng他）、同第５，５６６，６７４号（Weng）、同第５，８９９，８６１号（Freimel他）、同第５，９１０，１１４号（Nock他）明細書、及び国際公開第００／２４３１６号パンフレット（Hossack他）に記述されるように、動きは、連続するリアルタイム画像を比較することによって検知されることもできる。これらの文献に記述される動き検知又は画像アライメント技法は、パノラミック画像を生成し又は画像から動きの歪みを除去するために個別の画像の位置合わせをするような目的のために使用される。これらの技法の任意のものが、本発明の自動化されたシステムにおいて使用されることができる。本発明の実施例において、動き又はアラインメント情報は、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ設定を調整するために使用される。動きが相対的に小さいとき、より高い画像品質及びより低いフレームレート設定が用いられ、動きが相対的に大きいとき、より低い画像品質及びより高いフレームレートが用いられる。
【００１７】
本発明の自動化された制御機構の実施例は、例えば図３の画像７０のような超音波画像のシーケンスから始めることができる。各画像は、例えば８ピクセル×８ピクセル又は１６ピクセル×１６ピクセルのような予め決められたピクセルサイズの複数のブロック７２に分析的に分割される。矩形の画像の場合、ブロックは、直線で囲まれた格子パターンで配置されることができる。図３の画像７０のようなセクタ画像の場合、ブロックは、セクタの湾曲に従って曲線−直線の形に配置されることができる。動きは、図４に示すように、連続する画像の対応するブロック間で計算される。この図において、ある時間ポイントに取得されるＩｍｇ １のピクセルのブロック８２は、異なる時間ポイントに取得される画像Ｉｍｇ ２の対応するブロック８４の近傍のものと比較される。次の動き計算は、Ｉｍｇ ２のブロック８４及び別の時間ポイントに取得される画像Ｉｍｇ ３の対応するブロック８６を使用する。各ブロックについて、動きベクトルは、２つのピクセルパターンの間の最大のピアソン相関を求めることによって導き出されることができる。この計算の式は、以下の通りである。
【数１】
【００１８】
ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）におけるピクセル強度であり、インデックスｔ１及びｔ２は、異なる時間ポイントにおける画像フレームを示し、
は、ピクセルブロックの平均強度であり、（ｄｘ，ｄｙ）は、２つの画像フレーム間の局所的な動きの大きさ（距離）及び方向である。相関値ρは、動きベクトル（ｄｘ，ｄｙ）の信頼性を示す。
【００１９】
複数のブロックについての動きベクトル及び／又は相関係数が、調べられる。ブロックの全てについて動きベクトル及び／又は相関係数が、調べられることができ、又は画像７０の中央のブロックのようなブロックの選択された組だけが、使用されることができる。動きベクトルの大きさが、ほとんどのブロックについて大きい場合、又は相関値ρが、ほとんどのブロックについて小さい場合、フレームレートが、ＲｅｓからＳｐｅｅｄに向けてＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構の設定をインクリメントすることによって増やされる。動き／ノイズプロセッサ４６から中央制御装置２８に結果的に送られるコマンドは、中央制御装置に、フレームレートを増やす態様で、プローブ１２に対するコマンドを変更させる。これを行う１つのやり方は、ビームステアリングパラメータＴｓｔに対する変更を通じて、隣接するビーム間のビームステアリングの角度又は間隔を増大させることである。より広い間隔をあけられたビームを用いる場合、より少ないビームが、プローブによってスキャンされる領域又はボリュームに送信され、それによってフレームレートを増加させる。すなわち、フレーム又はボリュームを取得するために送受信すべきビームが少ないほど、画像領域は、より短い時間でスキャンされることができる。ビーム間隔の増大は、画像領域又はボリュームの空間サンプリングを減少させ、それに対応して画像解像度の低下をもたらす。これを行う別のやり方は、マルチラインオーダーを増やすことである。送信ビームに応じて１又は２の受信ビームを受け取る代わりに、点広がり関数が、より少ない数の送信ビームの各々に応じて２又は４の受信ビームを受信するように変更されることができる。更に別の可能性は、画像の焦点ゾーンの数を低減することである。例えば、連続する焦点ゾーンの各々の対は、１つの焦点ゾーンに結合されることができ、焦点は、２つの元のゾーンの境界に設定される。このように、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ設定は、フレームレート（Ｓｐｅｅｄ）を増やすが画像解像度（Ｒｅｓ）を低下させる傾向がある方向において、調整される。
【００２０】
これに対応して、動きベクトルの大きさが、ほとんどのブロックについて小さく、又は相関値ρが、ほとんどのブロックについて高く、画像間でほとんど動きを示さない場合、画像品質が、ＳｐｅｅｄからＲｅｓに設定を変更することによって高められる。動きプロセッサ４６から中央制御装置２８へのコマンドは、受信ビームパラメータＲｓｔの変更によって適切に受け取られる、より密に間隔をあけられたより多くの送信ビームを送信するために、ビームステアリングパラメータＴｓｔを変更することによって、ビーム密度を増加させる。マルチラインオーダーは、例えばより多くの送信ビームについて、４から２又は２から１に低減されることができる。焦点ゾーンの数は、１又は複数の現在焦点ゾーンを２に分割することによって増やされることもできる。これらの変更はすべて、画像解像度（Ｒｅｓ）を増やしフレームレート（Ｓｐｅｅｄ）を低下させる傾向がある方向において、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ設定の調整を果たす。
【００２１】
これらの調整が行われるとき、マーカ６６の位置は、それに応じてＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄバー６２において変更される。これは、一般に、動き／ノイズプロセッサ４６からグラフィックプロセッサ（図示せず）に送られるマーカ用の値を変更することによって行われる。グラフィックプロセッサは、超音波画像と共に表示するためにＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構のグラフィックオーバーレイを処理する。
【００２２】
同様の方法が、画像の信号／ノイズの関数として、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構６４の設定を自動的に調整するために使用されることができる。図５は、純粋なスペックル像の動きとの非相関性を示している。このプロットは、プラナーイメージングプローブが上昇方向に移動するときの相関関係の変化からなる。プラナーイメージングプローブが上昇方向に移動し、画像平面が上昇方向に移動するにつれて、スペックル情報は、画像全体にわたって非相関化し始める。図５において、Ｘ軸は、プローブの移動の距離をｍｍで示し、Ｙ軸は、画像間の相関関係を示す。それぞれ異なる曲線は、ボックス９４の説明によって示されるさまざまな異なる画像深さにおける相関関係の変化を表す。相関関係は、画像深さに依存して、それぞれ異なるレートで変化することが分かる。画像平面が移動するとき、近距離場及び中距離場の深さについて９０で示される実線カーブは、相関関係の滑らかな減少を示し、相関関係は、距離の増加と共に徐々に減少する。しかしながら、遠距離場（より大きい深さ）について９２で示される破線の曲線は、距離の小さい変化に伴う急な落ち込みによって特徴付けられ、そののち、より段階的な減少が続く。相関関係のこの大きい初期の落ち込みは、遠距離場における電子ノイズ（信号／ノイズ）の非相関性によって引き起こされると考えられ、イメージング浸透に直接関連する。相関関係の急な落ち込みに対する応答は、例えば送信周波数を低下させることによって又は高調波周波数受信から基本周波数受信に切り換えることによって、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ設定を増加する浸透（Ｐｅｎ）の方へ調整することである。比較として、米国特許第６，４５８，０８３号（Ｊａｇｏ他）及び同第６，２８３，９１９号（Roundhill他）の明細書を参照されたい。動き補償を通じて連続する画像フレームの位置合わせを行い、画像の非相関性を計算することによって、適当な調整が、最適なイメージング浸透によって最善の画像解像度を描画するために、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構に対して行われることができる。臨床医が、スキャニング中に頻繁にイメージング深さを変更するとき、この機能は特に有用である。
【００２３】
再び図３及び図４に戻って、相関関係は、連続する画像の複数のピクセルブロック７２について計算される。遠距離場の相関関係は、近距離及び／又は中距離場の相関関係又は画像全体の相関関係と比較される。相関関係が、遠距離場において相対的に低く、相関関係が、他の場所で相対的に高い場合、浸透は、Ｒｅｓ又はＧｅｎからＰｅｎの方へＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構を調整することによって増加される。これは、動き／ノイズプロセッサ４６から中央制御装置２８へのコマンドをもたらし、それによって、中央制御装置は、動作周波数の変更を命じる。これは、送信周波数パラメータｆｔｒをより低い送信周波数に変更することによって、デジタルフィルタ３４の通過帯域を低下させることによって、又はこれら２つの組み合わせによって、行われることができる。混合された基本／高調波情報が、遠距離場において使用される場合、２つのタイプの信号内容の混合比は、より多くの基本信号周波数内容を優先して調整されることができる。代替例として、より多くのパルスが、各々のビーム方向に送信され、より大きな信号平均が用いられることもできる。これに対応して、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御バー６４のマーカ６６は、表示されたグラフィック上の制御機構のＰｅｎエンドの方へ調整される。
【００２４】
同様に、相関関係が、画像全体にわたって相対的に高く、すなわち遠距離場において特に低くない場合、動作周波数は、解像度を高めるために増大されることができ、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構は、Ｐｅｎ又はＧｅｎからＲｅｓの方へ調整される。動きプロセッサは、送信周波数パラメータｆｔｒの値を高めることによって、デジタルフィルタ３４の通過帯域を増大させることによって、又はこれらの両方によって、動作周波数を増大させるように、中央制御装置２８に命じる。混合された基本／高調波情報が、遠距離場において使用される場合、２つのタイプの信号内容の混合比は、より多くの高調波信号周波数内容を優先して調整されることができる。Ｒｅｓの方への対応する調整が、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構６４に表示されるマーカ６６に対して行われる。
【００２５】
本発明の一実施例において、より効率的な計算が、より少ないピクセルブロック７２及び差分絶対和（ＳＡＤ）アルゴリズムを使用することによって得られることができる。米国特許第６，４４２，２９８号（Olsson他）明細書を参照されたい。連続する画像の対応するピクセルブロックは、２つの画像間の時間間隔にわたるブロックからブロックまでの動き（移動）ベクトルを計算するために比較されることができる。このベクトルを使用して、画像の一方が、局所的に又は全体的に、他方の画像に関してワープされる（位置合わせされる）。米国特許第５，５６６，６７４号（Weng）明細書を参照されたい。このアラインメントは、プローブ又は組織の動きによる画像間の非相関性を低減し、信号／ノイズ（電子ノイズ）ファクタを非相関的な効果とする。アラインメント計算において使用されるピクセルブロックの数は、必要に応じて、計算時間を短縮するために、以降の相関関係の分析において使用される数より少なくてよい。位置合わせされる又はワープされる画像の相関関係は、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構の設定を自動的に調整するために、上述したように計算される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の原理に従って構成される超音波画像診断システムを示すブロック図。
【図２】超音波システム上のＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及び超音波システム上のＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構の具体化を示す図。
【図３】動き解析のために画像サブ領域に分割された超音波セクタ画像を示す図。
【図４】連続する超音波画像における動きを解析するための方法を示す図。
【図５】連続する超音波画像における情報のタイプの相関関係を示す図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用画像診断システム、特に、最適な組織浸透、イメージングフレームレート及び画像解像度について超音波イメージングを自動的に制御する画像診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像診断アプリケーションは、経験されるイメージング条件が大きく異なりうる。例えば胎児の心臓をイメージングするとき、ディスプレイの高いフレームレートが、速く鼓動する心臓の詳細を正確にイメージングするために必要とされる。肝臓の腫瘍の診断のような他のアプリケーションでは、高いフレームレートは必要でないが、高い画像品質（解像度）が概して好ましい。あるケースでは、診断される病変は、患者の身体内の深くにありうる。他のケースでは、病変は、皮膚の真下にありうる。これらの大きく異なる条件は、超音波検査士が所与の検査について最善の画像を得るために、超音波システム上の多種多様な設定を頻繁に変更しなければならないことを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
新たな検査のためにシステムをセットアップするために操作される必要がある超音波システ設定の数を最小限にすることが望ましい。特に、可能な場合には、超音波システムの手動設定の多くが自動化されることが望ましく、それによって、超音波システムは、実施されている検査に基づいてシステムの動作設定を自動的に最適化する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の原理により、最も頻繁に使われるユーザ設定であるＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御及びＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御のうちの２つを自動化する超音波画像診断システムが、記述される。Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御は、例えば画像ライン密度、マルチラインオーダー及び焦点ゾーンの数のような撮像パラメータを変えることによって、画像品質（解像度、resolution）とフレームレート（スピード、speed）との間のトレードオフを調整する。Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御は、例えば送信及び受信周波数のような撮像パラメータの制御を通じて、画像解像度と超音波の浸透深さとの間のトレードオフを調整する。例示される実施例において、これらの制御の設定は、撮像されている解剖学的構造における動き及び／又はノイズの量を検知することによって、自動化される。検知された画像の動き及び／又はノイズに応じて、関連する画像パラメータが、これらの競合するファクタの賢明なバランスである画像を取得するために自動的に変えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
まず図１を参照して、本発明の原理に従って構成される超音波画像診断システムが、ブロック図の形式で示されている。超音波走査ヘッド１２は、超音波パルスを送受信する超音波トランスデューサのアレイ１４を有する。アレイは、２次元イメージングのために１次元の線形又はカーブしたアレイでありえ、又は３次元の電子ビームステアリングのためにトランスデューサ素子の２次元マトリックスであってもよい。アレイ１４における超音波トランスデューサは、超音波エネルギーを送信し、この送信に応じて戻ってくるエコーを受信する。送信周波数制御回路２０は、アレイ１４の超音波トランスデューサに結合される送信／受信（「Ｔ／Ｒ」）スイッチ２２を通じて、所望の時間及び所望の周波数又は周波数帯での超音波エネルギーの送信を制御する。トランスデューサアレイが信号を送信するために活性化される時間は、内部システムクロック（図示せず）に同期されることができ、又は心周期のような身体の関数に同期されることができる。後者の場合、心周期波形は、ＥＣＧ装置２６によって提供される。心拍が、ＥＣＧ装置２６によって提供される波形によって決められるその周期の所望のフェーズにあるとき、走査ヘッドは、超音波画像を取得するよう命じられる。走査ヘッド１２によって送信される超音波エネルギーは、画像フィールドにおけるコントラスト剤を破壊し又は崩壊させる相対的に高いエネルギー（高いメカニカルインデックスすなわちＭＩ）でありえ、又はコントラスト剤を実質的に崩壊させずにコントラスト剤からのエコーの戻りを可能にする相対的に低いエネルギーでありえる。送信周波数制御回路２０によって生成される超音波エネルギーの周波数及び帯域幅は、制御信号ｆｔｒによって制御される。所望の方向に超音波ビームをステアリングし、フォーカスするためにアレイの個別の素子が駆動される時間は、制御信号Ｔｓｔによって制御される。両方の制御信号は、中央制御装置２８によって生成される。
【０００６】
送信された超音波エネルギーからのエコーは、アレイ１４のトランスデューサによって受け取られる。トランスデューサは、エコー信号を生成し、エコー信号は、Ｔ／Ｒスイッチ２２を通じて結合されるとともに、システムがデジタルビームフォーマを使用する場合にアナログデジタル（「Ａ／Ｄ」）コンバータ３０によってデジタル化される。アナログビームフォーマが使用されてもよい。Ａ／Ｄコンバータ３０は、中央制御装置２８によって生成される信号ｆｓによって制御されるサンプリング周波数で、受信されたエコー信号をサンプリングする。サンプリング理論によって要求される所望のサンプリングレートは、受信される通過帯域の最大周波数の少なくとも２倍であり、少なくとも３０−４０ＭＨｚのオーダーでありうる。必要最小限よりも高いサンプリングレートも望ましい。
【０００７】
アレイ１４の個別のトランスデューサからのエコー信号サンプルは、ビームフォーマ３２によって遅延され、合計されることにより、制御信号Ｒｓｔによって指定される所望のビームステアリング方向にコヒーレントエコー信号を形成する。デジタルコヒーレントエコー信号は、デジタルフィルタ３４によってフィルタリングされる。この実施例において、送信周波数及び受信器周波数は、個別に制御され、従って、ビームフォーマ３２は、送信される周波数帯のものとは異なる周波数の帯域を自由に受け取ることができる。デジタルフィルタ３４は、信号のバンドパスフィルタリングを行い、周波数帯域を、より低い又はベースバンド周波数レンジにシフトすることもできる。デジタルフィルタは、米国特許第５，８３３，６１３号明細書に開示されているタイプのフィルタでありえる。
【０００８】
組織からのフィルタリングされたエコー信号は、通常のＢモード処理のために、デジタルフィルタ３４からＢモードプロセッサ３６に結合される。Ｂモード画像は、更に、非破壊の超音波イメージングパルスに応じて戻ってくるマイクロバブルエコーから生成されることができる。
【０００９】
例えばマイクロバブルのようなコントラスト剤のフィルタリングされたエコー信号は、コントラスト信号プロセッサ３８に結合される。コントラスト信号プロセッサ３８は、好適には、パルス反転技法によって高調波コントラスト剤から戻ってくるエコーを分離する。この場合、画像位置への複数パルスの送信によって生じるエコーは、基本信号成分をキャンセルし、高調波成分を強めるように組み合わせられる。好適なパルス反転技法は、例えば米国特許第６，１８６，９５０号明細書に記述されている。高調波コントラスト信号の低いＭＩでの検出及びイメージングは、米国特許第６，１７１，２４６号明細書に記述されている。
【００１０】
デジタルフィルタ３４からのフィルタリングされたエコー信号は、更に、速度及びパワードップラー信号を生成するために、通常のドップラー処理を行うドップラープロセッサ４０に結合される。これらのプロセッサの出力は、プラナー画像として表示されることができるとともに、更に、３次元画像のレンダリングを行う３Ｄ画像レンダリングプロセッサ４２に結合される。３次元画像は、３Ｄ画像メモリ４４に記憶される。３次元レンダリングは、米国特許第５，７２０，２９１号、同第５，４７４，０７３号及び同第５，４８５，８４２号明細書に記述されるように実施されることができ、これらの文献のすべての内容は、参照によって本願明細書に盛り込まれる。
【００１１】
コントラスト信号プロセッサ３８、Ｂモードプロセッサ３６及びドップラープロセッサ４０からの信号、及び３Ｄ画像メモリ４４からの３次元画像信号は、Ｃｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８に結合され、Ｃｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８は、多数の超音波画像の各々について画像データを記憶する。画像データは、好適には、Ｃｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８に組で記憶され、画像データの各々の組は、個々の時間に取得された画像に対応する。複数の心拍の各々の間に同時に取得された画像に関する画像データの組が、同様にＣｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８に記憶されることが好ましい。グループの画像データは、心拍の間の個々の時間における組織灌流を示すパラメトリック画像を表示するために使用されることができる。Ｃｉｎｅｌｏｏｐメモリ４８に記憶される画像データのグループは、ビデオプロセッサ５０に結合され、ビデオプロセッサ５０は、ディスプレイ５２上に表示するために対応するビデオ信号を生成する。ビデオプロセッサ５０は、好適には残存処理を含み、それによって、例えば米国特許第５，２１５，０９４号明細書に記述されるように、検出されたコントラスト剤の瞬間的な強度ピークが、画像において維持されることができる。
【００１２】
本発明の原理により、動き／ノイズプロセッサ４６が、画像フィールドにおけるオブジェクトの動き及び／又はノイズを検出するために設けられる。これは、例示される実施例において、例えばより詳しく以下に記述されるピアソンの相関のような相関プロセスによって果たされる。相関プロセスの結果が比較される基準は、後述されるようなユーザインタフェース１５０上の制御機構のユーザ調整によりＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構又はＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構のいずれか又は両方を設定することによって決定される。画像フィールドにおける動き及び／又はノイズの検出の結果は、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及びＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構のいずれか又は両方の設定を自動的に調整するために使用される。調整は、動き及び／又はノイズの検出の結果に応じて撮像パラメータを調整することによって、よりはっきりしたより良好な解像された画像を提供するように超音波システムの動作を最適化する。
【００１３】
Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及びＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構の例が、図２に示されている。これらの制御機構は、制御パネル上のハードウェアノブ又はスライダでありえるが、この実施例では、制御機構は、超音波ディスプレイ５２の画面上にソフトウェアによって生成される表示制御機構である。制御機構は、さまざまな形状及び色で表示されるダイヤル又はメータ又は他のグラフィクスとして表示されることができ、質的又は量的な設定のいずれも有することができる。この実施例においては、両方とも質的なバー表示６０である。Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構６２は、Ｒｅｓ（最大解像度）とＳｐｅｅｄ（最大フレームレート）との間で可変であり、それらの間にこれらの最大設定の比がある。Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構６４は、Ｐｅｎ（最大浸透）とＲｅｓ（最大画像解像度）との間で可変であり、それらの間のこれらの最大設定の比は、公称の一般の設定「Ｇｅｎ」を中心とする。各制御機構の現在設定の影響は、バーのマーカ６６によって示され、マーカ６６は、超音波画像に現在適用されている効果的な設定に従って配置される。矢印６８は、制御機構の設定を手動で設定するために、例えば制御パネル１５０上のトラックボール、キー又はマウスのようなユーザポインティングデバイスによって調整されることができる。
【００１４】
Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及びＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構は、手動制御又は自動制御のいずれに関しても、独立して設定されることができる。制御機構が、手動制御に関して設定される場合、その設定は、ユーザの手動操作によって調整されることができるだけである。制御機構が手動制御に関して設定される場合、そのマーカ６６は、灰色表示され、ユーザが制御機構設定を変えるために矢印を調整するに従って、常に位置を調整される矢印６８と並んで動く。制御機構が、自動動作に関して設定される場合、そのマーカ６６は、明るく表示され、矢印６８及びマーカは、独立して動くことができる。ユーザが、自動モードにおいて矢印６８を手動で調整するとき、画像は、手動の変更に応じて変化し、マーカ６６は、矢印の最後の設定に一致して並ぶ。矢印の手動制御が解放されると、自動動作が始まる。画像フィールドの動き及び／又はノイズの特性が検出され、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及び／又はＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構の適当な自動設定を決定するために使用されるとき、マーカ６６は、自動制御からもたらされる現在設定を示すために、自動的に移動する。ユーザは、一見して、自動設定がユーザの最後の手動設定からどのように変化したかを知ることができ、画像フィールドにおいて検出された動き及びノイズに対する制御機構の設定の応答を知ることができる。
【００１５】
ユーザが、制御機構の自動動作の応答に不満である場合、ユーザは、制御機構の矢印６８の位置を設定しなおすことができる。自動動作中に矢印を設定しなおすことにより、制御機構の個々のパフォーマンスファクタのバランスを設定しなおし、更に、後述する自動調整が行われる態様をも調整する。例えば、ユーザが、より高い解像度（Ｒｅｓ）の方へ矢印を設定しなおす場合、以降の自動調整は、より大きいＲｅｓ設定に向かう方向への変更をより大いに優先することができる。従って、制御機構の手動調整矢印を設定しなおすことにより、自動システムが、解像度、フレームレート及び浸透深さの競合する影響をバランスする程度を調整することができる。
【００１６】
動き検出能力は、さまざまな目的のために超音波システムにおいて見られることが多い。例えば米国特許第５，５２９，０７０号（Augustine他）及び米国特許第５，５３８，００４号（Bamber）明細書に記述されるもののように、さまざまなセンサが、超音波プローブの動きを検出するために使用されている。更に、米国特許第６，２９９，５７９号（Peterson他）、同第６，２３８，３４５号（Wissler他）、同第６，１１７，０８１号（Jago他）、同第５，７８２，７６６号（Weng他）、同第５，５７５，２８６号（Weng他）、同第５，５６６，６７４号（Weng）、同第５，８９９，８６１号（Freimel他）、同第５，９１０，１１４号（Nock他）明細書、及び国際公開第００／２４３１６号パンフレット（Hossack他）に記述されるように、動きは、連続するリアルタイム画像を比較することによって検知されることもできる。これらの文献に記述される動き検知又は画像アライメント技法は、パノラミック画像を生成し又は画像から動きの歪みを除去するために個別の画像の位置合わせをするような目的のために使用される。これらの技法の任意のものが、本発明の自動化されたシステムにおいて使用されることができる。本発明の実施例において、動き又はアラインメント情報は、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ設定を調整するために使用される。動きが相対的に小さいとき、より高い画像品質及びより低いフレームレート設定が用いられ、動きが相対的に大きいとき、より低い画像品質及びより高いフレームレートが用いられる。
【００１７】
本発明の自動化された制御機構の実施例は、例えば図３の画像７０のような超音波画像のシーケンスから始めることができる。各画像は、例えば８ピクセル×８ピクセル又は１６ピクセル×１６ピクセルのような予め決められたピクセルサイズの複数のブロック７２に分析的に分割される。矩形の画像の場合、ブロックは、直線で囲まれた格子パターンで配置されることができる。図３の画像７０のようなセクタ画像の場合、ブロックは、セクタの湾曲に従って曲線−直線の形に配置されることができる。動きは、図４に示すように、連続する画像の対応するブロック間で計算される。この図において、ある時間ポイントに取得されるＩｍｇ １のピクセルのブロック８２は、異なる時間ポイントに取得される画像Ｉｍｇ ２の対応するブロック８４の近傍のものと比較される。次の動き計算は、Ｉｍｇ ２のブロック８４及び別の時間ポイントに取得される画像Ｉｍｇ ３の対応するブロック８６を使用する。各ブロックについて、動きベクトルは、２つのピクセルパターンの間の最大のピアソン相関を求めることによって導き出されることができる。この計算の式は、以下の通りである。
【数１】
【００１８】
ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）におけるピクセル強度であり、インデックスｔ１及びｔ２は、異なる時間ポイントにおける画像フレームを示し、
は、ピクセルブロックの平均強度であり、（ｄｘ，ｄｙ）は、２つの画像フレーム間の局所的な動きの大きさ（距離）及び方向である。相関値ρは、動きベクトル（ｄｘ，ｄｙ）の信頼性を示す。
【００１９】
複数のブロックについての動きベクトル及び／又は相関係数が、調べられる。ブロックの全てについて動きベクトル及び／又は相関係数が、調べられることができ、又は画像７０の中央のブロックのようなブロックの選択された組だけが、使用されることができる。動きベクトルの大きさが、ほとんどのブロックについて大きい場合、又は相関値ρが、ほとんどのブロックについて小さい場合、フレームレートが、ＲｅｓからＳｐｅｅｄに向けてＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構の設定をインクリメントすることによって増やされる。動き／ノイズプロセッサ４６から中央制御装置２８に結果的に送られるコマンドは、中央制御装置に、フレームレートを増やす態様で、プローブ１２に対するコマンドを変更させる。これを行う１つのやり方は、ビームステアリングパラメータＴｓｔに対する変更を通じて、隣接するビーム間のビームステアリングの角度又は間隔を増大させることである。より広い間隔をあけられたビームを用いる場合、より少ないビームが、プローブによってスキャンされる領域又はボリュームに送信され、それによってフレームレートを増加させる。すなわち、フレーム又はボリュームを取得するために送受信すべきビームが少ないほど、画像領域は、より短い時間でスキャンされることができる。ビーム間隔の増大は、画像領域又はボリュームの空間サンプリングを減少させ、それに対応して画像解像度の低下をもたらす。これを行う別のやり方は、マルチラインオーダーを増やすことである。送信ビームに応じて１又は２の受信ビームを受け取る代わりに、点広がり関数が、より少ない数の送信ビームの各々に応じて２又は４の受信ビームを受信するように変更されることができる。更に別の可能性は、画像の焦点ゾーンの数を低減することである。例えば、連続する焦点ゾーンの各々の対は、１つの焦点ゾーンに結合されることができ、焦点は、２つの元のゾーンの境界に設定される。このように、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ設定は、フレームレート（Ｓｐｅｅｄ）を増やすが画像解像度（Ｒｅｓ）を低下させる傾向がある方向において、調整される。
【００２０】
これに対応して、動きベクトルの大きさが、ほとんどのブロックについて小さく、又は相関値ρが、ほとんどのブロックについて高く、画像間でほとんど動きを示さない場合、画像品質が、ＳｐｅｅｄからＲｅｓに設定を変更することによって高められる。動きプロセッサ４６から中央制御装置２８へのコマンドは、受信ビームパラメータＲｓｔの変更によって適切に受け取られる、より密に間隔をあけられたより多くの送信ビームを送信するために、ビームステアリングパラメータＴｓｔを変更することによって、ビーム密度を増加させる。マルチラインオーダーは、例えばより多くの送信ビームについて、４から２又は２から１に低減されることができる。焦点ゾーンの数は、１又は複数の現在焦点ゾーンを２に分割することによって増やされることもできる。これらの変更はすべて、画像解像度（Ｒｅｓ）を増やしフレームレート（Ｓｐｅｅｄ）を低下させる傾向がある方向において、Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ設定の調整を果たす。
【００２１】
これらの調整が行われるとき、マーカ６６の位置は、それに応じてＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄバー６２において変更される。これは、一般に、動き／ノイズプロセッサ４６からグラフィックプロセッサ（図示せず）に送られるマーカ用の値を変更することによって行われる。グラフィックプロセッサは、超音波画像と共に表示するためにＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構のグラフィックオーバーレイを処理する。
【００２２】
同様の方法が、画像の信号／ノイズの関数として、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構６４の設定を自動的に調整するために使用されることができる。図５は、純粋なスペックル像の動きとの非相関性を示している。このプロットは、プラナーイメージングプローブが上昇方向に移動するときの相関関係の変化からなる。プラナーイメージングプローブが上昇方向に移動し、画像平面が上昇方向に移動するにつれて、スペックル情報は、画像全体にわたって非相関化し始める。図５において、Ｘ軸は、プローブの移動の距離をｍｍで示し、Ｙ軸は、画像間の相関関係を示す。それぞれ異なる曲線は、ボックス９４の説明によって示されるさまざまな異なる画像深さにおける相関関係の変化を表す。相関関係は、画像深さに依存して、それぞれ異なるレートで変化することが分かる。画像平面が移動するとき、近距離場及び中距離場の深さについて９０で示される実線カーブは、相関関係の滑らかな減少を示し、相関関係は、距離の増加と共に徐々に減少する。しかしながら、遠距離場（より大きい深さ）について９２で示される破線の曲線は、距離の小さい変化に伴う急な落ち込みによって特徴付けられ、そののち、より段階的な減少が続く。相関関係のこの大きい初期の落ち込みは、遠距離場における電子ノイズ（信号／ノイズ）の非相関性によって引き起こされると考えられ、イメージング浸透に直接関連する。相関関係の急な落ち込みに対する応答は、例えば送信周波数を低下させることによって又は高調波周波数受信から基本周波数受信に切り換えることによって、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ設定を増加する浸透（Ｐｅｎ）の方へ調整することである。比較として、米国特許第６，４５８，０８３号（Ｊａｇｏ他）及び同第６，２８３，９１９号（Roundhill他）の明細書を参照されたい。動き補償を通じて連続する画像フレームの位置合わせを行い、画像の非相関性を計算することによって、適当な調整が、最適なイメージング浸透によって最善の画像解像度を描画するために、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構に対して行われることができる。臨床医が、スキャニング中に頻繁にイメージング深さを変更するとき、この機能は特に有用である。
【００２３】
再び図３及び図４に戻って、相関関係は、連続する画像の複数のピクセルブロック７２について計算される。遠距離場の相関関係は、近距離及び／又は中距離場の相関関係又は画像全体の相関関係と比較される。相関関係が、遠距離場において相対的に低く、相関関係が、他の場所で相対的に高い場合、浸透は、Ｒｅｓ又はＧｅｎからＰｅｎの方へＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構を調整することによって増加される。これは、動き／ノイズプロセッサ４６から中央制御装置２８へのコマンドをもたらし、それによって、中央制御装置は、動作周波数の変更を命じる。これは、送信周波数パラメータｆｔｒをより低い送信周波数に変更することによって、デジタルフィルタ３４の通過帯域を低下させることによって、又はこれら２つの組み合わせによって、行われることができる。混合された基本／高調波情報が、遠距離場において使用される場合、２つのタイプの信号内容の混合比は、より多くの基本信号周波数内容を優先して調整されることができる。代替例として、より多くのパルスが、各々のビーム方向に送信され、より大きな信号平均が用いられることもできる。これに対応して、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御バー６４のマーカ６６は、表示されたグラフィック上の制御機構のＰｅｎエンドの方へ調整される。
【００２４】
同様に、相関関係が、画像全体にわたって相対的に高く、すなわち遠距離場において特に低くない場合、動作周波数は、解像度を高めるために増大されることができ、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構は、Ｐｅｎ又はＧｅｎからＲｅｓの方へ調整される。動きプロセッサは、送信周波数パラメータｆｔｒの値を高めることによって、デジタルフィルタ３４の通過帯域を増大させることによって、又はこれらの両方によって、動作周波数を増大させるように、中央制御装置２８に命じる。混合された基本／高調波情報が、遠距離場において使用される場合、２つのタイプの信号内容の混合比は、より多くの高調波信号周波数内容を優先して調整されることができる。Ｒｅｓの方への対応する調整が、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構６４に表示されるマーカ６６に対して行われる。
【００２５】
本発明の一実施例において、より効率的な計算が、より少ないピクセルブロック７２及び差分絶対和（ＳＡＤ）アルゴリズムを使用することによって得られることができる。米国特許第６，４４２，２９８号（Olsson他）明細書を参照されたい。連続する画像の対応するピクセルブロックは、２つの画像間の時間間隔にわたるブロックからブロックまでの動き（移動）ベクトルを計算するために比較されることができる。このベクトルを使用して、画像の一方が、局所的に又は全体的に、他方の画像に関してワープされる（位置合わせされる）。米国特許第５，５６６，６７４号（Weng）明細書を参照されたい。このアラインメントは、プローブ又は組織の動きによる画像間の非相関性を低減し、信号／ノイズ（電子ノイズ）ファクタを非相関的な効果とする。アラインメント計算において使用されるピクセルブロックの数は、必要に応じて、計算時間を短縮するために、以降の相関関係の分析において使用される数より少なくてよい。位置合わせされる又はワープされる画像の相関関係は、Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構の設定を自動的に調整するために、上述したように計算される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の原理に従って構成される超音波画像診断システムを示すブロック図。
【図２】超音波システム上のＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ制御機構及び超音波システム上のＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ制御機構の具体化を示す図。
【図３】動き解析のために画像サブ領域に分割された超音波セクタ画像を示す図。
【図４】連続する超音波画像における動きを解析するための方法を示す図。
【図５】連続する超音波画像における情報のタイプの相関関係を示す図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波システムの画像解像度とリアルタイムフレームレートとの間の関係を自動的に調整する方法であって、
ある時間にわたって複数の超音波画像を取得するステップと、
時間的に異なる超音波画像間の相対的な動きを検知するステップと、
検知される相対的に小さい動きに応じて、前記画像解像度を高め、前記フレームレートを下げ、又は検知される相対的に大きい動きに応じて、前記画像解像度を下げ、前記フレームレートを上げるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記検知するステップは、時間的に異なる超音波画像のピクセル内容の相関関係を計算することを含み、
相対的に高い相関関係は、相対的に小さい動きに対応し、相対的に低い相関関係は、相対的に大きい動きに対応する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検知するステップは、プローブ運動検知装置により相対的な動きを検知することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記検知するステップは、連続する超音波画像の画像内容を解析することによって相対的な動きを検知することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記超音波システムが、画像解像度とフレームレートとの間の関係のＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構を含み、
前記方法が、更に、前記画像解像度及び／又は前記フレームレートになされる変更に対応して、前記Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構を自動的に調整することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構は、ユーザ調整可能な設定を含み、前記ユーザ調整可能な設定は、ユーザが、前記超音波システムの画像解像度とフレームレートとの間の関係を手動でバランスすることを可能にする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構の手動調整は、画像解像度とフレームレートとの間のバランスに対して以降の自動調整が行われる態様を調整する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記フレームレートは、送信ビーム密度、マルチラインオーダー、焦点ゾーンの数、又は送信パルスの数のうち少なくとも１つを変更することによって変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記画像解像度は、画像フィールドの空間サンプリングを変更することによって変更される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
超音波システムの画像解像度と浸透深さとの間の関係を自動的に調整する方法であって、
ある時間にわたって複数の超音波画像を取得するステップと、
時間的に異なる超音波画像間の電子ノイズを計算するステップと、
相対的に少ない電子ノイズに応じて、前記画像解像度を高め、又は相対的に大きい電子ノイズに応じて、前記浸透を高めるステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記電子ノイズを計算する前記ステップは、連続的に取得された画像の領域間の電子ノイズの非相関性を計算することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電子ノイズを計算する前記ステップは、更に、遠距離場の信号の相関関係を、前記画像内の他の場所の信号の相関関係と比較することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記比較が、前記遠距離場における相対的に低い相関関係及び前記他の場所における相対的に高い相関関係を示す場合、前記超音波システムの動作周波数が自動的に下げられ、
前記比較が、前記遠距離場及び前記他の場所における相対的に高い相関関係を示す場合、前記超音波システムの前記動作周波数が自動的に上げられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記画像解像度を高める前記ステップは、前記超音波システムの送信周波数又は受信周波数の少なくとも一方を上げることを含み、
前記浸透を高める前記ステップは、前記超音波システムの送信周波数又は受信周波数の少なくとも一方を下げることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記電子ノイズを計算する前に、前記時間的に異なる超音波画像の位置合わせを行うことを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記超音波システムが、画像解像度と浸透深さとの間の関係のＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を含み、
前記方法が、解像度と浸透との間のバランスに対してなされる変更に対応して、前記Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を自動的に調整するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記画像解像度を高める前記ステップは、前記超音波システムの動作周波数を上げることを含み、
前記浸透を高める前記ステップは、前記超音波システムの動作周波数を下げることを含み、
前記Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を自動的に調整する前記ステップは、前記動作周波数が下げられる場合、前記表示機構をＰｅｎの方へ調整し、前記動作周波数が上げられる場合、前記表示機構をＲｅｓの方へ調整することを含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を自動的に調整する前記ステップは、基本周波数動作が実施される場合に前記表示機構をＰｅｎの方へ調整し、高調波動作が実施される場合に前記表示機構をＲｅｓの方へ調整することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記動作周波数は、送信周波数又は受信周波数の少なくとも一方を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
解像度と浸透との間のバランスに対する自動調整が行われる態様を調整するために、前記Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を手動で調整するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
アレイトランスデューサを含むプローブと、
前記アレイトランスデューサに駆動信号を与えるように結合される送信器と、
前記アレイトランスデューサによって受け取られる信号を処理するように結合される受信器と、
前記受信器に結合され、受け取られた超音波画像を表示するディスプレイと、
前記プロセッサに結合され、画像フィールドの相対的な動きを検知するセンサと、
画像解像度とフレームレートとの間の相対的なバランスを表すために前記ディスプレイ上に示される、前記センサに応答するＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構と、
を有し、前記送信器は、前記超音波画像の前記フレームレートを調整するように前記センサに応答する、超音波画像診断システム。
【請求項２２】
アレイトランスデューサを含むプローブと、
前記アレイトランスデューサに駆動信号を与えるように結合される送信器と、
前記アレイトランスデューサによって受け取られる信号を処理するように結合される受信器と、
前記受信器に結合され、受け取られた超音波画像を表示するディスプレイと、
前記プローブに結合され、画像フィールドの電子ノイズを検知するセンサと、
画像解像度と浸透との間の相対的なバランスを表すために前記ディスプレイ上に示される、前記センサに応答するＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構と、
を有し、前記送信器は、送信された前記駆動信号の浸透を調整するように前記センサに応答する、超音波画像診断システム。
【請求項１】
超音波システムの画像解像度とリアルタイムフレームレートとの間の関係を自動的に調整する方法であって、
ある時間にわたって複数の超音波画像を取得するステップと、
時間的に異なる超音波画像間の相対的な動きを検知するステップと、
検知される相対的に小さい動きに応じて、前記画像解像度を高め、前記フレームレートを下げ、又は検知される相対的に大きい動きに応じて、前記画像解像度を下げ、前記フレームレートを上げるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記検知するステップは、時間的に異なる超音波画像のピクセル内容の相関関係を計算することを含み、
相対的に高い相関関係は、相対的に小さい動きに対応し、相対的に低い相関関係は、相対的に大きい動きに対応する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検知するステップは、プローブ運動検知装置により相対的な動きを検知することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記検知するステップは、連続する超音波画像の画像内容を解析することによって相対的な動きを検知することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記超音波システムが、画像解像度とフレームレートとの間の関係のＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構を含み、
前記方法が、更に、前記画像解像度及び／又は前記フレームレートになされる変更に対応して、前記Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構を自動的に調整することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構は、ユーザ調整可能な設定を含み、前記ユーザ調整可能な設定は、ユーザが、前記超音波システムの画像解像度とフレームレートとの間の関係を手動でバランスすることを可能にする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｒｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構の手動調整は、画像解像度とフレームレートとの間のバランスに対して以降の自動調整が行われる態様を調整する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記フレームレートは、送信ビーム密度、マルチラインオーダー、焦点ゾーンの数、又は送信パルスの数のうち少なくとも１つを変更することによって変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記画像解像度は、画像フィールドの空間サンプリングを変更することによって変更される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
超音波システムの画像解像度と浸透深さとの間の関係を自動的に調整する方法であって、
ある時間にわたって複数の超音波画像を取得するステップと、
時間的に異なる超音波画像間の電子ノイズを計算するステップと、
相対的に少ない電子ノイズに応じて、前記画像解像度を高め、又は相対的に大きい電子ノイズに応じて、前記浸透を高めるステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記電子ノイズを計算する前記ステップは、連続的に取得された画像の領域間の電子ノイズの非相関性を計算することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電子ノイズを計算する前記ステップは、更に、遠距離場の信号の相関関係を、前記画像内の他の場所の信号の相関関係と比較することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記比較が、前記遠距離場における相対的に低い相関関係及び前記他の場所における相対的に高い相関関係を示す場合、前記超音波システムの動作周波数が自動的に下げられ、
前記比較が、前記遠距離場及び前記他の場所における相対的に高い相関関係を示す場合、前記超音波システムの前記動作周波数が自動的に上げられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記画像解像度を高める前記ステップは、前記超音波システムの送信周波数又は受信周波数の少なくとも一方を上げることを含み、
前記浸透を高める前記ステップは、前記超音波システムの送信周波数又は受信周波数の少なくとも一方を下げることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記電子ノイズを計算する前に、前記時間的に異なる超音波画像の位置合わせを行うことを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記超音波システムが、画像解像度と浸透深さとの間の関係のＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を含み、
前記方法が、解像度と浸透との間のバランスに対してなされる変更に対応して、前記Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を自動的に調整するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記画像解像度を高める前記ステップは、前記超音波システムの動作周波数を上げることを含み、
前記浸透を高める前記ステップは、前記超音波システムの動作周波数を下げることを含み、
前記Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を自動的に調整する前記ステップは、前記動作周波数が下げられる場合、前記表示機構をＰｅｎの方へ調整し、前記動作周波数が上げられる場合、前記表示機構をＲｅｓの方へ調整することを含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を自動的に調整する前記ステップは、基本周波数動作が実施される場合に前記表示機構をＰｅｎの方へ調整し、高調波動作が実施される場合に前記表示機構をＲｅｓの方へ調整することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記動作周波数は、送信周波数又は受信周波数の少なくとも一方を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
解像度と浸透との間のバランスに対する自動調整が行われる態様を調整するために、前記Ｐｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構を手動で調整するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
アレイトランスデューサを含むプローブと、
前記アレイトランスデューサに駆動信号を与えるように結合される送信器と、
前記アレイトランスデューサによって受け取られる信号を処理するように結合される受信器と、
前記受信器に結合され、受け取られた超音波画像を表示するディスプレイと、
前記プロセッサに結合され、画像フィールドの相対的な動きを検知するセンサと、
画像解像度とフレームレートとの間の相対的なバランスを表すために前記ディスプレイ上に示される、前記センサに応答するＲｅｓ／Ｓｐｅｅｄ表示機構と、
を有し、前記送信器は、前記超音波画像の前記フレームレートを調整するように前記センサに応答する、超音波画像診断システム。
【請求項２２】
アレイトランスデューサを含むプローブと、
前記アレイトランスデューサに駆動信号を与えるように結合される送信器と、
前記アレイトランスデューサによって受け取られる信号を処理するように結合される受信器と、
前記受信器に結合され、受け取られた超音波画像を表示するディスプレイと、
前記プローブに結合され、画像フィールドの電子ノイズを検知するセンサと、
画像解像度と浸透との間の相対的なバランスを表すために前記ディスプレイ上に示される、前記センサに応答するＰｅｎ／Ｇｅｎ／Ｒｅｓ表示機構と、
を有し、前記送信器は、送信された前記駆動信号の浸透を調整するように前記センサに応答する、超音波画像診断システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００７−５１３７２６（Ｐ２００７−５１３７２６Ａ）
【公表日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４４６４２（Ｐ２００６−５４４６４２）
【出願日】平成１６年１２月７日（２００４．１２．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０５２６９７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５９５８６
【国際公開日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月７日（２００４．１２．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０５２６９７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５９５８６
【国際公開日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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