超音波容積測定データセットの運動補正のための方法およびシステム
【課題】容積測定データセット内の運動アーチファクトを補正する。
【解決手段】この方法（１２００）は、物体（３１２）に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットを得る（１２０２）ことを含む。この容積測定データセットは、少なくとも２つの隣接するデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）が物体（３１２）内の異なる時点の共通の物理的なスライス（３０４）を表すようにデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）に編成される（１２０４）。容積測定データセットのスライスに対して、隣接するデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の相対運動が決定され（１２０６）、この相対運動を使用して、前記隣接するスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の相対運動が補正される（１２２０）。
【解決手段】この方法（１２００）は、物体（３１２）に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットを得る（１２０２）ことを含む。この容積測定データセットは、少なくとも２つの隣接するデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）が物体（３１２）内の異なる時点の共通の物理的なスライス（３０４）を表すようにデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）に編成される（１２０４）。容積測定データセットのスライスに対して、隣接するデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の相対運動が決定され（１２０６）、この相対運動を使用して、前記隣接するスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の相対運動が補正される（１２２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は診断用超音波の運動補正（ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）に関する。特に本発明は、超音波データを取得し処理して、超音波画像の運動アーチファクトを低減させるための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られている少なくともいくつかの超音波システムは、所与の標的の複数の超音波画像を空間的に合成して合成画像にする能力を有する。全体を通じて使用される用語「合成する」は、それぞれが１つの画像フレームを定義する複数のデータセットを非コヒーレントに（ｎｏｎ−ｃｏｈｅｒｅｎｔｌｙ）組み合わせて新しい単一のデータセットを生み出すことを意味する。これらのデータセットは異なる位置で得られたものであってもよく、かつ／またはそれぞれ異なる時刻に得られたものであってもよい。合成画像標的内のそれぞれの点からの対応するデータを組み合わせることによって、これらのデータセットまたはフレームは組み合わせられて単一の合成画像を生成する。リアルタイム空間合成画像化は、実質的に独立した位置から部分的に重なり合う一連の構成画像フレームを取得することによって実行することができる。位置の変化を推定し、推定された変化を補正し、続いて加算、平均化、ピーク検出または他の組合せ手段により組み合わせることによって、これらの構成フレームは合成画像に組み合わせられる。合成された画像はより幅の広い視野を示す可能性がある。
【０００３】
リアルタイム空間合成画像化では、それぞれの新しい合成画像フレームを生み出すためにいくつかの画像フレームが必要である。合成画像を構築する際に使用される最初のフレームの取得とこの合成画像で使用される最後のフレームの取得との間には時間差が存在する。これらのフレーム取得間の時間差のため、かなりの画像ミスレジストレーション（ｍｉｓｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）が存在する可能性がある。合成画像を構築するために多数の画像フレームが使用される場合には、この画像ミスレジストレーションによって合成画像のぼけ（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）が生じる可能性がある。画像を構築するために相対的に少ない数の画像フレームが使用される場合には、相対的にぼけが小さくなる可能性がある。多数の画像フレームを取得することが一般に望ましいが、この多数の画像フレームは取得により長い時間を必要とし、その間に、望ましくないレベルまでぼけが増す可能性がある。
【０００４】
あるタイプの画像標的の運動、例えば鼓動している心臓の運動は重要である。しかし望ましくない運動も存在する。望ましくない運動の原因の例は、スキャン中の患者の呼吸、画像標的の望まれていない運動を引き起こす患者の体内の胎児の運動、および操作者による超音波スキャナの望ましくない運動である。
【特許文献１】米国特許第６５２７７１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
容積測定（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）データセットの運動補正のための改良された方法およびシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、容積測定データセット内の運動アーチファクトを補正するための方法が提供される。この方法は、物体に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットを得ることを含む。この容積測定データセットは、少なくとも２つの隣接するデータスライスが物体内の異なる時点の共通の物理的なスライスを表すようにデータスライスに編成される。容積測定データセットのスライスに対して、隣接するデータスライス間の相対運動が決定され、この相対運動を使用して、隣接するスライスの相対位置が補正される。
【０００７】
他の実施形態では、容積測定データセット内の運動アーチファクトを補正する超音波システムが提供される。このシステムは、物体に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットを記憶するためのメモリを含む。この容積測定データセットは、それによって少なくとも２つの隣接するデータスライスが物体内の異なる時点の共通の物理的なスライスを表すデータスライスに編成される。容積測定データセット内の隣接するデータスライス間の相対運動を決定するために処理ユニットが含まれる。処理ユニットは、隣接する第１および第２のスライス間の相対運動を補正する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態に従って形成された超音波システム１００のブロック図である。超音波システム１００は、アレイトランスデューサ１０６の中の複数のトランスデューサ要素１０４を駆動して、パルス超音波信号を体内に発射させる送信器１０２を含む。さまざまな幾何学的配置を使用することができる。発射された超音波信号は、血球、筋肉組織のような体内の密度界面および／または構造から後方散乱されて、トランスデューサ要素１０４に戻るエコーを生み出す。受信器１０８はこのエコーを受け取る。受け取られたエコーはビーム成形器１１０に通され、ビーム成形器１１０はビーム成形を実行しＲＦ信号を出力する。このＲＦ信号は次いでＲＦプロセッサ１１２を通過する。あるいはＲＦプロセッサ１１２は、このＲＦ信号を復調してエコー信号を表すＩＱデータ対を形成する複雑な復調器（図示せず）を含む。次いでこのＲＦまたはＩＱ信号データを、一時記憶用のＲＦ／ＩＱバッファ１１４に直接に送ることができる。
【０００９】
超音波システム１００はさらに、取得された超音波情報（すなわちＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理し、表示システム１１８に表示するための超音波情報フレームを準備する信号プロセッサ１１６を含む。信号プロセッサ１１６は、選択可能な複数の超音波様式（ｍｏｄａｌｉｔｙ）に基づく１つまたは複数の処理操作を、取得された超音波情報に対して実行するように適合されている。この例示的な実施形態では、スキャニングセッションの間、エコー信号が受け取られたときに、取得された超音波情報がリアルタイムで処理される。代替実施形態では、スキャニングセッションの間、超音波情報がＲＦ／ＩＱバッファ１１４に一時的に記憶され、この超音波情報が、リアルタイムとは言えないライブまたはオフライン操作で処理される。
【００１０】
超音波システム１００は、ほぼヒトの眼の認知速度である毎秒５０フレームを超えるフレームレートで超音波情報を連続的に取得することができる。取得された超音波情報は、より遅いフレームレートで表示システム１１８上に表示することもできる。すぐに表示する予定のない取得された超音波情報の処理されたフレームを記憶するために画像バッファ１２２が含まれる。この例示的な実施形態では、画像バッファ１２２が、少なくとも数秒分の超音波情報フレームを記憶するのに十分な容量を有するバッファである。これらの超音波情報フレームは、その取得順序または取得時刻に従って容易に取り出せる方法で記憶される。画像バッファ１２２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の周知のデータ記憶媒体などの少なくとも１つのメモリデバイスを含むことができる。ただしこれらに限定されるわけではない。
【００１１】
図２は、本発明の一実施形態に従って形成された超音波システム２００を示す。システム２００は、送信器２０４および受信器２０６に接続されたプローブ２０２を含む。プローブ２０２は超音波パルスを送り、スキャンされた超音波容積２０８の内側の構造からエコーを受け取る。メモリ２１２は、スキャンされた超音波容積２０８に由来する受信器２０６からの超音波データを記憶する。容積２０８は、さまざまな技法によって得ることができる（例えば３Ｄスキャニング、リアルタイム３Ｄ画像化、容積スキャニング、位置決めセンサを有するトランスデューサを用いた２Ｄスキャニング、ボクセル（Ｖｏｘｅｌ）相関技法を使用したフリーハンドスキャニング、２Ｄまたはマトリックスアレイトランスデューサなど）。
【００１２】
直線経路、円弧状経路などに沿ってプローブ２０２を動かし、その間に関心領域（ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）をスキャンする。それぞれの直線または円弧位置で、プローブ２０２はスキャン平面２１０を得る。スキャン平面２１０はメモリ２１２に記憶され、次いで空間／時間画像相関（ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｉｍａｇｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ：ＳＴＩＣ）解析器／変換器２１４に渡される。いくつかの実施形態では、プローブ２０２がスキャン平面２１０の代わりにラインを取得し、メモリ２１２は、スキャン平面２１０ではなしに、プローブ２０２によって得られたラインを記憶する。データ出力は、メモリ２１２から、運動推定器／補正器２１６を通してＳＴＩＣ解析器／変換器２１４に渡される。ＳＴＩＣ解析器／変換器２１４は容積メモリ２１８にデータを記憶し、このデータは、容積表示プロセッサ２２０によってアクセスされる。容積表示プロセッサ２２０は、容積レンダリングおよび／または他の画像処理技法をデータに対して実行する。容積表示プロセッサ２２０の出力はビデオプロセッサ２２２に渡され、ビデオプロセッサ２２２から表示装置２２４に渡される。
【００１３】
それぞれのエコー信号サンプル（ボクセル）の位置は、幾何学的な正確さ（すなわち１つのボクセルから次のボクセルまでの距離）、超音波応答、および超音波応答から得られた値に関して定義することができる。適当な超音波応答には例えばＢモード、グレースケール値、カラーフロー値、および血管ドップラー（ａｎｇｉｏ−Ｄｏｐｐｌｅｒ）またはパワードップラー情報が含まれる。
【００１４】
図３において、アレイトランスデューサ１０６（図１）は、物体３１２を含む容積３００をゆっくりと、例えば７から１５秒以内に物体３１２の容積測定スイープ（ｓｗｅｅｐ）（例えば１０〜３０度スイープ）を１回の速度で、スキャンすることができる。容積測定スイープは、容積３００のスライス３０４に沿って超音波３０２を発射し、次いでこの超音波スキャンの高さ３０６を変更することで次のスライス３０４を得ることによって、生み出すことができる。例えば、ボクセル３０８は１つの容積測定スライス３０４にあり、別のボクセル３１０は異なる容積測定スライス３０４にある。鼓動している心臓などの物体３１２の運動のため、このスイープの間に物体３１２が形状を変える可能性がある。アレイトランスデューサ１０６の運動のために、望ましくない運動アーチファクトが、スイープの容積測定データセットに含まれる可能性もある。先に論じた他の原因だけでなく、例えばスキャンされた患者による呼吸がアレイトランスデューサ１０６の運動を引き起こす可能性もある。
【００１５】
図４は、システム１００（図１）によって収集されたスキャンデータの強度４０２を、時間／空間（Ｔ／Ｓ）軸４０４に対して示した例示的なグラフ４００である。容積測定データセット（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｄａｔａ ｓｅｔ：ＶＤＳ）内の運動アーチファクトを補正する方法の第１の部分は、物体３１２（図３）に関する空間および時間情報を含むＶＤＳを得ることを含む。強度４０２は、スキャンライン点の容積測定データからのものとすることができる。ある方法（例えば高速フーリエ変換）を強度４０２に適用して、周波数スペクトル４０６を生み出すことができる。物体３１２が心臓の場合、生み出される周波数スペクトル４０６は、心拍動の運動と重ね合せられた組織信号の周波数スペクトルを含む。心拍動に関係した運動だけでなく、周波数スペクトル４０６はさらに、重ね合せられた望ましくない運動を含む可能性がある。望ましくない運動は、２つの隣接するＶＤＳスライス間の差をもたらすより大きな影響を有する可能性がある。例えば、２つの隣接するスライス間の心臓の形状の変化は非常に小さなものである可能性があるが、望ましくない運動が存在する場合、それは、画像ミスレジストレーションの支配的な誘因となる可能性がある。隣接するスライスを互いに動かして（平行移動および回転）、これらのスライスを例えばこれらのスライスの強度に関してマッチングさせることを試みることができる。隣接するスライスの最良のマッチングのために必要な運動を、１つのスライスのもう一方のスライスに対する相対運動（平行移動および回転変化）として記録することができる。
【００１６】
図５は、隣接するデータスライス５０２および５０４がデカルト座標系内で互いから平行移動された容積測定データセットの部分５００を示す。データスライス５０２および５０４がｘ−ｙ平面内で互いに対して動かされまたは変位されている。データスライス５０４内の点５１４は、データスライス５０２内の対応する点５０６からｘ方向右へ１単位およびｙ方向上方ヘ２単位変位されている。同様に、データスライス５０４内の点５１６、５１８および５２０は、隣接するデータスライス５０２内の対応する点５０８、５１０および５１２からｘおよびｙ方向に対応する量だけ変位されている。ｘおよびｙ座標上の相対変化すなわちデルタ（Δ）、例えばΔｘ＝−１およびΔｙ＝−２を、データスライス５０４の任意の点に加えることによって、その点は、データスライス５０２内の対応する／相関された点まで動かされる。例えば、座標（４，５）を有する点５１８に相対変化Δｘ＝−１およびΔｙ＝−２を加えた場合、データスライス５０２の対応する点５１０の座標（４−１＝３，５−２＝３）すなわち（３，３）が得られる。
【００１７】
図６は、隣接するデータスライス６０２および６０４が互いから回転され平行移動されたＶＤＳの部分６００を示す。図６の例では、データスライス６０４の点６１８と６２０をつなぐ線分がｘ−ｙ平面内で角度θだけ回転されている。したがって、データスライス６２６を回転させ、その結果得られるデータスライス６０４を平行移動させてデータスライス６０２を得ることによって、データスライス６２６からデータスライス６０２を得ることができる。あるいは、データスライス６２６を回転させ、次いで（例えばｘ方向に）平行移動させ、再び回転させ、再び（例えばｙ方向に）平行移動させて、データスライス６０２の最終結果を得ることもできる。あるいは、最初にデータスライス６２６を平行移動させ、次いでこの結果を回転させてデータスライス６０２を得ることによって、データスライス６２６からデータスライス６０２を得ることもできる。回転および平行移動操作の順序は変更することができる。図５および６の例は、１つの画像、例えばデータスライス６０２を別の画像、例えばデータスライス６２６から得るためのレジストレーションとしても知られる画像マッチングを実行する方法を示している。
【００１８】
さまざまなレジストレーションアルゴリズムを使用して画像相関を実行することができ、例えば、点、線、表面などの画像の幾何学的特徴を利用するレジストレーションアルゴリズムは、両方のフレームに見られる同じ物理的な実体に対応する像点のセットなどの特徴を識別することによって画像変換を決定する。レジストレーションアルゴリズムは画像強度値に基づき、それぞれのスライス間の類似性尺度を最適化する画像変換を決定するものでもよい。レジストレーションアルゴリズムは、探索空間での探索の量（例えば他のデータセットに対する最良のマッチングを得るために１つのデータセットに対して実行する平行移動および回転の組合せの数）を低減させることもできる。
【００１９】
物体に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットは超音波スキャンからリアルタイムで収集される。未処理の容積測定データはデータスライスに編成され、メモリ、例えば図２のシステム２００のメモリ２１２に記憶される。任意の２つの隣接するスライスは、スキャンされた物体内の異なる時点の共通の物理的なスライスを表す。ＶＤＳが得られた後、隣接するデータスライス間の位置（平行移動）および方向（回転）の差が計算され、本明細書ではこの差を隣接するスライスの相対運動と呼ぶ。処理ユニット、例えば図２のスキャン変換器２１４を使用してこの計算を実行することことができる。この相対運動計算は、連続した隣接するスライス間、例えば第１のスライスと第２のスライスの間、第２のスライスと第３のスライスの間、第３のスライスと第４のスライスの間などで実行される。この相対運動計算は、図５および６で論じた操作に比較される。相対運動計算を実行する前に、ＶＤＳを、取得されたＶＤＳの取得座標系、例えば極座標系から、直交座標系、例えばデカルト座標系にマップすることができる。全ての隣接するスライスについて隣接するスライス間の相対運動が記録されれば、次いで，一連の操作を通して未処理の容積測定データをこの相対運動に関して補正することができる。隣接するスライス間の相対運動計算は、変化表記法、例えばｘ軸方向の変化であるΔｘ、ｙ軸方向の変化であるΔｙ、ｘ−ｙ内の回転角であるΔθで記録することができる。したがって、（Δｘ（２１），Δｙ（２１），Δθ（２１））は、スライス１に関するスライス２と１の間の変化を表すことができ、（Δｘ（３２），Δｙ（３２），Δθ（３２））は、スライス２に関するスライス３と２の間の変化を表すことができ、以下同様に表すことができる。
【００２０】
隣接するスライス間の相対運動に関して未処理の容積測定データを補正することは、後に詳細に説明される以下の操作を含む。計算された相対運動を使用して、基準座標系（ｒｅｆｅｒａｎｃｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ：ＲＣＳ）、例えば第１のスライスが変化しないＲＣＳに関して、それぞれのデータスライスの累積絶対運動を計算する。第１のスライスに対する基準座標系（ＲＣＳ）は、例えば極座標系である取得座標系のスライス座標からデカルト座標への単純な変換から得ることができる。このＲＣＳに関するデータスライスの絶対運動に基づいて、より最適なまたはより正確なＲＣＳ（ｃｏｒｒｅｃｔ ＲＣＳ：ＣＲＣＳ）を定義する。たとえＲＣＳがデカルト座標系であっても、その結果得られるＣＲＣＳがそうとは限らない。ＣＲＣＳを定義した後、サンプリングセクタ（ｓｅｃｔｏｒ）またはスライス、例えば識別されたサンプリング点を有するサンプリングスキャンラインを、ＲＣＳから新しいＣＲＣＳに移動させ／マップする。
【００２１】
補間法によって、新しいＣＲＣＳのサンプリング点の密度を増大させる（例えばサンプリングスキャンラインのライン密度を２倍または３倍にする）。生成されたこの密度を使用して、ＣＲＣＳのサンプリング点の密度をＲＣＳの相関されたＶＤＳ点に探索し、見つけ出し／抽出する（例えば逆マップする）。ＲＣＳからの相関されたＶＤＳ点をＣＲＣＳのサンプリング点の対応する密度にマップする平行移動／回転運動を識別する。識別された平行移動／回転を取得座標システムの全てのＶＤＳデータスライスに適用する。図２の運動推定器／補正器２１６は、例えば上記の操作を実行することができ、次いで平行移動され／回転された未処理の容積測定データをスライスメモリ２１０に記憶する。先に説明した操作を完了させた後、次いでこの未処理の運動補正された容積測定データを処理して、超音波画像を形成することができる。
【００２２】
あるいは、相対運動の計算および運動に関するデータスライスの調整を、未処理のデータのいくつかの処理（合成）の後に実行することもできるが、現行のリアルタイム計算の性能では、画像合成を含む代替の順序での記載の方法の操作の実行が妨げられる可能性がある。
【００２３】
図７は、計算されたＶＤＳスライスの累積／絶対運動を含む累積表７００を示す。基準座標系（ＲＣＳ）に関するデータセットスライスの累積絶対運動は、累積表７００に示すように、基準スライス／基準系に関して、隣接するスライスの相対運動を累積的に加算することによって決定することができる。一例として、第１のスライスＳ１が変化しないＲＣＳではΔｘ＝０、Δｙ＝０およびΔθ＝０である。第２のスライスＳ２は、スライス２と１の間の相対運動変化、例えば相対運動変化（Δｘ（２１），Δｙ（２１），Δθ（２１））に等しい絶対運動変化を有する。この表記は、スライス１に関するスライス２の相対的なｘの変化、スライス１に関するスライス２の相対的なｙの変化、およびスライス１に関するスライス２の相対的な回転θの変化と読むことができる。第３のスライスＳ３に対する絶対運動変化は、スライス２に関するスライス３の決定された相対運動変化に、スライス２の回転された絶対運動変化を加算することによって決定することができる。例えば、Ｓ３の絶対運動変化は、（Δｘ（３２）＋ｃｏｓ（Δθ（２１））×Δｘ（２１）＋ｓｉｎ（Δθ（２１））×Δｙ（２１），Δｙ（３２）−ｓｉｎ（Δθ（２１））×Δｘ（２１）＋ｃｏｓ（Δθ（２１））×Δｙ（２１），Δθ（２１）＋Δθ（３２））である。同様の方法で後続のスライスの絶対運動変化を計算することができる。絶対運動の計算では、全ての容積測定データスライスの運動が分かっている必要があり、それに比べて相対運動計算では隣接する２つのデータスライスが分かっていればよい。
【００２４】
図８はＣＲＣＳ８００を示す。ＲＣＳ８０２に対するデータセットスライスの絶対運動、例えば表７００に例示された絶対運動に基づいて、データの容積測定スライスの中心がよりＣＲＣＳ８００の原点８０４の周囲にくるように、補正された基準座標系ＣＲＣＳ８００が決定される。ＣＲＣＳ８００は、ＣＲＣＳ８００内でスライスが動かされ／位置決めされた場合にそれぞれのデータスライスが最小限しか動かない容積測定データの最良のオーバラップの一部を提供する原点８０４を有するように選択することができる。ＣＲＣＳの原点８０４は例えば、平行移動／回転の最小および最大シフトを平均することによって、または平行移動／回転シフトの中点値を仮定することによって、または容積測定データのシフトの終りを消去し、何らかのデータ・リダクションを適用することによって決定することができる。ＲＣＳ８０２からＣＲＣＳ８００まで動かされる場合に容積測定データスライスが中心にくるＣＲＣＳ８００を選択することによって、高品質画像を得るための容積測定データの量が少なくてすむ。最適に選択されたＣＲＣＳは、データ範囲の他端からよりもデータ範囲の一端からデータをカットする（データを除去する）ことを防ぐのに役立つ可能性がある。図８のＣＲＣＳ８００は直交またはデカルト座標系ではないかもしれないが、ＲＣＳ８０２は直交またはデカルト座標系である可能性がある。さらに、ＲＣＳ８０２は、隣接するスライス間の相対的な平行移動／回転を決定するために、初めの容積測定データを極座標からデカルト座標系に変換した結果であることがある。極座標系変換によって得られるデカルトＲＣＳ８０２は、相対運動推定を決定するのには十分に正確である可能性があるが、画像解像度に関しては十分に正確とは言えない可能性がある。したがって、運動アーチファクトのためには初めの取得座標系（例えば極座標系）のデータスライスを運動補正したほうが望ましい可能性がある。
【００２５】
図９は、ＲＣＳ８０２からＣＲＣＳ８００へのスキャンラインデータサンプルのマッピング９００の一例を示す。スキャンライン９０２のサンプリング点９０６および９１０が、スキャンライン９０４の対応するサンプリング点９０８および９１２にマップされる。ＲＣＳ８０２からＣＲＣＳ８００を決定するために適用される平行移動／回転が、スキャンライン９０２をスキャンライン９０４にマップするために適用される。
【００２６】
図１０は、図９のマッピングに対してサンプリング点の数を増やす一例を示す。さまざまな技法、例えば補間によって、スキャンライン９０４に沿ったサンプリング点の密度を増大させる（例えば最初にマップされたサンプル点を２倍または３倍にする）ことができる。スキャンライン９０４に沿ったサンプリング点の数の増大、例えばサンプリング点９１４、９１６、９１８および９２０の追加を使用して、ＲＣＳ８０２のサンプリング点、例えばサンプリング点９０６および９１０の再位置決めをよりよく決定することができる。ＣＲＣＳ８００のスキャンライン９０４のサンプリング点（例えばサンプリング点９０８、９１２、９１４、９１６、９１８および９２０）の密度を増大させた後、サンプリング点のこのより大きな密度を、ＲＣＳ８０２のマッチングＶＤＳデータに逆マップし／相関させることができる。ＣＲＣＳ８００のサンプリング点（例えば９０８、９１２、９１４、９１６、９１８および９２０）の実際の容積測定データ内のマッチングサンプリング点への相関は、相関されたＲＣＳ８０２サンプリング点をＣＲＣＳ８００のサンプリング点にマップするために適用することができる相対運動（平行移動／回転）を識別する。
【００２７】
図１１は、ＶＤＳデータスライスに対する運動補正１１００を示す。運動補正１１００は、ＲＣＳ８０２のサンプリング点をマップする識別された相対運動を、ＣＲＣＳ８００の相関されたサンプリング点に適用することによって達成することができる。識別された相対運動を、取得基準座標系内に位置するＶＤＳの全てのデータ点／スライス１１０２に適用して、運動補正されたスライス１１０４を生み出すことができる。したがって識別された相対運動は、ＶＤＳデータに適用する前に取得基準座標系、例えば極座標系に適用するために最初に調整することができる。取得座標系の全てのＶＤＳデータスライス１１０２に識別された相対運動を適用すると、運動アーチファクトに対して調整されたＶＤＳ、例えば運動補正されたスライス１１０４が得られる。このように、運動アーチファクトによる超音波画像のぼけをＶＤＳデータから除去することができる。
【００２８】
図１２は、超音波スキャンデータの運動を補正する例示的な方法の流れ図１２００である。空間および時間情報を含むかもしれない容積測定スキャンデータ（ＶＤＳ）が、例えば図２の超音波システム２００によって収集される１２０２。ＶＤＳ内の隣接するスライスが識別され１２０４、極座標からデカルト座標に変換される１２０４。次いで、隣接するスライス間の相対運動（シフト／平行移動（例えばΔｘ、Δｙ）および回転（例えばΔθ））を得るために、２つの隣接するスライス間の相対運動が計算される１２０６。例えば、図６の隣接するデータスライス６０２と６０４の間の平行移動および回転が計算される。あるいはステップ１２０４と１２０６を１つのステップにまとめることもできる。相対運動を計算する追加の隣接するスライスが存在するかどうかについての判定が実施される１２０８。存在する場合には、それらの追加の隣接するスライスに対して、隣接するスライスの識別１２０４および変換１２０４、ならびに相対運動の追加の計算１２０６が実行される。全ての隣接するスライスに対して相対運動計算が実行された後、選択された基準座標系（ＲＣＳ）のそれぞれのスライスの累積／絶対運動が計算される１２１０。結果として生じる計算は、例えば図７に示された累積表７００に記憶することができる。それぞれのスライスに対して累積／絶対運動が使用可能になると、ＶＤＳデータがより中央に置かれるＣＲＣＳが定義される１２１２。例えば、図８に示されたデータスライス８０６は、ＲＣＳ原点８０８に対するデータスライス８１０の位置に比べて、中心がよりＣＲＣＳ原点８０４の周囲に置かれているように見える。ＲＣＳ内に定義されたサンプリング点／スライスは、ＣＲＣＳ基準内の位置ににマップされる１２１４。例えば図９は、ＲＣＳからＣＲＣＳの対応する点９０８および９１２にマップされたサンプル点９０６および９１０を示す。マップされたサンプリング点から、ＣＲＣＳ基準内により大きなサンプリング点密度が生成される１２１６。図１０は例えば、サンプリング点９１２から点９１４および９１６の生成、およびサンプリング点９０８から点９１８および９２０の生成を示す。生成されたサンプリング点の密度、例えばサンプリング点９０８、９１２、９１４、９１６、９１８および９２０の密度は、ＲＣＳ基準のＶＤＳデータ内のマッチングデータ点に逆マップ／相関される１２１８。ＲＣＳのサンプリング点をＣＲＣＳの相関されたサンプリング点にマップするのに必要な相対運動を識別した後、ＶＤＳデータ内の運動アーチファクトを補正するために、識別された相対運動が取得座標系のＶＤＳデータスライスに適用される１２２０。図１１は、運動補正されたスライス１１０４を得るために、識別された相対運動がＶＤＳデータのスライス１１０２に適用される一例を示す。
【００２９】
以上に診断用超音波システムの例示的な実施形態を詳細に説明した。これらのシステムは、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されず、それぞれのシステムの構成要素は、本明細書に記載された他の構成要素から独立にかつ別個に利用することができる。それぞれのシステム構成要素を他のシステム構成要素と組み合わせて使用することもできる。
【００３０】
具体的なさまざまな実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明は、請求項の趣旨および範囲に含まれる変更を加えて実施することができることを当業者は認識されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に従って形成された超音波システムのブロック図である。
【図２】超音波画像を取得し処理するために使用される本発明の一実施形態に従って形成された超音波システムのブロック図である。
【図３】図１に示した超音波システムによって取得された物体の例示的なスキャンを示す図である。
【図４】図１の超音波システムによって収集されたスキャンデータの時間／空間（Ｔ／Ｓ）軸に対する強度の例示的なグラフである。
【図５】デカルト座標系において、互いに対して平行移動した２つの画像をマッチングさせるための一例である。
【図６】デカルト座標系において、互いに対して平行移動し回転した２つの画像をマッチングさせるための一例である。
【図７】図１の超音波システムによって収集されたＶＤＳデータに対して記録された累積／絶対運動を含む累積表の一例である。
【図８】初めの基準座標系から補正された基準座標系（ＣＲＣＳ）へＶＤＳデータがマップされる方法の一例である。
【図９】図１の超音波システムによって収集されたスキャンデータの、基準座標系（ＲＣＳ）から補正されたＲＣＳ（ＣＲＣＳ）にマップされたスキャンラインデータサンプルの一例である。
【図１０】図９のマッピング操作のサンプリング点の数を増やす方法の一例である。
【図１１】図１の超音波システムによって収集されたＶＤＳデータスライスの運動補正の一例である。
【図１２】超音波スキャンデータの運動を補正するための例示的な方法の流れ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００ 超音波システム
１０２ 送信器
１０４ トランスデューサ要素
１０６ アレイトランスデューサ
１０８ 受信器
１１０ ビーム成形器
１１２ ＲＦプロセッサ
１１４ ＲＦ／ＩＱバッファ
１１６ 信号プロセッサ
１１８ 表示システム
１２２ 画像バッファ
２００ 超音波システム
２０２ プローブ
２０４ 送信器
２０６ 受信器
２０８ 超音波容積
２１０ スキャン平面
２１２ メモリ
２１４ 空間／時間画像相関（ＳＴＩＣ）解析器／変換器
２１６ 運動推定器／補正器
２１８ 容積メモリ
２２０ 容積表示プロセッサ
２２２ ビデオプロセッサ
２２４ 表示装置
３００ 容積
３０２ 超音波
３０４ 容積測定スライス
３０６ 超音波スキャンの高さ
３０８ ボクセル
３１０ ボクセル
３１２ 物体
４００ グラフ
４０２ 強度
４０４ 時間／空間（Ｔ／Ｓ）軸
４０６ 周波数スペクトル
５００ 容積測定データセットの部分
５０２ データスライス
５０４ データスライス
５０６ データスライス内の点
５０８ データスライス内の点
５１０ データスライス内の点
５１２ データスライス内の点
５１４ データスライス内の点
５１６ データスライス内の点
５１８ データスライス内の点
５２０ データスライス内の点
６００ 容積測定データセットの部分
６０２ データスライス
６０４ データスライス
６１８ データスライス内の点
６２０ データスライス内の点
６２６ データスライス
７００ 累積表
８００ ＣＲＣＳ
８０２ ＲＣＳ
８０４ ＣＲＣＳの原点
８０６ データスライス
８０８ ＲＣＳの原点
８１０ データスライス
９００ データサンプルのマッピング
９０２ スキャンライン
９０４ スキャンライン
９０６ サンプリング点
９０８ サンプリング点
９１０ サンプリング点
９１２ サンプリング点
９１４ サンプリング点
９１６ サンプリング点
９１８ サンプリング点
９２０ サンプリング点
１１００ 運動補正
１１０２ 取得座標系のスライス
１１０４ 運動補正されたスライス
【技術分野】
【０００１】
本発明は診断用超音波の運動補正（ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）に関する。特に本発明は、超音波データを取得し処理して、超音波画像の運動アーチファクトを低減させるための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られている少なくともいくつかの超音波システムは、所与の標的の複数の超音波画像を空間的に合成して合成画像にする能力を有する。全体を通じて使用される用語「合成する」は、それぞれが１つの画像フレームを定義する複数のデータセットを非コヒーレントに（ｎｏｎ−ｃｏｈｅｒｅｎｔｌｙ）組み合わせて新しい単一のデータセットを生み出すことを意味する。これらのデータセットは異なる位置で得られたものであってもよく、かつ／またはそれぞれ異なる時刻に得られたものであってもよい。合成画像標的内のそれぞれの点からの対応するデータを組み合わせることによって、これらのデータセットまたはフレームは組み合わせられて単一の合成画像を生成する。リアルタイム空間合成画像化は、実質的に独立した位置から部分的に重なり合う一連の構成画像フレームを取得することによって実行することができる。位置の変化を推定し、推定された変化を補正し、続いて加算、平均化、ピーク検出または他の組合せ手段により組み合わせることによって、これらの構成フレームは合成画像に組み合わせられる。合成された画像はより幅の広い視野を示す可能性がある。
【０００３】
リアルタイム空間合成画像化では、それぞれの新しい合成画像フレームを生み出すためにいくつかの画像フレームが必要である。合成画像を構築する際に使用される最初のフレームの取得とこの合成画像で使用される最後のフレームの取得との間には時間差が存在する。これらのフレーム取得間の時間差のため、かなりの画像ミスレジストレーション（ｍｉｓｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）が存在する可能性がある。合成画像を構築するために多数の画像フレームが使用される場合には、この画像ミスレジストレーションによって合成画像のぼけ（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）が生じる可能性がある。画像を構築するために相対的に少ない数の画像フレームが使用される場合には、相対的にぼけが小さくなる可能性がある。多数の画像フレームを取得することが一般に望ましいが、この多数の画像フレームは取得により長い時間を必要とし、その間に、望ましくないレベルまでぼけが増す可能性がある。
【０００４】
あるタイプの画像標的の運動、例えば鼓動している心臓の運動は重要である。しかし望ましくない運動も存在する。望ましくない運動の原因の例は、スキャン中の患者の呼吸、画像標的の望まれていない運動を引き起こす患者の体内の胎児の運動、および操作者による超音波スキャナの望ましくない運動である。
【特許文献１】米国特許第６５２７７１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
容積測定（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）データセットの運動補正のための改良された方法およびシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、容積測定データセット内の運動アーチファクトを補正するための方法が提供される。この方法は、物体に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットを得ることを含む。この容積測定データセットは、少なくとも２つの隣接するデータスライスが物体内の異なる時点の共通の物理的なスライスを表すようにデータスライスに編成される。容積測定データセットのスライスに対して、隣接するデータスライス間の相対運動が決定され、この相対運動を使用して、隣接するスライスの相対位置が補正される。
【０００７】
他の実施形態では、容積測定データセット内の運動アーチファクトを補正する超音波システムが提供される。このシステムは、物体に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットを記憶するためのメモリを含む。この容積測定データセットは、それによって少なくとも２つの隣接するデータスライスが物体内の異なる時点の共通の物理的なスライスを表すデータスライスに編成される。容積測定データセット内の隣接するデータスライス間の相対運動を決定するために処理ユニットが含まれる。処理ユニットは、隣接する第１および第２のスライス間の相対運動を補正する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態に従って形成された超音波システム１００のブロック図である。超音波システム１００は、アレイトランスデューサ１０６の中の複数のトランスデューサ要素１０４を駆動して、パルス超音波信号を体内に発射させる送信器１０２を含む。さまざまな幾何学的配置を使用することができる。発射された超音波信号は、血球、筋肉組織のような体内の密度界面および／または構造から後方散乱されて、トランスデューサ要素１０４に戻るエコーを生み出す。受信器１０８はこのエコーを受け取る。受け取られたエコーはビーム成形器１１０に通され、ビーム成形器１１０はビーム成形を実行しＲＦ信号を出力する。このＲＦ信号は次いでＲＦプロセッサ１１２を通過する。あるいはＲＦプロセッサ１１２は、このＲＦ信号を復調してエコー信号を表すＩＱデータ対を形成する複雑な復調器（図示せず）を含む。次いでこのＲＦまたはＩＱ信号データを、一時記憶用のＲＦ／ＩＱバッファ１１４に直接に送ることができる。
【０００９】
超音波システム１００はさらに、取得された超音波情報（すなわちＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理し、表示システム１１８に表示するための超音波情報フレームを準備する信号プロセッサ１１６を含む。信号プロセッサ１１６は、選択可能な複数の超音波様式（ｍｏｄａｌｉｔｙ）に基づく１つまたは複数の処理操作を、取得された超音波情報に対して実行するように適合されている。この例示的な実施形態では、スキャニングセッションの間、エコー信号が受け取られたときに、取得された超音波情報がリアルタイムで処理される。代替実施形態では、スキャニングセッションの間、超音波情報がＲＦ／ＩＱバッファ１１４に一時的に記憶され、この超音波情報が、リアルタイムとは言えないライブまたはオフライン操作で処理される。
【００１０】
超音波システム１００は、ほぼヒトの眼の認知速度である毎秒５０フレームを超えるフレームレートで超音波情報を連続的に取得することができる。取得された超音波情報は、より遅いフレームレートで表示システム１１８上に表示することもできる。すぐに表示する予定のない取得された超音波情報の処理されたフレームを記憶するために画像バッファ１２２が含まれる。この例示的な実施形態では、画像バッファ１２２が、少なくとも数秒分の超音波情報フレームを記憶するのに十分な容量を有するバッファである。これらの超音波情報フレームは、その取得順序または取得時刻に従って容易に取り出せる方法で記憶される。画像バッファ１２２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の周知のデータ記憶媒体などの少なくとも１つのメモリデバイスを含むことができる。ただしこれらに限定されるわけではない。
【００１１】
図２は、本発明の一実施形態に従って形成された超音波システム２００を示す。システム２００は、送信器２０４および受信器２０６に接続されたプローブ２０２を含む。プローブ２０２は超音波パルスを送り、スキャンされた超音波容積２０８の内側の構造からエコーを受け取る。メモリ２１２は、スキャンされた超音波容積２０８に由来する受信器２０６からの超音波データを記憶する。容積２０８は、さまざまな技法によって得ることができる（例えば３Ｄスキャニング、リアルタイム３Ｄ画像化、容積スキャニング、位置決めセンサを有するトランスデューサを用いた２Ｄスキャニング、ボクセル（Ｖｏｘｅｌ）相関技法を使用したフリーハンドスキャニング、２Ｄまたはマトリックスアレイトランスデューサなど）。
【００１２】
直線経路、円弧状経路などに沿ってプローブ２０２を動かし、その間に関心領域（ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）をスキャンする。それぞれの直線または円弧位置で、プローブ２０２はスキャン平面２１０を得る。スキャン平面２１０はメモリ２１２に記憶され、次いで空間／時間画像相関（ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｉｍａｇｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ：ＳＴＩＣ）解析器／変換器２１４に渡される。いくつかの実施形態では、プローブ２０２がスキャン平面２１０の代わりにラインを取得し、メモリ２１２は、スキャン平面２１０ではなしに、プローブ２０２によって得られたラインを記憶する。データ出力は、メモリ２１２から、運動推定器／補正器２１６を通してＳＴＩＣ解析器／変換器２１４に渡される。ＳＴＩＣ解析器／変換器２１４は容積メモリ２１８にデータを記憶し、このデータは、容積表示プロセッサ２２０によってアクセスされる。容積表示プロセッサ２２０は、容積レンダリングおよび／または他の画像処理技法をデータに対して実行する。容積表示プロセッサ２２０の出力はビデオプロセッサ２２２に渡され、ビデオプロセッサ２２２から表示装置２２４に渡される。
【００１３】
それぞれのエコー信号サンプル（ボクセル）の位置は、幾何学的な正確さ（すなわち１つのボクセルから次のボクセルまでの距離）、超音波応答、および超音波応答から得られた値に関して定義することができる。適当な超音波応答には例えばＢモード、グレースケール値、カラーフロー値、および血管ドップラー（ａｎｇｉｏ−Ｄｏｐｐｌｅｒ）またはパワードップラー情報が含まれる。
【００１４】
図３において、アレイトランスデューサ１０６（図１）は、物体３１２を含む容積３００をゆっくりと、例えば７から１５秒以内に物体３１２の容積測定スイープ（ｓｗｅｅｐ）（例えば１０〜３０度スイープ）を１回の速度で、スキャンすることができる。容積測定スイープは、容積３００のスライス３０４に沿って超音波３０２を発射し、次いでこの超音波スキャンの高さ３０６を変更することで次のスライス３０４を得ることによって、生み出すことができる。例えば、ボクセル３０８は１つの容積測定スライス３０４にあり、別のボクセル３１０は異なる容積測定スライス３０４にある。鼓動している心臓などの物体３１２の運動のため、このスイープの間に物体３１２が形状を変える可能性がある。アレイトランスデューサ１０６の運動のために、望ましくない運動アーチファクトが、スイープの容積測定データセットに含まれる可能性もある。先に論じた他の原因だけでなく、例えばスキャンされた患者による呼吸がアレイトランスデューサ１０６の運動を引き起こす可能性もある。
【００１５】
図４は、システム１００（図１）によって収集されたスキャンデータの強度４０２を、時間／空間（Ｔ／Ｓ）軸４０４に対して示した例示的なグラフ４００である。容積測定データセット（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｄａｔａ ｓｅｔ：ＶＤＳ）内の運動アーチファクトを補正する方法の第１の部分は、物体３１２（図３）に関する空間および時間情報を含むＶＤＳを得ることを含む。強度４０２は、スキャンライン点の容積測定データからのものとすることができる。ある方法（例えば高速フーリエ変換）を強度４０２に適用して、周波数スペクトル４０６を生み出すことができる。物体３１２が心臓の場合、生み出される周波数スペクトル４０６は、心拍動の運動と重ね合せられた組織信号の周波数スペクトルを含む。心拍動に関係した運動だけでなく、周波数スペクトル４０６はさらに、重ね合せられた望ましくない運動を含む可能性がある。望ましくない運動は、２つの隣接するＶＤＳスライス間の差をもたらすより大きな影響を有する可能性がある。例えば、２つの隣接するスライス間の心臓の形状の変化は非常に小さなものである可能性があるが、望ましくない運動が存在する場合、それは、画像ミスレジストレーションの支配的な誘因となる可能性がある。隣接するスライスを互いに動かして（平行移動および回転）、これらのスライスを例えばこれらのスライスの強度に関してマッチングさせることを試みることができる。隣接するスライスの最良のマッチングのために必要な運動を、１つのスライスのもう一方のスライスに対する相対運動（平行移動および回転変化）として記録することができる。
【００１６】
図５は、隣接するデータスライス５０２および５０４がデカルト座標系内で互いから平行移動された容積測定データセットの部分５００を示す。データスライス５０２および５０４がｘ−ｙ平面内で互いに対して動かされまたは変位されている。データスライス５０４内の点５１４は、データスライス５０２内の対応する点５０６からｘ方向右へ１単位およびｙ方向上方ヘ２単位変位されている。同様に、データスライス５０４内の点５１６、５１８および５２０は、隣接するデータスライス５０２内の対応する点５０８、５１０および５１２からｘおよびｙ方向に対応する量だけ変位されている。ｘおよびｙ座標上の相対変化すなわちデルタ（Δ）、例えばΔｘ＝−１およびΔｙ＝−２を、データスライス５０４の任意の点に加えることによって、その点は、データスライス５０２内の対応する／相関された点まで動かされる。例えば、座標（４，５）を有する点５１８に相対変化Δｘ＝−１およびΔｙ＝−２を加えた場合、データスライス５０２の対応する点５１０の座標（４−１＝３，５−２＝３）すなわち（３，３）が得られる。
【００１７】
図６は、隣接するデータスライス６０２および６０４が互いから回転され平行移動されたＶＤＳの部分６００を示す。図６の例では、データスライス６０４の点６１８と６２０をつなぐ線分がｘ−ｙ平面内で角度θだけ回転されている。したがって、データスライス６２６を回転させ、その結果得られるデータスライス６０４を平行移動させてデータスライス６０２を得ることによって、データスライス６２６からデータスライス６０２を得ることができる。あるいは、データスライス６２６を回転させ、次いで（例えばｘ方向に）平行移動させ、再び回転させ、再び（例えばｙ方向に）平行移動させて、データスライス６０２の最終結果を得ることもできる。あるいは、最初にデータスライス６２６を平行移動させ、次いでこの結果を回転させてデータスライス６０２を得ることによって、データスライス６２６からデータスライス６０２を得ることもできる。回転および平行移動操作の順序は変更することができる。図５および６の例は、１つの画像、例えばデータスライス６０２を別の画像、例えばデータスライス６２６から得るためのレジストレーションとしても知られる画像マッチングを実行する方法を示している。
【００１８】
さまざまなレジストレーションアルゴリズムを使用して画像相関を実行することができ、例えば、点、線、表面などの画像の幾何学的特徴を利用するレジストレーションアルゴリズムは、両方のフレームに見られる同じ物理的な実体に対応する像点のセットなどの特徴を識別することによって画像変換を決定する。レジストレーションアルゴリズムは画像強度値に基づき、それぞれのスライス間の類似性尺度を最適化する画像変換を決定するものでもよい。レジストレーションアルゴリズムは、探索空間での探索の量（例えば他のデータセットに対する最良のマッチングを得るために１つのデータセットに対して実行する平行移動および回転の組合せの数）を低減させることもできる。
【００１９】
物体に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットは超音波スキャンからリアルタイムで収集される。未処理の容積測定データはデータスライスに編成され、メモリ、例えば図２のシステム２００のメモリ２１２に記憶される。任意の２つの隣接するスライスは、スキャンされた物体内の異なる時点の共通の物理的なスライスを表す。ＶＤＳが得られた後、隣接するデータスライス間の位置（平行移動）および方向（回転）の差が計算され、本明細書ではこの差を隣接するスライスの相対運動と呼ぶ。処理ユニット、例えば図２のスキャン変換器２１４を使用してこの計算を実行することことができる。この相対運動計算は、連続した隣接するスライス間、例えば第１のスライスと第２のスライスの間、第２のスライスと第３のスライスの間、第３のスライスと第４のスライスの間などで実行される。この相対運動計算は、図５および６で論じた操作に比較される。相対運動計算を実行する前に、ＶＤＳを、取得されたＶＤＳの取得座標系、例えば極座標系から、直交座標系、例えばデカルト座標系にマップすることができる。全ての隣接するスライスについて隣接するスライス間の相対運動が記録されれば、次いで，一連の操作を通して未処理の容積測定データをこの相対運動に関して補正することができる。隣接するスライス間の相対運動計算は、変化表記法、例えばｘ軸方向の変化であるΔｘ、ｙ軸方向の変化であるΔｙ、ｘ−ｙ内の回転角であるΔθで記録することができる。したがって、（Δｘ（２１），Δｙ（２１），Δθ（２１））は、スライス１に関するスライス２と１の間の変化を表すことができ、（Δｘ（３２），Δｙ（３２），Δθ（３２））は、スライス２に関するスライス３と２の間の変化を表すことができ、以下同様に表すことができる。
【００２０】
隣接するスライス間の相対運動に関して未処理の容積測定データを補正することは、後に詳細に説明される以下の操作を含む。計算された相対運動を使用して、基準座標系（ｒｅｆｅｒａｎｃｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ：ＲＣＳ）、例えば第１のスライスが変化しないＲＣＳに関して、それぞれのデータスライスの累積絶対運動を計算する。第１のスライスに対する基準座標系（ＲＣＳ）は、例えば極座標系である取得座標系のスライス座標からデカルト座標への単純な変換から得ることができる。このＲＣＳに関するデータスライスの絶対運動に基づいて、より最適なまたはより正確なＲＣＳ（ｃｏｒｒｅｃｔ ＲＣＳ：ＣＲＣＳ）を定義する。たとえＲＣＳがデカルト座標系であっても、その結果得られるＣＲＣＳがそうとは限らない。ＣＲＣＳを定義した後、サンプリングセクタ（ｓｅｃｔｏｒ）またはスライス、例えば識別されたサンプリング点を有するサンプリングスキャンラインを、ＲＣＳから新しいＣＲＣＳに移動させ／マップする。
【００２１】
補間法によって、新しいＣＲＣＳのサンプリング点の密度を増大させる（例えばサンプリングスキャンラインのライン密度を２倍または３倍にする）。生成されたこの密度を使用して、ＣＲＣＳのサンプリング点の密度をＲＣＳの相関されたＶＤＳ点に探索し、見つけ出し／抽出する（例えば逆マップする）。ＲＣＳからの相関されたＶＤＳ点をＣＲＣＳのサンプリング点の対応する密度にマップする平行移動／回転運動を識別する。識別された平行移動／回転を取得座標システムの全てのＶＤＳデータスライスに適用する。図２の運動推定器／補正器２１６は、例えば上記の操作を実行することができ、次いで平行移動され／回転された未処理の容積測定データをスライスメモリ２１０に記憶する。先に説明した操作を完了させた後、次いでこの未処理の運動補正された容積測定データを処理して、超音波画像を形成することができる。
【００２２】
あるいは、相対運動の計算および運動に関するデータスライスの調整を、未処理のデータのいくつかの処理（合成）の後に実行することもできるが、現行のリアルタイム計算の性能では、画像合成を含む代替の順序での記載の方法の操作の実行が妨げられる可能性がある。
【００２３】
図７は、計算されたＶＤＳスライスの累積／絶対運動を含む累積表７００を示す。基準座標系（ＲＣＳ）に関するデータセットスライスの累積絶対運動は、累積表７００に示すように、基準スライス／基準系に関して、隣接するスライスの相対運動を累積的に加算することによって決定することができる。一例として、第１のスライスＳ１が変化しないＲＣＳではΔｘ＝０、Δｙ＝０およびΔθ＝０である。第２のスライスＳ２は、スライス２と１の間の相対運動変化、例えば相対運動変化（Δｘ（２１），Δｙ（２１），Δθ（２１））に等しい絶対運動変化を有する。この表記は、スライス１に関するスライス２の相対的なｘの変化、スライス１に関するスライス２の相対的なｙの変化、およびスライス１に関するスライス２の相対的な回転θの変化と読むことができる。第３のスライスＳ３に対する絶対運動変化は、スライス２に関するスライス３の決定された相対運動変化に、スライス２の回転された絶対運動変化を加算することによって決定することができる。例えば、Ｓ３の絶対運動変化は、（Δｘ（３２）＋ｃｏｓ（Δθ（２１））×Δｘ（２１）＋ｓｉｎ（Δθ（２１））×Δｙ（２１），Δｙ（３２）−ｓｉｎ（Δθ（２１））×Δｘ（２１）＋ｃｏｓ（Δθ（２１））×Δｙ（２１），Δθ（２１）＋Δθ（３２））である。同様の方法で後続のスライスの絶対運動変化を計算することができる。絶対運動の計算では、全ての容積測定データスライスの運動が分かっている必要があり、それに比べて相対運動計算では隣接する２つのデータスライスが分かっていればよい。
【００２４】
図８はＣＲＣＳ８００を示す。ＲＣＳ８０２に対するデータセットスライスの絶対運動、例えば表７００に例示された絶対運動に基づいて、データの容積測定スライスの中心がよりＣＲＣＳ８００の原点８０４の周囲にくるように、補正された基準座標系ＣＲＣＳ８００が決定される。ＣＲＣＳ８００は、ＣＲＣＳ８００内でスライスが動かされ／位置決めされた場合にそれぞれのデータスライスが最小限しか動かない容積測定データの最良のオーバラップの一部を提供する原点８０４を有するように選択することができる。ＣＲＣＳの原点８０４は例えば、平行移動／回転の最小および最大シフトを平均することによって、または平行移動／回転シフトの中点値を仮定することによって、または容積測定データのシフトの終りを消去し、何らかのデータ・リダクションを適用することによって決定することができる。ＲＣＳ８０２からＣＲＣＳ８００まで動かされる場合に容積測定データスライスが中心にくるＣＲＣＳ８００を選択することによって、高品質画像を得るための容積測定データの量が少なくてすむ。最適に選択されたＣＲＣＳは、データ範囲の他端からよりもデータ範囲の一端からデータをカットする（データを除去する）ことを防ぐのに役立つ可能性がある。図８のＣＲＣＳ８００は直交またはデカルト座標系ではないかもしれないが、ＲＣＳ８０２は直交またはデカルト座標系である可能性がある。さらに、ＲＣＳ８０２は、隣接するスライス間の相対的な平行移動／回転を決定するために、初めの容積測定データを極座標からデカルト座標系に変換した結果であることがある。極座標系変換によって得られるデカルトＲＣＳ８０２は、相対運動推定を決定するのには十分に正確である可能性があるが、画像解像度に関しては十分に正確とは言えない可能性がある。したがって、運動アーチファクトのためには初めの取得座標系（例えば極座標系）のデータスライスを運動補正したほうが望ましい可能性がある。
【００２５】
図９は、ＲＣＳ８０２からＣＲＣＳ８００へのスキャンラインデータサンプルのマッピング９００の一例を示す。スキャンライン９０２のサンプリング点９０６および９１０が、スキャンライン９０４の対応するサンプリング点９０８および９１２にマップされる。ＲＣＳ８０２からＣＲＣＳ８００を決定するために適用される平行移動／回転が、スキャンライン９０２をスキャンライン９０４にマップするために適用される。
【００２６】
図１０は、図９のマッピングに対してサンプリング点の数を増やす一例を示す。さまざまな技法、例えば補間によって、スキャンライン９０４に沿ったサンプリング点の密度を増大させる（例えば最初にマップされたサンプル点を２倍または３倍にする）ことができる。スキャンライン９０４に沿ったサンプリング点の数の増大、例えばサンプリング点９１４、９１６、９１８および９２０の追加を使用して、ＲＣＳ８０２のサンプリング点、例えばサンプリング点９０６および９１０の再位置決めをよりよく決定することができる。ＣＲＣＳ８００のスキャンライン９０４のサンプリング点（例えばサンプリング点９０８、９１２、９１４、９１６、９１８および９２０）の密度を増大させた後、サンプリング点のこのより大きな密度を、ＲＣＳ８０２のマッチングＶＤＳデータに逆マップし／相関させることができる。ＣＲＣＳ８００のサンプリング点（例えば９０８、９１２、９１４、９１６、９１８および９２０）の実際の容積測定データ内のマッチングサンプリング点への相関は、相関されたＲＣＳ８０２サンプリング点をＣＲＣＳ８００のサンプリング点にマップするために適用することができる相対運動（平行移動／回転）を識別する。
【００２７】
図１１は、ＶＤＳデータスライスに対する運動補正１１００を示す。運動補正１１００は、ＲＣＳ８０２のサンプリング点をマップする識別された相対運動を、ＣＲＣＳ８００の相関されたサンプリング点に適用することによって達成することができる。識別された相対運動を、取得基準座標系内に位置するＶＤＳの全てのデータ点／スライス１１０２に適用して、運動補正されたスライス１１０４を生み出すことができる。したがって識別された相対運動は、ＶＤＳデータに適用する前に取得基準座標系、例えば極座標系に適用するために最初に調整することができる。取得座標系の全てのＶＤＳデータスライス１１０２に識別された相対運動を適用すると、運動アーチファクトに対して調整されたＶＤＳ、例えば運動補正されたスライス１１０４が得られる。このように、運動アーチファクトによる超音波画像のぼけをＶＤＳデータから除去することができる。
【００２８】
図１２は、超音波スキャンデータの運動を補正する例示的な方法の流れ図１２００である。空間および時間情報を含むかもしれない容積測定スキャンデータ（ＶＤＳ）が、例えば図２の超音波システム２００によって収集される１２０２。ＶＤＳ内の隣接するスライスが識別され１２０４、極座標からデカルト座標に変換される１２０４。次いで、隣接するスライス間の相対運動（シフト／平行移動（例えばΔｘ、Δｙ）および回転（例えばΔθ））を得るために、２つの隣接するスライス間の相対運動が計算される１２０６。例えば、図６の隣接するデータスライス６０２と６０４の間の平行移動および回転が計算される。あるいはステップ１２０４と１２０６を１つのステップにまとめることもできる。相対運動を計算する追加の隣接するスライスが存在するかどうかについての判定が実施される１２０８。存在する場合には、それらの追加の隣接するスライスに対して、隣接するスライスの識別１２０４および変換１２０４、ならびに相対運動の追加の計算１２０６が実行される。全ての隣接するスライスに対して相対運動計算が実行された後、選択された基準座標系（ＲＣＳ）のそれぞれのスライスの累積／絶対運動が計算される１２１０。結果として生じる計算は、例えば図７に示された累積表７００に記憶することができる。それぞれのスライスに対して累積／絶対運動が使用可能になると、ＶＤＳデータがより中央に置かれるＣＲＣＳが定義される１２１２。例えば、図８に示されたデータスライス８０６は、ＲＣＳ原点８０８に対するデータスライス８１０の位置に比べて、中心がよりＣＲＣＳ原点８０４の周囲に置かれているように見える。ＲＣＳ内に定義されたサンプリング点／スライスは、ＣＲＣＳ基準内の位置ににマップされる１２１４。例えば図９は、ＲＣＳからＣＲＣＳの対応する点９０８および９１２にマップされたサンプル点９０６および９１０を示す。マップされたサンプリング点から、ＣＲＣＳ基準内により大きなサンプリング点密度が生成される１２１６。図１０は例えば、サンプリング点９１２から点９１４および９１６の生成、およびサンプリング点９０８から点９１８および９２０の生成を示す。生成されたサンプリング点の密度、例えばサンプリング点９０８、９１２、９１４、９１６、９１８および９２０の密度は、ＲＣＳ基準のＶＤＳデータ内のマッチングデータ点に逆マップ／相関される１２１８。ＲＣＳのサンプリング点をＣＲＣＳの相関されたサンプリング点にマップするのに必要な相対運動を識別した後、ＶＤＳデータ内の運動アーチファクトを補正するために、識別された相対運動が取得座標系のＶＤＳデータスライスに適用される１２２０。図１１は、運動補正されたスライス１１０４を得るために、識別された相対運動がＶＤＳデータのスライス１１０２に適用される一例を示す。
【００２９】
以上に診断用超音波システムの例示的な実施形態を詳細に説明した。これらのシステムは、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されず、それぞれのシステムの構成要素は、本明細書に記載された他の構成要素から独立にかつ別個に利用することができる。それぞれのシステム構成要素を他のシステム構成要素と組み合わせて使用することもできる。
【００３０】
具体的なさまざまな実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明は、請求項の趣旨および範囲に含まれる変更を加えて実施することができることを当業者は認識されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に従って形成された超音波システムのブロック図である。
【図２】超音波画像を取得し処理するために使用される本発明の一実施形態に従って形成された超音波システムのブロック図である。
【図３】図１に示した超音波システムによって取得された物体の例示的なスキャンを示す図である。
【図４】図１の超音波システムによって収集されたスキャンデータの時間／空間（Ｔ／Ｓ）軸に対する強度の例示的なグラフである。
【図５】デカルト座標系において、互いに対して平行移動した２つの画像をマッチングさせるための一例である。
【図６】デカルト座標系において、互いに対して平行移動し回転した２つの画像をマッチングさせるための一例である。
【図７】図１の超音波システムによって収集されたＶＤＳデータに対して記録された累積／絶対運動を含む累積表の一例である。
【図８】初めの基準座標系から補正された基準座標系（ＣＲＣＳ）へＶＤＳデータがマップされる方法の一例である。
【図９】図１の超音波システムによって収集されたスキャンデータの、基準座標系（ＲＣＳ）から補正されたＲＣＳ（ＣＲＣＳ）にマップされたスキャンラインデータサンプルの一例である。
【図１０】図９のマッピング操作のサンプリング点の数を増やす方法の一例である。
【図１１】図１の超音波システムによって収集されたＶＤＳデータスライスの運動補正の一例である。
【図１２】超音波スキャンデータの運動を補正するための例示的な方法の流れ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００ 超音波システム
１０２ 送信器
１０４ トランスデューサ要素
１０６ アレイトランスデューサ
１０８ 受信器
１１０ ビーム成形器
１１２ ＲＦプロセッサ
１１４ ＲＦ／ＩＱバッファ
１１６ 信号プロセッサ
１１８ 表示システム
１２２ 画像バッファ
２００ 超音波システム
２０２ プローブ
２０４ 送信器
２０６ 受信器
２０８ 超音波容積
２１０ スキャン平面
２１２ メモリ
２１４ 空間／時間画像相関（ＳＴＩＣ）解析器／変換器
２１６ 運動推定器／補正器
２１８ 容積メモリ
２２０ 容積表示プロセッサ
２２２ ビデオプロセッサ
２２４ 表示装置
３００ 容積
３０２ 超音波
３０４ 容積測定スライス
３０６ 超音波スキャンの高さ
３０８ ボクセル
３１０ ボクセル
３１２ 物体
４００ グラフ
４０２ 強度
４０４ 時間／空間（Ｔ／Ｓ）軸
４０６ 周波数スペクトル
５００ 容積測定データセットの部分
５０２ データスライス
５０４ データスライス
５０６ データスライス内の点
５０８ データスライス内の点
５１０ データスライス内の点
５１２ データスライス内の点
５１４ データスライス内の点
５１６ データスライス内の点
５１８ データスライス内の点
５２０ データスライス内の点
６００ 容積測定データセットの部分
６０２ データスライス
６０４ データスライス
６１８ データスライス内の点
６２０ データスライス内の点
６２６ データスライス
７００ 累積表
８００ ＣＲＣＳ
８０２ ＲＣＳ
８０４ ＣＲＣＳの原点
８０６ データスライス
８０８ ＲＣＳの原点
８１０ データスライス
９００ データサンプルのマッピング
９０２ スキャンライン
９０４ スキャンライン
９０６ サンプリング点
９０８ サンプリング点
９１０ サンプリング点
９１２ サンプリング点
９１４ サンプリング点
９１６ サンプリング点
９１８ サンプリング点
９２０ サンプリング点
１１００ 運動補正
１１０２ 取得座標系のスライス
１１０４ 運動補正されたスライス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積測定データセット内の運動アーチファクトを補正するためのシステム（１００）であって、
物体（３１２）に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットを記憶するメモリ（２１２）を含み、前記容積測定データセットがデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）に編成されており、少なくとも２つの隣接する前記データスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）が異なる時点の共通の物体（３１２）を表し、
前記容積測定データセット内の隣接する第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の相対運動を決定する（１２０６）処理ユニット（１１６）をさらに含み、前記処理ユニット（１１６）が、前記隣接する第１および第２のスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の前記相対運動を補正する（１２２０）、システム（１００）。
【請求項２】
前記処理ユニット（１１６）が、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の位置および方向の差を前記相対運動として計算する（１２０６）、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記処理ユニット（１１６）が、前記容積測定データセット内の全ての前記データスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）に対して前記決定（１２０６）および補正（１２２０）操作を繰り返す、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記処理ユニット（１１６）が、前記容積測定データセットの基準座標系（８０２）に関して、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）の累積運動を決定する（１２１０）、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記処理ユニット（１１６）が、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）に対して、前記容積測定データセットの座標系とは異なる補正された基準座標系（８００）を決定する（１２１２）、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記処理ユニット（１１６）が、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の前記相対運動に基づいて基準座標系を計算する、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記処理ユニット（１１６）が、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）を新しい座標基準系にマップし、前記新しい座標基準系にマップされるときに、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）が、前記相対運動に基づいて互いにシフトされる、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記処理ユニット（１１６）が、前記相対運動を補正するときに、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）のうちの少なくとも１つを回転させ、平行移動させる、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項９】
前記容積測定データセットが、超音波、Ｘ線、ＣＴ、ＭＲおよび核医学データのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項１０】
前記容積測定データセットとして前記物体（３１２）から超音波データを、スキャン期間の全体を通じて連続的に取得する（１２０２）プローブ（２０２）をさらに含み、前記物体（３１２）が、前記スキャン期間中の少なくとも２周期の繰返しパターンの間、動いている、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項１】
容積測定データセット内の運動アーチファクトを補正するためのシステム（１００）であって、
物体（３１２）に関する空間および時間情報を含む容積測定データセットを記憶するメモリ（２１２）を含み、前記容積測定データセットがデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）に編成されており、少なくとも２つの隣接する前記データスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）が異なる時点の共通の物体（３１２）を表し、
前記容積測定データセット内の隣接する第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の相対運動を決定する（１２０６）処理ユニット（１１６）をさらに含み、前記処理ユニット（１１６）が、前記隣接する第１および第２のスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の前記相対運動を補正する（１２２０）、システム（１００）。
【請求項２】
前記処理ユニット（１１６）が、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の位置および方向の差を前記相対運動として計算する（１２０６）、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記処理ユニット（１１６）が、前記容積測定データセット内の全ての前記データスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）に対して前記決定（１２０６）および補正（１２２０）操作を繰り返す、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記処理ユニット（１１６）が、前記容積測定データセットの基準座標系（８０２）に関して、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）の累積運動を決定する（１２１０）、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記処理ユニット（１１６）が、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）に対して、前記容積測定データセットの座標系とは異なる補正された基準座標系（８００）を決定する（１２１２）、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記処理ユニット（１１６）が、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）間の前記相対運動に基づいて基準座標系を計算する、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記処理ユニット（１１６）が、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）を新しい座標基準系にマップし、前記新しい座標基準系にマップされるときに、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）が、前記相対運動に基づいて互いにシフトされる、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記処理ユニット（１１６）が、前記相対運動を補正するときに、前記第１および第２のデータスライス（５０２、５０４、６０２、６０４、６２６）のうちの少なくとも１つを回転させ、平行移動させる、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項９】
前記容積測定データセットが、超音波、Ｘ線、ＣＴ、ＭＲおよび核医学データのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項１０】
前記容積測定データセットとして前記物体（３１２）から超音波データを、スキャン期間の全体を通じて連続的に取得する（１２０２）プローブ（２０２）をさらに含み、前記物体（３１２）が、前記スキャン期間中の少なくとも２周期の繰返しパターンの間、動いている、請求項１記載のシステム（１００）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−６１６９４（Ｐ２００６−６１６９４Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４３６８０（Ｐ２００５−２４３６８０）
【出願日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【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１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【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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