超音波画像処理方法および超音波画像処理装置
血管の超音波Ｂモード画像におけるノイズ出現を低減するために血流情報が使用される。血流検出器によって血流信号が取得される。ハイパスフィルタ通過後、血管内腔の血流信号パワーのみが残り、静止組織部分からの信号パワーは抑制される。Ｂモード画像のノイズを低減する利得制御信号ａを生成するのに使用される血流成分パラメータを計算するために血流信号成分が使用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して超音波画像診断の分野に関する。具体的には、本発明の実施例は血管を画像化する際にノイズを低減する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、心臓や肝臓などの臓器、血管、妊婦体内の胎児といった様々な体内構造を画像化するために使用される。血管の画像化には、Ｂモード画像の技術が利用される。一般的に、血液は、血管内において血管壁や周辺組織よりも低いエコー電力を示すため、高コントラストが生じる。血管壁の表層あるいは内膜は、動脈硬化、狭窄、または冠状動脈閉塞などの心血管疾病の診断において特に注目されている。典型的には、血管内膜の厚みが計測されて診断に使用される。しかし、様々な要因によって、大抵は、血管内腔にクラッタノイズが出現して内膜の厚みの測定を困難にしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
血管画像におけるノイズの出現を低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、血管のＢモード画像におけるクラッタノイズを低減するために、血流情報を使用するシステムおよび方法を採用するのが望ましいことを発見した。
【０００５】
本発明の第１の態様は、各位置ごとに数回に亘って、超音波信号を送信して血管からの超音波信号を受信することによって血管を画像化する際に、戻ってきた超音波信号によるクラッタノイズ発現（manifest）を抑制するための方法を提供する。本方法は、反射された超音波画像信号を処理してＢモード画像出力を生成し、反射された超音波信号を復調してドプラ信号を生成し、ドプラ信号にウォールフィルタ処理（wall filtering）を施し、信号の血流成分のみを通過させ、血流成分パラメータに基づいて利得制御信号αを生成し、Ｂモード画像プロセッサの出力を利得制御信号αで制御するものであって、Ｂモード画像プロセッサの出力におけるノイズ発現を抑制する。
【０００６】
本発明の別の態様は、各位置ごとに数回に亘って、超音波信号を血管へ送信して血管から受信することによって血管を画像化する際に、反射された超音波信号によってクラッタノイズ出現を抑制するための方法を提供する。本発明のこの態様による方法では、反射された超音波画像信号を処理してＢモード画像出力を生成し、反射された超音波画像信号にウォールフィルタをかけて信号の血流成分のみを通過させ、血流成分パラメータを計算し、血流成分パラメータに基づいて利得制御信号αを生成し、Ｂモード画像プロセッサの出力を利得制御信号αで制御することを含み、Ｂモード画像プロセッサ出力のノイズ出現を抑制する。
【０００７】
本発明の別の態様は、各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することによって血管を画像化する際に、反射された超音波信号によってクラッタノイズ出現を抑制するためのシステムを提供する。本発明のこの態様は、反射された超音波信号を受信し、受信した信号を出力するように構成された受信器と、受信器に接続され受信した信号からＢモード処理された画像を出力するように構成されたＢモード画像プロセッサと、受信器に接続され反射された超音波画像信号を復調してドプラ信号を生成するドプラ血流検出器であって、ドプラ信号にフィルタをかけてドプラ信号の血流成分のみを出力するように構成されたウォールフィルタを有するドプラ血流検出器と、ドプラ血流検出器に接続され血流成分パラメータを計算して血流成分に基づいて利得制御信号αを生成するように構成された利得制御生成器と、利得制御生成器とＢモード画像プロセッサとに接続され利得制御信号αを使ってＢモード処理された画像出力を修正するように構成された信号合成器と、を含み、Ｂモード処理された画像においてノイズ出現を抑制する。
【０００８】
本発明の別の態様は、各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することによって血管を画像化する際に、反射された超音波信号によってクラッタノイズ出現を抑制するためのシステムを提供する。本発明のこの態様は、反射された超音波信号を受信し受信した信号を出力するように構成された受信器と、受信器に接続され受信した信号からＢモード処理された画像を出力するように構成されたＢモード画像プロセッサと、受信器に接続されたＲＦ血流検出器であって、反射された超音波ＲＦ信号にフィルタをかけて受信信号の血流成分のみを出力するように構成されたウォールフィルタを有するＲＦ血流検出器と、ＲＦ血流検出器に接続され血流成分パラメータを計算して血流成分に基づいて利得制御信号αを生成するように構成された利得制御生成器と、利得制御生成器とＢモード画像プロセッサとに接続され利得制御信号αを使ってＢモード処理された画像出力を修正するように構成された信号合成器と、を含み、Ｂモード処理された画像においてノイズ出現を抑制する。
【０００９】
本発明の一つまたは複数の実施態様の詳細を、添付の図面および以下の説明で説明する。本発明の他の特徴、目的および利点は、説明および図面から、また特許請求の範囲から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】クラッタノイズを示す血管の例示的なＢモード画像を示す図である。
【図２】例示的な血流画像を示す図である。
【図３】クラッタノイズ抑制後の例示的なＢモード画像を示す図である。
【図４】ドプラフロー処理を使用したＢモード画像用のクラッタノイズ抑制システムの例示的なシステム図である。
【図５】ＲＦフロー処理を使用したＢモード画像用のクラッタノイズ抑制システムの例示的なシステム図である。
【図６】例示的なドプラ血流検出器を示す図である。
【図７】例示的なＲＦ血流検出器を示す図である。
【図８】ルックアップテーブルとして構成された例示的な利得制御信号発生器を示す図である。
【図９】例示的な利得制御信号曲線を示す図である。
【図１０】ルックアップテーブルとして構成された例示的な利得制御信号発生器を示す図である。
【図１１】例示的な利得制御信号曲線を示す図である。
【図１２】デジタル信号プロセッサとして構成された例示的な利得制御信号発生器を示す図である。
【図１３】デジタル信号プロセッサとして構成された例示的な利得制御信号発生器を示す図である。
【図１４】ドプラフロー処理を使用したＢモード画像用の例示的なクラッタノイズ抑制方法を示す図である。
【図１５】ＲＦフロー処理を使用したＢモード画像用の例示的なクラッタノイズ抑制方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して説明するが、図面全体を通じて同一番号は同一要素を表している。本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、以下の説明において説明されたまたは図面に図示された実施例の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態でも可能であり、種々の応用および種々の用途において実施することができる。また、本明細書で使用される言語の使用方法や専門用語は、説明を目的としており、制限的なものとしてみなすべきではないことを理解されたい。本明細書では、「含む」、「備える」、「有する」およびこれらの変化形は、それら以降に記載される項目、およびその同等物、さらに追加項目を包含することを意味する。「搭載した」、「接続した」、「連結した」という用語も広義に使用され、直接的および間接的な、搭載、接続、連結を包含する。さらに「接続した」および「連結した」は、物理的あるいは機械的な接続または連結に制限されるものではない。
【００１２】
本発明は、図面において説明または含意されたどんな特定のソフトウェア言語にも限定されないことを留意されたい。本願の実装において種々の代替のソフトウェア言語を用いてもよいことは当業者には明らかである。当分野ではよくあることだが、構成要素および項目の中にはハードウェア要素であるかのように図示および説明されるものがあることを理解されたい。しかし、当業者には、この詳細な説明を読めば、少なくともある実施形態においては、本方法および本システムにおける構成要素がソフトウェアまたはハードウェアのいずれかで実装されることが理解されるだろう。
【００１３】
超音波は超音波トランスデューサによって人体内へ送信され、様々な臓器、血管、妊婦体内の胎児を画像化する。組織内の散乱体は超音波を散乱させ、散乱した超音波はトランスデューサへ戻る。受信ビームフォーマは超音波ビームを形成し、ポストプロセッサは、戻ってきた超音波信号の振幅からＢモード画像としての組織画像を作成する。
【００１４】
血管は患者の心血管状態を示すので、よく画像化される。血管の内膜厚は、しばしば測定されて診断用に使用される。しかし、内膜の画像は、様々な要因によるノイズによって頻繁に隠れてしまう。血流情報は、通常、カラードプラおよびスペクトルドプラ技術を使用して得られる。
【００１５】
カラードプラは、超音波を血管内に送信し、移動する赤血球から散乱超音波を検出することによって血流を画像化するのによく使用される二次元画像化技術である。カラードプラは、Ｂモード画像と同様に、多数のビームからなる。血流速度を検出するために、カラードプラは、超音波信号を位置ごとに数回送信して動きを検出する。二次元の血流画像を作成するために、送信位置をサブミリ単位で、または超音波の波長程度で移動する。送信位置の移動を約１００回繰り返して数センチをカバーし、二次元血流画像を作成する。位相配列トランスデューサまたは扇型画像フォーマットのために、送信方向は、例えば、約０．５〜１．０度という小さな角度で変更される。これを約１００回繰り返して、扇型画像の約９０度をカバーする。送信位置または方向ごとに、超音波が数回送信される。受信されたビーム成形後のＲＦ超音波信号は、直交復調されて、複素化されたドプラＩ−Ｑ信号になる。
【００１６】
ドプラＩ−Ｑ信号は、血流信号成分に加え、静止組織の信号成分を含んでいる。静止信号成分は、通常、血流成分より大きく、３０〜４０ｄＢである。したがって、血流を正確に検出するためには静止信号成分を除去する必要がある。
【００１７】
数回の送信により受信されたドプラ信号に対してハイパスフィルタ（高域フィルタ）をかけて血流信号成分のみを得るが、ハイパスフィルタは血管壁ノイズを除去するものであり、一般的にウォールフィルタと呼ばれる。ハイパスフィルタは、静止信号成分を除去して血流信号成分のみを通過させる。ハイパスフィルタの一つの形態としては、信号減算、または、後続の送信からのドプラ信号を先行する送信からのドプラ信号から減算する２タップＦＩＲフィルタがある。連続した送信から受信した各ドプラＩ−Ｑ信号の間の位相差が血流を示す。さらに、ハイパスフィルタを通過したドプラＩ−Ｑ信号のパワーが、血流の存在を示している。
【００１８】
本発明のシステムおよび方法は、上述の血流信号を使用してＢモード信号振幅を低下させることによってクラッタノイズを低減するものである。クラッタノイズが血管内腔に存在していても、血流もまた、通常、内腔の同じ位置において存在している。血管内のクラッタノイズは、内膜を隠し、内腔の厚みの測定を困難にする。振幅ａ、パワーａ２、または累乗パワーａｂ（指数ｂは実数）などの血流成分のパラメータを計算して、同じ画像位置でのＢモード画像プロセッサの出力信号を抑制するための利得制御信号αを生成するのに使用することができる。血流成分パラメータは、総数または平均数であってよい。クラッタノイズ抑制量は、使用された血流成分パラメータと比例するか、または所定の関係にある。
【００１９】
図１は、例示的なＢモード画像プロセッサから出力された、近位壁１０３および遠位壁１０５をもつ血管１０１の画像を示している。クラッタノイズ１０７は、近位壁１０３に近接して示されている。図２は、図１に示されたＢモード画像の利得を低減するために使用される同じ血管の血流２０１の画像を示している。図３は、明瞭な血管内腔３０１を表す結果画像を示す。
【００２０】
図４は、本発明を備えた超音波システムを示している。図１４は、本方法を説明するフロー図を示している。送信器４０６によって送信／受信スイッチ４０４を介して駆動される超音波プローブ４０２から超音波信号が送信される。受信器４０８は、受信した超音波信号を、スイッチ４０４を介してプローブ４０２から受信し、その信号を処理する（ステップ１４０５）。処理済み信号は、血流検出器４１０、Ｂモード画像プロセッサ４１２（ステップ１４１０）、およびドプラスペクトルプロセッサ４２４に接続される。ドプラスペクトルプロセッサは、受信器４０８によって出力された信号からドプラスペクトルを計算し、そのドプラスペクトルを、ドプラスペクトルモードか、またはＢモード画像および／またはカラーフロー画像付きの混合モードで、スキャンコンバータ４２０に出力する。
【００２１】
血流検出器４１０は、血流を検出し、振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂ、またはこれらの値の組み合わせである血流成分パラメータを計算して、利得制御信号生成器４１８へ出力する。利得制御信号生成器４１８は、血流成分パラメータにしたがって利得制御信号αを生成し、その利得制御信号αを、乗算器または可変利得増幅器などの信号合成器４１４へ出力する。
【００２２】
図６は、ドプラ血流検出器４１０の図を示している。ドプラ血流検出器は、ウォールフィルタ（すなわちハイパスフィルタ）６０２、速度演算器６０４、パワー演算器６０６、分散演算器６０８を含む。ウォールフィルタは、復調されたＩ−Ｑ信号を受信器４０８から受信する（ステップ１４１５）。ハイパスフィルタのカットオフ周波数またはコーナー周波数は、ユーザーによって調節可能であり、低周波数の静止組織信号成分を遮断しながら高周波の血流信号成分のみを通過させる。ハイパスフィルタの構成は、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタ、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタ、多項式フィルタ、回帰直線フィルタ、あるいはその他の種類の構造でもよい（ステップ１４２０）。血流信号成分は、速度演算器６０４、パワー演算器６０６、および分散演算器６０８に接続される。
【００２３】
速度演算器６０４は、速度信号をテレビラスタ走査の速度画像へ変換するスキャンコンバータ４２０に対して出力される血流速度を計算する。次に、速度画像は、通常のカラーフローモードでディスプレイモニタ４２２へ表示される。分散演算器６０８は、分散信号をテレビラスタ走査の分散画像へ変換するスキャンコンバータ４２０に対して出力される分散または乱流指標を計算する。次に、分散画像は、通常のカラーフローモードでディスプレイモニタ４２２へ表示される。パワー演算器６０６は、血流成分パラメータの信号振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂ、およびこれらの値の組み合わせを計算する。血流成分パラメータは、一般的に、次式を使用してサンプリングされたハイパスフィルタ通過後の複素ドプラＩ−Ｑ信号から計算される。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ここで、ｚｉは、ハイパスフィルタ通過後の複素ドプラＩ−Ｑ信号、ｉは、超音波送信シーケンスに関するｉ番目の成分を示し、Ｎは、離散時間におけるハイパスフィルタ通過後の信号のサンプル数を示す。＊は、複素共役を示す。通常、フィルタを通過する出力数は、送信／受信信号数よりも少ない。
【００２６】
パワー演算器６０６は、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または乗算器、加算器、除算器、絶対値演算器などの個別の要素でもよい。
【００２７】
その他の血流成分パラメータは、次式によりパワーａ２から求められる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
信号振幅ａおよび累乗パワーａｂも、次式により求められる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
数式（４）および数式（５）によって求められる血流成分パラメータは、数式（２）および数式（３）によって得られるものと異なるが、これは、処理ステップの順序が異なるためである（ステップ１４２５）。振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂのための上記血流成分パラメータ計算は、それぞれ合計値を表している。各パラメータ値をサンプル数Ｎで割ることによって合計血流成分パラメータを正規化して、追加の計算によって平均値を求めてもよい。
【００３２】
血流成分パラメータである、振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂ、またはこれらの値の組み合わせは、利得制御生成器４１８へ接続され、利得制御信号αを生成するのに使用される。信号／ノイズ比（ＳＮ比）を増加させるために、これらの血流成分パラメータを次式のような合成血流成分パラメータに組み合わせてもよい。なお、次式において、ｄ１、ｄ２、ｄｉは重み係数を表す実数であり、ｉ番目の成分ｂ（ｉ）も実数である。
【００３３】
【数４】
【００３４】
１つ以上の血流成分パラメータを組み合わせると、一般的に、信号／ノイズ比が増加し、無相関ノイズが減少する。上式は、パワー演算器６０６において計算され、その後、利得制御生成器４１８へ出力される。パワー演算器６０６は、カラーフローモードでスキャンコンバータ４２０へ出力する。
【００３５】
利得制御生成器４１８は、例えば、図１２に示されるようなデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１２１０、図８に示されるようなルックアップテーブル（ＬＵＴ）８１０、あるいはＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または乗算器や加算器などの個別の要素であってもよい。利得制御生成器４１８は、血流成分パラメータを入力として使用する。図９はＬＵＴ８１０またはＤＳＰの信号処理能力を応答曲線で表している。入力が小さい場合、高利得になる。入力が大きい場合、利得は、０か、または０に近似となる。図９に示された曲線は例示である。その他の所定の曲線を、Ｂモード画像プロセッサ４１２によって出力された信号（ステップ１４３０）を抑制するのに使用してもよい。利得制御生成器４１８の利得制御信号αは、出力され、信号合成器４１４に接続される。
【００３６】
Ｂモード画像プロセッサ４１２は、Ｂモード画像を作成し、画像を信号合成器４１４へ出力する。画像は、画像信号をテレビラスタ走査画像へ変換するスキャンコンバータ４２０へ出力される。次に、画像はディスプレイモニタ４２２に表示される。Ｂモード信号利得は、利得制御信号αによって制御される。例えば、血流制御パラメータが大きい場合には、信号合成器４１４の利得は小さくなり、クラッタノイズが血管内腔に存在する場合にはノイズを抑制する。血流はクラッタノイズの存在する血管内腔にだけ存在するので、全体的な利得制御によりクラッタノイズが除去される。血流成分パラメータが低い場合（組織領域の場合）には、信号合成器４１４の利得は大きくなり、標準輝度のＢモード組織画像となる。このようにして、血流領域に存在するクラッタノイズは、血流信号によって低減される（ステップ１４３５）。
【００３７】
他の実施形態では、カラードプラ処理を使用する代わりに、ＲＦ信号レベルで相互相関または時間シフトの技術を用いて血流を検出してもよい。速度を検出するためには、位置ごとに数回超音波信号を送信して動きを検出する。二次元血流画像を作成するために、送信位置を、サブミリ単位で、または超音波の波長程度で移動する。送信位置の移動を約１００回繰り返して数センチをカバーし、二次元血流画像を作成する。位相アレイトランスデューサまたは扇型画像フォーマットのために、送信方向は、例えば、約０．５〜１．０度という小さな角度で変更される。これを約１００回繰り返して、扇型画像の約９０度をカバーする。送信位置または方向ごとに、超音波が数回送信される。ビーム成形後のＲＦ信号にハイパスフィルタをかけて、組織信号を除去し血流信号を通過させる。振幅ｃ、パワーｃ２、パワーｃｂに上昇されるパワー（ただし、ｂは実数）、またはこれらの値の組み合わせが計算され、同じ位置でのＢモード画像プロセッサの出力信号を抑制するための利得制御信号αを生成するのに使用される。血流成分パラメータは、総数であっても平均数であってもよい。
【００３８】
図５、７、１０、１１、１５は、本システムおよび本方法を示している。送信器５０６は、スイッチ５０４を介して、超音波信号を超音波プローブ５０２へ送信する。超音波は、血管を含む被検体へ送信される。次に、超音波は、超音波プローブ５０２へ戻り、そこで電気信号へ変換される（ステップ１５０５）。反射された超音波信号は、スイッチ５０４を介して受信器５０８に接続される。受信器は、信号を処理して、ＲＦ信号を、ＲＦ血流検出器５１０、Ｂモード画像プロセッサ５１２（ステップ１５１０）、ドプラスペクトルプロセッサ５２４へ出力する。ドプラスペクトルプロセッサは、受信器５０８によって出力された信号からドプラスペクトルを計算し、そのドプラスペクトルを、ドプラモードか、またはＢモード画像および／またはカラーフローモードとの混合モードで、スキャンコンバータ５２０に出力する。Ｂモード画像プロセッサ５１２は、ＲＦ信号を処理してＢモード画像信号を出力する。ＲＦ血流検出器５１０は、ＲＦ信号を処理して、血流成分パラメータである、振幅ｃ、パワーｃ２、パワーｃｂに上昇されるパワー、またはこれらの値の組み合わせである血流成分パラメータを利得制御信号生成器５１８へ出力する。
【００３９】
図７は、ＲＦ血流検出器５１０の図である。ＲＦ血流検出器は、ハイパスフィルタ７０２、速度演算器７０４、パワー演算器７０６、分散演算器７０８を含む。ハイパスフィルタの一つの形態としては、信号減算、または後続の送信から受信したドプラ信号を先行する送信から減算する２タップＦＩＲフィルタがある。２タップＦＩＲフィルタでは、２つ以上の送信シーケンス間でハイパスフィルタをかける。複数の送信間でのハイパスフィルタは、血管壁ノイズを除去するものであって、ウォールフィルタと呼ばれる。ハイパスフィルタは、２つ以上の送信から受信したＲＦ信号を、高次のＦＩＲ、ＩＩＲ、またはその他の種類のフィルタにおいて使用してもよい。ハイパスフィルタのカットオフ周波数はユーザーによって調節可能であってよく、低周波数の静止組織信号成分を遮断しながら、受信器５０８から受信したＲＦ信号からの高周波の血流信号成分のみを通過させ（ステップ１５２０）、速度演算器７０４、パワー演算器７０６、分散演算器７０８に接続させる。
【００４０】
速度演算器７０４は、ハイパスフィルタを通過したＲＦ信号から血流速度を計算する。速度は、スキャンコンバータ５２０へ出力され、そこで速度信号はテレビラスタ走査の速度画像へ変換される。次に、速度画像は、ディスプレイモニタ５２２に通常のカラーフローモードで表示される。分散演算器７０８は、ハイパスフィルタを通過したＲＦ信号から、乱流指標としての分散を計算する。分散は、分散信号をテレビラスタ走査の分散画像へ変換するスキャンコンバータ５２０へ出力される。次に、分散画像は、ディスプレイモニタ５２２に通常のカラーフローモードで表示される。パワー演算器７０６は、サンプリングされたＲＦ信号から、次式を使用して血流成分パラメータである振幅ｃ、パワーｃ２、または累乗パワーｃｂを計算する。ただし、ｘｉは、ハイパスフィルタを通過したＲＦ信号サンプル、Ｎは、ハイパスフィルタを通過した信号サンプル数である。
【００４１】
【数５】
【００４２】
パワー演算器７０６は、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または乗算器、加算器、除算器、絶対値演算器などの個別の要素でもよい。
【００４３】
これらの値のうち１つを計算して、その他の値を以下のように第１の計算値から交互に求めても良い。例えば、パワーｃ２が最初に計算され、振幅ｃおよび累乗パワーｃｂは、次式によりパワーｃ２から求められる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
数式（１０）、数式（１１）によって計算される血流成分パラメータは、数式（６）、数式（８）によって計算されるパラメータと異なるが、これは、処理ステップの順序が異なるためである（ステップ１５２５）。振幅ｃ、パワーｃ２、累乗パワーｃｂのための上記血流成分パラメータ計算は、それぞれ合計値を表している。各パラメータ値をサンプル数Ｎで割ることによって合計血流成分パラメータを正規化して、追加の計算をして平均値を求めてもよい。
【００４６】
利得制御生成器５１８は、血流成分パラメータである、振幅ｃ、パワーｃ２、または累乗パワーｃｂ、またはこれらの値の組み合わせを受信して利得制御信号αを生成する。信号／ノイズ比（ＳＮ比）を増加させるために、これらの血流成分パラメータを、例えば、次式のような合成血流成分パラメータに組み合わせてもよい。ただし、ｄ１、ｄ２、ｄｉは重み係数を表す実数であり、ｉ番目の成分であるｂ（ｉ）も実数である。
【００４７】
【数７】
【００４８】
１つ以上の血流成分パラメータを組み合わせると、一般的に信号／ノイズ比が増加し、無相関のノイズが減少する。上式は、パワー演算器７０６で計算され、利得制御生成器５１８へ出力される。パワー演算器７０６は、カラーフローモードでスキャンコンバータへ出力する。
【００４９】
利得制御生成器５１８は、例えば、図１３に示されるようなデジタル信号プロセッサＤＳＰ１３１０、図８に示されるようなルックアップテーブル（ＬＵＴ）１０１０、あるいはＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または乗算器、加算器などの個別の要素であってもよい。ＤＳＰ１３１０またはＬＵＴ１０１０の応答例を図１１に示す。血流成分パラメータの値が小さい場合、利得制御信号αは高くなり、高値の場合は、０に近い利得が生じる。図１１に示された曲線は例示である。その他の所定の曲線を、Ｂモード画像プロセッサ５１２によって出力された信号（ステップ１５３０）を抑制するのに使用してもよい。利得制御生成器５１８の利得制御信号αは、出力され、信号合成器５１４に接続される。
【００５０】
信号合成器５１４は、乗算器または可変利得増幅器であってもよい。信号合成器５１４は、元のＢモード画像を利得制御信号αで乗算して、新しいＢモード画像を、画像信号をテレビラスタ走査の画像へ変換するスキャンコンバータ５２０に対して出力する。画像は、次にディスプレイモニタ５２２に表示される（ステップ１５３５）。
【００５１】
本ＲＦ血流検出システムおよび方法は、広帯域な超音波信号を使用しているため、ドプラ血流検出よりも高度な空間分解能を提供することができる。
【００５２】
本発明の１つまたは複数の実施形態を説明した次第だが、本発明の精神および範囲に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは明らかである。したがって、他の実施形態も添付の請求の範囲内となる。
【符号の説明】
【００５３】
４０２ 超音波プローブ、４０４ スイッチ、４０６ 送信器、４０８ 受信器、４１０ 血流検出器（カラードプラ）、４１２ Ｂモード画像プロセッサ、４１８ 利得制御生成器、４２０ スキャンコンバータ、４２２ ディスプレイモニタ、４２４ ドプラスペクトルプロセッサ、５０２ 超音波プローブ、５０４ スイッチ、５０６ 送信器、５０８ 受信器、５１０ 血流検出器（ＲＦ、カラー）、５１２ Ｂモード画像プロセッサ、５１８ 利得制御生成器、５２０ スキャンコンバータ、５２２ ディスプレイモニタ、５２４ ドプラスペクトルプロセッサ、６０２ ウォールフィルタ（ハイパスフィルタ）、６０４ 速度演算器、６０６ パワー演算器、６０８ 分散演算器、７０２ ウォールフィルタ（ハイパスフィルタ）、７０４ 速度演算器、７０６ パワー演算器、７０８ 分散演算器、８１０ ＬＵＴ、１０１０ ＬＵＴ、１２１０ ＤＳＰ、１３１０ ＤＳＰ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して超音波画像診断の分野に関する。具体的には、本発明の実施例は血管を画像化する際にノイズを低減する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、心臓や肝臓などの臓器、血管、妊婦体内の胎児といった様々な体内構造を画像化するために使用される。血管の画像化には、Ｂモード画像の技術が利用される。一般的に、血液は、血管内において血管壁や周辺組織よりも低いエコー電力を示すため、高コントラストが生じる。血管壁の表層あるいは内膜は、動脈硬化、狭窄、または冠状動脈閉塞などの心血管疾病の診断において特に注目されている。典型的には、血管内膜の厚みが計測されて診断に使用される。しかし、様々な要因によって、大抵は、血管内腔にクラッタノイズが出現して内膜の厚みの測定を困難にしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
血管画像におけるノイズの出現を低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、血管のＢモード画像におけるクラッタノイズを低減するために、血流情報を使用するシステムおよび方法を採用するのが望ましいことを発見した。
【０００５】
本発明の第１の態様は、各位置ごとに数回に亘って、超音波信号を送信して血管からの超音波信号を受信することによって血管を画像化する際に、戻ってきた超音波信号によるクラッタノイズ発現（manifest）を抑制するための方法を提供する。本方法は、反射された超音波画像信号を処理してＢモード画像出力を生成し、反射された超音波信号を復調してドプラ信号を生成し、ドプラ信号にウォールフィルタ処理（wall filtering）を施し、信号の血流成分のみを通過させ、血流成分パラメータに基づいて利得制御信号αを生成し、Ｂモード画像プロセッサの出力を利得制御信号αで制御するものであって、Ｂモード画像プロセッサの出力におけるノイズ発現を抑制する。
【０００６】
本発明の別の態様は、各位置ごとに数回に亘って、超音波信号を血管へ送信して血管から受信することによって血管を画像化する際に、反射された超音波信号によってクラッタノイズ出現を抑制するための方法を提供する。本発明のこの態様による方法では、反射された超音波画像信号を処理してＢモード画像出力を生成し、反射された超音波画像信号にウォールフィルタをかけて信号の血流成分のみを通過させ、血流成分パラメータを計算し、血流成分パラメータに基づいて利得制御信号αを生成し、Ｂモード画像プロセッサの出力を利得制御信号αで制御することを含み、Ｂモード画像プロセッサ出力のノイズ出現を抑制する。
【０００７】
本発明の別の態様は、各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することによって血管を画像化する際に、反射された超音波信号によってクラッタノイズ出現を抑制するためのシステムを提供する。本発明のこの態様は、反射された超音波信号を受信し、受信した信号を出力するように構成された受信器と、受信器に接続され受信した信号からＢモード処理された画像を出力するように構成されたＢモード画像プロセッサと、受信器に接続され反射された超音波画像信号を復調してドプラ信号を生成するドプラ血流検出器であって、ドプラ信号にフィルタをかけてドプラ信号の血流成分のみを出力するように構成されたウォールフィルタを有するドプラ血流検出器と、ドプラ血流検出器に接続され血流成分パラメータを計算して血流成分に基づいて利得制御信号αを生成するように構成された利得制御生成器と、利得制御生成器とＢモード画像プロセッサとに接続され利得制御信号αを使ってＢモード処理された画像出力を修正するように構成された信号合成器と、を含み、Ｂモード処理された画像においてノイズ出現を抑制する。
【０００８】
本発明の別の態様は、各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することによって血管を画像化する際に、反射された超音波信号によってクラッタノイズ出現を抑制するためのシステムを提供する。本発明のこの態様は、反射された超音波信号を受信し受信した信号を出力するように構成された受信器と、受信器に接続され受信した信号からＢモード処理された画像を出力するように構成されたＢモード画像プロセッサと、受信器に接続されたＲＦ血流検出器であって、反射された超音波ＲＦ信号にフィルタをかけて受信信号の血流成分のみを出力するように構成されたウォールフィルタを有するＲＦ血流検出器と、ＲＦ血流検出器に接続され血流成分パラメータを計算して血流成分に基づいて利得制御信号αを生成するように構成された利得制御生成器と、利得制御生成器とＢモード画像プロセッサとに接続され利得制御信号αを使ってＢモード処理された画像出力を修正するように構成された信号合成器と、を含み、Ｂモード処理された画像においてノイズ出現を抑制する。
【０００９】
本発明の一つまたは複数の実施態様の詳細を、添付の図面および以下の説明で説明する。本発明の他の特徴、目的および利点は、説明および図面から、また特許請求の範囲から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】クラッタノイズを示す血管の例示的なＢモード画像を示す図である。
【図２】例示的な血流画像を示す図である。
【図３】クラッタノイズ抑制後の例示的なＢモード画像を示す図である。
【図４】ドプラフロー処理を使用したＢモード画像用のクラッタノイズ抑制システムの例示的なシステム図である。
【図５】ＲＦフロー処理を使用したＢモード画像用のクラッタノイズ抑制システムの例示的なシステム図である。
【図６】例示的なドプラ血流検出器を示す図である。
【図７】例示的なＲＦ血流検出器を示す図である。
【図８】ルックアップテーブルとして構成された例示的な利得制御信号発生器を示す図である。
【図９】例示的な利得制御信号曲線を示す図である。
【図１０】ルックアップテーブルとして構成された例示的な利得制御信号発生器を示す図である。
【図１１】例示的な利得制御信号曲線を示す図である。
【図１２】デジタル信号プロセッサとして構成された例示的な利得制御信号発生器を示す図である。
【図１３】デジタル信号プロセッサとして構成された例示的な利得制御信号発生器を示す図である。
【図１４】ドプラフロー処理を使用したＢモード画像用の例示的なクラッタノイズ抑制方法を示す図である。
【図１５】ＲＦフロー処理を使用したＢモード画像用の例示的なクラッタノイズ抑制方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して説明するが、図面全体を通じて同一番号は同一要素を表している。本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、以下の説明において説明されたまたは図面に図示された実施例の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態でも可能であり、種々の応用および種々の用途において実施することができる。また、本明細書で使用される言語の使用方法や専門用語は、説明を目的としており、制限的なものとしてみなすべきではないことを理解されたい。本明細書では、「含む」、「備える」、「有する」およびこれらの変化形は、それら以降に記載される項目、およびその同等物、さらに追加項目を包含することを意味する。「搭載した」、「接続した」、「連結した」という用語も広義に使用され、直接的および間接的な、搭載、接続、連結を包含する。さらに「接続した」および「連結した」は、物理的あるいは機械的な接続または連結に制限されるものではない。
【００１２】
本発明は、図面において説明または含意されたどんな特定のソフトウェア言語にも限定されないことを留意されたい。本願の実装において種々の代替のソフトウェア言語を用いてもよいことは当業者には明らかである。当分野ではよくあることだが、構成要素および項目の中にはハードウェア要素であるかのように図示および説明されるものがあることを理解されたい。しかし、当業者には、この詳細な説明を読めば、少なくともある実施形態においては、本方法および本システムにおける構成要素がソフトウェアまたはハードウェアのいずれかで実装されることが理解されるだろう。
【００１３】
超音波は超音波トランスデューサによって人体内へ送信され、様々な臓器、血管、妊婦体内の胎児を画像化する。組織内の散乱体は超音波を散乱させ、散乱した超音波はトランスデューサへ戻る。受信ビームフォーマは超音波ビームを形成し、ポストプロセッサは、戻ってきた超音波信号の振幅からＢモード画像としての組織画像を作成する。
【００１４】
血管は患者の心血管状態を示すので、よく画像化される。血管の内膜厚は、しばしば測定されて診断用に使用される。しかし、内膜の画像は、様々な要因によるノイズによって頻繁に隠れてしまう。血流情報は、通常、カラードプラおよびスペクトルドプラ技術を使用して得られる。
【００１５】
カラードプラは、超音波を血管内に送信し、移動する赤血球から散乱超音波を検出することによって血流を画像化するのによく使用される二次元画像化技術である。カラードプラは、Ｂモード画像と同様に、多数のビームからなる。血流速度を検出するために、カラードプラは、超音波信号を位置ごとに数回送信して動きを検出する。二次元の血流画像を作成するために、送信位置をサブミリ単位で、または超音波の波長程度で移動する。送信位置の移動を約１００回繰り返して数センチをカバーし、二次元血流画像を作成する。位相配列トランスデューサまたは扇型画像フォーマットのために、送信方向は、例えば、約０．５〜１．０度という小さな角度で変更される。これを約１００回繰り返して、扇型画像の約９０度をカバーする。送信位置または方向ごとに、超音波が数回送信される。受信されたビーム成形後のＲＦ超音波信号は、直交復調されて、複素化されたドプラＩ−Ｑ信号になる。
【００１６】
ドプラＩ−Ｑ信号は、血流信号成分に加え、静止組織の信号成分を含んでいる。静止信号成分は、通常、血流成分より大きく、３０〜４０ｄＢである。したがって、血流を正確に検出するためには静止信号成分を除去する必要がある。
【００１７】
数回の送信により受信されたドプラ信号に対してハイパスフィルタ（高域フィルタ）をかけて血流信号成分のみを得るが、ハイパスフィルタは血管壁ノイズを除去するものであり、一般的にウォールフィルタと呼ばれる。ハイパスフィルタは、静止信号成分を除去して血流信号成分のみを通過させる。ハイパスフィルタの一つの形態としては、信号減算、または、後続の送信からのドプラ信号を先行する送信からのドプラ信号から減算する２タップＦＩＲフィルタがある。連続した送信から受信した各ドプラＩ−Ｑ信号の間の位相差が血流を示す。さらに、ハイパスフィルタを通過したドプラＩ−Ｑ信号のパワーが、血流の存在を示している。
【００１８】
本発明のシステムおよび方法は、上述の血流信号を使用してＢモード信号振幅を低下させることによってクラッタノイズを低減するものである。クラッタノイズが血管内腔に存在していても、血流もまた、通常、内腔の同じ位置において存在している。血管内のクラッタノイズは、内膜を隠し、内腔の厚みの測定を困難にする。振幅ａ、パワーａ２、または累乗パワーａｂ（指数ｂは実数）などの血流成分のパラメータを計算して、同じ画像位置でのＢモード画像プロセッサの出力信号を抑制するための利得制御信号αを生成するのに使用することができる。血流成分パラメータは、総数または平均数であってよい。クラッタノイズ抑制量は、使用された血流成分パラメータと比例するか、または所定の関係にある。
【００１９】
図１は、例示的なＢモード画像プロセッサから出力された、近位壁１０３および遠位壁１０５をもつ血管１０１の画像を示している。クラッタノイズ１０７は、近位壁１０３に近接して示されている。図２は、図１に示されたＢモード画像の利得を低減するために使用される同じ血管の血流２０１の画像を示している。図３は、明瞭な血管内腔３０１を表す結果画像を示す。
【００２０】
図４は、本発明を備えた超音波システムを示している。図１４は、本方法を説明するフロー図を示している。送信器４０６によって送信／受信スイッチ４０４を介して駆動される超音波プローブ４０２から超音波信号が送信される。受信器４０８は、受信した超音波信号を、スイッチ４０４を介してプローブ４０２から受信し、その信号を処理する（ステップ１４０５）。処理済み信号は、血流検出器４１０、Ｂモード画像プロセッサ４１２（ステップ１４１０）、およびドプラスペクトルプロセッサ４２４に接続される。ドプラスペクトルプロセッサは、受信器４０８によって出力された信号からドプラスペクトルを計算し、そのドプラスペクトルを、ドプラスペクトルモードか、またはＢモード画像および／またはカラーフロー画像付きの混合モードで、スキャンコンバータ４２０に出力する。
【００２１】
血流検出器４１０は、血流を検出し、振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂ、またはこれらの値の組み合わせである血流成分パラメータを計算して、利得制御信号生成器４１８へ出力する。利得制御信号生成器４１８は、血流成分パラメータにしたがって利得制御信号αを生成し、その利得制御信号αを、乗算器または可変利得増幅器などの信号合成器４１４へ出力する。
【００２２】
図６は、ドプラ血流検出器４１０の図を示している。ドプラ血流検出器は、ウォールフィルタ（すなわちハイパスフィルタ）６０２、速度演算器６０４、パワー演算器６０６、分散演算器６０８を含む。ウォールフィルタは、復調されたＩ−Ｑ信号を受信器４０８から受信する（ステップ１４１５）。ハイパスフィルタのカットオフ周波数またはコーナー周波数は、ユーザーによって調節可能であり、低周波数の静止組織信号成分を遮断しながら高周波の血流信号成分のみを通過させる。ハイパスフィルタの構成は、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタ、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタ、多項式フィルタ、回帰直線フィルタ、あるいはその他の種類の構造でもよい（ステップ１４２０）。血流信号成分は、速度演算器６０４、パワー演算器６０６、および分散演算器６０８に接続される。
【００２３】
速度演算器６０４は、速度信号をテレビラスタ走査の速度画像へ変換するスキャンコンバータ４２０に対して出力される血流速度を計算する。次に、速度画像は、通常のカラーフローモードでディスプレイモニタ４２２へ表示される。分散演算器６０８は、分散信号をテレビラスタ走査の分散画像へ変換するスキャンコンバータ４２０に対して出力される分散または乱流指標を計算する。次に、分散画像は、通常のカラーフローモードでディスプレイモニタ４２２へ表示される。パワー演算器６０６は、血流成分パラメータの信号振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂ、およびこれらの値の組み合わせを計算する。血流成分パラメータは、一般的に、次式を使用してサンプリングされたハイパスフィルタ通過後の複素ドプラＩ−Ｑ信号から計算される。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ここで、ｚｉは、ハイパスフィルタ通過後の複素ドプラＩ−Ｑ信号、ｉは、超音波送信シーケンスに関するｉ番目の成分を示し、Ｎは、離散時間におけるハイパスフィルタ通過後の信号のサンプル数を示す。＊は、複素共役を示す。通常、フィルタを通過する出力数は、送信／受信信号数よりも少ない。
【００２６】
パワー演算器６０６は、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または乗算器、加算器、除算器、絶対値演算器などの個別の要素でもよい。
【００２７】
その他の血流成分パラメータは、次式によりパワーａ２から求められる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
信号振幅ａおよび累乗パワーａｂも、次式により求められる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
数式（４）および数式（５）によって求められる血流成分パラメータは、数式（２）および数式（３）によって得られるものと異なるが、これは、処理ステップの順序が異なるためである（ステップ１４２５）。振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂのための上記血流成分パラメータ計算は、それぞれ合計値を表している。各パラメータ値をサンプル数Ｎで割ることによって合計血流成分パラメータを正規化して、追加の計算によって平均値を求めてもよい。
【００３２】
血流成分パラメータである、振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂ、またはこれらの値の組み合わせは、利得制御生成器４１８へ接続され、利得制御信号αを生成するのに使用される。信号／ノイズ比（ＳＮ比）を増加させるために、これらの血流成分パラメータを次式のような合成血流成分パラメータに組み合わせてもよい。なお、次式において、ｄ１、ｄ２、ｄｉは重み係数を表す実数であり、ｉ番目の成分ｂ（ｉ）も実数である。
【００３３】
【数４】
【００３４】
１つ以上の血流成分パラメータを組み合わせると、一般的に、信号／ノイズ比が増加し、無相関ノイズが減少する。上式は、パワー演算器６０６において計算され、その後、利得制御生成器４１８へ出力される。パワー演算器６０６は、カラーフローモードでスキャンコンバータ４２０へ出力する。
【００３５】
利得制御生成器４１８は、例えば、図１２に示されるようなデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１２１０、図８に示されるようなルックアップテーブル（ＬＵＴ）８１０、あるいはＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または乗算器や加算器などの個別の要素であってもよい。利得制御生成器４１８は、血流成分パラメータを入力として使用する。図９はＬＵＴ８１０またはＤＳＰの信号処理能力を応答曲線で表している。入力が小さい場合、高利得になる。入力が大きい場合、利得は、０か、または０に近似となる。図９に示された曲線は例示である。その他の所定の曲線を、Ｂモード画像プロセッサ４１２によって出力された信号（ステップ１４３０）を抑制するのに使用してもよい。利得制御生成器４１８の利得制御信号αは、出力され、信号合成器４１４に接続される。
【００３６】
Ｂモード画像プロセッサ４１２は、Ｂモード画像を作成し、画像を信号合成器４１４へ出力する。画像は、画像信号をテレビラスタ走査画像へ変換するスキャンコンバータ４２０へ出力される。次に、画像はディスプレイモニタ４２２に表示される。Ｂモード信号利得は、利得制御信号αによって制御される。例えば、血流制御パラメータが大きい場合には、信号合成器４１４の利得は小さくなり、クラッタノイズが血管内腔に存在する場合にはノイズを抑制する。血流はクラッタノイズの存在する血管内腔にだけ存在するので、全体的な利得制御によりクラッタノイズが除去される。血流成分パラメータが低い場合（組織領域の場合）には、信号合成器４１４の利得は大きくなり、標準輝度のＢモード組織画像となる。このようにして、血流領域に存在するクラッタノイズは、血流信号によって低減される（ステップ１４３５）。
【００３７】
他の実施形態では、カラードプラ処理を使用する代わりに、ＲＦ信号レベルで相互相関または時間シフトの技術を用いて血流を検出してもよい。速度を検出するためには、位置ごとに数回超音波信号を送信して動きを検出する。二次元血流画像を作成するために、送信位置を、サブミリ単位で、または超音波の波長程度で移動する。送信位置の移動を約１００回繰り返して数センチをカバーし、二次元血流画像を作成する。位相アレイトランスデューサまたは扇型画像フォーマットのために、送信方向は、例えば、約０．５〜１．０度という小さな角度で変更される。これを約１００回繰り返して、扇型画像の約９０度をカバーする。送信位置または方向ごとに、超音波が数回送信される。ビーム成形後のＲＦ信号にハイパスフィルタをかけて、組織信号を除去し血流信号を通過させる。振幅ｃ、パワーｃ２、パワーｃｂに上昇されるパワー（ただし、ｂは実数）、またはこれらの値の組み合わせが計算され、同じ位置でのＢモード画像プロセッサの出力信号を抑制するための利得制御信号αを生成するのに使用される。血流成分パラメータは、総数であっても平均数であってもよい。
【００３８】
図５、７、１０、１１、１５は、本システムおよび本方法を示している。送信器５０６は、スイッチ５０４を介して、超音波信号を超音波プローブ５０２へ送信する。超音波は、血管を含む被検体へ送信される。次に、超音波は、超音波プローブ５０２へ戻り、そこで電気信号へ変換される（ステップ１５０５）。反射された超音波信号は、スイッチ５０４を介して受信器５０８に接続される。受信器は、信号を処理して、ＲＦ信号を、ＲＦ血流検出器５１０、Ｂモード画像プロセッサ５１２（ステップ１５１０）、ドプラスペクトルプロセッサ５２４へ出力する。ドプラスペクトルプロセッサは、受信器５０８によって出力された信号からドプラスペクトルを計算し、そのドプラスペクトルを、ドプラモードか、またはＢモード画像および／またはカラーフローモードとの混合モードで、スキャンコンバータ５２０に出力する。Ｂモード画像プロセッサ５１２は、ＲＦ信号を処理してＢモード画像信号を出力する。ＲＦ血流検出器５１０は、ＲＦ信号を処理して、血流成分パラメータである、振幅ｃ、パワーｃ２、パワーｃｂに上昇されるパワー、またはこれらの値の組み合わせである血流成分パラメータを利得制御信号生成器５１８へ出力する。
【００３９】
図７は、ＲＦ血流検出器５１０の図である。ＲＦ血流検出器は、ハイパスフィルタ７０２、速度演算器７０４、パワー演算器７０６、分散演算器７０８を含む。ハイパスフィルタの一つの形態としては、信号減算、または後続の送信から受信したドプラ信号を先行する送信から減算する２タップＦＩＲフィルタがある。２タップＦＩＲフィルタでは、２つ以上の送信シーケンス間でハイパスフィルタをかける。複数の送信間でのハイパスフィルタは、血管壁ノイズを除去するものであって、ウォールフィルタと呼ばれる。ハイパスフィルタは、２つ以上の送信から受信したＲＦ信号を、高次のＦＩＲ、ＩＩＲ、またはその他の種類のフィルタにおいて使用してもよい。ハイパスフィルタのカットオフ周波数はユーザーによって調節可能であってよく、低周波数の静止組織信号成分を遮断しながら、受信器５０８から受信したＲＦ信号からの高周波の血流信号成分のみを通過させ（ステップ１５２０）、速度演算器７０４、パワー演算器７０６、分散演算器７０８に接続させる。
【００４０】
速度演算器７０４は、ハイパスフィルタを通過したＲＦ信号から血流速度を計算する。速度は、スキャンコンバータ５２０へ出力され、そこで速度信号はテレビラスタ走査の速度画像へ変換される。次に、速度画像は、ディスプレイモニタ５２２に通常のカラーフローモードで表示される。分散演算器７０８は、ハイパスフィルタを通過したＲＦ信号から、乱流指標としての分散を計算する。分散は、分散信号をテレビラスタ走査の分散画像へ変換するスキャンコンバータ５２０へ出力される。次に、分散画像は、ディスプレイモニタ５２２に通常のカラーフローモードで表示される。パワー演算器７０６は、サンプリングされたＲＦ信号から、次式を使用して血流成分パラメータである振幅ｃ、パワーｃ２、または累乗パワーｃｂを計算する。ただし、ｘｉは、ハイパスフィルタを通過したＲＦ信号サンプル、Ｎは、ハイパスフィルタを通過した信号サンプル数である。
【００４１】
【数５】
【００４２】
パワー演算器７０６は、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または乗算器、加算器、除算器、絶対値演算器などの個別の要素でもよい。
【００４３】
これらの値のうち１つを計算して、その他の値を以下のように第１の計算値から交互に求めても良い。例えば、パワーｃ２が最初に計算され、振幅ｃおよび累乗パワーｃｂは、次式によりパワーｃ２から求められる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
数式（１０）、数式（１１）によって計算される血流成分パラメータは、数式（６）、数式（８）によって計算されるパラメータと異なるが、これは、処理ステップの順序が異なるためである（ステップ１５２５）。振幅ｃ、パワーｃ２、累乗パワーｃｂのための上記血流成分パラメータ計算は、それぞれ合計値を表している。各パラメータ値をサンプル数Ｎで割ることによって合計血流成分パラメータを正規化して、追加の計算をして平均値を求めてもよい。
【００４６】
利得制御生成器５１８は、血流成分パラメータである、振幅ｃ、パワーｃ２、または累乗パワーｃｂ、またはこれらの値の組み合わせを受信して利得制御信号αを生成する。信号／ノイズ比（ＳＮ比）を増加させるために、これらの血流成分パラメータを、例えば、次式のような合成血流成分パラメータに組み合わせてもよい。ただし、ｄ１、ｄ２、ｄｉは重み係数を表す実数であり、ｉ番目の成分であるｂ（ｉ）も実数である。
【００４７】
【数７】
【００４８】
１つ以上の血流成分パラメータを組み合わせると、一般的に信号／ノイズ比が増加し、無相関のノイズが減少する。上式は、パワー演算器７０６で計算され、利得制御生成器５１８へ出力される。パワー演算器７０６は、カラーフローモードでスキャンコンバータへ出力する。
【００４９】
利得制御生成器５１８は、例えば、図１３に示されるようなデジタル信号プロセッサＤＳＰ１３１０、図８に示されるようなルックアップテーブル（ＬＵＴ）１０１０、あるいはＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または乗算器、加算器などの個別の要素であってもよい。ＤＳＰ１３１０またはＬＵＴ１０１０の応答例を図１１に示す。血流成分パラメータの値が小さい場合、利得制御信号αは高くなり、高値の場合は、０に近い利得が生じる。図１１に示された曲線は例示である。その他の所定の曲線を、Ｂモード画像プロセッサ５１２によって出力された信号（ステップ１５３０）を抑制するのに使用してもよい。利得制御生成器５１８の利得制御信号αは、出力され、信号合成器５１４に接続される。
【００５０】
信号合成器５１４は、乗算器または可変利得増幅器であってもよい。信号合成器５１４は、元のＢモード画像を利得制御信号αで乗算して、新しいＢモード画像を、画像信号をテレビラスタ走査の画像へ変換するスキャンコンバータ５２０に対して出力する。画像は、次にディスプレイモニタ５２２に表示される（ステップ１５３５）。
【００５１】
本ＲＦ血流検出システムおよび方法は、広帯域な超音波信号を使用しているため、ドプラ血流検出よりも高度な空間分解能を提供することができる。
【００５２】
本発明の１つまたは複数の実施形態を説明した次第だが、本発明の精神および範囲に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは明らかである。したがって、他の実施形態も添付の請求の範囲内となる。
【符号の説明】
【００５３】
４０２ 超音波プローブ、４０４ スイッチ、４０６ 送信器、４０８ 受信器、４１０ 血流検出器（カラードプラ）、４１２ Ｂモード画像プロセッサ、４１８ 利得制御生成器、４２０ スキャンコンバータ、４２２ ディスプレイモニタ、４２４ ドプラスペクトルプロセッサ、５０２ 超音波プローブ、５０４ スイッチ、５０６ 送信器、５０８ 受信器、５１０ 血流検出器（ＲＦ、カラー）、５１２ Ｂモード画像プロセッサ、５１８ 利得制御生成器、５２０ スキャンコンバータ、５２２ ディスプレイモニタ、５２４ ドプラスペクトルプロセッサ、６０２ ウォールフィルタ（ハイパスフィルタ）、６０４ 速度演算器、６０６ パワー演算器、６０８ 分散演算器、７０２ ウォールフィルタ（ハイパスフィルタ）、７０４ 速度演算器、７０６ パワー演算器、７０８ 分散演算器、８１０ ＬＵＴ、１０１０ ＬＵＴ、１２１０ ＤＳＰ、１３１０ ＤＳＰ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することにより前記血管を画像化する際に、反射された超音波信号によるクラッタノイズ出現を抑制するための方法であって、
前記反射された超音波信号を処理してＢモード画像出力を生成し、
前記反射された超音波信号を復調してドプラ信号を生成し、
前記ドプラ信号にウォールフィルタ処理を施して当該信号の血流成分のみを通過させ、
血流成分パラメータを計算し、
前記血流成分パラメータに基づいて利得制御信号αを生成し、
Ｂモード画像プロセッサの前記出力を前記利得制御信号αで制御して前記Ｂモード画像プロセッサ出力のノイズ出現を抑制する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ウォールフィルタ処理は、さらに、ドプラ信号を受信して、ハイパスフィルタを使用して前記受信されたドプラ信号を処理することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記血流成分パラメータの計算は、さらに前記ウォールフィルタ処理されたドプラ信号から振幅ａを計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記血流成分パラメータの計算は、さらに前記ウォールフィルタ処理されたドプラ信号からパワーａ２を計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、血流成分パラメータの計算は、さらに、
前記ウォールフィルタ処理されたドプラ信号から、振幅ａと、パワーａ２と、累乗パワーａｂ（ｉ）（指数ｂ（ｉ）は実数）と、を計算し、
前記振幅ａと、パワーａ２と、累乗パワーａｂ（ｉ）とをそれぞれ対応する重みｄ１、ｄ２、ｄｉ（ｄ１、ｄ２、ｉ番目の成分であるｄｉは実数）で乗算し、
前記重み付けされた振幅ｄ１ａと、パワーｄ２ａ２と、累乗パワーｄｉａｂ（ｉ）とを合計して、合成血流成分パラメータを
とする、方法。
【請求項６】
前記利得制御信号αは、前記血流成分パラメータに基づく所定の曲線応答であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することにより前記血管を画像化する際に、反射された超音波信号によるクラッタノイズ出現を抑制するための方法であって、
前記反射された超音波信号を処理してＢモード画像出力を生成し、
前記反射された超音波信号にウォールフィルタ処理を施して当該信号の血流成分のみを通過させ、
血流成分パラメータを計算し、
前記血流成分パラメータに基づいて利得制御信号αを生成し、
Ｂモード画像プロセッサの前記出力を前記利得制御信号αで制御して前記Ｂモード画像プロセッサ出力のノイズ出現を抑制する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記ウォールフィルタ処理は、さらに、ＲＦ信号を受信して、ハイパスフィルタを使用して前記受信されたＲＦ信号を処理することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記血流成分パラメータの計算は、さらに前記ウォールフィルタ処理された信号から振幅ｃを計算することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記血流成分パラメータの計算は、さらに前記ウォールフィルタ処理された信号からパワーｃ２を計算することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法であって、血流成分パラメータの計算は、さらに、
前記ウォールフィルタ処理された信号から、振幅ｃとパワーｃ２と累乗パワーｃｂ(ｉ)（指数ｂ（ｉ）は実数）とを計算し、
前記振幅ｃと、パワーｃ２と、累乗パワーｃｂ(ｉ)と、をそれぞれ対応する重みｄ１、ｄ２、ｄｉ（ｄ１、ｄ２、ｉ番目の成分であるｄｉは実数）で乗算し、
前記重み付けされた振幅ｄ１ｃと、パワーｄ２ｃ２と、累乗パワーｄｉｃｂ（ｉ）とを合計して、合成血流成分パラメータを
とする、方法。
【請求項１２】
前記利得制御信号αは、前記血流成分パラメータに基づく所定の曲線応答であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することにより前記血管を画像化する際に、反射された超音波信号によるクラッタノイズ出現を抑制するためのシステムであって、
前記反射された超音波信号を受信し、受信した信号を出力するように構成された受信器と、
前記受信器に接続され、前記受信した信号からＢモード処理された画像を出力するように構成されたＢモード画像プロセッサと、
前記受信器に接続され、前記反射された超音波信号を復調してドプラ信号を生成するように構成されたドプラ血流検出器であって、前記ドプラ信号にフィルタをかけて前記ドプラ信号の血流成分のみを出力するように構成されたウォールフィルタを有するドプラ血流検出器と、
前記ドプラ血流検出器に接続され、前記血流成分に基づいて血流成分パラメータを計算し、利得制御信号αを生成するように構成された利得制御生成器と、
前記利得制御生成器と前記Ｂモード画像プロセッサとに接続され、前記利得制御信号αを使って、前記Ｂモード処理された画像出力を修正するように構成された信号合成器と、
を備え、
前記Ｂモード処理された画像におけるノイズ出現を抑制することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記ウォールフィルタは、ハイパスフィルタであることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記血流成分パラメータは、振幅ａであることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記血流成分パラメータは、パワーａ２であることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
請求項１３に記載のシステムであって、前記血流成分パラメータは、前記ウォールフィルタを通過したドプラ信号からの振幅ａと、パワーａ２と、累乗パワーａｂ(ｉ)（指数ｂ（ｉ）は実数）とを含む合成血流成分パラメータ
であり、ここで、前記振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂ(ｉ)は、それぞれに対応する重みｄ１、ｄ２、ｄｉ（ｄ１、ｄ２、ｉ番目の成分であるｄｉは実数）で乗算され、合計されていることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
前記利得制御信号αは、前記血流成分に基づく所定の曲線応答であることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することにより前記血管を画像化する際に、反射された超音波信号によるクラッタノイズ出現を抑制するためのシステムであって、
前記反射された超音波信号を受信し、受信した信号を出力するように構成された受信器と、
前記受信器に接続され、前記受信した信号からＢモード処理された画像を出力するように構成されたＢモード画像プロセッサと、
前記受信器に接続されたＲＦ血流検出器であって、前記反射された超音波ＲＦ信号にフィルタをかけて前記受信信号の血流成分のみを出力するように構成されたウォールフィルタを有するＲＦ血流検出器と、
前記ＲＦ血流検出器に接続され、前記血流成分に基づいて血流成分パラメータを計算し、利得制御信号αを生成するように構成された利得制御生成器と、
前記利得制御生成器と前記Ｂモード画像プロセッサとに接続され、前記利得制御信号αを使って前記Ｂモード処理された画像出力を修正するように構成された信号合成器と、
を備え、
前記Ｂモード処理された画像におけるノイズ出現を抑制することを特徴とするシステム。
【請求項２０】
前記ウォールフィルタは、ハイパスフィルタであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記血流成分パラメータは、振幅ｃであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記血流成分パラメータは、パワーｃ２であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
請求項１９に記載のシステムであって、前記血流成分パラメータは、前記ウォールフィルタを通過したＲＦ信号からの振幅ｃと、パワーｃ２と、累乗パワーｃｂ(ｉ)（指数ｂ（ｉ）は実数）とを含む合成血流成分パラメータ
であり、ここで、前記振幅ｃ、パワーｃ２、累乗パワーｃｂ(ｉ)は、それぞれに対応する重みｄ１、ｄ２、ｄｉ（ｄ１、ｄ２、ｉ番目の成分であるｄｉは実数）で乗算され、合計されていることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
前記利得制御信号αは、前記血流成分に基づく所定の曲線応答であることを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
【請求項１】
各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することにより前記血管を画像化する際に、反射された超音波信号によるクラッタノイズ出現を抑制するための方法であって、
前記反射された超音波信号を処理してＢモード画像出力を生成し、
前記反射された超音波信号を復調してドプラ信号を生成し、
前記ドプラ信号にウォールフィルタ処理を施して当該信号の血流成分のみを通過させ、
血流成分パラメータを計算し、
前記血流成分パラメータに基づいて利得制御信号αを生成し、
Ｂモード画像プロセッサの前記出力を前記利得制御信号αで制御して前記Ｂモード画像プロセッサ出力のノイズ出現を抑制する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ウォールフィルタ処理は、さらに、ドプラ信号を受信して、ハイパスフィルタを使用して前記受信されたドプラ信号を処理することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記血流成分パラメータの計算は、さらに前記ウォールフィルタ処理されたドプラ信号から振幅ａを計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記血流成分パラメータの計算は、さらに前記ウォールフィルタ処理されたドプラ信号からパワーａ２を計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、血流成分パラメータの計算は、さらに、
前記ウォールフィルタ処理されたドプラ信号から、振幅ａと、パワーａ２と、累乗パワーａｂ（ｉ）（指数ｂ（ｉ）は実数）と、を計算し、
前記振幅ａと、パワーａ２と、累乗パワーａｂ（ｉ）とをそれぞれ対応する重みｄ１、ｄ２、ｄｉ（ｄ１、ｄ２、ｉ番目の成分であるｄｉは実数）で乗算し、
前記重み付けされた振幅ｄ１ａと、パワーｄ２ａ２と、累乗パワーｄｉａｂ（ｉ）とを合計して、合成血流成分パラメータを
とする、方法。
【請求項６】
前記利得制御信号αは、前記血流成分パラメータに基づく所定の曲線応答であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することにより前記血管を画像化する際に、反射された超音波信号によるクラッタノイズ出現を抑制するための方法であって、
前記反射された超音波信号を処理してＢモード画像出力を生成し、
前記反射された超音波信号にウォールフィルタ処理を施して当該信号の血流成分のみを通過させ、
血流成分パラメータを計算し、
前記血流成分パラメータに基づいて利得制御信号αを生成し、
Ｂモード画像プロセッサの前記出力を前記利得制御信号αで制御して前記Ｂモード画像プロセッサ出力のノイズ出現を抑制する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記ウォールフィルタ処理は、さらに、ＲＦ信号を受信して、ハイパスフィルタを使用して前記受信されたＲＦ信号を処理することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記血流成分パラメータの計算は、さらに前記ウォールフィルタ処理された信号から振幅ｃを計算することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記血流成分パラメータの計算は、さらに前記ウォールフィルタ処理された信号からパワーｃ２を計算することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法であって、血流成分パラメータの計算は、さらに、
前記ウォールフィルタ処理された信号から、振幅ｃとパワーｃ２と累乗パワーｃｂ(ｉ)（指数ｂ（ｉ）は実数）とを計算し、
前記振幅ｃと、パワーｃ２と、累乗パワーｃｂ(ｉ)と、をそれぞれ対応する重みｄ１、ｄ２、ｄｉ（ｄ１、ｄ２、ｉ番目の成分であるｄｉは実数）で乗算し、
前記重み付けされた振幅ｄ１ｃと、パワーｄ２ｃ２と、累乗パワーｄｉｃｂ（ｉ）とを合計して、合成血流成分パラメータを
とする、方法。
【請求項１２】
前記利得制御信号αは、前記血流成分パラメータに基づく所定の曲線応答であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することにより前記血管を画像化する際に、反射された超音波信号によるクラッタノイズ出現を抑制するためのシステムであって、
前記反射された超音波信号を受信し、受信した信号を出力するように構成された受信器と、
前記受信器に接続され、前記受信した信号からＢモード処理された画像を出力するように構成されたＢモード画像プロセッサと、
前記受信器に接続され、前記反射された超音波信号を復調してドプラ信号を生成するように構成されたドプラ血流検出器であって、前記ドプラ信号にフィルタをかけて前記ドプラ信号の血流成分のみを出力するように構成されたウォールフィルタを有するドプラ血流検出器と、
前記ドプラ血流検出器に接続され、前記血流成分に基づいて血流成分パラメータを計算し、利得制御信号αを生成するように構成された利得制御生成器と、
前記利得制御生成器と前記Ｂモード画像プロセッサとに接続され、前記利得制御信号αを使って、前記Ｂモード処理された画像出力を修正するように構成された信号合成器と、
を備え、
前記Ｂモード処理された画像におけるノイズ出現を抑制することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記ウォールフィルタは、ハイパスフィルタであることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記血流成分パラメータは、振幅ａであることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記血流成分パラメータは、パワーａ２であることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
請求項１３に記載のシステムであって、前記血流成分パラメータは、前記ウォールフィルタを通過したドプラ信号からの振幅ａと、パワーａ２と、累乗パワーａｂ(ｉ)（指数ｂ（ｉ）は実数）とを含む合成血流成分パラメータ
であり、ここで、前記振幅ａ、パワーａ２、累乗パワーａｂ(ｉ)は、それぞれに対応する重みｄ１、ｄ２、ｄｉ（ｄ１、ｄ２、ｉ番目の成分であるｄｉは実数）で乗算され、合計されていることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
前記利得制御信号αは、前記血流成分に基づく所定の曲線応答であることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
各位置ごとに数回に亘って超音波信号を血管へ送信して血管から受信することにより前記血管を画像化する際に、反射された超音波信号によるクラッタノイズ出現を抑制するためのシステムであって、
前記反射された超音波信号を受信し、受信した信号を出力するように構成された受信器と、
前記受信器に接続され、前記受信した信号からＢモード処理された画像を出力するように構成されたＢモード画像プロセッサと、
前記受信器に接続されたＲＦ血流検出器であって、前記反射された超音波ＲＦ信号にフィルタをかけて前記受信信号の血流成分のみを出力するように構成されたウォールフィルタを有するＲＦ血流検出器と、
前記ＲＦ血流検出器に接続され、前記血流成分に基づいて血流成分パラメータを計算し、利得制御信号αを生成するように構成された利得制御生成器と、
前記利得制御生成器と前記Ｂモード画像プロセッサとに接続され、前記利得制御信号αを使って前記Ｂモード処理された画像出力を修正するように構成された信号合成器と、
を備え、
前記Ｂモード処理された画像におけるノイズ出現を抑制することを特徴とするシステム。
【請求項２０】
前記ウォールフィルタは、ハイパスフィルタであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記血流成分パラメータは、振幅ｃであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記血流成分パラメータは、パワーｃ２であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
請求項１９に記載のシステムであって、前記血流成分パラメータは、前記ウォールフィルタを通過したＲＦ信号からの振幅ｃと、パワーｃ２と、累乗パワーｃｂ(ｉ)（指数ｂ（ｉ）は実数）とを含む合成血流成分パラメータ
であり、ここで、前記振幅ｃ、パワーｃ２、累乗パワーｃｂ(ｉ)は、それぞれに対応する重みｄ１、ｄ２、ｄｉ（ｄ１、ｄ２、ｉ番目の成分であるｄｉは実数）で乗算され、合計されていることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
前記利得制御信号αは、前記血流成分に基づく所定の曲線応答であることを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公表番号】特表２０１０−５２２５８２（Ｐ２０１０−５２２５８２Ａ）
【公表日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４１６５８（Ｐ２００９−５４１６５８）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０５６７２７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１２３５９５
【国際公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０５６７２７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１２３５９５
【国際公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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