【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音響トランスデューサを用いる超音波組織画像形成装置および方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｂモード医用超音波画像形成においては、走査器が超音波バーストを体内へ送り込み、体の静止している組織と動いている組織から後方散乱させられた超音波エコーのエネルギーを検出する。 超音波走査器は、動いている血液を検出してそれの画像を形成するために、二次元ドップラー流検出（カラー・ドップラー画像形成とも呼ばれる）をも行う。 最近、何人かの研究者が、カラー・ドップラー血流画像形成性能を用いて、血液以外の構造、たとえば、動いている心臓構造、の画像を形成することを提案している。

【０００３】Ｂモード画像形成においては、静止しているターゲットと動いているターゲットの画像が共に形成される。 電気的なノイズ源と音響的なノイズ源からの静的ノイズすなわちクラッタの存在によってそれらの画像の画質はしばしば低下させられる。 心臓への超音波の応用においては動いている心筋が主な関心事である。 その心筋の画像はＢモード画像形成により検出される静止ノイズにより不明瞭にされることがある。 カラー・ドップラー画像形成方法はその静止ノイズを除去するが、ドップラー処理は血液速度を検出するために最適にされているのであって、それよりゆっくり動く心筋を検出するためには最適にされていないから、動いている心筋を求められている感度および詳しさで検出することはできない。 動いている心筋から戻ってくる超音波信号の諸特性は、血液から戻ってくるそれとは異なる。 たとえば、血流の検出においては、処理装置は、強くて、ゆっくり動いている心臓組織からのエコーをクラッタとして認識し、それらのクラッタを静止ターゲット打消し器と高域フィルタの少なくとも一方により除去する。 そのような高域フィルタが米国特許第５０１４７１０号明細書に開示されている。 動いている心筋に対応するものは正確にはそれらの強くて、ゆっくり動くターゲットであるが、
それらもカラー・ドップラー画像から除去される。 したがって、従来のカラー・ドップラー画像形成装置はゆっくり動いている心筋の画像形成は困難であった。

【０００４】 従来のカラー・ドップラー画像形成装置の簡単な説明図１は、米国特許第５０１４７１０号明細書に記載されている装置に類似するカラー・ドップラー画像形成装置のブロック図である。 送波器１が音響トランスデューサ２を励振する。 その音響トランスデューサは超音波エネルギー・バーストを走査面の上の体の内部へ送り込む。
トランスデューサ２は音響トランスデューサ素子のフェーズドアレイを通常備えている。 戻ってくる超音波エコーは電気信号に変換される。 それらの電気信号は受波器／ビーム形成器４により増幅され、集束される。

【０００５】受けられた電気信号は１つの経路においてドップラー画像形成装置により処理される。 このドップラー画像形成装置は多レンジ・ゲート・ドップラー検出器５と、複数の超音波走査線のおのおのに沿う多数の位置においてドップラー推移された信号を検出するプロセッサ（処理装置）とを含む。 それから、それらの信号は、固定ターゲット打消し器６として示されている回路を通って送られる。 その固定ターゲット打消し器６は静止クラッタに対応するドップラー推移されていない信号を除去する。 それから、フィルタおよびしきい値処理器７によりそれらの信号が処理されてドップラー血流信号から人工的な信号およびクラッタ信号を除去する。 次にドップラー周波数解析器８においてドップラー周波数が解析され、いくつかのパラメータ（平均周波数、標準偏差およびエネルギーを含む）が超音波走査線に沿う多数の位置について評価される。 これは米国特許第第５０１
４７１０号明細書に詳しく記載されている。

【０００６】解析されたそれらのドップラー情報は各走査線について、完全な二次元カラー・ドップラー走査フレームを構成する別の超音波走査線からの付加情報と共に、カラー・ドップラー走査変換器９に保存される。 走査変換器９は多数の超音波走査線に沿って集められたドップラー情報を、通常のビデオ表示のために求められる長方形ラスタへも変換する。 カラー・マップ・ルックアップ・テーブル１０がフレームの各位置へ、その位置において検出された周波数特性に従って、色を割当てる。
カラー・マッピングは平均周波数、標準偏差またはエネルギーを、ユーザーの指定に応じて、組合わせて、または単独で考察する。

【０００７】ビデオ混合器１１が、Ｂモード検出器１２
と走査変換器１３を含む第２の経路においてＢモード画像形成装置により獲得されたＢモードにカラー・ドップラー情報を組合わせる。 ビデオ混合器１１は組合わせたビデオ信号を表示するためにビデオ・モニタ１４へ供給する。

【０００８】

【発明の概要】本発明による超音波組織画像形成装置は、音響トランスデューサと、検査されている組織の電子的に走査されるＢモード画像をそのトランスデューサにより発生するＢモード画像形成手段と、大振幅の低周波信号を受けてそれらの信号を処理し、動いている組織の前記トランスデューサにより電子的に走査される音響画像をそのトランスデューサにより発生するドップラー画像形成手段と、エコーの強さが符号化されている二次元画像としてＢモード画像を第１のマッピング機能を用いて表示し、動いている組織からのドップラー情報を、
第２の異なるマッピング機能を用いて、二次元画像として同時に表示するカラー表示手段とを備え、表示される前記ドップラー情報は巻きＢモード画像に空間的に統合されて、そのＢモード画像に重畳されてＢモード画像を強調する。

【０００９】本発明は、静止しているターゲットまたはゆっくり動いているターゲットを除去する回路を除去または側路し、かつ処理回路が大振幅の低周波信号を検出することができるように処理回路を改造する新規な機能を持つカラー・ドップラー画像形成装置で、動いている組織の画像を形成するものである。 本発明は、前進運動と後退運動の両方を同様に着色する新規なカラー・マップと、ドップラー灰色調マップを提供する。 １つのモードにおいては、本発明はドップラー速度情報から加速度を計算し、動いている組織のカラー・マップされたその加速度を表示する。 動いている組織からの検出されたドップラー信号をＢモード信号に組合わせることにより、
動いている組織のＢモード画像を強調し、あるいは動いている組織からの検出されたドップラー信号によるＢモード信号のゲート操作を用いて、静止している組織を阻止し、Ｂモード画像からのクラッタ信号を阻止する。

【００１０】

【実施例】図２は、図１のＢモードおよびカラー・ドップラー画像形成装置を含む本発明のカラー・ドップラー組織画像形成装置のブロック図である。 しかし、ここでは図１の装置との比較において固定ターゲット打消し器６とフィルタおよびしきい値処理器７が省かれている。
別のカラー・ルックアップ・テーブル２０が設けられる。 加速度見積器２１が、たとえば、スイッチ装置２２
に応答して、以前の速度走査フレームから現在の速度走査フレーム中のデータを差し引くことにより、加速度を見積る。 スイッチ装置２３により制御される第１の動作モードにおいて走査フレーム中の各位置へ割り当てられた色または灰色調が、Ｂモード走査変換器１２からの情報に混合され、表示モニタ１４へ供給される。

【００１１】スイッチ装置２２はカラー・ドップラー信号が検出された時のみ表示装置１４へのＢモード情報をゲートする第２の動作モードも制御する。 Ｂモード・ゲート２４が示されている。 このゲートはカラー・ドップラー信号が検出された時のみＢモード走査変換器１３からのＢモード信号をゲートする。 ゲートされた信号はビデオ表示装置１４へ供給される。

【００１２】図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は種々のルックアップ・テーブルを示すものである。 図３（Ａ）に示す第１のルックアップ・テーブル３０は対称的な色分布を示しており、それにより色流れマッピングにおいて典型的に用いられている方向ではなくて、ドップラー推移の大きさを基にして色をマップする。 図３（Ｂ）に示す第２のルックアップ・テーブル３１は灰色調分布を示すものである。 これは、図５におけるように心筋を強調するために従来の灰色超画像と混合される場合に有用なものである。 図３（Ｃ）に示す第３のルックアップ・テーブル３２は黒のみで構成され、ゲート機能２４と共に用いられるものである。 この選択においては、Ｂモード画素がビデオ混合器において対応する黒カラー・ドップラー画素に組合わされることにより、動いている組織だけが表示されるＢモード画像を生ずる。

【００１３】図４は従来のＢモード心エコー図を示すものである。 この図において心筋画像４０が他の組織により囲まれ、クラッタおよびノイズ４１が重畳されている。 図５は、動いている心筋４０が本発明により強調されているＢモード心エコー図を示すものである。 図６
は、心筋画像４０のみを表示するために本発明のゲート機能２４により静止組織とクラッタが除去されているＢ
モード心エコー図を示すものである。

【００１４】本発明による医師の走査技術は従来のＢモード画像獲得に類似している。 適切な走査平面が達成されると、前面パネルの適切なキーを押すことにより組織運動検出モードを開始することができる。 そうすると動いている組織の構造が、従来のＢモード画像と共に、ビデオ表示に重畳される。

【００１５】ユーザーは何種類かの動作条件を選択することができる。 たとえば、ユーザーは、動いている組織の速度、標準偏差、エネルギーまたは加速度のいずれかを画像にするためにスイッチ装置２２により選択することができる。 ユーザーは、速度または加速度の向きと大きさを符号化するために従来のカラー・マップ１０を選択することができ、または対称的で、方向性を持たないカラー・マップ２０を使用することができる。 ユーザーは運動情報のために灰色調「カラー」マップを選択し、
それをＢモード情報と組合わせることができる。 あるいは、ユーザーはＢモード画像を着色し、それに灰色で符号化された運動画像または色で符号化された運動画像を組合わせることができる。 医師は（Ｂモード利得を低下させることにより）基礎を成すＢモード情報を除去して、カラー・ドップラー情報のみを画像形成することもできる。 また、ユーザーはスイッチ装置２３により「ゲートされた」Ｂモード動作を選択することができるこの場合、動いている組織からのＢモード情報が図６に示すように画像化される。 この場合には、画像の対応する場所においてドップラー信号が検出された時だけＢモード画像が表示される。 あるいは、ドップラー信号が存在しないことによってＢモードをゲートし、それにより心筋と周囲の組織の間の境界を強調することができる。

【００１６】カラー・マップを用いることにより静止ターゲットを除去することができる。 この場合は最低速度には色は割り当てられない。 更に、ドップラー情報のサンプリング率を調整することにより、従来のカラー・ドップラー画像形成と同様にして速度範囲を変更することができる。

【００１７】厳密な意味で、加速度検出はある時間フレームと別の時間フレームとにおける速度の差異を求める。 隣接する２つの時間フレームで同じ速度が検出された場合には、加速度は測定されない。 動いている組織の画像形成のためには信号のこの喪失は直観に反し、混乱させる。 したがって、それらの動作の場合には、加速度プロセッサは零加速度ではなくて、低い加速度値を割り当てる。 その結果として形成された画像は、加速度を真に表示するものではないが、より多くの診断情報を含んでいる。 隣接する時間フレームにおいて速度が零である場合には、加速度にも零が割り当てられる。

【００１８】以上、本発明を二次元ドップラー処理法に関連して説明したが、この処理は別のカラーＭモード動作に応用することもできる。 組織の運動を、二次元画像形成について説明したのと同様なやり方で、従来のＭモード表示に関連して表示することができる。

【００１９】本発明の方法を、自動相関法を基にして、
１つの種類のカラー・ドップラー画像形成装置について説明したが、他の種類の二次元流れ見積り装置を含む他の装置で本発明の方法を実施することもできる。 対称的なカラー・マップを、非方向性ドップラー検出による従来のカラー・マップを用いることで置き換えることができる。 隣接する速度フレームを減ずる以外の手段により加速度計算を行うことができ、しかも同じ情報が供給される。

【００２０】

【発明の効果】従来技術と比較した本発明の利点は次の通りである。 １． 動いている心筋に対応するゆっくり動くターゲットをより高い感度で検出することができる。 医学的には、
この付加情報は心臓の壁の運動特性の決定を支援する。

【００２１】２． ある場合には、心筋運動に対しては速度マッピングより加速度マッピングの方が高感度である。 たとえば、心臓拡張の終り／心臓収縮の開始においては心筋は停止して向きを変える。 この時には速度は零か非常に低い。 しかし、それらの時には加速度は非常に高い。 加速度マッピングによってより長い心臓サイクルにわたって運動情報が供給され、速度マッピングによるものよりも高い明瞭さおよび感度で画像を発生する。

【００２２】３． ゲートされるＢモード動作により、静止ノイズとクラッタを画像から除去することができる。

【００２３】４． 心内膜の検出は、血液プール中の静止クラッタの減少と、動いている心筋の強調との組合わせにより、容易にされる。

【００２４】５． 本発明は、心筋に隣接する組織が静止している場合の画像において心膜の検出を容易にする。

【００２５】６． 本発明は心筋の厚さの測定を容易にする。

【００２６】７． 動いている心筋という文脈では、大きさカラー・ドップラー画像形成は、方向カラー・ドップラー画像形成よりも解釈が簡単である。

【００２７】８． 心筋が本発明により強調されるから、
血液プール／心筋境界の手動検出と自動検出が強められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カラー血流表示のために有用である典型的なカラー・ドップラー画像形成装置のブロック図。

【図２】本発明のカラー・ドップラー組織画像装置のブロック図。

【図３】図２に示されている本発明において有用であるカラー・ルックアップ・テーブルおよび他のルックアップ・テーブルの例を示す図。

【図４】クラッタおよびノイズが重畳されている心臓およびその他の組織のＢモード画像を示す図。

【図５】動いている心筋が本発明のカラー・ドップラー装置により強調されている心臓のＢモード画像を示す図。

【図６】本発明のドップラー・ゲートされた装置により静止組織とクラッタが除去されている心臓のＢモード画像を示す図。

【符号の説明】

１ 送波器 ２ トランスデューサ ４ 受波器／ビーム形成器 ５ 多レンジゲート・ドップラー検出器 ８ ドップラー信号解析器 ９ カラー・ドップラー走査変換器 １１ ビデオ混合器 １２ Ｂモード検出器 １３、２４ Ｂモード走査変換器 １４ ビデオ表示装置 ２０ カラー・マップ・ルックアップ・テーブル ２１ 加速度計算器 ２２、２３ スイッチ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イスマイル、エム、ガラカー アメリカ合衆国カリフォルニア州、レッド ウッド、シティー、シルバー、アベニュ、 1603 (72)発明者 ヤナ、ジー、クラーク アメリカ合衆国カリフォルニア州、マウン テン、ビュー、ダブリュ、エル、カミノ、 リアル、ナンバー、184、801 (72)発明者 マーク、ディー、ワインスヘンカー アメリカ合衆国カリフォルニア州、マウン テン、ビュー、シルバン、アベニュ、645