JP4903928B2 - 符号化励起を用いる三次元フロー・イメージング方法及び装置 - Google Patents
符号化励起を用いる三次元フロー・イメージング方法及び装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、超音波イメージング・システムに関する。具体的には、本発明は、血流及び造影剤の三次元イメージング方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来の超音波スキャナは、解剖学的構造の領域を通る薄いスライスを表すグレースケール（Ｂモード）画像を形成する。また、送信された超音波パルスと戻ってきた超音波パルスとの間のドップラー・シフトを検出することによって流れ情報を抽出することが出来る。従来の超音波システムは、流れを平均ドップラー・パワー（パワー・ドップラー・イメージング）又は平均速度（一般に「カラー・フロー・イメージング」と呼ばれる）のいずれかとして表示する。流れ画像はＢモード画像とは別個に、或いはＢモード画像上にオーバーレイ(overlay) として表示することが出来る。
【０００３】
パワー・ドップラー・イメージング及びカラー・フロー(color flow)・イメージングで送信されるパルスは、典型的には、ドプラ感度を獲得するために、Ｂモード・パルスよりも狭帯域とされる。１６回もの多数の送信から成るパケットについて動作するときには、高域通過型ウォール・フィルタ(wall filter) が先ず、より低速で運動する組織又は血管壁からのエコーを阻止して、信号のダイナミック・レンジを低下させる。パケット当たりのウォール・フィルタ出力サンプルの数は、（Ｎ−Ｗ＋１）によって与えられる。ここで、Ｎはパケット・サイズであり、Ｗはウォール・フィルタの長さである。続いて、各々のウォール・フィルタ直交出力信号の大きさの自乗として瞬間ドプラ・パワーが算出され、また、すべての直交出力信号の平均から平均ドプラ・パワーが得られる。あるいは、ドプラ原理（位相変化）又は時間遅延に基づいて、ウォール・フィルタ直交出力信号から平均速度が算出される。カサイ(Kasai) の自己相関アルゴリズム又は時間領域相互相関アルゴリズムを用いて、平均流速を推定することができる。
【０００４】
従来のカラー・フロー・イメージングは、極めて良好な流れ感度を有しているが、物理的な流れを視認する能力は、その限定されたダイナミック・レンジ（圧縮曲線に部分的に依存する）、限定された分解能（狭帯域のパルスに起因する）、限定されたフレーム・レート（大きなパケット・サイズに起因する）、及び軸方向のみの流れ感度（ドプラ効果への依存によって決定付けられる）によって制限される。加えて、従来のカラー・フロー・イメージングは、エイリアシング並びに色のにじみ（blooming及びbleeding）等のアーティファクトを生ずる。
【０００５】
超音波プローブを被検体の所定の領域にわたって掃引して、スライスをメモリに記憶した場合、Ｂモード及び流れ情報の両方を含む三次元データ・ボリュームを取得することが可能である。このデータ・ボリュームは関心のある領域の三次元のビュー(view)を投影するために使用することが出来る。カラー・フロー及びパワー・ドップラー・データの（Ｂモードとは別個に又はそれと組み合わせた）三次元投影の品質は上記の理由による影響、すなわち、音波フレーム・レートの低下、ドップラー感度、流れ分解能の低下及び「フラッシュ(flash) 」ア−ティファクトの影響を受ける。そこで、ドップラー・フロー・イメージングに伴う欠点の影響を受けない三次元フロー・イメージングを実行する方法が要望されている。
【０００６】
従来の超音波画像は、基本信号成分と高調波信号成分との組み合わせから形成されており、後者の信号成分は、組織、又は造影剤を含有する血流等の非線形媒体において発生されている。場合によっては、基本信号成分を抑制すると共に高調波信号成分を強調することにより超音波画像が改善されることがある。
【０００７】
医用超音波用の造影剤が、従来はイメージングするが困難であった脈管構造を含む解剖学的構造の診断を支援するために開発された。造影剤は、典型的には直径が１μｍ〜１０μｍの範囲にあるマイクロバブル(microbubble) であり、血流に注入される。マイクロバブルの後方散乱信号は血球の後方散乱信号よりも遥かに大きいので、マイクロバブルは血流のイメージングを可能にするマーカとして用いられる。これらの造影剤からのエコーを更に分離するための１つの方法は、造影剤エコーの高（又は低）調波成分を用いるものであり、この成分は、造影剤が存在しない周囲組織の高調波成分よりも遥かに大きい。高（又は低）調波信号のフロー・イメージングは多くの場合、周波数ｆ0 の狭帯域信号を送信して、周波数２ｆ0 （２次高調波）又は周波数ｆ0 ／２（低調波）を中心とする帯域で受信し、続いて従来のカラー・フロー処理を行うことにより実現されている。このアプローチは、従来のカラー・フロー・システムのすべての制限、即ち、低分解能、低フレーム・レート及び軸方向のみの流れ感度を有する。
【０００８】
医療診断用超音波イメージングにおいては、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を最適化することもまた望ましい。増加したＳＮＲを用いて、所与のイメージング周波数における増大した透過性を得ることができ、又はより高い周波数における超音波イメージングを支援することにより分解能を改善することができる。符号化励起(coded excitation)は、送信信号のピーク・パワーは増大させられないが、平均パワーは増大させ得るような状況での、信号対ノイズ比を高めるために用いられる周知のレーダ技術である。このような状況は、医用超音波イメージングにおいてもしばしば見られ、ここでは、システムの設計上の制約が、トランスデューサを駆動する信号のピーク振幅を規定する。この状況では、より長い信号を用いて、より高い平均パワー値を送達することができ、帰投した信号を整合(matched) フィルタと相関させることにより時間分解能が回復される。２進符号、即ち、＋１、−１又は０という一連の数字としてディジタル式で容易に表現することのできる符号を用いるのが好ましい。２進符号はまた、所与のピーク振幅及びパルス持続時間について最大のエネルギを含むので好ましい。
【特許文献１】
米国発行特許第４２７６８８５号
【特許文献２】
米国発行特許第５３２９９２９号
【特許文献３】
日本公開特許平成０５−２２８１４５号
【特許文献４】
米国発行特許第５４５６２５７号
【特許文献５】
米国発行特許第５６３２２７７号
【特許文献６】
米国発行特許第５７０６８１９号
【特許文献７】
米国発行特許第５７２４９７６号
【特許文献８】
日本公開特許平成０８−１８２６８０号
【特許文献９】
米国発行特許第５８３３６１３号
【特許文献１０】
米国発行特許第５９３４２８８号
【特許文献１１】
米国発行特許第５９３８６１１号
【特許文献１２】
米国発行特許第５９６１４６３号
【特許文献１３】
米国発行特許第５９６４７０６号
【特許文献１４】
日本公開特許平成１１−３０９１４５号
【特許文献１５】
米国発行特許第５９８０４５９号
【特許文献１６】
日本公開特許平成１１−３４２１２９号
【特許文献１７】
米国発行特許第５９８４８６９号
【特許文献１８】
日本公開特許２０００−０６０８５５号
【特許文献１９】
米国発行特許第６０３０３４４号
【特許文献２０】
米国発行特許第６０４２５４５号
【特許文献２１】
ヨーロッパ公開特許第７７０３５２号
【非特許文献１】
Torp et al., "Comparison Between Cross-Correlation and Auto-Correlation Technique in Color Flow Imaging," Proc. 1993 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1039-1042.
【非特許文献２】
Thomas et al., "An improved Wall Filter for Flow Imaging of Low Velocity Flow," Porc. 1994 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1701-1704.
【非特許文献３】
Hein et al., "Current Time-Domain Methods for Assessing Tissue Motion by Analysis from Reflected Ultrasound Echoes-A Review," IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., Frequ. Contr., vol. 40, No. 2, Mar. 1993, pp. 84-102. (19 pages)
【非特許文献４】
de Jong et al., "Characteristics of Contrast Agents and 2D Imaging," 1996 IEEE Ultrasonics Symposium, pp. 1449-1458.
【非特許文献５】
Ishihara et al., "Path Lines in Blood Flow Using High Speed Digital Subtraction Echography," Proc. 1992 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1277-1280.
【非特許文献６】
Ishihara et al., "High-Speed Digital Subtraction Echography: etc.," Proc. 1990 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1473-1476.
【非特許文献７】
de Jong et al., "Principles and Recent Developments in Ultrasound Contrast Agents," Ultrasonics, vol. 29, pp. 324-330 (1991).
【非特許文献８】
Newhouse et al., "Second Harmonic Doppler Ultrasonic Blood Perfusion Measurement," Proc. 1992 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1175-1177.
【非特許文献９】
Burns et al., "Harmonic Power Mode Doppler Using Microbubble Contrast Agents: etc.," Proc. IEEE 1994 Ultrason. Symp., pp. 1547-1550.
【非特許文献１０】
Averkiou et al., "A New Imaging Technique Based on the Nonlinear Properties of Tissue," Proc. 1997 IEEE Ultrason. Symp.
【非特許文献１１】
Uhlendrf, "Physics of Ultrasound Contrast Imaging: etc.," IEEE Trans. Ultrason. Ferroele. & Freq. control, vol. 41, No. 1, pp. 70-79, Jan. (1994).
【非特許文献１２】
Shahnazi et al., "Use of Contrast Agents in Ultrasound," Proc. 1994 Ultrason. Symp., pp. 85-87.
【非特許文献１３】
Wang et al., "Contrast Medium Assisted Fluid/Flow Measurement," IEEE Trans. Ultrason. Ultrasonic. Ferroele. & Freq. control, vol. 42, No. 2, pp. 309-315, Mar. (1995). (7 pages)
【０００９】
【発明の概要】
高分解能、高フレーム・レート、高ＳＮＲ／ダイナミック・レンジ、及びすべての方向における流れ感度を有する、血流及び造影剤を三次元イメージングするための方法及び装置は、複雑な血行運動、狭窄症における残留内腔及び血栓運動の明瞭な視覚化を含めた臨床的な利益を提供する。高分解能は、広帯域パルスを用いることにより達成され、高フレーム・レートは、小さなパケット・サイズを用いることにより達成される。高ＳＮＲ／ダイナミック・レンジは、符号化励起を用いることにより維持される。レンジ方向における流れ感度は最大となり、パルス間のＲＦ無相関(decorrelation) から得られ、一方、レンジ交差方向の流れ感度は、一群の反射体（例えば、血液又は造影剤）がビーム・プロファイルを横断して流れるので、パルス間の振幅無相関から得られる。
【００１０】
ここに開示した方法では、符号化された広帯域パルス（複数）から成る小さなパケットが、所与のパルス繰り返し間隔で１つの送信焦点位置へ送信される。この一連のファイアリングからの後方散乱した信号が、スロー・タイム(slow time) でフィルタ処理されて、送信経路に沿って位置する静止した反射体又は低速で運動する反射体からのエコーを除去する。パケット・サイズを小さく（６回以下のファイアリング）して高フレーム・レートを達成するが、ＳＮＲの低下という望ましくない副次的効果が伴う。好ましい実施例では、ＳＮＲは、符号化励起を用いることにより回復される。スロー・タイム・フィルタ処理は、好ましくは、高域通過ＦＩＲ（有限インパルス応答）又はＩＩＲ（無限インパルス応答）ウォール・フィルタによって行われる。ウォール・フィルタは、流れの信号対クラッタ(clutter) 比を高め、信号対クラッタ比は、イメージングの前に患者に造影剤を投与することにより更に高めることができる。１つのスライスのフロー・イメージング・データが、一平面を横断して送信焦点位置を走査することにより取得される。
【００１１】
上記の走査プロセスは多数の走査平面の各々について繰り返される。超音波プローブを走査する被検体に対して掃引、すなわち動かしながら、多数の走査平面の各々について画像フレームが取得される。プローブの掃引中に取得されるフロー・イメージング・データの多数の画像フレームは、三次元データ・ボリュームを形成する。様々なボリューム・レンダリング手法（例えば、最大又は平均ピクセル投影、合成あるいは表面）のいずれかを使用して、種々のイメージング平面上に投影画像を再構成することが出来る。具体的に述べると、ホスト・コンピュータがデータ・ボリューム内のピクセル・フロー・イメージング・データを複数の回転した画像平面上に投影する。各々の投影の結果生じる投影されたデータは次いで表示することが出来る。
【００１２】
本発明の好ましい実施態様によれば、符号化された広帯域パルス（基本周波数を中心とする）系列が、特定の送信焦点位置へ多数回送信される。尚、各々の符号化系列は１回のファイアリングを構成する。受信時には、各回のファイアリングで取得された受信パルスが圧縮され、帯域通過フィルタ処理されて、例えば、基本周波数を中心とする圧縮されたパルスを分離(isolate) する。次いで、圧縮され分離された信号は、ウォール・フィルタを用いて各回のファイアリングに跨がって高域通過フィルタ処理される。ウォール・フィルタ処理された信号は、血液に造影剤を注入していない状態の血流をイメージングするために用いられる。
【００１３】
本発明のもう１つの好ましい実施態様によれば、ガス充填マイクロバブルのような造影剤を血液に注入して、血流をイメージングするためのマーカとして利用する。上述の実施態様と同様に、符号化された広帯域パルス系列が、特定の送信焦点位置へ多数回送信される。送信された超音波パルスと伝播媒体、特に注入された造影剤との間の相互作用から、基本信号及び高（又は低）調波信号が発生される。受信時に、受信信号がデコード（復号）され、帯域通過フィルタ処理されて、基本信号を分離する。次いで、分離された基本信号は、ウォール・フィルタを用いて複数のファイアリングにわたって高域通過フィルタ処理される。
【００１４】
このウォール・フィルタ処理の結果として、送信経路に沿って位置する静止していない組織又は流れの領域から反射された基本信号を抽出することができる。結果として得られる流れ信号は、通常のＢモード・イメージング・データ・ベクトルにスーパインポーズ（重ね合わせ）する、即ち、Ｂモード・イメージング・データ・ベクトルと加算して、表示することができる。不要の静止した組織の信号に寄与した可能性のある基本周波数の受信エネルギは、ウォール・フィルタによって抑制される。
【００１５】
本発明の更に別の好ましい実施態様によれば、解剖学的な標認点（ランドマーク）を提供するために、流れ画像を、基本信号成分又は高（若しくは低）調波信号成分のいずれかを検出することにより取得された静止組織（即ち、Ｂモード）画像と、加算によるか又はオーバーレイ(overlay) として組み合わせることができる。オーバーレイの利点は、流れ領域が明瞭に際立つようにカラーで実現し得ることにある。しかしながら、この方法は、より複雑な表示ハードウェアを要求すると共に、フロー・イメージングに用いられるものよりも多く追加のファイアリング（静止した組織を表現するイメージング・データを取得するため）を要求する。更に、フラッシュ(flash) アーティファクトが顕著になる。背景Ｂモード画像の加算による導入（コヒーレントでもインコヒーレントでも）によれば、フラッシュ・アーティファクトがより軽減する。ウォール・フィルタ・フィードスルー(feedthrough) 法を用いることにより、追加のファイアリングを行ってＢモード画像を加えることもできるし（高調波Ｂモード画像の場合）、又は追加のファイアリングを行わないでＢモード画像を加えることもできる（基本Ｂモード画像の場合）。フロー・モード及びＢモードについて別個のファイアリングを用いるときには、ファイアリングをインタリーブさせて、表示の前にＢモード信号から流れ信号を別個に閾値抽出してもよい。
【００１６】
本発明の方法は、いくつかの観点で、従来のパワー・ドプラ・イメージングともカラー・フロー速度イメージングとも異なっている。例えば、本発明の方法は、ドプラ信号を抽出するのではなく、従って、広帯域パルスを用いることを可能にする。また、本発明の方法は、ベースバンド・データも要求しない（ベースバンド・データを用いることは可能）し、速度推定も要求しない。また更に、本発明の方法は、単一の出力サンプルを有するウォール・フィルタを使用して、その量を直接に（平均化することなく）表示する。これは従来のパワー・ドプラ・イメージングともカラー・フロー速度イメージングとも異なる。加えて、Ｂモード背景を提供する加算方法は、従来のオーバーレイ方法に比べて、より単純であり（より少ない表示ハードウェアしか要求されない）、より効率的であり（フィードスルー法は、基本Ｂモード画像を取得するために追加の送信を要求しない）、より効果的である（フラッシュ・アーティファクトがより軽減する）。
【００１７】
【発明の好ましい実施の形態】
図１に従来の超音波イメージング・システムを示す。このシステムは、別々に駆動される複数のトランスデューサ素子１２を有するトランスデューサ・アレイ１０を含んでいる。各トランスデューサ素子は、送信器１４によって発生されるパルス波形によって付勢されたとき、超音波エネルギのバースト(burst) を発生する。被検体から反射されてトランスデューサ・アレイ１０に帰投した超音波エネルギは、受信用の各々のトランスデューサ素子１２によってアナログの電気信号へ変換されて、１組の送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１８を介して受信器１６に別々に印加される。送信器１４及び受信器１６は、ホスト・コンピュータ又はマスタ・コントローラ２０の制御下で、操作者インタフェイス（図示されていない）を介して操作者によって供給される命令に応答して動作する。１回の完全な走査は、一連のエコーを取得することにより行われ、この取得時には、送信器１４が瞬間的にオンにゲート制御されて各々のトランスデューサ素子１２を付勢し、各々のトランスデューサ素子１２によってその後に発生されたエコー信号が受信器１６に印加される。受信器１６は、アナログのエコー信号をディジタル信号へ変換し、各々のトランスデューサ素子から導き出されたそれぞれのディジタル信号を合計して単一のビーム加算された信号を発生し、この信号を用いて、表示サブシステム２２によって表示される画像の１本の線を形成する。
【００１８】
ホスト・コンピュータ２０の指令下で、送信器１４は、超音波エネルギが指向性を有する集束したビームとして送信されるようにトランスデューサ・アレイ１０を駆動する。このことを達成するために、送信ビームフォーマ２６によって多数のパルサ２４に対してそれぞれの時間遅延が付与される。ホスト・コンピュータ２０は、音波パルスが送信される条件を決定する。この情報によって、送信ビームフォーマ２６は、パルサ２４によって発生されるべき送信パルスの各々についてタイミング及び振幅を決定する。各々の送信パルスの振幅は、各々のパルサへの給電電圧を設定する高電圧コントローラ等のアポダイゼーション発生回路３６によって発生される。次いで、パルサ２４は、トランスデューサ・アレイ１０の素子１２の各々に対してＴ／Ｒスイッチ１８を介して送信パルスを送る。Ｔ／Ｒスイッチ１８は、トランスデューサ・アレイに存在している可能性のある高電圧から時間ゲイン補償（ＴＧＣ）増幅器２８を保護する。アポダイゼーション加重（重み付け）は、送信パワーとサイドローブ・レベルとの間の最適な兼ね合いを達成するように選択される。加重は、アポダイゼーション発生回路３６によって発生される。アポダイゼーション発生回路３６は、送信ビームフォーマ２６から加重データを得てこのデータをパルサ２４に印加する１組のディジタル・アナログ(digital-to-analog) 変換器を含み得る。送信集束時間遅延を従来の方式で適当に調節すると共に、送信アポダイゼーション加重を調節することにより、個々のトランスデューサ素子によって送信される多数の超音波を組み合わせて、指向性を有し且つ集束した送信ビームを形成することができる。アポダイゼーション加重及び送信集束時間遅延は、システム・プログラミング及び操作者の入力に基づいてホスト・コンピュータによって設定することができる。
【００１９】
超音波エネルギの各々のバーストは、各々の送信ビームに沿った相次ぐレンジ（距離）に位置する物体から反射される。結果として得られるエコー信号は、各々のトランスデューサ素子１２によって別々に感知され、特定の時間点におけるエコー信号の大きさのサンプルが、特定のレンジにおいて生じた反射の量を表わす。反射点と各々のトランスデューサ素子１２との間の伝播経路に差があるので、エコー信号は同時に検出されるわけではなく、また、各エコー信号の振幅は等しくならない。受信器１６は、各々の受信チャネルに設けられているそれぞれのＴＧＣ増幅器２８を介して別個のエコー信号を増幅する。ＴＧＣは、ゲインを深さの関数として増大させる又は減少させることにより行われる。ＴＧＣ増幅器によって提供される増幅の量は、ＴＧＣ回路（図示されていない）によって制御され、ＴＧＣ回路は、ホスト・コンピュータ、及びポテンシオメータの手動操作によって設定される。次いで、増幅されたエコー信号は、受信ビームフォーマ３０へ供給される。
【００２０】
ホスト・コンピュータ２０の指令下で、受信ビームフォーマ３０は、送信されたビームの方向を追尾する。受信ビームフォーマ３０は、各々の増幅されたエコー信号に対して適正な時間遅延及び受信アポダイゼーション加重を付与し、これらの信号を加算して、特定の送信方向における特定のレンジに位置する点から反射した全超音波エネルギを正確に表わすエコー信号を形成する。受信集束時間遅延は、専用のハードウェアを用いて実時間で算出されるか、又はルックアップ・テーブルから読み込まれる。受信チャネルはまた、受信されたパルスをフィルタ処理するための回路構成要素を有している。受信アポダイゼーション加重及び受信集束時間遅延は、システム・プログラミング及び操作者の入力に基づいてホスト・コンピュータによって設定され得る。
【００２１】
次いで、時間遅延された受信信号は加算されて信号プロセッサ又は検出器３２へ供給され、信号プロセッサ又は検出器３２は、加算された受信信号を表示データへ変換する。典型的なグレースケール表示では、表示データは、エッジ強調及び対数圧縮等の何らかの追加処理を施された信号の包絡線となる。ＲＦデータの場合には、低域通過フィルタを用いて包絡線を検出することができ、ベースバンド・データの場合には、（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 を表わす信号を発生する包絡線検出器を用いて包絡線を検出することができる。尚、ここで、Ｉはベースバンドデータの同相信号成分であり、Ｑは直交信号成分である。
【００２２】
スキャン・コンバータ３４が、検出器３２から表示データを受け取って、このデータを表示に望ましい画像へ変換する。具体的には、スキャン・コンバータ３４は、音波画像データを、極座標（Ｒ×θ）のセクタ型フォーマット又はデカルト座標のリニア・アレイ型フォーマットから、ビデオ・レートの適当に拡縮(scaling) されたデカルト座標の表示ピクセル・データへ変換する。次いで、走査変換（スキャン・コンバート）された音波データは、表示サブシステム２２によって表示するように供給され、表示サブシステム２２は、信号の包絡線の時間変換する振幅をグレースケールとして画像化する。各々の送信ビーム毎に、それぞれの走査線が表示される。
【００２３】
図２は、本発明の好ましい一実施例による超音波フロー・イメージング・システムを示す。送信開口にある各々のトランスデューサ素子は、メモリ３８から各々のパルサへ同じ送信系列をＮ回供給することにより、同じ符号化波形を用いてＮ回（ここで、Ｎは好ましくは、６又はこれよりも小さい）パルスが供給される。パルサ２４は、発生される超音波エネルギが各回の送信ファイアリングについてビームとして方向制御すなわちステアリング(steering)されるように、トランスデューサ・アレイ１０の素子１２を駆動する。このことを達成するために、メモリ３８からの送信系列に応答してパルサによって発生されるそれぞれのパルス波形に対して、送信集束時間遅延３６が付与される。送信集束時間遅延を従来の方式で適当に調節することにより、超音波ビームを所望の送信焦点位置に集束させることができる。Ｎ個のパルスが、所定のパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）でこの送信焦点位置に送信される。送信系列は、システム・プログラミング及び操作者の入力に基づいてホスト・コンピュータによって供給される。
【００２４】
単一回送信の符号化励起の基本的な概念は、長さＰの送信バースト（基本系列）に基づいて、特殊に設計された符号系列を変調させることを含んでいる。ｎ個のバーストから成る符号化されたパルス系列はしばしば、ｎチップの符号と呼ばれる。符号化されたパルス系列は、長さｎ×Ｐを有しており、流れる血液への呼び掛けを行うためにより大きな音波投与量又はより短い基本系列を用いることを可能にする。復号用（即ち、圧縮）フィルタの出力信号は、元の送信バースト長Ｐに等しい又はこれに近い長さを有する圧縮された信号パルスであるが、この信号パルスの振幅は、ｎ倍長い符号化されたパルス系列によって発生されたものとなる。この符号化手法は、フレーム・レートに悪影響を及ぼすことがなく、また、高速又は適応的回転による不適切な復号の機会が遥かに少なくなっている。
【００２５】
単一の符号化された波形が送信され、そして受信された波形は、復号用フィルタのインパルス応答と畳み込みされて、波形エネルギを小さな時間間隔に圧縮する。復号用フィルタは、整合フィルタであってもよいし（ここでのフィルタ係数は、送信符号と同じものとなる）、又は不整合フィルタであってもよい。不整合フィルタは、フィルタ出力信号（符号系列を入力信号とする）と、クロネッカのデルタ関数との間の自乗和誤差を最小化するように設計される。好ましい単一回送信の符号には、バーカー（Barker）符号、及び長さ８の符号［１，１，１，−１，１，−１，−１，１］等の非バーカー型符号がある。この符号が図３に示す長さ１６の不整合フィルタと畳み込みされると、出力信号は図４に示すようになる。
【００２６】
各回の送信毎に、トランスデューサ素子１２からのエコー信号は、受信ビームフォーマのそれぞれの受信チャネル４０へ供給される。ホスト・コンピュータ２０（図１）の指令下で、受信ビームフォーマは、送信されたビームの方向を追尾する。受信ビームフォーマは、受信されたエコー信号に対して適正な受信集束時間遅延４２を付与し、これらのエコー信号を加算して、送信ビームに沿った特定の位置から反射した全超音波エネルギを正確に表わす合成エコー信号を提供する。時間遅延された受信信号は、特定の送信焦点位置に集束したＮ回の送信ファイアリングの各々について、受信加算器４４において加算される。
【００２７】
相次ぐ送信ファイアリングについて加算された受信信号は、フィルタ４６へ供給され、フィルタ４６は、復号、帯域通過フィルタ処理及びウォール・フィルタ処理の各作用を実行する。このことは、システム・プログラミング及び操作者の入力に基づくホスト・コンピュータによるフィルタ係数の適正な選択によって達成される。フィルタ４６は、Ｎ回の送信ファイアリングに跨がるフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の信号を検出器３２へ供給し、検出器３２は、ファイアリングからファイアリングにかけてフィルタ処理された信号の包絡線を形成する。後処理（エッジ強調及び対数圧縮を含む）並びに走査変換の後に、表示サブシステム２２（図１）によって１本の走査線が表示される。この手順は、各々の送信焦点位置について（各々のビーム角度毎に１つの送信焦点位置が存在する場合）、又は各々のベクトルについて（各々のビーム角度毎に多数の送信焦点位置が存在する場合）、それぞれの走査線が表示されるように繰り返される。
【００２８】
本発明の好ましい実施例によれば、フィルタ４６は、受信加算器４４の出力に結合された入力を有するＦＩＲフィルタ４８と、入力がＦＩＲフィルタ４８に結合され且つ出力が検出器３２に結合されたベクトル加算器５０とを含んでいる。ＦＩＲフィルタは、各回の送信ファイアリングについて、Ｍ個のフィルタ係数から成るそれぞれのフィルタ係数組を受け取るためのＭ個のフィルタ・タップを有する。ｎ回目の送信ファイアリングについてのフィルタ係数は、ａn ｃ1 ，ａn ｃ2 ，．．．，ａn ｃM であり、ここで、ａn はｎ回目の送信ファイアリングについてのスカラ加重であり、ｎ＝１，２，．．．，Ｎであり、ｃ1 ，ｃ2 ，．．．，ｃM は、ＦＩＲフィルタ４８が受信パルスを圧縮すると共に所望の基本周波数帯域の大部分を通過させるように選択された１組のフィルタ係数である。具体的には、フィルタ係数ｃ1 ，ｃ2 ，．．．，ｃM は、通過させるべき周波数帯域の関数である第１のフィルタ係数の組ｂ1 ，ｂ2 ，．．．，ｂP を、整合フィルタ又は不整合フィルタのいずれかの係数である第２のフィルタ係数の組ｄ1 ，ｄ2 ，．．．，ｄQ と畳み込みすることにより得られる。尚、ここで、Ｍ＝（Ｐ＋Ｑ−１）である。スカラ加重ａ1 ，ａ2 ，．．．，ａN は、所定の閾値よりも大きい速度で運動している反射体からの信号を選択的に通過させるスロー・タイムの「ウォール(wall)」フィルタを形成し、即ち、スロー・タイムのフィルタ係数は、より低速での運動に対応する低い周波数を阻止するように選択されている。Ｎ回の送信ファイアリングについての相次ぐＦＩＲフィルタ出力信号は、ベクトル加算器５０においてコヒーレントに累算される。これは、単一の出力信号サンプルを有するウォール・フィルタと等価である。次いで、ベクトル加算器の出力信号は、公知のやり方で、包絡線検出、後処理、走査変換及び表示を経る。
【００２９】
フィルタ係数ａn ｃ1 ，ａn ｃ2 ，．．．，ａn ｃM は、各回の送信ファイアリングについて、ホスト・コンピュータによってフィルタ係数メモリ５２からフィルタ４８へ供給される。例えば、１回目の送信ファイアリングについては、フィルタ係数の組ａ1 ｃ1 ，ａ1 ｃ2 ，．．．，ａ1 ｃM がＦＩＲフィルタ４８へ供給され、２回目の送信ファイアリングについては、フィルタ係数の組ａ2 ｃ1 ，ａ2 ｃ2 ，．．．，ａ2 ｃM がＦＩＲフィルタへ供給され、以下同様に続く。フィルタ係数は、診断用途に応じてプログラム可能である。異なる複数の組のフィルタ係数をホスト・コンピュータのメモリ内のルックアップ・テーブルに記憶することができ、所望の係数の組をシステム操作者が選択し得るようにすることができる。送信ファイアリングの数Ｎ＝２であるような用途の場合には、フィルタ係数の組の対がメモリに記憶され、選択された対の一方の組のフィルタ係数が、１回目の送信ファイアリングの前にＦＩＲフィルタへ転送され、この選択された対の他方の組のフィルタ係数が、１回目の送信ファイアリングの後に且つ２回目の送信ファイアリングの前にＦＩＲフィルタへ転送される。同様に、送信ファイアリングの数Ｎ＝３であるような用途の場合には、１回目乃至３回目のファイアリングから得られる受信信号をフィルタ処理するのに用いるように、２つ又は３つの組のフィルタ係数がメモリに記憶される。送信ファイアリングの数Ｎ＞３であるような用途についても同様の手順を踏む。
【００３０】
焦点位置当たりＮ回の送信の各回の間の時間間隔は、利用者が制御可能であって、「スロー・タイム」・フィルタの遮断周波数を決定する。特定の焦点位置へのＮ回の送信の各回の間の間隔をより長くすると、低速の流れに対するより高い感度を有するより低い遮断周波数が得られる。
【００３１】
流れ画像は、最大流れコントラストについてそれ自体によって表示されることもできるし、又はＢモード背景画像と加算することもできる。従来のＢモード画像に流れ画像を重ね合わせると、医療診断時に診断者が既知の解剖学的な標認点に対する血液の流れを観測することが可能になる。流れ画像及びＢモード画像のこの加算において見られるフラッシュ・アーティファクトは、従来のカラー・フロー・イメージングにおいて見られるものよりも軽減している。
【００３２】
好ましい一実施例では、基本周波数帯域から導き出されるＢモード画像が流れ画像と加算される。このことは、基本Ｂモード信号成分がウォール・フィルタを通過する又はフィードスルーするように「スロー・タイム」・フィルタの加重のうち１つに摂動を与えることにより達成される。例えば、１回目の送信ファイアリングについて（又は他の任意の送信ファイアリングについて）の加重ａ1 に、図５に示すように量αだけ摂動を加えることができる。Ｂモード・フィードスルーによって、流れ画像を従来のＢモード画像に重ね合わせて表示することが可能になる。代替的には、流れ画像を従来のＢモード画像にカラーで重ね合わせて表示することもできる。このフィードスルー手法は、追加のファイアリングを行わずにＢモード背景画像を得る一つの方法である。Ｂモード背景画像を得るその他の方法には、Ｂモード画像について特定的にパルスを送信するもの（この方法はＲＯＩに要求される）、及びすべての物体が静止している場合でもウォール・フィルタの出力信号がゼロになることがないように、１つのパケット内で互いに僅かに異なるパルスを送信するものがある。
【００３３】
代替的な好ましい実施例では、背景Ｂモード画像はまた、高（又は低）調波画像であってもよく、こうすると、フロー・イメージングを隠蔽する可能性のある残響及び平面外音響「ノイズ」のようないくつかの画像アーティファクトを一掃し易くなる。このことは、いくつかの方法のいずれか１つを用いて達成することができる。
【００３４】
高調波Ｂモード背景画像を形成する好ましい一実施例では、符号化されていない追加のパルスをｆ0 （通常、トランスデューサのより低い周波数帯域のエッジ）において送信し、エコーは、周波数２ｆ0 （２次高調波）又は周波数ｆ0 ／２（低調波）を中心とする帯域通過フィルタ（図２に示すＦＩＲフィルタ４８に組み込まれている）によってフィルタ処理する。この符号化されていない送信に続いて、少なくとも２回の前述のような符号化された送信を行う。これらの送信のすべてについての受信信号が、ウォール・フィルタによってスロー・タイムでフィルタ処理される。１回の符号化されていない送信に続いて２回の符号化された送信を行う場合には、ウォール・フィルタのスカラ加重は、［ａ0 ，ａ1 ，ａ2 ］＝［１，１，−１］となる。符号化された送信及び符号化されていない送信を送信する順序は、符号化されていない送信が中盤又は終盤に位置するように変更することもできる。このような構成は、１つの流れ画像ベクトルを他の流れ画像ベクトルから減算しながら高調波Ｂモード背景画像ベクトルを通過させる効果を有している。
【００３５】
高調波Ｂモード背景画像を形成するもう１つの好ましい実施例では、符号化されていない偶数個のパルスを連続して送信し、これに続いて少なくとも２つの符号化されているパルスを送信する。送信パケット内の符号化されていないパルスを１つ置きに負とすることができ、負とされた符号化されていないパルスからのエコーが、正の符号化されていないパルスからのエコーに加えられて、基本信号を打ち消すと共に高調波信号を残す。続いて、検出の前（コヒーレント）又は検出の後（インコヒーレント）のいずれかに、高調波信号を流れ信号に加える。例えば、送信パケットを、第１の符号化されていないパルスが正の極性を有し、第２の符号化されていないパルスが負の極性を有しているような２つの符号化されていないパルスと、少なくとも２つの符号化されたパルスとから構成することができる。次いで、これらの送信のすべてについて、受信信号がウォール・フィルタによってスロー・タイムでフィルタ処理される。反対の極性を有する２回の符号化されていない送信に続いて２回の符号化されている送信が行われる場合には、ウォール・フィルタのスカラ加重は［ａ0 ，ａ1 ，ａ2 ，ａ3 ］＝［１，１，１，−１］となる。符号化された送信と符号化されていない送信が送信される順序は、順列式で交換(permutate) することができる。この構成は、１つの流れ画像ベクトルを他の流れ画像ベクトルから減算しながら高調波Ｂモード背景画像ベクトルをウォール・フィルタに通過させる効果を有している。
【００３６】
本発明の代替的な好ましい実施例では、２回送信の符号化励起、例えば、ゴレイ(Golay) 符号対を用いてＳＮＲが回復される。具体的には、各々のビーム上で連続して同じ焦点位置にゴレイ式で符号化された１対の基本系列を送信し、次いで、ビーム加算されたデータを復号することによりＳＮＲが高められる。ゴレイ式で符号化された１対の基本系列は、オーバサンプリングの後に基本系列をゴレイ符号対で畳み込むことにより形成される。ゴレイ符号対は、２つの系列の自己相関の和がクロネッカのデルタ関数となるという性質を有する１対の２進（＋１，−１）系列である。オーバサンプリングされたゴレイ系列は、各々の＋１と−１との間にゼロを挟んだゴレイ系列であり、ゼロの数は、基本系列の長さから１をマイナスしたものよりも大きいか又はこれと等しい。ゴレイ符号は、レンジ・サイドローブを有さない。各回のファイアリング毎に、送信時に用いられたゴレイ式で符号化された基本系列に対応するオーバサンプリングされたゴレイ系列を用いて復号が行われる。ゴレイ対に従って極性符号化された２つのパルスの系列を送信することにより、受信されるビーム加算信号の各々の対応するオーバサンプリングされたゴレイ系列との相関、及びこれらの相関の加算によって、ＳＮＲの増大が可能になり、画像の分解能又はコントラストに劣化をもたらすことは実質的にない。実用的には、符号の歪みに起因してレンジ・サイドローブは生ずるが、ノイズ・フロアよりも低い傾向にあり、画質に悪影響を及ぼすことはない。ゴレイ対の２つの系列の送信の間に生ずる組織の運動もまた、符号の歪みをもたらし、レンジ・サイドローブを増大させる。第１の系列からのエコーが完全に受信されたら直ちに第２の系列を送信することにより、２回の送信の間の時間間隔を最小化することができる。各送信の間の間隔を最小化すると、動きに誘起される符号の歪みが最小化される。
【００３７】
図２に示す超音波イメージング・システムは、相補的な符号処理を採用している。従って、Ｎ個の送信パルス（例えば、各々のパルスをトーン・バーストとする）から成るパケットを送信する代わりに、２Ｎ個の送信パルスから成るパケットを送信し、相次ぐ送信パルスが相補的な（例えば、ゴレイ式の）符号対のそれぞれの符号によって交互に符号化されて、交互式で符号化されたパルス系列Ａ及びＢを形成するようにする。例えば、Ｍ個の送信パルスから成る系列を第１のＭ桁の送信符号で符号化すると共に、Ｍ個の送信パルスから成るもう１つの系列を第２のＭ桁の送信符号で符号化することにより、符号化されたパルス系列Ａを形成することができ、ここで、第１及び第２の送信符号は相補的であるものとする。各回の送信ファイアリング毎に、このファイアリングについての送信符号に等しい受信符号を復号用フィルタにロードして、受信された信号をフィルタ処理することにより、自己相関が行われる。次いで、ウォール・フィルタを用いて、例えば、各奇数番号の対の送信のスカラ加重が各偶数番号の対の送信のスカラ加重に対して負になるようにして自己相関後の各系列を加算する。図６に示す好ましい実施例によれば、ビームフォーマ５４内に設けられている送信器（図示されていない）が、相補的に符号化されたパルス系列Ａ及びＢから成るパケットを、交互の順、即ちＡＢＡＢ...の順でファイアリングする。このパケットから得られる受信信号は、次のように表わすことができる。
【００３８】
Ａ1Ｂ1Ａ2Ｂ2Ａ3Ｂ3...ＡNＢN
ここで、Ａi は、符号Ａのｉ番目のファイアリングについての受信信号であり、Ｂi は、符号Ａの相補符号である符号Ｂのｉ番目のファイアリングについての受信信号であり、２Ｎがパケット内のファイアリングの数である。これらの受信信号は、フィルタ４８によって圧縮され帯域通過フィルタ処理される。ＲＦ（無線周波数）のビームフォーマ出力信号の場合には、復調器５６が圧縮されたＲＦ信号をそのＩ成分及びＱ成分へ変換し、これらのＩ成分及びＱ成分をコーナ・ターナ(Corner Turner) メモリ５８にロードする。ファイアリングに跨がって各々のダウン・レンジ位置に対して、即ち、「スロー・タイム」で、（１，１，−１，−１）のウォール・フィルタ６０が適用され、各々のレンジ点をフィルタ処理して、次のようなそれぞれの差信号を発生する。
【００３９】
（Ａ1＋Ｂ1）−（Ａ2＋Ｂ2）
（Ｂ1＋Ａ2）−（Ｂ2＋Ａ3）
（Ａ2＋Ｂ2）−（Ａ3＋Ｂ3）
（Ｂ2＋Ａ3）−（Ｂ3＋Ａ4）
......
（ＡN-1＋ＢN-1）−（ＡN＋ＢN）
（括弧は数式をより明瞭にするために挿入されている。）このように、隣接した相補的な符号系列が共に加算され、得られた和がウォール・フィルタ処理される。ウォール・フィルタの出力信号は、検出器３２によって包絡線検出され、スキャン・コンバータ３４によって走査変換され、ビデオ・プロセッサ６２によってカラー・マッピングされ、表示モニタ６４上に表示される。ウォール・フィルタ６９は一般的には、（Ｎ−Ｗ＋１）個の信号サンプルが発生することを可能にしており、ここで、Ｎはパケット・サイズであり、Ｗはウォール・フィルタの長さである。図２に示す実現形態でのウォール・フィルタは、Ｎ＝Ｗに相当する。広帯域パルス及び小さなパケット・サイズを用いることに加え、より多い数の有効表示ビットを提供するように圧縮曲線及び表示マップを選択する。ベクトル密度を増大させて、分解能を増大させる。流れ画像は、Ｂモード画像上へのカラー・オーバーレイ（ビデオ・プロセッサ６２にロードされた選択可能なカラー・マップによって）として表示される。
【００４０】
図６の実施例では、各回の送信ファイアリング毎に２つの符号化されたパルス系列が要求されているとしても、符号化されたパルス系列を互い違いに組み合わせること（staggering）により、パケット内のファイアリングの総数は、流れ検出器へ供給される点の数は同じであるので追加のウォール・フィルタ・タップの数だけしか増大させずに済み、２倍ずつ増大するわけではない。このようにして、比較的短いウォール・フィルタを用いることによりフレーム・レートを十分に高く維持することができる。この実現形態はまた、±ＰＲＦ／２という元来の速度ダイナミック・レンジを維持する。ここで、ＰＲＦは、個々の符号化されたパルス系列Ａ又はＢがファイアリングされる周波数であり、相補的な符号化されたパルス系列の対がファイアリングされる周波数ではない。
【００４１】
単一回送信の符号を用いるときには、本発明は、少なくとも２回の符号の送信を要求し、得られるエコーは、ウォール・フィルタによって「スロー・タイム」でフィルタ処理される。対照的に、ゴレイ符号を用いると、異なる時刻における２つのデータ点の取得には、ゴレイ符号対の各々のゴレイ符号毎に２回ずつ、４回の送信が必要である。従って、２回送信の符号を用いると、少なくとも４回の符号化された送信が必要になる。ウォール・フィルタ処理時に、ゴレイ符号対の両方のゴレイ符号のエコーに対して同じ組のスカラ加重が適用される。追加の符号化されていない送信をパケット内に含めて、前述と同様に、高調波Ｂモード背景画像を取得することもできる。
【００４２】
図２に基づく実施例では、復号用フィルタ、帯域通過フィルタ及びウォール・フィルタが、適当なフィルタ係数の供給を動的に受ける１つのＦＩＲフィルタ及びベクトル加算器として組み合わされている。代替的には、別個のフィルタを用いることもできる。図６に示す実施例では、復号用フィルタ及び帯域通過フィルタが１つのＦＩＲフィルタとして組み合わされているが、ウォール・フィルタは別れている。また、図２に示す実施例も図６に示す実施例も、単一回送信又は多数回送信の符号化励起のいずれとも共に用いられ得ることを理解されたい。
【００４３】
図２及び図６の実現形態の両方について、並列の受信ハードウェアを用いることによりフレーム・レートを高めることができ、並列の受信ハードウェアを用いることにより単一の送信ベクトルから１つよりも多い受信ベクトルを同時に処理することができる。パケット・サイズ、パルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）及び関心領域（ＲＯＩ）は、利用者が制御することができる。ＰＲＩは、ウォール・フィルタの遮断周波数を決定し、ＰＲＩがより大きければ、低速の流れに対するより高い感度を有するより低い遮断周波数が得られる。流れ画像を形成するのに用いられるものと別個のファイアリングから背景Ｂモード画像が形成される（即ち、フィードスルーを用いない）ときには、別個のＢモード・ファイアリングを流れファイアリングとインタリーブしてフレーム・レートを高めることができ、流れ画像は、Ｂモード画像から別個に閾値抽出することができる。
【００４４】
好ましい実施例では、超音波ビームの走査方向は、血流方向と反対になるようにし、これにより、見かけの流れ感度をより大きくすることができ（血管のエッジまでのより一様な充填（fill-out））、分解能をより高めることができる（より小さな散乱体寸法）。走査方向は、利用者の制御によって、電子的に変更することもできるし、又はプローブを手動で転回することにより変更することもできる。
【００４５】
流れコントラスト（即ち、背景からの鮮明性）を大幅に増大させる１つの方法に、基本モードにおいて造影剤を利用するものがある。造影剤は典型的には、直径が０．１ミクロンと１０ミクロンとの間にある気体を封入したマイクロバブルである。注射を通じて体内に導入されると、造影剤は、血流及び灌流の高反射性マーカとして作用する。マイクロバブルに入射した超音波エネルギは、入射（基本）周波数及び共鳴（高調波及び低調波）周波数で強く反射するので、基本波によるイメージング手法及び高調波によるイメージング手法の両方を用いて造影剤をイメージングする。好ましい方法は、造影剤エコー内の基本周波数を用いて、高調波周波数は用いない。同一のパルスの多数回のファイアリングを特定の送信焦点位置へ相次いで送信する。詳しく述べると、各々の送信焦点位置へ、基本周波数ｆ0 を中心とするＮ個の符号化されたパルスが送信される。受信時には、基本周波数を中心とするＦＩＲフィルタが受信したパルスを圧縮し、所望の基本成分を実質的に分離する。続いて、ウォール・フィルタが、Ｎ回の送信にわたって基本流れ信号を抽出する。このプロセスは、走査平面内の多数の送信焦点位置について繰り返され、また多数の走査平面の各々について繰り返される。各々の走査平面は、超音波プローブを（手で又はプローブ位置決め装置によって）走査している被検体（オブジェクト・ボリューム）にわたって掃引、すなわち被検体に対して動かしているときに、相次いで取得される。各々の走査平面からのデータは画像フレームを表示するように処理される。
【００４６】
図７に示されているように、システムの制御は、ホスト・コンピュータ２０に集中されている。ホスト・コンピュータ２０は、オペレータ・インタフェイス９０（例えば、キーボード及びトラックボール）を介してオペレータの入力を受け取り、且つ様々なサブシステムを制御する。スキャン・コンバータ３４は、音響ライン・メモリ６８及びＸＹ表示メモリ７０を含んでいる。音響ライン・メモリ６８に極座標（Ｒ−θ）セクタ・フォーマットで記憶されているＢモード・フロー・イメージング・データは、適当にスケーリングされたデカルト座標強度データへ変換され、このデータはＸＹ表示メモリ７０に記憶される。ＸＹ表示メモリ７０からの各々の画像フレームは、ビデオ・プロセッサ６２へ送られる。グレー・マッピングの前に、ビデオ・プロセッサ６２内のＢモード・フロー・イメージング・データのフレームは、先入れ先出し方式でシネ・メモリ６６に記憶される。記憶は、連続的であってもよいし、或いは外部のトリガ事象の結果として行ってもよい。シネ・メモリ６６は、使用者に対して実時間で表示される画像データを絶えず取得しながらバックグラウンドで動作している循環画像バッファのようなものである。使用者が（オペレータ・インタフェイス９０上の適当なデバイスを介して）システムをフリーズさせると、使用者は、シネ・メモリ内に過去に取得されている画像データを見ることが出来る。
【００４７】
イメージングを行う際、長い一系列の最新の画像がシネ・メモリ６６に記憶されて、連続的に更新される。システムによっては、Ｒ−θ音響画像を保存するように設計されており、他のシステムではＸＹビデオ画像を記憶するように設計されている。シネ・メモリ６６に記憶されている画像ループはトラックボール（インタフェイス９０）を介して表示モニタ上で再生することができ、また画像ループの一部分をハードディスク記憶装置のために選択することができる。
【００４８】
シネ・メモリ６６に記憶されている選択された画像系列は、三次元再構成のためにホスト・コンピュータ２０へ転送される。プローブの掃引中に取得されるフロー・イメージング・データの多数のフレームは、三次元データ・ボリュームを形成する。ホスト・コンピュータ２０はシネ・メモリ６６からデータ・ボリュームを検索し、様々なボリューム・レンダリング手法（例えば、最大又は平均ピクセル投影、合成あるいは表面）のいずれかを使用して、種々のイメージング平面上に投影画像を再構成する。各々の投影の結果生じる投影されたデータは次いでシネ・メモリの別の部分又はスキャン・コンバータのメモリに書き戻され、そこからビデオ・プロセッサ６２を介して表示モニタ６４へ送られる。
【００４９】
ホスト・コンピュータ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）７２及びランダム・アクセス・メモリ７４を含んでいる。ＣＰＵ７２は、取得されたフロー・イメージング・データ・ボリュームを、異なる角度で取った多数の３次元投影画像へ変換するのに用いられるルーチンを記憶するメモリを有している。ＣＰＵ７２は、システム制御バス７６を介して、ＸＹ表示メモリ７０とビデオ・プロセッサ６２とシネ・メモリ６６とＣＰＵ自身との間のデータの流れを制御する。イメージング・データの各々のフレームは、被検体についての多数の走査又はスライスの１つを表していて、音響ライン・メモリ６８、ＸＹ表示メモリ７０及びビデオプロセッサ６２に順次記憶される。グレー・マッピングの前に、Ｂモード・フロー・イメージング・データのフレームがビデオ・プロセッサ６２からシネ・メモリ６６へ送られる。走査されるオブジェクト・ボリュームを表す一重なりのフレームが、シネ・メモリ６６に記憶されて、ソース・データ・ボリュームを形成する。ソース・データ・ボリュームが取得された後、ＣＰＵ７２は、ソース・データ・ボリュームを通る任意のスライスと共に、データの三次元投影を構成することができる。
【００５０】
従来のシステムは、任意の超音波画像上に図形記号を重ね合わせる（スーパーインポーズする）性能を有している。画像フレーム上への図形(graphics)の重ね合わせはビデオ・プロセッサ６２において行われ、ビデオ・プロセッサ６２は、ＸＹ表示メモリ７０から超音波画像フレームを受け取り、また図形表示メモリ７８から図形データを受け取る。図形データは、図形プロセッサ８０によって処理されて図形表示メモリ７８へ入力される。図形プロセッサ８０は、ホスト・コンピュータ２０によって他のサブシステムと同期させられている。
【００５１】
３次元画像を形成するために、ＣＰＵ７２は、シネ・メモリ６６から検索されるソース・データ・ボリュームをイメージング平面データ・セットへ変換することができる。このような相次ぐ変換は、例えば＋９０°から−９０°にわたる角度の範囲内で、例えば１０°の間隔の角度増分で行われる最大値投影、最小値投影、合成投影、表面投影又は平均投影等の様々な投影手法を含み得る。投影後の画像内の各々のピクセルは、所与の画像平面への投影によって導出される変換後のデータを含む。
【００５２】
フリー・ハンド式の３次元超音波走査では、トランスデューサ・アレイ（１Ｄ乃至１．５Ｄ）を仰角方向に平行移動させて、関心のある解剖学的構造を通る実質的に平行な画像平面の組を取得する。これらの画像は、シネ・メモリに記憶され、システム・コンピュータによって３次元再構成のために後で検索することができる。画像フレーム間の間隔が既知であれば、平面外の寸法と走査平面の寸法とを正確な縦横比（アスペクト比）にして、３次元ボリュームを再構成することができる。しかしながら、スライス間の間隔の推定値が良好でないと、３次元物体の幾何形状にかなりの歪みが生じ得る。
【００５３】
従来の超音波スキャナは、Ｂモード・フロー・イメージング・データを連続的にシネ・メモリ内に収集する。フリー・ハンド式走査法又は何らかの種類の機械的プローブ移動器のいずれかを用いて、プローブで解剖学的構造のある区域の全体を掃引すると、３次元データ・ボリュームがシネ・メモリに記憶される。プローブが移動した距離は、いくつかの手法によって決定することができる。使用者が、掃引された距離の推定値を供給することができる。プローブがプローブ移動器によって一定の速度で移動される場合、距離は容易に決定することができる。代替的には、プローブに位置センサを取り付けて、各々のスライスの位置を決定することもできる。解剖学的構造上に又はデータの内部に付されるマーカもまた、必要とされる位置情報を提供することができよう。更に他の方法としては、相次ぐ画像フレーム間でのスペックル無相関度から直接的に走査平面の変位を推定するものがある。
【００５４】
図８を参照して説明すると、超音波プローブ１０により被検体のある区域を（手動又はプローブ移動器のいずれかによって）掃引し（矢印８２はリニア掃引を示す）、スライス間の間隔が既知であり、且つスライス８４がメモリに記憶された場合、３次元データ・ボリューム８６を取得することができる。このデータ・ボリュームを（例えば、イメージング平面への投影を用いて）処理することにより、関心のある区域の３次元ビュー（像）を形成することができる。加えて、データに対してフォーマットを設定し直すことにより、任意の角度での個別のスライス８４を生成することができ（図９を参照）、これにより、使用者は検査中の解剖学的構造がいかなるものであれ、所望の正確なビューを得ることが可能になる。２次元データの３次元投影を生成するアルゴリズムは周知であり、データのフォーマットを設定し直してデータ・セットを通る任意のスライスを生成する手法も周知である。ここで生ずる問題点は、観測者にとって２次元スライスを３次元の解剖学的構造に容易に関連付け易くなるように情報を表示するにはどのようにしたらよいかということである。
【００５５】
図１０及び図１１は、取得及び表示の手順の流れ図を示す。使用者は、関心区域を超音波プローブで掃引することにより開始する（工程１００）。例えば、掃引は、直線動又は揺動を行うフリー・ハンド式掃引によって得ることができる。一旦、データが取得されたら、使用者は、オペレータ・インタフェイス９０（図７）上のフリーズ・キーを押すことによりシネ・メモリを「フリーズ」させ（工程１０２）、トラックボールを動かすことにより、データ・ボリュームのＺ寸法に含まれるべきシネ・メモリ・フレーム（スライス）の範囲を選択する（工程１０４）。図１２に示すように、トラックボールを動かすと、Ｚ寸法選択用ゲージ１５２が表示画面１５０上に現れる。次いで、トラックボールを用いて、ゲージ１５２に対するインジケータ１５４の位置を制御する。インジケータは、所望の左端の点に動かすことができ、次いで、オペレータ・インタフェイス上の所定のキーを押すことにより、この左端の点をロックする。次いで、インジケータを所望の右端の点まで動かすことができ、次いで、同じ所定のキーを押すことにより、この右端の点をロックする。これにより、データ・ボリュームに含まれるべきスライスが設定される。次いで、オペレータは、インタフェイス上の適当なキーを押すことにより、特定の所望の「３Ｄモード」に入る（工程１０６）。
【００５６】
３Ｄモードに入ると、オペレータは先ず、データ・ボリューム内のＲＯＩのＸＹ寸法及び位置を選択しなければならない（工程１０８）。この工程は、３Ｄモード・キーが押されるのに応答して表示画面１５０上の既定の位置に現れる関心領域ボックス１５６（図１２に示す）を操作することにより行われる。関心領域ボックス１５６は、セクタ走査画像１５８上に現れているイメージングされた構造１６０を包含するように、Ｘ及びＹ方向においてサイズを定めると共に平行移動することができる。関心領域ボックス１５６は、トラックボールを動かすことにより平行移動され、オペレータ・インタフェイスに組み込まれている四方向首振り（rocker）スイッチを操作することによりサイズが定められる。例えば、首振りスイッチは、スイッチを下に動かすと関心領域のサイズがＹ寸法について増大し、スイッチを上に動かすとサイズがＹ寸法について減少し、スイッチを右に動かすとサイズがＸ寸法について増大し、スイッチを左に動かすとサイズがＸ寸法について減少するようにプログラムされている。
【００５７】
ＲＯＩが画定された後に、オペレータは、所望の３次元投影の種類（最小、最大又は平均ピクセル投影、表面、合成等）及び所望の表示モードを選択し（図１０及び図１１の工程１１０）、オペレータ・インタフェイス上のレンダリング・キーを押す。次いで、画定されたＲＯＩがシネ・メモリ６６（図７参照）からホスト・コンピュータ２０によって検索される。ホスト・コンピュータは、重複したフレームについて検索されたデータを走査し、これらのデータを廃棄する（工程１１２）。次いで、ホスト・コンピュータは、このデータ・セットについてスライス間の間隔を算出する（工程１１４）。（スライス間の間隔は、データ・ボリュームの長さの全体にわたって一定であるものと仮定する。）例えば、スライス間の間隔は、１９９８年３月２０日に出願された米国特許出願第０９／０４５，７８０号に開示されている適応スペックル相関法を用いて算出することができる。
【００５８】
スライス間の間隔が算出された後に、システムは、「ボリューム回転」モードに入る。このモードは、３Ｄモードに含まれている３つの下位モードの１つである。図７を参照して述べると、「ボリューム回転」モードでは、色付き（例えば、緑）の配向ボックスを表す信号が、図形プロセッサ８０によって発生され、図形表示メモリ７８においてＸＹフォーマットに整形された後に、ビデオ・プロセッサ６２へ送られる。ビデオ・プロセッサは、緑の配向ボックスが表示画面上に表示されるようにする（工程１１６）。同時に、ホスト・コンピュータは、算出されたスライス間の間隔に基づいて、画定されたデータ・ボリュームの選択された最大分解能ピクセル投影を実行する（工程１１８）。投影後の３次元画像は、ＸＹ表示メモリ７０へ送られ、次いで、ビデオ・プロセッサ６２へ送られる。投影後の３次元画像はまた、シネ・メモリ６６によって取得される。ビデオ・プロセッサ６２は、投影後の３次元画像が、配向ボックスと共に表示画面に表示されるようにする。配向ボックス及び初期投影は両方とも、Ｚ軸が画面の奥へ向かい、Ｙ軸が垂直に向き、Ｘ軸が水平に向くようにして配置方向が定められている。即ち、配向ボックスは、選択された関心領域のＸ及びＹ寸法に比例したＸ及びＹ寸法を有する矩形として現れる。データ・スライスは、Ｚ軸に沿って取得されている。これは、ゼロ角度の投影であると定義される。
【００５９】
「ボリューム回転」モードでは、オペレータは、トラックボールを用いて、Ｘ軸及びＹ軸の周りに配向ボックスを回転させることができる。Ｚ軸の周りでの回転は、オペレータ・インタフェイス上の独立した回転ノブを用いて行われる。配向ボックスは「実時間」でトラックボール及び回転ノブの動きに従い、これにより使用者は所望通りにボックスの配置方向を定めることができる。各々の軸についての回転位置は、表示パネルに示される。投影後の画像の実時間回転を実現するために、システムはトラックボールが動いているかどうか判定する（工程１２０）。トラックボールが動いていれば、配向ボックスはトラックボールに従い、そしてデシメーション・レンダリング(decimated rendering) が実時間で実行される（工程１２２）。トラックボールの動きが止まっている場合には（工程１２４）、最大分解能ピクセル投影が再び作成されて表示される。
【００６０】
図１３は、配向ボックス１６２によって指示される任意の角度での例示的な投影１６４を示している。配向ボックスは、下方前方左側の角にマーカ１６６を有しており、ボックスの後方の角は、使用者がボックスの前後を識別し易くするように破線になっている。視覚化の助けとして、ボックス１６８が投影１６４に重ね描きされており、ボックス１６８は、配向ボックス１６２と整合しており、且つボックスがデータ・ボリュームの「奥」に向かうにつれて暗く見えるように深さに陰影が付けられる。使用者は、トラックボール及び回転ノブを用いて、所望の回数だけ配向ボックス１６２を再配置すると共に再投影することができる。加えて、オペレータ・インタフェイス上の特別のキーを用いてプラス９０°又はマイナス９０°の回転を行うことができる。
【００６１】
フロー・イメージング・データ・ボリュームのレンダリングは、各々のボクセルが投影マトリクスに従ってデータ空間から画像空間へ写像（マッピング）されるようなオブジェクト順次（object-order）ボリューム視覚化手法を利用して達成される。このレンダリング方法の目標は、アーティファクトを最小限に抑えながら、３次元データから２次元画像を効率的に生成することにある。
【００６２】
データ・ボリュームは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸にそれぞれ沿ったＮx ×Ｎy ×Ｎz のデータ・サンプルから成っており、各データ・サンプルはボクセルとして知られている。このデータ座標系では、ボクセルは、データ・ボリュームの中心を原点として、各々の軸に沿って１単位ずつ等間隔に離隔しているものと仮定されている。実際のデータ・ボリューム内のボクセルは、等間隔になっていない可能性があるので、データ・サンプルの縦横（アスペクト）比を扱うスケーリング行列［ＳA ］を用いる。次いで、データ・サンプルをＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周りに所望の角度だけ回転させて、正射影変換を用いて画像平面へ投影することができる。この処理は以下のように書くことができる。
【００６３】
［ｘd ，ｙd ，ｚd ］［ＳA ］［Ｒ］＝［ｘi ，ｙi ，ｚi ］
ここで、［ｘd ，ｙd ，ｚd ］はデータ・ボリューム内のボクセルの座標であり、［Ｒ］は所望の回転行列であり、［ｘi ，ｙi ，ｚi ］は画像空間ピクセルを表す。投影変換［ＳA ］［Ｒ］は、Ｚ3 をＲ3 へ写像する（ここで、Ｒ空間内の座標は実数であり、Ｚ空間内の座標は整数である。）。ｚ成分は廃棄され、切り捨て演算（floor operation 、即ち実数を整数に丸める）を適用してＲ2 をＺ2 へ変換する。この投影変換を行うと、ボクセル・データは、選択された投影法に従って処理される。例えば、最大ピクセル投影法が用いられているならば、各々の画像空間ピクセルは、上述の投影変換によって各画像空間ピクセルへ写像されているボクセル・データ・セットの最大値のみを記憶する。この処理を図１４に示す。同図には、最初はボクセル・データ１７０が示されており、縦横スケーリングを乗算した後はボクセル・データ１７２になり、さらに所望の角度だけ回転させるとボクセル・データ１７４になり、画像平面へ投影してボクセル・データ１７６になることが示されている。
【００６４】
図１４に示すプロセスを用いると、隣接するデータ・サンプルは、画像平面上の隣接するピクセルに必ずしも投影されるとは限らないので、投影後の画像に空白のスポット又は「穴（hole）」が空く。これらの穴を除去するために、投影に２つの更なるスケーリング工程を導入すると、以下の式が得られる。
【００６５】
［ｘd ，ｙd ，ｚd ］［ＳA ］［Ｒ］［ＳH ］［ＳH -1 ］＝［ｘi ，ｙi ，ｚi ］
次いで、この投影処理は、２つの工程に分解される。
【００６６】
［ｘd ，ｙd ，ｚd ］［ＳA ］［Ｒ］［ＳH ］＝［ｘt ，ｙt ，ｚt ］
［ｘt ′，ｙt ′］［ＳH -1 ］＝［ｘi ，ｙi ］
第１の工程では、Ｚ3 のデータ座標［ｘd ，ｙd ，ｚd ］は、Ｒ3 の中間座標［ｘt ，ｙt ，ｚt ］へ写像される。ｚ成分は廃棄され、切り捨て演算を用いてＺ2 における［ｘt ′，ｙt ′］を得る。第２の工程では、２次元画像空間内で逆スケーリング演算を行う。
【００６７】
画像から穴を除去するために、スケーリング行列［ＳH ］は、隣接するデータ・サンプル（データ空間内でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って最大で１サンプル分ずつ離隔しているもの）が隣接するピクセルへ写像されることを保証するものでなければならない。画像の穴に寄与している要因には２つのものがある。第１の要因は、縦横比を扱うサンプル点のスケーリングに起因するものであり、第２の要因は、データ・サンプルの回転に起因するものである。スケーリング行列［ＳH ］は、画像のＸ軸及びＹ軸に沿ってスケーリングを行うことにより、穴を除去する。
【００６８】
縦横比を扱うスケーリング・ファクタは、以下の式を用いて算出される。
【００６９】
Ｘas＝１．０／‖［１，０，０］［Ｒ-1］［ＳA -1 ］‖
Ｙas＝１．０／‖［０，１，０］［Ｒ-1］［ＳA -1 ］‖
Ｚas＝１．０
これらのスケーリング・ファクタを用いて中間スケーリング行列［ＳH ′］を定義し、この中間スケーリング行列［ＳH ′］を用いて回転スケーリング・ファクタを算出する。
【００７０】
回転を補正するスケーリング・ファクタは、立体の４つの対角ベクトルＶ＝｛［１，１，１］，［−１，１，１］，［−１，１，−１，］，［１，１，−１］｝の各々を画像平面に投影し、Ｘ次元及びＹ次元に沿った最大離隔距離を独立に算出することにより決定される。
【００７１】
【数１】
【００７２】
［ＳH ］を算出するのに用いられる最終的なスケーリング・ファクタは、縦横スケーリング・ファクタと回転スケーリング・ファクタとの積である。
【００７３】
Ｘs ＝ＸasＸrs
Ｙs ＝ＹasＹrs
Ｚs ＝１．０
これらのスケーリング・ファクタの組合せを用いて、データ空間内でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って１単位ずつ離隔している各ボクセルが、画像平面上でＸ軸及びＹ軸に沿って最大で１単位ずつ離隔しているピクセルへ確実に写像されるようにする。
【００７４】
超音波イメージング・システムのオペレータが、データ・ボリュームを通る２次元スライスを現在のＸ，Ｙ，Ｚ回転配置方向で見たいという場合には、オペレータは「表示モード」キーを押し（図１０及び図１１の工程１２８）、「ボリューム回転」モードから「切断平面」（フォーマット設定し直し）モードに切り換える。図１５を参照して説明すると、配向ボックス１６２の色が変わり（例えば、緑から白へ）、色付き（例えば、緑）の多角形１７８が配向ボックス内のデータ・ボリュームの中央に現れる（工程１３０）。緑の色は、ボックス内のこの部分を動かすことができることを示している。次いで、システムは、データ・セットの中央を通る２次元スライスの現在の配置方向における初期表現１８０を作成する（工程１３２）。
【００７５】
このスライス１８０の形状は、配向ボックス１６２内の緑の多角形１７８の形状と整合する。次いで、オペレータは、トラックボールを用いて、データ・セットを通してスクロールすることができる。トラックボールが動いているとシステムが判定した場合（工程１３４）、このデータ・セットの相次ぐ２次元スライスが、選択された配置方向及び位置で実時間で表示される。トラックボールが動いていない場合（工程１３４）に「表示モード」キーが押されていれば（工程１３６）、システムは「切断平面」モードを出て、「切断平面回転」モードに入る。
【００７６】
「切断平面回転」モードでは、配向ボックス内の緑の多角形が移動し（工程１３８）、データ・ボリューム内でのスライスの位置を視覚的に指示すると共に、表示パネルが更新されて、スライスの位置を全ボリュームの百分率として示す（即ち、５０％はデータ・ボリュームの中央に相当する）。データ・ボリュームを通るスライスの位置を指示する緑の多角形が白に変わり、配向ボックスが緑に変わって、スライスがこの時点で固定され、且つデータ・ボリュームをスライスに対して回転させ得ることを示す。次いで、システムは、フォーマット設定し直されたスライスを前述の方式で表示する（工程１４０）。使用者はこの時点で、トラックボールを動かすことにより、配向ボックスを新たなＸ，Ｙ，Ｚ配置方向に定めることができる（工程１４２）。その際、使用者がトラックボールを動かすにつれて、配向ボックスはトラックボールの動きに追従し、白の多角形の形状が変化して、スライスの形状を示す。配置方向が設定されたとき、使用者は「計算」キーを押し（工程１４４）、システムが、配向ボックスに対する多角形の角度によって指示される角度で捉えた新たな２次元スライスを表示するようにする。「表示モード」キーが押されていなければ（工程１４６）、オペレータは、データ・ボリュームの配置方向を再設定することができる。「表示モード」キーが押されていれば、システムは「ボリューム回転」モードへ戻る。
【００７７】
２次元データの３次元投影を生成するアルゴリズムは周知であり、データをフォーマット設定し直してデータ・セットを通る任意のスライスを生成する手法も周知である。図７に示されているように、投影後又はフォーマット設定し直し後のデータは、ホスト・コンピュータによってＸＹ表示メモリ７０に出力される。次いで、投影後又はフォーマット設定し直し後のデータの画像フレームは、ビデオ・プロセッサ６２へ送られ、シネ・メモリ６６によって取得される。ビデオ・プロセッサは、配向ボックス及び他の図形記号を投影後のフォーマット設定し直されたデータの画像フレームに重ね合わせて、表示モニタに出力する。
【００７８】
Ｂモード・フィードスルー・パラメータを調節することにより、使用者が二次元及び三次元投影で画像化された流れに対して通常のＢモード背景画像の変化量を見ることができるようにしてもよい。造影剤は表示画像内の流れ情報を強調するために被検体に注入することができる。
【００７９】
以上、本発明の好ましい特徴を例示し説明してきたが、当業者には様々な修正及び変更が考えられよう。例えば、本発明は二相符号を使用することに制限されず、多相符号もまた使用することができる。従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神に含まれるこのようなすべての修正及び変更を包含するものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波イメージング・システムの様々なサブシステムを全体的に示すブロック図である。
【図２】本発明の好ましい一実施例による超音波イメージング・システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の好ましい実施例の一例による非バーカー型の単一回送信の符号化励起［１，１，１，−１，−１，１，−１，１］と共に用いるのに適した１６タップの不整合フィルタのフィルタ係数を示すグラフである。
【図４】図５に示す１６タップの不整合フィルタのフィルタ係数が符号［１，１，１，−１，−１，１，−１，１］と畳み込みされたときに、該フィルタよって発生される復号後の信号を示すグラフである。
【図５】本発明の好ましい実施例によるＢモード信号のフィードスルーによる「スロー・タイム」のウォール・フィルタ処理を示す流れ図である。
【図６】本発明のもう１つの好ましい実施例による超音波イメージング・システムを示すブロック図である。
【図７】本発明の好ましい実施例によるピクセル強度データの相次ぐ三次元投影を含んでいるフレームを再構成する手段を示すブロック図である。
【図８】超音波プローブの走査平面に垂直な方向に超音波プローブをリニア走査することにより取得されるデータ・ボリュームを示す線図である。
【図９】図８に示すデータ・ボリュームをフォーマット設定し直すことにより得られる任意角度における個々のスライスを示す線図である。
【図１０】フロー・イメージング・データを取得し表示する手順を示す流れ図である。
【図１１】フロー・イメージング・データを取得し表示する手順を示す流れ図である。
【図１２】使用者が画定した関心ボリュームを指示する図形と共にセクタ走査方式の超音波画像の表示を示す線図である。
【図１３】データ・ボリュームの配置方向を表示する図形と共に任意の角度で形成された投影後の超音波画像の表示を示す線図である。
【図１４】本発明の好ましい実施態様で有利に使用される投影変換手順を示す線図である。
【図１５】データ・ボリュームに対するスライスの位置及び配置方向を表す図形と共に２次元スライスの表示を示す線図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、超音波イメージング・システムに関する。具体的には、本発明は、血流及び造影剤の三次元イメージング方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来の超音波スキャナは、解剖学的構造の領域を通る薄いスライスを表すグレースケール（Ｂモード）画像を形成する。また、送信された超音波パルスと戻ってきた超音波パルスとの間のドップラー・シフトを検出することによって流れ情報を抽出することが出来る。従来の超音波システムは、流れを平均ドップラー・パワー（パワー・ドップラー・イメージング）又は平均速度（一般に「カラー・フロー・イメージング」と呼ばれる）のいずれかとして表示する。流れ画像はＢモード画像とは別個に、或いはＢモード画像上にオーバーレイ(overlay) として表示することが出来る。
【０００３】
パワー・ドップラー・イメージング及びカラー・フロー(color flow)・イメージングで送信されるパルスは、典型的には、ドプラ感度を獲得するために、Ｂモード・パルスよりも狭帯域とされる。１６回もの多数の送信から成るパケットについて動作するときには、高域通過型ウォール・フィルタ(wall filter) が先ず、より低速で運動する組織又は血管壁からのエコーを阻止して、信号のダイナミック・レンジを低下させる。パケット当たりのウォール・フィルタ出力サンプルの数は、（Ｎ−Ｗ＋１）によって与えられる。ここで、Ｎはパケット・サイズであり、Ｗはウォール・フィルタの長さである。続いて、各々のウォール・フィルタ直交出力信号の大きさの自乗として瞬間ドプラ・パワーが算出され、また、すべての直交出力信号の平均から平均ドプラ・パワーが得られる。あるいは、ドプラ原理（位相変化）又は時間遅延に基づいて、ウォール・フィルタ直交出力信号から平均速度が算出される。カサイ(Kasai) の自己相関アルゴリズム又は時間領域相互相関アルゴリズムを用いて、平均流速を推定することができる。
【０００４】
従来のカラー・フロー・イメージングは、極めて良好な流れ感度を有しているが、物理的な流れを視認する能力は、その限定されたダイナミック・レンジ（圧縮曲線に部分的に依存する）、限定された分解能（狭帯域のパルスに起因する）、限定されたフレーム・レート（大きなパケット・サイズに起因する）、及び軸方向のみの流れ感度（ドプラ効果への依存によって決定付けられる）によって制限される。加えて、従来のカラー・フロー・イメージングは、エイリアシング並びに色のにじみ（blooming及びbleeding）等のアーティファクトを生ずる。
【０００５】
超音波プローブを被検体の所定の領域にわたって掃引して、スライスをメモリに記憶した場合、Ｂモード及び流れ情報の両方を含む三次元データ・ボリュームを取得することが可能である。このデータ・ボリュームは関心のある領域の三次元のビュー(view)を投影するために使用することが出来る。カラー・フロー及びパワー・ドップラー・データの（Ｂモードとは別個に又はそれと組み合わせた）三次元投影の品質は上記の理由による影響、すなわち、音波フレーム・レートの低下、ドップラー感度、流れ分解能の低下及び「フラッシュ(flash) 」ア−ティファクトの影響を受ける。そこで、ドップラー・フロー・イメージングに伴う欠点の影響を受けない三次元フロー・イメージングを実行する方法が要望されている。
【０００６】
従来の超音波画像は、基本信号成分と高調波信号成分との組み合わせから形成されており、後者の信号成分は、組織、又は造影剤を含有する血流等の非線形媒体において発生されている。場合によっては、基本信号成分を抑制すると共に高調波信号成分を強調することにより超音波画像が改善されることがある。
【０００７】
医用超音波用の造影剤が、従来はイメージングするが困難であった脈管構造を含む解剖学的構造の診断を支援するために開発された。造影剤は、典型的には直径が１μｍ〜１０μｍの範囲にあるマイクロバブル(microbubble) であり、血流に注入される。マイクロバブルの後方散乱信号は血球の後方散乱信号よりも遥かに大きいので、マイクロバブルは血流のイメージングを可能にするマーカとして用いられる。これらの造影剤からのエコーを更に分離するための１つの方法は、造影剤エコーの高（又は低）調波成分を用いるものであり、この成分は、造影剤が存在しない周囲組織の高調波成分よりも遥かに大きい。高（又は低）調波信号のフロー・イメージングは多くの場合、周波数ｆ0 の狭帯域信号を送信して、周波数２ｆ0 （２次高調波）又は周波数ｆ0 ／２（低調波）を中心とする帯域で受信し、続いて従来のカラー・フロー処理を行うことにより実現されている。このアプローチは、従来のカラー・フロー・システムのすべての制限、即ち、低分解能、低フレーム・レート及び軸方向のみの流れ感度を有する。
【０００８】
医療診断用超音波イメージングにおいては、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を最適化することもまた望ましい。増加したＳＮＲを用いて、所与のイメージング周波数における増大した透過性を得ることができ、又はより高い周波数における超音波イメージングを支援することにより分解能を改善することができる。符号化励起(coded excitation)は、送信信号のピーク・パワーは増大させられないが、平均パワーは増大させ得るような状況での、信号対ノイズ比を高めるために用いられる周知のレーダ技術である。このような状況は、医用超音波イメージングにおいてもしばしば見られ、ここでは、システムの設計上の制約が、トランスデューサを駆動する信号のピーク振幅を規定する。この状況では、より長い信号を用いて、より高い平均パワー値を送達することができ、帰投した信号を整合(matched) フィルタと相関させることにより時間分解能が回復される。２進符号、即ち、＋１、−１又は０という一連の数字としてディジタル式で容易に表現することのできる符号を用いるのが好ましい。２進符号はまた、所与のピーク振幅及びパルス持続時間について最大のエネルギを含むので好ましい。
【特許文献１】
米国発行特許第４２７６８８５号
【特許文献２】
米国発行特許第５３２９９２９号
【特許文献３】
日本公開特許平成０５−２２８１４５号
【特許文献４】
米国発行特許第５４５６２５７号
【特許文献５】
米国発行特許第５６３２２７７号
【特許文献６】
米国発行特許第５７０６８１９号
【特許文献７】
米国発行特許第５７２４９７６号
【特許文献８】
日本公開特許平成０８−１８２６８０号
【特許文献９】
米国発行特許第５８３３６１３号
【特許文献１０】
米国発行特許第５９３４２８８号
【特許文献１１】
米国発行特許第５９３８６１１号
【特許文献１２】
米国発行特許第５９６１４６３号
【特許文献１３】
米国発行特許第５９６４７０６号
【特許文献１４】
日本公開特許平成１１−３０９１４５号
【特許文献１５】
米国発行特許第５９８０４５９号
【特許文献１６】
日本公開特許平成１１−３４２１２９号
【特許文献１７】
米国発行特許第５９８４８６９号
【特許文献１８】
日本公開特許２０００−０６０８５５号
【特許文献１９】
米国発行特許第６０３０３４４号
【特許文献２０】
米国発行特許第６０４２５４５号
【特許文献２１】
ヨーロッパ公開特許第７７０３５２号
【非特許文献１】
Torp et al., "Comparison Between Cross-Correlation and Auto-Correlation Technique in Color Flow Imaging," Proc. 1993 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1039-1042.
【非特許文献２】
Thomas et al., "An improved Wall Filter for Flow Imaging of Low Velocity Flow," Porc. 1994 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1701-1704.
【非特許文献３】
Hein et al., "Current Time-Domain Methods for Assessing Tissue Motion by Analysis from Reflected Ultrasound Echoes-A Review," IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., Frequ. Contr., vol. 40, No. 2, Mar. 1993, pp. 84-102. (19 pages)
【非特許文献４】
de Jong et al., "Characteristics of Contrast Agents and 2D Imaging," 1996 IEEE Ultrasonics Symposium, pp. 1449-1458.
【非特許文献５】
Ishihara et al., "Path Lines in Blood Flow Using High Speed Digital Subtraction Echography," Proc. 1992 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1277-1280.
【非特許文献６】
Ishihara et al., "High-Speed Digital Subtraction Echography: etc.," Proc. 1990 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1473-1476.
【非特許文献７】
de Jong et al., "Principles and Recent Developments in Ultrasound Contrast Agents," Ultrasonics, vol. 29, pp. 324-330 (1991).
【非特許文献８】
Newhouse et al., "Second Harmonic Doppler Ultrasonic Blood Perfusion Measurement," Proc. 1992 IEEE Ultrason. Symp., pp. 1175-1177.
【非特許文献９】
Burns et al., "Harmonic Power Mode Doppler Using Microbubble Contrast Agents: etc.," Proc. IEEE 1994 Ultrason. Symp., pp. 1547-1550.
【非特許文献１０】
Averkiou et al., "A New Imaging Technique Based on the Nonlinear Properties of Tissue," Proc. 1997 IEEE Ultrason. Symp.
【非特許文献１１】
Uhlendrf, "Physics of Ultrasound Contrast Imaging: etc.," IEEE Trans. Ultrason. Ferroele. & Freq. control, vol. 41, No. 1, pp. 70-79, Jan. (1994).
【非特許文献１２】
Shahnazi et al., "Use of Contrast Agents in Ultrasound," Proc. 1994 Ultrason. Symp., pp. 85-87.
【非特許文献１３】
Wang et al., "Contrast Medium Assisted Fluid/Flow Measurement," IEEE Trans. Ultrason. Ultrasonic. Ferroele. & Freq. control, vol. 42, No. 2, pp. 309-315, Mar. (1995). (7 pages)
【０００９】
【発明の概要】
高分解能、高フレーム・レート、高ＳＮＲ／ダイナミック・レンジ、及びすべての方向における流れ感度を有する、血流及び造影剤を三次元イメージングするための方法及び装置は、複雑な血行運動、狭窄症における残留内腔及び血栓運動の明瞭な視覚化を含めた臨床的な利益を提供する。高分解能は、広帯域パルスを用いることにより達成され、高フレーム・レートは、小さなパケット・サイズを用いることにより達成される。高ＳＮＲ／ダイナミック・レンジは、符号化励起を用いることにより維持される。レンジ方向における流れ感度は最大となり、パルス間のＲＦ無相関(decorrelation) から得られ、一方、レンジ交差方向の流れ感度は、一群の反射体（例えば、血液又は造影剤）がビーム・プロファイルを横断して流れるので、パルス間の振幅無相関から得られる。
【００１０】
ここに開示した方法では、符号化された広帯域パルス（複数）から成る小さなパケットが、所与のパルス繰り返し間隔で１つの送信焦点位置へ送信される。この一連のファイアリングからの後方散乱した信号が、スロー・タイム(slow time) でフィルタ処理されて、送信経路に沿って位置する静止した反射体又は低速で運動する反射体からのエコーを除去する。パケット・サイズを小さく（６回以下のファイアリング）して高フレーム・レートを達成するが、ＳＮＲの低下という望ましくない副次的効果が伴う。好ましい実施例では、ＳＮＲは、符号化励起を用いることにより回復される。スロー・タイム・フィルタ処理は、好ましくは、高域通過ＦＩＲ（有限インパルス応答）又はＩＩＲ（無限インパルス応答）ウォール・フィルタによって行われる。ウォール・フィルタは、流れの信号対クラッタ(clutter) 比を高め、信号対クラッタ比は、イメージングの前に患者に造影剤を投与することにより更に高めることができる。１つのスライスのフロー・イメージング・データが、一平面を横断して送信焦点位置を走査することにより取得される。
【００１１】
上記の走査プロセスは多数の走査平面の各々について繰り返される。超音波プローブを走査する被検体に対して掃引、すなわち動かしながら、多数の走査平面の各々について画像フレームが取得される。プローブの掃引中に取得されるフロー・イメージング・データの多数の画像フレームは、三次元データ・ボリュームを形成する。様々なボリューム・レンダリング手法（例えば、最大又は平均ピクセル投影、合成あるいは表面）のいずれかを使用して、種々のイメージング平面上に投影画像を再構成することが出来る。具体的に述べると、ホスト・コンピュータがデータ・ボリューム内のピクセル・フロー・イメージング・データを複数の回転した画像平面上に投影する。各々の投影の結果生じる投影されたデータは次いで表示することが出来る。
【００１２】
本発明の好ましい実施態様によれば、符号化された広帯域パルス（基本周波数を中心とする）系列が、特定の送信焦点位置へ多数回送信される。尚、各々の符号化系列は１回のファイアリングを構成する。受信時には、各回のファイアリングで取得された受信パルスが圧縮され、帯域通過フィルタ処理されて、例えば、基本周波数を中心とする圧縮されたパルスを分離(isolate) する。次いで、圧縮され分離された信号は、ウォール・フィルタを用いて各回のファイアリングに跨がって高域通過フィルタ処理される。ウォール・フィルタ処理された信号は、血液に造影剤を注入していない状態の血流をイメージングするために用いられる。
【００１３】
本発明のもう１つの好ましい実施態様によれば、ガス充填マイクロバブルのような造影剤を血液に注入して、血流をイメージングするためのマーカとして利用する。上述の実施態様と同様に、符号化された広帯域パルス系列が、特定の送信焦点位置へ多数回送信される。送信された超音波パルスと伝播媒体、特に注入された造影剤との間の相互作用から、基本信号及び高（又は低）調波信号が発生される。受信時に、受信信号がデコード（復号）され、帯域通過フィルタ処理されて、基本信号を分離する。次いで、分離された基本信号は、ウォール・フィルタを用いて複数のファイアリングにわたって高域通過フィルタ処理される。
【００１４】
このウォール・フィルタ処理の結果として、送信経路に沿って位置する静止していない組織又は流れの領域から反射された基本信号を抽出することができる。結果として得られる流れ信号は、通常のＢモード・イメージング・データ・ベクトルにスーパインポーズ（重ね合わせ）する、即ち、Ｂモード・イメージング・データ・ベクトルと加算して、表示することができる。不要の静止した組織の信号に寄与した可能性のある基本周波数の受信エネルギは、ウォール・フィルタによって抑制される。
【００１５】
本発明の更に別の好ましい実施態様によれば、解剖学的な標認点（ランドマーク）を提供するために、流れ画像を、基本信号成分又は高（若しくは低）調波信号成分のいずれかを検出することにより取得された静止組織（即ち、Ｂモード）画像と、加算によるか又はオーバーレイ(overlay) として組み合わせることができる。オーバーレイの利点は、流れ領域が明瞭に際立つようにカラーで実現し得ることにある。しかしながら、この方法は、より複雑な表示ハードウェアを要求すると共に、フロー・イメージングに用いられるものよりも多く追加のファイアリング（静止した組織を表現するイメージング・データを取得するため）を要求する。更に、フラッシュ(flash) アーティファクトが顕著になる。背景Ｂモード画像の加算による導入（コヒーレントでもインコヒーレントでも）によれば、フラッシュ・アーティファクトがより軽減する。ウォール・フィルタ・フィードスルー(feedthrough) 法を用いることにより、追加のファイアリングを行ってＢモード画像を加えることもできるし（高調波Ｂモード画像の場合）、又は追加のファイアリングを行わないでＢモード画像を加えることもできる（基本Ｂモード画像の場合）。フロー・モード及びＢモードについて別個のファイアリングを用いるときには、ファイアリングをインタリーブさせて、表示の前にＢモード信号から流れ信号を別個に閾値抽出してもよい。
【００１６】
本発明の方法は、いくつかの観点で、従来のパワー・ドプラ・イメージングともカラー・フロー速度イメージングとも異なっている。例えば、本発明の方法は、ドプラ信号を抽出するのではなく、従って、広帯域パルスを用いることを可能にする。また、本発明の方法は、ベースバンド・データも要求しない（ベースバンド・データを用いることは可能）し、速度推定も要求しない。また更に、本発明の方法は、単一の出力サンプルを有するウォール・フィルタを使用して、その量を直接に（平均化することなく）表示する。これは従来のパワー・ドプラ・イメージングともカラー・フロー速度イメージングとも異なる。加えて、Ｂモード背景を提供する加算方法は、従来のオーバーレイ方法に比べて、より単純であり（より少ない表示ハードウェアしか要求されない）、より効率的であり（フィードスルー法は、基本Ｂモード画像を取得するために追加の送信を要求しない）、より効果的である（フラッシュ・アーティファクトがより軽減する）。
【００１７】
【発明の好ましい実施の形態】
図１に従来の超音波イメージング・システムを示す。このシステムは、別々に駆動される複数のトランスデューサ素子１２を有するトランスデューサ・アレイ１０を含んでいる。各トランスデューサ素子は、送信器１４によって発生されるパルス波形によって付勢されたとき、超音波エネルギのバースト(burst) を発生する。被検体から反射されてトランスデューサ・アレイ１０に帰投した超音波エネルギは、受信用の各々のトランスデューサ素子１２によってアナログの電気信号へ変換されて、１組の送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１８を介して受信器１６に別々に印加される。送信器１４及び受信器１６は、ホスト・コンピュータ又はマスタ・コントローラ２０の制御下で、操作者インタフェイス（図示されていない）を介して操作者によって供給される命令に応答して動作する。１回の完全な走査は、一連のエコーを取得することにより行われ、この取得時には、送信器１４が瞬間的にオンにゲート制御されて各々のトランスデューサ素子１２を付勢し、各々のトランスデューサ素子１２によってその後に発生されたエコー信号が受信器１６に印加される。受信器１６は、アナログのエコー信号をディジタル信号へ変換し、各々のトランスデューサ素子から導き出されたそれぞれのディジタル信号を合計して単一のビーム加算された信号を発生し、この信号を用いて、表示サブシステム２２によって表示される画像の１本の線を形成する。
【００１８】
ホスト・コンピュータ２０の指令下で、送信器１４は、超音波エネルギが指向性を有する集束したビームとして送信されるようにトランスデューサ・アレイ１０を駆動する。このことを達成するために、送信ビームフォーマ２６によって多数のパルサ２４に対してそれぞれの時間遅延が付与される。ホスト・コンピュータ２０は、音波パルスが送信される条件を決定する。この情報によって、送信ビームフォーマ２６は、パルサ２４によって発生されるべき送信パルスの各々についてタイミング及び振幅を決定する。各々の送信パルスの振幅は、各々のパルサへの給電電圧を設定する高電圧コントローラ等のアポダイゼーション発生回路３６によって発生される。次いで、パルサ２４は、トランスデューサ・アレイ１０の素子１２の各々に対してＴ／Ｒスイッチ１８を介して送信パルスを送る。Ｔ／Ｒスイッチ１８は、トランスデューサ・アレイに存在している可能性のある高電圧から時間ゲイン補償（ＴＧＣ）増幅器２８を保護する。アポダイゼーション加重（重み付け）は、送信パワーとサイドローブ・レベルとの間の最適な兼ね合いを達成するように選択される。加重は、アポダイゼーション発生回路３６によって発生される。アポダイゼーション発生回路３６は、送信ビームフォーマ２６から加重データを得てこのデータをパルサ２４に印加する１組のディジタル・アナログ(digital-to-analog) 変換器を含み得る。送信集束時間遅延を従来の方式で適当に調節すると共に、送信アポダイゼーション加重を調節することにより、個々のトランスデューサ素子によって送信される多数の超音波を組み合わせて、指向性を有し且つ集束した送信ビームを形成することができる。アポダイゼーション加重及び送信集束時間遅延は、システム・プログラミング及び操作者の入力に基づいてホスト・コンピュータによって設定することができる。
【００１９】
超音波エネルギの各々のバーストは、各々の送信ビームに沿った相次ぐレンジ（距離）に位置する物体から反射される。結果として得られるエコー信号は、各々のトランスデューサ素子１２によって別々に感知され、特定の時間点におけるエコー信号の大きさのサンプルが、特定のレンジにおいて生じた反射の量を表わす。反射点と各々のトランスデューサ素子１２との間の伝播経路に差があるので、エコー信号は同時に検出されるわけではなく、また、各エコー信号の振幅は等しくならない。受信器１６は、各々の受信チャネルに設けられているそれぞれのＴＧＣ増幅器２８を介して別個のエコー信号を増幅する。ＴＧＣは、ゲインを深さの関数として増大させる又は減少させることにより行われる。ＴＧＣ増幅器によって提供される増幅の量は、ＴＧＣ回路（図示されていない）によって制御され、ＴＧＣ回路は、ホスト・コンピュータ、及びポテンシオメータの手動操作によって設定される。次いで、増幅されたエコー信号は、受信ビームフォーマ３０へ供給される。
【００２０】
ホスト・コンピュータ２０の指令下で、受信ビームフォーマ３０は、送信されたビームの方向を追尾する。受信ビームフォーマ３０は、各々の増幅されたエコー信号に対して適正な時間遅延及び受信アポダイゼーション加重を付与し、これらの信号を加算して、特定の送信方向における特定のレンジに位置する点から反射した全超音波エネルギを正確に表わすエコー信号を形成する。受信集束時間遅延は、専用のハードウェアを用いて実時間で算出されるか、又はルックアップ・テーブルから読み込まれる。受信チャネルはまた、受信されたパルスをフィルタ処理するための回路構成要素を有している。受信アポダイゼーション加重及び受信集束時間遅延は、システム・プログラミング及び操作者の入力に基づいてホスト・コンピュータによって設定され得る。
【００２１】
次いで、時間遅延された受信信号は加算されて信号プロセッサ又は検出器３２へ供給され、信号プロセッサ又は検出器３２は、加算された受信信号を表示データへ変換する。典型的なグレースケール表示では、表示データは、エッジ強調及び対数圧縮等の何らかの追加処理を施された信号の包絡線となる。ＲＦデータの場合には、低域通過フィルタを用いて包絡線を検出することができ、ベースバンド・データの場合には、（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 を表わす信号を発生する包絡線検出器を用いて包絡線を検出することができる。尚、ここで、Ｉはベースバンドデータの同相信号成分であり、Ｑは直交信号成分である。
【００２２】
スキャン・コンバータ３４が、検出器３２から表示データを受け取って、このデータを表示に望ましい画像へ変換する。具体的には、スキャン・コンバータ３４は、音波画像データを、極座標（Ｒ×θ）のセクタ型フォーマット又はデカルト座標のリニア・アレイ型フォーマットから、ビデオ・レートの適当に拡縮(scaling) されたデカルト座標の表示ピクセル・データへ変換する。次いで、走査変換（スキャン・コンバート）された音波データは、表示サブシステム２２によって表示するように供給され、表示サブシステム２２は、信号の包絡線の時間変換する振幅をグレースケールとして画像化する。各々の送信ビーム毎に、それぞれの走査線が表示される。
【００２３】
図２は、本発明の好ましい一実施例による超音波フロー・イメージング・システムを示す。送信開口にある各々のトランスデューサ素子は、メモリ３８から各々のパルサへ同じ送信系列をＮ回供給することにより、同じ符号化波形を用いてＮ回（ここで、Ｎは好ましくは、６又はこれよりも小さい）パルスが供給される。パルサ２４は、発生される超音波エネルギが各回の送信ファイアリングについてビームとして方向制御すなわちステアリング(steering)されるように、トランスデューサ・アレイ１０の素子１２を駆動する。このことを達成するために、メモリ３８からの送信系列に応答してパルサによって発生されるそれぞれのパルス波形に対して、送信集束時間遅延３６が付与される。送信集束時間遅延を従来の方式で適当に調節することにより、超音波ビームを所望の送信焦点位置に集束させることができる。Ｎ個のパルスが、所定のパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）でこの送信焦点位置に送信される。送信系列は、システム・プログラミング及び操作者の入力に基づいてホスト・コンピュータによって供給される。
【００２４】
単一回送信の符号化励起の基本的な概念は、長さＰの送信バースト（基本系列）に基づいて、特殊に設計された符号系列を変調させることを含んでいる。ｎ個のバーストから成る符号化されたパルス系列はしばしば、ｎチップの符号と呼ばれる。符号化されたパルス系列は、長さｎ×Ｐを有しており、流れる血液への呼び掛けを行うためにより大きな音波投与量又はより短い基本系列を用いることを可能にする。復号用（即ち、圧縮）フィルタの出力信号は、元の送信バースト長Ｐに等しい又はこれに近い長さを有する圧縮された信号パルスであるが、この信号パルスの振幅は、ｎ倍長い符号化されたパルス系列によって発生されたものとなる。この符号化手法は、フレーム・レートに悪影響を及ぼすことがなく、また、高速又は適応的回転による不適切な復号の機会が遥かに少なくなっている。
【００２５】
単一の符号化された波形が送信され、そして受信された波形は、復号用フィルタのインパルス応答と畳み込みされて、波形エネルギを小さな時間間隔に圧縮する。復号用フィルタは、整合フィルタであってもよいし（ここでのフィルタ係数は、送信符号と同じものとなる）、又は不整合フィルタであってもよい。不整合フィルタは、フィルタ出力信号（符号系列を入力信号とする）と、クロネッカのデルタ関数との間の自乗和誤差を最小化するように設計される。好ましい単一回送信の符号には、バーカー（Barker）符号、及び長さ８の符号［１，１，１，−１，１，−１，−１，１］等の非バーカー型符号がある。この符号が図３に示す長さ１６の不整合フィルタと畳み込みされると、出力信号は図４に示すようになる。
【００２６】
各回の送信毎に、トランスデューサ素子１２からのエコー信号は、受信ビームフォーマのそれぞれの受信チャネル４０へ供給される。ホスト・コンピュータ２０（図１）の指令下で、受信ビームフォーマは、送信されたビームの方向を追尾する。受信ビームフォーマは、受信されたエコー信号に対して適正な受信集束時間遅延４２を付与し、これらのエコー信号を加算して、送信ビームに沿った特定の位置から反射した全超音波エネルギを正確に表わす合成エコー信号を提供する。時間遅延された受信信号は、特定の送信焦点位置に集束したＮ回の送信ファイアリングの各々について、受信加算器４４において加算される。
【００２７】
相次ぐ送信ファイアリングについて加算された受信信号は、フィルタ４６へ供給され、フィルタ４６は、復号、帯域通過フィルタ処理及びウォール・フィルタ処理の各作用を実行する。このことは、システム・プログラミング及び操作者の入力に基づくホスト・コンピュータによるフィルタ係数の適正な選択によって達成される。フィルタ４６は、Ｎ回の送信ファイアリングに跨がるフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の信号を検出器３２へ供給し、検出器３２は、ファイアリングからファイアリングにかけてフィルタ処理された信号の包絡線を形成する。後処理（エッジ強調及び対数圧縮を含む）並びに走査変換の後に、表示サブシステム２２（図１）によって１本の走査線が表示される。この手順は、各々の送信焦点位置について（各々のビーム角度毎に１つの送信焦点位置が存在する場合）、又は各々のベクトルについて（各々のビーム角度毎に多数の送信焦点位置が存在する場合）、それぞれの走査線が表示されるように繰り返される。
【００２８】
本発明の好ましい実施例によれば、フィルタ４６は、受信加算器４４の出力に結合された入力を有するＦＩＲフィルタ４８と、入力がＦＩＲフィルタ４８に結合され且つ出力が検出器３２に結合されたベクトル加算器５０とを含んでいる。ＦＩＲフィルタは、各回の送信ファイアリングについて、Ｍ個のフィルタ係数から成るそれぞれのフィルタ係数組を受け取るためのＭ個のフィルタ・タップを有する。ｎ回目の送信ファイアリングについてのフィルタ係数は、ａn ｃ1 ，ａn ｃ2 ，．．．，ａn ｃM であり、ここで、ａn はｎ回目の送信ファイアリングについてのスカラ加重であり、ｎ＝１，２，．．．，Ｎであり、ｃ1 ，ｃ2 ，．．．，ｃM は、ＦＩＲフィルタ４８が受信パルスを圧縮すると共に所望の基本周波数帯域の大部分を通過させるように選択された１組のフィルタ係数である。具体的には、フィルタ係数ｃ1 ，ｃ2 ，．．．，ｃM は、通過させるべき周波数帯域の関数である第１のフィルタ係数の組ｂ1 ，ｂ2 ，．．．，ｂP を、整合フィルタ又は不整合フィルタのいずれかの係数である第２のフィルタ係数の組ｄ1 ，ｄ2 ，．．．，ｄQ と畳み込みすることにより得られる。尚、ここで、Ｍ＝（Ｐ＋Ｑ−１）である。スカラ加重ａ1 ，ａ2 ，．．．，ａN は、所定の閾値よりも大きい速度で運動している反射体からの信号を選択的に通過させるスロー・タイムの「ウォール(wall)」フィルタを形成し、即ち、スロー・タイムのフィルタ係数は、より低速での運動に対応する低い周波数を阻止するように選択されている。Ｎ回の送信ファイアリングについての相次ぐＦＩＲフィルタ出力信号は、ベクトル加算器５０においてコヒーレントに累算される。これは、単一の出力信号サンプルを有するウォール・フィルタと等価である。次いで、ベクトル加算器の出力信号は、公知のやり方で、包絡線検出、後処理、走査変換及び表示を経る。
【００２９】
フィルタ係数ａn ｃ1 ，ａn ｃ2 ，．．．，ａn ｃM は、各回の送信ファイアリングについて、ホスト・コンピュータによってフィルタ係数メモリ５２からフィルタ４８へ供給される。例えば、１回目の送信ファイアリングについては、フィルタ係数の組ａ1 ｃ1 ，ａ1 ｃ2 ，．．．，ａ1 ｃM がＦＩＲフィルタ４８へ供給され、２回目の送信ファイアリングについては、フィルタ係数の組ａ2 ｃ1 ，ａ2 ｃ2 ，．．．，ａ2 ｃM がＦＩＲフィルタへ供給され、以下同様に続く。フィルタ係数は、診断用途に応じてプログラム可能である。異なる複数の組のフィルタ係数をホスト・コンピュータのメモリ内のルックアップ・テーブルに記憶することができ、所望の係数の組をシステム操作者が選択し得るようにすることができる。送信ファイアリングの数Ｎ＝２であるような用途の場合には、フィルタ係数の組の対がメモリに記憶され、選択された対の一方の組のフィルタ係数が、１回目の送信ファイアリングの前にＦＩＲフィルタへ転送され、この選択された対の他方の組のフィルタ係数が、１回目の送信ファイアリングの後に且つ２回目の送信ファイアリングの前にＦＩＲフィルタへ転送される。同様に、送信ファイアリングの数Ｎ＝３であるような用途の場合には、１回目乃至３回目のファイアリングから得られる受信信号をフィルタ処理するのに用いるように、２つ又は３つの組のフィルタ係数がメモリに記憶される。送信ファイアリングの数Ｎ＞３であるような用途についても同様の手順を踏む。
【００３０】
焦点位置当たりＮ回の送信の各回の間の時間間隔は、利用者が制御可能であって、「スロー・タイム」・フィルタの遮断周波数を決定する。特定の焦点位置へのＮ回の送信の各回の間の間隔をより長くすると、低速の流れに対するより高い感度を有するより低い遮断周波数が得られる。
【００３１】
流れ画像は、最大流れコントラストについてそれ自体によって表示されることもできるし、又はＢモード背景画像と加算することもできる。従来のＢモード画像に流れ画像を重ね合わせると、医療診断時に診断者が既知の解剖学的な標認点に対する血液の流れを観測することが可能になる。流れ画像及びＢモード画像のこの加算において見られるフラッシュ・アーティファクトは、従来のカラー・フロー・イメージングにおいて見られるものよりも軽減している。
【００３２】
好ましい一実施例では、基本周波数帯域から導き出されるＢモード画像が流れ画像と加算される。このことは、基本Ｂモード信号成分がウォール・フィルタを通過する又はフィードスルーするように「スロー・タイム」・フィルタの加重のうち１つに摂動を与えることにより達成される。例えば、１回目の送信ファイアリングについて（又は他の任意の送信ファイアリングについて）の加重ａ1 に、図５に示すように量αだけ摂動を加えることができる。Ｂモード・フィードスルーによって、流れ画像を従来のＢモード画像に重ね合わせて表示することが可能になる。代替的には、流れ画像を従来のＢモード画像にカラーで重ね合わせて表示することもできる。このフィードスルー手法は、追加のファイアリングを行わずにＢモード背景画像を得る一つの方法である。Ｂモード背景画像を得るその他の方法には、Ｂモード画像について特定的にパルスを送信するもの（この方法はＲＯＩに要求される）、及びすべての物体が静止している場合でもウォール・フィルタの出力信号がゼロになることがないように、１つのパケット内で互いに僅かに異なるパルスを送信するものがある。
【００３３】
代替的な好ましい実施例では、背景Ｂモード画像はまた、高（又は低）調波画像であってもよく、こうすると、フロー・イメージングを隠蔽する可能性のある残響及び平面外音響「ノイズ」のようないくつかの画像アーティファクトを一掃し易くなる。このことは、いくつかの方法のいずれか１つを用いて達成することができる。
【００３４】
高調波Ｂモード背景画像を形成する好ましい一実施例では、符号化されていない追加のパルスをｆ0 （通常、トランスデューサのより低い周波数帯域のエッジ）において送信し、エコーは、周波数２ｆ0 （２次高調波）又は周波数ｆ0 ／２（低調波）を中心とする帯域通過フィルタ（図２に示すＦＩＲフィルタ４８に組み込まれている）によってフィルタ処理する。この符号化されていない送信に続いて、少なくとも２回の前述のような符号化された送信を行う。これらの送信のすべてについての受信信号が、ウォール・フィルタによってスロー・タイムでフィルタ処理される。１回の符号化されていない送信に続いて２回の符号化された送信を行う場合には、ウォール・フィルタのスカラ加重は、［ａ0 ，ａ1 ，ａ2 ］＝［１，１，−１］となる。符号化された送信及び符号化されていない送信を送信する順序は、符号化されていない送信が中盤又は終盤に位置するように変更することもできる。このような構成は、１つの流れ画像ベクトルを他の流れ画像ベクトルから減算しながら高調波Ｂモード背景画像ベクトルを通過させる効果を有している。
【００３５】
高調波Ｂモード背景画像を形成するもう１つの好ましい実施例では、符号化されていない偶数個のパルスを連続して送信し、これに続いて少なくとも２つの符号化されているパルスを送信する。送信パケット内の符号化されていないパルスを１つ置きに負とすることができ、負とされた符号化されていないパルスからのエコーが、正の符号化されていないパルスからのエコーに加えられて、基本信号を打ち消すと共に高調波信号を残す。続いて、検出の前（コヒーレント）又は検出の後（インコヒーレント）のいずれかに、高調波信号を流れ信号に加える。例えば、送信パケットを、第１の符号化されていないパルスが正の極性を有し、第２の符号化されていないパルスが負の極性を有しているような２つの符号化されていないパルスと、少なくとも２つの符号化されたパルスとから構成することができる。次いで、これらの送信のすべてについて、受信信号がウォール・フィルタによってスロー・タイムでフィルタ処理される。反対の極性を有する２回の符号化されていない送信に続いて２回の符号化されている送信が行われる場合には、ウォール・フィルタのスカラ加重は［ａ0 ，ａ1 ，ａ2 ，ａ3 ］＝［１，１，１，−１］となる。符号化された送信と符号化されていない送信が送信される順序は、順列式で交換(permutate) することができる。この構成は、１つの流れ画像ベクトルを他の流れ画像ベクトルから減算しながら高調波Ｂモード背景画像ベクトルをウォール・フィルタに通過させる効果を有している。
【００３６】
本発明の代替的な好ましい実施例では、２回送信の符号化励起、例えば、ゴレイ(Golay) 符号対を用いてＳＮＲが回復される。具体的には、各々のビーム上で連続して同じ焦点位置にゴレイ式で符号化された１対の基本系列を送信し、次いで、ビーム加算されたデータを復号することによりＳＮＲが高められる。ゴレイ式で符号化された１対の基本系列は、オーバサンプリングの後に基本系列をゴレイ符号対で畳み込むことにより形成される。ゴレイ符号対は、２つの系列の自己相関の和がクロネッカのデルタ関数となるという性質を有する１対の２進（＋１，−１）系列である。オーバサンプリングされたゴレイ系列は、各々の＋１と−１との間にゼロを挟んだゴレイ系列であり、ゼロの数は、基本系列の長さから１をマイナスしたものよりも大きいか又はこれと等しい。ゴレイ符号は、レンジ・サイドローブを有さない。各回のファイアリング毎に、送信時に用いられたゴレイ式で符号化された基本系列に対応するオーバサンプリングされたゴレイ系列を用いて復号が行われる。ゴレイ対に従って極性符号化された２つのパルスの系列を送信することにより、受信されるビーム加算信号の各々の対応するオーバサンプリングされたゴレイ系列との相関、及びこれらの相関の加算によって、ＳＮＲの増大が可能になり、画像の分解能又はコントラストに劣化をもたらすことは実質的にない。実用的には、符号の歪みに起因してレンジ・サイドローブは生ずるが、ノイズ・フロアよりも低い傾向にあり、画質に悪影響を及ぼすことはない。ゴレイ対の２つの系列の送信の間に生ずる組織の運動もまた、符号の歪みをもたらし、レンジ・サイドローブを増大させる。第１の系列からのエコーが完全に受信されたら直ちに第２の系列を送信することにより、２回の送信の間の時間間隔を最小化することができる。各送信の間の間隔を最小化すると、動きに誘起される符号の歪みが最小化される。
【００３７】
図２に示す超音波イメージング・システムは、相補的な符号処理を採用している。従って、Ｎ個の送信パルス（例えば、各々のパルスをトーン・バーストとする）から成るパケットを送信する代わりに、２Ｎ個の送信パルスから成るパケットを送信し、相次ぐ送信パルスが相補的な（例えば、ゴレイ式の）符号対のそれぞれの符号によって交互に符号化されて、交互式で符号化されたパルス系列Ａ及びＢを形成するようにする。例えば、Ｍ個の送信パルスから成る系列を第１のＭ桁の送信符号で符号化すると共に、Ｍ個の送信パルスから成るもう１つの系列を第２のＭ桁の送信符号で符号化することにより、符号化されたパルス系列Ａを形成することができ、ここで、第１及び第２の送信符号は相補的であるものとする。各回の送信ファイアリング毎に、このファイアリングについての送信符号に等しい受信符号を復号用フィルタにロードして、受信された信号をフィルタ処理することにより、自己相関が行われる。次いで、ウォール・フィルタを用いて、例えば、各奇数番号の対の送信のスカラ加重が各偶数番号の対の送信のスカラ加重に対して負になるようにして自己相関後の各系列を加算する。図６に示す好ましい実施例によれば、ビームフォーマ５４内に設けられている送信器（図示されていない）が、相補的に符号化されたパルス系列Ａ及びＢから成るパケットを、交互の順、即ちＡＢＡＢ...の順でファイアリングする。このパケットから得られる受信信号は、次のように表わすことができる。
【００３８】
Ａ1Ｂ1Ａ2Ｂ2Ａ3Ｂ3...ＡNＢN
ここで、Ａi は、符号Ａのｉ番目のファイアリングについての受信信号であり、Ｂi は、符号Ａの相補符号である符号Ｂのｉ番目のファイアリングについての受信信号であり、２Ｎがパケット内のファイアリングの数である。これらの受信信号は、フィルタ４８によって圧縮され帯域通過フィルタ処理される。ＲＦ（無線周波数）のビームフォーマ出力信号の場合には、復調器５６が圧縮されたＲＦ信号をそのＩ成分及びＱ成分へ変換し、これらのＩ成分及びＱ成分をコーナ・ターナ(Corner Turner) メモリ５８にロードする。ファイアリングに跨がって各々のダウン・レンジ位置に対して、即ち、「スロー・タイム」で、（１，１，−１，−１）のウォール・フィルタ６０が適用され、各々のレンジ点をフィルタ処理して、次のようなそれぞれの差信号を発生する。
【００３９】
（Ａ1＋Ｂ1）−（Ａ2＋Ｂ2）
（Ｂ1＋Ａ2）−（Ｂ2＋Ａ3）
（Ａ2＋Ｂ2）−（Ａ3＋Ｂ3）
（Ｂ2＋Ａ3）−（Ｂ3＋Ａ4）
......
（ＡN-1＋ＢN-1）−（ＡN＋ＢN）
（括弧は数式をより明瞭にするために挿入されている。）このように、隣接した相補的な符号系列が共に加算され、得られた和がウォール・フィルタ処理される。ウォール・フィルタの出力信号は、検出器３２によって包絡線検出され、スキャン・コンバータ３４によって走査変換され、ビデオ・プロセッサ６２によってカラー・マッピングされ、表示モニタ６４上に表示される。ウォール・フィルタ６９は一般的には、（Ｎ−Ｗ＋１）個の信号サンプルが発生することを可能にしており、ここで、Ｎはパケット・サイズであり、Ｗはウォール・フィルタの長さである。図２に示す実現形態でのウォール・フィルタは、Ｎ＝Ｗに相当する。広帯域パルス及び小さなパケット・サイズを用いることに加え、より多い数の有効表示ビットを提供するように圧縮曲線及び表示マップを選択する。ベクトル密度を増大させて、分解能を増大させる。流れ画像は、Ｂモード画像上へのカラー・オーバーレイ（ビデオ・プロセッサ６２にロードされた選択可能なカラー・マップによって）として表示される。
【００４０】
図６の実施例では、各回の送信ファイアリング毎に２つの符号化されたパルス系列が要求されているとしても、符号化されたパルス系列を互い違いに組み合わせること（staggering）により、パケット内のファイアリングの総数は、流れ検出器へ供給される点の数は同じであるので追加のウォール・フィルタ・タップの数だけしか増大させずに済み、２倍ずつ増大するわけではない。このようにして、比較的短いウォール・フィルタを用いることによりフレーム・レートを十分に高く維持することができる。この実現形態はまた、±ＰＲＦ／２という元来の速度ダイナミック・レンジを維持する。ここで、ＰＲＦは、個々の符号化されたパルス系列Ａ又はＢがファイアリングされる周波数であり、相補的な符号化されたパルス系列の対がファイアリングされる周波数ではない。
【００４１】
単一回送信の符号を用いるときには、本発明は、少なくとも２回の符号の送信を要求し、得られるエコーは、ウォール・フィルタによって「スロー・タイム」でフィルタ処理される。対照的に、ゴレイ符号を用いると、異なる時刻における２つのデータ点の取得には、ゴレイ符号対の各々のゴレイ符号毎に２回ずつ、４回の送信が必要である。従って、２回送信の符号を用いると、少なくとも４回の符号化された送信が必要になる。ウォール・フィルタ処理時に、ゴレイ符号対の両方のゴレイ符号のエコーに対して同じ組のスカラ加重が適用される。追加の符号化されていない送信をパケット内に含めて、前述と同様に、高調波Ｂモード背景画像を取得することもできる。
【００４２】
図２に基づく実施例では、復号用フィルタ、帯域通過フィルタ及びウォール・フィルタが、適当なフィルタ係数の供給を動的に受ける１つのＦＩＲフィルタ及びベクトル加算器として組み合わされている。代替的には、別個のフィルタを用いることもできる。図６に示す実施例では、復号用フィルタ及び帯域通過フィルタが１つのＦＩＲフィルタとして組み合わされているが、ウォール・フィルタは別れている。また、図２に示す実施例も図６に示す実施例も、単一回送信又は多数回送信の符号化励起のいずれとも共に用いられ得ることを理解されたい。
【００４３】
図２及び図６の実現形態の両方について、並列の受信ハードウェアを用いることによりフレーム・レートを高めることができ、並列の受信ハードウェアを用いることにより単一の送信ベクトルから１つよりも多い受信ベクトルを同時に処理することができる。パケット・サイズ、パルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）及び関心領域（ＲＯＩ）は、利用者が制御することができる。ＰＲＩは、ウォール・フィルタの遮断周波数を決定し、ＰＲＩがより大きければ、低速の流れに対するより高い感度を有するより低い遮断周波数が得られる。流れ画像を形成するのに用いられるものと別個のファイアリングから背景Ｂモード画像が形成される（即ち、フィードスルーを用いない）ときには、別個のＢモード・ファイアリングを流れファイアリングとインタリーブしてフレーム・レートを高めることができ、流れ画像は、Ｂモード画像から別個に閾値抽出することができる。
【００４４】
好ましい実施例では、超音波ビームの走査方向は、血流方向と反対になるようにし、これにより、見かけの流れ感度をより大きくすることができ（血管のエッジまでのより一様な充填（fill-out））、分解能をより高めることができる（より小さな散乱体寸法）。走査方向は、利用者の制御によって、電子的に変更することもできるし、又はプローブを手動で転回することにより変更することもできる。
【００４５】
流れコントラスト（即ち、背景からの鮮明性）を大幅に増大させる１つの方法に、基本モードにおいて造影剤を利用するものがある。造影剤は典型的には、直径が０．１ミクロンと１０ミクロンとの間にある気体を封入したマイクロバブルである。注射を通じて体内に導入されると、造影剤は、血流及び灌流の高反射性マーカとして作用する。マイクロバブルに入射した超音波エネルギは、入射（基本）周波数及び共鳴（高調波及び低調波）周波数で強く反射するので、基本波によるイメージング手法及び高調波によるイメージング手法の両方を用いて造影剤をイメージングする。好ましい方法は、造影剤エコー内の基本周波数を用いて、高調波周波数は用いない。同一のパルスの多数回のファイアリングを特定の送信焦点位置へ相次いで送信する。詳しく述べると、各々の送信焦点位置へ、基本周波数ｆ0 を中心とするＮ個の符号化されたパルスが送信される。受信時には、基本周波数を中心とするＦＩＲフィルタが受信したパルスを圧縮し、所望の基本成分を実質的に分離する。続いて、ウォール・フィルタが、Ｎ回の送信にわたって基本流れ信号を抽出する。このプロセスは、走査平面内の多数の送信焦点位置について繰り返され、また多数の走査平面の各々について繰り返される。各々の走査平面は、超音波プローブを（手で又はプローブ位置決め装置によって）走査している被検体（オブジェクト・ボリューム）にわたって掃引、すなわち被検体に対して動かしているときに、相次いで取得される。各々の走査平面からのデータは画像フレームを表示するように処理される。
【００４６】
図７に示されているように、システムの制御は、ホスト・コンピュータ２０に集中されている。ホスト・コンピュータ２０は、オペレータ・インタフェイス９０（例えば、キーボード及びトラックボール）を介してオペレータの入力を受け取り、且つ様々なサブシステムを制御する。スキャン・コンバータ３４は、音響ライン・メモリ６８及びＸＹ表示メモリ７０を含んでいる。音響ライン・メモリ６８に極座標（Ｒ−θ）セクタ・フォーマットで記憶されているＢモード・フロー・イメージング・データは、適当にスケーリングされたデカルト座標強度データへ変換され、このデータはＸＹ表示メモリ７０に記憶される。ＸＹ表示メモリ７０からの各々の画像フレームは、ビデオ・プロセッサ６２へ送られる。グレー・マッピングの前に、ビデオ・プロセッサ６２内のＢモード・フロー・イメージング・データのフレームは、先入れ先出し方式でシネ・メモリ６６に記憶される。記憶は、連続的であってもよいし、或いは外部のトリガ事象の結果として行ってもよい。シネ・メモリ６６は、使用者に対して実時間で表示される画像データを絶えず取得しながらバックグラウンドで動作している循環画像バッファのようなものである。使用者が（オペレータ・インタフェイス９０上の適当なデバイスを介して）システムをフリーズさせると、使用者は、シネ・メモリ内に過去に取得されている画像データを見ることが出来る。
【００４７】
イメージングを行う際、長い一系列の最新の画像がシネ・メモリ６６に記憶されて、連続的に更新される。システムによっては、Ｒ−θ音響画像を保存するように設計されており、他のシステムではＸＹビデオ画像を記憶するように設計されている。シネ・メモリ６６に記憶されている画像ループはトラックボール（インタフェイス９０）を介して表示モニタ上で再生することができ、また画像ループの一部分をハードディスク記憶装置のために選択することができる。
【００４８】
シネ・メモリ６６に記憶されている選択された画像系列は、三次元再構成のためにホスト・コンピュータ２０へ転送される。プローブの掃引中に取得されるフロー・イメージング・データの多数のフレームは、三次元データ・ボリュームを形成する。ホスト・コンピュータ２０はシネ・メモリ６６からデータ・ボリュームを検索し、様々なボリューム・レンダリング手法（例えば、最大又は平均ピクセル投影、合成あるいは表面）のいずれかを使用して、種々のイメージング平面上に投影画像を再構成する。各々の投影の結果生じる投影されたデータは次いでシネ・メモリの別の部分又はスキャン・コンバータのメモリに書き戻され、そこからビデオ・プロセッサ６２を介して表示モニタ６４へ送られる。
【００４９】
ホスト・コンピュータ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）７２及びランダム・アクセス・メモリ７４を含んでいる。ＣＰＵ７２は、取得されたフロー・イメージング・データ・ボリュームを、異なる角度で取った多数の３次元投影画像へ変換するのに用いられるルーチンを記憶するメモリを有している。ＣＰＵ７２は、システム制御バス７６を介して、ＸＹ表示メモリ７０とビデオ・プロセッサ６２とシネ・メモリ６６とＣＰＵ自身との間のデータの流れを制御する。イメージング・データの各々のフレームは、被検体についての多数の走査又はスライスの１つを表していて、音響ライン・メモリ６８、ＸＹ表示メモリ７０及びビデオプロセッサ６２に順次記憶される。グレー・マッピングの前に、Ｂモード・フロー・イメージング・データのフレームがビデオ・プロセッサ６２からシネ・メモリ６６へ送られる。走査されるオブジェクト・ボリュームを表す一重なりのフレームが、シネ・メモリ６６に記憶されて、ソース・データ・ボリュームを形成する。ソース・データ・ボリュームが取得された後、ＣＰＵ７２は、ソース・データ・ボリュームを通る任意のスライスと共に、データの三次元投影を構成することができる。
【００５０】
従来のシステムは、任意の超音波画像上に図形記号を重ね合わせる（スーパーインポーズする）性能を有している。画像フレーム上への図形(graphics)の重ね合わせはビデオ・プロセッサ６２において行われ、ビデオ・プロセッサ６２は、ＸＹ表示メモリ７０から超音波画像フレームを受け取り、また図形表示メモリ７８から図形データを受け取る。図形データは、図形プロセッサ８０によって処理されて図形表示メモリ７８へ入力される。図形プロセッサ８０は、ホスト・コンピュータ２０によって他のサブシステムと同期させられている。
【００５１】
３次元画像を形成するために、ＣＰＵ７２は、シネ・メモリ６６から検索されるソース・データ・ボリュームをイメージング平面データ・セットへ変換することができる。このような相次ぐ変換は、例えば＋９０°から−９０°にわたる角度の範囲内で、例えば１０°の間隔の角度増分で行われる最大値投影、最小値投影、合成投影、表面投影又は平均投影等の様々な投影手法を含み得る。投影後の画像内の各々のピクセルは、所与の画像平面への投影によって導出される変換後のデータを含む。
【００５２】
フリー・ハンド式の３次元超音波走査では、トランスデューサ・アレイ（１Ｄ乃至１．５Ｄ）を仰角方向に平行移動させて、関心のある解剖学的構造を通る実質的に平行な画像平面の組を取得する。これらの画像は、シネ・メモリに記憶され、システム・コンピュータによって３次元再構成のために後で検索することができる。画像フレーム間の間隔が既知であれば、平面外の寸法と走査平面の寸法とを正確な縦横比（アスペクト比）にして、３次元ボリュームを再構成することができる。しかしながら、スライス間の間隔の推定値が良好でないと、３次元物体の幾何形状にかなりの歪みが生じ得る。
【００５３】
従来の超音波スキャナは、Ｂモード・フロー・イメージング・データを連続的にシネ・メモリ内に収集する。フリー・ハンド式走査法又は何らかの種類の機械的プローブ移動器のいずれかを用いて、プローブで解剖学的構造のある区域の全体を掃引すると、３次元データ・ボリュームがシネ・メモリに記憶される。プローブが移動した距離は、いくつかの手法によって決定することができる。使用者が、掃引された距離の推定値を供給することができる。プローブがプローブ移動器によって一定の速度で移動される場合、距離は容易に決定することができる。代替的には、プローブに位置センサを取り付けて、各々のスライスの位置を決定することもできる。解剖学的構造上に又はデータの内部に付されるマーカもまた、必要とされる位置情報を提供することができよう。更に他の方法としては、相次ぐ画像フレーム間でのスペックル無相関度から直接的に走査平面の変位を推定するものがある。
【００５４】
図８を参照して説明すると、超音波プローブ１０により被検体のある区域を（手動又はプローブ移動器のいずれかによって）掃引し（矢印８２はリニア掃引を示す）、スライス間の間隔が既知であり、且つスライス８４がメモリに記憶された場合、３次元データ・ボリューム８６を取得することができる。このデータ・ボリュームを（例えば、イメージング平面への投影を用いて）処理することにより、関心のある区域の３次元ビュー（像）を形成することができる。加えて、データに対してフォーマットを設定し直すことにより、任意の角度での個別のスライス８４を生成することができ（図９を参照）、これにより、使用者は検査中の解剖学的構造がいかなるものであれ、所望の正確なビューを得ることが可能になる。２次元データの３次元投影を生成するアルゴリズムは周知であり、データのフォーマットを設定し直してデータ・セットを通る任意のスライスを生成する手法も周知である。ここで生ずる問題点は、観測者にとって２次元スライスを３次元の解剖学的構造に容易に関連付け易くなるように情報を表示するにはどのようにしたらよいかということである。
【００５５】
図１０及び図１１は、取得及び表示の手順の流れ図を示す。使用者は、関心区域を超音波プローブで掃引することにより開始する（工程１００）。例えば、掃引は、直線動又は揺動を行うフリー・ハンド式掃引によって得ることができる。一旦、データが取得されたら、使用者は、オペレータ・インタフェイス９０（図７）上のフリーズ・キーを押すことによりシネ・メモリを「フリーズ」させ（工程１０２）、トラックボールを動かすことにより、データ・ボリュームのＺ寸法に含まれるべきシネ・メモリ・フレーム（スライス）の範囲を選択する（工程１０４）。図１２に示すように、トラックボールを動かすと、Ｚ寸法選択用ゲージ１５２が表示画面１５０上に現れる。次いで、トラックボールを用いて、ゲージ１５２に対するインジケータ１５４の位置を制御する。インジケータは、所望の左端の点に動かすことができ、次いで、オペレータ・インタフェイス上の所定のキーを押すことにより、この左端の点をロックする。次いで、インジケータを所望の右端の点まで動かすことができ、次いで、同じ所定のキーを押すことにより、この右端の点をロックする。これにより、データ・ボリュームに含まれるべきスライスが設定される。次いで、オペレータは、インタフェイス上の適当なキーを押すことにより、特定の所望の「３Ｄモード」に入る（工程１０６）。
【００５６】
３Ｄモードに入ると、オペレータは先ず、データ・ボリューム内のＲＯＩのＸＹ寸法及び位置を選択しなければならない（工程１０８）。この工程は、３Ｄモード・キーが押されるのに応答して表示画面１５０上の既定の位置に現れる関心領域ボックス１５６（図１２に示す）を操作することにより行われる。関心領域ボックス１５６は、セクタ走査画像１５８上に現れているイメージングされた構造１６０を包含するように、Ｘ及びＹ方向においてサイズを定めると共に平行移動することができる。関心領域ボックス１５６は、トラックボールを動かすことにより平行移動され、オペレータ・インタフェイスに組み込まれている四方向首振り（rocker）スイッチを操作することによりサイズが定められる。例えば、首振りスイッチは、スイッチを下に動かすと関心領域のサイズがＹ寸法について増大し、スイッチを上に動かすとサイズがＹ寸法について減少し、スイッチを右に動かすとサイズがＸ寸法について増大し、スイッチを左に動かすとサイズがＸ寸法について減少するようにプログラムされている。
【００５７】
ＲＯＩが画定された後に、オペレータは、所望の３次元投影の種類（最小、最大又は平均ピクセル投影、表面、合成等）及び所望の表示モードを選択し（図１０及び図１１の工程１１０）、オペレータ・インタフェイス上のレンダリング・キーを押す。次いで、画定されたＲＯＩがシネ・メモリ６６（図７参照）からホスト・コンピュータ２０によって検索される。ホスト・コンピュータは、重複したフレームについて検索されたデータを走査し、これらのデータを廃棄する（工程１１２）。次いで、ホスト・コンピュータは、このデータ・セットについてスライス間の間隔を算出する（工程１１４）。（スライス間の間隔は、データ・ボリュームの長さの全体にわたって一定であるものと仮定する。）例えば、スライス間の間隔は、１９９８年３月２０日に出願された米国特許出願第０９／０４５，７８０号に開示されている適応スペックル相関法を用いて算出することができる。
【００５８】
スライス間の間隔が算出された後に、システムは、「ボリューム回転」モードに入る。このモードは、３Ｄモードに含まれている３つの下位モードの１つである。図７を参照して述べると、「ボリューム回転」モードでは、色付き（例えば、緑）の配向ボックスを表す信号が、図形プロセッサ８０によって発生され、図形表示メモリ７８においてＸＹフォーマットに整形された後に、ビデオ・プロセッサ６２へ送られる。ビデオ・プロセッサは、緑の配向ボックスが表示画面上に表示されるようにする（工程１１６）。同時に、ホスト・コンピュータは、算出されたスライス間の間隔に基づいて、画定されたデータ・ボリュームの選択された最大分解能ピクセル投影を実行する（工程１１８）。投影後の３次元画像は、ＸＹ表示メモリ７０へ送られ、次いで、ビデオ・プロセッサ６２へ送られる。投影後の３次元画像はまた、シネ・メモリ６６によって取得される。ビデオ・プロセッサ６２は、投影後の３次元画像が、配向ボックスと共に表示画面に表示されるようにする。配向ボックス及び初期投影は両方とも、Ｚ軸が画面の奥へ向かい、Ｙ軸が垂直に向き、Ｘ軸が水平に向くようにして配置方向が定められている。即ち、配向ボックスは、選択された関心領域のＸ及びＹ寸法に比例したＸ及びＹ寸法を有する矩形として現れる。データ・スライスは、Ｚ軸に沿って取得されている。これは、ゼロ角度の投影であると定義される。
【００５９】
「ボリューム回転」モードでは、オペレータは、トラックボールを用いて、Ｘ軸及びＹ軸の周りに配向ボックスを回転させることができる。Ｚ軸の周りでの回転は、オペレータ・インタフェイス上の独立した回転ノブを用いて行われる。配向ボックスは「実時間」でトラックボール及び回転ノブの動きに従い、これにより使用者は所望通りにボックスの配置方向を定めることができる。各々の軸についての回転位置は、表示パネルに示される。投影後の画像の実時間回転を実現するために、システムはトラックボールが動いているかどうか判定する（工程１２０）。トラックボールが動いていれば、配向ボックスはトラックボールに従い、そしてデシメーション・レンダリング(decimated rendering) が実時間で実行される（工程１２２）。トラックボールの動きが止まっている場合には（工程１２４）、最大分解能ピクセル投影が再び作成されて表示される。
【００６０】
図１３は、配向ボックス１６２によって指示される任意の角度での例示的な投影１６４を示している。配向ボックスは、下方前方左側の角にマーカ１６６を有しており、ボックスの後方の角は、使用者がボックスの前後を識別し易くするように破線になっている。視覚化の助けとして、ボックス１６８が投影１６４に重ね描きされており、ボックス１６８は、配向ボックス１６２と整合しており、且つボックスがデータ・ボリュームの「奥」に向かうにつれて暗く見えるように深さに陰影が付けられる。使用者は、トラックボール及び回転ノブを用いて、所望の回数だけ配向ボックス１６２を再配置すると共に再投影することができる。加えて、オペレータ・インタフェイス上の特別のキーを用いてプラス９０°又はマイナス９０°の回転を行うことができる。
【００６１】
フロー・イメージング・データ・ボリュームのレンダリングは、各々のボクセルが投影マトリクスに従ってデータ空間から画像空間へ写像（マッピング）されるようなオブジェクト順次（object-order）ボリューム視覚化手法を利用して達成される。このレンダリング方法の目標は、アーティファクトを最小限に抑えながら、３次元データから２次元画像を効率的に生成することにある。
【００６２】
データ・ボリュームは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸にそれぞれ沿ったＮx ×Ｎy ×Ｎz のデータ・サンプルから成っており、各データ・サンプルはボクセルとして知られている。このデータ座標系では、ボクセルは、データ・ボリュームの中心を原点として、各々の軸に沿って１単位ずつ等間隔に離隔しているものと仮定されている。実際のデータ・ボリューム内のボクセルは、等間隔になっていない可能性があるので、データ・サンプルの縦横（アスペクト）比を扱うスケーリング行列［ＳA ］を用いる。次いで、データ・サンプルをＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周りに所望の角度だけ回転させて、正射影変換を用いて画像平面へ投影することができる。この処理は以下のように書くことができる。
【００６３】
［ｘd ，ｙd ，ｚd ］［ＳA ］［Ｒ］＝［ｘi ，ｙi ，ｚi ］
ここで、［ｘd ，ｙd ，ｚd ］はデータ・ボリューム内のボクセルの座標であり、［Ｒ］は所望の回転行列であり、［ｘi ，ｙi ，ｚi ］は画像空間ピクセルを表す。投影変換［ＳA ］［Ｒ］は、Ｚ3 をＲ3 へ写像する（ここで、Ｒ空間内の座標は実数であり、Ｚ空間内の座標は整数である。）。ｚ成分は廃棄され、切り捨て演算（floor operation 、即ち実数を整数に丸める）を適用してＲ2 をＺ2 へ変換する。この投影変換を行うと、ボクセル・データは、選択された投影法に従って処理される。例えば、最大ピクセル投影法が用いられているならば、各々の画像空間ピクセルは、上述の投影変換によって各画像空間ピクセルへ写像されているボクセル・データ・セットの最大値のみを記憶する。この処理を図１４に示す。同図には、最初はボクセル・データ１７０が示されており、縦横スケーリングを乗算した後はボクセル・データ１７２になり、さらに所望の角度だけ回転させるとボクセル・データ１７４になり、画像平面へ投影してボクセル・データ１７６になることが示されている。
【００６４】
図１４に示すプロセスを用いると、隣接するデータ・サンプルは、画像平面上の隣接するピクセルに必ずしも投影されるとは限らないので、投影後の画像に空白のスポット又は「穴（hole）」が空く。これらの穴を除去するために、投影に２つの更なるスケーリング工程を導入すると、以下の式が得られる。
【００６５】
［ｘd ，ｙd ，ｚd ］［ＳA ］［Ｒ］［ＳH ］［ＳH -1 ］＝［ｘi ，ｙi ，ｚi ］
次いで、この投影処理は、２つの工程に分解される。
【００６６】
［ｘd ，ｙd ，ｚd ］［ＳA ］［Ｒ］［ＳH ］＝［ｘt ，ｙt ，ｚt ］
［ｘt ′，ｙt ′］［ＳH -1 ］＝［ｘi ，ｙi ］
第１の工程では、Ｚ3 のデータ座標［ｘd ，ｙd ，ｚd ］は、Ｒ3 の中間座標［ｘt ，ｙt ，ｚt ］へ写像される。ｚ成分は廃棄され、切り捨て演算を用いてＺ2 における［ｘt ′，ｙt ′］を得る。第２の工程では、２次元画像空間内で逆スケーリング演算を行う。
【００６７】
画像から穴を除去するために、スケーリング行列［ＳH ］は、隣接するデータ・サンプル（データ空間内でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って最大で１サンプル分ずつ離隔しているもの）が隣接するピクセルへ写像されることを保証するものでなければならない。画像の穴に寄与している要因には２つのものがある。第１の要因は、縦横比を扱うサンプル点のスケーリングに起因するものであり、第２の要因は、データ・サンプルの回転に起因するものである。スケーリング行列［ＳH ］は、画像のＸ軸及びＹ軸に沿ってスケーリングを行うことにより、穴を除去する。
【００６８】
縦横比を扱うスケーリング・ファクタは、以下の式を用いて算出される。
【００６９】
Ｘas＝１．０／‖［１，０，０］［Ｒ-1］［ＳA -1 ］‖
Ｙas＝１．０／‖［０，１，０］［Ｒ-1］［ＳA -1 ］‖
Ｚas＝１．０
これらのスケーリング・ファクタを用いて中間スケーリング行列［ＳH ′］を定義し、この中間スケーリング行列［ＳH ′］を用いて回転スケーリング・ファクタを算出する。
【００７０】
回転を補正するスケーリング・ファクタは、立体の４つの対角ベクトルＶ＝｛［１，１，１］，［−１，１，１］，［−１，１，−１，］，［１，１，−１］｝の各々を画像平面に投影し、Ｘ次元及びＹ次元に沿った最大離隔距離を独立に算出することにより決定される。
【００７１】
【数１】
［ＳH ］を算出するのに用いられる最終的なスケーリング・ファクタは、縦横スケーリング・ファクタと回転スケーリング・ファクタとの積である。
【００７３】
Ｘs ＝ＸasＸrs
Ｙs ＝ＹasＹrs
Ｚs ＝１．０
これらのスケーリング・ファクタの組合せを用いて、データ空間内でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って１単位ずつ離隔している各ボクセルが、画像平面上でＸ軸及びＹ軸に沿って最大で１単位ずつ離隔しているピクセルへ確実に写像されるようにする。
【００７４】
超音波イメージング・システムのオペレータが、データ・ボリュームを通る２次元スライスを現在のＸ，Ｙ，Ｚ回転配置方向で見たいという場合には、オペレータは「表示モード」キーを押し（図１０及び図１１の工程１２８）、「ボリューム回転」モードから「切断平面」（フォーマット設定し直し）モードに切り換える。図１５を参照して説明すると、配向ボックス１６２の色が変わり（例えば、緑から白へ）、色付き（例えば、緑）の多角形１７８が配向ボックス内のデータ・ボリュームの中央に現れる（工程１３０）。緑の色は、ボックス内のこの部分を動かすことができることを示している。次いで、システムは、データ・セットの中央を通る２次元スライスの現在の配置方向における初期表現１８０を作成する（工程１３２）。
【００７５】
このスライス１８０の形状は、配向ボックス１６２内の緑の多角形１７８の形状と整合する。次いで、オペレータは、トラックボールを用いて、データ・セットを通してスクロールすることができる。トラックボールが動いているとシステムが判定した場合（工程１３４）、このデータ・セットの相次ぐ２次元スライスが、選択された配置方向及び位置で実時間で表示される。トラックボールが動いていない場合（工程１３４）に「表示モード」キーが押されていれば（工程１３６）、システムは「切断平面」モードを出て、「切断平面回転」モードに入る。
【００７６】
「切断平面回転」モードでは、配向ボックス内の緑の多角形が移動し（工程１３８）、データ・ボリューム内でのスライスの位置を視覚的に指示すると共に、表示パネルが更新されて、スライスの位置を全ボリュームの百分率として示す（即ち、５０％はデータ・ボリュームの中央に相当する）。データ・ボリュームを通るスライスの位置を指示する緑の多角形が白に変わり、配向ボックスが緑に変わって、スライスがこの時点で固定され、且つデータ・ボリュームをスライスに対して回転させ得ることを示す。次いで、システムは、フォーマット設定し直されたスライスを前述の方式で表示する（工程１４０）。使用者はこの時点で、トラックボールを動かすことにより、配向ボックスを新たなＸ，Ｙ，Ｚ配置方向に定めることができる（工程１４２）。その際、使用者がトラックボールを動かすにつれて、配向ボックスはトラックボールの動きに追従し、白の多角形の形状が変化して、スライスの形状を示す。配置方向が設定されたとき、使用者は「計算」キーを押し（工程１４４）、システムが、配向ボックスに対する多角形の角度によって指示される角度で捉えた新たな２次元スライスを表示するようにする。「表示モード」キーが押されていなければ（工程１４６）、オペレータは、データ・ボリュームの配置方向を再設定することができる。「表示モード」キーが押されていれば、システムは「ボリューム回転」モードへ戻る。
【００７７】
２次元データの３次元投影を生成するアルゴリズムは周知であり、データをフォーマット設定し直してデータ・セットを通る任意のスライスを生成する手法も周知である。図７に示されているように、投影後又はフォーマット設定し直し後のデータは、ホスト・コンピュータによってＸＹ表示メモリ７０に出力される。次いで、投影後又はフォーマット設定し直し後のデータの画像フレームは、ビデオ・プロセッサ６２へ送られ、シネ・メモリ６６によって取得される。ビデオ・プロセッサは、配向ボックス及び他の図形記号を投影後のフォーマット設定し直されたデータの画像フレームに重ね合わせて、表示モニタに出力する。
【００７８】
Ｂモード・フィードスルー・パラメータを調節することにより、使用者が二次元及び三次元投影で画像化された流れに対して通常のＢモード背景画像の変化量を見ることができるようにしてもよい。造影剤は表示画像内の流れ情報を強調するために被検体に注入することができる。
【００７９】
以上、本発明の好ましい特徴を例示し説明してきたが、当業者には様々な修正及び変更が考えられよう。例えば、本発明は二相符号を使用することに制限されず、多相符号もまた使用することができる。従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神に含まれるこのようなすべての修正及び変更を包含するものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波イメージング・システムの様々なサブシステムを全体的に示すブロック図である。
【図２】本発明の好ましい一実施例による超音波イメージング・システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の好ましい実施例の一例による非バーカー型の単一回送信の符号化励起［１，１，１，−１，−１，１，−１，１］と共に用いるのに適した１６タップの不整合フィルタのフィルタ係数を示すグラフである。
【図４】図５に示す１６タップの不整合フィルタのフィルタ係数が符号［１，１，１，−１，−１，１，−１，１］と畳み込みされたときに、該フィルタよって発生される復号後の信号を示すグラフである。
【図５】本発明の好ましい実施例によるＢモード信号のフィードスルーによる「スロー・タイム」のウォール・フィルタ処理を示す流れ図である。
【図６】本発明のもう１つの好ましい実施例による超音波イメージング・システムを示すブロック図である。
【図７】本発明の好ましい実施例によるピクセル強度データの相次ぐ三次元投影を含んでいるフレームを再構成する手段を示すブロック図である。
【図８】超音波プローブの走査平面に垂直な方向に超音波プローブをリニア走査することにより取得されるデータ・ボリュームを示す線図である。
【図９】図８に示すデータ・ボリュームをフォーマット設定し直すことにより得られる任意角度における個々のスライスを示す線図である。
【図１０】フロー・イメージング・データを取得し表示する手順を示す流れ図である。
【図１１】フロー・イメージング・データを取得し表示する手順を示す流れ図である。
【図１２】使用者が画定した関心ボリュームを指示する図形と共にセクタ走査方式の超音波画像の表示を示す線図である。
【図１３】データ・ボリュームの配置方向を表示する図形と共に任意の角度で形成された投影後の超音波画像の表示を示す線図である。
【図１４】本発明の好ましい実施態様で有利に使用される投影変換手順を示す線図である。
【図１５】データ・ボリュームに対するスライスの位置及び配置方向を表す図形と共に２次元スライスの表示を示す線図である。
Claims (10)
- 多数のトランスデューサ素子を有し、電気的な起動に応答して基本周波数を中心とする波動エネルギを送信すると共に、帰投した波動エネルギを電気信号へ変換するトランスデューサ・アレイと、
前記トランスデューサ・アレイに結合された送信器であって、複数の前記トランスデューサ素子を起動し、多数の走査平面の各々における多数の送信焦点位置の各々について合焦するように 、第１及び第２の送信事象時に送信符号に従って符号化した波動エネルギを送信するようにプログラムされた送信器と、
前記多数の走査平面の各々における多数の走査線の各々について、前記第１及び第２の送信事象に続いて、前記複数のトランスデューサ素子がそれぞれ発生する電気信号から第１及び第２の受信信号をそれぞれ形成するようにプログラムされている受信器と、
第１組と第２組のフィルタ係数を有して、前記第１及び第２の受信信号のそれぞれの第１及び第２の基本信号成分を圧縮して帯域通過させると共に、所定の閾値を上回る速度で運動する波動エネルギ反射体に対応する周波数成分を選択的に通過させるようにプログラムされたウォール・フィルタであって、前記多数の走査平面の各々における多数の走査線の各々について、前記圧縮され帯域通過させた前記第１及び第２の基本信号成分と、前記選択的に通過させた前記周波数成分から少なくとも部分的に流れ信号を導き出して形成するウォール・フィルタと、
前記多数の走査平面の各々についてそれぞれの流れ信号の組をデータ・ボリュームとして記憶して形成するメモリと、
前記データ・ボリュームに投影変換を適用することによって、イメージング平面上に制御可能な配置方向を有するように、前記データ・ボリュームの三次元投影を表すイメージング・データを作成するべくプログラムされたコンピュータと、
前記三次元投影の関数である画像を表示するサブシステムと、
を備え、
前記第２組のフィルタ係数のうち少なくとも１つの係数以外のすべての係数が、前記第１組のフィルタ係数の負値であり、前記第２組フィルタ係数のうちの前記少なくとも１つの係数が、Ｂモード基本信号フィードスルーを可能にするように摂動を加えられているイメージング・システム。 - 前記第２組のフィルタ係数は、前記第１組を成すフィルタ係数の負値であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記送信器は、複数の前記トランスデューサ素子を、第３の送信事象時に、符号化されていないが各々の送信焦点位置について合焦された波動エネルギを送信するように起動するべく更にプログラムされており、
前記受信器は、前記走査線の各々について前記第３の送信事象に続いて前記複数のトランスデューサ素子により発生される電気信号から第３の受信信号を形成するように更にプログラムされており、
前記ウォール・フィルタは、前記多数の走査平面の各々における多数の走査線の各々について前記圧縮され帯域通過させた前記第１及び第２の基本信号成分並びに前記選択的に通過させた前記周波数成分と加算するために、前記第３の受信信号の高調波信号成分を帯域通過させる第３組のフィルタ係数と共に更にプログラムされていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。 - 前記送信器は、第３及び第４の送信事象時に、符号化されていないが各々の送信焦点位置について合焦された夫々の波動エネルギを、前記第３の送信事象の間の前記符号化されていない合焦化波動エネルギが、前記第４の送信事象の間の前記符号化されていない合焦化波動エネルギに対して反対の極性を有して送信されるように、複数の前記トランスデューサ素子を起動するべく更にプログラムされており、
前記受信器は、前記走査線の各々について前記第３及び第４の送信事象に続いて前記複数のトランスデューサ素子により発生される電気信号から第３及び第４の受信信号をそれぞれ形成するように更にプログラムされており、
前記ウォール・フィルタは、第３及び第４組を成すフィルタ係数をによって、前記第３及び第４の受信信号のそれぞれの基本信号成分を実質的に打ち消しつつ、前記多数の走査平面の各々における多数の走査線の各々について、前記第３及び第４の受信信号のそれぞれの高調波信号成分を帯域通過させて、これに、前記圧縮され帯域通過させられた前記第１及び第２の基本信号成分並びに前記選択的に通過させられた周波数成分を加算するように、更にプログラムされていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。 - 前記トランスデューサ素子は、電気的起動に応答して超音波を送信すると共に、帰投した超音波を電気信号へ変換する圧電素子を含んでいる請求項１に記載のシステム。
- 多数のトランスデューサ素子を有し、電気的な起動に応答して基本周波数を中心とする波動エネルギを送信すると共に、帰投した波動エネルギを電気信号へ変換するトランスデューサ・アレイと、
該トランスデューサ・アレイに結合された送信器であって、多数の走査平面の各々における多数の送信焦点位置の各々について合焦化され、第１及び第３の送信事象時にゴレイ符号対の第１のゴレイ符号で符号化された合焦化波動エネルギを送信し、第２及び第４の送信事象時に、前記ゴレイ符号対の第２のゴレイ符号で符号化された合焦化波動エネルギを送信するべく、複数の前記トランスデューサ素子を起動するようにプログラムされた送信器と、
前記多数の走査平面の各々における多数の走査線の各々について、前記第１乃至第４の送信事象に続いて前記複数のトランスデューサ素子によりそれぞれ発生される電気信号から第１乃至第４の受信信号をそれぞれ形成するようにプログラムされている受信器と、
前記第１乃至第４の受信信号の第１乃至第４の基本信号成分をそれぞれ復号して帯域通過させると共に、所定の閾値を上回る速度で運動する波動エネルギ反射体に対応する周波数成分を選択的に通過させるように、第１乃至第４組のフィルタ係数でプログラムされたウォール・フィルタであって、前記多数の走査平面の各々における多数の走査線の各々について前記復号され帯域通過させた第１乃至第４の基本信号成分並びに前記選択的に通過させた周波数から少なくとも部分的に導き出される流れ信号を形成するウォール・フィルタと、
前記多数の走査平面の各々についてそれぞれの流れ信号の組をデータ・ボリュームとして記憶して形成するメモリと、
前記データ・ボリュームに投影変換を適用することによってイメージング平面上に制御可能な配置方向を有するように、前記データ・ボリュームの三次元投影を表すイメージング・データを作成べくプログラムされたコンピュータと、
前記三次元投影の関数である画像を表示するサブシステムと、
を備え、
前記第３組を成すフィルタ係数は、前記第１組を成すフィルタ係数の負値であり、前記第４組のフィルタ係数は、前記第２組のフィルタ係数の負値であり、少なくとも１対の前記フィルタ係数が、Ｂモード基本信号フィードスルーを可能にするように摂動を加えられているイメージング・システム。 - 前記第３組のフィルタ係数は、前記第１組のフィルタ係数の負値であり、前記第４組のフィルタ係数は、前記第２組のフィルタ係数の負値である請求項６に記載のシステム。
- 前記送信器は、第５の送信事象時に、符号化されていないが前記送信焦点位置の各々について合焦化した波動エネルギを送信するように複数の前記トランスデューサ素子を起動するように更にプログラムされており、
前記受信器は、前記走査線の各々について、前記第５の送信事象に続いて前記複数のトランスデューサ素子により発生される電気信号から第５の受信信号を形成するように更にプログラムされており、
前記ウォール・フィルタは、前記多数の走査平面の各々における多数の走査線の各々について、前記第５の受信信号の高調波信号成分を帯域通過させ、これと前記復号され帯域通過させた第１乃至第４の基本信号成分並びに前記選択的に通過させた周波数とを加算させるために、第５組のフィルタ係数で更にプログラムされていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。 - 前記送信器は、前記送信焦点位置の各々について第５及び第６の送信事象時に符号化されていない集束した波動エネルギを送信するように複数の前記トランスデューサ素子を起動するように更にプログラムされており、
前記第５の送信事象の前記符号化されていない集束した波動エネルギは、前記第６の送信事象の前記符号化されていない集束した波動エネルギに対して反対の極性を有しており、前記受信器は、前記走査線の各々について前記第５及び第６の送信事象に続いて前記複数のトランスデューサ素子により発生される電気信号から第５及び第６の受信信号をそれぞれ形成するように更にプログラムされており、
前記ウォール・フィルタは、前記第５及び第６の受信信号のそれぞれの基本信号成分を実質的に打ち消しながら、前記多数の走査平面の各々における多数の走査線の各々について、前記第５及び第６の受信信号のそれぞれの高調波信号成分を帯域通過させて、これと前記復号され帯域通過させた第１乃至第４の基本信号成分並びに前記選択的に通過させた周波数とを加算させるために、第５及び第６組のフィルタ係数で更にプログラムされていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。 - 前記トランスデューサ素子は、電気的起動に応答して超音波を送信すると共に、帰投した超音波を電気信号へ変換する圧電素子を含んでいる請求項６に記載のシステム。
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