特許 6018086 画像取得率最適化による撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6018086

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】画像取得率最適化による撮像装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/14 20060101AFI20161020BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/14

【請求項の数】12

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2013-552227(P2013-552227)

(86)(22)【出願日】2012年2月3日

(65)【公表番号】特表2014-505555(P2014-505555A)

(43)【公表日】2014年3月6日

(86)【国際出願番号】EP2012051900

(87)【国際公開番号】WO2012107370

(87)【国際公開日】20120816

【審査請求日】2014年12月3日

(31)【優先権主張番号】1150966

(32)【優先日】2011年2月7日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】508291928

【氏名又は名称】スーパー ソニック イマジン

【氏名又は名称原語表記】ＳＵＰＥＲ ＳＯＮＩＣ ＩＭＡＧＩＮＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス、ジーン−マリー

(72)【発明者】

【氏名】コップ、ローラン

(72)【発明者】

【氏名】モスカ、フレデリック

(72)【発明者】

【氏名】コーエン−バークリー、クロード

(72)【発明者】

【氏名】フラスキーニ、クリストフ

【審査官】 門田 宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０１２１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１２１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１７３３３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１１３８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６０４８３１５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００ − ８／１５

Ｇ０１Ｓ １５／８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ個の送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）の配列と、連続伝送行列を用いて前記送受波器を制御する制御モジュールとしてのコンピュータとを有するデバイスが、媒体（Ｍ）の高解像度超音波画像を取得する方法であって、前記方法は、
ａ）前記送受波器が、前記媒体（Ｍ）の少なくとも１つの予備画像（Ｚ１）を取得する段階と；
ｂ）前記コンピュータが、前記予備画像（Ｚ１）において画定された目的領域（Ｄ１）および不要領域に対応する送受波器間相関行列を決定する段階と；
ｃ）前記コンピュータが、前記不要領域の送受波器間相関行列の逆数に、前記目的領域（Ｄ１）の送受波器間相関行列を掛けた積から生じる、目的領域（Ｄ１）の特性行列（ＭＣ）を決定する段階と；
ｄ）前記コンピュータが、前記目的領域（Ｄ１）の前記特性行列（ＭＣ）の固有ベクトルおよび固有値を算出する段階であって、それらの対応固有値の関数として分類されるこれら固有ベクトルは、伝送行列を定義することと；
ｅ）前記コンピュータが、Ｎ個の固有ベクトルから、Ｋ個までの最も高い固有値に関連するＫ個の固有ベクトルを選択する段階であって、選択されたＫ個の固有ベクトルによって重付けられたＫ個の波が発射されると、それぞれ選択された固有ベクトルは、発射中に前記送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）によって送信された信号に重付け、これら固有ベクトルは、第１部分において、前記特性行列のＫ個までの最も高い固有値に関連する固有ベクトル群のうちのＫ個の固有ベクトルと、第２部分において、実行されない発射に対応するゼロ列とからなる短縮伝送行列を定義する、前記選択する段階と；
ｆ）前記送受波器が、前記媒体（Ｍ）によって戻された信号を受信する段階と；
ｇ）前記コンピュータが、完全データセットを得るべく、実行されない発射に対応するゼロに設定されたデータによって完成された取得信号からなる受信行列に、前記伝送行列の逆数を乗じる段階と；
ｈ）前記コンピュータが、合成開口超音波検査撮像法におけるように前記完全データセットから、低解像度画像を抽出する段階と；
ｉ）前記コンピュータが、前記完全データセットから抽出された前記低解像度画像を、合成開口超音波検査撮像法におけるようにコヒーレント加算することで、前記目的領域（Ｄ１）に対応する高解像度画像を再構成する段階と
を有する、方法。

【請求項2】

発射される前記Ｋ個の波は、集束されない、
請求項１記載の方法。

【請求項3】

ゼロとは有意に異なるＩ個の固有値を有する前記特性行列に対して、ＫはＩに等しい、
請求項１または２記載の方法。

【請求項4】

前記方法はさらに、前記コンピュータが前記目的領域（Ｄ１）における画像取得率／画質トレードオフを調整する段階を有し、
数Ｋは、前記目的領域（Ｄ１）における前記画像取得率／画質トレードオフの調整の関数である、
請求項１または２記載の方法。

【請求項5】

前記伝送行列は、扁長回転楕円ベクトルからなる、
請求項１〜４何れか一項記載の方法。

【請求項6】

完全画像（ＺＩ）であると確定された前記目的領域（Ｄ１）に対して、前記伝送行列は、Ｋ個の扁長回転楕円ベクトルに対応する伝送法を有し、
パラメータＢは、前記完全画像（ＺＩ）を含めるのに十分大きい、
請求項５記載の方法。

【請求項7】

前記高解像度画像は、高画像取得率および高画質で取得される領域を画定する前記目的領域（Ｄ１）の前記完全データセットから再構成され、
残りの画像は、異なる伝送法によってより低い画像取得率で得られたデータセットから再構成されたいわゆる背景領域である、
請求項１〜６何れか一項記載の方法。

【請求項8】

前記低解像度画像のコヒーレント加算によって前記目的領域（Ｄ１）に対応する前記高解像度画像を再構成する前記段階は、コヒーレンス測定による空間重付けを用いる、
請求項１〜７何れか一項記載の方法。

【請求項9】

前記方法はさらに、前記コンピュータが、前記予備画像（ＺＩ）における移動と、前記送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）の移動とのうちの少なくとも一方を測定する予備段階を有し、
実行された発射数、つまり選択された固有ベクトルの数は、測定移動の関数として修正されるので、獲得画像取得率を修正する、
請求項１〜８何れか一項記載の方法。

【請求項10】

媒体（Ｍ）の高解像度超音波画像を取得するデバイスであって、前記デバイスは、Ｎ個の送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）の配列と、連続伝送行列を用いて前記送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）を制御する制御モジュールとを備え、前記デバイスはさらに、
・先に取得された画像（ＺＩ）における目的領域（Ｄ１）を画定する手段と；
・前記目的領域（Ｄ１）および不要領域に対応する送受波器間相関行列を決定する手段と；
・前記目的領域（Ｄ１）に特徴的な特性行列（ＭＣ）を決定する手段であって、前記特性行列（ＭＣ）は、前記不要領域の送受波器間相関行列の逆数に、前記目的領域（Ｄ１）の送受波器間相関行列を掛けた積から生じることと；
・前記目的領域（Ｄ１）の前記特性行列（ＭＣ）の固有ベクトルと固有値とを算出する手段であって、それら対応固有値の関数として分類されるこれら固有ベクトルは、伝送行列を定義することと；
・Ｋ個までの最も高い固有値に関連するＫ個の固有ベクトルを選択する段階であって、前記制御モジュールはさらに、選択されたＫ個の固有ベクトルによって重付けられたＫ個の波を発射するように構成され、それぞれ選択された固有ベクトルは、発射中に前記送受波器によって送信された信号に重付けし、これらの固有ベクトルは、第１部分において、前記特性行列のＫ個までの最も高い固有値に関連する固有ベクトル群のうちのＫ個の固有ベクトルと、第２部分において、実行されない前記発射に対応するゼロの列とからなる短縮伝送行列を定義することと；
・前記媒体（Ｍ）によって戻された信号を受信する手段と；
・受信行列を構成すべく、実行されない前記発射に対応するゼロに設定されるデータとともに取得信号を取込み、さらに完全データセットを得るため、前記伝送行列の逆数を乗じる手段と；
・合成開口超音波検査撮像法におけるように前記完全データセットから、低解像度画像を抽出する手段と；
・前記完全データセットから抽出された前記低解像度画像を、合成開口超音波検査撮像法におけるようにコヒーレント加算することで、前記目的領域（Ｄ１）に対応する高解像度画像を再構成する手段と
を有する、デバイス。

【請求項11】

Ｎ個の送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）の配列と、連続伝送行列を用いて前記送受波器を制御する制御モジュールとしてのコンピュータとを有するデバイスに、媒体（Ｍ）の高解像度超音波画像を取得する方法の段階を実行させる命令を有するコンピュータプログラムであって、前記方法は、
ａ）前記送受波器が、前記媒体（Ｍ）の少なくとも１つの予備画像（Ｚ１）を取得する段階と；
ｂ）前記コンピュータが、前記予備画像（Ｚ１）において画定された目的領域（Ｄ１）および不要領域に対応する送受波器間相関行列を決定する段階と；
ｃ）前記コンピュータが、前記不要領域の送受波器間相関行列の逆数に、前記目的領域（Ｄ１）の送受波器間相関行列を掛けた積から生じる、目的領域（Ｄ１）の特性行列（ＭＣ）を決定する段階と；
ｄ）前記コンピュータが、前記目的領域（Ｄ１）の前記特性行列（ＭＣ）の固有ベクトルおよび固有値を算出する段階であって、それらの対応固有値の関数として分類されるこれら固有ベクトルは、伝送行列を定義することと；
ｅ）前記コンピュータが、Ｎ個の固有ベクトルから、Ｋ個までの最も高い固有値に関連するＫ個の固有ベクトルを選択する段階であって、選択されたＫ個の固有ベクトルによって重付けられたＫ個の波が発射されると、それぞれ選択された固有ベクトルは、発射中に前記送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）によって送信された信号に重付け、これら固有ベクトルは、第１部分において、前記特性行列のＫ個までの最も高い固有値に関連する固有ベクトル群のうちのＫ個の固有ベクトルと、第２部分において、実行されない発射に対応するゼロ列とからなる短縮伝送行列を定義する、前記選択する段階と；
ｆ）前記送受波器が、前記媒体（Ｍ）によって戻された信号を受信する段階と；
ｇ）前記コンピュータが、完全データセットを得るべく、実行されない発射に対応するゼロに設定されたデータによって完成された取得信号からなる受信行列に、前記伝送行列の逆数を乗じる段階と；
ｈ）前記コンピュータが、合成開口超音波検査撮像法におけるように前記完全データセットから、低解像度画像を抽出する段階と；
ｉ）前記コンピュータが、前記完全データセットから抽出された前記低解像度画像を、合成開口超音波検査撮像法におけるようにコヒーレント加算することで、前記目的領域（Ｄ１）に対応する高解像度画像を再構成する段階と
を有する、コンピュータプログラム。

【請求項12】

Ｎ個の送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）の配列と、連続伝送行列を用いて前記送受波器を制御する制御モジュールとしてのコンピュータとを有するデバイスに、媒体（Ｍ）の高解像度超音波画像を取得する方法の段階を実行させる命令を有するコンピュータプログラムが記憶されるコンピュータ可読記憶媒体であって、前記方法は、
ａ）前記送受波器が、前記媒体（Ｍ）の少なくとも１つの予備画像（Ｚ１）を取得する段階と；
ｂ）前記コンピュータが、前記予備画像（Ｚ１）において画定された目的領域（Ｄ１）および不要領域に対応する送受波器間相関行列を決定する段階と；
ｃ）前記コンピュータが、前記不要領域の送受波器間相関行列の逆数に、前記目的領域（Ｄ１）の送受波器間相関行列を掛けた積から生じる、目的領域（Ｄ１）の特性行列（ＭＣ）を決定する段階と；
ｄ）前記コンピュータが、前記目的領域（Ｄ１）の前記特性行列（ＭＣ）の固有ベクトルおよび固有値を算出する段階であって、それらの対応固有値の関数として分類されるこれら固有ベクトルは、伝送行列を定義することと；
ｅ）前記コンピュータが、Ｎ個の固有ベクトルから、Ｋ個までの最も高い固有値に関連するＫ個の固有ベクトルを選択する段階であって、選択されたＫ個の固有ベクトルによって重付けられたＫ個の波が発射されると、それぞれ選択された固有ベクトルは、発射中に前記送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）によって送信された信号に重付け、これら固有ベクトルは、第１部分において、前記特性行列のＫ個までの最も高い固有値に関連する固有ベクトル群のうちのＫ個の固有ベクトルと、第２部分において、実行されない発射に対応するゼロ列とからなる短縮伝送行列を定義する、前記選択する段階と；
ｆ）前記送受波器が、前記媒体（Ｍ）によって戻された信号を受信する段階と；
ｇ）前記コンピュータが、完全データセットを得るべく、実行されない発射に対応するゼロに設定されたデータによって完成された取得信号からなる受信行列に、前記伝送行列の逆数を乗じる段階と；
ｈ）前記コンピュータが、合成開口超音波検査撮像法におけるように前記完全データセットから、低解像度画像を抽出する段階と；
ｉ）前記コンピュータが、前記完全データセットから抽出された前記低解像度画像を、合成開口超音波検査撮像法におけるようにコヒーレント加算することで、前記目的領域（Ｄ１）に対応する高解像度画像を再構成する段階と
を有する、コンピュータ可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の分野は、超音波検査撮像分野である。本発明は、ヒト臓器の病態を撮像および治療する方法およびデバイスに関し、より詳細には、合成方法の利用に基づく高い空間および時間解像度で撮像する方法とデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

時間解像度は、画像の再構成に必要な発射（ｆｉｒｉｎｇ）数が減少するにつれて増加する。画像取得率、すなわち単位時間当たりの画像数は、この時間解像度に直接関連する。

【0003】

標準超音波検査撮像システムは、生物構造に特徴的な音響インピーダンスの変動を分析すべく、したがって前記媒体の画像を再構成すべく、プローブ検出される媒体、一般に生物組織によって後方散乱されたエコーを用いる。

【0004】

超音波画像は一般に、画像ラインと称せられるものを生成すべく、所定の焦点距離で集束されるとともに所定の方向に伝送されるビームを生成および伝送することで得られる。これは図１において示される。図１において、点線の曲線によって図示される遅延法ＬＲは、送受波器Ｔ１〜ＴＮの配列に適用される。これは点Ｆの周囲に集束されるビームＢを生成する。矢印によって図示される横断スキャニングは、送受波器配列の長さにわたって行われる。対応する画像ラインは次に、受信信号を集束させることで再構成される。画像全体は、オフセット撮像ラインを連続的に使用する目的領域の横断スキャニングによって得られる。次に最適撮像領域ＺＩＯを考察する。

【0005】

この撮像方法は一般的に、複数の送受波器、たとえば送受信に用いられる圧電素子を備えるマトリクス、線形または湾曲超音波検査プローブを用いる。これらの送受波器は、互いに対して遅延した電気信号を適用できる独立した電子チャネルを介して個々に制御される。送信集束は、送信される様々な信号に遅延を適用することで実行される。これらの遅延は、種々のアンテナ素子と焦点との間の飛行時間差に対応するので、レンズの音響等価物をもたらす。

【0006】

以降、焦点集束法、つまりそれぞれの再構成画素に対する遅延法は、所定位置の媒体に由来するとともにその音響画像を再構成する特徴的な音響特性を単離すべく受信で用いられる。これはビーム形成として知られている。

【0007】

商業用システムで非常に広範囲に用いられているこの方法は、Ｂモード方法と呼ばれている。画質は、焦点距離に近い深度で最適であるが、焦点から離れると低下する。
そのような画像を生成する特徴的な発射数は一般的に、再構成ライン数に等しく、アンテナ素子数、通常１２８個または２５６個に同程度の大きさである。

【0008】

この方法の変法が、開発されている。
深度マルチ集束法は、複数の焦点距離の測定と、種々の焦点の近くに位置するライン部分の再構成とを行うことにある。この方法は、画質を改善するが、用いられる焦点距離数である係数Ｎ_ｆｏｃによって必要な発射数を増やす。これは図２において示されるとともに、特許文献１において記載される。連続遅延法ＬＲ１〜ＬＲ４が、送信され、それぞれは、異なる点Ｆ１〜Ｆ４で集束されるビームを生成する。より広い最適撮像領域が得られることを認める。

【0009】

合成送信開口法は、それぞれのアンテナ素子から連続的に発せられる非集束ビームを送信し、次に受信焦点調節によって、それぞれの発射に対して、いわゆる「低解像度」画像を再構成することにある。図３Ａにおいて、第１アンテナ素子は、拡散媒体Ｍに向かって波を送信する。信号は、拡散され、媒体によって反射される。次に図３Ｂにおいて、第２アンテナ素子Ｔ２は、同じ波を媒体Ｍに向かって送信し、さらにアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮのうちの全てに対して行われる。

【0010】

それぞれのアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮからの連続送信後に取得されたデータセットは、完全データセットと呼ばれる。最終画像は、振幅および位相において部分画像を加算することで得られる。この部分画像は、「低解像度」画像と称される。標準撮像モードとは対照的に、画像は、動的送信集束で得られる。前記集束は、合成である。用語、合成送信開口が用いられるのは、このためである。このようにして得られた画像は、最適品質であり、必要な発射数は、アンテナ素子数に等しい。

【0011】

上記の方法には、アンテナからあまりにも遠く離れた領域を撮像できないという大きな欠点がある。信号と、センサに起因する熱雑音との間の比は、標準法の比よりも係数√Ｎ_ｅｌ低い。Ｎ_ｅｌは、アンテナ素子の数である。これは同じ画素の撮像に対して、標準法は１取得のみを要求するが、コヒーレント合成法は、Ｎ_ｅｌ発射の取得を要求するためである。すなわちガウス性白色雑音では、√Ｎ_ｅｌ倍雑音が大きい。これは特許文献２および特許文献３において記載されている。

【0012】

合成開口撮像の信号対雑音比の問題を軽減すべく、いわゆる空間符号化法が開発されている。これは伝送行列を定義および利用することに基づく。伝送行列は、連続送信中にアンテナの様々な重付け法を結び付けることで定義される。

【0013】

完全データセットを取得する特例において使用される伝送行列は、恒等行列である。
空間符号化法は、事前に可逆性に選択された伝送行列に含まれる重付け法で媒体を測定することにある。これは図４において示される。図４において、それぞれの送受波器Ｔ１〜ＴＮは、異なるが所定の強度で送信することがわかる。それぞれの発射強度は、それぞれの送受波器での連続強度をグループ化する伝送行列ＭＥのベクトルを構成する。このようにして取得された信号は次に、いわゆる標準ベース内に投射される。すなわち送信取得過程中の所定時間に送受波器によって受信された信号からなるそれぞれの行列は、伝送行列の逆数を左側に乗じる。

【0014】

この技法は、完全データセットを恒等行列とは異なる伝送行列ＭＥから取得できるようにする。より正確に言えば、任意の伝送行列は、反転し得る状態で用いることができる。
この技法の主な利益性は、伝送行列の行列式に等しい係数による合成開口撮像法の信号対雑音比の改善を可能にすることである。

【0015】

この方法は、チアゴ（Ｃｈｉａｇｏ）によって、主としてアダマール（Ｈａｄａｍａｒｄ）伝送行列で用いられるような医用超音波との関連で、特に特許文献４において最初に導入された。これらは、比較的実行し易いとともに、最適な信号対雑音比を可能にする。

【0016】

開口合成およびインコヒーレント加算法は、例えば特許文献５におけるように同時に使用されることもある。
伝送行列に基づかない合成法は、非集束の非鋭角波の送信から形成された画像をコヒーレント加算することにある。ここで遅延法は、波面がプローブ表面に対して所定の角度をなすように適用される。このように伝送波は、プローブの法線に対して特定角度をなす方向に伝搬する。この方法は、空間符号化に同じ性能を提供し、特許文献６において記載される。その場合には、様々な角度で非集束波を送信することで送信の自動集束を合成する
ことに疑問がある。前記技法は上記の開口合成法に近いが、非集束波が、円形波の代わりに送信されるという違いがある。

【0017】

近年、いくつかの方法が開発されており、そのほとんどは、標準Ｂモード撮像法に基づくとともに、画像取得率を増大することを目的としている。
図５Ａに示されるマルチライン法は、特定受信法ＬＲＲ１およびＬＲＲ４とは異なる特定伝送法ＬＲＥを用いることで、送信ビームを広げることにあり、複数のＮ_ｌｉｎｅを平行に再構成できるように構成される（この場合には、平行に４ライン）。画像取得率は、Ｎ_ｌｉｎｅによって増加するが、解像度とコントラストに関する画質は、劣化する。これは非特許文献１に記載される。Ｂモード法に類似した最適撮像領域ＺＩＯが、得られる。

【0018】

図５Ｂにおいて示されるマルチビーム法は、同時送信法ＬＲ１〜ＬＲ３を用いて点Ｆ１〜Ｆ３にそれぞれが集束される複数のＮ_ｂｅａｍビームＢ１〜Ｂ３を同時送信し、さらに複数のラインを同時に再構成することにある。前記方法は、発射数を係数Ｎ_ｂｅａｍ減らすが、画質を劣化させる。前記方法は、非特許文献２から公知である。得られた最適撮像領域ＺＩＯは、Ｂモード法で得られるものに類似している。

【0019】

一方、図５Ｃにおいて示される非集束波モードは、非集束波ＯＰを送信し、さらに撮像領域ＺＩのライン全てを同時に再構成することにある。非集束波は、種々のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮによって適用された非位相シフトで生じた平面波にすることができる。画像取得率において最適な前記方法は、高度に劣化した画質を示す。

【0020】

３Ｄ撮像システムの普及によって、いわゆる適応画像取得率撮像法が、近年開発された。前記方法は、画像取得率を適合させ、その結果、画質を適合させるように撮像関連を考慮することにある。

【0021】

特許文献７は、撮像される媒体の移動を推定し、さらに発射数をそれに応じて調整することを開示する。移動は、連続画像の輝度の相関性を測定することで、または取得信号のドップラ解析によって推定される。撮像法は、Ｂモード型である。必要な発射数は、送信ビームの開口を変化させることで、したがって撮像ラインの数を減らすことで、変化する。この場合も画像取得率は、画質を損ねて改善される。

【0022】

すでに示されているように合成開口法は、複素数の集合いわゆる「低解像度」画像を提供する。要求されるものの関数として様々な方法でコヒーレント加算に重付けすることが可能である。

【0023】

したがって空間重付けを実行することができる。それは送信器に対する画素の位置の関数として低解像度画像の画素に重付けすることにある。重付けは、主要な送信ローブにおける場合には最大重付けが与えられるが、前記ローブ以外の場合には重付けはゼロに近い。前記重付けは、画質を大きく高めることができる。通常に利用されるカーディナル・サイン、チェビシェブ、あるいはハニング型重付けは、好結果を与えるが、必要な発射数は減らない。

【0024】

また重付けは、コヒーレンス測定によって実行されることができる。次に統計学的測定、特にコヒーレンス測定が、低解像度画素群で実行される。無響領域は、理論的に非コヒーレント（白色雑音）なので、コヒーレンス・マップによる重付けは逆に増加をもたらすことになる。そのアイデアは、最終のいわゆる高解像度画像の品質を改善すべく、いわゆる低解像度画像間で同じ画素のコヒーレンス測定を用いることである。その方法は、コヒーレンスの指数関数で重付けすることを特徴とし得るが、スペックルの鮮明さの増加をもたらす。最終的に、予め調整した誤差関数の利用は、スペックルを劣化させることなくコ
ントラストを増大することができる。それでも、この場合も画像取得率を改善することができなく、その技法は、合成開口システムにしか適用することができない。

【0025】

計算能力の絶え間ない進歩および益々増えるフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）型のプログラム可能な電子機器の組込みは、超音波撮像画像取得率の問題の性格を変えつつある。画像取得率は、次第に画像再構成時間によって制限されなくなり、むしろビームの飛行時間によって、つまり最終画像の再構成に必要な発射数によって制限される。

【0026】

これに平行して、高時間解像度で撮像する必要条件には、３種類ある。すなわち
・時間解像度の改善が、弁の病態を検出できるようにし得る心臓の超音波検査；
・高時間解像度で組織における横波の伝搬を可視化する必要がある弾性率計測法；
・標準集束送信法が、高時間解像度を得ることができない３Ｄ撮像。

【0027】

時間解像度の改善は通常、発射数を減らすことができるように送信ビームを広げることにある。この減少は、解像度とコントラストに関して画質を劣化させる作用を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0028】

【特許文献1】米国特許第５，１１３，７０６号明細書

【特許文献2】米国特許第５，６２３，９２８号明細書

【特許文献3】米国特許第４，６０４，６９７号明細書

【特許文献4】米国特許第６，０４８，３１５号明細書

【特許文献5】米国特許出願公開第２００３／０１４９２５７号明細書

【特許文献6】米国特許出願公開第２００３／０１２５６２８号明細書

【特許文献7】米国特許第６，３４６，０７９号明細書

【非特許文献】

【0029】

【非特許文献1】ディー・ピー・シャタック（Ｄ．Ｐ．Ｓｈａｔｔｕｃｋ）ら、「エクスプローソ・スキャン−線形位相配列による高速超音波撮像の平行処理技法（Ｅｘｐｌｏｓｏｓｃａｎ-ａ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ-Ｓｐｅｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｈａｓｅｄ-Ａｒｒａｙｓ）」、米国音響学会誌（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ）,１９８４年、第７５巻、ｐ.１２７３-１２８２

【非特許文献2】ジェー・ベルコフ（Ｊ．Ｂｅｒｃｏｆｆ）、「超高速超音波検査撮像および人体の粘弾性試験への適用（Ｌ’ｉｍａｇｅｒｉｅ ｅｃｈｏｇｒａｐｈｉｑｕｅ ｕｌｔｒａｒａｐｉｄｅ ｅｔ ｓｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａ ｌ’ｅｔｕｄｅ ｄｅ ｌａ ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｅ ｄｕ ｃｏｒｐｓ ｈｕｍａｉｎ）（Ｕｌｔｒａｆａｓｔ ｅｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｓｔｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｂｏｄｙ）」,Ｐａｒｉｓ ７,２００４

【非特許文献3】スレピアン，デー（Ｓｌｅｐｉａｎ，Ｄ．）（１９７８），「扁長回転楕円波動関数、フーリエ解析、および不確実性−Ｖ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ−Ｖ：Ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃａｓｅ）」、ベル・システム・テクニカル・ジャーナル（Ｔｈｅ Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ）

【非特許文献4】フォルスター・ピーおよびヴェッツォン・ジー（Ｆｏｒｓｔｅｒ，Ｐ． ＆ Ｖｅｚｚｏｓｉ，Ｇ．）（１９８７），「アレイ処理への回転楕円シーケンスの適用（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｔｏ Ａｒｒａｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、音響、音声、および信号処理に関するＩＥＥＥ国際会議議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ,Ｓｐｅｅｃｈ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

【非特許文献5】ジェンセン・ジェー・エー（Ｊｅｎｓｅｎ，Ｊ．Ａ．）（１９９６），「分野：超音波システムをシミュレートするプログラム(Ｆｉｅｌｄ:Ａ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｓｙｓｔｅｍｓ)」，第１０回生物医学画像に関する北欧バルト会議（１０ｔｈ Ｎｏｒｄｉｃ-Ｂａｌｔｉｃ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）,ｐ.３５１-３５３,Ｖｏｌ.３４,Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ １,Ｐａｒｔ １

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0030】

本発明は、画像取得率と画質との間のトレードオフを最適化することを目的にする撮像法に関する。
本発明は、画質を損なうことなく送信される発射数を減らすことができる解決策を提案する。本発明は、最適画質を保持しながら、通常に利用される技法に比較して画像取得率の改善を可能にするデバイスに関する。また本発明は、撮像関連の関数として画像取得率を調整できるようにする。

【課題を解決するための手段】

【0031】

したがって本発明は、連続伝送行列を用いるＮ送受波器配列を用いて媒体の高解像度超音波画像を取得する方法を提案することで、先行技術のデバイスおよび方法の欠点および制限を軽減することを主目的にする。方法は、以下の
ａ） 媒体の少なくとも１つの予備画像を取得する段階と；
ｂ） 予備画像における目的領域を画定する段階と；
ｃ） 目的領域および不要領域に対応する送受波器間相関行列を決定する段階と；
ｄ） 目的領域の送受波器間相関行列を、不要領域の送受波器間相関行列の逆数に掛けた積から生じる目的領域の特性行列を決定する段階と；
ｅ） 目的領域の特性行列の固有ベクトルと固有値とを算出する段階であって、それらの対応固有値の関数として分類されるこれらのベクトルは、伝送行列を定義することと；
ｆ） Ｎ個の固有ベクトルから、Ｋ個までの最も高い固有値に関連するＫ個の固有ベクトルを選択する段階と；
ｇ） 選択されたＫ個の固有ベクトルによって重付けられたＫ個の波を発射する段階であって、それぞれの選択ベクトルは、発射中に送受波器によって送信された信号に重付けし、これらのベクトルは、第１部分において、特性行列のＫ個までの最も高い固有値に関連する固有ベクトル群のうちのＫ個の固有ベクトルと、第２部分において、実行されない発射に対応するゼロの列とから構成される短縮伝送行列を定義することと；
ｈ） 媒体によって戻された信号を受信する段階と；
ｉ） 完全データセットを得るべく、実行されない発射に対応するゼロに設定されたデータで完成された取得信号からなる受信行列に、伝送行列の逆数を乗じる段階と；
ｊ） 合成開口超音波検査撮像法におけるように完全データセットから、低解像度画像を抽出する段階と；
ｋ） 完全データセットから抽出された低解像度画像を、合成開口超音波検査撮像法におけるようにコヒーレント加算することで、目的領域に対応する高解像度画像を再構成する段階と
を有することを特徴にする。

【0032】

提案方法では、画像サイズを単に減らすことで非常に高い時間解像度を得ることができる。
所定の特定目的領域に意のままに機敏に適応できるように、本発明は、画像取得率と画質との間の標準トレードオフから画像取得率と画像サイズとの間のトレードオフに変わる。本発明は、得られる画像サイズの縮小を制御するだけで、画像取得率を調整することができる。得られる高解像度画像のサイズは一般に、目的領域のサイズである。

【0033】

本発明の方法は、エネルギを空間的に濃縮できるビームを生成する様々なベクトルを有する可逆伝送行列を伝送することにある。送信されるそれぞれの発射は、この伝送法の抑制が、この領域の画像の損失をもたらすが、復元される他の画像領域の品質を劣化させないように特定領域の再構成に寄与する。

【0034】

画像取得を加速すべく、伝送行列に含まれる法則のうちのいくつかが伝送されない場合には、Ｎ_{ｓｕｐｐｒ}ベクトルは、短縮伝送行列において抑制され、対応信号は、ゼロであると仮定されるので、画像取得率は、係数Ｎ_ｅｌ／（Ｎ_ｅｌ−Ｎ_{ｓｕｐｐｒ}）増加する。Ｎ_ｅｌは、送受波器の数である。画像サイズは、対応領域によって減少するが、画質は、最適なままである。

【0035】

重付けは、それぞれの発射に対して、該当発射に対応する固有ベクトルのそれぞれの成分をそれぞれのセンサによって送信された信号に乗じることにある。
段階ｈ）中に発射されたＫ個の波は、有利なことに集束されない。

【0036】

この特徴は、可逆行列に基づき空間フィルタを導入する本発明の方法の利用にもっぱら適している。それでもここで集束波を用いるデバイスが、画像取得率を増大させる本発明の利益を等しく受け得ることに留意する。本発明は通常、たとえば湾曲送受波器配列の定焦点送受波器配列で用いることができる。

【0037】

一実施形態においてゼロとは有意に異なるＩ正規化固有値を有する特性行列では、ＫはＩに同じである。
１に近い正規化固有値の数Ｉは、選択された目的領域の関数である。この実施形態において目的領域が決定されると、数Ｋ＝Ｉが確定され、次に画像取得率の増大を画定する発射数の減少が、前記数によって自動的に決定される。この数Ｋの選択は、本発明を実行するデバイスにおいて提供されるデフォルト選択にすることができる。もしそうなら、数Ｋが、目的領域と、特性行列の有意に非ゼロ固有値の数との関数としてデバイスによって自動的に修正されることに注意すべきである。その結果、目的領域において得られる画質は、最適画像取得率の増大も得ながら、最適である。

【0038】

別の実施形態において方法は、画像取得率と目的領域の画質との間のトレードオフを調整する段階を有する。数Ｋは、画像取得率と目的領域の画質との間のトレードオフ調整の関数である。

【0039】

この実施形態において数Ｋは、非常に高い画像取得率が要求される場合か、調整段階中に確定された画質があまり十分ではない場合には、数Ｉ未満にすることができる。
調整段階は、数Ｉとは無関係に決定された数Ｋを調整することにあるとし得る。もしそうなら画像取得率の増大が強いられるとともに、所定の画質を強いる。また調整は、画質の必要条件であるとすることができる。それは本発明の動作外のパラメータの関数としての自動調整、または直接オペレータに提供される調整に関する問題にすることができる。

【0040】

好適実施形態において伝送行列は、扁長（扁平な）回転楕円ベクトルからなる。
これは円錐状に放射されるエネルギを最適化する高性能な方法である。その結果、伝送行列は、パラメータＮ_ｅｌおよびＢの扁長回転楕円ベクトル（非特許文献３すなわちスレピアン，デー（Ｓｌｅｐｉａｎ，Ｄ．）（１９７８），「扁長回転楕円波動関数、フーリ
エ解析、および不確実性−Ｖ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ−Ｖ：Ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃａｓｅ）」、ベル・システム・テクニカル・ジャーナル（Ｔｈｅ Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ））からなる。Ｎ_ｅｌはプローブ素子の数であり、Ｂ＝（ｄｙ_０）／（λｘ_０）である。ｄはセンサ間の距離であり、λは、送信される音響パルスの波長である。ｘ_０とｙ_０は、目的の錐体を画定する。

【0041】

一特定特徴にしたがって完全画像であると画定された目的領域では、伝送行列は、扁長回転楕円ベクトルに対応する伝送法を有し、パラメータＢは、完全画像を含めるのに十分大きい。

【0042】

この特徴は、有意に１よりも少ない固有値を有するベクトルに対応する発射を除外することで、発射数を減らすことを正当化する。扁長回転楕円ベクトルのベースは、平均二乗誤差の観点から最適である。すなわちベースの短縮に起因するエネルギの損失を最小限にする。このエネルギの損失は、抑制された固有ベクトルに対応する固有値の合計にぴったり対応する。保持される固有ベクトルは、最も高い固有値に対応する固有ベクトルであり、他のベクトルの抑制が、完全画像の取得を損なわないのは、この理由による。

【0043】

本発明の一特定特徴にしたがって高解像度画像は、高画像取得率と高画質とで取得された領域を画定する目的領域の完全データセットから再構成され、残りの画像は、異なる伝送法により低画像取得率で得られたデータセットから再構成されたいわゆる背景領域である。

【0044】

次に撮像領域は、高画像取得率領域と背景領域と呼ばれる２領域に分割される。次に２つの伝送法が選ばれる。前記伝送法は、それぞれの領域の撮像に具体的に適合させる。
高画像取得率領域に割当てられる伝送法は、本発明の伝送法である。高画像取得率領域は、背景領域よりも少ない数の発射を要求するので、背景よりも高い画像取得率で撮像される。

【0045】

目的領域（Ｄ１）に対応する合成開口撮像の原理に基づき高解像度画像を再構成する段階は、コヒーレンス測定による低解像度画像の空間重付けを有利に用いる。
用語「空間重付け」は、それぞれのコヒーレンス測定に対してここで生成された、それぞれの画素に対する異なる重付けを意味する。そのような特徴によって、得られる画像は、音波発生領域と無響領域との間でより優れたコントラストを有する。

【0046】

一特定特徴にしたがって方法は、予備画像（ＺＩ）と送受波器（Ｔ１〜ＴＮ）とのうちの少なくとも一方の移動を測定する予備段階を有し、実行される発射数、したがって選択される固有ベクトル数は、測定された移動の関数として修正されるので、画像取得率を修正する。

【0047】

これらの移動は、様々な公知の方法、たとえば連続的に取得された信号を関連付けることで、プローブ移動の加速度計とジャイロ測定のうちの少なくとも一方によって、あるいは連続再構成画像の輝度を関連付けることで、検出および測定することができる。

【0048】

これは自動適応画像取得率による画像取得方法を得る。移動測定段階はまた、それらの移動が位置する領域も決定することができるので、目的領域を自動的に画定することができる。

【0049】

別の特定特徴にしたがって方法は、オペレータが目的領域を選択する段階を有する。
この方法は、高い時間解像度が小型サイズの領域にわたって要求される超音波心臓撮像
システムのようなシステムにとって特に有益である。

【0050】

本発明はまた、媒体の高解像度超音波画像を取得するデバイスも提供する。デバイスは、Ｎ送受波器配列と、連続伝送行列を用いて送受波器を制御するモジュールとを備え、前記デバイスはさらに、
・先に取得した画像において目的領域を画定する手段と；
・目的領域および不要領域に対応する送受波器間相関行列を決定する手段と；
・目的領域に特徴的な行列であって、目的領域の送受波器間相関行列を、不要領域の送受波器間相関行列の逆数に掛けた積から生じる行列を決定する手段と；
・目的領域の特性行列の固有ベクトルおよび固有値を算出する手段であって、それらの対応固有値の関数として分類されるこれらの固有ベクトルは、伝送行列を定義することと；
・Ｋ個までの最も高い固有値に関連する、Ｋ個の固有ベクトルを選択する手段と；
・選択されたＫ個の固有ベクトルによって重付けられたＫ個の波を発射するように構成される制御モジュールであって、それぞれの選択された固有ベクトルは、発射中に送受波器によって送信された信号に重付けし、これら固有ベクトルは、第１部分において、特性行列のＫ個までの最も高い固有値に関連する固有ベクトル群のうちのＫ個の固有ベクトルと、第２部分において、実行されない発射に対応するゼロ列とからなる短縮伝送行列を定義することと；
・媒体によって戻された信号を受信する手段と；
・受信行列を構成すべく、ゼロに設定された実行されない発射に対応するデータとともに取得信号を受取り、さらに完全データセットを得るべく伝送行列の逆数を乗じる手段と；
・合成開口超音波検査撮像法におけるように完全データセットから、低解像度画像を抽出する手段と；
・完全データセットから抽出された低解像度画像を、合成開口超音波検査撮像法におけるようにコヒーレント加算することで、目的領域（Ｄ１）に対応する高解像度画像を再構成する手段と
を有することを特徴にする。

【0051】

好適実施形態において本発明の方法の様々な段階は、コンピュータプログラム命令によって決定される。
結果的に本発明は、情報媒体でコンピュータプログラムも提供する。プログラムは、コンピュータで実行されるように構成され、本発明の方法の段階を実行するように構成された命令を有する。

【0052】

プログラムは、任意のプログラミング言語を使用できるとともに、ソースコード、オブジェクトコード、またはたとえば部分コンパイル型などのソースコードとオブジェクトコードの中間的なコード型、あるいは任意の他の所望型をとることができる。

【0053】

本発明はまた、上記で言及されるようなコンピュータプログラムの命令を含有するコンピュータ可読情報媒体を提供する。
情報媒体は、プログラムを保存できる任意の構成要素またはデバイスにすることができる。たとえば媒体は、例としてＣＤ−ＲＯＭまたは超小型電子回路ＲＯＭの読取専用メモリ（ＲＯＭ）などの記憶手段、あるいは例としてフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）キーなどの磁気記憶手段を有することができる。

【0054】

対照的に情報媒体は、無線によって、あるいは他の手段によって電気または光ケーブルを介して転送され得る電気または光信号などの伝達性媒体にすることができる。本発明の
プログラムは、特にインターネット型ネットワークを介してダウンロードすることができる。

【0055】

また情報媒体は、プログラムが組み込まれた集積回路にすることができ、回路は、問題になっている方法を実行するように構成されるか、その実行において用いられるように構成される。

【0056】

本発明の他の特徴および利点は、本発明の一非限定実施形態を示す添付図面を参照して以下に示される説明から浮かび上がる。

【図面の簡単な説明】

【0057】

【図1】Ｂモード音波検査器の動作を示す図。

【図2】マルチ焦点超音波検査器の動作を示す図。

【図3A】完全データセットを取得する超音波検査器の動作を示す図。

【図3B】完全データセットを取得する超音波検査器の動作を示す図。

【図4】空間符号化を用いる超音波検査器の動作を示す図。

【図5A】マルチラインモードで動作する超音波検査器による画像取得を加速する２方法の動作を示す図。

【図5B】マルチビームモードで動作する超音波検査器による画像取得を加速する２方法の動作を示す図。

【図5C】非集束波モードで動作する超音波検査器による画像取得を加速する２方法の動作を示す図。

【図6】事前に撮像された領域と、目的領域ＺＩＮＴの決定とを示す図。

【図7】遠視野目的領域の実施例。

【図8】近視野目的領域の実施例。

【図9】図７および図８において示される特定目的領域に特徴的な回転楕円行列の第一実施例。

【図10】図７および図８の行列に対するそれらのインデックスの関数としての固有値。

【図11A】４つの扁長回転楕円ビームのうちの一つ。

【図11B】４つの扁長回転楕円ビームのうちの一つ。

【図11C】４つの扁長回転楕円ビームのうちの一つ。

【図11D】４つの扁長回転楕円ビームのうちの一つ。

【図12】目的領域を画定する角度セクタのサイズによる一連の固有値の展開。

【図13】本発明の方法中に決定される角度開口が６０℃の目的領域に特徴的な回転楕円行列。

【図14】図１３の行列に対するそれらのインデックスの関数としての固有値。

【図15A】図１３の回転楕円行列の全ての発射で得られた結果を示す陰画図。

【図15B】図１３の回転楕円行列の最初の２０発射で得られた結果を示す陰画図。

【図15C】図１３の回転楕円行列の最初の１０発射で得られた結果を示す陰画図。

【図15D】図１３の回転楕円行列の最初の４発射で得られた結果を示す陰画図。

【図16A】図１３の行列を適用することで得られた本発明の方法の性能。

【図16B】図１３の行列を適用することで得られた本発明の方法の性能。

【図17】本発明のマルチ画像取得率モードの動作を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0058】

図６は、撮像される媒体Ｍの撮像領域ＺＩを取得する方法の第１段階の結果を図で示す。前記撮像領域ＺＩから、目的領域Ｄ１が決定される。
この目的領域Ｄ１は、動的構造を撮像することが課題である場合には、画像または連続画像を分析することで、本発明の方法を用いるデバイスにおいて自動的に決定されること
ができる。

【0059】

目的領域Ｄ１はまた、画像領域の表示後に画像領域内の領域を選択するオペレータによって手動で決定されることができる。
次に本発明の方法は、目的領域および不要領域に対応する送受波器間相関行列を決定する段階を有する。

【0060】

このため、本発明の方法は、次元Ｎの音響送受波器Ｔ１〜ＴＮの配列、たとえば超音波検査プローブ、および目的領域Ｄ、画像に要求される空間の領域を考慮する。
Ｘ（ｔ）＝［ｘ_１（ｔ），ｘ_２（ｔ）…,ｘ_Ｎ（ｔ）］^τは、時間ｔにプローブのそれ
ぞれの送受波器によって取得された信号からなるベクトルを示す。

【0061】

対象になるのは、無数の無限小ソースが、波を送信するとしたら、プローブによって受信される信号である。一般的場合においてＲ（τ）は、Ｘ（ｔ）の相関行列であり、以下のように定義される。Ｒ（τ）＝Ｅ｛Ｘ（ｔ）Ｘ^＊（ｔ−τ）｝ 。

【0062】

Ｅ｛．｝は、数学的期待値演算子を示し、^＊は、共役作用素および転置作用素を示す。
行列Ｒ（τ）の要素は、それぞれの送受波器で取得された信号の相互相関項から構成される：Ｒ_ｋｌ（τ）＝Ｅ｛ｘ_ｋ（ｔ）ｘ_ｌ^＊（ｔ−τ）｝．
本発明の非常に特殊な場合において対象になるのは、特定領域Ｄにおいて分配された無数の無限小単色源で得られる送受波器間相関行列である。パラメータτの関数としてのＲ_ｋｌ（τ）の変動はその結果、選択された特定領域の形状に依存する。

【0063】

本発明の必要条件に関して、時間依存性は、Ｔに対する積分によって除外される。その目的は、空間フィルタの出力でエネルギを算出することである。時間ｔおよびＴに依存しないとともに領域Ｄの形状および送受波器配列に適合させた瞬間送受波器間相関行列Ｊ_ｋｌが、このように決定される。

【0064】

【数1】

【0065】

ここで留意すべきは、Ｊ_ｋｌ（Ｄ）＝Ｅ｛ｘ_ｋ（ｔ）ｘ_ｌ^＊（ｔ）｝すなわちＪ（Ｄ）＝Ｅ｛Ｘ（ｔ）Ｘ^＊（ｔ）｝である。
空間フィルタは、一連の正規線形フィルタおよび不変フィルタから構成される。すなわちそれぞれのこれらフィルタの出力は、フィルタの入力信号とフィルタのインパルス応答の畳込み積から得られる。

【0066】

畳込み積は、以下のように定義される。

【0067】

【数2】

【0068】

式中、ｖ（ｔ）は出力信号であり、ｕ（ｔ）は入力信号であり、ｈ（ｔ）はフィルタのインパルス応答である。
Ｎ送受波器の空間フィルタは、フィルタの長さを決める次元ＭのＮ個のベクトルｈ_ｋから構成される。空間フィルタはＨで記載される。送受波器Ｘで取得された信号ベクトルに対するその応答は、以下の通りである。

【0069】

【数3】

【0070】

一般的場合において時空間フィルタは、空間次元（センサの次元）、および時間次元の二次元を有する。本発明は、フィルタの長さＭが、１に等しい非常に特殊な場合に関する。なぜならｈ_ｋ（ｔ）は、時間に依存せずｈ_ｋになるからである。単なる空間フィルタの意図的な制限は、時間に依存しない法則で送受波器に重付けすることで得られる。その結果、Ｈ＝［ｈ_１，ｈ_２…，ｈ_Ｎ］^τになる。

【0071】

数３の畳込み積はそのとき、スカラ間の積になり、空間フィルタの出力での応答は、以下のようになる。

【0072】

【数4】

【0073】

フィルタの出力での信号のエネルギは、定義によって以下のようになる。

【0074】

【数5】

【0075】

数４を数５に導入することで、数６が得られる。

【0076】

【数6】

【0077】

フィルタＨは、次にＤ１とＤ２の２領域に対応するエネルギδ_１およびδ_２の比ρを最大化するベクトルか重付けかアポダイゼーション法について検索される。Ｄ１は目的領域であり、Ｄ２は、プローブ前の残りの半空間の不要領域（無益と見なされる）である。このために∂ρで示されるρの勾配が、相殺される。

【0078】

【数7】

【0079】

【数8】

【0080】

∂ρを相殺することで、数９が得られる。

【0081】

【数9】

【0082】

つまりエネルギδ_１とδ_２の比を最大化するフィルタＨ_ｏｐｔは、その最大固有値μ_０に関連する、目的領域の特性行列と呼ばれる行列ＭＣ＝Ｊ（Ｄ_２）^−１Ｊ（Ｄ_１）の固有ベクトルである。しかもフィルタの出力でのエネルギはそのとき、フィルタＨ_ｋの出力でのρ＝μ_ｋに関連する固有値に同じである。したがって本発明は、それぞれの画定された目的領域に対して、目的領域の送受波器間相関行列を、不要領域の送受波器間相関行列の逆数に掛けた積から生じる、目的領域のいわゆる特性行列を決定する段階を備える。

【0083】

本発明の主要概念は、最も高い固有値に関係がある目的領域の特性行列ＭＣ＝Ｊ（Ｄ_２）^−１Ｊ（Ｄ_１）の固有ベクトルに対応する送受波器に関する重付け法で撮像発射のシーケンスを構築することにある。

【0084】

したがって本発明の方法は、目的領域の特性行列の固有ベクトルと固有値とを算出する段階を有する。それらの対応固有値の関数として分類されたこれらのベクトルは、伝送行列を定義する。より正確にはこれらの固有ベクトルは、伝送行列の最初からＫ個の列を構成することになり、この行列の他の成分は、発射が実行されないことを意味するゼロに設定されるので、画像取得率の増大を可能にする。作図によってベクトルＨ_ｋで構成される行列は、可逆性である。しかし、必ずしも直交しないことに注意すべきである。

【0085】

この方法は（Ｎ−Ｋ）個の発射を不要にできるので、画像取得率を比Ｎ／（Ｎ−Ｋ）で増やすことができる。目的領域におけるエネルギの損失σは、完璧に定量され、以下の値を有する。

【0086】

【数10】

【0087】

図７は、特に有利な目的領域Ｄ１を示す。実施例は、目的領域Ｄ１のこの種の画定により線形プローブに対して与えられる。
ここで目的領域Ｄ１は、プローブから無限遠の距離（遠視野）に理論的に配置された円弧と、角度Φとによって画定される。不要領域Ｄ２は、プローブ前の残りの半空間に対応する。

【0088】

そのような状況下において、以下のように示すことができる。

【0089】

【数11】

【0090】

式中、Ｂ＝ｄ×（ｓｉｎφ）／λであり、λ＝ｃ／ｆである。ｄは送受波器間距離であり、ｆは波の中心周波数であり、ｃは媒体における音速である。
次元Ｎ×Ｎの行列Ｐの要素Ｐ_ｋｌは、Ｐ_ｋｌ＝（ｓｉｎ［２Π（ｌ−ｋ）Ｂ］）／［Π（ｌ−ｋ）］によって定義される。

【0091】

行列Ｐの固有ベクトルは、非特許文献３すなわちスレピアン・デー（Ｓｌｅｐｉａｎ，Ｄ．）（１９７８），「扁長回転楕円波動関数、フーリエ解析、および不確実性−Ｖ：離散の場合(Ｐｒｏｌａｔｅ Ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ Ｗａｖｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ,Ｆｏｕｒｉｅｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ,ａｎｄ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ-Ｖ:Ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒ
ｅｔｅ Ｃａｓｅ)」、ベル・システム・テクニカル・ジャーナル（Ｔｈｅ Ｂｅｌｌ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ）において記載される次数Ｎおよび帯幅Ｂの扁長回転楕円シーケンスを確定する。ここでＮは、プローブの送受波器の数である。このシーケンスは、特にスペクトル分析において極めて標準的な信号処理ツールである。数９および数１１は、扁長回転楕円ベクトルが、セクタ［−Φ；Φ］において送信されるエネルギのセクタ［−Φ；Φ］なしでプローブ前の半空間に放射されるエネルギに対する比を最大化することを示す。非特許文献４すなわちフォルスター・ピーおよびヴェッツォン・ジー（Ｆｏｒｓｔｅｒ，Ｐ． ＆ Ｖｅｚｚｏｓｉ，Ｇ．）（１９８７），「アレイ処理への回転楕円シーケンスの適用（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｔｏ Ａｒｒａｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、音響、音声、および信号処理に関するＩＥＥＥ国際会議議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ,
Ｓｐｅｅｃｈ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）において扁長回転楕円ベース、したがって数１１によって定義される行列ＭＣの（２ＢＮ−２）個までの最も高い固有値のみに意味があることが示されている。すなわち他の固有値は非常にゼロに近く、それらに関連する固有ベクトルは、セクタ［−Φ；Φ］においてほんの取るに足りないエネルギをもたらすだけである。つまり（２ＢＮ−２）個の発射は、最適画像に十分である
。

【0092】

扁長回転楕円ベクトルは、角度セクタにおける遠視野撮像に最適な解決策を提供することが示されている。
対照的に超音波医用撮像システムは、遠視野画像ではなく近視野画像を生成する。したがって本発明は、超音波検査撮像、すなわち近視野撮像に遠視野撮像の最適条件、回転楕円ベースを用いることを提案する。どういう状態でどの程度まで回転楕円シーケンスが近視野問題に対処するかが、説明される。

【0093】

図８は、回転楕円ベースの近視野近似法が検討される、近視野目的領域Ｄ１と、対象になる錐体Ｃとの画定を示す。
ここで考慮される状況は、プローブから距離ｘ_０にあるセグメント［Ｍ^＋，Ｍ⁻］の後に位置する長方形を構成する領域Ｄ１の状況である。この場合には、特性行列ＭＣは、以下の式で示すことができる。

【0094】

【数12】

【0095】

式中において

【0096】

【数13】

【0097】

ＭＣはそのとき、複素行列である。数１２は、ＭＣをＭＣ_ｋｌ＝ｒｅ^ｉφ型の複素指数関数によってその係数の積の形で表わす。したがってＭＣの項は、全体的にそれらの係数とそれらの位相項φによって全体的に定義される。

【0098】

超音波診断の規模において位相項φは、非常にゼロに近い。たとえば１９２個の素子、中央周波数５ＭＨｚ、センサ間距離０．３ｍｍ、および少なくとも距離５ｍｍに設置されたセグメント［Ｍ^＋,Ｍ⁻］を備えたプローブでは、数１２の位相φは依然として取るに
足りない。

【0099】

φ＝ｄ^２（ｋ−ｌ）（ｋ＋ｌ）／（２ｘ_０ｃ）≦２．１６×１０^−４ 。
したがって以下の近似は、医用超音波撮像にとって間違いなく価値がある。

【0100】

【数14】

【0101】

数１４は、回転楕円ベースが、近視野に設置されたセグメントを構成する目的領域の最適なベクトルの十分な近似をもたらすことを示す。次に回転楕円関数のパラメータＢは、セグメントの長さとそのアンテナからの距離との間の比に依存する。数１３は、比ｙ_０／ｘ_０が一定のままなら、特性行列ＭＣは、変化しないことを明確に示す。つまり目的領域は、プローブ前に錐体を構成する。この錐体の開口は、比ｙ_０／ｘ_０に依存する。この錐体は、角度Φ＝ａｒｃＴａｎ（ｙ_０／ｘ_０）によって同等の方法で画定される。

【0102】

特定実施例では、本発明の方法はしたがってこの行列ＭＣを決定し、さらに約２３°の角度Φ、送受波器間距離が０．３ｍｍの１２８個の素子を備えるプローブ、中央周波数５ＭＨｚ、および音速１５４０ｍ／ｓに対する関連固有値を算出する。

【0103】

図９は、要素（ｉ，ｊ）の強度が、色コードで表わされる特性行列の二次元表示である。図１０は、図８の行列に対するそれらのインデックスｊの関数としての固有値のエネルギ基準ＥＶＰを示す。

【0104】

５０よりも大きな階数を有する固有値は、実質的にゼロの値を有することを認めるので、セクタ［−２３°；２３°］における対応固有ベクトルによって放射されるエネルギδも、ゼロである。

【0105】

無視できない固有値に関連する固有ベクトルは通常、次に選択される。無視できない固有値は、１に近い固有値を意味する。図１０において認められ得るように、２×６０°を超える比較的広い目的のセクタでさえ、疑似ゼロ固有値の数は、高いままである。

【0106】

無視できる固有値に対応する固有ベクトルは、発射されないので、画像取得率を増加させることができる。
対象になるセクタにおいてこれらのベクトルによって放射されるエネルギは、それらの固有値に対応するので、このエネルギも疑似ゼロである。したがってこれらのベクトルを使用しないことで、最終画像は、まったく変化しない。なぜならそれらのベクトルは、撮像領域の測定に寄与しないからである。

【0107】

完成画像サイズを維持しながら発射数を減らすことさえも想定することができる。回転楕円ベースは、近視野撮像を含めて発射数を減らすことで、十分な品質の画像を得ることができるようにする。

【0108】

非特許文献５すなわちジェンセン・ジェー・エー（Ｊｅｎｓｅｎ，Ｊ．Ａ．）（１９９６），「分野：超音波システムをシミュレートするプログラム(Ｆｉｅｌｄ:Ａ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｓｙｓｔｅｍｓ)」，
第１０回生物医学画像に関する北欧バルト会議（１０^ｔｈ Ｎｏｒｄｉｃ-Ｂａｌｔｉｃ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）,ｐ.３５１-
３５３,Ｖｏｌ.３４,Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ １,Ｐａｒｔ １において記載されるＦＩＥＬＤ ＩＩソフトウエアを用いることで、送信ビームＦ１，Ｆ２，Ｆ４０，およびＦ１００は、最初から１個まで、２個まで、４０個まで、もしくは１００個までの回転楕円ベク
トルを用いてシミュレートされている。送信音響強度の空間分布は、図１１Ａ〜１１Ｄにおいてそれぞれ示されている。

【0109】

第１ビ−ム、すなわち最も高い固有値に関連するビームは、対象になるセクタにおいてのみエネルギを送るが、疑似ゼロ固有値に関連する最後のビームは、目的領域の外側でのみエネルギを送る。

【0110】

疑似ゼロ固有値に対応する発射の実行と対応する取得の実行は、画像を向上させない。なぜならこれらの発射は、目的領域の外側にエネルギを送るからである。たとえば実行された送信は、撮像される領域にとって何のメリットもないことを、図１１Ｄにおいて認めるべきである。

【0111】

この実施例において画像取得率の改善は、目的領域Ｄ１における画質の修正がなければ、１．７８である。画像取得率の増加は、固有ベクトルの数が減るともちろん大きくなるであろうが、画質の低下という代償を伴う。

【0112】

最適画質に必要な固有ベクトルの数は、目的領域Ｄ１のサイズの関数であることに注意しなくてはいけない。この実施例においてこれは角度セクタのサイズを意味する。
図１２は、前と同じパラメータ、同じ周波数などを用いて、１０°〜７０°の範囲のφ値に対してそれらのインデックスｊの関数としてＭＣの固有値群を、エネルギ基準ＥＶＰで示す。

【0113】

したがってセクタのサイズが増加するにつれて、ゼロ固有値の数は、減少することが明らかである。
注目すべきは、回転楕円ベースが特例であり、一般的方法は目的領域Ｄ１、領域Ｄ２、およびプローブの形状に対応する行列ＭＣの第１固有ベクトルを取得することによって、目的領域のエネルギと不要領域のエネルギとの比を最大化することにある。

【0114】

しかもここで与えられた実施例は、二次元撮像に関連しているが、方法は三次元撮像にも適用する。
図１３は、開口角が６０°の目的領域に対する特性行列ＭＣの第２実施例を示す。図１４は、関連固有値を示す。画質の観点から同様の結果を得るためには、より多数の発射が実行されなければならないことを認める。適応実施例は、本発明の方法の性能を評価すべく用いられている。

【0115】

使用プローブは、５ＭＨｚで機能するＮ_ｅｌ＝１２８個の素子を有する線形プローブである。プローブ素子の開口は、３０°である。採用される回転楕円行列は、サイズが１２８の図１３の行列であり、パラメータＢは、以下のように定義される。

【0116】

Ｂ＝ｄ×（ｓｉｎ（φ_ｂ））／λ 。
式中、ｄはセンサ間距離０．３ｍｍであり、λは０．３ｍｍの波長である。φ_ｂは目的領域の開口半角であり、この場合には１５°である。

【0117】

ここでＢ＝０．２５９である。パラメータＢおよびＮ_ｅｌは、扁長回転楕円行列を形成するのに十分である。そのような構成に対する非冗長発射数、すなわち有意な固有値の数に対応する発射は、以下によって与えられる。

【0118】

Ｎ_ｓｐｈ＝２Ｎ_ｅｌＢ−２ 。
ここでＮ_ｓｐｈ＝６４。
この場合に留意すべきは結果として本法が、焦点距離の周囲でのみ最適なＢモード法に
比較して、半分の発射数で目的領域全体を最適品質で撮像できることである。

【0119】

Ｎ_ｓｐｈ個の発射はそれぞれ、媒体に送信される。すなわち同じ時間的バーストが、様々な要素に適用されるが、図１３に示される目的領域の特性行列の固有ベクトルによる第１部分と、ゼロベクトルの第２部分とに対して構成される伝送行列の第ｉ列ベクトルによって、シーケンスの第ｉ発射に重付けられる。

【0120】

それぞれの取得データは、Ｃ_ｉｊｋが時間ｉ^＊Ｆ_ｅで取得された試料に対応できるように、行が時間試料、列がセンサ、および深さが発射である３Ｄ信号行列で保存される。Ｆ_ｅは、第ｋ取得に対する第ｊセンサでのシステムのサンプリング周波数である。

【0121】

取得過程の終了時、信号行列は、次元Ｎ_{ｓａｍｐｌｅ}^＊Ｎ_ｅｌ^＊Ｎ_ｓｐｈの行列／テンソルである。それは次元Ｎ_{ｓａｍｐｌｅ}^＊Ｎ_ｅｌ^＊Ｎ_ｅｌの完全信号行列を形成すべく、次元Ｎ_{ｓａｍｐｌｅ}^＊Ｎ_ｅｌ^＊（Ｎ_ｅｌ−Ｎ_ｓｐｈ）のゼロ行列に連結される。完全データセットは次に、再構成される。このため完全データセットを再構成すべく、次元Ｎ_ｅｌ^＊Ｎ_ｅｌの行列を構成する所定時間に対応するそれぞれのスライスは、次に時間で一定な伝送行列の逆数を左側に乗じる。

【0122】

取込み／時間の面（ｃａｐｔｕｒｅ／ｔｉｍｅ ｐｌａｎｅ）における完全データセットのうちのそれぞれのスライスは次に、Ｎ_ｅｌ「低解像度」画像のうちの１つを形成すべく、対応遅延法の適用によって再構成される。次にこれらは、高解像度画像を得るべく、コヒーレント加算される。

【0123】

ここで留意すべきは、それぞれの取得が、画像の限られた領域のみに関する情報を提供することである。Ｎ_ｓｐｈ有効回転楕円ベクトルはまさに、直交空間スペクトルを有する特性を備える。それらはさらに、空間的に順序付けられる。ベクトルＮ_ｉは、遠視野では角度セクタ［θ_ｉ，θ_ｉ＋１］および［−θ_ｉ＋１，−θ_ｉ］に関する情報を提供する。近視野ではベクトルＮ_ｉは、幅［Ｘ_ｉ，Ｘ_ｉ＋１］および［−Ｘ_ｉ＋１，−Ｘ_ｉ］に関する情報を提供する。最初からＮ_ｉ個のベクトル（Ｎ_ｉ＜Ｎ_ｓｐｈ）の送信は，画像サイズの減少をもたらし、さらに画像取得率Ｎ_ｓｐｈ／Ｎ_ｉの改善をもたらす。したがって画像取得率が、可変性であることを認める。

【0124】

本発明は、得られた画像サイズを減らす簡単な命令によって、したがって目的サイズの領域の簡単な画定によって、画像取得率を調整できる。この画像取得率の調整は、オペレータによって手動で実行されるか、移動検出および画像取得率調整アルゴリズムによって自動的に実行されることができる。

【0125】

図１５Ａ〜図１５Ｄは、最初の４回、１０回、２０回の発射、および図１３の楕円行列の全発射に対してそれぞれ得られた結果を陰画で示す。点物標が撮像領域の中心にある限り、解像度は、実質的に劣化しないことを認める。無響領域におけるコントラストの品質に対応する信号対クラッタ比は、いずれも変化しない。画像のサイズのみが、減少する。

【0126】

以下の表は、試験管内実験から得られた実験結果を提示する。

【0127】

【表1】

【0128】

本発明ではＢモードとは対照的に、画質は、深さ全てに対して一定である。
図１６Ａは、空間符号化に用いられるアマダール（Ｈａｄａｍａｒｄ）行列と、本発明にしたがって決定されるような目的領域の特性行列との計２タイプの行列の適用に対する、発射数ＡＴ（反転横軸）に関する軽減の関数としてコントラストＣを示す。非常に少数の発射に対してさえも、本発明は、非常に優れたコントラストを得られるようにすることを認める。

【0129】

図１６Ｂは、本発明で得られた発射数の関数として画像サイズの変動を示す。画像サイズは、２０発射からその最適レベルを得ることを認める。
高品質で撮像される目的領域が得られるとともに、低品質で撮像される目的領域外の領域が得られる全撮像領域を取得すべく、本発明の方法を用いることが可能である。

【0130】

一特定実施形態においてマルチ画像取得率の取得を実行することも、想定される。したがって図１７において示されるように、撮像領域は次に、高画像取得率領域ＦＯＣと呼ばれる第１領域と、背景領域ＦＡＣと呼ばれる第２領域との計２領域に分割される。次に２つの伝送法が選択され、それぞれの領域の撮像に具体的に適合される。たとえば第１伝送法は、１０画像ごとに起動し、全撮像領域の取得に用いられ、次の９画像は、本発明の伝送法で取得される。

【0131】

別の実施形態は、目的領域を優先することで、画質は異なるが、２領域に対して高画像取得率で取得を実行することにある。目的領域は、本発明の原理にしたがって測定される。残りの画像は、画質が劣化する高画像取得率の原理にしたがって測定される。高画像取得率と劣化画質伝送法は：図５Ｃに示されるような非集束波を用いる撮像、図５Ｂに示されるようなマルチビーム撮像、図５Ａに示されるようなマルチライン撮像、あるいは特許文献６（米国特許出願公開第２００３／０１２５６２８号）に記載されるような非尖平面波による合成開口撮像にすることができる。伝送される非集束波の数はその結果、高画像取得率基準を満たすべく比較的少ない。これは画質を犠牲にしてのみ可能である。２つの伝送シーケンスは、本発明の伝送法による目的領域の取得と、低画質の高画像取得率モー
ドに対応する伝送法による残りの画像の取得を交互に行う。

【0132】

最後に留意すべきは、様々な実施形態が、本発明の原理にしたがって想到し得ることである。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図13】

【図17】

【図10】

【図12】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図15D】

【図16A】

【図16B】