特許 6828017 適応型サンプル窓サイズを用いるスペクトルドプラ処理

(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】6828017

(24)【登録日】2021年1月22日

(45)【発行日】2021年2月10日

(54)【発明の名称】適応型サンプル窓サイズを用いるスペクトルドプラ処理

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/06 20060101AFI20210128BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/06

【請求項の数】14

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-510360(P2018-510360)

(86)(22)【出願日】2016年8月18日

(65)【公表番号】特表2018-525128(P2018-525128A)

(43)【公表日】2018年9月6日

(86)【国際出願番号】IB2016054942

(87)【国際公開番号】WO2017033098

(87)【国際公開日】20170302

【審査請求日】2019年8月16日

(31)【優先権主張番号】62/210,518

(32)【優先日】2015年8月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＮＩＮＫＬＩＪＫＥ ＰＨＩＬＩＰＳ Ｎ．Ｖ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001690

【氏名又は名称】特許業務法人Ｍ＆Ｓパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】クラーク デイビッド ウェスレー

【審査官】 永田 浩司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０４３４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第２１８０３３９（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開平６−３１９７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５３７９７７０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第６０３０３４５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００ − ８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

血流の位置から戻った複素エコーデータサンプルのソースと、
第１の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して第１の速度推定値を含む第１のスペクトログラムを生成する第１のスペクトログラムプロセッサと、
第２の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して第２の速度推定値を含む第２のスペクトログラムを生成する第２のスペクトログラムプロセッサと、
前記第１の速度推定値及び第２の速度推定値に反応して、適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成する選択／補間プロセッサと、
前記第１のスペクトログラムプロセッサ及び前記第２のスペクトログラムプロセッサに結合された入力と前記選択／補間プロセッサに結合された出力とを有するエッジ検出器と
を含み、
前記選択／補間プロセッサは、前記エッジ検出器の出力に反応して前記適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成する、スペクトルドプラ表示モードを有する超音波診断撮像システム。

【請求項2】

前記選択／補間プロセッサは、さらに、前記第１のスペクトログラムプロセッサ及び第２のスペクトログラムプロセッサによって生成されたスペクトログラムを補間することによって前記適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成する、
請求項１に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項3】

前記エッジ検出器は、
前記第１のスペクトログラムプロセッサに結合された入力を有する水平エッジ検出器と、
前記第２のスペクトログラムプロセッサに結合された入力を有する垂直エッジ検出器と
をさらに含み、
前記第１の数の複素エコーデータサンプルは、前記第２の数の複素エコーデータサンプルよりも大きい、
請求項１に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項4】

前記適応型ドプラ速度スペクトログラムとして前記第１のスペクトログラムプロセッサによって生成されたスペクトログラムを選択するために、前記選択／補間プロセッサは、前記水平エッジ検出器による水平スペクトルセグメントエッジの検出に反応する、請求項３に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項5】

前記適応型ドプラ速度スペクトログラムとして前記第２のスペクトログラムプロセッサによって生成されたスペクトログラムを選択するために、前記選択／補間プロセッサは、前記垂直エッジ検出器による垂直スペクトルセグメントエッジの検出に反応する、請求項３に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項6】

前記複素エコーデータサンプルは、ＣＷドプラモードにおいて取得された複素エコーデータサンプルをさらに含む、請求項１に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項7】

前記複素エコーデータサンプルは、ＰＷドプラモードにおいて取得された複素エコーデータサンプルをさらに含む、請求項１に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項8】

前記複素エコーデータサンプルは、一連の時系列複素エコーデータサンプルをさらに含む、請求項７に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項9】

血流の位置から戻った複素エコーデータサンプルのソースと、
第１の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して第１の速度推定値を含む第１のスペクトログラムを生成する第１のスペクトログラムプロセッサと、
第２の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して第２の速度推定値を含む第２のスペクトログラムを生成する第２のスペクトログラムプロセッサと、
前記第１の速度推定値及び第２の速度推定値に反応して、適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成する選択／補間プロセッサと、
第３の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して第３の速度推定値を生成する、第３のスペクトログラムプロセッサと
を含み、
前記第１の数は前記第２の数よりも大きく、前記第２の数は前記第３の数よりも大きい、
スペクトルドプラ表示モードを有する超音波診断撮像システム。

【請求項10】

前記選択／補間プロセッサは、血流速度がゆっくりと変化する時に前記適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成するために、前記第１の速度推定値を使用する、請求項９に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項11】

前記選択／補間プロセッサは、血流速度が急激に変化する時に前記適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成するために、前記第３の速度推定値を使用する、請求項９に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項12】

前記選択／補間プロセッサは、血流速度が中位の速さで変化する時に前記適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成するために、前記第２の速度推定値を使用する、請求項９に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項13】

前記選択／補間プロセッサは、垂直スペクトルセグメントエッジの検出に反応して、第３の速度推定値を使用する、請求項１１に記載の超音波診断撮像システム。

【請求項14】

前記選択／補間プロセッサは、水平スペクトルセグメントエッジの検出に反応して、第３の速度推定値を使用する、請求項１０に記載の超音波診断撮像システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、医療用診断システムに関し、特に、スペクトルドプラ分析を用いて血流を評価するための診断用超音波システムに関する。

【背景技術】

【0002】

多くの標準的な血管超音波検査における重要な手順は、動脈の狭窄又は狭小の評価を得ることである。これは、典型的に、狭窄を検索するための超音波システムのカラードプラモード及びピーク流速を測定するための狭窄が疑われる位置でのスペクトルドプラモードを使用して評価され、これは狭窄の程度と相関する。医療用超音波撮像システムは、小さな関心領域に対する血液速度対時間のスペクトログラムを表示するスペクトルドプラモードを有し、サンプルボリュームと呼ばれる。モードは、スペクトログラムを生成するために処理されたサンプルボリュームからエコーサンプルのストリームを取得するために、連続波（ＣＷ）又はパルス波（ＰＷ）送信のどちらかを使用し得る。スペクトログラム表示において、横軸が時間、縦軸が速度（ドプラ周波数）、明るさが信号電力を表す。処理は、典型的に、周波数のサイドローブを低減するためのＨａｎｎ又はＨａｍｍｉｎｇ等の滑らかな先細の窓形状を有する、サンプルの復調データストリームのオーバーラップする時間窓の高速フーリエ変換（ＦＦＴｓ）を使用する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

処理されたサンプルが取得される割合は、得られるスペクトログラムの精度に影響する。この取得率は、身体内のサンプルボリュームの深さ、及び、解剖学的又はカラードプラデータのＢモード表示用のサンプル等の他のモードに対するエコーの取得を用いるスペクトルドプラサンプル取得の多重化等、さまざまな要因によって変動し得る。特に、サンプルレートが多くの場合比較的遅いＰＷドプラの場合、ＦＦＴ速度推定アルゴリズムによって処理される連続サンプルの数である、ＦＦＴ窓長は、速度及び時間分解能に非常に重要な影響を及ぼす。サンプル数の多い長型窓は、速度分解能は良好であるが時間が不鮮明であるスペクトログラムを生成する一方で、サンプル数のより少ない短型窓は、時間分解能は良好であるが速度が不鮮明であるスペクトログラムを生成する。比較的短型の窓が、典型的に審美的に好まれる。信号スペクトルの最大速度の輪郭は、多くの場合血液の動きを表すとして解釈され、定量的なピーク速度測定は、多くの場合スペクトルドプラモードの主な用途である。短型ＦＦＴ窓は、重要な速度の過大推定バイアスを引き起こし得る。したがって、良好な時間分解能と良好な速度分解能との両方の生成に、より適するＦＦＴ窓長の使用が望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0004】

いくつかの態様において、本発明は、スペクトルドプラ表示モードを有する超音波診断撮像システムを含む。システムは、血流の位置から戻った複素エコーデータサンプルのソースと、第１の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して速度推定値を生成する第１のスペクトログラムプロセッサと、第２の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して速度推定値を生成する第２のスペクトログラムプロセッサと、第１及び第２のスペクトログラムプロセッサからの速度推定値に反応して、適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成する選択／補間プロセッサとを含み得る。

【0005】

特定の態様において、システムは、スペクトログラムプロセッサに結合された入力と、エッジ検出器の出力に反応して適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成し得る選択／補間プロセッサに結合された出力とを有する、エッジ検出器を含み得る。選択／補間プロセッサは、第１及び第２のスペクトログラムプロセッサによって生成されたスペクトログラムを補間することによって適応型ドプラ速度スペクトログラムをさらに生成し得る。エッジ検出器は、第１のスペクトログラムプロセッサに結合された入力を有する水平エッジ検出器と、第２のスペクトログラムプロセッサに結合された入力を有する垂直エッジ検出器とを含み得、第１の数の複素エコーデータサンプルは、第２の数の複素エコーデータサンプルよりも大きい。いくつかの態様において、選択／補間プロセッサは、水平エッジ検出器による水平スペクトルセグメントエッジの検出に反応して、適応型速度ドプラスペクトログラムとして第１のスペクトログラムプロセッサによって生成されたスペクトログラムを選択する。選択／補間プロセッサは、垂直エッジ検出器による垂直スペクトルセグメントエッジの検出にも応答し得、適応型速度ドプラスペクトログラムとして第２のスペクトログラムプロセッサによって生成されたスペクトログラムを選択する。

【0006】

いくつかの態様において、複素エコーデータサンプルのソースは、ＣＷドプラモード及び／又はＰＷドプラモードにおいて取得された複素エコーデータサンプルのソースをさらに含む。特定の態様において、複素エコーデータサンプルは、一連の時系列複素エコーデータサンプルをさらに含む。

【0007】

特定の態様において、システムは、第３の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して速度推定値を生成する、第３のスペクトログラムプロセッサを含み得る。場合によっては、第１の数は第２の数よりも大きく、第２の数は第３の数よりも大きい。

【0008】

いくつかの態様において、選択／補間プロセッサは、良好な速度精度を有する適応型速度スペクトログラムを生成するために、第１のスペクトログラムプロセッサによって生成された速度推定値を使用する。選択／補間プロセッサはまた、良好な時間精度を有する適応型速度スペクトログラムを生成するために、第３のスペクトログラムプロセッサによって生成された速度推定値を使用し得る。選択／補間プロセッサは、平均速度及び時間精度を有する適応型速度スペクトログラムを生成するために、第２のスペクトログラムプロセッサによって生成された速度推定値を使用し得る。選択／補間プロセッサは、垂直スペクトルセグメントエッジの検出及び／又は水平スペクトルセグメントエッジの検出に反応して、第３のスペクトログラムプロセッサによって生成された速度推定値を使用し得る。

【0009】

特定の態様において、本発明は、その上に命令を有する超音波システムを含み、実行された時に、システムに以下のステップ、血流の位置から戻った複素エコーデータサンプルを受信するステップと、第１の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して第１の速度推定値を生成するステップと、第２の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行して第２の速度推定値を生成するステップと、第１及び第２の速度推定値に基づき、適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成するステップとを、実行させる。いくつかの態様において、命令はさらに、システムに、エッジ検出器の出力に基づき適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成させ得、及び／又は、第１及び第２のスペクトログラムプロセッサからのスペクトログラムを補間することによって適応型ドプラ速度スペクトログラムを生成させ得る。

【0010】

いくつかの態様において、命令は、システムに、第３の数の複素エコーデータサンプルの窓を使用しＦＦＴアルゴリズムを実行させ得、第３の速度推定値を生成させ得、第１の数は第２の数よりも大きく、第２の数は第３の数よりも大きい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

図は以下を示す。

【0012】

【図1】本発明に従って構成された超音波診断撮像システムをブロック図形式で示す。

【図2】従来の超音波狭窄評価検査用の超音波表示画面を示す。

【図3】本発明の原理に従って異なるＦＦＴ窓長を使用する適応型スペクトルドプラプロセッサをブロック図形式で示す。

【図4】速度がゆっくりと変化し、水平エッジを有する表示セグメントによって表示が支配される時のスペクトルドプラ表示の詳細を示す。

【図5】速度が急激に変化し、より垂直なエッジを有する表示セグメントによって表示が支配される時のスペクトルドプラ表示の詳細を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の原理に従って、ＦＦＴ窓サイズがスペクトログラムの現在の特徴に適合される診断用超音波システム及び方法が記載される。図示の実施形態において、復調されたサンプルデータストリームは、分析用の複数のスペクトログラムを構成するために、複数のＦＦＴ窓サイズを用いて並列に処理される。一方向において微分演算子を近似するが、さもなければ平滑にする二次元空間フィルタが、スペクトログラムに適用される。フィルタは、受信信号用の１つ以上のフィルタを実施するフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のセクション内のプログラミング相互接続（例えば信号接続）を介して実行され得る。より長い窓スペクトログラムは、水平信号エッジを検出するためにフィルタリングされ、より短い窓スペクトログラムは、垂直信号エッジを検出するためにフィルタリングされる。検出された水平及び垂直エッジの特徴は、適応的に組み合わされたスペクトログラムを構築するために、各水平及び垂直表示位置（ピクセル）で複数のスペクトログラムからの選択又は補間を導く。代替的に、データは、可変窓長を使用して処理され得る。適応型スペクトログラムは、信号速度がゆっくりと変化する時間、例えば拡張期における良好な速度分解能のために長型時間窓を使用し、及び、信号速度が急激に変化する時間、例えば収縮期における良好な時間分解能のために短型時間窓を使用する。その結果、血流速度が急激に変化する時には良好な時間精度の、及び、血流速度がゆっくりと変化する時には良好な速度精度のスペクトログラムが得られる。

【0014】

最初に図１を参照すると、本発明の原理に従って構成された超音波システムがブロック図形式で示される。超音波プローブ１０は、超音波を身体内に送信し戻りエコー信号を受信する、トランスデューサ素子のアレイ１２を含む。送信波は、身体内の関心領域を調べるためにビーム又は走査線に方向づけられる。一次元アレイは、二次元撮像用に、単一平面にわたってビームを送信するために使用され得る。代替的に、プローブ１０は、プローブマイクロビーム形成器５０２に結合されたトランスデューサ素子５００の二次元アレイを有するマトリクスアレイプローブである。マトリクスアレイプローブは、三次元撮像用に、単一走査面にわたって又は身体の体積領域にわたってビームを送信するために使用され得る。ビームは、特定の位置の組織又は特定の方向の血流を調べるために、プローブによって異なる方向に操縦され、集束され得る。送受信時のビームの制御及び処理は、ビーム形成器コントローラ１６によって提供され、適切に形成されたビームを送信し、遅延及び加算を介して受信信号をコヒーレントエコー信号にビーム形成するために、マイクロビーム形成器５０２及びシステムビーム形成器１４を制御する。図１に示されるような二段ビーム形成システムにおいて、受信信号の部分ビーム形成は、マイクロビーム形成器５０２によって実行され、ビーム形成プロセスの完了は、システムビーム形成器１４によって実行される。ビーム形成器は、例えば、所望の画像平面にわたってビームを走査するために、及び、身体のその領域に存在する血流の速度に適するパルス繰返し周波数（ＰＲＦ、サンプリングレート）で血流が評価される画像平面の領域にわたってビームを繰返し走査するために、トランスデューサアレイを制御し得る。

【0015】

ミキサ（又はＱＢＰフィルタ）１８は、エコー信号をベースバンド直交Ｉ及びＱ成分に復調する。代替的に、直交帯域通過フィルタが使用される。Ｂモード検出器２２は、Ｉ成分とＱ成分との二乗の和の平方根をとることによって組織画像に対するＢモード検出を実行するために、Ｉ成分とＱ成分とを使用する。検出されたエコー強度は、身体内の組織の二次元又は三次元画像を形成するために、空間ベースでＢモード画像プロセッサ２４によって処理され、これは表示プロセッサ３６によって表示用に処理され、表示画面５２上に表示される。スペクトログラムプロセッサ及び選択／補間プロセッサ等の、本明細書に記載のプロセッサは、例えば、集積回路（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ）等の、適切なマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、画像プロセッサ等を含み得る、１つ以上の適切なデータプロセッサを含み得る。

【0016】

直交ドプラデータは、二次元又は三次元画像フォーマットにデータを空間的に処理する、カラーフロープロセッサ３０に結合され、速度値が色分けされる。このドプラカラーマップは、フローが生じている解剖学的構造内の位置を示すために、表示プロセッサ３６によって空間的に対応するＢモード画像にわたってオーバーレイされ、色分けによってそのフローの速度及び方向を定性的に示す。画像内のその位置にわたるサンプルボリュームＳＶの配置によって選択された、画像内の特定の点からのドプラデータは、その時点での流速の変動及び分布のスペクトル表示を生成する、スペクトルドプラプロセッサ３２に結合される。スペクトルドプラ表示は、表示画面５２上のスペクトルドプラ表示の処理及び表示のために、表示プロセッサ３６に転送される。

【0017】

本発明の狭窄検査ワークフローでは、カラーフロープロセッサ３０からのカラーフローデータ、及び、好ましくは、Ｂモードプロセッサ２４からの空間的に対応するＢモードデータは、カラーボックス位置及び操舵角プロセッサ４０に入力結合される。カラーボックス位置及び操舵角プロセッサは、カラーボックスの適切な位置決め、ドプラビームのドプラ角度の設定、画像内のサンプルボリュームＳＶの配置、及びドプラ角度補正のためのフロー角度カーソルの適切な位置決めを含む、カラーフロー画像の設定及び機能の自動化を制御する。ドプラ角の制御及び選択されたサンプルボリュームからのデータサンプルの取得に対し、カラーボックス位置及び操舵角プロセッサは、ドプラビームの方向及びタイミングを制御するためにビーム形成器コントローラ１６に結合される。カラーボックス位置及び操舵角プロセッサの設定及び制御は、ユーザ制御パネル５０上の制御の設定によって提供される。カラーボックスの輪郭、サンプルボリュームグラフィック、及びフロー角度カーソル等の、カラーボックス位置及び操舵角プロセッサによって制御される機能のグラフィック表示は、超音波画像にわたってグラフィックをオーバーレイするために表示プロセッサ３６に結合されたグラフィックプロセッサ３４を介して提供される。カラーボックス位置及び操舵角プロセッサ４０の操作は、自動ドプラフロー設定を用いる超音波システムと題される、米国特許第２０１４／０２２１８３８号にさらに詳しく記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。

【0018】

図２は、狭窄評価検査の実施用の典型的なカラーフロー／スペクトルドプラ二重画像の超音波システム表示を示す。二次元（２Ｄ）解剖学的超音波画像６０は画面の上部に表示され、スペクトルドプラ表示６２は画面の下部にあり、速度がｃｍ／秒で較正された縦軸と、時間が５０ｍｍ／秒で較正された横軸とを有することが分かる。スペクトル表示の各垂直線は、その瞬間の血流の推定速度の分布を示す。ドプラ調査は、カラーボックス７０の内側で行われ、このボックスの内側にカラーフロー画像が表示される。カラーボックス７０の外側の画像の周囲部分は、カラードプラオーバーレイなしのＢモードグレースケールで示される。カラーボックスの使用は、ドプラが実行される領域を描写し、ドプラアンサンブル取得のための繰返しドプラ送信は、カラーボックスの外側では実行されない。ドプラ送信をカラーボックスのみに制限することは、ボックスの外側で繰返される線調査の必要性を排除し、ひいては、画像の生成に必要とされる送信‐受信サイクルの総数を制限し、したがって、表示のリアルタイムフレームレートを改善する、画像の取得に必要とされる時間を短縮する。スペクトルドプラデータ用のドプラビームは、ビーム方向線６８に沿って送受信され、スペクトルドプラ表示用に使用されるデータサンプルは、ビーム方向線上のサンプルボリュームＳＶから戻るエコーから取得される。角度補正用に使用されるドプラフロー方向カーソル６６は、血管６４の長手方向と整列され、ひいては、血管内のフロー方向と実質的に平行であり、ドプラ操舵角は、カラーボックス７０及びビーム方向線６８の垂直角であり、これらは一般的に互いに平行である。この例において、ドプラ操舵角は、血管６４の長手方向に対して約６０°の角度に設定される。

【0019】

図３は、本発明の原理に従って構成された図２のドプラ角度推定器及びスペクトルドプラプロセッサの１つの実施形態をブロック図形式で示す。身体内のサンプルボリュームＳＶから取得され、ＱＢＰフィルタ１８によって生成された直交（Ｉ、Ｑ）データサンプルは、クラッタ又は壁フィルタ８０に結合される。血流速度を評価する時、身体内の動く組織又は静止した解剖学的構造の速度は望ましくなく、血流評価の目的のために、乱雑である。カラーボックス７０の内側のものすべてがドプラ処理されるので、血流以外のすべての速度は、クラッタフィルタ又は壁フィルタによるさらなる処理から排除される。これらの速度が静止した又は遅く動いている組織から戻ったエコーから生成されると仮定して、このフィルタは、さらなる処理からの、一般的にはゼロｃｍ／秒の速度に近づく閾値レベル未満のすべての速度推定値をブロック又は放棄する。これらの速度は、血流の予想される速度範囲よりも低いので、それらはクラッタ又は壁フィルタ８０によるさらなるドプラ処理及び表示から除外される。

【0020】

図示された実施形態において、サンプルボリュームからの複素データサンプルは、３つのスペクトログラムプロセッサ、長型窓ＦＦＴプロセッサ８２ａ、中型窓ＦＦＴプロセッサ８２ｂ、及び短型窓ＦＦＴプロセッサ８２ｃに適用される。これらのプロセッサの各々は、それらが取得された時間領域からサンプルを周波数領域に変換するために、一連のデータサンプルの離散フーリエ変換を計算する、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）アルゴリズムを実行する。周波数ドメイン値は、信号を戻した血流の速度に比例するので、したがって、ＦＦＴプロセッサは、処理されたサンプルシーケンスによって表された血流の瞬時速度を推定する。典型的なＦＦＴアルゴリズムの形式は次の通りである。

【数1】

ここで、ｘ_ｎはＱＢＰフィルタによって生成された複素サンプルである。複素データサンプルは、ＰＷドプラモードにおける送信パルスに反応して、又はＣＷドプラモードにおいて受信されたエコーを周期的にサンプリングすることによって、一度に１つずつ取得され得る。サンプルシーケンスの典型的なデータレート（送信パルス繰返し周波数、ＰＲＦ）は、ＰＷドプラモードにおいて２００Ｈｚ乃至２ｋＨｚである一方で、典型的なＣＷドプラサンプルレートは１００乃至２００ｋＨｚである。Ｘｋは、−ＰＲＦ／２乃至＋ＰＲＦ／２の範囲のドプラ周波数領域推定値である。変数ｎは時間インデクスであり、ｋは周波数インデクスである。

【0021】

各ＦＦＴは、異なる数のサンプルのシーケンスを処理し、窓長と呼ばれる。いくつかの実施形態において、超音波ドプラスペクトログラム表示は、位相角を破棄する一方で、電力の大きなダイナミックレンジを圧縮するために、次の式又は実質的に同等の結果を生じる複素ＦＦＴの対数振幅を使用し得る。

【数2】

異なる窓長を有する対数振幅スペクトログラムは、表示の所望のピクセル間隔に合致するために、及び複数のスペクトログラムの適応型の組み合わせを容易にするために、水平（時間）及び垂直（ドプラ周波数、速度）の次元で再サンプリングされ得る。再サンプリングは、例えば多相有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ又はスプライン補間を使用する、既知の技術である。

【0022】

ＦＦＴアルゴリズムにおいて、Ｎは窓内のサンプル数であり、典型的に、ＰＷドプラでは５０乃至５００、ＣＷドプラでは１０００乃至４０００である。ＦＦＴアルゴリズムを連続して実行する窓は、典型的に、得られるドプラスペクトル表示が、ギザギザや不規則に見えるようにではなく、滑らかで時間的に適切にサンプリングされるように、時間的にオーバーラップする。典型的なオーバーラップは、例えば７５％である。窓化されたデータは、一般的に、効率的なＦＦＴ処理のために、２の次の高い累乗までゼロ（ゼロパディング）で拡張される。本発明の原理に従って、３つのスペクトログラムプロセッサ８２ａ、８２ｂ、及び８２ｃはそれぞれ、異なる窓長、長型、中型、及び短型を有する。その結果、３つのスペクトログラムプロセッサの例示的な窓長は、ゼロパディングを含む、５１２サンプル、２５６サンプル、及び６４サンプルである。ＰＷドプラモードの別の例示的な窓長のセットは、５１２サンプル、１２８サンプル、及び６４サンプルである。

【0023】

３つのスペクトログラムプロセッサは、データサンプルの異なる窓長を用いてＦＦＴアルゴリズムを実行するので、それらは異なる結果を生成する。長型窓スペクトログラムプロセッサ８２ａは、速度はより正確であるが時間はあまり正確でない周波数（速度）推定値を生成する。短型窓スペクトログラムプロセッサ８２ｃは、時間はより正確であるが速度はあまり正確でない周波数推定値を生成する。その結果、心臓が急速に収縮している時又は狭窄の近傍にある時は収縮期であるので、血流が急激に変化している時は、短型窓スペクトログラムプロセッサが好ましい。長型窓スペクトログラムプロセッサは、心臓が弛緩している時又は狭窄していない血管にある時の拡張期等、血流速度が急激に変化しない時に好ましい。異なる窓長を有する単一のスペクトログラムプロセッサを時間多重化することによって、複数の異なるスペクトログラムが生成され得ることが理解されよう。

【0024】

図３の例示的な実施形態は、表示用の最終スペクトログラム６２を生成するために、選択された方法で３つのスペクトログラムプロセッサからの推定値を組み合わせる、選択／補間プロセッサ８６を有する。スペクトログラムが組み合わされ得る１つの方法は、ポイントごとの単位で時間及び速度における３つのスペクトログラムからの３つの速度を補間することである。したがって、選択／補間プロセッサによって生成される最終的なスペクトログラムは、各々が長型、中型、及び短型の窓スペクトログラムの対応する速度から補間される速度の範囲を示す。選択／補間プロセッサは、水平エッジ検出器８４ａ及び垂直エッジ検出器８４ｂからの入力を受信することも分かる。エッジ検出器は、受信信号の水平及び／又は垂直エッジ検出を実施するＦＰＧＡのセクション内のプログラミング相互接続（例えば信号接続）を介してプロセッサに結合され得る。水平エッジ検出器８４ａは、長型窓スペクトログラムプロセッサ８２ａによって生成されたスペクトログラム内のスペクトルセグメントのエッジを検出し、垂直エッジ検出器８４ｂは、短型窓スペクトログラムプロセッサ８２ｃによって生成されたスペクトログラム内のスペクトルセグメントのエッジを検出する。これは、図４及び図５に示される拡大スペクトログラムセグメント画像によって示される。図４は、２つの水平スペクトルセグメント９２及び９３を示す。これらのセグメントのエッジは、画像全体の垂直線方向及び時間方向において画像内の連続する画素を比較する画像処理によって検出される。水平セグメントが存在する時、垂直検索がこれらのセグメントの１つを検出すると、白いピクセルが検出される。ピクセル検索が垂直方向に続くにつれて、連続するピクセルは、セグメントのエッジで白から黒への急な移行を示す。ピクセルの比較は、この重要な移行、ひいては水平セグメントのエッジを検出する。隣接する垂直線に沿った検索は、画像内の同じ垂直軌跡で又はその近くで、同様の急な移行を生じ、スペクトルセグメントの優位に水平方向を示す。水平エッジ検出器８４ａは、スペクトログラムが水平（時間）方向に優位に拡張していることを選択／補間プロセッサ８６に知らせる。

【0025】

同様に、垂直エッジ検出器８４ｂは、画像全体の水平線方向及び速度におけるスペクトル画像内の連続する画素を比較し、垂直スペクトルセグメントのエッジを検索する。図５を参照すると、垂直スペクトルセグメントを有するスペクトログラム画像が示される。９４等の垂直セグメントが存在する時、画像全体の水平検索がこれらのセグメントの１つを検出すると、白いピクセルが検出される。ピクセル検索が水平方向に続くにつれて、連続するピクセルの比較は、セグメントのエッジで白から黒への急な移行を示す。ピクセルの比較は、この重要な移行、ひいては垂直セグメントのエッジを検出する。隣接する水平線に沿った検索は、画像内の同じ水平軌跡又はその近くで、同様の急な移行を生じ、スペクトルセグメント９４の優位に垂直方向を示す。垂直エッジ検出器８４ｂは、スペクトログラムが垂直（速度）方向に優位に拡張していることを選択／補間プロセッサに知らせる。画像全体のこれらのピクセル検索は、米国特許第６４９１６３６号（Ｃｈｅｎａｌら）に記載されるように、画像内の心臓室境界検出に使用されるものと同様であり、これは参照により本明細書に組み込まれる。構成された実施形態において、水平及び垂直エッジ検出器は、ピクセルデータの二次元アレイ内のエッジを検出する二次元空間フィルタを含む。

【0026】

選択／補間プロセッサ８６は、最終的な適応型スペクトログラムとしての表示用に、そのピクセルで対応する窓長スペクトログラムを選択することによって、各水平（時間）及び垂直（速度）ピクセルでのスペクトルセグメントの優位な方向の指示に反応する。水平エッジ検出器８４ａがそのスペクトログラム内の水平エッジの優位性を知らせる場合、血流の速度の変化や急激な速度の変化はほとんどなく、選択／補間プロセッサは、表示用の最終スペクトログラムとして長型窓ＦＦＴを用いて処理されたスペクトログラムを使用することによって応答し、したがって速度精度を強調する。垂直エッジ検出器８４ｂがそのスペクトログラムにおける垂直エッジの優位性を知らせる時、血流中に現在進行中の急速な速度変化が生じ、選択／補間プロセッサは、表示用の最終スペクトログラムとして短型窓ＦＦＴを用いて処理されたスペクトログラムを使用することによって応答し、したがって急速な速度変化を強調する。いずれの検出器も優位でない場合、選択／補間プロセッサ８６は、中型窓スペクトログラムプロセッサ８２ｂによって生成されたスペクトログラムを使用し得る。代替的に、選択／補間プロセッサ８６は、優位なエッジ検出器がない場合、すべての３つのプロセッサから補間された最終スペクトログラムを生成する。

【0027】

ブロック図の各ブロック、及びブロック図のブロックの組み合わせ、ならびに本明細書に開示されたシステム及び方法の任意の部分は、コンピュータプログラム命令によって実施され得ることが理解されよう。これらのプログラム命令は機械を製造するためにプロセッサに提供され、その結果、プロセッサ上で実行する命令が、ブロック図ブロック若しくは複数のブロックで指定された又は本明細書で開示されたシステム及び方法について説明された動作を実施するための手段を生成する。コンピュータプログラム命令は、コンピュータによって実行されるプロセスを生成するためにプロセッサによって実行される一連の動作ステップを引き起こすために、プロセッサによって実行される。また、コンピュータプログラム命令は、動作ステップの少なくともいくつかを並行して実行させる。さらに、いくつかのステップはまた、マルチプロセッサコンピュータシステムにおいて生じるような、複数のプロセッサにわたって実行される。追加的に、１つ以上のプロセスはまた、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、他のプロセスと並行して、又は示されたシーケンスとは異なるシーケンスで実行される。

【0028】

コンピュータプログラム命令は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、ＣＤ‐ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）又は他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、又は所望の情報を格納するために使用され得、コンピューティング装置によってアクセスされ得る、任意の他の媒体を含むが、これらに限定されない、任意の適切なコンピュータ可読ハードウェア媒体に格納され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】