JP2009521980A

JP2009521980A - 超音波映像の獲得方法

Info

Publication number: JP2009521980A
Application number: JP2008548417A
Authority: JP
Inventors: モクグンチョン; ソンジェクォン; ラヨンユン
Original assignee: Medison Co Ltd
Current assignee: Samsung Medison Co Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2009-06-11
Also published as: US20090003128A1; EP1965704A1; KR100875203B1; US7836766B2; WO2007075040A1; EP1965704A4; KR20070069425A; EP1965704B1

Abstract

本発明は、配列型変換器を含む超音波映像システムにおいて超音波映像を獲得する方法で、ａ）対象体に対して基準音速度に基づいて獲得した超音波映像において所定の深さに映像点を設定する段階と、ｂ）前記基準音速度を基準に音速度の範囲を設定する段階と、ｃ）前記音速度の範囲内で一定間隔で複数の音速度を設定する段階と、ｄ）前記設定された各音速度に基づいてそれぞれ超音波映像を獲得する段階と、ｅ）各超音波映像の所定の深さに設定された映像点の強度（amplitude）を計算する段階と、ｆ）計算された強度に基づいて前記対象体で実際の音速度を決定する段階と、ｇ）前記対象体で前記決定された音速度に基づいて超音波映像を獲得する段階とを含む。

Description

本発明は映像形成方法に関し、特に集束誤差を補正した超音波合成映像を形成する方法に関するものである。

超音波映像システムは、対象体に超音波信号を送信し、超音波エコー信号を受信する。超音波エコー信号は、プローブで電気的信号に変換される。超音波映像システムは、電気的信号に対して信号処理を施して超音波映像を形成する。超音波映像システムは、無侵襲及び無破壊特性で医療技術に幅広く用いられている。高解像度の超音波映像を得るために多様な技術が超音波映像システムで研究されている。最近になって、高解像度の超音波映像を得るために複数の変換素子を含む配列型変換器が用いられている。また、高解像度の超音波映像を得るために送信集束及び受信集束方法が採択されている。

図１は、超音波信号が配列型変換器の各変換素子に到達する遅延を示す概略図である。配列型変換器１０から生成される超音波信号が集束点に集束されるように送信パルス信号に対して所定の遅延プロファイルを設定し、配列型変換器の各変換素子は所定の遅延プロファイルに従って超音波信号を生成する。集束点から反射された超音波エコー信号は各変換素子に互いに異なる時間で到達する。

図１に示した通り、集束点で反射された超音波エコー信号は距離ｄだけを進行して変換素子（Ｔｃ）に到達する反面、集束点で反射された超音波エコー信号はｒ（ｒ＝ｄ＋Δｒ（ｘ））距離だけ進行して変換素子（Ｔｘ）に到達する。即ち、変換素子（Ｔｘ）に受信された超音波エコー信号は集束点から反射されて変換素子（Ｔｃ）に到達する超音波信号よりΔｒ（ｘ）だけ遅れる。各変換素子に受信された超音波信号は電気的信号（以下、受信信号という）に変換される。映像信号を得るために受信信号を集束させなければならない。受信信号を集束させる時、各変化素子に到達する超音波エコー信号の遅延を補償しなければならない。超音波エコー信号の遅延を補償するために受信集束遅延方式を一般に用いる。

各変換素子に到達する超音波エコー信号の遅延は次の数式で計算することができる。

ここで、Δτ（ｘ）は変換素子Ｔ（ｘ）に到達する超音波エコー信号の遅延時間であり、ｖは対象体での超音波信号の伝播速度（以下、音速度という）であり、ｘは変換素子Ｔｃ及びＴｘの間の距離であり、ｄは変換素子Ｔ（ｃ）と集束点との間の距離を示す。ｄは次の数式を用いて計算することができる。

ここでｔは集束点から変換素子Ｔ（ｃ）まで超音波信号が到達する時間である。

前記数式で示されるように、超音波エコー信号の遅延を決定するために対象体で音速度が重要である。対象体が人体の場合、薄い組織（soft tissue）での平均速度である１５４０ｍ／ｓを音速度として設定して用いている。しかし、媒質が人体の場合、、音速度は脂肪で１４６０ｍ／ｓ、肝で１５５５ｍ／ｓ、血液で１５６０ｍ／ｓ、筋肉で１６００ｍ／ｓである。即ち、音速度は媒質の種類に応じて変わる。従って、固定された音速度を用いるようになれば、各変換素子に到達する超音波エコー信号の遅延で計算誤差が発生し得る。

最近は、超音波映像の画質を改善するために合成超音波映像が用いられている。合成超音波映像を得るために、スキャンラインを互いに異なる方向に偏向し、スキャンラインの各角度で超音波映像を獲得する。その後、獲得した超音波映像を空間合成して合成超音波映像を形成する。この時、音速度が正確に設定されない場合、偏向した各スキャンラインに対して各変換素子に到達する超音波エコー信号の遅延を正確に計算することができない。従って、対象体の同一の映像に対応するピクセルが正確に重ならない可能性がある。従って、全体合成映像が暗くなり、信号対雑音比（ＳＮＲ）及びコントラストが減少し得る。

前述したように、音速度が対象体に対して不正確に設定されれば、スキャン角度を偏向して獲得した超音波映像内で対象体の同一位置に対応する映像ピクセルが超音波映像を合成する時、互いに重ならない場合がある。従って、合成映像が暗くなって信号対雑音比及びコントラストが減少する。

本発明は、対象体内で実際の音速度を決定して高解像度を有する合成超音波映像を獲得するための方法を提供する。

本発明の実施例による、配列型変換器を含む超音波映像システムにおいて超音波映像を獲得する方法は、ａ）対象体に対して基準音速度に基づいて獲得した超音波映像において所定の深さに映像点を設定する段階と、ｂ）前記基準音速度を基準に音速度の範囲を設定する段階と、ｃ）前記音速度の範囲内で一定間隔で複数の音速度を設定する段階と、ｄ）前記設定された各音速度に基づいてそれぞれ超音波映像を獲得する段階と、ｅ）各超音波映像の所定の深さに設定された映像点の強度（amplitude）を計算する段階と、ｆ）計算された強度に基づいて前記対象体で実際の音速度を決定する段階と、ｇ）前記対象体で前記決定された音速度に基づいて超音波映像を獲得する段階とを含む。

本発明の他の実施例による、配列型変換器を含む超音波映像システムにおいて超音波映像を獲得するための方法は、ａ）対象体に対して基準音速度に基づいて獲得した超音波映像の所定の深さに映像点を設定する段階と、ｂ）前記基準音速度を基準に音速度の範囲を設定する段階と、ｃ）前記音速度の範囲内で一定間隔で複数の音速度を設定する段階と、ｄ）前記設定された各音速度に基づいて超音波映像を獲得する段階と、ｅ）各超音波映像で前記所定の深さに設定された映像点の強度を計算する段階と、ｆ）計算された強度に基づいて前記対象体で実際の音速度を決定する段階と、ｇ）前記決定された実際の音速度に基づいて所定の角度にスキャンラインを偏向して複数の超音波映像を獲得する段階と、ｈ）前記獲得した超音波映像を合成して超音波合成映像を形成する段階とを含む。

対象体内で音速度が正確に決定されるため、向上した合成映像を得ることができる。

図２は、本発明によってスキャンラインを偏向して得た複数の超音波映像から合成超音波映像を得る例を概略的に示す概略図である。

図２で示されるように、第１、２及び３の角度に偏向したスキャンラインからそれぞれ獲得した第１の超音波映像２０、第２の超音波映像２２及び第３の超音波映像２４を重ねて合成超音波映像を形成する。図２において斜線で表示された領域２６は第１、第２及び第３の超音波映像２０、２２、２４を組み合わせて形成された合成超音波映像を示す。

図３は、偏向したスキャンラインが重なった集束点から超音波映像データの獲得を説明する例を示す概略図である。図３に示されるように、合成超音波映像はスキャンヘッドに対して所定の角度（θ、−θ）で偏向したスキャンラインと垂直のスキャンラインが重なる集束点から得られた映像データを用いて形成される。

図４は、偏向したスキャンラインに従って超音波エコー信号の遅延の例を示す図面である。図４に示したように、変換素子（Ｔｃ）から設定されたスキャンラインがθ角度に偏向しているため、スキャンライン上に位置した集束点から反射された超音波エコー信号の偏向遅延が発生し得る。変換素子（Ｔｃ）からｘだけ離れた変換素子（Ｔｘ）での偏向遅延（Δτ_θ（ｘ））は、次の数式で計算できる。

ここで、θはスキャンラインの偏向角を、ｖは音速度を示す。数式３を通じて分かるように、各変換素子で偏向遅延を計算するためには音速度が対象体で正確に設定されなければならない。もし偏向遅延（Δτ_θ（ｘ））が正確に計算されなければ偏向したスキャンライン上に同一の集束点から獲得した映像信号が重ならない場合がある。

図５は、本発明の実施例によって対象体での実際の音速度を決定する方法を説明するためのフローチャートである。便宜上、対象体で実際の音速度を計算する方法を配列型変換器１０のスキャンヘッドに垂直なスキャンライン３１を通じて獲得した超音波映像を用いて説明する。また、線形構造の配列型変換器を用い、複数のチャネルを用いて超音波信号を送信する。

図５に示したように、所定の音速度（以下、基準速度という）を設定する（Ｓ５１０）。基準速度は対象体を構成する媒質の特性に応じて任意に設定できる。望ましくは対象体を構成する媒質の平均速度を基準速度として設定することができる。また、人体のように超音波映像システムを用いて診断する頻度の高い対象体に基準速度を予め設定することができる。予め設定された基準速度を保存することができ、対象体の種類に応じて適切な基準速度を用いることができる。例えば、対象体が人体の場合、脂肪、血液、筋肉などでの平均速度を基準速度として設定することができる。普通人体で平均速度は１５４０ｍ／ｓの軟組織での速度に設定することができる。

引き続き、新たな音速度を設定するかどうかを判断するＳ５２０。もし、新たな音速度を設定しないと判断されれば、段階Ｓ５１０で設定された基準音速度を用いて超音波映像を獲得する。反面、新たな音速度を設定すると判断されれば、設定された基準音速度に基づいて獲得した対象体の超音波映像で所定の深さに映像点を設定する（Ｓ５３０）。映像点は超音波映像で超音波映像システムから提供される多様なマーカ（marker）のいずれか一つを用いて任意に設定することができる。超音波映像システムの所定の位置に設けられた設定ボタンを用いて新たな音速度を設定することができる。また、新たな音速度の設定は超音波映像システムのプローブに感知センサを設けてプローブが対象体の表面に当接する瞬間に実施することができる。

新たな音速度を設定するために、基準音速度を基準に所定範囲の音速度を設定する（Ｓ５４０）。音速度の範囲は対象体を構成する全ての媒質での音速度を含むように設定することができる。また、人体のように超音波映像システムを用いて頻繁に検査する対象体に対して多様な範囲の音速度を予め設定することができる。予め設定された範囲の音速度は保存される。対象体の形態に応じて基準音速度のように適切な範囲の音速度が用いられる。

音速度の範囲を設定した後、可変音速度範囲内で最も遅い音速度から一定間隔で複数の音速度を設定することができるＳ５５０。各設定された音速度で複数の超音波映像を獲得するＳ５６０。獲得した各超音波映像で対象体の所定の深さに設定された映像点の明るさを計算するＳ５７０。最大明るさを有する超音波映像に適用された音速度を対象体での実際の音速度として設定するＳ５８０。

図６は、互いに異なって設定された音速度で深さによる映像信号の強度（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）の変化を示すグラフである。対象体で実際の音速度が１５５０ｍ／ｓである時、音速度を１５００ｍ／ｓ（６１）、１５５０ｍ／ｓ（６２）、１６００ｍ／ｓ（６３）に設定して、これをシミュレーションして曲線（６１、６２、６３）を得ることができる。シミュレーションは４０ｍｍ長さの１９２個の変換素子で７．５ＭＨｚの周波数で２０ｍｍの深さの映像点に送信集束するように実施された。
図６に示されるように、実際の音速度より速く音速度を設定した場合、２０ｍｍの深さより０．８ｍｍ深い所で最大の強度を有することが分かる。反面、実際の音速度より遅く音速度を設定した場合、６１、２０ｍｍの深さより０．７ｍｍ浅い所で最大の強度を有することが分かる。即ち、映像点を２０ｍｍの深さに設定した場合、音速度を１５００ｍ／ｓ、１５５０ｍ／ｓ及び１６００ｍ／ｓに設定した時、該当映像点で強度が約０．６、１及び０．６である。従って、１５５０ｍ／ｓの音速度を対象体の実際の音速度として選択する。

図７は、音速度の変化によって映像点に対応する映像信号の強度の変化を示すグラフである。図７に示されるように、音速度を１５００ｍ／ｓから１６００ｍ／ｓまで一定間隔で増加させて大きさを計算し、音速度−強度の曲線を得ることができる。図７に示される曲線は各音速度で得られた２次関数の最大点を曲線適合（curve-fitting）して形成することができる。図７に示されるように、音速度１５５０ｍ／ｓの時、強度が最大になる。従って、１５５０ｍ／ｓの音速度を対象体の実際の音速度として採択することができる。

上述した方法で対象体で正確な音速度が設定されれば、設定された音速度を数式１及び数式２に適用して正確な受信集束遅延及び偏向遅延を計算することができる。本発明の実施例によって遅延が正確に計算できるため、偏向したスキャンラインを所望の映像点に正確に重畳することができ、高解像度を有する合成映像を得ることができる。

映像点で明るさの強度を用いて音速度を決定する場合、ノイズによって音速度を決定するのが難しい場合がある。従って、所定の大きさのウィンドーを対象体の映像に設定し、ウィンドー内に含まれた画素値の強度の和を対象体の音速度を決定するのに用いることができる。本発明の他の実施例に従ってこのように音速度を設定することによってノイズによる計算誤差を減らすことができる。

本発明を望ましい実施例を通じて説明して例示したが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項及び範疇を逸脱せず、様々な変形及び変更がなされることが分かる。

前述したように、対象体内で音速度が正確に決定されるため、向上した合成映像を得ることができる。

配列型変換器で各変換素子に到達する超音波エコー信号の遅延を示す概略図である。偏向したスキャンラインで獲得した複数の超音波映像から合成映像を獲得する例を示す概略図である。偏向したスキャンラインが重畳した映像点で超音波映像データを獲得する例を示す概略図である。偏向したスキャンラインによって超音波エコー信号の遅延例を示す図面である。本発明の実施例によって対象体で実際の音速度を決定する方法を示すフローチャートである。互いに異なって設定された音速度に対して映像信号の強度変化を示すグラフである。音速度の変化に応じて映像点に対応する映像信号の強度変化を示すグラフである。

Claims

配列型変換器を含む超音波映像システムにおいて超音波映像を獲得するための方法であって、
ａ）対象体に対して基準音速度に基づいて獲得した超音波映像において所定の深さに映像点を設定する段階と、
ｂ）前記基準音速度を基準に音速度の範囲を設定する段階と、
ｃ）前記音速度の範囲内で一定間隔で複数の音速度を設定する段階と、
ｄ）前記設定された各音速度に基づいてそれぞれ超音波映像を獲得する段階と、
ｅ）各超音波映像の所定の深さに設定された映像点の強度（amplitude）を計算する段階と、
ｆ）計算された強度に基づいて前記対象体で実際の音速度を決定する段階と、
ｇ）前記対象体で前記決定された音速度に基づいて超音波映像を獲得する段階と
を含むことを特徴とする超音波映像の獲得方法。
前記段階ａ）は
ａ１）前記対象体の種類に応じて予め設定された基準音速度を選択する段階と、
ａ２）前記対象体に対して新たな音速度を設定するかを判断する段階と、
ａ３）段階ａ２）で新たな音速度を設定すると判断される場合、前記基準音速度に基づいて超音波映像を獲得する段階と、
ａ４）前記獲得した超音波映像で所定の深さに映像点を設定する段階と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波映像の獲得方法。
前記計算された強度のうち、映像点で最も大きな強度を有する超音波映像に適用された音速度を前記対象体の実際の音速度として決定することを特徴とする請求項２に記載の超音波映像の獲得方法。
前記基準速度は、前記対象体を構成する媒質の平均音速度であることを特徴とする請求項３に記載の超音波映像の獲得方法。
配列型変換器を含む超音波映像システムにおいて超音波映像を獲得するための方法であって、
ａ）対象体に対して基準音速度に基づいて獲得した超音波映像の所定の深さに映像点を設定する段階と、
ｂ）前記基準音速度を基準に音速度の範囲を設定する段階と、
ｃ）前記音速度の範囲内で一定間隔で複数の音速度を設定する段階と、
ｄ）前記設定された各音速度に基づいて超音波映像を獲得する段階と、
ｅ）各超音波映像で前記所定の深さに設定された映像点の強度を計算する段階と、
ｆ）計算された強度に基づいて前記対象体で実際の音速度を決定する段階と、
ｇ）前記決定された実際の音速度に基づいて所定の角度にスキャンラインを偏向して多数の超音波映像を獲得する段階と、
ｈ）前記獲得した超音波映像を合成して超音波合成映像を形成する段階と
を含むことを特徴とする超音波映像の獲得方法。
前記段階ａ）は、
ａ１）前記対象体の種類に応じて予め設定された基準音速度を選択する段階と、
ａ２）前記対象体に対して新たな音速度を設定するかを判断する段階と、
ａ３）段階ａ２）で新たな音速度を設定すると判断される場合、前記基準音速度に基づいて超音波映像を獲得する段階と、
ａ４）前記獲得した超音波映像で所定の深さに映像点を設定する段階と
を含むことを特徴とする請求項５に記載の超音波映像の獲得方法。
前記計算された強度のうち、映像点で最も大きな強度を有する超音波映像に適用された音速度を前記対象体の実際の音速度として決定することを特徴とする請求項６に記載の超音波映像の獲得方法。
前記基準速度は、前記対象体を構成する媒質の平均音速度であることを特徴とする請求項７に記載の超音波映像の獲得方法。