超音波エコースぺクトルの重み付けとover-determinedシステムを用いた組織のイメージングぉよび変位計測: 加熱治療や放射圧生成のための強力超音波を使用した場合を含む

摘要

We are developing methods for a human internal tissue displacement or a displacement vector. For the measurement and echo imaging, our developed lateral modulations are performed for instance, which are achieved by superposition or frequency division of plural beams or a single beam. To increase the measurement accuracy and the detectability of lesions in the echo image, the disregarding axial or lateral low frequency spectra is effective. Also the use of over-determined systems is effective, which is achieved by generating a larger number of beams than the theoretically required beams (ie, with the same number of unknown displacement components) physically or the frequency division (ie, quasi-beams are generated). In this report, we report the effectiveness of the disregarding low frequency spectra and the use of weighting (confidence) of respective bandwidths obtained by frequency division, particularly for the processing in the axial direction (agar phantom experiments). The weight is determined by the magnitude of energy or Ziv-Zakai Lower Bound within the respective bandwidths. We also report the effectiveness of disregarding spectra or weighting spectra in a frequency domain for controlling the quality of ultrasound image, beam and echo signal. We previously reported that a higher spatial resolution and a higher measurement accuracy are achieved by using apodizations with short feets (eg, power function) with focusing than the use of apodizations with long feet (Gaussian function) or plane wave transmission (ie, no focusing). Then, in this report, by using the method in a frequency domain, the low quality echo images obtained with the latter beamfroming are processed such that a high spatial resolution is achieved similarly to that obtained by the former beamforming(ie, a kind of super-resolution imaging). Also the frequency domain method is used for a high intensity ultrasound transmission for a treatment or a radiation force imaging to generate echo signals for simultaneous echo imaging and displacement measurement (simulations).%我々は、ヒト組織内の変位や変位ベクトルの高精度な計測技法を開発している。それらの計測やエコーイメージングのためのビームフォーミング法として、例えば、複数の交差ビームや単一ビームの周波数分割による横方向変調法を報告している。変位計測をさらに高精度化するためやェコーイメージングにおける病変の検出能を向上させるためにビーム方向や横方向の低周波数スペクトルを除去することは有効である。また、これとは別に、求める変位成分の数より多くの交差ビームを、物理的に生成する、または、周波数分割により擬似的に生成し、over-determinedなシステムを得ることによつても高精度化できる。本稿では、特に軸方向に関して注目し、低周波数スぺクトルを除去した結果と、複数のステアリングビームを用いた場合や周波数分割した場合の各信号帯域の信頼度を用いた重み付け処理による変位計測を行ったファントム実験の結果を示す。その信頼度には、各帯域のエネルギーの大きさやZiv-Zakai Lower Boundを使用した。また、周波数空間においてスペクトル除去や窓を用いた重み付けを行うことにより、ビーム形状を調節し、超音波画像の画質やエコー信号を調節できることも報告する。裾の短いァポダイゼーション関数(例えば、ベき乗関数)を使用してフォーカシングすることにより、裾の長いアポダーゼーション関数(例えば、ガウス関数)を使用した場合や平面波送波(フォーカシング無し)を行った場合に比べて高分解能な画像を生成でき、さらには高精度な変位べクトル計測も行えることを以前に報告しているが、本稿では、後者により得られたエコー画像から前者により得られる様な高分解能なエコー画像に加工した結果を報告する(超解像の一種)。また、我々は、加熱治療や放射圧生成のための強力超音波の送波時のエコー信号を用いた同時のエコーイメージングと変位計測も行っており、本稿では、そのエコー信号からイメージングゃ変位計測のためのエコー信号を生成したシミュレーション結果を示す。