JP2014023928A - 超音波撮像システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】4D超音波データを取得するための改善された方法および超音波撮像システムの提供。
【解決手段】プローブ106と、ディスプレイ装置118と、プローブ106およびディスプレイ装置118と電子通信しているプロセッサ116とを含む、超音波撮像システム100において、プロセッサ116は、関心領域(ROI)を複数の部分ボリュームに分割し、部分ボリュームの少なくとも1つから体動データを取得し、体動データに基づいて品質パラメータを計算し、品質パラメータに基づいてアクションを行うように構成される。
【選択図】図1
【解決手段】プローブ106と、ディスプレイ装置118と、プローブ106およびディスプレイ装置118と電子通信しているプロセッサ116とを含む、超音波撮像システム100において、プロセッサ116は、関心領域(ROI)を複数の部分ボリュームに分割し、部分ボリュームの少なくとも1つから体動データを取得し、体動データに基づいて品質パラメータを計算し、品質パラメータに基づいてアクションを行うように構成される。
【選択図】図1
Description
本開示は、概して、体動データに基づいて品質パラメータを計算するための超音波撮像システムおよび方法に関する。
現世代の超音波システムと連結されている従来の2Dマトリクスアレイプローブは、胎児の心臓撮像のような用途に必要とされる時間分解能および空間分解能で臨床的に適切なボリュームサイズを取得するのに十分な速度ではない。現在の実践に従って、所望の関心領域(ROI)を2つ以上の部分ボリュームに分割する方法が開発された。こうした部分ボリュームのそれぞれについて複数の心動サイクルにわたってデータを収集し、次いで、部分ボリュームのそれぞれから取得されるボリュームを空間的および時間的に縫い合わせることによって、全体の4Dボリュームシーケンスを再構築する。結果として生じる4D超音波データは、部分ボリュームのすべてについて複数の心拍位相からのデータを含んでいる。
ROIの解剖学的組織とプローブとの間の相対的な運動の結果として、4D超音波データの質を著しく低下させる体動アーチファクトを生じる可能性がある。高品質の画像を取得および生成するために、超音波プローブの位置が、撮像中の、心臓のような解剖学的構造に対して動かないことが重要である。取得中に相対的な動きが発生すると、結果として生じる4D超音波データは、4D超音波データから生成された画像を見るとき不連続部として見える空間的アーチファクトおよび/または時間的アーチファクトを含む可能性がある。
取得中の体動が結果として画像アーチファクトを生じさせる可能性があるので、不要な体動をできる限り少なくして4D超音波を取得することが重要である。一群の部分ボリュームとして心臓の4D超音波データを取得するとき、複数の心周期にわたって取得を行うことが必要である。不要な体動が発生する場合、通常これは、取得を完了した後に、シネ画像またはある期間にわたる一連の画像を見るときに限り、検出可能となる。アーチファクトがかなり激しい場合、使用できない4D超音波データをレンダリングする可能性がある。このような場合、操作者は、1回または複数回4D超音波データを再取得する必要がある可能性がある。従来のシステムによれば、操作者は、許容できる4D超音波データを無事取得するまでに、いくつかの取得を繰り返して完了することを強いられる可能性がある。取得を繰り返すことは時間を無駄にし、操作者と患者の双方にとって不都合である。
このような理由および他の理由のために、4D超音波データを取得するための改善された方法および超音波撮像システムが望まれる。
本明細書では上述の短所、不都合、および問題に対処し、これらは次の詳しい説明を読んで理解することによって理解されるであろう。
1つの実施形態では、超音波撮像の方法が、関心領域(ROI)を複数の部分ボリュームに分割するステップを含む。この方法は、複数の部分ボリュームのそれぞれから4D超音波データを取得するステップと、4D超音波データを取得するプロセスの間に、複数の部分ボリュームの少なくとも1つから体動データを取得するステップとを含む。この方法は、4D超音波データを取得するプロセスの間に品質パラメータを計算するステップを含む。品質パラメータは体動データに基づき、ROIにおける不要な体動の量を表す。この方法は、品質パラメータに基づいてアクションを行うステップを含む。
一実施形態では、超音波撮像の方法が、関心領域を複数の部分ボリュームに分割するステップと、ROIから体動データを取得するステップとを含む。この方法は、体動データに基づいて品質パラメータを計算するステップを含む。品質パラメータは、ROIにおける不要な体動の量を示す。この方法は、複数のパラメータが許容できる場合、複数の部分ボリュームのそれぞれについて4D超音波データを取得するステップを含む。
別の実施形態では、超音波撮像システムが、プローブと、ディスプレイ装置と、プローブおよびディスプレイ装置と電子通信しているプロセッサとを含む。プロセッサは、関心領域(ROI)を複数の部分ボリュームに分割し、複数の部分ボリュームのそれぞれについて4D超音波データを取得するように構成される。プロセッサは、4D超音波データを取得するプロセス中に複数の部分ボリュームのうちの少なくとも1つから体動データを取得するように構成される。プロセッサは、体動データに基づいて複数のパラメータを計算し、品質パラメータが許容できるかどうかを判断し、品質パラメータに基づいてアクションを行うように構成される。
本発明の様々な他の特徴、目的、および利点は、添付の図面およびその詳細な説明から、当業者に明らかにされるであろう。
次の詳細な説明では、その一部を形成する添付の図面を参照し、図中には、実行することができる特定の実施形態を例として示す。これらの実施形態について、当業者が諸実施形態を実行できるように十分に詳細に説明するが、他の実施形態を利用できること、ならびにこれらの実施形態の範囲を逸脱することなく、論理的、機械的、電気的、およびその他の変更を行うことができることを理解されたい。したがって次の詳細な説明は、本発明の範囲を限定するものとして捉えるべきではない。
図1は、一実施形態に従った超音波撮像システム100の概略図である。超音波撮像システム100は、プローブ106内の素子104をドライブしてパルス超音波信号を身体(図示せず)に放射する送信ビームフォーマ101および送信機102を含む。一実施形態によれば、プローブ106は、2Dマトリクスアレイプローブとすることができる。しかしながら、他の実施形態により、四次元(4D)超音波データを取得することができるいかなる他のタイプのプローブも使用することができる。この開示のために、四次元超音波データ、または4D超音波データという用語は、ある期間にわたって取得された複数の3Dボリュームを含む超音波データを含むと定義する。4D超音波データは、3Dボリュームが時間とともにいかに変化するかを示す情報を含む。さらに図1を参照すると、パルス超音波信号が、血液細胞または筋肉組織のような体内の構造物から後方散乱されてエコーを作り出し、これが素子104に戻る。エコーは、素子104によって電気信号、または超音波データに変換され、電気信号は、受信機108によって受信される。受信されたエコーを表す電気信号は、受信ビームフォーマ110を通過し、受信ビームフォーマ110が超音波データを出力する。一部の実施形態によれば、プローブ106は、送信ビームフォーミングおよび/または受信ビームフォーミングの全部または一部を行うための電気回路を含むことができる。例えば、送信ビームフォーマ101、送信機102、受信機108、および受信ビームフォーマ110の全部または一部は、プローブ106内に位置付けることができる。「走査」または「走査する」という用語もまた、本開示においては、超音波信号を送受信するプロセスを通してデータを取得することを指すように使用することができる。「データ」という用語は、本開示においては、超音波撮像システムを用いて取得される1つまたは複数のデータセットを指すように使用することができる。患者データの入力を制御する、走査パラメータまたは表示パラメータを変更するなど、超音波撮像システム100の動作を制御するために、ユーザインタフェース115を使用することができる。
超音波撮像システム100はまた、送信ビームフォーマ101を制御するためのプロセッサ116と、送信機102と、受信機108と、受信ビームフォーマ110とを含むことができる。プロセッサ116は、プローブ106と電子通信している。この開示のために、「電子通信」という用語は、有線通信と無線通信の両方を含むように定義することができる。プロセッサ116は、プローブ106を制御してデータを取得することができる。プロセッサ116は、素子104のどれがアクティブであるか、およびプローブ106から放射されるビームの形状を制御する。プロセッサ116はまた、ディスプレイ装置118とも電子通信しており、プロセッサ116はデータを処理して、ディスプレイ装置118上に表示するための画像にすることができる。プロセッサ116は、一実施形態によれば中央処理装置(CPU)を含むことができる。他の実施形態によれば、プロセッサ116は、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはグラフィックボードなど、処理機能を実行することができる他の電子構成要素を含むことができる。他の実施形態によれば、プロセッサ116は、処理機能を実行することができる複数の電子構成要素を含むことができる。例えばプロセッサ116は、中央処理装置、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、およびグラフィックボードを含む電子構成要素のリストから選択された2つ以上の電子構成要素を含むことができる。別の実施形態によれば、プロセッサ116は、RFデータを復調し、ローデータ(raw data)を生成する複合復調器(図示せず)を含むこともできる。別の実施形態では、処理チェーンの早いうちに復調を実行することができる。プロセッサ116は、複数の選択可能な超音波モダリティに従った1つまたは複数の処理動作をデータに行うように構成されている。エコー信号が受信されるとき、データは走査セッション中にリアルタイムで処理することができる。この開示のために、「リアルタイム」という用語は、いかなる意図的な遅延もなく行われる手順を含むように定義される。例えば、一実施形態は、7〜20ボリューム/秒のリアルタイムのレートで画像を取得することができる。しかしながら、リアルタイムのボリュームレートは、表示する各ボリュームのデータを取得するのにかかる時間の長さによって決まる可能性があることを理解されたい。したがって、比較的大きいボリュームのデータを取得するとき、リアルタイムのボリュームレートはより遅くなる可能性がある。よって一部の実施形態は、20ボリューム/秒よりもかなり速いリアルタイムのボリュームレートを有することがあるが、他の実施形態は、7ボリューム/秒よりも遅いリアルタイムのボリュームレートを有することがある。データは、走査セッション中に一時的にバッファ(図示せず)に格納し、ライブ操作またはオフライン操作で決してリアルタイムではなく処理することができる。本発明の一部の実施形態は、上述の例示的実施形態によりプロセッサ116で担当された処理タスクを担当するために複数のプロセッサ(図示せず)を含むことができる。例えば、第1のプロセッサを使用して、RF信号を復調および間引きすることができ、第2のプロセッサを使用して、データをさらに処理した後、画像を表示することができる。他の実施形態は、異なる配列のプロセッサを使用できることを理解されたい。
超音波撮像システム100は、例えば10Hzから30Hzのボリュームレートでデータを連続して取得することができる。データから生成される画像は、同様のフレームレートでリフレッシュすることができる。他の実施形態は、異なるレートでデータを取得し、表示することができる。例えば、一部の実施形態では、ボリュームのサイズおよび意図する用途に応じて10Hz未満の、または30Hzを超えるボリュームレートでデータを取得することができる。取得データの処理済みボリュームを格納するために、メモリ120が含まれる。例示的実施形態では、メモリ120は、超音波データのボリュームに値する少なくとも数秒を格納するのに十分な容量である。データのボリュームは、取得の順序または時間に従ってその検索を容易にするようにして格納される。メモリ120は、いかなる既知のデータ記憶媒体も含むことができる。
必要に応じて、造影剤を使用して、本発明の諸実施形態を実行することができる。造影撮像は、マイクロバブルを含む超音波造影剤を使用するとき、解剖学的構造および体内の血流の強調された画像を生成する。造影剤を使用しながらデータを取得した後に、画像解析は、高調波成分と線形成分を分離する、高調波成分を強調する、強調された高調波成分を使用することによって超音波画像を生成することを含む。受信信号からの高調波成分の分離は、好適なフィルタを使用して行われる。超音波撮像に造影剤を使用することは、当業者にはよく知られており、したがってさらに詳細に説明しない。
本発明の様々な実施形態では、プロセッサ116により他のモード関連モジュールまたは様々なモード関連モジュールによって(例えば、Bモード、カラードップラ、Mモード、カラーMモード、スペクトルドップラ、血管弾性解析法(Elastography)、TVI、歪み、歪み率など)データを処理して2Dまたは3Dデータを作成することができる。例えば、1つまたは複数のモジュールは、Bモード、カラードップラ、Mモード、カラーMモード、スペクトルドップラ、血管弾性解析法、TVI、歪み、歪み率、およびその組合せなどを生成することができる。画像ビームおよび/またはボリュームは格納され、データがメモリに取得された時間を示すタイミング情報を記録することができる。モジュールは、例えば、画像ボリュームをビーム空間座標からディスプレイ空間座標に変換するために走査変換操作を行う走査変換モジュールを含むことができる。患者に処置が行われている間にメモリから画像ボリュームを読み取り、リアルタイムで画像を表示するビデオプロセッサモジュールを提供することができる。ビデオプロセッサモジュールが画像を画像メモリに格納することができ、画像メモリから画像が読み取られ、表示される。
図2は、一実施形態に従ったボリュームの概略図である。ボリューム200は、図1に示したプローブ106によって取得することができ、前述のようにプローブ106は、2Dマトリクスアレイとすることができる。ボリューム200は、プローブ106に対するその寸法に基づいて定義することができる。例えば、ボリューム200に対して、仰角方向202、奥行き方向204、および方位角方向206がすべて示される。以下に詳細に説明するように、ボリューム200は、第1の部分ボリューム208と、第2の部分ボリューム210と、第3の部分ボリューム212とを含む。
図3は、例示的実施形態に従った方法のフローチャートである。フローチャートの個々のブロックは、方法300に従って行うことができるステップを表す。さらなる実施形態は、異なる順序で示すステップを行うことができる、および/または、さらなる実施形態は、図3に示していないさらなるステップを含むことができる。方法300の技術的効果は、以下ROIと呼ぶ関心領域から取得される体動データに基づいた品質パラメータの計算である。図1の超音波撮像システム100のプロセッサ116が方法300を実施する例示的実施形態に従って、方法300を説明する。さらに、胎児の心臓の4D超音波データが3つの部分ボリュームで取得される実施形態に従って、方法300を説明する。方法300は、他の臓器または解剖学的構造の4D超音波データを取得するためにも同様に使用することができることを、当業者には理解されたい。方法300はまた、異なる数の部分ボリュームを有するROIの4D超音波データを取得するために使用することもできる。例えば方法300は、わずか2つの部分ボリュームを有するROI、または4つ以上の部分ボリュームを有するROIの4D超音波データを取得するために使用することもできる。
図1、2、および3を参照すると、ステップ302においてユーザは、ボリューム200のようなROIを選択する。ユーザは、ユーザインタフェース115を介した入力に基づいてROIの範囲を選択することができる。ROIは、検査中の臓器または組織の一部または全部を示すように選択することができる。例示的実施形態によれば、ROIは、乳児の心臓を含むように選択することができる。他の実施形態によれば、ROIは、成人の心臓など、他の臓器を含むように選択することができる。
ステップ304においてプロセッサ116は、ROIを第1の部分ボリューム208、第2の部分ボリューム210、および第3の部分ボリューム212のような複数の部分ボリュームに分割する。プロセッサ116は、4D超音波データの所望の特性、超音波撮像システム100の技術的仕様に基づいて、またはユーザインタフェース115を介して受信されるユーザ入力に基づいて、ボリューム200を部分ボリュームに分割する方法を決定することができる。例えば、ユーザは、ユーザインタフェース115を介して4D超音波データの所望の特性を選択することができる。これらの特性は、時間分解能、線密度、総取得時間などのような変数を含むことができる。プロセッサ116は、4D超音波データの所望の特性を、超音波撮像システム100の技術的仕様と比較することができる。例えば、ROIが乳児の心臓を含む例示的実施形態によれば、プロセッサ116は、ROI全体に所望の線密度および時間分解能、あるいはリフレッシュレートを得るためにいくつの部分ボリュームが必要であるかを計算することができる。例示的実施形態によれば、プロセッサ116は、ROIを3つの部分ボリュームに分割する。しかしながら、ROIは、他の実施形態に従って異なる数の部分ボリュームに分割できることを、当業者には理解されたい。部分ボリュームの形状および/または向きも同様に、他の実施形態により異なることがある。
次に、ステップ306において、プロセッサ116はROIの体動データの取得を制御する。例示的実施形態によれば、プロセッサ116は、部分ボリューム208、210、212の1つまたは複数についてMモードデータを取得するようにプローブ106を制御することができる。例えば、第1の部分ボリューム208について第1の直線214に沿ってMモードデータを取得することができ、第2の部分ボリューム210について第2の直線216に沿ってMモードデータを取得することができ、第3の部分ボリューム212について第3の直線218に沿ってMモードデータを取得することができる。他の実施形態によれば、方法300の間に部分ボリュームの1つのみから体動データを取得することができる。
ステップ308においてプロセッサ116は、ステップ306で取得された体動データに基づいて品質パラメータを計算する。一実施形態によれば、プロセッサ116は、いかなる不要な動きについても体動データを解析することによって品質パラメータを計算することができる。品質パラメータを計算する例示的方法について、図4を参照して以下に説明する。その後プロセッサ116は、ステップ310において体動データに基づいて計算された品質パラメータを表示する。次に、ステップ312においてプロセッサ116は、この品質パラメータが許容できるかどうかを判断する。品質パラメータが許容できない場合、方法300はステップ306に戻る。最も新しく取得された体動データに基づく品質パラメータが許容できるようになるまで、ステップ306、308、310、および312を複数回繰り返すことができる。
しかしながら、プロセッサ116がステップ312において品質パラメータは許容できると判断し、したがってROI内の不要な動きは閾値量よりも少ない場合、方法300はステップ314へ進み、ROIの4D超音波データを取得する。他の実施形態によれば、ステップ310を省くことができ、プロセッサ116は、品質パラメータを表示せずに、品質パラメータが許容できるかどうかを判断することができる。
図4は、一実施形態に従ったある期間にわたるMモードのトレースを示すグラフである。グラム400は、y方向402で深度を、x方向404で標準時間を表す。グラフ400中の画素の各列(column)が、単一Mモードの取得またはトレースを表す。Mモードのトレースが、単一直線の超音波データを表し、各トレースがグラフ400に表される。x方向404に沿った標準時間は、左から右へと増加し、Mモードのトレースが時間とともにどのように変化するかをグラフ400が示すことを意味する。グラフ400は、例示的実施形態により第1の直線214、第2の直線216、または第3の直線218のいずれか1つに沿って取得されたMモードのトレースを表すことができる。グラフ400は、心臓部のMモードのトレースが複数の心周期の期間にわたって取得された実施形態を示す。直線406より下のグラフ400の第1の部分405は、周期的運動を示している。一実施形態によれば、この周期的運動は、患者の心臓の律動的な鼓動に対応する可能性がある。第1の部分405には、およそ10の心周期の体動データが含まれている。グラフ400の第1の部分405は、健康な患者の周期的運動を呈する心臓の一部を表す。したがって、不要な体動を求めるために第1の部分405を解析することは望ましくない。しかしながら、直線406より上の第2の部分408は、通常の生理運動と一致する周期的運動を起こしていない解剖学的組織を含んでいる。したがって、体動を求めるためにグラフ400の第2の部分408によって表されるMモードデータの部分を解析することは望ましい。
一実施形態によれば、プロセッサ116は、第1の部分405で表されるような周期的運動を起こしているデータの部分を、第2の部分408で表されるような周期的運動を起こしていないデータの部分から分離するために、体動データに高速フーリエ変換を実行することができる。高速フーリエ変換は、周波数領域で体動データを表し、プロセッサ116が、鼓動している心臓のような周期的な生理運動によって予想される周波数の範囲内で周期的運動を示すデータの部分を容易に識別できるようにする。同様にプロセッサ116は、周期的な生理運動を示していない領域に対応する体動データを容易に識別することができる。グラフ400に示す例によれば、プロセッサ116は、直線406より下の体動データは周期的運動を示しているとして、および直線406付近の体動データは周期的運動を示していないとして識別する。
次いでプロセッサ116は、直線406より上の第2の部分408で表されるデータを解析することができる。やはり周波数領域の間は、プロセッサ116は体動データを解析して、いかなる不要な動きも識別することができる。組織が動いておらず、プローブ106が静止位置に保たれていると仮定すると、グラフ400の第2の部分408で表される体動データは、著しい体動を示すはずはない。したがってプロセッサ116は、体動データのこのサブセット内の変化について、体動データ内で探索することができる。プローブ106と撮像中の解剖学的組織との間で完全にゼロの動きを有することはほとんどありえないことを、当業者は理解するであろう。したがって、ある一定の大きさを上回る動きのみを、体動によって引き起こされた可能性があると識別するように、閾値またはフィルタを調整する必要がある。この閾値またはフィルタの設定は、実験的研究に基づいて決定することができる。
グラフ400は、不要な動きを示す領域410を含んでいる。第2の部分408に関しては、標準時間を表す水平方向に最小限の変動を有するはずである。しかしながら、領域410では、著しい不連続部が見られる。領域410は、深度412でプローブ106と検査中の組織との間に相対的な動きがあった間に取得されたMモードデータを含んでいる。第2の領域408はグラフ400に図示されているが、プロセッサ116は、体動データの高速フーリエ変換を調べることによって不要な体動を示す領域があることを識別することができることを理解されたい。不要な体動を識別するためにプロセッサ116がグラフ400のようなグラフを生成する必要はない。
一実施形態によれば、図4に関する上述の解析を、部分ボリュームのそれぞれに取得された体動データに対して繰り返すことができる。言い換えれば、直線214、216、および218に沿って体動データを取得することができるので、プロセッサ116は、直線214、直線216、および直線218に沿って得られる体動データを個々に解析することができる。前述のように、第1の直線214に沿って得られた体動データは第1の部分ボリューム208を表し、第2の直線216に沿って得られた体動データは第2の部分ボリューム210を表し、第3の直線218に沿って得られた体動データは第3の部分ボリューム212を表す。したがって、部分ボリュームのそれぞれからの体動データを解析することによって、プロセッサ116は、部分ボリュームのいずれか1つに不要な体動があるかどうかを判断することができる。
上述のように周波数領域でMモードデータを解析することは、不要な体動について体動データを解析する1つの例示的方法にすぎず、他の実施形態が体動データ中の不要な体動を識別する他の技術を使用できることを、当業者には理解されたい。
図3に戻ると、ステップ310においてプロセッサ116は、ステップ308において計算された品質パラメータをディスプレイ装置118に表示する。品質パラメータは、様々な実施形態によりアイコンとして、または色分けされたインジケータとして、表示することができる。例えば、品質パラメータが許容範囲内である場合、第1のアイコンを表示することができ、品質パラメータが許容範囲外である場合、第2のアイコンを表示することができる。品質パラメータは、品質パラメータのステータスを識別するために、色分けされた形と、アイコンの形の両方を含むことができる。ユーザは、ROIとプローブ106との間の不要な体動が許容レベル内であるかどうかに関するフィードバックのためにディスプレイ装置に表示された品質パラメータを見ることができる。
図5は、例示的実施形態に従った方法のフローチャートである。フローチャートの個々のブロックは、方法500に従って行うことができるステップを表す。さらなる実施形態は、異なる順序で示すステップを行うことができる、および/または、さらなる実施形態は、図5に示していないさらなるステップを含むことができる。方法500の技術的効果は、ROI内の体動に基づいた品質パラメータの計算である。図1の超音波撮像システムのプロセッサ116が方法を実施する例示的実施形態に従って、方法500を説明する。さらに、心臓の4D超音波データが3つの部分ボリュームで取得される実施形態に従って、方法500を説明する。
図1、2、および5を参照すると、ステップ502においてユーザは、ROIのようなROIを選択する。ユーザは、ユーザインタフェース115を介した入力に基づいてROIの範囲を選択することができる。
ステップ504においてプロセッサ116は、ROIを第1の部分ボリューム208、第2の部分ボリューム210、および第3の部分ボリューム212のような複数の部分ボリュームに分割する。プロセッサ116は、4D超音波データの所望の特性、超音波撮像システム100の技術的仕様に基づいて、またはユーザインタフェース115を介したユーザ入力に基づいて、ROIを部分ボリュームに分割する方法を決定することができる。例示的実施形態によれば、ROIは、乳児の心臓を含むことができる。プロセッサ116は、ROI全体に所望の線密度および時間分解能、あるいはリフレッシュレートを得るために、いくつの部分ボリュームが必要であるかを計算することができる。ROIは、他の実施形態に従って異なる数の部分ボリュームに分割できることを、当業者には理解されたい。部分ボリュームの形状および/または向きも同様に、他の実施形態により異なることがある。
次に、ステップ506においてプロセッサ116は、部分ボリュームの1つの超音波データを取得するために、超音波撮像システム100中の特定の構成要素を制御する。一実施形態によれば、プロセッサ116は、送信ビームフォーマ101、送信機102、プローブ106、受信機108、および受信ビームフォーマ110を制御して、第1の部分ボリューム208の超音波データの1つのボリュームを取得することから始める。次に、第1の部分ボリューム208のデータの1つのボリュームを取得した後に、方法300はステップ508に進み、プロセッサ116は、部分ボリューム208、210、212のうちの少なくとも1つについて体動データの取得を制御する。例示的実施形態によれば、プロセッサ116は、部分ボリューム208、210、212のそれぞれについて1つもしくは複数の直線のMモードデータのまたは合成Mモードデータを取得するようにプローブ106を制御することができる。例えば、第1の部分ボリューム208について第1の直線214に沿ってMモードデータを取得することができ、第2の部分ボリューム210について第2の直線216に沿ってMモードデータを取得することができ、第3の部分ボリューム212について第3の直線218に沿ってMモードデータを取得することができる。他の実施形態は、図2に示した直線以外の直線に沿ってMモードデータを取得することができることを理解されたい。さらに、一部の実施形態は、各部分ボリューム内の2つ以上の直線に沿って体動データを取得することができる。例えば、一実施形態は、様々な方向の体動を検出するために、様々な方向を向いている複数の直線に沿って体動データを取得することができる。さらに他の実施形態によれば、ステップ508は、ステップ506、508、510、512、514、516、および518の各繰り返しの間、単一直線のみに沿って体動データを取得することを含むことができる。
他の実施形態によれば、ROIの体動データは、異なる技術により取得することができる。例えばプロセッサ116は、超音波データ内の1つまたは複数のボリュームに基づいて合成Mモードデータを生成することができる。この開示のために、「合成Mモードデータ」という用語は、ある期間にわたって複数のフレームまたは複数のボリュームから単一直線の超音波データを抽出することを含むように定義する。合成Mモードデータは、通常のMモードデータと同様に、ある期間にわたるその単一直線を含む。しかしながら、合成Mモードデータは、個々に取得するのではなく、2D、3D、または4D超音波データから導き出す。さらに、他の実施形態によれば、体動データは、相関手法を使用することによって取得することができる。プロセッサ116は、隣接したボリューム間の動きの量を検出するために、4D超音波データの各ボリュームを既に取得したボリュームと比較し、相関手法を行うことができる。例えば、隣接したボリューム間でどの程度の動きが発生したかを検出するために、ブロックモデリングのような技法を使用することができる。「隣接した」という用語は、空間的に隣接したボリューム、時間的に隣接したボリューム、または位相に関して隣接したボリュームを指すことができると当業者には理解されたい。ブロックモデリングは、取得されたボリュームをそれぞれ複数のより小さいサブボリュームに分割し、次いでサブボリュームのそれぞれが時間とともにどのように動くかを追跡することを含む。合成Mモードデータまたは相関技法に基づいて体動データを取得することは、さらなる超音波データの取得を必要としない。代わりにプロセッサ116は、ステップ508で取得された4D超音波データから直接、体動データを取得することができる。
ステップ510においてプロセッサ116は、体動データから品質パラメータを計算する。ステップ512および514は、方法500の間に必要に応じて行うことができるオプションステップである。ステップ510ならびにオプションステップ512および514に関するさらなる詳細について、以下に説明する。
次にステップ516において、プロセッサ116は、ステップ506中に超音波データが取得された同じ部分ボリュームのさらなる超音波データを取得することが求められるかどうかを判断する。その部分ボリュームのさらなる超音波データを取得することが望ましい場合、方法500はステップ506に戻る。一実施形態によれば、複数の異なる心拍位相で部分ボリュームを表す超音波データを取得するために、少なくとも1つの心周期の長さのある期間にわたって各部分ボリュームの超音波データを取得することが望ましい。したがってプロセッサ116は、ステップ516において特定部分ボリュームのさらなる超音波データを取得することが望ましいかどうかを判断するために推定心拍数を利用することができる。例示的実施形態では、方法500は、少なくとも1つの心周期と同じ長さの時間量の間に、ステップ506、508、および510、オフションステップ512および/または514、ならびにステップ516を繰り返す。方法500が、ステップ506、508、および510、オプションステップ512および/または514、ならびにステップ516を繰り返すたびに、特定の部分ボリュームに対して超音波データの新しいボリュームを取得する。例えば、方法300は、第1の部分ボリューム208の超音波データの複数のボリュームを取得するために、ステップ506、508、および510、オプションステップ512および/または514、ならびにステップ516を周期的に繰り返すことができる。超音波データのボリュームのそれぞれが、異なる時点における、第1の部分ボリューム208のような部分ボリュームを表す。各部分ボリュームの超音波データの複数のボリュームは、部分ボリュームが時間とともにどのように変化するかを示すので、この開示のために、これらをまとめて4D超音波データと呼ぶ。また「4D超音波データ」という用語は、この開示のために、ROI全体のようなより大きいボリュームのある期間にわたる変化を示す超音波データを含むように定義する。ステップ506、508、および510、オプションステップ512および514、ならびにステップ516を複数回繰り返すことによって、方法500は、第1の部分ボリューム208の第1の4D超音波データを取得する。
しかしながら、第1の部分ボリューム208に対して十分な超音波データが取得されると、方法300はステップ518で次の部分ボリュームに進む。例示的実施形態によれば、第1の部分ボリューム208の4D超音波データは既に取得されたので、プロセッサ116は、一実施形態によれば第2の部分ボリューム210とすることができる次の部分ボリュームに進むことを決定する。次いで方法500は、少なくとも心周期と同じ長さのある時間の長さの間、第2の部分ボリューム210に対して第2の4D超音波データを取得するために、ステップ506、508、510、オプションステップ512および514、ならびにステップ516を繰り返す。次いでステップ518において、第2の部分ボリューム210に対して十分な4D超音波データが取得されると、方法500は、例示的実施形態によれば第3の部分ボリューム212とすることができる次の部分ボリュームに進む。
方法500は、次に、少なくとも患者の心周期と同じ長さの期間の間、第3の部分ボリューム212の4D超音波データを取得するために、ステップ506、508、510、オプションステップ512および514、ならびにステップ516を繰り返す。この結果として、患者の心周期の複数の異なる位相を表す第3の部分ボリューム212に対する4D超音波データを取得する。
ステップ510においてプロセッサ116は、体動データに基づいて品質パラメータを計算する。品質パラメータは、プローブ106とROIとの間に発生する不要な体動の量のインジケータである。プロセッサ116は、多くの様々な技術を使用して、品質パラメータを計算することができる。プロセッサ116は、各部分ボリュームについて個々に品質パラメータを計算することができ、またはプロセッサ116は、ROIについてまとめて品質パラメータを計算することができる。例示的実施形態によれば、プロセッサ116は、図4に関して前述した方法により品質パラメータを計算することができる。品質パラメータを計算することは、体動データ中に検出される不要な体動の量に基づいて点数を割り当てること含むことができる。
方法500は2つのループを含むことを、当業者は理解するであろう。内側のループが、ステップ506、508、510、オプションステップ512、オプションステップ514、およびステップ516を含む。また外側のループが、ステップ506、508、510、オプションステップ512、オプションステップ514、ステップ516、およびステップ518を含む。方法500が内側のループまたは外側のループを周期的に繰り返すたびに、ステップ508においてさらなる体動データを取得する。ステップ510において計算された品質パラメータは、オプションステップ512で表示することができる。別の実施形態によれば、複数の品質パラメータを計算することができ、各品質パラメータは、部分ボリュームのただ1つの中の体動データを表す。品質パラメータは、アイコン、色分けされたインジケータ、または他のタイプのグラフィカルインジケータおよび/または数字インジケータとして表示することができる。さらに、他の実施形態によれば、品質パラメータの値は、許容範囲外である場合、結果として可聴警告を生じることができる。ステップ512はオプションであるので、方法500が内側または外側のループを行うたびに、品質パラメータは表示されない可能性がある。ステップ512は、方法500が内側のループおよび/または外側のループを所定回数行った後にのみ、行うことができる。例えば、一実施形態によれば、品質パラメータは、各部分ボリュームの取得後に、ROI全体の取得後に、または様々な実施形態によるROI全体に対する4D超音波データの取得後に、表示することができる。他の実施形態によれば、品質パラメータは、方法の内側のループまたは外側のループのいずれかを通過するたびに更新し、表示することができる。ステップ512における品質パラメータの表示が、結果として4D超音波データを取得するプロセスの間の品質パラメータの表示となることを、当業者には理解されたい。ステップ512において品質パラメータを表示することによって、ユーザは4D超音波データを取得するプロセスの間の不要な体動に関するリアルタイムのフィードバックを提示される。例えばユーザは、4D超音波データを取得しながら、表示された品質パラメータを監視することができる。このようにユーザは、ROIの4D超音波データを取得するプロセスの間の過度の体動に関するリアルタイムのフィードバックを受信することができる。4D超音波データを取得するプロセスの間に品質パラメータを表示することによって、ユーザは、部分ボリュームのいずれかの中の不要な体動に関して非常に迅速にフィードバックを受信することができる。これは、ROI全体に対する4D超音波データの取得を完了するまで過剰な体動があることをユーザが識別することができない従来の技術にまさる著しい改善である。さらに、従来の技術では、ユーザはアーチファクトを手動で識別しなければならない。これに対して方法500は、品質パラメータにより体動データを非常に迅速にユーザに提供し、したがって、特定の状況ではユーザと患者の双方にかなりの時間を節約する。さらに他の実施形態によれば、ステップ152を省略することができ、方法は、品質パラメータの表示を含まないことが可能である。
オプションステップ514では、品質パラメータに基づいてアクションを行う。ステップ514で行われるアクションは、品質パラメータのステータスによって異なることが可能である。品質パラメータが許容できる場合、アクションは、4D超音波データに基づいて画像を生成すること、および画像をディスプレイ装置118に表示することを含むことができる。4D超音波データに基づいた画像は、既知の技術に従って部分ボリュームのそれぞれに対して4D超音波データを最初に結合することによって生成することができる。画像は、ROI内からの切片(slice)、ROIの一部もしくは全部に基づくボリュームレンダリング、またはステップ506で取得された4D超音波データの一部もしくは全部から生成される他のいかなるタイプの画像も含むことができる。品質パラメータが許容でき、したがって部分ボリュームにおいて不要な体動が限られているまたはないことを示す場合、アクションは、4D超音波データの取得をやめること、および/または4D超音波データに基づいて画像を表示すること含むことができる。方法500に示す実施形態によれば、ステップ512および514は、ROIの4D超音波データを取得するプロセスの間にリアルタイムで行うことができることを理解されたい。4D超音波データが所望の期間にわたって部分ボリュームのそれぞれに対して取得された場合、かつ品質パラメータが許容できる場合、さらなる4D超音波データを取得する必要はない可能性がある。
品質パラメータが許容できない場合、ステップ514において異なる例示的アクションを行うことができる。許容できない品質パラメータは、部分ボリュームの1つまたは複数に過剰な不要な体動があることを示す。一実施形態によれば、アクションは、品質パラメータが許容できるようになるまで4D超音波データを取得し続けることを含むことができる。これは、品質パラメータが許容できるようになるまで、ステップ506、508、510、オプションステップ512および514、ならびにステップ516を繰り返すことを伴うことができる。別の実施形態によれば、品質パラメータが過度の不要な体動を示す場合、ステップ514で行われるアクションは、ユーザが新規の取得を開始できるように、4D超音波データの取得をやめることを含むことができる。さらに、ユーザはプローブ106の位置を変え、患者が動かなくなるまで待った後にさらなる4D超音波データを取得することを希望することができる。ステップ514で行われるアクションは、プロセッサ116によって自動的に行うことができる、またはユーザによって手動で行うことができる。
別の実施形態によれば、品質パラメータが許容できない場合、プロセッサ116はROIの4D超音波データを取得し続けるようにプローブ106を制御するアクションを行うことができる。一部の実施形態によれば、プロセッサ116は、品質パラメータを計算し、品質パラメータを評価し、部分ボリュームのそれぞれに対して4D超音波データを取得するプロセスの間に、品質パラメータに基づいてアクションを行うことができることを理解されたい。例えばプロセッサは、ROIの4D超音波データを取得するプロセスの間に品質パラメータを表すためのアイコンまたはインジケータと共に画像を表示するアクションを行うことができる。
この明細書は、最良のモードを含む、本発明を開示するために、またいかなる当業者も、任意のデバイスまたはシステムを作成して使用すること、および組み込まれた任意の方法を行うことなど、本発明を実践できるようにするために、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義するが、当業者であれば思い付く他の例も含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの言葉と違わない構造的要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文字通りの言葉とわずかな違いを有する等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であるとする。
100 超音波撮像システム
101 送信ビームフォーマ
102 送信機
104 素子
106 プローブ
108 受信機
110 受信ビームフォーマ
115 ユーザインタフェース
116 プロセッサ
118 ディスプレイ装置
120 メモリ
200 ボリューム
202 仰角方向
204 奥行き方向
206 方位角方向
208 第1の部分ボリューム
210 第2の部分ボリューム
212 第3の部分ボリューム
214 第1の直線
216 第2の直線
218 第3の直線
300 方法
302 ROIを選択する
304 ROIを部分ボリュームに分割する
306 ROIから体動データを取得する
308 品質パラメータを計算する
310 品質パラメータを表示する
312 品質パラメータは許容できるか?
314 4D超音波データを取得する
400 グラフ
402 Y方向
404 X方向
405 第1の部分
406 直線
408 第2の部分
410 領域
412 深度
500 方法
502 ROIを選択する
504 ROIを部分ボリュームに分割する
506 部分ボリュームの超音波データを取得する
508 体動データを取得する
510 体動データから品質パラメータを計算する
512 品質パラメータを表示する
514 品質パラメータに基づいてアクションを実行する
516 部分ボリュームの取得を繰り返す?
518 次の部分ボリュームに進む?
101 送信ビームフォーマ
102 送信機
104 素子
106 プローブ
108 受信機
110 受信ビームフォーマ
115 ユーザインタフェース
116 プロセッサ
118 ディスプレイ装置
120 メモリ
200 ボリューム
202 仰角方向
204 奥行き方向
206 方位角方向
208 第1の部分ボリューム
210 第2の部分ボリューム
212 第3の部分ボリューム
214 第1の直線
216 第2の直線
218 第3の直線
300 方法
302 ROIを選択する
304 ROIを部分ボリュームに分割する
306 ROIから体動データを取得する
308 品質パラメータを計算する
310 品質パラメータを表示する
312 品質パラメータは許容できるか?
314 4D超音波データを取得する
400 グラフ
402 Y方向
404 X方向
405 第1の部分
406 直線
408 第2の部分
410 領域
412 深度
500 方法
502 ROIを選択する
504 ROIを部分ボリュームに分割する
506 部分ボリュームの超音波データを取得する
508 体動データを取得する
510 体動データから品質パラメータを計算する
512 品質パラメータを表示する
514 品質パラメータに基づいてアクションを実行する
516 部分ボリュームの取得を繰り返す?
518 次の部分ボリュームに進む?
Claims (13)
- プローブ(106)と、
ディスプレイ装置(118)と、
前記プローブ(106)および前記ディスプレイ装置(118)と電子通信しているプロセッサ(116)であって、
関心領域(ROI)を複数の部分ボリュームに分割し、
前記複数の部分ボリュームのそれぞれに対して4D超音波データを取得し、
前記4D超音波データを取得するプロセス中に前記複数の部分ボリュームのうちの少なくとも1つから体動データを取得し、
前記体動データに基づいて品質パラメータを計算し、
前記品質パラメータが許容できるかどうかを判断し、
前記品質パラメータに基づいたアクションを行う
ように構成されたプロセッサ(116)と
を備える、超音波撮像システム(100)。 - 前記品質パラメータが許容できない場合、前記アクションが、前記複数の部分ボリュームの1つのみに対してさらなる4D超音波データを取得することを含む、請求項1記載の超音波撮像システム(100)。
- 前記品質パラメータが許容できる場合、前記アクションが、所定の時間量の後に前記部分ボリュームのそれぞれからの4D超音波データの前記取得をやめることを含む、請求項1記載の超音波撮像システム(100)。
- 前記品質パラメータが許容できない場合、前記アクションが、前記部分ボリュームのそれぞれからの4D超音波データの前記取得をやめることを含む、請求項1記載の超音波撮像システム(100)。
- 前記プロセッサ(116)が、前記複数の部分ボリュームのそれぞれに対して体動データを取得するように構成された、請求項1記載の超音波撮像システム(100)。
- 前記品質パラメータが許容できない場合、前記アクションが、前記複数の部分ボリュームの1つのみに対してさらなる4D超音波データを取得することを含む、請求項5記載の超音波撮像システム(100)。
- 前記品質パラメータが許容できる場合、前記アクションが、前記4D超音波データに基づいて画像を表示することを含む、請求項1記載の超音波撮像システム(100)。
- 前記4D超音波データを取得する前記プロセス中に前記品質パラメータを表示することをさらに含む、請求項1記載の超音波撮像システム(100)。
- 前記体動データが、Mモードデータか、合成Mモードデータのいずれかを含む、請求項1記載の超音波撮像システム(100)。
- プローブ(106)と、
ディスプレイ装置(118)と、
前記プローブ(106)および前記ディスプレイ装置(118)と電子通信しているプロセッサ(116)であって、
関心領域(ROI)を複数の部分ボリュームに分割し、
前記ROIから体動データを取得し、
前記体動データに基づいて、前記ROIにおける不要な体動の量を示す品質パラメータを計算し、
前記品質パラメータが許容できる場合、前記複数の部分ボリュームのそれぞれに対して4D超音波データを取得するように前記プローブ(106)を制御する
ように構成されたプロセッサ(116)と
を備える、超音波撮像システム(100)。 - 前記品質パラメータが許容できる場合、前記プロセッサ(116)が、前記4D超音波データに基づいて画像を表示するようにさらに構成された、請求項10記載の超音波撮像システム(100)。
- 前記プロセッサ(116)が、前記品質パラメータをリアルタイムで計算するように構成された、請求項10記載の超音波撮像システム(100)。
- 前記体動データが、Mモードデータか、合成Mモードデータのいずれかを含む、請求項10記載の超音波撮像システム(100)。
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US13/557,603 | 2012-07-25 |
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