JP6227926B2 - 超音波イメージング・システム - Google Patents

Description

本発明は、一般的に云えば、超音波イメージング・システム、及び複数の部分ボリューム(partial volume)について４Ｄ超音波データを取得することによって関心領域についての４Ｄ超音波データを生成するための方法に関するものである。

現世代の超音波システムに結合される２Ｄ配列のプローブは、胎児心臓イメージングのような用途のための臨床的に適切なボリューム・サイズを取得するぼど充分に高速ではない。現在、従来の２Ｄ配列のプローブにより取得された単一のボリュームから所要の時間分解能及び所要の空間分解能の両方を達成することはできない。

その結果、或る従来の超音波システムはボリューム全体を低速で掃引して、掃引中に異なる場所で２Ｄ画像フレームを取得している。例えば、掃引には、典型的な胎児の心臓については８〜１２秒かかることがある。この掃引時間中、胎児の心臓は約１６〜３０回拍動することがある。各々の２Ｄ画像フレームの取得時の心臓位相を示す位相データは、Ｍモード取得からのデータに基づいて取得することができる。ＳＴＩＣ（時空間画像相関）のような従来の技術によれば、様々な心臓位相におけるボリューム全体のそれぞれの画像が、個別の心臓サイクルからのフレームを用いて「同期化」される。言い換えると、各ボリュームは、同じ心臓サイクル中に取得されない。代わりに、ボリュームの各スライス又は画像が、異なる心臓サイクル中に取得される。次いで、各々の心臓位相についての「同期化された」ボリュームを、完全な一つの心臓サイクルを表す順序に配置することができる。次いで、ユーザーはボリューム内からの任意の平面の画像を観察するように選択することができ、或いはユーザーはボリュームの幾分か又は全てのレンダリングを観察することができる。

ＳＴＩＣのような従来の技術には少なくとも２つの問題がある。すなわち、全てのデータを取得するのに時間が掛かりすぎること、及び得られたボリュームの仰角方向の分解能が制限されることである。具体的に述べると、各心臓サイクルから唯一つの２Ｄ画像フレームしか選択されないので、仰角方向の分解能は、取得の際の心臓サイクルの数に制限される。長い取得時間を要する技術を用いることは、モーション（体動）アーティファクトを生じるデータを取得する可能性が高くなる。例えば、２Ｄ配列のプローブを保持している臨床医と患者は共に、取得時間が長くなると動く可能性が大きくなる。２Ｄ配列のプローブと走査されている患者の解剖学的構造との間に何らかの相対的な動きがあると、モーション・アーティファクトが導入されることがある。また、患者の心臓の動きに何らかの不規則さがあると、付加的なモーション・アーティファクト又は空間アーティファクトが生じることがある。

このような理由などのため、４Ｄ超音波データを取得するための方法及び超音波イメージング・システムの改善が望ましい。

米国特許出願公開第２０１２０１２３２７６号

本書では、上述の欠点、不利な点及び問題に対処するが、それは以下の記載を読んで理解することによって明らかになろう。

一実施形態では、超音波イメージング方法が提供され、当該方法は、関心領域を、第１の部分ボリューム及び第２の部分ボリュームを含む複数の部分ボリューム(partial volume)に分割する段階を含む。当該方法は、推定心臓周期よりも長い第１の期間中に前記第１の部分ボリュームについて第１の４Ｄ超音波データを取得する段階を含む。当該方法は、前記推定心臓周期よりも長い第２の期間中に前記第２の部分ボリュームについて第２の４Ｄ超音波データを取得する段階を含み、該第２の期間は前記第１の期間の後に生じる。当該方法は、前記第１の４Ｄ超音波データを前記第２の４Ｄ超音波データと組み合わせて、前記関心領域についての４Ｄ超音波データを生成する段階を含む。当該方法は、前記関心領域についての前記４Ｄ超音波データに基づいて画像を生成して、該画像を表示する段階を含む。

一実施形態では、超音波イメージング方法が提供され、当該方法は、推定心臓周期を決定する段階、及び関心領域を、第１の部分ボリューム及び第２の部分ボリュームを含む複数の部分ボリュームに分割する段階を含む。当該方法は、前記推定心臓周期よりも長い第１の期間にわたって前記第１の部分ボリュームについて第１の４Ｄ超音波データを取得する段階を含む。当該方法は、前記第１の４Ｄ超音波データを取得するプロセス中に第１の位相データを取得し、該第１の位相データを前記第１の４Ｄ超音波データと関連付ける段階を含む。当該方法は、前記推定心臓周期よりも長い第２の期間にわたって前記第２の部分ボリュームについて第２の４Ｄ超音波データを取得する段階を含み、該第２の期間は前記第１の期間の後に生じる。当該方法は、前記第２の４Ｄ超音波データを取得するプロセス中に第２の位相データを取得し、該第２の位相データを前記第２の４Ｄ超音波データと関連付ける段階を含む。当該方法は、前記第１の４Ｄ超音波データを補間して第１の補間４Ｄ超音波データを生成する段階、前記第２の４Ｄ超音波データを補間して第２の補間４Ｄ超音波データを生成する段階、及び前記第１の補間４Ｄ超音波データを前記第２の補間４Ｄ超音波データと組み合わせて、１つの完全な心臓サイクルにわたる前記関心領域の４Ｄ超音波データを生成する段階を含む。当該方法は、前記関心領域の前記４Ｄ超音波データに基づいて画像を生成して、該画像を表示する段階を含む。

別の実施形態では、超音波イメージング・システムが提供され、当該システムは、プローブ、表示装置、並びに前記プローブ及び前記表示装置と電子通信関係にあるプロセッサを含む。前記プロセッサは、関心領域を第１の部分ボリューム及び第２の部分ボリュームに分割するように構成される。前記プロセッサは、推定心臓周期を決定するように構成される。前記プロセッサは、前記推定心臓周期よりも長い第１の期間にわたって前記第１の部分ボリュームについて第１の４Ｄ超音波データを取得するように前記プローブを制御し、且つ前記推定心臓周期よりも長い第２の期間にわたって前記第２の部分ボリュームについて第２の４Ｄ超音波データを取得するように前記プローブを制御するように構成される。前記プロセッサは、位相データを前記第１の４Ｄ超音波データ及び前記第２の４Ｄ超音波データの両方と関連付けて、前記位相データに基づいて前記第１の４Ｄ超音波データを前記第２の４Ｄ超音波データと組み合わせることにより、前記関心領域についての４Ｄ超音波データを生成するように構成される。前記プロセッサはまた、前記関心領域についての前記４Ｄ超音波データに基づいて画像を生成して、該画像を前記表示装置で表示するように構成される。

本発明の様々な他の特徴、目的及び利点は、当業者には、添付の図面及び以下の詳細な説明から明らかになろう。

図１は、一実施形態に従った超音波イメージング・システムの概略図である。 図２は、一実施形態に従った方法の流れ図である。 図３は、プローブと、一実施形態に従って３つの部分ボリュームに分割された関心領域とを示す概略図である。 図４は、一実施形態に従った相対心臓位相に対するボリューム取得のタイミングを示すグラフである。

以下の詳しい説明では、その一部を形成し且つ実施することのできる特定の実施形態を例として示した添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が該実施形態を実施することができる程度に詳しく説明しており、従って、他の実施形態を利用することができること、また実施形態の範囲から逸脱することなく論理的、機械的、電気的及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。従って、以下の詳しい説明は、本発明の範囲を制限するものとして解釈すべきではない。

図１は、一実施形態に従った超音波イメージング・システム１００の概略図である。超音波イメージング・システム１００は、送信ビーム形成装置１０１、及びパルス状超音波信号を身体（図示せず）内へ放出するためにプローブ１０６内の複数の素子１０４を駆動する送信器１０２を含む。プローブ１０６は、一実施形態に従って２Ｄ配列のプローブとすることができる。しかしながら、仰角方向に完全にステアリング可能であり且つ４次元（４Ｄ）超音波データを取得する能力を持つ任意の種類のプローブを、他の実施形態に従って使用することができる。本書での開示の目的のため、用語「４次元超音波データ（４Ｄ超音波データ）」は、或る期間にわたって取得された関心領域の複数のボリュームを含んでいる超音波データを含むものと定義される。４Ｄ超音波データは、１つのボリュームが時間につれてどのように変化するのかについての情報を含有する。各々のボリュームは複数の２Ｄ画像又はスライスを含むことができる。続けて図１を参照して説明すると、パルス状超音波信号が、身体内の様々な構造、例えば、血球、筋肉組織などから後方散乱されて、複数の素子１０４へ戻るエコーを発生する。それらのエコーは複数の素子１０４によって電気信号、すなわち、超音波データに変換され、それらの電気信号は受信器１０８によって受け取られる。受け取ったエコーを表す電気信号は、受信ビーム形成装置１１０に送られ、受信ビーム形成装置１１０は超音波データを出力する。実施形態によっては、プローブ１０６は、送信及び／又は受信ビーム形成の全て又は一部を行う電子回路を含むことができる。例えば、送信ビーム形成装置１０１、送信器１０２、受信器１０８及び受信ビーム形成装置１１０の全て又は一部をプローブ１０６内に配置することができる。用語「走査」はまた、本書では、超音波信号を送信して受信する過程を通してデータを取得することを表すために用いることがある。用語「データ」又は「超音波データ」は、本書では、超音波イメージング・システムにより取得された１つ又は複数のデータセットのいずれかを表すために用いることがある。ユーザー・インターフェース１１５は、患者データの入力を制御し、走査又は表示パラメータを変更すること等を含めて、超音波イメージング・システム１００の動作を制御するために使用することができる。

超音波イメージング・システム１００はまた、送信ビーム形成装置１０１、送信器１０２、受信器１０８及び受信ビーム形成装置１１０を制御するためのプロセッサ１１６を含む。プロセッサ１１６はプローブ１０６と電子通信関係にある。プロセッサ１１６は、データを取得するためにプローブ１０６を制御することができる。プロセッサ１１６は、複数の素子１０４の内のどれをアクティブにするかを制御し且つプローブ１０６から放出されるビームの形状を制御する。プロセッサ１１６はまた表示装置１１８と電子通信関係にあって、プロセッサ１１６はデータを処理して、表示装置１１８上に表示するための画像を生成することができる。本書での開示のために、用語「電子通信」は、有線接続及び無線接続の両方を含むものと定義することができる。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、ディ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）又はグラフィック・ボードのような、様々な処理機能を実行する能力を持つ他の電子装置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、様々な処理機能を実行する能力を持つ多数の電子装置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、ディ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、及びグラフィック・ボードを含む電子装置のリストの中から選択された２つ以上の電子装置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はまた、ＲＦデータを復調して生データを生成する複素復調器（図示せず）を含むことができる。別の実施形態では、復調は、処理系列においてより早い時期に行うことができる。プロセッサ１１６は、データについて複数の選択可能な超音波モダリティに従った１つ以上の処理動作を遂行するように構成することができる。データは、エコー信号を受信しているとき走査セッション中に実時間で処理することができる。本書での開示の目的のため、用語「実時間」とは、何らかの意図的な遅延を生じさせることなく遂行される処理手順を含むと定義される。例えば、一実施形態では、７〜２０ボリューム／秒の実時間ボリューム速度(volume rate) でデータを取得して表示することができる。しかしながら、実時間フレーム速度(frame rate)が、データの各ボリュームを取得するのにかかる時間の長さに左右されることがあることを理解されたい。従って、相対的に大きいボリュームのデータを取得するとき、実時間ボリューム速度は相対的に遅くなることがある。このように、或る実施形態では、２０ボリューム／秒よりもかなり速い実時間ボリューム速度を持つことがあり、他方、他の実施形態では、７ボリューム／秒よりも遅い実時間ボリューム速度を持つことがある。データは、走査セッション中にバッファ（図示せず）に一時的に記憶させて、ライブ又はオフライン動作において実時間よりも少ない時間で処理することができる。本発明の実施形態によっては、処理のタスクを取り扱う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のプロセッサを利用して、ＲＦ信号の復調及びデシメーションを行うことができ、また第２のプロセッサを用いて、画像を表示する前にデータを更に処理することができる。当然のことながら、他の実施形態では異なる構成配置のプロセッサを用いることができる。

超音波イメージング・システム１００は、例えば、１０Ｈｚ〜３０Ｈｚのボリューム速度で、データを連続的に取得することができる。データから生成された画像は、同様なボリューム速度でリフレッシュ（更新）することができる。他の実施形態では、異なる速度でデータを取得し表示することができる。例えば、或る実施形態では、ボリュームのサイズ及び意図した用途に応じて１０Ｈｚ未満の又は３０Ｈｚよりも大きいボリューム速度でデータを取得することができる。取得されたデータについての処理済みのフレームを記憶するためにモリ１２０が含まれる。模範的な実施形態では、メモリ１２０は、少なくとも数秒に相当する超音波データのフレームを記憶するのに充分な容量を持つ。データのフレームは、取得純情又は時間に従ってその検索を容易にする態様で記憶される。メモリ１２０は、任意の既知のデータ記憶媒体で構成することができる。

随意選択により、本発明の様々な実施形態は、造影剤を利用して具現化することができる。コントラスト・イメージングは、マイクロバブルを含む造影剤を利用したとき、身体内の解剖学的構造及び血流の増強画像を生成する。造影剤を利用してデータを取得した後、画像分析として、高調波及び線形成分を分離し、高調波成分を増強し、そして強調された高周波成分を利用することによって超音波画像を生成することが含まれる。受信信号からの高調波成分の分離は、適当なフィルタを使用して遂行される。超音波イメージングのために造影剤を使用することは、当業者に周知であり、従って更に詳しい説明は行わない。

本発明の様々な実施形態では、データはプロセッサ１１６によって他の又は異なるモードに関連したモジュール（例えば、Ｂモード、カラー・ドップラー、Ｍモード、カラーＭモード、スペクトル・ドップラー、エラストグラフィ、ＴＶＩ、歪み、歪み速度、等々）で処理して、２Ｄ又は３Ｄデータを形成することができる。例えば、１つ以上のモジュールが、Ｂモード、カラー・ドップラー、Ｍモード、カラーＭモード、スペクトル・ドップラー、エラストグラフィ、ＴＶＩ、歪み、歪み速度、及びそれらの組合せ、等々を生成することができる。画像ビーム及び／又はフレームが記憶され、またメモリにデータを取得した時点を表すタイミング情報を記録することができる。それらのモジュールには、例えば、画像フレームを座標ビーム空間から表示空間座標へ変換する走査変換動作を遂行する走査変換モジュールを含むことができる。患者についての処置が実行されている間に、メモリから画像フレームを読み出して、それらの画像フレームを実時間で表示するように、ビデオ・プロセッサ・モジュールを設けることができる。ビデオ・プロセッサ・モジュールは画像メモリに画像フレームを記憶させ、そこから画像を読み出して表示することができる。

図２は、模範的な実施形態に従った方法の流れ図である。流れ図の個々のブロックは、方法２００に従って遂行することのできる各段階を表す。別の実施形態では、異なるシーケンス（順序）で示された諸段階を遂行することができ、及び／又は別の実施形態では、図２に示されていない追加の段階を含むことができる。方法２００の技術的効果は、複数の部分ボリュームとして取得された４Ｄ超音波データから生成された画像の表示である。方法２００を模範的な実施形態に従って説明するが、方法２００は図１の超音波イメージング・システム１００のプロセッサ１１６によって具現化される。更に、方法２００は、胎児の心臓の４Ｄ超音波データを取得する場合の一実施形態に従って説明する。当然のことながら、他の実施形態に従って、方法２００は、大人の心臓の幾分か又は全ての４Ｄ超音波データを取得するために同様に用いることができる。

図１及び図２を参照して説明すると、段階２０２において、心拍数(heart rate)データが取得される。胎児の心臓に関する実施形態によれば、心拍数データを取得する段階は、超音波データを取得して、得られた超音波データを分析することにより、心拍数又は推定心拍数を確認することができる。例えば、複数の画像を或る期間に割って取得し、画像を処理することにより平均心拍数を決定することができる。或いは、Ｍモード・データを１つ以上の線に沿って取得して分析することにより、心拍数を決定することができる。まだ他の実施形態によれば、ＥＣＧ又は胎児ＥＣＧを用いることにより、位相データを取得し又は一心臓サイクル当り１つ以上のトリガを決定することができる。これらのトリガは心臓サイクルの特定の位相に関連付けることができ、また、このようなとき、それらのトリガを用いて、患者の心拍数の近似値を決定することができる。

段階２０４において、心拍数データに基づいて推定心臓周期が決定される。一実施形態によれば、プロセッサ１１６を使用して、推定心臓周期を計算することができる。推定心臓周期は、１つ以上の心臓サイクルに相当する心拍数データから決定することができる。推定心臓周期は、別の実施形態に従って他の技術により決定することができる。

次に、段階２０６において、ユーザーは、ユーザー・インターフェース１１５を介して所望の取得パラメータを入力することができる。取得パラメータには、関心領域（ＲＯＩ）、分解能、深度、画像モード、所望の時間分解能などの選択のようなパラメータを含むことができる。本書の開示の目的のために、用語「関心領域」は、１つのボリュームを含んでいると定義される。取得パラメータの幾分か又は全てを、超音波イメージング・システム１００のデフォルト設定の一部として予め選択することができる。

段階２０８において、プロセッサ１１６は、関心領域を複数の部分ボリュームに分割する。プロセッサ１１６は、段階２０６において入力された取得パラメータと、超音波イメージング・システム１００（具体的には、２Ｄ配列のプローブ１０６を含んでいる）の技術的能力とに基づいて、部分ボリュームのサイズ及び／又は分布を決定することができる。他の実施形態によれば、ユーザーは、部分ボリュームの位置及び／又は幾何学的形状を手動で選択することができる。

図３は、一実施形態に従って関心領域１５６を３つの部分ボリュームに分割したことを表す図である。図３にはまた、２Ｄ配列のプローブ１５２及び胎児の心臓１５４が示されている。関心領域１５６は、第１の部分ボリューム１５８、第２の部分ボリューム１６０及び第３の部分ボリューム１６２に分割される。組み合わせたとき、第１の部分ボリューム１５８、第２の部分ボリューム１６０及び第３の部分ボリューム１６２は関心領域１５６全体を包含する。図３に示された実施形態によれば、部分ボリューム１５８，１６０，１６２はオーバーラップしない。しかしながら、他の実施形態によれば、部分ボリューム１５８，１６０，１６２の各々は、任意の隣接した部分ボリュームとオーバーラップすることができる。すなわち、第１の部分ボリューム１５８は第２の部分ボリューム１６０とオーバーラップすることができ、第２の部分ボリューム１６０は第１の部分ボリューム１５８及び第３の部分ボリューム１６２の両方とオーバーラップすることができ、また第３の部分ボリューム１６２は第２の部分ボリューム１６０とオーバーラップすることができる。当然のことながら、関心領域１５６は、他の実施形態によれば異なる数の部分ボリュームに分割することができる。方法２００は、２つ又はそれ以上の任意の数の部分ボリュームについてデータを取得するために用いることができる。

図１、図２及び図３を参照して説明すると、段階２１０において、プロセッサ１１６は、第１の部分ボリューム１５８についてデータ・ボリューム（一ボリュームのデータ）を取得する。プロセッサ１１６は、送信ビーム形成装置１０１、送信器１０２、プローブ１０６、受信器１０８及び受信ビーム形成装置１１０を制御して、超音波データの取得を制御する。一実施形態によれば、プロセッサ１１６は、第１の部分ボリューム１５８内で異なる仰角で複数の２Ｄ画像フレームを取得することにより、第１の部分ボリューム１５８について超音波データを取得することができる。１つのボリュームについてのデータを取得するために複数の２Ｄ画像フレームを取得することは、当業者には周知である。次の段階２１２において、プロセッサは、Ｍモード・データの取得を制御する。Ｍモード・データの取得には、或る走査線に沿って相異なる時点にデータを取得することを含む。Ｍモード・データは取得するのに非常に高速であり、典型的には、運動を決定するために用いられる。他の実施形態では、Ｍモード・データの取得を、４Ｄ超音波データの取得とインターリーブ（交互配置）することができる。

段階２１４において、プロセッサ１１６は、第１の部分ボリューム１５８について超音波データの別のボリュームを取得することが望ましいかどうか決定する。追加の超音波データ・ボリュームを取得することが望ましい場合、方法２００は段階２１０へ戻り、段階２１０及び２１２が繰り返される。第１の部分ボリューム１５８又は他のいずれかの部分ボリュームについての各ボリュームを取得する速度は、段階２０６において選択された取得パラメータと超音波イメージング・システム１００の仕様とに依存して変わることがある。しかしながら、単一の心臓サイクル中に特定の１つの部分ボリュームについて多数のボリュームを取得することは可能なはずである。一実施形態によれば、プロセッサ１１６は、段階２０４の際に計算された推定心臓周期よりも長い時間にわたって第１の部分ボリューム１５８について４Ｄ超音波データを取得するように、超音波イメージング・システム１００の残りの部分を制御する。言い換えると、方法２００は、時間につれての複数のボリューム（これは、４Ｄ超音波データと呼ばれる）を取得するために、段階２１０、２１２及び２１４を繰り返す。別の実施形態によれば、プロセッサ１１６は、ＥＣＧ又は胎児ＥＣＧからのトリガを使用して、推定心臓周期の代わりに又は推定心臓周期を決定するのに加えて、患者の心臓周期よりも長い期間にわたって４Ｄ超音波データが取得されることを保証することができる。推定心臓周期よりも長い期間にわたって第１の部分ボリュームについて４Ｄ超音波データを取得した後、段階２１４において、プロセッサ１１６は、第１の部分ボリューム１５８について追加のボリュームを取得することがのぞまくないと決定し、そこで方法２００は段階２１６へ進む。

段階２１６において、プロセッサ１１６は、次の部分ボリュームへ進むのが望ましいかどうか決定する。模範的な実施形態によれば、第１の部分ボリューム１５８について第１の複数のボリュームを取得した後、次の部分ボリューム、すなわち、第２の部分ボリューム１６０へ進むのが望ましい。方法２００は、次いで、第２の部分ボリューム１６０について第２の複数のボリュームが取得されるまで、段階２１０、２１２及び２１４を繰り返す。第２の複数のボリュームは、時間につれての第２の部分ボリューム１６０を示し、包括的に第２の４Ｄ超音波データを呼ぶことができる。プロセッサ１１６は、第２の部分ボリューム１６０について複数のボリュームが、段階２０４の際に決定された推定心臓周期よりも長い期間にわたって繰り返し取得されるように、取得を制御する。所望の時間にわたって段階２１０、２１２及び２１４を繰り返して第２の４Ｄ超音波データを取得した後、プロセッサ１１６は、段階２１４において、第２の部分ボリューム１６０について別のボリュームを取得することが望ましくないと決定し、そこで方法２００は段階２１６へ進む。

段階２１６において、プロセッサ１１６は、次の部分ボリューム（これは、模範的な実施形態によれば、第３の部分ボリューム１６２とすることができる）へ進むのが望ましいと決定する。方法２００は、第３の４Ｄ超音波データを取得するために段階２１０、２１２及び２１４を繰り返す。模範的な実施形態によれば、第３の４Ｄ超音波データは、第３の部分ボリューム１６２が時間につれてどのように変化したかを示す。第１の部分ボリューム１５８及び第２の部分ボリューム１６０の場合と同様に、プロセッサ１１６は、推定心臓周期よりも長い時間にわたって第３の部分ボリューム１６２について４Ｄ超音波データを取得するように、超音波イメージング・システム１００の残りの部分を制御することができる。

プロセッサ１１６は、方法２００の複数回の繰返し中に段階２１２において取得された位相データを、第１の４Ｄ超音波データを取得するプロセス中に取得された第１の位相データと、第２の４Ｄ超音波データを取得するプロセス中に取得された第２の位相データと、第３の４Ｄ超音波データを取得するプロセス中に取得された第３の位相データとに分割することができる。他の実施形態によれば、位相データは、画像処理技術による４Ｄ超音波データの後処理中に決定することができる。プロセッサ１１６は、次いで、位相データを、４Ｄ超音波データの一部として取得された個々のボリュームと関連付けることができる。例えば、プロセッサ１１６は、複数の部分ボリュームの各々についての４Ｄ超音波データの一部である各ボリュームを、特定の位相と関連付けることができる。

３つの部分ボリューム１５８、１６０及び１６２の各々について４Ｄ超音波データを取得した後、段階２１６において、プロセッサ１１６は、充分な４Ｄ超音波データが取得されたと決定し且つ次の部分ボリュームへ進むことが望ましくないと決定する。従って、方法２００は段階２１８へ進む。

図４は、相対心臓位相に対するボリューム取得のタイミングを示すグラフである。グラフ１７０は、４つの心臓サイクルよりも僅かに長く示されている。グラフ１７０について、方法２００（図２に示す）に従ってデータを収集した模範的な実施形態に従って説明する。ｘ軸に沿った数字（０、０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５及び４）は相対心臓位相を示す。例示を目的として、曲線１７２が示されている。曲線１７２は、相対心臓位相をより明確に示すためにＥＣＧ曲線と同様な形状を持つ。曲線１７２に付けたマーク「×」は、それぞれ１つのデータ・ボリュームを取得する各時点を示す。

次に図２及び図４を参照して説明すると、曲線１７２上の各々の「×」は、方法２００の段階２１０においてそれぞれ１つのボリュームが取得された時点を表す。また各々の「×」は、部分ボリューム１５８、１６０及び１６２の内の１つの部分ボリュームについての１つのボリュームの取得を表す。一実施形態によれば、第１の部分ボリューム１５８（図３に示す）についての４Ｄ超音波取得は、時点Ｔ１に開始する。心臓周期は時点Ｔ１から時点Ｔ２までである。プロセッサ１１６は、段階２０４において決定された推定心臓周期よりも長い期間にわたって第１の部分ボリューム１５８についての４Ｄ超音波データの取得を制御する。図４を参照して説明すると、第１の部分ボリューム１５８についての４Ｄ超音波データの取得は、心臓周期よりも長い時点Ｔ３までにわたって続けられる。

時点Ｔ３で開始して、方法２００は、第２の部分ボリューム１６０について４Ｄ超音波データを取得する。心臓周期は時点Ｔ３から時点Ｔ４まで続く。しかしながら、第２の部分ボリューム１６０についての４Ｄ超音波データの取得は、心臓周期及び推定心臓周期よりも長い時点Ｔ５までにわたって続けられる。同様に、方法２００は、時点Ｔ５に開始して、第３の部分ボリューム１６２について４Ｄ超音波データを取得する。心臓周期は時点Ｔ５から時点Ｔ６までであるが、第３の部分ボリューム１６２についての４Ｄ超音波データの取得は、心臓周期及び推定心臓周期よりも長い期間である時点Ｔ７まで続けられる。

３つの部分ボリュームの各々について４Ｄ超音波データが取得された後、方法２００は段階２１８へ進む。 段階２１８において、プロセッサ１１６は４Ｄ超音波データを補間する。４Ｄ超音波データは、第１の部分ボリューム１５８についての第１の４Ｄ超音波データ、第２の部分ボリューム１６０についての第２の４Ｄ超音波データ、及び第３の部分ボリューム１６２についての第３の４Ｄ超音波データを含むことができる。一実施形態によれば、円で囲んだ「×」で表されたボリュームのみが、段階２１８の補間処理中に用いることができる。補間の結果、第１の部分ボリューム１５８について第１の補間４Ｄ超音波データ、第２の部分ボリューム１６０について第２の補間４Ｄ超音波データ、及び第３の部分ボリューム１６２について第３の補間４Ｄ超音波データが作成される。各々の部分ボリュームについての４Ｄ超音波データが一連のボリュームを含んでいるので、全体の関心領域の高品質４Ｄ画像のためには、同じ位相を持つボリュームを組み合わせることが必要である。４Ｄ超音波取得が取得の際に心臓サイクルに対してゲート駆動されないので、各ボリュームの相対位相が未知である。従って、位相データが４Ｄ超音波データに関連付けされた後、各々の部分ボリュームから時間的に同期したボリュームを生成するために幾分かの又は全てのボリュームの間で補間を行うことが必要なことがある。例えば、プロセッサ１１６は、先ず、心臓サイクルをカバーするために何個のボリュームが必要とされるかを決定することができ、次いで、プロセッサ１１６は、各々のボリュームについて所望の位相を計算することができる。所望の位相情報を用いて、プロセッサ１１６は、各補間のためのベースとしてどの取得されたボリュームを用いるかを決定する。多数の異なる種類の補間アルゴリズムを使用することができるが、その中には、線形補間アルゴリズム、段階的線形補間アルゴリズム、最近傍補間アルゴリズム、及び三次補間アルゴリズムが含まれる。

段階２１８において補間が完了した後、方法２００は段階２２０へ進み、そこで複数の部分ボリュームについての４Ｄ超音波データを組み合わせる。前に述べたように、段階２１８における補間は、複数の４Ｄ補間超音波データ集合の各々が同じ相対位相の複数のボリュームを含むことを保証する。それらの全てのボリュームが同じ相対位相を持っているので、個々の部分ボリュームを表す各々の補間４Ｄ超音波データ集合からのボリュームを空間的に一緒に繋ぐことができる。すなわち、３つの部分ボリュームの各々を表すボリュームを、複数の異なる心臓位相で組み合わせることができる。段階２２０において、関心領域の４Ｄ超音波データが生成され、これは各々の部分ボリュームについての４Ｄ補間超音波データに基づいた１つの完全な心臓サイクルを表す。

次に、段階２２２において、プロセッサ１１６は、４Ｄ超音波データから画像を生成する。該画像は、平面の静止画像、ボリューム・レンダリングされた画像、平面のシネ画像、又は４Ｄ超音波データから生成される任意の他の種類の画像とすることができる。一実施形態によれば、ユーザーが、ユーザー・インターフェース１１５からの入力に基づいて平面の場所を手動で選択することができ、或いは、プロセッサ１１６が、１つ以上の標準的な平面を自動的に選択することができる。段階２２４において、画像は、表示装置１１８で表示される。

当業者に知られているように、胎児の心拍数(heart rate)は、超音波データを取得するプロセス中にかなり変化することがある。例えば、胎児の心拍数がほんの数回の拍動の内に１０〜１５％程度変化することが極めて普通である。各部分ボリュームについての４Ｄ超音波データが推定心臓周期よりも長い期間にわたって取得されることを保証することによって、方法２００は、たとえ患者の心拍数が１５％以上も変化したとしても、心臓サイクルの所要の複数の位相の全てを含むように、複数の部分ボリュームの各々について充分な４Ｄ超音波データを取得する可能性を増大させる。例えば、推定心臓周期よりも少なくとも１５％長い時間にわたって或る部分ボリュームについて４Ｄ超音波データを取得することによって、本方法は、たとえ患者の心拍数が１５％速くなったとしても、完全な一心臓サイクルを表す複数のボリュームの取得を保証する。従って、推定心臓周期よりも長い期間にわたって４Ｄ超音波データを取得することによって、方法２００は、追加の超音波データの取得を必要とすることなく、心拍数の変動に容易に対処できるほど充分にロバストである。前に述べたように、模範的な実施形態によれば、推定心臓周期よりも約１５％長い期間にわたって４Ｄ超音波データを取得することが望ましい。これにより、最も一般的に生じる心拍数の変動に対処するのに充分な４Ｄ超音波データが獲得されるはずである。別の実施形態によれば、推定心臓周期よりも約３０％長い期間にわたって複数の部分ボリュームの各々について４Ｄ超音波データを取得することが望ましい。この場合、変動する心拍数に対処するために追加のバッファが設けられるが、それでもなお、従来の技術と比べて全取得時間が遙かに短くなる。他の実施形態によれば、推定心臓周期よりも少なくとも約１００％長い期間にわたって４Ｄ超音波データを取得することが望ましいことがある。推定心臓周期の２倍の長さの期間にわたって４Ｄ超音波データを取得することによって、プロセッサ１１６は、補間段階中に選ぶことのできる追加のボリュームを持つことになる。例えば、品質を改善したデータセットを生成するために、品質判定基準に基づいて、各部分ボリュームについて２つ以上の心臓サイクルにわたって取得された４Ｄ超音波データの内の限られた小集合のみを選択することができる。例えば、４Ｄ超音波データは、モーション・アーティファクト、コントラスト、画像安定性、エッジ検出、又は品質に潜在的に関係のある任意の他の判定基準について、検査することができる。他の実施形態によれば、各部分ボリュームについての４Ｄ超音波データは、推定心臓周期の１１５％〜２３０％の範囲内の期間にわたって取得することができる。推定心臓周期の１１５％〜２３０％の範囲は、たとえ心拍数が４Ｄ超音波データの取得中に１５％増大したとしても、複数の部分ボリュームの各々について２つの完全な心臓サイクルにわたる４Ｄ超音波データの収集を可能にする。

本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施できるようにするために、様々な例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。

１００ 超音波イメージング・システム
１０４ 複数の素子
１０６ プローブ
１５２ ２Ｄ配列のプローブ
１５４ 胎児の心臓
１５６ 関心領域
１５８ 第１の部分ボリューム
１６０ 第２の部分ボリューム
１６２ 第３の部分ボリューム
１７０ グラフ
１７２ 曲線
２００ 方法

Claims (11)

1. プローブ（１０６）、表示装置（１１８）、並びに前記プローブ（１０６）及び前記表示装置（１１８）と電子通信関係にあるプロセッサ（１１６）を含む超音波イメージング・システム（１００）であって、
   前記プロセッサ（１１６）が、
   関心領域（１５６）を、第１の部分ボリューム（１５８）及び該第１の部分ボリューム（１５８）とは異なる第２の部分ボリューム（１６０）を含む複数の部分ボリュームに分割し、
   推定心臓周期よりも長い第１の期間中に前記第１の部分ボリューム（１５８）から第１の４Ｄ超音波データを取得するように前記プローブ（１０６）を制御し、
   前記推定心臓周期よりも長く且つ前記第１の期間の後に生じる第２の期間中に前記第２の部分ボリューム（１６０）から第２の４Ｄ超音波データを取得するように前記プローブ（１０６）を制御し、
   前記第１の部分ボリューム（１５８）から取得された前記第１の４Ｄ超音波データを、前記第２の部分ボリューム（１６０）から取得された前記第２の４Ｄ超音波データと組み合わせて、前記関心領域についての４Ｄ超音波データを生成し、
   前記関心領域についての前記４Ｄ超音波データに基づいて画像を生成し、そして
   前記画像を前記表示装置（１１８）で表示するように、構成されていること、
   を特徴とする超音波イメージング・システム（１００）。
2. 前記プロセッサ（１１６）は、前記第１の４Ｄ超音波データ及び前記第２の４Ｄ超音波データを取得する前に心拍数を推定するように構成され、また前記プロセッサ（１１６）は、前記心拍数を用いて前記推定心臓周期を決定するように構成されている、請求項１記載の超音波イメージング・システム（１００）。
3. 前記プロセッサ（１１６）は、前記第１の４Ｄ超音波データ及び前記第２の４Ｄ超音波データを取得するプロセス中に位相データを取得するように構成されている、請求項１記載の超音波イメージング・システム（１００）。
4. 前記プロセッサ（１１６）は、前記位相データを前記第１の４Ｄ超音波データ及び前記第２の４Ｄ超音波データの両方と関連付けるように構成され、また前記プロセッサ（１１６）は更に、前記位相データに基づいて前記第１の４Ｄ超音波データを前記第２の４Ｄ超音波データと組み合わせるように構成されている、請求項３記載の超音波イメージング・システム（１００）。
5. 前記プロセッサ（１１６）は、前記第１の４Ｄ超音波データ及び前記第２の４Ｄ超音波データを取得するプロセス中にＭモード・データを取得することによって、前記位相データを取得するように構成されている、請求項３記載の超音波イメージング・システム（１００）。
6. 前記プロセッサ（１１６）は、胎児のＥＣＧにより前記位相データを取得するように構成されている、請求項３記載の超音波イメージング・システム（１００）。
7. 前記プロセッサ（１１６）は、前記プローブ（１０６）を制御して、前記推定心臓周期よりも少なくとも１５％長い第１の期間にわたって前記第１の４Ｄ超音波データを取得するように構成されている、請求項１記載の超音波イメージング・システム（１００）。
8. 前記プロセッサ（１１６）は、前記プローブ（１０６）を制御して、前記推定心臓周期よりも少なくとも３０％長い第１の期間にわたって前記第１の４Ｄ超音波データを取得するように構成されている、請求項１記載の超音波イメージング・システム（１００）。
9. 前記プロセッサ（１１６）は、前記プローブ（１０６）を制御して、前記推定心臓周期よりも少なくとも１００％長い第１の期間にわたって前記第１の４Ｄ超音波データを取得するように構成されている、請求項１記載の超音波イメージング・システム（１００）。
10. 前記プロセッサ（１１６）は、前記第１の４Ｄ超音波データを補間して第１の補間４Ｄ超音波データを生成するように構成され、また前記プロセッサ（１１６）は、前記第２の４Ｄ超音波データを補間して第２の補間４Ｄ超音波データを生成するように構成されている、請求項１記載の超音波イメージング・システム（１００）。
11. 前記プロセッサ（１１６）は、前記第１の補間４Ｄ超音波データを前記第２の補間４Ｄ超音波データと組み合わせて、前記関心領域についての前記４Ｄ超音波データを生成するように構成されている、請求項１０記載の超音波イメージング・システム（１００）。