JP2004195253A - 超音波映像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】例えば心臓作用のような運動中の生の生物組織を超音波変換器(21)を使用して超音波検査を行う際の、解剖学的M−モード表示を生成する方法にして、2次元または3次元の超音波映像(22)の時系列を得る段階と、該時系列を、少なくとも1本の同時に記録された仮想M−モードライン(23)をもつデータセットを構成するように配列する段階と、該データセットを、仮想M−モードラインに沿って補間操作がされるように計算機処理をする段階と、計算結果の解剖学的M−モード表示を表示ユニットに表示する段階とを有する。
【選択図】図2
Description
1. 映像の品質。 心臓の種々の組織の間の境界面、接触面が明瞭に見えねばならぬ。これを実現するための最も重要な要因の一つは、超音波変換器を身体上の音響的特性が最適な点に位置させることである。かかる位置は度々「音響的窓」と称されている。老年の患者においては、これら窓は乏しく、発見困難である。
2. 整列性(Alignment)。 標準M−モード計測は、記録が特定の角度、通常は検査される心臓の組織に対して90°の角度に沿ってなされることを要求している。
3. 運動。 心臓は胸部内を収縮、弛緩しつつ動くから、心臓周期の1点において正しいM−モードライン位置は、同じ心臓周期の他の点においては不適切になる。これを手動で補整することは、探査器を心臓の鼓動に同期して動かさねばならぬから、非常に困難である。従って、多くのソノグラファ(音響記録器)は、M−モードラインすなわち変換器ビームを、固定した妥協の方向に向けている。
4. 壁肥厚化の解析。 冠状動脈疾患においては、観察すべき重要な要素は、種々の点における左心室筋肉の肥厚化である。
上述したように、単一音響ビームを時間の関数として写像することによるM−モード映像化のための技術は既に知られている。
解剖学的M−モードはまた後処理手段としての使用も可能であり、その場合は、使用者が2D/3D映像の経過を非常に速いフレーム率で、M−モード記録を行うことなく取得する。2Dデータが心臓を通る適切な切断/図解を含んでいる限り、使用者は解剖学的M−モードを後刻M−モード解析をするために使用し得る。
〔2〕B.Olstad の“空間データセット形成における映像変動の最大化”Journal of Electronic Imaging,1:245−265,1992年7月号。
〔3〕E.Steen,B.Olstad の“医学超音波映像における空間表示”映像解析に関する第8回スカンジナビア会議報告.Tromsφ,ノルウェー 1993年5月。
〔4〕G.Borgefors の“デジタル映像における距離変換”計算機映像、図形処理、34,1986,pp.344−371。
〔5〕Peter Seitz の“固体素子のカメラとデジタル信号処理を使用した光学的超解像度”光学工学27(7)1988年7月号。
本発明は既知の技術を背景として、従来のM−モードの計算方法を出発点とし、M−モード映像化を利用する確立した臨床的手段をとる。本発明は、2Dまたは3Dの超音波映像の時系列に基づいて、解剖学的M−モード表示を計算する新しい技術を記載している。解剖学的M−モードは、任意の、または仮想のタイトルM−モードラインに沿う仮想M−モード計測として導かれる。本発明の方法における新規で特殊な点は添付の特許請求の範囲に、さらに詳しく決められている。
1. 任意に位置され得る多数のM−モード表示が、2Dまたは3D取得資料に基づいて計算され得る。
2. M−モードラインの位置は走査地形に限定されることなく、自由に位置され得る。
3. 総体的心臓運動が、M−モードラインを心臓周期間の心臓の運動に応じて移動させることにより補整され得る。
4. 壁肥厚化解析が、M−モードラインを全心臓周期の間、心臓壁に直角に維持し得ることにより改良される。
5. 対象領域における参照点を、M−モード表示の所与のy軸上に固定することが出来、従って、相対的運動/肥厚化現象の視覚化を改良する。
6. 3D取得資料が、局部的M−モードラインから抜粋された特性を心室壁の色エンコーディングを伴って写像することにより視覚化され得る。
図1は従来のM−モード映像化を示している。超音波変換器11が、変換器の音響ビームを角度走査して得られる超音波映像12に関連して概略示されている。この従来の方法においては、M−モードラインまたは対応する音響ビーム13は、所与の点において固定され、該ビームに沿った超音波信号が時間の関数としてM−モード表示14に写像される。本先行技術においては、新時間サンプルが、1ビームのデータが収集され終わるや否や生成され得るから、極端な時間的解像度が達成される。他面、このM−モード映像化の先行技術は、M−モードライン13を音響的窓および走査図形に対応して位置させるという制限を受ける。
本発明は、M−モード映像が如何にして2Dまたは3D映像の時系列から、補間された表示を抜粋することにより生成され得るかに関している。“タイトル”M−モード表示24の概念が図2に示されている。この場合、“仮想”M−モードライン23は自由に移動可能であり、2D映像22の頂部に起源する音響ビーム(変換器21)と一致する必要はない。
図3は、2個のタイトルM−モード表示34A,34Bが、33A,33Bにそれぞれ示された仮想、タイトルM−モードラインを用いて、単一2D系列または映像32から計算されている例を示している。2Dまたは3D映像に基づきM−モード表示が生成されるから、任意の区域数をもつM−モード表示が生成可能であり、同一の心臓鼓動からの種々の寸法の解析を可能にしている。かくて、図2に1、2、3、4で示す取得時系列がデータセットを構成するように配列され、少なくとも1本の仮想M−モードライン23または図3における33A,33Bが設けられ、データセットと共に登録され、次に、これらが、関連する仮想M−モードラインに沿った補間を伴い計算機処理される。補間の重要性を以下さらに説明する。
心臓は胸部内を収縮、弛緩しながら動くから、心臓周期の1点において正しいM−モードライン位置は、同じ心臓周期の他の点においては正しくない。これは、手動で補整することが非常に困難であり、探査器を心臓の鼓動に同期して動かさねばならぬ。
本発明の解剖学的M−モードは、この運動に対し補整を行うことが出来る。図4はこの概念を説明する。使用者はM−モードライン43A,43Bの各位置を、心臓周期の違った点において、2D映像ループを、スクロールし、新M−モードライン位置を固定することにより決める。このために適切な計算機操作法またはソフトウェアが前述の文献に示したように当業者により利用可能であり、そこでは、“固定”M−モードライン43Aと43Bとの間にM−モードラインを補間し、M−モード表示44を生成し、該表示においては、各垂直線が位置指定のM−モードラインに対応して抜粋されている。
本方法においては明らかに、仮想M−モードラインの位置および/または方向は、図4の説明において言及した心臓鼓動以外の、生体組織または身体における律動的運動に対応して動かすことが可能である。
生の身体の時間と共に変化する器官の寸法を研究する際には、身体内の器官全体の変位を観察することなく、種々の組織の互いに対する相対的寸法を知ることが望まれることが多い。これは、筋肉組織の肥厚化が観察すべき重要な要素である心臓心室の収縮、弛緩を観察する際に特に興味がある。
冠状動脈の病気においては、観察すべき重要な要素は種々の位置における左心室筋肉の肥厚化である。前記文節に述べた技術を組み合わせることにより、本発明は図7に示すように、左心室壁肥厚化解析のための特に有用な手段を提供する。
各M−モード表示74A,74B,74Cは心室70の一部の局部的肥厚化と収縮とを示し、該各部は、対応する仮想M−モードライン73A,73B,73Cにより貫通されている。図7は、左心室70の短軸図と、前文節に記載した技術を用いて生成された3個の解剖学的M−モード表示74A,74B,74Cとを示している。
2D/3Dフレームの系列は、超音波サンプルの3次元または4次元配列、またはデータセットとして使用されるべくスキャナー/計算機の中に記憶される。この配列は、使用される変換器の探査地形に依存して、また、映像が記憶に先だって矩形のフォーマットに走査変換されたかどうかに依存して、違った地形特性を有している。説明のため、図8の構成においては、2D区域データが(典型的には、超音波スキャナーハードウェア変換器を使用して)走査変換されており、矩形データセットフォーマットを有して、〔x,y,t〕の次元をもつサンプルの3D配列として、ディスク/記憶装置に記憶されている。
本発明の1実施例に従い、補間を含む計算機処理の結果に対し、周縁強調の既知の映像処理を行い、計算機処理された解剖学的M−モード表示を製作することは、利点の多い他の段階である。
ここに説明する技術は全て2D系列と3D系列の双方の超音波映像に適用される。3D取得資料は、心臓の真の3D運動が評価され得るのであるから、上記運動補正の能力をさらに改良する。
M−モード表示を実際に生成することの他に、本発明の技術は左心室内の心内膜表面を横切る全ての点に対して解剖学的M−モードを抜粋するのに利用され得る。この構成が図9に例示されている。4次元超音波データセット92は、心臓周期の間に記録されたm短軸平面とn3D立方体とから成ると想定される。簡単のため図には、M−モード表示94A,94B,94Cにそれぞれ関連した3本の仮想M−モードライン93A,93B,93Cだけが図示されているが、同様なM−モード表示が、心室90の心内膜表面の全ての点または位置に関して存在すべきである。
本実施例のM−モードラインは心室壁表面の点または位置に関連しており、方向は心室壁に直角になっている。局部的M−モードの方向は、心室壁上の点の位置を示す2元の2次元または3次元の映像に対し2次元または3次元の距離変換を行うことにより得られる方向として計算される。距離変換に関する情報については文献〔4〕を参照されたい。
12 超音波映像
13 音響ビーム
14,24,34,74,94 M−モード表示
23,33,43,63,73,93 M−モードライン
66 参照点
88 切断面
92 データセット
Claims (8)
- 超音波映像を提供する装置であって、超音波ビームの組を発生させる変換器と、該超音波ビームの組に基づいて超音波情報を提供する第1の手段と、前記超音波ビームとは別個の仮想M−モード・ライン手段の少なくとも部分に基づいて像データを生成する第2の手段とを含み、前記超音波情報は、3次元(3D)超音波情報の時系列を含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記仮想M−モード・ラインは前記超音波ビームの組とは一致していないことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、更に、像データに関連した像を表示する表示手段を含むことを特徴とする装置。
- 請求項2に記載の装置において、前記解剖学的組織の関連の位置に基づいた色エンコード情報を含むことを特徴とする装置。
- 請求項3に記載の装置において、前記色エンコード情報は前記仮想M−モード・ライン手段に対する時間的変動に従っていることを特徴とする装置。
- 請求項3に記載の装置において、前記色エンコードは解剖学的組織の厚さに従っていることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記第2の手段は前記仮想M−モード・ライン手段の位置及び方向の少なくとも一方を変化させる手段を含むことを特徴とする装置。
- 請求項6に記載の装置において、前記第2の手段は前記解剖学的組織の運動時の異なる位置でのユーザ入力に基づき、前記仮想M−モード・ライン手段の位置及び方向の少なくとも一方を変化させ、該解剖学的組織の運動を補正するようになっていることを特徴とする装置。
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