JP2004209247A - ３次元超音波ボリュームをオフカートの精査場所へストリーミングする方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔場所においてリアルタイムで３次元画像を発生し、ユーザが画像最適化のためのスキャンパラメータを変更しうる超音波装置及び方法を提供する。
【解決手段】超音波システムは、超音波信号を送波する送波器、反射された超音波信号を受波する第１の受信器、反射された超音波信号を３次元データボリュームへ変換する第１の変換器、及び、３次元データボリュームをストリーミングする送信器を有する第１の装置を含む。超音波装置はまた、第１の装置からストリーミングされた３次元データボリュームを受信する第２の受信器、３次元データボリュームを３次元超音波画像へ変換する第２の変換器、及び３次元超音波画像を表示するディスプレイユニットを含む、第１の装置から遠隔の第２の装置を含む。臨床医は、第２の装置においてパラメータを変更し、捕捉制御パラメータが変更されうるよう、変更データをフィードバックとして第１の装置へ戻るよう送りうる。
【選択図】図２

Description

本発明は、オフカート（ｏｆｆ−ｃａｒｔ）のワークステーションで超音波画像を発生する超音波装置に係り、特にカート外のワークステーションでリアルタイム３次元画像を生成する超音波装置に関する。

超音波画像を精査する医師は超音波カートから遠隔の場所にいることが望ましい場合が多い。例えば、手術室内には、患者、医師、及び大きな超音波カートのために十分な空間がないかもしれない。更に、時間的な制約により、医師は超音波画像の撮影のときにそこにいることができないかもしれない。従って、超音波画像は、医師による後の分析のために超音波カートから遠隔ワークステーションへ転送される。

図１は、従来の超音波システム１００を示すブロック図である。超音波システム１００は、カートに載ったオンカート（ｏｎ−ｃａｒｔ）ワークステーション９０及びカートに載っていないオフカート（ｏｆｆ−ｃａｒｔ）ワークステーション８０を含む。オンカートワークステーション９０は、対象（図示せず）へ複数の超音波信号を送波するトランスデューサ１１０を含み、対象はトランスデューサ１１０によって受波されるべき超音波信号を反射する。

トランスデューサ１１０は、反射された超音波信号を超音波スキャナ１２０へ送信し、超音波スキャナ１２０は反射された超音波信号を整列させ加算し、検出された２次元フレームのストリームを発生する。加算演算により、２次元フレームは非常に高く圧縮された形式である。２次元フレームは、デカルト（Ｘ，Ｙ又は画素）形式のスキャンコンバートされた画像を発生するよう補間及びアップサンプリングを行うスキャンコンバータ１３０によって受信される。概して、デカルト形式は、２次元フレームよりも圧縮されていない形式である。デカルト画像の一般的な寸法は、１２８×１２８×１２８画素、或いは、２５６×２５６×２５６画素であるほど高い。これらのスキャンコンバートされた画像は、レンダリング（図示せず）の後のオンカート分析のためにディスプレイモニタ１４０へストリーミングされうる。

従来の超音波システム１００では、スキャンコンバートされた画像はそれらの大きな寸法のためオンカートワークステーション９０からオフカートワークステーション８０へストリーミングされることができなかった。その代わりに、データはバッチモードで転送され、即ち、１秒又は２秒間のデータがディスク又は他の記録媒体へダウンロードされ、これはオフカートワークステーション８０へ物理的に運ばれるか、ネットワークを通じて電子的にエクスポートされるか、インターネット又はイントラネットウェブサイト、又はコンピュータメモリでありうる記憶サーバ８２で記憶されうることを意味する。画像は、記憶サーバ８２から記憶されたデータを開くことによって検索され、レンダリング（図示せず）の後の分析のためにオフカートワークステーション８０のディスプレイモニタ８４上に表示される。

従来の超音波システムは、前のオフカートワークステーションが例えばデカルト形式の伸長されたデータを必要とするため、より小さい圧縮されたデータをストリームすることはできなかった。これは、以前のオフカートワークステーションは、生データを容易に読み取り可能な伸長された形式へ伸長するのに必要なスキャンコンバータを具備していなかったからである。代わりに、バッチされたデータは、オンカートワークステーションにおいて、ＤＩＣＯＭ規格、即ち診断画像化及び医療における通信に関する規格、に従う普遍的な形式へスキャンコンバートされた。従って、異なる製造者からのスキャナが異なる形式でデータを発生したとしても、オフカートワークステーションはやはりバッチされたデータを読むことが可能である。

従来の超音波システム１００の不利な点は、オフカートワークステーション８０においてリアルタイムで３次元画像を発生することができない点である。「リアルタイム」とは、ユーザの視点から見て、システムが情報を処理し表示するのに非常に小さいが限られた時間がかかりうるが、ディスプレイモニタ８４上に発生された画像が特定の時点における患者の実際の状態を表わすことを意味する。従って、ユーザが検出できる限り、超音波画像は分析されている対象を同時に表示している。

従来の超音波システム１００の他の不利な点は、オフカートワークステーション８０にいるユーザ、即ち医師が、画像を最適化するために幾つかのスキャンパラメータを変更することができない点である。例えば、カートに載っていないユーザは、利得、焦点、送信周波数、受信周波数（高調波）、超音波を当てる角度等のスキャンパラメータを調整すること、又は、分析されている対象の完全に異なる部分を見ることを望みうる。最初の画像が満足のいくものでなければ、第２の超音波画像が発生されねばならない。このことは、患者が後の日に病院へ戻ってくることを必要とし、患者と医師の双方にとって非常に不便となる。

本発明は、超音波信号を送波する送信器と、反射された超音波信号を受波する第１の受信器と、反射された超音波信号を３次元データボリュームへ変換する第１の変換器と、３次元データボリュームをストリーミングする送信器とを有する第１の装置を含む。超音波システムは更に、第１の装置からストリーミングされた３次元データボリュームを受信する第２の受信器と、３次元データボリュームを３次元超音波画像へ変換する第２の変換器と、３次元超音波画像を表示する表示ユニットとを含み、第１の装置とは遠隔の第２の装置を更に含む。

本発明の利点は、添付の図面と共に、望ましい実施例の以下の説明から明らかとなりより容易に認められるであろう。本発明の望ましい実施例について、添付の図面に図示された例を参照して、詳細に説明する。実施例については、図面を参照することによって本発明を説明するために以下に説明する。

図２は、本発明による超音波システム２００を示すブロック図である。超音波システム２００は、オンカートワークステーション２９０とオフカートワークステーション２８０とを含む。オンカートワークステーション２９０は、対象へ超音波信号を発し、対象から超音波信号を受け取るトランスデューサ２１０を含む。トランスデューサ２１０は、２次元のフェーズド・アレイ・トランスデューサでありうる。２次元のフェーズド・アレイ・トランスデューサは、発せられた超音波信号を発生するために複数の素子を含むプローブ（図示せず）を含む。これらの素子は、例えば正方形、長方形、楕円形等の形状の２次元アレイに配置される。胎児の画像を発生するとき、素子の１次元の列を有する機械的なトランスデューサを用いることで十分である。

トランスデューサ２１０は次に、反射された超音波信号を超音波スキャナ２２０へ送信し、超音波スキャナ２２０は反射された超音波信号を整列させ加算し、３次元の検出された超音波耐性のストリームを発生する。加算演算により、検出された超音波ボリュームは非常に高く圧縮された形式である。超音波ボリュームは、オフカートワークステーション２８０へ、又はオンカートワークステーション２９０のスキャンコンバータ２３０のいずれかへ送られる。

超音波ボリュームがオフカートワークステーション２８０へ送られれば、それらはストリーミングされ、即ち、それらは単一のバッチで送られるのではなく、進行中のデータの組として連続的に送られる。このストリーミングは、無線でなされてもよく、物理的な回線を通じてなされてもよい。オフカートワークステーション２８０は、デカルト形式等のスキャンコンバートされた画像を発生するよう補間及びアップサンプリングを行うスキャンコンバータ２８１を含む。次に、レンダリングプロセッサ２８２は、伸長されたデータをレンダリングされた画像へレンダリングし、ディスプレイモニタ２８４はレンダリングされた画像を３次元超音波画像として表示する。３次元効果は、例えば、（１）観察者から遠く離れた対象が小さく見えるようにする透視投影、例えば鉄道線路は遠くでは一点に集まって見える、（２）観察者から遠く離れた対象を暗く見えるようにする奥行き依存陰影付け、及び、（３）影と共に奥行きを示す照明、といった技術を用いて達成される。オフカートワークステーション２８０では、操作者は、視点の回転、ボリュームからの観察者の距離、クロップ平面の向きと平行移動、投影の種類、即ち、正投影、透視投影、合成の種類、即ち、線形強度投影又は最大強度投影といった画像化パラメータを調整しうる。

そのために、データのボリューム全体（即ち２次元のレンダリングされた画像だけでない）が、そこへストリーミングされる限り、どんな処理もオフカートのワークステーションでデータに対して行われうる。例えば医師といった遠隔の臨床医は、ボリューム全体又はボリュームの一部のより良い視野又は透視図を得るためにボリュームを自由に回転させる。臨床医は、組織等を切り取るため切り取り平面即ちクロップ平面を動かす。レンダリングされた画像は、通常は捕捉中にのみ変更／調整される例えば利得、焦点、超音波を当てる角度等といったパラメータが遠隔の臨床医によって決められる／必要とされる視点から最適化されうるよう、超音波捕捉システム（オンカートワークステーション２９０）へ戻るように導かれる。遠隔の臨床医は、従来は捕捉中にのみ変更される制御、例えば利得、超音波を当てる角度、焦点、送信周波数、受信周波数等を変更するために、フィードバックの形で超音波オペレータによって使用されるパラメータを定義する。

或いは、超音波ボリュームは、スキャンコンバータ２３０、レンダリングプロセッサ２３５、及びディスプレイモニタ２４０を含む並列配置を用いてオンカートワークステーション２９０で解析されうる。本発明は、より多く圧縮された形式のデータはストリーミングするのがより容易であるという広い概念を用い、スキャンコンバータがどのようなものであるかによる形式である。

本発明は、画像の黒及び白の部分ではなくカラーモードで血流速度を表示するＣＦＭ（カラーフローモード）ディスプレイで使用されうる。他の適用は、血流信号の振幅が表示されるパワードップラー又は「アンギオ（ａｎｇｉｏ）」、及び、ＡＱ（音響定量化）を含む。本発明はまた、胎児の画像を表示するときに使用されうる。

本発明は、オフカートワークステーション２８０へ圧縮データをストリーミングすることが可能である。本発明はまた、オフカートワークステーション２８０において圧縮データをスキャンコンバートすることが可能である。これは、本発明は必ずしもＤＩＣＯＭ標準を必要としないが、代わりに、スキャナ２２０はスキャンコンバータ２８１によって理解されうるプロトコルを使用するためである。

本発明は、オフカートワークステーション２８０においてリアルタイムの３次元画像が発生されることを可能とするため、従来技術と比較して有利である。超音波信号の放出と３次元画像の表示の間の待ち時間は、１秒間以下である。更なる利点は、超音波解析が行われているときに画像が変更されうることであり、それにより満足のいかない画像の場合に第２の解析を行う必要をなくすことである。特に、カートに載っていないオフカートの操作者は、カートに載っているオンカートの操作者に対して、超音波を当てる角度、焦点、及び利得といった画像パラメータを調整するよう命令しうる。２人の操作者間の双方向のやりとりは、所望の画像が最初に入手できるよう解析を通じて維持されうる。

本発明の幾つかの望ましい実施例について示し、説明してきたが、当業者によれば、特許請求の範囲で決められる範囲を有する本発明の原理及び趣旨から逸脱することなく、この実施例が変更されうることを認識するであろう。

従来の超音波システムを示すブロック図である。 本発明による超音波システムを示すブロック図である。

符号の説明

２００ 超音波システム
２１０ トランスデューサ
２２０ 超音波スキャナ
２３０ スキャンコンバータ
２３５ レンダリングプロセッサ
２４０ ディスプレイモニタ
２８０ オフカートワークステーション
２８１ スキャンコンバータ
２８２ レンダリングプロセッサ
２８４ ディスプレイモニタ
２９０ オンカートワークステーション

Claims (24)

1. 検査場所から超音波信号を送波する段階と、
   対象から反射される超音波信号を受波する段階と、
   前記反射された超音波信号を３次元データボリュームへ変換する段階と、
   前記３次元データボリュームを遠隔場所へストリーミングする段階と、
   前記遠隔場所において前記３次元データボリュームを３次元超音波画像へ変換する段階と、
   前記遠隔場所において前記３次元超音波画像を表示する段階と、
   変更された３次元超音波画像を発生するよう前記遠隔場所において前記３次元画像の観察パラメータを変更する段階と、
   捕捉制御が前記遠隔場所において決められたパラメータに従って調整されうるよう前記変更された３次元画像を前記検査場所へストリーミングする段階とを含む、
   画像を発生する方法。
2. 前記３次元超音波画像を表示する段階は、前記３次元超音波画像をリアルタイムで表示することを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記３次元データボリュームを変換する段階は、
   前記３次元データボリュームをデカルトデータセットへスキャンコンバートすること、及び、
   前記３次元超音波画像を含むレンダリングされた画像を発生するよう前記デカルトデータセットをレンダリングすることを含む、
   請求項２記載の方法。
4. 一組のユーザ定義パラメータに従って超音波信号を送波する送波器、
   一組のユーザ定義制御に従って対象から反射された前記超音波信号を受波する第１の受信器、
   前記反射された超音波信号を３次元データボリュームへ変換する第１の変換器、
   前記３次元データボリュームを表示する第１のディスプレイ、及び、
   前記３次元データボリュームをストリーミングする第１の送信器を含む、
   第１の装置と、
   前記第１の装置からストリーミングされた前記３次元データボリュームを受信する第２の受信器、
   前記３次元データボリュームを３次元超音波画像へ変換する第２の変換器、及び、
   前記３次元超音波画像を表示する第２のディスプレイユニットを含む、
   前記第１の装置から遠隔の第２の装置とを含み、
   前記表示された３次元超音波画像は、前記第１の組のパラメータ及び制御が前記遠隔装置によって定義されるように調整されうるよう、観察パラメータを変更し、前記変更された３次元超音波画像を前記第１の変換器へ戻しうる、
   超音波システム。
5. 前記第１の送信器は、前記３次元データボリュームをリアルタイムでストリーミングし、前記第２のディスプレイユニットは、前記３次元超音波画像をリアルタイムで表示する、請求項４記載の超音波システム。
6. 前記第２の変換器は、
   前記３次元データボリュームをデカルトボリュームへ変換するスキャンコンバータと、
   前記デカルトボリュームを前記３次元超音波画像を含むレンダリングされた画像へ変換するレンダリングプロセッサとを含む、
   請求項５記載の超音波システム。
7. 前記３次元データボリュームは音響データを含む、請求項６記載の超音波システム。
8. 前記第２の装置は、
   前記３次元超音波画像を調整する調整ユニットと、
   前記調整された３次元超音波画像を前記第１の装置へストリーミングする第２の送信器とを含み、
   前記第１の装置は、前記調整された３次元超音波画像を表示する第１のディスプレイユニットを含む、
   請求項７記載の超音波システム。
9. 前記調整ユニットは、前記３次元超音波画像を切り取り、回転し、スライスする、請求項８記載の超音波システム。
10. 前記第１の送信器は、前記３次元データボリュームを前記第２の装置へ無線でストリーミングする、請求項９記載の超音波システム。
11. 前記送波器及び前記受信器は、２次元アレイトランスデューサを含む、請求項１０記載の超音波システム。
12. 前記３次元超音波画像は、ボリューム画像、バイプレーン画像、マルチプレーン画像、又は奥行き依存シェーディングを含む、請求項１１記載の超音波システム。
13. 複数の反射された超音波信号から３次元データボリュームを発生する第１の変換器、及び、
    第１の装置とは遠隔の第２の装置へ前記３次元データボリュームをストリーミングする送信器を含む、
    第１の装置と、
    前記３次元データボリュームを３次元超音波画像へ変換する第２の変換器、
    ユーザ入力に従って前記３次元超音波画像を表示するディスプレイユニット、及び、
    前記第１の装置におけるデータの捕捉を定義する一組の捕捉パラメータが調整されうるよう前記表示された３次元超音波画像を前記第１の装置へ戻るようストリーミングする手段を含む、
    第２の装置とを含む、
    超音波装置。
14. 前記ディスプレイユニットは、前記３次元超音波画像をリアルタイムで表示する、請求項１３記載の超音波装置。
15. 前記３次元データボリュームは音響データを含む、請求項１４記載の超音波装置。
16. 前記第２の変換器は、前記３次元データボリュームをデカルトデータボリュームへ変換し、前記デカルトデータボリュームを前記３次元超音波画像を含むレンダリングされた画像へ変換する、請求項１５記載の超音波装置。
17. 前記送信器は、前記３次元データボリュームを連続的にストリーミングする、請求項１６記載の超音波装置。
18. 前記超音波信号の送波と前記遠隔場所における前記３次元超音波画像の表示の間の時間は１秒間以下である、請求項５記載の超音波装置。
19. 前記３次元超音波画像はカラーフローマネジメント（ＣＦＭ）画像である、請求項４記載の超音波装置。
20. 前記第２のディスプレイユニットはカラーフローマネジメント（ＣＦＭ）を用いて前記３次元超音波画像を発生する、請求項４記載の超音波装置。
21. 前記３次元超音波画像はパワードップラー画像である、請求項４記載の超音波装置。
22. 前記第２のディスプレイユニットはパワードップラーを用いて前記３次元超音波画像を発生する、請求項４記載の超音波装置。
23. 前記３次元超音波画像は音響定量化（ＡＱ）画像である、請求項４記載の超音波装置。
24. 前記第２のディスプレイユニットは、音響定量化（ＡＱ）用いて前記３次元超音波画像を発生する、請求項４記載の超音波装置。

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