JP2007289685A

JP2007289685A - 患者特異的情報に基づいて超音波撮像面を自動的に取得するためのシステム及び方法

Info

Publication number: JP2007289685A
Application number: JP2007102290A
Authority: JP
Inventors: Harald Deischinger; ハラルド・デイシンジャー; Peter Falkensammer; ピーター・フォルケンサマー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2007-11-08
Also published as: CN101057787B; DE102007018454A1; CN101057787A; US20070249935A1

Abstract

【課題】患者特異的情報に基づいて超音波撮像面を自動的に取得する。
【解決手段】本システム（１００）は、標的物体をその内部に有する関心対象ボリュームに関連付けされた超音波データを収集するためのトランスジューサ（１０６）を備える。本システム（１００）はさらに、関心対象ボリューム内部の基準面（３０２）を指定するためのユーザインタフェース（１２４）を備える。プロセッサ・モジュール（１１６）が、標的物体の形状とサイズの少なくとも一方を表す患者特異的情報（５０６）を受け取ると共に、基準面（３０２）及び超音波データを３Ｄ基準座標系にマッピングする。プロセッサ・モジュール（１１６）は、基準面（３０２）及び患者特異的情報（５０６）に基づいて３Ｄ基準座標系内の少なくとも１つの関心対象面（３０４〜３０６）を自動的に計算する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は全般的には、関心対象ボリュームの超音波撮像面を自動的に取得するためのシステム及び方法に関し、またより具体的には、患者特異的情報に基づいた自動撮像面計算に関する。

超音波システムは、多種多様な用途において、また多様な熟練レベルをもつ多種多様な個人によって使用される。多くの検査において、超音波システムのオペレータは所定のプロトコルに従って超音波画像の選択した組み合わせを検討する。超音波画像の所望の組み合わせを取得するために、オペレータは１つまたは複数の所望の撮像面を特定して取り込むための一連の操作を進める。所望の撮像面の収集及び表示の標準化を追求する自動式多平面イメージングと一般に呼ばれる少なくとも１つの超音波システムが提唱されている。この最近提唱された超音波システムによれば、標準化方式でボリュメトリック画像が収集されると共に、基準面が特定される。この基準面に基づいて超音波情報の収集ボリュームから複数の撮像面が自動的に取得されており、この際に複数の撮像面の各面の選択でユーザが細かに関与することはない。

しかし、従来の超音波システムはある種の限界に遭遇している。この従来の自動式多平面イメージングの処理は、標的物体を特有のものとさせている標的物体の特性、並びにサイズ及び形状と無関係に、かつこれらを考慮に入れずに進められている。このため基準面が特定されたときに、標的物体のサイズ及び形状が標準と異なっていると、自動計算された複数の画像が標的物体の内部においてあるいは標的物体を基準として適正に位置決めされないことがある。
米国特許出願公開第２００５／０２５１０３６号

異なる対象のタイプ、形状及びサイズに適応可能な状態を維持しながら自動式多平面イメージングを見込めるような改良式の方法及びシステムが必要とされたままである。

本発明の一実施形態では、関心対象ボリュームからの複数の面を自動的に表示するための診断用超音波システムを提供する。本システムは、その内部に標的物体を有する関心対象ボリュームに関連付けされた超音波データを収集するためのトランスジューサを備える。本システムはさらに、関心対象ボリュームの内部に基準面を指定するためのユーザインタフェースを備える。プロセッサ・モジュールは、標的物体の形状とサイズの少なくとも一方を表す患者特異的情報を受け取ると共に、基準面及び超音波データを３Ｄ基準座標系にマッピングさせる。このプロセッサ・モジュールは、基準面及び患者特異的情報に基づいて３Ｄ基準座標系内部の少なくとも１つの関心対象面を自動的に計算する。

例えば、関心対象ボリュームは胎児の器官（例えば、心筋層、頭、四肢、肝臓、臓器、その他）を成すことがある。この患者特異的情報は、幾何学的パラメータ（例えば、直径、周囲長、器官タイプの識別子、その他）を含むことがある。別法としてあるいは追加として、患者特異的情報は非幾何学的パラメータ（例えば、年齢、体重、性別、その他）を含むことがある。任意選択では、プロセッサ・モジュールは、３Ｄ基準座標系内部における関心対象面の位置及び方向を決定するために、基準面からの平行移動距離及び回転距離を計算することがあり、またこの平行移動及び回転距離は患者の年齢に基づいている。

図１は、本発明の一実施形態に従って形成させた超音波システム１００のブロック図を表している。超音波システム１００は、パルス状の超音波信号を身体内に送出するようにトランスジューサ１０６内部のアレイ状の素子１０４を駆動させる送信器１０２を含む。多種多様な幾何学構成が使用されることがある。超音波信号は、血球や筋肉組織などの身体内の構造から後方散乱され、素子１０４に戻されるエコーが生成される。このエコーは受信器１０８によって受信される。受信したエコーは、ビーム形成を実施してＲＦ信号を出力するビーム形成器１１０を通過させる。次いでこのＲＦ信号は、ＲＦプロセッサ１１２を通過させる。別法として、ＲＦプロセッサ１１２はＲＦ信号を復調してエコー信号を表すＩＱデータ対を形成する複素復調器（図示せず）を含むことがある。ＲＦまたはＩＱ信号データは次いで、一時的に保存するためにＲＦ／ＩＱバッファ１１４に直接導かれることがある。

超音波システム１００はさらに、収集した超音波情報（すなわち、ＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理し表示システム１１８上に表示させる超音波情報フレームを作成するための信号プロセッサ１１６を含む。信号プロセッサ１１６は、収集した超音波情報に対して複数の選択可能な超音波様式に従って１つまたは複数の処理操作を実施するように適応させている。収集した超音波情報は、エコー信号を受信しながら走査セッション中にリアルタイムで処理されることがある。追加としてまたは別法として、超音波情報は走査セッションの間はＲＦ／ＩＱバッファ１１４内に一時的に保存され、リアルタイム性がより低いライブ動作またはオフライン動作で処理されることがある。即座に表示する予定がない収集超音波情報の処理済みフレームを保存するために画像バッファ１２２が含まれている。画像バッファ１２２は周知の任意のデータ記憶媒体を含むことがある。

信号処理装置１１６は、信号処理装置１１６の動作を制御するユーザインタフェース１２４に接続されている（これについては、以下でさらに詳細に説明することにする）。表示システム１１８は、ユーザに対して診断及び解析のための診断用超音波画像を含む患者情報を提示している１つまたは複数のモニタを含む。

システム１００は、様々な技法（例えば、３Ｄ走査、リアルタイム３Ｄイメージング、ボリューム走査、位置決めセンサを有するトランスジューサによる２Ｄ走査、ボクセル相関技法を用いたフリーハンド走査、２Ｄまたはマトリックスアレイ・トランスジューサ、その他）によってボリュメトリックデータ組を取得する。関心領域（ＲＯＩ）を走査させながら、トランスジューサ１０６を直線軌道や弧状軌道などに沿って移動させている。直線や弧状の各位置において、トランスジューサ１０６は走査面を取得してメモリ１１４内に保存する。

図２は、患者特異的情報２０２と関心対象の所定の自動撮像面２０４との間の関係を保存しているテーブル２００を表している。このテーブル２００内において、各関心対象面２０４は一連の平行移動２０６と回転座標２０８のそれぞれに関連付けされている。図２の例では、３次元基準座標系はデカルト座標（例えば、ＸＹＺ）である。したがって、平行移動座標２０６は、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に沿った平行移動距離を表している。回転座標２０８は、Ｘ、Ｙ及びＺ軸の周りの回転距離を表している。平行移動座標２０６及び回転座標２０８は基準面から延びている。

図３は、本発明の一実施形態に従って基準面から自動的に計算できる撮像面を表したグラフである。図３は、基準面３０２を指定した際の３次元基準座標系３００を表している。基準面３０２は単一の２次元画像（例えば、Ｂモード画像その他）として収集されることがある。別法としてその基準面３０２は、関心対象ボリュームに対する３次元走査の一部として収集されることがある。例えばこの基準面は、胎児心臓の四腔像、右心室流出、左心室流出、環状アーチ（ｄｕｃｔａｌａｒｃｈ）、大動脈弓、静脈接続、及び３血管像を成すことがある。基準面３０２は、基準解剖構造３２４を包含するようになるまで調整されかつ方向変更される。基準面３０２が収集されると、これを３Ｄ基準座標系３００にマッピングさせている。図３の例では、基準面３０２は、３Ｄ基準座標系３００の原点３１１からＸ、Ｙ及びＺ軸に沿って距離３１３〜３１６に位置させている。

基準面３０２及び胎児年齢を収集した後、プロセッサ・モジュール１１６は胎児の年齢などの患者特異的情報に基づいて追加的な関心対象撮像面を自動的に計算する。患者特異的情報は、幾何学的パラメータ、非幾何学的パラメータ、あるいはこれらの組み合わせを成すことがある。患者特異的情報は、標的器官に関する１次元情報、２次元情報または３次元情報を提供することがある。幾何学的パラメータの例は、器官タイプの特定、直径、周囲長、長さ、器官寸法、その他である。器官タイプは、心臓、頭、肝臓、腕、脚、あるいは別の臓器とすることがある。非幾何学的パラメータの例は、年齢、体重、性別、その他である。例えば、妊娠１５週にある胎児を検査する際には、胎児の器官または関心エリアを、基準解剖構造３２４を基準として、画像３２５によって示した位置に位置決めすることがある。プロセッサ・モジュール１１６が胎児年齢を受け取ると、プロセッサ・モジュールはテーブル２００にアクセスして平行移動座標Ｘ１、Ｙ１及びＺ１と回転座標Ａ１、Ｂ１及びＣ１とを取得する。この平行移動及び回転座標から撮像面３０４の位置及び方向が決定される。

別法として、胎児が１７週にあるときは、胎児の器官または関心エリアを、基準解剖構造３２４を基準として、画像３２６及び３２７によって示した位置に位置決めすることがある。基準面３０２及び胎児年齢を収集した後に、プロセッサ・モジュール１１６は撮像面３０５及び３０６の位置及び方向を自動的に計算する。関心対象撮像面３０５〜３０６は３Ｄ基準座標系３００の内部に位置しているが、基準面３０２の位置からは所定の距離だけ平行移動及び回転させている。

したがって、各撮像面３０４〜３０６の位置は胎児年齢に基づいて基準面３０２を基準として規定される。例えば、撮像面３０６はＺ方向に基準面３０２から距離３１０だけ平行移動させており、一方撮像面３０４はＺ軸の周りに所定の角度の弧３１２だけ回転させている。撮像面３０５は、基準面３０２から複数の軸に対して平行移動と回転の両方を受けている。

図４は、本発明の一実施形態に従って基準面から自動的に計算できる撮像面を表した別のグラフである。図４では、３次元基準座標系４００をデカルト座標で表している。任意選択では、座標基準システムを極座標で規定することができる。任意選択では、基準座標系４００の原点４１１に合わせて基準面４０２をマッピングすることができる。図４の例では、胎児が２０週である場合は基準面４０２に基づいて撮像面４０４及び４０５が自動的に計算され、一方胎児が２２週である場合は基準面４０２に基づいて撮像面４０６〜４０７が自動的に計算される。撮像面４０６〜４０７は関心対象器官の長さの増大を見込んで基準面４０２からＺ方向でさらに大きな間隔としている。

図５は、本発明の一実施形態による事前収集した３Ｄデータ組から超音波撮像面を取得するための処理シーケンスを表している。５０２において開始され、関心対象ボリュームに関する超音波データの３Ｄデータ組が収集される。５０４では、関心対象ボリュームからユーザが基準面を選択する。ユーザが基準面を選択した後、この基準面が３次元基準座標系にマッピングされる。５０６では、関心対象ボリューム内部の関心対象器官の形状及び／またはサイズを表した患者特異的情報が入力される。例えば、患者特異的情報はユーザによって手入力される（例えば、胎児の年齢が入力される）ことがある。別法として、患者特異的情報は、基準面内部の別の解剖学的特性または構造から自動的に計算されることがある。さらに別の選択肢として、患者特異的情報は、検査中の患者に関する以前に保存され更新された医療履歴にアクセスすることによって取得されることがある。例えば胎児の年齢は、妊娠に従って以前に入力され更新されたその患者の医療履歴にアクセスすることによって患者の社会保障番号や別の一意のＩＤに基づいて自動的に計算されることがある。

５０８では、３次元基準座標系の内部の１つまたは複数の関心対象撮像面が計算される。５１０では、自動計算した撮像面と関連付けされた超音波画像が３Ｄデータ組から取得され、ユーザに対して所望のフォーマットで超音波画像として提示される。

図６は、本発明の一実施形態に従って選択２Ｄ超音波撮像面を取得するための処理シーケンスを表している。６０２では、関心対象ボリューム内部の関心対象器官の形状またはサイズを表している患者特異的情報が入力される。６０４では、関心対象ボリュームの内部から２次元超音波スライスまたは走査が収集される。６０４では、システムはまだ完全な３次元ボリュメトリック走査を実行する必要はない。それに代わって６０４において、単一のスライスまたは平面走査が収集されることがある。６０６では、関心対象ボリュームを通過する所望の基準面を収集するために、ユーザは探触子の方向及び位置を調整する能力が与えられる。６０８では、３Ｄ基準座標系の内部において選択基準面及び患者特異的情報に基づいて１つまたは複数の撮像面が計算される。６１０では、関心対象ボリュームの内部から１つまたは複数の選択２次元撮像面が収集される。収集したこの選択２Ｄ撮像面は、６０８で計算した関心対象撮像面に対応する。任意選択では、関心対象ボリュームの全体を走査する必要はなく、これに代わってシステムは、選択２Ｄ関心対象撮像面に関する超音波情報を収集するだけでよい。６１２では、この関心対象撮像面に対する超音波画像が表示される。

任意選択では、図６の任意の実施形態において、選択撮像面と関連付けさせた超音波画像は、有意の運動情報を提供するために胎児心拍数と比べて十分に大きなフレームレートでリアルタイムで連続して更新されることがある。

図７は、本発明の一実施形態に従って計測した解剖学的構造に基づいて超音波撮像面を取得するための処理シーケンスを表している。７０２で開始されて、システムは、関心対象ボリュームに対する３Ｄデータ組と関心対象ボリュームを通過する１つまたは複数の２次元スライスとのうちの一方を収集する。７０４では、ユーザが走査方向を調整し関心対象ボリュームを通過する選択基準面を取得する。７０６では、基準面と関心対象ボリュームの一方または両方の内部で解剖学的構造に関する計測値が取得される。例えば、解剖学的構造は胎児内部で選択された骨を表すことがある。選択骨の長さを計測することによって、胎児の年齢を自動的に決定することがある。

７０８では、ボリュームの形状またはサイズを表す患者特異的情報が推定される。７１０では、３Ｄ基準座標系から関心対象撮像面が計算され、また７１２では３Ｄデータ組が収集される（既に完了している場合を除く）。７１４では、関心対象撮像面に対応して１つまたは複数の超音波画像が表示される。

図８は、本発明の一実施形態に従ってリアルタイムで連続して更新される３Ｄデータ組内で超音波撮像面を取得するための処理シーケンスを表している。８０２では、患者特異的情報が推定されるか入力される。患者特異的情報はボリュームの形状またはサイズを表している。８０４では、３Ｄ基準座標系において関心対象撮像面が計算される。図８の例では、８０４ではまだ基準面が計算されていない。これに代わって８０４では、所定の３Ｄ基準座標系の原点を基準として撮像面が計算される。この撮像面は、基準座標系及び続いて収集されるボリュメトリックデータ組が３Ｄ基準座標系の内部でこの原点を基準として周知の方式でマッピングを受けるという仮定に基づいて所定の３Ｄ基準座標系に投射される。

８０６では、関心対象ボリュームを通過する選択基準面を取得するように探触子が位置決めされる。８０８では、ボリュメトリック超音波データの３Ｄデータ組が収集される。ボリュメトリックデータ組は、３Ｄ基準基準系の原点を基準として基準面が既知の位置及び方向に位置決めされるようにして３Ｄ基準座標系にマッピングされる。８１０では、８０４で計算した撮像面に関して超音波画像が取得される。８１２では、超音波画像が表示される。

上述した方法及びシステムは、多種多様な患者タイプ、診断、器官その他と関連して利用され得ることを理解されたい。例えばその器官は、心臓、頭、肝臓、腕、脚、その他とすることがある。

様々な特定の実施形態に関して本発明を記載してきたが、本発明が本特許請求の範囲の精神及び趣旨の域内にある修正を伴って実施できることは当業者であれば理解されよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の一実施形態に従って形成した診断用超音波システムのブロック図である。本発明の一実施形態に従った患者特異的情報と作成する自動撮像面との間の関係付けを保存しているテーブルである。本発明の一実施形態に従って基準面から自動的に計算できる撮像面を表したグラフである。本発明の一実施形態に従って基準面から自動的に計算できる撮像面を表した別のグラフである。本発明の一実施形態に従って事前収集３Ｄデータ組から超音波撮像面を取得するための処理シーケンスである。本発明の一実施形態に従って選択した２Ｄ超音波撮像面を取得するための処理シーケンスである。本発明の一実施形態に従って計測した解剖学的構造に基づいて超音波撮像面を取得するための処理シーケンスである。本発明の一実施形態に従ってリアルタイムで連続更新される３Ｄデータ組の超音波撮像面を取得するための処理シーケンスである。

符号の説明

１００超音波システム
１０２送信器
１０４素子
１０６トランスジューサ
１１０ビーム形成器
１１２プロセッサ
１１４バッファ
１１６プロセッサ
１１８表示システム
１２２画像バッファ
１２４インタフェース
２０２情報
２０４関心対象面
２０６平行移動座標
２０８回転座標
３０２基準面
３２４基準解剖構造
３００座標系
３１１原点
３２５画像
２００テーブル
３０４撮像面
３２６画像
３２７画像
３０５撮像面
３０６撮像面
３１０距離
４００座標系
４１１原点
４０４撮像面
４０５撮像面
４０６撮像面
４０７撮像面
５０２超音波データ
５０４基準面
５０６情報
５０８撮像面
５１０超音波画像
６０２患者情報
６０４超音波スライス
６０６方向
６０８撮像面
６１０撮像面
６１２超音波画像
７０４走査方向
７０８情報
７１０撮像面
７１２データ組
７１４超音波画像
８０２情報
８０４撮像面
８０６探触子
８０８データ組
８１０超音波画像
８１２表示

Claims

関心対象ボリュームからの複数の面（３０４〜３０６）を自動的に表示するための診断用超音波システム（１００）であって、
標的物体を含む関心対象ボリュームに関連付けされた超音波データを収集するトランスジューサ（１０６）と、
前記関心対象ボリューム内部の基準面（３０２）を指定するためのユーザインタフェース（１２４）と、
前記標的物体の形状とサイズの少なくとも一方を表す患者特異的情報（５０６）を受け取るプロセッサ・モジュール（１１６）であって、前記基準面（３０２）及び前記超音波データを３Ｄ基準座標系にマッピングしており、該基準面（３０２）及び患者特異的情報（５０６）に基づいて３Ｄ基準座標系内の少なくとも１つの関心対象面（３０４〜３０６）を自動的に計算しているプロセッサ・モジュール（１１６）と、
を備える診断用超音波システム（１００）。
前記患者特異的情報（５０６）は、器官タイプの特定、直径、周囲長、長さ、及び器官寸法のうちの少なくとも１つを含む幾何学的パラメータを構成している、請求項１に記載のシステム。
前記プロセッサ・モジュール（１１６）は３Ｄ基準座標系内における関心対象面（３０４〜３０６）の位置及び方向を決定するために基準面（３０２）からの平行移動距離（３１０）及び回転距離（３１２）を計算しており、該平行移動及び回転距離（３１０、３１２）は患者の年齢に基づいている、請求項１に記載のシステム。
前記患者特異的情報（５０６）は、年齢、体重及び性別のうちの少なくとも１つを含む非幾何学的パラメータを構成している、請求項１に記載のシステム。
さらに、関心対象ボリュームと関連付けされた超音波データからなる３Ｄデータ組を保存するメモリ（１１４）を備えており、前記基準面（３０２）は関心対象ボリューム内のユーザ規定の面を表しており、該３Ｄデータ組は関心対象面の計算前に収集されている、請求項１に記載のシステム。
さらに、関心対象ボリュームと関連付けされた超音波データからなる３Ｄデータ組を保存しかつ反復して更新するメモリ（１１４）を備えており、前記基準面（３０２）は関心対象ボリューム内のユーザ規定の面を表しており、該３Ｄデータ組は該基準面の計算の前及び後で連続して更新されている、請求項１に記載のシステム。
さらに、対応する関心対象面（２０４）と連係した平行移動及び回転値（２０６、２０８）からなる事前定義の組を含むテーブル（図２）を保存するメモリ（１１４）を備えており、該平行移動及び回転値（２０６、２０８）の各組は前記患者特異的情報（５０６）と関連付けされている、請求項１に記載のシステム。
前記患者特異的情報（５０６）は胎児の年齢を含み、かつ前記プロセッサ・モジュール（１１６）は関心対象面（３０４〜３０６）と基準面（３０２）の間の関係を別の患者に関する複数の先行する胎児検査に基づいて計算している、請求項１に記載のシステム。