JP2008511367A - ドップラ速度スペクトルにおける流速の調節可能トレース方法及び装置 - Google Patents

Abstract

超音波診断撮影システムは、ピーク又は平均速度等のパラメータが自動的にトレースされるスペクトルドップラ表示を生成する。ユーザが、自動的に描画されたトレース（３０）に満足しない場合、ユーザは、トレースにおける点（８２，８６）をつかむように表示スクリーンにおいてカーソル（８８）を操作し、スペクトル表示に対して新しい位置にトレースをドラッグし、又はそのトレースの一部をマニュアルで再描画する。例示としての実施形態においては、スペクトルドップラトレース（８０）は、表示の速度及び時間範囲の両方において、ユーザが調節することができる心周期において規定された重要なタイミング点を有する。表示のグラフィカルに表示された値及び計算は、トレースの調節に関連して自動更新される。

Description

本発明は、医療用診断超音波システムに関し、特に、スペクトル流速の調節可能な自動トレースに関する。

米国特許第５，２８７，７５３号明細書及び米国特許第５，６３４，４６５号明細書においては、スペクトルドップラ表示における平均及びピーク速度レベルをトレースするための自動化技術が示されている。スペクトル表示についての各々のスペクトル線が生成されるとき、上記特許文献における超音波システムは、各々のスペクトル線についてのピーク及び／又は平均速度を特定するように、ドップラデータを処理する。上記特許文献の両方においては、このことは、前者の特許文献においては、外部のノイズ源に関連して、そして後者の特許文献においては、システムノイズ源に関連して、ノイズを伴うドップラデータの可能な汚染の考慮の下で行われる。平均及びピーク速度レベルが各々のスペクトル線において、その線が生成されるときに位置付けられるとき、その線における点は、スペクトル線がスクロースされるスペクトル表示に加えられ、前のスペクトル線における対応する点に対応する点に接続される。このことは、スペクトル表示における平均及び／又はピーク速度レベルがリアルタイムに自動的にトレースされることを可能にする。

スペクトル表示が生成されるとき、そのスペクトル表示は、続く血管性能の測定又は計算について診断される又は使用されるために、後に記録され、再検討されることが可能である。一般に、自動化トレースは、医師には適切であるようにみえるが、ときには、トレースは、スペクトル表示において不正確に位置付けられているように見える可能性がある。医師が、その医師にとって直感的に不正確であるように思われる自動トレースに直面するとき、唯一の選択肢は、医師がスペクトル表示において適切値であるものをマニュアルでトレースすることである。そのような、例えば、ピーク速度値のマニュアルによる再トレースは、根気のいる且つ多くの時間を要することである。しかしながら、医師は、特に、トレースレベルが、患者の血管性能の計算に基づいているようになっているときに、一般に、その医師が自信のあるマニュアルのトレースの助けを借りる。したがって、ユーザにとって不適切であるようにみえるスペクトル表示の自動トレースの補正を促進するために幾つかの手段を提供することは望ましいことである。
米国特許第５，２８７，７５３号明細書 米国特許第５，６３４，４６５号明細書

本発明の原理にしたがって、ユーザにとって不適切にみえる自動スペクトル表示トレースをユーザが調節することが可能である診断超音波システム及び方法について説明する。ユーザが自動スペクトルトレースにおける点を選択する、又はスペクトル表示において所望の位置にその（それらの）点を再位置付けすることができるユーザ制御が、提供される。その点はユーザによりマニュアルで再位置付けされるため、その自動システムは、必要に応じて、トレースの隣接点を再位置付けすることを含むトレースを自動的に再位置付けする。一実施形態においては、このようなトレースのマニュアル調節は、トレースにおける局所的最小及び／又は最大若しくは一様に間隔を置いた位置において、トレースにおける制御点を示すことにより促進される。他の実施形態においては、マニュアル調節は、ユーザが時間的位置、速度位置又はそれら両方において調節することが可能であるトレースにおける重要な生理学的位置を示すことにより促進される。他の実施形態においては、マニュアル調節が、トレースにおける何れの点から開始し、そのトレースの終了点においてそのトレースにおける他の点に再結合され、再描画されたトレースにおける何れの生理学的点を更新することができるトレースの局所的マニュアル描画により促進される。

図１を参照するに、本発明の原理にしたがって構成された超音波システムがブロック図の形式で示されている。超音波信号は、超音波プローブのアレイトランスジューサ１０により送信され、その結果としてのエコーはトランスジューサ要素により受信される。受信されたエコー信号は、ビーム形成器１４により単一信号又はビームに形成される。エコー信号情報は、直交Ｉ及びＱ信号成分を生成するドップラ検出器１６により検出される。診断される体の部位からの複数のそのような信号成分はドップラ処理器１８に適用され、そのドップラ処理器の１つは高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理器であり、その高速フーリエ変換処理器は受信された信号のドップラ周波数シフトを計算する。この基本的ドップラデータはドップラ後処理器２０により後処理され、そのドップラ後処理器は、例えば、ウォールフィルタリング、利得制御又は振幅圧縮等の技術によりデータを更に改善する。

ドップラエコーの受信中に断続的に、Ｂモードエコーが受信される。それらのエコーはまた、その場合に、Ｂモード画像処理器６４におけるＩ及びＱ値の二乗の和の平方根をとることにより振幅検出することが可能であるＩ及びＱ成分になる。Ｂモード画像処理器はまた、走査変換によりＢモードエコーを所望の表示形式に整える。結果として得られる二次元画像は、スペクトルドップラデータと共に時間インターリーブ方式で表示されることが可能であるドップラ表示処理器３０に結合される。

後処理ドップラデータは、ピーク速度検出器５８及びドップラ表示処理器３０に適用される。ドップラ表示処理器は、スペクトル線情報のリアルタイムシーケンスの表示のためにドップラデータを用いる。ピーク速度検出器は、スペクトル線のピーク速度転を決定するように、ノイズ閾値ＮＯＩＳＥ_ｔｈとそのドップラデータを比較し、このことについては、米国特許第５，２８７，７５３号明細書及び米国特許第５，６３４，４６５号明細書に更に詳細に記載されている。ピーク速度検出器２２はまた、ドップラデータのフィルタリングを実行することが可能であり、また、米国特許第５，２８７，７５３号明細書において詳細に記載されているような平均速度レベルを確認するために用いられることが可能である。ドップラ表示処理器３０は、その場合、上記特許文献に記載されているように、解剖学的Ｂモード画像及びスペクトルドップラ表示の両方並びに／若しくは自動探索される平均速度値を与える。

超音波表示はまた、好適には、Ｒ波信号の受信に応じて描かれるＥＣＧトレースを示す。Ｒ波は、心収縮を刺激するように生成される電気生理学的信号であり、従来、心電図（ＥＣＧ）により検出されている。図１は、Ｒ波信号を検出するように、患者の胸部に貼られることが可能であるＥＣＧ電極８０の集合を示している。信号が検出され、ＥＣＧ信号処理器８２により処理され、そしてドップラ表示処理器３０に適用され、そのドップラ表示処理器は、スクローリングしているスペクトルドップラ表示と共に同期して、ＥＣＧ波形を表示する。Ｂモード画像は、スペクトル情報が取得される患者の解剖学的構造におけるポイントに位置付けて、そのポイントを表示するように用いられる。

本発明の実施形態により生成される典型低なスペクトルドップラ表示を図２に示す。そのような表示は、一般に、図２に示すように、リアルタイムの一連の連続的スペクトル線スクロール対速度表示のように表示される離散的サンプリング期間のドップラ情報を有する。図２の表示においては、新しく生成されたスペクトル線が、表示の右側に連続して生成される。その一連の線は、左側の前に生成されたスペクトルデータ及び右側の漸次の更なる現データを有して、右から左へと移動する又はスクロールする。各々の線は、ドップラ調査の特定の時間において体内の選択された場所の血流において検出された血流速度の範囲を示している。線１００、２００及び３００で示される最大速度は、心拍の心臓収縮周期において、典型的に存在するものである。収縮期の間の間隔１２、２２及び３２は、心臓の働きについての介入拡張期中の血流速度を表す。

本発明の原理にしたがって、図２は、各々のスペクトル（縦方向）線のピーク速度が示され、ピークが実線表示線６０により接続されているスペクトル線表示を示している。図２に示すように、スペクトル線のピーク速度は、スペクトル線が存在して、表示され、それにより、追跡されるピークスペクトル速度のリアルタイムの連続表示を与えることができる。耐ノイズ性テストを満足する各々の表示されたスペクトル線について、平均速度値がまた、計算され、表示される。上記特許文献、米国特許第５，２８７，７５３号明細書に記載されているように、平均速度を計算するための多様な技術が知られている。平均速度は、スペクトル線表示の右側におけるスペクトル線の最初の出現と同時にまた、スペクトル線表示において印付けされる。図２は、表示されたスペクトル線の計算された平均速度値を接続する破線６２を示している。

ピーク速度値及び平均速度値は、図２に示されているように又は異なる色付き線により別々に区別される線によりトレースされることが可能である。単色の高密度スペクトル線表示においてピーク速度値及び平均速度値を視覚的にトレースするための好適な方法が、図３に示されている。この図においては、スペクトル線７０が、白色の背景７２に対して灰色の濃淡で示されている。ピーク速度線８０は一連の黒色のドットとして表され、各々のドットはその関連スペクトル線におけるピーク速度に印を付けている。平均速度値は、それぞれの平均速度位置をブランクにすることによって示され、それにより、参照符号８２としてスペクトル線の中央を通る白色の線を効果的に残している。この技術は、高速且つ高密度生成及びスペクトル線の表示を利用し、その技術において、スペクトル線７０は、互いに実際に隣接して表示され、それにより、ピーク速度線８０の下の灰色濃淡の連続的帯が示されている。白色の平均速度線８２は、それ故、スペクトル線の周りの灰色濃淡と対象をなして区別できるように示されている。図３の表示が一般に、典型的な超音波表示において黒色／白色反転を伴って示されることを、当業者は認識している。

本発明の原理にしたがって、スペクトル表示における自動トレースは、図４ａ乃至４ｃで示すように、ユーザにより調節されることができる。この第１実施形態においては、図４ａにおけるスペクトル線７０のピーク速度は、図２においてはピーク速度表示線６０に対応する線８０によりトレースされている。リアルタイムのスペクトル表示は、超音波システムの制御パネル９９における“フリーズ”ボタンの活性化により表示スクリーンにおいて止められる（フレーズされる）ことができる。代替として、予め記録されたリアルタイムのスペクトル表示が、スクリーン上に再生されて止められることができる。どちらの場合にも、超音波システムは、“ゴールポスト”として知られている縦の線９２、９４によって、１心周期のスペクトル線の広がりを自動表示する。それらのゴールポスト線は、拡張末期の最小についてのトレース又はスペクトル波形を検査することにより設定される。代替として、ゴールポスト線は、ＥＣＧトレースが利用可能であるとき、スペクトル表示にＥＣＧトレースを関連付けることにより位置付けされる。超音波システムは、それ故、計算及び測定のために、この心周期の情報を用いる。ユーザが、この心周期を受け入れることを希望せず、他の心周期を選択する場合、ユーザは、ゴールポストの位置を変えるようにスペクトル表示における他の心周期においてクリックする、又は、スペクトル表示における異なる心周期をフレーム化するようにスクリーンカーソルにより縦のゴールポスト線をドラッグする。その表示の左下のグラフィックは、ユーザが見ることを希望する選択された心周期の特定データ点及び何れの計算を示す。この実施例においては、そのグラフィクは、−５８．９ｃｍ／ｓｅｃのピークの収縮速度（ＰＳＶ）、−１２．９ｃｍ／ｓｅｃの拡張末期の速度（ＥＤＶ）及び０．７８の抵抗指数（ＲＩ）を示している。

しかしながら、トレース８０が不正確に描かれているとユーザが感じる場合について考えることにする。ユーザは、トレース８０が正確に描かれていないことを信じることに繋がる可能性がある、例えば、計算されたＲＩ値を疑う可能性がある。そのような場合、ユーザは、超音波システムのタッチスクリーンパネル又は画像表示スクリーンに示されることが可能である、又は制御パネル９９において別個の制御であることが可能である“編集トレース”メニューアイテムをクリックする。この選択は、図４ｂに示すように、一連の制御点８２、８６が選択された心周期のトレースにおいて現れるようにする。この実施例においては、制御点は、小さいマーカー８２と大きいマーカー８２′、８２′′及び８６とを有する。この実施形態における大きいマーカーは、心周期の重要なタイミングの点に位置付けられている。この場合、マーカー８２′はトレース８０におけるピークの収縮速度点に印付けし、マーカー８２′′はそのトレースにおける収縮末期の速度点に印付けし、そしてマーカー８６はそのトレースの拡張末期の速度点に印付けする。また、トラックボール又はマウスのような制御パネルにおけるユーザ制御により操作されることが可能であるカーソル８４がスクリーンに現れている。

この実施例においては、ユーザは、ピークの収縮速度点は、自動的に描かれたトレース８０により示されているより、実際には大きいと思っている。ユーザは、その場合、制御点８２′を“つかみ”、図４Ｃに示すように、所望の速度レベルまでそれを“ドラッグ”する。制御点８２′は再位置付けされるため、トレース８０及びそのトレースにおける他の制御点８２は再位置付けされた制御点８２′と共に追従する。これは、スプライン補間技術により、進行中に、トレース８０を再計算することにより行われ、それにより、トレースにおける１点の再配置は、スプライン曲線の接続における隣接点がスムーズなトレースを与えるように自動調節されるようにする。制御点８２、８２′及びトレース８０はユーザにより再位置付けされるため、トレースと関連する表示値及び計算はまた、進行中に更新及び再計算される。この実施例においては、ＰＳＶ値は、−８９．８ｃｍ／ｓｅｃに、即ち、図４ｃにおいて再位置付けされた制御点８２′の位置に自動的に更新され、そしてＲＩ値は、その調節により影響され、０．８６に再計算されたことが理解できる。それ故、ユーザは、彼が自動トレース８０に対して行っている調節を視覚的に理解することができ、表示され且つ計算される値に関する彼の調節の効果を同時に理解することができる。それらの新しい表示及び計算値は、彼の調節の精度においてユーザに自信を与える、又は続く調節によりそれらの値の更なる改善に繋がることができる。

図５ａ乃至５ｄは、本発明の第２実施形態を示している。図５ａにおいては、スペクトル表示の線７０は、トレース線８０によりトレースされたそれらの線７０のピーク速度値を有し、心周期は、ゴールポスト線９２、９４により線引きされる。数値的表示は、スペクトル表示における他の重要な点、即ち、平均拡張速度（ＭＤＶ）を示す。３つの他の計算、即ち、血管抵抗値（ＰＩ）、収縮／拡張比（Ｓ／Ｄ）及び時間平均ピーク速度（ＴＡＰＶ）がまた、表示される。

図５ｂにおいては、トレース８０がその表示と重ね合わされ、ＰＳＶ、ＥＳＶ、ＭＤＶ及びＥＤＶ（拡張末期速度）の重要なタイミング点を特定する。表示される及び特定される重要なタイミング点はユーザにより選択され、そしてそれらの時間的な位置はＥＣＧ波形から特定されることができる。それらの重要なタイミング点はまた、上記特許文献において記載されている自動トレースアルゴリズムから計算されることが可能であり、そのアルゴリズムは、ドップラスペクトルの形及びＥＣＧ波形の両方に関連付けられるように、局所的最大及び最小を求める。重要なタイミング点は、ユーザがそれらの点を示すように選択する（制御パネル又はユーザインターフェースによりそれらをオンに切り換えることにより）場合に、表示される。重要なタイミング点は、ＰＳＶ、ＥＤＶ及びそれらの微分計算等の結果をもたらす。この実施例においては、ＰＳＶ点がトレースの収縮ピークに位置付けられていないことが理解できる。そのような場合、図５ｃに示すように、スクリーンカーソルによりＰＳＶ点をつかみ、トレース８０の収縮ピークの方にＰＳＶマーカーをスライドさせることにより、ユーザは、トレースに沿って（即ち、時間経過と共に）、その点を再位置付けすることが可能である。そのグラフィックは、相応して更新される。ＰＳＶ値は、この実施例においては、−２０４ｃｍ／ｓｅｃ乃至−２７２ｃｍ／ｓｅｃに増加し、独立したＲＩ、ＰＩ及びＳ／Ｄの計算はまた、変わる。

代替として又は付加的に、ユーザは、トレース８０が不正確に描かれていると思う可能性がある。そのような場合、図５ｄに示すように、ユーザは、カーソル８８によりトレース８０をつかみ、所望の振幅の方にトレースすることが可能である。上記実施例においては、トレース８０は、ユーザがトレース線をその新しい位置の方に伸ばしている様子を与えるように、進行中に、再計算され且つ表示される。代替として、ユーザは、トレースの１つの点をクリックし、トレースをトレースの他の点で再結合させる前に、スクリーンポインタによりマニュアルでトレースの一部を再描画することが可能である。この実施例においては、ユーザは、カーソル８８のどちらか側にスペクトルピークを再描画している。その表示の左側の新しく再計算されたグラフィック値は、このようなピーク速度トレースの再位置付けがそれら４つの表示されている計算の３つに影響していることを示している。この実施形態においては、ユーザがつかむ離散的な制御点は存在しない。それに代えて、トレース８０の各々の点は、自動的なスペクトルトレースの位置を調節するようにユーザのカーソルによりつかまれて、再位置付けされることが可能である。トレース８０の調節に続いて、重要な点が、トレースアルゴリズムに基づいて、それらの最適な位置に自動的に調節される。しかしながら、重要な点の自動的位置決めが満足のいくものでないと判断される場合、ユーザは、そのトレースにおいて重要なタイミング点をマニュアルで再位置付けすることが可能である。例えば、ＰＳＶは、図５ｄにおいて、トレース８０の新しい収縮ピークの方に再位置付けされることが可能である。

本発明の原理にしたがって構成された超音波診断撮影システムのブロック図である。 ピーク及び平均速度レベルの両方がトレースされたスペクトルドップラ表示を示す図である。 高線密度スペクトル表示におけるピーク及び平均速度レベルをトレースするための好適な技術を示す図である。 自動スペクトルドップラトレースが特定され且つ調節された、本発明の第１実施形態を示す図である。 自動スペクトルドップラトレースが特定され且つ調節された、本発明の第１実施形態を示す図である。 自動スペクトルドップラトレースが特定され且つ調節された、本発明の第１実施形態を示す図である。 スペクトルドップラトレースにおける重要な点が特定され且つ調節された、本発明の第２実施形態を示す図である。 スペクトルドップラトレースにおける重要な点が特定され且つ調節された、本発明の第２実施形態を示す図である。 スペクトルドップラトレースにおける重要な点が特定され且つ調節された、本発明の第２実施形態を示す図である。 スペクトルドップラトレースにおける重要な点が特定され且つ調節された、本発明の第２実施形態を示す図である。

Claims (20)

1. 血流を分析するための超音波診断撮影システムであって：
   スペクトルドップラ情報を取得するための手段；
   前記スペクトルドップラ情報に応じて、血流スペクトルの平均速度又はピーク速度の少なくとも一において自動的にトレースするスペクトルドップラ分析器；
   前記スペクトルドップラ分析器に結合され、前記トレースと共に前記ドップラ血流スペクトルを表示するディスプレイ；及び
   前記ディスプレイと共に動作可能であり、前記ドップラ血流スペクトルに関する前記トレースの位置はマニュアルで調節可能である、ユーザ制御；
   を有する超音波診断撮影システム
2. 請求項１に記載の超音波診断撮影システムであって、前記トレースは、前記トレースの前記位置が前記ユーザ制御の操作により調節されることが可能である複数の制御点を更に有する、超音波診断撮影システム。
3. 請求項２に記載の超音波診断撮影システムであって、前記制御点は前記トレースに沿って時間経過と共に一様に分布される、超音波診断撮影システム。
4. 請求項２に記載の超音波診断撮影システムであって、前記制御点は前記トレースの局所的最小及び／又は最大に位置付けられる、超音波診断撮影システム。
5. 請求項２に記載の超音波診断撮影システムであって、前記制御点は心周期の重要なタイミング点に位置付けられる、超音波診断撮影システム。
6. 請求項５に記載の超音波診断撮影システムであって、前記制御点は前記ディスプレイにおいてグラフィカルに特定される、超音波診断撮影システム。
7. 請求項５に記載の超音波診断撮影システムであって：
   前記ドップラ血流スペクトルは速度軸及び時間軸を有し；そして
   前記制御点は時間範囲及び速度範囲の両方において調節可能である；
   超音波診断撮影システム。
8. 請求項１に記載の超音波診断撮影システムであって：
   前記ディスプレイはトレース調節カーソルを更に表示し；そして
   前記トレース調節カーソルは前記トレースの前記位置を調節するように前記ユーザ制御により操作可能である；
   超音波診断撮影システム。
9. 請求項８に記載の超音波診断撮影システムであって、前記トレース調節カーソルは、前記トレースの前記速度位置を調節するように前記ユーザ制御により操作可能である、超音波診断撮影システム。
10. 請求項８に記載の超音波診断撮影システムであって：
    前記トレースは複数の制御点を更に有し；そして
    前記トレース調節カーソルは前記トレースに沿って前記の制御点の位置を調節するように前記ユーザ制御により操作可能である；
    超音波診断撮影システム。
11. 請求項１０に記載の超音波診断撮影システムであって、前記制御点は前記心周期の重要なタイミング点を規定する、超音波診断撮影システム。
12. 請求項１に記載の超音波診断撮影システムであって、前記スペクトルドップラ分析器は、重要な値又は計算を生成することができるドップラ血流スペクトルの心周期を線引きするための手段を更に有する、超音波診断撮影システム。
13. 請求項１２に記載の超音波診断撮影システムであって、前記スペクトルドップラ分析器は、線引きされた心周期から重要な値及び／又は計算をグラフィカルに表示するための手段を更に有する、超音波診断撮影システム。
14. 請求項１３に記載の超音波診断撮影システムであって、前記スペクトルドップラ分析器は、前記トレースの前記位置の調節に関して、線引きされた心周期のグラフィカルに表示された重要な値及び／又は計算を自動的に更新するための手段を更に有する、超音波診断撮影システム。
15. スペクトルドップラパラメータの自動描画トレースを調節するための方法であって：
    パラメータがトレースされたドップラ血流スペクトルを表示する段階；
    ユーザ制御により操作されるディスプレイカーソルにより前記トレースにおける点をつかむ段階；及び
    前記ディスプレイにおいて異なる点の方に前記トレースにおける点をドラッグする段階；
    を有する方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、つかむ段階は、前記トレースにおける制御点をつかむ段階を更に有する、方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、ドラッグする段階は、前記ディスプレイにおいて時間及び／又は速度における異なる位置に前記制御点を移動させる段階を更に有する、方法。
18. 請求項１５に記載の方法であって、前記ディスプレイにおいて前記点の異なる位置の方に前記点のどちらか側に前記トレースを自動的に適合させる段階を更に有する、方法。
19. 請求項１５に記載の方法であって、つかむ段階は、前記心周期の重要なタイミング点として規定される前記トレースにおける点をつかむ段階を更に有する、方法。
20. 請求項１５に記載の方法であって、心周期の前記トレースに基づく重要な値及び／又は計算のグラフィックを表示する段階を更に有し、グラフィカルに表示された重要な値及び／又は計算は、異なる位置の方への前記トレースにおける点のドラッグに応じて自動的に更新される、方法。

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