JP2010227568A - 機能超音波画像化システムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】機能超音波画像化用のシステム（１００）および方法（２１０）を提供すること。
【解決手段】この方法（２１０）は、画像化対象物の多面画像化走査から取得された超音波画像データを獲得する（２１２）ステップを含む。超音波画像データは複数の画像面を規定する。この方法（２１０）は、複数の画像面に基づいた２次元追跡情報から画像化対象物の機能画像情報を決定する（２１６）ステップと、機能画像情報を使用して画像化対象物の機能超音波画像データを生成する（２１８）ステップとをさらに含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、診断用画像化システムに関し、より詳細には、特に心臓画像化向けの、解剖学的機能の画像化を提供する超音波画像化システムに関する。
医用画像化システムは、患者の様々な領域または区域（例えば様々な臓器）を画像化するために様々な用途で使用される。例えば、超音波システムは心臓の画像の生成などのますます多くの用途での使用法が見いだされている。それ故、これらの画像はユーザによる検討および分析のために表示される。心臓を画像化する場合、音波検査者は一般に３つの異なる画像化面に沿って心臓のいくつかの異なる画像を取得する。例えば、左心室を画像化する場合、これらには３つの異なる画像化面から取得される３つの標準画像が含まれる。３つの画像を組み合わせて、心筋全体または左心室の機能を示す組合せ画像を生成することができる。多数の画像を取得するプロセスは多くの時間を必要とすることがあり、画像を組み合わせるときに画像を適切に位置合せするために画像の各々の特定の点（例えば心尖点）を識別するのに熟練した音波検査者を必要とすることがある。さらに、音波検査者は混乱を回避するために画像の各々に名前を付けなければならない。画像中の特定の点または目標物が適切に識別されない場合、心筋の機能の組合せ画像は完全には正確でないことがある。
３次元追跡を使用して、画像化を行い、例えば心筋の機能情報を生成するシステムも知られている。機能情報を示す画像を生成するために３次元画像データを処理するのは、より計算集中的となり、したがってより多くの時間を必要とする。さらに、３次元追跡に由来する画像は、それほど頑強ではなく、解釈することがより困難である可能性がある。
米国特許２００９／００６９７２５ Ａ１号公報
本発明の一実施形態によれば、機能超音波画像化の方法が提供される。この方法は、画像化対象物の多面画像化走査から取得された超音波画像データを獲得するステップを含む。超音波画像データは複数の画像面を規定する。この方法は、複数の画像面に基づいた２次元追跡情報から画像化対象物の機能画像情報を決定するステップと、機能画像情報を使用して画像化対象物の機能超音波画像データを生成するステップとをさらに含む。
本発明の別の実施形態によれば、機能画像化の方法を行うために、機械によって読み取り可能なコンピュータ読み取り可能符号を有し、機械によって実行可能な命令をもつコンピュータ読み取り可能媒体が設けられる。この方法は、画像化対象物の多面超音波画像データにアクセスするステップと、多面超音波画像データを使用して２次元追跡を行うステップとを含む。この方法は、２次元追跡に基づいて機能画像情報を決定するステップと、機能画像情報を使用して機能超音波画像データを生成するステップとをさらに含む。
本発明のさらなる別の実施形態によれば、複数の画像フレームを取得するために多面超音波画像化を行うように構成された超音波探触子を含む超音波画像化システムが提供される。超音波画像化システムは、取得された複数の画像フレームに対する２次元追跡情報から機能画像情報を決定し、機能超音波画像データを生成するように構成された機能画像化モジュールを有するプロセッサをさらに含む。
本発明の様々な実施形態に従って機能画像化を行うように構成された診断用超音波システムのブロックダイアグラムである。 本発明の様々な実施形態に従って形成された図１の診断用超音波システムの超音波プロセッサモジュールのブロックダイアグラムである。 本発明の様々な実施形態に従って多面画像取得を使用して機能画像化を行う方法の流れ図である。 本発明の様々な実施形態に従って３つの面を使用する３面画像走査から獲得することができる画像データを示すダイアグラムである。 本発明の様々な実施形態に従って６つの面を使用する画像走査から獲得することができる画像データを示すダイアグラムである。 本発明の様々な実施形態に従って生成された機能情報を示すブルズアイプロットとしてフォーマットされた表示の図である。 本発明の様々な実施形態に従って多面データ取得を２次元（２Ｄ）追跡で使用する心臓の機能画像化のワークフローを示すダイアグラムである。 本発明の一実施形態に従って形成された３次元対応小型超音波システムを示す図である。 本発明の一実施形態に従って形成された携帯型またはポケットサイズ超音波画像化システムを示す図である。 本発明の一実施形態に従って形成されたコンソール型超音波画像化システムを示す図である。
前述の概要ならびに本発明のいくつかの実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読まれるとき一層よく理解されるであろう。図が様々な実施形態の機能ブロックのダイアグラムを示す範囲において、機能ブロックはハードウェア回路間の分割を必ずしも示していない。したがって、例えば、１つまたは複数の機能ブロック（例えばプロセッサまたはメモリ）が単一片のハードウェア（例えば汎用信号プロセッサまたはランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）で実行されることがある。同様に、プログラムは、独立プログラムとすることができる、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込むことができる、インストールされたソフトウェアパッケージの機能とすることができる、などである。様々な実施形態は図に示した構成および手段に限定されないと理解されるべきである。
本明細書で使用されるとき、単数で記載され、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という語で始まる要素またはステップは、排除することが明確に述べられていない限り複数の前記要素またはステップを排除しないと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載のフィーチャを同様に組み込む追加の実施形態の存在を排除すると解釈されるものではない。さらに、そうではないと明確に述べない限り、特定の特性を有する１つの要素または複数の要素を「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有していない追加のそのような要素を含むことができる。
機能画像化用の超音波システムおよび方法の例示的実施形態を詳細に以下で説明する。特に、例示的な超音波システムの詳細な説明が最初に提供され、続いて機能超音波画像化、特に心臓の機能超音波画像化の方法およびシステムの様々な実施形態の詳細な説明が提供される。
本明細書で説明するシステムおよび方法の様々な実施形態の少なくとも１つの技術的効果は、３次元（３Ｄ）走査モードまたは３Ｄ超音波探触子を使用して心臓の機能超音波画像を生成することを含む。様々な実施形態では、３Ｄ探触子を使用して同時に連続的にまたは短い期間内に取得された多数の画像面に適用される２次元（２Ｄ）追跡を使用して機能画像化を行う。機能画像化により、ワークフローは改善され、より効率的となり、計算集中が少ない。様々な実施形態を使用して横方向画像化解像度を向上することができ、その結果、診断精度の向上がもたらされる。
図１は、本発明の様々な実施形態に従って構築された超音波システム１００のブロックダイアグラムである。超音波システム１００は、３Ｄ空間において音波ビームをステアリングすることができ、被検者または患者の注目する領域（ＲＯＩ）の複数の２Ｄ表示または画像に対応する情報を取得するように構成できる。１つのそのようなＲＯＩは人間の心臓または人間の心臓の心筋である場合がある。超音波システム１００は３つ以上の面の方位で２Ｄ画像を取得するように構成できる。
超音波システム１００は、ビーム形成器１１０の誘導の下で探触子１０６内の要素１０４（例えば圧電素子）のアレイを駆動して身体にパルス超音波信号を放出する送信器１０２を含む。様々な幾何学的形状を使用することができる。超音波信号は、血球または筋組織のような身体の組織から後方散乱して要素１０４に戻るエコーを生成する。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器１１０を通過し、ビーム形成器１１０は受信ビーム形成を行い、ＲＦ信号を出力する。次に、ＲＦ信号はＲＦプロセッサ１１２を通過する。代替として、ＲＦプロセッサ１１２は、エコー信号を表すＩＱデータ対を形成するためにＲＦ信号を復調する複素復調器（図示せず）を含むことができる。次に、ＲＦまたはＩＱ信号データは、記憶するためにメモリ１１４に直接送ることができる。
上述の実施形態では、ビーム形成器１１０は送信および受信ビーム形成器として動作する。代替実施形態では、探触子１０６は、探触子内部にサブアパチャ受信ビーム形成を備えた２Ｄアレイを含む。ビーム形成器１１０は、各電気信号を遅延する、各電気信号をアポダイズする、および各電気信号を探触子１０６から受信した他の電気信号と加算することができる。加算された信号は超音波ビームまたはラインからのエコーを示す。加算された信号はビーム形成器１１０からＲＦプロセッサ１１２に出力される。ＲＦプロセッサ１１２は、多数の走査面または様々な走査パターン用に様々なデータタイプ、例えば、Ｂモード、カラードップラ（速度／パワー／変動）、組織ドップラ（速度）、およびドップラエネルギーを生成することができる。例えば、ＲＦプロセッサ１１２は３つの走査面（３面）についてドップラデータを生成することができる。ＲＦプロセッサ１１２は多数のデータスライスに関連する情報（例えば、Ｉ／Ｑ、Ｂモード、カラードップラ、組織ドップラ、およびドップラエネルギーの情報）を収集し、そのデータ情報を時間スタンプおよび方位／回転情報と共に画像バッファ１１４に記憶する。
方位／回転情報は、基準面または別のデータスライスに対するあるデータスライスの角度回転を示すことができる。例えば、超音波情報が、３つの異なる方位の走査面または像について短い期間（例えば１／２０秒）内に実質的に同時にまたは連続的に取得される３面実施形態では、１つのデータスライスは０度の角度に関連し、別のものは６０度の角度に関連し、第３のものは１２０度の角度に関連する。したがって、データスライスは、０度、６０度、１２０度、…、０度、６０度、および１２０度、…の繰り返しの順に画像バッファ１１４に加えることができる。画像バッファ１１４中の第１および第４のデータスライスは、第１の共通面方位を有する。第２および第５のデータスライスは第２の共通面方位を有し、第３および第６のデータスライスは第３の共通面方位を有する。明細書でより詳細に説明するように、３つを超えるデータスライスを取得することができる。
代替として、方位／回転情報を記憶する代わりに、データスライスシーケンス番号をデータスライスと共に画像バッファ１１４に記憶することができる。したがって、データスライスは、シーケンス番号を繰り返すこと、例えば、１、２、３、…１、２、３、…と繰り返すことによって画像バッファ１１４に配列することができる。３面画像化では、シーケンス番号１は基準面に対して０度の角度回転をもつ面に対応することができ、シーケンス番号２は基準面に対して６０度の角度回転をもつ面に対応することができ、シーケンス番号３は基準面に対して１２０度の角度回転をもつ面に対応することができる。画像バッファ１１４に記憶されたデータスライスは、本明細書でより詳細に説明するように２Ｄディスプレイプロセッサによって処理される。
動作中、マトリクスまたは３Ｄの超音波探触子を使用する実時間超音波多面画像化を行うことができる。例えば、実時間超音波多面画像化は、本願の権利者が所有する「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＲＥＡＬ ＴＩＭＥ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＭＵＬＴＩ−ＰＬＡＮＥ ＩＭＡＧＩＮＧ」という名称の同時係属米国特許出願第１０／９２５，４５６号で説明されているように行うことができ、この同時係属米国特許出願の全開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
超音波システム１００は、取得した超音波情報（例えば、ＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理し、表示装置１１８で表示するために超音波情報のフレームを準備するプロセッサ１１６をさらに含む。プロセッサ１１６は、複数の選択可能な超音波モダリティに応じた１つまたは複数の処理動作を取得した超音波データに行うように構成される。取得した超音波データは、エコー信号を受信したとき走査期間中に実時間で処理して表示することができる。追加としてまたは代替として、超音波データを走査期間中メモリ１１４に一時的に記憶し、次に、オフライン動作で処理して表示することができる。
プロセッサ１１６は、以下でより詳細に説明するように、プロセッサ１１６の動作を制御することができるユーザインターフェイス１２４に接続される。プロセッサ１１６は、本明細書でより詳細に説明するように、多面画像化を使用して２Ｄ追跡を行う機能画像化モジュール１２６をさらに含む。
表示装置１１８は、診断および分析のためにユーザに診断用超音波画像を含む患者情報（例えば、ブルズアイ画像などの心臓の機能画像）を提示する１つまたは複数のモニタを含む。メモリ１１４およびメモリ１２２の一方または両方は超音波データの３次元データセットを記憶することができ、そのような３Ｄデータセットは本明細書で説明するように２Ｄ（および／または３Ｄ）画像を提供するためにアクセスされる。画像は修正することができ、表示装置１１８の表示設定はユーザインターフェイス１２４を使用して手動で調整することもできる。
様々な実施形態を超音波システムに関連して説明することができるが、本明細書で説明する方法およびシステムは超音波画像化またはそれの特定の構成に限定されないことに留意すべきである。特に、様々な実施形態は、例えば、磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）、およびコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像化または組合せ画像化システムを含む様々なタイプの画像化に関連して実施することができる。さらに、様々な実施形態は、他の医用でない画像化システム、例えば非破壊試験システムで実施することができる。
図２は超音波プロセッサモジュール１３６の例示的なブロックダイアグラムを示し、超音波プロセッサモジュール１３６は図１のプロセッサ１１６またはそれの一部として具現することができる。超音波プロセッサモジュール１３６は、サブモジュールの集合として概念的に示されているが、専用ハードウェア基板、ＤＳＰ、プロセッサなどの任意の組合せを利用して実施することができる。代替として、図２のサブモジュールは、シングルプロセッサを備えた、またはプロセッサ間に機能動作を分散したマルチプロセッサを備えた既製のＰＣを利用して実施することができる。さらなる選択肢として、図２のサブモジュールは、いくつかのモジュール機能が専用ハードウェアを利用して実行され、一方、残りのモジュール機能が既製のＰＣなどを利用して実行されるハイブリッド構成を利用して実施することができる。サブモジュールは処理ユニット内のソフトウェアモジュールとして実施することもできる。
図２に示したサブモジュールの動作は、局所超音波コントローラ１５０によって、またはプロセッサモジュール１３６によって制御することができる。サブモジュール１５２〜１６４は中間プロセッサの動作を行う。超音波プロセッサモジュール１３６は、いくつかの形態のうちの１つで超音波データ１７０を受け取ることができる。図２の実施形態では、受け取った超音波データ１７０は、各データサンプルに関連する実成分および虚成分を表すＩ，Ｑデータ対を構成する。Ｉ，Ｑデータ対は、カラーフローサブモジュール１５２、パワードップラサブモジュール１５４、Ｂモードサブモジュール１５６、スペクトルドップラサブモジュール１５８、およびＭモードサブモジュール１６０のうちの１つまたは複数に供給される。適宜、特に、音響放射圧インパルス（ＡＲＦＩ）サブモジュール１６２および組織ドップラ（ＴＤＥ）サブモジュール１６４などの他のサブモジュールを含むことができる。
サブモジュール１５２〜１６４の各々は、対応する方法でＩ，Ｑデータ対を処理してカラーフローデータ１７２、パワードップラデータ１７４、Ｂモードデータ１７６、スペクトルドップラデータ１７８、Ｍモードデータ１８０、ＡＲＦＩデータ１８２、および組織ドップラデータ１８４を生成し、それらはすべて後続の処理の前にメモリ１９０（または図１に示したメモリ１１４もしくはメモリ１２２）に一時的に記憶することができる。例えば、Ｂモードサブモジュール１５６は、本明細書でより詳細に説明するように３面画像取得におけるような複数のＢモード画像面を含むＢモードデータ１７６を生成することができる。
データ１７２〜１８４は、例えば、ベクトルデータ値の組として記憶することができ、各組は個々の超音波画像フレームを規定する。ベクトルデータ値は、一般に、極座標系に基づいて構成される。
走査変換器サブモジュール１９２はメモリ１９０にアクセスし、メモリ１９０から画像フレームに関連するベクトルデータ値を獲得し、ベクトルデータ値の組を直交座標に変換して表示用にフォーマットされた超音波画像フレーム１９５を生成する。走査変換器モジュール１９２によって生成された超音波画像フレーム１９５は、後続の処理のためにメモリ１９０に戻すことができ、またはメモリ１１４もしくはメモリ１２２に供給することができる。
走査変換器サブモジュール１９２が、例えばＢモード画像データなどに関連した超音波画像フレーム１９５を生成した後、画像フレームはメモリ１９０に再記憶されるか、またはバス１９６を介してデータベース（図示せず）、メモリ１１４、メモリ１２２、および／または他のプロセッサ、例えば機能画像化モジュール１２６と通信することができる。
例として、（図１に示した）表示装置１１８で超音波心臓検査機能に関係する機能超音波画像または関連するデータ（例えば、ストレイン曲線またはトレース）を観察することが望ましいことがある。機能超音波画像の一部として表示するためのストレイン情報は走査変換されたＢモード画像に基づいて計算される。次に、走査変換されたデータは、超音波画像フレームを生成するために映像表示用のＸ，Ｙフォーマットに変換される。走査変換された超音波画像フレームは表示コントローラ（図示せず）に供給され、表示コントローラは映像表示用のグレースケールマッピングに映像をマッピングする映像プロセッサを含むことができる。グレースケールマップは、表示されるグレーレベルへの未加工画像データの伝達関数を表すことができる。映像データがグレースケール値にマッピングされた後、表示コントローラは、１つまたは複数のモニタまたは表示装置のウィンドウを含むことができる（図１に示した）表示装置１１８を制御して、画像フレームを表示する。表示装置１１８で表示される超音波心臓検査画像はデータの画像フレームから生成され、各データは表示装置のそれぞれの画素の強度または輝度を示す。この例では、表示画像は、本明細書でより詳細に説明するように、多面画像取得に適用される２Ｄ追跡に基づいて画像化される注目する領域の筋肉運動を表す。
再び図２を参照すると、２Ｄ映像プロセッササブモジュール１９４は、異なるタイプの超音波情報から生成された１つまたは複数のフレームを結合する。例えば、２Ｄ映像プロセッササブモジュール１９４は、映像表示のために１つのタイプのデータをグレーマップにマッピングし、他のタイプのデータをカラーマップにマッピングすることによって異なる画像フレームを結合することができる。最終の表示画像では、カラー画素ピクセルデータをグレースケール画素データに重畳して単一のマルチモード画像フレーム１９８（例えば機能画像）を形成することができ、単一のマルチモード画像フレーム１９８は再びメモリ１９０に再記憶されるかまたはバス１９６を介して通信される。画像の連続フレームは、メモリ１９０または（図１に示した）メモリ１２２に映画ループとして記憶することができる。映画ループは、ユーザに表示される画像データを取り込むための先入れ先出し循環画像バッファデータを意味する。ユーザは、ユーザインターフェイス１２４でフリーズコマンドを入力することによって映画ループをフリーズすることができる。ユーザインターフェイス１２４は、例えば、キーボードおよびマウス、ならびに（図１に示した）超音波システム１００に情報を入力することに関連する他のすべての入力制御部を含むことができる。
３Ｄプロセッササブモジュール２００は、同様に、ユーザインターフェイス１２４によって制御され、メモリ１９０にアクセスして３Ｄ超音波画像データを獲得し、既知の体積レンダリングまたは表面レンダリングアルゴリズムなどによって３次元画像を生成する。３次元画像は、レイキャスティング、最大強度画素投影などのような様々な画像化技法を利用して生成することができる。
機能画像化モジュール１２６は、同様に、ユーザインターフェイス１２４によって制御され、メモリ１９０にアクセスして超音波情報を獲得し、以下でより詳細に説明するように、例えば、３Ｄ探触子によって取得された多数の画像面を使用し、２Ｄ追跡を使用して心臓の機能画像を生成する。
より詳細には、多面画像取得を使用して機能画像化を行う方法２１０が図３に示される。特定の特徴を有する超音波画像化に関連して方法２１０を説明するが、様々な実施形態は、超音波画像化特性にも特定の画像化特性にも限定されないことに留意すべきである。
方法２１０は２１２で多面画像データを獲得するステップを含む。多面画像データは現在の画像走査からまたは以前に獲得して記憶したデータから獲得することができる。実施形態によっては、多面画像データは２つ以上の画像面を使用して３Ｄ超音波走査から取得される。例えば、図４に示すように、画像データ２３０は３面２３２、２３４、および２３６を使用する３面画像走査（３面画像化）から獲得することができる。走査面の各々は２Ｄ走査面であることに留意すべきである。さらに、多面画像取得は、必要に応じて任意のタイプの超音波探触子および／または超音波画像化システムを使用して行うことができることに留意すべきである。例えば、多面画像化は、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅから入手可能なＶｉｖｉｄ ７またはＶｉｖｉｄ Ｅ９などのＶｉｖｉｄ系列の超音波システムを使用して行うことができる。
３面画像取得の実施におけるようないくつかの実施形態においては、超音波情報は、３つの異なる方位の走査面２３２、２３４、および２３６または像について短期間（例えば、１／２０秒）内に実質的に同時にまたは連続的に取得される。走査面２３２、２３４、および２３６の間の間隔（例えば角度回転）は同じとすることも変更することもできることに留意すべきである。例えば、走査面２３２に関連する１つのデータスライスは０度の角度に対応することができ、走査面２３４に関連する別のデータスライスは６０度の角度に対応することができ、走査面２３６に関連する第３のデータスライスは１２０度の角度に対応することができる。
２Ｄ結合画像、３Ｄ結合画像、または他の画像は画像面（例えば多面データセットの個々の面）から形成することができる。走査面２３２、２３４、および２３６は共通回転軸２３８で交差するか、または代替として異なる軸で交差することができる。３つのスライス画像（例えば、全体積３Ｄデータセットを横断する２Ｄスライス）は、３つの走査面２３２、２３４、および２３６で取得された画像データで生成することができ、３つのスライス画像は、３つの走査面２３２、２３４、および２３６の走査データを同時に取得しているためにほぼ同じ時の走査対象物の３つの像である。３つのスライス画像は、例えば、心拍動またはサイクルの特定の時の患者の心臓のものとすることができる。代替として、３つのスライス画像は、心臓が鼓動している間の患者の心臓の連続的運動を示すことができる。走査面２３２、２３４、および２３６の１つまたは複数は（図１に示した）超音波探触子１０６の走査表面に対して傾いていることがあることに留意すべきである。さらに、走査面２３２、２３４、および２３６の間の角度回転を変化させるまたは変更することができる。
走査面２３２、２３４、および２３６は、超音波探触子の機械的または電子的ステアリングによって取得することができることにも留意すべきである。例えば、ある実施形態では、超音波探触子は、走査面２３２、２３４、および２３６に対応する画像データ（例えば画像面）を取得するために（図１に示した）要素１０４のアレイを移動させる既知の機械的可動走査ヘッドを含むことができる。他の実施形態では、超音波探触子は、走査面２３２、２３４、および２３６に対応する画像データを取得するためにマトリクスアレイを電子的にステアリングする既知の電子的ステアリング手段を含むことができる。さらなる他の実施形態では、既知の機械的および電子的ステアリングの組合せを使用することができる。走査面２３２、２３４、および２３６の取得中、様々な実施形態の探触子ハウジングは検査されている対象物に対して移動しないことに留意すべきである。
３つを超える走査面を使用して画像情報を取得することができることにも留意すべきである。例えば、６つの画像（例えば、６つの画像面）を、６つの面、すなわち、走査面２３２、２３４、および２３６、ならびに、例えば、図５に示すように走査面２３２、２３４、および２３６の間に等距離で配置することができる走査面２４２、２４４、および２４６で取得された画像データ２４０で生成することができる。したがって、走査面２３２、２３４、２３６、２４２、２４４、および２４６の各々はそれぞれ３０度だけ隔てることができる。しかし、走査面の各々の間の角度間隔は変更することができる。したがって、心尖面の数は、例えば、走査角度を電子的に回転させることによって連続して取得される多面走査データを使用して増加させることができる。実施形態によっては、互いに対して角をなして回転される多数の３面取得を行うことができ、または３つを超える走査面を有する単一の取得を行うことができる。したがって、例えば、画像化した心臓の左心室の画像解像度を向上させることができる。
図３に示した方法２１０を再び参照すると、多面画像データが２１２で得られた後、画像面は各２Ｄ追跡を行うために２１４で処理される。例えば、実施形態によっては、各画像面が処理され、その結果、左心室機能の定量分析が２Ｄスペックル追跡を行うことなどによって行われる。追跡は取得された心突部像から行うことができることに留意すべきである。さらに、通常の左心室は心尖部で最も低い運動を示すことになり、一方、僧帽弁輪は最も大きい運動を示すことになることに留意すべきである。さらに、追跡によって決定された収縮期の僧帽弁環状変位は左心室駆出分画率と密に関連することに留意すべきである。
各面に行われる様々な処理機能は、一般に、走査面からの画像データに基づいて、心臓、特に心筋または左心室の運動、例えば長手方向の変位などを２Ｄで追跡する。処理機能は、例えばＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅから入手可能なＶｉｖｉｄ系列の超音波システムを使用して行うことができる。一般に、様々な画像フレームを規定することができる各画像面の処理は、心臓、特に心筋または左心室の運動を決定または追跡する任意の既知の方法を使用して行うことができる。
各画像面が２１４で処理された後、２Ｄ追跡からの機能画像情報が２１６で決定される。例えば、心室壁運動は２Ｄ追跡から決定することができる。壁運動情報は心室壁の測定された動きに基づいて定量化することができる。例えば、自動機能画像化プロセスは、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅから入手可能なＶｉｖｉｄ（商標）７ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎシステムおよび／またはＥｃｈｏＰＡＣ（商標）ワークステーションを使用して行うことができる。自動機能画像化は、潜在的な壁運動異常を決定する定量的評価を行うために安静時の左心室機能を評価するのを容易にする。
決定された機能情報を使用して、機能画像情報を含む画像データが２１８で生成され、それを２２０で適宜表示することができる。例えば、機能情報を含む画像データを生成した後、図６に示されるような表示２８０を生成して表示することができる。表示２８０は、既知の複数のセグメント２８２を有するブルズアイプロットとして構成されている（１７セグメントが示されているが、より多いセグメントまたはより少ないセグメント、例えば１６セグメントまたは１８セグメントを設けることができる）。セグメント２８２の各々は、その中にそのセグメント２８２での最大収縮期ストレインを示す数値を含むことができる。さらに、収縮の量を示す色分け領域２８４を設けることができる。例えば、領域２８４は、一般に、心筋の収縮の分布を示すことによって、左心室の推測される時空間的挙動を示すことができる。異なる色は異なるレベルの心臓壁運動または収縮を示すことができる。
しかし、様々な実施形態は特定のタイプの表示に限定されない。例えば、ストレイントレースもしくは画像、または湾曲した解剖学的Ｍモード画像は、既知の機能情報の表示（例えば色分け機能情報）によって表示することができる。
本発明の様々な実施形態は、例えば３Ｄ超音波走査の使用による多面データ収集に基づいて２Ｄ追跡を使用することによって機能画像化、例えば自動機能画像化を提供する。様々な実施形態は、例えば、多面データ収集を２Ｄ追跡で使用することによる心臓の機能画像化のワークフロー２９０を示す図７に示されるような自動機能画像化を提供する。ワークフロー２９０はハードウェア、ソフトウェア、またはそれの組合せで行うことができることに留意すべきである。
ワークフローは、２９２で多面超音波走査を使用して多数の像またはデータスライスを取得することを含む。超音波データを取得するために使用される面の数は任意の数、例えば本明細書で説明するように２以上とすることができることに留意すべきである。本明細書で説明するように、３つの走査面は、例えば電子ビームステアリングを使用して自動的に取得することができる。３つの走査面は、例えば、心臓の、心尖部長軸像、４腔断面像、および２腔断面像などの標準像とすることができる。注目する領域、例えば左心室または心筋は２９４で規定される。注目する領域が走査面ごとに識別されることに留意すべきである。注目する領域は、１つまたは複数の目標物、例えば心筋の心尖点を識別することによって規定することができ、目標物は、心臓内の既知の動きを使用することなどによって、手動でユーザによって（例えば、マウスで指し示しクリックすることにより）識別する、または自動的に識別することができる。しかし、左心室長軸方位は多面走査によって規定されるので、すべての走査面の心尖点位置は自動的に決定することができる（例えば、走査面の各々の既知の角度回転に基づいて）ことに留意すべきである。例えば、単一の心尖点が例えばユーザによってまたは自動的に単一の像で決定された後、心尖点はすべての走査面について規定される。
実施形態によっては、自動的心尖点検出を任意の好適な方法で行うことができる。例えば、ユーザは１つまたは複数の解剖学的目標物（例えば僧帽弁環状部）を識別することができ、次に、それを使用して、解剖学的目標物からの既知の距離に基づくなどにより自動的に心尖点を識別する。別の例として、画像内の運動を使用して、心臓の識別された移動部分からの既知の距離に基づくなどにより心尖点を自動的に決定することができる。
注目する領域が規定された後、追跡確認が２９６で行われ、それは画像フレームごとに行われる。例えば、本明細書でより詳細に説明するような画像品質または２Ｄ追跡品質は、画像が所定の変動内にあるかどうか決定するためにユーザによってまたはモデル画像と比較して確認することができる。品質が許容されない場合、画像データを再処理することができる。さらに、一定の品質レベルを満たしていない心筋のセグメントは、表示される結果（例えばブルズアイプロットのグレー色分け）から排除することができることに留意すべきである。その後、大動脈弁閉鎖（ＡＶＣ）調整を２９８で行うことができる。例えば、ユーザは、大動脈弁閉鎖の規定した点（例えばトレースピーク）が正しいことを保証するために既知の長軸心尖像でＡＶＣを確認することができる。ＡＶＣタイミングも、例えば予想値との比較によって自動的に確認することができる。ＡＶＣは要望に応じてまたは必要に応じて調整することができる。
その後、パラメトリック画像を３００で任意の既知の方法で生成して表示することができる。例えば、色分けされた心臓壁収縮情報をもつ最大収縮期ストレイン画像または限界収縮期ストレイン画像を表示することができ、それは収縮情報の百分率値を含むこともできる。
追加の表示をワークフロー２９０の一部として設けることができる。例えば、３０２で、ストレイントレースまたは（図６で示したような）ブルズアイプロットを、任意の既知の方法で、本明細書で説明したように生成して表示することができる。
したがって、様々な実施形態が機能超音波画像化を提供し、ここで２Ｄ追跡は３Ｄ画像化モードにおけるような多面データ収集に基づいている。したがって、同時にまたはほぼ同時に取得された多面データの２Ｄスペックル追跡に基づいた左心室定量化が行われる。例えば、超音波探触子を移動することなく超音波探触子の走査角度を電子的に回転させることにより取得することができる連続取得多面データを組み合わせるかまたは繋ぎ合わせることによって、取得される心尖面の数を増やすことができる。さらに、すべての走査面の心尖点は、多面走査によって規定された左心室長軸方位に基づいて自動的に決定する（または評価する）ことができる。
図１の超音波システム１００は、ラップトップコンピュータまたはポケットサイズシステムなどの小サイズシステムならびにより大きいコンソールタイプシステムで具現することができる。図８および９は小サイズシステムを示し、一方、図１０はより大きいシステムを示す。
図８は、３Ｄ超音波データ、すなわち多面超音波データを取得するように構成することができる探触子３３２（例えば、３次元（３Ｄ）経食道超音波心臓図検査（ＴＥＥ）超音波探触子）を有する３Ｄ対応小型超音波システム３３０を示す。例えば、探触子３３２は、図１の探触子１０６に関して前に説明したような要素１０４の２Ｄアレイを有することができる。ユーザインターフェイス３３４（それは一体型表示装置３３６を含むこともできる）は、オペレータからのコマンドを受け取るために設けられる。本明細書で使用されるとき、「小型」とは、超音波システム３３０が携帯型またはハンドキャリー型デバイスであるか、または人の手、ポケット、書類カバンサイズのケース、またはバックパックで運ぶように構成されていることを意味する。例えば、超音波システム３３０は、一般的なラップトップコンピュータのサイズを有するハンドキャリー型デバイスとすることができる。超音波システム３３０はオペレータが容易に持ち運びできる。一体型表示装置３３６（例えば内部表示装置）は、例えば１つまたは複数の医用画像を表示するように構成される。
超音波データは、有線または無線のネットワーク３４０（または、シリアルもしくはパラレルケーブルまたはＵＳＢポートを介する直接接続）を介して外部デバイス３３８に送ることができる。実施形態によっては、外部デバイス３３８は表示装置を有するコンピュータまたはワークステーションとすることができる。代替として、外部デバイス３３８は、ハンドキャリー型超音波システム３３０からの画像データを受け取り、一体型表示装置３３６よりも大きい解像度を有することができる画像を表示または印刷することができる別個の外部表示装置またはプリンタとすることができる。
図９は、表示部３５２およびユーザインターフェイス３５４が単一のユニットを形成するハンドキャリー型またはポケットサイズの超音波画像化システム３５０を示す。例として、ポケットサイズ超音波画像化システム３５０は、幅約２インチ、長さ約４インチ、深さ約０．５インチ、重さ３オンス未満のポケットサイズまたは手のサイズの超音波システムとすることができる。ポケットサイズの超音波画像化システム３５０は、一般に、表示部３５２と、キーボードタイプのインターフェイスを含む場合もあり含まない場合もあるユーザインターフェイス３５４と、走査デバイス、例えば超音波探触子３５８に接続するための入出力（Ｉ／Ｏ）ポートとを含む。表示部３５２は、例えば、（医用画像３９０を表示することができる）３２０×３２０画素カラーＬＣＤ表示装置とすることができる。ボタン３８２のタイプライター様キーボード３８０はユーザインターフェイス３５４に適宜含めることができる。
多機能制御部３８４は各々システム動作のモードに応じた機能（例えば異なる像を表示する）を割り当てることができる。したがって、多機能制御部３８４の各々は複数の異なる動作を行うように構成することができる。多機能制御部３８４に関連するラベル表示区域３８６を必要に応じて表示部３５２に含めることができる。限定はしないが、「フリーズ」、「深さ制御」、「利得制御」、「色モード」、「印刷」、および「記憶」を含めることができる特別目的の機能のために、システム３５０は追加のキーおよび／または制御部３８８を有することもできる。
ラベル表示区域３８６の１つまたは複数は、像が表示されていることを示すため、または表示すべき画像化対象物の異なる像をユーザが選択できるようにするためのラベル３９２を含むことができる。例えば、ラベル３９２は心尖４腔断面像（ａ４ｃｈ）、心尖長軸像（ａｌａｘ）、または心尖２腔断面像（ａ２ｃｈ）を示すことができる。異なる像を選択するのは関連する多機能制御部３８４によって行うこともできる。例えば、４ｃｈ像は多機能制御部Ｆ５を使用して選択することができる。表示部３５２は、表示された画像に関連する情報（例えば表示された画像に関連するラベル）を表示するためのテキスト形式表示区域３９４を有することもできる。
様々な実施形態は、様々な寸法、重量、および電力消費を有する小型または小サイズ超音波システムに関連して実施することができることに留意すべきである。例えば、ポケットサイズの超音波画像化システム３５０および図８の小型超音波システム３３０は、（図１に示した）システム１００と同じ走査および処理機能を提供することができる。
図１０は、移動可能な基部４０２上に設けられたポータブル超音波画像化システム４００を示す。ポータブル超音波画像化システム４００はカートベースシステムと呼ぶこともできる。表示装置４０４およびユーザインターフェイス４０６が設けられ、表示装置４０４はユーザインターフェイス４０６と分離しているかまたは分離可能であることが理解されるべきである。ユーザインターフェイス４０６は適宜タッチスクリーンとすることができ、それにより、オペレータは表示されたグラフィックス、アイコンなどに触れることによってオプションを選択することができる。
ユーザインターフェイス４０６は、要望に応じてまたは必要に応じて、および／または一般には設けられている、ポータブル超音波画像化システム４００を制御するのに使用することができる制御ボタン４０８をさらに含む。ユーザインターフェイス４０６は、超音波データおよび表示することができる他のデータと対話すること、ならびに情報を入力し、走査パラメータ、視野角などを設定および変更することのためにユーザが物理的に操作できる多くのインターフェイスオプションを提供する。例えば、キーボード４１０、トラックボール４１２、および／または多機能制御部４１４を設けることができる。
様々な実施形態および／または構成要素、例えばモジュール、または構成要素およびその中のコントローラは、１つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサの一部として実施することもできる。コンピュータまたはプロセッサは、インターネットにアクセスするために例えばコンピューティングデバイス、入力デバイス、表示ユニット、およびインターフェイスを含むことができる。コンピュータまたはプロセッサはマイクロプロセッサを含むことができる。マイクロプロセッサは通信バスに接続することができる。コンピュータまたはプロセッサはメモリを含むこともできる。メモリはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。コンピュータまたはプロセッサは記憶デバイスをさらに含むことができ、記憶デバイスはハードディスクドライブ、またはフロッピー（登録商標）ディスクドライブ、光ディスクドライブなどのようなリムーバブル記憶ドライブとすることができる。記憶デバイスは、コンピュータプログラムまたは他の命令をコンピュータまたはプロセッサにロードするための他の類似の手段とすることもできる。
本明細書で使用されるとき、「コンピュータ」という用語は、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、および本明細書で説明した機能を実行することができる任意の他の回路またはプロセッサを使用するシステムを含めて任意のプロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースのシステムを含むことができる。上述の例は単に例示であり、したがって「コンピュータ」という用語の定義および／または意味を決して制限するものではない。
コンピュータまたはプロセッサは１つまたは複数の記憶要素に記憶されている１組の命令を実行して入力データを処理する。記憶要素はさらに要望に応じてまたは必要に応じてデータまたは他の情報を記憶することもできる。記憶要素は処理機械内の情報源または物理メモリ要素の形態とすることができる。
命令の組は、本発明の様々な実施形態の方法およびプロセスなどの特定の動作を行うために処理機械としてのコンピュータまたはプロセッサに命じる様々なコマンドを含むことができる。命令の組はソフトウェアプログラムの形態とすることができる。ソフトウェアはシステムソフトウェアまたはアプリケーションソフトウェアなどの様々な形態とすることができる。さらに、ソフトウェアは、別個のプログラムの集合、より大きいプログラム内のプログラムモジュール、またはプログラムモジュールの一部の形態とすることができる。ソフトウェアはオブジェクト指向プログラミングの形態でモジュラプログラミングを含むことができる。処理機械による入力データの処理は、ユーザコマンドに応える、前の処理の結果に応える、または別の処理機械によってなされた要求に応えることができる。
本明細書で使用されるとき、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は交換可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含むコンピュータで実行するためのメモリに記憶されたいかなるコンピュータプログラムも含む。前述のメモリタイプは単に例示であり、したがってコンピュータプログラムの記憶に使用できるメモリのタイプに関して制限するものではない。
前述の説明は例示であり、限定するものではないことが理解されるべきである。例えば、上述の実施形態（および／またはそれの態様）は互いに組み合わせて使用することができる。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく本発明の教示に特定の状況または材料を適合させるために多くの変形を行うことができる。本明細書で説明した材料の寸法およびタイプは本発明のパラメータを規定するためのものであるが、それらは決して限定するものではなく、例示的実施形態である。他の多くの実施形態は、上述の説明を調査する際に当業者には明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲が権利化される均等物の全範囲と共に参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「ここで（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれ「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「ここで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語の平易な英語の均等物として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの用語は単にラベルとして使用されており、それらの対象物に数的な要求を課すものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎフォーマットで記載されておらず、そのような特許請求の範囲の限定が明確に「手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という句と、その後のさらなる構造体の機能無効の記述を使用しない限り、かつそれを明確に使用するまで、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１２条、第６パラグラフに基づいて解釈されるものではない。
最良の形態を含めて本発明を開示するために、および、さらに、任意のデバイスまたはシステムを製作および使用することと、任意の組み込まれた方法を行うこととを含めて本発明を当業者が実施できるようにするために、この書面による説明は例を使用している。本発明の特許の範囲は特許請求の範囲によって規定され、当業者なら思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの意味と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字どおりの意味と実質的に差がない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものである。
１００ 超音波システム
１０２ 送信器
１０４ 要素
１０６ 探触子
１０８ 受信器
１１０ ビーム形成器
１１２ ＲＦプロセッサ
１１４ メモリ
１１６ プロセッサ
１１８ 表示装置
１２２ メモリ
１２４ ユーザインターフェイス
１２６ 機能画像化モジュール
１３６ 超音波プロセッサモジュール
１５０ 超音波コントローラ
１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２、１６４ サブモジュール
１７０ 超音波データ
１７２ カラーフローデータ
１７４ パワードップラデータ
１７６ Ｂモードデータ
１７８ スペクトルドップラデータ
１８０ Ｍモードデータ
１８２ ＡＲＦＩデータ
１８４ 組織ドップラデータ
１９０ メモリ
１９２ 走査変換器サブモジュール
１９４ ２Ｄ映像プロセッササブモジュール
１９５ 超音波画像フレーム
１９６ バス
１９８ マルチモード画像フレーム
２００ ３Ｄプロセッササブモジュール
２３０ 画像データ
２３２、２３４、２３６ 走査面
２３８ 回転軸
２４０ 画像データ
２４２、２４４、２４６ 走査面
２８０ 表示
２８２ セグメント
２８４ 領域
２９０ ワークフロー
３３０ 超音波システム
３３２ 探触子
３３４ ユーザインターフェイス
３３６ 一体型表示装置
３３８ 外部デバイス
３４０ 有線または無線のネットワーク
３５０ 超音波画像化システム
３５２ 表示部
３５４ ユーザインターフェイス
３５８ 超音波探触子
３８０ タイプライター様キーボード
３８２ ボタン
３８４ 多機能制御部
３８６ ラベル表示区域
３８８ 制御部
３９２ ラベル
３９４ テキスト形式表示区域
４００ ポータブル超音波画像化システム
４０２ 移動可能な基部
４０４ 表示装置
４０６ ユーザインターフェイス
４０８ 制御ボタン
４１０ キーボード
４１２ トラックボール
４１４ 多機能制御部

Claims (10)

  1. 機能超音波画像化の方法（２１０）であって、
    画像化対象物の多面画像化走査から取得された超音波画像データを獲得する（２１２）ステップであって、前記超音波画像データが複数の画像面を規定する、ステップと、
    前記複数の画像面に基づいた２次元追跡情報から前記画像化対象物の機能画像情報を決定する（２１６）ステップと、
    前記機能画像情報を使用して前記画像化対象物の機能超音波画像データを生成する（２１８）ステップと
    を含む方法。
  2. 前記機能画像情報を決定するために２次元追跡を行うステップをさらに含む、請求項１記載の方法（２１０）。
  3. 前記画像化対象物が心臓であり、前記超音波画像データが心筋収縮情報を含む機能情報をもつ画像化心臓データを含む、請求項１記載の方法（２１０）。
  4. 複数の画像フレームの少なくとも１つの心尖点に基づいて前記複数の画像フレームの各々の心尖点位置を自動的に決定するステップをさらに含む、請求項３記載の方法。
  5. 前記多面画像化走査が３面画像化走査を含む、請求項１記載の方法。
  6. 前記３面画像化走査が、異なる回転走査角度での複数の心尖画像面を含む、請求項５記載の方法。
  7. 前記多面画像化走査が連続して必要とされる複数の３面画像化走査を含み、前記複数の３面画像化走査から画像化データを組み合わせるステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
  8. 前記複数の３面画像化走査が、複数の回転単一面走査および複数の回転２面走査の一方を含む、請求項７記載の方法。
  9. 複数の画像フレームを取得するために多面超音波画像化を行うように構成された超音波探触子（１０６）と、
    前記取得された複数の画像フレームに対する２次元追跡情報から機能画像情報を決定し、機能超音波画像データを生成するように構成された機能画像化モジュール（１２６）を有するプロセッサ（１１６）と
    を備える超音波画像化システム（１００）。
  10. 前記超音波探触子が、電子的にステアリング可能なマトリクスアレイを有する３次元の探触子および３次元（３Ｄ）経食道超音波心臓図検査（ＴＥＥ）超音波探触子の一方を含む、請求項９記載の超音波システム。
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