JP2013532543A - ３ｄボリュームの２ｄ超音波画像の自動的なスイープ及びエクスポート - Google Patents

Abstract

バイプレーン撮像の機能を持つ超音波システム１０が、参照画像だけ若しくは可変方向画像だけの独立した画像フレーム、又は両方の画像の標準的な表示を表示、格納及びエクスポートすることができる。このシステムは、画像平面方向の範囲を通りスイープし、平面方向の範囲にわたり各方向において画像を自動的に取得することもできる。このシステムは好ましくは、バイプレーン傾斜モード、バイプレーン回動モード又はバイプレーン上昇傾斜モードで動作可能である。

Description

本発明は、超音波診断システムに関し、より詳細には、参照平面に対して２Ｄ画像平面を自動的にスイープし、個別の画像平面又は画像シーケンスとして、スイープされた平面をエクスポートする３Ｄ超音波診断撮像システムに関する。

米国特許第６，７０９，３９４号（Frisaその他）及び第６，７５５，７８６号（Frisaその他）は、超音波バイプレーン撮像を説明する。バイプレーン撮像において、２次元行列アレイトランスデューサ・プローブは、迅速な交互連続的態様で、２つの異なる２Ｄ画像平面をスキャンする。これにより、両方の平面の生のリアルタイム画像が生成される。画像平面の１つは、参照画像平面と呼ばれる。この画像平面は一般に、行列アレイトランスデューサの平面に対して垂直に方向付けられる。これは、センター直交軸線の周りのプローブからアレイへとまっすぐ外に延在する。参照画像方向は通常、静止されて維持され、第２の画像平面は、この参照平面に対して移動可能である。'３９４特許は、第２の画像平面が、参照平面に対して傾斜又は回動されることができるバイプレーン撮像を説明する。マサチューセッツ州アンドーバーのPhilips Healthcareから利用可能な商業的な実施形態において、傾けられた画像平面は、参照平面の重心軸に整列するその重心軸を持つ公称方向を持つ。傾斜平面が、参照平面の重心軸に対して異なる角度で方向付けられるが、その重心軸を用いて参照平面に常に配置されるよう、その傾斜平面が移動される（傾けられる）ことができる。回動バイプレーン実現はここでも、参照画像の重心軸と開始点で整列配置される第２の（回動する）画像平面の重心軸を持ち、第２の画像方向は、参照画像の平面に直交する。この開始位置から、回動平面は、直交から変化する参照画像に対する角度でその重心軸の周りで回動されることができる。'７８６特許は、上昇傾斜バイプレーン撮像として知られる技術を説明する。上昇傾斜撮像において、第２の画像は、参照画像と整列する開始位置を持つ。第２の画像は、上昇方向において参照画像平面から参照画像平面を横切らない異なる平面へと離れて移動される。従って、２つの平面は、完全に平行又は角度的に平行でありえる。後者は、第２の平面が参照平面と共通の頂点位置を持つか、又は画像の上端（最も浅い深度）の上の参照平面と交差する状態である。バイプレーン画像は、関心ターゲット生体構造又は領域を見るために医師が参照平面を配置して、ターゲット生体構造の他の平面画像を観測するために第２の平面を移動することを可能にする。これらの特許に示されるように、２つのバイプレーン画像は、同時に並んで表示される。その結果、第２の平面を移動する間、臨床医は、参照画像を常に見ることができる。バイプレーン撮像は、スキャンされる３次元ボリュームに含まれる画像位置のナビゲーションベアリングを常に維持しつつ、臨床医が２つの画像平面を同時にスキャン及び観測することを可能にする。臨床医が、両方の画像平面において関心生体構造を配置するとき、単一の画像又はループ（生の画像のシーケンス）が、キャプチャ又はセーブされることができ、後に決定的な診断をしているとき、表示又は再生されることができる。

画像のデュアルディスプレイのキャプチャは、単一の画像のディスプレイのサイズと比較して、各画像のサイズを減らすことになる。いくつかの場合において、診断を必要とする生体構造を観測するために配置された第２の画像だけをセーブすることが望ましい場合がある。即ち、参照画像は、診断には必要でない場合がある。第２の画像だけをセーブすることは、詳細な診断を補助するより大きなディスプレイフォーマットにおいて画像が表示されることを可能にする。単一の移動可能な画像ではなく、画像方向の範囲にわたるすべての画像をセーブすることが望ましい場合もある。新しい方向のシリーズへと移動可能な画像を手動で再配置し、続いて新しい画像をキャプチャすることは、退屈で、時間を消費するものであり、プローブがこの処理の間不注意に移動する場合、画像の不完全なシリーズを与える。画像方向の範囲を通り自動的にステップを進める又はスイープし、スイープの範囲においてすべての画像をキャプチャすることが可能であることが、更に望ましい。参照画像が診断にとってもはや有益でないとき、参照画像と関係なく、スイープされた第２の画像のシーケンスだけをセーブすることが可能であることが更に望ましい。

本発明の原理によれば、診断超音波撮像システムは、可動バイプレーン画像方向のシリーズからの画像をスイープ及びセーブすることができるバイプレーン撮像を実行する。ボタンのタッチにおいて、バイプレーン画像の第２の（移動可能な）平面が、方向の完全な範囲又は選択されたサブ範囲において、回動、傾斜又は上昇され、このシーケンスが、後の観測のためセーブされる。本発明の更なる側面によれば、静的な又は生の画像である移動可能な画像平面又は斯かる平面のシーケンスが、参照平面画像とは分離してキャプチャ及びセーブされることができる。個別の画像又は画像のループは、後の表示及び診断のためエクスポートされることができる。

本発明の原理に基づき構築される超音波診断撮像システムをブロックダイアグラム形式で示す図である。 従来技術のバイプレーン表示を示す図である。 図１の超音波システムのバイプレーン画像形式選択サブシステムをブロックダイアグラム形式で示す図である。 本発明の原理によるセットアップ及びバイプレーンスイープ画像の取得を示すフローチャートである。 本発明の原理による個別にセーブされた第２の（移動可能な）バイプレーン画像を説明する図である。 本発明の原理による個別にセーブされた第２の（移動可能な）バイプレーン画像を説明する図である。

最初に図１を参照すると、本発明の原理に基づき構築される超音波システム１０が、ブロック図形式で示される。超音波システムは、フロントエンド取得サブシステム１０Ａ及びディスプレイサブシステム１０Ｂという２つのサブシステムにより構成される。超音波プローブは、２次元行列アレイトランスデューサ７０及びマイクロ―ビーム形成器７２を含む取得サブシステムに結合される。マイクロビーム形成器は、アレイトランスデューサ７０の要素のグループ（「パッチ」）に適用される信号を制御し、各グループの要素により受信されるエコー信号の何らかの処理をする回路を含む。プローブにおけるマイクロ―ビーム形成は有利なことに、プローブ及び超音波システムの間のケーブルにおける導体の数を減らし、米国特許第５，９９７，４７９号（Savordその他）及び米国特許第６，４３６，０４８号（Pesque）において説明され、高いフレームレートのリアルタイム（生の）撮像のため、送信及び受信に関するビームの電子操縦を提供する。

プローブは、超音波システムの取得サブシステム１０Ａに結合される。取得サブシステムは、ユーザ制御部３６に応答し、マイクロビーム形成器７２に対して制御信号を提供するビーム形成コントローラ７４を含む。制御信号は、送信ビームのタイミング、周波数、方向及び焦束に関してプローブに指示する。ビーム形成コントローラは、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１８及びビーム形成器２０の制御により、取得サブシステムにより受信されるエコー信号のビーム形成も制御する。プローブにより受信される部分的にビーム形成されたエコー信号が、取得サブシステムにおけるプリアンプ及びＴＧＣ（時間ゲイン制御）回路１６により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１８によりデジタル化される。デジタル化されたエコー信号は、メインシステム・ビーム形成器２０により、完全に操縦及び焦束されたビームへと形成される。エコー信号は、デジタルフィルタリング、Ｂモード及びＭモード検出、並びにドップラー処理を実行し、例えばハーモニック分離、スペックル減少及び他の所望の画像信号処理といった他の信号処理も実行することができる画像プロセッサ２２により処理される。

取得サブシステム１０Ａにより生成されるエコー信号は、ディスプレイサブシステム１０Ｂに結合される。これは、所望の画像フォーマットにおいて表示するためエコー信号を処理する。エコー信号は、画像ラインプロセッサ２４により処理される。これは、エコー信号をサンプリングし、ビームのセグメントを完全なライン信号へとスプライスし、ＳＮ比改善又はフロー持続のためライン信号を平均化することができる。２Ｄ画像に関する画像ラインは、従来において知られるＲ―θ変換を実行するスキャンコンバータ２６により所望の画像フォーマットへとスキャンコンバートされる。スキャンコンバータは、直線又はセクター画像フォーマットをフォーマット化することができる。画像は、画像メモリ２８に格納される。図３においてより詳細に説明されるように、画像は画像メモリからディスプレイ３８上に表示されることができる。メモリにおける画像は、画像と共に表示されるグラフィックスでオーバレイされることもある。グラフィックスは、ユーザ制御部３６に応答するグラフィックス生成器３４により生成され、その結果、生成されるグラフィックスは、ディスプレイの画像に関連付けられる。個別の画像又は画像シーケンスは、画像ループ又はシーケンスのキャプチャの間、シネメモリ３０に格納されることができる。

リアルタイム・ボリュメトリック撮像のため、ディスプレイサブシステム１０Ｂは、リアルタイム３次元画像のレンダリングに関して、画像ラインプロセッサ２４から画像ラインを受信する３Ｄ画像レンダリングプロセッサ３２も含む。３Ｄ画像は、ディスプレイ３８上で生の（リアルタイム）３Ｄ画像として表示されることができるか、又は後のレビュー及び診断のため３Ｄデータセットを格納すべく、画像メモリ２８に結合されることができる。

心臓サイクルの特定の位相での画像を取得することが望ましいときに使用されるＥＣＧサブシステムが提供される。ＥＣＧリード線５０は、各鼓動のＲ波を特定するＱＲＳプロセッサ５２のため、ＥＣＧ信号を提供する。Ｒ波のタイミングは、特定の心臓サイクルの画像を取得するために用いられる。鼓動の連続の拡張末期位相での心臓の画像は、ビーム形成コントローラ７４に関するトリガー信号生成器５４からのトリガー信号としてのＲ波タイミングと、所望の心臓位相を選択するのに使用される制御パネル３６の制御とを結合することにより取得されることができる。この所望の心臓位相では、心臓位相ゲート化された画像が取得されることになる。

行列アレイプローブが、制御パネル３６の制御により選択されるバイプレーンモードで作動されるとき、ビーム形成コントローラ７４は、迅速でリアルタイムな連続的態様で、２つの異なる画像平面の画像を交互に取得するよう制御される。制御パネル３６の制御は、例えば、回動、傾斜又は上昇傾斜モードといった所望のバイプレーンモードを選択するために用いられる。２つの平面の生の画像は、図２に示されるように並んで表示される。検査技師は、行列アレイプローブを安定して保持することになる。その結果、ターゲット生体構造が、参照画像において常に表示され、第２の画像を傾ける、回動させる、又は上昇させるために、制御パネルの制御を操作する。図２の例に図示されるように、参照画像Ｌは、ディスプレイスクリーンの左側に表示され、調整可能な第２の画像Ｒが、スクリーンの右側に示される。図２における各画像の頂点の右には、各画像の隣の点として、プローブ方向マーカー４０２、４０４が表示される。検査技師がどのようにプローブを保持するかに基づき、表示されたマーカーは、画像の左又は右側を表すプローブ上のマークと相関する。このマーカーは、検査技師が患者の体に対してプローブを保持する態様に関連して、表示された画像を方向付ける。スクリーンの中央の上記画像Ｌ及びＲは、２つのバイプレーン画像平面の相対的な方向を示す画像方向アイコン４００である。アイコン４００は、プローブのトランスデューサアレイから見られる画像平面の表示を表し、回動されるときＲ画像が移動することができる空間を視覚的に表す円４１０を持つ。点４０６は、左参照画像Ｌの点４０２に対応し、この例において、参照画像の平面が、画像の右においてマーカーを持つ円４１０にわたり水平方向にあることを示す。アイコンのライン４１２は、右（移動可能な）画像Ｒが、画像の右側において、点４０４に対応する右マーカー４０８を持つ同じ方向にあることを示す。移動可能な画像平面が回動されるとき、ライン４１２は、平面の変化する方向に基づき、円の周りを回動する。傾斜及び回動モードに関するこの標準的なバイプレーン表示の更なる詳細は、'３９４特許に記載される。上昇傾斜モードに関するバイプレーン表示の詳細は、'７８６特許に記載される。

本発明の原理によれば、バイプレーン画像は、同じディスプレイフレームにおける両方の画像と共に標準的なフォーマットで、又は独立画像として、表示、格納、及び／又はエクスポートされることができる。図３は、この機能を提供する図１の超音波システムに関するディスプレイプロセッサの例を示す。スキャンコンバータ２６からの画像ディスプレイラインは、第１の画像バッファ８２又は第２の画像バッファ８４に対するスイッチ８０により交互に操縦される。スイッチ８０の設定は、システムにより現在取得されるバイプレーン画像に基づき、ビーム形成コントローラ７４からの信号により制御される。参照バイプレーン画像は、第１の画像バッファ８２において組立てられ、第２の（可変方向）画像は、第２の画像バッファ８４において組立てられる。これらの２つの画像バッファから、異なる格納及び表示フォーマットが、生成されることができる。画像バッファ８２及び８４は、画像フォーマットセレクター８８の入力に結合される。画像バッファ８２及び８４は、バイプレーン画像バッファ８６の入力にも結合される。そこでは、両方のバイプレーン画像が、単一の画像フレームとして格納及び／又は表示のためフォーマット化される。バイプレーン画像バッファ８６の出力は、画像フォーマットセレクター８８の第３の入力として結合される。画像フォーマットセレクター８８は、出力として、制御パネル３６からのユーザ制御された信号により命令されて、参照画像の画像フレーム、第２の（可変方向）画像の画像フレーム、又は同時的な両方の画像の標準的なバイプレーン表示の画像フレームを生成することができる。グラフィックス生成器３４は、選択された画像タイプに関して対応するグラフィックオーバレイを提供するため、セレクター８８に結合される。選択されたフォーマットの画像フレームは、画像ディスプレイ３８上に表示され、画像メモリ２８にセーブされ、及び／又は、システムの画像データポート（図示省略）を通り外部に通信されることができる。これは、可変方向画像だけのシーケンスが、参照画像とは関係なく、他のストレージ又はディスプレイデバイスに格納及びエクスポートされることができることを意味する。参照画像のシーケンスと同時に取得された可変方向画像の独立シーケンスとを格納及び／又はエクスポートすることも可能である。画像データのメタデータに格納される画像の取得時間を用いて、又は画像の両方のセットの取得のタイミングを示すタイミング（ＥＣＧ）信号を参照して、２つの画像シーケンスが、同期的表示のため同時に再生されることができる。取得した画像は、体におけるフロー又は運動の静的な画像又は生の画像とすることができる点を理解されたい。

本発明の更なる側面によれば、図４は、バイプレーン画像ペアの可変方向画像のシーケンスを自動的にスイープ及び取得するため、図１の超音波システムを作動させる方法を示す。例えば、参照画像は、＋４５°から−４５°の範囲のセクター角度を持つセクター画像とすることができる。セクター参照画像の０°角は、アレイトランスデューサから垂直に延在するセクター画像の重心軸である。可変傾斜画像は、＋４５°から−４５°の傾斜角の範囲のどこにでも配置されることができる。従来技術のバイプレーン撮像システムにおいて、第２の画像の傾斜方向は、手動で調整可能である。図４の動作シーケンスは、第２の画像方向の完全な範囲又は部分的な範囲を通り自動的にスイープするため、超音波システムがどのように命令されることができるかを示す。例えば、上記例に従い、システムは、＋４５°から−４５°の傾斜角の完全な範囲にわたり、画像をスイープ及び取得するよう命令されることができる。又は、画像は、この完全な範囲の部分にわたり取得されることができる。この方法は、所望のバイプレーンモードを選択するステップ６０で始まる。バイプレーンモードの例は、上述され、傾斜、回動、及び上昇傾斜モードを含む。一旦モードが選択されると、関心生体構造領域が所望のバイプレーンモードの参照画像において見られるまで、ステップ６２においてプローブが操作される。心臓撮像に関して、例えば、関心領域は、心臓の左心室とするかもしれない。ステップ６４において、必要に応じて、方向がスイープされることになる範囲が選択される。通常、方向の完全な範囲は、デフォルトスイープ範囲、例えば、この例では＋４５°から−４５°である。ステップ６６において、必要に応じて、スイープの起動が選択される。例えば、心臓が、鼓動の拡張末期位相に接近し、これを通り続くとき、スイープを始めることが望ましい場合がある。一旦取得に関する所望のパラメータの全てがセットされると、スイープを開始するため、又は所望のタイミングでのスイープを始めるためのトリガーを起動するため、制御パネル３６上のボタンが押される。ビーム形成コントローラは、それぞれ連続して異なる方向で、第２の（方向変数）画像のシーケンスを迅速に取得する。取得の終わりに、画像のシーケンスは、後のレビュー又はエクスポートのため、例えば診断ワークステーションといった別のシステムに格納される。

図４に示される設定に加えて、追加的な設定は、連続した画像の間の角間隔とすることができる。間隔が接近した画像のスイープシーケンスは、多くの画像を取得するが、より大きな数の画像を取得するため、より粗い間隔のシーケンスよりも時間がかかる点を理解されたい。

図５ａ及び５ｂは、本発明による別のデバイスに対して表示、格納及び／又は送信されることができるバイプレーン画像の２つのタイプを示す。図５ａは、参照画像といった単一の静的な画像９０を示す。これは、第１の画像バッファ８２において組立てられ、ディスプレイ３８上に表示され、及び単一の画像として格納される。画像９０は、単一のバイプレーン参照画像又は単一のバイプレーン可変方向画像とすることができる。静的な画像の代わりに、画像９０は、生の画像のループ又はシーケンスとすることもできる。そこでは、単一の画像における生体構造が、リアルタイムに動いて観測される。図５ｂは、画像９２のシーケンスを示す。これは、例えば、上述したような画像平面方向角度の範囲を通る自動化されたスイープにより取得されることになる。この例におけるシーケンスは、＋４５°で始まる傾斜方向を有し、１°のインクリメントで動くように見られる。その結果、シーケンスにおける第２の画像は、＋４４°の傾斜方向を持つ等となる。シーケンスの中央では、公称０°の傾斜を持つ画像があり、＋４５°から−４５°の範囲を通りスイープされるシーケンスの終わりには、この例では−４５°の方向で傾けられる画像がある。スイープされたシーケンス９２は、後のレビュー及び診断のためセーブさら、及び臨床医が、診断をするのに最適な方向を見つけるため、シーケンスを進めることができるとき、呼び出されることができる。傾けられた画像の各々は、単一の静的な画像、生の画像ループ、及び／又は移動する生体構造の所定の位相で取得されるゲート制御された画像とすることができる点を更に理解されたい。

Claims (15)

1. 漸進的に異なる画像平面方向のバイプレーン画像のシーケンスを自動的に取得する超音波診断撮像システムであって、
   ２次元行列アレイトランスデューサを含む超音波プローブと、
   異なる画像方向のバイプレーン画像を取得するよう前記プローブを制御するコントローラと、
   方向変動の範囲にわたり漸進的に異なる画像方向の画像のシーケンスを取得及び格納するよう前記コントローラに命令するため、ユーザにより動作可能なユーザ制御部と、
   バイプレーン画像の表示のためのディスプレイとを有する、超音波診断撮像システム。
2. 前記画像が取得されることになる前記方向変動の範囲をセットするため、ユーザにより動作可能なユーザ制御部を更に有する、請求項１に記載の超音波診断撮像システム。
3. 漸進的に異なる画像方向の画像のシーケンスのゲート制御された取得のため、前記コントローラに結合されるトリガー信号のソースを更に有する、請求項２に記載の超音波診断撮像システム。
4. 漸進的に異なる画像方向の画像の取得したシーケンスを格納する画像メモリを更に有する、請求項１に記載の超音波診断撮像システム。
5. 前記漸進的に異なる画像方向が、異なる傾斜角方向、異なる回動角度方向、又は異なる上昇傾斜角方向である、請求項４に記載の超音波診断撮像システム。
6. 異なる画像方向の間の方向における差分をセットするため、ユーザにより動作可能なユーザ制御部を更に有する、請求項１に記載の超音波診断撮像システム。
7. 前記バイプレーン画像が、前記行列アレイトランスデューサに対して固定された方向の第１の画像及び前記第１の画像に対してユーザ可変方向の第２の画像を更に有する、請求項１に記載の超音波診断撮像システム。
8. 前記第２の画像が、前記第１の画像に対して傾けられた方向を持ち、前記第１の画像の平面と交差するモード、
   前記第２の画像が、前記第１の画像に対して回動された方向を持つモード、又は
   前記第２の画像が、上昇方向において傾けられ、前記第１の画像と交差しないモード、のいずれかを選択するため、ユーザにより動作可能なユーザ制御部を更に有する、請求項７に記載の超音波診断撮像システム。
9. バイプレーン画像を取得するため、超音波診断撮像システムを作動させる方法において、
   バイプレーン撮像モードを選択するステップと、
   前記選択されたバイプレーン撮像モードにおいて体における関心領域を撮像するステップと、
   漸進的に異なる画像方向のバイプレーン画像のスイープされた取得を開始するステップと、
   前記漸進的に異なる画像方向のバイプレーン画像の画像シーケンスを格納するステップとを有する、方法。
10. 前記スイープされた取得が開始されることになる漸進的に異なる画像取得の範囲を選択するステップを更に有する、請求項９に記載の方法。
11. 異なる画像方向の間の方向における増加的差分を選択するステップを更に有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記開始するステップが、漸進的に異なる画像平面傾斜のバイプレーン画像のスイープされた取得を開始するステップを更に有する、請求項９に記載の方法。
13. 前記開始するステップが、漸進的に異なる画像平面回動のバイプレーン画像のスイープされた取得を開始するステップを更に有する、請求項９に記載の方法。
14. 異なる画像ディスプレイデバイスに対して前記格納された画像シーケンスをエクスポートするステップを更に有する、請求項９に記載の方法。
15. トリガー信号を取得するステップを更に有し、
    前記開始するステップが、漸進的に異なる画像方向のバイプレーン画像のゲート制御された、スイープされた取得を開始するステップを更に有する、請求項９に記載の方法。

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