JP2016514564A - ３ｄ超音波撮像システム - Google Patents

Abstract

本発明は、−身体１２の３次元超音波スキャンから得られた少なくとも１つのボリュームデータセットを受信し、対応する表示データを提供するように構成された画像処理装置３４と、−少なくとも１つのボリュームデータセット内で、解剖学的対象物の位置及び向きを検出するように構成された解剖学的構造検出器３８と、−少なくとも１つのボリュームデータセットから複数の２次元スライスを生成するためのスライス生成器４０とを備える超音波撮像システム１０であって、このスライス生成器４０が、解剖学的対象物の１組の２次元標準像を取得するために、解剖学的対象物に関する解剖学的構造検出器の結果に基づいてそれぞれのスライス位置を規定するように構成され、スライス生成器４０が、各２次元標準像に関して、解剖学的対象物のどの解剖学的特徴が含まれていると予想されるかを規定するように更に構成され、超音波撮像システム１０が更に、−生成された複数の２次元スライスそれぞれに関して、各スライスをそれぞれの２次元標準像に関して予想される解剖学的特徴と比較することによって、品質係数を評価するための評価ユニット４２を備える超音波撮像システム１０に関する。

Description

本発明は、３次元超音波撮像に関する。特に、本発明は、３次元超音波ボリュームデータからの２次元標準像の生成及び評価に関する。本発明の例示的な技術的用途は、１つ又は複数の取得された３次元ＴＥＥスキャンに基づく２次元経食道心エコー検査（ＴＥＥ；transesophageal echocardiography）画像の生成である。

経食道心エコー検査は、心エコー検査を行うための代替法である。先端に超音波トランスデューサを含む特殊なプローブが、患者の食道に通される。これは、ヒトの心臓の様々な構成要素の正確な超音波画像を記録することを可能にする。

完全な経食道心エコー検査（ＴＥＥ）での検診のために、２０個の異なる２Ｄ ＴＥＥ像が獲得されなければならない。これらの２Ｄ ＴＥＥ像は、実用上「２Ｄ ＴＥＥ標準像」とも称される所定の像（例えば、ＭＥ四腔像、ＭＥ二腔像、ＴＧ ｂａｓａｌ ＳＡＸ、…）である。これらの画像を獲得するために、超音波技師は、２０個の２Ｄ ＴＥＥ標準像それぞれに関する非常に綿密なプロトコルに従って、患者に対して超音波プローブを位置調整及び向き調整しなければならない。これは、単調で時間のかかる処置であり、約２０〜３０分かかることもある。

ＴＥＥ処置は、全体として、患者にとってかなり不快である。それとは別に、信頼性の高い診断を可能にするために上記の標準像を手動で見付けることは、超音波技師（例えば医師）の比較的高水準の技術を必要とする。更に、このプロセスは、比較的エラーが生じやすい。

本出願人によって出願された先行特許出願である米国特許出願公開第２０１１／０２０１９３５ Ａ１号は、胎児心臓検診の同様の分野に関して、３Ｄ超音波走査技術の使用を提案している。そこで提案されている超音波撮像システムは、身体の３次元スキャンから得られるボリュームデータを提供する超音波走査アセンブリを備える。このアセンブリは、更に特徴抽出器を備え、特徴抽出器は、ボリュームデータと、解剖学的実体の幾何学的モデルとのベストマッチを探す。幾何学的モデルは、それぞれの解剖学的特徴を表すそれぞれのセグメントを備える。従って、特徴抽出器は、ボリュームデータの解剖学的構造関連の記述を提供することができ、この記述は、ボリュームデータ内のそれぞれの解剖学的特徴のそれぞれの幾何学的位置を識別する。従って、標準像は、ボリュームデータから自動的に取得され得て、これは当然、術者依存性がより低く、より信頼性の高い診断を可能にする。各２Ｄ標準像を個別に手動で獲得するのに比べて、これは大きな利点がある。

しかし、更なる改良が依然として必要である。

本発明の目的は、解剖学的対象物、例えばヒトの心臓のより迅速で、より快適で、より信頼性の高い分析を可能にする、改良された超音波撮像システムを提供することである。更に、本発明の目的は、対応する方法及びそのような方法を実施するためのコンピュータプログラムを提供することである。

本発明の第１の態様では、超音波撮像システムが提供され、この超音波撮像システムは、
−身体の３次元超音波スキャンから得られた少なくとも１つのボリュームデータセットを受信し、対応する表示データを提供するように構成された画像処理装置と、
−少なくとも１つのボリュームデータセット内で、解剖学的対象物の位置及び向きを検出するように構成された解剖学的構造検出器と、
−少なくとも１つのボリュームデータセットから複数の２次元スライスを生成するためのスライス生成器とを備え、このスライス生成器が、解剖学的対象物の１組の２次元標準像を取得するために、解剖学的対象物に関する解剖学的構造検出器の結果に基づいてそれぞれのスライス位置を規定するように構成され、スライス生成器が、各２次元標準像に関して、解剖学的対象物のどの解剖学的特徴がその２次元像内に含まれていると予想されるかを規定するように更に構成され、
超音波撮像システムは更に、
−生成された複数の２次元スライスそれぞれに関して、各スライスをそれぞれの２次元標準像に関して予想される解剖学的特徴と比較することによって、品質係数を評価するための評価ユニット
を備える。

本発明の更なる態様では、３次元超音波ボリュームデータから２次元標準像を生成して評価する方法が提供され、この方法は、
−身体の３次元超音波スキャンから得られた少なくとも１つのボリュームデータセットを受信するステップと、
−少なくとも１つのボリュームデータセット内で、解剖学的対象物の位置及び向きを検出するステップと、
−解剖学的対象物の１組の２次元標準像を取得するために、解剖学的対象物の検出された位置及び向きに基づいてそれぞれのスライス位置を規定することによって、少なくとも１つのボリュームデータセットから複数の２次元スライスを生成するステップと、
−各２次元標準像に関して、解剖学的対象物のどの解剖学的特徴が含まれていると予想されるかを規定するステップと、
−生成された複数の２次元スライスそれぞれに関して、各スライスをそれぞれの２次元標準像に関して予想される解剖学的特徴と比較することによって、品質係数を評価するステップと
を含む。

本発明の更なる態様では、このコンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるときに上記の方法のステップをコンピュータに行わせるためのプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラムが提供される。

米国特許出願公開第２０１１／０２０１９３５ Ａ１号に開示される方法に加えて、各２Ｄ標準像に関して、解剖学的対象物のどの解剖学的特徴が含まれていると予想されるかが規定される。次いで、評価ユニットは、各スライスを、それぞれの２Ｄ標準像に関して予想される解剖学的特徴と比較することによって、生成された複数の２Ｄスライスそれぞれに関する品質係数を評価することができる。

即ち、各生成された２次元スライス（２Ｄ標準像）に関して、受信された３Ｄ超音波ボリュームデータセット内で２Ｄ標準像がどれほど良く捕捉されているかが計算される。実施される３Ｄ超音波スキャンの視野に応じて、例えば、受信された３Ｄ超音波ボリュームデータセットが、１つ又は複数の２Ｄ標準像を生成するのには有用であるが、他の標準像を生成するのにはあまり有用でない場合があり得る。

視野によっては、受信された３Ｄ超音波ボリュームデータセットは、例えばヒトの心臓の左心室のほとんど又は全ての部分を捕捉することができるが、ヒトの心臓の右心室は捕捉しないか、数箇所しか捕捉しない。この場合、提供される超音波撮像システムは、受信されたボリュームデータセットが左心室の２Ｄ標準像に関してのみ有用であり、右心室の２Ｄ標準像にはあまり有用でないことを自動的に識別する。

各生成された２Ｄスライスに関して評価される品質係数は、例えば、生成された各スライスとそれぞれの２Ｄ標準像に関して予想される解剖学的特徴との比較から得られる数値でよい。例えば、受信された３Ｄボリュームデータセットによる２Ｄ標準像の捕捉率は、捕捉されるべき構造（予想される解剖学的特徴）と、実施された３Ｄ超音波スキャンの視野との重畳を決定することによって決定され得る。

本発明の一実施形態によれば、解剖学的構造検出器は、解剖学的対象物の位置及び向きを検出するために、少なくとも１つのボリュームデータセットと、解剖学的対象物の幾何学的モデルとのベストマッチを見付けることによって、少なくとも１つのボリュームデータセットのモデルベースセグメント化を行うように構成される。スライス生成器は、この幾何学的モデルに基づいて、解剖学的対象物のそれぞれのスライス位置を規定するように構成され得る。

この場合、解剖学的対象物（例えば心臓）の幾何学的メッシュモデルが、３Ｄ超音波画像（ボリュームデータとも称される）のモデルベースセグメント化に使用され得る。解剖学的対象物の１組の２Ｄ標準像を自動的に取得するために、この幾何学的メッシュモデルに基づいて複数の２Ｄスライスが生成され得る。

幾何学的モデルに基づいて２Ｄ標準像を計算するために、モデル内に標識点が符号化され得る。幾何学的モデルに符号化されたこれらの標識点は、識別され、３Ｄ超音波ボリュームデータ上にマッピングされ得る。例えば、１組の３つ以上の標識点が、２Ｄ標準像を生成する又は２Ｄ標準像に対応する平面を表現することができる。例えば、心臓の四腔像を計算するために、この平面は、僧帽弁の中心、三尖弁の中心、及び心尖によって与えられる。

モデルベースセグメント化を使用するのではなく、３Ｄ超音波画像内で標識点又は特定の解剖学的特徴を識別することによって解剖学的対象物の位置及び向きが（直接）決定されてもよいことに留意されたい。

本発明の更なる実施形態によれば、生成された複数の２次元スライスそれぞれに関して評価ユニットにおいて評価される品質係数は、予想される解剖学的特徴がそれぞれの２次元スライスにどの程度含まれているかを表す割合を含む量的係数である。

更なる改良形態によれば、評価ユニットは、各２次元スライスの視野を解剖学的対象物の幾何学的モデルと比較することによって、生成された複数の２次元スライスそれぞれに関する品質係数を評価するように構成される。

本発明の更なる実施形態によれば、超音波撮像システムは、更にディスプレイを備え、画像処理装置は、解剖学的対象物の様々な標準像に対応する複数の２次元スライスのグラフィック表現をディスプレイ上に同時に表示するための表示データを生成するように構成される。

即ち、生成された２Ｄスライスは、ディスプレイ上に同時に提示され得る。これは、医師が様々な標準像の比較を容易に行うことができるようにする。

好ましくは、画像処理装置は、各２次元スライスに関する品質係数のグラフィック表現をディスプレイ上に表示するための表示データを生成するように更に構成される。品質係数のグラフィック表現は、好ましくは、アイコン及び／又はパーセンテージを含む。品質係数は、例えば信号機としてユーザに提供され得る。この場合、例えば、青信号は、３Ｄ超音波ボリュームデータから生成された２Ｄスライスによるそれぞれの２Ｄ標準像の良好な／十分な捕捉率を示す。黄色信号は、例えば、まだ十分なものであり得る、生成された２Ｄスライスによるそれぞれの２Ｄ標準像の捕捉率を示す。更に、赤信号は、例えば、生成された２Ｄスライスの視野が、それぞれの２Ｄ標準像内に含まれているべき十分な解剖学的特徴を捕捉していないことを示す。この場合、ユーザは、計算された２Ｄスライスの品質に関する非常に容易な表示を受け取る。

本発明の一実施形態によれば、超音波撮像システムは、
−身体の複数の異なる３次元スキャンから得られた複数のボリュームデータセットを記憶するため、並びに複数のボリュームデータセットから生成された複数の２次元スライス及びそれらの品質係数を記憶するためのメモリと、
−各２次元標準像に関して、複数のボリュームデータセットそれぞれから生成された対応する２次元スライスの評価された品質係数を比較することによって、最高の品質係数を有する２次元スライスを選択するためのセレクタと
を更に備える。

この実施形態は、更に重要な改良をもたらす。この実施形態は、同じ２Ｄ標準像に対応するが、異なる３Ｄ超音波スキャン（異なるボリュームデータセット）から生成された２Ｄスライスを互いに比較することを可能にする。異なる３Ｄ超音波スキャンは、例えば、超音波プローブの異なる位置又は向きでのスキャンから得られることがある。超音波撮像システムは、例えば、超音波プローブの位置又は向きが変更される度に、３Ｄ超音波スキャンの獲得、及びその３Ｄ超音波スキャンから２Ｄスライスを生成する上記の後続の処置を初期化する初期化ユニットを備えることができる。

この場合、複数のボリュームデータセットと、そこから生成される２Ｄスライスとが、メモリに記憶され得る。次いで、セレクタは、各２Ｄ標準像に関して、最高の品質係数を有する２Ｄスライスを選択することができる。これは、数回の３Ｄ超音波スキャンが行われる場合に、システム自体が、各２Ｄ標準像に関して、全ての生成された２Ｄスライスの中から最良のバージョンを自動的に選択することを意味する。次いで、これらの最良のバージョンのみが、各２Ｄ標準像に関してディスプレイ上に表示され得る。従って、最良の例のみがユーザに示される。従って、（例えば信号機等のアイコンを使用した）ディスプレイ上での品質係数の上記の表現と併せて、ユーザは、全ての実施された３Ｄ超音波スキャンの組合せによって全ての標準像が捕捉されているか、又は追加の超音波スキャンを行うことによって更なる３Ｄボリュームデータセットを獲得しなければならないかについて直接のフィードバックを受け取る。

しかし、２Ｄ超音波スキャナを用いて２Ｄ標準像を手動で獲得するのとは対照的に、かなり少ないスキャンが実施されればよいことが示されている。例えば、２０個の２Ｄ ＴＥＥ標準像全てを生成するのに、ヒトの心臓の２回又は３回の３Ｄ超音波スキャンで既に十分となり得る。システム自体が、各２Ｄ標準像に関して最良の生成された２Ｄスライスを選択するので、提供されるシステムの動作は、かなり簡単である。ユーザは、いわば、各標準像に関して「青信号」が受信されるまで、十分な３Ｄ超音波スキャンを獲得すればよい。これは、所定の標準像を獲得するための通常の綿密なプロトコルに従う必要なく、ユーザによって試行錯誤して行われることさえあり得る。

前の段落では、経食道心エコー図（ＴＥＥ）の生成に主に焦点を当てているが、提供される超音波撮像システムはまた、ヒト及び／又は動物の他の臓器又は他の解剖学的対象物の２Ｄ標準像を生成及び評価するために使用され得ることを指摘しておく。例えば、肝臓又は胎児（胎児超音波）の分析に関しても同様に使用され得る。

以上では、提示される超音波撮像システムの画像処理部に主に焦点を当ててきた。更なる実施形態によれば、超音波撮像システムは、
−超音波受信信号を提供するように構成されたトランスデューサアレイと、
−身体の３次元スキャンを行うためにトランスデューサアレイを制御するように構成され、更に、超音波受信信号を受信し、画像信号を提供するように構成されたビームフォーマと、
−ビームフォーマを制御するための制御装置と、
−画像信号を受信し、３次元ボリュームデータを提供するように構成された信号処理装置と
を更に備えることができる。

更なる好ましい実施形態によれば、この制御装置は、スライス生成器によって生成された複数の２次元スライスの１つの品質係数が所定の閾値よりも高い場合に、ビームフォーマを制御してトランスデューサアレイを制御し、解剖学的対象物の２次元標準像に関して追加の２次元スキャンを行うように構成され得る。

即ち、これは、３Ｄ超音波ボリュームデータから生成されたスライスの１つがそれぞれの２Ｄ標準像を十分に良好に捕捉することが上述した分析で判明した場合に、追加の２Ｄ超音波スキャンを自動で行うように超音波撮像システムが構成されることを意味する。ここで、システムは、超音波プローブのその位置及び向きで獲得された視野が、（この位置及び向きでの追加の２Ｄ超音波スキャンによって）２Ｄ標準像を直接獲得するのに有意であることを認識する。次いで、上述したように３Ｄボリュームデータからの内挿によってその２Ｄ標準像を生成するのではなく、この追加の２Ｄスキャンが２Ｄ標準像として更なる画像処理で使用される。この場合、この標準像に関してローカル画像解像度も向上され得る。

本願で特許請求される方法は、上で規定され、かつ従属請求項に規定される本願で特許請求される超音波撮像システムと同様及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解されたい。

一実施形態によれば、解剖学的対象物の位置及び向きは、少なくとも１つのボリュームデータセットのモデルベースセグメント化を行い、少なくとも１つのボリュームデータセットと、解剖学的対象物の幾何学的モデルとのベストマッチを見付けることによって検出され、ここで、それぞれのスライス位置は、この幾何学的モデルに基づいて規定される。

更なる実施形態によれば、本願で特許請求される方法は、
−身体の複数の３次元スキャンから得られた複数のボリュームデータセットを受信して記憶するステップと、
−複数のボリュームデータセットそれぞれから生成された複数の異なる２次元スライスを生成し、それらの品質係数と共に記憶するステップと、
−各２次元標準像に関して、複数のボリュームデータセットそれぞれから生成された対応する２次元スライスの評価された品質係数を比較することによって、最高の品質係数を有する２次元スライスを選択するステップと
を含む。

本発明の更なる実施形態によれば、本願で特許請求される方法は、解剖学的対象物の様々な標準像に対応する複数の２次元スライスのグラフィック表現をディスプレイ上に同時に表示するステップを含む。

本発明の更なる実施形態によれば、本願で特許請求される方法は、各２次元スライスに関する品質係数のグラフィック表現をディスプレイ上に表示するステップを含む。

更なる好ましい実施形態によれば、本願で特許請求される方法は、生成された複数の２次元スライスの１つの品質係数が所定の閾値よりも高い場合に、解剖学的対象物の２次元標準像に関して追加の２次元スキャンを行うステップを含む。

本発明のこれら及び他の態様は、本明細書で以下に述べる実施形態から明らかになり、それらの実施形態を参照して述べる。

患者の身体のボリュームをスキャンするために使用している超音波撮像システムの概略図である。 超音波撮像システムの一実施形態の概略ブロック図である。 経食道エコー検査（ＴＥＥ）の様々な２Ｄ標準像の概観を概略的に示す図である。 本発明による方法の一実施形態を示す流れ図である。 超音波撮像システムを用いて受信された結果の第１の例示的な図である。 超音波撮像システムを用いて受信された結果の第２の例示的な図である。 超音波撮像システムを用いて受信された結果の第３の例示的な図である。

図１は、一実施形態による超音波システム１０、特に医療用３次元（３Ｄ）超音波撮像システムの概略図を示す。超音波撮像システム１０は、あるボリュームの解剖学的部位、特に患者１２の解剖学的部位を検査するために適用される。超音波システムは、超音波を送信及び／又は受信するための多数のトランスデューサ要素を有する少なくとも１つのトランスデューサアレイを有する超音波プローブ１４を備える。一例では、トランスデューサ要素はそれぞれ、特定のパルス持続時間の少なくとも１つの送信パルス、特に複数の連続する送信パルスの形態で超音波を送信することができる。トランスデューサ要素は、好ましくは、特に多断面又は３次元画像を提供するための２次元アレイとして配置される。

本発明に関して適用され得る３次元超音波システムに関する特定の例は、本出願人によって販売されているCX40 Compact Xtremeであり、特に本出願人のX6-1又はX7-2t TEEトランスデューサ又は本出願人のxMatrix技術を使用する別のトランスデューサを伴う。一般に、Philips iE33システムで見られるようなマトリックストランスデューサシステム、又は例えばPhilips iU22及びHD15システムで見られるような機械的３Ｄ／４Ｄトランスデューサ技術が、本発明に適用され得る。

３Ｄ超音波スキャンは、典型的には、体内の特定のボリューム（「ターゲットボリューム」と表され得る）を照射する超音波を放出することを含む。これは、複数の異なる角度で超音波を放出することによって実現され得る。次いで、反射された波を受信して処理することによって、ボリュームデータセットが得られる。ボリュームデータセットは、体内のターゲットボリュームの表現である。

超音波プローブ１４は、非侵襲性で使用されても（図１に示される）、ＴＥＥで通常行われるように侵襲性で使用されても（明示的には図示せず）よいことを理解されたい。超音波プローブ１４は、システムのユーザ、例えば医療スタッフ又は医師が手に持つことができるものでよい。超音波プローブ１４は、患者１２の身体に適用され、それにより、解剖学的部位、特に患者１２の解剖学的対象物の画像が提供される。

更に、超音波システム１０は、超音波システム１０を介する３Ｄ画像の提供を制御する制御ユニット１６を備えることができる。以下に更に詳細に説明するように、制御ユニット１６は、超音波プローブ１４のトランスデューサアレイを介するデータの獲得を制御するだけでなく、超音波プローブ１４のトランスデューサアレイによって受信された超音波ビームのエコーから３Ｄ画像を生成する信号及び画像処理も制御する。

超音波システム１０は、ユーザに３Ｄ画像を表示するためのディスプレイ１８を更に備えることができる。更に、入力デバイス２０が提供され得て、これは、キー又はキーボード２２と、更なる入力デバイス、例えばトラックボール２４とを備えることができる。入力デバイス２０は、ディスプレイ１８に接続されても、又は制御ユニット１６に直接接続されてもよい。

図２は、超音波システム１０の概略ブロック図を示す。上記のように、超音波システム１０は、超音波プローブ（ＰＲ）１４と、制御ユニット（ＣＵ）１６と、ディスプレイ（ＤＩ）１８と、入力デバイス（ＩＤ）２０とを備える。更に上記のように、プローブ（ＰＲ）１４は、位相配列された２次元トランスデューサアレイ（ＴＲ）２６を備える。一般に、制御ユニット（ＣＵ）１６は中央処理装置（ＣＰＵ）２８を備えることがあり、中央処理装置（ＣＰＵ）２８は、画像獲得及び提供全体を調整するために、アナログ及び／又はデジタル電子回路、処理装置、マイクロプロセッサ等を含むことができる。しかし、中央処理装置（ＣＰＵ）２８が、超音波システム１０内部で独立した実体又はユニットである必要はないことが理解されなければならない。中央処理装置（ＣＰＵ）２８は、制御ユニット１６の一部でよく、一般にハードウェア又はソフトウェア実装されてよい。例示の目的でのみ、この区別が成されている。制御ユニット（ＣＵ）１６の一部としての中央処理装置（ＣＰＵ）２８は、ビームフォーマ（ＢＦ）３０を制御することができ、これによって、ボリューム４０のどの画像が撮影されるか、及びこれらの画像がどのように撮影されるかを制御することができる。ビームフォーマ（ＢＦ）３０は、トランスデューサアレイ（ＴＲ）２６を駆動させる電圧を発生し、繰返し周波数を決定し、送信されるビームを走査、合焦、又はアポダイズすることができ、受信ビームを受信し、更に、トランスデューサアレイ（ＴＲ）２６によって返されるエコー電圧ストリームを増幅フィルタ及びデジタル化することができる。更に、制御ユニット（ＣＵ）１６の中央処理装置（ＣＰＵ）２８は、全般的な走査ストラテジを決定することができる。そのような全般的なストラテジは、所望のボリューム獲得率、ボリュームの側方向への広がり、ボリュームの高さ方向への広がり、最大及び最小ライン密度、並びに走査ライン時間を含むことがある。ビームフォーマ（ＢＦ）３０は、更に、トランスデューサアレイ（ＴＲ）２６から超音波信号を受信し、それらを画像信号として転送する。

更に、超音波システム１０は、画像信号を受信する信号処理装置（ＳＰ）３２を備える。信号処理装置（ＳＰ）３２は、一般に、受信された超音波エコー又は画像信号のアナログデジタル変換、デジタルフィルタリング、例えばバンドパスフィルタリング、並びに検出及び圧縮、例えばダイナミックレンジ縮小のために提供される。信号処理装置３２は、画像データを転送する。

更に、超音波システム１０は、信号処理装置３２から受信された画像データを表示データに変換する画像処理装置（ＩＰ）３４を備える。特に、画像処理装置３４は、画像データを受信し、画像データを前処理し、それをメモリ（ＭＥＭ）３６に記憶することができる。次いで、ディスプレイ１８を介して画像をユーザに提供するために、この画像データは、更に後処理される。この場合、特に、画像処理装置３４は、多数の２次元画像から３次元画像を形成することができる。

超音波システム１０は、この場合、解剖学的構造検出器（ＡＤ）３８と、スライス生成器（ＳＬＧ）４０と、評価ユニット（ＥＵ）４２とを更に備える。これらの構成要素は、独立した実体として実現され得るが、画像処理装置３４内に含まれていてもよいことに留意されたい。これらの構成要素は全て、ハードウェア及び／又はソフトウェア実装され得る。

解剖学的構造検出器（ＡＤ）３８は、獲得された３Ｄボリュームデータ内の解剖学的対象物の向き及び位置を識別する。そこで、解剖学的構造検出器（ＡＤ）は、獲得された３Ｄボリュームデータのモデルベースセグメント化を行うように構成され得る。これは、少なくとも１つのボリュームデータセットと、解剖学的対象物の幾何学的メッシュモデルとのベストマッチを見付けることによって行われ得る。モデルベースセグメント化は、例えば、Ecabert, O. et al.: “Automatic Model-based Segmentation of the Heart in CT Images”, IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 27(9), p.1189-1291, 2008においてＣＴ画像のモデルベースセグメントに関してそれが述べられているのと同様に実施され得る。解剖学的対象物の幾何学的メッシュモデルは、それぞれの解剖学的特徴を表現するそれぞれのセグメントを備えることができる。従って、解剖学的構造検出器３８は、ボリュームデータの解剖学的構造関連の記述を提供することができ、この記述は、ボリュームデータ内のそれぞれの解剖学的特徴のそれぞれの幾何学的位置を識別する。

そのようなモデルベースセグメント化は、通常、３Ｄ超音波ボリュームデータ内の解剖学的対象物（例えば心臓）の向きの識別から始まる。これは、例えば、一般化ハフ変換の３次元実装を使用して行われ得る。姿勢の不整合は、グローバル相似変換を利用して幾何学的モデルを画像とマッチングすることによって修正され得る。セグメント化は、解剖学的対象物の形状を大まかに表現する初期モデルを備える。このモデルは、多区画メッシュモデルでよい。この初期モデルは、変換によって変形される。この変換は、異なる種類の２つの変換に分解される。即ち、必要であれば幾何学的モデルの初期形状を並進、回転、又はスケール調整することができるグローバル変換と、解剖学的対象物により正確にマッチするように幾何学的モデルを実際に変形するローカル変換とである。これは通常、幾何学的モデルの表面の鉛直ベクトルを画像勾配に一致するように規定することによって行われる。即ち、セグメント化は、受信された超音波画像内で明−暗（又は暗−明）縁部を探し、この縁部は通常、超音波画像内での組織境界、即ち解剖学的対象物の境界を表現する。

次いで、セグメント化された３Ｄボリュームデータは、更に後処理され得る。スライス生成器（ＳＬＧ）４０は、３Ｄボリュームデータから複数の２次元スライスを生成する。そこで、これらの２Ｄスライスの平面を規定する標識点が幾何学的モデル内に符号化される。１組の３つ以上の標識点が平面を表現することができる。これらの符号化された標識点は、３Ｄボリュームデータから生成される解剖学的対象物の１組の２Ｄ標準像を取得するために、セグメント化された３Ｄボリュームデータ上にマッピングされ得る。更に、スライス生成器４０は、各２Ｄ標準像に関して、解剖学的対象物のどの解剖学的特徴がその像内に含まれていると予想されるかを規定するように構成され得る。これは、解剖学的対象物の解剖学的特徴で符号化された幾何学的モデルを使用して行われ得る。従って、どの解剖学的特徴がどの２Ｄ標準像内で生じるべきかが既知であるべきである。

次いで、評価ユニット（ＥＵ）４２は、これらの生成されたスライスそれぞれを、それぞれの２Ｄ標準像に関して予想される解剖学的特徴と比較することによって、生成された複数の２Ｄスライスそれぞれに関する品質係数を評価することができる。即ち、評価ユニット４２は、３Ｄボリュームデータによる各２Ｄ標準像の捕捉率を計算する。これは、捕捉されるべき構造と、３Ｄ超音波スキャンの視野との重畳を計算することによって行われ得る。従って、生成された複数の２Ｄスライスそれぞれに関して評価ユニット４２において評価される品質係数は、予想される解剖学的特徴がそれぞれの２Ｄスライスにどの程度含まれているかを表す割合を含む定量係数でよい。これは、各２Ｄスライスの視野を解剖学的対象物の幾何学的モデルと比較することによって実施され得る。

即ち、これは、受信された３Ｄ超音波ボリュームデータから生成された各２Ｄスライスに関して、生成された２Ｄスライスに対応する２Ｄ標準像がどれほど良く捕捉されているかが判断されることを意味する。この情報は、グラフィックアイコン、例えば信号機として及び／又はパーセンテージとしてディスプレイ１８上に表現され得る。

図５〜図７を参照して以下に更に詳細に説明するように、好ましくは、解剖学的対象物の生成された２Ｄスライスは、ディスプレイ１８上に同時に表示され、ここで、表示された各２Ｄスライスは、それぞれの２Ｄスライスの品質を示す品質係数のグラフィック表現（アイコン及び／又はパーセンテージ）と共に表示される。

実際には、通常、解剖学的対象物の１回の３Ｄ超音波スキャンが行われるだけではない。好ましくは、解剖学的対象物の数回の３Ｄ超音波スキャンが行われる。これは、身体の数回の異なる３Ｄスキャンから得られる複数のボリュームデータセットを生成する。これらの３Ｄボリュームデータセットそれぞれに関して、超音波システム１０によって上述の処理（セグメント化、スライス生成、及び評価）が実施される。異なる３Ｄスキャンから得られる複数のボリュームデータセットと、それらのボリュームデータセットから上述したように生成される２Ｄスライスとは、各２Ｄスライスの評価された品質係数と共にメモリ（ＭＥＭ）３６に記憶され得る。

この場合、セレクタ（ＳＥＬ）４４は、各２Ｄ標準像に関して、最高の品質係数を有する２Ｄスライスを選択するように構成される。これは、メモリ３６に記憶されている複数の３Ｄのボリュームデータセットそれぞれから生成された対応する２Ｄスライスの評価された品質係数を比較することによって行われ得る。即ち、セレクタ４４は、各標準像に関して、異なる３Ｄボリュームデータセット（異なる超音波スキャン）から生成されている２Ｄスライス全ての中から最良の２Ｄスライスを選択する。これは、ディスプレイ１８上に同時に示される異なる２Ｄ標準像が異なる３Ｄ超音波スキャンから生じ得ることを意味し、ここで、セレクタ４４は、特定の２Ｄ標準像が最良に生成され得る３Ｄボリュームデータセットを自動で決定する。

以上のことを、経食道心エコー検査（ＴＥＥ）の例で以下に更に詳細に説明する。

完全なＴＥＥ検査のために、２０個の異なる２Ｄ ＴＥＥ標準像が獲得されなければならない。様々な標準像の概観が、図３に概略的に示されている。例えば、図３ａは、ＭＥ四腔像を示し、図３ｂは、ＭＥ二腔像を示し、図３ｃは、ＭＥ ＬＡＸ像を示す。

図４は、本発明の一実施形態による方法を示す概略ブロック図である。第１のステップＳ１０で、身体の３Ｄ超音波スキャンから得られたボリュームデータセットが受信される。次のステップＳ１２で、解剖学的対象物（例えばヒトの心臓）の位置及び向きが、少なくとも１つのボリュームデータセット内で検出される。そこで、少なくとも１つのボリュームデータセットのモデルベースセグメント化が行われ得る。既述のように、これは、少なくとも１つのボリュームデータセットと、ヒトの心臓の幾何学的モデルとのベストマッチを見付けることによって行われる。

次いで、このモデルが、２０個のＴＥＥ標準像全ての平面を計算するために使用される。これは、ステップＳ１４で、少なくとも１つの３Ｄボリュームデータセットから複数の２Ｄスライスを生成することによって行われる。そこで、それぞれのスライス位置は、心臓の幾何学的モデルに基づいて規定される。（ステップＳ１２で）前もって行われているセグメント化により、これらのそれぞれのスライス位置が３Ｄボリュームデータ上にマッピングされ得て、従って、３Ｄ画像を外挿することによって、２Ｄスライスを３Ｄボリュームデータセットから計算することが可能である。例えば、ＭＥ四腔像（図３ａ参照）を計算するために、平面は、僧帽弁の中心、三尖弁の中心、及び心尖によって与えられる。

次いで、ステップＳ１６で、各２Ｄ標準像に関して、その標準像に心臓のどの解剖学的特徴が含まれていると予想されるかが規定される。これは、それぞれの解剖学的特徴、例えば心腔、主血管、中隔、心臓弁等に対応する各２Ｄ標準像内の心臓のセグメントを識別する解剖学的構造関連の記述で幾何学的モデルを符号化することによって実施され得る。幾何学的モデルが、この解剖学的構造関連の情報で符号化される場合、更なる処置において、生成された２Ｄスライスが、それぞれの２Ｄ標準像内に含まれているべき全ての情報を捕捉しているかどうか評価するのが容易である。

次いで、ステップＳ１８で、各生成された２Ｄスライスに関して、２Ｄ標準像がどれほど良く捕捉されているかが評価される。そこで、生成された各２Ｄスライスに関して品質係数が計算され、この品質係数は、予想される解剖学的特徴がそれぞれの２Ｄスライスにどの程度含まれているかを表す割合を含む定量係数でよい。これは、生成された各２Ｄスライスの視野を心臓の幾何学的モデルと比較することによって行われ得る。

図５は、ただ１つの３Ｄ ＴＥＥ画像（本明細書では「ただ１つのボリュームデータセット」と称される）に基づいて上記のように生成された６つの２Ｄスライスを示す。図５には、実施されたセグメント化の結果が、境界線４６によって示されている。図５ａは、ＭＥ四腔像標準像（図３ａ参照）に対応する２Ｄスライスを示す。ここで、図５ｂは、ＭＥ二腔像標準像（図３ａ参照）に対応する２Ｄスライスを示す。図５ｄは、ＴＥ ｍｉｄ ＳＡＸ標準像（図３ｄ参照）に対応する生成された２Ｄスライスを示す。図５ｈは、ＭＥ ＡＶ ＳＡＸ標準像（図３ｈ参照）に対応する生成された２Ｄスライスを示す。図５ｉは、ＭＥ ＡＶ ＬＡＸ標準像（図３ｉ参照）に対応する生成された２Ｄスライスを示す。更に、図５ｍは、ＭＥ ＲＶ流入路−流出路標準像（図３ｍ参照）に対応する生成された２Ｄスライスを示す。

見て分かるように、対象の解剖学的特徴のほとんどがスライス５ａ、ｂ、及びｄ内にあり、即ち境界線４６のほとんどが視野内にある。従って、これらのスライスに関して評価されている品質係数は比較的高く、これは、図５ａ、ｂ、及びｄにおいて、各スライス画像の右上隅に表示され、青信号を示す模式的な信号機を表すグラフィックアイコン４８によって示されている。

更に、生成されたスライス５ｈ及びｉもまだ許容範囲内にあることが見て分かる。なぜなら、図５ｈにおける対象の主要な解剖学的特徴、例えば大動弁が、まだ視野内にあるからである。従って、信号機４８’は、これらのスライスに関しては黄色信号を示す。しかし、図５ｍでは、境界線４６のほとんどが視野外であり、これは、対象の解剖学的特徴、即ち右心室の流入路及び流出路が完全には捕捉されていないことを意味する。従って、この生成された２Ｄスライスの品質はかなり低いと評価され、これは、図５ｍにおいて、赤信号を示す信号機４８’’で示されている。

次に図４に戻ると、あらゆる新規の３Ｄ ＴＥＥ画像に関して、方法ステップＳ１０〜Ｓ１８が繰り返される。これは、あらゆる３Ｄ ＴＥＥ画像（あらゆる３Ｄボリュームデータセット）に関して、図３に示される２０個の異なる２Ｄ ＴＥＥ標準像に対応する２０個の２Ｄスライスが全て生成されて評価されることを意味する。あらゆる２Ｄスライスに関して、そこでどの解剖学的特徴が予想されるか、即ちどの境界線４６がこれら２Ｄスライス内で生じるべきかが規定される（ステップＳ１６）。更に、あらゆる２Ｄスライスに関して、予想される境界線が視野内にあるかどうか、又はこれがどの程度当てはまるかが評価される（ステップＳ１８）。

図６は、異なる視野を有する第２の３Ｄ ＴＥＥ画像（第２のボリュームデータセット）に基づいて生成（及び評価）されている２Ｄスライスを示す。図６から、生成されたスライス６ａ、ｂ、及びｄは、図５ａ、ｂ、及びｄに示されるスライスと比較して、あまり適していない（赤信号４８’’によって示される）ことが分かる。しかし、ＭＥ ＡＶ ＳＡＸ標準像（図６ｈ）、ＭＥ ＡＶ ＬＡＸ標準像（図６ｉ）、及びＭＥ ＲＶ流入路−流出路標準像（図６ｍ参照）に対応する生成された２Ｄスライスは、かなり質が良い。なぜなら、このとき、対象の解剖学的特徴（境界線４６）が視野内にあるからである。

従って、２Ｄ標準像ａ、ｂ、及びｄは、第１の３Ｄボリュームデータセットから生成された２Ｄスライス内で最も良く捕捉され（図５ａ、ｂ、及びｄに示される）、一方、２Ｄ標準像ｈ、ｉ、及びｍは、第２の３Ｄボリュームデータセットから生成された２Ｄスライス内で最も良く捕捉される（図６ｈ、ｉ、及びｍに示される）。

次いで、ステップＳ２０（図４参照）で、各２Ｄ標準像に関する最良バージョンが自動的に選択される。各２Ｄ標準像に関して、最高の品質係数を有する１つの生成された２Ｄスライスが選択される。これは、受信されたボリュームデータセットそれぞれから（受信された３Ｄ ＴＥＥ画像それぞれから）生成された対応する２Ｄスライスの評価された品質係数を比較することによって行われ得る。最後に、ステップＳ２４で、この「最良の選択」がディスプレイ上に表示される。

結果が、図７に示されている。図７を見れば分かるように、システム１０は、２Ｄ標準像ａ、ｂ、及びｄとして第１の３Ｄ ＴＥＥ画像から生成されたより適した２Ｄスライスを自動的に選択し、一方、２Ｄ標準像ｈ、ｉ、及びｍとして第２の３Ｄ ＴＥＥ画像から生成された２Ｄスライスを自動的に選択した。要約すると、これは、例示的に示される６つの２Ｄ標準像を生成するために、この例では２つの３Ｄ ＴＥＥのみが必要であったことを意味する。一方、通常の２Ｄ超音波走査システムを用いて患者を手動で走査するときには、６つの異なる超音波スキャンが必要とされる。更なる大きな利点は、このシステムが単独で、最良の２Ｄスライスを選択することである。従って、提示される方法は、従来のＴＥＥ処置に比べてエラーを受け難く、高速である。

図４に概略的に示される方法の更なる改良が、ステップＳ２２によって示される。３Ｄボリュームデータセットから内挿された２Ｄスライスを使用するのではなく、ステップＳ１０〜Ｓ１８で生成された２Ｄスライスの品質係数が所定の閾値よりも高いことをシステムが認識するとすぐに、追加の２Ｄスキャンを実施することによって２Ｄスライスが生成されてもよい。これは、撮影された３Ｄ画像の視野が特定の２Ｄ標準像に適しているとシステムが認識するとすぐに、トランスデューサプローブ１４の現在の位置からのこの２Ｄ標準像に関する撮像パラメータが計算され、トランスデューサプローブ１４が、追加の２Ｄスキャンを自動的に行って、２Ｄ標準像を直接受信することを意味する。しかし、この「追加の」獲得は、生成された２Ｄスライスの品質がかなり高い（トランスデューサプローブ１４の位置及び向きがそれぞれの２Ｄ標準像を獲得するのに適していることを意味する）ことがステップＳ１８で判明した場合にのみ行われるべきである。

ステップＳ２２は必須ではなく、任意選択的な方法ステップであることに留意されたい。当然、３Ｄボリュームデータセットからの２Ｄスライスの生成と、追加の２Ｄスキャンを実施することによる２Ｄスライスの直接の生成との両方の組合せも可能である。

本発明は、図面及び前述の説明で詳細に図示及び説明されているが、そのような図示及び説明は、例説又は例示とみなされ、限定とみなされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討により、当業者には理解され得て、本願で特許請求される発明を実践する際に実施され得る。

特許請求の範囲において、語「備える」は、他の要素又はステップを除外せず、「１つの」は、複数を除外しない。単一の要素又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載された複数の項目の機能を実現し得る。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されていることだけでは、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことは示さない。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアの一部と共に供給される、又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体やソリッドステート媒体等、適切な媒体に記憶／分散されてよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介する形態等、他の形態で分散されてもよい。

特許請求の範囲における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. −身体の３次元超音波スキャンから得られた少なくとも１つのボリュームデータセットを受信し、対応する表示データを提供する画像処理装置と、
   −前記少なくとも１つのボリュームデータセット内で、解剖学的対象物の位置及び向きを検出する解剖学的構造検出器と、
   −前記少なくとも１つのボリュームデータセットから複数の２次元スライスを生成するためのスライス生成器であって、前記解剖学的対象物の１組の２次元標準像を取得するために、前記解剖学的対象物に関する前記解剖学的構造検出器の結果に基づいてそれぞれのスライス位置を規定し、各２次元標準像に関して、前記解剖学的対象物のどの解剖学的特徴が含まれていると予想されるかを規定する前記スライス生成器と、
   −生成された前記複数の２次元スライスそれぞれに関して、各スライスをそれぞれの２次元標準像に関して予想される解剖学的特徴と比較することによって、品質係数を評価するための評価ユニットとを備える、超音波撮像システム。
2. 前記解剖学的構造検出器は、前記解剖学的対象物の位置及び向きを検出するために、少なくとも１つのボリュームデータセットと、前記解剖学的対象物の幾何学的モデルとのベストマッチを見付けることによって、前記少なくとも１つのボリュームデータセットのモデルベースセグメント化を行い、前記スライス生成器は、前記幾何学的モデルに基づいて、前記解剖学的対象物のそれぞれのスライス位置を規定する、請求項１に記載の超音波撮像システム。
3. −身体の複数の異なる３次元スキャンから得られた複数のボリュームデータセットを記憶するため、並びに前記複数のボリュームデータセットから生成された複数の２次元スライス及びそれらの品質係数を記憶するためのメモリと、
   −各２次元標準像に関して、前記複数のボリュームデータセットそれぞれから生成された対応する２次元スライスの評価された品質係数を比較することによって、最高の品質係数を有する２次元スライスを選択するためのセレクタとを更に備える、請求項１に記載の超音波撮像システム。
4. 前記生成された複数の２次元スライスそれぞれに関して前記評価ユニットにおいて評価される前記品質係数は、予想される解剖学的特徴がそれぞれの２次元スライスにどの程度含まれているかを表す割合を含む量的係数である、請求項１に記載の超音波撮像システム。
5. 前記評価ユニットは、各２次元スライスの視野を前記解剖学的対象物の幾何学的モデルと比較することによって、前記生成された複数の２次元スライスそれぞれに関する前記品質係数を評価する、請求項１に記載の超音波撮像システム。
6. 前記超音波撮像システムは、更にディスプレイを備え、前記画像処理装置は、前記解剖学的対象物の様々な標準像に対応する複数の２次元スライスのグラフィック表現を前記ディスプレイ上に同時に表示するための表示データを生成する、請求項１に記載の超音波撮像システム。
7. 前記画像処理装置は、各２次元スライスに関する前記品質係数のグラフィック表現を前記ディスプレイ上に表示するための表示データを更に生成する、請求項６に記載の超音波撮像システム。
8. 前記品質係数の前記グラフィック表現は、アイコン及び／又はパーセンテージを含む、請求項７に記載の超音波撮像システム。
9. −超音波受信信号を提供するトランスデューサアレイと、
   −身体の３次元スキャンを行うために前記トランスデューサアレイを制御し、更に、前記超音波受信信号を受信し、画像信号を提供するビームフォーマと、
   −前記ビームフォーマを制御するための制御装置と、
   −前記画像信号を受信し、３次元ボリュームデータを提供する信号処理装置とを更に備える、請求項１に記載の超音波撮像システム。
10. 前記制御装置は、前記スライス生成器によって生成された複数の２次元スライスの１つの前記品質係数が所定の閾値よりも高い場合に、前記ビームフォーマを制御して前記トランスデューサアレイを制御し、前記解剖学的対象物の２次元標準像に関して追加の２次元スキャンを行う、請求項９に記載の超音波撮像システム。
11. ３次元超音波ボリュームデータから２次元標準像を生成して評価する方法であって、
    −身体の３次元超音波スキャンから得られた少なくとも１つのボリュームデータセットを受信するステップと、
    −前記少なくとも１つのボリュームデータセット内で、解剖学的対象物の位置及び向きを検出するステップと、
    −前記解剖学的対象物の１組の２次元標準像を取得するために、前記解剖学的対象物の検出された位置及び向きに基づいてそれぞれのスライス位置を規定することによって、前記少なくとも１つのボリュームデータセットから複数の２次元スライスを生成するステップと、
    −各２次元標準像に関して、前記解剖学的対象物のどの解剖学的特徴が含まれていると予想されるかを規定するステップと、
    −生成された複数の２次元スライスそれぞれに関して、各スライスをそれぞれの２次元標準像に関して予想される解剖学的特徴と比較することによって、品質係数を評価するステップとを含む、方法。
12. 前記解剖学的対象物の位置及び向きは、前記少なくとも１つのボリュームデータセットのモデルベースセグメント化を行い、前記少なくとも１つのボリュームデータセットと、前記解剖学的対象物の幾何学的モデルとのベストマッチを見付けることによって検出され、ここで、それぞれのスライス位置は、この幾何学的モデルに基づいて規定される、請求項１１に記載の方法。
13. −前記身体の複数の３次元スキャンから得られた複数のボリュームデータセットを受信して記憶するステップと、
    −前記複数のボリュームデータセットそれぞれから生成された複数の異なる２次元スライスを生成し、それらの品質係数と共に記憶するステップと、
    −各２次元標準像に関して、前記複数のボリュームデータセットそれぞれから生成された対応する２次元スライスの評価された品質係数を比較することによって、最高の品質係数を有する２次元スライスを選択するステップとを更に含む、請求項１１に記載の方法。
14. 各２次元スライスの視野を前記解剖学的対象物の幾何学的モデルと比較することによって、前記生成された複数の２次元スライスそれぞれに関する前記品質係数を評価する、請求項１２に記載の方法。
15. コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるとき、請求項１１に記載の方法のステップをコンピュータに行わせるためのプログラムコード手段を備える、コンピュータプログラム。
    

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