JP2017527355A - 超音波撮像システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は灌流パラメータ比率を算出する超音波撮像システム及び方法を提案する。提案されるアプローチは、各領域ユニットが撮像領域の１つ以上のポイントを含み、被写体の撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて造影剤の時間強度曲線を取得することと、複数の領域ユニットのうち、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、時間強度曲線に基づいて選択することと、算出された時間強度曲線に基づいて、第１組の領域ユニットの１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータと撮像領域内の関心領域の灌流パラメータとを算出することと、１つ以上の領域ユニットの灌流パラメータに基づいて基準灌流パラメータを算出することと、関心領域の灌流パラメータと基準灌流パラメータとの比率として関心領域の比率値を算出することと、を備える。基準灌流パラメータは自動的に選択される１つ以上の領域ユニットに基づいて算出されるので、このアプローチには手動操作が不要であり、算出された灌流パラメータ比率は操作者の経験とは無関係である。

Description

本発明は、超音波撮像、特にコントラスト強調超音波撮像に関する。

コントラスト強調超音波が様々な臓器の腫瘍の特徴付けにおいて果たす役割がますます大きくなっている。コントラスト強調超音波撮像においては、造影剤が撮像領域にｗａｓｈ−ｉｎ及びｗａｓｈ−ｏｕｔするとき、標的の臓器又は身体部位に対応する撮像領域の超音波データが継続的に取得される。造影剤のｗａｓｈ−ｉｎ及びｗａｓｈ−ｏｕｔプロセスの量的尺度を設けるために、多くの場合、超音波データから、コントラスト強度を時間の関数として表す時間強度曲線が得られ、その時間強度曲線からさらに、様々な灌流パラメータが得られ得る。典型的な灌流パラメータは：曲線下面積パラメータ、ピーク強度パラメータ、ピーク到達時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｉｎ時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｏｕｔ時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｉｎ速度パラメータ、ｗａｓｈ−ｏｕｔ速度パラメータ、到達時間パラメータ、平均通過時間パラメータ、立ち上がり時間パラメータなどを含む。

国際公開第２００９／０９３２１１号（Ｍｉｃｈａｌａｋｉｓ ｅｔ ａｌ．）には、そのような量的尺度は、繰り返し可能であり、且つ、検査日によって異なり得る造影剤流入、患者心拍出量、及び超音波装置の設定の変化といった撮像手順毎の変化に動じないのが望ましいことが記載されており、また、正常組織領域を手動で特定し、それから腫瘍領域などの関心領域のｗａｓｈ−ｉｎパラメータ比率を、関心領域のｗａｓｈ−ｉｎパラメータと正常組織領域のｗａｓｈ−ｉｎパラメータとの比率として算出することが提案されている。前述の変化が関心領域のｗａｓｈ−ｉｎパラメータに及ぼす影響は、関心領域のｗａｓｈ−ｉｎパラメータを基準ｗａｓｈ−ｉｎパラメータ、すなわち正常組織のｗａｓｈ−ｉｎパラメータで除算することによって低減される。

しかしながら、異なる操作者は異なる領域を正常組織領域として特定するかもしれず、また、同一の操作者であっても異なる撮像手法において正常組織領域として異なる領域を特定するかもしれないことから、算出されるｗａｓｈ−ｉｎパラメータ比率は操作者の手動操作に依存する。

米国特許出願公開第２００５／０６５４３２号は、被検体の血液にトレーサを与えて被検体の所望領域を機械的モダリティにより経時的に撮像することにより収集した時系列の画像の関心領域のピクセル毎の時間強度曲線を解析する血流解析装置を開示している。この解析装置は、被検体の測定された組織に固有の血流動態を表すパラメータを、測定された組織の時間強度曲線のみに基づいて、所望の基準領域におけるパラメータとの比率又は差として算出する算出ユニットと、算出ユニットによる算出結果を視覚的に提示する視覚情報提示ユニットとを含む。

したがって、造影剤の灌流パラメータを算出する改良された超音波撮像システム及び方法を提供するのが有利であろう。

本発明の第１の態様の一実施形態によれば、超音波撮像システムが提案されている。この超音波システムは：造影剤が撮像領域内に灌流するとき、被写体の撮像領域の超音波データのシーケンスを取得するように構成された超音波プローブと、各領域ユニットが撮像領域の１つ以上のポイントを含み、撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて、取得した超音波データのシーケンスに基づき、造影剤の時間強度曲線を算出するように構成された時間強度曲線算出部と、複数の領域ユニットのうち、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、時間強度曲線に基づいて選択するように構成された基準選択部と、算出された時間強度曲線に基づいて、第１組の領域ユニットの１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータと撮像領域内の関心領域の灌流パラメータとを算出するように構成された灌流パラメータ算出部と、１つ以上の領域ユニットの灌流パラメータに基づいて基準灌流パラメータを算出するように構成された基準灌流パラメータ算出部と、関心領域の灌流パラメータと基準灌流パラメータとの比率として関心領域の比率値を算出するように構成された比率算出部と、を備える。当業者であれば、正常組織に対応する第１組の領域ユニットとは、その各領域ユニットが正常組織に対応する領域ユニットの組を指し、正常組織に対応する領域ユニットとは、正常組織があることを画像値が示す領域ユニットを指すことを察知するであろう。これと同じように、血管に対応する領域ユニットとは、血管があることを画像値が示す領域ユニットを指し、バックグラウンドノイズに対応する領域ユニットとは、画像値がバックグラウンドノイズのものである領域ユニットを指す。

このように、基準灌流パラメータは、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する自動的に選択された第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットに基づいて算出されるので、基準灌流パラメータの算出は手動操作を必要とせず、したがって、算出された基準灌流パラメータは操作者に依存しない。さらに、本願の発明者たちは、略すべての領域ユニットが以下の３つの分類：正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズのうちの１つに該当することを認識しており、そのような事前知識を利用して正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域のすべてを選択し、それによって正常組織のより確実な特定及び／又は正常組織と血管及びバックグラウンドノイズのような他のものとのより良好な識別をもたらすことを提案する。

撮像領域は、２Ｄ撮像面又は３Ｄ撮像ボリュームであり得る。灌流パラメータは：曲線下面積パラメータ、ピーク強度パラメータ、ピーク到達時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｉｎ時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｏｕｔ時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｉｎ速度パラメータ、ｗａｓｈ−ｏｕｔ速度パラメータ、到達時間パラメータ、平均通過時間パラメータ、立ち上がり時間パラメータなどの現在定義されている任意の種類のパラメータであってもよく、あるいは時間強度曲線に基づいて将来定義されてもよい。

各領域ユニットが撮像領域のより多くのポイントを含んでいる場合には、領域ユニットは互いに異なっていてもよく、あるいは部分的に重複していてもよい。

第１組の領域ユニット内の１つ以上の領域ユニットは、第１組の領域ユニット内の任意の所定の数の領域ユニット又はすべての領域ユニットを含み得る。好適には、選択された１つ以上の領域ユニットは、２つ以上の領域ユニットを含む。典型的には、選択された１つ以上の領域ユニットがより多数である場合、算出される基準灌流パラメータはより安定的及び／又は確実になり得る。

関心領域は１つ以上の領域ユニットを含み得る。関心領域は自動的に特定されてもよく、あるいは操作者によって手動で示されてもよい。

本発明のさらなる一実施形態によれば、第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットは、算出された時間強度曲線の動的挙動に基づいて選択される。本発明の発明者たちは、時間強度曲線の動的挙動はコントラストの強度が経時的にどのように継続的に変化するのかを示し、したがって正常組織を血管及びバックグラウンドノイズと区別するために利用可能であることを認識している。時間強度曲線の動的挙動を利用することによって、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットがより確実な手法で選択され得る。

一実施形態においては、第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットは、算出された時間強度曲線の動的挙動を示す少なくとも１つの特徴に基づいて選択される。この少なくとも１つの特徴は：曲線下面積パラメータ、ピーク強度パラメータ、ピーク到達時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｉｎ時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｏｕｔ時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｉｎ速度パラメータ、ｗａｓｈ−ｏｕｔ速度パラメータ、到達時間パラメータ、平均通過時間パラメータ、立ち上がり時間パラメータなど、算出された時間強度曲線の動的挙動を示す任意の種類の特徴を含み得る。

別の一実施形態においては、第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットは、算出された時間強度曲線をクラスタリング解析部に入力することによって選択される。典型的なクラスタリング解析部は、機械学習を使用するとともに、何の特徴も事前に定義することを全く要さずに時間強度曲線全体に基づいて、第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを選択するように構成されている。クラスタリング解析部は、ｋ平均クラスタリング及び期待値最大化など任意の既存のクラスタリング方法、又は将来開発される任意の適切なクラスタリング方法を実施し得る。いくつかの実施形態においては、クラスタリング解析部は、無作為の初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットから始めることによって、クラスタリングを実施し得る。いくつかの他の実施形態においては、クラスタリング解析部は、所定の初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットから始めることによって、クラスタリングを実施し得る。

本発明のさらなる一実施形態によれば、第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットは、複数の領域ユニットを、所定の初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットに基づいて、第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットに分類することによって選択される。この分類は、クラスタ解析部又は他の適切なアプローチを用いることによって実施され得る。

一例においては、所定の初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットは、複数の領域ユニットの時間強度曲線の特徴に関する１つ以上の統計に基づいて決定され得る。特に、時間強度曲線の特徴は：曲線下面積、ピーク強度値、及び平均強度値のうちの１つであり、１つ以上の統計は平均及び標準偏差を含む。別の一例においては、所定の初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットは、履歴データに基づいて決定されてもよく、したがって撮像領域の超音波データのシーケンスを取得する前に予め決定され得る。

所定の初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットによって、これらに基づく分類又はクラスタリングが必要とする時間がより少なくなり得るとともに、結果がより確実なものになり得る。

本発明のさらなる一実施形態によれば、灌流パラメータ算出部はさらに、複数の領域ユニットの各領域ユニットの灌流パラメータを算出するように構成されており、比率算出部はさらに、各領域ユニットについて、領域ユニットの灌流パラメータと基準灌流パラメータとの比率として、比率値を算出するように構成されている。

このようにして、撮像領域の各領域ユニットについて比率値が算出される。したがって、比率値は、自動か手動かに関係なく、何ら関心領域を設定することを要さずに算出され、すべての領域ユニットについての比率値は臨床医のため又はさらなる処理ステップのためにより多くの情報を提供し得る。

本発明のさらなる一実施形態によれば、基準選択部はさらに、撮像領域を、各々が異なる深度レベルにある複数のセグメントに分割するように、及び、第１組の領域ユニットから、関心領域が位置しているセグメント内にある１つ以上の領域ユニットを選択するように、構成されている。特に、基準灌流パラメータ算出部は、複数のセグメントの各セグメントについて、そのセグメント内にある選択された第１組の領域ユニットのうち１つ以上の領域ユニットに基づき、基準灌流パラメータを算出するように構成され得る。

本発明の発明者たちは、超音波エコー信号の信号強度が、伝搬路に沿った音響減衰に起因して、深度が増すにつれて低減すること、したがって、超音波データから得られるある領域ユニットの造影剤の強度値は、同量の造影剤が存在する場合であっても、より深い位置における領域ユニットの強度値よりも高いことを認識している。よって、本発明の発明者たちは、関心領域がどこにあるかにかかわらず比率値の算出に常に同一の基準灌流パラメータを用いるのではなく、異なる深度レベルにある関心領域には異なる基準灌流パラメータを用いることを提案する。このようにすれば、異なる深度レベルの領域に影響を及ぼす様々な音響減衰レベルが低減又は除去され得る。

本発明のさらなる一実施形態によれば、超音波撮像システムは、比率値について対応する表示値を生成するように構成された画像符号化部と、その表示値を比率画像として表示するように構成された表示部とをさらに備える。また、画像符号化部はさらに、比率値を示差的な彩色又は濃淡で符号化するように構成されている。

本発明の第２の態様の一実施形態によれば、超音波撮像方法が提案されている。この超音波撮像方法は：造影剤が撮像領域内に灌流するとき、被写体の撮像領域の超音波データのシーケンスを取得することと、各領域ユニットが撮像領域の１つ以上のポイントを含み、撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて、取得した超音波データのシーケンスに基づき、造影剤の時間強度曲線を算出することと、複数の領域ユニットのうち、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、時間強度曲線に基づいて選択することと、算出された時間強度曲線に基づいて、第１組の領域の１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータと撮像領域内の関心領域の灌流パラメータとを算出することと、１つ以上の領域ユニットの灌流パラメータに基づいて基準灌流パラメータを算出することと、関心領域の灌流パラメータと基準灌流パラメータとの比率として関心領域の比率値を算出することと、を備える。

本発明の第３の態様の一実施形態によれば、撮像領域内の関心領域の灌流パラメータ比率を算出する装置が提供されている。この装置は、各領域ユニットが撮像領域の１つ以上のポイントを含み、撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて、造影剤の時間強度曲線を受信するように構成された受信部と、複数の領域ユニットのうち、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、時間強度曲線に基づいて選択するように構成された基準選択部と、算出された時間強度曲線に基づいて、第１組の領域ユニットの１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータと関心領域の灌流パラメータとを算出するように構成された灌流パラメータ算出部と、１つ以上の領域ユニットの灌流パラメータに基づいて基準灌流パラメータを算出するように構成された基準灌流パラメータ算出部と、関心領域の灌流パラメータと基準灌流パラメータとの比率として関心領域の比率値を算出するように構成された比率算出部と、を備える。

本発明の第４の態様の一実施形態によれば、撮像領域内の関心領域の灌流パラメータ比率を算出する方法が提供されている。灌流パラメータを算出する方法は、各領域ユニットが撮像領域の１つ以上のポイントを含み、被写体の撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて、造影剤の時間強度曲線を受信することと、複数の領域ユニットのうち、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、時間強度曲線に基づいて選択することと、算出された時間強度曲線に基づいて、第１組の領域ユニットの１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータと関心領域の灌流パラメータとを算出することと、選択された１つ以上の領域ユニットの灌流パラメータに基づいて基準灌流パラメータを算出することと、関心領域の灌流パラメータと基準灌流パラメータとの比率として関心領域の比率値を算出することと、を備える。

本発明の第４の態様の一実施形態によれば、実行されたときに灌流パラメータを算出する方法を実施するコンピュータプログラム命令を含むコンピュータ製品が提供されている。

本発明の他の目的及び利点は、添付の図面と組み合わせてなされる説明を参照することによって、明らかになって容易に理解され得る。

以下においては、実施形態と組み合わせるとともに図面を参照して、本発明をより詳細に記載及び説明する。

本発明の一実施形態に従って構成された超音波撮像システムをブロック図形式で示す。 本発明の一実施形態による、コントラスト強調超音波撮像手順において灌流パラメータの比率値を算出する装置を、ブロック図形式で示す。 本発明の一実施形態による、コントラスト強調超音波撮像手順において灌流パラメータの比率値を算出する方法を、ブロック図で示す。 正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズの各々の典型的な時間強度曲線を示す。 例示的な比率画像を示す。 本発明の一実施形態による、複数のセグメントに分割された撮像領域を示す。

図中の同一の参照符号は、類似の若しくは対応する特徴及び／又は機能を示す。

本発明を、特定の実施形態に関し一定の図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は概略的なものにすぎず、非制限的である。図面中、要素のうちいくつかは、説明のため、大きさが誇張されており、縮尺に合わせて描かれてはいなくてもよい。

まず図１を参照すると、本発明の一実施形態に従って構成された超音波システムがブロック図形式で示されている。このシステムは、撮像されている身体の二次元又は三次元領域を超音波送信ビームで走査することによって動作する。二次元又は三次元領域は、しばしば撮像領域と称される。各ビームは、体内を通る誘導経路に沿って送信されるとき、送信される周波数成分に対応する線形及び非線形（基本周波数及び調和周波数）成分を有するエコー信号を返す。送信信号はビームに遭遇した造影剤微小気泡の非線形応答によって変調され、それによって調和成分を有するエコー信号が生成される。

図１の超音波システムは、体内の散乱体（ｓｃａｔｔｅｒｓ）から調和エコー成分が戻るように、選択された変調特性の波又はパルスを所望のビーム方向に送信する送信部１６を使用する。送信部は、送信ビームの周波数成分、その相対強度もしくは振幅、ならびに送信信号の位相もしくは極性を含む送信ビームの特性を決定する多数の制御パラメータに応答する。送信部は、送信／受信切り替えスイッチ１４によって、超音波プローブ１０のアレイトランスデューサ１２の素子に結合される。アレイトランスデューサは、平面（二次元）撮像用の一次元アレイ、又は二次元もしくはボリュメトリック（三次元）撮像用の二次元アレイであってもよい。

トランスデューサアレイ１２は、身体から、トランスデューサ通過帯域内にある基本（線形）周波数成分及び調和（非線形）周波数成分を含むエコーを受信する。これらのエコー信号はスイッチ１４によってビーム形成部１８に結合され、ビーム形成部は、異なるトランスデューサ素子からのエコー信号を適切に遅延させるとともに、その後それらを組み合わせて、浅い深度から深い深度までビームに沿って線形信号及び調和信号のシーケンスを形成する。好適には、ビーム形成部は、デジタル化されたエコー信号で動作するデジタルビーム形成部であり、画像の近視野深度から遠視野深度までの離散コヒーレントデジタルエコー信号のシーケンスを生成する。ビーム形成部はマルチラインビーム形成部であってもよく、これは、単一の送信ビームに応答して、多数の空間的に別々の受信走査線に沿ってエコー信号の２つ以上のシーケンスを生成するもので、３Ｄ撮像に特に有用である。ビーム形成されたエコー信号はアンサンブルメモリ２２に結合される。

図１の超音波システムにおいては、多数の波又はパルスが異なる変調技術を用いて各ビーム方向に送信され、その結果、画像視野内の走査された各ポイントにつき複数のエコーが受信される。共通の空間的位置に対応するエコーは、本願においてはエコーのアンサンブルと称され、アンサンブルメモリ２２に記憶されて、そこから共に取得されて処理される。アンサンブルのエコーは、所望の非線形信号又は調和信号を生成するために、非線形信号分離部２４によって様々な手法で組み合わされる。例えば、異なる位相又は極性変調の２つのパルスが画像視野内の各ポイントに送信され得る。この２つのパルスから生じるエコーが超音波システムによって受信され加算合成されると、異なる変調は、エコーの基本周波数成分を相殺させ、調和成分を互いに増強させる。これにより、エコー信号の調和成分が分離される。あるいは、２つのエコーが互いに減算されると、基本周波数成分は増強され、調和成分は相殺する。これにより、標準的なＢモード画像を構成するために、基本周波数が分離される。この変調は「パルス反転」と称され、米国特許第５，７０６，８１９号（Ｈｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．）、第５，９５１，４７８号（Ｈｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．）、及び第５，５７７，５０５号（Ｂｒｏｃｋ Ｆｉｓｈｅｒ ｅｔ ａｌ．）に記載されているように、位相、極性、又は振幅変調によってなされ得る。

分離された信号は、不要な周波数成分をさらに除去するべくフィルタ３０によってフィルタ処理され、その後、検出部３２によるＢモード又はドップラ検出にかけられる。検出された信号は、画像スペックル含有量を減少させるために、非線形信号合成部３４に結合される。信号は次いで、二次元画像、三次元画像、分光画像、パラメトリック画像、又は他の所望の画像の形成のために画像処理部３６において処理され、その画像がその後、表示部３８に表示される。検出された、スペックル削減処理を要さない基本（線形）信号は、画像形成及び表示のために、画像処理部３６に直接結合される。

本発明の一実施形態によれば、超音波画像データは、時間強度曲線及び造影剤のｗａｓｈ−ｉｎ特性及びｗａｓｈ−ｏｕｔ特性の生成ために、ＱＬａｂ画像処理部４０にも結合される。ＱＬａｂ処理部によって生成された時間強度曲線及び特性は画像処理部へと戻され、超音波画像と共に表示部３８において数字又はグラフで表示されてもよい。時間強度曲線の生成に適切な標準的なＱＬａｂ処理部は、マサチューセッツ州アンドーバーのＰｈｉｌｉｐｓ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ社から入手可能である。

標準的なＱＬａｂ処理部は、灌流曲線又は再灌流曲線とも称される、よく知られた時間強度曲線を生成する。米国特許第５，８３３，６１３号（Ａｖｅｒｋｉｏｕ ｅｔ ａｌ．）、国際公開第２００５／０９９５７９号（Ｒａｆｔｅｒ）、国際公開第２００５／０５４８９８号（Ｇａｒｇ ｅｔ ａｌ．）、及び国際公開第２００９／０９３２１１号（Ｍｉｃｈａｌａｋｉｓ ｅｔ ａｌ．）を参照のこと。これらの刊行物が示すように、体内の位置への造影剤の到達にあたっては、組織内のポイントにおける造影剤の増加が監視される。あるポイントにおける造影剤の量は、各ポイントの造影剤微小気泡から返ってくるエコーの強度によって示され、造影剤が組織内へと灌流するときの低パワー（ｌｏｗ ＭＩ）送信によって取得される画像のシーケンスの中にある。時間強度曲線は、フレーム毎にエコーの時系列を返す組織内の各ポイントについての、コントラスト強度のこの増加と、その後の造影剤のｗａｓｈ−ｏｕｔにあたっての低下とからなっていてもよい。観察されている組織全体に関する時間強度曲線の定性的提示は、解剖学的画像の各画素を、その画像内の各ポイントにおける時間強度曲線のパラメータを表す色で彩色することによって形成され得る。Ｇａｒｇ ｅｔ ａｌ．の出願は心筋のパラメトリック画像の形成を示すものであり、例えば、画像内の各画素の色は、心筋内の各ポイントにおける時間強度曲線が到達するピークレベルを表す。米国特許第６，６９２，４３８号（Ｓｋｙｂａ ｅｔ ａｌ．）も参照されたい。

本発明の一実施形態によれば、超音波プローブは、造影剤が撮像領域内に灌流するとき、被写体の撮像領域の超音波データのシーケンスを取得するように構成されており、時間強度曲線算出部として作用するＱＬａｂ撮像処理部は、取得した超音波データのシーケンスに基づき、撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて造影剤の時間強度曲線を算出するように構成されている。各領域ユニットは撮像領域の１つ以上のポイントを含み得る。いくつかの実施形態においては、撮像領域のある１つのポイントが領域ユニットとして定義される。いくつかの他の実施形態においては、撮像領域のいくつかの隣接するポイントが領域ユニットとして定義される。例えば、領域ユニットは、撮像面内の５×５の正方形範囲又は撮像ボリューム内の５×５×５の立方体範囲を有し得る。複数の領域ユニットは別々であってもよく、あるいは部分的に重複していてもよい。

造影剤の灌流の量的尺度として、撮像領域内の関心領域について、灌流パラメータの比率値が計算される。図２及び図３は、本発明の一実施形態による、灌流パラメータの比率値を計算する装置２００及び方法３００をそれぞれ示している。いくつかの実施形態においては、ＱＬａｂ撮像処理部４０は方法３００を実施するように構成されており、したがって図３の装置はＱＬａｂ画像処理部４０の一部である。いくつかの他の実施形態においては、装置２００は、ＱＬａｂ画像処理部４０に結合可能な別個の処理部であってもよい。装置２００は、超音波システムの一部であってもよく、あるいは、任意の種類の有線もしくは無線接続手段を介して超音波システムに結合された別個の処理部又は別個のシステムの一部であってもよい。

図２を参照すると、装置２００は、受信部２１０と、基準選択部２２０と、灌流パラメータ算出部２３０と、基準灌流パラメータ算出部２４０と、比率算出部２５０とを備えている。受信部２１０は、取得した超音波データのシーケンスに基づき、撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて造影剤の時間強度曲線を受信するインタフェースであり、各領域ユニットは撮像領域の１つ以上のポイントを含む。受信部２１０は、ソフトウェア、ハードウェア、又はこれらの組み合わせのいずれかで実現可能である。

以下、図２及び図３を参照して比率値の算出を説明する。説明を簡潔にするため、方法は一連のステップとして図示及び記載されているが、１つ以上の態様によれば、いくつかのステップは、本願において図示され記載されている順序及びステップと比較して異なる順序で及び／又は他のステップと同時に起こり得るため、この方法論はステップの順序によっては限定されないことが理解及び察知されるべきである。また、特許を請求する主題に従った方法を実現するためには、示されているすべてのステップが使用されなくてもよい。概して、プロセスは、処理部命令、論理的プログラミング機能、又は比率値の算出を支援する他の電子シーケンスとして実現され得る。

ステップ３１０において、超音波プローブを被写体に設置することによって、造影剤が撮像領域内に灌流するときに、被写体の撮像領域の超音波データの時間的シーケンスが取得される。あるいは、超音波データのシーケンスは、超音波プローブによって先に取得された超音波データのシーケンスが記憶されている任意のデータ記憶部から、例えばＤＩＣＯＭ形式で取得されてもよい。

ステップ３２０において、時間強度曲線算出部が、取得した超音波データのシーケンスに基づき、撮像領域の複数領域ユニットの各領域ユニットについて造影剤の時間強度曲線を算出する。代替的には、受信部２１０が、任意のデータ記憶部から、予め算出され記憶された時間強度曲線を受信する。当業者にはよく知られているように、時間強度曲線の算出に先立って様々な種類の動き補償が実施されてもよく、及び／又は、時間強度曲線が、例えばローパスフィルタによって、平滑化されてもよい。

ステップ３３０において、基準選択部２２０は、複数の領域ユニットのうち、正常組織に対応する第１組の領域ユニットを、時間強度曲線に基づいて、好適には時間強度曲線の動的挙動に基づいて選択する。特に、基準選択部２２０は、正常組織に対応する第１組の領域ユニットと、血管に対応する第２組の領域ユニットと、バックグラウンドノイズに対応する第３組の領域ユニットとを選択するように構成され得る。いくつかの実施形態においては、時間強度曲線の動的挙動を示す少なくとも１つの特徴が算出され、その後、その少なくとも１つの特徴に基づいて、第１組、第２組、及び第３組の領域が選択される。いくつかの他の実施形態においては、時間強度曲線の各ポイントが個々の特徴と見なされ、第１組、第２組、及び第３組の領域の選択は時間強度曲線に直接的に基づく。

第１組の領域ユニットの選択はクラスタ解析によって実現可能である。クラスタ解析又はクラスタリングはよく知られていて、これは、同一のグループ又は組（クラスタと呼ばれる）内のオブジェクトが、他のグループ又は組（クラスタ）内のオブジェクトよりも、互いにより類似するように、一組のオブジェクトをグループ化するというタスクのことである。

図４は、血管の時間強度曲線４１０、正常組織の時間強度曲線４２０、及びバックグラウンドノイズの時間強度曲線４３０を示す。典型的には、時間強度曲線の動的挙動、すなわち時間ｔに亘る強度値Ｉの変化は、血管と、正常組織と、バックグラウンドノイズとでかなり異なる。

本発明のいくつかの実施形態によれば、基準選択部２２０は、複数の領域ユニットを、時間強度曲線の動的挙動に基づいて、正常組織に対応する第１組の領域ユニットと、血管に対応する第２組の領域ユニットと、バックグラウンドノイズに対応する第３組の領域ユニットとに分類する。

一実施形態においては、この分類は、初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットに基づいて実施され得る。つまり、初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットは、分類の初期化に用いられる。

いくつかの実施形態においては、そのような分類はクラスタ解析によって実施されてもよく、したがって、初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットはクラスタ解析の初期化に用いられる。ｋ平均クラスタリングもしくは期待値最大化など既存のもの、又は将来開発されるものを含め、任意の適切なクラスタリング方法が使用可能である。クラスタ解析は、時間強度曲線の動的挙動を示す１つ以上の予め定義された特徴に基づいて実施されてもよく、あるいは、前もって何ら特徴を定義することなく時間強度曲線に直接的に基づいて実施されてもよい。

初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットは、履歴データに基づいて決定されてもよく、したがって撮像領域の超音波データのシーケンスを取得することに先立って予め決定され得る。

代替的には、時間強度から、複数の領域ユニットの各々に関して特徴が抽出され、その抽出された特徴についての１つ以上の統計に基づいて、初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットが決定される。この特定の実施形態においては、抽出される特徴は：曲線下面積である。他の実施形態においては、抽出される特徴は：ピーク強度値、曲線の平均強度値、又は任意の他の適切な特徴であってもよい。次に、抽出された特徴の平均μ及び標準偏差σが算出される。その後、初期の第１組、第２組、及び第３組の領域が、以下のようにμ及びσに基づいて決定され得る：
・正常組織に対応する初期の第１組の領域ユニットは、特徴が［μ−α・σ，μ＋α・σ］の範囲内の値を有する領域ユニットを含み、
・血管に対応する初期の第２組の領域ユニットは、特徴がμ＋α・σよりも大きい、すなわち［μ＋α・σ，＋∞］の範囲内の値を有する領域ユニットを含み、
・バックグラウンドノイズに対応する初期の第３組の領域ユニットは、特徴がμ−α・σよりも小さい、すなわち［−∞，μ−α・σ］の範囲内の値を有する領域ユニットを含む。
αは所定の重み付け係数である。例えば、αは、実験によって決定されてもよい。

ステップ３４０において、基準選択部２２０はさらに、第１組の領域ユニットから１つ以上の領域ユニットを選択する。いくつかの実施形態においては、このステップ３４０は省略され、１つ以上の領域ユニットは単に第１組の領域ユニットのすべての領域ユニットを含む。いくつかの他の実施形態においては、第１組の領域ユニットの一部の領域ユニットが選択される。選択される領域ユニットの数は、予め定義されてもよく、あるいは操作者によって定義されてもよい。

ステップ３５０において、灌流パラメータ算出部２３０は、時間強度曲線に基づいて、選択された１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータを算出する。また、灌流パラメータ算出部２３０は、時間強度曲線に基づいて、関心領域の灌流パラメータを算出する。灌流パラメータは、曲線下面積パラメータ、ピーク強度パラメータ、ピーク到達時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｉｎ時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｏｕｔ時間パラメータ、ｗａｓｈ−ｉｎ速度パラメータ、ｗａｓｈ−ｏｕｔ速度パラメータ、到達時間パラメータ、平均通過時間パラメータ、立ち上がり時間パラメータなど、時間強度曲線から得られた任意の種類のパラメータであってもよく、あるいは、時間強度曲線に基づいて将来定義されてもよい。

関心領域は１つ以上の領域ユニットを含み得る。関心領域は、予め定義された領域であってもよいし、あるいは、ユーザによって示された又はいずれかの事前処理ステップにおいて特定された領域であってもよい。複数の関心領域がある場合には、灌流パラメータは、複数の関心領域の各々について算出される。いくつかの実施形態においては、複数の領域ユニットの各領域ユニットが関心領域として定義される。このようにすれば、各領域ユニットについて灌流パラメータが算出される。

関心領域の灌流パラメータの算出は、選択するステップ３３０及び３４０とは独立して実施され得る。１つ以上の領域ユニット及び関心領域は共通の領域ユニットを含んでいてもよく、その場合、当業者であれば、そうした共通の領域ユニットの灌流パラメータは一度算出されるだけでよいことを察知するであろう。

ステップ３６０においては、基準灌流パラメータ算出部２４０が、選択された１つ以上の領域ユニットの灌流パラメータに基づいて、基準灌流パラメータを算出する。基準灌流パラメータは様々な手法で算出可能である。例えば、基準灌流パラメータは、選択された１つ以上の領域ユニットの灌流パラメータの平均、加重平均、又は中央値として算出され得る。

ステップ３７０においては、比率算出部２５０が、関心領域の灌流パラメータと基準灌流パラメータとの比率として関心領域の比率値を算出する。複数の関心領域がある場合には、複数の関心領域の各々について比率値が算出される。いくつかの実施形態においては、複数の領域ユニットの各領域ユニットが関心領域として定義される。このようにすれば、各領域ユニットについて比率値ｒが算出される。

比率値はその後、画像符号化部によって、対応する表示値に変換されてもよく、その表示値が、パラメトリック比率画像として表示部によって提示されてもよい。画像領域の寸法に応じて、比率画像は２Ｄ又は３Ｄとなり得る。画像符号化部はさらに、示差的な彩色又は濃淡で比率値を符号化するように構成されていてもよい。例えば、ある値範囲内の比率値は、鮮やかな赤色などに明瞭に彩色されてもよい。したがって、臨床医は、画像の疑わしい領域が小さくても、この示差的な彩色によって、比率画像内の疑わしい領域を容易に見分けることが可能である。いくつかの実施形態においては、比率画像は、符号化及び表示の前に平滑化される。

図５は、例示的な比率画像５１０と、右側にカラーバー５２０とを示す。比率画像５１０は時間強度曲線のピーク強度の比率値を表す。比率値は濃淡で符号化されている。カラーバー５２０は比率値の符号割り当てを示し、特に、より高い比率値はより鮮やかである。

上述のように、関心領域の比率値を得るためには、関心領域が位置している深度にかかわらず、同一の基準灌流パラメータが用いられる。あるいは、異なる深度レベルにある関心領域には異なる基準灌流パラメータが用いられてもよい。本発明の別の一実施形態によれば、基準選択部２２０はさらに、撮像領域を複数のセグメントに分割するように構成されていて、各セグメントは異なる深度レベルにあり、基準組織を算出するために用いられる正常組織に対応する１つ以上の領域ユニットは、関心領域が位置しているのと同一のセグメントにある。

図６は、本発明の一実施形態による、複数のセグメントに分割された２Ｄ撮像領域を示す。図６を参照すると、矢印Ｄによって示される深さ方向に沿って、複数のセグメント６１０乃至６４０が異なる深度レベルで位置しており、セグメント６４０が最も深い。複数のセグメント６１０乃至６４０は、重複していないものとして図示されているが、いくつかの他の実施形態においては部分的に重複していてもよい。４つのセグメントが示されているが、当業者であれば、任意の数のセグメントが可能であることを察知するであろう。いくつかの実施形態においては、セグメントの数は、撮像領域の深度範囲に依存し得る。例えば、撮像領域は、撮像領域が深さ方向でより広い範囲に及ぶ場合には、より多くのセグメントに分割される。

本発明の一実施形態によれば、画像領域の複数のセグメントの各々について基準灌流パラメータが算出され、その後、ある領域ユニットの比率値が、その領域ユニットが位置しているセグメントの基準灌流パラメータに基づいて算出される。例えば、ある領域ユニットの比率値は、その領域ユニットの灌流パラメータとその領域ユニットが位置しているセグメントの基準灌流パラメータとの比率として算出され得る。セグメントの境界に位置している、又はセグメントが部分的に重複している場合には２つ以上のセグメントに位置している領域ユニットについては、その領域ユニットに用いられる基準灌流パラメータは、対応するセグメントの基準灌流パラメータの加重平均であってもよい。

各セグメントの基準灌流パラメータは異なる手法で算出されてもよい。

いくつかの実施形態においては、クラスタ解析は、撮像領域全体の正常組織に対応する第１組の領域ユニットを得るために、撮像領域全体に亘って実施される。その後、各セグメントについて、第１組の領域ユニットから選択されそのセグメント内に位置している１つ以上の領域ユニットの灌流パラメータに基づき、基準灌流パラメータが算出される。

いくつかの他の実施形態においては、クラスタ解析が、撮像領域の複数のセグメントの各セグメントについて、そのセグメント内の正常組織に対応する第１組の領域ユニットを得るために、実施される。その後、各セグメントに関して、そのセグメントの領域ユニットの第１のものから１つ以上の領域ユニットが選択され、選択された１つ以上の領域ユニットに基づいて、対応する基準灌流パラメータが算出される。

本明細書に記載された技術工程は、様々な手段によって実現され得る。例えば、これらの技術は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせで実現され得る。ハードウェア実装に関しては、処理ユニットは、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本明細書に記載された機能を実施するように設計された他の電子ユニット、又はこれらの組み合わせにおいて実現され得る。ソフトウェア実装の場合には、本明細書に記載された機能を実施するモジュール（例えば手順、機能など）を利用してもよい。ソフトウェアコードがメモリユニットに記憶され、プロセッサによって実行されてもよい。

また、特許を請求する主題の態様は、特許を請求する主題の様々な態様を実現するようにコンピュータ又は演算構成要素を制御するためのソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はこれらの任意の組み合わせを製造するべく標準的なプログラミング及び／又はエンジニアリング技術を用いる方法、装置、システム、又は製造物品として実現され得る。「製造物品」という用語は、本明細書において用いられる場合、任意のコンピュータ可読デバイス、キャリア、又は媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを包含することが意図されている。例えば、コンピュータ可読媒体は、磁気記憶デバイス（例えばハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップなど）、光ディスク（例えばコンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）など）、スマートカード、及びフラッシュメモリデバイス（例えばカード、スティック、キードライブなど）を含み得るが、これらに限定されない。無論、当業者であれば、本明細書に記載されたものの範囲から逸脱することなくこの構成に多くの変形がなされ得ることを認識するであろう。

本願において用いられる場合、「時間強度曲線算出部」、「灌流パラメータ算出部」、「基準灌流パラメータ算出部」、「比率算出部」、及び「撮像符号化部」など、「算出部」、「選択部」、及び「符号化部」という用語は、プロセッサ又はコンピュータ関連のエンティティであって、ハードウェア、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、ソフトウェア、もしくは実行中のソフトウェアのいずれかを指すことが意図されている。例えば、構成要素は、プロセッサ上で実行中の処理、プロセッサ、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、プログラム、及び／又はコンピュータであってもよいが、これらに限定されない。実例として、サーバ上で実行中のアプリケーションとサーバとの両方が構成要素であり得る。１つ以上の構成要素が処理及び／又は実行スレッド内に存在していてもよく、ある１つの構成要素が１つのコンピュータに局在され及び／又は２つ以上のコンピュータに分散されてもよい。

上述の内容は１つ以上の実施形態の例を含む。無論、前述の実施形態を説明する目的で構成要素又は方法論の考え得るあらゆる組み合わせを記載することは不可能であるが、当業者であれば、様々な実施形態の多くのさらなる組み合わせ及び順列が可能であることを認識し得る。したがって、記載された実施形態は、添付の特許請求の範囲内に該当するすべてのそのような変更、変形、及び変化を包含することが意図される。さらに、「含む」という用語は、詳細な説明又は特許請求の範囲のいずれかにおいて用いられる限りにおいては、「備える」という用語が特許請求の範囲において移行語として用いられるときに解釈されるのと同様に、包括的であることが意図される。

Claims (15)

1. 造影剤が撮像領域内に灌流するとき、被写体の前記撮像領域の超音波データのシーケンスを取得する超音波プローブと、
   各領域ユニットが前記撮像領域の１つ以上のポイントを含み、前記撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて、取得した前記超音波データのシーケンスに基づき、前記造影剤の時間強度曲線を算出する時間強度曲線算出部と、
   前記複数の領域ユニットのうち、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、前記時間強度曲線に基づいて選択する基準選択部と、
   算出された前記時間強度曲線に基づいて、前記第１組の領域ユニットの１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータと前記撮像領域内の関心領域の灌流パラメータとを算出する灌流パラメータ算出部と、
   前記１つ以上の領域ユニットの前記灌流パラメータに基づいて基準灌流パラメータを算出する基準灌流パラメータ算出部と、
   関心領域の前記灌流パラメータと前記基準灌流パラメータとの比率として前記関心領域の比率値を算出する比率算出部と
   を含む、超音波撮像システム。
2. 前記基準選択部は、前記第１組、前記第２組、及び前記第３組の領域ユニットを、前記算出された時間強度曲線の動的挙動に基づいて選択する、請求項１に記載の超音波撮像システム。
3. 前記基準選択部は、前記第１組、前記第２組、及び前記第３組の領域ユニットを、前記時間強度曲線の前記動的挙動を示す少なくとも１つの特徴に基づいて選択する、請求項２に記載の超音波撮像システム。
4. 前記基準選択部は、前記第１組、前記第２組、及び前記第３組の領域ユニットを、前記複数の領域ユニットの前記時間強度曲線をクラスタリング解析部に入力することによって選択する、請求項２に記載の超音波撮像システム。
5. 前記基準選択部は、前記第１組、前記第２組、及び前記第３組の領域ユニットを、所定の初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットに基づいて選択する、請求項２に記載の超音波撮像システム。
6. 前記基準選択部は、前記所定の初期の第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、前記複数の領域ユニットの前記時間強度曲線の特徴に関する１つ以上の統計に基づいて決定する、請求項５に記載の超音波撮像システム。
7. 前記時間強度曲線の特徴は、曲線下面積、ピーク強度値、及び平均強度値のうちの１つであり、前記１つ以上の統計は平均及び標準偏差を含む、請求項６に記載の超音波撮像システム。
8. 前記灌流パラメータ算出部はさらに、前記複数の領域ユニットの各領域ユニットの灌流パラメータを算出し、
   前記比率算出部はさらに、各領域ユニットについて、前記領域ユニットの前記灌流パラメータと前記基準灌流パラメータとの比率として比率値を算出する、
   請求項１に記載の超音波撮像システム。
9. 前記基準選択部はさらに、
   前記撮像領域を、各々が異なる深度レベルにある複数のセグメントに分割し、 前記第１組の領域ユニットから、前記関心領域が位置している前記セグメント内にある前記１つ以上の領域ユニットを選択する、請求項１に記載の超音波撮像システム。
10. 前記比率値について対応する表示値を生成する画像符号化部と、
    前記表示値を表示する表示部と
    をさらに含む、請求項１に記載の超音波撮像システム。
11. 前記画像符号化部はさらに、比率値を示差的な彩色又は濃淡で符号化する、請求項１０に記載の超音波撮像システム。
12. 造影剤が撮像領域内に灌流するとき、被写体の前記撮像領域の超音波データのシーケンスを取得することと、
    各領域ユニットが前記撮像領域の１つ以上のポイントを含み、前記撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて、取得した前記超音波データのシーケンスに基づき、前記造影剤の時間強度曲線を算出することと、
    前記複数の領域ユニットのうち、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、前記時間強度曲線に基づいて選択することと、
    算出された前記時間強度曲線に基づいて、前記第１組の領域の１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータと前記撮像領域内の関心領域の灌流パラメータとを算出することと、
    前記１つ以上の領域ユニットの前記灌流パラメータに基づいて基準灌流パラメータを算出することと、
    前記関心領域の前記灌流パラメータと前記基準灌流パラメータとの比率として前記関心領域の比率値を算出することと
    を含む、超音波撮像方法。
13. 各領域ユニットが前記撮像領域の１つ以上のポイントを含み、前記撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて、前記造影剤の時間強度曲線を受信する受信部と、
    前記複数の領域ユニットのうち、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、前記時間強度曲線に基づいて選択する基準選択部と、
    算出された前記時間強度曲線に基づいて、前記第１組の領域ユニットの１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータと関心領域の灌流パラメータとを算出する灌流パラメータ算出部と、
    前記１つ以上の領域ユニットの前記灌流パラメータに基づいて基準灌流パラメータを算出する基準灌流パラメータ算出部と、
    前記関心領域の前記灌流パラメータと前記基準灌流パラメータとの比率として前記関心領域の比率値を算出する比率算出部と
    を含む、撮像領域内の関心領域の灌流パラメータ比率を算出する、装置。
14. 各領域ユニットが撮像領域の１つ以上のポイントを含み、被写体の前記撮像領域の複数の領域ユニットの各領域ユニットについて、造影剤の時間強度曲線を受信することと、
    前記複数の領域ユニットのうち、正常組織、血管、及びバックグラウンドノイズにそれぞれ対応する第１組、第２組、及び第３組の領域ユニットを、前記時間強度曲線に基づいて選択することと、
    算出された前記時間強度曲線に基づいて、前記第１組の領域ユニットの１つ以上の領域ユニットの各々の灌流パラメータと関心領域の灌流パラメータとを算出することと、
    前記１つ以上の領域ユニットの前記灌流パラメータに基づいて基準灌流パラメータを算出することと、
    前記関心領域の前記灌流パラメータと前記基準灌流パラメータとの比率として前記関心領域の比率値を算出することと
    を含む、撮像領域内の関心領域の灌流パラメータ比率を算出する、方法。
15. 実行されたときに、請求項１４に記載の方法を実施するコンピュータプログラム命令を含む、コンピュータプログラム。

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