JP2020536676A - 超音波撮像システム及び方法 - Google Patents

Abstract

超音波撮像システムは、受信超音波画像を表示するためのディスプレイを備えている。 超音波撮像プロセスを制御するためのユーザコマンドを受信するためのユーザインターフェースが提供され、表示される超音波画像の点又は領域を識別するユーザ入力を受信する。 識別される点又は領域に関連付けられる画像深度が決定され、撮像プロセスが制御されて、識別される点又は領域に撮像が調整される。

Description

本発明は、医療診断撮像システムに関し、特に、画像設定のユーザ制御を備えた超音波診断撮像システムに関する。

超音波画像診断アプリケーションは、遭遇する撮像条件が大きく異なる場合がある。例えば、胎児の心臓を撮像する場合、急速に鼓動する心臓の細部を正確に撮像するために、高いフレームレートの表示が必要である。肝臓の腫瘍の診断などの他のアプリケーションでは、高いフレームレートは必要ないが、一般的には高画質（解像度）が好まれる。場合によっては、診断されている病理が患者の体内の深部にあることがある。他の場合には、病変が皮膚のすぐ下にある場合がある。これらの大きく異なる条件は、超音波検査者が特定の検査に最適な画像を取得するために、超音波システムのさまざまな設定を頻繁に変更しなければならないことを意味する。

通常、画像設定は、第一の画像が取得される前に撮像コンソールで調整される。第一の画像が表示されると、オペレーターが満足するまでパラメータが再調整される。

制御は、ディスプレイユニット又はシステムの物理制御ユニットの何れかのスペースを占有する。また、フィードバックメカニズムは間接的であり、反復調整プロセスが必要である。たとえば、周波数を高（解像度、 "Res"）から中（一般的に "Gen"）に変更すると、既に撮像深度に望ましい影響がある場合があり、そうでなければ、周波数を再度低く変更する必要がある（浸透、"Pen"）。別の例として、タイムゲイン制御を調整すると特定の画像深度で輝度が変化するが、ユーザはいくつかの制御スライダーを試して、所望の深度を調整する必要がある。

これにより、特に経験の浅いユーザが正しい設定を直接見つけるのが難しくなる場合がある。そのため、このようなパラメータの調整を支援することが重要である。

例えば、WO 2005/059586は、動的取得パラメータの自動決定を開示している。特に、最も頻繁に使用される2つのユーザ設定である解像度/速度（ "res / speed"）制御とPen / Gen / Res制御は自動化されている。 Res / Speed制御は、画像のライン密度、マルチラインの順序、焦点ゾーンの数などの撮像パラメータを変えることで、画質（解像度）とフレームレート（速度）のトレードオフを調整する。 Pen / Gen / Res制御は、送信周波数や受信周波数などの撮像パラメータを制御することで、画像解像度と超音波の浸透深度との間のトレードオフを調整する。検出される画像の動き及び/又はノイズに応じて、関連する画像パラメータは自動的に変化して、これらの競合要素の検出可能なバランスである画像を取得する。

この簡単な調整はユーザにとって魅力的であるが、ユーザは、どの調整を行い、それが画像にどのように影響するかを制御したい場合がある。

単純化されるユーザ制御の必要性が残っているが、それでもユーザに超音波撮像を制御して最終的な制御を提供し、所望の組織浸透、撮像フレームレート、及び画像解像度を提供する。

文献EP 2 702 947は、タッチスクリーンディスプレイと、コンピュータ支援の測定及び/又は診断機能を備えて構成される超音波撮像装置を開示している。

文書ＵＳ２０１４ ／ ０９８０４９は、撮像装置のオペレータからタッチベースの入力を受信するシステムを開示している。

本発明は特許請求の範囲によって規定される。

本発明の一態様による例によれば、

超音波撮像システムであって、

超音波信号を生成し、反射エコー信号を受信する超音波プローブと、

前記超音波信号の生成及び前記受信反射エコー信号の処理を制御する処理システムと、

受信超音波画像を表示するディスプレイと、

前記超音波信号の生成及び/又は 前記受信反射エコー信号の処理を制御するユーザコマンドを受信するユーザインターフェースと
を有し、

前記ユーザインターフェースは、表示される超音波画像の点又は領域を識別するユーザ入力を受信するように構成され、

前記処理システムは、解剖学的特徴識別及び/又は前記識別される点又は領域に関連付けられる画像深度を導出し、前記超音波信号の生成及び前記受信反射エコー信号の処理を制御して、それらを前記識別される点又は領域に適合させるように構成される
超音波撮像システムが提供される。

このシステムにより、ユーザは画像の点又は領域を選択することができ、超音波画像パラメータを自動的に制御して、その特定の領域のイメージングを最適化することができる。制御されるパラメータは、画像診断プロシージャ（画像データの取得、処理、表示）に関連する。制御できるパラメータの例は、焦点ゾーン、周波数、時間ゲイン補正設定、全体的な撮像ゲイン、フレームレートなどである。これらのパラメータはすべて、一般的な表示設定（一般的な明るさやコントラスト設定など）ではなく、特定の解剖学的構造領域又は関心特徴の表示に最適化されるように最終的な表示を制御するためのものである。

最も単純な実装では、ユーザが点又は領域を識別し、標準パラメータの最適化が実行される。識別される点又は領域の深度（超音波ヘッら組織の領域まで）は、たとえば識別され、これにより、撮像パラメータの自動又は半自動調整が可能になる。

深度情報が導出されるシステムでは、処理システムは、例えば、導出される深度に応じて周波数を調整するように構成されてもよい。したがって、周波数制御は、特定の深度でエコー信号の最小振幅を保証するために使用される。

処理システムは、受信信号を最大化するために周波数を適合させるように構成されてもよい。これは、例えば、閉ループ制御を利用する場合がある。

解剖学的特徴認識に基づくシステムでは、処理システムは、画像内の解剖学的構造を識別し、識別される点又は領域で解剖学的構造を識別し、超音波信号の生成及び/又は受信反射エコー信号の処理し、それらを識別される解剖学的構造に適合させる。

システムは、特定の解剖学的構造に最適な撮像パラメータを適用できる。たとえば、セグメンテーションラベルに基づく僧帽弁の識別により、フレームレートが調整される場合がある。これには、必要なフレームレート調整を実行するための深度に関する特定の知識は必要とされない。

処理システムは、

フレームレートと、

コントラストと、

ゲイン設定と、

焦点ゾーンと
の一つ又はそれより多くを調整するように構成される。

フレームレートは、例えば、心臓などの動く構造では増加させることができ、一方、静止した構造のための低いフレームレートは、より高品質の撮像を可能にする。コントラスト制御を使用して、心室壁などの構造をより見やすくすることができる。

モデルベースのセグメンテーションを使用して解剖学的構造を特定できるが、機械学習などの他のアプローチも使用できる。

ユーザインターフェースは、例えば、さらなるコマンドを受信するように構成されている。これにより、ユーザは、完全に自動化されるオプションに加えて、又はその代わりに、パラメータの最適化をある程度制御できる。

第１の例では、さらなるコマンドは、焦点深度調整が望ましいことを示し、処理システムは、導出される深度に応じて周波数及び／又はスキャンアパーチャを調整するように構成されている。スキャンアパーチャは、焦点深度に影響を与えるためにも使用される。

したがって、この場合、ユーザは、完全に自動化される深度調整の代わりに、いくつかの可能なオプションの1つとして深度調整が望ましいことを特定する必要がある。

第２の例では、さらなるコマンドは、焦点ゾーン調整が望ましいことを示し、処理システムは、導出される深度に応じて、焦点でのビームの幅及び焦点深度を調整するように構成される。このビーム幅は周波数とアパーチャに依存し、焦点及び焦点外の他の領域での解像度を決定する。

第三の例では、視野のサイズを制御できる。視野を調整することにより、関心画像領域にズームイン操作が実装される。

第４の例では、さらなるコマンドは、ゲイン調整が望ましいことを示し（例えば、全体的な撮像ゲイン又は深度依存時間ゲイン補償）、処理システムは、導出される深度に応じて時間ゲイン補償などのゲイン設定を調整するように構成される。

時間ゲイン補償は、組織の減衰を考慮するために使用される。深度とともに受信信号強度を増加させることにより、Bモード画像強度の均一性のアーティファクトが減少する。さまざまな時間ゲイン補償機能がさまざまなスキャンラインに適している場合があり、時間ゲイン補償の変更が所望される場合、ユーザが入力できるが、識別される点又は領域を考慮して自動的に変更できる。

ユーザインターフェイスは、前記さらなるコマンドを、

タッチスクリーンピンチコマンドと、

シングルクリックマウス又はタッチスクリーンコマンドと、

ダブルクリックマウス又はタッチスクリーンコマンドと、

2本指のタッチスクリーンインタラクションと、

マウス又はタッチスクリーンスライダーインタラクションと、

オプションのリストからの選択と
の一つ又はそれより多くとして受信するように構成される

したがって、さまざまなタッチスクリーン又はマウスコマンドを使用して、ユーザが関心点又は領域の単なる識別を超えてコマンドを入力できるようにすることができる。

ユーザインターフェイスは、点又は領域を、

タッチスクリーンポイント識別と、

タッチスクリーン上に描かれる領域と、

マウスを使用するシングルクリックポイント識別と、

マウスを使用して描画される領域と
の一つ又はそれより多くとして識別する前記ユーザ入力を受信するように構成される。

関心領域のポイントの初期の識別は、マウス又はタッチスクリーンを使用する単純なシングルクリック機能又は単純な領域描画機能である。

本発明は、超音波撮像方法であって、

超音波信号を生成し、反射エコー信号を受信及び処理するステップと、

受信超音波画像を表示するステップと、

前記超音波信号の生成及び/又は前記受信反射エコー信号の処理を制御するためのユーザコマンドを受信するステップであって、前記ユーザコマンドは、表示される超音波画像の点又は領域を識別する、ステップと
を有し、

前記方法は、前記識別される点又は領域に関連付けられる解剖学的特徴識別及び/又は画像深度を導出するステップと、前記超音波信号の生成及び前記受信反射エコー信号の処理を制御して、それらを前記識別される点又は領域に適合させるステップとを有する
方法も提供する。

この方法は、超音波画像の識別される領域に基づいて自動化されるパラメータ制御を提供する。

この方法は、例えば、導出される深度に応じて周波数を適合させるステップを有する。

この方法は、前記画像内の解剖学的構造を識別し、前記識別される点又は領域で解剖学的構造を識別するステップと、

前記超音波信号の生成及び/又は前記受信反射エコー信号の処理を制御して、それらを識別される解剖学的構造に適合させるステップと
を有する。モデルベースのセグメンテーションを使用して、解剖学的構造を特定できる。

特定される解剖学的構造に応じて、この方法は

前記フレームレートと、

前記コントラストと、

前記ゲイン設定と、

前記焦点ゾーンと
の一つ又はそれより多くの調整を提供する。

さまざまな調整が異なる場合に適切な場合がある

本方法は、さらなるユーザコマンドを受信するステップを有し、

前記さらなるコマンドは、焦点深度調整が望ましいことを示し、前記方法は、前記導出される深度に応じて前記周波数を適合させるステップを有し、又は

前記さらなるコマンドは、焦点ゾーン調整が望ましいことを示し、前記方法は、前記導出される深度に応じて、前記焦点での前記ビームの幅及び前記焦点深度を調整するステップを有し、又は

前記さらなるコマンドは、視野調整が望ましいことを示し、前記方法は、前記導出される深度に応じて前記視野を調整するステップを有し、又は

前記さらなるコマンドは、時間ゲイン補償調整が望ましいことを示し、前記方法は、前記導出される深度に応じて前記時間ゲイン補償を適合させるステップを有する。

本発明は、少なくとも部分的にコンピュータソフトウェアで実施されてもよい。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになり、解明されるであろう。

本発明の例は、添付の図面を参照して詳細に説明される。

超音波システムの第一の例を模式的に示している。 超音波システムの第二の例を模式的に示している。 超音波撮像方法を示している。 超音波撮像システムの既知のコンポーネント構造をより詳細に示している。

本発明は図面を参照して説明される。

詳細な説明及び特定の例は、装置、システム、及び方法の例示的な実施形態を示しているが、例示のみを目的とし、本発明の範囲を限定するものではないことを理解されるい。本発明の装置、システム、及び方法のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付図面からよりよく理解されるであろう。図は単なる概略図であり、縮尺通りに描かれていないことを理解されるい。また、同じ又は類似の部分を示すために、図面全体を通して同じ参照番号が使用されることも理解されるべきである。

本発明は、受信超音波画像を表示するためのディスプレイを有する超音波撮像システムを提供する。超音波撮像プロセスを制御するためのユーザコマンドを受信するためのユーザインターフェースが提供され、表示される超音波画像の点又は領域を識別するユーザ入力を受信する。識別される点又は領域に関連付けられる画像深度が決定され、撮像プロセスが制御されて、識別される点又は領域に撮像が調整される。

図1は、ユーザが撮像設定を制御する方法を示すために、超音波撮像システムといくつかのディスプレイ出力を示している。

このシステムは、超音波信号を生成し、反射エコー信号を受信するための超音波撮像ユニット100、すなわちプローブを有する。撮像ユニットは、超音波信号の生成及び受信反射エコー信号の処理を制御するための処理システム102を有する。

受信超音波画像を表示するためにディスプレイ１０４が設けられ、超音波信号の生成及び／又は受信反射エコー信号の処理を制御するためのユーザコマンドを受け取るためにユーザインターフェース１０６が設けられている。

ユーザインターフェースは、ディスプレイ１０４のタッチスクリーンを備えてもよく、したがって、図１に概略的に示されるような別個のユニットではなくディスプレイの一部であってもよい。ユーザインターフェースにより、ユーザは表示画像に応じてコマンドを入力することができる。ユーザインターフェースは、追加的又は代替的に、ポインターが表示画像の所望の部分に移動できるように、ディスプレイ上のポインターを制御するために使用されるマウスを備えてもよい。もちろん、キーボード、音声認識など、他のユーザ入力制御があってもよい。

ユーザインターフェース１０６は、表示される超音波画像の点又は領域を識別するユーザ入力を受け取る。

ペイン１０８は、超音波画像を示している。ペイン１１０は、ユーザがタッチスクリーンディスプレイに触れることにより画像内のポイントを選択することを示している。スクリーンに触れることによって単一の点が特定され、閉じた形状を描画することによって領域は特定されることができる。ペイン１１２は、超音波プローブから画像の識別される点までの距離ｄが導出されることを示している。それから、この距離dを使用して、超音波信号の生成及び/又は受信反射エコー信号の処理を自動化又は半自動化制御して、それらを識別される点又は領域に適合させる。制御には、画像診断プロシージャに関連する適切なパラメータの選択が含まれる。制御可能なパラメータの例は、焦点ゾーン、周波数、アパーチャ（つまり、マトリックスアレイのアクティブサイズ）、視野の角度範囲、撮像深度、視野内で取得されるスキャンラインの数、ゲイン及びダイナミックレンジの設定（全体的なゲイン、時間ゲイン補償、RF変換及び画像表示中のダイナミックレンジ）、スキャンパワー、スキャン角度（経食道超音波プローブのトランスデューサ回転など）、高調波周波数の使用、平滑化/時間平均化、フレームレートなどである。

最も単純な実装では、ユーザが点又は領域を識別し、標準パラメータの最適化が実行される。

フィードバックユニット１１４は、画像とのインタラクションの位置を取得ジオメトリに関連付ける。フィードバックユニットは画像内のトランスデューサの位置を認識し（3Dデータセットの場合は表示される切断面）、識別される点又は領域の組織の深度を計算できる。 1dB / cmMHzなどの減衰の経験則を使用して、周波数を調整して、戻り信号の少なくとも最小振幅を保証できる。

それから、処理ユニット１０２は、ユーザ入力コマンドを取得パラメータに関連付け、撮像システムの取得パラメータを変更することができる。さらに、フィードバックユニットと撮像ユニットを閉ループで接続して、パラメータの変更が目的の効果を持っていることを確認できる。

したがって、システムは、ユーザが画像と直接対話できるようにすることで、設定を調整する。たとえば、ユーザは第一の画像を撮影した後、特定の深度（特定の解像度で彼/彼女が画像を作成したい最大深度）で画像をクリックし、システムはそれからこの深度に対するフォーカス設定及び最適な周波数を自動的に選択する。

ユーザ入力には、シングルクリック、ダブルクリック、1本指タッチインタラクション、2本指タッチインタラクションなどの複数のオプションがあり、各タイプのインタラクションには（たとえば、特定の点の周波数又は特定の点の焦点ゾーンを調整するステップのような）異なる意味がある。

画像深度又は視野角を調整するための2本指ズーム（「ピンチジェスチャ」）など、特定のマルチフィンガージェスチャも認識される。

特定のタイプの対話については、メニューオプションも表示される場合がある。たとえば、メニューを使用して、リストからパラメータを選択するなど、特定の意味を持つインタラクションを割り当てることができる（たとえば、「頻度」、「焦点ゾーン」など）。

したがって、本方法のユーザインターフェイスでは、位置識別に加えて、さらにコマンドを受信できることがわかる。

それから、複数のコマンド（位置及び他のコマンド）の使用方法について、いくつかの具体例を示す。

時間ゲイン補償（TGC）は、トランスデューサから特定の距離をクリックしてスライドさせることで調整できる。トランスデューサからの距離は既知であるため、TGC設定を変更する必要がある深度から計算できる。スライディングモーションは、特定される深度のTGCをどの程度増減するかを決定する。

ユーザは、特定の位置で、特定される量の信号が予想されることを明示的に特定することもできる（たとえば、心室壁又は僧帽弁領域）。たとえば、ユーザは、「LV Myocardium」などのドロップダウンメニューから解剖学的領域を点に割り当てることができる。次いで、システムは、例えば、撮像システム１００とフィードバックユニット１１４との間の閉ループ調整を使用して、すなわち、信号が満足できるまで周波数を調整することにより、信号を最大化するように周波数を調整し得る。

位置に加えて別のコマンドを使用して、焦点深度の調整が必要であることを示すことができ、その後、処理システムは、導出される深度に応じて周波数及び/又はスキャンアパーチャを調整する。

さらなるコマンドは、焦点ゾーンの調整が望ましいことを示し、処理システムは、導出される深度に応じて、焦点でのビームの幅と焦点の深度を調整する。ビーム幅は、例えば周波数とアパーチャに基づいて制御され、焦点と焦点外の他の領域の解像度を決定する。焦点深度とは、トランスデューサからビーム幅が最小になる焦点までの距離である。

さらなるコマンドは、視野調整が望ましいことを示してもよく、処理システムは、導出される深度に応じて視野を調整するように構成される。視野を関心領域に調整することにより、ズームイン操作が実装される。

上記で概説したように、他の多くの撮像パラメータを調整できる。特定される解剖学的特徴又は深度に応じて自動的に調整されるいくつかのパラメータ、及びユーザの命令に基づいて調整される他のパラメータがある。

図2は、表示される画像内の解剖学的構造を識別し、識別される点又は領域の解剖学的構造を識別するための、図1のシステムの変形例を示している。システムは、特定の解剖学的構造に最適な撮像パラメータを適用できる。

特定の調整では、表示される画像と対話するだけでなく、解剖学的コンテキストを考慮するのに役立つ場合がある。たとえば、画像内の境界の位置がわからない場合、LV心筋と血液プールとの間の境界のコントラスト強調は困難である。また、撮像される解剖学的構造の動きに基づいた自動フレームレート調整では、特定の動きが取得に関連するかが重要になる場合がある。

同じコンポーネントには、図1と同じ参照番号が使用される。

このシステムは、追加のセグメンテーションユニット200を備えている。解剖学的セグメンテーションには、モデルベースのセグメンテーション、ニューラルネットワーク、又はディープラーニングを使用できる。ペイン２０２は、セグメンテーションを示す画像を示している。ペイン２０４は、点又は領域のユーザ選択を示す。それから、システムは、選択される解剖学的構造を決定し、ペイン206として示される改善される画像を生成するための画像パラメータの変更を提供する。

たとえば、異なる解剖学的構造により、異なるフレームレート、コントラスト、又は焦点ゾーンが適切になる。最適な撮像パラメータの選択は、データベースを使用して、又は画像/解剖学的特性から直接実行できる。

ディスプレイユニットは、画像上のメッシュオーバーレイなどの解剖学的コンテキストを表示する。解剖学的コンテキストは、モデルベースのセグメンテーションの適合モデルによって提供される。たとえば、モデルが三角形メッシュで構成される場合、各三角形に解剖学的ラベルが割り当てられている場合がある。このように、ユーザは解剖学的ラベルを自分で割り当てる必要がない。

例として、ユーザが、速く動くことが知られている心臓弁を選択した場合、より高いフレームレートが選択される。同じ視野内のユーザが心腔を選択した場合、低いフレームレートで高い空間解像度が選択される。これは、必要な一般的なフレームレートに関する保存される知識に基づいて、又はモーション検出に基づいて実行できる。

別の例では、ユーザは心室壁を選択でき、システムは壁と周囲の領域間のコントラストを最適化できる。このために、いくつかの周波数、フォーカス、タイムゲイン制御設定をテストできる。各設定について、壁領域内と血液領域内の平均強度の差などの目的関数が計算される。関数を最大化する（又は異なる目的関数に対して最小化する）設定が使用される。代わりの目的関数は、三角形の表面（壁と血液領域を分離する表面など）の間のより局所的な強度差である。これが低い画像深度では、時間ゲイン補償設定を調整できる。

別の例として、第一の収集で構造を選択することができ、異なるプローブ位置からの収集を追跡するために、設定はその構造を最適に撮像するために自動的に調整される。たとえば、心室中隔欠損の食道中期画像の場合、欠損はトランスデューサ/プローブからかなり離れている。第一の収集で欠陥を選択し、収集のためにプローブを食道のさらに下に移動した場合、プローブが欠陥に近いほど高い周波数が自動的に選択される。これにより、関心領域での空間解像度と信号強度の関係が常に最適化される。

現在画像内に部分的にしか存在しない構造が選択される場合、視野範囲（側面及び深度）は、完全な構造が画像内に収まるように調整でき、又は、それが不可能な場合は、可能な最大部分が表示される。これは、適合モデルから構造の大まかな範囲を推定できるため、実現可能である。

したがって、自動制御又は半自動制御にはさまざまな可能なレベルがあるが、それらはすべて、少なくとも選択される画像の領域とその解剖学的領域のトランスデューサからの対応する深度の知識（解剖学的領域が識別されているか）に依存している。

図３は、ステップ３００において、超音波信号を生成し、反射エコー信号を受信及び処理するステップを有する、超音波撮像方法を示す。

ステップ３０２では、受信超音波画像が表示され、ステップ３０４では、超音波信号の生成及び／又は受信反射エコー信号の処理を制御するためのユーザコマンドが受信される。これらのユーザコマンドは、表示される超音波画像の点又は領域を識別する。

ユーザ入力は、点又は領域をタッチスクリーン点識別、タッチスクリーン上に描画される領域、マウスを使用するシングルクリック点識別、又はマウスを使用して描画される領域として識別する。

本方法は、解剖学的特徴識別及び／又は識別される点又は領域に関連する画像深度を導出するステップ３０６を有する。ステップ３０８では、超音波信号の生成及び／又は受信反射エコー信号の処理が制御されて、識別される点又は領域にそれらを適合させる。

これには、タッチスクリーンピンチコマンド、シングルクリックマウス又はタッチスクリーンコマンド、ダブルクリックマウス又はタッチスクリーンコマンド、2本指タッチスクリーンインタラクション、マウス又はタッチスクリーンスライダーインタラクションなどの追加のユーザ入力、オプションのリストからの選択が考慮される場合がある。

その駆動電子回路を有する超音波システムの一般的な動作は標準的である可能性があり、詳細には説明されない。ただし、完全を期すために、図４は、ブロック図形式の例によるアレイトランスデューサプローブ４００を備えた超音波診断撮像システムを示す。

図４には、超音波を送信し、エコー情報を受信するための容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）セルを有する超音波システム４００が示されている。システム４００のトランスデューサレイ４１０は、３Ｄ撮像のための３次元又は２Ｄ平面でスキャン可能なトランスデューサ素子の１次元又は２次元アレイであってもよい。

トランスデューサレイ４１０は、ＣＭＵＴアレイセルによる信号の送信及び受信を制御するマイクロビームフォーマ４１２に結合されている。マイクロビームフォーマは、例えば米国特許US 5,997,479（Savordら）、US 6,013,032（Savord）、及びUS 6,623,432（パワーズ他）に記載される、トランスデューサ素子のグループまたは「パッチ」によって受信された信号の少なくとも部分的なビーム形成が可能である。

マイクロビームフォーマ４１２は、プローブケーブル、例えば、同軸ワイヤによって送信/受信（T / R）スイッチ416に結合される。送信/受信（T / R）スイッチ416は、送信モードと受信モードを切り替え、マイクロビームフォーマが存在しないか、又は使用されておらず、トランスデューサアレイ410がメインシステムビームフォーマ420によって直接操作されるとき、メインビームフォーマ420を高エネルギー送信信号から保護する。マイクロビームフォーマ４１２の制御下でのトランスデューサレイ４１０からの超音波ビームの送信は、Ｔ ／ Ｒスイッチ４１６及びメインシステムビームフォーマ４２０によってマイクロビームフォーマに結合されるトランスデューサコントローラ４１８によって導かれ、ユーザインターフェース又は制御パネル４３８のユーザの操作から入力を受信する。トランスデューサ制御装置４１８によって制御される機能の１つは、ビームがステアリングされ、集束される方向である。ビームは、トランスデューサレイ410から真っ直ぐに（直交して）、又はより広い視野のために異なる角度でステアリングすることができる。トランスデューサコントローラ４１８は、ＣＭＵＴアレイ用の前述の電圧源１０１を制御するために結合されてもよい。例えば、電圧源１０１は、例えば上記の送信モードで超音波RFパルスを生成するために、ＣＭＵＴアレイ４１０のＣＭＵＴセルに印加されるＤＣ及びＡＣバイアス電圧を設定する。

マイクロビームフォーマ４１２によって生成される部分的にビーム形成される信号は、メインビームフォーマ４２０に転送され、トランスデューサ素子の個々のパッチからの部分的にビーム形成される信号は完全なビーム形成信号に結合される。例えば、メインビームフォーマ４２０は、１２８個のチャネルを有することができ、各チャネルは、数十又は数百のＣＭＵＴトランスデューサセル１００のパッチから部分的にビーム形成される信号を受信する。このようにして、トランスデューサアレイ４１０の数千のトランスデューサ素子によって受信される信号は、単一のビーム形成信号に効率的に寄与することができる。

ビーム形成される信号は、信号プロセッサ422に結合される。信号プロセッサ422は、組織及びマイクロバブルから返される非線形（基本周波数の高調波）エコー信号の識別を可能にするように、バンドパスフィルタリング、デシメーション、I及びQ成分分離、並びに線形及び非線形信号を分離するように動作する高調波信号分離のような様々な方法で受信エコー信号処理することができる。

信号プロセッサ４２２は、オプションとして、スペックル低減、信号合成、及びノイズ除去などの追加の信号強調を実行してもよい。信号プロセッサ422のバンドパスフィルターは、増加する深度からエコー信号が受信されるとき高い周波数帯域から低い周波数帯域にスライドする通過帯域を備えるトラッキングフィルターであり、それにより、高い深度から高い周波数のノイズが除去され、これらの周波数は解剖学的情報がない。

処理される信号は、Ｂモードプロセッサ４２６に結合され、オプションでドップラープロセッサ４２８に結合される。Ｂモードプロセッサ４２６は、体内の血管および器官の組織などの体内の構造の撮像のために、受信された超音波信号の振幅の検出を使用する。体の構造のＢモード画像は、例えば、米国特許第６，２８３，９１９号（ラウンドヒルら）及び米国特許第６，４５８，０８３号（ジャゴら）に記載されているように、高調波画像モード又は基本画像モード又は両方の組み合わせの何れかで形成され得る。

ドップラープロセッサ４２８は、存在する場合、画像フィールド内の血球の流れなどの物質の動きを検出するために、組織運動及び血流から時間的に異なる信号を処理する。通常、ドップラープロセッサには、選択される種類の体内の物質から返されるエコーを通過及び/又は拒絶するように設定できるパラメータを持つウォールフィルターが含まれている。たとえば、ウォールフィルターは、低速又はゼロ速度の物質からの比較的強い信号を拒絶しながら、高速の物質からの比較的低い振幅の信号を通過させる通過帯域特性を持つように設定できる。

この通過帯域特性は、流れる血液からの信号を通過させる一方で、心臓の壁などの近くの静止している、又はゆっくりと動く物体からの信号を拒絶する。逆特性は、心臓の移動組織からの信号を通過させるが、組織ドップラー撮像と呼ばれるものの血流信号を拒絶し、組織の動きを検出し、描写する。ドップラープロセッサは、画像フィールドの異なる点から時間的に離散したエコー信号のシーケンスを受信して処理し、特定のポイントからのエコーのシーケンスはアンサンブルと呼ばれる。ドップラー周波数と血流速度を示す速度との対応により、比較的短い間隔で急速に連続して受信されるエコーのアンサンブルを使用して、流れる血液のドップラーシフト周波数を推定できる。長時間にわたって受信したエコーのアンサンブルを使用して、低速の血流又は低速で動く組織の速度を推定する。

Ｂモード（及びドップラー）プロセッサにより生成される構造及び運動信号は、スキャンコンバーター４３２及びマルチプレーナリフォーマッター４４４に結合される。スキャンコンバーター４３２は、エコー信号を、それらが所望の画像形式で受信される空間的関係に配置する。たとえば、スキャンコンバーターは、エコー信号を2次元（2D）の扇形のフォーマット、又はピラミッド型の3次元（3D）の画像に配置できる。

スキャンコンバーターは、画像フィールド内の点の動きに対応する色でドップラー推定速度を備えるBモード構造画像をオーバーレイして、画像フィールド内の組織と血流の動きを表すカラードップラー画像を生成できる。マルチプレーナリフォーマッタ４４４は、例えば米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）に記載されているように、体の体積領域の共通面の点から受信されるエコーをその面の超音波画像に変換する。ボリュームレンダラ４４２は、３Ｄデータセットのエコー信号を、米国特許6,530,88号（Entrekinら）に記載されているように、所与の基準点から見た投影３Ｄ画像に変換する。

２Ｄ又は３Ｄ画像は、画像ディスプレイ４４０での表示のためのさらなる強調、バッファリング、及び一時的記憶のために、スキャンコンバータ４３２、マルチプレーナリフォーマッタ４４４、及びボリュームレンダラ４４２から画像プロセッサ４３０に結合される。ドップラープロセッサ428によって生成される血流値及びBモードプロセッサ426によって生成される組織構造情報は、定量化プロセッサ434に結合される。定量化プロセッサは、臓器のサイズや在胎齢などの構造的測定だけでなく、血流量などの異なる流量条件の測定値を生成する。定量化プロセッサは、測定が行われる画像の解剖学的構造のポイントなど、ユーザ制御パネル438から入力を受け取ることができる。

定量化プロセッサからの出力データは、ディスプレイ440上の画像とともに測定グラフィックス及び値を再現するためにグラフィックスプロセッサ436に結合される。グラフィックスプロセッサ436は、超音波画像で表示するためのグラフィックオーバーレイも生成できる。これらのグラフィックオーバーレイには、患者名、画像の日付と時刻、撮像パラメータなどの標準的な識別情報を含めることができる。これらの目的のために、グラフィックスプロセッサは、患者名などの入力をユーザインターフェース438から受け取る。

ユーザインターフェースは、送信コントローラ４１８にも結合され、トランスデューサレイ４１０からの超音波信号の生成、したがってトランスデューサレイ及び超音波システムによって生成される画像を制御する。ユーザインターフェースはまた、ＭＰＲ画像の画像フィールドにおいて定量化される測定を実行するために使用され得る複数のマルチプレーナリフォーマット（ＭＰＲ）画像の平面の選択及び制御のためにマルチプレーナリフォーマッタ４４４に結合される。

当業者によって理解されるように、超音波診断撮像システムの上記実施形態は、そのような超音波診断撮像システムの非限定的な例を与えることを意図している。当業者は、本発明の教示から逸脱することなく、超音波診断撮像システムのアーキテクチャにおけるいくつかの変形が実行可能であることを直ちに認識するであろう。例えば、上記の実施形態でも示されているように、マイクロビームフォーマ４１２及び／又はドップラープロセッサ４２８は省略されてもよく、超音波プローブ４１０は３Ｄ撮像機能を有しなくてもよい。当業者には他の変形が明らかであろう。

本発明は、一般的な撮像用途、又は実際にガイドワイヤ、カテーテル又は針先追跡などの誘導血管アクセスに興味深い。

上記の実施形態は、本発明を限定するのではなく例示すものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計できることに留意されるい。クレームでは、括弧の間に置かれた参照符号は、クレームを限定するものとして解釈されてはならない。 「有する」という言葉は、クレームにリストされているもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する単語「a」又は「an」は、複数のそのような要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの別個の要素を有するハードウェアによって実施することができる。いくつかの手段を列挙する装置クレームでは、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの同一のアイテムによって具現化することができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

Claims (15)

1. 超音波撮像システムであって、
   超音波信号を生成し、反射エコー信号を受信する超音波プローブと、
   前記超音波信号の生成及び前記受信反射エコー信号の処理を制御する処理システムと、
   受信超音波画像を表示するディスプレイと、
   前記超音波信号の生成及び/又は前記受信反射エコー信号の処理を制御するユーザコマンドを受信するユーザインターフェースと
   を有し、
   前記ユーザインターフェースは、表示される超音波画像の点又は領域を識別するユーザ入力を受信するように構成され、
   前記処理システムは、解剖学的特徴識別及び/又は前記識別される点又は領域に関連付けられる画像深度を導出し、前記超音波信号の生成及び前記受信反射エコー信号の処理を制御して、それらを前記識別される点又は領域に適合させるように構成される
   超音波撮像システム。
2. 前記処理システムは、
   フレームレートと、
   コントラストと、
   ゲイン設定と、
   焦点ゾーンと
   の一つ又はそれより多くを調整するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記処理システムは、導出される深度に応じて前記周波数を調整するように構成される、請求項１乃至２の何れか一項に記載のシステム。
4. 前記処理システムは、前記受信信号を最大化するために前記周波数を適合させるように構成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載のシステム。
5. 前記処理システムは、前記画像内の解剖学的構造を識別し、前記識別される点又は領域で解剖学的構造を識別し、前記超音波信号の生成及び/又は前記受信反射エコー信号の処理を制御してそれらを前記識別される解剖学的構造に適合させるように構成される、請求項１乃至４の何れか一項に記載のシステム。
6. 前記ユーザインターフェースは、さらなるコマンドを受信するように構成され、
   前記さらなるコマンドは、焦点深度調整が望ましいことを示し、前記処理システムは、前記導出される深度に応じて前記周波数を調整するように構成され、
   前記さらなるコマンドは、前記焦点ゾーン調整が望ましいことを示し、前記処理システムは、前記導出される深度に応じて、前記焦点での前記ビームの幅及び前記焦点深度を調整するように構成され、
   前記さらなるコマンドは、視野調整が望ましいことを示し、前記処理システムは、前記導出される深度に応じて前記視野を調整するように構成され、又は
   前記さらなるコマンドは、時間ゲイン補償調整が望ましいことを示し、前記処理システムは、前記導出される深度に応じて前記時間ゲイン補償を調整するように構成される
   請求項１乃至５の何れか一項に記載のシステム。
7. 前記ユーザインターフェースは、前記さらなるコマンドを、
   タッチスクリーンピンチコマンドと、
   シングルクリックマウス又はタッチスクリーンコマンドと、
   ダブルクリックマウス又はタッチスクリーンコマンドと、
   2本指のタッチスクリーンインタラクションと、
   マウス又はタッチスクリーンスライダーインタラクションと、
   オプションのリストからの選択と
   の一つ又はそれより多くとして受信するように構成される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記ユーザインターフェースは、点又は領域を、
   タッチスクリーン点識別と、
   タッチスクリーン上に描かれる領域と、
   マウスを使用するシングルクリック点識別と、
   マウスを使用して描画される領域と
   の一つ又はそれより多くとして識別する前記ユーザ入力を受信するように構成される、請求項１乃至７の何れか一項に記載のシステム。
9. 超音波撮像方法であって、
   超音波信号を生成し、反射エコー信号を受信及び処理するステップと、
   受信超音波画像を表示するステップと、
   前記超音波信号の生成及び/又は前記受信反射エコー信号の処理を制御するためのユーザコマンドを受信するステップであって、前記ユーザコマンドは、表示される超音波画像の点又は領域を識別する、ステップと
   を有し、
   前記方法は、前記識別される点又は領域に関連付けられる解剖学的特徴識別及び/又は画像深度を導出するステップと、前記超音波信号の生成及び前記受信反射エコー信号の処理を制御して、それらを前記識別される点又は領域に適合させるステップとを有する
   方法。
10. 前記フレームレートと、
    前記コントラストと、
    前記ゲイン設定と、
    前記焦点ゾーンと
    の一つ又はそれより多くを調整するステップを有する、請求項９に記載の方法。
11. 導出される深度に応じて前記周波数を適合させるステップを有する、請求項９乃至１０の何れか一項に記載の方法。
12. 前記画像内の解剖学的構造を識別し、前記識別される点又は領域で解剖学的構造を識別するステップと、
    前記超音波信号の生成及び/又は前記受信反射エコー信号の処理を制御して、それらを識別される解剖学的構造に適合させるステップと
    を有する、請求項９乃至１１の何れか一項に記載の方法。
13. さらなるユーザコマンドを受信するステップを有し、
    前記さらなるコマンドは、焦点深度調整が望ましいことを示し、前記方法は、前記導出される深度に応じて前記周波数を適合させるステップを有し、又は
    前記さらなるコマンドは、焦点ゾーン調整が望ましいことを示し、前記方法は、前記導出される深度に応じて、前記焦点での前記ビームの幅及び前記焦点深度を調整するステップを有し、又は
    前記さらなるコマンドは、視野調整が望ましいことを示し、前記方法は、前記導出される深度に応じて前記視野を調整するステップを有し、又は
    前記さらなるコマンドは、時間ゲイン補償調整が望ましいことを示し、前記方法は、前記導出される深度に応じて前記時間ゲイン補償を適合させるステップを有する、
    請求項９乃至１２の何れか一項に記載の方法。
14. タッチスクリーンピンチコマンドと、
    シングルクリックマウス又はタッチスクリーンコマンドと、
    ダブルクリックマウス又はタッチスクリーンコマンドと、
    2本指のタッチスクリーンインタラクションと、
    マウス又はタッチスクリーンスライダーインタラクションと、
    オプションのリストからの選択と
    の一つ又はそれより多くとして前記さらなるコマンドを受信するステップを有する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記プログラムがコンピュータ上で実行されるとき、請求項１０乃至１４の何れか１項に記載の制御するステップ、処理するステップ、導出するステップ、適合させるステップ、識別するステップ、及び調整するステップを実施するように構成されるコンピュータプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。

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