JP2021510603A - 超音波画像システム及び方法 - Google Patents

Abstract

被検体における関心解剖学的特徴の超音波画像を取得するための超音波撮像システムであって、ユーザによって操作され得るコントローラであって、前記超音波画像を処理して解剖学的データを抽出し、前記超音波画像に適用されるべき制限のセットを決定し、前記制限は、前記抽出される解剖学的データ及び／又はユーザ入力から導出される、空間的制限、時間的制限、及び／又は画質制限であり、前記決定される制限とのコンプライアンスを決定するために、受信されるときに前記超音波画像を監視し、前記決定されるコンプライアンスに基づいてインジケーションを出力する、コントローラとを有する、超音波撮像システムである。ユーザーは、これらの表示のフィードバックを使用して撮像プロセスを調整でき、満足のいく表示に基づいてプロセスを停止することを決定できる。

Description

本発明は、超音波撮像システム及び方法に関する。それは、心臓血管疾患の診断又は治療のための心臓血管撮像、及び被検体における他の関心解剖学的領域の撮像に適用可能である。

超音波は心血管撮像で重要な役割を果たしている。この文脈では、診断と治療の計画は、心室、心房又は周囲の血管などの関連する解剖学的部位の明確な描写に依存していることがよくある。心臓モデルは、WO2016/142204 A1に開示されている。心臓モデルは、検査中の心臓の解剖学的部位の関心次元を得るため、補助として撮像後に、そのようなモデルを体積画像にマッピングすることによって、超音波画像のマッピングされる心臓構造をセグメンテーションアルゴリズムにかけるために使用される。このプロセスは、解剖学的にインテリジェントなモデルベースのセグメンテーションを使用することにより、単一フレーム又はフレームの時系列に対して自動化されており、一般的な形状制限モデルが撮像データに適合されている[Ecabert, O.; Peters, J.; Schramm, H.; Lorenz, C.; von Berg, J.; Walker, M.; Vembar, M.; Olszewski, M.; Subramanyan, K.; Lavi, G. & Weese, J.による、 CT画像における心臓の自動モデルベースのセグメンテーション、メディカルイメージング、IEEE 会報、2008、27、1189乃至1201頁]。このプロセスは、器官モデル、胎児モデルなどの他の関心解剖学的特徴のモデルの配置にも同様に適用される。

正確な描写、及びその結果としての特定の臨床応用のためのその後の定量的測定は、画像取得に特定の条件を課す。アプリケーションに依存して、これらは時間的、空間的、及び/又は画質（画像コントラストなど）の制限になる。ライブ収集中、超音波検査技師がすべての制限を同時に考慮することは非常に困難である。

たとえば、空間的に、3D画像は特定の視野をカバーする。例として、経胸壁心エコー図、TTEの左心室（LV）の駆出率を定量化するため、少なくとも収縮末期と拡張末期の両方の視野に心室全体が必要である。モデルを（バックグラウンドプロセスとして）ライブ取得にすばやく適合させることにより、モデルは、LVの一部が視野の外にあることを通知する。説明のために、3Dデータは投影面又は切断面によって2D空間にマッピングされる必要があるので、超音波検査者はいつもデータの特定の部分を見逃すか、又はすべての視覚情報をコンテキストにすばやく設定するのに苦労する。これには、関連するすべての画像部分で特定の画質基準を保証するという課題も伴うが、これらの部分の一部は、最初の位置で画像を特定することさえ難しい場合がある。

一時的に、特定の解剖学的行動は、超音波検査技師がライブビュー中に画像データを判断するには速すぎるか、又は1つ又は複数の心周期にわたって特定の取得状態を維持することが難しい場合がある。例として、TEEで僧帽弁逆流を特徴付けるには、弁尖の状態（閉じているか開いているか）を追跡する必要があり、例えばバルブのオリフィス面積を測定する必要がある。

これらの理由により、フレームを保存した後の遡及的なデータ分析は、不十分に満たされる条件又は不十分な再現性に悩まされる可能性がある。この時点で、レコーディングを繰り返すことは、すでに非効率的又は面倒であるか、もはや不可能でさえある。本発明は、この問題を対象とし、制限のセット及び／又はガイドラインに対するより良いガイダンス及びコンプライアンスを目的とする。

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、被検体における関心解剖学的特徴の超音波画像を取得するための超音波撮像システムであって、

前記超音波画像を受信するための入力部と、

ユーザによって操作され得るコントローラであって、

前記超音波画像を処理して解剖学的データを抽出し、

前記超音波画像に適用される制限のセットを決定し、前記制限は、前記抽出される解剖学的データ及び／又はユーザ入力から導出される、空間的制限、時間的制限、及び／又は画質制限であり、

前記決定される制限とのコンプライアンスを決定するために、受信されるときに前記超音波画像を監視し、

前記決定されるコンプライアンスに基づいてインジケーションを生成する、

コントローラと、

前記ユーザに前記インジケーションを提供するための出力部と
を有する、超音波撮像システムが提供される。

本発明は、画像の取得されるセットが不十分であるというリスクを回避するように、リアルタイムに画像を取得しながら、画像は所定の基準に準拠していることをユーザが保証できるようにすることはできる。これにより、非現実的又は面倒な撮像プロセスを少なくとも部分的に繰り返す必要がなくなる。インジケーションはリアルタイムにユーザに与えられることができ、各々の関連する制限に対して1つのインジケーションがあり、そのライブステータスを表示できる。累積的なインジケーションを与えることもでき、直近の期間、たとえば心周期にわたって制限がどの程度順守されるかを示すことができる。撮像プロセスが開始されてからなど、過去の期間に入力される最適な画像によって制限がどの程度順守されるかについてもインジケーションが与えられることができる。これにより、ユーザは十分な撮像がすでに実行されているかを判断できる。

コントローラは、好ましくは、関心解剖学的特徴のマッピングされるモデルに従って超音波画像をセグメント化するように構成されるセグメンテーションプロセッサを含む。これは、関心解剖学的特徴の一部を識別するのに役立ち、監視プロセスで使用されるべき制限を自動的に決定するために使用できる。画像が制限に準拠しているかを判断するためにも使用できる。

システムは、好ましくは、解剖学的データに関する画像制限のデータベースを有し、コントローラは、データベースから制限のセットを取得するように構成される。これにより、システムは解剖学的画像の所与のタイプに制限の最適なセットを取得でき、選択は、システムが画像から認識した解剖学的構造の部分に依存することができる。

制限のガイドラインは、多くのソースで公開されており、当業者には既知である。たとえば、Zamoranoらによる "EAE / ASE Recommendations for the Use of Echocardiography Intervention in New Transcatheter Interventions for Valvular Heart Disease"（Journal of the American Society of Echocardiography、第24巻、第9号、2011年9月、937乃至965頁）に記載される。

たとえば、環状直径は通常、胸骨傍長軸ビューで収縮期に測定され、左心室の流出路であるLVOTで拡大表示され、又はそれは臨床特有であるか、又は個人的な好みに従って選択されてもよい。

システムは、少なくとも１つのボディセンサから被検体に関する生理学的データを受信し、生理学的データに少なくとも部分的に基づいて、決定される制限による受信される超音波画像のコンプライアンスを決定することができる。これらの生理学的データは、例えば、１つ以上のボディセンサからのＥＣＧ又はＥＭＧを有し得る。次に、ECGは、画像に時間的制限を適用するように、画像の心拍フェーズを識別するのに役立つ。禁止されている時間間隔、つまり、動きのために測定が信頼できないため使用されるべきでない時間を決定するように、身体の動きの程度を監視する加速度センサーなど、代替又は追加のセンサーが可能である。

コントローラは、超音波画像を記憶し、現在受信される超音波画像を記憶される超音波画像と比較して、決定される制限とのコンプライアンスの程度の一貫性を決定し、決定される一貫性に基づいてユーザにインジケーションを提供するように構成され得る。これは、1つの心拍、つまり1つの心周期で実行できる。撮像プロセスが開始されてからの期間など、より長い期間にわたって実行することもでき、この場合、システムは、取得される最適な画像の制限に対するコンプライアンスのレベルを示す。

コントローラは、好ましくは、連続する期間にわたって超音波画像の決定されるコンプライアンスを記憶し、所定の画像タイプが受け取られたかを決定し、この画像タイプが受け取られたかに基づいてユーザにインジケーションを与えるように構成される。所定の画像タイプは、例えば、測定値が所定の測定値と一致するかに関して制限を含み得る１つ以上のコンプライアンス制限を満たすものであることができるので、ユーザは、この条件がすでに満たされていることを知り、このような条件がすべて満たされたら、プロセスは安全に停止されることができる。

コントローラは、好ましくは、連続する期間にわたる超音波画像の異なるそれぞれの制限に対する決定されるコンプライアンスに基づいて、ユーザに別個の視覚及び／又は聴覚インジケーションを提供するように構成される。これにより、直感的かつ簡単にユーザーは撮像プロセスの進行状況をリアルタイムに判断し、たとえばプローブを再配置したり、又は視野や他の撮像パラメーターを調整したりすることによって、不適切な点をすばやく補正できる。

システムは、受信される超音波画像をユーザに表示するように構成されるモニタと、決定されるコンプライアンスに基づいてインジケーションをユーザに表示するように構成されるライトディスプレイとを備えてもよい。当然のことながら、モニターは、本発明での使用に特別に適合させる必要がないので、通常撮像システムの一部であってもよい。モニターと同時にライトディスプレイを表示すると、ユーザーはリアルタイムにプロセスを完全に制御できる。ライトディスプレイは、モニターに表示される画像と統合できる。

コントローラは、抽出される解剖学的データからの所定の測定値を評価し、その評価に基づいてユーザーに出力を提供するように構成され得る。これは、監視される測定をより直接的に活用するため、制限の設定や制限コンプライアンスの決定以外にも使用される。たとえば、システムは大動脈弁の直径の測定値を出力できる。これらの測定値は、コンプライアンスと整合性チェックに使用できる。既定の測定値は、解剖学的データ（空間）及び外部センサー情報（生理学的情報、時間的情報）などを含む、抽出されるすべての情報に基づいて計算されることもできる。

超音波データは、被検体の心臓のものであってもよく、コントローラは、心周期に関する空間的制限及び時間的制限の順守についてそれらを監視するように構成され得る。

制限は、関心解剖学的特徴を撮像する視野又は位置又は角度に対する空間的制限、関心解剖学的特徴を撮像する期間に対する時間的制限、及び／又は画質の制限を有することができる。これらは、取得される画像の適切性の有用なゲージである。

別の態様から、本発明は、被検体における関心解剖学的特徴の画像を取得するコンピュータ実装超音波撮像方法であって、

前記超音波画像を受信するステップと、

前記超音波画像を処理して解剖学的データを抽出するステップと、

前記抽出される解剖学的データ及び／又はユーザ入力に基づいて、前記超音波画像に適用される制限のセットを決定するステップであって、前記制限は、空間的制限、時間的制限、及び／又は画質制限であるステップと、

前記決定される制限とのコンプライアンスを決定するために、受信されるときに前記超音波画像を監視するステップと、

前記決定されるコンプライアンスに基づいてインジケーションを提供するステップと
を有する、方法を提供する。

この方法は、上記の本発明を具体化するシステムを使用することができる。

超音波撮像方法は、所定の画像タイプが受信されるまで超音波画像を受信するステップと、この画像タイプが受信されることをユーザに示すステップと、それから、異なる画像タイプの超音波画像を受信することによってプロセスを続けるステップとを有し得る。これにより、必要なすべての画像タイプが取得されるときに、プロセスを安全に停止できるという確信がユーザーに与えられる。これは、患者のスキャンを繰り返す必要がない十分な品質で画像が取得されることを保証するのに役立つ。別の態様から、本発明は、上述の超音波撮像システムのコントローラ上で実行されるとき、コントローラに上述の方法を実施させるように具現化されるコンピュータ可読プログラム命令が組み込まれたコンピュータ可読記憶媒体を有するコンピュータプログラムを提供できる。そのようなコンピュータプログラムは、例えば、コンピュータ可読プログラム命令をそこにインストールすることにより、既存の超音波画像処理装置を強化するために使用されてもよい。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明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。

次に、本発明の例を、添付の図面を参照して詳細に説明する。

超音波画像診断システムを示している。 図１の超音波診断撮像システムの一部を示す。 図１又は図２のシステムの画面表示を示す。 典型的なECGトレースを示している。 別の心臓超音波画像にマッピングされる心臓モデルの画像である。 図1及び2のシステムによって実行されるプロセスを示している。

本発明は、図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、例示の目的のみを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。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、及び添付の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、一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。また、図面全体を通して、同じ参照番号が同じ又は同様の部分を示すために使用されていることを理解されたい。

本発明は、被検体における関心解剖学的特徴の超音波画像を取得するための超音波撮像システムであって、

前記超音波画像を受信するための入力部と、

ユーザによって操作され得るコントローラであって、

前記超音波画像を処理して解剖学的データを抽出し、

前記超音波画像に適用されるべき制限のセットを決定し、前記制限は、前記抽出される解剖学的データ及び／又はユーザ入力から導出される、空間的制限、時間的制限、及び／又は画質制限であり、

前記決定される制限とのコンプライアンスを決定するために、受信されるときに前記超音波画像を監視し、

前記決定されるコンプライアンスに基づいてインジケーションを生成する、

コントローラと、

前記ユーザに前記インジケーションを提供するための出力部と
を有する、超音波撮像システムを提供する。

図１は、アレイトランスデューサプローブ４を備えた超音波診断撮像システム２をブロック図形式で示している。

アレイトランスデューサプローブ４は、トランスデューサセルを含む。従来、超音波トランスデューサには圧電材料が使用されてきた。例としては、ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）とポリフッ化ビニリデン（PVDF）材料があり、PZTは特に選択した材料としてよく使われる。単結晶圧電材料は、高性能トランスデューサーの高い圧電及び電気機械結合定数を達成するために使用される。

最近の開発により、医療用超音波トランスデューサを半導体プロセスでバッチ製造できる見通しが生まれた。これらのプロセスは、特に3D超音波用のCMOSプロセスなどの超音波プローブに必要な特定用途向け集積回路（ASIC）を生成するために使用されるプロセスと同じであることが望ましい。これらの開発により、マイクロ機械加工される超音波トランスデューサ又はMUTが製造され、好ましい形式は、容量性MUT（CMUT）である。 CMUTトランスデューサーは、受信される超音波信号の音響振動を変調される静電容量に変換する電極を備えた、小さなダイヤフラムのようなデバイスである。

特にCMUTトランスデューサは、広い帯域幅で機能し、高解像度と高感度の撮像を可能にし、大きな圧力出力を生成するため、音響信号のフィールドの大きな深度は超音波周波数で受信されることができる。

図１は、超音波を送信し、エコー情報を受信するための、上記で論じられたようなＣＭＵＴセル８のトランスデューサアレイ６を示す。システム２のトランスデューサアレイ６は、一般に、３Ｄ撮像のために２Ｄ平面又は３次元でスキャンすることができるトランスデューサ素子の１次元又は２次元アレイであり得る。

トランスデューサアレイ６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１２に結合される。マイクロビームフォーマは、たとえば米国特許US 5,997,479（Savordら）、US 6,013,032（Savord）、及びUS 6,623,432（Powersら）に記載されているように、トランスデューサ素子のグループ又は「パッチ」によって受信される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１２は、送信モードと受信モードとの間で切り替え、マイクロビームフォーマが存在しないか使用されておらず、トランスデューサアレイ6がメインシステムビームフォーマー20によって直接操作されるとき、メインビームフォーマー20を高エネルギー送信信号から保護する送信/受信（T / R）スイッチ16にプローブケーブル、例えば、同軸ワイヤによって結合される。マイクロビームフォーマ１２の制御下のトランスデューサアレイ６からの超音波ビームの送信は、Ｔ ／ Ｒスイッチ１６、及びユーザーインターフェース又は制御パネル３８のユーザーの操作から入力を受け取るメインシステムマイクロビームフォーマ２０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１８によって方向付けられる。トランスデューサコントローラ１８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及び集束される方向である。ビームは、トランスデューサアレイ6から直っすぐに（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されてもよい。トランスデューサコントローラ１８は、トランスデューサアレイのための電圧源４５を制御するように結合され得る。電圧源４５は、ＣＭＵＴアレイ６のＣＭＵＴセルに印加されるＤＣ及びＡＣバイアス電圧を設定して、たとえば、送信モードで超音波RFパルスを生成する。

マイクロビームフォーマ１２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２０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が、完全にビーム形成される信号に組み合わされる。例えば、メインビームフォーマー２０は、１２８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８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６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できる。

ビームフォーミングされる信号は、シグナルプロセッサ22に結合される。信号プロセッサ22は、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、及び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
線形及び非線形信号を分離するように作用する高調波信号分離のような様々な方法で受信されるエコー信号を処理することができる。

信号プロセッサ２２は、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オプションで実行することができる。信号プロセッサ22のバンドパスフィルターはトラッキングフィルターであり、その通過帯域は、エコー信号が増加する深さから受信されるとき、高周波帯域から低周波帯域にスライドし、これにより、大きい深さからの高い周波数のノイズが除去される。これらの周波数に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２６及び任意選択でドップラープロセッサ２８に結合される。Ｂモードプロセッサ２６は、体内の血管及び器官の組織などの体内の構造の撮像のために、受信される超音波信号の振幅の検出を使用する。身体の構造のBモード画像は、例えば米国特許US 6,283,919（Roundhillら）及びUS 6,458,083（Jago ら）に記載されているように、高調波画像モード又は基本波画像モードの何れか、又は両方の組み合わせで形成され得る。

ドップラープロセッサ２８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、組織の動き及び血流からの時間的に異なる信号を処理する。ドップラープロセッサには、通常、体内の物質の選択したタイプ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ーを持つ壁フィルタが含まれている。例えば、壁フィルタは、より高速の材料からの比較的低い振幅の信号を通過させるが、より低速又はゼロ速度の材料からの比較的強い信号を拒絶する通過帯域特性を有するように設定することができる。

この通過帯域特性は、血液の流れからの信号を通過させるが、心臓の壁などの近くの静止した、又は低速の移動物体からの信号を拒絶する。逆特性は、心臓の動いている組織からの信号を通過させる一方で、組織ドップラー撮像と呼ばれるものに対して血流信号を拒絶し、組織の動きを検出及び描写する。ドップラープロセッサは、画像フィールドの異なるポイントからの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する。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。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。速度に対するドップラー周波数の対応は血流の速度を示す。長時間にわたって受信されるエコーのアンサンブルを使用して、ゆっくり流れる血液又はゆっくり動く組織の速度を推定する。

Ｂモード（及びドップラー）プロセッサによって生成される構造及び運動信号は、スキャンコンバータ３２及びマルチプレーナリフォーマッタ４４に結合される。スキャンコンバータ３２は、エコー信号が画像フォーマットで受信される空間関係でエコー信号を構成する。例えば、スキャンコンバータは、エコー信号を二次元（２Ｄ）の扇形フォーマット、又はピラミッド型の三次元（３Ｄ）画像に構成することができる。

スキャンコンバータは、ドップラー推定速度を備える画像フィールド内のポイントでの動きに対応する色でBモードの構造画像を重ね合わせて、画像フィールド内の組織の動きと血流を表すカラードップラー画像を生成することができる。マルチプレーナリフォーマッタ４４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、身体の体積領域の共通平面の点から受信されるエコーをその平面の超音波画像に変換する。ボリュームレンダラ４２は、３Ｄデータセットのエコー信号を、米国特許第6,530,885号（Entrekinら）に記載されているように、所与の基準点から見たときの投影される３Ｄ画像に変換する。

２Ｄ又は３Ｄ画像は、画像ディスプレイ４０上の表示のためのさらなる強調、バッファリング、及び一時的な記憶のために、スキャンコンバータ３２、マルチプレーナリフォーマッタ４４、及びボリュームレンダラ４２から画像プロセッサ３０に結合される。撮像に使用されることに加えて、ドップラープロセッサ28によって生成される血流値とBモードプロセッサ26によって生成される組織構造情報は、定量化プロセッサ34に結合される。定量化プロセッサは、血流の体積率や器官のサイズや妊娠期間などの構造測定値のような異なるフロー条件の測定値を生成する。定量化プロセッサは、測定が行われるべき画像の解剖学的構造における点のような、ユーザ制御パネル３８からの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４０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３６に結合される。グラフィックスプロセッサ３６は、超音波画像とともに表示するためのグラフィックオーバーレイを生成することもできる。これらのグラフィックオーバーレイには、患者の名前、画像の日時、撮像パラメータなどの標準の識別情報を含めることができる。これらの目的のために、グラフィックプロセッサは、患者名などのユーザーインターフェース38からの入力を受け取る。

ユーザーインターフェースは、送信器コントローラ１８にも結合され、トランスデューサアレイ６からの超音波信号の生成を制御し、したがってトランスデューサア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、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再フォーマット（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４４にも結合される。

コントローラ５０は、信号プロセッサ２２に接続され、所定の制限の順守を決定するための本発明の機能を提供する。

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の実施形態は、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現可能であることをすぐに理解するであろう。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１２及び／又はドップラープロセッサ２８は省略されてもよく、超音波プローブ４は３Ｄ撮像機能を有していなくてもよい。コントローラ５０は、信号プロセッサ２２の一部であってもよく、両方のユニット２２及び５０の機能は、ソフトウェア及びハードウェアの任意の構成で分散されてもよい。他の変形は当業者には明らかであろう。一般に、本発明は、データを取得するために使用される超音波プローブを備えた超音波ワークステーションで具現化することができる。

次に、図１のコントローラ５０について、図２を参照して説明する。

コントローラ５０は例示的に示され、信号プロセッサ２２から超音波データを受信するための入力部５２を有し、それはモデルベースのセグメンテーションプロセッサ５６を含む解剖学的データ抽出ユニット５４に提供する。入力ユニット５８は超音波データ及び解剖学的データ抽出ユニット５４からの解剖学的データを受信し、ＥＣＧデータのような、患者の身体上の生理学的センサ６０からの生理学的データも受信する。入力ユニットは、コントローラ５０の一部であり得るか、又は外部であり、有線又は無線リンク（図示せず）によってアクセス可能であり得る制限データベース６４と相互作用する制限決定ユニット６２にデータを提供する。システムへの入力は、代わりにさまざまな形式の何れかを取ることができることは明らかであり、外部（センサー）受信ユニットを提供して、制限の決定のためにデータにアクセスできるフォーマットにデータを処理できる。

コンプライアンス監視ユニット６６は、制限決定ユニット６２から、決定される制限及び入力ユニット５８からのデータを受け取り、ユーザーインターフェース７０と通信するフィードバックユニット６８への出力データを生成するように構成される。ユーザは、ユーザインターフェース７０にユーザ入力を提供するために、キーボードおよびマウスまたはタッチスクリーンなどの入力ユニット７２を有する。この入力ユニット７２は、当然のことながら、ユーザ制御パネル３８と統合されてもよい。コントローラ５０による処理の結果をユーザに示すために、ユーザインターフェースは、ディスプレイ７４に出力を提供してもよく、モニタ４０又は別個のディスプレイであってもよく、スピーカなどの可聴出力を有してもよい。

ライブ収集中、データのリアルタイムプレビューは、記録をトリガーするユーザーに対して、モニター40に表示される。システム２は、記憶される記録のデータベース、又はこれらの記憶される記録から得られる関連する測定値の少なくとも一つのセットにアクセスできる。

コントローラ５０によって実行されるアプリケーションのバックエンドのコンプライアンス監視ユニット６６は、（空間的、時間的及び／又は画質）制限のセットを提供し、これらの制限による取得される超音波データのコンプライアンスを監視する。このセットは、ユーザーインターフェース70を介して手動のユーザー入力から、又は特定のアプリケーション又は介入に関連するガイドラインドキュメントから取得される既定の制限を記憶するデータベース64から生成される。

フィードバックユニット６８は、コンプライアンス監視ユニット６６からの監視結果を受け取り、ユーザーインターフェース７０を介してディスプレイ７４に、超音波撮像の現在の状態及びユーザーのコンプライアンス測定を示す出力を提供する。コンプライアンスは、制限がどの程度適切に満たされているか、又はアプリケーションに関連するユーザー定義の量（たとえば、大動脈弁の直径）との一貫性に関連している。ディスプレイには信号機のようなインジケータが含まれており、いくつかの（空間的、時間的及び/又は画質、現在及び履歴/累積）制限の各々に対するステータスを明確かつ直感的なインジケーションをユーザーに与えることができる。適合度に応じて、緑から黄色、赤までの範囲の色を表示できる。この視覚的フィードバックを使用して、ユーザーは取得を調整したり、患者の検査時、つまりリアルタイムに測定の再現性を確保したりできる。ディスプレイ７４は、視覚的インジケーションを補足するために、撮像の状態をユーザに通知するように可聴出力を提供するためのスピーカを含み得る。

ディスプレイの例を図３に示す。この例では、ディスプレイは、超音波画像を示す図１のディスプレイ４０と同じユニットである。しかしながら、上記のように、それは専用ディスプレイ７４であり得る。どちらの場合でも、ユーザーがそれに反応して、適切な調整を行うことを可能にするために、画像を取得するプロセス中に、ユーザーに見えるべきである。

図３の例では、３つの異なる制限のそれぞれに対する１つの小さなランプ８０、８２、８４（すなわち、いずれの場合も、画面の所定のエリアに表示される色）は、例えば、信号機の色分を使用して、現時点でのコンプライアンスのレベルを示す。より大きなランプ８６は、その色によって、現在の記録の履歴にわたるそれぞれの単一の制限に関連する画像の最適な共同コンプライアンスのためのスコアを示す。さらに、画面の右側にあるランプ80、82、84のシーケンスと一致する色付きの四角88、90、92は、個々の過去の記録について、ライブ取得からの最適な一致と平均してどれほど一貫しているかを示す。左下の色付きの四角94、96、98は、時間矢印100で示される、左から右への時系列での、現在のライブ取得の最近完了した心周期とN個前の心周期との間の画像の一貫性を示す。この例ではN = 2である。

したがって、図3の画面では、制限のセットが最後の心周期中にどれだけ適切に満たされるかを示す累積インジケータを提供できる。ユーザーが記録を開始すると、つまりライブビューモードから記録に入ると、インジケータを使用して、記録が開始されてからの最適な心周期でセットがどれだけ適切に満たされるかを示すこともできる。これにより、記録は所望の種類のデータをすでに十分にキャプチャしているか、又はさらなる心周期が有効であるかに関するフィードバックが提供される。

前述のように、インジケータ94、96、98は、過去のサイクルの特定の履歴と最後の完全な心周期の整合性を示す。この一貫性は、制限の全体的なセットが満たされる範囲から、又はユーザー定義される測定量の合意から生じる可能性がある。これにより、取得の再現性を確認できる。最後に、記録が行われている間、最近の保存される記録のセットに関する一貫性を示すことができる。一貫性は、前述のように計算及び表現できる。

当然のことながら、視覚的インジケーションは便利で実用的な方法で提供でき、画面表示の一部である必要はない。それらは、デスクトップ機器のLEDディスプレイである可能性がある。

制限に対するコンプライアンスは、離散スケールで表現できる（たとえば、達成、ほぼ達成、中程度に達成、又は満たされていない）。信号機のシーケンスは一例であり、緑は満たされ、黄色はほぼ又は中程度に満たされ、赤は満たされない。たとえば、空間FOV制限が満たされる範囲は、セグメント化される描写が現在の視野の限界をどの程度超えているかに基づいて説明できる。このコンプライアンスのレベルは、図3の画面表示でさまざまな方法で示すことができる。

コンプライアンス監視ユニット６６は、画像データを処理し、取得のための、心周期における心拍位相を示す、ＥＣＧ信号などの追加情報にそれをリンクする。典型的なECG信号の例を図4に示す。ここでは、正規化される信号が横軸に沿って秒単位の時間に対してプロットされている。処理は、セグメンテーションプロセッサ56での画像の迅速なモデルベースセグメンテーションを含み、解剖学的情報（たとえば、心室、バルブ、又は周囲の血管の位置）で入力超音波データを強化する。セグメンテーションプロセスを迅速化するために、1つのフレームのセグメンテーションは、必要な適応の範囲を最小化するように、以前のフレームからのセグメンテーションで初期化されることができる。モデルベースのセグメンテーション後、解剖学的部位は、画像データにリンクされることができ、ECGを介して心位相にリンクされることができる。 ECGを使用しないシステムのより基本的なバージョンでは、モデルベースのセグメンテーションから直接、心位相を推定できる。

心臓のモデルベースのセグメンテーションの例が図5に示されており、2Dスライス画像に重ね合わされるループは、心臓の解剖学的構造の認識される領域のモデルの幾何学的形状である。空間位置は、自動補正プロセス中に2つの画像間で変換され、下の画像から始まり、上の画像で終わるように示される。

この情報を使用して、アクティブ化される制限のセットのコンプライアンスをチェックできる。この制限のセットは、ユーザーによって手動で提供されるか、特定の臨床アプリケーションの場合に最適な取得のためのガイドラインを記憶するデータベース64から読み取られる。コンプライアンス監視ユニット６６は、超音波データ及び解剖学的データ抽出ユニット５４からの解剖学的セグメンテーションデータを、制限決定ユニット６２における制限の現在のセットと比較して、比較結果をフィードバックユニット６８に出力する。制限は、例えば、ユーザーによってパラメータ化されることができるプリミティブのセットとして実装される。たとえば、時間的制限は、心周期内の間隔の形を取ることができる（最大範囲は0％乃至100％）。空間的制限は、限定されないが、IS_IN_FOV（視野）のようなプリミティブであり得るランドマークであり、この場合、ユーザーは、視野内に存在する必要がある既定の解剖学的部位のセットをパスすることができる。又は空間的制限は、限定されないが、IS_CLOSEのようなプリミティブであり得るランドマークであり、この場合、ユーザーは、互いに近くにある、大動脈弁尖のようなランドマークのセットをパスすることができる。画質の制限には、画像内のコントラストのレベル、つまり関心特徴の可視性が含まれる。

TAVIの場合、経カテーテル大動脈弁移植、例えば、デバイスの選択とサイジングは、収縮初期（時間的制約）中の大動脈の3心室ビュー（空間的制約）から行われるべきである。この場合、最も広い直径が測定され得る[Kasel, A. M.; Cassese, S.; Bleiziffer, S.; Amaki, M.; Hahn, R. T.; Kastrati, A. & Sengupta, P. P. Standardized imaging for aortic annular sizing: implications for transcatheter valve selection JACC Cardiovasc Imaging, 2013, 6, 249−262]。別の例において、ＬＶ駆出率の測定は、左心室が、撮像される視野内に完全に位置することを必要とし、これは、心内膜境界での良好な画像コントラスト（品質制限）を必要とする。

システムのより高度なバージョンでは、コンプライアンス監視ユニット６６は、画像ガイドラインに適合する有用な測定を提供するために必要な制限を監視するだけでなく、それ自体として測定値（例えば、制限下の大動脈弁の直径）を監視することもできる。この情報は、フィードバックユニット６８によって使用され、制限が満たされる度合いに関する画像の一貫性、すなわち再現性だけでなく、測定に関する一貫性も評価することができる。当然のことながら、測定に関する一貫性は、決定されて適用される制限の1つになる可能性がある。

本発明は、心臓血管疾患の診断又は治療など、心臓の超音波撮像が必要又は推奨されるあらゆる状況に適用されることができる。専用の取得ガイドラインが公開されているアプリケーションでは特に重要である。本発明は、取得を導き、取得されるデータが所望の測定又は評価に適していることを確認するのを助けることができる。さらに、心周期全体、又は保存される記録のセット全体をチェックすることで、再現性をさらに高めることができる。本発明は、取得をサポートし、適さないデータ又は再取得さえも回避することを目的としているため、Philips EPIQワークステーションなどの超音波ワークステーションで有用に使用することができる。

前述のように、例えば、WO 2016/142204 A1に開示されているマッピングアルゴリズムを使用して、超音波画像処理装置２は、ＬＶ、ＲＶ、ＬＡ及びＲＡ解剖学的部位モデルを含む心臓モデルを、被検体（患者）の心臓の画像、典型的には、必ずしもではないが、患者の心臓の断面図を有する超音波画像、好ましくは体積超音波画像に自動的にマッピングするように構成され得る。このような心臓モデルは通常、心臓の一般的な構造レイアウト、心臓の位置が3D体積超音波画像内でどのように変化するか、超音波撮像を使用して心臓が撮像される方法との異なる患者と間で心臓の形状がどのように変化するかに関する事前知識を利用するモデルベースのセグメンテーションアルゴリズムである。

そのようなマッピングは通常、心臓の測定値、例えば駆出率や心拍出量などのパラメータの測定値を自動的に取得するために、マッピングされる心臓モデルによる超音波画像の自動セグメンテーションによって後続され、心周期のさまざまなフェーズにおける心腔内の血液量を、心腔の2次元又は3次元画像で描写される必要がある。

ユーザ制御パネル３８がタッチスクリーン又はマウス又は他のそのようなユーザ入力デバイスを含む場合、ユーザインターフェースは強化され得る。上記のインジケータに関連して適用されるように、ユーザーは、たとえば、画面を拭く、又は画面上にポインタを配置しながらクリックするなどのジェスチャーを使用して、インジケータのみによる提供よりも詳細なコンプライアンス又は一貫性の情報を表示できる。フィードバックインジケータとのユーザーインタラクティビティは、マウスを通じてインジケータをクリックすることで提供でき、より詳細なフィードバック情報の表示を要求できる。タブレットベースの超音波の場合、表示スペースは非常に限られているため、要求されるまで追加情報を表示する必要はない。次に、情報をポップアップとして画面に表示できる。

ユーザがディスプレイ４０に表示される心臓超音波画像上での心臓モデルのマッピングを確認することが確立されると、心臓超音波画像は、前述のように任意の適切なセグメンテーションアルゴリズムを使用してセグメンテーションプロセッサ５６によってセグメント化され、その後、セグメンテーション結果はディスプレイ74または40に表示される。そのようなセグメンテーション結果は、例えば、1つ又は複数の心周期を通じて、ユーザが一定期間にわたる心臓の性能を評価できるようにするために、駆出率などの動的心臓パラメータの測定値を含み得る。。

ＣＭＵＴセル８は、治療のために、パルスエコーを受信することなく、送信モードでのみ動作可能であり得ることが理解されよう。

図６は、図１及び２のシステムを使用するプロセスの例のフロー図である。ステップ１０１において、超音波撮像プロセスが開始され、入力ユニット５８が、好ましくは生理学的センサとともに、センサ６０から超音波画像及びセグメンテーション結果を受信する。ステップ１０３において、制限決定ユニット６２は、入力ユニット５８からデータを受け取り、制限データベース６４との相互作用に基づいて、現在の制限のセットをコンパイルして、適切な制限及び／又はユーザーインターフェイス７０からの制限データの受信を探索する。ステップ１０５において、コンプライアンス監視ユニット６６は、制限の現在のセットとのコンプライアンスについて入力データを監視し、フィードバックユニット６８に出力を提供する。ステップ１０７において、フィードバックユニットは、コンプライアンスに基づいてインジケーションのセットを生成し、これをユーザーインターフェース70に提供する。ステップ109で、ユーザーインターフェースは、ディスプレイ７４にインジケーションを表示するための信号及びそのスピーカーの任意の可聴信号を生成する。ステップ１１１で、コントローラ５０は、入力ユニット７２を使用してユーザからの入力に応答し、プロセスを停止するために、好ましいインジケーションに基づいて超音波取得プロセスを停止するというユーザの決定を通信する。

本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラムのフローチャート図及び／又はブロック図を参照して上記で説明されている。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロック、ならびにフローチャート図及び／又はブロック図のブロックの組み合わせは、全体的又は部分的に超音波画像処理装置のプロセッサ構成上で実行されるコンピュータプログラム命令によって実装できるので、命令はフローチャート及び／又はブロック図ブロック又は複数のブロックで特定される機能／動作を実施するための手段を作成することが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、特定の方法で機能するように超音波画像処理装置に指示することができるコンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。

コンピュータプログラム命令は、プロセッサ装置にロードされ、プロセッサ装置で一連の動作ステップを実行させ、プロセッサ装置で実行する命令が、フローチャート及び/又はブロック図のブロックで特定される動作又は機能を実装するためのプロセスを提供するようにコンピュータ実装プロセスを生成することができる。コンピュータプログラムは、超音波画像処理装置１０の一部を形成してもよく、例えば超音波画像処理装置１０にインストールされてもよい。

１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを利用することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読記憶媒体であり得る。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、限定されないが、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体のシステム、装置、又はデバイス、あるいは前述の任意の適切な組み合わせであり得る。そのようなシステム、装置又はデバイスは、任意の適切なネットワーク接続を介してアクセス可能であり得る。例えば、システム、装置、又はデバイスは、ネットワークを介してコンピュータ可読プログラムコードを検索するために、ネットワークを介してアクセス可能であり得る。そのようなネットワークは、例えば、インターネット、モバイル通信ネットワークなどであり得る。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（網羅的ではないリスト）には、1つ又は複数のワイヤを有する電気接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読み取りのみメモリ（ROM）、消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（EPROM又はフラッシュメモリ）、光ファイバー、ポータブルコンパクトディスク読み取り専用メモリ（CD-ROM）、光ストレージデバイス、磁気ストレージデバイス、又はその他前述の適切な組み合わせ含まれ得る。本願の文脈では、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって、又はそれに関連して使用するためのプログラムを含むか、又は記憶することができる任意の有形の媒体とすることができる。

コンピュータ可読信号媒体は、例えば、ベースバンド内又は搬送波の一部として、コンピュータ可読プログラムコードがその中に具体化される伝搬データ信号を含み得る。そのような伝播信号は、限定はされないが、電磁気、光学、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含む、様々な形態の何れかをとることができる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく、命令実行システム、装置、又はデバイスによって、又はそれに関連して使用するためのプログラムを通信、伝播、又は転送することができる任意のコンピュータ可読媒体であり得る。

コンピュータ可読媒体上に具現化されるプログラムコードは、無線、有線、光ファイバーケーブル、ＲＦなど、又は前述の任意の適切な組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の適切な媒体を使用して送信され得る。

本発明の方法をプロセッサ装置上で実行することによって実行するためのコンピュータプログラムコードは、Java、Smalltalk、C ++などのオブジェクト指向プログラミング言語及び「C」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語などのプログラミング言語のような従来の手続き型プログラミング言語を含む、1つ又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書くことができる。プログラムコードは、スタンドアロンのソフトウェアパッケージ、例えばアプリとして、プロセッサ構成で完全に実行することができ、又は一部はプロセッサ構成で、一部はリモートサーバーで実行できる。後者のシナリオでは、リモートサーバーは、ローカルエリアネットワーク（LAN）又はワイドエリアネットワーク（WAN）を含む任意のタイプのネットワークを介して超音波画像処理装置10に接続でき、又はコンピュータ、例えばインターネットサービスプロバイダーを使用するインターネットを介して外部コンピュータに接続されてもよい。

上述のように、実施形態は、コントローラを利用する。コントローラは、必要なさまざまな機能を実行するために、ソフトウェア及び/又はハードウェアを使用して、さまざまな方法で実装できる。プロセッサは、必要な機能を実行するためにソフトウェア（たとえば、マイクロコード）を使用してプログラムできる1つ又は複数のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。しかしながら、コントローラは、プロセッサを使用して、又は使用せずに実装でき、一部の機能を実行する専用ハードウェアと他の機能を実行するプロセッサ（たとえば、1つ以上のプログラムされるマイクロプロセッサと関連回路）の組み合わせとして実装することもできる。

本開示の様々な実施形態で使用することができるコントローラコンポーネントの例には、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）が含まれるが、これらに限定されない。

開示される実施形態に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。 特許請求の範囲において、「含む」という言葉は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。 特定の方策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、これらの方策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。 請求項における参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 被検体における関心解剖学的特徴の超音波画像を取得するための超音波撮像システムであって、
   前記超音波画像を受信するための入力部と、
   ユーザによって操作され得るコントローラであって、
   前記超音波画像を処理して解剖学的データを抽出し、
   前記超音波画像に適用されるべき制限のセットを決定し、前記制限は、前記抽出される解剖学的データ及び／又はユーザ入力から導出される、空間的制限、時間的制限、及び／又は画質制限であり、
   前記決定される制限とのコンプライアンスを決定するために、受信されるときに前記超音波画像を監視し、
   前記決定されるコンプライアンスに基づいてインジケーションを生成する、
   コントローラと、
   前記ユーザに前記インジケーションを提供するための出力部と
   を有する、超音波撮像システム。
2. 前記コントローラは、前記関心解剖学的特徴のマッピングされるモデルに従って前記超音波画像をセグメント化するように構成されるセグメンテーションプロセッサを有する、請求項１に記載のシステム。
3. 解剖学的データに関する画像制限のデータベースを有し、前記コントローラは、前記データベースから前記制限のセットを取得するように構成される、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 少なくとも１つのボディセンサから前記被検体に関する生理学的データを受信し、前記生理学的データに少なくとも部分的に基づいて、前記決定される制限で前記受信される超音波画像の前記コンプライアンスを決定するよう構成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載のシステム。
5. 前記コントローラは、前記超音波画像を記憶し、前記現在受信される超音波画像を、記憶される超音波画像と比較して、前記決定される制限とのコンプライアンスの程度の前記一貫性を決定し、前記決定される一貫性に基づいて前記ユーザにインジケーションを提供す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. 前記コントローラは、連続する期間にわたって前記超音波画像の前記決定されるコンプライアンスを記憶し、所定の画像タイプが受信されているかを決定し、この画像タイプが受信されているかに基づいて、前記ユーザにインジケーションを提供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. 前記コントローラは、異なるそれぞれの制限との前記決定されるコンプライアンスに基づいて、前記ユーザに別個の視覚的及び／又は聴覚的インジケーションを提供するように構成される、請求項１乃至６の何れか一項に記載のシステム。
8. 前記受信される超音波画像を前記ユーザに表示するように構成されるモニタと、前記決定されるコンプライアンスに基づいて、前記ユーザに前記インジケーションを表示するように構成されるライトディスプレイとを有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載のシステム。
9. 前記コントローラは、前記抽出される解剖学的データからの所定の測定値を評価し、その評価に基づいて前記ユーザに出力を提供するように構成される、請求項１乃至８の何れか一項に記載のシステム。
10. 前記超音波データは前記被検者の前記心臓のものであり、前記コントローラは、前記心拍数サイクルに関する空間的制限及び時間的制限のコンプライアンスについてそれらを監視するように構成される、請求項１乃至９の何れか一項に記載のシステム。
11. 前記制限は、前記視野に関する空間的制限、又は前記関心解剖学的特徴を撮像する位置又は角度、前記関心解剖学的特徴を撮像する前記期間に関する時間的制限、及び／又は画質制限を有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のシステム。
12. 被検体における関心解剖学的特徴の画像を取得するコンピュータ実装超音波撮像方法であって、
    前記超音波画像を受信するステップと、
    前記超音波画像を処理して解剖学的データを抽出するステップと、
    前記抽出される解剖学的データ及び／又はユーザ入力に基づいて、前記超音波画像に適用されるべき制限のセットを決定するステップであって、前記制限は、空間的制限、時間的制限、及び／又は画質制限であるステップと、
    前記決定される制限とのコンプライアンスを決定するために、受信されるときに前記超音波画像を監視するステップと、
    前記決定されるコンプライアンスに基づいてインジケーションを提供するステップと
    を有する、方法。
13. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載のシステムを使用する、請求項１２に記載の超音波撮像方法。
14. 所定の画像タイプが受信されるまで前記超音波画像を受信するステップと、この画像タイプが受信されているインジケーションを前記ユーザに提供するステップと、それから異なる画像タイプの超音波画像を受信することによって前記プロセスを継続するステップとを有する、請求項１０又は１１に記載の超音波撮像方法。
15. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の超音波撮像システムの前記コントローラ上で実行されるとき、請求項１２に記載の方法を前記コントローラに実施させるように具現化されるコンピュータ可読プログラム命令を有するコンピュータ可読記憶媒体を有する、コンピュータプログラム。

Images