JP2023524945A - 超音波ボリュームフロー測定のための３次元カラードップラー - Google Patents

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Abstract

ボリュームフローを測定するために超音波画像診断システムが使用される。第１のドップラー画像中の長軸ビューにおける血管と第２のドップラー画像中の横方向ビューにおける血管とを同時に収集するために、双平面モードで動作する超音波プローブが使用される。血管の横方向ビューからボリュームフローが計算される。第１のドップラー画像について決定された角度補正がボリュームフロー計算における角度補正のために使用され得るように、第２のドップラー画像の平面が第１のドップラー画像のドップラー角と整合される。

Description

本発明は、医療診断超音波システムに関し、特に、心臓又は血管を通る血液のボリュームフローの定量化された測定値を生成する超音波システムに関する。
超音波は、ドップラー原理を使用して心臓及び脈管系中の血流の様々なパラメータを評価するために、長い間使用されている。基本的なドップラー応答はフロー速度であり、フロー速度は、さらに、血流の追加の特性を決定するために使用され得る。心臓専門医（ｃａｒｄｉｏｌｏｇｉｓｔ）にとって重要な１つの特性は、血管を通る血液のボリュームフローである。ボリュームフローを推定する早期の取り組みは、血流の平均速度の測定値に血管の公称断面積を乗算することからなっていた。しかしながら、これらの早期の取り組みは、いくつかの推定を行う必要による欠点を有していた。１つの推定は血管腔（ｖｅｓｓｅｌ ｌｕｍｅｎ）が円形であることである。別の推定は、単一のドップラー測定からの又はスペクトルドップラーデータの定性的評価からの平均速度の推定である。また、速度測定は超音波ビーム方向とフローの方向との間の角度について補正されなければならない。また別の検討事項は狭窄の存在下における層流プロファイルである。
動脈流の脈動性（ｐｕｌｓａｔｉｌｉｔｙ）によりさらなる厄介な問題が起こる。静脈流は実質的に一定であるが、動脈流は心臓サイクルにわたって常に変化している。したがって、標準技法は、しばしば、ユーザ非依存性と再現性とを欠いている。これらの要求のうちのいくつかは、フロー状態を評価するための３Ｄ超音波の出現、特に、ボリューム血流情報を収集する３Ｄ超音波の能力によって緩和された。３Ｄ撮像を用いると、完全な血管腔を撮像し、後の再生及び診断のために一連の３Ｄ画像データセットを収集することができる。血管中の完全なボリュメトリックフローのデータがデータセット中で収集されると、フロープロファイルを評価するために収集後診断中に画像データを検査することができる。多断面再構成（ｍｕｌｔｉ－ｐｌａｎａｒ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）（ＭＰＲ）における３Ｄデータから異なる２Ｄ画像平面を抽出することができ、それにより、血管を通る所望の方位の像平面を検査することができる。３次元撮像は、したがって、２Ｄフロー推定に関して問題がある静的撮像課題の多くに対処する。しかしながら、３次元におけるドップラーデータを収集するために多大な時間量が必要とされ、それにより、ボリュームフローを分析する際の時間精度が低下し得る。したがって、フロー脈動性と不安定な心拍の存在下でボリュームフローを正確に評価するためのよりロバストな技法を開発することが望ましい。さらに、ドップラーフロー速度値の精度を高めるために必要とされるドップラー角度測定の精度と信頼度とを改善することが望ましい。
本発明の原理に従って、ボリュームフロー測定を行うために３Ｄ撮像プローブを使用する診断超音波システムについて説明する。プローブは、好ましくは、双平面（ｂｉｐｌａｎｅ）モードで動作する２次元マトリックスアレイプローブである。撮像平面の一方は、ボリュームフローがそこで測定されるべきである血管の長軸ビューを収集するように操作される。他方の双平面画像の平面は、第１の画像のビーム方向と整合され、横方向ビューにおいて対象血管を斜めに撮像する。縦断面図画像のビーム方向と、長軸ビュー中に見られるフロー方向とは、このようにして、横方向画像から得られた速度値のドップラー角度補正のためのドップラー角を決定する。完全な３Ｄボリューム収集の代わりに２つの平面画像を収集するだけでよいので、ドップラーデータ収集レートは比較的高い。ドップラー角度補正は、縦方向画像のために見つけられたドップラー角に直接由来する。したがって、ガウス面積分方法など、ボリュームフロー測定の知られている方法を高い精度と再現性で使用することができる。
本発明の方法では、ボリュームフローを測定するために超音波検査を行うために、超音波画像診断システムが使用される。走査は、長軸ビューにおける対象血管の第１のドップラー画像を収集するために、双平面モードで動作する超音波プローブを用いて実行される。走査は、第１の画像のドップラー角と整合された像平面内で対象血管の横方向ビューにおける第２のドップラー画像を同時に収集するために、双平面モードで超音波プローブを用いて実行される。２つの画像は同時に表示される。角度補正は、第１のドップラー画像のドップラービーム方向とフロー方向とに従って実行される。ボリュームフローは、第１のドップラー画像から決定された角度補正を使用して第２のドップラー画像のデータから計算される。
均一な超音波照射（ｉｎｓｏｎａｔｉｏｎ）を用いたパルスドップラーを使用したボリュームフロー評価のためのドップラーデータの収集を示す図である。 ガウス面積分方法を使用したボリュームフロー評価のためのドップラーデータの収集を示す図である。 ガウス面積分方法を使用したボリュームフロー評価のためのドップラーデータの収集を示す図である。 ボリュームフローの定量化のための、ガウス面収集から２次元像平面上へのドップラーデータの投影を示す図である。 横方向カラードップラー方法によるボリュームフロー評価のためのドップラーデータの収集を示す図である。 ２Ｄアレイトランスデューサからの双平面像平面の投影を示す図である。 本発明の原理による、ボリュームフロー評価のための血管からのドップラーデータの収集を示す図である。 本発明による、ボリュームフロードップラーデータ収集中の並列の双平面超音波画像を示す図である。 円形テンプレートによってセグメント化された血管腔をもつ、図７の横方向ビュー画像を示す図である。 本発明の原理に従って構築された超音波画像診断システムをブロック図形式で示す図である。 図８のボリュームフロー計算器の詳細な動作を示す図である。 本発明の原理による、ボリュームフローを測定するための方法のフローチャートである。
最初に図１を参照すると、均一な超音波照射を用いたパルスドップラーを使用したボリュームフロー評価のためのドップラーデータの収集を示す超音波画像が示されている。これは、たいていの商用超音波システム上で利用可能であり、１次元（１Ｄ）アレイトランスデューサしか必要としないので、おそらく、臨床用途において最も広く受け入れられている方法である。プローブは、組織と血管との構造画像の生成のためのＢモードエコーと、カラーボックスの内側の空間フロー速度描写のためのドップラーエコーとを交互に収集するように動作する。本方法はパルスドップラー超音波を使用し、それにより、長いドップラーサンプルが当該の血管に対してある角度で配置され、血流の時間平均（ｔｉｍｅ－ａｖｅｒａｇｅ）速度からボリュームフローが計算される。図１は、ボリュームフローがそれの中で測定されるべきである対象血管７０を示す、本方法の超音波画像を示す。ドップラービーム送信の方向である、左上から右下に向かって傾斜したように見られるカラーボックス８０中でドップラー収集が実行され、ドップラーゲート線８２はこのビーム方向と整合される。カラーボックスは、ステアリングされた線形走査として知られている技法である、平行走査線によって示されている角度でドップラー走査される。ドップラーゲート線８２の切れ目の距離は、その切れ目が血管７０にまたがり、血管の腔にわたる長いドップラーサンプルを確立する。調整可能なフローカーソル８４が血管の上に位置決めされ、カーソルの上部及び下部が血管の壁に位置し、中間の水平線がフローの方向と整合される。ドップラーゲート線８２とフローカーソル８４の水平線との間の角度は、ドップラー角度補正のために使用される角度である。
しかしながら、依然として臨床的に広く使用されているが、この方法は、いくつかの正しくない仮定と測定依存性とにより、非精密で不正確であることが知られている。例えば、Ｒ．Ｗ．Ｇｉｌｌ、Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｂｌｏｏｄ ｆｌｏｗ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ： ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｅｒｒｏｒ、Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ、ｖｏｌ．１１（４）、６２５～６４１ページ（１９８５年）を参照されたい。その方法における暗黙的な１つの仮定は、血管が超音波ビームによって均一に超音波照射されることである。超音波ビームは、概して血管よりも高さが小さいので、この仮定は一般に有効でない。均一な超音波照射を仮定することができない場合、血管断面が円形であるという簡略化仮定を行わなければならない。このことは、一般に大動脈についてのみ当てはまり、通常、静脈については当てはまらない。別の暗黙的な仮定は、フローの時間サンプリングレートが、心周期を通じてフロー速度（したがってボリューム）の変動をキャプチャするのに十分に速いことである。パルスドップラー方法の場合、１Ｄアレイプローブの時間サンプリングレートは、一般に、極めて脈動が大きいフローの場合でも十分であるので、この仮定は通常有効である。
さらに、測定の精度は、ドップラー角と血管直径とを正確に決定することに大きく依存する。血管直径は、面積＝πｒ２という式によって血管断面積を計算し、次いで、ボリュームフローを推定するためにその面積にドップラー角によって補正されるフロー速度を乗算することによって血管断面積を決定するために使用されるので、血管直径の精度は重要である。ドップラー角を正確に決定することは、まっすぐな表在血管の場合は比較的容易であるが、曲がっているか又はより深い血管の場合はより困難である。上記の２乗法則によって断面積を決定するために血管直径が使用されるので、ボリューム測定値は血管直径測定値に対して特に敏感である。
これらの仮定と測定値とに対する依存度がより小さい、ボリュームフローを評価するための他の方法が提案されている。１つのそのような方法は、３Ｄ／４Ｄカラードップラーとガウスの法則とを使用するガウス面積分方法である。この方法を用いると、対象血管と交差し、３Ｄ（又は４Ｄ）カラードップラービームに対して直角である冠状表面にわたってすべてのカラーフローボクセルを積分（合計）することによって、ボリュームフローが決定される。ＫｒｉｐｆｇａｎｓらのＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｆｌｏｗ、Ｊ．Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｍｅｄ． ｖｏｌ．２５、１３０５～１３１１ページ（２００６年）を参照されたい。米国特許第６，７８０，１５５号（Ｌｉ）をも参照されたい。冠状面は血管全体と交差するので、均一な超音波照射の仮定はなく、血管が円形であることについての仮定もない。また、送信される超音波ビームは表面上の各ポイントに対して直角であるので、ドップラー角又は血管直径のいずれをも測定する必要がない。図２ａは、ガウス表面５０と交差する血管７０を示す。ドップラービームがそこで血管７０と交差する表面５０の上でそのドップラービームを電子的にステアリングする２Ｄアレイトランスデューサ５４からのドップラービームの送信によって、表面の薄い平面５２が走査される。フロー画像７６は、それによって、血管７０を通る屈曲した断面５８の断表面としてレンダリングされる。上記の米国特許第６，７８０，１５５号において説明されているように、フロー画像７６はＢモード画像５６として平坦面７２の上に投影され得る。Ｂモード画像中の血管腔６２は、血管壁６０の外側で円６４又は他の形状によってセグメント化され得、セグメント化されたエリア内のカラーボクセルが、次いで、ボリュームフローの推定値を生成するために合計される。部分フローのみを有する血管壁におけるカラーボクセルについての補正が行われるべきであり、これを行う１つのやり方は、しばしば部分的ボリューム補正として知られる、ドップラー信号中のパワー（強度）を使用した速度推定値の正規化（上記のＫｒｉｐｆｇａｎｓら参照）によるものである。
これはボリュームフローを測定するための優れた方法であるが、３Ｄ／４Ｄカラードップラーを用いて可能なボリュームレートは一般に限定され、それにより時間的情報のアンダーサンプリングとフローボリューム計算の誤りとが生じることによる、脈動フローを測定する際の課題がある。ガウス表面上の各ポイントにおけるドップラー速度を正確に推定するために、ガウス表面上の各ポイントは、個々のドップラービームによって、複数の送信によって複数回サンプリングされなければならない。この制限を緩和するために、複数の心周期にわたって情報を収集し、次いで、平均ボリュームフローを得るために平均化するための、又は、心臓周期が正確に知られている場合は、複数の周期から単一の心周期を再構成することが可能である、関係する方法が開発された。しかしながら、これらの手法は、収集時間を増加させ、必要とされる時間サンプリング時間によりその方法をあまりロバストではなくしてしまう。
ガウス面積分方法との類似性をもつ別の方法がＰｉｃｏｔらによって提案されている。ＰｉｃｏｔらのＲａｐｉｄ ｖｏｌｕｍｅ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｃｏｌｏｕｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｉｍａｇｉｎｇ、Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ、ｖｏｌ．２１（９）、１１９９～１２０９ページ（１９９５年）を参照されたい。この方法では、３Ｄカラードップラーボリュームから冠状面を抽出する代わりに、従来の１Ｄアレイトランスデューサの走査平面と２Ｄカラー画像とが、斜めであるが横方向の角度で血管と交差するように、従来の１Ｄアレイトランスデューサが血管に向かって角度付けられる。図４は、カラーボックス８０内でこのようにして走査された血管７０の超音波画像を示す。ガウス面積分方法と同様に、カラーボックス８０中のすべてのカラードップラーピクセルが合計され、血管の縁部における部分的に埋められたピクセルについて補正が適用される。この場合も、フロープロファイル又は血管ジオメトリについての仮定はない。ガウス面積分方法と比較した１つの主要な利益は、２次元カラーフレームレートは一般に３Ｄ／４Ｄカラーボリュームレートよりもはるかに高く、したがって、脈動フローについての適切な時間サンプリングが大幅に改善されることである。しかしながら、ガウス面積分方法と比較した１つの欠点は、横方向画像から得ることが極めて困難であるドップラー角が知られていなければならないことである。Ｐｉｃｏｔらは、同じ血管を２つの角度から照合することを可能にし、それによってドップラー角依存性をなくすことを可能にする精巧なプローブホルダーについて説明しているが、そのようなプローブホルダーは臨床用途のためには扱いにくく、実用的でない。
本発明の原理によれば、ボリュームフローを測定するために、２次元マトリックスアレイトランスデューサをもつ超音波プローブを双平面モードで動作させる。双平面モードでは、２つの像平面がインターリーブ様式で同時に走査される。双平面モードは、米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）に記載されているように、ボリュメトリック領域の２つの像平面を走査するために１Ｄトランスデューサアレイを動かす機械式プローブによって実行され得るが、米国特許第６，７０９，３９４号（Ｆｒｉｓａら）記載されているように、平面がそれによって機械的にではなく電子的に走査される、２Ｄマトリックスアレイプローブを使用することが好ましい。さらに、米国特許第７，６４５，２３７号（Ｆｒｉｓａら）に記載されているように、双平面モードでカラーフロー撮像を実行することが可能であり、それにより、双平面像平面の各々内でカラードップラーデータを収集するために、カラーボックスが走査される。Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ超音波システム上で利用可能なプローブのｘＭＡＴＲＩＸファミリーなど、双平面画像のカラーフロー走査を実行することができる超音波システム及びプローブが市販されている。本発明の一実装形態では、互いに直角である、カラードップラーデータを含む２つのリアルタイム画像を生成するために、双平面モードの走査が実行される。これにより、血管の長軸ビューと横方向ビューとの生成が同時に可能になる。以下で説明するように、長軸画像を使用してドップラー角を正確に測定することができる。横方向カラー画像は、Ｐｉｃｏｔの方法における様式と同じ様式で血管と斜めに交差し、したがって、すべてのカラーピクセルを、ただし、長軸画像から得られた正確に知られているドップラー角度補正を用いて、合計することによってボリュームフローを推定するために、同じアルゴリズムを使用することができる。
本発明の一実装形態は、ボリュームフローを測定するための以前の方法の制限と欠点との多くを克服する。パルスドップラー方法と比較すると、本発明の一実装形態は、均一な超音波照射又は血管ジオメトリの仮定を必要とせず、一般的なパルスドップラーベースの方法における不正確さの最大の原因である、血管直径を測定する必要がない。ガウス面積分方法と比較すると、本発明の技法は、２つの像平面を走査するだけでよく、したがって、多くの動脈中で見つけられる極めて脈動が大きいフローのためにより好適であるので、はるかに良い時間サンプリングを与える。さらに、３Ｄボリュームフレームレートを改善することを試みる必要がないので、空間サンプリングは損なわれない。より良い空間サンプリングにより、フロープロファイルの表現が向上し、また、部分的ボリューム補正に対する依存度が低下する。Ｐｉｃｏｔらの方法と比較すると、本発明の一実装形態は、速度補正のために必要とされるドップラー角を正確に測定することを極めて容易にする。
本発明の一実装形態の動作及び用途は、図５及び図６を参照することによって諒解される。図５は、Ｌ及びＴで示されている、トランスデューサの前の２つの双平面を走査する２Ｄマトリックスアレイトランスデューサ５４を示す。一平面について送信及び受信されたすべての走査線が２Ｄアレイトランスデューサの平面に対して垂直であるとき、その平面は、この図に示されているようにトランスデューサに対して垂直に延びる。走査線がアレイトランスデューサの平面に対して斜角で送信及び受信されるとき、走査平面は、ステアリングされた線形動作に起因する平行四辺形の形状で傾斜する。図５の例では、走査線がアレイの真正面で送信及び受信されるので、２つの双平面はトランスデューサに対して垂直に延びている。Ｌ平面とＴ平面とが共通の中間走査線において交差するように見られる。
図６は、本発明による、血管７０と交差し、血管７０を走査するようにステアリングされている、Ｌ及びＴの２つの双平面を示す。Ｌ平面は、左上から右下に向かって傾斜し、プローブ操作によって血管７０の縦方向中心に向けられ、それにより血管の長軸ビューが生成される。よく知られているように、ドップラービームとフロー方向との間の角度が９０°であると、９０°のコサインは０であるので、測定可能なドップラー信号が得られないので、Ｌ走査平面は、平面の走査線が非直交角度で血管の血流の方向と交差するように、平行四辺形方位で傾けられる。Ｔ平面は、Ｌ平面の平行走査線のうちの１つと整合され、血管７０と斜めに交差し、それにより、Ｔ像平面がそこで血管を横断する、血管の横方向ビューが生成される。ドップラー速度測定の角度補正のために必要とされるＴ平面のドップラー角は、したがって、Ｌ平面のドップラー角と、血管の長軸ビュー中の容易に観測可能なフロー方向とから容易に知られる、Ｌ平面が傾けられる角度である。
図６に示されているように、双平面プローブを使用して血管を走査すると、図７に示されているように、血管の長軸ビューと横方向ビューとを同時に生成し、表示することができる。この例では、双平面画像はデュプレックスディスプレイ中に並列で示されている。左側の画像９０は図６のＬ走査平面の長軸ビューであり、血管７０を２等分する長軸ビュー中の血管７０が示されている。血管と周囲組織とのグレースケール（Ｂモード）画像内には、ボックスの内側の材料のドップラー表示のためにドップラービームによって走査されるカラーボックス８０がある。図１のカラーボックスと同様に、カラーボックス８０は、ドップラーゲート線８２の傾斜角の設定によって確立される角度で傾けられる。前の図面と同様に、ドップラー線はフローカーソル８４を有し、ユーザはフローカーソル８４を血管７０中のフローの方向と整合させる。ドップラーゲート線８２とフローカーソル８４との間の角度が、カラーボックス８０と血流の方向とを走査するために使用されるドップラービーム間の角度であるドップラー角を確立する。ドップラー角は、標準的な超音波システムにおいて一般的に自動的に認識され、記録される。
本発明の一実装形態では、カラーボックス８０の角度と整合している平面内で血管９０の横方向ビューの画像９２が走査される。一般に、像平面９０と像平面９２とは互いに空間的に垂直である。この例では、画像９２の平面は画像９０のドップラーゲート線８２と整合しており、２つの画像はそれらのドップラー線８２の共通のロケーションを空間的に共有する。その結果、横方向画像９２中のフローの速度値について必要とされるドップラー角度補正は、一般的な商用超音波システムにおいて容易に認識される、ドップラーゲート線８２とフローカーソル８４との間の角度である縦断面図９０のドップラー角になる。超音波システムは、次いで、横方向ビュー中の血管のカラーピクセル値が角度補正され、次いでボリュームフローを計算するために合計される、Ｐｉｃｏｔらのアルゴリズムなど、いくつかの知られているアルゴリズムのいずれかによってボリュームフローを測定することができる。数学的に、これは
Figure 2023524945000002
 として計算されるガウスの定理によって表すことができ、ここで、Ｑは、例えば、ミリリットル毎秒でのボリュームフローであり、ｖは、角度補正されたフロー速度であり、表面Ｓは、横方向ビュー９２中の血管腔を通る切断面のドップラー部分である。さらに、一般的な商用超音波システムにより、ユーザは、ドップラー速度ピクセルがそれにわたって積分されるべきである画像の部分をセグメント化（線引き）することが可能になる。図７ａは、そのようなツールの一例、すなわち、ユーザが、超音波画像のサイズを適切に決定し、次いで、ドップラー値積分をそれの中で行うべきである画像領域を指定するためにその超音波画像にわたって動かすことができる、円テンプレート７８を提示する。血管腔のそのようなセグメント化は、ボリュームフローアルゴリズムが、例えば、隣接する血管のピクセル値を誤って含めることを防ぐ。
図８では、本発明の原理に従って構築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。超音波を送信し、エコー情報を受信するために、超音波プローブ１０中にトランスデューサアレイ１２が与えられる。トランスデューサアレイ１２は、仰角と方位角の両方で３次元における走査が可能なトランスデューサ要素の２次元アレイである。トランスデューサアレイ１２は、したがって、２つの双平面を時間インターリーブ様式で同時に走査することが可能である。トランスデューサアレイ１２は、アレイ要素によって信号の送信及び受信を制御する、プローブ中のマイクロビームフォーマ１４に結合される。マイクロビームフォーマは、米国特許第５，９９７，４７９号（Ｓａｖｏｒｄら）と、米国特許第６，０１３，０３２号（Ｓａｖｏｒｄ）と、米国特許第６，６２３，４３２号（Ｐｏｗｅｒｓら）とに記載されているように、トランスデューサ要素のグループ又は「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フォーミングが可能である。マイクロビームフォーマは、送信と受信とを切り替え、メインビームフォーマ１８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によって結合される。マイクロビームフォーマ１４の制御下におけるトランスデューサアレイ１２からの超音波ビームの送信は、Ｔ／Ｒスイッチとメインビームフォーマ１８とに結合されたビームフォーマコントローラ１７によって導かれ、ビームフォーマコントローラ１７は、ユーザインターフェース又は制御パネル３８のユーザの操作からの入力を受信する。送信コントローラによって制御される送信特性の中には、送信波形の方向、数、間隔、振幅、位相、角度、周波数、極性、及び発散がある。パルス送信の方向において形成されたビームは、トランスデューサアレイからまっすぐにステアリングされるか、又はより広いセクタ視界のために、若しくは選択されたドップラー角での送信のために、ステアリングされていないビームの両側で異なる角度でステアリングされる。
トランスデューサ要素の連続するグループによって受信されたエコーは、それらを適切に遅延させ、次いで、それらを組み合わせることによってビームフォーミングされる。各パッチからのマイクロビームフォーマ１４によって生成された部分的にビームフォーミングされた信号はメインビームフォーマ１８に結合され、そこで、トランスデューサ要素の個々のパッチからの部分的にビームフォーミングされた信号が組み合わせられて、完全にビームフォーミングされたコヒーレントなエコー信号になる。例えば、メインビームフォーマ１８は１２８個のチャネルを有し、それらの各々が１２個のトランスデューサ要素のパッチからの部分的にビームフォーミングされた信号を受信する。このようにして、１つの２次元マトリックスアレイトランスデューサの１５００個超のトランスデューサ要素によって受信された信号が、単一のビームフォーミングされた信号に効率的に寄与することができる。
コヒーレントなエコー信号は、デジタルフィルタによるフィルタ処理と、空間又は周波数複合（ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ）などによるノイズ及びスペックル低減とを含む、信号プロセッサ２０による信号処理を受ける。信号プロセッサ２０のデジタルフィルタは、例えば、米国特許第５，８３３，６１３号（Ａｖｅｒｋｉｏｕら）に開示されているタイプのフィルタであり得る。エコー信号は、その場合、直交バンドパスフィルタ（ＱＢＰ）２２に結合される。ＱＢＰは、ｒ．ｆ．エコー信号データを帯域制限することと、エコー信号データの同相及び直交ペア（Ｉ及びＱ）を生成することと、デジタルサンプルレートをデシメートすることとの３つの機能を実行する。ＱＢＰは、一方が同相サンプルを生成し、他方が直交サンプルを生成する、２つの別個のフィルタを備え、各フィルタは、ＦＩＲフィルタを実装する複数の積和演算器（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ－ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）（ＭＡＣ）によって形成される。
ビームフォーミングされ、処理されたコヒーレントなエコー信号は画像データプロセッサのペアに結合される。Ｂモードプロセッサ２６は、組織壁及び血管壁など、身体中の構造のＢモード画像のための信号データを生成する。Ｂモードプロセッサは、（Ｉ２＋Ｑ２）１／２の形態のエコー信号振幅を計算することによって、直交復調されたＩ信号成分とＱ信号成分との振幅（エンベロープ）検出を実行する。直交エコー信号成分はドップラープロセッサ２４にも結合される。ドップラープロセッサ２４は、画像フィールド中の離散点からのエコー信号のアンサンブルを記憶し、エコー信号のアンサンブルは、次いで、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）プロセッサを用いて画像中の点におけるドップラーシフトを推定するために使用される。ドップラープロセッサはまた、ドップラー速度値の角度補正を実行することができ、本発明の一実装形態では、第１の（長軸）ドップラー画像上で測定される角度補正を使用して、ボリュームフローを決定するために使用される第２の（横方向）ドップラー画像のドップラーデータの角度補正を実行する。アンサンブルが収集されるレートは、本システムが画像中で正確に測定し、示すことができる動きの速度範囲を決定する。ドップラーシフトは、画像フィールド中の点における動き、例えば、血流及び組織の動きに比例する。カラードップラー画像データの場合、血管中の各点における推定されたドップラーフロー値は、ウォールフィルタ処理され、角度補正され、ルックアップテーブルを使用してカラー値に変換される。ウォールフィルタは調整可能なカットオフ周波数を有し、そのカットオフ周波数を上回るか又は下回ると、流れている血液を撮像するときの血管の壁の低周波数動きなど、動きが排除される。Ｂモード画像データ及びドップラーフロー値は走査変換器２８に結合され、走査変換器２８は、Ｂモードサンプル及びドップラーサンプルを、それらの収集されたＲ－θ座標から、所望の表示フォーマット、例えば、図７及び図７ａに示されている直線表示フォーマット又は扇形表示フォーマットでの表示のためのデカルト（ｘ、ｙ）座標に変換する。Ｂモード画像又はドップラー画像のいずれかが単独で表示されることもあれば、カラードップラーオーバーレイが、図７及び図７ａに示されているように画像中のＢモード処理された組織と血管との中の血流をそこにおいて示す、解剖学的レジストレーションにおいて、Ｂモード画像とドップラー画像とが一緒に示されることもある。別の表示の可能性は、これらの図面に示されているように、異なって処理された同じアナトミーの画像を並列で表示することである。この並列表示フォーマットは、画像を比較するときに有用であり、特に、双平面プローブの両方の画像を表示するために有用である。走査変換された画像データ、すなわち、Ｂモードデータとドップラーデータの両方が画像データメモリ３０に結合され、画像データメモリ３０に記憶され、そこでその画像データは、画像データ値がそこから収集された空間ロケーションに従ってアドレス指定可能なメモリロケーションに記憶される。走査変換器２８によって生成され、画像データメモリに記憶されたデータからの双平面画像は、さらなる向上と、バッファリングと、画像ディスプレイ３６上の表示のための一時的記憶とのためにディスプレイプロセッサ３４に結合される。
図７の画像９２に示されている血管の横方向ビューのカラードップラーピクセル値など、画像のドップラー値はボリュームフロー計算器４０に結合される。そこで、式
Figure 2023524945000003
 によって例示されるように、血管腔の領域にわたるピクセルフロー速度値の積分など、ボリュームフローを計算するアルゴリズムが実行される。ボリュームフローは、時間の関数としてボリュームフローを与えるためにカラードップラー画像中で別個に各フレームについて計算されるか、又は時間平均ボリュームフローレートを与えるために複数のフレームにわたって合計される。ボリュームフロー測定値はグラフィックス生成器４９に結合され、そこからボリュームフロー値が、超音波画像と併せた表示のためにディスプレイプロセッサ３４に結合される。代替又は追加として、グラフィックス生成器４９はディスプレイ３６上の表示のためにフロープロファイル曲線を生成することができる。グラフィックス生成器はまた、カーソル、測定寸法、検査パラメータ、患者名、並びに上述のドップラーゲート線８２、フローカーソル８４、及びセグメント化テンプレート７８などのモノについての超音波画像と一緒の表示のためのグラフィックスを生成する。
図８のボリュームフロー計算器４０の動作の詳細は図８ａに示されている。この実装形態では、横方向画像９２の角度補正はドップラープロセッサ２４ではなくボリュームフロー計算器によって実行される。画像セグメント化プロセッサ４０２は画像データメモリ３０からの横方向画像９２のデータを受信する。血管７０の横方向ビュー中のドップラーデータは、血管７０の腔の上の円テンプレート７８など、テンプレートのシステムオペレータによる配置によって識別（セグメント化）される。血管７０内でそれによって指定されるドップラーデータは角度補正プロセッサ４０４に結合され、角度補正プロセッサ４０４は、長軸ビュー９０の収集中にユーザによって設定される２つのグラフィックス間の角度である、長軸ドップラーゲート線８２と長軸フローカーソル８４とからの長軸ビュー９０のドップラーデータのために実行される角度補正を計算する。横方向画像中のフローのドップラー値は、それによって、長軸ビュー９０の収集中にこれらのグラフィックスによって設定された角度に従って角度補正される。角度補正されたドップラー値は、次いで、ボリュームフローを決定するために横方向画像９２中の血管領域にわたって積分される。図８ａの実装形態では、この動作は、ボリュームフローの測度Ｑを生成するために、プロセッサ４０６によって示されているように、横方向ビュー画像の角度補正されたドップラーフロー値を合計することによって実行される。この値は、超音波システムオペレータへの表示のためにグラフィックス生成器４９に結合される。一般的な実装形態では、プロセッサ４０２、４０４、及び４０６によって実行される計算は、図示されている機能を実行するように構成されたソフトウェアプログラムによって実行される。
図８の超音波システムは、以下のように一般的な超音波頸動脈検査を実行するために動作させることができる。ユーザは、最初に、標準的な臨床診療によるＢモード、カラードップラー及びパルスドップラー撮像を含む、超音波撮像によって頸動脈を検査する。有意狭窄（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｓｔｅｎｏｓｉｓ）を識別すると、ユーザは、次いで、ボリュームフローを決定するために以下のステップを取る。最初に、超音波プローブを用いて走査を行い、血流中の乱流を最小にするために狭窄の上流にある動脈のセクションを見つける。次に、双平面モードを作動させる。血管が左側の画像９０上の長軸ビュー中に引き伸ばされて見えるまで、プローブを操作する。プローブは、血管が右側の画像９２のほぼ中心になるまで仰角で傾ける。フローがエイリアス化されないように、カラースケール（パルス繰り返し周波数、ＰＲＦ）を調整する。角度補正を、左側の画像９０中の血管７０と整合するように調整する。次いで、フロー情報のうちの１つ又は複数の心周期を収集する。画像中のどのカラーピクセルをボリュームフロー計算に含めるべきであるかを規定するために、右側の画像中の血管７０の上にテンプレート７８を配置することによって、関心領域を指定（セグメント化）する。次いで、時間平均（単数）として、又は時間の関数としてのボリュームフローのグラフとして、長軸ビューの角度補正から角度補正された横方向画像のドップラーデータを使用して、ボリュームフローを計算し、表示する。
本発明の原理による、ボリュームフローを測定するための方法は、図９に示されているように行われる。開始９０１において、超音波システムを双平面モードで動作するように設定し、それにより、２つの画像のうちの１つのドップラー角で交差するそれらの画像が収集される。９０３において、図７の長軸ビュー９０など、第１のドップラー画像を収集する。９０４において、この第１の画像のドップラー収集の方向を、ドップラーゲート線８２を調整することによって調整する。ドップラー方向を設定した後に、９０５において、第１の画像のドップラー線方向における平面において第２のドップラー画像を収集する。９０７において、両方の画像を同時に表示する。９０９において、ドップラー線方向と、第１の画像のフローの上にユーザによって設定されたフローカーソルの方向とから、第１の画像のためのドップラー角度補正を決定する。９１１において、第２の画像の腔の上にグラフィック円テンプレートを配置することなどによって、第２のドップラー画像のフローをセグメント化する。９１５において、上記で説明したように、第１の画像について決定された角度補正によって角度補正された第２の画像のフローのドップラー値から、ボリュームフローを計算する。９２０において、測定されたボリュームフローをユーザに表示するか、又は超音波検査記録中に記録する。
上記で説明した本発明の範囲は、必ずしも超音波プローブを含まないが、代わりに、ドップラービーム方向に沿って交差する２つの像平面（９０、９２）からの収集されたドップラー画像データの入力を受信し、フローの２つのドップラー画像を生成するように適応された、実施形態をも含むことに留意されたい。本発明は、２つのドップラー画像を同時に表示するディスプレイ（３６）と、ユーザ制御に応答して、２つのドップラー画像のうちの第１のドップラー画像（９０）の上にドップラー線（８２）とフローカーソル（８４）とを表示するグラフィックス生成器（４９）とをさらに含む。ボリュームフロー計算器（４０）は、２つのドップラー画像のうちの第２のドップラー画像（９２）のドップラー画像データと、ドップラー線及びフローカーソルによって確立されたドップラー角とに応答して、ボリュームフローの角度補正された測度を決定する。
さらに、本発明の実装形態において使用するために好適な超音波システム、特に、図８の超音波システムの構成要素構造はハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組合せにおいて実装されることに留意されたい。超音波システム及びそれのコントローラの様々な実施形態及び／又は構成要素、又はそれらの中の構成要素及びコントローラも１つ又は複数のコンピュータ又はマイクロプロセッサの一部として実装される。コンピュータ又はプロセッサは、計算デバイス、入力デバイス、ディスプレイユニット、及び、例えば、インターネットにアクセスするためのインターフェースを含む。コンピュータ又はプロセッサはマイクロプロセッサを含む。マイクロプロセッサは、例えば、トレーニング画像をインポートし、臨床検査の結果を記憶するためにＰＡＣＳシステム又はデータネットワークにアクセスするために、通信バスに接続される。コンピュータ又はプロセッサはメモリをも含む。画像データメモリなど、メモリデバイスはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び読取り専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。コンピュータ又はプロセッサは、さらに、ハードディスクドライブであるか、又はフロッピーディスクドライブ、光ディスクドライブ、ソリッドステートサムドライブなど、リムーバブルストレージドライブである、記憶デバイスを含む。記憶デバイスはまた、ボリュームフロー分析のためのコンピュータプログラム又は命令をコンピュータ又はプロセッサ中にロードするための他の同様の手段であり得る。
本明細書で使用する際、「コンピュータ」、「モジュール」、「プロセッサ」又は「ワークステーション」という用語は、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、ＡＳＩＣ、論理回路、及び本明細書で説明した機能を実行することが可能な任意の他の回路又はプロセッサを使用するシステムを含む、任意のプロセッサベース又はマイクロプロセッサベースのシステムを含む。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、いかなる形でも、これらの用語の定義及び／又は意味を限定するものではない。
コンピュータ又はプロセッサは、入力データを処理するために、１つ又は複数の記憶要素中に記憶されている命令のセットを実行する。記憶要素は、望ましい場合又は必要とされる場合にデータ又は他の情報をも記憶する。記憶要素は処理機械内の情報ソース又は物理メモリ要素の形態であり得る。上記で説明したドップラー角度測定とボリュームフロー計算とのための超音波画像及び命令の収集、処理、及び表示を制御する超音波システムの命令を含む、超音波システムの命令のセットは、ドップラーフローデータ収集、線及びカーソル調整、並びにボリュームフロー測定の方法並びにプロセスなど、特定の動作を実行するように処理機械としてのコンピュータ又はプロセッサに命令する様々なコマンドを含む。命令のセットはソフトウェアプログラムの形態であり得る。ソフトウェアは、システムソフトウェア又はアプリケーションソフトウェアなど、有形及び非一時的コンピュータ可読媒体として実施される様々な形態であり得る。ボリュームフロー計算のために上記で与えられた式、及び図８ａに示されたドップラーデータ値の合計、並びに画像の上に配置されたカーソルからのドップラー角の計算は、一般に、ソフトウェアルーチンによって又はソフトウェアルーチンの指示の下で計算される。さらに、ソフトウェアは、より大きいプログラム内の別個のプログラム若しくはモジュールの集合、又はプログラムモジュールの一部分の形態であり得る。ソフトウェアはまた、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュラープログラミングを含む。処理機械による入力データの処理は、制御パネル３８から発行されたオペレータコマンドに応答して、前の処理の結果に応答して、又は別の処理機械によって行われた要求に応答して行われる。
さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクションの書式で書かれておらず、そのような請求項限定が、「のための手段」というフレーズと、それの後に続く、さらなる構造がない機能の陳述を明確に使用していない限り、米国特許法第１１２条第６段落に基づいて解釈されるものではない。

Claims (19)

  1. 血液のボリュームフローを分析するための超音波画像診断システムであって、前記超音波画像診断システムは、
    ドップラービーム方向に沿って交差する２つの像平面からドップラー画像データを収集する超音波プローブと、
    収集された前記ドップラー画像データに応答して、フローの２つのドップラー画像を生成する画像データプロセッサと、
    前記２つのドップラー画像を同時に表示するディスプレイと、
    ユーザ制御に応答して、前記２つのドップラー画像のうちの第１のドップラー画像の上にドップラー線とフローカーソルとを表示するグラフィックス生成器と、
    前記２つのドップラー画像のうちの第２のドップラー画像のドップラー画像データと、前記ドップラー線及び前記フローカーソルによって確立されたドップラー角とに応答して、前記ボリュームフローの角度補正された測度を決定するボリュームフロー計算器と
    を備える、超音波画像診断システム。
  2. 前記ドップラー線が、前記第１のドップラー画像を走査するドップラービームの方向と整合され、
    前記第２のドップラー画像の前記像平面が、前記第１のドップラー画像の前記ドップラービームの前記方向と整合される、請求項１に記載の超音波画像診断システム。
  3. 前記超音波プローブが、さらに、前記第１のドップラー画像中の血管の長軸ビューと、前記第２のドップラー画像中の前記血管の横方向ビューとを同時に収集する、請求項１に記載の超音波画像診断システム。
  4. 前記第１のドップラー画像が、所与の方向において送信される複数の平行ドップラービームを用いて像平面を走査することによって収集され、
    前記ドップラー線が前記複数の平行ドップラービームの前記所与の方向と整合される、請求項１に記載の超音波画像診断システム。
  5. 前記第２のドップラー画像の前記像平面が前記第１のドップラー画像の前記ドップラービームの前記方向と整合される、請求項４に記載の超音波画像診断システム。
  6. 前記超音波プローブが、さらに、２次元マトリックスアレイトランスデューサを備える、請求項１に記載の超音波画像診断システム。
  7. 前記超音波プローブが、さらに、時間インターリーブされた様式で２つの像平面を走査するために、双平面モードで動作する、請求項６に記載の超音波画像診断システム。
  8. 前記超音波プローブが、さらに、前記２次元マトリックスアレイトランスデューサの平面に対して選択された非直交角度で２つの像平面を走査する、請求項７に記載の超音波画像診断システム。
  9. 前記超音波プローブが、さらに、フローの方向に対して選択された非直交角度で像平面を走査する、請求項７に記載の超音波画像診断システム。
  10. 前記ボリュームフロー計算器が、さらに、
    Figure 2023524945000004
     という形態のアルゴリズムを計算し、ここで、Ｑが前記ボリュームフローであり、ｖが角度補正されたフロー速度であり、表面Ｓが、ドップラーデータを含んでいる血管を通る切断面である、請求項１に記載の超音波画像診断システム。
  11. 前記ボリュームフロー計算器が、さらに、血管腔内の角度補正されたドップラーデータの値を合計する、請求項１０に記載の超音波画像診断システム。
  12. ボリュームフローを測定するために超音波検査を行うための超音波画像診断システムを使用する方法であって、前記方法は、
    長軸ビューにおける対象血管の第１のドップラー画像を収集するために、双平面モードで動作する超音波プローブを用いて走査するステップと、
    前記第１のドップラー画像のドップラー角と整合された像平面内で前記対象血管の横方向ビューにおける第２のドップラー画像を同時に収集するために、前記双平面モードで前記超音波プローブを用いて走査するステップと、
    前記２つの画像を同時に表示するステップと、
    前記第１のドップラー画像のドップラービーム方向とフロー方向とに従って角度補正を決定するステップと、
    前記第１のドップラー画像から決定された前記角度補正を使用して前記第２のドップラー画像のデータから前記ボリュームフローを計算するステップと
    を有する、方法。
  13. 非直交角度で前記フロー方向と交差するように前記第１のドップラー画像についての前記ドップラービーム方向を調整するステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
  14. テンプレートを用いて前記第２のドップラー画像中の前記ボリュームフローをセグメント化するステップをさらに有する、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記ボリュームフローを計算する前記ステップが、前記第２のドップラー画像中の前記対象血管のフロー値ピクセルを積分するステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
  16. 血液のボリュームフローを分析するための超音波画像診断システムであって、前記超音波画像診断システムは、
    ドップラービーム方向に沿って交差する２つの像平面からの収集されたドップラー画像データの入力に応答して、フローの２つのドップラー画像を生成する画像データプロセッサと、
    前記２つのドップラー画像を同時に表示するディスプレイと、
    ユーザ制御に応答して、前記２つのドップラー画像のうちの第１のドップラー画像の上にドップラー線とフローカーソルとを表示するグラフィックス生成器と、
    前記２つのドップラー画像のうちの第２のドップラー画像のドップラー画像データと、前記ドップラー線及び前記フローカーソルによって確立されたドップラー角とに応答して、前記ボリュームフローの角度補正された測度を決定するボリュームフロー計算器と
    を備える、超音波画像診断システム。
  17. 前記ドップラー線が、前記第１のドップラー画像を走査するドップラービームの方向と整合され、
    前記第２のドップラー画像の前記像平面が、前記第１のドップラー画像の前記ドップラービームの前記方向と整合される、請求項１６に記載の超音波画像診断システム。
  18. 前記ボリュームフロー計算器が、さらに、
    Figure 2023524945000005
     という形態のアルゴリズムを計算し、ここで、Ｑが前記ボリュームフローであり、ｖが角度補正されたフロー速度であり、表面Ｓが、ドップラーデータを含んでいる血管を通る切断面である、請求項１６に記載の超音波画像診断システム。
  19. 前記ボリュームフロー計算器が、さらに、血管腔内の角度補正されたドップラーデータの値を合計する、請求項１８に記載の超音波画像診断システム。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022074392A (ja) * 2020-11-04 2022-05-18 コニカミノルタ株式会社 超音波診断装置、超音波診断装置の制御方法、及び、超音波診断装置の制御プログラム

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5701898A (en) * 1994-09-02 1997-12-30 The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services Method and system for Doppler ultrasound measurement of blood flow
US5833613A (en) 1996-09-27 1998-11-10 Advanced Technology Laboratories, Inc. Ultrasonic diagnostic imaging with contrast agents
US5769079A (en) * 1996-10-22 1998-06-23 Acuson Corporation Method and apparatus for determining quantitative measures of flow parameters
EP0839497A1 (en) * 1996-11-01 1998-05-06 EndoSonics Corporation A method for measuring volumetric fluid flow and its velocity profile in a lumen or other body cavity
NO975111L (no) * 1996-11-08 1998-05-11 Atl Ultrasound Inc Billeddannede ultralyd-diagnosesystem med beregning av volumstr÷mning i sann tid
US6013032A (en) 1998-03-13 2000-01-11 Hewlett-Packard Company Beamforming methods and apparatus for three-dimensional ultrasound imaging using two-dimensional transducer array
US5997479A (en) 1998-05-28 1999-12-07 Hewlett-Packard Company Phased array acoustic systems with intra-group processors
US6071242A (en) * 1998-06-30 2000-06-06 Diasonics Ultrasound, Inc. Method and apparatus for cross-sectional color doppler volume flow measurement
US6293914B1 (en) * 1998-08-31 2001-09-25 Acuson Corporation Ultrasonic system and method for measurement of fluid flow
US6709394B2 (en) 2000-08-17 2004-03-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Biplane ultrasonic imaging
US6443896B1 (en) 2000-08-17 2002-09-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method for creating multiplanar ultrasonic images of a three dimensional object
US6468216B1 (en) 2000-08-24 2002-10-22 Kininklijke Philips Electronics N.V. Ultrasonic diagnostic imaging of the coronary arteries
US6780155B2 (en) 2001-12-18 2004-08-24 Koninklijke Philips Electronics Method and system for ultrasound blood flow imaging and volume flow calculations
CN100557459C (zh) 2003-05-30 2009-11-04 皇家飞利浦电子股份有限公司 彩色流双平面超声成像系统和方法
US9427211B2 (en) * 2012-07-10 2016-08-30 General Electric Company Ultrasound imaging system and method
EP2900143B1 (en) * 2012-09-27 2018-05-23 Koninklijke Philips N.V. Automated biplane-pw workflow for ultrasonic stenosis assessment
US20200174119A1 (en) * 2018-12-04 2020-06-04 General Electric Company Ultrasound imaging system and method for measuring a volume flow rate

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