JP2024504930A - 胎児の心拍をモニタするための装置 - Google Patents

Abstract

胎児の心拍をモニタするための装置は、命令のセットを表す命令データを含むメモリと、メモリと通信し、命令のセットを実行するように構成されたプロセッサとを含む。命令のセットは、プロセッサによって実行されたとき、ｉ）超音波トランスデューサから超音波画像データを得ることと、ｉｉ）超音波画像データ内の胎児の心臓の場所を決定することと、ｉｉｉ）ドップラモードに切り替えるように超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを超音波トランスデューサに送ることであって、胎児の心臓の決定された場所がドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送ることと、ｉｖ）ドップラモードで得られた超音波データを使用して胎児の心拍をモニタすることとをプロセッサに行わせる。

Description

本明細書の開示は超音波システムに関する。具体的には、しかし限定ではなく、本開示は、胎児の心拍をモニタするための超音波システム、装置、及び方法に関する。

陣痛及び出産中、最も一般的な産科手技のいくつかは、胎児心拍数（ＦＨＲ）モニタリングと、妊婦収縮のモニタリングとを含む。これらの措置によって、医療従事者は、胎児の状態を評価し、介入が必要とされるかどうかを決定することができる。最適なＦＨＲモニタリングは、協同周産期チームを必要とし、協同周産期チームは、モニタリングを正しく実行し、それを適切に解釈し、高リスクパターンが検出されたとき、所見をケアチームのすべてのメンバに効果的に適時に伝える。したがって、適切なＦＨＲ取得及びモニタリングは、ＦＨＲ測定において重要な役割を果たす。

胎児心拍数モニタは、一般に、トランスデューサを含み、トランスデューサは、母体の腹部に配置され、ストラップ又はベルトを用いて所定の位置に保持される。トランスデューサの配置は、今もなお、一般に、ドップラシフトから生じる音響フィードバックを使用して実行される。超音波トランスデューサの検出範囲にはドップラシフトの他の発生源が存在する可能性があるので、トランスデューサの正しい及び最適な配置は不可欠である。例えば、大きい母体血管の血流は、誤測定の主要な原因である。心拍数の計算は、さらに、どの信号がより強く受信されるかに応じて、胎児心拍数から母体心拍数に突然変化する。かなり頻繁に生じる２つの信号の重ね合せは、さらに、心拍数値の緩やかな変化をもたらし、それは、一見したところでは認識されない。さらに、超音波センサは、胎児の動き又は母親の動きに起因して、胎児心臓への合焦を維持できなくなることがある。

したがって、多くの現在の胎児モニタにおけるＦＨＲ測定は、胎児心臓の上に胎児モニタトランスデューサを配置及び維持する際に、医療専門家の臨床専門知識に頼る。それゆえに、トランスデューサを最適に配置することと、トランスデューサを正しい位置に維持する（胎児／母親が動くとき）こととの両方のために、高レベルの訓練が一般に必要とされる。したがって、いくつかの状況では、臨床医（例えば、操作要員）の訓練及び理解は、トランスデューサを最適に配置するのに十分でないことがある。

上述のように、陣痛中の胎児モニタリングに使用するための超音波トランスデューサは、胎児の心拍をモニタするために正しく配置することが困難である。さらに、超音波トランスデューサは、胎児及び／又は母親が動くときに正しい配置を維持するために絶え間ないモニタリングを必要とする。そのようなモニタの使用に伴う頻繁な問題は、得られる心拍数が胎児ではなく母親からのものであることである。そのような問題は、多胎妊娠ではさらに複雑であり、胎児の動きのため、経時的に、胎児心拍数モニタが、間違った胎児をモニタし始めることがある。さらに、多胎児の場合、胎児心拍数測定が一貫して正しい胎児に帰属されることを保証することが困難である。

さらに、ドップラシフトのみをフィードバックとして使用してトランスデューサを配置するには、音響の実時間送信が必要とされる。無線システムの場合、これは、最新のプロトコルが、多くの場合、音響フィードバックベースでトランスデューサを配置するときに許容できない約１００ｍｓの遅延を有するので、無線技術の選択を制限する。本明細書の本開示の目的は、これらの問題のうちのいくつかに対処する改善された胎児モニタリングシステムを提供することである。

第１の態様によれば、第１の胎児の心拍をモニタするための装置が提供される。この装置は、命令のセットを表す命令データを含むメモリと、メモリと通信し、命令のセットを実行するように構成されたプロセッサとを含む。命令のセットは、プロセッサによって実行されたとき、超音波トランスデューサから超音波画像データを得ることと、超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定することと、ドップラモードに切り替えるように超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを超音波トランスデューサに送ることであって、第１の胎児の心臓の決定された場所がドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送ることと、ドップラモードで得られた超音波データを使用して第１の胎児の心拍をモニタすることとをプロセッサに行わせる。

第２の態様によれば、第１の態様の装置を含み、さらに、超音波トランスデューサを含む超音波システムが提供される。

第３の態様によれば、第１の胎児の心拍をモニタするコンピュータ実施方法がある。この方法は、ｉ）超音波トランスデューサから超音波画像データを得るステップと、ｉｉ）超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定するステップと、ｉｉｉ）ドップラモードに切り替えるように超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを超音波トランスデューサに送るステップであって、決定された場所がドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送るステップと、ｉｖ）ドップラモードで得られた超音波データを使用して第１の胎児の心拍をモニタするステップとを有する。

第４の態様によれば、コンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品があり、コンピュータ可読媒体は、そこに具現化されたコンピュータ可読コードを有し、コンピュータ可読コードは、適切なコンピュータ又はプロセッサによる実行時に、コンピュータ又はプロセッサに第３の態様の方法を実行させるように構成される。

したがって、本明細書の装置、システム、及び方法は、胎児への超音波トランスデューサの「無音響」配置を可能にし、それによって、音響フィードバックのみに依拠するのではなく、イメージングモードがトランスデューサを正しく配置するために使用される。トランスデューサを移動させるべき場所のインジケータを用いた「無音響」配置は、さらに、多数の女性が１つの部屋でモニタされる区域では有利である。さらに、本明細書のシステム及び方法は、胎児が位置を変える場合でさえ胎児をモニタすることを可能にする。それはまた、胎児心臓がモニタされている（例えば、母親の心臓とは対照的に）ことを確実にする。２つ以上の胎児がモニタされる実施形態（以下で説明するような）では、本明細書の方法及び装置は、例えば、異なる胎児のＦＨＲ間の混乱／重複なしに、各胎児が正しくモニタされることを確実にする。

これら及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかであり、それを参照して解明される。

次に、例示の実施形態が、単なる例として、以下の図面を参照して説明される。

本明細書のいくつかの実施形態による装置を示す図である。 本明細書のいくつかの実施形態による超音波システムを示す図である。 本明細書のいくつかの実施形態による例示の装置を示す図である。 本明細書のいくつかの実施形態によるＹＯＬＯネットワークの例示の出力を示す図である。 ドップラゲーティングを示す図である。 本明細書のいくつかの実施形態による例示のプロセスを示す図である。 本明細書のいくつかの実施形態による別の例示のプロセスを示す図である。 ２つの胎児心臓を含む画像に対するＹＯＬＯネットワークの例示の出力を示す図である。 胎児心臓の例示のランドマークを示す図である。 胎児心臓の例示のランドマークを示す図である。 本明細書のいくつかの実施形態による例示の方法を示す図である。

上述のように、ドップラシフトから生じる音響フィードバックを使用して胎児心拍数を検出及びモニタする胎児心拍数モニタは、正しく配置することが困難であり、胎児及び／又は母親が動くときに正しい位置に維持することが困難である。これらの問題は、２つ以上の胎児が存在する多胎児を伴う妊娠では複雑になる。本明細書の実施形態の目的は、この状況を改善して、陣痛中の改善された胎児心拍数モニタリングを提供することである。

図１を参照すると、明細書のいくつかの実施形態による、第１の胎児の心拍をモニタするための装置１００が示される。一般に、装置は、例えば、ラップトップ、デスクトップコンピュータ、又は他のコンピューティングデバイスなどのコンピュータ装置又はシステムの一部を形成する。いくつかの実施形態では、装置１００は、分散コンピューティング構成又はクラウドの一部を形成する。

一般に、装置は、図１０に関して以下で説明する方法１０００などの本明細書に記載の方法の実施形態のいずれかを実行するように適合又は構成される。

装置は、命令のセット１０６を表す命令データを含むメモリ１０４と、メモリと通信し、命令のセット１０６を実行するように構成されたプロセッサ１０２（例えば、処理回路又は論理）とを含む。手短に言えば、命令のセット１０６は、プロセッサ１０２で実行されたとき、プロセッサ１０２に、ｉ）超音波トランスデューサから超音波画像データを得ることと、ｉｉ）超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定することと、ｉｉｉ）ドップラモードに切り替えるように超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを超音波トランスデューサに送ることであって、第１の胎児の心臓の決定された場所がドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送ることと、ｉｖ）ドップラモードで得られた超音波データを使用して第１の胎児の心拍をモニタすることとを行わせる。

上述のように、産科の胎児モニタリングで使用される現在の超音波トランスデューサに関する主要な問題は、胎児心臓をモニタするために、超音波トランスデューサを正しく配置することが困難であり、正しい位置に維持することが困難であることである。胎児又は母親の動き、周囲ノイズ、母体の心拍、及び例えば母体の静脈及び動脈を通って移動する血液からの他の音響は、すべて、胎児心臓の不正確な配置及びモニタリングをもたらす。本明細書で提案する装置は、胎児心臓の場所を決定するためにトランスデューサのイメージングモードを使用する。次いで、決定された場所を使用して、ドップラモードのターゲット場所（例えば、ドップラゲートを設定するために使用される）を設定し、それによって、胎児の心拍をモニタする。それは、例えば、他の前記の動きのいずれかとは対照的に、モニタされるのは胎児心臓であることを確実にする。それゆえに、これは、よりロバストな胎児のモニタリングを提供する。

より詳細には、プロセッサ１０２は、本明細書に記載のやり方で装置１００を制御するように構成又はプログラムされた１つ又は複数のプロセッサ、処理ユニット、マルチコアプロセッサ、又はモジュールを含む。特定の実施態様では、プロセッサ１０２は、複数のソフトウェア及び／又はハードウェアモジュールを含み、その各々は、本明細書に記載の方法の個々のステップ又は多数のステップを実行するように構成されるか、又は実行するためのものである。プロセッサ１０２は、本明細書に記載のやり方で装置１００を制御するように構成又はプログラムされた１つ又は複数のプロセッサ、処理ユニット、マルチコアプロセッサ、及び／又はモジュールを含む。いくつかの実施態様では、例えば、プロセッサ１０２は、分散処理のために構成された複数の（例えば、同時に使用される）プロセッサ、処理ユニット、マルチコアプロセッサ、及び／又はモジュールを含む。そのようなプロセッサ、処理ユニット、マルチコアプロセッサ、及び／又はモジュールは、異なる場所に配置され、本明細書に記載の方法の異なるステップ、及び／又は単一のステップの異なる部分を実行することができることを当業者は認識されよう。

メモリ１０４は、本明細書に記載の方法を実行するためにプロセッサ１０２によって実行されるプログラムコードを格納するように構成される。代替として又は加えて、１つ又は複数のメモリ１０４は、装置１００の外部に（すなわち、それとは別個に、又はそれから遠隔に）あってもよい。例えば、１つ又は複数のメモリ１０４は、別のデバイスの一部であってもよい。メモリ１０４は、得られた超音波データ、及び／又は装置１００のプロセッサ１０２によって、或いは装置１００の外部にある任意のインタフェース、メモリ、又はデバイスから受け取ったか、計算されたか、又は決定された任意の他の情報又はデータを格納するために使用される。プロセッサ１０２は、得られた超音波データ、及び／又はプロセッサによって受信されたか、計算されたか、又は決定された任意の他の情報又はデータを格納するためにメモリ１０４を制御するように構成される。

いくつかの実施形態では、メモリ１０４は複数のサブメモリを含み、各サブメモリは命令データを格納することができる。例えば、少なくとも１つのサブメモリは、命令のセットの少なくとも１つの命令を表す命令データを格納し、一方、少なくとも１つの他のサブメモリは、命令のセットの少なくとも１つの他の命令を表す命令データを格納する。

図１は、本開示のこの態様を示すために必要とされる構成要素のみを示しており、実際の実施態様では、装置１００は、図示のものに加えて追加の構成要素を含んでもよいことを認識されよう。例えば、装置１００は、ディスプレイをさらに含む。ディスプレイは、例えば、コンピュータスクリーン、及び／又は携帯電話又はタブレットのスクリーンを含む。この装置は、例えば、本明細書に記載の方法で使用される初期入力パラメータを提供するために、ユーザが装置と対話できるようにするキーボード、マウス、又は他の入力デバイスなどのユーザ入力デバイスをさらに含む。装置１００は、装置１００に電力を供給するためのバッテリ又は他の電源、或いは装置１００を主電源に接続するための手段を含む。

いくつかの実施形態では、装置１００は、超音波システムに含まれる。例えば、超音波システムは、上述の装置１００を含み、さらに、トランスデューサを含み、トランスデューサを用いて超音波画像データのシーケンスを記録することができる。

いくつかの実施形態では、超音波システムは、ディスプレイをさらに含む。プロセッサは、超音波画像データ及び／又はドップラモードで得られた超音波データをディスプレイに表示するための命令をディスプレイに送るようにされる。プロセッサは、さらに、超音波トランスデューサがイメージングモードで動作しているか又はドップラモードで動作しているかの指示をディスプレイに提供させるための命令をディスプレイに送るようにされる。

以下で説明するいくつかの実施形態では、超音波システムは、ウェアラブル「パッチ」中に配置されたトランスデューサのアレイを含む。パッチは、アレイ内の各トランスデューサを個々に作動させるための駆動電子機器を含む。トランスデューサは、それぞれのトランスデューサの方位を決定するためのセンサ（例えば、慣性計測ユニットＩＭＵセンサなど）をさらに取り付けられる。

図２は、例示の超音波システム２００を示す。超音波システム２００は、上述の装置１００を含む。他の実施形態では、超音波システム２００の構成要素は、以下で説明する方法１０００を実行するように適合される。

システム２００は、超音波を送信し、エコー情報を受信するためのトランスデューサアレイ６を有するアレイトランスデューサプローブ４を含む。トランスデューサアレイ６は、ＣＭＵＴトランスデューサ、ＰＺＴ若しくはＰＶＤＦなどの材料から形成された圧電トランスデューサ、又は任意の他の適切なトランスデューサ技術を含む。この例では、トランスデューサアレイ６は、関心領域の２Ｄ平面又は３次元ボリュームのいずれかをスキャンすることができるトランスデューサの２次元アレイ８である。別の例では、トランスデューサアレイは、１Ｄアレイである。

トランスデューサアレイ６は、トランスデューサ要素による信号の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、米国特許第５，９９７，４７９号（Ｓａｖｏｒｄら）、米国特許第６，０１３，０３２号（Ｓａｖｏｒｄ）、及び米国特許第６，６２３，４３２号（Ｐｏｗｅｒｓら）に記載されているように、トランスデューサの「グループ」又は「パッチ」と一般に呼ばれるサブアレイによって受信された信号を少なくとも部分的にビーム形成することができる。

代替実施形態では、マイクロビームフォーマ１２の代わりに、トランスデューサアレイが、主システムビームフォーマ（図２には図示せず）によって直接操作される。

システム２００は、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１６をさらに含み、それは、マイクロビームフォーマ１２に結合し、送信モードと受信モードとの間でアレイを切り替える。

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によってマイクロビームフォーマに結合されたトランスデューサコントローラ１８と、ユーザインタフェース又は制御パネル３８のユーザ操作からの入力を受け取る主送信ビームフォーマ（図示せず）とによって指示される。コントローラ１８は、送信モード中にアレイ６のトランスデューサ要素を駆動する（直接又はマイクロビームフォーマを介して）ように構成された送信回路を含む。

マイクロビームフォーマ１２の代わりに、トランスデューサアレイが主システムビームフォーマによって直接操作される代替実施形態では、Ｔ／Ｒスイッチ１６が、主ビームフォーマ２０を高エネルギー送信信号から保護することに留意されたい。

典型的なラインごとのイメージングシーケンスでは、プローブ内のビーム形成システムは以下のように動作する。送信中、ビームフォーマ（実施態様に応じてマイクロビームフォーマ又は主システムビームフォーマである）は、トランスデューサアレイ又はトランスデューサアレイのサブアパーチャを作動させる。サブアパーチャは、より大きいアレイ内のトランスデューサの１次元ライン又はトランスデューサの２次元パッチである。送信モードでは、アレイ又はアレイのサブアパーチャによって生成された超音波ビームの集束及びステアリングは、以下で説明するように制御される。

対象者から後方散乱エコー信号を受信すると、受信信号は、受信信号を整列させるために受信ビーム形成（以下で説明するような）を受け、サブアパーチャが使用されている場合には、次いで、サブアパーチャは、例えば１つのトランスデューサ要素だけシフトされる。次いで、シフトされたサブアパーチャが作動され、このプロセスは、トランスデューサアレイのトランスデューサ要素のすべてが作動されるまで繰り返される。

各ライン（又はサブアパーチャ）について、最終超音波画像の関連ラインを形成するために使用される全受信信号は、受信期間中に所与のサブアパーチャのトランスデューサ要素によって測定された電圧信号の合計である。以下のビーム形成プロセスに続く、結果として得られるライン信号は、一般に、無線周波数（ＲＦ）データと呼ばれる。次いで、様々なサブアパーチャによって生成された各ライン信号（ＲＦデータセット）は、最終超音波画像のラインを生成するために追加の処理を受ける。時間に伴うライン信号の振幅の変化は、深さに伴う超音波画像の輝度の変化に寄与し、高振幅ピークは、最終画像における明るいピクセル（又はピクセルの集合）に対応する。ライン信号の始めの近くに現われるピークは、浅い構造からのエコーを表し、一方、ライン信号において次第に遅れて現われるピークは、対象者内の深さが増加したところの構造からのエコーを表す。

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うちの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から真っ直ぐ前方に（トランスデューサアレイに対して直角に）、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る。送信ビームのステアリング及び集束は、トランスデューサ要素作動時間に応じて制御される。

一般的な超音波データ取得では、２つの方法、すなわち、平面波イメージング及び「ビームステアリング」イメージングが区別される。２つの方法は、送信モード（「ビームステアリング」イメージング）及び／又は受信モード（平面波イメージング及び「ビームステアリング」イメージング）におけるビーム形成の存在によって区別される。

最初に集束機能に目を向けると、トランスデューサ要素のすべてを同時に作動させることによって、トランスデューサアレイは、対象者を通って進むにつれて発散する平面波を生成する。この場合、超音波のビームは集束されないままである。トランスデューサの作動に位置依存時間遅延を導入することによって、ビームの波面を焦点ゾーンと呼ばれる所望の点に収束させることが可能である。焦点ゾーンは、横方向ビーム幅が送信ビーム幅の半分未満である点として定義される。このようにして、最終超音波画像の横方向解像度が改善される。

例えば、時間遅延により、トランスデューサ要素が、最も外側の要素から始まり、トランスデューサアレイの中央要素で終るように連続して作動する場合、焦点ゾーンは、中央要素と同一直線上でプローブから所与の距離離れたところに形成される。プローブからの焦点ゾーンの距離は、トランスデューサ要素作動の後続の各繰り返しの間の時間遅延に応じて変わる。ビームが焦点ゾーンを通過した後、ビームは、発散し始め、遠視野イメージング領域を形成する。トランスデューサアレイのすぐ近くに位置する焦点ゾーンでは、超音波ビームは、遠視野で急速に発散し、それは、最終画像にビーム幅アーチファクトを引き起すことに留意されたい。一般に、トランスデューサアレイと焦点ゾーンとの間に位置する近距離場は、超音波ビームの大きい重なりに起因して細部をほとんど示さない。したがって、焦点ゾーンの場所を変更すると、最終画像の品質がかなり大きく変化する。

送信モードでは、超音波画像が多数の焦点ゾーン（その各々が異なる送信焦点を有する）に分割されない限り、１つの焦点のみが定義されることに留意されたい。

加えて、対象者の内部からのエコー信号を受信すると、受信集束を行うために上述のプロセスの逆を実行することが可能である。言い換えれば、入力信号は、トランスデューサ要素によって受信され、電子遅延時間を受け、その後、信号処理のためにシステムに渡される。この最も単純な例は、遅延和ビーム形成と呼ばれる。時間の関数としてトランスデューサアレイの受信集束を動的に調節することが可能である。

次にビームステアリングの機能に目を向けると、時間遅延をトランスデューサ要素に正しく適用することにより、超音波ビームがトランスデューサアレイを出るときに、超音波ビームに所望の角度を与えることが可能である。例えば、トランスデューサアレイの第１の側のトランスデューサを作動させ、それに続いて、アレイの反対側で終了するシーケンスで残りのトランスデューサを作動させることによって、ビームの波面は、第２の側に向かって角度を付けられる。トランスデューサアレイの法線に対するステアリング角の大きさは、後続のトランスデューサ要素の作動間の遅延時間の大きさに依存する。

さらに、ステアリングビームを集束させることが可能であり、各トランスデューサ要素に適用される全時間遅延は、集束遅延時間とステアリング遅延時間との両方の合計である。この場合、トランスデューサアレイは、フェーズドアレイと呼ばれる。

作動のためにＤＣバイアス電圧を必要とするＣＭＵＴトランスデューサの場合には、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ＤＣバイアス制御部４５を制御するために結合される。ＤＣバイアス制御部４５は、ＣＭＵＴトランスデューサ要素に印加されるＤＣバイアス電圧を設定する。

トランスデューサアレイのトランスデューサ要素ごとに、一般にチャネルデータと呼ばれるアナログ超音波信号が、受信チャネルを介してシステムに入る。受信チャネルにおいて、部分的にビーム形成された信号が、チャネルデータからマイクロビームフォーマ１２によって作り出され、次いで、主受信ビームフォーマ２０に渡され、トランスデューサの個々のパッチからの部分的にビーム形成された信号が、無線周波数（ＲＦ）データと呼ばれる完全にビーム形成された信号に組み合わされる。各段階において実行されるビーム形成は、上述のように行われてもよく、又は追加の機能を含んでもよい。例えば、主ビームフォーマ２０は、１２８個のチャネルを有し、その各々は、数十個又は数百個のトランスデューサ要素のパッチから部分的にビーム形成された信号を受信する。このようにして、トランスデューサアレイの数千個のトランスデューサによって受信された信号は、単一のビーム形成された信号に効率的に寄与する。

ビーム形成された受信信号は、信号プロセッサ２２に結合される。信号プロセッサ２２は、様々なやり方、例えば、帯域通過フィルタリング、デシメーション、Ｉ成分及びＱ成分の分離、並びに組織及びマイクロバブルから戻される非線形（基本周波数の高調波）エコー信号の識別を可能にするために線形信号と非線形信号を分離するように作用する高調波信号分離などで受信エコー信号を処理する。信号プロセッサは、さらに、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増強を実行する。信号プロセッサ内の帯域通過フィルタは、トラッキングフィルタとすることができ、その通過帯域は、エコー信号が次第に増加する深さから受信されるにつれて、より高い周波数帯域からより低い周波数帯にスライドし、それによって、一般に解剖学的情報が欠けるより大きい深さからのより高い周波数のノイズを阻止する。

送信用及び受信用のビームフォーマは、異なるハードウェアで実装され、異なる機能を有することができる。当然、受信器ビームフォーマは、送信ビームフォーマの特性を考慮に入れるように設計される。図２において、簡単にするために、受信器ビームフォーマ１２、２０のみが示されている。完全なシステムでは、送信マイクロビームフォーマ及び主送信ビームフォーマを有する送信チェーンも存在する。

マイクロビームフォーマ１２の機能は、アナログ信号経路の数を減少させるために信号の初期組合せを行うことである。これは、一般に、アナログドメインで実行される。

最終ビーム形成は、主ビームフォーマ２０で行われ、一般に、デジタル化の後である。

送信チャネル及び受信チャネルは、固定周波数帯域を有する同じトランスデューサアレイ６を使用する。しかしながら、送信パルスが占める帯域幅は、使用される送信ビーム形成に応じて変わる場合がある。受信チャネルは、トランスデューサ帯域幅全体を捕捉する（これは従来の手法である）か、又は帯域通過処理を使用することによって、所望の情報（例えば、主高調波の高調波）を含む帯域幅のみを抽出する。

次いで、ＲＦ信号は、Ｂモード（すなわち、輝度モード又は２Ｄイメージングモード）プロセッサ２６及びドップラプロセッサ２８に結合される。Ｂモードプロセッサ２６は、臓器組織及び血管などの体内の構造をイメージングするために、受信した超音波信号に振幅検出を実行する。ラインごとのイメージングの場合、各ライン（ビーム）は、関連するＲＦ信号によって表され、その振幅は、Ｂモード画像のピクセルに割り当てられるべき輝度値を生成するために使用される。画像内のピクセルの正確な場所は、ＲＦ信号に沿った関連する振幅測定の場所と、ＲＦ信号のライン（ビーム）番号とによって決定される。そのような構造のＢモード画像は、米国特許第６，２８３，９１９号（Ｒｏｕｎｄｈｉｌｌら）及び米国特許第６，４５８，０８３号（Ｊａｇｏら）に記載されているように、高調波画像モード若しくは基本画像モードで、又は両方の組合せで形成される。ドップラプロセッサ２８は、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生じる時間的に異なる信号を処理する。ドップラプロセッサ２８は、一般に、体内の選択されたタイプの物質から戻されるエコーを通過させるか又は阻止するように設定されたパラメータをもつウォールフィルタを含む。

Ｂモードプロセッサ及びドップラプロセッサによって作り出された構造信号及び動き信号は、スキャンコンバータ３２及び多平面リフォーマッタ４４に結合される。スキャンコンバータ３２は、エコー信号を、それが受信された空間的関係で、所望の画像フォーマットで配置する。言い換えれば、スキャンコンバータは、ＲＦデータを、円筒座標系から、超音波画像を画像ディスプレイ４０上に表示するのに適切であるデカルト座標系に変換するように機能する。Ｂモードイメージングの場合、所与の座標におけるピクセルの輝度は、その場所から受信したＲＦ信号の振幅に比例する。例えば、スキャンコンバータは、エコー信号を、２次元（２Ｄ）扇形フォーマット、又はピラミッド形３次元（３Ｄ）画像に配列する。スキャンコンバータは、Ｂモード構造画像に、画像フィールドの点における動きに対応する色をオーバーレイする。ドップラ推定速度は、所与の色を作り出す。組み合わされたＢモード構造画像及びカラードップラ画像は、構造画像フィールド内の組織の動き及び血流を示す。多平面リフォーマッタは、米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）に記載されているように、体のボリュメトリック領域内の共通平面における点から受信した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、米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎら）に記載されているように、３Ｄデータセットのエコー信号を所与の基準点から見た投影３Ｄ画像に変換する。

２Ｄ画像又は３Ｄ画像は、画像ディスプレイ４０で表示するためのさらなる強調、バッファリング、及び一時的ストレージのために、スキャンコンバータ３２、多平面リフォーマッタ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。イメージングプロセッサは、例えば、例えば強い減衰器又は屈折によって引き起こされる音響シャドーイング、例えば弱い減衰器によって引き起こされる後方増強、例えば、高反射組織界面が近接して位置する場合の残響アーチファクトなどのような特定のイメージングアーチファクトを最終超音波画像から取り除くように適合される。加えて、画像プロセッサは、最終超音波画像のコントラストを改善するために、特定のスペックル減少機能を扱うように適合される。

イメージングのために使用されることに加えて、ドップラプロセッサ２８によって作り出される血流値と、Ｂモードプロセッサ２６によって作り出される組織構造情報とは、定量化プロセッサ３４に結合される。定量化プロセッサは、画像内の測定を行うために使用される。定量化プロセッサは、以下で詳細に説明するように、ユーザ制御パネル３８から入力を受け取る。

定量化プロセッサからの出力データは、ディスプレイ４０上の画像により測定グラフィックス及び値を再生するために、及び表示デバイス４０からのオーディオ出力の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はまた、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。これらのグラフィックオーバーレイは、患者名、画像の日時、イメージングパラメータなどのような標準識別情報を含む。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フェース３８から受け取る。グラフィックスオーバレイは、トランスデューサがドップラモードでモニタしているかイメージングモードでモニタしているかなどの情報をさらに含む。ユーザインタフェースはまた、トランスデューサアレイ６からの超音波信号の生成、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作り出される画像を制御するために送信コントローラ１８に結合される。コントローラ１８の送信制御機能は、実行される機能のうちの１つにすぎない。コントローラ１８はまた、動作モード（ユーザにより与えられる）、並びに対応する必要とされる送信機構成と受信器アナログーデジタルコンバータにおける帯域通過構成とを考慮に入れる。コントローラ１８は、固定状態をもつステートマシンとすることができる。

ユーザインタフェースはまた、多平面再フォーマット（ＭＰＲ）画像の画像フィールドにおいて定量化処置を実行するために使用される多数のＭＰＲ画像の平面の選択及び制御のために多平面リフォーマッタ４４に結合される。

上述で提供された詳細及び図２に示された構成要素は、単なる例であること、及び超音波システムは、図２に示されたものと異なる構成要素を有してもよいことを当業者は認識するであろう。

ここで、図１に戻り、プロセッサ１０２の機能を参照すると、一般に、イメージングモードの１つ又は複数のトランスデューサは、胎児の位置を特定する（例えば、母親の胃の表面上でプローブを移動させることによって）ために使用される。胎児の位置が特定されると、プロセッサは、位置を特定された胎児の心拍数のその後のモニタリングのためにドップラモードに切り替えるようにプローブに命令する。このようにして、例えば母体の心臓又は母体の血管系の他の構成要素とは対照的に、モニタされるのは胎児心臓であることが保証される。このようにして、これにより、胎児心臓モニタの配置の改善が促進される。

より詳細には、上記のように、プロセッサ１０２は、ステップｉ）において、超音波トランスデューサから超音波画像データを得るようにされる。

一般に、この方法は、例えば、ライブ超音波検査の一部として実時間で実行される。例えば、陣痛中の産科モニタリングのために実行される。例えば、プロセッサは、例えばイメージングモード動作又はＢモード動作でプローブから超音波画像データを得るようにされる。超音波画像データは、母親の子宮をイメージングするために、胎児の母親の腹部に配置されたプローブから得られる。したがって、ステップｉ）において、得られた超音波画像データは、子宮の超音波画像データを含む。

いくつかの実施形態では、単一の超音波トランスデューサが使用される。例えば、超音波トランスデューサは、プローブの一部を形成する。そのようなプローブは、イメージングモードの間、母親の腹部上を移動され（例えば臨床医によって）、心臓の場所が画像データの中で突きとめられると、ドップラモードに切り替えられる。ドップラモードになると、プローブは、所定の位置に、例えば、従来のストラップ又はベルトを使用して保持される。

他の実施形態では、超音波トランスデューサは、トランスデューサのアレイの一部を形成する（例えば、トランスデューサのアレイのうちの１つである）。例えば、容量性微細加工超音波トランスデューサＣＭＵＴのアレイである。トランスデューサのアレイは、例えば、ウェアラブル超音波パッチとして配置される。

そのようなアレイ内のトランスデューサは、例えば、２Ｄマトリクスで配置された容量性微細機械加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）を含む。ＣＭＵＴセンサは、駆動電子機器を共有することができる。このようにして、母親の腹部の区域にわたって小さい携帯型超音波プローブを移動させることによって胎児心臓の位置を特定しようとする代わりに、大きい視野の超音波システムが、母親の腹部の大きい容積をイメージングするように形成される。多数のＣＭＵＴセンサが、可撓性相互接続部に搭載され、各デバイスのＤＣバイアス電極を利用することによって駆動電子機器に多重化される。各ＣＭＵＴアレイは、ＤＣ電圧（バイアス電圧とも呼ばれる）によって作動される。ＤＣ電圧が単一のＣＭＵＴに印加されるとすぐに、単一のＣＭＵＴは、超音波を送受信する。ＤＣバイアス電圧をＤＣバイアス電極から切り離すことによって、超音波センサは、フローティングのままになり、それゆえに、セットの選択されたセンサの動作に影響を及ぼさない。駆動電子機器は、選択されたセットのＣＭＵＴセルを駆動し、読み出すためのものである。

各超音波トランスデューサは、さらに、それぞれの超音波トランスデューサの方位を決定するためのセンサに関連づけられる。例えば、位置センサである。いくつかの実施形態では、各トランスデューサは、それぞれの慣性測定ユニット（ＩＭＵ）センサに関連づけられる（例えば、取り付けられる）。そのような実施形態では、プロセッサは、さらに、複数のＩＭＵセンサからデータを得るようにされ、各ＩＭＵは、トランスデューサのアレイ内のそれぞれのトランスデューサに取り付けられる。次いで、プロセッサは、ＩＭＵセンサからのデータを使用して、各それぞれのトランスデューサの方位を決定するようにされる。プロセッサは、例えば、さらに、以下でより詳細に説明するように、ＩＭＵセンサからのデータから第１の胎児の絶対位置（例えば、胎位）を決定する。

本明細書の一実施形態によるトランスデューサ３０２のアレイを示す例示のトランスデューサアレイ３００が図３に示される。この実施形態では、ｎ×ｎ ２Ｄ ＣＭＵＴセンサが、フレックスＰＣＢ３０２上に配置される（２０ｍｍ隔てて）。この実施形態では、すべてのＣＭＵＴセンサの上に、９軸ＩＭＵセンサ３０６が配置される。ＩＭＵセンサは、フレックス上のＣＭＵＴセンサの絶対方位を提供する。ＣＭＵＴ制御システム３０８は、アレイ内の各ＣＭＵＴがいつ作動されるかを制御する（例えば、ＣＭＵＴ制御システム３０８は、以下で説明するように、各ＣＭＵＴを順々に作動させる）。この実施形態では、ＣＭＵＴアレイフレックスは、Ｂモードイメージング及び連続波ドップラモードをサポートするマイクロビームフォーマからなる画像取得システム３１０に接続される。生のＲＦデータ及びＩＭＵデータが、アレイ内のトランスデューサ３０２から画像取得システム３１０に送られる。データは、以下で説明するようなステップｉｉ）～ｉｖ）を実行するために、画像取得システムからの得られた超音波画像を分析するホストシステム３１２（装置１００など）によって分析される。

超音波画像が、ステップｉ）において超音波トランスデューサのアレイ（例えば、図３のＣＭＵＴセンサなど）から取得される実施形態では、超音波画像のシーケンスが、次々に順々に超音波トランスデューサのアレイを作動させることによって超音波トランスデューサから得られる。

図１のプロセッサに戻って参照すると、超音波トランスデューサから超音波画像データを得た後、プロセッサは、ステップｉｉ）を実行し、超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定する。

いくつかの実施形態では、ステップｉｉ）は、機械学習を使用して実行される。例えば、プロセッサは、超音波画像内の胎児心臓の位置を特定するように訓練された第１の機械学習モデルを使用して、超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定するようにされる。例えば、心臓の検出は、深層学習技法を使用して実行される。例えば、畳み込みニューラルネットワークなどのニューラルネットワークが使用される。当業者は、機械学習モデルと、画像内の物体の場所を決定する（例えば、逆伝播及び勾配降下を介して）ように機械学習モデルを訓練する方法とに精通しているであろう。当業者は，これらが単に例であること、及び他のタイプのモデルも超音波画像内の胎児心臓を検出するように訓練されてもよいことを認識するであろう．

一例として、Ｙｏｕ Ｏｎｌｙ Ｌｏｏｋ Ｏｎｃｅ（ＹＯＬＯ）ベースの心臓検出が、心臓の場所を突き止めるために使用される。ＹＯＬＯは、Ｊ．Ｒｅｄｍｏｎ及びＡ．Ｆａｒｈａｄｉによる表題「Ｙｏｌｏｖ３： Ａｎ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ」 ａｒＸｉｖ ｐｒｅｐｒｉｎｔ ａｒＸｉｖ：１８０４．０２７６７， ２０１８という論文に記載されている。ＹＯＬＯは、特定の物体を検出するために単一のニューラルネットワークを全画像に適用する領域提案ネットワークである。このネットワークは、画像を領域に分割し、領域ごとにバウンディングボックス及び確率を予測する。ＹＯＬＯは、入力画像をＳ×Ｓグリッドに分割する。物体の中心がグリッドセルに入る場合、そのグリッドセルは、その物体の検出に関与する。各グリッドセルは、バウンディングボックスと、それらのボックスの信頼度スコアとを予測する。これらのスコアは、ボックスに含まれる物体モデルの信頼性と、予測された物体を含むボックスの精度とを反映する。各バウンディングボックスは、５つの予測、すなわち、ｘ、ｙ、ｗ、ｈ、及び信頼度からなる。（ｘ，ｙ）座標は、グリッドセルの境界に対するボックスの中心を表す。幅（ｗ）及び高さ（ｈ）は、全体画像に対して予測される。

超音波画像のシーケンスが、超音波センサのアレイから取得される実施形態では、シーケンス内の各超音波画像が順番に分析されて、画像が胎児心臓の画像を含むかどうかが決定される。例えば、超音波（例えば、ＣＭＵＴ）センサの方位は、超音波トランスデューサに統合される方位センサ（上述のＩＭＵセンサなど）を使用して母体の方位に対して検出される。子宮の底端対子宮の頚部端の自動検出は、深層学習技法を使用して実行される。深層学習技法は，さらに、胎児脊椎及び胎児頭部を検出するために使用される。これにより、胎児の胎位の検出が可能になる。画像のシーケンスが得られる場合、アレイ内の１つの超音波トランスデューサが、グリッドを横切って一度に一つずつ順々に作動される。これは、心臓が画像のうちの１つで（例えば、トランスデューサのうちの１つから）検出されるまで繰り返される。

ＹＯＬＯ出力の信頼度レベルは回帰であり、それは、出力バウンディングボックスとグラウンドトゥルースバウンディングボックスとの間のユニオンの交点（ＩＯＵ）を出力するように訓練される。例示の出力が図４に示され、図４は、胎児心臓４０２の超音波画像４００と、ＹＯＬＯモデルによって出力された胎児心臓４０２上のバウンディングボックス４０４とを示し、この画像は、単一のＣＭＵＴセンサから生じている。

一般に、ＹＯＬＯモデルは、超音波画像内の胎児心臓の場所を決定するために使用される。例えば、心臓の深さが得られる。トランスデューサのアレイが使用される実施形態では、ＹＯＬＯモデルは、トランスデューサのアレイ内のどのトランスデューサの視野内に胎児心臓があるかを決定するために使用される。

例えば、一般に、ステップｉｉ）の出力は、胎児心臓の深さの指示、スキャンライン番号、及び／又は胎児心臓が検出された超音波トランスデューサの指示を含む（例えば、トランスデューサのアレイが使用される例では）。

図１に戻って参照すると、ステップｉｉｉ）において、プロセッサ１０２は、次いで、ドップラモードに切り替えるように超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを超音波トランスデューサに送るようにされ、第１の胎児の心臓の決定された場所（例えば、深さ及び／又はスキャンライン）は、ドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される。例えば、場所（例えば、深さ及び／又はスキャンライン）は、ドップラモードのためのドップラゲートを設定するために使用される。

ＹＯＬＯが使用される実施形態では、胎児心臓が検出されると、ｍモードを有効にしなければならない深さ及び角度５０４が決定され、イメージングシステムに渡される。

ＹＯＬＯモデルの出力は、ドップラモードの場所を設定するために使用される、例えば、ＹＯＬＯモデルによって予測されたバウンディングボックスの中心は、スキャンラインが通過する点を決定するために使用される。スキャンラインの角度も決定される。図５は、深さ情報からの計算されたスキャンライン５０２を示す。これは、既知のやり方で決定される。この情報は、次いで、ドップラモードのターゲット場所を設定するために（例えば、ドップラゲートを設定するために）使用される。

ステップｉｖ）において、プロセッサは、次いで、ドップラモードで得られた超音波データを使用して第１の胎児の心拍をモニタする。これは、既知のやり方で実行される。

ステップｉ）においてトランスデューサのアレイ内の各トランスデューサからの超音波画像データが得られる上述の実施形態では、プロセッサは、第１の胎児の心臓のビューを有する第１の超音波トランスデューサをトランスデューサのアレイから選択し、第１の超音波トランスデューサと、第１の超音波トランスデューサを使用して得られた超音波画像データとに対してステップｉｉ）、ｉｉｉ）、及びｉｖ）を実行する。

言い換えれば、プロセッサは、ｉ）超音波トランスデューサのアレイから超音波画像データ（例えば、上述のような超音波画像のシーケンス）を得て、第１の胎児の心臓のビューを有する第１の超音波トランスデューサをトランスデューサのアレイから選択することと、ｉｉ）第１のトランスデューサからの超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定することと、ｉｉｉ）ドップラモードに切り替えるように第１の超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを第１の超音波トランスデューサに送ることであって、第１の胎児の心臓の決定された場所がドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送ることと、ｉｖ）第１のトランスデューサからドップラモードで得られた超音波データを使用して第１の胎児の心拍をモニタすることとを行う。

例えば、プロセッサは、胎児心臓モニタリングを実行するために、心臓の画像を有するアレイ内のトランスデューサをドップラモードに切り替えさせる。このようにして、アレイは、胎児心臓の場所を決定するためにイメージングモードで使用され、次いで、心臓の最良のビューを有するトランスデューサは、胎児モニタリングのためにドップラモードに切り替えられる。したがって、超音波検査者／臨床医は、超音波トランスデューサプローブの最適位置を手動で決定する必要はなく、最適な位置にあるトランスデューサが、自動化されたやり方で選択される。

上述のように、胎児及び／又は母親の動きは、経時的に超音波トランスデューサの配置が更新される必要があることを意味する。又はトランスデューサのアレイの場合には、アレイ内の異なるトランスデューサ（例えば、別のトランスデューサ又は第２のトランスデューサ）が、胎児心臓を最適にモニタするためにより適切に配置される。

したがって、実施形態によっては、プロセッサは、さらに、胎児心臓の位置を再特定するために、ステップｉ）～ｉｖ）を繰り返す。例えば、ステップｉ）～ｉｖ）は、周期的な時間間隔で実行される／繰り返される。これは、胎児心臓の場所が定期的にモニタされることを保証する。言い換えれば、プロセッサは、胎児心臓（又は以下で説明するように多胎児の場合の複数の心臓）が可視及び可聴であることを保証するために、トランスデューサに、イメージングモード＋ドップラモードの間で断続的に（例えば、「ｎ」分ごとに）切り替えさせる。

他の例では、ステップｉ）～ｉｖ）は、第１の胎児の心拍の可聴性が、ドップラモードで得られた超音波データにおいて閾値可聴性を下回る場合、代替として又は追加として繰り返される。言い換えれば、心拍信号の品質が劣化し始めるか、又は閾値より下に劣化した場合、これは、心臓の位置を再特定するために装置１００をトリガする。

他の例では、ステップｉ）～ｉｖ）は、心拍の信号対ノイズの大きさが閾値信号対ノイズレベルを下回る場合、及び／又はモニタされている心拍が中断される（又は曖昧になる）場合、代替として又は追加として、繰り返される。

イメージング＋ドップラモードに切り替えると、装置は、胎児心臓の場所を再度突き止める（例えば、上述のように深層学習アルゴリズムを使用して）か、又は胎児心臓の位置及び深さを再確認し、次いで、それに応じて、ドップラモードに切り替える。したがって、心臓は終始適切にモニタされることが保証される。

このプロセスが、本明細書のいくつかの実施形態による例示のプロセス６００を示す図６に示される。この実施形態では、ＣＭＵＴパッチ６０２に搭載されたトランスデューサのアレイがある。パッチは、ＣＭＵＴ選択ＰＣＢ６０４の形態の駆動電子機器を有し、アレイ内の各トランスデューサは、それに取り付けられたＩＭＵセンサ６０６を有する。パッチは、オイラー角及び画像データを装置１００に提供する。装置１００は、トランスデューサのアレイ内の各トランスデューサから超音波画像データを得／受信し（例えば、上述のステップｉ）（画像データが得られたことのチェック６０８を実行してもよい）、超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定するために各トランスデューサからの画像データを分析する。図６に示されたこの実施形態では、ＹＯＬＯネットワーク６１０が、心臓の場所を識別及び決定する（上述のように）ために使用される。姿勢推定６１２は、心臓の方位を決定する、及び／又は多数の胎児の場合には個々の心臓を識別する（これは、図７～図９に関して以下で詳細に説明する）ために使用される。次いで、装置１００は、第１の胎児の心臓のビュー（ＹＯＬＯによって決定されるような）を有する第１の超音波トランスデューサをトランスデューサのアレイから選択する。次いで、装置は、ドップラモードに切り替える（例えば、ドップラモードを作動させる）ように、選択された第１の超音波トランスデューサ６０４に命令するためのメッセージ６１４を、選択された第１の超音波トランスデューサに送る。上記のように、第１の胎児の心臓の決定された場所が、ドップラモードのターゲット場所を設定する（例えば、ドップラモードのためのドップラゲートを設定する）ために使用される。胎児心臓の場所は、トランスデューサ６０２上のＩＭＵセンサ６０６からのデータを少なくとも部分的に使用して決定される。ステップ６１６において、次いで、第１の胎児の心拍が、ドップラモードで、選択された第１のトランスデューサから得られた超音波データを使用してモニタされる６１６。装置は、ドップラ信号の品質（例えば、信号対ノイズ）をモニタし６１８、信号が閾値品質を下回る場合、イメージングモードに切り替え超音波画像データを取得するようにトランスデューサに命令するための指示が、トランスデューサのアレイに送られる。次いで、そのプロセスが繰り返される。このようにして、イメージングモード及びドップラモードが、臨床医からの入力の必要なしに、胎児心臓を効率的に確実にモニタするために使用される。

上記のように、多胎児（例えば、双胎、三胎など）を含む妊娠は、各胎児の心拍が別々にモニタされる必要があるので、さらなる課題を提起する。胎児心拍は、例えば、各信号を正しい胎児に帰属させ、ある心拍を他の心拍と混同することなしに、分離され、確実にモニタされる必要がある。経時的な胎児の動きが、これをさらに複雑にする。

広い視野をもつ単一のトランスデューサの場合、単一のトランスデューサが、第２の（及びそれに続く）胎児心臓をイメージングするために使用される。例えば、ステップｉｉ）～ｉｖ）が、同じ画像内の２つ以上の心臓に実行される。

多胎妊娠の場合、上述のようなトランスデューサのアレイにより、各胎児の心臓を連続的にモニタすることが可能になる。例えば、プロセッサは、さらに、第２の胎児の心臓のビューを有する第２の超音波トランスデューサをトランスデューサのアレイから選択し、第２の超音波トランスデューサと、第２の胎児の心拍の第２の超音波トランスデューサからの超音波画像データとに対してステップｉｉ）、ｉｉｉ）、及びｉｖ）を実行する。

言い換えれば、プロセッサは、ｉ）超音波トランスデューサのアレイから超音波画像データを得、第１の胎児の心臓のビューを有する第１の超音波トランスデューサをトランスデューサのアレイから選択し、第２の胎児の心臓のビューを有する第２の超音波トランスデューサをトランスデューサのアレイから選択することと、ｉｉ）第１のトランスデューサからの超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定し、第２のトランスデューサからの超音波画像データ内の第２の胎児の心臓の場所を決定することと、ｉｉｉ）ドップラモードに切り替えるように第１の超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを第１の超音波トランスデューサに送ることであって、第１の胎児の心臓の決定された場所が第１の超音波トランスデューサのドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送ること、及びドップラモードに切り替えるように第２の超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを第２の超音波トランスデューサに送ることであって、第２の胎児の心臓の決定された場所が、第２の超音波トランスデューサドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送ることと、ｉｖ）第１のトランスデューサからドップラモードで得られた超音波データを使用して第１の胎児の心拍をモニタし、第２のトランスデューサからドップラモードで得られた超音波データを使用して第２の胎児の心拍をモニタすることとを行う。

当業者は、このプロセスが、さらに、第３の胎児及び／又はそれに続く胎児に一般化されることを認識するであろう。

多胎児をモニタするときの現在のＦＨＲモニタにおける問題の１つは、現在のＦＨＲモニタが、多数の心臓を、すなわち、どのＦＨＲがどの胎児から来ているかを（容易に）区別することができないことである。これは、双胎がそれらのＦＨＲを揃える傾向があるので、さらに複雑になる。本明細書の実施形態では、各心拍が一貫して正しい胎児に帰属されることを保証するために各胎児を追跡する方法として、ランドマーク識別が提案される。例えば、各胎児心臓はわずかに異なり、したがって、各胎児心臓のランドマークのセットの相対位置に基づいて、第１の胎児の胎児心臓は、双胎妊娠における第２の胎児の胎児心臓と区別される（多胎児にも適用可能）。このようにして、キーとなる顕著な点が使用され、その結果、トランスデューサの再配置、及び／又は胎児の動きの後でさえ、胎児は常にタグづけされている。

したがって、いくつかの実施形態では、プロセッサ１０２は、さらに、第１の胎児の超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の第１の複数のランドマーク、及び第２の胎児の超音波画像データ内の第２の胎児の心臓の第２の複数のランドマークを決定するようにされる。次いで、プロセッサは、第１の胎児の心拍及び第２の胎児の心拍の継続的なモニタリングのために、第１の胎児を識別するための第１の複数のランドマーク及び第２の胎児を識別するための第２に複数のランドマークを使用して、新しい超音波画像データに対してステップｉ）～ｉｖ）を繰り返すようにされる

図７は、本明細書の例示の実施形態によるイメージング及びセンサ情報を使用して、２つの（又はそれ以上の）胎児心臓を識別し、タグづけし、モニタする方法７００を示す。この実施形態では、胎児心拍は、ＹＯＬＯ７０４（実時間物体検出器）からの情報と、それに続く、実時間深層学習ベースのいわゆる姿勢推定器からの情報と、多数のＩＭＵ（慣性計測ユニット）センサからの情報とを組み合わせることによってモニタされる。姿勢推定器は、例えば、Ｋｅ Ｓｕｎ、Ｂｉｎ Ｘｉａｏ、Ｄｏｎｇ Ｌｉｕ、及びＪｉｎｇｄｏｎｇ Ｗａｎｇによる表題「Ｄｅｅｐ ｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｆｏｒ ｈｕｍａｎ ｐｏｓｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ」 ＣｏＲＲ， ａｂｓ／１９０２．０９２１２， ２０１９という論文に記載されている。

この実施形態では、ＹＯＬＯ７０４は、トランスデューサのアレイから得られた（例えば、上述のステップｉ）に従って）超音波画像７０２上で実行される。ＹＯＬＯは、上述のステップｉｉ）を実行する（例えば、ＹＯＬＯは、超音波画像データ内の第１の胎児及び第２の胎児の心臓の場所を決定するために使用される）。図８は、例示のＹＯＬＯによって出力される例示の超音波画像８００及び例示のバウンディングボックス８０２、８０４を示す。図７に関して、特定の信頼度閾値を超える検出を含む任意のバウンディングボックス７０４は、次いで、トリミングされ７０６、姿勢推定器７０８に独立して送られて、各胎児心臓の姿勢が独立して推定される。姿勢推定器７０８は、第１の胎児の超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の第１の複数のランドマークと、第２の胎児の超音波画像データ内の第２の胎児の心臓の第２の複数のランドマークとを決定するように構成される。

この例では、姿勢識別は、胎児心臓のランドマークを検出する（例えば、回帰する）ディープニューラルネットワークを使用して実行される。一例が、心臓９００の画像内の複数のランドマーク９０４を示す図９ａに示される。一般に、ランドマークは、心臓の解剖学的構造内の点、及び／又は脊椎などの腹部の解剖学的構造上の点を含む。ランドマークの例には、限定はしないが、脊椎、クルックス、三尖弁接合部、アペックス、僧帽弁接合部、中心ＬＶ、中心ＲＶ、中心ＬＡ、中心ＲＡ、大動脈、三尖弁ｖ中点、及び僧帽弁ｖ中点が含まれる。姿勢識別子は、図９ｂに示されるように、第１の（及び／又は第２の）胎児の心臓のいくつかのランドマークを実時間で追跡するために使用される。ランドマークの相対的方位（例えば、互いに対する）は、心臓の方位を決定するために使用される。一例として、図９ｂに示されるように、脊椎－心臓クルックス－心尖の角度が、図９ｂに示されるように心臓軸９０６を決定するために使用される。心臓軸は、胎児の絶対方位を決定する。クルックスの位置（心臓の４つのチャンバの弁が接合する位置）は、超音波スキャンにおける心臓の中心の場所として使用される。

センサ情報が、画像情報に加えて使用される。例えば、図７の実施形態では、トランスデューサのアレイ内のトランスデューサに取り付けられたＩＭＵセンサ７１０（図３に関して上述したような）が、各それぞれのトランスデューサの扇ビーム形状７１２の位置及び方位を決定するために使用される。このようにして、ワールド座標系に対する各心臓の方位及び位置７１４が決定される。ドップラモードに切り替える（各胎児の心臓の決定された場所を使用して、例えばドップラモードのためのドップラゲートを設定することによってドップラモードのターゲット場所を設定する）ようにそれぞれの超音波トランスデューサに命令するためのメッセージが、各胎児心臓の見えるところのトランスデューサに送られ、このようにして、各心臓の心拍は、上述（ステップｉｉｉ及びｉｖに関する）のようにモニタされる（７１６）。

ドップラゲーティングを使用することにより、２つ以上のトランスデューサをドップラモードで同時に使用することができ、それにより、２つ以上の胎児のＦＨＲを同時にモニタすることができる。

胎児が動くとき、各心臓の位置及び方位は、前の位置及び方位に基づいて、上述で概説したステップを繰り返し、最近傍線形近似を使用することによって追跡される。

さらに、後続の取得は、赤ん坊の位置が主として緩やかな動きである（初期の妊娠期間における肢の１つ又は複数の動きと異なり）ことが分かっているので限定的なＦＯＶで実行される。いずれかの時点で、心臓が探索ウィンドウ内で検出されない場合、ＦＯＶが広げられ、ステップｉ）～ｉｖ）が、例えば、「合理的に達成可能な限り低く」（ＡＬＡＲＡ）原理に従って、新しいＦＯＶに対して繰り返される。このようにして、２つ以上の胎児の心臓は、確実にタグづけされ、陣痛中に、胎児が動くときでさえ、モニタされる。

次に図１０を参照すると、第１の胎児の心拍をモニタするコンピュータ実施方法がある。簡潔には、第１のステップ１００２において、方法は、ｉ）超音波トランスデューサから超音波画像データを得るステップを有する。第２のステップ１００４において、方法は、ｉｉ）超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定するステップを有する。第３のステップ１００６において、方法は、ｉｉｉ）ドップラモードに切り替えるように超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを超音波トランスデューサに送るステップであって、決定された場所がドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送るステップを有する。第４のステップ１００８において、方法は、ｉｖ）ドップラモードで得られた超音波データを使用して第１の胎児の心拍をモニタするステップを有する。

超音波トランスデューサから超音波画像データを得るステップは、装置１００に関して詳細に上述されており、そこに記載された詳細及び実施形態は、方法１０００に等しく適用されることを理解されるであろう。

超音波画像データ内の第１の胎児の心臓の場所を決定するステップは、装置１００に関して詳細に上述されており、そこに記載された詳細及び実施形態は、方法１０００に等しく適用されることを理解されるであろう。

ドップラモードに切り替えるように超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを超音波トランスデューサに送るステップであり、決定された場所がドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送るステップは、やはり、装置１００に関して上述されており、そこに記載された詳細及び実施形態は、方法１０００に等しく適用されることを理解されるであろう。

ドップラモードで得られた超音波データを使用して第１の胎児の心拍をモニタするステップはやはり、装置１００に関して上述されており、そこに記載された詳細及び実施形態は、方法１０００に等しく適用されることを理解されるであろう。

別の実施形態では、コンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品が提供され、コンピュータ可読媒体は、そこに具現化されたコンピュータ可読コードを有し、コンピュータ可読コードは、適切なコンピュータ又はプロセッサによる実行時に、コンピュータ又はプロセッサが本明細書に記載の１つ又は複数の方法を実行するようにされるように構成される。

したがって、本開示は、実施形態を実践するように適合されたコンピュータプログラム、特に、キャリア上又はキャリア内のコンピュータプログラムにも適用されることを認識されよう。プログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、コード中間ソース、及び部分的にコンパイルされた形態などのオブジェクトコードの形態、又は本明細書に記載の実施形態による方法の実施で使用するのに適した任意の他の形態とすることができる。

そのようなプログラムは、多くの異なるアーキテクチャ設計を有してもよいことをさらに認識されよう。例えば、方法又はシステムの機能を実施するプログラムコードは、１つ又は複数のサブルーチンに細分されてもよい。これらのサブルーチン間で機能を分散させる多くの異なるやり方は、当業者には明らかであろう。サブルーチンは、自己完結型プログラムを形成するために、１つの実行可能ファイルに一緒に格納されてもよい。そのような実行可能ファイルは、コンピュータ実行可能命令、例えば、プロセッサ命令及び／又はインタープリタ命令（例えば、Ｊａｖａインタプリタ命令）を含む。代替として、サブルーチンの１つ又は複数又はすべては、少なくとも１つの外部ライブラリファイルに格納され、例えば、実行時に、静的又は動的のいずれかで主プログラムにリンクされてもよい。主プログラムは、サブルーチンのうちの少なくとも１への少なくとも１つへの呼出しを含む。サブルーチンは、互いの関数呼出しをさらに含む。

コンピュータプログラムのキャリアは、プログラムを搬送することができる任意のエンティティ又はデバイスとすることができる。例えば、キャリアは、ＲＯＭ、例えばＣＤ ＲＯＭ又は半導体ＲＯＭ、或いは磁気記録媒体、例えばハードディスクなどのデータストレージを含む。さらに、キャリアは、電気ケーブル又は光ケーブルを介して、或いは無線手段又は他の手段によって伝達される電気信号又は光信号などの送信可能なキャリアとすることができる。プログラムがそのような信号で具現化されるとき、キャリアは、そのようなケーブル又は他のデバイス若しくは手段によって構成される。代替として、キャリアは、プログラムが埋め込まれている集積回路とすることができ、集積回路は、関連する方法を実行するように適合されるか、又は関連する方法の実行に使用される。

開示された実施形態に対する変更は、本明細書に記載の原理及び技法を実践する際に、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から当業者によって理解され達成される。特許請求の範囲において、「備える、含む、有する」という単語は、他の要素又はステップを排除せず、単数形の要素は、複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されるいくつかのアイテムの機能を果たす。特定の手段が互いに異なる従属請求項に列挙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を有利に使用できないことを示していない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に供給されるか又は他のハードウェアの一部として供給される光学ストレージ媒体又は固体媒体などの適切な媒体に格納又は分散されてもよいが、さらに、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してなど、他の形態で分散されてもよい。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. 第１の胎児の心拍をモニタするための装置であって、前記装置が、
   命令のセットを表す命令データを含むメモリと、
   前記メモリと通信し、前記命令のセットを実行するためのプロセッサとを含み、前記命令のセットが、前記プロセッサによって実行されたとき、
   ｉ）超音波トランスデューサのアレイの一部を形成する各超音波トランスデューサから超音波画像データを得、前記第１の胎児の心臓のビューを有する第１の超音波トランスデューサを前記トランスデューサのアレイから選択するステップと、
   ｉｉ）前記第１の超音波トランスデューサを使用して得られた超音波画像データ内の前記第１の胎児の前記心臓の場所を決定するステップと、
   ｉｉｉ）ドップラモードに切り替えるように前記第１の超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを前記第１の超音波トランスデューサに送るステップであって、前記第１の胎児の前記心臓の決定された前記場所が前記ドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送るステップと、
   ｉｖ）前記ドップラモードで得られた超音波データを使用して前記第１の胎児の前記心拍をモニタするステップと
   を前記プロセッサに行わせる、装置。
2. 前記プロセッサが、超音波画像内の胎児心臓の位置を特定するように訓練された第１の機械学習モデルを使用して、前記超音波画像データ内の前記第１の胎児の前記心臓の場所を決定する、請求項１に記載の装置。
3. 前記プロセッサは、さらに、
   周期的な時間間隔で、
   前記第１の胎児の前記心拍の可聴性が、前記ドップラモードで得られた前記超音波データにおいて閾値可聴性を下回る場合、
   前記心拍の信号対ノイズの大きさが、閾値信号対ノイズレベルを下回る場合、及び／又は
   モニタされている前記心拍が中断される場合、
   ステップｉ）～ｉｖ）を繰り返す、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記プロセッサが、さらに、
   第２の胎児の心臓のビューを有する第２の超音波トランスデューサを前記トランスデューサのアレイから選択し、
   前記第２の超音波トランスデューサと、前記第２の胎児の心拍の前記第２の超音波トランスデューサからの超音波画像データとに対してステップｉｉ）、ｉｉｉ）、及びｉｖ）を実行する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記プロセッサが、さらに、
   前記第１の胎児の前記超音波画像データ内の前記第１の胎児の前記心臓の第１の複数のランドマークと、前記第２の胎児の前記超音波画像データ内の前記第２の胎児の前記心臓の第２の複数のランドマークとを決定し、
   前記第１の胎児の前記心拍及び前記第２の胎児の前記心拍の継続的なモニタリングに向けて、前記第１の複数のランドマークを使用して前記第１の胎児を識別し、前記第２に複数のランドマークを使用して前記第２の胎児を識別するために、新しい超音波画像データに対してステップｉ）～ｉｖ）を繰り返す、請求項４に記載の装置。
6. 前記第１の複数のランドマーク及び／又は前記第２に複数のランドマークが、姿勢推定に基づいてランドマークを識別するように訓練された第２の機械学習モデルを使用して決定される、請求項５に記載の装置。
7. 前記トランスデューサのアレイが、容量性微細加工超音波トランスデューサのアレイを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記プロセッサが、さらに、複数の慣性計測ユニットセンサからデータを得て、
   各慣性計測ユニットセンサが、前記トランスデューサのアレイ内のそれぞれのトランスデューサに取り付けられ、
   前記プロセッサが、各それぞれのトランスデューサの方位を決定するために前記慣性計測ユニットセンサからの前記データを使用する、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記プロセッサが、さらに、前記慣性計測ユニットセンサからの前記データから前記第１の胎児の絶対位置又は胎位を決定する、請求項８に記載の装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の装置を含む超音波システムであって、前記超音波トランスデューサをさらに含む、超音波システム。
11. ディスプレイをさらに含み、
    前記プロセッサが、前記超音波画像データ及び／又は前記ドップラモードで得られた前記超音波データを前記ディスプレイに表示するための命令を前記ディスプレイに送り、
    前記プロセッサは、さらに、前記超音波トランスデューサがイメージングモードで動作しているか又はドップラモードで動作しているかの指示を前記ディスプレイに提供させるための命令を前記ディスプレイに送る、請求項１０に記載の超音波システム。
12. 第１の胎児の心拍をモニタするコンピュータ実施方法であって、前記コンピュータ実施方法が、
    ｉ）超音波トランスデューサのアレイの一部を形成する各超音波トランスデューサから超音波画像データを得て、前記第１の胎児の心臓のビューを有する第１の超音波トランスデューサを前記トランスデューサのアレイから選択するステップと、
    ｉｉ）前記第１の超音波トランスデューサを使用して得られた超音波画像データ内の前記第１の胎児の前記心臓の場所を決定するステップと、
    ｉｉｉ）ドップラモードに切り替えるように前記第１の超音波トランスデューサに命令するためのメッセージを前記第１の超音波トランスデューサに送るステップであって、決定された前記場所が、前記ドップラモードのターゲット場所を設定するために使用される、送るステップと、
    ｉｖ）前記ドップラモードで得られた超音波データを使用して前記第１の胎児の前記心拍をモニタするステップと
    を有する、コンピュータ実施方法。
13. 具現化されたコンピュータ可読コードを有するコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ可読コードは、適切なコンピュータ又はプロセッサによる実行時に、前記コンピュータ又は前記プロセッサが請求項１２に記載のコンピュータ実施方法を実行するように構成されている、コンピュータ可読媒体。

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