JP5314322B2

JP5314322B2 - ボリュメトリックフローを計測するための方法及び装置

Info

Publication number: JP5314322B2
Application number: JP2008128231A
Authority: JP
Inventors: アン・リンジー・ホール; ジョナサン・マシューズ・ルビン; ジェイ・ブライアン・ファウルケス; オリバー・ダニエル・クリップフガンズ; ポール・エル・カーソン
Original assignee: General Electric Co; University of Michigan
Current assignee: General Electric Co; University of Michigan
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-05-15
Also published as: JP2008284362A; DE102008023974A1; US20080287799A1; FR2916134B1; FR2916134A1

Description

本発明は、全般的には超音波撮像に関し、さらに詳細には血管を通過するボリュメトリックフローの計測に関する。

超音波ドプラ撮像は、身体内で血流の存在は検出するがその血流の定量的な計測は行わないのが一般的である。血管内の所与の点におけるフロー速度は計測したドプラシフトを用い超音波発射と血管向きの間の相対角度を補正することによって推定することができる。しかしながら、血管幾何学形状並びに血管内部のフロープロフィールに関して前提を設定せずに真のボリュームフロー計算を実施することはできない。ボリュームフローを推定するための最も一般的な方法は、血管内部で撮像された平均空間速度と血管断面積を乗算することによって実施されている。この方法ではその血管断面積は、円形の血管断面並びに当該断面内部でフローの空間変動がないと仮定することによって推定される。

超音波探触子内部にあるトランスジューサ素子は、身体内に超音波信号を送信する。これらのトランスジューサ素子は１つのトランスジューサ面を形成する。目下開発中の方法は、超音波探触子のトランスジューサ面から等距離にある１つの面を規定しており、該面を通過する血流が計測される。この面はトランスジューサ面の（例えば、湾曲していることや直線的であるような）外側の幾何学形状と一致しており、この面の向きはトランスジューサ面に平行となるように限定される。したがって、算定されるボリュームフロー推定はトランスジューサ面と直角となる。しかしこの面の向きは、関心対象解剖構造を通過するフローを計測するための所望の向きと一致しないことがあり、このためユーザはその解剖構造に関してトランスジューサ面の向きと一致した最適な向きを見出すために様々な角度からの走査を要することがある。

したがって、探触子向き及び外側幾何学形状により解剖構造を通過する面が制限されることなく血管を通過するボリュメトリック血流を計算することの必要性が存在する。

一実施形態では、超音波システムは、超音波探触子、ユーザインタフェース及びプロセッサを備える。この超音波探触子は患者内に超音波ビームを放出するトランスジューサ面を備える。探触子は、血管を含む超音波データボリュームを収集する。ユーザインタフェースは、このボリュームに基づいた画像上で１つの表面を規定する。この表面は血管を両断（ｂｉｓｅｃｔ）すると共に、さらにトランスジューサ面に対して不等の距離にそのうちの少なくとも幾つかの点が配置された複数の点を含む。プロセッサは、この表面と９０度の角度で交差するように超音波ビームの部分組をステアリングし、該表面に対応する超音波データに基づいて血管を通過するボリュメトリックフロー情報を計算するように構成されている。

別の実施形態では、血管を通過するボリュメトリックフロー情報を計算するための方法は、超音波探触子によって超音波データボリュームを収集する工程を含む。このボリュームは血管を含み、またこの超音波探触子は超音波ビームの放出及び受信のためのトランスジューサ面を備える。超音波データボリュームの内部において第１と第２の表面が規定される。この第１及び第２の表面は血管と交差すると共に、互いから等距離に形成されている。第１及び第２の表面に対応する超音波データに基づいて、血管を通過する平均ボリュメトリックフローが計算される。

別の実施形態では、血管を通過するフローボリュームを計算するための方法は超音波探触子によって超音波データボリュームを収集する工程を含む。このボリュームは血管を含み、またこの超音波探触子は超音波ビームの放出及び受信のためのトランスジューサ面を備える。このボリュームに基づいて画像上で第１の表面が規定される。第１の表面は血管を両断すると共に、さらに第１の表面はトランスジューサ面から異なる距離にその点のうちの少なくとも一部分が配置された複数の点を含む。超音波ビームの第１の部分組は第１の表面と９０度の角度で交差するようにステアリングされており、また第１のフローボリュームは第１の表面に対応する超音波データに基づいて計算される。

上述した要約、並びに本発明のある種の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。これらの図面が様々な実施形態の機能ブロックからなる図を表している場合も、必ずしもこれらの機能ブロックがハードウェア回路間で分割されることを意味するものではない。したがって例えば、１つまたは複数の機能ブロック（例えば、プロセッサやメモリ）を単一のハードウェア（例えば、汎用の信号プロセッサまたはブロック、ランダムアクセスメモリ、ハードディスク、その他）の形で実現させることがある。同様にそのプログラムは、スタンドアロンのプログラムとすること、オペレーティングシステム内のサブルーチンとして組み込まれること、インストールしたソフトウェアパッケージの形で機能させること、その他とすることができる。こうした様々な実施形態は図面に示した配置や手段に限定されるものではないことを理解すべきである。

図１は超音波システム１００のブロック図を表している。超音波システム１００は、パルス状の超音波信号を身体内に送出するように探触子１０６内部のトランスジューサ素子１０４を駆動させる送信器１０２を含む。時間の経過に従ってボリュームを走査できる２Ｄ探触子を含め、多種多様な幾何学構成が使用されることがある。トランスジューサ素子１０４は１つのトランスジューサ面１３８を形成している。トランスジューサ面１３８に沿ってトランスジューサ素子１０４から放出されるビーム内で超音波信号を形成することができる。例えばビーム形成の間に、トランスジューサ素子１０４の部分組が付勢されて超音波ビームが形成される。第１の超音波ビームに関して使用されるトランスジューサ素子１０４の部分組は別の超音波ビームに関して使用される部分組と異なることがある（ただし、何らかの重複を存在させることがある）。一実施形態では、超音波ビームがトランスジューサ面１３８に対して９０度の送信角度を有するように放出される。別の実施形態では、超音波ビームはその走査モードに基づいてステアリングすなわち方向付けされており、このためトランスジューサ面１３８に対して９０度以外の送信角度を有することがある。

超音波信号は、血球や筋肉組織などの身体内の構造から後方散乱され、トランスジューサ素子１０４に戻されるエコーが生成される。このエコーは受信器１０８によって受信される。受信したエコーは、ビーム形成を実施してＲＦ信号を出力するビーム形成器１１０を通過させる。次いでこのＲＦ信号は、ＲＦプロセッサ１１２を通過させる。別法として、ＲＦプロセッサ１１２はＲＦ信号を復調してエコー信号を表すＩＱデータ対を形成する複素復調器（図示せず）を含むことがある。ＲＦまたはＩＱ信号データは次いで、一時的に保存するためにＲＦ／ＩＱバッファ１１４に直接導かれることがある。

超音波情報のボリュームまたは多次元データ組は、例えばリアルタイム撮像、ボリューム走査、位置決めセンサを有するトランスジューサによる走査、ボクセル相関技法を用いたフリーハンド走査、マトリックスアレイ・トランスジューサによる走査、その他などを含む様々な技法により取得することができる。各エコー信号サンプル（ボクセル）の位置は、幾何学的確度（すなわち、あるボクセルから次のボクセルまでの距離）、超音波応答、また任意選択では超音波応答から導出された値に関して規定される。典型的な超音波応答には、グレイスケール値、カラーフロー値、及びアンギオまたはパワードプラ情報が含まれる（ただし、別のものも可能である）。

患者データ、走査パラメータの入力の制御及び／または走査モードの変更、解剖構造を通過するフローボリュームの決定に使用される画像内部における１つまたは複数の表面の特定、その他などを含む超音波システム１００の動作を制御するために、ユーザ入力１２０が用いられることがある。様々な実施形態は例えば、タッチスクリーンまたはパネルの一部として、またユーザ操作可能なスイッチ、ボタン、その他などの手作業入力器として提供し得る１組のユーザ制御器を含めることなどによって超音波システム１００を制御するように構成させることがある。ユーザ制御器にはさらに、マイクロフォン２３０を介して提供される音声コマンドを用いることを含むことがある。

超音波システム１００は、収集した超音波情報（すなわち、ＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理するため並びにディスプレイ１１８上への表示用の超音波情報フレームを作成するためのプロセッサ１１６を含む。プロセッサ１１６は、収集した超音波情報に対して複数の選択可能な超音波様式に従った１つまたは複数の処理動作を実行するように適応させている。収集した超音波情報は、走査セッション中にエコー信号を受け取りながらリアルタイムで処理されることがある。

超音波システム１００は、人間の眼の認知速度に近い毎秒５０フレームを超えるフレームレートで超音波情報を連続して収集することがある。収集した超音波情報はディスプレイ１１８上にこれより低いフレームレートで表示させている。即座に表示させる予定がない収集超音波情報の処理済みフレームを保存するために任意選択でメモリ１２２が含まれている。例示的な一実施形態では、メモリ１２２は少なくとも数秒間分の超音波情報フレームを保存できるだけの十分な容量をもつ。超音波情報フレームは、その取り出しを容易にするようにその収集順にまたは収集時間に従った方式で保存されている。メモリ１２２は周知の任意のデータ記憶媒体を含むことがある。

図２は、超音波データを収集するように構成された探触子１２を有するハンドヘルド型または携行型超音波撮像デバイス１０のブロック図である。したがって携行式超音波撮像デバイス１０はユーザやオペレータによって容易に運搬可能である。さらに、一体型ディスプレイ１４（例えば、内部ディスプレイ）が設けられており、これが医用画像を表示するように構成されている。データメモリ２２が収集した画像データを保存しており、この画像データは本発明の幾つかの実施形態ではビーム形成器２０により処理されることがある。

探触子１２を用いた医用画像を表示するために、探触子１２から収集した超音波画像データ（幾つかの構成では、恐らくビーム形成器２０によりさらに処理される）を用いてフレーム処理、走査変換及び分解能選択を実行させる命令を包含したソフトウェアまたはファームウェアメモリ１８を備えたバックエンドプロセッサ１６が設けられている。走査変換を実行するためにはソフトウェアではなく専用のハードウェアを用いることがあり、あるいは専用のハードウェアとソフトウェアの組み合わせ、あるいは汎用プロセッサやディジタル信号プロセッサと組み合わせたソフトウェアのこともある。

ソフトウェアまたはファームウェアメモリ１８は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、小型ハードドライブ、フラッシュメモリカード、あるいは機械読み取り可能媒体（複数のこともある）から命令を読み取るように構成された任意の種類のデバイス（複数のこともある）を備えることができる。ソフトウェアまたはファームウェアメモリ１８内に包含される命令はさらに、一体型ディスプレイ１４上への表示に適した分解能をもつ医用画像を作成させる命令と、データメモリ２２内に保存された画像データを外部デバイス２４に送信する命令と、を含む。超音波データそれ自体は、バックエンドプロセッサ１６及びユーザインタフェース２８の制御下で有線式またはワイヤレス式ネットワーク（あるいは、直接接続（例えば、シリアルやパラレルケーブルまたはＵＳＢポートによる））２６を介してバックエンドプロセッサ１６から外部デバイス２４に送られることがある。幾つかの実施形態では、外部デバイス２４はディスプレイを有するコンピュータまたはワークステーションとすることがある。別法として外部デバイス２４は、携行型超音波撮像デバイス１０から画像データを受け取りかつ（一体型ディスプレイ１４と比べて有する分解能がより大きい）画像を表示またはプリントアウトできる別の外部ディスプレイまたはプリンタとすることがある。

オペレータからコマンドを受け取るためにユーザインタフェース２８（一体型ディスプレイ１４を含むことがある）が設けられることがある。このコマンドはバックエンドプロセッサ１６に対して、収集した画像データを一体型ディスプレイ１４上に表示すること、走査パラメータを調整すること、血管を通過するボリュメトリックフローを計算するために画像内部で１つの表面を規定すること、並びに一体型ディスプレイ１４上に表示可能な分解能と比べて同じまたはこれより高い分解能において収集画像データを外部デバイス２４に送ること、を行うように指令することがある。

ハンドヘルド型や携行式の超音波撮像デバイス１０は例えば、小型化超音波システムとすることがある。本明細書で使用する場合に「小型化」とは、超音波システムがハンドヘルド型または携行式のデバイスであるか、あるいはスタッフの手中、ポケット、書類カバンサイズのケース、あるいはリュックサックで持ち運べるように構成されていることを意味している。例えば超音波システム１０は、例えば深さが概ね２．５インチ、幅が概ね１４インチ、高さが概ね１２インチの寸法を有する典型的なラップトップコンピュータのサイズを有する携行式デバイスとすることがある。超音波システム１０は重さが約１０ポンドのことがある。

別の例では超音波システム１０はポケットサイズ超音波システムとすることがある。一例としてそのポケットサイズ超音波システムは、幅が概ね２インチ、長さが概ね４インチ、また深さが概ね０．５インチであり、かつ重量が３オンス未満であることがある。ポケットサイズ超音波システムは、ディスプレイ、ユーザインタフェース（すなわち、キーボード）、及び探触子との接続のための入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート（すべて図示せず）を含むことがある。寸法、重量及びパワー消費が異なる小型化超音波システムと接続して様々な実施形態を実現し得ることに留意すべきである。幾つかの実施形態ではそのポケットサイズ超音波システムは図１のシステム１００と同じ機能を提供することができる。

以下で検討する少なくとも１つの実施形態では、３Ｄデータ組またはボリューム内に規定した１つまたは複数の撮像面を通過するフローフラックスを積算することによってボリュメトリックフローが計測されることがある。その超音波データをトランスジューサ面１３８と平行に形成したすなわち平行向きにした面または平面に限定することなく、血管その他の解剖学的構造を通過するボリュームフローが計算される。この表面（複数のこともある）は血管幾何学形状の変動に対応するように任意の形状とすることができる、また送信する超音波ビームが調整またはステアリングされる、かつ／またはそのフローを計測する際に通過させる表面（複数のこともある）と超音波ビームが垂直となるように走査パラメータが修正される。

図３は、互いに平行な少なくとも２つの表面に基づいて血管を通過するフローボリュームを計算する一例を表している。同じ脈管構造を通過するように規定した複数のアイソセンタ表面または平行面を通るようなフロー計算値は平均し、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）特性を向上させた１つのボリュームフロー計測値を提供することができる。複数の平行面はこれらの面の間に血管分岐が存在しないようにして規定されること、並びにこれら複数の平行面間ではそのボリュームフローが概ね同じであること（例えば、これらの面の間に血管の大きな閉塞や狭窄がないこと）に留意すべきである。

図１の探触子１０６はその内部に血管１３２を有するボリューム１３０を収集するために使用されることがある。ボリューム１３０は、第１の走査面１３４〜第Ｎの走査面１３６など複数の走査面を含むことがある。例えばボリューム１３０の収集のために探触子１０６は、各走査面内で隣接する走査線に沿って走査するように超音波発射を３Ｄ掃引面１５６の上の長手方向で電子的に集束及び方向付けすること、並びに隣接する走査面を横方向などで走査するように超音波発射を電子的または機械的に集束させることがある。走査面は、球面座標からデカルト座標に走査変換されることがある。走査の向きは、３Ｄ掃引面１５６が異なる方向で掃引されるように変更することができる。

様々な実施形態は、（計算のＳ／Ｎを向上させる一方で）血管１３２を通過するフローボリュームを決定することがある。第１の表面１４０と第２の表面１４２は、ユーザ入力１２０（図１参照）を用いるオペレータなどによって血管１３２の断面と完全に交差するように規定される。第１及び第２の表面１４０及び１４２は、その点の各々のトランスジューサ面１３８までの距離が最短であるような複数の点（図示せず）として規定することができる。この例では、第１及び第２の表面１４０及び１４２は互いに平行であり、かつ／または互いから等距離にある。任意選択では、第１及び第２の表面１４０及び１４２と平行に追加の表面（例えば、第Ｎの表面１４４）を規定することがある。第１〜第Ｎの表面１４０〜１４４の各々は、ボリューム１３０の少なくとも一部分を通過する１つの３次元表面を表している。第１〜第Ｎの表面１４０〜１４４をボリューム１３０と交差して延びるように図示しているが、これらの表面はこれら表面により血管１３２が両断される限りにおいて任意のサイズ及び形状とすることができる。さらに第１〜第Ｎの表面１４０〜１４４は必ずしもトランスジューサ面１３８から等距離に形成させる必要はなく、また異なる向きを有するように規定されることがある。例えば第１の表面１４０がトランスジューサ面１３８から等距離に形成されている場合、この表面を形成する複数の点の各々はトランスジューサ面１３８まで同じ最短距離を有している。

矢印１４６は血管１３２内において第１〜第Ｎの表面１４０〜１４４を通過する血流の真の速度プロフィールを示している。プロセッサ１１６は、第１の表面１４０がトランスジューサ面１３８と平行であるか否か、したがって超音波ビームを９０度で受け取っているか否かを判定する。否であれば、適当な各超音波ビーム（複数のこともある）の送信方向（あるいは、そのビームをなす超音波走査線１４８の部分組）は、第１の表面１４０に対して直交するすなわち９０度となるようにステアリングすなわち方向付けされる。この例ではその走査線１４８を、９０度の角度１５０で第１の表面１４０（またしたがって、第２〜第Ｎの表面１４２及び１４４）を両断するように調整することがある。次いで第１〜第Ｎの表面１４０〜１４４の各々を通過するフローボリュームが計算される。これらの結果を一緒に平均して計算のＳ／Ｎを向上させることができる。

図４は、ある具体的な血管内を通過する血液量を決定するためにトランスジューサ面と平行でない表面を用いている一例を表している。トランスジューサ面１３８を有する探触子１０６を、その内部に血管１５４を有する走査ボリューム１５２と共に表している。探触子１０６の向きはシステム１００により知られており、ボリューム１５２の収集に使用する超音波エネルギーの送信方向についても同様である。

オペレータはユーザ入力１２０（図１）を用いて表面１６０を規定し、続いてこれを修正することがある。例えば処理時間の短縮または処理速度の最適化のために、その表面１６０が血管１５４の断面だけを含むように、あるいは血管１５４の断面と若干量の周辺組織だけを含むように表面１６０の直径を縮小することがある。さらに表面１６０は、凹型と凸型のいずれかの曲線、凸凹した線、または解剖学的構造に従うようにするなどオペレータの規定した特有の表面などの形状といった任意の形状となるように規定または修正することができる。

この例では、表面１６０を血管１５４と交差して延びるように規定しているが、ボリューム１５２の撮像域と交差するように延びていない。さらに表面１６０はトランスジューサ面１３８と平行でない。換言すると表面１６０は、トランスジューサ面１３８から不等の距離にある一連の点１６４、１６５、１６６及び１６７として規定されている。超音波ビームが表面（複数のこともある）と９０度で交差するようにステアリングすることに関しては限界が存在することがあることを理解すべきである。例えば探触子１０６の機能及び幾何学構成によって、その角度を超えると超音波ビームをステアリングしてその表面に対して９０度交差を実現できなくなる最大角度を決定することができる。

システム１０または１００は、正しいビーム−表面方向を維持するような適当な超音波ビーム形成を計算しており、またしたがって超音波ビームの部分組１６８など超音波ボリューム１５２または該ボリューム１５２の一部分は、表面１６０と交差する超音波ビームが９０度の角度１６２を形成するようにステアリングされる（表面１６０の走査に用いる部分組１６８及び／または超音波ビームの全部が図示されているわけではない）。ユーザが表面１６０のサイズ、位置、形状、向きその他を修正すると、システム１００は新たな超音波ビーム形成を計算する。したがって、修正した表面を走査するには超音波ビームの異なる部分組が使用されることがある。

走査開口が使用されることもある。例えばトランスジューサ面１３８と比べてかなり小さい凹型表面を規定する場合、走査開口をトランスジューサ面１３８上の異なる位置まで移動させ凹型表面を９０度で交差させることがある。任意選択では、凹型や凸型の表面など単一の表面の走査に複数の走査開口を使用することがある。

図５は、血管を通過するボリュメトリックフロー情報を計算するための方法を表している。２００では、患者のボリュメトリック走査が開始される。２０２では、このボリュメトリック走査に基づく画像が、図１のディスプレイ１１８上などに表示される。計測しようとする血管（複数のこともある）の直径全体が表示させた画像内部にある。図３のボリューム１３０などのボリュームは、処理しようとする血管の直径全体が確実にボリューム１３０の内部に来るようにして３Ｄで表示させることが望ましい。別の実施形態では、ボリュメトリック走査に基づいた２Ｄ画像を表示させることがある。

２０４では、オペレータが関心対象血管を両断する表面を規定する。オペレータは上で検討したように、ユーザ入力１２０（図１）を使用することがあり、また表面の箇所、形状、サイズ及び／または向きを変更することがある。図４に戻ると表面１６０は血管１５４を通過して延びるように規定されているが、ボリューム１５２全体と交差するように延びていない。図３に戻ると、第１の表面１４０は血管１３２を両断し、ボリューム１３０全体と交差して延びるように規定されることがある。別の実施形態では、その表面がボリュームではなく２Ｄ画像上で規定されることがある。次いで３Ｄでの走査を用いてその表面に関連するデータを収集することがあり、この際にその３Ｄ走査は任意選択で、より大きなボリュームからのデータを収集しないことがある。２０６では、オペレータが別の表面の規定を希望する場合に、本方法は２０４に戻る。図３の例では、オペレータは上で検討したように第２〜第Ｎの表面１４２及び１４４を規定する。

図６は、同じデータボリューム内部の様々な点で複数のボリュメトリックフロー値を検出するために複数の表面が用いられる一例を表している。表面の向きは、複数の及び／または分岐した血管の箇所によって決定されることがあり、またある時点で複数の血管箇所を通過するフローボリュームが同時に計測されることがある。トランスジューサ面１３８を有する探触子１０６を収集ボリューム１７０と共に表している。主血管１７２はボリューム１７０の内部にあり、血管分岐点１７４において第１及び第２の血管１７６及び１７８に分岐している。

図５の２０４に戻るとオペレータは、主血管１７２と第１及び第２の血管１７６及び１７８とのそれぞれを両断または通過して延びるような第１、第２及び第３の表面１８０、１８２及び１８４（図６参照）を規定する。第１の表面１８０は不規則な形状をした表面である。第１、第２及び第３の表面１８０、１８２及び１８４はトランスジューサ面１３８と平行でない向きに規定されることがある。

２０８では、プロセッサ１１６及び／またはビーム形成器１１０が、表面（複数のこともある）と９０度で交差する超音波ビームを送信するために使用するトランスジューサ素子１０４を決定する。超音波ビーム（複数のこともある）、トランスジューサ素子１０４の部分組、またはベクトルが表面（複数のこともある）と９０度で交差するようにしたがって表面（複数のこともある）と直交するようにステアリングされるように、トランスジューサ素子１０４がステアリングされることがある。単に一例として、その表面が血管断面全体をカバーするようにした該表面と垂直な超音波ビームまたは視線が決定され、該視線がトランスジューサ面１３８と交差する箇所を対称性に取り囲むトランスジューサ素子１０４が使用されている。任意選択ではボリュメトリックデータ組はその表面（複数のこともある）に基づいてセグメント分けされている。図３を参照すると、同じ超音波ビームが第１〜第Ｎの表面１４０〜１４４と９０度の角度１５０で交差し、第１〜第Ｎの表面１４０〜１４４を通過するフローボリュームが検出されている。図６では、第１、第２及び第３の表面１８０、１８２及び１８４のそれぞれが９０度の角度１８６、１８８及び１９０のそれぞれで交差するようにトランスジューサ素子１０４の異なる超音波ビームまたは部分組１９２、１９４及び１９６がステアリングされることがある。上で検討したように、その表面（複数のこともある）の撮像のために複数の開口が使用されることがある。

２１０では、各表面を通過する３Ｄフローフラックスを一体化することなどによってプロセッサ１１６が各表面を通過するフローボリュームをリアルタイムで計算する。２１２では、２０４において図３に示すように複数の平行面を規定した場合に、本方法は２１４に戻り、プロセッサ１１６は複数の表面からの複数のフローボリューム結果を平均し、これによってＳ／Ｎ特性を向上させた単一のボリュメトリックフロー計算値を提供することがある。本方法は２１２と２１４の両方から２１６に続き、さらにディスプレイ１１８上に表示させるなど１つまたは複数のボリュメトリックフロー値が出力される。この出力は、数値、グラフ、グラフィック指示、その他などの形態とすることがある（また、表示画像と組み合わせて提供されることがある）。

ボリュメトリックフローはさらに、血管の境界またはエッジを規定することによって定量化することができる。血管断面は単に血管（例えば、血流領域）のみの中間エリアと、血管と組織（例えば、血管壁）の両者の組み合わせを含む境界または血管エッジと、を含む。図５の２０４などにおいて表面が規定された後、パワードプラ及び／またはＢ−フローを用いるなどによって血管境界を決定することができる。Ｂ−フローでは、そのフロー及び組織データがＢモードで同時に表示される。パワードプラでは、その信号は境界に近づくほど小さくなる。Ｂ−フローでは、フロー信号の強度が血管壁に近づくほど減少する。

血管の中間部で検出したボリュメトリックフローデータにはある所定量（例えば、１００パーセント）で重み付けし、一方血管エッジに沿って検出したボリュメトリックフローデータには別の量（例えば、より低い量）で重み付けすることがある。換言するとフロー全体の決定の際に、血管壁の近くで検出した信号は、血管の中心近くで検出した信号と比べてその重み付けを小さくしている。したがってこの重み付けは血管の断面全体にわたって変動させることがある。さらに、境界の近くで検出した信号に適用すべき重み係数の指示を提供するためにパワードプラ信号の低減率を用いることがある。したがって、この重み付け量の低減は事前決定されること、かつ／または血管の検出構造に基づくことがある。

少なくとも１つの実施形態の技術的効果は、血管を通過して延びる表面に基づいて３Ｄデータ組内部で血管を通過するフローボリュームを計算する能力である。この表面は、３Ｄデータ組を収集する探触子のトランスジューサ面と平行でないことがある。適用可能な超音波ビーム（複数のこともある）をその表面と９０度で交差させるようにステアリングするためにビーム形成及び／または複数の開口が使用されることがある。信号対雑音特性を向上させた平均フローボリュームを提供するように、互いに平行な複数の表面が使用されることがある。さらに、３Ｄデータ組の内部で互いに分離された複数の表面が規定されることがある。複数の表面の各々は、トランスジューサ面ではなく解剖学構造に基づいて方向設定されることがあり、またこのためトランスジューサ面と平行でないこと、かつ／またはトランスジューサ面に対して等距離でないことがある。複数の表面を用いることによって、複数の血管を通過するボリュームフローを同時に決定することができる。

上の記述は例示であって限定でないことを理解されたい。例えば上述の実施形態（及び／または、その態様）は、互いに組み合わせて使用されることがある。さらに、具体的な状況や材料を本発明の教示に適応させるように本趣旨を逸脱することなく多くの修正を実施することができる。本明細書に記載した材料の寸法及びタイプは本発明のパラメータを規定することを意図しており、これらは決して限定ではなく実施形態の例示である。上の記述を検討することにより当業者には別の多くの実施形態が明らかとなろう。本発明の範囲はしたがって、添付の特許請求の範囲、並びに本請求範囲が規定する等価物の全範囲を参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」や「ようになった（ｉｎｗｈｉｃｈ）」という表現を「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」や「であるところの（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という対応する表現に対する平易な英語表現として使用している。さらに添付の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」及び「第３の」その他の表現を単にラベル付けのために使用しており、その対象に対して数値的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は手段プラス機能形式で記載しておらず、また３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６パラグラフに基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本特許請求の範囲の限定によって「のための手段（ｍｅａｎｓｆｏｒ）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の一実施形態に従って形成した超音波システムのブロック図である。本発明の一実施形態に従って形成したハンドヘルド式または携行式超音波撮像デバイスのブロック図である。本発明の一実施形態に従って互いに平行な少なくとも２つの表面に基づいて血管を通過するフローボリュームを計算する一例を表した図である。本発明の一実施形態に従ってある具体的な血管内を通過する血液量を決定するためにトランスジューサ面と平行でない表面を用いている一例を表した図である。本発明の一実施形態に従って血管を通過するボリュメトリックフロー情報を計算するための方法を表した図である。本発明の一実施形態に従って同じデータボリューム内部の様々な点で複数のボリュメトリックフロー値を検出するために複数の表面が用いられる一例を表した図である。

符号の説明

１０超音波撮像デバイス
１２探触子
１４ディスプレイ
１６プロセッサ
１８メモリ
２０ビーム形成器
２２データメモリ
２４外部デバイス
２６ポート
２８ユーザインタフェース
１００超音波システム
１０２送信器
１０４トランスジューサ素子
１０６探触子
１０８受信器
１１０ビーム形成器
１１２ＲＦプロセッサ
１１４ＲＦ／ＩＱバッファ
１１６プロセッサ
１１８ディスプレイ
１２０ユーザ入力
１２２メモリ
１３０ボリューム
１３２血管
１３４第１の走査面
１３６第Ｎの走査面
１３８トランスジューサ面
１４０第１の表面
１４２第２の表面
１４４第Ｎの表面
１４６矢印
１４８走査線
１５０９０度の角度
１５２ボリューム
１５４血管
１５６３Ｄ掃引面
１６０表面
１６２９０度の角度
１６４点
１６５点
１６６点
１６７点
１６８部分組
１７０ボリューム
１７２主血管
１７４血管分岐点
１７６第１の血管
１７８第２の血管
１８０第１の表面
１８２第２の表面
１８４第３の表面
１８６９０度の角度
１８８９０度の角度
１９０９０度の角度
１９２超音波ビームまたは部分組
１９４超音波ビームまたは部分組
１９６超音波ビームまたは部分組
２００患者を走査する
２０２画像を表示する
２０４表面を規定する
２０６別の表面を規定するか？
２０８表面と９０度で交差するように超音波ビームをステアリングする
２１０表面を通過するフローボリュームを計算する
２１２複数の平行面を規定したか？
２１４フロー値を平均する
２１６１つまたは複数のフロー値を出力する
２３０マイクロフォン

Claims

超音波ビーム１９２を患者に放出するトランスジューサ面１３８を備えた超音波探触子１０６であって、
血管１７２を含む超音波データボリューム１７０を収集する探触子１０６と、
前記ボリューム１７０に基づいて画像上で第１の表面１８０を規定するためのユーザインタフェース１２０であって、該第１の表面１８０は前記血管１７２を両断しており、該第１の表面１８０はさらにその少なくとも幾つかが前記トランスジューサ面１３８に対して不等の距離に配置されている複数の点１６４、１６５、１６６、１６７を含む前記ユーザインタフェース１２０と、
前記第１の表面１８０と９０度の角度１６２で交差するように超音波ビーム１９２の部分組のステアリングを制御し、該第１の表面１８０に対応する超音波データに基づいて前記血管１７２を通過する第１のボリュメトリックフロー情報を計算するように構成されたプロセッサ１１６と、
を備え、
前記ユーザインタフェース１２０はさらに第２の血管１７８を両断する第３の表面１８４を規定しており、第１の表面１８０と前記第３の表面１８４は互いに平行ではなく、前記プロセッサ１１６は前記第３の表面１８４に対応する超音波データに基づいて前記第２の血管１７８を通過する第３のボリュメトリックフロー情報を前記第１のボリュメトリックフロー情報と同時に決定する、
超音波システム１００。
前記ユーザインタフェース１２０はさらに血管１７２を両断する第２の表面１４２を規定しており、第１の表面と第２の表面１８０、１４２は互いに平行であり、前記プロセッサ１１６は第２の表面１４２に対応する超音波データに基づいて血管１７２を通過する第２のボリュメトリックフロー情報を計算しており、該プロセッサ１１６は前記ボリュメトリックフロー情報と該第２のボリュメトリックフロー情報を平均している、請求項１に記載の超音波システム１００。
前記ユーザインタフェース１２０はさらに前記血管１７２と交差する第２の表面１８２を規定しており、前記プロセッサは超音波ビーム１９２の第２の部分組１９４を第２の表面１８２と９０度の角度１８８で交差するようにステアリングしており、該プロセッサ１１６は第２の表面１８２に対応する超音波データに基づいて血管１７２を通過する第２のボリュメトリックフロー情報を計算している、請求項１に記載の超音波システム１００。
前記ユーザインタフェース１２０はさらに前記血管１７２から分岐する第１の血管１７６と交差する、前記第１及び第３の表面１８０、１８４と平行ではない第４の表面１８２を規定しており、前記プロセッサは前記第４の表面１８２と９０度の角度１８８で交差するように該第４の表面１８２に関連付けされた超音波ビーム１９４をステアリングしており、該プロセッサ１１６は前記第４の表面１８２に対応する超音波データに基づいて第４のボリュメトリックフローを前記第１及び第３のボリュメトリックフローと同時に計算している、請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波システム１００。
前記表面１８０は、平面、凹面、凸面及び不規則形状表面のうちの１つであり、
前記ユーザインタフェース１２０は、表面１８０を第２の表面位置に位置決めするように表面１８０をトランスジューサ面１３８に対して調整するための入力を受け取るように構成されており、前記プロセッサ１１６は表面１８０が第２の表面位置において９０度の角度１６２で交差するように超音波ビーム１９２の部分組１６８をステアリングしている、請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波システム１００。
血管１７２を通過するボリュメトリックフロー情報を計算するための方法であって、
超音波ビーム１９２を放出しかつ受け取るためのトランスジューサ面１３８を備えた超音波探触子１０６によって血管１７２を含む超音波データボリューム１７０を収集する工程と、
超音波データボリューム１７０の内部に血管１７２と交差する第１の表面１８０を規定する工程と、
第２の血管１７８を両断する、前記第１の表面１８０と平行ではない第３の表面１８４を規定する工程と、
前記第１の表面１８０に対応する超音波データに基づいて前記血管１７２を通過する第１のボリュメトリックフロー情報を決定する工程と、
前記第３の表面１８４に対応する超音波データに基づいて前記第２の血管１７８を通過する第３のボリュメトリックフロー情報を前記第１のボリュメトリックフロー情報と同時に決定する工程と、
を含む方法。
超音波データボリューム１７０の内部に血管１７２と交差すると共に前記第１の表面１８０から所定の距離に形成した第２の表面１８２を規定する工程と、
前記第１及び第２の表面１８０、１８２と９０度の角度１８６、１８８で交差するように該第１及び第２の表面１８０、１８２に関連付けされた超音波ビーム１９２をステアリングする工程と、
第１及び第２の表面１８０、１８２に対応する超音波データに基づいて血管１７２を通過する平均ボリュメトリックフローを計算する工程と、
を含む請求項６に記載の方法。
前記第１及び第２の表面１８０、１８２はトランスジューサ面１３８と平行に形成されている、請求項７に記載の方法。
ボリューム１７０の内部に、その各々が血管１７２と交差しておりかつその各々が第１及び第２の表面１８０、１８２と平行に形成されている複数の表面１４０、１４２、１４４を規定する工程と、
前記複数の表面１４０、１４２、１４４に対応する超音波データに基づいて血管１７２を通過する複数のボリュメトリックフローを計算する工程と、
前記平均ボリュメトリックフローと前記複数のボリュメトリックフローを平均する工程と、
をさらに含む請求項７または８に記載の方法。
超音波データボリューム１７０内で前記血管１７２から分岐する第１の血管１７６と交差する、前記第１及び第３の表面１８０、１８４と平行ではない第４の表面１８２を規定する工程と、
前記第４の表面１８２と９０度の角度１８８で交差するように該第４の表面１８２に関連付けされた超音波ビーム１９４をステアリングする工程と、
前記第４の表面１８２に対応する超音波データに基づいて第４のボリュメトリックフローを前記第１及び第３のボリュメトリックフローと同時に計算する工程と、
をさらに含む請求項６乃至９のいずれかに記載の方法。