JP5782428B2 - 適合体積撮像のためのシステム - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、同時係属、同一人に譲渡された米国特許出願第１２／２６９，６２３号（２００８年１１月１２日出願、名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ」）、および第１２／２６９，６６３号（２００８年１１月１２日出願、名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ Ｉｄｅｎｔｉｆｙ Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」）に関連する。これらの開示は、参照により本明細書に引用される。

（技術分野）
本発明は、概して、体積撮像、より具体的には、適合体積撮像を提供することに関する。

種々の形態の撮像機器が、医療用途に幅広く使用されている。例えば、蛍光透視鏡システム、Ｘ線撮像システム、超音波撮像システム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム、および磁気共鳴（ＭＲ）撮像（ＭＲＩ）システムは、長年にわたり、使用されている。いくつもの医療検査、介入処置、診断、および／または治療を、作業に適した前述のシステムのうちの適切なものを使用して、提供することができる。

超音波撮像システムは、介入臨床処置および医療検査を支援するためのツールとして使用されている。例えば、従来の２次元（２Ｄ）超音波撮像が局所麻酔の分野で使用され、神経刺激技術を使用してそのような目標の達成をむやみに試行するのではなく、針による麻酔の送達を「見る」および追跡する方法を提供している。さらに、２Ｄ超音波撮像は、例えば、解剖学的構造（例えば、心臓、肺、胃腸、および他の構造）、子宮内胎児、腫瘍、ならびに同様のものを表示するために、患者の体内の種々の関心の領域の検査のために、医師によって使用されている。

超音波撮像技術は、高品質の２Ｄ画像が提供され、かつ画像フレームレートが比較的高い段階まで開発されている。例えば、変換器アレイは、多くの場合、高品質の画像を形成するように、画像平面にわたって、超音波ビームを掃引するために使用される。種々の処理技術が、スペックルを低減する、縁部を鋭利にする等のために、開発されている。しかしながら、典型的にそのような２Ｄ超音波撮像によって提供される、平面的な垂直の「薄片」表示は、医師に、標的の所望の表示を常に提供してきているわけではない。例えば、関心の特定の構造は、その構造を通して、平面的な薄片から識別することが、多くの場合、困難である。多くの場合、標的構造の表面の表示が所望され、これは、従来の２Ｄ超音波撮像技術を使用しては、多くの場合、不可能であるか、非常に困難である。

過去数十年で劇的に進歩した、コンピューティング技術は、３次元（３Ｄ）（例えば、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸空間で情報を提供するデータセット）、ならびに、さらには４次元（４Ｄ）（例えば、そこに付加された時間軸を有する３Ｄ画像）体積画像を生成する能力を提供している。超音波体積撮像（３Ｄ、４Ｄ、リアルタイム３Ｄ等）は、医療処置および医療検査、特にＯＢ／ＧＹＮおよび心臓検査に関して、使用が増加している。体積撮像の利点は、体積撮像により、ユーザに容易に認識可能である、胎児の顔および心腔といった、関心の領域または標的の表示を生成することが可能であることである。体積撮像技術を使用して、本来なら２Ｄ撮像によっては取得可能ではない、画像体積内のいかなる任意の平面または表面でさえも、再構成および視覚化することが可能である。

しかしながら、典型的に体積撮像で使用される３Ｄおよび４Ｄ撮像技術は、製図、模型製作、およびさらにはゲームといった学問分野から生まれたため、この技術は、医療分野での使用のために独自に開発されてきたのではなく、むしろ主に医療分野での使用のために適合されてきた。同様に、３Ｄおよび４Ｄ撮像に関して使用される撮像変換器技術（例えば、単一ビーム機械的単一ビームウォブラ超音波変換器、およびマトリクスアレイ超音波変換器）は、主に、２Ｄ変換器技術から適合されてきている。体積撮像の不利点は、２Ｄ撮像フレームレートと比較して、そのボリュームレートがずっと遅いことである。例えば、体積撮像のボリュームレートは、多くの場合、体積の大きさ、音響撮像速度、および超音波ビーム掃引速度（例えば、ウォブラプローブに関する機械的移動速度、またはマトリクスアレイのビーム形成速度）によって、制限される。さらに、体積撮像技術は、多くの場合、いかなる任意の平面、特に、体積がウォブラ変換器によって取得された場合の鉛直な平面に関しても、劣化した画質に悩まされる。例えば、画質は、多くの場合、ウォブラ変換器が使用されるときは、鉛直な平面の乏しいサンプリングを提供する単一要素ビームによって、ならびにマトリクスアレイ変換器が使用されるときは、マトリクスアレイの限られた数の要素（例えば、標準アレイ変換器に関しては、１２８から２５６の要素と比較して、３２から６４）、および３Ｄ空間におけるまばらなビームによって、制限される。

本発明は、調査および標的撮像モードを実装することによって、体積撮像を提供する、システムおよび方法を対象とする。本発明の実施形態によれば、調査撮像モードは、比較的大きな調査領域の体積画像を提供するように実装される。関心の領域、点、またはアイテム（標的と総称する）は、好ましくは、標的撮像モードで使用するために、調査領域内で識別される。本発明の実施形態は、識別された関心の標的に対応する、比較的小さな標的領域の体積画像を提供するように、標的撮像モードを実装する。標的撮像モードは、好ましくは、ビーム形成、体積視野、ならびに／または他の信号および画像処理アルゴリズムを、標的領域に適合させる。本発明の実施形態に従う動作において、標的撮像モードは、標的領域の体積画像に、改善されたボリュームレートおよび画質を提供する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
撮像システムの調査撮像モードを使用して、体積画像データセットを取得することと、
該調査撮像モードの体積画像データセット内で関心の標的を選択することと、
選択された関心の標的に対する１つ以上の撮像パラメータを調整することと、
該撮像システムの標的撮像モードを使用して、体積画像データセットを取得することと
を含み、該調査撮像モードの体積画像データセットによって撮像される体積は、該標的撮像モードの体積画像データセットによって撮像される体積よりも大きく、該標的撮像モードの体積画像データセットは、該調査撮像モードと比較して、より高いリフレッシュ速度およびより高いビーム密度のうちの少なくとも１つを提供するように調整された１つ以上の撮像パラメータを使用して取得される、
方法。
（項目２）
前記調査撮像モードの体積画像データセットを使用して前記撮像システムによって提供される画質は、前記標的撮像モードの体積画像データセットを使用して該撮像システムによって提供される画質よりも低い、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記撮像システムは、前記関心の標的の迅速な位置決定を促進する前記調査撮像モードの体積画像データセットを使用して、体積画像を生成し、該撮像システムは、該調査撮像モードの体積画像と比較して、該関心の標的の撮像に改善された画質を提供する前記標的撮像モードの体積画像データセットを使用して、体積画像を生成する、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記調査撮像モードの体積画像データセット内で関心の標的を選択することは、
前記調査撮像モードの体積画像データセットをセグメント化することと、
該調査撮像モードの体積画像データセットのセグメント内の空間的位置を識別することとを含む、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記調査撮像モードの体積画像データセットのセグメント内の空間的位置を識別することは、１つ以上の特徴を認識するためのアルゴリズムを使用して、前記調査撮像モードの体積画像データセット内の前記空間的位置を自動的に識別することを含む、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記調査撮像モードの体積画像データセットのセグメント内の空間的位置を識別することは、ユーザ入力を通して、前記空間的位置を手動で識別することを含む、項目４に記載の方法。
（項目７）
前記選択された関心の標的に対する１つ以上の撮像パラメータを調整することは、前記調査撮像モードの体積画像データセットに関連付けられた体積の大きさを減少させることを含む、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記選択された関心の標的に対する１つ以上の撮像パラメータを調整することは、焦点域を、前記選択された関心の標的に対して調整することを含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記選択された関心の標的に対する１つ以上の撮像パラメータを調整することは、前記選択された関心の標的の標的タイプに対して適合された画像処理アルゴリズムを実装することを含む、項目１に記載の方法。
（項目１０）
前記選択された関心の標的に対する１つ以上の撮像パラメータを調整することは、前記選択された関心の標的の画像外観を向上させるように適合された画像処理を実装することを含む、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記選択された関心の標的に対する１つ以上の撮像パラメータを調整することは、前記選択された関心の標的に対して体積視野を中心に置くように前記画像体積視野を調整することを含む、項目１に記載の方法。
（項目１２）
前記選択された関心の標的に対する１つ以上の撮像パラメータを調整することは、前記標的撮像モードの画像体積データセットを生成するために使用されるビーム密度を調整することを含む、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記選択された関心の標的を追跡することと、
該追跡することに従い、前記標的撮像モードの体積画像データセットを更新することと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記撮像システムは、超音波撮像システムを備える、項目１に記載の方法。
（項目１５）
画像データセット取得変換器と、
該画像データセット取得変換器によって取得された情報を使用して体積画像を生成するために、命令セットの制御下で動作可能なプロセッサであって、該命令セットは、調査撮像モード体積画像の生成を制御する調査撮像モードと、標的撮像モード体積画像の生成を制御する標的撮像モードとを含む、プロセッサと、
該調査撮像モード体積画像および該標的撮像モード体積画像の生成に使用される撮像パラメータであって、該撮像パラメータのうちの少なくとも１つは、該標的撮像モード体積画像の生成のために、選択された関心の標的に従って調整される、撮像パラメータと
を備える、システム。
（項目１６）
前記画像データセット取得変換器は、超音波ウォブラ変換器を備える、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
前記画像データセット取得変換器は、超音波マトリクスアレイを備える、項目１５に記載のシステム。
（項目１８）
前記画像データセット取得変換器によって取得された情報を使用して、調査撮像モードデータセットを生成し、かつ、該画像データセット取得変換器によって取得された情報を使用して、標的撮像モードデータセットを生成するように動作可能な制御器をさらに備え、前記調査撮像モード体積画像は、該調査撮像モードデータセットを使用して生成され、前記標的撮像モード体積画像は、該標的撮像モードデータセットを使用して生成される、項目１５に記載のシステム。
（項目１９）
前記制御器は、前記撮像パラメータに従って、前記調査撮像モードデータセットについてサンプリングされる体積の大きさおよび位置、ならびに前記標的撮像モードデータセットについてサンプリングされる体積の大きさおよび位置を制御するようにさらに動作可能である、項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
前記調査撮像モードデータセットについてサンプリングされる前記体積は、前記標的撮像モードデータセットについてサンプリングされる前記体積よりも大きい、項目１９に記載のシステム。
（項目２１）
前記制御器は、前記調査撮像モードデータセットを構成する取得される撮像面の数、および前記標的撮像モードデータセットを構成する取得される撮像面の数を制御するようにさらに動作可能である、項目１８に記載のシステム。
（項目２２）
前記標的撮像モードデータセットについて取得される撮像面の数は、前記調査撮像モードデータセットについて取得される撮像面の数よりも大きい、項目２１に記載のシステム。
（項目２３）
前記制御器は、前記調査撮像モードデータセットの撮像面に対するビームの数、および前記標的撮像モードデータセットの撮像面に対するビームの数を制御するようにさらに動作可能である、項目２１に記載のシステム。
（項目２４）
前記標的撮像モードデータセットの撮像面に対するビームの数は、前記調査撮像モードデータセットの撮像面に対するビームの数よりも大きい、項目２３に記載のシステム。
（項目２５）
前記制御器は、前記調査撮像モードデータセットを生成するための焦点域の位置、および前記標的撮像モードデータセットを生成するための焦点域の位置を制御するようにさらに動作可能である、項目２１に記載のシステム。
（項目２６）
前記調査撮像モードデータセットを生成するための焦点域は、前記標的撮像モードデータセットを生成するための焦点域とは異なる、項目２５に記載のシステム。
（項目２７）
前記制御器は、前記関心の標的を追跡するようにさらに動作可能である、項目１５に記載のシステム。
（項目２８）
関心の標的の超音波画像を提供するための方法であって、
超音波撮像システムの調査撮像モードを使用して調査体積画像を生成することであって、該調査体積画像を生成するために、撮像パラメータが該超音波撮像システムによって使用される、ことと、
該調査画像内で該関心の標的を選択することと、
選択された関心の標的に対する撮像パラメータのうちの１つ以上を調整することと、
該超音波撮像システムの標的撮像モードを使用して標的体積画像を生成することであって、該標的体積画像は、該調査体積画像と比較して、改善された体積画質を提供するために、調整された１つ以上の撮像パラメータを使用して生成される、ことと
を含む、方法。
（項目２９）
前記調査撮像モードによって撮像される体積は、前記標的撮像モードによって撮像される体積よりも大きい、項目２８に記載の方法。
（項目３０）
前記調査体積画像を生成するために、前記超音波撮像システムによって使用される前記撮像パラメータは、第１の画像リフレッシュ速度を提供し、前記標的体積画像を生成するために、該超音波撮像システムによって使用される該撮像パラメータは、第２の画像リフレッシュ速度を提供する、項目２８に記載の方法。
（項目３１）
前記第１の画像リフレッシュ速度は、前記第２の画像リフレッシュ速度よりも低い、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
前記選択された関心の標的に対する撮像パラメータのうちの１つ以上を調整することは、焦点域を、前記選択された関心の標的に対して調整することを含む、項目２８に記載の方法。
（項目３３）
前記選択された関心の標的に対する撮像パラメータのうちの１つ以上を調整することは、前記選択された関心の標的の標的タイプに対して適合された画像処理アルゴリズムを実装することを含む、項目２８に記載の方法。
（項目３４）
前記選択された関心の標的に対する撮像パラメータのうちの１つ以上を調整することは、前記選択された関心の標的の画像外観を向上させるように適合された画像処理を実装することを含む、項目２８に記載の方法。
（項目３５）
前記選択された関心の標的に対する撮像パラメータのうちの１つ以上を調整することは、前記選択された関心の標的に対して画像体積視野を中心に置くように、該画像体積視野を調整することを含む、項目２８に記載の方法。
（項目３６）
前記選択された関心の標的に対する該撮像パラメータのうちの１つ以上を調整することは、前記標的体積画像を生成するために使用されるビーム密度を調整することを含む、項目２８に記載の方法。
（項目３７）
前記選択された関心の標的を追跡することと、
該追跡することに従い、前記標的体積画像を更新することとをさらに含む、項目２８に記載の方法。

前述では、以下の発明を実施するための形態がより理解され得るために、本発明の特徴および技術的利点をいくぶん広義に概説してきた。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する、本発明の追加の特徴および利点を、以下に説明する。開示される概念および具体的な実施形態が、本発明の同一の目的を遂行するための他の構造を修正または設計するための基礎として容易に利用され得ることを、当業者は理解されたい。そのような同等の構造が、添付の特許請求の範囲に記載される、本発明の精神および範囲から逸脱しないことも、当業者は理解されたい。本発明の特性であると考えられる新規の特徴は、その組織および動作方法の両方に関して、さらなる目的および利点とともに、添付の図面と併せて考慮される際、以下の説明からより理解されるであろう。しかしながら、図面の各々は、例示および説明の目的でのみ提供され、本発明の限定の定義としては意図されないことが、明確に理解されるものとする。

本発明をより完全に理解するために、ここで、添付の図面と併せて、以下の説明を参照する。
図１Ａは、本発明の実施形態に従って適合されたシステムを示す。 図１Ｂは、図１Ａのシステムの実施形態の機能ブロック図を示す。 図２は、本発明の実施形態に従う、動作の流れ図を示す。 図３Ａおよび３Ｂは、本発明の実施形態に従う、調査撮像モードの動作を示す。 図３Ｃおよび３Ｄは、本発明の実施形態の標的撮像モードの動作を示す。

図１に注意を向けると、本発明の実施形態に従って適合されるシステムが、システム１００として示されている。システム１００は、例えば、多次元（例えば、３Ｄおよび／または４Ｄ）体積データセットから、２Ｄおよび／または３Ｄ画像を提供するように動作可能な診断用超音波システムを備え得る。本明細書において、本発明の実施形態は、読者が本発明を理解することを助力するために、超音波撮像技術を参照して説明されるが、本発明の概念は、超音波撮像への適用性に制限されないことを理解されたい。例えば、本発明の実施形態は、蛍光透視鏡システム、Ｘ線撮像システム、超音波撮像システム、ＣＴ撮像システム、ＭＲＩシステム、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）撮像システム、および同様のものに関して、実装され得る。

説明される実施形態のシステム１００は、システム装置１１０と、そこに連結される変換器１２０とを含む。システム装置１１０は、好ましくは、図１Ｂの高レベルブロック図に示されるような、プロセッサベースのシステムを備える。変換器１２０は、使用される撮像技術に対応する変換器構成を備え得る。

図１Ｂに説明されるシステム装置１１０は、プロセッサ１１４を含み、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および／または同様のもの、好ましくは、そこに関連付けられたメモリを有するものを備え得る。実施形態において、システム装置１１０のプロセッサベースのシステムは、システムオンチップ（ＳＯＣ）を備えてもよく、例えば、図１Ｂに示されるシステム装置１１０のプローブ制御器１１５は、例えば、本発明の実施形態の調査撮像モードおよび標的撮像モードの両方において、関心の体積の大きさおよび位置、ボリュームレート、画像取得のために使用される撮像薄片の数等を制御するように、画像データセット収集／取得制御を提供する。説明される実施形態のフロントエンド回路１１６は、プローブ１２０を駆動するための信号送信、超音波パルスの送信および／または受信のためのビーム形成、フィルタリングといった信号調節、利得制御（例えば、アナログ利得制御）等を提供する。プロセッサ１１４の制御下で動作可能な、説明される実施形態の中間プロセッサ１１７は、信号および画像処理、利得制御（例えば、デジタル利得制御）といった追加の信号調節、デシメーション、低域通過フィルタリング、復調、再サンプリング、横方向フィルタリング、圧縮、振幅検出、ブラックホールフィリング、スパイク抑制、周波数複合、空間複合、復号、および／または同様のものを提供する。

説明される実施形態によれば、中間プロセッサ１１７によって処理された信号は、さらなる画像処理のために、バックエンドプロセッサ１１８に提供される。実施形態のバックエンドプロセッサ１１８は、好ましくは、３Ｄプロセッサを含み、追加として、２Ｄプロセッサを含み得る。バックエンドプロセッサ１１８の３Ｄプロセッサは、表示システム１１９によって、画像１１１として提示するために、調査撮像モードおよび標的撮像モードの両方で、３Ｄ画像体積およびそこからの画像（例えば、ＭＰＲ画像、ＶＲ画像）を生成するように、プロセッサ１１４の制御下で動作し得る。実施形態の３Ｄプロセッサはさらに、画像体積セグメント化、画像平面決定、標的追跡、グレイマッピング、濃淡マッピング、コントラスト調整、ＭＰＲ生成、体積レンダリング、表面レンダリング、組織処理、流れ処理等を提供し得る。バックエンドプロセッサ１１８の２Ｄプロセッサは、走査制御、スペックル低減、空間複合、および／または同様のものを提供するように、プロセッサ１１４の制御下で動作し得る。

実施形態のユーザインターフェース１１３は、キーボード、タッチパッド、タッチスクリーン、ポインティングデバイス（例えば、マウス、デジタル化タブレット等）、ジョイスティック、トラックボール、スピナーノブ、ボタン、マイクロホン、スピーカ、表示スクリーン（例えば、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶表示器（ＬＣＤ）、有機ＬＣＤ（ＯＬＣＤ）、プラズマ表示器、逆投影等）、および／または同様のものを備え得る。ユーザインターフェース１１３は、ユーザに、多次元画像モード選択、標的領域選択、画像体積走査、対象物追跡選択、深度選択、利得選択、画像最適化、患者データ入力、画像アクセス（例えば、記憶、レビュー、再生等）、および／または同様のものに関する制御を提供するように使用され得る。本発明の実施形態のユーザインターフェース１１３の一部を成す表示システム１１９は、好ましくは、ビデオプロセッサおよび表示器を含む。表示システム１１９のビデオプロセッサは、オーバレイ制御、ガンマ補正等といった、ビデオ処理制御を提供し得る。表示システム１１９の表示器は、画像１１１といった画像を表示するために、上述のＣＲＴ、ＬＣＤ、ＯＬＣＤ、プラズマ表示器、逆投影表示器等を備え得る。

システム装置１１０の論理は、好ましくは、本明細書に記載される種々の撮像機能および動作を提供するように、システム１００の動作を制御する。そのような論理は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）もしくはＦＰＧＡといったハードウェア、および／またはソフトウェアコード、ファームウェアコード等といったコードに実装され得る。

好ましい実施形態によれば、変換器１２０は、撮像に使用するために、標的を照明する（例えば、高周波処理する）、データ（例えば、超音波エコー）を捕捉する、および標的データ（例えば、変換器応答信号）をシステム装置１１０に提供するように、１つ以上の変換器要素および支持回路を備える。図１Ｂに説明される実施形態の変換器１２０は、例えば、圧電変換器、容量型微細加工超音波変換器（ＣＭＵＴ）、圧電微細加工超音波変換器（ＰＭＵＴ）等といった、何らかの形態のエネルギーと音響エネルギーとの間の変換を提供する、任意のデバイスを備え得る。変換器１２０の実施形態は、機械的に移動する１Ｄアレイ（ウォブラ）、単一要素プローブ、環状アレイ、マトリクスプローブ、ＣＭＵＴアレイ、および／または同様のものを備える。変換器１２０は、特定の用途、処置、または機能のために適合され得る。例えば、本発明の実施形態に従って利用される変換器は、外用（例えば、位相）、内用（例えば、食道、血管、直腸、膣、外科、血管内等）、心臓分析、ＯＢ／ＧＹＮ検査等のために適合され得る。

図１Ｂに説明される実施形態は、システム装置１１０と変換器１２０との間の機能ブロックの１つの特定の分割を示すが、システム１００の構成要素間の機能ブロックの分割の種々の構成が、本発明の実施形態に従って利用され得ることを理解されたい。例えば、ビーム形成器１１６は、本発明の実施形態に従って、変換器１２０に配置され得る。さらに、機能ブロックの特定の組み合わせが、説明される実施形態のシステム装置１１０を成すことが示されるが、本発明の実施形態によって実行される機能は、１つ以上のシステム装置によって提供され得ることを理解されたい。例えば、従来の画像データ収集および処理機能は、携帯超音波システムといった撮像システム装置によって提供されてもよく、本発明の実施形態に従う拡張画像処理機能は、それと通信する１つ以上のシステム装置（例えば、外部パーソナルコンピュータ（ＰＣ）システム装置）によって提供され得る。

説明される実施形態において、システム１００は、検査に関して使用されている。具体的に、変換器１２０は、例えば、子宮内胎児を含み得る、関心の領域を照明するように、例えば、人体の一部を含み得る、対象物１０１に対して保持されている。本発明の概念に従って提供される体積撮像は、検査に加え、または代替として、介入処置、診断処置、治療処置等といった、処置に関して利用され得ることを理解されたい。

特定の基本的処置が実行されていることに関わらず、画像１１１として示される画像は、好ましくは、システム装置１１０に関して、そのときアクティブである撮像モードに従って、高周波処理された領域を視覚的に描写するように、システム装置１１０によって生成される。前述の画像を提供する際、実施形態のシステム装置１１０は、組織ハーモニック撮像（ＴＨＩ）、復調、フィルタリング、デシメーション、解釈、振幅検出、圧縮、周波数複合、空間複合、ブラックホールフィリング、スペックル低減等といった、種々の信号および／または画像処理技術を提供し得る。画像１１１は、カラー画像、Ｂモード画像、Ｍモード画像、ドップラー画像、静止画像、シネ画像、生画像、記録画像等といった、種々の形態の画像モードを含み得る。使用される画像生成技術に関わらず、本発明の概念に従う動作は、好ましくは、体積撮像に、関心の領域または標的に適合された、改善されたボリュームレートおよび画質を提供する。

したがって、実施形態に従う動作において、変換器１２０は、人体といった対象物に超音波を送信し、後方散乱信号を受信する。プローブ制御器１１５は、体積の大きさ、位置（撮像面の中心および体積境界）、焦点域位置、画像平面毎または体積全体のビームの数等を決定する。フロントエンド回路１１６は、変換器１２０を駆動するように、電波を生成し、フロントエンド回路１１６のビーム形成器は、送信ビームと、送信ビーム毎に平行ビームであり得る受信ビームとを操向および焦点させるように、遅延および重みを提供する。中間プロセッサ１１７は、クアドラチュア検出、合成開口、ダウンサンプリング、解釈（例えば、無線周波数（ＲＦ）およびビデオドメインの両方で）、低域通過フィルタリング、デジタル利得、ログ圧縮、振幅検出、ブラックホールフィリング、雑音スパイクフィルタリング、スペックル低減等といった、信号および画像処理を提供し、バックエンドプロセッサ１１８は、例えば、任意の平面画像（ＭＰＲ）を形成すること、体積または表面画像をレンダリングすること等、３Ｄ走査変換を提供する。標的特定のセグメント化および追跡アルゴリズムは、好ましくは、中間プロセッサ１１７および／またはバックエンドプロセッサ１１８によって実装される。例えば、キーボード、マウス、ハードもしくはソフトタッチボタン、回転器、ノブ、ジョイスティック、音声制御等を備え得る、ユーザインターフェース１１３は、ＭＰＲおよびＶＲ画像を最適化する、体積を調べ編集する、標的がどこにあり、どれくらい大きな体積が必要かをシステムに通信する、種々の表示方法を選択する、ならびに／または同様のことを行うように、ユーザが、システム１００と相互作用する手段を提供する。例えば、表示スクリーン（例えば、ＬＣＤ、プラズマ、ＣＲＴ等）、ヘッドマウント、ホログラム、ステレオ、または仮想現実表示デバイスを含み得る、表示システム１１９は、生成された画像および他の情報の表示を提供する。前述の構成要素に関する、通信、タイミング同期、および制御は、単一もしくは複数のＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、または他のデバイスによって提供される。

図２に注意を向けると、本発明の実施形態に従って、体積撮像を提供するためのシステム１００の動作を示す流れ図が示されている。説明される実施形態によれば、システム１００は、ブロック２０１において、体積撮像に広視野を提供するように、調査撮像モードで動作される。そのような調査撮像モードは、好ましくは、典型的な体積撮像技術を使用して、「通常の」または非強調体積画像を提供する。体積撮像に広視野を提供するための調査撮像モードの動作は、図３Ａに示される体積画像によって表される。

図３Ａに説明される実施形態において、６４のビームが、画像平面を形成するように、変換器１２０の長軸に沿って、異なる角度で向けられ、変換器１２０の短軸に沿って離間する、６０のそのような画像平面が生成される。焦点深度は、例えば、一般的に許容可能な焦点深度、初期設定の焦点深度、最後に使用された焦点深度等を選択するように、任意に選択され得る。代替的に、焦点深度は、例えば、特定の処置に関して典型的に利用される焦点深度、特定のタイプの標的と関連付けられる焦点深度、典型的に最高品質の体積画像が生成される焦点深度等を選択するように、１つ以上の基準に基づいて、選択され得る。当然のことながら、異なる数のビームおよび画像平面、ならびに異なる焦点深度が、本発明の実施形態に従って、利用され得る。しかしながら、前述の実施例は、典型的な体積撮像技術によって提供される画質の代表的なものである。

前述の調査撮像モードは、好ましくは、標的領域（例えば、特定の標的解剖学的構造、関心の領域、介入器具等）を位置決定するための好都合な手段を提供するように利用される。例えば、ユーザは、特定の標的解剖学的構造を表示したいと考える場合があり、この標的解剖学的構造に関して、最初は正確に変換器１２０を配置することができない場合がある。したがって、上述の調査撮像モードによって提供される広視野を使用して、ユーザは、標的解剖学的構造、またはその一部を照明するために、調査撮像モードの広視野内で、十分な正確性でもって、変換器１２０を配置することができ得る。このため、調査撮像モードによって提供される画質および画像速度は、所望のものを下回る可能性もあるが、ユーザは、それでもなお、調査撮像モードを使用して、標的解剖学的構造を位置決定することができ得る。

例えば、ブロック２０１において、調査撮像モードを使用して生成される調査体積画像データセット３００は、図３Ａに示されるように、その広視野内で、おそらく他の特徴、構造等を伴って、標的３０１を含み得る。調査体積画像データセット３００を使用して生成される体積画像は、表示システム１１９を使用して（例えば、画像１１１として）、表示され得ることを理解されたい。本実施例において、標的３０１は、血管といった、標的解剖学的構造を含むことが想定されよう。しかしながら、標的３０１は、１つ以上の標的解剖学的構造、関心の領域、介入器具等を含む、種々のものを含み得ることを理解されたい。

説明される実施形態のブロック２０２において、関心の標的（例えば、領域、点、またはアイテム）は、調査撮像モードによって提供される体積画像内で識別される。本発明の実施形態は、例えば、画像内の１つ以上の特徴を認識するためのアルゴリズムを使用して、体積画像データセット内で、そのような関心の標的を自動で識別するように動作し得る。体積画像データセット内の標的および他の関心の領域の自動識別を提供するためのシステムおよび方法に関する詳細は、上で参照した、発明の名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ Ｉｄｅｎｔｉｆｙ Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」の特許出願に示され、記載されている。追加として、または代替として、本発明の実施形態は、例えば、ポインティングデバイス、タッチスクリーン、または他の適切なユーザインターフェースを操作するユーザを通じて、体積画像データセット内で、そのような関心の標的を手動で識別するように動作され得る。

前述の標的識別は、手動または自動に関わらず、容易に画像を解釈すること、および／または所望の作業を実行することを促進するように適合された画像提示技術の使用を通じて促進され得る。関心の標的および領域の識別に関して利用され得る、種々のそのような技術は、上で参照した、発明の名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」の特許出願に示され、記載されている。例えば、前述の特許出願に示される、体積画像データセットから画像平面を生成するための技術（画像体積セグメント化）は、本発明の実施形態のブロック２０２における、標的の識別を促進するように利用され得る。

図３Ｂに注意を向けると、調査体積画像データセット３００から生成され、標的３０１の少なくとも一部を含む、画像平面（ここでは、変換器１２０の長軸に沿って生成される断面画像）が、画像平面３１０として示されている。画像平面３１０は、表示システム１１９を使用して（例えば、画像１１１として）、表示され得ることを理解されたい。画像平面３１０は、標的３０１を識別するために、本発明の実施形態のブロック２０２において利用され得る。例えば、システム１００のアルゴリズムは、調査体積画像データセット３００から生成される画像平面を通って進み、その中の標的３０１の１つ以上の特徴を識別し得る。追加として、または代替として、ユーザは、その中の標的３０１を識別するために、調査体積画像データセット３００から生成される画像平面を表示し得る。説明される実施形態に示されるように、標的３０１は、例えば、カーソル（ｃｕｒｓｅｒ）３１１の使用を通じて、適切な画像内で選択され得る。そのような識別は、画像体積内で標的を選択すること、関心の領域（例えば、位置および大きさ）を画定すること等を含み得る。

説明される実施形態のブロック２０３において、システム１００の撮像パラメータは、選択された関心の標的を撮像するために、例えば、プローブ制御器１１５によって、適合される。例えば、画像体積に関する新たな体積の大きさについては、決定は、選択された関心の標的に基づいて行われ得る。撮像パラメータは、視野を狭めるように、対応して調整され得る。同様に、撮像パラメータは、選択された関心の標的に対する画像体積視野の中心化、選択された関心の標的に対する焦点深度の調整、選択された関心の標的に適切な、特定の信号および／または画像処理アルゴリズムの実装等を行うように、調整され得る。本発明の実施形態によれば、体積画像を生成する際に使用されるビーム密度は、選択された関心の標的に関して増加される。追加として、または代替として、特定の標的に対する、解像度およびコントラストといった、画像外観を向上させる、信号または画像処理が、本発明の実施形態に従って適用され得る。

例えば、撮像パラメータは、マトリクス変換器のビーム形成器が、本発明の実施形態に従って、関心の領域のみを覆うように、ビームを操向するように選択される。同様に、ウォブラ変換器のウォブリング角度は減少され、ウォブリング領域は、実施形態に従って、選択された関心の領域に対応して変えられる。追加として、または代替として、実施形態は、送信焦点または焦点深度を、関心の領域に移動させる。

説明される実施形態のブロック２０４において、システム１００は、体積撮像に狭い視野を提供するように、標的撮像モードで動作される。そのような標的撮像モードは、好ましくは、選択された関心の標的に関して、改善された画質を提供する、向上された体積画像を提供する。したがって、ブロック２０３において、標的撮像に対して適合された撮像パラメータは、好ましくは、ブロック２０４の標的撮像モードで、システム１００によって実装される。体積撮像に選択された標的に対して適合された視野を提供するための標的撮像モードの動作は、図３Ｃに示される体積画像によって表される。

標的３０１を含み、他の特徴、構造等を含み得る、標的体積画像データセット３２０は、図３Ｃに示される本発明の実施形態に従う、標的撮像モードを使用して生成される。標的体積画像データセット３２０は、例えば、画像平面を形成するように、変換器１２０の長軸の１０°の領域に沿って、異なる角度に向けられる１２８のビームを使用して生成され、変換器１２０の短軸に沿って離間する２０のそのような画像平面であり得る。当然のことながら、異なる数のビームおよび画像平面が、本発明の実施形態に従って利用され得る。しかしながら、前述の実施例は、本発明の実施形態に従って、改善された画質および比較的速い画像速度を提供する構成の代表的なものである。

標的３０１の体積撮像を提供するために適合される種々の撮像パラメータは、標的体積画像データセット３２０を生成する際に、システム１００によって実装される。例えば、標的体積画像データセット３２０は、視野内で、実質的に中心の標的３０１に調整される。さらに、図３Ｃに見られるように、焦点深度は、標的３０１の深度と対応するように調整されている。標的３０１の配向に対応するように、標的体積画像データセット３２０を配向する、特定の信号および画像処理を実装する等の、図３Ｃに示されるもの以外の適合が、追加として、または代替として、行われ得る。本発明の実施形態に従う、撮像パラメータの前述の適合は、増大した、ないしは許容可能な画像速度を提供しつつ、選択された関心の標的に関して、改善された画質を促進することを理解されたい。

前述の標的撮像モードは、好ましくは、種々の検査、処置、診断、および／または同様のものにおいて、ユーザ（例えば、臨床医、内科医、超音波検査技師、技術者、患者等）による使用のための、選択された関心の標的の表示を提供するように、利用される。そのような表示は、体積画像（例えば、３Ｄもしくは４Ｄ表示）として、図３Ｄの画像平面３３０といった画像平面（例えば、２Ｄ表示）において、および／または同様のもので提供され得る。増加されたビーム密度の使用、低減された視野、および画像パラメータの適合を通して促進された、改善された画質は、選択された関心の標的の画像に、これまで体積画像では得られなかった、所望の鮮明性および詳細性を提供する。さらに、本発明の実施形態の標的画像体積で達成可能な画像速度は、本発明の実施形態に従って、迅速に、さらにはほぼリアルタイムで更新される、４Ｄ画像もしくは動画を促進する。したがって、図３Ｄの画像平面３３０は、図３Ｂの画像平面３１０と実質的に類似した説明で示されるが、画像平面３３０は、より高いリフレッシュ速度およびより良好な画質を有する画像を表すことを理解されたい。

選択された関心の標的、選択された標的を有する対象物（例えば、検査されている人体）、および／または体積画像データセットを取得する際に使用される変換器は、撮像動作の間（例えば、４Ｄ撮像の間）に、移動ないしは変更され得ることを理解されたい。したがって、説明される実施形態のブロック２０５は、撮像パラメータの動的適合、および更新された標的撮像を促進するように、標的追跡を実行する。例えば、３Ｄ、生３Ｄ撮像、または４Ｄ撮像モードにおいて、好ましい実施形態のシステム１００は、選択された関心の標的にロックオンするように動作する。

実施形態に従う追跡は、手動または自動で行われ得る。手動追跡の場合、ユーザは、標的をクリックすること、または他のユーザインターフェース手段を使用することによって、どこに標的があるかということについて、システムを更新し得る。ユーザは、例えば、上述のユーザインターフェースを使用して、例えば、標的領域の大きさの変化、標的画像体積視野の配向の変化、選択された標的領域の位置の変化等を手動で示し得る。好ましくは、自動追跡方法は、標的を識別し、システムをそれにロックオンするために使用され得る。例えば、システム１００のアルゴリズムは、撮像パラメータを更新するために、自動的に標的３０１を追跡し、更新された標的体積画像を提供するように動作し得る。本発明の実施形態によれば、システム１００の論理は、例えば、標的を識別する情報の使用を継続すること、標的の以前に識別された推定位置を追跡もしくは更新すること、フレーム間画像比較を使用すること、および／または同様のものによってほぼリアルタイムに画像を更新するために、標的体積画像データセットをセグメント化し、その中の標的３０１の一部を算出するように継続的に動作し得る。本発明の実施形態に従って実装され得る、そのような自動追跡を提供するための技術に関する詳細は、上で参照した、発明の名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ Ｉｄｅｎｔｉｆｙ Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」の特許出願に提供されている。

追跡がどのように達成されるかということに関わらず、選択された標的（例えば、標的解剖学的構造または介入器具）が移動する場合、システムビーム形成制御および信号／画像処理は、本発明の実施形態に従って、新たな位置に適合される。したがって、関心の標的を追跡した、説明される実施形態のプロセスは、ブロック２０３に戻り、ここで、システム１００の撮像パラメータは、現在追跡されている選択された関心の標的を撮像するように適合される。その後、ブロック２０４において、標的撮像モードは、更新された撮像パラメータを使用して、更新された標的体積画像データセットを提供するように動作する。

実施形態は、本明細書において、実施形態は、超音波システムを参照して説明されているが、本発明の概念に従う調査撮像モードおよび標的撮像モードは、種々の撮像システムにおける撮像標的に関して実装され得る。例えば、本発明の概念は、ＭＲＩ、ＣＴ、ＰＥＴ、血管造影、および他の非医療用途に適用され得る。

本発明およびその利点を詳細に説明してきたが、本明細書において、種々の変更、置換、および改変が、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、行われ得ることを理解されたい。さらに、本出願の範囲は、本明細書に説明されるプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に制限されることを意図されない。当業者が本発明の開示から理解するように、本明細書に説明される対応する実施形態と実質的に同一の機能を実行する、または実質的に同一の結果を達成する、現存する、または後に開発される、プロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、もしくはステップが、本発明に従って利用され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、それらの範囲内に、そのようなプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、またはステップを含むことが意図される。

Claims (12)

1. 超音波変換器と、
   該超音波変換器によって取得された情報を使用して画像を生成するために命令セットの制御下で動作可能なプロセッサと
   を備える超音波撮像システムであって、
   該プロセッサは、
   調査体積画像データセットから調査画像を生成することと、
   該調査画像内の関心のアイテムの指示を受信することと、
   該指示された関心のアイテムに基づいて、該超音波変換器の１つ以上の撮像パラメータを調整することと、
   該１つ以上の調整された撮像パラメータで取得された標的体積画像データセットから標的画像を生成することと
   を実行するように構成され、
   該超音波変換器の該１つ以上の撮像パラメータの調整が、該標的画像が該指示された関心のアイテムのみを覆うように、実行される、システム。
2. 調整された撮像パラメータは、送信焦点を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 調整された撮像パラメータは、焦点深度を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 調整された撮像パラメータは、増加されたビーム密度を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 調整された撮像パラメータは、ウォブリング角度を含む、請求項１に記載のシステム。
6. 調整された撮像パラメータは、サンプル体積画像データセットと比較して前記標的体積画像データセットの視野を狭める、請求項１に記載のシステム。
7. 超音波変換器と、
   該超音波変換器によって取得された情報を使用して画像を生成するために命令セットの制御下で動作可能なプロセッサと
   を備える超音波撮像システムであって、
   該プロセッサは、
   調査体積画像データセットから調査画像を生成することと、
   該調査画像内の関心のアイテムの指示を受信することと、
   該指示された関心のアイテムに基づいて、該超音波変換器の１つ以上の撮像パラメータを調整することと、
   該１つ以上の調整された撮像パラメータで取得された標的体積画像データセットの体積セットから標的画像を生成することと
   を実行するように構成され、
   該超音波変換器の該１つ以上の撮像パラメータの調整が、識別された関心のアイテムが該標的画像内で中心になるように、実行される、システム。
8. 調整された撮像パラメータは、送信焦点を含む、請求項７に記載のシステム。
9. 調整された撮像パラメータは、焦点深度を含む、請求項７に記載のシステム。
10. 調整された撮像パラメータは、増加されたビーム密度を含む、請求項７に記載のシステム。
11. 調整された撮像パラメータは、ウォブリング角度を含む、請求項７に記載のシステム。
12. 調整された撮像パラメータは、サンプル体積画像データセットと比較して前記標的体積画像データセットの視野を狭める、請求項７に記載のシステム。
    

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