JP6268196B2 - 頭蓋内モニタリングのための一貫性のある連続的な超音波取得 - Google Patents

Description

本発明は、医用イメージングプローブのポジションに関し、特に、プローブが撮像対象と接触している間のポジションに関する。

アメリカ疾病予防管理センター（Centers for Disease Control and Prevention）（ＣＤＣ）によれば、外傷は、毎年、アメリカ合衆国全域で、４２００万の救急診療訪問及び２００万の入院に上る。アメリカ合衆国では、外傷は、人口の１０万人あたりで３８．４人の死者に上る。外傷は、特に、年少人口における主な死亡原因であり、アメリカ合衆国で失われた全ての生命の３０％に上る（癌の１６％及び心疾患の１２％と比較される。）。頭部外傷は、特に、全体の外傷ケースの３０％に上る。外傷はまた、世界中の死亡原因の第５位でもある。

超音波は、しばしば、主たる外傷を負った患者の最初のイメージング検査である。超音波は、非侵襲性であり且つ可搬性であり、そして、コンピュータ断層撮影（Computed Tomography）（ＣＴ）又は磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging）（ＭＲＩ）と比較して安価に利用可能である。
米国特許出願公開第２００５／００８５７２７号明細書（特許文献２）は、関心のある特徴を表すように超音波検査の間に患者の表皮にマーキングする方法及びデバイスを開示する。デバイスは、第１部分及び第２部分を有する。第１部分は、超音波トランスデューサへの装置の取り付けのために構成される。第２部分は、関心のある特徴を表すように患者の表皮にマーキングするマーカー要素を装備される。第１部分及び第２部分は、互いに回転可能に取り付けられる。マーカー要素は、色落ちしない又は他の適切なインク、塗料、クレヨン、油脂、などにより患者の表皮及び患者の表皮のための要素に印字するための要素であってよい。関心のある特徴が観測される場合に、第２部分は、マーカー要素が患者の表皮に接触し始め、それにマーキングするまで、患者の表皮に向かって回転される。方法及びデバイスが使用され得る超音波検査の具体的なタイプは、最適な経頭蓋ドップラー窓にマーキングすることを含む。

ＦＡＳＴ（Focused Assessment with Sonography in Trauma）プロトコルは、比較的訓練されていないユーザによる救急処置室（Emergency Room）（ＥＲ）での外傷患者の即座の検査のプロセスを能率化するために開発された。ＦＡＳＴ検査の狙いは、正常条件下で血液が存在しない腹部／胸部における４つの範囲内の血液貯留を評価することである。例えば、ＲＵＱ検査では、ユーザは、肝臓と右腎臓との間の空間であるモリソン窩内の暗い低エコー性範囲を検査される。このとき、低エコー性（hypoechogenicity）は、貯留した血液の存在を示す。

しかし、頭蓋内の血液を直ちに検出及びモニタするための同等のＦＡＳＴ検査は存在しない。これは、たいがいは、上等なスキャンを得るとともに、頭蓋内超音波画像を解釈することが可能である必要性に起因する。それらはいずれも相当な技量を必要とする。

外傷イベントに加えて、頭蓋内出血の他の原因は脳内出血性卒中である。これは、全ての卒中の１０〜１５％に上り、高血圧に起因する脳内の血管の破裂により起こる。卒中イベントを経験したことがあると疑われる患者では、適切な薬が適時に投与され得るように出血の有無を直ちに評価する必要がある。加えて、出血性変化は、虚血性発作の当然の結果である。それは、例えばｔＰＡのような血栓溶解薬の投与によって悪化し、出血性変化は、当初の発作自体よりも壊滅的な影響を有し得る。

頭部外傷又は出血性卒中に関連するほとんどの状況では、ある期間にわたって患者をモニタする必要がある。例えば、外傷では、血液プールのサイズの変化によって裏付けられるように、更なる出血が起こっているかどうかをモニタする必要がある。幾つらかの出血は、虚血の範囲内で発現する（“出血性変化”）。これは、ある期間にわたってモニタすることを必要とする。

現在、赤外線光を使用するインフラスキャナとして知られる、米国特許第８０６０１８９号明細書（Ｄｏｒ等）（特許文献１）で記載されているデバイスは、脳内の末梢血（大部分は硬膜外及び硬膜下の血腫）を検出するのに利用可能であるが、デバイスは、２．５センチメートルの限られた深さまでしか働くことができない。

米国特許第８０６０１８９号明細書（Dor et al.） 米国特許出願公開第２００５／００８５７２７号明細書

以下本願で提案されるものは、上記の懸案事項のうちの１つ以上に対処することに向けられる。

ＣＴは、外傷及び卒中発作に見舞われた人の最初の評価のために使用され得るが、度重なるＣＴ検査は、高放射線量により望ましくない。また、度重なる再検査のためにベッドからＣＴ検査室へ患者を動かすことは非現実的である。多くのセンターでは、ＣＴスキャンを実行するための約１時間の遅延が一般的である。

このように、ある期間にわたって繰り返し評価を行うための、例えば超音波のような可搬手段を有することは、大いに好ましい。

しかしながら、経頭蓋超音波スキャンは、実行するのが難しく、相当な経験を必要とする。検査は、オペレータに依存し、主観的である。定量的測定が、例えば、時間にわたる相対的な変化を検出するために、頭蓋内モニタリングにおいて使用される場合に、様々な時点でのプローブ配置は、例えば損傷サイズ及び組織変位などの測定の大きさに有意に影響を及ぼし、臨床症状の変化に起因するあらゆる変化もマスキングする。これは、プローブのポジション及び／又は角度の変化が、頭蓋の起伏性に起因して大幅に異なった音響窓を引き起こして、異なった伝送振幅及び後方散乱特性を生じさせるためである。

このように、ほとんど同じ音響伝播窓が全ての時点で使用されるようにプローブ配置が追跡及び調整されることを確かにする方法を使用する必要がある。

上記の特許文献１のデバイスは、撮像の限られた深さに加えて、損傷の範囲の定量的測定も提供せず、損傷モニタリングを可能にしない。

かなりのユーザの技能なしでＥＲ又はプレホスピタル環境で使用され得る、頭蓋内出血の存在及びモニタリングを直ちに確認するためのデバイスは、現在存在してない。

本発明の態様に従って、撮像対象との接触のために構成される医用イメージングプローブは、印配置装置を有する。印配置装置は、当該医用イメージングプローブが前記撮像対象と接触している間に当該医用イメージングプローブのポジションを記録するように前記撮像対象にマーキングするインスタンスを選択的に実行するよう構成される。

１つの従属態様において、前記撮像対象は表皮を有し、前記マーキングは前記表皮にマーキングするように実行される。

他の従属態様において、前記マーキングは、インクによる印刷を伴う。

別の従属態様において、医用イメージングデバイスは、前記医用イメージングプローブと、前記マーキングするインスタンスをトリガするユーザコントロールとを有する。

更なる従属態様において、前記医用イメージングプローブが前記ユーザコントロールを有する。

第１の関連する従属態様において、前記医用イメージングデバイスは、前記マーキングするインスタンスに応答して、更なるユーザの介入の必要性なしに、損傷を求めて現在の物理的構造を評価するように、撮像を介して前記撮像対象にインタロゲートするよう更に構成される。

特定の従属態様において、前記医用イメージングデバイスは、超音波を発すること、超音波を受けること、又はそれらの両方のために更に構成される。

関連する従属態様において、医用イメージングデバイスは、前記医用イメージングプローブを有し、更に、当該医用イメージングデバイスが有する医用イメージングプローブのために現在存在している、前記マーキングするインスタンスにより生じるマークに対する位置づけが、所定の位置づけへの近似の基準を満足するかどうかを決定するよう構成されるフィードバックモジュールを有する。

更なる従属態様として、前記所定の位置づけは、前記医用イメージングプローブが前記マーキングを実行するために前記マーキングの時点で存在した、前記マークに対する位置づけである。

他の更なる従属態様において、前記マーキングは、前記撮像対象上のランドマークを提供し、前記フィードバックモジュールは、前記基準が満足されるとの前記決定によって、前記医用イメージングプローブの現在のポジションが前記ランドマークに一致することを更に決定する。

１つの更なる従属態様において、前記医用イメージングデバイスは、自動的に且つユーザの介入の必要性なしに、前記撮像対象の変位撮像を介して損傷を検出することに応答して前記マーキングするインスタンスを実行するよう構成される。当該医用イメージングデバイスは、前記決定の対象になる位置づけを有する前記医用イメージングプローブの視野が、前記基準が満足されるとの前記決定時に、前記損傷を含むように更に構成される。

更なる他の別の従属態様において、前記決定は、該決定の対象になる位置づけを有する前記医用イメージングプローブを介して現在取得されている無線周波数（ＲＦ）データに基づくパターンマッチングを有する。

上記のものの更なる別の従属態様において、前記ＲＦデータは、前記撮像対象内の現在の視野に及び、前記決定は、流体の領域を検出し、前記パターンマッチングから前記領域を除くことを伴う。

代替の、補完的な、又はより具体的な別の従属態様において、前記基準は、骨組織からの反射、骨組織からの反響、又は骨組織からの反響及び反射の両方の基準パターンに対する、骨組織からの反射、骨組織からの反響、又は骨組織からの反響及び反射の両方の現在のパターンの近似に基づく。

更なる他の別の従属態様において、前記フィードバックモジュールは、前記基準の満足さにおける近さの実時間インジケーションを提供するよう構成されるユーザインジケーションを更に特徴とする。

更なる異なった別の従属態様において、前記基準は、トランスデューサ要素にわたる遅延及び／又は振幅のパターンの相互近似に基づく。

１つの他の更なる従属態様において、当該医用イメージングデバイスは、前記近似の基準が満足されるとの決定に応答して、更なるユーザの介入の必要性なしに、予め特定された損傷を評価するように、撮像を介して前記撮像対象にインタロゲートするよう構成される。

関連する更なる従属態様において、前記医用イメージングデバイスは、前記基準が満足されるとの決定の後に、該決定より前に特定された特定の損傷の現在のサイズ、該損傷の現在の物理的構造、又はそれらの両方を撮像を介して評価するよう構成される。

更なる別の従属態様において、当該医用イメージングデバイスは、前記基準が満足されるとの決定に応答して前記評価を実行し、自動的に且つユーザの介入の必要性なしにそれを実行するよう構成される。

更なる別の従属態様において、前記必要性を伴わない前記自動的な実行は、夫々の評価されるサイズ及び／又は物理的構造を、前に評価されたサイズ及び／又は物理的構造と比較することを更に有する。

補完的な従属態様において、前記医用イメージングプローブを有する医用イメージングデバイスは、前記撮像対象の損傷が特定された後に、当該医用イメージングデバイスが有する医用イメージングプローブが前記マーキングされたポジションに適用される間に、該適用されている医用イメージングプローブのユーザ操作と相互に作用するユーザガイダンスを提供するよう更に構成される。当該医用イメージングデバイスは、自動的に且つユーザの介入の必要性なしに、具体的に且つ前記損傷の変化のために該損傷を前記適用される医用イメージングプローブを介した撮像を介してモニタするよう更に構成される。

更なる別の従属態様において、当該医用イメージングデバイスは、具体的に正常組織を同時にモニタし、前記変化を前記正常組織の変化と比較するよう更に構成される。

代替の更なる従属態様において、前記損傷は脳障害を有する。

関連するバージョンに従って、コンピュータ可読媒体は、少なくとも：
ａ）医用イメージングプローブを介した撮像を介して、自動的に且つユーザの介入の必要性なしに、前記医用イメージングプローブの現在の位置づけが所定の位置づけへの近似の基準を満足するかどうかを決定するよう構成されるフィードバックモジュールを動作させ、
ｂ）前記基準が満足されるとの決定に応答して、自動的に且つユーザの介入の必要性なしに、前記決定より前に評価のために具体的に特定された損傷の定量的評価を前記医用イメージングプローブを介した撮像を介して行う
ためにプロセッサによって実行可能な命令を担持する。

新規のプローブ、デバイス及びコンピュータ可読媒体の詳細は、次の図面を用いて以下で更に説明される。図面は、実寸通りに描かれていない。

本発明に従う、プローブを有する医用イメージングデバイスの概略図である。 本発明に従う、図１のデバイスの機能図である。 本発明に従う、医療対象に対する図１のプローブの最初の適用のフロー図である。 本発明に従う、医療対象に対する図１のプローブの続く適用のフロー図である。

図１は、例えば患者又は動物などの医療対象１０４の頭蓋内モニタリングのための一貫性のある連続的な超音波取得のための例となるプローブ１０２を表す。

以下の記載では、この単一のプローブ１０２が全ての取得のために使用されるとする。しかし、医用イメージングデバイスは、１つ以上の他のプローブを特徴としてよい。それらのプローブのうちのいずれか１つが所与の取得のために対象１０４に適用され得る。本開示では、１つよりも多く存在する場合にプローブのいずれかが“前記医用イメージングデバイスが有するプローブ”と見なされてよい。さもなければ、単一のプローブが存在する場合は、そのプローブが“前記医用イメージングデバイスが有するプローブ”である。

プローブ１０２は、頭部のこめかみ範囲において対象１０４の表皮１０６に適用される。プローブ１０２は、従って、下に横たわる骨質構造である側頭骨１０８に押し付けられる。側頭骨１０８の起伏性に起因して、プローブのポジション及び／又は角度の変化は、大いに異なった音響窓を引き起こす。従って、側頭骨１０８は、プローブ１０２の特定のポジション及び位置づけに固有のシグニチャを提供する。プローブ１０２は、現在の視野（ＦＯＶ）１１０を有する。ＦＯＶ１１０内には、脳１１３の損傷１１２と、選択された周囲又はすぐ近くの正常領域１１４とが存在する。以降、単一の損傷のみがモニタされているとするが、視野内の１つよりも多い損傷が同時にモニタされてよい。損傷１１２の増大又は他の変化１１６は、ある期間にわたって行われる連続的な超音波取得にわたりモニタされる。もしあれば変化１１６は、もしあれば正常領域１１４における何らかの対応する変化に対して正規化され得る。正常領域１１４は２つの目的を果たす。損傷の増大の正規化のための基準を提供することに加えて、正常領域１１４は、パターンマッチングのために撮像される。それにより、プローブの位置づけは、物理的構造における増大及び／又は変化１１６、すなわち、凝血塊の硬化又は固体／液体混合を時間にわたり追跡するのに必要とされる別々の取得にわたって一貫性を保たれ得る。それらの目的のうちの１つのために利用される正常領域１１４の部分は、例えば、他方の目的のために使用されるそれらの部分と異なってよく、例えば、別々であっても、又は重なり合ってもよい。

プローブ１０２は、その先端で、印配置装置１１８を有する。装置１１８は、プローブ１０２の表面の外周に多数の放出ポート１２０を備える。マーキングのインスタンスがトリガされる場合に、ポート１２０は、インク又は他の表皮マーキング薬を表皮１０６上にスプレーするか、又は放出して、ランドマーク１２２を生成する。２つのポート１２０がプローブ１０２のために図１に示されているが、２つよりも多く存在してよい。図１に示されるように、プローブ１０２の例図の下には、４つのマーク１２４が４つの夫々のポート１２０によって生成されている。ランドマーク１２２は、分離したマーク１２４から成らなくてよい。代わりに、それは、例えば、円形の単一マークであってよい。あるいは、それは、プローブの表面形状に応じて、単に、曲線状であってよい。ランドマーク１２２は、マーキングのインスタンスでプローブ１０２のポジション１２６を記録する。有利に、下に横たわる骨構造は、ここで提案されるように、ランドマーク１２２が、たとえプローブ１０２によって接触されるとしても、撮像の対象である脳内の構造に対してポジション１２６を固定することを確かにする。これは、損傷の増大をモニタする目的で時間的に連続するプローブのポジショニングにおける一貫性を可能にする。

マーキングのインスタンスは、例えば押下可能なボタンなどのユーザコントロール１２８によってトリガされてよい。あるいは、それは、ユーザの介入の必要性なしで、プローブ１０２を特徴とする医用イメージングデバイスによって自動的にトリガされてよい。デバイスは、通常は、ＦＯＶ１１０において動的に取得される画像の表示を有する。ライブ画像は、プローブ１０２の視野が、例えば、プローブの移動によって、変化するにつれて、動的に、又は実時間において、変化する。

マーキングのためのコントロール１２８のユーザトリガの場合において、ユーザは、適用されるプローブをユーザが操作する過程で、関心のある損傷１１２がスクリーン上に現れる場合に、ボタンをインタラクティブに押下する。音響収差補正は、関心のある損傷１１２のユーザによる探索の間に画像を改善するために使用されてよい。一実施形態において、トランスデューサアレイは、プローブ１０２内で軸方向で前後に動くことができる。移動は機械的に、例えばモータによって、行われる。移動距離は、例えば、０．２５ミリメートル（ｍｍ）であってよい。２つの取得は、側頭骨１０８における表面凹凸によって引き起こされる収差を排除又は低減するように組み合わされる。これは、同一出願人による米国特許出願公開第２０１２／０１４３０５８号明細書（Powers et al.）（以降、“Powers出願”）において記載されている。この出願の全文は、参照により本願に援用される。ライブ又は実時間画像のために、１つのアレイ変位での取得は、他方のアレイ変位での取得と散在又は交互にされる。

他方で、自動トリガは、自動的に且つ動的に、損傷の探索において、インタラクティブな画像から損傷を認識することを伴う。一例は、脳内の静止した血液プールを検出することである。

脳内の液体は、強いられた移動からほとんど回復しないので、音響放射力（Acoustic Radiation Force）（ＡＲＦ）及びＡモード変位撮像は、液体の範囲を検出するために使用され得る。また、例えば、カラードップラー又はＢモードスペックル追跡によって検出可能な血液の音響流動速度は、それを固体組織と区別するシグニチャとなる。動いている組織を静止物と区別するためにカラードップラーを使用することは、米国特許第５４８７３８７号明細書（Trahey et al.）で論じられており、同一出願人による米国特許出願公開第２０１０／０００４５４０号明細書（Trahey）は、血液のスペックル追跡に関する。

ＦＯＶ１１０は、１つ以上の正常領域１１４を含むよう十分に広く予め設定される。検出された液体の領域は、固体領域が正常領域１１４を選択することにおいて好ましいことから、脳室を除外するように解剖学的な脳マップと比較され得る。超音波デバイスは、解剖学的な脳マップをレジストレーションする目的で、反対側の内部頭蓋輪郭までのtime-in-flightを測定するために超音波を発してよい。音響収差補正は、この測定のためにも適用されてよい。

なお、代替的に、又は追加的に、静止したプールと血管内を自然に流れている血液との間を更に区別するように、動きは、ドップラー技術又はスペックル追跡によって検出され得る。

トリガが自動又は手動のいずれであろうと、ランドマーク１２２はプローブポジション１２６を記録する。マーキングを実行するプローブ１０２のためにマーキング時に存在する位置づけ１３０、１３２はまた、再現可能でなければならない。それぞれの連続的な取得のために位置づけ１３０、１３２を再現することによって、一貫性のある音響窓は、プローブの最初の適用において又はその適用から特定された損傷を評価し、その増大又は非増大を追跡するために、取得される。

プローブ１０２の中心軸１３４は、図１の図面用紙の外に突き出るようにプローブ−表皮中心１２６の外に延在するものとして視覚化され得る。マーク１２４のうちの２つはｘ軸上に存在し、残りの２つはｙ軸上に存在すると仮定され得る。次いで、中心軸は、第１の角度１３０でｙ軸の法線であるｘ軸の面上に、且つ、第２の角度１３２でｘ軸の法線であるｙ軸の面上に、投影する。

位置づけ１３０、１３２は、ランドマーク１２２に対する。

患者が、夫々の取得のために、固定されたヘッドギアを備えた台上で検査される場合に、同一出願人による米国特許第７９３３００７号明細書（Stanton et al.）及び米国特許出願公開第２０１０／０１９４８７９号明細書（Pasveer et al.）で記載されるように、プローブ１０２において設置された電磁センサを用いて位置づけ１３０、１３２を取得することが可能である。

なお、位置づけの読み出しは必要とされない。ランドマーク１２２に対する位置づけ１３０、１３２が、損傷の増大を評価する取得の間中、一貫性を保たれることを確かにすれば足りる。患者は、固定位置に制限される必要がない。代わりに、視覚的なパターンマッチング方法は、動的にプローブ１０２による画像取得に基づいて、現在の位置づけを基準の位置づけと照合するのに用いられ得る。

損傷の増大の追跡の初期段階で、損傷は、上述されたように、画像から見つけられる。同じく上述されたように、マーキングは、損傷の位置決め時に、ユーザによってトリガされてよく、あるいは、自動的にトリガされてよい。マーキング時に存在する超音波デバイスの撮像設定は、セーブされる。加えて、Ｂモード撮像は、現在のＦＯＶ１１０内の画像データをセーブするのに使用される。

自動トリガの場合に、正常領域１１４は、解剖学的な脳マップを用いて、マーキングのインスタンス時に既に選択されていてよい。通常、ユーザトリガの場合に、正常領域は未だ選択されていない。

識別された損傷１１２及び場合により既に識別されている正常領域１１４は、マーキングのインスタンスの後、オフラインのプロセッシングを受けてよい。セーブされたＢモード画像は、臨床医によって見られる。正確な境界は、セーブされた画像の表示によりインタラクティブに、例えばスクリーン上でカーソルを動かすことによって、損傷１１２に、及び正常領域１１４に、臨床医によって割り当てられてよい。よって、自動トリガの場合に、その時点での仮定された損傷境界及び仮定又は選択されたあらゆる正常領域１１４も、このとき更に正確にされ、あるいは描き直されてよい。軟組織のために超音波よりも高い解像度を提供するコンピュータ断層撮影（ＣＴ）は、任意に、損傷１１２及び正常領域１１４の両方のために利用され得る。ＣＴスキャンは、既知の方法で超音波画像にレジストレーションされ、損傷１１２及び正常領域１１４の境界は然るべく調整される。

一実施形態において、正常領域１１４はまた、損傷１１２及び流体の領域を除くＦＯＶ１１０の全体に、すなわち、反対側の図解表面までにわたる。流体の領域については、上述されたように、脳室が解剖学的な脳マップから区別され得、必然的に、脳室内の流れている流体が検出され得る。以下で直ちに議論されるべき後続段階において、マッチングは、比較的完全な正常領域１１４からのＲＦデータによって起こる。よって、ＲＦデータは、撮像対象１０４内の現在のＦＯＶ１１０にわたり、近似基準が満足されるかどうかを決定することは、流体の領域を検出し、画像に基づくパターンマッチングからその領域を除外することを伴う。

損傷の増幅の追跡の後続段階は、初期段階の後の連続的な取得の夫々から成る。

後続段階で、第１のタスクは、夫々の取得について、ランドマーク１２２に対してプローブ１０２の同じ又はほぼ同じポジション１２６及び位置づけ１３０、１３２を取り戻すことである。ユーザは、ポジション１２６を取り戻すようにプローブ１０２の表面をランドマーク１１２に適用する。次いで、プローブ１０２は、例えば手動により、操作される。プローブ１０２の現在の位置づけが、基準の位置づけ、すなわち、初期段階でマーキングするときに存在した位置づけと一致する場合に、プローブ１０２にある標的上発光ダイオード（ＬＥＤ）リングパネル１３８は、緑色光を発する。幾つかの実施形態において、このイベントは、以下で更に詳細に記載されるように、黄色光を発する標的近傍ＬＥＤリングパネル１４０に先導される。リングパネル１４０は、適用されているプローブのユーザ操作と相互に作用するユーザガイドラインを提供する。

位置づけが一致すると、取得が始まり、取得された画像において損傷１１２の現在の物理的構造又は範囲を特定する。結果は、初期及び／又は後続段階で取得された前の結果と比較される。音響収差補正は、上述されたように、画像取得を補正するためにプロセス全体を通じて使用されてよい。

図２は、実例であって制限されない例として、超音波に関して以下で論じられる医用イメージングデバイス２００を示す。デバイス２００は、プローブ１０２、その印配置装置１１８及び、任意に、上述された音響収差補正のためのトランスデューサアレイトランスレータ２０２を有する。デバイス２００は、イメージングディスプレイ２０４、ユーザインタフェース２０６、及び様々な機能モジュールを更に有する。デバイス２００の上記のコンポーネントは、例えば、有線のデータ及び電力バス２０７によって、通信上接続される。デバイス２００のイメージングモダリティ２０８には、Ｂモード、変位撮像のためのＡモード、及び流動速度測定のためのドップラーがある。

超音波プローブが論じられているが、例えば光音響アプリケーションのための赤外線光及びレーザ光などの他の撮像技術は、ここで提案されているものの意図された適用範囲内にある。特許文献１の医用プローブシステムは、対象にインタロゲートするために赤外線光を使用するものであって、ここで開示されているマーキング及び近似基準に従って結果を再現する意図を持って変更され得る。特許文献１の全ての議論は、その全文を参照により本願に援用される。同様に、光音響撮像の場合に、ここで提案されている医用イメージングプローブは、例えばレーザ光などの光を放射し、近似決定のために例えばＢモード撮像パターン認識における応答無線周波数（ＲＦ）データを使用することができる。ここで記載されている革新的な医用イメージングプローブは、従って、対象にインタロゲートするように光を放射すること、対象にインタロゲートする際に超音波を受信すること、又はそれらの両方を行うことができる。

機能モジュールは、定量的な視野（ＦＯＶ）評価部２１０、位置づけフィードバックモジュール２１２、定量的な損傷／正常領域評価部２１４、損傷変化正規化部２１６、損傷変化比較部２１８、メモリ２２２、及び制御部２２４を有する。位置づけフィードバックモジュール２１２は、パターンマッチングモジュール２２６を有する。パターンマッチングモジュール２２６は、反響／反射モジュール２２８、及びＲＦ／画像データ相互相関モジュール２３０、及び／又はsum of absolute difference（ＳＡＤ）モジュール２３２を有する。機能モジュール２１０〜２３２及びデバイス２１０の残り部分は、ソフトウェア、ファームウェア、及びハードウェアのあらゆる適切な且つ既知の組み合わせによっても実施されてよい。制御部２２４は、例えば、１つ以上の集積回路を備えるデバイスにおいて、又は適切にプログラムされたコンピュータ可読媒体として、実現されてよい。

図３は、損傷の増大の追跡の初期段階３００の一例を表す。プローブ１０２の表面は、印刷されたランドマーク１２２で医療対象１０４の表皮１０６に適用される（ステップＳ３０２）。プローブ表面は、下に横たわる骨１０８に押し付けられる（ステップＳ３０４）。ユーザは、ディスプレイ２０４を見ながらプローブ１０２を傾ける（ステップＳ３０６）。これは、損傷の探索（ステップＳ３０８）において続くが、損傷が見つけられない場合（ステップＳ３１０）は終了してよい。

ユーザがディスプレイ２０４から関心のある損傷１１２を見つけ出す場合は、ユーザは、マーキングをトリガするようにマーキングボタン１２８を直ちに押してよい（ステップＳ３１４）。ユーザはまた、マーキングボタン１２８を押す（ステップＳ３１４）前に、後続段階でのパターンマッチングのために正常領域１１４を依然として含みながら、ある程度まで損傷１１２に焦点を合わせるように、ユーザインタフェース２０６、又はプローブ１０２にあるユーザアクチュエータを操作してよい（ステップＳ３１２）。代替的に、自動トリガ（Ｓ３１４）の場合に、血液プールが検出されるときは（ステップＳ３０８）、自動トリガは、初期段階でのＦＯＶにわたるＢモード取得より前に、ＦＯＶ１１０の自動フォーカシングを伴ってよい（ステップＳ３１２）。

マーキングボタン１２８を押すこと又は自動トリガ／フォーカシングに応答して直ちに、ランドマーク１２２は印刷される（ステップＳ３１６）。加えて、Ｂモード撮像スキャニングは、現在の、おそらくは調整されたＦＯＶ１１０に及ぶように実行され（ステップＳ３１８）、取得はセーブされる（ステップＳ３２０）。撮像設定もセーブされる（ステップＳ３２２）。Ｂモード撮像は、音響収差補正を受けても受けなくてもよい。

反響／反射パターンが、位置づけ近似基準を満足することにおいて使用されるべき場合は（ステップＳ３２４）、受信窓は極めて短くされ得る。Powers出願の図１から分かるように、Ｔｙｐｅ Ｉの反響は、プローブ面と患者の頭蓋との間に起こり、極めて短い時間の受信窓内で検出可能である。Ｔｙｐｅ ＩＩａの反響は、極めて短い時間窓を考えると、頭蓋からの反射として検出可能である。脳から返るあらゆるその後の反射も時間窓の外にあり、従って、反射／反響パターンの部分でない。左側に示されているＴｙｐｅ ＩＩＩの反響は、同じように骨からの反射であって、短い窓内でやはり検出可能である。単一のトランスデューサ要素が発射される場合は、Ｔｙｐｅ ＩＩａの反射信号は、極めて短い時間窓内でトランスデューサアレイに入射してよい。骨、例えば側頭骨１０８からの反射のパターンが利用され得る。同様に、上記のＴｙｐｅ Ｉ及びＩＩＩの反響信号は、利用可能なパターンを提供してよい。骨からの反射及び反響の両方のパターンも利用可能である。１つ以上のパルスが発せられ得る。それらは、受信時間窓が極めて短く保たれるように、トランスデューサの１又は２次元アレイを介して、連続的に又は同時に発せられ得る（ステップＳ３２６）。音響収差補正は、デバイス２００について実施される場合に、与えられないか又は抑制される。これは、その補正が、パターンにプローブ１０２の特定のポジション１２６のためのその特有のシグニチャを与える側頭骨１０８の外面に起因して、収差自体であるためである。有利な態様として、シグニチャは、損傷モニタリングにおける画像取得間の時間にわたって変化する可能性が軟組織よりもずっと低い。側頭骨の性質は、その表面の不規則性により、従って、マーキング時に存在する最初のプローブの位置づけを取り戻すことにおいて信頼性を提供する。生成されたパターン（ステップＳ３２６）は、骨からの反射及び／又は反響の基準パターンとしてセーブされる（ステップＳ３２８）。極めて短い受信窓が側頭骨１０８の表面又は側頭骨表面からそれほど深くないところに撮像を制限されているために、このようなパターンマッチングにおいて具体的に正常領域１１４を撮像するように努力することはない。特に、撮像深さは、骨の深さよりも大きい必要はない。その骨、例えば側頭骨１０８は、超音波ビームの伝播の方向においてプローブ１０２の直ぐ下にある骨構造である。しかし、正常領域１１４は、損傷の増大の測定正規化のための基礎をもたらすそれらの他の機能と、他の相補的な画像パターンマッチングが用いられる場合には更に正規化機能とを提供する。

音響ストリーミングが脳組織を特性化するのに使用されるべき場合に（ステップＳ３３０）、ＦＯＶ１１０の全体はインタロゲートされてよい（ステップＳ３３２）。プローブ１０２は、組織を移動させるように音響放射力（ＡＲＦ）を発する。カラードップラー、すなわち、例えばスペックル追跡は、移動の速度を測定するのに使用される。測定された速度は、例えば、移動する組織が血液であることを示すことができる。より一般的には、測定速度は、特定の物理的構造を示してよい。脳内の領域にわたる測定速度は、例えば血液プールなどの特定の物理的構造を有する領域のサイズ又は範囲、すなわち、損傷のタイプを示すことができる。

代替的に、又は追加的に、変位撮像が脳組織を特性化するのに使用されるべき場合に（ステップＳ３３４）、Ａモード変位撮像が、ＡＲＦを受けた脳組織に対して実行される。ＦＯＶ１１０の全体はインタロゲートされてよい（ステップＳ３３６）。流体は、ＡＲＦの下で動き続ける傾向がある。一方、固体組織は、その元のポジションに戻る。プッシュパルスは、参照のために、追跡パルスに先導され、そして、追跡パルスに引き続くことができる。連続する３つ以上のプッシュが発せられ得、組織変位はプッシュの方向において、すなわち、最大変位の方向において追跡される。連続の全体にわたる、すなわち、最初のプッシュに先行する追跡パルスから最後のプッシュに続く（最後の）追跡パルスまでの最大変位は、プローブ１０２からの組織の深さの範囲にわたって測定され得る。曲線のエンベロープは、その変位の大きさによって、液体組織の領域から固体組織の領域を区別する。液体領域は、静止している場合は液体プールであってよく、ここで上述されたように、ドップラー及びスペックル追跡は、動きを検出するために使用可能な技術の２つの例である。医用イメージングデバイス２００は、例えば“BLOOD POOL DETECTED（血液プール検出）”といったメッセージをユーザに任意に報告してよい。メッセージは、ディスプレイ２０４において、又はプローブ１０２にあるパネル内のローリングメッセージとして、現れることができる。

付加的なオフラインのプロセッシングは、このとき、初期段階の終わりに行われてよい。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）が損傷１１２及び正常領域１１４の撮像を向上させるために実行されるべき場合は（ステップＳ３３８）、ＣＴスキャンが行われる（ステップＳ３４０）。セーブされている超音波Ｂモード撮像は、ＣＴ撮像に基づき然るべく補正される（ステップＳ３４２）。

いずれにしても、セーブされている超音波Ｂモード撮像は、任意に、損傷１１２及び正常組織１１４をより良く識別し、且つ、ユーザインタフェース２０６を介してそれらの境界を定めるために、例えば臨床医によって、表示および精査を受ける（ステップＳ３４４）。

後続段階４００は、図４によって例示される。デバイス２００は、上記のステップＳ３２０、Ｓ３２２、Ｓ３２８、Ｓ３４２、Ｓ３４４においてセーブされた値により初期化される（ステップＳ４０２）。

ユーザのサブプロセス４１０において、ユーザはプローブ１０２をランドマーク１２２に適用する（ステップＳ４０４）。プローブ面は、下に横たわる骨１０８に押し付けられる（ステップＳ４０６）。ユーザは、プローブ１０２にある標的上発光ダイオード（ＬＥＤ）リングパネル１３８が緑色光を放射する（Ｓ４１０）まで、プローブ１０２を傾ける（ステップＳ４０８）。緑色光より前に、ユーザは、標的近傍ＬＥＤリングパネル１４０が黄色光を放射する場合に、一時的に中断してよい。緑色光が現れると（ステップＳ４１０）、ユーザはプローブ１０２を静止状態で保持する（Ｓ４１１）。

ステップＳ４０６が実行されると、ユーザのサブプロセス４１０と同時に起こるデバイスのサブプロセス４２０は有効になる。

デバイスのサブプロセス４２０に従って、反響／反射パターンマッチングが、プローブの位置づけ近似を決定することにおいて使用されるべき場合は（ステップＳ４１２）、超音波は、現在のパターンを生成するように放射される（ステップＳ４１４）。パターンは、対応する記憶されているパターン、又は初期段階からの“基準パターン”と比較される（ステップＳ４１６）。パターンは、受信された無線周波数（ＲＦ）データ、又は例えば受信されたＲＦデータに基づくもののような画像データに基づくことができる。例えば、パターンは、時間にわたる及び空間にわたる、すなわち、様々なトランスデューサ要素の間の、ＲＦ又は画像データの大きさに基づくことができる。現在のパターンと前の（すなわち、基準）パターンとの間の比較に適用される近似基準は、受信窓内の特定の時点に基づいてよい。夫々のトランスデューサ要素の夫々のチャネルにおける現在の大きさは、一対一で、そのチャネルについての基準の大きさと比較される。比較は、差をとることを伴う。それらの差は、類似性メトリックを得るように加算される。代替的に、又は追加的に、トランスデューサ要素にわたる所与の遅延パターンは、基準パターンにおける振幅を、所定の閾範囲内で、ほぼレジストレーションに至らせるように、例えば、要素ごとに異なったインクリメント／デクリメントを導入する反復プロセスにおいて見つけられ得る。所与の遅延パターンは、例えば、要素ごとに異なった正方向又は負方向の遅延を加えてよく、結果として、レジストレーションを実現する拡張遅延パターンとなる。類似性メトリックは、次いで、所与のパターンの遅延の大きさ、すなわち、基準遅延パターンに対する拡張遅延パターンの近さに基づいてよい。あるいは、類似性メトリックは、遅延及び振幅の両方のパターンに基づき計算され得る。類似性メトリックに基づき、所定の近似基準が満足されない場合は（ステップＳ４１８）、ステップＳ４１４へ戻る。従って、基準は、トランスデューサ要素にわたる遅延のパターンの相互近似と、トランスデューサ要素にわたる振幅のパターンの相互近似とのうちの少なくとも１つに基づく。代替的に、この時点でステップＳ４１４に戻ることに代えて、標的近傍ＬＥＤリングパネル１４０がこのとき黄色光を放射すべきかどうかを確認するために、より緩い基準が試されてよい。しかし、骨表面の不規則性は、一致より前にほとんど又はまったく前兆を提供しない。なお、例えば直ぐ下で論じられるもののような他のパターンマッチング技術が、事前に前兆を提供するように、補足として、同時に適用され得る。

他方で、反響／反射パターンマッチングが使用されるべきでない場合は（ステップＳ４１２）、他の画像パターンマッチング技術が利用される（ステップＳ４２０）。例えば、現在のＦＯＶ１１０に含まれる現在のＢモード撮像からのＲＦデータ、又はＲＦデータから導出される画像データは、ステップＳ３２０でセーブされて、場合により初期段階のオフラインステップＳ３４２、Ｓ４４４で向上された取得の正常領域１１４の夫々の基準ＲＦ又は画像データとの相互相関によって、動的に照合され得る。相互相関の代替案は、例えば、同一出願人による米国特許第６２９９５７９号明細書（Peterson et al.）において記載されるＳＡＤアルゴリズムである。

近似基準が目下満足されず（ステップＳ４２２）、より緩い、近さの所定の基準が満足される場合は（ステップＳ４２４）、標的近傍ＬＥＤリングパネル１４０は黄色光を放射する（Ｓ４２５）。このように、黄色光は、近似基準を満足することにおいて近さの実時間インジケーションとなる。

より緩い基準が満足されるかどうかによらず（ステップＳ４２４）、パターンマッチングはステップ４２０で続く。

上記の技術のうちのいずれかにおける近似基準が満足される場合は（ステップＳ４１８、Ｓ４２２）、初期段階のプローブの位置づけ、又はそれに近いプローブの位置づけは、取り戻されている。よって、基準が満足されることを決定するより前に識別された、すなわち、初期段階で識別された損傷である“予め識別された損傷”は、現在のＦＯＶ１１０内にある。プローブ１０２にある標的上発光ダイオード（ＬＥＤ）リングパネル１３８は、このとき、ユーザ通知として然るべく緑色光を放射する（Ｓ４２６）。通常、ユーザは、それに応答して、プローブ１０２を静止状態で保持するか、あるいは、特定の、検出された、予め識別された損傷１１２の増大におけるあらゆる変化を検出及び測定するのに必要とされる瞬時の画像取得が行われるほど十分にゆっくりとプローブを動かすかのいずれかである。黄色光が現れるか、あるいは、緑色光が消える場合に、ユーザは、緑色光によって示される所望の位置づけを実現するようにプローブ１０２を元に動かし、そして、現在の取得のインテグリティを確かにするようにプローブを静止状態で保持することができる。

流動速度が後続、すなわち、現段階で使用されるべき場合は（ステップＳ４２８）、ＡＲＦ及びカラードップラーは、予め特定された損傷の現在の物理的構造及び／又は範囲若しくはサイズを評価するように、現在取得されている画像データ内の予め識別された損傷１１２及び周囲又は近くの正常領域１１４における速度を測定するのに利用される（ステップＳ４３０）。

代替的に、又は追加的に、Ａモード変位撮像が使用されるべき場合は（ステップＳ４３２）、ＡＲＦ及びＡモード変位撮像は、予め特定された損傷の現在の物理的構造及び／又は範囲若しくはサイズを評価するように、現在取得されている画像データ内の予め識別された損傷１１２及び周囲又は近くの正常領域１１４に適用される（ステップＳ４３４）。

代替的に、又は追加的に、Ｂモード撮像が使用されるべき場合は（ステップＳ４３６）、それは、現在取得されている画像データ内の予め識別された損傷１１２及び周囲又は近くの正常領域１１４のサイズ及び／又は物理的構造を評価するのに利用される（ステップＳ４３８）。例えば、超音波画像輝度に基づき、血液プールの範囲は決定される。

後続段階の上記の、現在の組織特性の結果は、損傷１１２の定量的評価を含んでよく、前の結果、すなわち、後続段階及び／又は初期段階でのモニタリングにおける少なくとも前の時点の結果と比較される（ステップＳ４４０）。よって、予め識別された１１２は具体的にモニタされ、例えば損傷の増大などの損傷の変化についてモニタされる。

現在の組織特性の結果は、ステップＳ４４０で実行可能な将来の比較のために、セーブされる（ステップＳ４４２）。

現在の比較結果は、ユーザに報告される（ステップＳ４４４）。サンプルメッセージは、“BLOOD POOL CONTINUES TO GROW（血液プールは増え続けている）”及び“BLOOD POOL GROWTH ACCELERATING（血液プールの増大が加速中）”である。報告された結果は、損傷の実際のサイズ測定、測定の関連する時間、及び測定のグラフを含んでよい。メッセージは、ディスプレイ２０４において、又はプローブ１０２にあるパネル内のローリングメッセージとして、現れることができる。

撮像対象との接触のために構成される医用イメージングプローブは、当該医用イメージングプローブが前記撮像対象と接触している間に当該医用イメージングプローブのポジションを記録するように前記撮像対象にマーキングするインスタンスを選択的に実行する印配置装置を有する。デバイスは、当該デバイスの医用イメージングプローブのために現在存在しているマークに対する位置づけが所定の位置づけへの近似の基準を満足するかどうかを決定するフィードバックモジュールを更に有する。基準が満足されるとの決定に応答して、定量的評価は、決定の前に評価のために具体的に特定された損傷について、自動的に且つユーザの介入の必要性なしに、プローブを介した撮像により行われる。脳障害のような損傷の例えば増大などの変化は、それによって、例えば超音波による一貫性のある連続的な画像取得にわたって追跡されてよい。

可搬性の且つ経済的な医療超音波は、超音波利用において訓練された又は訓練されていない臨床医によって臨床現場即時設定（point-of-care setting）で実行可能に利用される。有利に、側頭骨は、プローブのための位置一貫性と、その表面不規則性によって、プローブの位置づけのための信頼できるシグニチャとを提供する。然るに、一貫性のある連続的な画像取得は、物理的構造における増大及び変化について定量的に特定の損傷をモニタすることにおいて利用可能である。

発明は、図面及び上記の説明において詳細に図示及び記載されてきたが、そのような図示及び記載は、限定ではなく実例又は見本と見なされるべきであり、発明は、開示されている実施形態に制限されない。

例えば、下に横たわる骨構造は、頭蓋の部分である必要はなく、例えば、心臓血管アプリケーションの間に肋骨を有することができる。

開示されている実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求されてい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。図面において、語“有する（comprising）”は、他の要素又はステップを除外せず、単称（冠詞a又はan）は、複数を除外しない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、適用範囲を制限するものとして考えられるべきではない。

コンピュータプログラムは、例えば光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切なコンピュータ可読媒体において、瞬間的に、一時的に、又はより長い期間の間、記憶され得る。そのような媒体は、単に、一時的な伝播信号でないという意味において、非一時的であり、例えばレジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、ＲＡＭ及び他の揮発性メモリなどの他の形態のコンピュータ可読媒体を含む。

単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲で挙げられている幾つかの項目の機能を満たしてよい。ある手段が相互に異なる従属請求項で挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを意味するものではない。

Claims (15)

1. 撮像対象との接触のために構成される医用イメージングプローブを有する医用イメージングデバイスであって、
   前記医用イメージングプローブは、前記医用イメージングプローブが前記撮像対象と接触している間に前記医用イメージングプローブのポジションを記録するように前記撮像対象にマーキングするインスタンスを選択的に実行するよう構成される印配置装置を有し、
   当該医用イメージングデバイスは、当該医用イメージングデバイスが有する医用イメージングプローブのために現在存在している、前記実行することにより生じるマークに対する位置づけが、所定の位置づけへの近似の基準を満足するかどうかを決定するよう構成されるフィードバックモジュールを更に有する、医用イメージングデバイスにおいて、
   前記基準は、骨組織からの反射、骨組織からの反響、又は骨組織からの反響及び反射の両方の基準パターンに対する、骨組織からの反射、骨組織からの反響、又は骨組織からの反響及び反射の両方の現在のパターンの近似に基づく
   ことを特徴とする医用イメージングデバイス。
2. 前記所定の位置づけは、前記マーキングを実行する前記医用イメージングプローブのために前記マーキング時に存在した、前記マークに対する位置づけである、
   請求項１に記載の医用イメージングデバイス。
3. 前記マーキングは、前記撮像対象上のランドマークを提供し、
   前記フィードバックモジュールは、前記基準が満足されるとの前記決定によって、当該医用イメージングデバイスが有する前記医用イメージングプローブの現在のポジションが前記ランドマークに一致することを更に決定する、
   請求項１に記載の医用イメージングデバイス。
4. 自動的に且つユーザの介入の必要性なしに、前記撮像対象の変位撮像を介して損傷を検出することに応答して前記マーキングするインスタンスを実行するよう構成され、
   前記決定の対象になる位置づけを有する前記医用イメージングプローブの視野が、前記基準が満足されるとの前記決定時に、前記損傷を含むように更に構成される
   請求項１に記載の医用イメージングデバイス。
5. 前記決定は、前記医用イメージングデバイスが有する前記医用イメージングプローブを介して現在取得されている画像又は無線周波数のデータに基づくパターンマッチングを有する、
   請求項１に記載の医用イメージングデバイス。
6. 前記データは、前記撮像対象内の現在の視野にわたり、
   前記決定は、流体の領域を検出し、前記マッチングから前記領域を除くことを有する、
   請求項５に記載の医用イメージングデバイス。
7. 前記基準は、トランスデューサ要素にわたる遅延のパターンの相互近似と、トランスデューサ要素にわたる振幅のパターンの相互近似とのうちの少なくとも１つに基づく、
   請求項１に記載の医用イメージングデバイス。
8. 前記フィードバックモジュールは、前記基準の満足さにおける近さの実時間インジケーションを提供するよう構成されるユーザインジケーションを有して更に構成される、
   請求項１に記載の医用イメージングデバイス。
9. 前記基準が満足されるとの決定に応答して、更なるユーザの介入の必要性なしに、予め特定された損傷を評価するように、撮像を介して前記撮像対象にインタロゲートするよう構成される
   請求項１に記載の医用イメージングデバイス。
10. 前記基準が満足されるとの決定の後に、該決定より前に特定された特定の損傷の現在のサイズ、該損傷の現在の物理的構造、又はそれらの両方を撮像を介して評価するよう構成される
    請求項１に記載の医用イメージングデバイス。
11. 前記基準が満足されるとの決定に応答して前記評価を実行し、自動的に且つユーザの介入の必要性なしに該実行するよう構成される
    請求項１０に記載の医用イメージングデバイス。
12. 前記必要性を伴わない前記自動的な実行は、夫々の評価されるサイズ及び／又は物理的構造を、前に評価されたサイズ及び／又は物理的構造と比較することを更に有する、
    請求項１１に記載の医用イメージングデバイス。
13. 前記撮像対象の損傷が特定された後に、当該医用イメージングデバイスが有する医用イメージングプローブが前記マーキングされたポジションに適用される間に、該適用されている医用イメージングプローブのユーザ操作と相互に作用するユーザガイダンスを提供し、
    自動的に且つユーザの介入の必要性なしに、具体的に且つ前記損傷の変化のために該損傷を前記適用される医用イメージングプローブを介した撮像を介してモニタする
    よう構成される、請求項１に記載の医用イメージングデバイス。
14. 具体的に正常組織を同時にモニタし、前記変化を前記正常組織の変化と比較するよう更に構成される
    請求項１３に記載の医用イメージングデバイス。
15. 前記損傷は脳障害を有する、
    請求項１３に記載の医用イメージングデバイス。

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