JP6732896B2

JP6732896B2 - 外部の動きからのラングスライディングの区別

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Publication number: JP6732896B2
Application number: JP2018514320A
Authority: JP
Inventors: イーヤヴラジュ，バラスンダル; シュウ，ジンピン; ワン，ショウガン; チョウ，シーウェイ; エムガデス，アントニー
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-09-13
Also published as: EP3349664B1; WO2017046692A1; CN108024791A; US20180344293A1; EP3349664A1; US11185311B2; CN108024791B; JP2018527112A

Description

本発明は、気胸を検出するために撮像法を使用することに関し、より具体的には、外部の動きの存在下でそのような検出を行うことに関する。

世界的に、胸部外傷は、全ての外傷の２０％を占める。早期診断及びタイムリーで適切な治療の選択が、最適な結果のために重要な要素である。医用イメージングは、意思決定プロセスにおいて重要な役割を果たす。鈍的胸部外傷の症例の中でも、気胸（ＰＴＸ）は、肋骨骨折に次いで、２番目に多い傷害となる。ＰＴＸは、鈍的外傷又は穿通外傷の結果として生じ得る。小さなＰＴＸは通常無症状であり、患者が機械的換気又は空気輸送を必要としない限り、胸腔ドレーンなしでも安全に処置することができる。このような場合には、緊張性ＰＴＸの発生を回避するために、いかなるサイズのＰＴＸも開胸チューブで治療するべきである。大きなＰＴＸは呼吸促迫を引き起こす恐れがあり、緊張性ＰＴＸは、心肺不全を引き起こし得る。緊張性ＰＴＸでは、一方向弁の効果のために逃げ道なしで胸膜腔内に空気が漏れ、生死に関わる状態である。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）は、ＰＴＸ検出及びその体積の測定においてゴールドスタンダードであると考えられているが、ＣＴの主な問題は、不安定な患者に対してベッドサイドにて実行することができないということである。ベッドサイドにて行われる胸部Ｘ線撮影（特に体軸方向の仰臥位胸部Ｘ線撮影）は、ＰＴＸの症例のうち３０％までの症例を見逃す恐れがある。ある研究によって、ＰＴＸの体積が相当に大きい（３５０ｍｌ乃至５００ｍｌ）場合でさえも、ＰＴＸを診断するための胸部Ｘ線の感度が低いということが分かった。

超音波イメージング、特にポイントオブケア超音波（ＰＯＣ−ＵＳ）が、ＰＴＸのベッドサイド検出により一般的に使用されてきているイメージングモダリティである。しかし、超音波検査の主な問題は、トレーニングの必要性と、検査結果の高いオペレータ依存である。原因は、典型的には超音波検査士になるために特別にトレーニングをしていない新しい種類のユーザである。ある研究によって、ＰＴＸ検出における超音波イメージングの経験があるユーザに対する９０．９％の平均感度と比較して、無経験のユーザは５７％の平均感度しか達成することができないということが示されている。

正常な肺では、高周波線形アレイトランスデューサ又は湾曲アレイが、胸膜（ｐｌｅｕｒａｌｌｉｎｅ）を同定するために、胸部の最も前側のポイントに置かれる。この胸膜は、肋骨の最も浅い範囲よりも約０．５センチメートル深くに位置するエコー源性の水平線として現れる。胸膜は、密接に対向する臓側胸膜及び壁側胸膜から成る。正常な肺では、臓側胸膜は、壁側胸膜に対して前後にスライドして見ることができ、「ラングスライディング」と呼ばれる生理学的現象を生じ、対象が呼吸するに従い輝くか又は光る様子をもたらす。１つ又は複数のＢラインのアーチファクト（「コメットテイル」アーチファクトとも呼ばれる）は、対向する胸膜からスクリーンの底部又は最大撮像深さまで後側に延び得る垂直の高エコーラインである。通常、上方でも下方でも肋骨を同定することが可能であり、そこから水平方向の２つの肋骨の間の胸膜を位置づけることが可能である。ラングスライディング及び垂直の１つ又は複数のＢラインの存在はＰＴＸを除外する。

多くのフリーエアーを伴うＰＴＸの場合、壁側胸膜と臓側胸膜の層の間に空気が蓄積し、その２つの層を引き離す。空気の蓄積は、存在する場合、超音波ビームが肺を通って伝播するのを防ぐ。対応して、ラングスライディング又は１つ又は複数のＢ線は存在しない。胸膜は、単一の静止線として見られる壁側の層のみから成る。

中程度又はより少ない量のフリーエアーを伴うＰＴＸの場合、部分的な正常な肺が存在し、ＰＴＸを有する部分的な異常な部分が存在する。この状況では、その２つの部分の間にラングポイントがあり得る。ここで、フリーエアーは優先的に胸腔内の上方及び前側に集まることになるため、ラングスライディングは、側方には認められ得るが前側には認められない。ラングスライディングの領域とスライディングのない領域との間の移行のラングポイントは、いくつかの肋間腔において胸膜を見ることによって検出することができる。

全開示が参照により本明細書において援用されるＢｕｒｌｉｎａ等の特許文献１（「Ｂｕｒｌｉｎａによる特許」）は、異なる時間に取得された画像に対する画像間の動きのベクトルを計算することによってラングスライディングを検出し、各画像は胸膜の境界部を含む。ベクトルは、各画像の全体にわたって場を形成する。プローブの並進は、方向及び大きさに関するベクトル間の一致から検出することができる。Ｂｕｒｌｉｎａによる特許によると、同定されるプローブの動きは、ＰＴＸ検出に影響を与えないように妨げられている。Ｂｕｒｌｉｎａによる特許は、さらなるロバストネスのために動きの観察を組み合わせることができると述べているが、他の点では、どのようにしてＰＴＸ検出への悪影響を防ぐことができるかを示唆したり、特定したりすることはない。

Ｕ．Ｓ．ＰａｔｅｎｔＮｏ．８，９１４，０９７Ｕ．Ｓ．ＰａｔｅｎｔＮｏ．５，５２９，０７０ＰＣＴ／ＥＰ２０１５／０７１６２５

本明細書において以下に提案されるものは、上述の懸念事項のうち１つ又は複数の事項に取り組むことに向けられている。

特定の態様では、本発明は、ラングスライディングを検出するように構成されたイメージングシステム（１００）を含む。イメージングシステムは、レンズ表面を有する超音波プローブ；及び、以下のステップ：第１超音波画像内の第１サブ領域（１６４）及び第２超音波画像内の第２サブ領域（１８２）を選択するステップであり、第１サブ領域及び第２サブ領域は、第１超音波画像及び第２超音波画像内の解剖学的な目印よりもレンズ表面に近い対象内の組織を表す画像データを含む、ステップ；第１サブ領域と第２サブ領域との相対的な位置（ｒｅｌａｔｉｖｅａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を比較することによって、対象における体外の動きの影響を推定するステップ；及び、体外の動きの影響の大きさに基づいて、上記の対象におけるラングスライディングの撮像を中止するかどうかを決定するステップ；を行うように構成されたプロセッサ；を含み得る。当該システムは、上記のプローブに取り付けられる動きセンサを含み得る。一部の態様では、相対的な位置を比較することは、第１サブ領域及び第２サブ領域に対する動きセンサからの位置データを比較することを含み得る。

一部の態様では、体外の動きは、第１超音波画像及び第２超音波画像を取得することによって長くなる期間（１４３）内に、対象の皮膚表面の一部（１２８）に関してレンズ表面の移動を伴うものである。当該システムは、第１サブ領域と第２サブ領域との類似性の空間マップを表示するように構成されたディスプレイ（１１５）を含み得る。類似性の空間マップは、第１サブ領域と第２サブ領域との画像データの相互相関に基づき得る。プロセッサは、第１サブ領域と第２サブ領域との相対的な位置の第１動き閾値に基づき撮像を中止するかどうかを決定するように構成することができる。プロセッサは、ラングスライディングの撮像を中止するかどうかを示すユーザ通知を出すように構成することもできる。ユーザ通知は、例えば、バイナリインジケータを含み得る（Ｓ２５６）。一部の態様では、第１サブ領域及び第２サブ領域（１６４、１８２）は、レンズ表面からの距離に対応する深さ閾値（１７７）よりも浅くなるように予め画定されている。深さ閾値（１７７）は１．８センチメートル以下であり得る。特定の態様では、解剖学的な目印は胸膜（１５２）を含む。空間マップは、複数の局所相関係数を含み得る。一部の態様では、第１動き閾値を超えた場合、プロセッサは、ラングスライディングの撮像を中止するように構成される。ディスプレイは、第１サブ領域と第２サブ領域との相対的な位置に基づき、ラングスライディングの可能性を示す長さを有するバーを表示するように構成することもできる。

一部の態様では、本発明は、ラングスライディングを検出するように、より具体的には、呼吸の間の異なる時間に対象から画像を取得するように構成されたイメージングスキャナを含む。スキャナは：
ａ）対象に対する体外の動きを検出するために、選択されたサブ領域が、取得における撮像深さに関して、画像内の解剖学的な目印よりも浅い体組織のみを含有するように、画像対画像比較のための画像のそれぞれに対応する画像のサブ領域を選択する、及び、比較の結果に基づき、ラングスライディング検出に対して、その目印よりも深い画像データの検査を初期化するように構成された回路、及び／又は、
ｂ）体外の動きを検出する動きセンサも、該センサの出力に基づき：
ｉ）画像の対間の相対的な位置に対する体外の動きの影響を推定し、さらに、推定された影響を取り消す（ｂａｃｋｉｎｇｏｕｔ）程度まで、位置合わせされる対の成分間の比較に基づき、ラングスライディングが呼吸の間に対象において発生しているかどうかを決定するためにペアワイズで位置合わせする；及び／又は、
ｉｉ）ラングスライディングが、呼吸の間に、対象において発生しているかどうかに関する決定を中止するかどうかを決定する；
ように構成された回路も含み得る。

対応する方法及び対応するコンピュータ可読媒体も本明細書において以下に提案される。

ラングスライディング検出初期化能力を有する革新的なスキャナの詳細が、縮尺通りではない以下の図面を用いて、以下においてさらに明記される。

ラングスライディング検出初期化機能を有する例証的な革新的なイメージングシステムの概略図であり、本発明に関して関連する概念をさらに例示している。ラングスライディング検出初期化機能を有する例証的な革新的なイメージングシステムの概略図であり、本発明に関して関連する概念をさらに例示している。本発明による例証的な動作を示す流れ図である。

図１は、例示的且つ非限定的な例として、ラングスライディング検出初期化能力を有するイメージングスキャナ又はイメージングシステム１００を示している。典型的には、スキャナ１００は、完全なラングスライディング検出能力も有するであろう。スキャナ１００は、画像分析機器１０２とイメージングプローブ１０４とを含む。イメージングモダリティは超音波であってもよく、本明細書において以下に記載される実施形態において想定される。しかし、他の医用イメージングモダリティが代わりに使用されてもよい。例えば、救急車内の携帯型の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置は、救急車の動きによって引き起こされる患者対コイルの動きによって悪影響を受ける画像を生成することがある。

画像分析機器１０２は、データ及びパワーバス１０６上に、処理回路１０８、デバイスインターフェース１１０、ユーザインターフェース１１２及びＰＴＸ検出器１１４を含む。ユーザインターフェース１１２は、ディスプレイ１１５及びユーザ入力コントロール（図示せず）を含む。

処理回路１０８は、メモリ１１６及びプロセッサ１１８を含み得る。本明細書においてさらに説明するように、プロセッサは、以下のステップ：第１超音波画像内の第１サブ領域及び第２超音波画像内の第２サブ領域を選択するステップであり、第１サブ領域及び第２サブ領域は、第１超音波画像及び第２超音波画像内の解剖学的な目印よりもレンズ表面に近い対象内の組織を表す画像データを含む、ステップ；第１サブ領域と第２サブ領域との相対的な位置を比較することによって、対象における体外の動きの影響を推定するステップ；及び、体外の動きの影響に基づいて、上記の対象におけるラングスライディングの撮像を中止するかどうかを決定するステップ；を行うように構成することができる。

プローブ１０４は、１つ又は複数の動きセンサ１２０を含んでもよく、後者は、プローブ１０４内に組み込まれるか、又さもなければ、プローブに物理的に取り付けられる。プローブ１０４内に組み込む実行は、全開示が参照により本明細書において援用される同一出願人によるＡｕｇｕｓｔｉｎｅ等の特許文献２（「Ａｕｇｕｓｔｉｎｅ」）における図５及び５ａと関連させて説明される。

しかし、撮像自体が、体外の動きの検出又は補正に関して本明細書において提案されているものに従って、いかなるそのようなセンサ１２０の代わりに又はそれに加えて使用されてもよい。

プローブ１０４は、人又は動物の患者等、対象１２２の皮膚表面に対して手動で保持されてもよい。プローブ１０４は、面１２６を有する１次元又は２次元トランスデューサアレイ等のトランスデューサ１２４を含む。撮像は、方位仰角方向（ａｚｉｍｕｔｈａｌａｎｄｅｌｅｖａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ）に対して直交する方向であるプローブ１０４の進行方向と直角方向（ｒａｎｇｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）１２８において面１２６にわたって行われる。音響ゲルの層は、多くの場合、皮膚表面の一部分１２８から面１２６を分離するために使用される媒体である。皮膚表面の一部分１２８に対する、又は、より一般的には対象１２２に対する偶発性の手の動きを介して、図１における両矢印１３０によって表されているように、撮像は剛的に動かされることがある。救急車の動きによって引き起こされる手又は患者の動きが、撮像において剛的な動きをもたらし得る。プローブ１０４は、図面に垂直な方向において動かされたり、図面の面において揺り動かされたり、図面の面における軸を中心にして揺り動かされたり、又は、面内の直交軸を中心にして捻られたりしてもよい。プローブ１０４と画像分析機器１０２との間の、又は、画像分析機器の構成要素１０８〜１１４のいずれかの間の通信のどれも、有線又は無線の接続として実行され得る。

処理回路１０８、デバイスインターフェース１１０、ユーザインターフェース１１２及びＰＴＸ検出器は：ａ）ＪｉｎｐｉｎｇＸｕ等による“Ｄｅｖｉｃｅａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｕｔｏｍａｔｉｃｐｎｅｕｍｏｔｈｏｒａｘｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”と題された共同所有される特許文献３（「Ｘｕによる出願」）であって、発明者等の全てが、本特許出願における発明者であり、２０１４年９月２５日という有効な出願日を有し、全開示が参照により本明細書において援用される特許文献３；又は、ｂ）Ｂｕｒｌｉｎａによる特許；において記載されるラングスライディング検出機能を用いて実行可能である。加えて、他の回路が、ラングスライディング検出初期化能力を可能にするために、例えば処理回路１０８及びＰＴＸ検出器１１４内に含まれる。本明細書において参照される回路は、機能を行うように構成されるとして記載することができる。この構成は、例えばハード配線を介するとして、又は、命令又はデータを表す蓄積された容量電荷によるとして理解される。例えば、スライディングの動きの分析のための機能を実現することにおける命令の実行が、処理回路を構成する。

スキャナ１００は、プローブ１０４によって受信され且つパルスエコーの状況においては放出されもした超音波を介して、対象１２２を撮像する。取得された画像データ１３２は、プローブ１０４からの、進行方向と直角方向（又は「軸」方向）１２８におけるそれぞれの撮像深度１３４のものである。撮像は、吸息１３６及び呼息１３８のサイクルから成る対象１２２の呼吸の間に生じる。

自動ＰＴＸ検出に対する一部の既存のアプローチは以下の通りである。

Ｘｕによる出願では、イメージングは、画像データ１３２のフレーム１４０、１４２として取得することができる。

図１における第１の例証的なフレーム１４０において、正常な肺に対しては、上方の肋骨１４４及び下方の肋骨１４６が見られる。より深い撮像深度１３４では、影１４８、１５０が、肋骨１４４、１４６による超音波吸収から生じる。解剖学的な目印である胸膜１５２は、正常な肺において、密接に対向する壁側胸膜１５４及び臓側胸膜１５６から成る。

ＰＴＸ又は不完全なＰＴＸの場合、２つの胸膜１５４、１５６は、対応して全長又は長さの一部に対して、肋骨１４４、１４６間に縦方向に置かれた空気によって互いにより離れて分離される。後者の場合、ラングポイントが存在し、すなわち分離が異常になる。従って、ＰＴＸが存在する場合、胸膜１５２は壁側胸膜から成る。不完全なＰＴＸが存在する場合、胸膜１５２は、空気が２つの胸膜１５４１５６を引き離す場合には壁側胸膜のみから成り、さらに、密接に対向する場合には両方の胸膜から成る。

第２のフレーム１４２は、異なる後の時間に取得される。

問題を起こすような方法で、撮像に影響を与える対象１２２に対する体外の動き１３０が、互いに比較されているフレーム１４０、１４２の取得時間ｔ_ｊ、ｔ_ｊ＋ｋに及ぶ期間１４３内で生じたかもしれず、その比較は、ラングスライディングの有無を示す胸膜１５２に沿ったあり得る動きを評価することを意図している。

Ｘｕによる出願は、肋骨１４４、１４６間の胸膜１５２の一部をカバーする第１サブ領域１５５を画定している。撮像深さ１３４が胸膜１５２よりも浅い背景の軟組織のみから成る第２サブ領域１５６が画定されている。比較されているフレーム１４０、１４２に対して、２つのサブ領域１５５、１５６間の相対的な動きが測定される。これは、あり得るラングスライディング及び他の内部の動きにもかかわらず、胸膜１５２の上の領域は、偶発性の手の動き等の対象１２２に対する体外の動き１３０がない場合に静止画として撮像において見られ、しかし、対象１２２に関して撮像を置換するそのような動きは、その領域が撮像において動いているように見せるということを引き起こすであろうという鍵となる洞察に基づく。従って、相対的な動きは、もしあればラングスライディングを検出するために評価され、その結果、体外の動き１３０の悪影響を少なくする。相対的な動きは、２つの相互相関１５７ａ、１５７ｂから計算することができ、そのうち１つは、第１サブ領域１５５を使用し、もう１つは第２サブ領域１５６を使用する。第１サブ領域１５５は、胸膜１５２よりも深い撮像深さ１３４を有する組織１５８を含有しているということに留意されたい。

Ｂｕｒｌｉｎａによる特許は、本明細書において先に述べたように、比較されている画像の全体にわたって動きベクトル１６１の場１６０を形成する。Ｂｕｒｌｉｎａによる特許によると、同定されるプローブの動きはＰＴＸ検出に影響を与えないように妨げられている。Ｂｕｒｌｉｎａによる特許は、さらなるロバストネスのために動きの観察を組み合わせることができると述べているが、他の点では、どのようにしてＰＴＸ検出への悪影響を防ぐことができるかを示唆したり、特定したりすることはない。ここで、Ｂｕｒｌｉｎａによる特許は、胸膜１５２よりも深い撮像深さ１３４を有する組織１６２に関する動きベクトルを含むということも同様に留意されたい。動きベクトルの推定は、信号対雑音比（ＳＮＲ）が胸膜の下で弱い場合にＢｕｒｌｉｎａの技術に対して問題になる。

有利に、本明細書において提案するものによると、ＰＴＸが存在するかどうかを自動的に決定することが、体外の動き１３０の検出期間の間に延期されるか、又は、取得された画像間の相対的な位置に対するそのような動きの影響１６３が、意思決定プロセスの初期化として取り消される。

特に、一例として、Ｘｕによる出願の第２サブ領域１５６に類似するフレーム１６６の「前の」サブ領域１６４が選択される。一部の実施形態では、イメージングシステムのプロセッサは、第１超音波画像内の第１サブ領域（１６４）及び第２超音波画像内の第２サブ領域（１８２）を選択するように構成され、第１サブ領域及び第２サブ領域は、第１超音波画像及び第２超音波画像内の解剖学的な目印よりもレンズ表面に近い対象内の組織を表す画像データを含む。例えば、フレーム１６６、１６８の対は、サブ領域１６４を使用して相互相関１６９される。例えば、最適な１つ又は複数のラグを使用した、補正としての、フレーム１６６、１６８のうちの１つをもう一方に対してシフトすることによるフレーム１６６、１６８のペアワイズアラインメント（又は「位置合わせ」）１７０が、Ｘｕの計画に対する及び／又はＢｕｒｌｉｎａの計画に対する初期化１７１として機能する。初期化１７１は、どちらの計画に対してもＳＮＲを改善する。

別の例として、十分な浅さのフレーム１６６、１６８の上部全体の局所相互相関（ＬＣＣ）の空間マップにおける値が、体外の動き１３０が十分に鎮まるまで、Ｘｕ又はＢｕｒｌｉｎａの計画の適用を延期することを示唆し得る。

１次元トランスデューサアレイに対しては、対象１２２に対する体外の動き１３０が、横及び軸方向において意図されない動きをもたらす恐れがあり、その影響１６３は、画像ｔ_ｊ、ｔ_ｊ＋ｋのうちの１つをもう一方と整列させること１７０によって取り消すことができ、その結果、初期化１７１をもたらす。

２次元トランスデューサアレイの場合、意図されない動きは、さらに、３次元相互相関を使用することによって、直交、すなわち仰角方向において測定することができる。

相互相関係数は、ピアソン積率相関係数であってもよく、正規化された相関係数であってもよい。正規化された相関関数が、時間の関数として一連の経時的なフレームにおける対応するポイントでの超音波データ、並びに、一連の経時的なフレームにおける対応するポイントの相対的な変位の相関性を示すということは、超音波イメージングの分野では良く知られている。相互相関係数は、単に自乗差の合計に基づいてもよい。

動作的には、図２によって提供される例において見られるように、画像が、プローブ１０４を介して、呼吸時間ｔ_ｊにて取得される（ステップＳ２０２）。画像取得が継続されている（ステップＳ２０４）間、インデックスｉは、各画像が取得されるごとに増加される（ステップＳ２０６）。

同時に開始されるのは、ＰＴＸ検出調節プロセス２１０及びＰＴＸ検出事前補正プロセス２２０である。

また、画像取得と同時に、プローブ１０４を対象１２２の皮膚表面の一部分１２８に対して適所に手動で保持することができる（ステップＳ２０８）。従って、偶発性の手の動き２３０が、撮像に影響を与え得る。プローブがロボット制御で適所に保持される場合でさえも、携帯型の適用における救急車の動き２４０が、同様に、対象１２２に関する体外の動き１３０を導入し得る。

ＰＴＸ検出事前補正プロセス２２０では、画像ｔ_ｊ及びｔ_ｊ＋ｋが選択される（ステップＳ２１０）。ここで、ｋは１であり得、取得される次の画像を表し、又は、ｋは２以上でもよく；従って、２つの画像が、対象１２２の呼吸の間の異なる時間にて取得される。回路１０８は、画像ｔ_ｊ及びｔ_ｊ＋ｋの対１７２の成分間の類似性の局所的な指標の空間マップ１７４を形成することにおいて、画像ｔ_ｊ、ｔ_ｊ＋ｋの対１７２を比較する（ステップＳ２１２）。一部の態様では、類似性の空間マップは、超音波画像の第１サブ領域と第２サブ領域との画像データの相互相関に基づく。これに関連して、局所的な指標は、８ピクセル等の小さな局所的領域を相互相関させることによって得られる局所相互相関係数（ＬＣＣＣ）１７６であってもよい。マップ１７４の各エントリは、そのエントリに使用された８の中心ピクセルに対応する。従って、ＬＣＣＣ１７６は、一種の類似性インジケータの強度の計量である。例えば相互相関等、比較を受ける画像データ１３２は、高周波（ＲＦ）データである。しかし、包絡線検波データ又はＤｉｇｉｔａｌＩｍａｇｉｎｇａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ（ＤＩＣＯＭ）画像データ等の他のデータも使用することができる。

補正が、動きセンサベースではなく、画像ベースである場合（ステップＳ２１４）、処理経路は、画像ｔ_ｊ及びｔ_ｊ＋ｋの対１７２のどの程度浅い部分が同定されることになるか次第である。例えば、相対的な位置を比較することは、超音波画像内の第１サブ領域及び第２サブ領域に対する動きセンサからの位置データを比較することを含み得る。

補正が画像ベースであり、撮像深度１３４に基づく予め定められたカットオフが使用されることになる場合（ステップＳ２１６）、カットオフは、浅さ基準、すなわち最低レベルの浅さを満たさなければならない（ステップＳ２１８）。胸膜１５２は、典型的には、成人において皮膚表面から約２センチメートル（ｃｍ）である。従って、例えば１．５ｃｍ又は１．８ｃｍさえも超えるフレームデータを検査することができる。このように、カットオフは、例えば１．８ｃｍ以下の患者非依存且つ経時的撮像フレーム非依存の閾値Ｔ_ＰＦＩ１７７にて生じる。任意選択で、胸膜１５２が特定の深さにあるとは想定されないかもしれない。

従って、予め定められたカットオフが使用されない場合（ステップＳ２１６）、胸膜１５２が位置することになる。処理は、画像ｔ_ｊ及びｔ_ｊ＋ｋの対１７２からのピクセル輝度検出が利用されるかどうか次第である（ステップＳ２２０）。

ピクセル輝度検出が利用されることになる場合（ステップＳ２２０）、約２ｃｍのマーク又はそれ以下の高輝度ライン等の特徴を検出することができる（ステップＳ２２２）。Ｂｕｒｌｉｎａによる特許は、例えば、ハフ変換を輝度閾値化の形態と組み合わせることを開示している。しかし、筋繊維等の他の解剖学的構造が、明るいラインとして現れることがある。

Ｘｕによる出願において使用される別のアプローチは、マップ１７４及び画像ｔ_ｊ及びｔ_ｊ＋ｋの対１７２のフィルタリングされた形に基づく。このアプローチが使用される場合、処理はＸｕによる出願において開示されている技術に従う（ステップＳ２２４）。このアプローチは、処理を減らすために、少なくとも一部の場合に、相互相関係数１７６等、局所的な空間類似性のインジケータにおける突然の変化を検出することによって胸膜１５２を見つける簡略化された形態で実行することができる。進行方向と直角方向１２８に対応する１次元のマップ１７４では、突然の変化に対してその方向においてスキャンは進み、処理は、進行方向と直角方向に垂直の方向においてスキャンをシフトすることによって反復的に行われる。一組の突然の変化が、胸膜１５２に横方向に対応する。

必要な浅さのレベルが、上記の方法のうちの１つ又は複数の方法から決定されると、対１７２の浅い部分に対するＬＣＣＣ１７６、又はより一般的には、それぞれの１つ又は複数の類似性インジケータの１つ又は複数の大きさの中から１つの大きさを使用して得られる少なくとも１つの類似性インジケータの大きさの計量が、撮像ベースの体外の動き閾値Ｔ_ＩＢＥＭ１８０と比較される１７８（ステップＳ２２６）。この部分は、その撮像深度１３４がどこでも胸膜１５２よりも浅くあるように十分浅い。この部分は、前のフレーム１６６内の前のサブ領域１６４を選択することによって画定される。前のサブ領域１６４は、解剖学的な目印、すなわち、胸膜１５２よりも浅い体組織のみを含有する。閾値Ｔ_ＩＢＥＭ１８０は、１に近い値を有してもよい。

例えば、予め定められた割合以上のＬＣＣＣ１７６が閾値Ｔ_ＩＢＥＭ１８０よりも小さい場合（ステップＳ２２８）、これは、実質的な体外の動き１３０が存在するということを示す。この場合、先に記載された前のフレーム１６６の前のサブ領域１６４が選択され、さらに、選択された前のサブ領域１６４よりも大きく、それを包含する後のフレーム１６８の後のサブ領域１８２が選択される（ステップＳ２３０）。２つのフレーム１６６、１６８は、そのそれぞれのサブ領域１６４、１８２に基づいて相互相関される（ステップＳ２３２）。サブ領域１６４、１８２は、体組織が無動のままである胸膜１５２よりも浅い所に存在するため、相互相関が、手動で比較されている対１７２の画像成分間の相対的な位置合わせに対する体外の動き１３０の影響１６３を推定する。或いは、より大きいサブ領域を、前のフレーム１６６から選択することができ、２つのフレーム１６６、１６８は対応して相互相関されているということに留意されたい。１つ又は複数の最小のラグが相互相関から見出される（ステップＳ２３４）。次に、２つのサブ領域１６４、１８２が共に整列させられ１７０、その結果、２つのフレーム１６６、１６８、従って、画像ｔ_ｊ及びｔ_ｊ＋ｋの対１７２を、体外の動き１３０の影響１６３を取り消す程度まで整列させる（ステップＳ２３６）。

一方で、補正が動きセンサベースである場合（ステップＳ２１４）、センサ出力はセンサベースの体外の動き閾値Ｔ_ＳＢＥＭ１８４と比較される（ステップＳ２３８）。

センサ出力がＴ_ＳＢＥＭ１８４を下回る場合（ステップＳ２４０）、対１７２の画像ｔ_ｊ及びｔ_ｊ＋ｋの成分が、１つ又は複数の動きセンサ１２０を介して検出された動きの影響１６３を取り消す程度まで、共に整列（又は「位置合わせ」）させられる１７０（ステップＳ２４２）。

ＰＴＸ検出調節プロセス２１０に関して、ステップＳ２３４における１つ又は複数の最小のラグ又はステップＳ２３８におけるモーションセンサの出力が利用可能になった場合（ステップＳ２４４）、利用可能になるに従いリアルタイムでそれぞれの動き閾値と比較することができる（ステップＳ２４６）。従って、あらゆる画像ベース又はセンサベースの閾値化が、例えば、超音波Ｂモードスキャンと同じフレームレートで行われてもよい。それぞれの第１動き閾値を超えた場合（ステップＳ２４８）、ラングスライディング検出が中止されるか、又は、いかなるそのような中止も維持される（ステップＳ２５０）。それぞれの第２動き閾値に達しない場合（ステップＳ２５２）、ラングスライディング検出が可能にされるか、又は、現在中止されている場合には、中止の取下げがもたらされるか又は考慮される（ステップＳ２５４）。体外の動き１３０が少なくとも最小限の期間十分に少ないかどうかを考慮に入れることができる。第１及び第２の動き閾値は、同一であってもなくてもよい。ディスプレイ１１５には、ラングスライディング検出が可能なこと又はその中止のバイナリ指標を示すことができる（ステップＳ２５６）。或いは又は加えて、聴覚フィードバック等の他のユーザフィードバックが可能である。このフィードバックは、プローブ１０４を取り扱うユーザがプローブ１０４をしっかりと保つのに寄与し得る。表示することができる別のアイテムは、その長さがラングスライディングの可能性を示すバーである（ステップＳ２５８）。ラングスライディングの確率は、Ｂｕｒｌｉｎａによる特許において記載されているように、隠れマルコフモデルから決定することができる。また、例えば、ＬＣＣＣ１７６を表示するために実行されるマップ１７４は、スクリーン上に表示され、リアルタイムで更新され得る（ステップＳ２６０）。ステップＳ２５６〜２６０におけるユーザフィードバックのいずれも、リアルタイムで、例えば、超音波Ｂモードスキャンと同じフレームレートで更新することができる。処理が継続されることになる場合（ステップＳ２６１）、ステップＳ２４４の分岐部に戻ってＰＴＸ検出調節プロセス２１０を反復させられる。

一方で、画像ベースの閾値Ｔ_ＩＢＥＭ１８０を満たすか又は超えた場合（ステップＳ２２８）、センサ出力がセンサベースのＴ_ＳＢＥＭ１８４を満たすか又は超えた場合（ステップＳ２４０）、ＬＣＣＣ１７６の予め定められた割合未満のものが、閾値Ｔ_ＩＢＥＭ１８０よりも小さい場合、又は、画像ｔ_ｊ及びｔ_ｊ＋ｋの対１７２が、対象１２２に対する体外の動き１３０の影響１６３を取り消すために、撮像に基づいて（ステップＳ２３６）又はセンサ出力に基づいて（ステップＳ２４２）ペアワイズで位置合わせする１７０場合、処理は、ラングスライディング検出が現在有効であるかどうか次第である（ステップＳ２６２）。最初はデフォルトによって有効にされているが、ステップＳ２４８〜Ｓ２５４に従って変化を受けやすい。現在有効である場合（ステップＳ２６２）、対象１２２に対する体外の動き１３０の影響１６３を取り消す程度まで既に位置合わせされている画像の対１７２は、例えば、Ｘｕによる出願又はＢｕｒｌｉｎａによる特許のいずれかに従って対の画像成分間の自動比較を受け（ステップＳ２６４）、呼吸１３６、１３８の間に対象においてラングスライディングが生じているかどうかを自動的に決定する。処理が継続する場合（ステップＳ２６６）、ステップＳ２１０の分岐部に戻って、ＰＴＸ検出事前補正プロセス２２０を反復させられる。

ＰＴＸ検出事前補正プロセス２２０は、撮像ベースの事前補正（ステップＳ２１４）、センサベースの事前補正又はその両方を含み得る。３つの場合のいずれにおいても、ＰＴＸ検出調節プロセス２１０が含まれてもよい。

スキャナ１００は、ステップＳ２０８においてプローブ１０４を保持すること以外のユーザインタラクションを必要とすることなく自動的に動作するように構成される。

スキャナ１００は、図２からわかるように、リアルタイムで作動するように構成することができる。しかし、取得された画像は、Ｂｕｒｌｉｎａによる特許のように、プロセッサ１１８による後の使用のためにメモリ１１６に格納することができ、後の使用とは、ここでは、ラングスライディング検出の初期化だけでなく検出自体における使用である。

本明細書において提案されているものは、医療的緊急事態における超音波の無経験のユーザの信頼を高め、左右されないＰＴＸ検出を提供する。

撮像されている医学的対象に対する体外の動きは、撮像を介して、又は、イメージングプローブ上の動き検出器から検出され、さらに、ラングスライディングが存在するかどうかを決定することができるように医用画像から取り消されるか、又は、ラングスライディング検出が過剰な対外の動きのために中止されることになるかどうかを決定するために測定される。選択されたサブ領域が、画像の取得における撮像深さに関して、画像内の解剖学的な目印よりも浅い体組織のみを含有するように、画像のそれぞれに対応する画像のサブ領域が画像対画像比較のために選択される。比較の結果に基づき、その目印よりも深い画像データを検査することを伴うラングスライディング検出を初期化することができる。動きセンサは、体外の動きを検出することができ、その出力に基づいて：体外の動きの影響を取り消す程度まで画像をペアワイズで位置合わせする、及び／又は、ラングスライディングが、呼吸の間に、対象において生じているかどうかを決定することを中止するかどうかを決定する。

上述の実施形態は本発明を限定するのではなく例示しているということ、及び、当業者は付随の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替的な実施形態を設計することができるということに留意するべきである。

例えば、ユーザがプローブ１０４を安定して保持するのに寄与する聴覚フィードバックは、音声命令を含み得る。

特許請求の範囲において、括弧内に置かれたいかなる参照符号も、特許請求の範囲を限定するとして解釈されるべきではない。「含む」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に先行する冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数のそのような要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウェアによって、及び、コンピュータ可読記憶媒体を有する適切にプログラムされたコンピュータによって、及び／又は、機械アクセス可能記憶媒体を有する集積回路によって実行することができる。コンピュータプログラムを、光記憶媒体又は固体媒体等の適したコンピュータ可読媒体上に直ちに、一時的に又はより長い期間にわたって格納することができる。そのような媒体は、一過性の伝播する信号ではないという意味でのみ非一時的であるが、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ及びＲＡＭ等のコンピュータ可読媒体の他の形態を含む。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が有利に使用できないことを示しているわけではない。

Claims

ラングスライディングを検出するように構成されたイメージングシステムであって、
レンズ表面を有する超音波プローブと、
第１超音波画像内の第１サブ領域及び第２超音波画像内の第２サブ領域を選択するステップであり、前記第１超音波画像及び前記第２超音波画像は、胸膜を表す画像データを含み、前記第１サブ領域及び前記第２サブ領域は、前記第１超音波画像及び前記第２超音波画像内の前記胸膜よりも前記レンズ表面に近い対象内の組織のみを表す画像データを含む、ステップ、
前記第１サブ領域と前記第２サブ領域との相対的な位置を比較することによって、対象における体外の動きの影響を推定するステップ、及び、
前記体外の動きの影響の大きさに基づいて、前記対象におけるラングスライディングの撮像を中止するかどうかを決定するステップ、
を行うように構成されたプロセッサと、
を含むイメージングシステム。
前記プローブに取り付けられる動きセンサをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
前記相対的な位置を比較することは、前記第１サブ領域及び前記第２サブ領域に対する前記動きセンサからの位置データを比較することを含む、請求項２に記載のシステム。
前記体外の動きは、前記第１超音波画像及び前記第２超音波画像を取得することによって及ぶ期間内に、前記対象の皮膚表面の一部に関して前記レンズ表面の移動を伴うものである、請求項１に記載のシステム。
前記第１サブ領域と前記第２サブ領域との類似性の空間マップを表示するように構成されたディスプレイをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
前記類似性の空間マップは、前記第１サブ領域と前記第２サブ領域との画像データの相互相関に基づく、請求項５に記載のシステム。
前記プロセッサは、前記第１サブ領域と前記第２サブ領域との相対的な位置の第１動き閾値に基づき撮像を中止するかどうかを決定するように構成される、請求項６に記載のシステム。
体外の動きのためにラングスライディングの撮像を中止するかどうかを示すユーザ通知を出すように構成された回路をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
前記ユーザ通知は、バイナリインジケータを含む、請求項８に記載のシステム。
前記第１サブ領域及び前記第２サブ領域は、前記レンズ表面からの距離に対応する深さ閾値よりも浅くなるように予め画定されている、請求項１に記載のシステム。
前記深さ閾値は１．８センチメートル以下である、請求項１０に記載のシステム。
前記空間マップは、複数の局所相関係数を含む、請求項５に記載のシステム。
前記第１動き閾値を超えた場合、前記プロセッサは、ラングスライディングの撮像を中止するように構成される、請求項７に記載のシステム。
前記ディスプレイは、前記第１サブ領域と前記第２サブ領域との相対的な位置に基づき、ラングスライディングの可能性を示す長さを有するバーを表示するように構成される、請求項１３に記載のシステム。