JP6882977B2 - 超音波画像のシーケンスを視覚化する方法、コンピュータプログラム製品及び超音波システム - Google Patents

Description

本発明は、運動中の対象の超音波画像のシーケンスを視覚化する方法であって、前記運動が複数の起源(origins)からの運動コンポーネントを含む複雑な運動である、方法に関する。

本発明は更に、このような方法を実現するためのコンピュータプログラム製品に関する。

本発明は更に、このようなコンピュータプログラム製品を実行するための超音波システムに関する。

３Ｄ超音波イメージング技法は、例えばＭＲＩのような他の診断ツールの費用の何分の一かで、検査下の被検体の解剖学的構造の強力な視覚化ツールを提供するので、かかる技法の出現は、超音波イメージングを強力な診断ツールに変化させた。超音波イメージングの特に強力な見地は、組織運動を取得する能力であり、これは、臨床医が、検査下の被検体を診断評価することを助けることができる。

超音波イメージングにおいて使用される最も一般的な視覚化モードは、Ｂモードとも呼ばれる２Ｄ画像である。３Ｄ超音波イメージング技法の出現がこれを変えなかったのは、３Ｄ視覚化を達成し解釈するのが相対的に困難であるからである。多くの有益な情報は、内部組織から取り出され、従って、Ｂモードの切断平面又はスライスは、３Ｄビューと比べて、関心のある情報の一層直観的な取り出しを可能にする。超音波イメージング技法は、リアルタイムに画像を生成し、又は運動中の解剖学的対象の時間シーケンスを記録することが可能であるので、重要な情報が、このような対象の組織運動からも抽出されることができる。このような状況において、視覚化は、単に、組織の関心のある部分を経時的に表現するラインの変化を追跡することを含むことができる；この視覚化モードは、Ｍモードとも呼ばれる。しかしながら、プローブ運動、解剖学的運動、又はそれらの両方のため、プローブの基準フレームにおいて固定される平面又はラインは、通常は、関心のある解剖学的対象の基準フレームにおいては固定ではない。

米国特許出願公開第2007/0269092A1公報は、超音波診断イメージングシステム及び方法を開示しており、その中で、関心のある解剖学的領域に関するボリュメトリックデータは、それと関連する生理学的サイクルの全体を通じて取得され、ボリュメトリックデータの３Ｄビューが構築され、関心のある構造の（空間及び／又は時間における）運動が、上述の生理学的サイクルの全体にわたってボリューム内において解析され、この運動は、ユーザに提示されるとき、関心のある構造の３Ｄビューを動かすために使用され、それにより、関心のある構造を追跡し、それを３Ｄビューの中心に維持する。これは例えば関心のある構造の平面移動をビューすることから逸れることを補償するために有用であり、それにより、構造の関心領域の安定したビューを提供する。

しかしながら、関心のある構造の運動は、複雑な運動であることが多く、個々の異なる起源からの異なる運動コンポーネントが組み合わさって、関心のある構造の全体の運動を生じさせる。例えば、心臓をイメージングする場合、３Ｄ画像シーケンスにおける全体の運動は、プローブ運動、呼吸運動、及び血液ポンピング運動、すなわち心筋アクティビティなどの多くの起源を有することができ、心筋アクティビティは、それ自体、心臓の長手方向及び半径方向のねじれ及び圧縮の複雑な組み合わせである。このような状況において、運動の安定化処理は、適切な運動の明らかなピクチャを臨床医に提供するのに十分でないことがある。

例えば、心臓専門医のような臨床医は、心臓の左心室の短軸ビューでの心筋の運動に関心がありうる。心臓１０が、図１に概略的に示される。心臓運動は、通常、医療コミュニティにおいて、心臓１０の主軸（長軸）２０を中心とした回転を含む簡単な運動の組み合わせによってモデル化されている。正常な心臓の場合、心臓１０の心基部領域と心尖部領域の間のそれぞれ異なる回転スピード及び振幅の結果として、ねじれ及びねじれの戻りの運動が、長軸２０を中心に生ずる。これは、Gerald Buckberg他によってCardiac Mechanics Revisited: The Relationship of Cardiac Architecture to Ventricular Function, Circulation, 2008; 118: 2571 - 2587の特に2573頁により詳しく説明されている。臨床医は、心臓周期の所与の時点における隔壁と僧帽弁環の間の中間の距離のところの短軸ビューに対応する２Ｄビュー平面３０又はマルチプラナ再構成ビューを選択することができるとともに、完全な心臓周期シーケンスを再生することができる。この２Ｄビューに表示される見かけの運動は、心筋の目標部分の運動ではなく、なぜなら、心臓１０の面外運動が、目標部分をビューの外に引き出すからである。

欧州特許出願公開第2 397 076A1号公報は、運動する器官を含む３次元画像データを取得する画像取得ユニットと、３次元画像データを３次元画像として表示する画像表示ユニットと、画像表示ユニットに表示される３次元画像上に所望の被測定対象をセットする被測定対象セッティングユニットと、所望の被測定対象について各々の時間フェーズにおける３次元画像データの変位量を計算し、各々の時間フェーズにおいて計算された変位量に基づいて診断インデックスを計算する診断インデックス計算ユニットと、画像表示ユニット上に診断インデックスを表示するための制御を実施する制御ユニットと、を具備した医用画像処理装置を開示している。

従って、２Ｄビューをこの面外運動に従わせることが望ましい。しかしながら、安定化技法は、臨床医がいかなる運動も見ないよう、目標組織の運動、すなわち剛体並進、ねじれ及び収縮コンポーネントを含む複雑な運動を完全に補償するので、安定化技法は、この目的で適用されることができない。他方、何らかの形の運動補償が望ましい；心臓１０の大域的運動のため、このような領域の正常なねじれ／ねじれの戻りと異常なねじれ／ねじれの戻りとの間の区別を行うことは非常に難しいことがある。これらの運動が心臓１０の左心室機能の重要な指標（indicators）である場合、これは問題である。

このような大域的運動の問題が、図２−図４に概略的に示される。図２は、３Ｄイメージングシーケンスにおいて視覚化される対象、例えば心臓、を概略的に示しており、対象は、例えば長軸２０に沿って方向付けられた心臓の心尖部領域及び心基部領域のような複数の関心領域３２を含み、このような関心領域内には、例えば単一領域内の心筋の異なるセクションのような関心のある特徴３４が存在しうる。図２は、３Ｄイメージングシーケンスにおいて時点ｔ１に取得された対象を概略的に示す。図３は、３Ｄイメージングシーケンスにおいて時点ｔ２に取得された対象を概略的に示す。図２及び図３を比較することによって、関心対象が、複雑な運動を受け、対象が全体として移動され回転されたことが明らかであり、複数の関心領域３２が互いに対して回転され、更に領域３２内の特徴３４が、その領域３２の他の部分に対して移動されている。

従って、検査下の対象の運動が視覚化されるとき、臨床医は、視覚化された運動から意義のある結論を得ることは困難である。例えば、左心室は、American Heart Association（アメリカ心臓協会）のCirculation, 2002, 105, pages 539-542で最初に発表された左心室のよく知られた心筋セグメント化視覚化モデルを使用して視覚化されることができる。このような短軸の視覚表現は、図４に概略的に示されており、図４は、ｔ＝ｔ１及びｔ＝ｔ２にそれぞれ取得された３Ｄ画像を含む３Ｄ超音波画像シーケンスから導き出されるこのようなセグメント化された視覚表現において、左心室の心基部平面４１及び心尖部平面４２を示す。

これらのセグメント化された視覚表現を比較することから分かるように、心基部平面４１及び心尖部平面４２の心筋は、ｔ１からｔ２までそれぞれθａ及びθｂの回転度合を受けたが、この回転は、複数の回転コンポーネントで構成される複雑な回転であるため、心基部平面４１と心尖部平面４２の間に心臓ねじれに起因する回転の差があるかどうかを臨床医が決定するのは不可能である。言い換えると、これらの視覚表現は、臨床医が、このような領域の正常なねじれ／ねじれの戻りと異常なねじれ／ねじれの戻りとの間の区別を容易に行うことを可能にしない。

本発明は、超音波画像のシーケンスを視覚化する方法であって、このような複雑な運動が分解されることができる方法を提供することを目的とする。

本発明は更に、超音波システムのプロセッサに実行されるとき、このような方法を実現するためのコンピュータプログラムコードを有する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を提供することを目的とする。

本発明は更に、このようなコンピュータプログラム製品を含む超音波システムを提供することを目的とする。

第１の見地によれば、運動中の対象の３Ｄ超音波画像のシーケンスを視覚化する方法であって、前記運動が、複数の起源からの運動コンポーネントで構成される複雑な運動であり、前記方法が、第１の時点に取得された第１の３Ｄ超音波画像及び第２の時点に取得された第２の３Ｄ超音波画像を含む３Ｄ超音波画像のシーケンスを得るステップと、前記運動コンポーネントのサブセットに由来する、複雑な運動への寄与をモデル化する運動追跡モデルを提供するステップと、第１及び第２の３Ｄ超音波画像から前記複雑な運動を決定するステップと、前記複雑な運動の運動分解された視覚表現を得るために、前記対象の複雑な運動に対する運動追跡モデルの寄与を視覚化するステップと、を含む方法が提供される。複雑な運動は、例えば並進及び回転運動コンポーネントで形成される。

心臓のような運動中の対象がシーケンスの最中に受ける複雑な運動の部分を追跡し又はモデル化する運動追跡モデルを提供することによって、視覚表現において、運動追跡モデルの寄与が、視覚化された運動を評価するユーザにとって明らかになるように、複雑な運動が分解されることができる。このような分解は、例えば心臓専門医のような臨床医であるユーザが、診断上重要な結論に一層簡単に到達することを容易にすることができる。複雑な運動は、並進及び回転運動コンポーネントがユーザにとって明らかになるように、分解されることができる。

一実施形態において、３Ｄ超音波画像は、各々が対象の異なるセグメントを表す複数のスライスに分解可能であり、この場合、運動追跡モデルが基準回転を含み、前記視覚化が、前記基準回転に対する前記対象のセグメントの回転を視覚化することを含む。例えば心臓の短軸ビューであるこのようなスライスに表される複雑な回転は、このように、例えば大域的回転を追跡し又はシミュレートする運動追跡モデルを提供することによって、分解されることができ、これらのセグメントが互いに対しどのように回転するかがより明らかになり、これは、例えば心筋のねじれ／ねじれの戻りのような相対回転が異常であるかどうかをユーザが決定することを支援する。

基準回転は、前記複数のセグメントのうちの１つに関連付けられることができる。例えば、基準回転は、大域的回転コンポーネント及び当該セグメントの正常な局所回転コンポーネントを表現することができ、それにより、当該セグメントの運動分解された視覚表現は、当該セグメントの期待される局所回転からの逸脱を視覚化し、複数のセグメントのうち残りのセグメントの回転の運動分解された視覚表現は、基準回転が関連付けられる当該セグメントの期待される正常な回転に対する回転を示す。

一実施形態において、運動追跡モデルは、例えばグラフィカルユーザインタフェースを使用して、ユーザによって規定されることができる。この実施形態において、運動追跡モデルは、前記第１の３Ｄ超音波画像の基準軸を規定するために第１の時点に取得された第１の３Ｄ超音波画像において第１のポイント及び第２のポイントを選択し、前記基準軸を中心とする回転を追跡するために前記第１の３Ｄ超音波画像において第３のポイントを選択し、第２の時点に取得された第２の３Ｄ超音波画像を第１の３Ｄ超音波画像と比較することによって、第１のポイント、第２のポイント及び第３のポイントの運動を追跡し、第１のポイント、第２のポイント及び第３のポイントの前記追跡された運動から運動追跡モデルを規定することを含むことができる。これは、例えば、第３のポイントが位置付けられる運動中の対象の或るセグメントについて基準回転を規定することを容易にし、それにより、この基準回転に対する回転が、他のセグメントについて視覚化されることができる。更に、このような基準回転が大域的回転を表す場合、第３のポイントを含むセグメントの内部の運動（例えば局所的収縮及びその他）が、より明確に視覚化されることができる。

代替例として、運動追跡モデルを提供することは、例えば運動中の対象の大域的運動を近似する追跡モデルである予め規定された運動追跡モデルを提供することを含むことができる。

一実施形態において、予め規定された運動追跡モデルは、並進コンポーネント及び中心軸に沿った複数の回転コンポーネントを含み、前記回転コンポーネントは、対象の個々の異なる領域の、前記中心軸に沿った回転をモデル化する。これは、例えば、心臓の複雑な運動を分解する際に使用されることができ、それぞれ異なる回転コンポーネントは、心臓周期中の心臓の正常なねじれ／ねじれの戻りをシミュレートする。心臓運動の運動分解された視覚表現におけるこのようなモデルの使用は、このような運動が正常な挙動から逸脱する場合に直ちに強調表示する。

視覚化は、複雑な運動から運動追跡モデルを減算し、前記複雑な運動の前記運動分解された視覚表現を得るために減算結果を表示することを含む。これは、ユーザが分解結果の視覚化を提示されるという利点を有し、これは、ユーザが、より簡単に臨床上重要な結論に到達することを可能にすることができる。

代替例として、視覚化は、前記複雑な運動を表示し、前記表示された複雑な運動へのオーバレイとして運動追跡モデルの表現を表示することを含むことができる。これは、運動追跡モデルによってモデル化された運動コンポーネントと、検査下の対象の特定のセグメントの全体の運動とをユーザが容易に区別することを可能にする。

一実施形態において、視覚表現は、心臓の左心室の短軸ビューにおけるＢモード視覚表現であり、前記視覚表現は、心筋のセグメント化されたグラフィック表現に基づく。このような表現は、ユーザが、視覚表現内の心筋のグラフィック表現によって、ねじれ／ねじれの戻りの量を容易に決定することができるという利点を有する。

運動追跡モデルを提供するステップは、例えばこのような運動追跡モデルのライブラリから予め規定された運動追跡モデルを選択することによって、又は、上記で説明したように３Ｄ超音波画像のシーケンスにおいて追跡されるポイントを規定することによって、グラフィカルユーザインタフェース上で運動追跡モデルを選択することを含むことができる。

一実施形態において、方法は更に、前記視覚化ののち、前記グラフィックユーザインタフェース上で運動追跡モデルを調整するステップと、前記複雑な運動の調整された運動分解された視覚表現を得るために、前記対象の複雑な運動に対する調整された運動追跡モデルの寄与を視覚化するステップと、含む。これは、ユーザが、運動追跡モデル及び運動分解を微調整するよう、全体の複雑な運動に対する運動追跡モデルの寄与をスケーリングすることによって、３Ｄ超音波画像のシーケンスに運動分解を対話的に適用することを可能にし、これは、ユーザが、検査下の対象の全体の複雑な運動に対するさまざまな寄与の分解をより良く理解するのを助けることができる。

別の見地により、超音波システムのプロセッサ上で実行される際、上述の実施形態の１又は複数に従って方法を実現するためのコンピュータプログラムコードを含むコンピュータ可読媒体を有するコンピュータプログラム製品が提供される。このようなコンピュータプログラム製品は、このような超音波システムのユーザが、３Ｄ超音波画像のシーケンスをより簡単に評価することを容易にする。

更に他の見地により、上述したコンピュータプログラム製品と、超音波を送信し、送信された超音波に応じて超音波エコーのシーケンスを収集するプローブと、収集された超音波エコーから超音波画像を生成するプロセッサであって、前記コンピュータプログラムコードを実行するように適応されるプロセッサと、を有する超音波システムが提供される。このような超音波システムは、そのユーザが、３Ｄ超音波画像のシーケンスをより簡単に評価することを可能にする。

超音波システムは更に、前記複雑な運動の運動分解された視覚表現を表示するワークステーションを有することができ、前記プロセッサは、前記ワークステーションを制御するように適応される。

超音波システムは更に、前記ワークステーションにおいて運動追跡モデルを規定し及び／又は調整するためのグラフィカルユーザインタフェースを有することができる。

本発明の実施形態は、添付の図面を参照して非限定的な例を通じて説明される。

ヒト心臓の断面を概略的に示す図。 ３Ｄ超音波画像のシーケンスによって取得された、ヒト心臓のような運動中の対象の複雑な運動を概略的に示す図。 ３Ｄ超音波画像のシーケンスによって取得された、ヒト心臓のような運動中の対象の複雑な運動を概略的に示す図。 セグメント化されたグラフィック表現を用いた、このような複雑な運動の視覚表現を示す図。 一実施形態による運動中の対象の運動コンポーネントの追跡を概略的に示す図。 一実施形態による運動中の対象の運動コンポーネントの追跡を概略的に示す図。 図５及び図６に示すように運動コンポーネントを追跡することに基づいて運動追跡モデルを規定する見地を概略的に示す図。 一実施形態による、３Ｄ超音波画像シーケンスにおいて取得された心臓運動の運動分解された運動の視覚表現を概略的に示す図。 別の実施形態による、３Ｄ超音波画像シーケンスにおいて取得された心臓運動の運動分解された運動の視覚表現を概略的に示す図。 一実施形態による方法のフローチャート。 例示の実施形態による超音波システムを概略的に示す図。

図面は概略的なものにすぎず、一定の縮尺で描かれていないことが理解されるべきである。更に、同一の参照番号は、特に明記しない限り、同じ又は同様の部分を示すために図の全体にわたって使用されていることが理解されるべきである。

図５は、第１の時点ｔ＝ｔ１における、運動中の心臓の３Ｄ超音波画像を概略的に示しており、図において、心臓は、長軸２０に沿う複数の短軸スライス３２によって概略的に表現され、各々のスライス３２は、長軸２０に沿う心臓の異なるスライスを表す。各スライス３２は、関心領域３４を含むことができ、例えば心臓の３Ｄ超音波画像シーケンスの最中の心筋挙動の評価のための心筋を含む左心室ビューである。

一実施形態によれば、ユーザは、ｔ＝ｔ１での３Ｄ超音波画像において第１のポイントＡ及び第２のポイントＢを選択することによって、ユーザ規定される運動追跡モデルを生成することができ、ポイントＡ及びＢは、超音波画像の基準軸を規定し、この基準軸は、この基準軸を中心とする回転を追跡するために使用されることができる。このために、ユーザは更に、スライス３２のうちの１つのスライスに位置する第３のポイントＣを規定することができ、こうして規定された基準フレームが、３Ｄ超音波画像のシーケンスの全体を通じてこの基準フレームの運動を追跡するために、使用されることができる。例えば心臓専門医のような臨床医によるポイントＡ、Ｂ及びＣの特徴付けられる選択によって、これらのポイントがｔ１からｔ２までに受ける運動が、基準運動、すなわち運動追跡モデル、として使用されることができ、検査下の対象内の運動は、この基準運動に対する運動として分解されることができる。

追跡される運動は、図６に概略的に示されており、図６は、時点ｔ＝ｔ２におけるシーケンスの第２の３Ｄ超音波画像を概略的に示し、心臓は、時点ｔ＝ｔ１と比較して複雑な運動を受けた。ポイントＡ、Ｂ及びＣによって規定される基準フレームが受けた運動は、３Ｄ超音波画像のシーケンスにおいて追跡されることができる。

図７は、ポイントＡ、Ｂ及びＣによって規定される基準フレームの追跡された運動を概略的に示す。追跡された運動は、時間ｔ１からｔ２まで軸Ａ−Ｂをたどるアフィン変換Ｔ及びこの軸を中心とする回転Ｒのモデルの合成とみなされることができ、ここで、Ｔ及びＲは、３Ｄ超音波画像シーケンスから測定され、Ｔは、軸Ａ−Ｂの並進から測定され、Ｒは、軸Ａ−Ｂを中心とするポイントＣの回転から測定され、これにより、検査下の対象の複雑な運動の運動分解において使用される運動追跡モデルが構成される。

３Ｄ超音波画像シーケンスが運動中の心臓を取得する一実施形態において、例えばねじれ／ねじれの戻りを視覚化するための心臓運動の特に有利な視覚表現は、２Ｄ短軸ビュー（ＳＡ）であり、すなわち、図１に示される心臓１０の主軸２０と直交する平面３０である。例えば、ＡＨＡの上述した１７セグメントベースの心筋視覚化モデルを使用する場合に特に直観的な視覚表現が得られ、これは、例えば心基部平面４１及び心尖部平面４２であるＳＡ平面の正確なロケーションを容易にするからである。このような２Ｄ短軸ビューは、それ自体良く知られているように、任意の適切なやり方でこのようなセグメント化された視覚化モデルに伝達されることができる。例えば、さまざまなＡＨＡセグメントが、第１の３Ｄ画像のさまざまな短軸ビューにおいて識別されるとともに、対象の例えば組織部分に関連付けられることができ、それら組織部分は、利用可能な追跡技法を使用して追跡されることができ、その後、こうして関連付けられたセグメントは、関連付けられた対象を追跡することによって、３Ｄ画像シーケンスにおいて追跡される。図４を用いて上で説明したように、このセグメント化されたモデルにおいて視覚化される複雑な運動を評価する場合、心基部平面４１及び心尖部平面４２の両方が回転を受けることが明らかであるが、この回転が時間間隔ｔ１−ｔ２にわたってこれらの平面の正常な回転より小さいか大きいかを判定することは実質的に不可能である。

一実施形態において、選ばれる視覚表現（ここでは、非限定的な例としてセグメント化される視覚表現）は、全体の（複雑な）運動の一部のみが視覚化される運動分解された視覚表現を得るために、運動追跡モデルを、３Ｄ超音波画像シーケンスにおいて取得された全体の運動から減算することによって、適応されることができる。図４に関して上述した例を使用して、図８に概略的に示される運動分解された視覚表現が、得られることができる。運動追跡モデルの寄与を全体の運動から減算することによって、具体的には、運動追跡モデルの回転コンポーネントをモデル化する回転コンポーネントＲ（ｔ１→ｔ２）を全体の回転θｂ及びθａから減算することによって、心基部平面４１の残りの回転コンポーネントが心尖部平面４２と比較して大きいことが、直ちに明らかになる。これは、このような運動追跡モデルの使用が、分解された運動コンポーネント（例えば診断上重要な運動コンポーネントである関心のある運動コンポーネント）のより直接的な視覚表現をユーザが得ることを助けることができることを実証する。

代替の実施形態において、選ばれる視覚表現（ここでは、非限定的な例としてセグメント化される視覚表現）は、運動分解された視覚表現を得るために、３Ｄ超音波画像シーケンスにおいて取得された全体の運動に運動追跡モデルをオーバレイすることによって、適応されることができ、それにより、全体の（複雑な）運動に対する運動追跡モデルの寄与が視覚化される。これは、図９に概略的に示されており、図９において、ｔ＝ｔ２での解剖学的モデル表現における破線は、全体の視覚化された回転に対する運動追跡モデルの回転コンポーネントＲ（ｔ１→ｔ２）の寄与を表す。残りの回転コンポーネントが心尖部平面４２と比べて心基部平面４１のほうが大きいことを示すのに加えて、これは更に、３Ｄ超音波画像シーケンスにおいて取得される全体の運動に対する、追跡される運動の寄与を視覚化する。

ここで、ユーザ規定される運動追跡モデルは、検査下の対象（例えば心臓）の特定部分（特に、基準セグメントと考えられることができるユーザ選択されたポイントＣを含む対象のセグメント）の追跡される回転に対する、対象の他の部分の回転を視覚化するのに特に適していることに注意されたい。当業者によって理解されるように、運動追跡モデルを基準セグメントの複雑な運動に適用する場合、この基準セグメントは、静止したセグメントのようにみえ、例えば局所化される組織回転又は収縮のような追跡される回転に対する運動のみが、運動分解されたビューにおいて視覚化されることができる。

しかしながら、基準セグメント以外の検査下の対象のセグメントは、基準セグメントとは異なるスピードで回転しうるので、関心対象の運動分解された視覚表現を得るために運動追跡モデルを追跡された全体の運動に適用する場合、スピードの差、すなわち相対回転が明らかになる。言い換えると、運動追跡モデルは、基準回転、すなわち追跡される回転Ｒ（ｔ１→ｔ２）を含むと考えられることができ、運動分解される視覚表現は、この基準回転に対する前記対象のセグメントの回転の視覚表現を含む。

ここで、運動追跡モデルは、ユーザ規定されなくてもよいことに注意されたい。代替として、運動追跡モデルは、例えば組織追跡、スペックル追跡、その他のよく知られた運動評価技法を使用して、３Ｄ超音波画像のシーケンスから自動的に生成されることができる。運動評価技法自体はよく知られているので、単に簡潔さのために、それらについて更に詳しくは説明しない。更に別の実施形態において、アプリオリな運動追跡モデルが提供されることができ、それは例えば、検査下の対象の正常な運動を表わすモデルでありえ、対象の正常な運動は、例えばこのようなシーケンスの健康な心臓の正常な又は期待される運動である。このようなアプリオリなモデルを一層現実的にするために、モデルは、長軸２０に沿った心臓の異なる短軸セグメントのねじれ／ねじれの戻りの異なる程度を反映するために、モデルが正常な心臓運動を表現する場合の、例えば長軸２０に沿った複数の異なるロケーションにおける、中心軸を中心とする異なる回転コンポーネントを含むことができる。このようなアプリオリなモデルは、心臓の基準回転スピードの組を提供することが理解されることができ、シーケンスを通じて心臓の複雑な運動を取得する３Ｄ超音波画像の実際のシーケンスへのモデルの適用は、心臓の特定のセグメントについて期待される回転の程度の逸脱を強調表示することができる。

一実施形態において、このようなアプリオリな又は予め規定された運動追跡モデルは、例えば並進運動（例えば軸Ａ−Ｂの変位）が別個に補償される他の追跡モデルと組み合わせて使用されることができ、アプリオリな運動追跡モデルは、１又は複数の回転コンポーネントのみに基づくことができ、３Ｄ超音波画像のシーケンスの関心対象の並進運動が補償されると、適用されることができる。

一実施形態において、運動追跡モデルは、スケーラブルでありうる。言い換えると、ユーザは、例えば図７に示すように軸Ａ−Ｂの変位及びこの軸を中心とした回転Ｒのような並進及び回転コンポーネントである、さまざまなコンポーネントの寄与を調整することができ、それにより、ユーザは、運動追跡モデルを対話的に調整し、更新された運動追跡モデルに従って３Ｄ超音波画像シーケンスの視覚表現を更新することができる。これは、例えば、ユーザが、運動追跡モデルを調整することによって関心対象の特定のセグメントを基準セグメントとして対話的に選択することを可能にし、選択されたセグメントは、視覚表現において静止したようになり、ユーザは、例えば心臓のような関心対象の他の部分の運動を、対話的に選択された基準セグメントに対し、評価することができる。

ユーザは、任意の適切なやり方で運動追跡モデルのこのような調整を行うことができる。非限定的な例として、ユーザが所望の調整を行うことを可能にするグラフィカルユーザインタフェースが、例えばグラフィカルユーザインタフェースにおいてダイヤル、スライダ又は同様のものとして運動追跡モデルのさまざまなコンポーネントを表現することによって、提供されることができ、ユーザは、ダイヤル、スライダ又は同様のものを調整することによって、これらのコンポーネントを調整することができ、かかる調整は、運動追跡モデルに対し行われる調整に基づいて、検査下の対象の更新された視覚表現の生成をトリガする。

上述の説明において、本発明の見地は、単なる非限定的な例として２Ｄ短軸ビューの視覚化モードによって説明された。本発明の教示は、１Ｄ視覚化モード（Ｍモード）、２Ｄ視覚化モード（Ｂモード）又は３Ｄ視覚化モード（ボリュームレンダリングを非限定的に含む任意の適切な視覚化モードに適用されることができることが理解されるべきである。上述したように、視覚化モードは、３Ｄ超音波画像シーケンスの時点から手動で規定されることができ、又は、例えば心臓の左心室の２Ｄ短軸ビューにおける上述のセグメント化された視覚表現のような実際のシーケンスに自動的に適応される解剖学的モデル又は基準から、規定されることもできる。

要するに、詳しく上述した視覚化方法１００のさまざまな実施形態は、図１０に示されるフローチャートによって要約されることができる。方法１００は、例えば心臓のような運動中の関心対象の３Ｄ超音波画像のシーケンスを取得する超音波システムを初期化することによって、ステップ１１０において始まる。方法は、ステップ１２０へ進み、ステップ１２０において、運動中の関心対象の３Ｄ超音波画像のシーケンスが取得される。このようなシーケンスは、それ自体当業者に良く知られている任意の適切な態様で取得されることができる。

ステップ１３０において、運動追跡モデルが提供される。すでに詳しく説明したように、これは、例えば、ユーザ規定される運動追跡モデル、自動生成される運動追跡モデル、又はアプリオリな（予め規定された）運動追跡モデル、例えば基準回転を含む運動追跡モデル、でありえ、検査下の対象の複雑な運動の、後続の運動分解される視覚表現は、前記基準回転に対する前記対象のさまざまなセグメントの回転を視覚化することを含むことができる。

次に、視覚化される対象の複雑な運動が、ステップ１４０において、超音波画像の３Ｄシーケンスから導き出される。これは、それ自体知られており、単に簡潔さの目的で、更に詳しく説明されない。方法１００において、運動追跡モデルの提供は、３Ｄ超音波画像のシーケンスの取得後であって複雑な運動の決定前に実施されるが、例えばアプリオリな運動追跡モデルを使用する場合、運動追跡モデルが、ステップ１４０の複雑な運動の決定後又はステップ１２０の前に提供されることも同等に可能であることに注意されたい。ステップ１５０において、運動追跡モデルは、例えば、運動追跡モデルを全体の運動から減算することによって、又は、上述したように全体の運動の視覚表現に運動追跡モデルの視覚表現をオーバレイすることによって、３Ｄ超音波画像のシーケンスにおいて取得される全体の運動に適用され、その後、ステップ１５０の結果が、ステップ１６０において、例えば超音波システムのカート上の又はカートを離れたワークステーション上のディスプレイに、又は、このような視覚化結果を表示するための任意の他のディスプレイ上に、視覚化される。上述したように、任意の適切な視覚化の形態が、この目的のために選択されることができる。

任意の実施形態において、方法１００は、ステップ１７０を更に含み、ステップ１７０において、ユーザは、上述したように運動追跡モデルを調整することを決めることができ、この場合、方法は、ステップ１５０に戻り、調整された運動追跡モデルを全体の運動に適用して、ステップ１６０の結果を視覚化することができる。ステップ１７０が利用可能でない場合、又はユーザが運動追跡モデルに対する更なる調整に関心がないと決める場合、方法は、ステップ１８０で終わることができる。

図１１は、本発明の視覚化方法に従って使用されることができる超音波システム４００の例示の実施形態を概略的に示す。超音波システム４００は、２Ｄトモグラフィックスライスとして、又は、ボリュメトリック画像データとして、リアルタイム３Ｄ心臓画像を取得するためのシステムでありうる。動作中、１Ｄ又は２Ｄアレイトランスデューサ４１２を有するプローブ又はスキャンヘッド４１０が、超音波を送信し、超音波エコー信号を受信する。この送信及び受信は、コヒーレントビーム又はスキャンされる解剖学的構造からの生エコー信号を形成するために、受信したエコー信号をもつビームフォーマ４２０の制御下において実施される。ビームフォーマからのエコー情報は、Ｂモードプロセッサ４５０、ドップラプロセッサ４４０、及び造影剤が使用される場合はコントラスト信号プロセッサ４４５によって、処理される。Ｂモードプロセッサは、フィルタリング、周波数及び空間合成、高調波データ処理、及び良く知られている他のＢモード機能を実施する。ドップラプロセッサは、速度及びドップラパワー信号を生成するために、従来のドップラー処理をエコー信号に適用する。コントラストプロセッサは、スキャンされている組織に造影剤が存在する場合に得られるエコー信号に、特定の処理を適用する。処理されたデータは、２Ｄトモグラフィック又は３Ｄボリュメトリック組織領域がイメージングされているかどうかに依存して、２Ｄスキャンコンバータ４６０又は３Ｄスキャンコンバータ４７０に渡される。スキャンコンバータは、スキャンヘッドがビームで取得した線形又は極平面ジオメトリからのデータを、各次元で適当なスケーリングを有するデカルト形式（ｘ，ｙ又はｘ，ｙ，ｚ）に幾何学的に補正する。各々のスキャンコンバートされた画像又は３Ｄボリュームは、２Ｄメモリ４６５又は３Ｄボリュームメモリ４７５に配置される。メモリ４６５は、取得されるデータのタイプに依存して、最近の２Ｄ又は３Ｄデータの数秒乃至数分相当分を記憶することをブロックする。

ボリュームＭＰＲスライスディスプレイプロセッサ及び３Ｄレンダリング器４８０は、良く知られている方法を使用して所与の視点からの１つ又は複数の２Ｄ ＭＰＲスライス画像及び／又は３Ｄボリュームのボリュームレンダリングされた画像を提供するために、中央コントローラ４３０に基づいて３Ｄボリュームメモリからのボリュームデータを処理し、ユーザインタフェース４３５からのユーザ入力を処理する。ディスプレイプロセッサ４９０は、中央コントローラ４３０からの入力に基づいて、２Ｄメモリ４６５から２Ｄ画像を取得し又はボリュームＭＰＲスライスビュープロセッサから３Ｄレンダリングされた画像を取得し、グラフィクスオーバレイ及びテキスト注釈（例えば患者情報）を付加し、オペレータに提示するためにディスプレイ４９５に合成された画像を伝送する。中央コントローラは、リアルタイム表示として、メモリ内の最も最近取得されたデータを表示するように、ディスプレイプロセッサに指示することができ、又は、より古い２Ｄ又は３Ｄボリュームデータのシーケンスを再生することができる。

少なくとも一つのボリュームＭＰＲスライスディスプレイプロセッサ及び３Ｄレンダリング器４８０及びディスプレイプロセッサ４９０は、本発明の実施形態に従って方法を実現するコンピュータプログラムコードを実行するように適応されることができる。一実施形態において、ボリュームＭＰＲスライスディスプレイプロセッサ及び３Ｄレンダリング器４８０及びディスプレイプロセッサ４９０は協働して、関心のある画像の運動分解された視覚表現を生成する。

超音波システム４００は、本発明の方法の実施形態により３Ｄ超音波画像のシーケンスを取得するために使用されることができる超音波システムの単なる一例にすぎないことが理解されるべきである。超音波システムが方法１００を実現することができる限り、超音波システム４００の正確なインプリメンテーションは本発明にとってほとんど重要でない。従って、当業者であれば、任意の適切な超音波システムが使用されることができることが理解される。

本発明の見地は、システム、方法又はコンピュータプログラム製品として具体化されることができる。本発明の見地は、例えば超音波システムのプロセッサのような適切なプロセッサ上で実行されるときに本発明のさまざまな見地による視覚化方法を実現するために具体化されるコンピュータ可読プログラムコードをその上に有する１又は複数のコンピュータ可読媒体に具体化されるコンピュータプログラム製品の形をとることができる。

１又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用されることができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読の信号媒体又はコンピュータ可読の記憶媒体でありうる。例えば、コンピュータ可読記憶媒体は、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線又は半導体のシステム、機器又は装置、又はこれらの任意の適切な組み合わせでありうる。このようなシステム、機器又は装置は、任意の適切なネットワーク接続を通じてアクセス可能でありうる。例えば、システム、機器又は装置は、ネットワークを通じたコンピュータ可読プログラムコードの取り出しのために、ネットワークを通じてアクセス可能である。このようなネットワークは、例えばインターネット、モバイル通信ネットワーク又は同様のものでありうる。コンピュータ可読記憶媒体のより特定の例（包括的でないリスト）は、１又は複数のワイヤを有する電気接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能リードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光学ファイバ、ポータブルコンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶装置、磁気記憶装置又は上述したものの任意の適切な組み合わせ、を含むことができる。本願のコンテクストにおいて、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、機器又は装置によって又はそれに関連して使用されるプログラムを含み又は記憶することができる任意の有形媒体でありうる。

コンピュータ可読信号媒体は、ベースバンドにおいて又は搬送波の一部として具体化されるコンピュータ可読プログラムコードを有する伝播されるデータ信号を含むことができる。このような伝播信号は、電磁気、光学又はその任意の適切な組み合わせを非制限的に含むさまざまな形態をとりうる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体でなく、命令実行システム、機器又は装置によって又はそれに関連してプログラムを通信し、伝播し、又は運搬することができる任意のコンピュータ可読媒体でありうる。

コンピュータ可読媒体に具体化されるプログラムコードは、ワイヤレス、ワイヤライン、光学ファイバケーブル、ＲＦ、その他、又は前述したものの任意の適切な組み合わせを非限定的に含む任意の適当な媒体を使用して送信されることができる。

適切なプロセッサ上での実行によって本発明の方法を実施するためのコンピュータプログラムコードは、例えばＪａｖａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋又はその他のオブジェクト指向のプログラミング言語、及び例えば「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語のような従来の手続き型プログラミング言語を含む、１又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせにおいて書かれることができる。プログラムコードは、スタンドアロンソフトウェアパッケージとしてプロセッサ上ですべて実行されることができ、又はプロセッサ上で部分的に実行され及びリモートサーバ上で部分的に実行されることができる。後者の状況において、リモートサーバが、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又は広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを通じてプロセッサに接続されることができ、又は、接続は、例えばインターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを通じて、外部のコンピュータに対し行われることができる。

本発明の見地は、本発明の実施形態に従って、方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び／又はブロック図を参照して上述されたフローチャート図及び／又はブロック図の各ブロック、及びフローチャート図及び／又はブロック図の複数ブロックの組み合わせが、超音波システム４００の１又は複数のプロセッサ上で全体的に又は部分的に実行されるコンピュータプログラム命令によって実現されることができ、命令は、フローチャート及び／又はブロック図の１又は複数のブロックに指定される機能／工程を実現するための手段を生成することが理解される。これらのコンピュータプログラム命令は更に、特定のやり方で機能するようシステム４００に指示することができるコンピュータ可読媒体に記憶されることができる。

コンピュータプログラム命令は、コンピュータ実現されるプロセスを生成するために、１又は複数のプロセッサ上で一連の処理ステップが実行されるようにするために、１又は複数のプロセッサ上にロードされることができ、それにより、１又は複数のプロセッサ上で実行される命令は、運動追跡及び視覚化の結果を示すフローチャート及び／又は図に指定される機能／工程を実現するためのプロセスを提供する。コンピュータプログラム製品は、超音波システム４００の一部を形成することができ、例えば超音波システム４００にインストールされることができる。

上述の実施形態は、本発明を説明するものであって、制限するものでなく、当業者は、添付の請求項の範囲を逸脱することなく多くの代替の実施形態を設計することができることに注意すべきである。請求項において、括弧内に示される任意の参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されない。「含む、有する（comprising）」という語は、請求項に列挙されるもの以外の構成要素又はステップの存在を除外しない。構成要素に先行する「a」又は「an」の語は、このような構成要素の複数の存在を除外しない。本発明は、いくつかの個別の素子を有するハードウェアによって実現されることができる。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段の幾つかは、同じ１つのハードウェアアイテムによって具体化されることができる。特定の手段が相互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されることができないことを示さない。

Claims (12)

1. 運動中の対象の３Ｄ超音波画像のシーケンスを視覚化する方法であって、前記運動が、複数の起源からの運動コンポーネントで構成される複雑な運動であり、前記方法が、
   第１の時点に取得された第１の３Ｄ超音波画像及び第２の時点に取得された第２の３Ｄ超音波画像を含む３Ｄ超音波画像のシーケンスを得るステップと、
   前記複雑な運動に寄与する前記運動コンポーネントの特定のサブセットを、基準運動としてモデル化する運動追跡モデルを提供するステップと、
   前記第１及び前記第２の３Ｄ超音波画像から前記複雑な運動を決定するステップと、
   前記複雑な運動の運動分解された視覚表現を得るために、前記対象の前記複雑な運動に対する前記運動追跡モデルの寄与を視覚化するステップと、
   を含み、
   前記３Ｄ超音波画像が、前記対象の異なるセグメントをそれぞれ表す複数のスライスに分解可能であり、
   前記運動追跡モデルが、基準回転コンポーネントを有し、前記視覚化が、前記基準回転コンポーネントに対する前記対象のセグメントの回転を視覚化することを含み、
   前記運動追跡モデルを提供する前記ステップが、予め規定された運動追跡モデルを提供することを含み、
   前記予め規定された運動追跡モデルが、中心軸に沿う並進コンポーネント及び複数の回転コンポーネントを有し、前記複数の回転コンポーネントが、前記中心軸に沿う前記対象の個々の異なる領域の回転をモデル化する、
   方法。
2. 前記基準回転コンポーネントが、前記セグメントの１つに関連付けられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記運動追跡モデルを提供する前記ステップが、
   前記第１の時点に取得された第１の３Ｄ超音波画像内において第１のポイント及び第２のポイントを選択して、前記第１の３Ｄ超音波画像における基準軸を規定するステップと、
   前記基準軸を中心とする回転を追跡するために、前記第１の３Ｄ超音波画像において第３のポイントを選択するステップと、
   前記第２の時点に取得された第２の３Ｄ超音波画像を前記第１の３Ｄ超音波画像と比較することによって、前記第１のポイント、前記第２のポイント及び前記第３のポイントの運動を追跡するステップと、
   前記第１のポイント、前記第２のポイント及び第３のポイントの前記追跡された運動から、前記運動追跡モデルを規定するステップと、
   を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記視覚化するステップが、
   前記運動追跡モデルを前記複雑な運動から減算し、
   前記複雑な運動の前記運動分解された視覚表現を得るために減算結果を表示すること、
   を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記視覚化するステップが、
   前記複雑な運動を表示し、
   前記表示された複雑な運動上へのオーバレイとして前記運動追跡モデルの表現を表示すること、
   を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記視覚表現が、心臓の左心室の短軸ビューでのＢモード視覚表現であり、前記視覚表現が、心筋のセグメント化されたグラフィック表現に基づく、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記運動追跡モデルを提供する前記ステップが、グラフィカルユーザインタフェースにおいて前記運動追跡モデルを選択することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記視覚化するステップののち、前記グラフィカルユーザインタフェース上で前記運動追跡モデルを調整するステップと、
   前記複雑な運動の調整された運動分解された視覚表現を得るために、前記対象の前記複雑な運動に対する前記調整された運動追跡モデルの寄与を視覚化するステップと、
   を更に含む、請求項７に記載の方法。
9. 超音波システムのプロセッサにおいて実行されるとき、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法を実行するためのコンピュータプログラムコードを有するコンピュータ可読媒体。
10. 請求項９に記載のコンピュータ可読媒体と、
    超音波を送信し、送信された超音波に応じて超音波エコーのシーケンスを収集するプローブと、
    収集された超音波エコーから３Ｄ超音波画像のシーケンスを生成するプロセッサであって、前記コンピュータプログラムコードを実行するように適応されるプロセッサと、
    を有する超音波システム。
11. 前記複雑な運動の前記運動分解された視覚表現を表示するためのワークステーションを更に有し、前記プロセッサが、前記ワークステーションを制御するように適応される、請求項１０に記載の超音波システム。
12. 前記ワークステーション上で前記運動追跡モデルを規定し及び／又は調整するためのグラフィカルユーザインタフェースを更に有する、請求項１１に記載の超音波システム。

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