JP7033692B6

JP7033692B6 - スマート剪断波エラストグラフィのための超音波システムと方法

Info

Publication number: JP7033692B6
Application number: JP2021510325A
Authority: JP
Inventors: マングエン; クラウディアエリッコ; マルチンアルカディウシュバリッキー; グジェゴジュアンジェイトポレック; フアシィエ
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2022-05-30
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: US20210338204A1; JP7033692B2; JP2021526942A; CN112638274A; WO2020043561A1; EP3843637A1; EP3843637B1

Description

本開示は異方性組織内の繊維配向を識別し、識別される繊維配向に基づいて剪断波エラストグラフィを調整することによって、剪断波エラストグラフィを用いて異方性組織を撮像するための超音波システム及び方法に関する。

カートベースの超音波撮像システムのような超音波撮像システムは典型的には患者のような被検体から画像を取得し、表示するために、プローブ及びディスプレイと連動して動作するユーザインターフェースを含む。超音波撮像システムは組織の機械的特性を決定するために、剪断波エラストグラフィを使用することができる。剪断波エラストグラフィは例えば、腫瘍の存在を示し得る、組織における異常な硬直の領域を識別するためのようなスクリーニング及び診断目的のために使用され得る。剪断波エラストグラフィ測定値は、組織内に剪断波を発生させ、トランスデューサによって発生される超音波パルスを用いて剪断波の速度を測定値することを含んでもよい。

異なるタイプの組織は、異なる特性を有する。特定のタイプの組織(例えば、肝臓組織)は一般に等方性であり得るが、特定の他のタイプの組織(例えば、筋骨格組織、血管壁、及び心筋組織)は異方性であり得、ここで、組織のプロパティ(例えば、剛性)はそのプロパティが測定される方向に基づいて変化し得る。組織の異方性は、その組織内の繊維の配向に基づくことができる。したがって、剪断波測定は、剪断波測定に使用される超音波パルスの配向に対する繊維の配向に大きく依存する可能性がある。しかしながら、繊維の配向は未知であり得るが、トランスデューサの配置は皮膚上への配置によって制約され得る。

したがって、トランスデューサに対する繊維の位置及び配向を決定し、それに応じて超音波パルスの角度を剪断波エラストグラフィのために調節することが望ましい。

本明細書に記載の例は、スマート剪断波エラストグラフィの分野における一つ又はそれより多くの課題に対する解決策を提供することができる。

少なくとも1つの実施形態では、本開示は、異方性組織におけるスマート剪断波エラストグラフィの方法を対象とすることができる。この方法は、3D超音波画像データセットから筋線維構造を識別することを含むことができる。この方法は、トランスデューサの表面に対する少なくとも1つの識別される筋繊維構造の表現を提供することを含むことができる。この方法は、識別される筋線維構造のうちの少なくとも1つを選択することを含むことができる。この方法は、選択される筋線維構造の配向に基づいて標的測定平面を決定することを含むことができる。また、本方法は、標的測定平面内で剪断波画像を行うように構成されるシーケンスに従って超音波パルスを送信するステップを含んでもよい。

別の態様では、本開示が超音波剪断波エラストグラフィシステムに描画されてもよい。システムは、トランスデューサ及びプロセッサを含むことができる。トランスデューサは、プッシュパルス及び追跡パルスを組織内に放出することができる。プロセッサは、トランスデューサに結合されてもよい。プロセッサは、組織の3Dデータセットに基づいて筋線維構造の位置を識別することができる。プロセッサは、筋線維構造のうちの1つのユーザ選択に応答して、組織に対するプッシュパルス及び追跡パルスの角度を調整するための命令を提供し得る。

本開示のいくつかの例による超音波システムの動作環境のブロック図である。本開示のいくつかの例による超音波システムのブロック図である。本開示のいくつかの例に従ったスマート剪断波エラストグラフィの方法のブロック図である。本開示のいくつかの例による、識別される筋線維束の例示的な表示のブロック図である。本開示のいくつかの実施例によるスマート剪断波エラストグラフィ測定値を収集する方法を示すブロック図である。本開示のいくつかの例による例示的なレポートを示すブロック図である。本開示のいくつかの実施例による剪断波エラストグラフィ測定のためのフィードバック表示を示すブロック図である。本開示のいくつかの例によるプリスキャン変換のブロック図である。本開示のいくつかの例に従ったスマート剪断波エラストグラフィの方法を示すフローチャートである。

特定の実施形態の以下の説明は本質的に単に例示的なものであり、本発明又はそのアプリケーション又は使用を限定することを決して意図するものではない。本システム及び方法の実施形態の以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、説明されるシステム及び方法を実施することができる特定の実施形態を例として示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は当業者が発明開示されているシステム及び方法を実施することを可能にするのに十分に詳細に記載されており、他の実施形態が利用されてもよく、構造的及び論理的な変更が、本システムの精神及び範囲から逸脱することなくなされてもよいことが理解されるべきである。さらに、明確にするために、特定の特徴の詳細な説明は本システムの説明を不明瞭にしないように、当業者に明らかである場合には論じない。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではなく、本システムの範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。

本技術は、本実施形態による方法、装置(システム)、及び／又はコンピュータプログラム製品のブロック図及び／又はフローチャート図を参照して以下に説明される。ブロック図及び／又はフローチャート図のブロック、ならびにブロック図及び／又はフローチャート図のブロックの組み合わせは、コンピュータ実行可能命令によって実装され得ることを理解されたい。これらのコンピュータ実行可能命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、及び／又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサ、コントローラ、又は制御ユニットに提供されて、コンピュータ及び／又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令がブロック図及び／又はフローチャートの一つ又はそれより多くのブロックで指定される機能／動作を実施するための手段を作成するように、マシンを生成することができる。

超音波剪断波エラストグラフィー(SWE)は、従来、剪断波が等方性材料中を伝搬すること、言い換えれば材料の機械的性質がすべての方向で同じであることを仮定している。しかしながら、特定の組織は異方性であり、異なる方向に沿って異なる材料機械的特性を有する。筋肉組織のようないくつかの組織は高度に繊維性であり、組織内の繊維の配向に関連する異方性を有する。例えば、繊維の長軸に沿った最小の剛性、及び繊維の長軸を横切る(例えば、垂直)最大の剛性が存在し得る。測定される剛性は、2つの両極端の間の角度で最大値と最小値の間で変化し得る。したがって、測定値に対する繊維の配向が未知である場合、SWE測定値は異なるスキャンセッション、組織(例えば、二頭筋対カルブス)、及び／又はユーザにわたって一貫性がなく、信頼性がない可能性がある。結果として、SWE測定値は低い再現性を有し得、これは異方性組織における臨床ツールとしてのSWEの使用を制限し得る。

本開示の実施形態による装置、システム、及び方法は、異方性組織中の繊維の識別、及び識別される繊維の配向を考慮するための剪断波エラストグラフィの調整を可能にするスマート剪断波エラストグラフィを対象とする。組織の予備スキャンは、異方性組織の関心領域における繊維又は繊維グループの位置及び配向を決定するために使用される。超音波プローブ及び／又は皮膚に対する繊維グループの配置を示すディスプレイを生成することができる。繊維グルーピングのうちの一つ又はそれより多くを選択することができ、システムは選択される繊維の配向に基づいて、剪断波測定パラメータ(例えば、トランスデューサの送信角度)を調整することができる。それから、システムは、選択される繊維のSWE測定値を収集することができる。システムは、選択される繊維のグルーピングに関する複数の測定平面からSWE測定値を収集することができる。

図1は、本開示のいくつかの実施形態による超音波撮像システム102に関連する動作環境100を示す。動作環境100の構成要素は少なくとも部分的に、本開示の実施形態を実施するために使用されてもよい。動作環境100は、超音波撮像システム102と、超音波システム102に結合されるプローブ106とを含む。プローブ106は、繊維105、105'を含む異方性組織104の領域からデータを捕捉するように配置されることができる超音波パルス108、109を放出することができる。超音波システム102は、ディスプレイ110と、コントローラ114と、プロセッサ116と、命令120を含むメモリ118とを含むことができる。命令120は、プロセッサ116によって操作され得る一つ又はそれより多くのステップ121a乃至dを含み得る。ディスプレイ110は、繊維配向表示122、レポート124、及び／又はフィードバック表示126などの一つ又はそれより多くのグラフィックスを生成することができる。

プローブ１０６は、超音波システム１０２に結合されるハンドヘルドユニットであり得る。プローブ106は異方性組織104の領域の近くの対象の表面上に(例えば、皮膚に対して)配置され得る。明確にするために、プローブ106は異方性組織104と直接接触して示されるが、プローブ106と関心異方性組織104との間に、一つ又はそれより多くのさらなる組織(例えば、骨、皮膚、脂肪、筋肉など)が存在してもよい。プローブは、音波を選択的に生成及び記録することができるトランスデューサ107を含んでもよい。トランスデューサ107は、プッシュパルス108及び追跡パルス109のような音のパルスを生成することができる。パルス108、109は、トランスデューサ107によって、トランスデューサ107の表面(面)に対する送信角度に沿って放射されてもよい。送信角度は、パルス108、109がトランスデューサ107の表面に沿って、かつ垂線を通って放射される軸の間の－角度であってもよい。いくつかの実施形態では、送信角度が例えば、プローブ106内のトランスデューサ107のビームステアリング及び／又は機械的移動によって調整可能であってもよい。プローブ106(及び／又は超音波システム102)は、パルス108、109の配向及び配置によって規定される測定値(又は画像)平面からのデータを記録することができる。本明細書では平面と呼ばれるが、当業者は測定平面が扇形、線形、曲線、台形などの様々な形状を有することができることを理解するのであろう。

いくつかの実施形態では、トランスデューサ107が1Dトランスデューサ(例えば、トランスデューサのライン)であってもよい。1Dトランスデューサの場合、すべてのトランスデューサ素子は線に沿っていてもよいので、1Dトランスデューサはトランスデューサ107の素子の線によって規定される単一の測定平面に沿って測定されてもよい。プローブ106は、手動で回転及び／又は再配置されて、組織104に対する測定平面の配向及び／又は位置を変化させ得る。1Dトランスデューサの送信角度は、仰角方向に測定平面を掃引するために変化させてもよい。

いくつかの実施形態では、トランスデューサ107がトランスデューサの2Dアレイであってもよい。トランスデューサの2Dアレイは、単一の平面ではなく、異方性組織104の3Dボリュームの画像を可能にすることができる。トランスデューサ107の2Dアレイは、選択的に活性化されるトランスデューサのグループを有して、プローブ106に対して種々の配向で複数の撮像平面を生成してもよい。

プローブ106は、異方性組織104の剪断波エラストグラフィ(SWE)測定値を取得するために使用されてもよい。そのために、プローブ106は「プッシュパルス」108を異方性組織104に向けて送信し、次に異方性組織104を通って伝播する剪断波を生成するように動作可能なトランスデューサ107を含むことができる。代わりに、組織内の剪断波は、音響放射力なしだが、組織を圧縮するように構成される機械的バイブレータなどによって、組織に外部から加えられる機械的力を介して、生成されてもよい。トランスデューサ107はさらに、追跡パルス109を放射するように動作可能であってもよく、それは、伝搬するときの剪断波の速度を測定するために使用されてもよい。追跡パルス109の間に規則的な(又は半規則的)間隔で複数の追跡パルス109があってもよい。追跡パルス109及びプッシュパルス108は互いに同一平面上にあり、SWE測定値が行われる測定平面を規定することができる。測定される剪断波の速度は、追跡パルス109の平面によって規定される方向に沿った異方性組織104の剛性を決定するために(プロセッサ116などによって)分析されてもよい。剪断波エラストグラフィ測定値は、剪断波エラストグラフィ画像を生成するために使用され得る。

異方性組織104は組織104内の繊維105、105'の配向に基づいて変化する異方性特性(例えば、剛性)を有する可能性がある。図1は、繊維105及び105'の2つのグループを有する異方性組織104の簡略図を示す。繊維のグループは組織の解剖学的特徴(例えば、筋繊維束)に対応し得る。繊維105、105'の各グループは、一般に同じ方向に走る個々の繊維を含むことができる。図1の簡略図では互いに平行に示されているが、繊維グループ105、105'の個々の繊維はそれぞれわずかに異なる方向を有することができることを理解されたい。繊維グループ105、105'は組織内の位置(例えば、x、y、及びz座標)及び配向(例えば、繊維の長軸の3D空間における回転)を有し得る。繊維105、105'は、患者間で、及び／又は時間、位置及び配向を変化させることができる。繊維105、105'が筋繊維であるいくつかの実施形態では、それらは、筋肉の収縮／弛緩状態に起因して変化し得る。

繊維105の第1のグループは、プローブ106が配置される異方性組織104の表面にほぼ平行に延びることができる。プローブ106は、プッシュパルス108が繊維105に対してほぼ垂直であり、追跡パルスが繊維105に対して垂直であり、繊維105の長軸とほぼ位置合わせされる平面に沿って位置するように配置することができる。したがって、プッシュパルス108は、第1の繊維グループ105と直角に交差してもよく、繊維105に垂直かつプッシュビーム108に平行な波面を有する剪断波を生成してもよい。

繊維105'の第2のグループは、組織の表面に対してある角度(例えば、xーz平面内の角度)で、トランスデューサ106の配置に対してある角度(例えば、xーy平面内の角度)で位置することができる。繊維105'の第2のグループの剛性を確実に測定するために、プッシュパルス108及び追跡パルス109の位置及び角度を、それらが繊維105'の第2のグループに垂直であり、繊維105'の第2のグループの長軸と位置合わせするように調整することが必要であり得る。位置及び角度の調整は、プローブ106の物理的調整、及び／又はプローブ106の位置に対するパルス108、109の調整(例えば、ビームステアリング、2Dトランスデューサアレイの素子の選択的活性化、プローブ106内のトランスデューサ107の物理的移動による)のうちの一つ又はそれより多くを含み得る。本明細書で説明するように、システム102は、繊維105、105'の位置を決定することができ、プッシュパルス108及び追跡パルス109が筋繊維105、105'の長軸に対して垂直になるように、プッシュパルス108及び追跡パルス109の方向を調整するための命令を生成することができる。命令は(例えば、システム102のユーザにフィードバックを提供することによって)自動及び／又は手動調整のために使用されてもよい。図示を容易にするために、繊維105、105'の2つのグループは両方とも、線形である長軸を有するように示されているが、いくつかの繊維は線形ではない長軸を有する可能性がある。したがって、繊維は、撮像平面に出入りすることができる。いくつかの実施形態では、命令は、その長軸の方向が繊維の長さに沿って変化するときに、プッシュパルス108及び追跡パルス109の角度を調節して、繊維の長軸に対して垂直のままとすることができる。

追跡パルス109は、繊維105、105'の長軸と位置合わせされる平面に沿って位置するときに測定値を収集するだけでなく、繊維105、105'の長軸に対して追加の角度で測定平面から測定値を収集することが望ましい場合がある。プッシュパルス及び追跡パルス108、109は、依然として、これらの測定平面において繊維105、105'に対して垂直に留まるように調整され得る。いくつかの実施形態では、システム102は、測定平面が繊維105、105'の長軸に平行である(例えば、繊維に沿って)第1の測定のための命令を生成し、測定平面が繊維105、105'の長軸に垂直である(例えば、繊維を横切る)第2の測定のための命令を生成することができる。いくつかの実施形態では、システム102は、測定平面の各々が追跡パルス109と繊維105、105'の長軸との間で異なる角度にある、複数の測定のための命令を生成することができる。一例では、システム102は、0°から90°まで5°毎の測定値など、設定される角度間隔で測定値を導くことができる。他の例では、他の間隔及び範囲を使用することができる。

超音波システム102は、プローブ106に結合されて、そこからデータを受信して処理し、プローブ106の動作を指示する。超音波システム102はプローブ106に直接結合されてもよく(例えば、ケーブルで)、又は無線接続(例えば、WiーFi、Bluetooth)を介して結合されてもよい。超音波システム102は、プローブ106の動作を指示するコントローラ114を含んでもよい。超音波システム102は、命令120を保持することができるメモリ118を含むことができる。命令120はプロセッサ116によって操作されて、コントローラ114に、プローブ106に特定の方法で動作するように指示させることができる。
プロセッサ116は、命令120を動作させて、プローブからデータを読み取り、及び／又は分析し、及び／又はシステム102のユーザのためのフィードバック又はレポートを生成することができる。

システム102は、システム102のユーザにデータ及び／又はフィードバックを提供するためのディスプレイ110を含むことができる。ディスプレイ110は、システム102の動作を指示するために、又は結果を提供するために、一つ又はそれより多くのグラフィックスを表示することができる。ディスプレイ110は、繊維配向表示122を生成することができる。繊維配向表示122はトランスデューサ107及び／又は組織104に対する繊維の一つ又はそれより多くのグループ(例えば、繊維105、105')のグラフィック表現であり得る。システム102は、ユーザがさらなる測定のために繊維配向表示122上の繊維のグループのうちの1つを選択することを可能にし得る、一つ又はそれより多くのユーザコントロール(例えば、マウス、キーボード、タッチスクリーンなど)を含み得る。システムは、選択される繊維のグループに基づいて、プッシュパルス108及び追跡パルス109の角度を調整する命令を生成することができる。

ディスプレイは、組織104のSWE測定値に基づいてデータを提示することができる、システム102によって生成される一つ又はそれより多くのレポート124を示すことができる。レポート124は一つ又はそれより多くのSWE測定値が異常であるかを示すことができ、(例えば、トーン、テキストボックス、グラフィックの色などを介して)ユーザに警告することができる。ディスプレイ110は、フィードバック表示126のような追加のグラフィックを生成することもできる。フィードバック表示126は、システム102のユーザにフィードバックを提供するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、フィードバック表示126を用いて、プローブ106の位置決めをガイドして、繊維105、105'に関してプッシュパルス108、109の角度を調整してもよい。システム102は、プッシュパルス及び追跡パルス108、109を自動的に調整するいくつかの実施形態では、フィードバック表示126は使用されないことがある。いくつかの実施形態では繊維配向表示122、レポート124、及び／又はフィードバック表示126の情報は単一のグラフィックに組み合わされてもよい。

メモリ118は、プロセッサ116によって操作されて、システム102及び／又はプローブ106に特定の動作を実行させる命令120を含んでもよい。メモリは、一つ又はそれより多くの命令120に応答してプロセッサ116によってアクセスされ得るニューラルネットワーク119を含み得る。ニューラルネットワーク119は予め訓練されていてもよく、及び／又はメモリ118がニューラルネットワーク119のための追加の訓練データを含んでいてもよい。メモリ118は、追加の情報(例えば、方程式、定数、データなど)を含んでもよい。命令120は、組織104においてSWE測定値を実行するように操作され得る、ステップ121a乃至dのようなステップを含み得る。ここでは一定のステップ121a乃至121eが説明されているが、命令120は異なるステップでロードできることを理解しておく必要がある。同様に、特定のステップは、省略されてもよく、又は繰り返されてもよく、追加のステップが追加されてもよい。

ステップ121aは、プロセッサに、組織内の繊維を識別させることができる。プロセッサ116は、コントローラ114及び／又はシステムのユーザに(例えば、ディスプレイ110を介して)組織104の初期スキャンを実行するように指示して、メモリ118に保存され得る3Dデータセットを生成し得る。3Dデータセットは、プロセッサ116によって分析されて、組織104内の繊維又は繊維グループの位置及び配向を識別することができる。ニューラルネットワーク119は、3Dデータセット内の繊維の位置及び／又は配向を決定するために使用されてもよい。ニューラルネットワークは一般に、機械学習アルゴリズムであってもよく、いくつかの実施形態では、深層学習アルゴリズムであってもよい。ニューラルネットワーク119は、識別される繊維構造を含むことができるデータのトレーニングセット上でトレーニングされることができる。いくつかの実施形態では、メモリ118が異なるトレーニングデータセット(例えば、異なる組織タイプ、病理などに対応する)についてトレーニングされ得る複数のニューラルネットワーク119を含み得る。いくつかの実施形態では、メモリ118は、異なるタイプのニューラルネットワークを含むことができる。

ステップ121bは、識別される繊維の表現を提供するためにプロセッサ116によって動作されてもよい。提供される表現は、繊維配向表示122のようなグラフィックであってもよい。表現は、さらなる測定のために繊維又は繊維のグループを選択するために使用されてもよい。

ステップ121cは、ステップ121aで識別される繊維のグループのうちの一つ又はそれより多くを選択するために、プロセッサ116によって動作され得る。いくつかの実施形態では、ユーザは、ステップ121bによって提供される表現において一つ又はそれより多くのグループを選択するように促され得る。いくつかの実施形態ではシステム(例えば、プロセッサ116)は繊維のグループのうちの一つ又はそれより多くを自動的に選択することができる。

ステップ121dは、標的測定平面を決定するためにプロセッサ116によって動作されてもよい。標的測定平面は、ステップ121cで選択される繊維の配向に基づいて決定されてもよい。システム102(例えば、コントローラ114を介して)は、測定値が標的測定平面から記録されるように、プッシュパルス108、109を方向付けてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、プッシュパルス108、109の送信角度を調整することができる。プロセッサ116はトランスデューサ107と選択される繊維との間の角度を計算することができ、超音波パルス108、109の角度を調節するための命令を生成するので、それらは選択される繊維の長軸に対して垂直になる。命令は、角度を自動的に調整するためにプローブ及び／又はコントローラ114によって操作されてもよく、又は命令は、角度の手動調整を案内するためにフィードバック表示126を生成するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の標的測定平面が生成されてもよい。

ステップ121eは、プロセッサ116によって操作されて、コントローラ114がトランスデューサ107にプッシュパルス108、109の生成を開始させるようにしてもよい。トランスデューサ107はパルスから生成されるエコーを測定することができ、このエコーは、メモリ118に記録されることができる。プロセッサ116は、記録されるエコーデータを分析して、組織104における剛性を決定し得る。プロセッサ116は、分析されるエコーデータに基づいて一つ又はそれより多くの画像を生成することができる。一つ又はそれより多くの追加のパラメータ(例えば、繊維の配向、取得時間、患者名など)を、記録されるエコーデータと共にメモリ118に記憶されることができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ116は、複数の異なる測定平面に沿って(例えば、コントローラ114による自動調整を介して、又はフィードバック表示126を提供することによる手動調整を介して)測定を命令してもよい。

図2は、本開示のいくつかの実施形態による超音波撮像システム200のブロック図を示す。超音波撮像システム200は少なくとも部分的に、図1の超音波システム102及びプローブ106を実施するために使用され得る。図2は、超音波プローブ206、トランスデューサアレイ207、マイクロビームフォーマ248、及び一つ又はそれより多くのセンサ240を含み得るハンドヘルドユニット256を含む、超音波撮像システム200を示す。超音波システム200は、送信／受信(T／R)スイッチ230と、ビームフォーマ232と、送信コントローラ214と、信号プロセッサ234と、Bモードプロセッサ242と、スキャンコンバータ243と、マルチプレーナリフォーマッタ246と、ボリュームレンダラ244と、画像プロセッサ238と、グラフィックプロセッサ236と、ユーザインターフェース254と、入力装置252と、出力装置210とを含むことができる。図2に示される構成要素は単に例示的なものであり、構成要素の削除、構成要素の組み合わせ、構成要素の再配置、及び構成要素の置換を含む他の変形形態がすべて企図される。

超音波撮像システム200はプローブ206を含み、これを使用して、いくつかの実施形態では、図1のプローブ106を実施することができる。プローブ206は被験者の周囲に配置され、被験者の組織(例えば、図1の異方性組織104)に関するデータを捕捉するために使用される。図2の超音波撮像システム200では、超音波プローブ206が超音波を送信し、エコー情報を受信するためのトランスデューサアレイ207を含む。様々なトランスデューサアレイ、例えば、線形アレイ、凸形アレイ、又は位相ドアレイが当技術分野で周知である。例えば、トランスデューサアレイ207は、2D及び／又は3D撮像のための仰角ディメンション及び方位角ディメンションの両方でスキャンすることができるトランスデューサ素子の2次元アレイを含むことができる。トランスデューサアレイ207は典型的には超音波プローブ206内に位置するマイクロビームフォーマ248に結合され、それはアレイ内のトランスデューサ素子による信号の送信及び受信を制御する。この例では、マイクロビームフォーマ248は、プローブケーブルなどによって、又は無線で、送信と受信との間で切り替わる送信／受信T／Rスイッチ230に結合される。したがって、T／Rスイッチ230は、ビームフォーマ232を高エネルギー送信信号から保護することができる。いくつかの実施形態では、T／Rスイッチ230及びシステム200の他の要素が別個の超音波システムベース(例えば、図1の超音波システム102)ではなく、ハンドヘルドユニット256に含まれ得る。

マイクロビームフォーマ248の制御下でのトランスデューサアレイ207からの超音波パルス(例えば、ビーム)の送信は、T／Rスイッチ230及びビームフォーマ232に結合される送信コントローラ214によって導かれる。送信コントローラ214は、ユーザインターフェース254の入力装置252のユーザ操作から入力を受信する。送信コントローラ214は超音波システムベースの構成要素であってもよく、又は超音波システムの一般的なコントローラ(例えば、図1のコントローラ114)であってもよい。ユーザインターフェース254は以下でさらに説明するように、ソフト及び／又はハード制御を含むことができる制御パネルなどの一つ又はそれより多くの入力デバイス252と、一つ又はそれより多くのディスプレイ(たとえば、図1のディスプレイ110)などの出力装置210とを使用して実装することができる。送信コントローラ214によって制御される関数の1つは、パルスがステアリングされる方向である。パルスは、トランスデューサアレイから(直交して)直進して、又はより広い視野のために異なる角度でステアリングされてもよい。いくつかの実施形態では、パルスは、共通の送信角度でトランスデューサアレイを離れてもよい。マイクロビームフォーマ248によって生成される部分的にビーム形成される信号は、ビームフォーマ232に結合され、トランスデューサ素子の個々のパッチからの部分的にビーム形成される信号は、完全にビーム形成される信号に結合される。送信コントローラ214は、プローブ206及びトランスデューサ207に関するパルスの位置を記録することができる。本明細書に記載されるように、パルスの位置は、組織に対する撮像平面の向きを決定するために使用されてもよい。

ビーム形成される信号は、信号プロセッサ234に結合されることができる。信号プロセッサ234は、受信されるエコー信号を、帯域通過フィルタリング、デシメーション、I及びQ成分分離、及び高調波信号分離のような様々な方法で処理することができる。また、信号プロセッサ234は、スペックル低減、信号複合化、及びノイズ除去などの追加の信号強化を実行してもよい。処理される信号はBモードプロセッサ242に結合することができ、このプロセッサは、身体構造の画像のために振幅検出を採用することができる。Bモードプロセッサによって生成される信号は、スキャンコンバータ243及びマルチプレーナリフォーマッタ246に結合することができる。スキャンコンバータ243は、エコー信号を所望の画像フォーマットで受信されている空間関係に構成する。例えば、スキャンコンバータ243は、エコー信号を二次元(2D)扇形フォーマット、又はピラミッド状三次元(3D)画像に構成することができる。マルチプレーナフォーマッタ246は、米国特許第6，443，896号(Detmer)に記載されているように、身体の体積領域内の共通平面内の点から受け取られるエコーを、その平面の超音波画像に変換することができる。ボリュームレンダラ244は、例えば米国特許第6，530，885号(Entrekin他)に記載されているように、3Dデータセットのエコー信号を、所与の基準点から見た投影3D画像に変換する。2D画像又は3D画像は、スキャンコンバータ243、マルチプレーナフォーマッタ246、及びボリュームレンダラ244から、出力装置210上の表示のための更なる強調、バッファリング及び一時記憶のために画像プロセッサ238に結合されることができる。出力装置210は、LCD、LED、OLED、又はプラズマディスプレイ技術のような種々の公知のディスプレイ技術を用いて実施される表示装置を含んでもよい。

グラフィックスプロセッサ236は、超音波画像と共に表示するためのグラフィックオーバーレイを生成することができる。これらのグラフィックオーバーレイは例えば、患者名、画像の日時、撮像パラメータ等の標準識別情報を含むことができる。グラフィックプロセッサ236は入力装置252から、タイプされる患者名などの入力を受け取ることができる。グラフィックプロセッサはプローブ206によって収集される、及び／又は図1の繊維配向表示122、レポート124、及び／又はフィードバック表示126などのメモリ218に記憶されるデータに基づいて、一つ又はそれより多くの表示を生成することができる。入力装置252は、ボタン、ダイヤル、トラックボール、物理キーボード、及び本明細書ではハード制御とも呼ばれることがある他のものなどの一つ又はそれより多くの機械的制御を含むことができる。代替的に又は追加的に、入力装置252はボタン、メニュー、ソフトキーボード、及び、例えば、タッチセンシティブ技術(例えば、抵抗性、容量性、又は光学式タッチスクリーン)を用いて実施される他のユーザインタフェース制御素子のような一つ又はそれより多くのソフト制御を含むことができる。そのために、超音波撮像システム200は、ソフト制御に関連する関数などのユーザインターフェースの動作を制御することができるユーザインターフェースプロセッサ(すなわち、プロセッサ216)を含むことができる。ユーザ制御のうちの一つ又はそれより多くは、コントロールパネル上に同じ場所に配置されてもよい。例えば、一つ又はそれより多くの機械的制御はコンソール上に提供されてもよく、及び／又は一つ又はそれより多くのソフト制御がコンソールに取り付けられてもよく、又はコンソールと一体化されてもよいタッチスクリーン上に同じ場所に配置されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、入力装置252は図1のディスプレイ110の一部であってもよい。

超音波画像及び関連するグラフィックオーバーレイは、例えばオフライン解析のためにメモリ218に記憶されてもよい。さらに、メモリ218は、ユーザインターフェース254に関連する機能を実行するための命令を含むプロセッサ実行可能命令を記憶することができる。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース254がシステム200のプロセッサに応答して、本明細書の実施例のいずれかに従って異方性組織の剪断波エラストグラフィを実行する際に超音波検査技師にガイダンスを提供するためのグラフィカルユーザインタフェース要素を表示するように構成されてもよいグラフィカルユーザインタフェースを含んでもよい。メモリ218は超音波ベースユニットの一部であってもよく、又はベースユニットに結合されるコンピュータシステムの一部である一般的なメモリであってもよい(例えば、メモリ218は、図1の超音波システム102のメモリ118であってもよい)。ユーザインターフェース254はマルチプレーナリフォーマット(MPR)画像の表示の選択及び制御のために、複数平面再フォーマット器246に結合することもできる。いくつかの例では、2つ以上の処理コンポーネント(例えば、ビームフォーマ232、信号プロセッサ234、Bモードプロセッサ242、スキャンコンバータ243、マルチプレーナリフォーマッタ246、ボリュームレンダラ244、画像プロセッサ238、グラフィックスプロセッサ236、プロセッサ216など)の機能は図1のプロセッサ116などの単一の処理ユニットに組み合わされてもよい。

プローブ206、センサ240、マイクロビームフォーマ248、及びトランスデューサ250は、ハンドヘルドユニット256に組み合わされてもよい。ハンドヘルドユニット256は、ユーザの手で保持されるように成形されてもよい。ハンドヘルドユニット256はトランスデューサ250を含む「ヘッド」又は「フェース」を有し、被験者の表面上に(例えば、皮膚に対して)配置されるように成形されてもよい。センサ240は、プローブ206の回転方向又は空間内の位置などの特性を記録することができる。図2には単一のセンサ240のみが示されているが、センサ240はプローブ240の周囲に配置される複数のセンサを表してもよいことを理解されたい。センサ240は、プローブ206のハウジング内に含まれるように一体化されてもよく、プローブ206のハウジングの外側に取り付けられた別個の構成要素であってもよく、又は一体化と結合との組み合わせであってもよい。センサ240は、プローブ206に対して固定位置に配置されてもよく、その結果、センサ240の位置を知ることによって、プローブ206及び撮像平面の位置も知られる。

図3は、本開示のいくつかの例に従ったスマート剪断波エラストグラフィの方法のブロック図である。方法300は、各々が剪断波エラストグラフィのプロセスにおける一つ又はそれより多くのステップを表す、単純化される一連のダイアグラムとして示される。方法300はいくつかの実施形態では超音波システム(例えば、図1の超音波システム102及びプローブ106)の機械可読命令(例えば、図1の命令120)によって実装されてもよい。特定のステップを図3に関して説明するが、他の実施形態はより多くの又はより少ないステップを使用することができることを理解されたい。図3の特定のステップを繰り返すことができる。図3は、ステップ360（繊維配向を決定するステップ）、ステップ364（関心領域を選択するステップ）、ステップ366（3Dデータセットを収集するステップ）、ステップ368（3Dデータセット内の繊維を検出するステップ）を含む。方法300は、ステップ362（ステップ369（繊維束を選択するステップ）及びステップ370（SWE測定値を収集するステップ）を含むスマートSWE測定を実行するステップ）を含む。方法300は、ステップ371（測定値のレポートを提供するステップ）を含む。

ステップ360は、関心領域内の繊維配向を決定するステップを含む。ステップ364において、関心領域が選択される。いくつかの実施形態では、これは異なる筋肉群のユーザインターフェースを(例えば、図1のディスプレイ120上に)提示するステップを伴ってもよい。ユーザは、目標筋肉群を選択することができる。いくつかの実施形態では、システムが選択される筋肉群に基づいて、組織に対するプローブ(例えば、図1のプローブ106)の配置を命令し得る。

ステップ366において、組織の3Dデータセットが収集される。いくつかの実施形態では、プローブがトランスデューサの2Dアレイを有してもよく、3D画像は3Dデータセットを生成するために、組織の標的領域について収集されてもよい。いくつかの実施形態では、プローブは、3D撮像が可能でなくてもよく、プローブは複数の2D画像から3Dデータセットを構築するために、組織を横切って移動されなければならない。いくつかの実施形態では、3Dデータセットが組織のBモード超音波画像からのデータから構成されてもよい。

ステップ368において、3Dデータセット内の繊維の位置及び配向が検出される。繊維は、領域成長アルゴリズム、適応しきい値化、手動描出、統計的変形可能なモデルベースのセグメンテーション、深層学習ネットワークのような適切に訓練される人工ニューラルネットワーク、又はそれらの組み合わせのような、自動又は半自動方法を用いて、3Dデータセット内でセグメント化されてもよい。いくつかの実施形態では、マスクRーCNN、SegNet、UーNet、及び／又は他のものなどの深層学習ネットワークを使用することができる。深層学習ネットワークは、トレーニングデータセットを使用してトレーニングされてもよい。トレーニングデータセットは、2D画像、3D画像、又はその両方とすることができる、以前に取得される画像を含むことができる。トレーニングデータが2D画像を含む場合、ステップ366で収集される3Dデータセットは、分析のために複数の2Dデータセットに分割されてもよい。トレーニングデータセットは様々な筋肉のタイプ及び位置、異なる年齢及び性別の患者からの画像を組み込むことができ、異常を有する画像(例えば、罹患組織)を含むことができる。いくつかの実施形態では、深部学習ネットワークがステップ364で選択される筋肉群に対応する訓練データに基づいて訓練されてもよい。トレーニングデータはトレーニングデータの各画像内の繊維グループ、異常、及び／又は他の特徴を識別するために、対応するグランドトゥルースラベルを含むことができる。

方法300は、スマートSWE測定値を実行するステップ362を含むことができる。システムは識別される繊維に関する情報(例えば、トランスデューサに対するそれらの角度)を使用して、SWE測定値を調整するための命令を生成することができる。ステップ362は、SWE測定のための繊維グループを選択するステップ369を含む。ステップ368の間に、組織内で複数の繊維グループを検出することができる。繊維は同様の方向及び／又は他の解剖学的特徴を共有することに基づいて、システムによって一緒にグループ化されてもよい(例えば、深部学習アルゴリズムによって一緒にグループ化されてもよい)。異なる繊維グループの各々は、異なる位置及び／又は配向を有する可能性がある。単一の繊維グループがSWE測定値のために選択されてもよく、又は複数の異なる繊維グループが選択されてもよい。複数の異なる繊維グループが選択されるいくつかの実施形態ではシステムは、各繊維グループについてシーケンスSWE測定値を実行することができる(例えば、ステップ370は選択される繊維グループのそれぞれについて繰り返すことができる)。いくつかの実施形態では、SWE測定のための繊維グループが自動的に選択されてもよい。いくつかの実施形態では、ユーザが繊維グループを選択することができる。いくつかの実施形態では、システムがトランスデューサ及び／又は組織に対する繊維グループの表示(例えば、図1の繊維配向表示122)を生成することができる。

繊維の各繊維はわずかに異なる方向を有する可能性がある(例えば、繊維の繊維は互いに平行ではない)。この場合、システムは、後続のステップで使用するための全体的な繊維配向を決定することができる。全体的な繊維配向は、グループの個々の繊維配向から計算することができる。一例では、システムは、繊維グループの検出される各繊維の長軸の配向を決定することができる。システムはこの配向に沿ってユニットを生成することができ、グループの各繊維についてユニットベクトルの平均を計算して、繊維グループの長軸の全体的な配向を決定することができる。他の例では、繊維グループの全体的な配向を計算するための異なる方法を使用することができる。

繊維グループが選択されると、方法300は、SWE測定値を収集するステップを含むステップ370に進むことができる。特定の繊維グループが選択されると、システムは、その繊維グループに関する情報を使用して、SWE測定パラメータを調整することができる。SWE測定値は、SWE測定値が一つ又はそれより多くの測定平面で収集されるように調整されてもよい。例えば、選択される繊維グループとトランスデューサとの間の角度に基づいて、トランスデューサの送信角度は、プッシュパルス及び追跡パルスが繊維束と垂直になるように変更されてもよい。また、システムは、追跡パルスの平面を繊維束の長軸に対して特定の角度で位置合わせさせるための命令を生成してもよい。例えば、システムは、追跡パルスの平面を繊維束に沿って、かつ繊維束を横切って位置合わせさせるための命令を生成することができる。プローブが1Dトランスデューサを含む例示的な実施形態では、命令が組織の繊維に対するプッシュパルス及び追跡パルスを調整するために、トランスデューサの手動調整のために使用されてもよい。プローブが2Dトランスデューサを含む例示的な実施形態では、システムがプッシュパルス及び追跡パルスを自動的に調整することができる。他の例では、他の角度及び／又は追加のアライメント角度を指定することができる。いくつかの実施形態では、システムが標的測定平面のシーケンスを生成することができ、シーケンス内の測定平面のそれぞれに沿ってSWE測定値を収集することができる。命令は、システムによって自動的に使用されてもよく、及び／又は手動調整のためにシステムのユーザに提供されてもよい。

ステップ371では、方法300で収集される一つ又はそれより多くのSWE測定値がレポートにコンパイルされる。レポートは、生のSWE測定値、SWE測定値から計算される情報、追加情報、又はそれらの組み合わせを含むことができる。レポートはテキスト要素、グラフ、(例えば、組織の)グラフィック表現、又はそれらの組み合わせを含むことができる。レポートはユーザに提示され、及び／又はシステムによって保存されてもよい(例えば、図1のメモリ118)。レポートは異常状態が検出されるか(例えば、剛性測定値が正常な臨床範囲外であるか)を示すことができる。

図4は、本開示のいくつかの例による、識別される筋線維束の例示的な表示のブロック図である。表示422は、いくつかの実施形態では図1の繊維配向表示122を実装するために使用されてもよい。表示422は、トランスデューサインジケータ472と、第1の繊維グループインジケータ474と、第2の繊維グループインジケータ476と、第1及び第2の測定平面インジケータ478及び479とを含む。明確にするために、2つの繊維グループインジケータ474及び476と、2つの測定平面インジケータ478及び479のみが図4に示されているが、より多くの又はより少ない繊維グループ及び測定平面が表示されてもよい。図4に示される表示422は簡略化される例示的な表示であり、他の表示は、本開示から逸脱することなく、異なるグラフィカル要素又は異なるグラフィカルスタイルを使用して、繊維の位置及び配向を示すことができる。

表示422はトランスデューサインジケータ472を含んでもよく、トランスデューサの位置を表してもよい。トランスデューサインジケータはトランスデューサ及び／又はプローブの表現であってもよく、又は一般的な形状又はインジケータ(例えば、長方形、線)であってもよい。いくつかの実施形態では、トランスデューサインジケータがトランスデューサの面の表現であってもよいし、皮膚上のトランスデューサの「フットプリント」であってもよい。図4に示すように、トランスデューサは2Dアレイトランスデューサであり、トランスデューサのフットプリントは、四辺形として表される。

表示422は、一つ又はそれより多くの繊維グループインジケータ474、476を含むことができる。図4に示す特定の例では、第1の繊維グループインジケータ474及び第2の繊維グループインジケータ476がある。繊維インジケータ474、476は組織内の繊維(例えば、筋繊維束)の単純化される表現であってもよい。繊維グループインジケータ474、476の位置及び数は、システムによって検出される繊維グループの数及び位置に対応することができる。いくつかの実施形態では、選択される繊維グループのみが表示される。繊維グループは筋繊維の現実的な描写として表されてもよく、又は概略的に(例えば、カトゥーンとして、及び／又は単純な形状で)表されてもよい。いくつかの実施形態では、組織の画像(例えば、組織のBモード超音波画像)を表示することができ、繊維グループインジケータ474、476をその上に重ねることができる。いくつかの実施形態では、組織の画像が(例えば、図3のステップ360から)3Dデータセットの一部として収集される画像のうちの1つであってもよい。いくつかの実施形態では、組織の画像が3D Bモード画像のレンダリングであってもよい。いくつかの実施形態では繊維グループインジケータ474、476は空又はニュートラルの背景に対して描写されてもよい。図4に示す例では、繊維グループがシリンダーの集合体として表されている。いくつかの実施形態では、2つ以上の繊維グループが同時に表示される場合、表示422は例えば、色、線の太さ、破線、テキストラベルなどを変化させることによって、繊維グループインジケータを区別することができる。

繊維グループインジケータ474、476はトランスデューサに対する繊維束の位置及び配向を表すために、トランスデューサインジケータ472に対する位置及び配向を有することができる。位置及び配向は(例えば、図3のステップ360において)システムによって決定される位置及び配向を表す。いくつかの実施形態では、システムが(例えば、平均を取ることによって)繊維グループの全体的な位置及び／又は配向を計算することができる。全体的な配向及び位置は、繊維の位置及び配向に加えて(又はその代わりに)表示されてもよい。図4の例に示されているように、全体的な位置及び配向は、第1の繊維グループインジケータ474上に重ねられた矢印によって示されている。

システムのユーザは、表示422と対話して、繊維グループのうちの一つ又はそれより多くを選択することができる。複数のグループが選択される場合、システムは、繊維グループからSWE測定値を収集するシーケンスを決定することができる。いくつかの実施形態では、ユーザが例えば、マウスで繊維グループインジケータ474、476のうちの1つをクリックすることによって、又は表示422がタッチスクリーン上に提示される場合に繊維グループインジケータ474、476のうちの1つをタップすることによって、表示422と直接対話することができる。また、ユーザは例えば、表示422の視野角を変更し、表示の異なる領域をズームインし、凡例、基準軸などの追加情報をオン／オフし、表示を操作する他の方法を行うために、表示422と対話することができる。

繊維グループが選択されると、システムは、追跡パルス及びプッシュパルスが選択される繊維グループに対して垂直になるように送信角度を調整する命令を生成することができる。表示422は、送信角度の表現を示すように更新することができる。表現は例えば、トランスデューサインジケータ474から繊維インジケータ474に引かれた線であってもよい。いくつかの実施形態では、システムのユーザが計算される送信角度を更新及び／又はオーバーライドするために、表示422と対話することが可能であり得る。

表示422は測定平面インジケータ478、479を含むことができ、これらは、選択される繊維グループに関連して表示することができる。測定平面は幾何学的形状(例えば、長方形、四辺形など)によって表されてもよく、種々の色、境界線、塗りつぶしなどを有する可能性がある。図4は、システムが2つの測定平面インジケータ、選択される繊維グループ474の長軸に沿って位置合わせされる平行な平面インジケータ478、及び選択される繊維グループ474の長軸を横切って位置合わせされる垂直な平面インジケータ479を提示している実施例を示している。測定平面インジケータ478、479は、システムがSWE測定値を収集する平面を示すことができる。ユーザは例えば、測定平面の数及び／又は位置を変更することによって、測定平面を調整するためにシステムと相互作用することができる。送信角度及び測定平面が決定されると、表示422は、SWE測定を進めるようにユーザに促すことができる。

図5は、本開示のいくつかの実施例によるスマート剪断波エラストグラフィ測定値を収集する方法を示すブロック図である。方法500は、いくつかの実施形態では図3のステップ370の実装であってもよい。方法500は、ステップ580（繊維グループを選択するステップ）、ステップ582（測定平面を決定するステップ）、及びステップ584（決定される測定平面に沿ってSWE測定値を導くステップ）を含んでもよい。方法500はより多くの又はより少ないステップを含むことができ、特定のステップを繰り返すことができる。この方法は一連の機械可読命令としてシステム(例えば、図1のシステム102)上で実施することができる。方法500は表示(例えば、図1の繊維配向表示122)と対話することができ、表示は、方法500が進行することにつれて更新することができる。

方法500は、繊維グループを選択するステップ580を含むことができる。いくつかの実施形態では、繊維グループがユーザによって選択されてもよい。いくつかの実施形態では、繊維グループが(例えば、図1のプロセッサ116によって)自動的に選択されてもよい。選択される繊維グループは、トランスデューサに対する位置及び配向を有することができる。位置及び配向は、(例えば、図3のステップ360によって)以前に決定されていてもよい。

方法500は、測定平面を決定するステップを含むステップ582を含むことができる。繊維グループが選択されると、システムは、選択される繊維グループに対する一つ又はそれより多くの測定平面の向きを決定することができる。システムは、繊維の長軸に沿った軸の位置及び位置を決定することができる。同じグループの一部である複数の繊維がわずかに異なる方向を有するいくつかの実施形態では、全体軸が各繊維の長軸に沿った単位ベクトルの平均(平均)として決定されてもよい。また、システムは繊維の長軸に対して垂直であり、トランスデューサと交差する送信ラインを決定してもよい。プローブがセクタスキャンのためにセットアップされる実施形態では、送信ラインはスキャン頂点と交差することができる。プローブが直線スキャンのために設定される実施形態では、送信ラインが繊維の長軸に最も近いスキャンラインと交差してもよい。

システムは、送信角度(例えば、トランスデューサの表面に対するプッシュパルス108及び追跡パルス109の角度)が送信ラインに沿っているか、又は送信ラインに平行であり得るように、調整のための命令を生成し得る。場合によって、送信角度が、トランスデューサが生成することができる角度よりも急勾配である場合、システムはユーザにプローブを動かすように促すことができる。命令は、トランスデューサが送信ラインを含み得る平面内に存在するように、追跡パルスを放射させることができる。追跡パルスの平面は異なる測定平面に沿ったSWE測定値を記録するために、送信ラインの周りで回転されてもよい。システムは、追跡パルス平面の回転を調整して、異なる測定平面に位置合わせするための命令を生成してもよい。測定平面は送信ラインを含むので、各測定平面において、プッシュパルス及び追跡パルスは、選択される繊維グループの長軸に対して垂直であってもよい。

方法500は、決定される測定平面に沿ってSWE測定値を導くことを含み得るステップ584を含み得る。図5に示される実施形態では、システムは、第1の測定平面585a及び第2の測定平面585bで測定するように構成される。他の実施形態では、より多くの、又はより少ない測定平面を使用することができる。第1の測定平面585aは、送信ラインと繊維の長軸とを含む面である。第2の測定平面585bは送信ラインを含み、繊維の長軸に垂直な面である。平面のうちの所与の1つに沿った測定中、システムはステップ582で生成される命令を使用して、プッシュパルスを送信ラインに沿って(又は送信ラインに平行に)送信してもよい。また、システムは、命令を使用して、それらが決定される測定平面内に存在するように追跡パルスを生成してもよい。いくつかの実施形態ではトランスデューサが2Dアレイトランスデューサであってもよく、システムはプッシュパルス及び追跡パルスの向きを自動的に調整してもよい。いくつかの実施形態において、2Dアレイは予め計算される遅延プロファイルのライブラリを有してもよく、システムは決定される測定平面に最も近いプッシュパルス角度及び追跡パルス角度を選択してもよい。いくつかの実施形態では、システムは、パルスの角度の手動調整及び／又は追跡パルス平面の回転のための命令をユーザに提供することができる。

図6は、本開示のいくつかの例による例示的なレポートを示すブロック図である。図6はいくつかの実施形態では図1のレポート124として使用され得る例示的なレポート624を示し、レポート624はSWE測定値(例えば、図3のステップ362及び／又は図5のステップ584で収集されるSWE測定値)に関する情報を提示し得るか、又は要約し得る。レポート624は、計算されるパラメータ686、配向表示688、及びグラフィカル測定表示690を含むことができる。図6は、レポート624の配向表示688に加えて、又はその代わりに使用され得る代替の配向表示688'を示す。レポート624は、SWE測定値の結果を提示するためにシステムによって生成されてもよい。

レポート624は(例えば、図1のディスプレイ110上に)表示され、及び／又はメモリ(例えば、図1のメモリ118)に保存されてもよい。レポートは、SWE測定値からのデータ、SWEデータから計算されるパラメータ、及び／又は追加情報(例えば、時間、技術者ID、被験者情報などの測定値に関する情報)を含むことができる。情報の特定のレイアウト及び提示が図6に示されているが、SWE測定に関する情報は様々な異なるフォーマット及び配置で提示され得ることを理解されたい。

レポート624は、計算されるパラメータ686を含む。計算されるパラメータ686は、SWE測定値から導出されるパラメータであってもよい。いくつかの実施形態では、計算されるパラメータ686がテキスト表示として提示されてもよい。いくつかの実施形態では、計算されるパラメータがグラフ又は他のグラフィック表現として提示されてもよい。示される特定の計算されるパラメータは、平均剛性及び交差／平行剛性比を含む。剛性は、SWEによって測定される剪断波速度に基づいて計算することができる。システムは組織に対して異なる角度(例えば、繊維に沿って、繊維を横切って、及び／又はその間の角度)を有する測定平面において、様々な剛性測定値を収集し得る。平均剛性は、所与の繊維グループについて全ての角度で測定される剛性の平均であってもよい。断面／平行剛性比は、繊維に沿って(例えば、0°で)測定される剛性に対する、繊維を横切って(例えば、90°で)測定される剛性の比であってもよい。計算されるパラメータ686は、臨床範囲に対するそのパラメータの値の関係に応じて、テキストの異なる色を有する可能性がある。例えば、特定の計算されるパラメータの値が正常な臨床範囲内にある場合、テキストは緑色であり得、一方、計算されるパラメータが正常な臨床範囲外である場合、テキストは赤色であり得る。

配向表示688及び代替配向表示688'は、選択される繊維グループ、及びSWE測定値が収集される測定平面(例えば、図5のステップ582で決定される測定平面)のグラフ表示であってもよい。図6は配向表示688及び688'における2つの測定平面のみを示すが、より多く又はより少ない測定平面も示され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、(すべての測定平面ではなく)特定の測定平面のみが示されるのであろう。配向表示688は図4の繊維グループインジケータ474、476と同様であってもよい繊維グループの表示を示す。配向表示は、ここでは繊維グループの表示上に重ねられた点線として示される一対の測定平面を含む。測定平面は、参照のためにラベル付けされてもよい。交互配向表示688'は、選択される繊維グループの3Dレンダリングを示す。選択される繊維グループは、測定平面に沿った部分的な断面で示されてもよい。断面の露出部分は繊維グループの個々の繊維の表現を含むことができ、異なる測定平面に沿った繊維配向を区別するために着色することができる。ループアニメーションは、ユーザからの対話を必要とせずに中間測定平面を視覚化することができるように生成することができる。場合によっては、より滑らかなアニメーションのために、測定平面間の補間が使用される。

グラフィカル測定値表示690は、SWE測定値から収集されるデータのグラフィカル表現を示す。グラフィカル測定値表示690は生データ(例えば、剪断波速度)及び／又は計算されるパラメータ(例えば、組織剛性)を含み得る。図6の特定のグラフィカル測定値表示690は、3つの測定値平面に沿った剛性の極グラフを示す。測定平面は、繊維軸に沿って(例えば0°)、繊維面を横切って(例えば90°)、中間に(例えば45°)ある。グラフは各測定値についての線を示し、各線は、その測定平面の角度に対応する回転と、その測定平面で測定される剛性に対応する長さとを有する。グラフは、その周囲が各線の端部に接触するように描かれた楕円体を含む。グラフィック測定値表示690上には、一つ又はそれより多くのラベルが提供されてもよい。線及び／又はラベルの色は、臨床範囲に対する測定値の関係に応じて変化し得る。

図7は、本開示のいくつかの実施例による剪断波エラストグラフィ測定のためのフィードバック表示を示すブロック図である。フィードバック表示726はいくつかの実施形態において、図1のフィードバック表示126として使用されてもよい。フィードバック表示726は、プローブインジケータ706、繊維グループインジケータ705、標的測定平面インジケータ792、及び電流測定平面インジケータ794を含む。フィードバック表示726は決定される測定平面(例えば、図5のステップ582で決定される測定平面)のうちの一つ又はそれより多くを達成するために、測定平面の配置及び／又は回転をガイドするために、システムによって選択的に表示され得る。

プローブインジケータ706はプローブ(例えば、図1のプローブ106)のグラフィック表現であってもよい。プローブインジケータ706はプローブの現実的な表現であってもよいし、単純化される表現(例えば、幾何学的形状)であってもよい。プローブインジケータ706は、繊維グループインジケータ705に関連して示されてもよい。プローブインジケータ706は、プローブの現在位置を反映するようにリアルタイムで更新することができる。繊維グループインジケータ705は、選択される繊維グループのグラフィック表現であってもよく、図4の繊維グループインジケータ474と同様であってもよい。

フィードバック表示726は、標的測定平面インジケータ792を含んでもよい。標的測定平面インジケータ792は、SWE測定のための標的測定平面を表すことができる。標的測定平面は決定される測定平面(例えば、図5のステップ582で決定される測定平面)のうちの1つであってもよい。システムが複数の測定平面を決定した場合、標的測定平面は、複数の測定平面のシーケンスの次の1つであってもよい。フィードバック表示726は、電流測定平面インジケータ794を含んでもよい。現在の測定平面インジケータ794は、プローブの現在の位置及び／又は設定でデータが記録される測定平面のグラフィカル表現であってもよい。

システムは、標的測定平面と現在の測定平面との間の差を測定することができる。いくつかの実施形態では、フィードバック表示726は、プローブが再配置されるときにリアルタイムで更新することができる。いくつかの実施形態では、フィードバック表示726は、プローブを再位置決めするための命令(例えば、α°反時計回りに回転する)を提供してもよい。システムは、現在の撮像平面が標的撮像平面と位置合わせされるときに、ユーザに測定を行うように指示することができる。いくつかの実施形態では、システムが現在の画像平面と目標画像平面とが位置合わせされるとき、測定値を自動的に記録してもよい。測定値が標的測定平面に沿って収集されるとき、システムは新しい標的平面を提供するように更新することができ(又は選択される繊維束の測定シーケンスが完了したことを示すことができ)、フィードバック表示726はそれに応じて更新することができる。

図8は、本開示のいくつかの例によるプリスキャン変換処理のブロック図である。生のSWE測定値を収集した後、スキャン変換を使用して、測定値から画像を生成してもよい。いくつかの実施形態では、プリスキャン変換処理を使用して、スキャン変換を単純化することができる。例えば、プリスキャン変換処理はスキャン変換中のプロセッサ(例えば、図1のプロセッサ116)の負荷を低減することができる。図8は、プリスキャン変換処理後のスキャン800a及びスキャン800bを表す。スキャン表現800a乃至bは、筋線維805、プッシュパルス808、追跡パルス809、関心組織領域804、及びゼロパディング896を含む。スキャン800a乃至bは図1のプローブ106によって取得されるスキャンであってもよく、プリスキャン変換処理は図1のプロセッサ116によって実行されてもよい。

スキャン800aは、異方性組織804を通る測定平面に沿ったスキャンを表す。組織804は、繊維束805を含むことができる。簡単にするために、繊維束805は測定平面内の繊維の平坦な層として示されており、繊維はすべて互いに平行であり、均等に離間されている。SWE測定値の間、プッシュパルス808が組織内に放出され、剪断波を生成し、その速度は追跡パルス809で測定値される。プッシュパルス808及び追跡パルス809は、それらが繊維805に対して垂直になるように生成することができる。しかしながら、トランスデューサ(例えば、図1のトランスデューサ107)は皮膚の表面に対して平坦(例えば、図8に示されるようなレイアウトにおいて水平)であってもよい。トランスデューサは、d0の間隔で追跡パルス809を生成することができる。繊維束805の長軸に対して垂直であるために、追跡パルス809は、トランスデューサの面の法線に対して角度θで放射されてもよい。

スキャン800bは、プリスキャン変換処理後のスキャン800aのバージョンを表す。図示のスキャン800bは、スキャン800aが行われている物理的幾何学的形状の変化を表すのではなく、スキャン800aの角度の補正を表すことができる。プリスキャン変換処理はプロセッサ(例えば、図1のプロセッサ116)によって適用され、プッシュパルス及び追跡パルス808、809の角度θを考慮するために、剪断波速度測定値を補正するために使用されてもよい。ゼロパディング896は角度をモデル化するために追跡パルス809に沿って挿入することができ、補正係数を使用して、剪断波速度測定値をスケーリングすることができる。
スケールされる間隔dは、

d=d₀＊cos(θ) 式１
によって計算することができる

プッシュパルス808及び追跡パルス809は繊維805に対して垂直であり、パルス808、809の波面は繊維805の観点から平坦な前面として現れるべきであるため、スキャン800bによって示されるようなプリスキャン変換処理を使用することができる。したがって、プリスキャン変換800bの後、パルス808、809の波面は図示のように、組織804を垂直に通って進む平坦波として扱われ得る。従って、修正間隔d、及びゼロパディング896を使用して、追跡パルス809のタイミングを調整してもよい。プッシュパルス808及び追跡パルス809はトランスデューサの面に対して垂直ではないので、スキャン800bはトランスデューサとの非垂直角度を説明するために、パルス間の距離の調整(例えば、式1を用いて)を表す。変換前スキャン処理の後、スキャン800bによって表されるデータは、スキャン変換を受けることができる。

図9は、本開示のいくつかの例に従ったスマート剪断波エラストグラフィの方法を示すフローチャートである。方法900は、ステップ910乃至950を含むことができる。ステップ910乃至950は、任意の順序で実行されてもよく、特定のステップ(又はステップのグループ)が繰り返されてもよい。特定のステップは省略されてもよく、及び／又は追加のステップが方法900に追加されてもよい。方法900は(例えば、命令120として)図1の超音波システム102に実装されてもよい。方法900は、図3の方法300及び／又は図5の方法500のすべて又は一部を実施することができる。

方法900は、3D超音波画像データセットから筋線維構造を識別するステップ910を含む。この方法は、3D超音波画像データセットを取得することを含むことができる。3Dデータセットは3D撮像(例えば、2DトランスデューサアレイからのBモード撮像)を使用して取得されてもよく、又は複数の2Dイメージから組み立てられてもよい。3Dデータセットはメモリ(例えば、図1のメモリ118)に保存することができ、後で使用するために検索することができる。

ステップ910の後に、ステップ920が続き、トランスデューサの表面に対する少なくとも1つの識別される筋繊維構造の表現を提供することができる。自動セグメンテーション処理を使用して、3Dデータセット内の繊維の位置及び配向を決定することができる。いくつかの実施形態では、セグメンテーションアルゴリズムが(深層学習アルゴリズムを実装することができる)ニューラルネットワークとすることができる。ニューラルネットワークは、2D画像及び／又は3D画像を含むことができるトレーニングデータについてトレーニングすることができる。ニューラルネットワークが2D画像上で訓練されるいくつかの実施形態では、3Dデータセットがニューラルネットワークによるセグメント化の前に2Dスライスに分割されてもよい。場合によっては、システムが所与の筋線維束の線維の全体的な位置及び／又は配向を計算することができる。識別される筋線維構造の表現を含む表示をユーザに提供することができる。ユーザは、表示に表される筋線維束のうちの1つを選択するように促されてもよい。ユーザは、筋線維束を選択するためにディスプレイと対話することができる。いくつかの実施形態では、システムが筋線維束を自動的に選択することができる。

ステップ920の後に、ステップ930が続き、識別される筋線維構造のうちの少なくとも1つを選択することができる。いくつかの実施形態では、ユーザが提供される表現において識別される筋線維構造のうちの1つを選択するように促されてもよい。ユーザはシステムの一つ又はそれより多くの入力デバイス(例えば、マウス、キーボードなど)を操作して、一つ又はそれより多くの筋線維構造を選択することができる。いくつかの実施形態では、システムが一つ又はそれより多くの繊維構造を自動的に選択することができる。複数の繊維構造が選択される場合、ステップ940及び950は、選択される筋繊維構造のそれぞれについて繰り返されてもよい。

ステップ930の後にステップ940が続き、選択される筋線維構造の配向に基づいて標的測定平面を決定することができる。システムは、それに沿ってSWE測定値を実行する一つ又はそれより多くの測定平面を計算することができる。いくつかの実施形態では、システムは、送信ラインに沿って放射されるパルスが繊維の決定される長軸に垂直であるように、送信ラインを計算することができる。送信ラインは、トランスデューサの面を通る垂線に対して角度を有することができる。測定平面は、送信ラインを含むように定義されてもよい。システムは(例えば、送信ラインの角度に合うように送信角度を調整することによって)測定パラメータを調整することができる。いくつかの実施形態では、システムが送信角度を自動的に調整することができる。いくつかの実施形態では、システムが送信角度の手動調整のためのユーザにフィードバックを提供することができる。

ステップ940は、ステップ950（超音波パルスを、標的測定平面内で剪断波画像を実施するように構成されるシーケンスに従って送信するステップ）に後続されてもよい。剪断波エラストグラフィは、一つ又はそれより多くの測定平面に沿って実施することができる。測定平面は繊維の長軸に対して垂直であってもよい(例えば、測定平面は、ステップ940で計算される送信ラインを含んでもよい)。システムは、トランスデューサにプッシュパルスを発生させ、測定平面内でパルスを追跡させ、追跡パルスからのエコーを記録して、プッシュパルスによって発生される剪断波の速度を決定させる命令を生成することができる。命令は(例えば、図1のコントローラ114によって)自動的に操作されてもよく、及び／又は、手動調整のためにフィードバック表示上でユーザに提供されてもよい。システムは測定される剪断波速度から一つ又はそれより多くのパラメータ(例えば、剛性)を計算することができる。システムは、次の測定平面との位置合わせのための命令を生成してもよく、測定プロセスは繰り返されてもよい。

コンポーネント、システム、及び／又は方法がコンピュータベースのシステム又はプログラマブルロジックなどのプログラマブルデバイスを使用して実装される様々な実施形態では、上述のシステム及び方法が「C」、「C＋＋」、「FORTRAN」、「パスカル」、「VHDL」などの様々な既知の又は後に開発されるプログラミング言語のいずれかを使用して実装できることを理解されたい。したがって、上述のシステム及び／又は方法を実施するようにコンピュータなどのデバイスに指示することができる情報を含むことができる、磁気コンピュータディスク、光ディスク、電子メモリなどの様々な記憶媒体を準備することができる。適切な装置が記憶媒体に含まれる情報及びプログラムにアクセスできると、記憶媒体は情報及びプログラムを装置に提供することができ、したがって、装置は、本明細書に記載するシステム及び／又は方法の機能を実行することができる。例えば、ソースファイル、オブジェクトファイル、実行可能ファイルなどの適切な材料を含むコンピュータディスクがコンピュータに提供される場合、コンピュータは情報を受け取り、それ自体を適切に構成し、様々な機能を実行するために、上記の図及びフローチャートに概説される様々なシステム及び方法の機能を実行することができる。すなわち、コンピュータは上述のシステム及び／又は方法の異なる要素に関連する情報の様々な部分をディスクから受信し、個々のシステム及び／又は方法を実装し、上述の個々のシステム及び／又は方法の機能を調整することができる。本開示を考慮して、本明細書で説明される様々な方法及びデバイスは、ハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアで実装され得ることに留意されたい。さらに、様々な方法及びパラメータは、例としてのみ含まれ、いかなる限定的な意味においても含まれない。

この開示を考慮して、当業者は本発明の範囲内に留まりながら、それら自体の技術及びこれらの技術に影響を及ぼすために必要とされる機器を決定する際に、本教示を実施することができる。本明細書で説明されるプロセッサのうちの一つ又はそれより多くの関数はより少ない数又は単一の処理ユニット(例えば、CPU)に組み込まれてもよく、本明細書で説明される関数を実行するために実行可能命令に応答してプログラムされる特定用途向け集積回路(ASIC)又は汎用処理回路を使用して実装されてもよい。

本システムは超音波撮像システムを特に参照して説明されてきたが、本システムは一つ又はそれより多くの画像が系統的な方法で得られる他の医療用撮像システムに拡張することができることも想定される。したがって、本システムは腎臓、精巣、乳房、卵巣、子宮、甲状腺、肝臓、肺、筋骨格、脾臓、心臓、動脈血及び血管系、ならびに超音波誘導介入に関連する他の画像応用に限定されるものではないが、画像情報を取得及び／又は記録するために使用され得る。さらに、本システムは本システムの特徴及び利点を提供することができるように、従来の撮像システムと共に使用することができる一つ又はそれより多くのプログラムを含むこともできる。本開示の特定の追加の利点及び特徴は、本開示を検討することにより当業者に明らかであり得るか、又は本開示の新規なシステム及び方法を採用する当業者によって経験され得る。本システム及び方法の別の利点は、従来の医療画像システムを容易にアップグレードして、本システム、装置、及び方法の特徴及び利点を組み込むことができることであり得る。

当然のことながら、本明細書で説明される例、実施形態、又はプロセスのうちの任意の1つは、一つ又はそれより多くの他の例、実施形態、及び／又はプロセスと組み合わせることができ、又は本システム、デバイス、及び方法による別個の装置又はデバイス部分の間で分離及び／又は実行することができることを理解されたい。

最後に、上記の議論は単に本システムを例示することを意図しており、添付の特許請求の範囲を任意の特定の実施形態又は実施形態のグループに限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、本システムは例示的な実施形態を参照して特に詳細に発明されてきたが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に記載される本システムのより広く意図される精神及び範囲から逸脱することなく、多数の修正及び代替実施形態を考案することができることも理解されたい。したがって、本明細書及び図面は例示的な方法で見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。

Claims

剪断波エラストグラフィシステムの作動方法であって、前記剪断波エラストグラフィシステムはプロセッサを有し、
前記プロセッサが、3D超音波画像データセットから筋線維構造を識別するステップと、
前記プロセッサが、トランスデューサの表面に対して前記識別される筋線維構造の表現を提供するステップと、
前記プロセッサが、前記識別される筋線維構造の少なくとも1つを選択するステップと、
前記プロセッサが、前記選択される筋線維構造の配向に基づいて標的測定平面を決定するステップと、
前記トランスデューサが、前記標的測定平面内で剪断波撮像を実行するように構成されるシーケンスに従って超音波パルスを送信するステップと
を有する、方法。
前記送信超音波パルスは、複数の測定平面において剪断波エラストグラフィ撮像を実行するように構成されるシーケンスに従う、請求項1に記載の方法。
前記複数の測定平面は、前記選択される筋線維構造の長軸に沿う測定平面と、前記選択される筋線維構造の前記長軸を横切る測定平面とを有する、請求項2に記載の方法。
前記複数の測定平面は、前記選択される筋線維構造の前記配向に垂直であり、前記選択される筋線維構造の長軸に垂直な線の周りで回転される、請求項2に記載の方法。
前記筋線維構造を識別するステップは、超音波画像データから筋線維構造を識別するように訓練される人工ニューラルネットワークに前記3D超音波画像データセットを提供するステップを有する、請求項1に記載の方法。
前記プロセッサが、前記識別される筋線維構造の前記配向を決定するステップをさらに有する、請求項1に記載の方法。
前記識別される筋線維構造の前記配向を決定するステップは、前記識別される筋線維構造の前記線維のグループの各々の中の線維の平均の配向を決定するステップを有する、請求項6に記載の方法。
前記トランスデューサの送信角度は、前記選択される筋線維構造の前記配向に垂直になるように調整される、請求項6に記載の方法。
前記送信角度を調整するステップは、送信角度のライブラリに基づいて、前記送信角度を自動的に調整するステップを有する、請求項8に記載の方法。
前記プロセッサが、少なくとも1つの剪断波エラストグラフィ測定値を生成するステップと、
前記プロセッサが、プリスキャン変換処理を前記剪断波エラストグラフィ測定値に適用するステップと
をさらに有する、請求項1に記載の方法。
前記プリスキャン変換処理を適用するステップは、ゼロパディング及びスケーリングファクタを前記剪断波エラストグラフィ測定値に適用するステップを有する、請求項10に記載の方法。
前記プロセッサが、前記実行される剪断波撮像に基づいて組織パラメータを計算するステップと、前記計算される組織パラメータに基づいて前記組織の疾患状態を決定するステップとをさらに有する、請求項1に記載の方法。
実行されるとき、超音波撮像システムのプロセッサに、請求項1乃至12の何れか一項に記載の方法を実行させる実行可能命令を有する非一時的なコンピュータ可読媒体。
超音波剪断波エラストグラフィシステムであって、
組織内にプッシュパルス及び追跡パルスを放出するように構成されるトランスデューサと、
プローブに結合されるプロセッサと
を有し、前記プロセッサは、
前記組織の3Dデータセットに基づいて筋線維構造の前記位置を識別し、
前記筋線維構造の1つのユーザ選択に応答して、前記組織に対する前記プッシュパルス及び前記追跡パルスの角度を調整するための命令を提供する
ように構成される、システム。
前記命令に基づいてフィードバック表示を提供するように構成されるディスプレイをさらに有する、請求項14に記載のシステム。
前記ディスプレイは、前記筋線維構造の前記識別される位置に基づいて、線維配向表示を提供するようにさらに構成される、請求項15に記載のシステム。
前記プロセッサは、前記プッシュパルス及び前記追跡パルスに基づいて、剪断波エラストグラフィ測定値を記録するようにさらに構成される、請求項14に記載のシステム。
前記プロセッサは、前記剪断波エラストグラフィ測定値に基づいてレポートを生成するように構成される、請求項17に記載のシステム。
前記トランスデューサは、2Dアレイトランスデューサを有し、前記システムは、前記プッシュパルス及び前記追跡パルスの前記角度を自動的に調整するための前記命令に基づいて前記2Dアレイトランスデューサを動作させるように構成される、請求項14に記載のシステム。
前記プロセッサは、前記選択される筋線維構造の周りの少なくとも1つの測定平面に前記プッシュパルス及び前記追跡パルスを位置合わせさせるための命令を提供するようにさらに構成される、請求項14に記載のシステム。