JP7336443B2 - 超音波撮像システム、装置、方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本開示は肺硬化（ｌｕｎｇ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｓ）などの肺異常を同定する自動化された超音波システム及び方法に関する。

肺硬化はガスではなく液体で満たされた肺組織の正常に圧縮可能な領域である。肺硬化の存在は、肺炎、肺癌、無気肺、急性呼吸窮迫症候群、及び急性肺損傷などを含む多くの肺疾患及び異常の一般的な徴候をもたらす。従って、このような状態の早期診断は、典型的には肺硬化の信頼できる検出に依存する。肺硬化を同定するための既存の技術には、胸部Ｘ線撮影（ＣＸＲ）及び胸部ＣＴ撮像があるが；いずれの技術も限られた有効性によって妨げられている。例えば、ＣＸＲは中程度の及び／又は大きな病変又は硬化（例えば、１ｃｍ程度）を識別することにしか有効ではなく、胸部ＣＴ撮像は典型的には例えばベッドサイド検査のようなポイント・オブ・ケアでは利用できない。更に、放射線レベル及び高いコストはＣＸＲ及びＣＴ撮像の両方にしばしば付随する。他の技術、例えば視覚的な超音波検査は、ハイ・レベルな術者の専門知識を必要とする可能性があり、その有効性は、肺の病変内に少なくとも１つの高エコー特徴が存在することに依存する可能性があり、それにより、モニタリングされる肺の状態が少なくとも中期的段階に進行しない限り、超音波検査を低感度に対して弱いものにしている。超音波に基づく診断もまた、術者の主観と経験に基づいて大きく異なる可能性がある。従って、多くの肺の状態を診断する容易性及び精度を向上させるために、肺硬化を同定するための新しい技術が必要とされる。

ＵＳ２０１６／２３９９５９Ａ１は、Ｂモード画像からのビーチ・パターン、海岸、空、バーコード、Ｂモード画像からのＢ－ライン、Ａ－ラインを含むＢ－モード及びＭ－モード画像から抽出される特徴を利用して、気胸、血胸、及び腹部出血について、患者の内部外傷を識別する方法を提供している。

本開示は、肺硬化を含む肺異常を検出して特徴付けるための自動化された超音波ベースのシステム及び方法を開示する。説明を簡単にするために、本明細書では肺硬化検出が説明されるが、開示される方法に従って、他の異常もまた検出される可能性があることが理解される。このような異常は、様々な病変、胸水、物質の蓄積、異常な成長又は集まり、腫瘍、体液の蓄積などを含む可能性がある。実施形態において、本願のシステムにより検出可能な異常は、気胸の位置及び特徴により気胸を除外する可能性があり、これは、別個の検出手段を必要とする。特定の実装は、胸膜ラインより下の関心領域にインテロゲーションを行い、そこから得られた超音波画像フレームの均一特性を決定することによって、超音波スキャン中に肺の異常を同定するように構成されたシステムを含む。様々な実施形態では、システムは、超音波エネルギのビームを、肺の少なくとも一部を含む関心領域に向けて送信し、ビームに応答する超音波エコーを受信するように構成された超音波トランスデューサを含むことが可能である。トランスデューサに結合されるプロセッサ、例えば信号プロセッサは、エコーから画像フレームを生成することが可能である。「画像フレーム」という用語は、特に断らない限り、複数のピクセルにより構成される画像を指し、その複数のピクセル各々は関心領域内の異なる空間地点に対応しており、言い換えると、画像フレームは関心領域のスナップショットを表す画像を指す。例えば、画像フレームは、基本Ｂモード画像、高調波Ｂモード画像などを含む任意の種類のＢモード画像であるすることが可能であるが、これらに限定されない。従って、画像フレームはＭモード超音波画像ではない。周知のように、Ｍモードは、選択された超音波スキャン・ラインに沿った超音波の時間運動表示として定義される。典型的には、Ｍモード画像の各々の横線は、同じ空間地点により反射されるエコーの時間変動を表す。システムは、同一の又は異なるプロセッサにより、画像フレームの中で胸膜ラインを自動的に識別し、下方の関心領域、即ち、肺の硬化が頻繁に現れる胸膜ラインよりも大きな解剖学的深さまで延びる領域を規定することが可能である。また、プロセッサは、関心領域内の画像フレームを構成するピクセルの輝度レベルを決定することができる。決定された輝度レベルを使用して、プロセッサは、関心領域内の輝度レベルの変化を具現化する均一特性を決定することが可能である。変化はさまざまな方法で決定、表現、及び処理されることが可能である。例えば、プロセッサは、関心領域内の平均輝度レベルを計算するように構成されることが可能であり、平均輝度レベルは、平均からの標準偏差を決定するためにプロセッサによって使用されることが可能である。更なる例では、プロセッサは、横方向に隔てられた画像ピクセル間で強度比較を行うことによって、関心領域の空間相関マップを生成するように構成されることが可能である。画像強度における変動の増大は、肺硬化の存在のより大きな可能性に関連付けられる可能性があり、プロセッサは、変動の程度に基づいて、肺硬化の存在又は不存在を確認するように構成されることが可能である。変動の程度を決定することは、例えば、均一特性に閾値を適用することによって達成されてもよい。システムはまた、種々のユーザー入力を受け取り、超音波スキャン中に肺硬化の存在又は不存在のインジケータを表示するように構成される表示スクリーンの役割を果たすユーザー・インターフェースを含むことが可能である。インジケータは、肺硬化の存在をシステムのオペレータに伝達するように構成されることを条件として、例えばビジュアル及び／又はオーディオ・キューのような幾つもの形態をとることが可能である。

幾つかの例によれば、超音波撮像システムは、肺を含むターゲット領域に向かって伝達される超音波パルスに応答してエコーを獲得するように構成される超音波トランスデューサを含む可能性がある。システムは、超音波トランスデューサと通信するプロセッサを更に含む可能性がある。プロセッサは、エコーから画像フレームを生成するステップ；画像フレームの中で胸膜ラインより下方の関心領域の均一特性を判定するステップ；均一特性の値に基づいて関心領域における肺の異常の存在又は不存在を判定するステップ；肺の異常が存在すると判定されている場合にインジケータを生成するステップ；及びインジケータを、プロセッサと通信するユーザー・インターフェースに表示するステップを行うように構成されることが可能である。

幾つかの例において、プロセッサは、均一特性を、画像強度の空間相関マップ及び／又は非相関マップの形式で定量化するように構成されてもよい。幾つかの例において、プロセッサは、画像フレームの中で個々のピクセルのペアの画像強度値を比較することにより、空間相関マップ及び／又は非相関マップを決定するように構成され、そのペアは所定のピクセル間隔だけ横に隔てられている。幾つかの実装において、プロセッサは、ユーザー・インターフェースで受けたユーザー入力に応答して所定のピクセル間隔を調整するように構成されてもよい。幾つかの例において、均一特性は、平均画像強度からの標準偏差を含む可能性がある。幾つかの実施形態において、均一特性は、関心領域におけるトータル・スペックル・サイズ及び／又は局所空間スペックル・サイズを含む可能性がある。

幾つかの実装において、肺の異常は肺硬化である可能性がある。そのような実装によれば、プロセッサは閾値を均一特性に適用するように更に構成され、肺硬化の存在は、均一特性の値が閾値を超える場合に確認される。幾つかの例において、ユーザー・インターフェースは、関心領域に存在する肺の異常の数、肺の異常の場所、肺の異常の種類、肺の異常体積の変動、又はそれらの組み合わせを表示するように更に構成される可能性がある。幾つかの実施形態において、ユーザー・インターフェースは超音波スキャンの間に超音波画像を生成及び表示するように構成される可能性がある。インジケータは、幾つかの例において、超音波画像の中で肺の異常に重ねられるグラフィック・オーバーレイを含んでもよい。幾つかの実装において、ユーザー・インターフェースは、超音波トランスデューサを方向付ける指示を提供することによって、患者のターゲット領域の超音波スキャンを通じてユーザーを案内するように更に構成されてもよい。幾つかの実施形態において、プロセッサは、超音波スキャンの間に肺の異常までのスキャン距離を決定するように更に構成されてもよい。幾つかの例において、指示は患者の以前に行われた超音波スキャンに基づいており、プロセッサに結合されたメモリに保存されることが可能である。

本開示による方法は、ターゲット領域に伝達された超音波パルスに応答するエコーを、超音波システムに動作可能に結合されたトランスデューサにより取得するステップ；超音波エコーから画像フレームを生成するステップ；画像フレームの中で胸膜ラインより下方の関心領域の均一特性を判定するステップ；均一特性の値に基づいて関心領域における肺の異常の存在又は不存在を判定するステップ；肺の異常が存在すると判定されている場合にインジケータを生成するステップ；及びインジケータを、プロセッサと通信するユーザー・インターフェースに表示するステップを含むことが可能である。

幾つかの例において、方法は、均一特性を、画像強度の空間相関マップの形式で定量化するステップを更に含んでもよい。幾つかの実施形態において、均一特性を空間相関マップの形式で定量化するステップは、画像フレームの中で個々のピクセルのペアの画像強度値を比較するステップを含んでもよく、そのペアは所定のピクセル間隔だけ横に隔てられている。幾つかの実装において、均一特性を決定するステップは、平均画像強度からの標準偏差を決定するステップを含んでもよい。幾つかの実装において、均一特性を決定するステップは、関心領域におけるトータル・スペックル・サイズ及び／又は局所空間スペックル・サイズを決定するステップを含んでもよい。幾つかの例において、肺の異常は肺硬化を含んでもよい。そのような例によれば、方法は、閾値を均一特性に適用するステップを含んでもよい。肺硬化の存在は、均一特性の値が閾値を超える場合に確認されてもよい。

幾つかの実施形態において、方法は、関心領域に存在する肺の異常の数、肺の異常の場所、肺の異常の種類、肺の異常体積の変動、又はそれらの組み合わせを含むレポートを生成するステップを更に含んでもよい。幾つかの実装において、方法は、超音波トランスデューサを方向付ける指示を提供することによって、患者のターゲット領域の超音波スキャンを通じてユーザーを案内するステップを更に含んでもよい。幾つかの例において、方法は、超音波スキャン中に肺の異常までのスキャン距離を決定するステップを更に含んでもよい。

本願で説明される方法、又はそのうちのステップの何れも実行可能命令を含む非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に組み込まれる可能性があり、その命令は、実行されると、本願において具現化される方法又はステップを、医療撮像システムのプロセッサに実行させることが可能である。例えば、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体は実行可能命令を含み、その命令は実行されると、超音波システムのプロセッサに：画像フレームを受信するステップであって、画像フレームは肺を含むターゲット領域から得られる超音波エコー・データから生成される、ステップ；画像フレームの中で胸膜ラインより下方の関心領域の均一特性を判定するステップ；均一特性の値に基づいて関心領域における肺の異常の存在又は不存在を判定するステップ；及び肺の異常が存在すると判定されている場合にインジケータを生成するステップを実行させることが可能である。
幾つかの例において、超音波エコー・データに基づいて肺の異常を検出する装置は、データ・インターフェースを含む可能性がある。データ・インターフェースは、画像フレームを受信するように構成される可能性があり、画像フレームは肺を含むターゲット領域から得られる超音波エコー・データから生成される。データ・インターフェースはまた、肺の異常が存在すると判定されている場合にインジケータを出力するように構成される可能性がある。装置はまた、画像フレームの中で胸膜ラインより下方の関心領域の均一特性を判定し；均一特性の値に基づいて関心領域における肺の異常の存在又は不存在を判定し；及び肺の異常が存在すると判定されている場合にインジケータを生成するように構成されるプロセッサも含む可能性がある。

本開示の原理による超音波システムのブロック図である。 本開示の原理による別の超音波システムのブロック図である。 胸膜ラインの下にある関心領域を示す正常な肺の超音波画像である。 胸膜ラインの下にある関心領域内に複数の肺硬化が潜む異常な肺の超音波画像である。 正常な肺の超音波画像であり、胸膜ライン及び胸膜ラインの下にある空間ランダムネスのエリアを示す。 図４Ａの画像に対応する、横に隔てられたシングル・ピクセル・ライン複数本に沿って検出された解剖学的深度の関数としての画像振幅のグラフである。 図４Ｂのグラフに対応する、解剖学的深度の関数としての空間相関のグラフである。 胸膜ライン及び胸膜ラインより下にある肺硬化を含むエリアを示す異常な肺の超音波画像である。 図５Ａの画像に対応する、横に隔てられたシングル・ピクセル・ライン複数本に沿って検出された解剖学的深度の関数としての画像振幅のグラフである。 図５Ｂのグラフに対応する、解剖学的深度の関数としての空間相関のグラフである。 図５Ａの超音波画像である。 図５Ａの超音波画像において検出された振幅を用いて生成された空間相関マップである。 図４Ａの超音波画像である。 図７Ａの超音波画像において検出された振幅を用いて生成された空間相関マップである。 肺硬化の領域を定める複数のグラフィック・オーバーレイを含む超音波画像である。 本開示の原理に従って実行される方法である。 肺領域の超音波スキャンを通じてユーザーをガイドするためにユーザー・インターフェースに生成及び表示されるグラフィックである。

以下の特定の実施形態の説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、本発明又はそのアプリケーション又は用途を如何なる方法によっても限定するようには意図されていない。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、本願一部を成し、説明されるシステム及び方法が実施される可能性がある特定の実施形態により示される添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が目下開示されるシステム及び方法を実施することができるように十分に詳細に説明されており、他の実施形態が利用されてもよいこと、及び本システムの精神及び範囲から逸脱することなく、構造的及び論理的な変更が行われてよいことが理解されるべきである。更に、明確化の目的のために、特定の特徴の詳細な説明は、それらが当業者に明らかである場合には、本システムの説明を不明瞭にしないように、議論されていない。従って、以下の詳細な説明は、限定的な意味では解釈されず、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められる。

本技術はまた、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ながら以下に記載される。ブロック図及び／又はフローチャート図のブロック、及びブロック図及び／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現されてもよいことが理解される。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／又は他のプログラム可能な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、ある機械（マシン）を生成することが可能であり、その結果、コンピュータ及び／又は他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサにより実行される命令は、ブロック図及び／又はフローチャートの１つ以上のブロックで指定された機能／動作を実行するための手段を生成する。

本願で提供されるように、肺の関心領域の超音波ベースのインテロゲーションは、取得された超音波画像フレームの自動分析と組み合わされて、肺硬化検出の感度を増加させる一方、そのような検出に必要なオペレータの専門知識レベルを下げることができる。肺硬化の超音波シグネチャは、軟組織シグネチャ又は空気シグネチャと混合された軟組織に類似する可能性があり、本願のシステムはそれらを同定するように構成されることが可能である。特定の実施形態は、肺の超音波画像フレーム内の胸膜ラインより下にある肺硬化を示す少なくとも１つの均一特性を決定するように構成された超音波システムを含むことが可能である。特定の例では、均一特性は、関心領域により決定される平均画像強度レベルからの標準偏差を含むことが可能である。追加的又は代替的に、均一特性は、胸膜ラインの下にある領域の空間相関マップを含むことが可能である。そのような例によれば、システムは、空間的相関が高い（及び空間的非相関が低い）肺硬化を識別し、空間的相関が低い（及び空間非相関が高い）肺硬化が無いことを確認するように構成されてもよい。均一特性と肺硬化の存在との間の関係は、種々の肺領域の超音波ベースのインテロゲーション、及びその後の取得された超音波画像フレーム内のピクセルの輝度値の比較によって発見されている。正常な肺組織及び異常な肺組織に特有の音響特性を備えた本願のシステムは、自動化された方法で、正常な肺を異常な肺から区別するように構成される。自動化された態様で、即ち主観的なユーザーの解釈によらず、肺硬化を識別することによって、本願のシステムは、検査時間、特に経験の浅い超音波オペレータの場合の検査時間を短縮し、肺の異常の存在又は不存在について超音波シグネチャを評価するための標準化された方法を提供することが可能である。説明されるシステム及び方法に従って生成される結果は、例えば超音波スキャン中にリアルタイムで視覚的に表示されることが可能であり、それによって、超音波スキャンを通じてオペレータをガイドするために必要な情報を提供する。時間の経過とともに、開示される方法に従って実行される反復される超音波スキャンは、ある範囲内の肺硬化を有する患者の治療の進捗をモニタリングするために使用される可能性がある。種々の超音波モダリティは、本願に開示されるシステムに従って実現される可能性がある。例えば、超音波トランスデューサは、Ｂモード撮像を行うように構成される可能性があり、その結果、トランスデューサに結合されたプロセッサは、Ｂモード画像フレーム内のグレイスケール値の空間相関特性を決定することによって、肺硬化を検出する。実施形態はまた、肺硬化を検出し、関心領域の空間相関マップを生成するために、無線周波数又はチャネル・データを生成及び利用する可能性がある。追加的又は代替的に、超音波トランスデューサは、組織高調波撮像（ｔｉｓｓｕｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ）により肺硬化を検出するように構成されてもよい。本願で説明されるシステム及び方法は、多数の肺の状態を診断及びモニタリングするために使用されることが可能である。例えば、肺炎、肺癌、無気肺、急性呼吸窮迫症候群、及び急性肺損傷などの状態を診断するために、肺硬化の検出及び特徴付けが、システム又はユーザーの何れかによって使用される可能性がある。

図１は例えば肺硬化のような肺の異常の存在又は不存在を判定するように構成された本開示による例示的な超音波システム１００を示す。図示のように、システム１００は、超音波データ取得ユニット１１０を含むことが可能であり、これは、超音波信号又はビーム１１４をターゲット領域１１６へ送信するように構成された超音波センサ・アレイ１１２を含む超音波プローブを含む可能性があり、ターゲット領域は患者の中の片肺又は両肺を含むことが可能である。送信されたビームに応答する超音波エコー信号１１８は、取得ユニット１１０によって受信され、取得ユニット１１０はまた、超音波トランスデューサ・アレイ１１２に結合され且つ信号プロセッサ１２２にも結合されるビームフォーマ１２０を含むことが可能であり、ビームフォーマ１２０は、アレイ１１２において受信した超音波エコー１１８から、複数の個々の超音波画像フレーム１２４を生成するように構成されることが可能である。システムはまた、例えばフレームを構成する画像ピクセルの強度レベルを決定し、画像フレーム内の均一特性を決定し、決定された均一特性に閾値を適用することによって、画像フレーム１２４を分析するように構成されたデータ・プロセッサ１２６、例えば計算モジュール又は回路を含む可能性がある。幾つかの実施形態では、システムはまた、データ・プロセッサ１２６及びユーザー・インターフェース１３０に結合されたディスプレイ・プロセッサ１２８を含む。ディスプレイ・プロセッサ１２８は、超音波画像１３２を画像フレーム１２４から生成し、１つ以上の画像フレーム１２４内の肺硬化の存否を伝えるインジケータ１３４と、検出された肺硬化に関する情報を含むレポート１３５とを生成するように構成されることが可能である。ユーザー・インターフェース１３０（又はデータ・インターフェース）は、超音波スキャンが実行されている間に、超音波画像１３２をリアルタイムで表示するように構成されることが可能である。インジケータ１３４は、１つ以上の肺硬化が存在する可能性があるリアルタイムのアップデートを、システム１００のオペレータに提供するために、同時に表示又は伝達されてもよい。ユーザー・インターフェース１３０はまた、超音波スキャンの前、間、又は後のいつでも、ユーザー入力１３６を受け取るように構成されることが可能である。幾つかの例において、ユーザー・インターフェース１３０は、データ取得ユニット１１０から直接的に画像フレーム１２４を受信することが可能である。図１に示されるシステム１００の構成は異なってもよい。例えば、システム１００は、ポータブルであってもよいし、あるいは静的であってもよい。幾つかの実施形態において、システムは、超音波システムのプロセッサを含んでもよく、それは非撮像システム、例えば本願で記載される特定の方法で超音波データの取得後の分析のために構成される分析ワークステーションであってもよい。例えばラップトップ、タブレット、スマートフォン等の様々なポータブル・デバイスが、システム１００の１つ以上の機能を実現するために使用されてもよい。このようなデバイスを組み込んだ例では、超音波センサ・アレイ１１２は、例えばＵＳＢインターフェースを介して接続可能であってもよい。

超音波データ取得ユニット１１０は、１つ以上の肺又はそのサブ領域を含むことが可能な１つ以上のターゲット領域１１６から超音波エコー１１８を取得するように構成されてもよい。超音波センサ・アレイ１１２は、超音波エネルギを送受信するように構成された少なくとも１つのトランスデューサ・アレイを含んでもよい。様々なトランスデューサ・アレイ、例えば線形アレイ、コンベックス・アレイ、又はフェーズド・アレイが使用されてもよい。センサ・アレイ１１２に含まれるトランスデューサ素子の数及び配置は、様々な例において相違してよい。例えば、超音波センサ・アレイ１１２はそれぞれ、線形アレイ及びマトリクス・アレイ・プローブに対応するトランスデューサ素子の１Ｄ又は２Ｄアレイを含む可能性がある。２Ｄマトリクス・アレイは、２Ｄ又は３Ｄ撮像のために、仰角及び方位角の次元双方において（フェーズド・アレイ・ビームフォーミングにより）電子的にスキャンするように構成されてもよい。

ある範囲内の技術レベルを有する様々なユーザーが、超音波データ取得ユニット１１０を取り扱い、操作することができる。システム１００によって実行される自動処理に起因して、たとえ硬化が比較的小さく、関連する肺の状態が初期段階を越えて進行していなかったとしても、超音波装置を操作する最低限の経験しか有しないユーザーが、走査される肺領域が肺硬化を含むかどうかを確認する超音波画像フレーム１２４を効果的に獲得することができる。本願で説明される方法に従ってスキャンを行うために、特に肺硬化の面積又は体積を決定するために、横断スキャンが使用されることが可能であり、必要な場合にはオプション的に縦スキャンが併せて利用される。

図１に更に示されるように、データ取得ユニット１１０は、ビームフォーマ１２０を含むことが可能であり、これは、例えば超音波パルスをフォーカスされたビームに形成することによって、超音波エネルギの伝達を制御することができる。ビームフォーマ１２０は、伝達される超音波ビームの幅を制御することができる。幾つかの例では、一連の超音波スキャンが関心領域にわたって実行される可能性があり、ビームフォーマ１２０は、各々連続するスキャンにおいてビーム幅を調整するように構成されることが可能である。ビームフォーマ１２０は、例えば自動化プログラムに従って自動的に、又はユーザーの入力に応答して、ビーム幅を調節することができる。ビームフォーマ１２０はまた、超音波信号の受信を制御するように構成されてもよく、その結果、識別可能な画像データが生成され、他のシステム構成要素の助けを借りて処理されることが可能である。ビームフォーマ１２０の役割は、種々の超音波プローブの多様性において相違し得る。幾つかの実施形態において、ビームフォーマ１２０は、次のような２つの別個のビームフォーマ：対象物への送信のために超音波エネルギのパルス・シーケンスを受信し、処理するように構成された送信ビームフォーマと、受信超音波エコー信号を増幅し、遅延し、及び／又は合計するように構成された別個の受信ビームフォーマとを含む可能性がある。幾つかの実施形態において、ビームフォーマ１２０は、送信及び受信ビームフォーミングの双方のために一群のセンサ素子において動作するマイクロビームフォーマを含んでもよく、これは、それぞれ送信及び受信ビームフォーミング双方のためにグループ入力及び出力に関して動作するメイン・ビームフォーマに結合される。

信号プロセッサ１２２は、センサ・アレイ１１２及び／又はビームフォーマ１２０と通信可能に、動作可能に、及び／又は物理的に結合されることが可能である。図１に示す例では、信号プロセッサ１２２は、データ取得ユニット１１０の一体構成要素として含まれるが、他の例では、信号プロセッサ１２２は、別個の構成要素であってもよい。信号プロセッサ１２２は、センサ・アレイ１１２で受信した超音波エコー１１８を取り込んだフィルタ処理されていない及び組織化されていない超音波データを受信するように構成されてもよい。このデータから、信号プロセッサ１２２は、ユーザーが領域１１６をスキャンする際に、複数の超音波画像フレーム１２４を連続的に生成することができる。

データ・プロセッサ１２６のような１つ以上の追加のプロセッサを含めることも可能である。データ取得ユニット１１０と通信可能に結合されたデータ・プロセッサ１２６は、信号プロセッサ１２２によって実行される１つ以上の動作に追加的に又は代替的に、１つ以上の動作を実行する可能性がある。データ・プロセッサ１２６は、超音波画像フレーム１２４を受信し、１つ以上の肺硬化の存在について分析するように固有に構成されている。肺硬化が画像フレーム１２４内に示されているか否かを判定した後、データ・プロセッサ１２６は、肺硬化の判定された存否の表示をグラフィックス・プロセッサ１２８に、又は直接的にユーザー・インターフェース１３０に伝えることができる。

データ・プロセッサ１２６と通信可能に結合されたディスプレイ・プロセッサ１２８は、データ・プロセッサ１２６によって行われた判定に基づいてインジケータ１３４を生成するように構成されることが可能である。インジケータ１３４は、画像フレーム１２４内の少なくとも１つの肺硬化の有無を示す可能性がある。超音波画像１３２及び／又はインジケータ１３４を受信すると、ユーザー・インターフェース１３０は、画像及び／又はインジケータを表示することができる。例えば画像が得られた場合に、インジケータ１３４は、超音波画像１３２のトップ又は隣にリアルタイムで重ね合わせて表示されてもよい。従って、インジケータ１３４は、１つ以上の肺硬化の存否をユーザーに通知することができる。幾つかの例において、インジケータ１３４は、超音波プローブの振動、又は超音波システム１００ｎ結合されたスピーカから発せられる可聴キューなどのような、可視的には表示されない知覚的な合図を含む可能性がある。インジケータ１３４はまた、ターン・オン及びオフになる光、又は色を変化させる光を含む可能性がある。例えば、肺硬化の存在は緑色光によって示される可能性がある一方、肺硬化の不存在は赤色光又は光の不存在によって示される可能性がある。幾つかの実施形態において、インジケータ１３４は、超音波画像の同時表示なしに表示されてもよい。インジケータ１３４の特定の性質は、インジケータが肺硬化の存否をユーザーに通知するように構成されるのであれば、重要ではない。

幾つかの実施形態において、インジケータ１３４はまた、検出された肺硬化に関する情報を含む可能性がある。例えば、超音波スキャン中に、インジケータ１３４は、胸膜ラインより下の肺硬化の深さ、又は肺硬化までのスキャン距離を表示する可能性がある。追加的に、インジケータ１３４は、特定の肺硬化の断面積及び／又は体積を提供する可能性がある。この情報は、深さと同様に、ライブ超音波画像に重ねられる可能性があり、その結果、ユーザーは走査が行われている間に検出された何らかの肺硬化の寸法を判定することができる。この情報は、後で参照するためにメモリに記憶されてもよい。

幾つかの実施形態では、ユーザー・インターフェース１３０はまた、超音波スキャンによりユーザーをガイド又は支援するように構成される可能性がある。このようなガイダンスは、表示プロセッサ１２８によって生成されるインジケータ１３４に応答するものである可能性がある。例えば、ユーザー・インターフェース１３０は、肺硬化の存在を伝えるインジケータ１３４を受け取ったことに応答してユーザーに第１指示を提供することが可能であり、肺硬化の不存在を伝えるインジケータ１３４を受け取ったことに応答して、ユーザーに別の第２指示を提供することが可能である。そのような指示は、全ての肺異常が、特に硬化が存在するならばそれが、所与のスキャン中に検出されることを確実にする特定の方法で超音波走査を実行するように、ユーザーを促すことが可能である。指示は、方向コマンド、例えば「胸部領域に対して横方向にプローブを向けて下さい」；又は「プローブを横方向に移動させて下さい」等を含む可能性がある。指示は、技法に基づくコマンド、例えば「超音波プローブをもっとゆっくり動かしてください」、「スローダウン」、「ストップ」、又は「継続」などを含む可能性もある。幾つかの例において指示は、超音波スキャンを開始する前に、特定の方法で超音波プローブを位置付けるようにユーザーを案内する可能性があり、その結果、プローブは超音波ビームを肺硬化形成の最も一般的な領域に送信する。これらの初期の指示は様々な肺の状態によって異なる可能性がある。例えば、肺炎と無気肺に関連する肺硬化を検出する場合、推奨される初期プローブの位置及び／又は向きは異なる可能性がある。

図２は、本発明の原理による別の超音波システム２００のブロック図である。図２に示す１つ以上の構成要素は、対象の肺領域内の肺硬化を検出し、その指示を提供し、肺硬化の探索で超音波スキャンによりシステムを操作するユーザーをガイドするように構成されたシステム内に含まれていてもよい。例えば、信号プロセッサ１２２、データ・プロセッサ１２６、及び／又はディスプレイ・プロセッサ１２８の上述の何れの機能も、例えば信号プロセッサ２２６、Ｂモード・プロセッサ２２８、スキャン・コンバータ２３０、多断面フォーマッタ２３２、ボリューム・レンダラ２３４、グラフィックス・プロセッサ２４０、及び／又は画像プロセッサ２３６を含む、図２に示される処理コンポーネントの１つ以上によって実装及び／又は制御されことが可能である。

図２の超音波撮像システムでにおいて、超音波プローブ２１２は、超音波を肺領域に送信し、送信波に応答するエコー情報を受信するトランスデューサ・アレイ２１４を含む。様々な実施形態では、トランスデューサ・アレイ２１４は、マトリクス・アレイ又は一次元線形アレイである可能性がある。トランスデューサ・アレイ２１４はプローブ２１２内のマイクロビームフォーマ２１６に結合されている可能性があり、マイクフォビームフォーマ２１６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とが可能である。図示の例では、マイクロビームフォーマ２１６は、プローブケーブルによって送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２１８に結合されており、送信／受信スイッチ２１８は、送信と受信とを切り替え、メイン・ビームフォーマ２２２を高エネルギ送信信号から保護する。幾つかの実施形態において、Ｔ／Ｒスイッチ２１８及びシステム内の他の素子は、別個の超音波システム構成要素内にではなく、トランスデューサ・プローブ内に含まれる可能性がある。マイクロビームフォーマ２１６の制御下でのトランスデューサ・アレイ２１４からの超音波ビームの送信は、Ｔ／Ｒスイッチ２１８に結合された送信コントローラ２２０及びビームフォーマ２２２によって方向付けられることが可能であり、ビームフォーマ２２２は、例えばユーザー・インターフェース又は制御パネル２２４のユーザーの操作からの入力を受ける。送信コントローラ２２０によって制御される可能性がある機能は、ビームがステアリングされる方向である。ビームは、トランスデューサ・アレイから（それに垂直に）まっすぐ前方に、又はより広い視野に対して異なる角度で、ステアリングされる可能性がある。マイクロビームフォーマ２１６によって生成された部分的にビームフォーミングされた信号は、メイン・ビームフォーマ２２２に結合され、ここで、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フォーミングされた信号は、完全にビームフォーミングされた信号に結合される。

ビームフォーミングされた信号は、信号プロセッサ２２６に伝達されることが可能である。信号プロセッサ２２６は、バンドパス・フィルタリング、デシメーション、Ｉ及びＱ成分分離、及び／又は高調波信号分離などのような様々な方法で受信されたエコー信号を処理することが可能である。信号プロセッサ２２６はまた、スペックル低減、信号合成、及び／又はノイズ除去により、追加的な信号改善を実行してもよい。幾つかの例において、信号プロセッサ２２６によって使用される異なる処理技術によって生成されるデータは、１つ以上の肺硬化を検出するためにデータ・プロセッサによって使用される可能性がある。処理された信号は、振幅検出を使用することが可能なＢモード・プロセッサ２２８に結合される可能性がある。Ｂモード・プロセッサ２２８によって生成された信号は、スキャン・コンバータ２３０及び多断面リフォーマッタ２３２に結合されることが可能である。スキャン・コンバータ２３０は、エコー信号を空間的関係で配置することが可能であり、その空間的関係からエコー信号は所望の画像フォーマットで受信されている。例えば、スキャン・コンバータ２３０は、エコー信号を二次元（２Ｄ）セクター形状のフォーマットに配置することができる。多断面リフォーマッタ２３２は、米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）に記載されているように、身体の体積領域の共通平面内の地点から受信されたエコーを、その平面の超音波画像に変換することが可能である。幾つかの例では、ボリューム・レンダラ２３４は、例えば米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎ ｅｔ ａｌ．）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、所与の基準点から眺めた投影された３Ｄ画像に変換することが可能である。２Ｄ又は３Ｄ画像は、画像ディスプレイ２３７で表示するためのさらなる強調、バッファリング及び／又は一時記憶のために、スキャン・コンバータ２３０、多断面リフォーマッタ２３２、及びボリューム・レンダラ２３４から画像プロセッサ２３６に伝えられてもよい。それらの表示の前又は後に、１つ以上のインジケータが、肺硬化の領域を強調又はラベル付けするために、画像にオーバーレイ又は重ね合わせられてもよい。グラフィックス・プロセッサ２４０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可能である。グラフィック・オーバーレイは、例えば患者名、画像の日付及び時刻、撮像パラメータなどの標準的な識別情報、ならびに、肺硬化の存否を伝える１つ又は複数のインジケータのような、システム内に含まれる１つ又は複数の追加プロセッサによって生成される様々な出力を含んでもよい。幾つかの例において、インジケータは、例えば画像又はその一部に関連する均一特性に基づいて生成されたマップ又は空間相関マップを表示することによって、ディスプレイ（例えば、超音波画像に沿った１つ以上のパラメータの定量性の並列表示）によって提供されてもよい。また、グラフィック・オーバーレイは、超音波スキャンによりシステム２００のユーザーをガイドするための、例えばテキスト及び／又はシンボルなどの視覚的な指示を含んでもよい。幾つかの例では、グラフィックス・プロセッサは、タイプされた患者名、又はインターフェースから表示又は出力された命令がシステム２００のユーザーによってアクノリッジされたことの確認のような、ユーザー・インターフェース２２４からの入力を受け取ることが可能である。また、ユーザー・インターフェース２２４は、システム２００によって使用される設定及び／又はパラメータにおける入力促進調整、超音波スキャンを実行するための追加的な命令又は支援を要求する入力、及び／又は１つ以上の超音波画像が保存される及び／又はリモート受信機に送信されることを要求する入力を受けることができる。ユーザー・インターフェースはまた、複数の多断面リフォーマット（ＭＰＲ）画像の表示の選択及び制御のために、多断面リフォーマッタ２３２に結合されてもよい。

図３Ａは、本願で開示されるシステムにより取得される正常肺の超音波画像３００であり、胸膜ライン３０４より下の関心領域３０２を示し、このラインは患者の胸壁と肺との間の界面をマーキングするエコー発生ラインとして現れる。肺硬化がない場合、関心領域３０２は、組織、骨及び／又は液体を示す明確な高エコー輝度領域又は低エコー輝度領域によらず、空間的ランダム性によって主に特徴付けられる可能性がある。本願で開示されるシステム、例えばシステム１００及び／又は２００は、データ・プロセッサ１２６などの１つ以上のプロセッサにより、少なくとも１つの画像フレーム内の胸膜ライン３０４を自動的に識別するように構成されることが可能である。幾つかの実施形態において、システムは、例えば全体的に参照により本願に援用されるＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０８２０５４（Ｂａｌａｓｕｎｄａｒ）に記載されているように、胸膜界面の撮像で登場する可能性があるＡライン・アーチファクトを識別及び処理することによって、胸膜ラインをピンポイントで特定するように構成されることが可能である。例えば、本願におけるシステムは、取得された画像フレーム内の候補胸膜ライン及びＡラインを同定し、Ａラインのうちの少なくとも１つの強度を計算し、計算されたＡライン強度を適用して、胸膜界面を撮像するための超音波プローブの標的位置を示すように構成されることが可能である。本願におけるユーザー・インターフェースは、いったん胸膜ラインが画像フレーム内に現れると、超音波プローブのターゲット配置が得られていることをユーザーに警告するように構成されることが可能である。特定の実施形態において、本願に開示されるプロセッサは、算出されたＡライン強度に閾値を適用するように構成されることが可能であり、Ａライン強度が閾値を超える場合、プロセッサは、胸膜ラインが適切なプローブ位置及び方向によって同定されていると判断することが可能である。従って、１つ以上のＡライン・アーチファクトが、空間的ランダム性の背景に対して、関心領域３０２に現れる可能性がある。更なる態様において、ユーザーは、ユーザー・インターフェースに表示されるライブ超音波画像の視覚的な検査により、胸膜ラインを識別してもよい。

本開示によるシステムは、関心領域３０２を自動化された方法で、又は追加のユーザー入力を用いて定義するように構成することができる。例えば、本開示によるシステムは、胸膜ラインを同定し、次いで、所定の胸膜下の寸法を満足するように画像フレームをトリミングすることによって、１つ以上の画像フレームから関心領域を抽出するように構成されることが可能である。処理される各画像フレームの面積を小さくすることにより、処理キャパシティを削減することが可能であり、処理速度は向上する。関心領域３０２は、患者の表面から遠ざかるように、胸膜ライン３０４から下方に延びる。従って、胸膜ラインは、深さ、位置、及びサイズ変動などの様々な硬化統計量を決定するためにシステムによって利用される解剖学的ランドマークを提供することができる。関心領域３０２の深さは、典型的には胸膜ラインの直下に位置する胸膜下の硬化、及び胸膜ラインのより深い場所にある深肺硬化、を捕捉するのに必要な距離に及ぶことが可能である。幾つかの例において、ユーザーは、例えばユーザーの目的が特定の既知の硬化を調べることである場合には、関心領域の所望の深さを入力することができる。幾つかの実施形態において、例えば深肺硬化を検査するために、ユーザーは、関心領域の最大深さを指定することができる。幾つかの例において、関心領域は、超音波スキャンの開始前にシステムに入力される可能性がある患者固有データを用いて系統的に定められる可能性があり、又は関心領域は、過去の医学データに基づいて系統的に定められる一貫した深さを有する可能性がある。

図３Ｂは、本願に開示された例示的なシステムにより取得された異常肺の超音波画像３０６であり、胸膜ライン３１０の直下の関心領域３０８を示している。図示されるように、個々のスポット状の高エコー領域として見える複数の肺硬化３１２が、関心領域３０８内に見える。図３Ｂに示すような肺硬化は、空気で満たされた気管支である、空気気管支造影を有する患者に現れる可能性がある。追加的な例において、１つ以上の残響アーチファクト、例えば垂直Ｂラインもまた、例えば種々の肺疾患の初期段階において、関心領域３０８内に現れる可能性がある。また、超音波画像で１つ以上の低エコー領域として現れる可能性がある肺硬化の結果として、液体気管支造影が作成されてもよい。

図３Ｂに示される超音波画像３０６内で見受けられる肺硬化３１２を識別するために、プロセッサ、例えばプロセッサ１２６は、画像に体現する少なくとも１つの均一特性を決定するように構成されることが可能である。次に、図３Ａに示す関心領域３０２の均一特性と図３Ｂに示す関心領域３０８の均一特性との間の定量可能な差分は、肺硬化の存否を確認するために使用されることが可能である。特定の実施形態において、システムは、超音波トランスデューサによって取得された画像フレーム内の各ピクセルの分析により個々のピクセルに対する強度振幅を決定することによって、均一特性を識別するように構成されることが可能である。強度振幅は、図１に示す信号プロセッサ１２２及び／又はデータ・プロセッサ１２６のような１つ以上のプロセッサによって決定されることが可能である。強度振幅を使用して、プロセッサは、関心領域全体にわたるピクセルの平均振幅を、そこからの標準偏差とともに決定する処理を進めることが可能である。プロセッサによって行われる決定は、胸膜ラインより下方の深さ又は１つ以上の追加的なの解剖学的特徴の関数として表現されることが可能である。

図３Ｂに示すように、肺硬化３１２は、関心領域３０８を含む背景領域よりもかなり高い一貫した振幅を有する。これに対して、図３Ａに示す関心領域３０２は、同様な高い振幅領域を欠いている。その結果、平均振幅からの標準偏差は、図３Ａに示される関心領域３０２の標準偏差と比較して、図３Ｂに示される関心領域３０８の方が大きくなる可能性がある。エコー発生硬化３１２から生じるより大きな標準偏差は、関心領域３０８が少なくとも１つの肺硬化を含むことを確認するために、本願のシステムによって利用されることが可能である。幾つかの例において、システムは、如何なる硬化も無い関心領域（例えば、関心領域３０２）を、少なくとも１つの硬化を含む関心領域（例えば、関心領域３０８）から区別するために、閾値を適用するように構成されてもよい。システムによって適用される閾値は、蓄積された医療データに基づいてもよく、これは、幾つかの実施形態においては、患者特有のものであってもよい。例えば、このようなデータは、一貫して肺硬化を示す最小標準偏差、又は肺硬化存在の臨床的に関連するリスクを示す最小標準偏差を提供する可能性がある。この閾値を超える標準偏差は、肺硬化の存在を示している可能性があり、この閾値を下回る標準偏差は、肺硬化が無いことを示している可能性がある。

幾つかの実施形態では、システムは、画像を構成するピクセルの振幅に基づいて、超音波画像３０６内に存在するスペックル・サイズを検出するように構成されてもよい。標準偏差値に関して決定されるのと同様に、正常肺のスペックル・サイズは、１つ以上の硬化が潜む肺のスペックル・サイズよりも小さい可能性がある。従って、本願で想定されるシステムは、関心領域から抽出されるスペックル・サイズ値に閾値スペックル・サイズを適用するように構成されることが可能である。閾値を超えるスペックル・サイズは肺硬化の存在を示す可能性がある一方、閾値を下回るスペックル・サイズは肺硬化の不存在を示す可能性がある。実施形態は、横方向及び軸方向の両方において局所的なスペックル・サイズを決定することを含む可能性がある。

幾つかの例において、関連する硬化のタイプ及び空間的な境界と共に、関心領域内の肺硬化の存否は、関心領域の空間相関マップ又は非相関マップを生成することによって、本願のシステムにより決定されることが可能である。図４、図５及び以下に説明されるように、関心領域内の高い空間相関は、肺硬化を示す可能性がある一方、低い空間相関は、正常な硬化のない肺組織を示す可能性がある。処理された超音波画像フレーム内の空間相関特性を正確に決定することによって、本願のシステムは、硬化検出の感度を、特に相関特性を識別することが困難である可能性がある小～中程度のサイズの硬化しか潜んでいない患者に対して、改善することが可能である。

図４Ａは正常肺の超音波画像４００であり、胸膜ライン４０４及び胸壁４０６の一部の下方の関心領域４０２を示す。図示されるように、関心領域４０２は、如何なる肺硬化も如何なる画像アーチファクトも欠いている。従って、胸膜ライン４０４の下のエリアの大部分は、如何なる明確なエコー発生的特徴も欠いている。関心領域の空間相関特性を決定するために、システムは、超音波トランスデューサによって取得された画像フレーム内の各ピクセルの分析により個々のピクセルの強度振幅を決定するように構成されることが可能である。そのような振幅の空間相関を決定するために、プロセッサは横方向に隔てられたピクセル・ペアの振幅を比較することが可能である。一例として、プロセッサは、特に図示されている２ｃｍのマーク付近において、関心領域４０２を通って胸膜ライン４０４より上方に垂直に延びる１ピクセル幅の基準ライン４０８に沿って振幅値を決定することが可能である。各ピクセルにおける振幅値は、明るい領域を通過するときの比較的高い値から、暗い領域を通過するときの比較的低い値まで、画像４００内で見える種々の特徴部を通過する際に、基準ライン４０８に沿って変化する。関心領域４０２内の振幅値の空間相関を決定するために、様々な数の追加ライン（例えば基準ライン４０８に対して異なる間隔で横方向に離間された５つのライン）に対するピクセル化された振幅も選択され、解剖学的深度の関数として基準ライン４０８の個々の振幅と比較されることが可能である。基準ライン４０８と各追加ラインとの間の横方向間隔のサイズに基づいて、各ラインの振幅値とともに、空間相関が決定されることが可能である。幾つかの例において、胸壁は、比較的一貫した音響特性、例えば高い強度及び高い空間相関を有する可能性があり、それは基準振幅として使用されることが可能である。幾つかの実施形態において、空間相関値は、患者のサンプルに基づいて硬化閾値を洗練するために記憶され、蓄積されることが可能である。

幾つかの例では、本願のシステムは、空間非相関特性を決定し、それに応じて空間的マップを生成するように構成される可能性がある。例えば、決定されたピクセル間隔（例えば２ピクセル）の間での空間相関の減少は、非相関値として決定され、定量化されてもよい。このような例によれば、空間非相関は、正常な肺組織ではより高く、硬化した肺組織ではより低くなる可能性がある。

更なる態様において、空間相関特性は、超音波伝送変動、例えば伝送される超音波ビームの幅の関数として導出されることが可能である。ビーム幅が調節されるにつれて、空間相関（又は非相関）特性は、正常な組織又は硬化した組織の何れかが存在するかに依存して、異なる様相で変化する可能性がある。例えば、硬化した肺組織の場合、局所的な空間相関値は、組織にインテロゲーションを行うために使用される超音波ビーム幅が増加するにつれて増加する可能性がある。対照的に、正常な組織では、局所的な空間相関値は、ビーム幅が増加する場合に比較的一定のまま残る可能性がある。硬化した組織－対－正常な組織における局所的な空間相関の程度に関するこれらの相違を検出ことは、複数の超音波スキャンを実施することを含む可能性があり、各スキャンは個々の幅の送信ビームを用いて実施される。次いで、各スキャンについて決定された空間相関値又は非相関値は比較され、ビーム幅を変化させることと、検出される結果の空間相関又は非相関値との間の関係を決定し、特徴付けることが可能である。

図４Ｂは、画像４００において振幅が測定された５つの追加ラインの各々に対する解剖学的深さの関数として画像振幅のグラフ４１０を示す。各ラインは、基準ラインからの各自の距離に応じて番号付けされており、即ち、ライン１は最も近く、ライン５は最も遠い。図示されるように、振幅値は、基準ライン４０８からの各自の隔たりにかかわらず、各ラインについて０ｃｍの深さから約６ｃｍまで比較的低いままである。関心領域内のより浅い深さ付近の振幅ピークは、胸壁及び胸膜界面のエコー発生特徴に対応する。

図４Ｃは、解剖学的深さの関数としての空間相関のグラフ４１２である。グラフ４１２に示される空間相関は、図４Ｂに示される各ラインと基準ライン４０８との間の比較に基づいている。図示されているように、空間相関は、隔たりの大きさによらず、約０～約２．２ｃｍにわたるより浅い深度で高くなっており、ここでは胸壁及び胸膜ラインが同様にエコーを発生している。例えば、約２．２ｃｍで始まる胸膜ラインより下方では、各々の間隔と基準ライン４０８との間の空間相関はかなり落ち込む。この部分領域内では、相関値は幾つかの深さでゼロに近づき、画像は主として空間的ランダム性によって特徴付けられる。相関値は、基準ラインから横方向により大きく離れたライン、例えばライン＃５に対して特に低い。従って、振幅値は、最大で約２．２ｃｍの深部で基準ラインから横方向に離れるとかなり変化し、画像４００は一定の明るい領域を欠く。このような空間的ランダム性は、スキャンされる肺に硬化の無い領域についての音響的シグネチャとして機能する可能性がある。従って、本願で説明されるシステムは、類似する空間的ランダム性のエリアを検出することによって、関心領域が硬化を欠いていることを確認するように構成されることが可能である。

図５Ａは異常肺の超音波画像５００であり、胸膜ライン５０４より下方の関心領域５０２、及び患者の胸壁５０６の一部分を示している。プロセッサを用いて、基準ライン５０８が決定されることが可能であり、基準ライン５０８は、類似するエコー発生組織状パターンによって区別される複数の組織状の硬化５１０を通っている。関心領域５０２に現れる強い組織状のパターンに起因して、横方向に隔てられた画像ピクセルの振幅値の間の空間相関は、中程度から高程度になる可能性があり、プロセッサは、超音波画像内の横方向に隔てられたピクセルの複数ペアの間の振幅相関を計算することによって決定するように構成されることが可能である。

図５Ｂは、画像５００において振幅が測定され、各ラインが異なる間隔サイズだけ基準ラインから横方向に隔てられた５つの追加的なラインの各々について、解剖学的深さの関数としての画像振幅のグラフ５１２を示す。グラフ４１０のように、図５Ｂのグラフ５１２は、浅い深さで振幅スパイクを示しており、そこでは胸壁及び胸膜ラインが強力なエコー発生特徴を生成している。しかしながら、グラフ４１０に示される振幅値とは異なり、グラフ５１２に示される振幅値は、例えば、約５、７、９、及び１２ｃｍの深さで、胸膜ラインより下方のより深い深度で、反復的に、ほぼ一様にスパイクを示す。例えば、約２ｃｍから５ｃｍ直前までの低い振幅値に関連する解剖学的深度は、分析された各ラインに対してほぼ一様に低い。

図５Ｃは、解剖学的深さの関数として空間相関のグラフ５１４を示す。グラフ５１４に示される空間相関は、図５Ｂに示されるラインの各々と、約２ｃｍマーク付近で関心領域を通って延びる基準ライン５０８との間の比較に基づく。図示のように、基準ライン５０８と種々の間隔を置いた比較ライン各々との間の空間相関は、０ｃｍから１２ｃｍに及ぶ画像深度全体にわたって比較的高い。空間相関の減少、例えば約４ｃｍ及び６ｃｍは、一定の明るい領域を欠いた、より大きな空間ランダム性の部分領域に対応する。図４Ａに示される画像４００から生成された空間相関情報とは対照的に、図５Ａに定められる関心領域５０２の空間相関は、基準ライン５０８から横方向に遠ざかる場合でさえ、比較的高い。そのような空間的一貫性は、スキャンされる肺の中に存在する１つ以上の肺硬化の音響的シグネチャとして役立つ可能性がある。従って、本願で提供されるシステムは、同様に高い空間相関のエリアを検出することによって、関心領域が肺硬化を含むことを確認するように構成されることが可能である。

参考のために、図６Ａは、図５Ａの超音波画像５００を再度示している。図６Ｂは、画像５００において検出された振幅を使用して生成された空間相関マップ６００である。マップを生成するために、プロセッサは、超音波画像４００を構成する各ピクセルの画像振幅に基づいて空間相関分析を行うように構成されることが可能である。幾つかの実施形態において、システムは、ピクセルの定義された横方向間隔、例えば１、２、４、８、１６、２４ピクセル、又はそれらの間の何らかの範囲、によって生成される空間相関値を決定するように構成されることが可能である。定義された横方向ピクセル間隔を使用して、プロセッサは、高い空間相関、低い空間相関、及びそれらの間の相関値のエリアを識別することが可能である。空間非相関値は、例えば１という値から、決定された空間相関係数を減算することによって、同様に決定されることが可能である。図６Ｂに示されるように、空間相関は、画像ピクセルの大部分に対して、特に矢印でマークされたハイ・エリア６０２において高い。高い空間相関は肺硬化の存在を示している。幾つかの例において、横方向の間隔サイズは、ユーザーによって調整されることが可能である。例えば、比較的小さな、又はかすかな肺硬化を検出する場合には、調整は、空間相関判定を繊細にする必要があるかもしれない。

図７Ａは、図４Ａの超音波画像４００を図７Ｂの空間相関マップ７００と並べて示す。図６Ｂに示される空間相関マップ６００とは対照的に、空間相関マップ７００は、高い空間相関７０２及び低い空間相関７０４の別個のサブ領域を含む。高い相関のサブ領域７０２は胸壁及び胸膜ラインを包含する一方、低い空間相関７０４のサブ領域は、如何なる肺硬化も欠く胸膜ライン下方の領域を包含する。図示されるように、図７Ａ及び図７Ｂに示す正常肺の胸膜ラインの下方では空間相関の急激な落ち込みがあり、図６Ａ及び図６Ｂに示す硬化した肺の胸膜ライン下方では空間相関がわずかに落ち込んでいることが分かる。空間相関マップ６００、７００は、１つ以上のプロセッサ、例えばデータ・プロセッサ１２６及び表示プロセッサ１２８によって生成され、表示スクリーン又はユーザー・インターフェースで表示される可能性がある。幾つかの例において、マップは、超音波スキャンの間に、ライブ超音波画像に隣接して、又は超音波スキャンが完了した後に表示されてもよい。

幾つかの例において、時間相関もまた、本願で説明されるシステムにより決定される可能性がある。肺硬化を検出するために時間相関を足場にする信頼度は様々である可能性がある。幾つかの例において、時間相関は、空間的相関を補足するために実行されてもよく、その結果、空間相関は時間相関により確認されることが可能である。時間的な方法で組織構造を連続的に相関させるために、中ないし高の取得フレームレートが必要とされる可能性があるが；肺の動きが遅い場合に、例えば呼気の終了時又は吸気のピーク時に、高いフレームレートによらず時間相関が決定されてもよい。

図８は、肺硬化の領域を区別する複数のグラフィック・オーバーレイ８０２を含む超音波画像８００である。図８の画像８００は、ユーザー・インターフェース又は表示スクリーン上に表示されることが可能な超音波画像の一例を提供する。肺硬化領域は、超音波スキャン中にリアルタイムで決定され、グラフィック・オーバーレイ８０２を用いてスクリーン上でラベル付けされることが可能である。他の例では、システムは、異なる方法で肺硬化の存在を示すように構成されてもよい。例えば、グラフィック・オーバーレイはカラーコード化されてもよいし、オーバーレイをまったく含まなくてもよい。幾つかの例において、グラフィック・オーバーレイは、システムによって生成された空間相関マップ上に重ね合わせられる可能性がある。オーバーレイは、システムによって決定される種々の統計量でラベル付けされ及びそれを付随してもよい。例えば、各オーバーレイは、硬化の深さ、断面積、体積及び／又は空間座標の表示を伴うことができる。更なる例では、オーバーレイは、システムによって決定される信頼レベルを伴ってもよい。信頼レベルは、関心領域内の所定のエリアが肺硬化に対応する可能性を伝えることが可能である。例えば、非常に高い空間相関のエリア、例えば１．０付近は、高い信頼水準に指定されてもよい一方、中程度の空間相関のエリア、例えば０．６付近は、中程度の信頼水準に指定されてもよい。実施形態は、肺硬化が検出された場合に画像に表示されるアイコンを含んでもよい。

肺の超音波スキャンが完了した後、本願のシステムは、スキャン中に決定された情報、例えば検出された肺硬化の数及び／又はサイズを含むサマリー・レポート、例えばレポート１３５を提供することができる。レポートに含まれる情報は、プロセッサ、例えばデータ・プロセッサ１２６によって生成される可能性がある。グラフィック・オーバーレイを完備した超音波画像を補足又は置換するために、レポートが生成される可能性がある。例えば、本技術の非撮像用途のために、レポートが作成され、臨床医に送られてもよい。一部の例において、検出された硬化の種類（例えば、胸膜下、深さ）もレポートに包含される可能性がある。例示的なレポートはまた、経時的に決定される肺硬化のばらつきに関する情報を含む可能性がある。例えば、レポートは、以前に決定された体積に対する１つ以上の硬化の体積の変化に関する情報を含む可能性がある。そのような情報は、特定の治療計画の有効性の指標である可能性がある。例えば、肺硬化体積の減少は、適用された治療が有効であることを示している可能性がある。幾つかの例において、システムは、肋間空間の肺硬化を含む割合を決定するように構成されてもよい。

図９は、本開示の原理による超音波撮像方法のブロック図である。図９の例示的な方法９００は、超音波スキャン中に肺硬化を同定するために本願で説明されるシステム及び／又は装置によって、任意の順序で使用される可能性があるステップを示し、そのステップは、超音波スキャン中に提供される肺硬化情報の注釈が付されたライブ超音波画像又は指示により初心者ユーザーによって実行される可能性がある。方法９００は、システム１００のような超音波撮像システム、又は例えばコーニンクレッカ・フィリップス・エヌヴェ（「Ｐｈｉｌｉｐｓ」）社によるルミファイ（ＬＵＭＩＦＹ）のようなモバイル・システムを含む他のシステムによって実行される可能性がある。追加の例示的なシステムは、フィリップス社により製造されているＳＰＡＲＱ及び／又はＥＰＩＱを含むことが可能である。

図示の実施形態では、方法９００は、「超音波システムに動作可能に結合されたトランスデューサによって、肺を含むターゲット領域に送られた超音波パルスに応答するエコー信号を取得する」ことによってブロック９０２から始まる。幾つかの実施形態では、超音波トランスデューサは、豊富な超音波診断の経験を欠くユーザーによって操作される可能性がある。

ブロック９０４において、方法は、「超音波エコーから画像フレームを生成する」ことを含む。画像フレームは、１つ以上のプロセッサを使用して生成される可能性があり、このプロセッサは、データ取得ユニット内にトランスデューサとともに含まれてもよい。幾つかの例では、個別的な信号プロセッサ及びデータ・プロセッサが、画像フレームを生成するために使用されてもよい。複数の画像フレームが可変フレーム・レートで生成されてもよい。

ブロック９０６において、方法は、「画像フレームの中で胸膜ラインの下方にある関心領域の均一特性を決定する」ことを含む。具体的な均一特性は変化する可能性がある。幾つかの例において、均一特性は、画像強度の空間相関マップの形態で定量化される可能性がある。空間相関の形態で特性を定量化することは、画像フレーム内の個々のピクセル対の画像強度値を比較することを含む可能性がある。ピクセル対は、ピクセルの所定のインターバルだけ横方向に隔てられることが可能であり、インターバルは幾つかの実施形態でユーザーによって調整可能であってもよい。幾つかの実施形態では、均一特性を決定することは、平均画像強度からの標準偏差を決定することを含んでもよい。

ブロック９０８において、方法は「均一特性の値に基づいて関心領域内で肺の異常の存否を判定する」ことを含む。様々な実装において、肺の異常は肺硬化であり、これは胸膜下硬化及び／又は深部硬化である可能性がある。そのような例によれば、方法９００は均一特性に閾値を適用することを更に含む可能性があり、その場合において、均一特性の値が閾値を超える場合に、肺硬化の存在が確認される。

ブロック９１０において、方法は、「肺の異常が存在すると判定されている場合にインジケータを生成する」ことを含む。インジケータは、複数の形態をとることが可能であり、例えば、ｏｆｆ／ｏｎなどのバイナリであってもよいし、又は、ある範囲の情報を伝達するために徐々に変化してもよい。

ブロック９１２において、方法は、「プロセッサと通信するユーザー・インターフェースでインジケータを表示する」ことを含む。実施形態は、検出された肺の異常に関する情報を含むレポートを生成することを更に含む可能性がある。特定の情報は、幾つかの例において、関心領域内に存在する肺の異常の数、肺の異常の場所、肺の異常の種類、肺の異常体積の変動、又はそれらの組み合わせを含む可能性がある。具体例は、超音波スキャン中に肺の異常までのスキャン距離を決定することを更に含む可能性がある。

上述のように、本願で開示されるユーザー・インターフェースは、１つ以上のプロセッサ、例えばデータ・プロセッサ１２６、信号プロセッサ１２２及び／又はディスプレイ・プロセッサ１２８と協働して、超音波スキャンを通じてユーザーをガイドするのに有効な指示又は情報を提供するように構成されることが可能であり、それによって、肺硬化などの肺の異常を検出する。図１０は、ユーザー・インターフェース１３０のようなユーザー・インターフェース上で生成及び表示される可能性があるグラフィック１０００の例を示す。グラフィック１０００は、スキャンされる患者の胸部領域を含み、両肺１００２、１００４を示す。肺の中で、グラフィック１０００は、１つ以上の以前に実行された超音波スキャンによって決定されていた異常位置に重ねられた異常インジケータ１００６、１００８、１０１０を含む。超音波プローブを、グラフィック１０００に提供された位置１００６、１００８、１０１０に整合させることによって、ユーザーは、以前に識別された肺異常の画像フレームを取得することができる。新しい異常を検出すると、グラフィックは、正しい解剖学的位置の新しいインジケータを含めるように更新されることが可能である。インジケータ１００６、１００８、１０１０はまた、異常の深刻度の観点からラベル付けされてもよい。例えば、基礎としている異常が特に大きい場合又は急速に成長する場合には、インジケータは赤色にコード化されてもよい一方、基礎としている異常が比較的軽微であるか又は緩徐に変化する場合又はサイズが小さくなってさえいる場合には、インジケータは青色にコード化され、治療効果の指標を提供することができる。幾つかの例において、各インジケータは、基礎としている異常のサイズ、形状及び／又はタイプに対応する可能性がある。例えば、本願における１つ以上のプロセッサは、ユーザー・インターフェースと協働して、より大きな異常を示すより大きなインジケータを生成するように構成されることが可能であり、その逆もまた同様に可能である。

幾つかの実施形態において、インジケータ１００６、１０００８、１０１０は、基礎としている異常を撮像するために必要な方法で超音波プローブを位置決めし及び／又は方向付けるために、ユーザー指示１０１２、１０１４、１０１６と同時に表示される可能性がある。種々の例において、指示は、患者の表面に対するプローブ角度及び方向を少なくとも含む可能性がある。指示はまた、少なくとも１つの以前のスキャンの間に異常を検出又はモニタリングするために使用されるプローブ設定を含む可能性がある。幾つかの実施形態において、指示は、例えば体積、体積変化率、深度、重症度などのような肺の異常に関する一般情報を伴う可能性がある。

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ムマブル論理のようなプログラマブル・デバイスを用いて実装される様々な実施形態において、上述のシステム及び方法は、「Ｃ」、「Ｃ＋＋」、「ＦＯＲＴＲＡＮ」、「Ｐａｓｃａｌ」、「ＶＨＤＬ」等のような様々な既知の又は将来開発されるプログラミング言語のうちの何れかを用いて実装されてもよいことが理解されるべきである。従って、磁気コンピュータ・ディスク、光ディスク、電子メモリ等の種々の記憶媒体が用意されことが可能であり、これらの媒体は、コンピュータ等のデバイスに、上述したシステム及び／又は方法を実現するように指図することが可能な情報を含むことができる。いったん、適切なデバイス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ようになると、記憶媒体は、デバイスに情報及びプログラムを提供することができ、従って、デバイスが本願で説明されるシステム及び／又は方法の機能を実行することを可能にする。例えば、ソース・ファイル、オブジェクト・ファイル、実行可能ファイル等のような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た場合、コンピュータは、情報を受信し、それ自体を適切に構成し、様々な機能を実現するために、図面及びフロー・チャートで説明されている方法及び様々なシステムの機能を実行することができる。即ち、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するディスクから情報の様々な部分を受信し、個々のシステム及び／又は方法を実現し、上述の個々のシステム及び／又は方法の機能を発揮することができ。る。

本開示を考慮すると、本願で説明される種々の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において実施可能であることに留意されたい。更に、種々の方法及びパラメータは、例示としてのみ含まれ、いかなる限定的意味においても含まれていない。本開示を考慮すると、当業者は、本発明の範囲内にとどまりつつ、それらの技術自体及びこれらの技術に影響を及ぼすために必要とされる装置を決定する際に、本教示を実施することができる。本願で説明される１つ以上のプロセッサの機能は、より少ない数又は単一のプロセッサ・ユニット（例えば、ＣＰＵ）に組み込まれてもよいし、本願で説明される機能を実行する実行可能な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、特に超音波撮像システムを参照して説明されているかもしれないが、本システムは、１つ以上の画像が系統的に取得される他の医用撮像システムに拡張可能であることも想定される。従って、本システムは、腎臓、精巣、乳房、卵巣、子宮、甲状腺、肝臓、肺、筋骨格系、脾臓、心臓、動脈及び血管系、ならびに超音波ガイドによる介入に関連する他の撮像アプリケーションに関連する画像情報を取得及び／又は記録するために使用される可能性があるが、これらに限定されない。更に、本システムはまた、従来の撮像システムと共に使用される可能性がある１つ以上のプログラムを含んでもよく、それにより、それらは、本システムの特徴及び利点を提供することが可能である。本開示の特定の付加的な利点及び特徴は、本開示を学ぶ当業者にとって明らかとなり、あるいは本開示の新規なシステム及び方法を使用する者によって体験される可能性がある。本システム及び方法の別の利点は、従来の医用画像システムが、本システム、デバイス、及び方法の特徴及び利点を組み込むように容易にアップグレードされることが可能であることである。もちろん、本願で説明された実施例、実施形態又はプロセスのうちの何れか１つが、１つ以上の他の実施例、実施形態及び／又はプロセスと組み合わされてもよく、又は本システム、デバイス及び方法に従って別個のデバイス又はデバイスの部分の間で分離され及び／又は実行されてもよいことを理解されたい。

最後に、上述の説明は、単に本システムを例示するように意図されており、添付の特許請求の範囲を特定の実施形態又は実施形態のグループに限定ように解釈されるべきではない。従って、本システムは、例示的な実施形態を参照して特に詳細に説明されてきたが、特許請求の範囲に記載された本システムのより広範な意図された精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの修正及び代替の実施形態が考案され得ることも理解されるべきである。従って、明細書及び図面は例示的な方法であるとみなされるべきであり、添付の特許請求の範囲を限定するようには意図されていない。

Claims (12)

1. 超音波撮像システムであって：
   肺を含むターゲット領域の方に送られた超音波パルスに応答するエコーを得るように構成されたトランスデューサ；
   前記トランスデューサと通信するプロセッサ；
   を含み、前記プロセッサは：
   前記エコーから画像フレームを生成するステップであって、前記画像フレームの各ピクセルは前記ターゲット領域における異なる空間地点に対応する、ステップ；
   前記画像フレームの中で胸膜ラインより下方の関心領域における前記ピクセルの画像強度の変動の程度を表す均一特性を、画像強度の空間相関マップの形式で判定するステップであって、前記画像フレームの中で個々のピクセルのペアの画像強度値を比較することにより、前記空間相関マップを決定し、前記ペアは所定のピクセル間隔だけ横に隔てられている、ステップ；
   前記均一特性の値に基づいて前記関心領域における肺の異常の存在又は不存在を判定するステップ；
   肺の異常が存在すると判定されている場合にインジケータを生成するステップ；
   前記インジケータを、前記プロセッサと通信するユーザー・インターフェースで表示するステップ；
   を行うように構成された超音波撮像システム。
2. 前記プロセッサは、前記ユーザー・インターフェースで受けたユーザー入力に応答して前記所定のピクセル間隔を調整するように構成されている、請求項１に記載の超音波撮像システム。
3. 前記均一特性は、平均画像強度からの標準偏差、及び／又は前記関心領域における画像強度に基づいて検出されるスペックル・サイズを含む、請求項１又は２に記載の超音波撮像システム。
4. 前記肺の異常は肺硬化であり、前記プロセッサは閾値を前記均一特性に適用するように更に構成され、前記肺硬化の存在は、前記均一特性の値が前記閾値を超える場合に確認される、請求項１～３のうちの何れか１項に記載の超音波撮像システム。
5. 前記ユーザー・インターフェースは、前記関心領域に存在する肺の異常の数、前記肺の異常の場所、前記肺の異常の種類、肺の異常体積の変動、又はそれらの組み合わせを表示するように更に構成されている、請求項１～４のうちの何れか１項に記載の超音波撮像システム。
6. 前記ユーザー・インターフェースは超音波スキャンの間に超音波画像を生成及び表示するように構成され、前記インジケータは、前記超音波画像の中で前記肺の異常に重ねられるグラフィック・オーバーレイを含む、請求項１～５のうちの何れか１項に記載の超音波撮像システム。
7. 前記ユーザー・インターフェースは、前記トランスデューサを方向付ける指示を提供することによって、患者の前記ターゲット領域の超音波スキャンを通じてユーザーを案内するように更に構成され、前記指示は前記患者の以前に行われた超音波スキャンに基づいており、前記プロセッサに結合されたメモリに保存される、請求項１～６のうちの何れか１項に記載の超音波撮像システム。
8. 超音波撮像方法であって：
   肺を含むターゲット領域に送られた超音波パルスに応答するエコーを、超音波システムに動作可能に結合されたトランスデューサにより取得するステップ；
   超音波エコーから画像フレームを生成するステップであって、前記画像フレームの各ピクセルは前記ターゲット領域における異なる空間地点に対応する、ステップ；
   前記画像フレームの中で胸膜ラインより下方の関心領域における前記ピクセルの画像強度の変動の程度を表す均一特性を、画像強度の空間相関マップの形式で判定するステップであって、前記画像フレームの中で個々のピクセルのペアの画像強度値を比較することにより、前記空間相関マップを決定し、前記ペアは所定のピクセル間隔だけ横に隔てられている、ステップ；
   前記関心領域又は前記関心領域の一部分に関連する前記均一特性に基づいて生成されたマップを、プロセッサと通信するユーザー・インターフェースで表示するステップ；
   を含む方法。
9. 前記トランスデューサを方向付ける指示を提供することによって、患者の前記ターゲット領域の超音波スキャンを通じてユーザーを案内するステップ；
   を更に含む請求項８に記載の方法。
10. 実行された場合に、超音波撮像システムのプロセッサに、請求項８又は９に記載の方法を実行させる実行可能命令を含む非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体。
11. 実行された場合に、超音波撮像システムのプロセッサに：
    画像フレームを受信するステップであって、前記画像フレームは肺を含むターゲット領域から得られる超音波エコー・データから生成され、前記画像フレームの各ピクセルは前記ターゲット領域における異なる空間地点に対応している、ステップ；
    前記画像フレームの中で胸膜ラインより下方の関心領域における前記ピクセルの画像強度の変動の程度を表す均一特性を、画像強度の空間相関マップの形式で判定するステップであって、前記画像フレームの中で個々のピクセルのペアの画像強度値を比較することにより、前記空間相関マップを決定し、前記ペアは所定のピクセル間隔だけ横に隔てられている、ステップ；
    前記均一特性の値に基づいて前記関心領域における肺の異常の存在又は不存在を判定するステップ；及び
    肺の異常が存在すると判定されている場合にインジケータを生成するステップ；
    を実行させる実行可能命令を含む非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体。
12. 超音波エコー・データに基づいて肺の異常を検出する装置であって、データ・インターフェースとプロセッサとを含み、前記データ・インターフェースは：
    画像フレームを受信するステップであって、前記画像フレームは肺を含むターゲット領域から得られる超音波エコー・データから生成され、前記画像フレームの各ピクセルは前記ターゲット領域における異なる空間地点に対応している、ステップ；及び
    肺の異常が存在すると判定されている場合にインジケータを出力するステップ；
    を行うように構成され、前記プロセッサは：
    前記画像フレームの中で胸膜ラインより下方の関心領域における前記ピクセルの画像強度の変動の程度を表す均一特性を、画像強度の空間相関マップの形式で判定するステップであって、前記画像フレームの中で個々のピクセルのペアの画像強度値を比較することにより、前記空間相関マップを決定し、前記ペアは所定のピクセル間隔だけ横に隔てられている、ステップ；
    前記均一特性の値に基づいて前記関心領域における肺の異常の存在又は不存在を判定するステップ；及び
    肺の異常が存在すると判定されている場合に前記インジケータを生成するステップ；
    を行うように構成されている装置。

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