JP7368467B2 - 適応超音波フロー撮像 - Google Patents
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Description
特定の実装は平均流速の大きさ及び加速度を推定し、速度及び/又は加速度の決定に応じて少なくとも1つのフロー撮像パラメータを適合させるように構成されるシステムを含む。
例示的なドップラーモードは、組織の動き及びフロー撮像の両方に使用されるカラー速度又はパワードップラーモードと、組織又はフローの定量化のためのスペクトルドップラーとを含む。
ドップラーは一次元画像(Mモードとスペクトルドップラー)、二次元画像、三次元画像で行うことができる。
例えば、既存のシステムは、低速フローが高速フローと異なる撮像パラメータのセットを使用してより高い精度で撮像/測定されても、同じ撮像及び/又は測定パラメータを、低速フロー及び高速フローに適用してもよい。
頻繁な結果は、低い信号対雑音比(SNR)及び/又は結果として生じるフロー画像の不十分な時間分解能である。
本明細書の実施形態による超音波システムは、検出される拍動性のフローに応答する特定の空間的、時間的、又は時空間的窓での平均流速の大きさ及び加速度を決定するように構成することができる。
決定される速度及び加速度に基づいて、システムはSNRを増加させるために、アンサンブル長及びステップサイズのような一つ又はそれより多くのフロー撮像パラメータをそれぞれ調整することができる。
本発明者らは、より速いフローが、取得したフロー情報の時間分解能を改善するためにより短いアンサンブル長さを必要とし、より遅いフローが、フローSN比を増加させるためにより長いアンサンブル長さを必要とすることを認識している。
従って、システムはより高い平均速度の大きさに応じてアンサンブルの長さを減少させることができ、同様に、より低い平均速度の大きさに応じてアンサンブルの長さを増加させることができる。
同様に、より高いフロー加速度値はシステムに、時間的サンプリング間のステップサイズ(又は遅れ時間)を減少させるよう促すことができ、より低いフロー加速度は、システムにステップサイズを増加させるよう促すことができる。
従って、本明細書に記載されるシステムは流速及び加速度に関係なく、予め選択され、調整不可能なアンサンブル長さ及びステップサイズを典型的に実装する、従来のインターリーブ式、取得ベースのカラードップラー撮像システム、及び、流速又は加速度に反応しない、時間的平滑化フィルタ長さ及びステップサイズに同様に制限される、連続的な取得ベースのVFIシステムに対する、有意な改善を具体化する。
そのようなシステムの固定される設定は一定の又は比較的安定した速度のフローを撮像するために適切であり得るが、ピーク流速の大きさが収縮期に200cm/sを超えて到達し得、最小流速の大きさが拡張期に20cm/s未満に低下し得る、頸動脈撮像中に観察されるフローのような拍動フローを撮像する場合には不正確である。
システムは、超音波トランスデューサと通信する一つ又はそれより多くのプロセッサを含むことができる。
プロセッサは、第1の取得フェーズ中に取得されるエコー信号のグループに基づいて、標的領域内の流体フローのフロー特性を決定するように構成することができる。
プロセッサは、フロー特性に基づいて、調整されるフロー撮像パラメータを決定するように構成され得る。
システムは、超音波トランスデューサと結合され、第2の取得フェーズの間に超音波トランスデューサによって取得されるエコー信号の次のグループに調整されるフロー撮像パラメータを適用するように構成されるビームフォーマを含むことができる。
いくつかの実施形態では、調整されるフロー撮像パラメータが、調整されるアンサンブル長及び調整されるステップサイズを含むことができる。
いくつかの例では、一つ又はそれより多くのプロセッサがエコー信号のグループに基づいて信号対雑音比(SNR)を決定するようにさらに構成することができる。
いくつかの実施形態では、プロセッサがSNRを閾値と比較し、SNRが閾値よりも大きい場合、追加のフロー撮像パラメータ調整を保留するようにさらに構成され得る。
いくつかの例では、システムは、プロセッサを起動するための選択可能なグラフィックを表示するように構成されるグラフィカルユーザインタフェースを含むことができる。
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースがフロー特性及び/又は調整されるフロー撮像パラメータを表示するようにさらに構成することができる。
いくつかの例では、グラフィカルユーザインタフェースがエコー信号のグループに基づいてSNRを表示するように構成され得る。
いくつかの例では、第1の取得フェーズ及び第2の取得フェーズがともに、連続する心周期を含むことができる。
いくつかの実施形態では、エコー信号のグループが毎秒15乃至60のエコー信号のグループを含むことができる。
いくつかの例では、標的領域が頸動脈、心臓、心臓の小領域、血管の一部、又はそれらの組み合わせを含むことができる。
システムは、超音波トランスデューサと通信する一つ又はそれより多くのプロセッサを含んでもよい。
プロセッサは、少なくとも1つの心周期を含む第1の取得フェーズ中に取得されるエコー信号の一つ又はそれより多くのグループに基づいて、標的領域内でフレームごとに流体のフローの平均流速の大きさ及び加速度を決定するように構成され得る。
プロセッサは、平均流速の大きさ及び流体のフローの加速度に基づいて、調整されるアンサンブル長及び調整されるステップサイズを決定するようにさらに構成されてもよい。
システムは超音波トランスデューサと結合され、第2の取得フェーズ中に超音波トランスデューサによって取得されるエコー信号の次のグループに、調整されるアンサンブル長及び調整されるステップサイズを適用するように構成されるビームフォーマを含んでもよい。
本方法は、フロー特性に基づいて調整されるフロー撮像パラメータを決定し、調整されるフロー撮像パラメータを超音波トランスデューサによって取得されるエコー信号の次のグループに適用するステップを含むことができる。
いくつかの実施形態では、調整されるフロー撮像パラメータが、調整されるアンサンブル長及び調整されるステップサイズを含むことができる。
いくつかの例では、この方法は、エコー信号のグループに基づいてSNRを決定し、表示するステップを含むことができる。
いくつかの実施形態では、本方法がさらに、SNRを閾値と比較するステップを含み得、SNRが閾値よりも大きい場合、更なるフロー撮像パラメータ調整を保留するステップを含む。
いくつかの例では、この方法は、フロー特性及び/又は調整されるフロー撮像パラメータを表示するステップを含むことができる。
いくつかの実施形態では、本方法は、調整されるフロー撮像パラメータの決定を開始するための選択可能なグラフィックを表示するステップを含むことができる。
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。
例示的なシステムは、一つ又はそれより多くの測定されるフロー特性に応答してフローにインテロゲートするために使用されるパラメータを適応的に調整するように構成され得る。
パラメータは、脈動流を検査するために使用されるアンサンブル長及びステップサイズを含むことができる。
アンサンブル長は、流速の平均化に使用される時間信号サンプルの数として定義できる。
VFIにおける等価用語は、時間平滑化サイズである。
ステップサイズ、つまり遅れは、フローの加速度/減速に関係し、自己相関(R1)推定に使用される。
実施形態では、アンサンブル長及びステップサイズに対する適応調整が血流、移動する組織及び/又は造影剤、例えば、マイクロバブルを含む、様々な標的に適用することができる。
いくつかの実施形態は例えば、VFI及びカラードップラー/CPAのような連続的な方法で動作するように構成されてもよく、一方、更なる実施形態は、メモリに記憶されるデータに対して動作するように構成されてもよい。
したがって、実装は、心周期ベースで、及び/又はリアルタイム、ループ、又は時間窓ごとのベースで、又は再生又は再生モードで動作することができる。
本明細書の例は主にドップラーアプリケーションに関して説明され、したがって、アンサンブル長調整が具体的に説明されるが、本明細書の方法はVFIを含む更なる撮像システムとも互換性がある。
超音波システムは送信及び/又は受信ビーム成形を行うように構成されるビームフォーマと、ビームフォーマの送信及び受信を方向付けるように構成されるビームフォーマコントローラと、幾つかの例ではBモード及び/又はドップラーモードで超音波撮像システムによって生成される超音波画像を表示するように構成されるディスプレイとを含んでもよい。
超音波撮像システムは、ハードウェア及び/又はソフトウェアコンポーネントで実施することができる一つ又はそれより多くのプロセッサを含むことができる。
超音波システムは超音波画像(2D、3D、4Dなど)及び/又は更なるグラフィック情報を構成するように動作可能なディスプレイ又はグラフィックプロセッサを含むことができ、ディスプレイ又はグラフィックプロセッサは、注釈、信頼度メトリック、ユーザ命令、組織情報、患者情報、インジケータ、カラーコーディング、ハイライト、及び他のグラフィックコンポーネントを、超音波システムのユーザインターフェース上に表示するためのディスプレイ窓内に含むことができる。
いくつかの実施形態では、超音波画像及び関連する測定値が検査後のレビュー及び報告目的のために、画像保管及び通信システム(PACS)などの記憶装置及び/又はメモリデバイスに提供されてもよい。
超音波システム100は、超音波データ収集ユニット110を含むことができる。
超音波データ取得ユニット110は血管117を含むことができる関心領域116に超音波パルス114を送信し、送信されるパルスに応答して超音波エコー118を受信するように構成される超音波センサアレイ112を含む超音波プローブを含むことができる。
さらに示されるように、超音波データ取得ユニット110はビームフォーマ120及び信号プロセッサ122を含むことができ、これらは、アレイ112で受信される超音波エコー118から離散超音波画像フレーム124のストリームを生成するように構成することができる。
画像フレーム124はROI 116内の流体のフローの平均流速の大きさ及び/又は加速度を決定するように構成されるデータプロセッサ126、例えば、計算モジュール又は回路に通信することができる。
データプロセッサ126は、決定される速度及び/又は加速度情報にそれぞれ応答して、調整されるアンサンブル長及び/又はステップサイズを決定するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態では、データプロセッサ126が取得される流速及び/又は加速度値に応じて、一つ又はそれより多くの更なるフロー撮像パラメータ、例えば、ウォールフィルタ設定に対する調整を決定するように構成することができる。
データプロセッサ126は、別個決定を行うように構成される別個モジュールを含むことができる。
例えば、フロー特性モジュール128はROI 116内の速度/加速度情報を決定するように構成されてもよく、パラメータ調整モジュール130はフロー特性モジュール128の決定を利用して、フロー撮像パラメータ修正、例えば、アンサンブル長及びステップサイズ調整を決定し、SNRを改善することができ、それにより、システム100の精度及び/又は感度も改善するように構成されてもよい。
システム100は、表示プロセッサ132と、超音波画像136、データ138、及び/又はユーザ通知又は要素140を編成し表示するように一緒に構成されるグラフィカルユーザインタフェース134とを含んでもよい。
本明細書に記載される特定の例は心臓及び頸動脈を含むが、開示される実施形態はそのような解剖学的特徴に限定されない。
いくつかの例では超音波データ取得ユニット110が超音波パルスを送信し、ROI 116内に規定されるサンプルボリューム119内の対応するエコーを受信するように構成されてもよく、これはグラフィカルユーザインタフェース134上に表示されてもよく、例えば、ROI 116の生の超音波画像136上にオーバーレイされてもよい。
超音波センサアレイ112は、超音波エネルギーを送受信するように構成される少なくとも1つのトランスデューサアレイを含んでもよい。
アレイ112の設定は組織又は流体のフローの検査を実行するために事前設定することができ、特定のスキャン中に調整することができる。
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、又はフェーズドアレイを使用することができる。
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、異なる例で変化してもよい。
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アレイを含んでもよい。
様々なユーザ、例えば初心者の超音波検査技師は本明細書に記載の方法を実行するために超音波データ収集ユニット110を取り扱い、操作することができる。
ビームフォーマ120は、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得るように、超音波信号の送受信を制御してもよい。
本明細書で説明されるように、ビームフォーマ120はデータプロセッサ126から受信される推奨131に応答して、受信されるエコーデータのステップサイズと共に、アンサンブル長(ドップラーアプリケーションの場合)及び時間平滑化窓サイズ(VFIアプリケーションの場合)を調整するように構成され得る。
ビームフォーマ120の機能は、異なる超音波プローブの種類で変化し得る。
例えば、ビームフォーマ120は2つの別個のビームフォーマ、すなわち、被検体への送信のための超音波エネルギのパルスシーケンスを受信して処理するように構成される送信ビームフォーマと、受信した超音波エコー信号を増幅し、遅延し、及び/又は和らげるように構成される別個の受信ビームフォーマとを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、ビームフォーマ120は、送信ビーム形成と受信ビーム形成の両方のためにそれぞれ、送信ビーム形成と受信ビーム形成の両方のためのグループ入力と出力上で作動するメインビームフォーマに結合される、送信ビーム形成と受信ビーム形成の両方のためのセンサ素子のグループ上で作動するマイクロビームフォーマを含んでもよい。
特定の実施形態において、マイクロビームフォーマは、アレイ内のトランスデューサ素子による信号の送受信を制御してもよい。
流速を平均化するために使用されるサンプル信号の数によって表されるアンサンブル長は、約2乃至約16、約4乃至約14、約6乃至約12、又は約8乃至約10の範囲で変化し得る。
図1に示す例では信号プロセッサ122がデータ収集ユニット110の一体構成要素として含まれているが、他の例では信号プロセッサ122が別個の構成要素であってもよい。
いくつかの例では、信号プロセッサがセンサアレイ112と一緒に収容されてもよく、又はそれに結合されるが通信可能に(例えば、有線又は無線接続を介して)物理的に分離されてもよい。
信号プロセッサ122は、センサアレイ112で受信される超音波エコー118を具現化するフィルタリングされていない組織解除される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はユーザがROI 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。
受信されるデータに基づいて、データプロセッサ126は例えば、フレーム毎に連続的に、平均流速の大きさ及び加速度を決定することができる。
様々な実施態様では、データプロセッサ126が画像フィールド又は窓、例えばサンプルボリューム119内の異なる点から一連の時間的に離散したエコー信号を受信し、処理することができる。
ビームフォーマ120によって定義される受信エコーの各集合から、データプロセッサ126は例えば、流れる血液のドップラーシフト周波数を推定し、それによって、時間の関数として平均血流速度の大きさを決定することができる。
様々な例では、平均流速の大きさは自己相関又は多フェーズ速度推定技術を実装することによって推定することができる。
データプロセッサ126は指定される空間、時間、又は時空間窓内でこの決定を行うことができ、この窓は、フロー領域全体又はその特定のサブ領域を包含することができる。
窓は、局所的及び/又は時空間的に適応することもできる。
決定される平均速度の大きさから、時間の経過に伴う速度の大きさの変化を決定することにより、加速度も解明できる。
また、フロー加速度が高い場合もあるので、ピーク流量をより良好に分解するためには、より高い時間分解能(フレームレート)が必要である。
したがって、より短いアンサンブル長及びより短いステップサイズは、高い平均速度に適している可能性がある。
対照的に、低流速、例えば、拡張期では、フロー信号SNRが比較的低く、標的フローをバックグラウンドクラッタから区別することをより困難にし得る。
また、流速が低い場合には、フロー加速が低くなる可能性がある。
その結果、より長いアンサンブル長(すなわち、時間分解能がより少ない)及びステップサイズはフロー信号SNRを増加させるために、より遅いフローの期間に、より適切であり得る。
したがって、より高い流速の大きさ及び加速度を有するフローを処理するための最適なアンサンブルの長さ及びステップサイズは、より低い流速の大きさ又は加速度を有するフローを処理するためには適しておらず、その逆もまた同様である。
SNRを増加させるために、より高い平均速度の大きさはより短いアンサンブル長、例えば、約4から約6を推奨するようにデータプロセッサ126を促し得、より低い平均速度の大きさはより長いアンサンブル長、例えば、約12から約16を推奨するようにデータプロセッサ126を促し得る。
同様に、高いフロー加速度値はより短いステップサイズ、例えば、約1から約2を推奨するようにデータプロセッサ126を促し、より低いフロー加速度はより長いステップサイズ、例えば、約3から約6を推奨するようにデータプロセッサ126を促す。
推奨されるアンサンブル長及びステップサイズを決定するようにデータプロセッサ126が構成される特定の方法は変化し得る。
1つの簡略化される例では、推奨されるアンサンブル長が以下の式に従って決定されてもよい。
ここで、Lは与えられた平均流速vでのアンサンブル長さ、Lminは超音波取得ユニットの最小アンサンブル長さ、Lmax は超音波取得ユニットの最大アンサンブル長さ、vminは最小平均流速、vmaxは最大平均流速である。
より長い時間平滑化フィルタ長はフロー信号SNRを増加させるために実装されてもよいが、時間分解能(又はVFIの間に典型的に高いフレームレート)がより長い時間平滑化フィルタ長と共に減少する。
したがって、VFIアプリケーションによって生成されるSNRは、脈動フロー解析中にドップラーシステムに類似した態様で低下する可能性がある。
データプロセッサ126はVFIモダリティの実施中に、例えば、測定される平均流速の大きさに応じて時間平滑化フィルタの長さを調整することによって、同様に動作することができる。
データプロセッサ126は、決定される速度及び/又は加速度値に応答して、一つ又はそれより多くの更なるフロー撮像パラメータ調整を決定するように構成され得る。
例えば、データプロセッサ126は、カラー送信パルスの中心周波数及び帯域幅に対する調整のような、必要な送信パラメータ調整を決定することができる。
それに加えて、又はその代わりに、データプロセッサ126は、入力無線周波数信号に適用されるQBPフィルタの数、中心周波数、及び/又は通過帯域を調整することができる。
データプロセッサ126は、各カラーIQアンサンブルに適用されるウォールフィルタのタイプ、順序、中心周波数、及び/又は通過帯域を調整するように構成されてもよい。
データプロセッサ126は、空間平滑化パラメータ(1つ又は複数)及び/又はカラー優先度(及び他のフラッシュ抑制)パラメータに対する調整を含む、一つ又はそれより多くの後処理パラメータ調整を決定するように構成され得る。
推奨131はデータプロセッサ126によってフレームごとに生成することができ、いくつかの例では、約30の推奨131が秒毎にデータ収集ユニット110によって決定され、実施される。
様々な実施形態では、データプロセッサ126によって決定される調整のそれぞれは、調整を実施するように構成されるシステムコンポーネントに通信され得る。
例えば、フィルタ調整は、信号プロセッサ122又はデータプロセッサ126のサブモジュールを構成し得る適切なフィルタに伝達され得る。
パルス送信調整は、ビームフォーマ120又は超音波センサアレイ112のような、データ取得ユニット110の一つ又はそれより多くの構成要素に伝達することができる。
このようにして、データプロセッサ126によって決定されるパラメータ調整は、システム100の動作を調整するために使用される。
平均流速の大きさ及び加速度を決定し、アンサンブル長さ及びステップサイズの推奨を決定し、推奨を実施することに関与するプロセッサの特定の構成は、変更することができる。
例えば、データプロセッサ126は信号プロセッサ122及び/又はビームフォーマ120と協調することができ、又はデータプロセッサ126、信号プロセッサ122及び/又はビームフォーマは、すべてデータ取得ユニット110内の積分処理コンポーネントを構成することができる。
上述したように、データプロセッサ126は、フロー特性及び適応取得設定を別々に決定するように構成される別個のサブモジュールを含むことができる。
そのようなサブモジュールは、フロー特性モジュール128及びパラメータ調整モジュール130を含むことができる。
測定される速度値及び/又は加速度値はディスプレイプロセッサ132によってカラー値にマッピングされることができ、これは、所望の画像フォーマットでカラー値を空間的に構成することができる。
カラー値はグラフィカルユーザインタフェース134上にピクセルとして表示され、各カラーは特定のフロー方向における特定の流速を表す。
カラー流速情報は、ROI 116内の解剖学的構造のBモード画像上に重ね合わせることができる。
グラフィカルユーザインタフェース134は、ユーザによって選択可能な一つ又はそれより多くのユーザ通知及び/又は要素140を表示するように構成することができる。
例えば、グラフィカルユーザインタフェース134によって表示されるそのような要素140は「自動最適化」グラフィックを含むことができ、その選択は、本明細書で説明するアンサンブル長及びステップサイズに対する適応調整を呼び出すことができる。
図2に示す一つ又はそれより多くの構成要素は、平均流速の大きさ及び加速度値を決定し、それに応じてアンサンブル長(又は時間的平滑化フィルタ長)及びステップサイズを調整するように構成されるシステム内に含めることができる。
例えば、信号プロセッサ122又はデータプロセッサ126の上述の機能のいずれかは、例えば、信号プロセッサ226、ドップラープロセッサ227、ベクトルフロー撮像プロセッサ228、フローダイナミクスプロセッサ229、パラメータ調整プロセッサ230、Bモードプロセッサ231、スキャンコンバータ232、マルチプレーナリフォーマッタ233、ボリュームレンダラ234、及び/又は画像処理装置236を含む、図2に示される処理コンポーネントのうちの1つ又は複数によって実装及び/又は制御され得る。
様々な実施形態では、トランスデューサアレイ214がマトリクスアレイ又は2Dフェーズドアレイであってもよい。
トランスデューサアレイは、アレイ内のトランスデューサ素子による信号の送受信を制御し得るプローブ212内のマイクロビームフォーマ216に結合されてもよい。
図示の例では、マイクロビームフォーマ216が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、送信と受信を切り替え、メインビームフォーマ222を高エネルギー送信信号から保護する。
いくつかの実施形態では、T/Rスイッチ218及びシステム内の他の要素が別個の超音波システム構成要素内ではなく、トランスデューサプローブ内に含まれ得る。
マイクロビームフォーマ216の制御下にある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及びビームフォーマ222に結合される送信コントローラ220によって導かれてもよく、この送信コントローラは例えば、制御パネル又はユーザインターフェース224のユーザ操作から、又はパラメータ調整プロセッサ230から入力を受け取ることができる。
送信制御装置220によって制御され得る関数は、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真っ直ぐ(直交して)前方に、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。
マイクロビームフォーマ216によって生成される部分的にビーム形成される信号は、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が完全にビーム形成される信号に結合されるメインビームフォーマ222に結合される。
信号プロセッサ226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/又は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226は、スペックル低減、信号複合化、及び/又はノイズ除去を介して、更なる信号強調を実行してもよい。
いくつかの例では、信号プロセッサ226によって使用される異なる処理技法によって生成されるデータが平均流速の大きさ及び/又は加速度を決定するために、フローダイナミクスプロセッサ229によって使用され得る。
信号プロセッサ226によって処理される信号は、使用される特定のシステムに応じて、ドップラープロセッサ227又はベクトルフロー撮像プロセッサ228に伝達されてもよい。
次いで、フローダイナミクスプロセッサ229は平均流速の大きさ及び加速度を決定することができ、これらは、次いで、パラメータ調整プロセッサ230に通信される。
パラメータ調整プロセッサ230は各信号について調整されるアンサンブル長及びステップサイズを決定するように構成されることができ、決定は、その後、実施のためにビームフォーマ222に伝達されて戻されることができる。
更なるパラメータ調整は上述のように、パラメータ調整プロセッサ230によって決定することもできる。
処理される信号は、身体内の撮像構造のための振幅検出を使用することができるBモードプロセッサ231に通信することができる。
Bモードプロセッサ231によって生成される信号は、スキャンコンバータ232及びマルチプレーナリフォーマッタ233に結合され得る。
スキャンコンバータ232は、エコー信号を空間関係に構成することができ、所望の画像フォーマットで受信される。
例えば、スキャンコンバータ232は、エコー信号を二次元(2D)セクタ形状フォーマットに構成することができる。
マルチプレーナリフォーマッタ233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った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。いくつかの例では、ボリュームレンダラ234が例えば、米国特許第6,530,885号(Entrekinら)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画像に変換することができる。
2D又は3D画像は画像ディスプレイ238上に表示するためのさらなるエンハンスメント、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232、マルチプレーナリフォーマッタ233、及びボリュームレンダラ234から画像処理装置236に通信され得る。
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、及びフローダイナミクスプロセッサ229によって生成される様々な出力を含むことができる。
いくつかの例では、グラフィックプロセッサが、タイプされる患者名又はインターフェースから表示又は発せられた命令がシステム200のユーザによって承認されるという確認などの入力を、ユーザインターフェース224から受け取ることができる。
ユーザインターフェース224は、特定の撮像モダリティの選択及びそのようなモダリティに含まれる動作パラメータに関する入力、システム200によって使用される設定及び/又はパラメータの調整を促す入力、超音波スキャンを実行するための更なる命令又は補助を要求する入力、及び/又は一つ又はそれより多くの超音波画像がリモート受信器に保存及び/又は送信されることを要求する入力を受信することができる。
ユーザインターフェース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、マルチプレーナリフォーマッタ233に結合されてもよい。
図示のように、本明細書に示すシステムは、平均流速の大きさ及び加速度のそれぞれの繰り返し測定に応答して、アンサンブル長(及びVFIのための平滑化フィルタ長)及びステップサイズを反復的に調整するように構成される補正フィードバックループ300を実装することができる。
一つ又はそれより多くの更なるフロー撮像パラメータ、例えば、壁/クラッタフィルタ設定に対する調整も、補正フィードバックループ300を介して実施することができる。
いくつかの例では、フィードバックループ300は患者の心周期と調整され得るので、アンサンブル長、ステップサイズ、及び/又は他のパラメータに対する調整が必要な程度まで、各サイクルの開始とともに行われ得る。
これに加えて、又はこれに代えて、フィードバックループ300は、ユーザによって手動で、又はシステムによって自動的に選択される、ループ状の一連の画像フレーム又は時間窓と位置合わせされてもよい。
いくつかの実施形態では、アンサンブル長及びステップサイズの固定設定が有限数の心周期、例えば、1、2、3、4又はそれ以上の心周期の間持続する初期期間302の間に実施することができる。
次いで、初期期間302中に取得されるデータを使用して、推定ステップ304において平均流速の大きさ及び加速度を推定することができる。
平均流速の大きさ及び加速度に基づいて、適応アンサンブルの長さ及びステップの大きさは、それぞれ、例えば、約0.5乃至2秒間継続する次の心周期、ループ又は時間窓についてのパラメータ調整ステップ306で決定することができる。
決定される離散パラメータ調整の数は、フレームレートに依存することができる。
例えば、1秒の心周期に対して、30フレーム/秒で動作するシステムは、所与の推定ステップ304の間に30の平均速度の大きさ及び加速度を取得するように構成することができる。
例示的なフレームレート、したがってフローパラメータ調整速度は、様々な実施形態において、約15乃至約60Hzの範囲で変化してもよい。
次に、実施ステップ308において、次の心周期、ループ、又は時間窓の間のフロー処理のために、新しい適応アンサンブル長及びステップサイズを実施することができる。
いくつかの実施形態では、アンサンブル長及びステップサイズに対する調整が例えば、システムに含まれるウォールフィルタ及び/又はクラッタフィルタの設定を含む、一つ又はそれより多くのダウンストリームデータ取得パラメータに対する自動調整と対にすることができる。
したがって、フィードバックループ300は、平均流速の大きさ及び加速度に対する周期的な更新に応じて、集団の長さ及び/又はステップの大きさを反復的に調整する。
第1のパスはフィードバックループ(図3において「1」とラベル付けされている)を指示されるように進むことができ、フィードバックループ(「2」とラベル付けされている)を2回通過する間に、評価ステップ310を実施して、フィードバックループ300が継続する必要があるか否かを判断することができる。
評価ステップ310は、推定ステップ304の間に取得される信号を用いてSNRを調べることを含むことができる。
いくつかの例では、SNRが閾値と比較されることができる。
測定されるSNRが閾値を上回る場合、更なる調整を保留312することによって、現在のアンサンブル長及びステップサイズを維持することができる。
いくつかの例では、測定されるSNRが閾値を上回る場合、現在のアンサンブル長を減少させて、より高いフレームレートを達成し、システムの時間分解能を改善することができる。
いくつかの実施形態において、測定されるSNRが閾値を特定の量だけ超える場合、アンサンブル長さの減少が実施されてもよい。
例えば、約10%、20%、30%、40%、50%、又はそれ以上だけ閾値を超えるSNR値はアンサンブル長の付随する減少をトリガすることができ、一方、10%、5%、2%、又は1%未満だけ閾値を超えるSNR値は、保留312をトリガすることができる。
測定されるSNRが閾値を下回る場合、フィードバックループ300は印加されるアンサンブル長及び/又はステップサイズをさらに改善するために、パラメータ調整ステップ306に継続してもよい。
撮像条件が安定している場合、例えば、最大速度及び最小速度が、拍動フローの一つ又はそれより多くの周期にわたって相対的に一定のままである場合、適応アンサンブル長及びステップサイズは測定される周期及び取得されるSNRの経過にわたって、ほぼ定常状態に収束し、したがって、フィードバックループ内で保留312をトリガする可能性が高まる可能性がある。
撮像条件が変化し、例えば、拍動フローが不整合になった場合、フィードバックループ300は継続し、撮像パラメータが一貫して収束し、満足なSN比に達するまで、平均流速の大きさ及び加速度を反復的に測定し、それに応じてアンサンブルの長さ及びステップサイズを更新する。
実施形態において、評価ステップ310は、取得されるSNRをSNR分散閾値と比較することを含み得る。
これに加えて、又はこれに代えて、評価ステップ310は、取得されるフロー測定値及び/又は調整される取得パラメータを心周期にわたって比較するステップを含むことができる。
そのような例によれば、保留312は、クロス周期一貫性の定義されるレベルに達するとトリガされ得る。
例えば、約1乃至5%未満の適合されるアンサンブル長及び/又はステップサイズのクロス周期変更は、保留312の開始をトリガし得る。
フィードバックループ300の性能を定期的に評価することによって、本明細書のシステムは一つ又はそれより多くのプロセッサに必要とされる計算負荷を低減することができ、それによって、処理時間及び全体的なワークフロー効率も改善することができる。
いくつかの例では、フィードバックループ300が、グラフィカルユーザインタフェース、例えばインターフェース134上に表示される自動最適化機能のユーザ選択に応答して開始され得る。
フィードバックループ300は、ユーザがサンプルボリュームを再構成するたびに、又はグラフィカルユーザインタフェース134上に表示されるカラーボックスを調整するたびに、自動的に開始され得る。
各心周期、ループ、又は特定の時間窓が認識され、分離され、独立して分析されることを確実にするために、本明細書のシステムは、ECGゲーティング、ユーザ定義、又はフローパターン認識を実施するか、又はそれに応答することができる。
画像402はラベル付けされるROI 404を含み、その中で一つ又はそれより多くのフロー特性を決定することができる。
いくつかの例では、カラーフロードップラーデータ及び/又はスペクトルデータなどのフローデータがカラーボックスとともに、Bモード画像402上に表示され得る。
ROI 404は例えば、画像402を表示するユーザインターフェース上のROI境界を指定することによって、ユーザによって定義されてもよい。
図4Bは、図4Aに示されるROI 404内の単一の取得フェーズ410で決定される平均流速の大きさ408のグラフ406である。
この特定の例における取得フェーズ410は、1秒、すなわち約1心周期にわたる。
示されるように、平均流速の大きさ408は、最初から0.3秒間、比較的低く、例えば0.4m/秒未満のままであり、その後、後退する前に約1.1m/秒にスパイクする。
本明細書に記載される原理に従って、そのような異なる速度の大きさに適用される最適アンサンブルの長さ及びステップの大きさは変化するであろう。
図4Cは、図4Bの速度データを使用して決定される適応アンサンブル長414のグラフ412である。
示されるように、推奨されるアンサンブル長414は一般に、より低い速度の大きさの場合にはより大きく、より高い速度の大きさの場合にはより小さくなる。
拍動フローの間の速度の大きさを追跡し、速度の大きさのデータに基づいてアンサンブルの長さを適応的に調整することによって、本明細書のシステムは、流速及び/又は加速度に関係なく、受信した超音波エコーに改良される又はさらに最適な撮像パラメータを適用することができる。
例示的な方法500はフローデータを取得し、データに応答して一つ又はそれより多くのフロー撮像パラメータを適応的に調整するために、本明細書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利用され得るステップを示す。
方法500は、システム100のような超音波撮像システム、又は例えばKoninklijke Philips N.V.(「Philips」)によるLUMIFYのような移動システムを含む他のシステムによって実行されてもよい。
更なる例示的なシステムは、やはりフィリップスによって製造されるSPARQ及び/又はEPIQを含むことができる。
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。
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。
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。
本開示の特定の更なる利点及び特徴は、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使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。
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る。
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 (16)
- 超音波撮像システムであって、
流体のフローを有する標的領域に向けて送信される超音波パルスに応答してエコー信号を取得するように構成される超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサと通信し、
第1の取得フェーズ中に取得されるエコー信号の一つ又はそれより多くのグループに基づいて前記標的領域内にフレームごとに前記流体のフローの一つ又はそれより多くのフロー特性を決定し、
前記一つ又はそれより多くのフロー特性に基づいて一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータを決定するように構成される一つ又はそれより多くのプロセッサと、
前記超音波トランスデューサに結合され、第2の取得フェーズ中に前記超音波トランスデューサによって取得されるエコー信号の次のグループを取得するときにフレームごとに前記一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータを適用するように構成されるビームフォーマと
を有し、
前記一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータは、調整されるアンサンブル長及び調整されるステップサイズを有し、前記ステップサイズはフローの加速/減速に関連し、自己相関推定に使用され、
前記第1の取得フェーズ及び前記第2の取得フェーズはともに、連続する心周期を有する、
超音波撮像システム。 - 前記一つ又はそれより多くのフロー特性は、平均流速の大きさ及び加速度を有する、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 前記一つ又はそれより多くのプロセッサは、前記エコー信号の一つ又はそれより多くのグループに基づいて信号対雑音比を決定するようにさらに構成される、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 前記一つ又はそれより多くのプロセッサは、前記信号対雑音比を閾値と比較するようにさらに構成され、
前記信号対雑音比が前記閾値より大きくない場合、
エコー信号の一つ又はそれより多くのグループに基づいて、前記標的領域内にフレームごとに前記流体のフローの一つ又はそれより多くのフロー特性を決定するステップと、
前記一つ又はそれより多くのフロー特性に基づいて、一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータを決定するステップと
を繰り返し、
前記信号対雑音比が前記閾値よりも大きい場合、更なるフロー撮像パラメータ調整を保留する、請求項3に記載の超音波撮像システム。 - 前記一つ又はそれより多くのプロセッサを始動するために選択可能なグラフィックを表示するように構成されるグラフィカルユーザインタフェースをさらに有する、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記一つ又はそれより多くのフロー特性及び/又は前記一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータを表示するようにさらに構成される、請求項5に記載の超音波撮像システム。
- 前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記エコー信号の一つ又はそれより多くのグループに基づいて信号対雑音比を表示するように構成される、請求項5に記載の超音波撮像システム。
- 前記第1の取得フェーズは、1乃至4の心周期を有する、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 前記エコー信号の一つ又はそれより多くのグループは、毎秒15乃至60のエコー信号のグループを有する、請求項1に記載の超音波撮像システム。
- 超音波撮像の方法であって、前記方法は、
超音波システムに動作可能に結合される超音波トランスデューサによって、流体のフローを有する標的領域に送信される超音波パルスに応答してエコー信号を取得するステップと、
取得フェーズ中に取得されるエコー信号の一つ又はそれより多くのグループに基づいて前記標的領域内にフレームごとに前記流体のフローの一つ又はそれより多くのフロー特性を決定するステップと、
前記一つ又はそれより多くのフロー特性に基づいて一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータを決定するステップと、
前記一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータを、前記超音波トランスデューサによって取得されるエコー信号の次のグループを取得するときにフレームごとに適用するステップと
を有し、
前記一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータは、調整されるアンサンブル長及び調整されるステップサイズを有し、前記ステップサイズはフローの加速/減速に関連し、自己相関推定に使用され、
前記取得フェーズは、連続する心周期を有する、
方法。 - 前記一つ又はそれより多くのフロー特性は、平均流速の大きさ及び加速度を有する、請求項10に記載の方法。
- 前記エコー信号の一つ又はそれより多くのグループに基づいて信号対雑音比を決定し、表示するステップをさらに有する、請求項10に記載の方法。
- 前記信号対雑音比を閾値と比較するステップと、
前記信号対雑音比が前記閾値より大きくない場合、
第1の取得フェーズの間に取得されるエコー信号の一つ又はそれより多くのグループに基づいて、前記標的領域内にフレームごとに前記流体のフローの一つ又はそれより多くのフロー特性を決定するステップと、
前記一つ又はそれより多くのフロー特性に基づいて、一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータを決定するステップと
を繰り返すステップと、
前記信号対雑音比が前記閾値よりも大きい場合、更なるフロー撮像パラメータ調整を保留するステップと
をさらに有する、請求項12に記載の方法。 - 前記一つ又はそれより多くのフロー特性及び/又は前記一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータを表示するステップをさらに有する、請求項10に記載の方法。
- 前記一つ又はそれより多くの調整されるフロー撮像パラメータを決定するステップを開始するために選択可能なグラフィックを表示するステップをさらに有する、請求項10に記載の方法。
- 実行可能な命令を有する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、実行されるとき、医用撮像システムのプロセッサに、請求項10乃至15の何れか一項に記載の方法を実行させる、非一時的なコンピュータ可読媒体。
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