KR102385990B1 - 의료 이미지에서 구조의 치수를 결정하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

초음파 이미지를 생성하기 위한 시스템 및 방법이 본 명세서에 개시된다. 일 실시예에서, 초음파 이미지 데이터는 대상에 대한 하나 이상의 위치에서 이산 시간 증분(discrete time increment)으로 획득된다. 제어 지점은 두 개 이상의 이미지 프레임에 대해 사용자에 의해 추가되며 프로세서는 중간 시간에서 얻어진 이미지 프레임에 대한 제어 지점의 위치를 보간한다.

Description

의료 이미지에서 구조의 치수를 결정하는 시스템 및 방법

본 출원은 참조를 위해 여기에 전체로서 포함된 2016년 5월 12일에 제출된 미국 임시 특허 출원 제 62/335,624호에 대해 우선권의 이익을 주장한다.

다음의 특허 및 공보는 참고를 위하여 여기에 전체로서 포함되었다: 2003년 12월 15일에 제출된 “라인 기반 이미지 재구성을 이용한 초음파 영상 생성 시스템”을 제목으로 하는 미국 특허 제 7,052,460호; 2003년 10월 10일에 제출된 “고 주파수, 고 프레임 레이트 초음파 이미징 시스템”을 제목으로 하는 미국 특허 제 7,255,648호; 2006년 11월 2일에 제출된 “고 주파수 어레이 초음파 시스템”을 제목으로 하는 미국 특허 제 7,901,358호; 2012년 11월 27일에 제출된 “혈압 및 초음파 데이터의 캡쳐 및 디스플레이 시스템 및 방법”을 제목으로 하는 미국 특허 제 8,317,714호; 및 2013년 11월 5일에 제출된 “초음파 이미지를 형성하는 시스템 및 방법”을 제목으로 하는 미국 특허 공보 제 2014/0128738호.

본 개시는 일반적으로 의료 이미징 시스템에 관한 것이다. 본 개시의 실시예들은 하나 이상의 초음파 이미지에서 해부학적 구조의 경계 및 치수를 결정하도록 초음파 이미징 시스템을 사용하는 것에 관한 것이다.

도 1은 개시된 기술의 실시예에 따라 구성된 초음파 이미징 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2는 개시된 기술의 실시예에 따른 예시적인 초음파 이미지 획득의 개략도이다.
도 3a는 개시된 기술의 실시예를 사용하여 획득한 초음파 프레임의 세트의 스크린샷이다.
도 3b는 개시된 기술의 실시예에 따라 구성된 3D 초음파 이미지이다.
도 3c는 도 3b의 3D 초음파 이미지를 구성하는데 사용되는 하나의 2차원 초음파 이미지 프레임이다.
도 4a 및 4b는 해부학적 구조의 경계의 사용자 입력을 도시하는 개략도이다.
도 5a 및 5b는 개시된 기술의 실시예에 따른 보간법(interpolation method)을 도시하는 부분적인 개략도이다.
도 6a 및 6b는 개시된 기술의 실시예에 따른 다른 보간법을 도시하는 부분적인 개략도이다.
도 7은 개시된 기술의 실시예에 따른 하나 이상의 초음파 이미지에서 하나 이상의 해부학적 구조의 경계를 생성하는 공정의 흐름도이다.
도 8a 내지 8e는 개시된 기술의 일부 실시예에 따라서 어떻게 해부학적 구조의 경계가 보간되는지를 나타내는 도면이다.
도 9는 개시된 기술의 실시예에 따른 하나 이상의 초음파 이미지 프레임에서 하나 이상의 해부학적 구조의 경계를 생성하는 공정의 흐름도이다.

초음파 이미징 장치에서, 대상의 이미지는 변환기(transducer)로부터 하나 이상의 음향 펄스를 몸체 내로 전달함에 의해 생성된다. 펄스에 대한 응답으로 생성된 반사된 에코 신호는 동일한 또는 다른 변환기에 의해 검출된다. 에코 신호는 변환기 요소가 진폭, 전력, 위상 또는 주파수 쉬프트 등과 같은 에코 신호의 일부 특성의 지도를 생성하기 위해 초음파 시스템에 의해 분석되는 전기 신호를 생성하도록 한다. 지도는 2차원(2D) 이미지를 형성하도록 사용될 수 있다.

다른 위치에서 대상으로부터 수신하는 초음파 에코 신호를 사용하여 형성되는 복수의 2D 이미지는 대상의 3차원(3D) 이미지를 형성하는데 사용될 수 있다. 대상의 심장 또는 호흡 주기의 다른 부분 동안 및/또는 다른 시간에 획득된 대상의 여러 3D 이미지는 대상의 4차원(4D) 이미지(예를 들어, 비디오 및/또는 시네루프(cineloop))를 형성하는데 사용될 수 있다. 조작자(operator)는 이미지에서 구조(예를 들어 심장 및/또는 다른 기관 또는 구조)의 부피를 정하도록 3D 및/또는 4D 이미지 세트를 사용할 수 있다. 조작자는 예를 들어 특정 시간 지점 및/또는 다수의 시간 지점에서 심장의 부피를 측정하기 원할 수 있다. 심장의 부피를 정하는 것은 전형적으로 여러 2D 이미지 각각에서 심장 벽의 경계를 추적하는 것을 포함한다. 추적된 경계는 심장 부피를 나타내는 3D 메쉬를 형성하는데 사용될 수 있으며, 심장의 치수(예를 들어 부피 또는 표면 면적)은 3D 메쉬를 사용하여 계산될 수 있다. 그러나 여러 3D 이미지로 구성된 4D 이미지 세트의 경우 3D 이미지 각각의 개별 2D 이미지 프레임에서 구조의 외형(outline)을 추적하는 것은 시간 소모적이고 지루할 수 있다. 예를 들어 3D 이미지가 20개의 2D 이미지 프레임을 포함하고 4D 이미지가 20개의 3D 이미지로 제조되는 경우, 전체 데이터 세트는 400개의 개별 이미지 프레임을 포함할 수 있다. 일부 공지 기술의 방법은 세분화, 이미지 분석 및/또는 다른 자동 추적 수단을 자동적으로 사용하여 이미지에서 구조를 추적하는 것을 시도한다. 그러나 많은 고주파수 초음파 이미지에서는 구조의 경계 정의가 매우 불명확할 수 있으며 이에 따라 자동화된 분석이 만만치 않고(challenging) 부정확할 수 있다. 이에 따라 기관의 해부학적 이해를 가진 조작자가 이미지에서 경계가 그려져야 하는 곳을 더 정확하게 알아낼 수 있다.

개시된 기술의 실시예는 수십, 수백 또는 심지어 수천 개의 이미지를 포함할 수 있는 3D 및/또는 4D 초음파 이미지 세트에서 해부학적 구조의 경계를 정하는데 필요한 조작자 입력의 양을 감소시킬 수 있다. 예를 들어 일 실시예에서 대상에서 관심 영역의 치수를 결정하도록 초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법은 초음파 이미징 시스템에 커플링된 변환기를 사용하여 대상으로부터 초음파 에코 데이터를 획득하는 것을 포함한다. 초음파 에코 데이터는 관심 영역에 대한 복수의 위치 및 복수의 시간에서 획득될 수 있다. 방법은 초음파 이미징 시스템으로 획득된 초음파 에코 데이터를 사용하여 관심 영역의 복수의 3D 이미지를 초음파 이미징 시스템을 이용하여 구성하는 것을 더 포함한다. 개별 3D 이미지는 복수의 이미지 프레임을 포함할 수 있으며, 개별 이미지 프레임은 복수의 위치 중 하나에서 그리고 복수의 시간 중 하나에서 획득될 수 있다. 초음파 이미징 시스템은 예를 들어 관심 영역에서 해부학적 경계를 정의하는 제1 이미지 프레임에서의 사용자 선택 지점을 포함할 수 있는 수동 입력을 수신한다. 이미징 시스템은 제1 이미지 프레임에서의 사용자 선택 지점에 기초하여 제2 이미지 프레임에서의 관심 영역에서 해부학적 경계를 계산할 수 있다. 어떤 면에서는, 제1 및 제2 이미지 프레임은 동일 시간이지만 다른 위치에서 획득되는 초음파 데이터를 포함한다. 그러나 다른 면에서는, 제1 프레임은 제2 프레임과 동일 위치이고 다른 시간에 획득되는 데이터를 포함한다. 시스템은 제1 이미지 프레임에서의 사용자 정의 경계 및 제2 이미지 프레임에서의 계산된 경계를 사용하여 관심 영역의 치수(예를 들어 부피 또는 표면 면적)를 정할 수 있으며, 초음파 이미징 시스템에 커플링된 디스플레이에 관심 영역의 치수를 출력할 수 있다.

적합한 시스템

도 1은 이미징 시스템(100)을 도시하는 블록 다이어그램이다. 시스템(100)은 대상(102)에 작동한다. 대상(102)에 인접한 초음파 프로브(112)는 이미지 정보를 획득하도록 구성된다. 초음파 프로브는 이에 제한되지는 않지만 중심 주파수가 15 내지 60 MHz사이인 그리고 더 높은 것과 같은 고주파수에서 초음파 에너지를 생성한다. 또한, 위에서 언급한 것보다 훨씬 큰 초음파 작동 주파수가 사용될 수 있다. 대상(102)은 대상(102)으로부터 심장 리듬을 얻도록 심전도(ECG) 전극(104)에 연결된다. 전극(104)은 초음파 시스템(131)에 제공하기 위해 신호를 조절하도록 심장 신호를 ECG 증폭기(106)에 전달한다. 신호 프로세서 또는 다른 이러한 장치가 신호를 조절하도록 ECG 증폭기 대신에 사용될 수 있음이 인식된다. 전극(104)으로부터의 심장 신호가 적합하다면, 그 후에 증폭기(106) 또는 신호 프로세서의 사용이 전체적으로 피해질 수 있다.

초음파 시스템(131)은 제어 서브시스템(127), 때대로 “스캔 컨버터”라고 불리는 이미지 구성 서브시스템(129), 전달 서브시스템(118), 수신 서브시스템(120) 및 인간-기계 인터페이스(136)(예를 들어, 사용자 인터페이스 및/또는 사용자 입력)을 포함한다. 프로세서(134)는 제어 서브시스템(127)에 커플링되며 디스플레이(116)는 프로세서(134)에 커플링된다. 메모리(121)는 프로세서(134)에 커플링된다. 메모리(121)는 컴퓨터 메모리의 임의의 유형일 수 있으며, 소프트웨어(123)가 저장되는 랜덤 액세스 메모리인 “RAM”으로 일반적으로 불린다. 소프트웨어(123)는 초음파 시스템(131)이 고 프레임 레이트 이미지를 디스플레이하여 급격한 이동 구조의 움직임이 이미지화되도록 하기 위한 초음파 데이터의 획득, 프로세싱 및 디스플레이를 제어한다. 소프트웨어(123)는 초음파 시스템(131)으로부터 데이터를 획득, 프로세싱 및 디스플레이하도록 하나 이상의 모듈을 포함한다. 소프트웨어는 아래 설명될 것과 같이 초음파 서브시스템과 협력하는 기계 코드의 다양한 모듈을 포함한다. 데이터는 완성된 이미지를 형성하도록 프로세싱되고 그 후에 디스플레이(116) 상에서 사용자에게 디스플레이되는 초음파 시스템으로부터 획득된다. 소프트웨어(123)는 다수의 획득된 세션을 관리하고 이들 섹션을 저장 및 로드하도록 한다. 초음파 데이터의 후처리(post processing)는 또한 소프트웨어(123)를 통해 가능해진다.

선기반(line-based) 이미지 재구성을 사용하여 초음파 이미지를 생성하는 시스템은 하드웨어와 소프트웨어의 결합을 사용하여 구현될 수 있다. 선기반 이미지 재구성을 사용하여 초음파 이미지를 생산하기 위한 시스템의 하드웨어 실행은 기술분야에 모두 잘 알려진 다음의 기술 중 하나 또는 그 결합을 포함할 수 있다: 이산 전자 부품, 데이터 신호에 따라 로직 기능을 실행하도록 논리 게이트를 가지는 이산 논리 회로(들), 적절한 논리 게이트를 가지는 어플리케이션 특정 집적 회로, 프로그래머블 게이트 어레이(들)(PGA), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 하나 이상의 대용량 병렬 프로세서 등.

선기반 이미지 재구성을 사용하여 초음파 이미지를 생산하는 시스템용 소프트웨어는 논리적 기능을 구현하기 위한 실행가능한 명령어 목록을 포함하며, 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서 포함 시스템 또는 명령을 페치(fetch) 및 실행할 수 있는 다른 시스템과 같은 명령 실행 시스템, 장비 또는 장치에 의해 사용되거나 연결되는 임의의 컴퓨터 판독 가능 매체에서 실시될 수 있다.

본 명세서의 문맥에서, “비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체”는 명령 실행 시스템, 장비 또는 장치 의해 사용되거나 연결되는 프로그램을 포함, 저장 또는 전달할 수 있는 임의의 물리적 수단일 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 이에 제한되지는 않지만 예를 들어 전기, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치 또는 장비일 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 보다 구체적인 예(비한정적인 목록)는 다음을 포함할 것이다: 하나 이상의 와이어를 갖는 전기적 연결부(전기), 휴대용 컴퓨터 디스켓(자기), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 지울 수 있는 프로그래머블 읽기 전용 메모리(EPROM 또는 플래쉬 메모리)(자기), 광학 섬유(광학), 휴대용 컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM)(광학).

메모리(121)는 초음파 시스템(100)에 의해 얻은 이미지 데이터(110)를 저장할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(138)는 아래 더 설명되는 것과 같이 프로세서가 초음파 시스템(131)의 작동과 관련된 단계 또는 알고리즘을 수행하기 위해 명령 및/또는 구성하도록 명령을 프로세서에 제공하기 위한 프로세서에 커플링된다.

초음파 시스템(131)은 초음파 시스템(131)의 다양한 구성요소의 작동을 지시하는 제어 서브시스템(127)을 포함할 수 있다. 제어 서브시스템(127) 및 관련된 구성요소는 범용 프로세서를 지시하기 위한 소프트웨어로서 또는 하드웨어 구현에 특화된 전자 장치로서 제공될 수 있다. 초음파 시스템(131)은 수신된 초음파 에코에 의해 생성되는 전기 신호를 프로세서에 의해 조작될 수 있고 디스플레이(116) 상에 이미지로 랜더링될 수 있는 데이터로 변환하기 위한 이미지 구성 서브시스템(129)을 포함한다. 제어 서브시스템(127)은 초음파 전달 신호를 초음파 프로브(112)에 제공하도록 전달 서브시스템(118)에 연결된다. 초음파 프로브(112)는 결국 초음파 수신 신호를 수신 서브시스템(120)에 제공한다. 수신 서브시스템(120)은 또한 수신된 신호를 나타내는 신호를 이미지 구성 서브시스템(129)으로 제공한다. 수신 서브시스템(120)은 또한 제어 서브시스템(127)에 연결된다. 스캔 컨버터는 제어 서브시스템(127)에 의해 수신된 데이터에 작동하도록 지시되어 이미지 데이터(110)를 사용하여 디스플레이용 이미지를 랜더링한다.

초음파 시스템(131)은 ECG 증폭기(106)로부터 신호를 수신하도록 구성되는 ECG 신호 프로세서(108)를 포함할 수 있다. ECG 신호 프로세서(108)는 다양한 신호를 제어 서브시스템(127)에 제공한다. 일부 실시예에서, 수신 서브시스템(120)은 또한 ECG 신호 프로세서(108)로부터 ECG 타임 스탬프(time stamp)를 수신한다. 수신 서브시스템(120)은 제어 서브시스템(127)과 이미지 구성 서브시스템(129)에 연결된다. 이미지 구성 서브시스템(129)은 제어 서브시스템(127)에 의해 지시된다.

초음파 시스템(131)은 초음파 프로브(112)를 이동시키도록 구성된 모터(180)(예를 들어, 스테퍼(stepper) 모터, 서보-토크(servo-torque) 모터, 와블러(wobbler) 등)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 모터(180)는 (예를 들어 x, y, 및/또는 z축을 따른)하나 이상의 공간 방향으로 초음파 프로브(112)를 이동시키거나 및/또는 초음파 프로브(112)를 회전시키도록 구성될 수 있다.

초음파 시스템(131)은 초음파 프로브(112)를 통해 초음파 데이터를 전달 및 수신하며, 이미징 시스템(100)의 작동 파라미터를 제어하도록 사용자에게 인터페이스를 제공하며, 그리고 해부학 및/또는 생리학을 나타내는 정지 영상 및 동영상을 만들어 내기(formulate)에 적합한 데이터를 프로세스한다. 이미지는 인터페이스 디스플레이(116)를 통해 사용자에게 표시된다.

초음파 시스템(131)의 인간-기계 인터페이스(136)는 사용자로부터 입력을 받으며, 초음파 프로브(106)의 작동을 제어하도록 이러한 입력을 해석(translate)한다. 인간-기계 인터페이스(136)는 또한 디스플레이(116)를 통해 프로세스된 이미지 및 데이터를 나타낸다.

이미지 구성 서브시스템(129)과 협력하는 소프트웨어(123)는 수신 서브시스템(120)에 의해 개발된 전기 신호로 작동시켜서 대상(102)의 빠르게 움직이는 해부체를 이미지화하는데 사용할 수 있는 고 프레임 레이트 초음파 이미지를 개발한다.

제어 서브시스템(127)은 사용자 선택 파라미터 및 다른 시스템 입력에 기초하여 초음파 프로브(112)의 작동을 조정한다. 예를 들어, 제어 서브시스템(127)은 데이터가 각각의 공간적 위치 및 ECG 신호에 대한 각각의 시간 윈도우에서 획득되게 한다. 따라서, 풀 데이터 세트는 ECG 신호에 따른 각각의 시간 윈도우를 위한 그리고 각각의 이미지 프레임의 공간적 부분을 위한 원시 데이터를 포함한다. 완전한 데이터 세트를 근사화하기 위해 사용되는 불완전한 데이터 세트의 값들 사이의 적절한 보간을 사용하여 불완전한 데이터 세트가 사용될 수 있음이 인식된다.

전달 서브시스템(118)은 사용자 선택 파라미터에 기초한 초음파 펄스를 생성한다. 초음파 펄스는 제어 서브시스템(127)에 의해 적절히 시퀀싱되고(sequenced) 대상을 향한 전달을 위해 프로브(112)에 적용된다.

수신 서브시스템(120)은 대상(102)으로부터 돌아오는 에코 데이터를 기록하며, 사용자 선택 파라미터에 기초한 초음파 에코 데이터를 프로세스한다. 수신 서브시스템(120)은 프로브(112)로부터 공간 등록 신호를 수신하고 수신 데이터와 관련된 위치 및 타이밍 정보를 이미지 구성 서브시스템(129)에 제공한다.

적합한 방법

도 2는 개시된 기술의 실시예에 따른 초음파 이미지 획득의 개략도이다. 초음파 프로브(112)는 초음파 에너지를 관심 영역(103)(예를 들어 심장 및/또는 대상 내의 다른 기관)으로 전달 및 수신한다. 모터(180)는 초음파 프로브(112)를 미리 정해진 거리(예를 들어, 0.1mm, 0.25mm, 0.5mm)로 이격된 관심 영역(103)에 대한 복수의 위치 각각으로 이동시킨다. 초음파 시스템(131)은 전달된 초음파 에너지에 대응하는 초음파 프로브(112)로부터 신호를 수신하며 관심 영역(103)의 복수의 2차원(2D) 초음파 이미지 프레임 또는 슬라이스(250a-250n)를 형성한다. 도 3a-3c를 참고하여 아래에 상세히 기술하는 바와 같이, 초음파 이미지 프레임(250a-250n)은 복수의 2D 이미지로 인터페이스(136)에서 사용자에게 나타낼 수 있으며, 및/또는 관심 영역(103)의 3차원(3D) 이미지를 형성하도록 사용될 수 있다.

도 3a는, 예를 들어 프로브(112) 및 초음파 시스템(131)으로(도 1 및 도 2) 획득되고 구성된, 복수의 초음파 프레임(350)을 포함하는 이미지 세트(360)의 스크린샷이다. 도 3b는 초음파 이미지 프레임(350a)를 포함하는 도 3a의 하나 이상의 초음파 프레임(350)을 사용하는 시스템(131)에 의해 구성된 3D 초음파 이미지(365)이다. 도 3c는 초음파 이미지 프레임(350a)의 확대도이다.

도 3a를 참조하면, 복수의 초음파 이미지 프레임(350)은 (예를 들어 도2에 도시된)대상의 관심 영역에 대한 복수의 위치에서 획득된 초음파 데이터를 사용하여 형성된다. 초음파 시스템(131)은 이미지 세트(360)를 사용자에게 나타낸다. 사용자는 적어도 하나의 이미지 프레임(350)에서 해부학적 구조(예를 들어, 심장, 간, 신장, 폐 및/또는 그의 일부)의 에지, 주변부 또는 경계에 관련된 입력 정보 및 하나 이상의 이미지 프레임(350)을 선택할 수 있다. 사용자 입력은 터치스크린, 키보드, 마우스, 터치패드 등을 통한 수동 입력을 포함할 수 있다. 도 3a는 각각이 해부학적 구조의 에지 또는 외형에 대응하는 경계(352)를 포함하는 추적된 초음파 이미지 프레임(350a-k)을 도시한다. 개시된 기술의 일부 실시예에서 더 상세히 아래에 설명될 바와 같이, 초음파 시스템(131)은 이미지 프레임(350a, 350k)에서의 경계(352)에만 관련된 사용자 입력을 수신하며, 시스템은 중간(intervening) 이미지 프레임(350b-j)에서 경계를 생성한다. 그러나 다른 실시예에서, 시스템(131)은 각각의 이미지 프레임(350a-k)에서 경계(352)에 관련된 사용자 입력을 수신한다.

도 3a 및 3c를 지금 함께 참고하면, 각각의 경계(352)는 사용자에 의해 입력되는 복수의 제어 지점(352)을 포함한다. 예를 들어, 사용자는 3 내지 6 제어 지점 또는 추적된 해부체의 복잡성에 따른 요구로서 일부 경우에 더 많이 입력할 수 있다. 더 복잡한 형상은 사용자 입력을 더 요구할 것이다. 초음파 시스템(131)은 복수의 세그먼트(356)로 근처의 제어 지점(354)을 연결하고, 일 실시예에서, 제어 지점(354)의 근사 센터 지점(355)을 계산한다. 도 3c에 도시된 실시예에서, 세그먼트(356)는 근처의 제어 지점(354) 사이의 3차 스플라인(cubic spline)을 포함한다. 사용자가 해부 구조(예를 들어 심장벽)의 경계(352)를 따라 상대적으로 적은 제어 지점(354)을 그리거나 입력할 수 있게 하고 부드럽게 연결된 3차 스플라인 세그먼트로 제어 지점을 결합하면 사용자가 하나 이상의 이미지에서 해부 구조의 경계를 정의하는데 소요되는 시간의 양을 크게 단축할 수 있다. 또한, 3차 스플라인은 예를 들어 심장벽과 같은 해부학적 구조를 따르는 곡선과 자연적으로 매우 일치하는 곡선형 형상을 가진다. 그러나 일부 실시예에서, 세그먼트(356)는 직선일 수 있으며 그리고/또는 3차 스플라인과 다른 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템(131)은 해부학적 구조의 전체 추적된 외형을 포함하는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 시스템(131)은 예를 들어 메모리(121)에 저장된 소프트웨어(도 1)를 사용하는 이미지 프레임(350a-k)에서 경계(352)에 의해 정의된 치수(예를 들어 부피 및/또는 표면 면적)를 정할 수 있다. 해부학적 구조의 치수를 정하는 하나 이상의 기술의 실시예는 위에 참고로 포함된 미국 특허 제8,317,714호에서 찾을 수 있다.

도 4a 및 4b는 개시된 기술의 실시예에 따른 경계 생성 및 사용자 입력을 도시하는 다이어그램이다. 도 4a를 참조하면, 이미지 세트(460)는 명확화 및 쉬운 이해를 위해 초음파 데이터 없이 개략적으로 도시된 복수의 이미지 프레임(450a-h)(예를 들어 도 3a의 이미지 프레임(350a-h))을 포함한다. 이미지 프레임(450a-h)은 하나 이상의 소위 “키” 프레임(450a 및 450h)과 여러 중간 프레임(450b-g)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 사용자는 키 프레임(450a)에서 도시된 하나 이상의 해부학적 구조에 걸쳐 제어 지점을 입력하며 이미징 시스템(예를 들어 도 1의 초음파 시스템)은 경계(452a)를 그린다. 사용자는 키 프레임(450h)에 대한 순서를 반복하며 이미징 시스템은 경계(452h)를 그린다. 그 후에 시스템은 경계(452a 및 452h) 사이의 보간에 의해 중간 프레임(450b-g)에서 경계의 세트(452b-g)를 생성한다.

일 실시예에서, 사용자는 각 프레임에 도시된 기본 초음파 데이터를 조작하고 있지 않다. 오히려, 사용자는 기본 초음파 데이터와 별개인 형상을 정의하는 다수의 데이터 지점을 입력하고 있다. 초음파 시스템(131)은 사용자에게서 입력되는 그들 사이의 중간 형상을 정하며 부피, 표면 면적 등을 계산하도록 정해진 형상 및 입력을 사용한다.

도 4b를 참조하면, 사용자는 추가적인 제어 지점의 입력 또는 경계(452e')를 따라 제어 지점을 이동시킴에 의해 이미지 프레임(450e) 위에 놓여진 제어 지점을 수정할 수 있다. 따라서 초음파 시스템은 수정된 제어 지점으로부터 새로운 경계를 계산한다. 그 후에 초음파 시스템은 경계(452f, 452g)뿐만 아니라 경계(452a) 및 수정된 경계(452e')를 사용하여 중간 프레임을 위한 경계(452b-d)의 재보간(re-interpolation)을 수행한다. 수정된 경계 (452e') 및 사용자 입력 경계(452h)를 사용하여, 중간 프레임(452b-d, 452f, 452g)에서 경계의 정확성이 중간 프레임에서의 사용자 입력 없이 증가된다.

도 5a는 개시된 기술의 실시예에 따른 해부학적 구조의 경계의 생성을 도시하는 다이어그램이다. 도 5a는 심장 벽을 추적하는 경계(552a, 552c)를 정의하기 위해 사용자가 제어 지점을 배치한 키 프레임(550a, 550c)을 포함하는 이미지 세트(560)를 도시한다. 위에 도 3a-4b를 참조하여 설명한 바와 같이, 사용자는 키 프레임(550a, 550c)에 걸쳐 하나 이상의 제어 지점(554)(제어 지점(554a-c)으로서 프레임(550a-c)에서 번호가 매겨짐)을 입력한다. 복수의 세그먼트(556)(예를 들어 3차 스플라인)는 개별 키 프레임(550a, 550c)에서 근처의 제어 지점(554)을 연결한다. 시스템(예를 들어 도 1의 시스템(131))은 중간 프레임에서 제어 지점을 정의하기 위해 선을 따라 모핑(morphing) 및/또는 보간에 의해 중간 프레임(550b)을 위한 제어 지점(554b)을 자동적으로 생성할 수 있다.

전통적인 키 프레임 애니메이션과 같이, 경계 프레임 쌍은 키 프레임을 정의한다. 내부 또는 '중간' 프레임은 외부 프레임의 약간의 수정만을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 프레임 상의 심장 벽 경계는 키 프레임에 나타나는 정보를 사용하여 충분히 근사화될 수 있다. 중간 프레임 추적은 사용자가 정의한 추적에 대한 근접성을 기반으로 모핑될 수 있다. 일부 실시예에서, 모든 심장의 벽은 사용자가 그린 단지 적은 '키' 프레임 위에 놓여진 제어 지점으로부터 성공적으로 추적될 수 있다. 다른 프레임의 추적은 이러한 키 프레임에서 경계의 표현이 보간되거나 모핑될 수 있다. 사용자가 키 프레임에서 제어 지점을 조절함에 따라, 중간 프레임을 위한 일부 또는 전부의 제어 지점은 업데이트된 정보에 기초하여 자동적으로 조절될 수 있다. 위에 논의한 바와 같이, 사용자는 그 또는 그녀가 심장벽의 경계 상에 또는 근처에 있지 않은 것으로 간주하는 중간 프레임에서 제어 지점을 조절할 수 있다. 추가 정보는 그 후에 나머지 중간 프레임의 질을 향상시키도록 전체 데이터 세트에 적용된다.

도 5b는 개시된 기술의 다른 실시예에 따른 해부학적 구조의 경계의 생성을 도시하는 다이어그램이다. 이미지 세트(561)는 심장 벽을 나타내는 경계(552d, 552f)를 정의하는 이미지 프레임 위에 놓인 대응하는 제어 지점을 가지는 키 프레임(550d, 550f)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 경계(552d, 552f)는 실질적으로 동일하지만 다른 사이즈를 가진다. 사용자가 중간 프레임에 걸쳐 완전히 새로운 제어 지점 세트를 입력하는 대신, 시스템은 키 프레임(550d)에서의 제어 지점(554d)과 키 프레임(550f)에서의 제어 지점(554f) 사이를 보간하여 제어 지점(554e)을 자동으로 생성할 수 있다. 예를 들어 어떤 경우에는, 전체 경계를 리사이즈 또는 이동시키는 것이 더 빠르다. 시스템은 키 프레임 중 하나로부터 키 프레임 경계 형상을 위한 연결 스플라인 및 제어 지점을 복사할 수 있으며 사용자가 모양을 변경하지 않고 중간 프레임을 위한 경계 사이즈를 단순히 확대 또는 축소하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 경계는 또한 그의 사이즈 또는 형상의 변화 없이 새로운 위치로 회전 및/또는 쉬프트될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 개시된 기술의 실시예에 따른 다른 보간법을 도시한다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 시스템은 근처의 제어 지점(554) 사이에서 스플라인(556)을 따라 다수의(예를 들어 128, 256, 512) 지점(658)을 생성한다. 사용자 상호작용(user interaction)은 단지 제어 지점(554)의 사용자 수정을 나타내고 허용함에 의해 단순화된다. 예를 들어, 사용자가 입력한 원래 경계 지점은 제어 지점이다. 사용자는 예를 들어 3, 4, 5 또는 임의의 수의 제어 지점을 입력할 수 있다. 그 후에 시스템은 사용자에게 나타나지 않지만 내부 계산에 사용되는 내부 지점(658)을 생성한다. 일부 실시예에서, 지점의 인덱싱은 각 스플라인을 따라 동일한 회전 위치에서 시작될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 12시 위치에서(즉, 다이어그램에 도시되는 수직 위치 및/또는 0°) 지점(658)으로 배치(order)를 시작할 수 있고 추가 지점을 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 계속 인덱싱할 수 있다. 그 후에 시스템은 좌측 키 프레임(550d) 및 우측 키 프레임(550f)으로부터 일치하는 한 쌍의 지점을 선택할 수 있다(도 6b). 예를 들어, 각각의 지점 세트(658, 658')로부터 n번째 지점(예를 들어 16번째 지점)을 선택한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 프레임(550d)의 지점(658)은 프레임(550f)의 지점(658')과 일치한다. 각각의 지점의 좌표 위치(mm로 정의된 수평 및 수직 x, y)가 주어지면, 이러한 일치된 지점(658, 658') 사이에서 매개 변수 선형 방정식(parametric linear equation)을 계산할 수 있다. 이러한 방정식 및 이미지 프레임(550e)의 위치를 사용하여, 시스템은 중간 프레임(550e)에 새로운 지점(658'')을 위한 좌표 위치를 선택한다. 일부 실시예에서, 위치는 시간 또는 프레임일 수 있다. 이는 모든 계산된 내부 지점 쌍(예를 들어 128, 256, 512 지점 쌍)를 위해 반복된다. 그 결과가 프레임(550e)에서의 경계 표현(658'')이다.

일부 실시예에서, 선형 방정식, 예를 들어 y=mx+b, 은 종속 변수 x가 프레임 위치 또는 시간인 중간 프레임(550e) 상의 지점을 계산하는데 사용된다. 예를 들어, 지점의 두 개의 공간적 파라미터 각각(수평 및 수직 위치)에 대해 y=mx+b로 정의되는 선형 방정식은 키 프레임(550d, 550f)으로부터의 값을 사용하는 중간 프레임(550e)을 위한 대응하는 지점을 정하는데 사용될 수 있다. 이 방정식에서, y는 공간적 파라미터(예를 들어 위치) 중 하나이고 x는 프레임 단위(또는 시간 또는 위치)로 측정될 수 있는 프레임 위치이다. 중간 프레임(550e)을 위한 지점의 물리적 위치를 유도하기 위해, 정의된 선형 방정식은 올바른 프레임 위치에 대한 변수 x를 삽입함으로써 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6b를 참조하면, 제어 지점이 제어 지점(658, 658')으로부터 시간 지점 내에서 보간된다면, 이들 지점은, x는 2D 이미지(550d) 내의 수평 위치이고, y는 2D 이미지(550d) 내의 수직 위치이고, z는 3D 모터에 의해 획득된 이미지의 위치를 기술하는, 좌표 x, y, z로 기술될 수 있다. 예를 들어, 제어 지점(658)은 x, y, z (5.5 mm, 3.3 mm, 6 mm)일 수 있다. 제어 지점(658')은 (4.0 mm, 5.2mm, 8mm)일 수 있다. 이 프레임의 z위치가 7 mm인 프레임(550e) 상의 제어 지점(658'')의 위치를 보간하기 위해, 선형 방정식은 y=mz+b 및 x=mz+b와 같이 두 개의 파라미터에 대해 해결된다. 따라서 x 값에 대한 방정식은 x= -0.75z + 10.0이며 y값에 대한 방정식은 y= 0.95z-2.4이며, 둘 다 z의 함수이다. 따라서 지점(658'')은 (4.75 mm, 4.25 mm, 7 mm)이다. 시간 지점을 가로질러 보간할 때, z축은 시간이 되고 두 지점은 t가 시간 단위인 x, y, t로 기술된다. 예를 들어, 두 지점은 658이 (5.5 mm, 3.3 mm, 6ms) 일 수 있고 658'이 (4.0 mm, 5.2 mm, 8 ms)일 수 있다. 선형 방정식은 y=mt+b 및 x=mt+b와 같이 두 개의 파라미터에 대해 해결된다. 따라서 x 값에 대한 방정식은 x= -0.75t + 10.0이며 y값에 대한 방정식은 y= 0.95t-2.4이며, 둘 다 t의 함수이다. 따라서 보간된 제어 지점(658'')은 (4.75 mm, 4.25 mm, 7 ms)값을 가진다. 위의 프로세스는 키 프레임(550d, 550f)으로부터 모든 지점 쌍에 대해 반복된다. 그 결과, 중간 프레임(550e)에 대한 지점(658'')은 도 6b에 도시된 바와 같이 새로운 지점들에 의해 정의된 형상을 가질 것이다. 일 실시예에서, 보간은 제2 위치와 제1 및 제3 위치 사이의 거리에 각각 기초하여 가중될 수 있다. 다른 실시예에서, 보간은 제2 시간과 제1 및 제3 시간 사이의 시간에서의 차이에 각각 기초하여 가중될 수 있다.

일부 실시예에서, 사용자 정의 제어 지점 사이의 스플라인을 따른 내부 지점은 사용자 정의 제어 포인트를 사용하는 대신에 중간 프레임에 대해 보간될 수 있다. 각각의 프레임은 스플라인을 따라 계산된 수백 개의 지점(예를 들어 128, 256, 512 등)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 이들 지점 각각은 12시 위치와 같은 공통 위치로부터 시작하여 숫자가 매겨진다. 수학적 라인은 중간 프레임에서 대응하는 지점을 계산하기 위해 하나의 키 프레임 상의 이들 전부 또는 전부보다 적은 지점과 제2 키 프레임 상의 동일한 숫자가 매겨진 지점 사이에서 결졍된다.

중간 프레임에 대해 사용자에게 보여지는 보간된 지점의 수를 감소시키기 위해, 시스템은 보간된 지점 중 어느 것이 키 프레임에서 사용자 결정 제어 지점에 가장 가깝게 대응하는지 정한다. 예를 들어, 하나의 키 프레임에서 사용자 정의 제어 지점은 하나의 키 프레임에서 지점 63 에 가장 가까울 수 있으며 다른 키 프레임에서 대응하는 사용자 정의 제어 지점은 지점 75 에 가장 가까울 수 있다. 키 프레임(550d)에서의 제어 지점의 수가 키 프레임(550f)에서의 수와 일치하지 않는다면, 추가 제어 지점이 계산될 수 있으며 적어도 하나의 스플라인(658 또는 658')을 따라 삽입될 수 있어 그들은 각각 동일한 수의 제어 지점을 포함한다. 이 새로운 제어 지점은 내부 계산을 위해 존재하며 사용자에게 보이지 않는다. 상술된 동일한 또는 유사한 선형 보간법은 중간 프레임(550e)에 대한 새로운 제어 지점 인덱스를 위한 위치를 계산하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템에 대한 선형 방정식 {63, 6 mm} 및 {75, 8 mm}은 7 mm에서 존재하는 중간 프레임(550e)에 대해 해결된다. 이 시스템의 방정식은 Index=6x+27이며, 여기서 x는 프레임의 위치이다. 7 mm에서 프레임(550e)에 대해 계산하면, 인덱스는 따라서 69이다. 이에 따라, 보간된 지점 69는 중간 프레임에 대해 사용자에게 보여지는 제어 지점으로서 선택된다. 이 프로세스는 키 프레임(550d, 550f)상의 각각의 제어 지점 쌍에 대해 반복된다. 그 결과가 사용자에게 나타나며 선택되고 수정될 수 있는 프레임(550e) 상의 보간된 제어 지점의 세트이다.

일부 실시예에서, 두 개의 프레임 사이의 제어 지점 인덱스 및 지점의 선형 보간법을 사용하는 대신에, 3차 보간법(cubic interpolation) 또는 심지어 2차 보간법(quadratic interpolation)이 사용될 수 있다. 이 경우, 시스템을 해결하기 위해 두 개의 경계 프레임을 사용하는 대신에, 3차 보간법의 경우에 3 개의 프레임이 사용될 수 있으며 2차 보간법의 경우에 4개가 사용될 수 있다. 중간 프레임에 대한 데이터를 생성하기 위해 모든 프레임의 데이터를 사용하는 3차 스플라인 보간법이 또한 사용될 수 있다.

일단 보간된 지점들이 계산되면, 그들은 보간된 제어 지점을 연결하는 계산된 스플라인과 중간 프레임에 그려질 수 있다. 사용자는 계산된 제어 지점의 위치를 이동시킬 수 있다. 제어 지점의 위치가 해부학적 특징과 더 잘 일치하도록 이동되면, 중간 프레임은 키 프레임으로 지정될 수 있으며 프레임의 제어 지점의 위치는 다른 중간 프레임의 제어 지점의 위치를 결정하기 위한 기초로 사용될 수 있다. 어떤 경우에, 예를 들어 개별 지점을 수정하는 것보다 전체 경계를 리사이즈 또는 이동시키는 것이 더 빠르다. 사용자는 그 형태를 변경하지 않고 중간 프레임의 경계 사이즈를 확대하거나 축소할 수 있다. 일부 실시예에서, 경계는 그 사이즈 또는 형태를 변경하지 않고 새로운 위치로 회전 및/또는 쉬프트될 수 있다.

도 7은 하나 이상의 2D 초음파 이미지 프레임에서 하나 이상의 해부학적 구조(예를 들어, 심장, 간, 신장 및/또는 그들의 하나 이상의 부분)의 경계를 생성시키는 프로세스(700)를 도시하는 흐름도이다. 일부 실시예에서, 프로세서가 프로세스(700)를 실행하도록 하는 명령어는 초음파 이미징 시스템(예를 들어, 도 1의 시스템(131))의 프로세서(예를 들어, 도 1의 프로세서(134))에 의해 실행될 수 있으며, 메모리(예를 들어, 도 1의 메모리(121))에 저장될 수 있다. 블록(710)에서, 프로세스(700)는 초음파 변환기 프로브(예를 들어, 도 1 및 도 2의 프로브(112))로부터 대상(예를 들어, 사람, 또는 쥐나 새앙쥐와 같은 동물) 내의 관심 영역(예를 들어, 심장, 간, 신장)을 향해 초음파 에너지(예를 들어, 약 15MHz보다 큰 중심 주파수를 가지는 초음파 에너지)를 생성하고 전달한다. 블록(720)에서, 프로세스(700)는 대상으로부터 수신된 초음파 에코에 대응하는 초음파 데이터를 획득하고 하나 이상의 초음파 이미지 프레임(예를 들어, 도 3a의 이미지 프레임(350))을 형성하도록 획득된 초음파 데이터를 사용한다. 일부 실시예에서, 프로세스(700)는 모터(예를 들어, 모터(180))를 제어할 수 있으며, 복수의 위치에서 초음파 데이터를 획득하기 위해 프로브를 관심 영역에 대해 미리 정해진 증분(incremental) 거리로 이동시킬 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 프로세스(700)는 단일 데이터 획득으로 관심 영역으로부터 초음파 이미지 데이터를 획득한다.

블록(730)에서, 프로세스(700)는 블록(720)에서 획득된 이미지 프레임을 사용하여 하나 이상의 3D 또는 4D 이미지를 선택적으로 구성한다. 프로세스(700)는 관심 영역에 대한 미리 정해진 위치에서 획득된 복수의 2D 이미지 프레임을 사용하여 3D 이미지를 형성할 수 있다. 프로세스(700)는 또한 예를 들어 대상 심장 주기의 다른 위치에서 획득된 여러 3D 이미지를 사용하는 하나 이상의 4D 이미지를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스(700)는 위에 참조로 포함되고 US 특허 공보 제2014/0128738호로 공개된 출원인의 계류중인 출원 제14/072,755호에 개시된 하나 이상의 방법을 사용하여 4D 이미지를 구성한다. 다른 실시예에서, 프로세스는 3D 및/또는 4D 이미지를 구성함이 없이 직접 블록(740)으로 진행한다.

블록(740)에서, 프로세스(700)는 블록(720)에서 획득된 2D 이미지 프레임을 조작자에게 나타낸다(예를 들어, 도 3a의 이미지 세트(360)). 조작자는 하나 이상의 2D 이미지 프레임을 키 프레임으로서 선택하고 개별 이미지 프레임에 해부학적 구조의 경계 근처 및/또는 경계를 따라 제어 지점으로서 하나 이상의 지점 또는 마커(marker)를 놓는다.

블록(750)에서, 프로세스(700)는 블록(740)에서 수신된 사용자 입력에 기초한 하나 이상의 획득된 이미지 프레임에서 경계를 생성한다. 도 4a 및 도 4b를 참조하여 위에서 논의한 바와 같이, 예를 들어 사용자는 두 개의 키 프레임 및 키 프레임에서 해부학적 경계 둘레에 추적 또는 플롯(plot) 지점을 선택할 수 있다. 스플라인 또는 다른 수학적 곡선/직선은 해부학적 특징의 주변부를 추적하기 위해 제어 지점을 연결하도록 계산될 수 있다. 프로세스(700)는 키 프레임 사이에 있는 하나 이상의 중간 프레임에 경계를 자동적으로 생성하도록 제1 키 프레임에서의 개별 제어 지점들과 제2 키프레임에서의 대응하는 제어 지점들 사이를 보간할 수 있다.

블록(760)에서, 프로세스는 추가적인 편집을 위해 디스플레이를 통해 사용자에게 그려진 경계를 갖는 2D 이미지 프레임을 나타낼 수 있다. 도 4b를 참조로 하여 위에 설명된 바와 같이, 예를 들어 프로세스(700)는 경계의 정확성을 더 증가시키기 위해 생성된 경계 중 임의의 것에 대한 사용자 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 이미지에서 생성된 경계가 해부학적 구조의 경계와 일치하지 않는 중간 프레임들 중 하나에서 생성된 경계를 조절할 수 있다. 사용자가 수동으로 조절하는 중간 이미지 각각은 새로운 키 프레임이 되고 이에 따라 나머지 중간 프레임의 정확성을 향상시킬 수 있다.

블록(770)에서, 프로세스(700)는 2D 이미지 프레임에서 수동으로 입력되고 생성된 경계에 의해 정의된 영역의 치수(예를 들어, 표면 면적, 둘레, 부피)를 정할 수 있다.

블록(780)에서, 프로세스(700)는 정해진 치수(들)을 조작자에게 출력한다.

도 8a-8e는 개시된 기술의 일부 실시예에 따른 4D 이미지 세트(860)에서 해부학적 구조의 경계의 생성을 도시하는 개략적인 다이어그램이다. 도면에서, 실선으로 도시된 해부학적 경계는 사용자에 의해 입력되며, 반면에 점선으로 도시된 것들은 계산된다. 도 8a-8e를 함께 참조하면, 4D 이미지 세트는 행과 열의 그리드(grid)로 배열된 관심 영역의 복수의 2D 이미지 프레임을 포함한다. 행(A-M)은 예를 들어 도 2를 참조하여 전술한 관심 영역에 대해 상이한 위치에서 취해진 2D 이미지 슬라이스를 나타낸다. 열(TP1-TP9)은 상이한 시간 지점 및/또는 시간 주기에서 촬영된 2D 이미지를 나타낸다. 종합해보면, 각 열의 2D 이미지 프레임은 특정 시간(TP1-TP9)에서 획득된 관심 영역의 3D 이미지를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시간(TP1-TP9)은 대상의 심장 주기의 상이한 위치와 대응한다. TP1은 예를 들어 대상의 심장 주기에서 제1 시간 지점을 나타낼 수 있다(0 ms 시간). TP5는 예를 들어 심장 주기를 통해 대략 1/2시간 지점을 나타낼 수 있다. 심장 박동수에 따라, TP5는 50 ms일 수 있다(예를 들어 심장 주기가 100ms인 경우). 어떤 면에서, TP9 및 TP1은 심장이 하나의 주기를 완료하고 후속 주기를 시작하는 것과 같은 주기에서 동일한 또는 유사한 시간 지점을 일반적으로 나타낼 수 있다. 어떤 면에서, 1/4 지점(TP3) 및 3/4 지점(TP7)의 시간 지점에서 얻어진 데이터는 유사하다.

도시된 실시예에서, 4D 이미지 세트는 13 위치 및 9 시간 지점에서 획득된 2D 이미지 프레임을 포함한다. 그러나 일부 실시예에서, 4D 이미지 세트는 더 적거나 많은 위치 및/또는 시간 지점에서 획득된 2D 이미지 프레임을 포함할 수 있다. 또한, 개별적인 2D 이미지 프레임은 도시된 목적을 위해 2차원 그리드로서 도시된다. 그러나 다른 실시예에서, 2D 프레임은 임의의 적합한 포맷으로 제공될 수 있다. 예를 들어 일부 실시예에서, 초음파 시스템은 한번에(at a time) 하나의 이미지 또는 이미지의 일부를 나타낼 수 있다.

도 8a를 참조하여, 조작자는 이미지 프레임(850a, 850b)에서 해부학적 구조의 경계를 따르는 지점을 입력한다. 초음파 시스템(예를 들어, 도 1의 시스템(131))은 각각 프레임(850a)의 TP1(TP1-A) 및 프레임(850b)의 TP1(TP1-M) 상의 이미지에 대응하는 경계(852a, 852b)를 그린다. 그 후에 초음파 시스템은 중간 프레임(TP1-B 내지 TP1-L)에 대한 제어 지점을 생성한다. 그 후에, 조작자는 상기 시간 지점(TP1)에 대한 모든 경계가 해부학적 구조와 적절하게 일치하도록 상술한 방법에 따라 임의의 중간 프레임의 임의의 제어 지점의 위치를 수정한다. 예를 들어, 사용자는 초음파 이미지에서 캡쳐된 해부체의 경계와 더 일치시키도록 프레임(TP1-G)의 제어 지점의 위치를 수정할 수 있다. 일부 실시예에서, 경계는 TP1-A에서 출발하고 TP1-M에서 종료하지 않고 다른 위치(예를 들어, 조작자는 추적된 해부학적 구조의 범위에 따라 이미지 프레임(TP1-C)에서 제어 지점을 놓기 시작하고 이미지 프레임(TP1-K)에서 종료할 수 있다)에서 시작 및 정지할 수 있다.

도 8b를 참조하여, 그 후에 시스템은 사용자가 두 개의 추가 시간 지점에서 획득된 적어도 두 개의 이미지 프레임에 대한 계산된 경계를 그리도록 지시한다; 1/4 위치 시간 지점(TP3) 및 1/2 위치 시간 지점(TP5). 다른 실시예에서, 1/4 및 1/2 시간 지점은 얼마나 많은 전체 시간 지점이 스캔을 수행하는데 사용되느냐에 따라 다를 것이다. 조작자는 이들 시간 지점에 대한 추적을 완료하도록 위에 기술한 바와 같은 유사한 단계를 완료한다. 일부 실시예에서, 시스템은 조작자가 추적을 위해 1/4 시간 지점에서 얻어진 이미지 프레임만으로 나타내도록 디스플레이를 자동적으로 재조절한다. 일단 1/4 시간 지점에서의 이미지 프레임이 완료되면, 그 후에 시스템은 1/2 시간 지점으로 이동하며 사용자가 그 시간 지점에서 얻어진 적어도 두 개의 이미지 프레임에서의 경계를 완료하도록 지시한다. 이것이 완료된 후에, 사용자는 3 개의 시간 지점(TP1, TP3(예를 들어 1/4 위치) 및 TP5(예를 들어 1/2 위치))에 대한 그려진 완성된 경계를 가질 것이다. 시스템은 이들 시간 지점들에 기초하여 중간 프레임에 대한 제어 지점 위치를 생성할 것이다. 예를 들어, 도 8b를 참조하여, TP3 D, E, F, H, I, J 및 TP5 E, F, H, I. 조작자는 제1 위치(예를 들어 위치 A)에서 경계 추적을 시작하고 이를 마지막 위치(예를 들어 위치 M)에서 완료하도록 요구되지 않으며 임의의 두 위치에서 시작 및 정지할 수 있다. 예를 들어 해부학적 구조가 심장이라면, 이는 심장 주기의 중간에 압축될 것이다.

도 8c를 참조하여 위에 언급한 바와 같이, 예를 들어 심장이 대상의 심장 주기에서 유사한 위치에 있을 때 TP1 및 TP9이 발생한다. 이는 경계 형상이 또한 유사할 것이라는 것을 의미한다. 또한, 대상의 심장 주기에서 1/4 및 3/4 위치 지점을 참조하는 TP3 및 TP7에서 얻어진 데이터는 일반적으로 유사한 경계 형태를 생성한다. 따라서, 대상의 심장 주기의 유사한 부분에서의 해부학적 구조의 경계는 동일 또는 유사한 사이즈 및 형태를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 시스템은 시간(TP1)으로부터 시간(TP9)까지 그리고 시간(TP3)으로부터 시간(TP7)까지의 경계를 복사한다. 그러나 다른 실시예에서, 조작자는 시간(TP7, TP9)에서 얻어진 프레임 상에 경계를 수동으로 입력할 수 있다. 시스템은 이러한 시간 지점들에 대해 중간 프레임에 대한 데이터를 생성할 것이다.

도 8d를 참조하여, 그 후에 시스템은 조작자에 의해 직접 그려지거나(TP1, TP3, TP5) 이러한 존재하는 경계로부터 시스템에 의해 복사되지(TP7, TP9) 않은 모든 나머지 시간 지점에 대해 경계를 생성한다. 이러한 시간 지점은 “고정된 시간 지점”으로 언급되며 반면에 시간 지점(TP2, TP4, TP6, TP8)에 대한 데이터는 시스템에 의해 생성된다. 이러한 시간 지점은 “중간 시간 지점”으로 언급된다. 일부 실시예에서, 획득된 전체 시간 지점의 수에 따라 더 많은 중간 시간 지점이 존재할 수 있다. 중간 시간 지점에서 얻어진 임의의 프레임에 대한 경계를 생성하기 위해, 시스템은 다른 시간 지점을 “수평으로” 가로지르는 것으로 보이고 “고정된 시간 지점”에서 얻은 두 개의 경계 프레임으로부터의 데이터를 보간한다. 예를 들어, 프레임(TP2-F)에 대한 경계를 생성하기 위해, 시스템은 고정된 프레임(TP1-F, TP3-F)으로부터 보간한다. 이 프로세스는 모든 중간 시간 지점 상에서 모든 프레임에 대해 반복된다.

일부 실시예에서, 추적된 해부학적 구조는 모든 시간 지점에 대해 첫번째 및 마지막 획득된 위치로 연장되지 않는다. 심장 운동과 마찬가지로, 심장은 심장 주기의 중간에 가까워질수록 압축된다. 따라서, 경계는 시간 지점 프레임의 일부에만 존재할 수 있다(예를 들어 도 8d에서 TP5 상에서, 경계는 프레임 TP5-D 내지 TP5-J에 그려진다). 시스템이 중간 시간 지점에 대한 경계를 생성할 때, 경계 고정 프레임의 존재에 기초하여 각 프레임에 경계가 존재하는지 여부가 결정된다. 도 8e를 참조하여, 각 시간 지점에 대한 외부 경계 프레임을 결합함으로써, 프레임이 그려지는 경계를 함유하는지 아닌지를 구분하는 영역 마스크가 형성될 수 있다. 이 영역 외부의 프레임(예를 들어 흰색으로 그려진 것)은 중간 경계를 생성하는 시스템을 수신하지 않는다. 이 영역 마스크는 조작자가 조절함에 따라 변경될 것이다.

일부 실시예에서, 이미지 인식 소프트웨어가 2D 이미지 프레임을 분석할 수 있으며, 사용자에게 해부체가 보일 수 있는 위치에 대한 그들 이미지 프레임을 디스플레이만 할 수도 있다. 이는 사용자가 보간된 제어 지점을 계산하도록 시스템에 의해 사용된 이미지 프레임에 대해 제어 지점을 입력하도록 도울 수 있다. 해부체가 연장하지 않는 위치에서의 이미지 프레임은 제어 지점을 입력하는 동안 사용자가 봐야하는 이미지 프레임의 수를 감소시키기 위해 사용자에게 숨겨질 수 있다.

이제 조작자는 모든 중간 및 고정된 경계를 조절할 수 있다. 변경은 모든 중간 경계에 대한 업데이트로 이어진다. 예를 들어, 조작자가 프레임(TP5-G)에서 고정된 경계를 조절한다면(도 8c), 이 시간 지점의 인접하는 중간 프레임의 경계가 시스템에 의해 자동적으로 업데이트되는 결과를 초래한다(예를 들어, TP5-E, TP5-F, TP5-H, TP5-I). 이 결과는 위치의 변화를 가져오기 때문에, 다른 중간 시간 지점이 또한 업데이트될 것이다(예를 들어, TP4-F 및 TP2-F, TP6-F, TP8-F). 이해할 수 있는 것과 같이, 이는 모든 중간 프레임 전체에 걸쳐 글로벌적인 변경을 초래할 수 있다. 일 실시예에서, 변경 사항이 무한 반복되는 업데이트를 초래하지 않도록 하기 위해, 사용자가 시간 지점을 업데이트 하면(시간 지점의 임의의 프레임), 해당 시간 지점에서 프레임의 경계를 “수직으로”만 업데이트할 것이다. 예를 들어, 중간 프레임(TP5-E)은 단지 프레임 TP5(예를 들어, TP5-D 및 TP5-G)에 기초하여 보간될 것이다. 또한, 중간 시간 지점(예를 들어 TP4)은 단지 “수평으로” 보간될 것이다. 예를 들어, 중간 프레임(TP4-E)은 프레임 TP3 및 TP5(예를 들어, TP3-E 및 TP5-E)에 기초하여 보간될 것이다. 사용자가 TP4 상의 임의의 경계를 조절한다면, 이는 중간 시간 지점이 아니라 고정된 시간 지점이 되어 더 이상 “수평으로” 보간되지 않는다.

도 9는 개시된 기술의 실시예에 따른 하나 이상의 3D 초음파 이미지에서 하나 이상의 해부학적 구조의 경계를 생성하는 프로세스(900)의 흐름도이다. 블록(990)에서, 사용자는 심장 주기의 제1 지점에서, 일반적으로 1/4 주기 후인 제2 지점에서, 그리고 일반적으로 반 주기 후인 제3 지점에서의 프레임 내의 해부학적 구조의 경계를 추적하도록 촉구된다. 블록(992)에서, 프로세스(900)는 제1 및 1/4 이미지 프레임 상에 입력된 경계를 환자의 심장 주기의 대략 동일하거나 유사한 부분인 n번째 이후의 시간 지점에 대한 프레임에 복사한다(예를 들어, 도 8a-8e에서의 시간 지점 TP1 내지 TP9, 및 TP3 내지 TP7).

블록(994)에서, 프로세스(900)는 제1 시간 지점 및 중앙-주기(mid-cycle) 프레임 이후의 시간에 획득된 이미지 프레임에서 경계를 자동적으로 생성한다. 그 후에 계산된 데이터는 심장주기에서 대응하는 시간 주기에서 프레임으로 복사될 수 있다.

블록(996)에서, 프로세스(900)는 블록(994)에서 생성된 하나 이상의 이미지 프레임의 제어 지점의 위치에서의 조절을 나타내는 입력을 수신한다. 블록(998)에서, 프로세스(900)는 블록(996)에서의 조절에 기초하여 나머지 생성된 프레임에서 경계를 조절한다. 일부 실시예에서, 프로세스(900)는 블록(996)에서 조절된 프레임과 동일한 위치에서 획득된 프레임만을 조절한다. 그러나 다른 실시예에서, 프로세스(900)는 조작자에 의해 조절된 각각의 경계에 기초하여 모든 생성된 경계를 조절한다.

결론

본 명세서가 명확하게 요구하지 않는 한, 상세한 설명 및 청구항 전체에 걸쳐, “포함한다”, “포함하는” 등의 용어는 배타적 또는 독점적 및 총망라한 의미와는 반대로 포괄적인 의미로 해석 되어야 한다; 즉 “포함하지만 이에 제한되지 않음”의 의미로 사용된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, “연결된” 또는 “커플링된” 또는 이의 임의의 변형은 두 개 이상의 요소 사이의 직접 또는 간접 연결 또는 커플링을 의미한다; 요소들 사이의 커플링 또는 연결은 물리적, 논리적 또는 그들의 조합일 수 있다. 또한, “여기에”, “위에”, “아래에” 및 유사한 의미의 단어는 이 출원에 사용될 때 이 출원 전체로서 언급하며, 이 출원의 임의의 특정 부분을 언급하지 않습니다. 문맥이 허용하는 경우, 단수 또는 복수의 수를 사용하는 위의 상세한 설명의 단어는 각각 복수 또는 단수를 포함할 수도 있다. 두 개 이상의 항목의 목록과 관련된 “또는”이라는 단어는 다음 단어의 해석을 모두 포함한다: 목록에서의 임의의 항목, 및 목록에서의 항목의 임의의 조합.

개시된 기술의 실시예의 위의 상세한 설명은 개시된 기술을 위에 개시한 정확한 형태로 총망라하거나 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 기술에 대한 특정 실시예가 설명의 목적으로 위에 기술되었지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 인식할 수 있는 바와 같이, 개시된 기술의 범위 내에서 다양한 동등한 수정이 가능하다. 예를 들어, 프로세스 또는 블록이 주어진 순서대로 제공되는 동안, 대안적인 구현은 다른 순서로 단계를 갖는 루틴을 수행하거나 블록을 갖는 시스템을 채택할 수 있으며, 일부 프로세스 또는 블록은 대안적인 또는 서브 콤비네이션을 제공하도록 삭제, 이동, 추가, 서브 분할, 결합 및/또는 수정될 수 있다. 이들 프로세스 또는 블록 각각은 다양한 다른 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스 또는 블록이 때로는 직렬로 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 프로세스 또는 블록은 대신에 병렬로 수행되거나 구현될 수 있거나, 상이한 시간에 수행될 수 있다. 또한 여기에 언급된 임의의 특정 수는 단지 예일뿐이다: 대안적인 구현예는 상이한 값 또는 범위를 채택할 수 있다.

본 명세서에 제공된 개시된 기술의 교시는 다른 시스템에 적용될 수 있으며, 반드시 위에 기술한 시스템일 필요는 없다. 위에 기술한 다양한 실시예의 요소 및 동작은 개시된 기술의 추가적인 구현을 제공하도록 결합될 수 있다. 개시된 기술의 일부 대안적인 구현예는 위에 기술한 구현예에 대한 추가적인 요소를 포함할 수 있을 뿐만 아니라 더 적은 요소를 포함할 수 있다.

위의 상세한 설명에 비추어 개시된 기술에 대한 이러한 변경 및 다른 변경이 이루어질 수 있다. 상기 설명은 개시된 기술의 특정 실시예를 기술하고, 고려된 최선의 모드를 설명하지만, 상술한 내용이 아무리 상세하게 나타나더라도, 개시된 기술은 많은 방법으로 실시될 수 있다. 시스템의 세부 사항은 본 명세서에 개시된 기술에 여전히 포함되는 한편, 특정 구현예에서 상당히 다를 수 있다. 전술한 바와 같이, 개시된 기술의 특정 특징 또는 양태를 설명할 때 사용되는 특정 용어는 용어와 관련된 개시된 기술의 임의의 특정 특성, 특징 또는 양태로 제한되도록 용어가 재정의되는 것을 의미하지 않는다. 일반적으로, 이하의 청구항에서 사용된 용어들은 위의 상세한 설명 섹션이 명시적으로 그러한 용어들을 정의하지 않는 한, 개시된 기술을 명세서에 개시된 특정 실시예로 제한하도록 해석해서는 안된다.

Claims (13)

1. 대상에서 해부학적 구조의 치수를 정하도록 초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법에 있어서,
   초음파 에너지를 상기 초음파 이미징 시스템에 커플링된 변환기로부터 대상으로 전달하는 단계;
   상기 변환기를 사용하여 대상으로부터 초음파 에코 데이터를 획득하는 단계;
   획득된 상기 초음파 에코 데이터를 사용하여 대상에서 관심 영역의 복수의 2차원(2D) 이미지 프레임을 상기 초음파 이미징 시스템을 이용하여 디스플레이하는 단계;
   상기 초음파 이미징 시스템의 사용자 인터페이스에서 사용자 입력을 수신하는 단계 ― 상기 사용자 입력은 제 시간에 상이한 지점에서 해부체의 경계를 정의하는 적어도 제1 및 제2 이미지 프레임에서의 사용자 선택 제어 지점을 포함함 ― ;
   제1 및 제2 이미지 프레임 사이의 시간에서 얻어진 이미지 프레임에서 해부체의 경계를 정하도록 상기 사용자 선택 제어 지점을 보간하는 단계;
   사용자 선택 제어 지점으로부터 해부학적 구조의 경계를 계산하는 단계; 및
   심장 주기의 하나의 지점에서 얻어진 이미지 프레임으로부터 상기 심장 주기의 유사한 지점에서 얻어진 이미지 프레임으로 상기 경계를 복사하는 단계;를 포함하는,
   초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   획득된 초음파 에코 데이터를 사용하여 대상에서의 관심 영역의 복수의 2차원(2D) 이미지 프레임을 상기 초음파 이미징 시스템을 이용하여 디스플레이 하는 단계;
   상기 초음파 이미징 시스템의 사용자 인터페이스에서 사용자 입력을 수신하는 단계 ― 상기 사용자 입력은 상이한 위치에서 해부학적 구조의 경계를 정의하는 적어도 제1 및 제2 이미지 프레임에서의 사용자 선택 제어 지점을 포함함 ―; 및
   상이한 위치에서 얻어진 이미지 프레임에서 상기 해부학적 구조의 경계를 정하도록 상기 사용자 선택 제어 지점을 보간하는 단계;를 더 포함하는,
   초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
3. 제2항에 있어서,
   해부학적 구조가 심장 주기의 다양한 부분에서 연장하는 위치에서 그 2D 초음파 프레임을 사용자에게 디스플레이 하는 단계를 더 포함하는,
   초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
4. 대상에서 관심 영역의 부피를 정하도록 초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법으로서,
   상기 초음파 이미징 시스템에 커플링된 변환기를 사용하여 대상으로부터 초음파 에코 데이터를 획득하는 단계 ― 상기 초음파 에코 데이터는 관심 영역에 대해 복수의 시간 및 복수의 위치에서 획득됨 ―;
   획득된 초음파 에코 데이터를 사용하여 대상에서 관심 영역의 복수의 3차원(3D) 이미지를 상기 초음파 이미징 시스템을 이용하여 구성하는 단계 ― 개별적인 3D 이미지는 복수의 이미지 프레임을 포함하며, 개별적인 이미지 프레임은 복수의 위치 중 하나 및 복수의 시간 중 하나에서 획득됨 ―;
   상기 초음파 이미징 시스템의 사용자 인터페이스에서 수동 입력을 수신하는 단계 ― 상기 수동 입력은 제1 이미지 프레임에서 관심 영역의 사용자 정의 경계를 따른 복수의 이미지 프레임 중 제1 이미지 프레임에서의 사용자 선택 지점을 포함하며, 상기 제1 이미지 프레임은 제1 위치 및 제1 시간에서 획득된 초음파 에코 데이터를 포함함 ―; 및
   상기 제1 이미지 프레임에 기초하여 사용자 선택 지점에 기초하여 적어도 제2 이미지 프레임에서의 관심 영역의 경계를 생성하는 단계 ― 상기 제2 이미지 프레임은 제2 위치 및 제2 시간에 획득된 초음파 에코 데이터를 포함함 ―;를 포함하는,
   초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
5. 제4항에 있어서,
   제3 이미지 프레임에서 관심 영역의 경계를 형성하는 복수의 이미지 프레임 중 제3 이미지 프레임에서의 사용자 선택 지점을 수신하는 단계를 더 포함하며,
   상기 제3 이미지 프레임은 제3 위치 및 제3 시간에 획득된 초음파 에코 데이터를 포함하며,
   상기 제2 시간은 제1 및 제3 시간 사이에 있는,
   초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 이미지 프레임에서 관심 영역의 경계를 생성하는 단계는,
   상기 제1 및 제3 이미지 프레임에서의 사용자 선택 지점을 보간하는 단계; 및
   3차 스플라인(cubic spline)으로 제2 이미지 프레임에서 보간된 지점의 근처의 지점을 연결하는 단계;를 더 포함하는,
   초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 보간은 상기 제2 위치와 상기 제1 및 제3 위치 사이의 거리에 각각 기초하여 가중되는,
   초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 보간은 상기 제2 시간과 상기 제1 및 제3 시간 사이의 시간에서의 차이에 각각 기초하여 가중되는,
   초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
9. 제4항에 있어서,
   초음파 에너지는 중심 주파수가 20MHz 이상인,
   초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
10. 제4항에 있어서,
    개별 3D 초음파 이미지는 대상의 심장 주기 동안 심장의 대응하는 상이한 부분을 나타내는,
    초음파 이미징 시스템을 작동시키는 방법.
11. 대상에서 해부학적 구조의 치수를 정하기 위한 초음파 이미징 시스템에 있어서,
    대상으로부터 초음파 에코 데이터를 획득하고 초음파 에너지를 대상으로 전달하도록 구성된 초음파 변환기; 및
    프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는:
    획득된 초음파 에코 데이터를 사용하여 대상에서 관심 영역의 복수의 2차원(2D) 이미지 프레임을 디스플레이하고;
    제시간에 상이한 위치에서 해부학적 구조의 경계를 정의하는 적어도 제1 및 제2 2D 이미지 프레임에 대한 사용자 선택 제어 지점의 사용자 입력을 수신하고;
    제1 및 제2 이미지 프레임 사이의 시간에서 얻어진 이미지 프레임에 대해 해부학적 구조의 경계를 정의하기 위해 사용자 선택 제어 지점을 보간하고;
    사용자 선택 제어 지점으로부터 해부학적 구조의 경계를 계산하고;
    심장 주기의 하나의 지점에서 얻어진 이미지 프레임으로부터 상기 심장 주기의 유사한 지점에서 얻어진 이미지 프레임으로 상기 경계를 복사하도록; 구성되는,
    초음파 이미징 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 해부학적 구조는 심장 주기에 걸쳐 사이즈가 변화하며 프로세서는 심장 주기 동안의 시간에 대해 관심 영역의 다양한 위치에서 상기 해부학적 구조의 최대 및 최소 사이즈를 볼 수 있는 다수의 2D 이미지 프레임을 디스플레이하도록 구성되는,
    초음파 이미징 시스템.
13. 삭제

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