(57)【要約】      （修正有）【課題】４Ｄ超音波データを取得するための改善された方法および超音波撮像システムの提供。【解決手段】プローブ１０６と、ディスプレイ装置１１８と、プローブ１０６およびディスプレイ装置１１８と電子通信しているプロセッサ１１６とを含む、超音波撮像システム１００において、プロセッサ１１６は、関心領域（ＲＯＩ）を複数の部分ボリュームに分割し、部分ボリュームの少なくとも１つから体動データを取得し、体動データに基づいて品質パラメータを計算し、品質パラメータに基づいてアクションを行うように構成される。【選択図】図１
2014023928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ（１０６）と、
ディスプレイ装置（１１８）と、
前記プローブ（１０６）および前記ディスプレイ装置（１１８）と電子通信しているプロセッサ（１１６）であって、
関心領域（ＲＯＩ）を複数の部分ボリュームに分割し、
前記複数の部分ボリュームのそれぞれに対して４Ｄ超音波データを取得し、
前記４Ｄ超音波データを取得するプロセス中に前記複数の部分ボリュームのうちの少なくとも１つから体動データを取得し、
前記体動データに基づいて品質パラメータを計算し、
前記品質パラメータが許容できるかどうかを判断し、
前記品質パラメータに基づいたアクションを行う
ように構成されたプロセッサ（１１６）と
を備える、超音波撮像システム（１００）。
【請求項２】
前記品質パラメータが許容できない場合、前記アクションが、前記複数の部分ボリュームの１つのみに対してさらなる４Ｄ超音波データを取得することを含む、請求項１記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項３】
前記品質パラメータが許容できる場合、前記アクションが、所定の時間量の後に前記部分ボリュームのそれぞれからの４Ｄ超音波データの前記取得をやめることを含む、請求項１記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項４】
前記品質パラメータが許容できない場合、前記アクションが、前記部分ボリュームのそれぞれからの４Ｄ超音波データの前記取得をやめることを含む、請求項１記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項５】
前記プロセッサ（１１６）が、前記複数の部分ボリュームのそれぞれに対して体動データを取得するように構成された、請求項１記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項６】
前記品質パラメータが許容できない場合、前記アクションが、前記複数の部分ボリュームの１つのみに対してさらなる４Ｄ超音波データを取得することを含む、請求項５記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項７】
前記品質パラメータが許容できる場合、前記アクションが、前記４Ｄ超音波データに基づいて画像を表示することを含む、請求項１記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項８】
前記４Ｄ超音波データを取得する前記プロセス中に前記品質パラメータを表示することをさらに含む、請求項１記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項９】
前記体動データが、Ｍモードデータか、合成Ｍモードデータのいずれかを含む、請求項１記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１０】
プローブ（１０６）と、
ディスプレイ装置（１１８）と、
前記プローブ（１０６）および前記ディスプレイ装置（１１８）と電子通信しているプロセッサ（１１６）であって、
関心領域（ＲＯＩ）を複数の部分ボリュームに分割し、
前記ＲＯＩから体動データを取得し、
前記体動データに基づいて、前記ＲＯＩにおける不要な体動の量を示す品質パラメータを計算し、
前記品質パラメータが許容できる場合、前記複数の部分ボリュームのそれぞれに対して４Ｄ超音波データを取得するように前記プローブ（１０６）を制御する
ように構成されたプロセッサ（１１６）と
を備える、超音波撮像システム（１００）。
【請求項１１】
前記品質パラメータが許容できる場合、前記プロセッサ（１１６）が、前記４Ｄ超音波データに基づいて画像を表示するようにさらに構成された、請求項１０記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１２】
前記プロセッサ（１１６）が、前記品質パラメータをリアルタイムで計算するように構成された、請求項１０記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１３】
前記体動データが、Ｍモードデータか、合成Ｍモードデータのいずれかを含む、請求項１０記載の超音波撮像システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、体動データに基づいて品質パラメータを計算するための超音波撮像システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現世代の超音波システムと連結されている従来の２Ｄマトリクスアレイプローブは、胎児の心臓撮像のような用途に必要とされる時間分解能および空間分解能で臨床的に適切なボリュームサイズを取得するのに十分な速度ではない。現在の実践に従って、所望の関心領域（ＲＯＩ）を２つ以上の部分ボリュームに分割する方法が開発された。こうした部分ボリュームのそれぞれについて複数の心動サイクルにわたってデータを収集し、次いで、部分ボリュームのそれぞれから取得されるボリュームを空間的および時間的に縫い合わせることによって、全体の４Ｄボリュームシーケンスを再構築する。結果として生じる４Ｄ超音波データは、部分ボリュームのすべてについて複数の心拍位相からのデータを含んでいる。
【０００３】
ＲＯＩの解剖学的組織とプローブとの間の相対的な運動の結果として、４Ｄ超音波データの質を著しく低下させる体動アーチファクトを生じる可能性がある。高品質の画像を取得および生成するために、超音波プローブの位置が、撮像中の、心臓のような解剖学的構造に対して動かないことが重要である。取得中に相対的な動きが発生すると、結果として生じる４Ｄ超音波データは、４Ｄ超音波データから生成された画像を見るとき不連続部として見える空間的アーチファクトおよび／または時間的アーチファクトを含む可能性がある。
【０００４】
取得中の体動が結果として画像アーチファクトを生じさせる可能性があるので、不要な体動をできる限り少なくして４Ｄ超音波を取得することが重要である。一群の部分ボリュームとして心臓の４Ｄ超音波データを取得するとき、複数の心周期にわたって取得を行うことが必要である。不要な体動が発生する場合、通常これは、取得を完了した後に、シネ画像またはある期間にわたる一連の画像を見るときに限り、検出可能となる。アーチファクトがかなり激しい場合、使用できない４Ｄ超音波データをレンダリングする可能性がある。このような場合、操作者は、１回または複数回４Ｄ超音波データを再取得する必要がある可能性がある。従来のシステムによれば、操作者は、許容できる４Ｄ超音波データを無事取得するまでに、いくつかの取得を繰り返して完了することを強いられる可能性がある。取得を繰り返すことは時間を無駄にし、操作者と患者の双方にとって不都合である。
【０００５】
このような理由および他の理由のために、４Ｄ超音波データを取得するための改善された方法および超音波撮像システムが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２４９５９２号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書では上述の短所、不都合、および問題に対処し、これらは次の詳しい説明を読んで理解することによって理解されるであろう。
【０００８】
１つの実施形態では、超音波撮像の方法が、関心領域（ＲＯＩ）を複数の部分ボリュームに分割するステップを含む。この方法は、複数の部分ボリュームのそれぞれから４Ｄ超音波データを取得するステップと、４Ｄ超音波データを取得するプロセスの間に、複数の部分ボリュームの少なくとも１つから体動データを取得するステップとを含む。この方法は、４Ｄ超音波データを取得するプロセスの間に品質パラメータを計算するステップを含む。品質パラメータは体動データに基づき、ＲＯＩにおける不要な体動の量を表す。この方法は、品質パラメータに基づいてアクションを行うステップを含む。
【０００９】
一実施形態では、超音波撮像の方法が、関心領域を複数の部分ボリュームに分割するステップと、ＲＯＩから体動データを取得するステップとを含む。この方法は、体動データに基づいて品質パラメータを計算するステップを含む。品質パラメータは、ＲＯＩにおける不要な体動の量を示す。この方法は、複数のパラメータが許容できる場合、複数の部分ボリュームのそれぞれについて４Ｄ超音波データを取得するステップを含む。
【００１０】
別の実施形態では、超音波撮像システムが、プローブと、ディスプレイ装置と、プローブおよびディスプレイ装置と電子通信しているプロセッサとを含む。プロセッサは、関心領域（ＲＯＩ）を複数の部分ボリュームに分割し、複数の部分ボリュームのそれぞれについて４Ｄ超音波データを取得するように構成される。プロセッサは、４Ｄ超音波データを取得するプロセス中に複数の部分ボリュームのうちの少なくとも１つから体動データを取得するように構成される。プロセッサは、体動データに基づいて複数のパラメータを計算し、品質パラメータが許容できるかどうかを判断し、品質パラメータに基づいてアクションを行うように構成される。
【００１１】
本発明の様々な他の特徴、目的、および利点は、添付の図面およびその詳細な説明から、当業者に明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に従った超音波撮像システムの概略図表である。
【図２】一実施形態に従ったボリュームの概略図である。
【図３】一実施形態に従った方法のフローチャートである。
【図４】一実施形態に従ったある期間にわたるＭモードのトレースを示すグラフである。
【図５】一実施形態に従った方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次の詳細な説明では、その一部を形成する添付の図面を参照し、図中には、実行することができる特定の実施形態を例として示す。これらの実施形態について、当業者が諸実施形態を実行できるように十分に詳細に説明するが、他の実施形態を利用できること、ならびにこれらの実施形態の範囲を逸脱することなく、論理的、機械的、電気的、およびその他の変更を行うことができることを理解されたい。したがって次の詳細な説明は、本発明の範囲を限定するものとして捉えるべきではない。
【００１４】
図１は、一実施形態に従った超音波撮像システム１００の概略図である。超音波撮像システム１００は、プローブ１０６内の素子１０４をドライブしてパルス超音波信号を身体（図示せず）に放射する送信ビームフォーマ１０１および送信機１０２を含む。一実施形態によれば、プローブ１０６は、２Ｄマトリクスアレイプローブとすることができる。しかしながら、他の実施形態により、四次元（４Ｄ）超音波データを取得することができるいかなる他のタイプのプローブも使用することができる。この開示のために、四次元超音波データ、または４Ｄ超音波データという用語は、ある期間にわたって取得された複数の３Ｄボリュームを含む超音波データを含むと定義する。４Ｄ超音波データは、３Ｄボリュームが時間とともにいかに変化するかを示す情報を含む。さらに図１を参照すると、パルス超音波信号が、血液細胞または筋肉組織のような体内の構造物から後方散乱されてエコーを作り出し、これが素子１０４に戻る。エコーは、素子１０４によって電気信号、または超音波データに変換され、電気信号は、受信機１０８によって受信される。受信されたエコーを表す電気信号は、受信ビームフォーマ１１０を通過し、受信ビームフォーマ１１０が超音波データを出力する。一部の実施形態によれば、プローブ１０６は、送信ビームフォーミングおよび／または受信ビームフォーミングの全部または一部を行うための電気回路を含むことができる。例えば、送信ビームフォーマ１０１、送信機１０２、受信機１０８、および受信ビームフォーマ１１０の全部または一部は、プローブ１０６内に位置付けることができる。「走査」または「走査する」という用語もまた、本開示においては、超音波信号を送受信するプロセスを通してデータを取得することを指すように使用することができる。「データ」という用語は、本開示においては、超音波撮像システムを用いて取得される１つまたは複数のデータセットを指すように使用することができる。患者データの入力を制御する、走査パラメータまたは表示パラメータを変更するなど、超音波撮像システム１００の動作を制御するために、ユーザインタフェース１１５を使用することができる。
【００１５】
超音波撮像システム１００はまた、送信ビームフォーマ１０１を制御するためのプロセッサ１１６と、送信機１０２と、受信機１０８と、受信ビームフォーマ１１０とを含むことができる。プロセッサ１１６は、プローブ１０６と電子通信している。この開示のために、「電子通信」という用語は、有線通信と無線通信の両方を含むように定義することができる。プロセッサ１１６は、プローブ１０６を制御してデータを取得することができる。プロセッサ１１６は、素子１０４のどれがアクティブであるか、およびプローブ１０６から放射されるビームの形状を制御する。プロセッサ１１６はまた、ディスプレイ装置１１８とも電子通信しており、プロセッサ１１６はデータを処理して、ディスプレイ装置１１８上に表示するための画像にすることができる。プロセッサ１１６は、一実施形態によれば中央処理装置（ＣＰＵ）を含むことができる。他の実施形態によれば、プロセッサ１１６は、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、またはグラフィックボードなど、処理機能を実行することができる他の電子構成要素を含むことができる。他の実施形態によれば、プロセッサ１１６は、処理機能を実行することができる複数の電子構成要素を含むことができる。例えばプロセッサ１１６は、中央処理装置、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、およびグラフィックボードを含む電子構成要素のリストから選択された２つ以上の電子構成要素を含むことができる。別の実施形態によれば、プロセッサ１１６は、ＲＦデータを復調し、ローデータ（raw data）を生成する複合復調器（図示せず）を含むこともできる。別の実施形態では、処理チェーンの早いうちに復調を実行することができる。プロセッサ１１６は、複数の選択可能な超音波モダリティに従った１つまたは複数の処理動作をデータに行うように構成されている。エコー信号が受信されるとき、データは走査セッション中にリアルタイムで処理することができる。この開示のために、「リアルタイム」という用語は、いかなる意図的な遅延もなく行われる手順を含むように定義される。例えば、一実施形態は、７〜２０ボリューム／秒のリアルタイムのレートで画像を取得することができる。しかしながら、リアルタイムのボリュームレートは、表示する各ボリュームのデータを取得するのにかかる時間の長さによって決まる可能性があることを理解されたい。したがって、比較的大きいボリュームのデータを取得するとき、リアルタイムのボリュームレートはより遅くなる可能性がある。よって一部の実施形態は、２０ボリューム／秒よりもかなり速いリアルタイムのボリュームレートを有することがあるが、他の実施形態は、７ボリューム／秒よりも遅いリアルタイムのボリュームレートを有することがある。データは、走査セッション中に一時的にバッファ（図示せず）に格納し、ライブ操作またはオフライン操作で決してリアルタイムではなく処理することができる。本発明の一部の実施形態は、上述の例示的実施形態によりプロセッサ１１６で担当された処理タスクを担当するために複数のプロセッサ（図示せず）を含むことができる。例えば、第１のプロセッサを使用して、ＲＦ信号を���調および間引きすることができ、第２のプロセッサを使用して、データをさらに処理した後、画像を表示することができる。他の実施形態は、異なる配列のプロセッサを使用できることを理解されたい。
【００１６】
超音波撮像システム１００は、例えば１０Ｈｚから３０Ｈｚのボリュームレートでデータを連続して取得することができる。データから生成される画像は、同様のフレームレートでリフレッシュすることができる。他の実施形態は、異なるレートでデータを取得し、表示することができる。例えば、一部の実施形態では、ボリュームのサイズおよび意図する用途に応じて１０Ｈｚ未満の、または３０Ｈｚを超えるボリュームレートでデータを取得することができる。取得データの処理済みボリュームを格納するために、メモリ１２０が含まれる。例示的実施形態では、メモリ１２０は、超音波データのボリュームに値する少なくとも数秒を格納するのに十分な容量である。データのボリュームは、取得の順序または時間に従ってその検索を容易にするようにして格納される。メモリ１２０は、いかなる既知のデータ記憶媒体も含むことができる。
【００１７】
必要に応じて、造影剤を使用して、本発明の諸実施形態を実行することができる。造影撮像は、マイクロバブルを含む超音波造影剤を使用するとき、解剖学的構造および体内の血流の強調された画像を生成する。造影剤を使用しながらデータを取得した後に、画像解析は、高調波成分と線形成分を分離する、高調波成分を強調する、強調された高調波成分を使用することによって超音波画像を生成することを含む。受信信号からの高調波成分の分離は、好適なフィルタを使用して行われる。超音波撮像に造影剤を使用することは、当業者にはよく知られており、したがってさらに詳細に説明しない。
【００１８】
本発明の様々な実施形態では、プロセッサ１１６により他のモード関連モジュールまたは様々なモード関連モジュールによって（例えば、Ｂモード、カラードップラ、Ｍモード、カラーＭモード、スペクトルドップラ、血管弾性解析法（Elastography）、ＴＶＩ、歪み、歪み率など）データを処理して２Ｄまたは３Ｄデータを作成することができる。例えば、１つまたは複数のモジュールは、Ｂモード、カラードップラ、Ｍモード、カラーＭモード、スペクトルドップラ、血管弾性解析法、ＴＶＩ、歪み、歪み率、およびその組合せなどを生成することができる。画像ビームおよび／またはボリュームは格納され、データがメモリに取得された時間を示すタイミング情報を記録することができる。モジュールは、例えば、画像ボリュームをビーム空間座標からディスプレイ空間座標に変換するために走査変換操作を行う走査変換モジュールを含むことができる。患者に処置が行われている間にメモリから画像ボリュームを読み取り、リアルタイムで画像を表示するビデオプロセッサモジュールを提供することができる。ビデオプロセッサモジュールが画像を画像メモリに格納することができ、画像メモリから画像が読み取られ、表示される。
【００１９】
図２は、一実施形態に従ったボリュームの概略図である。ボリューム２００は、図１に示したプローブ１０６によって取得することができ、前述のようにプローブ１０６は、２Ｄマトリクスアレイとすることができる。ボリューム２００は、プローブ１０６に対するその寸法に基づいて定義することができる。例えば、ボリューム２００に対して、仰角方向２０２、奥行き方向２０４、および方位角方向２０６がすべて示される。以下に詳細に説明するように、ボリューム２００は、第１の部分ボリューム２０８と、第２の部分ボリューム２１０と、第３の部分ボリューム２１２とを含む。
【００２０】
図３は、例示的実施形態に従った方法のフローチャートである。フローチャートの個々のブロックは、方法３００に従って行うことができるステップを表す。さらなる実施形態は、異なる順序で示すステップを行うことができる、および／または、さらなる実施形態は、図３に示していないさらなるステップを含むことができる。方法３００の技術的効果は、以下ＲＯＩと呼ぶ関心領域から取得される体動データに基づいた品質パラメータの計算である。図１の超音波撮像システム１００のプロセッサ１１６が方法３００を実施する例示的実施形態に従って、方法３００を説明する。さらに、胎児の心臓の４Ｄ超音波データが３つの部分ボリュームで取得される実施形態に従って、方法３００を説明する。方法３００は、他の臓器または解剖学的構造の４Ｄ超音波データを取得するためにも同様に使用することができることを、当業者には理解されたい。方法３００はまた、異なる数の部分ボリュームを有するＲＯＩの４Ｄ超音波データを取得するために使用することもできる。例えば方法３００は、わずか２つの部分ボリュームを有するＲＯＩ、または４つ以上の部分ボリュームを有するＲＯＩの４Ｄ超音波データを取得するために使用することもできる。
【００２１】
図１、２、および３を参照すると、ステップ３０２においてユーザは、ボリューム２００のようなＲＯＩを選択する。ユーザは、ユーザインタフェース１１５を介した入力に基づいてＲＯＩの範囲を選択することができる。ＲＯＩは、検査中の臓器または組織の一部または全部を示すように選択することができる。例示的実施形態によれば、ＲＯＩは、乳児の心臓を含むように選択することができる。他の実施形態によれば、ＲＯＩは、成人の心臓など、他の臓器を含むように選択することができる。
【００２２】
ステップ３０４においてプロセッサ１１６は、ＲＯＩを第１の部分ボリューム２０８、第２の部分ボリューム２１０、および第３の部分ボリューム２１２のような複数の部分ボリュームに分割する。プロセッサ１１６は、４Ｄ超音波データの所望の特性、超音波撮像システム１００の技術的仕様に基づいて、またはユーザインタフェース１１５を介して受信されるユーザ入力に基づいて、ボリューム２００を部分ボリュームに分割する方法を決定することができる。例えば、ユーザは、ユーザインタフェース１１５を介して４Ｄ超音波データの所望の特性を選択することができる。これらの特性は、時間分解能、線密度、総取得時間などのような変数を含むことができる。プロセッサ１１６は、４Ｄ超音波データの所望の特性を、超音波撮像システム１００の技術的仕様と比較することができる。例えば、ＲＯＩが乳児の心臓を含む例示的実施形態によれば、プロセッサ１１６は、ＲＯＩ全体に所望の線密度および時間分解能、あるいはリフレッシュレートを得るためにいくつの部分ボリュームが必要であるかを計算することができる。例示的実施形態によれば、プロセッサ１１６は、ＲＯＩを３つの部分ボリュームに分割する。しかしながら、ＲＯＩは、他の実施形態に従って異なる数の部分ボリュームに分割できることを、当業者には理解されたい。部分ボリュームの形状および／または向きも同様に、他の実施形態により異なることがある。
【００２３】
次に、ステップ３０６において、プロセッサ１１６はＲＯＩの体動データの取得を制御する。例示的実施形態によれば、プロセッサ１１６は、部分ボリューム２０８、２１０、２１２の１つまたは複数についてＭモードデータを取得するようにプローブ１０６を制御することができる。例えば、第１の部分ボリューム２０８について第１の直線２１４に沿ってＭモードデータを取得することができ、第２の部分ボリューム２１０について第２の直線２１６に沿ってＭモードデータを取得することができ、第３の部分ボリューム２１２について第３の直線２１８に沿ってＭモードデータを取得することができる。他の実施形態によれば、方法３００の間に部分ボリュームの１つのみから体動データを取得することができる。
【００２４】
ステップ３０８においてプロセッサ１１６は、ステップ３０６で取得された体動データに基づいて品質パラメータを計算する。一実施形態によれば、プロセッサ１１６は、いかなる不要な動きについても体動データを解析することによって品質パラメータを計算することができる。品質パラメータを計算する例示的方法について、図４を参照して以下に説明する。その後プロセッサ１１６は、ステップ３１０において体動データに基づいて計算された品質パラメータを表示する。次に、ステップ３１２においてプロセッサ１１６は、この品質パラメータが許容できるかどうかを判断する。品質パラメータが許容できない場合、方法３００はステップ３０６に戻る。最も新しく取得された体動データに基づく品質パラメータが許容できるようになるまで、ステップ３０６、３０８、３１０、および３１２を複数回繰り返すことができる。
【００２５】
しかしながら、プロセッサ１１６がステップ３１２において品質パラメータは許容できると判断し、したがってＲＯＩ内の不要な動きは閾値量よりも少ない場合、方法３００はステップ３１４へ進み、ＲＯＩの４Ｄ超音波データを取得する。他の実施形態によれば、ステップ３１０を省くことができ、プロセッサ１１６は、品質パラメータを表示せずに、品質パラメータが許容できるかどうかを判断することができる。
【００２６】
図４は、一実施形態に従ったある期間にわたるＭモードのトレースを示すグラフである。グラム４００は、ｙ方向４０２で深度を、ｘ方向４０４で標準時間を表す。グラフ４００中の画素の各列（column）が、単一Ｍモードの取得またはトレースを表す。Ｍモードのトレースが、単一直線の超音波データを表し、各トレースがグラフ４００に表される。ｘ方向４０４に沿った標準時間は、左から右へと増加し、Ｍモードのトレースが時間とともにどのように変化するかをグラフ４００が示すことを意味する。グラフ４００は、例示的実施形態により第１の直線２１４、第２の直線２１６、または第３の直線２１８のいずれか１つに沿って取得されたＭモードのトレースを表すことができる。グラフ４００は、心臓部のＭモードのトレースが複数の心周期の期間にわたって取得された実施形態を示す。直線４０６より下のグラフ４００の第１の部分４０５は、周期的運動を示している。一実施形態によれば、この周期的運動は、患者の心臓の律動的な鼓動に対応する可能性がある。第１の部分４０５には、およそ１０の心周期の体動データが含まれている。グラフ４００の第１の部分４０５は、健康な患者の周期的運動を呈する心臓の一部を表す。したがって、不要な体動を求めるために第１の部分４０５を解析することは望ましくない。しかしながら、直線４０６より上の第２の部分４０８は、通常の生理運動と一致する周期的運動を起こしていない解剖学的組織を含んでいる。したがって、体動を求めるためにグラフ４００の第２の部分４０８によって表されるＭモードデータの部分を解析することは望ましい。
【００２７】
一実施形態によれば、プロセッサ１１６は、第１の部分４０５で表されるような周期的運動を起こしているデータの部分を、第２の部分４０８で表されるような周期的運動を起こしていないデータの部分から分離するために、体動データに高速フーリエ変換を実行することができる。高速フーリエ変換は、周波数領域で体動データを表し、プロセッサ１１６が、鼓動している心臓のような周期的な生理運動によって予想される周波数の範囲内で周期的運動を示すデータの部分を容易に識別できるようにする。同様にプロセッサ１１６は、周期的な生理運動を示していない領域に対応する体動データを容易に識別することができる。グラフ４００に示す例によれば、プロセッサ１１６は、直線４０６より下の体動データは周期的運動を示しているとして、および直線４０６付近の体動データは周期的運動を示していないとして識別する。
【００２８】
次いでプロセッサ１１６は、直線４０６より上の第２の部分４０８で表されるデータを解析することができる。やはり周波数領域の間は、プロセッサ１１６は体動データを解析して、いかなる不要な動きも識別することができる。組織が動いておらず、プローブ１０６が静止位置に保たれていると仮定すると、グラフ４００の第２の部分４０８で表される体動データは、著しい体動を示すはずはない。したがってプロセッサ１１６は、体動データのこのサブセット内の変化について、体動データ内で探索することができる。プローブ１０６と撮像中の解剖学的組織との間で完全にゼロの動きを有することはほとんどありえないことを、当業者は理解するであろう。したがって、ある一定の大きさを上回る動きのみを、体動によって引き起こされた可能性があると識別するように、閾値またはフィルタを調整する必要がある。この閾値またはフィルタの設定は、実験的研究に基づいて決定することができる。
【００２９】
グラフ４００は、不要な動きを示す領域４１０を含んでいる。第２の部分４０８に関しては、標準時間を表す水平方向に最小限の変動を有するはずである。しかしながら、領域４１０では、著しい不連続部が見られる。領域４１０は、深度４１２でプローブ１０６と検査中の組織との間に相対的な動きがあった間に取得されたＭモードデータを含んでいる。第２の領域４０８はグラフ４００に図示されているが、プロセッサ１１６は、体動データの高速フーリエ変換を調べることによって不要な体動を示す領域があることを識別することができることを理解されたい。不要な体動を識別するためにプロセッサ１１６がグラフ４００のようなグラフを生成する必要はない。
【００３０】
一実施形態によれば、図４に関する上述の解析を、部分ボリュームのそれぞれに取得された体動データに対して繰り返すことができる。言い換えれば、直線２１４、２１６、および２１８に沿って体動データを取得することができるので、プロセッサ１１６は、直線２１４、直線２１６、および直線２１８に沿って得られる体動データを個々に解析することができる。前述のように、第１の直線２１４に沿って得られた体動データは第１の部分ボリューム２０８を表し、第２の直線２１６に沿って得られた体動データは第２の部分ボリューム２１０を表し、第３の直線２１８に沿って得られた体動データは第３の部分ボリューム２１２を表す。したがって、部分ボリュームのそれぞれからの体動データを解析することによって、プロセッサ１１６は、部分ボリュームのいずれか１つに不要な体動があるかどうかを判断することができる。
【００３１】
上述のように周波数領域でＭモードデータを解析することは、不要な体動について体動データを解析する１つの例示的方法にすぎず、他の実施形態が体動データ中の不要な体動を識別する他の技術を使用できることを、当業者には理解されたい。
【００３２】
図３に戻ると、ステップ３１０においてプロセッサ１１６は、ステップ３０８において計算された品質パラメータをディスプレイ装置１１８に表示する。品質パラメータは、様々な実施形態によりアイコンとして、または色分けされたインジケータとして、表示することができる。例えば、品質パラメータが許容範囲内である場合、第１のアイコンを表示することができ、品質パラメータが許容範囲外である場合、第２のアイコンを表示することができる。品質パラメータは、品質パラメータのステータスを識別するために、色分けされた形と、アイコンの形の両方を含むことができる。ユーザは、ＲＯＩとプローブ１０６との間の不要な体動が許容レベル内であるかどうかに関するフィードバックのためにディスプレイ装置に表示された品質パラメータを見ることができる。
【００３３】
図５は、例示的実施形態に従った方法のフローチャートである。フローチャートの個々のブロックは、方法５００に従って行うことができるステップを表す。さらなる実施形態は、異なる順序で示すステップを行うことができる、および／または、さらなる実施形態は、図５に示していないさらなるステップを含むことができる。方法５００の技術的効果は、ＲＯＩ内の体動に基づいた品質パラメータの計算である。図１の超音波撮像システムのプロセッサ１１６が方法を実施する例示的実施形態に従って、方法５００を説明する。さらに、心臓の４Ｄ超音波データが３つの部分ボリュームで取得される実施形態に従って、方法５００を説明する。
【００３４】
図１、２、および５を参照すると、ステップ５０２においてユーザは、ＲＯＩのようなＲＯＩを選択する。ユーザは、ユーザインタフェース１１５を介した入力に基づいてＲＯＩの範囲を選択することができる。
【００３５】
ステップ５０４においてプロセッサ１１６は、ＲＯＩを第１の部分ボリューム２０８、第２の部分ボリューム２１０、および第３の部分ボリューム２１２のような複数の部分ボリュームに分割する。プロセッサ１１６は、４Ｄ超音波データの所望の特性、超音波撮像システム１００の技術的仕様に基づいて、またはユーザインタフェース１１５を介したユーザ入力に基づいて、ＲＯＩを部分ボリュームに分割する方法を決定することができる。例示的実施形態によれば、ＲＯＩは、乳児の心臓を含むことができる。プロセッサ１１６は、ＲＯＩ全体に所望の線密度および時間分解能、あるいはリフレッシュレートを得るために、いくつの部分ボリュームが必要であるかを計算することができる。ＲＯＩは、他の実施形態に従って異なる数の部分ボリュームに分割できることを、当業者には理解されたい。部分ボリュームの形状および／または向きも同様に、他の実施形態により異なることがある。
【００３６】
次に、ステップ５０６においてプロセッサ１１６は、部分ボリュームの１つの超音波データを取得するために、超音波撮像システム１００中の特定の構成要素を制御する。一実施形態によれば、プロセッサ１１６は、送信ビームフォーマ１０１、送信機１０２、プローブ１０６、受信機１０８、および受信ビームフォーマ１１０を制御して、第１の部分ボリューム２０８の超音波データの１つのボリュームを取得することから始める。次に、第１の部分ボリューム２０８のデータの１つのボリュームを取得した後に、方法３００はステップ５０８に進み、プロセッサ１１６は、部分ボリューム２０８、２１０、２１２のうちの少なくとも１つについて体動データの取得を制御する。例示的実施形態によれば、プロセッサ１１６は、部分ボリューム２０８、２１０、２１２のそれぞれについて１つもしくは複数の直線のＭモードデータのまたは合成Ｍモードデータを取得するようにプローブ１０６を制御することができる。例えば、第１の部分ボリューム２０８について第１の直線２１４に沿ってＭモードデータを取得することができ、第２の部分ボリューム２１０について第２の直線２１６に沿ってＭモードデータを取得することができ、第３の部分ボリューム２１２について第３の直線２１８に沿ってＭモードデータを取得することができる。他の実施形態は、図２に示した直線以外の直線に沿ってＭモードデータを取得することができることを理解されたい。さらに、一部の実施形態は、各部分ボリューム内の２つ以上の直線に沿って体動データを取得することができる。例えば、一実施形態は、様々な方向の体動を検出するために、様々な方向を向いている複数の直線に沿って体動データを取得することができる。さらに他の実施形態によれば、ステップ５０８は、ステップ５０６、５０８、５１０、５１２、５１４、５１６、および５１８の各繰り返しの間、単一直線のみに沿って体動データを取得することを含むことができる。
【００３７】
他の実施形態によれば、ＲＯＩの体動データは、異なる技術により取得することができる。例えばプロセッサ１１６は、超音波データ内の１つまたは複数のボリュームに基づいて合成Ｍモードデータを生成することができる。この開示のために、「合成Ｍモードデータ」という用語は、ある期間にわたって複数のフレームまたは複数のボリュームから単一直線の超音波データを抽出することを含むように定義する。合成Ｍモードデータは、通常のＭモードデータと同様に、ある期間にわたるその単一直線を含む。しかしながら、合成Ｍモードデータは、個々に取得するのではなく、２Ｄ、３Ｄ、または４Ｄ超音波データから導き出す。さらに、他の実施形態によれば、体動データは、相関手法を使用することによって取得することができる。プロセッサ１１６は、隣接したボリューム間の動きの量を検出するために、４Ｄ超音波データの各ボリュームを既に取得したボリュームと比較し、相関手法を行うことができる。例えば、隣接したボリューム間でどの程度の動きが発生したかを検出するために、ブロックモデリングのような技法を使用することができる。「隣接した」という用語は、空間的に隣接したボリューム、時間的に隣接したボリューム、または位相に関して隣接したボリュームを指すことができると当業者には理解されたい。ブロックモデリングは、取得されたボリュームをそれぞれ複数のより小さいサブボリュームに分割し、次いでサブボリュームのそれぞれが時間とともにどのように動くかを追跡することを含む。合成Ｍモードデータまたは相関技法に基づいて体動データを取得することは、さらなる超音波データの取得を必要としない。代わりにプロセッサ１１６は、ステップ５０８で取得された４Ｄ超音波データから直接、体動データを取得することができる。
【００３８】
ステップ５１０においてプロセッサ１１６は、体動データから品質パラメータを計算する。ステップ５１２および５１４は、方法５００の間に必要に応じて行うことができるオプションステップである。ステップ５１０ならびにオプションステップ５１２および５１４に関するさらなる詳細について、以下に説明する。
【００３９】
次にステップ５１６において、プロセッサ１１６は、ステップ５０６中に超音波データが取得された同じ部分ボリュームのさらなる超音波データを取得することが求められるかどうかを判断する。その部分ボリュームのさらなる超音波データを取得することが望ましい場合、方法５００はステップ５０６に戻る。一実施形態によれば、複数の異なる心拍位相で部分ボリュームを表す超音波データを取得するために、少なくとも１つの心周期の長さのある期間にわたって各部分ボリュームの超音波データを取得することが望ましい。したがってプロセッサ１１６は、ステップ５１６において特定部分ボリュームのさらなる超音波データを取得することが望ましいかどうかを判断するために推定心拍数を利用することができる。例示的実施形態では、方法５００は、少なくとも１つの心周期と同じ長さの時間量の間に、ステップ５０６、５０８、および５１０、オフションステップ５１２および／または５１４、ならびにステップ５１６を繰り返す。方法５００が、ステップ５０６、５０８、および５１０、オプションステップ５１２および／または５１４、ならびにステップ５１６を繰り返すたびに、特定の部分ボリュームに対して超音波データの新しいボリュームを取得する。例えば、方法３００は、第１の部分ボリューム２０８の超音波データの複数のボリュームを取得するために、ステップ５０６、５０８、および５１０、オプションステップ５１２および／または５１４、ならびにステップ５１６を周期的に繰り返すことができる。超音波データのボリュームのそれぞれが、異なる時点における、第１の部分ボリューム２０８のような部分ボリュームを表す。各部分ボリュームの超音波データの複数のボリュームは、部分ボリュームが時間とともにどのように変化するかを示すので、この開示のために、これらをまとめて４Ｄ超音波データと呼ぶ。また「４Ｄ超音波データ」という用語は、この開示のために、ＲＯＩ全体のようなより大きいボリュームのある期間にわたる変化を示す超音波データを含むように定義する。ステップ５０６、５０８、および５１０、オプションステップ５１２および５１４、ならびにステップ５１６を複数回繰り返すことによって、方法５００は、第１の部分ボリューム２０８の第１の４Ｄ超音波データを取得する。
【００４０】
しかしながら、第１の部分ボリューム２０８に対して十分な超音波データが取得されると、方法３００はステップ５１８で次の部分ボリュームに進む。例示的実施形態によれば、第１の部分ボリューム２０８の４Ｄ超音波データは既に取得されたので、プロセッサ１１６は、一実施形態によれば第２の部分ボリューム２１０とすることができる次の部分ボリュームに進むことを決定する。次いで方法５００は、少なくとも心周期と同じ長さのある時間の長さの間、第２の部分ボリューム２１０に対して第２の４Ｄ超音波データを取得するために、ステップ５０６、５０８、５１０、オプションステップ５１２および５１４、ならびにステップ５１６を繰り返す。次いでステップ５１８において、第２の部分ボリューム２１０に対して十分な４Ｄ超音波データが取得されると、方法５００は、例示的実施形態によれば第３の部分ボリューム２１２とすることができる次の部分ボリュームに進む。
【００４１】
方法５００は、次に、少なくとも患者の心周期と同じ長さの期間の間、第３の部分ボリューム２１２の４Ｄ超音波データを取得するために、ステップ５０６、５０８、５１０、オプションステップ５１２および５１４、ならびにステップ５１６を繰り返す。この結果として、患者の心周期の複数の異なる位相を表す第３の部分ボリューム２１２に対する４Ｄ超音波データを取得する。
【００４２】
ステップ５１０においてプロセッサ１１６は、体動データに基づいて品質パラメータを計算する。品質パラメータは、プローブ１０６とＲＯＩとの間に発生する不要な体動の量のインジケータである。プロセッサ１１６は、多くの様々な技術を使用して、品質パラメータを計算することができる。プロセッサ１１６は、各部分ボリュームについて個々に品質パラメータを計算することができ、またはプロセッサ１１６は、ＲＯＩについてまとめて品質パラメータを計算することができる。例示的実施形態によれば、プロセッサ１１６は、図４に関して前述した方法により品質パラメータを計算することができる。品質パラメータを計算することは、体動データ中に検出される不要な体動の量に基づいて点数を割り当てること含むことができる。
【００４３】
方法５００は２つのループを含むことを、当業者は理解するであろう。内側のループが、ステップ５０６、５０８、５１０、オプションステップ５１２、オプションステップ５１４、およびステップ５１６を含む。また外側のループが、ステップ５０６、５０８、５１０、オプションステップ５１２、オプションステップ５１４、ステップ５１６、およびステップ５１８を含む。方法５００が内側のループまたは外側のループを周期的に繰り返すたびに、ステップ５０８においてさらなる体動データを取得する。ステップ５１０において計算された品質パラメータは、オプションステップ５１２で表示することができる。別の実施形態によれば、複数の品質パラメータを計算することができ、各品質パラメータは、部分ボリュームのただ１つの中の体動データを表す。品質パラメータは、アイコン、色分けされたインジケータ、または他のタイプのグラフィカルインジケータおよび／または数字インジケータとして表示することができる。さらに、他の実施形態によれば、品質パラメータの値は、許容範囲外である場合、結果として可聴警告を生じることができる。ステップ５１２はオプションであるので、方法５００が内側または外側のループを行うたびに、品質パラメータは表示されない可能性がある。ステップ５１２は、方法５００が内側のループおよび／または外側のループを所定回数行った後にのみ、行うことができる。例えば、一実施形態によれば、品質パラメータは、各部分ボリュームの取得後に、ＲＯＩ全体の取得後に、または様々な実施形態によるＲＯＩ全体に対する４Ｄ超音波データの取得後に、表示することができる。他の実施形態によれば、品質パラメータは、方法の内側のループまたは外側のループのいずれかを通過するたびに更新し、表示することができる。ステップ５１２における品質パラメータの表示が、結果として４Ｄ超音波データを取得するプロセスの間の品質パラメータの表示となることを、当業者には理解されたい。ステップ５１２において品質パラメータを表示することによって、ユーザは４Ｄ超音波データを取得するプロセスの間の不要な体動に関するリアルタイムのフィードバックを提示される。例えばユーザは、４Ｄ超音波データを取得しながら、表示された品質パラメータを監視することができる。このようにユーザは、ＲＯＩの４Ｄ超音波データを取得するプロセスの間の過度の体動に関するリアルタイムのフィードバックを受信することができる。４Ｄ超音波データを取得するプロセスの間に品質パラメータを表示することによって、ユーザは、部分ボリュームのいずれかの中の不要な体動に関して非常に迅速にフィードバックを受信することができる。これは、ＲＯＩ全体に対する４Ｄ超音波データの取得を完了するまで過剰な体動があることをユーザが識別することができない従来の技術にまさる著しい改善である。さらに、従来の技術では、ユーザはアーチファクトを手動で識別しなければならない。これに対して方法５００は、品質パラメータにより体動データを非常に迅速にユーザに提供し、したがって、特定の状況ではユーザと患者の双方にかなりの時間を節約する。さらに他の実施形態によれば、ステップ１５２を省略することができ、方法は、品質パラメータの表示を含まないことが可能である。
【００４４】
オプションステップ５１４では、品質パラメータに基づいてアクションを行う。ステップ５１４で行われるアクションは、品質パラメータのステータスによって異なることが可能である。品質パラメータが許容できる場合、アクションは、４Ｄ超音波データに基づいて画像を生成すること、および画像をディスプレイ装置１１８に表示することを含むことができる。４Ｄ超音波データに基づいた画像は、既知の技術に従って部分ボリュームのそれぞれに対して４Ｄ超音波データを最初に結合することによって生成することができる。画像は、ＲＯＩ内からの切片（slice）、ＲＯＩの一部もしくは全部に基づくボリュームレンダリング、またはステップ５０６で取得された４Ｄ超音波データの一部もしくは全部から生成される他のいかなるタイプの画像も含むことができる。品質パラメータが許容でき、したがって部分ボリュームにおいて不要な体動が限られているまたはないことを示す場合、アクションは、４Ｄ超音波データの取得をやめること、および／または４Ｄ超音波データに基づいて画像を表示すること含むことができる。方法５００に示す実施形態によれば、ステップ５１２および５１４は、ＲＯＩの４Ｄ超音波データを取得するプロセスの間にリアルタイムで行うことができることを理解されたい。４Ｄ超音波データが所望の期間にわたって部分ボリュームのそれぞれに対して取得された場合、かつ品質パラメータが許容できる場合、さらなる４Ｄ超音波データを取得する必要はない可能性がある。
【００４５】
品質パラメータが許容できない場合、ステップ５１４において異なる例示的アクションを行うことができる。許容できない品質パラメータは、部分ボリュームの１つまたは複数に過剰な不要な体動があることを示す。一実施形態によれば、アクションは、品質パラメータが許容できるようになるまで４Ｄ超音波データを取得し続けることを含むことができる。これは、品質パラメータが許容できるようになるまで、ステップ５０６、５０８、５１０、オプションステップ５１２および５１４、ならびにステップ５１６を繰り返すことを伴うことができる。別の実施形態によれば、品質パラメータが過度の不要な体動を示す場合、ステップ５１４で行われるアクションは、ユーザが新規の取得を開始できるように、４Ｄ超音波データの取得をやめることを含むことができる。さらに、ユーザはプローブ１０６の位置を変え、患者が動かなくなるまで待った後にさらなる４Ｄ超音波データを取得することを希望することができる。ステップ５１４で行われるアクションは、プロセッサ１１６によって自動的に行うことができる、またはユーザによって手動で行うことができる。
【００４６】
別の実施形態によれば、品質パラメータが許容できない場合、プロセッサ１１６はＲＯＩの４Ｄ超音波データを取得し続けるようにプローブ１０６を制御するアクションを行うことができる。一部の実施形態によれば、プロセッサ１１６は、品質パラメータを計算し、品質パラメータを評価し、部分ボリュームのそれぞれに対して４Ｄ超音波データを取得するプロセスの間に、品質パラメータに基づいてアクションを行うことができることを理解されたい。例えばプロセッサは、ＲＯＩの４Ｄ超音波データを取得するプロセスの間に品質パラメータを表すためのアイコンまたはインジケータと共に画像を表示するアクションを行うことができる。
【００４７】
この明細書は、最良のモードを含む、本発明を開示するために、またいかなる当業者も、任意のデバイスまたはシステムを作成して使用すること、および組み込まれた任意の方法を行うことなど、本発明を実践できるようにするために、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義するが、当業者であれば思い付く他の例も含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの言葉と違わない構造的要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文字通りの言葉とわずかな違いを有する等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であるとする。
【符号の説明】
【００４８】
１００  超音波撮像システム
１０１  送信ビームフォーマ
１０２  送信機
１０４  素子
１０６  プローブ
１０８  受信機
１１０  受信ビームフォーマ
１１５  ユーザインタフェース
１１６  プロセッサ
１１８  ディスプレイ装置
１２０  メモリ
２００  ボリューム
２０２  仰角方向
２０４  奥行き方向
２０６  方位角方向
２０８  第１の部分ボリューム
２１０  第２の部分ボリューム
２１２  第３の部分ボリューム
２１４  第１の直線
２１６  第２の直線
２１８  第３の直線
３００  方法
３０２  ＲＯＩを選択する
３０４  ＲＯＩを部分ボリュームに分割する
３０６  ＲＯＩから体動データを取得する
３０８  品質パラメータを計算する
３１０  品質パラメータを表示する
３１２  品質パラメータは許容できるか？
３１４  ４Ｄ超音波データを取得する
４００  グラフ
４０２  Ｙ方向
４０４  Ｘ方向
４０５  第１の部分
４０６  直線
４０８  第２の部分
４１０  領域
４１２  深度
５００  方法
５０２  ＲＯＩを選択する
５０４  ＲＯＩを部分ボリュームに分割する
５０６  部分ボリュームの超音波データを取得する
５０８  体動データを取得する
５１０  体動データから品質パラメータを計算する
５１２  品質パラメータを表示する
５１４  品質パラメータに基づいてアクションを実行する
５１６  部分ボリュームの取得を繰り返す？
５１８  次の部分ボリュームに進む？
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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