(57)【要約】  被験者に関して取得される３次元の画像データから複数の標準的な２次元の心エコービューを生成及び表示するためのシステム並びに方法に関する。１つの実施の形態において、医療の専門家は、１つの視覚化面が標準的な２次元のビューに対応するように３次元プローブの位置を定め、予め計算された相対座標は、自動的に他の標準的な２次元のビューを設置及び生成するために用いられる。あるいは、目標抽出アルゴリズムが特定の特徴を識別するために用いられ、それらから、それぞれの視覚化面が設置され、標準的な２次元ビューが生成されることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心構造又は関心ボリュームに関する異なるそれぞれの座標における複数の予め定められた２次元画像を生成及び表示するシステムであって、前記関心構造又は関心ボリュームに関して取得された３次元画像データを受信する手段、前記関心構造又は関心ボリュームに関する１つ以上の予め定められた視点に対応するそれぞれの座標を自動的に検出する手段、及び前記３次元画像データから、前記１つ以上の予め定められた視点からのそれぞれの２次元画像を生成する手段を有するシステム。
【請求項２】
第１の予め定められた視点を表すユーザにより選択されたデータを受信する手段、及び当該データから、１つ以上の更なる予め定められた視点のそれぞれの座標を計算する手段をさらに有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ユーザにより選択されたデータが、前記３次元画像データを取り込む手段を前記関心構造又は関心ボリュームに対して手動で配置することによって導出される請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記関心構造又は関心ボリュームの１つ以上の特徴を前記３次元画像データ内で識別する手段、及びそこから前記１つ以上の予め定められた視点に対応する前記それぞれの座標を計算する手段をさらに有する請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記２次元画像が、予め定められた２次元心エコービューに対応する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
関心構造又は関心ボリュームに関する異なるそれぞれの座標における複数の予め定められた２次元画像を生成及び表示する方法であって、前記関心構造又は関心ボリュームに関して取得された３次元画像データを受信し、前記関心構造又は関心ボリュームに関する１つ以上の予め定められた視点に対応するそれぞれの座標を自動的に検出し、及び前記３次元画像データから、前記１つ以上の予め定められた視点からのそれぞれの２次元画像を生成する方法。
【請求項７】
関心構造又は関心ボリュームの画像を表示する表示装置であって、関心構造又は関心ボリュームに関する異なるそれぞれの座標における複数の２次元画像を生成する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシステム、及び前記２次元画像を表示する表示手段を有する装置。
【請求項８】
前記関心構造又は関心ボリュームに関する３次元画像データを生成及び表示する手段をさらに有する請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標準的な２次元心エコービューを生成及び表示するためのシステム及び方法、並びに対応する診断表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元超音波撮像は、複数の体器官の包括的な特性試験において、重要な非侵襲性の技術として用いられる。超音波撮像において、音響パルスは、トランスデューサから撮像されている器官へ向かう放射に沿って放出される。パルスは、パルスがその中を伝わっている媒体の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスを有する媒体に衝突する時、減衰して反射される。音響パルスが移動に要する時間は、トランデューサからの媒体界面の距離の測度である。反射されるエネルギー量は、界面を横切る音響インピーダンスの差分の測度である。パルスが体の中で単一の速度で伝わると仮定し、放射が所与の面にわたって一様に分布するとして、空間的な座標（デカルト座標、極座標）において受信されたエネルギーの２次元の記録は、撮像された器官の断面図を示すために用いられることができる。
【０００３】
心エコー検査は、心臓に対する超音波撮像の適用である。心エコー検査は、心臓病、心臓の構造及び機能の評価において、広範囲に受け入れられている。このように受け入れられたのは、主に、その非侵襲性の性質のため、並びに、心臓の構造及び動きの両方をリアルタイムに観察することができるためである。心エコー検査を用いることにより、心臓の解剖学的構造、心室の直径及び容積、壁厚、弁構造、駆出率などに関する定量的な情報が得られる。
【０００４】
しかしながら、超音波を用いた心臓を撮像する技術には、若干の制限がある。例えば、超音波は肋骨を貫通することができず、したがって、経胸腔的検査からは限られた視野しか得ることができない。さらに、超音波ビームに平行な組織は、あまり反射せず、組織の描画が貧弱になり、超音波はそれらの伝搬中に減衰し、したがって、限られた深さしか撮像することができない。
【０００５】
現在の医療実務では、異なる音響窓（すなわちプローブが配置される異なる解剖学的位置。一般的には肋骨の間）を通して心臓の異なるスキャンを得ることによって、これらの制限を克服する。
【０００６】
現在、２次元心エコー検査は、最も普及している撮像技術である。２次元心エコー検査では、セクタ面を調べるために一連の複数の角度で（超音波トランスデューサの１次元のアレイにより）超音波ビームを送信する。このように得られる画像は、その交点における心臓のスライスを表す。標準的な心エコービューは臨床プロトコルによって定められており、図面の図1を参照すると、典型的なビューは、(a)胸骨傍の長軸、(b)胸骨傍の短軸、(c)心尖4腔、心尖2腔、肋骨下などを含む。さらに、プローブ角度は、最良の組織描写を得るために調整されることができる。医療の専門家は、通常完全な心臓の診断のために、これらの異なるビューを組み合わせて、様々なそれぞれの視点から必要な画像の全てを取得するためには相当な時間を要する。
【０００７】
最近、３次元超音波撮像システムが導入され、心エコー検査の分野において新たな機能及びプロトコルが可能になった。例えば、米国特許番号6,352,509は、被験者の心臓の３次元収集を実行し、取得された３次元画像データ中で心室領域を識別し、その領域に関して取得された画像データを表示する３次元超音波診断装置を説明する。前記のいくつかの標準的な２次元ビューは、単一の３次元収集の中に含まれ、医療の専門家は、適切な情報を探すために、そのような３次元収集をスキャンすることができる。さらに、３次元超音波撮像システムは、ボリュームレンダリングが生成されることも可能にし、２次元スライスだけではなく、３次元データセット全体を見ることができる。この場合、顕著な特徴に注目するために関心領域を選択することが必要である。典型的な顕著な特徴は、左心室内部からの僧帽弁、三尖弁及び心尖4腔を含む。しかしながら、また、３次元画像データをスキャンし、診断のための適切な視野を選択するために、医療の専門家は相当な時間を要する。
【０００８】
それにもかかわらず、３次元心エコー検査は、とりわけ僧帽弁狭窄症、僧帽弁逸脱症、僧帽弁動揺（mitral flail）、僧帽弁逆流、大動脈弁狭窄、大動脈逆流及び虚血のような多数の弁の病状の診断を含む様々な心臓病の診断及び処置における使用について、医療コミュニティ内で更なる支持を得ている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、関心構造に対する様々な視点からの複数の異なる２次元画像を生成及び表示するためのシステム及び方法を提供することであり、そのような画像を取得するために必要とされる時間及び労力は、従来技術の装置に対してかなり低減される。また、対応する表示システムを提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、関心構造又は関心ボリュームに関する異なるそれぞれの座標における複数の予め定められた２次元画像を生成及び表示するためのシステムが提供され、当該システムは、前記関心構造又は関心ボリュームに関して取得される３次元画像データを受信するための手段、前記関心構造又は関心ボリュームに関して１つ以上の予め定められた視点に対応するそれぞれの座標を自動的に決定するための手段、及び前記３次元画像データから、前記１つ以上の予め定められた視点からのそれぞれの２次元画像を生成するための手段を有する。
【００１１】
また、本発明によると、関心構造又は関心ボリュームに関する異なるそれぞれの座標における複数の予め定められた２次元画像を生成及び表示するための方法が提供され、当該方法は、前記関心構造又は関心ボリュームに関して取得される３次元画像データを受信し、前記関心構造又は関心ボリュームに関して１つ以上の予め定められた視点に対応するそれぞれの座標を自動的に決定し、及び前記３次元画像データから、前記１つ以上の予め定められた視点からのそれぞれの２次元の画像を生成する。
【００１２】
本発明は、３次元画像データ取得から標準的な２次元心エコービューを自動的に取得して、同様に同じ３次元画像データ取得から得られる３次元レンダリングビューと共に、これらの２次元心エコービューを表示する手段を提供し、これにより、これらの２次元ビューが最も重要な情報を含んでいるので、検査プロセスが高速（典型的には４対１の比）になり、診断タスクを容易にする。
【００１３】
１つの実施の形態において、システムは、第１の予め定められた視点を表すユーザにより選択されたデータを受信するための手段、及び前記データから１つ以上の更なる予め定められた視点のそれぞれの座標を計算するための手段をさらに有する。そのようなユーザにより選択されたデータは、好ましくは、前記３次元画像データを取り込むための手段を前記関心構造又は関心ボリュームに対して手動で配置することによって導き出される。したがって、医療の専門家は、１つの視覚化面が標準的な２次元ビュー（例えば心尖4腔）と一致するように、３次元プローブを手動で配置し、他の標準的なビューは、システムによって予め計算される座標を使用して取得される。
【００１４】
他の実施の形態において、システムは、前記３次元画像データ内で前記関心構造又は関心ボリュームの１つ以上の特徴を識別する手段を有し、それらから前記１つ以上の予め定められた視点に対応するそれぞれの座標を計算する。したがって、２次元ビュー座標の全ては、医療の専門家の関与なしで決定されることができる。
【００１５】
２次元画像は、予め定められた２次元心エコービューに有益に対応する。
【００１６】
本発明は、関心構造又は関心ボリュームの画像を表示するための表示装置に及び、当該装置は、前記関心構造又は関心ボリュームに関する異なるそれぞれの座標における複数の２次元画像を生成するための上記記載のシステム、及び前記２次元画像を表示するための表示手段を有する。
【００１７】
当該装置は、前記関心構造又は関心ボリュームに関する、１つ以上の３次元レンダリングビューのような３次元画像データを生成及び表示するための手段をさらに有する。
【００１８】
これらの及び他の本発明の態様は、本願明細書に記載される実施の形態から明らかであり、それらを参照して説明される。
【００１９】
以下、添付の図面を参照して、単なる一例として、本発明の実施の形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面の図2を参照して、本発明の第１の例示的な実施の形態において、３次元画像データが、被験者の心臓に関して（10において）取得される。検査を実行している医療の専門家は、３次元画像取得プロセスの間、３次元面の１つが標準的な２次元ビュー（例えば心尖4腔）に一致するように、（12において）超音波プローブの位置を定める必要がある。これは、スクリーン上の現在の画像を見て、所望のビューが取得されるように被験者に対するプローブの位置を調整することによって、簡単に行われることができる。一旦このビューが取得されると、このビューのための座標は（0,0）に設定されることができ、他の標準的な２次元ビュー（例えば心尖２腔16、胸骨傍長軸18及び胸骨傍短軸20）に対応する座標を決定するために、予め計算された相対座標が（14において）用いられる。これらのビューは、例えば僧帽弁の３次元レンダリング22と共に、スクリーン21に表示される。
【００２１】
この手動モードは、非常に高速且つ堅個であるという利点をもつ。それは後述する自動モードほどは正確ではないが、視覚化のための良好な手っ取り早い起点を提供する。医療の専門家が表示されたビューを絞り込むことを望む場合であっても、ほとんどの作業は既に行われている。一方、医療の専門家は、そのフレーム中に画像を保持するために、元の心尖４腔の位置を監視しなければならない。
【００２２】
図面の図3を参照して、本発明の他の例示的な実施の形態において、管理されないスキームが提案され、それによるとシステムは、例えば心尖４腔12、心尖２腔16、胸骨傍長軸18及び胸骨傍短軸20に関して、２次元ビューの座標を決定し、２次元ビューを生成するために、自動目標検出アルゴリズムに（24において）依存する。これらのビューはまた、例えば僧帽弁の３次元レンダリング22と共に、スクリーン21に表示される。自動目標検出アルゴリズムは、取得された３次元画像データ内で、例えば弁、僧帽弁輪、心尖又は心臓の任意の他の特有の特徴を識別することができる。一旦空間中の位置が決定されると、標準的な２次元ビューはしかるべく表示されることができる。言い換えると、一旦特定の目標が識別されると、予め計算された相対座標が適用されることができる。
【００２３】
この動作モードは管理されずに動作するという利点を備えており、良好な３次元収集から、２次元及び３次元の標準的なビューが自動的に抽出されることができる。これは、従来技術のシステムと比較して収集時間を削減し、そのうえ、経験の少ない専門家が良好なスキャンを取得することを可能にする。人間と機械の相互作用の点からも、より高速である。一方、本発明のこの実施の形態の計算コストは、特徴抽出アルゴリズムの複雑性に依存しており、それは次にシステムを始動するために要する時間の長さに影響を及ぼす。構造壁を検出するための「k-means法」区分化、弁の差分画像の「k-means法」区分化のような高速なアルゴリズムや、レベル集合法又は差動方程式に基づくアルゴリズムのようなより複雑なアルゴリズムを含む、目標を抽出するために用いられることができる複数のアルゴリズムが存在することは、当業者に明らかである。特徴抽出アルゴリズムの他の種類がこの目的のための使用に適していることが認識されており、本発明が必ずしもこの点に関して制限されると意図されるわけではない。例えば、Haigh転送は、形状（例えば円）を検出するためにデジタル画像処理において用いられる周知の特徴抽出技術である。古典的な転送は画像中のラインを識別するが、それは任意の形状（例えば円）の位置を識別するように拡張されている。軸平面中の円を検出することによって、左心室の主軸を見つけ出すことが可能である。速度マップは、目標を自動的に検出するための他の例を提供する。速度マップの原理は、異なるフレームの差分（例えばv(x, O) = i(x, O) - i(x, 1)、i(x,t)は時刻tにおける画像フレーム、xは空間中の位置）をとることにある。基本的に、vがより大きな位置xが、最も動く位置（すなわち弁）に対応する。いうまでもなく、この差分だけでなく、より強力な他の推定が用いられることができる。実際、目標を自動的に検出するための多くの他の手段は、当業者に明らかである。
【００２４】
上述した実施の形態は本発明を制限ではなく説明し、当業者が添付の請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく多くの他の実施例を設計することが可能であることを留意すべきである。請求項において括弧中に配置される任意の参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されてはならない。「有する」との語及びその活用形は、総じて、任意の請求項又は明細書中に挙げられたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素の単数形の参照は、そのような要素の複数の参照を除外せず、逆もまた同様である。本発明は、いくつかの別個の要素を有するハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実施されることができる。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、いくつかのこれらの手段は、ハードウェアの全く同一のアイテムによって実施されることができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項中に列挙されていることは、これらの手段の組み合わせが効果的に用いられることができないことを示さない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】２次元心エコー面の収集、及び、胸骨傍長軸、胸骨傍短軸及び心尖４腔の２次元ビューにそれぞれ関する結果画像の概略図。
【図２】本発明の第１の例示的な実施の形態によるシステムの原理的な特徴を示す模式的なブロック図。
【図３】本発明の第２の例示的な実施の形態によるシステムの原理的な特徴を示す模式的なブロック図。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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