(57)【要約】  リアルタイムで左心室タイミングを分析するための超音波診断画像形成システム及び方法が記述されている。生の組織ドップラ画像が生成され、タイミング比較のための関心箇所を示すアイコンが、生の又はフリーズした組織ドップラ画像の上で操作される。速度データは、その示された箇所から取り込まれ、当該示された箇所に対する速度対時間のグラフを生成するために用いられる。説明している例では、箇所アイコンは、心臓周期を通じて同じ解剖学的箇所を連続的に追跡する。速度グラフは、スクロール表示又は静止した表示として呈示することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓の動きの同期を分析するための超音波診断画像形成システムであって、
動いている組織からドップラエコー信号を取り込むよう動作可能なプローブと、
前記プローブに結合され、前記ドップラエコー信号に応答動作し、リアルタイム組織ドップラ画像シーケンスを生成するよう振舞うドップラプロセッサと、
前記プローブに結合され、前記組織ドップラ画像シーケンスにおける複数の関心箇所について速度対時間のグラフをリアルタイムで生成するよう振舞うグラフィックプロセッサと、
を有するシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記関心箇所を選択するよう動作可能なユーザ制御部をさらに有するシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記ドップラプロセッサ及び前記グラフィックプロセッサに結合され、組織ドップラ画像と当該組織ドップラ画像シーケンスにおける複数の関心箇所についての速度対時間のグラフとの双方のリアルタイム画像シーケンスを表示する表示画面をさらに有するシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断画像形成システムであって、心臓の解剖学的組織構造と前記グラフとの対応を表示するよう前記組織ドップラ画像とともに表示されるＬＯＩアイコンをさらに有するシステム。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記グラフは、周期的に更新される静止したグラフとして表示される、システム。
【請求項６】
請求項３に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記グラフは、連続的に更新される静止したグラフとして表示される、システム。
【請求項７】
請求項３に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記グラフは、スクロールするグラフとして表示される、システム。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波診断画像形成システムであって、
リアルタイムのグラフに対応する組織ドップラ画像において複数の箇所を示すよう動作可能なユーザ制御部をさらに有し、
当該表示箇所と前記グラフとの表示対応がある、
システム。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記表示対応は、色対応である、システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記ユーザ制御部はさらに、前記複数の箇所のうちの箇所を調整するよう動作可能である、システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記ユーザ制御部は、前記組織ドップラ画像にわたるＬＯＩアイコンの位置を調整するよう動作可能である、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記組織ドップラ画像は、階調画像を有する、システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記ユーザ制御部は、前記組織ドップラ画像シーケンスのフリーズした画像にわたるＬＯＩアイコンの位置を調整するよう動作可能である、システム。
【請求項１４】
請求項１に記載の超音波診断画像形成システムであって、リアルタイム画像のシーケンスに応答動作し、リアルタイムで前記関心箇所を追跡するよう動作するトラッカをさらに有するシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記トラッカは、スペックルトラッカを有する、システム。
【請求項１６】
請求項１４に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記トラッカは、境界検出器を含む、システム。
【請求項１７】
請求項１４に記載の超音波診断画像形成システムであって、前記トラッカは、フレームからフレームへの相関により追跡する、システム。
【請求項１８】
請求項１１に記載の超音波診断画像形成システムであって、ＬＯＩアイコンの位置の調整は、当該調整されるＬＯＩアイコンに対応するグラフの強調表示を生じさせる、システム。
【請求項１９】
左心室機能を分析するための心臓エコー検査方法であって、
当該心臓から超音波データを取り込むこと、
当該左心室のリアルタイム画像シーケンスを表示すること、
動きが分析されることになる前記左心室の箇所を示すこと、及び
当該示された箇所の動きのリアルタイムのグラフを表示すること、
を有する方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、当該箇所を示すことは、前記左心室の少なくとも１つの画像を参照してグラフィックインジケータを操作することをさらに有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医学的診断用超音波システム及び方法、特に、左心室機能を分析するための心臓エコー検査システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
左心室機能の評価は、診断用途及び治療用途の双方につき関心の高いものである。正常な心機能の間では、心室は、心臓周期の心収縮（収縮性）位相及び心拡張（弛緩）位相において一貫した時間依存性の関係を呈する。病理学的な状態又は後の心臓に関係する外科的処置に関連した心機能異常の間では、これら時間依存型の機械的関係がしばしば変わる。弱まった心臓の筋肉の作用と組み合わせたときのこの変化は、心室の能力を低下させ血流力学的な不足をもたらす収縮性強度を生じる。
【０００３】
冠動脈バイパスグラフト（ＣＡＢＧ；coronary artery bypass graft）手術の後の心室同調性異状は、比較的に頻繁に直面する問題であり、手術後の一時的ペーシングを必要とする。房室ペーシングは、このような処置に続く手術後の血流動態を改善することが判明している。Weisse氏らのThorac. Cardiovasc. Surg. 2002; 41:131-135を参照されたい。しかしながら、重大な回復段階において患者に最も高度な血流力学的有益性を提供するペーシング箇所を選択するための広く受け入れられた標準的な方法は、利用可能なものとなっていない。
【０００４】
心室同調性異状を評価するために現在用いられている画像形成モダリティは、心臓エコー検査法である。組織ドップラ超音波は、エコー心臓学において心筋の動き及びタイミングを測定するために用いられる。組織ドップラ超音波法は、血流速度を分析するために用いられる超音波技術の適応例であり、カラーフローマッピング、並びにスペクトル及びオーディオパルス波（ＰＷ；pulsed-wave）ドップラがある。これら血流技術において、クラッタフィルタ（clutter filter）は、高速に動く血流からの非常に弱いエコーを確認することができるように強力な低速の組織エコーを排除する。組織ドップラ法は、普通はこの態様においてクラッタフィルタを用いず、分析される低速の組織エコーは、血液、ノイズ及び反響音のものよりも遥かに主要な信号となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
組織ドップラ法の重要な使用は、診断及びペースメーカリード配置のために、左心室の側壁及び隔膜の領域のタイミングを相互にそしてＥＣＧと比較することである。現在、これは、市場で入手可能な分析ソフトウェアパッケージを用いてカラー組織ドップラ画像形成の記憶されたループから速度対時間のグラフを得ることによって行われる。これらグラフのタイミング分析は、手作業又は自動で得ることができるが、生の画像形成の間は行われない。記憶されたカラー組織ドップラループから生成されるグラフは、一般的に、幾つかの心臓周期に対して約１００Ｈｚのフレームレートを必要とする。何百ものフレームのこうしたループは、最終的に得られる比較的に乏しい量の臨床情報のため、伝送及び記憶すべき非常に大量のデータを提供する。また、タイミング分析のための取得されるループデータの品質は、この処理後の分析の時まで、ありうるのは患者が亡くなり良好なデータの取得のために容易に利用可能でなくなった後に、普通は分からないものである。したがって、時間及びデータサイズの双方の面で、組織動きタイミング分析のための処理をより効率的にするシステムデザインの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の原理に従い、組織ドップラ画像の生のリアルタイムの取り込みと臨床診断のタイミンググラフの生成とを可能にする診断用超音波システム及び方法を記述するものである。以下に説明する例において、臨床医は、組織ドップラ画像の心筋層の上にある関心箇所（ＬＯＩ；location of interest）を指す。これらの箇所に対応する速度対時間のグラフは、生の画像形成が行われながら、スクリーン上にリアルタイムで現れて更新するものである。臨床医が心臓壁部の種々の箇所におけるタイミング関係を迅速に調べることができるよう、これらＬＯＩを、各セットの箇所においてリアルタイムで生成されたグラフにより、移動させて再位置づけることができる。臨床医が診断の基礎をなす心臓機能のグラフを観察していると、少量のデータが得られて記憶され、信頼性の高い関連の臨床情報を比較的少量のデータにおいて伝送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
先ず図１を参照すると、本発明の原理により構成された超音波システムがブロック図にて示される。アレイトランスデューサ１４を含むプローブ１０は、超音波ビームを送信し、器官及び血管１６を含む被検体の画像領域１４から応答のエコーを受信する。この図において、画像フィールド１４は、フェーズドアレイトランスデューサによりスキャンされるようなセクタ形状として示される。この特定の例において、超音波システムは、左心室の心筋の動きを分析するために用いられることになる。超音波エネルギは、伝達中にあり、トランスデューサアレイ１４の素子により受信される。２次元画像面がスキャンされることになる場合、当該アレイは、１次元アレイのトランスデューサ素子を有することになり、仰角フォーカシングが用いられ又は３次元ボリュームがリアルタイムでスキャンされることになる場合、当該アレイは、２次元アレイの素子を有することになる。受信したエコーは、コヒーレントのエコー信号を生成するビームフォーマ２０に結合される。これらエコー信号は、直交復調器２２により復調される。
【０００８】
この例において示されるシステムにおいて、エコー信号は、３つの異なる方法によりさらに処理される。振幅検出器３２は、受信したエコー信号の振幅検出を行い、検出された信号は、対数圧縮３４により圧縮される。結果として得られるＢモードエコー値は、スキャンコンバータ５０に結合され、その後階調マップ３６により表示値にマップ化される。この処理は、動いている関心組織、この例においては心筋のＢモード画像を生成することになる。直交復調された信号は、血流イメージングを行うときに静止した組織からの信号を除去するよう壁部フィルタ４２によってフィルタ処理され、このフィルタ処理された信号の集合は、カラードップラ処理器４６によりドップラ処理が施される。ドップラ処理器４６は、速度、加速度、分散量又はドップラパワーのような、動きに係る種々の選択可能な表現値を生成することができる。結果として得られる位相シフト又は強度推定値は、スキャンコンバータ５０に結合されたカラーマップ４８により対応する色又は色相にマップ化される。この処理は、構造Ｂモード画像と位置合わせされて重なることのできる組織動きの２次元又は３次元カラーオーバレイを生成する。上述したように、関心の信号が強力で低速のものである場合の組織ドップラ信号については、壁部フィルタが常に必要ではなく、省略してもよく、全ての信号を通過させたり、或いは低域通過機能が設定されてもよい。Ｂモード画像信号及びカラー動き画像信号は、スキャンコンバータ５０により所望の表示フォーマットに変換され、２次元又は３次元のカラーフロー又はカラー組織ドップラ画像として表示するための所望の空間フォーマットにより合成される。エコー値は、その後に、階調及びカラーマッピングプロセッサ３６により色又は階調表示値にマップ化される。これら表示値は、表示のためにビデオプロセッサ８０に結合される。
【０００９】
本発明の原理に従って、多数のＬＯＩからの直交復調された信号が自己相関器４４に結合される。この自己相関器は、調整可能なラグオーダのものとすることができる。この例において、自己相関器は、ラグ１自己相関器となるよう設定され、ＬＯＩからのエコーサンプルを前のサンプルの複素共役と乗算するよう動作し、その演算は、Ｓｎ＋１＊ｃｏｎｊ［Ｓｎ］と表すことができる。自己相関器は、ウィンドウ化されたグループ毎にエコーサンプルに対する演算をなす。例えば、６４サンプルウィンドウを用いることができる。このウィンドウにおけるサンプルは、当該ウィンドウの中心に用いられるより高い加重関数により包括的に重み付けされる。このウィンドウは、所望の時間分解能のために全体的にオーバラップすることになる。例えば、第１のウィンドウは、サンプル１〜６４を含むことができ、第２のウィンドウは、サンプル１６〜８０を、第３のウィンドウは、サンプル３２〜９６を含むことができる、といった具合である。より高いＰＲＦが使われる場合、ラグ２自己相関器が好ましいものとなり、これが当該シーケンスにおいて１サンプルおきに動作するものとすることができる。ラグ１乗算は、非常に正確な時間で、２つの連続したサンプルの時間間隔をもって、比較的に大まかな位相シフト角推定値をもたらすものとなる。自己相関器４４は、当該ウィンドウの積を合計し、実部及び虚部を有する複素数として表現されるその結果の角度を得ることによって、角度推定精度を向上させる。この角度推定値は、アークタンジェント算出器６８に付与され、この算出器は、速度対時間のグラフのために用いるべき位相シフト角度値を調査又は計算する。この際、組織速度は、自己相関結果のアークタンジェントにより判定される位相シフト角に比例したものとなる。
【００１０】
この態様において、一連のウィンドウ化された自己相関速度推定値は、時間的に連続して生成される。これら速度推定値は、表示画面９０における表示のためにグラフィクスプロセッサ７２により速度対時間のグラフとしてプロットされることになる。これら速度推定値は、速度データポイントの列の滑らかな曲線を形成する補間器６６に供給される。結果として得られる曲線は、表示用の速度対時間の複数の曲線をリアルタイムでプロットするグラフィクスプロセッサ７２に結合される。複数の曲線は、スペクトルドップラが米国特許第５，３６５，９２９号（Peterson氏）において示されるように動的に追跡された複数サンプルボリュームから同時に生成されるのとほぼ同様にして、複数のＬＯＩから同時に生成される。この例において、グラフによる速度対時間曲線は、グラフィクスプロセッサ７２により生成され、個別に又はカラー組織ドップラ画像の横に並べて表示をなすためにビデオプロセッサ８０又はスキャンコンバータ５０に結合される。これら画像は、スキャンコンバータにより表示又は生成され、画像ディスプレイ９０における表示のためにビデオプロセッサ８０に結合される。
【００１１】
動きが速度対時間のグラフとして示されることになる組織ドップラ画像における左心室壁部上の箇所は、自動的に、又は制御パネル７０のマウス又はトラックボールにより表示画面上のカーソルのユーザ操作によって選択されることができる。ユーザは、グラフ化すべきＬＯＩの数を選択することができ、この情報は、ＬＯＩセレクタ６２により保持される。ユーザがＬＯＩを心臓壁上の所望位置へと操作すると、ＬＯＩセレクタは、組織ドップラ画像に対する各ＬＯＩの位置を更新する。このＬＯＩ位置情報は、グラフィクスプロセッサ７２に結合され、当該グラフィクスプロセッサが現在箇所における組織ドップラ画像にわたるＬＯＩを表すアイコンを表示することができるようにしている。これらＬＯＩアイコンは、それらの下においてリアルタイムで膨らんだり縮んだりする心臓の組織ドップラ画像を伴う画面上の静止箇所に配置することが可能である。
【００１２】
或いは、ＬＯＩアイコンは、一度配置すると、心臓壁上のそれらの箇所とともに移動するように表示されるようにすることができる。好ましくは、ＬＯＩアイコンは、臨床医が動いている心臓画像上のカーソルを操作するのと同様にして、現下の画像形成を行っている最中に位置づけられるようにするのがよい。但し、現下の画像をフリーズさせフリーズした画像の上でＬＯＩアイコンを操作することもでき、ＬＯＩアイコン位置は、一旦位置づけられると、当該フリーズ画像のものと同じ位相の心臓周期で生の画像に変換させられる。いずれの場合も、ＬＯＩの配置箇所は、ＬＯＩトラッカ６４により追跡される。ＬＯＩトラッカは、境界検出トラッキング、スペックルトラッキング、又はリアルタイム画像シーケンスを通じて解剖学的組織構造における特定のポイントを追うことができる他の何らかの方法を使うことができる。ＬＯＩトラッカがスペックルトラッキングを使う場合、ＬＯＩトラッカは、各ＬＯＩにおいて局部組織により生成されるスペックルパターンを追跡することにより連続的画像にわたるＬＯＩ位置の初期配置を追跡する。ＬＯＩトラッカは、隣接の心筋におけるＬＯＩポイントの近辺の画素領域を識別する。これら画素のスペックルパターンは、セーブされ、次に続く画像の同じ領域におけるスペックルパターン及びブロックマッチングにより整合させられたスペックルパターンと比較される。スペックルトラッキングに関するさらに詳細な事柄は、２００５年１１月８日に出願された米国特許出願第６０／７３４，６６２号において分かるものであり、その内容は、参照によりここに編入されるものである。ＬＯＩトラッカは、サイズにおいて波長よりも大きなトラッキング画像特性などの他の解剖学的組織構造トラッキング技術を使うことができる。例えば、特定の解剖学的特徴の動きがトラッキングされうる。他の例としては、組織テクスチャをトラッキングしてもよい。目標とされた特徴は、プレスキャン変換又はポストスキャン変換された画像データでトラッキングされうることも分かる筈である。ＬＯＩトラッカが使うことのできるまたさらに別の技術は、境界検出である。境界は、心筋の心臓内壁部の近辺において自動的にトレースされ、心臓内境界の各更新されたトレーシングに対する各ＬＯＩの位置の関係は、米国特許第６，４９１，６３６号（Chenal氏ら）に記述されているように各心臓周期を通じて維持される。
【００１３】
他の例は、生の動いている組織ドップラ画像にわたり静止位置におけるＬＯＩアイコンを維持することであるが、心筋が動くにつれてＬＯＩの初期位置を動的に追跡するためにＬＯＩトラッカを用いることである。このことにより、速度対時間のグラフが生成される対象の位置の正確さを維持しつつ、分散して動いたり静止したりしないＬＯＩアイコンの画像を提供する。
【００１４】
図２には、本発明の超音波システムにより生成される表示の一例が示されている。心臓のリアルタイム組織ドップラ画像１２０は、複数の速度対時間グラフ１２２の上に示される。組織ドップラ画像において、左心室１００は、左側の隔壁１０２と右側の側壁１０４とともに鮮明に視認可能である。心臓の頂部は、肋骨下の頂部４心室の視界でこの画像の上部にある。この例において、ユーザは、左心室の壁部の近辺における８つのＬＯＩを用いることを選択している。この表示におけるＬＯＩアイコンは、１〜６が付番された小さな六角形である。ユーザが先ずＬＯＩの数を選択するとき、ＬＯＩアイコンは、先述した米国特許６，４９１，６３６号に記述されるような境界トレーシングの制御ポイントの態様におけるが如く左心室の心臓内壁部の周りに最終的に分散させられる。ユーザは、その後に、画面のカーソル１０６を操作してＬＯＩアイコンをクリックし、心筋上のその所望の箇所にそれをドラッグ・アンド・ドロップすることができる。前述したように、これは、心筋の静止画像における配置を可能にするようフリーズされた画像上でなされるのが好ましい。ＬＯＩが図に示されるように隔壁及び側壁におけるそれらの所望の箇所に置かれた後、ＬＯＩトラッカは、上述したように下部組織の箇所を追跡することになり、これから、リアルタイムでＬＯＩ箇所の速度対時間の曲線を生成するためにデータが取り込まれ、当該画像の下部においてＥＣＧタイミング基準１０８により保持される、当該フリーズ画像と心臓周期の同じ位相から、リアルタイム表示が再開させられる。この６つのＬＯＩアイコンは、その後、生の組織ドップラ画像とともに動くか、或いはユーザにより定められるような動いている心臓画像の上で静止した状態を保つものとなる。
【００１５】
各心臓周期において生の画像が収縮し拡張するので、プロセッサ４４，６８，６６は、各ＬＯＩ箇所から、自己相関器４４に対し、これらの個所の追跡をなすＬＯＩトラッカ６４の結合により方向づけられるように直交データを連続的に受信する。ＬＯＩトラッカ６４はまた、特定の送信インターリーブ又はビーム密度がＬＯＩ箇所に対して所望される場合に、ＬＯＩ箇所をビームフォーマのコントローラに供給するようビームフォーマ２０にも結合される。したがってプロセッサ４４，６８，６６は、各心臓周期の時間にわたり速度曲線を連続的に計算し更新する。１つのこのようなセットの曲線１１０が図２に示されている。曲線１１０の６本は、超音波画像１２０における左心室の壁部上にある６つのＬＯＩポイントに対応している。普通は、ＬＯＩの複数の空間位置についてのグラフ１１０は、超音波画像１２０上のＬＯＩアイコンの種々の色に対応する種々の色を用いて、図に示されるように重なったものとなっている。ＬＯＩアイコンが超音波画像上において位置づけ直されると、その対応のグラフは、強度又はライン幅などにより強調表示されるのが好ましい。グラフ１１０は、消去バー又は所定のレートで動くスクロールトレースとともに、ドップラスペクトル又はＭモードトレースとして更新される。例えば、１つの心拍についての１組のグラフがこの例のように描かれた後、更新されたグラフの線が古いものの上に引かれ、それらをリアルタイムで置き換える。この例におけるグラフは、厳密に１つの心拍を示すように拡大縮小されているが、複数の心拍を示すために拡大縮小することもできる。ＥＣＧグラフ１０８は、相対的なタイミングを簡単に見分けることができるように同じようにして更新され拡大縮小される。
【００１６】
図３は、本発明の超音波システムにより生成される表示の他の例を示している。この例において、速度グラフ１２２は、表示画面の下部を横切ってスクロールしている。超音波画像の６つのＬＯＩを表す６つの速度線に加え、７番目の線１３２が生成されており、これを６つのサンプルされた箇所のラインの平均としている。このグラフによる表示は、代替的に平均値又は中心値計算とすることができる、当該平均と非同期のタイミングを伴うグラフを容易に表示する。ＥＣＧグラフ１０８は、速度グラフのスクロールと同期してグラフによる表示の下部に沿って移動し、当該グラフの時間基準を連続的に示している。この例において、３つの心拍が、スクロール表示において一度に視認可能である。
【００１７】
本発明の例の他の変形は、当業者には容易になしうるものとなる。グラフの速度データは、伝統的なカラー組織ドップラデータから、又はＰＷ組織ドップラデータから得ることができる。複数のＬＯＩのサンプリングは、時間的にインターリーブすることができる。何故なら、組織に必要なＰＲＦが比較的に低いからである。位置基準のために表示される生の画像形成は、上述したように、通常の階調画像又はカラー組織ドップラ画像とすることができる。この画像は、非常に高いフレームレートを示すのに必ずしも必要ではない。これらグラフはまた、歪み測定のための各関心領域の近辺における小領域を用いて、歪みレート又は歪み対時間を示すこともできる。
【００１８】
本発明のシステムは、必要に応じて、診断及び治療に直接関連した簡潔な数値結果を得るために幾つかの箇所から速度対時間のグラフを分析することもできる。例えば、ＥＣＧのＲ波からピーク速度までの時間遅延、又は２つのＬＯＩに対する時間遅延の差を比較することができる。得られる数値結果は、必要に応じて、色又は輝度とともに或いは単純に数値にてなすなどの様々な形態にて生の超音波画像に重ねて表示されることができる。音声出力は、速度対時間のグラフデータから生成可能であり、その際のピッチは、スペクトル／オーディオドップラと同様に速度に対応する。適切なドップラの特徴は、２００６年１２月８日に出願された同時係属の米国特許出願第６０／７４９，２１４号において記述されており、参照によりここに編入されるものである。音声は、選択した１つの関心の個所に対応するものとすることができ、或いは、幾つかの個所から同時に生成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の原理により構成された超音波診断画像形成システムを示すブロック図。
【図２】本発明の原理により動作するよう構成された超音波システムの表示スクリーンの例を示す図。
【図３】本発明の原理により動作するよう構成された超音波システムの表示スクリーンの第２の例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2009530010.tif 000006
2009530010.tif 000007
2009530010.tif 000008