(57)【要約】２次元アレイ・トランスデューサ・プローブは、肺又は肋骨といった物体によって従来のビューから音響的に遮られる体の領域を撮像するのに用いられる。プローブは、トランスデューサ・アレイと体の間の許容可能な超音波透過性を与える音響ウィンドウにおいて体に対して配置される。像平面の位置は、プローブをその音響ウィンドウに維持しつつ、ビームを動かす方向を調整することによって操作される。像平面は、遮られている解剖学的構造が診断のために有効に撮像されるよう像平面を位置決めするために、仰角方向に傾斜されえ、横方向に移動されえ、及び／又は、中心軸回りに回転されうる。
2005537078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元アレイトランスデューサにより、前記トランスデューサの面に対して垂直に延びる像平面の視野から遮られうる体の関心領域を超音波撮像する方法であって、
前記プローブの許容可能な音響ウィンドウを作成するよう前記プローブを前記体に接触させて配置する段階と、
前記音響ウィンドウを維持しつつ関心領域を撮像するよう、前記像平面をその前記トランスデューサに対して垂直の向きから傾斜させる段階とを有する、方法。
【請求項２】
前記配置する段階は更に、許容可能な音響ウィンドウを作成するよう音響ゲルを用いることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記傾斜させる段階は、前記プローブを前記体の前記音響ウィンドウに対して静止させて維持させつつ、前記像平面を前記関心領域へ向けて動かすよう前記超音波システム制御部を操作することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記傾斜させる段階は、前記像平面を前記トランスデューサの面に対して垂直な面とは異なる仰角方向の平面上で動かすこと、又は、前記平面を前記トランスデューサの面に対して垂直な軸を中心とする平面に対して横方向に動かすことを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記傾斜させる段階は、前記プローブの位置から遠隔に位置する超音波システムの制御部を操作することを更に含む、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記制御部は、複数の制御装置を含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記制御装置のうちの少なくとも１つはトラックボール制御装置を含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
２次元アレイトランスデューサにより、前記トランスデューサの面に対して垂直な向きに固定された像平面の視野から遮られうる体の関心領域を超音波撮像する方法であって、
前記プローブの許容可能な音響ウィンドウを作成するよう前記プローブを前記体に接触させて配置する段階と、
前記像平面を軸回りに回転させること、前記像平面を中心軸から横方向に移動させること、並びに、前記像平面を仰角方向に傾斜させることのうち、２つ又はそれ以上の動作により、前記像平面をその通常の向きから前記トランスデューサの面へ操作する段階とを有する、方法。
【請求項９】
前記操作する段階は、前記アレイトランスデューサを前記体に対して略静止した位置で維持している間に行われる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記操作する段階は、前記動作を行わせるよう超音波システムの制御部を操作する段階を更に含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記制御部は、複数の制御装置を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記操作する段階は、前記動作を行わせるよう前記プローブ上に配置された超音波の制御部を操作する段階を更に含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記操作する段階は、前記プローブの位置から遠隔に位置する超音波システムの制御部を操作する段階を更に含む、請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記制御装置のうちの少なくとも１つはトラックボール制御装置を含む、請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０００年８月１７日出願の米国特許出願第０９／６４１，３０６号（現在は米国特許第６，４４３，８９６号）の一部継続出願である、２００２年８月２９日出願の米国特許出願第１０／２３１，７０４号の一部継続出願である、２００３年５月１２日出願の米国特許出願第１０／４３７，８３４号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、超音波画像診断法に係り、特に、プローブ用に良い音響ウィンドウを維持しつつ像平面が動かされることを可能とする超音波システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
医用画像診断システムは、体の軟組織の診断上非常に役立つ画像を生成する。しかしながら、観察される必要のある組織及び器官は、しばしば、骨や空気で満たされた肺等の超音波に対する透過性が高くない体の部分によって分かりにくくされる。図１に、このような状況の一例を示す。図１中、胸郭１１０、１１２の後方に部分的に輪郭が描かれて示されている心臓は、胸郭の左側の後ろに配置されている。心臓内に輪郭が示され、斜線が付されているのは、しばしば心臓機能の評価用の超音波診断を受ける心臓１００の左心室１０２である。左心室は、成人の患者では肋骨１１０、１１２の間から心臓をスキャンすることにより超音波撮像法のために経胸腔的にアクセスされうる。超音波ビームは、肋骨１１０、１１間の肋間空間１２２を通って心臓へアクセスする。プローブ１０は、プローブ１０によってスキャンされた画像セクタの輪郭１２０によって示されるように心臓の頂点１０４から心臓をスキャンする。この技術は、一部の小児患者では、肋間の空間が小さすぎるため、有効でないことがある。技術はまた、ビームの通過に適した肋間空間が、撮像されるべき心臓領域へのアクセスのためにプローブが角度付けられることを可能としないような一部の成人患者に対しても有効でないことがある。これらの問題が生ずると、一番下の肋骨１１２から心臓へ向かって上向きにスキャンすることといった他のアプローチが試されねばならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これは、プローブと皮膚の間に良い音響ウィンドウが維持されるよう、皮膚との十分な物理的な接触を維持しつつ心臓へ向かって上向きに心臓平面を向けるために、体に対してプローブを傾斜させることを必要とする。これらの要求は、しばしば相容れず、体の中への音響伝送のために皮膚との正しい接触を維持しつつ所望の方向に像平面を向けることは不可能となることがある。この問題に対する他の解法は、経食道心エコー検査（ＴＥＥ）プローブを用いることにより食道から心臓を撮像することである。介在する肋骨構造が無いことにより心臓への非常に優れた音響的なアクセスを与える一方で、これは、多くの配慮を必要とし、ＴＥＥプローブが患者の喉へ挿入され引き出されるためしばしば患者に不快感を与える侵襲的な手順である。従って、アクセスが困難な体の領域を撮像し、複雑な撮像手順の必要性を回避しつつ体への良い音響的なアクセスを維持することが可能であることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の原理によれば、プローブを患者の皮膚に対して物理的に再配置する必要なしに、超音波プローブから像平面が動かされうる、音響診断撮像システム及び方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
このことは、医師が、患者の体との良い音響接触を定め、音響ウィンドウを変更することなく像平面を動かすことによって患者の関心領域をスキャンすることを可能とする。図示の実施例は、調べられている関心領域の診断上最も有用な画像を取得するよう多くの自由度で像平面を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図２ａ乃至図２ｃを参照するに、いくつかの像平面調整を行った場合の超音波プローブ１０を示す。図２ａ中、プローブ１０は、セクタ（扇形）画像１２０をスキャンするプローブ１０が示されている。従来の１次元アレイトランスデューサは、アレイトランスデューサのすぐ前方にあるセクタをスキャンする。即ち、セクタ平面はプローブ１０の面に対して垂直であり、トランスデューサの中心に対して垂直な軸１２２の両側に均等に分布している。本発明のプローブ１０は、プローブの前方の体積領域を通り様々な方向に画像のビームを送信するようアレイの素子が制御されている２次元アレイトランスデューサを用いる。このことは、以下詳述するように、像平面１２０が、回転矢印Ｒで示されるように垂直軸１２２回りに回転されうることを意味する。即ち、本発明のプローブが示しうる１つの自由度は、像平面を画像の中心線又は他の走査線の回りに回転させる可能性である。
【０００８】
図２ａ中、像平面１２０は、図の平面上に示されている。図２ｂ上、像平面１２０は、図の平面に対して直角に示されており、即ち、像平面は「エッジ・オン」方向に見られている。これが従来の１次元アレイプローブであれば、像平面は中心軸１２２と整列し、プローブ及びトランスデューサアレイの面に対して垂直に延びるであろう。本発明のプローブのこの第２の実施例によれば、像平面の位置は第２の自由度を示し、像平面１２０は、仰角方向の矢印Ｅによって示されるように、軸１２２との公称の平面整列に対して仰角方向に動かされうる（steer）。像平面１２０は、従来の１次元アレイプローブの平面の位置に対して仰角次元に傾斜される。
【０００９】
図２ｃに示す第３の実施例では、像平面は平行移動の第３の自由度を示す。この実施例では、像平面１２０は軸１２２を中心としていないが、横方向の矢印Ｌで示すように横方向に動かされている（steer）。この位置では、像の中心線１３０は、垂直プローブ軸１２２から離れて動かされ、像平面１２０は従来通り位置される像平面の領域外にある体積領域の横方向の領域を捕捉する。
【００１０】
図２ｄの実施例は、平行移動の２つの自由度を示す像平面１２０をスキャンするプローブ１０を示す。この斜視図では、像平面１２０は、仰角方向の矢印Ｅで示すように垂直軸１２２から離れるように上げられている。像平面１２０もまた、回転矢印Ｒによって示すようにその中心軸２００回りに回転されている。プローブは、垂直軸１２２の方向に向けられているが、その像平面１２０は、プローブ１０の２次元アレイトランスデューサによって送信及び受信される画像ビームを動かすことにより、依然として画像中に心臓１００及び左心室１０２を捕捉することが可能である。
【００１１】
図３は、本発明の原理により構築される超音波システムをブロック図として示す図である。この実施例では、プローブ１０は、２次元アレイトランスデューサ５００及びサブアレイプロセッサ又はマイクロビームフォーマ５０２を含む。マイクロビームプロセッサは、トランスデューサ５００の素子（「パッチ」）の群に印加される信号を制御する回路を含み、各群の素子により受信されるエコー信号のいくらかの処理を行う。プローブ内でのマイクロビーム整形は、プローブと超音波システムの間のケーブル５０３中の導線の数を有利に減少させ、これについては米国特許第５，９９７，４７９号明細書（Savord外）及び米国特許第６，４３６，０４８号明細書（Pesque）に記載されている。
【００１２】
プローブ１０は、超音波システムのスキャナ３１０に結合される。スキャナは、ユーザ制御部６０に応答的なビームフォーマ制御器３１２を含み、プローブに対して送信ビームのタイミング、周波数、方向、及び集束について命令する制御信号をマイクロビームフォーマ５０２へ与える。ビームフォーマ制御器はまた、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器３１６及びビームフォーマ１１６への結合により受信されたエコー信号のビーム整形を制御する。プローブによって受信されるエコー信号は、スキャナ内の増幅器及びＴＧＣ（時間利得制御）回路３１４によって増幅され、次にＡ／Ｄ変換器３１６によってディジタル化される。ディジタル化されたエコー信号は、ビームフォーマ１１６によってビームへ整形される。エコー信号は、ディジタルフィルタリング、Ｂモード検出、及びドップラ処理を行い、また、高調波分離、周波数合成を通じたスペックル低減、及び他の所望の画像処理といった他の信号処理を実行しうる画像プロセッサ３１８によって処理される。
【００１３】
スキャナ３１０によって生成されるエコー信号は、所望の画像フォーマットでの表示のためにエコー信号を処理するディジタル・ディスプレイ・サブシステム３２０に結合される。エコー信号は、エコー信号をサンプリングし、ビームのセグメントを完全なライン信号へとスプライシングし、心臓対雑音比の改善又は流れの持続性のためのライン信号の平均化を行うことが可能な画像ラインプロセッサ３２２によって処理される。画像ラインは、従来技術で公知のようにＲシータ変換を行うスキャンコンバータ３２４によって所望の画像フォーマットへスキャンコンバートされる。画像は次に、画像メモリ３２８に格納され、そこからディスプレイ１５０上に表示されうる。メモリ内の画像はまた、例えば情報を識別する患者の入力に対するユーザ制御又はカーソルの動きに応答的なグラフィックス発生器３３０によって発生される、画像と共に表示されるべきグラフィックスと重ね合わされうる。個々の画像又は画像列は、画像ループの捕捉中、シネメモリ３２６内に格納されうる。
【００１４】
リアルタイムの体積撮像のために、ディスプレイ・サブシステム３２０はまた、ディスプレイ１５０上に表示されるリアルタイムの３次元画像のレンダリングのために画像ラインプロセッサ３２２から画像ラインを受信する３次元画像レンダリングプロセッサ（図示せず）を含む。
【００１５】
本発明の原理によれば、ユーザインタフェース６０は、２次元アレイプローブによってスキャンされる像平面の向きの制御用の制御部６２乃至６６を含む。ユーザが画像をその中心線回りに回転させようとするとき、ユーザは制御ツマミ６６を回すことによってこれを行う。像平面を横方向及び仰角方向へ動かすことは、この実施例のためには、いずれも「傾斜（tilt）」モードである。ユーザは、ユーザインタフェース６０上の傾斜キー６４を押すことにより、仰角傾斜モードと横方向傾斜モードとの間で、切り換える。システムが仰角傾斜モードであるとき、像平面は図２ｂに示すように、トラックボール６２を一側又は他側へ転がすことにより操作されうる。傾斜キー６４が押されると、システムは横方向傾斜モードへ切り替わり、ユーザはトラックボール６２を操作することにより像平面を横方向に左又は右へ移動させうる。
【００１６】
ユーザがこれらの制御部を操作すると、制御部からの信号はビームフォーマ制御器３１２に結合される。ビームフォーマ制御器３１２は、フレームテーブル中に、ビームフォーマ１１６又はマイクロビームフォーマ５０２によって送信及び受信されるべきビームのシーケンスをプログラミングすることにより新しい像平面のユーザの選択に応答する。ビームフォーマ制御器は、ユーザによって指定される場所で平面をスキャンするのに必要な方向上のビーム整形の送信及び受信について集束計数の正しいシーケンスを再計算し選択することにより、両方の画像に対してフレームテーブルを再プログラムする。送信ビームは、マイクロビームフォーマ５０２又はビームフォーマ１１６中の送信ビームフォーマの制御下でトランスデューサ・アレイ５００の前方の体積を通る所望の方向へ送信され集束される。
【００１７】
図２ｄは、像平面１２０の左側に「１」とラベル付けされたビームを示し、ビーム平面の右側ではビームは「１２８」とラベル付けされる。フレームテーブルのデータは、ユーザが再び像平面の向きを変化させるまで又は他の撮像パラメータを変化させるまで、像平面１２０の１２８のビームを繰り返し送信、受信、及び処理させる。例えば、ユーザは、画像の特定の領域内の色ボックス内で血流をスキャンすることができ、その場合、血流の処理及び表示のために色ボックス領域からドップラ・アンサンブルが送信及び受信される。フレームテーブルは、所望の画像を所望の方向で生じさせるのに必要なビームの送信及び受信に必要なデータを含む。
【００１８】
各受信されたスキャンラインからのＢモードエコーは、画像プロセッサ３１８内で振幅検出によって処理され、ドップラ・エコー・アンサンブルは、流れ又は組織の動きを示す表示信号の生成のために画像プロセッサにおいてドップラ処理される。処理されたＢモード及び／又はドップラ信号は、表示のためディスプレイ・サブシステム３２０に結合される。
【００１９】
所望の像平面の選択はまた、スキャンコンバータ３２４及びグラフィックス発生器３３０に画像の設計について知らせるディスプレイ・サブシステム３２０に結合される。これは、スキャンコンバータが、指定された色ボックス領域のスキャンラインに沿ってドップラ情報を予想し正しく配置すること、また、必要であればグラフィックス発生器に色ボックスの輪郭を描き又はハイライトさせることを可能とする。最終画像は、ディスプレイ１５０上に表示される。
【００２０】
図４は、心臓１００を撮像するための本発明の適用について示す図である。肋骨１１０を通して心臓を肋骨を通じて撮像するのではなく、プローブ１０は肋骨の下の腹部の皮膚９０に対して配置される。プローブは、一般的には、皮膚９０の上に広げられる音響結合材（ゲル）によって体に結合される。像平面が超音波の妨害なく体の内部を撮像しているときに、良い音響ウィンドウが定められる。通常は、手順は、図中の軸１２２に沿ったプローブへの従来の通常の向きへ向けられる像平面から始まる。プローブは、望ましい音響ウィンドウに対して所定の位置に保持され、平面の向きを調整するためにユーザインタフェースが用いられる。この例では、像平面１２０は、肋骨の下の心臓１００の左心室１０２と交差するよう仰角方向に傾斜される。像平面は、必要であれば、撮像されるべき断面で心臓と交差するまで横方向に傾斜され及び／又は回転される。従って、医師は、体との望ましい音響ウィンドウを維持しつつ体の中の像平面の向きを操作することにより、本例では心臓である器官の診断上有用な画像を捕捉することが可能である。
【００２１】
本発明は、患者の場所に熟練した診断医がいない場合の、遠隔医療に特に有用である。例えば、体の内部の損傷又は出血をしていることが疑われる事故による被害者の体に対して医学生が超音波プローブを保持しうる。画像データは、画像が熟練した診断医に対して表示される施設へと無線通信又は他の方法で通信されうる。診断医は、ユーザ制御部を自分の場所で操作することができ、制御部の操作は、事故現場にある超音波システムへ戻るよう通信される。像平面の向きはそれ相応に調整される。医学生が事故の被害者に対してプローブを静止させて保持している間、診断医は、疑わしい損傷の領域を調べ、遠隔の場所から処置を推奨しうるよう、遠隔に像平面を操作しうる。かかる手順のためにユーザ制御部が遠隔に操作されうる超音波システムは、米国特許第５，７１５，８２３号明細書に記載されている。
【００２２】
本発明は、体の外側から使用されるための経胸腔プローブ及び他のプローブ内に具現化されるときに非常に有用性があることが分かっているが、留置プローブもまた本発明による利益がある。例えば、ＴＥＥプローブは、上述のように平面の向きを動かすことが可能であるよう製造されうる。多平面（全平面）ＴＥＥプローブは、プローブを食道内で上下に動かし、食道内で挿入チューブをねじり、プローブ先端をはっきり表現させ、アレイトランスデューサを回転させることにより、像平面の向きを再び変える可能性を与える。しかしながら、本発明の像平面の向きの自由度を与えることにより、ＴＥＥプローブのために現在必要とされているいくつかの機械的な平面調整に対する必要性も軽減され、より多くの用途が与えられる。
【００２３】
図３の実施例においてユーザ制御部は超音波システム上に配置されたものとして示されているが、ユーザ制御部は、プローブ上にも配置されうる。これは、ユーザが、超音波システムスキャナ又はカートにアクセスする必要なしに、ユーザがプローブから像平面の向きを操作することを可能とする。
【００２４】
シスプレイ１５０上の超音波画像はまた、プローブに対する像平面の位置を示すアイコンを伴ってもよい。このために、例えば本願の親出願１０／ｘｘｘ，ｘｘｘに示されるようなアイコン、又は、同様のアイコンが使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】心臓の肋間スキャンについて示す図である。
【図２ａ】像平面調整の自由度について示す図である。
【図２ｂ】像平面調整の自由度について示す図である。
【図２ｃ】像平面調整の自由度について示す図である。
【図２ｄ】像平面調整の２つの自由度と共に本発明の超音波プローブを示す図である。
【図３】本発明の原理により構築される超音波画像診断システムを示す図である。
【図４】本発明の原理により心臓を撮像する方法を示す図である。
【図１】
2005537078.tif 000003
2005537078.tif 000004
2005537078.tif 000005
【図３】
2005537078.tif 000006
【図４】
2005537078.tif 000007
【国際調査報告】
2005537078.tif 000008
2005537078.tif 000009
2005537078.tif 000010