(57)【要約】対象（６８）内で硬性組織（７０）の超音波画像（４８）を作り出すシステム（６０）及び方法（２０）。この方法（２０）は、規定された位置（６４）から前記対象（６８）に向かってビームエネルギー（６６）を発信するステップ（２２）、前記ビーム（６６）と前記硬性組織（７０）との間の入射角を標準角度に調整するステップ（２４）、前記規定された位置（６４）でエコー反射を受信するステップ（２６）、前記エコー反射を引き起こす表面についての一組の位置座標（４６）を計算するステップ（３２）、追加的な位置（６４）からシーケンスを反復するステップ（３６）、前記エコー反射（６５）を引き起こす表面（６９）の地図（４８）を生成するように位置座標（４６）を編集するステップ（３８）、及び所定の法則により前記硬性組織（７０）の表面（６９）を表す地図（４８）を決定するステップ（４０）を含む。追加的な規定された位置（６４）における前記エコー反射（６５）の受信を利用する追加的な方法（９０）が、特許請求された方法（２０）（９０）を実行するためのシステム（６０）と同様に開示される。
2005525842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象内の硬性組織の超音波画像を作り出す方法において、
（ａ）規定された位置における少なくとも１つの超音波トランスデューサから前記対象に向かって超音波エネルギーの集束ビームを発信するステップ；
（ｂ）前記少なくとも１つの超音波トランスデューサを位置決めすることにより、前記集束ビームと前記硬性組織の表面との間の入射角を標準角度に調整するステップ；
（ｃ）前記規定された位置でエコー反射として前記エネルギーの有意な部分を受信するステップ；
（ｄ）６つの自由度で前記トランスデューサの前記位置を規定するステップ；
（ｅ）前記エコー反射を引き起こす表面の一部分について一組の位置座標を計算するステップ；
（ｆ）前記超音波トランスデューサを異なる規定された位置まで移動させるステップ；
（ｇ）（ａ）から（ｆ）までのステップを反復するステップ；及び
（ｈ）前記エコー反射を引き起こす前記表面の少なくとも一部分の地図を生成するように前記位置座標の複数の組の少なくとも一部分を編集するステップ；
（ｉ）所定の法則に従って前記対象内の前記硬性組織の表面を表す前記地図の少なくとも一部分を決定するステップ、
を含む方法。
【請求項２】
前記所定の法則は、幾何学的法則及び物理的法則から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定の法則には、
2005525842.tif 000005
という関数の極大が含まれ、式中、
（ｘ，ｙ）は、前記対象内の前記硬性組織の薄片内の仮定された位置座標を表し；
ｒ１、ｒ２及びｒ３は、個別に、それぞれ一連の角度α１、α２及びα３における前記仮定された位置座標に関する前記硬性組織の半径を表し；
ｒｅｆ１は、第１の領域（Area １）内のエコー反射として受信された前記エネルギーの部分の和を表し、ｒｅｆ２は、第２の領域（Area ２）内のエコー反射として受信された前記エネルギーの部分の和を表し；
Ｃは、定数を表す、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
（ｉ）表示装置上で、
（i）前記エコー反射に関するデータ；
（ii）前記エコー反射を引き起こす前記硬性組織の表面の一部分についての前記位置座標の組；及び
（iii）前記地図、
から成る群から選択された少なくとも１つの項目を表示するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
（ｉ）前記方法の少なくとも一部分の実行を中央処理装置を用いて制御するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記制御ステップには、前記調整ステップ及び前記移動ステップから成る群から選択された少なくとも１つの項目が含まれる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記制御ステップは、機械的制御、アレイからの選択及び電子的制御から成る群から選択された少なくとも１つの制御機構を表す、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記調整ステップ及び前記移動ステップから成る群から選択された少なくとも１つの項目は、前記方法の実施者により手動で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記手動で実行されることは、前記方法の前記実施者による手動での位置調整及び前記方法の前記実施者により前記中央処理装置に発信された少なくとも１つの命令から成る群から選択された少なくとも１つの手動による入力を表す、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記地図は、二次元地図及び三次元地図から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
対象内の硬性組織の超音波画像を作り出すためのシステムにおいて、
（ａ）
（i）規定された位置に位置決めされ；
（ii）超音波エネルギーの集束ビームを前記対象に向かって発信する能力を有し；
（iii）前記硬性組織の表面からエコー反射として前記エネルギーの有意な部分を受信する能力を有し；
（iv）中央処理装置と通信する能力を有する、
少なくとも１つの超音波トランスデューサ；
（ｂ）
（i）前記中央処理装置からの命令に応えて前記集束ビームと前記硬性組織の表面との間の入射角を調整する能力をもつように設計され製造され；
（ii）さらに６つの自由度で前記トランスデューサの前記位置を規定し、かつ前記中央処理装置に対して前記規定を発信する能力をもつように設計され製造され；
（iii）さらに前記超音波トランスデューサを一連の異なる規定された位置まで移動させる能力をもつように設計され製造される、
前記少なくとも１つのトランスデューサに接続された位置ロケータ及び調整機構；
（ｃ）
（i）前記トランスデューサを前記一連の異なる規定された位置まで移動させるように前記位置ロケータ及び調整機構に対し命令を発信し；
（ii）前記エコー反射を引き起こす前記硬性組織の表面の少なくとも一部分について一組の位置座標を計算し；
（iii）所定の法則を適用することによって前記硬性組織の表面の少なくとも一部分の地図を生成するように前記位置座標の複数の組を編集する、
ように設計され構成された前記中央処理装置、
を含むシステム。
【請求項１２】
（ｄ）
（i）前記エコー反射に関するデータの表示；
（ii）前記エコー反射を引き起こす前記硬性組織の表面の一部分についての前記位置座標の組の表示；及び
（iii）前記地図の少なくとも一部分の表示、から成る群から選択された少なくとも１つの機能を実行するように設計され製造された、前記中央処理装置と通信する能力をもつ表示装置、
をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記入射角は、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサを移動させることによって決定される標準角度である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記位置ロケータ及び調整機構は、機械的制御、アレイからの選択及び電子的制御から成る群から選択された少なくとも１つの制御タイプを利用する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記位置ロケータ及び調整機構は、さらに、システムのオペレータによる手動式位置調整及び前記中央処理装置に発信される少なくとも１つの命令から成る群から選択される入力をシステムのオペレータから受信するように設計され構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記地図は、二次元地図及び三次元地図から成る群から選択される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記所定の法則は、幾何学的法則及び物理的法則から成る群から選択される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記所定の法則には、
2005525842.tif 000006
という関数の極大が含まれ、式中、
（ｘ，ｙ）は、前記対象内の前記硬性組織の薄片内の仮定された位置座標を表し；
ｒ１、ｒ２及びｒ３は、個別に、それぞれ一連の角度α１、α２及びα３における前記仮定された位置座標に関する前記硬性組織の半径を表し；
ｒｅｆ１は、第１の領域（Area １）内のエコー反射として受信された前記エネルギーの部分の和を表し、ｒｅｆ２は、第２の領域（Area ２）内のエコー反射として受信された前記エネルギーの部分の和を表し；
Ｃは、定数を表す、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
その上に凹凸を含む硬性組織の超音波画像を作り出す方法において、
（ａ）第１の規定された位置における少なくとも１つの超音波トランスデューサから前記硬性組織の表面に向かって超音波エネルギーの集束ビームを発信するステップ；
（ｂ）少なくとも１つの第２の規定された位置でエコー反射として前記エネルギーの一部分を受信するステップ、
（ｃ）前記少なくとも１つの第２の規定された位置のそれぞれについて、１つの超音波反射体に対応する一組の位置座標を計算するステップ；
（ｄ）（ａ）から（ｃ）までのステップを反復するステップ；
（ｅ）第１の所定の規準に従って前記反射体が硬性組織であるか否かを決定するステップ；
（ｆ）第２の所定の規準に従って前記反射体が前記硬性組織の表面上の凹凸であるか否かを決定するステップ；及び
（ｇ）前記硬性組織の表面の少なくとも一部分の地図を生成するように前記位置座標の複数の組の少なくとも一部分を編集するステップ、
を含む方法。
【請求項２０】
前記規定された位置のそれぞれは、一組の位置座標として規定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の規定された位置は、発信角度を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記発信ステップのために追加的な第１の規定された位置を利用するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記受信ステップのために追加的な第２の規定された位置を利用するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
（ｈ）表示装置上で、
（i）前記エコー反射に関するデータ；
（ii）前記エコー反射を引き起こす前記硬性組織の表面の前記一部分についての前記位置座標の組；及び
（iii）前記地図の少なくとも一部分、
から成る群から選択された少なくとも１つの項目を表示するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
（ｈ）中央処理装置を用いて、前記方法の少なくとも一部分の実行を制御するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記制御ステップには、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサ及び超音波受信器のうちの少なくとも１つから成る群から選択された少なくとも１つの項目を再度位置決めするステップが含まれる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記制御ステップは、機械的制御、アレイからの選択及び電子的制御から成る群から選択された少なくとも１つの制御機構を表す、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記地図は、二次元地図及び三次元地図から成る群から選択される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２９】
対象内の硬性組織及びその上のいずれかの凹凸の超音波画像を作り出すためのシステムにおいて、
（ａ）前記硬性組織の表面に向かって少なくとも１つの第１の規定された位置から超音波エネルギーの集束ビームを発信する能力を有し、さらに中央処理装置と通信する能力を有する、少なくとも１つの超音波発信器；
（ｂ）少なくとも１つの第２の規定された位置におけるエコー反射として前記エネルギーの一部分を受信する能力を有し、さらに前記中央処理装置と通信する能力を有する少なくとも１つの超音波受信器；
（ｃ）前記少なくとも１つの発信器及び前記少なくとも１つの受信器に対し操作可能な形で接続でき、かつ前記中央処理装置と通信する能力を有し、前記発信器及び前記受信器を一連の異なる規定された位置まで移動させる能力を有するように設計され構成された位置ロケータ及び調整機構；及び
（ｄ）
（i）前記少なくとも１つの第２の規定された位置のそれぞれについて、１つの超音波反射体に対応する一組の位置座標を計算し；
（ii）第１の所定の規準に従って、前記反射体が、硬性組織であるか否かを決定し；
（iii）第２の所定の規準に従って、前記反射体が、前記硬性組織の表面上の凹凸を構成するか否かを決定し；
（iv）前記硬性組織の表面の少なくとも一部分の地図を生成するように前記位置座標の複数の組の少なくとも一部分を編集し；
（v）前記トランスデューサを前記一連の異なる規定された位置まで移動させるように前記位置ロケータ及び調整機構に対し命令を発信する；
ように設計され構成された前記中央処理装置、
を含むシステム。
【請求項３０】
（ｄ）
（i）前記エコー反射に関するデータの表示；
（ii）前記エコー反射を引き起こす前記硬性組織の表面の一部分についての前記位置座標の組の表示；及び
（iii）前記地図の少なくとも一部分の表示、
から成る群から選択された少なくとも１つの機能を実行するように設計され製造された、前記中央処理装置と通信する能力を有する表示装置、
をさらに含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記位置ロケータ及び調整機構は、機械的制御、アレイからの選択及び電子的制御から成る群から選択された少なくとも１つの制御タイプを利用する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記位置ロケータ及び調整機構は、さらにシステムのオペレータによる手動式位置調整及び前記中央処理装置に発信された少なくとも１つの命令から成る群から選択される入力をシステムのオペレータから受信するように設計され構成される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記地図は、二次元地図及び三次元地図から成る群から選択される、請求項２９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年１月７日に出願された米国特許出願第60/344,803号及び２００２年３月１日に出願された米国特許出願第60/361,091号に基づく優先権を主張する。
本発明は、硬性組織の三次元超音波画像形成システム及び方法に関し、より詳細には骨の欠陥（例えば骨折、関節異常及び移植された外科用定着具）についての画像を形成するシステム及び方法に関する。このシステムによって形成される画像は、好ましくは、統合型３Ｄ描写（画像の三次元化）の一部として、骨を取り囲む軟性組織の描写をさらに含む。
【背景技術】
【０００２】
整形外科医学は、従来、骨折及び奇形を含む骨の異常を診断する手段として、骨組織の放射線画像（例えばＸ線又はＣＴスキャン）に依存してきた。これらの方法は、患者を放射線に暴露することを必要とする。これらの技術を用いて３Ｄ画像を形成するためには、かなりの量の放射線が必要とされる。さらに、これらの技術の実施に必要な装置は、一般的に高価で、可搬性に限界がある。超音波は、以下に記載するように、これらの先行技術の骨画像形成方法に対する将来性のある代替案を提供する。
三次元超音波画像形成の概念は、未知ではない。しかし、それは、従来先行技術の第１群の参考文献で例示されるように、軟性組織に適用されてきた。
【０００３】
キング（King）に付与された米国特許4,100,916号は、動物の軟性組織器官構造に関する三次元データを収集するための装置について記述している。キングの教示は、軟性組織画像形成に厳密に限定されており、骨又はその中の欠陥の描写を超音波によって形成できるという暗示も示唆も全く含んでいない。
レッドリィ（Ledley）に付与された米国特許4,798,210号は、第１の画像を第２の画像と組み合わせて３Ｄ画像を作り上げる、超音波を用いて３Ｄ物体の３Ｄ画像を構築する方法について記述している。ここでもまた、レッドリィの教示は、骨又はその内部欠陥の描写を超音波によって形成できるという暗示も示唆も全く含んでいない。
ポルツ（Polz）に付与された米国特許5,924,989号は、心臓又は呼吸器系のその他の部分のような動的器官の画像を捕捉するための三次元超音波システムの追加的な例である。レッドリィと同様に、ポルツも、三次元画像を完成させるために異なる画像の組合せを利用している。ここでもまた、ポルツの教示は、骨又はその内部欠陥の描写を超音波によって形成できるという暗示も示唆も全く含んでいない。
ホサックら（Hossack et al.）に付与された米国特許5,928,151号は、三次元超音波走査システムの追加的な例である。ここでもまた、この特許の教示は、骨又はその内部欠陥の描写を超音波によって形成できるという暗示も示唆も全く含んでいない。またその逆に、造影剤を用いずに作業する能力が強調されていることは、ホサックが軟性組織での適用のみを考慮していたことを示唆している。
【０００４】
シャープ（Sharp）に付与された米国特許6,120,453号は、三次元超音波システムである。この特許の教示は、レッドリィ及びポルツのものと類似している。ここでもまた、シャープは、三次元画像を作り出すのに、いくつかの画像の組合せを利用している。シャープもまた、骨又はその内部欠陥の描写を超音波によって形成できるという暗示も示唆も全く提供していない。
要約すると、本第１群中のいずれの特許も、超音波技術を用いて骨の３Ｄ画像を形成できるということを暗示すらしていない。その代り、それらの特許は、軟性組織の３Ｄ画像の解像度を増大させる様々な手段に重点を置いている。これらの方法を直接硬性組織に応用することは、軟性組織のエコー反射特性が硬性組織のものに類似していないために、実用的でない。
骨の超音波画像形成という概念もまた、未知のものではない。しかし、超音波によって形成される骨の画像は、先行技術の参考文献のこの第２群により例示されるように、一般的に三次元ではない。
ソレンソンら（Sorenson et al.）に付与された米国特許4,476,873号は、骨格構造の画像を形成するために使用される超音波走査システムである。この走査システムは、硬性組織及び軟性組織の間を区別でき、脊柱側湾症を検出するために使用される。しかし、この特許の図１４〜図１８は、データを三次元で収集することは可能であるものの、出力は、グラフで供給されるということが極めて明確である。したがって、画像が走査の結果として提供されないことがソレンソンに特有の欠点である。そのため、骨の三次元画像は、提供されないことになる。さらに、ソレンソンは、空気を含む肺と骨の間の区別について教示している。空気と軟性組織の交互の層を提供する肺組織が、筋肉等のようなその他の軟性組織に比べ、さらに骨と異なるものであることがわかるはずである。さらにソレンソンは、スネル（Snell）の法則が、発信された大部分のエネルギーを、発信トランスデューサの長手方向軸に対し一定の角度を成すラインに沿って反射させる、一般的な原因となっていることを教示している。したがって、ソレンソンは、この軸に沿って戻る少量の反射されたエネルギーの大規模な増幅、又は代替的には、１つ以上の追加的トランスデューサにおける反射されたエネルギーの捕捉を教示している。このようにして、ソレンソンは、６つの自由度ではなく、３つの自由度での１点の座標の決定を教示している。このように、距離全体にわたる表面の角度の変化は、これらの教示によっては決められない。このことから分かるように、長い骨の画像形成での使用には不適であるということが、これらの教示による発明の、明確かつ特有の欠点である。
【０００５】
ストウッファーら（Stouffer et al.）に対し付与された米国特許5,140,988号は、動物の骨格における骨構造の画像を形成するための方法及び装置である。この特許の図２及び図３は、ストウッファーの教示が骨の二次元画像に関するものであることを実証している。したがって、骨の三次元画像が提供されていないということが、ストウッファーの特有の欠点である。
マゼスら（Mazess et al）に付与された米国特許5,840,029号は、骨を測定する目的で超音波を使用する方法である。マゼスは、主として骨の特性の測定に関心を寄せている。マゼスは、骨の３Ｄ画像を形成するために実施可能な、又は望ましい暗示も示唆も全く含まない。
チブレラら（Chibrera et al.）に付与された米国特許5,879,301号は、超音波を用いて骨の特性を検出するための方法であり、特に骨粗鬆症を検出するための方法である。測定された骨の画像の形成が教示されていないということが、チブレラに特有の欠点である。
ブフラーら（Buhler et al.）に付与された米国特許6,015,383号は、骨の縁部が検出される場合に骨組織の特徴を検出するための音響分析を教示している。しかし、この特許の図３〜図６は、データを三次元で収集できる一方で、出力はグラフとして供給される、ということを極めて明確にしている。したがって、画像が走査の結果として提供されないということがブフラーに特有の欠点である。そのため、骨の三次元画像は、提供されないことになる。
【０００６】
パッシら（Passi et al.）に付与された米国特許322,507号は、骨組織の評価のための超音波システムである。この特許は、本特許群中の他の特許と同様に、出力が、画像ではなくむしろグラフとして提供されるという、特有の欠点を有している。さらに、これらの教示による測定は、音響特性の測定であって、表面の位置座標の測定ではない。
このようにして、この第２特許群を構成する特許は、超音波技術を用いた骨の検定を教示しているものの、これらは、長い骨の三次元画像の形成について教示していない。
骨の超音波画像形成を扱う、追加的な特許について、以下で要約する。
スパイヴィ（Spivey）に付与された米国特許5,305,752号は、超音波を用いて体内の組織の画像を形成するためのシステムである。スパイヴィは、軟性組織と骨の両方を描く単一の超音波画像の形成について教示しているが、その画像は、横断面画像（すなわち二次元）である。さらに、スパイヴィの独立請求項１は、画像形成すべき標本の周囲に近接して複数の音波信号検出手段を分散させることを教示している。これが、スパイヴィの教示の追加的な明確かつ特有の欠点である。
フォートら（Fort et al.）に付与された米国特許5,465,722号は、３Ｄ超音波システムに関する。これらの教示は、骨の３Ｄ画像（図１３）の形成を含んでいるが、この画像の形成には、ソレンソンによって随意的に教示されているように、複数の位置における反射された音波エネルギーの受信ステップが必要とされる。さらにフォートは、第１の位置の組からエネルギーを発信し、第２の位置の組でエネルギーを受信することを教示している。この教示は、正反射の使用を特定的に除外している。これらの教示は、受信信号の処理及び軟性組織の反射と硬性組織の反射の間の区別が複雑であることから、実施が困難である。
【０００７】
ソファーマンら（Soferman et al.）に付与された米国特許6,375,616号は、子宮内の胎児重量を測定するための方法である。ソファーマンは、画像内のその他の組織から骨を隔離するための中間調閾値の応用を教示しているが、彼の教示には画像を形成するための正反射の使用が含まれていない。これとは対照的に、これらの教示は、複数の点における単一発信からの反射エネルギーの収集を含むと思われる（第１０欄１〜３０行）。E.J. Feleppa et al., “Two Dimensional and Three-Dimensional Tissue-Type Imaging of the Prostate Based on Ultrasonic Spectrum Analysis and Neural-Network Classification”（イー．ジェイ．フェレェッパらによる「超音波スペクトル分析及び神経網分類に基づく前立腺の二次元及び三次元組織型画像形成」）を参照すると、胎児の骨は、正反射体ではないことから、実際に、完全に石灰化した骨よりもさらに軟性組織に類似しているという事実にソファーマンが気付いていることが示唆されている。従って、その教示の直接的応用は、これが、成人の骨の画像形成に対し、これらの教示を適用することに支障をきたすと考えられる明確かつ特有の欠点である。
ボヴァら（Bova et al.）に付与された米国特許6,390,982号は、三次元画像を作り出す方法である。ボヴァの教示は、骨の位置を特定する上での第２の画像形成技術に対する付加物として超音波プローブに向けられている。このことは、超音波画像データ単独からの三次元画像の形成がボヴァの教示の範囲を超えることを意味している。これは、明確かつ特有の欠点である。さらに、これらの教示は、発信されたエネルギーのビームの軸を中心として半径方向に分散した複数の点におけるデータ収集に依存するソング（Song）に対する米国特許5,893,832号で教示されているようなプローブに依存している。
ウら（Wu et al.）に付与された米国特許6,413,215号は、人工関節の装着を検出するための超音波システムである。ウ（Wu）の教示は、滑液中のキャビテーション現象の結果としての超音波エネルギーの散乱に依存している。さらに、ウ（Wu）は、粒子の位置ではなく粒度情報としてのデータの出力を教示している。要約すると、これらの教示は、キャビテーション現象が骨のような硬性組織の標準的測定においては発生すると予想されないことから、本出願とはほとんど関連性を持たない。
【０００８】
【特許文献１】米国特許4,100,916号
【特許文献２】米国特許4,798,210号
【特許文献３】米国特許5,924,989号
【特許文献４】米国特許5,928,151号
【特許文献５】米国特許6,120,453号
【特許文献６】米国特許4,476,873号
【特許文献７】米国特許5,140,988号
【特許文献８】米国特許5,840,029号
【特許文献９】米国特許5,879,301号
【特許文献１０】米国特許6,015,383号
【特許文献１１】米国特許322,507号
【特許文献１２】米国特許5,305,752号
【特許文献１３】米国特許5,465,722号
【特許文献１４】米国特許6,375,616号
【特許文献１５】米国特許6,390,982号
【特許文献１６】米国特許5,893,832号
【特許文献１７】米国特許6,413,215号
【非特許文献１】E.J. Feleppa et al., “Two Dimensional and Three-Dimensional Tissue-Type Imaging of the Prostate Based on Ultrasonic Spectrum Analysis and Neural-Network Classification”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、上述のような制限の無い、硬性組織の三次元超音波画像形成用システム及び方法に対する、広く認知された必要性が存在し、それらを実現することは極めて有益であると思われる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの態様によると、対象内の硬性組織の超音波画像を作り出す方法が提供される。この方法は、（ａ）規定された位置における少なくとも１つの超音波トランスデューサから前記対象に向かって超音波エネルギーの集束ビームを発信するステップ；（ｂ）前記少なくとも１つの超音波トランスデューサを位置決めすることにより、前記集束ビームと前記硬性組織の表面との間の入射角を標準角度に調整するステップ；（ｃ）前記規定された位置でエコー反射として前記エネルギーの有意な部分を受信するステップ、（ｄ）６つの自由度で前記トランスデューサの前記位置を規定するステップ；（ｅ）前記エコー反射を引き起こす表面の一部分について一組の位置座標を計算するステップ；（ｆ）前記超音波トランスデューサを異なる規定された位置まで移動させるステップ；（ｇ）（ａ）から（ｆ）までのステップを反復するステップ；及び（ｈ）前記エコー反射を引き起こす前記表面の少なくとも一部分の地図を生成するように前記位置座標の複数の組の少なくとも一部分を編集するステップ；（ｉ）所定の法則に従って前記対象内の前記硬性組織の表面を表す前記地図の少なくとも一部分を決定するステップ、を含む。
【００１１】
本発明の別の態様によると、対象内の硬性組織の超音波画像を作り出すためのシステムが提供される。このシステムは、（ａ）規定された位置に位置決めされ、超音波エネルギーの集束ビームを前記対象に向かって発信する能力を有し、前記硬性組織の表面からエコー反射として前記エネルギーの有意な部分を受信する能力を有し、中央処理装置と通信する能力を有する少なくとも１つの超音波トランスデューサ；（ｂ）前記中央処理装置からの命令に応えて前記集束ビームと前記硬性組織の表面との間の入射角を調整する能力をもつように設計され製造され、さらに６つの自由度で前記トランスデューサの前記位置を規定し、かつ前記中央処理装置に対して前記規定を発信する能力をもつように設計され製造され、さらに前記超音波トランスデューサを一連の異なる規定された位置まで移動させる能力をもつように設計され製造される、前記少なくとも１つのトランスデューサに接続された位置ロケータ及び調整機構；(ｃ)前記トランスデューサを前記一連の異なる規定された位置まで移動させるように前記位置ロケータ及び調整機構に対し命令を発信し、前記エコー反射を引き起こす前記硬性組織の表面の少なくとも一部分について一組の位置座標を計算し、所定の法則を適用することによって前記硬性組織の表面の少なくとも一部分の地図を生成するように前記位置座標の複数の組を編集するように設計され構成された前記中央処理装置を含む。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によると、その上に凹凸を含む硬性組織の超音波画像を作り出す方法が提供される。この方法は、（ａ）第１の規定された位置における少なくとも１つの超音波トランスデューサから前記硬性組織の表面に向かって超音波エネルギーの集束ビームを発信するステップ；（ｂ）少なくとも１つの第２の規定された位置でエコー反射として前記エネルギーの一部分を受信するステップ、（ｃ）前記少なくとも１つの第２の規定された位置のそれぞれについて、１つの超音波反射体に対応する一組の位置座標を計算するステップ；（ｄ）（ａ）から（ｃ）までのステップを反復するステップ；（ｅ）第１の所定の規準に従って前記反射体が硬性組織であるか否かを決定するステップ；（ｆ）第２の所定の規準に従って前記反射体が前記硬性組織の表面上の凹凸であるか否かを決定するステップ；及び（ｇ）前記硬性組織の表面の少なくとも一部分の地図を生成するように前記位置座標の複数の組の少なくとも一部分を編集するステップ、を含む。
【００１３】
本発明のさらに別の態様によると、対象内の硬性組織及びその上のいずれかの凹凸の超音波画像を作り出すためのシステムが提供される。このシステムは、（ａ）前記硬性組織の表面に向かって少なくとも１つの第１の規定された位置から超音波エネルギーの集束ビームを発信する能力を有し、さらに中央処理装置と通信する能力を有する、少なくとも１つの超音波発信器；（ｂ）少なくとも１つの第２の規定された位置におけるエコー反射として前記エネルギーの一部分を受信する能力を有し、さらに前記中央処理装置と通信する能力を有する少なくとも１つの超音波受信器；（ｃ）前記少なくとも１つの発信器及び前記少なくとも１つの受信器に対し操作可能な形で接続でき、かつ前記中央処理装置と通信する能力を有し、前記発信器及び前記受信器を一連の異なる規定された位置まで移動させる能力を有するように設計され構成された位置ロケータ及び調整機構；及び（ｄ）（i）前記少なくとも１つの第２の規定された位置のそれぞれについて、１つの超音波反射体に対応する一組の位置座標を計算し；（ii）第１の所定の規準に従って、前記反射体が、硬性組織であるか否かを決定し；（iii）第２の所定の規準に従って、前記反射体が、前記硬性組織の表面上の凹凸を構成するか否かを決定し；（iv）前記硬性組織の表面の少なくとも一部分の地図を生成するように前記位置座標の複数の組の少なくとも一部分を編集し；（v）前記トランスデューサを前記一連の異なる規定された位置まで移動させるように前記位置ロケータ及び調整機構に対し命令を発信する；ように設計され構成された中央処理装置、を含む。
【００１４】
以下に記載する、本発明の好ましい実施態様のさらなる特徴によると、制御ステップには、前記調整ステップ及び前記移動ステップから成る群から選択された少なくとも１つの項目が含まれる。
ここで記載された本発明の好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記調整ステップ及び前記移動ステップから成る群から選択された少なくとも１つの項目は、前記方法の実施者により手動で実行される。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、手動で実行されることは、前記方法の実施者による手動での位置調整及び前記方法の前記実施者により前記中央処理装置に発信された少なくとも１つの命令から成る群から選択された少なくとも１つの手動による入力を表す。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記入射角は、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサを移動させることによって決定される標準角度である。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記規定された位置のそれぞれは、一組の位置座標として規定される。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、各第１の規定された位置は、その規定の一部として少なくとも１つの発信角度を含む。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記方法は、発信ステップのために追加的な第１の規定された位置を利用するステップをさらに含む。追加的な第１の規定された位置は、単一の規定された位置から追加的な方向に（すなわち異なる角度で）発信するステップを含むが、それに限定されない。
【００１５】
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記方法は、受信ステップのために追加的な第２の規定された位置を利用するステップをさらに含む。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記方法は、制御ステップには、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサ及び超音波受信器のうちの少なくとも１つから成る群から選択された少なくとも１つの項目を再度位置決めするステップを含む。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、所定の法則は、幾何学的法則及び物理的法則から成る群から選択される。したがって、幾何学的法則及び／又は物理的法則を含む組み合わせが含まれる。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、所定の法則には、
2005525842.tif 000003
という関数の極大が含まれ、式中、
（ｘ，ｙ）は、前記対象内の前記硬性組織の薄片内の仮定された位置座標を表し；ｒ１、ｒ２及びｒ３は、個別に、それぞれ一連の角度α１、α２及びα３における前記仮定された位置座標に関する前記硬性組織の半径を表し；ｒｅｆ１は、第１の領域（Area １）内のエコー反射として受信された前記エネルギーの部分の和を表し、ｒｅｆ２は、第２の領域（Area ２）内のエコー反射として受信された前記エネルギーの部分の和を表し；Ｃは、定数を表している。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記方法は、方法の少なくとも一部分の実行を中央処理装置を用いて制御するステップ、をさらに含む。
【００１６】
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、制御ステップは、機械的
制御、アレイからの選択及び電子的制御から成る群から選択された少なくとも１つの制御機構を表す。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記位置ロケータ及び調整機構は、機械的制御、アレイからの選択及び電子的制御から成る群から選択された少なくとも１つの制御タイプを利用する。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記位置ロケータ及び調整機構は、さらに、システムのオペレータによる手動式位置調整及び前記中央処理装置に発信された少なくとも１つの命令から成る群から選択される入力をシステムのオペレータから受信するように設計され、構成される。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記エコー反射に関するデータ、前記エコー反射を引き起こす前記硬性組織の表面の一部分について前記一組の位置座標及び前記地図の少なくとも一部から成る群から選択された少なくとも１つの項目が表示装置上に表示される。
ここで記載された好ましい実施態様のさらなる特徴によると、前記地図は、二次元地図及び三次元地図から成る群から選択される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、硬性組織及び／又はその中に含まれた欠陥（例えば骨折、関節異常及び移植された外科用定着具）の三次元超音波画像形成システム及び方法を提供することにより、現在知られている構成の欠点に手際よく対処するものである。好ましくは、システムによって形成された画像は、さらに、統合型３Ｄ描写の一部として、骨を取り囲む軟性組織の描写を含む。
本発明の方法及びシステムの実施には、選択されたタスク又はステップを手動式、自動式又はその組合せによって実行又は完了することが含まれる。さらに、本発明の方法及びシステムの好ましい実施態様の実際の計装及び装置によると、任意のファームウェアの任意のオペレーティングシステム上のハードウェア又はソフトウェア又はそれらの組合せによって、いくつかの選択されたステップを実施することができる。例えば、ハードウェアとしては、本発明の選択されたステップをチップ又は回路として実施することが可能であろう。ソフトウェアとしては、本発明の選択されたステップを、あらゆる適切なオペレーティングシステムを用いたコンピュータにより実行される複数のソフトウェア命令として実施できるであろう。いずれの場合においても、本発明の方法及びシステムの選択されたステップは、複数の命令を実行するための計算用プラットフォームといったようなデータプロセッサによって実行されるものとして述べることが可能であろう。
本発明を、添付図面を参照しつつ、単なる一例を用いて本明細書で説明する。図面を詳細に参照する場合、そこで示される事項は一例であり、本発明の好ましい実施態様の例示的論述を目的とし、本発明の原理及び概念的側面の最も有用でかつ容易に理解できると考えられるものを提供するために提示されているという点を強調しておきたい。この点において、本発明を基本的に理解するために必要以上に詳細に本発明の構造的細部を示すための試みは、全くなされておらず、図面と共に示される説明は、本発明のいくつかの態様を実践する上で、それらをいかに実施できるかを当業者に対して明示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、硬性組織表面及び／又はその上の凹凸の三次元地図又は画像を形成するのに使用可能である硬性組織の超音波画像形成システム及び方法に関する。
具体的には、本発明は、骨の欠陥（例えば骨折、関節異常及び移植された外科用定着具）の画像を形成するのに使用可能である。本発明により形成された画像は、好ましくは、統合型３Ｄ描写の一部として骨を取り囲む軟性組織の描写をさらに含む。
本発明によるシステム及び方法の原理及び動作は、図面及び付随する説明を参照することによって、さらによく理解することができる。
発明の少なくとも１つの実施態様について説明する前に、本発明が、以下の記載中に記されるか又は図面中で例示される構成要素の配置及び構成細部にその応用が限定されるものではないということを理解されたい。本発明は、その他の実施態様が可能であるか、又は様々な態様で実践又は実施され得るものである。同様に、本明細書で使用される表現及び用語は、説明を目的とするものであって、限定的意味を持つものとみなされるべきではない、ということも理解されたい。
明確さを期して、それぞれの実施態様中で記載される本発明のいくつかの特徴は、単一の実施態様を組み合わせた形でも提供可能であるということが理解されよう。換言すると、簡潔さのため単一の実施態様中で記載されている本発明の様々な特徴は、別々に、又はあらゆる適切なサブコンビネーションでも同様に提供され得る。
【００１９】
本発明は、対象６８の内部の硬性組織７０（図２）の超音波画像４８を作り出す方法２０（図１）によって実施される。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、「超音波」という語は、約２０ｋＨｚを超える周波数、さらに好ましくは１ｍＨｚ〜２０ｍＨｚの範囲内の周波数をもつ音波に関する。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、「硬性組織」という語には、皮質骨又はトレビキュラー骨（trebicular bone）といったような骨が含まれるが、これらに限定されるわけではない。ここでいう骨は、おおよそスネル（Snell）の法則に従って超音波エコー反射を生成する能力をもつ石灰化した完全に発達した骨を意味する。生長中の胎児も骨を有し得るが、これらの胎児の骨は、主として軟骨組織であり、有意な石灰化は、標準的に分娩のかなり後になって起こることから、硬性組織の規定からは除外される。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる「対象」という語は、検査対象となり得る被験者のあらゆる部分を表す。
【００２０】
方法２０は、規定された位置６４において少なくとも１つの超音波トランスデューサ６２から超音波エネルギーの集束ビーム６６を対象６８に向かって発信するステップ２２を含む。好ましくは、ビーム６６は、パルス化される。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、「集束され」という語は、発信されたビームの軸を取り囲む規定された領域内に大部分の発信されたエネルギーが集中していることを意味している。集束は、複数の発信ビームの干渉によって引き起こされる可能性がある。発信用トランスデューサ６２（図５ａ〜ｃ参照）の配置に応じて、この干渉には、時間的成分（すなわち対象から遠くにあるトランスデューサは比較的早く発信し、対象に比較的近いトランスデューサはそれより遅く発信する）ならびに空間的成分が含まれる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、「ビーム」という語は、１つ以上の発信源から発信されるエネルギー光線を表す。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、「パルス化され」という語は、時間的に規定されることを意味する。
方法２０は、さらに、少なくとも１つの超音波トランスデューサ６２を位置決めすることによって、集束ビーム６６と前記硬性組織７０の表面６９との間の入射角を標準角度に調整するステップ２４を含む。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、「標準角度」という語は、固定した位置における単一の超音波トランスデューサがエネルギーを発信し、かつ発信されたエネルギーの有意な部分のエコー反射を受信することのできる角度を意味している。理論的には、標準角度は０°（ゼロ度）であり、０°の角度が常に最適である。実際には、標準角度の範囲は、検査対象の前記硬性組織の表面特性の関数であり、測定可能なエコー反射を生成する目的のためには０°±１５°、より好ましくは０°±１０°、最も好ましくは０°±５°が、機能上標準的となっている。
【００２１】
方法２０には、さらに、規定された位置６４においてエコー反射としてエネルギーの有意な部分６５を受信するステップ２６が含まれる。方法２０には、さらに、６つの自由度でのトランスデューサ６２の位置６４を規定するステップ３０も含まれている。
方法２０には、さらに、前記エコー反射を引き起こす表面の一部分について一組の位置座標４６を計算するステップ３２も含まれている。方法２０には、さらに、異なる規定された位置６４まで超音波トランスデューサ６２を移動させるステップ３４及び、発信ステップ２２、調整ステップ２４、受信ステップ２６、規定ステップ３０、計算ステップ３２及び移動ステップ３４を反復するステップ３６が含まれる。反復ステップ３６は、好ましくは何度も実行される。
方法２０には、さらに、前記エコー反射６５を引き起こす表面６９の少なくとも一部分の地図４８を生成するように複数組の位置座標４６の少なくとも一部分を編集するステップ３８が含まれる。
方法２０には、さらに、所定の法則に従って対象６８の内部の硬性組織７０の表面６９を表す地図４８の少なくとも一部分を決定するステップ４０も含まれる。
任意で、しかし好ましくは、方法２０の少なくとも一部分、例えば調整ステップ２４又は移動ステップ３４を制御するために、コンピュータコントローラ７２が利用される。コンピュータコントローラ７２は、例えば、ＤＯＳ、Windows（登録商標）、ＯＳ／２（登録商標）又はLinux（登録商標）といったオペレーティングシステムをもつパソコン（ＰＣ）のようなコンピュータ；Macintosh（登録商標）、Palm ＯＳ（登録商標）、ＥＰＯＣ（登録商標）コンピュータ；オペレーティングシステムとしてＪＡＶＡ（登録商標）−ＯＳを有するコンピュータ；Sun Microsystems（登録商標）又はSilicon Graphics（登録商標）のコンピュータといったようなグラフィカルワークステーション、又はSun Microsystems（登録商標）のＡＩＸ（登録商標）又はＳＯＬＡＲＩＳ（登録商標）といったようなＵＮＩＸ（登録商標）オペレーティングシステムの一部のバージョンをもつその他のコンピュータ；又はそれぞれの固有の、又は接続可能な表示装置８２を含むことが知られているその他のあらゆる既知の及び利用可能なオペレーティングシステム又は専用デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）である。
【００２２】
任意で、しかし好ましくは、調整ステップ２４及び／又は移動ステップ３４は、方法２０の実施者により手動式で実行される。本明細書で使用される「手動で」という語は、少なくとも１回の手動式入力を表す。手動式入力は、例えば、方法２０の実施者による手動式位置調整又は（例えば入力装置８４を介して）方法２０の実施者により中央処理装置７２に発信された少なくとも１つの命令である。入力装置８４は、計算装置にデータを入力するためのあらゆる装置であってよい。従って、入力装置８４には、キーボード、コンピュータマウス、トラックパッド、トラックボール、スタイラス、タッチスクリーン、及びマイクロホンが含まれ得るが、これらに限定されるわけではない。
方法２０の実施には、標準的に、本発明をさらに具体化するシステム６０の使用が含まれる。システム６０は、対象６８内で硬性組織７０の超音波画像を形成する。
システム６０は、規定された位置６４に位置決めされ、超音波エネルギーの集束ビーム６６を対象６８に向かって発信２２する能力及び前記硬性組織７０の表面６９からエコー反射としてエネルギーの有意な部分６５を受信２６する能力、及び中央処理装置７２と通信する能力を有する、少なくとも１つの超音波トランスデューサ６２を含む。好ましくは、ビーム６６と硬性組織７０の表面６９との間の入射角は、エコー反射６５が最大となるようにトランスデューサ６２を移動させることによって決定される標準角度である。
システム６０は、さらに、少なくとも１つのトランスデューサ６２に接続され、中央処理装置７２からの命令に応じて集束ビーム６６と硬性組織の表面６９との間の入射角を調整２４する能力をもつように設計され製造された位置ロケータ及び調整機構７４を含む。位置ロケータ及び調整機構７４は、さらに、６つの自由度でトランスデューサ６２の位置６４を規定３０する能力をもつ。位置ロケータ及び調整機構７４は、さらに中央処理装置７２に対して前記規定を発信する能力をもつ。位置ロケータ及び調整機構７４は、さらに、超音波トランスデューサ６２を一連の異なる規定された位置６４まで移動させる能力をもつ。
システム６０は、さらに、トランスデューサ６２を一連の異なる規定された位置６４まで移動させるように位置ロケータ及び調整機構７４に対し命令を発信するように設計され構成された中央処理装置７２を含む。中央処理装置７２は、さらにエコー反射６５を引き起こす硬性組織７０の表面６９の少なくとも一部分について位置座標４６を計算し、所定の法則を適用することによって硬性組織７０の表面６９の少なくとも一部分の地図４８を生成するように複数の位置座標４６を編集するように設計され構成されている。
硬性組織７０の表面６９を表す地図４８を決定するステップ４０でＣＰＵ７２が使用する所定の法則には、好ましくは幾何学的法則又は物理的法則又はそれらの組合せが含まれる。
本発明の中で使用するのに適した所定の法則の非限定的な例として
2005525842.tif 000004
という関数の極大が提示されている。
この関数に従うと、式中、
（ｘ、ｙ）は、対象６８内の硬性組織７０の薄片内の仮定された位置座標を表し；ｒ１、ｒ２及びｒ３（それぞれ１０３、１０５及び１０７）は、個別に、それぞれ一連の角度α１、α２及びα３（それぞれ１０９、１１１及び１１３）における（ｘ、ｙ）に関する硬性組織７０の半径を表し；ｒｅｆ１は、第１の領域（Area １；９９）内のエコー反射６５として受信されたエネルギーの部分の和を表し、ｒｅｆ２は、第２の領域（Area ２；１０１）内のエコー反射６５として受信されたエネルギーの部分の和を表し；Ｃは、定数を表している。
図６ａ及び図６ｂは、この関数の極大を用いて形成された硬性組織７０の表面６９の画像である。
本発明は、さらに、その上に凹凸を含む硬性組織の超音波画像を形成する追加的な方法９０によって具体化される。方法９０には、第１の規定された位置６４で、ここでは明確さを期して、発信器５９として示される少なくとも１つの超音波トランスデューサから、硬性組織７０の表面６９に向かって超音波エネルギーの集束ビーム６６（図４）を発信するステップ９２（図３）が含まれる。
方法９０は、さらに、少なくとも１つの第２の規定された位置６３でエコー反射として前記エネルギーの一部分６５を受信するステップ９４をさらに含む。前記表面６９の性質は、最適である前記位置６３（及び受信器６１）の数を決定することになる。実際には、受信器６１及び発信器５９の両方は、通常トランスデューサ６２であるが、常にそうであるとは限らない。
方法９０は、さらに、エネルギー６５が受信されるそれぞれの第２の規定された位置６３について超音波反射体に対応する一組の位置座標４６を計算するステップ９６を含む。
【００２３】
方法９０は、さらに、発信ステップ９２、受信ステップ９４及び計算ステップ９６を反復するステップを含む。
方法９０は、さらに、第１の所定の規準に従って前記反射体が硬性組織であるか否かを決定するステップ１００及び第２の所定の規準に従って、反射体が前記硬性組織の表面上の凹凸であるか否かを決定するステップ１０２を含む。
前記第１の所定の規準は、例えば、エコー反射６５がその上に分布している小さな領域を規定することである。規定された小さな領域への反射６５が制限される場合、それは硬い表面によって引き起こされていることを表している。
前記第２の所定の規準は、例えば、エコー反射６５がその上に分布しているより大きな領域の規定である可能性がある。より大きな領域への反射６５の分散は、それが凹凸によって引き起こされたものであるということを表している。
【００２４】
代替的に又は追加的には、第１及び第２の所定の規準は、反射６５が前記領域の幾何学的特性によって受信されるこの領域の幾何学的形状の分析を含む可能性がある。
方法９０は、さらに、硬性組織７０の表面６９の少なくとも一部分の地図４８を生成するために複数組の位置座標４６の少なくとも一部分を編集するステップ１０４を含む。
このようにして、位置座標４６の決定は、好ましくは、位置６３における受信エネルギー６５と発信されたエネルギー６６とを比較することによって達成される。この決定を行なうためには、発信源６４と受信器位置６３の相対的位置が、分かっていなければならない。代替的、しかし同様に好ましくは、位置座標４６の決定は、数多くの位置で受信９４したエネルギーパターン６５を分析することによって達成される。このようにして、方法９０及び／又は方法２０の実行に必要とされるデータを迅速に収集するために、図５ａ〜図５ｃに示されるように、システム６０又はシステム１６０（図４）内でトランスデューサ６２のアレイを使用することが往々にして有用である。
【００２５】
方法９０及び／又は方法２０の実行は、規定された位置６４及び６３のそれぞれが１組の位置座標として規定される場合に最も効率がよい。好ましくは、それぞれの第１の規定された位置６４は、その規定の一部として少なくとも１つの発信角度を含む。
好ましくは、方法（２０又は９０）は、さらに、発信ステップ（２２、９２）のために追加的な第１の規定された位置６４を使用するステップを含む。追加的な第１の規定された位置６４には、単一の規定された位置６４からの追加的な方向（すなわち異なる角度）での発信ステップが含まれるが、これらに限定されるわけではない。好ましくは、方法９０は、さらに、受信ステップ９４のために追加的な第２の規定された位置９３を使用するステップを含む。図５ａ〜図５ｃに示されるように、トランスデューサ６２のアレイは、多数の位置からの発信／受信を達成し得る速度を上昇させることによって位置座標４６を生成し得る速度を上昇させることから、この点において有用である。
【００２６】
方法２０及び方法９０と関連して、制御ステップには、アレイから追加的な項目を選択することによってか又は項目を物理的に移動させることによってかのいずれであれ、トランスデューサ６２、発信器５９又は超音波受信器６１を位置決めし直すステップが含まれる可能性がある。
方法２０及び／又は方法９０は、両方とも、中央処理装置を用いて本方法の少なくとも一部分の実行を制御するステップに従う。この自動化された制御は、方法２０及び／又は方法９０の速度及び実行を増強する。制御ステップは、例えば機械的制御装置、アレイからの選択、電子制御又はそのいずれかを含む組合せのような制御機構の使用を示す可能性がある。
対象内の硬性組織及びその上のいずれかの凹凸の超音波画像を作り出すためのシステム１６０が、図４に描かれている。システム１６０は、硬性組織７０の表面６９に向かって規定された位置６４からビーム６６を発信９２する能力を有し、さらに中央処理装置７２と通信する能力を有する、少なくとも１つの超音波発信器５９を含む。
システム１６０は、さらに、第２の規定された位置６３におけるエコー反射としてエネルギーの一部分６５を受信９４する能力を有し、さらに中央処理装置７２と通信する能力を有する超音波受信器６１を含む。
システム１６０は、さらに、発信器５９及び受信器６１に対し操作可能な形で接続でき、かつ中央処理装置７２と通信する能力もつ位置ロケータ及び調整機構７４を含む。位置ロケータ及び調整機構７４は、発信器５９及び受信器６１を一連の異なる規定された位置（６４；６３）まで移動させる能力を有するように設計され、製造される。位置ロケータ及び調整機構７４は、例えば機械的制御機構、アレイからの選択又は電子制御機構を利用し得る。
【００２７】
位置ロケータ及び調整機構７４は、任意で、しかし好ましくは、前記システム（６０；１６０）のオペレータからの入力を受信するように設計され、構成される。前記入力は、例えば、前記システムのオペレータによる手動式位置調整又は（例えばデータ入力装置８４により）中央処理装置７２に対して発信された少なくとも１つの命令である可能性がある。
システム１６０は、さらに、それぞれの第２の規定された位置６３について超音波反射体に対応する１組の位置座標４６を計算９６するように設計され、構成された中央処理装置７２を含む。中央処理装置７２は、さらに、第１の所定の規準に従って前記反射体が硬性組織であるか否かを決定１００するように設計され、構成される。中央処理装置７２は、さらに、第２の所定の規準に従って前記反射体が前記硬性組織の表面上の凹凸を構成するか否かを決定１０２するように設計され、構成される。中央処理装置７２は、さらに、前記硬性組織の表面の少なくとも一部分の地図４８を生成するように複数組の位置座標４６の少なくとも一部分を編集１０４するように設計され、構成される。中央処理装置７２は、さらに、トランスデューサ（５９；６１）を異なる規定された位置（６４；６３）まで移動させるように前記位置ロケータ及び調整機構に対し命令（例えば制御１１４）を発信するように設計され、構成されている。
好ましくは、発信ステップ９２及び受信ステップ９４は、単一平面７５内で起こり、ビーム６６の発信９２は、平面７５に対し標準角度を成す。
【００２８】
方法２０及び方法９０の実施には、標準的には、表示装置８２上の出力の表示４２が含まれる。表示装置８２は、ユーザーに対してデータを視覚的に提示するあらゆる装置を含むことができる。したがって、表示装置８２は、例えば、陰極線管表示スクリーン、液晶表示装置、プリントアウト、プラズマスクリーン又は発光ダイオードのアレイであり得る。同様にして、システム６０及びシステム１６０は、好ましくは、このような表示装置８２を含む。表示された出力には、エコー反射６５に関するデータ４４、エコー反射６５を引き起こす硬性組織７０の表面６９の一部分についての位置座標４６、及び地図４８の少なくとも一部分（例えば図６ａ及び図６ｂ）が含まれ得るが、これらに限定されるわけではない。好ましくは、硬性組織７０の表面６９は、視覚的に強調表示される（図６ｂ）。地図４８は、二次元地図か又は三次元地図として提示される。好ましくは、表面の凹凸５６も同様に表示される。より好ましくは、対象６８の軟性組織がさらに表示される。
本発明を、特定の実施態様に関連して記載してきたが、数多くの代替態様、変更及び変形が当業者にとって明白なことは明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲の精神及び広範な範囲内に含まれる代替態様、変更及び変形の全てを包含することが意図される。本明細書で言及された全ての刊行物、特許及び特許出願は、ここでは、あたかも個々の刊行物、特許又は特許出願の各々が本明細書に参考として組み込まれるように特定的かつ個別的に示されている場合と同じ範囲で、明細書中にそれらの全体が参考として包含される。さらに、本出願のあらゆる参考文献の引用又は識別は、それらの参考文献が本発明に対する先行技術として利用可能であることを認めたものとは、みなされるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による方法の実行に含まれる一連のイベントを例示する、単純化したフローチャート。
【図２】本発明によるシステムのコンポーネントを概略的に示す図。
【図３】本発明による追加的な方法の実行に含まれる一連のイベントを例示する、単純化されたフローチャート。
【図４】本発明による追加的なシステムのコンポーネントを概略的に示す図。
【図５】ａ〜ｃは、本発明による対象に関する超音波トランスデューサの想定される配置を例示する図。
【図６】ａ及びｂは、本発明によって生成された地図を提示する図。
【図７】本発明の裏付けとして提示された公式中の変数間の物理的関係を例示する図。
【符号の説明】
【００３０】
６０、１６０  システム、６１  超音波受信器（トランスデューサ）、６２  超音波トランスデューサ（発信用トランスデューサ）６３  位置（受信位置、第２の規定された位置、受信器位）、６４  位置（発信源、第１の規定された位置、規定された位置）、６５  エネルギーの有意な部分（エコー反射）、６６  集束ビーム（エネルギー）、６８  対象、６９  硬性組織の表面、７０  硬性組織、７２  中央処理装置（コンピュータコントローラ、ＣＰＵ）、７４  位置ロケータ及び調整機構、７５  単一平面、９９  第１の領域、１０１  第２の領域、１０３  位置座標ｒ１、１０５  位置座標ｒ２、１０７  位置座標ｒ３、１０９  角度α１、１１１  角度α２、１１３  角度α３。
【図１】
2005525842.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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