(57)【要約】超音波画像を生成する方法は、被験体の呼吸のサイクルまたは波形をモニタすることと、被験体から超音波データを捕捉することと、呼吸に起因する被験体の動作が実質的に停止している時間の間に受信した受信された超音波データから、超音波画像を生成することとを包含する。一実施形態において、本方法は、被験体からの超音波を捕捉する前に、少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で超音波を生成することと、少なくとも２０ＭＨｚの周波数で該被験体に超音波を送信することとをさらに包含し得る。
2008531173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験体の一部分の超音波画像を生成する方法であって、
被験体の呼吸波形をモニタし、該波形における実質的に動作のない期間を検出するステップであって、該動作のない期間は、該被験体の呼吸によって引き起こされる該被験体の身体の動作が実質的に停止するときの時間に対応している、ステップと、
該被験体からの超音波を捕捉するステップであって、捕捉するステップは、該動作のない期間に実行される、ステップと、
受信された超音波信号を処理することにより、超音波画像を生成するステップと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記被験体からの超音波を捕捉するステップの前に、
少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で超音波を生成するステップと、
少なくとも２０ＭＨｚの周波数で該被験体に超音波を送信するステップと
をさらに包含し、
該生成するステップ、該送信するステップ、および該捕捉するステップは、該動作のない期間の間に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記生成するステップ、前記送信するステップ、および前記捕捉するステップは、第１のスキャンライン位置から第ｎのスキャンライン位置まで、順番に繰り返される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のスキャンライン位置から前記第ｎのスキャンライン位置までは、前記被験体の解剖学的構造の一部分の所定のエリアに対応しており、該所定のエリアにおいて、該被験体からの超音波が受信される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記被験体は、実験用動物である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記実験用動物は、マウスまたはラットである、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
約２０ＭＨｚ〜約６０ＭＨｚまでの範囲の周波数の超音波を生成することをさらに包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記超音波画像は、実験用動物の血流画像である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記生成するステップ、前記送信するステップ、および前記捕捉するステップを、前記被験体の所定の呼吸回数にわたって繰り返すステップをさらに包含する、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記生成するステップ、前記送信するステップ、および前記捕捉するステップを、所定の時間わたって繰り返すステップをさらに包含する、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記処理するステップは、Ｂ−モード、カラーフロー、パワードップラー、Ｍ−モード、ＰＷドップラー、および組織ドップラーから構成されるグループから選択されたモードのためのモジュールを処理することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記被験体の呼吸波形をモニタするステップは、
該呼吸波形におけるピークを検出するステップと、
該呼吸波形における呼吸期間を決定するステップと
をさらに包含し、
該ピークおよび該呼吸期間は、該波形における実質的に動作のない期間の開始および終了を予測するために用いられ得る、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
超音波画像を生成する方法であって、
被験体の呼吸波形をモニタし、該呼吸波形における少なくとも１つの実質的に動作のない期間を検出するステップであって、各動作のない期間は、該被験体の呼吸によって引き起こされる該被験体の身体の動作が実質的に停止するときの時間と、該呼吸波形における少なくとも１つの動作期間とに対応しており、各動作期間は、該被験体の呼吸に起因して該被験体の身体が動作する時間に対応している、ステップと、
少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で超音波を生成するステップと、
少なくとも２０ＭＨｚの周波数の超音波を被験体に送信するステップと、
該被験体の呼吸波形の少なくとも１つの動作のない期間の間、および該被験体の呼吸波形の少なくとも１つの動作期間の間に、超音波データを捕捉するステップであって、該生成するステップ、該送信するステップ、および該捕捉するステップは、第１のスキャンライン位置から第ｎのスキャンライン位置まで、順番に繰り返される、ステップと、
受信された超音波データをコンパイルして、初期画像を生成するステップと、
該初期画像の少なくとも一部分を識別するステップであって、該一部分は、該被験体の呼吸波形の動作期間の間に受信されたデータを含んでいる、ステップと、
該初期画像を処理することにより、超音波画像を生成するステップであって、該超音波画像は、該被験体の呼吸波形の増加的なピーク期間の間に受信されたデータからコンパイルされる、ステップと
を包含する、方法。
【請求項１４】
前記処理するステップは、
前記初期画像から、該被験体の呼吸波形の動作期間の間に受信された無効データを除去することにより、少なくとも１つの空白領域を有する部分的に空白化された画像を生成するステップと、
該被験体の呼吸波形の該動作のない期間の間に別の初期画像から受信された有効データで該部分的に空白化された画像の少なくとも１つの空白領域を置換することにより、超音波画像を生成するステップと
を包含する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記被験体は、実験用動物である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記実験用動物は、マウスまたはラットである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
約２０ＭＨｚ〜約６０ＭＨｚまでの範囲の周波数の超音波を生成することをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記超音波画像は、実験用動物の血流画像である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記生成するステップ、前記送信するステップ、および前記捕捉するステップを、前記被験体の所定の呼吸回数にわたって繰り返すステップをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記生成するステップ、前記送信するステップ、および前記捕捉するステップを、所定の時間わたって繰り返すステップをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記処理するステップは、Ｂ−モード、カラーフロー、パワードップラー、Ｍ−モード、ＰＷドップラー、および組織ドップラーから構成されるグループから選択されたモードのためのモジュールを処理することを包含する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記被験体の呼吸波形をモニタするステップは、
該呼吸波形におけるピークを検出するステップと、
該呼吸波形における呼吸期間を決定するステップと
をさらに包含し、
該ピークおよび該呼吸期間は、該波形における実質的に動作のない期間の開始および終了を予測するために用いられ得る、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記モニタするステップの後に、
前記呼吸波形の捕捉および解析に基づいて、前記動作のない期間の開始を予測するステップと、
前記生成するステップ、前記送信するステップ、および前記捕捉するステップの開始をトリガすることにより、該動作のない期間の該開始と実質的に一致させるステップであって、これにより、イメージングが該呼吸波形と同期化される、ステップと
をさらに包含する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記処理するステップは、持続化アルゴリズムを適用することにより、以前のフレームから捕捉された前記有効データを導出し、前記空白化された領域のそれぞれに置換するステップをさらに包含する、請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記生成するステップ、前記送信するステップ、前記捕捉するステップは、前記動作期間が開始しようとするときに一時停止され、前記動作のない期間が開始するときに再開される、請求項１３、請求項２２、または請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記生成するステップ、前記送信するステップ、前記捕捉するステップは、連続的な動作のない期間の各々にわたって、前記第１のスキャンライン位置から前記第ｎのスキャンライン位置までのうちの１つのスキャンラインに対して順番に繰り返される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
超音波画像を生成する方法であって、
被験体の呼吸波形をモニタし、該波形における実質的に動作のない期間を検出するステップであって、該動作のない期間は、該被験体の呼吸によって引き起こされる該被験体の身体の動作が実質的に停止するときの時間に対応している、ステップと、
少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で超音波画像を生成するステップと、
少なくとも２０ＭＨｚの周波数の超音波を被験体に送信するステップと、
該被験体からの超音波を捕捉するステップであって、該生成するステップ、該送信するステップ、該捕捉するステップは、該動作のない期間の間に実行され、該生成するステップ、該送信するステップ、該捕捉するステップは、第１のスキャンライン位置から第ｎのスキャンライン位置まで、順番に繰り返され、第１のスキャンライン位置から第ｎのスキャンライン位置までは、該被験体の解剖学的構造の所定のエリアに対応しており、該所定のエリアにおいて、該被験者からの超音波が受信される、ステップと、
受信された超音波信号を処理することにより、該超音波画像を形成するステップと
を包含する、方法。
【請求項２８】
前記処理するステップは、Ｂ−モード、カラーフロー、パワードップラー、Ｍ−モード、ＰＷドップラー、および組織ドップラーから構成されるグループから選択されたモードのためのモジュールを処理することを包含する、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（背景）
小動物または実験用動物の研究は、現代の生物医学の発展の基礎である。小動物を用いた研究は、研究者が、複雑な生物化学的構造を研究者が理解すること、人間および動物の病気の進行を理解すること、ならびに人間および動物の多くの疾患を治療または緩和するための新薬を開発することを可能にする。小動物の研究は、生物医学的な研究の多くのエリア（神経生物学、発生生物学、心血管研究、および癌生物学を含む）で重要である。生物学的研究のための小動物を画像化するために、高周波数の超音波または高周波数のドップラー超音波が用いられ得る。
【０００２】
典型的には、高周波数のドップラー超音波を用いて動物の画像を生成するときに、動物の呼吸動作は、画像内のアーチファクトならびに不正確さを引き起こす。血管内の血流の速度のドップラー測定に対し、動物の呼吸動作に起因する血管の運動は、速度を間違って測定することに寄与する。ドップラー信号における全出力を活用する超音波技術を用いて画像が構成され、２次元表面上にカラーコードされたリアルタイムの血流の画像（「パワードップラー」）を生成するとき、運動のアーチファクトは、大きなストライプとして、画像内に表示される。このため、研究者は、小動物の解剖学的構造のうち呼吸動作に影響されない部分のみの画像を生成することが制限されていた。このように、呼吸動作のアーチファクトおよび不正確さは、小動物の研究の障害となる。
【０００３】
３Ｄボリュームの捕捉もまた、呼吸のアーチファクトからの影響を受ける。３Ｄボリュームは、典型的には、約０．０１ミリメートル（ｍｍ）から１．０ｍｍの間の間隔で捕捉された約２〜５００個の個別の画像フレームから構成されている。多数のスライスが捕捉されると、それらはコンパイルされ、３Ｄボリュームをレンダリングする。各位置は、個別に捕捉されたフレームから構成され得、個別に捕捉されたフレームは、「パワードップラー」フレーム、Ｂ−モードフレーム、またはそれら２つの組み合わせから構成され得る。呼吸のアーチファクトは、レンダリングされたボリュームの精度を低減させる望ましくない動作を引き起こし得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（概要）
一局面にしたがうと、超音波画像を生成する方法は、少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で超音波を生成することと、少なくとも２０ＭＨｚの周波数の超音波を被験体に送信することと、被験体の呼吸のサイクルまたは波形をモニタすることと、被験体からのドップラーデータ、Ｂ−モードデータ、またはローＲＦ超音波データを捕捉することと、呼吸に起因する被験体の動作が実質的に停止している時間の間に受信された超音波データから、超音波画像を生成することとを包含する。
【０００５】
本発明のその他の装置、方法、および局面は、図面および好適な実施形態の詳細な説明を参照することにより、議論される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書に組み込まれ本明細書の一部分をなしている添付の図面は、詳細な説明と共に本発明の特定の局面を示しており、本発明の原理を非限定的に説明する役目を担っている。図面中、複数の図面にわたって同様の番号は同様のパーツを指示している。
【０００７】
（詳細な説明）
本発明は、以下の詳細な説明、実施例、図面、請求の範囲、ならびにそれらの上述および以下の説明を参照することによって、より容易に理解することができる。しかしながら、本発明のデバイス、システム、および／または方法が開示され記載される前に、本発明は、特に断りがない限り、開示されている特定のデバイス、システム、および／または方法に限定されるものではなく、変更され得るということが、理解されるべきである。本明細書中に用いられている用語は、特定の局面を記載することのみを目的としており、限定を意図されていないということが、理解されるべきである。
【０００８】
本発明の以下の記載は、本発明の教示を現在公知な最良の実施形態で実現するように提供されている。当業者は、この目的を達成するために本明細書に記載されている様々な局面に対して変更がなされ得、変更がなされてもなお、本発明の有利な結果を得ることができるということを、認識および理解すべきである。本発明の複数の特徴のうちの一部分を選択することにより、その他の特徴を用いることなしに、本発明の所望の利点を得ることができるということもまた、理解されるべきである。したがって、当業者は、本発明に対する多くの改変および適合化が、可能であり得ること、特定の状況においては望ましくさえもあり得ること、本発明の一部分であるということを、理解すべきである。このように、以下の説明は、本発明の例示として提供されており、本発明の限定としては提供されていない。
【０００９】
本明細書において用いられているように、単数形「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」、ならびに「それ（ｔｈｅ）」は、文脈上特に断りがない限り、複数の指示対象を含んでいる。したがって、「表面（ｓｕｒｆａｃｅ）」に対する言及は、文脈上特に断りがない限り、２つ以上のそのような表面を有する外観を含んでいる。
【００１０】
本明細書においては、「約（ａｂｏｕｔ）」ある特定の値から、かつ／または「約（ａｂｏｕｔ）」別の特定の値までのように、範囲が示され得る。そのような範囲が示されているとき、別の局面は、ある特定の値から、かつ／または別の特定の値までを含む。同様に、値が近似として示されているとき、前提の「約」を用いることにより、特定の値が別の局面を形成することが理解され得る。範囲の各々の端点は、別の端点と関係していること、ならびに別の端点とは独立していることの両方の意味を有しているということが、さらに理解されるべきである。
【００１１】
本明細書において用いられているように、「オプション（ｏｔｉｏｎａｌ）」および「ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ（オプションとして）」は、それの後に記載される事象または状況が発生するかあるいは発生し得ないということを意味している。すなわち、その記載は、事象または状況が発生する場合と、事象または状況が発生しない場合とを含んでいる。
【００１２】
本発明は、本発明の好適な実施形態に関する以下の詳細な説明、本明細書に含まれている例、図面、ならびにそれらの上述および以下の説明を参照することにより、より容易に理解され得る。
【００１３】
「被験体（ｓｕｂｊｅｃｔ）」は、個体を意味している。被験体という用語は、小動物または実験用動物、ならびに人間を含む霊長類を含んでいる。実験用動物は、マウスまたはラットのようなげっ歯目の動物を含むが、それには限定されない。実験用動物という用語はまた、動物、小動物、小実験用動物、あるいは被験体（マウス、ラット、ネコ、イヌ、魚、ウサギ、モルモット、げっ歯目の動物を含む）と交換可能なように用いられる。実験用動物という用語は、特定の年齢または性別を示さない。したがって、成体または新生児の動物、ならびに胎児（胚を含む）が、オスまたはメスのいかんに関わらず、含まれている。
【００１４】
図１は、例示的なイメージングシステム１００を示すブロック図である。この局面において、イメージングシステム１００は、被験体１０２上で動作する。超音波画像情報を取得するために、超音波プローブ１１２は、被験体１０２の近くに配置される。超音波プローブは、超音波データ１１０を収集するために用いられ得る、機械動作型のトランスデューサを備え得、上記超音波データは、パワードップラー超音波データ（Ｐｏｗｅｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｄａｔａ）、カラーフロー速度超音波データ（Ｃｏｌｏｒ  Ｆｌｏｗ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｄａｔａ）、組織ドップラーデータ（Ｔｉｓｓｕｅ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｄａｔａ）、Ｂ−モードドップラーデータ（Ｂ−Ｍｏｄｅ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｄａｔａ）、Ｍ−モードドップラーデータ（Ｍ−Ｍｏｄｅ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｄａｔａ）、ローＲＦ超音波データ（ｒａｗ  ＲＦ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｄａｔａ）を含むが、それらに限定することは意味されていない。上述のように、当業者は、開示された方法が、機械動作型のトランスデューサを備えたシステムに加え、図９のブロック図に例示的に示されているアレイベースの超音波システムを用いることによっても実施され得ることが考えられるということを理解し得る。
【００１５】
記載されている方法を実施するために、被験体またはその一部分にわたって超音波のビームを平行移動（ｔｒａｎｓｌａｔｅ）させることが可能な任意のシステムが用いられ得ることが考えられる。このように、本方法は、機械的スキャンシステムを用いて実施され得、機械的スキャンシステムは、経路に沿って掃引するように１つの超音波ビームを平行移動させるか、あるいは経路に沿って掃引するように複数の超音波ビームを平行移動させ得る。本方法はまた、アレイベースのシステムを用いても実施され得、ここでは、複数のビームが生成され、トランスデューサのエレメントに沿った電気的ステアリングによって平行移動される。当業者は、いずれかのタイプのシステムから平行移動されたビームが、使用されるシステムのタイプをなんら制限することなしに、記載されている方法において用いられ得ることを理解し得る。したがって、当業者は、機械的スキャンシステムを用いて実行される方法はまた、アレイシステムを用いても実行されるということを理解し得る。同様に、アレイシステムによって実行される方法として記載されている方法は、機械的スキャンシステムによっても実行され得る。このように、記載されている方法を実行するためにアレイシステムと機械的スキャンシステムとが交換可能なように用いられ得るので、システムのタイプは、任意の記載されている方法を限定することを意図されていない。
【００１６】
さらに、機械的スキャンシステムとアレイタイプのシステムとの両方に対し、２０ＭＨｚ未満の範囲の臨床周波数または２０ＭＨｚ以上の高周波数範囲に中心周波数を有するトランスデューサが、用いられ得る。
【００１７】
記載されているシステムおよび方法において、例えば「パワードップラー」のような、超音波モードまたは技術が用いられ得る。パワードップラーは、ドップラー信号における全出力を活用し、血流のカラーコードされたリアルタイムの画像を生成する。システムおよび方法はまた、平均速度情報を示すカラードップラー画像を生成するか、個別的または集合体として、ローＲＦデータの３−Ｄボリューム、組織ドップラー、Ｍ−モードの捕捉を記述するＢ−モードフレームを生成すること、ならびにコントラストまたは画像差オーバーレイを分子像に適用することに用いられ得る。
【００１８】
分子像の適用に対し、画像差オーバーレイは、基準画像とデータ画像との間の輝度の差をハイライトするために用いられ得る。被験体の心拍および呼吸は、典型的には超音波画像を妨害したり変化させたりするので、直接的に画像の差分をとって輝度の差をハイライトすることは不可能である。画像差オーバーレイを形成するための例示的な方法は、被験体に関する複数の基準画像またはその一部分のループを識別することを包含する。上記方法はさらに、被験体に関する複数のデータ画像またはその一部分のループを識別することをも包含する。データ画像は、基準画像のループのうちの複数の画像と比較され得る。少なくとも１つのデータ画像は、少なくとも１つの基準画像と関連付けられ得る。関連付けられた画像上で、画像の差分が実行され、画像差オーバーレイが生成され得る。データ画像は、類似性に基づいて、少なくとも１つの基準ループ画像と関連付けられ得る。例えば類似性は、ピクセルの輝度レベルの絶対差を加算し、データのループ画像のフレームと、基準のループ画像のフレーム、または最小の絶対差の値を生じ得るフレームとを関連付けることにより、決定され得る。本明細書において記載されている方法は、オーバーレイ方法と共に用いられ得、コントラストオーバーレイ方法を改善し、基準画像とデータ画像との間の輝度における差をハイライトし得る。
【００１９】
１つの例示的な局面において、トランスデューサは、少なくとも約２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で、超音波を送信し得る。代替的な局面において、例示のためであり限定を意味するものではないが、トンランスデューサは、約２０ＭＨｚ、約３０ＭＨｚ、約４０ＭＨｚ、約５０ＭＨｚ、または約６０ＭＨｚ以上で超音波を送信し得る。さらに、言及されている周波数よりもはるかに高い周波数で動作するトランスデューサもまた、考えられ得る。
【００２０】
被験体１０２は、電子心拍計（ＥＣＧ）電極１０４に接続され得、被験体１０２から、拍動および呼吸波形２００が取得され得る（図２参照）。呼吸検出エレメント１４８は、呼吸検出ソフトウェア１４０を含み得、超音波システム１３１に提供するための呼吸波形２００を生成するために用いられ得る。呼吸検出ソフトウェア１４０は、被験体が呼吸するときに、筋肉の抵抗力をモニタすることにより、呼吸波形２００を生成し得る。呼吸波形２００を生成するためのＥＣＧ電極１０４および呼吸検出ソフトウェア１４０の使用は、例えば、Ｉｎｄｕｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（テキサス州ヒューストン所在）から入手可能な当該分野で公知な呼吸検出エレメント１４８および呼吸検出ソフトウェア１４０を用いることにより、実行され得る。代替的な局面において、呼吸波形は、ＥＣＧ電極を用いない方法によって、例えば、ストレインゲージプレチスモグラフを用いることにより、生成され得る。
【００２１】
呼吸検出ソフトウェア１４０は、ＥＣＧ電極１０４からの電気的な情報をアナログ信号に変換し、これは、超音波システム１３１に送信され得る。アナログ信号はさらに、アナログデジタル変換器１５２（信号プロセッサ１０８に含まれ得るか、あるいはＥＣＧ／呼吸波形増幅器１０６によって増幅された後のどこかに配置され得る）によってデジタル信号に変換される。一実施形態において、呼吸検出エレメント１４８は、増幅器を備えており、上記増幅器は、超音波システム１３１に提供するアナログ信号を増幅し、アナログデジタル変換器１５２によって、上記アナログ信号をデジタル信号に変換する。この実施形態において、増幅器１０６の使用は、完全に避けられ得る。デジタルデータを用いることにより、メモリ１２１に配置された呼吸解析ソフトウェア１４２は、被験体の呼吸の特性（呼吸速度、呼吸に起因する被験体の動作が実質的に停止した時間）を決定し得る。
【００２２】
超音波システム１３１に提供する信号を調整するために、電極１０４からの心臓信号ならびに呼吸波形信号は、ＥＣＧ／呼吸波形増幅器１０６に送信され得る。信号を調整するために、ＥＣＧ／呼吸波形増幅器の代わりに、信号プロセッサまたはその他のデバイスが用いられ得ることが理解されるべきである。電極１０４からの心臓信号または呼吸波形信号が適切である場合、増幅器１０６の使用は完全に避けられ得る。
【００２３】
例示的な超音波システム１３１は、機械的スキャン型の単一のエレメントのトランスデューサを有しており、上記システムは、制御サブシステム１２７、画像構成サブシステム１２９（時にスキャン変換器と呼称される）、送信サブシステム１１８、受信サブシステム１２０、およびヒューマンマシンインターフェース１３６の形態のユーザ入力デバイスを含んでいる。プロセッサ１３４は、制御サブシステム１２７に接続されており、ディスプレイ１１６は、プロセッサ１３４に接続されている。
【００２４】
例示的な超音波システム９０２は、アレイトランスデューサ９０４を有しており、上記システムは、プロセッサ１３４、フロントエンド電子モジュール９０６、送信ビームフォーマ９０６および受信ビームフォーマ９０６、ビームフォーマ制御モジュール９０８、Ｂ−モードの処理モジュール４１０、制御フロー９１２、パワードップラー９１２、Ｍ−モード９１６、ＰＷ  ドップラー９１４、ならびに組織ドップラーまたはデジタルＲＦデータのようなその他のモード、スキャン変換器１２９、ビデオ処理モジュール９２０、ディスプレイ１１６、ユーザインターフェースモジュール１３６を含み得る。
【００２５】
カラーボックス１４４は、ディスプレイ１１６によってユーザに投影され得る。カラーボックス１４４は、ドップラーデータが捕捉され表示されるディスプレイ１１６のエリアを表している。カラーボックスは、領域または所定のエリアを記述し、その内部では、パワードップラースキャニングが実行される。カラーボックスはまた、機械動作型のトランスデューサを用いることにより、あるいはアレイベースのプローブとして電気的に動作されることにより、スキャニングの開始ポイントおよび終了ポイントを定義するように一般化され得る。一般化は、同様にＢ−モードにも拡張され得る。スキャニングの開始ポイントおよび終了ポイントはまた、Ｂ−モードのエッジを定義し得る。用語「フレーム」は、Ｂ−モードまたはカラーフロー、パワードップラーまたは組織ドップラーのいずれかに対するラインの集合体を記述するように用いられる。カラーボックス１４４のサイズまたはエリアは、ヒューマンマシンインターフェース１３６の使用を介してオペレータによって選択され得、オペレータがデータを取得したいと所望するエリアに依存し得る。例えば、オペレータがディスプレイ１１６に示された解剖学的構造の所与のエリア内の血流を解析したいと所望する場合、カラーボックス１４４は、解剖学的構造のエリアに対応してディスプレイ上に定義され得、解剖学的構造のうちユーザによって定義された部分を画像化することができるように、超音波トランスデューサが超音波エネルギーを送受信するエリアを表し得る。
【００２６】
機械的スキャン型のトランスデューサシステムに対し、トランスデューサは、開始位置から終了位置まで、例えば、第１のスキャン位置から第ｎのスキャン位置まで動かされる。トランスデューサが動くに伴い、トランスデューサによって超音波パルスが送信され、戻りの超音波エコーは、トランスデューサによって受信される。送信／受信パルスの各サイクルにより、結果的に超音波ラインの捕捉が得られる。開始位置から終了位置までトランスデューサが動く際に捕捉された超音波ラインの全ては、画像の「フレーム」を構成する。アレイ、送信ビームフォーマ、受信ビームフォーマ、およびフロントエンドの電子装置を用いる超音波システムに対し、カラーボックス内のサイトの複数のラインに沿って、超音波パルスが送信され得る。全視野に対してＢ−モードのデータが捕捉される一方で、カラーフローデータは、カラーボックスによって定義される領域から捕捉され得る。
【００２７】
プロセッサ１３４は、制御サブシステム１２７に接続されており、ディスプレイ１１６は、プロセッサ１３４に接続されている。メモリ１２１は、プロセッサ１３４に接続されている。メモリ１２１は、任意のタイプのコンピュータメモリであり得、典型的には、ランダムアクセスメモリ「ＲＡＭ」を意味し、上記メモリ内では、本発明のソフトウェア１２３が実行する。ソフトウェア１２３は、超音波データの捕捉、処理、および表示を制御することにより、超音波システム１３１が画像を表示することを可能にする。
【００２８】
ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いることにより、超音波ドップラーデータのキャプチャによって呼吸データを同期化するための方法およびシステムが実装され得る。本システムのハードウェア実装は、当該技術分野で公知な以下の技術のうちの任意のもの、あるいは以下の技術の組み合わせを含み得る：個別電子コンポーネント、データ信号を受けてロジック機能を実装するロジックゲートを有する個別ロジック回路、適切なロジックゲートを有する特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等。
【００２９】
本システムのためのソフトウェアは、ロジック機能を実装するために、実行可能な命令に関する順序化されたリストを備えており、命令実行システム、装置、またはデバイス（例えばコンピュータベースのシステム、プロセッサを含むシステム）、あるいはその他のシステム、装置、またはデバイス（命令実行システムからの命令をフェッチして命令を実行し得る）による使用のために、あるいはそれらに関連して、任意のコンピュータ読取り可能な媒体内に具体化され得る。
【００３０】
本明細書の文脈では、「コンピュータ読取り可能な媒体」は、命令実行システム、装置、またはデバイスによる使用のために、あるいはそれらに関連して、プログラムを格納、記憶、伝播、または送信し得る任意の手段であり得る。コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、電子的な、磁気的な、光学的な、電子光学的な、赤外線の、または半導体システムの装置、デバイス、あるいは伝播媒体であり得るが、それらには限定されない。コンピュータ読取り可能な媒体の特定の例（非網羅的な列挙）は、以下を含み得る：１つ以上のワイヤを有する電気的接続、ポータブルなコンピュータディスケット（磁気的）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）（磁気的）、光ファイバー（光学的）、ポータブルなコンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤＲＯＭ）（光学的）。コンピュータ読取り可能な媒体は、紙またはプログラムが印刷され得る別の適切な媒体でさえもあり得、プログラムは、例えば紙またはその他の媒体の光学的スキャニングを介して電気的にキャプチャされ、コンパイルまたはインタープリットされ、そうでない場合には、必要に応じて適切な方法で処理されることにより、コンピュータメモリ内に格納され得るということに留意されたい。
【００３１】
例示的な機械的スキャン型の超音波システム１３１のソフトウェアは、呼吸解析ソフトウェア１４２、トランスデューサローカライジングソフトウェア１４６、ならびにシステムソフトウェア１２３を含んでおり、超音波システム１３１のソフトウェアは、トランスデューサ１５０の位置を決定し、トランスデューサの開始位置および終了位置を決定することにより、超音波データ信号を捕捉する。例示的なアレイシステムに対し、ビームフォーマ制御モジュールは、パワードップラー、カラーフロー、またはその他のスキャニング様式に用いられる、スキャンラインの位置を制御する。
【００３２】
呼吸解析ソフトウェア１４２は、被験体１０２の呼吸サイクルの間の適切なポイントにおける超音波データのキャプチャを可能にする。このようにして、呼吸解析ソフトウェア１４２は、ＥＣＧ電極１０４および呼吸検出ソフトウェア１４０を介した被験体１０２からの入力に基づいて、超音波画像データ１１０がいつ収集されるのかを制御することができる。呼吸解析ソフトウェア１４２は、呼吸波形２００の間の適切な時点における超音波データ１１０の収集を制御する。呼吸信号が動物の呼吸サイクルにおける沈黙期間（Ｑｕｉｅｔ  ｐｅｒｉｏｄ）を示すときの適切な時間の間に、同相（Ｉ）および４相位相（Ｑ）ドップラーデータがキャプチャされ得、ドップラーデータが捕捉され得る。Ｂ−モードのデータを捕捉するために、受信したＲＦ信号を包絡線検出およびログ圧縮することにより、反射信号の大きさが捕捉される。「沈黙期間」により、呼吸に起因する動物の動作が実質的に停止するときの、動物の吸入サイクルまたは呼吸サイクルにおける実質的に動作のない期間を意味する。したがって、記載されているシステムにおいて、アレイシステムのためのソフトウェア１２３、呼吸解析ソフトウェア１４２、トランスデューサローカライジングソフトウェア１４６、またはビームフォーマ制御モジュール／ソフトウェアは、超音波データの捕捉、処理、および表示を制御し得、被験体の呼吸波形２００の間の適切な時間において、超音波システム１３１が超音波画像を取得することを可能にする。沈黙期間の開始が呼吸解析ソフトウェアによって検出されるとき、トランスデューサローカライジングソフトウェアまたはビームフォーマ制御ソフトウェア／モジュールは、システムにカラーフローの捕捉を開始させるコマンドを送信する。
【００３３】
代替的な局面において、本システムは、被験体の無動作期間を検出し、現在モニタされている波形の所定のポイントに到達したときに、データの捕捉を開始またはトリガし得る。
【００３４】
メモリ１２１はまた、超音波システム１３１によって取得される超音波データ１１０をも含んでいる。コンピュータ読取り可能な格納媒体１３８は、プロセッサに命令を提供するために、プロセッサに接続されており、以下にさらに記載されるように、プロセッサに命令し、かつ／またはプロセッサを構成することにより、超音波システム１３１の動作に関連するアルゴリズムを実行する。コンピュータ読取り可能な媒体は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを含み得、単なる例としては、磁気ディスク、磁気テープ、光学的に読取り可能な媒体（例えばＣＤＲＯＭ）、半導体メモリ（例えばＰＣＭＣＩＡカード）のようなものである。各場合において、媒体は、例えば小型ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、カセットのようなポータブルアイテムの形態を取り得、あるいは例えばハードディスクドライブ、固体メモリカード、またはサポートシステム内に提供されたＲＡＭのような、比較的大きい（または非ポータブルの）形態を取り得る。上記で列挙された例示的な媒体は、単独または組み合わせで用いられ得ることに留意されたい。
【００３５】
超音波システム１３１は、制御サブシステム１２７を含んでおり、上記制御サブシステムは、超音波システム１３１の様々なコンポーネントの動作を命令する。制御サブシステム１２７ならびに関連するコンポーネントは、汎用プロセッサに命令するためのソフトウェアとして、あるいはハードウェア実装における特定の電子装置として、提供され得る。超音波システム１３１は、画像構成サブシステム１２９を含んでおり、上記画像構成サブシステムは、受信した超音波エコーによって生成された電子信号を、プロセッサ１３４によってマニュピレートされ得るデータに変換し、上記データは、ディスプレイ１１６上の画像にレンダリング（ｒｅｎｄｅｒ）され得る。制御サブシステム１２７は、送信サブシステム１１８に接続されており、超音波プローブ１１２に対し、超音波送信信号を提供する。次に、超音波プローブ１１２は、受信サブシステム１２０に対し、超音波受信信号を提供する。受信サブシステム１２０はまた、受信信号を表す信号を画像構成サブシステム１２９に提供する。受信サブシステム１２０はまた、制御サブシステム１２７に接続されている。画像構成サブシステムに対する、ならびに呼吸登録情報（ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）に対するスキャン変換器１２９は、画像データを用いた表示画像に、受信したデータをレンダリングするように動作する。
【００３６】
超音波システム１３１は、ＥＣＧ／呼吸波形信号プロセッサ１０８を含み得る。ＥＣＧ／呼吸波形信号プロセッサ１０８は、ＥＣＧ／呼吸波形増幅器１０６が用いられるときに、上記増幅器からの信号を受信するように構成される。増幅器１０６が用いられない場合、ＥＣＧ／呼吸波形信号プロセッサ１０８は、ＥＣＧ電極１０４から直接的に信号を受信するように、あるいは呼吸検出エレメント１４８から信号を直接的に受信するように構成され得る。信号プロセッサ１０８は、呼吸検出エレメント１４８およびソフトウェア１４０からのアナログ信号を、超音波システム１３１によって使用するために、デジタル信号に変換し得る。このようにして、ＥＣＧ／呼吸波形信号プロセッサは、心拍サイクルを表す信号と呼吸波形２００とを処理し得る。ＥＣＧ／呼吸波形信号プロセッサ１０８は、様々な信号を制御サブシステム１２７に提供する。受信サブシステム１２０はまた、ＥＣＧ／呼吸波形信号プロセッサ１０８から、ＥＣＧタイムスタンプまたは呼吸波形タイムスタンプを受信する。例えば、ＥＣＧまたは呼吸データからの各データサンプルは、クロックから導出されるタイプスタンプを用いて時間登録される。
【００３７】
受信サブシステム１２０は、制御サブシステム１２７と画像構成サブシステム１２９とに接続されている。画像構成サブシステム１２９は、制御サブシステム１２７によって命令される。超音波システム１３１は、超音波プローブ１１２によって超音波データを送信および受信し、イメージングシステム１００の動作パラメータを制御するためのインターフェースをユーザに提供し、被験体１０２の解剖学的データおよび／または生理学的データを表す静止画像または動画を定式化（ｆｏｒｍｕｌａｔｅ）するのに適切なようにデータを処理する。画像は、ディスプレイ１１６を介することにより、ユーザに提示される。
【００３８】
超音波システム１３１のヒューマンマシンインターフェース１３６は、ユーザからの入力を受け取り、そのような入力を変換することにより、超音波プローブ１１２の動作を制御する。ヒューマンマシンインターフェース１３６はまた、処理された画像およびデータを、ディスプレイ１１６を介してユーザに提示する。ヒューマンマシンインターフェース１３６を用いることにより、ユーザは、カラーボックス１４４を定義し得る。あるいはオプションとして、ユーザは、より十分な視野へと画像の捕捉を拡張し得る。より十分な視野は、Ｂ−モードのフレームを捕捉するために用いられ得る。オプションとして、上記範囲は、視野のような所定の望ましい画像サイズパラメータに基づいて、自動的に構成され得る。このようにして、ユーザは、ヒューマンマシンインターフェース１３６において、カラーボックス１４４を定義し得、これは、被験体１０２から画像データ１１０が収集されるエリアを表す。カラーボックス１４４は、超音波トランスデューサ１５０が超音波信号を送信および受信するエリアを定義する。ソフトウェア１２３は、呼吸解析ソフトウェア１４２およびトランスデューサローカライジングソフトウェア１４６と協働して、あるいはアレイシステムの場合においては、ビームフォーマ制御モジュール／ソフトウェアは、画像信号構成サブシステム１２９と協働して、受信サブシステム１２０によって発生された電気信号に対して動作して、超音波画像を生成し、上記超音波画像は、被験体１０２の吸入または呼吸の波形に対応する呼吸サイクルにおいて、特定の間隔で捕捉される。
【００３９】
図２は、被験体１０２からの例示的な呼吸波形２００を示しており、ここでｘ軸はミリ秒（ｍｓ）単位での時間を表しており、ｙ軸はミリボルト（ｍＶ）単位での電圧を表している。典型的な呼吸波形２００は、複数のピーク位置および平坦部２０２を含んでおり、各平坦部は、被験体の各呼吸サイクルに対するものである。図２に示されているように、基準ライン２０４が、波形２０２に挿入され得る。呼吸波形２００の基準ライン２０４の上にある部分は、ピークまたは平坦部であり、一般的に、呼吸に起因する被験体の動作が実質的に停止している期間（すなわち、「無動作（ｍｏｔｉｏｎｌｅｓｓ）」期間または「動作なし（ｎｏｎ−ｍｏｔｉｏｎ）」期間）を示している。
【００４０】
「実質的に停止」は、あるポイント（このポイントにおいては、呼吸動作に起因して捕捉された画像内に生じ得るアーチファクトまたは不正確さが低減されるので、ドップラー超音波データの収集が望ましい）にまで、呼吸に起因する被験体の動作が停止されることを意味する。
【００４１】
呼吸データを捕捉するために用いられる記録装置、ならびにデジタル化された信号を解析するために用いられるアルゴリズム方法に依存して、無動作期間は、検出された信号の位置に完全に位置合わせ（ａｌｉｇｎ）されないことがあり得るということが理解されるべきである。したがって、時間オフセットを用いることが要求され得る。時間オフセットは、典型的には、用いられる検出方法と動物の解剖学的構造とに依存する。例えば、フットパッドの筋肉の抵抗力を用いる１つの例示的な記録技術では、無動作期間は、抵抗力における検出されたピークの直後に開始する。呼吸信号における実際のポイントの決定は、それがどのように捕捉されるかに関わらず、実際の動物の動作に対して信号を実験的に比較し、適切な補正を選択することにより、実行される信号解析が呼吸サイクルにおける開始ポイントと終了ポイントとのそれぞれを記述することができるようにすることにより、容易に決定され得るということを、当業者は理解し得る。
【００４２】
呼吸に起因する被験体の動作は、呼吸サイクルの間に、約１００〜２０００ミリ秒の時間にわたって実質的に停止する。被験体の呼吸サイクルの間における、呼吸に起因する被験体の動作が実質的に停止する間の期間は、動物の種（ｓｐｅｃｉｅｓ）、体温、体重または麻酔のレベルに依存して変動し得る。ピーク２０２を含む呼吸波形２００は、呼吸の際の筋肉の抵抗力を検出し得るＥＣＧ電極１０４によって伝達される電気信号から、呼吸検出ソフトウェア１４０によって決定され得る。例えば、筋肉の抵抗力は、被験体のフットパッドに電極をあてがうことにより、検出され得る。
【００４３】
フットパッドにおける筋肉の抵抗力を検出することにより、呼吸検出ソフトウェア１４０は、呼吸波形２００を生成し得る。このようにして、被験体の呼吸サイクルの間の変動が検出され得、呼吸に起因する被験体の動作が停止したときに、呼吸サイクルの適切な時間の間に超音波データが捕捉され得る。例えば、ドップラーサンプルは、動作が実質的に停止したときに、約１００ミリ秒〜２０００ミリ秒にわたってキャプチャされ得る。呼吸波形２００はまた、被験体の下に配置された空気クッション（図示されず）によって伝達される信号から、呼吸検出ソフトウェア１４０によって決定され得る。被験体の呼吸から信号を生成するための空気クッションの例示的な使用方法は、当該技術分野においては公知である。
【００４４】
図３は、例示的なカラーボックス１４４と共に超音波イメージングシステム１３１の例示的なディスプレイ１１６を示している。画像３００は、ディスプレイ１１６上に表示された画像を表している。カラーボックス１４４は、画像３００内に定義される。カラーボックス１４４は、ディスプレイ１１６上の超音波画像３００のエリアを表しており、上記エリアは、被験体の解剖学的構造のうち超音波プローブ１１２によって超音波データが収集される部分に対応する。当業者に理解され得るように、ディスプレイ上で複数のカラーボックス１４４が同時または異なった時間に定義され得、そのような複数のカラーボックス１４４は、記載されている方法において用いられ得る。
【００４５】
カラーボックス１４４によって囲まれているエリアは、典型的にはＢ−モードの捕捉データのように、ヒューマンマシンインターフェース１３６を介してユーザによって定義されるか、あるいは例えば視野（ＦＯＶ）のような所定の画像のサイズに基づいて、自動的または半自動的に構成され得る。このように、カラーボックス１４４は、データがキャプチャされ、ディスプレイ１１６上に表示されるエリアを表している。画像データ１１０は、超音波プローブ１１２のトランスデューサ１５０をカラーボックス１４４内に登録することにより、カラーボックス１４４内に収集される。超音波トランスデューサ１５０は、単一エレメントの掃引トランスデューサであるか、電子的なスキャントランスデューサ、例えば、線形アレイ、フォーカスアレイ、位相アレイであり得る。超音波トランスデューサ１５０は、解剖学的構造のうち定義されたカラーボックス１４４に対応する任意の位置に配置され得る。トランスデューサローカライジングソフトウェア１４６は、カラーボックス１４４内の任意の定義された位置に、トランスデューサ１５０をローカライズ（ｌｏｃａｌｉｚｅ）するために用いられ得る。
【００４６】
トランスデューサ１５０の初期の位置は、超音波エネルギーおよび超音波データを送信および捕捉するための開始ポイントを定義し得る。したがって、１つの例において、トランスデューサ１５０は、カラーボックス１４４の左側３０２に配置され得、超音波エネルギーおよび超音波データは、カラーボックスの左側から開始して、送信および受信され得る。同様に、カラーボックス１４４の任意の部分は、超音波エネルギーおよび超音波データを送信および捕捉するための終点として定義され得る。例えば、カラーボックス１４４の右側３０４は、超音波エネルギーおよび超音波データを送信および捕捉するための終点として定義され得る。超音波エネルギーおよび超音波データは、カラーボックスの開始ポイントおよび終了ポイントの間の任意のポイントで、任意の時間に送信および受信され得る。このように、本発明の一局面において、ユーザは、カラーボックス１４４の左側３０２を開始ポイントとして定義し得、同じカラーボックス１４４の右側３０４を終了ポイントとして定義し得る。この例において、超音波エネルギーおよび超音波データは、カラーボックス１４４の左側３０２とカラーボックス１４４の右側３０４との間の任意のポイントで、任意の時間に送信および受信され得、超音波エネルギーおよび超音波データは、カラーボックスの右側に向けて動かされる。さらに、当業者には、カラーボックス１４４の任意の側または領域が、開始ポイントとして定義され得、カラーボックス１４４の任意の側または領域が、終了ポイントとして定義され得ることが、明白であり得る。
【００４７】
機械的に配置されたトランスデューサを用いた動作に対する全ての基準は、アレイベースのシステムにおけるビームフォーマの適切な構成に類似していること、ならびに本明細書中に記載されているこれらの方法が両システムに適用可能であるということが、理解されるべきである。例えば、開始（トランスデューサがその開始ポイントに配置され得る）は、開始（アレイビームフォーマがその開始位置において超音波エコーを受信するように構成される）と類似である。
【００４８】
図４は、例示的なイメージングシステム１００を用いて超音波画像を生成するための例示的な方法を示すフローチャートである。当業者には明白であり得るように、そして上述の教示に基づくと、記載されている方法は、代替的なイメージングシステムを用いて実行され得る。
【００４９】
開始位置４０２において、単一エレメントのトランスデューサ１５０またはアレイトランスデューサ７０４が、被験体１０２の近くに配置される。ブロック４０４において、被験体１０２からの呼吸波形２００が、呼吸検出ソフトウェア１４０によってキャプチャされる。一局面において、呼吸波形２００は、オペレータが選択した周波数で、連続的にキャプチャされる。例えば、呼吸波形は、８０００ＭＨｚで連続的にキャプチャされる。ブロック４０６において、一旦トランスデューサ１５０が被験体１０２の近くに配置されると、トランスデューサは、カラーボックス１４４の開始位置に配置される。一実施形態においては、カラーボックスがディスプレイ１１６上で見られているとき、トランスデューサは、カラーボックス１４４の左側３０２に配置される。しかしながら、カラーボックスの任意の側または領域が、開始ポイントとして定義され得、カラーボックスの任意の側または領域が、終了ポイントとして定義され得る。
【００５０】
ステップ４０８において、呼吸解析ソフトウェア１４２は、キャプチャされたサンプルが、呼吸波形２００の無動作期間２０２の開始を表しているかどうかを決定する。当業者は、無動作期間または動作なし期間が開始するポイントが、必ずしも呼吸波形の「ピーク」であるとは限らないことを理解し得る。さらに、当業者は、無動作期間に対応する波形内のポイントが、呼吸波形を捕捉するために用いられる方法のタイプに依存し得るということを理解し得る。連続的にキャプチャされた呼吸波形２００のうちのキャプチャされたサンプルは、選択されたサンプリング周波数によって定義された時間内のポイントにおけるキャプチャされた呼吸波形２００の値を表している。被験体の呼吸波形２００における特定のポイントにおいて、呼吸に起因する被験体の動作は、実質的に停止している。これは、画像データがキャプチャされるのに望ましい時間である。上述のように、機械動作型のトランスデューサ、またはアレイトランスデューサが、超音波データを収集するために用いられ得る。
【００５１】
カラーフロー、パワードップラー、またはＢ−モードスキャニングの初期化の前に、トランスデューサは、カラーボックスによって定義された開始ポイントに配置され得る。ブロック４１０において、被験体１０２がその呼吸サイクルの無動作期間２０２の開始を表すポイントにいるということを、呼吸解析ソフトウェア１４２が決定すると、送信サブシステム１１８は、ソフトウェア１２３の制御下で、トランスデューサ１５０に動作を開始させる。ブロック４０６においてキャプチャされたサンプルが、被験体の呼吸サイクルのピークを表していない場合、呼吸検出ソフトウェア１４２は、呼吸ピーク２０２のモニタを継続する。
【００５２】
ブロック４１２において、トランスデューサはスキャンを開始し、超音波データが捕捉される。機械的なスキャントランスデューサシステムに対し、呼吸サイクルの無動作期間内の開始から終了までのスキャニング全体を完了するように、動作のスピードが設定され得る。ブロック４１４において、フレームの完了がチェックされる。フレームの完了が起こらなかった場合、プロセスは、ブロック４１２にループバックし、スキャニングは継続する。呼吸サイクルが起こった場合、ブロック４１６において、スキャニングが停止し、データが処理され、ディスプレイが更新される。ディスプレイが更新された後、ブロック４１８において、システムソフトウェアは、イメージングを停止したいというユーザの要求をチェックする。ブロック４２０において、イメージング停止要求が発生した場合に、イメージングは停止する。ブロック４１８において、停止要求が生じなかった場合に、プロセスは、ブロック４０６にループバックする。
【００５３】
超音波サンプルがキャプチャされる間の期間は、被験体の呼吸サイクルに依存して変動し得る。例えば、超音波サンプルは、約２００〜２０００ミリ秒の間の持続時間にわたって収集され得る。ドップラー捕捉のために、超音波のＩデータおよびＱデータは、被験体の呼吸サイクルにおける沈黙期間の間にキャプチャされ得る。Ｂ−モードのために、包絡線データが捕捉され得る。例えば、被験体１０２がその呼吸サイクル２００において実質的に無動作であり得る期間の概算は、２００ミリ秒である。この実質的に無動作な期間は、超音波サンプルが収集される期間である。
【００５４】
図５は、例示的なイメージングシステム１００を用いて画像を生成する代替的な方法を示すフローチャート５００である。当業者には明白であり得るように、そして上述の教示に基づくと、記載されている方法は、代替的な例示的なイメージングシステムを用いて実行され得る。方法５００は、方法４００と同じソフトウェアを用い、本明細書において言及されたモードおよび方法論にしたがってプログラムされている呼吸解析ソフトウェア１４２およびトランスデューサローカライジングソフトウェア１４６を用い得る。フローチャート４００で概説された方法と同様に、トランスデューサは、カラーボックス１４４の左側３０２に配置され得る。あるいは、アレイベースのスキャニングシステムの場合、ビームフォーマは、カラーボックスの左側でスキャニングを開始するように構成され得る。当業者には、カラーボックスの任意の側または領域が開始ポイントとして定義され得、カラーボックスの任意の側または領域が終了ポイントとして定義され得るということが、明白であり得る。
【００５５】
ブロック５０４において、トランスデューサは、カラーボックス３０２の左側に配置される。ブロック５０６において、呼吸波形がキャプチャされる。呼吸波形は、捕捉された超音波ラインと呼吸波形との間に公知の時間的な登録が存在するように、タイムスタンプされ得る。この形態のスキャニングは、呼吸波形の時間登録を含んでいる。以前のフレームが終了すると直ぐに、新しいフレームが開始され得る。したがって、呼吸波形とフレームの開始とは、同期ではあり得ない。最大レベルの呼吸が行われる期間、すなわち動作期間（ｍｏｔｉｏｎ  ｐｅｒｉｏｄ）は、呼吸解析ソフトウェアを用いることにより、呼吸波形から決定される。この期間に捕捉されたデータは、呼吸動作によって歪められることが想定されるので、「無効（ｎｏｎ−ｖａｌｉｄ）」データと呼称される。呼吸サイクルの無動作段階の間に捕捉されたデータは、「有効（ｖａｌｉｄ）」データと呼称される。様々な例示的な局面において、無効データは、以前のフレームにおいて捕捉されたのと同じ領域からの有効データと置換され得るか、あるいは平均化方法または持続方法（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ  ｍｅｔｈｏｄ）を用いることにより、以前のフレームの間に捕捉された有効データを処理することによって取得されるデータと置換され得る。
【００５６】
ブロック５０８において、ソフトウェア１２３は、トランスデューサに、カラーボックスの右側３０４への移動を開始させ、カラーボックスの完全な掃引を実行する。
【００５７】
機械動作型のトランスデューサ１５０またはアレイトランスデューサ７０４が、超音波データを収集するために用いられ得る。ブロック５１０において、カラーボックス５０８にわたる掃引または平行移動の全体の間に、超音波データがキャプチャされる。ブロック５１２において、データが処理され、初期画像を生成する。ブロック５１４において、呼吸波形が処理され、「空白期間（ｂｌａｎｋｅｄ  ｐｅｒｉｏｄ）」が決定される。これは、被験体において激しい呼吸動作（ｈｉｇｈ  ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ  ｍｏｔｉｏｎ）が存在する期間に対応し、「空白期間」の間に発生された画像の領域またはフレーム内のラインは、タイムスタンプ情報から決定される。「空白期間」の間に捕捉されたこれらのラインは、表示されない。代わりに、空白領域におけるラインが埋められる。空白領域を埋めるために用いられる様々な方法が存在する。例えば、以前に捕捉されたフレームは、メモリ内のバッファに格納され得、動画処理ソフトウェアが、空白化されたラインに対応する以前に捕捉されたフレームからのラインを表示し得る。このようにして、ブロック５１６において、以前の画像フレームからのデータは、ブロック５１４において空白化されたエリアを埋めるために用いられ得る。
【００５８】
１つの例示的な局面において、図５において概説されている超音波画像を生成するためのプロセスは、被験体の呼吸波形をモニタし、呼吸波形における少なくとも１つのピーク期間と少なくとも１つの非ピーク期間とを検出することを包含する。この局面において、各ピーク期間は、被験体の呼吸によって引き起こされた被験体の身体の動作が実質的に停止する時間に対応し、各非ピーク期間は、被験体の呼吸に起因して被験体の身体が動作している時間に対応する。プロセスはさらに、少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で超音波を生成することと、少なくとも２０ＭＨｚの周波数で超音波を被験体に送信することと、被験体の呼吸波形の少なくとも１つのピーク期間の間、ならびに被験体の呼吸波形の少なくとも１つの非ピーク期間の間において、超音波データを捕捉することとを包含する。例示的な局面において、生成するステップ、送信するステップ、および捕捉するステップは、第１のスキャンライン位置から第ｎのスキャンライン位置まで、順番に繰り返される。
【００５９】
この例において、受信された超音波データは、適合化され、初期画像が形成される。被験体の呼吸波形の非ピーク期間の間に受信されたデータを含む初期画像の少なくとも一部分が、識別され、処理されることにより、最終的な超音波画像が生成される。この局面において、最終的な超音波画像は、被験体の呼吸波形の増加的なピーク期間の間に受信されたデータからコンパイルされる。
【００６０】
この例の局面において、処理するステップは、初期画像から、被験体の呼吸波形の非ピーク期間の間に受信されたデータ（すなわち「無効」データ）を除去し、部分的に空白化された画像を生成することにより、超音波画像を生成することを包含する。部分的に空白化された画像は、少なくとも１つの空白領域と、代替的なデータ（すなわち「有効」データ）とを有しており、代替的なデータは、被験体の呼吸波形のピークの間に、別の初期画像から、部分的に空白化された画像の少なくとも１つの空白領域の中に受信される。
【００６１】
一局面において、カラーフロー画像データに持続化が適用される。当業者に理解され得るように、持続化は、最近に捕捉されたフレームにおける各空間的位置からの情報を、アルゴリズムにしたがって、以前のフレームからの対応する空間的位置からの情報と組み合わせるプロセスである。一局面において、持続化プロセスは、スキャンコンバータソフトウェアユニット内で行われ得る。使用され得る例示的な持続化アルゴリズムは、以下：
Ｙ（ｎ）＝αＹ（ｎ−１）＋（１−α）Ｘ（ｎ）
である。ここで、Ｙ（ｎ）は表示される出力値であり、Ｘ（ｎ）は最近捕捉されたパワードップラーサンプルであり、Ｙ（ｎ−１）は以前のフレームから導出された出力であり、αは持続性の量を決定する係数である。最近捕捉された画像フレーム内に無効領域または空白領域が存在するとき、フレーム全体に持続化が適用され得、無効ラインには値０が与えられる。各パワードップラーフレームのフレームの開始が呼吸波形と同期ではない場合、各フレーム内で異なる時間に無効時間が発生する。
【００６２】
無効領域または空白領域を扱う別の方法は、ラインごとに持続性を実装する。有効な値を有するラインに対し、持続性は上述のように実装される。無効領域内に存在していると決定されたラインに対しては、持続化動作は保留される。このようにして、上記の等式において、Ｘ（ｎ）を０に設定してＹ（ｎ）を計算する代わりに、Ｙ（ｎ）はＹ（ｎ−１）に設定される。
【００６３】
ブロック５１８において、プロセスを停止するかどうかが決定される。一局面において、トランスデューサの位置がカラーボックス１４４の停止位置に適合するかまたは越えるときに、プロセスを停止する条件が満たされる。代替的な局面において、プロセスは、オペレータが停止コマンドを発行するまで継続し得る。ブロック５１８において、プロセスが完了していないことが決定された場合、トランスデューサは、カラーボックスの左側３０２に再配置される。ブロック５１８において、プロセスが終了していることが決定された場合、ブロック５２０において、プロセスが完了する。ブロック５１４およびブロック５１６において記述された空白化プロセスは、オプションである。一部の場合において、例えば解剖学的構造にわたるトランスデューサの移動速度が速い場合、設定された全データは、呼吸事象の発生なしに捕捉され得る。これらの場合、画像の空白化は、実行されない。
【００６４】
図６は、イメージングシステム１００を用いて画像を生成する別の例示的な実施形態６００を示すフローチャートである。当業者には明白なように、そして上述の教示に基づくと、記載されている方法は、代替的な例示的なイメージングシステムを用いて実行され得る。この方法において、トランスデューサ１５０は、呼吸サイクルごとに１回移動させられる。超音波データを収集するために、機械動作型のトランスデューサが用いられ得る。このように、この方法において、呼吸に起因する被験体の動作が停止したときに、データの１つのラインがキャプチャされる。この実質的に無動作な期間が終了すると、トランスデューサは、被験体が再び無動作になる被験体の呼吸サイクル内の次の時点に、画像を再度キャプチャする。このようにして、被験体が実質的に静止しているときに、呼吸サイクルごとにデータの１つのラインがキャプチャされる。
【００６５】
方法６００は、ブロック６０２において開始する。ブロック６０４において、トランスデューサは、カラーボックス１４４の開始に配置される。１つの例において、カラーボックス１４４の左側３０２は、トランスデューサに対する開始ポイントとして定義され得、右側３０４は、終了ポイントとして定義され得る。ブロック６０６において、ＥＣＧ電極１０４と呼吸検出ソフトウェア１４０とを用いることにより、被験体１０２から呼吸波形がキャプチャされ得る。ブロック６０８において、呼吸解析ソフトウェア１４２が、呼吸波形を解析し、超音波システム１３１に呼吸ピーク２０２を待つように命令する。
【００６６】
ブロック６１０において、沈黙時間、またはブロック６０８において呼吸ピークが検出されてから約１００〜２００ミリ秒後の呼吸波形の期間において、超音波サンプルがキャプチャされる。沈黙期間は、被験体の呼吸の期間に依存する。例えば、マウスにおいて、沈黙期間は、約１００〜２００ミリ秒である。ドップラーＩデータおよびドップラーＱデータは、動物の呼吸サイクルの沈黙期間の間にキャプチャされ得、オプションとして、包絡線データ捕捉が、Ｂ−モードのために捕捉される。ブロック６１２において、キャプチャされた超音波データは、超音波システム１３１によって処理され、ブロック６１４において、ステップモータが、トランスデューサ１５０をカラーボックス１４４から短い距離だけ移動させる。ブロック６１６において、トランスデューサがカラーボックス１４４の端部３０４に存在するかどうかが決定される。トランスデューサがカラーボックス１４４の端部３０４に存在しないことが決定された場合、超音波サンプルデータが、呼吸波形のピーク２０２の間にキャプチャされる。トランスデューサがカラーボックスの右縁に存在することが決定された場合、ブロック６１８において、プロセスを停止するかどうかがさらに決定される。トランスデューサがカラーボックスの右縁３０４に存在する場合、プロセスは停止される。プロセスは停止されるべきであると決定された場合、プロセスが停止される。トランスデューサがカラーボックスの右縁３０４に存在しないのでプロセスが停止されないことが決定された場合、トランスデューサは、カラーボックスの開始または左側３０２に再配置される。
【００６７】
図７に示されている本方法の別の実施形態において、呼吸サイクルの無動作期間が終了したということをシステムが検出すると、トランスデューサの動作は、中間のフレームにおいて一時停止され得る。トランスデューサは、次の無動作期間の開始（このときスキャニングが再開され得る）が検出されるまで、この位置に存在し続け得る。
【００６８】
本実施形態は、主に機械的スキャン型のトランスデューサシステムに対して適用可能である。フローチャート４００に既に記載されているように、また図４に既に示されているように、１つの呼吸サイクルの無動作期間の間に全フレームをキャプチャすることができるようにモータの速度が設定されている実施形態が示されている。フローチャート７００に記載されている実施形態は、複数の心拍サイクルにわたる１つのフレームの捕捉を可能にする。
【００６９】
ブロック７０２において、ユーザがイメージングの開始を要求した後、ブロック７０４において、呼吸波形の捕捉が開始される。ブロック７０６において、トランスデューサは、カラーボックス１４４の開始または左側３０２に配置される。ブロック７０８において、無動作期間の開始が検出されると、ブロック７１０において、トランスデューサは動作を開始し、ブロック７１２において、超音波データが捕捉される。ブロック７１４において、トランスデューサローカライジングソフトウェア１４６は、トランスデューサがカラーボックス１４４の別の（端部の）限界３０４に存在するかどうかを決定する。トランスデューサが端部の限界に存在する場合、ブロック７１６において、超音波データが処理され、ディスプレイ１１６が更新される。次に、ブロック７２０において、システムソフトウェア１２３は、ユーザがイメージングの終了を要求したかどうかを決定する。要求していた場合、ユーザがイメージングを開始することを要求するまで、さらなるスキャニングは行われない。ユーザがイメージングの終了を要求していなかった場合、プロセスは、ブロック７０４にループバックし、トランスデューサは、カラーボックス１４４の開始に配置される。
【００７０】
この例示的な局面において、ブロック７１４において、トランスデューサの動作がフレームの端部に到達していないことが決定された場合、ブロック７２２において、呼吸サイクルが無動作期間の終了に到達しているかどうかについてテストされる。依然として無動作期間にある場合、ブロック７１２において、超音波データのスキャニングおよびキャプチャが継続する。そうでない場合、ブロック７２４において、スキャニングは一時停止され、ブロック７０８に進み、システムは、次の無動作期間の開始を待つ。この「無動作」条件が満たされると、プロセスは、ブロック７１０にループバックし、スキャニングを継続する。
【００７１】
図８は、イメージングシステム１００を用いて画像を生成する別の例示的な実施形態８００を示すフローチャートである。当業者には明白なように、そして上述の教示に基づくと、記載されている方法は、代替的な例示的なイメージングシステムを用いて実行され得る。この実施形態は、連続するフレーム内で無効領域が重複する可能性を最小化するために、動作期間に関連するフレームの開始のタイミングをフレームごとに変更することを意図している。
【００７２】
開始位置８０２において、単一エレメントのトランスデューサ１５０またはアレイトランスデューサ７０４が、被験体１０２の近くに配置される。ブロック８０４において、被験体１０２からの呼吸波形２００が、呼吸検出ソフトウェア１０４によってキャプチャされる。呼吸波形２００は、オペレータが選択した周波数で、連続的にキャプチャされる。例えば、呼吸波形は、８０００ＭＨｚで連続的にデジタル化される。ブロック８０６において、呼吸信号が解析され、現在の呼吸期間（Ｔｒ）が決定される。この解析は、捕捉の間じゅう更新され、その結果、現在の呼吸速度に伴ってＴｒが連続的に更新される。ブロック８０８において、トランスデューサ１５０が被験体１０２の近くに配置されると、トランスデューサは、カラーボックス１４４の開始位置に配置される。ステップ８１０において、呼吸解析ソフトウェア１４２は、キャプチャされたサンプルが呼吸波形２００の無動作期間２０２の開始を表しているかどうかを決定する。被験体の呼吸波形２００の特定のポイント２０２において、呼吸に起因する被験体の動作は、実質的に停止される。これは、画像データがキャプチャされるのに望ましい時間である。機械動作型のトランスデューサ、またはアレイトランスデューサが、超音波データを収集するために用いられ得る。
【００７３】
カラーフロー、パワードップラー、またはＢ−モードスキャニングの初期化の前に、トランスデューサが、カラーボックスによって定義された開始ポイントに配置され得ることが考えられる。ブロック８１２において、被験体１０２がその呼吸サイクルの無動作期間２０２の開始を表すポイントにいるということを、呼吸解析ソフトウェア１４２が決定すると、プログラムによって決定されたオフセットが、トランスデューサ１５０の開始動作命令を遅延させる。ブロック８１０においてキャプチャされたサンプルが、被験体の呼吸サイクルのピーク２０２を表していない場合、呼吸検出ソフトウェア１４２は、呼吸ピーク２０２のモニタを継続する。
【００７４】
プログラムによって決定されたオフセット値は、無動作期間の開始に対してフレームの開始を遅延させるために用いられる。Ｔｒから導出されるＮ個の遅延値Ｔｄのセット（０≦Ｔｄ＜Ｔｒ）が、メモリ内に格納される。遅延値Ｔｄは、シーケンスに適用され、最終的な遅延が適用されたときに、シーケンスは再び始めから開始する。例えば、遅延のセットは、値（０、Ｔｒ／２）から構成され得る。その後連続フレームに適用される遅延値は、０、Ｔｒ／２、０、Ｔｒ／２であり得る。あるいは、例えば遅延値は、値（０、Ｔｒ／３、２×Ｔｒ／３）から構成され得る。別の局面において、遅延は、等式
Ｔｄ＝ｍｏｄｕｌｏ（ｎ，Ｎ）×Ｔｒ／Ｎ
によって生成される。ここで、ｍｏｄｕｌｏはモジュラス演算であり、ｍｏｄｕｌｏ（４，３）は「１」に等しく、Ｎはシーケンス内の値の数である。代替的に、別の便利な方法によって遅延値を導出することもまた考えられ得る。
【００７５】
ブロック８１４において、トランスデューサはスキャニングを開始し、ブロック８１６において、超音波データが捕捉される。ブロック８１８において、フレームの完了がチェックされる。フレームの完了が起こらなかった場合、プロセスは、ブロック８１６にループバックし、スキャニングは継続する。しかしながら、呼吸サイクルが起こった場合、スキャニングは停止する。ボックス８２０において、呼吸解析ソフトウェアを用いることにより、呼吸波形から、最大レベルの呼吸動作が行われる期間が決定される。上述のように、この期間に捕捉されたデータは、呼吸動作によって歪められることが想定されるので、「無効」データと呼称される。呼吸サイクルの無動作段階の間に捕捉されたデータは、「有効」データと呼称される。無効データは、以前のフレームの間に捕捉されたのと同じ領域からの有効データと置換されるか、あるいは平均化方法または持続方法を用いることにより、以前のフレームの間に捕捉された有効データを処理することによって取得されるデータと置換される。この複製方法は、フローチャート５００の一部分として、既に記載されている。
【００７６】
続いて、ブロック８２２において、データが処理され、ディスプレイが更新される。ディスプレイが更新された後、ブロック８２４において、システムソフトウェアは、イメージングを停止したいというユーザの要求をチェックする。ブロック８２６において、イメージング停止要求が発生した場合に、イメージングが停止する。ブロック４１８において、停止要求が生じなかった場合に、プロセスは、ブロック４０６にループバックする。
【００７７】
本発明に関する上述の記載は、本発明の教示を現在公知な最良の実施形態で実現するように提供されてきた。当業者は、この目的を達成するために本明細書に記載されている様々な局面に対して変更がなされ得、変更がされてもなお、本発明の有利な結果を得ることができるということを、認識および理解すべきである。本発明の複数の特徴のうちの一部分を選択することにより、その他の特徴を用いることなしに、本発明の所望の利点を得ることができるということもまた、理解されるべきである。対応する構造、材料、動作、ならびに以下の請求の範囲における手段またはステップおよび機能的要素の全ての均等物は、特に請求されているその他の請求されたエレメントとの組み合わせで機能を実行する任意の構造、材料、または動作を含むことが意図されている。
【００７８】
特に断りがない限り、本明細書で開示されている方法は、そのステップが特定の順序で実行されることが想定されている。したがって、方法クレームは、ステップがしたがうべき順序を実際には列挙していない。あるいは、請求の範囲または詳細な説明において、ステップを特定の順序に制限することが述べられていない限り、任意の見方で順序が推測され得ることが意図されている。これは、解釈のためのあらゆる非明示的な態様に対して成り立つ。上記態様は、以下を含む：ステップまたは動作フローの配列に関連する論理に関する事柄；文法的な構成または句読法から導かれる素直な意味；および明細書に記載されている実施形態のタイプの数。
【００７９】
したがって、当業者は、多くの改変および適合化が可能であり、特定の状況においては望ましくさえあること、ならびに多くの改変および適合化が本発明の一部分であることを理解し得る。当業者には、本明細書に開示されている本発明の仕様および実践に関する考察から、その他の実施形態が明白である。したがって、上述の記載は、本発明の原理の例示として提供されており、本発明を限定するものではない。仕様および例は、単なる例示のためのものとして考えられており、本発明の正しい範囲および精神は、以下の請求の範囲によって示される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、例示的なイメージングシステムを示すブロック図である。
【図２】図２は、例示的な被験体からの例示的な呼吸波形を示している。
【図３】図３は、図１の例示的なカラーボックスと共に図１の例示的なディスプレイを示している。
【図４】図４は、図１の例示的なシステムを用いて超音波画像を生成する例示的な方法を示すブロック図である。
【図５】図５は、図１の例示的なシステムを用いて超音波画像を生成する例示的な方法を示すブロック図である。
【図６】図６は、図１の例示的なシステムを用いて超音波画像を生成する例示的な方法を示すブロック図である。
【図７】図７は、図１の例示的なシステムを用いて超音波画像を生成する例示的な方法を示すブロック図である。
【図８】図８は、図１の例示的なシステムを用いて超音波画像を生成する例示的な方法を示すブロック図である。
【図９】図９は、例示的なアレイベースの超音波イメージングシステムを示すブロック図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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