(57)【要約】  超音波イメージングプローブ１３によって定義された画像面１２に関して介入デバイス１１の位置を決定するためのシステム１０である。その位置は、超音波イメージングプローブ１３と介入デバイス１１に取り付けられた超音波トランスデューサ１５との間で送信された超音波信号に基づいて決定される。画像再構成ユニット（ＩＲＵ）が、再構成された超音波画像（ＲＵＩ）を提供する。位置決定ユニット（ＰＤＵ）が、画像面１２に関して超音波トランスデューサ１５の位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）を算出する。位置決定ユニット（ＰＤＵ）は、再構成された超音波画像（ＲＵＩ）における算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）を指示する。位置決定ユニット（ＰＤＵ）は、算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）及び超音波信号に関係する指定された条件下で、算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）の指示を抑制する。
2021532928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームフォーミング超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって定義された画像面に関して介入デバイスの位置を決定するためのシステムであって、前記介入デバイスの前記位置を、前記超音波イメージングプローブと前記介入デバイスに取り付けられた超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号に基づいて決定するためのシステムにおいて、前記システムが、
前記超音波イメージングプローブによって定義された前記画像面に対応する再構成された超音波画像を提供する、画像再構成ユニットと、
前記超音波イメージングプローブと前記超音波トランスデューサとの間で送信された最大検出強度の超音波信号の飛行時間に基づいて、前記画像面に関して前記超音波トランスデューサの位置を算出し、
前記再構成された超音波画像における算出された前記位置を指示する
位置決定ユニットと
を備え、
前記位置決定ユニットは、さらに、以下の条件、すなわち、
算出された前記位置の変化率が、第１の所定の率を超えることと、
前記超音波信号中の干渉信号が、第１の所定の値を超えることと
のうちの少なくとも１つが満たされた場合、算出された前記位置の前記指示を抑制する、
システム。
【請求項２】
前記位置決定ユニットは、さらに、以下の対応する条件、すなわち、
算出された前記位置の変化率が、第２の所定の率よりも小さいことと、
前記超音波信号中の干渉信号が、第２の所定の値よりも小さいことと
のうちの少なくとも１つが、所定の期間の間満たされるまで、算出された前記位置の前記指示を抑制し続ける、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の所定の率が、前記第２の所定の率に等しいか、又は前記第１の所定の値が、前記第２の所定の値に等しい、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記位置決定ユニットは、前記超音波信号中の干渉信号が前記第１の所定の値を超えることに基づいて、算出された前記位置の前記指示を抑制し、前記画像再構成ユニットが、前記再構成された超音波画像を周期的に更新し、各再構成された超音波画像に対応する前記超音波信号が、対応するイメージングフレーム期間中に送信され、前記超音波イメージングプローブによって検出され、前記位置決定ユニットが、連続するイメージングフレーム期間の間に前記超音波信号中の前記干渉信号を決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記位置決定ユニットは、前記超音波信号中の干渉信号が前記第１の所定の値を超えることに基づいて、算出された前記位置の前記指示を抑制し、前記再構成された超音波画像が、前記再構成された超音波画像における深さ寸法に各々対応する複数の画像ラインを含み、前記再構成された超音波画像の各ラインに対応する前記超音波信号が、対応する画像ライン期間中に送信され、前記超音波イメージングプローブによって検出され、前記位置決定ユニットが、連続する画像ライン期間の間に前記超音波信号中の前記干渉信号を決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記再構成された超音波画像における算出された前記位置を指示することが、
前記最大検出強度を、前記最大検出強度を有する前記超音波信号の前記飛行時間において、当該飛行時間に伴う面内最大検出強度の予想される変動を表すモデルと比較することによって、前記超音波トランスデューサと前記画像面との間の面外距離を算出することと、
前記再構成された超音波画像において前記面外距離を指示することと
を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記面外距離を指示することが、算出された横方向位置において第１のアイコンを提供することを有し、前記第１のアイコンが、前記面外距離に対応する半径をもつ円形ゾーンを示す、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記半径が、前記最大検出強度を、前記最大検出強度を有する前記超音波信号の前記飛行時間における、前記予想される面内最大検出強度にスケーリングすることに基づいて決定される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
超音波トランスデューサが取り付けられた介入デバイスをさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
ビームフォーミング超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって定義された画像面に関して介入デバイスの位置を決定する方法であって、前記介入デバイスの前記位置を、前記超音波イメージングプローブと前記介入デバイスに取り付けられた超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号に基づいて決定するための方法において、前記方法は、
前記超音波イメージングプローブによって定義された前記画像面に対応する再構成された超音波画像を生成するステップと、
前記超音波イメージングプローブと前記超音波トランスデューサとの間で送信された最大検出強度の超音波信号の飛行時間に基づいて、前記画像面に関して前記超音波トランスデューサの横方向位置を算出するステップと、
前記再構成された超音波画像における算出された前記横方向位置を指示するステップと、
以下の条件、すなわち、
算出された前記横方向位置の変化率が、第１の所定の率を超えることと、
前記超音波信号中の干渉信号が、第１の所定の値を超えることと
のうちの少なくとも１つが満たされた場合、算出された前記横方向位置の前記指示を抑制するステップと
を有する、方法。
【請求項１１】
前記最大検出強度を、前記最大検出強度を有する前記超音波信号の前記飛行時間において、当該飛行時間に伴う面内最大検出強度の予想される変動を表すモデルと比較することによって、前記超音波トランスデューサと前記画像面との間の面外距離を算出するステップをさらに有し、
前記再構成された超音波画像における算出された前記横方向位置を指示するステップが、前記再構成された超音波画像において前記面外距離を指示するステップをさらに有する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ビームフォーミング超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって定義された画像面に関して介入デバイスの位置を決定するためのコンピュータプログラムであって、前記介入デバイスの前記位置を、前記超音波イメージングプローブと前記介入デバイスに取り付けられた超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号に基づいて決定するためのシステムのプロセッサ上で実行されたとき、前記プロセッサに、請求項１１に記載の方法のステップを行わせる命令を備える、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームフォーミング超音波イメージングプローブの画像面に関して介入デバイスの位置を決定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療針、カテーテル、及び外科用器具など、介入デバイスは、しばしば、特に好ましくない入射角における、それらの反射率の鏡面性により、超音波画像において視覚化することが困難である。
【０００３】
この点において、文献ＷＯ２０１８０６０４９９Ａ１は、ビームフォーミング超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって定義された画像面に関して介入デバイスの介入デバイス特徴の位置を指示するためのシステムであって、介入デバイス特徴の位置が、超音波イメージングプローブと介入デバイス特徴から所定の距離離れて介入デバイスに取り付けられた超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号に基づいて決定される、システムについて説明している。アイコン提供ユニットが、所定の距離に対応する半径をもつ円形ゾーンを示す、第１のアイコンを提供する。第１のアイコンは、ビームフォーミング超音波イメージングシステムからの再構成された超音波画像を含む融合された画像において表示される。
【０００４】
文献米国特許出願公開第２０１６／０３２４５０１（Ａ１）号、ＷＯ２０１１１３８６９８Ａ１、ＷＯ２０１５１０１９４９Ａ１及びＷＯ２０１６００９３５０Ａ１も、計器に搭載された超音波受信器で、超音波フィールドにおいて計器を追跡するためのシステムについて説明している。その後、超音波受信器の位置が、超音波フィールドに対応する超音波画像において表示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらのソリューションにもかかわらず、超音波イメージング面に関して介入デバイスの位置を決定するための技法の改善の余地が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ビームフォーミング超音波イメージングプローブの画像面に関する介入デバイスの位置決めを改善するために、ビームフォーミング超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって定義された画像面に関して介入デバイスの位置を決定することであって、介入デバイスの位置が、超音波イメージングプローブと介入デバイスに取り付けられた超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号に基づいて決定される、決定することを行うためのシステムが提供される。本システムは、画像再構成ユニットと位置決定ユニットとを備える。画像再構成ユニットは、超音波イメージングプローブによって定義された画像面に対応する再構成された超音波画像を提供する。位置決定ユニットは、超音波イメージングプローブと超音波トランスデューサとの間で送信された最大検出強度の超音波信号の飛行時間に基づいて、画像面に関して超音波トランスデューサの位置を算出し、再構成された超音波画像における算出された位置を指示する。その上、位置決定ユニットは、以下の条件、すなわち、
算出された位置の変化率が、第１の所定の率を超えることと、
超音波信号中の干渉信号が、第１の所定の値を超えることと、
最大検出強度が、第１の所定のしきい値よりも小さいことと、
最大検出強度の信号対雑音比又は信号対干渉比が、第１の所定のレベルよりも小さいことと
のうちの少なくとも１つが満たされた場合、算出された位置の指示を抑制する。
【０００７】
本発明の発明者によって発見された問題は、位置決定ユニットによって決定された位置がエラーの影響を受けやすいことである。潜在的に不正確な位置の可能性が、上述のパラメータを監視することによって確実に決定され得る。上述の条件下で、算出された位置の指示を抑制することによって、潜在的に不正確な位置が指示されることは防がれる。
【０００８】
一態様によれば、位置決定ユニットは、以下の対応する条件、すなわち、
算出された位置の変化率が、第２の所定の率よりも小さいことと、
超音波信号中の干渉信号が、第２の所定の値よりも小さいことと、
最大検出強度が、第２の所定のしきい値を超えることと、
最大検出強度の信号対雑音比又は信号対干渉比が、第２の所定のレベルを超えることと
のうちの少なくとも１つが、所定の期間の間満たされるまで、算出された位置の指示を抑制し続ける。
【０００９】
第２の所定の率、値、しきい値及びレベルは、対応する第１の所定のパラメータに等しいか、又はそれらとは異なる。対応する条件が所定の期間の間満たされるまで、算出された位置の指示を抑制し続けることによって、算出された位置は、時間とともに安定するまで、再び指示されないことが確実になるので、システムの信頼性がさらに改善される。異なるしきい値を随意に使用すると、意思決定にヒステリシスが追加される。そうすることにより、より信頼できるシステムが提供される。
【００１０】
一態様によれば、算出された位置の指示を抑制するための条件は、超音波信号中の干渉信号が第１の所定の値を超えることに基づく。位置決定ユニットは、連続するイメージングフレーム期間の間に超音波信号中の干渉及び／又は雑音信号を測定する。連続するフレーム期間の間に「静穏」期間があり、その期間中に、ごく少ない超音波信号が超音波イメージングプローブによって送信されることが予想され、反射された超音波信号が検出されないことが予想される。結果として、この静穏期間は、システムによって検出された干渉及び／又は雑音のみが確実に測定され得る時間を表す。
【００１１】
一態様によれば、算出された位置の指示を抑制するための条件は、超音波信号中の干渉信号が第１の所定の値を超えることに基づく。位置決定ユニットは、連続する画像ライン期間の間に超音波信号中の干渉及び／又は雑音信号を測定する。画像ラインは、一般に連続的に送信され、送信フェーズと受信フェーズとを含み、それらのフェーズ中に、超音波イメージングプローブは、超音波信号を送信し、その後、反射された超音波信号を受信する。１つのイメージングラインの受信フェーズの終了と、後続の画像ラインの送信フェーズとの間に、反射が予想されない「静穏」期間がある。結果として、この静穏期間は、システムによって検出された干渉及び／又は雑音のみが確実に測定され得る時間を表す。
【００１２】
他の態様によれば、本システムとともに使用される方法及び対応するコンピュータプログラム製品が提供される。
【００１３】
本システムに関して説明される様々な態様は、さらなる有利な効果を提供するために、組み合わせられることに留意されたい。その上、本システムの態様は、本方法と互換的に使用され、その逆も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】面内介入デバイス１１、及びシステム１０の形態の本発明の一実施形態と組み合わせた、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４を示す図である。
【図２】面外距離Ｄｏｐ離れて配設された介入デバイス１１、及びシステム１０の形態の本発明の一実施形態と組み合わせた、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４を示す図である。
【図３】介入デバイスの算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡが指示される、再構成された超音波画像ＲＵＩを示す図である。
【図４】再構成された超音波画像ＲＵＩに対する周期的更新の遷移、ＲＵＩ’、ＲＵＩ’’を示す図である。
【図５】再構成された超音波画像ＲＵＩにおける飛行時間又は深さ寸法に各々対応する複数の画像ラインＬ１．．ｎを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す図である。
【図６】飛行時間ＴＯＦに伴う面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅ（ｄＢ）の予想される変動を表すモデルＭＯを示す図である。
【図７】面外距離Ｄｏｐが、算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡにおいて、第１のアイコンＣｏｐによって指示される、再構成された超音波画像ＲＵＩの遷移を示す図である。
【図８】システム１０とともに使用するのに好適である介入デバイス１１を示す図である。
【図９】システム１０とともに使用される方法の様々な方法のステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の原理を示すために、医療針によって例示される介入デバイスの位置が、２Ｄ超音波イメージングプローブの線形アレイによって定義された画像面に関して指示される、様々なシステムが説明される。その上、いくつかの例では、遠位端など、医療デバイスの特徴の位置も追跡される。
【００１６】
ただし、本発明は、限定はしないが、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、電極、ロボット、フィルタデバイス、バルーンデバイス、ステント、僧帽弁クリップ、左心耳閉鎖デバイス、大動脈弁、ペースメーカー、静脈ライン、ドレナージライン、外科用器具、組織封止デバイス、組織切断デバイス、又は埋込み可能なデバイスなど、他の介入デバイスにも適用できることを諒解されたい。そのような介入デバイスの追跡される特徴は、介入デバイスの遠位端、介入デバイスの生検サンプリング点、介入デバイスのカッティングエッジ、介入デバイス内のチャネルの開口、介入デバイスの（例えば、流れ、圧力、温度などを検知するための）センサー、介入デバイスに組み込まれた外科用器具（例えば、スクレーパー）、介入デバイスの薬物送達点、又は介入デバイスのエネルギー送達点を例示的に含む。
【００１７】
さらに、２Ｄ超音波イメージングプローブの例示される線形アレイは、本発明が使用されるビームフォーミング超音波イメージングシステムの超音波トランシーバアレイの一例にすぎないことを諒解されたい。本発明は、関連する超音波トランシーバアレイが、３Ｄイメージングプローブ（又はバイプレーンビュー）、「ＴＲＵＳ」経直腸超音波検査プローブ、「ＩＶＵＳ」血管内超音波プローブ、「ＴＥＥ」経食道プローブ、「ＴＴＥ」経胸腔プローブ、「ＴＮＥ」経鼻プローブ、「ＩＣＥ」心臓内プローブの２Ｄアレイを例示的に含む、他のタイプのビームフォーミング超音波イメージングシステムにおいても適用できる。
【００１８】
図１は、面内介入デバイス１１、及びシステム１０の形態の本発明の一実施形態と組み合わせた、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４を示す。図１では、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４は、画像再構成ユニットＩＲＵ、イメージングシステムプロセッサＩＳＰ、イメージングシステムインターフェースＩＳＩ及びディスプレイＤＩＳＰと通信している、２Ｄ超音波イメージングプローブ１３を備える。ユニットＩＲＵ、ＩＳＰ、ＩＳＩ及びＤＩＳＰは、従来、２Ｄ超音波イメージングプローブ１３とワイヤード通信しているコンソール中にある。例えば、光通信リンク、赤外線通信リンク、又はＲＦ通信リンクを使用する、ワイヤレス通信が、ワイヤードリンクに取って代わることも企図される。例えば、Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｌｕｍｉｆｙ超音波イメージングシステムの場合のように、ユニットＩＲＵ、ＩＳＰ、ＩＳＩ及びＤＩＳＰのうちのいくつかが、代わりに、２Ｄ超音波イメージングプローブ１３内に組み込まれることも企図される。図１では、２Ｄ超音波イメージングプローブ１３は、関心ボリュームＶＯＩをインターセプトする超音波フィールド内で、超音波エネルギーを送信及び受信する、線形超音波トランシーバアレイ１６を備える。超音波フィールドは、図１では扇形であり、画像面１２を定義する複数の超音波ビームＢ１．．ｋを含む。扇形ビームは、説明のために図１に示されているにすぎず、本発明は、特定の形状の超音波フィールドに限定されないことに留意されたい。ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４は、ビームＢ１．．ｋ中の超音波信号を生成及び検出するために、２Ｄ超音波イメージングプローブ１３によって送信又は受信される信号の位相を増幅及び／又は調整するように構成された、図示されていない電子ドライバと受信器回路とをも備える。したがって、電子ドライバ及び受信器回路は、放出及び／又は受信される超音波ビーム方向を変えるために使用される。
【００１９】
使用中、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４は、以下のようにして動作される。オペレータが、イメージングシステムインターフェースＩＳＩを介した超音波プロシージャを計画する。動作プロシージャが選択されると、イメージングシステムインターフェースＩＳＩは、２Ｄ超音波イメージングプローブ１３によって送信及び検出される信号を生成及び解釈するアプリケーション固有プログラムを実行するように、イメージングシステムプロセッサＩＳＰをトリガする。ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４は、そのようなプログラムを記憶するための、図示されていないメモリをも備える。メモリは、例えば、超音波イメージングプローブ１３によって送信及び／又は受信される超音波信号のシーケンスを制御するように構成された超音波ビーム制御ソフトウェアを記憶する。代替的にイメージングシステムプロセッサＩＳＰの一部を形成する画像再構成ユニットＩＲＵが、超音波イメージングプローブ１３から受信されたデータを、画像面１２に対応する画像であって、したがって、関心ボリュームＶＯＩをインターセプトする画像に再構成し、その後、ディスプレイＤＩＳＰ上にこの画像を表示する。関心ボリュームＶＯＩを通る平面断面は、本明細書では関心領域ＲＯＩと呼ばれる。したがって、再構成された超音波画像ＲＵＩは、関心領域ＲＯＩを含む。再構成された画像は、例えば、場合によっては「２Ｄモード」画像として知られる超音波輝度モード「Ｂモード」画像、「Ｃモード」画像又はドップラーモード画像、或いは実際には任意の超音波平面画像である。
【００２０】
また、図１には、介入デバイスの一例としての医療針１１、及び、本発明の一実施形態、システム１０が示され、システム１０は、超音波イメージングプローブ１３の画像面１２に関して、介入デバイス１１、すなわち医療針の位置を指示するために使用される。この実施形態、システム１０は、画像再構成ユニットＩＲＵと位置決定ユニットＰＤＵとを備える。これらのユニットは、相互接続矢印によって示されるように、互いと通信している。ユニットＰＤＵ、ＩＲＵのうちの１つ又は複数が、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４のメモリ又はプロセッサ内に、例えば、ユニットＩＳＰの機能をも提供するメモリ又はプロセッサ内に組み込まれることも企図される。追跡される医療針１１は、介入デバイス１１の遠位端１１ａから所定の距離Ｌｐ離れて位置決めされた超音波トランスデューサ１５を備える。
【００２１】
使用中、介入デバイス１１の位置、又はより詳細にはそれに取り付けられた超音波トランスデューサ１５の位置が、超音波トランシーバアレイ１６と超音波トランスデューサ１５との間で送信された超音波信号に基づいて、位置決定ユニットＰＤＵによって、画像面１２に関して算出される。
【００２２】
一構成では、超音波トランスデューサ１５は、ビームＢ１．．ｋに対応する超音波信号を受信する検出器である。位置決定ユニットＰＤＵは、超音波トランシーバアレイ１６によって放出された超音波信号を、超音波トランスデューサ１５によって検出された超音波信号と相関させること、すなわち比較することによって、画像面１２に関して、超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰを特定する。より詳細には、この相関は、ｉ）超音波トランスデューサ１５によって検出された各ビームＢ１．．ｋに対応する超音波信号の強度と、ｉｉ）各ビームＢ１．．ｋの放出と超音波トランスデューサ１５によるその検出との間の時間遅延、すなわち飛行時間とに基づいて、画像面１２に関して、超音波トランスデューサ１５の最良適合位置を決定する。これは、以下のように示される。超音波トランスデューサ１５が、画像面１２の近傍にあるとき、ビームＢ１．．ｋのうちの最も近いものからトランスデューサへの超音波信号は、相対的により大きい強度で検出されるが、より遠いビームは、相対的により小さい強度で検出される。一般に、最大検出強度で検出されたビームが、超音波検出器１５に最も近いビームとして特定される。言い換えれば、最大検出強度ＩＳｍａｘの超音波信号は、超音波トランシーバアレイ１６と超音波トランスデューサ１５との間の面内角度ΘＩＰＡを特定する。（ビームＢ１．．ｋからの）このビームの放出とその後続の検出との間の飛行時間は、超音波トランシーバアレイ１６と超音波トランスデューサ１５との間のレンジを示す。したがって、最大検出強度ＩＳｍａｘで検出されたビーム中の超音波信号の時間遅延、すなわちＴＯＦＳｍａｘが、すべてのビームの超音波信号から選択された超音波信号である。飛行時間はレンジを示すので、極座標では、画像面１２に関する超音波トランスデューサ１５の横方向位置は、ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡによって表される。所望される場合、レンジは、時間遅延に超音波伝搬の速度を乗算することによって決定される。
【００２３】
別の構成では、超音波トランスデューサ１５は、１つ又は複数の超音波パルスを放出するエミッタである。そのようなパルスは、例えば、超音波イメージングシステム１４の通常のイメージングフレーム間でインターリーブされる追跡フレーム中に放出される。そのような追跡フレームでは、超音波トランシーバアレイ１６は、画像面１２の近傍から発信した超音波信号を受ける受信専用モードにおいて動作される。したがって、超音波トランシーバアレイ１６は、一方向受信専用ビームフォーマとして構成される。位置決定ユニットＰＤＵは、超音波トランスデューサ１５によって放出された超音波信号と超音波トランシーバアレイ１６によって検出された超音波信号とに基づいて、ビームＢ１．．ｋのうちのどのビームから（１つ又は複数の）パルスが発信したかを特定する。上記の構成の場合のように、位置決定ユニットＰＤＵは相関プロシージャを使用し、相関プロシージャは、最大強度で検出された超音波信号及びその飛行時間に基づいて、同様の様式で、最も近いビーム、及び、したがって超音波信号が放出されたポイント、すなわちその横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを特定する。したがって、超音波トランスデューサ１５がエミッタであるとき、相関プロシージャ、すなわち比較プロシージャが、この場合も、各追跡フレームについて、画像面１２に関して、その最良適合位置を決定するために使用される。
【００２４】
別の構成では、超音波トランスデューサ１５は、受信器及びエミッタの両方として働くか、又は受信器及びエミッタの両方を備えるように構成される。この構成では、超音波トランスデューサ１５は、超音波トランシーバアレイ１６から超音波信号を受信すると、１つ又は複数の超音波パルスを放出するようにトリガされ、これは、随意に、超音波イメージングシステム１４の１つ又は複数のフレーム期間に等しい遅延の後に行われる。このようにして、イメージングモード中に超音波トランスデューサ１５によって放出された（１つ又は複数の）パルスは、トリガリングビームＢ１．．ｋに対応する、面内角度位置における、すなわち画像ラインにおける、再構成された超音波におけるエコーの形態で、超音波トランシーバアレイ１６によって受信される。したがって、超音波トランスデューサ１５は、再構成された画像において輝点として現れる。位置決定ユニットＰＤＵは、その後、再構成された画像においてこの輝点を特定し、したがって、この場合も、画像面１２に関して、超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを算出する。
【００２５】
示されていないまた別の構成では、超音波イメージングプローブ１３は、超音波イメージングプローブ１３に取り付けられた少なくとも３つの超音波エミッタをさらに備える。少なくとも３つの超音波エミッタは、位置決定ユニットＰＤＵと通信している。その上、位置決定ユニットＰＤＵは、超音波イメージングプローブ１３に取り付けられた少なくとも３つの超音波エミッタと超音波トランスデューサ１５との間で送信された超音波信号に基づいて、画像面１２に関して、超音波トランスデューサ１５の位置を算出するように構成される。この構成では、位置決定ユニットＰＤＵは、各エミッタによって放出された超音波信号の飛行時間に基づいて、各エミッタと超音波トランスデューサ１５との間のレンジを決定する。超音波トランスデューサ１５の３次元位置は、その後、三角測量を使用して決定される。これは、少なくとも３つのエミッタが超音波イメージングプローブ１３に取り付けられているので、超音波イメージングプローブ１３に関して、又はより詳細には画像面１２に関して、超音波トランスデューサ１５の位置を３次元で提供する。３次元位置は、その後、画像面１２にマッピングされ、したがって、この場合も、ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡによって表される。超音波エミッタは、電源がすぐに利用可能である近接した超音波イメージングプローブ１３であるとき、広範囲にわたる正確な位置決めのために必要な、超音波エミッタへの高出力超音波信号の供給が、より簡単であるので、超音波エミッタはこの構成では好ましい。したがって、この配置は、介入デバイス１１上に高出力エミッタを位置づけることとは対照的に好ましい。使用中、介入デバイス１１の横方向位置、又はより詳細にはそれに取り付けられた超音波トランスデューサ１５の横方向位置は、したがって、この場合も、少なくとも３つのエミッタと超音波トランスデューサ１５との間で送信された超音波信号に基づいて、位置決定ユニットＰＤＵによって、画像面１２に関して算出される。
【００２６】
要約すれば、超音波トランスデューサ１５が画像面内にある、この面内配置では、図１に示されている位置決定ユニットＰＤＵは、超音波イメージングプローブ１３と超音波トランスデューサ１５との間で送信された超音波信号に基づいて、画像面１２に関して、超音波トランスデューサ１５の横方向位置を算出するために、上記の構成のうちのいずれかにおいて使用される。介入デバイスの算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡが指示される、再構成された超音波画像ＲＵＩを示す図３を参照すると、位置の算出の後に、算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡが、再構成された超音波画像ＲＵＩにおいて指示される。位置ＬＡＰは、例えば、例示的な円Ｃ１によって示されているように指示され、その中心が、算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡに対応する。代替のアイコン、形状及び指示が同様に使用される。図３では円が指示されているが、同様に円形ゾーンを示す、完全な円以外の他のアイコンが、同様の様式で使用され、例えば、ドット又はダッシュの円形配置、半径方向ライン又は矢印の円形配置、円形ゾーンを指示する先端などを含む。図３中の例示された円では、円の外周は、位置ＬＡＰの不確かさの限度、又は例えば超音波トランスデューサ１５から所定の距離離れて介入デバイス１１上に配設される特徴の可能な位置の範囲を指示する。
【００２７】
超音波トランスデューサ１５が、画像面から離れて配設され、すなわち面外にあるとき、同じプロシージャが、超音波トランスデューサ１５の横方向位置、すなわち画像面１２上に投影された位置を決定するために使用される。最大検出強度を有する超音波信号の強度ＩＳｍａｘ及び飛行時間ＴＯＦＳｍａｘを使用する追加のプロシージャが、超音波トランスデューサ１５の画像面１２からの距離を推定するために随意に使用される。この点において、図２は、面外距離Ｄｏｐ離れて配設された介入デバイス１１、及びシステム１０の形態の本発明の一実施形態と組み合わせた、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４を示す。超音波イメージングプローブ１３のビームＢ１．ｋが平面１２内にあるものとして示されているが、この平面は有限の厚さを有し、低減された超音波信号が、一般に、小さい面外変位について検出可能である。これらの信号は、本発明では、超音波トランスデューサ１５の面外距離Ｄｏｐを推定するために使用される。
【００２８】
面外距離Ｄｏｐを決定するために、様々な技法が使用される。１つの技法は、画像面１２に関する３次元位置を、予想される信号強度に関連付ける、トランスデューサ固有の３次元マップを使用することを伴う。上記で説明されたように、画像面１２に関して超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを決定すると、面外距離は、その横方向位置において、検出強度ＩＳｍａｘに対応する面外距離をモデルにおいて調べることによって決定される。
【００２９】
次に、飛行時間ＴＯＦに伴う面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅ（ｄＢ）の予想される変動を表すモデルＭＯを示す図６を参照しながら、別の技法が説明される。図６を参照すると、実線の曲線によって指示されたモデルＭＯは、飛行時間ＴＯＦ、すなわち組織への深さが増加するにつれて、検出された超音波信号の面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅが、最初は緩やかに減少し、次により急速に減少し、次に再びより緩やかに減少することを示す。モデルの形状は、超音波信号の減衰の影響を受け、組織又は対応する物質において取得される面内最大強度の理論計算又は経験的測定から決定される。モデルＭＯは、飛行時間にのみ依存し、面内角度θＩＰＡに関して不変である。モデルＭＯは、最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅを面外距離の関数としてモデル化しないことに留意されたい。結果として、モデルＭＯは、限られた量の、すなわち１次元の、較正データのみを必要とする。上述の３次元モデルとは対照的に、使用中の面外距離は、１つの、すなわち飛行時間の、次元のみを探索する必要による低レイテンシを伴う、モデルＭＯで決定される。モデル化された面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅは、同じタイプの異なるビームフォーミング超音波イメージングプローブを確実に表すことがわかっており、これは、同じモデルが、同じタイプのビームフォーミング超音波イメージングプローブのために使用されることを意味する。
【００３０】
図２及び図３を参照すると、使用中、面外距離Ｄｏｐを算出することは、最大検出強度ＩＳｍａｘをモデルＭＯと比較することを有する。面外距離Ｄｏｐは、その後、再構成された超音波画像ＲＵＩにおいて指示される。面外距離は、例えば数値的に指示されるか、或いはＤｏｐに応じて変動するアイコンのサイズ又は色として指示される。図３を参照すると、一実装形態では、面外距離Ｄｏｐは、面外距離Ｄｏｐに応じて図３中の円Ｃ１の半径を変動させることによって指示される。最大検出強度ＩＳｍａｘをモデルＭＯと比較することは、例えば、検出強度ＩＳｍａｘと、算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘに対応する飛行時間ＴＯＦＳｍａｘにおける面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅとの間の差又は比を決定することを伴う。例示的な一実装形態では、超音波トランスデューサの算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡにおける最大検出強度ＩＳｍａｘは、したがって、算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡに対応する飛行時間ＴＯＦＳｍａｘにおける面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅにスケーリングされる。面外距離の定性的指示が、その後、再構成された超音波画像ＲＵＩにおいて指示される。例えば、
【数１】
2021532928.tif 000003
に応じて変動するサイズを有するアイコンが表示され、ここで、ｋ１及びｋ２は定数であり、ｋ１は０を含む。
【００３１】
別の例示的な実装形態では、図３を参照すると、アイコンの色が、飛行時間ＴＯＦＳｍａｘにおけるＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅに対する最大検出強度ＩＳｍａｘの値に基づいて変化するように構成される。
【００３２】
しかしながら、本発明の発明者によって発見された問題は、そのように決定された位置がエラーの影響を受けやすいことである。決定された位置は、例えば、高レベルの雑音又は干渉の存在によって影響を受ける。決定された位置は、最大検出強度ＩＳｍａｘ、その信号対雑音比、又はその信号対干渉比が低いとき、同様に影響を受ける。正しくなく決定された位置の可能性の別のインジケータは、決定された位置の高い変化率である。そのようなエラーを軽減するために、本発明では、位置決定ユニットＰＤＵは、以下の条件、すなわち、
算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの動き率が、第１の所定の率ＲＭａｘ１を超えることと、
超音波信号中の干渉信号が、第１の所定の値ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１を超えることと、
最大検出強度ＩＳｍａｘが、第１の所定のしきい値ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１よりも小さいことと、
最大検出強度ＩＳｍａｘの信号対雑音比又は信号対干渉比が、第１の所定のレベルＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１を超えることと
のうちの少なくとも１つが満たされた場合、算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの指示を抑制する。
【００３３】
したがって、例示的な図３を参照すると、上述の条件のうちの１つが満たされた場合、位置決定ユニットＰＤＵは、円Ｃ１を表示することを中止する。
【００３４】
要約すれば、図１、図２、図３及び図６を参照すると、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４の超音波イメージングプローブ１３によって定義された画像面１２に関して介入デバイス１１の位置を決定することであって、介入デバイス１１の位置を、超音波イメージングプローブ１３と介入デバイス１１に取り付けられた超音波トランスデューサ１５との間で送信された超音波信号に基づいて決定するためのシステム１０は、
超音波イメージングプローブ１３によって定義された画像面１２に対応する再構成された超音波画像ＲＵＩを提供する、画像再構成ユニットＩＲＵと、
超音波イメージングプローブ１３と超音波トランスデューサ１５との間で送信された最大検出強度ＩＳｍａｘの超音波信号の飛行時間ＴＯＦＳｍａｘに基づいて、画像面１２に関して超音波トランスデューサ１５の位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを算出することと、
再構成された超音波画像ＲＵＩにおける算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを指示することと、
以下の条件、すなわち、
算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの変化率が、第１の所定の率ＲＭａｘ１を超えることと、
超音波信号中の干渉信号が、第１の所定の値ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１を超えることと、
最大検出強度ＩＳｍａｘが、第１の所定のしきい値ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１よりも小さいことと、
最大検出強度ＩＳｍａｘの信号対雑音比又は信号対干渉比が、第１の所定のレベルＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１よりも小さいことと
のうちの少なくとも１つが満たされた場合、算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの指示を抑制することと
を行う、位置決定ユニットＰＤＵと
を備える。
【００３５】
算出された位置の指示をそのように抑制することによって、潜在的に不正確な位置が指示されることは防がれる。
【００３６】
上述の条件、すなわち、算出された位置の変化率、超音波信号中の干渉信号、最大検出強度ＩＳｍａｘ、最大検出強度ＩＳｍａｘの信号対雑音比又は信号対干渉比は、ハードウェア制御のプロセッサ又はソフトウェア制御のプロセッサ、或いはハードウェア制御のプロセッサとソフトウェア制御のプロセッサとの組合せによって測定される。条件をテストした結果を判定及び実施する位置決定ユニットは、好ましくは、ソフトウェア制御のプロセッサによって実施される。
【００３７】
算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの変化率を決定することに関して、位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを計算する位置決定ユニットＰＤＵは、好適な座標空間において、位置の変化率を決定する。変化率は、例えば、面内角度θＩＰＡの角度変化率、及び／又は最大検出超音波信号ＴＯＦＳｍａｘの飛行時間の変化率を含む。代替的に、算出された位置の極座標は、変化率を決定するためにデカルト座標空間に変換される。第１の所定の率ＲＭａｘ１は、ユーザが画像面１２内で介入デバイスを動かすことを予想される、可能性のある率に基づいて設定される。一例として、オペレータが、例えば１００フレーム毎秒で、１つの画像フレーム内で、１０センチメートルに対応する飛行時間において、例えば４５度だけ介入デバイス１１を動かすことは可能性が低いと見なされる。そのようなしきい値は、第１の所定の率ＲＭａｘ１を設定するために使用される。位置決定ユニットが、この率を超える位置の変化率を指示するとき、位置の指示、例えば、図３中の再構成された超音波画像ＲＵＩ中の円Ｃ１の提供は抑止される。
【００３８】
超音波信号中の干渉信号に関して、測定技法は、超音波トランスデューサ１５が検出器の送信機であるかどうかに依存する。超音波トランスデューサ１５が検出器であるとき、例えば、検出器によって生成された電気信号中の干渉及び／又は雑音の２乗平均ｒｍｓ値を決定するために、電気回路が使用され、或いは代替的に、これらの電気信号をサンプリングし、したがってこの値を決定するために、アナログデジタル変換器が使用される。所定の帯域幅内の雑音及び／又は干渉を測定するために、並びに／或いは同時発生の（ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ）超音波信号から雑音及び／又は干渉を分離するために、様々なハードウェア又はソフトウェアフィルタが使用される。超音波トランスデューサ１５が送信機であり、検出された超音波信号中の干渉信号を決定することが望まれるとき、これは、超音波イメージングプローブ１３によって検出された信号を分析することによって実行される。プロセッサで実施される位置決定ユニットＰＤＵは、等価なソフトウェア方法を使用して、超音波イメージングプローブ１３によって検出されたデジタル化された信号からの雑音及び／又は干渉を決定する。所定の値ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１は、例えば、一般的な測定又は予想される信号レベルに基づいて、設定される。
【００３９】
超音波イメージングプローブ１３と超音波トランスデューサ１５との間で送信された最大検出強度ＩＳｍａｘの超音波信号の値は、位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを算出する際にこの値が使用されるので、位置決定ユニットＰＤＵを提供するプロセッサ内で本質的に利用可能である。したがって、値ＩＳｍａｘを第１の所定のしきい値ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１と比較することが簡単になる。第１の所定のしきい値ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１は、例えば、一般的な測定又は予想される信号レベルに基づいて、設定される。
【００４０】
最大検出強度ＩＳｍａｘの信号対雑音比又は信号対干渉比、及びその対応する第１の所定のレベルＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１は、最大検出強度ＩＳｍａｘと、検出された超音波信号中の雑音及び／又は干渉信号とに関して説明された上述の技法の組合せを使用して、決定及び設定される。
【００４１】
いくつかの例示的な実装形態では、位置決定ユニットＰＤＵは、以下の対応する条件、すなわち、
算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの変化率が、第２の所定の率ＲＭａｘ２よりも小さいことと、
超音波信号中の干渉信号が、第２の所定の値ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２よりも小さいことと、
最大検出強度ＩＳｍａｘが、第２の所定のしきい値ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２を超えることと、
最大検出強度ＩＳｍａｘの信号対雑音比又は信号対干渉比が、第２の所定のレベルＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２を超えることと
のうちの少なくとも１つが、所定の期間の間満たされるまで、算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの指示を抑制し続ける。
【００４２】
対応する条件が所定の期間の間満たされるまで、算出された位置の指示を抑制し続けることによって、算出された位置は、時間とともに安定するまで、再び指示されないことが確実になるので、システムの信頼性がさらに改善される。
【００４３】
所定の期間は、例えば、秒又は１秒の何分の１の単位で、或いは整数個のフレーム又は画像ラインの単位で測定される。後者によるフレームレートとの同期は、あまり複雑でない実装形態という利点を有する。
【００４４】
その上、位置の指示の抑制を続ける対応する率、値、しきい値及びレベルは、抑制をトリガするものとは異なることがあるが、いくつかの実装形態では、第１の所定の率ＲＭａｘ１は、第２の所定の率ＲＭａｘ２に等しく、いくつかの実装形態では、第１の所定の値ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１は、第２の所定の値ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２に等しく、いくつかの実装形態では、第１の所定のしきい値ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１は、第２の所定のしきい値ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２に等しく、いくつかの実装形態では、第１の所定のレベルＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１は、第２の所定のレベルＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２に等しい。同じ対応する率、値、しきい値及びレベルを使用すると、あまり複雑でない実装形態が容易になる。異なるしきい値を使用すると、意思決定にヒステリシスが追加される。そうすることにより、より信頼できるシステムが提供される。
【００４５】
再構成された超音波画像ＲＵＩに対する周期的更新の遷移、ＲＵＩ’、ＲＵＩ’’を示す図４を参照すると、いくつかの例示的な実装形態では、位置決定ユニットＰＤＵは、超音波信号中の干渉信号が第１の所定の値ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１を超えることに基づいて、算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの指示を抑制するように構成される。干渉信号の大きさは、上記で説明されたように決定される。その上、そのような実装形態では、画像再構成ユニットＩＲＵは、再構成された超音波画像ＲＵＩを周期的に更新するように構成され、各再構成された超音波画像ＲＵＩに対応する超音波信号が、対応するイメージングフレーム期間Ｔｆ中に送信され、超音波イメージングプローブ１３によって検出される。位置決定ユニットＰＤＵは、連続するイメージングフレーム期間の間に超音波信号中の干渉信号を決定するように構成される。
【００４６】
図４Ｂ及び図４Ｃ全体を通して、更新された再構成された超音波画像ＲＵＩ’及びＲＵＩ’’は、水平方向に図の右側への、位置を指示する円Ｃ１の経過を指示する。図４Ｄは、ビームフォーミング超音波イメージングプローブ１３からの対応するイメージング信号を指示し、これらのイメージング信号は、各々期間Ｔｆを有する、連続するフレームＦ、Ｆ’及びＦ’’内で送信及び検出される。連続するフレーム期間の間に、図４Ｄ中の垂直矢印によって指示された「静穏」期間があり、その期間中に、ごく少ない超音波信号が超音波イメージングプローブによって送信され、反射された超音波信号が検出されないことが予想される。結果として、この静穏期間は、システムによって検出された干渉及び／又は雑音のみが確実に測定され得る時間を表す。干渉及び／又は雑音は、例示的に、あらゆるフレームの間で、連続する、Ｎが整数であるＮフレームごとの、フレームの間で、又は連続する、ランダムな数のフレームの後の、フレームの間で測定される。
【００４７】
再構成された超音波画像ＲＵＩにおける飛行時間又は深さ寸法に各々対応する複数の画像ラインＬ１．．ｎを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す図５を参照すると、いくつかの例示的な実装形態では、位置決定ユニットＰＤＵは、超音波信号中の干渉信号が第１の所定の値ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１を超えることに基づいて、算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの指示を抑制するように構成される。そのような実装形態では、再構成された超音波画像ＲＵＩは、再構成された超音波画像における深さ寸法に各々対応する複数の画像ラインＬ１．．ｎを含み、再構成された超音波画像ＲＵＩの各ラインに対応する超音波信号が、対応する画像ライン期間Ｔｌ中に送信され、超音波イメージングプローブ１３によって検出される。位置決定ユニットＰＤＵは、連続する画像ライン期間の間に超音波信号中の干渉信号を決定するように構成される。
【００４８】
画像ラインに対応する超音波信号は、一般に、図５に示されている連続する様式で送信され、画像ライン期間Ｔｌ内に送信フェーズと受信フェーズとを含み、それらのフェーズ中に、超音波イメージングプローブは、超音波信号を送信し、その後、反射された超音波信号を受信する。１つのイメージングラインの受信フェーズの終了と、後続の画像ラインの送信フェーズとの間に、図５Ｂ中の垂直矢印によって指示され、反射が予想されない「静穏」期間がある。結果として、この静穏期間は、システムによって検出された干渉及び／又は雑音のみが確実に測定され得る時間を表す。干渉及び／又は雑音は、例示的に、あらゆるラインの間で、連続する、Ｍが整数であるＭラインごとの後の、ラインの間で、連続する、ランダムな数のラインの後の、ラインの間で、或いは連続する画像フレーム又はＮ個ごとの画像フレーム中の同じ２つのラインの間で測定される。
【００４９】
飛行時間ＴＯＦに伴う面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅ（ｄＢ）の予想される変動を表すモデルＭＯを示す図６を参照すると、いくつかの例示的な実装形態では、再構成された超音波画像ＲＵＩにおける算出された位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを指示することは、
最大検出強度ＩＳｍａｘを、最大検出強度ＩＳｍａｘを有する超音波信号の飛行時間ＴＯＦＳｍａｘにおいて、当該飛行時間に伴う面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅの予想される変動を表すモデルＭＯと比較することによって、超音波トランスデューサ１５と画像面１２との間の面外距離Ｄｏｐを算出することと、
再構成された超音波画像ＲＵＩにおいて面外距離Ｄｏｐを指示することと
をも有する。
【００５０】
上述のように、面外距離Ｄｏｐの指示は、そのような比較を通して取得される。最大検出強度ＩＳｍａｘをモデルＭＯと比較することは、例えば、検出強度ＩＳｍａｘと、面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅとの間の差又は比を決定することを伴う。超音波トランスデューサの算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡにおける最大検出強度ＩＳｍａｘは、したがって、面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅにスケーリングされる。モデルＭＯを使用することによって、面外距離Ｄｏｐの定性的指示が、低い算出労力で取得される。その上、潜在的に不正確な位置を算出する問題は、超音波イメージングプローブからの検出された超音波信号が低い、大きい面外距離において、特に深刻である。したがって、ここでは面内最大強度値の比率として例示的に表される示されている最大検出強度ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１など、上述の条件下で、指示された位置を抑制することは、介入デバイスが慣例的に面外位置に配設される実装形態において、特に有益である。
【００５１】
面外距離Ｄｏｐが、算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡにおいて、第１のアイコンＣｏｐによって指示される、再構成された超音波画像ＲＵＩの遷移を示す図７を参照すると、これらの例示的な実装形態では、面外距離Ｄｏｐを指示することは、算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡにおいて第１のアイコンＣｏｐを提供することを有し、第１のアイコンＣｏｐは、面外距離Ｄｏｐに対応する半径をもつ円形ゾーンを示す。図７では、再構成された超音波画像ＲＵＩ、ＲＵＩ’及びＲＵＩ’’における介入デバイス１１の横方向位置は、画像面１２に関して不変のままであり、その面外距離Ｄｏｐは、図７Ｂ中の位置ＬＡＰ’及び図７Ｃ中の位置ＬＡＰ’’において低減される。結果として、円Ｃｏｐ’及びＣｏｐ’’の対応する半径が低減される。随意に、第１のアイコンＣｏｐの半径は、最大検出強度ＩＳｍａｘを、最大検出強度ＩＳｍａｘを有する超音波信号の飛行時間ＴＯＦＳｍａｘにおける、予想される面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅにスケーリングすることによって決定される。
【００５２】
図８は、システム１０とともに使用するのに好適である介入デバイス１１を示す。超音波トランスデューサ１５は、介入デバイス１１の特徴、例えば遠位端１１ａから、所定の距離Ｌｐ離れて取り付けられる。超音波トランスデューサ１５は、接着剤を使用することを含む、様々な手段によって介入デバイス１１に取り付けられる。超音波トランスデューサ１１から位置決定ユニットＰＤＵに電気信号を搬送する電気導体も示されているが、上述のように、トランスデューサ信号を位置決定ユニットＰＤＵと通信するためにワイヤレスリンクを代替的に使用することが企図される。
【００５３】
特に図１、図２及び図８を参照しながら上記で説明された超音波トランスデューサ１５は、様々な圧電材料によって提供される。硬質圧電材料及び軟質圧電材料の両方が好適である。容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ、すなわちＣＭＵＴデバイスなど、マイクロマシン電気機械構造、すなわちＭＥＭＳデバイスも好適である。超音波トランスデューサが検出器であるとき、好ましくは、それは、機械的特性及び製造プロセスが医療針などの曲面への取付けに向いている、場合によってはＰＶＤＦとして知られる、ポリフッ化ビニリデンから形成される。代替材料は、ポリフッ化ビニリデントリフルオロエチレンなどのＰＶＤＦコポリマー、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）などのＰＶＤＦターポリマーを含む。好ましくは、超音波トランスデューサは、介入デバイスの軸の周りの約３６０度の回転の検知を行うために、介入デバイスの軸の周りに巻きつけられるが、これは常にそうである必要はない。
【００５４】
図９は、システム１０とともに使用される方法の様々な方法のステップを示す。図９を参照すると、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４の超音波イメージングプローブ１３によって定義された画像面１２に関して介入デバイス１１の位置を決定することであって、介入デバイス１１の位置が、超音波イメージングプローブ１３と介入デバイス１１に取り付けられた超音波トランスデューサ１５との間で送信された超音波信号に基づいて決定される、決定することを行う方法は、
超音波イメージングプローブ１３によって定義された画像面１２に対応する再構成された超音波画像ＲＵＩを生成するステップＧＥＮＲＵＩと、
超音波イメージングプローブ１３と超音波トランスデューサ１５との間で送信された最大検出強度ＩＳｍａｘの超音波信号の飛行時間ＴＯＦＳｍａｘに基づいて、画像面１２に関して超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを算出するステップＣＬＰと、
再構成された超音波画像ＲＵＩにおける算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを指示するステップＩＮＤＣＬＰと、
以下の条件、すなわち、
算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの変化率が、第１の所定の率ＲＭａｘ１を超えることと、
超音波信号中の干渉信号が、第１の所定の値ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１を超えることと、
最大検出強度ＩＳｍａｘが、第１の所定のしきい値ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１よりも小さいことと、
最大検出強度ＩＳｍａｘの信号対雑音比又は信号対干渉比が、第１の所定のレベルＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１よりも小さいことと
のうちの少なくとも１つが満たされた場合、算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡの指示を抑制するステップＳＵＰと
を有する。
【００５５】
本方法は、
最大検出強度ＩＳｍａｘを、最大検出強度ＩＳｍａｘを有する超音波信号の飛行時間ＴＯＦＳｍａｘにおいて、当該飛行時間に伴う面内最大検出強度ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅの予想される変動を表すモデルＭＯと比較することによって、超音波トランスデューサ１５と画像面１２との間の面外距離Ｄｏｐを算出するステップ
を随意に有する。
【００５６】
再構成された超音波画像ＲＵＩにおける算出された横方向位置ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡを指示するステップＩＮＤＣＬＰは、
再構成された超音波画像ＲＵＩにおいて面外距離Ｄｏｐを指示するステップ
を随意に有する。
【００５７】
本方法の他の実装形態が、本システムの実装形態に関して説明される１つ又は複数の態様をさらに組み込むことに留意されたい。
【００５８】
本明細書で説明される他の方法のステップを随意に有する、図９に示されている方法のステップは、プロセッサによって実行可能である命令として、コンピュータプログラム製品に記憶される。コンピュータプログラム製品は、専用ハードウェア、又は適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することが可能なハードウェアによって提供される。プロセッサによって提供されるとき、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はそのうちのいくつかが共有され得る複数の個々のプロセッサによって提供され得る。その上、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的使用は、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきでなく、限定はしないが、デジタル信号プロセッサ「ＤＳＰ」ハードウェア、ソフトウェアを記憶するための読取り専用メモリ「ＲＯＭ」、ランダムアクセスメモリ「ＲＡＭ」、不揮発性記憶装置などを暗黙的に含むことができる。さらに、本発明の実施形態は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって、又はそれに関して使用するためのプログラムコードを提供する、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。本明細書では、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスによって、又はそれに関して使用するためのプログラムを含むか、記憶するか、通信するか、伝搬するか又はトランスポートする任意の装置であり得る。媒体は、電子、磁気、光、電磁、赤外又は半導体システム、又は装置又はデバイス、或いは伝搬媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例としては、半導体又はソリッドステートメモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ「ＲＡＭ」、読取り専用メモリ「ＲＯＭ」、剛性磁気ディスク、及び光ディスクがある。光ディスクの現在の例としては、コンパクトディスク読取り専用メモリ「ＣＤ−ＲＯＭ」、コンパクトディスク読取り／書込み「ＣＤ−Ｒ／Ｗ」、Ｂｌｕ−Ｒａｙ（商標）及びＤＶＤがある。
【００５９】
この点において、システム１０とともに使用するための、コンピュータプログラム製品も提供される。コンピュータプログラム製品は、ビームフォーミング超音波イメージングシステム１４の超音波イメージングプローブ１３によって定義された画像面１２に関して介入デバイス１１の位置を決定することであって、介入デバイス１１の位置が、超音波イメージングプローブ１３と介入デバイス１１に取り付けられた超音波トランスデューサ１５との間で送信された超音波信号に基づいて決定される、決定することを行うためのシステム１０のプロセッサ上で実行されたとき、プロセッサに、上述の方法のステップを行わせる命令を備える。
【００６０】
本開示は、以下の列挙された例によって例示される。
例１．  ビームフォーミング超音波イメージングシステム（１４）の超音波イメージングプローブ（１３）によって定義された画像面（１２）に関して介入デバイス（１１）の位置を決定することであって、介入デバイス（１１）の位置を、超音波イメージングプローブ（１３）と介入デバイス（１１）に取り付けられた超音波トランスデューサ（１５）との間で送信された超音波信号に基づいて決定するためのシステム（１０）において、システム（１０）が、
超音波イメージングプローブ（１３）によって定義された画像面（１２）に対応する再構成された超音波画像（ＲＵＩ）を提供するように構成された画像再構成ユニット（ＩＲＵ）と、
超音波イメージングプローブ（１３）と超音波トランスデューサ（１５）との間で送信された最大検出強度（ＩＳｍａｘ）の超音波信号の飛行時間（ＴＯＦＳｍａｘ）に基づいて、画像面（１２）に関して超音波トランスデューサ（１５）の位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）を算出することと、
再構成された超音波画像（ＲＵＩ）における算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）を指示することと
を行うように構成された位置決定ユニット（ＰＤＵ）と
を備え、
位置決定ユニット（ＰＤＵ）は、さらに、以下の条件、すなわち、
算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）の変化率が、第１の所定の率（ＲＭａｘ１）を超えることと、
超音波信号中の干渉信号が、第１の所定の値（ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）を超えることと、
最大検出強度（ＩＳｍａｘ）が、第１の所定のしきい値（ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）よりも小さいことと、
最大検出強度（ＩＳｍａｘ）の信号対雑音比又は信号対干渉比が、第１の所定のレベル（ＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）よりも小さいことと
のうちの少なくとも１つが満たされた場合、算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）の指示を抑制するように構成された、
システム（１０）。
【００６１】
例２．  位置決定ユニット（ＰＤＵ）は、さらに、以下の対応する条件、すなわち、
算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）の変化率が、第２の所定の率（ＲＭａｘ２）よりも小さいことと、
超音波信号中の干渉信号が、第２の所定の値（ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２）よりも小さいことと、
最大検出強度（ＩＳｍａｘ）が、第２の所定のしきい値（ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２）を超えることと、
最大検出強度（ＩＳｍａｘ）の信号対雑音比又は信号対干渉比が、第２の所定のレベル（ＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２）を超えることと
のうちの少なくとも１つが、所定の期間の間満たされるまで、算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）の指示を抑制し続けるように構成された、例１に記載のシステム（１０）。
【００６２】
例３．  第１の所定の率（ＲＭａｘ１）が、第２の所定の率（ＲＭａｘ２）に等しいか、又は第１の所定の値（ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）が、第２の所定の値（ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２）に等しいか、又は第１の所定のしきい値（ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）が、第２の所定のしきい値（ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２）に等しいか、又は第１の所定のレベル（ＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）が、第２の所定のレベル（ＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ２）に等しい、例２に記載のシステム（１０）。
【００６３】
例４．  位置決定ユニット（ＰＤＵ）は、超音波信号中の干渉信号が第１の所定の値（ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）を超えることに基づいて、算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）の指示を抑制するように構成され、画像再構成ユニット（ＩＲＵ）が、再構成された超音波画像（ＲＵＩ）を周期的に更新するように構成され、各再構成された超音波画像（ＲＵＩ）に対応する超音波信号が、対応するイメージングフレーム期間（Ｔｆ）中に送信され、超音波イメージングプローブ（１３）によって検出され、位置決定ユニット（ＰＤＵ）が、連続するイメージングフレーム期間の間に超音波信号中の干渉信号を決定するように構成された、例１から３のいずれか１つに記載のシステム（１０）。
【００６４】
例５．  位置決定ユニット（ＰＤＵ）は、超音波信号中の干渉信号が第１の所定の値（ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）を超えることに基づいて、算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）の指示を抑制するように構成され、再構成された超音波画像（ＲＵＩ）が、再構成された超音波画像における深さ寸法に各々対応する複数の画像ライン（Ｌ１．．ｎ）を含み、再構成された超音波画像（ＲＵＩ）の各ラインに対応する超音波信号が、対応する画像ライン期間（Ｔｌ）中に送信され、超音波イメージングプローブ（１３）によって検出され、位置決定ユニット（ＰＤＵ）が、連続する画像ライン期間の間に超音波信号中の干渉信号を決定するように構成された、例１から３のいずれか１つに記載のシステム（１０）。
【００６５】
例６．  再構成された超音波画像（ＲＵＩ）における算出された位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）を指示することが、
最大検出強度（ＩＳｍａｘ）を、最大検出強度（ＩＳｍａｘ）を有する超音波信号の飛行時間（ＴＯＦＳｍａｘ）において、当該飛行時間に伴う面内最大検出強度（ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅ）の予想される変動を表すモデル（ＭＯ）と比較することによって、超音波トランスデューサ（１５）と画像面（１２）との間の面外距離（Ｄｏｐ）を算出することと、
再構成された超音波画像（ＲＵＩ）において面外距離（Ｄｏｐ）を指示することと
を有する、例１から５のいずれか１つに記載のシステム（１０）。
【００６６】
例７．  面外距離（Ｄｏｐ）を指示することが、算出された横方向位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）において第１のアイコン（Ｃｏｐ）を提供することを有し、第１のアイコン（Ｃｏｐ）が、面外距離（Ｄｏｐ）に対応する半径をもつ円形ゾーンを示す、例６に記載のシステム（１０）。
【００６７】
例８．  半径が、最大検出強度（ＩＳｍａｘ）を、最大検出強度（ＩＳｍａｘ）を有する超音波信号の飛行時間（ＴＯＦＳｍａｘ）における、予想される面内最大検出強度（ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅ）にスケーリングすることに基づいて決定される、例７に記載のシステム（１０）。
【００６８】
例９．  超音波トランスデューサ（１５）が取り付けられた介入デバイス（１１）をさらに備える、例１から８のいずれか１つに記載のシステム（１０）。
【００６９】
例１０．  ビームフォーミング超音波イメージングシステム（１４）の超音波イメージングプローブ（１３）によって定義された画像面（１２）に関して介入デバイス（１１）の位置を決定することであって、介入デバイス（１１）の位置を、超音波イメージングプローブ（１３）と介入デバイス（１１）に取り付けられた超音波トランスデューサ（１５）との間で送信された超音波信号に基づいて決定するための方法において、本方法は、
超音波イメージングプローブ（１３）によって定義された画像面（１２）に対応する再構成された超音波画像（ＲＵＩ）を生成するステップ（ＧＥＮＲＵＩ）と、
超音波イメージングプローブ（１３）と超音波トランスデューサ（１５）との間で送信された最大検出強度（ＩＳｍａｘ）の超音波信号の飛行時間（ＴＯＦＳｍａｘ）に基づいて、画像面（１２）に関して超音波トランスデューサ（１５）の横方向位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）を算出するステップ（ＣＬＰ）と、
再構成された超音波画像（ＲＵＩ）における算出された横方向位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）を指示するステップ（ＩＮＤＣＬＰ）と、
以下の条件、すなわち、
算出された横方向位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）の変化率が、第１の所定の率（ＲＭａｘ１）を超えることと、
超音波信号中の干渉信号が、第１の所定の値（ＩｎｔＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）を超えることと、
最大検出強度（ＩＳｍａｘ）が、第１の所定のしきい値（ＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）よりも小さいことと、
最大検出強度（ＩＳｍａｘ）の信号対雑音比又は信号対干渉比が、第１の所定のレベル（ＳＮＲＩＳｍａｘＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１）よりも小さいことと
のうちの少なくとも１つが満たされた場合、算出された横方向位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）の指示を抑制するステップ（ＳＵＰ）と
を有する、方法。
【００７０】
例１１．
最大検出強度（ＩＳｍａｘ）を、最大検出強度（ＩＳｍａｘ）を有する超音波信号の飛行時間（ＴＯＦＳｍａｘ）において、当該飛行時間に伴う面内最大検出強度（ＩＳｍａｘＩｎｐｌａｎｅ）の予想される変動を表すモデル（ＭＯ）と比較することによって、超音波トランスデューサ（１５）と画像面（１２）との間の面外距離（Ｄｏｐ）を算出するステップ
をさらに有し、
再構成された超音波画像（ＲＵＩ）における算出された横方向位置（ＬＡＰＴＯＦＳｍａｘ，θＩＰＡ）を指示するステップ（ＩＮＤＣＬＰ）が、
再構成された超音波画像（ＲＵＩ）において面外距離（Ｄｏｐ）を指示するステップ
をさらに有する、
例１０に記載の方法。
【００７１】
例１２．  ビームフォーミング超音波イメージングシステム（１４）の超音波イメージングプローブ（１３）によって定義された画像面（１２）に関して介入デバイス（１１）の位置を決定することであって、介入デバイス（１１）の位置を、超音波イメージングプローブ（１３）と介入デバイス（１１）に取り付けられた超音波トランスデューサ（１５）との間で送信された超音波信号に基づいて決定するためのシステム（１０）のプロセッサ上で実行されたとき、プロセッサに、例１１に記載の方法のステップを行わせる命令を備える、コンピュータプログラム製品。
【００７２】
要約すれば、ビームフォーミング超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって定義された画像面に関して介入デバイスの位置を決定することであって、介入デバイスの位置を、超音波イメージングプローブと介入デバイスに取り付けられた超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号に基づいて決定するためのシステムが説明された。本システムは、画像再構成ユニットと位置決定ユニットとを備える。画像再構成ユニットは、超音波イメージングプローブによって定義された画像面に対応する再構成された超音波画像を提供する。位置決定ユニットは、超音波イメージングプローブと超音波トランスデューサとの間で送信された最大検出強度の超音波信号の飛行時間に基づいて、画像面に関して超音波トランスデューサの位置を算出する。位置決定ユニットはまた、再構成された超音波画像における算出された位置を指示する。その上、位置決定ユニットは、以下の条件、すなわち、
算出された位置の変化率が、第１の所定の率を超えることと、
超音波信号中の干渉信号が、第１の所定の値を超えることと、
最大検出強度が、第１の所定のしきい値よりも小さいことと、
最大検出強度の信号対雑音比又は信号対干渉比が、第１の所定のレベルよりも小さいことと
のうちの少なくとも１つが満たされた場合、算出された位置の指示を抑制する。
【００７３】
本発明は、医療針に関して図面及び上記の説明において、詳細に示され、説明されてきたが、そのような例示及び説明は、図例的又は例示的と見なされるべきであり、限定的でない。特許請求の範囲中のいかなる参照符号も、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。その上、本明細書で示される様々な例、実装形態及び実施形態は、ビームフォーミング超音波イメージングシステムの画像面に関して介入デバイスの位置を決定するための様々なシステム及び方法を提供するために、組み合わせられ得ることを理解されたい。
【図１】
2021532928.tif 000004
【図２】
2021532928.tif 000005
【図３】
2021532928.tif 000006
【図４Ａ】
2021532928.tif 000007
【図４Ｂ】
2021532928.tif 000008
【図４Ｃ】
2021532928.tif 000009
【図４Ｄ】
2021532928.tif 000010
【図５Ａ】
2021532928.tif 000011
【図５Ｂ】
2021532928.tif 000012
【図６】
2021532928.tif 000013
【図７Ａ】
2021532928.tif 000014
【図７Ｂ】
2021532928.tif 000015
【図７Ｃ】
2021532928.tif 000016
【図８】
2021532928.tif 000017
【図９】
2021532928.tif 000018
【国際調査報告】
2021532928.tif 000019
2021532928.tif 000020
2021532928.tif 000021