(57)【要約】  本発明は超音波処理ユニットを提供する。該ユニットのコントローラ１８は、例えば心臓等の解剖学的領域の超音波データを受信するように構成される。該コントローラは、上記超音波データを或る期間にわたって処理し、該データ内に表される特定の解剖学的特徴構造３４のトランスジューサユニットの視野３６に対する位置合わせが時間にわたり変化しているかを監視及び検出する。該位置合わせが変化している場合、上記コントローラは、このことをユーザに通知するための出力信号を発生し、ユーザが早期の段階で誤位置合わせの可能性及び撮像又は測定能力の喪失に対して警告されることを可能にする。
2021520937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラを有する超音波処理ユニットであって、前記コントローラは、
超音波トランスジューサユニットによりキャプチャされた、或る期間にわたる解剖学的領域を表す超音波データを受信し、
前記データを処理して、該データ内の特定の解剖学的特徴構造を識別し、
前記超音波トランスジューサユニットの視野内における前記解剖学的特徴構造の位置合わせが時間にわたって変化しているかを決定することを有する位置合わせチェック手順を実行し、及び
前記位置合わせが変化しているとの決定に応答して、該決定をユーザに通知するための出力信号を発生し、
前記コントローラが、前記解剖学的特徴構造の位置合わせが１群の1以上の定義された限界の外側に移動するまでの推定期間を決定すると共に、該推定期間を表す情報出力を発生する、
超音波処理ユニット。
【請求項２】
前記位置合わせが前記視野の境界からの前記解剖学的特徴構造の距離に対応する、請求項１に記載の超音波処理ユニット。
【請求項３】
前記推定期間は、前記解剖学的特徴構造の位置合わせが前記超音波トランスジューサユニットの視野の外側に移動するまでの推定期間である、請求項１又は請求項２に記載の超音波処理ユニット。
【請求項４】
前記位置合わせチェック手順は、前記解剖学的特徴構造の前記視野内における初期位置合わせが1以上の定義された限界内であるかを決定することと、該位置合わせが前記定義された限界の外側であるとの決定に応答して該決定をユーザに通知するための出力信号を発生することとを含む初期チェック手順を実行することを更に有する、請求項１から３の何れか一項に記載の超音波処理ユニット。
【請求項５】
前記初期位置合わせチェック手順は、前記視野内における前記解剖学的特徴構造の位置を識別するステップ及び該識別に基づいて前記特徴構造が前記視野内における１以上の定義された境界内に位置するかを決定することを有する、請求項４に記載の超音波処理ユニット。
【請求項６】
前記位置合わせチェック手順は、最小閾時間にわたり変化し続ける位置合わせの変化が存在するかを決定することを有する、請求項１から５の何れか一項に記載の超音波処理ユニット。
【請求項７】
前記位置合わせチェック手順は、最小閾時間にわたり一貫した方向に変化し続ける位置合わせの変化が存在するかを決定することを有する、請求項６に記載の超音波処理ユニット。
【請求項８】
前記位置合わせチェック手順は、最小閾サイズを超える前記位置合わせの変化を識別することを有する、請求項１から７の何れか一項に記載の超音波処理ユニット。
【請求項９】
前記位置合わせチェック手順は、
定義された期間にわたる前記位置合わせの何らかの正味の変化が存在するかを決定すること、及び／又は
単一の心周期又は心周期の一部にわたる前記位置合わせの何らかの正味の変化が存在するかを決定すること、
を有する、請求項１から８の何れか一項に記載の超音波処理ユニット。
【請求項１０】
前記位置合わせチェック手順は、最小閾時間にわたり逆転しない前記位置合わせの変化を識別することを有する、請求項１から９の何れか一項に記載の超音波処理ユニット。
【請求項１１】
前記位置合わせチェック手順は、何らかの検出された位置合わせの変化に基づいて該変化により表される前記視野内における前記解剖学的特徴構造の対応する移動速度を導出することを有する、請求項１から１０の何れか一項に記載の超音波処理ユニット。
【請求項１２】
前記位置合わせチェック手順は、速度値の定義された範囲内に入る移動速度に対応する前記位置合わせの変化を検出することを有する、請求項１１に記載の超音波処理ユニット。
【請求項１３】
前記コントローラが前記推定期間を前記決定された移動速度に基づいて決定する、請求項１１又は１２に記載の超音波処理ユニット。
【請求項１４】
当該超音波処理ユニットが、更に、前記受信された超音波データを処理して心臓の１以上の血行力学的パラメータを導出する、請求項１から１３の何れか一項に記載の超音波処理ユニット。
【請求項１５】
解剖学的関心領域を表す超音波データを取得するための超音波トランスジューサユニットと、
前記超音波トランスジューサユニットから前記超音波データを受信する請求項１から１４の何れか一項に記載の超音波処理ユニットと、
を有する、超音波撮像システム。
【請求項１６】
患者監視ユニットと、
請求項１から１４の何れか一項に記載の超音波処理ユニット又は請求項１５に記載の超音波撮像システムと、
を有する、患者監視装置。
【請求項１７】
或る期間にわたり解剖学的関心領域を表す超音波データを受信するステップと、
前記データを処理して、該データ内の特定の解剖学的特徴構造を識別するステップと、
超音波トランスジューサユニットの視野内における前記解剖学的特徴構造の位置合わせが時間にわたって変化しているかを決定するステップを有する位置合わせチェック手順を実行するステップと、
前記位置合わせが変化しているとの決定に応答して、該決定をユーザに通知するための出力信号を発生するステップと、
前記解剖学的特徴構造の位置合わせが１群の1以上の定義された限界の外側に移動するまでの推定期間を決定すると共に、該期間を表す情報出力を発生するステップと、
を有する、超音波処理方法。
【請求項１８】
前記位置合わせチェック手順が、何らかの検出された位置合わせの変化に基づいて該変化により表される前記視野内における前記解剖学的特徴構造の対応する移動速度を導出するステップを有する、請求項１７に記載の超音波処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特には視野内の撮像された特徴構造の位置合わせをチェックするための、超音波処理ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に長期的心臓監視（モニタリング）等における超音波撮像の多くの応用において、撮像される解剖学的身体又は領域に対するプローブ配置の一貫性を維持することは重要である。長期的モニタリングは、超音波プローブを被検者に対して設定された位置に固定すること、特定の関心領域又は対象を視野（ＦＯＶ）内に有すること、及び数時間又は数日もの長期間にわたり当該プローブを用いて超音波データを収集することを伴う。このことは、例えば、拡張末期又は収縮末期心室容積、心臓容積、左心室駆出率、一回拍出量、心臓出力等の血行力学的パラメータを含む特定の生理学的パラメータの長期的モニタリングを可能にする。
【０００３】
長期的心臓モニタリングは、経食道心エコー検査（ＴＥＥ）プローブを利用することができる。しかしながら、外部の胸部装着プローブも使用することができる。モデルベースのセグメンテーションを、生理学的パラメータを監視するために使用することもできる。
【０００４】
信頼性の高い長期的モニタリングは、プローブ位置の安定性、及び視野内の撮像される領域又は被写体の一貫性に依存する。視野内での撮像される領域の動きがある場合、導出される生理学的パラメータの精度は低下され得る。更に、関心領域（例えば、左心室又は右心室）が、完全に視野外に移動する、又は視野境界に過度に近づきすぎる場合、被写体に関連するパラメータの読み取り値を取得することは不可能となる。
【０００５】
モニタリング開始時に視野が正確に設定されても、時間にわたりプローブは変位する可能性がある。この結果、最初に中心に置かれた心臓領域から離れるような視野の漂動（ドリフト）が生じ、これが、画像の品質及びモニタリング結果の精度を低下させ、従ってプローブの再調整を必要とさせる。
【０００６】
このことは、長期的モニタリングに関する問題を課す。ＦＯＶは、該ＦＯＶが過度な程度に（例えば、モニタリングが不可能になる点まで）ドリフトすることを防止するために、操作者により頻繁にチェックされねばならない。このことは、操作者にとり煩わしいものであり、貴重な臨床時間も浪費する。
【０００７】
１つの考えられる解決策は、監視される領域の視野外の移動により所与のパラメータの監視がいつ不可能になるかを検出すると共に、操作者に自動的に警告するために警報を起動するように、当該超音波監視システムを構成することである。
【０００８】
このことは、操作者がプローブ位置のドリフトを手動でチェックする必要性を回避させる。しかしながら、このことは、監視がすでに停止しているため、警報が鳴ったら即座に行動をとらねばならないという欠点がある。このことは、操作者を前の作業から突然中断させ、混乱を生じさせ、プローブが再調整される間におけるデータの監視に問題のあるギャップを生じさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現在の長期的超音波監視における上述した欠点を克服する改善された手段に対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、請求項により定義される。
【００１１】
本発明の一態様によれば、コントローラを有する超音波処理ユニットが提供され、該コントローラは、
解剖学的領域を表すと共に一連の時点を表す超音波データを受信し、
前記データを処理して、該データ内の特定の解剖学的特徴構造を識別し、
超音波トランスジューサユニットの視野内における前記解剖学的特徴構造の位置合わせが時間にわたって変化しているかを決定するステップを有する位置合わせチェック手順を実行し、及び
前記位置合わせが変化しているとの決定に応答して、該決定をユーザに通知するための出力信号を発生する、
ように構成され、且つ、
前記コントローラは、前記解剖学的特徴構造の位置合わせが１群の1以上の定義された限界の外側に移動するまでの推定期間を決定すると共に、該期間を表す情報出力を発生するように構成される。
【００１２】
本発明は、視野内における撮像される解剖学的関心特徴構造の移動を時間にわたり監視すると共に、この検出される移動をトランスジューサユニットの視野の起こりそうなドリフトを早い段階で操作者に警告する手段として用いることに基づいている。このことは、操作者がトランスジューサユニットの位置を都合良く且つ監視されている領域が視野外に完全に移動する前に調整するために備えることを可能にする。
【００１３】
解剖学的特徴構造の位置合わせの検出される変化を使用することは、超音波データを取得する超音波プローブのドリフトの早期の検出を可能にすると共に、幾つかの実施態様によれば、当該解剖学的特徴構造が視野の境界の外側に移動するまでの見込み残り時間に関する推定を可能にするという利点を有する。
【００１４】
前記コントローラ（プロセッサ）は、前記超音波データを超音波トランスジューサユニットから受信するように構成することができる。このユニットは外部超音波トランスジューサユニットとすることができる。前記コントローラは、前記超音波データを受信するために超音波トランスジューサユニットに動作的に結合可能とすることができる。当該処理ユニットは、解剖学的関心領域の超音波データを取得するように構成された超音波トランスジューサユニットと動作的に結合するために、例えばインターフェースポートの様な結合インターフェース等のインターフェース手段を有することができる。上記トランスジューサユニットは超音波プローブを含むことができる。前記超音波データは、該超音波トランスジューサユニットによるデータ収集によりリアルタイムに受信することができる。
【００１５】
他の例として、前記コントローラは、当該処理ユニットに対してローカルな又は遠隔のデータ記憶部若しくはメモリから超音波データを受信、取り込み又はアクセスするように構成することもできる。このようにして、以前の時点に収集された超音波データを当該処理ユニットにより後に処理することができる。
【００１６】
視野内における解剖学的特徴構造の位置合わせとは、視野内における解剖学的特徴構造の配置又は位置を意味し得る。このことは、視野内における当該特徴構造の位置、例えば中心点を意味し得る。
【００１７】
考察される解剖学的特徴構造は、例えば前記コントローラにより事前に定義することができ、又はユーザ入力により設定することができる。幾つかの例において、当該解剖学的特徴構造は、解剖学的領域又は特定の解剖学的特徴構造若しくは要素とすることができる。例としては、心臓の心室（左心室又は右心室）、心臓の心房、心臓の弁、心筋、心内膜が含まれる。
【００１８】
幾つかの例においては、１つの解剖学的特徴構造を識別することができ、又は２以上の解剖学的特徴構造を識別することができる。前記位置合わせチェック手順は、２以上の解剖学的特徴構造の位置合わせの変化を検出することに基づくものとすることができる。
【００１９】
解剖学的特徴構造を識別するために、幾つかの例では、画像セグメンテーションを用いることができる。
【００２０】
前記コントローラは、超音波データを受信し、アクセスし又は取り込むように構成される。超音波データは、幾つかの例では、超音波画像データとすることができる。超音波データは、ドプラ超音波データとすることができる。超音波データは、これら両方とすることもできる。
【００２１】
前記解剖学的特徴構造を識別することは、前記データにより表される１以上の画像又は画像フレーム内で該解剖学的特徴構造を識別することを含み得る。前記解剖学的特徴構造を識別することは、前記視野内で該解剖学的特徴構造の場所又は位置を識別することを含み得る。
【００２２】
有利な実施態様によれば、前記受信された超音波データは心臓の少なくとも一領域を表す。本発明の実施態様は、心臓の長期監視における使用に特に有利な用途を有する。従って、当該処理ユニットは長期的心監視のためのものであり得る。
【００２３】
前記位置合わせチェック手順は、前記視野内における解剖学的要素の位置合わせを表す位置合わせパラメータを決定するステップ、及び該パラメータの値が時間にわたり変化しているかを決定するステップを有することができる。前述したように、このパラメータは視野内における解剖学的特徴構造の位置であり得る。該パラメータは、幾つかの例では、視野の境界又は縁までの距離とすることができる。
【００２４】
前記出力信号は、例示として、外部コンピュータ又は患者モニタ等の端末に伝達するための情報出力であり得る。この場合、患者モニタは感覚的出力を発生することができる。当該出力信号自体が、聴覚出力等の感覚的出力である又は感覚的出力を有することもできる。
【００２５】
前記コントローラは、前記解剖学的特徴構造の位置合わせの変化が検出された場合及び変化が検出されなかった場合の両方において該出力信号を発生するように構成することができる。このようにして、操作者には最大限の情報が提供される。
【００２６】
幾つかの例において、前記位置合わせは前記視野の境界からの前記解剖学的特徴構造の距離に対応することができる。
【００２７】
幾つかの例において、前記推定期間は、前記解剖学的特徴構造の位置合わせが前記超音波トランスジューサユニットの視野の外側に移動するまでの推定期間であり得る。
【００２８】
有利な実施態様によれば、前記位置合わせチェック手順は、前記解剖学的特徴構造の前記視野内における初期位置合わせが1以上の定義された限界内であるかを決定するステップと、該位置合わせが前記定義された限界の外側であるとの決定に応答して該決定をユーザに通知するための出力信号を発生するステップとを含む初期チェック手順を実行するステップを更に有することができる。
【００２９】
該初期チェック手順は、当該位置合わせに動きが存在するかを決定するより前に実行される。このことは、視野内における解剖学的特徴構造の何れの開始時の位置合わせ誤りも検出されることを可能にすると共に、操作者が前記出力信号により警告されることを可能にする。続いて、当該位置合わせが前記定義された限界内にあるとの決定に応答して、前記コントローラは該位置合わせの何れの変化も時間にわたって監視し続けることができる。
【００３０】
例示として、前記初期チェック手順は、例えば、前記視野内における解剖学的要素の位置合わせを表す位置合わせパラメータを決定するステップ、及び該パラメータの値が１以上の定義された閾値内であるかを決定するステップを有することができる。
【００３１】
特別な例によれば、前記初期位置合わせチェック手順は、前記視野内における前記解剖学的特徴構造の位置を識別するステップ及び該識別に基づいて前記特徴構造が前記視野内における１以上の定義された境界内に位置するかを決定するステップを有することができる。当該境界は、例えば、当該視野の極部周縁から入り込んで、内側の副領域及び一群の1以上の外側余白を定義するようにすることができる。前記コントローラは、前記解剖学的特徴構造が斯かる内側副領域内にあるかを決定することができる。幾つかのケースにおいて、当該視野の外側余白内の解剖学的特徴構造の配置は、測定されるパラメータの品質及び／又は画像品質を低下させ得る。
【００３２】
前記位置合わせチェック手順は、前記超音波トランスジューサユニットの視野内における前記解剖学的特徴構造の位置合わせが時間にわたり変化しているかを決定するステップを有する。
【００３３】
前記位置合わせチェック手順は、当該位置合わせが進行的態様で変化しているかを決定するステップを有することができる。
【００３４】
進行的とは、複数の時点にわたって（例えば、複数の超音波フレームにわたって）変化し続けるような前記位置合わせの変化を意味する。進行的とは、少なくとも最小の定義された時間閾値にわたって変化し続ける当該位置合わせの変化として特徴付けることができる。
【００３５】
当該進行的変化は、初期位置に対する視野内の解剖学的特徴構造の、複数の時点にわたり継続する（例えば、少なくとも最小の時間閾値にわたり継続する）位置の変化として特徴付けることができる。例えば、該進行的変化は、前記解剖学的特徴構造の初期位置からの、少なくとも最小の時間閾値にわたり増加し続ける距離の増加として特徴付けることができる。
【００３６】
幾つかの例において、前記位置合わせチェック手順は、最小閾時間にわたり変化し続けるような位置合わせの変化が存在するかを決定するステップを有することができる。このことは、最小閾時間にわたり増加し続ける位置合わせの変化が存在するか、即ち当該位置の変化（概念的に定義される始点に対する）が少なくとも最小閾時間にわたり成長又は拡大し続けると決定することを意味し得る。
【００３７】
前記位置合わせチェック手順は、加えて又は代わりに、最小閾寸法（サイズ）を超える位置合わせの変化を識別するステップを有することができる。該位置合わせチェック手順は、位置合わせが変化しているかを決定する場合に、このような変化のみを考慮に入れることができる。このことは、視野内の解剖学的特徴構造の最小閾サイズの位置の変化、及び／又は視野内の特徴構造の初期位置から最小閾距離の移動若しくはシフトを識別するステップを有することができる。
【００３８】
前記位置合わせチェック手順は、前記位置合わせが時間にわたり頻繁に変化しているか、例えば連続的に変化しているかを決定するステップを有することができる。又は、該手順は複数の離散的な変化が複数の時点で発生したかを決定するステップを有することができる。
【００３９】
特定の閾値を超える位置合わせの変化又は移動若しくはシフトは、位置合わせが許容可能な限界の外側に移動しそうである（又は移動した）との間接的指示情報を提供することができ、このドリフトを監視が不可能になる前に阻止することを可能にする。
【００４０】
前記位置合わせチェック手順は、幾つかの例では、
−  定義された期間にわたる前記位置合わせの何らかの正味の変化が存在するかを決定するステップ、及び／又は
−  単一の心周期又は心周期の一部にわたる前記位置合わせの何らかの正味の変化が存在するかを決定するステップ、
を有することができる。
【００４１】
これらの例の各々は、一時的又は過渡的な運動、例えば心室の収縮及び拡張等の周期的な繰り返し運動を除外することを目的とする。例えば心周期にわたる正味の変化を見付けることにより、心臓自体の周期的運動を視野内の解剖学的特徴構造の（この場合においては、心臓の）一層ゆっくりした且つ一層持続的なドリフトから区別することができる。特定の期間にわたる正味の変化を見付けることは、同様に、解剖学的特徴構造の位置の又は身体に対する当該超音波トランスジューサユニットの位置の短期間の局部的変動も排除する。
【００４２】
単一の心周期は、例えば、心周期の間における何れかの点から心周期における同一の点に戻るまでとして定義することができる。呼吸を除外するために、心周期は例えば拡張中期における（即ち、拡張の中間の間における）点から拡張中期に戻るまでとして定義することができる。
【００４３】
前記位置合わせチェック手順は、幾つかの例では、最小閾時間にわたり持続する位置合わせの変化を識別するステップを有することができる。持続とは、少なくとも該最小閾時間にわたり逆転又は消滅しない変化を意味し得る。従って、前記位置合わせチェック手順は、前記位置合わせにおける最小閾時間にわたり逆転しない変化を識別するステップを有することができる。該位置合わせチェック手順は、位置合わせが変化しているかを決定する際に、このような変化のみを考慮に入れることができる。
【００４４】
このことは、過渡的又は一時的に過ぎない位置合わせの変化を除外し、視野内の解剖学的特徴構造の真の長期的ドリフトをキャプチャすることを目的としている。
【００４５】
有利な組の実施態様によれば、前記位置合わせチェック手順は、何らかの検出された位置合わせの変化に基づいて、該変化により表される前記視野内における前記解剖学的特徴構造の対応する移動速度を導出するステップを有する。
【００４６】
ここでは、位置合わせの変化の速度又は率が決定される。
【００４７】
移動速度は、例えば相対的単位に関して、例えば前記視野に対して定義することができる。該移動速度は、幾つかの例では、自己定義された又は特別な座標系に基づくものとすることができる。
【００４８】
解剖学的特徴構造の移動速度を導出することは、検出される位置合わせシフトの性質に関して極めて有用な技術的情報が導出されることを可能にする。このことは、本当の長期的ドリフトが短期的な過渡的シフト又はジャンプから区別されることを可能にする。例えば、非常に速い急激な変化は位置合わせの変化の決定から削除することができる。これら変化は局部的又は短期的要因に起因しそうであるからである。しかしながら、より遅い変化は、長期的ドリフトを一層良く表すものとして考慮に入れることができる。
【００４９】
したがって、前記位置合わせチェック手順は、速度値の定義された範囲内に入る移動速度に対応する前記位置合わせの変化を検出するステップを有することができる。該位置合わせチェック手順は、幾つかの例では、このような変化のみを解剖学的特徴構造の位置合わせが時間にわたり変化しているかを決定する際に考慮に入れることができる。例えば、特定の例において、該位置合わせチェック手順は定義された最大閾速度より低い移動速度の対応する位置合わせの変化を検出するステップを有することができる。前述したように、このことは突然の急激な変化が除外されることを可能にする。より遅い変化は、長期的ドリフトを一層良く表すことができる。
【００５０】
変化の頻度も検出することができる。前記位置合わせチェック手順は、所与の定義された速度閾値及び所与の定義された頻度閾値を超える変化を識別するステップを有することができる。このような変化は例えば咳を示し得るものであり、斯かる行動はデータを収集する超音波プローブの突然の又は急激な変位につながり得る。このような変化を検出することは、これの結果が、早期にユーザ／臨床医に警告することにより回避されることを可能にする。
【００５１】
移動速度を決定することは、他の利点も促し得る。
【００５２】
１以上の例によれば、前記コントローラは、前記解剖学的特徴構造の位置合わせが前記一群の１以上の定義された限界の外側に移動するまでの前記推定期間を、前記決定された移動速度に基づいて決定するように構成することができる。
【００５３】
かくして、事前警告を解剖学的特徴構造の許容可能な限界の外側への将来の移動から導出することができる。前記１以上の定義された限界は、幾つかの例では、前記初期チェック手順に関連して前述したように理解することができる。例えば、これら限界は、前記視野内の１以上の定義された境界、例えば境界線に対応し得る。境界とは、例えば、当該視野の外縁からの定義された最小距離を意味し得る。これら限界は、他の例では、特定の位置合わせパラメータの１以上の定義された限界に対応し得る。
【００５４】
好ましくは、前記コントローラは、更に、導出された時間を表す情報出力を発生するように構成される。この情報出力は、操作者に通知するためにユーザ出力に伝達することができる。このことは、操作者が、当該解剖学的特徴構造の視野外へのドリフトを斯かるドリフトが実際に発生する前に防止するためにプローブの調整を行う計画を立てることを可能にする。
【００５５】
１以上の実施態様によれば、前記コントローラは、前記超音波データに画像セグメンテーション手順又は目印（ランドマーク）検出手順を適用するように構成することができる。この場合、前記解剖学的特徴構造を識別することは、該画像セグメンテーション手順又は目印検出手順に基づいて実行することができる。
【００５６】
画像セグメンテーションは、解剖学的前後関係が超音波画像又は画像データ若しくはデータに対して導出され又は適用されることを可能にする。このことは、解剖学的特徴構造の位置が識別されることを可能にし、従って該特徴構造の位置合わせが導出され及び該位置合わせの変化が検出されることを可能にする。画像セグメンテーション手順は、好ましくは、モデルベースの画像セグメンテーション手順とする。
【００５７】
ランドマーク検出手順は、特定の目印の座標又は境界線を識別することに基づくものであって、これを用いて画像データに解剖学的前後関係を付与する画像処理手順である。
【００５８】
いずれの手順（セグメンテーションまたはランドマーク検出）の場合も、該手順を形成するアルゴリズムは、機械学習または深層学習技術を有し又は採用することができる。これらは、当技術分野の用語であり、統計的手法を使用して、たとえばフィードバックまたは過去の結果に基づいて学習する（即ち、所与のタスクの性能を累進的に改善する）能力をシステムに提供する手順を指す。
【００５９】
前記出力信号を発生するステップは、操作者に警告するための感覚的出力、例えばアラーム等の聴覚的信号を発生するステップを有することができる。
【００６０】
当該超音波処理ユニットは、特定の実施形態では、血行力学的パラメータを決定および監視するためのものであり得る。該ユニットは、心臓超音波監視（モニタリング）ユニットであり得る。該ユニットは、血行力学的パラメータ超音波モニタリングユニットであり得る。
【００６１】
有利な実施形態によれば、前記コントローラは、更に、心臓の１以上の血行力学的パラメータを導出するために前記取得された超音波データを処理するように構成することができる。該コントローラは、更に、上記取得した超音波データを処理して、心臓の１以上の血行力学的パラメータを経時的に監視するように構成することができる。
【００６２】
血行力学的パラメータは、例えば、拡張末期または収縮末期の心室容積、心臓容積、左心室駆出率、一回拍出量、および心拍出量のうちの１以上を含み得る。
【００６３】
本発明の他の態様による例は、超音波撮像システムを提供し、該システムは、
−  解剖学的関心領域を表す超音波データを取得するための超音波トランスジューサユニットと、
−  前述又は後述される実施態様又は例の何れかによるものであって、前記超音波トランスジューサユニットから前記超音波データを受信するように構成された超音波処理ユニットと、
を有する。
【００６４】
前記超音波トランスジューサユニットは、超音波プローブを含み得る。該トランスジューサユニットは、超音波データを取得するための１以上の超音波トランスジューサを備えることができる。該トランスジューサユニットは、いくつかの例では、超音波アレイトランスジューサを含み得る。
【００６５】
該超音波撮像システムは、幾つかの例では、血行力学的パラメータを監視するためのものであり得る。該システムは、心臓超音波モニタリングシステムであり得る。該システムは、血行力学的パラメータ超音波モニタリングシステムであり得る。
【００６６】
本発明の他の態様による例は患者監視装置を提供し、該装置は、
−  患者監視ユニットと、
−  前述し若しくは後述される例若しくは実施態様の何れかによる超音波処理ユニット又は前述し若しくは後述される例若しくは実施態様の何れかによる超音波撮像システムと、
を有する。
【００６７】
前記患者監視ユニットは、前記超音波処理ユニットまたは超音波撮像システムと動作可能に結合することができる。幾つかの例では、前記超音波処理ユニットは、生理学的パラメータ、例えば血行力学的パラメータを決定または監視するように構成される。該患者監視ユニットは、例えば、保存、分析または表示のために、前記決定された値を表すデータを受信するように構成することができる。
【００６８】
本発明の他の態様による例は、超音波処理方法を提供し、該方法は、
−  解剖学的関心領域を表す超音波データを受信するステップと、
−  前記データを処理して、該データ内の特定の解剖学的特徴構造を識別するステップと、
−  超音波トランスジューサユニットの視野内における前記解剖学的特徴構造の位置合わせが時間にわたって変化しているかを決定するステップを有する位置合わせチェック手順を実行するステップと、
前記位置合わせが変化しているとの決定に応答して、該決定をユーザに通知するための出力信号を発生するステップと、
を有する。
【００６９】
該方法は、プロセッサまたはコントローラによって実行され得る。この方法は、コンピュータで実施される方法であり得る。
【００７０】
１以上の実施態様によれば、前記位置合わせチェック手順は、何らかの検出された位置合わせの変化に基づいて該変化により表される前記視野内における前記解剖学的特徴構造の対応する移動速度を導出するステップを有することができる。
【００７１】
該方法は、前記決定された移動速度に基づいて、前記解剖学的特徴の位置合わせが一群の１以上の定義された限界の外に移動するまでの推定期間（推定時間）を決定するステップを更に有することができ、好ましくは、前記コントローラは該時間を表す情報出力を発生するように構成される。
【００７２】
本発明の例は、添付図面を参照して後に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、一実施態様による例示的超音波処理ユニットを概略的に示す。
【図２】図２は、トランスジューサユニットの視野内での解剖学的特徴構造の位置合わせを示す。
【図３】図３は、時間にわたる解剖学的特徴構造の位置合わせのドリフトを示す。
【図４】図４は、一実施態様による例示的超音波処理方法をブロック図の形態で示す。
【図５】図５は、例示的診断撮像システムにおける構成要素のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
以下、本発明を、図面を参照して説明する。
【００７５】
詳細な説明および特定の例は、当該装置、システム及び方法の例示的実施形態を示すものであるが、例示のみを目的としており、本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。本発明の装置、システム及び方法の、これら及び他の特徴、態様並びに利点は、以下の説明、添付請求項及び添付の図面からよりよく理解されるであろう。各図は概略図に過ぎず、原寸に比例して描かれていないことを理解されたい。 また、同一又は類似の部分を示すために、全図を通して同じ参照番号が使用されていることも理解されたい。
【００７６】
本発明は、超音波処理ユニットを提供する。該ユニットのコントローラは、一連の時点にわたって、例えば心臓の解剖学的領域の超音波データを受信するように適合されている。該コントローラは、一定期間にわたって上記超音波データを処理して、トランスジューサユニットの視野に対する該データで表される特定の解剖学的特徴構造の位置合わせが時間とともに変化しているかを監視及び検出する。該位置合わせが変化している場合、該コントローラは、これをユーザに伝達するための出力信号を生成し、ユーザが誤位置合わせ及び撮像又は測定能力の喪失の可能性を早期に警告されることを可能にする。
【００７７】
当該処理ユニットは、１以上の心臓生理学的パラメータ、例えば血行力学的パラメータを監視するために超音波データを処理するためのものであり得る。本発明は、特に長期の超音波モニタリング（特に、長期の心臓モニタリング）に有利な用途を見出す。
【００７８】
当該位置合わせは、例えば、異なるパラメータを使用して、異なる方法で特徴付け又は定量化することができる。
【００７９】
図１は、本発明による例示的な超音波処理ユニットを、超音波データを取得するための超音波トランスジューサユニット１６と結合されたものとして概略的に示している。 該超音波処理ユニットは、コントローラ１８を備える。
【００８０】
前記トランスジューサユニット及び処理ユニットは、本発明による超音波撮像システムを形成するために、本発明の一態様によれば一緒に設けることができる。代わりに、前記超音波処理ユニット（コントローラ１８を含む）は、本発明の他の態様に従って単独で設けることもでき、該処理ユニットは、外部ソースから超音波データを受信するように適合される。この外部ソースは、超音波トランスジューサユニットとすることもでき、又は例えばデータ記憶部等の別のソースとすることもできる。
【００８１】
以下の説明において、超音波撮像システムに関連して説明されるオプション及び変形例は、本発明による超音波処理ユニットに等しく適用可能である（及びその逆）と理解されるべきである。
【００８２】
図１は、本発明の処理ユニット又は撮像システムの一例に従う基本的なハードウェア構成を示している。この構成は、超音波トランスジューサユニット１６（この場合は、経食道心エコー検査（ＴＥＥ）プローブの形態である）を含む。該プローブは、撮像端に超音波トランスジューサアレイ１７を含む。任意選択で、該トランスジューサアレイは、制御可能な指向性を有する超音波ビームを生成するように動作可能であるが、これは本発明にとり必須ではない。
【００８３】
使用時において、当該プローブは、被験者２２の心臓２０内の関心のある解剖学的特徴構造がトランスジューサユニット１６のトランスジューサアレイ１７の視野内にあるように、臨床医によって適切な位置に配置される。このケースにおいて、当該トランスジューサユニットはＴＥＥプローブであるため、該ＴＥＥプローブは被験者２２の食道内の適切な位置に配置される。
【００８４】
該プローブは、当該超音波処理ユニットのコントローラ１８に動作可能に結合され、該コントローラ１８は、１以上の実施形態によれば、トランスジューサユニット１６を使用して心臓を表す超音波画像データの取得を制御する。これらコントローラ及びプローブは一緒になって、本発明の１以上の実施形態による超音波撮像システムを形成することができる。
【００８５】
例示として、コントローラ１８によって実施されるステップを、関心のある解剖学的特徴構造が心臓の左心室である例を参照することによって説明する。しかしながら、同じ手順のステップは、心臓の、又は身体の何らかの他の領域、構造若しくは要素のいずれかの他の解剖学的特徴構造に等しく適用され得ることが理解されるべきである。
【００８６】
コントローラ１８は、超音波トランスジューサユニット１６から超音波データを受信するように構成される。該コントローラは、データを取得する際に該トランスジューサユニットを制御するように構成することができるか、又は該トランスジューサユニットを、例えば、別の専用コマンドユニット若しくはプロセッサによって制御することができる。これらのオプションについては、後に更に詳しく説明される。
【００８７】
トランスジューサユニット１６は、一連のまたは連続した時点を表す超音波データを取得するために、超音波データを継続的に又は持続的若しくは連続的に繰り返して取得する。好ましくは、これは複数の心周期をカバーする。
【００８８】
このようにして、データは複数の時点をカバーする長期間にわたって取得される。データは継続的に受信することができ、又は超音波データは規則的間隔で周期的に受信することもできる。間隔は、例えば、データの所望の密度に応じて、毎分、５分ごと、１５分ごと又は他の任意の所望の間隔であり得る。トランスジューサユニット１６からのデータは、例えば、そのような一定の間隔で周期的にサンプリングされ得る。
【００８９】
取得される超音波データは、超音波画像データであり得る。該データは、１以上の超音波画像を導出するために処理され得る。各フレームが異なる時点を表す複数の画像フレームを、複数の時点にわたって取得された超音波データから生成することができる。次いで、解剖学的特徴構造の位置合わせの変化を、フレーム間の位置合わせの変化を識別することによって導出することができる。
【００９０】
好ましくは、３Ｄ超音波画像データが取得され、視野に対する身体内の関心のある解剖学的特徴構造の位置合わせの一層正確な、又は少なくとも一層容易な追跡を可能にする。しかしながら、２Ｄ画像データを使用することもできる。解剖学的特徴構造の位置合わせを決定する際に２Ｄデータを使用する方法は、後の節でより詳細に説明する。
【００９１】
コントローラ１８は、更に、受信した超音波データを処理して、超音波トランスジューサユニットの視野内で、当該データに表されている関心解剖学的特徴構造を識別するように構成される。本例の目的のために、当該解剖学的特徴構造は、例として、心臓の左心室であるとされる。
【００９２】
当該データの処理は、該データに対する、例えば該データから導出される超音波画像に対する画像セグメンテーション手順を実行することを含み得る。
【００９３】
画像セグメンテーションは画像処理の分野でよく知られた手順であり、これによれば、（デジタル）画像は、例えば、それらの領域内にあるピクセルが所有する共通の特性に従って、複数のセクタ又は領域に区分又は分割される。例えば、画像セグメンテーションは、典型的に、より広い画像内の物体を識別又は位置特定すると共に、画像内の境界（例えば、線、曲線、輪郭）を識別するために適用することができる。
【００９４】
本応用例において、画像セグメンテーションにより、超音波データによって表される超音波画像を処理して、画像内の解剖学的物体又は領域を識別又は位置特定し、前記物体又は領域の境界を位置特定することができる。
【００９５】
画像セグメンテーションは、好ましくは、モデルベースの画像セグメンテーションとすることができる。モデルベースのセグメンテーションは、特定の解剖学的領域又は物体に特徴的な共通の構造的若しくは幾何学的パターンを利用して、キャプチャされた画像内の解剖学的物体をより正確に識別する。特に、特定の解剖学的特徴構造に関する可能性のある形状又は輪郭に関しての確率モデルが、典型的に使用される。この場合、このモデル内でエンコードされたパラメータを、関心のある特定の幾何学的特徴構造又は領域の境界を一層正確かつ精密に識別するために画像データをセグメント化する場合に制約として適用することができる。
【００９６】
例えば、本発明の有利な例の目的のために、モデルベースのセグメンテーションは、心臓領域に関連するモデルを利用することができ、又は僧帽弁、三尖弁及び左心室若しくは右心室の流出路を含む左心室又は右心室領域のモデルを特に利用することができる。この例の目的のために、モデルベースのセグメンテーションは、左心室に関連付けられたモデルを利用することができる。
【００９７】
この目的に適したモデルベースのセグメンテーションアルゴリズムは、当技術分野で知られている。例えば、本発明の超音波データ収集に適用することができるモデルベースのセグメンテーションアプローチを説明したEcabert他による“Automatic Model-Based Segmentation of the Heart in CT Images”IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, 27(9), 2008を参照されたい。本発明の実施形態に適用することができるモデルベースのセグメンテーション手順を説明した米国特許出願公開第2015/0011886号も参照されたい。
【００９８】
本例の目的のために、取得された超音波データ内の左心室の識別が図２に示されている。超音波トランスジューサユニット１６は、図１に示されるように、該ユニットの視野が心臓３２の方向に向けられるように配置される。図２の右側は、当該トランスジューサユニットの視野３６を概略的に示しており、該視野は、この例の目的のために、左心室３４（即ち、本例における関心のある解剖学的特徴構造）の周辺に大まかに中心を合わされて示されている。
【００９９】
当該視野は図２では長方形として描かれているが、これは純粋に概略的なものであることが強調される。実際には、視野は、典型的には、円錐形または切頭円錐形（即ち、円錐台）を有することができる。視野は、三次元又は二次元、例えば円錐又は円錐台を通るスライス、であり得る。視野は、さらなる例では、何れの他の形状をとることもできる。
【０１００】
解剖学的特徴構造を識別することに加えて、コントローラ１８は、好ましくは、前記データを処理して生理学的パラメータ、例えば血行力学的パラメータを導出するようにも適合される。複数の時点にわたるデータを処理してパラメータを導出することにより、パラメータを経時的に監視することができる。当該コントローラは、導出されたパラメータ値（又は複数の値）を表す情報出力を生成する。この出力は、幾つかの例では、例えば患者監視装置に通知することができる。この装置（ユニット）は、本発明の超音波撮像システム若しくは処理ユニットの外部にあり得、又は該超音波撮像システム若しくは処理ユニットは、患者監視装置の一部として組み込む（すなわち、患者監視装置に含まれる）ことができる。
【０１０１】
例示的血行力学的パラメータは、非限定的かつ非排他的な例として、拡張末期又は収縮末期の心室容積、心臓容積、左心室駆出率、一回拍出量及び心拍出量を含む。
【０１０２】
当該生理学的パラメータを導出することは、画像セグメンテーション手順を利用することもできる。例示として、当該生理学的パラメータが例えば拡張末期左心室容積である場合、画像セグメンテーションを適用して超音波画像を導出することができ、例えば図２に示されるように、拡張末期の左心室の輪郭を導出することができる。次いで、これを使用して、この時点での左心室の容積を決定し、このようにして当該パラメータが導出されることを可能にする。
【０１０３】
より具体的には、コントローラ１８は、モデルベースのセグメンテーションを利用して、画像に解剖学的前後関係（コンテキスト）を提供することができる。モデルベースのセグメンテーションにより、例えば心臓、特に心室の異なる解剖学的特徴構造又は要素の位置特定が可能になる。これに基づいて、当該コントローラは１以上の生理学的パラメータを導出することができる。
【０１０４】
単一の画像セグメンテーション手順が、好ましくは、取得された超音波データに対して実行され、これが、取得されたデータ内の関心のある解剖学的特徴構造を識別するため、並びに複数の時点にわたって１以上の生理学的パラメータを導出及び監視するための両方に使用される。
【０１０５】
関心のある解剖学的特徴構造（この場合は、左心室）がデータ内で、例えば画像セグメンテーションによって識別されると、コントローラ１８は位置合わせチェック手順を実行する。これを、図２及び図３を参照して説明する。
【０１０６】
図３は、４つの時点の組、ｔ ＝ ０、ｔ ＝ １、ｔ ＝ ２及びｔ ＝ ３にわたって取得された超音波データから導出された４つの超音波画像フレームを概略的に示している。各フレームは、超音波トランスジューサユニットの対応する視野３６に関して概略的に示され、心臓３２に対するその位置合わせが示されている。各時点における視野３６内の左心室３４の位置合わせは、距離４２、即ち左心室の左側壁と当該視野の右端の境界４４との間の変位（解剖学的には左であるが、図２の文脈内で右側に示される）に関して表されている。
【０１０７】
該４つのフレームは、視野内での左心室のドリフトを示しており、視野内での左心室の位置合わせ４２は、時間とともに変化している。時間ｔ＝０において、左心室３４は、視野３６のほぼ中心にある。時間ｔ＝１において、左心室は視野内で右に向かってドリフトし始めており、右側の境界までの距離４２は減少している。ｔ＝２において、左心室は右側の境界に非常に接近している。ｔ＝３までに、左心室は視野内に完全に含まれなくなり、このことは、関連する生理学的パラメータ（収縮末期または拡張末期の容積等）を導出できなくなるため、このパラメータの監視が最早不可能になることを意味するか、又は少なくとも監視機能が大幅に低下されるか若しくは精度を低下させることを意味する。
【０１０８】
コントローラ１８は、視野境界までの距離４２の特徴付けパラメータを介して左心室の位置合わせを監視し、左心室の位置合わせが時間とともに変化しているかどうかを決定するように構成される。
【０１０９】
図３の例では、位置合わせが変化している。したがって、コントローラ１８はこれを識別し、位置合わせが変化しているとの決定に応答して、該コントローラは、該決定をユーザに伝達するための出力信号を生成する。次に、これは、視野３６内での左心室３４のドリフトについてユーザに警告するための出力信号を生成し得、図３の時間t = 3におけるように左心室が視野外に完全にドリフトする前に、超音波トランスジューサユニット１６が再配置されることを可能にする。
【０１１０】
コントローラ１８は、最大の情報をユーザに提供するために、位置合わせが変化しているとして検出されているか否かの出力信号を生成することができる。
【０１１１】
当該システム又はトランスジューサユニット１６が３Ｄ超音波画像データを取得するように構成されている場合、解剖学的特徴構造の位置合わせ若しくは位置の監視又は追跡は、当該画像内の該解剖学的特徴構造を識別した結果に基づいて簡単に実行することができる。この識別により、視野内の該特徴構造の３Ｄ位置が提供され、フレーム間での視野に対する該位置の変化が識別されることを可能にする。
【０１１２】
当該システム又はトランスジューサユニット１６は２Ｄ超音波画像データを取得するように構成することもでき、この構成は、より低コストのプローブの使用を可能にする。この場合、位置合わせを追跡するための可能なアプローチは、解剖学的特徴構造の面内ドリフト（即ち、図３に示されるように、左心室が単一平面の視野の境界間を移動する）及び面外ドリフト（即ち、新しい走査面が元の走査面に隣接するように、走査面が法線方向に移動され又は回転された場合）を分離することである。
【０１１３】
面内ドリフトの場合、３Ｄデータの場合におけるのと同様のアプローチを、例えば２Ｄ画像のセグメンテーションに基づいて使用することができる。面外ドリフトを検出する場合、可能なアプローチは、当該画像内に以前は存在しなかった解剖学的構造の突然の出現を検出することを含み得る。これは、例えば深層学習アルゴリズムに基づくランドマーク検出器を使用して実行することができる。
【０１１４】
特定の例において、当該処理ユニット又は超音波撮像システムは、信号出力と組み合わせて、最適な視野の位置合わせを達成するためにプローブを調整する際に操作者を案内するための命令を通知するように構成することができる（例えば、矢印又はプローブ制御の視覚化を使用する）。これは、関連するユーザ出力ディスプレイを介して出力することができ、斯かるディスプレイは、或る例では撮像システムの一部であり得、他の例ではシステムの外部であり得る。
【０１１５】
位置合わせチェック手順を最適化するための様々のオプションが存在する。
【０１１６】
特定の例によれば、コントローラ１８は、解剖学的特徴構造（例えば、左心室３４）の位置合わせが変化するとすぐに、操作者に警告するための出力信号を生成することができる。これにより、最大の警告時間が与えられる。例えば図３の例では、当該コントローラは、ｔ＝１でドリフトが検出されるとすぐに出力信号を生成することができる。
【０１１７】
しかしながら、この方法は、一時的又は過渡的に過ぎず位置合わせにおける真の長期的ドリフトを示すものでないような視野３６内での解剖学的特徴構造３４の動きが頻繁に発生する可能性があるため、誤った肯定を生じる傾向がある。例えば、心臓の前後関係において、心室腔の周期的な拍動が位置合わせドリフト警告をトリガすることは望ましくない。
【０１１８】
したがって、一群の例によれば、コントローラ１８は、位置合わせが継続的又は一貫した態様で変化しているかを決定するように構成される。このことは、位置合わせが少なくとも最小期間にわたり共通の方向に変化し続けているかを決定することを含み得る。これにより、非常に短期間の一時的位置合わせ変化は除外される。例えば、図３の概略例において、当該コントローラは、位置合わせ変化が進行的態様で継続していると結論する前に、時間ｔ＝２まで待機するように構成することができる。
【０１１９】
勿論、図３の例は非常に概略的であって、位置合わせのドリフトは典型的に数秒ではなく数分にわたって発生し、このことは、最小ドリフト期間を定義することができ、コントローラ１８を、一貫した方向に進行する位置合わせ変化が少なくとも該最小ドリフト期間にわたり存在するかを決定するように構成することができることを意味する。
【０１２０】
さらなる例によれば、コントローラ１８は、位置合わせ変化が最小閾寸法（サイズ）を超えるかを決定するように構成することができる。該寸法は、ここでは、位置合わせを特徴付け又は定量化するために使用される何れのパラメータを参照することもできる。この例において、該寸法は、視野３６の右側の境界４４までの距離４２又は変位を指す。したがって、この例において、当該コントローラは、この距離４２の検出された変化が特定の閾寸法を超える場合にのみ、位置合わせの真のドリフトが存在すると結論付けることができる。この閾値は、例えば当該コントローラによって事前に設定されて格納することができるか、又は、幾つかの例では、例えば当該コントローラと通信可能なユーザ入力装置によってユーザ定義可能であり得る。
【０１２１】
１以上の例によれば、コントローラ１８は、特定の最小期間にわたって又は単一若しくは複数の心周期にわたって位置合わせの変化を監視し、これらの期間にわたって位置合わせに正味の変化があるかを判定することができる。正味の変化がない場合、当該コントローラは、これらの期間中に検出された中間の変化を無視することができる。これも、ドリフトの誤った肯定検出を排除することを目的としている。
【０１２２】
１以上の例によれば、コントローラ１８は、視野内の解剖学的特徴構造の、当該視野の定義された境界の閾距離又は範囲内への移動に対応する位置合わせの変化を識別又は検出するように構成することができる。特定の例においては、これらの位置合わせの変化のみを考慮に入れることができる。例えば、当該コントローラは、当該関心特徴構図が視野の境界から５ｍｍ、１０ｍｍ、２ｍｍ又は他の任意の距離内となるように視野がずれた場合を検出するように構成することができる。上記距離は、例えば、任意の単位を含み、ピクセル単位、真の単位又は他の何らかの単位であり得る。上記境界は、視野の極縁若しくは境界とすることができ、又は極縁から内側の余地境界とすることもできる。
【０１２３】
１以上の例において、境界からの前記閾距離は、患者の状態に基づいて変化され又は設定され得る。例えば、重体の患者の場合、警報がトリガされるまでに到達されるべき境界からの閾距離は増加させることができ（即ち、境界からさらに離れる）、臨床医が監視機能の可能性のある喪失について一層事前に警告されるようにする。
【０１２４】
コントローラ１８は、完全な心周期にわたって、又は例えば１つの呼吸周期をカバーする数秒間にわたる等の幾つかの心周期にわたって位置合わせ３４の正味の変化を決定することができる。
【０１２５】
コントローラ１８は、特定の例では、最小閾時間の間にわたり持続する解剖学的特徴構造の位置合わせの変化を識別するように構成することができる。持続するとは、元に戻らないことを意味する。即ち、初期位置合わせに対する位置合わせの変化は、最小閾時間後も依然として存在する。当該コントローラは、位置合わせが時間とともに変化しているか、したがって操作者に警告すべきかを決定する際に、このような持続的な位置合わせ変化のみを考慮に入れるように構成することができる。
【０１２６】
特に有利な組の実施形態によれば、コントローラ１８によって実行される位置合わせチェック手順は、視野３６内での解剖学的特徴構造（例えば、左心室３４）の位置合わせの変化速度又は率を決定することを含む。このことは、位置合わせの変化によって表される視野内の解剖学的特徴構造の対応する移動速度を決定することを意味し得る。このような速度を決定することは、２つの主要な機能を可能にする。第１に、当該解剖学的特徴構造が許容可能又は観察可能な限界を超えてドリフトするまでの残り時間を推定することが可能となり、操作者に事前に警告し、プローブの再調整を計画する時間を与えることができる。第２に、種々の種類の位置合わせ変化（種々の種類の動き）を分類すると共に、特に突然の又は急激な位置合わせ変化を無視する手段を可能にする。これらは、解剖学的特徴構造の真の長期的ドリフトを表す可能性は低く、むしろ短期間の過渡的な変化を表す可能性がある。
【０１２７】
一群の例においては、位置合わせの変化率（移動速度）が決定され、定義された最大閾値を下回る移動速度に対応する位置合わせの変化が検出される。この場合、コントローラ１８は、比較的に遅い位置合わせの変化を探す。幾つかの例において、当該コントローラはそのような変化のみを考慮に入れることができ、より急激又は急速な変化は短期間の一時的なずれを示す可能性が高い。
【０１２８】
他の例において、コントローラ１８は、特定の速度閾値を超える位置合わせの変化を識別し、即ち、突然の変化を識別し、このような変化の何らかの再発頻度を複数の時点にわたり監視するように構成される。例えば、特定の規則的な頻度で発生する、心臓又は左心室の位置合わせの十分に急激な変化は、頻繁な咳が原因である可能性がある。このように頻繁な咳が検出された場合、当該コントローラは、操作者に超音波トランスジューサユニットの位置が不安定になる可能性があることを警告又は通知するための対応する情報出力を生成することができる。
【０１２９】
有利な実施形態によれば、当該位置合わせは、上記のような解剖学的特徴構造の移動速度を決定するために経時的に追跡され、この速度は、当該特徴構造の既知の現在の位置合わせまたは位置との組み合わせで使用され、該特徴構造が許容可能な位置合わせ限界の外に移動する推定時間を決定する。例えば、図３の概略例において、左心室３４の右側の壁４４に向かう時間ｔ＝１で決定された速度に基づいて、コントローラ１８は、該左心室が時間ｔ＝３（又は直前）において右壁境界４４を超えて移動すると推定することができ、この情報は操作者に供給して警告することができる。
【０１３０】
勿論、実際には、典型的に数秒ではなく数分の警告を与えることができ、操作者にトランスジューサユニット１６の再調整を計画する時間を与えることができる。
【０１３１】
簡単な例として、当該位置合わせは長期間にわたって繰り返し追跡することができる（例えば、毎分又は１５分毎に取得される超音波画像にわたって）。例えば、コントローラ１８によって、視野３６の境界４４までの距離４２が１０分あたり１ｍｍの平均速度で減少し、境界までの現在の距離が３ｍｍであることが検出された場合、視野の境界に３０分内に到達することが推測される。この時点で、関連する生理学的パラメータの監視は信頼性のないもの又は不可能になるであろう。
【０１３２】
この場合、操作者への通知のために適切な警告が生成され得る。かくして、操作者は心臓モニタリングが３０分内に信頼性がなくなり得ると警告される。
【０１３３】
利用可能な十分な位置合わせデータがある場合（例えば、少なくとも数心周期にわたる位置合わせモニタリング）、収集された一連の測定値から残り時間の外挿を可能にする、例えばカルマンフィルタ等の、残り時間を決定するための一層複雑な方法を適用することができる。
【０１３４】
上記のシナリオにおいて、超音波撮像は３０分にわたり拍動間で連続して行う必要はない。該撮像は、発生している位置の変化を推測するためにボリュームを定期的にサンプリングすればよい。
【０１３５】
幾つかの例において、前記出力信号は異なる方法で構成することができる。当該撮像システム又は処理ユニット自体が、位置合わせチェックの結果を操作者に伝達するための手段、例えば、ディスプレイ又はスピーカを備えることができる。他の例では、該信号は外部装置に通信され、該外部装置が操作者に通知する。該信号は、警報又は警告の形をとることができる。
【０１３６】
前記出力信号は、患者固有の情報に基づいて構成することができる。該出力は、例えば、監視される解剖学的特徴構造が、患者の特定の監視期間内に視野の外に移動するかを示すことができる。例えば、患者が６０分毎にチェックされる場合、出力情報は、監視される解剖学的特徴構造が次の６０分以内に視野の外側に移動するかを示すことができる。
【０１３７】
有利な例によれば、コントローラ１８は、位置合わせチェック手順の一部として、視野３６内の解剖学的特徴構造（例えば、左心室３４）の初期位置合わせが決定される初期チェック手順を実行するように構成される。この初期チェック手順から、何らかの初期の誤位置合わせが存在するかを判定することができる。当該解剖学的特徴構造の位置合わせが、初期的に、定義された許容限界の外側にある場合、これを操作者に伝達するために情報出力を生成することができ、当該トランスジューサユニットの位置合わせを調整することができるようにする。
【０１３８】
上記許容限界は、事前に定義されて、例えば、コントローラ１８に格納することができ、又はユーザにより定義することができる。限界は、例えば、位置合わせが特徴付けられ又は定量化される特定のパラメータの最大又は最小の許容値に関係し得る。例えば、図２及び図３の例において、当該許容限界は、視野３６の境界までの距離４２の最小許容値に関して定義することができる。当該解剖学的特徴構造（例えば、左心室）が、境界からの距離４２がこの限界未満であることに対応する（初期）位置合わせを有する場合、コントローラは、操作者に通知するための情報出力を生成する。
【０１３９】
上記の例においては、視野境界４４までの距離４２が、当該解剖学的特徴構造の位置合わせが定義されるパラメータとして使用された。しかしながら、他の例では、他の任意の適切なパラメータを使用することができる。非限定的な例は、視野内の解剖学的特徴構造の位置（例えば、視野の局所座標系に関して定義される座標位置）、視野の他の境界のいずれかからの距離、複数の境界からの平均距離、又は解剖学的特徴構造の視野内に含まれる割合を含む。当該視野境界までの距離は、左心室３４の（解剖学的に）左端の壁から測定されたが、他の任意の点（例えば、解剖学的特徴構造の重心等の中心点）から測定することもできる。
【０１４０】
上記の例において、関心のある解剖学的特徴構造を識別するための超音波データの処理は画像セグメンテーション手順を使用して実行されているが、この目的のための画像セグメンテーションの使用は必須ではない。他の例においては、例えばランドマーク検出等の任意の適切な画像処理又は分析アルゴリズムを含む、異なるアプローチを使用することもできる。
【０１４１】
ランドマーク検出は、特定のランドマークの座標又は境界線を識別することに基づく画像処理方法であり、これを使用して画像データに解剖学的前後関係を提供する。３Ｄ超音波データにおけるランドマーク検出のための例示的な方法は、例えば、Raynaud, Caroline他による文献“Multi-organ detection in 3D fetal ultrasound with machine learning”Fetal, Infant and Ophthalmic Medical Image Analysis. Springer, Cham, 2017. 62-72に詳細に記載されている。
【０１４２】
２Ｄ超音波データのための物体検出に基づく画像処理方法の例は、RedmonJ及びFarhadi Aによる文献「YOLO9000：Better、Faster、Stronger」、arXiv：1612.08242に詳細に説明されている。
【０１４３】
すべての場合において、画像処理に使用されるアルゴリズムは、機械学習又は深層学習技術を利用し又は有することができる。これらは当技術分野の用語であり、統計的手法を使用して、例えばフィードバック又は過去の結果に基づいて学習する（即ち、特定の仕事のパフォーマンスを段階的に改善する）能力をシステムに付与する手順を指す。
【０１４４】
機械学習技術を利用するセグメンテーション手順の例は、例えば、Brosch, Tom他による文献“Deep convolutional encoder networks for multiple sclerosis lesion segmentation” International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. Springer, Cham, 2015に詳細に説明されている。
【０１４５】
さらなる例によれば、解剖学的コンテキストを画像の異なる要素に関連付ける又は帰属させる必要なしに、即ち、解剖学的特徴構造を解剖学的特徴構造であるとして識別する必要なしに、視野内のドリフトを検出することができる画像処理方法を使用することもできる。当該アルゴリズムは、例えば、当該画像を形成又は該画像により構成される全体的な形状又は陰影パターンのシフト若しくは変化を検出することができる。このような方法を実施するための1つのアプローチは、例えば、再帰型ニューラルネットワーク（RNN）の使用を含むことができる。再帰型ニューラルネットワークは、ユニット間の接続がシーケンスに沿って有向グラフを形成する或る種の人工ニューラルネットワークである。これにより、時系列に対して動的な時間的挙動を示すことができる。このことは、斯かるアプローチを、典型的に時系列データの処理を必要とする本発明の実施形態に特に適したものにする。
【０１４６】
上記の例において、当該システムは心臓を監視するために使用されることが示されたが、本発明はこのような用途に限定されず、他の用途において、当該システムは超音波撮像を使用して何らかの他の解剖学的領域、構造または物体を監視するのに使用することができる。
【０１４７】
さらに、上記の例において、コントローラ１８は超音波データから１以上の生理学的パラメータを導出するように構成されているが、これは必須ではなく、他の例において、該コントローラは単に位置合わせチェック手順を実行する。これは、例えば、当該超音波撮像システム又は処理ユニットが、後の分析のために超音波画像データを収集するためだけのものである場合であり得る。当該撮像システムは、いくつかの例では、取得された超音波データを格納するためのメモリを含み得る。該システムは、収集されたデータが、視野３６に正しく位置合わせされた関心解剖学的特徴構造を有することを確実にする。
【０１４８】
上記の例においては、経食道心エコー検査（ＴＥＥ）プローブの形態の超音波トランスジューサユニット１６を含む例示的超音波撮像システムが示された。該ＴＥＥプローブは、例えば、経口的又は経鼻的に挿入することができるマイクロ又は小型化されたバージョンを含む任意の適切な形態のＴＥＥプローブであり得る。ＴＥＥプローブの使用は必須ではない。他の例において、当該超音波トランスジューサユニットは、例えば、経胸壁心エコー図（ＴＴＥ）プローブの形をとることができる。このプローブは、心臓のさまざまなビューを取得するために、被験者の胸部又は腹部上に配置される。該プローブは、ＴＥＥプローブの非侵襲的な代替手段を提供する。
【０１４９】
上記では、出力信号又は情報出力の生成について説明されている。これは、外部装置、例えば患者監視装置に通知するためのものであり、該外部装置は、次いで、操作者に前記コントローラによる決定について警告するための警報を生成することができる。他の例として、コントローラ１８は感覚出力手段を含むことができ、出力信号は操作者に直接警告するための感覚出力を含み得る。
【０１５０】
何れかの実施形態において、例えば、当該超音波撮像システムの一部として、ディスプレイユニットを更に設けることができる。コントローラ１８は、前記出力信号または出力情報の視覚的表現を表示するように該表示ユニットを制御するよう構成することができる。
【０１５１】
特定の実施形態において、コントローラ１８は、患者監視装置と通信可能に結合され、前記出力信号または出力情報を該患者監視装置に通信するように構成することができる。
【０１５２】
任意の実施形態によれば、コントローラ１８を含む当該超音波処理ユニットは、超音波トランスジューサユニット１６によって含まれ得る。
【０１５３】
上述したように、本発明の第１の態様は、コントローラ１８を含み、超音波データを受信すると共に該データを処理して位置合わせチェック手順を実行し且つ前記出力信号を生成するように構成された超音波処理ユニットを提供する。本発明のさらなる態様によれば、上記したような超音波処理ユニットと、超音波データを取得するための超音波トランスジューサユニット１６とを含む超音波撮像システムが提供される。
【０１５４】
上記の例においては、全ての実施されるステップを実行するように構成された単一の統合されたコントローラ１８が設けられているが、さらなる例では、当該超音波撮像システム又は超音波処理ユニットの前後関係内で異なる機能を実行するように構成された複数の制御ユニットを設けることもできる。
【０１５５】
例えば、超音波撮像システムは、適切なサンプリングレートで超音波データを取得するように超音波トランスジューサユニット１６を制御するよう構成された撮像ユニットを有することができる。前述したように、取得した超音波データを処理して関心の解剖学的特徴構造を識別するように、すなわち該超音波データに解剖学的前後関係を提供するように構成されたコントローラ１８を含む動作可能に結合された超音波処理ユニットを設けることができる。当該画像処理ユニットは、例えば、モデルベースのセグメンテーションを実行することができる。該画像処理ユニットは、当該データを処理して、該データから１以上の生理学的パラメータを導出することもできる。さらに、前記超音波処理ユニットの一部として、前記位置合わせチェック手順を実行し、位置合わせの変化が検出された場合に前記出力信号を生成するように構成された、動作可能に結合されたドリフト検出ユニットを設けることもできる。このユニットは、前記超音波処理ユニットのコントローラ１８の一部として、または該コントローラの外部に設けることができる。
【０１５６】
上記例においては、超音波プローブ、特にＴＥＥプローブまたはＴＴＥプローブが使用されているが、これは本発明の概念に必須ではない。心臓領域の２Ｄ、３Ｄ超音波画像データ及び／又はドップラ超音波画像データ（パルス状又は連続波）を取得することができる任意の超音波トランスジューサユニットを使用することができる。これは、幾つかの例によれば、外部トランスジューサユニット又は半侵襲的プローブであり得る。
【０１５７】
幾つかの例において、本発明の実施形態は、超音波プローブが、例えば、集中治療室における、手術室における、または救急車における心臓モニタリングのために、経食道超音波または経胸腔パッチプローブによる等のように、固定位置に配置され得る臨床環境での使用が期待される。
【０１５８】
一群の実施形態によれば、当該超音波撮像システムまたは超音波処理ユニットは、患者監視装置と通信可能に結合されると共に、該患者監視装置に位置合わせチェック手順の結果および／または移動速度分析を表す出力信号または出力情報を通知するように構成される。該患者監視装置は、受信したデータを記憶するためのメモリを含み得る。該監視装置は、取得した情報をユーザ（例えば、臨床医）に表示するためのディスプレイを含み得る。該患者監視装置は、導出された位置合わせ情報と併せて表示することができる所与の患者に関するさらなる情報を含む患者データベースとリンクすることができる。
【０１５９】
本発明の一態様によれば、患者監視ユニット及び上記若しくは以下の何れかの例に記載され又は本出願の何れかの請求項に定義される超音波処理ユニットを含む患者監視装置が提供され得る。
【０１６０】
本発明の一態様によれば、患者監視ユニット及び上記若しくは以下記載され又は本出願の何れかの請求項に定義される何れかの例による超音波撮像システムを含む患者監視装置が提供され得る。したがって、該患者監視装置は、超音波トランスジューサユニット、および該トランスジューサユニットを制御すると共に該トランスジューサユニットの視野内の関心のある解剖学的特徴構造の位置合わせが時間とともに変化しているかを決定するためのコントローラを含み得る。
【０１６１】
前記患者監視ユニットは、上記の患者監視装置に関連する機能を実行することができる。特に、該患者監視ユニットは、受信した超音波データを記憶するためのメモリを含み得る。当該監視装置は、取得した情報をユーザ（例えば、臨床医）に表示するためのディスプレイを含み得る。前記患者監視ユニットは、導出された位置合わせ情報と併せて表示することができる所与の患者に関するさらなる情報を含む患者データベースとリンクすることができる。
【０１６２】
本発明のさらなる態様は、超音波処理方法を提供する。簡単な例示的方法が図４にブロックの形で示されている。
【０１６３】
第１のステップは、例えば、超音波トランスジューサユニットから超音波データを受信するステップ４８を有する。これに続いて、当該データは、該データ内の特定の解剖学的特徴構造（例えば、前記図２および図３の例におけるように、左心室）を識別するために処理される（５０）。 次に、位置合わせチェック手順５２が実行され、該手順は、超音波トランスジューサユニットの視野内の解剖学的特徴構造の位置合わせが時間とともに変化しているかを決定するステップを含む。最後に、位置合わせが変化しているとの決定に応答して、該決定をユーザに伝達するための出力信号が生成される（５４）。
【０１６４】
当該超音波処理方法は、プロセッサまたはコントローラによって実行され得る。したがって、前記超音波データは、プロセッサまたはコントローラにおいて受信することができる。この方法は、コンピュータで実施される方法であり得る。
【０１６５】
さらなる態様によれば、超音波撮像方法が提供され、該方法は：
―  関心のある解剖学的領域を表す超音波データを取得するステップ；
−  該データを処理して、該データ内の特定の解剖学的特徴構造（３４）を識別するステップ；
−  位置合わせチェック手順を実行するステップであって、該手順が前記超音波トランスジューサユニットの視野（３６）内の前記解剖学的特徴構造の位置合わせ（４２）が時間とともに変化しているかを決定することを含むステップ；及び
−  前記位置合わせが変化しているとの決定に応答して、該決定をユーザに伝達するための出力信号を生成するステップ；
を有する。
【０１６６】
対応する前記超音波システムに関して前述した何れのオプション又は変形例も、前記超音波処理方法の任意の実施形態に等しく適用することができる。この方法のステップを実施するための手段も、前記超音波システムに関連する前記説明から理解することができる。
【０１６７】
本発明の任意の実施形態による超音波撮像システムまたは超音波処理ユニットは、より広い超音波診断撮像システムの一部を形成するか、またはその一部として提供することができる。
【０１６８】
次に、図５を参照して、例示的な超音波診断撮像システムの一般的な動作について説明する。
【０１６９】
このシステムは、超音波を送信し、エコー情報を受信するためのトランスジューサアレイ６６を有するアレイトランスジューサプローブ６４を備える。従来、超音波トランスジューサには圧電材料が使用されてきている。例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）およびポリフッ化ビニリデン（PVDF）材料があり、PZTが特に人気のある材料である。単結晶圧電材料が、高性能トランスジューサのための高い圧電及び電気機械結合定数を実現するために使用されている。
【０１７０】
最近の開発により、医療用超音波トランスジューサは半導体プロセスでバッチ製造することができる見通しに到った。望ましくは、これらのプロセスは、特に3D超音波の場合、CMOSプロセス等の超音波プローブにより必要とされる特定用途向け集積回路（ASIC）を製造するために使用されるものと同じものである必要がある。これらの開発により、微細加工された超音波トランスジューサまたはMUTが生成され、その好ましい形態は容量性MUT（CMUT）である。CMUTトランスジューサは、受信した超音波信号の音の振動を変調された容量に変換する電極を備えた小さなダイアフラム状デバイスである。
【０１７１】
特にCMUTトランスジューサは、広い帯域幅にわたり機能することができ、高解像度及び高感度撮像を可能にすると共に、大きな圧力出力を生成するため、超音波周波数で大きな被写界深度の音響信号を受信することができる。
【０１７２】
この例において、トランスジューサアレイ６６は、３Ｄ撮像のために２Ｄ平面または３次元ボリュームのいずれかをスキャンすることができるトランスジューサ６８の２次元アレイである。他の例において、該トランスジューサアレイは１Ｄアレイであり得る。
【０１７３】
トランスジューサアレイ６６は、トランスジューサ素子による信号の受信を制御するプローブ内のマイクロビームフォーマ７２に結合されている。マイクロビームフォーマは、米国特許第5,997,479号（Savord他）、同第6,013,032号（Savord）および同第6,623,432号（Powers他）に記載されているように、マイクロビームフォーマは、トランスジューサのサブアレイ（一般に、「グループ」または「パッチ」と呼ばれる）によって受信された信号の少なくとも部分的なビーム形成を行うことができる。
【０１７４】
上記マイクロビームフォーマは完全にオプションであることに注意されたい。以下に説明する例は、プローブによってはアナログビーム形成が実行されないことを前提としている。
【０１７５】
マイクロビームフォーマ７２はプローブケーブルによって送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ７６に結合され、該送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ７６は、送信モードと受信モードとを切り替え、マイクロビームフォーマが使用されず当該トランスジューサアレイが主システムビームフォーマによって直接動作される場合に、該主ビームフォーマ８０を高エネルギー送信信号から保護する。トランスジューサアレイ６６からの超音波ビームの送信は、Ｔ／Ｒスイッチ７６によって前記マイクロビームフォーマに結合されたトランスジューサコントローラ７８及びユーザインターフェース又は制御パネル９８のユーザ操作からの入力を受信する主送信ビームフォーマ（図示せず）によって指示される。
【０１７６】
典型的なラインごとの撮像シーケンスにおいて、プローブ内のビーム形成システムは次のように動作することができる。送信の間において、ビームフォーマ（実施構成に応じてマイクロビームフォーマまたは主システムビームフォーマであり得る）は、当該トランスジューサアレイのサブアパーチャを活性化する。サブアパーチャは、トランスジューサの一次元ライン、またはより大きなアレイ内のトランスジューサの二次元パッチであり得る。送信モードにおいて、サブアパーチャによって生成される超音波ビームの集束とステアリングは、以下のように制御される。
【０１７７】
被写体から後方散乱エコー信号を受信すると、該受信信号は、該受信信号を整列させるために（以下に説明するように）受信ビーム形成処理を受け、次いでサブアパーチャは、例えば、１つのトランスジューサ素子だけシフトされる。次に、該シフトされたサブアパーチャが活性化され、斯かる処理が当該トランスジューサアレイのすべてのトランスジューサ素子が活性化されるまで繰り返される。各ライン（またはサブアパーチャ）に対して、最終的な超音波画像の関連するラインを形成するために使用される受信信号の合計は、受信期間中に特定のサブアパーチャのトランスジューサ素子によって測定された電圧信号の合計になるであろう。結果としてのライン信号は、以下のビーム形成処理に続いて、典型的に無線周波数（RF）データと呼ばれる。種々のサブアパーチャによって生成された各ライン信号（RFデータセット）は、次いで、最終的な超音波画像のラインを生成するために追加の処理を受ける。時間の経過に伴う該ライン信号の振幅の変化は、深さに伴う超音波画像の輝度の変化に寄与し、大振幅のピークは、最終画像における明るいピクセル（またはピクセルの集合）に対応する。ライン信号の先頭近くに現れるピークは、浅い構造体からのエコーを表す一方、該ライン信号の益々遅く現れるピークは、被写体内の増加する深さにおける構造体からのエコーを表す。
【０１７８】
トランスジューサコントローラ７８によって制御される機能の１つは、ビームがステアリング及び集束される方向である。ビームは、当該トランスジューサアレイから真っ直ぐ前方に（直交して）、またはより広い視野のために異なる角度でステアリングすることができる。送信ビームのステアリングおよび集束は、トランスジューサ素子の作動時間の関数として制御することができる。
【０１７９】
最初に集束機能に目を向けると、すべてのトランスジューサ素子を同時に活性化させることにより、トランスジューサアレイは、被写体を介して進行するにつれて発散する平面波を発生する。この場合、超音波のビームは収束されないままとなる。トランスジューサの作動に対して位置依存の時間遅延を導入することにより、ビームの波面を焦点ゾーンと呼ばれる所望の点に収束させることが可能である。焦点ゾーンは、横方向のビーム幅が送信ビーム幅の半分未満になる点として定義される。このようにして、最終的な超音波画像の横方向の解像度が改善される。
【０１８０】
たとえば、時間遅延が当該トランスジューサ素子を、最外側の素子で始まり、中央の素子（又は複数の素子）で終わるようにして、順次作動させる場合、焦点ゾーンが上記中央の素子（又は複数の素子）に合わせて当該プローブから所与の距離に形成される。プローブからの焦点ゾーンの距離は、トランスジューサ素子の後続の各作動時の間の時間遅延に応じて変化する。ビームが焦点ゾーンを通過した後、該ビームは発散し始め、遠視野撮像領域を形成する。トランスジューサアレイの近くに配置された焦点ゾーンの場合、超音波ビームは遠視野において急速に発散し、最終画像におけるビーム幅アーチファクトが生じることに注意すべきである。通常、トランスジューサアレイと焦点ゾーンとの間に位置する近接場は、超音波ビームの大きなオーバーラップにより、僅かな詳細しか示さない。したがって、焦点ゾーンの位置を変えることは、最終的な画像の品質の大幅な変化につながり得る。
【０１８１】
送信モードにおいては、当該超音波画像が複数の焦点ゾーン（それぞれが異なる送信焦点を有し得る）に分割されない限り、1つの焦点のみが定義され得ることに注意すべきである。
【０１８２】
更に、被写体内からエコー信号を受信する際に、上記の逆の処理を行って、受信フォーカシングを行うこともできる。言い換えれば、入力信号は、トランスジューサ素子によって受信され、信号処理のために当該システムに渡される前に電子的時間遅延を受けるようにすることができる。これの最も単純な例は、遅延和ビーム形成と呼ばれる。トランスジューサアレイの受信フォーカシングを時間の関数として動的に調整することもできる。
【０１８３】
ここでビームステアリングの機能に目を向けると、トランスジューサ素子に時間遅延を正しく適用することにより、トランスジューサアレイを離れる際に超音波ビームに所望の角度を与えることが可能である。たとえば、トランスジューサアレイの第１側のトランスジューサを活性化し、続いて当該アレイの反対側で終わる順序で残りのトランスジューサを活性化することにより、ビームの波面は第２側に向かって角度が付けられる。トランスジューサアレイの法線に対するステアリング角度の大きさは、後続のトランスジューサ素子の活性化の間の時間遅延の大きさに依存する。
【０１８４】
さらに、ステアリングされるビームを集束させることも可能であり、その場合、各トランスジューサ素子に付与される合計の時間遅延は、集束及びステアリング時間遅延の両方の和である。この場合、該トランスジューサアレイはフェーズドアレイと呼ばれる。
【０１８５】
トランスジューサコントローラ７８は、トランスジューサアレイのためのＤＣバイアス制御部１０５を制御するように結合することができる。ＤＣバイアス制御部１０５は、トランスジューサ素子に印加されるＤＣバイアス電圧（又は複数の電圧）を設定する。
【０１８６】
トランスジューサアレイの各トランスジューサ素子に関して、通常チャネルデータと呼ばれるアナログ超音波信号が、受信チャネルを経由して当該システムに入る。受信チャネルにおいては、部分的にビーム形成された信号がマイクロビームフォーマ７２によってチャネルデータから生成され、次に主受信ビームフォーマ８０に渡され、そこでトランスジューサの個々のパッチからの部分的にビーム形成された信号は、無線周波数（RF）データと呼ばれる完全にビーム形成された信号へと結合される。各段階で実行されるビーム形成は、上記のように実行することもでき、又は追加の機能を含むこともできる。例えば、主ビームフォーマ８０は１２８個のチャネルを有することができ、各チャネルは数十または数百のトランスジューサ素子のパッチから部分的にビーム形成された信号を受信する。このようにして、トランスジューサアレイの何千ものトランスジューサによって受信された信号が、単一のビーム形成された信号に効率的に寄与することができる。
【０１８７】
ビーム形成された受信信号は、信号プロセッサ８２に結合される。信号プロセッサ８２は、受信されたエコー信号を以下のような様々な方法で処理することができる。帯域通過フィルタ処理；デシメーション；IおよびQ成分分離；並びに高調波信号分離（該高調波信号分離は、線形信号と非線形信号とを分離して、組織及びマイクロバブルから返送される非線形（基本周波数の高調波）エコー信号の識別を可能にする）。該信号プロセッサは、スペックル低減、信号合成及びノイズ除去などの追加の信号増強も実行することができる。該信号プロセッサの帯域通過フィルタは、エコー信号が増加する深さから受信されるにつれて通過帯域が高周波数帯域から低周波数帯域にスライドするトラッキングフィルタとすることができ、これにより、通常、解剖学的情報が乏しい一層深い深度からの一層高い周波数におけるノイズを除去する。
【０１８８】
送信用及び受信用のビームフォーマは、異なるハードウェアで実施化され、異なる機能を有することができる。もちろん、受信器ビームフォーマは、送信ビームフォーマの特性を考慮して設計される。図５には、簡略化のために、受信器ビームフォーマ７２、８０のみが示されている。完全なシステムには、送信マイクロビームフォーマ及び主送信ビームフォーマを備えた送信チェーンも存在する。
【０１８９】
マイクロビームフォーマ７２の機能は、アナログ信号経路の数を減らすために信号の初期的組み合わせを提供することである。これは、通常、アナログドメインで実行される。
【０１９０】
最終的なビーム形成は主ビームフォーマ80において行われ、通常はデジタル化後である。
【０１９１】
送信チャネル及び受信チャネルは、固定周波数帯域を有する同じトランスジューサアレイ６６を使用する。しかしながら、送信パルスが占める帯域幅は、使用される送信ビーム形成に依存して異なる。受信チャネルは、トランスジューサの帯域幅全体をキャプチャすることができ（これは古典的なアプローチである）、又は、バンドパス処理を使用することにより、所望の情報（例えば、主調波の高調波）を含む帯域幅のみを抽出することができる。
【０１９２】
当該ＲＦ信号は、次いで、Ｂモード（すなわち、輝度モード、または２Ｄ画像化モード）プロセッサ８６およびドプラプロセッサ８８に結合することができる。Ｂモードプロセッサ８６は、臓器組織及び血管等の体内の構造の画像化のために、受信された超音波信号に対して振幅検出を実行する。ライン毎撮像の場合、各ライン（ビーム）は関連するRF信号により表され、その振幅は、Ｂモード画像のピクセルに割り当てられるべき輝度値を生成するために使用される。画像内のピクセルの正確な位置は、RF信号に沿った関連する振幅測定の位置及びRF信号のライン（ビーム）番号によって決定される。このような構成のＢモード画像は、米国特許第6,283,919号（Roundhill他）および米国特許第6,458,083号（Jago他）に記載されているように、高調波画像モード若しくは基本画像モード、又は両方の組み合わせで形成することができる。ドプラプロセッサ88は、組織の動き及び血流から生じる時間的に異なる信号を処理して、画像フィールド内の血球の流れ等の動く物質を検出する。ドプラプロセッサ８８は、通常、体内の選択されたタイプの物質から返送されるエコーを通過または拒絶するようにパラメータが設定されたウォールフィルタを含む。
【０１９３】
この帯域通過特性は、流れる血液からの信号を通過させる一方、心臓の壁等の近くの静止したまたはゆっくりと動く物体からの信号を拒絶する。逆の特性は、心臓の動く組織からの信号を通過させる一方、血流信号を拒絶し、組織の動きを検出して描写する組織ドプライメージングと呼ばれるものである。該ドプラプロセッサは、画像フィールド内の異なる点からの時間的に離散したエコー信号のシーケンスを受信して処理する（特定の点からのエコーのシーケンスはアンサンブルと呼ばれる）。比較的短い間隔にわたり急速に連続して受信されたエコーのアンサンブルは、流れる血液のドプラシフト周波数を推定するために使用することができ、該ドプラ周波数の速度に対する対応は血流速度を示す。長い期間にわたって受信されたエコーのアンサンブルは、ゆっくり流れる血液またはゆっくりと動く組織の速度を推定するために使用される。現代の移動式超音波システムにおいては、上記の信号処理ユニットのほとんどは、超音波トランスジューサユニット１６内で機能的に実施化することができる。
【０１９４】
前記Ｂモードおよびドプラプロセッサによって生成された構造信号および動き信号は、スキャンコンバータ９２および多平面リフォーマッタ１０４に結合される。スキャンコンバータ９２は、受信された空間関係のエコー信号を、所望の画像フォーマットで配置する。言い換えれば、該スキャンコンバータは、当該ＲＦデータを円筒座標系から画像ディスプレイ１００上に超音波画像を表示するのに適したデカルト座標系に変換するように機能する。非限定的な例において、スキャンコンバータ９２は、コントローラ７８の機能も実施することができる。Ｂモード画像化の場合、所与の座標におけるピクセルの明るさは、当該位置から受信されたRF信号の振幅に比例する。例えば、該スキャンコンバータは、エコー信号を２次元（２Ｄ）扇形フォーマット、またはピラミッド型３次元（３Ｄ）画像に配列することができる。該スキャンコンバータは、Ｂモードの構造画像に、画像フィールド内の各点での動きに対応するカラーを重ねることができ、その場合において、ドプラ推定速度により所与のカラーが生成される。結合されたＢモード構造画像及びカラードプラ画像は、構造画像フィールド内に組織の動き及び血流を描く。前記多平面リフォーマッタは、米国特許第6,443,896号（Detmer）に記載されているように、身体のボリューム領域内の共通平面における点から受信されるエコーを、該平面の超音波画像に変換する。ボリュームレンダラ１０２は、３Ｄデータセットのエコー信号を、米国特許第6,530,885号（Entrekin他）に記載されているように、所与の基準点から見た投影３Ｄ画像に変換する。
【０１９５】
上記２Ｄまたは３Ｄ画像は、スキャンコンバータ９２、多平面リフォーマッタ１０４およびボリュームレンダラ１０２から画像プロセッサ９０に結合されて、画像ディスプレイ１００上に表示するためのさらなる強化、バッファリングおよび一時的な記憶を行う。該画像プロセッサは、最終的な超音波画像から、例えば強力な減衰器または屈折によって引き起こされる音響シャドウイング；たとえば弱い減衰器によって引き起こされる後方増強；たとえば、反射率の高い組織の境界面が近接している場合の残響アーチファクト；等の特定の画像化アーチファクトを除去するように構成することができる。さらに、該画像プロセッサは、最終的な超音波画像のコントラストを改善するために、特定のスペックル低減機能を処理するように構成することもできる。
【０１９６】
画像化に使用されることに加えて、ドプラプロセッサ８８によって生成された血流値およびＢモードプロセッサ８６によって生成された組織構造情報は、定量化プロセッサ１５４に結合される。該定量化プロセッサは、臓器の大きさ及び妊娠年齢等の構造測定に加えて、血液流量等の異なる流れ条件の測定値を生成する。該定量化プロセッサは、測定が行われるべき画像の解剖学的構造内の点等の入力をユーザ制御パネル９８から受け取ることができる。
【０１９７】
上記定量化プロセッサからの出力データは、ディスプレイ１００上の画像に伴う測定グラフィックスおよび値を再生するために、およびディスプレイ装置１００からのオーディオ出力のために、グラフィックスプロセッサ９６に結合される。グラフィックスプロセッサ９６は、超音波画像に伴う表示用のグラフィックオーバーレイを生成することもできる。これらのグラフィックオーバーレイは、患者名、画像の日付と時刻、撮像パラメータなどの標準的な識別情報を含むことができる。これらの目的のために、該グラフィックプロセッサは、患者名などの入力をユーザインターフェース９８から受け取る。該ユーザインターフェースは、送信コントローラ７８にも結合されて、トランスジューサアレイ６６からの超音波信号の生成をしたがって、該トランスジューサアレイおよび当該超音波システムによって生成される画像を制御する。コントローラ７８の送信制御機能は、実行される機能の１つにすぎない。コントローラ７８は、動作モード（ユーザによって与えられる）、ならびに対応する必要な送信機構成および受信器のアナログ−デジタル変換器における帯域通過構成も考慮に入れる。コントローラ７８は、固定状態を有する状態マシンであり得る。
【０１９８】
当該ユーザインターフェースは、複数の多平面再フォーマット（ＭＰＲ）画像におけるＭＰＲ画像の画像フィールドにおいて定量化された測定を実行するために使用され得る平面の選択および制御のために多平面リフォーマッタ１０４にも結合される。
【０１９９】
前述したように、実施形態はコントローラを利用する。該コントローラは、必要な種々の機能を実施するために、ソフトウェア及び／又はハードウェアを使用してさまざまな方法で実施化することができる。プロセッサは、当該必要とされる機能を実施するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用してプログラムすることができる１以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。しかしながら、コントローラは、プロセッサを使用してまたは使用せずに実施化することができると共に、いくつかの機能を実施するための専用ハードウェア及び他の機能を実施するためのプロセッサ（例えば、１以上のプログラムされたマイクロプロセッサおよび関連回路）の組み合わせとして実施化することもできる。
【０２００】
本開示の様々な実施形態で使用することができるコントローラ構成部品の例には、これらに限定されるものではないが、通常のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）が含まれる。
【０２０１】
様々な実施化例において、プロセッサまたはコントローラは、RAM、PROM、EPROMおよびEEPROM（登録商標）等の揮発性および不揮発性コンピュータメモリなどの1以上の記憶媒体に関連付けることができる。該記憶媒体は、１以上のプロセッサおよび／またはコントローラ上で実行された場合に必要な機能を果たす１以上のプログラムにより符号化することができる。様々な記憶媒体は、プロセッサまたはコントローラ内に固定することができるか、又は記憶された１以上のプログラムがプロセッサまたはコントローラにロードされ得るように輸送可能であり得る。
【０２０２】
開示された実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、および添付請求項の精査から、請求項に記載された発明を実施する際に当業者によって理解および実施することができる。請求項において、「有する」という単語は、他の要素またはステップを除外せず、単数形は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。請求項における何れの参照記号も、当該範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【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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【国際調査報告】
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