(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドップラパワーを計算し、
前記計算する際に行われる計算に基づいて複数の血管の空間マップを生成し、
血管の流れ特性を抽出するために、前記複数の血管の中から、前記血管を前記血管が動脈であるか又は静脈であるかを決定することを含めて調べ、
抽出された前記特性に基づいて、前記血管が動脈である場合にＫ最近傍分類器を用いて前記血管を血管の名前を付けることにより解剖学的に識別する、
ように構成される装置。
【請求項２】
それぞれ前記特性を抽出するために前記複数の血管を調べるように、及び、それぞれ抽出された前記特性に基づいて、前記血管を個別に解剖学的に識別するように、構成される、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
さらに、前記計算することを実行するために、前記複数の血管を調べるように構成される、
請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
さらに、前記空間マップに基づいて及び前記生成することに応じて、サンプルボリュームを設定するように構成される、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記調べることは、前記空間マップに基づくとともに前記空間マップの生成に応じる、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記調べることは、それぞれの前記特性を抽出するために、前記空間マップ内の前記血管の全てに適用され、
前記装置はさらに、前記抽出すること及び前記抽出された特性に基づいて、前記血管のそれぞれを解剖学的に識別するように構成される、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
携帯、スタンドアローン、診断装置が、前記装置を含む、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
トランスデューサ素子を有し、前記調べることに使用されるビームを、集束又は誘導するためにいずれの前記素子も集合的に使用しないように、構成される、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
さらに、周期的な拍動運動が動脈の正流チャネル及び負流チャネルの両方に存在するかどうかを決定するように構成され、前記識別することは、前記決定に基づく、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
血管を解剖学的に識別するためのコンピュータ可読媒体であって、
前記媒体は、複数の動作を実行するためのプロセッサによって実行可能な命令を有するコンピュータプログラムを含み、前記複数の動作の中には：
前記血管の流れ特性を抽出するために前記血管を前記血管が動脈であるか又は静脈であるかを決定することを含めて調べること、及び、前記抽出された前記特性に基づいて、前記血管が動脈である場合にＫ最近傍分類器を用いて前記血管を血管の名前を付けることにより解剖学的に識別することを実行すること；
血管の空間マップを生成することであって、前記血管は前記血管の中にある；及び
前記空間マップを生成する際、一つのトランスデューサ素子を介して検出されたものに基づいて、選択的にボクセルを評価すること；を含む、
コンピュータ可読媒体。
【請求項１１】
前記評価することは、前記一つのトランスデューサ素子を介して検出されるドップラパワーに基づく、
請求項１０に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１２】
前記ボクセルは、前記素子のフットプリントの下にある、
請求項１１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
所定の最小サイズより大きいサイズを有する領域内の全ての血管の空間マップを生成し；
前記空間マップに基づいて及び前記生成に応じて、前記血管の流れ特性を抽出するために、前記血管の中から、ある血管を前記ある血管が動脈であるか又は静脈であるかを決定することを含めて調べ；
抽出された前記特性に基づいて、前記ある血管が動脈である場合にＫ最近傍分類器を用いて前記ある血管を血管の名前を付けることにより解剖学的に識別する、
ように構成される装置。
【請求項１４】
前記調べることは、超音波を放射すること及び、前記放射することから生じるエコーを、信号として受信すること、を含む、
請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置はさらに、超音波トランスデューサのノンフェーズドアレイ及びユーザインタフェースをさらに有し、
前記空間マップを生成することは、前記超音波トランスデューサのノンフェーズドアレイにより、第１の血管を含む１又は複数の血管の空間マップを生成することを含み、
前記血管を調べることは、前記空間マップに基づいて、前記第１の血管のパルス状流れ特性を決定することを含み、
前記血管を解剖学的に識別することは、決定された前記第１の血管の前記パルス状流れ特性に基づいて、前記第１の血管の血管カテゴリを識別することを含み、
前記装置はさらに、
識別された血管分類及び前記第１の血管の場所に基づいて、前記第１の血管の名前を付け、
前記ユーザインタフェースを介してユーザ入力を取得し、
前記第１の血管及び前記第１の血管の付けられた名前を、前記第１の血管が前記ユーザ入力に対応しているという決定に基づいて、前記ユーザインタフェースに提示させる、
ように構成される、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記空間マップを生成することは、超音波トランスデューサのノンフェーズドアレイを介して取得されるデータに基づいて、第１の血管を含む１又は複数の血管の空間マップを生成することを含み、
前記血管を調べることは、前記空間マップに基づいて、前記第１の血管のパルス状流れ特性を決定することを含み、
前記解剖学的に識別することは、決定された前記第１の血管の前記パルス状流れ特性に基づいて、前記第１の血管の血管分類を識別することを含み、
前記複数の動作はさらに、
識別された血管分類及び前記第１の血管の場所に基づいて、前記第１の血管の名前を付けること、
ユーザインタフェースを介したユーザ入力を取得すること、及び
前記第１の血管及び前記第１の血管の付けられた名前を、前記第１の血管が前記ユーザ入力に対応しているという決定に基づいて、前記ユーザインタフェースに提示させること、
を含む、
請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
前記装置はさらに、超音波トランスデューサのノンフェーズドアレイ及びユーザインタフェースをさらに有し、
前記空間マップを生成することは、前記超音波トランスデューサのノンフェーズドアレイにより、第１の血管を含む１又は複数の血管の空間マップを生成することを含み、
前記調べることは、前記空間マップに基づいて、前記第１の血管のパルス状流れ特性を決定することを含み、
前記血管を解剖学的に識別することは、決定された前記第１の血管の前記パルス状流れ特性に基づいて、前記第１の血管の血管分類を識別することを含み、
前記装置はさらに、
識別された血管分類及び前記第１の血管の場所に基づいて、前記第１の血管の名前を付け、
前記ユーザインタフェースを介してユーザ入力を取得し、
前記第１の血管及び前記第１の血管の付けられた名前を、前記第１の血管が前記ユーザ入力に対応しているという決定に基づいて、前記ユーザインタフェースに提示させる、
ように構成される、
請求項１３又は１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管を識別するために調べるための、特に、血管を解剖学的に識別するための装置に向けられる。
【背景技術】
【０００２】
胎児の健康を評価することは妊娠ケアにおいて非常に重要な臨床診療である。現在、医師が胎児の健康を評価するための最も普及している方法は胎児心拍数陣痛図（ＣＴＧ）を用いる胎児心拍数の分析と、超音波ドップラを用いる母体と胎児の血管血流の評価である。胎児と母親の特定の血流の超音波ドップラ波形解析は、確立された医療行為の一部であり、高リスク妊娠（母親の２型糖尿病、高血圧若しくは子癇前症及び胎児のＩＵＧＲ−子宮内胎児発育遅延）の診断と評価のための様々な臨床ガイドラインにおける標準的推奨である。定期的な妊婦管理の主な目的の一つは、臨床的に介入するために「危険な状態にある」胎児を特定し、それによって周産期罹病率及び死亡率の発生率を削減することである。胎児の健康の評価で有用な血管の幾つかは、臍動脈、中大脳動脈、静脈管、及び（左右）子宮動脈と臍静脈である。
【０００３】
超音波スキャナは世界中で妊娠の観察において不可欠になっている。それらは現在胎児の成長と発達を観察する最適な選択肢を提供する。デュプレックス超音波スキャナは通常スキャンに加えて超音波パルス波ドップラを提供する。カラー及びパワードップラは血管イメージングを提供するスキャナの範囲に新たに加えられるものである。特にカラードップラが一般に提供され、しばしば「トリプレックス（ｔｒｉｐｌｅｘ）」スキャナと呼ばれるものをもたらす。二次元カラーフローマッピングでは、超音波反射がグレースケールで表されるとともに流速情報がカラーで与えられるように、血管の空間像が、フロー画像と重ねられる。
【０００４】
ドップラ検査は典型的には、臨床的に有用な測定を得るために高度な技術を要する。例えば、ビーム‐フロー角度が６０度未満であることを確実にするために血管に対するプローブの正確な配向が必須である。測定における誤差は６０度よりも大きい角度が速度の決定に使用されると増幅される。臨床超音波スキャナでの標準的なワークフローは、超音波検査技師が標準Ｂモード及びカラーフロー表示を用いて血管に対するプローブの配向を決定することを可能にする。そしてスペクトルドップラ測定が得られ、こうして測定された速度が正しいことを確実にする。
【０００５】
また、現在、サンプルボリュームが、放射線科医によって手動で設定され、これは技術を必要とする。
【０００６】
ドップラ速度測定を実行するための血管適用における超音波の使用は、熟練者の利用可能性を必要とする。
【０００７】
デュプレックス超音波スキャナは、血管における流速を測定するために及び血流を示すスペクトログラムを生成するために使用される。測定は、医学的診断を行う際、医師によって使用されるドップラ指数を与えるためにスペクトログラムに基づいて行われる。それによって診断が行われることになる血管は、ディスプレイを介して、その名前によって解剖学的に識別される。
【０００８】
Ｙｏｏ他による特許文献１は、血管を他の分割された血管と区別するためにイメージングに関して分割された血管に数又は色を付けるという意味で血管を自動的に標識するための超音波システムを開示する。背景となる他の関連する研究領域は、Ｆｒｉｅｄｍａｎ他の特許文献２並びにＧａｕｔｈｉｅｒ他の特許文献３及びＰａｌｌａｖｉ他による“Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｂａｓｅｄ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｕｔｅｒｉｎｅ  Ａｒｔｅｒｙ  ａｎｄ  Ｕｍｂｉｌｉｃａｌ  Ａｒｔｅｒｙ  ｆｏｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｐｒｅｇｎａｎｃｙ”等の本出願人の業績に見出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００３４８０７号
【特許文献２】ＷＯ２０１１／０２１１７５
【特許文献３】ＷＯ２０１１／０４１２４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
インド等新興市場国において、専門家の不足は超音波の利用とアクセスを制限する。従って、臨床診断のためにドップラ信号を取得し評価する自動化された方法（ユーザが超音波スキャン画像を解釈する必要がない）が、初期治療提供者である産婦人科医若しくは心臓専門医などの非放射線科医にとって有用であろう。
【００１１】
加えて、新興市場環境において魅力的な解決法を提供するためには低コストシステムが必須である。出産前検査及び陣痛のための現在市販されている装置は超音波及びＣＴＧマシンである。しかしながら、これらの装置は両方とも比較的高価である。
【００１２】
また、自動妊娠観察を試みる際の複雑にする要因は、非常に広範囲の超音波照射、例えば２から１０センチメートル（ｃｍ）の範囲の深さを有する、が発生するということである。この範囲は、多くの血管を潜在的に有し得る。総腸骨動脈は外腸骨動脈及び内腸骨動脈に分岐する。内腸骨動脈は、子宮動脈及び閉鎖筋動脈に分岐する。子宮動脈は、頸部動脈と膣動脈として続く一方、外腸骨動脈は、大腿及び上腹部動脈に分岐する。これらの末梢動脈のいずれか１つは、子宮又は外腸骨動脈を探す間に調べられている空間領域に存在することができる。
【００１３】
さらなる検討は、患者の動き、又は産科応用での胎児の動きが、関心のある血管の識別に不利に影響を与え得ることである。この要因は、検査を行うために必要な時間とともに増加する。
【００１４】
高リスク妊娠を検査及び観察するためにドップラ速度計測を提供する低コストで使いやく時間を節約する解決法に対する必要性が存在する。
【００１５】
“Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ”と題する本発明の譲受人に譲渡された特許出願は、携帯スタンドアロンドップラベースの超音波プローブを開示し、その検査面は、より細かくなく個別のトランスデューサ素子に、すなわち、比較的少ない個別の素子に分割されている。そこに述べられているように、プローブは、解剖の画像表示を解釈する必要なしに自動的に動作する。
【００１６】
本特許出願は、直ぐ上で言及されたプローブの特定の適用を用いて、超音波照射の領域内の最小サイズより大きいサイズを有する全ての血管を自動的且つ解剖学的に識別すること並びにそれらを自動的に標識することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、装置は、血管の流れ特性を抽出するために血管を調べるように、並びに抽出することに応じて及び抽出された特性に基づいて、解剖学的に血管を識別するように、構成される。
【００１８】
一態様では、装置はさらに、血管の空間マップを生成するように構成され、上述の血管は血管の中にある。
【００１９】
下位の態様では、装置はさらに、マップに基づいて及び生成することに応答して調べるように構成される。
【００２０】
他の下位の態様では、マップの生成において、装置は、装置の１つのトランスデューサ素子によって検出されたドップラパワーに基づいてボクセルを選択的に評価する。
【００２１】
他の観点からは、装置は、それぞれ流れ特性を抽出するために血管を調べるように、並びに、それぞれ抽出することに応じて及びそれぞれ抽出された特性に基づいて、血管を個別に解剖学的に識別するように、構成され、前述の血管はこれらの調べられたものの中にある。
【００２２】
装置は、下位の態様において、さらに、調べることの結果に基づいて、調べられた血管の中から血管の空間マップを生成するように構成される。
【００２３】
さらなる下位の態様として、装置はさらに、マップに基づいて及び前記生成することに応じて、サンプルボリュームを設定するように構成される。
【００２４】
代替の観点から、調べることは、血管のマップに基づくとともにマップの生成に応じる。
【００２５】
幾つかの実施形態では、マップに基づいて調べることは、マップ内の血管の全てに適用される。
【００２６】
異なる下位の態様では、装置は、ユーザディスプレイを含み、さらに、血管の識別に応答して、識別された血管の概要を、ディスプレイで見るために生成するように構成される。概要は、識別された血管の名前及び特性の抽出によって得られた情報を含む。
【００２７】
関連する下位の態様では、装置は、ディスプレイをさらに含むユーザインタフェースを含む。識別された血管が、インタフェースを介した選択のために示される。装置はさらに、血管を調べることに基づいて生成されたマップに基づいて、ディスプレイに、選択された血管及びその解剖学的な名前を表示するように構成される。
【００２８】
１つの他の関連する下位の態様では、装置は、ディスプレイを含むユーザインタフェースを含む。装置は、血管を調べることに応じて、識別が実行されたマップを、ディスプレイで、見るために、生成するように構成される。装置はさらに、インタフェースを介して、マップの１又は複数の血管のユーザの選択に応答して、画面上で１又は複数の選択された血管をズームインするするように構成される。
【００２９】
さらに他の関連する下位の態様では、装置は、ユーザインタフェースを含み、このインタフェースによって、複数の識別された血管を含むセットが、血管の識別のために選択可能である。また、装置はさらに、選択に基づいて、ユーザに、複数の識別された血管を同時に、解剖学的に識別するように構成され得る。
【００３０】
選択可能性に関して、さらなる下位の態様では、装置はさらに、複数の血管内からの血管のマップに基づいて及び選択に応じて、サンプルボリュームを設定するように構成される。
【００３１】
一般的な下位の態様では、識別することは、単に血管のカテゴリによってではなく、解剖学的な名前によって、血管を個別に識別する。
【００３２】
他の一般的な観点から、携帯、スタンドアローン、診断装置が装置を組み込み得る。
【００３３】
他の適用可能な特徴として、装置は、トランスデューサ素子を有し、調べることに使用されるビームを、集束又は誘導するためにいずれの素子も集合的に使用しないように、構成される。
【００３４】
特定の下位の態様では、装置はさらに、周期的な拍動運動が動脈の正流チャネル及び負流チャネルの両方に存在するかどうかを決定するように構成される。識別することは、この決定に基づく。
【００３５】
１つの追加的な下位の態様では、装置はさらに、識別することがピーク心収縮への時間とピーク心収縮から拡張終期への時間との間の比に基づくように構成される。
【００３６】
異なる、相補的な下位の態様では、特性は、多次元特徴空間での特徴となり、識別することは空間内での近接性に基づく。
【００３７】
異なるが関連する下位の態様では、識別することは、スペクトログラムのタイムスパン、及び同じサイクルにおける前の周波数シフトを少なくとも７５Ｈｚだけ超える周波数シフトを有するスペクトログラムの最大周波数エンベロープ内のピークの数を計算することを含む。ピークは、それらのそれぞれのパルスサイクルの最大ピークである。予め定められた拍動性閾値に対して、直ぐ上で述べられた数に対するタイムスパンの比の比較が、血管が動脈であるかどうか決定するために、行われる。
【００３８】
もう一つの下位の態様では、識別することは、血管がどの動脈又は静脈であるかに名前を付ける。
【００３９】
新規の装置、及びその自動的な血管識別の詳細は、以下の図面を用いて、以下にさらに記載され、これらは縮尺通りに描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】例として、超音波プローブ、血管を含む関心体積、及び血流波形と各臨床ドップラ指数を示す略図である。
【図２】血管を分類するのに使用可能な特徴を含む、パルスサイクルのグラフである。
【図３】血管を解剖学的に識別するためのフローチャートである。
【図４】外腸骨動脈のスペクトルを示すグラフ、及び動脈のチャネルである。
【図５】血管の自動名前付け及び臨床診断支援に関するユーザインタラクションの概念図である。
【図６】それによって自動血管名前付け装置が動作し、ユーザと相互に作用する、プロセスの一対のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
自動血管識別に関して本明細書で提案されていることの記載は、主に、特許出願“Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ”に開示されたドップラベースのプローブの再検討に先行される。特に本発明に焦点を合わせた議論は、図２及びそれに続く図と関連して開始されるであろう。
【００４２】
図１は説明であって限定ではない実施例として、超音波プローブ１００、及び血管１０８、１１０、１１２を含む体積若しくは「関心体積」１０６を描く。血流、若しくはスペクトログラムのエンベロープとなる「スペクトルドップラ超音波」波形１１４及び各臨床ドップラ指数１１６，１１８がさらに描かれる。
【００４３】
プローブ１００は自動、携帯、スタンドアローン、自立型の超音波検査装置として実現可能である。これはトランスデューサハウジング１２０とハンドル１２２を有する。
【００４４】
トランスデューサハウジング１２０内で、ノンフェーズド二次元トランスデューサアレイ１２４が、トランスデューサ素子１２６から構成され、素子の数はスキャン体積及び解剖構造によって決定される。データ取得は、素子１２６によって個別に生じるが、以下に詳細に議論されるように、素子は、全体の取得期間を短くするために同時に動作可能である。
【００４５】
例として図1に見られる通り、素子１２６の数は３２である。従って、１０ｍｍの素子サイズで、およそ６ｃｍ×６ｃｍの体積がカバーされる。トランスデューサ素子１２６の超音波受信面又はフットプリント１３２は、ハウジング１２０の前面１３０と同一平面であり、同じ面はまた超音波を送信する、すなわち放つ。
【００４６】
全部でわずかに３２の素子１２６は、同じ６ｃｍ×６ｃｍの体積をカバーするために従来の医用イメージングで要求され得る、より多数の素子とは全く対照的である。
【００４７】
これについて、フェーズドアレイトランスデューサと同様に、医用イメージングのための電子フォーカシングは１／２波長、すなわち１／２λ以下の素子間間隔を必要とする。イメージングのためのドップラ超音波は典型的には毎秒２×１０６乃至４×１０６サイクル（２乃至４ＭＨｚ）に及び得る。超音波は約１５４０メートル／秒の速さで身体軟組織を通過する。波長、すなわちλは、速度を周波数で除したものに等しい。ここで、これは１５４０ｍ／ｓをおよそ２×１０６サイクル／秒で除した０．８ミリメートルである。従ってディスプレイ用の医用超音波イメージングは０．４ｍｍ未満の素子間間隔、及び０．２ｍｍ２未満である（０．４ｍｍ）２未満の素子表面積を必要とし得る。従って、約１／２λの小さな素子サイズで、図１に見られるような６ｃｍ×６ｃｍの体積をカバーする２Ｄアレイを作るために、何千もの素子１２６が要求され得る。
【００４８】
図１における素子の間隔（サイズ）は１０ｍｍであり、これは、上述の通り、通常、存在する血管１０８、１１０、１１２に関する関心体積１０６を検査するのに使用される超音波の１２λを上回る。
【００４９】
より一般的には、素子１２６は、本明細書に提示されるものによれば、１／２λを上回る間隔であるが、素子間間隔１２８は上述の通りλ、２λ若しくはそれより大であり得る。それに対応して、面１３２の面積は、少なくとも０．６平方ミリメートル（ｍｍ２）であり、図１の通り１０ｍｍ２，２５ｍｍ２，若しくは１００ｍｍ２など、それより大であり得る。
【００５０】
有利には、自動超音波装置１００は、診断に達するために医用画像の表示に頼らず、代わりに、より少ないトランスデューサ素子、従ってより少ないチャネルからなるアレイを特徴とする。従って、製造コストが低い一方、自動操作のおかげで、信頼性が維持される。信頼性は、医療検査がより速いペースで実行されなければならないときでさえ、さらに改善され得る。自動操作は検査時間を減らす傾向もあるので、作業負荷を軽減し、検査をより簡便にする。
【００５１】
ドップラデータ取得中、素子１２６は、連続的に発射されるか、若しくは一つの素子からの音響信号が同時に励起される他の素子に影響を及ぼさないように注意しながら１又は複数のグループで発射される。各素子１２６に対して、受信期間は送信期間より遅れる。ドップラ受信ゲートは、関心体積１０６内の対応する深さからのサンプリングを可能にするように、それに対応して受信期間に位置付けられる。
【００５２】
ハウジング１２０の背面１３４には、ユーザに面するように、いくつかのユーザインターフェース、トップパネル１３６、左パネル１３８及び右パネル１４０を含む入力‐出力パネルがある。オン‐オフスイッチ１４２及びオーディオスピーカ面１４４がトップパネル１３６に位置する。左パネル１３８は、機能ナビゲーション／作動ボタン１４６、ディスプレイ１４８、ドップラパワー検出インジケータ１５０、胎児心拍取得インジケータ１５２、母体心拍取得インジケータ１５４、正常血流インジケータ１５６、及び異常血流インジケータ１５８を構成する。右パネル１４０は、三つの初期化パラメータ入力フィードバックウィンドウ１６０、１６２、１６４を含む。
【００５３】
オプションで、図１に破線によって示されるように、プローブ１００が、ディスプレイ装置１６７及びユーザ作動可能な制御部１６９を有する分離したユーザインタフェース１６５に、ワイヤ又は無線式に、接続される。装置１６７のスクリーンのための接触感知機能が、例えば、マウス、ボタン、キースライド、ノブ及びトラックボール等、他のナビゲーション及び選択装置ができるように、制御部１６９の中に含まれることができる。
【００５４】
オプションのスタンドアローンプローブ内では、本明細書で提案される装置として機能する、制御回路（図示せず）が、トランスデューサ駆動エレクトロニクスに実装可能な、１又は複数の集積回路（ＩＣ）の形態を取ることができる。１又は複数のＩＣは、代替的には、超音波デュプレックススキャナ等、既存の装置に設置されるように構成され得る。
【００５５】
アレイ１２４の素子１２６は全て、独立して撮像するように操作される。
【００５６】
これは、例えば、撮像又はビームを誘導するために、複数の独立したトランスデューサ素子を集合的に使用する、フェーズドアレイと対照的である。フェーズドアレイでは、誘導及び集束は、他の素子に対して素子の入力及び／又は出力を適切に遅延させることによって実行される。
【００５７】
本明細書に提案されていることにしたがって、グループのトランスデューサ素子が、同時に発射される。グループ素子は、同時に、且つ素子によって独立して、グループのデータ取得期間の終了まで、撮像を続ける。
【００５８】
グループによる撮像のための装置は、撮像に使用されるビームを集束、又は誘導するように、如何なる素子１２６も集合的に使用しないように構成される。実証として、図１のトランスデューサ素子１６６、１６８、１７０、１７２はそれぞれ、それらのそれそれの信号１７４、１７６、１７８、１８０を有する。送信中の信号１７４、１８０は、送信信号１７６、１７８より遅れ、それによって、結果として起こる超音波ビームの集束及び／又は誘導をもたらす。プローブは、図１に“Ｘ”１８２によって示されるように、このようなプロトコルに対して実装されない。同様に、受信中、遅れは、素子１６６、１６８、１７０、１７２に異なって適用されない。
【００５９】
本明細書の記載は、ノンフェーズド、二次元トランスデューサアレイ１２４であるが、任意の他の既知且つ適切な構造のフェーズドアレイ、トランスデューサアレイは、本発明の意図された範囲内である。
【００６０】
拍動指数（ＰＩ）１１６及び抵抗指数（ＲＩ）１１８などの臨床ドップラ指数は血液拍動のドップラ角度非依存測度である。図１の血流波形１１４に注釈を付ける記号Ｓ、Ｄ及びＡは、各々、ピーク収縮期周波数シフト、拡張末期周波数シフト、及び一心周期の長さを表す。血流波形１１４は、ドップラ周波数、従って血流速度、対時間のグラフである。
【００６１】
プローブ１００は、血管を識別し血流の正常性を評価するのに、指数ＰＩとＲＩの両方、及びそれらの構成のノギス測定値Ｓ、Ｄ、及びＡ等、波形１１４の特徴を利用することができる。識別するために使用可能な波形１１４の他の特徴を、図２を参照して次に述べる。
【００６２】
パルスサイクル２００が、そのユニットが時間２１２に対する周波数シフト２０８である波形２０４によって表されて、示される。そのピーク収縮期周波数シフトｆｓは、図２にＳ２で示され、その拡張末期周波数シフトはＤ２である。ピーク収縮期までの時間２１６は、ここでは、Ｓ２とＤ１との間の期間、すなわちＴＳ２−ＴＤ１として定義される。ピーク収縮期から拡張末期までの時間２２０はここでは、ＴＤ２−ＴＳ２として定義される。保有者の欠陥は、波形２０４と、ピーク収縮期から拡張末期の間の直線２２８との間の最大距離２２４として定義される。他の特徴は、動脈の正チャネル及び負チャネル両方における周期的なパルス状の流れの存在であり、これは以下に図４と関連してさらに詳細に議論される。比（ＴＳ２−ＴＤ１）／（ＴＤ２−ＴＳ２）はまた、識別するのに使用可能な特徴であり、上述の特徴の他の組み合わせである。
【００６３】
波形２０４のこれらの特徴は、例えばＫ＝３であるｋ最近傍（Ｋ‐ＮＮ）として実現可能な分類器による検討中、血管１０８−１１２を分類及び名前付けをするのに使用可能な抽出されたスペクトル特性の例である。例えばＰＩ等、Ｋ‐ＮＮ分類器への様々な特徴入力が、使用され、Ｍ型の入力の各々はＭ次元特徴空間における次元に対応する。分類器への他の入力型は訓練例である。各訓練例は実際の臨床例に対応し、その症例に対するＭ特徴入力を含み、その例をＭ次元空間、又は「多次元特徴空間」における特定点、すなわち「例示点」として規定する。その訓練例が実際に母体の動脈若しくは胎児の動脈に関連するかどうかに依存して、各例示点は「母体の動脈」又は「胎児の動脈」のそれぞれの結果と関連付けられる。その結果は、「グラウンドトルース」として知られる。分類器は訓練例で初期化されており、Ｍ次元空間内の点は現在分類されている血管１０８‐１１２について抽出される特徴入力を用いて形成される。Ｋ＝３に対して、３最近傍（例）点が識別される。各近傍は、その結果として１つの可能な分類結果又は他のもののいずれかを有する。多数票が優先する。３は奇数なので同順位はあり得ない。したがって、解剖学的な識別は、多次元特徴空間における接近度に基づく。類似性の尺度として働く距離は、ユークリッド、マンハッタン、バタチャリア等であり得る。Ｋ−ＮＮ分類器のような、最近傍分類器は、単純さの恩恵を享受する。しかし、ニューラルネットワーク、又はサポートベクターマシン（ＳＶＭ）等、他の代替方法が、代わりに使用されることができる。
【００６４】
血管１０８−１１２は、最初に、それを動脈又は静脈のいずれかと分類することによって、解剖学的に識別される。これは、Ｋ−ＮＮ分類器の必要なしに行われることができる。
【００６５】
図３は、スペクトログラムに基づいて、血管１０８−１１２を解剖学的に識別するための例示の方法３３０である。技法は、動脈のパルス状流れ特性を検出することに基づく。最初に、最大周波数エンベロープ２０４がスペクトログラムに対して生成される（ステップＳ３０５）。それは最大周波数のエンベロープである。血流は血管内で断面的で変化し、血管壁に近い血液はより遅く動く。より遅い動きは、スペクトルにおいて、より低い周波数シフト成分をもたらす。次に、有意なピークの数が計算される（ステップＳ３１０）。ピークは、そのまわりに波形２０４のより低いポイントを有することによって特徴付けられる。有意なピーク、すなわち、サイクル２００の最大ピークは、極大であるとともにデルタ２３０だけ低い値によって左に先行される最大周波数エンベロープのピークである。デルタ２３０は少なくとも７５Ｈｚである。４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数、Ｎ＝２５６データポイント及びドップラ周波数シフトに対する５０％オーバラップを使用する２１ミリ秒ハミング窓を用いて得られる、ＦＦＴベースの超音波画像では、デルタ２３０は８７．８Ｈｚである。ステップＳ３１０の前又は後に実行されることができる、ステップＳ３１５は、スペクトログラムの秒におけるタイムスパンを計算することである。タイムスパンがスペクトログラムサイズ閾値より小さい場合（ステップＳ３２０）、取得されたスペクトルデータは、品質が悪いとみなされ、プローブ１００による取得が再実行される（ステップＳ３２５）。他方、タイムスパンがスペクトログラムサイズ閾値に適合する場合（ステップＳ３２０）、ステップＳ３１０で計算された有意なピークの数がピーク計数閾値以上であるかどうかについての質問が行われる（ステップＳ３３０）。数がピーク計数閾値未満である場合（ステップＳ３３０）、血管１０８−１１２は、静脈であると決定される（ステップＳ３３５）。しかし、数がピーク計数閾値以上である場合（ステップＳ３３０）、比が計算される（ステップＳ３４０）。比は、有意なピークの数に対するタイムスパンである。比が拍動性測定基準の所定の範囲内にない場合（ステップＳ３４５）、信号は、静脈から来ているとみなされる、又は悪い動脈信号である。したがって、ドップラデータは、この場合再取得される（ステップＳ３５０）。そうでなければ、比が所定の範囲内である場合（ステップＳ３４５）、信号は、動脈を示すと考えられる（ステップＳ３５５）。
【００６６】
血管が動脈であり（ステップＳ３５５）、心周期長さＴＤ２−ＴＤ１が０．３から０．６秒の間である（ステップＳ３６０）場合、血管は、胎児の動脈であるとみなされる（ステップＳ３６５）。
【００６７】
そうでなければ、長さがその範囲の外にある場合（Ｓ３６０）、決定は血管分類器によって行われる（Ｓ３７０）。ユーザからの分類器入力は：妊娠期間；母の腹部におけるプローブの大まかな位置；及びＭ次元特徴空間における訓練例３７５；を含む。
【００６８】
他の入力は、受信された超音波からのパルスエコー情報から直接又は間接的に来る。超音波から直接、平均反射指数推定が、プローブ１００の周りの組織に対して行われる。この指数は、母体のプローブ１００の位置を決定するために、予め定められた反射指数リストと比べられる。間接入力は、ドップラ信号から抽出されるスペクトル情報である。
【００６９】
Ｋ−ＮＮ分類器が、血管が母体又は胎児のであるかを決定するのに利用される場合（ステップＳ３７０）、そして血管が母体の動脈であることが分かった場合、決定は、それが子宮動脈であるかどうかに関して行われる（ステップＳ３８０）。他方、血管が胎児の動脈であることが分かった場合、決定は、Ｋ−ＮＮ分類器によって、それが、臍動脈であるかどうかに関して行われる（ステップＳ３８５）。
【００７０】
動脈が臍動脈でないことが分かった場合（ステップＳ３８０）、決定は、その動脈が外腸骨動脈であるかどうかに関して行われる（ステップＳ３９０）。この後者の決定は、図４と関連して以下に記載されるように、根拠に基づくモデルを用いて行われる。
【００７１】
破線矢印３９５によって図３に示されるように、方法３００にしたがって血管１０８−１１２に名前付けをするのに行われる、さらなる区別が、Ｋ−ＮＮ分類器を起動する。血管１０８−１１２は、それによって、単にカテゴリによってではなく、名前によって解剖学的に識別される。
【００７２】
図４は、外腸骨動脈４１６のスペクトログラム４０４、４０８、４１２の例を描き、さらに、外腸骨動脈の正及び負流チャネル４２０、４２４の図を示す。外腸骨動脈４１６は、典型的には、調べられる領域において最大である。しかし、それは多数の挙動の形態を示すことができ、識別することを挑戦的にする。第１のスペクトログラム４０４は、二相性である。それは、２つの相の第一４１８と、２つの相の第二４２０を有する。第２のスペクトログラム４０８は、３つの相４２２、４２４、４２６を持つ、三相性である。第３のスペクトとログラム４１２は、４つの相４３０、４３２、４３４、４３６を持つ、四相性である。負の相４２０、４２４、４３２、４３６は、例えば、ある時間ｔ１における正方向４４０からすぐ将来の時間ｔ２における負方向４４４への、血流の方向の変化を示す。これらの方向４４０、４４４の血流は、それぞれ正流チャネル及び負流チャネルで生じる。外腸骨動脈４１６では、周期的なパルス状の流れが両方のチャネルで発生する。この特性は、外腸骨動脈４１６を、超音波照射の範囲の任意の他の末梢動脈から区別する。したがって、スペクトログラムはスペクトログラム４０４、４０８、４１２と類似し、外腸骨動脈４１６は、動脈が外腸骨動脈４１６である証拠を提供する。
【００７３】
もう一つの証拠は、ピーク収縮期から拡張末期２２０までの時間に対するピーク収縮期２１６までの時間の比２３６である。より小さい比は、血管が外腸骨動脈４１６であるという結論を支持する。
【００７４】
両方の証拠は、動脈が外腸骨動脈４１６であるという結論が保証されるかどうかを決定するために、その値が閾値と比較される式に重み付けされ得る。重み付けは、これらの２つの証拠に対して、及び任意のさらなるタイプの証拠に対して、訓練データにおける証拠の発生の数に基づいて、推定される。
【００７５】
図５は、説明のための及び非限定的な例として、インタラクティブユーザインタフェース、自動血管名前付け及びグラフィックディスプレイを提供する実装を、説明する。
【００７６】
第１のデザイン５１０において、「全ての血管」を指定するユーザ選択可能なボタン５０２が、ディスプレイ装置１６７のスクリーン５０４の上に示される。ボタン５０２を押すことは、それによって超音波照射の領域内の全ての血管１０８−１１２が検査されるプロセスを起動する。検査によって取得された情報に基づいて、血管の空間マップ５０６が生成される。それは、最小サイズより大きいサイズを有する領域内の全ての血管１０８−１１２を含む。マップ５０６の生成は、矢印５０８によって示される。それは、各トランスデューサ素子１２６に対して、そのフットプリント１３２の下の各ボクセル５０９が血管流情報を有するかどうかを、決定することによって生成される。マップ５０６に基づいて及びその生成に応じて、矢印５１０によって示されるように、マップの各血管は、テーブル５１１において、例えば、「中大脳動脈」等、名前５１２によって、解剖学的に同時に識別され、それぞれの名前は、名前付けされた各血管に関してスクリーン５０４に示される。各名前付けされた血管１０８−１１２と並んで、テーブル５１１には、その値が血管に関連するＰＩ及びＲＩ等、ドップラ指数が表示される。「全ての血管」が選択であったので、各名前付けされた血管１０８−１１２が、スクリーン５０４に表示されるために、ドップラインデックス５１４を抽出するために必要なスペクトル情報に関して再び検査される。代替的には、マップを生成するための第１の検査が十分なスペクトル情報をもたらすとともにこの情報が再アクセスのために記憶装置内に記憶される場合、第２の検査が先行されることができる。他方、ドップラパワーは時間領域で計算され得るので、例えば、第１の検査からのドップラ信号が、スペクトログラムを生成するために使用されない場合がある。これは、“Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｄｏｐｐｌｅｒ−Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  Ｂａｓｅｄ  Ｖｅｓｓｅｌ−Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ”と題する同じ発明者による本発明の譲受人に譲渡された特許出願に記載される。
【００７７】
第２のデザイン５１５では、選択されたドロップリストアイテムは、解剖学的説明、すなわちセット５１８であり、これは、血管の名前、血管分類、又はある組み合わせ、例えば、「臍動脈のみ」、「動脈＋静脈」、「静脈のみ」、「子宮＋外腸骨動脈」等、を含み得る。選択された解剖学的説明５１８のみに関連する情報が、マップ５０６に基づいて、スクリーン５２０への表示のために、取得される。ここでは説明目的のためにマップ５０６に重ねられている、破線の円５２２、及び円から始まる矢印５２３は、マップのその部分の血管１０８−１１２のみが検査されることを示す。この第２の検査に基づいて、セット５１８において要求された血管の画像５２４がスクリーン５２０上に表示され、血管の名前５１２が示され、ドップラ指数５１４もまた示される。画像５２４は同様に、それぞれの血管の名前５１２によって注釈を付けられ得る。画像５２４の表示は、主に専門家のためである、この特徴は、一般開業医に対してバイパスされ得る。さらなるスクリーン５２６が、画像５２４にズームインする、又は拡大するために、持ってこられ得る。これは、画像５２４内の所望の血管、その解剖学的な名前５１２又はそれぞれの指数５１４をタッチすることによってタッチスクリーン上にトリガ可能である。結果として、拡大された画像５２８が、名前５１２及び指数５１４とともに、スクリーン５２６に示される。加えて、「正常」又は「異常」の診断５３０が、臨床決定支援の一部として表示され、「正常」は血管１０８−１１２に対する通常の血流を示し、「異常」は異常な血流を示す。特に、例として、ドップラパラメータが、流れプロファイルが正常であるか異常であるかを決定するために、ノモグラム、すなわち、妊娠期間に応じた予想されるドップラ指数の範囲を示すテーブル、と比較される。
【００７８】
第３のデザイン５３１では、「動脈」及び「静脈」等、２つの別々のアイテム５３２、５３４が選択される。結果として生じるスクリーン５３６は、第２のデザイン５１５のオンスクリーンディスプレイ５２０と類似する。さらに、結果として生じるスクリーン５３６からのユーザの選択は、スクリーン５３８に、ズームされた画像５４０及び第２のデザイン５１５のスクリーン５２６の他のスクリーン上のアイテムを、診断が表示されないことを除いて、示すようにする。
【００７９】
第４のデザイン５４１では、セット５１８の選択は、血管１０８−１１２の注釈を付けられた画像５４２を提示する。注釈５１２、又は血管１０８−１１２自体のさらなる選択は、血管名５１２及び指数５１４を再び表示する。それはまた、正常性／異常性の診断５４４も表示する。
【００８０】
自動的に血管に標識を付けるための例示のプロセス６００、６０２が図６に見られる。プローブ１００は、最小値より大きいサイズの全ての血管に関して検査するために解剖学的領域にセットされる（ステップＳ６０４）。処理は、素子の現在のグループのトランスデューサ素子１２６に向く（ステップＳ６０８）。処理はさらに、現在の素子１２６のそれそれのフットプリント１３２の下の現在のボクセル５０９に向く（ステップＳ６１２）。超音波によって、ドップラシフト情報が現在のボクセル５０９から取得される（ステップＳ６１６）。そこからドップラ情報が取得されていない残っているボクセル５０９がある場合（ステップＳ６２０）、次のボクセルが、ステップＳ６１２に戻る際、現在のボクセルとして働く（ステップＳ６２４）。現在のグループに対してボクセル５０９が残っていないとき（ステップＳ６２０）、次のグループが存在するかどうかについての質問が行われる（ステップＳ６２６）。１つが存在する場合（ステップＳ６２６）、次のグループが現在のグループにされ（ステップＳ６２７）、処理分岐はステップＳ６０８に戻る。グループが全て処理されるとき（ステップＳ６２６）、ドップラパワーが、ボクセルの上に乗る素子１２５によって検出される超音波による信号に基づいて、現在のボクセルに対して計算される（ステップＳ６２８）。ボクセルが残っていないとき（ステップＳ６３２）、血管マップ生成が、流れを示す血管１０８−１１２の十分なカバレッジを提供する儒分な血流のボクセルに対して計算されるドップラパワーに基づいて、始まる（ステップＳ６３８）。マップ５０６の血管情報は、個別の血管１０８−１１２に、画像的に分割される(ステップＳ６４０)。これは次のように行われることができる。６×６×５０のマトリックスが作成され、素子１２６の６行、素子の６列、及びレイヤ毎に２ｍｍの深さの５０レイヤに対応する。図１に戻って参照すると、４つの角の素子１２６が欠けている。したがって、３２×５０＝１６００のマトリックス入力が、検査される１６００ボクセルに対応する。流れが検出される場合、入力は「１」であり；そうでない場合、それは「０」である。最近傍基準下では、同じレイヤ内の２つの「１」入力は、それらがチェックボードの感覚において、すなわち側方又は斜めに、直ぐ隣接する場合、同じ血管１０８−１１２の一部とみなされる。レイヤ内の隣接する入力の各部分に対して、重心が計算される。隣接するレイヤの重心が近接基準に適合する場合、ボクセル５０９又はそれらの部分は、同じ血管１０８−１１２の一部であるとみなされる。別々の血管は、それらが、十分な近接性の中でそれぞれのエンドポイントボクセル５０９を有する場合、結合されることができ、２つのボクセルの信号は、十分に相関性がある。次に、処理６００において、流れ特性が、現在の血管１０８−１１２に対して抽出される（ステップＳ６４４）。マップ５０６内の血管１０８−１１２は、抽出された特性に基づいて、個別に、解剖学的に名前付けされる（ステップＳ６４８）。次の血管１０８−１１２が存在する場合（ステップＳ６５２）、それは、ステップＳ６４４に戻るとともに、現在の血管とみなされる（ステップＳ６５６）。そうでな���れば、次の血管１０８−１１２は存在せず（ステップＳ６５２）、マップは完成する（ステップＳ６５６）。
【００８１】
関連する、ユーザインタラクティブ処理６０２において、ユーザは、制御部５０２、５１６、５３２、５３４を操作することと併せて、血管／カテゴリ選択を起動する（ステップＳ６６０）。サンプルボリューム５０９が、その生成がステップＳ６５６において完了しているマップ５０６及びステップＳ６６０における選択に基づいて、現在の血管１０８−１１２に対して自動的に設定される（ステップＳ６６４）。サンプルボリューム５０９は検査される（ステップＳ６６８）。次のボクセル５０９が存在する場合、ステップＳ６６８への戻りが行われ、この次のボクセルは現在のサンプルボリュームになる（ステップＳ６７６）。そうでなければ、ボクセル５０９が残っていない場合（ステップＳ６７２）、ドップラ指数５１４がステップＳ６６８での検査に基づいて抽出される（ステップＳ６８０）。指数５１４は表示される（ステップＳ６８４）。ステップＳ６６８での検査は、単一のボクセル５０９に制限される必要はない‐素子１２６がグループで発射されるとき、いくつかのサンプルボリュームが同時に検査される。
【００８２】
装置は、流れ特性を抽出するために血管を検査するように、及び、抽出に応じて及び抽出された特性に基づいて、血管を解剖学的に識別するように、構成される。血管の空間的なマップが、検査、特に、検査で取得されたデータから計算されるドップラパワーに基づいて生成され得る。それに続く検査が、マップ及びユーザが選択した血管及び／又は血管カテゴリのセットに基づいて、臨床ドップラ指数を得るために、生じ得る。装置は、続く検査に対してサンプルボリュームを自動的に設定するように、及び、指数の表示のユーザ選択から自動的に動作するように、設計されることができる。表示はさらに、セットによって呼び出された、それらの個別の解剖学的な名前によって注釈を付けられた、血管の画像、及びオプションで血流に関連する診断を含み得る。表示された画像は、ユーザのスクリーン上の選択にズームインするように、拡大され得る。装置は、トランスデューサ素子の二次元超音波ノンフェーズドアレイを特徴とし得る。
【００８３】
本発明の方法論は人又は動物の対象に医療診断を提供するのに有利に適用されることができるが、本発明の範囲はそれに限定されない。より広範には、本願に開示された技術は、ｉｎ  ｖｉｖｏ、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ、若しくはｅｘ  ｖｉｖｏで身体組織における血管を効率的に発見すること、及び流体流動解析を行うことを対象とする。
【００８４】
応用は、胎児健康評価に加えて、頸動脈及び腎動脈スクリーニング、末梢動脈疾患（ＰＡＤ）を検出するためのＡＢＩ測定、経頭蓋の、外傷又は他の出血における出血検出を含む。
【００８５】
本発明は図面と上記説明に詳細に図示され記載されているが、かかる図示と記載は説明若しくは例示であって限定ではないとみなされるべきである。本発明は開示された実施形態に限定されない。
【００８６】
例えば、第１のデザイン５０１は、第２のデザイン５１５の診断５３０を組み込み得る。
【００８７】
開示の実施形態に対する他の変更は、図面、開示、及び添付の請求項の考察から、請求項に記載される発明を実施する上で当業者によって理解されもたらされることができる。請求項において「有する」という語は、他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。請求項における如何なる参照符号も、発明を限定するものと解釈されてはならない。
【００８８】
コンピュータプログラムは、瞬間的に、一時的に、又はより長い期間、光学記憶媒体又は固体媒体などの適切なコンピュータ可読媒体上に記憶されることができる。このような媒体は、一時的な伝搬信号ではないという意味でのみ非一時的であるが、例えば、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ及びＲＡＭ等、他の形態のコンピュータ可読媒体を含む。
【００８９】
単一のプロセッサ若しくは他のユニットは、請求項に列挙される複数の項目の機能を満たし得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。
【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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【図６】
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