(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像プローブと、
前記撮像プローブに関連付けられる位置及び向きの前記撮像プローブによる手動調節を誘導する為の視覚的フィードバックの提示を、動的に、かつ、必要な前記手動調節の内容に応じて選択的に調整するユーザ誘導処理装置とを備える装置であって、
前記調整が、前記撮像プローブの視野と、前記撮像プローブを介して獲得された画像データのセグメント化のそれぞれの結果との比較に基づく調整であり、
前記手動調節の休止を検出する、
装置。
【請求項２】
前記調整が、前記フィードバックを提示することを含み、前記フィードバックが、前記撮像プローブを手動操縦する際のユーザ指示を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記撮像プローブによって獲得された画像データのグレースケール描写に依拠せず、よって、前記グレースケール描写を提供しない、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記処理装置が、更に、前記比較のそれぞれに対応する座標系変換を計算する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記計算が、前記結果に動的に基づく、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
撮像プローブと、
前記撮像プローブに関連付けられる位置及び向きの前記撮像プローブによる手動調節を誘導する為の視覚的フィードバックの提示を、動的に、かつ、必要な前記手動調節の内容に応じて選択的に調整するユーザ誘導処理装置とを備える装置であって、
前記調整が、前記撮像プローブの視野と、前記撮像プローブを介して獲得された画像データのセグメント化のそれぞれの結果との比較に基づく調整であり、
前記ユーザ誘導処理装置は、前記比較のそれぞれに対応して座標系変換を計算し、
前記選択が、前記変換の並進及び回転成分の大きさにそれぞれ基づく、
装置。
【請求項７】
前記計算が、前記調節時のそれぞれの休止に応答する、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
撮像プローブと、
前記撮像プローブに関連付けられる位置及び向きの前記撮像プローブによる手動調節を誘導する為の視覚的フィードバックの提示を、動的に、かつ、必要な前記手動調節の内容に応じて選択的に調整するユーザ誘導処理装置とを備える装置であって、
前記調整が、前記撮像プローブの視野と、前記撮像プローブを介して獲得された画像データのセグメント化のそれぞれの結果との比較に基づく調整であり、
前記撮像プローブが、センサを備え、前記装置が、前記センサの出力に基づいて、音響結合品質が不十分であることを決定し、前記決定時にユーザ警告を発出する、
装置。
【請求項９】
撮像プローブと、
前記撮像プローブに関連付けられる位置及び向きの前記撮像プローブによる手動調節を誘導する為の視覚的フィードバックの提示を、動的に、かつ、必要な前記手動調節の内容に応じて選択的に調整するユーザ誘導処理装置とを備える装置であって、
前記調整が、前記撮像プローブの視野と、前記撮像プローブを介して獲得された画像データのセグメント化のそれぞれの結果との比較に基づく調整であり、
前記撮像プローブを介して動的に獲得された撮像の内容に応答して、前記調節を停止する為のユーザ警告を発出する、
装置。
【請求項１０】
前記停止を検出する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
更に、前記停止が行われていることを検出したのに応答して、前記セグメント化を実施する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
撮像プローブと、
前記撮像プローブに関連付けられる位置及び向きの前記撮像プローブによる手動調節を誘導する為の視覚的フィードバックの提示を、動的に、かつ、必要な前記手動調節の内容に応じて選択的に調整するユーザ誘導処理装置とを備える装置であって、
前記調整が、前記撮像プローブの視野と、前記撮像プローブを介して獲得された画像データのセグメント化のそれぞれの結果との比較に基づく調整であり、
比較的粗いモードと、比較的細かいモードとで前記セグメント化を行い、前記比較的細かいモードでの、より空間的に細かいセグメント化の結果として形成された１つ又は複数のセグメントに基づいてボリューム測定を実施し、前記測定の実施が、前記より空間的に細かいセグメント化の完了に応答する、
装置。
【請求項１３】
撮像プローブと、
前記撮像プローブに関連付けられる位置及び向きの前記撮像プローブによる手動調節を誘導する為の視覚的フィードバックの提示を、動的に、かつ、必要な前記手動調節の内容に応じて選択的に調整するユーザ誘導処理装置とを備える装置であって、
前記調整が、前記撮像プローブの視野と、前記撮像プローブを介して獲得された画像データのセグメント化のそれぞれの結果との比較に基づく調整であり、
停止する指示が、前記フィードバックの一部として、前記プローブの現在の位置及び現在の向きと、前記セグメント化から導出された位置及び向きとの比較の結果を受ける、
装置。
【請求項１４】
撮像プローブを取り扱うユーザを誘導する為のコンピュータプログラムを具現化するコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータプログラムが、複数の作用を実施する為に処理装置によって実行可能な指示を含み、前記複数の作用が、
前記撮像プローブに関連付けられる位置及び向きの前記撮像プローブによる手動調節を誘導する為の視覚的フィードバックの提示を、動的に、かつ、必要な前記手動調節の内容に応じて選択的に調整する作用を含み、前記調整が、前記撮像プローブの視野と、前記撮像プローブを介して獲得された画像データのセグメント化のそれぞれの結果との比較に基づく調整であり、
前記手動調節の休止を検出する、
コンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
少なくとも１つの集積回路を備えるユーザ誘導デバイスであって、前記少なくとも１つの集積回路を介して、
撮像プローブに関連付けられる位置及び向きの前記撮像プローブによる手動調節を誘導する為の視覚的フィードバックの提示を、動的に、かつ、必要な前記手動調節の内容に応じて選択的に調整し、前記調整が、前記撮像プローブの視野と、前記撮像プローブを介して獲得された画像データのセグメント化のそれぞれの結果との比較に基づく調整であり、
前記手動調節の休止を検出する、
ユーザ誘導デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像プローブ位置及び向きを調節する際のユーザ誘導、及びより詳細には、視覚的な誘導に関する。
【背景技術】
【０００２】
心不全は、米国内のみで５００万人の患者、世界中では数千万人の患者がいる主な疾病である。心不全の危険がある人は、米国内のみで６千万人と推定される。そのうち、１００万人が入院しており、残りは、心臓病専門病院に通院している。心臓に関する基本的な情報が、患者管理の為に、心臓病専門病院、又は一般の病院で必要とされる。この情報は、画像、及び駆出率などの定量化データを含み、定量化データは、画像が獲得されると、画像から計算される。超音波は、心臓など軟組織に関する高信頼性であり費用対効果の高い撮像モダリティである。
【０００３】
超音波画像の獲得は、熟練した超音波検査技師を必要とする。超音波検査技師、又は超音波検査法の訓練を受けた他の臨床従事者が最適化する１つのパラメータは、視野である。心尖部四腔像が、通常の心臓検査に関して標準的なものである。臨床従事者は、超音波プローブ又は「トランスデューサプローブ」のヘッドを患者に配置する。様々なビューの為のプローブの配置に関する患者の皮膚上の効果的な部位は、臨床従事者の訓練の一部であり、部位は、患者ごとに異なることがある。心尖部四腔像に関して、プローブは、心尖の上に配置される。また、プローブは、典型的には、臓器が撮像の為に捕捉されるまで、様々な方向に手動で傾けられる必要がある。これは、臨床従事者が画面上で画像（通常は超音波画像）を見ながら全て対話式に行われる。超音波画像の解釈は、例えば訓練及び実践を通じて習得されなければならない技術である。臨床従事者は、進行中の反復プロセスにおいて、効果的な音響窓を実現する為にどのようにプローブをシフト及び傾斜させればよいかを経験から判断する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以下に本明細書で提案するものは、上記の問題の１つ又は複数に対処することを対象とする。
【０００５】
心臓病専門病院及び一般の病院において完全な超音波スキャンの使用は容易ではない。超音波システムをポータブルにすることが助けとなる。しかし、殆どの心臓外科医は、従来のポータブル超音波システムを使用することが可能であるが、一般に、この処置を自分で行うには忙しすぎる。
【０００６】
更に、心臓の画像が例えば定期的に撮影される連続撮像が、患者の治療を改良する。
【０００７】
必要なのは、患者の普段の通院中に心臓の超音波ベースの自動ボリューム測定を可能にするポイントオブケアの解決策であり、これは、特に心臓病専門病院で有用である。ＥＣＧリードを配置する訓練を受けているが、超音波心臓検査の訓練は受けていない看護婦がポータブルシステムを操作し、心臓外科医は、心室サイズ及び駆出率などの自動測定と共に診断画像を提供される。
【０００８】
そのような技術は、心臓診断及び再診の為の超音波データの使用に対する障壁を下げることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、装置は、撮像プローブを含む。装置は、プローブに関連付けられる位置及び向きのプローブによる手動調節を誘導する為の視覚的フィードバックの提示を動的に調整するように構成されたユーザ誘導処理装置を更に含む。調整は、選択的に、プローブの視野と、プローブによって獲得された画像データをセグメント化したそれぞれの結果との比較に基づく。
【００１０】
下位態様では、調整は、フィードバックを提示することを含む。フィードバックは、プローブを手動操縦する際のユーザ指示を含む。
【００１１】
更なる下位態様では、フィードバックは、プローブを介して獲得された画像データのグレースケール描写を含まない。
【００１２】
別の下位態様では、装置は、比較のそれぞれに対応する座標系変換を計算するように構成される。
【００１３】
第１の更なる下位態様では、計算は、結果に動的に基づく。
【００１４】
第２の更なる下位態様では、選択は、それぞれ、変換の並進及び回転成分の大きさに基づく。
【００１５】
第３の更なる下位態様では、計算は、調節時のそれぞれの休止に応答する。
【００１６】
関連の下位態様では、プローブは、センサを含む。装置は、センサの出力に基づいて、音響結合品質が不十分であることを決定し、決定時にユーザ警告を発出するように構成される。
【００１７】
関連の下位態様では、セグメント化は、モデルベースである。
【００１８】
関連の下位態様では、選択は、プローブを介して動的に獲得された撮像の内容に基づき、動的に応答する。
【００１９】
特定の下位態様では、撮像プローブは、超音波撮像プローブであり、又はそれを含む。
【００２０】
より全般的な下位態様では、提示は、心臓の心尖部像を実現する為の処置においてユーザを動的に誘導する。
【００２１】
追加の下位態様として、視野の少なくとも１つが、３次元である。
【００２２】
別の下位態様では、セグメント化されるべき画像データの獲得は、視野からそれぞれ行われる。
【００２３】
特定の下位態様では、視野のうちの１つの視野は、位置と一致する視点を有する。向きは、視野の視線向きと一致する。
【００２４】
下位実装態様から、装置は、更に、ディスプレイと、ユーザ操作可能なコンソールとを備える。装置は、ａ）プローブを介して画像データを獲得し、ｂ）セグメント化を行い、ｃ）ディスプレイを介してフィードバックを表示し、且つｄ）手で搬送可能なユニットとして可搬性であるように構成される。
【００２５】
更なる別の下位態様では、調節を停止する為のユーザ警告を発出することは、プローブを介して動的に獲得された撮像の内容に応答する。
【００２６】
更なる下位態様として、装置は、停止を検出するように構成される。
【００２７】
更なる下位態様では、装置は、停止が行われていることを検出したのに応答して、セグメント化を実施するように更に構成される。
【００２８】
１つの他の特定の下位態様では、装置は、比較的粗いモードと、比較的細かいモードとでセグメント化を行うように構成される。装置は、より空間的に細かいセグメント化の結果として形成された１つ又は複数のセグメントに基づいてボリューム測定を実施するように更に構成される。測定の実施は、より空間的に細かいセグメント化の完了に応答する。
【００２９】
更なるもう１つの下位態様では、停止する指示が、フィードバックの一部として、プローブの現在の位置及び現在の向きと、セグメント化から導出された位置及び向きとの比較の結果を受ける。
【００３０】
同様の下位態様では、フィードバックは、ターゲットビューを獲得する際に全体的な進行の進行インジケータを含む。
【００３１】
ユーザによる休止動作を伴う新規のリアルタイム音響窓識別誘導技術の詳細が、以下の図面の補助によって以下に更に記載される。図面は、正しい縮尺では描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるポータブル装置の一形態の斜視図である。
【図２Ａ】本発明による例示的な超音波臨床処置の流れ図である。
【図２Ｂ】本発明による例示的な超音波臨床処置の流れ図である。
【図３】装置がリアルタイムで音響窓の配置を誘導することができる方法の概念図である。
【図４Ａ】本発明による、超音波プローブの視野に関して設けられたセグメントの画面上での誘導画像を使用する、撮像妨害回避の為の方式の例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明による、超音波プローブの視野に関して設けられたセグメントの画面上での誘導画像を使用する、撮像妨害回避の為の方式の例を示す図である。
【図５】図４Ａに関する流れ図、及び公式のリストである。
【図６Ａ】本発明による、心臓組織から肺組織を見分ける為に使用される高周波データの例示的なグラフを示す図である。
【図６Ｂ】本発明による、心臓組織から肺組織を見分ける為に使用される高周波データの例示的なグラフを示す図である。
【図６Ｃ】本発明による、心臓組織から肺組織を見分ける際に使用されるアルゴリズムを示す図である。
【図７】１次元プローブに基づく例示的な肺識別アルゴリズムを表す流れ図である。
【図８】マトリックスプローブに基づく例示的な肺識別アルゴリズムを表す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本明細書で提案されるユーザによる休止動作を伴う新規のリアルタイム音響窓識別誘導技術の実装形態の一例として、ポータブル装置１００を示す。ここでは、臨床環境で部屋から部屋に容易に搬送可能な形態で示されているが、装置１００は、そうではなく、固定型デバイスとして実装されてもよい。装置１００は、ディスプレイ１１０と、ユーザコンソール１２０と、経胸腔的超音波心臓検査（ＴＴＥ:transthoracic echocardiography）プローブ１３０と、図１に破線によって示されるように長く延びるプローブケーブル１４０とを含む。ディスプレイ１１０及びユーザコンソールは、ラップトップコンピュータで使用されるものと同様でよい。ユニット１００は、約１０ポンドの総重量で、手で搬送され得る。以下の説明は、超音波システムを仮定するが、任意の種類の手動操舵式の撮像プローブベースのシステムが、本発明の所期の範囲内にある。また、ボリューム定量及びライブ３次元撮像が以下の実施形態の特徴であるが、本明細書で提案されるものは、２次元撮像にも当てはまる。
【００３４】
装置１００は、超音波を使用してボリューム撮像を実施する、例えば心臓の左心室の大きさを計算する、又は駆出率を計算するように構成される。計算結果は、メモリ（図示せず）に記憶される。計算が基づく、プローブ１３０によって獲得されたライブ画像も、メモリに記憶される。動的ビーム形成、スキャン変換、及び画像レンダリングなど標準の機能の為の回路（図示せず）も、装置１００内部に含まれる。以下に更に論じられる自動画像妨害検出の為に、２つ以上のビームフォーマが含まれることがある。追加の回路（図示せず）は、視覚的フィードバック、即ちユーザ指示を動的に提示するように構成されたユーザ誘導処理装置を含む。ユーザ指示は、特に、プローブに関連付けられる位置及び向き、従って音響窓のプローブ１３０を介した手動調節を誘導する為の種類のものである。処理装置は、提示を動的に調整し、ユーザを誘導する為に、及びそれぞれの３次元視野への「更新」に適合するように、提示を選択的に調整する。更新は、新たな視野であり、プローブの現在の視野での画像をセグメント化することによって生成される１つ又は複数のセグメントによって提案されるものである。セグメント化が基づくモデルは、セグメントの向き及び位置に基づいて新たな視野を提供する。この新たな視野は、プローブの現在の視野と比較されるとき、超音波検査法の訓練を受けていない臨床従事者に、プローブ１３０を次にどのように操作すべきか知らせる指針となる。処理装置は、最適な音響窓を繰返し実現する為にプローブ１３０を手動でどのように操縦すべきかに関する全ての指示をユーザに発出する。
【００３５】
ターゲット音響窓が実現されると、視野の上記「操舵」の為のセグメント化は、定量の為のセグメント化ほど細かい必要はない。粗い及び細かいメッシュを使用するモデルベースのセグメント化の一例が、本願と同じ譲受人に譲渡されている、Fradkin他の米国特許出願公開第２００９／０２０２１５０号（「Fradkin」）で見られる。Fradkinにおける適応終了基準は、装置１００のこの実施形態での視野操舵の為に、セグメント化を粗く保つように設定され得るか、又は、この実施形態でのボリュームデータベースの定量化の為に、細かいセグメント化を行うように設定され得る。操舵及び定量化は、以下に更に論じられる。
【００３６】
セグメント化の為に画像を位置特定する為に、装置１００は、一般化ハフ変換（ＧＨＴ）を実施するように更に構成される。ＧＨＴを実施する為の方法は、本願と同じ譲受人に譲渡されている、Schramm他の米国特許出願公開第２００８／０２６０２５４号で論じられている。
【００３７】
上記の両方の特許出願公開の開示全体を参照により本明細書に援用する。
【００３８】
更に、装置１００は、プローブ１３０の動きを検出する機能を有する。ユーザは、しばしばプローブの移動を休止し、それにより、画像セグメント化が実施可能になる。また、装置１００は、例えばプローブ１３０がターゲット音響窓の達成に近付いたので休止せよという指示が遂行されているかどうかをチェックする。一実施形態では、装置１００は、本願と同じ譲受人に譲渡されている、Augustine他の米国特許第５，５２９，０７０号（「Augustine」）に開示されている増分計算機８０を含む。増分計算機８０は、プローブケーブル１４０によって値を提供され、これらの値は、プローブ１３０に常駐する加速度計（図示せず）からのものである。Augustineとは異なり、位置の読取りが画像獲得と合致される必要はない。従って、増分計算機は、単にプローブ１３０の位置及び／又は向きの動きを検出するように簡略化され得る。加速度計は、Augustineの図４、図５、及び図５ａから見られるように、プローブ１３０の遠位部分と近位部分との間に割り当てられ得る。加速度計の実施形態に関するAugustineでの開示全体を、参照により本明細書に援用する。代替として、医療用ツールを追跡する際に電磁（ＥＭ）センサを使用する一例が、本願と同じ所有者が所有する、Stanton他への米国特許第７，９３３，００７号で提供されている。また、ツールに光センサを取り付ける同様のシステムが、本願と同じ所有者が所有する、Ｓｈｅｎ他の米国特許出願公開第２０１０／０１６８５５６号に開示されている。本願と同じ所有者が所有する、Peterson他の米国特許第６，２９９，５７９号に記載されているように、連続するリアルタイム画像を比較することによって動きが感知されてもよい。上記３つの文献全ての全体を参照により本明細書に援用する。
【００３９】
装置１００が構成される上記の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、及びハードウェアの任意の適切な既知の組合せで実装され得る。ユーザ誘導処理装置は、例えば、１つ又は複数の集積回路を有するデバイス上で、又は適切にプログラムされたコンピュータ可読媒体として実現され得る。
【００４０】
プローブ１３０は、トランスデューサ要素１７０を含むマトリックスアレイ１６０を含むヘッド１５０を有する。単純さの為に、比較的少数の要素１７０が図１に示されているが、典型的には、その数は数千個でよい。また、アレイ１６０は概して長方形として示されているが、正方形、円形、楕円形、又は別の形状でもよい。また、直線アレイにおけるように平坦でも、例えば扇形アレイにおけるように湾曲していてもよい。
【００４１】
例示の目的で、ディスプレイ１１０上に、特に、プローブ１３０を介するアレイの位置及び向きの手動調節を誘導する為の種類の視覚的フィードバック１４４が示されている。有利には、超音波検査法の訓練を受けていないユーザは、誘導に際して、グレースケール画像、例えば超音波画像に依拠する必要がない。従って、削除線を引いて図１に示される画面上の表記１７５によって表されるように、グレースケール表示機能（ＧＳＤＦ:grayscale display function）に依拠しない。特に、図１に示される実施形態の視覚的フィードバック１４４は、プローブ１３０を介して獲得された画像データのグレースケール描写を含まない。視覚的フィードバック１４４の別の例は、画面上の全体のプログレスバー１７８である。これは、「８２％」などパーセンテージで表記されてよく、又は、徐々に埋められ、１００％（即ち完了）を表すフレームによって縁取られてもよい。
【００４２】
また、プローブ１３０は、赤色／緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）として実現可能な１対の休止／開始インジケータライト１８０（その一方が図１で見られ、他方がプローブの反対側にある）を有する。緑色のとき、ライト１８０は、ユーザが、方向に関してディスプレイ１００を見て、次いで、指示されるようにプローブ１３０を移動させることによって続行すべきであることを示す。赤色のとき、ライト１８０は、ユーザが、プローブ１３０の移動を休止すべきであることを示す。両方のライトは、同時に同じ色である。
【００４３】
ライト１８０に関する代替形態として、又は追加のライトの実装形態として、方向インジケータライトが提供され得る。この代替実施形態では、一方のライトが緑色であるとき、他方は赤色である。緑色のとき、ライトは、ユーザが、緑色ライトビームの方向にシフトすべきであることを示す。以下に更に論じられるように、装置１００は、マトリックスアレイ１６０を現在取り囲む２つの肋骨の間の肋間腔に沿ってプローブ１３０が妥当に位置決めされていると既に判断している。逆に、赤色のとき、ライトは、ユーザが逆方向にシフトすべきであることを示す。代替として、又は追加として、シフトの指示及び方向がディスプレイ１１０上に現れてもよい。
【００４４】
また、プローブは、音響結合品質センサ（図示せず）を組み込むこともある。トランスデューサ要素１７０の間に、即ち個々の要素の代わりに、圧力の検出に専用の圧力センサ１９０がまばらに分布される。検出は、画像獲得と交互に行われる。圧力センサ１９０の近位にあるトランスデューサ要素１７０が作動しており、圧力センサの読取値が、圧力がないことを示唆するとき、これは、弱い音響結合を示す。より一般的には、装置１００が、音響結合品質センサの出力に基づいて、音響結合品質が不十分であると決定した場合及び時、その決定時にユーザ警告が発出される。プローブ１３０又は装置１００の他の部分を介して視覚又は聴覚ユーザ警告が提供され得る。一例として、音響結合品質センサは、１０，０００個のトランスデューサ要素１７０の間に配設された８つのみの圧力センサ１９０を備えることができる。
【００４５】
図２Ａ及び図２Ｂは、例示及び非限定の例として臨床超音波処置２００を示し、これは、装置１００が、超音波検査法の訓練を受けていない看護婦又は他のユーザを視覚的に誘導する方法を示す。この実施形態では、撮像に関する心臓の心尖部四腔像が記録され、心臓ボリューム測定が行われて記憶されるものとする。このプロセスは、２段階である。第１の段階では、ユーザは、撮像が心臓又は対象臓器の少なくとも一部を検出するまで、プローブ１３０を移動させる。第２の段階では、ユーザは、プローブ１３０を移動させ、時折休止して、各休止の直後に更なる指示を受ける。時として、装置１００は、第２の段階から第１の段階に戻る移行が成されるべきであると判断する。超音波処置２００の正常な完了は、第２の段階中、即ち第２の段階の終了時に生じる。
【００４６】
動作上、まず、看護婦が、心電図（ＥＣＧ:electrocardiogram）リードを患者又は超音波被験者（ヒト又は動物）に配置する（ステップＳ２０２）。ＥＣＧは、心臓検査の一部として働く。また、ＥＣＧは、記録されるライブ心臓画像の解析を容易にする。開始時、ユーザは、行われるべき撮像に関して全般的に指示され、その指示は、ディスプレイ１１０上で、及びライト１８０によって目に見える。ここでは、指示されたときには速やかにプローブ１３０の移動を休止し、プローブを移動させるように指示されたときには、システムが読取りを行うことができるように時折休止するというものである（ステップＳ２０４）。また、初期化の一部として、段階２フラグがクリアされる。何故なら、ユーザは、最初は処置２００の段階１にいるからである。次いで、ユーザは、左を下にして患者を横たわらせるように指示され、それにより、心臓は、より容易に撮像できるよう為に、患者の肺において前のめりになる（ステップＳ２０６）。ユーザは、初期音響窓に関してプローブ１３０のヘッド１５０を配置すべき点について、左乳頭の下の点で胸郭の下部から始め、胸郭の下部から第４の肋骨と第５の肋骨との間まで数え上げるように指示される（ステップＳ２０８）。プローブによる画像獲得は、ライブであり連続的である。また、指示は、プローブが、第１の推定量として患者の首元に向くように上方へ傾けられるべきであることを表す。ここでの指令は、以下のようなものである。配置を記憶し、プローブ１３０を持ち上げる；マトリックスアレイ１６０をカバーするプローブ面の周りに結合ジェルを塗布する；及び位置及び向きに関してプローブ配置を再び取る（ステップＳ２１０）。以下に更に論じられる妨害識別アルゴリズムによって、肋骨が検出されない場合には（ステップＳ２１２、Ｓ２１４）、ステップＳ２０６に戻る。そうでない場合、１つの肋骨しか検出されない場合には（ステップＳ２１４）、ユーザは、２つの肋骨の間の位置を取るようにわずかに上又は下にシフトするように指示される（ステップＳ２１６）。１つの肋骨に照準されているプローブが２つの肋骨間の配置に向けて上／下にシフトされているグラフィック描写が画面上に表示されてもよい。処理は、ステップＳ２１２に戻る。この処理ループ、及びユーザ指示を発出することを含む全ての処理ループにおいて、指示は、既に画面上に示されている場合には再び列挙されない。他方、両方の肋骨が検出された場合、正確なプローブ配置のこの側面が確認される。肺がプローブ１３０の現在の視野を妨害しているかどうかに関してクエリが行われる（ステップＳ２１８）。この判断は、以下に更に論じられる妨害識別アルゴリズムによって行われる。肺組織が視野内にある場合（ステップＳ２１８）、ユーザは、患者に息を吐かせ、呼吸を止めさせるように指示される（ステップＳ２２０）。これは、肺を視野外に動かすことがある。何故なら、肺は、患者による各呼吸及び呼気によって、視野内と視野外に出入りすることがあるからである。やはり肺が検出され、従って視野を依然として妨害している場合（ステップＳ２２２）、ユーザは、患者に通常の呼吸を再開させるように指示される（ステップＳ２２４）。心臓を妨害している肺は左肺であり、また、肺は心臓に比べ胸部の中央から離れているので、ユーザは、プローブ１３０を上に、即ち胸骨に向けてシフトさせるように指示される（ステップＳ２２６）。プローブ１３０上の休止／開始インジケータライト１８０が緑色になる。ユーザはまた、プローブが上にシフトされるとき、プローブ１３０をわずかに傾けて、患者の左側により良く照準するように指示されることもある。ステップＳ２１２に戻る。代替として、又は追加として、ユーザは、画面上の逆「Ｖ」字形の表示を示されることがあり、これにより、ユーザは、肺を避けるようにプローブ１３０を対話式にシフト及び傾斜させることができる。この「Ｖ」字形の表示は、肋骨を避ける為にプローブを傾斜及び並進させるようにユーザを誘導する為に使用され得る。他方、患者に呼吸を止めさせた後（ステップＳ２２０）、肺がもはや視野を妨害していない場合（ステップＳ２２２）、又は肺が初めから妨害していなかった場合（ステップＳ２１８）には、ライブ撮像中に心臓の少なくとも一部がプローブ１３０によって検出されるかどうかに関するクエリが行われる（Ｓ２２８）。上述のSchrammのＧＨＴが、この検出に利用される。左心室（ＬＶ）が、定量化が望まれる心臓の部分であり得るが、心臓の一部の検出は、更に、例えば左心房又は僧帽弁のみの検出を含んでいてもよい。検出が行われたかどうかの決定において所定の信頼性レベルが満たされなければならない。例えば、Schrammの文献では、所定の閾値を満たす為に、変換パラメータのセットを決定する際の最適性の尺度が必要とされ得る。
【００４７】
心臓が検出されない場合（Ｓ２２８）、ユーザは、「胸骨からゆっくりと下にシフトし、胸骨に向けてゆっくりと上にシフトし、その都度、範囲を広げて行く」ように指示される。パターン移動のグラフィック描写が、ディスプレイ１１０に表示されてもよい（ステップＳ２３０）。処置２００は、ステップＳ２１２に戻る。
【００４８】
他方、心臓の一部が検出された場合（ステップＳ２２８）、ステップＳ２０４での初期化中にクリアされた段階２フラグが設定されているかどうかに関してクエリが行われる（ステップＳ２３２）。設定されていない場合（ステップＳ２３２）、ユーザは休止し、指示を待機するように指示される（ステップＳ２３４）。セグメント化は、
粗いセグメント化でさえも、短い期間（例えば２秒）を必要とするので、休止が必要とされる。具体的には、プローブ１３０上の休止／開始インジケータライト１８０が赤色に変わり、及び／又はディスプレイ１１０が、赤色で休止の指示を示す。短い可聴ビープ音が発出することもある。装置１００は、プローブ１３０内の加速度計を介して、プローブの動きが休止しているかどうか検出する（ステップＳ２３６）。移動が休止するまで（ステップＳ２３６）、休止の為の視覚的及び聴覚的フィードバックが維持される（ステップＳ２３８）。休止が検出されたとき（ステップＳ２３６）、心臓の一部が検出されるかどうかに関してチェックが再び行われる（ステップＳ２４０）。この予防措置は、心臓の一部を引き続き撮像するのに十分に速やかにユーザが休止したかを判断する為に行われる。
【００４９】
心臓の一部の検出がもはやない場合（ステップＳ２４０）、指示（ステップＳ２４２）は、「一番最近の動きをゆっくりと逆戻りし、心臓の（部分的な）ビューを再び得るよう指示されたときには休止する。それ以外は、指示された通りにシフトする」というものである。次いで、ステップＳ２１２に戻る。
【００５０】
他方、心臓の少なくとも一部が依然として検出された場合（ステップＳ２４０）、身体の臓器、ここでは心臓の粗い画像セグメント化が、モデル（ステップＳ２４５）を使用して行われる（ステップＳ２４４）。
【００５１】
装置１００が、電子操舵機能を有すると仮定して、ここで、セグメントから判断して、心臓全体がプローブ１３０の現在の視野内にあるかどうかに関してクエリが行われる（ステップＳ２４６）。
【００５２】
心臓全体が現在の視野内にない場合（ステップＳ２４６）、又は装置１００が電子操舵機能を有さない場合には、座標系変換が計算される（ステップＳ２４７）。特に、セグメント化は、プローブ１３０の画像空間内での位置及び向きを有する心臓の１つ又は複数のセグメントを生成する。位置及び向きは、モデルから既知である。位置及び向きに基づいて、検査される心臓全体又は心臓の一区域、例えば左心室をカバーする幾何的に固定されたプローブ視野に関して、最適な視点及び視線向きが判断される。例えば、セグメント化によって僧帽弁と心尖との両方が識別され得て、それらを結ぶ軸は、定量化及び診断心臓画像の為の最適な視線向きであり得る、又はそれに近いことがある。ユーザが超音波検査法の訓練を受けておらず、単純さの為に、単に視覚的指示に従ってプローブを移動させるように誘導されると仮定されるので、視野は、幾何的に固定される。導出される最適な視点及び視線向きは、一般に、プローブの現在の視点及び現在の向きとは異なる。視点及び視線向きは全て、プローブ１３０の画像空間内にある。装置１００は、現在の視点及び向きを導出された最適な視点及び向きと一致させる座標系変換を計算する。
【００５３】
変換が計算された後、画面上の全体的なプログレスバー１７８が更新される（ステップＳ２４８）。
【００５４】
進行は、変換の並進成分の大きさに基づき、それよりも小さい度合いで、又は後の段階で、変換の回転成分の大きさに基づく。
【００５５】
従って、プログレスバー１７７の長さは、パーセンテージで、１００から、２つの成分の重み付け平均を引いた値でよく、この重み付け平均は、負ではなく、１００パーセントよりも小さい。
【００５６】
同一又は同様の測定基準が、装置１００によって使用されて、現在のビューが、定量化及び任意選択的なライブ撮像獲得及び記憶を開始するのに十分に的確であるかどうか決定する。代替として、又は追加として、装置１００は、モデルに基づいて、心臓又は心臓の一区域が、プローブ１３０の現在の視野内に完全に又は十分にあるか判断することができる（ステップＳ２４９）。
【００５７】
ステップＳ２４９で、プローブ１３０の現在の視野が最適な視野に十分には近くないと判断された場合、次のユーザ指示の為の選択肢として傾斜とシフトのどちらが勝るかに関する決定が行われる（ステップＳ２５０）。一般に、余地がある場合にはシフトが勝る。しかし、余地が十分に小さい場合には、傾斜が十分であり得る。決定の為のパラメータは、経験的に設定され得る。処置２００のこの部分から先へ進むと、ユーザへの視覚的フィードバック１４４の提示は、プローブ１３０の現在の視野と、ステップＳ２４７からの導出された最適な視点及び視線向きとの比較に基づいて選択的に動的に調整される。これは、例えばシフト及び／又は傾斜の必要性に基づき、それらの必要性は、比較に基づいて査定される。選択は、以下に述べられるユーザ指示のどれが処置２００で発出したかに従って本来的に行われる。ここでは、視覚的フィードバック１４４の提示の調整は、処置２００のより早期に、例えばステップＳ２１２〜Ｓ２２８で動的に及び選択的に行われ、獲得された画像内容に基づくが、上述の比較には基づかないことに留意されたい。従って、処置２００内での視覚的フィードバック１４４の動的な選択的な調整の幾つかは比較に基づくが、全てではない。
【００５８】
シフトが勝る場合（ステップＳ２５０）、肋骨の位置を仮定して、示される並進が、肋骨を横切って、隣接する肋間腔に入るものであるかどうかに関してクエリが行われる（ステップＳ２５１）。装置１００は、ステップＳ２１２及びＳ２１４に関して上述され、本明細書で以下に更に論じられる妨害識別アルゴリズムによって肋骨の位置を認識する。並進が実現可能でない場合（ステップＳ２５１）、ユーザは、それに従って、プローブ１３０に結合ジェルを再塗布した後に、胸郭を上又は下に移動させるように指示される（ステップＳ２５３）。段階２フラグがクリアされ、処理は、ステップＳ２１０に戻る。他方、並進が実現可能である場合（ステップＳ２５１）、ユーザは、装置１００によって決定された方向にゆっくりとシフトし、時折休止するように指示される（ステップＳ２５４）。従って、このユーザ指示は、上述の比較に基づいて動的及び選択的に調整されるユーザ指示に含まれる。
【００５９】
他方、シフトがステップＳ２５０で優勢でない場合、ユーザは、決定された方向にプローブ１３０をゆっくりと傾けるように指示される（ステップＳ２５５）。指示は、「胸骨に向けて内方向に狙いを定めるようにゆっくりと傾け、時折止まる」又は「患者の脚に向けて下方向に狙いを定めるようにゆっくりと傾け、時折止まる」でよく、これら２つの指示の何らかの組合せなどでもよい。このとき、この指示は、上述の比較に基づいて動的及び選択的に調整される指示に含まれる。
【００６０】
代替として、又は追加として、ディスプレイ１１０は、プローブ１３０の視野を表現する重畳された逆「Ｖ」字形を伴うセグメント化された画面上の物体として、セグメント化された臓器、ここでは心臓を画定するセグメントの対話式グラフィック描写を示すことがある。第２の別個の同時の描写が、「Ｖ」字形に関して直交方向で示されることがある。このグラフィック描写は、以下に更に論じられる。
【００６１】
ステップＳ２５４又はＳ２５５に関する指示が発出した後、ステップＳ２３６以降に移動が生じているかどうかに関してクエリが行われる。これは、プローブ１３０内の加速度計によって決定され得る。そのような移動が生じており、現在は移動がない場合（ステップＳ２５６）、段階２フラグが設定され（ステップＳ２５７）、処理は、ステップＳ２１２に戻る。
【００６２】
他方、ステップＳ２４９で、プローブ１３０の現在の視野が最適な視野に十分に近いと判断された場合、装置１００は、休止の指示を発出する（ステップＳ２５８）。具体的には、プローブ１３０の休止／開始インジケータライト１８０が赤色に変わり、及び／又はディスプレイ１１０が、赤色で休止の指示を示す。短い可聴ビープ音が発出することもある。装置１００は、プローブ１３０の加速度計を介して、プローブの動きが停止、即ち休止又は終了しているかどうかを検出する（ステップＳ２６０）。移動が停止するまで（ステップＳ２６０）、停止の視覚的及び聴覚的フィードバックが維持される（ステップＳ２６２）。移動が停止すると（ステップＳ２６０）、ステップＳ２４９と同様に、現在のビューが、定量化及び任意選択的なライブ撮像獲得及び記憶を開始するのに十分に的確であるかに関してクエリが行われる（ステップＳ２６４）。現在のビューが的確でない、即ち的確でなくなった場合（ステップＳ２６４）、プログレスバー１７８は、それに従って短縮されて、処置２００の完了に向かう進行の後退を反映する（ステップＳ２６６）。一番最近のプローブ移動をゆっくりと逆戻りし、時折止まるようにユーザに促す指示が発出する（ステップＳ２６８）。処理は、ステップＳ２５７に進む。他方、現在のビューが、定量化及び任意選択的なライブ撮像獲得及び記憶を開始するのに十分に的確である場合（ステップＳ２６４）、ユーザは、処置２００の完了の為に依然としてプローブを保持するように通知される（ステップＳ２７０）。定量化の為に、精密セグメント化が行われる（ステップＳ２７２）。この為に、モデルが利用される（ステップＳ２７４）。装置１００は、心臓又は心臓の一区域のライブ撮像の記録を開始する（ステップＳ２７６）。装置１００が電子操舵機能を含む場合、標準のビューなど様々な心臓のビューが、記録から再生され得る。また、装置は、セグメント化からのボリューム測定を行う（ステップＳ２７８）。例えば、心臓サイクルにわたって平均又は最大長さを見出し、且つ平均又は最大幅を見出すことなどによって、左心室（ＬＶ）の大きさが計算される。同様に、心臓サイクルにわたって最大及び最小ＬＶボリュームを検出し、２つの量の比を求めることによって、駆出率が計算される。定量化データは、メモリに記憶される（ステップＳ２８０）。
【００６３】
他方、心臓全体が現在の視野内にある場合（ステップＳ２４６）、装置１００が電子操舵機能を有する場合には、プログレスバー１７７は、完了間近であることを反映するように成される（ステップＳ２８２）。ステップＳ２８４で、停止の指示が与えられる。プローブ１３０の移動が検出される間（ステップＳ２８６）、停止のユーザ警告が維持される（ステップＳ２８８）。プローブ１３０が停止されたことが検出されると（ステップＳ２８６）、心臓全体が視野内にあるかどうかに関してクエリが再び行われる（ステップＳ２９０）。心臓全体が依然として視野内にある場合（ステップＳ２９０）、処理は、ステップＳ２７０に進み、ユーザに、処置２００の完了の為に休止するように指示する。逆に、心臓全体がもはや視野内にない場合（ステップＳ２９０）、処理は、ステップＳ２６６に進み、心臓全体の画像の回復を試みる。
【００６４】
図３は、装置１００が、音響窓の配置をリアルタイムで誘導することができる方法を概念的に示す。プローブ３０２は、臨床従事者の手３０４で、患者の皮膚３０６に対して保持される。より具体的には、プローブ３０２は、例えば特殊なジェルなど音響結合媒体によってのみ皮膚から離隔された、皮膚３０６に対して配置する為の面３１０を有するヘッド３０８を有する。ヘッド３０８内部で、面３１０に沿ってマトリックスアレイ３１２がある。マトリックスアレイ３１２から、視野３１４が延びている。患者の心臓３１６は、部分的に、ここでは大部分、視野３１４内部にあり、プローブ３０２によって撮像されている。心臓３１６の一部が十分な信頼性レベルで検出されるので、臨床従事者は、休止するように指示されており、従って速やかに休止している。セグメント３１８への画像セグメント化により、装置１００は、モデルによって向き３２０を決定し、この向き３２０は、プローブ３０２又はプローブマトリックスアレイ３１２などプローブの一部が適切な位置３１８からその向きを取っている場合には、心臓３１６の最適な又は目標の視野を提供する。モデルは、位置３１８も提供する。説明を分かりやすくする為に、図３での湾曲矢印３２１は、プローブ３０２の位置３２２及び向き３２４で始まる。矢印３２１は、画像セグメント化から導出されるモデル提供位置３１８及びモデル提供向き３２０で終了する。湾曲矢印３２１は、視野３１４と、モデル提供位置及び向き３１８、３２０との比較を表す。比較は、モデル提供位置及び向き３１８、３２０をプローブ３０２の現在の位置３２２及び現在の向き３２４と一致させる座標系変換を含む。変換は、並進成分３２６と回転成分３２８とを有する。例えば、図２Ａ及び図２ＢのステップＳ２４８、Ｓ２４９、及びＳ２６４と同様に、処置２００での視覚的フィードバック１４４は、成分３２６、３２８の大きさに基づいて選択される。図３での別の湾曲矢印３３０は、臨床従事者の手３０４が、フィードバック１４４に基づいて心尖部像３３２にプローブ３０２を操縦している様子を示す。
【００６５】
示される例では、心臓３１６は一部、現在の視野３１４の外側にある。心尖部像３３２に対応する好ましい視野への電子操舵は、依然として、電子操舵前に視野外にあった撮像内容を捕捉できていない。従って、示される例において処置２００を短縮する為に電子操舵に依拠することは、その特定の画像内容を失う影響によっては、結果を損なうことがある。
【００６６】
しかし、心臓３１６が現在の視野３１４内に完全にあるように図３が描き直された場合には、装置１００が電子操舵機能を有すると仮定して、電子操舵が上述したように進行する。従って、心尖部像３３２は、湾曲矢印３３０によって表されるプローブ３０２の操縦なしで実現される。これは、電子操舵によって実現される。プローブ２０３の手動操縦は、心臓３１６の一部の検出を実現する為に、処置においてより早い段階で必要とされていることがあるが（ステップＳ２２８）、心臓全体が見えると、電子操舵が、プローブの更なる手動操縦の必要性を軽減する。
【００６７】
有利には、ユーザは、心臓の心尖部像を実現する為の処置全体にわたって誘導される。
【００６８】
本明細書で上述のように、現在の肋間腔の境界を成す肋骨が視野内にあることを検出することは、光学音響窓を見つける際に設けられた現在の音響窓が妥当であるという妥当性検査の一部である。心臓を閲覧する為に肺の周りでプローブを操縦する方法に関するユーザ指示も、本明細書で上述されている。
【００６９】
超音波心臓検査は、心臓が肋骨及び肺組織によって取り囲まれているので難しい。超音波は、石灰化された肋骨（典型的には、心尖部像内で見られる）及び肺組織と他の軟組織との間の音響インピーダンスの不一致が大きいので、石灰化された肋骨及び肺組織を殆ど貫通できない。更に、肋骨での超音波吸収は、組織に比べてかなり高い。従来、超音波画像品質の最適化は、画面上で、リアルタイム表示されるグレースケール超音波画像に基づいてのみユーザによって行われる。熟練したユーザは通常、画像劣化を認識し、それに従って、プローブをより良い位置に移動させることによって画像品質を改良することが可能であるが、あまり経験のないユーザは、手と目の協調関係が悪く、アーチファクトにあまり良く気付かないため、低質の画像しか獲得できないことがある。良好な超音波スキャニングは、ユーザの訓練及び経験に大きく依拠する。経験のない、又はあまり経験のないユーザが、超音波心臓検査を使用して心臓から有意な情報を獲得する助けをする為に、解剖学的にインテリジェントな超音波システムが望ましい。
【００７０】
超音波は、石灰化した肋骨を殆ど貫通することができないので、石灰化した肋骨に当たる超音波ビームの深いエコーは、肋骨の下の組織からのものである可能性が低い。それらは、サイドローブによって拾われることがある。視覚的アーチファクトは、熟練した超音波検査技師には（グレースケール）超音波画像を見ることによって認識可能であるが、熟練していないユーザによって容易には認識され得ない。
【００７１】
また、熟練していないユーザの為に良好な画像品質を得る為に、超音波システムが肺組織の存在を認識すべきである。
【００７２】
以下に述べられる１つの妨害識別アルゴリズムは、視野を妨害する肺組織、特に肋骨組織を検出する為に特殊化されている。以下に述べられる第２の妨害識別アルゴリズムは、特に肺組織妨害を検出するように適合されている。それらは、以下の図面に鑑みて論じられる。
【００７３】
図４Ａ及び図４Ｂは、超音波プローブの視野に対して設けられたセグメントの画面上での誘導画像を使用する、撮像妨害回避の為の方式の例を示す。
【００７４】
どちらの図も、超音波画像を表す。図４Ａの超音波画像は、患者の長さに沿って延びる画像スライスであり、図４Ｂの超音波画像は、患者の幅に沿って伸びる画像スライスである。
【００７５】
図４Ａは、第１のアルゴリズムに関するだけでなく、視覚的フィードバック１４４の一部としての対話式ディスプレイにも関する。
【００７６】
マトリックスアレイ１６０は、現在の視野３１４を有し、視野３１４は、肋骨４０４、４０８を一部含み、心臓４１２を一部（ここではほぼ全て）含む。第１のアルゴリズムは、妨害境界線４１６、４２０を計算し、これらは、良好な超音波ビームと、肋骨４０４、４０８による妨害による劣悪な超音波ビームとの境界に対応する。
【００７７】
妨害を検出する為にチャネルデータのコヒーレンスが使用される。各チャネルは、そのそれぞれの高周波データの大きさを、そのそれぞれの固定されたトランスデューサ要素１７０又は要素のパッチに関連付けて送達する。超音波エコーが戻るとき、要素１７０に対するそれらの入射圧力が、迅速に且つ定期的にサンプリングされる。サンプルは、評価される視野点の照準線移動時間ジオメトリに従って、互いに対して遅延される。ここで、「コヒーレンス」は、上述の受信集束遅延を適用した後にアレイの様々なチャネルによって記録されるデータ間の類似性を意味する。
【００７８】
コヒーレンスの１つの計器は、Ｙｅｎ他の米国特許出願公開第２００９／０１４１９５７号に記載されているものなど、ビームサムデータベースのコヒーレンス推定法である。上記特許文献の開示全体を参照により本明細書に援用する。
【００７９】
この推定法は、肋骨及び肺による妨害を検出するように適合され得て、２つのビームフォーマを使用して以下に示される。ｓｊ（ｒ，θ）が、集束遅延の適用後に第ｊのチャネルによって受信された深さｒでの（実際値）チャネルデータを表し、Ｃ１及びＣ２が、それぞれ第１及び第２のビームフォーマで使用されるチャネルの集合を表すとする。第ｋ（ｋ＝１、２）のビームフォーマの出力は、ｂｋ（ｒ，θ）であり、これに関する式が図５に示される。全てのチャネルデータｓｊ（ｒ，θ）がチャネルにわたって同一であるとき、ｂ１（ｒ，θ）及びｂ２（ｒ，θ）は、Ｃ１及びＣ２がどのように選択されるかには関係なく、高い相関性を持たされる。他方、チャネルデータが、サイドローブ領域での散乱体に主に起因するとき、Ｃ１とＣ２が適切に選択される場合には、ｂ１とｂ２の相関が大幅に低下することがある。Ｃ１とＣ２は、相補的な交互配置アパーチャでよい。簡潔に言うと、ｂ１とｂ２の相関性に基づいてオンアクシス信号とオフアクシス信号とを区別することが可能である。相関器の出力は、図５に列挙されるように定義されるｂ１（ｒ，θ）とｂ２（ｒ，θ）の相関係数ρ（ｒ，θ）であり、ここで、ｗは、実数の対称的な重み付け関数である。次いで、ρ（ｒ，θ）がローパスフィルタされて、平滑化された相関マップ
【数１】
0006271579.tif 000002
を得る。これは、妨害検出の為に使用される。アルゴリズム、即ち「第１のアルゴリズム」に関する流れ図が、図５に示される。ｓｊ（ｒ，θ）の和が、Ｃ１（ステップＳ５１０）とＣ２（ステップＳ５２０）に関して取られる。それらは、相関係数ρ（ｒ，θ）を計算する（ステップＳ５３０）為に相関され、相関係数ρ（ｒ，θ）は、ローパスフィルタされて（ステップＳ５４０）、妨害検出の為に使用される平滑化された相関マップ
【数２】
0006271579.tif 000003
を生成する（ステップＳ５５０）。次いで、逆「Ｖ」字形の表示の為にエッジラインが生成される（ステップＳ５６０）。
【００８０】
具体的な例では、データは、３２ＭＨｚサンプリングレートで、８０個の要素１７０を有するプローブを使用してパルス反転モードで獲得される。各フレームが、４４個のビームを有し、ビーム密度は、０．４９４４ビーム／度である。中心周波数は、送信時及び受信時にそれぞれ１．３及び２．６ＭＨｚである。Ｃ１＝｛２０−２２，２６−２８，３２−３４，３８−４０，４４−４６，５０−５２，５６−５８｝及びＣ２＝｛２３−２５，２９−３１，３５−３７，４１−４３，４７−４９，５３−５５，５９−６１｝である。相関器で使用される重み付け関数ｗは、５１（軸方向又はｒ方向で）×１（横方向又はθ方向で）のボックスカーであり、平滑化フィルタは、５０１×３のボックスカーである。アパーチャの周期的構造により、オフアクシス信号に対する相関係数ρの感度は、オフアクシス信号の方向と共に周期的に変化する。この周期性は、両方のアパーチャを依然として相補的にしたままで、サブアパーチャのサイズをランダム化することによって軽減され得る。
【００８１】
ビームが妨害されているかどうか検証する為に、７２〜１８０ｍｍの間の深さで、０．５５よりも高い相関係数
【数３】
0006271579.tif 000004
を有する点の数のカウントが行われる。（３２ＭＨｚサンプリングレートで）ビーム内の少なくとも４００点が高いコヒーレントを有する場合、このビームは、組織内に貫入しているとみなされる。そうでない場合、ビームは、肋骨によって妨害されているとみなされる。
【００８２】
図４Ａを再び参照すると、８０個のチャネルを左から右にカウントして、おそらく２０番目のチャネルが、高いコヒーレンスを示す最初のビームを有する。一方、１９番目のビームは、高いコヒーレンスを示さない。従って、図４Ａで、第１の妨害境界線４１６は、１９番目のビームに示される。同様に、５９番目のチャネルは高いコヒーレンスを示すが、６０番目のチャネルは高いコヒーレンスを示さない場合、第２の妨害境界線４２０は、５９番目のビームと一致して配置される。
【００８３】
深さ範囲の上限は重要でない。下限としては、一般的にヒトの肋骨の深さよりもはるかに大きい７２ｍｍが選択され得る。何故なら、肋骨のすぐ下の領域内では、複数の反射（又は反跳）により、高いコヒーレンス因子値が存在することがあり、そのような反射は、深さと共に消える傾向があるからである。
【００８４】
説明されるアパーチャは、アパーチャ全体の両端にチャネルを含まない。アパーチャは、それらのチャネルを含むように拡張され得るが、妨害されるビームの数は、大きなアパーチャが使用される場合には過小評価され得る。これは、大きな相補的アパーチャの一部が妨害されない場合には、相補的アパーチャ出力の相関係数が依然として高いことがあるからである。
【００８５】
上の実施形態は、１Ｄプローブを用いて獲得された２Ｄ画像を使用するが、この方法は、ボリューム獲得を実施する為に未熟なユーザを誘導する為に、マトリックスプローブ、従って３Ｄボリューム撮像にも適用され得る。
【００８６】
図４Ａはまた、臨床従事者を対話式に誘導する為に表示され得る画像を示す。心臓４１２の画像は、粗いセグメント化によって心臓を画定するセグメントとして実装され得る（ステップＳ２４４）。心臓４１２は、殆どないが一部は視野３１４の外にある。臨床従事者が、画面上での、又はプローブ上の緑色ライト１８０の形態での視覚的フィードバック１４４に従ってプローブ３０２をシフトするとき、図４Ａの画像は、リアルタイムで更新する。逆「Ｖ」字形は、所望の臓器、ここでは心臓を完全に包含するように容易に形成され得る。視覚的フィードバック１４４の一部としての図４Ａの画像は、図２Ａ及び図２Ｂに関連して上述されるステップＳ２１２、Ｓ２１４、及びＳ２５５を補完することができる。
【００８７】
プローブ位置決めを最適化する為に、Ｖの広がりは、Ｘ平面ディスプレイの使用によって拡大され得る。
【００８８】
図４Ａと同様に、図４Ｂは、第２のアルゴリズムに関するだけでなく、視覚的フィードバック１４４の一部としての対話式ディスプレイにも関する。
【００８９】
マトリックスアレイ１６０は、心臓４２４及び肺の一部４２８を含む現在の視野３１４を有する。第２のアルゴリズムは、良好な超音波ビームと肺４２８による妨害による劣悪なビームとの間の境界に対応する妨害境界線４３２を計算する。
【００９０】
第２のアルゴリズムでは、心臓組織から肺組織を区別する為のパラメータとして、パルス反転（ＰＩ）モードで獲得された高周波（ＲＦ）データの中心周波数が使用される。
【００９１】
２．１ＭＨｚの送信中心周波数を有するサンプル高周波データが、図６Ａ及び図６Ｂに示されている。図６Ａは、肺組織の問合せを表すグラフであり、図６Ｂは、心臓組織の問合せを表すグラフである。肺組織と心臓組織は、パルス反転撮像では、従来の撮像よりも違いが明瞭に見える。例えば、肺組織は、より低い周波数により良く対応した。
【００９２】
図６Ａのグラフは、自己復調信号に対する肺組織の線形応答から得られた。広帯域伝送により、非線形伝播後、正と負のパルスの和は、１ＭＨｚ付近の有限信号を表し、これは送信時の中心周波数のほぼ半分である。これは、自己復調と呼ばれる現象である。肺組織は、心臓組織よりも良く、この低い周波数の信号に応答する。他方、肺組織と比べて、心臓組織については、ＰＩモード中、より高い周波数成分が好ましい傾向がある。何故なら、より高い周波数では、心臓組織のより強い動きがそれほど完全な相殺を生じないからである。
【００９３】
第２のアルゴリズムの一部は、ＲＦデータの中心周波数を推定することを含む。ｒ（ｎ）を、サンプリングされたＡライン信号とし、Ｒ（ｎ）をその複素包絡線とする。ｆｃ（ｎ）、即ちｒ（ｎ）の局所中心周波数は、以下の式によってＲ（ｎ）に関係付けられる。
【数４】
0006271579.tif 000005
ここでａｒｇ｛・｝は、位相／偏角を表し、ｆｓは、サンプリングレートである。ｆｃ（ｎ）の推定量は、式（１）に基づいて導出され得る。推定量の一例は、推定量としての
【数５】
0006271579.tif 000006
である。窓関数ｗ（ｉ）に基づく平均化が、分散を減少させる。
【００９４】
一例では、送信は、高解像度モードで２．１ＭＨｚであり、サンプリングレートは、３２ＭＨｚであり、ビーム密度は、０．７２ビーム／度である。１つの画像又はフレームは、ビーム当たり２つの送信を伴う６４個のビームからなる。フレーム内のＲＦエコーは、｛ｒｐ（ｎ，θ），ｒｎ（ｎ，θ）｝として表され、ここで、下付き文字ｐ及びｎは、それぞれ送信時の正及び負のパルスを意味し、ｎ及びθ＝θ（ｋ）（ｋはビームインデックス）は、それぞれ時間インデックス及び角度を表す。
【００９５】
図６Ｃは、第２のアルゴリズムの第１の変形形態の流れ図を示し、ここで、
【数６】
0006271579.tif 000007
であり、
【数７】
0006271579.tif 000008
は、畳み込みを表し、ｈ（ｎ）は、０．９５〜２．０５ＭＨｚの間の１２１タップのシングルサイド複素バンドパスフィルタである。中心周波数マップ
【数８】
0006271579.tif 000009
は、３０１タップのＨａｍｍｉｎｇ窓を用いて式（２）に基づいてビーム毎に得られ、次いで、３０１（軸方向又はｎ方向で）×５（横方向又はθ方向で）のボックスカーフィルタによって平滑化されて、
【数９】
0006271579.tif 000010
を得る。最後のステップは、平滑化された中心周波数マップ
【数１０】
0006271579.tif 000011
を使用して、心臓と肺の間の境界角度を推定することである。図６Ｃでのステップは、加算（ステップＳ６１０）、複素時間フィルタリング（ステップＳ６２０）、中心周波数推定（ステップＳ６３０）、２Ｄフィルタリング（ステップＳ６４０）、及び境界推定（ステップＳ６５０）である。
【００９６】
境界角度の推定は、複数の閾値を含む。まず第１の閾値関係について、あるビームに関して（即ちθを与えて）、心臓領域として認定する為には、中心周波数が以下の条件を満たさなければならない。
【数１１】
0006271579.tif 000012
即ち、１５００番目と３０００番目の点の間（３６ｍｍ〜７２ｍｍの間）、１５０１番と３００１番目の点の間、・・・、及び２５００番目と４０００番目の点の間（６０ｍｍ〜９６ｍｍの間）の平均中心周波数が全てｆｕ１以上である場合のみ、ビームは、心臓組織を通過するものとみなすことができる。認定されたビームのインデックスの集合は、集合Ａ１として表される。例えば、ｆｕ１＝１．３７ＭＨｚに関して、Ａ１＝｛３，４，・・・，３２｝である（図４Ｂでは、６４個のビームが右から左にカウントされ、最初の２つと最後の２つのビームは、空間平滑化フィルタにより認可されないことに留意されたい）。従って、境界角度は、ビーム３２及び３３にわたる平均角度として推定され得て、θ（ｋ）は、ｋの増加関数である。妨害境界線４３２は、境界角度に対応する。
【００９７】
肺組織は、プローブが正確に位置決めされる限り、図４Ｂに示される画像が実質的に反転されない限り、（患者から見て）心臓の右側には決して現れることはない。従って、常に、式（３）で定義される条件を満たす最も左側のビームに基づいて境界を推定することができる。例えば、Ａ１＝｛１４，１５，・・・，３２｝の場合、境界角度は、やはり、ビーム３２及び３３にわたる平均角度として推定され得る。
【００９８】
肺識別のロバスト性は、追加の基準を含むことによって改良され得る。第２の閾値は、非常に低い中心周波数を有する領域を検出する為に使用される。即ち、ビーム角度θを仮定すると、中心周波数が、
【数１２】
0006271579.tif 000013
を満たす場合、このビームは、肺組織を通過するとみなされ得る。式（４）を満たすビームのインデックスの集合は、Ａ２と表される。図４に示される場合には、ｆｌ＝１．２７ＭＨｚに関してＡ２＝｛３，４，・・・，３２｝であり、従って、対応するＡ１と競合しない。
【００９９】
第３の（最後の）閾値は、非常に高い中心周波数を有する領域を検出する為に使用される。即ち、ビーム角度θ（ｋ）を仮定すると、中心周波数が、
【数１３】
0006271579.tif 000014
を満たす場合、このビームは、肺組織を通過するとみなされる。即ち、５つの連続するビームが非常に高い中心周波数を表す場合、中心ビームは、心臓組織を通過している可能性が高い。式（５）を満たすビームのインデックスの集合は、Ａ３と表される。
【０１００】
実際には、Ａ１、Ａ２、及びＡ３は、互いに一致しなくてもよい。例えば、Ａ１とＡ２の共通部分は空でなくてよい。これは、幾らかのビームが、心臓組織と肺組織の両方を通過するとみなされ得ることを意味する。従って、集合は、優先順位を付けられることがある。具体的には、Ａ３（式（５）で定義される非常に高い周波数条件）は、最高の優先順位を与えられ、Ａ１（式（３）で定義される高い周波数条件）は、最小の優先順位を与えられる。「調節された心臓組織集合」は、以下のように定義される。
Ａｈ≡｛ｋ│ｋ∈Ａ１、及び任意のｌ∈Ａ２（最大（Ａ３）よりも大きい）に関して、ｋ＜ｌ｝      （６）
ここで、最大（Ａ３）は、Ａ３の最大要素であり、Ａ３が空である場合には、−∞と定義される。以下は、等価な定義である。
【数１４】
0006271579.tif 000015
ここで、
【数１５】
0006271579.tif 000016
心臓と肺との境界は、Ａｈの最大要素に基づいて推定される。例えば、Ａ１＝｛５，６，・・・，５０｝、Ａ２＝｛３，４，４９，５０，５１｝、及びＡ３＝｛１１，１２，１３｝の場合、Ａ２’＝｛４９，５０，５１｝、Ａｈ＝｛５，６，・・・，４８｝であり、推定される境界角度
【数１６】
0006271579.tif 000017
は、ビーム４８及び４９にわたる平均角度である。空のＡｈは、肺組織が画像全体を占有することを示す。Ａｈが空でない場合、
【数１７】
0006271579.tif 000018
であり、ここで、Δθ＝θ（ｋ＋１）−θ（ｋ）である。２Ｄ平滑化フィルタは、側部でビームを劣化させるので、
【数１８】
0006271579.tif 000019
である場合には、肺組織は画像内に現れない。
【０１０１】
ｆｕ１の役割は、ｆｌの役割よりもはるかに重要であるが、場合によっては、Ａ２の存在が、境界の決定に良好に寄与する。繰り返し述べると、第２のアルゴリズムのこの第１の変形形態では、ｆｕ１＝１．３７ＭＨｚ、ｆｌ＝１．２７ＭＨｚ、及びｆｕ２＝∞である。
【０１０２】
第２のアルゴリズムの第２の変形形態も、１Ｄプローブ、及び高解像度モードで獲得されるＰＩデータに関する。上述のように、肺組織は、低周波数信号成分に線形に良く応答し、心臓組織については、ＰＩモード中、より高い周波数では動きがそれほど完全な相殺を生じない。これは、図６Ｃに示される信号処理チェーンにおいて、ｒｓ（ｎ，θ）を複合信号ｒｃ（ｎ，θ）に置き換えることによる性能改良の可能性を示唆する。この為に、第２のアルゴリズムの第２の変形形態が存在する。図７は、ｒｃ（ｎ，θ）が形成される方法を示し、ここで、ｒｄ（ｎ，θ）≡ｒｐ（ｎ，θ）−ｒｎ（ｎ，θ）（ステップＳ７１０）、
【数１９】
0006271579.tif 000020
（ステップＳ７２０）、ステップＳ７３０はステップＳ６１０と同一、
【数２０】
0006271579.tif 000021
（ステップＳ７４０）、ｒｃ（ｎ，θ）≡ｗｄｒｄ，ｌ（ｎ，θ）＋ｗｓｒｓ，ｈ（ｎ，θ）（ステップＳ７５０）であり、ｈｌ（ｎ）は、０．８ＭＨｚでの１０１タップの実際のローパスフィルタカットオフであり、ｈｕ（ｎ）は、１．１５ＭＨｚでの１０１タップの実際のハイパスフィルタカットオフである。肺組織からのエコーには、（低周波数成分によく応答するので）ｒｄ，ｌ（ｎ，θ）が好ましく、心臓組織からのエコーには、（より大きな動きにより）ｒｓ，ｈ（ｎ，θ）が好ましい。ｗｄ及びｗｓは、２つの力を平衡させる為に使用される重みである。ｒｃ（ｎ，θ）に従う信号処理は、図６Ｃにおけるｒｓ（ｎ，θ）に従う信号処理と同じである。例示的なパラメータはｗｄ＝１．２、ｗｓ＝１、ｆｕ１＝１．４ＭＨｚ、ｆｌ＝１．２ＭＨｚ、及びｆｕ２＝１．５ＭＨｚである。
【０１０３】
第２のアルゴリズムのマトリックスプローブ変形形態は、第２の変形形態に基づき、即ち、中心周波数推定の為に複合信号が使用される。ＲＦデータは、例えば、ＰＩを使用可能な、２．２ＭＨｚの中心周波数での貫入撮像モードを使用して収集され得る。横方向及び高さ方向の幅は、最大であり得る。
【０１０４】
各ボリュームは、送信時に４０（横方向）×３３（高さ方向）のＡラインを有し（ＰＩ獲得により、Ａラインにつき２つの送信イベント）、受信時に８０×６６のＡラインを有し、これらは、４Ｘビームフォーマにより１６ＭＨｚでサンプリングされる。各送信方向の４つの信号は、ＲＦエコー｛ｒｐ（ｎ，θ，φ），ｒｎ（ｎ，θ，φ）｝を取得する為に加算され、４０個のθ値及び３３個のφ値を有する。側方ビーム密度は、１度当たり０．４１ビームである。
【０１０５】
図８は、１６ＭＨｚでの一時的なサンプリングレートでの、第２のアルゴリズムのマトリックスプローブ変形形態の流れ図である。ステップは以下のものである：減算（ステップＳ８０５）、ローパスフィルタリング（ステップＳ８１０）、加算（ステップＳ８１５）、ハイパスフィルタリング（ステップＳ８２０）、重み付け加算（ステップＳ８２５）、複素時間フィルタリング（ステップＳ８３０）、中心周波数推定（ステップＳ８３５）、２Ｄフィルタリング（ステップＳ８４０）、境界推定（ステップＳ８４５）、メジアンフィルタリング（ステップＳ８５０）、及び平面にわたる視覚化（ステップＳ８５５）。簡潔には、φ＝φ（ν）、ｒｄ（ｎ，θ，φ）≡ｒｐ（ｎ，θ，φ）−ｒｎ（ｎ，θ，φ）、ｒｓ（ｎ，θ，φ）≡ｒｐ（ｎ，θ，φ）＋ｒｎ（ｎ，θ，φ）、
【数２１】
0006271579.tif 000022
、
0006271579.tif 000023
であり、ｈｌ（ｎ）は、０．８ＭＨｚでの５１タップの実際のローパスフィルタカットオフであり、ｈｕ（ｎ）は、１．３ＭＨｚでの５１タップの実際のローパスフィルタカットオフであり、ｗｄ＝２、ｗｓ＝１である。複素エンベロープ
【数２２】
0006271579.tif 000024
であり、ここで、ｈ（ｎ）は、０．９５〜２．０５ＭＨｚの間の６１タップのシングルサイド複素バンドパスフィルタである。高さ方向の各平面において、中心周波数マップ
【数２３】
0006271579.tif 000025
が、１５１タップのＨａｍｍｉｎｇ窓により、式（２）に基づいてビーム毎に得られ、次いで、１５１（ｎ方向で）×３（θ方向で）のボックスカーフィルタによって平滑化されて、
【数２４】
0006271579.tif 000026
を得る。
【０１０６】
境界推定に関して、以下のことが定義される。
【数２５】
0006271579.tif 000027
ここで、ｆｕ１＝１．３８ＭＨｚである。等価に、ｆｌ≡０、ｆｕ２≡∞であり、Ａ２，ν及びＡ３，νは空であり、調節された心臓組織集合Ａｈ，ν＝Ａ１，νである。
【０１０７】
第νの平面での心臓と肺の境界角度は、
【数２６】
0006271579.tif 000028
である。
【０１０８】
次いで、高さ方向での５タップのメジアンフィルタ（νの関数）が、
【数２７】
0006271579.tif 000029
に適用され、出力は、
【数２８】
0006271579.tif 000030
として表される。フィルタされた境界角度
【数２９】
0006271579.tif 000031
から、心臓領域を示すマップは、クロスプレーン視覚化を提供するように導出され得る。場合によっては現れる心臓と肺の間の境界の周りの外れ値を除去する為に、最大の接続領域のみが表示される。ステップＳ２２６で、臨床従事者は、肺を避けるようにプローブ１３０を対話式に操作する為に図４Ｂのディスプレイを使用することができる。
【０１０９】
装置は、撮像プローブを含み、プローブに関連付けられた位置及び向きのプローブによる手動調節を誘導する為に、視覚的フィードバックの提示を動的に調整するように構成される。調整は、選択的に、プローブの視野と、プローブによって獲得された画像データをセグメント化したそれぞれの結果との比較に基づく。一実施形態では、フィードバックは、画像データのグレースケール描写を含まない。それぞれの比較に対応する座標系変換が計算され得る。選択は、プローブによって動的に獲得される撮像の内容に基づき、動的に応答することがある。
【０１１０】
更に、超音波検査法の訓練を特別には受けていないことがある看護婦又は他の臨床従事者によって診断心臓検査を実施可能にすることに加えて、装置１００は、未熟な超音波検査技師を誘導することができる。装置１００は、この目的又はこのモードに関して、本明細書において上記で述べられた視覚的フィードバック１４４と共に、通常の（グレースケール）超音波画像を具備することができる。代替として、装置１００の新規の視覚的フィードバック１４４は、訓練を受けた又は熟練した超音波検査技師のワークフローを高速化することができる。
【０１１１】
本発明は、図面及び前述の説明で詳細に図示及び説明されているが、そのような図示及び説明は、例説又は例示とみなされ、限定とみなされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。
【０１１２】
例えば、プローブケーブル１４０は、ワイヤレスプローブ実施形態では省略され得る。
【０１１３】
開示される実施形態に対する他の変形形態は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討により、当業者には理解され得て、特許請求される発明を実施する際に実施され得る。特許請求の範囲において、語「備える」は、他の要素又はステップを除外せず、「１つの」は、複数を除外しない。特許請求の範囲における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【０１１４】
コンピュータプログラムは、光記憶媒体又はソリッドステート媒体など適切なコンピュータ可読媒体に、瞬時、一時、又はより長い期間にわたって記憶され得る。そのような媒体は、一時的な伝播信号でないという意味合いでのみ非一時的であり、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、ＲＡＭ、及び他の揮発性メモリなど、他の形態のコンピュータ可読媒体を含む。
【０１１５】
単一の処理装置又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載される幾つかの項目の機能を実現することがある。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されていることだけでは、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことは示さない。
【図１】
0006271579.tif 000032
【図２Ａ】
0006271579.tif 000033
【図２Ｂ】
0006271579.tif 000034
【図３】
0006271579.tif 000035
【図４Ａ】
0006271579.tif 000036
【図４Ｂ】
0006271579.tif 000037
【図５】
0006271579.tif 000038
【図６Ａ】
0006271579.tif 000039
【図６Ｂ】
0006271579.tif 000040
【図６Ｃ】
0006271579.tif 000041
【図７】
0006271579.tif 000042
【図８】
0006271579.tif 000043