(57)【要約】  医用イメージングにおける高速画像取得レートのための方法及び装置が提供される。一実施例は、Ｒ―θセクタスライスを走査するステップであって、Ｒは、セクタの半径を示し、θは、セクタの角度を示す、ステップと、Φ及びθの各々の値を変更するステップであって、ΦはＲ―θスライスの高さ位置を示し、θはΦの関数である、ステップと、走査を繰り返して、一定のθ値を使用する走査方法のものと比較して改善された取得レートでこの方法によって少なくとも１つの画像を取得するステップと、を含む。
2010506649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改善された取得レートで被検体内の関心のあるボリュームを走査する方法であって、
Ｒ―θセクタスライスを走査するステップであって、Ｒは、前記セクタの半径を示し、θは、前記セクタの角度を示し、Φの関数であり、Φは、前記Ｒ―θスライスの高さ位置を示し、前記走査は、第１のΦ及びθの値において実施される、ステップと、
Φ及びθを、少なくとも第２のΦ及びθの値に変更するステップであって、前記変更された値での前記走査の繰り返しは、一定のθの値を使用する走査方法のものと比較して、改善された取得レートで少なくとも１つの画像を取得する、ステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記関数は、区分的関数である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記関数は、不連続関数である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記関数は、Φ―θ平面から観察される場合に走査パターンが円すいセクションであるようなθの値を与える、請求項１に記載の方法、
【請求項５】
前記円すいセクションが長円である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記関数は、Φ―θ平面から観察される場合に走査パターンが多角形であるようなθの値を与える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
被検体内の関心のあるボリュームを走査する医用イメージング装置であって、
前記装置は、Ｒ―θセクタスライスを走査するように設計され、ここで、Ｒは、前記セクタの半径を示し、θは、Φの関数であり、前記セクタの角度を示し、Φは、前記Ｒ―θスライスの高さ位置を示し、
前記装置は更に、Φ及びθを、複数のΦ及びθの値にわたって変化させ、結果として得られる複数の変化されたΦ及びθの値にて前記走査を繰り返すように設計され、前記装置は、一定のθの値を使用する走査方法のものと比較して、改善された取得レートで少なくとも１つの画像を取得する、装置。
【請求項８】
前記複数の関数のうちの少なくとも１つが、前記関心のあるボリュームを走査するための所望のパターンを生成するように選択される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
走査されるべき前記関心のあるボリュームは、ユーザによって選択されるものである、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記ユーザは、前記所望の関心のあるボリュームについて最も高い画像取得レートをもたらす関数を選択する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置は、走査されている関心のあるボリュームを検出し、前記所望の関心のあるボリュームについて高い画像取得レートをもたらす関数を選択する、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置は、走査されるボリュームの境界を検出し、前記ボリュームの境界を含む走査パターンを生成する、請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は、超音波イメージング装置である、請求項７に記載の医用イメージング装置。
【請求項１４】
前記装置は、３次元超音波スキャナである、請求項１３に記載の医用イメージング装置。
【請求項１５】
前記装置は、３次元心臓超音波スキャナである、請求項１３に記載の医用イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の技術分野は、３Ｄ医用イメージングのための高速画像取得レートの方法及び装置である。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、医用イメージング及び診断のための、非侵襲的な、容易に持ち運べる、比較的安価なツールである。トランスデューサによって発せられる超音波は、組織境界において反射され、プローブによって記録され、それにより、ユーザが、異なる音響インピーダンスを有する解剖学的構造の境界を検出することを可能にする。Bonneau他（２００３）による文献「Adaptive Volume Construction from Ultrasound Images of a Human Heart」（Joint EUROGRAPHICS - IEEE TCVG Symposium on Visualization）が、参照によってここに盛り込まれるものとする。超音波のコスト、非侵襲性及び可搬性は、さまざまな器官の超音波イメージングの広いスケールでの採用につながっている。特に、超音波は、多くの場合、潜在的な病理を検出するために、動き、例えば胎児又は心臓のような器官の動き、を検出するために使用される。超音波心臓検査と呼ばれる心臓のこのようなイメージングは、特定の課題をもたらす。その理由は、例えば僧帽弁逸脱のようないくつかの心臓疾患の診断は、心臓の動きを解析することを伴い、かかる心臓の動きは、とらえがたく、イメージング装置が画像を速く取得することができる場合のみ検出されることができるものだからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の３Ｄボリューム走査において、典型的なパターンは、一連のＲ―θ（シータ）セクタスライスを走査することであり、ここで、Ｒは、セクタの半径を示し、θは、セクタの角度を示す。各セクタスライスは、異なる高さ位置に位置付けられる。この高さ位置は、「Φ（ファイ）」位置と呼ばれる。この従来の３Ｄボリュームにおいて、各スライスのθ値は、一定である。走査が、Φ―θ平面において観察される場合に生じるパターンは、矩形である。（このパターンは、「矩形走査パターン」と呼ばれる。）心臓の先端位置から左心室を心臓走査する場合、左心室は、Φ―θ平面内で長円である（多くの場合ほぼ円形である）ので、矩形走査パターンの使用は非効率的である。超音波心臓検査における従来の３Ｄボリューム走査パターンのこの非効率的な見地は、図１に示されている。非効率的な画像取得は、所望の画像取得レートより低い画像取得レートをもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従って、本願明細書に提供される本発明の実施例は、Ｒ―θセクタスライスを走査することを含む、被検体内の関心のある医用ボリュームの走査方法である。Ｒは、セクタの半径を示し、θは、セクタの角度を示す。θは、Φの関数であり、Φは、Ｒ―θスライスの高さ位置を示す。走査は、第１のΦ及びθの値において実施される。方法は更に、Φ及びθを、少なくとも第２のΦ及びθの値に変更することを含む。方法は更に、変更された値で走査を繰り返すことを含み、これにより、一定のθの値を使用する走査方法のものと比較して、改善された取得レートで少なくとも１つの画像を取得する。
【０００５】
他の実施例において、関数は、区分的（piecewise）関数、ステップ（stepwise）関数、又は「ケースバイケース」の関数である。他の実施例において、関数は、不連続関数である。
【０００６】
他の実施例において、関数は、Φ―θ平面から観察される場合に、走査パターンが楕円のような円すいセクションであるようなθの値を与える。他の実施例において、関数は、Φ―θ平面から観察される場合に、走査パターンが多角形であるようなθの値を与える。
【０００７】
本発明の他の実施例は、被検体内の関心のあるボリュームを走査する医用イメージング装置を提供する。装置は、Ｒ―θセクタスライスを走査するように設計され、ここで、Ｒは、セクタの半径を示し、θは、Φの関数であり、セクタの角度を示し、Φは、Ｒ―θスライスの高さ位置を示す。装置は更に、Φ及びθを、複数のΦ及びθの値にわたって変化させ、結果として得られる複数の変化されたΦ及びθの値にて走査を繰り返すように設計され、ここで、装置は、一定のθの値を使用する走査方法のものと比較して、改善された取得レートで少なくとも１つの画像を取得する。
【０００８】
他の実施例において、複数の関数のうちの少なくとも１つが、関心のあるボリュームを走査するための所望のパターンを生成するために選択される。他の実施例において、走査されるべき関心のあるボリュームは、ユーザによって選択される。他の実施例において、ユーザは、所望の関心のあるボリュームにとって適当である関数を選択する。他の実施例において、装置は、走査されている関心のあるボリュームを検出し、所望の関心のあるボリュームにとって高い画像取得レートをもたらす関数を選択する。他の実施例において、装置は、走査されるボリュームの境界を検出し、ボリュームの境界を含む走査パターンを生成する。
【０００９】
他の実施例において、医用イメージング装置は、超音波イメージング装置である。他の実施例において、医用イメージング装置は、３次元超音波スキャナである。他の実施例において、医用イメージング装置は、３次元心臓超音波スキャナである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の矩形走査パターンを使用する心臓の走査を示す図。
【図２】３次元走査パラメータの図。
【図３】超音波素子のアレイを使用するセクタ走査の実現例を示す図。
【図４】素子のアレイを用いることによるビームの形成及びステアリングを示す図。
【図５】長円の走査パターンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本願明細書における方法及び装置は、例えば心臓走査のような、超音波走査アプリケーションに適用されるが、他の医用イメージング装置及び他の対象器官もまた、本発明の範囲内である。
【００１２】
超音波イメージングシステムは、送信器及び受信器の双方の働きをするトランスデューサを有する。トランスデューサは、単一の素子又は複数の素子のアレイを有する。超音波素子は、これらに限定されないが、ピエゾクリスタル、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、圧電材料及び圧電複合材料を含むいくつかの材料からなりうる。送信モードにおいて、トランスデューサは、電気信号を機械的振動に変換し、機械的振動は、超音波として身体に送信される。受信モードにおいて、超音波のエコー（後方散乱）は、電気信号に変換され、そののち処理される。
【００１３】
従来の超音波走査方法は、矩形走査パターンを使用してきた。図１に示すように、心臓は矩形ではなく、所望の器官が撮像されるときに身体の所望されない領域が含まれるので、従来の矩形走査パターンは、超音波心臓検査にとって非効率的である。これらの所望されない領域の例は、網掛けされた三角形によって図式的に図１に表わされている。
【００１４】
図２は、３次元走査パラメータの図である。３Ｄボリューム走査のプロセスは、さまざまな異なるファイ（Φ）（ギリシャ文字Φによって図に示される）値にて得られる複数のセクタ走査を取得し、組み立てることを伴う。パラメータファイ（Φ）、シータ（θ）及びＲは、３次元画像のサイズ、形状、位置及び向きを調整するために変更される。従来の矩形走査パターンにおいて、θは、Φの関数として一定である。本願明細書に提供される本発明の実施例において、走査中のθの値は、例えば長円のようなさまざまな形状及びΦ―θ平面において見られるようなさまざまなサイズのパターンを生成するためにΦの関数として変更される。フレームテーブルは、Φ位置に依存する各スライスのθの大きさを考慮するために変更されることができる。
【００１５】
超音波素子のアレイによるセクタ走査の実現例が、図３に示されている。素子のアレイは、矩形の行によって表され、励起される素子は、陰付けされた矩形によって表されている。１又は複数の素子が、ビームを形成するために励起される。セクタ走査は更に、素子のフォーカスが所望の方向にあるように、単一の素子を機械的にステアリングすることによって実施可能である。このビーム（例えば超音波ビーム）は、指定された方向において身体を通って進み、エコーが、トランスデューサによって受け取られる。このプロセスは、関心のあるボリュームの画像を生成するために繰り返される。
【００１６】
ビームは、強め合う干渉、及びさまざまな素子の位相合せ（すなわち波を重ね合わせる際の相対的な位相シフト）の制御を通じて、形成され、ステアリングされる。２つの波の合計又は組み合わせが個別の波のものより大きい振幅を有する波をもたらす場合、強め合う干渉が生じる。図４Ａは、位相合わせされた超音波アレイの実際において良く知られているように、素子の励起のタイミングを制御することによるビームのフォーカシングを示す。素子１及び５が、最初に励起され、次に素子２及び４が励起され、その後素子３が励起される。図４Ｂは、素子５を励起し、次に素子４、次に素子３、次に素子２、最後に素子１を励起することによって、一方の側、例えば左側にビームをステアリングすることを示している。Webbによる文献「Introduction to Biomedical Imaging」（126-28 (2003)）を参照されたい。
【００１７】
３Ｄボリューム走査において、典型的なパターンは、各スライスが異なるΦ位置に位置付けられる一連のＲ―θセクタスライスを走査することである。これまで実施されているような従来の走査において、各スライスのθの大きさは、一定である。一定のθの値による走査から生じるパターンは、Φ―θ平面において観察される場合、矩形である。先端位置から左心室を心臓走査する場合、左心室は、Φ―θ平面において長円である（多くの場合ほぼ円形）ので、矩形走査は非効率的である。超音波心臓検査における従来の３Ｄボリューム走査パターンのこの非効率的な見地は、図１に示されている。図１の網掛けされた三角形は、不必要に走査された、関心のあるボリューム（すなわち心臓）外のボリュームを表す。関心のあるボリューム外の走査の結果は、走査に必要とされる時間の増加及び走査の効率の低下である。こうして、非効率的な画像取得は、所望の画像取得レートより低い画像取得レートをもたらす。
【００１８】
効率を改善するために、本願明細書に提供される本発明のさまざまな実施例は、長円の３Ｄ走査を用いる。こうして、例えば先端ビューで左心室を走査する場合、３Ｄ走査におけるボリュームレートは、診断有用性の損失がほとんど無く又は無く、増加される。
【００１９】
本願明細書に提供される本発明のさまざまな実施例は、θがΦの関数であるように走査パターンを変更することによって、画像取得レートを改善する。従って、図５に示されるように、心臓をより効率的に撮像する長円の走査パターンは、撮像パターンの境界が、従来の矩形走査パターンより密に心臓の形状を近似するので、促進される。長円の走査パターンに加えて、これらに限らないが、例えば円すいセクション及び多角形を含むパターンを生成する関数のような、他の幾何学的な関数が、変化する形状の器官を撮像するために実現されることができる。
【００２０】
関心のあるボリューム内の複数のサブボリュームの各々について、走査時間の均一性を維持する必要があるアプリケーションの場合、各サブボリュームについて同数の走査ラインが、有用である。サブボリュームは、θ―Φ平面において、もはや矩形でないので、各サブボリュームについてより複雑な形状が必要とされる。より複雑な形状は、サブボリュームのインタフェースラインにおけるパターンを可能にし、これは、インタフェースラインに沿って時々観察される一時的な不所望のアーチファクトを少なくする効果を有する。
【００２１】
本願明細書に提供される本発明の付加的な実施例は、心臓又は他の器官のための３次元超音波スキャナにおいて上記方法を実現するための医用イメージング装置を含む。このような装置のいくつかの実施例は、ユーザが複数の関数から或る関数を選択して、関心のあるボリュームを走査するための所望のパターンを生成することを可能にする。これらの装置の関連する実施例は、所望される関心のあるボリュームの効果的な走査のための適当な関数を選択し、及び／又は関心のあるボリュームの境界を検出し、関心のあるボリュームにとって効率的な走査関数を生成する関数を設計する。
【００２２】
更に、本発明の他の更なる形態及び上述した特定の及び例示的な実施例以外の実施例が、添付の請求項及びそれらと等価なものの精神及び範囲から逸脱することなく考え出されることができることが明らかであり、従って、本発明の範囲が、これらの等価なものを含み、本願明細書の説明及び請求項は、例示であることが意図され、更なる制限として解釈されるべきでない。
【図１】
2010506649.tif 000003
【図２】
2010506649.tif 000004
【図３】
2010506649.tif 000005
【図４Ａ】
2010506649.tif 000006
【図４Ｂ】
2010506649.tif 000007
【図５】
2010506649.tif 000008
【国際調査報告】
2010506649.tif 000009
2010506649.tif 000010