(57)【要約】  可変長ラインではない固定長のラインを用いたセクタスキャンニング方法のものと比較して医療画像形成において向上させられた画像捕捉レートのために方法及び装置が提供される。実施例は、複数の固定ライン長を用いて関心ボリュームの中心角度領域をスキャンすることと、複数の可変長ラインを用いて当該関心ボリュームの中心角度領域の外側をスキャンすることとを含む。
2010506648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療被検体の画像を形成する方法であって、
複数の固定長ラインを用いて関心ボリュームの中心角度領域をスキャンすること、及び
複数の可変長ラインを用いて前記関心ボリュームの中心角度領域の外側をスキャンし、これにより、可変長ラインのない固定長のラインを用いたセクタスキャンニング方法のものと比較して向上した捕捉レートにおいて画像を捕捉すること、
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記中心角度領域をスキャンすること及び／又は前記中心角度領域の外側をスキャンすることは、非シーケンシャルなパターンをさらに有する、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記非シーケンシャルなパターンは、前記関心ボリュームの第１の側から前記関心ボリュームの第２の側にビーム又はパルスの角度位置を交番させることを有する、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記中心角度領域をスキャンすることは、約−１５度ないし約＋１５度の角度の間における固定長ラインによりスキャンすることを有する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記中心角度領域の外側をスキャンすることは、約−４５度から約−１５度の角度と約＋１５度から約＋４５度の角度との間における可変長ラインによるスキャンをすることを有する、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記固定長ラインは、約３ｃｍと約３０ｃｍとの間の長さを有する、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記固定長ラインは、約１６ｃｍの長さを有する、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記可変長ラインは、ｋ／ｓｉｎ（操作角）の関数（ｋは定数）である長さを有する、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記中心角度領域の外側のスキャンニングは、長さが約１ｃｍと約３０ｃｍとの間の長さで変化するラインによるスキャンニングを有する、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記中心角度領域の外側のスキャンニングは、前記固定長ラインの長さと前記固定長ラインの長さの約３分の１との間の長さで変化するラインでスキャンすることを有する、方法。
【請求項１１】
被検体における関心ボリュームをスキャンする医療画像形成装置であって、複数の固定長ラインを用いて関心ボリュームの中心角度領域をスキャンするよう構成され、複数の可変長ラインを用いて前記関心ボリュームの中心角度領域の外側をスキャンするよう構成され、これにより、可変長ラインでない固定長のラインを用いてセクタスキャンニングのものと比較して向上した捕捉レートで画像を捕捉するようにした医療画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の医療画像形成装置であって、機械的に操作される単一素子トランスデューサをさらに有する装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の医療画像形成装置であって、ベクトルアレイの素子を持つトランスデューサをさらに有する装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の医療画像形成装置であって、前記トランスデューサは、スキャンニングのための有効頂部は、前記トランスデューサの面の後方に配されるように構成される、装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の医療画像形成装置であって、超音波画像形成装置である装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の医療画像形成装置であって、２次元超音波スキャナである装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の医療画像形成装置であって、２次元心臓超音波スキャナである装置。
【請求項１８】
請求項１１に記載の医療画像形成装置であって、３次元超音波スキャナである装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の医療画像形成装置であって、３次元心臓超音波スキャナである装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の技術分野は、医療用画像形成における高速画像捕捉のための方法及び装置である。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、非侵襲性の簡単に持ち運び可能な比較的に安価な医療用画像形成のための手段である。こうした特質は、様々な器官の超音波画像形成に係る広範囲の採用をもたらしてきた。特に、超音波は、しばしば、動き、例えば潜在的な病理を検出するために胎児又は心臓などの器官の動きを検出するために用いられる。心臓のこのような画像形成は、心臓エコー検査法と呼ばれるが、特定の難題をもたらすものである。何故なら、僧帽弁の脱出症のような幾つかの心臓の問題の診断は、脆弱で画像形成装置が画像を迅速に取り込むことのできる場合にのみ検出可能な心臓の動きを分析することを含むものであるからである。
【０００３】
超音波スキャンニングにおいて、時間分解能は、最も深い組織からのエコーがトランスデューサに戻るのにかかる時間により表わされることは、Andrew R. Webb氏によるIntroduction to Biomedical Imaging 131 (2003)に記載されている如くであり、ここで参照により編入されるものである。従来の超音波画像形成システムは、関心ボリュームの全部の画像形成を得るために、小さいが均等な（固定）長の半径を有する極性セクタをスキャンする。しかしながら、このような固定ライン長スキャンニングは、多くのケースにおいて効率が悪い。何故なら、関心ボリュームの外側の領域もスキャンされ、各個別の画像を得るために必要な時間量が増大し、これにより画像捕捉レートを低くするからである。図１には、心臓エコー検査法における固定ライン長スキャンニングのこの非効率な点が示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明の目的は、２次元及び３次元医療スキャンニングの間において画像捕捉レートを向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の実施例は、医療被検体の画像を形成する方法であって、複数の固定長ラインを用いて関心ボリュームの中心角度領域をスキャンすること、及び
複数の可変長ラインを用いて前記関心ボリュームの中心角度領域の外側をスキャンし、これにより、可変長ラインのない固定長のラインを用いたセクタスキャンニング方法のものと比較して向上した捕捉レートにおいて画像を捕捉すること、を含む方法を提供する。
【０００６】
他の実施例において、前記中心角度領域をスキャンすること及び／又は前記中心角度領域の外側をスキャンすることは、非シーケンシャルなパターンをさらに含む。他の実施例において、前記非シーケンシャルなパターンは、前記関心ボリュームの第１の側から前記関心ボリュームの第２の側にビーム又はパルスの角度位置を交番させることを含む。
【０００７】
模範的だが限定するものではない他の実施例は、前記中心角度領域をスキャンすることは、約−１５度ないし約＋１５度の角度の間における固定長ラインによりスキャンすることを含み、例えば、少なくとも約±１０度、±２０度又は±２５度である。他の実施例において、これも模範的ではあるが限定するものではないものであり、中心の角度領域の外側のスキャンニングは、約−４５度から約−１５度の角度と約＋１５度から約＋４５度の角度との間、例えば少なくとも約±１０度、又は±２０度、又は±２５度、又は±３０度、又は±３５度、又は±４０度、又は±５０度、又は±５５度における可変長ラインによるスキャンニングを含む。
【０００８】
他の実施例において、これは模範的ではあるが限定するものではないが、固定長ラインは、約３ｃｍと約３０ｃｍとの間の長さを有する。他の実施例において、これも模範的ではあるが限定するものではないが、固定長ラインは、約１６ｃｍの長さを有し、例えば少なくとも約４ｃｍ、６ｃｍ、８ｃｍ、１０ｃｍ、１２ｃｍ、１４ｃｍ、１８ｃｍ又は２０ｃｍとすることができる。
【０００９】
他の実施例において、当該可変長ラインは、ｋ／ｓｉｎ（ステアリング角）の関数である長さを有する。ここでｋは定数である。
【００１０】
模範的ではあるが限定するものではない他の実施例において、中心角度領域の外側のスキャンニングは、長さ約１ｃｍと約１６ｃｍとの間の長さ（例えば、長さで少なくとも約２ｃｍ、４ｃｍ、６ｃｍ、８ｃｍ、１０ｃｍ、１２ｃｍ、１４ｃｍ、１６ｃｍ、１８ｃｍ、２０ｃｍ、２２ｃｍ、２４ｃｍ、２６ｃｍ、２８ｃｍ又は３０ｃｍ）で変わるラインによるスキャンニングを含む。
【００１１】
他の実施例において、中心角度領域の外側のスキャンニングは、固定長ラインの長さと当該固定長ラインの長さの約３分の１との間で長さが変わるラインによるスキャンニングを含む。
【００１２】
本発明の他の実施例は、被検体における関心ボリュームをスキャンする医療画像形成装置であって、複数の固定長ラインを用いて関心ボリュームの中心角度領域をスキャンするよう構成され、複数の可変長ラインを用いて前記関心ボリュームの中心角度領域の外側をスキャンするよう構成され、これにより、可変長ラインでない固定長のラインを用いてセクタスキャンニングのものと比較して向上した捕捉レートで画像を捕捉するようにした医療画像形成装置を提供する。
【００１３】
他の実施例において、医療用画像形成装置は、機械的に操作された単一素子トランスデューサを含む。他の実施例において、医療用画像形成装置は、さらに、素子のベクトルアレイを有するトランスデューサを含む。他の実施例において、このトランスデューサは、スキャンニングのための有効な頂角が当該トランスデューサの面の後方に位置付けられるように構成される。
【００１４】
他の実施例において、医療用画像形成装置は、超音波画像形成装置である。他の実施例において、医療用画像形成装置は、２次元心臓超音波スキャナである。他の実施例において、医療用画像形成装置は、２次元心臓超音波スキャナである。
【００１５】
他の実施例において、医療用画像形成装置は、３次元超音波スキャナである。他の実施例において、医療用画像形成装置は、３次元心臓超音波スキャナである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】伝統的な固定ライン長スキャンニングを用いた心臓のスキャンニングを示す図。
【図２】超音波素子のアレイを用いたセクタスキャンニングの実現形態の図。
【図３】素子のアレイの使用を通じたビームの形成及び操作を示す１組の図。
【図４】可変ライン長スキャンニングパターンの実施例の図。
【図５】ここでの方法の実施例のフローチャート。
【図６】ここでの本発明の装置の実施例の概略的ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、伝統的な固定ライン長スキャンニングを用いた心臓のスキャンニングを示している。矢印は、トランスデューサにより発せられた起こりうる複数の超音波ビームのサブセットを表している。心臓の頂部は皮膚の近く、したがって当該トランスデューサの近くに存在するので、広角なセクタが心臓全体の画像を形成するために用いられる。さらに、心臓の深さすなわちトランスデューサに対する下方への距離は、均等ではなく、心臓以外の体の部分も画像形成される。こうした不所望の領域は、クロスハッチングされた三角形により概略的に示される。
【００１８】
図２は、超音波素子のアレイを用いたセクタスキャンニングの実現形態の図である。この素子アレイは、矩形の行により表わされ、励起される素子は、陰影の付けられた矩形である。１つ又は複数の素子は、ビームを形成するよう励起される。
【００１９】
図３は、素子のアレイの使用を通じたビームの形成及び操作を示す１組の図である。図３のパネルＡは、フェーズドアレイ超音波の実際において周知のような素子の励起のタイミングを制御することによりビームのフォーカシングを示す。図３のパネルＢは、第１の素子５、そして素子４、その後に素子３、次いで素子２、さらには素子１を励起することによって、一方の側、例えば図示のような左側へのビームの操作を示す。
【００２０】
図４は、可変ライン長スキャンニングパターンの実施例の図である。破線は、中心の角度領域の境界を表している。ラインＡ，Ｂ，Ｃ及びＤは、超音波ビームを表している。中心角度領域内のビーム（ラインＢ及びＣ）は、同じ長さを有する。中心角度領域の外側のビーム（ラインＡ及びＤ）は、操作角（θ）が大きくなるにつれて短くなる長さを有する。
【００２１】
図５は、ここでの方法の実施例のフローチャートである。ステップ５０２は、固定長ラインにより関心ボリュームの中心角度領域をスキャンすることを含む。ステップ５０４は、可変長ラインによる中心角度領域の外側のスキャンニングを含む。
【００２２】
図６は、ここでの本発明の装置の実施例の概略的ブロック図である。被検体６０６における関心ボリューム６０４をスキャンするための医療画像形成装置６０２は、制御装置６０８、パルス発生器６１０、トランスデューサ６１２及びプリプロセッサ６１４である構成部を含む。
【００２３】
この発明の目的は、２次元及び３次元医療スキャンニングの間において画像捕捉レートを向上させることである。ここでの本方法及び装置は、心臓スキャンニングのような超音波スキャンニング用途に適用されるが、他の医療用画像形成装置及び他の目標器官も本発明の範囲内にあるものである。
【００２４】
超音波画像形成システムは、送信器及び受信器の双方として機能するトランスデューサを含む。このトランスデューサは、単一の素子か又は複数の素子のアレイからなる。超音波素子は、圧電結晶、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、圧電材料及びピエゾ複合材料を含む幾つかの材料（但しこれらに限定されない）により形成可能である。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、この振動が超音波として体の中へ伝達される。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、その後に処理される。
【００２５】
超音波スキャンニングのための２つの主要な画像フォーマットは、線形スキャンニングとセクタスキャンニングである。参照によりここに編入されるAndrew R. Webb, Introduction to Biomedical Imaging 103 (2003)の文献を引用する。図２には、超音波素子のアレイによるセクタスキャンニングが示される。グレーで表わされている幾つかの超音波素子は、ビームを形成するよう励起される。セクタスキャンニングは、単一の素子を機械的に操作することによっても可能である。このビームは、指定された方向に身体を通じ、そのエコーがトランスデューサにより受信される。この過程は、関心ボリュームの画像を形成するよう繰り返される。
【００２６】
ビームは、建設的干渉の使用及び様々な素子のフェージングの制御により形成され操作される。図３のパネルＡは、フェーズドアレイ超音波の実際において周知の如く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。図３のパネルＢは、素子５、そして素子４、さらに素子３、次いで素子２、そして最後に素子１を励起することによるビームの操作を示しており、この方法も周知である。
【００２７】
「ライン」なる用語は、ここではビームを表すために用いられる。
【００２８】
心臓などの目標器官のサイズ及び形状に起因して、数多くの目標関心ボリュームは、所与のセクタの幅を完全に満たすものではない。結果として、従来の超音波画像形成システムによる心臓又は他の器官のスキャンニングは、診断価値が僅か又は皆無であるところの身体の部分をも含む画像を生成する。この非効率は、セクタフォーマットの角度幅が心臓の頂部を全部視覚化せんとするよう拡大されると、悪化してしまう。
【００２９】
本発明の実施例は、可変長ライン（ＶＬＬ）によるセクタスキャンニングを用いる。これにより、伝統的なセクタスキャンニングに比べて捕捉レートが向上する。実施例によれば、固定長ラインは、中心角度領域に用いられる。当該中心角度領域の外側では、当該ライン長は、操作角度が大きくなるほど短くなるラインによる操作角度の関数となっている。
【００３０】
ここで用いられるように、セクタスキャンニングは、一定の長さのラインによる有極性フォーマットによるスキャンニングを指す。ＶＬＬスキャンニングは、可変長のラインによる有極性フォーマットでのスキャンニングを指す。図４は、ＶＬＬスキャンニングの一例を示す。
【００３１】
ここでの本発明の実現形態の例は、次の表に示される。
【表１】
2010506648.tif 000003
【００３２】
図４に示されるように、ＶＬＬスキャンニングの効果は、結果として得られる広い近距離場及び狭い遠距離場である。
【００３３】
図５は、ここでの本発明の種々の実施例のフロー図を示している。ステップＳ５０２は、固定長ラインによる関心ボリュームの中心角度領域をスキャンすることを含む。ステップ５０４は、可変長ラインによる中心角度領域の外側のスキャンニングを含む。本発明の実施例は、ここで説明されるように可変長ライン及び固定長ラインの数多くの組み合わせによりスキャン可能なものである。
【００３４】
セクタスキャンニングについてのＶＬＬスキャンニングの利点は、画像捕捉時間の次のような比較において確認される。
【００３５】
１３μｓ／ｃｍ（往復時間）でかつラインオーバヘッド４０μｓの場合、３／４度ライン離隔による１６ｃｍ９０度セクタスキャンに対する画像捕捉時間は、１２０×（１６×１３＋４０）＝２９．８ｍｓ（ミリ秒）で達した。
【００３６】
可変長ラインに対するスキャンニング時間が９ｃｍラインのスキャンニング時間に平均化された場合には、固定領域の１６ｃｍライン、９０度の近距離場及び８ｃｍ幅の「ベース」を生成する３／４度ライン間隔でのＶＬＬスキャンは、４０×（１６×１３＋４０）＋８０×（９×１３＋４０）＝２２．５ｍｓを必要とする。関連の実施例において、ある程度の付加的な時間は、より近い透過フォーカス、必要とされるより少ない遅延係数及び恐らくはより小さい透過アパーチャが原因で、短いラインに対してオーバーヘッド時間においてセーブされる。
【００３７】
さらに、セクタスキャンニングについては、当該幅を大きくするため、セクタの角度は大きくされる。相対的に、ＶＬＬスキャンニングにおいて幅を大きくするため、画像の水平幅は大きくされる。どちらのケースも、スキャンされている最中の領域は大きくされるのでフレームレートの低下が生じる。
【００３８】
より短いラインを利用する領域におけるＶＬＬスキャンニングの間の残響アーチファクトの起こりうる増加に対処するため、こうしたアーチファクトを低減し出来れば排除することによって、本発明の実施例は、非シーケンシャルパターンのスキャンニングを実現する。他の実施例において、各スキャンラインの角度位置を増加的に増加することによるスキャンニングではなく、角度位置は、交互に変わる形態、すなわち画像の一方側から他方の側へとピンポン形態とすることができる。
【００３９】
ここでの本方法及び装置の他の実施例において、ＶＬＬスキャンニングは、近距離場幅におけるさらなる改善のためにベクトルアレイスキャンニング（有効頂部がトランスデューサ面の後方に置かれる）と組み合わされる。
【００４０】
ここで図６を参照すると、ここでの本発明の付加的な実施例は、被検体６０６における関心ボリューム６０４をスキャンするために医療画像形成装置６０２を含む。医療画像形成装置６０２は、対象物をスキャンし画像を捕捉するために用いられる。
【００４１】
この医療画像形成装置は、制御装置６０８、パルス発生器６１０、トランスデューサ６１２及びプリプロセッサ６１４である構成部を含む。制御装置６０８は、医療画像形成装置６０２の出力のパワー、方向及びフォーカスを制御するようパルス発生器６１２に信号を送る。制御装置は、関心ボリューム６０４の中心角度領域が固定長ラインによりスキャンされるとともに当該中心角度領域の外側の領域が、適切な場合、複数の可変長ラインを用いてスキャンされるようにビームを調整する。パルス発生器６１０は、電気パルスのための電流又は電圧の値を規定する制御装置６０８からの信号を受信する。これら電気パルスは、トランスデューサ６１２に伝送され、当該トランスデューサが当該電気パルスを他の形態のエネルギ（例えば超音波ビーム）に変換する。
【００４２】
このエネルギは、被検体６０６の中へ透過され、この被検体では、当該エネルギがここで説明されるように被検体６０６を通じて進行するので、反射して後方散乱する。エネルギのこの後方散乱は、トランスデューサ６１２により受信される。トランスデューサ６１２により受信されたエネルギは、増幅のような処理のためにプリプロセッサ６１４に送られる。制御装置６０８においてさらなる処理が行われるようにしてもよい。
【００４３】
付加的な実施例には、２次元心臓超音波スキャナ又は３次元心臓超音波スキャナにおける上記実施例の実現形態が含まれる。
【００４４】
さらに、本発明の他のさらなる形態並びに上述した特定の模範的実施例以外の実施例は、添付の請求項及びそれらの等価なものの主旨及び範囲を逸脱することなく考え出されることが可能であることは明らかであり、したがって、本発明の範囲は、こうした等価なものを包含するものであり、本文及び請求項は、典型例を意図するものであってさらに限定するものであると解釈してはならないことを意図するものである。
【図１】
2010506648.tif 000004
【図２】
2010506648.tif 000005
【図３Ａ】
2010506648.tif 000006
【図３Ｂ】
2010506648.tif 000007
【図４】
2010506648.tif 000008
【図５】
2010506648.tif 000009
【図６】
2010506648.tif 000010
【国際調査報告】
2010506648.tif 000011
2010506648.tif 000012
2010506648.tif 000013