(57)【要約】  本発明は、超音波受信信号を提供するように構成されたトランスデューサアレイ２１を有した超音波プローブ２０を有する超音波撮像システム１０に関する。このシステムは更に、超音波受信信号に基づいてＢモードボリューム３１を生成するように構成されたＢモードボリューム処理ユニット３０と、Ｂモードボリューム３１に基づいて現在のＢモード画像４１を提供するように構成されたＢモード画像処理ユニット４０とを有する。このシステムは更に、先に収集された３Ｄ管構造マップ５１を格納するように構成されたメモリ５０を有する。また、このシステムは、先に収集された３Ｄ管構造マップ５１をＢモードボリューム３１に対してレジストレーションし、且つ現在のＢモード画像４１に対応する３Ｄ管構造マップの部分６１を選択するように構成されたレジストレーションユニット６０を有する。さらに、このシステムは、現在のＢモード画像４１と３Ｄ管構造マップ５１の選択された部分６１とに基づく超音波画像７１を表示するように構成されたディスプレイを有する。本発明は更に、管構造情報を有する超音波画像を提供する方法、及び対応するコンピュータプログラムに関する。
2015517868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波受信信号を提供するように構成されたトランスデューサアレイを有する超音波プローブと、
前記超音波受信信号に基づいてＢモードボリュームを生成するように構成されたＢモードボリューム処理ユニットと、
前記Ｂモードボリュームに基づいて現在のＢモード画像を提供するように構成されたＢモード画像処理ユニットと、
先に収集された３Ｄ管構造マップを格納するように構成されたメモリと、
前記先に収集された３Ｄ管構造マップを前記Ｂモードボリュームに対してレジストレーションし、且つ前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの部分を選択するように構成されたレジストレーションユニットと、
前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの選択された部分とに基づく超音波画像を表示するように構成されたディスプレイと、
を有する超音波撮像システム。
【請求項２】
前記現在のＢモード画像は、２Ｄ画像、直交し合う２Ｄ画像平面の画像、又は３Ｄ画像である、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項３】
前記部分は、前記３Ｄ管構造マップの２Ｄスライス、又は前記３Ｄ管構造マップの３Ｄ部分である、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項４】
前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの前記選択された部分とを重ね合わせて前記超音波画像を提供するように構成された画像処理ユニット、を更に有する請求項１又は２に記載の超音波撮像システム。
【請求項５】
前記超音波受信信号に基づいて３Ｄフローデータを生成するように構成された３Ｄフロー処理ユニットと、前記３Ｄフローデータに基づいて前記３Ｄ管構造マップを生成するように構成されたフロー画像処理ユニットと、を更に有する請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項６】
前記３Ｄフローデータは、カラーフロー技術、カラーパワーアンギオ（ＣＰＡ）技術、Ｂモードフロー撮像技術、又は造影超音波技術を用いて生成される、請求項５に記載の超音波撮像システム。
【請求項７】
前記Ｂモードボリュームを生成するように前記Ｂモードボリューム処理ユニット、又は前記３Ｄフローデータを生成するように前記３Ｄフロー処理ユニット、の何れかを選択するように構成されたコントローラ、を更に有する請求項５に記載の超音波撮像システム。
【請求項８】
管構造セグメンテーション技術を実行することによって前記３Ｄ管構造マップを作成するように構成された管構造セグメンテーションユニット、を有する請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項９】
前記管構造セグメンテーションユニットは、前記Ｂモードボリュームに基づいて前記管構造セグメンテーション技術を実行するように構成される、請求項８に記載の超音波撮像システム。
【請求項１０】
前記管構造セグメンテーションユニットは、ＣＴデータ又はＭＲデータに基づいて前記管構造セグメンテーション技術を実行するように構成される、請求項８に記載の超音波撮像システム。
【請求項１１】
前記レジストレーションユニットは、前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの前記部分を選択するために、超音波トランスデューサ位置追跡情報を受信するように構成される、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項１２】
当該超音波撮像システムは更に、時間的に連続したＢモードボリュームに基づいて前記超音波トランスデューサ位置追跡情報を生成するように構成された処理ユニットを有し、前記超音波トランスデューサ位置追跡情報は、並進及び／又は回転の情報である、請求項１１に記載の超音波撮像システム。
【請求項１３】
当該超音波撮像システムは更に、前記トランスデューサアレイに対して固定された既知の位置に位置付けられる位置センサを有し、前記超音波トランスデューサ位置追跡情報は、前記位置センサから受信される位置情報である、請求項１１に記載の超音波撮像システム。
【請求項１４】
管構造情報を有する超音波画像を提供する方法であって、
トランスデューサアレイを有する超音波プローブによって提供される超音波受信信号を受信するステップと、
前記超音波受信信号に基づいてＢモードボリュームを生成するステップと、
前記Ｂモードボリュームに基づいて現在のＢモード画像を提供するステップと、
メモリに格納された、先に収集された３Ｄ管構造マップを、前記Ｂモードボリュームに対してレジストレーションするステップと、
前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの部分を選択するステップと、
前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの選択された部分とに基づいて前記超音波画像を提供するステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で実行されるときに前記コンピュータに請求項１４に記載の方法のステップを実行させるプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特には画像誘導手技にて使用される、管構造情報を有する超音波画像を提供する超音波撮像システム及び方法に関する。本発明は更に、そのような方法を実行するためのコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボリューム撮像とも呼ぶ３次元（３Ｄ）超音波撮像においては、解剖学的領域内の関心ボリュームをスライスする（薄切りにする）多数回の２次元（２Ｄ）スキャンを行うことによって、３Ｄ画像の収集が遂行される。従って、隣り合った多数の２Ｄ画像が収集される。この多数の２Ｄ画像が一緒になって、データの３Ｄボリュームのデータを形成する。データの３Ｄボリュームから、適切な画像処理により、関心ボリュームの３Ｄ画像を構築することができる。そして、この３Ｄ画像を、超音波撮像システムのユーザに対して適切な形態でディスプレイ上に表示することができる。
【０００３】
超音波撮像は、身体内での侵襲的な医療装置又は器具の挿入、使用又は動作を画像化するために広く使用されている。例えば、細針吸引（fine  needle  aspiration；ＦＮＡ）、コア生検、高周波アブレーション（radio  frequency  ablation；ＲＦＡ）、経皮的エタノール注入（percutaneous  ethanol  injection；ＰＥＩ）は全て、患者内への侵襲的医療装置の挿入を必要とする手技である。超音波撮像を用いるこのような手技は、一般に、超音波画像誘導手技と称される。このような画像誘導手技を実行するとき、医師は、解剖学的領域内の標的（例えば、ＲＦＡにて焼灼される上皮性悪性腫瘍）と、標的に接近する侵襲的医療装置（例えば、針）と、標的を取り囲む特には血管（脈管構造とも呼ばれる）である管構造と、を可視化することができなければならない。血管の撮像は、侵襲的医療装置の挿入及び誘導の間に如何なる主要血管にも孔を開けないことを確保するための鍵となる事項である。故に、医師又は臨床医は一般に、診察及び治療の何れに関しても、例えば生検針又はアブレーションプローブなどの侵襲的医療装置を患者内に挿入するために、超音波画像誘導を用いることに頼っている。超音波画像誘導は、医師又は臨床医が途中の血管を避けながら、皮膚から標的（例えば、標的病変）までの侵襲的医療装置の経路の可視化ひいては計画作成を行う助けとなるので重要である。
【０００４】
殆どの超音波画像誘導は、２Ｄ  Ｂモード超音波の下で行われる。これは主として、２Ｄ  Ｂモードではフレームレートが高いためである。Ｂモードは一般に、標的の１つの平面又はスライスからの超音波後方散乱振幅の２次元分布（これは、画像平面を横切る一連の収集ライン（典型的にライン当たり１つの送信パルス）の各々で戻りエコーを検出することによって形成される）を表すグレースケール画像をディスプレイが示す動作モードのことである。ディスプレイ上に表示されるものと患者の体内で侵襲的医療装置（例えば、針）を用いて実際に起こっていることとの間の如何なる時間差をも短縮することが、極めて重要である。遅いフレームレート、及びそれに従って遅延した超音波画像フィードバックは、侵襲的医療装置（例えば、針）が意図した解剖学的領域内にないという結果をもたらし得る。このことは、超音波画像誘導手技中の、例えばカラードップラー撮像とも呼ばれるカラーフロー撮像など、撮像ライン当たり多数のパルスエコーイベントの収集を必要とする如何なるフロー撮像技術の使用をも制限し得る。一方で、フロー撮像は、Ｂモード単独よりも遥かに良好な血管境界の描写を提供する。特に、３Ｄフロー撮像は、侵襲的医療装置（例えば、針）の経路内に血管が存在しないことを確保するための良好な手法になり得る。というのは、２Ｄ撮像では、単一の平面のみが見えており、その平面の画像内に常に侵襲的医療装置を保つことは一般的に困難であるからである。しかしながら、３Ｄ撮像におけるフレームレート、特に、３Ｄフロー撮像におけるフレームレートは、通常、２Ｄ撮像においてよりもいっそうと妥協的なものである。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１１／０２６３９８５号明細書は、同時での針及び脈管血流のカラードップラー撮像を生み出す超音波撮像システムを開示している。関心ある解剖学的領域のＢモード画像が作成される。脈管血流の可視化のために最適化された第１のドップラー画像データセットが、１つのドップラー画像処理経路に沿って作り出される。針又はその他の侵襲的装置の可視化のために最適化された第２のドップラー画像データセットが、別の平行なドップラー画像処理経路に沿って作り出される。Ｂモード画像、複数のユーザ選択可能なモードに基づく第１のドップラー画像データ及び第２のドップラー画像データ、の一部又は全てを結合することによって、カラードップラー画像が作成され、そして表示される。
【０００６】
この超音波撮像システムは、Ｂモード超音波撮像とカラードップラー撮像とを同時に使用している。これはフレームレートを下げることになる。故に、超音波画像誘導手順においてフレームレートを高めること又は十分なフレームレートを提供することが望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、特には高められたフレームレート又は十分なフレームレートを備えた、改善された超音波撮像システムを提供することである。本発明の更なる目的は、特には高められたフレームレート又は十分なフレームレートで、管構造情報を有する超音波画像を提供する改善された方法と、そのような方法を実行するための対応するコンピュータプログラムとを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様において、超音波撮像システムが提示され、当該超音波撮像システムは、超音波受信信号を提供するように構成されたトランスデューサアレイを有する超音波プローブと、前記超音波受信信号に基づいてＢモードボリュームを生成するように構成されたＢモードボリューム処理ユニットと、前記Ｂモードボリュームに基づいて現在のＢモード画像を提供するように構成されたＢモード画像処理ユニットと、先に収集された３Ｄ管構造マップを格納するように構成されたメモリと、前記先に収集された３Ｄ管構造マップを前記Ｂモードボリュームに対してレジストレーションし、且つ前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの部分を選択するように構成されたレジストレーションユニットと、前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの選択された部分とに基づく超音波画像を表示するように構成されたディスプレイとを有する。
【０００９】
本発明の更なる一態様において、管構造情報を有する超音波画像を提供する方法が提示され、当該方法は、トランスデューサアレイを有する超音波プローブによって提供される超音波受信信号を受信するステップと、前記超音波受信信号に基づいてＢモードボリュームを生成するステップと、前記Ｂモードボリュームに基づいて現在のＢモード画像を提供するステップと、メモリに格納された、先に収集された３Ｄ管構造マップを、前記Ｂモードボリュームに対してレジストレーションするステップと、前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの部分を選択するステップと、前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの選択された部分とに基づいて前記超音波画像を提供するステップとを有する。
【００１０】
本発明の更なる一態様において、コンピュータ上で実行されるときにコンピュータに上述の方法のステップを実行させるプログラムコードを有するコンピュータプログラムが提示される。
【００１１】
前提とし得ることには、３Ｄ  Ｂボリュームとも呼ばれるＢモードボリュームは許容可能なフレームレート（又はボリュームレート）を有するが、同時での３Ｄ  Ｂモード及び３Ｄカラーフローの撮像はそうではない。本発明は、３Ｄ  Ｂモードのフレームレートで３Ｄ  Ｂモードと３Ｄカラーフローとの双方の利益を得る手法を提供することができる。
【００１２】
本発明の基本的な考えは、超音波画像誘導手順の最初又は前に３Ｄ管構造マップを収集あるいは作成することである。その後、この３Ｄ管構造マップがＢモードボリュームに対してレジストレーションされる。好ましくは、超音波画像誘導手順が行われるときに、３Ｄ管構造マップが更新される。具体的には、最初のステップにて、３Ｄ管構造マップが収集されて、メモリに格納される。３Ｄ管構造マップは、超音波画像誘導手順の最初に、侵襲的医療装置（例えば、針）を患者内に実際に挿入するのに先立って収集されるので、時間を掛けて可能な限り高品質の３Ｄ管構造マップを取得することができる。超音波画像誘導手順中、３Ｄ管構造マップが、現在又はライブのＢモード画像（例えば、２Ｄ画像又は３Ｄ画像）とレジストレーションされ、好ましくは、且つ追跡される（すなわち、レジストレーションを継続的に更新する）。３Ｄ管構造マップの収集におけるフレームレートは低くなり得るが、３Ｄ管構造マップは超音波画像誘導手順の最初又は前に収集されるので、Ｂモード撮像を用いる超音波画像誘導手順それ自体におけるフレームレートは影響されない。故に、超音波画像の現在収集又はライブ収集はＢモードのみを伴うので、高いフレームレート又はリアルタイムのフレームレートを達成することができる。また、医師又はユーザはなおも、Ｂモード画像に重ねられた管構造情報（例えば、管構造の輪郭）を見ることができ、このことは、画像誘導手順中に管構造を避ける助けとなる。故に、本発明は、特には侵襲的医療装置（例えば、針）を用いる画像誘導手順に必要なフレームレートである高速なフレームレートを可能にし、さらには、３Ｄ管構造マップ又はその対応する管構造情報を用いて、避けるべき領域を超音波画像内で目立たせることを可能にする。
【００１３】
本発明の好適実施形態が従属請求項にて規定される。理解されるべきことには、特許請求に係る方法又はコンピュータプログラムは、特許請求に係る超音波撮像システム及び従属請求項に規定されるものと同様及び／又は同一の実施形態を有する。
【００１４】
一実施形態において、現在のＢモード画像は、２Ｄ画像、直交し合う２Ｄ画像平面の画像、又は３Ｄ画像である。Ｂモードボリューム、故に３Ｄデータ、が生成されるとはいえ、ディスプレイ上での実際のデータの提示又は表示は異なっていてもよい。例えば、システムは、好適なやり方でそのボリュームからの２Ｄ画像又はスライス（例えば、通常の２Ｄ画像、又は複数の直交２Ｄ画像平面）のみを表示し得る。（表示される）現在のＢモード画像が２Ｄ画像、又は直交し合う２Ｄ画像平面の３Ｄ画像（例えば、ＭＰＲ（Multi-Planar  Reformatted））であるとき、３Ｄ表現と比較して容易な超音波画像の提示がもたらされる。これに代えて、（表示される）現在のＢモード画像は、当然ながら、３Ｄ画像とすることができ、そうすることは、最も多い情報をユーザに提供し、故に、システムの性能を高める。
【００１５】
他の一実施形態において、上記部分は、３Ｄ管構造マップの２Ｄスライスである。この実施形態は特に、現在のＢモード画像が２Ｄ画像又は直交２Ｄ画像平面の画像であるときに使用される。表示すべき２Ｄスライス又は２Ｄ画像を得るためにＢモードボリュームがスライスされる場合、３Ｄ管構造マップも同じようにスライスされ得る。
【００１６】
これに代わる一実施形態において、上記部分は、３Ｄ管構造マップの３Ｄ部分である。この実施形態は特に、現在のＢモード画像が３Ｄ画像であるときに使用される。３Ｄ画像が表示される場合、３Ｄ管構造マップも同じように重ね合わされ得る。例えば、３Ｄ  Ｂモード画像を半透明にすることで、（例えば、色にて）３Ｄ管構造マップを視認可能にすることができる。
【００１７】
更なる一実施形態において、超音波撮像システムは、現在のＢモード画像と３Ｄ管構造マップの選択された部分とを重ね合わせて超音波画像を提供するように構成された画像処理ユニットを有する。斯くして、管構造情報が重ねられた超音波画像が生成されて表示される。故に、管構造情報すなわち３Ｄ管構造マップの一部が、直接的に超音波画像上に重ねられる、あるいは超音波画像内に組み込まれる。これは、例えば画像誘導手順中に、システムのユーザ（例えば、医師又は臨床医）にとっての情報の読み取りやすさを高める。斯くして、非常に直観的（あるいは最も直観的）な表示が提供される。対応する方法は、現在のＢモード画像と３Ｄ管構造マップの選択された部分とを重ね合わせて超音波画像を提供する更なるステップを有する。
【００１８】
これに代わる一実施形態において、超音波撮像システムは、現在のＢモード画像と３Ｄ管構造マップの選択された部分とを互いの隣に足し合わせることで、管構造情報を有する超音波画像を提供するように構成された画像処理ユニットを有する。斯くして、現在（又はライブ）のＢモード画像と３Ｄ管構造マップの選択された部分とを並べた形態又は表現にすることによって、超音波画像が提供される。例えば、現在（又はライブ）のＢモード画像は、ディスプレイの右側に第１の画像部分として提示され、選択された部分は、ディスプレイの左側に第２の画像部分として提示される。選択される部分又は管構造情報は、例えば、先に収集されてレジストレーションされた画像（例えば、カラー画像）とし得る。例えば、選択される部分は、ＣＴデータ又はＭＲデータにて、あるいは超音波画像にて、提示あるいは包含され得る。
【００１９】
他の一実施形態において、超音波撮像システムは、超音波受信信号に基づいて３Ｄフローデータを生成するように構成された３Ｄフロー処理ユニットと、３Ｄフローデータに基づいて３Ｄ管構造マップを生成するように構成されたフロー画像処理ユニットとを有する。この場合、３Ｄフロー撮像技術を用いて、解剖学的領域内の管構造又は脈管構造が特定される。これは、管構造を特定して３Ｄ管構造マップを提供することを確保するとりわけ信頼でき且つ／或いは高品質な手法である。３Ｄフロー撮像は、高品質な３Ｄカラーフロー画像又は３Ｄ管構造マップを提供することができる。フレームレートは低くなり得るが、この３Ｄフロー撮像は超音波画像誘導手順の最初又は前に実行されるので、超音波画像誘導手順中のフレームレートは影響されない。３Ｄフローデータは、フローボリュームとも呼ばれ得る。３Ｄフローデータ又はフローボリュームは、例えば、トランスデューサアレイが各ラインに対して複数の超音波パルスを送信し（そのライン又は位置における流れを推定するため）、そしてそのような複数のラインの収集がボリュームにわたって掃引されることで生成され得る。超音波パルス数は増加され得る。これは感度を高めるが、フレームレートを低下させる。対応する方法は、超音波受信信号に基づいて３Ｄフローデータを生成し、３Ｄフローデータに基づいて３Ｄ管構造マップを生成する更なるステップを有する。
【００２０】
この実施形態の一変形において、３Ｄフローデータは、カラーフロー技術、カラーパワーアンギオ（ＣＰＡ）技術、Ｂモードフロー撮像技術、又は造影超音波技術を用いて生成される。これらは、フロー画像を提供するのに特に好ましい手法である。ＣＰＡの場合、生成されるフロー画像は、流れの大きさのみを示し、流れの方向性を示さない。故に、この技術は、フロー画像を提供するとりわけ容易な手法であるが、管構造についての十分な情報をなおも提供する。Ｂモードフロー撮像（Ｂフローとも呼ぶ）の場合、フロー画像は、Ｂモードパルスサブトラクション技術を用いて生成される。この技術は、伝統的なカラーフロー技術より高いフレームレートでのフロー撮像を提供する。造影超音波技術は、特に技術的にチャレンジングな事例において、管構造の可視化を改善するのに特に好ましい手法である。
【００２１】
この実施形態の他の一変形において、超音波撮像システムは、Ｂモードボリュームを生成するようにＢモードボリューム処理ユニット、又は３Ｄフローデータを生成するように３Ｄフロー処理ユニット、の何れかを選択するように構成されたコントローラを有する。斯くして、先ず、画像誘導手順の前又は最初に３Ｄ管構造マップを収集し、その後、画像誘導手順中にＢモード撮像を使用することを、容易に実現することができる。例えば、コントローラは、ユーザ制御具から第１の入力を受信するとき（例えば、ユーザが“開始”ボタンを押すとき）に３Ｄフロー処理ユニットを選択し、ユーザ制御具から第２の入力を受信するとき（例えば、ユーザが“承認”ボタンを押すとき）にＢモードボリューム処理ユニットを選択するように構成され得る。コントローラが、３Ｄフロー処理ユニットを選択するとき、例えば、トランスデューサアレイが各ラインに対して複数の超音波パルスを送信し、そして、そのような複数のラインの収集がボリュームにわたって掃引されることで、３Ｄフローデータを生成することができる。コントローラが、Ｂモードボリューム処理ユニットを選択するとき、例えば、トランスデューサアレイが各ラインに対して単一のパルスを送信し、そして、そのような複数のラインの収集がボリュームにわたって掃引されることで、Ｂモードボリュームを生成することができる。対応する方法は、Ｂモードボリュームを生成するようにＢモードボリューム処理ユニット、又は３Ｄフローデータを生成するように３Ｄフロー処理ユニット、の何れかを選択する更なるステップを有する。
【００２２】
他の一実施形態において、超音波撮像システムは、管構造セグメンテーション技術を実行することによって３Ｄ管構造マップを作成するように構成された管構造セグメンテーションユニットを有する。この場合、管構造セグメンテーション技術を用いて、解剖学的領域内の管構造又は脈管構造が特定される。これは、管構造を特定して３Ｄ管構造マップを提供するとりわけ容易であり且つ／或いは信頼できる手法である。これは、一部の臨床状況又は患者では困難なものであり得るフロー撮像の実行を不要にする。対応する方法において、３Ｄ管構造マップを作成するステップは、管構造セグメンテーション技術を実行することを有する。
【００２３】
この実施形態の一変形において、管構造セグメンテーションユニットは、Ｂモードボリュームに基づいて管構造セグメンテーション技術を実行するように構成される。この場合、３Ｄ管構造マップは、３Ｄ超音波データ、とりわけ、システムがどっちみち収集する必要があるＢモードボリュームデータに基づいて作成される。これは、何らかの他のシステム又はデータの使用を伴わない、３Ｄ管構造マップを作成するとりわけ容易な手法を提供する。Ｂモードボリュームは、例えば、コンベンショナルな３Ｄ超音波データ又は造影３Ｄ超音波データとし得る。対応する方法において、管構造セグメンテーション技術は、Ｂモードボリュームに基づいて実行される。
【００２４】
この実施形態の他の一変形において、管構造セグメンテーションユニットは、ＣＴデータ又はＭＲデータに基づいて管構造セグメンテーション技術を実行するように構成される。この場合、３Ｄ管構造マップは、特には別個のＣＴシステム又はＭＲシステムから受信された、ＣＴデータ又はＭＲデータに基づいて作成される。ＣＴデータ又はＭＲデータは、特にＣＴ又はＭＲの造影剤が使用されるとき、超音波データよりも容易にセグメント化することができるので、これは、３Ｄ管構造マップを作成するとりわけ信頼できる手法を提供する。ＣＴデータは、例えば、コンベンショナルなＣＴデータ、コーンビームＣＴデータ、又はＣＴアンギオグラフィデータとし得る。ＭＲデータは、例えば、コンベンショナルなＭＲデータ、又はＭＲアンギオグラフィデータとし得る。ＣＴデータ又はＭＲデータは、造影剤を用いて収集されてもよいし、用いずに収集されてもよい。対応する方法において、管構造セグメンテーション技術は、ＣＴデータ又はＭＲデータに基づいて実行される。
【００２５】
更なる他の一実施形態において、レジストレーションユニットは、現在のＢモード画像に対応する３Ｄ管構造マップの部分を選択するために、超音波トランスデューサ位置追跡情報を受信するように構成される。超音波トランスデューサ位置追跡情報は、超音波トランスデューサとも呼ぶトランスデューサアレイを有する超音波プローブの位置を指し示し、且つ／或いは追跡する。斯くして、レジストレーションが継続的に更新され、それによりシステムの信頼性及び有用性が高められる。特に、患者をスキャンするときに超音波プローブ又はトランスデューサが移動されるとき、医師は、侵襲的医療装置とそれに対する管構造とをリアルタイムに見て追跡することができる。対応する方法は、超音波トランスデューサ位置追跡情報を受信する更なるステップを有し、選択ステップは、超音波トランスデューサ位置追跡情報を用いて上記部分を選択することを有する。
【００２６】
この実施形態の一変形において、超音波撮像システムは更に、時間的に連続したＢモードボリュームに基づいて超音波トランスデューサ位置追跡情報を生成するように構成された処理ユニットを有する。特に、この超音波トランスデューサ位置追跡情報は、並進及び／又は回転の情報とし得る。この場合、超音波トランスデューサ位置追跡情報は、３Ｄ超音波データ、とりわけ、システムがどっちみち収集する必要があるＢモードボリュームデータに基づいて提供される。これは、他の１つ以上の装置の使用を伴わない、超音波トランスデューサ位置追跡情報を生成するとりわけ容易な手法を提供する。超音波トランスデューサ位置追跡情報を生成するための、時間的に連続したＢモードボリュームの使用は、画像ベースの追跡とも呼ばれる。３Ｄ超音波ボリュームを時間的に連続させるとき、それらのＢモードボリューム内の特徴（フィーチャ）の並進又は回転を追跡することができ、それに基づいて、並進ベクトル又は回転ベクトルを抽出することができる。故に、この処理ユニットは、時間的に連続したＢモードボリューム上で特徴追跡を実行し、特徴追跡に基づいて並進又は回転のベクトルを生成するように構成されることができる。そして、この並進又は回転のベクトルは、３Ｄ管構造マップの適切な部分を選択するために使用されることができる。“時間的に連続した”なる用語は、相互に直に続いて収集されているＢモードボリュームを意味することもあるし、相互に直には続かずに、故に、時間的に離間されて収集されているＢモードボリューム（例えば、１つおき又は２つおきのボリューム）を意味することもある。対応する方法は、時間的に連続したＢモードボリュームに基づいて超音波トランスデューサ位置追跡情報を生成する更なるステップを有する。
【００２７】
この実施形態の更なる一変形において、超音波撮像システムは更に、トランスデューサアレイに対して固定された既知の位置に位置付けられる位置センサを有する。超音波トランスデューサ位置追跡情報は、位置センサから受信される位置情報である。これは、追加の信号処理を必要としない、超音波トランスデューサ位置追跡情報を生成するとりわけ容易な手法を提供する。具体的には、この位置情報は、超音波プローブひいてはトランスデューサアレイの向き及び／又は位置の変化とし得る。位置センサは、トランスデューサアレイを有する超音波プローブに対して固定された既知の位置に配置されることができ、例えば、プローブの筐体の表面に配置され、あるいは該筐体に取り付けられる。例えば、位置センサは、電磁（ＥＭ）追跡センサ若しくは光ファイバ追跡センサ、又はトランスデューサ位置についての追跡情報を提供するその他のセンサとし得る。対応する方法は、トランスデューサアレイに対して固定された既知の位置に位置付けられた位置センサから超音波トランスデューサ位置追跡情報を受信する更なるステップを有する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明のこれら及びその他の態様が、以下に記載される実施形態を参照して明らかになる。
【図１】一例に係る超音波撮像システムを示す斜視図である。
【図２】画像誘導手順において解剖学的領域を撮像する例示的な超音波プローブを示す模式図である。
【図３】第１の実施形態に係る超音波撮像システムを示すブロック図である。
【図４】例示的なＣＴデータセットを示す図である。
【図５】例示的な３Ｄ管構造マップを示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る超音波撮像システムを示すブロック図である。
【図７】第３の実施形態に係る超音波撮像システムを示すブロック図である。
【図８】第４の実施形態に係る超音波撮像システムを示すブロック図である。
【図９】第５の実施形態に係る超音波撮像システムを示すブロック図である。
【図１０】第６の実施形態に係る超音波撮像システムを示すブロック図である。
【図１１】管構造情報を具備した超音波画像を有する表示の一例を示す図である。
【図１２】管構造情報を具備した超音波画像を有する表示の他の一例を示す図である。
【図１３】一実施形態に係る管構造情報を重ね合わせた超音波画像を生成する方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、一例に係る超音波撮像システム１０の斜視図を示している。システム１０は、システム１０の電子回路の大部分を収容しているシャーシ１２を含んでいる。シャーシ１２はカート１４上に取り付けられることができ、ディスプレイ１６がシャーシ１２上に取り付けられる。超音波プローブ２０が、ケーブル２２を介して、シャーシ１２上の複数のコネクタ２６のうちの１つに接続され得る。シャーシ１２は、参照符号２８によって全体を指し示すキーボード及びユーザ制御具を含んでおり、それにより、医師又は超音波技師が、超音波システム１０を操作し、また、患者や実行する検査種類についての情報を入力することが可能にされる。制御パネル又はユーザ制御部２８の背後にタッチスクリーンディスプレイ１８があり、システム１０の動作を制御する際にキーボード及び制御具２８を補完するよう、タッチスクリーンディスプレイ１８上にプログラム可能なソフトキーが表示され得る。シャーシ１２はまた、一般に、例えばスクリーン上のポインタを操作するために使用され得る例えばトラックボールなどのポインティング装置を含む。シャーシ１２はまた、スクリーン上のポインタを操作した後に押すかクリックするかされ得る１つ以上のボタン（図示せず）を含み得る。これらの操作は、コンピュータで用いられているマウスと同様である。動作時、トランスデューサアレイを内部に有する撮像プローブ２０が、患者（図示せず）の皮膚に接して配置され、且つ動かさずに保持されて、皮膚の下の２Ｄ又は３Ｄの解剖学的領域内の血液又は組織の画像が収集される。画像はディスプレイ１６上に提示され、また、記録装置（図示せず）によって記録され得る。記録装置は、例えば、シャーシの付属品棚に置かれる。システム１０はまた、テキスト及び画像を含んだレポートを記録あるいはプリントし得る。画像に対応するデータはまた、例えばインターネット又はローカルエリアネットワークなどの好適なデータリンクを介してダウンロードされ得る。
【００３０】
理解されるように、図１の超音波撮像システム１０は単に例示的なものであり、如何なる他の好適な超音波撮像システムが使用されてもよい。一例において、超音波撮像システムは、フィリップス社により現在流通されているものであるＸ６−１超音波トランスデューサ／プローブ又はＣ５−１超音波トランスデューサ／プローブを有することができる。他の一例において、超音波撮像システムは更に、例えばフィリップス社により現在流通されているものであるＰｅｒｃｕＮａｖなどの、ＥＭ位置センシングを有することができる。
【００３１】
図２は、画像誘導手順において解剖学的領域Ａを撮像する例示的な超音波プローブ２０の模式図を示している。ここで、超音波プローブ２０は、患者の身体の解剖学的領域Ａ内での侵襲的医療装置１１（例えば、手術針、生検針、又はアブレーションプローブ）の挿入、使用又は操作中に、超音波受信信号又は超音波受信データを提供する。例えば、侵襲的医療装置によって治療される、あるいは狙われる標的Ｔは、高周波アブレーション（ＲＦＡ）にて焼灼される上皮性悪性腫瘍とし得る。画像誘導手順を実行するとき、医師は、解剖学的領域Ａ内の標的Ｔと、標的Ｔに接近する侵襲的医療装置１１と、標的Ｔを取り囲む特には血管又は脈管構造である管構造１５と、を可視化することができなければならない。故に、管構造１５の撮像は、侵襲的医療装置１１の挿入及び誘導の間に如何なる主要管構造にも孔を開けないことを確保するために重要である。
【００３２】
図３は、第１の実施形態に係る超音波撮像システム１０のブロック図を示している。超音波撮像システム１０は、超音波受信信号を提供するように構成されたトランスデューサアレイ２１を有する超音波プローブ２０を含んでいる。トランスデューサアレイ２１は、特には、２Ｄトランスデューサアレイとし得る。図１の超音波撮像システム１０は、超音波プローブ２０及びそのトランスデューサアレイに接続されたビームフォーマ２５を有している。ビームフォーマ２５は、トランスデューサアレイ２１から超音波受信信号又はデータを受信して、ビームフォーミングを実行する。斯くして、隣り合った多数の２Ｄスキャン又はフレームが収集され、そしてこれらがＢモードボリューム処理ユニット３０へと送られて、データの３Ｄボリューム３１が形成される。このように、図３に示した実施形態及び以下の実施形態においては、解剖学的領域内のボリュームの電子的スキャンが使用される。しかしながら、理解されるように、システムは代わりに機械的スキャンを使用してもよい。
【００３３】
上述のように、超音波撮像システム１０は、ビームフォーマ２５から受信した超音波受信信号又はデータに基づき信号処理を用いてＢモードボリューム３１を生成するように構成されたＢモードボリューム処理ユニット３０を有する。さらに、システム１０は、Ｂモードボリューム３１に基づき画像処理により現在のＢモード画像４１を表示されるべく提供するように構成されたＢモード画像処理ユニット４０を有している。データの３Ｄ  ＢモードボリュームがＢモードボリューム処理ユニット３０によって生成されるが、データの実際の提示又は表示も３Ｄである必要は必ずしもない。例えば、流体でないもので充ちた構造の場合、一部の事例では、３Ｄ画像の描画が最も有用なデータ提示手法であるというわけではなく、ボリュームを貫く１つの２Ｄ画像若しくは直交し合う２Ｄ画像平面の方が、ユーザにとって読影が容易であることがある。具体的には、上記現在のＢモード画像は、２Ｄ画像、すなわち、３Ｄ  Ｂモードボリュームのスライスであってもよいし、例えばアキシャル面、サジタル面及びコロナル面のＭＰＲといった、直交し合う２Ｄ画像平面の（３Ｄ）画像であってもよい。他の例では、（表示される）上記現在のＢモード画像は、当然ながら、３Ｄ画像であってもよい。この場合、関心ボリュームの３Ｄ画像４１が、データの３Ｄボリューム３１から構築される。これは、可能な限り多くの情報をユーザに提供する。
【００３４】
また、超音波撮像システム１０は、先に収集された３Ｄ管構造マップ５１を格納するように構成されたメモリ５０を有している。これが意味することは、超音波画像誘導手順の最初又は前に、解剖学的領域の３Ｄ管構造マップ５１が収集あるいは作成されるということである。３Ｄ管構造マップは、超音波画像誘導手順の最初に、侵襲的医療装置を患者内に実際に挿入するのに先立って収集されるので、時間を掛けて可能な限り高品質の３Ｄ管構造マップを取得することができる。図５は、この例では肝臓の、そのような３Ｄ管構造マップ５１の一例を示している。理解されるように、図５の特定の肝臓の血管マップは単に例示的なものであり、例えば、特には超音波を用いて撮像されることが可能な器官である他の器官のものといった、如何なる他の好適な管構造マップが使用されてもよい。
【００３５】
３Ｄ管構造マップ５１の収集におけるフレームレートは低くなり得るが、３Ｄ管構造マップ５１は超音波画像誘導手順の最初又は前に収集されるので、上述のようにＢモード撮像を用いる超音波画像誘導手順それ自体におけるフレームレートは影響されない。故に、上述のようにＢモードボリューム処理ユニット３０及びＢモード画像処理ユニット４０を用いるＢモード画像の現在収集又はライブ収集はＢモードのみを伴うので、高いフレームレート又はリアルタイムのフレームレートを達成することができる。
【００３６】
超音波撮像システム１０は、先に収集された３Ｄ管構造マップ５１をＢモードボリューム３１に対してレジストレーションするように構成されたレジストレーションユニット６０を有している。このようなレジストレーションを実行する如何なる好適な方法又は技術が使用されてもよい。非限定的な一具体例において、Wein等の「Automatic  Non-Linear  Mapping  of  Pre-Procedure  CT  Volumes  to  3D  Ultrasound」（IEEE  International  Symposium  on  Biomedical  Imaging  (ISBI)、Rotterdam、2010）に開示されるようなレジストレーション技術を使用することができる。なお、それをここに援用する。非限定的な他の一具体例において、Porter等の「Three-Dimensional  Registration  and  Fusion  of  Ultrasound  and  MRI  Using  Major  Vessels  as  Fiducial  Markers」（IEEE  Trans  Med  Imaging  2001、20(4)、pp.354-359）に開示されるようなレジストレーション技術を使用することができる。なお、それをここに援用する。非限定的な更なる一具体例において、Lange等の「Vessel-Based  Non-Rigid  Registration  of  MR/CT  and  3D  Ultrasound  for  Navigation  in  Liver  Surgery」（Computer  Aided  Surgery、8:228-240、2003）に開示されるようなレジストレーション技術を使用することができる。なお、それをここに援用する。
【００３７】
また、レジストレーションユニット６０は、３Ｄ管構造マップのうち現在のＢモード画像４１に対応する部分６１又は少なくともその部分６１を選択するように構成される。一例において、現在のＢモード画像４１が上述のように２Ｄ画像又は直交２Ｄ画像平面の画像である場合、部分６１は３Ｄ管構造マップ５１の２Ｄスライスである。故に、Ｂモードボリューム３１が表示用の２Ｄ  Ｂモード画像４１を得るようにスライスされる場合、３Ｄ管構造マップ５１も同じようにスライスされる。これに代わる一例において、現在のＢモード画像４１が３Ｄ画像である場合、上記部分は３Ｄ管構造マップ５１のうちの３Ｄ部分である。故に３Ｄ  Ｂモード画像４１が表示されるべき場合、３Ｄ管構造マップ５１が同じようにして重ねられる。他の一例において、３Ｄ管構造マップの部分６１は、３Ｄ管構造マップの全体である。故に、この例においては、格納された３Ｄ管構造マップ又は情報の全体が表示される。
【００３８】
好ましくは、あるいは必要に応じて、３Ｄ管構造マップは、超音波画像誘導手順が行われるときに追跡、すなわち、継続的に更新される。この場合、レジストレーションユニット６０は、現在のＢモード画像４１に対応する３Ｄ管構造マップ５１の部分６１を選択するために、超音波トランスデューサ位置追跡情報５２を受信するように構成される。換言すれば、部分６１は、受信した超音波トランスデューサ位置追跡情報５２を用いて選択される。超音波トランスデューサ位置追跡情報５２は、超音波トランスデューサとも呼ぶトランスデューサアレイ２１を有する超音波プローブ２０の位置を指し示し、且つ／或いは追跡する。超音波トランスデューサ位置追跡情報５２を用いて、部分６１が選択され、且つ／或いはレジストレーションが継続的に更新される。超音波トランスデューサ位置追跡情報の使用については、図９及び図１０の実施形態を参照して更に詳細に後述する。
【００３９】
必要に応じて、超音波撮像システム１０はまた、現在のＢモード画像４１と３Ｄ管構造マップ５１のうちの選択された部分６１とを受信して管構造情報を具備した超音波画像７１（これは、その後に表示されることができる）を提供するように構成された画像処理ユニット７０を有し得る。
【００４０】
超音波撮像システム１０は更に、超音波画像７１を表示するように構成されたディスプレイ１６を有している。超音波画像７１は、現在のＢモード画像４１と選択部分６１とに基づく。斯くして、システムのユーザ（例えば、医師又は臨床医）は、例えば図２を参照して説明したように、画像誘導手順中に、表示された管構造情報を具備した超音波画像７１を用いることができる。上述のように、表示される超音波画像７１又は現在のＢモード画像４１は、２Ｄ又は３Ｄの何れかの画像とし得る。
【００４１】
図１１は、模式図の形態で、管構造情報を具備した超音波画像７１を有する表示１６の一例を示している。図１２は、写真の形態で、管構造情報を具備した超音波画像７１を有する表示１６の他の一例を示している。図１１及び図１２の例の各々において、超音波画像７１又は現在のＢモード画像４１は、関心ある解剖学的領域内の標的Ｔを示す２Ｄ  Ｂモード画像である。この場合、部分６１は、図１１又は図１２にて見て取れるように、３Ｄ管構造マップの２Ｄスライスである。画像誘導手順中に侵襲的医療装置（図１１又は図１２には示されず）も画像内で視認可能であり得る。
【００４２】
図１１の例において、超音波画像７１は、現在のＢモード画像４１と３Ｄ管構造マップの選択部分６１とを重ね合わせることによって提供されている。この場合、画像処理ユニット７０は、現在のＢモード画像４１と３Ｄ管構造マップ５１の選択部分６１とをオーバーレイあるいは融合することで、管構造情報を重ね合わせた超音波画像７１を提供するように構成され、そして、この超音波画像７１が表示され得る。故に、超音波画像７１は、重ね合わされた管構造情報を有する。換言すれば、管構造情報又は３Ｄ管構造マップ５１の一部６１が直接的に超音波画像上に重ねられ、あるいは超音波画像内に組み込まれる。超音波画像７１は、３Ｄ管構造マップの部分６１の形態で２Ｄ  Ｂモード画像４１上に重ねられた管構造情報を有する。この図１１の例では、管構造情報又は部分６１は、管構造の輪郭の形態で示されている。しかしながら、理解されるように、管構造情報は、例えば、管構造の中心に沿って走る線や、輪郭の境界内の管構造に色を付けることなど、如何なる他の好適な手法で提示されてもよい。
【００４３】
図１２の例において、超音波画像７１は、現在（又はライブ）のＢモード画像４１と３Ｄ管構造マップの選択部分６１とを並べた形態又は表現にすることによって提供されている。図１２では、現在（又はライブ）のＢモード画像４１は、ディスプレイ１６の右側に第１の画像部分として提示され、選択部分６１は、ディスプレイ１６の左側に第２の画像部分として提示されている。この場合、画像処理ユニット７０は、現在のＢモード画像４１と３Ｄ管構造マップ５１の選択部分６１とを互いの隣に足し合わせることで、管構造情報を有する超音波画像７１を提供するように構成され、そして、この超音波画像７１が表示され得る。選択部分６１又は管構造情報は、例えば、先に収集されてレジストレーションされた画像（例えば、カラー画像）内のものとし得る。一例において、選択部分６１は、図８を参照して更に詳細に後述するように、ＣＴデータ又はＭＲデータ（図１２参照）にて提示あるいは包含され得る。他の一例において、選択部分６１は、図６又は図７を参照して更に詳細に後述するように、超音波画像にて提示あるいは包含され得る。この図１２の例では、管構造情報又は部分６１は、管構造の中心に沿って走る線の形態で示されている。しかしながら、上述のように、管構造情報が如何なる他の好適な手法で提示されてもよいことは理解されるところである。
【００４４】
理解されるように、図１１及び図１２に示した表示は具体例であり、管構造情報を有する超音波画像は如何なる他の好適な手法で表示されてもよい。何れの場合も、ディスプレイ１６を観る医師又はユーザは、管構造情報とＢモード画像４１とを見ることができ、このことは、画像誘導手順中に管構造を避ける助けとなる。従って、現在又はライブのＢモード画像４１とともに移動するレジストレーション済みの管構造マップの部分を、ディスプレイ１６上で観察することができる。これが、ライブ収集されているものではなく、事前収集された３Ｄ管構造マップであるということは、管構造が単に超音波プローブ２０の位置とともに移動・回転するだけで脈動しないことが見えることで一目瞭然である。必要に応じて、管構造及びフロー（流れ）情報がライブではないことをユーザに通知するメッセージをディスプレイ上に提供してもよい。
【００４５】
次に、図６から図１０を参照して、更なる実施形態を説明する。図６から図１０の実施形態は各々、図３の第１の実施形態を基礎とするので、図３の実施形態についてと同じ説明が、図６から図１０の実施形態にも当てはまる。
【００４６】
図６は、３Ｄフロー撮像技術を用いて解剖学的領域内の管構造又は脈管構造を特定する第２の実施形態に係る超音波撮像システムのブロック図を示している。図６の実施形態において、超音波撮像システム１０は更に、超音波受信信号に基づいて３Ｄフローデータ７９を生成するように構成された３Ｄフロー処理ユニット７８と、３Ｄフローデータ７９に基づいて３Ｄ管構造マップ５１を生成するように構成されたフロー画像処理ユニット８０とを有している。３Ｄフローデータ７９（又は、フローボリュームとの呼ぶ）は、トランスデューサアレイ２１が各ラインに対して複数の超音波パルスを送信し、そのラインにおける流れを推定することで生成され得る。そして、そのような複数のラインの収集がボリュームにわたって掃引される。超音波パルス数は増加され得る。これは感度を高めるが、フレームレートを低下させる。例えば、３Ｄフロー処理ユニット７８は、カラーフロー技術、カラーパワーアンギオ（ＣＰＡ）技術、又はＢモードフロー撮像技術を用いて３Ｄフローデータ７９を生成するように構成されることができる。ＣＰＡの場合、生成されるフロー画像又は３Ｄ管構造マップは、流れの大きさのみを示し、流れの方向性を示さない。Ｂモードフロー撮像（Ｂフローとも呼ぶ）の場合、フロー画像は、Ｂモードパルスサブトラクション技術を用いて生成される。また、３Ｄフロー処理ユニット７８は、造影（コントラストエンハンスト）超音波技術を用いて３Ｄフローデータ７９を生成するように構成されることができる。これは、特に技術的にチャレンジングな事例において、血管の可視化を改善するのに特に好ましい手法である。理解されるように、実際には、３Ｄフロー画像を可視化あるいは再構成する如何なる技術も使用され得る。
【００４７】
図６の実施形態において、超音波撮像システム１０は更に、Ｂモードボリューム３１を生成するようにＢモードボリューム処理ユニット３０、又は３Ｄフローデータ７９を生成するように３Ｄフロー処理ユニット７８、の何れかを選択するように構成されたコントローラ９０を有している。具体的には、このコントローラは、先ず、画像誘導手順の前又は最初に、３Ｄ管構造マップ５１を生成することができるように３Ｄフロー処理ユニット７８を選択し、その後、画像誘導手順中に、Ｂモード撮像を使用することができるようにＢモードボリューム処理ユニットを選択するように構成される。コントローラ９０が、３Ｄフロー処理ユニット７８を選択するとき、トランスデューサアレイ２１が各ラインに対して複数の超音波パルスを送信し、そして、そのような複数のラインの収集がボリュームにわたって掃引されることで、３Ｄフローデータ７９を生成することができる。コントローラ９０が、Ｂモードボリューム処理ユニット３０を選択するとき、トランスデューサアレイ２１が各ラインに対して単一のパルスを送信し、そして、そのような複数のラインの収集がボリュームにわたって掃引されることで、Ｂモードボリューム３１を生成することができる。コントローラ９０によって実行される選択は、特には、ユーザ入力８９に基づいて達成され得る。故に、コントローラ９０は、ユーザ入力８９を受信するために、例えば図１のユーザ制御具２８などのユーザ制御具２８に接続され得る。そして、コントローラ９０は、ユーザ制御具２８から第１のユーザ入力８９ａを受信するとき（例えば、ユーザが“開始”ボタンを押すとき）に３Ｄフロー処理ユニット７８を選択し、ユーザ制御具２８から第２のユーザ入力８９ｂを受信するとき（例えば、ユーザが“承認”ボタンを押すとき）にＢモードボリューム処理ユニット３０を選択するように構成され得る。必要に応じて、フロー画像又は３Ｄ管構造マップ５１はまた、単独あるいは別々にディスプレイ１６上に表示されてもよい。従って、図６に示されるように、フロー画像又は３Ｄ管構造マップ５１はディスプレイ１６に送信されることができる。
【００４８】
ここで、より十分な理解のため、システム１０を使用する具体的な適用例を示す。ユーザが、標的Ｔ及び針１１の経路の可視化を可能にする所望のスキャンウィンドウ内に、２Ｄトランスデューサアレイ２１を有する超音波プローブ２０を置く。針１１を挿入することに先立って、ユーザが、ユーザ制御具２８上の“開始”ボタンを押す。これにより、高品質カラーフローボリュームデータの収集が始動される。その後、そのカラーフローボリュームデータが所望の３Ｄ管構造マップ（例えば、ディスプレイ１６上に表示される）を提供する場合に、ユーザが、ユーザ制御具２８上の“承認”ボタンを押す。承認を受けて、システム１０が直ちに、カラー３Ｄフローデータ又はフローボリュームの場合より遥かに高いボリュームレートでＢモードボリュームの収集を開始する。そして、連続したＢモードボリュームに対して、何らかの種類の解剖学的特徴追跡又はスペックル追跡が適用され得る。これは、ボリュームごとにどれだけの並進又は回転が起こっているかについての情報を提供する。この並進及び回転が、カラー３Ｄフローデータ又はフローボリュームに基づく３Ｄ管構造マップに適用され、それにより、Ｂモード画像が示しているものに対して３Ｄ管構造マップがレジストレーションされたままであるようにされる。この管構造マップが、例えば異なる色合いで、現在又はライブのＢモード画像に重ねられる。そして、Ｂモードボリュームの２Ｄスライス、直交し合う２Ｄ画像平面の画像（例えば、ＭＰＲ）、又は３Ｄ描画ビューの何れかを用いて、針の誘導が行われる。Ｂモードボリュームをスライスして提示する手法にかかわらず、レジストレーションされた３Ｄ管構造マップを同じようにスライスして提示することができる。
【００４９】
図７は、第３の実施形態に係る超音波撮像システム１０のブロック図を示し、図８は、第４の実施形態に係る超音波撮像システムのブロック図を示している。これらの実施形態においては、図６の実施形態を参照して説明したようなフロー収集技術を用いることに代えて、画像データに基づく３Ｄ管構造セグメンテーション（区分化）技術を用いて、３Ｄ管構造マップ５１が生成される。図７及び図８の実施形態の各々において、超音波撮像システム１０は、故に、管構造セグメンテーション技術を実行することによって３Ｄ管構造マップ５１を作成するように構成された管構造セグメンテーションユニット９５を有している。管構造セグメンテーション技術は、例えば、国際公開第２００６／０８５２５４号パンフレット又は米国特許第７８７０１８９号明細書に開示されているような技術とし得る。なお、それらをここに援用する。例えば、図４に示す例示的な血管マップ又は血管樹は、国際公開第２００６／０８５２５４号パンフレット又は米国特許第７８７０１８９号明細書に開示された管構造セグメンテーション技術に基づくものである。
【００５０】
図７の実施形態において、管構造セグメンテーションユニットは、Ｂモードボリュームに基づいて管構造セグメンテーション技術を実行するように構成される。この場合、３Ｄ管構造マップは、３Ｄ超音波データ、とりわけ、システムがどっちみち収集する必要があるＢモードボリュームに基づいて作成される。これは、何らかの他のシステム又はデータの使用を伴わない、３Ｄ管構造マップを作成するとりわけ容易な手法を提供する。Ｂモードボリュームは、例えば、コンベンショナルな３Ｄ超音波データ又は造影３Ｄ超音波データとし得る。
【００５１】
３Ｄ超音波データを用いることに代えて、管構造セグメンテーションユニット９５は、図８の実施形態に例示するように、ＣＴデータ又はＭＲデータ１１２に基づいて管構造セグメンテーション技術を実行するように構成されてもよい。この実施形態において、管構造セグメンテーションユニット９５は、超音波撮像システム１０に接続された別個のＣＴシステム又はＭＲシステム１１０からＣＴデータ又はＭＲデータ１１２を受信するように構成される。故に、この実施形態においては、３Ｄ管構造マップ５１は、別個のＣＴシステム又はＭＲシステム１１０から受信したＣＴデータ又はＭＲデータ１１２に基づいて作成される。しかしながら、理解されるように、ＣＴデータ又はＭＲデータ１１２は、例えば可搬式の記憶媒体にて、あるいは超音波撮像システム自体内のＣＴ機能又はＭＲ機能によってなど、如何なる他の好適な手法で受信されてもよい。ＣＴデータは、例えば、コンベンショナルなＣＴデータ、コーンビームＣＴデータ、又はＣＴアンギオグラフィデータとし得る。ＭＲデータは、例えば、コンベンショナルなＭＲデータ、又はＭＲアンギオグラフィデータとし得る。ＣＴデータ又はＭＲデータはまた、１つ以上の造影剤を用いて収集されてもよいし、用いずに収集されてもよい。
【００５２】
図４は、例示的なＣＴデータセット１１２を示し、図５は、例示的な３Ｄ管構造マップ５１、具体的には、管構造セグメンテーション技術を用いて図４のＣＴデータセット１１２から作成された３Ｄ管構造マップ５１を示している。図５にて見て取れるように、この３Ｄ管構造マップ５１は、管構造の輪郭を示しており、“ワイヤフレーム”としても参照され得る。
【００５３】
図９は、第５の実施形態に係る超音波撮像システムのブロック図を示し、図１０は、第６の実施形態に係る超音波撮像システムのブロック図を示している。図９及び図１０は各々、図３の第１の実施形態を参照して説明したような超音波トランスデューサ位置追跡情報５２がどのようにして生成され得るかという一実施形態を示している。図９及び図１０の各々において、レジストレーションユニット６０は、図３の第１の実施形態を参照して説明したように、現在のＢモード画像４１に対応する３Ｄ管構造マップの部分６１を選択するために、超音波トランスデューサ位置追跡情報５２を受信するように構成されている。理解されるように、図９又は図１０の実施形態は、超音波トランスデューサ位置追跡情報の生成に焦点を当てたものであり、図３、図６、図７又は図８の実施形態の何れとも組み合わされることができる。
【００５４】
図９の実施形態において、超音波トランスデューサ位置追跡情報は、画像データに基づく技術を用いて、特には特徴（フィーチャ）追跡を用いて生成される。故に、図９の実施形態は、画像ベース追跡を使用する。この場合、超音波トランスデューサ位置追跡情報５２は、３Ｄ超音波データ、とりわけ、システムがどっちみち収集する必要があるＢモードボリュームデータ３１に基づいて提供される。“時間的に連続した”なる用語は、相互に直に続いて収集されているＢモードボリュームを意味することもあるし、相互に直には続かずに、故に、時間的に離間されて収集されているＢモードボリューム（例えば、１つおき又は２つおきのボリューム）を意味することもある。図９の実施形態において、超音波撮像システム１０は更に、時間的に連続したＢモードボリュームに基づいて超音波トランスデューサ位置追跡情報５２を生成するように構成された処理ユニット１２０を有している。図９の実施形態において、超音波撮像システム１０はまた、時間的に連続したＢモードボリュームを格納するメモリ１１８を有している。Ｂモードボリューム処理ユニット３０によって生成されたＢモードボリューム３１が相次いでメモリ１１８に伝送されて格納される。そして、処理ユニット１２０が、時間的に連続したＢモード画像１１９を受信して処理する。具体的には、処理ユニット１２０は、時間的に連続したＢモードボリューム１１９上で特徴追跡を実行し、特徴追跡に基づいて並進及び／又は回転のベクトルを生成するように構成されることができる。この場合、超音波トランスデューサ位置追跡情報５２は、並進及び／又は回転のベクトルに基づく並進及び／又は回転の情報である。故に、時間的に連続したＢモードボリューム１１９内のフィーチャの並進及び／又は回転が追跡され、それに基づいて、並進ベクトル又は回転ベクトルが抽出される。図９の実施形態に示すように、時間的に連続したＢモードボリュームに基づいて超音波トランスデューサ位置追跡情報を生成する場合、Ｂモードボリューム処理ユニット３０は、画像誘導手順（又は、超音波プローブを用いた身体のスキャン）中に連続して３Ｄ  Ｂモードボリュームを生成しなければならない。斯くして、並進情報を生成する下地となる連続したＢモードボリュームデータが存在する。この連続生成はまた、表示すべき現在のＢモード画像が２Ｄ画像のみである場合にも適用される。
【００５５】
３Ｄ管構造マップ５１をどれだけ並進及び／又は回転させるべきかを算定するために、時間的に連続したＢモードボリューム上での特徴追跡（すなわち、画像ベース追跡）を用いることに代えて、図１０の実施形態に示すように、位置センサ１３０を使用することができる。図１０の実施形態は、故に、センサベースの追跡手法を示している。図１０にて見て取れるように、位置センサ１３０は、トランスデューサアレイ２１を有する超音波プローブ２０に対して固定された既知の位置に位置付けられ、例えば、プローブ２０の筐体の表面に配置され、あるいは該筐体に取り付けられる。超音波トランスデューサ位置追跡情報５２は、位置センサ１３０から受信される位置情報である。位置センサ１３０を用いて、超音波プローブ２０又はトランスデューサアレイ２１の向き及び／又は位置の変化を追跡することができる。超音波トランスデューサ位置追跡情報が、図１０の実施形態に示すように位置センサに基づいて生成される場合、Ｂモードボリューム処理ユニット３０は、表示すべき現在のＢモード画像が２Ｄ画像のみである場合には、連続して３Ｄ  Ｂモードボリュームを生成する必要はない。しかしながら、表示すべき現在のＢモード画像が３Ｄ画像である場合には、Ｂモードボリューム処理ユニット３０は、連続して３Ｄ  Ｂモードボリュームを生成しなければならない。
【００５６】
例えば、位置センサは、電磁（ＥＭ）追跡センサ又は光ファイバ追跡センサとし得る。しかしながら、理解されるように、トランスデューサ位置についての追跡情報を提供する概して如何なるセンサも使用され得る。２Ｄトランスデューサアレイを有するとともにＥＭ追跡センサを有する超音波プローブ２０（例えば、Ｘ６−１プローブ）は、校正されたＢモードボリューム及びカラーフローデータを生成することが可能である。
【００５７】
次に、管構造情報を具備した超音波画像を提供するための対応する方法を、図１３を参照して説明する。図１３は、具体的には図３の第１の基本実施形態に対応した、一実施形態に係るそのような方法のブロック図を示している。第１のステップＳ１にて、３Ｄ管構造マップ５１が収集される。これは特には、画像誘導手順の前又は最初に行われる。そして、ステップＳ２にて指し示されるように、３Ｄ管構造マップ５１がメモリ５０に格納される。次に、この方法は、ステップＳ１０１にて、トランスデューサアレイ２１を有する超音波プローブ２０によって提供される超音波受信信号を受信するステップを有する。その後、ステップＳ１０２にて、超音波受信信号に基づくＢモードボリューム３１が生成され、ステップＳ１０３にて、Ｂモードボリューム３１に基づく現在のＢモード画像４１が提供される。そして、ステップＳ１０４にて、この方法は、メモリ５０に格納された、先に収集された３Ｄ管構造マップ５１を、Ｂモードボリューム３１に対してレジストレーションすることを有する。さらに、この方法は、ステップＳ１０５にて、現在のＢモード画像４１に対応する３Ｄ管構造マップ５１の部分６１を選択することを有する。その後、ステップＳ１０６にて、この方法は、現在のＢモード画像４１と３Ｄ管構造マップ５１の選択された部分６１とに基づく超音波画像７１を提供することを有する。一具体例において、超音波画像７１は、図１１の例を参照して説明したように、現在のＢモード画像４１と選択部分６１とをオーバーレイあるいは融合することによって提供され得る。他の一具体例において、超音波画像７１は、現在（又はライブ）のＢモード画像４１と選択部分６１とを並べた形態又は表現にすることによって提供され得る。最後に、ステップＳ１０７にて、管構造情報を有する超音波画像７１がディスプレイ１６上に表示され得る。これらのステップは、例えば、１つ以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）にて実行されることができる。
【００５８】
一般に、理解されるように、ここに記載された様々な（処理）ユニットは、ハードウェア又はソフトウェアにて好適に実装され得る。特に図３又は図６−１０の実施形態のうちの何れか１つに関してここに記載された何れか１つ以上の（処理）ユニット２５、３０、４０、６０、７０、９０、７８、８０、９５、１２０は、１つ以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）にて実装され得る。例えば、Ｂモードボリューム処理ユニット３０、Ｂモード画像処理ユニット４０、レジストレーションユニット６０、及び場合により画像処理ユニット７０は、単一のプロセッサ又は複数のプロセッサにて実装され得る。
【００５９】
図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明してきたが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものとみなされるべきであり、本発明は、開示の実施形態に限定されるものではない。開示の実施形態へのその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。
【００６０】
請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。単一の要素又はその他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たしてもよい。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。
【００６１】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに供給されるか、他のハードウェアの一部として供給されるかする例えば光記憶媒体又は半導体媒体などの好適な媒体にて格納／配布され得るが、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線の遠隔通信システムを介してなど、その他の形態で配布されてもよい。
【００６２】
請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。
【図１】
2015517868.tif 000003
【図２】
2015517868.tif 000004
【図３】
2015517868.tif 000005
【図４】
2015517868.tif 000006
【図５】
2015517868.tif 000007
【図６】
2015517868.tif 000008
【図７】
2015517868.tif 000009
【図８】
2015517868.tif 000010
【図９】
2015517868.tif 000011
【図１０】
2015517868.tif 000012
【図１１】
2015517868.tif 000013
【図１２】
2015517868.tif 000014
【図１３】
2015517868.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月2日(2014.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波受信信号を提供するように構成されたトランスデューサアレイを有する超音波プローブと、
前記超音波受信信号に基づいてＢモードボリュームを生成するように構成されたＢモードボリューム処理ユニットと、
前記Ｂモードボリュームに基づいて現在のＢモード画像を提供するように構成されたＢモード画像処理ユニットと、
管構造セグメンテーション技術を実行することによって３Ｄ管構造マップを作成するように構成された管構造セグメンテーションユニットと、
先に収集された前記３Ｄ管構造マップを格納するように構成されたメモリと、
先に収集された前記３Ｄ管構造マップを前記Ｂモードボリュームに対してレジストレーションし、且つ前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの部分を選択するように構成されたレジストレーションユニットと、
前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの選択された部分とに基づく超音波画像を表示するように構成されたディスプレイと、
前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの前記選択された部分とを重ね合わせて前記超音波画像を提供するように構成された画像処理ユニットと、
を有する超音波撮像システム。
【請求項２】
前記現在のＢモード画像は、２Ｄ画像、直交し合う２Ｄ画像平面の画像、又は３Ｄ画像である、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項３】
前記部分は、前記３Ｄ管構造マップの２Ｄスライス、又は前記３Ｄ管構造マップの３Ｄ部分である、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項４】
前記超音波受信信号に基づいて３Ｄフローデータを生成するように構成された３Ｄフロー処理ユニットと、前記３Ｄフローデータに基づいて前記３Ｄ管構造マップを生成するように構成されたフロー画像処理ユニットと、を更に有する請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項５】
前記３Ｄフローデータは、カラーフロー技術、カラーパワーアンギオ（ＣＰＡ）技術、Ｂモードフロー撮像技術、又は造影超音波技術を用いて生成される、請求項４に記載の超音波撮像システム。
【請求項６】
前記Ｂモードボリュームを生成するように前記Ｂモードボリューム処理ユニット、又は前記３Ｄフローデータを生成するように前記３Ｄフロー処理ユニット、の何れかを選択するように構成されたコントローラ、を更に有する請求項４に記載の超音波撮像システム。
【請求項７】
前記管構造セグメンテーションユニットは、前記Ｂモードボリュームに基づいて前記管構造セグメンテーション技術を実行するように構成される、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項８】
前記管構造セグメンテーションユニットは、ＣＴデータ又はＭＲデータに基づいて前記管構造セグメンテーション技術を実行するように構成される、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項９】
前記レジストレーションユニットは、前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの前記部分を選択するために、超音波トランスデューサ位置追跡情報を受信するように構成される、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項１０】
当該超音波撮像システムは更に、時間的に連続したＢモードボリュームに基づいて前記超音波トランスデューサ位置追跡情報を生成するように構成された処理ユニットを有し、前記超音波トランスデューサ位置追跡情報は、並進及び／又は回転の情報である、請求項９に記載の超音波撮像システム。
【請求項１１】
当該超音波撮像システムは更に、前記トランスデューサアレイに対して固定された既知の位置に位置付けられる位置センサを有し、前記超音波トランスデューサ位置追跡情報は、前記位置センサから受信される位置情報である、請求項９に記載の超音波撮像システム。
【請求項１２】
管構造情報を有する超音波画像を提供する方法であって、
トランスデューサアレイを有する超音波プローブによって提供される超音波受信信号を受信するステップと、
前記超音波受信信号に基づいてＢモードボリュームを生成するステップと、
前記Ｂモードボリュームに基づいて現在のＢモード画像を提供するステップと、
管構造セグメンテーション技術を実行することによって３Ｄ管構造マップを作成するステップと、
メモリに格納された、先に収集された前記３Ｄ管構造マップを、前記Ｂモードボリュームに対してレジストレーションするステップと、
前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの部分を選択するステップと、
前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの選択された部分とに基づいて前記超音波画像を提供するステップと、
前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの前記選択された部分とを重ね合わせて、画像処理により前記超音波画像を提供するステップと、
を有する方法。
【請求項１３】
コンピュータ上で実行されるときに前記コンピュータに請求項１２に記載の方法のステップを実行させるプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この超音波撮像システムは、Ｂモード超音波撮像とカラードップラー撮像とを同時に使用している。これはフレームレートを下げることになる。故に、超音波画像誘導手順においてフレームレートを高めること又は十分なフレームレートを提供することが望まれる。
欧州特許出願公開第２１６０９７８号明細書は、ｘ線検出器を備えたｘ線蛍光透視システムと、位置センサを備えたプローブを有する超音波システムとを有した、被検体内の外来物の動きを追跡する装置を開示している。ｘ線蛍光透視システムによって収集された静止ｘ線画像と、超音波システムによって収集されたリアルタイム超音波画像とを表示するようにディスプレイが構成される。
Porter等の「Three-Dimensional  Registration  and  Fusion  of  Ultrasound  and  MRI  Using  Major  Vessels  as  Fiducial  Markers」（IEEE  Transaction  on  Medical  Imaging、Vol.20、No.4、2001年4月1日）は、外部基準マーカ又は外部位置センサの助けなしでの３次元超音波及び磁気共鳴撮像データセットの融合を開示している。これら２つのモダリティの融合は、軟組織のリアルタイム３Ｄ超音波スキャンを、ＭＲＩの、より大きい解剖学的フレームワークと結合する。
米国特許出願公開第２００６／００２０２０４号明細書は、様々な実質的にリアルタイムのスキャン画像が収集されている３Ｄ空間の撮像管理用のシステム及び方法を開示している。ユーザは、単に２Ｄ画像としてではなく、特定の３Ｄ空間内の位置的及び方向的に特定されたスライスとして、実質的にリアルタイムのスキャナから得られた身体又は物体の一部の画像を可視化することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の第１の態様において、超音波撮像システムが提示され、当該超音波撮像システムは、超音波受信信号を提供するように構成されたトランスデューサアレイを有する超音波プローブと、前記超音波受信信号に基づいてＢモードボリュームを生成するように構成されたＢモードボリューム処理ユニットと、前記Ｂモードボリュームに基づいて現在のＢモード画像を提供するように構成されたＢモード画像処理ユニットと、管構造セグメンテーション技術を実行することによって３Ｄ管構造マップを作成するように構成された管構造セグメンテーションユニットと、先に収集された前記３Ｄ管構造マップを格納するように構成されたメモリと、先に収集された前記３Ｄ管構造マップを前記Ｂモードボリュームに対してレジストレーションし、且つ前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの部分を選択するように構成されたレジストレーションユニットと、前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの選択された部分とに基づく超音波画像を表示するように構成されたディスプレイと、前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの前記選択された部分とを重ね合わせて前記超音波画像を提供するように構成された画像処理ユニットとを有する。斯くして、管構造情報が重ねられた超音波画像が生成されて表示される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の更なる一態様において、管構造情報を有する超音波画像を提供する方法が提示され、当該方法は、トランスデューサアレイを有する超音波プローブによって提供される超音波受信信号を受信するステップと、前記超音波受信信号に基づいてＢモードボリュームを生成するステップと、前記Ｂモードボリュームに基づいて現在のＢモード画像を提供するステップと、管構造セグメンテーション技術を実行することによって３Ｄ管構造マップを作成するステップと、メモリに格納された、先に収集された前記３Ｄ管構造マップを、前記Ｂモードボリュームに対してレジストレーションするステップと、前記現在のＢモード画像に対応する前記３Ｄ管構造マップの部分を選択するステップと、前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの選択された部分とに基づいて前記超音波画像を提供するステップと、前記現在のＢモード画像と前記３Ｄ管構造マップの前記選択された部分とを重ね合わせて、画像処理により前記超音波画像を提供するステップとを有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
管構造情報すなわち３Ｄ管構造マップの一部が、直接的に超音波画像上に重ねられる、あるいは超音波画像内に組み込まれる。これは、例えば画像誘導手順中に、システムのユーザ（例えば、医師又は臨床医）にとっての情報の読み取りやすさを高める。斯くして、非常に直観的（あるいは最も直観的）な表示が提供される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
３Ｄ管構造マップは、３Ｄ超音波データ、とりわけ、システムがどっちみち収集する必要があるＢモードボリュームデータに基づいて作成される。これは、何らかの他のシステム又はデータの使用を伴わない、３Ｄ管構造マップを作成するとりわけ容易な手法を提供する。Ｂモードボリュームは、例えば、コンベンショナルな３Ｄ超音波データ又は造影３Ｄ超音波データとし得る。対応する方法において、管構造セグメンテーション技術は、Ｂモードボリュームに基づいて実行される。
【国際調査報告】
2015517868.tif 000016
2015517868.tif 000017
2015517868.tif 000018