(57)【要約】本発明は、超音波画像化システム（１００）に関し、超音波画像化システム（１００）は：超音波信号を伝送及び受信する単一素子の超音波トランスデューサ（１６）を備える超音波プローブ（１０）と；信号取得中に、検査対象（２４）に対する超音波プローブ（１０）の変位（ｘ）の経時変位信号ｘ（ｔ）を感知する動きセンサ（１８）と；受信した超音波信号からＭモードの超音波画像を再構築するように構成される画像取得ハードウェア（２６）であって、再構築されるＭモードの超音波画像が、時間（ｔ）に対して示される検査対象（２４）内の実質的に一定の深度（ｙ）の複数の１次元の深度信号を備える２次元の画像Ｉ（ｔ，ｙ）であり、画像取得ハードウェア（２６）は、動きセンサ（１８）で感知される経時変位信号ｘ（ｔ）を使用することにより、変位（ｘ）に対して示される深度信号を備える２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）に、Ｍモードの超音波画像Ｉ（ｔ，ｙ）をマップするように更に構成される、画像取得ハードウェアと；第２の画像を分析して、第２の画像における検査対象（２４）の少なくとも１つの組織層境界を検出するように構成される、画像分析ユニット（４８）と；を備える。
2016506809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波画像化システムであって：
−  超音波信号を伝送及び受信する単一素子の超音波トランスデューサを備える超音波プローブと；
−  信号取得中に、検査対象に対する前記超音波プローブの変位の経時変位信号を感知する動きセンサと；
−  前記受信した超音波信号からＭモードの超音波画像を再構築するように構成される画像取得ハードウェアであって、該再構築されるＭモードの超音波画像は、時間に対して示される検査対象内の実質的に一定の深度の複数の１次元の深度信号を備える２次元の画像であり、前記画像取得ハードウェアは、前記動きセンサで感知される前記経時変位信号を使用することにより、前記変位に対して示される前記深度信号を備える２次元の第２の画像に、前記Ｍモードの超音波画像をマップするように更に構成される、前記画像取得ハードウェアと；
−  前記第２の画像を分析して、前記第２の画像における前記検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するように構成される、画像分析ユニットと；
を備える、超音波画像化システム。
【請求項２】
前記画像取得ハードウェアは、所与の変位位置において複数の深度信号が受け取られる場合、前記Ｍモードの超音波画像を前記２次元の第２の画像にマッピングするのに、選択される処理済みの深度信号を使用するために、前記複数の深度信号を平均化することにより、又は前記複数の深度信号のうち最も高い信号対雑音比を有する深度信号を選択することにより、前記所与の変位位置について処理済みの深度信号を選択するように構成される、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項３】
前記超音波プローブが、前記検査対象の表面に対して押される圧力を感知するための少なくとも１つの圧力センサを更に備える、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項４】
前記検査対象の表面に対する前記超音波プローブの向きを感知するための複数の圧力センサを更に備える、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項５】
前記画像分析ユニットは、前記第２の画像の深度方向で前記深度信号の導関数を分析することにより、前記検査対象の前記少なくとも１つの組織層境界に属する複数のエッジポイントを検出するように構成される、エッジ検出器を備える、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項６】
前記画像分析ユニットは、ガウスフィルタを使用して前記第２の画像をフィルタするためのフィルタを備える、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項７】
前記フィルタは、エッジ検出器が前記複数のエッジポイントを検出する間に、前記ガウスフィルタの分散を変化させるように構成される、
請求項６に記載の超音波画像化システム。
【請求項８】
前記画像分析ユニットは、前記検出される複数のエッジポイントのうち連続基準を満たすエッジポイントを、少なくとも部分的に前記少なくとも１つの組織層境界を表す少なくとも１つの連続エッジへマージするように構成される、
請求項５に記載の超音波画像化システム。
【請求項９】
前記連続基準は、前記少なくとも１つの連続エッジの長さ、深度及び勾配を含む、
請求項８に記載の超音波画像化システム。
【請求項１０】
k番目の前記少なくとも１つの連続エッジC(k)は、前記第２の画像内の変位軸(x)に対して連続する
【数１】
2016506809.tif 000013
エッジポイントのセット
【数２】
2016506809.tif 000014
として定義され、前記少なくとも１つの連続エッジC(k)の長さCL(k)は、
【数３】
2016506809.tif 000015
として定義され、前記少なくとも１つの連続エッジC(k)の深度CD(k)は、
【数４】
2016506809.tif 000016
として定義され、前記少なくとも１つの連続エッジC(k)の勾配CG(k)は、
【数５】
2016506809.tif 000017
として定義され、前記連続基準は、C(k)=WLCL(k)+WDCD(k)+WGCG(k)として定義され、WL、WD及びWGは重み付けファクタである、
請求項８に記載の超音波画像化システム。
【請求項１１】
前記画像分析ユニットは、異なる連続エッジが前記少なくとも１つの組織層境界に属すると検出された場合、前記異なる連続エッジの間の接続ポイントを補間するように構成される、
請求項８に記載の超音波画像化システム。
【請求項１２】
前記画像分析ユニットは、前記少なくとも１つの組織層境界の検出を改善するために身体部位の特性を考慮するように構成される、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項１３】
前記画像分析ユニットは、検出される前記少なくとも１つの組織層境界に基づいて少なくとも１つの組織層の厚さを計算するように構成される、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項１４】
検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するための方法であって：
−  単一素子の超音波トランスデューサの超音波信号を受け取るステップと；
−  検査対象に対する前記超音波トランスデューサの変位の経時変位信号を感知するステップと；
−  前記受け取った超音波信号からＭモードの超音波画像を再構築するステップであって、該再構築されるＭモードの超音波画像は、時間に対して示される前記検査対象の実質的に一定の深度の複数の１次元の深度信号を備える２次元の画像である、ステップと；
−  前記Ｍモードの超音波画像を、前記感知された経時変位信号を使用することにより、変位に対して示される深度信号を備える２次元の第２の画像にマッピングするステップと；
−  前記第２の画像を分析して、前記第２の画像内の前記検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するステップと；
を備える、方法。
【請求項１５】
コンピュータにおいて実行されると、請求項１４に記載の方法のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムコード手段を備える、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、超音波画像化システムに関する。本発明は、特に、検査対象内の組織層境界を検出する超音波画像化システムに関する。さらに、本発明は、検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出する方法に関する。またさらに、本発明は、方法を実装するための対応するコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
競技スポーツ、個人的フィットネス及びヘルスケア器具の分野では、身体の異なる組織型の割合的な組成について洞察を得ることが望ましい。このため、幾つか主な組織を、相互に区別する必要がある。健康上の視点から検出すべき最も重要な組織は：脂肪量及び除脂肪量、除脂肪体重及び筋肉量、皮下組織脂肪（ＳＡＴ）と内臓脂肪（ＶＡＴ）の更なる区別である。これらの組織型の組成及びサイズは、ユーザの体力（身体的な適合性）についての良好な指標である。
【０００３】
低レベルの身体的活動及び悪い食生活は、体力の低下を招き、長期的には、糖尿病や高血圧、脂質異常症、多嚢胞性卵巣症候群、生殖異常、性機能障害、心臓病及びメタボリック症候群といった生活習慣病になる可能性がある。医療専門家は、ますます、これらの疾患に対処しなければいけなくなる。患者の体力のレベルを迅速かつ確実に評価する方法は、体力が患者の健康にどの程度影響を与え得るかを専門家が評価するのを助けることができる。さらに、体力レベルと疾患モニタリングを用いる医学的に定められるエクササイズの介入を使用して、患者の健康を改善させることが可能であり、治療の効果を文書で記録することも可能である。家庭環境においても使用され得る消費者関連のヘルスケア器具の進化により、患者は、医師による付加的な助けを必要とせずに自身を容易に検査することが可能になるので、そのような状況が改善されるであろう。
【０００４】
身体組織内の組織層を検出するために一般的に使用される解決策の多くは、家庭での設定で使用するには難し過ぎるモダリティを使用する。例としては：ＭＲＩスキャン、有意なものとなるように適切な訓練を必要とする水中での体重及び皮下脂肪測定がある。他の最新のモダリティは、例えば身体内の変動する水分量に対して非常にセンシティブな生体電気インピーダンスのように、有意なデータを提供するにはあまりに一貫性がない。さらに、これらの技術は、選択された組織の合計量を決定することしかできず、特定の組織の厚さについての洞察は提供しない。
【０００５】
さらに、他の技術は、マルチビーム又はマルチフォーカスの超音波デバイスを用いる測定を要する。しかしながら、これは重い処理と高価なハードウェアを要し、これらの種類の器具を家庭での使用に有益でないものにする。
【０００６】
身体組成の評価のための超音波画像化装置は、例えば米国特許第５，９４１，８２５号明細書（特許文献１）に開示されている。この文献に開示される方法は、Ａモードの超音波パルスを身体に透過させ、少なくとも１つの反射距離を測定し、皮下脂肪組織の内側と外側の境界の間の距離を示す、最も短い距離を有する少なくとも１つの反射距離を選択することにより、体脂肪を測定することを提案している。このように少なくとも１つの反射距離を選択することは、超音波透過の視差を補正する。このことが検査対象内の層の厚さの便利な測定を可能にする、と主張されている。しかしながら、一次元のＡ線の超音波信号を使用する組織層検出は、比較的不正確であるように見える。Ａモードの超音波信号は、データのノイズに対して非常にセンシティブであり、２次元の超音波ベースの検出に比べて信頼性及び一貫性があまりない。
【０００７】
これらの問題は、最も先行する技術のデバイスに従って、身体の内部をＢモードの超音波画像で画像化する、トランスデューサアレイ内に配置される複数のトランスデューサ素子を含む複雑なトランスデューサプローブを使用することにより解決される。特許文献１で使用されるＡモードの超音波画像化技術と比べると、これらの２次元のＢモードの超音波画像は、改善された精度で組織層を検出することを可能にする。一方、そのような複雑なマルチ素子のトランスデューサアレイは、かなりコスト集約的であり、したがって、プライベートでの使用のために家庭環境で使用するのに有意であるようには見えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，９４１，８２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、特に正確かつ信頼性があり、高速でコスト効率の良い、検査対象内の組織層境界の測定を可能にする、超音波画像化のためのデバイスを提供することである。好ましくは、このデバイスは、家庭での設定で容易かつ便利に動作するように構成されるべきである。さらに、本発明の目的は、検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するための対応する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によると、超音波画像化システムが提示され、この超音波画像化システムは：
−  超音波信号を伝送及び受信する単一素子の超音波トランスデューサを備える超音波プローブと；
−  信号取得中に、検査対象に対する超音波プローブの変位の経時変位信号（displacement-over-time  signal）ｘ（ｔ）を感知する動きセンサと；
−  受信した超音波信号からＭモードの超音波画像を再構築するように構成される画像取得ハードウェアであって、再構築されるＭモードの超音波画像は、時間に対して示される検査対象における実質的に一定の深度の複数の１次元の深度信号を備える２次元の画像Ｉ（ｔ，ｙ）であり、画像取得ハードウェアは、動きセンサを用いて感知される経時変位信号ｘ（ｔ）を使用することにより変位に対して示される深度信号を備える２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）に、Ｍモードの超音波画像をマップするように更に構成される、画像取得ハードウェアと；
−  第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）を分析して、第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）における検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するように構成される、画像分析ユニットと；
を備える。
【００１１】
本発明の第２の態様によると、検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するための方法が提示され、この方法は：
−  単一素子の超音波トランスデューサの超音波信号を受け取るステップと；
−  検査対象に対する超音波トランスデューサの変位の経時変位信号ｘ（ｔ）を感知するステップと；
−  受け取った超音波信号からＭモードの超音波画像を再構築するステップであって、再構築されるＭモードの超音波画像は、時間に対して示される検査対象の実質的に一定の深度の複数の１次元の深度信号を備える２次元の画像Ｉ（ｔ，ｙ）である、ステップと；
Ｍモードの超音波画像を、感知された経時変位信号ｘ（ｔ）を使用することにより、変位に対して示される深度信号を備える２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）にマッピングするステップと；
第２の画像を分析して、第２の画像内の検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するステップと；
を含む。
【００１２】
本発明は、例えば皮下脂肪法（skinfold  method）のように、コスト効率が良く、かつ極力高速なだけでなく、その測定の信頼性と一貫性も高い超音波画像化デバイスを提供するという考えに基づいている。これは、ハンドヘルドデバイスに統合され得る単一素子の超音波トランスデューサを使用することにより達成され、その結果、超音波プローブが、検査対象の上面の上を機械的に（例えば手によって）動かされてよい。この移動の間に、包含される動きセンサが、経時的に検査対象に対する超音波プローブの変位を感知する。単一素子の超音波プローブしか与えられないが、提示される超音波画像化システムは、依然として２次元画像を再構築することが可能である。提示される超音波画像化システムは、したがって、身体の２次元領域を画像化することが可能であり、これにより、オンザスポット測定と比べて、組織層の特性や厚さを、特有の位置だけでなく、身体の２次元の領域の全体にわたって検査することが可能である。これは、身体内の異なる組織層の空間的発達（spatial  development）を検査することも可能である。
【００１３】
提示される超音波画像化システムは、Ｍモードの超音波技術を適用し、この場合、超音波パルスは経時的に早い連続で放射される。超音波プローブの移動の間、Ｍモードの画像は、時間サンプリングレート１／Ｔを用いて多重走査線で記録される異なるＡライン信号の組成画像として生成される。この結果、２次元画像Ｉ（ｔ，ｙ）が得られ、複数の１次元の深度画像信号の各々が、水平軸上の時間ｔに対して、ｙ軸上にプロットされる。
【００１４】
身体の特有の静置ポイントにおける深度信号を経時的に示す２次元の画像を再構築する「標準の」Ｍモードの超音波画像化デバイスとは対照的に、２次元領域のスキャンが再構築される。これは、以下のように行われる：受け取った２次元の時間に対する深度（depth-over-time）のＭモードの画像Ｉ（ｔ，ｙ）を、変位に対する深度（depth-over-displacement）の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）にマップする。２次元Ｉ（ｔ，ｙ）画像から２次元Ｉ（ｘ，ｙ）の画像（第２の画像と呼ばれる）への当該マッピングは、統合された動きセンサにより感知される、時間に対する変位（経時的変位）情報ｘ（ｔ）を考慮に入れることによって行われる。このようにして、結果として得られる第２の画像は、Ｂモードの画像と同様に、検査対象の２次元領域の画像を示す。
【００１５】
通常はトランスデューサアレイ内に配置される複数のトランスデューサ素子を用いて生成されるＢモードの超音波画像とは対照的に、提示される画像化システムは、１つの超音波トランスデューサ素子のみを用いて同等の２次元画像を生成することを可能にする。１つの超音波トランスデューサ素子のみを用いる方向性は、比較的コスト効率の良い全体的なデバイスを実現することを可能にする。提示される超音波画像化システムは、したがって家庭用の設定にも適している。
【００１６】
特許文献１に例示的に開示されるような、非常に簡単なＡモードの超音波画像化デバイスと比較すると、提示される超音波画像化システムは、オンザスポットの測定のみを行う代わりに、２次元の領域にわたって組織層及びそれらの境界を画像化するのを可能にする。これは、システムの信頼性を著しく向上させ、単一素子の超音波トランスデューサを用いるとしても非常に詳細な測定を行うことができる。オンザスポットの測定と比べると、提示される超音波画像化システムによるスキャンは、皮膚の下の身体組織（例えば脂肪）の容積を測定することができ、また、例えば除脂肪組織と比較した脂肪の割合を計算することも可能である。
【００１７】
検査対象の少なくとも１つの組織層境界は、本発明によると、以下で更に説明されるように、画像分析技術を適用することにより上記の第２の画像内において検出される。これは通常、統合された画像分析ユニット内で行われる。画像分析ユニットは、ハードウェアの実装又はソフトウェアの実装のいずれであってもよい。第２の場像を分析することにより、画像分析ユニットは、少なくとも１つの組織層境界、好ましくは複数の組織層境界を検出することができるので、検出された複数の組織層境界のそれぞれの間の距離を決定することにより、それぞれ異なる組織層の厚さを決定することができる。
【００１８】
提示される超音波画像化システムはＭモードで使用され、このＭモードの超音波画像を、変位に対する深度の２次元の画像にマップするので、幾つかの画像が、同じ変位位置ｘにおいて撮られることがある。Ｍモードの超音波画像は通常、超音波ビデオ（時間に対して示されるフレーム）である。超音波プローブが動かされない場合、生成されるＭモードの画像は、身体の１つの同じ位置で記録される、経時的な幾つかの深度画像化信号のシーケンスを示す。提示される超音波画像化システムは、好ましくは、１対１の（全単射の）マッピングを適用し、この場合、単一の深度信号が単一の変位位置にマップされ、この問題は解決されるべきである。
【００１９】
本発明の実施形態によると、画像取得ハードウェアは、Ｍモードの超音波画像Ｉ（ｔ，ｙ）を２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）にマッピングするのに、選択される処理済みの深度信号を使用するため、所与の変位位置において複数の深度信号が受け取られる場合、複数の深度信号を平均化することにより、又は複数の深度信号のうち、最も高い信号対雑音比を有する深度信号を選択することにより、所与の変位位置について処理済みの深度信号を選択するように構成される。
【００２０】
したがって、幾つかの深度信号が身体の１つの同じ位置で受け取られる場合、これらの深度信号は、好ましくは、マッピング中に平均化されるか合計される。あるいは、最も高い信号対雑音比を有する深度信号が、上述のマッピングのために選択される。
【００２１】
本発明の実施形態によると、超音波画像化システムは、超音波プローブが検査対象の表面に対して押される圧力を感知するための少なくとも１つの圧力センサを更に備える。
【００２２】
そのような圧力センサは特に、加えられた異なる圧力から生じる超音波画像内の差異が明らかになり得るという利点を有する。圧力センサは、少なくとも１つの圧力センサで測定された圧力に関するフィードバックをユーザに提供するために、視覚的、可聴及び／又は知覚フィードバックユニットと結合されてもよい。この場合、ユーザは、加えられた圧力が高すぎるか又は低すぎるかどうかの指示を受け取ることがある。可聴な警告信号は、例えばユーザが、測定に悪い影響を与える可能性がある程に高い圧力で超音波プローブを検査対象に押しつける場合に、生成され得る。あるいは、超音波プローブ上に緑の光が提供されてもよく、この緑の光は、加えられた圧力が高すぎる場合に赤い光に変わる。そのような実施形態は特に、経験のないユーザを助けるのに有利である。
【００２３】
更に好適な実施形態では、超音波画像化システムの超音波プローブは、複数の圧力センサを備える。これは、検査対象に対する超音波プローブの向きも感知することができる。超音波画像化システムは、Ｍモードの超音波画像化信号を取得して、これらの信号を上述の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）に伝送するので、超音波プローブが検査対象の上面に対して概ね垂直に配置されることは最も重要なことである。超音波プローブのヘッドにわたって空間的に分散され得る幾つかの圧力センサは、このことを説明する。圧力センサは、例えば想像上の三角形を形成する超音波プローブの特有のポイントに配置され得る。圧力センサのそれぞれで感知される全ての圧力が相互に等しい場合、このことは、超音波プローブが検査対象に対して、実質的に又は正確に垂直に配置されているという指示である。そうでない場合は、上述のフィードバックユニットを通じて、ユーザにフィードバックが提供されてもよい。ユーザは、次いで検査対象に対する超音波プローブの向きを修正し得る。
【００２４】
上述の画像マッピングのために、ユーザが、トランスデューサプローブを概ね真っ直ぐな線に沿って移動させることも重要なことである。これは、上述の動きセンサによって検出され得る。実施形態によると、複数の動きセンサ、例えば３つの動きセンサが提供されてよく、この測定の正確性を改善し得る。これは、３つの空間的方向の全てにおいて超音波プローブの変位を感知することも可能にするであろう。上述のフィードバックユニットは、超音波プローブが正しく動かされていない場合、すなわち、概ね真っ直ぐな線に沿っていない場合に、ユーザにフィードバックを提供することも可能である。
【００２５】
検査対象における組織層境界を検出するために、本発明による超音波画像化システム、すなわち画像分析ユニットは、幾つかの画像分析及び画像強調技術を適用する。組織層境界は、ここでは、超音波画像内の接続エッジ（connective  edge）及び／又は連続エッジ（continuous  edge）としてモデル化される。
【００２６】
好適な実施形態によると、画像分析ユニットは、第２の画像の深度方向（depth  direction）で深度信号の導関数（derivative）を分析することにより、検査対象の少なくとも１つの組織層境界に属する複数のエッジポイントを検出するように構成される、エッジ検出器を備える。
【００２７】
このエッジ検出器は、ソフトウェアで実装されてよい。キャニーエッジ検出器が、例えば第２のＩ（ｘ，ｙ）画像内のエッジポイントのセットを検出するのに適用されてよい。組織境界は通常、超音波画像にわたって水平に間隔を空けるので、エッジ検出器では、深度方向（ｙ）の導関数のみを考慮する。このエッジ検出を使用して取得されるエッジポイントの緩いセット（loose  set）が、次いでグループにマージされ得る。
【００２８】
実施形態によると、画像分析ユニットは、検出された複数のエッジポイントを備える、検出されたエッジの長さを、最小の閾値長の値と比較するように構成され得る。この比較は、組織層境界には属さない可能性が高いが、エッジ検出器により検出されるＩ（ｘ，ｙ）画像内の他のアーチファクトには属するエッジポイントを破棄することを可能にする。この画像分析ユニットは、その長さが最小の閾値長の値を超える場合にのみ、検出されたエッジを更に処理するよう構成され得る。他のものは全て、更なる処理はされない。
【００２９】
生の画像データにおけるノイズに起因する誤った検出を防ぐために、何らかの画像強調技術が適用されてよい。
【００３０】
実施形態によると、画像分析ユニットは、ガウスフィルタを使用して第２の画像をフィルタするためのフィルタを備える。しかしながら、生の画像データに適用されるガウスの平滑化により、検出されたエッジは、実際の組織層境界から離れるようにシフトされる。これに対処するため、ガウスフィルタの分散の値を段階的に低くすることにより、エッジの精度を向上させ得る。
【００３１】
本発明の好適な実施形態によると、フィルタは、エッジ検出器が複数のエッジポイントを検出する間、ガウスフィルタの分散を変化させるように構成される。これは、分散を低下させる各段階において、エッジ検出がエッジ検出器により行われ、これにより、より低い分散でエッジポイントの新たなセットが生成されることを意味する。次に、古いエッジポイントの候補の中で、各エッジポイントの近傍が、同じ組織層境界に属する可能性がある近傍エッジポイントが見つかるかどうかについて検索される。そうである場合、次いで、古いエッジポイントが低い分散の新たなエッジポイントにより置換される。次の段階において、画像分析ユニットは、ガウスフィルタの分散を更に低下させるように構成され、検出されたエッジポイント毎に、同じ組織層境界に属する可能性がある隣接エッジポイントが存在するかどうかを再び調査する。このようにして、エッジ検出器により検出されるエッジポイントは、上記の第２のＩ（ｘ，ｙ）画像内の少なくとも１つの組織層境界を示す連続エッジへと段階的に一緒にマージされる。
【００３２】
本発明の実施形態によると、画像分析ユニットは、検出される複数のエッジポイントのうち連続基準（continuity  criterion）を満たすエッジポイントを、少なくとも部分的に少なくとも１つの組織層境界を表す少なくとも１つの連続エッジへマージするように構成される。連続基準は、少なくとも１つの連続エッジの長さ、深度及び勾配を含み得る。この連続基準は、コスト関数としてモデル化されてよく、このコスト関数に基づいてグローバル最小化を実行して、検出されたエッジポイントに基づく少なくとも１つの組織層境界を得ることができる。
【００３３】
本発明の実施形態によると、k番目の少なくとも１つの連続エッジC(k)は、第２の画像内の変位軸(x)に対して連続する
【数１】
2016506809.tif 000003
エッジポイントのセット
【数２】
2016506809.tif 000004
として定義され、少なくとも１つの連続エッジC(k)の長さCL(k)は、
【数３】
2016506809.tif 000005
として定義され、少なくとも１つの連続エッジC(k)の深度CD(k)は、
【数４】
2016506809.tif 000006
として定義され、少なくとも１つの連続エッジC(k)の勾配CG(k)は、
【数５】
2016506809.tif 000007
として定義され、連続基準は、C(k)=WLCL(k)+WDCD(k)+WGCG(k)として定義され、WL、WD及びWGは重み付けファクタである。
【００３４】
上記のグローバル最小化は、エッジ検出器を用いて検出された複数のエッジポイントに基づいて組織層境界をモデル化するのを可能にする。画像分析ユニットにより処理される、結果として得られる連続エッジは、時々、実際の組織境界のセグメントであってよい。したがって、検出される異なるエッジポイントの間にはギャップが生じ得る。これらのギャップ内でエッジ検出器によりエッジポイントが検出されない場合、画像分析ユニットは、これらの空のギャップ内で組織層境界をモデル化するために補間を適用するように構成され得る。
【００３５】
実施形態によると、画像分析ユニットは、異なる連続エッジが少なくとも１つの組織層境界に属すると検出された場合、異なる連続エッジの間の接続ポイントを補間するように構成される。この補間は、線形補間若しくは二次補間又はより高次の補間のいずれかであってよい。
【００３６】
少なくとも１つの組織層境界の検出を改善するために、本発明の実施形態による画像分析ユニットは、少なくとも１つの組織層境界の検出を改善するために身体部位の特性を考慮するように構成される。
【００３７】
少なくとも１つの組織層境界が最終的にＩ（ｘ，ｙ）画像内で検出される場合、画像分析ユニットは、検出される少なくとも１つの組織層境界に基づいて少なくとも１つの組織層の厚さを計算するように構成され得る。
【００３８】
既に前述したように、提示される超音波画像化システムは、検査対象の２次元領域のスキャンを受け取ることが可能である。したがって、身体の１つの特有のスポットにおける少なくとも１つの組織層の厚さを計算するだけでなく、スキャンされる領域全体にわたる少なくとも１つの組織層の厚さの分散を計算することも可能である。
【００３９】
本発明は、超音波画像化システムだけでなく、検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するための上述の方法にも関することに再び注目されたい。特許請求に係る方法は、特許請求に係る画像化システム及び従属請求項において定義される実施形態と同様及び／又は同一の好適な実施形態を有することを理解されたい。
【００４０】
実施形態によると、特許請求に係る方法は、複数の深度信号が所与の変位位置で受け取られる場合、Ｍモードの超音波画像を２次元の第２の画像にマッピングするのに選択される処理済みの深度信号を使用するため、複数の深度信号を平均化することにより、あるいは複数の深度信号のうち、最も高い信号対雑音比を有する深度信号を選択することにより、所与の変位位置について処理済みの深度信号を選択するステップを備える。
【００４１】
更なる実施形態によると、特許請求に係る方法は、超音波プローブが、検査対象の表面に対して押される圧力を感知するステップを備える。
【００４２】
更なる実施形態によると、特許請求に係る方法は、検査対象の表面に対する超音波プローブの向きを感知するステップを備える。
【００４３】
更なる実施形態によると、特許請求に係る方法は、第２の画像内の深度方向で深度信号の導関数を分析することにより、検査対象の少なくとも１つの組織層境界に属する複数のエッジポイントを検出するステップを備える。
【００４４】
更なる実施形態によると、特許請求に係る方法は、ガウスフィルタを使用して第２の画像をフィルタするステップを備える。
【００４５】
更なる実施形態によると、特許請求に係る方法は、エッジ検出器が複数のエッジポイントを検出する間に、ガウスフィルタの分散を変化させるステップを備える。
【００４６】
更なる実施形態によると、特許請求に係る方法は、検出される複数のエッジポイントのうち連続基準を満たすエッジポイントを、少なくとも部分的に少なくとも１つの組織層境界を表す少なくとも１つの連続エッジへマージするステップを備える。
【００４７】
特許請求に係る方法の更なる実施形態によると、連続基準は、少なくとも１つの連続エッジの長さ、深度及び勾配を含む。連続基準は、特許請求に係る超音波画像化システムに関して言及したものと同じであってよい。
【００４８】
更なる実施形態によると、特許請求に係る方法は、異なる連続エッジが少なくとも１つの組織層境界に属すると検出された場合、異なる連続エッジの間の接続ポイントを補間するステップを備えてもよい。
【００４９】
更なる実施形態によると、特許請求に係る方法は、検出される少なくとも１つの組織層境界に基づいて少なくとも１つの組織層の厚さを計算するステップを備える。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
本発明のこれら及び他の態様は、以下で説明される実施形態から明らかになり、実施形態との関連で解明されるであろう。図面は次の通りである。
【図１】本発明の実施形態に係る超音波画像化システムの超音波プローブの異なるビューを示す図である。
【図２】本発明に実施形態に係る超音波画像化システムの適用法を概略的に示す図である。
【図３】人間の腕の断面図を概略的に示す図である。
【図４】本発明に実施形態に係る超音波画像化システムの概略的なブロック図である。
【図５】超音波画像化システムを用いて実行される組織層のセグメント化の連続的なステップを示すために、超音波画像化システムにより受け取られる幾つかの超音波画像を示す図である。
【図６】組織層境界が検出された、最終的に処理された超音波画像の例を示す図である。
【図７】少なくとも１つの組織層境界を検出するために提示される方法を要約するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は、２つの異なる視点における超音波画像化システム１００の超音波プローブ１０の実施形態を示す。図１Ａの超音波プローブ１０は、その全体が示されている。図１Ｂは、超音波プローブ１０のヘッドを下から示している。超音波プローブ１０は、ハンドル１２とプローブヘッド１４とを備える。この場合のプローブヘッド１４は、実質的に円形である。しかしながら、プローブヘッド１４の形状は、本発明の範囲から離れることなく、図示される形状から逸脱してもよい。
【００５２】
プローブヘッド１４は、超音波トランスデューサ素子１６、動きセンサ１８及び圧力センサ２０を備える。超音波トランスデューサ素子１６は、本発明によると、好ましくは、単一素子の超音波トランスデューサ１６として実現される。この単一素子の超音波トランスデューサ１６は、超音波信号を伝送及び受信する。アクチュエーションボタン２２が、ハンドル１２内に統合されてよい。このアクチュエーションボタン２２は、信号取得を開始及び停止するのを可能にする。
【００５３】
動きセンサ１８は、信号取得中の検査対象２４に対する超音波プローブ１０の変位を検出するのに使用される。この動きセンサ１８は、好ましくは光学センサとして実現される。光学センサは、例えばコンピュータマウスに使用される変位センサと同様のセンサであってよい。実施形態によると、超音波プローブ１０は、複数のそのような動きセンサ１８を特徴としてもよい。これは、検査対象２４に対する超音波プローブ１０の変位をより正確に検出することも可能にする。動きセンサ１８は、好ましくは、３つの空間的次元の全てにおいて検査対象２４に対する超音波プローブ１０の変位を検出するように構成される。
【００５４】
統合型の圧力センサ２０は、超音波プローブ１０が検査対象２４に対して押される圧力を感知するように構成される。これは、超音波プローブ１０と検査対象２４との間で加えられる圧力を統一するのを容易にする。実施形態によると、超音波プローブ１０は、複数の圧力センサ２０を備える。少なくとも２つの圧力センサ２０の提供がある場合、これは、超音波プローブ１０が検査対象２４に対して正しく（例えば垂直に）配置されているかどうかを検出することも可能にする。
【００５５】
図２は、本発明の実施形態に係る全体的な超音波画像化システム１００の概略図を示す。超音波画像化システム１００は、解剖学的部位、特に検査対象２４（例えば患者２４）の解剖学的部位の容積を検査するのに適用される。超音波画像化システム１００は、システムのユーザ、例えば医療スタッフや医師により手で保持され得る超音波プローブ１０を備える。提示される超音波画像化システム１００は、私人がシステム１００を利用し得るよう使用が容易であるように設計される。
【００５６】
超音波画像化システム１００は更に、超音波画像化システム１００による超音波画像の提供を制御する、制御ユニット２６を備える。以下で更に詳細に説明されるように、制御ユニット２６は、超音波プローブ１０の超音波トランスデューサ素子１６を介したデータの取得だけでなく、超音波トランスデューサ１６によって受け取る超音波ビームのエコーの結果の超音波画像出力を形成する信号及び画像処理も制御する。
【００５７】
超音波画像化システム１００は更に、受け取った超音波画像をユーザに表示するためのディスプレイ２８を備える。さらにまた、入力デバイス３０が提供されてもよく、入力デバイス３０は、例えばキー又はキーボード３２と、例えばトラックボール３４といった更なる入力デバイスを備える。入力デバイス３０は、ディスプレイ２８に接続されるか、あるいは制御ユニット２６に直接接続され得る。
【００５８】
図２は、概略的な図に過ぎないことに留意されたい。実際の器具は、本発明の範囲から離れることなく、図２に示されるような明確な設計から逸脱してもよい。超音波プローブ１０及び制御ユニット２６は、ディスプレイ／スクリーン２８を有していても、有していなくてもよく、無線接続又はＵＳＢ接続を使用して、事後処理及び演算の目的でコンピュータにデータを転送する、１つの部品として構成されることも可能である。制御ユニット２６は、ハンドヘルドデバイスとして実現されてもよい。
【００５９】
提示される超音波画像化システムは、好ましくは、超音波の手段による検査対象２４内の組織層の検出に適用される。図２に図示されるように、超音波画像化システム１００は、例えば患者の腕の内部の異なる組織層を検出するのに適用され得る。図３は、人の腕の断面図を概略的に示す。提示される超音波画像化システム１００は、例示的に、腕の異なる組織層の間、例えば皮膚層３５と、皮下脂肪層３６と、筋肉層３７と、骨３８との間を画像化して区別するのに使用され得る。
【００６０】
上述の組織層を画像化して検出するため、超音波スキャンは、本発明によると、好ましくは、超音波プローブ１０を検査対象２４の上面で動かすことにより行われる。この動きの間に、超音波トランスデューサ１６は、超音波信号を伝送し、受け取る。以下で更に詳細に説明されるように、これにより、Ｍモード（動作（motion）モード）の超音波画像が生成され、Ｍモードの超音波画像は、少なくとも１つの動きセンサ１８で得られる変位情報を使用して、２次元領域のスキャン画像へとマップされる。次いで画像分析及び強調技術が、処理された画像内の異なる組織層境界を検出するために適用される。オンザスポット測定と比べると、このスキャン手順は、１つの特有のポイントのみにおける皮膚下の身体組織の厚さだけではなく、そのような皮膚の下にある身体組織（例えば脂肪）の全体的な容積を測定することを可能にする。
【００６１】
図４は、本発明の実施形態に係る超音波画像化システム１００の概略的なブロック図を示す。このブロック図は、そのような超音波システムの一般的概念及び設計を例示するよう用いられることに留意されたい。実際には、本発明に係る超音波画像化システム１００は、このブロック図の設計から若干逸脱してもよい。
【００６２】
上記で既に説明したように、超音波画像化システム１００は、超音波プローブ（ＰＲ）１０と、制御ユニット（ＣＵ）２６と、ディスプレイ（ＤＩ）２８と、入力デバイス（ＩＤ）３０とを備える。超音波プローブ１０は更に、超音波信号を伝送及び受信するための単一素子の超音波トランスデューサ（ＴＲ）１６を備える。超音波プローブ１０は更に、信号取得中の検査対象２４に対する超音波プローブ１０の変位を感知するための動きセンサ１８を備える。動きセンサ１８は、経時変位信号ｘ（ｔ）を生成する。
【００６３】
一般に、制御ユニット２６は、中央処理ユニットを備えてよく、このような処理ユニットは、アナログ及び／又はデジタル電子回路、プロセッサ、マイクロプロセッサ又は同様の物を含んでよく、全体的な画像の取得及び提供を調整する。さらに、制御ユニット２６は、ここでは画像取得コントローラ（ＣＯＮ）４０と呼ばれるものを備える。しかしながら、画像取得コントローラ４０は、超音波画像化システム１００内の別個のエンティティ又はユニットである必要はないことを理解されたい。画像取得コントローラ４０は、制御ユニット２６の一部であってよく、一般にハードウェア又はソフトウェアで実装され得る。現在の区別は単に説明の目的でなされたものに過ぎない。さらに、制御ユニット２６は、ここでは画像取得ハードウェア２６とも呼ばれることに留意されたい。
【００６４】
画像取得コントローラ４０は、制御ユニット／画像取得ハードウェア２６の一部として、ビームフォーマ（ＢＦ）４２を制御し、これにより、検査対象２４のどのような画像を撮るのか、そしてこれらの画像をどのように撮るのかを制御する。ビームフォーマ４２は、単一素子の超音波トランスデューサ１６を駆動する電圧を生成する。ビームフォーマ４２は更に、トランスデューサ素子１６により返されるエコー電圧ストリームを増幅し、フィルタし、デジタル化し得る。
【００６５】
さらに、画像取得コントローラ４０は、一般的なスキャンストラテジを決定してもよい。そのような一般的なストラテジには、所望の取得レート、容積の横の幅囲（lateral  extent）、容積の縦の範囲（elevation  extent）、最大及び最小の線密度、走査線時間及びそれ自体の線密度が含まれ得る。ビームフォーマ４２は更に、トランスデューサ１６から超音波信号を受け取り、これらを画像信号として転送する。
【００６６】
さらに、超音波画像化システム１００は、上記の画像信号を受け取る信号プロセッサ（ＳＰ）４４を備える。信号プロセッサ４４は一般に、アナログ／デジタル変換、例えばバンドパスフィルタのようなデジタルフィルタ、並びに受け取った超音波エコー又は画像信号の検出及び圧縮、例えばダイナミックレンジの低減のために提供される。
【００６７】
さらに、超音波画像化システム１００は、画像プロセッサ（ＩＰ）４６を備える。画像プロセッサ４６は、信号プロセッサ４４から受け取った画像データを、最終的にディスプレイ２８に表示されるディスプレイデータへと変換する。特に、画像プロセッサ４６は、画像データを受け取り、この画像データを事前処理して、画像メモリ（明示的には図示せず）内に格納し得る。次いで、これらの画像データは、ディスプレイ２８を介してユーザに対して最も都合良く画像を提供するように、更に事後処理される。
【００６８】
さらに、超音波画像化システム１００は、再構築された超音波画像を分析するための画像分析ユニット（ＩＡ）４８を備える。このような画像分析ユニット４８は、ソフトウェア又はハードウェアのいずれかで実装され、制御ユニット／画像取得ハードウェア２６の他のコンポーネントのうちのいずれか１つに統合されてもよい。
【００６９】
現在の場合では、例えば画像プロセッサ４６は、Ｍモードの画像を形成して、このＭモードの画像を、トランスデューサプローブ１０の変位ｘに対して示される深度画像信号を示す２次元領域のスキャン画像Ｉ（ｘ，ｙ）に変換する。後者のＩ（ｘ，ｙ）画像は、ここでは第２の画像とも呼ばれる。この変換は、簡潔には以下のように説明される。
【００７０】
単一素子の超音波トランスデューサ１６は、Ｍモードで動作する。画像取得ハードウェア２６の画像プロセッサ４６において再構築される元のＭモード画像は、時間サンプリングレート１／Ｔで複数の走査線において記録されるＡ線（A-line）信号の合成画像である。Ｍモードの画像は、水平軸上の時間ｔに対して（垂直軸上で）実質的に一定の深度ｙの複数の１次元深度信号を備える２次元画像Ｉ（ｔ，ｙ）である。これらのＭモードの超音波画像は、超音波ビデオと呼ばれることもある。画像プロセッサ４６において、これらのＭモードの超音波画像Ｉ（ｔ，ｙ）は、変位ｘに対して示される深度信号ｙを備える２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）にマップされる。動きセンサからの変位感知ｘ（ｔ）を用いて、時間ｔを変位ｘにマップすることができる。画像プロセッサ４６が複数のＡ線信号を同じ変位位置ｘで受け取る場合、画像プロセッサ４６は、複数のＡ線信号を平均又は合計するか、あるいは複数のＡ線信号のうち最も高い信号対雑音比を有する１つのＡ線信号を選択するように構成される。これは、個別の１対１のマッピングを保証する。本発明によると単一のトランスデューサ素子１６しか使用されないが、結果として得られる第２の画像は、複数素子のトランスデューサアレイで撮影されるＢモードの画像と同じように見える。Ｂモード画像とは対照的に、結果として得られる第２の画像は、典型的な円錐形は有しておらず、（水平軸の変位と垂直軸の深度の）長方形である。これは、組織層の厚さを検出する後続の測定も容易にする。
【００７１】
Ｂモード画像と比べると、Ｍモード画像は、あまり詳細ではない構造を呈し、これらの画像の解釈をより困難にする低い信号対雑音比を有する。コントラストを改善するために、画像プロセッサ４６は、画像強調技術を適用するように構成され得る。例えば画像プロセッサ４６は、例えばデータの１％のみが低強度及び高強度で飽和（saturate）されるように、ピクセル強度を新たな値にマップするように構成され得る。
【００７２】
結果として得られる、いわゆる第２のＩ（ｘ，ｙ）画像は、次いで画像分析ユニット４８内において更に処理され得る。この画像分析ユニット４８は、超音波画像の１組のエッジポイントを検出するように構成される（図５Ａを参照されたい）。複数のエッジポイントが、例えばキャニーエッジ検出器のようなエッジ検出器を使用することにより検出され得る。このエッジ検出器は、第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）の深度方向ｙにおける深度信号の導関数（derivative）を分析するように構成され得る。画像内のノイズに起因する誤った検出を避けるために、画像分析ユニット４８は、ガウスフィルタにより画像を平滑化するように構成され得る。
【００７３】
画像分析ユニット４８は更に、検出された複数のエッジポイントを、グループへとマージするように構成され得る（図５Ｂを参照されたい）。最小閾値の長さ未満の短いエッジ５０は、画像分析ユニット４８によって破棄され得る（図５Ａと図５Ｂを比較されたい）。
【００７４】
少なくとも１つの組織境界層５２を表す連続エッジをモデル化するために、画像分析ユニット４８は、コスト関数の値に基づくグローバル最小化を適用するように構成され得る。このコスト関数は、本明細書において連続基準とも呼ばれることがあり、連続基準は、少なくとも１つの連続エッジの長さ、深度及び勾配を含む。
【００７５】
Ｋ個のエッジのセットを考える。各エッジは、エッジ検出器（キャニーエッジ検出器）によって見つかったマージ済みのエッジポイントのグループである。k番目の少なくとも１つの連続エッジC(k)は、第２の画像における変位軸（ｘ）に対して、連続する
【数６】
2016506809.tif 000008
エッジポイントのセット
【数７】
2016506809.tif 000009
として定義され、少なくも１つの連続エッジC(k)の長さCL(k)は、
【数８】
2016506809.tif 000010
として定義され、少なくとも１つの連続エッジC(k)の深度CD(k)は、
【数９】
2016506809.tif 000011
として定義され、少なくとも１つの連続エッジC(k)の勾配CG(k)は、
【数１０】
2016506809.tif 000012
として定義され、連続基準は、C(k)=WLCL(ｋ)＋WDCD(ｋ)＋WGCG(ｋ)として定義され、ここでWL、WD及びWGは重み付け係数である。
【００７６】
グローバル最小化によって選択されるエッジは、時々、実際の組織境界のセグメントである（図５Ｃを参照されたい）。画像分析ユニット４８は、次いで連続基準を満たす他のエッジを見つけるために検索する。選択されたエッジと重ならない、連続基準を満たすエッジが見つかる場合、これらの２つのエッジの接続がマージされる。画像分析ユニット４８は、異なる連続エッジの間の接続ポイントを、線形補間若しくは二次補間又は高次補間のいずれかにより補間する。この検索及び補間は、選択されたエッジに接続することができる更なる隣接エッジが見つからなくなるまで継続される。結果として得られるエッジの双方の端のギャップは、最初又は最新の深度値をそれぞれ保持することにより続く（図５Ｄを参照されたい）。上述のガウスフィルタを画像に適用することにより、検出されたエッジが、実際の組織層境界５２から離れるようシフトする可能性がある。これに対処するために、画像分析ユニット４８は、ガウスフィルタの分散の値を段階的に低くすることによって、エッジの精度を高めるように構成され得る。各段階において、エッジ検出が行われると、低い分散でエッジポイントの新たなセットを生成する。ここで、古いエッジポイント候補の間の各ポイントの近傍が、エッジポイントが利用可能であるかどうかについて検索される。この場合、このポイントは、低い分散の新たなエッジポイントで置換される。次の段階において、分散は更に低下され、各エッジポイントについて、新たなセット内で隣接するエッジポイントが存在するかどうかが検査される（図５Ｅを参照されたい）。最後に、組織層境界を精査するよう、アクティブ輪郭モデル（Active  Contour  Model）が適合され得る（図５Ｆを参照されたい）。組織境界は、スペクトル特性を考慮することによって更に強調され得る。
【００７７】
組織層の厚さ及び密度は、異なる身体部位（及び異なる人々）の間で変わる。これは、組織の内部（tissue  matter）が、筋繊維や組織深部の異なるアライメント角度のようなファクタによって生じる可変の反射係数を有し、これにより、異なる身体部位のそれぞれの層の可視性も変化するという事実に起因する。例えば二頭筋の軌道は、通常、強い骨の境界ではなく、弱い筋膜によって特徴付けられるが、一方、ふくらはぎの軌道では、ふくらはぎの筋肉の２つの層が相互の上部にスタックされるという人間の解剖学に起因して、強いインナーマッスルの境界が筋膜の下に見られる。上述の組織層の検出は、したがって、身体部位の特性を考慮に入れることにより、改善される精度のために修正され得る。身体部位の情報は、ユーザにより手動で選択されるか、画像分析ユニット４８において自動的に検出され得る。
【００７８】
検出されてモデル化された組織層境界５２により最終的に再構築される超音波画像の例が、図６に示されている。図６に図示される上の方の画像は、本明細書において第２の画像と呼ばれるＩ（ｘ，ｙ）画像を示している。この中で検出される層境界は、筋肉層の低い方の境界５２’と、筋肉層と皮下脂肪の組織層との間の境界５２’’と、皮下脂肪の組織層と皮膚との間の境界５２’’’である。図示される画像は、スキャン領域全体にわたって異なる厚さの組織層を画像化することが可能であることも示している。これは、層の厚さが１つのスポットのみでしか測定されないオンザスポット測定と比べて、非常に有利である。この画像は、単一素子の超音波トランスデューサ１６のみで生成されるということを念頭に置くと、本発明は、比較的簡単かつ安価な超音波画像化デバイスにより層の厚さを正確に決定することが可能である。
【００７９】
図６の下の方の画像は、上述の圧力センサ２０で測定される圧力を示している。この場合、３つの圧力センサ２０が、トランスデューサプローブヘッド１４の異なるポイント上に配置される。理解されるように、これらの３つの圧力センサにより測定される圧力は、特に画像の最初の部分においてほぼ一定である。これは、超音波プローブ１０が、検査対象２４の上面と概ね垂直に配置されていたことを指示するものである。
【００８０】
図７は、少なくとも１つの組織層境界５２を検出するために提示される方法を要約するブロック図である。第１のステップ１０１において、単一素子のトランスデューサの超音波信号を受け取る。これらの超音波信号は、リアルタイムで測定されてもよく、メモリから取って外部デバイス上で処理されてもよい。次のステップ１０２において、検査対象２４に対する超音波プローブ１０の変位ｘについての経時変位信号ｘ（ｔ）が感知される。これらの変位信号は、好ましくは超音波取得と同時に感知される。双方のステップ１０１、１０２は、好ましくは自動的に、例えばコンピュータ支援型の超音波画像化システムによって実行される。第３のステップ１０３において、Ｍモードの超音波画像が、受け取った超音波信号から再構築される。この再構築されるＭモードの超音波画像は、時間ｔに対して示される、検査対象２４内において実質的に一定の深度ｙの複数の深度信号を備える、２次元の画像Ｉ（ｔ，ｙ）である。次のステップ１０４において、このＭモードの超音波画像Ｉ（ｔ，ｙ）が、感知された経時変位信号ｘ（ｔ）を使用することにより、変位ｘに対して示される深度信号を備える２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）にマップされる。最後に、第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）を分析し、検査対象２４の少なくとも１つの組織層境界５２が、第２の画像内で検出されて識別される（ステップ１０５）。
【００８１】
本発明を、図面及び前述の説明において詳細に図示し、説明してきたが、そのような図及び説明は、実施例又は例示であって制限的ではないものと見なされるべきであり、本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形も、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の教示から、特許請求に係る発明を実施する際に当業者により理解され、有効にされ得る。
【００８２】
特許請求の範囲において、「備える」という用語は、他の要素又はステップを排除せず、「ある（ａ、ａｎ）」という不定冠詞は複数を排除しない。単一の要素又は他の単位が、請求項に記載される幾つかの項目の機能を満たすことがある。特定の手段が、相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に用いることができないことを示すものではない。
【００８３】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその一部として供給される光記憶媒体又は半導体記憶媒体といった適切な媒体に格納／分散されてもよいが、インターネットや他の有線又は無線電話通信システムを介するような、他の形式で分散されてもよい。
【００８４】
特許請求の範囲におけるいずれの参照記号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
2016506809.tif 000018
【図１Ｂ】
2016506809.tif 000019
【図２】
2016506809.tif 000020
【図３】
2016506809.tif 000021
【図４】
2016506809.tif 000022
【図５】
2016506809.tif 000023
【図６】
2016506809.tif 000024
【図７】
2016506809.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月12日(2015.8.12)
【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】
超音波画像化システムであって：
−  超音波信号を伝送及び受信する単一素子の超音波トランスデューサを備える超音波プローブと；
−  信号取得中に、検査対象に対する前記超音波プローブの変位の経時変位信号を感知する動きセンサと；
−  前記受信した超音波信号からＭモードの超音波画像を再構築するように構成される画像取得ハードウェアであって、該再構築されるＭモードの超音波画像は、時間に対して示される検査対象内の実質的に一定の深度の複数の１次元の深度信号を備える２次元の画像であり、前記画像取得ハードウェアは、前記動きセンサで感知される前記経時変位信号を使用することにより、前記変位に対して示される前記深度信号を備える２次元の第２の画像に、前記Ｍモードの超音波画像をマップするように更に構成され、複数の深度信号が所与の変位位置で受け取られる場合、前記画像取得ハードウェアは、前記複数の深度信号を平均化することにより、又は前記複数の深度信号のうち最も高い信号対雑音比を有する深度信号を選択することにより、前記所与の変位位置について処理済みの深度信号を選択し、該選択された処理済みの深度信号を、前記Ｍモードの超音波画像を前記２次元の第２の画像にマッピングするために使用するように構成される、前記画像取得ハードウェアと；
−  前記第２の画像を分析して、前記第２の画像における前記検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するように構成される、画像分析ユニットと；
を備える、超音波画像化システム。
【請求項２】
前記超音波プローブが、前記検査対象の表面に対して押される圧力を感知するための少なくとも１つの圧力センサを更に備える、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項３】
前記検査対象の表面に対する前記超音波プローブの向きを感知するための複数の圧力センサを更に備える、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項４】
前記画像分析ユニットは、前記第２の画像の深度方向で前記深度信号の導関数を分析することにより、前記検査対象の前記少なくとも１つの組織層境界に属する複数のエッジポイントを検出するように構成される、エッジ検出器を備える、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項５】
前記画像分析ユニットは、ガウスフィルタを使用して前記第２の画像をフィルタするためのフィルタを備える、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項６】
前記フィルタは、エッジ検出器が前記複数のエッジポイントを検出する間に、前記ガウスフィルタの分散を変化させるように構成される、
請求項５に記載の超音波画像化システム。
【請求項７】
前記画像分析ユニットは、前記検出される複数のエッジポイントのうち連続基準を満たすエッジポイントを、少なくとも部分的に前記少なくとも１つの組織層境界を表す少なくとも１つの連続エッジへマージするように構成される、
請求項４に記載の超音波画像化システム。
【請求項８】
前記連続基準は、前記少なくとも１つの連続エッジの長さ、深度及び勾配を含む、
請求項７に記載の超音波画像化システム。
【請求項９】
k番目の前記少なくとも１つの連続エッジC(k)は、前記第２の画像内の変位軸(x)に対して連続する
【数１】
2016506809.tif 000026
エッジポイントのセット
【数２】
2016506809.tif 000027
として定義され、前記少なくとも１つの連続エッジC(k)の長さCL(k)は、
【数３】
2016506809.tif 000028
として定義され、前記少なくとも１つの連続エッジC(k)の深度CD(k)は、
【数４】
2016506809.tif 000029
として定義され、前記少なくとも１つの連続エッジC(k)の勾配CG(k)は、
【数５】
2016506809.tif 000030
として定義され、前記連続基準は、C(k)=WLCL(k)+WDCD(k)+WGCG(k)として定義され、WL、WD及びWGは重み付けファクタである、
請求項７に記載の超音波画像化システム。
【請求項１０】
前記画像分析ユニットは、異なる連続エッジが前記少なくとも１つの組織層境界に属すると検出された場合、前記異なる連続エッジの間の接続ポイントを補間するように構成される、
請求項７に記載の超音波画像化システム。
【請求項１１】
前記画像分析ユニットは、前記少なくとも１つの組織層境界の検出を改善するために身体部位の特性を考慮するように構成される、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項１２】
前記画像分析ユニットは、検出される前記少なくとも１つの組織層境界に基づいて少なくとも１つの組織層の厚さを計算するように構成される、
請求項１に記載の超音波画像化システム。
【請求項１３】
検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するための方法であって：
−  単一素子の超音波トランスデューサの超音波信号を受け取るステップと；
−  検査対象に対する前記超音波トランスデューサの変位の経時変位信号を感知するステップと；
−  前記受け取った超音波信号からＭモードの超音波画像を再構築するステップであって、該再構築されるＭモードの超音波画像は、時間に対して示される前記検査対象の実質的に一定の深度の複数の１次元の深度信号を備える２次元の画像である、ステップと；
−  前記Ｍモードの超音波画像を、前記感知された経時変位信号を使用することにより、変位に対して示される深度信号を備える２次元の第２の画像にマッピングするステップであって、所与の変位位置において複数の深度信号が受け取られる場合、前記複数の深度信号を平均化することにより、又は前記複数の深度信号のうち最も高い信号対雑音比を有する深度信号を選択することにより、前記所与の変位位置について処理済みの深度信号を選択し、該選択された処理済みの深度信号が、前記Ｍモードの超音波画像を前記２次元の第２の画像にマッピングするために使用される、ステップと；
−  前記第２の画像を分析して、前記第２の画像内の前記検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するステップと；
を備える、方法。
【請求項１４】
コンピュータにおいて実行されると、請求項１３に記載の方法のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムコード手段を備える、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】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
これらの問題は、最も先行する技術のデバイスに従って、身体の内部をＢモードの超音波画像で画像化する、トランスデューサアレイ内に配置される複数のトランスデューサ素子を含む複雑なトランスデューサプローブを使用することにより解決される。特許文献１で使用されるＡモードの超音波画像化技術と比べると、これらの２次元のＢモードの超音波画像は、改善された精度で組織層を検出することを可能にする。一方、そのような複雑なマルチ素子のトランスデューサアレイは、かなりコスト集約的であり、したがって、プライベートでの使用のために家庭環境で使用するのに有意であるようには見えない。
米国特許出願公開第２００９／０２６４７５６号明細書（特許文献２）は、組織の厚さ及び構造を、超音波を使用して測定及びモニタリングするためのデバイスを開示している。このデバイスは、リモートコントロール及びデータ処理ユニット、統合された位置センサを有するハンドヘルド超音波トランスデューサを備える。ハンドヘルド超音波デバイスは、Ａスキャンを取得するよう単一又は複数の超音波生成及び検出素子を用いる超音波トランスデューサを有することができる。統合された位置センサによりデバイスの相対的な位置を、組織上のデバイスのスライドとしてモニタリングすることにより、コントロールシステムは、組織構造の２次元（Ｂモード）の画像を生成することができる。
【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】
【特許文献１】米国特許第５，９４１，８２５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０２６４７５６号明細書
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の第１の態様によると、超音波画像化システムが提示され、この超音波画像化システムは：
−  超音波信号を伝送及び受信する単一素子の超音波トランスデューサを備える超音波プローブと；
−  信号取得中に、検査対象に対する超音波プローブの変位の経時変位信号（displacement-over-time  signal）ｘ（ｔ）を感知する動きセンサと；
−  受信した超音波信号からＭモードの超音波画像を再構築するように構成される画像取得ハードウェアであって、再構築されるＭモードの超音波画像は、時間に対して示される検査対象における実質的に一定の深度の複数の１次元の深度信号を備える２次元の画像Ｉ（ｔ，ｙ）であり、画像取得ハードウェアは、動きセンサを用いて感知される経時変位信号ｘ（ｔ）を使用することにより変位に対して示される深度信号を備える２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）に、Ｍモードの超音波画像をマップするように更に構成され、所与の変位位置（ｘ）において複数の深度信号が受け取られる場合、画像取得ハードウェアは、複数の深度信号を平均化することにより、又は複数の深度信号のうち最も高い信号対雑音比を有する深度信号を選択することにより、その所与の変位位置（ｘ）について処理済みの深度信号を選択し、選択された処理済みの深度信号を、Ｍモードの超音波画像Ｉ（ｔ，ｙ）を２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）にマッピングするために使用するように構成される、画像取得ハードウェアと；
−  第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）を分析して、第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）における検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するように構成される、画像分析ユニットと；
を備える。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の第２の態様によると、検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するための方法が提示され、この方法は：
−  単一素子の超音波トランスデューサの超音波信号を受け取るステップと；
−  検査対象に対する超音波トランスデューサの変位の経時変位信号ｘ（ｔ）を感知するステップと；
−  受け取った超音波信号からＭモードの超音波画像を再構築するステップであって、再構築されるＭモードの超音波画像は、時間に対して示される検査対象の実質的に一定の深度の複数の１次元の深度信号を備える２次元の画像Ｉ（ｔ，ｙ）である、ステップと；
Ｍモードの超音波画像を、感知された経時変位信号ｘ（ｔ）を使用することにより、変位に対して示される深度信号を備える２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）にマッピングするステップであって、所与の変位位置（ｘ）において複数の深度信号が受け取られる場合、複数の深度信号を平均化することにより、又は複数の深度信号のうち最も高い信号対雑音比を有する深度信号を選択することにより、その所与の変位位置（ｘ）について処理済みの深度信号を選択し、選択された処理済みの深度信号が、Ｍモードの超音波画像Ｉ（ｔ，ｙ）を２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）にマッピングするために使用される、ステップと；
第２の画像を分析して、第２の画像内の検査対象の少なくとも１つの組織層境界を検出するステップと；
を含む。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明によると、画像取得ハードウェアは、Ｍモードの超音波画像Ｉ（ｔ，ｙ）を２次元の第２の画像Ｉ（ｘ，ｙ）にマッピングするのに、選択される処理済みの深度信号を使用するため、所与の変位位置において複数の深度信号が受け取られる場合、複数の深度信号を平均化することにより、又は複数の深度信号のうち、最も高い信号対雑音比を有する深度信号を選択することにより、所与の変位位置について処理済みの深度信号を選択するように構成される。
【国際調査報告】
2016506809.tif 000031
2016506809.tif 000032
2016506809.tif 000033