(57)【要約】  本発明は、第１の視野を持つ第１の超音波データを取得するように構成された第１の非侵襲的超音波プローブ１４と、前記第１の視野とは異なる第２の視野を持つ第２の超音波データを取得するように構成された第２の非侵襲的超音波プローブ１６と、第２の非侵襲的超音波プローブ１６に対する第１の非侵襲的超音波プローブ１４の位置及び向きを有する追跡データを決定するように構成された追跡ユニット３０と、前記追跡データに基づいて前記第２の視野を前記第１の視野内に位置合わせするように構成された位置合わせユニット３２とを有する超音波システム１０に関する。
2020524012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の視野を持つ第１の超音波データを取得する第１の非侵襲的超音波プローブと、
前記第１の視野とは異なる第２の視野を持つ第２の超音波データを取得する第２の非侵襲的超音波プローブと、
前記第２の非侵襲的超音波プローブに対する前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを有する追跡データを決定する追跡ユニットと、
前記追跡データに基づいて前記第２の視野を前記第１の視野内に位置合わせする位置合わせユニットと、
を有する超音波システム。
【請求項２】
前記第１の視野が、前記第２の視野より大きい、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項３】
前記第１の非侵襲的超音波プローブが、経胸壁心エコー検査プローブである、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項４】
前記第２の非侵襲的超音波プローブが、経食道心エコー検査プローブ又は心腔内心エコー検査プローブである、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項５】
前記第１の超音波データ及び前記第２の超音波データの各々が、３次元超音波データである、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項６】
前記超音波システムが、超音波画像を生成する画像再構成ユニットを更に有し、前記超音波画像において、前記第１の視野を持ち、前記第１の超音波データに基づいて生成される第１の画像が、前記第２の視野を持ち、前記第２の超音波データに基づいて生成される第２の画像と重ねられる、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項７】
前記超音波システムのユーザが前記第２の画像の透明度を適応させることを可能にする透明度ユニットを更に有する、請求項６に記載の超音波システム。
【請求項８】
前記追跡ユニットが、前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを追跡する第１の追跡装置と、前記第２の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを追跡する第２の追跡装置とを有する、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項９】
前記追跡ユニットが、前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置及び向き並びに前記第２の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを追跡する共通の追跡センサを有する、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項１０】
前記追跡ユニットは、前記第１の非侵襲的超音波プローブ及び前記第２の非侵襲的超音波プローブの各々が解放可能に接続される端子を有する、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項１１】
前記追跡ユニットが、光ファイバ形状センサを有する、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項１２】
前記光ファイバ形状センサが、前記第１の非侵襲的超音波プローブを前記第２の非侵襲的超音波プローブに接続する光ファイバを有する、請求項１１に記載の超音波システム。
【請求項１３】
前記追跡ユニットが、電磁位置特定センサを有する、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項１４】
前記第１の超音波データが、前記第２の超音波データと同時に取得される、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項１５】
前記第１の非侵襲的超音波プローブが、解像度を持ち、前記第２の非侵襲的超音波プローブが、解像度を持ち、前記第２の非侵襲的超音波プローブの解像度が、前記第１の非侵襲的超音波プローブの解像度より高い、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項１６】
第１の非侵襲的超音波プローブから、第１の視野を持つ第１の超音波データを受信するステップと、
第２の非侵襲的超音波プローブから、前記第１の視野とは異なる第２の視野を持つ第２の超音波データを受信するステップと、
前記第２の非侵襲的超音波プローブに対する前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを有する追跡データを受信するステップと、
前記追跡データに基づいて前記第２の視野を前記第１の視野内に位置合わせするステップと、
を有する方法。
【請求項１７】
前記第１の超音波データが、前記第２の超音波データと同時に取得される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の非侵襲的超音波プローブから受信された前記第１の超音波データが、解像度を持ち、前記第２の非侵襲的超音波プローブから受信された前記第２の超音波データが、解像度を持ち、前記第２の超音波データの解像度が、前記第１の超音波データの解像度より高い、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
コンピュータ上で実行される場合に、請求項１６に記載の方法のステップを前記コンピュータに実行させるプログラムコード手段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、超音波システム、対応する方法、及び前記方法を実行するコンピュータプログラムに関する。前記システム、方法及びコンピュータプログラムは、特に、構造的心疾患（ＳＨＤ）介入の分野において使用されうるが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
本発明の実施の一般的な分野は、超音波撮像ベースの医療介入の分野である。より具体的には、本発明は、ＳＨＤ介入の分野において応用を見つける。ＳＨＤ介入の典型的な例は、弁置換、弁修復、経カテーテル大動脈弁移植（ＴＡＶＩ）、心室中隔欠損の治療、僧帽弁クリップ術、及び左心耳の治療である。
【０００３】
ほとんどのＳＨＤ介入は、超音波検査ベースのガイダンス及びナビゲーションに重度に依存する。超音波検査は、典型的には、超音波検査の準最適エコー解像度及び画質及び装置を確実に撮像する能力がないため、Ｘ線蛍光透視法及びヨード造影剤の使用によりサポートされる。Ｘ線は、一部分において、関心領域の概観を得るのに使用され、一部分において、異なる介入装置を撮像し、それらの位置を追跡するのに使用される。器具を確実にガイドするために、造影剤が、頻繁に使用される。
【０００４】
このアプローチの不利点は、Ｘ線量の蓄積及び造影剤に引き起こされる腎障害を含む。したがって、Ｘ線量及びヨード造影剤使用を減少するために蛍光透視ガイダンスの使用を制限する必要がある。
【０００５】
ＷＯ２０１６／０８８０３７Ａ１は、超音波プローブの位置及び向きを追跡するのに光学的形状感知を使用する超音波プローブを開示している。超音波プローブナビゲーションは、光学的形状感知装置により伝えられる位置及び向き情報により容易化される。
【０００６】
ＷＯ２０１５１８９１６０Ａ１は、解剖学的関心対象の第１及び第２の医療画像を受信する医療画像処理装置に関する。第１及び第２の医療画像の各々は、異なる視野を有し、第１の医療画像及び第２の医療画像は、解剖学的関心対象の同じ又は同様の解剖学的状態を示す。位置合わせユニットは、第２の医療画像の画像空間から第１の医療画像の画像空間への変換を決定する。変換ユニットは、前記変換に基づいて第２の医療画像を第１の医療画像の画像空間内に変換する。セグメンテーションユニットは、第１の医療画像及び変換された第２の医療画像を融合することなしに第１の医療画像及び変換された第２の医療画像の両方を使用する全体的なセグメンテーションを実行する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、改善された軟組織ナビゲーションを提供する超音波システム及び方法を提供することである。本発明の他の目的は、既存の処置に対する安全かつ信頼できる代案の提供を含む。
【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、
−第１の視野を持つ第１の超音波データを取得するように構成された第１の非侵襲的超音波プローブと、
−前記第１の視野とは異なる第２の視野を持つ第２の超音波データを取得するように構成された第２の非侵襲的超音波プローブと、
−前記第２の非侵襲的超音波プローブに対する前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを有する追跡データを決定するように構成された追跡ユニットと、
−前記追跡データに基づいて前記第２の視野を前記第１の視野内に位置合わせするように構成された位置合わせユニットと、
を有する超音波システムが、提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様において、
−第１の非侵襲的超音波プローブから、第１の視野を持つ第１の超音波データを受信するステップと、
−第２の非侵襲的超音波プローブから、前記第１の視野とは異なる第２の視野を持つ第２の超音波データを受信するステップと、
−前記第２の非侵襲的超音波プローブに対する前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを有する追跡データを受信するステップと、
−前記追跡データに基づいて前記第２の視野を前記第１の視野内に位置合わせするステップと、
を有する方法が、提示される。
【００１０】
本発明の他の態様において、コンピュータ上で実行される場合に、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手段を有するコンピュータプログラムが、提示される。
【００１１】
本発明の好適な実施例は、従属請求項に規定される。請求された方法及び請求されたコンピュータプログラムが、請求されたシステム及び従属請求項に規定されたものと同様の及び／又は同一の好適な実施例を持つことに注意すべきである。
【００１２】
本発明は、２以上の超音波プローブを使用するアイデアに基づき、各超音波プローブの姿勢（すなわち位置及び向き）が、互いに対する姿勢を決定するために追跡され、この追跡情報が、前記超音波プローブの一方により取得された超音波データを前記超音波プローブの他方により取得された超音波データに位置合わせするのに使用される。
【００１３】
前記超音波プローブの第１の超音波プローブは、体の外で使用される非侵襲的超音波プローブとして実現される。前記超音波プローブの第２の超音波プローブは、体内に挿入される非侵襲的超音波プローブとして実現される。この２つの追跡される超音波プローブの組み合わせは、特にＳＨＤ介入中の、単純化された介入ナビゲーション及び手術器具のナビゲーションを可能にし、追加のＸ線蛍光透視又は造影剤導入が、ナビゲーションのために必要とされない。
【００１４】
前記第１の超音波プローブは、医療介入を計画するロードマップとして使用される概観画像を作成してもよく、前記第２の超音波プローブは、介入目的領域の高解像度リアルタイム画像を伝えてもよい。放射線技師は、したがって、蛍光透視なしでリアルタイムで目標領域に向かう外科器具を容易に追跡しうる。
【００１５】
前記第２の超音波プローブにより提供される前記第２の視野は、前記第１の超音波プローブにより提供される前記第１の視野内に位置合わせされるので、全体的な視野及び詳細な視野の両方の情報を有する、容易に理解可能な画像が、生成されうる。
【００１６】
超音波検査撮像は、今日の蛍光透視撮像のように、適切な患者向きにおいて追跡及び視覚化されうるので、本システム及び方法は、蛍光透視なしで十分な視覚化及びナビゲーションを提供する。
【００１７】
前記２つの超音波プローブの姿勢を追跡する他に、更に好適なのは、超音波システムが、体内介入器具を追跡する追跡ユニットをも有することである。したがって、前記介入器具は、好ましくは前記２つの超音波プローブに対して追跡される。これは、手術中の更に良好なナビゲーションを可能にする。
【００１８】
ここで提示される超音波システムは、複数の独立した装置を有してもよいので、「システム」として示される。
【００１９】
例えば、前記システムは、２つの別個の超音波装置を有してもよく、一方は、前記第１の超音波プローブを駆動し、前記第１の超音波プローブの画像を計算し、他方は、前記第２の超音波プローブを駆動し、前記第２の超音波プローブの画像を計算する。両方の超音波装置が、この場合、好ましくは、ハードウェア及び／又はソフトウェアで実装されうる前記追跡ユニットを介して一緒に接続され、同期される。
【００２０】
他の例において、両方の超音波プローブが、操縦され、これらのデータが、同一の超音波装置により計算される。提示された超音波システム全体が、単一の共通の装置において実装されることさえありうる。
【００２１】
好適な実施例によると、前記第１の非侵襲的超音波プローブの前記第１の視野は、前記第２の非侵襲的超音波プローブの前記第２の視野より大きい。更に好適なのは、前記第２の非侵襲的超音波プローブの解像度が、前記第１の非侵襲的超音波プローブの解像度より高いことである。
【００２２】
これは、前記第１の非侵襲的超音波プローブにより取得された大きなロードマップを、前記第２の非侵襲的超音波プローブにより取得された前記介入目標領域の詳細な視覚化と組み合わせることを可能にし、前記ロードマップは、概観計画に対して使用されうる。
【００２３】
一実施例によると、前記第１の非侵襲的超音波プローブは、経胸壁心エコー検査（ＴＴＥ）プローブであり、前記第２の非侵襲的超音波プローブは、経食道心エコー検査（ＴＥＥ）プローブ又は心腔内心エコー検査（ＩＣＥ）プローブである。
【００２４】
前記ＴＴＥプローブは、完全な心臓の３Ｄ概観ロードマップを作成するのに使用されてもよく、ＴＥＥ又はＩＣＥ撮像が例えば石灰化又は装置により遮蔽されている領域における生体構造を撮像するのに使用されてもよい。前記ＴＥＥプローブ又は前記ＩＣＥプローブは、大動脈弁、僧帽弁又は左心耳のような前記介入目標領域の詳細な視覚化に対して使用されてもよい。
【００２５】
２次元超音波プローブを使用することが、一般的に可能であるが、３次元ＴＴＥプローブ及び３次元ＴＥＥプローブ又は３次元ＩＣＥプローブを使用することが、好ましい。
【００２６】
前記第１の非侵襲的超音波プローブ（例えば前記ＴＴＥプローブ）により提供される超音波データが、必ずではないが、ライブモードで提供されてもよいことに注意すべきである。前記概観ロードマップを作成するのに使用される前記第１の超音波データは、例えば前記医療介入を開始する前に、事前に取得されてもよい。２次元又は３次元ロードマップが、例えば、心臓の全ての部分を示す完全な画像データセットを得るために複数のスキャンに基づいて、生成されてもよい。前記第２の非侵襲的超音波プローブ（例えば前記ＴＥＥプローブ又は前記ＩＣＥプローブ）により取得された前記第２の超音波データは、他方で、好ましくは関心領域のライブ画像を得るためにライブモードで提供される。
【００２７】
他の実施例によると、前記超音波システムは、超音波画像を生成するように構成された撮像ユニットを更に有し、前記超音波画像において、前記第１の視野を持ち、前記第１の超音波データに基づいて生成される第１の画像は、前記第２の視野を持ち、前記第２の超音波データに基づいて生成される第２の画像と重ねられる。
【００２８】
換言すると、前記第２の非侵襲的超音波プローブにより生成され、比較的小さい介入目標領域を高解像度で示す詳細画像が、前記第１の非侵襲的超音波プローブにより提供された前記超音波データに基づいて生成される概観画像上に重ねられる。両方の視野が、共通の空間／座標系に位置合わせされるので、容易に理解可能なグラフィックユーザインタフェースが、放射線技師に対して確立されうる。
【００２９】
他の実施例において、前記超音波システムは、前記超音波システムのユーザが前記第２の画像の透明度を適応させることを可能にする透明度ユニットを更に有してもよい。
【００３０】
これは、前記放射線技師が個人的なニーズによって、前記第１の画像が前記第２の画像と重ねられる合成画像を適応させることを可能にする。状況に依存して、前記放射線技師は、したがって、前記第１の概観画像を見ることと前記介入目標領域における前記第２の詳細画像を見ることとを容易に切り替えうる。
【００３１】
本発明の一実施例において、前記追跡ユニットは、前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを追跡するように構成された第１の追跡装置と、前記第２の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを追跡するように構成された第２の追跡装置とを有する。代替的な実施例において、追跡センサは、前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置及び向き並びに前記第２の非侵襲的超音波プローブの位置及び向きを追跡するように構成された共通の追跡センサを有する。
【００３２】
上述の２つの代替的な実施例の２つ目は、もちろん、両方の超音波プローブを追跡するのに１つの追跡装置のみが必要とされるので、低コストである。したがって、これは、好適な実施例である。
【００３３】
更に注意すべきは、２つの別個の追跡装置が使用されるか又は共通の追跡装置が使用されるかとは無関係に、両方の超音波プローブの互いに対する位置及び向きが決定されうる限り、両方の超音波プローブの絶対的な位置及び向きを追跡することは、好適ではあるが、必須ではない。
【００３４】
他の好適な実施例において、前記追跡ユニットは、前記第１の非侵襲的超音波プローブ及び前記第２の非侵襲的超音波プローブの各々が解放可能に接続される端子を有する。
【００３５】
両方の超音波プローブが、したがって、１回のみ使用されることを意図されるディスポーザブルプローブとして実現されてもよい。これらを使用した後に、これらは、前記追跡ユニットから単純に切り離され、処分されうる。
【００３６】
一実施例によると、前記追跡ユニットは、光ファイバ形状センサを有する。
【００３７】
このような光ファイバ形状センサにおいて使用される光学的形状感知の原理は、マルチコア光ファイバに沿った光情報の使用に依拠する。含まれる１つの原理は、制御された回折格子パターンの特徴的なレイリー後方散乱を使用する光ファイバ内の分散歪み測定を使用する。前記光ファイバに沿った形状は、開始点として知られる、前記センサに沿った特定の点において開始し、後続の形状の位置及び向きは、当該点に相対的である。意味のある臨床的使用のために、形状感知装置は、撮像座標系に位置合わせされる必要がある。このような光ファイバ形状センサは、この場合、医療介入中の装置位置特定及びナビゲーションに対して容易に使用されうる。
【００３８】
本発明の好適な実施例において、前記光ファイバ形状センサは、前記第１の非侵襲的超音波プローブを前記第２の非侵襲的超音波プローブと接続する光ファイバを有する。
【００３９】
前記２つの超音波プローブの相対的な姿勢は、したがって、１つの共通の光ファイバのみを持つ共通の追跡センサを用いて容易に決定されうる。１つの光ファイバのみの使用は、好適であるが、各超音波プローブは、既に上で述べられたように、別個の光ファイバにより追跡されてもよい。この場合、光ファイバ／追跡装置は、互いに対して較正及び参照される必要がある。
【００４０】
代替的な実施例において、前記追跡ユニットは、電磁位置特定センサを有する。更に他の代替的な実施例において、前記追跡ユニットは、前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置を追跡する、カメラのような、光学センサを有してもよい。
【００４１】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】使用時の本発明による超音波システムの典型的な実施例の概略的表現を示す。
【図２】本発明による超音波システムの一実施例の概略的なブロック図を示す。
【図３】本発明の一実施例による画像を形成するプロセスを概略的に示し、図３Ａは、第１の超音波プローブでの撮像を示し、図３Ｂは、第２の超音波プローブでの撮像を示し、図３Ｃは、本発明によるシステム及び方法を用いて生成された典型的な最終画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、本発明の一実施例による超音波システムの概略図を示す。前記超音波システムは、参照番号１０により全体として示される。超音波システム１０は、解剖学的場所、特に患者１２の解剖学的場所、特に患者１２の心臓の領域の体積を調査するのに使用される。
【００４４】
超音波システム１０は、２つの超音波プローブ１４、１６を有する。第１の超音波プローブ１４は、非侵襲的超音波プローブとして実現される。第２の超音波プローブ１６は、非侵襲的超音波プローブとして実現される。
【００４５】
図１に示される例において、第１の超音波プローブ１４は、ＴＴＥプローブとして実現され、第２の超音波プローブ１６は、ＴＥＥプローブとして実現される。ＳＨＤ介入中に、第１の超音波プローブ１４は、典型的には、患者１２の胸部上に配置され、移動されるのに対し、第２の超音波プローブ１６は、この模範的な事例に、典型的には、食道を通って挿入される。
【００４６】
第２の超音波プローブ１６は、代替的には、カテーテルの様式で患者１２の心臓内に直接的に挿入されるＩＣＥプローブとして実現されてもよい。両方の超音波プローブ１４、１６は、好ましくは、３次元超音波データを伝えるように構成される。２つの超音波プローブ１４、１６の各々は、超音波を送信及び／又は受信する多数のトランスデューサ素子を有する少なくとも１つのトランスデューサアレイを持つ。前記トランスデューサ素子は、好ましくは、二次元アレイにおいて、特にマルチプラナ又は三次元画像を提供するように、構成される。
【００４７】
第１の超音波プローブ１４に対する例は、出願人により販売されるＸ５−１トランスデューサである。第２の超音波プローブ１６に対する例は、出願人により販売されるＸ８−２ｔトランスデューサである。しかしながら、これが、本発明によって使用されうる超音波プローブに対する複数の例のたった１つであることに注意すべきである。
【００４８】
超音波システム１０は、画像再構成ユニット２０を含む計算ユニット１８を更に有する。画像再構成ユニット２０は、超音波プローブ１４及び１６により取得されたデータに基づく前記超音波画像の生成及び提供を制御する。以下で更に詳細に説明されるように、画像再構成ユニット２０は、超音波プローブ１４、１６のトランスデューサアレイによるデータの取得のみならず、超音波プローブ１４、１６のトランスデューサアレイにより受信された超音波ビームのエコーから２次元又は３次元画像シーケンスを形成する信号及び画像処理をも制御しうる。たとえ１つの計算ユニット１８及び１つの画像再構成ユニット２０のみが図２に示されているとしても、システム１０は、複数の計算ユニット１８及び画像再構成ユニット２０を有してもよい。
【００４９】
画像再構成ユニット２０として使用されうる具体的な例は、本発明と併せて使用されることができるフィリップスＥＰＩＱ装置である。
【００５０】
典型的な実施において、ここに提示されるシステムは、２つの別個の画像再構成ユニット２０として２つの同期されたＥＰＩＱ装置を有してもよく、一方は、ＴＴＥプローブ１４を駆動し、他方は、ＴＥＥ又はＩＣＥプローブ１６を駆動する。代替的な実施において、単一のＥＰＩＱ装置又は他の超音波装置が、単一の画像再構成ユニット２０として使用され、両方の超音波プローブ１４、１６を同時に駆動することを可能にする。
【００５１】
超音波システム１０は、生成された超音波画像をユーザに表示するディスプレイ２２を更に有する。更に、ユーザがシステム１０を操縦し、その設定を制御することを可能にする入力装置２４が、提供されてもよい。入力装置２４は、典型的には、キーボード２６及びトラックボール２８又はマウスのような他の入力装置を有してもよい。入力装置２４は、ディスプレイ２２に、又は直接的に計算ユニット１８に接続されてもよい。
【００５２】
画像再構成ユニット２０の他に、計算ユニット１８は、好ましくは、追跡ユニット３０及び位置合わせユニット３２を更に有する。オプションとして、計算ユニット１８は、透明度ユニット３４を更に有してもよい。追跡ユニット３０は、第２の非侵襲的超音波プローブ１６に対する第１の非侵襲的超音波プローブ１４の位置及び向きを有する追跡データを決定するように構成される。位置合わせユニット３２は、第２の超音波プローブ１６により提供された超音波画像データを、第１の超音波プローブ１４により提供された第１の超音波画像データと同じ撮像空間内に位置合わせするように構成される。この位置合わせは、追跡ユニット３０によてい提供された前記追跡データに基づく。オプションの透明度ユニット３４の機能は、以下に更に詳細に説明される。
【００５３】
上述のユニット２０、３０、３２及び３４が、ソフトウェア及び／又はハードウェア実装でありうることに注意すべきである。これらのユニットが、説明目的でのみ別個のユニットとして示されることにも注意すべきである。実際には、これらは、別個の構造的ユニットとして実現されてもよい。しかしながら、これらは、同一のユニットにおいて実装されてもよい。
【００５４】
ユニット２０、３０、３２及び３４の機能を含む本発明の機能的細部に言及する前に、超音波システム１０において超音波画像を形成するいくつかの基本原理が、図２に示される概略的なブロック図を参照して説明される。
【００５５】
２つの超音波プローブ１４、１６の各々は、例えば、ＣＭＵＴトランスデューサアレイを有してもよい。前記トランスデューサアレイは、代替的には、ＰＺＴ又はＰＶＤＦのような材料から形成される圧電トランスデューサ素子を有してもよい。前記トランスデューサアレイは、好ましくは、３次元撮像のために三次元においてスキャンすることができるトランスデューサ素子の一又は二次元アレイである。２つの超音波プローブ１４、１６の各々は、更に好ましくは、前記ＣＭＵＴアレイセル又は圧電素子による信号の送信及び受信を制御するマイクロビームフォーマを有する。マイクロビームフォーマは、ＵＳ５９９７４７９、ＵＳ６０１３０３２及びＵＳ６６２３４３２に記載されるようにトランスデューサ素子のグループ又は「パッチ」により受信された信号を少なくとも部分的にビーム形成することができる。
【００５６】
超音波プローブ１４、１６の各々は、好ましくは、プローブケーブル３６、３８（図１参照）により計算ユニット１８に結合される。プローブケーブル３６、３８は、好ましくは、超音波プローブ１４、１６の各々の前記マイクロビームフォーマを、送信と受信との間で切り替わる送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ４０、４２に接続し、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ４０、４２は、前記マイクロビームフォーマが使用されず、トランスデューサプローブ１４、１６の前記トランスデューサアレイがメインビームフォーマ４４、４６により直接的に動作される場合に、高エネルギ送信信号からメインビームフォーマ４４、４６を保護する。マイクロビームフォーマ４４、４６の制御下の超音波ビームの送信は、典型的には、Ｔ／Ｒスイッチ４０、４２に結合され、ユーザインタフェース又は制御パネル２４のユーザ動作から入力を受け取るトランスデューサコントローラ４８により指示される。単純性の理由で、１つのトランスデューサコントローラ４８のみが、図２に示される。しかしながら、一般的には、２つのトランスデューサコントローラが、提供されてもよく、１つが、各超音波プローブ１４、１６を制御する。トランスデューサコントローラ４８により制御される機能の１つは、典型的には、ビームが操縦及び集束される方向である。ビームは、前記トランスデューサアレイから（直交して）真っすぐに、又はより幅広い視野のために異なる角度に操縦されてもよい。
【００５７】
各超音波プローブ１４、１６の前記マイクロビームフォーマにより生成された部分ビーム形成信号は、トランスデューサ素子の個別パッチからの部分ビーム形成信号が、完全ビーム形成信号に結合されるメインビームフォーマ４４、４６に転送される。例えば、メインビームフォーマ４４、４６は、各々が１２８のチャネルを持ち得、前記チャネルの各々が、数ダース又は数百のＣＭＵＴトランスデューサセル又は圧電素子のパッチから部分ビーム形成信号を受信する。このようにして、数千のトランスデューサ素子により受信された信号は、単一のビーム形成信号に効率的に寄与することができる。
【００５８】
前記ビーム形成信号は、信号プロセッサ５０、５２に転送される。信号プロセッサ５０、５２は、帯域通過フィルタ、デシメーション、Ｉ及びＱ成分分離、並びに患者１２の身体に事前投与された造影剤に含まれるマイクロバブル及び／又は組織から戻った非線形（基本周波数のより高次の高調波）エコー信号の識別を可能にするように線形及び非線形信号を分離するように機能する高調波信号分離のような、様々な形に前記受信されたエコー信号を処理することができる。信号プロセッサ５０、５２は、スペックル低減、信号合成（signal compounding）、及びノイズ除去のような追加の信号強調を実行してもよい。
【００５９】
前記処理信号は、Ｂモードプロセッサ５４及びドップラプロセッサ５６に転送されてもよい。Ｂモードプロセッサ５４は、身体内の血管及び器官の組織のような身体内の構造の撮像に対して受信された超音波信号の振幅の検出を使用する。身体の構造のＢモード画像は、ＵＳ６２８３９１９及びＵＳ６４５８０８３に記載されるように、高調波画像モード若しくは基本画像モードのいずれか又は両方の組み合わせで形成されうる。ドップラプロセッサ５６は、画像フィールド内の血液細胞の流れのような物質の動きの検出のために組織運動及び血流からの時間的に異なる信号を処理しうる。
【００６０】
単純性の理由で、１つのＢモードプロセッサ５４のみ及び１つのドップラプロセッサ５６のみが、図２に示される。しかしながら、各超音波プローブ１４、１６に対して１つずつ、２つのＢモードプロセッサ５４及び２つのドップラプロセッサ５６が、存在してもよい。同じことは、以下に説明される全ての他のユニットにも当てはまる。
【００６１】
Ｂモード及びドップラプロセッサ５４、５６により生成された構造及び運動信号は、次いで、スキャンコンバータ５８及びマルチプラナリフォーマッタ６０に転送される。前記スキャンコンバータは、所望の画像フォーマットにおいて、エコー信号が受信された空間関係に前記エコー信号を配置する。例えば、スキャンコンバータ５８は、前記エコー信号を２次元扇形状フォーマット又は３次元ピラミッド形画像に配置してもよい。スキャンコンバータ５８は、前記画像フィールド内の組織の運動及び血流を描くカラードップラ画像を生成するように、ドップラ推定速度を持つ前記画像フィールド内の点における運動に対応する色をＢモード構造画像に重ねることができる。マルチプラナリフォーマッタ６０は、ＵＳ６４４３８９６に記載されるように、身体の体積領域内の共通の面内の点から受信されたエコーを当該面の超音波画像に変換する。
【００６２】
体積レンダラ６２は、ＵＳ６５３０８８５に記載されるように、３次元データセットのエコー信号を、所定の基準点から見られる経時的な投影３次元画像シーケンスに変換しうる。前記３次元画像シーケンスは、スキャンコンバータ５８、マルチプラナリフォーマッタ６０及び体積レンダラ６２から、更なる強調、バッファ、一時記憶及び／又はディスプレイ２２上の表示のために画像再構成ユニット２０に転送される。ユーザインタフェース２４は、ＭＰＲ画像の画像フィーチャにおいて定量化された測定を実行するのに使用されうるマルチプラナリフォーマット（ＭＰＲ）画像の面の選択及び制御のためにマルチプラナリフォーマッタ６０に結合されてもよい。前記データ及び画像は、データベース６１に保存されてもよい。
【００６３】
再び、上述の超音波システム１０が、ここに提示されるシステムの応用に対する１つの可能な例として説明されているだけであることに注意すべきである。ここに提示される超音波システム１０が、前に説明されたコンポーネントの全てを有さなくてもよいことに注意すべきである。他方で、本発明による超音波システム１０は、必要であれば、他のコンポーネントを有してもよい。更に、複数の前述のコンポーネントが、必ずしもハードウェアとして実現されなくてもよく、ソフトウェアコンポーネントとして実現されてもよい。複数の前述のコンポーネントが、共通のエンティティ又は単一のエンティティに含まれてもよく、図２に概略的に示されるように、別個のエンティティとして実現されなくてもよい。
【００６４】
実例において、２つの超音波プローブ１４、１６の各々の画像を計算するのに１つずつ、２つの別個の超音波撮像装置が、（図２に示されるものよりむしろ）システム１０に含まれることができる。前記２つの撮像装置の各々は、上述のユニット４４、５０、５４、５６、５６、６０、６２及び２０を含む。
【００６５】
図３Ａ乃至３Ｃは、本発明による画像形成プロセスを概略的に示す。図３Ａは、第１の非侵襲的超音波プローブ１４を用いて提供される第１の超音波データに基づいて生成される第１の超音波画像６４を概略的に示す。超音波プローブ１４、例えばＴＴＥプローブは、典型的には、患者１２の心臓の画像を提供するために患者１２の胸部６６上に配置される。この第１の画像６４は、ライブモードで、又は事前に、すなわち医療介入を計画する前のいずれかで生成されうる。これは、好ましくは心臓の全ての部分を示す概観画像として使用されうる。第１の画像６４が、複数のスキャンに基づいて生成されてもよいことに注意すべきである。第１の画像６４は、２次元又は３次元画像でありうる。
【００６６】
図３Ｂは、第２の非侵襲的超音波プローブ１６により提供される前記第２の超音波データに基づいて生成される第２の画像６８の生成を示す。第２の超音波プローブ１６は、この例において、患者１２の心臓７２の複数の部分の詳細画像を提供するために患者１２の食道７０内に挿入されるＴＥＥプローブとして実現される。既に上で説明されたように、第２の非侵襲的超音波プローブ１６は、代わりに、患者１２の心臓７２内に直接的に挿入されるＩＣＥプローブとして実現されてもよい。
【００６７】
第１の画像６４は、患者１２の心臓７２の概観を提供するのに対し、第２の画像６８は、患者１２の心臓７２の詳細画像を提供する。第１の超音波プローブ１４の視野は、したがって、好ましくは、第２の超音波プローブ１６の視野より大きい。
【００６８】
図３Ｃは、両方の画像６４、６８に基づいて形成された結合画像７４を示す。これに対して、両方の画像６４、６８は、同じ撮像空間に位置合わせされ、第２の画像６８は、この後に、第１の画像６４上に重ねられる。両方の画像６４、６８を同じ撮像空間内に位置合わせすることを可能にするために、両方の超音波プローブ１４、１６の姿勢が、追跡される。これは、これらの位置及び向きが互いに対して追跡されるか、又は絶対的な位置及び向きが追跡されるかのいずれかを意味する。
【００６９】
２つの超音波プローブ１４、１６の姿勢を追跡する追跡ユニット３０は、好ましくは、光学形状感知センサとして実現される。これは、超音波プローブ１４、１６を計算ユニット１８に接続するプローブケーブル３６、３８に含まれる１以上の光ファイバを含みうる。追跡ユニット３０が、必ずしも計算ユニット１８の残りのユニット２０、３２及び３４と同じハウジング内に含まれなくてもよいことに注意すべきである。同一の光ファイバが、２つの超音波プローブ１４、１６を互いと接続することも、考えられる。１つの共通の追跡センサの代わりに、各超音波プローブ１４、１６の位置が、別個のセンサを用いて追跡されてもよいことにも注意すべきである。
【００７０】
光ファイバ形状センサに対する代案として、電磁位置特定センサが、第１及び第２の超音波プローブ１４、１６の位置及び向きを追跡するのに使用されてもよい。前記第１の非侵襲的超音波プローブの位置は、一般に、カメラのような、光学センサにより追跡されてもよい。
【００７１】
追跡ユニット３０により提供される追跡情報は、画像再構成ユニット２０が最終的に結合画像７４を生成しうるように、第１及び第２の超音波画像６４、６８を同じ撮像空間内に位置合わせする位置合わせユニット３２においていかなる形で使用されてもよい。オプションの透明度ユニット３４は、前記ユーザが第２の画像６８の透明度を制御することを可能にするのに使用されてもよい。例えば、心臓構造の一部が、第２の画像６８において可視ではない場合、前記ユーザは、下の第１の画像６４において前記構造を観察するために第２の画像６８の透明度を増大してもよい。
【００７２】
本発明は、したがって、２つの超音波プローブ１４、１６を使用するシステム及び方法を提供し、第１の超音波プローブ１４は、介入ロードマップを作成する非侵襲的超音波プローブであり、第２の超音波プローブ１６は、介入目標領域の高解像度リアルタイム画像を提供する非侵襲的超音波プローブである。提示されたシステム及び方法は、したがって、ＳＨＤ介入装置の放射線なしの超音波ベースのナビゲーションを可能にする。
【００７３】
介入装置／手術器具が、単純性の理由で、図面に示されていないことに注意すべきである。しかしながら、好適なのは、カテーテルのような、使用される手術器具の位置及び向きが追跡されることである。前記使用される手術器具の位置及び向きは、例えば、光学形状感知システムを用いて追跡されてもよい。このようにして、医師は、前記使用される手術器具の絶対的な位置及び向き、及び／又は２つの超音波プローブ１４、１６に対する前記使用される手術器具の位置及び向きに関するフィードバックを与えられてもよい。
【００７４】
また、放射線技師に対して取り扱いを容易化するために超音波プローブ１４、１６の向き及び位置を操作するのにオプションとして使用されうる操作装置も、図示されない。一方又は両方のプローブ１４、１６は、例えば、手で移動する代わりに遠隔制御移動アクチュエータを用いて操縦されてもよい。
【００７５】
提示されたシステム及び方法が、心疾患介入に限定されない、他の医療的応用に対して使用されてもよいことに注意すべきである。追跡された２より多い超音波プローブを使用することも考えられ、その画像は、本発明の原理によって結合される。
【００７６】
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明されたが、そのような図示及び説明は、限定的ではなく例示的又は典型的であると見なされるべきである。本発明は、開示された実施例に限定されない。開示された実施例に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の請求項の検討から、請求された発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。
【００７７】
請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を除外しない。 単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載されたいくつかのアイテムの機能を果たしてもよい。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、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。
【００７８】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに、又は他のハードウェアの一部として提供される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な媒体に格納／配布されうるが、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介するような、他の形で配布されてもよい。
【００７９】
請求項中の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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