(57)【要約】  本開示の実施形態による超音波イメージングデータを視覚化及び定量化するためのシステムは、ディスプレイユニットと、ディスプレイユニット、並びに、身体構造及び身体構造内を流れる流体を表す超音波データから画像を生成するための超音波イメージング装置に通信可能に結合されているプロセッサとを含む。プロセッサは、身体構造内を流れる流体の軸方向速度成分及び側方速度成分を推定することと、軸方向速度成分及び側方速度成分に基づいて、画像内の複数の流れ方向を決定することと、流れ方向マップを生成するために、流れ方向角度に基づいて流れ方向を差別的に符号化することと、ディスプレイユニットに、流れ方向マップと重ね合わされた身体構造を含む画像を同時に表示させることとを行うように構成される。
2020520732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波イメージングデータを視覚化及び定量化するためのシステムであって、前記システムは、
ディスプレイユニットと、
前記ディスプレイユニット、並びに、身体構造及び前記身体構造内を流れる流体を表す超音波データから画像を生成するための超音波イメージング装置に通信可能に結合されているプロセッサと
を備え、前記プロセッサは、
前記身体構造内を流れる前記流体の軸方向速度成分及び側方速度成分を推定することと、
前記軸方向速度成分及び側方速度成分に基づいて、前記画像内の複数の流れ方向を決定することと、
流れ方向マップを生成するために流れ方向角度に基づいて前記流れ方向を差別的に符号化することと、
前記ディスプレイユニットに、前記流れ方向マップと重ね合わされた、前記身体構造を含む前記画像を同時に表示させることと
を行う、超音波イメージングデータを視覚化及び定量化するためのシステム。
【請求項２】
第１の角度と関連付けられる流れ方向が、第２の角度と関連付けられる流れ方向から区別するために色符号化される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の角度、前記第２の角度、又は両方が、ある範囲の角度を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサが、少なくとも３つの明白に区別できる色を含むカラーキーを使用して前記流れ方向を符号化することと、前記ディスプレイに、前記カラーキーの視覚表現を表示させることとを行う、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記カラーキーの前記視覚表現が、カラーバー又はカラーホイールの形態で提供される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサがさらに、前記流れ領域内の関心領域（ＲＯＩ）の選択を受信することと、前記ディスプレイユニットに、前記ＲＯＩ内の前記流れ方向に関する追加の定量的情報を表示させることとを行う、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサが、ユーザ入力に応答する前記ＲＯＩの前記選択を受信する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサが、前記流れ方向に関して統計分析を実施し、前記統計分析に基づいて前記ＲＯＩを自動的に選択する、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサがさらに、前記決定に応答して前記画像内の前記ＲＯＩの視覚表現を提供する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プロセッサがさらに、前記自動的に選択されているＲＯＩを移動又はリサイズするためのユーザ入力を受信する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサが、前記ディスプレイに、前記ＲＯＩ内の前記流れ方向のヒストグラム、又は、前記ＲＯＩ内の前記流れ方向の変動性の統計的測度を表示させる、請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサが、前記ディスプレイに、前記ＲＯＩ内のすべてのピクセルにおける前記流れ方向、前記ＲＯＩ内のすべてのピクセルにおける速度の大きさ、及び、前記ＲＯＩと関連付けられる前記流れ方向又は速度の大きさのいずれかの変動性の統計的測度のうちの少なくとも２つを表示する２Ｄヒストグラムを表示させる、請求項６に記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサが、前記流れ方向マップ及び前記ヒストグラムのうちの少なくとも一方をリアルタイムで更新する、請求項１１又は１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プロセッサが、時間平均値を使用して前記ヒストグラムを生成し、前記時間平均値は、前記ユーザによって指定されるか又は前記プロセッサによって自動的に規定される時間期間にわたって平均される、請求項１１又は１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記流れ方向マップを含む前記画像が第１の画像であり、前記プロセッサはさらに、前記軸方向速度成分及び側方速度成分に基づいてベクトルフローイメージング（ＶＦＩ）データを生成することと、前記ディスプレイユニットに、前記第１の画像と同時に、前記身体構造のＢモード画像と重ね合わされた前記ＶＦＩデータを含む第２の画像を表示させることとを行う、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ディスプレイ及び前記プロセッサを含む超音波イメージングシステムによって、前記超音波イメージング装置が提供され、前記超音波イメージングシステムは、前記ベクトル場の前記グラフィック表現及び前記流れ方向マップを含む前記表示画像をリアルタイムで生成及び更新する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
超音波イメージングデータを表示するための方法であって、前記方法は、
身体構造及び前記身体構造内を流れる流体を表す超音波データから画像を生成するステップと、
前記身体構造内を流れる前記流体の軸方向速度成分及び側方速度成分を推定するステップと、
前記軸方向速度成分及び側方速度成分に基づいて、前記画像内の複数の流れ方向を決定するステップと、
流れ方向マップを生成するために流れ方向角度に基づいて前記流れ方向を差別的に符号化するステップと、
前記流れ方向マップと重ね合わされた前記身体構造を含む前記画像を表示させるステップと
を有する、超音波イメージングデータを表示するための方法。
【請求項１８】
前記流れ領域内の関心領域（ＲＯＩ）の選択を受信するステップと、前記ＲＯＩ内の前記流れ方向に関する追加の定量的情報を表示するステップとをさらに有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＲＯＩの前記選択が、ユーザ入力に応答する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
プロセッサによって、前記流れ方向に関して統計分析を実施するステップをさらに有し、前記ＲＯＩは、前記統計分析に基づいて前記プロセッサによって自動的に選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＲＯＩ内の前記流れ方向に関する追加の定量的情報を表示するステップは、前記ＲＯＩ内の前記流れ方向のヒストグラム、又は、前記ＲＯＩ内の前記流れ方向の変動性の統計的測度を表示するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記追加の定量的情報を表示するステップは、前記ＲＯＩ内のピクセルにおける前記流れ方向、前記ＲＯＩ内のピクセルにおける速度の大きさ、及び、前記ＲＯＩと関連付けられる前記流れ方向又は速度の大きさのいずれかの変動性の統計的測度のうちの少なくとも２つを表示するヒストグラムを表示するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記軸方向速度成分及び側方速度成分のベクトルマップと重ね合わされたＢモード背景画像を含む別の画像を表示するステップをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
実行されると、医療イメージングシステムのプロセッサに、請求項１７から２３に記載の方法のいずれかを実施させる実行可能命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２５】
超音波イメージングデータを視覚化及び定量化するためのシステムであって、前記システムは、
ディスプレイユニットと、
前記ディスプレイユニット、並びに、身体構造及び前記身体構造内を流れる流体を表す超音波データから画像を生成するための超音波イメージング装置に通信可能に結合されているプロセッサと
を備え、前記プロセッサは、
前記身体構造内を流れる前記流体の軸方向速度成分及び側方速度成分を推定することと、
前記軸方向速度成分及び側方速度成分に基づいて、前記画像内の複数の流れ方向を決定することであり、前記流れ方向は各々、ある角度を規定する、決定することと、
統計的に有意な流れ方向を含む流れ領域を自動的に識別することと、
前記ディスプレイユニットに、前記身体構造及び識別されている前記統計的に有意な流れ方向を含む前記画像を表示させることと
を行う、超音波イメージングデータを視覚化及び定量化するためのシステム。
【請求項２６】
前記統計的有意性は、閾値以上である、流れ領域内の流れ方向の移動平均、標準偏差、又は両方を含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
識別されている前記流れ領域内の流れ方向のヒストグラムを同時に表示することをさらに含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記ヒストグラムが、流れ方向及び流れ方向速度の２Ｄヒストグラム又は３Ｄヒストグラムである、請求項２５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、参照によりその全体が組み込まれる、２０１７年５月２５日付で提出された米国仮特許出願第６２／５１０，８１９号の利益及び優先権を主張する。
【０００２】
[001]  本開示は、ベクトルフローイメージングを使用する擾乱した血流の自動検出及び視覚化のための超音波システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[002]  正常な心臓血管血流は、一般的に層流である。血管狭窄、プラーク堆積、及び心臓弁機能不全などの疾患の存在下において、流れは、空間的に及び時間的に、擾乱した及び無秩序なパターンを呈する。血流血行動態の評価及び定量化のための非侵襲的診断ツールとして、超音波ドプラフローイメージングが使用されている。典型的なドプラ試験において、二次元（２Ｄ）カラー又はパワードプライメージングが最初に使用されて、血管開通性、血管狭窄、又は心臓内血流が視覚的に評価され、その後、特定の部位におけるさらなる定量的測定のために、スペクトルドプラが使用される。スペクトルドプラは、より正確度の高い速度測定を可能にする。依然として広く使用されているツールではあるが、従来のドプライメージングは角度依存であり、軸方向に沿った一次減速度推定値しか提供することができず、流れは音響ビームから外方への又は音響ビームに向かうもののいずれかとして特性化される。従来のドプラは、本当の流れ方向を解決することができず、したがって、速度に測定バイアスをもたらす。これによって、正確な流れ評価及び定量化におけるその適用が制限される。
【発明の概要】
【０００４】
[003]  本開示は、ベクトルフローイメージングデータを利用する擾乱した血流の自動検出及び視覚化のためのシステム及び方法を提供する。特定の実施形態において、本発明によるシステム及び方法は、流れ方向及び速さの局所的な変動を決定するためにベクトルフローデータを使用し、それらの変動をユーザインターフェース上に、例えば、ヒストグラム表示においてなど、様々な様式で表示する。位置特定されるべきであり、流れ方向及び／又は速さが提供される特定の点の決定は、ユーザ入力（例えば、ユーザが関心領域を選択する）に応答するか、又は、自動的（例えば、システムが疑わしい領域を決定するのに応答して）である。結果として、本発明の技法は、医師が動脈狭窄及び心疾患を含む様々な心臓血管状態を診断及びモニタリングするのを補助するために、増強されたより正確な流れパターン特性化及び擾乱流視覚化を提供する。
【０００５】
[004]  本開示の実施形態による超音波イメージングデータを視覚化及び定量化するためのシステムは、ディスプレイユニットと、ディスプレイユニット、並びに、身体構造及び身体構造内を流れる流体を表す超音波データから画像を生成するための超音波イメージング装置に通信可能に結合されているプロセッサとを含む。プロセッサは、身体構造内を流れる流体の軸方向及び側方速度成分を推定することと、軸方向及び側方速度成分に基づいて、画像内の複数の流れ方向を決定することと、流れ方向マップを生成するために、流れ方向角度に基づいて流れ方向を差別的に符号化することと、ディスプレイユニットに、流れ方向マップと重ね合わされた身体構造を含む画像を同時に表示させることとを行うように構成される。
【０００６】
[005]  いくつかの実施形態において、プロセッサは、少なくとも３つの明白に区別できる色を含むカラーキーを使用して流れ方向を符号化することと、ディスプレイに、カラーキーの視覚表現を表示させることとを行うように構成される。３つの明白に区別できる色の各々は、特定の流れ方向に割り当てられる。例えば画像の左から右への向きのような、流れの公称ゼロ向きが選択され、この向きと整列される任意の速度ベクトルが、公称からゼロデルタ向きを有するものとして参照される。使用される３つの明白に区別できる色が、原色の赤、青及び黄である１つの例において、赤色は、公称に対して０度の角度を有する速度ベクトル、すなわち、この例では、画像の左から右への方向にある流れを示す（すなわち、ゼロの軸方向成分を有する）純粋に側方の速度ベクトルに割り当てられる。このとき、青色は、１８０度の角度差分、すなわち、この例では、画像の右から左への方向にある流れを示す（すなわち、ゼロの軸方向成分を有する）純粋に側方の速度ベクトルに割り当てられ、黄色は、この例ではそれぞれ画像の下から上への、又は、画像の上から下へのいずれかの方向にある流れを示す（すなわち、ゼロの側方成分を有する）純粋に軸方向の速度ベクトルである、＋９０度の角度差分又は−９０度の角度差分のいずれかに割り当てられる。純粋に側方の速度ベクトル及び／又は純粋に軸方向の速度ベクトルの間のすべての流れ方向に対応する色は、原色の間の色のグラデーションを生成することによって割り当てられる。明白に区別できる色及びそれらの間のグラデーションの任意の他の組み合わせが、流れ方向を色において差別的に符号化するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、カラーキーの視覚表現は、色のグラデーション及び対応する流体流方向を示すように構成されるカラーバーの形態である。他の実施形態において、カラーキーの視覚表現は、カラーホイールの形態である。カラーホイールは、正のｘ軸が０度又は公称流れ方向と整列され、正のｙ軸が公称流れ方向に対して＋９０度と整列されている、ｘ−ｙ座標フレームに中心を置く。色のグラデーションは、異なる流れ方向に対応する色の視覚的指示を提供するために、カラーホイールに重ね合わされる。
【０００７】
[006]  いくつかの実施形態において、プロセッサは、流れ領域内の関心領域（ＲＯＩ）の選択を受信し、表示ユニットに、ＲＯＩ内の流れ方向に関する追加の定量的情報を表示させるように構成される。いくつかの実施形態において、プロセッサによって受信されるＲＯＩの選択は、ユーザ入力に応答する。例えば、ユーザは、カラーマップ表示に基づいてユーザによって視覚的に識別される、疑わしい可能性がある領域を示すために、カラーマップ表示の一部分をクリックすること及びドラッグすることなどによって、流れ領域内の部分領域を指定する。他の実施形態において、プロセッサによって受信されるＲＯＩの選択は、プロセッサによる疑わしい領域の自動識別に応答する。例えば、プロセッサは、ベクトルフロー分析から得られる流れ方向に対して統計分析を実施するように構成され、擾乱した流れを呈している流れ領域内の部分領域を識別するように構成される。ＲＯＩは、例えば、識別されている擾乱した流れの部分領域に対応するように、プロセッサによって自動的に選択される。疑わしい領域が識別され、ＲＯＩがプロセッサによって選択されると、プロセッサは、画像内でＲＯＩの視覚的指示を提供するようにさらに構成される。いくつかの実施形態において、ユーザインターフェースは、ユーザが、例えば、プロセッサによって自動的に識別されるＲＯＩなど、ＲＯＩを動かし及び／又はリサイズすることを可能にするユーザ制御装置を提供する。
【０００８】
[007]  いくつかの実施形態において、ＲＯＩ（例えば、疑わしい領域に対応する領域）が識別されると、プロセッサは、表示ユニットに、１つ又は複数のヒストグラムなどのＲＯＩに関する追加の定量的情報を表示させるように構成される。本明細書において説明されるように、プロセッサは、多方向速度データを使用して統計分析を実施するように構成され、ディスプレイに、ＲＯＩ内の流れ方向のヒストグラム、又は、ＲＯＩ内の流れ方向の変動性の統計的測度を表示させるように構成される。いくつかの実施形態において、プロセッサは、ディスプレイに、ＲＯＩ内のすべてのピクセルにおける流れ方向、ＲＯＩ内のすべてのピクセルにおける速度の大きさ、及び、ＲＯＩと関連付けられる流れ方向又は速度の大きさのいずれかの変動性の統計的測度のうちの少なくとも２つを表示する二次元（２Ｄ）ヒストグラムを表示させるように構成される。いくつかの実施形態において、ヒストグラムは、流れ視覚化情報と同時に表示され（例えば、流れ方向のベクトルフローマップ又はカラーマップを含むオーバーレイ画像）、一方で、他の実施形態において、ヒストグラムは、流体流の視覚化情報が表示されるか否かにかかわらず、表示され、及び／又は、レポートに出力される。
【０００９】
[008]  いくつかの実施形態において、流れ方向マップ、ヒストグラム表示及び／又はベクトルフローイメージング情報は、リアルタイムで更新される。さらなる実施形態において、プロセッサは、例えば、心周期の所与の部分（例えば、心収縮の持続時間）又はその一部などの予めプログラムされている又はユーザ選択の時間期間にわたって平均された、時間平均値を使用してヒストグラムを生成するように構成される。後者の場合、システムは、データが平均される心周期の位相に対応する時間期間を決定するために、ＥＣＧ信号を受信する。
【００１０】
[009]  いくつかの実施形態において、プロセッサは、表示ユニットに、２つ以上の超音波画像、及び、場合によっては付加的に、流体流に関する定量的情報を同時に表示させるように構成される。例えば、流れ方向マップを含む画像は、同じく軸方向速度成分及び側方速度成分に基づくベクトルフローイメージング（ＶＦＩ）データを含む画像と同時に表示される第１の画像である。流れ方向を有する画像と同様に、ＶＦＩデータは、身体構造の別の背景Ｂモード画像上に重ね合わされる。流れ方向及びＶＦＩデータを含む表示は、例えば、画像をリアルタイムで表示するとき、対応するフレームが２つのベクトルフロー視覚化表示の各々に表示されるように、同期される。いくつかの実施形態において、本明細書において説明されている視覚化及び定量化システムは、超音波イメージング装置によって組み込まれる。すなわち、プロセッサ及び表示ユニットは、同じく、超音波画像データを取得するための超音波プローブを含むか又は超音波プローブに動作可能に結合されるように構成されている超音波イメージングシステムの構成要素である。
【００１１】
[010]  本開示のさらなる実施形態によるシステムは、ディスプレイユニットと、ディスプレイユニット、並びに、身体構造及び身体構造内を流れる流体を表す超音波データから画像を生成するための超音波イメージング装置に通信可能に結合されているプロセッサとを含む。プロセッサは、身体構造内を流れる流体の軸方向及び側方速度成分を推定することと、軸方向及び側方速度成分に基づいて、画像内の複数の流れ方向を決定することであって、流れ方向は各々、角度を規定する、複数の流れ方向を決定することとを行うように構成される。プロセッサは、統計的に有意な流れ方向を含む流れ部分領域を自動的に識別し、表示ユニットに、身体構造及び識別されている統計的に有意な流れ部分領域を含む画像を表示させるようにさらに構成される。いくつかの実施形態において、統計的に有意な流れ方向を含む流れ部分領域は、閾値以上の移動平均及び／又は標準偏差と関連付けられる流れ方向を含む流れ領域内の領域又はＲＯＩである。いくつかの実施形態において、プロセッサは、自動的に識別されている部分領域内の流れ方向のヒストグラムを同時に表示するようにさらに構成される。実施形態において、ヒストグラムは、部分領域内の流れ方向及び流れ方向速度の２Ｄヒストグラム又は３Ｄヒストグラムである。
【００１２】
[011]  いくつかの実施形態による超音波イメージングデータを表示するための方法は、身体構造及び身体構造内を流れる流体を表す超音波データから画像を生成するステップと、身体構造内を流れる流体の軸方向及び側方速度成分を推定するステップと、軸方向及び側方速度成分に基づいて、画像内の複数の流れ方向を決定するステップと、流れ方向マップを生成するために、流れ方向角度に基づいて流れ方向を差別的に符号化するステップと、流れ方向マップと重ね合わされている身体構造を含む画像を表示するステップとを有する。いくつかの実施形態において、方法は、流れ領域内の関心領域（ＲＯＩ）の選択を受信するステップと、ＲＯＩ内の流れ方向に関する追加の定量的情報を表示するステップとを有する。ＲＯＩの選択は、ユーザ入力に応答し、又は、システムによって自動的に選択される。方法のいくつかの実施形態において、プロセッサは、流れ方向に関する統計分析を実施し、ＲＯＩは、統計分析に基づいてプロセッサによって自動的に選択される。いくつかの実施形態において、ＲＯＩ内の流れ方向に関する追加の定量的情報を表示するステップは、ＲＯＩ内のピクセルの流れ方向、ＲＯＩ内のピクセルの速度の大きさ、及び、ＲＯＩと関連付けられる流れ方向又は速度の大きさのいずれかの変動性の統計的測度のうちの少なくとも２つを表示することを含む。いくつかの実施形態において、追加の定量的情報を表示するステップは、例えば、ＲＯＩ内のすべてのピクセルにおける流れ方向、対応するピクセルにおける速度の大きさ、又は、ＲＯＩと関連付けられる流れ方向又は速度の大きさのいずれかの変動性の統計的測度のうちのいずれか２つをプロットする３Ｄヒストグラムを表示することを含む。ビーム角度無依存速度データに基づいて、他のパラメータが、例えば１Ｄ又は２Ｄヒストグラムにおいて定量化され、ユーザに提示される。いくつかの実施形態において、方法は、ビーム角度無依存速度成分に基づいてベクトルマップと重ね合わされているＢモード背景画像を含む１つ又は複数の追加の画像を同時に表示するステップをさらに有する。
【００１３】
[012]  本開示による方法のいずれか、又はそのステップは、実行されると、医療イメージングシステムのプロセッサに、中で具現化される方法又はステップを実施させる、実行可能命令を含む非一時的コンピュータ可読記憶媒体内で具現化される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】[013]  本発明の原理による視覚化及び定量化システムのブロック図である。
【図２】[014]  本発明の原理による視覚化及び定量化システムの別のブロック図である。
【図３Ａ】[015]  本開示の原理による、身体構造、特に健常な頸動脈を通る流れの超音波画像の画面キャプチャを示す図である。
【図３Ｂ】本開示の原理による、図３Ａに対応する速度ベクトル視覚化及び流れ方向マップを示す図である。
【図４Ａ】[016]  本開示の原理による、別の身体構造、及びこの場合はプラークを有する頸動脈を通る流れの超音波画像の画面キャプチャを示す図である。
【図４Ｂ】本開示の原理による、図４Ａに対応する速度ベクトル視覚化及び流れ方向マップを示す図である。
【図５Ａ】[017]  図３Ａ及び図３Ｂ内の頸動脈血流と関連付けられる２つのＲＯＩにおける例示的なヒストグラムを示す図である。
【図５Ｂ】図３Ａ及び図３Ｂ内の頸動脈血流と関連付けられる２つのＲＯＩにおける例示的なヒストグラムを示す図である。
【図６Ａ】[018]  図４Ａ及び図４Ｂ内の頸動脈血流と関連付けられる２つのＲＯＩにおける例示的なヒストグラムを示す図である。
【図６Ｂ】図４Ａ及び図４Ｂ内の頸動脈血流と関連付けられる２つのＲＯＩにおける例示的なヒストグラムを示す図である。
【図６Ｃ】[019]  図４Ａ及び図４Ｂ内の頸動脈血流と関連付けられる２つのＲＯＩにおける例示的な２Ｄヒストグラムを示す図である。
【図６Ｄ】図４Ａ及び図４Ｂ内の頸動脈血流と関連付けられる２つのＲＯＩにおける例示的な２Ｄヒストグラムを示す図である。
【図７】[020]  本発明の原理による、超音波画像データの２つの連続するフレームの一部分、及び、例えば、ベクトルフロー視覚化を可能にするための、フレーム内のパスレットベースの情報を更新するための技法を示す図である。
【図８】[021]  本開示のさらなる例による超音波イメージングシステムのブロック図である。
【図９】[022]  本開示の例によるプロセスの流れ図である。
【図１０】[023]  健常な血管内の流れのビーム無依存速度を使用して生成されるカラーマップの例を示す図である。
【図１１】[024]  プラークを有する頸動脈内の流れのビーム無依存速度を使用して生成されるカラーマップの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[025]  特定の例示的な実施形態の以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明又はその応用若しくは使用を限定するようには決して意図されていない。本発明のシステム及び方法の実施形態の以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成し、例示として、説明されているシステム及び方法を実践することができる特定の実施形態が示されている、添付の図面が参照される。これらの実施形態は、当業者が、本発明において開示されているシステム及び方法を実践するのに十分に詳細に記載されており、他の実施形態を利用することができること、並びに、本発明のシステムの精神及び範囲から逸脱することなく、構造的及び論理的変更を行うことができることは理解されたい。その上、明瞭にするために、特定の特徴の詳細な説明は、それらが当業者にあきらかであるときは、本発明のシステムの記述を曖昧にしないように、論じられない。それゆえ、以下の詳細な説明は限定的な意味に解釈されるべきではなく、本発明のシステムの範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって画定される。
【００１６】
[026]  ベクトルフローイメージング（ＶＦＩ）は、狭窄症及び血管系の他の状態をより良好に診断するために、心血管用途における複雑な血流測定を視覚化及び定量化するために使用することができる。従来のドプラ超音波は、軸方向に沿った（すなわちビーム方向に沿った）速度推定しか可能にしないため、多方向（ビーム角度無依存としても参照される）速度推定を可能にするための新規のベクトルフローイメージング技法が導入されている。加えて、ベクトルフローイメージング技法は、例えば、固定矢印ベースの、自由矢印ベースの、又はパスレットベースの視覚化（例えば、図３Ａ参照）を使用して多方向速度推定値を視覚化するために使用される。固定矢印ベースの視覚化について、流速の大きさは、色強度として符号化され、矢印の長さに比例する。流速の方向は、矢印及び色の両方によって示される。矢印の尾部は、空間内で固定される。自由矢印ベースの視覚化において、自由矢印が、血流を動的に追跡するために使用される。流速の大きさは、色符号化され、矢印の長さに比例する。流速の方向は、矢印によって指示される。ＶＦＩのコンテキストにおいて、流線は、流れの速度ベクトルに瞬間的に正接する曲線の群として定義され、流跡線は、流体粒子が流れの間に忠実に従う軌跡の群として定義することができる。パスレットベースの（すなわち、流線、流跡線）視覚化について、流動軌道の動的な曲線追跡が、湾曲したパスレットによって達成される。パスレットは、パスレット長として定義される、先端からの距離が所与の閾値を超えたときに消え始める、流跡線の短い前端セグメント又は部分と考えることができる。流速の大きさは、色符号化され、パスレットの長さに比例する。流速の方向は、パスレットの動く方向によって指示される。全体的に、３つの視覚化方法の中で、パスレットベースの視覚化が、ＶＦＩについて他の視覚化方法に代わる可能性がある、最も直感的な方法である。
【００１７】
[027]  従来のドプライメージングよりも改善されているが、ベクトルフローイメージングの既存の実施態様には、依然として制限がある。例えば、既存の固定矢印ベースの視覚化技法において、矢印の長さは、速度の大きさの直接の測度ではなく、したがって、画像の解釈は、所望されるほどユーザにとって直感的ではない。既存の自由矢印ベースの視覚化技法において、矢印は典型的には直線であり、湾曲した軌跡の良好な表現ではない。加えて、各流線について矢じりを含めることによって、視覚化が乱雑になり、ここでも直感性に乏しくなる。また、既存の自由矢印ベース及びパスレットベースの視覚化においては、色分けマップと矢印（パスレット）の長さのいずれも、速度の大きさの直接の測度ではない。結果として、血流の直接測定及び正確な定量化を得ることができない。流れに関する定量的情報も、一般的に既存の技法では利用可能でない。既存のＶＦＩ技法のさらなる欠点は、特定の関心位置において血流のポイント測定を実施することができないことを含み、結果、ＶＦＩが血流の詳細な時空間的情報を抽出する可能性がさらに制限され得る。本開示による例は、既存のＶＦＩシステム及び方法の欠点のうちの１つ又は複数に対処する。
【００１８】
[028]  血流時空間パターンは、心臓血管疾患が存在すると、正常から異常へと変化する。超音波ドプラフローイメージングが、血流血行動態を評価及び定量化するための広く使用されている診断ツールとなっている。しかしながら、その固有の角度依存性に起因して、従来のドプラ技法（例えば、カラードプラ）は、ビーム方向における一次元速度測定値しか提供せず、したがって、流れ方向の全分解能に関するそれらの性能を制限している。本発明の原理によれば、従来のドプライメージング技法の角度依存性制限を克服する、新興のベクトルフローイメージング（ＶＦＩ）技法が、より正確な流れ速度（速さ及び方向）測定値を得るために使用される。このとき、ベクトルフローイメージングを通じて得られるビーム角度無依存速度情報を使用して、擾乱した血流をより正確に識別及び定量化することができる。擾乱流は、一般的に、流れ方向及び速さにおいて大きい変動を呈する。多方向としても参照される、ビーム角度無依存の速度推定値を得ることができることによって、従来のドプラの制限を克服することができる、いくつかのＶＦＩ技法が開発されている。例えば、固定矢印ベースの、自由矢印ベースの、及びパスレットベースの視覚化のような技法が、さらに説明するように、流体流速度推定値の視覚化のために、本開示のいくつかの実施形態において使用される。本開示は、擾乱流の検出及び評価のためのＶＦＩベースの技法を利用するシステム及び方法に関する。これらの特徴は、流れパターンを特性化し、擾乱流を視覚化し、動脈狭窄及び心疾患の診断において医師を支援することができる。
【００１９】
[029]  図１は、本開示の実施形態によるシステム１００のブロック図を示す。本開示の実施形態による超音波イメージングデータを視覚化及び定量化するためのシステム１００は、ディスプレイユニット１１０と、ディスプレイユニット、並びに、身体構造１０１（例えば、血管）及び身体構造内を流れる流体を表す超音波データから画像を生成するための超音波イメージング装置１３０に通信可能に結合されているプロセッサ１２０とを含む。ディスプレイユニット１２０は、パッシブ又はタッチセンサ式ＬＣＤ、ＬＥＤ、又はＯＬＥＤ技術などの任意のタイプの適切なディスプレイ技術を使用して実施される。本明細書においては超音波スキャナとしても参照される、超音波イメージング装置１３０は、外部又は血管内プローブに収容される超音波アレイ１３２と、イメージングコントローラの制御下で、超音波アレイ１３２を使用して超音波ビームを方向付け、被験者（例えば、患者）から超音波エコーを受信するように動作するビーム形成器１３４とを含み、超音波エコーはその後、ビーム形成されて、さらなる処理及び画像生成のために１つ又は複数のプロセッサに送信される。いくつかの実施形態において、プロセッサ１２０及び／又はディスプレイユニット１１０、又はそれらの組み合わせ（プロセッサ１２２、１２４、及び１２６のうちの１つ又は複数など）は、例えば、ＰＨＩＬＩＰＳによって提供される、ＳＰＲＡＱ又はＥＰＩＱ超音波システムなどの超音波イメージングシステムのいずれかである超音波イメージング装置１３０と統合される。いくつかの例において、プロセッサ１２０は、付加的に又は代替的に、例えば、臨床医によるデータの視覚化及び定量化の前に実施されるイメージングセッションからのものであり、後にプロセッサ１２０によってアクセスするためにメモリ（例えば、画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）のメモリ記憶デバイス）に記憶されているイメージングデータなど、超音波イメージングデータを受信するように構成される。
【００２０】
[030]  プロセッサ１２０は、ディスプレイユニット１１０上に表示するための、２つ以上のイメージングモード（例えば、Ｂモード、ドプライメージング、ベクトルフローイメージングなど）と関連付けられる超音波イメージングデータを生成するように構成される。その目的のために、プロセッサは、Ｂモード画像を生成するように構成されているＢモードプロセッサ１２２と、ドプラ画像（例えば、カラーフロードプラ、スペクトルドプラ、及びカラーパワーアンジオ（ＣＰＡ）画像などのパワードプラ）を生成するように構成されているドプラプロセッサ１２４とを含む。いくつかの例において、画像１１２−１は、複数のイメージングモードから取得されるイメージングデータのオーバーレイとして表示される。例えば、二重（例えば、Ｂモード／ドプラ）イメージングにおいて、解剖学的構造のグレースケール画像（すなわち、Ｂモード画像）が、カラーフロードプラデータと重ね合わされて、例えば、カラーフロードプラ画像が提供される。いくつかの実施形態において、プロセッサ１２０は、身体構造内を流れる流体の軸方向及び側方速度成分を含むベクトル場データを生成するように構成される。その目的のために、プロセッサ１２０は、イメージング装置１３０から受信される、ビーム形成されているＲＦ信号からビーム角度無依存速度推定値を生成するように構成されているベクトルフロープロセッサ１２６を含む。プロセッサ１２０は、ベクトル場データに基づいてベクトルフローイメージング（ＶＦＩ）データを生成するようにさらに構成され、このデータは、Ｂモード／ドプラ二重イメージングと同様に、バックグラウンドＢモード画像上に重ね合わされる。
【００２１】
[031]  本発明の原理によれば、プロセッサ１２０は、多方向速度データ又はベクトル場データとしても参照される、流体粒子のビーム角度無依存速度（例えば、身体構造内を流れる流体の軸方向速度成分、側方速度成分、及び、３Ｄイメージングの場合には高度速度成分）を推定し、多方向速度データに基づいて視覚化データを含む１つ又は複数の画像１１２−１を表示するように構成される。プロセッサ１２０は、軸方向及び側方速度成分に基づいて画像内の複数の流れ方向を決定し、流れ方向マップを作成するなどのために、流れ方向角度に基づいて流れ方向を差別的に符号化するように構成される。例えば、画像の流れ領域内の任意の所与の位置における（例えば、身体構造によって包含される領域に対応する、流れ領域として定義される画像の領域内のすべてのピクセルにおける）流れの方向が、ベクトル場データから得られ、さらに後述するように、さらなる視覚化及び定量化に使用される。いくつかの例において、多方向速度データ（例えば、軸方向及び側方速度成分）は、その後、流れ領域内の流れ方向位置などの多方向流れデータから得られるパラメータを色において符号化する、例えば、流れ方向マップなどのカラーマップ１１３を生成するために使用される。本開示のカラーマップはビーム角度無依存速度推定値に基づくため、正確な流れ方向を提供せず、本開示ではなく、流れパラメータの定量化も可能にしない従来のカラーフロードプラを使用して得られないような、流れと関連付けられるパラメータ（例えば、流れ方向及び／又は流れと関連付けられる定量的情報）のより正確な視覚化が達成される。
【００２２】
[032]  いくつかの実施形態において、プロセッサ１２０は、流れ領域内の関心領域（ＲＯＩ）の選択を受信し、ディスプレイユニット１１０に、ＲＯＩ内の流れ方向に関する追加の定量的情報を同時に表示させるように構成される。プロセッサによって受信されるＲＯＩの選択は、ユーザ入力に応答し、又は、プロセッサ１２０による関心領域の自動識別に応答する。いくつかの実施形態において、ＲＯＩが選択されると、プロセッサ１２０は、ディスプレイユニット１１０に、１つ又は複数のヒストグラムなどのＲＯＩに関する追加の定量的情報１１２−２を表示させるように構成される。本明細書において説明されるものとしては、プロセッサ１２０は、１Ｄ又は２Ｄヒストグラムを生成するために、多方向速度データを使用して統計分析を実施するように構成される。本発明によれば、ＲＯＩ内の各ピクセルにおける流れ方向、各ピクセルにおける大きさ、又は、様々な統計パラメータ（例えば、平均、メジアン、標準偏差、又はより高次の統計パラメータなどの統計的変動性の測度）を含む様々なパラメータが、１Ｄ又は２Ｄヒストグラムにプロットされる。例えば、システム１００は、統計分析（例えば、平均、標準偏差、及び／又はより高次の統計値）を伴う流れ方向及び／又は速さのヒストグラムの形態で、流れ分布を表示する。ベクトル場データ（例えば、ＶＦＩ画像又は流れ方向マップ画像）の視覚化は、（例えば、画像及びヒストグラム内にプロットされる統計データの各々がリアルタイムで動的に更新される場合）リアルタイムで静的に又は動的に、ヒストグラムと同時に表示される。他の例において、表示は、イメージングシステム上でリアルタイムにではなく、分析ワークステーション上で表示するために生成されるときなどは、遡及的なものであってもよい。また他の例では、画像は、イメージングシステムがフリーズモードにあるときにシネループを使用することなどによって、遡及的なものであってもよい。
【００２３】
[033]  システムのいくつかの実施形態において、多方向速度データ（例えば、軸方向及び側方速度成分）が推定された後、プロセッサ１２０は、統計的に有意な流れ方向を含む流れ部分領域を自動的に決定し、ディスプレイユニットに、身体構造及び識別されている統計的に有意な流れ部分領域を含む画像を表示させるように構成される。すなわち、いくつかの実施形態において、統計分析は、ＲＯＩを識別し、加えて、任意選択的に、流れ領域の追加の視覚化（例えば、ベクトルフローマップ又は流れ方向カラーマップ）が生成及び表示されるか否かにかかわらず、ＲＯＩと関連付けられるヒストグラムを表示するために使用される。いくつかの実施形態において、統計的に有意な流れ方向を含む流れ部分領域は、閾値以上の移動平均及び／又は標準偏差と関連付けられる流れ方向を含む流れ領域内の領域又はＲＯＩである。いくつかの実施形態において、プロセッサ１２０は、自動的に識別されている部分領域内の流れ方向のヒストグラムを同時に表示するようにさらに構成される。ヒストグラムは、部分領域内の流れ方向及び流れ方向速度の２Ｄヒストグラム又は３Ｄヒストグラムである。
【００２４】
[034]  いくつかの実施形態において、プロセッサ１２０は、ディスプレイユニット１１０に、２つ以上の超音波画像１１２−１、及び、場合によっては付加的に、同時に流体流に関する定量的情報（例えば、ヒストグラム）を表示させるように構成される。例えば、流れ方向マップを含む画像は、同じく軸方向速度成分及び側方速度成分に基づくベクトルフローイメージング（ＶＦＩ）データと同時に表示される第１の画像である。流れ方向を有する画像と同様に、ＶＦＩデータは、身体構造の別の背景Ｂモード画像上に重ね合わされる。流れ方向及びＶＦＩデータを含む表示は、例えば、画像をリアルタイムで表示するとき、対応するフレームが２つのベクトルフロー視覚化表示の各々に表示されるように、同期される。さらなる定量的分析（例えば、統計分析及び表示）のためのＲＯＩの選択は、ＲＯＩがユーザによって選択される場合、流れ方向マップ表示又はＶＦＩ表示のいずれかに対する相互作用（例えば、ウィンドウのクリック及びドラッグ）によって行われる。いくつかの実施形態において、本明細書において説明されている視覚化及び定量化システムは、本明細書において説明されている機能を有する超音波イメージングシステムを提供するために、超音波イメージング装置によって組み込まれる。そのような超音波イメージングシステムの一例を、図８を参照しながら下記にさらに説明する。
【００２５】
[035]  図２は、本開示の実施形態によるシステムの構成要素のブロック図を示す。システム２００の構成要素は、本明細書におけるいくつかの例による視覚化及び定量化のためのシステムによって提供されるユーザインターフェースウィンドウを示す図３〜図６も参照しながら説明する。本発明の原理をより良好に例示するのを補助するために、身体構造の超音波画像の画面キャプチャの複数の例が、図３〜図６に示されている。図２に示すように、システム２００は、プロセッサ２０３及びディスプレイユニット２５２を含む。プロセッサ２０３は、超音波イメージングシステムの一部であり、走査されている解剖学的構造（例えば、血管などの身体構造１０１及び身体構造内を流れる流体）のＢモード画像を生成するように構成されているＢモードプロセッサ２０５を含むか、又は、Ｂモードプロセッサと通信可能に結合される。
【００２６】
[036]  本発明の原理によれば、プロセッサ２０３は、多方向速度データを生成し、ユーザが、多方向速度データの諸態様を視覚化及び定量化することを可能にするように構成される。その目的のために、プロセッサ２０３は、速度ベクトル推定手段２１０及び視覚化プロセッサ２２０を含む。速度ベクトル推定手段２１０は、交換可能にベクトル場データ２１５として参照される、流れ領域内の任意の所与の位置における流体のビーム角度無依存速度を推定するために、受信信号（例えば、超音波イメージング装置の信号プロセッサから受信される直交又はＩ／Ｑ信号）を処理するように構成される。ベクトル場データ２１５は、本開示の文脈において、身体構造内を流れる流体のビーム角度無依存速度推定値（例えば、軸方向、側方及び／又は高度速度成分）を含む。速度ベクトル推定手段２１０は、例えば、速度ベクトル推定を可能にするのに十分に高いフレームレートを得るために十分に高いパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）において実施される超高速ドプライメージングを使用して、横振動法若しくは合成開口法（例えば、Ｊｅｎｓｅｎ他によって「Ｒｅｃｅｎｔ  ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｂｌｏｏｄ  ｆｌｏｗ  ｖｅｃｔｏｒ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｉｍａｇｉｎｇ」２０１１  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、２６２〜２７１ページに記載されている通り。当該文献の開示は、目的に応じてその全体が参照により本明細書に組み込まれる）を使用して、又は、任意の他のベクトルフローイメージング技法を使用してビーム角度無依存速度データを得るために、任意の現在知られている又は後に開発される技法を利用する。
【００２７】
[037]  速度ベクトル推定手段２１０は、ベクトル場データ２１５のフレーム２３２を出力し、フレーム２３２は、視覚化プロセッサ２２０に渡されるか、又は、例えば、ベクトル場視覚化データ２２６及び／若しくは統計分析を生成するために視覚化プロセッサ２２０によってアクセスされるまで、フレームバッファ２３０内に一時的に記憶される。例えば、ベクトル場データフレーム２３２は、時間平均された定量的表示又はヒストグラムを生成するのに十分な数のフレームが得られるまで、バッファ２３０内に記憶される。他の例において、バッファ２３０は、対応するＢモード画像フレームと同時に表示するためにアクセスされるまで、視覚化データのフレーム（例えば、ベクトルフローマップ又は流れ方向マップのフレーム）を記憶する。フレームバッファ２３０は、例えば、ベクトル場データ２１５のフレーム、ベクトル場視覚化データ（例えば、ベクトルフローマップ及び／又は流れ方向マップ）のフレームなどの、視覚化及び定量化プロセスの様々な段階において使用されるイメージングデータのフレーム、及び、ベクトルフローパラメータ、又は、ベクトルフローデータの統計分析を通じて得られる様々なパラメータの定量的情報（例えば、ヒストグラム又は他のグラフ若しくはプロット）を、そのようなデータがディスプレイ上でユーザに提示される前に、記憶する。いくつかの実施形態において、視覚化及び定量化データは、付加的に又は代替的に、永続記憶デバイス２０７（例えば、ＰＡＣＳサーバのメモリデバイス）に送信され、永続記憶デバイスにおいて、当該データは、さらなるアクセスのために記憶することができる。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０３は、付加的に又は代替的に、本開示に従って画像を生成するために必要な超音波イメージングデータの一部又は全部を、記憶デバイス２０７から受信する。説明されているように、プロセッサ２０３は、超音波イメージング装置から超音波イメージングデータ２０２をリアルタイムで（例えば、対象２０１及び対応して身体構造１０１を走査しながら）受信し、一方、他の実施形態では、プロセッサ２０３は、本明細書における例に従って画像を生成するために、以前に取得されている超音波イメージングデータを記憶デバイス２０７から取り出す。
【００２８】
[038]  ベクトル場データのフレームは、ビーム角度無依存速度データに基づいて複数の異なるタイプの視覚的及び定量的情報（例えば、画像フレーム２２６）を提供するように構成されている視覚化プロセッサ２２０に結合される。視覚化プロセッサ２２０は、ベクトルフローデータの特定の態様を視覚化するためにカラーオーバーレイを生成するように構成されているベクトルマッププロセッサ２２２及びカラーマッププロセッサ２２４のうちの少なくとも一方を含む。例えば、ベクトルマッププロセッサ２２２は、流れ領域と関連付けられる速度ベクトルの一部又は全部の視覚表現を生成する。本明細書においてベクトルフローマップとして交換可能に参照される、これらの視覚表現は、例えば、図３Ａ及び図４Ａに示すような、固定矢印視覚化、自由矢印視覚化、パスレットベースの視覚化、又は、他の適切なベクトルフローイメージング視覚化技法の形態である。カラーマッププロセッサ２２４は、流れ領域内の任意の所与の位置における流体流の、例えば、例として図３Ｂ、図４Ｂ、図５及び図６に示すような流れ方向などの、所与のパラメータのカラーマップを生成する。例えば、流れ方向カラーマップの場合、任意の所与の位置における流れ方向又は別の流れに関連するパラメータが、例えば、図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、色において符号化され、カラーマップとして提示される。流れ方向カラーマップ及び／又はベクトルマップは、ディスプレイユニット２５２上にリアルタイムで表示されるか、又は、さらなる分析のために（例えば、記憶デバイス２０７内に）記憶される、超音波画像フレーム２２６−１、２２６−２を生成するために、（例えば、身体構造１０１）の解剖学的構造の背景Ｂモード画像の対応するフレームと重ね合わされる。複数の時間的に連続する画像フレームが、Ｂモード画像データ上に重ね合わされたベクトルフロー視覚化データのシネループを生成するために表示及び／又は記憶される。したがって、ここでの例によれば、システム２００は、対応するＢモード画像上に重ね合わされたベクトルフローマップを含む１つ又は複数の超音波画像２２６−２を生成し、付加的に又は代替的に、対応するＢモード画像上に重ね合わされた流れ変数のカラーマップ（例えば、流れ方向マップ）を含む１つ又は複数の超音波画像２２６−１を生成する。いくつかの例において、カラーマッププロセッサ２２４は、代替的に又は付加的に、例えば、例として図１０及び図１１に示すように、流れ方向の標準偏差などの速度ベクトルに基づく統計分析を通じて得られる統計的変動性パラメータなどの、流れに関連付けられる１つ又は複数の異なるパラメータのカラーマップを生成する。例えば、図１０及び図１１に示すように、所与の時間期間（例えば、０．２秒）にわたって時間平均される流れ方向の標準偏差が、ピクセルごとに計算され、本明細書における他の例におけるようなヒストグラムではなく、カラーマップ１００６−ｂ、１１０６−ｂとして表示される。図１０及び図１１の各々において、上側の画像（Ａ）は、流れ方向カラーマップ１００６−ａ、１１０６−ａの例を示し、下側の画像（Ｂ）は、それぞれの流れ方向カラーマップ１００６−ａ及び１１０６−ａと関連付けられる流��方向カラーマップ１００６−ｂ、１１０６−ｂの対応する標準偏差を示す。理解されるように、例えば、血流血行動態を理解するのを補助し、診断を補助するために、流れと関連付けられる様々な他のタイプのパラメータ（例えば、平均、メジアン、移動平均、その他などの他の統計的変動性パラメータ）を、ユーザに視覚的に提示することができる。
【００２９】
[039]  視覚化プロセッサ２２０は、流体流に関する追加の定量的情報２２６−３を提供するためにベクトル場データ２１５に対して統計分析を実施するように構成されている統計分析ユニット２２８をさらに含む。いくつかの実施形態において、統計分析は、ベクトルフローが得られた流れ領域内の部分領域と関連付けられるデータに対して実施される。選択関心領域（ＲＯＩ）としての参照される部分領域は、例えば、ユーザインターフェース２５０の制御パネル２５４を介したユーザ入力２５３に応答する。他の例において、選択ＲＯＩは、場合によっては、流れ領域の一部又は実質的に全部にわたって広く実施される統計分析に基づいて、プロセッサ２０３によって自動的に規定される。例えば、擾乱流の領域を識別するために流れ領域内の（例えば、血管内の）流れが分析され、最も大きい擾乱と関連付けられる領域が、初期選択ＲＯＩとして選択される。システムのいくつかの例において、プロセッサは、プロセッサによって選択されるＲＯＩを移動及び／又はリサイズするための後続のユーザ入力を受信するように構成される。またさらなる例において、プロセッサは、初期選択ＲＯＩと同時に分析及び／又は視覚化される追加のＲＯＩを選択するためのユーザ入力を受信するように構成される。図３〜図６を参照しながらさらに説明するように、流れ領域内の１つ又は複数のＲＯＩに関する定量的情報２２６−３が生成及び表示される。
【００３０】
[040]  ＲＯＩ選択は、ベクトルマッププロセッサ２２２又はカラーマッププロセッサ２２４のいずれかによって提供されるベクトルフロー視覚化データに基づく。すなわち、いくつかの例において、システムは、１つのタイプのオーバーレイ画像のみを表示し、ユーザは、提供されるオーバーレイのタイプについてＲＯＩを選択する。他の実施形態において、システムは、カラーマップオーバーレイ２２６−１及びベクトルマップオーバーレイ２２６−２を、場合によっては同時に、生成及び表示し、ユーザは、２つの画像のいずれかについて、定量化のためのＲＯＩを選択する。いくつかの例において、統計分析は、ユーザ又はシステムが表示されているカラーマップオーバーレイ画像に基づいてＲＯＩを選択するときなどに、カラーマップオーバーレイ２２６−１内で色分けされている同じ流れパラメータ（例えば、流れ方向）に対して実施される。他の例において、システムは、統計分析のための流れパラメータを指定するための追加のユーザ制御を（例えば、制御パネル２５４を介して）提供するように構成される。また、制御パネル２５４及びディスプレイ２５２は別個の構成要素として図解されているが、いくつかの実施形態において、制御パネル２５４又はユーザ制御を提供するための制御パネルの機能の少なくとも一部は、本明細書における例に従って画像を表示する機能をも提供するタッチセンサ式ディスプレイに組み込まれ、当該ディスプレイによって提供されることは理解されよう。
【００３１】
[041]  いくつかの例において、プロセッサ２０３の特定の機能は、機械学習によって増強される。例えば、プロセッサ２０３は、イメージングされているより大きい流れ領域から疑わしい領域を識別するように訓練されているニューラルネットワーク２７０に通信可能に結合される。そのような例において、統計分析ユニット２２８は、選択ＲＯＩを識別するために統計分析ユニット２２８によって計算される変動性の１つ又は複数の測度に対して比較するための閾値化パラメータなどの入力を受信する。いくつかの例において、ＲＯＩ識別は、実質的に、ニューラルネットワークによって実施され、ニューラルネットワークは、血管閉塞（例えば、血管狭窄）又は他のタイプの血管疾患を示す特定の流れパターンを認識するように訓練される。ニューラルネットワーク２７０は、例えば、人種、年齢、性別などの患者内及び患者間変動、並びに、疑わしい領域の識別に影響を与える他の要因を捉える多種多様な対象セットからの訓練サンプル（例えば、以前の患者スクリーニング）を使用して訓練される。訓練されているニューラルネットワーク２７０はその後、走査されている対象（例えば、患者）に関する情報を受信し、その後、さらなる定量化のために疑わしい領域を識別するための閾値を識別するか又は統計分析ユニット２２８に提供する。訓練サンプルは、データ記憶デバイス（例えば、データ記憶装置２０７又はクラウド）から取り出される。
【００３２】
[042]  ここで図３〜図６も参照して、本開示による視覚化及び定量化データのさらなる例を説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、所与の瞬間における、身体構造４０１を通る、この場合は健常な頸動脈を通る血流を示す、それぞれ超音波画像３３６−２及び３３２−１の画面キャプチャを示す。図３Ａの画像３３６−２において、速度ベクトルデータの視覚化は、ベクトルフローマップ３０４の形態で与えられ、一方、図３Ｂの画像３３６−１においては、視覚化は、カラーマップ３０６の形態で与えられる。図３Ｂの例のカラーマップ３０６を生成するために、流れ領域内の任意の所与の位置又はピクセルにおける流れ方向は、色において符号化され、表示のために解剖学的構造の背景画像３０５上に重ね合わされる。各タイプの視覚化データは、カラーキー（例えば、それぞれ画像３３６−２及び３３６−１と同時に表示されるようなカラーキー３０２−２及び３０２−１）と関連付けられ、当該カラーキーを伴う。追跡される流体粒子の個々の経路が矢印又はパスレット（この場合はパスレット）を使用して視覚化されるベクトルフローマップの場合、例えば、最小速度と最大速度とに２つの異なる色を割り当て（例えば、０ｃｍ／ｓの最小の速度の大きさには黄色、この場合は６０ｃｍ／ｓである最大速度には赤色）、最小及び最大速度と関連付けられる２つの色の間の色のグラデーションを線形補間し、その後、ベクトルフローマップにおいて対応する色値をパスレットに割り当てることによって、速度ベクトルの大きさが、色において符号化される。色のグラデーションは、画像３３６−２とともにカラーキー３０２−２として表示される。
【００３３】
[043]  カラーマップ３０６と重ね合わされる画像３３６−１の場合、マッピングされるパラメータ、この場合は流れ方向は、カラーキー３０２−１を使用して符号化される。いくつかの例において、カラーマップと関連付けられるカラーキー３０２−１は、少なくとも３つの原色を３つの明白に区別できる流れ方向に割り当て、流れ方向の全範囲に対して色のグラデーションを生成するために隣接する原色の各対の間に色のグラデーションを生成することによって、規定される。任意の所与の位置における流れの方向は、公称方向（例えば、画像の左側から右側へと向かう公称側方方向）と、その所与の位置における側方及び軸方向速度成分によって規定されるものとしての速度ベクトルとの間の角度に関して規定される。したがって、側方成分及びゼロ軸方向成分のみを有する速度ベクトルは、速度ベクトルが画像の左側を指しているか又は右側を指しているかに応じて、０度又は１８０度のいずれかの流れ方向を規定する。図３Ｂの特定の例において、カラーキーは、３つの原色である赤、青及び黄を使用して規定される。赤色は、０度の流れ方向、すなわち、この例では画像の左から右への方向における純粋に側方の速度ベクトルに割り当てられる。このとき、青色は、１８０度の流れ方向、すなわち、この例では、画像の右から左への方向を向いている純粋に側方の速度ベクトルに割り当てられ、黄は、この例ではそれぞれ画像の下から上への、又は、画像の上から下へのいずれかの方向にある流れを示す純粋に軸方向の速度ベクトル（すなわち、ゼロの側方成分を有する）である、＋９０度又は−９０度のいずれかの方向に割り当てられる。色のグラデーション（例えば、原色間の線形補間による）が生成され、それぞれの色が、カラーマップを生成するために、流れ領域内の速度ベクトルの各固有の方向に割り当てられる。図３Ｂの例は、流れ領域内のすべての位置における流れ方向をマッピングするカラーマップ３０６を示しているが、本発明の他の実施形態では、代わりに、例えば、各ピクセルにおける速度の大きさ、又は、流れ方向の変動性の統計的測度、又は、すべての位置若しくはピクセルにおける大きさなどの、ベクトル場の変動性の異なるパラメータがマッピングされてもよい。また、カラーキーは、異なるフォームファクタを使用して視覚的に提示されてもよい。例えば、図３Ｂに示すように、カラーキーは、画像内の振幅の範囲を識別するＢモード画像のグレースケールキーを提供するためにも一般的に使用される一般的なフォームファクタである、カラーバーの形態である。
【００３４】
[044]  他の実施形態において、カラーキーの視覚表現は、図４Ｂに示すような、カラーホイールの形態である。図３Ａ及び図３Ｂと同様に、図４Ａ及び図４Ｂは、身体構造の超音波画像の画面キャプチャを示し、この場合は、プラークを有する頸動脈を通る流れを示す。画像４３６−１及び４３６−２の各々は、速度ベクトル場の視覚化を可能にするために色データと重ね合わされている。図３Ａ及び図３Ｂの例と同様に、画像４３６−１は、ここでも流れ方向をマッピングされているパラメータとして図解する、カラーマップ４０６と重ね合わされており、画像４３６−２は、ベクトルフローマップ４０４と重ね合わされている。ベクトルフローマップは、画像４３６−２とともに表示されているカラーキー４０２−２と関連付けられ、カラーマップ４０６は、画像４３６−１とともに表示されているカラーキー４０２−２と関連付けられている。この例において、カラーキーは、ｘ−ｙ座標フレームと関連付けられているカラーホイールの形態である。座標フレームの正のｘ軸は、０度又は公称流れ方向と整列され、正のｙ軸は、＋９０度の流れ方向と整列される。例えば、隣接する原色の間を補間することによって、色のグラデーションが上述したように生成され、この場合、色のグラデーションは、カラーマップ４０６内の異なる流れ方向に対応する色の視覚的指示を提供するために、カラーホイールと重ね合わされる。
【００３５】
[045]  特定の例が、流体の流れ方向のカラーマッピングを参照して説明されているが、カラーマップは、流れの任意のタイプの変動を視覚化するために使用されることが理解されよう。すなわち、カラーマップは、例えば、色分けされ、解剖学的構造の画像に重ね合わされている、流れ領域内の各位置の局所的な標準偏差又は何らかの他の統計的測度など、任意のタイプの変動性表示を提供する。流れの方向、大きさ又はその組み合わせの変動を定量化する値が生成される。これらの変動は、空間的な統計的測度と考えられる。このとき、流れの変動（すなわち、任意の所与の領域における流れの多様性の測度）を定量的に表示するために、ヒストグラムが使用される。空間及び／又は時間平均されたデータが、本発明の例に従ってヒストグラムを生成するために使用される。
【００３６】
[046]  図５Ａ及び図５Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂに示す頸動脈流と関連付けられる２つの選択されている問い合わせ領域（又は交換可能にＲＯＩ５０３−１ａ及び５０３−１ｂ）における例示的なヒストグラム（例えば、５２６−３ａ及び５２６−３ｂ）を示す。図６Ａ及び図６Ｂは、図４Ａ及び図４Ｂに示す頸動脈流と関連付けられる２つの選択されている問い合わせ領域（又はＲＯＩ５０３−１ｃ及び５０３−１ｄ）における例示的なヒストグラム（例えば、５２６−３ｃ及び５２６−３ｄ）を示す。説明されているように、ベクトル場視覚化データが生成及び表示された後、問い合わせ領域又はＲＯＩが、例えば、ユーザ入力に応答して選択される。ユーザは、ベクトル場視覚化表示上に（例えば、画像３３６−１又は３３６−２のいずれかの上に）カーソルを置き、カーソルによって多角形形状を描くことによって、ＲＯＩの輪郭を描く（タッチセンサ式ディスプレイの場合は、指又はスタイラスを使用して、ディスプレイ上でＲＯＩを選択するか又はその輪郭を描く）。その後、選択ＲＯＩ内の位置（すなわち、ピクセル）について、システムによってさらなる定量化が実施される。システムは、流れの方向、速さ、又は、流れの方向若しくは速さと関連付けられる統計分析（平均、標準偏差及び／又はより高次の統計値）のヒストグラムの形式で、ＲＯＩ内の流れ分布を表示する。またさらなる例において、パラメータの組み合わせが、２Ｄヒストグラムを使用して表示される（例えば、図６Ｃ及び図６Ｄに示すように）。
【００３７】
[047]  システムは、短い時間期間（心周期の一部）にわたる、選択ＲＯＩの流れ方向ヒストグラムを生成する。そのため、図５〜図６の例においてヒストグラム内に表示される流れ方向値は、時間平均されたベクトルフローデータ（図解されている例においては、心収縮の前後の０．２秒の期間にわたって平均されている）に基づく。時間平均のための時間期間は、ユーザが指定するか、又は、予めプログラムされ、いくつかの例では、付加的に且つ任意選択的に、ＥＣＧ信号を使用して規定される。ヒストグラムは、静的であるか、又は、リアルタイムで動的に更新される。いくつかの例では、ヒストグラムは、例えば、イメージングシステムがフリーズモードにあるとき、シネループから遡及的に生成される。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、健常な頸動脈を通る流れは、一般的に層流であり、したがって、流れの支配的な方向を中心とする狭帯域のヒストグラムをもたらす。ＲＯＩ５０３−１ａと５０３−１ｂの両方が、同様に、健常な層流を示す狭帯域のヒストグラムを生成する。２つの選択領域５０３−１ａ及び５０３−１ｂにおける流れ方向の相対的に狭い又は密な分布は、均一な断面を有する健常な完全に開かれた体腔を示す。対照的に、図６Ａ〜図６Ｄの例において、第２の選択領域５０３−１ｄのヒストグラムは、流れ方向のより広い分布を示し、したがって、変動がより大きく、したがって流れがより擾乱していることを示し、これは、プラーク堆積などの血管閉塞、又は、血管疾患を示す流れの乱れの他の理由を示す。
【００３８】
[048]  他の例において、複数のパラメータを同時にプロットし、例えば図６Ｃ及び図６Ｄに示すような３Ｄ様式で提示される２Ｄヒストグラム（例えば、５２６−３ｅ及び５２６−３ｆ）が生成される。特定の図解例において、流れ方向と流れの速さの両方が、図６Ａ及び図６Ｂにも示した、それぞれ同じ２つの領域５０３−１ｃ及び５０３−１ｄと関連付けられるヒストグラム５２６−３ｅ及び５２６−３ｆ内に表示される。ヒストグラム５２６−３ｅから観察することができるように、体腔を通じた定常流は、中心においてより高い速度を有し、体腔の壁に向かってより低い速度を有する傾向にあるために、一般的であるように、第１の領域（５０３−１ｃ）は、ＲＯＩにわたる流れ方向の相対的に均一な又は狭い分布、及び、一般的に、速度の大きさの鐘形の分布を呈する。対照的に、第２の領域（５０３−１ｄ）は、ＲＯＩにわたる流れ方向のあまり均一でない又はより広い分布、及びまた、速度次元におけるあまり規則でない形状の分布を呈する。そのため、２Ｄヒストグラムは、医師がより良好な判断を行うのを助ける追加の定量的情報を明らかにする。
【００３９】
[049]  説明されているように、ＲＯＩは、場合によっては、統計分析に基づいてなどシステムによって選択される。例えば、システムは、最初に、流れの変動性を有する部分領域を識別するために、より広い流れ領域に対して統計分析を実施する。識別されると、システム選択ＲＯＩ（測定又は統計分析ボックスとしても参照される）の視覚的指標が画像上に提供され、ＲＯＩ内のそのピクセルと関連付けられる速度情報（例えば、流れの方向、大きさ、及びそれらの組み合わせ）及び／又は統計データが、表示のためにフォーマット化される（例えば、本明細書において説明されているヒストグラムにおいて提示される）。場合によっては、システムは、ユーザが、流れ領域の他の部分に関する定量的及び／又は統計的情報を表示するために統計分析ボックスをリサイズ及び／又は移動させることを可能にするように構成される。ベクトル場データ及びカラーマップの視覚化などの表示をリアルタイムで生成するとき、様々な表示が、同じリフレッシュレートで同期及び表示される。
【００４０】
[050]  説明されているように、本開示によるベクトルフローマップは、例えば、追跡されている粒子が進行する経路の前方部分の視覚表現を生成し、動的に更新することによって、パスレットベースの視覚化技法を使用して生成される。このように、例えば、パスレットを（リアルタイムで又はシネループ視覚化の一部として遡及的に）更新することによって、ベクトルフロー画像は、追跡される粒子（例えば、血流）の動きの視覚的な合図を提供する。各パスレットは、先端からの距離が所与の閾値を超えると、消え始める。すなわち、パスレットのヘッドは常にテールよりも不透明であり、表示を繁雑にする矢印を含むことなく、静止画像においても、パスレットの動く方向（すなわち、流れる方向）をより容易に識別することを可能にする。加えて、パスレットが色分けされ、及び／又は、パスレット長が速度の大きさに比例し、これらの特徴の両方が、ユーザが速度の大きさをより容易に視覚化するのを助ける。
【００４１】
[051]  図７は、パスレット６０３−１及び６０３−２を含む、パスレットベースのベクトルフローマップの２つの連続するフレーム６０１（すなわち、フレームＮ及びＮ＋１）の部分拡大図を示す。ベクトルフローマップ内のパスレット及びベクトルフローマップ全体は、パスレットの長さ（代替的に、又は付加的且つ任意選択的に、持続時間）、幅、及び密度、新たなパスレットの生成速度（又は代替的に古いパスレットの消滅速度）、パスレットのマッピングの色範囲、ディスプレイフレームレート、並びに、フローマスクの透明度及び色を含む、いくつかのパラメータを使用して規定され、これらのパラメータのいずれかは、システムの診断性能を損なうことなく所望の視覚化効果を得るために（イメージングの前又は間に）ユーザ構成可能である。
【００４２】
[052]  パスレットを生成するために、最初に、ベクトル場データの複数のフレームが保存され、例えば、複数の初期フレームの上で追跡されている粒子の軌跡を補間することによって、各フレームについてパスレットが生成される。各後続のフレームについて、後続のフレームと関連付けられる速度ベクトルデータに基づいて、パスレットが更新される。例えば、図６Ａ及び図６Ｂにおいて、パスレット６０３−１及び６０３−２は、２つの追跡されている流体粒子の軌跡の前端部分を示し、そのうちの１つの最後のいくつかの位置が、点Ｎ＋１、Ｎ、Ｎ−１、Ｎ−２、Ｎ−３、Ｎ−４、及びＮ−５によって示されており、これらの点は、それらが関連付けられるフレームを示すように、説明のためにそのようにラベル付けされている。各フレーム内の最前点が、そのフレーム内の追跡されている流体粒子の推定位置を示す。各フレーム内のパスレットの最前点（例えば、フレームＮ内の点Ｎ及びフレームＮ＋１内の点Ｎ＋１）は、パスレットのヘッド６０５として参照される。パスレットは、新たな位置への粒子の動きを反映するように、フレームごとに更新され、したがって、この動きは、各更新フレームにおいてパスレットのヘッド６０５の位置を変更することによって、ディスプレイ上で視覚化される。追跡されている粒子、及び、したがって、ヘッド６０５の新たな位置は、リアルタイムで又は視覚化の前に取得することができる、ビーム角度無依存速度推定値（すなわち、２Ｄマップの場合の軸方向及び側方速度成分、又は、３Ｄマップの場合の軸方向、側方及び高度速度成分）を使用して計算される。例えば、追跡されている粒子の軸方向変位は、Ｖｚ／ｆＦＲとして計算され、追跡されている粒子の側方変位はＶｘ／ｆＦＲとして計算され、ここで、Ｖｘはヘッドの側方速度（ｍ／ｓ）であり、Ｖｚは軸方向速度（ｍ／ｓ）であり、ｆＦＲは追跡フレームレート（Ｈｚ）である。これらの離散的な点の補間（線形又は三次）によって、連続的で滑らかなパスレットが生成され、その後、エイリアシングのない線として表示される。
【００４３】
[053]  経時的に、粒子の軌跡の後端は消えてゆき、例えば、ディスプレイ上が繁雑になるのを低減するために、軌跡の前端部分のみがディスプレイ上に示される。表示されるパスレットの後端はパスレットのテール６０７として参照される。パスレット（例えば、パスレット６０３−１及び６０３−２）は、異なる位置における速度の大きさに基づいて色分けされる（すなわち、先行するフレーム内の粒子の位置と現在のフレーム内の粒子の位置との間の各セグメント６０９は、現在のフレーム内の粒子の推定される速度の大きさを反映する）。ベクトルフローマップのカラーキー（例えば、それぞれ図３Ａ及び図４Ａ内のベクトルフローマップと関連付けられるキー３０６−２又は４０６−２）が、ベクトルフロー画像と同時に表示される。色分けに加えて、各パスレットの透明度が、線形に分布し、ヘッド６０５において最も不透明であり、低減していって、テール６０７において最も透明度が高くなる。透明度分布はまた、フレームごとに更新される。すなわち、新たなフレームにおいて新たなセグメント６０９が加わると、透明度は線形に再分布され、ヘッド６０５において最も不透明（例えば、５０％など）になり、低減していって、テール６０７において例えば１００％の透明度になる。透明度は、パスレットの長さに沿ってピクセルごとに、又は、セグメントごとになど、線形に分布する。このように、パスレスの透明度分布によって、たとえ静止画像であっても、流れの方向がより容易に識別されるようになる。
【００４４】
[054]  前述のように、各パスレットは、事前に設定されるか又はユーザが定義する、最大長を有する。パスレットがフレームごとに更新されるとき、パスレットは、同じテールを維持しながらヘッドに新たなセグメントが加わることに起因して、フレームごとに長さが増大する。パスレットは、その最大長に達すると（例えば、一定のフレーム数だけ更新された後）、粒子の最も古い位置及び対応して最後端のセグメント（テールセグメントとしても参照される）を削除することによって、最大長よりも短い長さを維持する。パスレットが更新される各フレームによって、パスレットが持続時間によってさらに規定される場合、所与のパスレットの寿命変数が最大寿命に達するまで、パスレットの寿命変数が増分され、最大寿命の点において、パスレットは表示から除去される。例えば、代替的に又は付加的に、各パスレットは、パスレットが生成されるときに、最大パスレット長と最大寿命との間でランダムに生成される整数変数を使用して規定することができる、寿命を有する。パスレットの寿命は、フレームごとに（例えば、パスレットが更新される度に）１だけ低減される。寿命がゼロに達すると、パスレットはベクトルフローマップから削除される。同時に、又は、異なるフレームにおいて新たなパスレットが作成され、別のランダムな寿命が新たなパスレットに割り当てられる。この寿命の特徴によって、パスレットのバランスの取れた空間分布が維持される。
【００４５】
[055]  パスレットは、任意の後続のフレームに対して反復的プロセスを使用して更新される。入力（例えば、側方位置（ｘ）、軸方向位置（ｚ）、側方速度ＶＸ、及び軸方向速度（ＶＺ）を含む配列変数、並びに、「パスレットのヘッド」及び「パスレットの寿命」を含む２つの整数変数）がベクトルフロープロセッサによって受信されると、パスレットの位置及び寿命が調べられる。パスレットが流れ領域内に位置し、且つ、その寿命がゼロよりも大きい場合、このパスレットはアクティブなパスレットとして規定される。パスレットが流れ領域の外側に動き、又は、その寿命がゼロである場合、このパスレットは非アクティブなパスレットとして規定される。任意のアクティブなパスレットについて、新たなヘッドが速度マップに基づいて計算され、寿命が１だけ低減される。任意の非アクティブなパスレットが、表示から削除される。非アクティブなパスレットは、例えば、置換パスレットの新たな位置及び新たな寿命をランダムに生成することによって、新たなパスレットと置き換えられる。各パスレットのデータ構造が更新された後、ベクトルフロープロセッサは、パスレットを視覚化するために、（例えば、補間によって）滑らかで連続的な、エイリアシングのない線を生成する。各パスレットに対応する線の色は、速度の大きさに基づいて色分けされ、色分けされたパスレットの透明度が、ディスプレイ上にレンダリングするためにその長さに沿って（すなわち、パスレットの新たなヘッドから新たなテールまで）分布させられる。
【００４６】
[056]  図８は、本開示による超音波システム８００のブロック図を示す。システム８００の構成要素の一部又は全部は、例えば、図１の超音波イメージング装置など、本明細書に記載されている視覚化及び定量化システムのうちのいずれか１つの構成要素を実施するために使用される。いくつかの実施形態において、システム８００は、例えば、図２を参照して説明されているような、本明細書において説明されている例のいずれかによるプロセッサ（例えば、プロセッサ８５０）及びディスプレイユニット（例えば、ディスプレイ８３８）を含む。超音波システム８００は超音波トランスデューサアレイを含む。図解された例において、超音波トランスデューサアレイ８１４はプローブ８１２内に設けられる。いくつかの例において、アレイ８１４は、各々がトランスデューサ素子のサブアレイを含む、複数のパッチを使用して実施され、アレイ８１４は、イメージングされる被験者に対して共形に配置されるように構成されている。アレイ８１４は、関心領域に向かって超音波を送信し、関心領域（ＲＯＩ）をイメージングするためのエコーを受信するように動作可能である。例えば、線形アレイ、湾曲アレイ、又はフェーズドアレイなど、様々なトランスデューサアレイが使用される。アレイ８１４は、例えば、２Ｄ及び／又は３Ｄイメージングのための高度次元と方位次元の両方における走査が可能なトランスデューサ素子の二次元アレイを含む。
【００４７】
[057]  アレイ８１４は、マイクロビーム形成器に結合され、マイクロビーム形成器は、プローブ又は超音波システム基部（例えば、Ｐｈｉｌｉｐｓによって提供されるＳＰＡＲＱ又はＥＰＩＱ超音波システムなどのカートベースのシステム）内に配置される。マイクロビーム形成器は、アレイによる信号の送信及び受信を制御する。アレイ８１４は、マイクロビーム形成器８１６を介して超音波システム基部に結合され、マイクロビーム形成器８１６は、典型的には基部内に位置する送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ８１８に（有線又はワイヤレス接続を介して）結合される。Ｔ／Ｒスイッチ８１８は、例えば、メインビーム形成器８２２を高エネルギー送信信号から保護するために、送信と受信との間で切り替えるように構成されている。いくつかの実施形態において、Ｔ／Ｒスイッチ８１８及びシステム内の他の要素の機能は、ＰＨＩＬＩＰＳによって提供されるＬＵＭＩＦＹシステムなどの可搬式システムに結合するように動作可能なプローブなどのプローブ内に組み込まれる。プローブ８１２は、無線又はワイヤレス接続を使用して基部に通信可能に結合される。
【００４８】
[058]  アレイ８１４からの超音波パルスの送信は、ユーザインターフェース８２４のユーザの操作からの入力を受信する、Ｔ／Ｒスイッチ８１８に結合されている送信コントローラ８２０及びビーム形成器８２２によって方向付けられる。ユーザインターフェース８２４は、制御パネル８４２などの１つ又は複数の入力装置を含み、入力装置は、１つ又は複数の機械式制御装置（例えば、ボタン、エンコーダなど）、タッチセンサ式制御装置（例えば、トラックパッド、タッチスクリーンなど）、及び他の既知の入力装置を含む。送信コントローラ８２０によって制御される別の機能は、ビームがステアリングされる方向である。ビームは、アレイ８１４の送信側からまっすぐに（直交して）、又は、より広い視野に対しては異なる角度においてステアリングされる。ビーム形成器８２２は、個々のパッチのトランスデューサ素子のグループからの部分的にビーム形成された信号を合成して、完全にビーム形成された信号にする。ビーム形成された信号は、信号プロセッサ８２６に結合される。システム８００は、システム基部に設けられる、アレイ８１４によって検出されるエコーに応答して超音波画像データを生成するための１つ又は複数のプロセッサ（例えば、集合的にプロセッサ８５０として参照されるデータ及び画像処理構成要素）を含む。プロセッサ８５０は、超音波画像を生成し、超音波画像を表示するためのユーザインターフェースを提供するための、本明細書に記載されている機能を実施するように特別に構成されている１つ又は複数のＣＰＵ、ＧＰＵ、及び／又はＡＳＩＣを含むソフトウェア及びハードウェア構成要素において実施される。
【００４９】
[059]  例えば、システム８００は、バンドパスフィルタリング、デシメーション、Ｉ及びＱ成分分離、及び高調波信号分離などの様々な様式で、受信エコー信号を処理するように構成されている信号プロセッサ８２６を含む。信号プロセッサ８２６はまた、スペックル低減、信号合成、及びノイズ排除のような追加の信号増強も実施する。処理済み信号は、Ｂモード画像データを生成するためにＢモードプロセッサ８２８に結合される。Ｂモードプロセッサは、身体内の構造のイメージングのために振幅検出を利用することができる。Ｂモードプロセッサ８２８によって生成される信号は、スキャンコンバータ８３０及び多面リフォーマッタ８３２に結合される。スキャンコンバータ８３０は、エコー信号がそこから所望の画像フォーマットにおいて受信された空間的関係に、エコー信号を構成するように構成されている。例えば、スキャンコンバータ８３０は、二次元（２Ｄ）扇形フォーマット又はピラミッド形若しくは他の形状の三次元（３Ｄ）フォーマットにエコー信号を構成する。多面リフォーマッタ８３２は、例えば、米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）に記載されているように、身体の容積領域内の共通の平面内の点から受信されるエコーを、超音波画像（例えば、Ｂモード画像）に変換することができる。ボリュームレンダラ８３４が、例えば、米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎ他）に記載されているように、所与の基準点から見たときの３Ｄデータセットの画像を生成することができる。
【００５０】
[060]  付加的に又は代替的に、信号プロセッサ８２６からの信号はまた、ドプラプロセッサ８４２に結合され、ドプラプロセッサ１６０は、ドプラシフトを推定し、ドプラ画像データを生成するように構成される。ドプラ画像データは、従来の二重Ｂモード／ドプラ画像を表示するためにＢモード（又はグレースケール）画像データと重ね合わされるカラーフローデータを含む。いくつかの例において、ドプラプロセッサ８４２は、自己相関器などのドプラ推定手段を含み、速度（ドプラ周波数）推定は、ラグが１の自己相関関数の引数に基づき、ドプラパワー推定は、ラグが０の自己相関関数の大きさに基づく。動きはまた、既知の位相ドメイン（例えば、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴなどのようなパラメトリック周波数推定手段）又は時間ドメイン（例えば、相互相関）信号処理技法によって推定することもできる。加速度又は時間及び／若しくは空間速度微分の推定手段などの速度の時間又は空間分布に関連する他の推定手段を、速度推定手段の代わりに、又はそれに加えて使用することができる。いくつかの例において、速度及びパワー推定値は、ノイズを低減するための閾値検出、並びに、セグメント化、及び、充填及び平滑化のような後処理を受ける。その後、速度及びパワー推定値は、カラーマップに従って、所望の範囲の表示色にマッピングされる。ドプラ画像データとしても参照されるカラーデータは、その後、スキャンコンバータ８３０に結合され、スキャンコンバータ１３０において、ドプラ画像データは、所望の画像フォーマットに変換され、血流を含む組織構造のＢモード画像上に重ね合わされて、カラードプラ画像が形成される。
【００５１】
[061]  本開示の原理によれば、システム８００は、本明細書において説明されているような画像データを定量化及び視覚化するための信号及び画像処理ステップを実施するように構成されるベクトルフロー処理構成要素（例えば、ベクトルフロープロセッサ８５２）を含む。例えば、ベクトルフロープロセッサ８５２は、速度ベクトル推定手段８５８及び視覚化プロセッサ８５６を含む。速度ベクトル推定手段８５８は、信号プロセッサ８２６から信号を受信し、速度推定を実施して、本明細書に記載されているように、ビーム角度無依存速度ベクトルデータを取得する。速度ベクトルデータ（例えば、ベクトルフロー場）は、速度ベクトル場データ（例えば、ベクトルフローマップ、カラーマップ）のグラフィック表現を生成するために、視覚化プロセッサ８５６に渡される。ベクトルフロープロセッサ８５２はまた、イメージングされている組織内のＲＯＩに関する追加の定量的情報を生成するためにベクトル場データを使用して統計分析を実施する統計分析ユニット８５４をも含む。例えば、統計分析ユニット８５４は、ＲＯＩ内の流れの変動性の測度を決定及び表示するように動作可能である。この段階において出力される画像は、画像ディスプレイ８５４に表示される前に、さらなる増強、バッファリング及び一時的保存のために画像プロセッサ８３６に結合される。システムは、画像とともに表示するためのグラフィックオーバーレイを生成するグラフィックスプロセッサ８４０を含む。これらのグラフィックオーバーレイは、例えば、患者名、画像の日時、イメージングパラメータ、及び他の注記などの標準的な識別情報を含む。これらの目的のために、グラフィックスプロセッサは、タイプされた患者名などのユーザインターフェース８２４からの入力を受信するように構成される。別個の構成要素として示されているが、本明細書におけるプロセッサ（例えば、速度ベクトル推定手段８５４及び／又は視覚化プロセッサ８５６）のいずれかの機能は、他のプロセッサ（例えば、画像プロセッサ８３６又はボリュームレンダラ８３４）に組み込まれ、結果として、単一の又はより少数の個別の処理ユニットがもたらされる。さらに、例えば、Ｂモード画像及びドプラ画像を生成することを目的とした、エコー信号の処理が、Ｂモードプロセッサ及びドプラプロセッサを参照しながら論じられているが、これらのプロセッサの機能は、ベクトルフロー処理構成要素の機能と組み合わされる、単一のプロセッサに統合されることは理解されよう。
【００５２】
[062]  図９は、本開示のいくつかの実施形態による超音波イメージングデータを視覚化及び定量化するためのプロセス９００の流れ図を示す。プロセス９００は、本開示の原理に従って、例えば図１〜図８を参照しながら下記にさらに説明するように構築されるシステム（例えば、超音波イメージングシステム、分析及び視覚化ワークステーションなど）によって実施される。最初に、超音波イメージング装置によって、対象、及び、より具体的には、それを通じて流れる流体を包含する対象の身体構造（例えば、血管）を走査することなどによって、超音波イメージングデータが取得される。超音波イメージング装置は、典型的には、取得されているエコー信号を処理し、エコー信号の直交成分（すなわち、Ｉ，Ｑデータ）を抽出するように構成されている。直交成分は、種々のタイプの超音波画像（例えば、Ｂモード画像、カラー、パワー又はスペクトルドプラ画像、ベクトルフロー画像など）を生成するための関連情報（例えば、振幅、ドプラシフト推定値、測度ベクトル推定値など）を抽出するために、並列経路において１つ又は複数のプロセッサ（例えば、Ｂモードプロセッサ、ドプラプロセッサ、ベクトルフロープロセッサ）に結合される。
【００５３】
[063]  本明細書における例によれば、プロセス９００は、ブロック９０２に示すように、身体構造（例えば、血管）の１つ又は複数のグレースケール（Ｂモード）画像を生成することを含む。同時に、ブロック９０４に示すように、身体構造を通じて流れる流体のビーム角度無依存速度推定値（すなわち、軸方向、側方及び／又は高度速度成分）が、ベクトルフロープロセッサによって得られる。軸方向及び側方速度推定値、並びに、三次元（３Ｄ）イメージングの場合の高度速度推定値は、ブロック９０６に示すように、ベクトルフロー画像（例えば、速度ベクトル場の視覚化）を生成するために使用される。本発明の原理によれば、ブロック９０８に示すように、ビーム角度無依存速度推定値は、流れ方向マップを生成するために使用される。流れ方向マップは、流れ領域（例えば、流体を含む、身体構造の内部の領域）内のすべての空間位置についての、流れ方向の視覚表現である。いくつかの例において、流れ領域内のすべての位置と関連付けられる流れ方向が、色において符号化され、流れ方向マップ（例えば、その例は図３〜図６に示す）として提示される。プロセスは、ブロック９１０に示すように、解剖学的構造の背景画像（例えば、Ｂモード画像）上に重ね合わされたビーム角度無依存速度推定値のグラフィック表現を含む１つ又は複数の超音波画像を表示することによって、継続する。これは、ベクトルフローマップ又はカラーマップ（例えば、流れ方向カラーマップ）を含む１つ又は複数のオーバーレイ画像を表示することを含む。いくつかの例において、オーバーレイ超音波画像は、リアルタイムで動的に更新される。すなわち、流れ方向カラーマップオーバーレイの場合、背景Ｂモード画像とカラーオーバーレイの両方が、同じリフレッシュレートを使用して同期的に、リアルタイムで更新される。他の例において、計算リソースに基づいて適切であるように、オーバーレイ画像の２つの成分に異なるリフレッシュレートが適用される。
【００５４】
[064]  プロセスは、ブロック９１６に示すように、システムが関心領域（ＲＯＩ）の選択を受信することによって継続し、このことはブロック９１４に示すように場合によってはユーザ選択であり、又は、システムによって自動的に規定される。本明細書において説明されているように、システムは、ブロック９１２に示すように、統計分析を実施することによって、疑わしい領域を自動的に識別するように構成される。システムは、統計分析に基づいて流れの変動性を呈する１つ又は複数の領域を識別し、流れの変動性の最大量と関連付けられるピクセルのサブセットを、ＲＯＩとして指定する。いくつかの例において、流れの変動性と関連付けられる複数の部分領域が識別されていることに基づいて、複数のＲＯＩが識別され、これらはランク付けされ、重症度の降順において、定量的情報（例えば、ヒストグラム）とともに表示される。場合によっては、プロセッサは、特定のレベルを下回る変動性を、疑わしいものとして指定されないように除外するために、閾値化を利用する。ＲＯＩを識別するために使用される方法にかかわらず、プロセスは、選択ＲＯＩ内の流れに関する定量的情報のグラフィック表現を生成及び表示することによって継続する。例えば、ブロック９１８に示すように、流れ方向、速度の大きさ、これら２つの組み合わせ、若しくは、変動性の統計的測度、又は、統計的測度と速度パラメータとの組み合わせのヒストグラムが、２Ｄ又は３Ｄのいずれかの様式で表示される。場合によっては、方法は、例えば、ブロック９２０に示すように、定量化パラメータを再定義するためのさらなるユーザ入力を含む。例えば、ユーザは、追加のＲＯＩを選択すること、現在のＲＯＩを移動又は再定義すること、時間平均ウィンドウ、閾値パラメータを再定義することなどを行う。いくつかの例において、システムはまた、問い合わせされている領域に関するフィードバックをユーザに提供する、ＲＯＩ指標（統計分析ボックスとしても参照される）も表示する。
【００５５】
[065]  構成要素、システム及び／又は方法が、コンピュータベースのシステム又はプログラム可能論理などのプログラム可能装置を使用して実施される様々な実施形態において、上述したシステム及び方法は、「Ｃ」、「Ｃ＋＋」、「ＦＯＲＴＲＡＮ」、「Ｐａｓｃａｌ」、「ＶＨＤＬ」などのような、様々な既知の又は後に開発されるプログラミング言語のいずれかを使用して実施することができることが留意されるべきである。したがって、コンピュータなどの装置に、上述したシステム及び／又は方法を実施するように指示することができる情報を含むことができる、磁気コンピュータディスク、光ディスク、電子メモリなどのような様々な記憶媒体を準備することができる。適切な装置が記憶媒体に含まれる情報及びプログラムにアクセスできるようになると、記憶媒体は、情報及びプログラムを装置に提供することができ、したがって、装置は、本明細書において記載されているシステム及び／又は方法の機能を実施することが可能になる。例えば、ソースファイル、オブジェクトファイル、実行可能ファイルなどのような適切な資料を含むコンピュータディスクが、コンピュータに提供されるとすると、コンピュータは、情報を受信し、コンピュータ自体を適切に構成し、様々な機能を実施するために上記の図及び流れ図に概説されている様々なシステム及び方法の機能を実施することができる。すなわち、コンピュータは、ディスクから、上述したシステム及び／又は方法の種々の要素に関係する情報の様々な部分を受信し、個々のシステム及び／又は方法を実施し、上述した個々のシステム及び／又は方法の機能を協調させることができる。
【００５６】
[066]  本開示に照らして、本明細書において記載されている様々な方法及び装置は、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアにおいて実施することができることに留意されたい。さらに、様々な方法及びパラメータは、例としてのみ含まれており、いかなる限定的な意味においても含まれていない。本開示に照らして、当業者は、本発明の範囲内に留まりながら、自身の技法及びこれらの技法を行うための必要な設備の決定において本教示を実施することができる。本明細書において記載されているプロセッサのうちの１つ又は複数の機能は、より少数の又は単一の処理ユニット（例えば、ＣＰＵ）に組み込むことができ、本明細書において記載されている機能を実施するために実行可能命令に応答してプログラムされる特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は汎用処理回路を使用して実施することができる。
【００５７】
[067]  本発明のシステムは、超音波撮像システムを特に参照して説明されているが、本発明のシステムを、１つ又は複数の画像が系統立てて得られる他の医療撮像システムに拡張することができることも想定される。したがって、限定ではないが、腎臓、精巣、胸部、卵巣、子宮、甲状腺、肝臓、肺、筋骨格、脾臓、心臓、動脈及び静脈の系に関係する画像情報を取得及び／又は記録するために、並びに、超音波誘導介入に関係する他のイメージング用途として、本発明のシステムが使用される。さらに、本発明のシステムはまた、本発明のシステムの特徴及び利点を提供するように、従来のイメージングシステムとともに使用することができる１つ又は複数のプログラムをも含む。本開示の特定の追加の利点及び特徴は、本開示を研究することを受けて当業者に理解され、又は、本開示の新規のシステム及び方法を利用する人間によって経験される。本発明のシステム及び方法の別の利点は、本発明のシステム、装置、及び方法の特徴及び利点を組み込むために、従来の医療画像システムを容易にアップグレードすることができることである。
【００５８】
[068]  無論、本明細書において記載されている例、実施形態又はプロセスのうちのいずれか１つは、１つ又は複数の他の例、実施形態及び／又はプロセスのうちの１つ又は複数と組み合わされ、又は、本発明のシステム、装置及び方法に従って別個の装置又は装置部分の間で分離及び／又は実施される。
【００５９】
[069]  最後に、上記の論述は本発明のシステムを例示するようにのみ意図されており、添付の特許請求の範囲をいかなる特定の実施形態又は実施形態群に限定するものとしても解釈されるべきではない。したがって、本発明のシステムが例示的な実施形態を参照しながら特に詳細に記述されているが、添付の特許請求項に記載されているような本発明のシステムのより広い対象とする精神及び範囲から逸脱することなく多数の修正及び代替の実施形態が当業者によって考案されることも理解されたい。したがって、本明細書及び図面は、例示的な様式において考えられるべきであり、添付の特許請求項の範囲を限定するようには意図されていない。
【図１】
2020520732.tif 000003
【図２】
2020520732.tif 000004
【図３Ａ】
2020520732.tif 000005
【図３Ｂ】
2020520732.tif 000006
【図４Ａ】
2020520732.tif 000007
【図４Ｂ】
2020520732.tif 000008
【図５Ａ】
2020520732.tif 000009
【図５Ｂ】
2020520732.tif 000010
【図６Ａ】
2020520732.tif 000011
【図６Ｂ】
2020520732.tif 000012
【図６Ｃ】
2020520732.tif 000013
【図６Ｄ】
2020520732.tif 000014
【図７】
2020520732.tif 000015
【図８】
2020520732.tif 000016
【図９】
2020520732.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
2020520732.tif 000019
【国際調査報告】
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2020520732.tif 000021
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