(57)【要約】  超音波診断イメージングシステムは、せん断波測定が行われる身体の領域の異なる特徴を示す異なる種類のパイロット画像を取得する。パイロット画像は、プッシュパルスロケータによって解析され、血管、体内の剛性の不均一な領域を通過するせん断波を最小限に抑えたり回避したりする体内の位置で、又は組織運動によってせん断波が悪影響を受けるときのタイミングを最小限に抑えたり回避したりするようにプッシュパルスが適応的に生成される。
2020536668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
せん断波解析のための超音波診断イメージングシステムであって、当該超音波診断イメージングシステムは、
所定のベクトルに沿った特定の焦点でプッシュパルスを生成してせん断波を生成し、前記プッシュパルスの焦点に隣接する追跡ラインに沿って追跡パルスを送信し、前記追跡ラインに沿った点からエコー信号を受信するように適合された超音波アレイプローブと、
該アレイプローブに結合されたビームフォーマであって、前記アレイプローブを制御し、プッシュパルスを生成して追跡パルスを送信し、追跡ラインに沿ってエコーを受信するように適合されたビームフォーマと、
前記追跡ラインの位置を通過するせん断波の速度を測定するように適合された速度検出器と、
イメージング中にエコー信号を受信し、標的領域のパイロット画像を生成するように適合された画像プロセッサと、
前記パイロット画像に応答し、該パイロット画像を解析してプッシュパルスの焦点位置を決定するように適合されたプッシュパルスロケータであって、前記ビームフォーマにさらに結合され、前記プッシュパルスの焦点位置の設定を制御するように適合されるプッシュパルスロケータと、
せん断波測定の結果を表示するように適合された表示装置と、を含む、
超音波診断イメージングシステム。
【請求項２】
前記パイロット画像は、Ｂモード画像をさらに含む、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項３】
前記パイロット画像は、フロー画像をさらに含む、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項４】
前記パイロット画像は、組織運動の画像をさらに含む、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項５】
前記パイロット画像は、組織の剛性又は弾性の画像をさらに含む、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項６】
前記プッシュパルスロケータは、フローのパイロット画像に応答して、プッシュパルスの焦点に又はプッシュパルスの焦点と前記標的領域との間に介在する流れがないように、プッシュパルスの焦点位置を設定するようさらに適合される、請求項３に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項７】
前記プッシュパルスロケータは、動きのパイロット画像に応答して、プッシュパルス生成のタイミング及び位置を設定するようにさらに適合される、請求項４に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項８】
前記プッシュパルスロケータは、パイロット画像の剛性又は弾性に応答して、前記焦点と前記標的領域との間の組織の剛性又は弾性の不均一性の存在を減らす、プッシュパルスの焦点位置を設定するようにさらに適合される、請求項５に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項９】
前記表示装置は、前記パイロット画像を表示するようにさらに適合される、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項１０】
前記画像プロセッサは、さらに、複数の異なる種類のパイロット画像を生成するように適合された複数の異なる画像プロセッサを含み、
前記プッシュパルスロケータは、前記複数の異なる種類のパイロット画像に応答して、プッシュパルスの焦点位置をさらに決定する、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項１１】
前記画像プロセッサは、異なる種類のパイロット画像の新しいセットを定期的に生成するように適合される、請求項１０に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項１２】
前記プッシュパルスロケータと前記ビームフォーマとの間に結合され、前記ビームフォーマを制御して、前記プッシュパルスロケータによって決定されるプッシュパルスの焦点位置を設定するように適合されたビームフォーマ制御装置をさらに含む、請求項１に記載の超音波診断イメージングシステム。
【請求項１３】
せん断波生成のためのプッシュパルスの焦点を設定する方法であって、当該方法は、
フロー情報、組織運動情報、又は組織剛性情報を含む標的領域の１つ又は複数のパイロット画像を取得するステップと、
１つ又は複数のパイロット画像を解析して、プッシュパルスの焦点と前記標的領域との間のフローの存在を回避するか、又はプッシュパルスの焦点と前記標的領域との間の剛性の不均一性を減らすか、又は組織運動に関連したプッシュパルス生成のタイミングをとるプッシュパルスの焦点を決定するステップと、
前記解析を考慮して、プッシュパルスの焦点又は前記タイミングの少なくとも一方を設定するステップと、を含む、
方法。
【請求項１４】
取得するステップは、Ｂモードパイロット画像、カラーフローパイロット画像、組織ドップラーパイロット画像、又は剛性パイロット画像のうちの１つ又は複数を取得するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
取得及び解析するステップは、せん断波測定の期間中に１つ又は複数の新しく取得したパイロット画像を用いて定期的に実行される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療診断超音波システムに関し、特に、せん断波（shearwaves）を使用して組織の剛性又は弾性の測定を行う超音波システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像診断の長い間探求されてきた目標の１つは、組織の正確な特徴評価である。臨床医は、体の臓器の診断領域をスキャンし、イメージングシステムに画像内の組織の特徴を識別させたいと望んでいる。理想的には、臨床医は、イメージングシステムが病変部を悪性又は良性として識別することを望んでいる。この目的を完全に得ることは未だ達成されていないが、それでも画像診断は組織の構成について臨床医に手掛かりを与えることができる。この領域の１つの技術はエラストグラフィ（elastography）であり、これは体内の組織の弾性又は剛性を測定する。例えば、乳房の腫瘍や剛性の高い腫瘤は悪性であり得るが、柔らかく順応性のある腫瘤は良性であり得る。腫瘤の剛性が悪性又は良性と相関することが知られているため、エラストグラフィは、臨床医に治療計画の診断及び決定に役立つ別の一定量のエビデンスを提供する。
【０００３】
最初に考えられたエラストグラフィは、圧縮圧力を受けたときの体内の組織を評価していた。超音波プローブが体に堅く押し付けられると、下にある軟性組織は、下にある硬性組織よりも大きく圧縮される。しかし、エラストグラフィはオペレータに非常に依存する可能性があり、結果は身体に加えられる圧力の位置及び量によって影響を受ける。オペレータにあまり依存しない方法で弾性を評価できることが望ましい。
【０００４】
弾性測定の代替アプローチは、せん断波測定である。身体のあるポイントが圧縮され、次に解放されると、下にある組織は、下向きに圧縮され、圧縮力が解放されると元に戻る。しかし、圧縮力下の組織が周囲の組織に連続的に繋がっているため、力ベクトルの横方向の（lateral of）非圧縮組織は、圧縮された組織の上下運動に応答する。せん断波と呼ばれるこの横方向の波打つ（ripping）効果は、下向きの圧縮力に対する周囲の組織の応答である。さらに、組織を押し下げるのに必要な力は、超音波パルスからの放射圧によって生成できることが判明しており、受信した超音波を使用して、せん断波によって誘発された組織運動を感知及び測定できる。せん断波速度は、局所的な組織の機械的特性によって決定される。せん断波は、ある速度で軟性組織を通過し、別のより速い速度で硬性組織を通過する。身体のある点でのせん断波の速度を測定することにより、その組織のせん断弾性率、ヤング率、動的せん断粘度等の組織の特徴に関する情報が得られる。横方向に伝播するせん断波は、ゆっくりと進み、通常、数メートル／秒以下で進み、せん断波を検出し易くさせるが、せん断波は数センチメートル以下に亘って急速に減衰する。例えば、特許文献１（Sarvazyan）及び特許文献２（Sarvazyan et al．）を参照されたい。測定の度に同じ「プッシュパルス」を繰り返すことができるため、せん断波技術は、超音波による組織特徴の客観的な定量化に役立つ。さらに、せん断波の速度は、プッシュパルスの強度に依存しないため、測定に関してユーザへの依存度が低くなる。
【０００５】
せん断波の移動によって引き起こされる体内の組織運動は非常に僅かであるが、通常、数十マイクロメートル以下のオーダーである。そのため、過度に急激な減衰をさせることなく検出可能なせん断波を生成するように、せん断波の発生位置、プッシュパルスの焦点を慎重に選択することが重要である。体内のいくつかの組織構造は、せん断波の生成及び伝播に悪影響を与えることが知られている。そのような構造の１つが血管である。せん断波は、例えば血管内の流体をうまく通過できない。従って、プッシュパルスの焦点とせん断波特性を測定する標的質量（mass：腫瘤）との間に血管が位置する場合にせん断波を生成しないようにすることが重要である。せん断波の伝播に悪影響を与える可能性のある別の組織構造は、プッシュパルスの焦点と標的質量との間で組織の剛性が大幅に変化する領域である。そのような組織は、せん断波を歪めたり弱めたりする可能性があり、その結果、速度測定が不正確になる。せん断波生成のさらに別の問題は、呼吸や他の運動効果による動きである。患者の呼吸により、標的領域に動きが生じ、その結果、標的質量の位置に対して、所望のプッシュパルス焦点及び結果として生じるせん断波の位置ずれが発生する可能性がある。従って、患者毎に正確なせん断波生成に対するこれらの潜在的な障害をリアルタイムで検出できるようにすることが望ましく、それにより、過度に歪んだり減衰したりせずに、正確に位置特定されたせん断波が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，６０６，９７１号
【特許文献２】米国特許第５，８１０，７３１号
【発明の概要】
【０００７】
本発明の原理に従って、せん断波測定試験中にせん断波生成を成功させることに対する障害を自動的且つ適応的に識別し、正確な組織の速度測定値を生成する体内の位置でせん断波を生成させる診断超音波イメージングシステム及び方法が説明される。せん断波を生成する前に、基礎となる組織の分布と運動特徴を識別する１つ又は複数のパイロット画像が取得される。そのようなパイロット画像は、Ｂモード画像、カラーフロー画像、組織ドップラー画像、及び初期せん断波画像として取得され得る。パイロット画像は、プッシュパルスロケータによって解析され、最も効果的なプッシュパルスをいつどこで生成すべきかが決定される。このようなパイロット画像は定期的に再取得されるため、効果的なプッシュパルスの位置は定期的に更新及び調整される。パイロット画像は、ユーザに表示されるか、バックグラウンドで解析され、解析の効果及び正確なプッシュパルス生成は、せん断波のイメージング及び測定において改善として確認される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の原理に従って構築された超音波診断イメージングシステムをブロック図形式で示す。
【図２】せん断波の生成及び追跡を示す。
【図２ａ】せん断波の進行を追跡するためのマルチライン追跡パルスの使用を示す。
【図３】本発明の原理に従って動作するプッシュパルスロケータによって考慮される組織分布特徴を示す超音波画像を示す。
【図４】プッシュパルス位置を設定するためのフローパイロット画像の取得及び使用を示すフローチャートである。
【図５】プッシュパルスの生成のタイミングを設定するための組織ドップラーパイロット画像の取得及び使用を示すフローチャートである。
【図６】プッシュパルスの位置を設定するための剛性パイロット画像の取得及び使用を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に図１を参照すると、せん断波の適応的な生成及び測定のために本発明の原理に従って構築された超音波システムがブロック図の形式で示される。超音波プローブ１０は、超音波信号を送受信するためのトランスデューサ素子から構成されるトランスデューサアレイ１２を有する。アレイは、トランスデューサ素子の１次元又は２次元アレイであり得る。どちらのタイプのアレイでも２Ｄ平面をスキャンでき、２次元アレイを使用してアレイの前のボリューム領域をスキャンできる。アレイ素子は、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１４によって送信ビームフォーマ及びマルチライン受信ビームフォーマ２０に結合される。ビームフォーマによる送信及び受信の調整は、ビームフォーマ制御装置１６によって制御される。
超音波システムによるせん断波速度の測定は、せん断波生成段階とせん断波追跡段階との２つの段階で行われる。生成段階では、プッシュパルスと呼ばれる比較的エネルギーの高いパルス（つまり、高い機械的インデックスＭＩを伴う）が被検体のある点に収束され、収束したエネルギーによって物理的な組織運動が引き起こされる。
その後、追跡段階中に、せん断波がプッシュパルスの位置から横方向外向きに発散し、追跡パルスと呼ばれる問合せ（interrogation）パルスによってサンプリング及び追跡される。せん断波生成段階及び追跡段階は、順次又は並行して行われ得る。この追跡段階中に、図１のマルチライン受信ビームフォーマは、図２ａに示されるように、せん断波の移動の測定のための単一の送受信間隔中にエコー信号の空間的に異なる複数の受信ライン（Ａライン又は追跡ライン）を生成する。エコー信号は、信号プロセッサ２２によってフィルタリング、ノイズ低減等によって処理され、次に、Ａラインメモリ２４に記憶される。同じ空間ベクトル位置に関連する時間的に異なるＡラインサンプルは、画像フィールドの共通点に関連するエコーのアンサンブルにおいて互いに関連付けられる。同じ空間ベクトルの連続するＡラインサンプリングのｒ．ｆ．エコー信号は、ベクトル上のサンプリング点毎に組織変位のサンプルのシーケンスを生成するＡラインｒ．ｆ．相互相関器２６によって相互相関される。あるいはまた、空間ベクトルのＡラインをドップラー処理して、ベクトルに沿ったせん断波の動きを検出するか、他の位相感知の手法を使用できる。波面ピーク検出器２８は、Ａラインベクトルに沿ったせん断波変位の検出に応答して、Ａライン上の各サンプリング点においてせん断波変位のピークを検出する。好ましい実施形態では、これは曲線フィッティングによって行われるが、必要に応じて相互相関及び他の補間手法も使用することができる。せん断波変位のピークが発生する時間は、他のＡライン位置での同じイベントの時間に関連して、共通の時間基準に対して全てメモされ、この情報は波面速度検出器３０に結合され、波面速度検出器３０は、隣接するＡラインのピーク変位時間からせん断波速度を微分によって計算する。この速度情報は速度表示マップ３２に結合され、速度表示マップ３２は、２Ｄ又は３Ｄ画像フィールド内の空間的に異なる点におけるせん断波の速度を示す。速度表示マップは画像プロセッサ３４に結合され、画像プロセッサ３４は、速度マップを処理する、好ましくは、Ｂモード画像等の組織の解剖学的超音波画像を、組織の剛性又は弾性を表す陰影又は色でオーバーレイして、画像表示装置３６に表示させる。
【００１０】
図２は、せん断波面を生成する単一のベクトル方向８４に沿った、集束した高ＭＩプッシュパルス（例えば、ＦＤＡ診断限界内にあるように１．９以下のＭＩ）の送信を示す。高いＭＩと長い持続時間のパルスが使用されるため、十分なエネルギーが送信され、組織が送信ベクトルに沿って下方に変位し、せん断波が発生する。そのようなパルスの急速なシーケンスの累積的影響でもあり得るプッシュパルスは、組織を焦点で下方に変位させ、変位した組織から外向きに広がるせん断波面７６、６６、５６、４８を生じさせる。図２の下部で、波７６は、プッシュパルス生成直後のせん断波を表す。図面の下部より上のラインは、せん断波生成後の遅い時点でのせん断波６６、５６、及び４８の漸進的な移動を示している。
【００１１】
せん断波がプッシュパルス位置から外向きに移動するときに、周囲の組織に対するその運動効果は追跡パルス８０によってサンプリングされる。これらの追跡パルスは間隔が狭く、繰り返し送信され、エコーを受信して、減衰する前にせん断波の移動の影響を検出する。せん断波は、比較的ゆっくりと、通常１〜１０メートル／秒の速度で移動する。サンプリング速度は、サンプリングのナイキスト基準を満たすように、検出されるせん断波変位の周波数成分を考慮して選択される。サンプリングの目的は、せん断波が組織を通過する際のせん断波の変位効果を感知して追跡することであるため、（複数の）ベクトル位置は、ゆっくりと移動するせん断波の場合はより近くに配置され、より速く移動するせん断波の場合はさらに離れて配置される。ベクトルサンプリングの他の時間インターリーブシーケンスも使用することができる。せん断波の信頼性が高く迅速な問合せのために、単一の追跡パルスの送信によって複数の隣接する密な間隔でＡライン位置を同時にサンプリングできるように、マルチライン送信及び受信が好ましくは採用される。図２ａを参照すると、マルチライン送信及び受信のための好ましい技術が示される。図２ａでは、ビームプロファイル８２ａ、８２ｂを有する単一のＡライン追跡パルスが送信され、括弧で示される受信Ａライン位置８０によって示されるように、複数の受信ライン位置に超音波照射する。好ましくは、追跡パルスは、例えば米国特許第４，６４４，７９５号（Augustine）に記述されるように、いわゆる「脂肪（fat）パルス」である。この例では、４つの受信ライン位置８０に超音波が照射される。４つの受信ライン（４×マルチライン）からのエコーは、単一の送信パルスに応答して受信され、各受信ラインに沿ったコヒーレントエコー信号を生成するように適切に遅延及び加算される。そのような同時マルチラインを生成することができるビームフォーマは、例えば、米国特許第５，３１８，０３３号（Savord）、米国特許第５，３４５，４２６号（Lipschutz）、米国特許第５，４６９，８５１号（Lipschutz）、及び米国特許第６，６９５，７８３号（Henderson et
al.）号に記載されている。これらのマルチラインビームフォーマは、典型的に取得時間を減らすために使用され、それにより、ライブ超音波画像のフレーム速度を増大させ、これは、拍動する心臓及び血流をリアルタイムの心エコー検査でイメージングするときに特に役立つ。これらは３Ｄ超音波イメージングにも役立ち、リアルタイムの表示フレーム速度を実現できる。この点については、米国特許第６，４９４，８３８号（Cooley et al.）を参照されたい。本発明の実施態様において、マルチライン取得の利点は２倍である：それは、狭い間隔のサンプリングライン密度と、減衰により消散する前の組織を短い距離だけ通過する短い持続時間のせん断波の迅速な取得とを可能にする。
【００１２】
図１の超音波システムは、また、パルスを送信し、本明細書ではパイロット画像と呼ばれる超音波画像を生成するために、被検体からエコーを受信し、パイロット画像は、本発明に従ってプッシュパルス生成のタイミング及び位置を設定するために使用される。イメージング中に、超音波プローブ１０によって受信されたエコーは、ビーム形成され、信号プロセッサ２２によって処理され、Ｂモード画像プロセッサ４２及びドップラー画像プロセッサ４０の一方又は両方に結合される。当技術分野で知られているように、Ｂモード画像プロセッサは、組織構造の画像を生成する。ドップラー画像プロセッサは、血流のカラーフロー及びパワードップラー画像と、組織運動の組織ドップラー画像とを含む、様々な種類の動き画像を生成する。連続するＢモード画像の画像データを相関させることにより、組織運動を空間的に検出することもできる。適当な相関技術は、例えば、米国特許第９，１０７，５６４号（Burcher et al.）に記載されるような絶対差の最小合計（ＭＳＡＤ）技術である。こうして、これらのプロセッサは、フロー（flow：流れ）画像、動き（例えば、組織ドップラー又は連続画像相関）画像、及び画像領域のエコー源性の構造（Ｂモード）画像等、いくつかの種類のパイロット画像を生成できる。本発明の実施態様において有用な別の種類のパイロット画像は、画像領域における組織の相対的な剛性又は弾性の画像である。このような画像にはいくつかの異なる種類がある。１つは、歪み画像、すなわち、組織の応力に対する反応の画像であり、米国特許第８，５４５，４１０号（Hope Simpson et al.）に記載されている。もう１つは、せん断弾性率、ヤング率、動的せん断粘度の空間表示等、せん断波の測定に由来する様々なパラメーターの画像であり、これらは全てせん断波速度に機能的に関連している。これらの種類の剛性又は弾性画像は、構造Ｂモード画像を、上記のこれらの機能の１つのマップを表す色又は強度でオーバーレイすることによって生成できる。これらの種類のパイロット画像、剛性画像、フロー画像、構造画像、及び動き画像のいくつかが取得され、パイロット画像メモリ４４に記憶される。
【００１３】
本発明の原理によれば、１つ又は複数の種類のパイロット画像がプッシュパルスロケータ（locator）４６によって解析され、信頼できるせん断波生成のためのプッシュパルス生成の位置又はタイミングが決定される。好ましくは、プッシュパルス生成の位置とタイミングとの両方は、プッシュパルスロケータによって決定される。プッシュパルスロケータによってプッシュパルスの生成の所望の位置及び／又はタイミングが決定されると、この情報はビームフォーマ制御装置１６に結合され、送信ビームステアリング及び集束によってプッシュパルスが所望の位置で生成される。プッシュパルスロケータ４６の理論及び動作は、この特許の残りの図面を参照して説明する。
【００１４】
図３を参照すると、最適なせん断波伝播のためのせん断波プッシュパルス生成の位置又はタイミングの選択に影響を与える可能性のある異なる問題を示す超音波画像１００が示される。例示の目的で、超音波画像１００は、本発明の文脈では異なるパイロット画像である異なる取得モードによって取得された超音波画像に通常見受けられる情報を含む。図３の画像では、臨床医がせん断波解析によって評価することを望む標的質量（mass：腫瘤）５４が確認される。従来の超音波システムでは、せん断波は、標的質量５４の左側、右側、及び標的質量５４の中心に集束されたプッシュパルスから生成され、それにより、標的質量を通過するせん断波を生成し、それらせん断波の速度が測定される。しかし、図３の例では、そのようなプッシュパルスからせん断波を正常に生成するのに障害がある。例えば、円で囲まれた「Ａ」で標的質量５４の左側にプッシュパルスが生成されると、標的質量５４に向けて右側に横方向に移動するせん断波が生成される。しかし、標的質量に到達する前に、せん断波は、この例では、周囲の組織よりも剛性の高い領域（例えば、筋肉、石灰化、クーパーズ靭帯）である領域５８を横断する。円で囲まれた「Ａ」からより高い位置又はより低い位置に移動するせん断波は、高剛性領域５８を避けて（miss）、せん断波生成時とは相対的異なる時間に標的質量５４に入り、これを通過し得る。このような剛性の不規則性は、生成されたせん断波の強度と、弱過ぎて検出できない状態になるまでにせん断波が移動する距離とに影響を与える可能性がある。これにより、検出したせん断波相関の困難性が増し、せん断波速度測定が不正確になる可能性がある。結果として得られるせん断波が、標的質量を通過する前に、均一な剛性の組織（例えば、正常組織）だけを通過するようにプッシュパルスを配置（locate：位置特定）することが望ましい。この例では、そのようなプッシュパルス位置は、標的質量５４の左側であるが、異なる剛性領域５８の右側である。
【００１５】
しかし、プッシュパルス生成の位置の横方向の配置をこのように最適化しても、望ましい測定は組織運動によって依然として影響を受ける可能性がある。肝臓や脾臓等の腹部臓器でせん断波速度を測定しているときに、横隔膜の運動が交互に腹部を圧縮及び弛緩させるため、患者の呼吸に伴って組織が動いている可能性がある。呼吸運動は、患者が息を吸ったり吐いたりするときに、標的質量５４を画像１００内で上下に移動させ得る。これにより、画像内の円で囲まれた「Ｃ」の深さ等、トランスデューサ１２から所定の深さでプッシュパルスが生成され、標的質量５４の上、間、又は下を交互に通過するせん断波が横方向に生成される。さらに、せん断波追跡段階中の組織運動は、このように形成されたせん断波の追跡においてより高い誤差を生じさせる可能性がある。本発明の実施態様は、以下に示されるように、組織ドップラー又は他の画像運動データからそのような呼吸運動のサイクルを検出し、プッシュパルス位置が標的質量の中心と整列される瞬間等のプッシュパルスの生成のための好ましい時間を設定できる。例えば、プッシュパルス生成のための好ましい時間は、腹部が瞬間的に静止しているときの呼気の終了時点であり得る。呼吸サイクル中の時間は、ヒストグラム又はグラフによってユーザにグラフィカルに表示できるため、ユーザは、プッシュパルスの生成時間を選択でき、又は、システムは、プッシュパルス位置が標的質量に対して最適な位置であるときの生成時間を選択できる。
【００１６】
図３は、プッシュパルス及びせん断波の生成に影響を与える可能性のある別の問題を示しており、これは、せん断波の経路にある血管である。図３の画像は、標的質量５４の近傍の血管５２を示している。丸で囲まれた「Ｂ」の位置で標的質量の右側にプッシュパルスが生成されると、横方向に移動するせん断波が、標的質量５４に到達する前に血管５２に遭遇する。血管の血液は、せん断波を急激に減衰させ、せん断波が標的質量に到達するのを事実上妨害する。こうして、プッシュパルスロケータ４６は、フロー（flow）のパイロット画像における血管及び胆管等の他の流体で満たされた構造の存在を認識し、せん断波の標的質量への経路が流れに遭遇しない位置にプッシュパルスの焦点を設定するように適合される。図３の例では、プッシュパルスは、円で囲まれた「Ｂ」の位置ではなく、血管５２の左側に配置される。
【００１７】
様々な異なる種類のパイロット画像が取得されると、プッシュパルス生成の最適な位置及びタイミングを決定することができ、多くのそのような問題を回避できることが分かる。剛性画像、フロー画像、及び動き画像を含むパイロット画像のセットが取得され、例えば、プッシュパルスロケータによって解析されるときに、前述した問題の全てを回避するプッシュパルスの位置及びタイミングを設定することができる。前述した例におけるプッシュパルスロケータによるそのような解析の結果は、ライン５０によって示される横方向の範囲で、そして呼吸運動で動くときに標的質量５４と水平方向に整列したプッシュパルスを自動的に生成する。こうして、結果として生じるせん断波測定はこれらの問題の影響を受けず、これらの問題は、リアルタイムで適応的に回避され、患者を正確に診断する。
【００１８】
図４は、プッシュパルスロケータ４６を動作させて、プッシュパルス生成の位置と標的との間にフロー（流れ）の血管が介在することによって引き起こされる問題を回避する方法を示すフローチャートである。ステップ４０２において、標的質量のパイロット画像が取得される。このパイロット画像は、正常組織とは異なる剛性の領域を少なくとも略示す初期のせん断波剛性画像、又は疑わしい病変部のエコー源性によりその病変部を周囲の正常組織と区別できるＢモード画像であり得る。ステップ４０４において、フロー（流れ）のパイロット画像が取得される。このパイロット画像は、例えば、カラーフロー画像、パワードップラー画像、又はＢフロー画像（フロー（流れ）を示すＢモード画像）であり得るか、又は時間的に異なるＢモード画像の相関から生成され得る。ステップ４０６において、せん断波解析による剛性測定の標的が識別される。これは、ユーザが画像内の標的質量上にカーソルを位置付けすることにより手動で、或いは超音波システムがＢモード又は剛性（例えば、歪み又はせん断波）画像内の標的上にカーソルを位置付けすることにより自動的に行うことができる。自動的に動作させるときに、システムは疑わしい標的質量の上に又はその近くにメッセージを表示し、表示メッセージ「標的ですか？」でユーザに尋ねる。ユーザが、表示された標的が所望の標的であることを確認するか、マウス又はトラックボールでメッセージを別の位置に移動させると、システムは、ユーザが選択した標的を測定するように動作する。ステップ４０８において、プッシュパルスロケータは、画像内の標的質量の右側、左側、又は標的質量の上等、標的の横方向の初期のプッシュパルス位置を設定する。ステップ４１０において、プッシュパルスロケータは、パイロットフロー画像を解析して、初期のプッシュパルス位置と標的質量との間のフローの存在を探索する。せん断波経路内にフロー（流れ）の領域が見つかった場合に、ステップ４１２において、プッシュパルスロケータは、プッシュパルス位置を、プッシュパルス位置と標的との間に流れの介在しない位置にリセットする。せん断波経路内でフロー（流れ）が識別されない場合に、プッシュパルス位置のリセットは必要ない。プッシュパルス位置の適切な調整が行われると（又は適切な場合は調整がない）、プッシュパルス位置でプッシュパルスが生成され、ステップ４１４において、そのプッシュパルス位置から生成されるせん断波を使用して剛性測定が行われる。
【００１９】
図５は、組織運動を説明するために、プッシュパルスの生成時にタイミング調整を行うためのプロセスを示す。ステップ５０２において、標的質量のパイロット画像が、上述したように取得される。ステップ５０４において、パイロット組織ドップラー画像又は上述したような組織運動の他の画像が取得される。ステップ５０６において、剛性（せん断波）測定の標的質量が識別される。ステップ５０８において、プッシュパルス生成のための初期位置が設定される。ステップ５０８において、システムは、画像内の標的質量の右側、左側、又は標的質量の上等、標的の横方向の初期のプッシュパルス位置を設定する。ステップ５１０において、プッシュパルスロケータは、そのようなサイクル中に取得された一連の画像から組織運動のサイクルを識別する。ステップ５１２において、プッシュパルスロケータは、プッシュパルス位置が標的質量に対して所望の深さにあるときに、組織運動サイクルの段階（フェーズ）を識別する。この識別は、プッシュパルスロケータによって画像解析から自動的に、又はユーザによる手動の指示によって行うことができる。ステップ５１４において、組織運動の識別された段階で、システムによりせん断波剛性測定が行われる。
【００２０】
図６は、結果として得られるせん断波が、意図した標的質量に移動する際に識別された剛性の不均一性を回避するようにプッシュパルスの焦点を位置特定するプロセスを示している。ステップ６０２において、システムは、上述したように標的質量のパイロット画像を取得する。ステップ６０４において、システムは、組織剛性のパイロット画像を取得し、これは、上述したように、組織エコー源性のせん断波画像又は歪み画像又はＢモード画像であり得る。ステップ６０６において、剛性測定の標的が識別され、これは、上述したように、手動又は自動で行うことができる。ステップ６０８において、初期のプッシュパルス位置が標的の横方向に設定される。ステップ６１０において、プッシュパルスロケータは、プッシュパルス位置と標的との間の剛性の不規則性に関してパイロット剛性画像の領域を解析する。いずれかが見つかると、プッシュパルス位置と標的との間に比較的均質な組織のみが存在するように、プッシュパルス位置が再配置される。ステップ６１４において、せん断波剛性測定は、システムが、再配置されたプッシュパルス位置でプッシュパルスを生成することによって行われ、せん断波は、標的質量に遭遇する前に比較的均質な組織を通過する。
【００２１】
これらの異なる種類のパイロット画像のそれぞれは、せん断波測定を成功させることに対する様々な種類の障害を識別及び防止するために有用であることが分かる。こうして、好ましい実施態様では、複数の異なる種類のパイロット画像が取得され、これらの問題の全てを最小化又は回避することができる。従って、パイロット画像は異なる種類の画像のセットで取得され、これら全てを使用して、これらの問題を探索して防止する。そのようなパイロット画像のセットは、せん断波測定中に連続的に更新され、調整されるプッシュパルス位置で定期的に取得されることが理解されよう。呼吸や他の周期的な運動の完全なサイクルを取得することが所望される場合に、この情報を生成するために必要な全ての動き（モーション）パイロット画像を取得するには数秒かかる場合がある。こうして、ユーザは、プッシュパルスロケータがプッシュパルス生成の位置を継続的に改善するにつれて、結果として得られるせん断波の測定値及び画像が徐々に改善され、より明確になることが分かる。このプロセスは、パイロット画像が取得されているときに赤いインジケータを点滅させ、次にプッシュパルス位置が調整及び最適化されているときに緑色のインジケータを点滅させることによって、ユーザに示すことができる。これは、プッシュパルスロケータ４６がビームフォーマ制御装置１６に命令して、常に調整されたプッシュパルスの焦点位置に連続的なプッシュパルスをステアリング及び収束させるように行われ、それに応じてせん断波画像が改善される。次に、プッシュパルスが標的質量の左側、右側、及び標的質量から生成されるため、速度及び剛性特徴の測定値の完全なセットが標的領域全体に亘って生成される。本発明の実施態様は、身体の乳房、前立腺、甲状腺、及び筋骨格領域における疑わしい腫瘍の適応せん断波解析及び剛性測定に有用である。
【００２２】
他の実装機能は、当業者には容易に想起されよう。例えば、多くの超音波システムには、特定の種類の診断検査を選択することで自動的に呼び出される、組織固有のセットアップパラメータが組み込まれている。例えば、乳房検査を選択すると、システムが乳房検査のためにセットアップされるだけでなく、この先験的な情報により、プッシュパルスロケータが効果の低くなる脂肪の多い乳房組織を探し、この脂肪の多い乳房組織にプッシュパルスの焦点を置くことを回避するように、せん断波測定を乳房で行うことをプッシュパルスロケータに通知できる。同様に、肝臓検査を選択すると、プッシュパルスロケータに胆管や血管を探すように通知できる。別の有用な機能は、ユーザがせん断波を発射するポイントを空間的に確認できるように、プッシュパルス位置を超音波画像上にグラフィカルに示すことである。更なる機能は、ユーザが必要に応じて、表示されたプッシュパルス位置を手動で再位置付けできるようにすることである。さらに別の有用な機能は、せん断波が生成されるサイクル中に呼吸運動の表示されたヒストグラム又はグラフに時間をマークすることである。望ましい実施態様は、ユーザが超音波プローブを動かして疑わしい標的質量の最良のビューを検索して取得するときに、調査モード中のパイロット画像の取得及び解析をオフにする。標的質量の好ましい画像が取得され、プローブの移動が停止すると、システムは、自動的に又はユーザのコマンドで、パイロット画像の取得及び解析をオンにして、適切なせん断波測定及びイメージングを行うことができる。パイロット画像は、ユーザに表示することができ、又はユーザに表示せずにプッシュパルスロケータによってバックグラウンドで操作できることも理解されよう。
【００２３】
本発明の実施態様での使用に適した超音波システム、特に図１の超音波システムのコンポーネント構造は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せで実装できることに留意されたい。超音波システムの様々な実施形態及び／又は構成要素、例えば、ドップラー画像プロセッサ、Ｂモード画像プロセッサ、及びプッシュパルスロケータ、或いはその中の構成要素、プロセッサ、及び制御装置はまた、１つ又は複数のコンピュータ又はマイクロプロセッサの一部として実装してもよい。コンピュータ又はプロセッサは、例えばインターネットにアクセスするためのコンピュータ装置、入力装置、表示ユニット、及びインターフェイスを含み得る。コンピュータ又はプロセッサは、マイクロプロセッサを含み得る。マイクロプロセッサは、例えば、画像をインポートするためのＰＡＣＳシステム又はデータネットワークにアクセスするために、通信バスに接続され得る。コンピュータ又はプロセッサは、メモリも含み得る。パイロット画像メモリ４４等のメモリ装置は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び読取り専用メモリ（ＲＯＭ）を含み得る。コンピュータ又はプロセッサは、ハードディスクドライブ、或いはフロッピーディスクドライブ、光ディスクドライブ、ソリッドステートサムドライブ等のリムーバブルストレージドライブであり得るストレージ装置をさらに含み得る。ストレージ装置は、コンピュータプログラム又は他の命令をコンピュータ又はプロセッサにロードするための他の同様の手段であってもよい。
【００２４】
本明細書で使用される場合に、「コンピュータ」又は「モジュール」又は「プロセッサ」又は「ワークステーション」という用語は、マイクロ制御装置、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、ＡＳＩＣ、論理回路、本明細書で説明した機能を実行することができる他の回路又はプロセッサを使用するシステムを含む、プロセッサベース又はマイクロプロセッサベースのシステムを含み得る。上記の例は単なる例示であり、従って、これらの用語の規定及び／又は意味を決して限定することを意図するものではない。
【００２５】
コンピュータ又はプロセッサは、入力データを処理するために、１つ又は複数のストレージ素子に記憶されている命令のセットを実行する。ストレージ素子は、所望に応じて又は必要に応じて、データ又は他の情報も記憶することができる。ストレージ素子は、処理マシン内の情報源又は物理メモリ素子の形態であってもよい。
【００２６】
上記の超音波画像の取得、処理、及び送信を制御するものを含む超音波システムの命令のセットは、処理マシンとしてのコンピュータ又はプロセッサに、本発明の様々な実施形態の方法及び処理等の特定の動作を実行させるように命令する様々なコマンドを含み得る。命令のセットは、ソフトウェアプログラムの形態であってもよい。ソフトウェアは、システムソフトウェア又はアプリケーションソフトウェア等の様々な形態であり得、有形で非一時的なコンピュータ可読媒体として具現化され得る。さらに、ソフトウェアは、別個のプログラム又はモジュールの集まり、より大きなプログラム内のプログラムモジュール、又はプログラムモジュールの一部の形態であってもよい。ソフトウェアは、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュール式プログラミングも含み得る。処理マシンによる入力データの処理は、オペレータのコマンドに応じて、又は前の処理の結果に応じて、又は別の処理マシンによって行われた要求に応じて行うことができる。
【００２７】
さらに、以下の請求項の制限は、ミーンズプラスファンクションの形式で記述されておらず、そのような請求項の制限が、明らかに「〜手段」という語句の「〜」の部分に更なる構造のない機能の記述が続く場合を除き、米国特許法第１１２条第６段落に基づいて解釈されることを意図していない。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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