心室心房平面の３次元検出
【課題】動いている心臓構造物および血液に応答する少なくとも１つの３Ｄ画像を生成し、心臓内の解剖学的指標に基づいて臨床的関連情報を抽出する。
【解決手段】フロントエンドは超音波を心臓の動いている心臓構造物および血液に送信し、動いている心臓構造物および血液からの超音波後方散乱に応答して受信信号を生成するように構成されている。受信信号に応答する少なくとも１つのプロセッサが、心臓の少なくとも１つのビューを含む３Ｄ超音波データを収集し２１０Ａ、少なくとも１つの収集されたビューを使用してＡＶ平面を認識し２２０Ａ、少なくとも１つの認識されたＡＶ平面を使用して心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を生成する２３０Ａ。少なくとも３Ｄ画像をユーザに表示することができる。
【解決手段】フロントエンドは超音波を心臓の動いている心臓構造物および血液に送信し、動いている心臓構造物および血液からの超音波後方散乱に応答して受信信号を生成するように構成されている。受信信号に応答する少なくとも１つのプロセッサが、心臓の少なくとも１つのビューを含む３Ｄ超音波データを収集し２１０Ａ、少なくとも１つの収集されたビューを使用してＡＶ平面を認識し２２０Ａ、少なくとも１つの認識されたＡＶ平面を使用して心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を生成する２３０Ａ。少なくとも３Ｄ画像をユーザに表示することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、３次元（３Ｄ）で心房−心室平面（ＡＶ平面）を検出するための超音波システムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、心臓を画像化し、心臓のＡＶ平面を認識し、少なくともそのＡＶ平面を使用して少なくとも心臓の一部の心臓３Ｄ画像を形成するための超音波システムに関する。
【０００２】
以下の米国特許出願の全体を参照することによって、それぞれの完全な主題を援用する。
２００２年１２月１７日に出願された米国特許出願第１０／２４８，０９０号
２００２年６月４日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０３２号
２００２年６月１０日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０８３号
２００２年６月４日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０３３号
２００２年６月１０日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０８４号
２００２年６月１０日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０８５号
２００４年８月３１日に出願された米国特許仮出願第６０／６０５，９３９号（整理番号 １５−ＤＳ−００５５２）
２００４年８月３１日に出願された米国特許仮出願第６０／６０５，９５３号（整理番号１５−ＤＳ−００５４３）
【背景技術】
【０００３】
心エコー検査は超音波分野の一部門であり、現在、主観的画像評価と主要な定量的パラメータの抽出を組み合わせて行われている。心機能の評価は、例えば冠状動脈疾患などの疾患の評価において、精度と客観性を向上させるために使用できる確立されたパラメータがないことによって妨げられてきた。心臓運動の評価が主観的な性質であることから、エコーセンター間での観察者による違いは受け入れ難いほど大きかった。
【０００４】
この問題に重点をおいて、定量的パラメータを定義し検証することを目的として、研究がなされてきた。例えば冠状動脈疾患などの診断において、客観性と精度を向上させるために使用できる可能性のある新しいパラメータのセットを示す有望な臨床的検証研究が報告されている。新しいパラメータの多くは、リアルタイムで生成される超音波画像を視覚的検査で直接評価することは難しく、または不可能であった。定量化は通常、必要なパラメータを抽出するために面倒な手操作による分析をともなう後処理ステップを必要とする。心臓内における解剖学的指標の位置の判定も例外ではない。時間を要する後処理技法、または複雑な計算を要するリアルタイム技法は望ましくない。
【０００５】
Ｓｈｅｅｈａｎ他の米国特許５，６０１，０８４号に開示された一方法は、画像化データを使用して心臓の一部を画像化し３次元モデル化することを述べている。Ｔｏｒｐ他の米国特許６，０９９，４７１号に開示された別の方法は、歪み速度をリアルタイムで計算し表示することを述べている。Ｏｌｓｔａｄ他の米国特許５，５１５，８５６号に開示されたさらに別の方法は、心機能など、生きている生体学的構造物の調査を構造物が動いている間に表示する解剖学的Ｍモードの生成について述べている。Ｇｒｏｎｎｉｎｇｓａｅｔｅｒ他の米国特許６，０１９，７２４号に開示されたさらに別の方法は、超音波画像を使用して手順を導くために準リアルタイムフィードバックを生成することを述べている。
【特許文献１】米国特許５，６０１，０８４号
【特許文献２】米国特許６，０９９，４７１号
【特許文献３】米国特許５，５１５，８５６号
【特許文献４】米国特許６，０１９，７２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、３次元（３Ｄ）でＡＶ平面を検出するための超音波システムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、心臓を画像化し、心臓のＡＶ平面を認識し、少なくともそのＡＶ平面を使用して少なくとも心臓の一部の心臓３Ｄ画像を形成するための超音波システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、動いている心臓構造物および血液に応答して画像を生成するためのシステムおよび方法に関する。本発明の１つまたは複数の実施形態は、動いている心臓構造物および血液に応答して画像を生成するように適合された超音波機械に関する。この方法の実施形態は、動いている心臓構造物および血液の少なくとも１つのビューを含む３Ｄ超音波データを収集すること、および少なくとも１つの収集したビューを使用してＡＶ平面を認識することを含む。方法は、少なくとも１つの認識されたＡＶ平面を使用して心臓３Ｄ画像を生成することをさらに含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、心臓の動いている心臓構造物および血液に応答して画像を生成するように適合された超音波機械に関する。この実施形態では、方法は少なくとも１つの心尖部画像を含む３Ｄ超音波データを収集するために心臓をスキャンすること、および少なくとも１つの収集された心尖部画像を使用してＡＶ平面を認識することを含む。少なくとも１つの認識されたＡＶ平面を使用して少なくとも１つの解剖学的指標が形成され、少なくとも１つの解剖学的指標を使用して生成され表示される場合は心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像が形成される。
【０００９】
本発明の一実施形態は、少なくとも１つのフロントエンドおよび少なくとも１つのプロセッサに関する。フロントエンドは超音波を心臓の動いている心臓構造物および血液に送信し、動いている心臓構造物および血液からの超音波後方散乱に応答して受信信号を生成するように構成されている。受信信号に応答する少なくとも１つのプロセッサが、少なくとも１つの心臓のビューを含む３Ｄ超音波データを収集し、少なくとも１つの収集したビューを使用してＡＶ平面を認識し、少なくとも１つの認識されたＡＶ平面を使用して心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を生成する。少なくとも３Ｄ画像をユーザに表示することができる。
【００１０】
本発明のある実施形態は、心尖部やＡＶ平面など、心臓の主要な解剖学的指標を自動的に検出した後、心臓からある臨床的関連情報を抽出する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上記の発明の開示、ならびに下記の本発明のある実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読めばより良く理解されるであろう。ただし本発明は、添付の図面に示された配置および方法に限定されるものではないことを理解されたい。
【００１２】
本発明の実施形態は、３ＤのＡＶ平面を検出するための超音波システムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は心臓を画像化し、少なくとも心臓のＡＶ平面を認識し、少なくともそのＡＶ平面を使用して少なくとも心臓の一部の心臓３次元３Ｄ画像を形成するための超音波システムに関する。この機能を実現するために、動いている心臓構造物がモニタされる。本明細書で使用される構造物という用語は、例えば心臓組織など、非液体および非気体物質を含む。本発明の実施形態は、心臓の臨床的に関連したパラメータまたは主要なパラメータの改良されたリアルタイム視覚化、および定量的評価をもたらす。動いている構造物は、心臓の心筋セグメント内部の解剖学点に対応する分析的パラメータ値または主要パラメータ値のセットによって特徴付けられる。分析的パラメータ値または主要パラメータ値のセットは、例えば組織速度値、時間積分した組織速度値、Ｂモード組織輝度値、組織歪み率値、血流値、および僧帽弁推定値を含む。
【００１３】
図１は、全体を５で示すが、本発明の実施形態による超音波機械の実施形態を示す図である。変換器（トランデューサ）１０が、電気アナログ信号を超音波エネルギに変換することによって超音波を対象物に送信し、超音波エネルギをアナログ電気信号に変換することによって対象物からの超音波後方散乱を受信する。一実施形態で受信機、送信機、ビーム形成装置を含むフロントエンド２０を使用して、様々なイメージングモードで使用するために必要な送信波形、ビームパターン、受信機フィルタリング技法、および復調方式を作成することができる。フロントエンド２０はデジタルデータをアナログデータに、アナログデータをデジタルデータに変換することによって、このような機能を実行する。フロントエンド２０は、アナログインターフェース１５を使用して変換器１０と接続し、バス７０（例えばデジタルバスなど）を介して非ドップラープロセッサ３０、ドップラープロセッサ４０、制御プロセッサ５０と接続している。バス７０はいくつかのサブバスを含むことができ、各サブバスはそれぞれ固有の構成をとり、超音波機械５の様々な部品にデジタルデータインターフェースを提供する。
【００１４】
一実施形態では、非ドップラープロセッサ３０は、ＢモードやＭモードなどのイメージングモード、および高調波イメージングに使用するための振幅検出機能、およびデータ圧縮機能を提供するように適合される。一実施形態では、ドップラープロセッサ４０は、組織速度イメージング（ＴＶＩ）、歪み率イメージング（ＳＲＩ）、およびカラーＭモードなどのイメージングモードに使用するためのクラッターフィルタリング機能および動作パラメータ推定機能を提供する。一実施形態では、２つのプロセッサ３０および４０は、デジタル信号データをフロントエンド２０から受け取り、デジタル信号を推定パラメータ値に処理し、推定パラメータ値をデジタルバス７０を介してプロセッサ５０および表示器７５に渡す。推定パラメータ値は、当業者には既知の方法で、送信信号の基本波、高調波、分数調波に集中した周波数帯の受信信号を使用して作成することができる。
【００１５】
一実施形態では、表示器７５はスキャン変換機能、カラーマッピング機能、および組織／血流アービトレーション機能が表示器プロセッサ８０によって実行されるように適合され、表示器プロセッサ８０はデジタルパラメータをプロセッサ３０、４０、および５０から受け取り、デジタルデータを表示のために処理し、マッピングし、フォーマットし、デジタル表示データをアナログ表示信号に変換し、アナログ表示信号をモニタ９０へと通信する。モニタ９０は表示器プロセッサ８０からのアナログ表示信号を受け取り、結果として得られる画像を表示する。
【００１６】
ユーザインターフェース６０は、操作者が制御プロセッサ５０を通して超音波機械５にユーザーコマンドを入力することを可能にする。ユーザインターフェース６０は、特にキーボード、マウス、スイッチ、つまみ、ボタン、トラックボール、フットペダル、音声制御、およびオンスクリーンメニューなどを含むことができる。
【００１７】
タイミングイベント源６５が、対象物の心臓波形を表す心臓タイミングイベント信号６６を生成する。心臓タイミングイベント信号６６は制御プロセッサ５０を通して超音波機械５に入力される。
【００１８】
一実施形態では制御プロセッサ５０は、デジタルバス７０を介して超音波機械５の他の様々な部品に接続する、超音波機械５の中央プロセッサを含む。制御プロセッサ５０は様々な撮像および診断モードのための様々なデータアルゴリズムおよび機能を実行する。デジタルデータおよびコマンドは、制御プロセッサ５０と超音波機械５の他の様々な部品の間で通信することができる。代替実施形態として、制御プロセッサ５０によって実行される機能を複数のプロセッサによって実行することもでき、またはプロセッサ３０、４０、または８０、あるいはそれらの組合せに統合することもできる。他の実施形態として、プロセッサ３０、４０、５０、および８０の機能を単一のＰＣバックエンドに統合することもできる。
【００１９】
心臓の解剖学的指標が認識されると（例えば、２００２年１２月１７日に出願された米国特許出願第１０／２４８，０９０号に記載されているようにＡＶ平面および心尖部など）、ある関連情報（例えば１つまたは複数の主要パラメータなど）を抽出し、本発明の様々な態様による、超音波機械５のユーザに（例えば表示器上に）表示することができる。上記の超音波機械５の様々なプロセッサを使用して、心臓内の様々な部位からの関連情報を抽出し表示することができる。
【００２０】
本発明の一実施形態は心臓の少なくとも１つのビューを取得し、心臓のある主要パラメータのリアルタイム視覚化および定量的評価を実行して心臓のＡＶ平面の心臓３Ｄ画像を形成することに関する。より具体的には、本発明の一実施形態を使用して１つまたは複数の弁（例えば僧帽弁など）および周囲の構造物の３Ｄ画像を生成することができる。図２Ａは、心臓のある主要パラメータのリアルタイム視覚化および定量的評価を実行するために使用される、心臓３Ｄ画像を生成するための方法２００Ａのハイレベルフローチャートを示す。図示された実施形態では、方法２００Ａは心臓を画像化しながら心臓の少なくとも１つのビューを収集するステップ２１０Ａを含む。ステップ２２０Ａは心臓を画像化しながら少なくとも１つの収集されたビューを使用して心臓のＡＶ平面を認識することを含む。ステップ２３０Ａは認識されたＡＶ平面を使用して（一実施形態では自動的に）心臓３Ｄ画像を生成することを含む。
【００２１】
図２Ｂは、本発明の様々な実施形態による、例えば図１に示した超音波機械５を使用して実行される（図２Ａの方法２００Ａと同様の）方法２００Ｂの実施形態を表すフローチャートを示す。方法２００Ｂは（例えばＴＶＩモードで）心臓の少なくとも１つの心尖部画像を取得するように心臓をスキャンするステップ２１０Ｂを含む。ステップ２２２Ｂは心臓の心筋セグメント内の１つまたは複数の点を選択し指定すること、および選択され指定された点を追跡することを含む。
【００２２】
方法２００の一実施形態は、時間の長さを選択し、少なくとも１つの心筋セグメントに沿った１つまたは複数の動作勾配を計算するステップ２２４Ｂをさらに含む。ステップ２２６Ｂは、例えばステップ２２４Ｂで計算された少なくとも１つの勾配を使用して、（例えば自動的に）ＡＶ平面および心尖部を検出することを含む。
【００２３】
方法２００Ｂは、自動的にＡＶ平面および心尖部に標点をマークし、少なくとも１つの解剖学的指標を形成する、マークされたＡＶ平面および心尖部を追跡するステップ２２８Ｂをさらに含む。ステップ２３０Ｂは、ステップ２２８Ｂで形成された少なくとも１つの解剖学的指標を使用して少なくとも１つの心臓３Ｄ画像を生成することを含む。
【００２４】
図３は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、少なくとも心臓内の心基セグメントおよび中間セグメントの下部を、図２Ａおよび２Ｂで示された方法２００Ａおよび２００Ｂをそれぞれ使用して認識する図を示す。相対的位置決めおよび局所画像特性によって与えられる心臓内での位置を認識するために、検出された指標を使用することができる。図３は心臓３００の２つの表示を示す。図３左側には、ある解剖学的位置に様々な印を重ね合わせた心臓３００の画像が示されている。図３右側には、ある解剖学的位置に様々な印を重ね合わせた心臓３００の図式的表示が示されている。図３はさらに、心臓３００の心基セグメント３０１の心筋下部および心臓３００の中間セグメント３０２の下部が、検出された指標（すなわち、心尖部３０３およびＡＶ平面３０４）に対して認識されている例を示す。
【００２５】
心臓のある解剖学的指標が認識されると（例えば、２００２年１２月１７日に出願された米国特許出願第１０／２４８，０９０号に記載されているようにＡＶ平面および心尖部など）、本発明の様々な態様に従って、ある臨床的な関連情報を抽出し、超音波機械５のユーザに表示することができる。上記の超音波機械５の様々なプロセッサを使用して、心臓内の様々な部位からの関連情報を抽出し表示することができる。
【００２６】
図４は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、心臓内の単一または複数の心筋セグメントを図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して認識し、情報を抽出する図を示す。図４は、（図３に示したものと同様の）心臓４００内の位置を境界検出と組み合わせて、単一の心筋セグメント４０５または複数の心筋セグメントを認識する方法を示す。一実施形態では、心尖部４０１、ＡＶ平面４０２、心基セグメント下部４０３、中間セグメント下部４０４として位置がマークされている。ＡＳＥの１６分画モデルまたは他の同様の方法で定義されたセグメントを認識することができることが企図されている。本発明の様々な態様によれば、そのような分画に基づいてセグメント４０５の代表的な主要パラメータを計算することができる。
【００２７】
図５は、本発明の実施形態による、歪み率イメージングから計算された歪みと組織動作イメージングから視覚化され計算された歪みの間の関係を示す図である。組織速度イメージング５０１が図５左上に示されている。組織速度の勾配が超音波ビームに沿って計算されると、歪み率イメージング５０２を取得できることが企図されている。このような歪み率イメージングの一例が図５左下に示されている。所与の空間または解剖学的位置の歪み率値は、時間間隔（例えば収縮期など）と組み合わせて局所歪みを全体的な変形としてパーセンテージで計算することができる。図５右下はこのような例を示しており、全体的な収縮期の歪み５０３を使用して心筋をカラーコード化する。あるいは、図５右上に示すように収縮期動作値の個別のカラーコーディング５０４を構成することができる。これらのデータ供給源はすべて、検出された指標に対して位置の単一の値または時間軸として抽出することのできる、可能性のある定量的な臨床関連情報を表すことが企図されている。
【００２８】
検出された指標および関連位置を使用して、情報の収集または抽出のための空間的位置をプリセットすることができる。図６は、本発明の実施形態による、情報を抽出する多数の短軸解剖学的Ｍモードを解剖学的指標に対して図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して検出する図を示している。図６は、本発明の実施形態による、所与の数の短軸解剖学的Ｍモード６０３、６０４、および６０５を心臓６００内の心尖部６０１および２つのＡＶ平面位置６０２に対して固定の形状パーセンテージとして検出する方法を示している。
【００２９】
図７は、本発明の実施形態による、情報を抽出する２つの長軸Ｍモードを２つのＡＶ平面位置を通して図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用してプリセットする図を示している。図７は、本発明の実施形態による、心臓７００内での２つのＭモードにおける長軸のＡＶ動作を表示するために２つの長軸Ｍモード７０３および７０４を２つのＡＶ平面位置７０１および７０２を通してプリセットする方法を示している。
【００３０】
図８は、本発明の実施形態による、心筋セグメント内を心尖部からＡＶ平面に至る、情報を抽出する湾曲Ｍモードを図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用してプリセットする図を示している。図８は、本発明の実施形態による、心筋中央部８０３を心尖部８０１からＡＶ平面８０２に至る湾曲Ｍモード８０４を、指標を単独で使用してまたは局所画像分析と組み合わせて、心臓８００内の心筋８０３内部の湾曲８０４を保持するようにプリセットする方法を示している。
【００３１】
図９は、本発明の実施形態による、情報を抽出するドップラーサンプルボリュームを検出された解剖学的指標に対して図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用してプリセットすることを示す図を示している。図９は、ドップラー測定のためのサンプルボリューム９０３を、心臓９００内の検出された指標９０１（心尖部）および９０２（ＡＶ平面）に対して、プリセットする方法を示している。このような技法は血流の検査および心筋機能の測定のために、ＰＷおよびＣＷドップラーに応用することができる。
【００３２】
本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、これらの臨床的関連位置から情報を抽出する関心領域（ＲＯＩ）を解剖学的指標に対してプリセットすることができる。抽出された情報は１つまたは複数の経時的ドップラー情報、経時的速度情報、経時的歪み率情報、経時的歪み情報、Ｍモード情報、変形情報、変位情報、およびＢモード情報を含むことができる。
【００３３】
本発明の実施形態によれば、Ｍモード、湾曲Ｍモード、サンプルボリューム、およびＲＯＩの位置を、それらの位置の動きをフォローするために追跡することができる。さらに、解剖学的指標および／または臨床的関連位置の上に標点を重ね合わせて、指標および／または位置の場所を明確に表示することができる。
【００３４】
図１０は、本発明の実施形態による、関連する心内膜についての情報を抽出するためにエッジ検出を行う心筋セグメント内の点のセットを、図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して定義する図を示している。心内膜のエッジの自動検出は困難な作業である。図１０は、エッジ検出のための良好なＲＯＩを定義する、または動的輪郭などのエッジ検出アルゴリズムを使用して実際の境界を調べるために使用することができる初期推定を実行するために、本明細書で述べた技法（すなわち、湾曲Ｍモード検出と同様）を使用する方法を示している。図１０は、心尖部１００１およびＡＶ平面１００２を認識する心臓１０００の２つのビューを示す。解剖学的指標に基づいて心臓１０００の心筋セグメントのほぼ内側を推定する輪郭１００３が、心尖部およびＡＶ平面の位置を追跡しながら描出される。次いで開始点のセットとして輪郭を使用するエッジ検出技法を使用して、心内膜のエッジ検出を実行することができる。
【００３５】
図１１は、本発明の実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して心臓の２つの心腔の間を識別し情報を抽出する図を示している。図１１は、心臓１１００の２つのビュー内のエッジ検出を別々に適用した例を示している。理想的な血液／組織分画であっても、心周期のすべての瞬間に心室１１０２と心房１１０３の間を分けることはできないであろう。２つの心腔１１０２および１１０３は、僧帽弁１１０４が開いている拡張期には血液によって完全に連結している。血液／組織分画を心室部分と心房部分に分けるために、ＡＶ平面１１０１の検出を使用することができる。
【００３６】
図１２は、本発明の実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して心臓の表示にグリッドでタグをつけ、情報を抽出するためにグリッドを追跡する図を示している。図１２は組織追跡に基づいてタグ表示を実行するための１つの方法を示す。本発明の実施形態によれば、心周期に対して時間間隔が選択される。時間間隔は例えば、完全な心周期と同じにすることができる。時間間隔の開始時に固定図形グリッド１２０１が超音波画像１２００の最上部に描出される。１次元または２次元グリッドを含むどのような形状を使用してもよい。図１２左側は、等間隔の横線を使用した１次元グリッド１２０１を示している。超音波画像の極性形状表示において一定深度での等間隔線のセットを使用できることが企図されている。次いで選択された時間間隔を通して、超音波ビームに沿って１次元技法または２次元技法で解剖学的位置を追跡することができる。
【００３７】
図１２右側は、元のグリッドパターン１２０１の動きまたは変形を使用して動きまたは歪み特性を視覚化する、選択された時間間隔での表示方式を示す。表示モードは生体内での歪み測定のための標準的検査法（gold reference）として使用されるタグ付きＭＲに類似しているため、臨床家にとっては魅力的であろう。心尖部およびＡＶ平面位置のような指標の検出は、グリッド１２０１を指標に対してプリセットすることによって表示モードをさらに強化できる。このようなプリセットによってグリッド線が心尖部およびＡＶ平面の両方を通過することを確実にすることができる。例えば、中間位置を選択すると、表示される変形が適切な血管領域に対応するようにすることができる。特別なグリッド構造または帯域１２０２を、通常のまたは予想される長軸動作に対応するＡＶ平面の周りに追加することもできる。
【００３８】
本発明の一実施形態は、有意義な心臓評価を行うために心臓の少なくとも一部（例えば１つまたは複数の弁など）の３Ｄ画像を収集することに関する。ＡＶ平面を使用して、例えば僧帽弁輪の動きを３Ｄ再構成できるように、僧帽弁のレンダリングのための３Ｄ収集を最適化できることが企図されている。
【００３９】
本発明の一実施形態は、心臓を画像化し、心臓のＡＶ平面を認識し、かつ心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を形成するための超音波システムに関する。より具体的には、本発明の一実施形態は心臓３Ｄ収集において心臓の少なくとも僧帽弁平面を認識することを含む。このような３Ｄ収集において、少なくとも１つの心臓弁（例えば僧帽弁および隣接する構造物）の１つまたは複数の最適化されたビュー／レンダリングを位置決めし生成するために、ＡＶ平面を使用することができる。
【００４０】
図１３は全体を１３００で示すが、本発明の１つまたは複数の実施形態による、方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して心臓３Ｄセットの１つまたは複数の位置から抽出される主要パラメータ情報（例えば組織速度など）を収集し表示するための１つの方法を示す。少なくとも心尖部およびＡＶ平面を認識し自動的に３Ｄ心尖部ビューを生成するために、上述したように２Ｄ画像にも適用される同じ分析を適用できることが理解されるだろう。この実施形態では、４つの画像、１３００Ａ、１３００Ｂ、１３００Ｃ、および１３００Ｄが生成される。より多くの、より少ない、または異なるビューも生成することができることが理解されよう。
【００４１】
図１４は、全体を１４００で示すが、本発明の実施形態による、方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して３Ｄ動的モデルを形成し表示するための一方法を示す。この実施形態では、方法１４００が、図１３で上述したものと同様の１つまたは複数の位置から抽出した（例えば組織速度など）関連する主要パラメータを使用して、３Ｄ動的モデルを自動的に作成し表示する。この実施形態では方法１４００は（速度パターンなど）主要パラメータをリアルタイム３Ｄ形式１４０２に単独で、または後処理による、図式形式１４０４とともに表示することができる。
【００４２】
同様に図１５は、全体を１５００で示すが、本発明の１つまたは複数の実施形態による、形状モデルを表示するための方法を示す。図示された実施形態では、図１５は、心臓の心尖部心腔から抽出された４つのＡＶ位置１５０１、１５０３、１５０５、および１５０９、および左心室および僧帽弁の３Ｄ再構成１５０２を、僧帽輪１５０４の動作パターンとともに表示する。僧帽輪１５０４の３Ｄ再構成を単独で、または（静止およびピーク速度を含む）関連速度パターン１５０６と関連させて自動化することができ、（タイミングおよび偏位に関する）壁面セグメント間の差異を図式表示および定量化することができる。
【００４３】
以上、本発明をある実施形態を参照して述べたが、当業者には本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を行うことができ、同等物で代替させることができることが理解されよう。さらに、本発明の範囲から逸脱せずに、特定の状況または材料を本教示に適合させるために多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に該当するすべての実施形態を含むものである。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の様々な実施形態に従って作製される、超音波機械の実施形態のブロック図である。
【図２Ａ】本発明の様々な実施形態による、図１に示す機械で実行される方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の様々な実施形態による、図１に示す機械で実行される方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、心臓内の心基セグメントおよび中間セグメントの下部を図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して認識する図である。
【図４】本発明の一実施形態による、心臓内の単一の心筋セグメントおよび複数の心筋セグメントを図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して認識する図である。
【図５】本発明の一実施形態による、歪み率イメージングから計算された歪みと組織動作イメージングから視覚化され計算された歪みの間の関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、多数の短軸解剖学的Ｍモードを解剖学的指標に対して図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して検出する図である。
【図７】本発明の一実施形態による、２つの長軸方向Ｍモードを２つのＡＶ平面位置を通して図２Ａおよび２Ｂの方法を使用してプリセットする図である。
【図８】本発明の一実施形態による、心筋セグメント内で心尖部からＡＶ平面へと至る湾曲Ｍモードを、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用してプリセットする図である。
【図９】本発明の一実施形態による、ドップラーサンプルボリュームを、検出された解剖学的指標に対して図２Ａおよび２Ｂの方法を使用してプリセットする図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、エッジ検出を行うために心筋セグメント内に点のセットを図２Ａおよび２Ｂの方法を使用してプリセットする図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して２つの心腔を識別する図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して心臓の表示にグリッドでタグをつけ、グリッドを追跡する図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して主要パラメータ情報を収集し表示する図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して収集された主要パラメータ情報を図１３と同様の方法で作成し表示する図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して心臓の少なくとも一部の３Ｄ形状モデルを表示する図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 変換器
１５ アナログインターフェース
２０ フロントエンド
３０ 非ドップラープロセッサ
４０ ドップラープロセッサ
５０ 制御プロセッサ
６０ ユーザインターフェース
６５ タイミングイベント源
６６ 心臓タイミングイベント信号
７０ バス
７５ 表示器
８０ 表示プロセッサ
９０ モニタ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、３次元（３Ｄ）で心房−心室平面（ＡＶ平面）を検出するための超音波システムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、心臓を画像化し、心臓のＡＶ平面を認識し、少なくともそのＡＶ平面を使用して少なくとも心臓の一部の心臓３Ｄ画像を形成するための超音波システムに関する。
【０００２】
以下の米国特許出願の全体を参照することによって、それぞれの完全な主題を援用する。
２００２年１２月１７日に出願された米国特許出願第１０／２４８，０９０号
２００２年６月４日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０３２号
２００２年６月１０日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０８３号
２００２年６月４日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０３３号
２００２年６月１０日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０８４号
２００２年６月１０日に出願された米国特許出願第１０／０６４，０８５号
２００４年８月３１日に出願された米国特許仮出願第６０／６０５，９３９号（整理番号 １５−ＤＳ−００５５２）
２００４年８月３１日に出願された米国特許仮出願第６０／６０５，９５３号（整理番号１５−ＤＳ−００５４３）
【背景技術】
【０００３】
心エコー検査は超音波分野の一部門であり、現在、主観的画像評価と主要な定量的パラメータの抽出を組み合わせて行われている。心機能の評価は、例えば冠状動脈疾患などの疾患の評価において、精度と客観性を向上させるために使用できる確立されたパラメータがないことによって妨げられてきた。心臓運動の評価が主観的な性質であることから、エコーセンター間での観察者による違いは受け入れ難いほど大きかった。
【０００４】
この問題に重点をおいて、定量的パラメータを定義し検証することを目的として、研究がなされてきた。例えば冠状動脈疾患などの診断において、客観性と精度を向上させるために使用できる可能性のある新しいパラメータのセットを示す有望な臨床的検証研究が報告されている。新しいパラメータの多くは、リアルタイムで生成される超音波画像を視覚的検査で直接評価することは難しく、または不可能であった。定量化は通常、必要なパラメータを抽出するために面倒な手操作による分析をともなう後処理ステップを必要とする。心臓内における解剖学的指標の位置の判定も例外ではない。時間を要する後処理技法、または複雑な計算を要するリアルタイム技法は望ましくない。
【０００５】
Ｓｈｅｅｈａｎ他の米国特許５，６０１，０８４号に開示された一方法は、画像化データを使用して心臓の一部を画像化し３次元モデル化することを述べている。Ｔｏｒｐ他の米国特許６，０９９，４７１号に開示された別の方法は、歪み速度をリアルタイムで計算し表示することを述べている。Ｏｌｓｔａｄ他の米国特許５，５１５，８５６号に開示されたさらに別の方法は、心機能など、生きている生体学的構造物の調査を構造物が動いている間に表示する解剖学的Ｍモードの生成について述べている。Ｇｒｏｎｎｉｎｇｓａｅｔｅｒ他の米国特許６，０１９，７２４号に開示されたさらに別の方法は、超音波画像を使用して手順を導くために準リアルタイムフィードバックを生成することを述べている。
【特許文献１】米国特許５，６０１，０８４号
【特許文献２】米国特許６，０９９，４７１号
【特許文献３】米国特許５，５１５，８５６号
【特許文献４】米国特許６，０１９，７２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、３次元（３Ｄ）でＡＶ平面を検出するための超音波システムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、心臓を画像化し、心臓のＡＶ平面を認識し、少なくともそのＡＶ平面を使用して少なくとも心臓の一部の心臓３Ｄ画像を形成するための超音波システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、動いている心臓構造物および血液に応答して画像を生成するためのシステムおよび方法に関する。本発明の１つまたは複数の実施形態は、動いている心臓構造物および血液に応答して画像を生成するように適合された超音波機械に関する。この方法の実施形態は、動いている心臓構造物および血液の少なくとも１つのビューを含む３Ｄ超音波データを収集すること、および少なくとも１つの収集したビューを使用してＡＶ平面を認識することを含む。方法は、少なくとも１つの認識されたＡＶ平面を使用して心臓３Ｄ画像を生成することをさらに含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、心臓の動いている心臓構造物および血液に応答して画像を生成するように適合された超音波機械に関する。この実施形態では、方法は少なくとも１つの心尖部画像を含む３Ｄ超音波データを収集するために心臓をスキャンすること、および少なくとも１つの収集された心尖部画像を使用してＡＶ平面を認識することを含む。少なくとも１つの認識されたＡＶ平面を使用して少なくとも１つの解剖学的指標が形成され、少なくとも１つの解剖学的指標を使用して生成され表示される場合は心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像が形成される。
【０００９】
本発明の一実施形態は、少なくとも１つのフロントエンドおよび少なくとも１つのプロセッサに関する。フロントエンドは超音波を心臓の動いている心臓構造物および血液に送信し、動いている心臓構造物および血液からの超音波後方散乱に応答して受信信号を生成するように構成されている。受信信号に応答する少なくとも１つのプロセッサが、少なくとも１つの心臓のビューを含む３Ｄ超音波データを収集し、少なくとも１つの収集したビューを使用してＡＶ平面を認識し、少なくとも１つの認識されたＡＶ平面を使用して心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を生成する。少なくとも３Ｄ画像をユーザに表示することができる。
【００１０】
本発明のある実施形態は、心尖部やＡＶ平面など、心臓の主要な解剖学的指標を自動的に検出した後、心臓からある臨床的関連情報を抽出する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上記の発明の開示、ならびに下記の本発明のある実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読めばより良く理解されるであろう。ただし本発明は、添付の図面に示された配置および方法に限定されるものではないことを理解されたい。
【００１２】
本発明の実施形態は、３ＤのＡＶ平面を検出するための超音波システムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は心臓を画像化し、少なくとも心臓のＡＶ平面を認識し、少なくともそのＡＶ平面を使用して少なくとも心臓の一部の心臓３次元３Ｄ画像を形成するための超音波システムに関する。この機能を実現するために、動いている心臓構造物がモニタされる。本明細書で使用される構造物という用語は、例えば心臓組織など、非液体および非気体物質を含む。本発明の実施形態は、心臓の臨床的に関連したパラメータまたは主要なパラメータの改良されたリアルタイム視覚化、および定量的評価をもたらす。動いている構造物は、心臓の心筋セグメント内部の解剖学点に対応する分析的パラメータ値または主要パラメータ値のセットによって特徴付けられる。分析的パラメータ値または主要パラメータ値のセットは、例えば組織速度値、時間積分した組織速度値、Ｂモード組織輝度値、組織歪み率値、血流値、および僧帽弁推定値を含む。
【００１３】
図１は、全体を５で示すが、本発明の実施形態による超音波機械の実施形態を示す図である。変換器（トランデューサ）１０が、電気アナログ信号を超音波エネルギに変換することによって超音波を対象物に送信し、超音波エネルギをアナログ電気信号に変換することによって対象物からの超音波後方散乱を受信する。一実施形態で受信機、送信機、ビーム形成装置を含むフロントエンド２０を使用して、様々なイメージングモードで使用するために必要な送信波形、ビームパターン、受信機フィルタリング技法、および復調方式を作成することができる。フロントエンド２０はデジタルデータをアナログデータに、アナログデータをデジタルデータに変換することによって、このような機能を実行する。フロントエンド２０は、アナログインターフェース１５を使用して変換器１０と接続し、バス７０（例えばデジタルバスなど）を介して非ドップラープロセッサ３０、ドップラープロセッサ４０、制御プロセッサ５０と接続している。バス７０はいくつかのサブバスを含むことができ、各サブバスはそれぞれ固有の構成をとり、超音波機械５の様々な部品にデジタルデータインターフェースを提供する。
【００１４】
一実施形態では、非ドップラープロセッサ３０は、ＢモードやＭモードなどのイメージングモード、および高調波イメージングに使用するための振幅検出機能、およびデータ圧縮機能を提供するように適合される。一実施形態では、ドップラープロセッサ４０は、組織速度イメージング（ＴＶＩ）、歪み率イメージング（ＳＲＩ）、およびカラーＭモードなどのイメージングモードに使用するためのクラッターフィルタリング機能および動作パラメータ推定機能を提供する。一実施形態では、２つのプロセッサ３０および４０は、デジタル信号データをフロントエンド２０から受け取り、デジタル信号を推定パラメータ値に処理し、推定パラメータ値をデジタルバス７０を介してプロセッサ５０および表示器７５に渡す。推定パラメータ値は、当業者には既知の方法で、送信信号の基本波、高調波、分数調波に集中した周波数帯の受信信号を使用して作成することができる。
【００１５】
一実施形態では、表示器７５はスキャン変換機能、カラーマッピング機能、および組織／血流アービトレーション機能が表示器プロセッサ８０によって実行されるように適合され、表示器プロセッサ８０はデジタルパラメータをプロセッサ３０、４０、および５０から受け取り、デジタルデータを表示のために処理し、マッピングし、フォーマットし、デジタル表示データをアナログ表示信号に変換し、アナログ表示信号をモニタ９０へと通信する。モニタ９０は表示器プロセッサ８０からのアナログ表示信号を受け取り、結果として得られる画像を表示する。
【００１６】
ユーザインターフェース６０は、操作者が制御プロセッサ５０を通して超音波機械５にユーザーコマンドを入力することを可能にする。ユーザインターフェース６０は、特にキーボード、マウス、スイッチ、つまみ、ボタン、トラックボール、フットペダル、音声制御、およびオンスクリーンメニューなどを含むことができる。
【００１７】
タイミングイベント源６５が、対象物の心臓波形を表す心臓タイミングイベント信号６６を生成する。心臓タイミングイベント信号６６は制御プロセッサ５０を通して超音波機械５に入力される。
【００１８】
一実施形態では制御プロセッサ５０は、デジタルバス７０を介して超音波機械５の他の様々な部品に接続する、超音波機械５の中央プロセッサを含む。制御プロセッサ５０は様々な撮像および診断モードのための様々なデータアルゴリズムおよび機能を実行する。デジタルデータおよびコマンドは、制御プロセッサ５０と超音波機械５の他の様々な部品の間で通信することができる。代替実施形態として、制御プロセッサ５０によって実行される機能を複数のプロセッサによって実行することもでき、またはプロセッサ３０、４０、または８０、あるいはそれらの組合せに統合することもできる。他の実施形態として、プロセッサ３０、４０、５０、および８０の機能を単一のＰＣバックエンドに統合することもできる。
【００１９】
心臓の解剖学的指標が認識されると（例えば、２００２年１２月１７日に出願された米国特許出願第１０／２４８，０９０号に記載されているようにＡＶ平面および心尖部など）、ある関連情報（例えば１つまたは複数の主要パラメータなど）を抽出し、本発明の様々な態様による、超音波機械５のユーザに（例えば表示器上に）表示することができる。上記の超音波機械５の様々なプロセッサを使用して、心臓内の様々な部位からの関連情報を抽出し表示することができる。
【００２０】
本発明の一実施形態は心臓の少なくとも１つのビューを取得し、心臓のある主要パラメータのリアルタイム視覚化および定量的評価を実行して心臓のＡＶ平面の心臓３Ｄ画像を形成することに関する。より具体的には、本発明の一実施形態を使用して１つまたは複数の弁（例えば僧帽弁など）および周囲の構造物の３Ｄ画像を生成することができる。図２Ａは、心臓のある主要パラメータのリアルタイム視覚化および定量的評価を実行するために使用される、心臓３Ｄ画像を生成するための方法２００Ａのハイレベルフローチャートを示す。図示された実施形態では、方法２００Ａは心臓を画像化しながら心臓の少なくとも１つのビューを収集するステップ２１０Ａを含む。ステップ２２０Ａは心臓を画像化しながら少なくとも１つの収集されたビューを使用して心臓のＡＶ平面を認識することを含む。ステップ２３０Ａは認識されたＡＶ平面を使用して（一実施形態では自動的に）心臓３Ｄ画像を生成することを含む。
【００２１】
図２Ｂは、本発明の様々な実施形態による、例えば図１に示した超音波機械５を使用して実行される（図２Ａの方法２００Ａと同様の）方法２００Ｂの実施形態を表すフローチャートを示す。方法２００Ｂは（例えばＴＶＩモードで）心臓の少なくとも１つの心尖部画像を取得するように心臓をスキャンするステップ２１０Ｂを含む。ステップ２２２Ｂは心臓の心筋セグメント内の１つまたは複数の点を選択し指定すること、および選択され指定された点を追跡することを含む。
【００２２】
方法２００の一実施形態は、時間の長さを選択し、少なくとも１つの心筋セグメントに沿った１つまたは複数の動作勾配を計算するステップ２２４Ｂをさらに含む。ステップ２２６Ｂは、例えばステップ２２４Ｂで計算された少なくとも１つの勾配を使用して、（例えば自動的に）ＡＶ平面および心尖部を検出することを含む。
【００２３】
方法２００Ｂは、自動的にＡＶ平面および心尖部に標点をマークし、少なくとも１つの解剖学的指標を形成する、マークされたＡＶ平面および心尖部を追跡するステップ２２８Ｂをさらに含む。ステップ２３０Ｂは、ステップ２２８Ｂで形成された少なくとも１つの解剖学的指標を使用して少なくとも１つの心臓３Ｄ画像を生成することを含む。
【００２４】
図３は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、少なくとも心臓内の心基セグメントおよび中間セグメントの下部を、図２Ａおよび２Ｂで示された方法２００Ａおよび２００Ｂをそれぞれ使用して認識する図を示す。相対的位置決めおよび局所画像特性によって与えられる心臓内での位置を認識するために、検出された指標を使用することができる。図３は心臓３００の２つの表示を示す。図３左側には、ある解剖学的位置に様々な印を重ね合わせた心臓３００の画像が示されている。図３右側には、ある解剖学的位置に様々な印を重ね合わせた心臓３００の図式的表示が示されている。図３はさらに、心臓３００の心基セグメント３０１の心筋下部および心臓３００の中間セグメント３０２の下部が、検出された指標（すなわち、心尖部３０３およびＡＶ平面３０４）に対して認識されている例を示す。
【００２５】
心臓のある解剖学的指標が認識されると（例えば、２００２年１２月１７日に出願された米国特許出願第１０／２４８，０９０号に記載されているようにＡＶ平面および心尖部など）、本発明の様々な態様に従って、ある臨床的な関連情報を抽出し、超音波機械５のユーザに表示することができる。上記の超音波機械５の様々なプロセッサを使用して、心臓内の様々な部位からの関連情報を抽出し表示することができる。
【００２６】
図４は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、心臓内の単一または複数の心筋セグメントを図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して認識し、情報を抽出する図を示す。図４は、（図３に示したものと同様の）心臓４００内の位置を境界検出と組み合わせて、単一の心筋セグメント４０５または複数の心筋セグメントを認識する方法を示す。一実施形態では、心尖部４０１、ＡＶ平面４０２、心基セグメント下部４０３、中間セグメント下部４０４として位置がマークされている。ＡＳＥの１６分画モデルまたは他の同様の方法で定義されたセグメントを認識することができることが企図されている。本発明の様々な態様によれば、そのような分画に基づいてセグメント４０５の代表的な主要パラメータを計算することができる。
【００２７】
図５は、本発明の実施形態による、歪み率イメージングから計算された歪みと組織動作イメージングから視覚化され計算された歪みの間の関係を示す図である。組織速度イメージング５０１が図５左上に示されている。組織速度の勾配が超音波ビームに沿って計算されると、歪み率イメージング５０２を取得できることが企図されている。このような歪み率イメージングの一例が図５左下に示されている。所与の空間または解剖学的位置の歪み率値は、時間間隔（例えば収縮期など）と組み合わせて局所歪みを全体的な変形としてパーセンテージで計算することができる。図５右下はこのような例を示しており、全体的な収縮期の歪み５０３を使用して心筋をカラーコード化する。あるいは、図５右上に示すように収縮期動作値の個別のカラーコーディング５０４を構成することができる。これらのデータ供給源はすべて、検出された指標に対して位置の単一の値または時間軸として抽出することのできる、可能性のある定量的な臨床関連情報を表すことが企図されている。
【００２８】
検出された指標および関連位置を使用して、情報の収集または抽出のための空間的位置をプリセットすることができる。図６は、本発明の実施形態による、情報を抽出する多数の短軸解剖学的Ｍモードを解剖学的指標に対して図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して検出する図を示している。図６は、本発明の実施形態による、所与の数の短軸解剖学的Ｍモード６０３、６０４、および６０５を心臓６００内の心尖部６０１および２つのＡＶ平面位置６０２に対して固定の形状パーセンテージとして検出する方法を示している。
【００２９】
図７は、本発明の実施形態による、情報を抽出する２つの長軸Ｍモードを２つのＡＶ平面位置を通して図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用してプリセットする図を示している。図７は、本発明の実施形態による、心臓７００内での２つのＭモードにおける長軸のＡＶ動作を表示するために２つの長軸Ｍモード７０３および７０４を２つのＡＶ平面位置７０１および７０２を通してプリセットする方法を示している。
【００３０】
図８は、本発明の実施形態による、心筋セグメント内を心尖部からＡＶ平面に至る、情報を抽出する湾曲Ｍモードを図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用してプリセットする図を示している。図８は、本発明の実施形態による、心筋中央部８０３を心尖部８０１からＡＶ平面８０２に至る湾曲Ｍモード８０４を、指標を単独で使用してまたは局所画像分析と組み合わせて、心臓８００内の心筋８０３内部の湾曲８０４を保持するようにプリセットする方法を示している。
【００３１】
図９は、本発明の実施形態による、情報を抽出するドップラーサンプルボリュームを検出された解剖学的指標に対して図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用してプリセットすることを示す図を示している。図９は、ドップラー測定のためのサンプルボリューム９０３を、心臓９００内の検出された指標９０１（心尖部）および９０２（ＡＶ平面）に対して、プリセットする方法を示している。このような技法は血流の検査および心筋機能の測定のために、ＰＷおよびＣＷドップラーに応用することができる。
【００３２】
本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、これらの臨床的関連位置から情報を抽出する関心領域（ＲＯＩ）を解剖学的指標に対してプリセットすることができる。抽出された情報は１つまたは複数の経時的ドップラー情報、経時的速度情報、経時的歪み率情報、経時的歪み情報、Ｍモード情報、変形情報、変位情報、およびＢモード情報を含むことができる。
【００３３】
本発明の実施形態によれば、Ｍモード、湾曲Ｍモード、サンプルボリューム、およびＲＯＩの位置を、それらの位置の動きをフォローするために追跡することができる。さらに、解剖学的指標および／または臨床的関連位置の上に標点を重ね合わせて、指標および／または位置の場所を明確に表示することができる。
【００３４】
図１０は、本発明の実施形態による、関連する心内膜についての情報を抽出するためにエッジ検出を行う心筋セグメント内の点のセットを、図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して定義する図を示している。心内膜のエッジの自動検出は困難な作業である。図１０は、エッジ検出のための良好なＲＯＩを定義する、または動的輪郭などのエッジ検出アルゴリズムを使用して実際の境界を調べるために使用することができる初期推定を実行するために、本明細書で述べた技法（すなわち、湾曲Ｍモード検出と同様）を使用する方法を示している。図１０は、心尖部１００１およびＡＶ平面１００２を認識する心臓１０００の２つのビューを示す。解剖学的指標に基づいて心臓１０００の心筋セグメントのほぼ内側を推定する輪郭１００３が、心尖部およびＡＶ平面の位置を追跡しながら描出される。次いで開始点のセットとして輪郭を使用するエッジ検出技法を使用して、心内膜のエッジ検出を実行することができる。
【００３５】
図１１は、本発明の実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して心臓の２つの心腔の間を識別し情報を抽出する図を示している。図１１は、心臓１１００の２つのビュー内のエッジ検出を別々に適用した例を示している。理想的な血液／組織分画であっても、心周期のすべての瞬間に心室１１０２と心房１１０３の間を分けることはできないであろう。２つの心腔１１０２および１１０３は、僧帽弁１１０４が開いている拡張期には血液によって完全に連結している。血液／組織分画を心室部分と心房部分に分けるために、ＡＶ平面１１０１の検出を使用することができる。
【００３６】
図１２は、本発明の実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して心臓の表示にグリッドでタグをつけ、情報を抽出するためにグリッドを追跡する図を示している。図１２は組織追跡に基づいてタグ表示を実行するための１つの方法を示す。本発明の実施形態によれば、心周期に対して時間間隔が選択される。時間間隔は例えば、完全な心周期と同じにすることができる。時間間隔の開始時に固定図形グリッド１２０１が超音波画像１２００の最上部に描出される。１次元または２次元グリッドを含むどのような形状を使用してもよい。図１２左側は、等間隔の横線を使用した１次元グリッド１２０１を示している。超音波画像の極性形状表示において一定深度での等間隔線のセットを使用できることが企図されている。次いで選択された時間間隔を通して、超音波ビームに沿って１次元技法または２次元技法で解剖学的位置を追跡することができる。
【００３７】
図１２右側は、元のグリッドパターン１２０１の動きまたは変形を使用して動きまたは歪み特性を視覚化する、選択された時間間隔での表示方式を示す。表示モードは生体内での歪み測定のための標準的検査法（gold reference）として使用されるタグ付きＭＲに類似しているため、臨床家にとっては魅力的であろう。心尖部およびＡＶ平面位置のような指標の検出は、グリッド１２０１を指標に対してプリセットすることによって表示モードをさらに強化できる。このようなプリセットによってグリッド線が心尖部およびＡＶ平面の両方を通過することを確実にすることができる。例えば、中間位置を選択すると、表示される変形が適切な血管領域に対応するようにすることができる。特別なグリッド構造または帯域１２０２を、通常のまたは予想される長軸動作に対応するＡＶ平面の周りに追加することもできる。
【００３８】
本発明の一実施形態は、有意義な心臓評価を行うために心臓の少なくとも一部（例えば１つまたは複数の弁など）の３Ｄ画像を収集することに関する。ＡＶ平面を使用して、例えば僧帽弁輪の動きを３Ｄ再構成できるように、僧帽弁のレンダリングのための３Ｄ収集を最適化できることが企図されている。
【００３９】
本発明の一実施形態は、心臓を画像化し、心臓のＡＶ平面を認識し、かつ心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を形成するための超音波システムに関する。より具体的には、本発明の一実施形態は心臓３Ｄ収集において心臓の少なくとも僧帽弁平面を認識することを含む。このような３Ｄ収集において、少なくとも１つの心臓弁（例えば僧帽弁および隣接する構造物）の１つまたは複数の最適化されたビュー／レンダリングを位置決めし生成するために、ＡＶ平面を使用することができる。
【００４０】
図１３は全体を１３００で示すが、本発明の１つまたは複数の実施形態による、方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して心臓３Ｄセットの１つまたは複数の位置から抽出される主要パラメータ情報（例えば組織速度など）を収集し表示するための１つの方法を示す。少なくとも心尖部およびＡＶ平面を認識し自動的に３Ｄ心尖部ビューを生成するために、上述したように２Ｄ画像にも適用される同じ分析を適用できることが理解されるだろう。この実施形態では、４つの画像、１３００Ａ、１３００Ｂ、１３００Ｃ、および１３００Ｄが生成される。より多くの、より少ない、または異なるビューも生成することができることが理解されよう。
【００４１】
図１４は、全体を１４００で示すが、本発明の実施形態による、方法２００Ａおよび２００Ｂを使用して３Ｄ動的モデルを形成し表示するための一方法を示す。この実施形態では、方法１４００が、図１３で上述したものと同様の１つまたは複数の位置から抽出した（例えば組織速度など）関連する主要パラメータを使用して、３Ｄ動的モデルを自動的に作成し表示する。この実施形態では方法１４００は（速度パターンなど）主要パラメータをリアルタイム３Ｄ形式１４０２に単独で、または後処理による、図式形式１４０４とともに表示することができる。
【００４２】
同様に図１５は、全体を１５００で示すが、本発明の１つまたは複数の実施形態による、形状モデルを表示するための方法を示す。図示された実施形態では、図１５は、心臓の心尖部心腔から抽出された４つのＡＶ位置１５０１、１５０３、１５０５、および１５０９、および左心室および僧帽弁の３Ｄ再構成１５０２を、僧帽輪１５０４の動作パターンとともに表示する。僧帽輪１５０４の３Ｄ再構成を単独で、または（静止およびピーク速度を含む）関連速度パターン１５０６と関連させて自動化することができ、（タイミングおよび偏位に関する）壁面セグメント間の差異を図式表示および定量化することができる。
【００４３】
以上、本発明をある実施形態を参照して述べたが、当業者には本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を行うことができ、同等物で代替させることができることが理解されよう。さらに、本発明の範囲から逸脱せずに、特定の状況または材料を本教示に適合させるために多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に該当するすべての実施形態を含むものである。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の様々な実施形態に従って作製される、超音波機械の実施形態のブロック図である。
【図２Ａ】本発明の様々な実施形態による、図１に示す機械で実行される方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の様々な実施形態による、図１に示す機械で実行される方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、心臓内の心基セグメントおよび中間セグメントの下部を図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して認識する図である。
【図４】本発明の一実施形態による、心臓内の単一の心筋セグメントおよび複数の心筋セグメントを図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して認識する図である。
【図５】本発明の一実施形態による、歪み率イメージングから計算された歪みと組織動作イメージングから視覚化され計算された歪みの間の関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、多数の短軸解剖学的Ｍモードを解剖学的指標に対して図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して検出する図である。
【図７】本発明の一実施形態による、２つの長軸方向Ｍモードを２つのＡＶ平面位置を通して図２Ａおよび２Ｂの方法を使用してプリセットする図である。
【図８】本発明の一実施形態による、心筋セグメント内で心尖部からＡＶ平面へと至る湾曲Ｍモードを、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用してプリセットする図である。
【図９】本発明の一実施形態による、ドップラーサンプルボリュームを、検出された解剖学的指標に対して図２Ａおよび２Ｂの方法を使用してプリセットする図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、エッジ検出を行うために心筋セグメント内に点のセットを図２Ａおよび２Ｂの方法を使用してプリセットする図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して２つの心腔を識別する図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して心臓の表示にグリッドでタグをつけ、グリッドを追跡する図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して主要パラメータ情報を収集し表示する図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して収集された主要パラメータ情報を図１３と同様の方法で作成し表示する図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、図２Ａおよび２Ｂの方法を使用して心臓の少なくとも一部の３Ｄ形状モデルを表示する図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 変換器
１５ アナログインターフェース
２０ フロントエンド
３０ 非ドップラープロセッサ
４０ ドップラープロセッサ
５０ 制御プロセッサ
６０ ユーザインターフェース
６５ タイミングイベント源
６６ 心臓タイミングイベント信号
７０ バス
７５ 表示器
８０ 表示プロセッサ
９０ モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動いている心臓構造物および血液に応答する画像を生成するための超音波機械（５）において、
動いている心臓構造物および血液の少なくとも１つのビューを含む３Ｄ超音波データを収集するステップ（２１０Ａ）と、
前記少なくとも１つの収集したビューを使用してＡＶ平面を認識するステップ（２２０Ａ）と、
前記少なくとも１つの認識したＡＶ平面を使用して心臓３Ｄ画像を生成するステップ（２３０Ａ）とを含む方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項２】
動いている心臓構造物の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を生成するステップを含む、請求項１記載の方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項３】
超音波機械の表示器に少なくとも前記心臓３Ｄ画像を表示するステップを含む、請求項１記載の方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項４】
少なくとも１つの心尖部画像を取得するように、動いている心臓構造物および血液をスキャンするステップ（２１０Ｂ）を含む、請求項１記載の方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項５】
動いている心臓構造物および血液の少なくとも僧帽弁平面を認識するステップを含む、請求項１記載の方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項６】
対象物の心臓内の動いている心臓構造物および血液に応答する画像を生成するための超音波機械（５）において、
超音波を動いている心臓構造物および血液に送信し、前記動いている心臓構造物および血液からの超音波後方散乱に応答して受信信号を生成するように構成されたフロントエンド（２０）と、
心臓の少なくとも１つのビューを含む少なくとも１つの３Ｄ超音波データを収集し（２１０Ａ）、前記少なくとも１つの収集したビューを使用してＡＶ平面を認識し（２２０Ａ）、かつ少なくとも１つの前記認識したＡＶ平面を使用して心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を生成する、前記受信信号に応答する少なくとも１つのプロセッサ（３０、４０、５０）とを含む装置（５）。
【請求項７】
心臓の少なくとも一部の少なくとも前記３Ｄ画像を表示するための表示プロセッサ（８０）およびモニタ（９０）をさらに含む、請求項６記載の装置（５）。
【請求項８】
前記表示プロセッサ（８０）およびモニタ（９０）が、少なくとも前記３Ｄ画像を、リアルタイム３Ｄ形式と後処理形式のうち少なくとも１つで表示する、請求項７記載の装置（５）。
【請求項９】
心臓の少なくとも僧帽弁の少なくとも３Ｄ再構成を表示するための表示プロセッサ（８０）およびモニタ（９０）をさらに含む、請求項６記載の装置（５）。
【請求項１０】
前記表示プロセッサ（８０）およびモニタ（９０）が、前記僧帽弁に関連する少なくとも１つの速度パターンを表示する、請求項９記載の装置（５）。
【請求項１】
動いている心臓構造物および血液に応答する画像を生成するための超音波機械（５）において、
動いている心臓構造物および血液の少なくとも１つのビューを含む３Ｄ超音波データを収集するステップ（２１０Ａ）と、
前記少なくとも１つの収集したビューを使用してＡＶ平面を認識するステップ（２２０Ａ）と、
前記少なくとも１つの認識したＡＶ平面を使用して心臓３Ｄ画像を生成するステップ（２３０Ａ）とを含む方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項２】
動いている心臓構造物の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を生成するステップを含む、請求項１記載の方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項３】
超音波機械の表示器に少なくとも前記心臓３Ｄ画像を表示するステップを含む、請求項１記載の方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項４】
少なくとも１つの心尖部画像を取得するように、動いている心臓構造物および血液をスキャンするステップ（２１０Ｂ）を含む、請求項１記載の方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項５】
動いている心臓構造物および血液の少なくとも僧帽弁平面を認識するステップを含む、請求項１記載の方法（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項６】
対象物の心臓内の動いている心臓構造物および血液に応答する画像を生成するための超音波機械（５）において、
超音波を動いている心臓構造物および血液に送信し、前記動いている心臓構造物および血液からの超音波後方散乱に応答して受信信号を生成するように構成されたフロントエンド（２０）と、
心臓の少なくとも１つのビューを含む少なくとも１つの３Ｄ超音波データを収集し（２１０Ａ）、前記少なくとも１つの収集したビューを使用してＡＶ平面を認識し（２２０Ａ）、かつ少なくとも１つの前記認識したＡＶ平面を使用して心臓の少なくとも一部の心臓３Ｄ画像を生成する、前記受信信号に応答する少なくとも１つのプロセッサ（３０、４０、５０）とを含む装置（５）。
【請求項７】
心臓の少なくとも一部の少なくとも前記３Ｄ画像を表示するための表示プロセッサ（８０）およびモニタ（９０）をさらに含む、請求項６記載の装置（５）。
【請求項８】
前記表示プロセッサ（８０）およびモニタ（９０）が、少なくとも前記３Ｄ画像を、リアルタイム３Ｄ形式と後処理形式のうち少なくとも１つで表示する、請求項７記載の装置（５）。
【請求項９】
心臓の少なくとも僧帽弁の少なくとも３Ｄ再構成を表示するための表示プロセッサ（８０）およびモニタ（９０）をさらに含む、請求項６記載の装置（５）。
【請求項１０】
前記表示プロセッサ（８０）およびモニタ（９０）が、前記僧帽弁に関連する少なくとも１つの速度パターンを表示する、請求項９記載の装置（５）。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−６８５２６（Ｐ２００６−６８５２６Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４８９３５（Ｐ２００５−２４８９３５）
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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