特表 2023-523574 冠循環のマルチスケール解剖学的および機能的撮像のための３Ｄ超音波冠動脈造影、非電離および非侵襲技術

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-06

(54)【発明の名称】冠循環のマルチスケール解剖学的および機能的撮像のための３Ｄ超音波冠動脈造影、非電離および非侵襲技術

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/06 20060101AFI20230530BHJP

【ＦＩ】

A61B8/06

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022562548

(86)(22)【出願日】2021-04-13

(85)【翻訳文提出日】2022-12-12

(86)【国際出願番号】 EP2021059534

(87)【国際公開番号】W WO2021209435

(87)【国際公開日】2021-10-21

(31)【優先権主張番号】20169453.6

(32)【優先日】2020-04-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】507002516

【氏名又は名称】アンセルム（アンスティチュート・ナシオナル・ドゥ・ラ・サンテ・エ・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・メディカル）

(71)【出願人】

【識別番号】506316557

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック

(71)【出願人】

【識別番号】515185843

【氏名又は名称】エコール・シュペリュール・ドゥ・フィシック・エ・ドゥ・シミー・アンデュストリエル・ドゥ・ラ・ヴィル・ドゥ・パリ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】マテュー・ペルノ

(72)【発明者】

【氏名】ミカエル・タンター

(72)【発明者】

【氏名】クレマン・パパダキ

(72)【発明者】

【氏名】オスカー・ドミュレナール

【テーマコード（参考）】

4C601

【Ｆターム（参考）】

4C601BB03

4C601DD03

4C601DD15

4C601DD27

4C601DE03

4C601DE04

4C601DE05

4C601DE06

4C601EE01

4C601EE07

4C601FF08

4C601GB06

4C601JB34

4C601JC31

4C601JC37

(57)【要約】

本発明は、超音波および心臓の冠血流の撮像の分野に関する。冠微小血管機能不全（ＣＭＤ）の患者は、予後が不良であり、心不全のための入院、突然心臓死、および心筋梗塞（ＭＩ）を含む心血管系イベントの発生率が著しく高い。臨床において早急に必要であるにもかかわらず、冠微小血管を直接視覚化し局所冠微小血管系を評価するための非電離非侵襲技法は臨床的に利用可能ではない。血流撮像は、心臓において実施される場合、この器官が高速に動くことに起因して困難な作業になる。冠血流についての実際の撮像法の制限を解消するために、本発明者らは、心筋運動速度が低い期間を自動的に検出し、同じデータ取得から冠血流速度および組織運動速度を推定する超音波超高速撮像法を提案した。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生物の心臓の冠血流を撮像するための方法であって、少なくとも以下のステップ、すなわち、
ステップａ）非集束超音波が２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって前記心臓内で伝送され、後方散乱した超音波からの生データが前記２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって取得される取得ステップと、
ステップｂ）前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック冠血流画像のシーケンスが前記生データから生成される撮像ステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、前記心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、撮像ステップと、
ステップｃ）少なくとも１つの時間窓が特定される特定ステップであって、前記時間窓では、心臓の動きが最小限である、特定ステップと、
ステップｄ）冠血流速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィが、ステップｃ）において特定された前記少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおいて自動的に算出される算出ステップと、
ステップｅ）所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、もっぱらステップｄ）の前記３Ｄカートグラフィに基づいて、ステップｃ）において特定された前記少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスにおいて位置を特定される位置特定ステップと、
ステップｆ）前記冠血流速度がステップｅ）の前記少なくとも１つの関心点において自動的に決定され、前記冠血流速度を含む所定の定量化パラメータが自動的に算出される定量化ステップであって、前記冠血流速度が、もっぱらステップｄ）の前記３Ｄカートグラフィに基づいて前記少なくとも１つの関心点において自動的に決定される、定量化ステップとを含む、方法。

【請求項2】

前記特定ステップｃ）は、以下のステップ、すなわち、
ステップｉ）前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像のシーケンスが、ステップａ）の前記生データから生成される撮像ステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、前記心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、撮像ステップと、
ステップｉｉ）心臓組織運動速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィが、前記心臓の撮像されたボリュームの移動を示すＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおいて自動的に算出される算出ステップと、
ステップｉｉｉ）所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、もっぱらステップｉｉ）の前記３Ｄカートグラフィに基づいて、Ｎ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスにおいて位置を特定され、前記少なくとも１つの関心点における前記組織運動速度が自動的に決定される、前記心臓組織の運動推定ステップと、
ステップｉｖ）前記時間窓が特定され、前記時間窓では、ステップｉｉｉ）において定量化された前記組織運動速度が最低速度に達する特定ステップとを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ステップｉｖ）の前記最低速度が５ｃｍ／ｓ未満である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

特定ステップｃ）の前記少なくとも１つの時間窓は、心電図検査法によって特定される、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

ステップｃ）の前記少なくとも１つの時間窓は、心臓拡張期の開始時間および終了時間に相当し、ステップｆ）の前記定量化パラメータは、血流プロファイル、最高速度プロファイル、平均速度プロファイル、または時間速度プロファイルから選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

患者自体の血管系に注入される微小気泡または超音波造影剤をすでに投与された前記患者において、微小気泡または超音波造影剤が追跡され、前記微小気泡または前記超音波造影剤の軌跡および速度が決定される追跡ステップをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

ドプラ推定器またはスペックルトラッキングによって前記組織運動推定が実行される、請求項１、２、５、および６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記気泡または超音波造影剤追跡ステップは、時空間フィルタ処理または機械学習からなる、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

冠状血管の密度が自動的に定量化され、ボリューム単位で灌流される血液ボリュームが自動的に定量化され、血流速度を加速することによって狭窄が自動的に検出され、すでに血管拡張剤物質を投与されている患者における冠血流速度の変動を推定することによって冠血流予備能指標が取得され、前記方法は、中心腔の自動セグメント化ステップをさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

生物の心臓の冠血流を４Ｄ撮像するための装置であって、前記装置が、少なくとも２Ｄアレイ超音波プローブ（２）と制御システム（３、４）とを含み、前記制御システム（３、４）が、
（ａ）２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって前記心臓内で非集束超音波を伝送し、後方散乱した超音波から前記２Ｄアレイ超音波トランスデューサを通じて生データを取得することと、
（ｂ）前記生データから前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック冠血流画像のシーケンスを生成することであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、前記心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、生成することと、
（ｃ）前記心臓の運動が最小限になる少なくとも１つの時間窓を特定することと、
（ｄ）（ｃ）において特定された前記少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおける冠血流速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィを自動的に算出することと、
（ｅ）もっぱら（ｄ）の前記３Ｄカートグラフィに基づいて、（ｃ）において特定された前記少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスにおける所定の特性を有する少なくとも１つの関心点の位置を特定することと、
（ｆ）もっぱら（ｄ）の前記３Ｄカートグラフィに基づいて（ｅ）の前記少なくとも１つの関心点における前記冠血流速度を自動的に特定し、前記冠血流速度を含む所定の定量化パラメータを自動的に算出することとを行うように構成される、装置。

【請求項11】

（ｃ）において、
（ｉ）（ａ）の前記生データから前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像のシーケンスを生成することであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、前記心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、生成することと、
（ｉｉ）前記心臓の撮像されたボリュームの移動を示すＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおける心臓組織運動速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィを自動的に算出することと、
（ｉｉｉ）もっぱら（ｉｉ）の前記３Ｄカートグラフィに基づいて、Ｎ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスにおける所定の特性を有する少なくとも１つの関心点の位置を特定し、前記少なくとも１つの関心点における前記組織運動速度を自動的に決定することと、
（ｉｖ）（ｉｉｉ）において定量化された前記組織運動速度が最低速度に達する前記時間窓を特定することとを行うように構成される、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

（ｃ）において、心電図検査法によって（ｃ）の前記少なくとも１つの時間窓を特定するように構成される、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

命令を含むコンピュータ可読媒体であって、前記命令が、コンピュータによって実行されたときに、前記コンピュータに、以下のステップ、すなわち、
ステップａ）２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって心臓内で非集束超音波を伝送し、後方散乱した超音波から前記２Ｄアレイ超音波トランスデューサを通じて生データを取得するステップと、
ステップｂ）前記生データから生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック冠血流画像のシーケンスを生成するステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、前記心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、ステップと、
ステップｃ）前記心臓の運動が最小限になる少なくとも１つの時間窓を特定するステップと、
ステップｄ）ステップｃ）において特定された前記少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおける冠血流速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィを自動的に算出するステップと、
ステップｅ）もっぱらステップｄ）の前記３Ｄカートグラフィに基づいて、ステップｃ）において特定された前記少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスにおける所定の特性を有する少なくとも１つの関心点の位置を特定するステップと、
ステップｆ）もっぱらステップｄ）の前記３Ｄカートグラフィに基づいてステップｅ）の前記少なくとも１つの関心点における前記冠血流速度を自動的に特定し、前記冠血流速度を含む所定の定量化パラメータを自動的に算出するステップとを実行させる、コンピュータ可読媒体。

【請求項14】

ステップｃ）を実行するための命令をさらに含み、前記命令が、コンピュータによって実行されたときに、前記コンピュータに、以下のステップ、すなわち、
（ｉ）（ａ）の前記生データから前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像のシーケンスを生成するステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、前記心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、ステップと、
（ｉｉ）前記心臓の撮像されたボリュームの移動を示すＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおける心臓組織運動速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィを自動的に算出するステップと、
（ｉｉｉ）もっぱら（ｉｉ）の前記３Ｄカートグラフィに基づいて、Ｎ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスにおける所定の特性を有する少なくとも１つの関心点の位置を特定し、前記少なくとも１つの関心点における前記組織運動速度を自動的に決定するステップと、
（ｉｖ）（ｉｉｉ）において定量化された前記組織運動速度が最低速度に達する前記時間窓を特定するステップとを実行させる、請求項１３に記載のコンピュータ可読媒体。

【請求項15】

コンピュータによって実行されたときに、前記コンピュータに心電図検査法によってステップｃ）を実行させる命令を含む、請求項１４に記載のコンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

冠循環は、心灌流に関与しており、安定狭心症または心筋梗塞の場合に見られるように、冠血流が変化すると、心臓の機能に深刻な影響がもたらされる。冠血管系は３つの区画で構成されている。第１の区画は、心外膜冠動脈で構成され、心外膜冠動脈は、心臓の表面に沿って延び、直径が数ミリメートルから５００μｍまでの範囲である。第２の区画は、前細動脈を含み、前細動脈は、心外膜から心内膜まで心筋を貫通し、直径が５００μｍから１００μｍまでの範囲である。第３の区画は、冠微小血管に相当し、冠微小血管の血管径は１００μｍよりも小さい（［非特許文献１］）。

【背景技術】

【0002】

現在のところ、心外膜冠血管系は、Ｘ線（［非特許文献３］）、ＣＴ血管造影（ＣＴＡ）（［非特許文献４］）、または心臓磁気共鳴（ＣＭＲ）画像（［非特許文献５］）などの、現在の血管造影技法（［非特許文献１］、［非特許文献２］）を用いてヒトの生体内で撮像できる唯一の区画である。したがって、心臓病学の慣習では、局所の肉眼的な冠動脈疾患に重点が置かれている。たとえば、カテーテル法を用いた侵襲的冠動脈造影（ＩＣＡ）（［非特許文献３］）は、現在でも依然として、虚血の疑いがある場合に冠動脈病変を調べるための基準技法である。ＩＣＡは、深刻な心外膜狭窄の解剖学的解析だけでなく冠血流予備量比（ＦＦＲ）に基づく全体的な機能査定も可能にする。ＦＦＲの評価は確かに、虚血性心疾患における臨床的判断のための主要な手段であり（［非特許文献２］、［非特許文献６］）、かつ経皮の冠状動脈インターベンションまたは手術を介したその後の薬理学治療または侵襲性治療のための主要な手段である（［非特許文献７］）。

【0003】

多くの患者では、冠動脈疾患（ＣＡＤ）の初期兆候が微小血管疾患であり、現在、冠微小血管機能不全、すなわち、前細動脈を含む冠微小血管機能不全が、心筋虚血の重要なマーカーであることが認識されている（［非特許文献１］、［非特許文献６］）。しかし、臨床慣習におけるこのマーカーの評価には依然として問題がある。

【0004】

確かに、安定虚血性心疾患の管理における臨床ガイドラインでは、心外膜疾患の兆候を除外した後の冠微小血管機能不全しか考慮されていない（［非特許文献８］）。狭心症症状および負荷試験における虚血を示す多数の患者が正常な冠動脈造影図を有する（［非特許文献９］）。現在のエビデンスでは、これらの患者の大部分は、微小血管狭心症とも呼ばれる冠微小血管機能不全（ＣＭＤ）を有することが示されている（［非特許文献９］）。ＣＭＤの患者は、予後が不良であり、心不全のための入院、突然心臓死、および心筋梗塞（ＭＩ）を含む心血管系イベントの発生率が著しく高い。

【0005】

臨床において早急に必要であるにもかかわらず、冠微小血管を直接視覚化し局所冠微小血管系を評価するための技法は臨床的に利用可能ではない。現在のところ、血管拡張アデノシンに応じて心筋血流（ＭＢＦ）および冠血流予備能（ＣＦＲ）などの血行動態情報を提供するのは機能試験（ＰＥＴ、ＣＭＲ、およびコントラスト心エコー図）による全体的な間接測定だけである（［非特許文献１］）。

【0006】

しかし、放射線量管理が向上しているにもかかわらず、電離モダリティの累積被爆にはがんが発症する危険性が伴う（［非特許文献１０］）。この危険性は、Ｘ線写真術、診断および介入心臓カテーテル法を含む蛍光透視処置、電気生理学的検査、心臓コンピュータ断層撮影（ＣＴ）検査、および心臓核医学検査を含む、必要な医用撮像手順からの比較的高い生涯累積線量の電離放射線にさらされることがある先天性または後天性心疾患を有する子供などの小児の患者において特に重要である（［非特許文献１１］）。

【0007】

血流撮像は、心臓のような高速に動く器官では依然として実施が困難な作業である。従来の超音波ドプラ撮像の感度は以前から、低流速の小さい血管の撮像では制限されたままであり（＜１ｃｍ／ｓ）、この範囲の速度では組織と血液の運動が重複することによって、組織と血液の信号の分離が困難になる。近年、超高速ドプラ撮像によって、血流撮像の感度を大幅に高めることが可能になっている。この技法によって、神経科学研究用の麻酔小動物および覚醒小動物において、神経血管連関に起因する脳の血流のわずかな変化を検出し、したがって、脳機能撮像を実施することができることが示された（［非特許文献１２］）。時空間特異値分解などの、超高速撮像に適合させた新規のクラッタフィルタが開発されることによって感度はさらに高められた（［非特許文献１３］）。しかし、心臓用途では、心臓が高速に動くことに起因して、冠血流についての超音波ドプラ撮像は依然として制限されている。

【0008】

超高速ドプラ撮像では、上記の動きの一部の影響を制限することが可能になり、ドプラ撮像の感度を高めることが可能になることが実証されている（［非特許文献１４］）が、ドプラ撮像は依然として心臓の高速運動相の間は不可能である。

【0009】

冠血流についての実際の撮像法の制限を解消するために、本発明者らは、近年提案された４Ｄ（３Ｄ＋時間）超音波超高速撮像法（［特許文献１］）を、心筋運動速度が低い期間を自動的に検出し、同じデータ取得から流速および組織運動速度を推定するように適合させた。

【0010】

したがって、患者のベッドサイドにおいてマクロスケールおよび顕微鏡スケールで冠血流を撮像するための非侵襲非電離技法が提供される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】ＷＯ ２０１９／１５８７４１ Ａ１

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】Ｐ． Ｇ． Ｃａｍｉｃｉ， Ｇ． ｄ’Ａｍａｔｉ， Ｏ． Ｒｉｍｏｌｄｉ， Ｎａｔ． Ｒｅｖ． Ｃａｒｄｉｏｌ． １２， ４８－６２ （２０１５）．

【非特許文献2】Ｓ． Ｄ． Ｆｉｈｎ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｔｈｏｒａｃ． Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃ． Ｓｕｒｇ． １４９， ｅ５－２３ （２０１５）．

【非特許文献3】Ｊ． Ａ． Ａｍｂｒｏｓｅ， Ｄ． Ｈ． Ｉｓｒａｅｌ， Ｃｕｒｒ． Ｏｐｉｎ． Ｃａｒｄｉｏｌ． ５， ４１１－４１６ （１９９０）．

【非特許文献4】Ａ． Ｓｈａｒｍａ， Ａ． Ａｒｂａｂ－Ｚａｄｅｈ， Ｊ． Ｎｕｃｌ． Ｃａｒｄｉｏｌ． １９， ７９６－８０６ （２０１２）．

【非特許文献5】Ｗ． Ｙ． Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．， Ｎ． Ｅｎｇｌ． Ｊ． Ｍｅｄ． ３４５， １８６３－１８６９ （２００１）．

【非特許文献6】Ｔ． Ｐ． ｖａｎ ｄｅ Ｈｏｅｆ， Ｍ． Ｓｉｅｂｅｓ， Ｊ． Ａ． Ｅ． Ｓｐａａｎ， Ｊ． Ｊ． Ｐｉｅｋ， Ｅｕｒ． Ｈｅａｒｔ Ｊ． ３６， ３３１２－３３１９ａ （２０１５）．

【非特許文献7】Ｅ． Ｊ． Ｖｅｌａｚｑｕｅｚ ｅｔ ａｌ．， Ｎ． Ｅｎｇｌ． Ｊ． Ｍｅｄ． ３７４， １５１１－１５２０ （２０１６）．

【非特許文献8】Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ Ｍｅｍｂｅｒｓ ｅｔ ａｌ．， Ｅｕｒ． Ｈｅａｒｔ Ｊ． ３４， ２９４９－３００３ （２０１３）．

【非特許文献9】Ａ． Ｉ． Ｌｏｆｆｌｅｒ， Ｊ． Ｂｏｕｒｑｕｅ， Ｃｕｒｒ． Ｃａｒｄｉｏｌ． Ｒｅｐ． １８， １ （２０１６）．

【非特許文献10】Ａ． Ｂｅｒｒｉｎｇｔｏｎ ｄｅ Ｇｏｎｚａｌｅｚ ｅｔ ａｌ．， Ｂｒ． Ｊ． Ｃａｎｃｅｒ． １１４， ３８８－３９４ （２０１６）．

【非特許文献11】Ｎ． Ｊｏｕｒｎｙ ｅｔ ａｌ．， Ｃｉｒｃ． Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃ． Ｉｎｔｅｒｖ． １１， ｅ００６７６５ （２０１８）．

【非特許文献12】Ｅ． Ｍａｃｅ ｅｔ ａｌ．， Ｎａｔ． Ｍｅｔｈｏｄｓ． ８， ６６２－６６４ （２０１１）．

【非特許文献13】Ｃ． Ｄｅｍｅｎｅ ｅｔ ａｌ．， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍｅｄ． Ｉｍａｇｉｎｇ． ３４， ２２７１－２２８５ （２０１５）．

【非特許文献14】Ｄ． Ｍａｒｅｓｃａ ｅｔ ａｌ．， ＪＡＣＣ Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃ． Ｉｍａｇｉｎｇ． １１， ７９８－８０８ （２０１８）．

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義される。特許請求の範囲から外れるあらゆる主題は、情報提供のみを目的として提供される。

【0014】

冠血流の直接撮像および心外膜領域から心内膜領域へのマクロスケールおよび顕微鏡スケールでの冠状血管の生体構造および機能の撮像を向上させるために非侵襲および非電離撮像方法が開示される。

【0015】

したがって、マクロスケールおよび顕微鏡スケールでの冠状血管の非電離非侵襲解剖学的および機能的撮像のための撮像方法、撮像デバイス、およびコンピュータ可読媒体が提供される。

【0016】

略語のリスト
ＣＡＤ＝冠動脈疾患
ＣＦＲ＝冠血流予備能
ＣＭＤ＝冠微小血管機能不全
ＣＭＲ＝心臓磁気共鳴
ＣＴ＝コンピュータ断層撮影
ＣＴＡ＝コンピュータ断層撮影血管造影
ＤＳＰ＝デジタル信号プロセッサ
ＥＣＧ＝心電図
ＦＦＲ＝冠血流予備量比
ＩＣＡ＝侵襲的冠動脈造影
ＭＢＦ＝心筋血流
ＭＩ＝心筋梗塞
ＰＥＴ＝ポジトロン放出断層撮影
ＳＶＤ＝特異値分解
ＴＤ＝送信遅延

【0017】

本開示の他の特徴および利点は、添付の図面を参照する本開示の非制限的な一例についての以下の詳細な説明から明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】心臓の４Ｄ撮像用の装置を示す概略図である。

【図2】図１の装置の一部を示すブロック図である。

【図3】図１～図２の装置によって生成された発散超音波の仮想ソースを示す図である。

【図4】図１～図２の装置による生物の心臓における発散超音波の伝送を示す図である。

【図5】それぞれ、２つの仮想ソースからの異なる伝搬方向を有する２つの連続する発散超音波の伝送を示す図である。

【図6】心周期の間の心筋壁運動を示す図である。血流は、制限された組織運動速度を有する２つの時間窓内で再構成することができる。

【図7】ベースライン充血および反応性充血の間の冠血流速度撮像の例を示す図である。

【図8】微小気泡撮像および局所化（平均強度投影）を示す図である。

【図9】（Ａ）超音波撮像によって灌流された単離心臓の冠動脈網および（Ｂ）単離灌流心臓におけるマッピング冠血流速度を用いた微小気泡局所化および追跡を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

各図において、同じ参照符号が同一または同様の要素を示す。

【0020】

図１および図２に示す装置は、生物１、たとえば哺乳類、特にヒトの心臓の超高速４Ｄ超音波撮像に適合されている。

【0021】

この装置は、たとえば、少なくとも２Ｄアレイ超音波プローブ２と制御システムとを含んでもよい。

【0022】

２Ｄアレイ超音波プローブ２は、たとえば、ピッチが１ｍｍよりも小さい数百個から数千個のトランスデューサ素子Ｔ_ｉｊを有してもよい。２Ｄアレイ超音波プローブ２は、２本の垂直軸Ｘ、Ｙに沿ってマトリックスとして配置されたｎ＊ｎ個のトランスデューサ素子を有してもよく、ＸＹ平面に垂直な軸Ｚに沿って超音波を伝送する。特定の一例では、２Ｄアレイ超音波プローブ２は、０．３ｍｍのピッチを有する１０２４個のトランスデューサ素子Ｔ_ｉｊ（３２＊３２）を有してもよい。トランスデューサ素子は、たとえば、１ＭＨｚから１０ＭＨｚの間、たとえば３ＭＨｚの中心周波数で伝送を行ってもよい。

【0023】

制御システムは、たとえば、特定の制御ユニット３とコンピュータ４とを含んでもよい。この例では、制御ユニット３は、２Ｄアレイ超音波プローブ２を制御し、２Ｄアレイ超音波プローブ２から信号を取得するために使用され、一方、コンピュータ４は、制御ユニット３を制御し、制御ユニット３によって取得された信号から３Ｄ画像シーケンスを生成し、３Ｄ画像シーケンスから定量化パラメータを決定するために使用される。変形実施形態では、単一の電子デバイスが、制御ユニット３およびコンピュータ４のすべての機能を実現することができる。

【0024】

図２に示すように、制御ユニット３は、たとえば、
－ ２Ｄアレイ超音波プローブ２のｎ個のトランスデューサＴ_ｉｊに個々に接続されたｎ＊ｎアナログ／デジタル変換器５（ＡＤ_ｉｊ）と、
－ それぞれｎ＊ｎ個のアナログ／デジタル変換器５に接続されたｎ＊ｎバッファメモリ６（Ｂ_ｉｊ）と、
－ バッファメモリ６およびコンピュータ４と通信する中央処理ユニット７（ＣＰＵ）と、
－ 中央処理ユニット７に接続されたメモリ８（ＭＥＭ）と、
－ 中央処理ユニット７に接続されたデジタル信号プロセッサ９（ＤＳＰ）とを含んでもよい。

【0025】

この装置は、以下のように動作してもよい。

【0026】

（ａ）取得
２Ｄアレイ超音波プローブ２は、図４に示すように患者の心臓１２の前部における、患者１の胸部１０上の、通常は２本の肋骨の間に配置される。

【0027】

撮像すべき心臓１２のサイズと比較して肋骨１１間の肋間間隙が限られているので、２Ｄアレイ超音波プローブ２は、胸部１０内で発散超音波、たとえば球面超音波（すなわち、球形の波面Ｏ１を有する超音波）を伝送するように制御される。制御システムは、毎秒数千個の割合で超音波を伝送し、たとえば毎秒１００００個を超える割合で非集束超音を伝送するようにプログラムされてもよい。

【0028】

球面波は、単一のトランスデューサ素子によって（低振幅で）生成することができ、またはより有利には、図３～図４に示すように２Ｄアレイ超音波プローブ２の後方または前方に配置された仮想アレイ２’を形成する１つまたは複数の仮想ソースＴ’_ｉｊを使用してマトリックスアレイの大部分によってより高い振幅で生成することができる。所定の位置

【0029】

【数1】

【0030】

に配置されたトランスデューサ素子ｅ（所定の位置

【0031】

【数2】

【0032】

に配置された仮想ソースｖに関連付けられている）に制御システムによって加えられる送信遅延ＴＤは、

【0033】

【数3】

【0034】

によって表され、この場合、ｃは音速である。

【0035】

使用される各仮想ソースＴ’_ｉｊについて、制御システムは、２Ｄアレイ超音波プローブ２のサブセット２ａのみを作動させることが可能であり、サブセット２ａは、発散超音波の開口角αを決定するサブアパーチャＬを有する。開口角αは、たとえば９０°であってもよい。軸Ｚに沿った撮像深度は約１２ｃｍ～１５ｃｍであってもよい。

【0036】

後で説明するように、心臓の各３Ｄ画像に１つの仮想ソースＴ’_ｉｊしか使用せず、したがって、１個の超音波しか使用しないことが可能である。

【0037】

しかし、画像解像度およびコントラストを向上させるには、非集束超音波を数連の連続する非集束超音波として伝送すると有用であり、それぞれの一連の非集束超音波における連続する非集束超音波はそれぞれ異なる伝搬方向を有し、その場合、各３Ｄ画像は、後で説明するように前記数連の連続する非集束超音波のうちの一連の連続する非集束超音波から取得される信号から合成される。それぞれの一連の非集束超音波における連続する超音波は、図５に示すように、仮想ソースＴ’_ｉｊを波に対して交互に変更し、したがって、波面Ｏ１、Ｏ２などを変更することによって取得されてもよい。それぞれの一連の非集束超音波は、それぞれに異なる方向の１個から８１個の連続する超音波、たとえば、それぞれに異なる方向の３個から２５個の連続する超音波、たとえば、それぞれに異なる方向の５個から２０個の連続する超音波、たとえば、それぞれに異なる方向の１０個から２０個の連続する超音波を含んでもよい。

【0038】

すべての場合に、各超音波が伝送された後、後方散乱したエコーが前記２Ｄアレイ超音波プローブによって取得され（たとえば、１２ＭＨｚのサンプリングレートでサンプリングされ）記憶される。この生データ（通常、ＲＦデータまたは無線周波数データとも呼ばれる）を使用して３Ｄ画像のシーケンスが生成される。

【0039】

取得の持続時間は、１０ｍｓから数心周期の間に含まれていてもよく、たとえば、心周期の少なくとも一部（たとえば、心臓拡張期もしくは心臓収縮期、好ましくは心臓拡張期、または１心周期）から１０心周期未満（たとえば、５心周期未満）であってもよい。そのような持続時間はたとえば、１ｓから１０ｓの間に含まれていてもよい（たとえば、５ｓ未満）。特定の例では、そのような持続時間は約１．５ｓである。

【0040】

この取得時に心電図（ＥＣＧ）が同時記録されてもよい。

【0041】

（ｂ）撮像
後方散乱したエコーを受け取った後、制御システムによって平行ビームフォーミングが直接適用され、各単一の超音波から３Ｄ画像が再構成され得る。時間ドメインまたはフーリエドメインにおいて、遅延和ビームフォーミングを使用することができる。時間ドメインにおいて、

【0042】

【数4】

【0043】

に配置されたボクセルを再構成するために各トランスデューサ素子ｅによって受け取られる信号に加えられる遅延は、仮想ソースｖからこのボクセルまでの順伝搬時間とトランスデューサ素子ｅまでの後方散乱伝搬時間との和である。
遅延＝順方向遅延＋後方散乱遅延

【0044】

【数5】

【0045】

別の可能性は、フーリエドメイン撮像（空間周波数、ｋ空間）を使用することである。

【0046】

上記で説明したように、それぞれに異なる伝搬方向を有する一連の超音波によって超音波を伝送する場合、各画像は、制御システムによって既知の合成撮像プロセスを通じて取得することができる。ボクセルは、各仮想ソースについて遅延和アルゴリズムを使用してビームフォーミングされ、その後コヒーレントに複合されて、最終的な高品質３Ｄ画像が形成される。そのような合成撮像の詳細は、たとえば以下の文献に記載されている。
Ｍｏｎｔａｌｄｏ， Ｇ．， Ｔａｎｔｅｒ， Ｍ．， Ｂｅｒｃｏｆｆ， Ｊ．， Ｂｅｎｅｃｈ， Ｎ．， Ｆｉｎｋ， Ｍ．， ２００９． Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｐｌａｎｅ－ｗａｖｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ ｆｏｒ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｆｒａｍｅ ｒａｔｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｕｌｔｒａｓｏｎ． Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒ． Ｆｒｅｑ． Ｃｏｎｔｒｏｌ ５６， ４８９－５０６． ｄｏｉ：１０．１１０９／ＴＵＦＦＣ．２００９．１０６７
Ｎｉｋｏｌｏｖ， Ｓ．Ｉ．， ２００１． Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｔｉｓｓｕｅ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｍａｇｉｎｇ． Ｏｒｓｔｅｄ－ＤＴＵ， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｎｍａｒｋ， Ｌｙｎｇｂｙ， Ｄｅｎｍａｒｋ．
Ｎｉｋｏｌｏｖ， Ｓ．Ｉ．， Ｋｏｒｔｂｅｋ， Ｊ．， Ｊｅｎｓｅｎ， Ｊ．Ａ．， ２０１０． Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｉｍａｇｉｎｇ， ｉｎ： ２０１０ ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ （ＩＵＳ）． ２０１０ ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ （ＩＵＳ）にて発表、ｐｐ． ３５０－３５８． ｄｏｉ：１０．１１０９／ＵＬＴＳＹＭ．２０１０．５９３５６２７
Ｌｏｃｋｗｏｏｄ， Ｇ．Ｒ．， Ｔａｌｍａｎ， Ｊ．Ｒ．， Ｂｒｕｎｋｅ， Ｓ．Ｓ．， １９９８． Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ３－Ｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｓｐａｒｓｅ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｕｌｔｒａｓｏｎ． Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒ． Ｆｒｅｑ． Ｃｏｎｔｒｏｌ ４５， ９８０－９８８． ｄｏｉ：１０．１１０９／５８．７１０５７３
Ｐａｐａｄａｃｃｉ， Ｃ．， Ｐｅｒｎｏｔ， Ｍ．， Ｃｏｕａｄｅ， Ｍ．， Ｆｉｎｋ， Ｍ．， およびＴａｎｔｅｒ， Ｍ． Ｈｉｇｈ－ｃｏｎｔｒａｓｔ ｕｌｔｒａｆａｓｔ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｒｔ． ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ， ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ， ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ６１， ２８８－３０１， ｄｏｉ：１０．１１０９／ｔｕｆｆｃ．２０１４．６７２２６１４ （２０１４）．

【0047】

フレームレート、すなわち、最終的に取得されるアニメーションシーケンスにおける３Ｄ画像の割合は、毎秒数千個の３Ｄ画像、たとえば毎秒３０００個～５０００個の３Ｄ画像であってもよい。

【0048】

（ｃ）時間窓の特定
組織運動速度が最小値に達する時間窓は、制御システムによって既知の方法を使用して特定されてもよい。

【0049】

特定の例では、組織運動速度が最小値に達する時間窓は、
－ 心筋の運動速度が５ｃｍ／ｓ未満である時間窓、または
－ 心臓拡張期の開始時間および終了時間に相当する時間窓として定義することができる。

【0050】

特定の例では、時間窓は電子写真によって特定される。

【0051】

別の特定の例では、時間窓は、制御システムによって、以下で説明する方法を使用して実行される組織運動推定によって特定される。

【0052】

（ｄ）血流および組織運動速度の算出
血流および組織運動推定は、制御システムによって既知の方法を使用して実行されてもよい。

【0053】

たとえば、Ｋａｓａｉアルゴリズムを使用し、１／２波長空間サンプリングを用いて血液および組織の運動を推定してもよい（Ｋａｓａｉ， Ｃ．， Ｎａｍｅｋａｗａ， Ｋ．， Ｋｏｙａｎｏ， Ａ．， Ｏｍｏｔｏ， Ｒ．、１９８５． Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ Ｔｗｏ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｂｌｏｏｄ Ｆｌｏｗ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａｎ Ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｓｏｎｉｃｓ Ｕｌｔｒａｓｏｎ． ３２， ４５８－４６４． ｄｏｉ：１０．１１０９／Ｔ－ＳＵ．１９８５．３１６１５）。血流は、まずベースバンドデータにハイパスフィルタを適用することによって推定することができ、次いで個々の各ボクセルについて、パワースペクトル密度を積分することによってパワードプラを取得してもよく、短時間フーリエ変換を計算することによってパルスドプラを取得してもよく、ボクセル固有パルスドプラスペクトログラムの第１のモーメントを推定することによってカラードプラマップを取得してもよい。パワー速度積分マップは、パワー掛ける速度の時間積分を計算して流量に関するパラメータの画像を得ることによって取得することができる。特異値分解に基づく時空間フィルタなどの高度フィルタ処理を使用してクラッタ信号をより適切に除去することができる（Ｄｅｍｅｎｅ， Ｃ． ｅｔ ａｌ． Ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌ Ｃｌｕｔｔｅｒ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｕｌｔｒａｆａｓｔ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｄａｔａ Ｈｉｇｈｌｙ Ｉｎｃｒｅａｓｅｓ Ｄｏｐｐｌｅｒ ａｎｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ． ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ３４， ２２７１－２２８５， ｄｏｉ：１０．１１０９／ｔｍｉ．２０１５．２４２８６３４ （２０１５））。

【0054】

特定の例では、
－ １Ｄ相互相関を実行して組織ボリューム間軸方向変位のボリュームを取得することによって４Ｄ組織運動速度を算出してもよい。次いで、６０Ｈｚカットオフ周波数を有するバターワースローパスフィルタ処理を変位に適用した。心筋３Ｄマスク（心筋の組織に固有の３Ｄマスク）を適用して筋肉の外部の信号を除去してもよい。４Ｄ組織運動速度を表面するために、Ａｍｉｒａ（登録商標）ソフトウェアを使用してもよい。各ボクセルにおいて、１つの組織運動速度曲線を導出してもよい。
－ たとえば、上記の［非特許文献２１］において行われたようにＳＶＤフィルタ処理を実行して組織から信号を除去し、血流からの信号のみを維持することによって４Ｄカラードプラを算出してもよい。ＳＶＤフィルタ処理後のボクセルに画素単位の１Ｄ軸方向相互相関を実行してカラードプラボリュームを取得してもよい。

【0055】

心周期にわたって積分された組織運動速度および２つの互いに垂直な２Ｄスライス上での輪郭の手動選択を使用して心筋をセグメント化してもよい。楕円補間を使用して３次元表現を取得してもよい。

【0056】

より一般的には、ステップ（ｄ）は、３Ｄ画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリューム内の血流速度および／または組織運動速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィを自動的に算出することを含む。前記３Ｄカートグラフィは、算出されたパラメータの３Ｄ画像のアニメーションシーケンスからなってもよい。このパラメータは、血流速度および／もしくは組織運動速度、またはそれらの組合せであってもよい。

【0057】

（ｅ）関心点の位置特定
追及される定量化パラメータに応じて、所定の特性を有する少なくとも１つの関心点の位置が３Ｄ画像のシーケンスにおいて特定される。所定の特性を有する前記少なくとも１つの関心点の位置を制御システムによって自動的に特定するか、またはオペレータによって手動で特定することができる。

【0058】

定量化パラメータが、ある解剖学的領域における血流速度を含むとき、前記関心点を前記解剖学的領域内および３Ｄ画像のシーケンスの少なくとも一部内の血流速度の点として、制御システムが自動的に特定してもよく、またはオペレータが手動で特定してもよい。特定の例では、各ボクセルにおいて６０サンプルスライディングウィンドウを使用してボリューム内のあらゆる位置のスペクトグラムを取り込むことによって、経時的なフーリエ変換を実施してもよい。上記の［非特許文献２１］に従って自動デエイリアシングを実施してもよい。次いで、血流最大値を検出することによって関心点の位置を自動的に検出してもよい。

【0059】

定量化パラメータが心臓内のある解剖学的位置における組織運動速度を含むとき、３Ｄ画像のシーケンス内の前記解剖学的位置を、制御システムが自動的に特定してもよく、またはオペレータが手動で特定してもよい。そのような自動的位置特定は、コンピュータ４に記憶された心臓の解剖学的モデルに従って行われてもよく、または組織内の点を選択することによって行われてもよい。

【0060】

定量化パラメータが、ある解剖学的領域内の最低組織運動速度を含むとき、３Ｄ画像のシーケンスにおける前記解剖学的領域を、制御システムが自動的に特定してもよく、またはオペレータが手動で特定してもよく、かつ前記関心点を３Ｄ画像のシーケンスにおける前記解剖学的領域内の最低組織運動速度の点として、制御システムが自動的に特定してもよく、またはオペレータが手動で特定してもよい。たとえば、心筋の最低組織運動速度を算出する必要があるとき、システムは、画像シーケンス心筋内の最低速度を有する心筋の点を特定する。

【0061】

（ｆ）定量化
次いで、制御システムによって（詳細にはコンピュータ４によって）、すでに特定された関心点に基づき、かつそのような関心点のピーク血流速度または組織運動速度に基づいて、所望の定量化パラメータを算出することができる。

【0062】

以下のことについて留意すべきである。
－ 関心点の位置を特定するステップ（ステップ（ｅ））において、前記少なくとも１つの関心点は、もっぱら前記３Ｄカートグラフィおよびその時間プロファイルに基づいて位置を特定される。
－ 定量化ステップ（ステップ（ｆ））において、前記少なくとも１つの速度は、もっぱら前記３Ｄカートグラフィおよびその時間プロファイルに基づいて前記少なくとも１つの関心点において自動的に決定される。

【0063】

より一般的には、本開示では、任意の追加の解剖学的情報なしに空間および時間速度情報のみを使用して冠血流を局所化することができる。

【0064】

したがって、関心点およびこの関心点での速度は、本方法が、撮像されたボリューム全体における速度の３Ｄカートグラフィを特定することを含むことに起因して、解剖学的画像の必要なしに、特にＢモード解剖学的画像の必要なしに決定される。したがって、本開示の方法のいかなる部分もＢモード撮像を必要とせず、より一般的には解剖学的撮像を必要とせず、それによって、本方法ではより迅速に結果を得ることができる。

【0065】

したがって、生物の心臓の冠血流を撮像するための方法が提供され、前記方法は少なくとも以下のステップ、すなわち、
ステップａ）非集束超音波が２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって心臓内で伝送され、後方散乱した超音波からの生データが前記２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって取得される取得ステップと、
ステップｂ）前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック冠血流画像のシーケンスが前記生データから生成される撮像ステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、撮像ステップと、
ステップｃ）少なくとも１つの時間窓が特定される特定ステップであって、この時間窓では、心臓の動きが最小限である、特定ステップと、
ステップｄ）冠血流速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィが、ステップｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像のシーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおいて自動的に算出される算出ステップと、
ステップｅ）所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、もっぱらステップｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいて、ステップｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスにおいて位置を特定される位置特定ステップと、
ステップｆ）冠血流速度がステップｅ）の少なくとも１つの関心点において自動的に決定され、前記冠血流速度を含む所定の定量化パラメータが自動的に算出される定量化ステップであって、前記冠血流速度が、もっぱらステップｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいて前記少なくとも１つの関心点において自動的に決定される、定量化ステップとを含む。

【0066】

この方法は、以下の特徴のうちの一方および／または他方をさらに含んでもよい。
－ 特定ステップｃ）の少なくとも１つの時間窓が心電図検査法によって特定される。
－ 特定ステップｃ）が以下のステップ、すなわち、
ステップｉ）前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像のシーケンスが、ステップａ）の生データから生成される撮像ステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、撮像ステップと、
ステップｉｉ）心臓組織運動速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィが、心臓の撮像されたボリュームの移動を示すＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおいて自動的に算出される算出ステップと、
ステップｉｉｉ）所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、もっぱらステップｉｉ）の３Ｄカートグラフィに基づいて、Ｎ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスにおいて位置を特定され、前記少なくとも１つの関心点における組織運動速度が自動的に決定される、心臓組織の運動推定ステップと、
ステップｉｖ）前記時間窓が特定され、この時間窓では、ステップｉｉｉ）において定量化された組織運動速度が最低速度に達する特定ステップとを含む。
－ ステップｉ）の組織撮像ステップが、ステップｂ）の血流撮像ステップと同時に実行される。
－ ステップｉｖ）の最低速度が５ｃｍ／ｓ未満である。
－ ステップａ）～ステップｆ）が心周期ごとに繰り返される。
－ ステップｃ）の少なくとも１つの時間窓は、心臓拡張期の開始時間および終了時間に相当する。
－ ステップｆ）の定量化パラメータが、血流プロファイル、最高速度プロファイル、平均速度プロファイル、または時間速度プロファイルから選択される。
－ 患者自体の血管系に注入される微小気泡または超音波造影剤をすでに投与された患者において、微小気泡または超音波造影剤が追跡され、微小気泡または超音波造影剤の軌跡および速度が決定される追跡ステップ。
－ ドプラ推定器またはスペックルトラッキングによって組織運動推定が実行される。
－ ドプラエネルギー撮像、ドプラカラー撮像、またはスペックルトラッキングによって冠血流３Ｄカートグラフィが実行される。
－ ステップｃ）の時間窓の間の組織運動が推定され、運動補正が適用され、組織運動の推定が以下のステップ、すなわち、
ステップ１）前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像のシーケンスが、ステップｃ）の時間窓に対応するステップａ）の生データから生成される撮像ステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、ステップｃ）の時間窓の間における心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、撮像ステップと、
ステップ２）心臓組織運動速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィが、ステップｃ）の時間窓の間における心臓の撮像されたボリュームの移動を示すＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおいて自動的に算出される算出ステップと、
ステップ３）所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、もっぱらステップ２）の３Ｄカートグラフィに基づいて、Ｎ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスにおいて位置を特定され、前記少なくとも１つの関心点における組織運動速度が自動的に決定される運動推定ステップとを含む。
－ 自動画像レジストレーションが実行され、連続する冠血流３Ｄカートグラフィが算出される。
－ 気泡または超音波造影剤追跡ステップは、時空間フィルタ処理または機械学習からなる。
－ 冠状血管の密度が自動的に定量化される。
－ ボリューム単位で灌流される血液ボリュームが自動的に定量化される。
－ 血流速度を加速することによって狭窄が自動的に検出される。
－ すでに血管拡張剤物質を投与されている患者における冠血流速度の変動を推定することによって冠血流予備能指標が取得される。
－ 中心腔の自動セグメント化ステップ。
－ 位置特定ステップｅ）の所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、自動的に位置を特定されるかまたはオペレータによって手動で位置を特定される。
－ 運動推定ステップｉｉｉ）の所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、自動的に位置を特定されるかまたはオペレータによって手動で位置を特定される。
－ 運動推定ステップ３）の所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、自動的に位置を特定されるかまたはオペレータによって手動で位置を特定される。

【0067】

さらに、上記で説明した方法に従って生物の心臓の冠血流を４Ｄ撮像するための装置も開示され、前記装置が、少なくとも２Ｄアレイ超音波プローブ（２）と制御システム（３、４）とを含み、制御システム（３、４）が、
（ａ）２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって心臓内で非集束超音波を伝送し、後方散乱した超音波から前記２Ｄアレイ超音波トランスデューサを通じて生データを取得することと、
（ｂ）前記生データから前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック冠血流画像のシーケンスを生成することであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、生成することと、
（ｃ）心臓の運動が最小限になる少なくとも１つの時間窓を特定することと、
（ｄ）（ｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像のシーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおける冠血流速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィを自動的に算出することと、
（ｅ）もっぱら（ｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいて、（ｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスにおける所定の特性を有する少なくとも１つの関心点の位置を特定することと、
（ｆ）もっぱら（ｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいて（ｅ）の少なくとも１つの関心点における冠血流速度を自動的に特定し、前記冠血流速度を含む所定の定量化パラメータを自動的に算出することとを行うように構成される。

【0068】

この装置は、以下の特徴のうちの一方および／または他方をさらに含んでもよい。
－ 装置は、（ｃ）において、
（ｉ）（ａ）の生データから前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像のシーケンスを生成することであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、生成することと、
（ｉｉ）心臓の撮像されたボリュームの移動を示すＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおける心臓組織運動速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィを自動的に算出することと、
（ｉｉｉ）もっぱら（ｉｉ）の３Ｄカートグラフィに基づいて、Ｎ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスにおける所定の特性を有する少なくとも１つの関心点の位置を特定し、前記少なくとも１つの関心点における組織運動速度を自動的に決定することと、
（ｉｖ）（ｉｉｉ）において定量化された組織運動速度が最低速度に達する前記時間窓を特定することとを行うように構成される。
－ 装置は、（ｃ）において、心電図検査法によって（ｃ）の少なくとも１つの時間窓を特定するように構成される。

【0069】

上記で説明した方法に従って生物の心臓の冠血流を４Ｄ撮像するためのコンピュータ可読媒体が開示され、前記コンピュータ可読媒体が命令を含み、命令が、コンピュータによって実行されたときに、コンピュータに以下のステップ、すなわち、
ステップａ）２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって心臓内で非集束超音波を伝送し、後方散乱した超音波から前記２Ｄアレイ超音波トランスデューサを通じて生データを取得するステップと、
ステップｂ）前記生データから前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック冠血流画像のシーケンスを生成するステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、ステップと、
ステップｃ）心臓の運動が最小限になる少なくとも１つの時間窓を特定するステップと、
ステップｄ）ステップｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像のシーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおける冠血流速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィを自動的に算出するステップと、
ステップｅ）もっぱらステップｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいて、ステップｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスにおける所定の特性を有する少なくとも１つの関心点の位置を特定するステップと、
ステップｆ）もっぱらステップｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいてステップｅ）の少なくとも１つの関心点における冠血流速度を自動的に特定し、前記冠血流速度を含む所定の定量化パラメータを自動的に算出するステップとを実行させる。

【0070】

コンピュータ可読媒体は、命令をさらに含んでもよく、命令が、コンピュータによって実行されたときに、コンピュータに以下のステップを実行させる。
－ コンピュータは、ステップｃ）において以下のステップ、すなわち、
（ｉ）（ａ）の生データから前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像のシーケンスを生成するステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、ステップと、
（ｉｉ）心臓の撮像されたボリュームの移動を示すＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおける心臓組織運動速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィを自動的に算出するステップと、
（ｉｉｉ）もっぱら（ｉｉ）の３Ｄカートグラフィに基づいて、Ｎ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスにおける所定の特性を有する少なくとも１つの関心点の位置を特定し、前記少なくとも１つの関心点における組織運動速度を自動的に決定するステップと、
（ｉｖ）（ｉｉｉ）において定量化された組織運動速度が最低速度に達する前記時間窓を特定するステップとを実行するように構成される。
－ コンピュータ可読媒体は、心電図検査法によってステップｃ）を実行するように構成される。

【実施例】

【0071】

特定の実施例では、生物の心臓の冠血流を撮像する方法は、以下のステップ、すなわち、
ステップａ）非集束超音波が２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって心臓内で伝送され、後方散乱した超音波からの生データが前記２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって取得される取得ステップと、
ステップｂ）前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像およびＮ個の３Ｄボリュメトリック冠血流画像のシーケンスがステップａ）の生データから生成される撮像ステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、撮像ステップと、
ステップｃ）心臓の動きが最小限である少なくとも１つの時間窓が特定される特定ステップであって、以下のステップ、すなわち、
（ｉ）心臓の撮像されたボリュームの移動を示すステップｂ）のＮ個の３Ｄボリュメトリック組織画像のシーケンスに基づいて、心臓組織運動速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィが、前記撮像されたボリュームにおいて自動的に算出される算出ステップと、
（ｉｉ）所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、もっぱらステップ（ｉ）の３Ｄカートグラフィに基づいて、Ｎ個の３Ｄボリュメトリック組織画像の前記シーケンスにおいて位置を特定され、前記少なくとも１つの関心点における組織運動速度が自動的に決定される、心臓組織の運動推定ステップと、
（ｉｉｉ）ステップ（ｉｉ）において定量化された組織運動速度が最低速度に達するとき時間窓が特定される特定ステップとを含む、特定ステップと、
ステップｄ）冠血流速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィが、ステップｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像のシーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおいて自動的に算出される算出ステップと、
ステップｅ）所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、もっぱらステップｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいて、ステップｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスにおいて自動的に位置を特定される位置特定ステップと、
ステップｆ）冠血流速度がステップｅ）の少なくとも１つの関心点において自動的に決定され、前記冠血流速度を含む所定の定量化パラメータが自動的に算出される定量化ステップであって、前記冠血流速度が、もっぱらステップｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいて前記少なくとも１つの関心点において自動的に決定される、定量化ステップとを含む。

【0072】

別の特定の実施例では、生物の心臓の冠血流を撮像するための方法は、以下のステップ、すなわち、
ステップａ）非集束超音波が２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって心臓内で伝送され、後方散乱した超音波からの生データが前記２Ｄアレイ超音波トランスデューサによって取得される取得ステップと、
ステップｂ）前記生物の心臓のＮ個の３Ｄボリュメトリック冠血流画像のシーケンスが前記生データから生成される撮像ステップであって、アニメーションを形成する３Ｄ画像の前記シーケンスが、心臓の撮像されたボリュームの移動を示す、撮像ステップと、
ステップｃ）心臓の動きが最小限である少なくとも１つの時間窓が特定される特定ステップであって、前記時間窓が心電図検査法によって特定され、少なくとも１つの時間窓が好ましくは、心臓拡張期の開始時間および終了時間に相当する、特定ステップと、
ステップｄ）冠血流速度に関する少なくとも１つのパラメータの３Ｄカートグラフィが、ステップｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像のシーケンスに基づいて、前記撮像されたボリュームにおいて自動的に算出される算出ステップと、
ステップｅ）所定の特性を有する少なくとも１つの関心点が、もっぱらステップｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいて、ステップｃ）において特定された少なくとも１つの時間窓に対応するＮ個の３Ｄ冠血流画像の前記シーケンスにおいて位置を特定される位置特定ステップと、
ステップｆ）冠血流速度がステップｅ）の少なくとも１つの関心点において自動的に決定され、前記冠血流速度を含む所定の定量化パラメータが自動的に算出される定量化ステップであって、前記冠血流速度が、もっぱらステップｄ）の３Ｄカートグラフィに基づいて前記少なくとも１つの関心点において自動的に決定される、定量化ステップとを含む。

【符号の説明】

【0073】

１ 生物
２ ２Ｄアレイ超音波プローブ
２’ 仮想アレイ
２ａ サブセット
３ 制御ユニット
４ コンピュータ
５ ｎ＊ｎアナログ／デジタル変換器（ＡＤ_ｉｊ）
６ ｎ＊ｎバッファメモリ（Ｂ_ｉｊ）
７ 中央処理ユニット（ＣＰＵ）
８ メモリ（ＭＥＭ）
９ デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
１０ 胸部
１２ 心臓
Ｔ_ｉｊ， ｅ トランスデューサ素子
Ｔ’_ｉｊ， ｖ 仮想ソース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】