(57)【要約】  本発明は、好ましくは心臓である対象物の特性を決定するための特性決定装置に関する。超音波信号供給ユニットは、対象物の超音波信号を供給し、散乱値決定ユニット８は、超音波信号に依存して対象物を灌流する流体による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値を決定する。特性決定ユニット１５は、少なくとも一つの散乱値に依存して対象物の特性を決定する。泡形成に基づいた組織の損傷検出方法とは対照的に、組織が切除されているか又は切除されていないような潅流に関係した対象物特性は、流体による超音波パルスの散乱に基づいて比較的直接決定でき、これによって、対象物の特性を決定する正確さを増大させる。
2013529943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に超音波パルスを送り、対象物からエコー系列を受信し、受信したエコー系列に依存して超音波信号を生成することにより作られた超音波信号を供給するための超音波信号供給ユニットと、対象物を灌流する流体による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値を超音波信号に依存して決定する散乱値決定ユニットと、少なくとも一つの散乱値に依存して対象物の特性を決定するための特性決定ユニットとを有する、対象物の特性を決定するための特性決定装置。
【請求項２】
対象物は組織を有する生物学的対象物であり、前記特性決定ユニットは、対象物の特性として少なくとも一つの散乱値に基づいて、組織の一部が切除された組織を有するか又は切除されていない組織を有するかを決定する、請求項１に記載の特性決定装置。
【請求項３】
供給された超音波信号が、ａ）対象物内の異なる深度及びｂ）異なる時間の少なくとも一つで流体による散乱を表し、超音波信号が、ａ）異なる深度及びｂ）異なる時間の少なくとも一つに対応するサンプル窓によりサンプリングされ、前記散乱値決定ユニットは、前記サンプル窓に対する散乱値を決定し、それぞれのサンプル窓に対して、少なくとも一つの散乱値が、それぞれのサンプル窓に対応する超音波信号の一部に基づいて決定され、前記特性決定ユニットが、それぞれのサンプル窓に対して決定される少なくとも一つの散乱値に基づいてそれぞれのサンプル窓に対する特性を決定する、請求項１に記載の特性決定装置。
【請求項４】
前記サンプル窓の各々が、超音波信号の幾つかの超音波強度に対応し、前記散乱値決定ユニットが、それぞれのサンプル窓内の超音波強度のヒストグラムに依存してサンプル窓に対する少なくとも一つの散乱値を決定する、請求項３に記載の特性決定装置。
【請求項５】
前記散乱値決定ユニットが、第１次のヒストグラム及び第２次のヒストグラムの少なくとも一つに基づいて少なくとも一つの散乱値を決定する、請求項４に記載の特性決定装置。
【請求項６】
前記散乱値決定ユニットが、第１次のヒストグラムの第１次の平均、第１次のヒストグラムの第１次の分散、第１次のヒストグラムの第１次のエントロピー、第２次のヒストグラムの第２次のエントロピー、第２次のヒストグラムの第２次のエネルギー、第２次のヒストグラムの第２次の均一性、第２次のヒストグラムの第２次のコントラスト、第２次のヒストグラムの第２次のクラスタ傾向、第２次のヒストグラムの第２次の形状、第２次のヒストグラムの第２次の相関及び第２次のヒストグラムの第２次の相関微分係数のうちの少なくとも一つを、少なくとも一つの散乱値として決定する、請求項５に記載の特性決定装置。
【請求項７】
前記サンプル窓の各々は、超音波信号の幾つかの超音波強度に対応し、前記散乱値決定ユニットは、それぞれのサンプル窓内の超音波強度の総和に依存して、サンプル窓に対する少なくとも一つの散乱値を決定する、請求項３に記載の特性決定装置。
【請求項８】
前記特性決定ユニットは、クラスタ分析を前記サンプル窓に適用し、前記サンプル窓が、それぞれのサンプル窓に対して決定される少なくとも一つの散乱値に依存してクラスタ化され、特性をサンプル窓のクラスタに割り当てる、請求項３に記載の特性決定装置。
【請求項９】
前記超音波信号供給ユニットが、１０ＭＨｚより大きい周波数を持つ超音波を用いることにより作られる超音波信号を供給する、請求項１に記載の特性決定装置。
【請求項１０】
前記超音波信号供給ユニットが、カテーテル又は針と一体化される超音波振動子である、請求項１に記載の特性決定装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の特性決定装置と、対象物に影響するための対象物影響ユニットとを有する、対象物に影響するための対象物影響装置。
【請求項１２】
対象物に超音波パルスを送り、対象物からエコー系列を受信し、受信したエコー系列に依存して超音波信号を生成することにより作られた超音波信号を供給するステップと、対象物を灌流する流体による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値を超音波信号に依存して決定するステップと、少なくとも一つの散乱値に依存して対象物の特性を決定するステップとを有する、対象物の特性を決定するための特性決定方法。
【請求項１３】
対象物に影響するステップと請求項１２に記載の特性決定方法のステップとを有する、対象物に影響するための対象物影響方法。
【請求項１４】
コンピュータプログラムが請求項１に記載の特性決定装置を制御するコンピュータ上で実行されるとき、請求項１２に記載の特性決定方法のステップを前記特性決定装置に実施させるプログラムコード手段を有する、対象物の特性を決定するための特性決定コンピュータプログラム。
【請求項１５】
コンピュータプログラムが請求項１１に記載の対象物影響装置を制御するコンピュータ上で実行されるとき、請求項１３に記載の対象物影響方法のステップを前記対象物影響装置に実施させるプログラムコード手段を有する、対象物に影響するための対象物影響コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の特性を決定するための特性決定装置、方法及びコンピュータプログラムに関する。本発明は、更に、特性決定装置を有する対象物影響装置、対応する対象物影響方法及び対応する対象物影響コンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
国際特許公開公報ＷＯ２００６／０６４４９５Ａ１は、熱切除治療の間、組織への熱損傷を監視する方法を開示する。組織の特定の部分が切除される間、組織の隣接部分の超音波画像が得られ、これらの超音波画像から、熱に対する組織の隣接部分の生物学的反応を表すパラメータが得られる。実施例において、パラメータは泡の蓄積であり、組織の隣接部分の損傷は、このパラメータに基づいて決定される。この監視方法の目的は、組織の隣接部分に対する不所望な損傷の検出である。従って、監視方法は、超音波画像の時空間変化を観察し、これらの変化を泡形成と関連づけることにより組織の起こりうる損傷を監視する。このモニタリングは、泡形成が組織内の高温にだけ影響されるが、組織の損傷の程度にまで直接リンクされないので、組織の可能性がある損傷を決定する際の不正確さにつながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、対象物の特性が改良された正確さで決定できる特性決定装置を提供することである。本発明の他の目的は、特性決定装置を有する対象物影響装置を提供し、対応する方法及びコンピュータプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様において、対象物に超音波パルスを送り、対象物からエコー系列を受信し、受信したエコー系列に依存して超音波信号を生成することにより作られた超音波信号を供給するための超音波信号供給ユニットと、対象物を灌流する流体による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値を超音波信号に依存して決定する散乱値決定ユニットと、少なくとも一つの散乱値に依存して対象物の特性を決定するための特性決定ユニットとを有する、対象物の特性を決定するための特性決定装置が提供される。
【０００５】
散乱値決定ユニットが流体による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値を決定し、特性決定ユニットが少なくとも一つの散乱値に依存して対象物の特性を決定するので、流体による潅流に関係のある特性は、少なくとも一つの散乱値に基づいて、より直接に決定できる。よって、組織内の高温に影響するが、対象物の特性を決定するために、例えば、組織の損傷の程度に直接リンクされない泡形成の検出のような非常に間接的な測定を使用することは、必要でない。これは、対象物の特性を決定する正確さを増大する。
【０００６】
散乱値決定ユニットは、幾つかの散乱値を決定するのに適し、特性決定ユニットは、幾つかの散乱値に基づいて特性を決定するのに適している。
【０００７】
超音波信号供給ユニットは、超音波信号がすでに格納されている格納ユニットであるか、又は超音波信号供給ユニットは、測定された超音波信号を受信するための有線若しくは無線データ接続のようなデータ受信ユニットである。その上、超音波信号供給ユニットは、超音波信号を生成するための一つ以上の超音波振動子により形成され、同じ超音波振動子が超音波パルスを送信し、エコー系列を受信できるか、又は第１の超音波振動子が超音波パルスを送信し、第２の超音波振動子がエコー系列を受信できる。
【０００８】
超音波信号供給ユニットは、好ましくは、対象物内の異なる深度及び異なる時間に対して超音波信号を供給するのに適している。供給される超音波信号は、好ましくはＭモード画像である。
【０００９】
対象物は、好ましくは人又は動物の器官であり、器官は血液のような身体の流体により灌流される。特に、対象物は、好ましくは心臓であり、心臓の組織は血液により灌流される。特性決定装置が少なくとも一つの散乱値に基づく特性として流体による対象物の潅流の程度、特に毛管の潅流の程度を決定するのに適していることが更に好ましい。特に、特性決定ユニットは、対象物のどの部分が灌流されるか、対象物のどの部分が灌流されないかを決定するのに適している。少なくとも一つの散乱値が流体による超音波パルスの散乱を表すので、対象物の潅流の程度、特に対象物又は対象物の一部が灌流されるか又は灌流されないかが、少なくとも一つの散乱値に基づいて決定でき、すなわち、対象物が流体により灌流されない場合、散乱値決定ユニットは流体の欠如を表す散乱値を決定でき、特性決定ユニットは、例えば、対象物が灌流されないと決定でき、対象物が流体により灌流される場合、散乱値決定ユニットは流体の存在を表す散乱値を決定でき、特性決定ユニットは、例えば、対象物が灌流されると決定できる。
【００１０】
対象物は心臓のような生物学的対象物又は組織を有する他の器官であり、前記特性決定ユニットは、対象物の特性として少なくとも一つの散乱値に基づいて、組織の一部が切除された組織を有するか又は切除されていない組織を有するかを決定することが更に好ましい。特に、特性決定ユニットは、組織のどの部分が切除されているか、組織のどの部分が切除されていないかを決定するのに適している。切除により、対象物の潅流は変更でき、潅流の変更は、流体による超音波パルスの散乱を変更でき、よって少なくとも一つの散乱値を変更できる。従って、少なくとも一つの散乱値の変更が、切除の程度を決定するために使用できる。例えば、較正測定により、切除治療が開始した後、任意の散乱値、又は任意の散乱値の変化が、どの程度の切除に対応するかが決定され、ここで、切除の程度が既知である一方、散乱値が決定される。これらの決定された散乱値は較正値と考えられ、較正値は、このとき、実際に決定された散乱値に依存して、切除の程度を決定するために使用できる。
【００１１】
組織を通る潅流を強調するための手段は、組織に適用できる。斯様な手段は、例えば、イソプロテレノールのような血管拡張剤である。潅流が強調される場合、切除されていない組織の潅流及び切除されていない組織の流体による対応する散乱が増大されるのに対し、切除された組織は灌流されないか又はほんの少ししか灌流されないので、切除された組織の領域内の散乱は、増大されないか又はほんの少ししか増大されないので、切除された組織による超音波パルスの散乱と切除されていない組織による超音波パルスの散乱との差が増大するだろう。これは、更に、切除された組織と切除されていない組織とを区別する正確さを改善する。
【００１２】
特性決定ユニットは、組織のどの部分が切除された組織であるか、組織のどの部分が切除されていない組織であるかを決定し、組織のこれらの決定された部分に依存して切除深度を決定するのに適していることが更に好ましい。組織のどの部分が切除された組織であるか、組織のどの部分が切除されていない組織であるかが決定された後、組織内の切除された領域及び切除されていない領域の空間分布が分かるので、組織の決定された切除された部分及び切除されていない部分から切除深度は容易に決定できる。
【００１３】
供給された超音波信号が、ａ）対象物内の異なる深度及びｂ）異なる時間の少なくとも一つで流体による散乱を表し、超音波信号が、ａ）異なる深度及びｂ）異なる時間の少なくとも一つに対応するサンプル窓によりサンプリングされ、前記散乱値決定ユニットは、前記サンプル窓に対する散乱値を決定し、それぞれのサンプル窓に対して、少なくとも一つの散乱値が、それぞれのサンプル窓に対応する超音波信号の一部に基づいて決定され、前記特性決定ユニットが、それぞれのサンプル窓に対して決定される少なくとも一つの散乱値に基づいてそれぞれのサンプル窓に対する特性を決定することが、更に好ましい。例えば、超音波信号がＭモード画像である場合、Ｍモード画像は、特定の深度範囲及び特定の時間範囲に対応する幾つかのサンプル窓によりサンプリングできる。サンプル窓の各々に対して、少なくとも一つの散乱値が決定でき、サンプル窓の各々に対して、特性、特に、それぞれのサンプル窓内の組織が切除されているか又は切除されていないかが、それぞれのサンプル窓に対して決定される少なくとも一つの散乱値に基づいて決定できる。これは、経時的に異なる深度での特性を監視可能にする。特に、特性は、リアルタイムで監視できる。例えば、切除深度は、リアルタイムで監視される。
【００１４】
サンプル窓サイズを低減することなく、対象物の特性を決定する解像度が増大できるので、サンプル窓は好ましくは重複している。しかしながら、サンプル窓は、重複してなくてもよい。
【００１５】
前記サンプル窓の各々が、超音波信号の幾つかの超音波強度に対応し、前記散乱値決定ユニットが、それぞれのサンプル窓内の超音波強度のヒストグラムに依存してサンプル窓に対する少なくとも一つの散乱値を決定することが、更に好ましい。よって、サンプル窓の各々に対して、好ましくは、少なくとも一つの散乱値は、それぞれのサンプル窓の超音波強度のヒストグラムに依存して決定される。特に、散乱値決定ユニットは、第１次のヒストグラム及び第２次のヒストグラムの少なくとも一つに基づいて少なくとも一つの散乱値を決定するのに適している。また、高次の統計値が、少なくとも一つの散乱値を決定するために使用でき、例えば、ガボールフィルタリングアプローチが少なくとも一つの散乱値を決定するために使用できる。
【００１６】
前記散乱値決定ユニットが、第１次のヒストグラムの第１次の平均、第１次のヒストグラムの第１次の分散、第１次のヒストグラムの第１次のエントロピー、第２次のヒストグラムの第２次のエントロピー、第２次のヒストグラムの第２次のエネルギー、第２次のヒストグラムの第２次の均一性、第２次のヒストグラムの第２次のコントラスト、第２次のヒストグラムの第２次のクラスタ傾向、第２次のヒストグラムの第２次の形状、第２次のヒストグラムの第２次の相関及び第２次のヒストグラムの第２次の相関微分係数のうちの少なくとも一つを、少なくとも一つの散乱値として決定することが、更に好ましい。
【００１７】
実施例において、前記サンプル窓の各々は、超音波信号の幾つかの超音波強度に対応し、前記散乱値決定ユニットは、それぞれのサンプル窓内の超音波強度の総和に依存して、サンプル窓に対する少なくとも一つの散乱値を決定する。よって、ヒストグラムベースで散乱値を使用することに加えて又は代わりに、それぞれのサンプル窓内の超音波強度の総和に依存する散乱値が使用できる。例えば、散乱値は、それぞれのサンプル窓内の全ての超音波強度の和又は超音波強度の積の和であり、各対の超音波強度の少なくとも一つが、それぞれのサンプル窓内に位置され、各積は、対象物が心臓組織である場合、対象物の心臓サイクル周期により離隔できる捕捉時間に対応する超音波強度を有する。ヒストグラムベースの散乱値及び好ましくはヒストグラムに基づかないこれらの和ベースの散乱値が、対象物の特性を決定するために一緒に使われる場合、対象物の特性を決定する正確さが、更に改善できる。
【００１８】
前記特性決定ユニットは、クラスタ分析を前記サンプル窓に適用し、前記サンプル窓が、それぞれのサンプル窓に対して決定される少なくとも一つの散乱値に依存してクラスタ化され、特性をサンプル窓のクラスタに割り当てることが、更に好ましい。特性決定ユニットは、散乱値をグループ化するためにＫ手段クラスタ形成のようなクラスタ形成アルゴリズムを実施するのに適している。各サンプル窓に対して単一の散乱値だけが決定された場合、クラスタ形成アルゴリズムは、単一の散乱値に適用され、各サンプル窓に対して幾つかの散乱値が決定された場合、単一のサンプル窓に対して決定された散乱値は、多次元特徴ベクトルを形成し、クラスタ形成アルゴリズムは、幾つかのサンプル窓に対して決定される多次元特徴ベクトルに適用される。クラスタ形成アルゴリズムは、結果的にそれぞれ、散乱値の第１のクラスタ又は多次元特徴ベクトルとなり、よって、それぞれ、サンプル窓の対応する第１のクラスタ及び散乱値の第２のクラスタ、又は多次元特徴ベクトルとなり、よって、サンプル窓の対応する第２のクラスタになる。サンプル窓の第１のクラスタは、切除された組織を表し、サンプル窓の第２のクラスタは、切除されていない組織を表すことができる。クラスタが切除された組織を表すか切除されていない組織を表すかは、較正測定により決定できる閾値との比較に依存して決定できる。よって、サンプル窓のクラスタへの対象物の特性の割当ては、閾値との比較により実施できる。切除が始まる前に、クラスタ分析が最初に適用されることも可能であり、これは、切除されていない組織を表すクラスタの第１のグループを導く。その後、クラスタ形成分析は継続的に付与される一方、切除治療が実施される。クラスタ形成分析がクラスタの第１のグループに属しない新しいクラスタを導く場合、特性「切除された組織」は、これらの新しいクラスタに割り当てられる。
【００１９】
特性決定ユニットは、少なくとも一つの閾値と少なくとも一つの散乱値との比較に基づいて、特性を決定するのに適している。例えば、超音波信号は、上述のサンプル窓を用いてサンプリングでき、各サンプル窓に対して、少なくとも一つの散乱値が決定できる。サンプル窓の散乱値が閾値を越える場合、サンプル窓に対応する組織が切除されていない、散乱値が閾値より下にある場合、このサンプル窓に対応する組織が切除されていることが規定できる。幾つかの散乱値が同じサンプル窓に対して決定された場合、各散乱値に対して閾値が提供でき、各散乱値に対して、それぞれの散乱値がそれぞれの閾値を超えるか超えないかが決定できる。例えば、サンプル窓の散乱値の大多数が、それぞれの閾値を越える場合、サンプル窓に対応する組織が切除されていないことが規定でき、例えば、大多数の散乱値がそれぞれの閾値より下にある場合、サンプル窓に対応する組織が切除されていることが規定できる。一つ又は複数の閾値は、例えば、較正測定により決定できる。サンプル窓に対して幾つかの散乱値が決定される場合、これら散乱値は多次元特徴ベクトルに結合でき、すなわち、各サンプル窓に対して、多次元特徴ベクトルが規定でき、ここで、多次元特徴ベクトルは、それぞれのサンプル窓が切除された組織に対応するか、又は切除されていない組織に対応するかを決定するため閾値ベクトルと比較できる。
【００２０】
前記超音波信号供給ユニットが、カテーテル又は針と一体化される超音波振動子であることが、更に好ましい。超音波は、好ましくは２０〜４０ＭＨｚの周波数範囲内の周波数、特に３０ＭＨｚの周波数を持つ。これらの比較的高い超音波周波数を使用することは、超音波信号の増大された解像度を導く。超音波信号の解像度が増大されるので、流体による超音波パルスの散乱により生じる超音波信号のパターンは、超音波信号で良く認識可能である。従って、超音波信号からの少なくとも一つの散乱値の抽出、よって決定された特性の質が改善される。
【００２１】
超音波信号供給ユニットがカテーテル又は針に一体化された超音波振動子であることが更に好ましい。これは、特性決定装置を使用することが、例えば、心臓又は患者の他の組織の特性を決定するために利用可能にし、少なくとも超音波振動子が患者に導入できる。
【００２２】
特性決定ユニットは、特に、対象物の特定の部分が血管、特に動脈又は静脈を有するかを、決定された少なくとも一つの散乱値に基づいて決定するのに適している。特に、少なくとも一つの散乱値は、血管と関連した事前に決められた散乱値の範囲と比較でき、少なくとも一つの散乱値が事前に決められた範囲内である場合、対象物の一部が血管であると決定される。また、事前に決められた散乱値の範囲は較正測定により決定でき、ここで、対象物のタイプが既知である間は、散乱値が決定される。
【００２３】
他の本発明の態様において、請求項１に記載の特性決定装置と、対象物に影響するための対象物影響ユニットとを有する、対象物に影響するための対象物影響装置が提供される。対象物影響装置は、好ましくは、心臓のような人又は動物の器官を切除するための切除装置である。対象物影響ユニットは、好ましくは、例えば、無線周波数（ＲＦ）エネルギーにより対象物を加熱するため、切除電極及び当該切除電極に接続されたエネルギー源を有する。ＲＦ切除治療を実施するため適応される代わりに、切除装置は、光切除、クリオ切除、超音波切除、マイクロ波切除等のような他の種類の切除を実施するためにも適応できる。
【００２４】
対象物影響装置は、好ましくは、対象物影響ユニットを制御するための制御ユニットを有し、制御ユニットは、特性決定装置の特性決定ユニットにより決定される対象物の特性に依存して、対象物影響ユニットを制御するのに適している。すでに前述されたように、対象物の特性は、例えば、切除深度である。対象物影響装置が切除深度に依存して制御される切除装置である場合、切除装置は所望の切除深度が到達できるように制御できる。その上、血管、特に動脈又は静脈が、対象物の特性として切除電極の前に位置されているかどうかが決定できる。切除装置は、血管が切除電極の前で検出された場合、例えば、切除が始まらない、又は切除が止められるように制御できる。一般に、対象物の決定された特性に依存して対象物の切除を制御することにより、対象物の切除は改善できる。
【００２５】
本発明の他の態様において、対象物に超音波パルスを送り、対象物からエコー系列を受信し、受信したエコー系列に依存して超音波信号を生成することにより作られた超音波信号を供給するステップと、対象物を灌流する流体による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値を超音波信号に依存して決定するステップと、少なくとも一つの散乱値に依存して対象物の特性を決定するステップとを有する、対象物の特性を決定するための特性決定方法が、提供される。
【００２６】
本発明の更に他の態様において、対象物に影響するステップと請求項１２に記載の特性決定方法のステップとを有する、対象物に影響するための対象物影響方法が、提供される。好ましくは、対象物影響方法は、対象物の決定された特性に依存して対象物の影響を制御するステップを有する。対象物影響方法は、好ましくは、対象物の決定された特性に依存して、特に、決定された切除深度に依存して、好ましくは対象物の切除が制御される対象物を切除する切除方法である。切除深度は、対象物が切除される間、対象物の切除を制御するために、リアルタイムに決定できる。
【００２７】
本発明の更に他の態様において、コンピュータプログラムが請求項１に記載の特性決定装置を制御するコンピュータ上で実行されるとき、請求項１２に記載の特性決定方法のステップを前記特性決定装置に実施させるプログラムコード手段を有する、対象物の特性を決定するための特性決定コンピュータプログラムが、提供される。
【００２８】
本発明の更に他の態様において、コンピュータプログラムが請求項１１に記載の対象物影響装置を制御するコンピュータ上で実行されるとき、請求項１３に記載の対象物影響方法のステップを前記対象物影響装置に実施させるプログラムコード手段を有する、対象物に影響するための対象物影響コンピュータプログラムが提供される。
【００２９】
請求項１の特性決定装置、請求項１１の対象物影響装置、請求項１２の特性決定方法、請求項１３の対象物影響方法、請求項１４の特性決定コンピュータプログラム及び請求項１５の対象物影響コンピュータプログラムは、特に、従属請求項に規定されたような同様の及び／又は同一の好ましい実施例を持つことは理解されるべきである。
【００３０】
本発明の好ましい実施例が、それぞれの独立請求項と従属請求項との任意の組合せでよいことも理解されるべきである。
【００３１】
本発明のこれら及び他の態様が、これ以降の実施例を参照して、明らかに説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、対象物を切除するための切除装置の実施例を模式的且つ例示的に示す。
【図２】図２は、切除装置のカテーテルの先端の実施例を模式的且つ例示的に示す。
【図３】図３は、切除された組織及び切除されていない組織を有する組織のＭモード画像を例示的に示す。
【図４】図４は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図５】図５は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図６】図６は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図７】図７は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図８】図８は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図９】図９は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図１０】図１０は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図１１】図１１は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図１２】図１２は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図１３】図１３は、時間に依存した幾つかの散乱値の一つを示す。
【図１４】図１４は、対象物の幾つかのＭモード画像、及び対応するクラスタ結果の一つを例示的に示す。
【図１５】図１５は、対象物の幾つかのＭモード画像、及び対応するクラスタ結果の一つを例示的に示す。
【図１６】図１６は、対象物の幾つかのＭモード画像、及び対応するクラスタ結果の一つを例示的に示す。
【図１７】図１７は、クラスタアルゴリズムを例示的に示すフローチャートを示す。
【図１８】図１８は、クラスタアルゴリズムを例示的に示すフローチャートを示す。
【図１９】図１９は、Ｍモード画像のＡラインを示す。
【図２０】図２０は、対象物の特性を決定する特性決定装置の実施例を模式的且つ例示的に示す。
【図２１】図２１は、特性決定装置のカテーテルの先端の実施例を模式的且つ例示的に示す。
【図２２】図２２は、対象物の特性を決定するための特性決定方法の実施例を例示的に示すフローチャートを示す。
【図２３】図２３は、対象物を切除するための切除方法を例示的に示すフローチャートを示す。
【図２４】図２４は、生検針の先端の実施例を模式的且つ例示的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、対象物を切除するための切除装置１を模式的且つ例示的に示す。切除装置１は、対象物３、本実施例では人２０の心臓の画像を供給するための画像供給ユニット２を有する。切除装置１は、更に、エネルギーを心臓３の内壁に付与するためのカテーテル２１を有する。カテーテル２１の先端２２は、図２に模式的且つ例示的に示されている。カテーテル先端２２は、壁を切除するための位置５でエネルギーを心臓３の壁に付与するための切除電極４を有する。切除電極４は、位置５で電気的エネルギーを供給するための電気的接続部２３を介して、エネルギー源２４と接続されている。好ましくは、エネルギー源２４、電気的接続部２３及び切除電極４は、位置５で無線周波数（ＲＦ）エネルギーを心臓３に付与するのに適している。電気的接続部２３は、好ましくはワイヤである。切除電極４、電気的接続２３及びエネルギー源２４は、対象物影響ユニットを形成する。
【００３４】
カテーテル先端２２は、更に、超音波信号を供給するための超音波信号供給ユニット１８を有する。超音波信号供給ユニット１８は、超音波パルスを対象物へ送り、対象物からエコー系列を受信し、受信されたエコー系列に依存して超音波信号を生成する超音波振動子である。本実施例において、超音波信号供給ユニット１８は、異なる深度及び異なる時間で位置５での心臓組織の超音波特性を表すＭモード画像を生成するのに適している。
【００３５】
超音波振動子１８は、周波数が１０ＭＨｚより大きい超音波を用いて、超音波信号、すなわちＭモード画像を供給するのに適している。超音波は、好ましくは、２０〜４０ＭＨｚの周波数範囲内の周波数、特に３０ＭＨｚの周波数を持つ。
【００３６】
カテーテル先端は、潅水流体がカテーテル先端から離れるための潅水開口部５０、５１、５３を有する。潅水流体は、潅水流体供給ユニット５２により供給される。潅水流体供給ユニット５２により供給される潅水流体は、カテーテル２１に導入されて、カテーテル先端２２にガイドされて、潅水開口部５０、５１、５３を通ってカテーテル先端２２から離れる。潅水流体は、潅水目的のために用いられるだけでなく、超音波パルス及びエコー系列のための音響経路を定める音響媒体としても用いられる。超音波パルス及びエコー系列は、潅水開口部５３を通って好ましくは送信される。潅水開口部５３を供給する代わりに、ポリメチルペンテンのような音響的に透明な物質が使用できる。
【００３７】
画像供給ユニット２は、好ましくは、心臓３の電子解剖的な地図を提供するのに適している。本実施例において、画像供給ユニット２は、電子解剖的な地図が格納される格納ユニットである。電子解剖的な地図は、例えば、コンピュータ断層撮影システム、磁気共鳴撮像システム、核撮像システム又は超音波撮像システムを用いて、又は、インピーダンス、カテーテル先端の位置の磁気又は電磁気ベースの追跡により、心臓の壁上の異なる位置で心臓の電気的特性を測定することにより、測定された電気的特性は心臓の三次元画像のそれぞれの位置で視覚化され、心臓３の三次元画像を生成することにより生成できる。
【００３８】
例えば、電子解剖的な地図は、解剖学的基板の発動シーケンスを反映している発動マップである。この発動マップから、例えば、遅い発動又は内に向かっている波のゾーンを明らかにする伝導パターンが抽出できる。発動マップからの情報は、エネルギーが付与されるべき切除ターゲットを識別するために使用できる。
【００３９】
切除装置１は、更に、異なる位置に切除電極４を位置決めするための位置決めユニット６、７を有する。位置決めユニットは、Ｘ線源２５及びＸ線検出器２６を備えるＸ線蛍光透視システム６を有する。Ｘ線源２５は、カテーテル２１の先端２２を含む心臓３を横断するＸ線ビーム２７を放射する。心臓３を横断したＸ線ビームは、Ｘ線検出器２６により検出される。Ｘ線検出器２６は、検出されたＸ線ビームに依存して電気的信号を生成し、電気的信号はＸ線投影画像を生成するため蛍光透視制御ユニット２８により用いられる。蛍光透視制御ユニット２８は、また、Ｘ線源２５及びＸ線検出器２６を制御するのに適している。Ｘ線源２５及びＸ線検出器２６は、Ｘ線蛍光透視システム６が種々異なる方向のＸ線投影画像を生成可能にするため患者２０の周りを回転可能である。Ｘ線蛍光透視システムは、例えば、コンピュータ断層撮影蛍光透視システム、又はＣアーム蛍光透視システムである。Ｘ線投影画像は、特に、心臓３内で、切除電極４及び／又は超音波振動子１８のカテーテル先端２２の位置を決定するための位置決定ユニット７へ供給される。供給されたＸ線投影画像に基づいて心臓３内のカテーテル先端２２の位置を決定するために、既知の位置決定方法が使用できる。例えば、カテーテル先端２２は異なるＸ線投影画像内で認識でき、これによって位置決定ユニットがカテーテル先端２２のそれぞれの投影を生じさせたＸ線の経路を決定できる。位置決定ユニット７は、これらの経路の交差から心臓３内のカテーテル先端２２の位置を決定するのに適している。又は、心臓３内のカテーテル先端２２の三次元画像は、例えば、逆投影法アルゴリズムを使用することにより、Ｘ線投影画像から生成でき、ここで、位置決定ユニット７は、生成された三次元画像の心臓３内でカテーテル先端２２を認識することにより心臓３内のカテーテル先端２２の位置を決定するのに適している。位置決定ユニット７は、また、カテーテル先端２２の方向を決定するのに適している。
【００４０】
他の実施例において、位置決めユニットは、心臓３内のカテーテル先端２２の位置及びオプションで方向を決定するためカテーテル先端２２に位置センサ又は磁気共鳴撮像システムのような他の手段を有する。位置決めユニットは、リアルタイムでカテーテル先端２２を位置決め可能にする。
【００４１】
更に切除装置１は、カテーテル２１、特にカテーテル先端２２が対象物３内の所望の位置にナビゲート可能なようにナビゲーションユニット２９を有する。ナビゲーションユニット２９は、ユーザがカテーテル先端２２の決定された位置及び好ましくは方向に依存して、手動で又は半自動的に完全にカテーテル２１をナビゲート可能にする。カテーテル２２は、ナビゲーションユニット２９により制御できる（図１に示されていない）内蔵のガイド手段を有する。カテーテル２９は、例えば、対象物３内の所望の位置にカテーテル先端２２をガイドするために、ステアリングワイヤを用いて操縦されナビゲートできる。
【００４２】
切除装置１は、更に、心臓組織内の血液による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値を決定するための散乱値決定ユニット８を有し、散乱値決定ユニット８は、超音波信号に依存して少なくとも一つの散乱値を決定するのに適している。図３は、Ｍモード画像である超音波信号３０を模式的且つ例示的に示す。Ｍモード画像は、時間ｔに依存して組織内の種々異なる深度ｄに依存する超音波信号の超音波強度を示す。Ａにより示される第１の時間間隔において、組織は血液により灌流され、Ｂにより示される第２の時間間隔において、組織は血液により灌流されない。血液潅流を持つ組織は切除されていない組織に対応し、血液潅流のない組織は切除された組織に対応する。Ｍモード画像は、重なりなしで、Ｍモード画像の全体の深度範囲に沿って延在するサンプル窓３１によりサンプリングされる。散乱値決定ユニット８は、それぞれのサンプル窓３１内の超音波強度のヒストグラムに依存して、サンプル窓３１の各々に対する幾つかの散乱値を決定するのに適している。特に、散乱値決定ユニット８は、第１次のヒストグラム及び第２次のヒストグラムのうちの少なくとも一つに基づいて散乱値を決定するのに適している。しかしながら、また、高次の統計値が、散乱値を決定するために使用でき、例えば、ガボールフィルタリングアプローチが少なくとも一つの散乱値を決定するために使用できる。
【００４３】
散乱値決定ユニット８は、第１次のヒストグラムの第１次の平均ｍ１、第１次のヒストグラムの第１次の分散ｍ２、第１次のヒストグラムの第１次のエントロピーｍ３、第２次のヒストグラムの第２次のエントロピーｎ１、第２次のヒストグラムの第２次のエネルギーｎ２、第２次のヒストグラムの第２次の均一性ｎ３、第２次のヒストグラムの第２次のコントラストｎ４、第２次のヒストグラムの第２次のクラスタ傾向ｎ５、第２次のヒストグラムの第２次の形状ｎ６、第２次のヒストグラムの第２次の相関ｎ７並びに第２次のヒストグラムの第２次の相関微分係数ｎ８及びｎ９のうちの幾つかを、それぞれのサンプル窓３１の散乱値として決定するのに適している。
【００４４】
第１次のヒストグラムは標準ヒストグラムであり、異なる超音波強度に対して、すなわち異なる超音波強度分類に対して、強度Ｉ、すなわちそれぞれの強度分類に位置されるピクセルの数Ｐ（Ｉ）が決定される。この第１次のヒストグラムの第１次の平均は、以下の式により規定できる。
2013529943.tif 000003
（１）
【００４５】
第１次の分散ｍ２及び第１次のエントロピーｍ３は、以下の式により規定できる。
2013529943.tif 000004
（２）
2013529943.tif 000005
（３）
【００４６】
式（１）乃至式（３）において、和は、異なる超音波強度で実施される。
【００４７】
第２次の値は、好ましくは、いわゆる共起マトリックスに基づき、これは、例えば、"Pattern  Recognition"  by  S.Theodoridis  et  al.,  Academic  Press,  2003に開示されている。第２次の値もＭモード画像の超音波強度の相対的位置を考慮していて、第２次のヒストグラムに基づき、これは以下の式により規定できる。
2013529943.tif 000006
（４）
ここで、変数ｉ及びｊは、超音波強度を示す。所与の距離は、例えば、第２次のヒストグラムに依存する決定された特性が対象物の既知の特性とできる限り整合するまで、種々異なる事前に決められた距離が試行される較正測定により、事前に決められる。好ましくは、所与の距離は１ピクセルである、すなわち、所与の距離のピクセル対は、好ましくは直接隣接されたピクセルである。
【００４８】
第２次のエントロピーｎ１、第２次のエネルギーｎ２、第２次の均一性ｎ３、第２次のコントラストｎ４、第２次のクラスタ傾向ｎ５、第２次のクラスタ形状ｎ６、第２次の相関ｎ７及び第２次の相関微分係数ｎ８、ｎ９は、以下の式により規定できる。
2013529943.tif 000007
（５）
2013529943.tif 000008
（６）
2013529943.tif 000009
（７）
2013529943.tif 000010
（８）
2013529943.tif 000011
（９）
2013529943.tif 000012
（１０）
2013529943.tif 000013
（１１）
2013529943.tif 000014
（１２）
2013529943.tif 000015
（１３）
【００４９】
他に特定されていない場合、式（５）乃至式（１３）において、和は、超音波強度ｉ及びｊにわたって実施される。式（５）、（１２）及び（１３）において使用される対数は、他の底を持つこともできる。
【００５０】
第２次の散乱値は、単なるコントラストの代わりに、Ｍモード画像のピクセルの空間配置に関係するＭモード画像のパターン特徴を表す値を提供する。これらの第２次の統計量は、パターンのランダム性、規則性及び方向特性を記述する。
【００５１】
散乱値決定ユニット８は、上述の第１次の値及び第２次の値の全てを必ずしも決定する必要がない点に留意されたい。好ましくは、散乱値決定ユニットは、対象物の所望の特性を決定可能にする散乱値の種類だけを決定するのに適している。対象物の所望の特性を決定するために使用できる散乱値の種類は、対象物の特性が知られている一方、散乱値の幾つかの種類が決定される較正測定により決定できる。実施例において、較正測定は、組織が切除されているか又は切除されていないかを決定するために散乱値ｍ１からｍ３及びｎ３からｎ９が使用できることを明らかにした。これらの散乱値は、図４乃至図１３に、模式的且つ例示的に示される。これらの図において、それぞれの散乱値は、秒単位の時間に依存する任意の単位で示される。これらの図の全てにおいて、切除されていない組織と切除された組織との間の遷移は、約６０〜８０秒の間で見える。
【００５２】
散乱値決定ユニット８は、更に、それぞれのサンプル窓内の超音波強度の和に依存し、ヒストグラムに依存していないサンプル窓に対する少なくとも一つの散乱値を決定するのに適している。例えば、この少なくとも一つの散乱値は、それぞれのサンプル窓内の全ての超音波強度の和である。少なくとも一つの散乱値は、また、以下の式により規定できる。
2013529943.tif 000016
（１４）
ここで、Ｉｔは時間ｔでのＭモード画像のピクセルの超音波強度を示し、Ｉｔ−ｐは時間ｔ−ｐでのＭモード画像のピクセルの超音波強度を示し、ｐは２つの連続的な鼓動の間の時間を示す。式（１４）において、和は、Ｉｔに対応するピクセルがそれぞれのサンプル窓内に位置する全ての対ＩｔＩｔ−ｐにわたって実施される。２つの連続的な鼓動間の時間は心電計により決定でき、これは参照符号９を持つボックスで図１に模式的且つ例示的に示される。他の実施例では、切除装置は心電計９を有しないし、２つの連続的な鼓動間の時間は、例えばＭモード画像から決定される。
【００５３】
切除装置は、更に、散乱値決定ユニット８により決定される散乱値に依存して、対象物３の特性を決定するための特性決定ユニット１５を有する。本実施例において、特性決定ユニット１５は、組織の一部が対象物の特性としての散乱値に基づいて、切除された組織か又は切除されていない組織であるかを決定するのに適している。切除により、組織の潅流は変更され、潅流の変更は超音波パルスの散乱を変更し、よって散乱値を変更する。従って、散乱値は、組織が切除されているか又は切除されていないかを決定するために使用できる。
【００５４】
本実施例において、特性決定ユニット１５は、サンプル窓の散乱値の各々に対して、切除されている組織又は切除されていない組織の投票を決定するのに適している。これらの値の各々に対して、投票が、それぞれの値を事前に決められた閾値と比較することにより実施され、すなわち、値の各々に対して、バイナリの閾値化が、各値に対する投票を決定するために実施される。特性決定ユニット１５は、最終結果、すなわち、それぞれのサンプル窓に対応する組織が切除されているか又は切除されていないかを、投票の多数に基づいて決定するのに適している。これは、サンプル窓に対して、切除されていないより切除されているに対して、多くの投票があると決定された場合、最終結果は、それぞれのサンプル窓に対応する組織が切除されていることを意味し、またこの逆も成立する。事前に決められた閾値は、例えば、較正測定により決定できる。
【００５５】
特性決定ユニットは、幾つかの散乱値を多次元特徴ベクトルと組み合わせることに適していて、すなわち、各サンプル窓に対して、多次元特徴ベクトルが規定でき、多次元特徴ベクトルは、それぞれのサンプル窓が切除された組織又は切除されていない組織に対応するかどうかを決定するための事前に決められた閾値ベクトルと比較できる。また、この事前に決められた閾値ベクトルは、例えば、較正測定により決定できる。
【００５６】
特性決定ユニットは、また、クラスタ分析をサンプル窓に適用でき、サンプル窓が多次元特徴ベクトルに依存してクラスタ化され、特性をサンプル窓のクラスタに割り当てるのに適している。例えば、クラスタ分析は結果的にサンプル窓の２つのクラスタになり、特性「切除された組織」が、これらのクラスタの一方に割り当てられ、特性「切除されていない組織」が、クラスタの他方に割り当てられる。クラスタが切除された組織か切除されていない組織を表すかどうかは、閾値との比較に依存して決定でき、例えば、クラスタの多次元特徴ベクトルは、平均ベクトルを生成するために平均化され、クラスタの平均ベクトルは、較正測定により決定できる閾値ベクトルと比較できる。よって、サンプル窓への対象物の特性の割当ては、閾値化により実施できる。切除が開始される前に、クラスタ分析が最初に適用されることも可能でもあり、これは、切除されていない組織を表すクラスタの第１のグループを導く。その後、クラスタ分析が継続して適用できる一方で、切除治療が実施される。クラスタ分析がクラスタの第１のグループに属しない新しいクラスタを導く場合、特性「切除された組織」は、これらの新しいクラスタに割り当てられる。
【００５７】
実施例において、特性決定ユニットは、組織のどの部分が切除されているか、組織のどの部分が切除されていないかを決定するための以下のクラスタ分析技術を適用するのに適している。クラスタ分析技術は、図１４乃至図１８を参照して説明され、図１４乃至図１６では、上位の部分がＭモード画像を示し、下位の部分がクラスタ分析技術の結果を示し、図１７及び図１８は、クラスタ分析技術における幾つかのステップを例示するフローチャートを示す。
【００５８】
散乱値決定ユニットは、幾つかのサンプル窓１３１に対する散乱値を決定する。サンプル窓１３１は、全Ｍモード画像をサンプリングし、重複している。サンプル窓１３１の重複は、最終的なクラスタ化結果の解像度を増大させる。サンプル窓は、特定の深度範囲及び特定の時間範囲に対応する。サンプル窓１３１は、同じ幅及び同じ長さを持てるし、又はサンプル窓の幅及び長さは異なり得る。その上、Ｍモード画像は、異なるサイズ及び／又は異なる形状を持つ異なるサンプル窓によりサンプリングできる。好ましくは、窓の幅は少なくとも一つの鼓動サイクルをカバーし、サンプル窓は鼓動に関して位置合わせできる。例えば、各サンプル窓は、同時に開始し、それぞれの収縮サイクルに関してシフトできる。実施例において、深度方向のサンプル窓のサイズは、約０．２ｍｍである。
【００５９】
切除が開始される前に、第１のクラスタ分析技術が実施され、対応するＭモード画像が図１４の上位の部分に示される。この第１のクラスタ分析技術は、図１７に示されるフローチャートを参照して、以下に説明されるだろう。
【００６０】
第１のクラスタ分析技術は、切除が開始される前の組織を示すＭモード画像を供給し、サンプル窓でＭモード画像をサンプリングし、サンプル窓の各々に対して散乱値を有する多次元特徴ベクトルを決定することにより、ステップ１０１で初期化される。
【００６１】
ステップ１０２において、サンプル窓、よって対応する最初の特徴ベクトルが選択される。この選択は、ランダムに実施できる。ステップ１０３において、最初の特徴ベクトル、よって選択されたサンプル窓が、第１のクラスタに割り当てられる。ステップ１０４において、どの特徴ベクトルが、多次元特徴ベクトルを含む多次元特徴ベクトル空間内の最初の特徴ベクトル周辺の領域内に配置されるかが、決定される。当該領域は特徴ベクトルが二次元のベクトルである場合、好ましくは円であり、特徴ベクトルが２より大きい次元を持つ場合、超球である。領域のサイズは、較正測定により決定できる。
【００６２】
ステップ１０５において、最初の特徴ベクトル周辺の領域内に位置される決定された特徴ベクトルは、第１のクラスタに割り当てられ、ステップ１０６において、第１のクラスタ内の特徴ベクトルは、第１のクラスタの平均ベクトルを計算するため平均化される。ステップ１０７において、中止基準が満たされるかどうかが、決定される。中止基準は、例えば、事前に決められた数の繰り返しが既に到達されたかどうか、又は収束基準が満たされたかどうかである。収束基準は、例えば、最初の特徴ベクトルと平均的特徴ベクトルとの差、又は実際に決定された平均的特徴ベクトルと前もって決定された平均的特徴ベクトルとの差が事前に決められた閾値より低いということである。中止基準が満たされない場合、クラスタ分析は再びステップ１０４〜１０７を実施し、最初の特徴ベクトルの代わりに、実際に決定された平均的特徴ベクトルが用いられ、すなわち、ステップ１０４において、特徴ベクトルは実際に決定された平均的特徴ベクトル周辺の領域内で決定され、ステップ１０５において、第１のクラスタにまだ割り当てられなかった、実際の平均ベクトル周辺の領域内の特徴ベクトルが第１のクラスタに割り当てられ、ステップ１０６において、新規な平均的特徴ベクトルが、第１のクラスタの特徴ベクトルを平均化することにより計算される。
【００６３】
ステップ１０７において、中止基準が満たされる場合、第１のクラスタは決定され、方法はステップ１０８で継続する。ステップ１０８において、全特徴ベクトル、よって全てのサンプル窓がクラスタに割り当てられたかどうかが決定される。全ての特徴ベクトルがクラスタに割り当てられたわけではない場合、ステップ１０２〜１０７が、他のクラスタを決定するために、クラスタに割り当てられなかった残りの特徴ベクトルに基づいて実施される。従って、全ての特徴ベクトル、よってサンプル窓がクラスタに割り当てられるまで、ステップ１０２〜１０８は実施される。全ての特徴ベクトルがクラスタに割り当てられた後、第１のクラスタ分析技術はステップ１０９で終わる。第１のクラスタ分析技術が、切除が開始される前の組織を示すＭモード画像に適用されるので、ステップ１０１〜１０９を実施することにより決定されたクラスタは、切除されていない組織に対応する。
【００６４】
図１５及び図１６は、切除が開始される前だけでなく、切除が開始した後の組織を例示するＭモード画像を示す。切除が実施される間、超音波信号は、連続的に生成されてサンプリングされる。よって、サンプル窓は連続的に得られ、各サンプル窓に対して、特徴ベクトルが計算され、すなわち、連続的に特徴ベクトルが決定され、連続的に新しく決定された特徴ベクトルは、図１８に示されるフローチャートを参照して以下に説明される第２のクラスタ分析技術に従ってクラスタ化される。
【００６５】
ステップ２０１において、類似性測定が、実際に決定された特徴ベクトル、及び既に決定されたクラスタの平均ベクトルの各々に適用される。類似性測定は、例えば、実際に決定された特徴ベクトルとそれぞれの平均的特徴ベクトルとの間の絶対差であり、この絶対差が事前に決められた閾値より低い場合、実際に決定された特徴ベクトルは、それぞれの平均的特徴ベクトルと同様であると考えられる。実際に決定された特徴ベクトルが特定のクラスタの平均的特徴ベクトルと同様である場合、実際に決定された特徴ベクトルは、ステップ２０２で特定のクラスタに割り当てられ、ステップ２０３で新規な平均的特徴ベクトルが、新しく割り当てられた実際に決定された特徴ベクトルを考慮して、この特定のクラスタに対して計算される。
【００６６】
ステップ２０１において、実際に決定された特徴ベクトルが既存のクラスタの平均的特徴ベクトルのいずれとも同様でないと決定される場合、方法は、ステップ２０４で継続する。ステップ２０４において、既存のクラスタに割り当てられなかった実際に決定された特徴ベクトルは新しいクラスタを定め、実際に決定された特徴ベクトルは、この新しいクラスタの平均的特徴ベクトルとして定義される。
【００６７】
図１４の下位部分に例示的に示されるように、切除が開始される前に、切除されていない組織の異なる構造に属する幾つかのクラスタ４０．．．４７が存在する。図１５及び図１６の下位部分において、切除が開始された後、生成される、新しいクラスタ４８が見られる。従って、特性決定ユニットは、この新しいクラスタ４８を「切除された組織」に割り当て、他のクラスタ４０．．．４７を「切除されていない組織」に割り当てる。
【００６８】
切除装置１は、更に、決定された特性を示すためディスプレイ１０を有する。特に、ディスプレイ１０は、組織のどの部分が切除されているか、組織のどの部分が切除されていないかを示すのに適している。
【００６９】
特性決定ユニットは、好ましくは更に、決定された切除された部分及び切除されていない部分に依存して、切除深度を決定するのに適している。Ｍモード画像から切除された部分及び切除されていない部分の位置が知られるので、切除深度、すなわち組織が組織の外面から始まって切除された深度が容易に決定できる。ディスプレイ１０は、また、この切除深度を示すのに適している。
【００７０】
切除装置１は、更に、Ｍモード画像のＡラインに依存して心臓壁の厚みを決定するための心臓壁厚の決定ユニット５４を有する。Ａラインは、一定の時間ｔでの超音波信号の振幅を表すＭモード画像の超音波強度により定められる。斯様なＡライン６１は、図１９に模式的且つ例示的に示され、Ａラインの振幅ａは、任意のユニット（単位）の深度ｄに依存して任意のユニットで示される。
【００７１】
６２及び６３により示されるＡライン６１の領域は、心臓壁の正面及び背面に対応する。領域６４は、超音波パルスにより直接生成される。
【００７２】
図１９に示されるＡライン６１は、超音波パルスを放射して、エコーを受信する超音波振動子１８の位置に関して正面及び背面６２、６３の位置を決定することを可能にする。領域６４の第１の測定振幅は、超音波ユニットの位置を定める。領域６４は実質的にゼロである振幅を有する領域により後続され、しばらくして振幅が、対象物での第１の反射をマークする、すなわち対象物の前面部をマークする領域６３において再び増大する。心臓壁の組織内の反射に対応する小さな振幅を有する領域６５が後続し、その後、領域６２において、振幅が再び著しく増大し、これにより心臓壁の背面をマークする。よって、Ａライン６１は、領域６２及び６３に基づいて正面及び背面の位置を決定することを可能にする。心臓壁厚決定ユニットは、好ましくは、対象物の前面部の位置として実質的にゼロである振幅値を有する領域の後の領域６３の増大している振幅の位置を決定するために適している。その後、振幅は領域６５において大幅に減少し、振幅の次の重要な増大の位置（領域６２）は、心臓壁の背面の位置として決定される。換言すれば、領域６４の超音波ユニットのトランスデューサのリングダウンの後、「静穏期」が後に続く。この静穏期は、前面部に関連する領域６３の反射により、その後終了される。領域６３のこの反射の後、超音波強度の速く且つ小さな温度変化によりマークされる期間６５が発生する。特に、期間６５の信号のエンベロープは、強度の指数関数的な減少を持つ傾向がある。期間６５の終わりに再び、強い反射が、背面に関連する領域６２において観察される。閾値が事前に規定でき、特に相対的な閾値が事前に規定でき、「静穏期」の後の反射がそれぞれの事前に決められた閾値を超える場合、前面部が検出され、期間６５の終わりに信号がそれぞれの閾値を超える場合、背面が検出される。閾値は、既知の前面部及び背面位置を持つ壁での較正測定により事前に規定できる。
【００７３】
実施例において、特性決定ユニットは、心臓壁の前面部及び背面の決定された位置及び決定された切除深度に依存して、心臓壁の経壁性の程度を決定するのに適している。
【００７４】
切除装置１は、更に、特性決定ユニットにより決定される対象物の特性に依存して、対象物の切除を制御するための制御ユニット１１を有する。特に、制御ユニット１１は、対象物の組織の決定された切除された部分及び切除されていない部分に依存して、対象物の組織の切除を制御するのに適している。例えば、対象物の組織の特定の部分が切除されるべきである場合、それぞれの部分が完全に切除されるまで、ＲＦエネルギーが付与されるように、制御ユニット１１は、対象物の組織の切除を制御できる。切除治療のこの制御を実施するために、組織の切除された部分及び組織の切除されていない部分が、好ましくはリアルタイムに決定される。制御ユニット１１は、また、経壁性の程度に依存して心臓壁の切除を制御するのに適している。特に、制御ユニット１１は、下にある組織を切除せずに、心臓壁が完全に切除されるように切除を制御するのに適し、すなわち、制御ユニットは、１００パーセントの経壁性が到達されるように切除装置を制御するのに適している。
【００７５】
対象物の特性を決定するため、特に、対象物の切除された部分及び切除されていない部分を決定するために用いられる切除装置１の要素及びユニットは、切除装置に一体化される特性決定装置を形成する。しかしながら、特性決定装置は、また、切除装置に一体化されていない別々の装置でもよい。
【００７６】
分離特性決定装置は、図２０に模式的且つ例示的に示される。図２０に示される特性決定装置９０の要素及びユニットは、図１を参照して上述された対応する要素及びユニットと同様で、同様の参照符号により示される。従って、特性決定装置９０の詳細な説明のために、図１の上記説明が参照される。
【００７７】
図２１は、特性決定装置９０のカテーテル７０のカテーテル先端７１の実施例を模式的且つ例示的に示す。特性決定装置９０のカテーテル７０のカテーテル先端７１の要素及びユニットは、図２を参照して上述された対応する要素及びユニットと同様であり、従って、同様の参照符号により示される。従って、これらの要素及びユニットの詳細な説明のために、図２の上記説明が参照される。切除装置のカテーテル先端とは対照的に、特性決定装置９０のカテーテル先端は、切除電極を有しない。
【００７８】
以下において、特性決定方法の実施例は、図２２に示されるフローチャートを参照して例示的に説明される。
【００７９】
ステップ３０１において、超音波信号は、対象物３に超音波パルスを送り、対象物３からエコー系列を受信し、受信エコー系列に依存して超音波信号を生成することにより供給される。Ｍモード画像である超音波信号は、超音波振動子１８により供給される。ステップ３０２において、対象物３の流体による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値が、供給された超音波信号に依存して決定される。ステップ３０３において、一つ又は複数の散乱値に依存して、対象物の特性、特に対象物の切除された部分及び対象物の切除されていない部分が決定される。
【００８０】
以下において、対象物を切除する切除方法の実施例が、図２３のフローチャートを参照して例示的に説明されるだろう。ステップ３０１において、超音波信号が供給され、ステップ３０２において、少なくとも一つが散乱値が、供給された超音波信号に基づいて決定され、ステップ３０３において、対象物の特性が、少なくとも一つの散乱値に依存して決定される。ステップ３０１〜３０３は、図２２を参照して上述されたステップと同様であり、対象物のどの部分が切除され、対象物のどの部分が切除されていないかを継続的に決定するために、ループで実施される。この切除情報は、切除装置１の制御ユニット１１に供給され、ステップ３０４の対象物の切除、特に、切除電極４を介したＲＦエネルギーの付与が、決定された切除情報に依存してエネルギー源２４を制御することにより制御される。このように、継続的に切除情報が、切除治療を制御するために決定され使用される。
【００８１】
心臓不整脈に対する既知のカテーテル切除治療の一つの大きな欠点は、作られている間の病変の質に関する適切な情報の不足である。更にまた、既知の方法を用いて、再実施切除治療で古い病変を見直すことは、非常に困難である。現在、セラピストは、電力、温度及び期間のような切除のための最適パラメータを決定するために、自分自身の専門知識に依存している。しかしながら、これらの設定は、例えば、局所的心臓壁の厚み、血流による局所的冷却、カテーテルと組織との間の接触等の例えば患者内及び患者間の違いのため、大きく変化する。
【００８２】
従来、２つの主要な治療関連の課題は、サイトの過小加熱又は過大加熱から生じる。過小加熱の場合、組織は、セラピストにより所望される不整脈阻止病変を形成するためには、十分に固められない。これは、患者の持続性があるか繰り返される症状を導き、引き続く治療、入院のより長い期間、並びにストローク及び塞栓のより大きなリスクの要件を導く。他方の過熱も、治療サイトで組織を断裂を生じ、潜在的に致命的な粒子を血流に放出するか、又は隣接臓器及び組織の損傷を引き起こす。
【００８３】
本発明による切除装置は、改良された制御を供給する。当該切除装置は、組織内の病変進行のフィードバックを供給し、治療サイトでの組織の厚みに関する病変の深度についての情報を提供でき、カテーテル切除治療での過小加熱及び過大加熱からの組織の損傷及び壊死を防止できる。
【００８４】
切除の間、脈管構造、よって毛管の潅流は、凝固壊死により一般に完全に破壊される。対照的に、血球を持つ毛管の潅流は、酸素及び代謝物質を持つ切除されなかった健康な組織を供給する。従って、切除された組織は毛管の潅流を一般に有しないか、又は毛管の潅流が少なくとも強く減らされ、切除されていない組織は、一般に減っていない通常の毛管の潅流を有する。少なくとも一つの散乱値は、好ましくは、組織に注ぐ血液の細胞による超音波パルスの散乱を表し、従って、切除情報、特に、組織が切除された組織か又は切除されていない組織であるかの切除情報も表す。このように、特性決定ユニットは、組織が切除されている組織か切除されていない組織かどうかを、詳細に上述されたように、少なくとも一つの散乱値に基づいて決定できる。
【００８５】
既に上述された様に、（赤い）血球の動きは、超音波の散乱、特に高い超音波（ＵＳ）周波数（＞１０ＭＨｚ）の散乱に寄与する。従って、流速の変化又は破壊された脈管構造による動きの完全な欠如による血球の動きの切除によって誘発された変化は、ＵＳを散乱させることに影響を及ぼす。この特徴が、組織の損傷に対するマーカーとして使用できる。
【００８６】
実施例において、特性決定ユニットは、血管を識別するのに適している。少なくとも一つの散乱値が血球による超音波パルスの散乱を表すので、特性決定ユニットは、血管、特に動脈又は静脈を少なくとも一つの散乱値に依存して識別するのに適している。例えば、較正測定により、どの散乱値が血管に対応するかが決定でき、特性決定ユニットは、較正によって決定される血管に対応する実際の散乱値が決定される場合、血管を識別できる。切除装置の制御ユニットは、切除治療が開始されるべき又は続けられるべき位置で特性決定ユニットが血管を識別する場合、ディスプレイ、又は音響出力ユニットのような他の出力ユニット上に警報を生成するように構成できる。このようにして、医師は、切除電極が血管の丁度上又は非常に近くに配置されることを通知され、血管上の切除治療の適用が回避できる。これは、例えば、虚血を引き起こすので、血管上の切除治療の適用は回避されなければならない。
【００８７】
切除装置及び特性決定装置は、血液灌流された及び血液灌流されていない組織に対する散乱パターン変化を分析し定量化する自動的態様を提供する。前述のように、このパターンの差は、切除前の健康な心臓組織と切除により凝固された切除後の組織とを区別するための重要な情報を供給する。このパターン差は、好ましくは、リアルタイムＭモード超音波画像のテクスチャ特性の統計分析、特に２つの状況の間の明確な識別を与える第２次の統計特性に基づく。これは、好ましくは統計分析だけに基づいてだけ健康的な組織と凝固された組織とを区別可能にし、従って、切除の間及び／又は切除の後、病変監視目的のため、特に病変深度を制御するために使用できる。
【００８８】
超音波生データは散乱パターンを特徴づけるために使われる高周波情報を保持するので、少なくとも一つの散乱値は、好ましくは超音波生データから決定される。よって、少なくとも一つの散乱値を決定するために使われる超音波信号は、好ましくは、処理されていない、例えば、フィルタリングされていない超音波生データにより表される。
【００８９】
上述された実施例において、散乱値は、例えば、第１次及び第２次のヒストグラムに基づいて決定されるが、散乱値は、また、高次の統計値を含む他のテクスチャベースの分析に基づいて決定できる。例えば、特定の周波数帯域が切除された組織と切除されていない組織との間の大きな違いを捕捉可能であるガボールフィルタリングアプローチが、使われてもよい。
【００９０】
上述された実施例において、超音波振動子がカテーテルに一体化されているが、超音波振動子は、また、例えば針と一体化できる。
【００９１】
再び図１を参照すると、潅水流体供給ユニット５２は、潅水流体内にイソプロテレノールのような血管拡張薬を加えるのに適している。切除が開始する直前に血管拡張薬の丸薬が投与されるとき、ターゲット位置の局所的潅流が増大する。このようにして、切除前後の血液誘発の超音波散乱の違いが強調でき、よって、分析を容易にし、すなわち特性決定ユニットにより少なくとも一つの散乱値に基づいて切除された組織と切除されていない組織とを区別することを容易にする。
【００９２】
上述の実施例において、特性決定装置が切除装置に一体化されているが、他の実施例では、特性決定装置は、また、他の対象物影響装置、例えば、生検を実施するための生検装置に一体化されてもよい。生検装置は、生検針を有し、超音波振動子が生検針の先端に一体化される。生検装置は、例えば、腫瘍学において、切除された腫瘍と切除されていない腫瘍とを区別するために使用できる。通常は、腫瘍は、過剰灌流された組織により囲まれる凝固された組織の有芯により特徴づけられる。この周囲組織は、生検をとるためのターゲット組織である。超音波パルスは周囲の過剰灌流された組織により散乱され、少なくとも一つの散乱値が、結果として生じる超音波信号に基づいて決定できる。この少なくとも一つの散乱値に基づいて、腫瘍のどの部分が凝固された組織の有芯であるか、腫瘍のどの部分が生検をとられるべき過剰灌流された組織であるかが決定できる。
【００９３】
図２４は、生検針の先端８０の実施例を模式的且つ例示的に示す。生検針は、生検針の先端８０の外側領域に位置される複数の超音波振動子１８を有する。この外側領域は、中央管腔８２を囲む。中央管腔が、組織３の部分をとり、この部分を人の外側へ移動させるための生検器具を導入するために使われる。超音波振動子１８は、超音波パルスを組織へ送り、組織からエコー系列を受信し、受信されたエコー系列に依存して超音波信号を生成することにより、超音波信号を供給する。超音波信号は、電気的接続部２３を介して、散乱値決定ユニットへ送信される。散乱値決定ユニットは、組織内の流体による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値を決定し、少なくとも一つの散乱値が超音波信号に依存して決定され、特性決定ユニットは、図１及び図２を参照して上述されたように少なくとも一つの散乱値に依存して組織の特性を決定する。特に、特性決定ユニットは、腫瘍のどの部分が、潅流に関して、切除された組織に対応する凝固された組織の有芯であるか、腫瘍のどの部分が、潅流に関して、切除されていない組織に対応する生検がとられるべき過剰灌流された組織であるかを決定する。生検装置は、好ましくは更に、図１を参照して上述された画像供給ユニット２、位置測定ユニット６、７、及びナビゲーションユニット２９を有する。生検針の先端の末端と超音波振動子１８との間に、ポリメチルペンテンのような音響的に透明な物質８１が、超音波振動子１８と生検針の外側との間の音響経路を定めるために供給される。
【００９４】
上述された実施例において、心臓壁の正面及び背面の位置がＡラインの振幅から決定されているが、他の実施例において、これらの位置は他の態様で決定できる。例えば、心臓壁の正面及び背面の位置は、深度上のＡラインのスペクトル分析に基づいて決定できる。
【００９５】
切除装置及び特性決定装置は、例えば、心臓不整脈及び腫瘍切除の治療の間の組織撮像に使用できる。これらの治療において、治療の間、病変形成の経過をフォローすることが望ましい。
【００９６】
開示された実施例に対する他の変形は、図面、開示及び添付の請求の範囲の研究から、請求された本発明を実施する際、当業者により理解され遂行できる。
【００９７】
請求項において、用語「を有する」は他の要素又はステップを除外しないし、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。
【００９８】
一つ若しくは複数のユニット又は装置により実施される対象物の特性の決定及び散乱値の決定のような決定は、他の任意の数のユニット又は装置により実施できる。例えば、散乱値の決定及び対象物の特性の決定は、単一のユニットにより、又は他の任意の数の異なるユニットにより実施できる。切除方法に従う切除装置の制御及び／若しくは決定、並びに／又は特性決定方法に従う特性決定装置の制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウエアとして実行できる。
【００９９】
単一のユニット又は装置は、請求項に引用される幾つかの部材の機能を遂行する。特定の手段が相互に異なる従属請求項において再引用されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが効果的に使用できないことを示していない。
【０１００】
請求項内の何れの参照符号も、範囲を制限するものとして解釈されてはならない。
【０１０１】
本発明は、対象物、好ましくは心臓の特性を決定するための特性決定装置に関する。超音波信号供給ユニットは対象物の超音波信号を供給し、散乱値決定ユニットは超音波信号に依存して対象物を灌流する流体による超音波パルスの散乱を表す少なくとも一つの散乱値を決定する。特性決定ユニットは、少なくとも一つの散乱値に依存して対象物の特性を決定する。泡形成に基づく組織の損傷検出方法とは対照的に、組織が切除されているか又は切除されていないかのような潅流に関係する対象物特性が、流体による超音波パルスの散乱に基づいて比較的直接決定でき、これにより、対象物の特性を決定する正確さを増大させる。
【図１】
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【図２】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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