(57)【要約】  ここに記載されたシステム及び方法は、医療用の超音波撮像システムで用いる、多重変換器構造を、提供する。医療装置は、体内の管腔や空洞の内部を撮像するために、そこに配置される、回転撮像装置を、有している。撮像装置は、別々の組織深さ、又は、組織深さの範囲を、撮像するように、各々が構成された、複数の変換器を備えることができる。変換器を、別々の焦点や、それらの組み合わせ、を用いて、別々の周波数帯域で作動するように構成できる。各々の変換器から集められた、組織画像の中にある、画像データを結合させるように構成された、画像処理システムも、備えられている。
2008536638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用超音波撮像システムであって、
体内管腔の内部を撮像するように構成された撮像装置を、備えており、
撮像装置が、第１変換器と、第２変換器と、を備えており、
第１変換器が、第１の深さ範囲を撮像するように構成されており、
第２変換器が、第２の深さ範囲を撮像するように構成されている、
ことを特徴とする、医療用超音波撮像システム。
【請求項２】
第１変換器が、第１の深さ範囲を撮像するように、焦点を合わせられており、
第２変換器が、第２の深さ範囲を撮像するように、焦点を合わせられている、
請求項１記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３】
更に、
撮像装置に連結された、回転駆動軸と、
回転駆動軸を摺動自在に支持するように構成された、内部管腔を有する、細長い筒状部材と、
を備えている、
請求項２記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項４】
１つの信号線が、第１変換器及び第２変換器に結合されており、
第１変換器が、前記信号線を通じて第１出力信号を出力するように構成されており、
第２変換器が、前記信号線を通じて第２出力信号を出力するように構成されている、
請求項３記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項５】
更に、
第１及び第２変換器に通信可能に結合される、画像処理システムを備えており、
画像処理システムが、第１及び第２出力信号を交互に受信し、第１及び第２出力信号を画像データに加工処理し、単一の画像として表示するために第１及び第２出力信号からの前記画像データを結合する、
請求項４記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項６】
第１変換器が、第１周波数帯域で作動するように構成されており、
第２変換器が、第２周波数帯域で作動するように構成されている、
請求項１記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項７】
第１及び第２周波数帯域が重なっていない、
請求項６記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項８】
更に、
撮像装置に連結された、回転駆動軸と、
回転駆動軸を摺動自在に支持するように構成された、内部管腔を有する、細長い筒状部材と、
を備えており、
１つの信号線が、第１変換器及び第２変換器に結合されており、
第１変換器が、前記信号線を通じて第１出力信号を出力するように構成されており、
第２変換器が、前記信号線を通じて第２出力信号を出力するように構成されている、
請求項７記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項９】
更に、
前記通信線を通じて第１及び第２変換器に通信可能に結合される、画像処理システムを備えており、
画像処理システムが、第１及び第２出力信号を処理するように構成されている、
請求項８記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１０】
画像処理システムが、第１及び第２出力信号を分離するように構成された信号分離ユニットを、備えている、
請求項６記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１１】
第１及び第２周波数帯域が、部分的に重なっている、
請求項６記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１２】
更に、
撮像装置に連結された、回転駆動軸と、
回転駆動軸を摺動自在に支持するように構成された、内部管腔を有する、細長い筒状部材と、
を備えている、
請求項１１記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１３】
第１変換器が、第１変換器に結合されている第１信号線を通じて、第１出力信号を出力するように構成されており、
第２変換器が、第２変換器に結合されている第２信号線を通じて、第２出力信号を出力するように構成されている、
請求項１２記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１４】
１つの信号線が、第１変換器及び第２変換器に結合されており、
第１変換器が、前記信号線を通じて第１出力信号を出力するように構成されており、
第２変換器が、前記信号線を通じて第２出力信号を出力するように構成されている、
請求項１２記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１５】
更に、
前記信号線を通じて第１及び第２変換器に通信可能に結合された、画像処理システムを備えており、
画像処理システムが、第１及び第２出力信号を処理するように構成されている、
請求項１４記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１６】
画像処理システムが、第１及び第２出力信号を分離するように構成された信号分離ユニットを、備えている、
請求項１５記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１７】
更に、
第１及び第２変換器に通信可能に結合された、画像処理システムを備えており、
第１変換器が、画像処理システムに、第１出力信号を出力するように構成されており、
第２変換器が、画像処理システムに、第２出力信号を出力するように構成されており、
画像処理システムが、第１及び第２出力信号を画像データに加工処理し、単一の画像として表示するために第１及び第２出力信号からの前記画像データを結合する、
請求項１２記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１８】
第１変換器が、撮像装置内で、第１位置に配置されており、
第２変換器が、撮像装置内で、第１位置の反対側の第２位置に配置されている、
請求項１記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項１９】
第１及び第２変換器が、反対側の位置で、撮像するように構成されている、
請求項１記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項２０】
第１及び第２変換器が、実質的に対称的に配置されている、
請求項１９記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項２１】
更に、
第３変換器を、備えており、
第１変換器、第２変換器、及び第３変換器が、撮像装置内で、実質的に対称的に配置されている、
請求項１記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項２２】
第１変換器が、第１周波数帯域で作動するように構成されており、
第２変換器が、第２周波数帯域で作動するように構成されており、
第３変換器が、第３周波数帯域で作動するように構成されている、
請求項２１記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項２３】
各々の変換器が、共通の信号線を通じて、１つの画像処理システムに通信可能に結合されている、
請求項２２記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項２４】
医療用超音波撮像システムであって、
第１変換器出力信号を受信し、
第１出力信号を、第１の組織深さ範囲で収集された、複数の画像データ項目を、含んでいる、第１反響生成データセットに、加工処理するように、構成されていると共に、
第２変換器出力信号を受信し、
第２出力信号を、第２の組織深さ範囲で収集された、複数の画像データ項目を、含んでいる、第２反響生成データセットに、加工処理するように、構成された、
画像処理システムを、備えており、
画像処理システムが、更に、単一の画像として表示するために、第１及び第２反響生成データセットを結合するように構成されている、
ことを特徴とする、医療用超音波撮像システム。
【請求項２５】
第１反響生成データセット及び第２反響生成データセットが、各々、同じ組織深さから収集された、少なくとも１つのデータ項目を、含んでいる、
請求項２４記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項２６】
画像処理システムが、混合データ項目を作り出すために同じ組織深さで収集された、第１反響生成データセットからの各々のデータ項目と、第２反響データセットからの（各々の）データ項目とを、混合するように構成されている、
請求項２５記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項２７】
第１出力信号が第１周波数帯域で受信され、
第２出力信号が第２周波数帯域で受信される、
請求項２６記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項２８】
第１周波数帯域及び第２周波数帯域が、重なっていない、
請求項２７記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項２９】
第１周波数帯域及び第２周波数帯域が、少なくとも部分的に重なっている、
請求項２７記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３０】
画像処理システムが、第１出力信号と第２出力信号とを区別するように構成されている、
請求項２７記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３１】
更に、
第１出力信号と第２出力信号とを区別するように構成された信号分離ユニットを、備えている、
請求項２７記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３２】
画像処理システムが、第１時間の間に第１出力信号を受信し、第２時間の間に第２出力信号を受信するように、構成されている、
請求項２６記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３３】
画像処理システムが、第１時間の間は第２出力信号を、無視するように構成されている、
請求項３２記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３４】
超音波撮像方法であって、
生物の中に配置された第１超音波変換器からの第１出力信号を受信することと、
生物の中に配置された第２超音波変換器からの第２出力信号を受信することと、
を含んでおり、
第１出力信号が、生物の中の第１の深さ範囲から第１変換器によって受信された第１反響を表しており、
第２出力信号が、生物の中の第２の深さ範囲から第２変換器によって受信された第２反響を表しており、
第１及び第２の深さ範囲が、少なくとも部分的に異なっている、
ことを特徴とする、超音波撮像方法。
【請求項３５】
第１及び第２出力信号が、実質的に同じ周波数である、
請求項３４記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３６】
更に、
第１出力信号及び第２出力信号を、各々、第１反響生成記録及び第２反響生成記録に、保存することと、
第１反響生成記録及び第２反響生成記録を、第１及び第２の深さ範囲に渡る、生物の画像に、加工処理することと、
を含んでおり、
第１及び第２出力信号が、共通の信号線を通じて交互に受信される、
請求項３５記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３７】
第１出力信号及び第２出力信号を、各々、第１反響生成記録及び第２反響生成記録に、保存することと、
第１反響生成記録及び第２反響生成記録を、第１及び第２の深さ範囲に渡る、生物の画像に加工処理することと、
を含んでおり、
第１及び第２出力信号が、各々、第１及び第２信号線を通じて受信される、
請求項３５記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３８】
第１出力信号が、第１周波数帯域にあり、
第２出力信号が、少なくとも部分的に第１周波数帯域に重なる、第２周波数帯域にある、
請求項３４記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項３９】
第１出力信号及び第２出力信号を、各々、第１反響生成記録及び第２反響生成記録に、保存することと、
第１反響生成記録及び第２反響生成記録を、第１及び第２の深さ範囲に渡る生物の画像に、加工処理することと、
を含んでおり、
第１及び第２出力信号が、各々、共通の信号線を通じて受信される、
請求項３８記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項４０】
第１出力信号及び第２出力信号を、各々、第１反響生成記録及び第２反響生成記録に、保存することと、
第１反響生成記録及び第２反響生成記録を、第１及び第２の深さ範囲に渡る生物の画像に、加工処理することと、
を含んでおり、
第１及び第２出力信号が、各々、第１及び第２信号線を通じて受信される、
請求項３８記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項４１】
第１出力信号が、第１周波数帯域にあり、
第２出力信号が、第１周波数帯域とは異なる、第２周波数帯域にある、
請求項３４記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項４２】
第１出力信号及び第２出力信号を、各々、第１反響生成記録及び第２反響生成記録に、保存することと、
第１反響生成記録及び第２反響生成記録を、第１及び第２の深さ範囲に渡る生物の画像に、加工処理することと、
を含んでおり、
第１及び第２出力信号が、各々、共通の信号線を通じて受信される、
請求項４１記載の医療用超音波撮像システム。
【請求項４３】
第１出力信号及び第２出力信号を、各々、第１反響生成記録及び第２反響生成記録に、保存することと、
第１反響生成記録及び第２反響生成記録を、第１及び第２の深さ範囲に渡る生物の画像に、加工処理することと、
を含んでおり、
第１及び第２出力信号が、各々、第１及び第２信号線を通じて受信される、
請求項４１記載の医療用超音波撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明のシステム及び方法は、一般的に、医療用超音波撮像システム、に関し、より詳しくは、より幅広い深さの範囲を撮像するための、多重変換器構造、に関する。
【背景技術】
【０００２】
血管内超音波検査（IVUS）や心臓内・心エコー検査（ICE）のような、従来の医療用超音波撮像システムは、生物の内部を撮像する超音波撮像装置を、用いている。超音波撮像装置は、カテーテルの周上又は内部に、設置される。そのとき、カテーテルは、体内管腔や体内空洞などの、所望の領域を撮像するために、体の内部に挿入することができる。超音波撮像装置は、一般的に変換器を備えている。変換器は、その変換器によって収集された、どのような画像データをも、処理すると共に表示するための撮像システムに通信可能に連結されている。超音波撮像装置は、回転変換器の使用を通じて、変換器配列などの、幾つもの異なる技術を用いて、撮像できる。
【０００３】
回転変換器を使用する撮像システムでは、変換器は、一般的に、回転駆動軸の遠位端に、取り付けられている。カテーテルは、一般的に、駆動軸を摺動自在に支持するように構成された、細長い筒状の外被覆を、備えている。その結果、駆動軸は、該駆動軸に取り付けられる変換器と一緒に、外被覆の中で回転させることが、できる。変換器が回転している間、変換器は、周囲の管腔組織の中に超音波信号を、送信する。組織は、これらの信号を、反響として反射する。その結果、反響は、変換器で受信できる。
【０００４】
次に、変換器は、反響信号特性を示す撮像信号を、撮像システムに、出力する。撮像システムは、その信号を、反響によって生成される記録（以下：反響生成記録）として、処理し且つ保存する。変換器は、この撮像サイクル、即ち、超音波信号又はパルスを送信し、そこから生み出された反響を受信する、過程を、変換器の回転に伴って連続的に実行する。そのとき、複数の反響生成記録は、撮像システムで保存される。各々の記録は、一般的に、変換器の異なる角度位置に対応する状態にある。その結果、反響生成記録は、変換器の１回転の間に得られた断面画像のような、体内管腔の画像として、表示させることができる。変換器は、駆動軸を介して外被覆の中で縦方向に移動させることができ、その結果、体内管腔に沿う多数の場所を、撮像することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の、変換器及びその他の超音波撮像装置は、有限の周波数帯域幅で、動作する。超音波信号の周波数は、送られた超音波信号が侵入できる組織深さを決定する上で、重要な要因である。一般に、低周波数信号は、高周波数信号に比べて、より大きな深さまで、組織に侵入する。このため、低周波数帯域での変換器の作動は、高周波数帯域での変換器の作動に比べて、より大きな深さで、画像を作り出すことができる。
【０００６】
しかし、異なる深さで作り出された画像品質のレベルは、変換器の周波数に加えて、システム全体の帯域幅（例えば、受信回路の帯域幅）、変換器の焦点又は光線のパターンのような様々な要因の、相互作用の複合体である。これらの要因の全ては、送信された又は呼びかけ信号のパルスの、軸方向及び横方向のサイズに影響を及ぼすと共に、パルスが組織を通じて伝播するときに、パルスのサイズを変化させる。パルスのサイズは、画像品質に影響を及ぼす主要な要素の１つであると、考えることができる。回転撮像装置を設計するとき、設計者は、所望の組織深さでの撮像を可能とするのに十分な幅のある周波数帯域で作動できる変換器を、選択しなければならないが、同時に、上記周波数帯域の選択と、上質の画像を作り出す変換器の設計に到達するための要因に影響を及ぼす他の主要な性能とを、釣り合わせる必要がある。
【０００７】
したがって、従来の撮像技術の欠点を克服できると同時に、より大きな性能を提供できる、改善された超音波撮像システムが、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに記載されたシステム及び方法は、生物の内部を撮像するように構成された撮像装置を有する超音波撮像システムのための、多重変換器構造を、提供する。これらのシステム及び方法の一実施形態では、撮像装置は、第１変換器及び第２変換器を備え、第１変換器は、第１の深さ範囲を撮像するように構成され、第２変換器は、第２の深さ範囲を撮像するように構成されている。各々の変換器は、変換器の焦点を調整することによって、又は、変換器の作動周波数を調整することによって、又は、それらの任意の組み合わせにより、深さの範囲を、撮像するように構成できる。
【０００９】
撮像システムは、変換器装置に通信可能に連結されると共に、第１変換器からの第１出力信号と、第２変換器からの第２出力信号とを、受信するように構成された、画像処理システムも、備えることができる。画像処理システムは、画像データの中の第１及び第２出力信号を処理し、画像データが１つの画像として表示できるような画像データを合成するように、構成できる。
【００１０】
ここに記載されたシステム及び方法の別の実施形態では、第１変換器は、第１周波数帯域で作動し、且つ、信号線を通じて第１出力信号を画像処理システムに出力するように、構成されている。第２変換器は、第２周波数帯域で作動し、且つ、同じ信号線を通じて第２出力信号を画像処理システムに出力するように、構成されている。画像処理システムは、例えば、信号分離ユニットなどを用いて、第１及び第２出力信号を分離するように構成することができる。
【００１１】
ここに記載されたシステム及び方法の別の実施形態では、第１変換器は、撮像装置内で、第１位置に配置されており、第２変換器は、撮像装置内で、第１位置の反対側の第２位置に配置されている。撮像装置の中にある、第１及び第２変換器の位置は、好ましくは、対称である。
【００１２】
ここに記載されたシステム及び方法の更に別の実施形態では、画像処理システムは、第１変換器出力信号を受信し、且つ、第１出力信号を、第１の組織深さ範囲で収集された、複数の画像データ項目よりなる第１反響生成データセットに、加工処理するように、構成されている。画像処理システムは、また、第２変換器出力信号を受信し、且つ、第２出力信号を、第２の組織深さ範囲で収集された、複数の画像データ項目よりなる第２反響生成データセットに加工処理するように、構成されている。画像処理システムは、更に、第１の組織深さ及び第２範囲、にある画像データ項目が、単一の画像として表示可能となるように、第１及び第２反響生成データセットを、結合するように構成されている。
【００１３】
第１反響生成データセット及び第２反響生成データセットは、各々、同じ組織深さから収集された、少なくとも１つのデータ項目から構成できる。画像処理システムは、混合データ項目を作り出すために同じ組織深さで収集された、第１反響生成データセットからの各々のデータ項目と、第２反響生成データセットからの各々のデータ項目とを、混合するように構成することができる。
【００１４】
更に別の実施形態では、画像処理システムは、第１時間の間に第１変換器出力信号を受信し、第２時間の間に第２変換器出力信号を受信するように、構成することができる。画像処理システムは、第１時間の間は第２出力信号を、無視するように構成することもできる。
【００１５】
本発明の、他の、システム、方法、特徴、及び、利点は、以下の図面及び詳細な説明により、当業者にとって、明白であり、又は、明白となる。このような全ての付加的な、システム、方法、特徴、及び、利点が、この説明の中に含まれ、本発明の範囲内に含まれ、添付の請求の範囲によって保護される。本発明は、実施形態の詳細な内容に限定されない。
【００１６】
構造及び作動の双方に関する本発明の詳細な内容は、添付の図面を検討することにより、ある程度は、理解できる。図面中で、同種の参照符号が同種の部分を示している。図面の構成要素の寸法は、必ずしも縮尺通りに記載されているとは限らず、代わりに、本発明の原理を説明する上で、誇張されている。その上、全ての図は、概念を伝えることを目的としている。ここで、相対的な、大きさ、形状、及び、その他の詳細な特質は、文字通り又は正確に、というよりもむしろ、概略的に、示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ここに記載されたシステム及び方法は、超音波撮像システムにおける多重変換器構造を、提供する。これらのシステム及び方法は、画像品質を比較的に高い程度に維持しながら、超音波撮像システムが、組織深さのより大きな範囲を、撮像できるようにしている。図１は、ここに記載されたシステム及び方法で使用するための超音波撮像システム１００の一実施形態の略図を、示している。好ましくは、撮像システム１００はIVUS撮像システムであるが、システム及び方法は、上記の撮像システムに限定されるものではなく、ＩＣＥなどの他の撮像システムを、用いることができる。ここで、細長い筒状外被覆１０４と、内部管腔１０５とを、有しているカテーテル１０２が、示されている。撮像装置１０６は、好ましくは、回転駆動軸１０８の遠位端１０７に、取り付けられる。駆動軸１０８は、内部管腔１０５の中で、移動又は摺動するように構成されている。システム１００は、好ましくは、回転撮像装置１０６により組織横断面を撮像するように構成されるが、システム１００は、回転技術に限定されるものではない。撮像装置１０６は、好ましくは、ハウジング１１０と、２つの変換器１１２、１１４とを、備えている。
【００１８】
変換器１１２、１１４は、好ましくは、異なる組織深さ、又は、組織深さの範囲を、撮像するように構成されている。変換器１１２、１１４は、好ましくは、各々、通信経路１１３、１１５を介して、画像処理システム１２０に通信可能に連結されている。撮像の進行中に、変換器１１２、１１４の各々は、異なる組織深さからの画像データを含んだ、様々な画像データセットを得るように、作動させることができる。従来のシステムよりも、より幅広い組織深さの範囲に渡る、単一の高品質画像として表示できるように、これらの画像データセットを、集め且つ処理するように、撮像システム１２０を構成できる。
【００１９】
様々な方法を用いて、変換器１１２、１１４は、異なる組織深さを撮像するように構成することができる。異なる組織深さは、重なっていても、重なっていなくても、よい。例えば、変換器１１２、１１４は、異なる周波数帯域で、又は、異なる焦点を伴って、又は、この２つの任意の組み合わせを伴って、作動するように構成することができる。一実施形態では、変換器１１２、１１４は、異なる、帯域幅又は周波数帯域で、作動するように、構成されている。ここで、例えば、変換器１１２、１１４の各々は、好ましくは、図２中で示された部分的に重なり合っている、各々の帯域幅の中心周波数で、作動するように構成されている。
【００２０】
図２は、帯域幅２１２且つ中央周波数２０５を有する、変換器１１４についての周波数特性２０４の例に加えて、帯域幅２１０且つ中央周波数２０３を有する、変換器１１２についての周波数特性２０２の例を、示している。帯域幅重複部分の量は、適用の必要性にしたがって、変化させることができる。焦点、光線パターン等のような、他の設計面を調整することによって、変換器１１２、１１４の各々は、各々の組織深さの範囲を、撮像するように最適化できる。中央周波数２０３、２０５、及び、帯域幅２１０、２１２は、適用の必要性に基づいて、選択することができる。例えば、一実施形態では、中央周波数２０３、２０５は、各々、４０メガヘルツ（Ｍｈｚ）及び８０Ｍｈｚであり、一方、帯域幅２１０、２１２は、各々、１８Ｍｈｚ〜６２Ｍｈｚ、及び、５８Ｍｈｚ〜１０２Ｍｈｚ、である。注目すべきは、これらの値は、一例としてのみ用いられており、ここに記載されたシステム及び方法を、少しも限定するものではないこと、である。
【００２１】
また、撮像システム１００は、変換器１１２、１１４が、各々、別の組織深さの範囲を撮像するための、別の焦点を有するように、構成することができる。焦点は、変換器の形を変更することによって、変換器にレンズを追加することによって、及び、同類のことによって、調整することができる。好ましくは、変換器１１２、１１４の各々についての深さ範囲は、少なくとも部分的に重複するが、このことは必須ではない。変換器１１２、１１４の各々のために選ばれた組織深さ焦点は、適用の必要性によって左右される。例えば、心臓内に適用する場合には、撮像装置１０６から体内管腔又は心室までの距離は、一般的には、約１〜２センチメートルである。一方、冠状動脈に適用する場合には、撮像装置から体内管腔までの距離は、一般的に、４センチメートル以下である。
【００２２】
図３Ａは、内部に変換器１１２、１１４を収納した撮像装置１０６の、一実施形態の上面略図を、示している。この実施形態では、変換器１１２、１１４は、カテーテル１０２の中心軸の周囲に放射状に配置されている。変換器１１２、１１４が反対方向で一列に並ぶように、変換器１１２、１１４は、１８０度の角距離を保っている。矢印３０２、３０４は、変換器１１２、１１４が、各々、超音波エネルギーを送信且つ受信する、主要方向を、示している。変換器１１２、１１４の各々は、超音波エネルギーを、これらの主要方向３０２、３０４に、隣接する又は近い、方向で、送信も受信もするが、他の方向で送信且つ受信されたエネルギーは、大いに減らすことができることを、当業者は容易に認めるであろう。
【００２３】
システム１００の作動中に、変換器１１２、１１４の各々は、各々、主要方向３０２、３０４で、超音波エネルギーを、送信且つ受信する。  体内管腔内で作動しているときに、変換器１１２、１１４の各々は、互いの反対側に位置する管腔の各領域を、効果的に撮像する。変換器１１２、１１４は、好ましくは、別の深さの範囲を、撮像するように構成されているので、撮像装置１０６が回転するにつれて、変換器１１２、１１４の各々からの画像データが得られる。また、より幅広い深さの範囲を示す、体内管腔の単一横断面画像を作り出すために、IVUS撮像システム１００によって、この画像データは、結合することができる。
【００２４】
撮像システム１００の上述の実施形態は、２つの変換器１１２、１１４を有しているが、変換器は、幾らでも用いることができる。例えば、図３Ｂは、変換器１１２、１１４、１１６を有する、撮像装置１０６の一実施形態を示している。ここで、変換器１１２〜１１６の各々は、別の周波数の範囲で、作動するように構成されている。撮像の進行中に撮像装置１０６が回転する実施形態については、変換器１１２〜１１６は、好ましくは、ハウジング１０７内に、対称的な配置で取り付けられている。ここで、変換器１１２〜１１６の各々は、対称的な配置を形作るために、１２０度の間隔で配置されている。一方、図３Ａに示される実施形態では、変換器１１２、１１４は、対称的な配置を形作るために、１８０度の間隔で配置されている。対称的な配置は、不均一な回転歪み（NURD）を最小化するためには、有利である。不均一な回転歪み（NURD）は、非対称な配置で、発生する可能性が高い。配置は絶対的な対称性を必要とせず、実質的に対称的な配置を用いることができることを、当業者は容易に認めるであろう。ここで、実質的な対称性は、適用の必要性にとって許容できるレベルにNURDの危険を減じる、どんな配置にも、当てはまる。
【００２５】
変換器１１２、１１４を正反対の位置に配置していると、変換器１１２、１１４の各々の作動中のクロストークの可能性を、最小化するので、図３Ａにおける実施形態は、好ましい。図３Ｂに示される実施形態では、主要作動方向３０２〜３０６が、図３Ａに示される実施形態のような正反対ではないので、変換器１１２〜１１６の間でのクロストークの可能性が増大される。その上、クロストークの可能性は、９０度間隔で配置された４つの変換器を有する実施形態では、更に、増大するであろう。このため、撮像装置１０６を設計するときに、この適用で許容可能なクロストークの量を、考慮しなければならない。画像処理システム１２０の中での、フィルタリング回路等の利用を通じて、クロストークの影響を最小化できるということを、当業者は容易に理解するであろう。
【００２６】
当然のことながら、各々の適用の必要性は変化するであろうし、ここに記載されたシステム及び方法は、いずれか１つの変換器の構造に限定されない。例えば、内部の変換器が、外側の環状の変換器によって囲われている２重変換器「bullseye」の構造は、丁度、システム１００に実装できる別の構造の一実施例である。
【００２７】
更に、IVUS撮像システム１００は、各々の変換器が、作動しているように、即ち、別々の時間領域で送信且つ受信するように、構成することができる。図４Ａ及び図４Ｂは、２つの変換器１１２、１１４を有するIVUS撮像システム１００の一実施形態についてのタイミング図を、示している。２つの変換器１１２、１１４は、好ましくは、撮像実行中、継続的に回転する。図４Ａは、変換器１１２についてのタイミング図を示しており、一方、図４Ｂは、変換器１１４についてのタイミング図を示している。図４Ａで、時刻Ｔ０に、変換器１１２は、超音波パルス４０１を送信する。時刻Ｔ１からＴ２まで、変換器１１２は、パルス４０１の送信から生成された、超音波反響を、受信する。時刻Ｔ０から時刻Ｔ２までの時間４０３の間、変換器１１４は、非作動であり、即ち、データ収集のために、送信及び受信のどちらも行わない。また、画像処理システム１２０は、この時間４３０の間、変換器１１４から受信された反響を全て無視するように、構成されている。時刻Ｔ２に、変換器１１４は、作動するようになり、超音波パルス４０５を送信し、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４まで、結果として生じる反響を傍受する。時刻Ｔ２から時刻Ｔ４までの時間４０２の間、変換器１１２は、非作動である。また、画像処理システム１２０は、この時間４０２の間、受信された反響を全て無視するように、構成されている。
【００２８】
画像処理システム１２０は、ハードウェアの実装又はソフトウェアの実行の利用を含めて、なんらかの方法で、非作動の変換器１１２又は１１４により受信された信号を無視するように、構成できる。時刻Ｔ４に、撮像装置１０６は、撮像処理を繰り返すことができるように、新しい角度位置まで回転している。２つの変換器１１２、１１４より多くの変換器を用いた他の実施形態を構成する場合には、１つの変換器が作動しているときに他の変換器によって受信された反響を画像処理システム１２０が無視するために、追加の変換器の各々について、追加の時間を加えることになることを、当業者は容易に認めるであろう。
【００２９】
図５Ａは、体内管腔の超音波画像５０１の一実施例を示している。図５Ｂは、体内管腔のための撮像システム１００によって収集された、実施例データを示す、画像５０１の区分５０２のブロック図を、示している。ここで、複数の個別の反響生成記録５０３が示されており、各々は、別々の角度位置５０４に配置されている。各々の反響生成データ記録５０３は、角度位置５０４で送信された超音波パルスに応えて、１つの変換器によって受信された反響を表すデータを、含んでいる。２つの変換器１１２、１１４を有する実施形態では、システム１００は、好ましくは、変換器１１２、１１４の各々の角度位置５０４について、１つの反響生成データ記録５０３を、保存する。また、変換器１１２、１１４の各々は、好ましくは、同じ又は類似の角度位置５０４を、撮像する。一実施形態では、IVUS撮像システム１００は、回転角度の１度毎に１つの反響生成データ記録５０３を取ることによって、１回転の間に、３６０個の反響生成データ記録５０３を、収集する。
【００３０】
個々のデータ項目５０６は、各々の反響生成データ記録５０３の中に、ある。各々のデータ項目５０６は、ある一定の深さから受信した反響の強さを表すデータを、有している。このデータは、例えば、画像についての輝度値を決定するために、用いることができる。組織特徴が異なると、入射超音波パルスを異なる方向に反射し、入射超音波パルスが異なる強さの反響へと変わるであろう。一実施形態では、組織特徴の深さは、例えば、超音波パルスの送信と反響の受信との間の時間の遅れによって、決定される。組織深さと角度位置５０４とは、画像５０１の位置に関して、相互に関連する。受信された反響の強さは、画像５０１の位置についての輝度値に、変えることができる。このような方法で、組織全体の画像５０１を、構成することができる。
【００３１】
一実施形態では、変換器１１２、１１４の各々についての反響生成データセット５０３は、１つの画像データセットに、まとめられる。そのとき、各々の画像データセットの中で、対応する角度位置からの反響生成データ記録５０３は、複合画像データセットを作るために、結合され、又は、混合される。類似の、深さ及び角度位置５０４に存在する、データ項目５０６は、結果として生じる混合データ項目を作り出すのに十分な方法で、結合され、混ぜ合わされる。例えば、結果として生じるデータ項目５０６が、同じ組織特徴から受信された２つの信号の加法的な組み合わせであるからといって、データ項目５０６の単純な加法的な結合は、対応する組織特徴を、正確には反映しないであろう。
【００３２】
混合されたデータ項目は、好ましくは、画像５０１の中で、他の組織特徴との関連で、組織特徴を正確に示している。超音波データを、結合又は混合する、どのような、方法や技術も又、用いることができる。例えば、一実施形態では、同じ、深さ及び角度位置５０４に存在する、データ項目５０６は、平均化される。データ混合の別の方法は、２０００年１０月１７に、Hossackに出された米国特許番号６，１３２，３７４号に、開示されている。この米国特許番号６，１３２，３７４号は、ここに、参照することにより、完全に組み込まれている。超音波データを結合することによって、幅広い深さ範囲で存在している組織特徴を示す、超音波画像５０１を、作り出すことができる。各々のデータ項目５０６が集められるにつれて、各々の反響生成データ記録５０３が集められるにつれて、又は、反響生成データ記録５０３が幾つでも、その適用の必要に応じて集められた後に、撮像システム１００は、画像データを結合することができる。
【００３３】
図６Ａは、変換器１１２、１１４が、異なる周波数帯域で作動するように構成された、IVUS撮像システム１００の別の実施形態の概略図を、示している。ここで、変換器１１２、１１４は、共通の通信経路６０２を、画像処理システム１２０と、共有している。変換器１１２、１１４の各々は、その変換器の作動する周波数帯域の中にある、周波数で、撮像信号を出力する。好ましくは、変換器１１２、１１４の各々についての周波数帯域は、画像処理システム１２０が、各々の出力信号を独立に受信できるように、十分に離れている。この実施形態では、画像処理システム１２０は、変換器１１２、１１４の各々から受信された出力信号を分離するための信号分離ユニット６０２を、備えている。
【００３４】
図６Ｂは、帯域通過フィルター回路を用いた信号分離ユニット６０２の一実施形態を、示すブロック図である。この実施形態では、変換器１１２、１１４からの出力信号６０１、６０３は、各々、通信経路６０４を通って、帯域通過フィルター６０５、６０６に、入る。帯域通過フィルター６０５は、変換器１１２の周波数帯域内にある周波数以外の、周波数を有している全ての信号を、ろ過して除くように、構成されている。一方、帯域通過フィルター６０６は、変換器１１４の周波数帯域内にある周波数以外の、周波数を有している全ての信号を、ろ過して除くように、構成されている。そのとき、フィルター６０５、６０６の各々から出力された、信号６０７、６０８を、画像処理システム１２０は、出力信号６０１、６０３を表すものとして、解釈することができる。
【００３５】
信号分離ユニット６０２を用いることにより、変換器１１２、１１４は共通の通信経路を共有することができ、そのことが、駆動軸１０８及び外被覆１０４、のサイズを、減じることを、可能にしている。結果として、カテーテル１０２は、より小さな体内管腔の中に、進めることができる。信号分離は、多くの方法で、帯域通過フィルター以外の多くの種類の回路を用いて、実施できることを、当業者は容易に認めるであろう。例えば、特定の、アルゴリズム技法及びソフトウェア技術等と同様に、高域及び低域フィルターの組合せを、用いることができる。
【００３６】
前述の明細書では、本発明は、特定の実施形態について、記載されている。しかし、本発明の幅広い精神及び範囲から逸脱することなく、そこに、様々な修正及び変更を、成すことができる。例えば、一実施形態の各々の特徴を、他の実施形態で示されている他の特徴と、うまく組み合わせることができる。当業者に知られている、特徴及び製法を、同様に、要望どおり、組み込むことができる。その上、また、明らかに、特徴を、要望どおり、追加したり、取り除いたり、できる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲及びそれらの等価物を考慮する以外に、制限されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】超音波撮像システムの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】超音波撮像システムの一実施形態の中の２つの変換器についての、作動周波数帯域の例を示すグラフである。
【図３Ａ】超音波撮像装置の一実施形態を示す略図である。
【図３Ｂ】超音波撮像装置の一実施形態を示す略図である。
【図４Ａ】２つの変換器を有する超音波撮像システムの一実施形態の作動を示すタイミング図である。
【図４Ｂ】２つの変換器を有する超音波撮像システムの一実施形態の作動を示すタイミング図である。
【図５Ａ】血管内超音波画像の一実施例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａで示される一実施例の画像の一部で収集された、一実施形態のデータを示す図である。
【図６Ａ】超音波撮像システムの別の実施形態を示す斜視図である。
【図６Ｂ】超音波撮像システムの別の実施形態を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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