(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテルと、
前記カテーテルを用いて画像を生成するための、前記カテーテル上の少なくとも１つのセンサを含むセンサ装置であって、前記カテーテル上の第１の位置における第１のセンサと、前記カテーテル上の第２の位置における第２のセンサとを含み、前記第１の位置と前記第２の位置とは互いに設定距離離れている、センサ装置と、
前記センサ装置に通信的に結合された処理装置であって、
第１の時点において基準位置に位置する前記第１のセンサを示す、前記第１のセンサによって提供される第１のセンサ信号を処理し、
第２の時点において前記基準位置に位置する前記第２のセンサを示す、前記第２のセンサによって提供される第２のセンサ信号を処理し、
前記設定距離、及び前記第１の時点と前記第２の時点との間の差から前記カテーテルの並進速度を決定する、処理装置とを含む、撮像システムであって、
前記処理装置は、処理された前記第１のセンサ信号を、処理された前記第２のセンサ信号とマッチングすることによって、前記基準位置を特定し、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは、それぞれ第１の超音波トランスデューサアレイ及び第２の超音波トランスデューサアレイであり、
画像を生成するための、前記カテーテル上の前記少なくとも１つのセンサは、前記第１のセンサ及び／若しくは前記第２のセンサを含み、且つ、
前記処理装置は、前記第１のセンサ信号から生成される第１の超音波画像を、前記第２のセンサ信号から生成される第２の超音波画像とマッチングすることによって、前記基準位置を特定するか、
又は、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは、それぞれ第１の圧力センサ及び第２の圧力センサであり、
画像を生成するための、前記カテーテル上の前記少なくとも１つのセンサは、超音波トランスデューサアレイを含み、且つ、
前記処理装置は、処理された前記第１のセンサ信号から得られた圧力プロファイルを、処理された前記第２のセンサ信号から得られた圧力プロファイルとマッチングすることによって、前記基準位置を特定する、撮像システム。
【請求項２】
前記処理装置は、さらに、
決定された前記カテーテルの前記並進速度から、前記センサ装置によって撮像された解剖学的異常のサイズを決定し、
決定された前記解剖学的異常の前記サイズを示す出力を生成する、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記カテーテル上の前記少なくとも１つのセンサが、生体内超音波画像を生成する、請求項１又は２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記第１のセンサは、第１の複数の時間的に離散した第１のセンサ信号を生成し、
前記第２のセンサは、第２の複数の時間的に離散した第２のセンサ信号を生成し、
前記処理装置は、予め求められた前記カテーテルの並進速度に基づき、
前記第１の複数からの第１のセンサ信号とのマッチングのための前記第２の複数からの第２のセンサ信号、又は
前記第２の複数からの第２のセンサ信号とのマッチングのための前記第１の複数からの第１のセンサ信号を選択する、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサが、それぞれ第１の超音波トランスデューサアレイ及び第２の超音波トランスデューサアレイであるとき、前記処理装置は、前記第１の超音波画像及び前記第２の超音波画像内の同じ明確な画像特徴の識別によって、前記第１の超音波画像を前記第２の超音波画像とマッチングする、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記処理装置は、
前記第１の超音波画像と前記第２の超音波画像との間の相関を計算し、
計算された前記相関が閾値を上回る場合に、前記第１の超音波画像が前記第２の超音波画像とマッチすると判定することによって、前記第１の超音波画像を前記第２の超音波画像とマッチングする、請求項５に記載の撮像システム。
【請求項７】
前記処理装置はさらに、前記第１の超音波画像を前記第２の超音波画像とマッチングする前に、前記第１の超音波画像及び前記第２の超音波画像のうちの少なくとも１つに対して、少なくとも１つの画像調整動作を実行する、請求項５又は６に記載の撮像システム。
【請求項８】
非医療のキャビティ又は排水路の検査において、撮像システムのカテーテルの並進速度を求める方法であって、前記撮像システムはさらに、前記カテーテルを用いて画像を生成するための、前記カテーテル上の少なくとも１つのセンサを含むセンサ装置を含み、前記センサ装置は、前記カテーテル上の第１の位置における第１のセンサと、前記カテーテル上の第２の位置における第２のセンサとを含み、前記第１の位置と前記第２の位置とは互いに設定距離離れており、前記方法は、
第１の時点において基準位置に位置する前記第１のセンサを示す、前記第１のセンサ装置によって提供される第１のセンサ信号を処理するステップと、
第２の時点において前記基準位置に位置する前記第２のセンサを示す、前記第２のセンサ装置によって提供される第２のセンサ信号を処理するステップと、
前記設定距離、及び前記第１の時点と前記第２の時点との間の差から前記カテーテルの前記並進速度を決定するステップとを含む、方法であって、
前記方法は、処理された前記第１のセンサ信号を、処理された前記第２のセンサ信号とマッチングすることによって、前記基準位置を特定するステップをさらに含み、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは、それぞれ第１の超音波トランスデューサアレイ及び第２の超音波トランスデューサアレイであり、画像を生成するための、前記カテーテル上の前記少なくとも１つのセンサは、前記第１のセンサ及び／若しくは前記第２のセンサを含み、したがって前記基準位置を特定する前記ステップは、前記第１のセンサ信号から生成される第１の超音波画像を、前記第２のセンサ信号から生成される第２の超音波画像とマッチングすることによるか、
又は、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは、それぞれ第１の圧力センサ及び第２の圧力センサであり、画像を生成するための、前記カテーテル上の前記少なくとも１つのセンサは、超音波トランスデューサアレイを含み、したがって前記基準位置を特定する前記ステップは、処理された前記第１のセンサ信号から得られた圧力プロファイルを、処理された前記第２のセンサ信号から得られた圧力プロファイルとマッチングすることによる、方法。
【請求項９】
ある期間にかけて、前記センサ装置を用いて撮像される物体のサイズを示す画像のシーケンスを生成するステップと、
前記期間、及び求められた前記カテーテルの前記並進速度から前記撮像される物体の前記サイズを計算するステップと、
計算された前記撮像される物体の前記サイズの指標を生成するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサが、それぞれ第１の超音波トランスデューサアレイ及び第２の超音波トランスデューサアレイであるとき、前記第１の超音波画像を前記第２の超音波画像とマッチングすることは、前記第１の超音波画像及び前記第２の超音波画像内の同じ明確な画像特徴を識別することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の超音波画像を前記第２の超音波画像とマッチングすることは、
前記第１の超音波画像と前記第２の超音波画像との間の相関を計算することと、
計算された前記相関が閾値を上回る場合に、前記第１の超音波画像が前記第２の超音波画像とマッチすると判定することとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の超音波画像を前記第２の超音波画像とマッチングする前に、前記第１の超音波画像及び前記第２の超音波画像のうちの少なくとも１つに対して、少なくとも１つの画像調整動作を実行するステップをさらに含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
処理装置と通信的に接続可能なセンサ装置であって、画像を生成するための、カテーテル上の少なくとも１つのセンサを含む、センサ装置
を備える当該カテーテルであって、前記センサ装置は、前記カテーテル上の第１の位置における第１のセンサと、前記カテーテル上の第２の位置における第２のセンサとを含み、前記第１の位置と前記第２の位置とは互いに設定距離離れており、
前記カテーテルがある並進速度で並進されているとき、前記第１のセンサは、前記処理装置に、第１の時点において基準位置に位置する前記第１のセンサを示す第１のセンサ信号を提供し、前記第２のセンサは、前記処理装置に、第２の時点において前記基準位置に位置する前記第２のセンサを示す第２のセンサ信号を提供し、したがって前記処理装置は、処理された前記第１のセンサ信号を、処理された前記第２のセンサ信号とマッチングして前記基準位置を特定することによって、前記設定距離、及び前記第１の時点と前記第２の時点との間の差から前記カテーテルの前記並進速度を決定することができ、且つ、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサのいずれも、それぞれ第１の超音波トランスデューサアレイ及び第２の超音波トランスデューサアレイであり、画像を生成するための、前記カテーテル上の前記少なくとも１つのセンサは、前記第１のセンサ及び／若しくは前記第２のセンサを含むか、又は、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは、それぞれ第１の圧力センサ及び第２の圧力センサであり、画像を生成するための、前記カテーテル上の前記少なくとも１つのセンサは、超音波トランスデューサアレイを含む、カテーテル。
【請求項１４】
請求項１３に記載のカテーテルの並進速度を決定するための処理装置であって、前記処理装置は、
前記カテーテルの前記センサ装置に通信的に接続可能であり、
第１の時点において基準位置に位置する前記第１のセンサを示す、前記カテーテルの前記センサ装置の前記第１のセンサによって提供される第１のセンサ信号を処理し、
前記第２の時点において前記基準位置に位置する前記第２のセンサを示す、前記カテーテルの前記センサ装置の前記第２のセンサによって提供される第２のセンサ信号を処理し、
前記設定距離、及び前記第１の時点と前記第２の時点との間の差から前記カテーテルの並進速度を決定し、
前記処理装置は、処理された前記第１のセンサ信号を、処理された前記第２のセンサ信号とマッチングすることによって、前記基準位置を特定し、
前記処理装置は、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサが、それぞれ第１の超音波トランスデューサアレイ及び第２の超音波トランスデューサアレイである場合、前記第１のセンサ信号から生成される第１の超音波画像を、前記第２のセンサ信号から生成される第２の超音波画像とマッチングすることによるか、
又は、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサが、それぞれ第１の圧力センサ及び第２の圧力センサである場合、処理された前記第１のセンサ信号から得られた圧力プロファイルを、処理された前記第２のセンサ信号から得られた圧力プロファイルとマッチングすることによって、
前記基準位置を特定する、処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カテーテルなどの介入ツールと、生体内画像を生成するための介入ツール上のセンサ装置と、センサ装置に通信結合された処理装置とを備える撮像システムに関する。
【０００２】
本発明はさらに、上記のような撮像システムのカテーテルなどの介入ツールの並進速度を決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
今日では、カテーテルを用いる撮像システムは、肉眼検査が困難又は不可能な可能性がある様々な領域、例えばキャビティ又は排水路の検査に適用されており、特に、そのような撮像システムが患者の内部を視覚化して、例えば解剖学的異常を検出するために使用され得る医療用イメージングに適用されている。
【０００４】
特定の用途では、例えば撮像対象が撮像される環境の損傷部分又は他の異常部分である場合、撮像システムの撮像対象のサイズを正確に求められることが重要であり得る。なぜなら、撮像される異常のサイズが、異常が存在するチャネルに挿入されるべき修復物体のサイズを決定し得るからである。例えば医療用途では、撮像システムは、冠動脈狭窄を撮像するために使用される血管内超音波（ＩＶＵＳ）システムなどの血管内撮像システムであり、この場合、冠状動脈狭窄を修復するために冠状動脈に挿入されるべき適切なステントを決定するには、冠動脈狭窄の長さを正確に特定する必要がある。
【０００５】
例えば、連続して取得される画像間の（実質的な）重なりの欠如のため、撮像システムによって取り込まれた画像からそのような異常のサイズを決定することは容易ではない。したがって、典型的には、撮像対象の異常を適切にスケーリングするために、カテーテルの並進、すなわちプルバック速度を知ることが必要である。明確なプルバック速度を得るために、カテーテルのプルバックが電動化され得る。しかし、医療用途のような特定の適用分野では、かかる撮像システムの運用に伴う構成及び取り扱いに関するオーバーヘッドのため、カテーテルの電動式プルバックは好ましくない。これは、例えば、単位時間当たり、例えば１日当たりに実行可能な検査の回数を制限し、望ましくない可能性がある。
【０００６】
ＵＳ２０１３／３０３９１４Ａ１は、患者に使用される血管内トランスデューサ送達装置を開示する。送達装置は、狭窄病変前後の圧力降下を測定するように構成された圧力トランスデューサと、狭窄病変に隣接する血管内腔の大きさを測定するように構成された血管内超音波トランスデューサとを備える。各センサは、同じ送達装置を用いて狭窄病変の部位に送達される。このソリューションは、適切な処置（必要であれば）を決定するために狭窄病変の臨床的影響を決定することを狙いとする。しかし、狭窄病変のサイズの正確な決定を容易にするものではなく、狭窄病変を含む血管領域へのステントの挿入が適切な処置であると決定された場合に、この送達装置によって提供されるセンサ情報からステントの正しいサイズを導き出すことはできない。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、カテーテルの手動並進（プルバック）を用いた動作モードにおいて、撮像システムによって撮像される異常のサイズの正確な決定を容易にする撮像システムを提供することを目的とする。
【０００８】
本発明はさらに、上記のような撮像システムのカテーテルの並進速度を決定する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
一側面によれば、カテーテル上の第１の位置における第１の基準物体及び前記カテーテル上の第２の位置における第２の基準物体を有する前記カテーテルであって、前記第１の位置及び前記第２の位置は互いに設定距離離れている、カテーテルと、前記カテーテルを用いて画像を生成するための前記カテーテル上の少なくとも１つのセンサを含むセンサ装置と、前記センサ装置に通信的に結合された処理装置であって、第１の時点において基準位置に位置する前記第１の基準物体を示す前記センサ装置からの第１のセンサ信号を処理し、第２の時点において前記基準位置に位置する前記第２の基準物体を示す前記センサ装置からの第２のセンサ信号を処理し、前記設定距離、及び前記第１の時点と前記第２の時点との間の差から前記カテーテルの並進速度を決定する、処理装置とを含む、撮像システムが提供される。
【００１０】
互いに設定距離離れた複数の基準物体をカテーテル上に設けることによって、異なる時点において特定の基準位置に位置する異なる基準物体を示す各センサ信号を生成するセンサ装置によるカテーテルの並進速度の決定が容易になり、カテーテル並進速度を、同じ基準位置における異なる基準物体間の時間差、及びこれらの基準物体間の既知の距離から計算することができる。これは、センサ装置によって取得された画像から、例えば異常を写す画像のシーケンスから、異常、例えば解剖学的異常のサイズを決定することを容易にする。
【００１１】
したがって、異常のサイズが撮像システムのユーザによって求められ得る。あるいは、処理装置はさらに、決定された前記カテーテルの前記並進速度から、前記センサ装置によって撮像された解剖学的異常のサイズを決定し、決定された前記解剖学的異常の前記サイズを示す出力を生成するよう構成され得る。これは例えば、既知の画像処理アルゴリズムなどを使用して、センサアレイによって提供される画像内の異常の境界特徴を認識し、第１の境界特徴を含む画像の受信と、第１の境界特徴とは反対側の第２の境界特徴を含むさらなる画像の受信との間の時間遅延を、決定されたカテーテルの並進速度を使用して、対向する境界特徴間の距離に変換するように構成された処理装置によって達成されてもよい。
【００１２】
特に好適な実施形態では、少なくとも１つのセンサは、生体内超音波画像を生成するためのカテーテル上の超音波トランスデューサ装置を含み、これは、患者に対する最小限の健康リスクで生体内撮像を行うことを容易にする。例えば、撮像システムは、ＩＶＵＳ撮像システムであってもよい。
【００１３】
別の特に好適な実施形態では、前記センサ装置は、前記第１の基準物体としての第１のセンサであって、前記処理装置に前記第１のセンサ信号を提供する、第１のセンサと、前記第２の基準物体としての第２のセンサであって、前記処理装置に第２のセンサ信号を提供する、第２のセンサとを備え、前記処理装置は、処理された前記第１のセンサ信号を処理された前記第２のセンサ信号とマッチングすることによって、前記基準位置を特定する。この実施形態では、カテーテルの並進速度を決定するために、複数の基準センサが互いに設定距離離れてカテーテル沿いに配置される。これらのセンサは、カテーテルの並進速度を決定するための基準データを提供する専用センサであってもよく、又は、例えば基準データに加えて撮像データを提供する二つの目的を有するセンサであってもよい。
【００１４】
前記第１のセンサは、第１の複数の時間的に離散した第１のセンサ信号を生成し、前記第２のセンサは、第２の複数の時間的に離散した第２のセンサ信号を生成し、前記処理装置は、予め求められた前記カテーテルの並進速度に基づき、前記第１の複数からの第１のセンサ信号とのマッチングのための前記第２の複数からの第２のセンサ信号を選択してもよい。あるいは、前記処理装置は、予め求められた前記カテーテルの並進速度に基づき、前記第２の複数からの第２のセンサ信号とのマッチングのための前記第１の複数からの第１のセンサ信号を選択してもよい。複数のセンサ信号（例えば画像）のストリームの中から、下流のセンサから受信された先のセンサ信号とマッチする可能性が最も高いセンサ信号を予測することによって、上流のセンサの全てのセンサ信号を処理する必要がなくなるので、処理装置に要求されるセンサ信号処理の量が低減され得る。
【００１５】
一実施形態では、前記第１のセンサは第１の超音波トランスデューサアレイを含み、前記第２のセンサは第２の超音波トランスデューサアレイを含み、前記処理装置は、前記第１のセンサ信号から生成される第１の超音波画像を生成し、前記第２のセンサ信号から生成される第２の超音波画像を生成し、前記第１の超音波画像を前記第２の超音波画像とマッチングすることによって、前記基準位置を特定する。例えば、この画像マッチングは、第１の超音波画像及び第２の超音波画像において、同一の明確な画像特徴、例えば同一の解剖学的ランドマークを識別することによって達成され得る。
【００１６】
例えば、基準位置（例えば、明確な画像特徴又は解剖学的ランドマーク）に対する下流センサの向き又は位置が、基準位置に対する上流センサの向き又は位置と比較して変化しているような場合は、異なるセンサからの画像を互いに正確にマッチングすることは不可能である可能性がある。このため、処理装置は、前記第１の超音波画像と前記第２の超音波画像との間の相関を計算し、計算された前記相関が閾値を上回る場合に、前記第１の超音波画像が前記第２の超音波画像とマッチすると判定することによって、前記第１の超音波画像を前記第２の超音波画像とマッチングするよう構成され得る。言い換えれば、かかる画像が最も高い（又は十分に高い）類似度を示すと判定された場合、両者はマッチする画像と見なされる。
【００１７】
異なるセンサからの異なる画像間のマッチを発見する可能性を高めるために、前記処理装置はさらに、前記第１の超音波画像を前記第２の超音波画像とマッチングする前に、前記第１の超音波画像及び前記第２の超音波画像のうちの少なくとも１つに対して、少なくとも１つの画像調整動作を実行するよう構成され得る。このような画像調整動作は、例えば、画像センタリング、画像強度正規化、画像回転補正などの前処理動作であってもよい。
【００１８】
あるいは、前記第１のセンサ及び前記第２のセンサはそれぞれ圧力センサであり、前記処理装置は、処理された前記第１のセンサ信号から得られた圧力プロファイルを、処理された前記第２のセンサ信号から得られた圧力プロファイルとマッチングすることによって前記基準位置を特定するよう構成される。これは、例えば、解剖学的異常を有する血管壁が、典型的には異常の特徴を表す圧力プロファイルを示す血管内撮像などの医療用途領域において特に有利である。
【００１９】
異なる実施形態では、前記センサ装置はさらに、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を生成する、前記カテーテルの外部のセンサを備え、前記第１の基準物体は、前記カテーテルの外部の前記センサによって検出可能な第１のマーカーであり、前記第２の基準物体は、前記カテーテルの外部の前記センサによって検出可能な第２のマーカーである。ここで、基準位置は、例えば、カテーテルが挿入される身体（例えば、患者の身体）からのカテーテルの出口の基準点であってもよい。この基準位置における外部センサ信号（例えば、カテーテルの一部の画像シーケンス）を取得することによって、これらの外部センサ信号における異なる時点のそれぞれの基準物体の出現が、体からのカテーテルの並進（プルバック）速度を導出するために使用される。
【００２０】
他の側面によれば、撮像システムのカテーテルの並進速度を求める方法であって、前記カテーテルは、前記カテーテル上の第１の位置における第１の基準物体及び前記カテーテル上の第２の位置における第２の基準物体を有し、前記第１の位置及び前記第２の位置は互いに設定距離離れており、前記撮像システムはさらに、前記カテーテルを用いて画像を生成するための前記カテーテル上の少なくとも１つのセンサを含むセンサ装置を含み、前記方法は、第１の時点において基準位置に位置する前記第１の基準物体を示す前記センサ装置からの第１のセンサ信号を処理するステップと、第２の時点において前記基準位置に位置する前記第２の基準物体を示す前記センサ装置からの第２のセンサ信号を処理するステップと、前記設定距離、及び前記第１の時点と前記第２の時点との間の差から前記カテーテルの前記並進速度を決定するステップとを含む、方法が提供される。
【００２１】
これは、カテーテルが挿入された身体からカテーテルが手動で引き出される（プルバック）場合であっても、カテーテルの並進速度を正確に決定することを可能にする。これは、例えば、カテーテル上のセンサ装置によって撮像された身体の一部内の解剖学的異常といった異常のサイズの計算を容易にする。
【００２２】
一実施形態では、方法はさらに、ある期間にかけて、前記センサ装置を用いて解剖学的異常のサイズを示す画像のシーケンスを生成するステップと、前記期間、及び求められた前記カテーテルの前記並進速度から前記解剖学的異常の前記サイズを計算するステップと、計算された前記解剖学的異常の前記サイズの指標を生成するステップとを含む。このような解剖学的異常のサイズの自動的計算は、撮像システムの特に効率的な動作をもたらし、したがって、解剖学的異常のサイズの決定に要する時間を最小化し、撮像システムの患者スループットを最大化する。
【００２３】
一実施形態では、前記第１のセンサ信号は第１の画像信号であり、前記第２のセンサ信号は第２の画像信号であり、前記方法はさらに、前記第１のセンサ信号から生成される第１の画像を生成するステップと、前記第２のセンサ信号から生成される第２の画像を生成するステップと、前記第１の画像を前記第２の画像とマッチングするステップ（例えば、両画像内の明確な画像特徴を識別する（そして重ねる）ことによって）とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明の実施形態が、以下の添付図面を参照して、より詳細に、非限定的な例として記載される。
【図１】図１は、一実施形態に係る撮像システムを概略的に示す。
【図２】図２は、他の実施形態に係る撮像システムを概略的に示す。
【図３】図３は、他の実施形態に係る撮像システムを概略的に示す。
【図４】図４は、一実施形態に係るカテーテルのプルバック速度を決定する方法のフローチャートを概略的に示す。
【図５】図５は、一実施形態に係る異常サイズを決定する方法のフローチャートを概略的に示す。
【図６】図６は、撮像システムの例示的な実施形態をより詳細に概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面は単に概略的なものであり、縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。また、各図面を通して、同じ又は類似の部分を示すために同じ参照番号が使用されることを理解されたい。
【００２６】
本発明の実施形態は、閉じられた空間を調査するためのカテーテルを含むあらゆる種類の撮像システムに適用可能である。特に有利な実施形態では、撮像システムは、超音波診断システムなどの医用撮像システムである。このような超音波診断システムの特に有利な例は、血管内超音波（ＩＶＵＳ）撮像システムである。残りの部分では、非限定的な例としてＩＶＵＳ撮像システムを用いて撮像システムの実施形態を説明するが、説明される撮像システムは、当業者による発明的スキルを要することなく、異なる応用分野に適合され得ることが理解されよう。
【００２７】
ＩＶＵＳイメージング処置は、治療の必要性を判定するために、介入をガイドするために、及び／又はその有効性を評価するために患者の体内の血管（動脈など）を評価するための診断ツールとして、インターベンショナル心臓病学の分野において幅広く利用されている。ＩＶＵＳ撮像システムは、対象血管の断面画像を形成するために超音波エコーを使用する。典型的には、ＩＶＵＳ撮像は、超音波信号（波）を放ち、反射された超音波信号を受信するためにカテーテル内のトランスデューサを使用する。放射された超音波信号（しばしば超音波パルスと称される）は、ほとんどの組織及び血液を容易に通過するが、組織構造（血管壁の様々な層など）、赤血球、及び他の関心特徴（例えば冠状動脈狭窄）に起因する不連続性によって部分的に反射される。
【００２８】
図１は、同軸ケーブルなどのより大きな構造体の一部を形成し得る１つ以上の導電性ワイヤなどの通信構造２７を介して患者インターフェースモジュール３０に通信的に接続されたカテーテル２０を含むＩＶＵＳ撮像システム１０を概略的に示す。カテーテル２０は、ソリッドステートカテーテル又は回転カテーテルなど、任意の適切なカテーテルであり得る。ここでは、ソリッドステートカテーテルを含む実施形態を、単なる非限定的な例としてより詳細に説明する。
【００２９】
カテーテル２０は、ここでは、（例えば、カテーテル２０の遠位端付近の）カテーテル２０の外層であるシースの周囲に分配されたトランスデューサのアレイ２３を含む。ただし、トランスデューサのアレイ２３は、任意の適切な位置、例えばカテーテル２０の遠位端に配置され得ることを理解されたい。トランスデューサアレイ２３は、任意の適切な方法で形成され、例えば、カテーテル２０のシースの周囲にアレイ２３を配置することを容易にするために、複数のトランスデューサチップがフレキシブルなキャリア上に設けられてもよい。各チップは、１つ以上の超音波トランスデューサを含み得る。例えば、ＰＺＴやＰＶＤＦなどの圧電材料で形成されたトランスデューサなどの圧電トランスデューサ、又は、キャビティが対向する電極を分離し、底部電極はＣＭＵＴセルの基板によって支持され、上部電極はフレキシブルな膜によって支持される、それ自体は公知であるＣＭＵＴ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）などの任意の適切なタイプの超音波トランスデューサがこの目的のために使用され得る。ＣＭＵＴ素子は、圧電トランスデューサと比較してコストが低く、良好なインピーダンス特性を有するので、特に好ましい。
【００３０】
トランスデューサは、電子マルチプレクサ回路（図示せず）に接続され、電子マルチプレクサ回路は、１つ以上の処理ユニットを含む回路（処理装置ともいう）を通常含む患者インターフェースモジュール３０内に配置され得る。マルチプレクサ回路は、処理装置の一部を形成してもよく、又は、患者インターフェースモジュール３０内の別個の回路であってもよい。あるいは、マルチプレクサ回路の少なくとも一部は、カテーテル２０内に埋め込まれた回路で実現されてもよい。マルチプレクサ回路は、典型的には、超音波信号を送信し、反射された超音波信号を受信するトランスデューサをアレイ２３から（順次）選択するように構成される。送受信トランスデューサペアのシーケンスを巡ることにより、ソリッドステートＩＶＵＳシステムは、運動部分を用いることなく、機械的走査トランスデューサ素子の効果を作り出すことができる。回転する機械的要素がないので、トランスデューサアレイ２３は、血液及び血管組織と直接接触し、血管外傷のリスクは最小限に抑えられる。
【００３１】
カテーテル２０は、１つ又は複数の内腔を備えていてもよく、当該技術分野で良く知られているように、この内腔を通して追加の構造、例えばガイドワイヤが供給され得る。カテーテルシースは、任意のフレキシブルな材料、例えば、任意の適切なフレキシブルポリマーから形成され得る。このような材料はそれ自体はよく知られているため、簡潔さのためにこれ以上詳述しない。
【００３２】
カテーテル２０は、トランスデューサアレイ２３から一定の距離Ｄ離れたトランスデューサのさらなるアレイ２１をさらに備える。さらなるトランスデューサアレイ２１は、好ましくはトランスデューサアレイ２３と同一であり、両トランスデューサアレイは、使用時に実質的に同じ位置、例えば基準点Ｘに対して実質的に同じ位置に配置されたとき、実質的に同一の画像を生成できる。医用撮像システム１０の場合、そのような基準点Ｘは、例えば、撮像対象の患者の身体部分内の解剖学的ランドマークなどの明確な画像特徴であり得る。このような明確な画像特徴は、例えば、患者インターフェースモジュール３０のユーザインターフェース（図示せず）を使用して、例えば、表示装置３３に表示される画像内の明確な画像特徴を選択することによって、撮像システム１０のユーザによって選択されてもよい。あるいは、そのような明確な画像特徴は、例えば１つ又は複数の適切な特徴認識アルゴリズムを使用して、処理装置によって自動的に選択されてもよい。
【００３３】
さらなるトランスデューサアレイ２１は、並進（例えば、撮像システム１０によって撮像される患者の身体からのカテーテル２０のプルバック）中の時点Ｔ１において基準点Ｘを撮像する第１のセンサとして動作し得る。このような第１のセンサは、下流センサとも称され得る。トランスデューサアレイ２３は、カテーテル２０の上記のような並進中の時点Ｔ２において基準点Ｘを撮像する第２のセンサとして動作し、アレイ２３は、ある時間遅延ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１後に、アレイ２１と実質的に同一である、基準点Ｘの画像を生成する。このような第２のセンサは、上流センサとも称され得る。結果として、カテーテル２０の並進速度Ｓは、Ｓ＝Ｄ／ΔＴとして計算され得る。
【００３４】
この目的のために、患者モニタリングユニット３０の処理装置は、アレイ２３及びさらなるアレイ２１に通信結合された信号プロセッサ３１を備え、信号プロセッサ３１は、各アレイから受信されたエコー信号を処理するように構成される。信号プロセッサ２２は、バンドパスフィルタリング、デシメーション、Ｉ成分及びＱ成分分離、及び、線形及び非線形信号を分離して、組織及びマイクロバブルから戻る非線形（基本周波数の高次高調波）エコー信号の特定を可能にする高調波信号分離など、様々なやり方で受信されたエコー信号を処理し得る。信号プロセッサ３１はまた、オプションで、スペックル低減、信号合成、及びノイズ除去などの追加の信号エンハンスメントを実行してもよい。信号プロセッサ３１におけるバンドパスフィルタは、エコー信号が受信される深度の上昇に伴い、通過帯域がより高い周波数帯域からより低い周波数帯域にスライドし、それにより、解剖学的情報を有さない深い深度からの高い周波数のノイズを除去するトラッキングフィルタであってもよい。このような信号処理技術はそれ自体はよく知られているため、簡潔さのためにこれ以上詳述しない。さらに、それ自体は当業者によく知られている追加信号処理技術が、信号プロセッサ３１によって使用され得ることを理解されたい。
【００３５】
信号プロセッサ３１は、画像プロセッサとしてさらに動作してもよく、又は、処理されたエコー信号を、患者モニタリング装置３０の処理装置の一部を形成する別個の画像プロセッサ３２に供給してもよい。画像プロセッサ３２は、典型的には、第１のセンサ、すなわちさらなるトランスデューサアレイ２１のエコー信号から生成された第１の画像が、第２のセンサ、すなわちトランスデューサアレイ２３のエコー信号から生成された第２の画像と合致するか否かを決定するように構成される。このために、画像プロセッサ３２は、画像相関の最大化に基づくメトリックを利用するアルゴリズムを使用し得る。例えば、相関関数は、以下のように定義され得る画像相関Ｃを使用し得る。
【数１】
0006574524.tif 000002
【００３６】
この式において、Ｉａ，ｉ及びＩｂ，ｉはそれぞれ第１の画像及び第２の画像の強度である。第１の画像と第２の画像との間の相関を計算するために、画像プロセッサ３２は、これらの画像間の相関を計算する前に、適切な画像前処理ステップを適用するようにさらに構成されてもよい。例えば、画像プロセッサ３２は、相関計算の精度を向上させるために、画像センタリングアルゴリズム及び／又は画像強度正規化アルゴリズムを使用することができる。さらに、画像プロセッサ３２は、例えば、並進（例えばプルバック）中のカテーテル２０の回転に起因して、第２の画像が第１の画像に対して回転していることを検出し得る。そのような場合、画像プロセッサ３２は、かかる画像間回転を補償するように構成されてもよい。例えば、適切な画像回転補償アルゴリズムは、画像半径に沿った積分によるＩ（ｐｈｉ）の決定、最も可能性が高い角度オフセットを求めるための１−Ｄ相関アルゴリズムの使用、画像位置及び角度の反復推定アルゴリズムなどを含む。このような技術はそれ自体はよく知られているため、簡潔さのためにこれ以上詳述しない。さらに、それ自体は当業者によく知られている追加信号処理技術が、画像プロセッサ３２によって使用され得ることを理解されたい。画像プロセッサ３２は、第１の画像が第２の画像と合致するかどうかを判定するために相関閾値を適用し、すなわち、画像相関Ｃが設定された閾値を超える場合、合致すると決定し得る。画像マッチング処理をさらに改善するために、第１の画像が、一連の第２の画像、例えば連続して取得された複数の第２の画像と比較されてもよく、第１の画像との相関が最高（最大）である第２の画像が、その画像相関Ｃが閾値も超える場合、合致する画像として選択される。これは例えば、設定閾値を超える画像相関Ｃを有するという意味で、複数の第２の画像が第１の画像と「合致」する可能性が高いシナリオにおいて好適であり、この場合、第１の画像と最良の合致、すなわち最大の相関を有する第２の画像を選択して、カテーテル２０の並進速度の決定の精度を高めることができる。
【００３７】
互いに合致する画像間の時間遅延又は差ΔＴを決定するために、患者インターフェースモジュール３０の処理装置、例えば信号プロセッサ３１又は画像プロセッサ３２は、各生成画像にタイムスタンプを提供するクロックを使用することができる。あるいは、そのために別個のクロックが使用されてもよい。このようなタイムスタンピング技術はそれ自体はよく知られているため、簡潔さのためにこれ以上詳述しない。
【００３８】
画像プロセッサ３２は、下流センサによって生成された画像内の基準位置、例えば解剖学的ランドマークが決定された後、上流センサによって生成される各後続画像を評価し、上流センサによって生成されたベストマッチング画像が特定されるまでこれを続けるよう構成され得る。しかし、両トランスデューサアレイが高速で画像を生成する場合、両者の画像をマッチングするために画像プロセッサ３２が必要とする計算労力を低減することが望ましい可能性がある。一実施形態では、画像プロセッサ３２は、上流センサ、すなわちトランスデューサアレイ２３によってのみ生成される画像のサブセットを評価するように構成され、サブセットは、カテーテル２０の事前に決定された並進速度に基づいて選択される。例えば、画像プロセッサ３２は、ある時間窓Ｗ＝［Ｔａ，Ｔｂ］内で上流センサによって生成される画像のみを評価するように適合されてもよく、ここで、Ｔａ＝Ｓ＊Ｄ＊Ａ及びＴｂ＝Ｓ＊Ｄ＊Ｂであり、Ａ及びＢは、Ａ＜１かつＢ＞１のスケーリング係数であり、例えば、カテーテル２０の並進速度の増減の最大５０％が評価に組み込まれるよう、０．５＜Ａ＜１かつ１＜Ｂ＜１．５である。スケーリング係数Ａ及びＢの他の適切な値は、当業者には自明であろう。同様に、画像プロセッサ３２は、上流センサによって生成された画像とのベストマッチを見つけるために、特定の時間窓内において下流センサによって生成される画像のサブセットを評価するように構成されてもよいことは明らかであろう。
【００３９】
一実施形態では、患者インターフェースモジュール３０の処理装置、例えば画像プロセッサ３２は、各トランスデューサアレイ２１、２３によって取得された画像の完全なシーケンスからカテーテル２０の並進速度、例えばプルバック速度を計算するよう構成され、これは、画像の取得中又は取得後に実行され得る。この実施形態では、処理装置は、カルマンフィルタのような正則化技術を画像シーケンスに適用して、カテーテル２０の並進速度の特に正確な決定を実現するように構成されてもよい。
【００４０】
トランスデューサアレイ２３及びさらなるトランスデューサアレイ２１の両方を使用して診断画像が生成され、例えば、画像の第１の部分がトランスデューサアレイ２３によって生成され、画像の第２の部分がさらなるトランスデューサアレイ２１によって生成される合成画像が生成され得る。本願の文脈において、診断画像は、患者の体内の特定の状態の医学的診断のために使用される画像であってもよいし、又は、前述したような非医療用途の領域における問題を診断する画像であってもよい。あるいは、トランスデューサアレイのうちの一方は、もっぱら、カテーテル２０の並進速度を決定するために使用されてもよい。
【００４１】
この点において、カテーテル２０の並進速度の決定は、カテーテル２０上のトランスデューサアレイ２３に対して距離Ｄだけカテーテル２０上で変位されたトランスデューサアレイ２１に限定されないことに留意されたい。明確な画像特徴又は解剖学的ランドマークなどの基準点が認識可能なセンサ信号を生成可能なあらゆる種類のセンサが、この目的のために使用され得る。例えば、図２は、カテーテル２０が、カテーテル２０の遠位端に超音波トランスデューサアレイ２５を備える撮像システム１０の実施形態を概略的に示す。カテーテル２０はさらに、カテーテル２０上の第２の圧力センサ２３から設定距離Ｄ離れた第１の圧力センサ２１を備える。明瞭さのために、図２に示されるカテーテル２０上の第１の圧力センサ２１、第２の圧力センサ２３、及び超音波トランスデューサアレイ２５の位置は非限定的な例に過ぎず、任意のセンサの適切な配置が考えられ、例えば、超音波トランスデューサアレイ２５が、第１及び第２の圧力センサの間に、又は第１及び第２の圧力センサの上流に、すなわちカテーテル２０の近位端の最も近くに配置されてもよい。容量性ＭＥＭＳ圧力センサは、ＣＭＵＴイメージセンサ及びＭＥＭＳ圧力センサの両方を同じ製造プロセスで製造することを容易にするので、特に好ましい。しかしながら、他の適切な種類の圧力センサ、例えば（ピエゾ抵抗性）ひずみゲージ又はファブリペロー圧力センサを代わりに配置してもよいことを理解されたい。
【００４２】
この実施形態では、第１の圧力センサ２１及び第２の圧力センサ２３のうちの少なくとも１つがカテーテル２０に含まれ、患者インターフェースモジュール３０の処理装置によって処理されるさらなる診断情報を提供し、例えば、それ自体はよく知られているように、動脈又は静脈などの血管の壁から圧力情報が取得され得る。一実施形態では、第１の圧力センサ２１及び第２の圧力センサ２３の両方がカテーテルに含まれ、このような診断情報を提供するよう設計される。このような圧力センサは、典型的には、圧力プロファイル情報を生成し、第１の圧力センサ２１によって生成された第１の圧力プロファイルを、時間遅延ΔＴ後に第２の圧力センサ２３によって生成された第２の圧力プロファイルとマッチングするために、上記画像比較と同様に、圧力プロファイルが互いに比較され得る。これにより、第１の圧力センサ２１と第２の圧力センサ２３との間の既知の距離Ｄ、及び求められた時間遅延ΔＴから、カテーテル２０の並進速度、例えばプルバック速度が計算され得る。
【００４３】
上記の実施形態では、撮像システム１０は、解剖学的ランドマークなどのランドマーク、例えば明確な画像特徴又は圧力プロファイルを識別することができるセンサデータを取得するためのセンサのペアをカテーテル２０上に備える。このようなセンサは、撮像システム１０の全体的撮像機能の一部を形成してもよく、又は、上記のようにカテーテル２０の並進速度の決定専用のセンサであってもよい。
【００４４】
図３は、撮像システム１０のセンサ装置が、カテーテル２０上の１つ以上のセンサに加えて外部センサ５０を備える代替的実施形態を概略的に示す。この実施形態では、カテーテルとともに画像を生成するセンサ２５の隣に、カテーテル２０は、外部センサ５０によって検出可能な第１のマーカー４１と、第１のマーカー４１から設定距離Ｄ離れた、外部センサ５０によって検出可能な第２のマーカー４３とを備える。例えば、外部センサ５０は、画像センサであってもよく、カメラなどの撮像装置に組み込まれ得る。この実施形態では、第１のマーカー４１及び第２のマーカー４３は、画像センサによって取り込まれた画像において認識可能な視覚的マーカーであり得る。あるいは、第１のマーカー４１及び第２のマーカー４３は、誘導又は磁気外部センサ５０によって検出可能な誘導又は磁気マーカーであってもよい。他の適切な検出原理も考えられる。
【００４５】
動作中、外部センサ５０は、典型的には、カテーテル２０のセンサ範囲内に配置される。例えば、外部センサ５０が画像センサである場合、画像センサは、典型的には、カテーテル２０が体（ここでは、非限定的な例として人間の腕によって象徴される）からプルバックされているときにカテーテル２０の画像が画像センサによって取得されるよう配置され、撮像対象の体から出るそのような視覚的マーカーの外観を捕らえることができる。この実施形態では、カテーテル２０が体内に挿入される身体開口部（又は該身体開口部の近傍の固定位置）が、カテーテル２０の並進速度を決定するために使用される基準位置として使用され得る。画像センサは、典型的には、この基準位置における視覚マーカーのうちの１つの外観が画像センサによって取り込まれる画像のうちの１つに取り込まれるように、基準位置の画像シーケンスを、例えば設定間隔で取り込むように設定される。当業者には容易に理解されるように、同じ動作原理が、異なるタイプの外部センサ５０、例えば先に説明したような磁気センサ又は誘導センサに適用され得る。基準位置における第１のマーカー４１の外観（左側に示す）と基準位置における第２のマーカー４３の外観（右側に示す）との間の時間間隔ΔＴは、外部センサ５０によって提供されるセンサ信号内のそれぞれのマーカーの識別によって決定され得る。
【００４６】
この目的のために、外部センサ５０は、患者インターフェースモジュール３０の処理装置、例えば信号プロセッサ３１及び／又は画像プロセッサ３２に通信可能に結合され、処理装置は、例えば、特徴認識アルゴリズムを使用して（該アルゴリズム自体はよく知られており、したがって簡潔さのためにさらに詳細には説明しない）、外部センサ５０によって提供されるセンサデータ（例えば、画像センサの場合の画像）を分析するよう構成され、それにより、第１のマーカー４１を特定する第１のセンサ信号（例えば画像）と、第２のマーカー４３を特定する第２のセンサ信号とが特定される。外部センサ５０は、患者インターフェースモジュール３０に送信された各センサ信号にタイムスタンプを割り当て、あるいは、処理装置が前述のように外部センサ５０から受信される各センサ信号にそのようなタイムスタンプを割り当て得る。その後、時間遅延ΔＴが、基準位置における第１のマーカー４１及び第２のマーカー４３をそれぞれ含むセンサ信号のタイムスタンプの差から計算され得る。
【００４７】
第１のマーカー４１及び第２のマーカー４３が視覚的マーカーである場合、第１の視覚的マーカー４１及び第２の視覚的マーカー４３として、任意の適切な視覚的マーカーを使用することができる。必須ではないが、好ましくは、第１の視覚マーカー４１及び第２の視覚マーカー４３は同一のマーカーである。画像センサ５０によって提供される画像におけるこれらのマーカーの容易な認識を容易にするためである。視覚的マーカーは、カテーテル２０の一体的な部分であってもよく、又は、例えば粘着テープなどとしてカテーテル２０に取り付けられてもよい。ビジュアルマーカーは、認識を容易にするためにカテーテル２０の色と対照的な色を有していてもよく、及び／又は、カテーテル２０の外面、例えばシース上のくぼみ又は隆起のような表面の乱れであってもよい。医用イメージングシステム１０の場合、視覚マーカーは、生体適合視覚マーカー、すなわち、患者の健康及び安全に対する不適当なリスクなしに患者の体内に挿入され得る視覚マーカーである。
【００４８】
図３に示される実施形態の原理は、画像を生成するためのセンサを有する又は有しない、カテーテルのような介入ツールトラッキングのためにも実施され得る。撮像システムのセンサ装置は、第１の位置におけるマーカー４１などの第１の基準物体及び第２の位置におけるマーカー４３などの第２の基準物体を示すセンサ装置からの第１のセンサ信号を処理することによって、外部センサ５０を用いて、体内を移動する介入ツールの並進速度をトラッキングするために使用され得る。
【００４９】
本発明の原理は、カテーテルだけでなく、より広い種類の介入ツールにも適用可能であることが理解されよう。本発明の一側面では、介入ツールは、前記ツール上の第１の位置における第１の基準物体２１、４１及び前記ツール上の第２の位置における第２の基準物体２３、４３であって、前記第１の位置及び前記第２の位置は互いに設定距離Ｄ離れている、第１の基準物体及び第２の基準物体と、処理装置３１、３２と通信的に接続可能なセンサ装置２１、２３、２５、５０であって、画像を生成するための前記ツール上の少なくとも１つのセンサを含む、センサ装置とを備え、前記介入ツールがある並進速度で並進されているとき、前記センサ装置は、前記処理装置３１、３２に、第１の時点において基準位置Ｘに位置する前記第１の基準物体を示す第１のセンサ信号、及び第２の時点において前記基準位置に位置する前記第２の基準物体を示す第２のセンサ信号を供給する。
【００５０】
本発明の他の側面は、前記介入ツールの前記センサ装置に通信的に接続可能な処理装置であって、前記第１の時点において基準位置に位置する前記第１の基準物体を示す前記第１のセンサ信号を処理し、前記第２の時点において前記基準位置に位置する前記第２の基準物体を示す前記第２のセンサ信号を処理し、前記設定距離、及び前記第１の時点と前記第２の時点との間の差から前記ツールの前記並進速度を決定する、処理装置に関する。
【００５１】
介入ツール２０と処理装置３１、３２との間の通信的に接続の確立手段は、有線ベース及び無線のうちの１つであってもよい。
【００５２】
本発明の他の側面では、ソフトウェア実装アルゴリズムが提供され、該アルゴリズムは、コンピュータプロセッサが、前記センサ装置からの前記第１のセンサ信号を処理し、前記センサ装置からの前記第２のセンサ信号を処理し、前記設定距離、及び前記第１の時点と前記第２の時点との間の差から前記介入ツール（例えばカテーテル）の前記並進速度を決定するなどの、前記処理装置３１、３２の機能を実行することを可能にする。
【００５３】
図４は、本発明の実施形態に係る撮像システム１０を使用してカテーテル２０の並進速度を決定する方法を概略的に示す。下記方法は、（カテーテルを医療用途と比較する場合を除き）並進移動可能なツールによる検査対象キャビティの正確な測定が必要とされ得る、キャビティ又は排水路の検査などの非医療用途にも使用できることが理解されるべきである。方法は１０１において開始し、例えば、カテーテル２０が体、例えば患者の体内に挿入され、体の内部の撮像、及びカテーテル２０のプルバックの開始が実行される。１０３では、基準位置にあるカテーテル２０上の第１の基準点に関連する第１のセンサデータが取得される。上記したように、これは、カテーテル２０上の第１のセンサによって生成されたセンサデータであってもよく、センサデータは、明確な画像特徴、例えば解剖学的ランドマークなどのランドマークを含み、あるいは、体から現れる第１の検出可能なマーカーを捕捉する外部センサによって提供されるセンサデータであってもよい。１０５において、この基準位置を示すセンサデータは、例えば、（解剖学的）ランドマーク又は検出可能なマーカーを識別し、センサデータにタイムスタンプを識別又は割り当てるために、撮像システム１０の処理装置によって処理される。
【００５４】
１０７において、基準位置におけるカテーテル２０上の第２の基準点に関連する第２のセンサデータ、例えばカテーテル２０上の第２のセンサによって生成されたセンサデータが取得される。センサデータはまた、（解剖学的）ランドマークなどの明確な画像特徴を含み、あるいは、体から現れる第２の検出可能なマーカーを捕捉する外部センサによって提供されるセンサデータであってもよい。続いて、第２のセンサデータが１０９で処理され、この処理は、例えば超音波画像に関連する第１及び第２のセンサデータの場合のような前処理ステップを含み、ここで、画像前処理は上記のように、画像間の相関の決定を容易にするために実行され得る。
【００５５】
１１１において、処理されたデータが互いに比較されて、データが合致しているか否か、すなわち、第１のセンサデータと第２のセンサデータとが、両者が所定位置におけるランドマーク又は検出可能マーカーなどの（事前）定義された明確な画像特徴を含むという点で、互いに相関するか否かが判定される。１１３において、そのような相関が存在しないと判定された場合、第２のセンサデータは第１のセンサデータとマッチせず、方法は、新しい第２のセンサデータが取り込まれる１０７に戻る。１１３において第１のセンサデータが第２のセンサデータと合致すると判定されるまでこれが繰り返される。その後、１１５において、上記のように、第１のセンサ２１と第２センサ２３（又は第１の視覚マーカー４１と第２の視覚マーカー４３）の間の既知の距離Ｄ、及び第１のセンサ信号の取得時間と第２のセンサ信号の取得時間との間の時間差ΔＴとに基づいて、カテーテル２０の並進速度、例えばプルバック速度が求められる。繰り返しになるが、ステップ１１３において、第１のセンサデータを第２のセンサデータとマッチングすることが述べられているが、これは、第１の画像に対して最大の画像相関Ｃを有する第２の画像を見つけることを含む。２つ以上の第２の画像がそれぞれ、所定の閾値を超える第１の画像との画像相関Ｃを示す（又はその逆）という意味で、第１の画像とマッチする２つ以上の第２の画像が存在し得るが、その場合、最も高い画像相関Ｃを有する第２の画像がマッチする画像として選択され得る。
【００５６】
１１７において、カテーテル２０の並進速度の決定が完了したと判定され、方法はステップ１１９で終了し、さもなければ、新たな並進速度決定プロセスを行うために方法は１０３に戻り得る。
【００５７】
図５は、図４の方法で決定されたカテーテル並進速度を使用して撮像システム１０によって撮像された異常のサイズを決定する方法のフローチャートである。方法は、撮像対象の体内へのカテーテル２０の挿入とともに１２１で始まり、その後、１２３において、体内の画像シーケンスが取得される。画像シーケンスは、撮像される物体又は異常、例えば、撮像システム１０がＩＶＵＳイメージングシステムである場合、冠状動脈狭窄などの解剖学的異常を示す。このような画像シーケンスは、典型的には、既知のキャプチャレート、例えば既知のフレームレートでキャプチャされるが、シーケンス内の隣接する画像が典型的には重なりを有さないため、画像シーケンスから異常のサイズを直接決定することは困難である。例えば、カテーテル２０の並進方向に垂直な２Ｄスライスを取得する場合、カテーテル２０の並進速度が未知であれば、連続する２Ｄスライス間の間隔は知ることができない。したがって、異常のサイズを正確に決定するには、カテーテル２０の進行速度（例えば、カテーテル２０のプルバック速度）を決定するには、隣接する画像間の間隔を決定しなければならないが、これは多くの場合、画像間に重なり（すなわち、共有される解剖学的ランドマーク）がないために実現不可能である。
【００５８】
１２５において、取得された画像が、例えば患者インターフェースモジュール３０上で処理され得る。この処理は、１２７における時点Ｔ＝Ｔａでの第１の異常境界の決定と、１２９における時点Ｔ＝Ｔｂでの第２の異常境界の決定とを含み、以上のサイズは典型的には、第１の異常境界と第２の異常境界との間の距離によって定義される。しかしながら、上述したように、シーケンス内の連続画像間の間隔が未知であることから、この画像シーケンスだけに基づいて、異常のサイズを決定することは困難である。したがって、本発明の実施形態によれば、異常のサイズは、図４のフローチャートによる方法に従って決定されたカテーテル２０の並進速度Ｓに基づいて推定される。具体的には、１３１において、異常のサイズＳＡが、式ＳＡ＝Ｓ＊（Ｔｂ−Ｔａ）、すなわち求められたカテーテルの並進速度Ｓと、第１の異常境界が捕捉された画像及び第２の異常境界が捕捉された画像の間の時間遅延との乗算によって決定され得る。１３１において、異常のサイズＳＡの指標、例えば、算出された異常サイズを表示するように表示装置３３を制御するための表示制御信号などが生成されてもよい。
【００５９】
このようにして、カテーテル２０の良く制御された並進、例えばプルバック、すなわち電動プルバックを必要とせずに、カテーテル２０の並進速度を正確に決定することができるので、体内の異常を修復するための修復物体のサイズを直接決定することができる。
【００６０】
本発明の原理は、医用撮像システム及び非医用撮像システムを含む任意の適切なタイプの撮像システムにおいて採用され得ることを理解されたい。そのようなシステムはそれ自体はよく知られているので、さらなる説明は必要ではなかろう。しかしながら、そのようなシステムの非限定的な例示的実施形態を概略的に示す図６を参照しながら、本発明の実施形態を採用し得る超音波診断撮像システム１０の例示的な実施形態を詳述する。
【００６１】
図６を参照すると、本発明の例示的な実施形態に係るカテーテル２０を備えた超音波診断撮像システム１０がブロック図の形式で示されている。図６において、超音波を送信し、エコー情報を受信するためのトランスデューサアレイ２５がカテーテル２０に設けられている。トランスデューサアレイ２５は、２Ｄ平面内で又は３Ｄ撮像のために３次元でスキャンを実行可能な複数のトランスデューサ素子の１次元又は２次元アレイであってもよい。一部の実施形態では、トランスデューサアレイ２５はＣＭＵＴトランスデューサアレイであるが、他のタイプのトランスデューサアレイも考えられる。トランスデューサアレイ２５は、アレイセルによる信号の送受信を制御するカテーテル２０内のマイクロビームフォーマ２２に結合される。マイクロビームフォーマは、例えば米国特許ＵＳ５，９９７，４７９（Ｓａｖｏｒｄ  ｅｔ  ａｌ．）、ＵＳ６，０１３，０３２（Ｓａｖｏｒｄ）、及びＵＳ６，６２３，４３２（Ｐｏｗｅｒｓ  ｅｔ  ａｌ．）に記載されているように、複数のトランスデューサ素子のグループ又は「パッチ」によって受信された信号の少なくとも部分的なビーム形成を行うことができる。
【００６２】
マイクロビームフォーマ２２は、プローブケーブル２７、例えば同軸ワイヤによって、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１１６に結合され、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１１６は、送信モードと受信モードとを切り替え、また、マイクロビームフォーマが存在しない又はマイクロビームフォーマが使用されてトランスデューサアレイ２５がメインシステムビームフォーマ１２０によって直接操作される場合に高エネルギー送信信号からメインビームフォーマ１２０を保護する。マイクロビームフォーマ２２によって制御されるトランスデューサアレイ２５からの超音波ビームの送信は、Ｔ／Ｒスイッチ１１６及びメインシステムビームフォーマ１２０によってマイクロビームフォーマに結合されるトランスデューサコントローラ１１８によって指示され、これは、ユーザのユーザインターフェース及び／又はコントロールパネル１３８の操作から入力を受け取る。トランスデューサコントローラ１１８によって制御される機能の１つは、ビームがステアリング及びフォーカスされる方向である。ビームは、トランスデューサアレイ２５から直進する（アレイに対して直交する）よう方向づけられてもよいし、又は、より大きな視野のために異なる角度に方向づけられてもよい。トランスデューサコントローラ１１８は、アレイ２５の電圧源１４５を制御するように結合され得る。例えば、電圧源４５は、アレイ２５のセルに印加されるＤＣ及びＡＣバイアス電圧を設定する。
【００６３】
マイクロビームフォーマ１２によって生成された部分的にビーム成形された信号は、メインビームフォーマ１２０に送られ、個々のトランスデューサ素子パッチからの部分的にビーム成形された信号が結合され、完全にビーム成形された信号が生成される。例えば、メインビームフォーマ１２０は１２８個のチャネルを有し、そのそれぞれが、アレイ２５の数十又は数百個のトランスデューサセルからなるパッチから部分的にビーム成形された信号を受信する。このようにして、トランスデューサアレイ２５の数千のトランスデューサ素子によって受信された信号が、単一のビーム成形された信号に効率的に寄与することができる。
【００６４】
ビーム成形された信号は、信号プロセッサ３１に結合される。信号プロセッサ３１は、バンドパスフィルタリング、デシメーション、Ｉ成分及びＱ成分分離、並びに、線形及び非線形信号を分離して、組織及びマイクロバブルから戻る非線形（基本周波数の高次高調波）エコー信号の特定を可能にする高調波信号分離など、様々なやり方で受信されたエコー信号を処理し得る。
【００６５】
信号プロセッサ３１はまた、オプションで、スペックル低減、信号合成、及びノイズ除去などの追加の信号エンハンスメントを実行してもよい。信号プロセッサ３１におけるバンドパスフィルタは、エコー信号が受信される深度の上昇に伴い、通過帯域がより高い周波数帯域からより低い周波数帯域にスライドし、それにより、解剖学的情報を有さない深い深度からの高い周波数のノイズを除去するトラッキングフィルタであってもよい。
【００６６】
処理された信号は、Ｂモードプロセッサ１２６に、及びオプションで、ドップラープロセッサ１２８に結合される。Ｂモードプロセッサ１２６は、体内の器官及び血管の組織などの体内の構造の撮像のために受信された超音波信号の振幅の検出を用いる。体の構造のＢモード画像は、例えば米国特許ＵＳ６，２８３，９１９（Ｒｏｕｎｄｈｉｌｌ  ｅｔ  ａｌ．）及びＵＳ６，４５８，０８３（Ｊａｇｏ  ｅｔ  ａｌ．）に記載されるように、高調波画像モード又は基本画像モード、又はこれらの組み合わせで形成され得る。
【００６７】
（存在する場合）ドップラープロセッサ１２８は、画像フィールド内の血球の流れなどの物質の動きの検出のために、組織の動き及び血流からの時間的に異なる信号を処理する。ドップラープロセッサは、典型的には、体内の選択されたタイプの材料から返されたエコーを通過及び／又は拒絶するように設定され得るパラメータを有するウォールフィルタを含む。例えば、ウォールフィルタは、速度の高い材料からの低い振幅の信号を通過させ、一方、低い又はゼロ速度の材料からの強い信号を拒絶する通過帯域特性を有するように設定され得る。
【００６８】
この通過帯域特性は、流れている血液からの信号を通過させる一方、心壁などの静止した又は動きの遅い物体からの信号を拒絶する。逆特性は、組織ドップラー撮像と呼ばれるもののために、心臓の動いている組織からの信号を通過させる一方、血流信号を拒絶し、組織の動きを検出及び描写する。ドップラープロセッサは、画像フィールド内の異なる点からの時間的に離散したエコー信号のシーケンスを受信して処理し、特定の点からのエコーのシーケンスはアンサンブルと呼ばれる。比較的短い間隔で高速で連続して受信されたエコーのアンサンブルは、血流のドップラーシフト周波数を推定するために使用され、ドップラー周波数と血流速度を示す速度との対応が用いられる。より長い時間にわたって受信されるエコーのアンサンブルは、より遅く流れる血液又はゆっくりと動く組織の速度を推定するために使用される。Ｂモードプロセッサ（及びドップラープロセッサ）によって生成された構造的及び動き信号は、スキャンコンバータ１３２及び多断面（ｍｕｌｔｉｐｌａｎａｒ）リフォーマッタ１４４に結合される。スキャンコンバータ１３２は、所望の画像フォーマットで、エコー信号が受信された空間的関係にエコー信号を配置する。例えば、スキャンコンバータは、エコー信号を２次元（２Ｄ）扇形フォーマット又はピラミッド３次元（３Ｄ）画像に配置し得る。
【００６９】
スキャンコンバータは、画像フィールド内の複数の点における動きに対応する色を有するＢモード構造画像を、それらのドップラー推定速度と重ね合わせて、画像フィールド内の組織の動き及び血流を示す有色ドップラー画像を生成し得る。多断面リフォーマッタ１４４は、例えば米国特許ＵＳ６，４４３，８９６（Ｄｅｔｍｅｒ）に記載されているように、人体の立体領域内の共通平面内の複数の点から受信されたエコーを、その平面の超音波画像に変換する。ボリュームレンダラー１４２は、米国特許ＵＳ６，５３０，８８５（Ｅｎｔｒｅｋｉｎら）に記載されているようにして、３Ｄデータセットのエコー信号を、所与の基準点から見た投影３Ｄ画像に変換する。
【００７０】
２Ｄ又は３Ｄ画像は、スキャンコンバータ１３２、多断面リフォーマッタ１４４、及びボリュームレンダラー１４２から画像プロセッサ３２に結合され、画像ディスプレイ４０上に表示するために、さらなるエンハンスメント、バッファリング、及び一時的保存が行われる。撮像のために使用されることに加えて、ドップラープロセッサ１２８によって生成される血流値及びＢモードプロセッサ１２６によって生成される組織構造情報は、定量化プロセッサ３４に結合される。定量化プロセッサは、血流の流量などの異なる流れ条件の指標、及び臓器の大きさ及び妊娠期間などの構造的指標を生成する。定量化プロセッサは、測定が行われるべき画像の解剖学的構造内のポイントなどの入力をユーザ制御パネル１３８から受け取り得る。
【００７１】
定量化プロセッサからの出力データは、グラフィックスプロセッサ３６に結合され、測定結果のグラフィックス及び値が画像とともにディスプレイ３３上に表示される。また、グラフィックスプロセッサ３６は、超音波画像と共に表示されるグラフィックオーバーレイを生成してもよい。グラフィックオーバーレイは、患者の名前、画像の日時、イメージングパラメータなどの標準的な識別情報を含み得る。これらの目的のために、グラフィックプロセッサは、患者の名前などの入力をユーザインターフェース１３８から受け取る。
【００７２】
ユーザインターフェースはまた、トランスデューサアレイ２５からの超音波信号の生成を制御するために送信コントローラ１１８に結合され、よって、トランスデューサアレイ及び超音波システムによって生成される画像を制御する。ユーザインターフェースはまた、ＭＰＲ画像の画像フィールドにおいて定量化された測定を実行するために使用され得る複数のＭＰＲ（ｍｕｌｔｉｐｌａｎａｒ  ｒｅｆｏｒｍａｔｔｅｄ）画像の平面の選択及び制御のために、多断面リフォーマッタ１４４に結合される。
【００７３】
当業者によって理解されるように、超音波診断撮像システムの上記の実施形態は、そのような超音波診断撮像システムの非限定的な例を提供することを意図したものである。当業者は、本発明の教示から逸脱することなく、超音波診断撮像システムの構成にいくつかの変更が加えられ得ることを直ちに認識するであろう。例えば、上記実施形態にも示されているように、マイクロビームフォーマ２２及び／又はドップラープロセッサ１２８は省略されてもよく、また、カテーテル２０は３Ｄ撮像機能を有さなくてもよい。当業者には他の変形例も明らかであろう。
【００７４】
上記実施形態は本発明を限定するものではなく、当業者は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替的実施形態を設計することができることに留意されたい。特許請求の範囲において、括弧間に置かれた参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「含む」という用語は、請求項に列挙された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する用語「ａ」又は「ａｎ」は、複数のかかる要素の存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの異なる要素を含むハードウェアによって実装され得る。いくつかの手段を列挙する装置クレームにおいて、これらの手段のうちのいくつかは、同一のハードウェアアイテムによって具現化されてもよい。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。
【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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