(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波画像化装置において、
枢軸の周りで円形の配列状態に配置された複数の変換器要素であって、該要素の各々が枢軸に対して垂直な厚さ寸法及び枢軸に対して平行な長さ寸法を有する圧電材料本体を備える前記複数の変換器要素と、
厚さ寸法に等しい半波長を有する第一の共鳴周波数及び長さ寸法に等しい半波長を有する第二の共鳴周波数にて前記変換器要素を選択的に励起させる手段とを備える、超音波画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、全体として、超音波画像法、より具体的には、カテーテル利用装置により小さい空洞を超音波画像化する装置及び方法に関する。
【０００２】
【背景】
近年、心臓血管及び末梢血管の病気の診断及び治療にて介入心臓専門医が使用し得るように、血管内超音波（ＩＶＵＳ）画像化システムが設計されている。かかるシステムは、従来のｘ線血管造影法では得られない重要な診断上の情報を提供することにより診断及び治療効果を向上させる。この情報は、動脈硬化症プラークの位置、量及び組成を含み、また、外科医が病変部位の特徴を識別し、最適な治療方法を選び、治療装置を配置し且つ治療結果を迅速に評価することを可能にする。
【０００３】
かかるＩＶＵＳシステムは、全体として、外部の画像化システムに対し電子信号を提供し得るようにカテーテル又はガイドワイヤーの先端に取り付けられた極小型変換器を１つ又は多数、有するＩＶＵＳ装置を含んでいる。該外部の画像化システムは、カテーテルが挿入される動脈又はその他の体腔の内腔、血管の組織及び（又は）血管を取り巻く組織の画像を生じさせる。これらのシステムに伴う問題点は、カテーテルの周りの組織を鮮明に視覚化し、血管造影基準点のような既知の空間的基準点に対する画像の正確な位置を識別することを含む。
【０００４】
現在使用されている超音波画像化カテーテルの幾つかは、カテーテルの長手方向軸に対し垂直であり且つ変換器を通る面内にＢ−モード画像を生じさせる「サイドビューイング」型装置である。この面は、Ｂ−モード側面と称され、図１に図示されている。また、カテーテルの軸に対し垂直であり且つ変換器の前方に隔てられた、図２に図示したＣ−モード画像面を生じさせる「フォワードビューイング」型装置もある。その他のフォワードビューイング装置は、変換器から前方向に且つカテーテルの軸に対し平行に伸びる面内にてＢ−モード画像を生じさせる。この面はＢ−モード前方向面と称され、図３に図示されている。このフォワードビューイング装置は、外科医がカテーテルの前方にあるものを見ることを許容し、また、カテーテルが通ることのできない領域内の画像化を許容する点にて特に有益である。
【０００５】
従来から提供されている画像化カテーテルに伴う１つの問題点は、所定の型式のＩＶＵＳカテーテルは、１つのモード面においてのみ高品質の画像を提供することができる点である。例えば、Ｂ−モードフォワード画像化及びＣ−モード画像化の双方を可能にすることのできる既知の装置は全く存在しない。従って、従来技術の難点及び不利益な点を解消し且つ多数の面にて画像を提供することのできる、上記特徴の超音波画像化変換器及び方法が当該技術にて必要とされている。
【０００６】
新規であると考えられる本発明の特徴は、特許請求の範囲に具体的に記載してある。本発明は、その更なる目的及び有利な点と共に、その幾つかにて、同様の要素を同様の参照番号で表示する、添付図面と共に、以下の説明を参照することにより、最も良く理解することができる。
【０００７】
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
本明細書は、新規であると考えられる本発明の特徴を明確にする特許請求の範囲を含むが、本発明は、同様の参照番号を使用する、図面と共に、以下の説明を研究することにより一層良く理解されよう。
【０００８】
先ず、図４を参照すると、血管内で使用するためのカテーテル４００が図示されている。このカテーテルは、ガイドワイヤー４０６、流体、及び（又は）色々な治療用装置又はその他の器具を通すことのできる、軸方向に伸びる管腔４０４を有する細長い可撓性の本体４０２を備えている。しかし、本発明は、カテーテルと共に使用することにのみ限定されるものではなく、任意の適宜なカテーテル、ガイドワイヤー、探針等と共に利用することができる。超音波画像化変換器組立体４０８は、カテーテルの末端４１０にて、カテーテルの基端に配置されたコネクタ４２４が設けられている。この変換器４０８は、超音波エネルギを伝送し且つ受け取るためカテーテルの長手方向軸４１４の周りに中心がある円筒状の配列にて配置されることが好ましい複数の変換器要素４１２を備えている。
【０００９】
これらの変換器要素４１２は、円筒状基層４１６の内壁に取り付けられており、該基層４１６は、図示した実施の形態において、既に管の形態にロール巻された可撓性の回路材料から成っている。変換器要素４１２の端部分４２０は、変換器組立体の末端部分に図示されている。適宜な音響学的性質を有する変換器の裏当て材料４２２が変換器要素４１２を取り巻いている。変換器要素の端部を隔離する端部キャップ４１８は、変換器組立体に取り付けられている。これと代替的に、変換器要素４１２の端部分４２０は、これらの要素を外部の流体（例えば、血液）から絶縁し得るように非導電性接着剤にて被覆することができる。
【００１０】
図５において、半分に切断し且つ両側部を示す変換器組立体４０８の断面図が図示されている。変換器要素とインターフェースで接続される集積回路５０２は基層４１６の上に取り付けられ、回路５０２と変換器要素との間の相互接続は基層の表面にあり且つ該基層内に埋め込まれた導電性トレース５０８、５２２により形成される。導電性トレース５０８は「ホット」導体を提供し且つＩＣ５０２を変換器４１２に相互に接続する。導電性トレース５２２はＩＣ５０２と変換器４１２との間に接地導体を提供する。相互接続通路（ビア）５１６、５１８、５２４は導電性トレース５０８、５１０及びＩＣ５０２と変換器要素５１２との間に電気的接続部を提供する。
【００１１】
変換器領域は金属マーカ管５０４とプラスチック部材５０６、４１８とを備える中央コアを有しており、一方のプラスチック部材は管腔に対するライニング５０６として機能し、他方のプラスチック部材はカテーテル端部を保護すると共に、配列の端部から超音波を伝送するある型式の音響結合促進部としても機能する端部キャップ片４２２である。カテーテルの中央コアと末梢に配置された配列要素との間には音響吸収材料４２２がある。コアはその末端に環状端部壁を有し且つカテーテルの管腔と整合した軸方向に伸びる開口部とを有する円筒状本体を備えている。カテーテルの先端を身体内に配置するために使用する金属のスリーブ５０４又はその他の適宜な放射線不透過性材料がコアの周りで同軸状に配置されている。
【００１２】
変換器要素４１２の各々はＰＺＴの又はその他の適宜な圧電材料から成る細長い本体を備えている。これらの要素は円筒状基層の上で長手方向に且つカテーテルの軸に対し平行に伸びている。要素の各々は、その末端に全体として平坦面を有する矩形の断面を備えている。変換器要素は特に明確に示すようにその全長に沿って一方向に圧電的に極性が与えられている（圧電的に分極されている）。全体として三角形断面の横方向に伸びる切欠き５２０は変換器要素の各々に形成されている。該切欠きは変換器要素の内面を貫通して開放し且つ外面まで略全経路に亙って伸びている。好ましくは、切欠き５２０は末端側に垂直側壁を有し且つ基端側に傾斜した側壁を有するようにする。垂直壁はカテーテルの長手方向枢軸に対し垂直であり、傾斜壁は枢軸に対し６０°程度の角度にて傾斜させてある。全ての配列変換器要素の存在する切欠きは適宜な非導電性材料５２６を充填することができる。切欠き５２０を充填するために使用することのできる材料の一例は、低音響インピーダンスを有する非導電性エポキシである。好ましい材料ではないが、低音響インピーダンスを有する導電性材料もまた、切欠き５２０を充填するために使用することができる。導電性材料が切欠きのフィラーとして使用されるならば、この材料は、非導電性材料が利用される場合に必要とされる変換器要素の双方の部分を相互に接続すべく頂部分を金属被覆する必要性を無くすことができよう。変換器要素により発生されたＥ界（電界）に対し影響を与えることを考慮するならば、導電性材料は好ましい切欠きのフィラーではない。
【００１３】
好ましい実施の形態において、変換器配列は、１０メガヘルツ（ＭＨｚ）超音波の送信及び受信のためのフォワードルッキング仰角開口５１４と、２０ＭＨｚ超音波送信及び受信のためのサイドルッキング仰角開口５１２とを提供する。特定の設計基準に依存して、その他の周波数の組合せを使用することができる。変換器要素の内面及び外面は電極５２８、５３０を形成し得るように金属被覆されている。その基端と末端との間にて電極５３０の連続的な電気的接続部を形成し得るように、二次的金属被覆が、絶縁した切欠き領域５２０の上方に形成されている。外側の電極は接地電極５３０として機能し且つ金属通路（ビア）５１８により、基層内に埋め込まれたトレース５２２に接続されている。内側電極５２８は切欠き５２０の壁に沿って伸び、要素の基端の周りに巻かれ且つ基層の表面上のトレース５０８に直接接続されている。１つの実施の形態において、変換器金属被覆部分は、クロム層の上の金の層から成っており、クロム層は金に対する接着層として機能する。当該技術分野の当業者は、その他の金属被覆材料が利用可能であることが理解されよう。
【００１４】
圧電材料４１２の極性を持たせた（分極された）金属被覆ブロックを可撓性の回路基層４１６に電気的に且つ機械的に接合し、基層が図８に図示した非ロール巻状態すなわち平坦な状態にあるようにして変換器配列が製造される。変換器ブロックは、厚さ−枢軸極性が全体として均一に分配され、材料の全ブロックに亙って同一の枢軸にある圧電極状態として存在する。次に、例えば、ダイス切り鋸にて切断するといった方法で圧電ブロックの全体に切欠き５２０が形成される。個々の切欠き５２０の各々には、プラスチックのような材料５２６を充填し、金属被覆部分８０６を有する連続的な変換器内側電極を形成し得るように金属被覆部分８０４を切欠きの頂部に施す。次に、このブロックを長手方向に切断して個々の要素を形成し、これら要素は電気的に且つ機械的に共に互いに隔離され、これら要素の間に切り口８０８が形成される。外部の超音波システムに電気的に接続されたマイクロケーブルを変換器組立体に接続し変換器を制御することを許容し得るように基層の上にケーブルワイヤー取り付け端子８０２が設けられている。
【００１５】
集積回路５０２は基層４１６の上に取り付けられ、次に、基層をその円筒状の形状にロール巻し、変換器要素が円筒体の内側部にあるようにする。放射線不透過性材料のスリーブをコアに取り付け、コアを円筒体内に配置し、コアと変換器要素との間の容積内に音響吸収性材料を導入する。特定の用途に対し放射線不透過性マーカが不要な場合、そのマーカは省略することができる。
【００１６】
厚さ拡張ＴＥ）モード（ｋ33作動）又は長さ拡張（ＬＥ）モード（ｋ31作動）の何れかにて超音波エネルギを選択的に送信し且つ受信し得るように変換器要素４１２を作動させることができる。ＴＥモードに対する励起周波数は半径方向への変換器要素の厚さにより決まり、ＬＥモードに対する周波数は切欠き５２０の末端面６１４と垂直壁６１０との間の本体の長さによって決まる。厚さＴＥモードは圧電材料中のその半波長が要素の厚さに等しい周波数にて共鳴する。ＬＥモードは、圧電材料中のその半波長が末端と切欠きとの間の距離に等しい周波数にて共鳴する。変換器要素の各々はその何れかのモードにて超音波エネルギを送信し且つ受信し得るように個々に作動可能である、所望のモード（すなわち、「サイド」又は「フォワード」）の選択は、ａ）対象とする電子的に選んだ周波数帯域、ｂ）２つのモードの間にてエコービームパターンを空間的に隔離する変換器の設計、ｃ）画像面特有のビーム形成の負担及び合成開口ビーム形成技術を使用して再構成すべく特定の所望の画像面に対する遅れに依存し、この場合、「サイド」及び「フォワード」ビームパターン間のエコータイミングインコヒーレンスはモードの隔離状態を保つのに役立つ。
【００１７】
図６には、発生されたＥ界を示す変換器要素４１２が図示されている。１つの現在の好ましい実施の形態において、音響的不連続性を形成する切欠き５２０と、変換器要素の第一の部分とも称される、各変換器要素の末端との間の距離６０４は、要素の厚さ６０８の約２倍に等しくされ、その結果、ＴＥモードに対する共鳴周波数はＬＥモードに対する共鳴周波数の約２倍となる。２つのモード間にてモードを良好に分散させるため、ＴＥ周波数は、ＬＥ周波数の少なくとも１.５倍であり、好ましくは、少なくとも２倍であるようにする。切欠きの末端側における急峻な壁６１０又は鋭角な切込み部分は、圧電材料内の音響伝送路に対し急激な端部を提供し、ＬＥ作動周波数にて半波長の共鳴状態を促進する。
【００１８】
切欠き５２０と要素の基端６１２との間にある変換器要素部分すなわち第二の部分６０６は、また、ＬＥモードにて共鳴可能であるが、設計は、この部分の長さを慎重に選ぶことにより、共鳴可能なモード分散特徴を形成するのに十分に低い（又は高い）周波数にこの共鳴周波数（及びその調和周波数）を置くことができる。この部分を配列の「端部」にＬＥモード音響接続することはまた、極めて不良であり、また、その望ましくない応答性を減衰させるのに寄与する。しかし、この部分は、圧電作用要素の全長として「サイドルッキング」開口を画成すべくＴＥモードの励起に、確実に関与することができる。また、この配列中の全ての要素は、超音波組立体に接続された超音波システムによりＴＥ又はＬＥ作動モードの何れかにて、超音波エネルギの受信機として選択的に使用することもできる。
【００１９】
図７には、ＩＣ５０２と個々の変換器要素４１２とを相互に接続するために使用される１つの代替的な相互接続技術が図示されている。この実施の形態において、はんだ又は金属−エポキシ７０２のようなその他の導電性材料を使用して接地トレース５１０を変換器要素の接地電極に接続する。接地と「ホット」電極との間の絶縁性分離層７０８が変換器要素４１２の基端に配置されている。「ホット」の導電性トレース又はランナー５０８を変換器要素におけるその相応する電極に接続するため、エポキシ絶縁体７０４が使用される。次に、このエポキシ絶縁体の頂部を金属被覆７０６して、変換器ブロックを別個の要素にダイス状に切る前に、トレースすなわちランナー５０８をその相応する電極に電気的に相互に接続する。
【００２０】
【多数画像化モード：作動原理の説明】
圧電変換器は、適宜に励起されたとき、電気エネルギを機械エネルギに変換し、また、同様に機械エネルギを電気エネルギに変換する。これら変換の効果は、主として、全体として示した変換器組立体の基本的な変換効率に依存する。しかし、変換器は、三次元的電子機械式装置であり、常に、全ての可能な共鳴モードにてある程度の電子−機械的結合を行うことができ、その１つ又は幾つかのモードが優勢であるようにする。全体として、画像化変換器の設計は、その他の全ての結合モードを「スプリアス」として抑制しつつ、単一の優勢な電子−機械的結合モードを形成しようとする。単一の優勢な電子−機械式結合モードを有する変換器の設計を実現するのに使用される一般的な方法は、通常、変換器の外部の媒体に対し単一の効率的な機械式結合「ポート」を形成することから成る。この単一のポートは、変換器の最も効率的な共鳴作動モードがその機械的な結合ポートに面するように変換器を取り付けることで形成され、その他の全てのモードは、変換器の寸法の制御及び減衰材料により実現される機械的分散により抑制される。
【００２１】
本発明の設計において、変換器の設計は、変換器は２つの主要な電子−機械的結合モードにて効果的であること、モードの各々が異なる作動周波数、音響「ポート」及び電子−機械的結合効率を使用することを利用するものである。１つのポートは、図１に図示したように横断ビュー画像にて使用される「サイドルッキング」ポートである。他方のポートは配列の「端部」すなわち「フォワードルッキング」ポートである。
【００２２】
本発明は、他方を排除して１つのモードを選ぶのに必要な何らの機械的切り換えを行わずに、２つの電子−機械式結合モード（すなわち、「サイド」５１２及び「フォワード」５１４）が常に作用可能であることを許容する。また、本発明の設計は、「サイドルッキング」面における全ての画像目標物のエコー（図１参照）が「フォワードルッキング」面内にて目標物を再構成することを妨害しないこと（図２、図３参照）、また、これに相反して、「フォワードルッキング」からの画像目標物が「サイドルッキング」面内での目標物の再構成を妨害しないことも保証する。本発明によれば、以下に記載した設計の方法は２つの作動モードを十分に隔離した状態を保つために使用される。
【００２３】
Ａ）
【２つのモードの共鳴及び空間的隔離】
「サイドルッキング」ポートは、好ましい実施の形態に従って「フォワードルッキング」の周波数の約２倍となる設計とされている。変換器の寸法上の設計は、「高周波数で且つサイドルッキング」変換器ポートの低周波数信号に対する感度及び「低周波数で且つフォワードルッキング」変換器ポートの高周波数信号に対する感度が極めて低いようにされる。
【００２４】
更に、２つのモード５１２、５１４の送信及び受信音響「ビーム」の方向は互いに対し略直角であり、この特徴は画像目標物を識別するため更なる隔離状態をもたらす。また、２つの作動モードの隔離状態を更に促進すると共に、スパース配列エコーの捕集方法を最適にするための手段として、「フォワード」ビーム再構成時のエコー捕集方法は、円形の配列環状内にて、送信及び受信変換器要素、好ましくは、その１０個以上の要素を所望通り物理的に分離させる。この物理的分離は、「高周波数のサイドルッキング」ポートからの「スプリアス」な送信エコーがそれより低い作動周波数にて「フォワードのみ」エコーを受け取る受信要素を汚染することを防止することに役立つ。
【００２５】
Ｂ）
【２つのモードの電気周波数帯域の隔離】
上述したように、約２倍だけ相違する中心周波数にて２つの作動モードを作動させる。この設計の特徴はカテーテルから受け取ったエコー信号を処理するホストシステム内で帯域通過フィルタを使用することを通じて２つのモードを更に隔離することを許容する。更に、低い部分的帯域幅の設計（すなわち＜３０％）にて２つのモードの一方又は双方を作動させる場合、帯域通過フィルタは極めて高度のモードの隔離状態を保つ上で更により効果的であろう。
【００２６】
Ｃ）
【合成開口の再構成を通じてのビーム形成の隔離】
全ての画像モードに対し合成開口ビーム再構成法が使用される。ビーム形成過程は、特定の画像面内にてコヒーレント状態に画像化された画像の目標物にのみ合焦されることが好ましい。このように、画像再構成法は、例えば、「サイドルッキング」面にて画像を形成するが、「フォワードルッキング」面からの混信されたエコーを有する目標物は、全体としてインコヒーレントであり、背景雑音の１つの型式として抑制されよう。その逆もまた真である。すなわち、「サイドルッキング」エコーの汚染状態は、全体として、「フォワードルッキング」画像化にてインコヒーレントであり、合成開口再構成過程を通じて抑制されよう。
【００２７】
要求時、多数の画像面を形成するため可撓性のデジタル画像再構成システムが必要とされる。多数の画像面を組み立てる好ましい方法は、合成開口再構成アプローチ法を利用する。図１に図示した「サイドルッキング」画像は、合計６４個の変換器要素の円形の配列内にて、例えば、１４個の隣接する変換器要素のように大きい標本化した変換器要素の開口を使用して再構成することができる。開口の再構成のための送信−受信エコーの捕集は、円形の配列の周りで連続的に変化させ、１つの特定の開口の再構成にて使用される全ての送信−受信のクロス乗積の項を標本化する。１４個の要素の任意の開口内には、画像を合成的に再構成するために使用される１０５個の独立的な送信−受信エコークロス乗積があるものとすることができる。
【００２８】
図２及び図３に図示した「フォワードルッキング」画像は、円形の配列の環状端部に配置された選ばれた変換器要素から成る標本化された開口を使用して再構成することができる。上述した６４個の変換器要素のサンプルに対し、全ての要素は、Ｃ−モード又はＢ−モードの何れかにて「フォワードルッキング」画像を形成するための完全なデータセットの捕獲（これは、６４×３２の独立的な送信−受信要素のクロス乗積から成るものとする）に寄与することができる。完全なデータセットのアプローチ法の１つの代替例として、画像を十分に調和させるためより少ない数の独立的な送信−受信要素のクロス乗積が使用される。開口の再構成のための送信−受信エコーの捕集は、円形の配列の周りで連続的に変化させ、特定の開口の再構成にて使用される全ての送信−受信要素のクロス乗積を標本化する。
【００２９】
より低効率の変換器の結合係数（ｋ31）を使用し、しかも、合成開口画像化の「サイドルッキング」モードにて経験されない追加的な回折損失という欠点がある「フォワードルッキング」画像化モードにおいて、特殊な信号の処理が好ましい。一例として、「フォワードルッキング」Ｃ−モード画像面を形成するとき、処理システム内にて多数の送信パルス及び狭小帯域通過エコーフィルタを使用することにより、低雑音の帯域幅を実現することができる。更に、又は１つの好ましい代替例として、相関処理法を使用することによる釣合ったフィルタを使用してエコーの信号対雑音比を向上させることができる。
【００３０】
【標準型の断面Ｂ−モード作動】
カテーテル画像化装置のこの断面Ｂ−モード作動の有利な点は、カテーテルから半径方向位置の深い深さにて且つ高画像分解能にて１つの画像を見ることができることである。この視認深さは、「フォワードビューイング」作動モードに電子的に切り換える前に、カテーテルのユーザが装置を正確に配置することを可能にするのに役立つ。全体として、カテーテルの長枢軸に対し平行な経路内にて迅速に動く画像目標物をこのモードにて検出し且つカラー領域として表示することができる。この情報は、画像化装置の有用性を向上させ得るように、カテーテルの「フォワードビューイング」作動モードから移動する目標物の情報を比較し且つ確認するために使用することができる。
【００３１】
１．変換器の作用
変換器は、この「主要」モードにて、結合係数を表わすべくｋ33電子−機械式結合係数を利用して、厚さ拡大（ＴＥ）共鳴にて作用する。この「厚さ共鳴」は、変換器の偏極方向と整合した変換器の方向の四分波又は半波（変換器の裏当て形成部の音響インピーダンスに依存する）、及び検知され又は付与された電界を意味する。このＴＥモードは、超音波音響送信エコーを発生させるため電界の励起後、又は変換器内に電界を発生させる音響励起後の受信モードの後の何れかにて、変換器の短い寸法内で発生された典型的に高周波数の厚さ共鳴を利用する。配列のステッピング：
断面Ｂ−モード画像を発生させるためＴＥモードが使用される。この断面画像は、変換器要素の長枢軸に対して直角の面内で配列要素を画像化する。配列の周りの順序的変換器要素の標本化から集められたエコー情報は、配列の周りで色々な寸法の開口を合成的に得ることを可能にする。合成的に得られた任意の開口を形成するため、開口からエコーと独立的な送信−受信要素の全ての対を完全に標本化する方法にて、配列中の隣接する群の変換器要素が順次に使用される。１つの開口を完全に標本化するこの要素の順序化は、通常、開口内でエコー情報を１つ又はより多数の隣接する要素から伝送し且つ同一又は別の要素にてそのエコー情報を受信し、エコーの全ての独立的な送信−受信対が捕集される迄、それを続行することを含む。
ノッチ効果：
配列の中間に音響的不連続性を形成する小さい切欠き（５２０）はその要素に対するＴＥモード送信又は受信ビームパターンに対して僅かで且つ重要でない効果を与える。小さい切欠きは、ＴＥモード共鳴に対し不作用領域であり、このため、各要素に対し極近視野ビームパターンの「ホール」の原因となる。しかし、主ローブ有効ビーム幅及び振幅のような重要なビームの特徴は顕著に影響されず、変換器の仰角側ローブが極めて僅かに上昇する点を除いて、ビームの適正な特徴は、変換器要素の全長が均一に作用可能であるかのように保たれる。
モードの分散：
その他の共鳴モードの場合にもＴＥモード変換器の作用は、同時に可能である。しかし、各モードに対する電子機械的エネルギの結合効率は、主として、以下のファクタ、すなわち、ａ）所定の共鳴モードに対する変換エネルギ効率を表わすｋ係数、ｂ）所望の非音伝導化（ｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）媒体に対する音響的結合経路、ｃ）その特定のモードに対し変換器の共鳴に適合するエコーの送信−受信信号の帯域幅に依存する。このように、「サイドルッキング」画像を形成するため、ＴＥ共鳴に対してのみ上述したファクタを最適にするため変換器の設計が形成される一方、上述したエネルギ結合ファクタを最小にすることにより、望ましくない共鳴を抑制する設計を通じて変換器内のその他の共鳴モードを無視する必要がある。
【００３２】
不要な結合のこの周波数分散を通じて、Ｂ−モード画像面を形成するのに必要な「サイドルッキング」変換器ポートから送信し且つ受信された所望のエコーは任意の特定の要素内でＴＥ共鳴モードを通じて最も効率的に結合される。このため、望ましいエコーを得るための高効率のＴＥモード結合と、望ましくない共鳴及びエコーの周波数分散とを特徴とする、提案された変換器の設計は、上記に記載したその他のモードの隔離の理由と共に、Ｂ−モード断面画像面を形成するときに使用される望ましい面内のエコーのみに対する高品質のＴＥエコーエネルギの変換手段を構成する。
【００３３】
２．標準型断面Ｂ−モード画像化のシステムの作用
図９に図示したホスト超音波処理システムは、超音波配列４０８の要素の選択及びステッピング過程を制御し、これにより単一の要素４１２又は多数の要素が送信し、同一又はその他の要素が戻りエコーの情報を受信するようにする。所定の開口に関与する配列中の要素は、順次に標本化されて、ビーム形成の和に必要な全ての必須のクロス乗積送信−受信項が得られる。
【００３４】
ホスト処理システムすなわちコンピュータ９１４及び再構成コントローラ９１８は、帯域幅パルサー／受信機９０２に提供されたパルスタイミング、すなわち任意の釣合ったフィルタ９１０の使用状態を制御線９１６を介して制御し、エコーパルスの圧縮を行う。１０ＭＨｚ９０４又は２０ＭＨｚ９３６中央周波数ＢＰＦ経路の何れかを選択するため制御信号９０６を使用して、システム内のエコー帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）処理経路が選ばれる。増幅し且つ処理されたアナログエコー信号は、エコー信号の動的範囲を保存するのに十分なビット数にてＡＤＣ９０８を使用してデジタル化され且つ信号９１２を介してビームフォーマの処理部分に送られる。ビームフォーマの部分は、再構成コントローラ９１８の制御の下、対象とする開口内に存在する全ての対の送信−受信要素から保存されたエコーデータを使用する。要素のエコー標本化は、円形配列の周りで順序的に続行するため、全ての要素群の開口は、周知の合成開口再構成技術を使用して「再構成」され、重さを加え且つ合計したエコーデータのビーム形成ベクトルを形成し、これらのベクトルは、ビームフォーマの形成記憶装置配列９２２、装置９２４及び合算装置９２６を使用してカテーテル表面から半径方向に出る。記憶装置の制御信号９２０は、入力データを保存すべく何れかの記憶装置配列を選ぶスイッチバンク９２４を制御する。
【００３５】
ベクトルエコーデータは、ベクトルプロセッサ９２８を使用してエコーデータのエンベロープを検出し且つＲＦキャリアを棄却することを通じて処理される。最後に、座標変換過程を行って、エコーデータの半径方向ベクトル線をマッピングし、ディスプレイ９３２を使用してビデオディスプレイするためスキャンコンバータ９３０を使用して、データをラスタースキャンする。
【００３６】
この処理システムは、ホストコントローラを通じて、変換器ビームの仰角長さを通る血液細胞を追跡することにより、血液の速度を検出することもできる。追跡スキームは、要素のエコーの標本化順序を改変すること、また、ホスト処理システムのビームフォーマ部分を使用することを含む。血液速度の情報は、ビデオディスプレイに１つのカラーとして表示することができる。この血液速度のカラー情報は、画像ディスプレイと重ね合わせ、ユーザが身体部位の情報と血液の移動の情報を同時に見ることを許容する。
【００３７】
【フォワードルッキング断面Ｃ−モードの作用】
カテーテル画像化装置のこの「フォワードルッキング」作用の有利な点は、さもなければカテーテルが物理的に縦断することができないであろうカテーテルの前方の対象物の画像を見ることが可能なことである。「フォワード」Ｃ−モード面は、標準型のＢ−モード断面ビューと同様の断面ビューを発生させ、また、ユーザに対し同等の画像の解釈を可能にし、更に、さもなければカテーテル自体によって標準型の断面ビューにて不鮮明となるであろう画像の中心に画像の対象物が存在する状態でユーザが見ることができるから、このフォワード画像面はより有用であるようにすることができる。また、このフォワードビューは、カテーテル装置の長枢軸に対し全体として平行に移動する目標物からのドップラーエコー信号を検出し且つカラー画像ディスプレイし得るように理想的な音響ビームの位置決めも可能にする。
【００３８】
１．変換器の作用
この「二次的」モードにて変換器は、結合効率を表わすｋ31電子−機械的結合係数を利用して、長さ拡張（ＬＥ）共鳴状態で作用する。この作動モードにおいて、変換器要素の極形成方向及び変換器内の検知又は付与された電界は、整合しているが、音響共鳴は、電界及び極形成方向に対して９０°の位置にある。この「長さ共鳴」は、変換器の偏極方向に対して９０°である変換器要素の長さ寸法における半波共鳴を基本的に意味する。要素の長さは、通常、厚さ寸法よりも遥かに長いため、典型的に、ＴＥモードよりも遥かに低い共鳴周波数であるＬＥモードの共鳴は、常に、ある程度、典型的な変換器配列要素内に存在するが、通常、周波数の分散設計により抑制されている。
【００３９】
本発明の好ましい実施の形態は、好ましい実施の形態の場合、ＴＥモード共鳴周波数の約２分の１である所望の周波数にて半波ＬＥ共鳴がそれ自体、現れるのを許容し得るように変換器要素内で急激な物理的不連続性（切欠き５２０）を利用する。本発明の独特の特徴は、機械的に固定された変換器の設計であり、この設計は、２つの共鳴モードが妥当に高効率にて作用することを許容する一方、所望のモード（すなわち、「サイド」又は「フォワード」）を「選ぶこと」が、ａ）対象とする電子的に選ばれた周波数帯域、ｂ）２つのモードの間にてエコービームパターンを空間的に隔離する変換器の設計、ｃ）合成開口ビーム形成技術を使用して再構成するため特定の所望の画像面に対する、画像面特有のビーム形成負担及び遅れ作用であり、このビーム形成技術において、「サイド」及び「フォワード」ビームパターン間のエコータイミングのインコヒーレンスは、モードの隔離状態を保つのに役立つ。
【００４０】
上述したように、結合上の有利さに影響を与える少なくとも３つの基本的ファクタ、すなわち、ａ）所定の共鳴ノードに対するエネルギ変換効率を表わすｋ係数（この場合、ｋ31電子−機械的結合効率である）、ｂ）所望の非音伝導化媒体までの音響的結合経路、ｃ）その特定のモードに対する変換器共鳴に釣合うエコー送信−受信信号の帯域幅が最適化されるならば、電子−機械式エネルギ結合における変換器の設計の共鳴モードを効率的なものにすることができる。ＬＥモード結合効率はＴＥモード結合効率よりも低いが、本発明は、ＬＥモードに対するこれらファクタを適正に最適化することを許容する。ＬＥモード効率を表わすときに使用されるｋ31結合ファクタは、典型的に、ＴＥモード効率を表わす結合ファクタであるｋ33の２分の１である。
【００４１】
配列を組み立てる１つのステップにて変換器要素内に急激な音響的不連続性が形成される。変換器材料が依然としてブロック形態にある間に、変換器ブロックと可撓性回路との間に機械的な接合及び電気的接続状態を形成するため変換器材料を可撓性回路に取り付けた後、変換器材料ブロックの全長に亙ってダイス状に鋸切断し、切欠きを形成することができる。切欠きの深さは、高効率のＬＥモード半波共鳴が変換器要素のこの端部に存在することを許容し得るように、変換器材料の末端部分に急激な不連続部分を形成すべく変換器材料内で十分に深くなければならない。鋸切断は、可撓性回路に結合された変換器ブロック側の接地電極トレースを切断するほど深くてはならない。この切断は、音響学的に放出されたエネルギが裏当て材料領域内に反射し且つ吸収されることを許容し得るように基端側にてテーパーを付けることが理想的である。
【００４２】
切欠きにより分離された末端及び基端の変換器領域内でＬＥ共鳴モード間に何らかの音響結合が存在することは望ましくない。末端変換器領域のＬＥモード半波共鳴は、変換器要素の末端と切欠きとの間にて約１７０マイクロメートルの長さに亙ってＰＺＴ（モトローラ３２０３ＨＤ）内で１０ＭＨｚにて存在する。変換器の基端領域ＬＥモード共鳴は、図５、図７に図示した２つの実施の形態にて帯域外と考えられる周波数（約６ＭＨｚ）にて存在し、所望の作用周波数（この場合、「フォワード」音響伝播に対し末端領域内で１０ＭＨｚのＬＥモード共鳴であり、変換器の全作用可能な電界長さにて２０ＭＨｚのＴＥモード共鳴である）との干渉を最小にすることができる。
【００４３】
変換器の末端のＬＥ共鳴モード領域の所望の音響エネルギ結合ポートは、カテーテル配列の末端にある。配列の端部を保護し且つ音響学的釣合い層として作用可能であるようにするため、ポリウレタンで出来た端部キャップを使用するか、又はこれと代替的に、接着材料を均一に被覆すれば十分であることもある。この音響ポートにより発生されたビームパターンは、形成すべき画像面の所望の程度を覆う大きい面積を非音伝導化するのに十分に広くなければならない。この目的のため、ビームパターンは、典型的に２方向（送信及び受信）エコーに対し半最大強度角度にて形成すべき面にて測定した「円錐形」ビームよりも少なくとも６０°広くなければならない。配列の好ましい設計は、６４個の又はより多数の要素を有し、変換器の鋸切断ピッチは、カテーテル配列の直径をその配列中の要素の数で割った値にｐｉを掛けた値に等しい。１．１３ｍｍの有効配列直径及び６４個の要素の場合、このピッチは０．０５５ｍｍである。２つの連続的な配列要素を「単一」の有効なＬＥモード音響ポートとして使用すれば、必要な６０°の全幅半最大（「ＦＷＨＭ」）数値の利点を生じさせる十分に均一なビームパターンを提供することができる。この場合、この「単一」フォワードルッキングポートの開口は約０．０８０ｍｍ×０．０８５ｍｍである（ここで、０．０８５ｍｍはピッチ直径から切口の幅０．０２５ｍｍの値を差引いた値の２倍である）。
【００４４】
この変換器の設計はまた、変換器ブロックに切欠きが不要な形態も含むことができる。この場合、被駆動電極は、変換器要素の１つの面に沿って全て存在し、接地電極すなわち基準電極は要素の反対側に沿って全て存在するようにすることができる。変換器の長い枢軸方向長さはＬＥモードにて半波長で共鳴し、厚さ寸法はその厚さ方向にＴＥモード共鳴を発生させることを許容する。この設計が作用可能であるようにするためには、ＬＥ及びＴＥモード共鳴周波数を極めて相違させ、適正なＴＥモード仰角ビーム焦点を保ち得るようにする。一例として、カテーテルから半径方向に３ｍｍの距離にて十分に狭小な２０ＭＨｚＴＥモード仰角ビーム幅に対する要素の作用領域の長さを保つためには、要素の長さが約０．５ｍｍにする必要がある。この場合、ＬＥモードにて形成される半波共鳴周波数は約３ＭＨｚとなろう。この設計は、二重モード画像化に使用することができるが、１０ＭＨｚ画像化がフォワードルッキング画像面を提供することができるという合焦上の利点はない。フォワード周波数が１０ＭＨｚ付近に保たれるが、サイドルッキングモードに対する必要な周波数は劇的に増大するその他の設計も可能であり、この設計はそれ自体有用ではあるが、要素の数を増大させると同時に且つ（又は）配列要素のピッチ寸法を減少させることを必要とすることにより、この設計を複雑にするものである。
【００４５】
２．システムの作用
ホスト処理システムは、配列要素の選択及びステッピング過程を制御し、これにより、１つの要素、２つの要素の対又は組み合わせたその他の多数の要素は同一の情報を送信し又はその他の要素が戻りエコー情報を受信するようにする。所望の配列の作動可能なモードは、カテーテル配列の端部から前方向にエコー情報を送信し且つ受信するＬＥ共鳴モードである。上述したように、発生されたＬＥモードエコーは、主として、周波数帯域を制限することにより（変換器の構造的設計及び電気的帯域選択フィルタの双方により）、また、エコー選択フィルタの１つの型式としてビーム形成再構成過程を通じて、ＴＥモードエコーから隔離することができる。
【００４６】
フォワードルッキング断面Ｃ−モードにて作動する間、面分解能の点にて可能な限り最良の画像を形成するため、配列全体の直径を最大開口の寸法として使用する。このことは、一般に、再構成された面内の何れの箇所でも高品質の画像分解能を形成するのに必要な最小数のクロス乗積エコーを集めるため、好ましくはスパース標本化作動モードで配列の全体を通じる要素の位置にて要素のエコー標本化が行われることを意味する。
【００４７】
「完全なデータセット」（例えば、６４×３２）、又は図１０及び図１１に図示するように要素のスパース標本化（例えば、６４×３２以下）の何れかを使用してカテーテル配列の全体を通じて要素から捕集された送信−受信エコーのコントリビューションを使用することにより、ＦＷＨＭ主要ビームの分解能は「サイドルッキング」断面画像の２０ＭＨｚ分解能に近いものとなる。このことは、「フォワードルッキング」エコー周波数は、「サイドルッキング」周波数の約２分の１であるが、前景モードに対し使用可能な開口は、最大のサイドルッキング開口の約１．６倍であるからである（例えば、最大のサイドルッキング開口は約０．７ｍｍであり、前方開口は約１．１５ｍｍである）。１０ＭＨｚのフォワードルッキング設計の場合、深さ３ｍｍにて再構成された画像面におけるＦＷＨＭ主要ローブの分解能は、約０．３９ｍｍであり、５ｍｍの距離にて０．６５ｍｍの分解能である。
【００４８】
「フォワードルッキング」に対するエコー周波数として１０ＭＨｚを使用する設計にて利用可能なビームの回折が制限されるため、配列の全体を通じてエコーのコントリビューションから高レベルの分解能にて再構成し且つ表示することのできるＣ−モード画像の直径は、再構成されたＣ−モード画像面とカテーテルの末端との間の距離に関係する。カテーテルの端部から３ｍｍの位置にて、Ｃ−モード画像の直径は約２．３ｍｍ、５ｍｍの距離にて画像の直径は４．６ｍｍ、７ｍｍの距離にて画像の直径は６．９ｍｍとなる。
【００４９】
ホスト処理システムは、変換器要素の選択及び配列の周りのステッピングを制御することに加えて、送信パルスタイミング、エコーパルスを圧縮するための任意の釣合ったフィルタの使用及びシステム内のエコー帯域通過フィルタの処理経路を制御する。増幅され且つ処理されたアナログエコー信号はエコー信号の動的範囲を保存し得るように十分なビット数にてデジタル化され且つビームフォーマの処理部分に送られる。ビームフォーマの部分は、対象とする開口内に存在するスパース配列の標本化（又はこれと代替的に、６４×３２の送信−受信要素対の全体的な完全な配列のエコーデータセット）から保存されたエコーデータを使用する。要素のエコー標本化が図１０及び図１１に図示するように、円形の配列１１０８の周りで連続的に続行されるため、その配列の周りの「完全なトリップ」の数は、１つの画像ベクトル線１１０２を再構成するのを許容するのに十分な数のエコークロス乗積（好ましいスパース標本化法にて１０５以内）を捕集し得るようにされる。クロス乗積標本化が配列の周りで続行するとき、「より古い」エコークロス乗積の捕集分は新たなサンプルと置換され、次の画像ベクトルが形成される。この過程は、配列の周りのその要素のクロス乗積のコントリビューションを標本化しつつ、新たな画像のベクトルを形成し得るようある角度で回転させて繰り返す。
【００５０】
図１１において、末端カテーテル配列及びフォワードルッキング画像の重なり合いである図１０のビュー「Ａ」１００４が図示されている。部品１１０２として図示した変換器要素Ｎｏ．１、Ｎｏ．２は、送信（Ｔｘ）変換器要素の開始位置を示す。部品１１０６として図示された変換器要素Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３はＲｘ変換器要素の開始位置である。ベクトル１００２に対するエコーデータを捕集するためには、合計１０５のクロス乗積を全て配列の周りで捕集する。回転矢印１１０８は、配列の周りのＲｘ要素のステッピング方向を示す。Ｒｘステッピングは、略要素Ｎｏ．５２（例えば、６４−１２＝５２）にて停止させることが好ましい。Ｔｘが同一の「回転」方向に増分された後に、Ｒｘを後方にステッピングすることによりステッピングは続行する。勿論、全てのクロス乗積のＴｘ−Ｒｘ項が捕集されるとは限らない。好ましくは、１つが一次空間周波数をとり、クロス乗積を１０５に制限するため捕集を続行するようにする。
【００５１】
「サイドルッキング」画像の処理にて説明したのと同一の方法にて、ベクトルエコーデータは、エコーデータのエンベロープを検出し且つＲＦキャリアを棄却することを通じて処理される。最後に、ビデオディスプレイのため、データをラスタースキャンすべく座標変換過程を行って、エコーデータの半径方向ベクトル線を描く。
【００５２】
この処理システムは、ホストコントローラを通じて、「サイドルッキング」方向に沿って目標物を相関−追跡するか（「サイドルッキング」アプローチ法に関して上述したように処理を行いつつ）、又は「フォワードルッキング」エコー経路に対し平行な方向への目標物の動きに相応するエコー周波数の変化を標準的なドップラー処理することの何れかにより、「フォワードルッキング」目標物（血液細胞のような）の速度を検出することもできる。目標物（例えば、血液）の速度情報は、ビデオディスプレイに１つのカラーとして表示することができる。この速度のカラー情報は、画像のディスプレイ上に重ね合わせ、ユーザが身体部位の情報と目標物の動作の情報を同時に見ることを許容する。
【００５３】
【フォワードルッキング矢状断面Ｂ−モードの作用】
カテーテル画像化装置の「フォワードルッキング」作用の有利な点は、さもなければカテーテルが物理的に縦断することのできないであろう、カテーテルの前方の対象物の像を見ることができることである。「フォワード」Ｂ−モード面の画像化方法は、カテーテルの中心枢動に対し平行で且つカテーテル配列の端部に対し末端方向である任意の面内に存在することが可能な断面の平面状「セクター」画像を生じさせる（図３参照）。この画像化モードは、更に、僅かに面外に傾動させた画像の「セクター」画像（図３参照）を生じさせるために使用することができ、また、対象とする前方の目標物領域の多次元的特徴を鮮明に示す形態にてユーザが前景画像の多数のスライスを見ることを許容すべく全体としてカテーテル枢軸の周りで回転される個々の又は組みの画像「セクター」を生じさせる。このフォワードＢ−モード画像化（Ｃ−モード面の画像化と同様に）は、全体として、カテーテル装置の長枢軸に対し平行に移動する目標物からのドップラーエコー信号を検出し且つカラー画像ディスプレイするため音響ビームを理想的に位置決めすることを利用する。
【００５４】
１．変換器の作用
「フォワードルッキング」Ｂ−モードの画像形態を形成するときの変換器の作用は、「フォワードルッキング」Ｃ−モード画像を形成するため上述したものと実質的に同一である。この「二次的」モードにおける変換器は、結合効率を表わすｋ31電気−機械的結合係数を利用して、長さ拡張（ＬＥ）共鳴状態にて作用する。Ｃ−モード画像の形成の場合と同様に、「前方」方向に向けた広いビームを形成するため、任意の時点で使用される要素の数は、必要とされる６０°のＦＷＨＭビーム幅性能を生じさせるように選ばれる。より高周波数のＴＥ共鳴に対して上述したモードの隔離技術は、このフォワードＢ−モード画像化技術にも同様に有効である。
【００５５】
しかし、高帯域幅のエコー信号にて（低帯域幅エコー信号も使用できるが、画像の分解能が多少失われる）「フォワード」Ｃ−モード画像化を作用させることが単に好ましい場合、「フォワード」Ｂ−モード画像化において、「フォワード」Ｂ−モード画像の「軸方向」分解能を維持するため高帯域幅エコー信号（エコーの部分帯域幅が３０％以上）のみが使用されることが必要である。「フォワード」Ｂモード画像における横方向分解能は、画像の再構成のために使用される開口（配列の直径）によって決まる（Ｃ−モード画像面の分解能と同様に）。横方向分解能の性能は、カテーテルの末端から色々な深さに対し上述した通りである（すなわち、Ｃ−モード画像化の場合の説明と同様である）。
【００５６】
２．システムの作用
「フォワードルッキング」Ｂ−モード画像形態を形成するときのシステムの作用は、殆んど、「フォワードルッキング」Ｃ−モード画像を形成するため上述したものと同一であるが、ビーム形成過程にて捕集されたエコー信号を使用して、Ｃ−モード画像面ではなくて、カテーテルの末端にて円形の配列の中央を効果的に切る面内にて「フォワード」矢（じり）状Ｂ−モード画像化を形成する点が相違する。
【００５７】
図９に図示したホスト処理システムは、配列要素の選択及びステッピング過程を制御し、これにより、１つの要素、２つの要素対又は組み合わせたその他の多数の要素は、エコー情報を送信し、同一又はその他の要素が戻りエコー情報を受信する。意図する配列の作動モードは、エコー情報をカテーテル配列から前方に向けて送信し且つ受信するためのＬＥ共鳴モードである。上述したように、発生されたＬＥモードエコーは、主として周波数帯域の制限により（変換器の構造上の設計及び電気的帯域選択フィルタの双方により）、また、エコー選択フィルタの１つの型式としてビーム形成の再構成過程によりＴＥモードエコーから隔離することができる。
【００５８】
「フォワードルッキング」矢（じり）状Ｂ−モードにて作動する間に、面分解能の点にて可能な限り最良の画像を生じさせるため、配列直径の全体を最大開口寸法として使用する。このことは、全体として、要素エコーの標本化は、再構成した面内の何処でも高品質の画像分解能を実現するために必要とされる最小数のクロス乗積エコーを集めるため、好ましくは、スパース標本化作動モードにて配列の全体に亙る要素の位置にて行われるようにすることを意味する。「完全なデータセット」（例えば、６４×３２）又は要素のスパース標本化（例えば、６４×３２以下）の何れかを使用してカテーテル配列の全体に亙って要素から捕集された送信−受信エコーのコントリビューションを使用することにより、Ｂ−モード面におけるＦＷＨＭ主要ビームの横方向分解能は、「サイドルッキング」断面画像の２０ＭＨｚの分解能に近くなる。同様に、Ｃ−モード画像の場合について上述したように、１０ＭＨｚフォワードルッキング設計を使用してＢ−モード画像を形成するとき、３ｍｍの深さにて再構成された画像面内でのＦＷＨＭ主ローブ横方向分解能は、約０．３９ｍｍであり、５ｍｍの距離にて、０．６５ｍｍの分解能となる。
【００５９】
「フォワードルッキング」に対するエコー周波数として１０ＭＨｚを使用する設計にて利用可能なビーム回折が制限されるため、配列の全体を通じてエコーコントリビューションから高レベルの分解能にて再構成し且つ表示することのできるＢ−モードセクター画像の幅は、画像セクター内の再構成されたＢ−モード目標物とカテーテルの末端との間の距離に関係している。カテーテルの端部から３ｍｍの距離にて、Ｂ−モード画像セクターの幅は約２．３ｍｍとなり、５ｍｍの距離では、画像セクターの幅は４．６ｍｍとなり、７ｍｍの距離では画像セクターの幅は６．９ｍｍとなる。
【００６０】
ホスト処理システムは、変換器要素の選択及び配列の周りのステッピングを制御することに加えて、送信パルスのタイミング、エコーパルスを圧縮するための任意の釣り合ったフィルタの使用、システム内のエコー帯域通過フィルタの処理経路を制御する。増幅し且つ処理されたアナログエコー情報は、エコー信号の動的範囲を維持するのに十分なビット数にてデジタル化され且つビームフォーマの処理部分に送られる。ビームフォーマ部分は、対象とする開口内に存在するスパース配列標本化からの保存されたエコーデータ（又は、代替的に、６４×３２の送信−受信要素対の全体の完全な配列エコーデータセット）を使用する。要素のエコーの標本化が円形の配列の周りで順次に続くとき、その配列の周りの「フルトリップス」の数は、１つの画像ベクトル線を再構成することを許容するのに十分な数のエコークロス乗積（好ましいスパース標本化方法において１０５以内）を捕集するものとされよう。クロス乗積標本化が配列の周りで続行されるに伴い、「古い」エコークロス乗積の採取は、新しい標本と置換され、次の画像ベクトルが形成される。この過程は、配列の周りでその要素のクロス乗積のコントリビューションを標本化しつつ、配列内である角度で回転させて続行し、新しい画像のベクトルを形成する。
【００６１】
単一の「フォワードルッキング」矢（じり）状Ｂ−モード画像面を形成するために使用した方法は、カテーテルの中心軸線と一致するか、又はそれ自体がカテーテルの中心軸から僅かに傾いた枢軸の周りの多数の回転した矢状面を形成し得るように拡張することができる。十分な回転面が採取されたならば、ビーム成形システムがこの多次元的容積を通じて任意の斜めの「スライス」を再構成し且つ表示する能力を備えることになり、Ｂ−モード又はＣ−モードの視覚化が２−Ｄセクターの形態、２−Ｄ（２次元）円形の形態又はその他の多次元的形態の何れかで形成される。また、エコーデータの量は従来の３−Ｄ（３次元）図形エンジンにオフロードし、このエンジンは所望の画像形態を形成して、改良された視覚化を可能にする特徴を備える。「フォワードルッキング」Ｃ−モード画像の処理に関して説明したのと同一の仕方にて、ベクトルエコーデータは、エコーデータのエンベロープの検出及びＲＦキャリアの棄却を通じて処理される。最後に、座標変換過程を行ってエコーデータの半径方向ベクトル線を「フォワードルッキング」Ｂ−モードの画像のビデオセクター形態のディスプレイに描く。
【００６２】
この処理システムは、ホスト制御を通じて、「フォワードルッキング」方向に沿って目標物を相関−追跡するか（「サイドルッキング」アプローチ法に関して上述したように処理することにより）、又は「フォワードルッキング」Ｂ−モード面内で「フォワードルッキング」エコー経路に対し平行な方向への目標物の動きに相応するエコー周波数の変化を標準的にドップラー処理することの何れかにより、「フォワードルッキング」する目的物（血液細胞のような）の速度の検出を行うこともできる。目標物（例えば、血液）の速度情報は、ビデオディスプレイに１つのカラーとして表示することができ、この速度のカラー情報は、画像ディスプレイと重ね合わせてユーザが身体部分の情報及び目標物の動作情報を同時に見ることを許容する。
【００６３】
本発明は多数の重要な特徴及び有利な点を有している。本発明は、何らの可動部品を使用せずに、多数の面内の組織を画像化するため使用可能である超音波画像化変換器及び方法を提供する。本発明は、フォワード及びサイド画像化モードの双方にて作用可能であり、また、処理方法が行われている間、画像化を行うことを許容する。このように、例えば、本発明は、フォワードルッキングＣ−モードにて作用すると同時に、レーザファイバ束のような治療装置を使用して組織を融除し又は組織を光化学療法することの何れかによりカテーテルの先端の前方の組織（例えば、横断不能な動脈閉塞物）を治療するために使用することができる。レーザパルスは、超音波送信−受信過程とタイミングを合わせ、超音波画像面内で高周波数レーザに起因する組織の残響を見ることができる。このようにして、本発明は、顕微鏡下外科手術中、オペレータの視覚を動的に案内することができる。
【００６４】
本発明はまた、組織を切開する前にオペレータが組織を識別することを許容し得るように生検法又はアセレクトミー法にて使用することもできる。その有利な点は、カテーテル又は生検探針装置を目標物の組織の全体方向に文字通り向けて、これにより、的確な組織の標本を切除する必要な定固定性の方向決めに顕著に役立つ。本発明はまた、カテーテルの末端をかなり越えて存在する目標物の組織を治療するため放射線治療コアワイヤーを的確に位置決めするためにも使用することができる。
【００６５】
上記の説明から、新規で且つ改良された超音波画像化装置及び方法が提供されることが明らかである。特定の現在の好ましい実施の形態のみを詳細に説明したが、当該技術分野の当業者に明らかであるように、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱せずに特定の変更及び改変を為すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  超音波カテーテルの先端により発生された１つの画像化面を示す等角図である。
【図２】  超音波カテーテルの先端により発生された図１と異なる画像化面を示す等角図である。
【図３】  超音波カテーテルの先端により発生された図１と異なる更なる画像化面を示す等角図である。
【図４】  本発明に従って超音波変換器配列組立体を利用するガイドワイヤー及び中央末端管腔を有する超音波画像化カテーテルの１つの実施の形態の図である。
【図５】  本発明を具体化する超音波画像化カテーテルの１つの実施の形態を示す、一部切欠いた側面立面図である。
【図６】  本発明による超音波変換器要素の１つの実施の形態の拡大断面図である。
【図７】  本発明による変換器要素の相互接続技術の１つの代替的な実施の形態の側面断面図である。
【図８】  本発明に従ってその平坦な状態にて製造する間の超音波変換器配列組立体の線図である。
【図９】  本発明による超音波システムのブロック図である。
【図１０】  １つのＣ−モード画像ベクトルの方向を示すと共に、画像内のベクトルを組み立てるのに必要な配列の周りの要素のステッピングの開始状態を示す図である。
【図１１】  １つのＣ−モード画像ベクトルの方向を示すと共に、画像内のベクトルを組み立てるのに必要な配列の周りの要素のステッピングの開始状態を示す図である。
【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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