(57)【要約】本発明は、概して、血管内撮像システムに関し、具体的には、マルチモードシステムにおける処理に関する。本発明は、着信画像データを２つの信号に分割し、分割された信号のそれぞれにおいて、同一の処理ステップを行なう、撮像システムを提供する。本システムは、次いで、２つの信号を２つの処理経路を辿って送信することができる。方法は、アナログ画像信号を受信するステップと、受信された信号を処理システムに伝送するステップと、信号を分割し、第１の画像信号および第２の画像信号を生成するステップと、第１の画像信号および第２の画像信号において処理動作を行なうステップとを含む。第１および第２の信号は、実質的に、相互と同一の情報を含む。
2016501623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織を撮像する方法であって、
アナログ画像信号を超音波変換器から受信するステップと、
前記受信された信号を前記変換器に連結される処理システムに伝送するステップと、
前記信号を分割し、第１の画像信号および第２の画像信号を生成するステップであって、前記第１の画像信号は、実質的に、前記第２の画像信号の情報の全てを備える、ステップと、
前記第１の画像信号および前記第２の画像信号において処理動作を行なうステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記処理動作は、時間利得補償増幅を備え、前記方法はさらに、ＴＧＣ増幅された第１の信号をデジタル信号に変換し、ＴＧＣ増幅された第２の信号をデジタル信号に変換するステップを含み、デジタル化された第１の信号は、実質的に、デジタル化された第２の信号と同一である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分割ステップに先立って、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記処理動作は、フィールドプログラマブルゲートアレイ内で行なわれ、前記処理された第１の画像信号は、実質的に、前記処理された第２の画像信号と同一である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記処理動作は、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積プロセッサ、時間利得補償増幅器、低帯域通過フィルタ、および大規模並列処理用プロセッサアレイから成るリストから選択される１つを使用して行なわれる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第１のタイプの画像を前記第１の画像信号から導出するステップと、
第２のタイプの信号を前記第２のタイプの信号から導出するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のタイプの画像は、グレースケール画像を備え、前記第２のタイプの信号は、組織特性評価を備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
１つ以上のアナログ／デジタルコンバータを使用して、前記第１の画像信号および前記第２の画像信号をデジタル化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の画像信号における付加的処理ステップおよび前記第２の画像信号における第２の処理ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
血管内超音波法撮像システムであって、
前記カテーテルの遠位部分に変換器を備え、前記カテーテルの近位部分において、処理システムに連結される、伸長カテーテル
を備え、
前記伸長カテーテルは、
アナログ画像信号を前記変換器から受信することと、
前記信号を第１の画像信号および第２の画像信号に分割し、前記第１の画像信号は、実質的に、前記第２の画像信号の情報の全てを備える、ことと、
前記第１の画像信号および前記第２の画像信号において処理動作を行なうことと、
を行うように動作可能である、システム。
【請求項１１】
前記処理システムは、
ＴＧＣ増幅された第１の信号およびＴＧＣ増幅された第１の信号を生成するように動作可能である、時間利得補償増幅器と、
前記ＴＧＣ増幅された第１の信号をデジタル信号に変換し、前記ＴＧＣ増幅された第２の信号をデジタル信号に変換するように動作可能なアナログ／デジタルコンバータであって、前記デジタル化された第１の信号は、実質的に、前記デジタル化された第２の信号と同一である、アナログ／デジタルコンバータと、
を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
分割ステップに先立って、前記アナログ画像信号をデジタル信号に変換するように構成される、アナログ／デジタルコンバータをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記処理動作を行い、処理された第１の画像信号および処理された第２の画像信号を生成するように構成される、フィールドプログラマブルゲートアレイをさらに備え、前記処理された第１の画像信号は、実質的に、前記処理された第２の画像信号と同一である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積プロセッサ、時間利得補償増幅器、低帯域通過フィルタ、および大規模並列処理用プロセッサアレイから成るリストから選択される１つをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記処理システムはさらに、第１のタイプの画像を前記第１の画像信号から導出し、第２のタイプの信号を前記第２のタイプの信号から導出するように動作可能である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１のタイプの画像は、グレースケール画像を備え、前記第２のタイプの信号は、組織特性評価を備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１の画像信号および前記第２の画像信号をデジタル化するように構成される、１つ以上のアナログ／デジタルコンバータをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１のタイプの画像は、Ｂ−モード画像であって、第２のタイプの画像は、仮想組織診画像である、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、２０１２年１２月２１日に出願された、米国仮出願第６１／７４５，３８８号の利益および優先権を主張するものであり、該仮出願の内容は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、血管内撮像システムに関し、具体的には、マルチモードシステムにおける処理に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
超音波撮像は、ヒトが聞こえる通常範囲より高い周波数における音信号を用いて、組織を検査するために、医学において使用される。例証するために、典型的トラックからのエンジン雑音は、１２４Ｈｚ音を含み得る一方、鳥は、約６，０００Ｈｚでさえずり得る。典型的血管内超音波デバイスは、４０，０００，０００Ｈｚ（すなわち、４０ＭＨｚ）で動作し得る。
【０００４】
医療用超音波では、プローブデバイスが、組織を通して音波を送信する。音波は、組織内の特徴に跳ね返り、変換器に戻る。変換器は、波を電気信号に変換し、それを画像処理システムに送信する。典型的には、画像処理システムは、電気信号をデジタル信号に変換し、これは、次いで、コンピュータモニタ（医師が患者の血管を見ることを可能にする）上に表示される、また他の分析のために記憶されることができる。
【０００５】
実際には、組織を見ることは、ＩＶＵＳの使用の１つにすぎない。いくつかのＩＶＵＳシステムは、超音波信号を分析し、患者の組織内の特徴（例えば、プラーク、死亡組織、健康な組織）を分類することを伴う、「仮想組織診」を行なうために使用される。ＩＶＵＳはまた、患者内の血流を研究するためにも使用されることができる。血液が流動する速度は、典型的には、特徴的ドップラーシグネチャを生成するであろう。本情報は、患者が、例えば、アテローム性動脈硬化またプラークのため、制限された血流に悩まされていることを識別するために役立ち得る。
【０００６】
ＩＶＵＳ信号が２回以上の使用に供され得るというまさにその事実が、ＩＶＵＳシステムの設計および保守における課題と関連付けられる。ある意図される用途において利点をもたらす信号処理のいかなる変化も、別の最終用途において問題を生じさせ得る。例えば、いくつかの超音波システムでは、変換器からの遷移共振は、視覚的表示を損なわせる、リングダウンと呼ばれる信号を生成する。リングダウンを信号から除去する処理ステップが、システムに追加され得る。しかしながら、リングダウン信号は、仮想組織診において有用な組織に関するあるデータを提供する。したがって、システムがまた、仮想組織診のために使用される場合、リングダウンデータを仮想組織診用途のための信号に戻す、さらに別のステップが、追加されなければならない。
【０００７】
Ｍｏｏｒｅの米国特許公開第２０１１／００８７１０４号（特許文献１）は、撮像およびパラメータ（例えば、仮想組織診）分析のために、信号を「分割」する、システムについて説明している。しかしながら、そのようなシステムは、異なる信号処理経路内でタンデム動作する、重複並列ハードウェア構成要素を要求する。重複内部ハードウェアは、付加的設計および製造コストを要求するだけではなく、また、他の画像分析ツールを追加するためのシステムの後続修正に、いくつかの有意な困難点を提起する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許公開第２０１１／００８７１０４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、着信画像データを２つの信号に分割し、分割された信号のそれぞれに同一の処理ステップを行なう、撮像システムを提供する。
【００１０】
本システムは、次いで、２つの信号を２つの処理経路を辿って送信することができる。経路の一方は、医療情報を提供するために使用されるが、他の経路への後続変更または追加は、第１の経路に影響を及ぼさない。例えば、一方の経路が、グレースケール画像を提供し、他方が、仮想組織診内で使用される場合、グレースケール経路内のリングダウン減算等の処理ステップの追加は、仮想組織診経路内に補償ステップを要求せず、付加的ハードウェアも追加されない。本システムは、予想外の変更を含む、将来的変更が、複雑な手段を伴わずに対応されることができるため、柔軟性がある。システムの柔軟性は、新しいモダリティが新しい処理ハードウェアまたは技術的努力を伴わずに実装されることができるという事実のため、医療撮像動作の寿命時間動作コストを低減させる。より低い動作コストは、医療撮像システムの使用が、多くの患者に到達し、多くの命を救うことを可能にする。
【００１１】
ある側面では、本発明は、アナログ画像信号を超音波変換器から受信するステップと、受信された信号を処理システムに伝送するステップと、信号を分割し、第１の画像信号および第２の画像信号を生成するステップと、処理動作を第１の画像信号および第２の画像信号において行なうステップとを含む、組織を撮像する方法を提供する。第１および第２の信号は、実質的に、相互に同一の情報を含む。例えば、画像信号は、分割されることができ、次いで、各コピーは、時間利得補償の方法として増幅されることができる。２つのＴＧＣ増幅された信号は、次いで、並行してデジタル化されることができる。代替として、アナログ信号は、分割に先立って（例えば、その直前に）、デジタル化されることができる。両信号に行なわれる処理は、同一のプロセッサ内で行なわれることができる。例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイが、各信号に対して同一のものを並行して行なう、冗長論理とともに展開されることができる。代替として、または加えて、プロセッサは、特定用途向け集積回路、汎用マイクロプロセッサ、または他のハードウェアを含み得る。信号はまた、増幅器またはフィルタ等のハードウェアによって処理されることができる。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、異なるタイプの画像または信号（例えば、２Ｄ表示および仮想組織診分析）を第１および第２の信号から導出するステップを含む、すなわち、第１のタイプの画像は、グレースケール画像を備え、第２のタイプの信号は、組織特性評価を備える。
【００１２】
関連側面では、本発明は、カテーテルの遠位部分変換器を伴い、カテーテルの近位部分において、処理システムに連結される、伸長カテーテルを含む、血管内超音波法撮像システムを提供する。本システムは、アナログ画像信号を変換器から受信し、信号を第１の画像信号および第２の画像信号に分割し（第１の画像信号は、実質的に、第２の画像信号の情報の全てを備える）、第１の画像信号および第２の画像信号において処理動作を行なうように動作可能である。本システムはさらに、ＴＧＣ増幅された第１の信号およびＴＧＣ増幅された第１の信号を生成するように動作可能な時間利得補償増幅器、アナログ／デジタルコンバータ、処理動作を行なうように構成されるフィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積プロセッサ、低帯域通過フィルタ、および大規模並列処理用プロセッサアレイのうちの１つ以上を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明のある実施形態による、ＩＶＵＳシステムを示す。
【図２】図２は、撮像システムのための制御ステーションを示す。
【図３】図３は、撮像システムの制御ステーションの制御パネルを示す。
【図４】図４は、ある実施形態のコンピュータデバイスの構成要素を説明する。
【図５】図５は、処理回路の概略を提供する。
【図６】図６は、画像のための２つの経路における超音波信号処理の略図である。
【図７】図７は、超音波画像のためのマルチ経路信号処理方式を示す。
【図８】図８は、画像およびパラメータ分析のための信号処理方式を示す。
【図９】図９は、柔軟性のためのマルチ経路信号処理方式を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、着信画像データを２つの信号に分割し、分割された信号のそれぞれに同一の処理ステップを行なう、撮像システムを提供する。
【００１５】
図１は、本発明のある実施形態による、例示的ＩＶＵＳシステム１０１の略図を示す。オペレータは、制御ステーション１１０および随意のナビゲーションデバイス１２５を使用して、患者インターフェースモジュール（ＰＩＭ）１０５を介して、カテーテル１１２を動作させる。カテーテル１１２の遠位先端には、超音波変換器１１４がある。コンピュータデバイス１２０は、ＰＩＭ１０５と協働し、撮像動作を協調させる。撮像動作は、音波インパルスが患者の組織に送信される結果をもたらす、一連の電気インパルスを変換器１１４に伝送しながら、カテーテル１１２を介して、撮像機構を回転させることによって進められる。超音波インパルスからの後方散乱は、変換器１１４によって受信され、解釈され、モニタ１０３上に画像を提供する。システム１０１は、患者の末梢および冠状血管系の診断超音波撮像の間、使用するために動作可能である。システム１０１は、自動的に、境界特徴を視覚化し、血管特徴のスペクトル分析を行い、定質的または定量的血流データ、またはそれらの組み合わせを提供するように構成されることができる。本発明と併用するために好適なＩＶＵＳのためのシステムは、米国特許第６，６７３，０１５号、米国特許公開第２０１２／０２６５０７７号、および米国特許第ＲＥ４０，６０８Ｅ号に論じられており、その内容は、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として組み込まれる。
【００１６】
システム１０１の動作は、滅菌単回使用血管内超音波法撮像カテーテル１１２を採用する。カテーテル１１２は、血管造影誘導下、冠状動脈および末梢血管系の脈管の中に挿入される。カテーテルは、米国特許第７，８４６，１０１号、米国特許第５，７７１，８９５号、米国特許第５，６５１，３６６号、米国特許第５，１７６，１４１号、米国特許公開第２０１２／０２７１１７０号、米国特許公開第２０１２／０２３２４００号、米国特許公開第２０１２／００９５３４０号、米国特許公開第２００９／００４３１９１号、米国特許公開第２００４／００１５０６５号に説明されており、その内容は、あらゆる目的のために、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。システム１０１は、既存のおよび新しく留置されたカテーテル処置室（すなわち、「カテーテルラボ」または「血管造影室」）に統合されてもよい。システム構成は、既存のカテーテル処置室ワークフローおよび環境に適合するための柔軟性がある。例えば、システムは、ベッドサイド搭載ジョイスティックであり得る、ナビゲーションデバイス１２５等のハードウェアのための業界標準的入力／出力インターフェースを含むことができる。システム１０１は、ＥＫＧシステム、診察室モニタ、ベッドサイドレール搭載モニタ、天井搭載診察室モニタ、およびサーバ室コンピュータハードウェアのうちの１つ以上のためのインターフェースを含むことができる。
【００１７】
システム１０１は、タイプＣＦ（直接心臓用途のために意図される）除細動器保護隔離境界を含有し得る、ＰＩＭ１０５を介して、ＩＶＵＳカテーテル１１２に接続する。患者環境内の全ての他の入力／出力インターフェースは、一次および二次保護アース接続の両方を利用して、エンクロージャ漏れ電流を制限してもよい。コントローラ１２５および制御ステーション１１０のための一次保護アース接続は、ベッドサイドレールマウントを通して提供されることができる。二次接続は、直接、ベッドサイド保護アースシステムへの安全接地線を介してもよい。モニタ１０３およびＥＫＧインターフェースは、モニタおよびＥＫＧシステムの既存の保護アース接続と、ベッドサイド保護アースバスから主要シャーシ等電位化ポストへの二次保護アース接続とを利用することができる。モニタ１０３は、例えば、標準的ＳＸＧＡ（１２８０×１０２４）診察室モニタであってもよい。システム１０１は、コンピュータデバイス１２０を含み、動作を協調させる。
【００１８】
コンピュータデバイス１２０は、概して、メモリに連結される１つ以上のプロセッサを含む。例えば、汎用マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、大規模並列処理用処理アレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、その他、またはそれらの組み合わせ等、任意の好適なプロセッサが、含まれることができる。いくつかの実施形態では、コンピュータ１２０は、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）  ＸＰプロフェッショナル等のオペレーティングシステムを使用して、高性能デュアルＸｅｏｎベースのシステムを含むことができる。コンピュータ１２０は、単一デバイス（例えば、デスクトップ、ラップトップ、またはラック搭載ユニット）として提供されてもよく、またはコンピュータ１２０は、ともに連結される異なる機械（例えば、Ｂｅｏｗｕｌｆクラスタ、サーバのネットワーク、ローカルクライアント端末と動作するサーバ、他の配列、またはそれらの組み合わせ）を含んでもよい。
【００１９】
コンピュータデバイス１２０は、２つ以上の画像モダリティ上で処理を行なうように構成されてもよい（例えば、並列で）。例えば、コンピュータ１２０は、同時に、仮想組織診（ＶＨ）と称される組織分類アルゴリズムを実行しながら、リアルタイム血管内超音波法撮像と動作してもよい。アプリケーションソフトウェアとして、ＤＩＣＯＭ３準拠インターフェース、ワークリストクライアントインターフェース、血管造影システムに接続するためのインターフェース、またはそれらの組み合わせが挙げられ得る。コンピュータデバイス１２０は、別個の制御室、診察室、または機器室内に位置してもよく、カスタム制御ステーション、第２の制御ステーション、ジョイスティックコントローラ、タッチパッドを伴うＰＳ２キーボード、マウス、または任意の他のコンピュータ制御デバイスのうちの１つ以上に連結されてもよい。
【００２０】
コンピュータデバイス１２０は、概して、周辺機器を接続するための１つ以上のＵＳＢまたは類似インターフェースを含んでもよい。接続のために利用可能なＵＳＢデバイスとして、カスタム制御ステーション、随意のジョイスティック１２５、およびカラープリンタが挙げられる。いくつかの実施形態では、コンピュータ１２０は、ＵＳＢ２．０高速インターフェース、１０／１００／１０００  ｂａｓｅ  Ｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワークインターフェース、ＡＣ電源ジャック、ＰＳ２ジャック、等電位化ポスト、１  ＧｉｇＥ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）インターフェース、マイクロホンおよびラインジャック、ＶＧＡビデオ、ＤＶＩビデオインターフェース、ＰＩＭインターフェース、ＥＣＧインターフェース、他の接続、またはそれらの組み合わせのうちの１つ以上を含む。図１に示されるように、コンピュータデバイス１２０は、概して、制御ステーション１１０にリンクされる。
【００２１】
図２は、ある実施形態による、制御システム１１０を示す。制御ステーション１１０は、コンピュータ端末等の任意の好適なデバイスによって提供されてもよい（例えば、キオスク上に）。いくつかの実施形態では、制御システム１１０は、カスタム形状因子を伴う専用デバイスである。スライドアウトキーボードが、手動テキスト打ち込みのために、底部に位置する。制御ステーション１１０は、異なる据付選択肢のために設計されてもよい。ステーションは、直接、デスクトップ表面上に設置されることができる。随意のベッドサイド搭載キットを用いて、制御ステーション１１０は、直接、ベッドサイドレールに添着されることができる。本搭載キットは、レール上を滑動され、２つのつまみねじを緊締することによって、定位置に固定される。制御ステーション１１０は、下側に標準的４穴ＶＥＳＡマウントを含み、他の搭載構成を可能にすることができる。制御システム１１０は、頻繁に動作される機能が一意のスイッチにマップされる、使用が容易なインターフェースを提供してもよい。制御ステーション１１０は、標準的ＵＳＢ１．１インターフェースを使用して、コンピュータ１２０から給電され、それと通信してもよい。システムは、制御パネル１１５を含んでもよい。いくつかの実施形態では、複数の制御パネル１１５が、診察室および／または制御室の両方に搭載される。本発明と併用するための制御ステーションは、米国特許第８，２８９，２８４号に論じられ、その内容は、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として組み込まれる。
【００２２】
図３は、ある実施形態による、制御システム１１０の制御パネル１１５を示す。頻繁に動作される機能は、接点開閉スイッチにマップされる。それらのドームスイッチは、膜オーバーレイで被覆される。ドームスイッチの使用は、開閉に応じて、触知フィードバックをオペレータに提供する。制御パネル１１５は、システムのグラフィカルユーザインターフェース上のポインタをナビゲートするためのトラックボール等のポインティングデバイスを含んでもよい。
【００２３】
制御パネル１１５は、いくつかの画面選択キーを含んでもよい。設定キーは、日付および時間のようなシステム設定を変更するために使用され、また、デフォルト構成の設定および編集を可能にする。ディスプレイキーは、印刷のための拡大図を提供するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、印刷キーは、画面上の現在の画像の６×４インチ写真を印刷する。制御パネル１１５は、リングダウン減算の動作をトグルする、リングダウンキーを含んでもよい。クロマキーは、血流動作をオンおよびオフにすることができる。ＶＨキーは、仮想組織診エンジンを動作させることができる。記録、停止、再生、およびフレーム保存キーが、ビデオ動作のために含まれる。典型的には、ホームキーは、ライブ画像を表示するように動作するであろう。メニューキーは、直径、長さ、および境界等の測定選択肢へのアクセスを提供する。ブックマークは、ループを記録し、具体的着目面積を選択する間に使用されることができる。選択（＋）およびメニュー（−）キーは、選択を行なうために使用される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、システムは、ナビゲーションデバイス１２５のためのジョイスティックを含む。ジョイスティックは、ベッドサイドからグラフィカルユーザインターフェース上のカーソルを移動させるために使用される、密閉された市販のＵＳＢポインティングデバイスであってもよい。システム１０１は、制御室モニタ、例えば、ネイティブ画素分解能１２８０ｘ１０２４を伴い、ＤＶＩ−Ｄ、ＤＶＩ−Ｉ、およびＶＧＡビデオ入力に対応する、市販の１９インチフラットパネルモニタを含んでもよい。
【００２５】
制御ステーション１１０は、ＰＩＭ１１５に動作可能に連結され、そこから、カテーテル１１２が延在する。カテーテル１１２は、先端に位置する、超音波変換器１１４を含む。任意の好適なＩＶＵＳ変換器が、使用されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、変換器１１４は、合成開口撮像要素として駆動される。撮像変換器１１４は、直径約１ｍｍおよび長さ２．５ｍｍであってもよい。ある実施形態では、変換器１１４は、例えば、硝酸鉛ジルコニウムまたはＰＺＴセラミック等の圧電構成要素を含む。変換器は、（例えば、６４の）要素のアレイとして提供され、例えば、Ｋａｐｔｏｎフレキシブル回路基板に接合され、１つ以上の集積回路を提供してもよい。本印刷回路アセンブリは、中心金属管の周囲に巻回され、音響支持材料で裏充填され、カテーテル１１４の先端に接合されてもよい。いくつかの実施形態では、信号は、カテーテル１１２の全長に延設される、（例えば、７つの）複数のワイヤを介して、システムにパスされる。ワイヤは、一端において、変換器フレックス回路に、他端において、ＰＩＭ１０５内の噛合コネクタに接合される。ＰＩＭコネクタはまた、コンフィギュレーションＥＰＲＯＭを含有してもよい。ＥＰＲＯＭは、カテーテルのモデルおよび製造番号ならびにシステムによって使用される較正係数を含有してもよい。ＰＩＭ１０５は、患者電気絶縁、ビーム操向、およびＲＦ増幅を提供する。ＰＩＭ１０５は、加えて、ローカルマイクロコントローラを含み、システムの性能を監視し、通信の喪失またはシステム故障の場合、ＰＩＭを公知の安全状態にリセットしてもよい。ＰＩＭ１０５は、低速ＲＳ２３２シリアルリンクを介して、コンピュータデバイス１２０と通信してもよい。
【００２６】
図４は、ある実施形態による、コンピュータデバイス１２０の構成要素を説明する。コンピュータデバイス１２０は、ＩＶＵＳ信号発生および処理システムを含む、マザーボード１２９を含んでもよい。図４は、高レベル略図を提供し、その中に示される任意のボックスは、ハードウェアのユニット、ハードウェアの１つ以上の部品によって行なわれるべき機能性のユニット、ソフトウェアのモジュール、またはそれらの組み合わせを表すために描かれ得る。信号発生および処理システムは、アナログ印刷回路アセンブリ（ＰＣＡ）１３１と、デジタルＰＣＡ１３３と、１つ以上のフィルタモジュールと、ＶＨボード１３５とを含んでもよい。アナログＰＣＡ１３１およびデジタルＰＣＡ１３３は、カテーテル１１２を介して、変換器１１４を励起させ、グレースケールＩＶＵＳ信号を受信および処理するために使用される。ＶＨボード１３５は、ＩＶＵＳ  ＲＦ信号を捕捉および前処理し、それらをコンピュータプロセッサシステム（例えば、デュアルＸｅｏｎプロセッサ）によって起動されるような主要ＶＨ処理アルゴリズムに転送するために使用される。ＰＩＭ１０５は、直接、アナログＰＣＡ１３１に接続される。図４に描写されるもの等のコンピュータを含む、コンピュータシステムは、本発明の信号処理を行なうように構成されることができる。例示的信号処理およびシステムは、したがって、米国特許第８，２９８，１４７号、米国特許第８，１８７，１９１号、米国特許第６，４５０，９６４号、米国特許第５，４８５，８４５号、米国特許公開第２０１２／０２２０８７４号、米国特許公開第２０１２／０１８４８５３号、および米国特許公開第２００７／０２３２９３３号に論じられており、その内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【００２７】
図５は、本発明のある実施形態による、アナログＰＣＡ１３１およびデジタルＰＣＡ１３３の概略を提供する。アナログＰＣＡ１３１は、増幅器１４１と、帯域通過フィルタ１４５と、ミキサ１４９と、低域通過フィルタ１５３と、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１５７とを含むように示される。ここでは、着信信号は、帯域通過フィルタリング直後、ミキサ１４９によるミキシングに先立って、分割される。ミキサ１４９は、同一の信号の２つ以上のコピーのそれぞれに同一の機能を行なう。次いで、低域通過フィルタ１５３は、同一の信号の２つ以上のコピーのそれぞれに同一の低域フィルタリング機能を行なう。最後に、ＡＤＣ１５７は、同一の信号の２つ以上のコピーのそれぞれをデジタル信号に変換し、および同一のデジタル信号の２つ以上のコピーのそれぞれは、処理のために、取得ＦＰＧＡ１６５に送信される。アナログボード１３１はさらに、ＰＩＭ１０５のためのインターフェースモジュール１６１と、クロックデバイス１６９とを含む。
【００２８】
本発明は、予想外の利点が、信号を分割し、分割された信号の各コピーに同一の信号処理動作を行なう反直感的プロセスを行なうことによって提供され得るという洞察を組み込む、システムおよび方法を提供する。確立された考えは、信号を分割し、分割された信号の各コピーに異なる動作を行なうことを示唆する。ここでは、コンピュータ１２０は、経路を分割し、各経路に同一の処理動作を行なうため、システムは、異なる処理動作を要求するであろう将来的変更に容易に適合可能である。ある特定の実施例では、信号は、仮想組織診におけるように、撮像された組織を特性評価するために使用される、パラメータ処理動作に従って処理される。いくつかの実施形態では、仮想組織診用途は、例えば、コンピュータ処理システムによって供給されるような相互接続人工ニューロンを備えるニューラルネットワークを利用する、処理ステップを伴う。仮想組織診では、ニューラルネットワークは、組織を特性評価し、着信データセットから組織特性を推測するように教示されることができる。いくつかの実施形態では、効果的にするために、組織分析ニューラルネットワークは、ニューラルネットワークが動作する対象信号と同一の経路に従って処理される信号に関して訓練されるべきである。ニューラルネットワークが、例えば、（例えば、モニタ上に）画像を提供するためにも使用されるＩＶＵＳシステムから信号を受信している場合、ＩＶＵＳ処理経路の変更は、ニューラルネットワークの能力を低下させるであろう。例えば、ＩＶＵＳを使用している医師が、リングダウン減算をオンおよびオフにすることを所望する場合、異なる信号が、ＶＨ用途において、標準以下の結果を生成し得る。ある場合には、ＩＶＵＳ撮像における新しい洞察は、信号処理の上流変化を必要とし得る。例えば、ミキサ１４９を使用して、ＩＶＵＳ信号に新しいグラフィックイコライゼーションを実装することを所望し得る。単一信号が、ミキサ１４９に入り、その後、分割される場合、グラフィックイコライゼーションの実装は、ニューラルネットワークを再訓練することを要求するであろう。すなわち、既存のニューラルネットワーク学習は、もはや有用ではなくなるであろう。システムが、図５に描写されるように、分割された上流のミキサ１４９とともに展開される場合、ミキサ１４９が、システムが最初にインストールされたとき、両方の経路に同一の機能を行い得る場合でも、システムは、ニューラルネットワークを中断させずに、実装されると、新しいグラフィックイコライゼーション機能に容易に適合される。
【００２９】
本適合性は、特に、後続変更が、グラフィックイコライゼーション等の本質的に同調可能である処理パラメータを伴うとき、有用となる。グラフィックイコライゼーション（または、マルチバンド低域通過フィルタリング等の他の並列化処理）の利点の１つは、現場展開微調整を可能にすることである。信号が、同調可能プロセッサの上流で分割されない場合、他の分析モダリティ（例えば、ＶＨ、高対低周波数ＩＶＵＳ、血流特性評価、単純データストレージ、その他、またはそれらの組み合わせ）は、損なわれるであろう。図５では、帯域通過フィルタリング後、信号を分割するように描写されるが、本発明の洞察の１つは、任意の時点で信号を分割し、続いて、分割された信号に同一の処理ステップを行なうことが重要であり得るということである。例えば、いくつかの実施形態では、信号は、フィールドプログラマブルゲートアレイ等のプロセッサ内で分割され、２つの信号コピーもまた、そのプロセッサ内で処理され、プロセッサは、各信号経路に同一の動作を行なう。
【００３０】
デジタルＰＣＡ１３３は、取得ＦＰＧＡ１６５と、フォーカスＦＰＧＡ１７１と、走査変換ＦＰＧＡ１７９とを有するように描写される。フォーカスＦＰＧＡ１７１は、合成開口信号処理および走査変換を提供する。いくつかの実施形態では、単一信号が、取得ＦＰＧＡ１６５に送信され、ＦＰＧＡ１６５内で分割され、ＦＰＧＡ１６５内で二重に処理される。いくつかの実施形態では、単一信号が、取得ＦＰＧＡ１７１に送信され、ＦＰＧＡ１７１内で分割され、ＦＰＧＡ１７１内で二重に処理される。ある実施形態では、２つの同一信号が両方とも、（例えば、合成開口モダリティに従って）ＦＰＧＡ１７１内でフォーカスされ、ＦＰＧＡ１７１のフォーカシングトランジスタハードウェアの上流の任意の場所において、単一着信信号から分割される。ＦＰＧＡ１７９は、モニタ１０３上の標準的コンピュータグラフィックカードを介して、表示のために好適なデカルト座標への変換器ベクトルデータの最終走査変換を提供する。デジタルボード１３３はさらに、随意に、フェイルセーフ機構としてＰＩＭ１０５をシャットダウンするように動作可能なセーフティマイクロコントローラ１８１を含む。好ましくは、デジタルＰＣＡ１３３はさらに、ＰＣＩインターフェースチップ１７５を含む。これは、１つの例示的例証的実施形態を提供するにすぎず、当業者は、変形および代替配列が、本明細書に説明される機能を行ない得ることを認識するであろうことを理解されたい。クロックデバイス１６９および取得ＦＰＧＡ１６５は、取得シーケンスの伝送を制御するように同期して動作してもよい。
【００３１】
図６は、画像信号のマルチ経路処理の実施形態の略図を提供する。超音波（ＵＳ）変換器１１４は、伝送（Ｔｘ）された信号を受信（Ｒｘ）する。さらに、超音波（ＵＳ）伝送（Ｔｘ）および受信（Ｒｘ）後の前処理動作１３１は、任意の所望の帯域通過フィルタリング、アナログ利得、チャネル整合、復調、他のステップ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。アナログ信号は、第１の画像信号および第２の画像信号に分割され、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）は、第１の画像信号および第２の画像信号に処理動作を行なう。付加的デジタル前処理動作１３７は、平均化、スケーリング、およびＤＣオフセット補正を含むことができる。本明細書で論じられる処理動作ステップが、ここに示される以外の順序で行なわれることができることは、当業者によって理解されるであろう。撮像処理動作１４３が、次いで、行われることができ、スケーリング、フォーカス、処理、時間利得補償（ＴＧＣ）、リングダウン減算、任意の付加的処理、ログ変換、他のステップ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。最後に、画像は、例えば、任意の所望の処理（例えば、コントラスト調節）および走査変換を含む、画像調製動作１４９によって調製されることができる。
【００３２】
画像処理動作は、当技術分野において公知の任意のそのような動作または本明細書で論じられるものを含むことができ、図６に列挙されるものに限定されない、またはそれら全てを含む必要はない。一般に、帯域通過フィルタは、ある（例えば、非所望または非意図）周波数を信号から除去または減衰させるために使用される。利得は、概して、信号強度を所望の強度に調節することを指す（例えば、増幅器を用いて）。復調は、搬送信号を信号から除去するステップを含むことができる。平均化は、改良された信号対雑音比（時として、蓄積とも呼ばれる）のために、一連のＡラインを平均化することを指し得る。スケーリングは、信号の線形変換を指し得る。ＤＣオフセット補正は、一定振幅を除去または信号に追加し、略ゼロまたはゼロの平均振幅を伴うＡＣ信号を生成するステップを含むことができる。フォーカシングは、隣接するＴｘイベントからの着信音を使用して、Ａラインを改善するステップを含むことができる。時間利得補償（ＴＧＣ）は、音信号が組織を通して通過した時間量に関連するＩＶＵＳ後方散乱強度の減衰に基づいて、信号を調節し、非均一信号強度を補償することを指す。リングダウンは、リングダウン減算において除去され得る、変換器の振動からの遷移音を指す。走査変換は、２Ｄ表示に備えて、３Ｄデータセットを変換するステップを含むことができ、高速フーリエ変換によって行なわれることができる。走査変換によって、Ｂモード画像が、一式のＡラインから調製される。信号処理ステップは、米国特許第８，２８９，２８４号、米国特許第８，１８７，１９１号、米国特許第６，２５４，５４３号、米国特許第６，２００，２６８号、米国特許公開第２０１２／０２２０８７４号、米国特許公開第２０１１／００８７１０４号、および米国特許公開第２０１０／０２３４７３６号により詳細に論じられており、その内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【００３３】
図７は、信号が、前処理動作１３１の終了時のデジタル化直後に分割される、代替実施形態を示す。ここでは、付加的デジタル前処理動作１３７、撮像処理動作１４３、画像調製動作１４９、またはそれらの組み合わせのいずれかが、共有処理ステップのうちの少なくとも１つを通して、実質的に、相互と同一の情報を含有する、第１の画像信号および第２の画像信号に二重に行なわれる。
【００３４】
図８は、信号が受信され、前処理動作１３１が行われ、その後、信号が分割され、分割された信号の第１および第２のコピーがデジタル化される、実施形態を描写する。付加的デジタル前処理動作１４７が、第１および第２の信号のそれぞれに行われてもよい。さらに、第１の信号は、図６に関して前述の信号処理の全てを受ける。ここでは、第２の信号は、ＶＨ組織特性評価等のパラメータ分析に備えた処理を受ける。撮像処理動作１４３のいずれかが、第２（ＶＨ）信号経路に行われてもよいが、しかしながら、それらの任意または大部分は、行われなくてもよい。例えば、リングダウン減算は、ＶＨ経路に行われない。ここでは、ＶＨ特性評価のための最終調製動作１４９は、ニューラルネットワークによる分析を伴う、処理ステップを含むことができ、その後、画像は、組織を特性評価するために使用されることができる。
【００３５】
図９は、第２の信号経路が、後の柔軟性のために、ストレージにルーティングされる、マルチ経路信号処理方式を描写する。ここでは、第２の信号経路は、第１の信号経路によって提供される走査変換画像と同時に、直接、分析結果の生成に寄与しないが、システム１２０内で分路された第２の信号経路の存在は、分析モダリティがシステム１２０に後に追加されることを可能にする。任意の量の付加的デジタル前処理動作１３７が、分割された後、第１および第２の信号経路に行われてもよい。次いで、第２の信号経路は、ストレージにルーティングされ、記憶されることができる。第２の信号セットのストレージは、第１の信号経路の処理が経時的に変化する場合でも、第２の経路から記憶された蓄積信号が全て、同一のステップに従って処理されているため、利点を有し得る。ＶＨアルゴリズムが、導入され得、ニューラルネットワークが、記憶されたデータに関して訓練され得る。第１の経路における後続問題は、第１の経路画像を２つのデータ経路に対して較正し、どの時点において、ある変更が生じたかを確立することによって診断され得る。
【００３６】
本明細書で使用されるように、用語「ｏｒ（または）」は、別様に示されない限り、「ａｎｄ（および）またはｏｒ（または）」を意味し、時として、「ａｎｄ／ｏｒ（および／または）」として記載される、またはそのように称される。
【００３７】
（参照による引用）
特許、特許出願、特許刊行物、雑誌、書籍、論文、ウェブコンテンツ等の他の文書の参照および引用が、本開示全体を通して行なわれる。そのような文書は全て、あらゆる目的のために、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【００３８】
（均等物）
それらの示されるおよび本明細書に図示および説明されるものに加え、本発明およびその多くのさらなる実施形態の種々の修正が、本明細書に引用される科学および特許文献の参考文献を含む、本書の全内容から、当業者に明白となるであろう。本明細書における主題は、その種々の実施形態およびその均等物における本発明の実践に適合され得る、重要な情報、例示、および指針を含有する。
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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