(57)【要約】  本発明は、一般的に、複数のデータタイプの複合血管内画像を生成するためのシステム及び方法に関する。一部の実施形態では、本発明のシステム及び方法は、血管内超音波デバイスのトランスデューサに、複数の異なる種類のデータを生成させることを含み、各種類のデータがトランスデューサの異なる動作態様に基づく。１つの種類のデータに関するトランスデューサの動作態様が調整されることにより、トランスデューサは、当該１つの種類のデータについて変更されたデータを生成する。変更されたデータが受信され、変更されたデータを含む血管内画像が表示される。
2016538004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管内画像を生成するためのシステムであって、
中央処理装置（ＣＰＵ）と、
前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、
血管内超音波デバイスのトランスデューサにおいて、複数の異なる種類のデータを生成させ、各種類のデータは前記トランスデューサの異なる動作態様に基づき、
１つの種類のデータに関する前記トランスデューサの動作態様を調整することにより、前記１つの種類のデータの取得フレームレートを調整された取得フレームレートに調整させ、
前記調整された取得フレームレートで前記１つの種類のデータを受信させ、
前記調整された取得フレームレートの前記１つの種類のデータを含む血管内画像を表示させる命令を保存するための、前記ＣＰＵに結合された記憶装置と
を含む、システム。
【請求項２】
前記調整命令は、前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、前記１つの種類のデータに関する前記トランスデューサの視野を減少させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記調整命令は、前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、前記１つの種類のデータの取得分解能を下げるよう前記トランスデューサの動作態様を変更させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記調整命令は、前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、血管の部分領域から前記１つの種類のデータを取得するのに使用される前記トランスデューサのサブセットを選択させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記調整命令は、前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、
前記トランスデューサを使用して３６０°血管内画像を生成させ、
前記３６０°血管内画像を表示させ、
前記画像内の関心領域を選択させ、
前記関心領域内の前記１つの種類のデータを取得する前記トランスデューサのサブセットを選択させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記調整命令は、前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、
前記トランスデューサを使用して３６０°血管内画像を生成させ、
前記３６０°血管内画像を表示させ、
前記画像内の複数の関心領域を選択させ、
トランスデューサの複数のサブセットを選択させ、トランスデューサの各サブセットが選択された関心領域に対応し、
前記トランスデューサのサブセットを使用して、各関心領域において前記１つの種類のデータを取得させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記画像は、少なくとも１つの他の種類のデータをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
第１の種類のデータが血管内構造画像データであり、第２の種類のデータが血管内フローデータである、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記血管内フローデータが調整される前記１つの種類のデータである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記血管内構造画像データが調整される前記１つの種類のデータである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
血管内画像を生成するための方法であって、
血管内超音波デバイスのトランスデューサに、各種類のデータが前記トランスデューサの異なる動作態様に基づく、複数の異なる種類のデータを生成させるステップと、
１つの種類のデータに関する前記トランスデューサの動作態様を調整することにより、前記１つの種類のデータの取得フレームレートを調整された取得フレームレートに調整するステップと、
前記調整された取得フレームレートで前記１つの種類のデータを受信するステップと、
前記調整された取得フレームレートの前記１つの種類のデータを含む血管内画像を表示するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記調整するステップは、前記１つの種類のデータの前記トランスデューサの視野を減少させるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記調整するステップは、前記１つの種類のデータの取得分解能を下げるよう前記トランスデューサの動作態様を変更するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記調整するステップは、血管の部分領域から前記１つの種類のデータを取得するのに使用される前記トランスデューサのサブセットを選択するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記調整するステップは、
前記トランスデューサを使用して３６０°血管内画像を生成するステップと、
前記３６０°血管内画像を表示するステップと、
前記画像内の関心領域を選択するステップと、
前記関心領域内の前記１つの種類のデータを取得する前記トランスデューサのサブセットを選択するステップと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記調整するステップは、
前記トランスデューサを使用して３６０°血管内画像を生成するステップと、
前記３６０°血管内画像を表示するステップと、
前記画像内の複数の関心領域を選択するステップと、
各サブセットが選択された関心領域に対応する、トランスデューサの複数のサブセットを選択するステップと、
前記トランスデューサのサブセットを使用して、各関心領域において前記１つの種類のデータを取得するステップと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記画像は、少なくとも１つの他の種類のデータをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
第１の種類のデータが血管内構造画像データであり、第２の種類のデータが血管内フローデータである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記血管内フローデータが調整される前記１つの種類のデータである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記血管内構造画像データが調整される前記１つの種類のデータである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
血管内画像を生成するためのシステムであって、
中央処理装置（ＣＰＵ）と、
前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、
血管内超音波デバイスのトランスデューサにおいて、複数の異なる種類のデータを生成させ、各種類のデータは前記トランスデューサの異なる動作態様に基づき、
前記トランスデューサに１つの種類のデータについて変更されたデータを生成させるよう、前記１つの種類のデータに関する前記トランスデューサの動作態様を調整させ、
前記変更されたデータを受信させ、
前記変更されたデータを含む血管内画像を表示させる命令を保存するための、前記ＣＰＵに結合された記憶装置と
を含む、システム。
【請求項２２】
前記調整命令は、前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、前記１つの種類のデータのための各送信信号の開口サイズを変更させる、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記調整命令は、前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、各位置の送信信号の数を減らすよう前記トランスデューサの送信／受信シーケンスを変更することにより、前記１つの種類のデータの取得フレームレートを調整させる、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記調整命令は、前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、各位置の送信信号の数を減らすよう前記トランスデューサからの送信／受信シーケンスを変更することにより、前記１つの種類のデータの取得フレームレートを調整させる、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記画像は、少なくとも１つの他の種類のデータをさらに含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２６】
第１の種類のデータが血管内構造画像データであり、第２の種類のデータが血管内フローデータである、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記血管内フローデータが調整される前記１つの種類のデータである、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記血管内構造画像データが調整される前記１つの種類のデータである、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
血管内画像を生成するための方法であって、
血管内超音波デバイスのトランスデューサに、各種類のデータが前記トランスデューサの異なる動作態様に基づく、複数の異なる種類のデータを生成させるステップと、
前記トランスデューサに１つの種類のデータについて変更されたデータを生成させるよう、前記１つの種類のデータに関する前記トランスデューサの動作態様を調整するステップと、
前記変更されたデータを受信するステップと、
前記変更されたデータを含む血管内画像を表示するステップと
を含む、方法。
【請求項３０】
前記トランスデューサの動作態様を調整するステップは、前記１つの種類のデータの各送信信号の開口サイズを大きくするステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記トランスデューサの動作態様を調整するステップは、各位置の送信信号の数を減らすよう前記トランスデューサからの送信／受信シーケンスを変更することにより、前記１つの種類のデータの取得フレームレートを上昇させるステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
調整命令は、前記ＣＰＵによって実行されたとき、前記ＣＰＵに、各位置の送信信号の数を減らすよう前記トランスデューサからの送信／受信シーケンスを変更することにより、前記１つの種類のデータの取得フレームレートを上昇させる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記画像は、少なくとも１つの他の種類のデータをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
第１の種類のデータが血管内構造画像データであり、第２の種類のデータが血管内フローデータである、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記血管内フローデータが調整される前記１つの種類のデータである、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記血管内構造画像データが調整される前記１つの種類のデータである、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２０１３年９月２６日に出願された米国特許出願第14/037,683号の一部継続出願である、２０１４年４月２１日に出願された米国非仮特許出願第14/257,496号に基づく利益及び優先権を主張する。これらの出願の内容は、参照により全体として本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的には、血管内画像を生成するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
血管内超音波法（Intravascular Ultrasound：ＩＶＵＳ）は、アテローム性動脈硬化並びに他の血管疾患及び障害のイメージングにとって重要なインターベンショナル診断法である。ＩＶＵＳでは、ＩＶＵＳカテーテルがガイドワイヤーに沿って血管内に挿入され、アテローム性プラーク及び周辺領域の画像が超音波エコーを用いて取得される。
【０００４】
一般的に使用されているＩＶＵＳカテーテルには、機械式／回転式ＩＶＵＳカテーテル、及びソリッドステートカテーテルの２つの種類が存在する。ソリッドステートカテーテル（又はフェーズドアレイ）は回転部を有さず、代わりにトランスデューサ素子のアレイを含む。トランスデューサ素子の動作態様に基づき、同じトランスデューサ素子を使用して異なる種類の血管内データを生成することができる。例えば、素子の動作を変更することにより、同じトランスデューサアレイを使用して、血管内構造画像データ及びフローデータを生成することができる。
【０００５】
このように単一のトランスデューサ素子のセットを使用して複数の種類のデータを取得することの問題は、トランスデューサがデュアル又はマルチイメージングモードで動作する場合、一種類のデータから取得フレームレートが下がることである。例えば、デュアルイメージングの場合、トランスデューサが画像データしか取得していないとき、周波数が比較的高いデバイスであれば、約２０〜３０フレーム／秒でデータを取得することができる。しかし、画像及びフローデータの両方を取得するために同じトランスデューサセットが使用され、画像及びフローデータが異なる方法で取得される場合、画像データの取得フレームレートは約１２〜１５フレーム／秒まで落ちる。１０フレーム／秒のレートで画像データを生成するＩＶＵＳカテーテル（例えば、低周波数デバイス）の場合、フロー機能が追加されると、フレームレートが約４〜５フレーム／秒まで落ちる。取得フレームレートの低下は、フレームを収集するのに必要なサンプリング時間を増加させ、時間分解能がより低い画像をもたらし、結果として、オペレータが血管内、又は例えば血管を調べるために自動プルバックが実行されていた場合、挿入されているステント等の血管内デバイス内の異常を見落とす可能性が高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、単一の血管内超音波（ＩＶＵＳ）トランスデューサ素子のセットを使用してイメージングモード毎に異なる２つ以上の血管内データセットを取得する場合における取得フレームレートの低下を補償するシステム及び方法を提供する。本発明の側面は、単一のＩＶＵＳトランスデューサ素子のセットがデュアル取得モードで動作する場合に生じる取得フレームレートの全体的低下を補償するよう、ＩＶＵＳトランスデューサ素子が動作する方法を変更することによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
いくつかの側面では、本発明は、血管内画像を生成するためのシステムであって、中央処理装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに結合された、命令を保存する記憶装置とを含むシステムを提供する。命令は、ＣＰＵによって実行されたとき、血管内超音波デバイスのトランスデューサに複数の異なる種類のデータを生成させ、各種類のデータはトランスデューサの異なる動作態様に基づく。さらに、命令は、ＣＰＵに、１つの種類のデータに関する動作態様を調整させることにより、１つの種類のデータの変更されたデータをトランスデューサに生成させる。その後、ＣＰＵは変更されたデータを受信し、変更されたデータを含む血管内画像を表示する。
【０００８】
いくつかの側面では、本発明は、血管内画像を生成するための方法であって、血管内超音波デバイスのトランスデューサに、各種類のデータがトランスデューサの異なる動作態様に基づく、複数の異なる種類のデータを生成させるステップを含む方法を提供する。さらに、方法は、１つの種類のデータに関するトランスデューサの動作態様を調整することにより、１つの種類のデータの変更されたデータをトランスデューサに生成させるステップを含む。さらに、方法は、変更されたデータを受信するステップと、変更されたデータを含む血管内画像を表示するステップとを含む。
【０００９】
トランスデューサの動作を調整する技術は多数存在する。例えば、いくつかの方法は、少なくとも１つの種類のデータについて開口サイズを調整することを含む。例えば、画像データを取得するための従来の取得シーケンスは、単一のトランスデューサ素子を点火し、同じ素子又は同じ開口内の異なる隣接素子において受信することを含み得る。言い換えれば、送信又は受信のためのアクティブ開口サイズは１素子である。調整された開口サイズは、２つ以上の隣接トランスデューサ素子における同時の点火及び／又は受信を含む。送信時の開口サイズの拡大は、音響出力強度を上昇させ、よってより強力な出力が得られ、受信時の開口サイズを拡大することは、受信感度を上昇させる。これは、生信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を上昇させ、よって、画質を改良するという利点を有する。画質の改良は、イメージングモード毎に異なる２つ以上の血管内データのセットを取得するために単一の血管内超音波法（ＩＶＵＳ）トランスデューサ素子が使用される場合の取得フレームレートの低下を補償し得る。
【００１０】
本発明の他の方法は、トランスデューサの取得フレームレートを調整するステップを含む。一実施形態では、トランスデューサの動作態様を調整するステップは、各位置の送信信号の数を減らすようトランスデューサの送信／受信シーケンスを変更することにより、１つの種類のデータの取得フレームレートを調整するステップを含む。各位置の送信信号の数を減らすことは、血管構造内から３６０°情報を生成するためのカテーテル本体まわりのより素早い移動を可能にする。例えば、フローデータを取得するための従来の取得シーケンスは、４素子開口を６４回点火し、データを平均化して、同じ物理的ビーム位置からのデータの３２本の平均化されたＡスキャンラインを生成することを含む。シーケンスはトランスデューサ素子１つ分移動し、全てのトランスデューサ素子を一巡するまで、プロセスが繰り返される。調整された送信／受信シーケンスは、各開口で３２回のみ点火することを含み、また、データは平均化されない。各位置の送信信号の数を減らすことは、カテーテル本体まわりのサイクルをより速く完了させ、当該１つの３６０°データフレームの調整された種類のデータの取得をより速くする。これは、トランスデューサが、調整されたデータの取得から他の種類のデータの取得により素早く切り替わることを可能にし、これにより、調整されたデータの取得フレームレートだけでなく、複合データの表示の取得フレームレートも向上される。位置ごとの送信信号の数を減らすことは、カテーテル本体まわりのサイクルのより速い完了を可能にし、当該３６０°データフレームに関する調整された種類のデータのより速い取得をもたらす。これは、トランスデューサが調整されたデータ取得から任意の他の種類のデータの取得により素早く切り替わることを可能にし、これにより、調整されたデータの取得フレームレートを上昇させるだけでなく、複合データの表示の取得フレームレートも上昇させる。
【００１１】
他の実施形態では、トランスデューサの動作態様の調整は、１つの種類のデータに関するトランスデューサのイメージング視野を減少させることによって実行され得る。任意の種類のデータのための視野を減少させることは、当該種類のデータの各送信／受信シーケンスを短くする。送信／受信シーケンスを短くすることは、より速いデータ取得を可能にし、トランスデューサが、かかるデータの取得から任意の他の種類のデータの取得により素早く切り替わることを可能にする。かかるアプローチは、調整された種類のデータだけでなく、調整されていない種類のデータの取得フレームレートも上昇させる。
【００１２】
他の実施形態では、トランスデューサの動作態様を調整するステップは、１つの種類のデータの取得分解能を下げるようトランスデューサの動作態様を変更するステップを含む。本実施形態の例は、カテーテル本体のまわりをより素早く移動して血管構造内から３６０°情報を生成するために、取得数を減らすよう送信／受信シーケンスを修正することを含む。例えば、フローデータを取得するための従来の取得シーケンスは、４つの隣接トランスデューサ素子を同時に点火し、その後同じ４つの素子で同時に受信することを含む。当該シーケンスは同じ４つの素子で６４回繰り返され、同じ物理的ビーム位置からのデータの３２本の平均化されたＡスキャンラインが生成される。シーケンスはトランスデューサ素子１つ分移動し、次の４つのトランスデューサ素子のセットを形成する。その後、次の４つの素子のセットでプロセスが繰り返される。従来の送信／受信シーケンスでは、異なるトランスデューサセット間でトランスデューサ素子はスキップされない。調整された送信／受信シーケンスは、新たなセットを形成する際に１つ又は複数のトランスデューサ素子をスキップすることを含み、すなわち、前の４つのセットから２つ以上のトランスデューサ分移動して、次の４つのトランスデューサのセット（又は開口）を形成する。セットの数を減らすことは、カテーテル本体まわりのサイクルをより速く完了することを可能にし、当該１つの３６０°データフレームに関する調整された種類のデータのより速い取得を可能にする。これは、調整されたデータの取得から、任意の他の種類のデータの取得にトランスデューサがより素早く切り替わることを可能にし、これにより、調整されたデータの取得フレームレートだけでなく、複合データの表示の取得フレームレートも向上させる。
【００１３】
また、トランスデューサの動作態様の調整は、１つの、いくつかの、又は全てのイメージングモードの送信／受信を、３６０°の典型的なＩＶＵＳデータ内の特定のセクターに限定することによっても実行され得る。かかるアプローチは、血管の内周の部分領域から１つの、いくつかの、又は全ての種類のデータを取得するのに使用されるトランスデューサのサブセットを選択することを含む。このようにすると、関心円周領域に対応する１つの、いくつかの、又は全ての種類のデータを生成するために、全てのトランスデューサ素子のフルセットよりも小さなサブセットを使用すればよい。したがって、当該１つの、いくつかの、又は全ての種類のデータのための取得フレームレートが上昇され、トランスデューサが全ての種類のデータの生成に費やす時間が短くなるため、これらの種類のデータからなる複合データの表示のための取得フレームレートも上昇する。
【００１４】
他の実施形態では、セクターアプローチは、トランスデューサを使用して３６０°血管内画像を生成し、３６０°血管内画像を表示し、画像内の関心領域を選択し、関心領域内の１つの種類のデータを取得するためのトランスデューサのサブセットを選択することを含む。本実施形態は、フルデータセットからの関心領域の正しい選択を可能にする。セクターアプローチの他の実施形態では、前述の実施形態は、低分解能３６０°血管内画像を生成する。セクターアプローチの他の実施形態は、トランスデューサを使用して３６０°血管内画像を生成し、３６０°血管内画像を表示し、画像内の複数の関心領域を選択し、各サブセットが選択された関心領域に対応する、トランスデューサの複数のサブセットを選択し、トランスデューサのサブセットを使用して各関心領域における１つの種類のデータを取得することを含む。上記実施形態のいずれにおいても、選択はオペレータによって手動で、又はシステムによって自動的に、又は両者の組み合わせによって実行され得る。
【００１５】
一部の実施形態では、複数の調整方法が組み合わせられ得る。例えば、一部の実施形態では、１つ又は複数の種類のデータに関する開口サイズが拡大され、また、１つ又は複数の種類のデータのための各トランスデューサの送信信号の数を減らすよう送信／受信シーケンスが変更される。開口サイズを拡大することは画質を改良し、送信信号の数を減らすことは取得フレームレートを上昇させる。本実施形態では、イメージングプロセス中により良いＳＮＲのデータが収集され、取得フレームレートも上昇される。
【００１６】
必須ではないが、典型的には、生成される血管内画像は、少なくとも１つの他の種類のデータをさらに含む。例示的な実施形態では、第１の種類のデータが血管内構造画像データであり、第２の種類のデータが血管内フローデータである。トランスデューサがデュアル取得モードで動作する場合、一方又は両方の取得が、全体的取得フレームレートを向上させるために調整され得る。一部の実施形態では、血管内フローデータが調整される１つの種類のデータである。他の実施形態では、血管内構造画像データが調整される１つの種類のデータである。他の実施形態では、血管内フロー及び構造画像データの両方が調整される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、カテーテル検査室におけるＩＶＵＳ医療システムの例示的な実施形態を示す概略図である。
【図２】図２は、ＩＶＵＳカテーテルを示す概略図である。
【図３】図３は、従来のグレースケール構造イメージングモードで動作するアレイトランスデューサ素子のセットを示す概略図である。
【図４】図４は、典型的な個別のＡスキャンラインを示すグラフであり、ｘ軸は、カテーテルから血管腔及び壁内までの距離に対応する時間を表す。
【図５】図５は、複数のＡスキャンラインから構築された、スキャンコンバート及び対数圧縮されたグレースケール３６０°ＩＶＵＳ画像を示す。画像上の点線は、それぞれ１本のスキャンラインを表す。
【図６】図６は、フローイメージングモードで動作するアレイトランスデューサ素子のセットを示す概略図である。
【図７】図７のパネルＡは、血管のグレースケールＩＶＵＳ画像である。図７のパネルＢは、血管内のフローの画像である。図７のパネルＣは、グレースケール画像上にオーバーレイされたフローデータの合成画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、一般的には、血管内超音波（ＩＶＵＳ）デバイスによって取得される２つの異なる種類のデータから血管内画像を生成するためのシステム及び方法に関する。心血管インターベンションにおいて、ＩＶＵＳイメージングは人体の病的な血管、例えば動脈等を評価するための診断ツールとして、治療の必要性を判断するために、インターベンションのガイドのために、及び／又はインターベンションの有効性を評価するために広く使用されている。１つ又は複数の超音波トランスデューサを含むＩＶＵＳデバイスが血管内に挿入され、イメージングされるべき領域に誘導される。トランスデューサは、対象の血管の画像を作成するために、後方散乱超音波エネルギーを送受信する。超音波は、組織構造（例えば、血管壁の様々な層等）、赤血球、及び他の関心のある特徴に起因する非連続性によって部分的に反射される。反射波からのエコーはトランスデューサによって受信され、ＩＶＵＳイメージングシステムに伝送される。イメージングシステムは受信された超音波エコーを処理し、デバイスが配置されている血管の３６０°断面図を生成する。
【００１９】
今日使用されているＩＶＵＳデバイスには、回転式とソリッドステート式（合成開口フェーズドアレイとも知られる）の２つの一般的なタイプが存在する。典型的な回転式ＩＶＵＳデバイスでは、対象血管内に挿入されたプラスチックシース内で回転するフレキシブルなドライブシャフトの先端に、単一の超音波トランスデューサ素子が配置される。トランスデューサ素子は、超音波ビームがデバイスの軸に対して略垂直に伝播するよう方向付けられる。流体で満たされたシースは、回転するトランスデューサ及びドライブシャフトから血管組織を保護するとともに、トランスデューサから組織内に及びその反対に超音波信号が伝播することを可能にする。ドライブシャフトの回転に伴い、トランスデューサは高電圧パルスによって周期的に活性化され、短い超音波バーストを発する。その後、同じトランスデューサが、様々な組織構造から反射されて戻ってくるエコーを待つ。ＩＶＵＳイメージングシステムは、トランスデューサの一回転中に生じたパルス／取得サイクルのシーケンスから、血管断面の二次元表示を構築する。
【００２０】
対照的に、ソリッドステート式ＩＶＵＳデバイスは、トランスデューサコントローラのセットに接続されたデバイスの周囲に分配された超音波トランスデューサアレイを含むトランスデューサコンプレックスを有する。トランスデューサコントローラは、超音波パルスを送信し、及びエコー信号を受信するトランスデューサセットを選択する。送受信データセットのシーケンスを一巡することにより、ソリッドステート式ＩＶＵＳシステムは、可動部を要さずに、機械的スキャン方式のトランスデューサ素子の効果を合成することができる。同じトランスデューサ素子を使用して、異なる種類の血管内データを取得することができる。異なる種類の血管内データは、トランスデューサ素子の異なる動作態様に基づき取得される。ソリッドステートスキャナは、単純な電気ケーブル及び標準的な着脱可能電気コネクタによってイメージングシステムに直接配線され得る。本発明の側面はソリッドステート式ＩＶＵＳデバイスに関連して説明されるが、当業者は、本発明が回転式ＩＶＵＳデバイスにも適用されることを認識する。
【００２１】
図１は、本開示の一部の実施形態に係る様々なアプリケーションにおけるＩＶＵＳイメージングシステムを含む医療システムを示す概略図である。一般的に、医療システム１００は、シングルモダリティ医療システム、例えばＩＶＵＳシステムであり、また、マルチモダリティ医療システムであり得る。これに関して、マルチモダリティ医療システムは、人間の生物学的生理機能及び形態学的情報を取得及び解釈し、並びに様々な疾患の治療を調整するために使用される様々な方法に対して敏感であるよう設計された、様々な形態の取得及び処理要素の整合的な統合及び連結を提供する。
【００２２】
図１を参照すると、イメージングシステム１０１は、医療センシングデータの１つ又は複数のモダリティの取得、制御、解釈、及び表示のための統合デバイスである。したがって、一部の実施形態では、イメージングシステム１０１は、ＩＶＵＳイメージングシステム等のシングルモダリティイメージングシステムであり、一方、一部の実施形態では、イメージングシステム１０１は、マルチモダリティイメージングシステムである。一実施形態では、イメージングシステム１０１は、医療イメージングデータを取得、処理、及び表示するためのハードウェア及びソフトウェアを備えたコンピュータシステムを含むが、他の実施形態では、イメージングシステム１０１は、医療データを処理するよう動作可能な他の任意の種類のコンピュータシステムを含む。イメージングシステム１０１がコンピュータワークステーションを含む実施形態では、システムは、マイクロコントローラ若しくは専用中央処理装置（ＣＰＵ）等のプロセッサ、ハードドライブ、ＲＡＭ（random access memory）、及び／若しくはＣＤ−ＲＯＭ（compact disk read only memory）等の非一時的コンピュータ可読記憶媒体、ＧＰＵ（graphics processing unit）等のビデオコントローラ、並びに／又はイーサネット（登録商標）コントローラ及び／若しくは無線通信コントローラ等のネットワーク通信デバイスを含む。これに関して、一部の特定の場合、イメージングシステム１０１は、本明細書に記載されるデータ取得及び解析に関連付けられたステップを実行するようプログラミングされる。したがって、本開示のデータ取得、データ処理、器具制御、及び／又は他の処理若しくは制御側面に関連する任意のステップが、処理システムによってアクセス可能な非一時的コンピュータ可読媒体に保存された対応する命令を使用して、イメージングシステム１０１によって実行され得る。一部の実施形態では、イメージングシステム１０１はポータブルである（例えば、ハンドヘルド、台車上等）。また、一部の実施形態では、イメージングシステム１０１は複数のコンピュータデバイスを含むことを理解されたい。これに関して、本開示の異なる処理及び／又は制御側面が、複数のコンピュータデバイスを使用して別々に又は所定のグループで実行され得ることを特に理解されたい。複数のコンピュータデバイス間での後述される処理及び／又は制御側面のあらゆる分割及び／又は組み合わせが本開示の範囲に含まれる。
【００２３】
図示の実施形態では、医療システム１００は、制御室１０４を有するカテーテル検査室１０２に配備され、イメージングシステム１０１は制御室内に配置される。他の実施形態では、イメージングシステム１０１は他の場所、例えばカテーテル検査室１０２内、医療施設の中央エリア、又はネットワークを介してアクセス可能なオフサイト位置等に配置され得る。例えば、イメージングシステム１０１は、クラウドベースリソースであり得る。カテーテル検査室１０２は、概して手術エリアを包囲する無菌フィールドを含み、一方、付属の制御室１０４は、手術及び／又はヘルスケア施設の要求に応じて無菌であってもなくともよい。カテーテル検査室及び制御室は、患者に対して、ＩＶＵＳ（intravascular ultrasound）、血管造影法、ＶＨ若しくはＶＨ−ＩＶＵＳ（virtual histology）、ＦＬ−ＩＶＵＳ（forward looking IVUS）、ＩＶＰＡ（intravascular photoacoustic）イメージング、ＦＦＲ（fractional flow reserve）決定、ＣＦＲ（coronary flow reserve）決定、ＯＣＴ（optical coherence tomography）、ＣＴ（computed tomography）、ＩＣＥ（intracardiac echocardiography）、ＦＬＩＣＥ（forward-looking ICE）、血管内palpography、ＴＥＥ（transesophageal ultrasound)、サーモグラフィ、ＭＲＩ（magnetic resonance imaging）、ｍＭＲＩ若しくはμＭＲΙ（micro-magnetic resonance imaging）、又は当該分野で知られる任意の他の医療センシングモダリティ等の任意の数の医療センシング行為を実行するために使用され得る。さらに、カテーテル検査室及び制御室は、患者に対して、ＲＦＡ（radiofrequency ablation）、凍結療法、アテレクトミー、又は当該分野で知られる任意の他の医療行為等の１つ又は複数の治療行為を実行するために使用され得る。例えば、カテーテル検査室１０２において、患者１０６がシングル施術として又はマルチ施術としてマルチモダリティ施術を受け得る。いずれにせよ、カテーテル検査室１０２は、患者１０６から様々な異なる医療センシングモダリティで医療センシングデータを収集する医療センシングデバイスを含む複数の医療器具を含む。
【００２４】
図１に示される実施形態では、器具１０８は、患者１０６に関する医療センシングデータを取得するために臨床医によって使用され得る医療センシングデバイスである。例えば、器具は圧力、フロー（速度）、画像（超音波（例えば、ＩＶＵＳ）、ＯＣＴ、サーマル、及び／又は他のイメージング技術を使用して取得される画像を含む）、温度、及び／又はこれらの組み合わせのうちの１つを収集し得る。一部の実施形態では、デバイス１０８は、類似するモダリティの異なるバージョンで医療センシングデータを集める。例えば、このような実施形態の１つでは、デバイス１０８は、圧力データ及び画像データを集める。このような実施形態の他のものでは、デバイス１０８は、１０ＭＨｚＩＶＵＳデータ、２０ＭＨｚＩＶＵＳデータ、４０ＭＨｚＩＶＵＳデータ、又は他の周波数のＩＶＵＳを集める。したがって、デバイス１０８は、導管内に配置され、患者の外部に取り付けられ、又は距離を置いて患者をスキャンし得るようなサイズ及び形状を有するデバイス、器具、又はプローブの任意の形態であり得る。
【００２５】
図１に示される実施形態では、器具１０８は、ＩＶＵＳセンシングデータを収集するためにフェーズドアレイトランスデューサ等の１つ又は複数のセンサを含み得るＩＶＵＳカテーテル１０８である。一部の実施形態では、ＩＶＵＳカテーテル１０８は、画像及びフローセンシング等、マルチモダリティセンシングを実行可能であり得る。一部の実施形態では、イメージングシステム１０１に結合されたＩＶＵＳ患者インターフェイスモジュール（ＰＩＭ）１１２がＩＶＵＳカテーテル１０８に結合される。特に、ＩＶＵＳ  ＰＩＭ１１２は、ＩＶＵＳカテーテル１０８によって患者１０６から収集された医療センシングデータを受け取るよう動作可能であり、また、受信データを制御室１０４内のイメージングシステム１０１に送信するよう動作可能である。一実施形態では、ＰＩＭ１１２は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含み、イメージングシステム１０１にデジタルデータを送信する。しかし、他の実施形態では、ＰＩＭは処理システムにアナログデータを送信する。一実施形態では、ＩＶＵＳ  ＰＩＭ１１２は、ＰＣＩe（Peripheral Component Interconnect Express）データバス接続上で医療センシングデータを送信するが、他の実施形態では、ＵＳＢ接続、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｄ接続、ＦｉｒｅＷｉｒｅ接続、イーサネット（登録商標）接続、又は何らかの他の高速データバス接続上でデータを送信し得る。他の実施形態では、ＰＩＭは、ＩＥＥＥ８０２．１１Ｗｉ−Ｆｉ規格、ＵＷＢ（Ultra Wide-Band）規格、無線FireWire、無線ＵＳＢ、又は他の高速無線ネットワーキング規格を用いた無線接続を介してイメージングシステム１０１に接続され得る。
【００２６】
また、医療システム１００において、心電図（ＥＣＧ）デバイス１１６は、心電図信号又は他の血行動態データを患者１０６からイメージングシステム１０１に送信可能である。さらに、血管造影システム１１７は、患者１０６のＸ線、コンピュータ断層（ＣＴ）、又は磁気共鳴画像（ＭＲＩ）を収集してイメージングシステム１０１に送信するよう動作可能である。一実施形態では、血管造影システム１１７は、アダプタデバイスを介してイメージングシステム１０１の処理システムと通信接続される。かかるアダプタデバイスは、専用第三者フォーマットからイメージングシステム１０１によって使用可能なフォーマットにデータを変換可能であり得る。一部の実施形態では、イメージングシステム１０１は、血管造影システム１１７からの画像データ（例えば、Ｘ線データ、ＭＲＩデータ、ＣＴデータ等）を、ＩＶＵＳカテーテル１０８からのセンシングデータとコレジストレーション（共にレジストレーション）することができる。これの一側面として、コレジストレーションは、センシングデータによって三次元及び四次元画像を生成するために実行され得る。
【００２７】
さらに、ベッドサイドコントローラ１１８がイメージングシステム１０１に通信接続され、患者１０６を診断するために使用されている特定の１つ又は複数の医療モダリティのユーザー制御を提供する。本実施形態では、ベッドサイドコントローラ１１８は、単一の表面上でユーザー制御及び診断画像を提供するタッチスクリーンコントローラである。しかし、他の実施形態では、ベッドサイドコントローラ１１８は、インタラクティブでないディスプレイと、物理的なボタン及び／又はジョイスティック等の別個の制御装置の両方を含み得る。統合医療システム１００において、ベッドサイドコントローラ１１８は、ワークフロー制御オプション及び患者画像データをＧＵＩ（graphical user interface）に提示するよう動作可能である。一部の実施形態では、ベッドサイドコントローラ１１８は、複数のモダリティに関連するワークフローがそれを介して実行し得るユーザーインターフェイス（ＵＩ）フレームワークサービスを含む。したがって、ベッドサイドコントローラ１１８は、複数のモダリティのワークフロー及び診断画像を表示可能であり、これは、臨床医が単一のインターフェイスデバイスを使用してマルチモダリティ医療センシングデータの取得を制御することを可能にする。
【００２８】
制御室１０４内のメインコントローラ１２０も、イメージングシステム１０１と通信接続し、また、図１に示されるように、メインコントローラ１２０はカテーテル検査室１０２と隣接する。本実施形態では、メインコントローラ１２０は、タッチスクリーンを含み、その上で実行するＵＩフレームワークサービスを介して異なる医療センシングモダリティに対応する多数のＧＵＩベースワークフローを表示するよう動作可能であるという点で、ベッドサイドコントローラ１１８と同様である。一部の実施形態では、メインコントローラ１２０は、施術のワークフローのベッドサイドコントローラ１１８とは異なる側面を同時に実行するために使用される。他の実施形態では、メインコントローラ１２０は、インタラクティブでないディスプレイと、マウス及びキーボード等の独立制御装置を含む。
【００２９】
医療システム１００は、さらに、イメージングシステム１０１に通信接続されたブームディスプレイ１２２を含む。ブームディスプレイ１２２は、それぞれが医療センシング行為に関連する異なる情報を表示可能なモニタのアレイを含み得る。例えば、ＩＶＵＳの実施中、ブームディスプレイ１２２内のあるモニタはトモグラフィー図を表示し、あるモニタは矢状面図を表示し得る。
【００３０】
また、マルチモダリティイメージングシステム１０１は、データネットワーク１２５に通信接続される。図示の実施形態では、データネットワーク１２５はＴＣＰ／ＩＰベースローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）であるが、他の実施形態では、ＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Networking）等の異なるプロトコルを使用し、又はＷＡＮ（wide area network）であり得る。イメージングシステム１０１は、ネットワーク１２５を介して様々なリソースと接続し得る。例えば、イメージングシステム１０１は、ネットワーク１２５を介して、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）システム１２６、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）１２７、及びＨＩＳ（Hospital Information System）１２８と通信し得る。さらに、一部の実施形態では、医師又は他の医療専門家が医療システム１００の側面にリモートアクセスし得るよう、ネットワークコンソール１３０がネットワーク１２５を介してイメージングシステム１０１と通信し得る。例えば、ネットワークコンソール１３０のユーザーは、イメージングシステム１０１によって収集された診断画像等の患者医療データにアクセスし、又は、一部の実施形態では、カテーテル検査室１０２内で実行中の１つ又は複数の施術をリアルタイムでモニタリング又は制御し得る。ネットワークコンソール１３０は、ＰＣ、ラップトップ、スマートフォン、タブレットコンピュータ、又はヘルスケア施設の内部若しくは外部に配置された他のかかるデバイス等、ネットワーク接続を有する任意の種類のコンピュータデバイスであり得る。
【００３１】
さらに、図示の実施形態では、上記システム１００内の医療センシングツールは、標準的な銅リンク又は光ファイバリンク等の有線接続を介してイメージングシステム１０１に通信接続されるよう図示されているが、他の実施形態では、ツールは、ＩＥＥＥ８０２．１１Ｗｉ−Ｆｉ規格、ＵＷＢ（Ultra Wide-Band）規格、無線ＦｉｒｅＷｉｒｅ、無線ＵＳＢ、又は他の高速無線ネットワーキング規格を用いた無線接続を介してイメージングシステム１０１に接続され得る。
【００３２】
当業者は、上記医療システム１００が、複数の医療モダリティに関連する診断データを収集するよう動作可能なシステムの実施形態の例に過ぎないことを認識する。他の実施形態では、異なる及び／又は追加のツールがイメージングシステム１０１と通信接続し、医療システム１００に追加の及び／又は異なる機能を提供し得る。
【００３３】
本発明の側面は、ＩＶＵＳデバイスを使用して実行される。典型的には、本発明のＩＶＵＳデバイスは、カテーテルの形態で提供される。ＩＶＵＳカテーテルの一般的設計及び構成は、例えば、Yock、米国特許第4,794,931号、第5,000,185号、及び第5,313,949号；Sieben et al.、米国特許第5,243,988号及び第5,353,798号；Crowley et al.、米国特許第4,951,677号；Pomeranz、米国特許第5,095,911号、Griffith et al.、米国特許第4,841,977号、Maroney et al.、米国特許第5,373,849号、Born et al.、米国特許第5,176,141号、Lancee et al.、米国特許第5,240,003号、Lancee et al.、米国特許第5,375,602号、Gardineer et al.、米国特許第5,373,845号、Seward et al.、Mayo Clinic Proceedings 71(7):629-635 (1996)、Packer et al.、Cardiostim Conference 833 (1994)、"Ultrasound Cardioscopy" Eur. J.C.P.E. 4(2): 193 (June 1994)、Eberle et al.、米国特許第5,453,575号、Eberle et al.、米国特許第5,368,037号、Eberle et al.、米国特許第5,183,048号、Eberle et al.、米国特許第5,167,233号、Eberle et al.、米国特許第4,917,097号、Eberle et al.、米国特許第5,135,486号、及び腔内超音波デバイス及びモダリティに関連する分野において良く知られた他の参考文献に開示されている。カテーテルは、通常、近位領域及び遠位領域を有し、また、遠位領域内に配置されたイメージング先端を含む。かかるカテーテルは、患者の体内の関心領域に配置されたとき、イメージング先端の周囲のエコー画像を取得することができる。また、カテーテル及び付属の電子回路は、関心領域内で取得される各エコー画像データセットに関して、カテーテル軸の位置を定めることができる。
【００３４】
図２は、診断イメージングのために患者に挿入されるソリッドステート式血管内超音波プローブ２００を示す。プローブ２００は、カテーテル本体２０２及び中空トランスデューサシャフト２０４を有するカテーテル２０１を含む。カテーテル本体２０２はフレキシブルであり、近位端部２０６及び遠位端部２０８を有する。カテーテル本体２０２は、押出成形されたポリエチレン（ＰＥ）等のポリマーからなるシングルルーメンであり得るが、他のポリマーも使用され得る。また、カテーテル本体２０２は、カテーテル本体の近位部分が中間及び遠位部分に対してより高い剛性を有するよう、複数のグレードのＰＥ、例えばＨＤＰＥ及びＬＤＰＥから形成され得る。この構成は、所望の施術を効率的に実行するのに要求されるカテーテル操作特性を術者に提供する。
【００３５】
カテーテル本体２０２は、トランスデューサシャフト２０４を包むシースである。説明を目的として、図２のカテーテル本体２０２は、カテーテル本体２０２内に配置されるトランスデューサシャフト２０４が見えるよう、透明に図示されているが、カテーテル本体２０２は透明でも不透明でもよいことを理解されたい。トランスデューサシャフト２０４は、カテーテル本体２０２内で食塩水等の無菌液によって洗われ得る。カテーテル本体２０２の内部空間に始めに及び定期的に流体を流し込むことができるよう、カテーテル本体２０２のインターフェイスモジュールへの接続部に流体注入口（図示無し）が設けられ得る。流体は、画質に悪影響を及ぼすトランスデューサシャフト２０４のまわりのエアポケットの存在を排除する役割を果たす。トランスデューサシャフト２０４は、カテーテル本体２０２の近位端部２０６内に配置される近位端部２１０、及びカテーテル本体２０２の遠位端部２０８内に配置される遠位端部２１２を有する。
【００３６】
カテーテル本体２０２の遠位端部２０８及びトランスデューサシャフト２０４の遠位端部２１２は、患者の体内に挿入される。プローブ２００の使用可能な長さ（患者の体内に挿入され得る部分）は、任意の適切な長さでよく、用途に応じて変更され得る。トランスデューサシャフト２０４の遠位端部２１２は、トランスデューササブアセンブリ２１８を含む。
【００３７】
トランスデューササブアセンブリ２１８は、血管内から超音波情報を取得するために使用される。任意の適切な周波数及び周波数の任意の適切な量が使用され得ることを理解されたい。周波数の例は、約５ＭＨｚ〜約８０ＭＨｚである。一部の実施形態では、ＩＶＵＳトランスデューサは、１０ＭＨｚ又は２０ＭＨｚで動作する。血液の後方散乱係数の強い周波数依存性のため、一般的に、低周波数情報（例えば、４０ＭＨｚ未満）は組織対血液分類スキームを容易にする。一般的に、高周波数情報（例えば、４０ＭＨｚより高い）はより良い分解能を提供するが、代償として、血液と組織との間の差が乏しく、血管−管腔の境界の特定を困難にする可能性がある。動き検出アルゴリズム（例えば、CHROMAFLO（ＩＶＵＳ流体フロー表示ソフトウェア；Volcano Corporation）、Q-Flow、B-Flow、Delta-Phase、ドップラー、パワードップラー等）、時間的アルゴリズム、高調波信号処理を含むフロー検出アルゴリズムが、血液スペックルを他の構造組織から区別し、もって血液から後方散乱された超音波エネルギーが画像アーチファクトを発生する画像を改良するために使用され得る。
【００３８】
カテーテル本体２０２は、フレキシブルで安全な（atraumatic）遠位端を有し得る。例えば、一体的遠位端は、遠位端とカテーテル本体との間の連結部を排除することにより、カテーテルの安全性を向上させ得る。一体的先端は、先端における収集チャンバ内への組織の容易な移動のためのより滑らかな内径を提供し得る。製造時、ハウジングからフレキシブルな遠位端への遷移は、材料ハウジングの上にポリマーシートを被せることによって仕上げられ得る。通常、溶接、圧着、又はネジ接合は要求されない。安全な遠位端は、カテーテルが人体の管腔に与えるダメージを抑えつつ、カテーテルを血管又は他の人体の管腔の遠位に進めることを可能にする。典型的には、遠位端は、カテーテルがガイドワイヤーを伝って対象部位まで誘導されることを可能にするガイドワイヤーチャネルを有する。一部の例示的な構成では、安全な遠位端はコイルを含む。一部の構成では、遠位端は丸みのある滑らかな先端を有する。カテーテル本体は管状であり、安全な先端と連結する前向きの円形開口を有し得る。
【００３９】
インターフェイスモジュール２１４は、トランスデューサシャフト２０４内の少なくとも１つの電気信号伝送部材（例えば、ワイヤー又は同軸ケーブル）を介してトランスデューササブアセンブリ２１８と電気信号を送受信することによってトランスデューササブアセンブリ２１８と通信する。インターフェイスモジュール２１４は、トランスデューサシャフト２０４を通って受信された情報を受信し、分析し、及び／又は表示することができる。任意の適切な機能、制御装置、情報処理及び解析、並びにディスプレイがインターフェイスモジュール２１４に組み込まれ得ることが理解されよう。インターフェイスモジュールのさらなる説明は、例えばCorl（米国特許出願第2010/0234736号）において提供されている。
【００４０】
トランスデューサシャフト２０４は、トランスデューササブアセンブリ２１８及びトランスデューサハウジング２２０を含む。トランスデューササブアセンブリ２１８は、トランスデューサハウジング２２０に結合されている。トランスデューサハウジング２２０は、トランスデューサシャフト２０４の遠位端部２１２に配置されている。トランスデューササブアセンブリ２１８は、限定はされないが、ｐＭＵＴ（piezoelectric micro-machined ultrasound transducer）又はＣＭＵＴ（capacitive micro-machined ultrasound transducer）技術等の１つ又は複数の先進トランスデューサ技術を含む任意の適切なタイプであり得る。
【００４１】
トランスデューササブアセンブリ２１８は、単一のトランスデューサ又はアレイを含み得る。一部の実施形態では、トランスデューササブアセンブリ１８は、６４個の個別のトランスデューサ素子からなるアレイである。６４個のトランスデューサ素子は、トランスデューサシャフト２０４の周囲に分配され、インターフェイスモジュール２１４に動作的に接続される。インターフェイスモジュール２１４は、超音波パルスを送信し、及びエコー信号を受信するトランスデューサのセットを選択する。送受信セットのシーケンスを一巡することにより、ソリッドステート式ＩＶＵＳシステムは、可動部を要することなく機械的スキャン方式のトランスデューサ素子の効果を合成することができる。
【００４２】
フローデータ、動きデータ、及び構造画像データ等の異なる種類の血管内データを取得するために、同じトランスデューサ素子が使用され得る。異なる種類の血管内データは、トランスデューサ素子の異なる動作態様に基づき取得される。例えば、グレースケールイメージングモードでは、トランスデューサ素子は特定の順序で送信を行い、１４個の素子からなる開口が所与の時点でアクティブになり、１４個の素子のうちの１つが超音波パルスを送信し、残りの素子が戻って来た超音波を受信又は変換する（図３）。これに関して、送受信シーケンスは６４個の素子全てにわたって移動し、合計８９６の送受信シーケンスが作成され、合成開口を介する後処理によって２５６、５１２、又は他の所定の数の個別のスキャンラインに集約され、その後、スキャンコンバートされて一枚のグレースケールＩＶＵＳ画像が作成される（図４及び図５）。図４は、典型的な個別のスキャンラインを示し、ｘ軸は、カテーテルから血管腔及び壁内までの距離に対応する時間を示す。図５は、２５６本のスキャンラインから構築されたスキャンコンバート及び対数圧縮されたグレースケールＩＶＵＳ画像を示す。画像上の点線は、それぞれ、一本のスキャンラインを表す。ＩＶＵＳ画像を構築する方法は当該分野において良く知られており、例えば、Hancock et al.（米国特許第8,187,191号）、Nair et al.（米国特許第7,074,188号）、及びVince et al.（米国特許第6,200,268号）に開示されている。これらの文献の内容は、参照により全体として本明細書に援用される。
【００４３】
フローイメージングモードでは、ＩＶＵＳカテーテルの送信シーケンスが変更され、最初は、グレースケール画像のスキャンラインを取得するためにトランスデューサが通常通り動作し、その後、動き又はフローに関する情報を収集するためにトランスデューサ素子が異なる方法で動作する。図６は、フローイメージングモードでのトランスデューサの動作シーケンスを示す。４つの隣接するトランスデューサ素子で同時に送信し、その後同じ４つのトランスデューサ素子で同時に受信することによって音響情報が取得される。
【００４４】
このシーケンスは同じ４つの素子で６４回繰り返され、同じ物理的ビーム位置からのデータの６４本のＡスキャンラインが生成され、その後、２で平均化されることによって３２本のラインが得られる。シーケンスは各トランスデューサ素子を巡回し、すなわち、１つのトランスデューサ素子だけ移動して、次の４つの素子のセットが次の開口として形成される。次の４つの素子のセットで送受信プロセスが繰り返される。このプロセスは、一枚のフローデータの画像（又はフレーム）が取得されることを可能にする。各フローデータフレームの取得は、ＩＶＵＳグレースケールデータフレームとインターレースされる。フローデータを取得して当該データの画像を構築するようＩＶＵＳカテーテルを動作させることは、O'Donnell et al.（米国特許第5,921,931号）、米国仮特許出願第61/587,834号、及び米国仮特許出願第61/646,080号に詳細に説明されており、これらの文献の内容は、参照により全体として本明細書に援用される。ＩＶＵＳカテーテルをフローモードで動作させ、及びフローデータを表示するための市販されている流体フロー表示ソフトウェアフィーチャーは、CHROMAFLO（ＩＶＵＳ流体フロー表示ソフトウェアフィーチャー；Volcano Corporation）である。
【００４５】
図７のパネルＡ〜Ｃに示されるように、フローデータを画像データと重ね、合成画像を提供することができる。図７は、血管の内部の３６０°断面図を示し、よって、フローデータは血管内の血流を表す。合成画像は、ＩＶＵＳ画像単独では提供することができない追加の詳細度を医師に提供する。パネルＡは、グレースケール画像を単独で示す。パネルＢは、フローデータ画像を単独で示す。パネルＣは、グレースケール画像の上にフローデータ画像が重ねられたオーバーレイを示す。血液−血管データは、限定はされないが、患者の診断及び／又は治療を含む様々な用途に使用され得ることを理解されたい。例えば、血液−血管データは、参照により全体として本明細書に援用される米国特許第6,381,350号によって提供されるように、血液−血管の境界を特定し及び／又はイメージングするために使用され得る。血液−血管データの他の用途は、同様に参照により全体として本明細書に援用される米国特許第6,200,268号によって提供されるように、血管プラークを分類及び／又はイメージングすることである。血液−血管データの他の用途は、同様に参照により全体として本明細書に援用される米国特許第8,449,465号によって提供されるように、血管組織の分類のための使用である。
【００４６】
データの取得可能レートは、画像の時間分解能に影響する。データの取得レート（フレーム／秒）は、視野（ＦＯＶ）にも依存する。例えば、２０ＭＨｚの周波数で動作するＩＶＵＳカテーテルが、２０ｍｍの視野を表示し得る。カテーテル／トランスデューサから各方向に半径方向１０ｍｍまでのデータが収集され、取得フレームレートは約３０フレーム／秒になる。２０ＭＨｚの周波数で動作し、２４ｍｍの視野を表示するＩＶＵＳカテーテルの場合、取得フレームレートは約２４フレーム／秒である。１０ＭＨｚの周波数で動作し、６０ｍｍの視野を表示するＩＶＵＳカテーテルの場合、取得フレームレートは約１１フレーム／秒である。
【００４７】
複数の異なる種類のデータを収集するのに単一のトランスデューサセットが使用される場合に生じる問題は、収集されるデータの種類毎の取得フレームレートの低下であり、例えば、シングルモード動作からデュアル又はマルチモード動作で５０％以上の取得レートの低下が生じ得る。周波数２０ＭＨｚ、視野２０ｍｍのカテーテルを例として用いると、グレースケール取得フレームレートは、約３０フレーム／秒である。しかし、トランスデューサが画像及びフローデータを取得するために使用される場合、合成画像データの取得フレームレートは、先に構造画像データモード、次いでフローデータモードで交互に収集される追加データのため、３０フレーム／秒から約１４フレーム／秒（例えば、１２〜１５フレーム／秒）に下がる。
【００４８】
周波数又は視野によらず、２つ以上の種類のデータを取得するようトランスデューサアレイのセットを動作させることは、全体的な取得フレームレートの低下をもたらす。これは、超音波エコーが送信され、視野の端からトランスデューサに戻るまでの時間によってトランスデューサが制限されるからである。例えば、周波数２０ＭＨｚで動作し、視野２４ｍｍを使用するＩＶＵＳカテーテルの場合、取得フレームレートは、約２４フレーム／秒から約９〜１０フレーム／秒まで下がり得る。周波数１０ＭＨｚで動作し、視野６０ｍｍを使用するＩＶＵＳカテーテルの場合、取得フレームレートは、約１１フレーム／秒から約４フレーム／秒まで下がり得る。
【００４９】
特定の側面では、本発明は、取得されるデータの種類のうちの少なくとも１つのトランスデューサアレイ点火シーケンスを変更するための様々な技術を提供する。このようにすることで、変更されたデータは、（取得される全てのデータの種類について）全体的な取得フレームレートの低下を補償し、画像の時間分解能及び／又は質が向上され得る。したがって、一部の実施形態では、取得フレームレートを調整することなく、データの種類のうちの１つについて、ＳＮＲがより良いデータが取得される。他の実施形態では、１つの種類のデータの取得フレームレートを調整することによって他の種類のデータの取得フレームレートの低下が補償され、これにより、トランスデューサが当該種類のデータを取得する動作態様を調整することなく、他の種類のデータの取得フレームレートが上昇される。
【００５０】
以下の実施形態は、画像データ及びフレーデータの組み合わせを使用して説明され、イメージングデータ収集モードの取得フレームレートを変更することに関して論じられる。本明細書に記載される方法及びシステムは、単一のトランスデューサセットによって取得される、２種類だけでなくより多くの種類のデータ、例えば３種類のデータ、４種類のデータ、５種類のデータ、１０種類のデータ等にも適用されることを理解されたい。さらに、調整されるのはフローデータでなくともよいことを理解されたい。画像データの取得は、フローデータの取得を変更することなく調整され得る。他の実施形態では、２種類以上のデータの取得が調整され、例えば、画像データ及びフローデータの両方の取得が調整され得る。
【００５１】
一実施形態では、ある種類のデータの視野が、他の種類のデータと比較して制限され又は狭められる。上記したように、トランスデューサは一連の送信／受信モードで作動され、すなわち、単一のトランスデューサが送信モードで信号を送信し、その後受信モードで当該信号を受信し、これが１シーケンスとなる。トランスデューサは、先に送信された信号が受信されるまで、送信モードに戻らない。視野を小さくすることにより、各送信／受信シーケンスが短くなる。各送信／受信シーケンスを短くすることは、フローデータをより速く取得することを可能にし、これは、トランスデューサがより素早くフローデータの取得から画像データの取得に切り替わることを可能にし、よってフローデータの取得フレームレートだけでなく、合成画像データの取得フレームレートも上昇させる。例えば、周波数１０ＭＨｚで動作するＩＶＵＳカテーテルの場合、トランスデューサは、画像データが視野６０ｍｍで取得され得るよう操作される。しかし、フローデータについては、視野は６０ｍｍからより小さい視野に、例えば５０ｍｍ、４０ｍｍ、３０ｍｍ、又はより低い値、若しくは例示された値の任意の中間値に制限され又は狭められる。
【００５２】
特に、トランスデューサの視野を減少させることは、トランスデューサにより近い、より小さい面積の組織が調べられることになるため、送信モードでは、トランスデューサは超音波パルスを送信するのに同じ時間を要するが、送信されたパルスを受信するのにより短い時間を要することを意味する。各送信／受信サイクルが短くなることにより、サイクル間でかかる時間がより短くなり、よって、フローデータを取得するのにかかる時間がより短くなる。結果として、これは、トランスデューサがフローデータ取得から画像データ取得により素早く切り替わることを可能にし、よって最終的な合成画像データの取得フレームレートを上昇させる。本実施形態では、フローデータの取得フレームレートが上昇され、トランスデューサがフローデータの取得により短い時間を費やすため、画像データの取得を調整又は変更する必要なく、合成画像データの取得フレームレートが上昇される。この技術をフローデータではなく画像データについて使用することも可能であり、又は、この技術を画像データ及びフローデータの両方に適用することも可能である。
【００５３】
他の実施形態では、トランスデューサの動作態様の調整は、位置毎の送信信号の数を減らすようトランスデューサの送信／受信シーケンスを修正することにより、ある種類のデータの取得フレームレートを調整することを含む。位置毎の送信信号の数を減らすことは、血管構造内側から３６０°の情報を生成するためのカテーテル本体まわりの移動をより素早くすることを可能にする。例えば、画像データを取得するための従来の取得シーケンスは、４素子開口を６４回点火し、データを平均化して、同じ物理的ビーム位置からのデータの３２本の平均Ａスキャンラインを生成することを含む。シーケンスはトランスデューサ素子１つ分移動し、全てのトランスデューサ素子を一巡するまで、プロセスを繰り返す。調整された送信／受信シーケンスは、開口毎に３２回しか点火せず、データを平均化しない。位置毎の送信信号の数を減らすことは、カテーテル本体を一周するサイクルをより速く完了することを可能にし、これは、当該１つの３６０°データフレームのために、調整された種類のデータがより速く取得されることをもたらす。これは、トランスデューサがより素早く、調整されたデータの取得から他の種類のデータの取得に切り替わることを可能にし、よって、調整されたデータの取得フレームレートだけでなく、合成データの表示の取得フレームレートも上昇させる。言い換えれば、従来の点火シーケンスでは、トランスデューサは（ｂモード及びフローモードの両方で）トリガー毎に二度発射し、二度の発射の平均を各モードにおける一度の発射として扱う。「一度の発射」では、トランスデューサはトリガー毎に一度だけ発射し、どのモードでも平均化は行われない。したがって、フレームレートが２倍になる。
【００５４】
他の実施形態では、より速いフレームレートを達成するために、トランスデューサの動作態様は、ある種類のデータについて、取得されるフローデータの横方向又は円周方向の分解能を下げるよう調整される。典型的には、フローデータは、４つの隣接するトランスデューサ素子を同時に作動し、同じ４つで同時に受信することによって取得される。このシーケンスは、同じ４つの素子で６４回繰り返され、同じ物理的ビーム位置からのデータの３２本の平均Ａスキャンラインが生成される。シーケンスは各トランスデューサ素子を一巡され、すなわち、トランスデューサ素子１つ分移動して次の４つの素子のセットを形成する。次の４つの素子のセットでプロセスが繰り返される。
【００５５】
取得フレームレートを上昇させるため、新たなセットを形成する際にシーケンスがトランスデューサをスキップするよう、すなわち、前の４つのセットから２つ以上のトランスデューサ分移動して次の４つのトランスデューサのセットを形成するよう、点火シーケンスが調整される。取得フレームレートが上昇する一方、複合又はシングルモードデータの横方向分解能が低下する。例えば、新たな動作シーケンスは４つの隣接するトランスデューサ素子を同時に作動し、同じ４つで同時に受信する。このシーケンスは、同じ４つの素子で６４回繰り返され、同じ物理的ビーム位置からのデータの３２本の平均化されたＡスキャンラインが生成される。シーケンスは１つ以上のトランスデューサ素子をスキップし、次の４つのトランスデューサ素子のセットを形成する。その後、次の４つの素子のセットでプロセスが繰り返される。セットの数を減らすことは、カテーテル本体まわりのサイクルをより速く完了することを可能にし、フローデータのより速い取得を可能にする。これは、トランスデューサがフローデータの取得から画像データの取得により素早く切り替わることを可能にし、これにより、フローデータの取得フレームレートだけでなく、画像データの表示の取得フレームレートも向上させる。言い換えれば、本実施形態では、フローデータの取得フレームレートが上昇され、トランスデューサがフローデータの取得に費やす時間がより短いため、画像データの取得を調整又は変更することなく、画像データの取得フレームレートが上昇する。この技術はフローデータではなく画像データについても使用可能であり、又は、この技術は画像データ及びフローデータの両方に適用され得る。
【００５６】
他の実施形態では、セクターアプローチが適用される。この方法では、関心エリアに対応するトランスデューサのサブセットのみを使用してフローデータが生成される。本実施形態は、対象の血管の３６０°グレースケール断面画像を生成することによって達成される。この画像から、フローデータを生成する小区画が選択される。この方法では、全トランスデューサのサブセットのみを使用して、関心がある小区画に対応するフローデータを取得することができる。したがって、フローデータの取得フレームレートが上昇され、また、トランスデューサがフローデータの取得により短い時間を費やすため、画像データの取得を調整又は変更する必要なく、合成画像データの取得フレームレートが上昇される。この技術はフローデータではなく画像データについても使用可能であり、又は、この技術は画像データ及びフローデータの両方に適用され得る。
【００５７】
小区画は３６０°画像の任意の小区画であり、例えば、４５°の小区画、６０°の小区画、９０°の小区画、１２０°の小区画、１３５°の小区画、１８０°の小区画、２２５°の小区画、２４０°の小区画、２７０°の小区画、３００°の小区画、又は３１５°の小区画であり得る。一部の実施形態では、任意の時点で２つ以上の小区画が選択され、複数の区画のフローデータが同時に生成される。小区画は互いに隣接してもよく、又は互いから離れていてもよい。
【００５８】
小区画は、フローデータが表示されるべき３６０°画像内の区画をユーザーがハイライトすることによって手動で選択され得る。これは、コンピュータマウス又はタッチスクリーンモニター等のインタラクティブデバイスを用いたユーザーとＧＵＩとの間の単純なインタラクティブモードによってソフトウェアと通信し、ソフトウェアにより、区切られた関心セクターの調整、及びトランスデューサの動作を定めるＩＶＵＳシステムのイメージングボードへの当該情報の翻訳を制御することによってなされ得る。あるいは、フローデータが自動的に小区画に表示されてもよい。一部の実施形態では、フローデータは、ユーザーが単純なＧＵＩコントローラ、又はＩＶＵＳシステムキーボード、コントロールパッド、若しくはタッチスクリーンコントロールパッド上の専用コントローラを使用して３６０°画像に関してトグルすることができる１２０°の小区画に自動的に分割され得る。このようにすると、フローデータは常に３６０°画像の１／３に重ねられる。この技術はフローデータではなく画像データについても使用可能であり、又は、この技術は画像データ及びフローデータの両方に適用され得る。
【００５９】
単一のトランスデューサセットを使用して複数の異なる種類のデータを取得する場合、全体的な取得フレームレートを上昇させるために、上記実施形態のうちの任意のものが組み合わせられ得る。例えば、上記の低分解能実施形態は、血管の３６０°低分解能画像を生成するために画像データに適用され得る。これを実行するには、前の１４個のトランスデューサ素子セットから次の１４個のトランスデューサ素子セットを形成する際、１つ又は複数のトランスデューサがスキップされる。この低分解能画像から、フローデータと重ねられる小区画が選択され得る。このようにして、画像データ及びフローデータの両方から、トランスデューサの動作態様が調整される。
【００６０】
他の例では、まず低分解能合成画像が生成され、その後、３６０°合成画像上の関心領域が自動的に又はユーザー入力を使用して半自動的に検出され得る。システムは、その後、低分解能合成画像モードからセクター合成画像モードに自動的に切り替わり、最終的な合成画像において関心セクターをハイライトし得る。
【００６１】
好適な実施形態では、末梢血管内のフローをイメージングしてパルス状の動脈血流を非パルス状の静脈血流から区別するのに、４〜５フレーム／秒の画像取得レートでは不十分な、１０ＭＨｚ、視野６０ｍｍのＩＶＵＳカテーテルに上記技術が適用される。本発明のシステム及び方法によって取得フレームレートを例えば約９フレーム／秒に上昇させることにより、１０ＭＨｚ、視野６０ｍｍのＩＶＵＳカテーテルを使用して、パルス状及び非パルス状のフローパターンが十分に分離された、末梢血管内の画像及びフローデータを表示することができる。
【００６２】
１つの顕著な利点は、１０ＭＨｚフェーズドアレイデバイスによるフロー検出を可能にすることである。これは、血栓、解離、及び腹部大動脈瘤（ＡＡＡ）の治療のためのステントグラフト内挿術におけるエンドリークを検出するために、末梢血管手術を行う医師にとって有用である。また、フロー検出機能を使用することにより、ユーザーは、ＥＶＡＲ（endovascular aneurysm/aortic repair）のような手術中により容易にガイドされ、よって、現在カテーテル検査室及び血管手術室において採用されている血管造影イメージング技術のための患者への造影剤の投与量を減らすことができる。より具体的には、１０ＭＨｚデバイスによるフロー検出機能は、エンドリーク、解離、血栓、ステント付着、及び血管系への正常な血流を回復させるためのインターベンショナル手術の結果の検出をより容易にする。
【００６３】
他の実施形態では、本発明は、制御された可変フレームレートを可能にするシステム及び方法を提供する。上記アプローチのうちのいずれをも使用して、制御された可変フレームレートを達成することができる。可変フレームレートアプローチでは、トランスデューサは、１つの種類のデータを当該種類のデータの標準取得フレームで取得するよう動作する。ユーザーの要求に応じて、トランスデューサが血管のある位置について２つ以上の種類のデータを取得できるよう、トランスデューサの動作態様が調整され得る。２つ以上の種類のデータを取得するようシステムに通知するとき、複合データ、例えば構造画像及び／又はフローデータを調整された取得フレームレートで取得するために、上記実施形態が使用される。このようにすることで、物理的構造についての単一のデータセットが、２つの異なる取得フレームレートで取得された同じ種類のデータを含む。
【００６４】
本発明の他の側面では、いずれの種類のデータについてもトランスデューサの取得フレームレートを調整することなく、１つ又は複数の種類のデータの画質が向上される。画質を向上させ及び異なる種類のデータのために取得フレームレートが低下する場合に生じる画質の低下を補償するために、トランスデューサの他のパラメータが変更される。例えば、いくつかの方法は、少なくとも１種類のデータの開口サイズを調整することを含む。例えば、画像データを取得するための従来の取得シーケンスは、単一のトランスデューサ素子を点火し、同じ素子又は同じ開口内の異なる隣接素子において受信することを含み得る。言い換えれば、送受信のためのアクティブ開口サイズは、１素子である。調整される開口サイズは、２つ以上の隣接するトランスデューサ素子において同時に点火及び／又は受信することを含む。送信時の開口サイズを増加させると、音響出力強度が向上し、よって、より強力な出力が提供され、受信時の開口サイズを増加させると、受信感度が向上する。これは、生の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を上昇させ、よって画質を改良するという利点を有する。画質の改良は、単一の血管内超音波法（ＩＶＵＳ）トランスデューサ素子のセットを使用してイメージングモード毎に２つ以上の異なる血管内データセットを取得する場合の取得フレームレートの低下を補償し得る。
【００６５】
上記実施形態の任意の組み合わせが可能であり、すなわち、複数の調整方法が組み合わせられ得る。例えば、一部の実施形態では、１つ又は複数の種類のデータについて開口サイズが増加され、１つ又は複数の種類のデータについて各トランスデューサにおける送信信号の数を減らすよう送信／受信シーケンスが変更される。開口サイズを増加させることは、画質を改良させ、送信信号の数を減らすことは、取得フレームレートを向上させる。本実施形態では、イメージングプロセス中により多くのデータが集められ、また、取得フレームレートが上昇される。
【００６６】
[参照による援用]
本開示を通して、特許、特許出願、特許公報、専門誌、書籍、論文、ウェブコンテンツ等の他の文献の参照及び引用がなされている。かかる文献の全てが、あらゆる目的上、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００６７】
[均等物]
本明細書で示され及び記載されたものに加えて、本発明の様々な改変例及び多数の他の実施形態が、本明細書で引用される科学文献及び特許文献の参照を含め、本開示の全内容から、当業者にとって明らかである。本明細書の主題は、様々な実施形態及び均等物における本発明の実施に適合可能な重要な情報、説明、及びガイダンスを含む。
【図２】
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【図５】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【国際調査報告】
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