JP2009511209A - 血管組織をキャラクタライズするシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2005年10月14日に出願された、米国仮特許出願第60/726,996号の利益を米国特許法第1の19条第(e)項に従って請求し、その出願は、参照によりその全体が本明細書に明示的に援用される。
しかし、後方散乱された超音波データは、一般に、いろいろな時間に後方散乱される(すなわち、時変である)。この概念は、図2A〜図2Dに示される。具体的には、図2Aは、血管組織に向かって超音波信号(又はパルス)124を送信するためにカテーテル120を使用することを示す。例示的な超音波信号(たとえば、図2Aで送信された超音波信号に似た)は、図2Bに示される。図2Cは、後方散乱データが時変であることを示す。これは、異なるタイプ及び密度の組織が、超音波データを、異なって吸収し、反射するためである。たとえば、後方散乱データの第1の部分126aは、血管組織の内側部分を表し、後方散乱データの第2の部分126bは、血管組織の中間部分を表し、後方散乱データの第3の部分126cは、血管組織の外側部分を表すことになる。後方散乱データの例示的なパルス(たとえば、図2Cで後方散乱されたパルスに似た)は、図2Dに示される。
この式を使用することによって、Hの推定値を決定することができる。Hを推定する一方法は、一定の誤差基準(たとえば、観測データとフィッティングされたモデル等との間の差)を最小にするXの推定値を検索することである。Xが推定される(Xest)と、最小二乗適合アルゴリズムを使用して、Hを推定することができる。本発明の別の実施形態では、アルゴリズムは、さらに、選択及び/又は事前に指定される一定のパラメータを考える。たとえば、「スケール」パラメータは、エネルギーユニットになるように事前に指定することができ、「シフト」パラメータは、後方散乱データの最大のサンプルの位置を推定することによって、後方散乱データから選択することができ、「符号」パラメータは、後方散乱データの最大のサンプルの符号を推定することによって、後方散乱データから選択することができる、等である。
本明細書で使用される場合に、最大パワー、最小パワー、最大パワー時及び/又は最小パワー時の周波数、(推定された、又は、実際の)y切片、傾斜、中間帯域フィット、後方散乱、及び当業者に一般に知られている(又は、当業者が識別可能な)全てのパラメータを含むが、それらに限定されないことも理解されるべきである。応答データは、(たとえば、カテーテルが患者の中にある間に)リアルタイムに、又は或る遅延期間後に、(たとえば、パラメータを識別するために)受信及び/又は解析されてもよいことがさらに理解されるべきである。
Claims (35)
- 血管組織について超音波応答データを収集する(acquire)方法であって、
血管構造内にカテーテルの少なくとも一部分を挿入するステップと、
前記カテーテルの変換器部分を作動させるステップであって、前記変換器部分の前記作動は、少なくとも2つの超音波信号が血管組織内に送信されることをもたらす、作動させるステップと、
前記血管組織から少なくとも後方散乱超音波データの第1のセット及び第2のセットを収集するステップと、
前記後方散乱超音波データの第1のセットの少なくとも一部分及びアルゴリズムを使用するステップであって、前記カテーテルが前記血管構造内にある間に該カテーテルの第1の伝達関数を推定する、使用するステップと、
前記後方散乱超音波データの第2のセットの少なくとも一部分及び前記アルゴリズムを使用するステップであって、前記カテーテルが前記血管構造内にある間に該カテーテルの第2の伝達関数を推定する、使用するステップと、及び
少なくとも前記第1の伝達関数及び前記第2の伝達関数を使用するステップであって、前記血管組織について超音波応答データを計算する、使用するステップと
を含み、前記超音波応答データは、(i)前記血管組織から後方散乱データを示し、また、(ii)前記カテーテルからもたらされる超音波データ変容(modification)とは実質的に無関係である、方法。 - 前記少なくとも前記第1の伝達関数及び前記第2の伝達関数を使用するステップであって、前記血管組織について超音波応答データを計算する、使用するステップは、
前記第1の伝達関数を使用するステップであって、前記血管組織について、第1のセットの超音波応答データを計算し、該超音波応答データの第1のセットは前記後方散乱超音波データの第1のセットに対応する、使用するステップと、及び
前記血管組織について、前記第2の伝達関数を使用するステップであって、超音波応答データの第2のセットを計算し、該超音波応答データの第2のセットは、前記後方散乱超音波データの第2のセットに対応する、使用するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記少なくとも前記第1の伝達関数及び前記第2の伝達関数を使用するステップであって、前記血管組織について超音波応答データを計算する、使用するステップは、
少なくとも、前記第1の伝達関数、前記第2の伝達関数、及び第2のアルゴリズムを使用するステップであって、第3の伝達関数を計算する、使用するステップと、及び
前記第3の伝達関数を使用するステップであって、前記血管組織について前記超音波応答データを計算する、使用するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第2のアルゴリズムは、重み付き平均アルゴリズムである、請求項3に記載の方法。
- 前記少なくとも前記第1の伝達関数及び前記第2の伝達関数を使用するステップであって、前記血管組織について超音波応答データを計算する、使用するステップは、
少なくとも、前記第1の伝達関数、前記第2の伝達関数、及び第2のアルゴリズムを使用するステップであって、前記第1の伝達関数を変更する、使用すること、及び
前記変更された第1の伝達関数を使用するステップであって、前記血管組織について前記超音波応答データを計算する、使用するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 後方散乱超音波データの前記少なくとも2つのセットから雑音をフィルタリングするステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記アルゴリズムは、後方散乱超音波データの前記第1のセット及び前記第2のセットを短い間隔にわたって時不変(time-invariant)であると考える反復アルゴリズムである、請求項1に記載の方法。
- 前記カテーテルの第1の伝達関数を推定するよう前記後方散乱超音波データの第1のセットの少なくとも一部分及びアルゴリズムを使用するステップは、誤差基準(error-criteria)アルゴリズム及び最小二乗適合(least-squares-fit)アルゴリズムを使用し、前記血管組織について少なくとも前記超音波応答データの第1のセット及び前記カテーテルの前記第1の伝達関数をそれぞれ推定する、使用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記推定された超音波応答データの第1のセット及び前記計算された第1のセットの超音波応答データを使用するステップであって、前記血管組織について超音波応答データの最終の第1のセットを計算する、使用するステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 少なくとも前記超音波応答データを使用するステップであって、少なくとも前記血管組織の超音波画像を生成する、使用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記超音波応答データの複数のパラメータを識別するステップと、
前記血管組織の少なくとも一部分をキャラクタライズするよう前記複数のパラメータ及び以前に記憶した組織学データを使用するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記超音波応答データを時間領域から周波数領域へ変換するステップと、
前記超音波応答データの周波数スペクトルから、前記複数のパラメータのうちの少なくとも2つのパラメータを識別するステップと
をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 前記複数のパラメータのうちの前記少なくとも2つのパラメータを識別する前記ステップは、最大パワー、最小パワー、最大パワー時の周波数、最小パワー時の周波数、y切片、傾斜、中間帯域フィット(mid-band fit)、及び後方散乱から成る群から選択される前記少なくとも2つのパラメータをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記血管組織の少なくとも一部分をキャラクタライズするよう前記複数のパラメータ及び以前に記憶した組織学データを使用するステップは、前記複数のパラメータ及び前記以前に記憶した組織学データを使用し、前記血管組織の少なくとも一部分の組織タイプを識別することをさらに含み、前記組織タイプは、血液、線維性組織(fibrous tissue)、線維性皮膜(fibrous cap)、線維脂質性組織(fibro-lipidic tissue)、石灰化壊死性組織(calcified necrotic tissue)、石灰化組織、コラーゲン、コレステロール、及び血栓から成る群から選択される、請求項11に記載の方法。
- 少なくとも前記識別された組織タイプを使用するステップであって、前記血管組織の少なくとも一部分の組織キャラクタリゼーション(tissue-characterization)画像をディスプレイ上に生成する、使用するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 血管内超音波(IVUS)データ収集システムであって、
少なくとも1つの変換器を備え、且つ、複数の超音波信号を送信すると共に超音波データ受信するようになっているカテーテルであって、前記超音波データは血管組織から後方散乱される、カテーテルと、
前記カテーテルに電気的に接続されたコンピューティングデバイスであって、
前記超音波データを受信し、
前記超音波データを使用して前記カテーテルの複数の伝達関数を推定し、且つ
少なくとも前記複数の伝達関数及び前記超音波データの関数である超音波応答データを、血管組織について決定するようになっている、伝達関数アプリケーション
を含む、コンピューティングデバイスと
を備える、IVUSデータ収集システム。 - 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、前記血管組織について、超音波応答データの第1のセット及び第2のセットを決定するようになっており、前記超音波応答データの第1のセットは、前記複数の伝達関数のうちの第1の伝達関数及び前記超音波データの第1のセットの関数であり、前記超音波応答データの第2のセットは、前記複数の伝達関数のうちの第2の伝達関数及び前記超音波データの第2のセットの関数である、請求項16に記載のIVUSデータ収集システム。
- 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、前記複数の伝達関数とアルゴリズムを使用して前記カテーテルの伝達関数を計算するようになっており、前記超音波応答データは、少なくとも前記伝達関数及び前記超音波データの少なくとも一部分の関数である、請求項16に記載のIVUSデータ収集システム。
- 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、前記複数の伝達関数と重み付き平均アルゴリズムとを使用して前記カテーテルの伝達関数を計算するようになっている、請求項18に記載のIVUSデータ収集システム。
- 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、前記超音波データから雑音をフィルタリングするようになっており、前記超音波応答データは、少なくとも、前記複数の伝達関数、前記超音波データ、及び前記雑音の関数である、請求項16に記載のIVUSデータ収集システム。
- 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、前記超音波データを短い間隔にわたって時不変であると考える反復アルゴリズムを使用して前記複数の伝達関数を推定するようになっている、請求項16に記載のIVUSデータ収集システム。
- 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、少なくとも1つのアルゴリズムを使用して前記カテーテルの前記複数の伝達関数を推定するようになっており、該少なくとも1つのアルゴリズムは、誤差基準アルゴリズム及び最小二乗適合アルゴリズムから成るリストから選択される、請求項21に記載のIVUSデータ収集システム。
- 前記コンピューティングデバイスは、
複数の血管組織タイプに対応する複数のパラメータを記憶するようになっているデータベースと、
前記データベース及び前記伝達関数アプリケーションに電気的に接続されたキャラクタライゼーションアプリケーションであって、
前記超音波応答データを受信し、
前記超音波応答データを周波数領域に変換し、
複数の識別可能なパラメータについて、前記変換された信号を解析し、且つ
前記複数の識別可能なパラメータ及び前記データベースに記憶された前記複数のパラメータの少なくとも一部分を使用して前記血管組織の少なくとも一部分をキャラクタライズするようになっている、キャラクタリゼーションアプリケーションと
をさらに備える、請求項16に記載のIVUSデータ収集システム。 - 前記データベースは、さらに、前記複数の血管組織タイプに対応する少なくとも2つのパラメータを記憶するようになっており、前記少なくとも2つのパラメータは、最大パワー、最小パワー、最大パワー時の周波数、最小パワー時の周波数、y切片、傾斜、中間帯域フィット、及び後方散乱から成る群から選択される、請求項23に記載のIVUSデータ収集システム。
- 前記キャラクタリゼーションアプリケーションは、さらに、前記複数の識別可能なパラメータ及び前記データベースに記憶された前記複数のパラメータの前記少なくとも一部分を使用して前記血管組織の前記少なくとも一部分の組織タイプを識別するようになっており、該組織タイプは、血液、線維性組織、線維性皮膜、線維脂質性組織、石灰化壊死性組織、石灰化組織、コラーゲン、コレステロール、及び血栓から成る群から選択される、請求項23に記載のIVUSデータ収集システム。
- 前記コンピューティングデバイスは、前記組織タイプに対応するカラーで、前記血管組織の少なくとも一部分をイメージングするディスプレイをさらに備える、請求項25に記載のIVUSデータ収集システム。
- 血管組織キャラクタリゼーションシステムであって、
少なくとも1つの変換器を備え、且つ、血管組織に複数の超音波信号を送信すると共に該血管組織から前記超音波信号の後方散乱を受信するようになっているカテーテルと、
前記カテーテルに電気的に接続され、且つ、前記血管組織から、前記超音波信号の前記後方散乱を受信するようになっている血管内超音波(IVUS)コンソールであって、前記超音波信号の前記後方散乱は超音波データを含むIVUSコンソールと、
伝達関数アプリケーションであって、
前記血管組織から後方散乱された超音波データを使用して前記カテーテルの少なくとも2つの伝達関数を推定し、且つ
少なくとも前記少なくとも2つの伝達関数を使用して前記超音波データの応答データ部分を計算するようになっている、伝達関数アプリケーションと、
前記IVUSコンソールに電気的に接続されているコンピューティングデバイスであって、
複数の血管組織タイプに対応する複数のパラメータを記憶するようになっているデータベースと、
前記データベースに電気的に接続されたキャラクタリゼーションアプリケーションであって、
複数の識別可能なパラメータについて前記超音波データの前記応答データ部分を解析し、且つ
前記複数の識別可能なパラメータ及び前記データベースに記憶された前記複数のパラメータの少なくとも一部分を使用して前記血管組織の少なくとも一部分をキャラクタライズするようになっている、キャラクタリゼーションアプリケーションと
を備える、血管組織キャラクタリゼーションシステム。 - 前記伝達関数アプリケーションは、前記コンピューティングデバイス上で動作する、請求項27に記載の血管組織キャラクタリゼーションシステム。
- 前記伝達関数アプリケーションは、前記IVUSコンソール上で動作する、請求項27に記載の血管組織キャラクタリゼーションシステム。
- 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、前記超音波データから雑音をフィルタリングするようになっている、請求項27に記載の血管組織キャラクタリゼーションシステム。
- 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、前記少なくとも2つの伝達関数のうちの第1の伝達関数を使用して前記超音波データの第1の応答データ部分を計算し、且つ前記少なくとも2つの伝達関数のうちの第2の伝達関数を使用して前記超音波データの第2の応答データ部分を計算するようになっている、請求項27に記載の血管組織キャラクタリゼーションシステム。
- 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、
アルゴリズム及び前記少なくとも2つの伝達関数を使用して前記カテーテルの伝達関数を計算し、且つ
前記少なくともカテーテルの前記伝達関数を使用して前記超音波データの前記応答データ部分を計算するようになっている、請求項27に記載の血管組織キャラクタリゼーションシステム。 - 前記伝達関数アプリケーションは、さらに、
アルゴリズム及び前記少なくとも2つの伝達関数を使用して前記少なくとも2つの伝達関数のうちの第1の伝達関数を修正し、且つ
修正された、前記少なくとも2つの伝達関数のうちの前記少なくとも第1の伝達関数を使用して前記超音波データの前記応答データ部分を計算するようになっている、請求項27に記載の血管組織キャラクタリゼーションシステム。 - 前記キャラクタリゼーションアプリケーションは、さらに、前記超音波データの前記応答データ部分を周波数領域に変換するようになっている、請求項27に記載の血管組織キャラクタリゼーションシステム。
- 前記コンピューティングデバイスは、ディスプレイをさらに備え、前記キャラクタリゼーションアプリケーションは、さらに、前記ディスプレイ上に前記血管組織の前記少なくとも一部分の画像を生成するようになっている、請求項27に記載の血管組織キャラクタリゼーションシステム。
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