JP2005500118A - ３次元組織硬さ映像法 - Google Patents

Abstract

変化する圧力を受ける組織の硬さ情報を生成する方法である。この方法は、センサによって規定された測定面における組織の変形を測定するセンサによって、組織から信号を受信するステップであって、センサが、変化する圧力が組織に及ぶ期間中、測定面に対して横断する方向に組織に沿って移動させられるステップと、その結果生じた信号から組織の歪を同定するステップと、歪を、組織の弾性および／または硬さのパラメータに関連付けるステップとを含む。この方法は、センサの動作方向に対して実質的に平行に延びる組織表面または組織体積部分の弾性および／または硬さのパラメータを表示するステップを含んでもよい。

Description

【０００１】
本発明は、変化する圧力を受ける組織の硬さ情報を生成する方法に関する。特に、この方法は、血管または体腔の壁の硬さ情報を生成する方法に関する。
【０００２】
このような方法は、欧州特許出願ＥＰ−Ａ ０９０８１３７号から知られている。この出願において、血管壁の歪（変形）は、心拍による圧力変化の結果として血管壁のより内部の層とより外部の層との相対的変位から、超音波によって得られる。これらの相対的変位は、２回測定された超音波ビームの相対的な時間遅延の相違と（媒質中の仮定等音速で）等しい。
【０００３】
相対的な時間遅延は、特定の一方向から時間的に連続して得られた相互の音波信号を関連付けるとともに、相関関係の最適条件から関連する時間遅延を得ることによって測定することができる。したがって、この最適条件において、時間的に連続する２つの信号は、それぞれの信号間の時間差が関連する時間遅延と等しい場合、最大限の関連性を有する。２つの異なる時間に測定された時間遅延の相違を得るとともに、この相違を測定時間の間の時間差と関連付けることによって、心拍によって引き起こされる圧力変化の結果として音波ビーム方向の血管壁の歪の程度を得ることができる。
【０００４】
特定方向の測定ビームで局所的な相対的変位を測定するとともに、血管壁に対して横断する方向の測定面において測定を実行することによって、測定面におけるそれぞれの測定位置に関する弾性情報を表示することができる。さらに、上記の方向に沿った相対的変位の平均を測定することによって、いわゆるパルポグラム（palpogram）が作成されてもよく、このパルポグラムは、血管壁が測定面を切断する面における、血管壁の硬さを示す。このようなエラストグラム（elastogram）／パルポグラムから得られる情報は、血管壁におけるプラークを同定かつ特徴付けるために重要である。プラークの組成は、健康への有害性評価に重要となり得る。
【０００５】
リスクの高い画像が、リスクの高くないプラークと区別できないので、そのような情報は、従来のエコー図から、多くの場合得ることができない。
【０００６】
さらに、実際上および理論上の研究は、血管壁の歪の程度が、このようなプラークにおいて生じ得る圧力を示すことを示している。もし、この圧力が高くなりすぎると、プラークは破裂し、生命にかかわる血栓症が発症する。
【０００７】
２次元断面に関しては、満足な測定結果を得ることができるけれども、実際には、血管壁の少なくとも一表面部分の弾性／硬さを測定することができるように、壁の硬さ情報の３次元表示の需要が存在するようである。既存の技術によって、このような方法で血管壁を再現可能に分析することは、実際上非常に困難である。さらに、従来の超音波検査データに基づいて、血管壁における疑わしいスポットを局所化することは非常に困難である。事実上、血管壁における選択された位置での単一の横断走査の実行は、全体として血管壁におけるプラークの存在または不存在の決定を可能とするのに不十分な情報を提供する。
【０００８】
本発明の目的は、このような要求に適合すること、および体腔の壁、特に血管壁の弾性および／または硬さに関する３Ｄ情報を、矛盾のない、かつ再現可能な方法で得ることができる方法を提供することである。この点において、既存の従来技術によって、連続する画像間の関連性は、センサの移動が一般的にその関連性に消極的な影響を与えるので、センサを可能な限り安定的に配置することによって最適化される。本発明は、精密に測定面に対して横断する動作を実行することによって、連続する画像間の十分な関連性を、硬さおよび／または弾性特性の検出が可能となるように維持することができる、という見識に基づく。
【０００９】
したがって、この目的は、前述のタイプの方法が、
センサによって規定された測定面における組織の変形を測定するセンサによって、組織から信号を受信するステップであって、センサが、変化する圧力が組織に及ぶ期間中、測定面に対して横断する方向に組織に沿って移動させられるステップと、
その結果生じた信号から組織の歪を同定するステップと、
歪を、組織の弾性および／または硬さのパラメータに関連付けるステップと、
を含むときに達成される。
【００１０】
本発明に従えば、信号は、好ましくはほぼ連続的な動作でたとえば血管壁から受信され、連続的なフレーム（の群）は、それでもやはり、関連する情報の抽出を可能とするのに十分な関連性を有する。これは、連続する画像間の関連性を示す確率関数に従って決定されることができる。この確率関数に関連した動作を制御すること（またはフィードバック位置にフィードバックすること）によって、最適なパルポグラムの特性が得られ、これは、静止した配置よりも、より好都合となり得る。
【００１１】
この方法は、好ましくは、センサの動作方向に対して実質的に平行に延びる組織表面または組織体積部分の弾性および／または硬さのパラメータを、必要に応じて、センサおよび／または組織の位置情報と組み合わせて表示するステップを含む。変形は、エコー図または光学的データを検出する音響または光学的センサによって決定されてもよい。
【００１２】
さらに好適な実施形態において、最適な重複を有する信号が受信される。最適な重複は、連続する信号間での類似性を表示する確率関数によって決定されてもよい。
【００１３】
代替的に、または追加的に、仮定の周期的圧力変化において、信号は、動作の期間中、予め定める時間間隔で受信されてもよい。好適な実施形態において、これらは、血管壁の信号であり、そのデータは、心拍周期の特定の時間間隔の期間中にのみ受信される。その利点は、組織の弾性および／または硬さ情報の決定に適さない、または比較的適さない信号が、格納されることを要しないことであり、その結果として、データ格納容量は、限定された範囲で実行されることができるとともに、データ処理は、相当単純化されることができる。
【００１４】
本発明は、組織が、心拍によって長手方向に動く動脈である場合に、特別な有用性を有する。この場合において、センサは、この方向に対して実質的に平行に移動させられることができ、少なくとも１つの検出期間中に、センサは、組織に対して実質的に固定された位置にある。特に、相対的に強い長手方向の動脈の動作が生じる心臓内、またはその付近において、従来の記録技術に比して強く改良された硬さおよび／または弾性特性の記録が、血管壁に横断する測定面において得られることが、実際に示される。
【００１５】
本発明はさらに、本発明に従った方法を用いる装置に関し、この装置は、
血管壁または体腔を通って移動可能であり、組織からの信号を記録するセンサと、
組織の歪を同定するために、かつ歪を、センサの動作方向に対して実質的に平行に延びる組織表面または組織体積部分の弾性および／または硬さのパラメータに関連付けるために、センサからの信号を収集し、かつ処理する処理装置と、
組織表面または組織体積部分の弾性および／または硬さのパラメータを表示する表示装置と、を含む。
【００１６】
好適な実施形態において、装置は、処理装置と結合され、センサ位置を記録する位置記録手段をさらに含む。位置記録手段は、たとえば（電磁）軸受によって固定された基準に対するセンサの３Ｄ座標を表示してもよく、または、単純な実施形態においては、たとえばカテーテルが挿入される位置からの、または血管内における特定の固定位置からの相対的な直線測定であってもよい。
【００１７】
機械化された使用において、装置は、センサを移動させるアクチュエータを備えても良い。好ましくは、アクチュエータは、動作速度を調節可能にされる。したがって、位置の記録は、センサおよび／またはアクチュエータの動作速度を測定し、かつ／または調節することによって、行われてもよい。
【００１８】
さらに好適な実施形態において、信号を記録するデータ格納手段を作動させる作動手段が備えられる。さらに、アクチュエータを作動させる作動手段が備えられてもよい。作動手段は、ＥＣＧ記録装置に接続されてもよい。このようにして、信号は、血管壁から受信されることができ、データは、心拍周期の特定の時間間隔の期間中にのみ受信される。代替的に、または追加的に、作動手段は、連続するエコー図画像間の関連性を検出してもよく、また、予め定める関連性でデータ格納手段を作動させてもよい。
【００１９】
別のさらに好ましい実施形態において、センサは、血管に挿入可能なカテーテルに配置され、このセンサは、カテーテルの制御された引戻しにおいて信号を記録することができる。
【００２０】
本発明は、図面の記述に基づいて、以下説明される。
図１は、本発明に従った装置１を示す図である。この装置は、音響センサ３を備えた可動なカテーテル２を含む。処理装置４は、エコー図データを収集かつ処理するために存在し、処理装置４は、表示装置５と接続される。処理装置４は、センサ３の位置を記録する位置記録手段６とさらに接続している。
【００２１】
カテーテル２は、血管７を通って移動されることができ、血管７は、心拍によって変形された血管壁８を有する。この変形は、カテーテル２のエコー図データから、処理装置４によって得ることができ、かつ、壁８の弾性および／または硬さのパラメータと関連付けられることができる。
【００２２】
説明として、プラーク９は、血管７において示される。このプラークは、比較的硬いキャップ１１によって閉じられた脂質コア１０を含む。カテーテル２の動作は、アクチュエータ１２によって制御される。アクチュエータ１２は、カテーテルが０．１〜２ｍｍ／秒の速度で移動可能なように、動作速度を調節可能である。好ましい方向は、いわゆる引戻し方向であり、すなわちカテーテル２は、最大の挿入深度まで挿入され、その後アクチュエータ１２によって引戻される。アクチュエータは、実質的に連続的な動作でカテーテル２を引戻すことができる。アクチュエータ１２は、作動手段１３によって作動することができる。
【００２３】
代替的に、作動手段１３は、ＥＣＧ装置１４からのデータによって制御されてもよく、これによって、心拍の有利な時点を、測定を実行するために選択することができる。このことは、以下において、より詳細に説明される。測定の実行中、動作は中断されてもよく、これによって、断続的な引戻し動作を実行することができる。作動手段１３は、エコー図データを格納するデータ格納手段１５と結合してもよい。これは、大量のエコー図データが、心拍の関連する部分期間中にのみ受信され、この結果、好都合な容量節約を生じさせることと、データ処理の著しい単純化とを確実にする。
【００２４】
パルポグラフィック測定を実行するために心拍の関連部分を選択することによるほか、作動手段は、予め定める関連性で作動させるために、連続するエコー図画像間の関連性を検出する関連性検出手段１６と、追加的または代替的に接続されることができる。
【００２５】
本発明に従った方法は、以下において説明される。心拍の結果変化する圧力において、エコー図データが音響センサ３によって受信される一方、センサ３は、血管壁８に沿って移動させられる。エコー図データは、処理装置４によって分析されることができ、血管壁８の歪は、結果生じたエコー図データから同定されるとともに、この歪は、血管壁の弾性および／または硬さのパラメータと関連付けられる。このようにして、センサの動作方向に対して実質的に平行に延びる組織表面または組織体積部分の弾性および／または硬さのパラメータを表示することが可能である。好適な実施形態においては、このような表示、すなわち血管壁のパルポグラムまたはエラストグラムに、センサおよび／または組織の位置情報も表示される。動作は、実質的に連続的な動作であってもよく、代替的に、断続的な動作が実行されてもよい。動作および／またはエコー図データの分析は、制御されることができ、エコー図データは、心拍周期における予め定める時間間隔で受信され、この時間間隔で動作が中断されてもよい。
【００２６】
代替的に、重複を有するこれらの信号のみが、受信されてもよい。最適な重複は、連続する信号間の類似性を表示する確率関数によって決定されることができる。
【００２７】
図２ａのパルポグラムは、図２ｂのエコー図によって断面で示される、柔らかい含有物を有する模型を走査することによって得られた。この模型は、中空の管の形状を有し、ポリビニルアルコールクライオゲルからなる。含有物は、比較的硬いキャップを含み、これは、自然に形成されたプラークにおいて存在し得る。このキャップの厚さは、２ｍｍ〜８００μｍの間で異なる。
【００２８】
したがって、含有物は、自然の血管に存在し得るプラークの力学的性質に対応する力学的性質を有する。
【００２９】
模型は、水中で保たれるとともに、拍動の圧力を受けた。音響変換器を備えるカテーテルは、１．０ｍｍ／秒の速度で模型を通って移動させられた。必要なフレームの数は、１秒あたり約３０、すなわち１つの画像あたり０．０３ｍｍの軸方向変位であった。約０．６ｍｍ幅のビームで、これが許容量であることを証明した。
【００３０】
柔らかい部分において、１％までの歪が観察された。この歪は、キャップの厚さの低下によって増大する。
【００３１】
図３のパルポグラムは、それぞれ、０．５および１ｍｍ／秒の引戻し速度で、ニュージーランド白ウサギのアテローム性硬化性大動脈を走査することによって得られた。この図において、ａ）は、第１の走査であり、ｂ）は、カテーテルが再度位置決めされた後に得られた第２の走査、ｃ）はしばらく後に、再度動物に挿入されたカテーテルで得られた走査である。
【００３２】
パルポグラムは、１．０ｍｍ／秒のカテーテルの動作速度で得られた。パルポグラムにおいて、プラークは、比較的明るい領域として、常に明確に視認できる。
【００３３】
全ての場合において、以下の測定方法が用いられた。
１．輪郭検出
２．最小の相互動作を有するフレームの選択
３．２つのフレーム間の壁の変位評価
４．歪の導出
５．角度あたりの歪の平均化
６．輪郭における歪の（色）識別
【００３４】
３人の患者について、パルポグラムを得た。図４は、その例を示す。斜線領域は、大動脈の側枝の存在の結果、利用可能な測定値を表さない。この図に示すように、最も大きい歪は、側枝の周辺領域（明るい領域）に生じる。心拍の期間中に信頼できるパルポグラムを決定するのに十分な程、カテーテルの動作がわずかであることが判明した。連続するフレーム間での重複の程度は、常に、少なくとも約７０％のままであった。
【００３５】
実験において、パルポグラムは、ＥＣＧ信号のＲ波を用いて、データを心周期に分割して得られた。血流の異なる速度と心収縮とによるカテーテルの自然動作が原因で、カテーテルは、拡張期に冠動脈により深く移動する。したがって、測定は、この期（すなわち、心臓の圧力が低下し、かつ血流速度が遅い）の間に実行され、カテーテルは、自然動作に対して引抜かれる。これは、機械的なアクチュエータ（Trakback, JoMed Imaging, Rancho Cordova, CA, USA）によって、０．５および１．０ｍｍ／秒の間の速度で行われた。
【００３６】
この動作によって、センサは、検出期間中、動脈の壁に対して実質的に固定された位置を有することが判明した。測定面からの動作が最小化され、パルポグラムの質が向上することが発見された。
【００３７】
本発明は、血管におけるプラークの存在が検査された前述の模範的実施形態に基づいて論じられたけれども、本発明が、その他の組織、たとえば前立腺、食道などを検出および分析する場合にも用いられ得ることは明らかである。自然に変化する圧力の結果生じる変形を測定する代わりに、装置は、圧力変化を組織に人工的に及ぼす手段を備えてもよい。
【００３８】
さらに、あらゆる種類の変形が、本発明の精神から逸脱することなく用いられることができる。このような変形は、たとえば、２Ｄパルポグラムの積重ねとしての３Ｄパルポグラムの表示、測定が実行される角度の表示、またはパルポグラムとアルゴリズムとの組合せ表示を含んでもよい。
【００３９】
このような変形およびその他の変形は、添付の請求項の保護範囲内とみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従った装置を示す図である。
【図２】図２ａは柔らかいプラーク部分を有するファントムの３Ｄパルポグラムであり、図２ｂは従来のエコー図情報と組み合わせた図２ａの３Ｄパルポグラムの縦断面図である。
【図３】６つの異なる測定において得られた、ウサギの類似する大動脈部分の一連の６つの３Ｄパルポグラムである。
【図４】ｉｎ ｖｉｖｏで得られたヒト冠動脈の３Ｄパルポグラムである。

Claims (24)

1. 変化する圧力を受ける組織の硬さ情報を生成する方法であって、
   センサによって規定された測定面における組織の変形を測定するセンサによって、組織からの信号を受信するステップであって、センサが、変化する圧力が組織に及ぶ期間中、測定面に対して横断する方向に組織に沿って移動させられるステップと、
   その結果生じた信号から組織の歪を同定するステップと、
   歪を、組織の弾性および／または硬さのパラメータに関連付けるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 時間的に連続する信号を関連付けるステップであって、信号は、互いに相互移動させられたセンサ位置における組織の変形を表すものであるステップと、
   この関連性によって、センサの動作方向に対して実質的に平行に延びる組織表面または組織体積部分の歪を計算するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 組織表面または組織体積部分の弾性および／または硬さのパラメータを表示するステップを含む請求項１または２記載の方法。
4. 信号は、音響センサによって検出されたエコー図データであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の方法。
5. 信号は、光学センサによって検出された光学データであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の方法。
6. センサおよび／または組織の位置情報とともに、組織の弾性および／または硬さのパラメータを表示するステップを含むことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の方法。
7. 信号は、センサの実質的に連続的な動作の期間中に受信されることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の方法。
8. 重複を有する信号が受信されることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の方法。
9. 最適な重複が、連続する信号間の類似性を表示する確率関数によって決定されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 信号は、仮定の周期的圧力変化において、動作の期間中に予め定められた時間間隔で受信されることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の方法。
11. 信号は、血管壁から発せられ、データは、心拍周期の特定の時間間隔中にのみ受信されることを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の方法。
12. 組織は、心拍によって長手方向に動く動脈であり、センサは、この方向に対して実質的に平行に移動させられ、少なくとも１つの検出期間中に、センサは、動脈の壁に対して実質的に固定された位置を有することを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の方法。
13. 請求項１〜１２のうちいずれか１項に記載の方法を用いる装置であって、
    血管または体腔を通って移動可能であり、組織からの信号を記録するセンサと、
    組織の歪を同定するために、かつ歪を、組織表面または組織体積部分の弾性および／または硬さのパラメータに関連付けるために、センサからの信号を収集し、かつ処理する処理装置と、
    組織表面または組織体積部分の弾性および／または硬さのパラメータを表示する表示装置と、
    を含むことを特徴とする装置。
14. 連続する信号間の関連性を検出する関連性検出手段を含み、信号は、互いに相互移動されたセンサ位置における組織の変形を表し、処理装置は、この関連性によって、センサの動作方向に対して実質的に平行に延びる組織表面または組織体積部分の歪を計算するために設けられることを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. 処理装置と結合され、センサの位置を記録する位置記録手段をさらに含むことを特徴とする請求項１３または１４記載の装置。
16. センサを移動させるアクチュエータをさらに含むことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の装置。
17. アクチュエータは、動作の速度を調節可能であることを特徴とする請求項１６記載の装置。
18. 信号を格納するデータ格納手段を作動させる第１作動手段をさらに含むことを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の装置。
19. アクチュエータを作動させる第２作動手段を含むことを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 作動手段は、心拍の予め定められた部分期間中に作動させるように、ＥＣＧ記録装置と接続可能であることを特徴とする請求項１８または１９記載の装置。
21. 作動手段は、予め定められた関連性で作動させるように、関連性検出手段と接続されることを特徴とする請求項１８〜２０のうちいずれか１項に記載の装置。
22. センサは、カテーテルに設けられ、カテーテルは、血管の中に挿入可能であり、センサは、カテーテルが制御されて引戻されるとき信号を記録することを特徴とする請求項１３〜２１のうちいずれか１項に記載の装置。
23. センサは、音響センサであることを特徴とする請求項１３〜２２のうちいずれか１項に記載の装置。
24. センサは、光学センサであることを特徴とする請求項１３〜２２のうちいずれか１項に記載の装置。

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