JP2005536289A - 血管組織を特徴付けするシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

血管組織を特徴付けするために後方散乱されたデータおよび既知のパラメータを使用するシステムおよび方法が提供される。特に、本発明の１実施形態では、超音波装置120が血管からＲＦ後方散乱されたデータ（即ちＩＶＵＳデータ）を捕捉するために使用される。ＩＶＵＳデータはその後、コンピュータ装置130に送られ、ＩＶＵＳイメージを生成するために使用される。血管はその後、断面化され、その組織のタイプを識別し、対応するイメージ（即ち組織構造的イメージ）を生成するために使用される。好ましくは識別された組織のタイプに対応する問題の領域（ＲＯＩ）はその後、組織構造的イメージで識別される。コンピュータ装置130または特に、そこで動作する特徴付けアプリケーションは、その後ＩＶＵＳイメージの対応する領域を識別するように構成される。しかしながら、ＲＯＩに正確に一致するために、ＩＶＵＳイメージの外形に実質的に適合するように組織構造的イメージをワープまたはモルフする必要がある。対応する領域の識別後、この領域に対応するＩＶＵＳデータが識別される。信号処理がその後行われ、少なくとも１つのパラメータが識別される。識別されたパラメータおよび組織のタイプ（例えば特徴付けデータ）はデータベース134に記憶される。

Description

本発明は血管組織、特に血管組織を特徴付けするために後方散乱データおよび既知のパラメータを使用するシステムおよび方法に関する。

本出願は2002年８月26日に出願された米国特許出願第60/406,183号明細書、2002年８月26日に出願された米国特許出願第60/406,254号明細書、2002年８月26日に出願された米国特許出願第60/406,148号明細書、2002年８月26日に出願された米国特許出願第60/406,184号明細書、2002年８月26日に出願された米国特許出願第60/406,185号明細書、2002年８月26日に出願された米国特許出願第60/406,234号明細書の35 U.S.C. §119(e)に準ずる利点を請求しており、これら全ての出願は全体的に本出願の参考文献とされている。

本発明は血管内の超音波（ＩＶＵＳ）解析技術に関する。これは組織の特徴付けを含む血管オブジェクト内の量的コンポーネント識別のためのシステムおよび方法に対して特別な応用を発見している。本発明を超音波装置に関して、または特に血管オブジェクトを特徴付けするためのＩＶＵＳデータ（またはその変形）の使用に関して説明するが、本発明はそれに限定されないことが認識されるべきである。したがって、例えば任意の組織のタイプまたは組成を特徴付けるために後方散乱データ（またはその変形）を使用することは本発明の技術的範囲内である。

患者の身体の一部の超音波画像化は治療の最良のタイプおよびコースを決定するために医療実務の種々の分野で便利なツールを提供する。超音波技術による患者の冠状血管の画像化は医師に貴重な情報を提供することができる。例えば、イメージデータは患者の狭窄の程度を示し、病気の進行を明らかにし、血管形成術または腫切除術のような処置が示されるか、さらに侵襲性の処置が保証されるかが決定される。

典型的な超音波画像化システムでは、超音波トランスデューサは患者の身体を通して血管内のような問題の地点へ慎重に操作されるカテーテルの端部へ取付けられる。トランスデューサは選択された角度範囲にわたってセクタをカバーするため機械的に走査され、あるいは前後に回転される単一素子の結晶またはプローブである。音響信号がその後送信され、これらの音響信号からのエコー（または後方散乱）が受信される。後方散乱のデータは走査される組織のタイプまたは密度を識別するために使用されることができる。プローブがセクタを通して掃引されるとき、多数の音響ラインが処理され、患者のセクタ−形状のイメージを作成する。データが集められた後、血管のイメージ（即ちＩＶＵＳイメージ）は既知の技術を使用して再構成される。このイメージはその後、血管コンポーネントとプラ−ク内容を評価するために心臓科医により視覚的に解析される。

典型的に、超音波イメージデータはＶＨＳビデオテープへ転送され、デジタル化された後解析される。しかしながら、ビデオテープは典型的にもとの集められた後方散乱データよりも低い解像度を有するので、このプロセスはイメージの解像度を低下させる。イメージ解像度の低下は血管とそのプラ−ク内容の不正確な評価をまねく可能性がある。さらに、輝度およびコントラストのようなある種のイメージ特性は患者によって異なり、または心臓科医がＩＶＵＳコンソールで設定を変化するならば同一の患者で変化する可能性がある。ビデオテープで録画されたイメージはＩＶＵＳコンソールのスクリーンで観察するイメージと同一であり、したがってコンソールでの設定を受ける。プラ−ク（または組織のタイプ）はスクリーン上での見た目により識別されるので、スクリーンの設定が変更されていると、解析にエラーが生じる。別の欠点は、ある情報（例えば組織構造等）が容易にＩＶＵＳイメージから（少なくともある程度の確実性まで）弁別されることができないことである。したがって、少なくともこれらの欠点の１つを克服する血管オブジェクトの特徴付けおよび／または画像化のためのシステムおよび方法を得ることが有効である。

本発明は血管組織を特徴付けるために後方散乱データおよび既知のパラメータを使用するシステムおよび方法を提供する。本発明の実施形態は超音波装置と、特徴付けアプリケーションおよびデータベースを備えたコンピュータ装置とにしたがって動作する。特に、超音波装置（例えば血管内超音波（ＩＶＵＳ）コンソールとＩＶＵＳカテーテル）は血管からＲＦ後方散乱データ（即ちＩＶＵＳデータ）を捕捉するために使用される。例えばトランスデューサはカテーテルの端部へ取付けられ、患者の身体を通って問題の地点へ慎重に操作される。トランスデューサはその後、血管オブジェクトの組織から反射されるエコーまたは後方散乱信号（即ちＩＶＵＳデータ）を捕捉するためにパルスで付勢される。ＩＶＵＳデータはその後、コンピュータ装置に送られ、ＩＶＵＳイメージを生成するために（コンピュータ装置またはＩＶＵＳコンソールにより）使用される。

本発明の第１の実施形態では、特徴付けアプリケーションは特徴付けデータ（例えば組織のタイプのデータ等）を受信して記憶するように構成されている。特に、血管オブジェクトが問合せられた後、血管オブジェクトは組織構造のために断面化される。断面はその後、技術でよく知られている固定および着色プロセスによって処理される。着色プロセスにより臨床医は組織のタイプを識別することが可能である。識別された組織のタイプ（例えば特徴付けデータ）はその後、特徴付けアプリケーションに与えられ、データベース中に記憶される。

本発明の別の実施形態では、特徴付けアプリケーションはさらに組織構造的なイメージを生成し、ＩＶＵＳイメージ上の少なくとも１つの対応する領域を識別するように構成されている。この実施形態では、断面化された血管オブジェクトに対応するデジタル化されたデータは特徴付けアプリケーションに与えられる。そのデジタル化されたデータはその後、組織構造的なイメージを生成するために使用される。組織構造的なイメージの問題の領域（ＲＯＩ）はその後、オペレータによって識別される。前述したようにＲＯＩはその特徴付けデータに対応していることが好ましい。特徴付けアプリケーションはその後ＩＶＵＳイメージの対応する領域を識別するように構成される。しかしながら、ＲＯＩを正確に一致させるために、ＩＶＵＳイメージの外形に実質的に適合するように組織構造的なイメージをワープまたはモルフする必要がある可能性がある。このワーピングは組織を切断することによって生じる組織構造の処理のアーティファクトを除去する。したがって、本発明の１実施形態では、特徴付けアプリケーションはさらに（ｉ）組織構造的なイメージとＩＶＵＳイメージとの両者に共通の少なくとも１つの標識を識別（またはそれについてのオペレータからの識別データを受信する）し、（ii）対応する標識を実質的に整列するための第１のアルゴリズム（例えば形態計測アルゴリズム）を使用し、および（iii）オブジェクトの標識ではない部分を実質的に整列するために第２のアルゴリズム（例えば薄いプレートスプライン（ＴＰＳ）変形技術）を使用することにより組織構造的なイメージをモルフするように構成される。

本発明の別の実施形態では、特徴付けアプリケーションはさらにＩＶＵＳイメージのＲＯＩ部分に関連するパラメータを決定し、記憶するように構成される。この実施形態では、特徴付けアプリケーションはＩＶＵＳイメージ上のＲＯＩに対応するＩＶＵＳデータを識別するように構成されている。ＩＶＵＳデータが識別された後、本発明の１実施形態にしたがって、特徴付けアプリケーションはＩＶＵＳデータの少なくとも１つのパラメータを識別するように構成される。本発明の別の実施形態では、特徴付けアプリケーションは（例えば高速度フーリエ変換、ウェルチペリオドグラム、自己回帰パワースペクトル（ＡＲ）解析を使用して）周波数解析が行われた後に少なくとも１つのパラメータを識別するように構成される。識別されたパラメータはその後、データベース中に記憶され、ここで特徴付けデータにリンクされる。このデータ（即ち記憶されるパラメータおよび特徴付けデータ）はその後、血管組織の識別または特徴付けのために使用されることができる。

本発明の第２の実施形態では、特徴付けアプリケーションはＩＶＵＳデータを受取って、それに関連するパラメータを決定し、その組織のタイプまたはその特徴を識別するためにデータベースに記憶されるパラメータ（即ち組織構造的なデータ）を使用するように構成されている。この実施形態では、特徴付けアプリケーションはＩＶＵＳコンソールからＩＶＵＳデータを受信し、それに関連する少なくとも１つのパラメータを（直接的または間接的に）識別するように構成されている。換言すると、パラメータは（例えば周波数解析後）ＩＶＵＳデータからまたはその変形情報から直接的に識別されることができる。識別されたパラメータはその後、データベース中に記憶されているパラメータ（即ち組織構造的なデータ）と比較される。一致（正確にまたは実質的）が発見されたならば、関連する領域はデータベース中に記憶されている組織のタイプ（または特徴）に相関される。本発明の１実施形態では、特徴付けアプリケーションはさらに、質問された血管オブジェクトの再構成されたイメージを表示するように構成され、ここで異なる組織のタイプは異なる色（例えば、ディスクリートな色、グレースケール等）を使用して識別される。

血管を特徴付けするために後方散乱されたデータおよび既知のパラメータを使用するシステムおよび方法はその付加的な利点および目的の認識と共に、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を考慮することにより、当業者により完全に理解されるであろう。最初に簡単に説明されている添付図面を参照にする。

本発明の好ましい実施形態は超音波装置と、特徴付けアプリケーションおよびデータベースを具備するコンピュータ装置とによって動作する。以下の詳細な説明では、同一の符号は１以上の図面に示されている同様の素子の説明に使用されている。
図１は本発明の第１の実施形態にしたがって動作する組織−特徴付けシステム10を示している。この実施形態では、血管内超音波（ＩＶＵＳ）コンソール110はＩＶＵＳカテーテル120に電気的に接続され、血管からのＲＦ後方散乱データ（即ちＩＶＵＳデータ）を捕捉するために使用される。特に、トランスデューサ122はカテーテル120の端部に取付けられ、患者の身体を通して問題の地点へ慎重に操作される。トランスデューサはその後、血管オブジェクトの組織から反射されるエコーまたは後方散乱信号を捕捉するためにパルスで付勢される。組織のタイプおよび密度が相違して超音波パルスを異なって吸収および反射するので、反射されたデータ（即ちＩＶＵＳデータ）は血管オブジェクトの画像化に使用されることができる。換言すると、ＩＶＵＳデータはＩＶＵＳイメージを生成するために（例えばＩＶＵＳコンソール100により）使用されることができる。例示的なＩＶＵＳイメージ20は図２に与えられており、ここでは明および暗領域は異なる組織のタイプおよび／または密度を示している。ここに示されているＩＶＵＳコンソール110は特定のタイプのＩＶＵＳコンソールには限定されず、当業者に知られている全ての超音波装置（例えばＣ−ＶＩＳクリアビューイメージングシステム等）を含んでいることが認識されるべきである。さらに、ここに示されているＩＶＵＳカテーテル120は特定のタイプのカテーテルに限定されず、当業者に知られている全ての超音波カテーテルを含んでいることが認識されるべきである。したがって例えば、単一のトランスデューサ（例えば回転用に構成された）またはトランスデューサのアレイ（例えばカテーテルの周囲に配置されている）を有するカテーテルは本発明の技術的範囲内である。

図１を参照すると、組織−特徴付けシステム10はさらに、データベース134と、それに電気的に接続されＩＶＵＳコンソール110からＩＶＵＳデータを受信するように構成されている特徴付けアプリケーション132とを具備しているコンピュータ装置130を含んでいる。ここに示されているデータベース134はＲＡＭ、キャッシュメモリ、フラッシュメモリ、磁気ディスク、光ディスク、取外し可能なディスク、ＳＣＳＩディスク、ＩＤＥハードドライブ、テープドライブ、通常、当業者に知られている全ての他のタイプのデータ記憶装置（およびＲＡＩＤ装置のようなその組合わせ）を含んでいるがそれらに限定されないことが認識されるべきである。さらに、ここで示され説明されている特徴付けアプリケーション132は局部的および／または遠隔に記憶された単一のアプリケーションとして、または多数のアプリケーションとして存在してもよいことが認識されるべきである。図１に示されているコンポーネントの数および位置は本発明を限定することを意図するものではなく、本発明が動作される環境を示すために単に与えられていることも認識されるべきである。したがって例えば複数のデータベースおよび／または遠隔に位置する特徴付けアプリケーションを有するコンピュータ装置は（部分的または全体的に）本発明の技術的範囲内にある。

本発明の１実施形態では、特徴付けアプリケーション132は特徴付けデータ（例えば組織のタイプ等）を受信し記憶するように構成されている。特に、血管オブジェクトが問合せられた後（例えばＩＶＵＳデータが集められた後）、組織構造的相関が調整される。換言すると、血管オブジェクトは組織構造のために解剖または断面化される。本発明の１実施形態では、断面は例えば縫合により予めマークを付けられ、それによって組織構造はＩＶＵＳイメージの一部に対応されることができる。断面はその後、当業者によく知られている固定および着色プロセスで処理される。着色プロセスにより臨床医は組織のタイプ、または（例えば特定の組織のタイプに対応する化学物質など）の内部から発見された化学物質を識別することが可能である。断面オブジェクトの識別または特徴付けに使用される特定の方法は本発明の限定ではないことが認識されるべきである。したがって、通常、当業者に知られている全ての識別／特徴付け方法は本発明の技術的範囲内に含まれる。

識別された組織のタイプまたは特徴（即ち特徴付けデータ）はその後、特徴付けアプリケーション132へ与えられる。１実施形態では、図１に示されているように、特徴付けデータはコンピュータ装置130に電気的に接続されている入力装置140を介して与えられる。特徴付けデータはその後、データベース134に記憶される。ここに示されている入力装置はキーボード、マウス、スキャナ、当業者に通常知られている全ての他のデータ集収および／またはデータ入力装置を含んでいるが、それに限定されないことを認識すべきである。さらに、繊維組織、線維−脂質組織、石灰化壊死組織、石灰組織、コラーゲン組成、コレステロール、血栓、組成構造（例えばルーメン、脈管壁、内−外境界等）および当業者に通常知られている他の全ての識別可能な特徴を含んでいるが、それに限定されないことが認識されるべきである。

本発明の１実施形態では、特徴付けアプリケーションは組織構造的なイメージを生成し、ＩＶＵＳイメージの少なくとも１つの対応する領域を識別するように構成されている。特に、デジタル化されたデータは（例えば入力装置140を介して）特徴付けアプリケーションへ与えられ、そこでデジタル化されたデータは断面化された血管オブジェクトに対応する。デジタル化されたデータはその後、組織構造的イメージ（即ち実質的に血管オブジェクトに対応するデジタルイメージまたは輪郭）を生成するために使用される。組織構造的イメージの問題の領域（ＲＯＩ）はその後オペレータにより識別される。好ましくは、ＲＯＩは、先に与えられたように特徴付けデータにより特徴付けられ、全体の組織構造的なイメージまたはその一部であってもよい。特徴付けアプリケーションはその後、ＩＶＵＳイメージ（即ち、生の後方散乱されたデータまたはＩＶＵＳデータを使用して生成されるイメージ）の対応する領域（例えばｘ，ｙ座標など）を識別するように構成されている。

しかしながら、正確にＲＯＩを一致するために、組織構造的なイメージはＩＶＵＳイメージの外形と実質的に適合するためにワープされる必要がある。ワーピングは組織の切断および／または固定により生じる組織構造の処理アーティファクトを除去する。例えば図３に示されているように、生体内の血管オブジェクト32の形状は通常は丸い。このオブジェクトが一度切断されるかまたは組織構造のために断面化される（即ち生体外血管オブジェクト34を生成する）と、そのオブジェクトはやや歪んで見え、または平坦に見える。さらに、これが固定化プロセスを受けるとき、組織は収縮する可能性がある（例えば３０％）。したがって、ＩＶＵＳイメージにおいて対応するＲＯＩを識別するために、組織構造的なイメージはその本来の形状に戻すためにワープまたはモルフ（morph）されることを必要とする。

したがって、本発明の１実施形態では、特徴付けアプリケーションは組織構造的イメージをモルフするように構成されている。特に、特徴付けアプリケーションは組織構造的なイメージとＩＶＵＳイメージ（例えば図３の標識Ａを参照）との両者に共通の少なくとも１つの標識を識別（またはそれについてのオペレータからの識別データを受信する）ように構成されている。特徴付けアプリケーションはその後、（ｉ）対応する標識と実質的に整列するための第１のアルゴリズム（例えば形態計測アルゴリズム）および（ii）オブジェクトの標識ではない部分と実質的に整列するための第２のアルゴリズム（例えば薄いプレートのスプライン（ＴＰＳ）変形技術）を使用するように構成されている。換言すると、第２のアルゴリズムは標識間の領域または境界を成形するために使用される。ここで説明した標識は側枝脈管、識別可能なプラ−クまたはカルシウム沈殿物および当業者に通常知られている全ての他の血管組織の標識を含むがそれに限定されないことが認識されるべきである。

本発明の１実施形態では、特徴付けアプリケーションはさらに、ＩＶＵＳイメージのＲＯＩ部分に関連するパラメータを決定して記憶するように構成されている。特に、特徴付けアプリケーションはＩＶＵＳイメージで識別されるＲＯＩに対応するＩＶＵＳデータ（即ち、生の後方散乱されたデータ）を識別するように構成されている。換言すると、ＩＶＵＳイメージでＲＯＩを生成するためにもともと使用されたＩＶＵＳデータが識別される。本発明の１実施形態では、特徴付けアプリケーションはさらに識別されたＩＶＵＳデータの少なくとも１つのパラメータを識別するように構成されている。このパラメータはその後、データベース中に記憶され、ここで特徴付けデータにリンクされる。しかしながら、各パラメータは２以上の組織のタイプまたは特徴に関連されることができることを認識すべきである。例えば、第１のパラメータは多数の組織のタイプに共通であり、したがってフィールドを狭めるための付加的なパラメータを必要とする。

本発明の別の実施形態では、信号解析（即ち周波数解析等）はパラメータが識別される前に、識別されたＩＶＵＳデータについて行われる。換言すると、ＩＶＵＳデータはＲＯＩの周波数スペクトルを識別するために（例えば時間ドメインから）周波数ドメインへ変換（または変更）される。これは後方散乱信号（またはそれに関連するパラメータ）から得られる周波数情報が各組織のタイプまたは特徴に対して“シグネチャ”として動作できるためである。本発明の１実施形態では、周波数解析は高速度フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して行われる。本発明の別の実施形態では、周波数解析はウェルチ（Welch）ペリオドグラムを使用して実行される。本発明の別の実施形態では、周波数解析は自己回帰パワースペクトル（ＡＲ）解析を使用して実行される。周波数ベースの信号の少なくとも１つのパラメータがその後識別されてデータベースに記憶され、そこで特徴付けデータにリンクされる。

本発明の別の実施形態では、後方散乱されたデータ（例えばＩＶＵＳデータ）とその周波数スペクトルの両者はＩＶＵＳイメージのＲＯＩ部分を分類するために解析される。特に、周波数スペクトル（または特にそこから識別される少なくとも１つのパラメータ）は組織のタイプを識別するために使用され、後方散乱されたデータは組織の位置を識別するために使用される。これは後方散乱データが時間ドメインにあり、したがってある周波数（またはそれに関連するパラメータ）を空間的に識別するために使用されるからである。例えば血管壁が多数の組織の層を含んでいるならば、対応する後方散乱されたデータはこれらの組織の位置を識別するために使用され、関連する周波数スペクトルは組織のタイプを識別するために使用されることができる。ある実施形態を周波数変換に関して説明したが、本発明はそれに限定されないことを認識すべきである。すなわち、別の実施形態（例えばウエブレット変換等）は本発明の技術的範囲内にある。用語“パラメータ”はこの用語がここで使用されるとき、最大のパワー、最小のパワー、最大のパワーの周波数および／または最小のパワーの周波数、ｙインターセプト（評価されたまたは実際の）、勾配、中間帯域適合、積分された後方散乱および当業者に通常知られている（または区別される）全てのパラメータを含んでいるが、それに限定されないことをさらに認識すべきである。用語“組織構造的データ”はこの用語がここで使用されるとき、データベースに記憶されているデータ（例えば特徴付けデータ、パラメータ等）を含むことも認識すべきである。

データベースをポピュレートする１方法が図６に示されている。特に、ステップ610でＩＶＵＳデータ（即ちＲＦ後方散乱データ）が血管オブジェクトの一部から集められる。このデータはその後ステップ612でＩＶＵＳイメージを生成するために使用される。ステップ614で、血管オブジェクトの質問された部分が断面化され、組織のタイプ（またはその特徴）が識別される。この情報（即ち特徴付けデータ）はその後、ステップ616でコンピュータ装置（またはそれに等化する装置）に送信される。ステップ618で、断面化された血管オブジェクトのイメージが生成され、ＲＯＩが（例えばオペレータにより）識別される。このイメージは必要ならばステップ620で、断面イメージを実質上ＩＶＵＳイメージに一致するためにモルフされる。これは少なくとも１つの標識を識別し、少なくとも１つのアルゴリズム（例えば形態計測アルゴリズム、ＴＰＳ変形技術等）を適用することを含んでいる。ステップ622で、ＲＯＩはＩＶＵＳイメージにマップされ、関連されるＩＶＵＳデータが識別される。スペクトル解析はその後、ステップ624で、関連されるＩＶＵＳデータについて行われ、少なくとも１つのパラメータがステップ626で識別される。少なくとも１つのパラメータと特徴付けデータはその後ステップ628で記憶される。本発明の１実施形態では、少なくとも１つのパラメータはこれが特徴付けデータにリンクされるように記憶される。これらのステップが行われる順序は本発明を限定する意図はないことを認識すべきである。したがって、例えば血管オブジェクトが断面化された後にＩＶＵＳイメージを生成することは本発明の技術的範囲内である。

前述のプロセスは識別されることが所望される各組織コンポーネントに対して反復され、信号特性のさらに正確な範囲を得るために所望な回数だけ各コンポーネントに対して反復される。データベースのポピュレートにより、組織のタイプまたは特徴は、捕捉されたパラメータが実質的にデータベースに記憶されたパラメータに一致するならば、自動的に正確に識別されることができる。

したがって、本発明の第２の実施形態では、特徴付けアプリケーションはＩＶＵＳデータを受信し、それに関連するパラメータを決定し、データベース中に記憶されているパラメータ（即ち組織構造的データ）を使用するように構成され、それによって組織のタイプまたはその特徴を識別する。特に、図１を参照にすると、特徴付けアプリケーション132はＩＶＵＳコンソール110からＩＶＵＳデータを受信するように構成されている。特徴付けアプリケーション132はその後、ＩＶＵＳデータに（直接的または間接的に）関連される少なくとも１つのパラメータを識別するように構成されている。ＩＶＵＳデータは実時間（例えば患者が手術室にいる間に）で、または遅延期間後（例えばＣＤ−ＲＯＭ等を介して）に受信されることを認識すべきである。識別されたパラメータは（通常）記憶されたパラメータに関連されるべきであることをさらに認識すべきである。したがって、例えば評価されたＹインターセプトパラメータは、信号の評価されたＹインターセプトがデータベース134に記憶され、少なくとも１つの組織のタイプにリンクされているならば識別されなければならない。さらに、記憶されるパラメータが周波数解析が行われた後に捕捉される（即ち周波数ベースの信号に関連される）ならば、（好ましくは同じタイプの）周波数解析がパラメータが識別される前に、ＩＶＵＳデータについて行われるべきである。しかしながら、ＩＶＵＳデータは前述したように空間的な情報を識別するために使用されることができる。

識別されたパラメータはその後、データベース（即ち組織構造的データ）中に記憶されたパラメータと比較される。（正確にまたは実質的な）一致が発見されるならば、関連される領域は（一致するパラメータにリンクされている）データベース134中に記憶されている組織のタイプ（または特徴）に相関される。データベース中で発見される特定の組織のタイプの特性の範囲内にパラメータが入る限り一致が生じていることを認識すべきである。

１実施形態では、各領域が識別された後、特徴付けアプリケーションはさらに問合せられた血管オブジェクトの再構成されたイメージをディスプレイ上に表示するように構成されている。このようなディスプレイ136を含むコンピュータ装置130は図４に示されている。本発明の１実施形態では、各組織のタイプ（または特徴）はグレースケールまたはディスクリートなカラーの使用により弁別される。例えば図５は例示的な再構成された血管オブジェクト510を示しており、それにおいて異なる組織（例えば石灰組織512、繊維組織514、石灰化壊死組織516、線維−脂質組織518）は異なるグレーの陰影を使用して識別される。このようなシステムは異なる組織のタイプまたは特徴を容易に識別可能にする。特徴付けされた血管オブジェクトの付加的な例は2001年３月13日に発行された米国特許第6,200,268号明細書に記載されており、その全体をここで参考文献としている。再構成された血管オブジェクトはさらに血管の境界を識別できることを認識すべきである。血管の境界を識別するシステムおよび方法は2002年８月26日出願の米国特許出願第60/406,184号、第60/406,234号、第60/406,185号、および2002年４月30日出願の米国特許第6,381,350号明細書に記載されており、これらは全て本出願で参考文献とされている。

以上、血管組織を特徴付けするために後方散乱されたデータおよび既知のパラメータを使用するシステムおよび方法の実施形態を説明したが、システムのある利点が実現されることが当業者に明白であろう。種々の変形、適合、その別の実施形態が本発明の技術的範囲内で行われることができることもまた認識されるべきである。本発明はさらに特許請求の範囲により規定される。

ＩＶＵＳコンソール、ＩＶＵＳカテーテル、コンピュータ装置、入力装置を含んでいる本発明の１実施形態にしたがった組織−特徴付けシステムの概略図。 例示的なＩＶＵＳイメージを示す図。 生体内および生体外の例示的な血管オブジェクトの断面図。 図１に示されたコンピュータ装置の別の実施形態の概略図。 特徴付けされた血管オブジェクトの例示的なイメージを示す図。 本発明の１実施形態にしたがって血管オブジェクトを特徴付けする方法を示すフロー図。

Claims (49)

1. 血管組織から後方散乱されたＲＦデータを含む血管内超音波（ＩＶＵＳ）信号を獲得し、
   前記ＩＶＵＳ信号を少なくとも１つの他のドメインへ変換し、
   前記変換された信号の複数のパラメータを識別し、
   前記血管組織の少なくとも一部を特徴付けるために前記複数のパラメータと先に記憶された組織構造的データとを使用するステップを含んでいる血管組織の特徴付け方法。
2. 前記ＩＶＵＳ信号を変換する前記ステップはさらに、前記ＩＶＵＳ信号を時間ドメインから周波数ドメインに変換するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
3. 前記ＩＶＵＳ信号を変換する前記ステップはさらに、前記ＩＶＵＳ信号のウエブレット変換を行うステップを含んでいる請求項１記載の方法。
4. 前記ＩＶＵＳ信号を変換する前記ステップはさらに、高速度フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して前記ＩＶＵＳ信号の前記識別された部分を処理するステップを含んでいる請求項２記載の方法。
5. 前記ＩＶＵＳ信号を変換する前記ステップはさらに、ウェルチペリオドグラムを使用して前記ＩＶＵＳ信号の前記識別された部分を処理するステップを含んでいる請求項２記載の方法。
6. 前記ＩＶＵＳ信号を変換する前記ステップはさらに、自己回帰パワースペクトル（ＡＲ）解析を使用して前記ＩＶＵＳ信号の前記識別された部分を処理するステップを含んでいる請求項２記載の方法。
7. 複数のパラメータを識別する前記ステップは、最大のパワー、最小のパワー、最大のパワーの周波数、最小のパワーの周波数、ｙインターセプト、勾配、中間帯域適合、積分された後方散乱からなるグループから選択された少なくとも２つのパラメータを識別するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
8. さらに、少なくとも血管オブジェクト内および少なくとも前記血管組織方向に音響信号を送信するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
9. 少なくとも前記血管組織の一部を特徴付けるために前記複数のパラメータと先に記憶された組織構造的データとを使用する前記ステップはさらに、前記血管組織の前記少なくとも一部の組織のタイプを識別するために前記複数のパラメータと前記先に記憶された組織構造的データを使用するステップを含んでおり、前記組織のタイプは繊維組織、線維−脂質組織、石灰化壊死組織、石灰組織からなるグループから選択されている請求項１記載の方法。
10. さらに、前記血管組織の前記少なくとも一部をディスプレイ上で画像化するステップを含んでいる請求項９記載の方法。
11. 前記血管組織の前記少なくとも一部の画像化するステップはさらに前記血管組織の前記少なくとも一部の前記組織のタイプを識別するために特定の色を使用するステップを含んでいる請求項１０記載の方法。
12. 前記血管組織の前記少なくとも一部をディスプレイ上で画像化する前記ステップはさらに、前記組織のタイプの位置を前記ディスプレイ上で識別するために前記ＩＶＵＳ信号を使用するステップを含んでいる請求項１０記載の方法。
13. 血管組織の特徴付けシステムにおいて、
    複数の血管組織のタイプに対応する第１のパラメータのセットを記憶するように構成され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ている特徴付けアプリケーションとを具備し、この特徴付けアプリケーションは、
    血管組織からの後方散乱データを表す血管内超音波（ＩＶＵＳ）信号を受信し、
    前記ＩＶＵＳ信号を周波数ドメインへ変換し、
    複数の識別可能なパラメータに対して前記変換された信号を解析し、
    前記血管組織の少なくとも一部を特徴付けるために、前記複数の識別可能なパラメータと、第１のパラメータのセットの少なくとも一部を使用するように構成されている血管−組織−特徴付けシステム。
14. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、高速度フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して前記ＩＶＵＳ信号の少なくとも一部を変換するように構成されている請求項１３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
15. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、ウェルチペリオドグラムを使用して前記ＩＶＵＳ信号の少なくとも一部を変換するように構成されている請求項１３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
16. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、自己回帰パワースペクトル（ＡＲ）解析を使用して前記ＩＶＵＳ信号の前記少なくとも一部を変換するように構成されている請求項１３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
17. 前記データベースはさらに前記複数の血管組織の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構成され、前記少なくとも２つのパラメータは最大のパワー、最小のパワー、最大のパワーの周波数、最小のパワーの周波数、ｙインターセプト、勾配、中間帯域適合、積分された後方散乱からなるグループから選択される請求項１３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
18. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、前記血管組織の前記少なくとも一部の組織のタイプを識別するために前記複数の識別可能なパラメータと前記データベースに記憶されている前記複数のパラメータの前記少なくとも一部とを使用するように構成され、前記組織のタイプは繊維組織、線維−脂質組織、石灰化壊死組織、石灰組織からなるグループから選択されている請求項１３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
19. 前記コンピュータ装置はさらに、前記組織のタイプに対応する着色された前記血管組織の前記少なくとも一部を画像化するためのディスプレイを具備している請求項１８記載の血管−組織−特徴付けシステム。
20. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、前記血管組織の前記少なくとも一部が前記ディスプレイにおいてイメージされるべき場所を識別するために前記ＩＶＵＳ信号を使用するように構成されている請求項１９記載の血管−組織−特徴付けシステム。
21. さらに、前記コンピュータ装置に電気的に接続されるＩＶＵＳコンソールを具備し、前記ＩＶＵＳコンソールは、
    ＩＶＵＳカテーテルから前記ＩＶＵＳ信号を捕捉し、
    前記ＩＶＵＳ信号を前記コンピュータ装置に供給するように構成されている請求項１３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
22. 血管オブジェクトの一部からＲＦ後方散乱データを集め、
    血管オブジェクトの前記一部の第１のイメージを構成するために少なくとも前記ＲＦ後方散乱データを使用し、
    前記血管オブジェクトの前記一部の組織構造を調整し、
    前記血管オブジェクトの前記一部の第２のイメージを構成するために前記組織構造を使用し、
    前記組織構造の少なくとも一部を特徴付けし、
    前記第２のイメージの問題の領域（ＲＯＩ）を識別し、前記ＲＯＩは前記組織構造の前記少なくとも一部に対応しており、
    前記第１および第２のイメージに共通の少なくとも１つの標識を識別し、前記第２のイメージの前記ＲＯＩに実質上対応する前記第１のイメージの領域を識別するために前記少なくとも１つの標識を使用し、
    前記第１のイメージの前記領域に対応する前記ＲＦ後方散乱データの一部を識別し、
    前記ＲＦ後方散乱データの少なくとも１つのパラメータを識別し、
    前記少なくとも１つのパラメータと、前記組織構造の前記少なくとも一部の前記特徴を記憶するステップを含んでいる血管組織の特徴付け方法。
23. 少なくとも１つのパラメータを識別する前記ステップはさらに、前記少なくとも１つのパラメータが識別される前に前記ＲＦ後方散乱データの前記部分について周波数変換を行うステップを含んでいる請求項２２記載の方法。
24. 前記少なくとも１つのパラメータを識別する前記ステップはさらに、前記少なくとも１つのパラメータが識別される前に、前記ＲＦ後方散乱データの前記一部についてウエブレット変換を行うステップを含んでいる請求項２２記載の方法。
25. 少なくとも１つの標識を識別する前記ステップは、前記第２のイメージの少なくとも１つの標識を前記第１のイメージの少なくとも１つの標識に実質的に一致するように整列するための形態計測アルゴリズムの適用を含んでいる請求項２２記載の方法。
26. 少なくとも１つの標識を識別する前記ステップはさらに、前記第１および第２のイメージの標識ではない部分を薄いプレートアルゴリズムに基づいて整列するステップを含んでいる請求項２５記載の方法。
27. 前記組織構造の一部を特徴付ける前記ステップはさらに、繊維組織、線維−脂質組織、石灰化壊死組織、石灰組織からなるグループから選択されている組織のタイプの識別を含んでいる請求項２２記載の方法。
28. 周波数変換を行う前記ステップはさらに、高速度フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用するステップを含んでいる請求項２３記載の方法。
29. 周波数変換を行う前記ステップはさらに、ウェルチペリオドグラムを使用するステップを含んでいる請求項２３記載の方法。
30. 周波数変換を行う前記ステップはさらに、自己回帰パワースペクトル（ＡＲ）解析を使用するステップを含んでいる請求項２３記載の方法。
31. 少なくとも１つのパラメータを識別する前記ステップはさらに、最大のパワー、最小のパワー、最大のパワーの周波数、最小のパワーの周波数、ｙインターセプト、勾配、中間帯域適合、積分された後方散乱からなるグループから前記少なくとも１つのパラメータを識別するステップを含んでいる請求項２２記載の方法。
32. 第２のセットのＲＦ後方散乱データを第２の血管オブジェクトから集め、
    第３のセットのデータを生成するために前記第２のセットのＲＦ後方散乱データの少なくとも一部について周波数変換を行い、
    第３のセットのデータから少なくとも別のパラメータを識別し、
    前記第２の血管オブジェクトの少なくとも一部を特徴付けるために、前記少なくとも別のパラメータと、前記少なくとも１つのパラメータと、前記組織構造の前記少なくとも一部の前記特徴とを使用するステップをさらに含んでいる請求項２２記載の方法。
33. コンピュータ装置を具備し、そのコンピュータ装置は、
    データベースと、
    前記データベースに電気的に接続される特徴付けアプリケーションとを具備し、前記特徴付けアプリケーションは、
    血管オブジェクトの一部に対応する血管内超音波（ＩＶＵＳ）データと、前記血管オブジェクトの前記部分の組織構造に対応するデジタル化されたデータとを受取り、
    前記血管オブジェクトの前記部分のそれぞれ第１および第２のイメージを構成するために少なくとも前記ＩＶＵＳデータと前記デジタル化されたデータとを使用し、
    前記第２のイメージの問題の領域（ＲＯＩ）に対応する特徴付けデータを受信し、
    前記第１のイメージに実質的に一致し、前記第１のイメージの前記ＲＯＩを識別するように前記第２のイメージをモルフするために少なくとも１つの標識を使用し、
    前記第１のイメージの前記ＲＯＩに対応する前記ＩＶＵＳデータの一部を識別し、
    前記ＩＶＵＳデータの前記部分に関連する少なくとも１つのパラメータを識別し、
    前記少なくとも１つのパラメータと前記特徴付けデータを前記データベース中に記憶するように構成されている血管−組織−特徴付けシステム。
34. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、前記少なくとも１つのパラメータが識別される前に前記ＩＶＵＳデータについてスペクトル解析を行うように構成されている請求項３３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
35. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、高速度フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うように構成されている請求項３４記載の血管−組織−特徴付けシステム。
36. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、ウェルチペリオドグラムを行うように構成されている請求項３４記載の血管−組織−特徴付けシステム。
37. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、自己回帰パワースペクトル（ＡＲ）解析を行うように構成されている請求項３５記載の血管−組織−特徴付けシステム。
38. 前記少なくとも１つのパラメータは最大のパワー、最小のパワー、最大のパワーの周波数、最小のパワーの周波数、ｙインターセプト、勾配、中間帯域適合、積分された後方散乱からなるグループから選択される請求項３３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
39. 特徴付けデータはさらに、繊維組織、線維−脂質組織、石灰化壊死組織、石灰組織からなるグループから選択されている組織のタイプを含んでいる請求項３３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
40. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、前記少なくとも１つのパラメータに対応する少なくとも１つの位置を識別するために前記ＩＶＵＳデータを解析するように構成されている請求項３４記載の血管−組織−特徴付けシステム。
41. さらに、前記コンピュータ装置に電気的に接続されている入力装置を具備し、前記特徴付けデータは前記入力装置により与えられる請求項３３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
42. 前記血管オブジェクトからの前記ＩＶＵＳデータを捕捉し、
    前記ＩＶＵＳデータを前記コンピュータ装置へ提供するように構成されているＩＶＵＳコンソールをさらに具備している請求項３３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
43. さらに、少なくとも１つのトランスデューサを有するＩＶＵＳカテーテルを具備し、前記ＩＶＵＳカテーテルは前記ＩＶＵＳコンソールに電気的に接続され、前記ＩＶＵＳデータを前記血管オブジェクトから捕捉するように構成されている請求項４２記載の血管−組織−特徴付けシステム。
44. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、前記第２のイメージの少なくとも１つの標識を前記第１のイメージの少なくとも１つの標識に実質的に一致するように整列するための形態計測アルゴリズムを使用するように構成されている請求項３３記載の血管−組織−特徴付けシステム。
45. 前記特徴付けアプリケーションはさらに、前記第１および第２のイメージの標識ではない部分を薄いプレートアルゴリズムに基づいて整列するように構成されている請求項４４記載の血管−組織−特徴付けシステム。
46. 複数の組織のタイプと、対応する特徴とを含む分類表を提供し、
    血管内の超音波（ＩＶＵＳ）イメージを捕捉し、
    ＩＶＵＳイメージの領域を選択し、
    前記ＩＶＵＳイメージの前記領域に対応する複数のパラメータを識別し、
    前記ＩＶＵＳイメージの前記領域に対応する組織のタイプを決定するために前記複数のパラメータと前記分類表とを使用し、
    前記組織のタイプへカラー方式を適用するステップを含んでおり、前記カラー方式は一度表示されると、異なるタイプの組織の間の相違を弁別するために使用される血管オブジェクトの特徴付け方法。
47. さらに、前記複数のパラメータが識別される前に、前記ＩＶＵＳイメージの前記領域に対応するＩＶＵＳデータについて周波数解析を行うステップを含んでいる請求項４６記載の方法。
48. 血管内の超音波（ＩＶＵＳ）信号を獲得し、
    ＩＶＵＳ信号を周波数ドメインに変換し、
    最大のパワー、最小のパワー、最大のパワーの周波数、最小のパワーの周波数、ｙインターセプト、勾配、中間帯域適合、積分された後方散乱からなるグループから選択される少なくとも２つのパラメータに基づいて信号を解析するステップを含んでいる組織マップの生成方法。
49. 血管内の超音波（ＩＶＵＳ）信号を獲得し、
    ＩＶＵＳ信号を周波数ドメインに変換し、
    最大のパワー、最小のパワー、最大のパワーの周波数、最小のパワーの周波数、ｙインターセプト、勾配、中間帯域適合、積分された後方散乱からなるグループから選択される少なくとも１つのパラメータに基づいて信号を解析し、
    解析されたデータとデータベースとの一致に基づいて、組織の特性を分類するステップを含んでいる組織マップの生成方法。

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