JP2016501634A - 高バンド幅のトランスデューサの出力を用いたマルチ周波数イメージングのための方法 - Google Patents

高バンド幅のトランスデューサの出力を用いたマルチ周波数イメージングのための方法 Download PDF

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Abstract

患者内の体積部分をイメージングするための方法が提供される。この方法が、組織構造内に設けられた第１トランスデューサを用いて、第１選択周波数の超音波信号を生成し；患者内の体積部分のスポット上に前記超音波信号を向け；患者内の体積部分の壁に所定パターンで前記スポットをスキャンし；第２選択周波数で第２トランスデューサにおいて超音波エコーを受け取り；超音波エコーを電圧に変換し；処理回路で前記電圧を増幅し；及び前記電圧から患者内の体積部分のイメージを提供することを含む。幾つかの実施形態においては、方法が、特徴化ツールに応じてイメージを分類し；電圧から体積部分の複数のイメージを提供することを含むことができる。

Description

本開示は、概して、生体内の血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングに関し、特には、高バンド幅トランスデューサ出力を用いた高分解能血管内マルチ周波数イメージングを生成するＩＶＵＳイメージングカテーテルに関する。
血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングは、治療の必要を決定し、介入を案内し、及び／又はその効果を評価するため、人体内の罹患動脈といった管のための診断ツールとして心臓介入（interventional cardiology）において広範囲に用いられている。ＩＶＵＳイメージングは、超音波エコーを用いて対象の管のイメージを生成する。超音波は、大半の組織及び血液を簡単に通過するが、組織構造に起因する不連続部（様々な管壁の層）、赤血球、及び他の対象から部分的に反射される。患者インターフェイスモジュール（ＰＩＭ（patient interface module））を介してＩＶＵＳカテーテルに接続されたＩＶＵＳイメージングシステムは、受け取った超音波エコーを処理し、カテーテルが配された管の断面イメージを生成する。
現在のＩＶＵＳ法は、イメージ解釈の特別の訓練抜きで構造を識別できる解像度を提供しない。より明確なイメージを要求する構造が、プラーク面積率（plaque burden）、ステント圧着（stent apposition）、脂質プール識別、血栓、及びステント内皮化（stent endothelization）を含み得る。光コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）装置が改善された解像度を提供するが、イメージを生成するためにフラッシィング（flushing）を要求し、光の浸透の制約のため、管の表面を超えた管形態の可視化を許容しない。更には、最新システムは、高周波数で動作することにより改善されたイメージ解像度を取得するが、組織浸透が低減される犠牲を伴う。
同様、低周波数で動作する最新システムは、より深い組織浸透を提供するものの、軸方向解像度が低い。
既存ＩＶＵＳカテーテルが有用な診断情報を提供するが、管状態へのより価値のある洞察を提供するため、向上したイメージ品質の要求がある。回転式ＩＶＵＳにおけるイメージ品質の更なる改良のため、より広範囲のバンド幅のトランスデューサを用い、イメージ生成プロセスに多数の周波数を組み込むことが望ましい。
患者の体内の病変を評価し、管を特徴付け、又は他の構造をモニターするためのマルチ周波数血管内イメージングのための方法が望まれる。
本明細書に開示の実施形態に係る患者内の体積部分をイメージングするための方法は、組織構造内に設けられた第１トランスデューサを用いて、第１選択周波数の超音波信号を生成し；患者内の体積部分のスポット上に前記超音波信号を向け；患者内の体積部分の壁周りに所定パターンで前記スポットをスキャンし；第２選択周波数で第２トランスデューサにおいて超音波エコーを受け取り；前記超音波エコーを電圧に変換し；処理回路で前記電圧を増幅し；及び前記電圧から患者内の体積部分のイメージを提供することを含む。
幾つかの実施形態においては、患者内の体積部分のマルチ周波数イメージングのための方法は、事前選択された関心領域の近くで前記体積部分内にフレキシブル部材を位置付け；前記体積部分内に配置されたポリマートランスデューサを用いて第１の複数の周波数の超音波信号を生成し；前記体積部分のスポット上に前記超音波信号を向け；前記体積部分の内側部分周りに所定パターンで前記スポットをスキャンし；ポリマートランスデューサにて第２の複数の周波数で超音波エコーを受け取り；前記超音波エコーを電圧に変換し；処理回路で前記電圧を増幅し；前記電圧から前記体積部分のイメージを提供し；及び特徴化ツールに応じて前記イメージを分類することを含むことができる。
幾つかの実施形態においては、患者内の体積部分のイメージングのための方法は、前記体積部分内に配置されたポリマートランスデューサを用いて、第１の複数の周波数の超音波信号を生成し；前記体積部分のスポットに前記超音波信号を向け；前記体積部分の表面周りに所定パターンで前記スポットをスキャンし；第２の複数の周波数で前記ポリマートランスデューサで超音波エコーを受け取り；前記超音波エコーを電圧に変換し；処理回路で前記電圧を増幅し；前記電圧から前記体積部分の複数のイメージを提供することを含むことができる。
本発明のこれら及び他の実施形態が、次図面を参照して更に詳細に後述される。
図１Ａは、幾つかの実施形態に係る、血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングシステムの概略図である。 図１Ｂは、幾つかの実施形態に係る、ＩＶＵＳイメージングシステムにおいて用いられるカテーテルの遠位部の断側面図である。 図２は、幾つかの実施形態に係る、ＩＶＵＳイメージングシステムにおいて用いられる患者インターフェイスモジュール（ＰＩＭ）のブロック図である。 図３Ａは、幾つかの実施形態に係る、マルチ周波数イメージングのためのカテーテルの遠位端の部分図である。 図３Ｂは、幾つかの実施形態に係る、マルチ周波数イメージングのためのカテーテルの遠位端の部分図である。 図４は、幾つかの実施形態に係る、トランスデューサ電圧の部分概略図である。 図５は、幾つかの実施形態に係る、トランスデューサ部品のためのマルチ周波数電圧パルスの部分概略図である。 図６は、幾つかの実施形態に係る、マルチ周波数ＩＶＵＳイメージングシステムにおける送信バンド、受信バンド、及び応答バンドの部分概略図である。 図７は、幾つかの実施形態に係る、信号の高調波を選択する信号処理戦略の部分概略図である。 図８は、幾つかの実施形態に係る、マルチ周波数イメージングのための方法のフローチャートである。 図９は、幾つかの実施形態に係る、マルチ周波数イメージングのための方法のフローチャートである。
図面においては、同一の参照番号を有する要素が、同一又は同様の機能を有する。
本開示の原理の理解の促進のため、ここで、参照が、図面に図示された実施形態に為され、これを記述するために特定の文言が用いられる。しかしながら、本開示の範囲に何らの限定も意図されないものと理解される。記述の装置、システム、及び方法に対する如何なる変更及び更なる修正、また本開示の原理の如何なる更なる適用は、本開示が関連する分野の当業者に普通におきるように、本開示にて十分に予期され、また本開示に含まれる。特には、一つの実施形態に関して記述された特徴、部品、及び／又はステップが、本開示の他の実施形態に関して記述される特徴、部品、及び／又はステップに組み合わされ得ることが十分に予期される。しかしながら、簡潔さのため、これらの組み合わせの多数の繰り返しが別段に記述されない。
本明細書に開示のＩＶＵＳカテーテルの実施形態においては、超音波トランスデューサアセンブリーが、対象の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駆動シャフトの先端に設けられる。トランスデューサアセンブリーは、部品が生成する超音波ビームがカテーテルの軸に概して直交して伝播するように配向された部品を含む。液体で満たされたシースは、超音波信号がトランスデューサから組織内に自由に伝播して反射することを許容しつつ、回転するトランスデューサ及び駆動シャフトから管組織を保護する。駆動シャフトが回転するため（典型的には、一秒当たり３０回転）、トランスデューサは、高電圧パルスで周期的に励起され、超音波の短バーストを放出する。次に、同一のトランスデューサが、様々な組織構造から反射されて帰還するエコーを受け取り、そしてＩＶＵＳイメージングシステムが、トランスデューサの一回転の過程で生じるこれらの数百のパルス／取得サイクルのシーケンスから管断面の２次元表示を構築する。
回転ＩＶＵＳカテーテルにおいては、超音波トランスデューサが、トランスデューサをイメージングシステムハードウェアに接続する電気ケーブルを直接駆動することができる低電気インピーダンスを有するピエゾ電気セラミック素子であってよい。この場合、電気配線の単一の組み（又は同軸ケーブル）を用い、エコー信号をイメージに構築する患者インターフェイスモジュール（「ＰＩＭ」）を介して、システムからトランスデューサへ送信パルスを伝送し、トランスデューサからイメージングシステムへ戻る受信エコー信号を伝送することができる。（動脈断面をスキャンするため）カテーテル駆動シャフト及びトランスデューサが回転し、イメージングシステムハードウェアが静止する実施形態においては、電気機械インターフェイスが、回転ジャンクション（接合部）に電気信号を結合する。回転式ＩＶＵＳイメージングシステムにおいては、これは、回転式変圧器、スリップリング、回転式キャパシターなどを用いることにより達成される。
幾つかの実施形態においては、ＩＶＵＳカテーテルは、複数のトランスデューサ部品を含み、静止構成においては、フェーズドアレイ・トランスデューサ・アセンブリーを形成する。
ここで、血管内超音波システムに組み込まれるコンセプトの特定の実施形態について参照が為される。しかしながら、図示の実施形態及びこの使用は、ただの例として提示される。限定するわけではないが、体内の任意の管、動脈、静脈、内腔、通路、組織、又は器官内のイメージングといった他のシステムや使用に対する限定はない。後述の実施形態が説明目的で血管及び血管壁について言及するが、任意の他の組織構造が本明細書に開示の方法に応じてイメージ化されることが予期される。より一般化すれば、当業者が理解するように、患者の体内の任意の体積部分（any volume）が、本明細書に開示の実施形態によりイメージ化され、体積部分が、管、空洞、内腔、及び他の組織構造を含む。
図１Ａは、幾つかの実施形態に係る、血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングシステムの概略図である。ＩＶＵＳイメージングシステム１００は、患者インターフェイスモジュール（ＰＩＭ）１０４によりＩＶＵＳ制御システム１０６に結合されるＩＶＵＳカテーテル１０２を含む。制御システム１０６は、（ＩＶＵＳシステム１００により生成されるイメージといった）ＩＶＵＳイメージを表示するモニター１０８に結合される。
幾つかの実施形態においては、カテーテル１０２は、回転式ＩＶＵＳカテーテルであり、これは、ヴォルカノ・コーポレーションから入手できるＲｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（登録商標）回転式ＩＶＵＳイメージングカテーテルと同様であり、及び／又は米国特許Ｎｏ．５，２４３，９８８及び米国特許Ｎｏ．５，５４６，９４８に開示された回転式ＩＶＵＳカテーテルと同様であり、これらの文献は、全ての目的について、その全体において参照により本明細書に組み込まれる。幾つかの実施形態においては、カテーテル１０２が静止部品である。
カテーテル１０２は、長尺な、血管（不図示）の内腔への挿入のために形状付けられ及び構成された（近位端部１１４及び遠位端部１１６を有する）フレキシブルカテーテルシース１１０を含む。幾つかの実施形態においては、ＩＶＵＳシステム１００は、脳内の血管の神経の評価、腎臓内の血管の脱神経のために用いられる。カテーテル１０２の長軸ＬＡが近位端部１１４と遠位端部１１６の間で延びる。カテーテル１０２がフレキシブルであり、使用過程で血管の湾曲に適合される。この点について、図１Ａに図示された湾曲した形状は、例示目的のためであり、他の実施形態においてカテーテル１０２が曲がる態様を何ら限定しない。一般的に、カテーテル１０２は、使用時、任意の所望の直線又はアーチ状の形状を取るように構成される。
幾つかの実施形態においては、イメージングコア１１２がシース１１０内を延びる。従って、幾つかの実施形態においては、シース１１０が静止を維持する間、イメージングコア１１２が回転される。イメージングコア１１２は、シース１１０の近位端部１１４内に配された近位端部１１８とシース１１０の遠位端部１１６内に配された遠位端部１２０を有する。シース１１０の遠位端部１１６とイメージングコア１１２の遠位端部１２０は、ＩＶＵＳイメージングシステム１００の動作過程で対象の管内に挿入される。カテーテル１０２の使用可能な長さ（例えば、患者内、特には対象の管に挿入される部分）は、任意の適切な長さであり、用途に応じて変更される。シース１１０の近位端部１１４及びイメージングコア１１２の近位端部１１８がＰＩＭ１０４に接続される。近位端部１１４、１１８が、ＰＩＭ１０４にリムーバブルに接続したカテーテルハブ１２４に装着される。カテーテルハブ１２４が、カテーテル１０２及びＰＩＭ１０４間の電気及び機械的な結合を提供する回転式インターフェイスを促進及び支持する。
イメージングコア１１２の遠位端部１２０は、トランスデューサアセンブリー１２２を含む。幾つかの実施形態においては、トランスデューサアセンブリー１２２は、管のイメージを取得するために（モーター又は他の回転装置の使用により、若しくは手動により）回転されるように構成される。トランスデューサアセンブリー１２２は、管、特には管の狭窄を可視化するための任意の適切な種類のものであり得る。図示の形態においては、トランスデューサアセンブリー１２２は、ピエゾ電気・マイクロマシン・超音波トランスデューサ（「ＰＭＵＴ」）及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ（application-specific integrated circuit））といった周辺回路を含む。ＩＶＵＳカテーテルで用いられる例示のＰＭＵＴは、米国特許Ｎｏ．6,641,540と、同時係属出願の「超音波トランスデューサ用のピエゾ電気フィルムの用意及び適用」と題されたアトニー・ドケットＮｏ．44755.1062、「単結晶複合材料を用いた集中回転式ＩＶＵＳトランスデューサ」と題されたアトニー・ドケットＮｏ．44755.931、及び「回転式血管内超音波（ＩＶＵＳ）装置のためのトランスデューサ実装構成及び関連の方法」と題されたアトニー・ドケットＮｏ．44755.960に開示のものといったポリマーピエゾ電気膜を含み、各文献がその全体において参照により本明細書に組み込まれる。ＰＭＵＴが、放射方向において最適な解像度のため１００％よりも大きいバンド幅を提供し、最適な方位角及び仰角の解像度のために球状集束開口を提供する。従って、トランスデューサアセンブリー１２２は、約５０μｍ以下のスポットサイズを有する集束された超音波ビームを提供する。
幾つかの実施形態においては、トランスデューサアセンブリー１２２が、カテーテル１０２の遠位端１２０の周囲に配された複数の静止部品を含む。そのような構成においては、トランスデューサ１２２の構成部品が、フェーズドアレイ構成を形成するように分配されたピエゾ電気素子であり得る。ピエゾ電気素子は、セラミック基準又はポリマー基準であり得る。更には、幾つかの実施形態においては、トランスデューサ１２２の複数の静止部品が、集束された音響インパルスを生成するように構成される。そのような実施形態においては、静止部品が、各構成部品のために事前選択された励起フェーズに従って音響インパルスを生成する。
トランスデューサアセンブリー１２２が、そこに配置されるＰＭＵＴ及び周辺回路を有するハウジングも含む。幾つかの実施形態においては、ハウジングが、ＰＭＵＴトランスデューサにより生成された超音波信号が透過する開口を有する。代替として、トランスデューサアセンブリー１２２が、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（「ＣＭＵＴ」）を含む。また別の代替の実施形態においては、トランスデューサアセンブリー１２２が、超音波トランスデューサアレイを含む（幾つかの実施形態においては、例えば、１６、３２、６４、又は１２８構成部品を有するアレイらが用いられる。）。
幾つかの実施形態においては、シース１１０内でのイメージングコア１１２の回転がＰＩＭ１０４により制御される。例えば、ＰＩＭ１０４が、ユーザーが操作できるユーザーインターフェイス制御部を提供する。幾つかの実施形態においては、ＰＩＭ１０４が、イメージングコア１１２を介して受け取られる情報を受け取り、分析し、及び／又は表示する。任意の適切な機能、制御、情報制御及び分析、及び表示がＰＩＭ１０４に組み込まれ得るものと理解される。従って、ＰＩＭ１０４が、プロセッサー回路１５４及びメモリー回路１５５を含み、カテーテル１０２に対する動作を実行し、カテーテル１０２からデータを受け取り、処理し、記憶する。幾つかの実施形態においては、ＰＩＭ１０４が、イメージングコア１１２により検出される超音波信号（エコー）に関連するデータを受け取る。ＰＩＭ１０４は、データを処理し、処理されたエコーデータを制御システム１０６へ送る。制御システム１０６は、プロセッサー回路１５６及びメモリー回路１５７を含み、カテーテル１０２に対する処理を実行し、カテーテル１０２からデータを受け取り、処理し、及び記憶する。幾つかの実施形態においては、ＰＩＭ１０４は、制御システム１０６へエコーデータを送信する前、エコーデータの予備処理を実行する。ＰＩＭ１０４は、プロセッサー回路１５４及びメモリー回路１５５を用いて、エコーデータの増幅、フィルタリング、及び／又は集約を実行する。ＰＩＭ１０４は、トランスデューサアセンブリー１２２内の回路を含むカテーテル１０２の動作をサポートするための高及び低電圧ＤＣ電源を供給することができる。
幾つかの実施形態においては、ＩＶＵＳイメージングシステム１００に関連するワイヤーが、制御システム１０６からＰＩＭ１０４へ延びる。従って、制御システム１０６からの信号が、ＰＩＭ１０４へ通信でき、及び／又は逆も然りである。幾つかの実施形態においては、制御システム１０６がＰＩＭ１０４と無線通信する。同様に、幾つかの実施形態においては、ＩＶＵＳイメージングシステム１００に関連のワイヤーが制御システム１０６からモニター１０８へ延び、制御システム１０６からの信号がモニター１０８へ通信され、及び／又は逆も然りであるものと理解される。幾つかの実施形態においては、制御システム１０６が、モニター１０８と無線通信する。
その全体において参照により本明細書に組み込まれる米国特許6,641,540に開示のものといった、トランスデューサアセンブリー１２２での使用のためにポリマーピエゾ電気材料を用いて製作されたピエゾ電気マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）が、放射方向において最適な解像度のために１００％を超えるバンド幅と、最適な方位角及び仰角の解像度のために球状集束開口を提供する。
図１Ａは、３次元（３Ｄ）デカルト座標システムＸＹＺを図示し、Ｚ軸がＬＡに配列されるように配向されている。本明細書に開示の実施形態の更なる記述においては、デカルト平面又は座標への参照が図１に関して為される。当業者は、図１Ａの座標軸の特定の選択が、本明細書に開示のように実施形態を限定するものではないものと理解する。座標の選択は、説明目的のためのみに為される。
図１Ｂは、幾つかの実施形態に係る、ＩＶＵＳイメージングシステムにおいて用いられるカテーテルの遠位部の断側面図である。特には、図１Ｂは、イメージングコア１１２の遠位部の側面の拡大図を示す。この例示形態においては、イメージングコア１１２は、丸み付けられたノーズ及び超音波ビーム１５０がハウジングから放出するための切り欠き部１２８を有するハウジング１２６によりその遠位先端で終端される。幾つかの実施形態においては、イメージングコア１１２のフレキシブル駆動シャフト１３２が、フレキシブル駆動シャフトの回転がハウジング１２６を回転させるようにハウジング１２６に溶接又は他の方法で固定された逆に巻かれたステンレス鋼ワイヤーの２以上の層から構成される。図示例においては、ＰＭＵＴ・ＭＥＭＳ・トランスデューサ層１２１が、切り欠き部１２８に対面する球状集束部分を含む。幾つかの実施形態においては、トランスデューサアセンブリー１２２が、イメージングコア１１２の遠位部１２０内に特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）１４４を含む。ＡＳＩＣ１４４は、２以上の接続部品を介してトランスデューサ層２２１に電気的に結合される。
本開示の幾つかの実施形態においては、ＡＳＩＣ１４４が、増幅器、トランスミッター、及びＰＭＵＴ・ＭＥＭＳ層１２１に関連の保護回路を含む。幾つかの実施形態においては、ＡＳＩＣ１４４が、異方性導電性接着剤又は適切な代替のチップ・トゥ・チップ・ボンディング方法を用いて、ＰＭＵＴ・ＭＥＭＳ層１２１の基板にフリップチップ実装される。ＰＭＵＴ・ＭＥＭＳ層１２１及びＡＳＩＣ１４４が一緒に組み立てられると、ハウジング１２６内に実装されたＡＳＩＣ／ＭＥＭＳハイブリッドトランスデューサアセンブリー１２２を形成する。オプションのシールド１３６を有する電気ケーブル１３４が、半田１４０でトランスデューサアセンブリー１２２に取り付けられる。電気ケーブル１３４は、フレキシブル駆動シャフト１３２の内腔を通じてイメージングコア１１２の近位端１１８まで延びる。近位端１１８においては、ケーブル１３４は、カテーテル１０２をＰＩＭ１０４まで結合する回転式インターフェイスの電気コネクター部分で終端される（図１Ａ参照）。図示例においては、トランスデューサアセンブリー１２２が、エポキシ１４８又は他の接着剤でハウジング１２６に対して定位置に固定される。エポキシ１４８が、音響基材（acoustic backing material）として働き、ハウジング１２６内を伝播する音響反射を吸収し、そこでトランスデューサアセンブリー１２２に半田付けされる電気ケーブル１３４のための張力緩和として働く。
図２は、幾つかの実施形態に係る、ＩＶＵＳイメージングシステムにおける使用のための患者インターフェイスモジュール（ＰＩＭ）１０４のブロックズである。ＰＩＭ１０４は、図１に関連して詳細に記述した、プロセッサー回路１５４及びメモリー回路１５５を含む。ＰＩＭ１０４は、カテーテルに制御信号２２３を提供し、カテーテル（例えば、図１、カテーテル１０２）からデータ２２４を受け取る。制御信号２２３が、電圧パルスのシーケンスを含み、トランスデューサアセンブリー（例えば、トランスデューサアセンブリー１２２）から音響インパルスを生成する。幾つかの実施形態においては、制御信号２２３が、プロセッサー回路１５４に含まれるパルストランスミッター２１２において生成される。幾つかの実施形態においては、複数のパルスの各パルスが、選択周波数を有する信号の単一サイクルを含む。そのような実施形態においては、そのようなパルスの周波数スペクトルが、バンド幅を有する、選択周波数で中心付けられた信号であり得る。従って、パルストランスミッター２１２が、複数の周波数で中心付けられる複数の電圧パルスを生成するように構成され得る。例えば、パルストランスミッター２１２により提供される複数のパルスの中心周波数が、ベースバンド周波数及びこれらの高調波といった異なる周波数を含む。従って、幾つかの実施形態においては、パルストランスミッター回路２１２が、トランスデューサアセンブリーに提供される複数のパルスについての多数の中心周波数を含む送信バンドを有する。
幾つかの実施形態においては、データ２２４が、カテーテル１０２から受け取られ、受信アンプ２１４により増幅された電気信号を含む。データ２２４における電気信号が、電圧信号であり得る。幾つかの実施形態においては、データ２２４は、トランスデューサアセンブリー周囲の組織構造からの超音波エコーに関連したアナログ信号である。アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）２１６が、増幅された電気信号２２４をデジタル信号に変換する。幾つかの実施形態においては、ＡＤＣ２１６からのデジタル信号が、更に再構成回路２５０により処理される。幾つかの実施形態においては、データ２２４が、組織構造からの超音波エコー信号の受信に応じてトランスデューサアセンブリーにより生成された電圧信号を含む。組織構造かが、トランスデューサアセンブリーを含むカテーテルの遠位端（例えば、遠位端１２０、図１参照）を周囲する。データ２２４の電圧信号が、受信バンドを形成する複数の周波数での組織応答を含む。従って、受信アンプ２１４は、受信バンドを含むバンド幅を生成するフィルターを含み得る。従って、幾つかの実施形態においては、到来するデータ及び出て行く制御信号２２３のフィルタリングが、カテーテル１０２の遠位端部１２０でＡＳＩＣ１４４により実行される（図１Ｂ参照）。
再構成回路２５０が、デジタル化及び増幅されたデータ２２４に対して、平滑化、平均化、ノイズフィルタリング、及びデータ補間（data interpolation）といった処理を実行する。従って、幾つかの実施形態においては、再構成回路２５０が、トランスデューサアセンブリー１２２により提供されたデータをカテーテル１０２の遠位端を周囲する組織のイメージ描写のために準備する。再構成されたデジタルデータは、通信プロトコル回路２１８によりＰＩＭ１０４からＩＶＵＳ制御システム１０６へ転送される。
幾つかの実施形態においては、クロック及びタイミング回路２００が、デジタル化信号２２６をＡＤＣ２１６へ提供し、パルストランスミッター２１２へトランスミッタータイミング信号２２２を提供する。幾つかの実施形態においては、クロック及びタイミング回路２００が、共通の安定システムクロックを用いてトランスミッタータイミング信号２２２及びデジタル化信号２２６を提供する。幾つかの実施形態が、クロック及びタイミング回路２００におけるフェーズロックループ回路を含み、トランスミッタータイミング信号２２２とデジタル化信号２２６を動機する。幾つかの実施形態においては、トランスミッタータイミング信号２２２及びデジタル化信号２２６かが同相を有し、若しくはこれらの相対的な相が、クロック及びタイミング回路２００の分解能（resolution）内に時間において固定される。
図３Ａは、幾つかの実施形態に係る、マルチ周波数イメージングのためのカテーテル１０２Ａの遠位端１２０Ａの部分図である。遠位端１２０Ａが、トランスデューサアセンブリー１２２Ａを含む。従って、トランスデューサアセンブリー１２２Ａが、単一のピエゾ電気部品３２２Ａを含む。本開示に即した実施形態においては、ピエゾ電気部品３２２Ａが、パルストランスミッター２１２の送信バンド及び受信アンプ２１４の受信バンドを含む応答バンドを有する。ピエゾ電気部品３２２Ａの応答バンドが、部品を形成する材料、及び部品の寸法により決定される。幾つかの実施形態においては、トランスデューサ素子の応答バンドが、ある周波数の音響波がトランスデューサに衝突する時に生成される電圧振幅により測定される。幾つかの実施形態、ピエゾ電気部品３２２Ａのために広範囲の応答バンド幅を有することが望ましい。例えば、幾つかの実施形態においては、約５ＭＨｚから約１３５ＭＨｚの応答バンドが、ポリマー基準のトランスデューサアセンブリーを用いて達成される。幾つかの実施形態においては、トランスデューサアセンブリー３２２Ａにおいて用いられるポリマーが、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）といった強誘電体ポリマーである。更なる幾つかの実施形態においては、トランスデューサアセンブリー３２２Ａで用いられるポリマーが、ピエゾ電気材料として、ＰＶＤＦ−コゥ−三フッ化エチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を含む。代替として、ＰＶＤＦ−ＣＴＦＥ又はＰＶＤＦ−ＣＦＥといったポリマーが用いられ得る。
従って、本開示に即した実施形態においては、パルストランスミッター回路２１２が、単一のピエゾ電気部品３２２Ａへ送信バンド内の複数のパルスを提供する。同様に、単一のピエゾ電気部品３２２Ａが、組織構造からの受信バンド内の超音波エコーを受け取る。組織構造が、カテーテル１０２の遠位端１２０Ａを周囲する血管壁であり得る。
図３Ｂは、幾つかの実施形態に係る、マルチ周波数イメージングのためのカテーテル１０２Ｂの遠位端１２０Ｂの部分図である。遠位端１２０Ｂがトランスデューサアセンブリー１２２Ｂを含む。トランスデューサアセンブリー１２２Ｂが、複数のピエゾ電気部品３２２Ｂ−１、３２２Ｂ−２、３２２Ｂ−３、３２２Ｂ−４、３２２Ｂ−５及び３２２Ｂ−６（総じて、以降、「ピエゾ電気部品３２２Ｂ」として参照される。）を含む。当業者は、アセンブリー１２２Ｂにおけるピエゾ電気部品３２２Ｂの数が任意であり、限定するものではないものと理解する。更には、部品３２２Ｂの特定の形状及び配置が、限定ではなく、マルチ周波数イメージングカテーテル１０２の特定の用途にだけ依存する。
幾つかの実施形態においては、部品３２２Ｂの第１選択群が、超音波パルスを出射するために用いられ、部品３２２Ｂの第２選択群が、超音波エコーを受け取るために用いられる。部品３２２Ｂの第１選択群が、部品３２２Ｂの第２選択群とは異なり得る。従って、幾つかの実施形態においては、部品３２２Ｂ−１〜３２２Ｂ−６の部品それぞれが、部品の特定機能（例えば、送信、受信、又は両方）のために調整された狭い応答バンドを有する。例えば、部品３２２Ｂ−１が送信バンドの帯域を含む応答バンドを有する。同様に、部品３２２Ｂ−２が受信バンドの帯域を含む応答バンドを有する。従って、部品３２２Ｂの第１選択群に提供された超音波パルスの第１選択群が、周波数の第１選択群の中心にあり得る。周波数の第１選択群が、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、及び８０ＭＨｚといった超音波周波数を含み得る。同様に、トランスデューサ１２２Ｂに結合したＰＩＭモジュールのためのプロセッサー回路における受信アンプが、部品３２２Ｂの第２選択群の応答バンドに応じて選択されたバンド幅のフィルターを有し得る。従って、ＰＩＭ内の応答アンプにおけるラジオ周波数（ＲＦ）フィルターが、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、及び８０ＭＨｚといった周波数の第２選択群の中心に位置される。幾つかの実施形態においては、ＲＦフィルターが、カテーテル１０２の遠位端部１２０でＡＳＩＣ１４４に含まれ、選択された応答バンドにおいてエコー信号をフィルターする。
従って、周波数の第２選択群が、周波数の第１選択群の高調波結合（harmonic combinations）を含む。高調波結合が、周波数の第１選択群の周波数の整数倍を含む。幾つかの実施形態においては、高調波結合が、周波数の第１選択群の周波数の和を含む。例えば、周波数の第１選択群が、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、及び８０ＭＨｚを含む時、周波数の第２選択群が、４０ＭＨｚ（＝２×２０ＭＨｚ）、８０ＭＨｚ（＝２×４０ＭＨｚ）、６０ＭＨｚ（＝２０ＭＨｚ＋４０ＭＨｚ）、及びまた１２０ＭＨｚ（＝４０ＭＨｚ＋８０ＭＨｚ）を含む。
従って、幾つかの実施形態においては、トランスデューサアセンブリー１２２Ｂが、多数のトランスデューサ部品３２２Ｂを用いることにより広い応答バンドを提供する。トランスデューサ部品３２２Ｂのそれぞれが、中心に選択周波数がある送信バンドの一部又は受信バンドの一部に亘る狭い応答バンドを有する。狭い応答バンドのピエゾ電気部品が高い応答効率を提供するため、そのような構成が望ましい。
図４は、幾つかの実施形態に係るトランスデューサ電圧４００の部分概略図である。トランスデューサ電圧４００は、時間の関数としてトランスデューサアセンブリー（トランスデューサアセンブリー１２２Ａ、１２２Ｂ、上記の図３Ａ、３Ｂ）のトランスデューサ部品に印加される電圧値を含む。トランスデューサ電圧４００が、超音波パルス送信部分４１１−１、４１１−２、及び４１１−３を含み、以降、総じて「送信部分４１１」と呼ばれる。同様、トランスデューサ電圧４００が、超音波エコー受信部分４２１−１、４２１−２、及び４２１−３を含み、以降、総じて「受信部分４２１」と呼ばれる。図４は、３つの送信部分４１１及び３つの受信部分４２１を図示するが、当業者は、用いられる送信部分４１１及び受信部分４２１の数には何らの限定もないものと理解する。更には、幾つかの実施形態においては、送信部分４１１の数が、受信部分４２１の数とは異なる。図４は、受信部分４２１により続かれる各送信部分４１１を図示する。当業者は、受信部分４２１が後続する前、１以上の送信部分４１１がシーケンスにおいて提供されるものと理解するだろう。同様に、送信部分４１１の後、複数の受信部分４２１がシーケンスにおいて提供され得る。
送信部分４１１が、パルストランスミッター回路（例えば、パルストランスミッター２１２、図２参照）によりトランスデューサアセンブリーへ提供されるパルス４０１−１、４０１−２、及び４０１−３を含む。以降、パルス４０１−１〜４０１−３が総じてパルス４０１として呼ばれる。受信部分４２１が、トランスデューサアセンブリーにより増幅回路（例えば、受信アンプ２１４、図２参照）へ提供される信号４０２−１、４０２−２、及び４０２−３を含む。信号４０２−１、４０２−２、及び４０２−３が、以降、超音波エコー信号４０２として呼ばれる。従って、超音波エコー信号４０２が、パルスの組織応答である。更には、パルス４０１の周波数成分に依存し、超音波エコー信号４０２が、トランスデューサアセンブリーを周囲する組織構造の異なる部分から伝播する。従って、高い中心周波数を有するパルス４０１−３に対応する超音波エコー信号４０２−３が、組織構造の浅い領域から伝播する。例えば、約８０ＭＨｚに中心付けられたパルス４０１に対応する信号４０２が、管の内腔に近接する血管壁の領域から伝播する。
図５は、幾つかの実施形態に係る、トランスデューサ部品のためのマルチ周波数電圧パルスの部分概略図である。図５は、電圧パルス５０１−１、５０１−２、及び５０１−３を図示し、総じて電圧パルス５０１と呼ばれる。図５に一致して、各パルス５０１が、期間５５１−１、５５１−２、及び５５１−３を有するサイクルを含み、以降、総じて期間値５５１と呼ばれる。従って、期間５５１−１は、期間５５１−２とは異なり、従って、パルス５０１−２の中心周波数よりも中心が低周波数のパルス５０１−１に対応する。例えば、もし期間５５１−１が期間５５１−２の長さの２倍であるならば、パルス５０１−２の中心周波数がパルス５０１−１の中心の周波数の２倍である。同様、期間５５１−３は、パルス５０１−３についてのより高い中心周波数に対応し、期間５５１−１よりも短い。当業者は、パルス５０１が、複数の期間値５５１の任意の一つを含むと理解する。
本開示に即した実施形態においては、パルス５０１を受け取るトランスデューサアセンブリーが、各パルス５０１の中心周波数を含む応答バンド幅を有することが望ましい。幾つかの実施形態においては、複数のトランスデューサ部品（例えば、部品３２２Ｂ、図３Ｂ）を用いて、各パルス５０１が、特定の中心周波数で動作するように最適化された異なるトランスデューサ部品へ向けられる。例えば、トランスデューサ部品３２２Ｂ−１が、期間５５１−１に対応する中心周波数で最大効率で動作するように設計される。当業者は、提供される異なる期間５５１の数については何らの限定もないものと理解する。また、所与の期間５５１に関連の特定の中心周波数が、特定の用途又は要求に応じて選ばれる。例えば、期間５５１が２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ又はこれ以上の周波数に対応する。幾つかの実施形態においては、期間５５１の一つが、１０ＭＨｚ以下の周波数を含む。
図５に示すようなマルチ周波数パルスを用いて組織構造の異なる部分から情報を取得することに加え、異なる軸方向解像度を有するイメージが取得される。例えば、パルス５０１−１からの超音波エコー信号で生成されたイメージは、パルス５０１−２から生成されたイメージと比較して、組織内でより長い浸透深さと、より低い軸方向解像度を有する。パルス５０１−３から取得されたイメージは、より低い浸透深さでより高い軸方向解像度を提供する。
図６は、幾つかの実施形態に係る、マルチ周波数ＩＶＵＳイメージングシステムにおける送信バンド６１１、受信バンド６２１、及び応答バンド６５１の部分概略図である。図６においては、応答バンド６５１は、送信バンド６１１及び受信バンド６２１を含むブロードバンドである。送信バンド６１１が、第１周波数ｆ1を中心とする送信カーブ６０１を含み、また受信バンド６２１が、第２周波数ｆ2を中心とする受信カーブ６０２を含む。幾つかの実施形態においては、第２周波数が、第１周波数の第２高調波である（ｆ2＝２×ｆ1）。図６に図示のものといった実施形態が、単一のトランスデューサ（例えば、トランスデューサ１２２Ａ、図３参照）を用いたマルチ周波数ＩＶＵＳイメージングシステムのスペクトル構成に対応する。幾つかの実施形態においては、受信バンド６２１が、送信バンド６１１を提供するトランスデューサの応答バンド６５１の外にある。そのような実施形態は、複数のトランスデューサ部品（例えば、トランスデューサ１２２Ｂ、図３Ｂ）を用いるマルチ周波数ＩＶＵＳイメージングシステムに対応する。例えば、送信バンド６１１及び応答バンド６６１がトランスデューサ部品３２２Ｂ−１に対応する。更には、部品３２２Ｂ−２からの受信バンド６２１が、応答バンド幅６６１の外であり得る。
本明細書に開示のマルチ周波数ＩＶＵＳイメージングシステムが、図６に図示されるような送信バンド、受信バンド、及び応答バンドでトランスデューサアセンブリーを有するカテーテルに結合されるＰＩＭを含む（例えば、システム１００、ＰＩＭ１０４、カテーテル１０２、及びトランスデューサアセンブリー１２２、図１）。ＰＩＭは、トランスデューサアセンブリーにパルス信号を提供し、信号から超音波エコーを受け取るプロセッサー回路を含む（例えば、プロセッサー回路１５４）。プロセッサー回路は、送信バンド６１１といったバンド幅を有するパルストランスミッター回路（例えば、パルストランスミッター２１２）を含む。プロセッサー回路は、受信バンド６２１としてのバンド幅を有する受信アンプ（例えば、受信アンプ２１４）も含む。パルス送信回路及び受信アンプ回路のバンド幅が、ＲＦ回路フィルタリング技術を用いて調整される。幾つかの実施形態においては、ＲＦフィルター回路が、カテーテル１０２の遠位端部１２０で、ＡＳＩＣ１４４に含められる。
図７は、幾つかの実施形態に係る、信号７０５の高調波７５０を選択するための信号処理戦略の部分概略図である。幾つかの実施形態においては、ＡＤＣ回路（例えば、ＡＤＣ２１６、図２）が、周波数ミキサー７１０を含む。ミキサー７１０が、アンプ回路からの信号７０５を、高調波周波数７２０の局部発振信号で結合する。幾つかの実施形態においては、局部発振の高調波周波数が、トランスデューサアセンブリーのパルス信号（例えば、パルス５０１の任意の一つ、図５参照）に含まれる中心周波数の整数倍である。例えば、もしパルス信号の中心周波数が「ｆ」であるならば、ミキサー７１０における局部発振の高調波周波数７２０が「２×ｆ」になる。周波数ミキサー７１０は、タイミング回路（例えば、クロック及びタイミング回路２００、図２）により提供されるフェーズロック信号を用いるフィードバック回路を含む。例えば、幾つかの実施形態においては、フェーズロック信号がデジタル化信号２２６（図２参照）に含まれる。従って、信号７０５の高調波成分７５０が、イメージングのために再構成回路（例えば、再構成回路２５０）に送信される。
図８は、幾つかの実施形態に係る、マルチ周波数イメージングのための方法８００におけるステップを図示するフローチャートである。幾つかの実施形態においては、方法８００は、トランスデューサアセンブリー（例えば、トランスデューサアセンブリー１２２、図１参照）により提供されるスキャンデータに基づいて、プロセッサー回路（例えば、プロセッサー回路１５６）及びメモリー回路（例えば、メモリー回路１５７）を用いる制御システム（例えば、制御システム１０６）及び／又はプロセッサー回路（例えば、プロセッサー回路１５４）及びメモリー回路（例えば、メモリー回路１５５）を用いるＰＩＭ（例えば、ＰＩＭ１０４）により実行される。トランスデューサアセンブリーが、組織構造の内腔内に配置されたカテーテル（カテーテル１０２、図１参照）の遠位端にあり得る。幾つかの実施形態においては、方法８００のステップが制御システムにより実行され、方法８００のステップがＰＩＭにより実行される。方法８００における再構成されたイメージ面が、ディスプレイ（例えば、ディスプレイ１０８）においてユーザーに提示される。幾つかの実施形態においては、再構成されたイメージが、組織構造の複数の断面を含む３次元イメージ（３Ｄイメージ）である。
ステップ８１０は、第１選択周波数で超音波信号を生成することを含む。幾つかの実施形態においては、超音波信号が、進路を進む超音波音響ビームの形態でトランスデューサアセンブリー（例えば、トランスデューサアセンブリー１２２、図１参照）から生成される。超音波音響ビーム進路が集束され、組織のターゲット部位に高強度の音響エネルギーの震源域（focal region）を生成する。ステップ８１０は、トランスデューサアセンブリー１２２Ａ、Ｂ（図３Ａ、Ｂ参照）への電圧パルスを提供することを含む。従って、事前選択期間、電圧パルスが、ＰＩＭによりトランスデューサアセンブリー１２２Ａ、Ｂへ提供される。更には、トランスデューサアセンブリー１２２Ａ、Ｂのための電圧パルスが、事前選択された中心周波数で生成されたパルス４０１又はパルス５０１（図４及び５参照）といった一連のパルスで提供される。方法８００の幾つかの実施形態においては、ステップ８１０は、第１の複数の中心周波数で複数のパルスを生成することを含む。第１の複数の中心周波数が、異なる中心周波数を含む。
ステップ８２０は、構造の内壁周りに所定パターンで超音波信号をスキャンすることを含む。幾つかの実施形態においては、ステップ８２０が、血管の内壁周りにらせん状パターンにて連続的に超音波信号を掃引することを含む。幾つかの実施形態においては、ステップ８２０が、トランスデューサを回転させ、又はカテーテル内のトランスデューサから信号を逸らせる反射面を回転させることにより達成される。カテーテルが、トランスデューサが回転され、音響信号がカテーテルのＬＡ周りに放射方向に掃引される間、実質的に静止を維持する。更には、幾つかの実施形態においては、ステップ８２０が、周方向に多数の部品を有する静止のトランスデューサアセンブリー（たとえば、トランスデューサ３２２Ｂ、図３Ｂ参照）を含む。従って、周囲における各部品間の相関係を連続して変更することにより、超音波ビームが、カテーテルのＬＡ周りに放射方向にスキャンされる。
ステップ８３０が、第２選択周波数で構造の内壁から超音波エコーを受け取ることを含む。幾つかの実施形態においては、ステップ８３０が、ステップ８１０のトランスデューサアセンブリーを用いて実行される。したがって、構造の内壁から超音波エコーを受け取ると、トランスデューサアセンブリーのピエゾ電気材料に起きた変形が電圧信号に帰結する。トランスデューサアセンブリーは、周囲の組織構造からの電圧信号をプロセッサー回路（例えば、ＰＩＭ１０４のプロセッサー回路１５４）に結合するように構成される。
幾つかの実施形態においては、ステップ８３０は、ステップ８１０（図４参照）に即して音響信号を生成する２つの電圧パルス４０１の間の期間の間で実行される。従って、幾つかの実施形態においては、ステップ８１０において、電圧信号が、第１選択周波数でカテーテル（例えば、カテーテル１０２、図１）に沿ってＰＩＭのプロセッサー回路からトランスデューサアセンブリーへ伝送される。更に幾つかの実施形態においては、ステップ８３０において、電圧信号が、トランスデューサアセンブリーからＰＩＭのプロセッサー回路へ伝送される。電圧信号は、第２選択周波数を含む。幾つかの実施形態においては、第２選択周波数が、第１周波数の高調波に中心が位置付けられる。更には、幾つかの実施形態においては、第２選択周波数が、第１の複数のステップ８１０の選択周波数を含む。幾つかの実施形態においては、第２選択周波数が、第１の複数のステップ８１０の選択周波数の２つの異なる周波数の和を含む。更には、幾つかの実施形態においては、第２選択周波数が、第１の複数の選択周波数のいずれか一つの周波数の整数倍を含む。
ステップ８４０が、プロセッサー回路の超音波エコーを増幅することを含む。幾つかの実施形態においては、ステップ８４０が、第２選択周波数を含むバンドパスを有する電子フィルターを用いて超音波エコー信号をフィルタリングすることを含む。従って、ステップ８４０の部分が、カテーテルの遠位端でＡＳＩＣ回路（例えば、図１ＢのＡＳＩＣ１４４）により実行される。ステップ８５０が、超音波エコーからイメージを生成することを含む。幾つかの実施形態においては、ステップ８５０がＰＩＭにより部分的に実行される。例えば、ステップ８５０は、再構成回路（例えば、再構成回路２５０、図２）により部分的に実行される。幾つかの実施形態においては、ステップ８５０が、制御システムにより部分的に実行される。幾つかの実施形態においては、ステップ８５０が、血管壁の断面の２次元イメージ（２Ｄイメージ）を生成することを含む。断面が、血管及びカテーテル方向に沿って配向されたＬＡに垂直なＸＹ平面に実質的に平行である（図１参照）。幾つかの実施形態においては、ステップ８５０が、複数の２Ｄイメージから血管壁の３次元イメージ（３Ｄイメージ）を生成することを含む。
ステップ８６０が、増幅された超音波エコーからイメージを分類することを含む。ステップ８６０が、制御システムのプロセッサー回路及びメモリー回路により実行される。幾つかの実施形態においては、ステップ８６０が、コマンドを実行し、データを回収及び記憶するプロセッサー回路１５６により実行され、コマンド及びデータがメモリー回路１５７に記憶される。例えば、幾つかの実施形態においては、制御システム１０６のプロセッサー回路１５６により実行されるコマンドが、メモリー回路１５７に記憶されたイメージ特徴化コードに含まれる。
イメージ特徴化コードは、特徴化された組織構成物マップを表す。幾つかの実施形態においては、イメージ特徴化アプリケーションが、菅断面のため超音波エコーのスペクトル分析を実行する。従って、特徴化された組織構成物マップにおいて異なるプラーク構成物（plaque components）が決定及び識別される。例えば、特徴化アプリケーションは、内腔及びプラークの間の境界との関係において菅断面内の壊死コアの合流点の場所に基づく規則を含む分類基準を用いる。分類基準が、内腔−プラーク境界との関係における菅断面の合流する壊死コアの場所に基づくルールを含む：及び、分類に応じ、菅断面に関連のプラーク種別を表すことを含む。例えば、分類基準が、繊維性皮膜の厚みを用い、プラークの脆弱性、及びプラークの破裂及び血栓の見込みを決定する。ステップ８６０で用いられるイメージ特徴化アプリケーションが、「分類基準に則した自動化されたプラーク特徴化に基づく自動化された病変分析」と題された米国特許Ｎｏ．7,627,156、「非侵入性組織特徴化システム及び方法」と題された米国特許Ｎｏ．7,175,597、及び「血管プラーク特徴化」と題された米国特許Ｎｏ．6,200,268に開示され、各文献が、全目的のため、その全体にて参照により組み込まれる。
図９は、幾つかの実施形態にかかる、マルチ周波数イメージングのための方法９００のステップを図示するフローチャートである。方法９００がシステム１００により部分的に実行される。幾つかの実施形態においては、方法９００は、トランスデューサアセンブリー（例えば、トランスデューサアセンブリー１２２、図１参照）により提供されるスキャンデータに基づいて、プロセッサー回路（例えば、プロセッサー回路１５６）及びメモリー回路（例えば、メモリー回路１５７）を用いる制御システム（例えば、制御システム１０６）及び／又はプロセッサー回路（例えば、プロセッサー回路１５４）及びメモリー回路（例えば、メモリー回路１５５）を用いるＰＩＭ（例えば、ＰＩＭ１０４）により実行される。トランスデューサアセンブリーは、組織構造の内腔に位置されるカテーテル（カテーテル１０２、図１参照）の遠位端に位置される。幾つかの実施形態においては、方法９００のステップが、制御システムにより実行され、方法９００のステップがＰＩＭにより実行される。
方法９００における再構成されたイメージ面が、ディスプレイ１０８において外部オペレーターに提供される。従って、外部オペレーターは、ディスプレイ１０８上の再構成されたイメージ面に基づいて、再疎通ツールを用いて血管の狭窄したセグメントの部分を切除するか否かの決定をする。幾つかの実施形態においては、再疎通ツールが、鋭利端を有する物理的な機器であり得る。幾つかの実施形態においては、再疎通ツールが、血管の点に向けられ、組織部分を除去するレーザービームであり得る。更なる幾つかの実施形態においては、再疎通ツールが、ターゲット組織を研磨する研磨面を含み得る。
ステップ９１０は、第１の複数の周波数で超音波信号を生成することを含む。ステップ９１０は、さらに、ＬＡが血管の内腔部分内で血管に実質的に配列されるようにカテーテル１０２を位置付けることを含む。ステップ９２０は、構造の内壁周りに所定パターンで超音波信号をスキャンすることを含む。幾つかの実施形態においては、構造の内壁が、狭窄の領域を含む血管壁の内側部分である。
狭窄の領域が、石灰化部分、脂質プール、及び脂質プールに隣接する壊死コアを含むプラークを含み得る。ステップ９３０が、周波数の受信バンド内で、構造の内壁から超音波エコーを受け取ることを含む。幾つかの実施形態においては、ステップ９３０での周波数の受信バンドが第１の複数の周波数を含む。幾つかの実施形態においては、周波数の受信バンドが、第１の複数の周波数の高調波結合を含み得る。第１の複数の周波数の高調波結合が、第１の複数の周波数の周波数のいずれかの整数倍を含む。更には、第１の複数の周波数の高調波結合が、第１の複数の周波数の任意の数の周波数の和を含む。ステップ９４０が、プロセッサー回路において超音波エコーを増幅することを含む。ステップ９４０は、方法８００に関して詳細に上述したステップ８４０のようである。ステップ９５０は、増幅された超音波エコーから複数のイメージを生成することを含む。従って、ステップ９５０は、ステップ９３０の周波数の受信バンド内の周波数のそれぞれについてイメージを生成することを含む。ステップ９５０で各イメージを生成することが、方法８００では、ステップ８５０において詳細に上述されている。
ステップ９６０は、イメージを形成するべくステップ９５０からの複数のイメージを結合することを含む。幾つかの実施形態においては、ステップ９５０は、高周波数超音波エコーで取得された第１イメージの部分を低周波数超音波エコーで取得された第２イメージの部分を結合することを含む。従って、第１イメージの部分が、組織構造のより浅い部分であり、第２イメージの部分が組織構造のより深い部分である。更には、第２イメージの部分が、第１イメージについて用いられる高周波数超音波信号に典型的に見られる血液・スペックル・アーチファクト（blood speckle artifacts）をフィルター除去する。例えば、８０ＭＨｚで取得された血管のイメージの第１部分が、血管壁と内腔の間の境界を含む血管の内皮を含む。２０ＭＨｚで取得された血管のイメージの第２部分が、血管壁内のより深くのプラーク、マクロファージ細胞、及び筋細胞の壊死部分の部分を含む。
ステップ９７０は、ステップ９６０で取得されたイメージを分類することを含む。ステップ９７０は、制御システム１０６におけるプロセッサー回路１５６及びメモリー回路１５７により実行される。
幾つかの実施形態においては、ステップ９７０が、コマンドを実行し、データを検索及び記憶するプロセッサー回路１５６により実行され、コマンド及びデータがメモリー回路１５７に記憶される。例えば、幾つかの実施形態においては、制御システム１０６のプロセッサー回路１５６により実行されるコマンドが、メモリー回路１５７に記憶されたイメージ特徴化コードに含まれる。イメージ特徴化コードが、特徴化された組織構成物マップを表す。幾つかの実施形態においては、イメージ特徴化アプリケーションが、血管断面についての超音波エコー情報のスペクトル分析を実行することができる。従って、特徴化組織マップにおいて異なるプラーク構成物が決定及び識別される。例えば、特徴化アプリケーションが、内腔−プラークの間の境界との関係における管断面内の壊死コアの合流点の場所に基づくルールを含む分類基準を使用する。
幾つかの実施形態においては、分類基準が、分類基準が、繊維性皮膜（fibrous cap）の厚みを用い、プラークの脆弱性、及びプラークの破裂及び血栓の見込みを決定する。例えば、プラークは、サイズ、構成、及びその構成物の特性に基づいて、破裂に「弱い」と分類される。血管内のプラークの構成物が、繊維性皮膜及び壊死コアであり得る。幾つかの構成においては、管内のプラークの構成物が、脂肪細胞組織及びマクロファージ細胞を含み得る。管内のプラークの構成物の特性が、エラスチン、コラーゲン、及びコレステロールといった物質を含み得る。管内のプラークに含まれる物質の粘弾性特性と異なる構成物の組成が、ステップ９１０で超音波信号に対して異なる音響応答を提供する。従って、ステップ９１０における超音波信号との血管壁の相互作用が、プラークの構成物、その特性、及びそれらの構成（サイズ及び形状）を明らかに識別するイメージを生成する。
上述の本発明の実施形態は単なる例示である。当業者は、これらの詳細に開示されたものから様々な代替の実施形態を理解する。これらの代替の実施形態は、本開示の範囲内にあることも意図される。そのため、本発明は、次の請求項によりのみ制限される。

Claims (20)

  1. 患者内の体積部分をイメージングするための方法であって、該方法が：
    組織構造内に設けられた第１トランスデューサを用いて、第１選択周波数の超音波信号を生成し；
    患者内の体積部分のスポット上に前記超音波信号を向け；
    患者内の体積部分の壁周りに所定パターンで前記スポットをスキャンし；
    第２選択周波数で第２トランスデューサにおいて超音波エコーを受け取り；
    前記超音波エコーを電圧に変換し；
    処理回路で前記電圧を増幅し；及び
    前記電圧から患者内の体積部分のイメージを提供することを含む、方法。
  2. 超音波信号を生成し、超音波エコーを受け取ることが、前記第１トランスデューサ及び前記第２トランスデューサの近くに配置された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）により部分的に実行される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記患者内の体積部分が、血管の内壁である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第２周波数が、前記第１周波数の高調波である、請求項３に記載の方法。
  5. 前記第１トランスデューサ及び第２トランスデューサがポリマートランスデューサ材料を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記第１トランスデューサ及び第２トランスデューサが同一のトランスデューサ部品である、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第１トランスデューサが第１の複数のトランスデューサ部品を含み、前記第２トランスデューサが第２の複数のトランスデューサ部品を含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記第１選択周波数が第１の複数の周波数を含み；及び
    前記第１の複数の周波数の各々が、前記第１の複数のトランスデューサ部品の各々に関連付けられる、請求項７に記載の方法。
  9. 前記第２選択周波数が第２の複数の周波数を含み；前記第２の複数の周波数の各々が、前記第２の複数のトランスデューサ部品の各々に関連付けられる、請求項７に記載の方法。
  10. 患者内の体積部分のマルチ周波数イメージングのための方法であって、当該方法が：
    事前選択された関心領域の近くで前記体積部分内にフレキシブル部材を位置付け；
    前記体積部分内に配置されたポリマートランスデューサを用いて第１の複数の周波数の超音波信号を生成し；
    前記体積部分のスポット上に前記超音波信号を向け；
    前記体積部分の内側部分周りに所定パターンで前記スポットをスキャンし；
    ポリマートランスデューサにて第２の複数の周波数で超音波エコーを受け取り；
    前記超音波エコーを電圧に変換し；
    処理回路で前記電圧を増幅し；
    前記電圧から前記体積部分のイメージを提供し；及び
    特徴化ツールに応じて前記イメージを分類することを含む、方法。
  11. 前記患者内の体積部分が、血管の内壁である、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第２の複数の周波数が前記第１の複数の周波数を含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記第２の複数の周波数が、前記第１の複数の周波数の高調波結合を含む、請求項１０に記載の方法。
  14. 患者内の体積部分のイメージングのための方法であって、当該方法が：
    前記体積部分内に配置されたポリマートランスデューサを用いて、第１の複数の周波数の超音波信号を生成し；
    前記体積部分のスポットに前記超音波信号を向け；
    前記体積部分の表面周りに所定パターンで前記スポットをスキャンし；
    第２の複数の周波数で前記ポリマートランスデューサで超音波エコーを受け取り；
    前記超音波エコーを電圧に変換し；
    処理回路で前記電圧を増幅し；及び
    前記電圧から前記体積部分の複数のイメージを提供することを含む、方法。
  15. 複数のイメージを提供することが、第２の複数の周波数における周波数のそれぞれについてイメージを提供することを含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 第１周波数に関連する少なくとも一つの体積部分イメージと、前記第２の複数の周波数における第２周波数に関連した第２体積部分イメージを結合し、結合された体積部分イメージを形成することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 少なくとも一つの体積部分イメージと第２体積部分イメージを結合することが、第１及び第２周波数の高周波数の前記体積部分の浅い部分と、前記第１及び第２周波数の低周波数の前記体積部分の深い部分を結合することを含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 少なくとも一つの体積部分イメージと第２体積部分イメージを結合することが、結合された体積部分イメージから血液スペックル信号をフィルター除去することを含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記処理回路の周波数ミキサー回路を用いて前記電圧からある周波数成分を除去することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
  20. 前記周波数成分は、前記第１の複数の周波数における周波数のいずれかの高調波結合である、請求項１９に記載の方法。
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