JP2017533784A - 組織の特性変化を視覚化する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、視覚化装置（１）に関し、該視覚化装置（１）は、超音波測定（３）からの測定信号を処理する信号プロセッサ（２）と、組織の厚みを確定する２つの境界を示す表示の２つの端部（４４、４７）において、組織へのエネルギー印加時に特性が変化した組織の領域（４２）を、特性が変化していない領域（４１）から識別する表示をレンダリングする、プロセッサに結合したレンダリング装置（４）とを有する。異なる視覚的アスペクトで、特性が変化した組織（４２）および特性が変化しない組織（４１）のレンダリングは、組織にエネルギーを印加する人によって容易に吸収される。

Description

本発明は、組織にエネルギーを印加したときに生じる組織の特性変化を視覚化するための視覚化装置および方法に関する。本発明はさらに、組織にエネルギーを印加するエネルギー源およびエネルギー印加装置を含むシステム、超音波測定装置および視覚化装置に関する。

特許文献１は、放射線療法を監視及び制御する装置、方法およびシステムを開示している。放射源は組織にエネルギーを放射し、そのエネルギーは標的部位に吸収され、その組織を加熱する。超音波トランスデューサは、組織に超音波信号を送信し、反射された超音波信号を受信する。信号プロセッサは、受信した超音波信号を処理し、組織組成スキャンまたは組織温度を計算する。超音波画像、組織温度スキャンおよび歪み画像がレンダリングされ、組織温度スキャンまたは組織組成スキャンに基づいて治療放射線量を決定および／または修正する。温度変化の範囲と画像の歪みの違いを示すカラーバーは、表示された画像の解釈をサポートする。

米国特許出願公開第２００９／０１０５５８８Ａ１号

本発明の一目的は、エネルギーを組織に印加する人により情報が容易に吸収可能であるように、エネルギー印加時に組織の特性変化の表示を改良した装置を提供することである。

本発明によると、この目的は、組織に印加されたエネルギーの影響下にある前記組織の特性の変化をレンダリングする視覚化装置により実現される。該装置は、特性が変化した組織の領域と、特性が変化しない組織の領域との間の界面の位置を導出するように、組織内の異なる位置における組織の特性を示す超音波測定から得られた測定信号を処理する信号プロセッサと、界面の位置を示す表示をレンダリングするレンダリング装置とを有し、表示の２つの端部は組織の厚さを確定する２つの境界を示し、２つの端部の間の位置は界面の位置を示す。

心臓の内部または外部からの心臓で行われる超音波測定は、超音波トランスデューサによって撮像された位置に応じて、心筋、血液、心外膜脂肪、肺、心膜液および食道などの解剖学的エンティティ（ｅｎｔｉｔｉｅｓ）に関する情報を含む。エネルギー印加装置を用いた心臓組織へのエネルギー印加の間に、最も重要な情報は、心筋組織の特性の変化である。視覚化装置が、表示の２つの末端が組織の厚さを確定する２つの境界を示す表現をレンダリングするように構成されたレンダリング装置を備える結果として、心臓組織にエネルギーを印加する人は、心筋である関心のある解剖学的エンティティに容易に集中できる。

本視覚化装置の一実施形態では、前記レンダリング装置はさらに、エネルギー印加時に、組織の特性が変化した領域を、特性が変化しない領域とは異なる視覚的アスペクト（ｖｉｓｕａｌ ａｓｐｅｃｔ）でレンダリングするように構成されている。２つの領域の異なる視覚的アスペクトは、色または質感の差異であってもよく、組織にエネルギーを印加する人によって情報が容易に吸収されるようにするものである。

本視覚化装置の一実施形態では、特性が変化していない領域に対して、特性が変化した領域の異なる視覚的アスペクトでのレンダリングは、プロセッサによる超音波測定信号の処理に基づく。心臓組織の特性は、速度、速度勾配、及び歪み率よりなる群から選択された物理量である。これらの物理量は、エネルギー印加時の心筋組織の特性の変化を反映し、組織収縮性、弾性および灌流の変化をもたらす。

特性が変化した組織領域と、特性が変化しない組織領域との間の界面（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の位置を導出することは、特性の平均、中央値、最小値、最大値、絶対値または標準偏差に基づくことができる。これらの統計的パラメータは、それぞれの物理量を表す。

特性が変化した領域と、特性が変化しない領域との異なる視覚的アスペクトによるレンダリングは、好ましい実施形態では、組織の２つの領域の物理量の１０％ないし３０％の範囲の差に関連する。与えられた範囲内の物理量の差は、エネルギー印加時の心筋組織の特性の有意な変化を表し、組織変性、組織収縮性の減少、弾性および灌流をもたらす。しかしながら、他のタイプの組織では、特性が変化していない領域に対する、特性が変化した領域の物理量の差が異なる場合がある。視覚化装置のユーザは、そのような範囲を選択することができる。

本視覚化装置の一実施形態では、前記レンダリング装置は、組織の境界を表す２つの端部を、四角の２つの対向側としてレンダリングするように構成されている。この実施形態の利点は、別個の視覚的アスペクトが、組織へのエネルギー印加時に、矩形の一方の側から発達し始め、エネルギー印加が適切な強度で十分な持続時間行われている場合には、矩形の反対側に前進むことである。

視覚化装置の別の実施形態は、組織境界を表す２つの端部が一致するようにレンダリングするように構成されたレンダリング装置を有し、組織の厚みを確定する２つの境界間の距離は円、リングまたは楕円としてレンダリングされる。そのような実施形態では、エネルギー印加時に組織の特性が変化した領域を表す区別できる視覚的アスペクトは、幾何学的形状のある位置で発達し始め、その幾何学的形状をカバーすると、区別できる視覚的アスペクトは、十分な持続時間の間、適切な強度でエネルギー印加が行われている限り、開始したところと一致する一に戻る。

本発明のさらに別の一態様において、システムは、エネルギーを組織に印加するエネルギー印加装置に接続されたエネルギー源と、超音波測定装置と、視覚化装置とを備える。このようなシステムの主な利点は、１つまたは複数の超音波トランスデューサを備える超音波測定装置の超音波プローブを、エネルギー印加装置に埋め込むことができることである。これにより、局所的な超音波測定が、組織にエネルギーが加えられる部位で正確に行われる。超音波トランスデューサをエネルギー印加装置に組み込むことにより、超音波測定においてエネルギー印加装置によって生じるシャドーイングを回避するために、超音波プローブとエネルギー印加装置との位置合わせ（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が不要であり、システムは、組織内の特性が変化していない領域から特性が変化した領域を高い精度と忠実度で識別することができる。

前記エネルギー印加装置は、超音波、無線周波数電流、無線周波、マイクロ波、又はレーザビームから選択されたモダリティの一つにより、組織にエネルギーを印加するように構成されている。エネルギー印加装置は、電流または電磁放射の形態でエネルギーを供給しているエネルギー源に接続されている。エネルギー印加装置では、電流は、超音波、または無線周波数波の形式の電磁波、マイクロ波または光に変換され得る。

好ましい一実施形態では、本システムは、組織内の特性が変化した領域に対応する第２の視覚的アスペクトが、レンダリングされた表示の２つの端部の間の間隔全体をカバーするとの検出に応じて、エネルギー源からエネルギー印加装置へのエネルギー伝達を停止するように構成される。エネルギー印加の停止（ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ）は、過度の持続時間にわたるエネルギーの印加を回避することによる効率の改善に関する。超音波（例えば、高強度集束超音波）によるエネルギー印加、または他のエネルギー印加モダリティが使用されているときにエネルギー印加装置の表面を局所的に冷却することによって生成される状態でのエネルギー印加により、組織の境界がエネルギー印加装置と接触している部位から始まらない、組織内の特性変化の開始する環境が作り出される。特性変化がエネルギー印加装置と組織との間の接触部位に由来する、エネルギー印加装置のローカルな冷却を行わない従来のエネルギー印加と同様に、組織へのエネルギー印加の停止は、特性が変化した領域に対応する第２の視覚的アスペクトが、レンダリングされた表示の２つの端部の間の全間隔をカバーするとの検出に応じて行われる。

別の実施形態では、本システムは、組織内の特性が変化した領域に対応する第２の視覚的アスペクトが、レンダリングされた表示の下端に接近したとの検出に応じて、エネルギー源からエネルギー印加装置に伝達されるエネルギー量を低減するように構成されてもよい。

さらに別の実施形態では、システムは、プログラム制御されたプロセッサと、超音波画像、組織速度画像、または歪み率画像から、レンダリングされた表示の２つの端部を表す、組織の２つの境界の選択を前記プロセッサができるようにするコンピュータプログラムとを有する。組織へのエネルギー印加が選択される位置に応じて、エネルギー印加装置の設計と組み合わせた心臓の解剖学的構造は、超音波測定において複数の心筋層が存在する状況を生じ得る。そのような例は、心臓の線維区域（ｔｒａｂｅｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎ）におけるエネルギーの適用、心房中隔を心房（ａｔｒｉａ）への押しつけ、心室中隔（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ ｓｅｐｔｕｍ）の心室への押し付け、心室に垂れ下がる心耳の様々な位置へのアクセスである。この実施形態はまた、心臓組織が心筋層を越える心外膜脂肪を含む場合の、エネルギー印加に関心のある心筋層のみの選択にも関係する。

本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を参照して明らかにし、説明する。

図中、
視覚化装置の一実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 Ｍモード超音波パルスエコー画像、組織速度および組織歪み率画像を概略的かつ例示的に示す図である。 Ｍモード超音波パルスエコー画像、組織速度および組織歪み率画像を概略的かつ例示的に示す図である。 Ｍモード超音波パルスエコー画像、組織速度および組織歪み率画像を概略的かつ例示的に示す図である。 Ｍモード超音波パルスエコー画像、組織速度および組織歪み率画像を概略的かつ例示的に示す図である。 Ｍモード超音波パルスエコー画像、組織速度および組織歪み率画像を概略的かつ例示的に示す図である。 Ｍモード超音波パルスエコー画像、組織速度および組織歪み率画像を概略的かつ例示的に示す図である。 本発明による視覚化装置の実施形態によってレンダリングされた画像のシーケンスを概略的かつ例示的に示す図である。 本発明による視覚化装置の実施形態によってレンダリングされた画像のシーケンスを概略的かつ例示的に示す図である。 本発明による視覚化装置の実施形態によってレンダリングされた画像のシーケンスを概略的かつ例示的に示す図である。 本発明による視覚化装置の他の実施形態によってレンダリングされた画像を概略的かつ例示的に示す図である。 本発明による視覚化装置の他の実施形態によってレンダリングされた画像を概略的かつ例示的に示す図である。 組織の矩形表示の２つの対向側を構成する組織歪み率画像から組織の２つの境界を選択する方法を概略的かつ例示的に示す図である。 本発明による超音波測定装置および視覚化装置を含む測定システムを概略的かつ例示的に示す図である。 エネルギー印加装置に接続されたエネルギー源と、超音波測定装置と、本発明による視覚化装置とを含むシステムを概略的かつ例示的に示す図である。 エネルギー源からエネルギー印加装置へのエネルギー伝達の中止を示す概略図である。 エネルギー源からエネルギー印加装置へ伝達されるエネルギー量の低減を示す概略図である。 表現における第２の視覚的アスペクトのみの存在を検出するシーケンスを概略的かつ例示的に示す図である。 能動的に冷却された遠位端を有する組織へのエネルギー印加のためにレンダリングされた画像の一実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。

図１は、超音波測定からの信号３を処理する信号プロセッサ２と、エネルギー印加時に組織の特性変化の表現をレンダリングする、プロセッサに結合されたレンダリング装置４とを備える視覚化装置１の一実施形態を概略的かつ例示的に示す。信号３は、外部の超音波測定システムによって取得され、視覚化装置１の信号プロセッサ２に送信される。超音波測定信号３は、好ましくは、組織上のリアルタイム運動モード（Ｍモード）パルスエコー測定によって導出される。あるいは、Ｍモード超音波情報は、外部超音波測定装置によって行われる輝度モード（Ｂモード）または三次元（３Ｄ）超音波測定から抽出することができる。信号プロセッサ２は、処理結果が物理量となるように、所定の態様で超音波測定信号３を処理する。物理量は、速度、速度勾配、または歪み率であり得る。

プロセッサ２は、十分に高いレートでリアルタイム超音波データを処理し、組織速度の計算におけるエイリアシング効果を回避するように構成されている。組織上のＭモード超音波測定から、２つの連続する無線周波数ライン間のローカル位相シフトが計算される。エイリアシングが生じないと仮定すると、位相シフトは、

により、組織内の速度ｖにおいて変換される。ここで、ｃは組織内の音速であり、ｆｐは超音波測定のパルス繰り返しレート、ｆｃは超音波トランスデューサの中心周波数である。エイリアシングは、超音波測定のパルス繰返し率を十分に高い速度、好ましくは４ｋＨｚより上に上昇させることによって防止される。

他の一実施形態では、組織内の歪み率は、データサンプルレートをｆとし、離散時間インデックスをｎとして、

により計算する。

レンダリング装置４は、レンダリングプロセッサと、メモリユニットと、表示ユニットとを備える。レンダリングプロセッサは、レンダリングのためにプロセッサ２から受信したデータを表示ユニット上に配置している。

図２ａおよび図２ｂは、エネルギー印加中の心臓組織のＭモード超音波画像１０を示す。Ｍモード超音波画像の座標は、垂直軸ｄに沿って測定される組織構造の深さ、および水平軸ｔに沿った同じ組織構造のエコー輝度（ｅｃｈｏｇｅｎｉｃｉｔｙ）の時間的変化を表す。画像の輝度は、超音波測定装置によって受信された画像化される構造から散乱および反射される信号の振幅を表す。初期段階において、心臓組織は、物理量によって特徴付けられる固有の特性１１を有する。心臓組織に対するエネルギー印加（１３）の開始時に、組織の特性は、エネルギー印加装置と心臓組織との間の接触部分（ｃｏｎｔａｃｔ）の近傍で変化する（１２）。例示的な説明のためのエネルギー源は、無線周波数電流（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）である。組織の特性の変化は、印加されたエネルギーの強度が適切であり、エネルギー印加１５の持続時間が十分に長い場合には、図２ｂの線１６に従って組織の深さに伝播する。組織の特性の変化は、参照符号１４で示すように、エネルギー印加が最終的に終了したときの深さで伝播を停止する。特性が変化しない組織１１に対する、エネルギーの印加１５の間に特性が変化した組織の線１６によって表される界面におけるエコー輝度変化１１は微妙なことがある。これは、Ｍモード超音波画像の視覚的解釈を用いるだけでは、特性が変化しない組織から、エネルギー印加時に特性が変化する組織を弁別することを事実上不可能にする。

図２ｃおよび図２ｄは、図２ａ及び図２ｂのＭモード超音波画像に表された同じ例の心臓組織の組織速度画像２０を示す。組織内の速度プロファイルは、式（１）を用いてＭモード超音波測定から導出される。組織へのエネルギー印加時に、組織内の速度プロファイルが変化し、特性が変化した組織２２および特性が変化しない組織２１を表す、図２ｄの線２６によって実質的に分離され得る２つの領域が識別され得る。

図２ｅおよび図２ｆは、図２ａおよび図２ｄに示された同じ例の心臓組織のひずみ率画像３０を示す。組織内のひずみ率は、式（２）を用いてＭモード超音波測定から導出される。組織へのエネルギー印加時に、組織内のひずみ率が変化し、特性が変化した組織３２および特性が変化しない組織３１を表す２つの領域が、図２ｆの線３６によって実質的に分離され得る。

線１６、２６、３６は、心臓組織とエネルギー印加装置との間の多種多様な相互作用状況に起因して、超音波１０、組織速度２０およびひずみ率３０の画像の視覚的解釈に基づいて確定することは、ほとんどの実際的なケースにおいて非常に困難または不可能である。心臓組織とエネルギー印加装置との接触量、したがって心臓組織の機械的制約の変化、心臓組織とエネルギー印加装置との間の様々な接触角、解剖学的位置による組織収縮性の変化、ならびに生体の呼吸中の肺などの隣接器官の影響により、エネルギー印加装置との各組織相互作用が一意的（ｕｎｉｑｕｅ）になる。

本発明者が認識したところでは、生物学的に機能的な組織と生物学的に非機能的な組織との区別のように、心臓組織へのエネルギー印加の際に顕著な特性変化を弁別するためには、ある条件が満たされなければならない。特性が変化していない組織１１、２１、３１に対する特性が変化した組織１２、２２、３２の界面において、歪み率および組織速度に関連する統計的パラメータの突然の変化がある。ひずみ率および組織速度に関連する平均値、中央値、最小値、最大値、絶対値および標準偏差などの統計的パラメータは、生物学的に機能的な組織と生物学的に機能しない組織との間の界面において１０％〜３０％の範囲で急に変動するが、２つの領域内の変動は比較的小さく、突然の輪郭の変化もない。

心臓組織とエネルギー印加装置との間の多種多様な相互作用状況に起因するひずみ率および組織速度画像の広いダイナミックレンジは、ほとんどの実際の場合、この統計的パラメータのこの変化を識別することを非常に困難にし、エネルギー印加時に特性が変化した組織と、特性が変化しない組織との海面を特徴づける。

図３ａ、図３ｂおよび図３ｃは、本発明による視覚化装置の実施形態によってレンダリングされた表現のシーケンスを示し、エネルギー印加時に特性が変化した組織と特性が変化しない組織との間の界面の同定困難性に関する制限を解消する。

図３ａは、エネルギー印加開始前の時刻ｔ０における、特性３１が変化していない心臓組織を示す歪み率画像３０である。超音波測定の深さを示す垂直軸３３に沿って、組織の内壁３４および外壁３７の２つの重要な境界が画定される。これら２つの境界は、組織の表示のためにレンダリングされた矩形画像４０の２つの対向する端部を規定している。組織の内壁および外壁は、非常に急激な速度および歪み率プロファイルの変化を示す様々な解剖学的エンティティ（ｅｎｔｉｔｉｅｓ）間の境界の特定と組み合わされた信号対雑音解析からの超音波測定データの処理中に特定することができる。式１で計算された組織内の速度場は、血液の速度プロファイルとは異なり、組織の深さに沿って連続的かつ均質である。心膜液（ｐｅｒｉｃａｒｄｉａｌ ｌｉｑｕｉｄ）は超音波散乱を示さず、超音波反射も示さないので、組織の外壁は信号からノイズへの鋭い移行から容易に特定することができる。また、式２で計算される歪み率は、血液または心膜液に関する心臓組織の内壁および外壁における特異性を示しているが、２つの境界における統計的パラメータの変動は非常に大きく、おそらく数桁の大きさに達する。矩形表示４０の２つの対向する側面４４および４７の間に、Ｍモード超音波画像１０、組織速度画像２０および歪み率画像３０それぞれからの１１、２１、３１による特性が変化しない組織を表す第１の視覚的アスペクト４１がレンダリングされる。

図３ｂは、瞬間ｔ１における心臓組織の歪み率画像３０を示し、ここでｔ１は、組織へのエネルギー印加開始の瞬間３８よりも幾分遅い。組織へのエネルギーの印加により、心臓組織の内壁と接触しているエネルギー印加装置に近接して歪み率値が変化するが、エネルギー印加装置からより遠く、組織の外壁により近い領域では、歪み率値は実質的に変化しないままである。組織への無線周波数電流によるエネルギー印加の性質は、まず、エネルギー印加装置と接触している領域が特性変化をし、エネルギー印加は、十分に長い持続時間の間、適切な強度でのエネルギー印加した時には、時間的により深い領域に到達する。

特性が変化する組織３２と特性が変化しない組織３１の界面において、式２で計算される歪み率に関連する統計的パラメータの突然の変化がある。平均、中央値、最小値、最大値、絶対値および標準偏差などの統計的パラメータは、その界面３６で１０％から３０％の範囲で急激に変化し、一方、２つの領域内の変動は、比較的小さく、急激なプロファイルは無い。瞬間ｔ１において、エネルギー印加時に特性が変化させられた組織と、特性が変化させられていない組織との間の界面は、一定の深さ３９に達する。矩形表示４０において、歪み率画像３０上の特性が変化させられた組織３２の領域に対応して、第２の視覚的アスペクト４２が割り当てられる。歪み率画像３０上の特性が変化させられた組織３１の領域に対応する矩形表示４０の領域４１は、第１の視覚的アスペクトを保存する。矩形表示４０上の２つの端部４４、４７に対する２つの異なる視覚的アスペクト４２、４１の間の界面４９の位置は、組織へのエネルギー印加の任意の瞬間における、歪み率画像３０からの心臓組織の内壁３４および外壁３７に対する、組織特性が変化した領域３２と、組織特性が変化していない領域３１との間の界面３９の位置に比例する。

図３ｃは、組織へのエネルギー印加中の瞬間ｔ２における心臓組織を示す歪み率画像３０である。歪み率画像３０からの特性が変化した組織３２および特性が変化しない組織３１を表す２つの異なる視覚的アスペクト４２および４１の間の界面４９は、より長い持続時間のエネルギーの印加の際に心臓組織のより深い領域に達した。

高強度集束超音波のような無線周波数電流への代替的エネルギー印加方式の場合、組織の特性の変化は、エネルギー印加装置の特性に応じて、組織の厚さを画定する２つの境界を示す２つの端部４４および４７の間のどこかに由来し得る。

画像４０は好ましくはスタンドアロンでレンダリングされる。しかしながら、別の実施形態では、画像４０は、それぞれの組織のＭモード超音波画像１０、組織速度画像２０および歪み速度画像３０よりなる群からの１つまたは複数の画像を伴うことができる。

図４ａおよび図４ｂは、本発明による視覚化装置の他の実施形態によってレンダリングされた別の表示（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）を示しており、歪み率画像３０からの組織の２つの境界、内壁３４および外壁３７は、表示５０および６０における５４、５７及び６４、６７にそれぞれ一致するようにレンダリングされている。組織の厚さを規定する組織３４および３７の２つの境界間の距離は、円５０およびリング６０としてそれぞれレンダリングされる。表示５０中の５２、５１及び表示６０中の６２、６１の２つの異なる視覚的アスペクトの間の界面５９および６９は、歪み率画像３０の、エネルギー印加時に特性が変化した組織３２と、特性が変化しない組織３１との間の界面３９を示す。表示５０における視覚的アスペクト５２、５１と、表示６０における視覚的アスペクト６２、６１の２つのセグメントの長さは、歪み率画像３０における内壁３４と外壁３７との間の距離によって画定される組織の厚さに関する、特性が変化した組織の深さ、および特性が変化しない組織の深さに比例する。同様の実施形態の場合、楕円のような他の幾何学的形状が適している。

図５は、超音波測定において複数の解剖学的エンティティ（ｅｎｔｉｔｉｅｓ）が心臓組織の前方および後方に配置されている場合に、歪み率画像７０上で、心臓組織の２つの境界、内壁７４および外壁７７の選択の実施形態を示す。異なる解剖学的エンティティは、肺、食道、心外膜脂肪のような心臓組織の外壁に隣接する構造であってもよい。視覚化装置は、プログラム制御プロセッサと、プロセッサが、Ｍモード超音波画像、組織速度画像、および歪み率画像の少なくとも１つから組織の内壁７４および外壁７７の選択できるようにするコンピュータプログラムとを含む。選択された境界７４および７７は、心臓組織のレンダリングされた矩形表現４０の反対側４４および４７を構成する。

図６は、超音波測定装置８１および視覚化装置１を含む測定システム８０を示す。超音波測定装置８１は、超音波プローブに接続された超音波パルサ／受信機ユニットを含む。超音波パルサ／受信機ユニットは、電気パルスを超音波プローブに配置された超音波トランスデューサに送信するように構成され、電気パルスを超音波に変換し、超音波を組織に送る。超音波は、散乱され、組織から超音波トランスデューサに反射され、超音波トランスデューサは、超音波信号を電気信号に変換し、それをパルサ／受信機ユニットに送信する。パルサ／受信機ユニットは、接続８３を介して視覚化装置１の信号プロセッサ２に超音波測定信号を提供する。信号プロセッサ２は超音波測定信号を処理しており、プロセッサに結合されたレンダリング装置４は、図３ａないし３ｃに概略的に示す表示４０をレンダリングして、組織へのエネルギー印加時に特性が変化した組織の領域を、特性が変化しない領域から識別し、その情報が組織にエネルギーを印加する者によって容易に吸収されるようにする。

図７は、組織にエネルギーを印加するためのエネルギー印加装置９２に接続されたエネルギー源９１と、超音波測定装置８１と、視覚化装置１とを含むシステム９０を概略的かつ例示的に示している。エネルギー源９１は、電流または電磁放射の形態のエネルギー印加装置９２を提供するように構成されている。エネルギー印加装置では、電流は、超音波、無線周波数波、マイクロ波または光に変換され得る。

レーザビームによる組織へのエネルギー印加の場合、エネルギー源は、光ファイバを介して電磁放射線でエネルギーをエネルギー印加装置に直接供給することができ、またはエネルギー印加装置に組み込まれているレーザ放射ダイオードによって電磁放射に変換される電流を供給することができる。

例示的な説明では、エネルギー印加装置９２は、遠位端９３で、無線周波数電流をベッド９６の表面上に横たわる人間９５の心臓９４の組織に印加している。

超音波測定装置８１は、エネルギー印加装置９２の遠位端９３に一体化された１つまたは複数の超音波トランスデューサに接続された超音波パルサ／受信機ユニットを含み、超音波信号を、接続８３を介して視覚化装置１に供給する。

エネルギー印加装置９２の遠位端９３への超音波トランスデューサの集積により、エネルギー印加が組織に行われる場所で超音波測定が正確に行われるので、超音波測定においてエネルギー印加装置によって引き起こされるシャドーイングおよび／またはリンギングアーチファクトを回避するために、エネルギー印加装置に対して超音波プローブの位置合わせ（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）をする必要はない。したがって、エネルギーの印加時に特性が変化していない領域からの、組織の特性が変化した領域の弁別が、より高い精度と忠実度で可能である。

エネルギー印加装置９２の遠位端９３に一体化された超音波トランスデューサは、従来の単一ピストン圧電式トランスデューサ、フェイズドアレイ圧電式トランスデューサまたは静電容量式マイクロマシン式超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）であってもよい。

好ましい実施形態では、超音波測定は、図２ａに示すようなＭモードパルスエコー測定である。しかし、Ｍモード超音波測定信号は、Ｂモードまたは３Ｄ超音波測定モダリティから抽出することができる。Ｍモードパルスエコー測定は、組織内の構造の位置の時間的変化に関する情報を提供する。この測定データは、速度、速度勾配または歪み率などの物理量の形式で出力を処理する視覚化装置の信号プロセッサにとって理想的な入力である。これらの物理量の変化または平均、中央値、最小値、最大値、絶対値および標準偏差などの関連する統計的パラメータは、エネルギー印加時の組織の特性変化を示すことができる。

生体の心臓は、固有の収縮のために特徴的な動きを示す。この動きにより、エネルギー印加装置が心臓の内壁に接触しているときに、エネルギー印加装置の心臓組織との相互作用が生じる。インタラクションの反復的な性質が、心臓の収縮及び拡張フェーズに直接関連して、物理量に反復パターンを提示するので、インタラクションの周期的な変化は、速度、速度勾配または歪み率などの物理量で出力を処理する視覚化装置の信号プロセッサにとって有利である。固有の動きを示さない他の組織タイプの場合には、静的組織に対して、外部の周期運動がエネルギー印加装置に加えられることが好ましい。

心臓組織に対する超音波測定は、組織へのエネルギー印加の有無にかかわらず常に実施することができる。組織へのエネルギー印加がない場合、視覚化装置１のレンダリング装置４は、２つの端部４４、４７と、図３ａに示すように、特性が変化しない組織の２つの端部の間の単一の視覚的アスペクト４１とを含む表示４０をレンダリングするように構成される。組織へのエネルギーの印加中に、第２の視覚的アスペクト４２が表示４０にレンダリングされ、図３ｂに例示的に示すように、エネルギー印加時に組織の特性が変化した領域を示す。

図８ａは、システム９０の機能的使用を示す概略図１００である。超音波測定は、ステップ１０１で開始され、第１の場合、エネルギー印加装置９２の遠位端９３を心臓９４組織に対して位置づけるのを支援し、その後、組織からの超音波測定信号を提供する。ステップ１０２において、信号プロセッサ２は、接続８３を介して超音波測定装置８１から転送された超音波測定信号を処理している。プロセッサは、物理量およびそれらの関連統計パラメータをさらに計算する。心臓組織の２つの境界、内壁３４および外壁３７が検出され、レンダリングされた表示４０の２つの端部４４および４７が適宜割り当てられる（図９ａ）。第１の視覚的アスペクト４１は、特性が変化していない組織３１に対応する、矩形表示４０の２つの端部４４、４７の間にレンダリングされる。ステップ１０３では、心臓９４組織へのエネルギーの印加が開始される。システム９０のエネルギー源９１に接続されているエネルギー印加装置９２の遠位端（ｄｉｓｔａｌ ｔｉｐ）９３は、組織にエネルギーを印加する。エネルギーが印加されると、信号プロセッサ２は、内壁３４および外壁によって画定される心臓組織の厚さ内で、物理量の変化およびそれらに関連する統計的パラメータを１０％〜３０％の範囲で検出できる可能性がある。その場合、ステップ１０４において、第２の視覚的アスペクト４２が、表示４０（図９ｂ）内の組織の特性が変化した領域に割り当てられ、２つの異なる視覚的アスペクト４２、４１の間の界面４９が、心臓組織の厚さに対する、特性が変化した組織の深さ、および特性が変化しない組織の深さを比例的に表す。適切な強度で十分に長い持続時間にわたってエネルギーが印加されると、２つの異なる視覚的アスペクト４２、４１の間の界面４９は、表示４０の下端４７に近づく。界面４９が下端４７（図９ｃ）に達すると、第１の視覚的アスペクト４１は消え、第２の視覚的アスペクト４２のみが表示４０に残る。これは、心臓組織の特性が組織の厚さ全体にわたって変化したことを示す。その瞬間、ステップ１０５において、レンダリング装置４に結合されたプロセッサは、第２の視覚的アスペクト４２のみが表示４０にあることを検出する。ステップ１０６において、プロセッサは、エネルギー源９１に信号を送り、エネルギー源９１は、その信号を受信すると、エネルギー印加装置９２へのエネルギーの供給を停止する。

図８の概略図１１０に示されているシステム９０の別の機能的使用において、システム９０は、ステップ１０７において、組織内の特性が変化した領域に対応する第２の視覚的アスペクト４２が、レンダリングされた表示４０の下端４７に近づくことの検出に応じて、ステップ１０８において、エネルギー源９１からエネルギー印加装置９２に伝達されるエネルギーの量を減少させる。好ましい実施形態では、組織内の特性が変化した領域に対応する第２の視覚的アスペクト４２が、２つの端部４４、４７の間の間隔の２／３をカバーするとき、エネルギー源９１からエネルギー印加装置９２に伝達されるエネルギー量の減少がトリガーされる。エネルギー量の低減は、線形関数によるものであってもよいし、レンダリングされた表示４０の２つの端部４４、４７に対する界面４９の位置の、他の任意の予めプログラムされた関係によるものであってもよい。

図１０は、能動的に冷却された遠位端を有するエネルギー印加装置による、組織へのエネルギー印加のための、本発明のレンダリングされた表示１４０の代替実施形態を示す。能動的冷却は、生理食塩水などの冷却液による開放または閉鎖灌流を含んでいてもよい。組織へのエネルギー印加のそれらの状態においても、エネルギー印加装置の遠位端がその位置に接触している場合であっても、特性変化が心臓組織の内壁で始まらず、組織の内壁と外壁の間のどこかで始まる場合がある。例示的な表示１４０では、第２の視覚的アスペクト１４２でレンダリングされた、特性が変化した組織は、２つの端部（ｅｘｔｒｅｍｉｔｉｅｓ）１４４と１４７の間に位置する。特性が変化しない組織を表す第１の視覚的アスペクト１４１は、第２の視覚的アスペクト１４２によって２つの部分に分割される。第１の視覚的アスペクト１４１の２つの部分は、組織の内壁および外壁を表す２つの端部に隣接している。２つの異なる視覚的アスペクト１４１、１４２は、２つの界面１４８および１４９を有する。適切な強度および十分に長い持続時間のエネルギーを印加すると、界面１４８、１４９は、端部１４４、１４７に近づき、端部１４４、１４７に到達することもあり得る。エネルギー印加の中断は、レンダリングされた表示からの第１の視覚的アスペクトの消失の検出によってトリガーされ得る。

能動的に冷却された遠位端を有するエネルギー印加デバイスは、超音波、無線周波数電流、無線周波、マイクロ波、またはレーザビームの形態で組織にエネルギーを印加することができる。高強度集束超音波の性質は、エネルギー印加装置の遠位端を能動的に冷却しなくても同様の状況を提供し得る。

請求項に記載した発明を実施する際、図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のその他のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。

請求項において、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（「ａ」又は「ａｎ」）」という表現は複数ある場合を排除するものではない。

単一のユニット又はデバイスが請求項に記載した複数のアイテムの機能を満たすこともできる。相異なる従属クレームに手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。

コンピュータプログラムは、光記憶媒体や他のハードウェアとともに、またはその一部として供給される固体媒体などの適切な媒体に記憶／配布することができ、インターネットや有線または無線の電気通信システムなどを介して他の形式で配信することもできる。

請求項に含まれる参照符号は、その請求項の範囲を限定するものと解してはならない。

Claims (14)

1. 組織に印加されたエネルギーの影響下にある前記組織の特性の変化をレンダリングする視覚化装置であって、
   特性が変化した組織の領域と、特性が変化しない組織の領域との間の界面の位置を導出するように、組織内の異なる位置における組織の特性を示す超音波測定から得られた測定信号を処理する信号プロセッサと、
   界面の位置を示す表示をレンダリングするレンダリング装置とを有し、
   表示の２つの端部は組織の厚さを確定する２つの境界を示し、２つの端部の間の位置は界面の位置を示す、
   視覚化装置。
2. 前記レンダリング装置は、組織の特性が変化した領域を、特性が変化しない領域とは異なる視覚的アスペクトでレンダリングするように構成されている、
   請求項１に記載の視覚化装置。
3. 組織の特性は、速度、速度勾配、及び歪み率よりなる群から選択された物理量である、
   請求項２に記載の視覚化装置。
4. 界面の位置の導出は、特性の平均、中央値、最小値、最大値、絶対値または標準偏差に基づく、
   請求項３に記載の視覚化装置。
5. 特性が変化した領域と、特性が変化しない領域との異なる視覚的アスペクトによるレンダリングは、組織の２つの領域の物理量の１０％ないし３０％の範囲の差に関連する、
   請求項４に記載の視覚化装置。
6. 前記レンダリング装置は、組織の境界を表す２つの端部を、四角の２つの対向側としてレンダリングするように構成されている、請求項１に記載の視覚化装置。
7. 前記レンダリング装置は、組織の境界を表す２つの端部を一致するようにレンダリングするように構成され、
   組織の厚みを確定する２つの境界間の距離は円、リングまたは楕円としてレンダリングされる、
   請求項１に記載の視覚化装置。
8. 請求項１に記載の視覚化装置により実行される視覚化方法であって、
   表示の２つの端部は心臓内の組織の厚みを確定する２つの境界を示す、
   視覚化方法。
9. 超音波測定装置と、請求項１に記載の視覚化装置とを有する測定システム。
10. 組織にエネルギーを印加するエネルギー印加装置に接続されたエネルギー源と、
    請求項９に記載の測定システムとを有する、
    システム。
11. プログラム制御されたプロセッサと、
    超音波画像、組織速度画像、または歪み率画像から、レンダリングされた表示の２つの端部を表す、組織の２つの境界の選択を前記プロセッサができるようにするコンピュータプログラムとを有する、
    請求項１０に記載のシステム。
12. 前記エネルギー印加装置は、超音波、無線周波数電流、無線周波、マイクロ波、又はレーザ放射から選択されたモダリティの一つにより、組織にエネルギーを印加するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
13. 組織内の特性が変化した領域に対応する第２の視覚的アスペクトが、レンダリングされた表示の２つの端部の間の間隔全体をカバーするとの検出に応じて、エネルギー源からエネルギー印加装置へのエネルギー伝達を停止するように構成される、
    請求項１０に記載のシステム。
14. 組織内の特性が変化した領域に対応する第２の視覚的アスペクトが、レンダリングされた表示の下端に接近したとの検出に応じて、エネルギー源からエネルギー印加装置に伝達されるエネルギー量を低減するように構成される、請求項１０に記載のシステム。

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