JP2021527487A - 血管内超音波位置識別 - Google Patents

Abstract

血管内超音波プローブ９５２の位置決めを識別するコントローラ３１０は、命令８８４を記憶するメモリ３６２と、命令８８４を実行するプロセッサ３６１とを含む。プロセッサ３６１によって実行される場合に、命令８８４は、コントローラ３１０に、血管内超音波プローブ９５２の少なくとも１つの要素から第１の信号を受信することを含むプロセスを実行させる。このプロセスは、外部超音波プローブから第２の信号を受信することも含む。第１の信号及び第２の信号に基づいて、コントローラ３１０は、血管内超音波プローブ９５２及び外部超音波プローブを含む追跡空間内の血管内超音波プローブ９５２の位置を決定する。

Description

本願発明は、血管内超音波位置識別に関する。

カテーテルなどの介入医療装置は、介入医療装置上又は内の受動型超音波センサ（例えば、ＰＺＴ、ＰＶＤＦ、コポリマ又は他の圧電材料）にビームを送信する外部超音波プローブを使用して追跡される。受動型超音波センサは、外部超音波プローブのビームが診断用超音波Ｂモード撮像野の視野を掃引すると、これに入射する超音波を受動的に聞く。結果として得られた信号の分析は、超音波画像の座標系内の介在医療装置上の受動型超音波センサの位置をもたらす。位置は、次いで、介入医療装置の強化された視覚化のために超音波画像上に重ね合わされることができ、位置及びそれらの履歴は、追跡、セグメント化、及び他の応用のために記録されることができる。「ＩｎＳｉｔｕ」ベースの追跡として知られる上述の追跡は、カテーテル又は他の介入装置の位置及び移動を追跡するために使用される。

別個に、血管内超音波（ＩＶＵＳ）プローブは、カテーテルを通して移動され（例えば、押され及び／又は引っ張られ）、血管内から小さな視野内で超音波画像を記録することができる。現在、血管内超音波プローブの引き戻しは、直線において一定の速度で引っ張られると仮定されている。小さな視野のため、血管内超音波画像は、解釈するのが難しい可能性がある。

図１は、受動型超音波センサを使用して介入医療装置を追跡するための既知のシステムを示す。図１において、超音波プローブ１０２は、介入医療装置１０５のツール先端上の受動型超音波センサ１０４を横切って掃引する撮像ビーム１０３を放射する。ここで、超音波プローブ１０２は、外部超音波プローブを表し、介入医療装置１０５は、カテーテル内を移動する血管内超音波プローブと比較してカテーテルであってもよい。組織の画像１０７は、超音波プローブ１０２によってフィードバックされる。介入医療装置１０５のツール先端上の受動型超音波センサ１０４の位置は、信号処理アルゴリズムによる決定時に、先端位置１０８として提供される。先端位置１０８は、オーバレイ画像１０９として組織の画像１０７上に重ね合わされる。組織の画像１０７、先端位置１０８、及びオーバレイ画像１０９は、全てディスプレイ１００上に表示される。

本発明の目的は、血管内超音波プローブの位置決めを識別することである。

本開示の一態様によれば、血管内超音波プローブの位置決めを識別するためのコントローラは、命令を記憶するメモリと、命令を実行するプロセッサとを含む。プロセッサによって実行される場合、命令は、コントローラに、血管内超音波プローブの少なくとも１つの素子から第１の信号を受信することと、外部超音波プローブから第２の信号を受信することとを含むプロセスを実行させる。プロセッサは、第１の信号及び第２の信号に基づいて、血管内超音波プローブ及び外部超音波プローブを含む追跡空間内の血管内超音波プローブの位置を決定する。

本開示の別の態様によれば、血管内超音波プローブの位置決めを識別するための方法は、命令を記憶するメモリ及び命令を実行するプロセッサを含むコントローラによって、血管内超音波プローブの少なくとも１つの素子からの第１の信号と、外部超音波プローブからの第２の信号とを受信するステップを含む。コントローラは、第１の信号及び第２の信号に基づいて、血管内超音波プローブ及び外部超音波プローブを含む追跡空間内の血管内超音波プローブの位置を決定する。

本開示の更に別の態様によれば、血管内超音波プローブの位置決めを識別するためのシステムは、血管内超音波プローブと、外部超音波プローブと、命令を記憶するメモリ及び命令を実行するプロセッサを有するコントローラとを含む。プロセッサによって実行される場合、命令は、コントローラに、血管内超音波プローブの少なくとも１つの素子から第１の信号を受信することと、外部超音波プローブから第２の信号を受信することとを含むプロセスを実行させる。コントローラは、血管内超音波プローブ及び外部超音波プローブを含む追跡空間内の血管内超音波プローブの位置を決定する。

例示的な実施形態は、添付の図面と共に読まれる場合、以下の詳細な説明から最も良く理解される。様々な特徴は、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことが強調される。実際、寸法は、議論を明確にするために任意に増減されてもよい。適用可能かつ実用的である限り、同様の参照番号は、同様の要素を指す。

代表的な実施形態による、受動型超音波センサを使用する血管内超音波位置識別のための既知のシステムを示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のための方法を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステムを示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステムとコントローラとの間の関係を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステムとコントローラとの間の関係を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステムとコントローラとの間の関係を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のための別の方法を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のための別の方法を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のための別の方法を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別の方法が実施されることができる一般的なコンピュータシステムの例示的な実施形態である。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステム及びプロセスの概念的な概要を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別に使用される単一素子血管内超音波プローブを有するカテーテルを示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別に使用される多素子血管内超音波プローブを示す。 血管内超音波位置識別において、外部超音波画像に対する血管内超音波画像の位置合わせに関する概略図を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別において、外部超音波画像に対する血管内超音波画像の位置合わせに関する概略図を示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別におけるフェーズドアレイ血管内超音波及び２次元外部超音波を有するシステムを示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別におけるフェーズドアレイ血管内超音波及び３次元外部超音波を有するシステムを示す。 代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別における単一素子回転血管内超音波及び２次元又は３次元外部超音波を有するシステムを示す。 別の代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別における単一素子回転血管内超音波及び２次元又は３次元外部超音波を有するシステムを示す。

以下の詳細な説明では、限定ではなく説明の目的で、特定の詳細を開示する代表的な実施形態が、本教示による実施形態の完全な理解を提供するために記載される。既知のシステム、装置、材料、動作方法、及び製造方法の説明は、代表的な実施形態の説明を曖昧にすることを避けるために省略されてもよい。それにもかかわらず、当業者の範囲内にあるシステム、装置、材料、及び方法は、本教示の範囲内であり、代表的な実施形態に従って使用され得る。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図されないと理解されたい。定義された用語は、本教示の技術分野において一般に理解され受け入れられている定義された用語の技術的及び科学的意味に加えられる。

第１、第２、第３などの用語は、様々な要素又は構成要素を説明するために本明細書で使用され得るが、これらの要素又は構成要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素又は構成要素を別の要素又は構成要素から区別するためにのみ使用される。したがって、以下で論じる第１の要素又は構成要素は、本発明の概念の教示から逸脱することなく、第２の要素又は構成要素と称されることができる。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定することを意図されない。明細書及び添付請求において使用されているように、用語「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」の単数な形式は、文脈が他の形で明確に指示しない限り、単数形式及び複数形式の両方を含むことを意図される。更に、用語「有する」及び／又はその活用形及び／又は同様の用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ又は複数の他の特徴、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する列挙された項目のうちの１つ又は複数の任意の及び全ての組み合わせを含む。

特に断りのない限り、要素又は構成要素が、別の要素又は構成要素に「接続されている」、「結合されている」、又は「隣接している」と言われる場合、要素又は構成要素は、他の要素又は構成要素に直接的に接続又は結合されることができ、又は介在する要素又は構成要素が存在してもよいことが理解されるであろう。すなわち、これら及び同様の用語は、１つ又は複数の中間要素又は構成要素が２つの要素又は構成要素を接続するために使用されてもよい場合を包含する。しかしながら、要素又は構成要素が、別の要素又は構成要素に「直接的に接続されている」と言われる場合、これは、２つの要素又は構成要素が中間又は介在する要素又は構成要素なしに互いに接続されている場合のみを包含する。

前述に鑑みて、本開示は、その様々な態様、実施形態、及び／又は特定の特徴又はサブコンポーネントのうちの１つ又は複数を通して、したがって、以下に具体的に述べられるような利点のうちの１つ又は複数をもたらすことを意図される。限定ではなく説明の目的で、特定の詳細を開示する例示的な実施形態は、本教示による実施形態の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、本明細書に開示される特定の詳細から逸脱する、本開示と一貫した他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内にある。更に、既知の装置及び方法の説明は、例示的な実施形態の説明を曖昧にしないように省略されてもよい。そのような方法及び装置は、本開示の範囲内である。

図２は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のための方法を示す。

図２では、プロセスが、Ｓ２１０において、血管内超音波プローブの１つ又は複数の素子から１つ又は複数の第１の信号を受信することによって開始する。１つ又は複数の第１の信号は、血管の壁を撮像するなどのために、血管内で超音波を放射する血管内超音波プローブに基づく。超音波は、診断用超音波Ｂモード撮像野の視野を掃引し、反射又は後方散乱は、血管の壁の画像などの超音波画像を生成するために使用される。第１の信号は、反射又は後方散乱から生成された超音波画像に基づいている。第１の信号は、血管内超音波プローブ上の撮像素子又は素子アレイからコントローラに送信されてもよい。コントローラは、以下に説明されるが、要約すると、少なくともハードウェアモジュールを含み、血管内超音波プローブを含むシステムと着脱可能にインタフェースしてもよい。血管内超音波プローブを含むシステムは、血管内超音波プローブから情報を出力するための物理的出力（例えば、ポート）である患者インタフェースモジュールとして知られるものを含んでもよい。

Ｓ２２０において、１つ又は複数の第２の信号が、（血管内超音波プローブと区別される）外部超音波プローブの１つ又は複数の素子から受信される。１つ又は複数の第２の信号は、血管の外で、及び場合によっては血管を含む人体の外で超音波を放射する外部超音波プローブに基づく。超音波は、診断用超音波Ｂモード撮像野の視野を掃引し、反射又は後方散乱は、画像組織、骨、血管、及び人間の他の部分などの超音波画像を生成するために使用される。第２の信号は、反射又は後方散乱から生成された超音波画像に基づいている。本明細書に記載される実施形態では、血管内超音波プローブが、外部超音波プローブの視野内にあってもよく、その結果、血管内超音波プローブは、外部超音波プローブによって放出される撮像野の反射から可視でありうる。外部超音波プローブは、外部超音波プローブが典型的には身体の外部にあり、典型的には血管内超音波プローブよりも大きな領域又は３次元超音波体積を撮像するために使用されることを除いて、血管内超音波プローブと同様に動作するハンドヘルド超音波プローブであってもよい。しかしながら、外部超音波プローブは、例えば、経胸腔、経食道、又は気管支内超音波撮像の場合に、体内の空洞内に配置されてもよい。それにもかかわらず、外部プローブは、典型的には血管の外部に超音波を放射している。第２の信号は、反射から生成された超音波画像に基づいている。第２の信号は、外部超音波プローブ上の撮像要素又は素子アレイから、第１の信号を受信する同じコントローラに送られてもよい。先に述べたように、コントローラは、以下に説明される。

Ｓ２３０において、外部超音波プローブからの第２の信号が、血管内超音波プローブからの第１の信号からフィルタリングされる。第２の信号は、外部超音波プローブ及び血管内超音波プローブが周波数スペクトルの異なる帯域幅で動作する場合などに、アナログフィルタによって第１の信号からフィルタリングされてもよい。Ｓ２３０におけるフィルタリングは、コントローラと血管内超音波プローブ及び外部超音波プローブとの中間（間）にあるフィルタによって実行されてもよい。代わりに、Ｓ２３０におけるフィルタリングが、コントローラ内のアナログフィルタ回路によって実行されてもよい。

Ｓ２４０において、第１の信号が、分析される。例えば、第１の信号は、血管の内部の超音波撮像を得るために分析されてもよい。第１の信号が、繰り返し受信される場合、例えば、血管内超音波プローブが、本質的に２次元円周である血管内の撮像野を繰り返し放射する場合、２次元円周の複数の連続したキャプチャが、３次元超音波ボリュームを生成するために位置合わせされてもよい。

Ｓ２５０において、追跡空間における血管内超音波プローブの位置が、第１の信号及び第２の信号に基づいて決定される。追跡空間は、所定の／予め設定された原点を有し、外部超音波プローブ及び血管内超音波プローブの両方を含む全体的な３次元空間であってもよい。血管内超音波プローブの位置は、例えば、血管内超音波プローブが外部超音波プローブからの超音波画像において捕捉される場合に、第２の信号から決定されてもよい。しかしながら、本明細書に記載されるような血管内超音波位置識別は、主に、第１の信号に基づき、以下に説明される。

図３は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステムを示す。

図３において、超音波システム３５０は、プロセッサ３６１及びメモリ３６２を有する中央ステーション３４０と、タッチパネル３６３と、モニタ３５９と、データ接続３５８（例えば、有線又は無線データ接続）によって中央ステーション３４０に接続された外部超音波撮像プローブ３５６と、データ接続３５４（例えば、有線又は無線データ接続）によって中央ステーション３４０に接続された血管内超音波撮像プローブ３５２とを含む。位置合わせシステム３９０は、命令を記憶するメモリ３９２と、命令を実行するプロセッサ３９１とを含む。位置合わせシステム３９０は、血管内超音波撮像プローブ３５２からの超音波画像を、外部超音波撮像プローブ３５６からの超音波画像に位置合わせするために設けられる。

本明細書に記載される「コントローラ」は、少なくとも、中央ステーション３４０内のプロセッサ３６１及びメモリ３６２、又は位置合わせシステム３９０内のプロセッサ３９１及びメモリ３９２によって実施されてもよい。前述のように、コントローラは、また、少なくともハードウェアモジュールを含んでもよく、血管内超音波撮像プローブ３５２を含むシステムと着脱可能にインタフェースしてもよい。血管内超音波撮像プローブ３５２を含むシステムは、血管内超音波撮像プローブ３５２から、例えばハードウェアモジュールを介してコントローラに、情報を出力するための物理的出力（例えばポート）である患者インタフェースモジュールとして知られるものを含んでもよい。

血管内超音波撮像プローブ３５２は、カテーテルを通して挿入される有線又は同様の器具の端部に設けられてもよい。血管内超音波撮像プローブ３５２は、本明細書に記載される第１の信号に帰着する超音波画像を生成し、外部超音波撮像プローブ３５６は、本明細書に記載される第２の信号に帰着する超音波画像を生成する。

より具体的には、図３の実施形態では、血管内超音波撮像プローブ３５２上／内の各個別のＰＺＴ素子が、本明細書で説明されるように第１の信号を送る。飛行時間測定は、外部超音波撮像プローブ３５６からの血管内超音波撮像プローブ３５２の各ＰＺＴ素子（受動型超音波素子）の軸方向／半径方向距離を提供する。振幅測定及びビーム発射シーケンスの知識は、各ＰＺＴ素子の横方向位置を提供しうる。位相は、飛行時間に対応することができるので、位相は、より高い測定精度を提供しうるのであれば、飛行時間の代わりに使用されてもよい。

複数のＰＺＴ素子が提供される場合、測定値は、血管内超音波撮像プローブ３５２の全体的な位置を提供するように平均化されることができる。しかしながら、ＰＺＴ素子の相対的な位置配置が知られているので、血管内超音波撮像プローブ３５２の全体的な相対的な姿勢は、第１の信号の相対的な測定値から決定されることもできる。例えば、頂部に面する又は頂部に面するのに最も近いＰＺＴ素子は、外部超音波撮像プローブ３５６に最も近いはずであるので、最も強い信号を提供すべきである。

上述のように、複数のＰＺＴ素子が、アレイのように、血管内超音波撮像プローブ３５２内に設けられる場合、血管内超音波撮像プローブ３５２の平均（全体）位置は、決定されることができる。更に、血管内超音波撮像プローブ３５２の姿勢は、第１の信号及び第２の信号に基づいて、特に複数のＰＺＴ素子の相対位置に基づいて、決定されることもできる。

説明のために、血管内超音波撮像プローブ３５２は、医療処置中に患者の体内に配置される。血管内超音波撮像プローブ３５２の位置は、外部超音波撮像プローブ３５６によって生成された画像上で見られることができる。本明細書で説明されるように、外部超音波撮像プローブ３５６からの第２の信号は、血管内超音波撮像プローブ３５２の位置を検出するのに使用されることもできる。すなわち、第２の信号は、外部超音波撮像プローブ３５６によって発射されるビームのビーム発射シーケンスを含むか又は反映してもよく、血管内超音波撮像プローブ３５２からの第１の信号のコンテキストを提供してもよい。

図４Ａは、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステムとコントローラとの間の関係を示す。

図４Ａの実施形態では、コントローラ４１０が、中央ステーション４６０の上又は中に設けられている。コントローラ４１０は、血管内超音波撮像プローブシステム４５２から第１の信号を受信し、外部超音波撮像プローブシステム４５６から第２の信号を受信する。血管内超音波撮像プローブシステム４５２は、インタフェースのような他の要素と共に血管内超音波撮像プローブ３５２を含む総合システムであってもよい。外部超音波撮像プローブシステム４５６は、インタフェースなどの他の要素とともに外部超音波撮像プローブ３５６を含む総合システムであってもよい。

図４Ｂは、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステムとコントローラとの間の関係を示す。

図４ｂの実施形態では、コントローラ４１０が、中央ステーション４６０の上又は中ではなく、血管内超音波撮像プローブシステム４５２の上又は中に設けられる。コントローラ４１０は、血管内超音波撮像プローブシステム４５２の他の構成要素から第１の信号を取得し、中央ステーション４６０を介して外部超音波撮像プローブシステム４５６から第２の信号を受信する。

図４Ｃは、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステムとコントローラとの間の関係を示す。

図４Ｃの実施形態では、コントローラ４１０が、中央ステーション４６０又は血管内超音波撮像プローブシステム４５２の上又は中ではなく、外部超音波撮像プローブシステム４５６の上又は中に設けられる。コントローラ４１０は、外部超音波撮像プローブシステム４５６の他の構成要素から第１の信号を取得し、中央ステーション４６０を介して血管内超音波撮像プローブシステム４５２から第１の信号を受信する。

図５は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のための別の方法を示す。

図５において、プロセスは、Ｓ５４１において開始し、血管内超音波撮像プローブ３５２から受信された各第１の信号の振幅、位相、及び／又は遅延を計算する。振幅、位相、及び遅延は、各素子が異なる位置にあるため、各素子ごとに変化し、したがって、血管内超音波撮像プローブ３５２内／上の素子の位置は、素子の各々の差分特性に基づいて決定される。各第１の信号は、血管内超音波撮像プローブ３５２の絶対位置及び相対位置の両方を表す情報を含む。Ｓ５４２において、血管内超音波プローブの複数の素子の相対位置が、各第１の信号の振幅、位相、及び／又は遅延に基づいて決定される。

Ｓ５４３では、血管内超音波撮像プローブ３５２の全体（単数）位置が、血管内超音波撮像プローブ３５２の複数の素子の位置に基づいて計算される。すなわち、血管内超音波撮像プローブ３５２の複数の素子の位置に基づく第１の信号は、血管内超音波撮像プローブ３５２の全体的な位置として１つのみの位置を計算するのに使用されることができる。例えば、飛行時間測定値の平均が、血管内超音波撮像プローブ３５２全体の軸方向／半径方向距離を提供するのに使用されてもよい。振幅測定値の平均は、血管内超音波撮像プローブ３５２全体の横方向位置を提供するのに使用されてもよい。前述のように、位相は、位相がより高い測定精度を提供しうる限り、飛行時間の代わりに使用されてもよい。

Ｓ５４４において、血管内超音波撮像プローブ３５２の姿勢が、相対位置に基づいて決定される。すなわち、個々の信号は、血管内超音波撮像プローブ３５２内／上の素子の配置において、どの素子が所定の位置の各々にあるかを決定するために、比較的に使用されてもよい。例えば、前述のように、最も強い信号は、外部超音波撮像プローブ３５６の上の（最も近い、かつ面している）素子からであるべきである。受信信号の減少した強度は、外部超音波撮像プローブ３５６からの比較的大きな距離及び角度に対応すべきである。

Ｓ５４５では、血管内超音波撮像プローブ３５２からの超音波画像は、Ｓ５４３からの計算された全体的な位置及びＳ５４４からの決定された姿勢に基づいて、外部超音波撮像プローブ３５６からの超音波画像に位置合わせされる。すなわち、血管内超音波撮像プローブ３５２によって捕捉された血管内画像は、血管内超音波画像の特徴を外部超音波画像の特徴に正確に位置合わせすることによって位置合わせされてもよい。注意として、外部超音波撮像プローブ３５６によって捕捉された外部超音波画像は、血管内超音波撮像プローブ３５２を含んでもよい。

図６は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のための別の方法を示す。

図６において、血管内超音波撮像プローブ３５２を伴うプロセスは、最初に、外部超音波撮像プローブ３５６を伴うプロセスから分離される。これらのプロセスは、同時に実行されてもよい。言い換えれば、第１の信号及び第２の信号は、血管内超音波撮像プローブ３５２及び外部超音波撮像プローブ３５６によるフレームの同時又はほぼ同時の（例えば、重複する）キャプチャに基づいて交互に処理されてもよい。

すなわち、Ｓ６０１では、フレームが、血管内超音波撮像プローブ３５２によって捕捉される。次に、第１の信号は、Ｓ６０９においてコントローラ３１０に転送され、プロセスは、次のフレームをキャプチャする結果となるようにループとしてＳ６０１に戻るのと、第１の信号がコントローラ３１０によって受信されるＳ６１０に進むのと両方である。

Ｓ６０１からＳ６１０までのプロセスと同時に、フレームが、Ｓ６１１において外部超音波撮像プローブ３５６によってキャプチャされる。次に、第２の信号は、Ｓ６１９においてコントローラ３１０に転送され、プロセスは、次のフレームをキャプチャする結果となるようにループとしてＳ６１１に戻るのと、第２の信号がコントローラ３１０によって受信されるＳ６２０に進むのと両方である。Ｓ６０１乃至Ｓ６１０及びＳ６１００乃至Ｓ６２０のプロセスは、正確に同時に実行される必要はない。むしろ、これらのプロセスの相対的なタイミングは、単に、フレームキャプチャ及び第１の信号及び第２の信号の転送が、必ずしも交互ではないことを反映しているに過ぎない。

Ｓ６３０において、アナログフィルタリングが、例えば、第１の信号を分離するために提供される。Ｓ６３０におけるフィルタリングは、第２の信号がビーム発射シーケンスのタイミングを識別するため、及び／又は外部超音波撮像プローブ３５６からの超音波画像を処理するためなどの処理のために依然として提供されてもよいという点で、非破壊的であってもよい。

Ｓ６４０において、第１の信号が、分析される。Ｓ６４０における分析は、血管内超音波撮像プローブ３５２の全体的な位置、血管内超音波撮像プローブ３５２内／上の各素子の個々の位置、及び／又は血管内超音波撮像プローブ３５２の姿勢（各素子の個々の相対位置に基づく）を識別するために実行されてもよい。

図７は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のための別の方法を示す。

図７において、血管内超音波撮像プローブ３５２を伴うプロセスは、最初に、外部超音波撮像プローブ３５６を伴うプロセスと交互に行われる。プロセスは、共通のクロックによって、及び／又はコントローラ３１０からのアクティブな命令及び制御によって同期されてもよい。

すなわち、Ｓ７０１では、フレームが、血管内超音波撮像プローブ３５２によってキャプチャされる。次いで、第１の信号は、Ｓ７０９においてコントローラ３１０に転送される。Ｓ７１１では、フレームが、外部超音波撮像プローブ３５６によってキャプチャされる。Ｓ７１２において、血管内超音波撮像プローブ３５２は、次のフレームをキャプチャするための順番を血管内超音波撮像プローブ３５２に通知するように、外部超音波撮像プローブ３５６によるフレームキャプチャを能動的に通知されてもよい。Ｓ７１９において、第２の信号は、コントローラ３１０に転送される。言い換えれば、第１の信号及び第２の信号は、血管内超音波撮像プローブ３５２及び外部超音波撮像プローブ３５６によるフレームの交互のキャプチャに基づいて交互に処理される。

図７の実施形態におけるその後の処理は、図６と同じであってもよく、第１の信号を分離するためのアナログフィルタリングと、第１の信号の分析とを含んでもよい。第１の信号の分析は、血管内超音波撮像プローブ３５２の各素子からの振幅、位相、及び／又は遅延を識別して、各素子の位置及び各素子の相対位置からの血管内超音波撮像プローブ３５２の姿勢を識別する。

図８は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別の方法が実施されることができる一般的なコンピュータシステムを示す。

コンピュータシステム８００は、コンピュータシステム８００に、本明細書に開示される方法又はコンピュータベースの機能のいずれか１つ以上を実行させるために実行されることができる命令のセットを含むことができる。コンピュータシステム８００は、スタンドアロン装置として動作してもよく、又は、例えば、ネットワーク８０１を使用して、他のコンピュータシステム又は周辺装置に接続されてもよい。図８のコンピュータシステム８００の要素及び特徴のいずれか又は全ては、中央ステーション３４０、位置合わせシステム３９０、外部超音波撮像プローブ３５６、血管内超音波撮像プローブ３５２、又はコントローラを含み、本明細書で説明されるプロセスを実行することができる他の同様の装置及びシステムの要素及び特徴を表してもよい。

ネットワーク化された展開では、コンピュータシステム８００が、サーバ−クライアント・ユーザ・ネットワーク環境におけるクライアントのキャパシティで動作してもよい。コンピュータシステム８００は、また、制御ステーション、撮像プローブ、受動型超音波センサ、据え付けコンピュータ、モバイルコンピュータ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、又はそのマシンによってとられるべきアクションを指定する（順次又は他の方法で）一組の命令を実行することができる任意の他のマシンなど、様々な装置として完全に又は部分的に実装されるか、又はその中に組み込まれることができる。コンピュータシステム８００は、追加の装置を含む統合システム内にある装置として又は装置内に組み込まれることができる。一実施形態では、コンピュータシステム８００が、ビデオ又はデータ通信を提供する電子装置を使用して実装されることができる。更に、コンピュータシステム８００が図示されているが、用語「システム」は、また、１つ又は複数のコンピュータ機能を実行するための命令のセット又は複数のセットを個別に又は共同で実行するシステム又はサブシステムの任意の集合を含むものと解釈されるべきである。

図８に示されるように、コンピュータシステム８００は、プロセッサ８１０を含む。コンピュータシステム８００に対するプロセッサ８１０は、有形かつ非一時的である。本明細書で使用される「非一時的」という用語は、状態の永続的な特性として解釈されるのではなく、ある期間持続する状態の特性として解釈されるべきである。「非一時的」という用語は、搬送波又は信号の特性、又は任意の時点で任意の場所に一時的にしか存在しない他の形式などの、つかの間の特性を特に否定する。本明細書で説明される任意のプロセッサは、製造品及び／又は機械構成要素である。コンピュータシステム８００のためのプロセッサは、本明細書の様々な実施形態に記載されるように、機能を実行するためのソフトウェア命令を実行するように構成される。コンピュータシステム８００のためのプロセッサは、汎用プロセッサであってもよいし、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であってもよい。コンピュータシステム８００のためのプロセッサは、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサチップ、コントローラ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ステートマシン、又はプログラマブル論理装置であってもよい。コンピュータシステム８００のためのプロセッサは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）を含む論理回路、又はディスクリートゲート及び／又はトランジスタ論理を含む別のタイプの回路であってもよい。コンピュータシステム８００のためのプロセッサは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、又はその両方であってもよい。加えて、本明細書に記載される任意のプロセッサは、複数のプロセッサ、並列プロセッサ、又はその両方を含んでもよい。複数のプロセッサは、単一の装置又は複数の装置に含まれ得るか、又は結合され得る。

更に、コンピュータシステム８００は、バス８０８を介して互いに通信することができるメインメモリ８２０及びスタティックメモリ８３０を含む。本明細書で説明されるメモリは、データ及び実行可能命令を記憶することができる有形の記憶媒体であり、命令がその中に記憶されている間は非一時的である。本明細書で使用される「非一時的」という用語は、状態の永続的な特性として解釈されるのではなく、ある期間持続する状態の特性として解釈されるべきである。「非一時的」という用語は、搬送波又は信号の特性、又は任意の時点で任意の場所に一時的にしか存在しない他の形式などの、つかの間の特性を特に否定する。本明細書で説明されるメモリは、製造品及び／又は機械構成要素である。本明細書に記載されるメモリは、データ及び実行可能命令がコンピュータによって読み取られることができるコンピュータ可読媒体である。本明細書に記載されるメモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、電気的にプログラム可能な読取専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、テープ、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ブルーレイディスク、又は当技術分野で公知の他の形式の記憶媒体であってもよい。メモリは、揮発性又は不揮発性、安全及び／又は暗号化された、安全でない、及び／又は暗号化されていないものであってもよい。

図示されるように、コンピュータシステム８００は、更に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、フラットパネルディスプレイ、固体ディスプレイ、又は陰極線管などのビデオ表示ユニット８５０を含んでもよい。更に、コンピュータシステム８００は、キーボード／仮想キーボード又はタッチセンシティブ入力画面、又は音声認識を伴う音声入力などの入力装置８６０と、マウス又はタッチセンシティブ入力画面又はパッドなどのカーソル制御装置８７０とを含んでもよい。コンピュータシステム８００は、また、ディスクドライブユニット８８０と、スピーカ又はリモートコントロールなどの信号生成装置８９０と、ネットワークインタフェース装置８４０とを含むことができる。

一実施形態では、図８に示されるように、ディスクドライブユニット８８０は、命令の１つ又は複数のセット８８４、例えばソフトウェアが埋め込まれることができるコンピュータ可読媒体８８２を含んでもよい。命令のセット８８４は、コンピュータ可読媒体８８２から読み取られることができる。更に、命令８８４は、プロセッサによって実行される場合、本明細書で説明される方法及びプロセスのうちの１つ又は複数を実行するために使用されることができる。一実施形態では、命令８８４が、コンピュータシステム８００による実行中に、メインメモリ８２０、スタティックメモリ８３０、及び／又はプロセッサ８１０内に完全に、又は少なくとも部分的に常駐してもよい。

代替的な実施形態では、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理アレイ、及び他のハードウェアコンポーネントなどの専用ハードウェア実装が、本明細書で説明される方法のうちの１つ又は複数を実施するように構成されることができる。本明細書で説明される１つ又は複数の実施形態は、モジュール間及びモジュールを介して通信されることができる関連する制御信号及びデータ信号を有する２つ以上の特定の相互接続されたハードウェアモジュール又は装置を使用して機能を実装してもよい。したがって、本開示は、ソフトウェア、ファームウェア、及びハードウェア実装を包含する。本願のいずれも、有形の非一時的プロセッサ及び／又はメモリのようなハードウェアではなく、ソフトウェアのみで実施されるか、又は実施可能であると解釈されるべきではない。

本開示の様々な実施形態によれば、本明細書で説明される方法は、ソフトウェアプログラムを実行するハードウェアコンピュータシステムを使用して実装され得る。更に、例示的な非限定的な実施形態では、実装が、分散処理、コンポーネント／オブジェクト分散処理、及び並列処理を含むことができる。仮想コンピュータシステム処理は、本明細書で説明される方法又は機能のうちの１つ又は複数を実装するように構築されることができ、本明細書で説明されるプロセッサは、仮想処理環境をサポートするために使用されてもよい。

本開示は、ネットワーク８０１に接続された装置がネットワーク８０１上でビデオ又はデータを通信することができるように、命令８８４を含むか、又は伝播信号に応答して命令８８４を受信及び実行するコンピュータ可読媒体８８２を企図する。更に、命令８８４は、ネットワークインタフェース装置８４０を介してネットワーク８０１上で送受信されてもよい。

図９は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別のためのシステム及びプロセスの概念的な概要を示す。

図９において、外部超音波撮像プローブ９５６は、本明細書の他の箇所で説明される外部超音波撮像プローブ３５６に対応する。外部超音波撮像プローブ９５６からの第１の撮像野は、ＩＦ１で示される。外部超音波撮像プローブ９５６は、コントローラ９１０に対する外部超音波画像９５７を生成する。

血管内超音波撮像プローブ９５２が引き戻されるとき、血管内超音波撮像プローブ９５２は、外部超音波撮像プローブ９５６の撮像野ＩＦ１内に示される。回転Ｒ１〜Ｒ３は、引き戻し中の血管内超音波撮像プローブ９５２の異なる回転を反映する。血管内超音波撮像プローブ９５２は、血管内超音波画像９５３を生成する。コントローラは、位置合わせ結果の表示９９９を生成する。位置合わせ結果は、外部超音波撮像プローブ９５６からの外部画像と、血管内超音波撮像プローブ９５２からの血管内超音波画像９５３とを含んでもよい。血管内超音波画像９５３は、図示された３つの異なる位置から一緒にスティッチされる様式で血管内超音波プローブ９５２からの個々の画像から構成されてもよい。言い換えれば、血管内超音波画像９５３は、血管内超音波撮像プローブ９５２の一連の位置を表し、外部パノラマは、外部超音波撮像プローブ９５６によって生成された超音波画像の表示である。しかしながら、上述のような位置合わせは、引き戻しが実行されない場合、例えば、血管内超音波撮像プローブ９５２が第１の撮像野内で静止したままである場合にも取得されてもよい。

図１０Ａは、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別に使用される単一素子血管内超音波プローブを有するカテーテルを示す。

図１０Ａでは、単一素子が、血管内超音波撮像プローブ３５２内で回転する。回転単一素子圧電トランスデューサ１００４Ａは、音響ドーム１００２を有するカテーテル１０００内の可撓性シャフト１００３によって、又はその周りで回転される。回転単一素子圧電トランスデューサ１００４Ａは、３６０°において外部超音波撮像プローブ３５６から信号を受信するために、円周の周りを回転されてもよい。

図１０Ｂは、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別に使用される多素子血管内超音波プローブを示す。

図１０Ｂでは、アレイの６４の素子は、３６０°において外部超音波撮像プローブ３５６からの信号を受信するために、円周の周りの固定位置において配置される。中心周波数は、２０メガヘルツ（ＭＨｚ）であり、外部超音波撮像プローブ３５６からの各受信ビームのパルス持続時間は、０．１７マイクロ秒である。右側には、送信ビームが、矢印で終わる中央の最も太い線で示されている。受信ビームは、ターゲットと開口との間のより細い線によって示される。ここで、フレームレートは３０ヘルツ（Ｈｚ）であり、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）は４３０００ヘルツ（Ｈｚ）である。これは、フェーズドアレイ血管内超音波プローブの一例であるが、記載される方法及び実施形態は、広範囲の血管内超音波プローブシステム、設定、及び構成に適用可能である。

以下の実施形態では、血管内超音波位置識別が、２次元及び３次元トランスデューサの両方を有する外部超音波撮像プローブ３５６を含む２次元又は３次元システムで可能であることは、明らかであろう。説明したように、血管内超音波位置識別は、複数の異なる製造業者からのシステムと互換性があり、血管内超音波撮像プローブ３５２の１つ又は複数の素子（すなわち、全てよりも少ない）又は全てのそのような素子の集合体から信号を取得することを必要としてもよい。向きを直接的に取得することは、製造業者にかかわらず、血管内超音波撮像プローブ３５２の各素子又は少なくとも複数の素子からの信号を必要としてもよい。追跡は、２次元単一素子血管内超音波プローブ、２次元フェーズドアレイ血管内超音波プローブ、及び３次元フェーズドアレイ血管内超音波プローブにも提供されることができる。更に、追跡は、血管内超音波撮像プローブ３５２及び外部超音波撮像プローブ３５６による同時フレームキャプチャ及び交互フレームキャプチャの両方のために提供されることができる。

図１１は、血管内超音波位置識別における外部超音波画像に対する血管内超音波画像の位置合わせに対する概略図を示す。

図１１の実施形態及び他の実施形態では、ハードウェアモジュール１１５０が、ＩｎＳｉｔｕシステムと血管内超音波撮像プローブ３５２との間のインタフェースとして提供される。アナログ及びデジタル信号処理ソフトウェアモジュールは、アナログフィルタリング、画像処理などのために提供される。図１１において、これらのソフトウェアモジュールは、スマートモジュール１１５２と称される。

ハードウェアモジュール１１５０は、血管内超音波撮像プローブ３５２上の患者インタフェースモジュールにおいて既存の接続１１４９とインタフェースし、血管内超音波撮像プローブ３５２上の各素子から信号を取り出す。既存の接続１１４９は、ＩｎＳｉｔｕシステムと血管内超音波撮像プローブ３５２との間のインタフェースであってもよい。既存の接続１１４９の一例は、血管内超音波撮像プローブ３５２用のコンソールと接続するＩｎＳｉｔｕコンソールである。既存の接続１１４９は、異なる製造業者からの機器に対する互換性を提供してもよい。一実施形態では、既存の接続１１４９が、血管内超音波撮像プローブ３５２の各素子からの信号の取り出しを可能にする。

スマートモジュール１１５２は、受信された信号ストリームを処理し、信号振幅、位相、時間遅延などの関連情報を抽出し、そのデータを使用して各素子の相対位置及び向きを計算するソフトウェアであってもよく、又はソフトウェアを含んでもよい。次いで、スマートモジュール１１５２は、個々の素子の相対姿勢に基づいて、血管内超音波撮像プローブ３５２の姿勢を決定する。図１１について説明された素子を使用すると、既存の血管内超音波撮像プローブ３５２又は外部超音波撮像プローブ３５６のトランスデューサには、修正が必要でなくてもよい。

図１２は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別における外部超音波画像に対する血管内超音波画像の位置合わせに対する概略図を示す。

図１２の実施形態では、血管内超音波撮像プローブ３５２の個々の素子からの信号は、取り出されることができない。ここで、位置は、血管内超音波撮像プローブ３５２のセンサ素子からの全体（総計）信号を考慮することによって、依然として決定されることができる。向きは、画像ベースの位置合わせに基づいて、又は血管造影法などの二次撮像モダリティとの融合によって、又はＩｎＳｉｔｕセンサ以外のセンサを使用するアクティブ追跡によって決定されることができる。画像ベースの位置合わせは、使用される場合、初期の大域的な向き較正に従ってもよい。

より具体的には、図１２の実施形態では、インタフェースが、ＩｎＳｉｔｕセンサと血管内超音波撮像プローブ３５２との間に設けられる。

ハードウェアモジュール１２５０は、血管内超音波撮像プローブ３５２上の患者インタフェースモジュールにおいて既存の接続１２４９とインタフェースし、血管内超音波撮像プローブ３５２上の各素子から信号を取り出す。既存の接続１２４９は、血管内超音波撮像プローブ３５２を含むシステムの患者インタフェースモジュールと接続するＩｎＳｉｔｕコンソールであってもよい。既存の接続１２４９の一例は、血管内超音波撮像プローブ３５２用のコンソールと接続するＩｎＳｉｔｕコンソールである。既存の接続１２４９は、異なる製造業者からの機器に対する互換性を提供してもよい。

一実施形態では、既存の接続１２４９が、血管内超音波撮像プローブ３５２の各素子からの信号の取り出しを可能にする。信号は、それらが利用可能である場合に、血管内超音波撮像プローブ３５２の各素子から取り出される。しかしながら、個々の素子信号が利用可能ではない場合、血管内超音波撮像プローブ３５２の全体的な位置は、依然として素子から決定されることができる。向きは、単に、画像ベースの位置合わせのような、別の利用可能な方法から決定される。位置は、ハードウェアモジュール１２５０内のスマートモジュール１２５２によって依然として決定される。

以下の図１３〜図１７の実施形態では、血管内超音波位置識別は、外部超音波撮像プローブ３５６によって追跡される血管内超音波撮像プローブ３５２の位置を示すのに使用されることができる。血管内超音波位置識別は、また、外部超音波撮像プローブ３５６が使用される場合に、血管内超音波撮像プローブ３５２の向きを補正するために使用されることができる。血管内超音波位置識別は、最終的に、血管内超音波撮像プローブ３５２及び外部超音波撮像プローブ３５６からの超音波画像の間の画像形成の位置合わせ又は融合を改善する。明らかなように、本明細書に記載の血管内超音波位置識別は、既存の血管内超音波撮像プローブ３５２を有するシステムを修正して、その機能を拡張するために使用されることができる。

図１３は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別におけるフェーズドアレイ血管内超音波及び２次元外部超音波を有するシステムを示す。

図１３の実施形態では、血管内超音波撮像プローブ３５２が、素子のフェーズドアレイを有し、外部超音波撮像プローブ３５６は、２次元撮像野を生成する。この実施形態では、血管内超音波撮像プローブ３５２の各素子のＸ位置が、最大信号振幅を生成する外部超音波撮像プローブ３５６のライントリガによって決定され、Ｚ位置は、外部超音波撮像プローブ３５６の送信と血管内超音波撮像プローブ３５２の受信との間の飛行時間によって決定される。血管内超音波撮像プローブ３５２のアレイの各素子の位置の「重心」は、血管内超音波撮像プローブ３５２の全体的な位置に対応する。回転は、各要素の相対位置に基づいて計算され、「上」方向は、最大信号振幅／最小時間遅延を有する血管内超音波撮像プローブ３５２の素子に対応し、これは、外部超音波撮像プローブに面する血管内超音波撮像プローブの素子に対応する。

図１３の実施形態では、血管内超音波撮像プローブ３５２が、素子のフェーズドアレイを含む。より具体的には、複数の素子が、血管内超音波撮像プローブ３５２内／上の所定の構成（例えば、各素子間の固定された角度距離）に対応し、外部超音波撮像プローブ３５６は、複数の素子の相対位置を識別するために使用される。複数の素子は、超音波ビームを繰り返し放射し、反射された応答を記録するように、相対的に所定の位置に固定される。加えて、複数の素子は、それぞれ、外部超音波撮像プローブ３５６から信号を受け取り、反射する受動型超音波センサを含む。一例として、複数の素子は、超音波ビームを繰り返し放射し、反射された応答を記録するように、それぞれ１０度離れた３６の位置に配置されてもよい

図１３の実施形態では、２次元外部超音波撮像プローブ３５６が、使用される。ローパスフィルタは、外部超音波撮像プローブ３５６に到達する低周波数信号を保持するために使用される。血管内超音波撮像プローブ３５２のＸ位置は、外部超音波撮像プローブ３５６のどのライントリガが血管内超音波撮像プローブ上の受信信号において最大振幅を生成するかを識別することに基づいて決定される。Ｚ位置は、血管内超音波撮像プローブ３５２による受信から外部超音波撮像プローブ３５６による送信までの時間遅延に対応する。血管内超音波撮像プローブ３５２の全ての素子の位置の加重平均が、血管内超音波撮像プローブ３５２の全体的な単一位置を識別するように取られることができる。

図１３の実施形態では、各素子の相対位置が、強度時間遅延及び／又は位相の差に基づいて決定される。フェーズドアレイの真の「上」位置は、最も高い信号強度及び最も短い時間遅延Δｔを有する信号の受信を示す素子に対応し、これは、外部超音波撮像プローブに面する血管内超音波撮像プローブの素子に対応する。

破線で形成されたボックスでは、各受信信号の振幅は、十字の幅及び色に対応する（幅が広いほど暗いほど強い振幅を示す）。チャートのＹ軸は、血管外超音波撮像プローブと血管内超音波撮像プローブとの間の送信遅延Δｔを示す。血管内超音波撮像プローブ３５２の各素子によって受信された受信信号は、Ｘ方向に整列される。具体的には、血管内超音波撮像プローブの素子２８〜５２の受信信号は、図１３の例に示される。Ｘ方向二等分線の上のＹ方向の垂直セグメントは、外部超音波撮像プローブ３５６から進む各信号に対する位相遅延（Δｔ）に対応する。

図１４は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別におけるフェーズドアレイ血管内超音波及び３次元外部超音波を有するシステムを示す。

図１４の実施形態では、血管内超音波撮像プローブ３５２が、素子のフェーズドアレイを含む。より具体的には、複数の素子が、血管内超音波撮像プローブ３５２内／上の所定の構成に対応し、外部超音波撮像プローブ３５６は、複数の素子の相対位置を識別するために使用される。複数の素子は、超音波ビームを繰り返し放射し、反射された応答を記録するように、相対的に所定の位置に固定される。加えて、複数の素子は、それぞれ、外部超音波撮像プローブ３５６から信号を受け取り、反射する受動型超音波センサを含む。一例として、複数の素子は、超音波ビームを繰り返し放射し、反射応答を記録するように、各々１０度離れた３６の位置に配置されてもよい

図１４の実施形態では、３次元外部超音波撮像プローブ３５６が、使用される。３次元外部超音波撮像プローブ３５６を有する実施形態では、血管内超音波撮像プローブ３５２が外部超音波撮像プローブ３５６の体積視野内にあるときはいつでも、面外方向によるあいまいさが排除される。ここで、仰角方向における外部超音波撮像プローブ３５６の個々のラインからの信号は、血管内超音波撮像プローブ３５２のいずれの素子が外部超音波撮像プローブ３５６からの最大全体信号を受信するかを決定するために集約される。最大全体信号は、「上」方向及び最小時間遅延Δｔに対応し、これは、外部超音波撮像プローブに面する血管内超音波撮像プローブの素子に対応する。

図１４における一連の十字形特性は、それぞれ、血管内超音波撮像プローブ３５２の素子によって受け取られた外部超音波撮像プローブ３５６からの信号の読み取りを反映する。図面に記載されているように、遅延は、Δｔによって示され、これは、水平断面の上のＹ方向における十字の脚部を反映する。振幅は、十字マーカの幅及び色に対応する（幅が広いほど、暗いほど、強い振幅を示す）。特性の各行は、外部超音波撮像プローブ３５６からの個々の送信ビームと、血管内超音波撮像プローブ３５２の個々の素子とに対応する。

図１５は、代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別における２次元又は３次元外部超音波及び単一素子回転血管内超音波を有するシステムを示す。

図１５の実施形態では、血管内超音波素子位置の単一素子回転が、２次元又は３次元のいずれかの外部超音波撮像プローブ３５６で識別される。単一素子回転血管内超音波は、超音波ビームを繰り返し放射し、反射された応答を記録するように単一素子が回転される血管内超音波撮像プローブ３５２を指す。一例として、単一の要素は、繰り返し超音波ビームを放射し、反射応答を記録するように、各々１０度離れた３６の位置に回転させてもよい。

互いに対して固定された位置において複数の素子を有する血管内超音波撮像プローブ３５２からの「上」位置。３次元である外部超音波撮像プローブ３５６について、仰角方向における外部超音波撮像プローブ３５６に対応する個々のラインからの信号は、図１４について説明されるように、互いに対して固定された位置において複数の素子を有する血管内超音波撮像プローブ３５２からの「上」位置を決定するために集められる。３次元である外部超音波撮像プローブ３５６について、仰角方向における外部超音波撮像プローブ３５６に対応する個々のラインからの信号は、図１４について説明されるように、「上」方向を決定するように集められる。

より具体的には、図１５において、回転プローブは、３６０°において２次元超音波ビームを放射するように単一素子トランスデューサを回転させる。次いで、２次元読み取り値の複数のセットは、３次元体積を生成するように結合されることができる。

図示されるように、低周波数帯域通過フィルタが、外部超音波撮像プローブ３５６からの到来信号のみを保持するように適用されることができる。Ｘ方向における血管内超音波撮像プローブ３５２の位置は、いずれのライントリガ番号（＃）が、回転するときに血管内超音波撮像プローブ３５２からの反射信号の最大振幅を生成するかを識別することによって、介入医療装置を追跡するために使用される従来のアルゴリズムから決定されることができる。Ｚ方向における血管内超音波撮像プローブ３５２の位置は、外部超音波撮像プローブ３５６のトリガから、放射された超音波ビームが血管内超音波撮像プローブ３５２によって受信されるときまでの時間遅延から決定されることができる。血管内超音波撮像プローブ３５２の全体的な位置は、回転掃引の各角度における第１の信号の加重平均から得られてもよい。

図１５において、回転素子の相対位置は、強度、時間遅延、及び／又は位相の差に基づいて決定されることができる。回転素子の上方位置は、最大強度を有する（受信された）信号を見つけることによって識別されることができ、これは、外部超音波撮像プローブに面する血管内超音波撮像プローブの素子に対応する最短時間遅延Δｔにも対応すべきである。

図１５の破線によって形成されたボックスにおいて、チャートのＸ軸は、血管内超音波撮像プローブ３５２の単一素子を回転させるモータの回転位置を示す。十字マーカの幅及び色（幅が広いほど、及び暗いほど、より強い振幅を示す）、並びにチャートのＹ軸は、血管外超音波撮像プローブと血管内超音波撮像プローブとの間の送信遅延Δｔを示す。図示されるように、受信信号の最高振幅は、０度の回転に対応する。

図１６は、別の代表的な実施形態による、血管内超音波位置識別における２次元又は３次元外部超音波及び単一素子回転血管内超音波を有するシステムを示す。

図１６の実施形態では、血管内超音波素子位置の単一素子回転が、２次元又は３次元のいずれかの外部超音波撮像プローブ３５６で識別される。単一素子回転血管内超音波は、超音波ビームを繰り返し放出し、反射応答を記録するように単一素子が回転される血管内超音波撮像プローブ３５２を指す。一例として、単一素子は、繰り返し超音波ビームを放射し、反射応答を記録するように各々１０度離れた３６の位置に回転されてもよい。

単一素子を有する血管内超音波撮像プローブ３５２は、血管内超音波撮像プローブ３５２によって受信される信号が、血管内超音波撮像プローブ３５２内の単一素子の回転と共に、外部超音波撮像プローブ３５６からのトリガに依存するという点で、曖昧さを導入する。この曖昧さは、外部超音波撮像プローブ３５６のフレームレートが、血管内超音波撮像プローブ３５２のフレームレートよりも著しく高い場合に、最小化されることができる。換言すれば、複数のフレームは、血管内超音波撮像プローブ３５２のモータの／による各３６０°回転とともに外部超音波撮像プローブ３５６によってキャプチャされてもよい。そして、「上」向きは、１回の３６０° ＩＶＵＳ回転を通じて最大振幅／最小飛行時間をもたらすモータ位置に対応する。３次元である外部超音波撮像プローブについては、図１４について説明されたように、仰角方向において外部超音波撮像プローブ３５６に対応する個々のラインからの信号が、集約される。

より具体的には、図１６において、回転プローブは、３６０°において２次元超音波ビームを放射するように単一素子トランスデューサを回転させる。次いで、２次元読み取り値の複数のセットが、３次元体積を生成するように結合されることができる。

図示されるように、低周波数帯域通過フィルタが、外部超音波撮像プローブ３５６からの到来信号のみを保持するように適用されることができる。Ｘ方向における血管内超音波撮像プローブ３５２の位置は、いずれのライントリガ番号（＃）が、回転するときに血管内超音波撮像プローブ３５２からの反射信号の最大振幅を生成するかを識別することによって、介入医療装置を追跡するために使用される従来のアルゴリズムから決定されることができる。Ｚ方向における血管内超音波撮像プローブ３５２の位置は、外部超音波撮像プローブ３５６のトリガから、放射された超音波ビームが血管内超音波撮像プローブ３５２によって受信されるときまでの時間遅延から決定されることができる。血管内超音波撮像プローブ３５２の全体的な位置は、回転掃引の各角度における第１の信号の加重平均から得られてもよい。更に、血管内超音波撮像プローブ３５２の姿勢（又は向き）は、最初に最も強い信号を使用して回転素子の上方位置を見つけ、次いで信号強度、時間遅延、又は位相の差に基づいて回転素子の相対位置を決定することによって識別されることができる。

破線により形成されたボックスでは、外部超音波撮像プローブ３５６の周波数は、４０ヘルツであると認められ、血管内超音波撮像プローブ３５２の周波数は、２０ヘルツである。ラインは、正弦波によって示される血管内撮像プローブの回転向きに対して、下向き矢印によって個々の血管外超音波撮像フレームを示す。信号の各セットについて、最も高い向きは、ゼロ（０）度に対応し、この向きは、１８０度に進み、次にゼロ（０）度に戻る。

したがって、血管内超音波位置識別は、血管内超音波画像のより良好な空間的コンテキストを可能にし、さもなければ、小さい視野のために、非専門家使用のために解釈することが困難であり得る。血管を通って前方に進められるか、又は引き戻されるときに、血管内超音波撮像プローブの位置及び姿勢を追跡することにより、個々の２次元円周方向画像の正確な位置が、知られてもよい。次いで、そのような知識は、実質的により大きな視野及びコンテキスト情報を有する三次元体積画像を形成するために、個々の二次元画像をスティッチするか、又は他の形で融合するために使用されてもよい。

血管内超音波位置識別が、いくつかの例示的な実施形態を参照して説明されたが、使用された用語が、限定の用語ではなく、説明及び例示の用語であることを理解されたい。変化は、その態様における血管内超音波位置識別の範囲及び精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で、現在述べられているように、及び修正されるようになされてもよい。血管内超音波位置識別は、特定の手段、材料、及び実施形態を参照して説明されてきたが、血管内超音波位置識別は、開示された詳細に限定されることを意図されておらず、むしろ、血管内超音波位置識別は、添付の特許請求の範囲内にあるような、全ての機能的に同等の構造、方法、及び使用に及ぶ。

本明細書に記載される実施形態の例示は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供することを意図される。これらの図は、本明細書に記載された開示の要素及び特徴の全ての完全な説明として機能することを意図されない。多くの他の実施形態は、本開示を検討すると当業者には明らかでありうる。他の実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的及び論理的な置換及び変化がなされうるように、使用され、本開示から導出されてもよい。加えて、これらの図は、単に代表的なものであり、一定の縮尺で描かれていない場合がある。図中の特定の比率は、誇張されてもよいが、他の比率は、最小化されてもよい。したがって、開示及び図面は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。

本開示の１つ又は複数の実施形態は、本明細書では、単に便宜上、かつ本出願の範囲を任意の特定の発明又は発明概念に自発的に限定することを意図することなく、「発明」という用語によって、個別に及び／又は集合的に言及されてもよい。更に、特定の実施形態が、本明細書において図示及び説明されたが、同じ又は同様の目的を達成するように設計された任意の後続の構成が、図示された特定の実施形態の代わりにされてもよいことを理解されたい。本開示は、様々な実施形態の任意の及び全ての後続の適合又は変形をカバーすることを意図される。上記の実施形態の組み合わせ、及び本明細書に具体的に記載されていない他の実施形態は、説明を検討すると当業者には明らかになるであろう。

開示の要約は、３７ Ｃ．Ｆ．Ｒ§１．７２（ｂ）を遵守するために提供され、かつ、請求項の範囲又は意味を解釈又は限定するために使用されないという理解をもって提出される。更に、前述の詳細な説明では、様々な特徴が、開示を合理化する目的で、一緒にグループ化されるか、又は単一の実施形態において説明されてもよい。本開示は、特許請求される実施形態が、各請求項に明示的に列挙されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、本発明の主題は、開示される実施形態のうちのいずれかの実施形態の全てよりも少ない特徴に向けられてもよい。したがって、以下の請求項は、各請求項自体が別個に請求された主題を定義するものとして、詳細な説明に組み込まれる。

開示された実施形態の前述の説明は、当業者が本開示に記載された概念を実施することを可能にするために提供される。したがって、上記で開示された主題は、例示的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、添付の請求項は、本開示の真の精神及び範囲内にある、全てのそのような修正、拡張、及び他の実施形態をカバーすることを意図される。したがって、法律で認められる最大の範囲において、本開示の範囲は、以下の請求項及びそれらの均等物の最も広い許容可能な解釈によって決定されるものであり、前述の詳細な説明によって制限又は限定されるものではない。

Claims (17)

1. 命令を記憶するメモリと、
   前記命令を実行するプロセッサと、
   を有する、血管内超音波プローブの位置決めを識別するコントローラにおいて、
   前記命令は、前記プロセッサによって実行される場合に、
   前記血管内超音波プローブの少なくとも１つの素子から第１の信号を受信すること、
   外部超音波プローブから第２の信号を受信すること、
   前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記血管内超音波プローブ及び前記外部超音波プローブを含む追跡空間内の前記血管内超音波プローブの位置を決定すること、
   を有するプロセスを前記コントローラに実行させる、
   コントローラ。
2. 前記コントローラによって実行される前記プロセスが、更に、
   前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記追跡空間内の前記血管内超音波プローブの姿勢を決定すること、
   を有し、
   前記第１の信号は、前記血管内超音波プローブの複数の素子から受信される、
   請求項１に記載のコントローラ。
3. 前記コントローラによって実行される前記プロセスは、更に、
   前記複数の素子からの前記第１の信号に基づいて、前記複数の素子の相対位置を決定すること、
   を有し、
   前記血管内超音波プローブの前記姿勢は、前記複数の素子の前記相対位置に基づいて決定される、
   請求項２に記載のコントローラ。
4. 前記コントローラは、前記血管内超音波プローブを含むシステムと着脱可能にインタフェースするハードウェアモジュールとして提供される、
   請求項１に記載のコントローラ。
5. 前記コントローラによって実行される前記プロセスは、更に、
   前記第１の信号から前記第２の信号をフィルタリングすること、
   を有する、請求項１に記載のコントローラ。
6. 前記コントローラによって実行される前記プロセスは、
   前記少なくとも１つの素子からの各第１の信号の振幅を計算すること、前記少なくとも１つの素子からの各第１の信号の位相を計算すること、及び前記少なくとも１つの素子からの各第１の信号の遅延を計算すること、
   の少なくとも１つを更に有する、請求項１に記載のコントローラ。
7. 前記コントローラによって実行される前記プロセスは、更に、
   各第１の信号の前記振幅、各第１の信号の前記位相、及び各第１の信号の前記遅延のうちの前記少なくとも１つに基づいて、前記少なくとも１つの素子の相対位置を決定すること、
   を有し、
   前記血管内超音波プローブの姿勢は、前記少なくとも１つの素子のそれぞれの相対位置に基づいて決定される、
   請求項６に記載のコントローラ。
8. 前記コントローラによって実行される前記プロセスは、更に、
   前記血管内超音波プローブによって生成された超音波画像の表示を用いて、前記追跡空間内の前記血管内超音波プローブの位置の表示を制御すること、
   を有する、請求項１に記載のコントローラ。
9. 前記コントローラによって実行される前記プロセスは、
   前記追跡空間における前記血管内超音波プローブの位置のシーケンスを決定することと、
   前記血管内超音波プローブによって生成された超音波画像の表示を用いて、前記追跡空間における前記血管内超音波プローブの前記位置のシーケンスの表示を制御することと、
   を更に有する、請求項８に記載のコントローラ。
10. 前記第１の信号は、前記血管内超音波プローブの１つの位置のみを決定するために使用される、請求項１に記載のコントローラ。
11. 前記第１の信号は、前記少なくとも１つの素子のそれぞれの差分特性に基づいて、前記血管内超音波プローブの複数の位置を決定するために使用される、請求項１に記載のコントローラ。
12. 前記外部超音波プローブは、３次元超音波体積を生成する、請求項１に記載のコントローラ。
13. 前記コントローラは、前記血管内超音波プローブを含むシステムの構成要素として、又は前記外部超音波プローブを含むシステムの構成要素として実装される、請求項１に記載のコントローラ。
14. 前記第１の信号及び前記第２の信号は、前記血管内超音波プローブ及び前記外部超音波プローブによるフレームの交互のキャプチャに基づいて交互に処理される、請求項１に記載のコントローラ。
15. 前記第１の信号及び前記第２の信号は、前記血管内超音波プローブ及び前記外部超音波プローブによるフレームの同時キャプチャに基づいて同時に処理される、請求項１に記載のコントローラ。
16. 血管内超音波プローブの位置決めを識別する方法において、
    命令を記憶するメモリ及び前記命令を実行するプロセッサを含むコントローラによって、前記血管内超音波プローブの少なくとも１つの素子から第１の信号を受信するステップと、
    前記コントローラによって、外部超音波プローブから第２の信号を受信するステップと、
    前記コントローラによって、前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記血管内超音波プローブ及び前記外部超音波プローブを含む追跡空間内の前記血管内超音波プローブの位置を決定するステップと、
    を有する、方法。
17. 血管内超音波プローブの位置決めを識別するシステムにおいて、前記システムが、
    前記血管内超音波プローブと、
    外部超音波プローブと、
    命令を記憶するメモリ及び前記命令を実行するプロセッサを有するコントローラと、
    を有し、
    前記命令は、前記プロセッサによって実行される場合に、
    前記血管内超音波プローブの少なくとも１つの素子から第１の信号を受信すること、
    外部超音波プローブから第２の信号を受信すること、
    前記血管内超音波プローブ及び前記外部超音波プローブを含む追跡空間内の前記血管内超音波プローブの位置を決定すること、
    を有するプロセスを前記コントローラに実行させる、
    システム。

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