JP5643315B2 - 光干渉断層撮影プローブの作動方法、コンピュータシステム、及び光干渉断層撮影データ収集システム - Google Patents
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Description
本出願は、米国仮出願第61/244,985号(2009年9月23日出願)についての優先権を主張し、その全開示が参照により本明細書に組み込まれる。
(1)動脈などの除去血管は、動脈壁および壁をいくらか超えた箇所からの散乱を含む。また、各角度の動脈についての散乱分布は、壁の近くに局在しており、OCTイメージングの物理(すなわち、単一分散コヒーレンスゲート画像再構成)によって決定される特性の長さ分だけ組織内に延在する。
(2)全く除去されていない血管は、カテーテルの周りに血液が存在するため、小さな有効半径を生じる。
(3)部分的に除去されている血管は、カテーテルと血管壁の間に、有効半径を減少させる血液が分布しており、血管壁から離れた著しい散乱分布を示し、これもまたOCTイメージングの特性によって決定される。
1つの実施形態では、本明細書に記述の方法は、本明細書記述の方法の性能を変更して操作者が対象結果を生成するために使用され得るいくつかの設定可能なパラメータを有する。これらのいくつかは、図1Bに参照されている。これらには以下を含む:
ボックスカーのサイズ(フレーム数でのボックスカーの深度は画像データのフレーム平均化を行うために使用される)。1つの実施形態では、値は1、2、4、および8を含み得る。しかし、他の値を使用するか、またはこの機能を無効化することができる。
最高クオリティは、1つの実施形態において、除去フレームに対して許される最高クオリティ測定基準である。このパラメータは無次元である(より小さな値はより良い除去を示す)。2つの最高クオリティ値は入力データとして使用され、初期最高クオリティは初期除去または初期除去状態を表し、最高クオリティは1つの実施形態において完全除去または完全除去状態(本明細書では互換的に使用される)を表す。
最小半径は、1つの実施形態において、除去フレームに対して許される最小半径測定基準である。値は一般的にミクロン単位で、カテーテル半径の外側の最小半径を示す(下記)。1つの実施形態では、2つの最小半径値が入力データとして使用され、初期最小半径は初期除去を表し、最小半径は1つの実施形態において完全除去を表す。
最小フレームは、1つの実施形態において、除去が誘発される前に最高クオリティ未満のクオリティ測定基準および最小半径を超える半径測定基準を持つ連続フレームの最小数である。1つの実施形態では、2つの最小フレーム値は、入力データとして使用され、初期最小フレームは初期除去に対して使用され、最小フレームは完全除去に対して使用される。
初期除去タイムアウトは、初期除去が検出された後のミリ秒または別の時間単位での時間で、1つの実施形態では完全除去のその検出は継続する。この時間内に完全除去が検出されない場合は、引き戻しが誘発される。このタイムアウトの例示的用途については図1Bのステップ35を参照のこと。
誘発遅延は、ミリ秒または別の時間単位での時間で、完全除去状態が検出された後であるが、引き戻しが誘発される前に経過する。1つの実施形態では、本方法のソフトウェアまたはプログラム実施形態での誘発遅延設定は、誘発遅延タイムアウト時間を設定するために使用される。
1つの実施形態では、除去状態を検出するためのコンピュータベースの方法が初期化される時、以下の2つのパラメータの値が決定される。これらはカテーテル半径と中央値である。1つの実施形態では、サンプル画像またはデータセットのカテーテル半径は、「カテーテルの物理的なサイズ+15%」として計算される。1つの実施形態では、この半径より近い画像データには除去は考慮されない。従って、除去状態に関して判断を行う時、カテーテル自体の周りに広がる緩衝容量は無視される。
各フレームが取得されるにつれ、そのフレームの画像データが、図1Bに示されるようなフラッシュ除去検出方法による処理のために準備される。このデータ準備の目的は、データの量を減らし処理手順を簡素化することであり、その理由は除去状態を検出するために必要な解像度は画像化のための解像度よりも小さいからである。データの量を減らすために、ラインあたりの画像サンプルおよびフレームあたりのラインを減らす。例えば、1つの実施形態では、ラインあたり640を超えるサンプルがある場合、サンプルは4倍減らされ、そうでなければ、サンプルは2倍減らされ、フレームあたりのラインは2倍減らされる。他のデータ処理および不必要なデータの抽出を必要に応じて適用することができる。
図2は、OCT画像のグラフ表示(非極性)であり、半径測定基準計算プロセスの第一のステップで計算されたライン半径値を示す。1つの実施形態では、第一のステップは、フレーム内のプローブの各回転角度に対するライン半径を計算することである。例として、図2の本発明の例示的実施形態に従って、特定のライン半径値をプロットする。1つの実施形態では、各ライン半径値を計算するには、各ラインの強度重心を以下のように計算する(ここでcrはカテーテル半径で、nはラインあたりの減少サンプル数で、iは1からmの範囲までのライン番号である)。
次に、角度の関数としての平滑化半径形状は:
次に、コンピュータシステムで決定された、動脈壁などの血管壁についての散乱の分布を考慮することは有益である。これを行うために、図4に示されるように、ソフトウェアは、フレームの各ラインに対して分散(Variance)、または平滑半径についての散乱の分布を計算する。これは以下のように、各ラインに対する平均二乗分布として計算される:
1つの実施形態では、半径およびクオリティ測定基準値が一度計算されると、テストされるべき2つの潜在的除去状態(完全除去状態と初期除去状態)が存在することとなる。1つの実施形態では、1つの血液除去状態で十分である。現在のフレームの除去状態を決定する時、プローブに接続されているコンピュータシステムのメモリに常駐するソフトウェアは、画像が完全除去状態にあるかどうかを検出する。この血液除去状態は、動脈または他の血管の造影を開始できるように、画像で十分な除去が検出されたことを示す。このフレームの半径測定基準値が最小半径設定よりも大きく、クオリティ値が最高クオリティの下限設定よりも小さい場合、このフレームは「完全除去」であると決定される。しかし、「完全除去」フレームの数が最小フレーム設定以上になるまで完全除去状態は検出されない。これらの基準のすべてが満たされたとき、引き戻しが誘発される。
上記のコンピュータベースの方法は、計算が効率的であり、サイズ、カテーテルのイメージングコアに対する相対的位置、および相対的形状が除去前に分かっていない動脈から散乱血液がいつ除去されたかを決定するのに効果的である。
本発明は、多くの異なる形式で具体化でき、これにはプロセッサ(例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、または汎用コンピュータ)とともに使用するコンピュータプログラム論理、プログラム可能論理デバイス(例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)または他のPLD)とともに使用するプログラム可能論理、個別部品、統合回路(例えば、特定用途向け集積回路(ASIC))または、そのいずれの組み合わせを含む他の手段が含まれるが、これに限定されない。本発明の典型的な実施形態では、OCTプローブおよびプロッセッサベースのシステムを使用して収集されたデータの処理の一部またはすべては、コンピュータ実行可能形式に変換された一連のコンピュータプログラム命令として実施され、コンピュータ可読媒体などに記憶され、オペレーティングシステムの制御下でマイクロプロセッサによって実行される。従って、クエリー応答および入力データは、OCTデータ生成、血液除去状態の誘発、管腔形状を決定するための強度の使用、組織画像、OCT画像、トリガー、フラッシュモニタリング、信号処理、画像の信号対ノイズ評価、画像の比較、信号処理、人為的影響の除去、他の機能および上述の実施形態に適した、プロセッサが理解可能な命令に変換される。
Claims (29)
- 光干渉断層撮影データ収集を行うための光干渉断層撮影プローブの作動方法であって、
コンピュータが、血管の実際の半径の近似値を決定するステップと、
前記コンピュータが、前記血管の実際の半径の近似値と、前記光干渉断層撮影プローブを使用して収集された前記血管内の位置に関する光干渉断層撮影データとに基づいて、当該光干渉断層撮影データの1つ以上のフレームの血液除去を示すパラメータを決定するステップと、
前記コンピュータが、血液除去状態が起こったか否かを判断するステップと、
前記コンピュータが、起こった前記血液除去状態に応じて、前記光干渉断層撮影プローブを制御するためのトリガー信号を生成するステップと、
を含む、光干渉断層撮影プローブの作動方法。 - 前記コンピュータが、前記トリガー信号に応じて、縦方向の光干渉断層撮影データ収集を行うための信号を前記光干渉断層撮影プローブに送信するステップをさらに含む、請求項1に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 縦方向の光干渉断層撮影データ収集の開始前に時間遅延タイムアウトが起こる、請求項2に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記血管の実際の半径の近似値を決定するステップが、強度値が前記血管の実際の半径の近似値に相関するように、少なくとも1つの当該強度値または少なくとも1つの強度由来位置を使用して実行される、請求項1に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記少なくとも1つの強度値が、前記光干渉断層撮影データから生成された少なくとも1つの画像中の各放射状線に沿った強度分布の重心位置を表す、請求項4に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記重心の位置は前記血管の壁内の位置である、請求項5に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記光干渉断層撮影プローブがカテーテル鞘を備えており、
前記コンピュータが、カテーテル鞘内での強度データが強度分布から除外されるように、強度分布の重心を決定するステップをさらに含む、請求項1に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。 - 前記コンピュータが、前記重心を前記強度分布の第一モーメントとして近似する、請求項7に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記重心の位置を、サイン関数とコサイン関数を含む級数を使って複数の半径の関数を適合させるステップを実行する前記コンピュータが決定する、請求項5に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記パラメータは、検出された前記血管の除去領域についての散乱と前記血管の実際の半径の近似値とを使用して決定された値であって、前記血管からの血液の除去の程度を示すクオリティ値である、請求項1に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記パラメータは、強度位置分散と最大除去半径の比により、前記コンピュータが決定した係数であって、前記血管からの血液の除去の程度に関するクオリティ係数である、請求項1に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記パラメータが、強度偏差と最大除去半径の比により、前記コンピュータが決定した基準であって、前記血管からの血液の除去の程度の指標であるクオリティ測定基準である、請求項1に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記パラメータが、前記強度分布の二次モーメントを前記強度分布の一次モーメントと比較することにより、前記コンピュータが決定した基準であって前記血管からの血液の除去の程度の指標であるクオリティ測定基準である、請求項1に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記コンピュータが、フレーム内の前記光干渉断層撮影プローブの各回転角度のライン半径値であって、前記血管に直交する方向に沿った前記光干渉断層撮影プローブからの前記血管の壁までの距離であるライン半径値を計算するステップをさらに含む、請求項1に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 前記コンピュータが、前記光干渉断層撮影プローブが配置されているガイドワイヤの影を除去するステップをさらに含む、請求項1に記載の光干渉断層撮影プローブの作動方法。
- 電子メモリ装置と、
前記メモリ装置と通信する電子プロセッサと、
を含む、光干渉断層撮影データ収集を行うためのコンピュータシステムであって、
前記メモリ装置は、前記プロセッサによって実行された際に、
血管に対して挿入された光干渉プローブを用いて収集された光干渉断層撮影データを使用して、前記血管に直交する方向に沿った前記光干渉プローブからの前記血管の壁までの距離である複数のライン半径値を決定する動作と、
前記複数のライン半径値の一つ又はそれ以上を使用して、光干渉断層撮影データの複数のフレームの除去半径を決定する動作と、
前記除去半径と前記血管の壁についての光散乱分布とを使用して、前記血管からの血液の除去の程度の指標であるクオリティ測定基準を決定する動作と、
前記クオリティ測定基準を使用して、血液除去状態が起こったか否かを決定する動作と、
起こった前記血液除去状態に応じてトリガー信号を生成する動作と、
を前記プロセッサに起こさせる命令を含む、
コンピュータシステム。 - 前記命令がさらに、前記プロセッサに前記トリガー信号に応じた光干渉断層撮影データの収集および前記光干渉プローブの引き戻しを開始させる、請求項16に記載のコンピュータシステム。
- 前記命令がさらに、前記プロセッサに前記血管を通じて前記光干渉プローブの引き戻しを開始させる、請求項16に記載のコンピュータシステム。
- 強度値が前記血管の境界と相関するように、前記プロセッサが少なくとも1つの当該強度値を使用して前記除去半径を決定する、請求項16に記載のコンピュータシステム。
- 前記血管の壁からの光の散乱を使用して、前記プロセッサが各除去半径を決定する、請求項16に記載のコンピュータシステム。
- 前記クオリティ測定基準の値により決定された初期除去状態または完全除去状態の検出によって前記血液除去状態が決定される、請求項16に記載のコンピュータシステム。
- プロセッサと、
回転可能な光ファイバーを含む光干渉断層撮影プローブと、
を含む、光干渉断層撮影データ収集システムであって、
前記プロセッサは、
血管の半径の近似値を決定し、
前記血管の壁から前記光干渉断層撮影プローブに散乱した光の分布を決定し、
前記血管の半径の近似値と前記光の分布とに応じた血液除去状態を決定し、
起こった前記血液除去状態に応じて、前記血管を通じた前記光干渉断層撮影プローブの引き戻しを開始する、
ようにプログラムされている、
光干渉断層撮影データ収集システム。 - 前記光の分布の分散と前記血管の半径の近似値とが、前記血管からの血液の除去の程度の指標であるクオリティ測定基準を生成するために使用され、前記クオリティ測定基準の値に基づいて前記血液除去状態が決定される、請求項22に記載の光干渉断層撮影データ収集システム。
- 前記プロセッサは、さらに、前記光干渉断層撮影プローブが配置されているガイドワイヤの影を除去するようにプログラムされており、
前記血液除去パラメータが、前記血管の壁の強度に応じて決定される除去半径である、請求項22に記載の光干渉断層撮影データ収集システム。 - 前記プロセッサは、前記引き戻しの少なくとも一部の間に前記回転可能な光ファイバーからのデータを収集する、請求項22に記載の光干渉断層撮影データ収集システム。
- 前記血管が冠状動脈である、請求項22に記載の光干渉断層撮影データ収集システム。
- 前記プロセッサは、前記クオリティ測定基準の値が所定の閾値に達した場合に前記引き戻しが開始されるようにプログラムされている、請求項23に記載の光干渉断層撮影データ収集システム。
- フレームごとに前記血液除去状態が起こったか否かを前記プロセッサが決定する、請求項22に記載の光干渉断層撮影データ収集システム。
- 前記プロセッサは、フレーム内の前記光干渉断層撮影プローブの各回転角度のライン半径値であって、前記血管に直交する方向に沿った前記光干渉断層撮影プローブからの前記血管の壁までの距離であるライン半径値を計算するようにプログラムされている、請求項22に記載の光干渉断層撮影データ収集システム。
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