JPH04507352A - 内臓の検査及び治療のための方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は人体の内臓の検査及び治療のための方法並びに装置に関するものであり 、いくつかの点では、出願人の係属中の国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ８８１００９ ７１に開示されている方法及び装置の変形である。

その先行特許出願において、人体の動脈などの内臓の３次元ノンリアルタイム画 像を提供するための方法及び装置が開示されている。これは臓器内部から伝送さ れる超音波信号によって達成され、反射信号はデジタル化され処理されて臓器の 多種の様々な３次元図を与える。

出願人の前述の先行特許出願に開示されている方法及び装置とは対照的に、一般 に、従来技術はアナログ超音波信号を終始利用しており、これらの信号はその後 、臓器内部のリアルタイム２次元連続画像を作成するために用いられる。この従 来技術は即時性という利点を有するが、比較的悪い解像度の画像を提供するとい う欠点を有する。

本出願の発明は、出願人の上記の先行特許出願に開示されているシステムの利点 の一部と組み合わせた上記アナログの従来技術の利点の一部を提供することに関 する。

本発明によると、ヒトの内臓の画像を提供するためのシステムは以下の構成要素 の組合せを備えている。

（ａ）人体内に挿入するカテーテル、 （ｂ）カテーテルに取り付けられている超音波変換装置集合、（ｃ）変換装置を 励起させて超音波を発生する手段、（ｄ）得られた超音波エコー信号を受信し、 それらをデジタル信号に変換する手段、 （ｅ）デジタル信号が送られるデジタルコンピュータ、（ｆ）臓器の２次元リア ルタイム表示が作成され得るようにデジタル信号を処理する手段、及び （ｇ）２次元表示を視覚的に行うためにコンピュータｌＪＩ続される手段。

本発明の第２の局面によると、２次元リアルタイム画像を提供するシステムは、 ３次元ノンリアルタイム画像を提供する出願人の国際出願ＰＣＴ／ＧＢ８８１０ ０９７１のシステムと組み合わされている。これは、２次元リアルタイム画像及 び３次元ノンリアルタイム画像の両方を同一画面上に表示する手段を有するワー クステーションの側層によって達成されることが好ましい。

本発明の他の局面によると、２次元リアルタイム画像を発生する手段は並行動作 に適合した少なくとも２つのデジタル処理ユニットを備えている。

本発明のさらに他の局面によると、超音波変換装置は複数の変換装置素子を備え ており、システムにおいてそれらは、第１の変換装置素子の励起によって得られ るエコー信号が第２の変換装置素子によって受信されるように接続されている。

これは、所定の変換装置素子によって発せられた信号のエコーが同一の変換装置 素子によって受信される、以前の提案とは異なるものである。この提案された構 成を用いて、超音波信号の方位角の解像度を大きく改善することができる。

本発明のさらに他の局面によると、２次元画像の品質を向上させるために、変換 装置素子の励起によって得られるエコー信号が信号処理を受ける。

本発明がどの様にして実行されるかを実施例のみによって添付の図面を参照して 説明する。

図１は、本発明の１つの局面によるシステムのブロック図である。

図２は、図１のシステムの部分をより詳細に示すブロック図である。

図３は、図２におけるユニット８９から出る信号のタイミングを示す。

図４及び図５は、ユニット８９からの信号が表示目的のために記録され得る２つ の方法を示す。

図６は、本発明の他の局面を具体化したワークステーション表示画面の概略図で ある。

図７は、本発明のさらに他の局面に関連する画像表示の一部の概略図である。

図８は、本発明のさらに他の局面による非行処理システムのブロック図である。

図９は、本発明による他の並行処理システムの図８と同様のブロック図である。

図１０は、本発明のさらに他の局面によるビーム形成／操縦変換装置構成の概略 図である。

図１１は、本発明に適用される信号処理に関連する概略図である。

Ａ± 図１は、ヒトの内臓、特に動脈の画像を提供する方法及び装置のブロック概略図 であり、出願人の国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ８８１００９７１の図１と同じであ る。

ヒトの動脈３に挿入するカテーテル１は、環状超音波変換装置集合２が取り付け られているデジタル端１ａを有している。カテーテルの近位端は接続部４によっ て、図１の破線の右側に示されている装置に電気的に接続されている。

電気接続部４は、変換装置集合２を図１の破線の右側に概略的に示されている装 置に接続するために、カテーテル１を通り抜ける必要がある配線の本数を減らす 機能を有するマルチプレクサ／デマルチプレクサ５として機能する配線構成を備 えている。マルチプレラス／デマルチプレクス構成は、出願人の国際特許出願Ｐ ＣＴ／ＧＢ８８１００９７１の図３及び図４に、より詳細に示されている。

他のマルチプレクス構成も使用されることができる。例えば、多数の水晶体（ｃ ｒｙｓｔａｌｓ）が使用されている場合には特に集積回路マルチプレクサが用い られ得る。水晶体の数に応じて１又はそれ以上の集積回路マルチプレクサが使用 され得る。そのような集積回路マルチプレクサの１つはプレシジョンモノリシク スモデルＰＭＩ−ＭＵＸ−０８（Ｐｒｅｃｉｓ、ｉｏｎ　Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｓ　Ｍｏｄｅｌ　ＰＭ　Ｉ−ＭＵＸ−０８）によって製造されているものである 。

変換装置集合２は駆動回路６によって励起されて、変換装置集合２に超音波信号 を発生させる。変換装置集合２は発生された信号のエコーに応答し、それによっ てエコー信号が発生する。エコー信号はマルチプレクサ／デマルチプレクサ構成 ５を介して超音波受信回路７へ再び伝達され、次にアナログ−デジタル変換器８ へ送られる。アナログ−デジタル変換器８はアナログ電気エコー信号をデジタル 信号に変換する。

これらのデジタルエフ−信号は次に、高速入力・高速出力（ｆａｓ　ｔ−１ｎ− ｆ　ａｓｔ−ｏｕｔ）データ格納部９に送られ、ここからデジタルコンピュータ ｌ’０に送られる。

デジタルコンピュータ１０は、デジタルエコー信号が、高解像度グラフィック表 示端末工２−＼送られると動脈３内部の２次元リアルタイム表示を可能にする信 号に変換されるように、ソフトウェア１１によってプログラムされている。

２次元表示のハードコピーがプリンタ１３によって得られるようにしてもよい。

マルチプレクサ／デマルチプレクサ構成５、超音波駆動回路６、受信回路７、ア ナログ−デジタル変換器８、高速入力・高速出力格納部９及びデジタルコンピュ ータ１ｏは、出願人の上述の国際特許出願に説明されているようにすることも可 能である。

Ａｌ 図２は出願人の上述の国際特許出願における図８と同じであるが、かなり簡略化 されている。なぜなら、本出願のこの局面においては、出願人は、先の特許出願 のような３次元ノンリアルタイム画像ではなく２次元リアルタイム画像の作成に 関心を持っているからである。

２次元リアルタイム表示を作成するために探針からのエコー信号が処理され得る 多くの方法がある。例えば、出願人の上述の国際特許出願の図１８中のｒ２Ｄ画 像発生ユニット９３」から信号を取り出してそれらをリアルタイムで画像表示装 置へ送ることも可能である。

しかしながら、好ましい方法は本出願の図２に説明されている。図２において、 出願人の上述の国際特許出願の図１８と同じユニットを指す場合には同じ参照番 号が用いられている。

この好ましい構成において、ユニット８９からの信号はユニｙ　ト８９Ａにおい て分類／再整理され、直接又は画像品質を改善するために図１８と同様に同図の ユニット９０を通して、表示装置９２に送られる。

図１区厘」− 「分類／再整理」という用語の意味を、本出願の図３及び図５を参照して説明す る。

出願人の上述の国際特許出願に開示されているシステムにおいて、探針は４つず つの３（ｔｒｈｅｅ）グループ、つまり素子Ａ３Ａ２、Ａ３、Ａ４及びＢｌ、Ｂ ２、Ｂ３、Ｂ４及びＣ１，Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４からなるグループで発信される（ｆ ｉｒｅｄ）１２の変換装置素子を有している。これは先行特許出願の図３Ａに示 されており、はぼ（ｅｓｓｎｔｆａｌＩｙ）同一の構成が本出願の図３に示され ているか、本出願の図面の点は変換装置自身を示すものではない。

先行国際特許出願のシステムでは、変換装置素子Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４が同 時に発信され、その後素子Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４、続いてＣ１、Ｃ２、Ｃ３ 及びＣ４、次にＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４というように発信される。変換装置発信 のコノパターンを有することによって、４つの変換装置の各グループからのエコ ー信号が、探針／カテーテルの軸の位置を動脈の軸に関して特定することを可能 にする。例えば、変換装置が、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、その後Ｂ２、Ｃ２、Ａ ３、Ｂ３、・続いてＣ３、Ａ４、Ｂ４、Ｃ４のようなグループで発信される場合 は別である。

しかしながら、図３に示されているパターン及びすぐ上で説明されたパターンに おける変換装置の発信から得られるエコー信号は、隣接した順に、つまりＡ１の 後Ａ２、その後Ａ３、Ａ４の順にコンビ二一夕へ格納されるので、信号がコンピ ュータから表示装置へその順序でそのまま取り出された場合、それらの信号は正 しい画像を作成するには順序が誤っている。従って、表示するためにはこれらの 信号を再整理する必要がある。

この必要条件は２つの方法で満足されることができる。第１に、格納された信号 が格納された順に読み出されるが、表示システムのスィーブ角（ｓｗｅｅｐ　ａ ｎｇｌｅ）θが表示上の適当な半径に沿って信号データを配置するように変更さ れることが必要である。従って、スイープ角はθ１、θ４、θ７、θｌＯ２θ２ 、θ５、θ８、θ１１、θ３、θ６、θ９、θ１２の順で変更される。このよう なθの変更は、表示管のｘ−ｙ１１子銃を調整するアクティブ電子回路によって 容易に行われ得る。理想的な実行では、スィーブ角を順に含み、内容がソフトウ ェアから容易に変更できるＲＡＭ素子が組み込まれている。従って、走査シーケ ンスの変更又は変換装置素子の数の増加は容易に行われ得る。

第２のアプローチは、スイープ角（つまり、θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ ６、θ７、θ８、θ９、θ１０、θ１１、θ１２）の線形インクリメントを維持 するが、正しい表示を得るためにはメモリにおけるデータの必然的な再整理を必 要とする。再整理のアルゴリズムは直接的であり、その機能は図５に示されてい る。このタスクはハードウェア又はソフトウェアのいずれかで行われることがで きる。システム制御の順応性からみると後者が好ましい。

これら２つの方法のうち後者、つまり図５が、実行の簡単さの点では好ましい。

しかしながら、両者の方法に対して、ソフトウェアはオーバーヘッドが低いので 、リアルタイムで容易に実行できる。ソフトウェアオーバーヘッドが、例エバ、 変換装置素子の数の非常な増大のために非常に面倒である場合には特別なデジタ ルハードウェア回路が導入されることができ、プログラム可能であるという利点 を維持したまま、タスクを迅速に行う。

乱立 医療チームに２次元リアルタイム画像を提供するためにのミ説明されたシステム は、出願人の国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ８８１００９７１に開示されているシス テムと組み合わされることができ、医療チームは検査及び／又は手術される臓器 （例えば、動脈）のリアルタイム２次元画像及び３次元図を見る能力を共に有す ることができる。

本発明が提供できる表示の種類は図６に概略を示されており、以下に説明される 。

ビットマツプされた表示ユニット及び単一のＣＲＴ表示画面上に複数の表示を行 うことができるソフトウェア「ウィンドウ」環境を有する構造の電子ワークステ ーションが利用可能であることは現在では公知である。そのようなウィンドウソ フトウェア構造のための適当な公知のワークスチーシコンは「Ｘ−ウィンドウシ ステム」として知られているものである。これは、実質的には工業規格グラフィ ックユーザインタフェース（ＧＵＩ）であり、マサチューセッツ工科大学（ＭＩ Ｔ）によって広く開発されてきた。それは、ネットワーク透過及びベンダ独立操 作環境を提供し、いくつかのアプリケーション／タスクが同時にアクティブであ り得る同時実行を可能にする。

ＭＩＴからの「Ｘ−ウィンドウ」の現在のバージョンはＸ１１として公知である 。Ｘｌｌは専有の／’ｖ−ドウエアブラ、２トホームにポートされることができ る。例えば、デジタルエクイ、ブメントカンバ＝−（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｑｕｆ ｐｍｅｎｔ　Ｃｏｍｐａｎｙ　（ＤＥＣ））はｒＤＥＣｗｉｎｄｏｗｓＪ　とし て公知のものを発売している。いわゆる「Ｘウィンドウ」に関する他の情報は０ １ｉｖｅｒ　Ｊｏｎｅｓによる論文［Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ 　Ｘ−Ｗｉｎｄｏｗ　ＳｙｓｔｅｍＪ、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ　ＨａｌＬ１９８９に 言及されている。

これは、効率のよいマルチタスク及びマルチプロセッサ動作を容易にする、いわ ゆるクライアント−サーバー構造を有している。

このような種類のワークステーションを用いて本発明のシステムを適用すると、 リアルタイムで２次元画像を独立して表示することができ、出願人の出願ＰＣＴ ／ＧＢ８８１００９７１に開示されているシステムに応じてノンリアルタイムの ３次元画像の表示及び処理を含む他の表示操作が同時に起こることが可能となる 。

この構成は医療チームに関する限り実用上多くの重要な利点を有している。例え ば、臨床医が所望の動脈内部にカテーテルを位置づけるためにリアルタイム２次 元表示を独立して用いることができ、一方、医療チームの他のメン／　ｓｌ−が 走査パラメータ又は患者のデータを入力し、或いは患者の以前の走査から取った 画像を見直すこともある。さらに、様々な２次元リアルタイム画像が同時に表示 され得る。例えば、いわゆるＢモード画像がいわゆるドツプラー画像と共に表示 されることができる。さらに、異なる周波数の２つのＢモード画像が同時に表示 されることか可能である。

図６は、ワークスチー７ヨンＣＲＴ表示画面上でそのような表示がどのように見 え得るかを概略的に示している。

画面１０１の上部には、医療センターの識別１０３、使用者の識別１０４、及び 日時１０５などの識別情報を包含するように設定され得るゾーン１０２がある。

ゾーン１０２の下方には患者のデータ１０７を包含することができるゾーン１０ ６がある。

画面の左下側には、メニューのための第１の部分１０８Ａ及びサブメニューのた めの第２の部分１０８Ｂがある。画面１０１の下部にわたって、いわゆるオンラ インヘルプメツセージを表示するためのゾーン１０９がある。ゾーン１０９の下 には、ＦｌからＦｌ３とそれぞれ表記された多くのいわゆるソフト牛−がある。

「ソフト牛−」は文脈依存機能性を有する機能キーである。換言すると、特定の 機能キーの動作は一意的に限定されておらず側層されている文脈に依存する。

画面１０１の主要部分は、１又は複数の２次元リアルタイム画像と共に１又は複 数の３次元ノンリアルタイム画像を表示するために当てられている。

特に、２次元リアルタイムＢモード画像はゾーン１１０に表示され、３つの異な る３次元ノンリアルタイム画像がゾーン１１１．１１２、及び１１３に表示され ると共に、３次元画像に関連するテキストがゾーン１１４に表示されている。

さらに、ゾーン１１５は走査パラメータを包含するために用いられている。「走 査パラメータ」という用語は、走査周波数、脈管のサイズ、時間−利得補償（Ｔ ＧＣ）及び利得などの特定の走査変数の値をシステムに指定するために使用され ている。

画面１０２の右側には、縦型帯状ゾーン１１６があり、表示に利用可能なグレー スケール及びカラースペクトルを包含している。

図６はマルチウィンドウ表示の可能な構成の１つのみを示している。多くの他の 変更がなされ得るが、少なくとも１つの２次元リアルタイム画像及び少なくとも １つの３次元ノンリアルタイム画像が同時に画面上に表示可能であることが必須 である。

２次元画像と３次元画像との関係を図７を参照して説明する。

出願人の出願ＰＣＴ／ＧＢ８８１００９７１のシステムにおいて開示されている ように、３次元画像は、カテーテルが適当な臓器、例えば動脈を通して動（につ れて、いわゆる「パークアンドアクワイヤ（ｐａｒｋ−ａｎｄ−ａｃｑｕ（ｒｅ ）Ｊ手順を用いて離散数の２次元画像から発生される。

しかしながら、臨床医が利用しゃすいように多くの異なる方法で２次元画像及び ３次元画像を関連づけるために、ソフトウェアがシステム内に設けられ得る。

例えば、動脈内のカテーテルの位置が正確に知られていると仮定すると、２次元 画像は以前に獲得された（表示された）３次元画像にわたる断面と関連づけられ ることができる。以前に獲得された３次元画像は例えば、治療前の動脈の画像で ある。

図６に関連して全体的に開示されている構造、つまり、少なくとも１つの２次元 リアルタイム画像と少なくとも１つの３次元ノンリアルタイム画像の組合せを用 いることによって、図７に示される表示を得ることが可能となる。

この表示において、ノンリアルタイム３次元画像１２０はゾーン１１７に示され ている。その画像上では、動脈１２０の実際のリアルタイム２次元断面１２１は 矢印１１ｇによって指されている。画像１１９は、画像１２１と比較するための 治療前の動脈の以前に獲得された２次元断面を示している。

前述したように、これを達成するためには、カテーテルの正確な位置が分かって いなくてはならない。これは、ＤＳＡ整合によって達成され得る。

図６及び図７に示されているマルチウィンドウ表示が達成され得る方法を図８及 び図９を参照して以下に説明する。

殴ｌ又乏回主 ユーザにとって何らかの現実の臨床的価値がある場合にユーザによって「リアル タイム」と認められるものにおいては、２次元リアルタイムＢモード画像が捕ら えられ、処理され表示されなくてはならない。換言すると、臨床医が動脈などの 臓器内部でカテーテルを操作するにつれて、脈管の分析及び病状のフィードバッ ク臨床像を臨床医に与えることができなくてはならない。これを達成するために は、高速電子ブロセ７サユニットが通常必要である。

「リアルタイム」表示のためのこの必要条件に加えて、例えば、２次元リアルタ イムＢモード画像の同時処理及び例えば３次元ノンリアルタイム画像の供給を含 む様々なシステム機能などのいわゆるマルチタスクモードで動作する必要をシス テムにさらに課する場合、電子プロセッサの動作速度の要求にさらに負担を課す ことになる。現在ではこれらの要求に対処し得る電子プロセッサが存在するが、 それらは比較的高価であり、費用に対して最も効果的な解決策をこの問題に提供 するとは限らない。

従って、本発明は、少なくとも２つの必要なタスクを同時に実行するために、並 行して操作される少なくとも２つの独立した電子ブロモ、すを用いることを考え ている。

ブロモ、すのそのような並行処理の調整及び制御は非常に重要である。

本発明は、そのような調整及び制御が行われ得る多くの方法を考えており、２つ の例が図８及び図９に示されている。

図８の構成において、カテーテル１からのアナログ信号はデジタルインタフェー ス２０１へ、さらにＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｍｅｍｏｒｙ　Ａｄｄｒｅｓｓｉｎ ｇ）　リンク２０２を介して、２０３によって概括的に示されているマルチブロ モ、す構成に送られる。

現在では、並行モードで動作するようにプログラムされることが可能な多重プロ セッサを用いている利用可能な従来のコンビ二一夕がある。１つの例は、デジタ ルエクイノブメントカンパニーで製造されている製品であり、多重ＶＡＸブロセ 、すを用いているＤＥＣ３５００シリーズのワークステーションとして公知であ る。

多重プロセッサ構成２０３は第１のプロセッサ２０５及び第２のプロセッサ２０ ６から構成される。プロセッサ２０５は２次元リアルタイム表示に関連する信号 を処理するために用いられる。プロセッサ２０６は３次元ノンリアルタイム画像 の提供などの他の機能に関連する信号を処理するため、及びシステム全体の制御 を行うために用いられる。

入来信号に関連する部分２０４ａ及び格納画像に関連する部分２０４ｂを有する メモリ２０４がある。表示ウィンドウ２０７は２０８を介して画像格納部２０４ ｂにメモリマツプされる。

プロセッサ２０５及び２０６は、それぞれ、２０４ａの信号及び２０４ｂの画像 に対して動作することが可能である。

特に、システムソフトウェアは、ブロッセサの一方が２次元Ｂモード画像処理を するために用いられ、他方のプロセッサが他の７ステム機能及びシステム全体の 制御を行うことができるように構成されることが可能である。２次元画像処理の 速度をさらに向上させるために、カテーテルの変換装置素子からの信号が、ＤＭ Ａ制御によりＤＥＣ３！５００内部で規定されたメモリ領域に直接転送されるこ とも可能である。このメモリ領域は指定のプロセッサへ直マツププされ、得られ る画像は適当な表示ウィンドウに直接ビットマツプされルメモリ領域に保管され ることができる。

他の構成が図９に示されており、図９においてはトランスピユータ又はトランス ピユータアレイが用いられており、超音波信号の獲得を制御し、続いて信号を処 理し、画像を再構成し、さらにＤＭＡ制御によってホストメモリ、すのメモリに 画像データを直接転送する。

図９において、ホストコンビ二一夕は２０９で示されおり、ホストプロセッサ２ １０及びホストメモリ２１１を備えている。

トランスピユータボードは２１２で示されており、信号メモリ２１３及びトラン スピユータアレイ２１４を備えている。

トランスピユータの例は、−インモス（Ｉｎｍｏｓ）によって製造されているも のであり、Ｔ２１２及びＴ４１４として公知である。ボード自身もまた、パラコ ム（Ｐａｒａｃｏｍ）によって製造されているような専有のものであり、ＢＢＫ −ＤＲＩ　１又はＰａｒｓｙｔｅｃ　ＶＴＦとして公知である。

図８と同様に、カテーテルｌはＤＭＡ制御リンク２０２を介してデジタルインタ フェース２０１に接続されている。

トランスピユータはこのタイプの適用に対して理想的な構造を有しており、効果 的で比較的費用のかからない解決策を提供する。

例えばビーム形成、画像改善、又は組織の特性表示のための他の信号処理操作（ 以下を参照されたい）が、同一のアプローチを用いて、又はそれらを拡張してオ ンラインに加えられ得る。

図８及び図９に示されている例は、処理機能の容易なプログラム可能性を考慮し ているという点で有効な、公知の市販の高性能デジタル信号処理（ＤＳＰ）チッ プの使用に対して利点を有している。

殴上立 図１から図５に関連して、さらに出願人の出願ＰＣＴ／ＧＢ８８１００９７１に おいて説明されているように、カテーテルのデジタル端には特定の変換装置構成 が取り付けられている。説明された構成において、複数のく典型的には１２であ るが３２又は６４などのより大きな数とすることも可能である）変換装置素子が カテーテルのデジタル端の周りに環状構造で配置されている。

１２の変換装置素子を有する上述の構成では、互いに９０度間隔で転置された４ つの素子が同時に励起され、４つのこのように配置された３組が順番に励起され て、そのまま回転十字曲線ビーム構成を提供する。

これらの以前に説明された構成において、各変換装置は得られる超音波エコーの 伝送及び受信のために用いられる。

図１０Ｃは他の構成を示しており、主要な相違点は、この構成においてはエコー 信号は、変換装置或いは出力信号が発信される変換装置とは異なる１又は複数の 変換装置上で受信されることである。

特に、本発明は、図１から図５に関連して前に説〃されたシステム及び出願人の 出願ＰＣＴ／ＧＢ８ｇ１００９７１に開示されているシステムの種類において、 いわゆるビーム形成及びビーム操縦（ｂｅａｍ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ）構成（これ らは他の分野ではレーダー及びソナーとして公知である）を用いることに関する 。

ビーム形成及びビーム操縦を用いることによって、非常に向上された方位角解像 度を達成することができる。

ビーム操縦を達成するために、伝送信号又は受信信号のそれぞれの相対的振幅及 び位相が慎重に制御されてビームの方向及びビームのプロファイルを決定しなく てはならない。適当な変換装置の特性は（に、ω（オメガ））−空間におけるモ デルを用いて比較的容易に計算される（坦は空間周波数であり、ω（オメガ）は 時間周波数である）。確立されたビーム形成方法の例は、いわゆる遅延及び和（ ｄｅｌａｙ−ａｎｄ−ｓｕｍ）ビーム形成法並びにいわゆるフィルタ及び和（ｆ 　ｉ　１　ｔ　ｅ　ｒ−ａ　ｎｄ−ｓ　ｕｍ）ビーム形成法である。Ｐｒｉｄｈ ａｍ　Ｒ，Ｇ、及びＭｕｃｃｉ　Ｒ，Ａ、による発表「Ａ　’ｎｏｖｅｌ　ａｐ ｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｄｉｇｉｔａｓ　ｂｅａｍ　ｆｏｒｍｉｎｇｊ、　ｔｈｅ 　Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　ｔｈｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙｏｆ　 Ａｍｅｒｉｃａ　６３　４２５−４３４、１９７８、並びにＤｕｄｇｅｏｎ　Ｄ 、Ｅ、及びＭｅｒｓｅｒｅａｕＲ，Ｍ、による論文ｒＭｕｌｔｉ−ｄｉｍｅｎｓ ｉｏｎａｌｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＪ、Ｐｒｅｎ ｔｉｃｅ　Ｈａｌｌ、１９８４を参照されたい。

図１０Ａは従来の走査構成を示しており、ビーム形成及びビーム操縦を用いない ものである。これに対して図１０Ｂは図１ＯＡと同様の一列の変換装置と共にビ ーム形成及びビーム操縦構成を示している。本発明で実際に用いられている構成 は図１０Ｃに概略を示されており、図１００において、変換装置はアーチ型バス 上に位置している（実際には全体の変換装置アレイのための円形パス上に位置し ているが一部のみが概略的に示されている）。

図１０Ａに示されている従来の走査構成において、各変換装置２５０．２５１． ２５２．２５３．２５４は、一定のインソネイ７ｇ７（ｊｎｓｏｎａｔｉｏｎ） 軸２６０から２６４に沿った一定の空間ゾーンをそれぞれインソネイトする。

この一定の空間ゾーンは水晶体の中央の垂直軸に対して通常は対称的である。各 点で各変換装置に受信される信号はその後、反射した超音波強度の変換装置から 等距離の波の先頭に沿って統合される。得られる信号はその後、変換装置から特 定の距離の軸上の点に帰する、或いは弧の長さが水晶体の数又はビーム幅に関連 するところで弧に帰することができる。

この方法を用いて、解剖表面（例えば、動脈の）は、各変換装置の垂直軸上にあ る一定数の点でのみ効果的にインソネイトされているので、所定数の変換装置の ための解像度が制限される。

しかしながら、制御された方法でビームを操縦するためにビーム形成技術が用い られる場合、これによって図１ＯＡの固定の垂直軸２６０から２６４以外の点で インソネイシコンが起こる。

ビーム形成構成は図１０Ｂに概略的に示されている。図１ＯＢにおいて、変換装 置及びそれらに付随する垂直軸は図１０Ａと同じ参照番号を有している。しかし ながら、この構成では、各変換装置は、変換装置２５２に伴って２７０．２７１ ．２７２．２７３．２７４、及び２７５で示されるような付加的なイン”ノ不イ ション軸を有している。

従って、画像の効果的な方位角解像度は変換装置の数を増やすことな（実質的に 増大されることが可能である。例えば、図１０Ａの構成における６４個の変換装 置に等しい効果的解ｉ度は、図１０Ｂの構成においては３２個のみの変換装置を 用いて達成されることができる。

しかしながら、これらの公知のビーム形成及びビーム操縦構成は、修正を行わず に本発明のシステムにおいてそのまま用いられることはできない。そのような修 正は、本発明の変換装置素子が湾曲した表面上に取り付けられているという事実 を考慮するためには必要である。この湾曲（図１０Ｃに示されている）のために 、垂直に発信／受信を行わない各変換装置くつまり、図１０Ｃの変換装置３０２ を除く全ての変換装置）に対して振幅補正を行うことが必要である。垂直に発信 又は受信を行わない変換装置に対して存在する付加的な伝播路を考慮すると位相 補正も必要である。

図１０Ｃに示されている構成では、円の皿上にある５つの変換装置があり、中央 のものが３０２、その右側の２つが３０２＋１及び３０２＋２、その左側の２つ が３０２−１．３０２−２の番号をそれぞれ付けられている。

超音波ビームはそのような構成によって発生され、動脈の内壁を一掃するように 電子的に操縦されて、カテーテルのデジタル端に回転可能に取り付けられた変換 装置を有するような先行技術で機素された構成に頼らずに高解像度画像を提供す ることができると考えられている。そのような従来の構成は、摩損及び妨害を受 け易い可動部分であるという欠点を有し、患者に潜在的危険を与える。

本発明によって考えられたビーム形成及びビーム操縦構成では、ビームの動きは 電子的に行われるので、上記のような欠点を克服する。

前述したように、図１００に示されている構成では、垂直に発信／受信を行わな い変換装置、つまり変換装置３０２を除く全てに対して振幅及び位相補正を行う 必要がある。

特に、これらの補正は、変換装置３０２−１への振幅補正か変換装置３０２＋１ への振幅補正と等しくなり、同様に変換装置３０２−２への振幅補正が変換装置 ３０２＋２への振幅補正と等しくなるように行われるべきである。

同様に、３０２−１への位相補正は３０２＋１への位相補正と等しくし、以下同 様にすべきである。

図１１ 本発明のシステムでは、デジタルコンビ二一夕の使用及び画像がデジタル信号を 処理することにより発生されるという事実によって、アナログ信号の使用に基づ 〈従来のシステムに比べて画像品質の大きな改善が達成され得る。

特に、信号処理技術が用いられることができるので２次元画像の品質が非常に高 められる。

これらの技術の例は以下を包含する。

ａ）不必要な雑音要素を取り除（、或いはエツジ構造を向上させるための各変換 装置からの信号の空間フィルタリング、ｂ）周波数分散情報の抽出を最適化する ための変換装置信号の分光フィルタリング、 Ｃ）半径方向への画像フィルタリングに対応する各変換装置信号のフィルタリン グに加えて、方位角方向での信号の空間フィルタリングが実行されることができ 、信号特性の人為的ステップを隣接する変換装置から取り除くごとによって画像 を向上させる。ここで、「人為」という用語は、画像形成システムハードウェア 又は信号処理アルゴリズムの欠陥によって生じる、時間／予測値からの画像信号 の不必要な／予測不可能なずれを表している。方位角方向での信号ステップは、 各変換装置の位置に対応するセクタ間の境界を形成することによって現れる。

方位角方向での非常に複雑な空間フィルタリングはセクタ間の認められるステ、 ブを低減するために用いられ得るので、画像のアセティツクな（ａｓ　ｔｈｅ　 ｔ　ｉｃ）／知覚的な質が改善される。ビーム形成技術と組み合わせて動的にビ ームを操縦する場合、方位角方向での優れた画像信号連続性が期待され得る。

ｄ）ａ）及びＣ）は２次元画像全体を空間フィルタリングすることによって組み 合わせることができる。これは、例えば、極座標システムを用いて、フーリエ領 域において達成されることができる。空間フィルタリングは２つの拡大アプロー チを用いて達成されることができる。これらは、空間領域の回旋又は空間周波数 領域における倍数フィルタリングのいずれかである。フーリエ変換（又は関連す る変換）は２つの領域間のデータ変換のために用いられることができる。

たいていの画像処理操作はデカルト（ｃａｒｔｅｓｉａｎ）座標システムを用い て実行される。画像中のどの点も空間座標（ｘ、ｙ）で表記される。画像の空間 周波数マツプはデカルト座標（Ｕ、Ｖ）を用いて説明されるものと同様である。

これらの情況において、フーリエ変換はデカルト方向でめられる。

しかしながら、本発明に関わる画像は画像獲得プロセスのために本質的に放射構 造を有しているので、それらを極座標（ｒ、０）で表すことは潜在的に有利であ る。ここで、ｒ＝　（ｘ＋ｙ）　１１２ θ＝　ｔ　ａ　ｎ−’　＜Ｙ／ｘ） である。

離散マトリクス上でのそのような画像の正確な表示は極座標においてより容易に 達成される。画像の空間周波数の情況は極座標（ｐ、Ｏ）で表されるものと同様 であり得る。フーリエ変換を極脂式に書き換えることによって、画像の空間フィ ルタリングは能率のよい方法で容易に実行されることができる。

ｅ）特徴抽出、特徴認識及び組織の特徴付けの信号処理アルゴリズムは非常に重 要である。そのようなアルゴリズムは、２次元画像に直接作用するためにリアル タイムで実行される必要があると考えられる。

補正書の写しく翻訳文）提出書く特許法第１８４条の８）１．特許出願の表示 ＰＣＴ／ＧＢ９０１００８３０ ２、発明の名称 内臓の検査及び治療のための方法並びに装置３、特許出願人 住所　イギリス国　ハートフォードシャー、ボアハムウッド、シェンリー　ロー ド　６工− 名称　サー牛コレージョン　リサーチ　リミテッド４、代理人 住所　〒５４０　大阪府大阪市中央区域見−下目２番２７号５、補正書の提出年 月日 １９９１年９月１０日 ６、添付書類の目録 即時性という利点を有するが、比較的悪い解像度の画像を提供するという欠点を 有する。

本出廓の発明は、出願人の上記の先行特許出願に開示されているシステムの利点 の一部と組み合わせた上記アナログの従来技術の利点の一部を提供することに関 する。

本発明によると、ヒトの内臓の画像を提供するためのシステムは以下の構成要素 の組合せを備えている。

（ａ）人体内に挿入するカテーテル、 （１））カテーテルに取り付けられている超音波変換装置集合、（Ｃ）変換装置 を励起させて超音波を発生する手段、（ｄ）得られたアナログ超音波エコー信号 を受信し、エコー信号の処理を行う前にそれらをデジタル信号に変換する手段、 （ｅ）デジタル信号が送られるデジタルコンビニータ、（【）臓器の２次元リア ルタイム表示が作成され得るようにデジタル信号をデジタルコンビニータで処理 する手段、及び（ｇ）２次元表示を視覚的に行うためにコンピュータに接続され る手段。

本発明の第２の局面によると、２次元リアルタイム画像を提供するシステムは、 ３次元ノンリアルタイム画像を提供する出願人の国際出願ＰＣＴ／ＧＢ８８１０ ０９７１のシステムと組み合わされている。これは、２次元リアルタイム画像及 び３次元ノンリアルタイム画像の両方を同一画面上に表示する手段を有するワー クステーションの使用によって達成されることが好ましい。

本発明の他の局面によると、２次元リアルタイム画像を発生する手段は並行動作 に適合した少なくとも２つのデジタル処理ユニットを備えている。

（以下余白） 本出願のこの局面においては、出願人は、先の特許出願のよ　・うな３次元ノン リアルタイム画像ではなく２次元リアルタイム画像の作成に関心を持っているか らである。

２次元リアルタイム表示を作成するために探針からのエコー信号が処理され得る 多くの方法がある。例えば、出願人の上述の国際特許出願の図１８中のｒ２Ｄ画 像発生ユニット９３」から信号を取り出してそれらをリアルタイムで画像表示装 置へ送ることも可能である。

しかしながら、好ましい方法は本出願の図２に説明されている。図２において、 出願人の上述の国際特許出願の図１８と同じユニットを指す場合には同じ参照番 号が用いられている。

この好ましい構成において、ユニット８９からの信号はユニッ）８９Ａにおいて 分類／再整理され、その後、直接又は画像品質を改善するために図１８と同様に 同図のユニット９０を通して、表示装置９２に送られる。

Ｌ皿 「分類／再整理」という用語の意味を、本出願の図３及び図５を参照して説明す る。

出願人の上述の国際特許出願に開示されているシステムにおいて、探針は４つず つの３グループ、つまり素子Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４及びＢＩＳ　Ｂ２、Ｂ３、 Ｂ４及びｃｌ、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４からなるグループで発信される（ｆｉｒｅｄ） １２の変換装置素子を有している。これは先行特許出願の図３Ａに示されており 、はぼ同一の構成が本出願の図３に示されているが、本出願の図面の点は変換装 置自身を示すものではない。

先行国際特許出願のシステムでは、変換装置素子Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４が同 時に発信され、その後素子Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４、続いてＣＩ、Ｃ２、Ｃ３ 及びＣ４、次にＡｌ。

Ａ２、Ａ３、Ａ４というように発信される。変換装置発信のこのパターンを有す ることによって、４つの変換装置の各グループからのエコー信号が、探針／カテ ーテルの軸の位置を動脈の軸に関して特定することを可能にする。例えば、変換 装置が、Ａ１、Ｂ１、Ｃ３Ａ２、その後Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、続いてＣ３、 Ａ４、Ｂ４、Ｃ４のようなグループで発信される場合は別である。

しかしながら、図３に示されているパターン及びすぐ上で説明されたパターンに おける変換装置の発信から得られるエコー信号は、隣接した順に、つまりＡ１の 後Ａ２、その後Ａ３、Ａ４の順にそのコンビコータへ格納されるので、信号がコ ンピュータから表示装置へその順序でそのまま取り出された場合、それらの信号 は正しい画像を作成するには順序が誤っている。従って、表示するためにはこれ らの信号を再整理する必要がある。

この必要条件は２つの方法で満足されることができる。第１に、格納された信号 が格納された順に読み出されるが、表示システムのスイープ角（ｓｗｅｅｐ　ａ ｎｇｌ　ｅ）Ｏが表示上の適当な半径に沿って信号データを配置するように変更 されることが必要である。従って、スィーブ角は０１．０４．０７．０１０．０ ２．０５．０８．０１１．０３．０６．０９．０１２の順で変更される。このよ うなＯの変更は、表示管のｘ−Ｙ電子銃を調整するアクティブ電子回路によって 容易に行われ得る。

（以下余白） 組違！υＬｍ １．ヒトの臓器内部の画像を提供するシステムであって、下記の構成要素、即ち 、 （ａ）人体内に挿入するカテーテル、 （ｂ）該カテーテルに取り付けられている超音波変換装置集合、 （Ｃ）該変換装置を励起させて超音波信号を発生する手段、（ｄ）得られたアナ ログ超音波エコー信号を受信し、該エコー信号の処理を行う前に該エコー信号を デジタル信号に変換する手段、 （ｅ）該デジタル信号が送られるデジタルコンピュータ、（ｆ）臓器の２次元リ アルタイム表示が作成され得るように該デジタル信号を該デジタルコンビ二一夕 で処理する手段、及び （ｇ）２次元表示を視覚的に行うためにコンビエータに接続されている手段、 を組み合わせたものを備えているシステム。

２、請求項１に記載のシステムであって、出願人の国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ８ ８１００９７１に請求されているシステムと組み合わされ、３次元ノンリアルタ イム画像を提供するシステム。

３、請求項２に記載のシステムであって、２次元リアルタイム画像及び３次元ノ ンリアルタイム画像の両方を同時に表示する手段を有するワークステーションを 備えているシステム。

４、前記請求項のいずれか１つに記載のシステムであって、前記２次元リアルタ イム画像を発生する手段は、並行動作に適合した少なくとも２つのデジタル処理 二二、トを備えている、システム。

５、　１又はそれ以上の変換装置素子から発信され該変換装置素子により受信さ れる超音波信号によって人体の内臓を視覚化する種類のシステムであって、アナ ログ超音波エコー信号を受信し、該エコー信号の処理を行う前に該エコー信号を デジタル信号に変換する手段、及び臓器の２次元リアルタイム表示が作成され得 るように該デジタル信号をデジタルコンピュータで処理する手段によって特徴付 けられ、変換装置素子がビーム形成及びビーム操縦が達成され得る回路に配置さ れており、それによって目標物が該ビームによって掃引されて所定数の変換装置 に対する向上した解像度を与える、システム。

６、前記請求項のいずれか１つに記載のシステムであって、２次元又は２次元画 像の品質を高めるために、前記超音波変換装置素子から受信されたデジタル信号 を処理する手段を有するシステム。

７．１又はそれ以上の変換装置素子から発信され、該変換装置素子により受信さ れる超音波信号によって人体の内臓を視覚化スる種類のシステムであって、アナ ログ超音波エコー信号を受信し、該エコー信号の処理を行う前に該エコー信号を デジタル信号に変換する手段、及び臓器の２次元リアルタイム表示が作成され得 るように該デジタル信号をデジタルコンビ二一夕で処理する手段によって特徴付 けられ、変換装置素子が回路に配置されており、該システムが１又はそれ以上の ウィンドウを表示装置に提供する手段を宵するワークステーションを備えている システム。

８．１又はそれ以上の変換装置素子から発信され、該変換装置素子により受信さ れる超音波信号によって人体の内臓を視覚化する種類のシステムであって、アナ ログ超音波エコー信号を受信し、該エコー信号の処理を行う前に該エコー信号を デジタル信号に変換する手段、及び臓器の２次元リアルタイム表示が作成され得 るように該デジタル信号をデジタルコンピュータで処理する手段によって特徴付 けられ、変換装置素子が回路に配置されており、該システムが極座標で画像処理 データを表示する手段を備えているシステム。

９、請求項１及び請求項５、又は請求項１及び請求項７、又は請求項５及び請求 項７、又は請求項１．５及び７、又は請求項１及び８、又は請求項１．５及び８ 、又は請求項１．７及び８、又は請求項５及び訳又は請求項７及び８、又は請求 項１．５．７及び８の特徴を組み合わせた／ステム。

国際調査報告 １゜１．．７５７．。＋ｖｌ　Ａ＋ｐ、１゜、、、Ｎ、　ＰＣＴ／Ｇｌ］　９０ １００Ｂ３０、、、、、、、、、、、　、、、、、、、、、　ｋ’＋　ＰＣＴ／ ＧＢ　９０１００８３０国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．ヒトの臓器内部の画像を提供するシステムであって、下記の構成要素、即ち 、 （ａ）人体内に挿入するカテーテル、 （ｂ）該カテーテルに取り付けられている超音波変換装置集合、 （ｃ）該変換装置を励起させて超音波信号を発生する手段、（ｄ）得られた超音 波エコー信号を受信し、該エコー信号をデジタル信号に変換する手段、 （ｅ）該デジタル信号が送られるデジタルコンピュータ、（ｆ）臓器の２次元リ アルタイム表示が作成され得るように該デジタル信号を処理する手段、及び（ｇ ）２次元表示を視覚的に行うためにコンピュータに接続されている手段、 を組み合わせたものを備えているシステム。
2. ２．請求項１に記載のシステムであって、出願人の国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ８ ８／００９７１に請求されているシステムと組み合わされ、３次元ノンリアルタ イム画像を提供するシステム。
3. ３．請求項２に記載のシステムであって、２次元リアルタイム画像及び３次元ノ ンリアルタイム画像の両方を同時に表示する手段を有するワークステーションを 備えているシステム。
4. ４．前記請求項のいずれか１つに記載のシステムであって、前記２次元リアルタ イム画像を発生する手段は、並行動作に適合した少なくとも２つのデジタル処理 ユニットを備えている、システム。
5. ５．１又はそれ以上の変換装置素子から発信され該変換装置素子により受信され る超音波信号によって人体の内臓を視覚化する種類のシステムであって、アレイ がビーム形成及びビーム操縦が達成され得る回路構成に備えられており、それに よって目標物が該ビーム（ｂｅａｍｎ）によって掃引されて所定数の変換装置に 対する向上した解像度を与えることを特徴とするシステム。
6. ６．前記請求項のいずれか１つに記載のシステムであって、２次元又は２次元画 像の品質を高めるために、前記超音波変換装置素子から受信されたデジタル信号 を処理する手段を有するシステム。
7. ７．１又はそれ以上の変換装置素子から発信され、該変換装置素子により受信さ れる超音波信号によって人体の内臓を視覚化する種類のシステムであって、該シ ステムが１又はそれ以上のウインドウを表示装置に提供する手段を有するワーク ステーションを備えていることを特徴とするシステム。
8. ８．１又はそれ以上の変換装置素子から発信され、該変換装置素子により受信さ れる超音波信号によって人体の内臓を視覚化する種類のシステムであって、該シ ステムが極座標で画像処理データを表示する手段を備えているシステム。
9. ９．請求項１及び請求項５、又は請求項１及び請求項７、又は請求項５及び請求 項７、又は請求項１、５及び７、又は請求項１及び８、又は請求項１、５及び８ 、又は請求項１、７及び８、又は請求項５及び８、又は請求項７及び８、又は請 求項１、５、７及び８の特徴を組み合わせたシステム。