JP7515484B2 - 超音波ベースの脈管内の３次元外傷検証 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、両方とも、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１８年１０月１１日に出願された米国非仮特許出願第１６／１５７，４６５号および２０１８年８月３１日に出願された米国仮出願第６２／７２５，６５５号の利益を主張する。

本開示は、３次元超音波監視を使用するヒト組織の可視化および特性評価のためのシステムならびに方法に関する。具体的には、本開示は、開示される組織特性評価方法を使用して、アブレーションおよび類似する手技の間の組織のアブレーションの完全性の可視化および監視に関する。

内側身体領域を可視化するように構成される典型的な超音波システムでは、動的力が、多くの場合、採用され、経時的に身体領域の動的移動をもたらす。これらの動的力および移動は、構造の撮像が、リアルタイム（例えば、＞２０Ｈｚ）で可能にされることができない場合、内部撮像デバイスを安定させ、一貫した正確な画像を発生させることを困難にする。その結果、捕捉された画像は、多くの場合、適切な治療または療法を処方するために要求される必要な品質が欠如し、内部リアルタイム撮像は、それぞれ、小さい２次元面積または３次元体積領域に限定される。加えて、典型的な超音波システムは、組織および解剖学的構造が、間隔を変化させる、またはさらには画像入手要素に接触し、画像を分析困難にする傾向があるように構成される。外部撮像モダリティもまた、撮像のために利用可能であるが、これらのモダリティは、その独自の短所を有する。例えば、一部の対象は、Ｘ線撮像または対象の中に導入される造影剤に対して否定的な反応を有し、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）は、手術中の使用に関して非実践的な広範囲にわたる入手プロトコルを要求し、外部超音波システムは、身体の明確に制御された位置付けを伴う内側身体領域および構造しか可視化することができない。

身体の動画像を表示するためにＸ線を採用する撮像モダリティとしての蛍光透視が、心臓または脈管内の他の場所においてアブレーション手技を実施するための一般的な実践である。心内膜アブレーション手技では、蛍光透視は、マッピングシステムと併せて使用され、抽出された解剖学的モデルに関連してカテーテルの位置および配向を可視化し、また、該解剖学的モデルとオーバーレイされた電気的活動を表示する。蛍光透視およびマッピングシステムは両方とも、概して、心臓内の解剖学的目印を識別し、標的化アブレーション部位に対するアブレーション電極または複数の電極の位置を位置特定するために使用される。しかしながら、蛍光透視およびマッピングシステムは、多くの場合、これらの解剖学的部位を識別することができない。さらに、蛍光透視およびマッピングシステムは、所望の外傷パターンが、標的解剖学的位置における１回または複数回のアブレーション後に作成されているかどうかを検出しない。代わりに、外傷特性が意図されるようなものであるかどうかを決定するステップが、印加されたアブレーション電力、組織温度、およびアブレーション時間の経験的測定に基づいて推測される。さらに、蛍光透視は、梗塞性組織と正常組織とを区別することが可能ではなく、それによって、介入の間に手技の成功を査定することを困難にする。

本分野における革新は、前述の欠点に対処するための多くの解決策を提供している。例えば、ＭｃＧｅｅ ｅｔ ａｌ．（米国特許第５，７５２，５１８号）は、脈管の内側のセンサを安定させるためのシステムを教示している。しかしながら、ＭｃＧｅｅのシステムは、組織のアブレーションの深度を識別することが可能ではない。その結果、ＭｃＧｅｅにおいて提供される解決策は、可視である表面アブレーション領域が、完全であるとして識別可能であるときであっても、手技の成功を決定することを困難にする。別の実施例として、Ｋｏｂｌｉｓｈ ｅｔ ａｌ．（米国特許公開第２０１４／００８１２６２号）は、アブレーション深度評価のためのシステムを開示しているが、しかしながら、システムは、近接場超音波および１次元（前方視）評価のみに限定される。別の実施例として、Ｈａｒｋｓ ｅｔ ａｌ．（米国特許第９，９０１，３２１号）は、直接超音波強度を使用するアブレーション評価のためのシステムを説明している。

本発明の一側面によると、カテーテルであって、カテーテル先端であって、音響筐体内の超音波送信機およびセンサの形態における超音波トランスデューサを備える超音波トランスデューサアレイを有する、カテーテル先端と、超音波トランスデューサの電気的、機械的、および回転接続のために構成される、カテーテル本体と、回転および電気信号の両方を超音波トランスデューサアレイに伝達するように構成される、カテーテルシャフトとを備える、カテーテルと、コンソールであって、超音波トランスデューサアレイが、カテーテル先端の円周方向に周囲の３６０度角度にわたって連続的にデータを捕捉するように、音響筐体内の超音波トランスデューサアレイの回転または位置付けを可能にするために、カテーテルシャフトを介して超音波トランスデューサアレイに接続される、回転モータと、カテーテルシャフトおよびカテーテル本体を通して超音波トランスデューサアレイに電気的に接続される、超音波モジュールと、サーバを備える、撮像ワークステーションであって、撮像ワークステーションは、超音波モジュールに結合され、処理パワーおよび記憶能力を超音波モジュールに提供し、超音波トランスデューサアレイからの組織パラメータ抽出データに関する捕捉された解剖学的撮像データおよび機能的撮像を処理し、データから２次元画像、３次元画像、または４次元画像を発生させ、双方向ディスプレイ操作を用いて２次元画像、３次元画像、または４次元画像の表示を可能にするように構成される、撮像ワークステーションとを備える、コンソールとを含む、超音波撮像システムが、開示される。

超音波送信機およびセンサは、超音波パルスを伝送し、超音波パルスのエコーを受信するように構成される、複数の圧電トランスデューサを備えてもよく、全ての圧電トランスデューサは、並列である。

カテーテル先端はさらに、カテーテル先端の複数の超音波トランスデューサアレイの操向、追跡、および回転のうちの少なくとも１つを可能にするように構成される、制御要素を備えてもよい。

カテーテル本体は、外側シースと、超音波トランスデューサアレイに結合するように構成される、コネクタと、外側シース内の第１の同心カテーテルであって、第１の同心カテーテルは、第１の同心カテーテルが、カテーテル先端の外側から回転可能であり、カテーテル先端における音響筐体内で超音波トランスデューサアレイを回転させるように構成されるように、超音波トランスデューサアレイおよびコネクタに接続される、第１の同心カテーテルと、超音波トランスデューサアレイ全て（すなわち、各トランスデューサ要素）をコネクタおよび音響筐体に電気的に接続するための内部電気配線を備える、第２の同心カテーテルとを備えてもよい。

超音波モジュールは、超音波トランスデューサアレイの回転および超音波トランスデューサアレイ内の超音波送信機による超音波パルスの発射を決定ならびに制御し、従来の走査線撮像に沿った超高速撮像（平面波、発散波）を支援するように構成されてもよい。

撮像ワークステーションと組み合わせた超音波モジュールは、超音波トランスデューサアレイ内の超音波送信機による超音波パルスの発射シーケンスをスケジューリングし、超音波トランスデューサアレイ内のセンサによる収集された反射超音波データを処理し、２次元画像、３次元画像、または４次元画像を生成するように構成されてもよい。

撮像ワークステーションと組み合わせた超音波モジュールは、超音波トランスデューサアレイ内のセンサによって収集されたデータから静的または回転補正されたスライスベースの画像を発生させてもよい。

撮像ワークステーションと組み合わせた超音波モジュールは、超音波トランスデューサアレイ内のセンサによって収集されたデータから体積ベースの画像を発生させるように構成されてもよい。

超音波センサアレイ先端は、静的であってもよく、角度回転は、ソフトウェアによって遂行されてもよい。

グレースケール解剖学的データ（例えば、Ｂモード）が、超高速撮像データを使用して捕捉されてもよい。

組織機能的撮像が、組織パラメータ抽出データに関する弾性撮像を捕捉するために使用されてもよい。

撮像ワークステーションはさらに、組織特性評価および視覚的確認を抽出し、標的組織の表面および組織の深度にわたるアブレーション手技の完全性を決定するように構成されてもよい。

撮像ワークステーションはさらに、組織パラメータ抽出データに関する捕捉された解剖学的撮像データおよび弾性撮像から、解剖学的画像、機能的画像、および組み合わせられた画像のうちの少なくとも１つを表示するように構成されてもよい。

撮像ワークステーションはさらに、マルチモード撮像を実施するように構成されてもよい。

表示された画像は、超音波撮像およびアブレーション手技が、実施されている間のアブレーション手技の正確度および完全性の監視ならびに検証を可能にしてもよい。

本発明の別の側面によると、データベース内に収集および記憶された画像データを読み出すステップと、読み出された画像データに基づいて、輝度モードおよび機能的組織撮像からの単一の画像シーケンスに関するチャネルデータを合併するステップと、合併されたチャネル（エコー）データを使用して、２次元画像、３次元画像、または４次元画像のうちの少なくとも１つを再構成するステップと、２次元画像、３次元画像、または４次元画像のうちの少なくとも１つをディスプレイに出力するステップとを含む、スライスベースの画像を再構成および可視化するための方法が、開示される。

本発明のさらなる側面によると、データベース内に収集および記憶された画像データを読み出すステップと、読み出された超音波エコーデータに基づいて、解剖学的および機能的組織撮像からの単一の発射パターンに関するチャネルデータを合併するステップと、超音波撮像システムを使用して、合併されたチャネルデータを使用して、３次元画像または４次元画像のうちの少なくとも１つを再構成するステップと、３次元画像または４次元画像のうちの少なくとも１つをディスプレイに出力するステップとを含む、体積ベースの画像を再構成および可視化するための方法が、説明される。

本発明のまた別の側面によると、近位端と、遠位端とを備える、カテーテルであって、カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、カテーテル先端は、音響筐体内に封入される、超音波トランスデューサアレイを備え、カテーテルの遠位端は、脈管内の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、周辺脈管から超音波エコーを受信しながら、音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、カテーテルに結合される、コンソールであって、カテーテルは、埋設された超音波モジュールと、プロセッサおよび記憶能力を伴う撮像ワークステーションとを備え、コンソールは、超音波撮像データ捕捉を計画し、同期された回転およびパルシング制御を超音波トランスデューサアレイに提供し、超音波トランスデューサアレイによって受信された超音波エコーから捕捉されたデータを受信、合併、および処理し、手技の部位におけるカテーテル先端を囲繞する脈管に関する組織画像データおよび組織特性評価データを発生させることを可能にされ、撮像ワークステーションはさらに、脈管内の手技の双方向かつリアルタイム制御および検証のために、ディスプレイ上で手技の部位における脈管の受信および処理された組織画像データならびに組織特性評価データのうちの少なくとも１つの少なくとも２次元画像、３次元画像、または４次元画像を表示するように構成される、コンソールとを含む、脈管内の手技のリアルタイム制御および検証のための撮像システムが、開示される。

撮像システムは、手技が、脈管内で実行されている際、手技のリアルタイム制御および原位置検証のために、手技カテーテルまたは手技器具に取り付けられてもよい。

（ｉ）近位端と、遠位端とを備える、カテーテルであって、カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイを備え、カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、（ｉｉ）カテーテルと通信可能に結合される、コントローラとを含む、撮像システムを使用する超音波撮像のための方法であって、本方法は、カテーテルの縦方向軸を中心として、音響トランスデューサのアレイを含むカテーテルを円周方向に回転させるステップと、カテーテルを回転させるステップの間、異なる伝送角度位置のセットにおける音響トランスデューサのアレイによって、媒体の観察体積において１つ以上の平面波を表す複数の入射音響波信号を伝送するステップと、異なる受信角度位置のセットにおける音響トランスデューサのアレイによって、複数の反射信号を受信するステップであって、複数の反射信号はそれぞれ、媒体によって反射される複数の入射音響波信号のうちの１つに対応し、複数の反射信号のうちの少なくとも１つは、対応する伝送された入射音響波信号の伝送角度位置と異なる受信角度位置において音響トランスデューサのアレイによって受信される、ステップと、少なくとも、複数の反射信号であって、個別の反射信号のうちの少なくとも１つに関して、（ａ）個別の反射信号に対応する入射音響波信号に関する音響トランスデューサのそれぞれの伝送角度位置と、（ｂ）個別の反射信号に関する音響トランスデューサのそれぞれの受信角度位置であって、個別の反射信号に関する音響トランスデューサの受信角度位置は、個別の反射信号に関する音響トランスデューサの伝送角度位置と異なる、個別の反射信号に関する音響トランスデューサのそれぞれの受信角度位置との関数として媒体の画像を発生させるステップとを含む。

（ｉ）近位端と、遠位端とを備える、カテーテルであって、カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイを備え、カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、（ｉｉ）カテーテルと通信可能に結合される、コントローラとを含む、撮像システムを使用する超音波撮像のための方法であって、本方法は、アブレーション手技の前に、カテーテルの縦方向軸を中心として、音響トランスデューサのアレイを含むカテーテルを円周方向に回転させるステップと、カテーテルを円周方向に回転させるステップの間、音響トランスデューサのアレイによって、媒体の観察面積内で角度付き平面波を表す複数のアブレーション前入射音響波信号を伝送するステップと、音響トランスデューサのアレイによって、複数のアブレーション前反射信号を受信するステップであって、複数のアブレーション前反射信号はそれぞれ、媒体によって反射される複数のアブレーション前入射音響波信号のうちの１つに対応し、複数のアブレーション前反射信号は、時間ドメイン内に表される未加工無線周波数（すなわち、アナログ－デジタル変換（最小処理）の直後）データを含む、ステップと、アブレーション手技後、カテーテルの縦方向軸を中心として、音響トランスデューサのアレイを含むカテーテルを円周方向に回転させるステップと、カテーテルを円周方向に回転させるステップの間、音響トランスデューサのアレイによって、媒体の観察面積内で角度付き平面波を表す複数のアブレーション後入射音響波信号を伝送するステップと、音響トランスデューサのアレイによって、複数のアブレーション後反射信号を受信するステップであって、複数のアブレーション後反射信号はそれぞれ、媒体によって反射される複数のアブレーション後入射音響波信号のうちの１つに対応し、複数のアブレーション後反射信号は、時間ドメイン内に表される未加工無線周波数データを含む、ステップと、媒体の画像を発生させるステップであって、画像のピクセル毎に、個別のピクセルに対応するアブレーション前反射信号の一部を識別し、アブレーション前反射信号の一部を時間ドメイン表現から周波数ドメイン表現に変換するステップと、個別のピクセルに対応するアブレーション後反射信号の一部を識別し、アブレーション後反射信号の一部を時間ドメイン表現から周波数ドメイン表現に変換するステップと、周波数ドメイン内のアブレーション前反射信号の一部を周波数ドメイン内のアブレーション後反射信号の一部と比較することによって、外傷スペクトル変化値を発生させるステップとを含む、ステップとを含む。

（ｉ）近位端と、遠位端とを備える、カテーテルであって、カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイを備え、カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、（ｉｉ）カテーテルと通信可能に結合される、コントローラとを含む、撮像システムを使用する剪断波を含む媒体の超音波撮像のための方法であって、本方法は、剪断波の剪断波伝搬速度を決定するステップと、あるカテーテル回転速度において、カテーテルの縦方向軸を中心として、音響トランスデューサのアレイを含むカテーテルを円周方向に回転させるステップであって、カテーテル回転速度は、剪断波伝搬速度に基づく、ステップと、カテーテルを円周方向に回転させるステップの間、音響トランスデューサのアレイによって、媒体の観察体積において１つ以上の平面波を表す複数の入射音響波信号を伝送するステップと、音響トランスデューサのアレイによって、複数の反射信号を受信するステップであって、複数の反射信号はそれぞれ、媒体によって反射された複数の入射音響波信号のうちの１つに対応する、ステップと、複数の反射信号に基づいて、剪断波の１つ以上の観察を含む媒体の１つ以上の画像を発生させるステップとを含む。

本開示の付加的特徴および利点が、続く説明に記載され、部分的に、説明から明白となる、または本明細書に開示される原理の実践によって学習されることができる。本開示の特徴および利点は、特に、添付される請求項に指摘される器具および組み合わせを用いて実現ならびに取得されることができる。本開示のこれらおよび他の特徴は、以下の説明および添付される請求項から完全に明白となる、または本明細書に記載される原理の実践によって学習されることができる。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
撮像システムを使用する超音波撮像のための方法であって、前記撮像システムは、
（ｉ）近位端と、遠位端とを備えるカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、前記カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、前記カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイを備え、前記カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、前記超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、前記周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、前記音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、
（ｉｉ）前記カテーテルと通信可能に結合されるコントローラと
を含み、前記方法は、
前記カテーテルの縦方向軸を中心として、前記音響トランスデューサのアレイを含む前記カテーテルを円周方向に回転させるステップと、
前記カテーテルを回転させるステップの間、
異なる伝送角度位置のセットにおける前記音響トランスデューサのアレイによって、前記媒体の観察体積において１つ以上の平面波を表す複数の入射音響波信号を伝送するステップと、
異なる受信角度位置のセットにおける前記音響トランスデューサのアレイによって、複数の反射信号を受信するステップであって、前記複数の反射信号はそれぞれ、前記媒体によって反射される前記複数の入射音響波信号のうちの１つに対応し、前記複数の反射信号のうちの少なくとも１つは、前記対応する伝送された入射音響波信号の伝送角度位置と異なる受信角度位置において前記音響トランスデューサのアレイによって受信される、ステップと、
少なくとも、
前記複数の反射信号と、個別の反射信号のうちの少なくとも１つに関して、
（ａ）個別の反射信号に対応する前記入射音響波信号に関する前記音響トランスデューサのそれぞれの伝送角度位置と、
（ｂ）個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサのそれぞれの受信角度位置であって、個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサの受信角度位置は、個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサの伝送角度位置と異なる、個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサのそれぞれの受信角度位置と
の関数として、前記媒体の画像を発生させるステップと
を含む、方法。
（項目２）
少なくとも前記複数の反射信号の関数として前記媒体の画像を発生させるステップは、
個別の反射信号のそれぞれに関して、
（ｃ）前記平面波の角度と、
（ｄ）前記カテーテルの回転角度と、
（ｅ）前記カテーテルの回転軸と、
（ｆ）頂点に対する前記トランスデューサ要素のオフセットと
を含む、項目１に記載の超音波撮像のための方法。
（項目３）
少なくとも前記複数の反射信号の関数として前記媒体の画像を発生させるステップは、
（ａ）２Ｄにおける前記撮像頂点に対する前記トランスデューサアレイ要素のオフセットと、
（ｂ）前記平面波の角度と
を含み、
前記方法はさらに、
（ｃ）サブ画像毎の前記カテーテルの回転角度
の関数として、１つ以上の個々の２Ｄサブ画像から回転補正された合成画像を再構成するステップ
を含む、項目１に記載の超音波撮像のための方法。
（項目４）
個別の反射信号に関する前記受信角度位置と個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサの伝送角度位置との間の距離は、
（ａ）前記カテーテルの回転速度と、
（ｂ）標的撮像焦点深度と、
（ｃ）前記媒体中の音速と、
（ｄ）前記撮像コンソールの伝送パルシングレートと、
（ｅ）標的３Ｄ撮像レートと
の関数である、項目１に記載の超音波撮像のための方法。
（項目５）
前記反射信号の数は、
（ｃ）前記伝送波信号のビーム形状プロファイル
の関数として決定される、項目４に記載の超音波撮像のための方法。
（項目６）
前記発生された画像は、
（ａ）前記撮像コンソールの伝送パルシングレートと、
（ｂ）前記カテーテルの回転速度と、
（ｃ）前記標的媒体中の音速と、
（ｄ）撮像のために使用される平面波伝送の数と
の関数としての撮像深度を表す、項目４に記載の超音波撮像のための方法。
（項目７）
前記カテーテルは、
（ａ）前記観察面積を撮像するために要求される標的体積撮像レートと、
（ｂ）前記観察面積内の標的体積空間分解能と、
（ｃ）撮像深度と、
（ｄ）前記撮像コンソールの伝送パルシングレートと
の関数としての速度において回転される、項目５に記載の超音波撮像のための方法。
（項目８）
前記複数の反射信号はそれぞれ、前記対応する伝送された入射音響波信号の伝送角度位置と異なる受信角度位置において前記音響トランスデューサのアレイによって受信される、項目１に記載の超音波撮像のための方法。
（項目９）
少なくとも前記複数の反射信号の関数として前記媒体の画像を発生させるステップは、前記平面波のビーム幅プロファイルを含む、項目２－３のいずれかに記載の超音波撮像のための方法。
（項目１０）
前記カテーテルのカテーテル回転速度は、１分あたり１１０旋回～１分あたり４，９００旋回の範囲内である、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記カテーテルのカテーテル回転速度は、１分あたり６００旋回～１分あたり２，４００旋回の範囲内である、項目１に記載の方法。
（項目１２）
前記カテーテルのカテーテル回転速度は、１分あたり９００旋回～１分あたり１，５００旋回の範囲内である、項目１に記載の方法。
（項目１３）
超音波撮像のためのシステムであって、前記システムは、
（ｉ）近位端と、遠位端とを備えるカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、前記カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、前記カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイを備え、前記カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、前記超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、前記周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、前記音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、
（ｉｉ）前記カテーテルと通信可能に結合されるコントローラであって、前記コントローラは、前記カテーテルと併せて、項目１－１２のいずれかに記載のステップを実施するように構成される、コントローラと
を備える、システム。
（項目１４）
撮像システムを使用する超音波撮像のための方法であって、前記撮像システムは、
（ｉ）近位端と、遠位端とを備えるカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、前記カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、前記カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイを備え、前記カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、前記超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、前記周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、前記音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、
（ｉｉ）前記カテーテルと通信可能に結合されるコントローラと
を含み、前記方法は、
アブレーション手技の前に、前記カテーテルの縦方向軸を中心として、前記音響トランスデューサのアレイを含む前記カテーテルを円周方向に回転させるステップと、
前記カテーテルを円周方向に回転させるステップの間、
音響トランスデューサのアレイによって、前記媒体の観察面積内で角度付き平面波を表す複数のアブレーション前入射音響波信号を伝送するステップと、
音響トランスデューサのアレイによって、複数のアブレーション前反射信号を受信するステップであって、前記複数のアブレーション前反射信号はそれぞれ、前記媒体によって反射される前記複数のアブレーション前入射音響波信号のうちの１つに対応し、前記複数のアブレーション前反射信号は、時間ドメイン内に表される未加工無線周波数（すなわち、アナログ－デジタル変換（最小処理）の直後）データを含む、ステップと、
前記アブレーション手技後、前記カテーテルの縦方向軸を中心として、前記音響トランスデューサのアレイを含む前記カテーテルを円周方向に回転させるステップと、
前記カテーテルを円周方向に回転させるステップの間、
音響トランスデューサのアレイによって、前記媒体の観察面積内で角度付き平面波を表す複数のアブレーション後入射音響波信号を伝送するステップと、
音響トランスデューサのアレイによって、複数のアブレーション後反射信号を受信するステップであって、前記複数のアブレーション後反射信号はそれぞれ、前記媒体によって反射される前記複数のアブレーション後入射音響波信号のうちの１つに対応し、前記複数のアブレーション後反射信号は、時間ドメイン内に表される未加工無線周波数データを含む、ステップと、
前記媒体の画像を発生させるステップであって、
前記画像のピクセル毎に、
個別のピクセルに対応する前記アブレーション前反射信号の一部を識別し、前記アブレーション前反射信号の一部を時間ドメイン表現から周波数ドメイン表現に変換するステップと、
個別のピクセルに対応する前記アブレーション後反射信号の一部を識別し、前記アブレーション後反射信号の一部を時間ドメイン表現から周波数ドメイン表現に変換するステップと、
前記周波数ドメイン内の前記アブレーション前反射信号の一部を前記周波数ドメイン内の前記アブレーション後反射信号の一部と比較することによって、外傷スペクトル変化値を発生させるステップと
を含む、ステップと
を含む、方法。
（項目１５）
前記周波数ドメイン内の前記アブレーション前反射信号の一部を前記周波数ドメイン内の前記アブレーション後反射信号の一部と比較するステップは、
前記周波数ドメイン内の前記アブレーション前反射信号の一部と前記周波数ドメイン内の前記アブレーション後反射信号の一部との間の差異を計算するステップ
を含む、項目１４に記載の超音波撮像のための方法。
（項目１６）
前記周波数ドメイン内の前記アブレーション前反射信号の一部を前記周波数ドメイン内の前記アブレーション後反射信号の一部と比較するステップは、
高速フーリエ変換を使用するパワースペクトル推定によって、前記アブレーション前信号および前記アブレーション後反射信号を前記周波数ドメインに変換するステップ
を含む、項目１４に記載の超音波撮像のための方法。
（項目１７）
前記外傷スペクトル変化値の画像の発生は、
（ａ）サブ画像毎の前記カテーテルの回転角度と、
（ｂ）サブ画像毎の平面波角度と、
（ｃ）前記カテーテル回転軸までの前記トランスデューサ要素の距離と
の関数としての外傷スペクトル変化値の回転補正合成画像に再構成される外傷スペクトル変化値の複数の個々の画像を含む、項目１４－１６のいずれかに記載の超音波撮像のための方法。
（項目１８）
前記周波数ドメイン内の前記アブレーション前反射信号の一部を前記周波数ドメイン内の前記アブレーション後反射信号の一部と比較するステップは、

を含む、項目１４に記載の超音波撮像のための方法。
（項目１９）
外傷スペクトル変化マッピングを前記媒体の病理組織学的入手に相関させるステップであって、
外傷スペクトル変化マッピングを作成するステップと、
病理組織学において使用される薬品を使用して前記媒体を保全するステップと、
薬品を用いて前記標的媒体を染色し、前記媒体中の外傷の前記組織微細構造を表示し、前記媒体の断面画像をデジタル化するステップと、
複数の断面病理組織学的画像から３Ｄ病理組織学的体積を再構成するステップと、
前記３Ｄ病理組織学的体積を前記外傷スペクトル変化マッピングデータに位置合わせするステップと、
前記外傷スペクトル変化マップを前記病理組織学的微細構造の２Ｄおよび３Ｄ画像に較正するステップ
を含む、ステップ
をさらに含む、項目１４に記載の超音波撮像のための方法。
（項目２０）
前記コントローラに通信可能に結合されるディスプレイ上で外傷スペクトル変化マッピングを表示するステップをさらに含む、項目１４に記載の超音波撮像のための方法。
（項目２１）
前記外傷スペクトル変化値が、外傷変化基準を満たすかどうかを決定するステップと、
前記外傷スペクトル変化値が、外傷変化基準を満たすと決定することに従って、外傷実施成功メッセージを発生させるステップと、
前記外傷スペクトル変化値が、外傷変化基準を満たさないと決定することに従って、外傷実施成功メッセージの発生を見合わせるステップと
をさらに含む、項目１４に記載の超音波撮像のための方法。
（項目２２）
前記カテーテルのカテーテル回転速度は、１分あたり１１０旋回～１分あたり４，９００旋回の範囲内である、項目１４に記載の方法。
（項目２３）
前記カテーテルのカテーテル回転速度は、１分あたり６００旋回～１分あたり２，４００旋回の範囲内である、項目１４に記載の方法。
（項目２４）
前記カテーテルのカテーテル回転速度は、１分あたり９００旋回～１分あたり１，５００旋回の範囲内である、項目１４に記載の方法。
（項目２５）
超音波撮像のためのシステムであって、前記システムは、
（ｉ）近位端と、遠位端とを備えるカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、前記カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、前記カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイを備え、前記カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、前記超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、前記周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、前記音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、
（ｉｉ）前記カテーテルと通信可能に結合されるコントローラであって、前記コントローラは、前記カテーテルと併せて、項目１４－２５のいずれかに記載のステップを実施するように構成される、コントローラと
を備える、システム。
（項目２６）
超音波撮像システムであって、
カテーテルであって、
カテーテル先端であって、前記カテーテル先端は、音響筐体内の超音波送信機およびセンサの形態における超音波トランスデューサを備える超音波トランスデューサアレイを有する、カテーテル先端と、
カテーテル本体であって、前記カテーテル本体は、前記超音波トランスデューサの電気的、機械的、および回転接続のために構成される、カテーテル本体と、
回転および電気信号の両方を前記超音波トランスデューサアレイに伝達するように構成されるカテーテルシャフトと
を備える、カテーテルと、
コンソールであって、
回転モータであって、前記回転モータは、前記超音波トランスデューサアレイが、前記カテーテル先端の周囲の円周３６０度角度にわたる平面波または発散波入手データを捕捉するように、前記音響筐体内の前記超音波トランスデューサアレイの連続的回転または位置付けを可能にするために、前記カテーテルシャフトを介して前記超音波トランスデューサアレイに接続される、回転モータと、
超音波モジュールであって、前記超音波モジュールは、前記カテーテルシャフトおよび前記カテーテル本体を通して前記超音波トランスデューサアレイに電気的に接続される、超音波モジュールと、
サーバを備える撮像ワークステーションであって、前記撮像ワークステーションは、前記超音波モジュールに結合され、前記撮像ワークステーションは、処理パワーおよび記憶能力を前記超音波モジュールに提供し、前記超音波トランスデューサアレイからの組織パラメータ抽出データに関する捕捉された解剖学的撮像データおよび機能的撮像を処理し、前記データから２次元画像、３次元画像、または４次元画像を発生させ、双方向ディスプレイ操作を用いて前記２次元画像、３次元画像、または４次元画像の表示を可能にするように構成される、撮像ワークステーションと
を備える、コンソールと
を備える、超音波撮像システム。
（項目２７）
前記超音波送信機およびセンサは、超音波パルスを伝送し、前記超音波パルスのエコーを受信するように構成される複数の圧電トランスデューサを備える、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目２８）
前記カテーテル先端はさらに、前記カテーテル先端の複数の超音波トランスデューサアレイの操向、追跡、および回転のうちの少なくとも１つを可能にするように構成される制御要素を備える、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目２９）
前記カテーテル先端はさらに、１分あたり６００旋回を上回る回転速度を伴う前記カテーテル先端の縦方向軸の周囲の超音波アレイの回転を可能にするように構成される制御要素を備える、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３０）
前記カテーテル本体は、
外側シースと、
前記超音波トランスデューサアレイに結合するように構成されるコネクタと、
前記外側シース内の第１の同心カテーテルであって、前記第１の同心カテーテルは、前記第１の同心カテーテルが、前記カテーテル先端の外側から回転可能であり、前記カテーテル先端における前記音響筐体内で前記超音波トランスデューサアレイを回転させるように構成されるように、前記超音波トランスデューサアレイおよび前記コネクタに接続される、第１の同心カテーテルと、
前記超音波トランスデューサアレイを前記コネクタおよび前記音響筐体に電気的に接続するための内部電気配線を備える第２の同心カテーテルと
を備える、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３１）
前記超音波モジュールは、前記超音波トランスデューサアレイの回転および前記超音波トランスデューサアレイ内の前記超音波送信機による超音波パルスストリームの発射を決定および制御するように構成される、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３２）
前記撮像ワークステーションと組み合わせた前記超音波モジュールは、前記超音波トランスデューサアレイ内の前記超音波送信機による超音波パルスの発射シーケンスをスケジューリングし、前記超音波トランスデューサアレイ内の前記センサによる収集された反射超音波データを処理し、前記２次元画像、３次元画像、または４次元画像を生成するように構成される、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３３）
前記撮像ワークステーションと組み合わせた前記超音波モジュールは、前記超音波トランスデューサアレイ内の前記センサによって収集されたデータからスライスベースの画像を発生させる、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３４）
前記撮像ワークステーションと組み合わせた前記超音波モジュールは、前記超音波トランスデューサアレイ内のセンサによって収集された前記データから体積ベースの画像を発生させるように構成される、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３５）
前記超音波センサアレイ先端は、静的であり、前記角度回転は、ソフトウェアによって遂行される、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３６）
超高速撮像ビーム形成が、解剖学的撮像データを捕捉するために使用される、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３７）
組織機能的撮像が、組織パラメータ抽出データに関する弾性撮像を捕捉するために使用される、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３８）
前記撮像ワークステーションはさらに、組織特性評価および視覚的確認を抽出し、標的組織の表面および組織の深度にわたるアブレーション手技の完全性を決定するように構成される、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目３９）
前記撮像ワークステーションはさらに、組織パラメータ抽出データに関する捕捉された解剖学的撮像データおよび弾性撮像から、解剖学的画像、機能的画像、および組み合わせられた画像のうちの少なくとも１つを表示するように構成される、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目４０）
前記撮像ワークステーションはさらに、マルチモード撮像を実施するように構成される、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目４１）
前記表示された画像は、超音波撮像およびアブレーション手技が、実施されている間のアブレーション手技の正確度および完全性の監視および検証を可能にする、項目２６に記載の超音波撮像システム。
（項目４２）
スライスベースの画像を再構成および可視化するための方法であって、
データベース内に収集および記憶された画像データを読み出すステップと、
前記読み出された画像データに基づいて、輝度モードおよび機能的組織撮像からの単一の画像シーケンスに関するチャネルデータを合併するステップと、
前記合併されたチャネルデータを使用して、２次元画像、３次元画像、または４次元画像のうちの少なくとも１つを再構成するステップと、
前記２次元画像、３次元画像、または４次元画像のうちの少なくとも１つをディスプレイに出力するステップと
を含む、方法。
（項目４３）
体積ベースの画像を再構成および可視化するための方法であって、
データベース内に収集および記憶された画像データを読み出すステップと、
前記読み出された画像データに基づいて、解剖学的および機能的組織撮像からの単一の発射パターンに関するチャネルデータを合併するステップと、
超音波撮像システムを使用して、前記合併されたチャネルデータを使用して、３次元画像または４次元画像のうちの少なくとも１つを再構成するステップと、
前記３次元画像または４次元画像のうちの少なくとも１つをディスプレイに出力するステップと
を含む、方法。
（項目４４）
前記超音波撮像システムは、
カテーテルであって、
カテーテル先端であって、前記カテーテル先端は、音響筐体内の超音波送信機およびセンサの形態における超音波トランスデューサを備える超音波トランスデューサアレイを有する、カテーテル先端と、
前記超音波トランスデューサの電気的、機械的、および回転接続のために構成されるカテーテル本体と、
回転および電気信号の両方を前記超音波トランスデューサアレイに伝達するように構成されるカテーテルシャフトと
を備える、カテーテルと、
コンソールであって、
回転モータであって、前記回転モータは、前記超音波トランスデューサアレイが、前記カテーテル先端の周囲の円周３６０度角度にわたるデータを捕捉するように、前記音響筐体内の前記超音波トランスデューサアレイの回転または位置付けを可能にするために、前記カテーテルシャフトを介して前記超音波トランスデューサアレイに接続される、回転モータと、
超音波モジュールであって、前記超音波モジュールは、前記カテーテルシャフトおよび前記カテーテル本体を通して前記超音波トランスデューサアレイに電気的に接続される、超音波モジュールと、
サーバを備える撮像ワークステーションであって、前記撮像ワークステーションは、前記超音波モジュールに結合され、前記撮像ワークステーションは、前記合併されたチャネルデータを使用して、前記３次元画像または４次元画像のうちの少なくとも１つを再構成し、前記３次元画像または４次元画像のうちの少なくとも１つをディスプレイに出力するように構成される、撮像ワークステーションと
を備える、コンソールと
を備える、項目４１に記載の方法。
（項目４５）
前記脈管内の手技のリアルタイム制御および検証のための撮像システムであって、前記撮像システムは、
近位端と、遠位端とを備えるカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、前記カテーテル先端は、音響筐体内に封入される超音波トランスデューサアレイを備え、前記カテーテルの遠位端は、脈管内の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、前記超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、前記周辺脈管から超音波エコーを受信しながら、前記音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、
前記カテーテルに結合されるコンソールであって、前記カテーテルは、埋設された超音波モジュールと、プロセッサおよび記憶能力を伴う撮像ワークステーションとを備え、前記コンソールは、超音波撮像データ捕捉を計画し、同期された回転およびパルシング制御を前記超音波トランスデューサアレイに提供し、前記超音波トランスデューサアレイによって前記受信された超音波エコーから捕捉されたデータを受信、合併、および処理し、前記手技の部位における前記カテーテル先端を囲繞する前記脈管に関する組織画像データおよび組織特性評価データを発生させることを可能にされ、前記撮像ワークステーションはさらに、前記脈管内の前記手技の双方向かつリアルタイム制御および検証のために、ディスプレイ上で前記手技の部位における前記脈管の受信および処理された組織画像データおよび組織特性評価データのうちの少なくとも１つの少なくとも２次元画像、３次元画像、または４次元画像を表示するように構成される、コンソールと
を備える、撮像システム。
（項目４６）
前記撮像システムは、前記手技が、前記脈管内で実行されている際、前記手技のリアルタイム制御および原位置検証のために、手技カテーテルまたは手技器具に取り付けられる、項目４５に記載の撮像システム。
（項目４８）
撮像システムを使用する剪断波を含む媒体の超音波撮像のための方法であって、前記撮像システムは、
（ｉ）近位端と、遠位端とを備えるカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、前記カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、前記カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイを備え、前記カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、前記超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、前記周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、前記音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、
（ｉｉ）前記カテーテルと通信可能に結合されるコントローラと
を含み、前記方法は、
前記剪断波の剪断波伝搬速度を決定するステップと、
あるカテーテル回転速度において、前記カテーテルの縦方向軸を中心として、前記音響トランスデューサのアレイを含む前記カテーテルを円周方向に回転させるステップであって、前記カテーテル回転速度は、前記剪断波伝搬速度に基づく、ステップと、
前記カテーテルを円周方向に回転させるステップの間、
前記音響トランスデューサのアレイによって、前記媒体の観察体積において１つ以上の平面波を表す複数の入射音響波信号を伝送するステップと、
前記音響トランスデューサのアレイによって、複数の反射信号を受信するステップであって、前記複数の反射信号はそれぞれ、前記媒体によって反射された前記複数の入射音響波信号のうちの１つに対応する、ステップと、
前記複数の反射信号に基づいて、前記剪断波の１つ以上の観察を含む前記媒体の１つ以上の画像を発生させるステップと
を含む、方法。
（項目４９）
前記カテーテル回転速度は、少なくとも前記剪断波伝搬速度である、項目４８に記載の方法。
（項目５０）
前記カテーテル回転速度は、前記剪断波伝搬速度に対して静的である、項目４８に記載の方法。
（項目５１）
前記カテーテル回転速度と前記剪断波伝搬速度との間の差異は、１分あたり１旋回未満である、項目４８に記載の方法。
（項目５２）
前記カテーテル回転速度は、１分あたり１１０旋回～１分あたり４，９００旋回の範囲内である、項目４８に記載の方法。
（項目５３）
前記カテーテル回転速度は、１分あたり６００旋回～１分あたり２，４００旋回の範囲内である、項目４８に記載の方法。
（項目５４）
前記カテーテル回転速度は、１分あたり９００旋回～１分あたり１，５００旋回の範囲内である、項目４８に記載の方法。
（項目５５）
前記音響トランスデューサのアレイによって、複数の入射音響波信号を伝送するステップは、
異なる伝送角度位置のセットにおける前記音響トランスデューサのアレイによって、前記媒体の観察体積において１つ以上の平面波を表す前記複数の入射音響波信号を伝送するステップ
を含み、
前記音響トランスデューサのアレイによって、複数の反射信号を受信するステップは、
異なる受信角度位置のセットにおける前記音響トランスデューサのアレイによって、前記複数の反射信号を受信するステップであって、前記複数の反射信号はそれぞれ、前記媒体によって反射される前記複数の入射音響波信号のうちの１つに対応し、前記複数の反射信号のうちの少なくとも１つは、前記対応する伝送された入射音響波信号の伝送角度位置と異なる受信角度位置において前記音響トランスデューサのアレイによって受信される、ステップ
を含み、
前記媒体の画像を発生させるステップは、
前記複数の反射信号のうちの少なくとも１つに関して、
（ａ）個別の反射信号に対応する前記入射音響波信号に関する前記音響トランスデューサのそれぞれの伝送角度位置と、
（ｂ）個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサのそれぞれの受信角度位置であって、個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサの受信角度位置は、個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサの伝送角度位置と異なる、個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサのそれぞれの受信角度位置と
の関数として前記画像を発生させるステップ
を含む、項目４８に記載の方法。
（項目５６）
前記カテーテル回転速度は、
（ａ）前記剪断波伝搬速度と、
（ｂ）前記剪断波と前記音響トランスデューサのアレイとの間の距離と、
（ｃ）前記音響トランスデューサのアレイによる後続伝送の間の前記カテーテルの角度と
の関数である、項目４８に記載の方法。
（項目５７）
剪断波を含む媒体の超音波撮像のためのシステムであって、前記システムは、
（ｉ）近位端と、遠位端とを備えるカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は、カテーテル先端を備え、前記カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、前記カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイを備え、前記カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、前記超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、前記周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、前記音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、
（ｉｉ）前記カテーテルと通信可能に結合されるコントローラであって、前記コントローラは、前記カテーテルと併せて、項目４９－５６のいずれかに記載のステップを実施するように構成される、コントローラと
を備える、システム。

上記に列挙される開示ならびにその利点および特徴が取得され得る様式を説明するために、上記に説明される原理のより具体的な説明が、添付される図面に図示される具体的実施例を参照して行われるであろう。これらの図面は、本開示の例示的側面のみを描写し、したがって、その範囲の限定と見なされるものではない。これらの原理は、以下の図面の使用を通して、付加的特異性および詳細とともに説明ならびに解説される。

図１は、従来の心房細動治療を受けるヒト組織を図式的に描写する、従来技術である。

図２は、本発明の一実施形態による、剪断波撮像の実施例に関する超高速撮像モードを使用した、解剖学的データおよび機能的データの両方を再構成するためのスライスベースの撮像の図示である。

図３は、本発明の一実施形態による、超音波送信機およびセンサである回転トランスデューサを使用する剪断波撮像の実施例に関する超高速撮像モードを使用した、解剖学的および機能的データの両方を再構成するための体積ベースの撮像ならびに結果として生じる組織内の波の伝搬の速度の図示である。

図４は、本発明の一実施形態による、音響／超音波撮像システム設計の概略表現である。

図５は、本発明の一実施形態による、音響／超音波撮像システムの概略表現である。

図６は、本発明の一実施形態による、音響／超音波撮像システムの機械的構造物の概略表現である。

図７は、本発明の一実施形態による、データを計画および収集するためのプロセスを図示する、フローチャートである。

図８は、本発明の一実施形態による、２または３次元スライスベースの撮像を再構成および可視化するためのプロセスを図示する、フローチャートである。

図９は、本開示の一実施形態による、３または４次元体積ベースの撮像を再構成および可視化するためのプロセスを図示する、フローチャートである。

図１０は、本発明の一実施形態による、処理システムの概略図である。

図１１は、本発明の一実施形態による、音響／超音波撮像システム設計の遠位端の詳細な概略図である。

図１２は、本発明の一実施形態による、音響／超音波撮像システム設計の遠位端の詳細な概略図である。

図１３Ａ－Ｃは、本発明の一実施形態による、平面波撮像およびカテーテル３Ｄ座標の図示である。 図１３Ａ－Ｃは、本発明の一実施形態による、平面波撮像およびカテーテル３Ｄ座標の図示である。 図１３Ａ－Ｃは、本発明の一実施形態による、平面波撮像およびカテーテル３Ｄ座標の図示である。

図１４は、本発明の一実施形態による、同時伝送および受信を伴う回転カテーテルの図示である。

図１５は、本発明の一実施形態による、超高速３Ｄ平面波シーケンスの図示である。

図１６は、本発明の一実施形態による、角度被覆率のパラメータ化の図示である。

図１７は、本発明の一実施形態による、３Ｄ合成のために使用されるフレームの間の角度距離および平面波伝送の数の表である。

図１８は、本発明の一実施形態による、外傷マップ再構成の図示である。

図１９は、本発明の一実施形態による、例示的外傷マップの図示である。

図２０は、本発明の一実施形態による、外傷マップ合成の図示である。

図２１は、本発明の一実施形態による、３Ｄ回転剪断波追跡の図示である。

図２２は、本発明の一実施形態による、剪断波速度の表である。

図２３は、本発明の一実施形態による、体積ベースの剪断波撮像の図示である。

図２４は、本発明の一実施形態による、組織構造を使用する外傷データの較正の図示である。

図２５は、本発明の一実施形態を図示する、フローチャートの例示的図示である。

図２６Ａ－２６Ｅは、本発明の一実施形態を図示する、フローチャートの例示的図示である。 図２６Ａ－２６Ｅは、本発明の一実施形態を図示する、フローチャートの例示的図示である。 図２６Ａ－２６Ｅは、本発明の一実施形態を図示する、フローチャートの例示的図示である。 図２６Ａ－２６Ｅは、本発明の一実施形態を図示する、フローチャートの例示的図示である。

図２７は、本発明の一実施形態を図示する、フローチャートの例示的図示である。

実施形態が、付随の図面を参照して下記により詳細に説明されるであろう。以下の発明を実施するための形態は、本明細書に説明される方法、装置、および／またはシステム、ならびにその同等の修正の包括的理解を得る際に読者を補助するために提供される。故に、本明細書に説明される方法、装置、および／またはシステムの種々の変更、修正、ならびに均等物が、当業者に明白となるであろう。さらに、周知の機能および構造の説明は、明確化および簡潔さの向上のために省略され得る。

説明に使用される用語は、実施形態を説明することのみを意図しており、決して制限的ではないものとする。別様に明確に使用されない限り、単数形における表現は、複数形の意味を含む。本説明では、「～を備える」または「～を含む」等の表現は、特性、数、ステップ、動作、要素、部分、またはそれらの組み合わせを指定することを意図しており、１つ以上の他の特性、数、ステップ、動作、要素、部分、またはそれらの組み合わせのいかなる存在もしくは可能性も除外するように解釈されないものとする。

本発明の実施形態は、脈管の問題の治療のための非常に高い信頼性のあるリアルタイム監視および制御能力を提供することを対象とする。具体的には、本発明の実施形態は、超音波走査を使用する心房細動（ＡＦ）の治療の間の所望の経路に沿ったアブレーションの深度を含む、組織アブレーションの完全性に関するリアルタイム監視を対象とする。

本発明の実施形態は、表面の３次元画像、組織深度の３次元特性評価、および組織状態または堅性等の具体的３次元組織特性の抽出を可能にするデータを発生および捕捉するための経時的な脈管の３次元走査が可能なマルチセンサ音響／超音波システムの使用の利点および特徴を扱う。

本発明の実施形態は、一意の撮像プロトコルを使用し、収集されたデータを処理し、解剖学的および機能的情報ならびに組織特性を抽出し、電気信号の起点の周囲の適切な深度までのアブレーションの完全性を評価する。

本発明の実施形態は、経時的に（例えば、心臓パルスフェーズ全体を通して）撮像ヘッドを囲繞する組織の３次元ビューを発生させることによって、血管内／心臓内撮像カテーテルヘッドの周囲の全周３６０度ビューを提供する、カテーテルベースの超音波撮像システム（ＵＩＳ）を対象とする。ＵＩＳはまた、組織状態マッピング能力を提供する。ＵＩＳを使用する脈管および組織特性の評価は、脈管の解剖学的描写ならびにアブレーション等の心臓介入の間の外傷の経路および深度についての情報の両方を含む。ＵＩＳは、超音波モジュールおよび個別の処理機械類ならびに縦方向カテーテル軸の周囲の半径方向移動を内側カテーテルまたはカテーテルの内側のトルクワイヤ等の回転トルク伝達部分を通して変換し、超音波送信機と、センサとを備える、超音波トランスデューサアレイを回転させる回転モータに接続される、超音波送信機と、センサとを備える、静的または回転超音波トランスデューサアレイを伴うカテーテルを備える。これについてさらに、ＵＩＳは、カテーテルの周囲の全周（３６０度）被覆を提供する、その軸の周囲の連続的回転を支援し、これは、超高速撮像技法と組み合わせて、リアルタイム体積撮像を可能にする。これは、経時的な３次元ビューの発生のために、カテーテル先端の周囲の組織構造を含む脈管の情報の捕捉および再構成を可能にする。撮像システムは、脈管内のアブレーション手技において使用される灌注式および非灌注式の両方のアブレーション電極先端、カテーテルの電磁的定位のためのカテーテル先端の遠位端における位置特定および追跡電極、または心臓における電気信号および伝導経路を感知するために使用される電気解剖学的マッピング電極先端等の手技先端と組み合わせられると、それらが行われる際の手技の原位置評価を可能にする。説明される回転撮像先端は、カテーテルの画定されたアクティブ撮像区分と見なされることができ、本明細書の以降でさらに詳細に説明されるような着目面積の２Ｄまたは３Ｄ画像捕捉のために、（説明されるような）別のアクティブ区分の近位に、または他のアクティブ区分の遠位に統合されることができる。

その軸の周囲で円周方向にカテーテルを連続的に回転させること（カテーテル運動を停止させる、または前後に移動させることを要求しない３６０度回転）を通して、組織の解剖学的および機能的撮像の両方が、標的解剖学的構造からリアルタイムで読み出されることができる。
ａ）機能的撮像は、組織の具体的機能を説明する組織パラメータの抽出を可能にするためのプロトコルおよび処理方法を指し得る。それによって、組織の機能は、例えば、健常組織（筋線維、脂肪等）、瘢痕組織（壊死）、浮腫等として特性評価されることができる。しかしながら、臨床的に、組織機能は、検査されるべき組織の状態に関して段階的であり得、また、種々のマーカ（例えば、組織堅性、散乱体スペクトル性質、異方性）によって特性評価され得ることに留意することが重要である。機能的パラメータに関する実施例は、組織堅性または弾性（図２－３および図２１－２３により詳細に説明されるように）、組織異方性（方向性）、統計的分布（Ｒａｙｌｅｉｇｈ、Ｎａｋａｇａｍｉ）によってモデル化されるもの等の具体的統計的組織パラメータ、組織内の音速（密度をモデル化する）、テクスチャパラメータ、スペクトルパラメータ（図１８－２０の下記により詳細に説明されるような組織の周波数特有反射および減衰）等である。本リストは、参考である。機能的撮像は、単一の入手プロトコルまたは複数の入手プロトコルおよび入手回数のいずれかを含むことができる。
ｂ）解剖学的撮像は、主として、組織の空間／幾何学的関係を描写することを目標とする撮像プロトコルおよび処理方法によって発生される具体的データに関し得る。超音波撮像における一実施例は、受信された超音波エコーのグレースケール様表現（すなわち、輝度モード）であり、これは、反射超音波エコーの強度を評価することによって、血管壁等の組織界面を示す。

撮像は、一般に、具体的入手プロトコルを使用することによる経時的な信号強度の入手に関する。これは、経時的な１Ｄ、２Ｄ、または３Ｄ撮像（１Ｄ＋ｔ、２Ｄ＋ｔ、３Ｄ＋ｔ）の形態であり得る。超音波撮像において一般的に実施されるような時間空間次元を考慮すると、これは、２Ｄ、３Ｄ、および４Ｄ情報に関する。複数の入手プロトコルを組み合わせることによって、相補的情報が、２Ｄ（１Ｄ＋Ｔ）、３Ｄ（２Ｄ＋ｔ）、および４Ｄ（３Ｄ＋ｔ）においてサンプル毎に入手されることができる。

本発明の実施形態は、脈管内の低侵襲性手技における使用のための３次元可視化および組織特性評価システムを提供する。説明されるシステムおよび方法は、一般的であり、脈管の問題の治療において使用可能であるが、これは、心房細動（ＡＦ）および他の心臓障害の治療ならびにそのためにカテーテルシステムが設計されている血管内手技において特に有用である。以下では、本システムおよび用途は、ＡＦ治療に焦点を当てて詳細に解説されるが、また、心室頻拍、および心臓手技以外の分野における例示的用途として、腎動脈の除神経において等の一般的外傷監視のためにも直接採用されることができる。

ＡＦは、世界人口の１％以上が罹患する疾患である。人口が、高齢化するにつれて、ＡＦの確率は、増加する。今日、世界のＡＦの発生率は、３，３００万人を超え、増加している。全ての治療された患者のうち、約５３％のみが、最初のアブレーション手技後に改善し、この数は、複数回の手技後に約８０％まで増加することができる。治療のための高度なシステムおよび現在の監視方法を用いても、手技の監視および制御の本欠如は、治療の有効性を確立するために所望されるべき多くの点を残している。

前述を考慮して、本明細書に開示される実施形態は、脈管手技において実装されるべき３次元可視化および組織特性評価システムを対象とする。本開示は、心房細動（ＡＦ）において本システムを実装することを教示するが、本実施形態は、心臓障害および血管内手技等の他の脈管治療においても実装され得ることを理解されたい。開示されるシステムはまた、心室頻拍および一般的外傷監視のためにも実装されることができる。例えば、ある一般的外傷監視は、腎動脈の除神経を含むことができる。
（心室細動）

ＡＦは、拍動する振動の規則的なリズムを乱す、心臓の心房室内から発する電気信号によって引き起こされる不規則な心拍である。ＡＦは、これらの電気信号の起点を隔離し、起点の場所を囲繞し、電気インパルスを伝導する細胞のアブレーションによってそれらの伝達を限定することによって治療される。現在のカテーテルベースの可視化および監視システムは、伝導性経路の再確立を防止するために、組織の厚さを通した完全なアブレーション（経壁的アブレーション）を識別する際に部分的にのみ効果的である。その結果、それらは、部分的または一時的電気ブロックを恒久的なものから区別するために十分な解決策を提供しない。

図１は、従来のＡＦ治療１００を受けるヒト組織を図式的に描写する、従来技術を示す。従来のＡＦ治療１００は、多くの場合、アブレーションの制御の欠如に起因して従来の治療において起こる、不完全なアブレーションを図示する。２つのタイプの不完全なアブレーションが、多くの場合、起こる。本実施例の目的のために、表面アブレーションが、１０１ａとして図示され、アブレーションの深度が、１０１ｂとして図示される。アブレーション外傷の不連続性が、表面アブレーション１０１ａに関して１０２ａとして図示される。左心房（ＬＡ）の壁の厚さにおける不完全なアブレーションが、アブレーションの深度１０１ｂに関して１０２ｂとして図示される。いかなるアブレーション手技でも、アブレーションが、不完全である場合、ＡＦの再発をもたらす、電気経路の再接続のリスクが、存在する。その結果、アブレーションにおけるこれらの不連続性は、ＡＦ再発をもたらす、電気経路の再確立をもたらし得る。

心臓の心房の壁厚は、患者集団に基づいて、０．４～４．４ｍｍと変動し得、心室において最大１０ｍｍに到達する。組織の完全なアブレーションを提供するために、組織厚における本変動は、心臓の周囲の器官を越える、または損傷させることなく、考慮される必要性がある。これは、アブレーションの深度の正確な監視を要求する。本開示は、解剖学的情報を用いて、組織特性評価のための組織パラメータの再構成を提供する。その結果、解剖学的画像情報が、受信された超音波画像データから再構成される。

本願は、灌流、堅性、歪み、異方性、コヒーレンス、組織における具体的統計的分布（Ｒａｙｌｅｉｇｈ、Ｎａｋａｇａｍｉ）、組織のスペクトルパラメータ（周波数パワースペクトル）、および他のパラメータの抽出に関連するデータを捕捉することによって、組織再構成を遂行することが可能である。本データは、回転３次元多要素超音波トランスデューサアレイを使用して捕捉されることができる。データは、単一の時点、またはアブレーション手技の異なる段階のいずれかにおいて捕捉されることができる。捕捉されたデータは、解剖学的および機能的情報ならびに組織特性を抽出するために、開示される撮像プロトコルを使用して処理されることができる。抽出された解剖学的および機能的情報ならびに組織特性は、信号の起点の周囲の適切な深度および閉鎖された経路までのアブレーションの完全性を評価するために使用されることができる。これは、ＡＦの治療の完全性および成功を確実にするために、アブレーションのエビデンスベースの制御を提供する。
（撮像プロトコル）

開示される撮像プロトコルおよびアルゴリズムは、着目器官の機能的組織パラメータを再構成するために使用される。本開示の目的のために、撮像プロトコルおよびアルゴリズムは、心臓の機能的組織パラメータを再構成するために使用されるが、しかしながら、他の器官も、本明細書に開示されるプロセスを使用して再構成され得ることを理解されたい。典型的に使用されるプロトコルおよびアルゴリズムは、検証されている器官の特別な特性のうちのいくつかを活用する。

まず最初に、心筋の歪みが、心臓歪みエラストグラフィを使用して、心臓の生理学的移動を捕捉することによって追跡されることができる。開示されるマルチセンサ超音波システムは、心臓収縮サイクルを通した心房の壁の移動を入手することが可能である。撮像プロトコルおよびアルゴリズムは、選択された領域の２次元画像、サブ体積３次元画像、またはカテーテルの周囲の完全３次元体積画像を発生させることができる。その結果、散乱変位および組織変形が、左心房壁の深さを通した応力ベースの区別を識別するために、３次元画像または２次元平面内の散乱を使用して追跡されることができる。

心房壁内の血液の微小灌流が、歪みおよび一般的組織運動を識別ならびに再構成するために、超高速ドップラ効果を使用して、経時的に追跡されることができる。本追跡は、信号を捕捉し、カテーテルの周囲の血流に関連する強力な信号をフィルタ処理して取り除き、マイクロドップラ再構成を実施することによって遂行されることができる。マイクロドップラ再構成は、例えば、着目領域内の微小灌流値を読み出すための修正された自己相関技法を使用して遂行されることができる。

超音波トランスデューサアレイを使用して複数の構成可能な超音波送信機を実装することによって、開示されるシステムは、伝送されるエネルギーを集束させることによって、具体的標的面積への強力な音響プッシュを生成することが可能である。その結果、データが、カテーテル場所の周囲の超音波トランスデューサアレイの回転を使用して、心臓内のスライスベースの撮像を発生させるために収集されることができる。本技法は、心房の着目面積の組織パラメータを再構成するために、３次元においてであるが、剪断波エラストグラフィ（ＳＷＥ）に類似する能力を使用し、図７－９および２１－２３に関して下記にさらに詳細に議論される。

反射超音波信号の統計的およびスペクトル性質は、一連の超高速入手からの所望の空間領域内で評価される。これは、異なる角度の入手（撮像プロトコルとして放出される平面波または集束される超音波ビームのいずれかを使用する）から、かつ定義された周波数範囲にわたって信号を捕捉すること（受信周波数フィルタを用いた複数の伝送周波数入手）によって遂行される。さらに、図７－９および図１８－２０に関してより詳細に議論されるように、後方散乱およびコヒーレンス統計が、異なる角度の入手に関連する着目領域内の空間コヒーレンスおよび具体的統計値（例えば、ＮａｋａｇａｍｉまたはＲａｙｌｅｉｇｈ分布パラメータ）または周波数分布（多くの場合、定量的超音波と称される、スペクトルフィット、周波数パワースペクトル）を読み出すために再構成される。

上記に議論される異なるプロセスは、パラメータの機械学習ベースの推定と統合されることができる。具体的には、説明される具体的撮像プロトコルは、具体的機械学習アーキテクチャ（例えば、畳み込みまたは回帰型ニューラルネットワーク等の決定木および森もしくは深層学習アーキテクチャを使用する）を導出し、高速のデータの分析および結果の抽出を可能にするために、具体的訓練および試験データの専用入手と組み合わせられる。

また、組織パラメータの最終読出は、最終的に、上記に説明される１つ以上の方法の組み合わせを含み得ることを理解されたい。このように、組織パラメータの最終読出は、読み出された組織パラメータのロバスト性および特異性を改良することができる。開示されるシステムは、脈管および周辺組織またはその小区分の３６０度体積画像を入手することが可能である。本３６０度体積画像は、心房の壁の画像および心房の壁の中への深度を含むことができる。これは、本システムが組織情報を収集することを可能にする。データ入手はさらに、心房内の具体的領域を被覆するように超音波ビームを集束させることによって精緻化されることができる。収集されたデータは、着目脈管の２および３次元画像を発生させるために統合される。組織状態マッピングまたは機能的撮像は、上記に説明されるように、組織データと適切な撮像プロトコルおよび再構成アルゴリズムとの統合によって実施される。これらの個々のプロトコルおよびアルゴリズムは、例えば、堅性、微小脈管、弾性、灌流、流動、剪断波速度、ならびに組織状態を示す他の情報に関するデータからの情報を評価および抽出するために統合される。

図２は、本開示のある実施形態による、解剖学的撮像データとともに、伝搬する剪断波からの機能的データの例示的再構成に関するスライスベースの撮像２００の図示である。スライスベースの撮像２００は、センサ２０１の固定された回転位置２０２を用いて捕捉されることができる。音響プッシュ２０３が、複数の音響送信機からの集束ビームを伴う場所に作成されることができる。音響プッシュは、組織の変形および組織を側方に横断して伝搬する剪断波の作成を引き起こす。超高速入手モードを使用して、組織を通した剪断波の伝搬は、高分解能において観察されることができる。それによって、剪断波ビーム反射の時間に関連する拡散は、分析されているスライス内に導入される剪断応力に関連するデータを提供する。本データは、心筋のスライスの組織構造を特性評価し、筋肉の完全な深度または厚さまでのアブレーションを確実にするために使用されることができる。これについてさらに、発散または平面波伝送等の超高速入手モードを使用することによって、解剖学的データ（例えば、組織のグレースケール表現）が、再構成されることができる。本データはまた、アブレーション手技に先立って、組織の厚さおよび構造を決定し、また、アブレーションが、完全であることを確実にするために、アブレーションの深度を決定する能力を提供することができる。

図３は、本開示のある実施形態による、回転センサを使用する伝搬する剪断波からの機能的データの例示的再構成に関する体積ベースの撮像３００および結果として生じる組織内の波の伝搬の速度の図示である。本機能的再構成では、異なる時間周期３０２、３０３、および３０４における円弧３０１によって被覆される体積内の音響プッシュ２０３によって誘発されるような剪断波の拡散の速度が、捕捉および分析される。分析は、組織堅性に相関する剪断波速度、したがって、心房壁領域の特性を決定することができる。経時的に捕捉され、心臓壁の厚さに関連する音響信号の遷移の典型的な速度が、表３０５として示される。超高速入手モードを使用することによって、解剖学的データ（例えば、組織のグレースケール表現）が、機能的データとともに再構成されることができる。本データはまた、アブレーション手技に先立って、組織の厚さおよび構造を決定し、また、アブレーションが、完全であることを確実にするために、アブレーションの深度を決定する能力を提供することができる。

図４は、本開示のある実施形態による、撮像システム４００の設計概念の概略表現である。図４に示されるように、撮像システム４００は、カテーテル４０１と、コンソール４０２とを含む。

カテーテル４０１は、カテーテル先端（または先端）４０３を含む。カテーテル先端４０３は、カテーテル先端４０３Ａの一部として超音波トランスデューサアレイ４０３Ｂを含む。超音波トランスデューサアレイ４０３Ｂは、パルスを伝送し、パルスのエコーを受信するために、超音波送信機と、センサとを備える。先端４０３はまた、音響筐体４０３Ｃまたは超音波トランスデューサアレイ４０３Ｂのための筐体を含む。カテーテル先端４０３はまた、音響筐体４０３Ｂ内の超音波トランスデューサアレイの操向４０３Ｅ、追跡４０３Ｆ、および制御された回転４０３Ｄを可能にし、回転超音波トランスデューサアレイまたは超音波送信機によるパルシングの回転の制御が、いかなる物理的回転も伴わずにソフトウェア制御される、定常超音波トランスデューサアレイの使用を可能にする、制御要素を含む。送信機は、所定の回転フォーマットにおいて超音波パルスを送信し、センサは、カテーテル先端４０３の周囲の３次元空間からデータを捕捉する。音響筐体はまた、超音波データの伝送および受信の制御のために、回転超音波トランスデューサアレイまたは定常超音波トランスデューサアレイへの接続性のための電気配線４０３Ｇを格納する。

カテーテル４０１はまた、本体設計４０４を含む。本体設計４０４は、２つの同心カテーテル要素を含む。いくつかの実施形態では、第１の同心カテーテル要素は、カテーテル先端４０３の超音波トランスデューサアレイの回転を可能にする、コネクタ４０５Ｃを通した回転シャフト接続である。第１のカテーテル要素の内側にある第２の同心カテーテル要素は、音響筐体の内側の電気内部配線４０３Ｇを、コンソール４０２内に実装される処理および他の分析能力に接続する外部配線ケーブル類またはシャフトに接続するために、超音波送信機と、センサとを備える、超音波トランスデューサアレイと、コネクタ４０５Ｃへの他のカテーテル先端制御装置との間のコネクタ４０５Ｃへの電気接続４０４Ｂを担持する。

カテーテル４０１はまた、コンソール４０２からある距離だけ離れるように移動されるようにカテーテル先端４０３を提供する、尾部またはシャフト４０５を含むことができる。いくつかの実施形態では、シャフト４０５は、回転内側カテーテル、回転制御ワイヤ、およびセンサワイヤ接続４０５Ｂを、カテーテル先端４０３内の内部配線から、シャフト４０５を通してコンソール４０２の第２のコネクタ４０６Ａに回転カテーテルおよび外部電気接続を接続する、コネクタ４０５Ｃに運搬するように構成されることができる。電気配線４０３Ｇは、並列における全ての超音波要素における信号の伝送および受信（平坦伝送、完全受信）のために要求に応じて、超音波モジュール４０７へのカテーテル先端４０３内の各超音波トランスデューサ要素の直接接続を支援する。

コンソール４０２設計は、３つのサブユニット、すなわち、ケース４０６と、超音波モジュール４０７と、処理および撮像のためのワークステーション４０８とを含むことができる。コンソールケース４０６は、カテーテル４０１のシャフト４０５からのコネクタ４０５Ｃが、コンソール４０２上のコネクタ４０６Ａと噛合し、回転トルクの伝達を可能にし、カテーテル４０１に、およびカテーテル４０１からコンソール４０２に電気信号を送信および受信することを可能にするように設計される、保持カート４０６Ｂの設計である。コンソールケース４０６はまた、ソフトウェアおよびハードウェアのためのサーバおよび記憶能力を含む、処理ワークステーションを格納する。ケースはまた、電力をシステム４００の構成要素に提供するための電力供給モジュールを保持する。

埋設された超音波（ＵＳ）モジュール４０７は、処理能力へのインターフェース４０７Ａと、シャフト４０５への、したがって、カテーテル４０１への結合４０６Ａを介した電気結合とを伴う処理能力を有する、ワークステーション４０８上に実装される埋設されたソフトウェアベースのＵＳモジュールを備える。埋設されたＵＳモジュール４０７は、動作ガイダンスおよび制御をカテーテル先端４０３に提供し、また、カテーテル先端４０３から受信された結果からデータをコンパイルおよび抽出する。

撮像ワークステーション４０８の設計はさらに、サーバハードウェア４０８Ａと、オペレーティングシステム４０８Ｂと、データ分析、データの抽出およびコンパイルのための、かつ結果分析からの画像データの発生ならびに埋設されたＵＳモジュール４０７を有効にする全ての必要な処理および記憶能力のためのバックエンドソフトウェア４０８Ｃおよびサードパーティソフトウェア４０８Ｄ等の他のソフトウェアとを含む。ディスプレイワークステーションはまた、２および３次元表示を発生させ、結果の表示と相互作用するユーザに双方向ディスプレイ操作能力を提供するために必要とされる、ディスプレイモジュールおよびグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）４０８Ｅを含む。

超音波モジュール４０７は、回転制御、計画されたシーケンスに基づく超音波パルスの発射のプログラミング、およびセンサから受信された未加工データ（エコー）の収集のためのソフトウェアならびに処理能力を含むことができる。撮像ワークステーション４０８は、超音波トランスデューサ発射および先端回転ならびに超音波トランスデューサアレイのセンサによる反射データの収集に関する全ての計画、スケジューリング、および実装を取り扱うための処理能力を伴うサーバを含有することができる。超音波モジュール４０７はまた、受信およびコンパイルされた超音波データを処理するためのソフトウェアプログラムならびに能力を含むことができる。受信およびコンパイルされた超音波データは、必要なスライスベース（２次元）または体積ベース（３次元）の結果を発生させるために実装されることができる。サーバはまた、サーバシステムに結合され、その一部を形成する、ディスプレイ画面上に結果を表示するように構成されることができる。本システムおよびその動作のさらなる詳細が、図５および６に関して下記に開示される。

図５は、本開示のある実施形態による、図４の設計から構築されたシステムの概略表現５００である。図６は、本開示のある実施形態による、機械的超音波システム６００の概略表現である。

以下の説明は、図４に示される設計および図５ならびに６に示されるシステム４００の実装された実施形態に関する。カテーテル４０１は、音響／超音波トランスデューサアレイ５０１－２と、コンソール４０２とを含む。カテーテル４０１は、音響／超音波トランスデューサアレイ５０１－２を格納するカテーテル先端４０３を含む。超音波トランスデューサアレイ５０１－２は、パルスを発射するための送信機および受信されたエコーを感知するためのセンサまたは受信機として、複数の圧電トランスデューサ、典型的には、１～６４個以上の（例えば、１２８、２５６、５１２個）圧電トランスデューサを含む。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサアレイ５０１－２は、圧電トランスデューサ（例えば、単結晶、複合セラミック）または代替トランスデューサ設計（例えば、容量性もしくは圧電微細加工超音波トランスデューサ、ＣＭＵＴ／ＰＭＵＴ）を備え、その全ては、超音波送信機および超音波受信機の両方として機能し、いくつかの他の実施形態では、音響／超音波アレイ５０１－２は、超音波送信機としてのいくつかおよび受信機としてのその他を別個に動作させるように構成されるトランスデューサを備える。超音波トランスデューサアレイ５０１－２は、音響筐体５０１－３内に格納され、音響筐体５０１－３はさらに、カテーテル先端４０３の操向および追跡を可能にされる。音響筐体５０１－３は、脈管の中へのカテーテル先端４０３の挿入および脈管内のその移動の追跡のために、放射線不透過性マーカ６０１－１を使用する。音響筐体５０１－３は、音響ユニットおよびそれらの接続のみを格納するように示されるが、図示される実施形態は、限定であることを意図していないことを理解されたい。

音響筐体５０１－３は、付加的／代替センサを格納することができる。例えば、音響筐体５０１－３は、回転超音波トランスデューサアレイ５０１－２の角速度および位置を追跡するためのセンサを格納することができる。音響筐体５０１－３はまた、温度または圧力センサもしくは追跡センサ等の他の補足センサを格納することができる。音響筐体５０１－３はまた、カテーテル４０１の本体４０４を通した電気相互接続を妨げることなく、筐体内での超音波トランスデューサアレイ５０１－２の回転を可能にすることができる。音響筐体５０１－３はまた、回転およびデータ転送のために、超音波トランスデューサアレイ５０１－２とカテーテル本体４０４とのインターフェースおよび結合５０１－１を提供するように構成されることができる。具体的には、音響筐体５０１－３は、それ自体の中に電気的および機械的の両方、すなわち、回転取付のためのインターフェースを提供することができる。結合またはコネクタ５０１－１は、音響トランスデューサアレイ５０１－２のための縦方向軸の周囲の３６０度回転能力を提供する。

カテーテル本体４０４は、外部コネクタまたは結合５０１－１へのカテーテル先端４０３の非回転音響筐体５０１－３内の回転超音波トランスデューサアレイ５０１－２および他のセンサならびに制御装置に関する機械的および電気的接続性である。カテーテル本体４０４は、回転モータ５０２－１から超音波トランスデューサアレイ５０１－２に回転を伝達することが可能な回転カテーテルであるコアを伴う同心カテーテルと、超音波トランスデューサアレイ５０１－２および他のセンサならびに制御ワイヤをコネクタ５０１－１に電気的に結合するための回転カテーテルの内側の電気ケーブル類５０１－４とを含むことができる。いくつかの実施形態では、回転モータ５０２－１は、１０～３，０００ＲＰＭの可変速度において回転するように構成される。回転カテーテルは、駆動接続を回転モータ５０２－１からカテーテル４０１のシャフト４０５を通してカテーテル本体４０４に、かつコネクタ５０１－１を通して超音波トランスデューサアレイ５０１－２に提供する。カテーテル先端４０３の超音波トランスデューサアレイ５０１－２を含む、音響筐体５０１－３内の内側回転区分は、１０～３，０００ＲＰＭの可変速度において回転することができる。カテーテル本体４０４の内側コアはまた、データおよび制御のための電気ワイヤ、典型的には、カテーテル先端４０３の超音波トランスデューサアレイ５０１－２のための少なくとも６４本のトランスデューサワイヤおよび６本の接地ワイヤを担持するように構成される電気ケーブル類５０１－４を含み、電気ケーブル類５０１－４は、超音波トランスデューサアレイ５０１－２の回転との送信機発射の同期を可能にするために、モータ制御装置に接続する少なくとも付加的な３本の制御ワイヤを含む。付加的センサが、カテーテル先端４０３の回転区分内に含まれる場合、これらへの接続ワイヤもまた、ケーブル類５０１－４内に含まれる。電気ケーブル類５０１－４は、超音波トランスデューサアレイ５０２－２からのワイヤへの結合機構５０１－１において電気的インターフェースに接続する。カテーテル本体４０４は、カテーテル先端４０３の一部であり、カテーテル先端４０３の音響筐体５０１－３内の超音波トランスデューサアレイ５０１－２への機械的回転および電気接続の両方のための接続インターフェースである結合機構５０１－１に取り付けられる。

カテーテル４０１の尾部またはシャフト４０５は、カテーテル４０１がコンソール４０２とインターフェースをとることを可能にする。本構成では、カテーテル先端４０３は、カテーテル本体４０４の結合機構５０１－１に接続するシャフト４０５を通してケーブルを使用して回転することが可能である。カテーテル４０１のシャフト４０５はまた、超音波アレイ５０１－２による超音波パルスの発生および伝送を制御するために、超音波システム５０２－２への信号および制御ワイヤ５０１－４の接続を可能にする。カテーテル４０１のシャフト４０５はまた、コンソール４０２のケース４０６内の超音波モジュール５０２－２への収集された応答データの配信を可能にする。シャフト４０１は、データおよび機械的移動を伝達するために、第２のインターフェースコネクタ４０６Ｂを介してコンソールに結合されることができる。

図１１および１２は、別のアクティブ区分と組み合わせたカテーテルのアクティブ撮像区分の２つの例示的実装を示す。特に、図１１は、膨張可能楕円体アブレーションシステム１１０４を使用するアブレーション動作のために使用される、例示的実装１１００である。膨張可能楕円体アブレーションシステム１１０４は、その音響筐体５０１－３内の回転３Ｄ超音波アレイ５０１－２に近位で取り付けられる。その音響筐体５０１－３内の撮像アレイ５０１－２は、アブレーション手技の間に画像を捕捉するために使用される。図１１は、カテーテル４０１のカテーテルシャフト４０５を担持する主要シースカテーテル１１０２と、アブレーションエネルギー伝送チャネル１１０３とを示す。カテーテルシャフト４０５は、結合５０１－１を通して音響筐体５０１－３内の回転３Ｄ超音波アレイ５０１－２に接続する。アブレーションエネルギー伝送チャネル１１０３は、膨張可能楕円体アブレーションシステム１１０４に関する電極束および冷却剤等のためのチャネルを担持する。

図１２は、アブレーション手技の間に画像を捕捉するために使用される、その音響筐体５０１－３内の回転３Ｄ超音波アレイ５０１－２に遠位で結合されるアブレーション電極先端を使用するアブレーション動作のために使用される、別の例示的実装１２００である。本実装における主要シースカテーテル１１０２は、カテーテルシャフト４０５およびアブレーション電極束ならびに灌注チャネル１２０３を担持する。結合器５０１－１は、主要シースおよびカテーテルシャフトを音響筐体５０１－３内の回転３Ｄ超音波アレイ５０１－２に結合する。第２の結合器１２０１が、灌注孔１２０４を伴うアブレーション先端をアブレーション電極束および灌注チャネル１２０３に結合し、３Ｄ画像が、回転３Ｄ超音波アレイによって捕捉される間、アブレーション手技および手技の場所の冷却を可能にするために使用される。

再び図４を参照すると、いくつかの実施形態では、ケース４０６は、超音波撮像手技の計画ならびに超音波システム４００による撮像手技の結果の発生および処理のために必要とされる残りの全ての構成要素を伴うコンソール４０２のための保護カバーを形成する。コンソール４０２は、少なくともソフトウェアベースの埋設された超音波モジュール４０７、回転モータ、および必要な処理パワー、ソフトウェアのための記憶能力、ならびにデータ記憶能力等を伴う撮像ワークステーション４０８を格納する。ケース４０６はまた、システム４００の動作のためのインターフェース能力および電力供給源を含む。

いくつかの実施形態では、超音波モジュール４０７は、手技を計画し、カテーテル先端４０３内の超音波トランスデューサアレイ５０１－２の送信機によるパルス発射を開始するための能力、処理パワー、およびソフトウェアを有する、超音波システム５０２－２を含むことができる。超音波モジュール４０７はまた、カテーテルシャフト４０５の内側コアを通して結合される、回転モータ５０２－１を有することができる。回転モータ５０２－１は、カテーテル先端４０４の回転を制御し、手技の計画に基づいて、回転をトランスデューサ発射と同期させるように構成されることができる。同期は、超音波システム５０２－２に、必要なトリガ信号を回転モータ５０２－１および回転超音波トランスデューサアレイ５０１－２に提供させることによって達成されることができる。トリガ信号およびフィードバックとの回転同期は、モータをカテーテル先端４０３の超音波トランスデューサアレイ５０１－２と接続する３つの信号ラインを通して達成される。全ての電気接続、典型的には、６４本のトランスデューサおよびセンサワイヤならびに３本のモータ制御および同期ワイヤは、カテーテル４０１のカテーテルシャフト４０５を通して、コンソールまたは超音波機械４０２からカテーテル先端４０３のカテーテル本体４０４の配線に接続される。撮像ワークステーションが、処理機械５０２－３として使用される。処理機械５０２－３は、同期信号およびモータ回転の算出ならびに監督／制御を提供するために使用されてもよい。モータとプロセッサとの間のリンクは、典型的には、ＵＳＢ、ＲＳ２３２、またはイーサネット（登録商標）接続であるが、これは、限定であることを意図していない。

コンソール４０２はまた、システム４００に関する処理機械５０２－３内の１つ以上のプロセッサを使用して処理能力を提供する、ワークステーションおよびディスプレイ４０８を含む。コンソール内にあるように示される処理機械は、限定と見なされるものではない。処理機械５０２－３は、クラウドベースのプロセッサとしての実装を含む、分散プロセッサとして実装されてもよい。これはまた、用途の制約内で単一プロセッサまたはマルチプロセッサ構成として実装されることができる。処理機械は、特徴の制御および収集されたデータのコンパイルならびに分析のための能力を超音波システム５０２－２に提供する。超音波撮像に精通している個人によって明確に理解され得るように、６４個の電気接続を通した超音波処理システム５０２－２への入力における感知されたデータは、本質的にアナログであり、超音波システム５０２－２内でデジタルフォーマットに変換され、記憶される。データおよび結果は、撮像ワークステーション上の専用記憶装置内、または処理機械と関連付けられるクラウド記憶装置内に記憶される。結果は、コンソール４０８のディスプレイユニット５０２－４上で表示されるべき２、３、または４次元表示を生成するようにコンパイルおよび処理される。デジタル接続は、典型的には、高速周辺機器構成要素インターフェース（ＰＣＩ）またはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）イーサネット（登録商標）接続を経由して達成される。

図１０は、開示される超音波システムの一部として使用され得る、典型的な処理システムを示す。処理システムは、単一プロセッサまたはマルチプロセッサ１０００－１実装を備えてもよい。プロセッサは、ソフトウェア記憶メモリ１０００－３およびデータ記憶メモリ１０００－４にも接続する、プロセッサバス１０００－２を経由して接続される。ＰＣＩＥ周辺機器バス１０００－５が、プロセッサバスを、描画タブレット、キーボード等の入力／出力モジュール１０００－６およびディスプレイモジュール１０００－７のような周辺機器デバイスに接続するために使用される。ＰＣＩＥベースのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１０００－８が、モータ制御モジュール１０００－９、通信モジュール１０００－１０、およびアナログ区分５０２－２－ａと、デジタル区分５０２－２－ｂとを備える、超音波処理システム５０２－２に接続するために使用される。モータ制御モジュール１０００－９は、ＵＳＢ、ＲＳ２３２、またはイーサネット（登録商標）接続のいずれかであるモータ制御リンク１０００－１１を介して、回転モータ５０２－１に結合される。処理システムの具体的実装が、本願のために示されるが、当業者によって明確に理解されるであろうように、これは、可能性として考えられる、使用のために相互接続されるプロセッサおよび周辺機器の代替構成の限定であることを意図していない。これらは、本明細書に提示される説明および図によって網羅されることが予期される。

図７は、本開示のある実装による、図４－６に示されるもの等の超音波システム内で実装されるべきデータを計画および収集するためのプロセス７００を説明する、フローチャートを描写する。プロセス７００は、患者からの入力、患者に対して実行された医療試験、およびシステム４００の能力を使用することができる。手技計画は、システム４００を使用するデータ収集を可能にする、プロセスの前提条件である。Ｓ７００１において、システム４００の手技計画およびデータ収集プロセス７００が、開始される。Ｓ７００２において、医療試験からの情報を含む、患者の情報が、ユーザインターフェースを通して本システムに入力される。Ｓ７００３において、超音波システムの高レベルソフトウェアが、３次元画像計画を発生させるために、患者関連入力と併用される。

画像計画はまた、Ｓ７００４において、撮像センサの回転を超音波トランスデューサおよび応答収集センサと同期させるための回転計画を含む。Ｓ７００５において、計画された回転計画を伴う計画された手技が、超音波システムの計画データベース内に保存される。いくつかの実施形態では、少なくとも２つのタイプの画像データ収集が、存在することができる。例えば、超音波撮像を使用する２次元撮像である、Ｂモード（輝度モード）が、存在することができる。他のタイプの画像データ収集は、前述で説明された抽出プロトコル（例えば、弾性撮像、組織マイクロドップラ、コヒーレンス撮像等）のうちの１つ以上のものを使用して組織を特性評価するために超音波撮像を使用する、血管内機能的撮像を含むことができる。本例示的フローチャートでは、弾性撮像が、議論される。

Ｓ７００６において、Ｂモードに関する保存された計画が、計画データベースから読み出されることができ、Ｂモードデータ収集計画が、開始されることができる。Ｂモードに関して、３次元機能的解剖学的ソフトウェアが、計画設計に基づいて、回転トリガを用いて画像シーケンス処理および超音波抽象化を発生させるために実装されることができる（Ｓ７００７）。Ｓ７００８において、Ｂモードに基づく回転トリガを用いて発生された画像シーケンス処理および超音波抽象化は、超音波システムハードウェアを駆動するために、超音波システム信号に変換される。

超音波システムハードウェアを駆動するための変換された信号は、超音波システム４００のハードウェアインターフェースに提供される（Ｓ７００９）。Ｓ７０１０において、超音波システムハードウェアは、超音波トランスデューサを発射し、単一の画像シーケンスにおいて画像データを発生および収集するための同期された方式で超音波カテーテル先端の回転を用いて反射データ信号を収集することによって、計画されたシーケンスにおける命令を実行する。

Ｓ７０１５において、発生されたＢモードデータは、チャネルデータストア内に記憶されることができる。Ｓ７０１１において、第２のデータ収集計画である、血管内組織特性評価撮像のための機能的組織撮像計画が、完了されたかどうかの決定が、行われることができる。完了されていない場合、機能的組織撮像に関する計画は、計画データベースから読み出されることができ、弾性撮像データ計画実行が、開始されることができる（Ｓ７０１２）。

機能的組織撮像に関して、３次元機能的解剖学的ソフトウェアが、計画設計に基づいて、回転トリガを用いて画像シーケンス処理および超音波抽象化を発生させるために実装される（Ｓ７０１３）。Ｓ７０１４において、機能的組織撮像に基づく回転トリガを用いて発生された画像シーケンス処理および超音波抽象化は、超音波システムハードウェアを駆動するために、超音波システム信号に変換される。

超音波システムハードウェアを駆動するための変換された信号は、超音波システム４００のハードウェアインターフェースに提供される（Ｓ７００９）。Ｓ７０１０において、超音波システムハードウェアは、超音波トランスデューサを発射し、単一の画像シーケンスにおいて画像データを発生および収集するための同期された方式で超音波カテーテル先端の回転を用いて反射データ信号を収集することによって、計画されたシーケンスにおける命令を実行する。

Ｓ７０１５において、機能的組織撮像から発生されたデータは、Ｂモードデータとともにチャネルデータストア内に記憶される。Ｓ７０１１において、Ｂモードおよび組織弾性モードデータ撮像の両方が、完了されたことを確実にするために、機能的組織撮像モードが完了されたかどうかに関する決定が、行われる。機能的組織撮像モードが、完了されたと決定される場合、手技計画およびデータ入手プロセスは、停止される（Ｓ７０１６）。Ｓ７０１７において、チャネルデータストアは、ここで、発生された全てのデータを含有し、処理および画像入手ができる状態である。

図８は、本開示のある実装による、２または３次元スライスベースの撮像を再構成および可視化するためのプロセス８００を説明する、フローチャートを描写する。チャネルデータストア内に収集および記憶された画像データは、読み出されることができ、処理は、スライスベースの画像可視化に関して始められることができる（Ｓ８００１）。Ｓ８００２において、Ｂモードおよび機能的組織撮像からの単一の画像シーケンスに関するチャネルデータが、合併されることができる。Ｓ８００３において、２または３次元画像再構成が、合併された撮像データおよび超音波システム４００の高レベル３次元解剖学的画像処理能力を使用して実施されることができる。

２／３次元画像再構成結果は、超音波システムのユーザインターフェースにわたるスライスベースの画像の２または３次元可視化として、システムディスプレイ上のディスプレイに出力されることができる。表示された画像は、専門家による精査のために提供されることができる（Ｓ８００４）。Ｓ８００５において、スライスベースの画像再構成に関する画像データ処理は、完了し、プロセスは、停止される。

図９は、本開示のある実装による、３または４次元スライスベースの撮像を再構成および可視化するためのプロセス９００を説明する、フローチャートを描写する。チャネルデータストア内に収集および記憶された画像データは、読み出されることができ、処理は、体積ベースの画像可視化のために開始されることができる（Ｓ９００１）。

Ｓ９００２において、Ｂモードおよび組織パラメータ撮像からの入力チャネルデータが、単一の発射パターンのために合併されることができる。発射毎にＢモードおよび機能的撮像データを組み合わせる３次元画像または４次元画像再構成が、高レベル３次元解剖学的画像処理能力を使用して再構成されることができる（Ｓ９００３）。

結果は、超音波システム４００のシステムディスプレイ上で表示するために、ユーザインターフェースにわたる３次元画像または４次元画像として出力されることができる。結果は、精査のために、専門家によって表示されることができる（Ｓ９００４）。Ｓ９００５において、体積ベースの画像再構成に関する画像データ処理は、完了し、プロセスは、停止される。表面の、および組織の中へのスライスベースならびに体積ベースの画像の両方を収集および発生させるために、Ｂモードおよび組織機能的パラメータ撮像の組み合わせを使用することによって、本発明の実施形態は、手技、特に、ＡＦ手技の完全性を確実にするための一意のアルゴリズムを使用することが可能である。

図１０は、本発明の一実施形態による、処理システムの概略図を描写する。

図１１は、本発明の一実施形態による、音響／超音波撮像システム設計の遠位端の詳細な概略図である。

図１２は、本発明の一実施形態による、音響／超音波撮像システム設計の遠位端の詳細な概略図を図示する。
（超高速撮像）

電気生理（ＥＰ）アブレーション手技の具体的要件ならびに超高速撮像技法によって可能にされる潜在性に基づいて、本デバイスは、ＥＰ実験室におけるアブレーション手技の要件に完全に調整されたシステムを提供するために、最新式の撮像を、超高速撮像を使用する特注の回転３Ｄ心臓内超音波検査（ＩＣＥ）カテーテルシステムと統合してもよい。超高速撮像技法は、カテーテルの全周の要求される解剖学的捕捉範囲（＞８０ｍｍの合計体積被覆率）ならびに読み出された回転３Ｄ＋ｔデータからのアブレーション外傷の具体的監視の両方を可能にし得る。

撮像システムは、円筒形撮像体積の再構成を可能にし得る。本視野内で、本システムは、解剖学的情報ならびにアブレーション監視のための機能的組織情報の両方、すなわち、
ａ）発明を実施するための形態において上記に言及されるような解剖学的情報
ｂ）発明を実施するための形態において上記に言及されるような機能的情報
を提供し得る。

最適な画像品質に焦点を当てると、体積更新レートに起因する心臓脈動の影響ならびに体積あたりの空間分解能の両方が、ハードウェア設計のために考慮される必要がある。患者が、鎮静作用または全身麻酔下で治療される際、アブレーション手技における予想される心拍数は、５０ｂｐｍ～１２０ｂｐｍであり、これは、２Ｈｚの最大心拍数ｆ_{ｃ，ｍａｘ}に相当する。過去の研究は、＞２０Ｈｚの合計更新レートが、本最大心拍数を伴う動的移動を完全に捕捉するために十分であり得ると示唆している。

解剖学的評価は、０．５ｍｍ～４．４ｍｍの範囲内の心臓壁を示し、肺静脈は、１０ｍｍ～２０ｍｍの直径を呈した。一実施例では、４０ｍｍを伴う体積データを再構成することによって、カテーテルの全周の撮像深度および再構成された３Ｄ体積データに関する＜０．２５ｍｍの等方性空間分解能が、全ての現在利用可能な撮像方法に優って、十分に詳細な全ての要求される構造の描写を可能にする。

動的心臓構造のアーチファクトのない撮像を可能にしながら、最適な空間分解能を達成することは、空間サンプリングと体積更新レートとの間の慎重なバランスを要求し得る。それによって、回転して入手される３Ｄ体積内の達成可能な角度空間分解能は、以下の方程式に示されるようなカテーテルの周囲の個々に入手された２Ｄ画像の間の角度φに直接関連し得る。
式中、ｄ_αは、標的撮像深度である。角度分解能は、回転サンプリングレートの半分（すなわち、２つの像平面の間の距離）に限定され得、より小さい角度は、直感的に、より良好な分解能（より小さいδ_ｅ）につながる。しかしながら、体積更新レートは、以下の方程式に示されるように、Φおよび各位置において入手される２Ｄ（ｔ_２Ｄ）画像あたりの要求される時間に反比例する。
式中、直感的により小さい角度（すなわち、２Ｄ撮像平面の間のより小さい間隔）は、より低い体積更新レートにつながり得る（体積あたりより多くの時間が要求される）。

上記の要件を考慮すると、一実施形態では、標的δ_ｅ＝０．２５ｍｍを達成するために、各像平面の間の角度は、Φ＝０．７２°を満たす必要がある。固定されたΦでは、５００枚の個々の画像が、１つの体積を再構成するために、１回のカテーテル旋回毎に要求され得る。≧２０Ｈｚの体積更新レートを維持するために、カテーテルシステムは、１分あたり≧１，２００旋回（ｒｐｍ）を支援する必要があり得る。最後に、方程式（２）から、ｆ_２Ｄは、空間分解能０．２５ｍｍを伴う≧２０Ｈｚの体積撮像レートを可能にするために、≧１０ｋＨｚである必要があることになる。ｆ_２Ｄに関する要件から、超高速撮像技法は、用途およびシステム設計によって与えられる制約を伴って撮像を可能にすることが要求され得ることが明白となる。しかしながら、後者は、送信および受信モードの両方に関して、全てのトランスデューサ要素は、並行して利用されるため、各トランスデューサ要素から個別の撮像チャネルへの完全な電気接続を要求し得る。これは、サブ開口が、採用され、トランスデューサと撮像チャネルとの間の完全な１：１相互接続を回避するために、先端における多重化技法の利用を可能にする、走査線ベースのアプローチと対照的であり得る。それによって、チャネルは、アナログおよびデジタルフロントエンドを提供し、増幅および他のアナログ処理段階とともに、パルシングの伝送およびアナログ－デジタル変換の受信を可能にする。上記に議論される要件を満たしながら超高速撮像を可能にするために、本システムの少なくとも一実施形態は、完全６４チャネルアレイ設計を提供する。したがって、他のカテーテル設計と対照的に、これは、平面波または発散波撮像等の全ての固有の超高速撮像技法の直接利用を可能にする。本明細書に使用されるように、平面波撮像は、（異なる角度における）全てのトランスデューサ要素の平坦伝送を通して、平面波面が、組織を横断し得、トランスデューサに戻るように部分的に散乱され得る、超音波撮像モダリティを指し得る。受信されたＲＦ（チャネル）データから、全体的画像が、標的位置毎に受信されたＲＦデータを動的にビーム形成することによって、並行して一度に再構成され得る。心臓内撮像に関する文献において提示される他の（固有の３Ｄ）トランスデューサアレイは、完全開口撮像の発生を可能にしない、またはそれらは、カテーテルの周囲の完全３６０被覆率を可能にせず、両方とも、アブレーションの正確な深度および近接性／恒久性監視のための前提条件である。

超高速撮像技法は、優れた画像品質および高い撮像レートの両方を伴う画像データの再構成を可能にする。それによって、本明細書のシステムの少なくとも一実施形態は、コヒーレント平面波合成を採用し、複数の平面波伝送サイクルが、エコーを受信し、高信号対雑音比を伴う画像データの再構成を可能にするために使用される。最初に、単一の平面波シナリオを考慮すると、角度αを伴う平面波面が、下記の方程式に示されるように、トランスデューサ中心からのそれらの距離による、個々のトランスデューサ要素の個別の時間遅延によって、トランスデューサアレイにおいて発生される。
式中、
αは、平面波傾斜角度であり、
ｘ_ｉは、トランスデューサ中心点までの側方距離であり、
δ_ｌαｔは、超音波要素の側方間隔であり、
ｉ_ｌαｔは、ｉ番目の要素の数であり、
ｃは、媒体中の音速であり、
Δ_ｉは、所与のパラメータ化に関する要素ｉに関する具体的時間遅延である。

平面波伝送では、波が、２Ｄ撮像平面内の所望の標的Ｐ_ｋ＝（ｘ_ｋ， ｙ_ｋ）点に到達するまでの伝送時間は、下記の方程式によって与えられる。

図１３Ａを参照すると、本発明の一実施形態による、平面波伝送が、示される。全てのトランスデューサ要素２８０２上でパルスを同時に伝送することによって、平坦な平面波２８００が、放出されてもよい（上）。平坦な平面波はさらに、平面波面角度α_１によって定義されてもよい。個々の要素のトリガの間の時間遅延を制御することを通して、角度付き平面波２８０４が、発生されてもよい（下）。角度付き平面波はさらに、平面波面角度α_２によって定義されてもよい。

図１３Ｂを参照すると、本発明の一実施形態による、ＳＮＲおよび画像品質を改良するための平面波合成が、示される。本明細書に図示されるものは、異なる角度を伴う３つの平面波伝送である。超音波アレイから、いくつかの平面波が、異なる伝送角度α_１、α_２、およびα_３を用いて標的組織の中に伝送されてもよい（上列）。個々に受信された平面波エコーのコヒーレント合成を通して、集束が、位置毎の受信されたデータから達成されてもよい（下）。

より一般的には、単一の平面波伝送から再構成された画像は、２Ｄ画像再構成のために十分であるが、小さい信号振幅は、低ＳＮＲにつながり、そのため、実践では、複数の平面波伝送が、全体的画像コントラストならびに空間分解能を改良するために組み合わせられてもよい。この点で、一連の平面波伝送－受信サイクルが、単一の固定された伝送の代わりに、異なる平面波角度α_ｉを用いて実施されてもよい。これは、古典的な走査線撮像を超える画像品質を提供し、かつ少ない平面波伝送からの高品質を伴う画像の再構成を可能にすることが示されている。図１３Ｂは、異なる角度を伴う３つの平面波伝送の実施例に関する概念の概観を示す。それによって、各伝送－受信サイクルは、方程式（６）に従って２Ｄ信号に再構成された後、２Ｄフレームが、方程式（７）において個々に再構成された２Ｄ信号の合計によってコヒーレントに合成される。
伝送角度α_ｉの適切なセットを選択することに関して、目標は、結果として生じる画像品質を最大限にしながら、要求される角度の数を最小限にすることである。走査線撮像に合致するために要求される角度の最大数は、以下のように具体的トランスデューサ性質によって定義される角度空間周波数から導出され得る。
Ｌは、全体的側方トランスデューサアレイ長さであり、ｎ_ｌαｔは、トランスデューサ要素の数であり、λは、伝送パルス周波数λ＝ｃｆによって決定される波長である。本定義から、対称伝送シーケンスに関する最大角度α_ｍａｘが、もたらされる。
同様に、古典的な集束走査線ベースの画像の品質に合致するための平面波角度α_ｉの数は、以下によって決定される。
特徴的なＦ数としてのＦは、トランスデューサアレイの方向性
を決定する。１２．５ＭＨｚ（λ＝０．１２３２ｍｍ）において動作するＬ＝１１．５ｍｍの全長を伴う超音波トランスデューサに関して、これは、例えば、古典的走査線撮像に合致する３８個の角度をもたらす。しかしながら、実践では、より少ない数の伝送が、高品質の解剖学的撮像を可能にするために依然として十分である。

本システムに関する経験的評価に基づいて、３０個の角度が、従来的集束撮像の画像品質に合致するために十分であるとして、前方に進む際に考慮される。３０個の角度の伝送サイクルを移動ウィンドウ内の連続的な３０個の角度の具体的受信下位群と組み合わせることによって（例えば、図１５参照）、トランスデューサ表面から組織の中に、かつ戻るように進行する音響波によって決定される物理的制約によってのみ限定される最大達成可能撮像レートを維持しながら、高品質超音波データを再構成することができる。これは、各再構成された２Ｄ画像が、ｎ個の角度を伴う１回の完全伝送－受信サイクルを有し得る実施例と対照的である。したがって、方程式（２）における平面波撮像の元々の公式化と対照的に、撮像レートは、以下に関し、
４０ｍｍの標的貫通深度に関してｆ_２Ｄ＝１９．２５ｋＨｚをもたらす。これは、超高速回転撮像に関する基礎となり得、撮像シーケンスは、３Ｄ＋ｔ撮像を提供するために、カテーテルの周囲で回転して高い更新レートで入手される。

撮像技法は、優れた画像品質および高い撮像レートの両方を伴う画像データの再構成を可能にし得る。カテーテルは、コヒーレント平面波合成を採用してもよく、複数の平面波伝送サイクルが、エコーを受信し、高信号対雑音比を伴う画像データの再構成を可能にするために使用される。上記に説明される解剖学的撮像原理は、トランスデューサ位置が、静的であるときに直接適用されてもよいが、個別の運動が、撮像アレイの高速位置変化の場合に関して考慮されてもよい。本文脈では、Φは、その縦方向軸の周囲で回転する側方視カテーテルアレイに関するその軸の周囲の撮像アレイの角度位置を表す。

本回転概念に従って、提案されたカテーテルシステムを伴う超音波撮像のためのビーム形成方法は、カテーテル回転角度Φならびに平面波傾斜角度αの両方が、伝送されたエコーと受信されたエコーとの間で変動し得ることを考慮するために修正される。図１４は、上面図（平面図）において回転カテーテルシステムに関する全体的概念を描写する。ビーム形成プロセスにおける本回転偏移を考慮するために、再構成は、３Ｄ空間内で直接実施されてもよい。代替として、単一の平面波伝送－受信サイクル（すなわち、固定されたα）もまた、静的であると仮定されてもよく、最終画像が、後続回転伝送－受信イベントを合成された画像に補償することによって再構成される（別個にビーム形成された２Ｄ画像の補正）。

図１３Ｃは、本発明の一実施形態による、音響／超音波筐体内のトランスデューサアレイ１３００の概略表現である。カテーテル１３０１が、近位端と、遠位端とを備える、カテーテル本体１３１２とともに示される。カテーテル１３０１の遠位端は、カテーテル先端１３０２を備えてもよい。カテーテル先端１３０２は、異なる速度において回転可能であってもよい。カテーテル先端１３０２は、音響筐体内に封入され、撮像先端１３０６の中心を伴うカテーテルの縦方向軸ｘに沿って延在する、超音波トランスデューサアレイ１３１４を含んでもよい。超音波トランスデューサアレイ１３１４は、音響信号を媒体の中に放出するように構成される、トランスデューサ要素（または音響トランスデューサ）から成る、アクティブ撮像アレイ１３０８を備えてもよい。その縦方向軸ｘの周囲の単一の回転から、カテーテル１３０１は、１つの完全な再構成された３Ｄ体積を提供してもよい。回転分解能が、それによって、画像平面波群１３１０の各個々の２Ｄ像平面の間の角度Φ１３１６によって決定される。トランスデューサアレイ１３０４の中心は、カテーテルが、その縦方向軸ｘに沿って回転する際、回転してもよい。

カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されてもよい。例えば、カテーテルは、アブレーション手技を監視することを支援するために、心臓の中に挿入されてもよい。アクティブ化に応じて、超音波トランスデューサアレイ１３１４は、超音波パルスを伝送し、周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、音響筐体内で回転可能であってもよい。

トランスデューサアレイ１３１４の音響トランスデューサのアレイを含むカテーテルは、軸ｘによって表される、カテーテルの縦方向軸を中心として円周方向に回転してもよい。縦方向軸ｘを中心として円周方向に回転することに応じて、カテーテルは、ｘ軸を中心として角度Φ１３１６に位置付けられてもよい。

回転に応じて、カテーテルは、異なる伝送角度位置（角度α１３１８）のセットにおける音響トランスデューサのアレイによって、平面波群１３１０の１つ以上の平面波を表す複数の入射音響波信号を伝送してもよい。平面波群１３１０は、経時的な２Ｄ画像または３Ｄ画像の描写を支援し得る。

図１４は、本発明の一実施形態による、音響トランスデューサの伝送角度位置を図示するためのｘ軸を通して延在するビューからの図１３のカテーテル１３０１の図示である。カテーテル１３０１が、その縦方向軸ｘの周囲で連続的に回転している際、伝送および受信回転角度は、相互に異なり得、１つの受信位置再構成は、複数の伝送回転位置からのエコーデータを含み得る。カテーテル１３０１は、ビーム形状受信回転角度Φ１４０４、伝送回転角度Φ１４０６、およびカテーテル撮像先端１４０１のカテーテル回転軸１４１０に対応する伝送角度１４０８のビーム形状によって定義される回転角度Φに関する角度被覆面積１４０２を有してもよい。角度被覆面積１４０２は、回転Φ_ｉに関してカテーテル回転軸１４１０からトランスデューサ要素にオフセットされてもよい。

いくつかの実施形態では、伝送および受信角度位置は、異なり得るため、ビーム形成は、回転補正される必要があり得る。ビーム形成を回転補正するために、τ_ｔｘおよびτ_ｔｘの定義は、下記の方程式（１３）、方程式（１４）、および方程式（１５）に示されるように、カテーテルの周囲の様々な回転角度を含むように拡張され得る。
式中、
ｍ_Φは、トランスデューサアレイの回転依存性中心であり、
ｒは、カテーテル回転軸へのトランスデューサ要素のオフセットであり、
ｄ_αΦは、傾斜および回転された平面波の方向である。

これに基づいて、受信遅延は、方程式（１６）を解くことによって決定され得る。
式中、δ_ｘは、アレイに沿った受信要素の場所である一方、δ_ｙおよびδ_ｚは、カテーテルが、ω＝２πｆ_３Ｄを用いて回転し続ける際、τ_ｒｘ自体に依存し、方程式（１７）を提供する。
ともに、δ_ｘ δ_ｙおよびδ_ｚは、撮像起点から３Ｄ空間内の具体的側方撮像トランスデューサに向くベクトルを表し得る。本定義に従って、下記の方程式（１８）に示されるように、カテーテルの増分的に変化する回転角度は、再構成されたＲＦ毎に遅延の中に直接含まれ得、カテーテル回転角度ならびに側方平面波傾斜の両方を組み込む超高速回転カテーテルに関する画像をもたらす。

図１５は、本発明の一実施形態による、超高速３Ｄ平面波シーケンスの図示である。回転入手に関して、一連の平面波傾斜角度α_ｉは、その軸Φの周囲のカテーテルの連続的回転によって増進され得る。事実上、カテーテル回転位置毎に、受信群は、平面波傾斜角度αおよびカテーテル回転角度Φの両方において傾斜した平面波を統合し、適応的な３Ｄ平面波コヒーレント合成方略をもたらし得る。

上記に説明されるアプローチは、受信遅延の明示的な公式化を可能にしない場合があるため、同一の低分解能画像のビーム形成が、暗示的に複数回要求される。したがって、カテーテルの回転に関する補正のみを概算し、各個々の伝送－受信サイクル（単一の平面波に関して）を静的事例として考慮することが、有益であり得る。これにおいて、方程式（６）におけるような１つの低分解能画像を入手するプロセスは、静的カテーテルとともに行われることが考慮される。これに基づいて、連続的な傾斜した平面波放出の間のカテーテルの回転移動を考慮するために、カテーテルの回転は、下記の方程式（１９）に示されるように、方程式（１８）を修正することによって近似合成に関して考慮される。

図１６は、本発明の一実施形態による、角度被覆率のパラメータ化の図示である。超音波撮像システムのビーム形状（３Ｄにおける音響波の圧力プロファイル）は、超音波伝搬に関するシミュレーション環境またはハイドロホンを使用する圧力場測定等の実験的技法を使用して、軸方向－側方次元１６０２および軸方向－仰角方向次元１６１０においてシミュレートまたは測定されてもよい。－３０または－６０ｄＢカットオフを使用して、ビーム形状は、直接導出される１６０４、またはビームプロファイルのカットオフ面積（１６０８における面積）から台形形状、角形状、または長方形形状１６０６等の被覆面積の簡略化された定義を読み出すために使用されてもよい。これらの被覆面積は、異なる伝送位置１６１２からの全ての受信されたエコーが、再構成プロセスに含まれ得る、各標的受信位置１６１４の周囲の近傍を選択するために使用されてもよい（右）。

上記に説明される方法を用いた本３Ｄ回転コヒーレント平面波合成に関して、角度開口（例えば、中心標的像平面までのその角度距離に応じて、合成に関して考慮されるべき全ての伝送－受信データ）は、手動で、または超音波伝送ビームの仰角方向および側方幅に基づいて定義されてもよい。それによって、ビーム形状は、超音波トランスデューサアレイ性質ならびに具体的撮像パラメータによって決定されてもよい。実践では、仰角方向（厚さ）におけるビーム形状は、例えば、０．５ｍｍ～５．０ｍｍであり得、より深い組織領域において発散する。この点で、角度回転速度および２Ｄ入手レートに応じて、様々な数の平面波が、両方の角度α、Φの３Ｄコヒーレント合成に関して考慮され得る。具体的カテーテル回転速度のビーム形成に関して考慮されるべき平面波を選択するために、測定またはシミュレートされたビームプロファイルが、本被覆面積内に該当する隣り合う伝送を識別するために使用されてもよい（グラフィカル表現に関して図１６参照）。代替として、簡略化された被覆面積が、被覆された平面波伝送および受信イベントの分析的／幾何学的決定を可能にするために、定義されてもよい（例えば、グラフ１６０２および１６１０に示される軸方向、側方、および仰角方向次元における被覆面積を定義する台形１６０４または円弧）。ビーム形状定義を円弧（具体的カテーテル回転位置の周囲の角度範囲）と仮定して、図１７は、ｆ_２Ｄ＝１９．２ｋＨｚの２Ｄ撮像レートを仮定する各個々の角度位置を中心とする再構成のために使用される平面波の数の例示的考慮事項を示す。これに従って、５ｍｍのビーム分解能（非集束平面波に関して現実的）は、例えば、最大ｎ＝［３８．２０］＝３８個の伝送角度が、４０ｍｍの撮像深度に関して考慮されることを可能にする。本実施例および一般的公式化から、本アプローチは、付加的情報を再構成（ビーム形成）に統合するだけではなく、また、一般に、高速回転超音波アレイを用いた平面波コヒーレント合成および超音波撮像の利用を可能にし得ることが分かり得る。

図１７は、本発明の一実施形態による、３Ｄ合成のために使用されるスライス（フレーム）の間の角度距離および平面波伝送の数の表である。例えば、１９．２ｋＨｚの２Ｄ撮像レートでは、達成可能な撮像分解能は、カテーテルの周囲の回転して入手される個々のフレームの距離によって限定され得、トランスデューサまでの距離（表１７０２に反映される）とともに、ならびにより高い回転速度とともに減少し得る。仰角方向における空間ビーム幅に応じて、一連の平面波伝送が、表１７０４に反映され、ビーム形成および３Ｄコヒーレント合成のために使用されてもよい。
（改良された手技監視）

いくつかの実施形態では、撮像カテーテルは、手技の前および後にある面積を撮像し、結果を比較し、差異を識別することによって、外傷マップ再構成のために利用されてもよい。これは、臨床医／医師が、その手技の成功を評価することに役立つことができる。

図１８は、本発明の一実施形態による、例示的外傷マップ再構成プロセスの図示である。

ｎ個の伝送を伴う平面波シーケンスを仮定して、角度が、下記の方程式２０、２１、および２２に示されるように、対称的な方法で定義される。

α_ｍａｘが、方程式（２２）に従って定義される。（傾斜した）伝送平面波あたりの受信されたエコーの各個々のセットから、未加工無線周波数データが、方程式（２２）に従うビーム形成を通して、個々のサブ画像ｌ（ｘ_ｋ， ｙ_ｋ， α_ｉ）に再構成される。サブ画像１８０２は、特定の伝送平面波に関する平面波受信データのマッピングの実施例である。次に、サブ画像の標的点ｐ＝（ｘ_ｋ， ｙ_ｋ）毎に、局所周波数ドメイン表現が、再構成されてもよい。入手毎に周波数ドメイン表現を抽出するために、各標的点ｐの周囲を中心とする側方および軸方向サイズｗ_ｘ， ｗ_ｙを伴うウィンドウが、軸方向および側方方向におけるＲＦデータのサンプルセットを読み出すために採用されてもよい。方程式（２２）に従って、軸方向におけるデータは、サンプリングレートｆ_ｓを伴う１つまたは複数のトランスデューサチャネルによって軸方向において記録されたビーム形成されたサンプルに対応する。したがって、スペクトル表現が、各軸方向サンプルセット
から導出され得、異なる方法が、サンプルセットからローカル周波数ドメイン表現を読み出すために採用されてもよく、好適な周波数ドメイン変換は、フーリエ変換、ラプラス変換、Ｚ変換、または小波変換である。単一の平面波伝送から再構成されたＲＦデータセット毎に、局所パワースペクトルが、それぞれの周囲を中心とするウィンドウからの画像内の点毎に再構成されてもよく、これは、例示的標的点に関するローカルスペクトル推定周波数スペクトル１８０４およびローカルスペクトル推定周波数スペクトル１８０６をもたらし得る。

いくつかの実施形態では、撮像システムは、手技（例えば、アブレーション手技）の前および後の１つ以上のサブ画像の標的点（またはピクセル）毎のローカル周波数ドメイン表現を読み出し、周波数ドメイン表現内の標的点の特性の具体的変化を通して、アブレーションされていない領域からのアブレーションされた領域の区別を可能にし得る。単一の入手からの周波数ドメイン表現の評価は、標的組織の具体的周波数成分だけではなく、また、撮像パルス、器具類、組織内の全体的減衰等の他の外部因子を含有し得るため、１回または複数回のアブレーションの前および後の周波数ドメイン表現が、再構成される。例えば、図１９は、アブレーション前および後の入手ならびに周波数マップの比較を描写する。アブレーションの前および後のこれらの表現から、具体的比較が、アブレーション前入手に対するアブレーション後の組織およびその変化についての具体的情報を読み出すために、時間および周波数ドメインにおいて採用されてもよい（グラフィカル表現に関して図１９参照）。

最初に、特定の伝送平面波に関する平面波受信データのマッピングを表すサブ画像１９００、１９０２等のサブ画像が、アブレーション前入手およびアブレーション後入手のために取得される。

１つ以上のアブレーション前サブ画像１９０２に関連するアブレーション前局所スペクトルＳ_ｐｒｅ（ｆ， ｘ_ｋ， ｙ_ｋ， α）１９０４および１つ以上のアブレーション前サブ画像１９００に関連するアブレーション後局所スペクトルＳ_ｐｏｓｔ（ｆ， ｘ_ｋ， ｙ_ｋ， α）１９０６が、標的位置および角度α毎に、例えば、パワースペクトル推定部を使用して（高速フーリエ変換または自己回帰推定方法を使用して）、対応する点ｐ_ｋのセット毎に読み出され得る。それによって、周波数
は、入力データのサンプリング周波数ｆ_ｓによって限定され得る。外傷マップ１９０８ Ｌ（ｘ_ｋ， ｙ_ｋ， α_ｉ）を再構成するために、ｄＢにおけるアブレーション前およびアブレーション後のスペクトルパラメータの比率が、アブレーションに起因する各座標における全体的スペクトル変化の測度を直接再構成するために使用される。
式中、アブレーション前および後の角度のセット毎に、局所スペクトルの比率が、計算される。このために、全ての平面波傾斜α_ｉの寄与が、方程式（２４）および（２５）の再構成アプローチに従ってカテーテル回転位置を考慮して、単一の再構成された外傷マップ１９０８に合成され得る。
α_ｉ、φ_ｉは、伝送ｉに関する傾斜および回転角度であり、ｒは、カテーテルの回転軸までのトランスデューサ表面の距離である（図２０参照）。

図２０は、本発明の一実施形態による、外傷マップ合成の図示である。一連の平面波伝送角度α_ｉから、個々の局所スペクトル推定値が、発生され、アブレーション前および後の標的点毎の角度推定値２０００を提供する。これらの角度推定値は、次いで、異なる伝送の異なるカテーテル回転角度Φを考慮して、単一の外傷マップ２００２に合成されてもよい。

方程式（２３）および方程式（２４）における再構成は、パワースペクトル推定部を使用する具体的実施例を実証するが、アブレーション前および後の入手の比較は、異なる形態において実現されてもよい。本アプローチに関する重要な考慮事項は、周波数ドメイン表現が、アブレーション前に対するアブレーション後の組織状態の局所的な変化を検出するために、アブレーション前および後の空間内の点毎に採用され得ることである。定量的超音波撮像では、スペクトルパラメータはまた、空間内の点毎に局所的に再構成されてもよいが、しかしながら、器具較正に関する一般的方法（例えば、基準ファントム方法、平面反射板技法）は、非常に不均一な組織または心臓内等の動的入手のために適用不可能にされる。この点で、アブレーション前および後の同一の着目領域の入手の直接比較を採用することによって、器具類の具体的特性を補償し、評価される入手の間の組織の局所的な変化に具体的に焦点を当ててもよい。この点で、比較はまた、他の数学的演算とともに採用されてもよく、また、周波数ドメイン特徴と機械学習（例えば、周波数ドメイン表現を考慮する畳み込みニューラルネットワーク）等の技法との直接比較を含んでもよい。
（分解能保全３Ｄ再構成）

カテーテル軸の周囲で回転して入手される２Ｄ超高速伝送シーケンスあたりの個々のｌ_２ｄ（ｘ_ｋ， ｙ_ｋ）およびＬ_２Ｄ（ｘ_ｋ， ｙ_ｋ）の再構成に続けて、３Ｄ解剖学的および機能的体積データが、分解能保全３Ｄ再構成アプローチを通して再構成されてもよい。

データ入手の間、個別の撮像平面の具体的３Ｄ姿勢（位置および配向）が、入力平面波伝送－受信サイクル毎に入手されてもよい。本姿勢は、回転モータ位置、専用追跡センサ（例えば、電磁追跡、回転エンコーダ）、またはそれらの組み合わせのいずれかから発生されてもよい。本３Ｄ姿勢および２Ｄ画像とのその関係を使用して、各２Ｄ画像点（例えば、解剖学的または機能的データ）の位置（ｘ_ｋ， ｙ_ｋ）が、３Ｄ空間内で読み出されることができ、サンプル位置ｓ_ｊ＝（ｓ_ｘ， ｓ_ｙ， ｓ_ｚ）として示され得る。それによって、２Ｄ画像座標から個別の３Ｄサンプル位置への同次変換が、（機械的構造によって決定された）追跡情報に関する超音波画像位置の較正および追跡データから読み出された現在の３Ｄ姿勢によって決定されてもよい。

個別の姿勢形成を伴う一連の２Ｄ入力画像から３Ｄ体積を再構成するために、分解能保全３Ｄ再構成が、採用されてもよい。［１３］から着想を得て、具体的標的ボクセル値を再構成するために使用される全てのサンプルが、最初に、選択される。そのために、物理的超音波ビームによって被覆される視野が、３Ｄにおける本空間内の全てのサンプル
を選択するために採用される。所望の標的ボクセルｖ_ｉ＝（ｖ_ｘ， ｖ_ｙ， ｖ_ｚ）に関して、Ｓは、ｖ_ｉの周囲の楕円体領域の内側に位置する全てのサンプルによって与えられ、楕円体は、入力サンプルｓ_ｊの具体的座標空間と、側方、軸方向、および仰角方向における最大超音波ビーム次元ｄ_ｘ、ｄ_ｙ、ｄ_ｚとに従って定義される。

式中、最大距離ｄ_ｘ、ｄ_ｙ、ｄ_ｚは、異なる方向における平面波伝送の分解能に基づいて選択されることができる（図２０参照）。

本サンプル選択に続いて、各標的ボクセルの個別の値Ｕ（ｖ_ｉ）は、標的ボクセルまでのそれらの距離に対する入力サンプル強度の逆距離加重によって再構成されてもよい。しかしながら、ボクセルあたりの選択されたサンプルのセットに基づいて、種々の他の補間スキーム（例えば、最近傍補間、スプラインフィッティング、またはガウス加重）も、採用され、したがって、適応可能な３Ｄ＋ｔ再構成アプローチを可能にし得ることに留意することが重要である。

このために、補間は、標的ボクセル位置毎に再構成された３Ｄ値をもたらし、これは、姿勢情報を伴う一連の入力２Ｄ画像からの等方的に離間された３Ｄ体積の再構成を可能にする。一般に、本再構成アプローチは、具体的入力データから独立し得、すなわち、これは、個別の３Ｄ体積データセットｌ_３ＤおよびＬ_３Ｄへの入力２Ｄ解剖学的データｌ_２ｄ（ｘ_ｋ， ｙ_ｋ）ならびに解剖学的データＬ_２Ｄ（ｘ_ｋ， ｙ_ｋ）の両方に適用されることができる。
（３Ｄにおける剪断波追跡）

上記に言及される剪断波追跡説明および対応する図２－３についてさらに、剪断波エラストグラフィでは、長シーケンス超音波パルスが、標的組織内の局所的変形を誘発するために使用され、これは、標的点から伝搬する剪断波を引き起こす。本剪断波は、組織３Ｄを横断し、回転再構成スキームを使用して３Ｄにおいて直接波を追跡する方法をもたらす。剪断波の本音響ベースの誘発の代替として、剪断波に関する他の発生器も、使用されることができる（例えば、外部モータ）。剪断波エラストグラフィ（ＳＷＥ）は、外部２Ｄおよび３Ｄ超音波撮像のための採用において成功を収めているが、それらが、様々な弾性の組織を通して横断する際、剪断波の伝搬を正確に追跡するための要件は、３Ｄ回転カテーテル概念に関する具体的課題を課す。しかしながら、＞１０ｋＨｚの超高速撮像レートにおける未加工チャネル情報（６４個のチャネル）の連続的入手を用いると、３次元組織内の剪断波の３次元伝搬は、観察された未加工データから直接読み出されることができる。この点で、図２１に示されるように、カテーテル回転速度２１０２の適応的制御が、剪断波面２１０４の３Ｄにおける剪断波速度の適応的追跡を可能にするために使用されてもよく、回転速度は、剪断波速度に合致され得る。心臓内の一般的剪断波速度は、０．５～５
の範囲内に見出され、また、標的心筋組織の具体的線維配向に依存する。これについてさらに、剪断波面２１０４によって進行される距離δ_ｓｗは、以下の方程式に示されるように、所望の貫通深度における回転速度によって定義されるような２つの伝送の間の角度θ２１０６に、したがって、また、要求される回転速度に直接関連する。
式中、ｚは、トランスデューサ表面からの距離であり、θは、カテーテルの周囲の進行する剪断波面２１０４に合致するためのフレームの間の角度である。本関係から、３Ｄにおける剪断波追跡は、０．７
（１１９ｒｐｍ）の最小回転速度、２９．０
（４，８２６ｒｐｍ）の最大回転速度、および８．３
（１，３８３ｒｐｍ）の平均回転速度によって可能にされ得ることが観察されることができる。これは、心臓組織内の剪断波速度の範囲が、回転カテーテルシステムを使用して生体内で観察されるとき、現実的な深度および速度において被覆され得ることを示す（図２２参照）。

図２２は、本発明の一実施形態による、剪断波速度（図３に類似する）およびカテーテルの同等の回転速度の表である。示されるものは、深度１０～４０ｍｍにおいてカテーテルの周囲で半径方向に観察されるような心臓における、一般的剪断波速度に関する角度段階（度単位）および同等の回転速度（ＲＰＭ単位）である。

上記に議論される評価は、剪断波速度撮像に焦点を当てているが、同一の概念は、心筋歪み撮像にも直接適用されることができる。この点で、いかなる剪断波も、組織の中に誘発されず、むしろ、心筋の収縮自体が、組織変形の推定のために使用される。これらの推定値から、組織の歪み（組織堅性に関連する）が、圧縮変形推定値から読み出され得る。

３Ｄにおける剪断波の伝搬の追跡ならびに心筋収縮の間の心臓組織の変形の推定の両方のために、カテーテルの周囲の回転入手が、最初に、一連の旋回に関して記録される。この点で、未加工信号が、最初に、３Ｄに再構成され（カテーテルが回転している間に連続的に）、続けて、散乱体追跡が、３Ｄ体積内で直接採用される。３Ｄ追跡は、それによって、従来の散乱追跡（例えば、自己相関、フィルタベース、機械学習に基づく等）に類似して提供されるが、様々な回転速度で入手されるような回転３Ｄデータに対して直接採用される。

図２３は、本発明の一実施形態による、伝搬および角度被覆率をより詳細に示しながらの体積ベースの剪断波撮像（図３に類似する）の図示である。回転位置２３０２の専用セットに関して、音響プッシュが、グラフィック２３０４に示されるように、ｔ_０において深度１３ｍｍにおいて誘発され得る。経時的に（ｔ_１－ｔ_ｎ（グラフィック２３０４））、剪断波は、特徴的な速度で組織内に伝搬し得、それに応じて、適切な速度において再構成された３Ｄデータにおいて追跡され得る。
（撮像カテーテル較正）

図２４は、本発明の一実施形態による、組織構造を使用する外傷データの較正の図示である。３Ｄにおける外傷マップの再構成に関するカテーテルベースの撮像入手（図１８－１９に示されるように）に続けて、アブレーションされた組織サンプルが、一連の病理組織学的２Ｄ画像へと保全、スライス、および染色されてもよい。これらは、グラウンドトゥルース組織微細構造を表す標識化３Ｄ体積に再構成されてもよい。病理組織学的データを撮像データに位置合わせすることによって、外傷情報が、直接相関および較正され、再構成された外傷マップの観察された値への組織変化の直接マッピングを可能にし得る。
（方法）

図２５は、本発明の一実施形態による、撮像システムを使用する超音波撮像のための方法による、フローチャートである。方法２５００は、カテーテル（例えば、図１３に示されるカテーテル１３０１）を使用して実装されてもよい。カテーテル１３０１は、近位端と、遠位端とを備え、カテーテルの遠位端は、カテーテル先端（例えば、回転カテーテル先端１３０２）を備えてもよい。カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、縦方向軸（例えば、カテーテルの図１３に示される軸ｘ）に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイ（例えば、トランスデューサアレイ１３１４）を備えてもよい。カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成されてもよい。超音波トランスデューサアレイ（例えば、トランスデューサアレイ１３１４）は、超音波パルスを伝送し、周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、音響筐体内で回転可能であってもよい。

コントローラ（例えば、図５のコンソール４０２）が、カテーテル（例えば、図１３に示されるカテーテル１３０１）と通信可能に結合されてもよい。

方法２５００は、カテーテルの縦方向軸（例えば、カテーテルの図１３に示される軸ｘ）を中心として、音響トランスデューサのアレイを含むカテーテルを円周方向に回転させるステップ２５０２を含んでもよい。

一実施形態では、カテーテルを回転させるステップの間、方法２５００は、異なる伝送角度位置のセットにおける音響トランスデューサのアレイによって、媒体の観察体積において１つ以上の平面波を表す複数の入射音響波信号を伝送するステップ２５０４を含んでもよい（例えば、図１３Ｃに示されるように）。

一実施形態では、方法２５００は、異なる受信角度位置のセットにおける音響トランスデューサのアレイによって、複数の反射信号を受信するステップ２５０６（例えば、図１５に示される受信群）を含んでもよい。一実施形態では、複数の反射信号はそれぞれ、媒体によって反射される複数の入射音響波信号のうちの１つに対応し、複数の反射信号のうちの少なくとも１つは、対応する伝送された入射音響波信号の伝送角度位置（例えば、図１５に示される伝送αｉ）と異なる受信角度位置において音響トランスデューサのアレイによって受信されてもよい。

一実施形態では、方法２５００は、少なくとも複数の反射信号であって、個別の反射信号のうちの少なくとも１つに関して、（ａ）個別の反射信号に対応する入射音響波信号に関する音響トランスデューサのそれぞれの伝送角度位置と、（ｂ）個別の反射信号に関する音響トランスデューサのそれぞれの受信角度位置との関数として、媒体の画像を発生させるステップ２５０８を含んでもよい。一実施形態では、個別の反射信号に関する音響トランスデューサの受信角度位置は、個別の反射信号に関する音響トランスデューサの伝送角度位置と異なる（例えば、方程式１８に開示されるように）。

一実施形態では、少なくとも複数の反射信号の関数として媒体の画像を発生させるステップは、個別の反射信号のそれぞれに関して、（ｃ）平面波の角度と、（ｄ）カテーテルの回転角度（例えば、伝送および受信における）と、（ｅ）カテーテルの回転軸と、（ｆ）頂点（例えば、カテーテル回転軸上の最左端または中心点）に対するトランスデューサ要素のオフセットとを含む（例えば、方程式（１５）に開示されるように）。

一実施形態では、少なくとも複数の反射信号の関数として媒体の画像を発生させるステップは、２Ｄにおける撮像頂点に対するトランスデューサアレイ要素のオフセットと、平面波の角度とを含む。一実施形態では、方法２５００はさらに、サブ画像毎のカテーテルの回転角度の関数として、１つ以上の個々の２Ｄサブ画像から回転補正された合成画像を再構成するステップを含む（例えば、方程式（１８）に開示されるように）。

一実施形態では、個別の反射信号に関する受信角度位置と個別の反射信号に関する音響トランスデューサの伝送角度位置との間の距離は、（ａ）カテーテルの回転速度と、（ｂ）標的撮像焦点深度（例えば、４０ｍｍ深さの組織）と、（ｃ）媒体中の音速（例えば、１，５４０ｍ／秒）と、（ｄ）撮像コンソールの伝送パルシングレート（すなわち、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ））と、（ｅ）標的３Ｄ撮像レート（例えば、２０Ｈｚ）との関数である。それによって、標的ＰＲＦは、以下を通して、標的貫通焦点深度ｄ_αおよび音速ｃによって限定され、
式中、カテーテルの回転速度ω＝２πｆ_３Ｄは、標的３Ｄ撮像レートｆ_３Ｄによって決定され、角度位置の間の距離は、方程式（１）によって決定され、平面の間の角度φは、方程式（２）によって定義される。

一実施形態では、反射信号の数は、伝送波信号のビーム形状プロファイルの関数として決定されてもよい（例えば、図１６に示されるように）。

一実施形態では、発生された画像は、（ａ）撮像コンソールの伝送パルシングレート（すなわち、パルス繰り返し周波数）と、（ｂ）カテーテルの回転速度と、（ｃ）標的媒体中の音速と、（ｄ）撮像（例えば、サブ画像または完全画像）のために使用される平面波伝送の数との関数としての撮像深度を表してもよい（例えば、方程式（３）および（２８）に説明されるように）。

一実施形態では、カテーテルは、（ａ）観察面積を撮像するために要求される標的体積撮像レート（例えば、心臓のアーチファクトのない撮像のために要求される少なくとも２０Ｈｚ）と、（ｂ）観察面積内の標的体積空間分解能（例えば、０．２５ｍｍ）と、（ｃ）撮像深度（例えば、４０ｍｍ）と、（ｄ）撮像コンソールの伝送パルシングレート（すなわち、パルス繰り返し周波数）との関数としての速度において回転される（例えば、方程式（１）－（２）に説明されるように）。

一実施形態では、複数の反射信号はそれぞれ、対応する伝送された入射音響波信号の伝送角度位置と異なる受信角度位置において音響トランスデューサのアレイによって受信される。

一実施形態では、少なくとも複数の反射信号の関数として媒体の画像を発生させるステップは、平面波のビーム幅プロファイル（例えば、音響波の圧力場によって定義される３Ｄビーム形状）を含む（例えば、図１６に示されるような）。

図２６Ａ－２６Ｆを参照すると、本発明の例示的実施形態による、フローチャートが、示される。超音波撮像のための方法２６００は、（ｉ）近位端と、遠位端とを備える、カテーテル（例えば、カテーテル１３０１）であって、カテーテルの遠位端は、カテーテル先端（例えば、カテーテル先端１３０２）を備え、カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイ（例えば、アレイ１３１４）を備え、カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、（ｉｉ）カテーテルと通信可能に結合される、コントローラ（例えば、コンソール４０２）とを含む、撮像システムを使用してもよい。

方法２６００は、アブレーション手技の前に、カテーテルの縦方向軸（例えば、図１３Ｃの軸ｘ）を中心として、音響トランスデューサのアレイを含むカテーテルを円周方向に回転させるステップ２６０２を含んでもよい。

一実施形態では、カテーテルを円周方向に回転させるステップ２６０２の間、音響トランスデューサのアレイによって、媒体の観察面積内で角度付き平面波を表す複数のアブレーション前入射音響波信号（例えば、アブレーション前入手１９０２に関連付けられる平面波）を伝送するステップ２６０４を含む。

一実施形態では、音響トランスデューサのアレイによって、複数のアブレーション前反射信号（例えば、アブレーション前入手１９０２）を受信するステップ２６０６を含み、複数のアブレーション前反射信号はそれぞれ、媒体によって反射される複数のアブレーション前入射音響波信号のうちの１つに対応し、複数のアブレーション前反射信号は、時間ドメイン内に表される未加工無線周波数（すなわち、アナログ－デジタル変換（最小処理）の直後）データを含む。

一実施形態では、アブレーション手技後、カテーテルの縦方向軸を中心として、音響トランスデューサのアレイを含むカテーテルを円周方向に回転させるステップを含む。一実施形態では、カテーテルを円周方向に回転させるステップの間、音響トランスデューサのアレイによって、媒体の観察面積内で角度付き平面波を表す複数のアブレーション後入射音響波信号（例えば、アブレーション後入手１９００に関連付けられる平面波）を伝送するステップ２６０８を含む。

一実施形態では、音響トランスデューサのアレイによって、複数のアブレーション後反射信号（例えば、アブレーション後入手１９００）を受信するステップ２６１０を含み、複数のアブレーション後反射信号はそれぞれ、媒体によって反射される複数のアブレーション後入射音響波信号のうちの１つに対応し、複数のアブレーション後反射信号は、時間ドメイン内に表される未加工無線周波数データを含む。

一実施形態では、画像のピクセル毎に、個別のピクセルに対応するアブレーション前反射信号の一部を識別し、アブレーション前反射信号の一部を時間ドメイン表現から周波数ドメイン表現に変換するステップ２６１４を含む、媒体の画像（例えば、２Ｄまたは３Ｄ）を発生させるステップ２６１２を含む（例えば、図１８に示されるように）。

一実施形態では、個別のピクセルに対応するアブレーション後反射信号の一部を識別し、アブレーション後反射信号の一部を時間ドメイン表現から周波数ドメイン表現に変換するステップ２６１６を含む（例えば、図１８に示されるように）。一実施形態では、周波数ドメイン内のアブレーション前反射信号の一部を周波数ドメイン内のアブレーション後反射信号の一部と比較することによって、外傷スペクトル変化値を発生させるステップ２６１８を含む（例えば、図１９に示されるように）。

一実施形態では、周波数ドメイン内のアブレーション前反射信号の一部（例えば、図１８に示されるような前および後スペクトル１８０４ならびに１８０６のグラフ）を周波数ドメイン内のアブレーション後反射信号の一部と比較するステップは、周波数ドメイン内のアブレーション前反射信号の一部と周波数ドメイン内のアブレーション後反射信号の一部（例えば、図１８に示されるような前および後スペクトル１８０４ならびに１８０６のグラフ）との間の差異を計算するステップ（例えば、方程式（２３））を含む。

一実施形態では、周波数ドメイン内のアブレーション前反射信号の一部を周波数ドメイン内のアブレーション後反射信号の一部と比較するステップは、高速フーリエ変換を使用するパワースペクトル推定によって、アブレーション前信号およびアブレーション後反射信号を周波数ドメインに変換するステップを含む（例えば、例示的標的点１８０４および１８０６に関してアブレーションの前および後に、高速フーリエ変換を使用して計算される）。

一実施形態では、外傷スペクトル変化値の画像（例えば、２Ｄまたは３Ｄ）の発生は、ａ）サブ画像毎のカテーテルの回転角度（例えば、伝送毎の回転遅延２００６）と、ｂ）サブ画像毎の平面波角度（例えば、平面波群１３１０の平面波角度Φ）と、ｃ）カテーテル回転軸１３２０までのトランスデューサ要素の距離との関数としての外傷スペクトル変化値の回転補正合成画像（例えば、合成された外傷マップ２００４）に再構成される外傷スペクトル変化値の複数の個々の画像（例えば、伝送角度αｉ毎の外傷マップ２００２）から成る（例えば、図１３に示されるように）。

一実施形態では、周波数ドメイン内のアブレーション前反射信号の一部を周波数ドメイン内のアブレーション後反射信号の一部と比較するステップは、以下（例えば、方程式２３）を含む。

方法２６００はさらに、外傷スペクトル変化マッピング（例えば、再構成された外傷マップ１８０８）を媒体の病理組織学的入手（例えば、図２３に示される組織構造データ）に相関させるステップ２６２０を含んでもよい。一実施形態では、これは、外傷スペクトル変化マッピングを作成するステップ２６２２を含んでもよい。一実施形態では、病理組織学において使用される薬品を使用して媒体を保全するステップ２６２４と、薬品を用いて標的媒体を染色し、媒体中の外傷の組織微細構造（例えば、図２４に示される注釈付き組織微細構造）を表示し、媒体の断面画像をデジタル化するステップ２６２６（例えば、図２４に示される染色された組織構造）とを含む。一実施形態では、複数の断面病理組織学的画像から３Ｄ病理組織学的体積（例えば、図２４に示される３Ｄ組織構造体積）を再構成するステップ２６２８を含む。一実施形態では、３Ｄ病理組織学的体積を外傷スペクトル変化マッピングデータに位置合わせするステップ２６３０を含む。一実施形態では、外傷スペクトル変化マップを病理組織学的微細構造の２Ｄおよび３Ｄ画像（例えば、図２４に示される相関される組織構造および撮像データ）に較正するステップ２６３２を含む。

方法２６００はさらに、コントローラに通信可能に結合されるディスプレイ上で外傷スペクトル変化マッピング（例えば、再構成された外傷マップ１８０８）を表示するステップ２６３４を含んでもよい。方法２６００はさらに、外傷スペクトル変化値が、外傷変化基準を満たすかどうかを決定するステップ２６３６と、外傷スペクトル変化値が、外傷変化基準を満たすと決定するステップ２６３６に従って、外傷実施成功メッセージを発生させるステップ２６３８とを含んでもよい。一実施形態では、外傷スペクトル変化値が、外傷変化基準を満たさないと決定することに従って、外傷実施成功メッセージの発生を見合わせるステップ２６４０を含む。

図２７を参照すると、本発明の例示的実施形態による、フローチャートが、示される。媒体の超音波撮像のための方法２７００は、（ｉ）近位端と、遠位端とを備える、カテーテル（例えば、カテーテル１３０１）であって、カテーテルの遠位端は、カテーテル先端（例えば、カテーテル先端１３０２）を備え、カテーテル先端は、音響筐体内に封入され、カテーテルの縦方向軸に沿って延在する、超音波トランスデューサアレイ（例えば、アレイ１３１４）を備え、カテーテルの遠位端は、媒体中の手技の部位の中に挿入され、それに誘導されるように構成され、超音波トランスデューサアレイは、超音波パルスを伝送し、周辺媒体から超音波エコーを受信しながら、音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、（ｉｉ）カテーテルと通信可能に結合される、コントローラ（例えば、コンソール４０２）とを含む、撮像システムを使用する剪断波を含んでもよい。

方法２７００は、剪断波の剪断波伝搬速度（例えば、方程式２７のδ_ｓｗ）を決定するステップ２７０２を含む。いくつかの実施形態では、剪断波伝搬速度は、科学的評価によって与えられ、剪断波の調整は、心臓組織内で観察されるべき推定された剪断波速度に基づいて採用されることができる。図２２は、より高い剪断波速度が、組織堅性の増加に対応する、例示的剪断波速度を示す。一実施例として、アブレーションされていない（すなわち、健常）心房組織における平均剪断波速度は、１．０～１．５ｍ／ｓの範囲内であり得、組織アブレーション後に２．３～４．３ｍ／ｓの剪断波速度に増加する（健常組織に対するアブレーションされた組織のより高い組織堅性に対応する）。

方法２７００は、あるカテーテル回転速度（例えば、カテーテル回転速度２１０２）において、カテーテルの縦方向軸を中心として、音響トランスデューサのアレイを含むカテーテルを円周方向に回転させるステップ２７０４を含み、カテーテル回転速度は、剪断波伝搬速度に基づく。

一実施形態では、方法２７００は、カテーテルを円周方向に回転させるステップの間、音響トランスデューサのアレイによって、媒体の観察体積において１つ以上の平面波を表す複数の入射音響波信号を伝送するステップ２７０６を含む（例えば、図２１に示されるように）。

一実施形態では、方法２７００は、音響トランスデューサのアレイによって、複数の反射信号を受信するステップ２７０８を含み、複数の反射信号はそれぞれ、媒体によって反射された複数の入射音響波信号のうちの１つに対応する（例えば、図２１に示されるように）。

一実施形態では、方法２７００は、複数の反射信号に基づいて、剪断波の１つ以上の観察を含む媒体の１つ以上の画像を発生させるステップ２７１０を含む。

一実施形態では、カテーテル回転速度は、少なくとも剪断波伝搬速度（例えば、図２２に示されるような剪断波速度範囲）である。

一実施形態では、カテーテル回転速度は、剪断波伝搬速度に対して静的である（例えば、静的は、カテーテル回転速度が、１分あたり１旋回または１分あたり０．１旋回の許容範囲内で、カテーテルの回転全体を通して比較的に同一であることを指し得る）。

一実施形態では、カテーテル回転速度と剪断波伝搬速度との間の差異は、１分あたり１旋回未満である。

一実施形態では、カテーテル回転速度は、１分あたり１１０旋回～１分あたり４，９００旋回の範囲内である（例えば、図２２のＲＰＭ表における同等の回転速度に示される剪断波速度最小～最大値）。

一実施形態では、カテーテル回転速度は、１分あたり６００旋回～１分あたり２，４００旋回の範囲内である。

一実施形態では、カテーテル回転速度は、１分あたり９００旋回～１分あたり１，５００旋回の範囲内である。

一実施形態では、音響トランスデューサのアレイによって、複数の入射音響波信号を伝送するステップは、異なる伝送角度位置のセットにおける音響トランスデューサのアレイによって、媒体の観察体積において１つ以上の平面波を表す複数の入射音響波信号を伝送するステップを含む（例えば、図１５に示されるように）。

一実施形態では、音響トランスデューサのアレイによって、複数の反射信号を受信するステップは、異なる受信角度位置のセットにおける音響トランスデューサのアレイによって、複数の反射信号を受信するステップを含み、複数の反射信号はそれぞれ、媒体によって反射される複数の入射音響波信号のうちの１つに対応し、複数の反射信号のうちの少なくとも１つは、対応する伝送された入射音響波信号の伝送角度位置と異なる受信角度位置において音響トランスデューサのアレイによって受信される（例えば、図１５に示されるように）。

一実施形態では、媒体の画像を発生させるステップは、複数の反射信号のうちの少なくとも１つに関して、（ａ）個別の反射信号に対応する入射音響波信号に関する音響トランスデューサのそれぞれの伝送角度位置と、（ｂ）個別の反射信号に関する音響トランスデューサのそれぞれの受信角度位置であって、個別の反射信号に関する音響トランスデューサの受信角度位置は、個別の反射信号に関する音響トランスデューサの伝送角度位置と異なる、個別の反射信号に関する音響トランスデューサのそれぞれの受信角度位置との関数として画像を発生させるステップを含む（例えば、方程式（１８）に開示されるように）。

一実施形態では、カテーテル回転速度は、（ａ）剪断波伝搬速度（例えば、方程式（２７）のδ_ｓｗ）と、（ｂ）剪断波と音響トランスデューサのアレイとの間の距離（方程式（２７）のｚ）と、（ｃ）音響トランスデューサのアレイによる後続伝送の間のカテーテルの角度（例えば、方程式（２７）のθ）との関数である。

本発明の特定の実施形態が、示され、説明されたが、変更および修正が、そのより広範な側面において本発明から逸脱することなく行われ得ることが、当業者に明白となるであろう。したがって、添付される請求項の目的は、本発明の真の精神および範囲内に該当する全てのそのような変更および修正を網羅することである。前述の説明および付随の図面に記載される事項は、限定としてではなく、例証としてのみ提供される。本発明の実際の範囲は、従来技術に基づくその適切な視点から見たとき、以下の請求項に定義されることを意図している。

本明細書に使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、本発明を限定することを意図していない。本明細書に使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が別様に明確に示さない限り、複数形も同様に含むことを意図している。さらに、用語「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「～を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「～を有する（ｈａｓ）」、「～を伴う（ｗｉｔｈ）」、またはそれらの変形が、発明を実施するための形態および／または請求項のいずれかに使用される範囲について、そのような用語は、用語「～を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」に類似する様式で包括的であることを意図している。

別様に定義されない限り、本明細書に使用される全ての用語（技術的および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書で定義されるもの等の用語は、関連する技術の文脈におけるそれらの意味と一貫する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書に明確にそのように定義されない限り、理想化された、または過度に形式的な意味において解釈されないであろう。

Claims (10)

1. 超音波撮像システムの作動方法であって、前記システムは、
   （ｉ）近位端と、遠位端とを備えるカテーテルであって、前記カテーテルの前記遠位端は、カテーテル先端を備え、前記カテーテル先端は、音響筐体内に封入されかつ前記カテーテルの縦方向軸に沿って延在する音響トランスデューサのアクティブ撮像アレイを備える超音波トランスデューサアレイを備え、前記超音波トランスデューサアレイは、血管内および／または心臓内組織に超音波パルスを伝送し、前記血管内および／または心臓内組織から超音波エコーを受信しながら、前記音響筐体内で回転可能である、カテーテルと、
   （ｉｉ）前記カテーテルと通信可能に結合されるコントローラであって、超音波撮像捕捉を計画することと、同期された回転およびパルシング制御を前記超音波トランスデューサアレイに提供することと、前記超音波トランスデューサアレイによって受信された超音波エコーから捕捉された超音波データを受信、合併、および処理することとを可能にされているコントローラと
   を含み、前記方法は、
   前記コントローラが、前記超音波トランスデューサアレイに接続された回転モータの動作によって、画像収集手順に基づいて、前記超音波トランスデューサアレイを前記カテーテルの前記縦方向軸を中心として周方向に回転させることと、
   前記超音波トランスデューサアレイを回転させている間、
   異なる伝送角度位置のセットにおける前記音響トランスデューサのアレイが、前記血管内および／または心臓内組織の観察体積において１つ以上の平面波を表す複数の入射音響波信号を伝送することと、
   異なる受信角度位置のセットにおける前記音響トランスデューサのアレイが、複数の反射信号を受信することであって、前記複数の反射信号はそれぞれ、前記血管内および／または心臓内組織によって反射される前記複数の入射音響波信号のうちの１つに対応し、前記複数の反射信号のうちの少なくとも１つは、前記対応する伝送された入射音響波信号の前記伝送角度位置と異なる受信角度位置において前記音響トランスデューサのアレイによって受信される、ことと、
   前記コントローラが、前記音響トランスデューサのアレイによって受信された前記複数の反射信号に関連付けられた前記超音波データの処理に基づいて、前記血管内および／または心臓内組織の機能的情報に関連付けられたデータおよび前記血管内および／または心臓内組織の解剖学的情報に関連付けられたデータを抽出することと、
   前記コントローラが、前記血管内および／または心臓内組織の機能的情報に関連付けられた前記抽出されたデータおよび前記血管内および／または心臓内組織の解剖学的情報に関連付けられた前記抽出されたデータに基づいて、前記血管内および／または心臓内組織の全周３６０度可視化を提供する少なくとも３次元（３Ｄ）画像を再構成することであって、前記３Ｄ画像は、前記血管内および／または心臓内組織に実施されたアブレーション手技の結果としての前記血管内および／または心臓内組織の標的化部分における任意の外傷形成を描写する、ことと
   を含む、超音波撮像システムの作動方法。
2. 前記方法は、前記コントローラが、
   （ｃ）サブ画像毎の前記カテーテルの回転角度
   の関数として、１つ以上の個々の２Ｄサブ画像から回転補正された合成画像を再構成すること
   をさらに含む、請求項１に記載の超音波撮像システムの作動方法。
3. 個別の反射信号に関する前記受信角度位置と個別の反射信号に関する前記音響トランスデューサの前記伝送角度位置との間の距離は、
   （ａ）前記超音波トランスデューサアレイの回転速度と、
   （ｂ）標的撮像焦点深度と、
   （ｃ）前記血管内および／または心臓内組織中の音速と、
   （ｄ）前記コントローラの伝送パルシングレートと、
   （ｅ）標的３Ｄ撮像レートと
   の関数である、請求項１に記載の超音波撮像システムの作動方法。
4. 前記反射信号の数は、伝送波信号のビーム形状プロファイルの関数として決定される、請求項３に記載の超音波撮像システムの作動方法。
5. 前記３Ｄ画像は、
   （ａ）前記コントローラの伝送パルシングレートと、
   （ｂ）前記超音波トランスデューサアレイの回転速度と、
   （ｃ）血管内および／または心臓内標的組織中の音速と、
   （ｄ）撮像のために使用される平面波伝送の数と
   の関数としての撮像深度を表す、請求項３に記載の超音波撮像システムの作動方法。
6. 前記超音波トランスデューサアレイは、
   （ａ）観察面積を撮像するために要求される標的体積撮像レートと、
   （ｂ）前記観察面積内の標的体積空間分解能と、
   （ｃ）撮像深度と、
   （ｄ）前記コントローラの伝送パルシングレートと
   の関数としての速度において回転させられる、請求項４に記載の超音波撮像システムの作動方法。
7. 前記複数の反射信号はそれぞれ、前記対応する伝送された入射音響波信号の前記伝送角度位置と異なる受信角度位置において前記音響トランスデューサのアレイによって受信される、請求項１に記載の超音波撮像システムの作動方法。
8. 前記超音波トランスデューサアレイの回転速度は、１分あたり１１０旋回～１分あたり４，９００旋回の範囲内である、請求項１に記載の超音波撮像システムの作動方法。
9. 前記超音波トランスデューサアレイの回転速度は、１分あたり６００旋回～１分あたり２，４００旋回の範囲内である、請求項１に記載の超音波撮像システムの作動方法。
10. 前記超音波トランスデューサアレイの回転速度は、１分あたり９００旋回～１分あたり１，５００旋回の範囲内である、請求項１に記載の超音波撮像システムの作動方法。