JP6684390B2 - 血流決定機器 - Google Patents

Description

本発明は、血流決定機器、方法、及びコンピュータプログラムに関する。本発明は、さらに、血流決定機器、液体導入ユニット、及び超音波ユニットを有する血流決定システムに関し、及び血管造影画像を生成する血管造影画像生成システムであって、血管造影画像生成システムは血流決定システムを有する、血管造影画像生成システムに関する。

ＷＯ２０１３／１７７５２７Ａ１は、エネルギを放射し及び受信するよう及び測定データを生成するよう構成される測定モジュールを備える血管内測定装置を含むカテーテル組立品を開示している。ここで、カテーテル組立品は、患者の血管にある量の液体を導入するよう構成される。システムは、さらに、血管内測定装置と通信する測定エンジンを有する。ここで、測定エンジンは、血管内測定装置から測定データを受信し、血管の所定部分へのある量の液体の導入に関連する開始時間を決定し、及び測定データに基づき終了時間を決定するよう構成される。測定エンジンは、さらに、開始時間及び終了時間に基づき経過時間を計算し、経過時間及び経過時間中のある量の液体の移動距離に基づき、血管を通る血流速度を計算するよう構成される。移動距離及び／又は経過時間の決定の品質は余り高くないことが多いので、血流速度の決定精度は比較的低くなり得る。さらに、多くの用途において、容積血流量は、血流速度よりも多く関連性がある。

本発明の目的は、血管内の容積血流量を示す血流値の正確な決定を可能にする血流決定機器、方法、及びコンピュータプログラムを提供することである。本発明の更なる目的は、血流決定機器、液体導入ユニット、及び超音波ユニットを有する血流決定システムを提供すること、及び血流決定システムを有する、血管造影画像を生成する血管造影画像を生成する血管造影画像生成システムを提供することである。

本発明の第１の態様では、血流決定機器が提示され、前記血流決定機器は、血管の内腔の超音波画像の中のスペックル（speckle）密度レベルを示すスペックル密度値を決定するスペックル密度決定ユニットであって、前記超音波画像は、前記血管の内部の血流方向に関して導入位置の後にある撮像位置で生成され、前記導入位置において、液体が知られている容積液体流量で前記血管の中へ導入される、スペックル密度決定ユニットと、前記の決定したスペックル密度値及び前記容積液体流量に基づき、容積血流量を示す血流値を決定する血流量決定ユニットと、を有する。

血流決定ユニットは、超音波画像の中のスペックル密度レベル、つまりスペックル密度の量を示す決定されたスペックル密度値に基づき、及び知られている容積液体流量に基づき、血流値を決定するよう適応されるので、並びに、超音波画像内のスペックル密度値が非常に正確に決定できるので、血流は、向上した精度で決定できる。特に、例えば、血流値を決定するために、経過時間及び移動距離を決定する必要がない。

血流量決定ユニットは、好ましくは、容積血流量を示す血流値を決定するために、スペックル密度を直接使用するよう適応される。つまり、好ましくは、スペックル密度値自体が、この決定のために使用される。例えば、スペックル密度値及び容積液体流量に基づき血流値を定める関数が提供され得る。これは、特に、例えばスペックル密度値の閾を定めることにより、好ましくは超音波画像の中のスペックル密度の減少する又は増大する時間を検出するために、スペックル密度値が使用されないこと、及び血流値を決定するためにこの時間が使用されること、を意味する。

さらに、知られている容積液体流量は、好ましくは、血管の中への液体の連続導入の容積液体流量である。つまり、好ましくは、液体は、例えば液体急速静注のみのようにでなく、連続的に導入される。容積液体流量は、好ましくは一定である。

スペックル密度決定ユニットは、好ましくは、超音波画像の画像値に基づきスペックル密度値を決定するよう適応される。特に、スペックル密度決定ユニットは、血管の内腔に対応する超音波画像の領域内の、グレイ値であって良い画像値を加算することにより、及び結果として生じた和を該領域の面積で除算することにより、スペックル密度値を決定するよう適応される。

一実施形態では、前記血流決定機器は、血液だけを示す超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示す血液スペックル密度値を提供し、及び前記液体だけを示す超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示す液体スペックル密度値を提供する、スペックル密度提供ユニットを更に有し、前記血流量決定ユニットは、前記血液スペックル密度値及び前記液体スペックル密度値に更に基づき、前記血流値を決定するよう適応される。特に、前記スペックル密度提供ユニットは、前記血管の前記内腔の更なる超音波画像に基づき、前記血液スペックル密度値を決定するよう適応され、前記更なる超音波画像は、前記血管の前記内腔が血液だけを含む位置で生成される。例えば、更なる超音波画像は、血管の内腔が血液だけを含む位置における更なる超音波画像を生成するために、液体が血管の中に導入される前に、撮像位置で生成され得る。スペックル密度提供ユニットは、また、格納ユニットであり得る。該格納ユニットには血液スペックル密度値が既に格納されており、且つ該格納ユニットから、血液スペックル密度値が同値を提供するために読み出され得る。また、スペックル密度提供ユニットが格納された液体スペックル密度値を提供できるようにするために、液体スペックル密度値は、スペックル密度提供ユニットに既に格納され得る。スペックル密度提供ユニットは、また、液体だけを示す超音波画像を受信するよう、及び該超音波画像に基づき液体スペックル密度値を決定するよう、適応され得る。血流を決定するために血液スペックル密度値及び液体スペックル密度値を用いることにより、血流の決定精度が更に向上され得る。

好ましくは、スペックル密度決定ユニットは、スペックル密度値を決定するよう適応され、該スペックル密度値が、液体が血管の中に連続的に導入されている間、撮像位置において異なる時間に生成された複数の超音波画像のうちの少なくとも幾つかの中のスペックル密度レベルの平均を示すようにする。したがって、液体導入ユニットは、知られている容積液体流量で血管の中に液体を連続的に導入するよう適応され得る。その間、超音波ユニットは、撮像位置において異なる時間の幾つかの超音波画像を生成し、上記の複数の超音波画像のうちの一部又は全部の中のスペックル密度値がスペックル密度レベルの平均を示すように、スペックル密度値が決定できる。この時間的平均は、スペックル密度の、及びしたがって、容積血流量を示す血流値の、決定の更に向上した精度をもたらすことができる。

スペックル密度決定ユニットは、好ましくは、スペックル密度値を決定するために、血管の内腔に対応する超音波画像の領域全体を考慮するよう適応される。したがって、超音波画像の比較的大きな領域がスペックル密度値を決定するために使用され、それにより、一般的に起こり得る不正確さがスペックル密度値の決定精度を損なう可能性を低減する。また、これは、スペックル密度値の、及びしたがって血流値の決定精度の向上を可能にする。

更に好ましくは、血流量決定ユニットは、決定されるべき血流値とスペックル密度値との間の非線形関係を使用するよう適応される。特に、血流量決定ユニットは、決定されるべき血流値とスペックル密度値との間の以下の非線形関係を使用するよう適応される。
Ｑ_Ｂ＝Ｑ_Ｃ（θ_Ｍ−θ_Ｃ）／（θ_Ｂ−θ_Ｍ）＝Ｑ_Ｃ（ｆ（ｄ_Ｍ）−ｆ（ｄ_Ｃ））／（ｆ（ｄ_Ｂ）−ｆ（ｄ_Ｍ））
ここで、Ｑ_Ｂは決定されるべき血流値を示し、Ｑ_Ｃは導入位置における容積液体流量を示し、θ_Ｍは撮像位置における血管の内腔の中の血液及び液体の混合物の中の超音波散乱体の網度を示す散乱体濃度値を示し、θ_Ｃは液体内の超音波散乱体濃度を示す液体散乱体濃度値を示し、θ_Ｂは液体内の超音波散乱体濃度を示す血液散乱体濃度値を示し、ｄ_Ｍは撮像位置において生成された血管の内腔の超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値を示し、ｄ_Ｃは提供された液体スペックル密度値を示し、ｄ_Ｂは提供された血液スペックル密度値を示す。さらに、ｆ（ｄ）は、超音波スペックル密度値ｄを対応する散乱体濃度θに関連付ける非線形関数である。この関数は、例えば、現象学的に較正された関数であり、又は、解析計算又は数値計算モデルから導出され得る。決定されるべき血流値とスペックル密度値との間の、特に散乱体濃度とスペックル密度値との間の非線形関係を使用することにより、血流値の決定精度は更に向上できる。

本発明の更なる態様では、血流決定システムが提示され、血流決定システムは、導入位置において血管に容積液体流量で液体を導入する液体導入ユニットと、血管の内部の血流方向に関して導入位置の後にある撮像位置において血管の内腔の超音波画像を生成する超音波ユニットと、請求項１に記載の血管の内部の容積血流量を示す血流を決定する血流決定機器と、を含む。

好ましくは、超音波ユニットは、血管の内腔の超音波画像を生成する血管内超音波（intravascular ultrasound：ＩＶＵＳ）プローブを有する。

一実施形態では、前記液体導入ユニットは、チューブであって、それぞれ知られている容積液体流量で幾つかの導入位置において前記液体を前記血管に導入するために該チューブの長さに沿って配置される幾つかのチューブ開口を有するチューブを有し、前記超音波ユニットは、導入位置毎に、前記血管の内部の前記血流方向に関して前記それぞれの導入位置の後にある撮像位置において、前記血管の前記内腔のそれぞれの超音波画像を決定するよう適応され、前記スペックル密度決定ユニットは、超音波画像毎に、前記それぞれの超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示すそれぞれのスペックル密度値を決定するよう適応され、前記血流量決定ユニットは、前記決定した幾つかのスペックル密度値及び前記容積液体流量に基づき、幾つかの容積血流量を示す幾つかの血流値を決定するよう適応される。これは、必ずしもチューブの移動を要求することなく、チューブの長さに沿って、及びしたがってチューブの配置される血管の長さに沿って、幾つかの血流値の決定を可能にする。したがって比較的簡易な方法で、血流の空間的分布を正確に決定することが可能である。

超音波ユニットは、血管内の血流方向に関して複数のチューブ開口の全部の後ろに配置可能なＩＶＵＳプローブを有し得る。この場合、液体導入ユニットは、複数の導入位置において血管の中に液体を時間的に連続して導入するよう、したがって、それぞれの時点において液体が単一の導入位置においてのみ血管に導入されるように、適応できる。ここで、ＩＶＵＳプローブを備える超音波ユニットは、それぞれの時点において、撮像位置における血管の内腔のそれぞれの超音波画像を決定するよう適応され得る。該撮像位置にＩＶＵＳプローブが配置され、それぞれの導入位置についてそれぞれの超音波画像を決定するために、該撮像位置は複数のチューブ開口の全部の後ろに配置される。

更なる実施形態では、超音波ユニットは、複数の撮像位置における複数の超音波画像を決定するよう適応される。ここで、各導入位置の後に、それぞれの撮像位置が配置される。つまり、それぞれの導入位置及びそれぞれの撮像位置のペアは、互いに後ろに配置される。また、この場合、スペックル密度決定ユニットは、超音波画像毎に、それぞれの超音波画像の中のそれぞれのスペックル密度レベルを示すそれぞれのスペックル密度値を決定するよう適応される。ここで、血流量決定ユニットは、決定された複数のスペックル密度値及び容積液体流量に基づき、複数の容積血流量を示す複数の血流値を決定するよう適応される。特に、それぞれの導入位置について血流値を決定するために、（ａ）導入位置の直後の撮像位置において生成された超音波画像について決定されたスペックル密度値、（ｂ）それぞれの導入位置で血管の中に液体が導入されたそれぞれの容積液体流量、並びに、１又は複数の導入位置がそれぞれの血流値の決定されるそれぞれの導入位置の前に配置される場合には（ｃ）さらに１又は複数の前の導入位置で液体が導入された１又は複数の容積液体流量が、考慮される。本実施形態では、チューブの長さに沿って、及び従って血管の長さに沿って、血流値の空間的分布を決定するために、液体は、複数のチューブ開口を通じて血管の中に同時に導入できる。

一実施形態では、前記超音波ユニットは、前記血管の内部の血流方向に関して前記導入位置の後にある幾つかの撮像位置において前記血管の前記内腔の幾つかの超音波画像を生成する幾つかの血管内超音波（ＩＶＵＳ）プローブを有し、前記スペックル密度決定ユニットは、前記それぞれの超音波画像の前記スペックル密度レベルを示す幾つかのスペックル密度値を決定するよう適応され、前記血流量決定ユニットは、前記決定した幾つかのスペックル密度値の平均及び前記容積液体流量に基づき、前記容積血流量を示す前記血流値を決定するよう適応される。これは、決定される血流値の品質を更に向上できる。

本発明の更なる態様では、血管造影画像を生成する血管造影画像生成システムが提示され、前記血管造影画像生成システムは、請求項８に記載の血流決定システムであって、前記液体導入ユニットは、前記液体として造影剤を前記血管に導入するよう適応される、血流決定システムと、前記血管造影画像を生成するために、前記血管の内部の前記造影剤の画像を生成する造影剤撮像ユニットと、を有する。

したがって、同じ液体が、血流値を決定するために及び血管造影画像を生成するために使用され得る。それにより、同じ手順で、血流値の正確な決定及び血管造影画像の生成を可能にする。さらに、血流値を正確に決定するために及び血管造影画像を生成するために必要な時間は、それにより有意に削減できる。

本発明の更なる態様では、血流決定方法が提示され、前記血流決定方法は、スペックル密度決定ユニットにより、血管の内腔の超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値を決定するステップであって、前記超音波画像は、前記血管の内部の血流方向に関して導入位置の後にある撮像位置で生成され、前記導入位置において、液体が知られている容積液体流量で前記血管の中へ導入される、ステップと、血流量決定ユニットにより、前記の決定したスペックル密度値及び前記容積液体流量に基づき、容積血流量を示す血流値を決定するステップと、を有する。

本発明の別の態様では、血管造影画像生成方法が提示され、前記血管造影画像生成方法は、請求項１３に記載の血流決定方法のステップを実行するステップであって、造影剤が前記血管に前記液体として導入される、ステップと、前記血管造影画像を生成するために、造影剤撮像ユニットにより、前記血管の内部の前記造影剤の画像を生成するステップと、を有する。

本発明の更なる態様では、血流決定コンピュータプログラムが提示され、前記血流決定コンピュータプログラムは、前記コンピュータプログラムが請求項１に記載の血流決定機器で実行されると、前記血流決定機器に請求項１３に記載の血流決定方法を実行させるためのプログラムコード手段を有する。

理解されるべきことに、請求項１の血流決定機器、請求項８の血流決定システム、請求項１２の血管造影画像生成システム、請求項１３の血流決定方法、請求項１４の血管造影画像生成方法、及び請求項１５の血流決定コンピュータプログラムは、特に従属請求項に定める同様の及び／又は同一の好適な実施形態を有する。

理解されるべきことに、本発明の好適な実施形態は、個々の独立請求項と従属請求項又は上述の実施形態とのいかなる組合せでもあり得る。

本発明の上述の及び他の態様は、本願明細書に記載される実施形態から明らかであり、それらの実施形態を参照して教示される。

以下の図面がある。
血管造影画像生成システムの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。 血管の内部における液体を血管に導入するチューブの遠端及びＩＶＵＳプローブを概略的且つ例示的に示す。 液体を血管に導入する前のチューブの遠端及びＩＶＵＳプローブを概略的且つ例示的に示す。 血管造影画像を生成する血管造影画像生成方法の一実施形態を例示的に説明するフローチャートを示す。 血管の内腔の超音波画像を概略的且つ例示的に示す。 ２つの異なる容積血流量の時間に渡るスペックル密度を概略的且つ例示的に示す。 （ａ）血液及び生理食塩水の混合物のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値と、（ｂ）決定されるべき血流値における血液のスペックル密度レベルを示す血液スペックル密度値と、の比の依存性を概略的且つ例示的に示す。 血管内部の幾つかのＩＶＵＳプローブを概略的且つ例示的に示す。 幾つかの導入位置において血管に液体を導入するチューブの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。 幾つかの導入位置において血管に液体を導入するチューブの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。 幾つかの導入位置において血管に液体を導入するチューブの更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す。

図１は、血管造影画像を生成する血管造影画像生成システム１の一実施形態を概略的且つ例示的に示す。血管造影画像生成システム１はＸ線装置４０を有する。Ｘ線装置４０は、Ｘ線４３を放射するＸ線源４１と、患者テーブル２に横たわる患者３を横切った後のＸ線４３の強度を示すＸ線信号を生成するＸ線検出器４４と、を含む。Ｘ線源４１及びＸ線検出器４４は、患者３に対して移動可能なＣアーム４２の相対する端に取り付けられる。特に、Ｃアーム４２は、患者３の長手軸の周りを回転可能であり、特に、Ｘ線装置４０が、患者３を異なる方向に横切った後のＸ線４３の強度を示すＸ線信号を生成できるようにする。

血管造影画像システム１は、さらに、図２に概略的且つ例示的に示されるように血管２０に液体を導入するために、好ましくはカテーテルであり且つ液体ポンプ９に結合されるチューブ４を有する。図２で、矢印２５は、導入された液体の流れを示し、矢印２４は、血管２０の内腔２１の内部の血液の流れを示す。チューブ４及び液体ポンプ９は、血管２０に液体を導入するよう適応されるので、チューブ４及び液体ポンプ９は、液体導入ユニットのコンポーネントであると考えられる。

導入される液体は、造影剤である。したがって、Ｘ線装置４０により生成されるＸ線信号は、血管２０内の造影剤を示す。血管造影画像生成システム１は、さらに、血管２０内の造影剤を示す血管造影画像が生成されるように、Ｘ線信号を処理するＸ線信号処理ユニット１１を有する。Ｘ線処理ユニット１１は、血管画像を生成する、知られているコンピュータ断層撮影再構成技術を使用するよう適応され得る。しかしながら、Ｘ線信号処理ユニット１１は、また、造影剤が血管２０内に示される血管造影画像として、単に２次元投影画像を提供するよう適応され得る。Ｘ線装置４０及びＸ線信号処理ユニット１１は、造影剤を示す血管造影画像を生成するよう適応されるので、Ｘ線装置４０及びＸ線処理ユニット１１は、造影剤撮像ユニットのコンポーネントであると考えられる。

血管造影画像生成システム１は、さらに、好ましくは誘導線である誘導要素３１の遠位端に取り付けられるＩＶＵＳプローブ３０を有する。ＩＶＵＳプローブ３０は、超音波信号処理ユニット１０により処理される超音波信号を生成して、ＩＶＵＳプローブ３０が位置する撮像位置２２における超音波画像が生成できるようにする。撮像位置２２は、血流方向２４に関して、液体が血管２０の中へ導入される導入位置２３の後に配置される。ＩＶＵＳプローブ３０及び超音波信号処理ユニット１０は撮像位置２２における血管２０の内腔２１の超音波画像を生成するよう適応されるので、ＩＶＵＳプローブ３０及び超音波信号処理ユニット１０は、撮像位置における血管の内腔の超音波画像を生成する超音波ユニットのコンポーネントであると考えられる。

血管造影画像生成システム１は、さらに、血液だけを示す超音波画像の中のスペックル密度レベルを示す血液スペックル密度値を提供する、及び液体だけを示す超音波画像の中のスペックル密度レベルを示す液体スペックル密度値を提供するスペックル密度提供ユニット６を有する。本実施形態では、液体スペックル密度値は、スペックル密度提供ユニット６に格納される。したがって、スペックル密度提供ユニット６は、単に格納された液体スペックル密度値を提供できる。血液スペックル密度値も、スペックル密度提供ユニット６に格納され得る。したがって、この値もスペックル密度提供ユニット６により提供できる。しかしながら、スペックル密度提供ユニット６は、また、血液だけで満たされた血管の内腔を示す超音波画像に基づき、血液スペックル密度値を決定するよう適応できる。特に、ＩＶＵＳプローブ３０及び超音波信号処理ユニット１０は、液体が血管２０の内腔２１に導入される前に、撮像位置２２における超音波画像を生成するよう適応され得る。血液が血管２０の内部を流れるこのような状況は、図３に概略的且つ例示的に示される。この超音波画像に基づき、スペックル密度提供ユニット６は、血液スペックル密度値を決定できる。

血管造影画像生成システム１は、さらに、液体が導入位置２３において血管２０の中に導入された後に撮像位置２２において生成された血管２０の内腔２１の超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値を決定するスペックル密度決定ユニット７を有する。スペックル密度決定ユニット７により決定されたスペックル密度値は、したがって、血液及び導入された液体の混合物を示す超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値である。好ましくは、液体ポンプ９は、好ましくは一定である容積液体流量で、血管の中に液体を連続的に導入する。ＩＶＵＳプローブ３０及び超音波信号処理ユニット１０は、液体が血管２０の中に連続的に導入されている間に、撮像位置２２における時間に渡る幾つかの超音波画像を生成するよう適応され得る。さらに、スペックル密度決定ユニット７は、スペックル密度値を決定するよう適応され、該スペックル密度値が、液体が血管２０の中に連続的に導入されている間、撮像位置２２において異なる時間に生成された上記の超音波画像のうちの幾つか又は全部の中のスペックル密度レベルの平均を示すようにする。したがって、スペックル密度決定ユニット７は、スペックル密度値が一時的平均に対応するよう、スペックル密度値を決定するよう適応され得る。さらに、スペックル密度決定ユニット７は、好ましくは、スペックル密度値を決定するために、血管２０の内腔２１に対応するそれぞれの超音波画像の領域全体を考慮するよう適応される。スペックル密度値は、したがって、空間的平均値としても考えられる。

血管造影画像生成システムは、さらに、決定したスペックル密度値及び液体が血管２０の中に導入される容積液体流量に基づき、容積血流量を示す血流値を決定する血流量決定ユニット８を有する。好ましくは、血流量決定ユニット８は、決定されるべき血流値とスペックル密度値との間の非線形関係を使用するよう適応される。特に、血流量決定ユニット８は、決定されるべき血流値とスペックル密度値との間の非線形関係として次式を使用するよう適応される。
Ｑ_Ｂ＝Ｑ_Ｃ（ｆ（ｄ_Ｍ）−ｆ（ｄ_Ｃ））／（ｆ（ｄ_Ｂ）−ｆ（ｄ_Ｍ））
ここで、Ｑ_Ｂは決定されるべき血流値を示し、Ｑ_Ｃは導入位置における容積液体流量を示し、ｄ_Ｍは撮像位置において生成された血管の内腔の超音波画像の中のスペックル密度値を示すスペックル密度値を示し、ｄ_Ｃは提供される液体スペックル密度値を示し、ｄ_Ｂは提供される血液密度スペックル値を示し、ｆ（ｄ）は超音波スペックル密度値を対応する散乱体濃度に関連付ける非線形関数を示す。

使用されるスペックル密度値は、上述のように、空間的及び時間的平均により取得され得る。空間的及び時間的平均に基づく血流値の決定は、この決定を不完全な混合に対してよりロバストに且つ血管の内部のＩＶＵＳプローブの配置と独立にすることができる。

スペックル密度提供ユニット６、スペックル密度決定ユニット７、及び血流量決定ユニット８は、容積血流量を示す血流値を決定するよう適応されるので、これらのユニットは、血流決定機器５のユニットであると考えられる。さらに、この血流決定機器５は、液体導入ユニット４、９、及び超音波ユニット１０、３０と一緒に、血流決定システムのコンポーネントであると考えられる。一方、血流決定システムは、血管造影画像生成システム１のコンポーネントであると考えられる。

システム１は、さらに、例えば血流値を決定する手順を開始する又は停止する開始又は停止コマンドを入力する或いは別の入力をシステム１に提供する、キーボード、コンピュータマウス、タッチパッド等のような入力ユニット１２を有する。さらに、システム１は、決定した血流値及び生成された血管造影画像を示すディスプレイ１３を有する。

以下では、血管造影画像を生成する血管造影画像生成方法の一実施形態は、図４に示すフローチャートを参照して例示的に説明される。

液体導入ユニット４、１０を用いて導入位置２３において一定の容積液体流量で血管２０の中に液体を連続的に導入している間に、ステップ１０１で、超音波ユニット１０、３０は、撮像位置２２における血管２０の内腔２１の超音波画像を生成する。ステップ１０２で、スペックル密度決定ユニット７は、ステップ１０１で撮像位置２２において生成された血管２０の内腔２１の超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値を決定する。ステップ１０３で、スペックル密度提供ユニット６は、血液スペックル密度値及び液体スペックル密度値を提供する。ステップ１０４で、血流量決定ユニット８は、ステップ１０２で決定したスペックル密度値、ステップ１０３で提供された血液スペックル密度値及び液体スペックル密度値、並びに液体が血管２０の中に連続的に導入される容積液体流量に基づき、容積血流量を示す血流値を決定する。

導入された液体は造影剤であり、ステップ１０５で、造影剤撮像ユニット１１、４０は、血管造影画像を生成するために、血管２０の内部の造影剤の画像を生成する。ステップ１０６で、決定された血流値及び生成された血管造影画像が、ディスプレイ１３上に表示される。

ステップ１０１〜１０４は、血流決定方法のステップであると考えられる。さらに、ステップの順番は異なり得る。例えばステップ１０５は、造影剤が血管２０の内部にある限り、ステップ１０６の前のいかなるときに実行され得る。さらに、ステップ１０３は、ステップ１０１と１０２との間、又はステップ１０１の前に実行されて良い。

図１〜４を参照して上述したシステム及び方法は、造影剤である液体と融合した血液中の超音波スペックル濃度、つまり超音波画像の中のスペックル密度レベルに基づき、血管内容積血流の決定、つまり血管内容積血流量を可能にする。超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値は、血管内超音波の動脈内信号強度を用いて決定できる。

血管内の血流容積の、つまり容積血流量の決定は、血流力学システムを検査する重要な見識を提供する。

特に、冠動脈狭窄症の機能的影響を評価するため及び冠微小循環の状態を診断するために、血管内フローの決定は非常に有用である。

血管造影画像は、血管の形状を決定するために使用できる。つまり、Ｘ線信号処理ユニット又は別のユニットは、生成された血管造影画像に基づき、血管の形状を決定するよう適応され得る。また、ＩＶＵＳプローブを用いて生成された超音波画像は、血管の、特に血管断面の及び血管壁の形状を決定するために使用できる。超音波画像は、また、拡張ステントが介入手順の間に挿入された後に、拡張ステントに冠する形状情報を決定するために使用できる。この形状情報は、超音波画像に基づき決定でき、超音波信号処理ユニット又は別のユニットにより決定できる。血管造影画像から取得された形状情報及び／又は超音波画像から取得された形状情報は、血管内誘導のために、診断のために、及び／又は治療計画のために、使用できる。

図１〜４を参照して上述したシステム及び方法は、造影剤の注入中にＩＶＵＳプローブを用いて生成されたＩＶＵＳ信号の、つまり超音波画像の変化に基づき、容積血流量を示す血流値の決定を可能にする。血液の中のＩＶＵＳ信号の強度、つまりＩＶＵＳプローブを用いて生成された超音波画像の画像値は、血液の中の超音波散乱体濃度に依存する。血液より低い又は高い散乱体濃度を有する造影剤の注入は、血液／造影剤混合物の全体の散乱体濃度、したがって対応する超音波画像の中のスペックル密度を変化させる。この変化は、図１〜４を参照して上述した容積血流量を示す血流値を決定するために使用できる。

図５は、超音波ユニットにより生成された超音波画像を概略的且つ例示的に示す。この超音波画像では、第１線６１は血管壁と血小板領域との間の境界を示す、第２線６２は血小板領域と内腔との間の境界を示す。スペックル密度決定ユニットは、好ましくは、第２線６２により囲まれたそれぞれの超音波画像の領域に基づき、スペックル密度レベルを示すスペックル密度値を決定するよう適応される。スペックル密度決定ユニットは、自動的に又は半自動的に血管の内腔をセグメント化するよう、つまり第２線６２を生成し、次に第２線６２の内側の超音波画像部分に基づきスペックル密度値を決定するよう、適応され得る。

容積血流量を決定する上述の実施形態では、Ｘ線画像の中で見える造影剤が使用されたが、別の実施形態では、別の液体が容積血流量を決定するために使用できる。例えば、容積血流量を決定するために、液体として生理食塩水が使用できる。生理食塩水は実質的に超音波画像内で変転を示さないので、この場合には、液体スペックル密度値ｄ_Ｃはゼロでり得る。血中の生理食塩水の混合率は、結合超音波散乱体濃度、つまり血管の内腔の超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値を定める。該超音波画像は、血管の内部の血流方向に関して導入位置の後ろにある撮像位置において生成される。特に、スペックル密度値は、血管の内腔の内側の、好ましくはＩＶＵＳ画像である超音波画像のエコー輝度として決定できる。血流量決定ユニットは、次に、知られている生理食塩水注入率、つまり知られている容積生理食塩水流量、及び超音波に基づく濃度若しくは密度測定、つまりスペックル密度値に基づき、容積血流量を決定できる。

図６は、２つの異なる容積血流量の、任意の単位の時間ｔに渡る、任意の単位のスペックル密度ｄを概略的且つ例示的に示す。この図では、線７０は、より大きな容積血流量に対応し、線７１は、より小さな容積血流量に対応する。ここで、液体は生理食塩水であり、生理食塩水の導入の前及び後の血液スペックル密度値が血液スペックル密度値ｄ_Ｂである。第１線７０では、生理食塩水液及び血液の混合物のスペックル密度値ｄ_Ｍ１は、第２線７１により示される第２の場合のスペックル密度値ｄ_Ｍ２により示されるスペックル密度レベルより大きいレベルを示す。この図に示されるように、本発明によると、スペックル密度のレベル又は濃さは、容積血流量を決定するために使用される。本実施形態では、それぞれのスペックル密度値は、血管の内腔に対応する超音波画像の領域内に位置する、それぞれの超音波画像の画像値を平均することにより決定される。スペックル密度は、したがって、平均エコー輝度信号である。

上述の実施形態では、血流量決定ユニットは、決定されるべき血流値とスペックル密度値との間の非線形関係、特に特定の非線形式を使用するよう適応されたが、他の実施形態では、また、決定されるべき血流量とスペックル密度値との間の他の関係が、容積血流量を示す血流値を決定するために使用され得る。例えば、（ａ）（ｉ）液体と血液との混合物を示す血管の内腔の超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値ｄ_Ｍと（ｉｉ）血液スペックル密度値ｄ_Ｂとの間の比、及び（ｂ）決定されるべき血流値Ｑ_Ｂ、の間の関係が、特に図６に概略的且つ例示的に示したように、使用され得る。例えば、液体が血管に導入される容積液体流量毎に、この比と決定されるべき血流値との間のそれぞれの関係が提供でき、それぞれの容積血流量について決定されたそれぞれの関係は、決定されたスペックル密度値ｄ_Ｍ及び知られている血液スペックル密度値ｄ_Ｂと一緒に、血流値Ｑ_Ｂを決定するために使用され得る。

上述の実施形態では、液体の流入は、血流に関連して制御される。つまり、液体は、知られている容積液体流量で血管に導入される。これは、超音波画像の中のスペックル密度値の減少、つまりスペックル密度値の降下をもたらし得る。この減少したスペックル密度値に基づき、血流量が決定できる。したがって、スペックル密度値は、測定されたスペックル密度曲線がどれくらい濃いかに基づき決定できる。つまり、スペックル密度値を提供するために、曲線がどれだけ幅広かを見ることなく、超音波画像の中のスペックル密度レベルが決定できる。例えば、血流値を決定するために、図５に示される線７０、７１の広範な最小値の幅ではなく、これらの最小値の濃さ又はレベルが使用される。

上述の実施形態では、血管造影画像生成システムは、血管造影画像を生成するＣアームを備えるＸ線装置を有するが、他の実施形態では、別のＸ線装置が、コンピュータ断層撮像装置のように血管造影画像を生成するために使用できる。

上述の実施形態では、同じ液体が血管造影画像を生成するため及び血流値を決定するために使用されたが、他の実施形態では、異なる液体が、これらのタスクを実行するために使用できる。例えば、造影剤である第１液体が血管造影画像を生成するために使用でき、生理食塩水である第２液体が血流値を決定するために使用できる。

上述の実施形態では、血流決定が血管造影法と結合されたが、血流決定は、また、別個に、つまり血管造影法を実行することなく、実行できる。特に、血流決定機器及び血流決定システムは、血管造影画像生成システムのような別のシステムに統合される必要のない独立型システムであり得る。

上述の実施形態では、超音波ユニットは単一のＩＶＵＳプローブだけを有するが、他の実施形態では、図８に概略的且つ例示的に示されるように、超音波ユニットは、血管２０の内部の血流方向２４に関して導入位置２３の後にある幾つかの撮像位置２２において血管２０の内腔２１の幾つかの超音波画像を生成する幾つかのＩＶＵＳプローブを有得る。この場合、スペックル密度決定ユニット７は、それぞれの超音波画像のスペックル密度レベルを示す幾つかのスペックル密度値を決定するよう適応でき、血流量決定ユニット８は、決定された幾つかのスペックル密度値の平均及び液体が血管に導入される容積液体流量に基づき、容積血流量を示す血流値を決定するよう適応できる。これは、決定される血流値の品質を更に向上できる。

更なる実施形態では、図９及び１０に概略的且つ例示的に示すように、導入ユニットは、好ましくはカテーテルである外側チューブ２０４、及び外側チューブ２０４の剛性より小さな剛性を有し得る内側チューブ２０５を有する。内側チューブ２０５は、外側チューブ２０４の遠位開口の外側へ移動でき、幾つかの導入位置でそれぞれの知られている容積液体流量で血管２０に液体を導入する内側チューブ２０５の長さに沿って配置された幾つかのチューブ開口２０６を有する。各導入位置で、それぞれの知られている容積液体流量は、同じであり得る。しかしながら、容積液体流量は異なる導入位置で異なることも可能である。

各チューブ開口２０６は、それぞれのチューブ開口２０６において、したがってそれぞれの導入位置で液体を提供するために、内側チューブ２０５の内部のそれぞれの更なるチューブを介して、それぞれの液体ポンプに結合され得る。

外側チューブ２０４及び内側チューブ２０５の内部に、好ましくは誘導線である誘導要素３１が配置される。ここで、ＩＶＵＳプローブ３０が誘導線３１の遠位端に取り付けられる。ＩＶＵＳプローブ３０は、血管２０の内部の血流方向に関して導入位置２０６の後にある撮像位置において、血管２０の内腔の超音波画像を生成するために使用される。本実施形態では、液体ポンプは、ＩＶＵＳプローブ３０を用いてそれぞれの超音波画像の生成を可能にするために、異なる導入位置において血管２０の中に時間的に連続的に液体を導入するよう適応される。ここで、該超音波画像は、それぞれの導入位置における液体の導入によってのみ影響される。このように、各導入位置について、それぞれの超音波画像が生成できる。

図９で、矢印２１０は、第１導入位置における血液２０の中への液体の導入を示す。したがって、この状況は、ＩＶＵＳプローブ３０は、第１導入位置について超音波画像を生成するために使用される。図１０で、矢印２１１は、第２導入位置における液体の導入を示す。したがって、ＩＶＵＳプローブ３０を用いて生成された超音波画像は、この第２導入位置に対応する。

本実施形態では、スペックル密度決定ユニット７は、各超音波画像について、それぞれの超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すそれぞれのスペックル密度値を決定するよう適応される。つまり、超音波画像毎に且つ導入位置毎に、それぞれのスペックル密度値が決定される。血流量決定ユニット８は、決定した幾つかのスペックル密度値及びそれぞれの容積液体流量に基づき、幾つかの容積血流量を示す幾つかの血流値を決定するよう適応される。したがって、各導入位置について、容積血流量が、それぞれの導入位置について決定されたスペックル密度値に基づき、及び液体が血管２０にそれぞれの導入位置で導入された容積液体流量に基づき、決定される。

図１１は、好ましくはカテーテルである外側チューブ２０４の内側の内側チューブ３０５の更なる実施形態を示す。ここで、内側チューブ３０５の遠位部が外側チューブ２０４の外側にあるように、内側チューブ３０５は外側チューブ２０４の外側へ移動できる。また、本実施形態では、内側チューブ３０５は、それぞれの知られている容積血流量で幾つかの導入位置において血管２０の中に液体を導入するために、チューブ３０５の長さに沿って配置される幾つかのチューブ開口３０６を有する。さらに、また、本実施形態では、内側チューブ３０５は、外側チューブ２０４の剛性より低い剛性を有し得る。さらに、また、本実施形態では、各チューブ開口３０６は、異なるチューブ開口３０６で液体を提供するために、内側チューブ３０５の内部にあるそれぞれのチューブを介して、それぞれの液体ポンプに結合され得る。内側チューブ３０５の内部に、好ましくは誘導線である誘導要素３１が配置される。各チューブ開口３０５の後に、それぞれの導入位置の後にある撮像位置において超音波画像を生成するために、それぞれのＩＶＵＳプローブ３３０が配置される。

スペックル密度決定ユニット７は、各超音波画像について、それぞれの超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すそれぞれのスペックル密度値を決定するよう適応される。したがって撮像位置毎に、それぞれのスペックル密度値が決定される。血流量決定ユニット８は、決定した幾つかのスペックル密度値及び容積液体流量に基づき、幾つかの容積血流量を示す幾つかの血流値を決定するよう適応される。特に、それぞれの導入位置について、それぞれの血流値は、（ａ）それぞれの導入位置の直後の撮像位置において生成された超音波画像のスペックル密度値に基づき、（ｂ）それぞれの導入位置で血管の中に液体が導入されたそれぞれの容積液体流量に基づき、並びに、導入位置がそれぞれの導入位置の前にある場合には（ｃ）さらにそれぞれの導入位置で血管の中に液体が導入された容積液体流量に基づき、決定される。

開示された実施形態の他の変形は、図面、詳細な説明、及び請求項を読むことにより、当業者に理解され請求項に記載された発明を実施する際に実施されうる。

留意すべき点は、用語「有する（comprising）」は他の要素又は段階を排除しないこと、及び単数を表す語（a、an）は複数を排除しないことである。

単一のユニット又は装置が、請求の範囲に記載された幾つかのアイテムの機能を満たしても良い。特定の量が相互に異なる従属請求項に記載されるという事実は、これらの量の組合せが有利に用いることが出来ないことを示すものではない。

１又は複数のユニット又は装置により実行されるスペックル密度値の決定、血流値の決定、等のような動作は、いかなる他の数のユニット又は装置により実行することができる。血管造影画像生成方法に従う血管造影画像生成システムの動作及び／又は制御、及び／又は血流決定方法に従う血流決定機器の制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段及び／又は専用ハードウェアとして実装できる。

コンピュータプログラムは、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介するような、他のハードウェアと共に又はその一部として提供される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体に格納／分配されても良く、他の形式で分配されても良い。

請求項中のいかなる参照符号も請求の範囲又は本発明の範囲を制限するものと考えられるべきではない。本発明は、血管の内腔の超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値を決定するスペックル密度決定ユニットを有する血流決定機器に関し、超音波画像は、知られている容積液体流量で液体が血管に導入される導入位置の後にある撮像位置で生成される。血流決定ユニットは、決定したスペックル密度値及び容積液体流量に基づき、容積血流量を示す血流値を決定する。これは、向上した精度で血管内血流を決定することを可能にする。

Claims (14)

1. 血流決定機器であって、
   血管の内腔の超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値を決定するスペックル密度決定ユニットであって、前記超音波画像は、前記血管の内部の血流方向に関して導入位置の後にある撮像位置で生成され、前記導入位置において、液体が知られている容積液体流量で前記血管の中へ導入される、スペックル密度決定ユニットと、
   血液だけを示す超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示す血液スペックル密度値を提供し、及び前記液体だけを示す超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示す液体スペックル密度値を提供する、スペックル密度提供ユニットと、
   前記血液スペックル密度値、前記液体スペックル密度値、及び前記容積液体流量に基づき、容積血流量を示す血流値を決定する血流量決定ユニットと、
   を有する血流決定機器。
2. 前記スペックル密度提供ユニットは、前記血管の前記内腔の更なる超音波画像に基づき、前記血液スペックル密度値を決定するよう適応され、前記更なる超音波画像は、前記血管の前記内腔が血液だけを含む位置で生成される、請求項１に記載の血流決定機器。
3. 前記スペックル密度決定ユニットは、前記スペックル密度値を決定するよう適応され、該スペックル密度値が、前記液体が前記血管の中に連続的に導入される間、前記撮像位置において異なる時間に生成された複数の超音波画像のうちの少なくとも幾つかの中のスペックル密度レベルの平均を示すようにする、請求項１に記載の血流決定機器。
4. 前記スペックル密度決定ユニットは、前記スペックル密度値を決定するために、前記血管の前記内腔に対応する前記超音波画像の領域全体を考慮するよう適応される、請求項１に記載の血流決定機器。
5. 前記血流量決定ユニットは、決定されるべき前記血流値と前記スペックル密度値との間の非線形関係を使用するよう適応される、請求項１に記載の血流決定機器。
6. 前記血流決定機器は、血液だけを示す超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示す血液スペックル密度値を提供し、及び前記液体だけを示す超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示す液体スペックル密度値を提供する、スペックル密度提供ユニットを更に有し、前記血流量決定ユニットは、決定されるべき前記血流値と前記スペックル密度値との間の以下の非線形関係を使用するよう適応され：
   Ｑ_Ｂ＝Ｑ_Ｃ（ｆ（ｄ_Ｍ）−ｆ（ｄ_Ｃ））／（ｆ（ｄ_Ｂ）−ｆ（ｄ_Ｍ））、
   Ｑ_Ｂは決定されるべき前記血流値を示し、Ｑ_Ｃは前記導入位置における前記容積液体流量を示し、ｄ_Ｍは前記撮像位置において生成された前記血管の前記内腔の前記超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示す前記スペックル密度値を示し、ｄ_Ｃは前記提供される液体スペックル密度値を示し、ｄ_Ｂは前記提供される血液スペックル密度値を示し、及びｆ（ｄ）は超音波スペックル密度値ｄを対応する散乱体濃度に関連付ける非線形関数を示す、
   請求項５に記載の血流決定機器。
7. 血流決定システムであって、
   導入位置において容積液体流量で血管に液体を導入する液体導入ユニットと、
   前記血管の内部の血流方向に関して前記導入位置の後にある撮像位置において、前記血管の内腔の超音波画像を生成する超音波ユニットと、
   請求項１に記載の、血管の内部の容積血流量を示す血流値を決定する血流決定機器と、
   を有する血流決定システム。
8. 前記液体導入ユニットは、チューブであって、それぞれ知られている容積液体流量で幾つかの導入位置において前記液体を前記血管に導入するために該チューブの長さに沿って配置される幾つかのチューブ開口を有するチューブを有し、前記超音波ユニットは、導入位置毎に、前記血管の内部の前記血流方向に関して前記それぞれの導入位置の後にある撮像位置において、前記血管の前記内腔のそれぞれの超音波画像を決定するよう適応され、前記スペックル密度決定ユニットは、超音波画像毎に、前記それぞれの超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示すそれぞれのスペックル密度値を決定するよう適応され、前記血流量決定ユニットは、前記決定した幾つかのスペックル密度値及び前記容積液体流量に基づき、幾つかの容積血流量を示す幾つかの血流値を決定するよう適応される、請求項７に記載の血流決定システム。
9. 前記超音波ユニットは、前記血管の前記内腔の前記超音波画像を生成する血管内超音波（ＩＶＵＳ）プローブを有する、請求項７に記載の血流決定システム。
10. 前記超音波ユニットは、前記血管の内部の血流方向に関して前記導入位置の後にある幾つかの撮像位置において前記血管の前記内腔の幾つかの超音波画像を生成する幾つかの血管内超音波（ＩＶＵＳ）プローブを有し、前記スペックル密度決定ユニットは、前記それぞれの超音波画像の前記スペックル密度レベルを示す幾つかのスペックル密度値を決定するよう適応され、前記血流量決定ユニットは、前記決定した幾つかのスペックル密度値の平均及び前記容積液体流量に基づき、前記容積血流量を示す前記血流値を決定するよう適応される、請求項９に記載の血流決定システム。
11. 血管造影画像を生成する血管造影画像生成システムであって、前記血管造影画像生成システムは、
    請求項７に記載の血流決定システムであって、前記液体導入ユニットは、前記液体として造影剤を前記血管に導入するよう適応される、血流決定システムと、
    前記血管造影画像を生成するために、前記血管の内部の前記造影剤の画像を生成する造影剤撮像ユニットと、
    を有する血管造影画像生成システム。
12. 血流決定機器の作動方法であって、前記血流決定機器は、スペックル密度決定ユニットと、液体導入ユニットと、スペックル密度提供ユニットと、血流量決定ユニットと、を有し、前記作動方法は、
    前記スペックル密度決定ユニットにより、血管の内腔の超音波画像の中のスペックル密度レベルを示すスペックル密度値を決定するステップであって、前記超音波画像は、前記血管の内部の血流方向に関して導入位置の後にある撮像位置で生成され、前記導入位置において、前記液体導入ユニットにより液体が知られている容積液体流量で前記血管の中へ導入される、ステップと、
    前記スペックル密度提供ユニットにより、血液だけを示す超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示す血液スペックル密度値を提供し、及び前記液体だけを示す超音波画像の中の前記スペックル密度レベルを示す液体スペックル密度値を提供し、
    前記血流量決定ユニットにより、前記血液スペックル密度値、前記液体スペックル密度値、及び前記容積液体流量に基づき、容積血流量を示す血流値を決定するステップと、
    を有する方法。
13. 血管造影画像を生成する造影画像生成システムの作動方法であって、前記血管造影画像生成システムは、スペックル密度決定ユニットと、液体導入ユニットと、スペックル密度提供ユニットと、血流量決定ユニットと、造影剤撮像ユニットと、を有し、前記作動方法は、
    前記システムが請求項１２に記載の方法のステップを実行するステップであって、前記液体は造影剤である、ステップと、
    前記血管造影画像を生成するために、造影剤撮像ユニットにより、前記血管の内部の前記造影剤の画像を生成するステップと、
    を有する方法。
14. 血流決定コンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが血流決定機器で実行されると、前記血流決定機器に請求項１２に記載の方法を実行させるプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラム。

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