DE69531404T9

DE69531404T9 - Wandler für intraluminalen katheter mit ultraschallabbildung

Info

Publication number: DE69531404T9
Application number: DE69531404T
Authority: DE
Inventors: M. William BELEF
Original assignee: Cardiovascular Imaging Systems Inc
Current assignee: Boston Scientific Ltd Barbados
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 2004-09-23
Also published as: JP2006198425A; DE69531404D1; JP3825800B2; ES2204966T3; EP0786959A1; WO1996011634A1; EP0786959A4; EP0786959B1; ATE245939T1; US5503154A; DE69531404T2; JPH10509343A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Wandlerbaueinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein elektrisches Verbindungssystem, das eine optimale Leistung und Rauschminderung bewirkt.
Katheter, die Ultraschallwandler zum Ausführen einer intraluminalen Ultraschall-Bilderzeugung verwenden, sind bekannt. Typischerweise erzeugt der Wandler ein elektrisches Hochfrequenzsignal in der Größenordnung von 30 MHz, das verwendet wird, um ein Bild zu erzeugen.
Die Qualität eines Bildes wird von Funkfrequenz-Rauschen beeinträchtigt, das mit dem Signal vermischt sein kann. Eine typische Krankenhausumgebung weist viele Rauschquellen auf, z. B. Überwachungssysteme für Patienten, intraaortale Ballonpumpen, Röntgenstrahlsysteme und Computerkomponenten. Diese Rauschquellen können mit dem von einem Wandler erzeugten Signal über die Leiter, die verwendet werden, um das Signal von dem Wandler an das Bilderzeugungssystem zu übertragen, gekoppelt sein.
Da sich die Qualität des von dem System erzeugten Bildes erhöht, wenn das Rauschen verringert wird, gibt es einen entscheidenden Bedarf für eine verbesserte Technologie, um die durch das Rauschen erzeugten unerwünschten RF-Signale, die in dem Operationssaal vorhanden sind, zu verringern.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein aktives Wandlerelement eine obere und eine untere Hauptfläche mit einer daran ausgebildeten oberen bzw. unteren Elektrode auf. Ein leitendes Gegenelement ist mit der unteren Elektrode gekoppelt und ein Gegenverlängerungselement, das sich zu der oberen Hauptfläche erstreckt, ist elektrisch mit dem Gegenelement gekoppelt, wobei ein Isolierelement das Gegenverlängerungselement von der oberen Elektrode elektrisch isoliert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Gegenelement durch ein nicht leitendes Klebemittel mit einem distalen Gehäuse verbunden. Die erste und die zweite Leitung sind jeweils mit der oberen Elektrode bzw. mit dem Gegenverlängerungselement gekoppelt, um eine ausgeglichene Übertragungsleitung zu bilden, um eine Rauschminderung und eine optimale Leistung zu erleichtern.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung offensichtlich.
1A und 1B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht eines Standardwandlers;
2 ist eine Querschnittsansicht eines in einem distalen Gehäuse angebrachten Standardwandlers;
3 ist eine schematische Darstellung eines Standardsystems für das Erregen des Wandlers;
4A und 4B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht der elektrischen Verbindung zu dem in dem distalen Gehäuse angebrachten Standardwandler;
5 ist eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
6A und 6B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht der elektrischen Verbindung zu dem in 5 dargestellten Wandler, der in dem distalen Gehäuse angebracht ist;
7A und 7B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht der elektrischen Verbindungen zu einem Wandler in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
1A und 1B sind schematische Diagramme, die ein Ultraschall-Wandlersystem für das Emittieren und das Erfassen von Ultraschall-Energieimpulsen darstellen; 2 ist ein schematisches Diagramm des Wandlers, der in einem distalen Gehäuse eines Katheters angebracht ist; und 3 ist eine schematische Darstellung eines typischen Systems für das Erregen des Wandlers, um einen Ultraschallimpuls zu emittieren und einen empfangenen Ultraschallimpuls zu erfassen.
Zuerst wird Bezug genommen auf 1A und 1B. Der Ultraschallwandler 10 enthält ein aktives Wandlerelement 12, das Teil einer Baueinheit ist. Die Funktion des aktiven Wandlerelementes 12 ist es, Ultraschallimpulse in elektrische Impulse und elektrische Impulse in Ultraschallimpulse umzuwandeln. Das Wandlerelement 12 ist aus PZT-Keramikmaterial hergestellt, besitzt eine blockähnliche Konfiguration und enthält vordere und hintere gegenüberliegende Hauptflächen 12F und 12B. Diese Hauptflächen 12F und 12B sind von metallischen leitenden Filmen bedeckt, die aus einem geeigneten Material wie etwa aus Chrom oder Gold gebildet sind, die als obere und untere Elektrode 14 und 16 dienen. Das Material der Filme kann aus einer Folie gebildet sein oder es kann die Form von Filmen haben, die auf die gegenüberliegenden Flächen des Wandlerelementes 12 aufgedampft oder aufgestäubt sind. Auf der oberen Elektrode 14 ist ein Silberepoxidharzpunkt 18 zur Verbindung mit einem Draht angeordnet. Das Wandlerelement kann an der Vorderfläche, die nicht in der Figur gezeigt ist, eine 1/4-Wellen-Impedanzanpassungsschicht haben.
Ein Gegenelement 22 eines geeigneten Trägermaterials ist an die Rückfläche des Wandlerelementes 12 gebunden, um die von der Rückseite 12B des Wandlerelementes 12 emittierte Ultraschallenergie abzuschwächen. Das Gegenelement 22 besitzt eine Vorderfläche, die an die Rückfläche 12B des Wandlerelementes 12 gebunden ist. Eine Isolationsschicht 23 umgibt den Umfang des Wandlerelementes 12 und des Gegenelementes 22.
2 veranschaulicht einen Wandler 10, der in einem distalen Gehäuse 24 angebracht ist. Das Wandlerelement 12 ist auf einem Bett 26 aus haftendem Füllmaterial wie etwa aus Silberepoxidharz angebracht, und die Rückfläche des Gegenelementes 22 ist mit dem Bett 26 in Kontakt. Typischerweise sind das Gegenelement 22 und das Bett 26 aus elektrisch leitenden Materialien hergestellt und dienen als ein leitender Weg, der den elektrischen Kontakt zu der unteren Elektrode 16 bildet.
Anhand von 3 ist nun ein typisches System für das Erregen des Wandlers 10, um Ultraschallimpulse zu emittieren, und für das Erfassen der empfangenen Impulse veranschaulicht. Dieses System ist nicht Teil der Erfindung und wird nur kurz beschrieben. Ein Zeitgebungs- und Steuerungsblock 30 steuert einen Sender 32, um eine Folge von Spannungsimpulsen mit einer vorgegebenen Dauer zu emittieren, die durch vorgegebene Pausen getrennt sind. Der Schalter 34 koppelt den Sender 32 mit dem Wandler 10, wenn die Impulse erzeugt werden, und koppelt während der Pausen zwischen den Impulsen einen Empfänger 36 mit dem Wandler 10.
Die empfangenen Impulse werden von einem Bilderzeugungssystem 38, das nicht Teil der Erfindung ist, verarbeitet. Die wesentliche Information, die verwendet wird, um ein Bild zu erzeugen, ist die der Verzögerungszeit zwischen dem Senden eines Ultraschallimpulses und dem Empfang des empfangenen Impulses. Außerdem können andere Information wie etwa die Amplitude und die Phase des empfangenen Impulses verarbeitet werden.
Wie bekannt ist, oszilliert das Wandlerelement 12, wenn ein Spannungsimpuls an die Elektroden 14 und 16 angelegt wird, um einen Impuls zu erzeugen, der um eine Resonanzfrequenz, die durch die mechanischen und piezoelektrischen Eigenschaften des Wandlers 10 bestimmt ist, mittig ist. Somit wird eine Folge von Ultraschallimpulsen, die durch die vorgegebenen Pausen getrennt sind, gesendet.
Umgekehrt wird ein Bilderzeugungssignal, das durch den Empfänger 36 verstärkt und an das Bilderzeugungssystem 38 übertragen wird, in Form eines Spannungsimpulses an den Elektroden 14 und 16 erzeugt, wenn ein Ultraschallimpuls von dem Wandler 10 empfangen wird. Der Impuls ist typischerweise ein Impuls mit einer sehr hohen Frequenz in der Größenordnung von 30 MHz, der durch ein durch den Katheter zum Verstärker geführtes Leiterpaar übertragen wird.
Die elektrische Verbindung der Leitungen mit dem Wandler, der in 2 veranschaulicht ist, ist in den 4A und 4B dargestellt. Eine erste Leitung 60 ist mit dem Silberepoxidharzpunkt 18, der an der oberen Elektrode angeordnet ist, verbunden, und eine zweite Leitung 62 ist mit der zweiten Elektrode elektrisch gekoppelt. Die elektrische Kopplung der zweiten Leitung 62 mit der unteren Elektrode folgt einem Weg von der zweiten Leitung 62 über einen leitenden Klebstoff 64, der die Leitung mit einem Ansteuerkabel 66 koppelt, über eine Schweißnaht zu dem distalen Gehäuse und von dem distalen Gehäuse 24 über das leitende akustische Gegenelement 22 zu der unteren Elektrode. Die elektrischen Leitungen 60 und 62 verlaufen entlang der Länge der Bilderzeugungshülse des Katheters.
Während der obenbeschriebene elektrische Weg von der zweiten Leitung zu der unteren Elektrode für die elektrische Verbindung allein adäquat ist, erzeugt er eine Unausgeglichenheit der Impedanz der Katheterübertragungsleitung. Die erste Leitung 60 ist nur mit dem aktiven Wandlerelement 12 verbunden, während die zweite Leitung 62 nicht nur mit dem aktiven Wandlerelement 22 verbunden ist, sondern außerdem über den leitenden Klebstoff 26 mit dem distalen Gehäuse 24 und mit dem Ansteuerkabel 66 der Bilderzeugungshülse verbunden ist. Somit führen die verschiedenen Anschlussimpedanzen der ersten und der zweiten Leitung 60 und 62 zu einer unausgeglichenen Übertragungsleitung. Dieses Ungleichgewicht führt zu einer stark verringerten Fähigkeit des Katheters, RF-Rauschen von externen Quellen abzuweisen.
Zusätzlich haben die Erfinder festgestellt, dass das Ansteuerkabel 66 als eine Antenne wirkt, die unerwünschte RF-Rauschsignale, die in einer Operationssaalumgebung erzeugt werden, empfängt. Diese empfangenen Rauschsignale werden mit dem von dem Wandler 10 erzeugten Bilderzeugungssignal gemischt, weil die zweite Leitung 62 mit dem Ansteuerkabel 66 elektrisch gekoppelt ist. Somit verringert die elektrische Isolation der Leitungen 60 und 62 von dem Ansteuer kabel 66 die Mischung der unerwünschten RF-Signale mit dem Bilderzeugungssignal.
Die Konfiguration des elektrischen Verbindungsmechanismus einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezug auf 5, 6A und 6B beschrieben. 5 ist eine perspektivische Darstellung, 6A ist eine Draufsicht und 6B ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 6B'-6B' in 5. In diesen Figuren besitzt das leitende Gegenelement 22 nunmehr einen Verlängerungsteil 70, der sich zu der oberen Fläche der Wandlerbaueinheit 10 erstreckt. Dieser Verlängerungselement ist von der oberen Elektrode durch einen Isolierstreifen 72 elektrisch isoliert. Wie aus 5 ersichtlich ist, isoliert die Kombination der Isolationsschicht 23, die den Umfang des aktiven Elementes umgibt, und des tragenden und isolierenden Streifens 72 elektrisch die obere Elektrode 14 von dem Gegenelement/der Verlängerung 22/70. Wie in 6B dargestellt ist, erstreckt sich der Isolierstreifen 72 nicht durch das Gegenelement, so dass sich ein leitender Weg von der Verlängerung 70 zu der unteren Elektrode 16 des aktiven Elementes 10 bildet.
Somit sind, wie in den 6A und 6B dargestellt, beide Leitungen 60 und 62 mit der oberen Fläche der Baueinheit 10 verbunden. Die zweite Leitung 62 ist über einen zweiten Silberpunkt 74 mit der Verlängerung 70 gekoppelt. Ein nicht-leitender Klebstoff 76 wird als ein akustisches Träger- und Befestigungsverfahren, um die Wandlerbaueinheit 10 mit dem distalen Gehäuse 24 zu verbinden, verwendet. Dementsprechend ist die zweite Leitung 62 von dem Gehäuse 24 und von dem Ansteuerkabel 66 elektrisch isoliert, um eine ausgeglichene Übertragungsleitung sicherzustellen.
Die 7A und B veranschaulichen eine alternative Ausführungsform für das Erzielen einer ausgeglichenen Übertragungsleitung und für das Isolieren des Rauschens, das durch das Ansteuerkabel aus dem Bilderzeugungssignal empfangen wird.
In der in den 7A und B veranschaulichen Ausführungsform ist die zweite Leitung 62 durch den zweiten Silberepoxidharzpunkt 74 mit der Rückseite der Verlängerung 70 gekoppelt.

Claims

Ultraschall-Wandlerbaueinheit zur Verwendung in einem Katheter für die Ausführung einer Ultraschall-Bilderzeugung im Körper eines Patienten, wobei die Wandlerbaueinheit umfaßt: ein aktives Wandlerelement (10) mit einer oberen und einer unteren Hauptfläche (12F, 12B) und einem Umfang, das Transformationen zwischen elektrischen und Ultraschallsignalen ausführt; eine obere Elektrode (14), die auf der oberen Hauptfläche (12F) gebildet ist; eine untere Elektrode (16), die auf der unteren Hauptfläche (12B) gebildet ist; ein leitendes Gegenelement (22) mit einer oberen und einer unteren Hauptfläche und einem Umfang, der im wesentlichen die gleiche Form wie der Umfang des aktiven Wandlerelements (10) hat, wobei die obere Hauptfläche des leitenden Gegenelements (22) mit der unteren Elektrode (16) elektrisch gekoppelt ist; gekennzeichnet durch ein leitendes Gegenverlängerungselement (70), das mit dem Gegenelement (22) elektrisch gekoppelt ist und sich zu der oberen Hauptfläche (12F) des aktiven Wandlerelements (10) erstreckt; und ein Isolierelement (72), das das Gegenverlängerungselement (70) von der oberen Elektrode (14) elektrisch isoliert.
Ultraschall-Wandlerbaueinheit nach Anspruch 1, bei der das leitende Gegenverlängerungselement (70) eine obere Fläche, die mit der oberen Hauptfläche (12F) des aktiven Wandlerelements (10) im wesentlichen koplanar ist, und eine untere Fläche, die mit der unteren Fläche des leitenden Gegenelements (22) im wesentlichen koplanar ist, besitzt; und das Isolierelement (72) das Gegenelement (22) von der oberen Elektrode (14) elektrisch isoliert.
Elektrisches Verbindungssystem zum Bilden einer ausgeglichenen Übertragungsleitung zum Übertragen von elektrischen Hochfrequenzsignalen, die durch eine elektronische Wandlerbaueinheit erzeugt werden, die in einem Katheter für die Einführung in den Körper eines Patienten enthalten ist, wobei das System umfaßt: ein distales Gehäuse (24) des Katheters, das einen darin ausgebildeten Wandleranbringungshohlraum besitzt; eine Wandlerbaueinheit nach den Ansprüchen 1 oder 2, die in dem Hohlraum angebracht und von dem Hohlraum elektrisch isoliert ist; eine erste Leitung (60), die mit der oberen Elektrode (14) der Wandlerbaueinheit elektrisch gekoppelt ist; und eine zweite Leitung (62), die mit dem Gegenverlängerungselement (70) der Wandlerbaueinheit elektrisch gekoppelt ist, so daß die zweite Leitung (62) von dem distalen Gehäuse (24) elektrisch isoliert ist und die erste und die zweite Leitung (60, 62) eine ausgeglichene Ülbertragungsleitung bilden.