JP2006239448A

JP2006239448A - 導管内プローブアセンブリ

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Publication number: JP2006239448A
Application number: JP2006130633A
Authority: JP
Inventors: Wiiliam E Webler; ウィリアム・イー・ウェブラー; Mark S Buhr; マーク・エス・ブール
Original assignee: Boston Scientific Ltd Barbados
Current assignee: Boston Scientific Ltd Barbados
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2023-07-23
Also published as: JPH07508204A; US20010021841A1; US6409672B2; US6193736B1; JP2003199745A; JP3498958B2; US5361768A; DE69326952D1; US20020143255A1; CA2139422A1; DK0648091T3; ATE186189T1; US6623433B2; EP0648091A4; DE69326952T2; US5759153A; WO1994000052A1; EP0648091B1; EP0648091A1; JP4122360B2

Abstract

【課題】患者の血管系統のある断面において正確な一定の速度で長手方向に移動させることができる装置を提供する。
【解決手段】装置は、プローブ駆動モジュールと直線移動モジュールを備える。駆動モジュールは、サブアセンブリの長手方向に移動するように超音波像映プローブに結合される。駆動モジュールは、遠位端側に配置された超音波像映プローブのトランスジューサ・サブアセンブリの長手方向の変位が手動又は自動で行われる状態の間を動くように、移送ユニットに取り付けられる。後者のとき、駆動モジュールは移動モジュールに設けたモータ駆動スクリューに係合して一定の速度で変位する。遠位端側に位置する超音波トランスジューサは超音波スキャンの間、軸方向に間隔をあけた包囲組織体の３６０°のデータスライスを得るように長手方向に移動され、データスライスは２次元又は３次元の走査組織体の表現に再構成される。
【選択図】図１

Description

この出願はジェームス・エム・グリフィス等（James M. Griffith et al.）の１９９２年５月２６日に発行された米国特許第５，１１５，８１４号「血管内超音波像映プローブおよびその使用方法」に関係するもので、この出願は１９９２年２月２４日出願の米国出願第０７／８４０，１３４号の親出願にあたるものである。各内容は引用することによりこの明細書に組み込まれる。

この発明は患者の臓器及び／又は血管内の曲った経路を進むことができるように十分に小型化された寸法の細長いプローブ装置またはアセンブリに関するものである。好ましい形態では、本発明は自動化ユニットに組み込まれ、そのユニットにプローブ装置が接続可能で、ユニット装置は末端部位に超音波トランスジューサ・サブアセンブリを有し、担当する医師によって、自動制御の下に患者内に、そのサブアセンブリを正確に位置させ、その細長いプローブ装置の軸に対し長手方向に移動させることができるようになっている。

Ｉ．導入的背景情報
治療及び／又は診断能力を有するプローブ装置は血管内および他の臓器疾患部の処置及び／又は診断を助けるために医療分野における利用が増加している。この関係で、米国特許第５，１１５，８１４号明細書には遠位端に超音波像映プローブ部材を有する血管内像映プローブが開示されている。このプローブ部材は血管内部位に位置させることができるものである。この超音波部材を電子部品とともに操作することにより目視できる映像を作成し、患者の血管内疾患を治療する医師を助ける。このようにして医師は、リアルタイムまたはそれと本質的に同じように超音波像映プローブ部材によって形成される血管内映像を見ることができ、存在することのある血管内異常を位置付け、同定してそれによって適正な処置及び／又は治療を処方することになる。治療及び／又は診断プローブ装置を使用して血管内部位に対し遠位端の操作すべきプローブ部材を正確に位置付ける必要性は重要であり、担当する医師は確信して患者の血管内系統にある異常位置を決定することができる。プローブ装置に対する正確な血管内位置情報は、医師が続く治療及び／又は診断を行うに必要となるであろう後のプローブ位置付けの再現を可能にする。例えば、医師の処方された治療管理を行うために、及び／又は早期の治療効果を後でモニターするために必要となる。

最近、コンピュータによる再構成アルゴリズムを使用した超音波像映により医師は２次元または３次元での患者の血管内構造の表示、即ちいわゆる３次元すなわち長手方向の視野構成を見ることができるようになった。この関連で、最近の映像再構成アルゴリズムは、隣接する一対のデータサンプル間の血管内構造が単に各データサンプルの平均値になると仮定するデータ平均化技術を使用する。このように、このアルゴリズムは図形的「フル・イン」技術を使用して調査の下に患者の内部系統を選択されたセクションを描くことになる。もちろん、データサンプルが十分に近接していない場合は、損傷及び／又は他の血管異常は事実検出されないでいる場合がある。即ち、それらは一対のデータサンプルの間に位置し、それによって前述した映像再構成アルゴリズムにより隠蔽されている場合があるからである。
米国特許第５，１１５，８１４号明細書

実際には、従来の超音波像映プローブでは調査中に患者の血管内系統のある区分の近接したデータサンプルを得ることは極めて困難である。なぜなら、近年利用できる再構成アルゴリズムは正確に長手方向に区分されたデータサンプルを処理するソフトウエアの能力に依存するからである。これに関していえば、従来の血管内像映システムは担当する医師の遠位端の超音波像映プローブ部材の手動による長手方向移動に依存している。卓越した医師でさえ、実際には手動で超音波像映プローブを一定の速度で長手方向に移動させる（それによって隣接するデータサンプル間に正確な既知の分離距離が与えられる）ことは不可能である。手動の移動に加えて、医師は通常２つのセクションの映像を観察しながら装置の移動を操作しなければならない。医師の注意を分割し、かつ十分にゆっくりな一定速度で移動させることが困難であることにより幾つかの診断情報が見逃される。このような診断情報の見逃しの危険を少なくするために、患者にとっては苦痛であろうが、もっと多くの時間を現実の映像走査を行うために費やす必要がある。

このように、この分野で必要とされて来たものは、患者の血管系統のある断面において正確な一定の速度で長手方向に移動させることができる超音波像映装置である。このような能力により一連の対応する正確に分離されたデータサンプルが得られるようになり、超音波により走査された血管断面は除去しないのなら、歪んだ及び／又は不正確な再構成を少なくする。すなわち、多くの近接するデータサンプルの多くを信頼して得ることができるからである。そのような装置は「ハンドオフ」様式で走査することができ、リアルタイムの映像に医師の注意を完全に集中させることができるので、血管の全ての断面を表示することを保証する。再構成の期間、超音波像映プローブは迅速に移動させることができ、医師はその映像を調べたり、またはリアルタイムに近い基準でそれらに代わる再構成を調べたりすることができる。このような特徴は冠状動脈の診断像映時間には特に必要である。プローブ装置により血流を遮断させつつ信頼できる像映を最小の時間で行う必要があるからである。それ故、本発明の目的は以上の要求を完遂することにある。

ＩＩ．情報の開示
一つの先行の、細長いプローブ装置を備えた遠位端の走査すべき部材を長手方向に移動させる提案はジョン・ビー・シンプソン等（John B. Simpson et al.）の１９８８年９月２０日に発行された米国特許第４，７７１，７７４号（以下、シンプソン等の７７４という）に開示されている。シンプソン等の７７４に開示の装置はフレキシブルな駆動ケーブルを介して遠位端のカッタ部材のための内蔵されたモータ駆動ユニットを含んでおり、手動で回転カッタ部材を相対的に長手方向に移動させるようになっている。

特に、シンプソン等の７７４では、フレキシブルな駆動ケーブルの近位端部近くの端部はスプライン軸を有する中空の長い回転駆動軸にスライド可能に結合されている。この中空の長い駆動軸は順にモータに連結され、他方スプライン軸は手動操作のスライド部材と協働するようになっている。モータ駆動ユニットのハウジングに対するスライド部材のスライド移動はフレキシブルな駆動ケーブルを直接に長手方向に移動させるので、遠位端部位のカッタ部材を移動させることになる。要するに、この構成では明らかに遠位端部位のプローブ部材の長手方向への移動を自動的に行うようにはなっていない。

本発明の長手方向の位置移動装置（longitudinal position translator）を備える超音波像映システムは、特に、（この明細書中に説明されて十分に含まれている）上述の米国特許第５，１１５，８１４号に開示されたタイプの脈管内（intravascular）プローブ組立品（アセンブリ）とともに使用されるようになっている。すなわち、本発明の位置移動装置とともに使用される上記好ましい脈管内プローブアセンブリは、患者の血管系（vascular system）の蛇行した通路に沿って導かれた可撓性の案内さやと、該案内さや内に動作可能に導かれた回転可能なプローブ部材（probe element）（好ましくは超音波像映プローブ）を備えている。もちろん、本発明の位置移動装置は、複雑でない、一体型の超音波プローブアセンブリを収納するように簡単に変更できる。患者外部のモータ（patient-external motor）により供給された回転動作が、上記案内さやを貫通して延びる可撓性トルクケーブルによって、先端に位置したトランスデューサ・サブアセンブリに送られる。

米国特許第５，１１５，８１４号により完全に説明されているように、上記案内さやの内部には、上記プローブ部材が回転する軸受け面を備えている。この軸受け面は、上記プローブ部材をその回転の間支持しており、実質的に「遊び」がない、すなわち、上記プローブ部材は、治療、検査（investigation）、又は、治療及び検査を行っている血管に関して、大略同軸に回転する。上記プローブ部材は、また、長手方向沿いに（すなわち、軸方向沿いに）移動可能となっており、患者の血管壁の軸方向に間隔をあけた３６０度のデータサンプルの「スライス」（slices）が撮像される。
本発明の上記自動化された長手方向の位置移動装置は、大略、プローブ駆動モジュールと、線形トランスデューサ・モジュールとを備えている。上記プローブ駆動モジュールは、前進位置と後退位置との間で往復移動可能な手動位置決めアームを有している細長いバレル形のハウジング構造において、最も好ましく実施化されるものである。上記位置決めアームは、プローブ部材がその中に配置されている上記案内さやの基端部をつかんでいる。可撓性トルクケーブルは、上記プローブ部材の先端で上記トランスデューサ・サブアセンブリを駆動軸に接続する。該駆動軸は、上記好ましい実施例では分離して固定されたベースユニットに配置された精度制御（precision rate-controlled）モータによって駆動される。好ましくは、上記ハウジングは、「クラムシェル（clamshell）」（二枚貝の殻）形式にヒンジ結合されて、脈管内プローブアセンブリの電気的及び機械的結合をより容易にする。上記位置決めアームは、上記案内カテーテル又は誘導針（introducer）をつかむように、複雑でない、一体型の超音波プローブアセンブリを使用するときに除去又は変更される。

上記線形トランスデューサ・モジュールは上記駆動モジュールを支持する。さらに、上記線形トランスデューサ・モジュールは、相対的にヒンジ結合された動作を許容するように上記プローブ駆動モジュールに動作可能に結合されている。それによって、そして、その結果、上記プローブ駆動モジュールは手動で動作可能な状態（それにより、上記プローブ駆動モジュールが上記線形トランスデューサ・モジュールと結合された上記長手方向駆動サブアセンブリから係合解除され、それにより、上記プローブ部材の長手方向の位置決めを医師が手動で制御できる状態）と、自動化された状態（それにより、上記プローブ部材に対して自動化された長手方向位置制御がなされるように上記プローブ駆動モジュールが上記線形トランスデューサ・モジュールと動作可能に係合される状態）との間で移動されうる。

使用時に、上記超音波像映プローブは、従来の蛍光透視装置の位置決め技術を使用する検査（investigation）中に、患者の血管系のある部分（a section）の中で担当の医師によって物理的に位置決めされる。その後、上記プローブの遠位端部と案内さやアセンブリは、上記プローブ・アセンブリ・モジュールと結合される。そして、上記プローブ駆動モジュールは、その自動化された状態と手動状態との間でそれぞれ上記プローブ駆動モジュールを移動させることによって、上記担当の医師によって望まれるものと同一の超音波像映走査の間の検査中に、上記患者の血管系の上記部分の中で、長手方向に上記撮像プローブ部材を手動で又は自動のいずれかで変換されるように使用されうる。従って、本発明は、先端に配置されたプローブ部材が回転できる一方、一定の自動化された移動速度（translation rate）で上記プローブ部材を長手方向に移動することができる能力を上記担当の医師に同時にもたらし、これにより、検査中に患者の血管部分の長手方向に間隔をあけたデータ「スライス」を表す信頼できるデータサンプルを得る。そして、これらのデータ「スライス」は、従来のコンピュータ利用アルゴリズムを使用して再構築されて、ＣＲＴ（又は他の）モニタ上に、より情報の多い「２次元の」長手方向又は「３次元の」撮像表示の検査中に患者の血管系の全部分を表す。従って、上記医師は、血管部分の画像オリエンテーション（image orientaion）又は２次元断面を電子的に処理することができ、それによって、検査中に上記患者の血管部分の状態を表すより多くの情報を獲得することができる。

好ましい実施例では、上記線形位置移動装置は、遠位端位置から近位端の位置までのみ上記像映プローブの自動化された変換を提供する。従って、上記像映プローブは、上記案内さやへの自動化された制御下で前進されないものである。そのような好ましい機能的な特性により、もし、上記案内さや内で「ねじれ」（kink）又は通過不可能な（non-negotiable）形状の屈曲に相対するならば、プローブの前進を感知し停止させる精巧なセンサ及び制御システムの必要性がなくなる。さらに、プローブの退出（すなわち、最位端から近位端までの移動）の間、上記案内さやは上記プローブによって支持され、「ねじれ」ることはない。また、上記プローブは、その初期の手動の先端の前進の間、既に通過した総ての屈曲を有しているので、上記担当の医師は同一の通路を通って退出するとき上記プローブによって上記屈曲は通過可能であるということが、事実上、確実なものとなっている。従って、上記好ましい実施例では近位端の方向に自動化された長手方向の移動を意図しているけれども、上記医師たちが障害に相対するときを判断するためのカテーテル及び触覚の感覚（tactile sensations）でもって彼若しくは彼女の経験を働かせるように、上記担当の医師が上記プローブを先端方向に手動で前進させることは同様に好ましいことである。

プローブ部材及び該さやに協働的に連結され、案内さやの最遠位端に対してプローブ部材を長手方向にモータ駆動するモータ駆動式直線移動機を設けたので、プローブまたはプローブ駆動モジュールを一定の速度で変位させることができる。

本発明の特徴と利点は、現在のところの好ましい典型的な実施例の以下の詳細な説明に注意深く考慮することにより、より明確になるであろう。

以後、添付の図面について説明するが、種々の図において同一符号は同一構造を示す。

例示的な超音波像映システム１０の図式的なダイヤグラムが添付の図１に示されている。システム１０は、案内さや（sheath）１４と案内さや１４の内孔（lumen）内に挿入された、遠位端に位置する超音波像映プローブ部材１６とを有する超音波映像プローブアセンブリ１２を備えており、上記プローブ部材１６は、図１には案内さやの透明な壁を通して可視的に図示されている。超音波像映プローブアセンブリ１２は、上記米国特許第５，１１５，８１４号明細書に詳しく開示した特色を好ましくは備える。

映像プローブアセンブリ１２の全長は、所望の診断および／または治療用導管内処置に好適なようになっている。例えば、プローブアセンブリ１２の全長は、直接（例えば、動脈を通して）挿入式のものが、経皮的末端挿入（percuaneous distal insertions）（例えば、大腿部動脈を通しての）に必要なプローブアセンブリ１２の長さに比較して短い。像映プローブアセンブリ１２の代表的な長さは、添付の図面に明示のため図示されている。

案内さや１４の終端は、金又は他の蛍光透視的に可視的な物質で製造された放射線不透過性マーカーバンド１８を好ましくは保持している。マーカーバンド１８は、医師が導管挿入中、通常の蛍光透視画像技術を用いて案内さや１４の進行と位置をモニタすることを可能にしている。

像映プローブアセンブリ１２の近位端は、プローブ駆動モジュール２０内に受け入れられている。本質的に、プローブ駆動モジュール２０は、遠位端側が開口され長手方向に筒形状のハウジング２２と案内さや１４の近位端を把持する位置決めアーム２４とを備える。超音波像映プローブ部材１６の近位端は、プローブ駆動モジュール２０に機械的かつ電気的に連結されている。位置決めアーム２４のハウジング２２に相対する長手方向の往復運動は、プローブアセンブリ１２の長手軸に相対する案内さや１４内でのプローブ部材１６の遠位端の相対長手方向変位をもたらす。

プローブ駆動モジュール２０は、ハウジング２２の近位端に固定的に連結された駆動ユニット２６をも備えるとともにプローブ部材１６に機械的回転と電気信号を与える構造を含んでいる。好ましい実施例において、プローブ部材１６の機械的回転は、ベースユニット（図示せず）に取付けられ、フレキシブルな駆動ケーブル２８ａを介してプローブ駆動モジュール２０に作動的に連結された別設の高精度モータ２８によって与えられる。しかし、駆動ユニット２６はモータ２８を備えることができる大きさとしてもよいことはいうまでもない。

最も好ましくは、駆動ユニット２６はプローブ駆動モジュール２０を手動操作可能な状態を維持しながら医師が片手でその外面を快適に把持できるように製作されている。駆動ユニット２６は、担当の医師がハウジング２２と位置決めアーム２４との間の相対位置を手動操作で調節することができ、それによってプローブ部材１６に与えるべき長手方向の手動移動を可能にするハンドルを形成する。親指スイッチ３０は、医師が超音波像映スキャンを行いたいときに選択的に駆動ユニット２６を操作し、それによって超音波像映プローブ部材１６を回転させることができるよう、手動操作される。スイッチ３０と制御コンソール４６との間の電気接続は、Ｉ／Ｏケーブル４１を介してなされる。

回転中、電気的通信は、超音波像映プローブ部材１６の遠位端のトランスジューサ・サブアセンブリと超音波トランシーバ４０との間において、プローブ部材１６内の患者内電気同軸ケーブル（図示せず），駆動ユニット２６と患者外電気Ｉ／Ｏケーブル４１を介して達成される。超音波トランシーバ４０は、プローブ部材１６の遠位端に設けられた電気−音トランスジューサに電気ケーブル４１を介して印加される（所望の大きさと形の）パルス信号を生成する。トランシーバ４０は、プローブ部材１６内のトランスジューサの電気機械的励起によって発生される電気信号（即ち、音波エコー波の受信に応じてトランスジューサによって発生された信号）に従来の公知の（例えば、増幅、ノイズの減少等の）信号処理操作を施す。

これらの信号は、さらに公知の表示アルゴリズム（例えば、公知のＰＰＩ（レーダ）アルゴリズム）によってデジタル的に処理されるとともに、プローブ部材１６の遠位端に向けて反射される超音波エネルギを反映する導管構造を所定のフォーマットで表わす超音波イメージ４４を発生するようにＣＲＴモニタ４２（もしくは他の等価なディスプレイ装置）への入力として供給される。制御コンソール４６は、例えば、超音波トランシーバ４０の所望の操作パラメータおよび／又はＣＲＴ４２上のイメージ４４のディスプレイ・フォーマットを選択できるよう医師によって使用される。

プローブ駆動モジュール２０は、以下により詳細に説明するように、一体的に固定位置に存在する線形移動モジュール４８と位置決めアーム２４の両方に相対するハウジング２２と駆動ユニット２６の往復直線移動を可能とするように線形移動モジュール４８に作動的に連結されかつ支持されている。以下により詳細に説明されるように、プローブ駆動モジュール２０は、手動操作条件（プローブ駆動モジュール２０が線形移動モジュール４８に設けられたモータ駆動の変換機から作動的に切り離されている。）と、自動作動条件（プローブ駆動モジュール２０が、線形移動モジュール４８に設けられたモータ駆動の変換機に作動的に連係している）とで、線形移動モジュール４８に相対的に移動しうるように装着されている。

線形移動モジュール４８は、図７に関係して以下に説明するように、減速機、駆動軸と関連するカップリングを収容した近位端ハウジング４８ａを備える。しかし、フレキシブル駆動シャフト５０ａを介してハウジング４８ａの内部構造に作動的に連結されたシステムのベースユニット（図示せず）に設けられた別設の高精度モータ５０によって、ハウジング４８ａの内部の構造に駆動力が与えられることをここでは述べておけば十分である。再び、線形移動モジュール４８のハウジング４８ａは、モータ５０を内に備えるように寸法、形状を設定するようにしてもよいことはいうまでもない。モータ５０の自動運転は、担当の医師が制御コンソール４６によって適切な作動パラメータを選択することによって達成される。線形移動モジュール４８とプローブ駆動モジュール２０の両方の作動は、フットスイッチ２７を押すことによって開始される。

本発明において用いられている例示的なプローブ駆動モジュール２０は、添付の図２，図３により明瞭に図示されている。これらに示されているように、ハウジング２２は、長尺の下部、上部ハウジング部５１，５２の対より一体的に形成され、これら下部，上部ハウジング部５１，５２は、長手方向のエッジに沿ってヒンジピン５４により蝶番構造で互いに結合されている。

上記ピン５４の近位端，遠位端５４ａ，５４ｂがハウジング部５１の近位端，遠位端５１ａ，５１ｂに夫々剛に固定される一方、ハウジング部５２はピン５４（および、従ってハウジング部５１）に、近位端，遠位端および中間のピボットスリーブ５６ａ，５６ｂおよび５６ｃによって連結されていることが図２において特に注意すべきである。ハウジング部５１，５２には、その閉状態（図４Ａから図５Ｂに示すような）にバネ付勢された止め金５７ａ（図２参照）により保持され、この止め金５７ａは操作レバー５７ｂによりハウジング部５１内に形成された孔（図示せず）に入出される。

位置決めアーム２４は、ハウジング２２の長手方向軸に縦に（直交する方向）向いている。これに関連して、位置決めアーム２４はピボットピン５４に連結されたスリーブ端２４ａを備え、位置決めアーム２４の長手方向および搖動往復運動をピン５４の長手方向軸に相対して生じさせるようになっている。位置決めアーム２４の対向端２４ｂは、ハウジング２２から径方向外向きに伸びる。

ハウジング２２はハウジング部５１，５２が閉じられた状態にあるとき（即ち、図１に示されているように）長尺のスロット５８を形成する。スロット５８は、使用中（即ち、ハウジング部５１，５２が閉状態にあるとき）、位置決めアーム２４をピン２４の長手方向軸に沿って、引込み位置と前進位置（図２に仮想線２４’，２４”で夫々されている）との間で手動操作により移動させることができるようにしている。位置決めアーム２４の引込み位置２４’は、ハウジング部５２と一体で他のピボットスリーブ５６ａと５６ｂと同様ピン５４に搖動的に連結されたピボットスリーブ５６ｃの遠位端面によって規定される。一方、位置決めアーム２４の突出し（前進）位置２４”は、ピボットスリーブ５６ｂの近位端面によって規定される。

位置決めアーム２４は、ハウジング部５１と５２が閉状態にあるときにハウジング部５１内に形成された凹部内面によって支持されている。この凹部内面は、位置決めアーム２４の引込み位置２４’と突出し位置２４”との間で位置決めアーム２４が摺動する支持面を与える。

目盛６０（図４Ａと図５Ａ参照）が、ハウジング２２上に好ましくは設けられる。位置決めアーム２４に付属するポインタ２４ｃは、目盛６０に対して整列され、医師が案内さや１４内のプローブ部材１６の最も遠い遠位端からの位置に関する情報を得られるようにする。即ち、位置決めアーム２４の長手方向の移動において、（ポインタ２４ｃと目盛６０とによって測られる）増分距離は、プローブ部材１６の案内さやの遠位端の最も遠い位置からの増分距離分の移動をもたらす。

添付の図２は、位置決めアーム２４と案内さや１４の近位端との間の協同的な係合関係を最も明瞭に示している。これに関連して、案内さや１４の遠位端には、案内さや１４の長手方向軸に対して略縦方向に伸びる側部アームポート７０を備える。側部アームポート７０は、案内さや１４の近位端に設けられたロック用キャップ７４に対し同軸に係合する従来のルアータイプのロック用キャップ７２を備える。側部アームポート７０は、例えば、生理塩水が側部アームのチューブ７０ａを介して導入しうるように、案内さや１４の孔と流体的に接続されている。

プローブ部材１６の軸延長部７５とこれによって同軸に支持された電気ケーブルは、同軸ケーブルカップリング７５ａ，７５ｂによってプローブ駆動モジュール２０の出力軸７７に機械的電気的に連結されている。プローブ部材１６のフレキシブルなトルクケーブル部内の同軸ケーブル（図示せず）は、作動中、１つのユニットとしてそれと一緒に回転するが、電気Ｉ／Ｏ信号は、カップリング７５ａ，７５ｂの手段によってトランシーバ４０に伝達されるということが理解されるであろう。別設の電気Ｉ／Ｏ経路（ケーブル４１で表されている−図１参照）と機械的入力経路（フレキシブル駆動軸２８ａ−図１参照）とが共通の電気／機械出力経路（出力軸７７で表されている）に組合わされる方法は、図３を参照してより詳細に説明される。

軸延長部７５は、好ましくは公知のステンレススチール皮下（hypodermic）チューブを用いて製作され、その遠位端においてフレキシブルなトルクケーブル（図示せず）に剛体的に連結されている。前に簡単に説明したように、トルクケーブルは、案内さや１４の全長に亘って伸び、プローブ部材１６の遠位端内のトランスジューサ・サブアセンブリに遠位端において連結されている。トルクケーブルは、モータによって与えられる回転運動をプローブ部材１６の軸延長部７５に伝達し、トランスジューサ・サブアセンブリを案内さや１４の遠位端の近くの案内さやの孔内で同様に回転させ、また、位置決めアーム２４の位置の調節により案内さや１４内で長手方向に変位させる。

軸延長部７５は、ロック用キャップ７２，７４に同軸に連結された端部キャップ７６を貫通して伸びる。端部キャップ７６は、軸７５の遠位端の回転ベアリングとして、また、液（例えば、生理塩水）の洩れに対して案内さや１４の遠位端をシールするように働く合成樹脂製の遠位端回転ベアリング（図示せず）を内蔵している。

位置決めアーム２４は、相互に直交するゆりかご状凹面部８０，８２を形成する。ゆりかご状凹面部８０の長手方向寸法は、ハウジング２２の長手方向寸法と平行に方向付けされ、一方、ゆりかご状凹面部８２（ゆりかご状凹面部８０の一端に結合されている）は、ハウジング２２の長手方向寸法に対して直交するように向けられている（即ち、それがゆりかご状凹面部８０に直交しているので）。

ゆりかご状凹面部８０は、同軸にロックされたキャップ７２，７４，７６の外周面部を受入れるようにその寸法，形状が設定されている。ゆりかご状凹面部８２は、一方、側部アームポート７０とそれから伸びる側部アームチューブ７０ａを受入れるようにその寸法，形状が設定されている。ハウジング部５２内には、軸方向に伸びる内部凹面８４が形成され、ゆりかご状凹面部８２と同様、ロック用キャップ７２，７４，７６の外周面部を受入れるようにその寸法，形状が設定されている。

ハウジング部５１，５２が閉状態にあるときには、キャップ７２，７４，７６はハウジング２２によって包囲される。より詳細には、内部凹面８４は、ハウジング部５１，５２が閉じられたときに、ゆりかご状凹面８０内でキャップ７２，７４，７６をその位置を保って保持される。ハウジング部５１，５２が閉じられているときには、側部アームポート７０は同様に、ゆりかご状凹面８２内でその位置が保持されるので、キャップ７２，７４，７６が位置決めアーム２４とともに１つのユニットとして、長手方向に移動される。即ち、位置決めアーム２４の引込み位置と前進位置との間の長手方向移動によって、案内さや１４の遠位端（即ち、同軸に取付けられたキャップ７２，７４，７６）は、長手方向には移動しない（しかし軸廻りに回転可能である）軸延長部７５に相対して長手方向に移動させられる。このような方法で、案内さや１４の遠位端はハウジング２２の開放遠位端により接近し、それから遠ざかるように移動させられる。

図３に示されるように、駆動ユニット２６の内部は中空で電気／機械カップリングアセンブリ８５を収納している。電気／機械カップリング８５は、電気入力経路−−トランシーバ４０との電気通信を達成する同軸Ｉ／Ｏケーブル４１で表されている−−と、機械的入力経路−−モータ２８に関連して設けられたフレキシブル駆動軸２８ａによって表されている−−とを共通の同軸７７に結合する。

出力軸７７はベアリングブロック８６内で回転可能に保持され、多数の電気スリップリング３６ａを支持する、後方に伸びた回転可能なテイル部を備えている。スリップリング８６ａとカップリング７５ｂとの間の電気通信は出力軸７７内に収納された同軸ケーブル（図示せず）によって達成される。スリップリング８６ａの各々に電気的に摺動接触する固定のブラシ８８ａはブラシブロック８８に設けられている。リードワイヤ８８ｂはその一端でブラシブロック８８に電気的に接続され（そして、それゆえブラシ８８ａとスリップリング８６ａによって同軸コネクタ７５ａに接続され）、他端において、フェライトコア変圧器（図示せず）により同軸Ｉ／Ｏケーブル４１に接続される。スリップリング８６ａ，ブラシ８８ａ、ブラシブロック８８、リードワイヤ８８ｂおよびフェライトコア変圧器（図示せず）が電気的にシールドされた共通の包囲体９０内に収納されている。フレキシブル駆動軸２８ａによって表される機械的入力経路は、他端において駆動ギヤ９４を支持する回転可能な剛体の駆動軸９２の一端に作動的に連結されている。駆動ギヤ９４は、一方、出力軸７７によって支持されたギヤ９６に係合している。駆動軸９２の回転に際して、噛合いギヤ９４，９６はその回転に応じて軸７７を回転させる。

好ましくはギヤ９４と９６は１：１のギヤ比であるが、必要ならば、他のギヤ径（したがってギヤ比）とすることができる。

プローブ駆動ユニット２０は、添付の図４Ａから図４Ｂに図示されるように、線形移動モジュール４８に対して往復直線移動可能に取付けられている。これに関連して、線形移動モジュールは、ハウジング４８ａとその内部構造（図７を参照して後に説明される）を支持する基板１００を備える。プローブ駆動モジュール２０は、各々平行ガイドレール対１０６，１０８に摺動可能に装着された、長手方向に間隔をあけて設けられた支持フランジ対１０２，１０４を備えている。

案内レール１０６の近位端は、ハウジング４８ａに回転可能に結合され、遠位端は上向きの支持ブロック１０６ａに回転可能に結合されている。縦支持アームの前方、後方対１１０、１１２は夫々、案内レール１０６に剛に結合された一端と案内レール１０８に剛に結合された対向端を有する。支持アーム１１０、１１２は下降位置（例えば、図４Ａ，５Ａおよび６Ａに示されているように）と、案内レール１０６により立上位置（例えば、図４Ｂ、５Ｂおよび６Ｂに示されているように）との間で搖動することができ、したがって、支持フランジ１０２、１０４により案内レール１０６、１０８に取り付けられたプローブ駆動モジュール２０を自動操作条件位置と手動操作条件位置との間で搖動させることができるようにしている。

案内レール１０８が固定された縦支持アーム１１０、１１２の夫々の端部は上向きの保持ポスト１１４、１１６によって、夫々取外し可能に把持されている。おそらく、図６Ａ、図６Ｂに最も明瞭に示されるように、保持ポスト１１４、１１６（図６Ａ、図６Ｂでは保持ポスト１１４のみが見えている）は、基板１００によって剛に支持され、支持アーム１１０、１１２の端部に係接する内向きに突出したリップ１１４ａ、１１６ａを夫々備えている。これに関連して、プローブ駆動ユニットが自動操作条件位置と手動操作条件位置との間で移動されるときに、ポスト１１４、１１６がそのような動きを許容するようなものを与えることができるように、保持ポスト１１４、１１６は、比較的剛いが可撓性を有するプラスチック材（例えば、ナイロン、ポリアセタールやその他の類似物質）で形成することが望ましい。

プローブ駆動ユニット２０の位置決めアーム２４は、長手方向のコネクタ１２０ｂ上の上向きのコネクタ１２０ａによって前方縦支持アーム１１０に固定的に結合されている。これに関連して、上向きのコネクタ１２０ａの上端は、ハウジング２２の側面上の長手方向スロットを通して対向スロット５８に伸びるとともに、位置決めアーム２４の両端をピン５４の廻りで位置的に把持する。上向きのコネクタ１２０ａ下端は、水平に配置された長手方向のコネクタ１２０ｂの遠位端に連結されている。長手方向のコネクタ１２０ｂの近位端は、一方、適当な手段（例えば、ネジ）によって縦支持アーム１１０に剛に固定されている。そのため、位置決めアーム２４（したがって案内さや１４）の位置は、プローブ駆動モジュール２０の長手方向の案内レール１０６と１０８に沿った移動の間線形移動、モジュール４８の基板１００に対して固定されたままに保持されることが理解されるであろう。したがって、プローブ部材１６の遠位端の患者内トランスジューサ・サブアセンブリの相対位置は、案内さや１４の患者内遠位端に対して、プローブ駆動モジュール２０と同じ距離だけ対応的に変位する。

プローブ駆動モジュール２０（したがって、プローブ要素１６の遠位端の超音波トランスジューサ・サブアセンブリ）の長手方向自動変位は、長手方向に伸びる駆動スクリュ１２０とプローブ駆動モジュール２０の支持フランジ１０２に係属して設けられたネジが切られたカラー部１２２（図４Ｂ及び図７参照）との間の協働によって行われる。駆動スクリュ１２０の遠位端と近位端は、遠位側の上向きベアリングブロック１２４と近位端側の上向きベアリングブロック（図７参照）に夫々、回転自在に支持されている。

図４Ｂ，図５Ｂ、図６Ｂおよび図７に示されるように、ネジが切られたカラー部１２２は、プローブ駆動モジュール２０が手動操作条件位置にあるときには、駆動スクリュ１２０のネジとは非係合となる。その結果、医師は、案内レール１０６、１０８に沿って長手方向にプローブ駆動モジュール２０を単に手動で移動させればよい。プローブ駆動モジュール２０が図４Ａ，図５Ａおよび図６Ａに示すように、自動操作条件位置まで搖動されたときに、ネジの切られたカラー部１２２のネジは駆動スクリュー１２０のネジに噛合い係合する。その結果、駆動スクリュー１２０の長手方向軸廻りの回転はプローブ駆動モジュール２０の長手方向の変位に変換される。駆動スクリュー１２０とネジの切られたカラー部１２２の各ネジ並びに駆動スクリュー１２０の回転方向は最も好ましくは、プローブ駆動モジュールを駆動スクリュー１２０の遠位端から近位端に向かって長手方向に変位させる、即ち、遠−近変位を生じさせるように選定されている。しかしながら、必要もしくは所望ならば、これらのパラメータはプローブ駆動ユニットを逆の（近位端から遠位端への）変位を生じさせるように変更することができる。

駆動スクリュー１２０は、ハウジング４８ａ内に格納された構造により、フレキシブルな駆動軸５０ａ（したがってモータ５０の駆動出力軸）に作動的に結合されている。これに関連して、駆動スクリューの近位端は軸カップリング１３０を介して減速機１２８の出力軸に結合されている。一方、減速機１２８への入力軸は、剛体の軸延長部材１２２およびこれに伴って設けられた軸カップリング１３２ａと１３２ｂからフレキシブルな駆動軸５０ａに結合されている。

減速機１２８は従来より知られている型式であり、回転速度入力に基づいて所定の減速を施した回転速度出力を与える。好ましくは、モータ５０、減速機１２８および駆動スクリュー１２０は、プローブ駆動ユニット２０を約０．２５乃至１．０ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲のある割合で長手方向に駆動するように設計される。勿論、モータ５０、減速機１２８および／もしくは駆動スクリュー１２０のパラメータを変更することによって、他の長手方向移動速度を与えることができる。使用に際して、医師は、標準的な蛍光透視技術および／または前記米国特許Ｎｏ．５，１１５，８１４に開示された技術を用いて検査すべき患者の導管内に案内さや１４と超音波像映プローブアセンブリ１２の像映プローブ部材１６を仮位置決めする。案内さや１４と像映プローブ部材１６が医師の診療した患者の導管の領域内に仮位置決めされると、プローブアセンブリ１２の近位端は、上述した方法でプローブ駆動モジュール２０に連結される。その後、医師は、スイッチ３０を操作し、プローブ部材１６の遠位端のトランスジューサ・サブアセンブリを案内さや１４内で高速回転させ、患者の導管の超音波スキャンを実行する。医師が上述の方法で手動操作によりプローブ駆動モジュール２０を案内レール１０６，１０８に沿って変位させることにより、患者の導管の異なる断面位置でのデータサンプルを得ることができる。

これとは別に、医師は、プローブ駆動モジュール２０をその自動操作条件位置に搖動させるべく立上げるとともに、制御コンソール４６と足元スイッチ２７によってその自動操作を選択するようにしてもよい。その場合、プローブ駆動モジュール（したがって、プローブ要素１６の遠位端にあるトランスジューサ・サブアセンブリ）は、トランスジューサ・サブアセンブリを高速回転させながら同時に長手方向に定速で移動させる。このようにして、患者の導管壁の長手方向に離間した３６０゜のスライスを表わすデータサンプルが得られ、これらデータサンプルは公知のアルゴリズムを用いて再構成され、モニタ４２上に２次元又は３次元フォーマットで表示される。

添付の図面８Ａ−８Ｃは、自動方式で操作される本発明の長手方向移動装置を図式的に示す。この関係において、また、上で簡単に注意を促したように、プローブ駆動モジュール２０は、最も好ましくは、線形移動モジュール４８の手段により遠位から近位に向かう方向に（即ち、図８Ａおよび図８Ｂの矢印１４０の方向）に移動される。図８Ａにおいて、プローブ駆動モジュールは、自動超音波像映スキャン開始位置に図示されており、位置決めアーム２４のポインタ２４Ｃは目盛６０上零位置に設定されている。医師は、その後、足元スイッチ２７により、図８Ｂに示すように、プローブ駆動ユニット２０を近位端側に（矢印１４０）定速で移動させ、自動超音波スキャンを開始する。プローブ駆動モジュール２０の近位端側への変位は、プローブ部材１６の遠位端のトランスジューサ・サブアセンブリを案内さや１４の最遠位端から近位端方向に（引込むように）長手方向に変位させる。

超音波像映スキャンは、プローブ駆動ユニットが、図８Ｃに示すようにその最近位位置に達したときに、自動的に（例えば、適当なリミットスイッチおよび／又は位置トランスジューサを用いて）終了する。これに関連して、最も好ましくは、本発明において、支持フランジ１０２が支持アーム１１２に接触したときに（即ち、プローブ駆動モジュール２０がその最近位位置にあるときに）、機械的に作動されるリミットスイッチ（図示せず）をリミットスイッチハウジング２９（図４Ａおよび図５Ｂ参照）内に備える。ハウジング２９内のリミットスイッチは、ケーブル４１を介して制御コンソール４６に電気的に接続されている。リミットスイッチに代えて何らかの適当な等価の位置検出装置を用いることができる。例えば、ハウジング２９は、制御コンソール４６に絶対位置を知らせる絶対位置トランスジューサを内蔵するようにその寸法、形状を設定することができる。絶対位置トランスジューサによって与えられる情報は、プローブ駆動モジュール２０の手動操作の間においても、画像再形成のための修正された再構成アルゴリズムとともに利用することができる。

プローブ駆動モジュール２０がその最近位位置に達したときに、位置決めアーム２４に設けたポインタ２４ｃはハウジング２２の目盛６０の“１０”を指す。勿論、超音波像映スキャンは目盛６０の０から１０の全領域にわたって行うことは必ずしも必要ではなく、医師が単に足元スイッチ２７を離すか、或いはプローブ駆動モジュール２０を手動操作条件位置に搖動させることによって、任意の時に終了することができる。

当業者ならば、多くの等価な機械的および／又は電気的手段を採用することができる。例えば、ロックスライドやラッチおよび１／４回転スクリュ等をプローブ駆動モジュールと線形移動モジュールとの係合、非係合のために用いることができる。フレキシブルな駆動軸は、自動線形移動割合を制御する速度制御されたモータに線形移動モジュールを連結する。モータは最も好ましくは、別設の固定ベースユニット内に位置するが、所望ならば、線形変換モジュールの一体の部品内に設置してもよい。

さらに、モータに関連して種々の移送速度を種々の目的のために選択できる。例えば、低速は時間が制限されない場合において、リアルタイムの画像を検査するのに十分な時間を与える。速度の上限はプローブの回転速度とプローブによって生成されるスライス画像データの有効厚みによって決定され、例えば、その上限では、相続くスライス画像データ間にギャップがない（許容しうるギャップがない）ものとして定義される。有効厚みはプローブの超音波ビーム特性によって支配される。幾つかの応用においては、変換を修正されたアルゴリズムを用いて不連続なものとし、（即ち、例えば、心電図に限って）固定長だけ不連続に移送するようにプログラムするようにしてもよい。

以上、本発明を現在最も実際的で好ましい実施例と考えられたものに関して説明したが、本発明は開示された実施例に限定されるものではなく、逆に、添付の請求項の本質と技術範囲内に含まれる種々の修正や等価な構成をカバーすることを企図するものである。

本発明にかかる自動化された長手方向位置変換器を備える超音波撮像システムの概略図である。開かれた状態でのハウジングを示す本発明にかかる長手方向位置変換器に備えられたプローブ駆動モジュールの平面図である。図２のプローブ駆動モジュールの一部断面側面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の自動化された状態での側面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の手動状態での側面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の自動化された状態での平面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の手動状態での平面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の自動化された状態での正面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の手動状態での正面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の一部断面の部分側面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の好ましい自動化された操作モードを概略的に説明する平面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の好ましい自動化された操作モードを概略的に説明する平面図である。本発明にかかる長手方向位置変換器の好ましい自動化された操作モードを概略的に説明する平面図である。

符号の説明

１０超音波像映システム
１２超音波映像プローブアセンブリ
１４案内さや
１６超音波像映プローブ部材
１８放射線不透過性マーカーバンド
２０プローブ駆動モジュール
２８高精度モータ
４０超音波トランシーバ
４２ＣＲＴモニタ
４４イメージ
４６制御コンソール
４８線形移動モジュール
５０モータ

Claims

導管内プローブアセンブリ（１２）であって、
最近位端及び最遠位端を有する案内さや（１４）と、
上記案内さや（１４）に配置され、最遠位端に向かって、又はから離れる長手方向に移動可能に設けたプローブ部材（１６）と、
上記プローブ部材（１６）及び該さや（１４）に協働的に連結され、上記案内さや（１４）の最遠位端に対して該プローブ部材（１６）を近位端の方向に長手方向に沿ってモータ駆動するモータ駆動式直線移動機（４８）と、
上記モータ駆動式直線移動機（４８）に電気的に接続される電気的にスイッチ（２７）であって、該スイッチ（２７）が操作された場合に、上記プローブ部材（１６）のモータ駆動による長手方向への移動を選択的に制御するスイッチ（２７）と、から成ることを特徴とする導管内プローブアセンブリ。
更に、上記案内さや（１４）の終端に対応してプローブ部材（１６）を長手方向に位置づけるプローブ位置決めモジュール（２０）を有し、上記直線移動機（４８）は該プローブ位置決めモジュール（２０）に協働して連結され、該プローブ部材（１６）をモータ駆動により位置決め可能に設けたことを特徴とする請求項１に記載の導管内プローブアセンブリ。
上記直線移動機（４８）は、上記プローブ位置決めモジュール（２０）に螺合するモータ駆動ネジを有し、
上記モータ駆動ネジの回転により、上記プローブ位置決めモジュール（２０）が長手方向に移動し、次いでプローブ部材（１６）を長手方向に移動するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の導管内プローブアセンブリ。
上記プローブ位置決めモジュール（２０）を２つの動作位置間で移動可能とすべく、上記プローブ位置決めモジュール（２０）を上記直線移動機（４８）に取り付けるための取付け構造が設けられており、
上記プローブ位置決めモジュール（２０）は、一方の動作位置では、該モータ駆動ネジから離脱され、上記プローブ部材（１６）の長手方向移動を手動により行われるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の導管内プローブアセンブリ。
上記プローブ位置決めモジュール（２０）は、
（i）近位端及び遠位端を有すると共に、案内さや（１４）の最近位端を収納するハウジング（２２）と、
（ii）上記ハウジング（２２）に取り付けられ、該ハウジング（２２）の遠位端に対する後退及び前進位置間で長手方向の往復運動する位置決めアーム（２４）と、を有し、
（iii）上記案内さや（１４）の最近位端は、該位置決めアーム（２４）に協働的に連結され、ハウジング（２２）の遠位端に接近、離間する該位置決めアーム（２４）の長手方向の移動を、該案内さや（１４）の最遠位端に接近、離間する該プローブ部材（１６）の長手方向の移動に変換する手段を構成することを特徴とする請求項１に記載の導管内プローブアセンブリ。
上記案内さや（１４）の最近位端にキャップを備えるとともに、上記位置決めアーム（２４）が、該キャップと位置決めアーム（２４）が引込み位置と前進位置との間でユニットとして移動可能なようにキャップを内蔵するように寸法と形状が設定されたゆりかご状の面を画成する請求項５に記載の導管内プローブアセンブリ。
上記位置決めアーム（２４）が第１，第２ハウジング部（５１，５２）と、第１，第２ハウジング部（５１，５２）を長手方向に伸びる軸の廻りで搖動しうるように相互に結合する手段（５４）とを備えた請求項５に記載の導管内プローブアセンブリ。
上記位置決めアーム（２４）が上記第１，第２ハウジング部（５１，５２）に対して縦方向に向けられており、上記結合手段（５４）が、第１，第２ハウジング部（５１，５２）が、上記長手方向に伸びる軸の廻りで夫々独立に搖動しうるように、上記位置決めアーム（２４）を第１，第２ハウジング部（５１，５２）に結合する請求項７に記載の導管内プローブアセンブリ。
上記プローブ位置決めモジュール（２０）は第１，第２ハウジング部（５１，５２）の対向するエッジ領域の間に画成されたスロット（５８）を有し、位置決めアーム（２４）を引込み位置と前進位置との間で移動しうるようにした請求項８に記載の導管内プローブアセンブリ。
上記第１，第２ハウジング部（５１，５２）を閉じ合い状態に解除可能に保持する回転止め手段（５７ａ，５７ｂ）を有する請求項７に記載の導管内プローブアセンブリ。