JP2010522578A5 - - Google Patents

Description

超音波導波路

本発明は、超音波装置の分野に関し、特に、超音波導波路の分野に関する。

米国特許第５，４４３，０６８号明細書においては、患者の領域における組織を選択的に破壊するように超音波トランスジューサの焦点を位置付ける磁気共鳴（ＭＲ）手術システムのためのポジショナについて開示されている。超音波トランスジューサは患者の外部に位置し、トランスジューサから発せられる超音波は、患者の体内に患者の皮膚を通して伝播する。患者の組織を通るその超音波の経路における超音波の吸収のために、トランスジューサは、患者の体内の焦点で実際に必要な電力に比べてより大きい電力を供給する必要がある。

米国特許第５，４４３，０６８号明細書

超音波技術及びＭＲ技術を組み合わせた治療装置において、患者の体内の特に選択された点にフォーカシングされた高強度収束超音波（ＨＩＦＵ）を用いることは望ましいことである。更にまた、ＭＲ環境における患者に対する超音波の経路を提供する必要がある治療、診断及びイメージングにおいては超音波技術の更なるアプリケーションが存在する。上記のアプリケーション全ては、高強度超音波を必ずしも必要としない故に、低強度を用いて実行されることが可能である。それ故、患者の体における特定の点に対して超音波を案内する必要がある。

ＭＲ環境で患者の体の内部で使用される超音波を与えることは有利である。また、可撓性及び屈曲性を有する超音波導波路を有することは望ましいことである。

それらの関連の１つ又はそれ以上に、より良好に対処するように、本発明の第１の特徴においては、超音波が、第１音響インピーダンスＺ_１を有する少なくとも１つの電導部と、第２音響インピーダンスＺ_２を有する少なくとも１つの電気絶縁部とを有することにより与えられ、導電性部は、導電性部を介して、更に電気絶縁性部を介して音響波の送信を提供するように電気絶縁性部に音響結合され、複数の導電性部及び複数の電気絶縁性部は交互に備えられている。

その場合、固体のインピーダンスＺ、より正確には、バルク材料における音響場インピーダンスは、その材料の密度ρ及びその材料の音速ｖの積、即ち、Ｚ＝ρｖにより与えられる。

このデザインにより、過剰な加熱なしに単一の導電性導波路部の臨界長さを上回る、長い超音波導波路を備えることが可能である。

ＭＲ技術は、磁場における分子のスピン配向を決定するように高周波電磁波を用いる。ワイヤの長手方向軸に沿って超音波導波路を与えるように超音波トランスジューサに結合された金属ワイヤの超音波導波路が製造されている。しかしながら、ＭＲ環境の高周波電磁場において、導電性材料の特定の伸長は、高周波電磁場に対する金属部分の電磁結合のための、即ち、共鳴効果及び渦電流のための昇温を経る。患者の体における金属部分の加熱は大怪我の原因になる可能性がある。

電気絶縁部分又は電気絶縁部により少なくとも一つの寸法における超音波の導電部分又は導電部の制限は、導電性導波路に対する高周波電磁場の結合を低減させる。超音波はワイヤにより構成され、そのワイヤの長手方向軸に沿った寸法は、長手方向軸に対して垂直な方向における直径又は厚さよりかなり長いものであるため、長手方向軸に沿った導電性ワイヤ又は導波路部の長さを制限することは望ましいことである。その導電性ワイヤ又は導波路部は、その導電性ワイヤ又は導波路部を介して、更に電気絶縁性部を介して、音響波を送信するようにその電気絶縁性部に音響結合される。

好適であることに、本発明の実施形態においては、絶縁性部と導電性部との間の界面において反射強度損失又は電力損失は存在しない。前記界面に対する垂直方向の伝播の下でその界面における超音波強度の伝送される割合は、４Ｚ_１Ｚ_２／（Ｚ_１＋Ｚ_２）^２で与えられ、ここで、Ｚ_１及びＺ_２は電気絶縁性部及び導電性部それぞれのインピーダンスである。一旦それら導電性部及び絶縁性部の２つが、４Ｚ_１Ｚ_２／（Ｚ_１＋Ｚ_２）^２＝１である、即ち導電性部及び絶縁性部のそれぞれのインピーダンスＺ_１及びＺ_２が等しくなると、導電性部と絶縁性部との間の界面における超音波の完全な伝送が得られる。そのインピーダンスのマッチング条件が達成された場合、導電性部と電気絶縁性部との間の界面においては音響波の界面反射は生じない。

本発明の更なる実施形態に従って、導波路に対する超音波強度の１０％の反射に繋がるインピーダンスのミスマッチは許容可能である。しかしながら、４％以下の反射が好ましい。

実際のアプリケーションについて適切であるインピーダンスのマッチングは、導電性部及び電気絶縁性部についてアルミニウム（Ｚ_Ａｌ＝１３４００）及び溶融シリカ（Ｚ_ｆｓ＝１３１００）のそれぞれを用いることにより得られる。代替の実施形態においては、インジウム（Ｚ_Ｉｎ＝１６２０６）及び（Ｚ_ｇｌ＝１５７０２．５）又は鉛（Ｚ_Ｐｂ＝２４６００）及びサファイア（Ｚ_ｓａ＝２５４８０）の組み合わせが、導電性部及び電気絶縁性部のそれぞれについて用いられることが可能である。

本発明の更なる実施形態においては、前記導電性部の長さは、超音波の波長であって、導波路がその超音波波長について製造される超音波の波長と、前記波長の１／４との和の整数倍に等しい。このようにして、導電性部と電気絶縁性部との間の複数反射及び境界は、反射波及び透過波との間の相殺的干渉により回避される。

理想的には、導電性部の加熱を低減するために、前記導電性部は２０ｃｍ以下の長さを有する。特定の実施形態においては、導電性部は、長さが１５ｃｍである。この長さは、超音波導波路に対する入射高周波電磁波の電磁結合の課題に良好に対処することができるようにする。

他の実施形態においては、導電性部は、０．０５ｍｍ乃至１０ｍｍの範囲内の長さを有し、他の実施形態においては、電気絶縁性部は、長さが１ｍｍである。このことは、非反射先の電気絶縁性部により乱されない導電性材料の長さにより与えられる超音波導波路の屈曲性を改善する。

好適であることに、導電性部及び電気絶縁性部が互いに対して圧接される本発明の実施形態が存在する。このようにして、異なる導電性部及び電気絶縁性部間の界面を介して導波路に沿った超音波の良好な伝送が提供される。

本発明の実施形態においては、超音波導波路は、医療用機器で具現化されることが可能である。治療、診断及びイメージングについてデザインされることが可能である種々の医療用機器を用いることは好ましいことである。それらの医療用機器には、組織の熱的破壊又は熱的アブレーションについてのカテーテル、超音波装置があるが、それらに限定されるものではない。

心房性細動のアブレーションのための超音波装置において用いられる超音波導波路を有することは好ましいことであり、その装置において、電導性心臓組織は、患者の心臓の通常の正弦波の鼓動を回復するように、超音波により破壊される又は除去される。好ましい手術においては、超音波導波路は、超音波の破壊効果についての適切な点に適合するように、ＭＲイメージング技術を用いて案内される。

超音波イメージングに関連して、動脈瘤のような、ＭＲによる案内の下での神経血管構造のイメージングのために用いられることが可能である超音波イメージング装置において超音波導波路を用いる。

本発明の上記の及び他の特徴は、以下に詳述する実施形態から明らかになり、理解することができる。

本発明の実施形態に従った超音波導波路の断面図である。 本発明の実施形態に従った超音波導波路を用いる超音波システムの断面図である。

図１においては、本発明の第１実施形態に従った超音波導波路の断面図が示されている。図示されている導波路要素は、アルミニウムを有する２つの導電性部１、２を有する。導電性部１は、長さが１９ｃｍである一方、導電性部２は、長さが１５ｃｍである。両方の導電性部１、２間には電気絶縁性部３が挿入されている。それらの電気絶縁性部は、厚さが１ｍｍである溶融シリカのスライスから成る。

アルミニウム（Ｚ_Ａｌ＝１３４００）及び溶融シリカ（Ｚ_ｆｓ＝１３１００）は殆ど完全にインピーダンスがマッチングしているため、超音波導波路の異なる部分１、２、３間の界面においては何れの反射も殆ど存在しない。

点線で示すように、図１は、断面を例示として示している。実際の導波路は、３つ以上の導電性部及び電気絶縁性部を有する。電気絶縁性部３は長さがかなり短い状態にあるため、可撓性及び屈曲性に関する全体の導波路の特性は、アルミニウムよりなる導電性部１、２の特徴により主に定められる。

図２においては、本発明に従った超音波導波路の実施形態を用いる超音波システムが示されている。超音波は、超音波トランスジューサ４′から導波路に結合され、そして導波路の他端部においては、超音波トランスジューサ５′に、この場合には、治療目的のための超音波チップに結合される。トランスジューサ４′と受信器５′との間の導波路は、インジウムから成る導電性部１′と、１つおきのガラスから成る電気絶縁性部３′とを有する。

絶縁性部３′の長さは、インジウムの絶縁性部１′により提供される導波路の屈曲性に悪影響を与えないで尚も扱うことができる厚さを提供するように、１ｍｍであるように選択される。導波路の異なる部分１′、３′は周期的な構造を提供する。導電性部１′の長さは、トランスジューサ４′により発せられる超音波波長とこの波長の１／４の和の全数に対応するように選択される。

本発明については、添付図に示され、上記の説明で詳細に記載されていて、そのような図示及び説明は例示であって、限定的なものではなく、本発明は開示されている実施形態に制限されるものではない。

開示されている実施形態に対する他の変形については、図、上記説明及び本発明の特許請求の範囲から、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明を実行する際に当業者により理解され、実効されることが可能である。請求項において、用語“を有する”は、他の要素又はステップを排除するものではなく、単数表現は複数の存在を排除するものではない。特定の手段が互いに異なる独立請求項に記載されていることのみで、それらの手段の組み合わせが有利に用いられないことを意味するものではない。

Claims (9)

1. 第１音響インピーダンスを有する少なくとも１つの導電性部；及び
   第２音響インピーダンスを有する少なくとも１つの絶縁性部；
   を有する超音波導波路であって、
   前記導電性部は、前記導電性部を介して、更に前記電気絶縁性部を介して音響波を伝送するように前記絶縁性部に音響的に結合され、複数の導電性部及び複数の電気絶縁性部は交互に備えられている；
   超音波導波路。
2. 請求項１に記載の超音波導波路であって、０．９≦４Ｚ_１Ｚ_２／（Ｚ_１＋Ｚ_２）^２≦１である、超音波導波路。
3. 請求項１に記載の超音波導波路であって、複数の導電性部及び複数の電気絶縁性部は周期的に備えられている、超音波導波路。
4. 請求項１に記載の超音波導波路であって、前記導電性部の長さは、超音波波長であって、前記導波路は該超音波波長のために作られた、超音波波長と、該超音波波長の１／４との和の整数倍に等しい、超音波導波路。
5. 請求項１に記載の超音波導波路であって、前記導電性部は２０ｃｍ以下の長さを有する、超音波導波路。
6. 請求項１に記載の超音波導波路であって、前記電気絶縁性部は０．０５ｍｍ乃至１０ｍｍの範囲内の長さを有する、超音波導波路。
7. 請求項１に記載の超音波導波路であって、前記導電性部はアルミニウムを有し、前記電気絶縁性部は溶融シリカを有する、超音波導波路。
8. 請求項１に記載の超音波導波路であって、前記導電性部及び前記電気絶縁性部は互いに対して圧接される、超音波導波路。
9. 請求項１に記載の超音波導波路を有する医療機器。