JP2017047218A - 可調整焦点を持つ容量型微細加工超音波トランスジューサを有するカテーテル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】遠端部808及び基端部を備えるシャフト810と、基端部におけるコネクタとを有するカテーテル800であって、遠端部は目標区域806を制御可能に加熱するために調整可能な焦点を持つ容量型微細加工超音波トランスジューサの少なくとも1つのアレイ802,808を有する。コネクタは、容量型微細加工超音波トランスジューサの少なくとも1つのアレイに電力を供給すると共に調整可能な焦点を制御するためのものである。
【選択図】図8
Description
カテーテルに係るもので、特に、本発明は、超音波を発生する容量型微細加工超音波トランスジューサの使用及び発生される超音波の焦点を制御するための医用画像の使用に関する。
ランスジューサの製造及び使用が検討されている。
か又は両方のものとすることができる。しかしながら、この構成は、電気生理学的介入治療の監視を意図するCMUTアプリケータに関して提案されている。この構成は、ステアリング可能な経尿道CMUTカテーテルにとって一層困難になり得る超音波アプリケータの正確な位置決めの助けとなり得る。この構成は、可撓体/箔技術を用いて達成することができる。
1.一層効率的且つ安全な治療を可能にする一層良好に定義された加熱プロファイルのための、改善されたビームプロファイル及び/又は電子ビームのステアリング。
2.圧電結晶対CMUTの一般的利点:きり溝(kerf)が存在しない。即ち、2つのトランスジューサの間の距離は基本的にゼロである。この結果、ビーム品質が一層良好になり、サイドローブが少なくなる。
3.ビームプロファイルを更に改善し、非目標組織に侵襲しないようにすることを助けるための変形可能なカテーテル。トランスジューサに近い領域及び前立腺の境界に近い領域の両方のアブレーションに一層適したものとするために、治療の間に焦点距離を調整することができる。例えば可撓体/箔技術を用いて実現することができる。
4.CMUTカテーテルを可撓性又は部分的に可撓性のものとすることができる。このことは、被験体に挿入するのが一層容易な受動的に可撓なカテーテルを作製するために用いることができる。この可撓性は、ステアリング可能なカテーテルが尿道を一層良好に辿ることも可能にし、かくして、当該CMUTカテーテルプローブの前立腺への挿入を一層容易にさせる。例えば、可撓体/箔技術を用いることによるものである。
5.可撓性でステアリング可能なCMUTカテーテルは、膀胱からの前立腺の上部の超音波処理も可能にする。治療に対する該追加の自由度は、潜在的に非常に有益であり得る。例えば、可撓体/箔技術を用いることによるものである。
6.当該トランスジューサは従来のトランスジューサと比較して一層効率的に熱を放散することができるので、尿道の加熱が低減される。シリコンダイの厚さは、周波数に影響を与えることなく変更することもでき、このことは、一層効率的に冷却することが可能な一層薄いダイが使用されることを可能にする。更に、プローブの加熱を更に一層低減するために、当該CMUT内のチャンネルの強制冷却も可能である。
7.二次元フェーズドアレイ設計のビームステアリング能力と組み合わされた場合の、トランスジューサの回転を冗長(最小)にさせるための、当該トランスジューサプローブの全360°の若しくは部分角度的な有効範囲(coverage)又は2面的(平面トランスジューサの上面及び底面)有効範囲。例えば、可撓体/箔技術を用いることにより実現することができる。
8.前方視及び/又は側方視CMUTは、前立腺アブレーションのためのトランスジューサの正確な位置決めを補助することができる。
9.CMUTは従来の圧電複合材トランスジューサよりも安価であり無鉛であるので、経尿道、経直腸、経食道、経血管及び心臓内トランスジューサ等の侵入型トランスジューサとして好ましくさせるために使い捨て可能にすることができる。
10.例えばプローブ温度を制御するための、温度、圧力及び/又は流量センサ等の追加のセンサの容易な組み込み。
− 自由懸垂膜体を作製するための犠牲エッチ方法。
− 典型的には300nmのギャップ(空洞の底部と膜体との間の垂直方向距離)。
− 典型的な膜体直径は50〜300ミクロンであり、典型的な膜厚は1〜2ミクロンである。
− 金属層及び犠牲材料は、典型的には400度の相対的に低い温度で堆積されるアルミニウム及びモリブデンの二重層である。利点:ステップカバレッジにとり良い傾斜した壁。
− Al/Moの典型的な厚さ:200/50nm。
− 誘電体層は低温PECVDによる酸化物/窒化物/酸化物(ONO)である。
− 焼き鈍し:T<400度。
− ONOの典型的な厚さ:50/150/50nm。
− エッチング法:乾式及び湿式エッチングの両方。
− 犠牲エッチの間に、所謂、臨界点乾式法を用いる。しかしながら、他の乾式エッチ法も利用可能である(XeF2を用いる)。
− 直径、膜厚及びギャップ距離の特定の組み合わせを選択することにより、CMUTは事前崩壊状態となる。このことは、当該膜体が空洞の底部に永久的に接触することを意味する。事前崩壊型CMUTは従来のCMUTデバイスを越える利点を有している。即ち、ヒステリシスがなく、電子回路が容易で、性能が一層良好である。
− 低温工程及びCMOS製造プラントで通常に見付けられる材料(基本的に、アルミニウム及び窒化物)のみを用いて製造される。このことは、流れがCMOSの最終処理と互換的であり、従ってCMUTは同一のシリコンダイ上の他のセンサと組み合わせることができるか、又はCMUTを専用のASIC上に集積することさえできる。例は、(容量型)圧力センサ、流量若しくは温度センサ又は超音波ミクロビーム形成器である。
− CMUTダイ(ASICを伴う)を例えば50〜100ミクロン又はそれ以下にさえ薄化するための種々のオプションが存在する。このことは、超音波特性(望ましくない表面波の抑圧)に対してのみならず、冷却に対しても有効である。
− CMUTを、(電気的)保護のためにパリレンC等の生体適合性コーティングにより被覆することができる。
しながら、これらの応用例は前立腺に対するものに関しては未だ(少なくとも広くは)報告されていない。
を供給するように構成される。幾つかの実施形態において、該冷却流体は該カテーテルから流出する。他の実施形態では、加熱された冷却流体を該コネクタに戻すためにチューブが使用される。この実施形態は、該冷却流体を前記少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサが被験体内に組織損傷を生じさせ得るような点まで加熱することを防止するために使用することができるので、特に有利である。例えば、前立腺を超音波処理する場合、尿道を過度に加熱することは結果として失禁を生じさせ得る。冷却流体の使用は、これを防止することができる。冷却流体を使用することは、容量型微細加工超音波トランスジューサが一層高い電力レートで使用されることも可能にする。
ための注入口及び流出口における温度センサを、該カテーテルにおいて放散された熱を測定するために使用することができる。この熱放散の測定値は、測定し、制御することができる。制御は、外部のコンピュータ若しくは制御システムにより、又は当該カテーテルに組み込まれた集積回路若しくはコントローラにより行うことができる。
標区域は、既知の画像表示技術を用いて登録することができる。例えば、特定の解剖学的目印を該医療データ若しくは医用画像データで見付けることができるか、又は変形可能な形状のモデル等のモデルを上記医用画像データ若しくは医用画像に適合させることができる。該命令は、更に、該プロセッサに、前記焦点を該目標区域が前記少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサを用いて加熱されるように制御するための焦点制御信号を発生させる。この実施形態は、該医用画像化システムにより特定の目標区域が選択され狙われるので、有利である。幾つかの実施形態においては、事前に目標区域を指定するために治療計画又は他の計画データを用いることができる。
分に分割されている点を除き、標準の円筒状磁石と類似しており、このような磁石は例えば荷電粒子ビーム治療と一緒に使用することができる。開放型磁石は、被験体を受容するのに十分な程大きな空間を挟んで上下に2つの磁石部分を有するもので、該2つの部分の領域の配置はヘルムホルツコイルのものと類似する。開放型磁石は、被験体が余り制限を受けないので、人気がある。円筒状磁石の低温保持装置の内部には、超伝導コイルの集合が存在する。円筒状磁石のボア内には、磁気共鳴画像化を実行するのに十分なほど磁界が強く且つ均一な画像化区域が存在する。
302 側面図
304 カテーテル
306 平面
308 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイ
310 ケーブル
400 圧電素子
402 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイ
404 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイ
406 電気接続部
408 第1電気接続部
410 第2電気接続部
412 アレイ402の拡大図
414 容量型微細加工超音波トランスジューサ
416 第1電気接続部の組
418 第2電気接続部の組
420 アレイ404の拡大図
422 容量型微細加工超音波トランスジューサ
424 第1電気接続部
426 第2電気接続部
500 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイを備えた基板
502 基板
504 流体の流れのためのチャネル
506 フィン
508 発生された超音波ビームの方向
510 厚さ
512 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイを備えた基板
514 基板
516 微細加工されたマイクロチャンネル
518 流体の流れ
600 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイを備えた第1基板
602 第1基板
604 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイを備えた第2基板
606 第2基板
608 チャネル
610 温度センサ
612 流量又は圧力センサ
700 カテーテルの遠端部
702 前方視環状アレイ
704 側方視アレイ
705 シャフト
706 電気接続部
708 孔
800 カテーテル
802 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイ
803 可撓性エレメント
804 超音波の経路
806 目標区域
808 遠端部
810 シャフト
812 チューブ
814 ケーブル
816 ケーブルの進む方向
900 カテーテル
902 前立腺
904 膀胱
906 遠端部
907 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイ
908 機械式アクチュエータ
910 ケーブル
1000 カテーテル
1002 シャフト
1004 遠端部
1006 基端部
1008 容量型微細加工超音波トランスジューサのアレイ
1010 電気接続部
1010’ データバス及び電源
1012 コネクタ
1014 目標区域
1100 カテーテル
1102 プロセッサ
1104 流量又は圧力センサ
1106 温度センサ
1108 冷却流体注入口
1110 チューブ
1112 流出口
1114 密閉材
1200 医用画像化システム
1202 画像化区域
1204 カテーテルインターフェース
1206 カテーテル
1207 被験体
1208 遠端部
1210 目標区域
1212 ハードウェアインターフェース
1214 コンピュータシステム
1216 プロセッサ
1218 ユーザインターフェース
1220 コンピュータストレージ
1222 コンピュータメモリ
1224 治療計画
1226 医用画像データ
1228 医用画像
1230 焦点制御信号
1232 遠端部の位置
1234 目標区域の位置
1236 熱画像化データ
1238 温度マップ
1240 制御モジュール
1242 画像再生モジュール
1244 温度マッピングモジュール
1246 焦点制御信号発生モジュール
1300 磁気共鳴画像化システム
1302 磁石
1303 磁石のボア
1304 磁場勾配コイル
1306 磁場勾配コイル電源
1308 アンテナ
1310 送受信器
1312 被験体サポート
Claims (17)
- 遠端部と基端部とを備え、前記遠端部が目標区域を制御可能に加熱するための可調整焦点を持つ少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサを備えた、トランスジューサモジュールを有するシャフトと、
前記少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサに電力を供給すると共に前記可調整焦点を制御するための、前記基端部におけるコネクタと、
を備え、
前記トランスジューサモジュールは少なくとも部分的に可撓性である、
カテーテル。 - 前記少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサは可撓性材料に配置される、請求項1に記載のカテーテル。
- 前記トランスジューサモジュールは少なくとも2つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサを備え、前記カテーテルが更に前記少なくとも2つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサの間に可撓性エレメントを備える、請求項1又は請求項2に記載のカテーテル。
- 前記カテーテルは、前記トランスジューサモジュールを変形させることにより前記可調整焦点を少なくとも部分的に調整するための機械式アクチュエータを更に備える、請求項1又は請求項2に記載のカテーテル。
- 前記遠端部は長さ方向に延びる部分を有し、前記少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサの少なくとも一部は、前記目標区域が前記長さ方向に延びる部分に隣接して位置されるように向けられる、請求項1ないし4の何れか一項に記載のカテーテル。
- 前記少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサの少なくとも幾つかは、前記シャフトの周りにリングを形成すると共に、前記シャフトの前記長さ方向に延びる部分を囲む経路に沿って向けられる、請求項5に記載のカテーテル。
- 前記遠端部は、前記少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサに給電すると共に、前記可調整焦点の電子的制御を行うための少なくとも1つの集積回路を備え、前記カテーテルは、前記少なくとも1つの集積回路と前記コネクタとの間にデータバスを更に備える、請求項1に記載のカテーテル。
- 前記少なくとも1つの集積回路は、前記目標区域を制御可能に加熱する間に、前記少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサを用いて超音波画像化を行う回路を備える、請求項7に記載のカテーテル。
- 前記コネクタは、前記基端部に冷却流体注入口を備え、前記カテーテルは、前記遠端部に前記冷却流体注入口からの冷却流体を供給する、請求項1ないし8の何れか一項に記載のカテーテル。
- 前記カテーテルは、前記遠端部における冷却流体の圧力を測定するための圧力センサ、冷却流体の流量を測定するための流量センサ、又はこれらの組み合わせのうちの何れか1つを更に備える、請求項9に記載のカテーテル。
- 前記カテーテルは、温度センサを更に備える、請求項1ないし10の何れか一項に記載のカテーテル。
- 前記シャフトは、前記遠端部をステアリングするための機械式ステアリング装置を備える、請求項1ないし11の何れか一項に記載のカテーテル。
- 前記容量型微細加工超音波トランスジューサは、事前崩壊型の容量型微細加工超音波トランスジューサである、請求項1ないし12の何れか一項に記載のカテーテル。
- 画像化区域から医用画像データを取得する医用画像化システムであって、
請求項1ないし13の何れか一項に記載のカテーテルの前記コネクタに接続するカテーテルインターフェースと、
前記医用画像化システムを制御すると共に前記カテーテルの前記可調整焦点を制御するためのプロセッサと、
前記プロセッサにより実行するためのマシン実行可能な命令を含むメモリと、
を備え、
前記命令の実行が、前記プロセッサに、
前記医用画像化システムを用いて前記医用画像データを取得させ、
前記医用画像データに前記カテーテルの前記遠端部の位置を登録させ、
前記遠端部の前記登録された位置に従って焦点制御信号を発生させ、
前記トランスジューサモジュールを変形させることにより前記可調整焦点を少なくとも部分的に調整することにより、前記焦点制御信号に従い前記カテーテルインターフェースを用いて焦点を制御させる、
医用画像化システム。 - 前記医用画像化システムは、磁気共鳴画像化システム、コンピュータ断層撮影システム及び超音波診断システムのうちの何れか1つであり、前記命令が更に前記プロセッサに前記医用画像データに従って被験体の目標区域を登録させ、前記命令が更に前記プロセッサに、前記焦点を前記目標区域が前記少なくとも1つのアレイの容量型微細加工超音波トランスジューサを用いて加熱されるように制御する焦点制御信号を発生させる、請求項14に記載の医用画像化システム。
- 前記命令の実行が更に前記プロセッサに、
前記医用画像化システムを用いて熱画像データを取得させ、且つ、
前記熱画像データを用いて温度マップを再生させ、
前記焦点制御信号が前記温度マップに従って発生される、
請求項15に記載の医用画像化システム。 - 画像化区域から医用画像データを取得する医用画像化システムのプロセッサにより実行するためのマシン実行可能な命令を有するコンピュータプログラムであって、前記医用画像化システムは請求項1ないし15の何れか一項に記載のカテーテルの前記コネクタに接続するカテーテルインターフェースを有し、前記命令の実行が前記プロセッサに、
前記医用画像化システムを用いて前記医用画像データを取得させ、
前記医用画像データに前記カテーテルの前記遠端部の位置を登録させ、
前記遠端部の前記登録された位置に従って焦点制御信号を発生させ、
前記トランスジューサモジュールを変形させることにより前記可調整焦点を少なくとも部分的に調整することによって、前記焦点制御信号に従い前記カテーテルインターフェースを用いて焦点を制御させる、
コンピュータプログラム。
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