JP2020501642A

JP2020501642A - 医療機器における電磁干渉の低減

Info

Publication number: JP2020501642A
Application number: JP2019527514A
Authority: JP
Inventors: ワイスウィレム‐ヤンアレンドデ
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2020-01-23
Also published as: CN109982648A; WO2018095793A1; US20210275254A1; EP3544516A1

Abstract

本発明は、ＥＭＩによる影響を受けにくい医療機器に関する。医療機器は、ボディ、第１の導電体、第２の導電体、第１の分極トランスデューサ、及び第２の分極トランスデューサを含む。第１の導電体及び第２の導電体はそれぞれボディに沿って延びる。第１の分極トランスデューサ及び第２の分極トランスデューサは、それらの外面が反対の極性を有するようにボディに取り付けられている。さらに、第１の分極トランスデューサ及び第２の分極トランスデューサは、第１の導電体と第２の導電体との間に、ｉ）直列にかつ同じ極性で電気接続されるか、又はｉｉ）並列にかつ同じ極性で電気接続される。

Description

本発明は、分極トランスデューサ（ｐｏｌａｒｉｚｅｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を含む医療機器における電磁干渉（ＥＭＩ）の低減に関する。上記医療機器は一般的な医療機器であり、したがって本発明は多数の医療用途分野に用途を見出す。ある具体例では、分極トランスデューサは、ビーム形成超音波撮像システムの超音波場に対する医療機器の位置を追跡するのに使用される超音波検出器である。

トランスデューサは、感知機能を実行するために医療機器にしばしば含まれる。これらのトランスデューサのサブグループは、分極された又は極性を与えられた材料、すなわち、固有の分極を有する材料から形成される。センサとして使用される場合、そのような分極トランスデューサは近くの電気システムからの電磁干渉の影響を受けやすく、特に医療環境で使用される場合に起こり得る。

分極トランスデューサの一例は圧電超音波検出器である。超音波検出には、一般的に、固有の分極を有するチタン酸ジルコン酸鉛（すなわちＰＺＴ）、ポリフッ化ビニリデン（すなわちＰＶＤＦ）、及びニオブ酸リチウムなどの圧電材料が使用される。超音波場に配置されたとき、超音波振動により圧電材料の表面電荷が変化する。材料に接続された電気回路を使用して表面電荷が感知され、それにより超音波が検出される。近傍の電気システムからの電磁干渉は、そのようなセンサが弱い超音波信号を検出する能力を低下させ、センサの性能を制限する可能性がある。分極トランスデューサは、焦電材料及び強誘電材料のような他の材料からも形成され得る。このような材料は、例えば赤外線、温度、圧力、及び音響センサ（すなわちマイクロフォン）等を形成するために使用され得る。これらの分極トランスデューサも、同様にＥＭＩの被害を受ける可能性がある。

ＥＭＩを低減することが望ましい医療機器の一例は、国際特許公開ＷＯ／２０１１／１３８６９８に開示されている超音波ベースのトラッキングシステムである。このシステムでは、超音波プローブと、医療機器に取り付けられた超音波検出器との間で送られる超音波信号に基づいて、医療機器の位置が、ビーム成形超音波イメージングシステムの超音波場に対して追跡される。医療機器の位置は、超音波プローブによって放出された超音波信号を医療機器上の超音波検出器によって検出されたものと相関させることによって決定される。超音波検出器は、例えば、圧電材料から形成された分極トランスデューサであり得る。そのようなシステムでは、トラッキングシステムの精度を維持する上でＥＭＩの低減が重要である。

また、国際特許公開ＷＯ２０１５／１５５６４９は、医療機器を追跡するための超音波ベースのトラッキングシステムに関する。このシステムでは、超音波信号を検出するために、分極超音波検出器が同様に使用される。トラッキング検出器に隣接してダミー検出器を配置し、両検出器によって生成された電気信号間の差に基づいて医療機器の位置を決定することによって、ＥＭＩが低減される。

国際特許公開ＵＳ２００９／２３０８２０Ａ１は、第１及び第２の対向する面と、前記第１及び第２の面上にそれぞれ設けられた第１及び第２の導電層とを有する圧電材料のボディから形成される圧電トランスデューサを開示する。圧電体及び導電層は、複数の別々の隣接する直列接続されたトランスデューサ素子を形成するように構築される。圧電体は、実質的に均一な分極方向、又は分極が反対の交互する複数のゾーンを有し得る。これらの素子は、周方向若しくは軸方向、又は他の超音波焦点パターンのいずれかを表示するようにスイッチング回路を介してハード配線又は接続され、また、直列構成ではなく並列接続されてもよい。

国際特許公開ＵＳ５２９８８２８Ａは、反対方向に分極された一対のトランスデューサ素子を有する超音波トランスデューサを開示しており、これらのトランスデューサ素子は、各自の前面電極と背面電極との間に、これらの電極と密接するよう取り付けられている。前面電極はそれぞれ接地されている。背面電極はそれぞれ、各自の入出力端子に接続されている。トランスデューサが送信モードで動作しているとき、入出力端子には、差分パルス生成器又はトランス構成を使用して生成される反対極性の作動パルスが供給される。トランスデューサが受信モードで動作しているとき、超音波圧力波が前面電極に入射すると、背面電極において反対極性のパルスが生成される。これらのパルスは、差動アンプ又はトランス構成を使用して差動加算される。そのようなトランスデューサは、環境ノイズのピックアップが大きく低減されており、したがって、使用時に改善された信号対ノイズ比を有する。

国際特許公開ＷＯ２０１５／１５５６４５Ａ１は、導電体を含む医療機器を開示し、前記導電体は、表面と、前記表面に沿うように形成されたセンサとを含み、前記センサは、前記表面の一部の周りに、前記表面の外形に沿うように形成された圧電ポリマーを含む。圧電ポリマーは、超音波エネルギーを生成する又は受け取るように構成されている。

しかしながら、分極トランスデューサを含む医療機器においてＥＭＩをさらに低減するニーズが依然として存在する。

本発明の目的は、分極トランスデューサを含む医療機器においてＥＭＩを低減することである。そのために、医療機器、位置追跡システム、超音波信号と電磁干渉とを区別する、ソフトウェアによって実装される方法、及び医療機器のシャフトに取り付けられるトランスデューサ積層体が提供される。

一側面によれば、医療機器は、ボディ、第１の導電体、第２の導電体、第１の分極トランスデューサ、及び第２の分極トランスデューサを含む。第１の導電体及び第２の導電体はそれぞれボディに沿って延びる。第１の分極トランスデューサ及び第２の分極トランスデューサは、それらの外面が反対の極性を有するようにボディに取り付けられている。さらに、第１の分極トランスデューサ及び第２の分極トランスデューサは、第１の導電体と第２の導電体との間に、ｉ）直列にかつ同じ極性で電気接続されるか、又はｉｉ）並列にかつ同じ極性で電気接続される。

上記のようにすることで、第１の導電体及び第２の導電体が共通のＥＭＩ信号を拾う分極トランスデューサを有する医療機器が提供される。共通のＥＭＩ信号は、第１の導電体及び第２の導電体上の電気信号を差し引くことによって除去することができる。これは、信号の差動増幅によって達成され得る。同時に、上記の電気接続は有用なトランスデューサ信号を提供し、それにより、トランスデューサの所望の感知機能を維持する。

他の側面によれば、位置追跡システムが提供される。位置追跡システムは、超音波イメージングプローブと、画像再構成ユニットと、位置決定ユニットと、上記医療機器であって、前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサがそれぞれ超音波信号を検出するよう構成される、医療機器と、差動増幅回路と、アイコン提供ユニットとを備える。前記超音波イメージングプローブは、超音波場内の超音波信号を生成及び検出するよう構成される。前記画像再構成ユニットは、前記超音波イメージングプローブによって生成及び検出された前記超音波信号に基づいて、前記超音波場に対応する再構成された超音波画像を提供するよう構成される。前記差動増幅回路は、前記医療機器の前記第１の導電体及び前記第２の導電体に電気接続されており、また、前記超音波イメージングプローブと前記医療機器との間で送られた超音波信号の検出に応答して、前記第１の導電体によって運ばれる電気信号と前記第２の導電体によって運ばれる電気信号との間の増幅された差分に対応する増幅された差分電気信号を供給するように構成される。前記位置決定ユニットは、前記増幅された差分電気信号を受信し、前記増幅された差分電気信号、及び前記超音波イメージングプローブと前記医療機器との間で送られた前記超音波信号に基づいて、前記超音波場に対する前記医療機器の位置を計算するように構成される。さらに、前記アイコン提供ユニットは、前記再構成された画像において、前記超音波場に対する前記医療機器の位置を示すアイコンを提供するように構成される。上記のようにすることで、ＥＭＩが低減された位置追跡システムが提供される。その結果、位置追跡の精度が向上する。

他の側面によれば、超音波信号と電磁干渉とを識別するための、ソフトウェアによって実装される方法が提供される。前記方法は、ｉ）差動増幅回路を用いて、請求項１に記載の医療機器の前記第１の導電体によって運ばれる電気信号と前記第２の導電体によって運ばれる電気信号との間の差分を増幅し、増幅された差分電気信号を提供するステップであって、前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは超音波信号を検出する、ステップと、ｉｉ）アナログ−デジタル変換回路を用いて、前記増幅された差分電気信号をデジタル信号に変換するステップとを含む。上記のようにすることで、検出された超音波信号に対応するデジタル信号が、ＥＭＩを低減して提供される。

他の側面によれば、医療機器のシャフトに取り付けられるトランスデューサ積層体が提供される。医療機器は、例えば針であり得る。前記トランスデューサ積層体は、第１の細長いフォイルと、第２の細長いフォイルと、第１の導電体と、第２の導電体と、超音波信号を検出するための第１の分極トランスデューサと、超音波信号を検出するための第２の分極トランスデューサとを備える。前記第１の細長いフォイル、前記第２の細長いフォイル、前記第１の導電体、及び前記第２の導電体はそれぞれ長軸に沿って延びる。前記長軸沿いの第１の位置において、前記第１の導電体、前記第２の導電体、前記第１の分極トランスデューサ、及び前記第２の分極トランスデューサは、前記第１の細長いフォイルと前記第２の細長いフォイルとの間に挟まれている。前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは互いに隣接するように、かつ、前記第１の細長いフォイルに面する各々の外面が反対の極性を有するように配置される。さらに、前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは、前記第１の導電体と前記第２の導電体との間に、ｉ）直列にかつ同じ極性で電気接続されるか、又はｉｉ）並列にかつ同じ極性で電気接続される。また、前記長軸沿いの第２の位置において、前記第１の導電体及び前記第２の導電体は、前記第１の細長いフォイルと前記第２の細長いフォイルとの間に挟まれており、前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサはいずれも、前記第１の細長いフォイルと前記第２の細長いフォイルとの間に挟まれていない。上記のようにすることで、ＥＭＩの影響を受けにくいトランスデューサ積層体が提供される。前記トランスデューサ積層体は医療機器に容易に取り付けられ、したがってその製造を簡略化する。

従属請求項には他の側面が定められている。

図１は、第１の分極トランスデューサＰＴ１、第２の分極トランスデューサＰＴ２、第１の導電体ＥＣ１、及び第２の導電体ＥＣ２を含む医療機器ＭＤを示す。図２は、第１の分極トランスデューサＰＴ１、第２の分極トランスデューサＰＴ２、第１の導電体ＥＣ１、及び第２の導電体ＥＣ２を含む、本発明の範囲に含まれない様々な電気回路を示す。図３は、第１の分極トランスデューサＰＴ１、第２の分極トランスデューサＰＴ２、第１の導電体ＥＣ１、及び第２の導電体ＥＣ２を含む医療機器ＭＤを示し、ここで、第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２は、任意選択的な差動増幅回路ＤＡＣＣＴに電気接続されている。図４は、超音波撮像システムＵＩＳを含む位置トラッキングシステムＰＴＳ及び医療機器ＭＤを示す。図５は、医療機器のシャフトに取り付けられ得るトランスデューサ積層体ＴＬを示す。

本発明の原理を説明するために、ＥＭＩによる影響が低減された様々な医療機器が説明される。医療機器は針によって例示されているが、本発明は、カテーテル、ガイドワイヤー、プローブ、内視鏡、電極、ロボット、フィルタ装置、バルーン装置、ステント、僧帽弁クリップ、左心耳閉鎖装置、大動脈弁、ペースメーカー、静脈内ライン、ドレナージライン、外科用器具、組織シーリング装置、又は組織切断装置などの他の医療機器にも用途が見出されることを理解されたい。

さらに、医療機器に取り付けられた分極トランスデューサによって検出された超音波信号に基づいて医療機器の位置が決定される位置トラッキングシステムに関して、医療機器が説明されている。前記位置トラッキングシステムは、２Ｄ超音波イメージングプローブによって生成される画像平面に関連して医療機器の位置を決定する２Ｄ超音波イメージングプローブを含むが、医療機器は、３Ｄイメージングプローブ、“ＴＲＵＳ”経直腸超音波検査プローブ、“ＩＶＵＳ”血管内超音波プローブ、“ＴＥＥ”経食道プローブ、“ＴＴＥ”経胸腔プローブ、“ＴＮＥ”経鼻プローブ、“ＩＣＥ”心臓内プローブ等、他の種類のイメージングプローブを使用する位置トラッキングシステムにも用途を見出す。より一般的には、これらの位置トラッキングシステムは、医療機器が使用され得る用途の例としてのみ使用され、医療機器は、分極トランスデューサを含む広範囲の感知用途に用途を見出し得る。これらには、限定されないが、温度、放射線、圧力、音、超音波などのセンサが含まれる。

図１は、第１の分極トランスデューサＰＴ１、第２の分極トランスデューサＰＴ２、第１の導電体ＥＣ１、及び第２の導電体ＥＣ２を含む医療機器ＭＤを示す。図１の医療機器ＭＤはボディＢを有し、例えば医療用針であり得る（針のシャフトがボディＢによって表される）。任意選択的に、本体Ｂは導体から形成され得る。図１の分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２は、例えば、ＰＶＤＦ材料から形成された超音波検出器であり得る。図１では、第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２はそれぞれボディＢに沿って延びている。第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２は、例えばアルミニウム又は金などの金属から形成され得る。あるいは、インク、接着剤、及びポリマーなどの様々な導電性材料を使用することができる。さらに、図１では、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、それらの外面が反対の極性を有するようにボディＢに取り付けられている。したがって、図１に示すように、第１の分極トランスデューサＰＴ１は、ボディＢに対して外側を向く正電極を有し、第２の分極トランスデューサＰＴ２は、ボディＢの表面に対して外側を向く負電極を有する。トランスデューサの正電極及び負電極は、トランスデューサにおけるポーリング方向に対応する。言い換えれば、各分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２はポーリング方向を有し、各分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２のポーリング方向はボディＢの表面に対して互いに反対向きに配置される。さらに、図１では、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、第１の導電体ＥＣ１と第２の導電体ＥＣ２との間で電気接続されている。

図１Ａは、医療機器ＭＤの第１の実施形態を示し、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、第１の導電体ＥＣ１と第２の導電体ＥＣ２との間で直列にかつ同じ極性ＣＣＴ１で電気接続されている。言い換えれば、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２の極性は加法的である。図１Ａの構成では、様々な外部ソースからのＥＭＩが、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２のそれぞれの外側電極によって拾われる可能性がある。外側電極によるこのＥＭＩピックアップは、実際には、導電体ＥＣ１、ＥＣ２によるＥＭＩピックアップよりも高くなり得ることが分かった。第１の分極トランスデューサＰＴ１の外側電極によって拾われたＥＭＩは、第１の分極トランスデューサＰＴ１の固有容量を介して、第２の導電体ＥＣ２と結合する。これにより、第２の導電体ＥＣ２上に干渉信号が生じる。同様に、第２の分極トランスデューサＰＴ２の外側電極によって拾われたＥＭＩは、第２の分極トランスデューサＰＴ２の固有容量を介して、第１の導電体ＥＣ１と結合する。これにより、第１の導電体ＥＣ１上に干渉信号が生じる。干渉信号が第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２のそれぞれに存在するので、これらの導電体の両方に共通の干渉は、これらの導体上の電気信号を（例えば、それらを差動増幅することによって）減算する、すなわち差分化することによって除去することができる。ＣＣＴ１の直列電気接続はまた、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２のそれぞれによって検出された超音波信号が、互いに打ち消し合わない電気信号を生成することを保証する。したがって、ＥＭＩが低減されるという利点を有する図１Ａの実施形態によって、有用なトランスデューサ信号を検出することができる。ＥＭＩの低減のために不可欠ではないが、好ましくは、第１の分極トランスデューサＰＴ１と第２の分極トランスデューサＰＴ２との固有容量は近いか又は等しく、かつ／又は、好ましくは、第１の分極トランスデューサＰＴ１と第２の分極トランスデューサＰＴ２のそれぞれの外面は近い又は等しい面積を有する。したがって、図１Ａの構成は、単一の分極トランスデューサが電気コネクタＥＣ１、ＥＣ２と電気接続されている参照回路と比較して、低減されたＥＭＩを提供する。これは、第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２のそれぞれに共通の干渉信号が存在するからである。

図１Ｂは、医療機器ＭＤの第２の実施形態を示し、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、第１の導電体ＥＣ１と第２の導電体ＥＣ２との間で並列にかつ同じ極性ＣＣＴ２で電気接続されている。言い換えれば、各分極トランスデューサの正極性の電極は共通の正電気ノードを共有し、各分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の負極性の電極は共通の負電気ノードを共有する。図１Ａの構成と同様に、図１Ｂの構成では、様々な外部ソースからのＥＭＩが、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２のそれぞれの外側電極によって拾われる可能性がある。図１Ｂでは、第１の分極トランスデューサＰＴ１の外側電極によって拾われたＥＭＩは、第１の分極トランスデューサＰＴ１の固有容量を介して、第１の導電体ＥＣ１と結合する。これにより、第１の導電体ＥＣ１上に干渉信号が生じる。同様に、第２の分極トランスデューサＰＴ２の外側電極によって拾われたＥＭＩは、第２の分極トランスデューサＰＴ２の固有容量を介して、第２の導電体ＥＣ２と結合する。これにより、第２の導電体ＥＣ２上に干渉信号が生じる。干渉信号が第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２のそれぞれに存在するので、これらの導電体の両方に共通の干渉は、これらの導体上の電気信号を（例えば、それらを差動増幅することによって）減算する、すなわち差分化することによって除去することができる。ＣＣＴ２の並列電気接続はまた、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２のそれぞれによって検出された超音波信号が、互いに打ち消し合わない電気信号を生成することを保証する。したがって、ＥＭＩが低減されるという利点を有する図１Ｂの実施形態によって、有用な信号を検出することができる。ＥＭＩの低減のために不可欠ではないが、好ましくは、第１の分極トランスデューサＰＴ１と第２の分極トランスデューサＰＴ２の固有容量は近い又は等しく、かつ／又は、好ましくは、第１の分極トランスデューサＰＴ１と第２の分極トランスデューサＰＴ２のそれぞれの外面は近い又は等しい面積を有する。したがって、図１Ｂの構成は、単一の分極トランスデューサが電気コネクタＥＣ１、ＥＣ２と電気接続されている参照回路と比較して、低減されたＥＭＩを提供する。これは、第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２のそれぞれに共通の干渉信号が存在するからである。

図１Ｃ及び図１Ｄは、それぞれが図１Ａ及び図１Ｂの実施形態に対応する医療機器ＭＤの第３及び第４の実施形態を示す。第３及び第４の実施形態はさらに、任意選択的な電気シールドＥＳ及び任意選択的な絶縁体層ＩＬ、ＩＬ２を含む。電気シールドＥＳは、電気シールドＥＳとボディＢとの間に、少なくとも、第１の導電体ＥＣ１の一部と第２の導電体ＥＣ２の一部とを挟む。第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２の表面積に対する導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２の相対的なサイズに依存して、相当なＥＭＩがこれらの導電体によって拾われ得る。したがって、電気シールドＥＳは、これらの導電体によって拾われるＥＭＩを低減するように機能し得る。任意選択的に、ＥＭＩ結合をさらに減らすために、電気シールドＥＳが、例えばＰＴ１、ＰＴ２の近くで、又は電気シールドＥＳの長さに沿って、ボディＢに電気接続されてもよい。任意選択的な絶縁体層ＩＬ２は、電気シールドＥＳと第１の導電体ＥＣ１の一部及び第２の導電体ＥＣ２の一部との間に配置される。絶縁体層ＩＬ２は、電気シールドＥＳと導電体ＥＣ１、ＥＣ２との間の電気的絶縁を向上させるように機能し得る。任意選択的に、導電体ＥＣ１、ＥＣ２へのＥＭＩの結合をさらに低減するために、電気シールドＥＳ及び／又は絶縁体層ＩＬ２はさらに、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び／又は第２の分極トランスデューサＰＴ２の一部又は全部を覆ってもよい。電気シールドＥＳは、例えば金属（例えばアルミニウム又は金）、酸化インジウムスズ、ＩＴＯ、及び導電性ポリマーなどの様々な導電性材料から形成され得る。図１Ｃ及び図１Ｄの絶縁体層ＩＬは、ボディＢと第１の分極トランスデューサＰＴ１、第２の分極トランスデューサＰＴ２、第１の導電体ＥＣ１、及び第２の導電体ＥＣ２との間に配置される。あるいは、図１Ｃ及び図１Ｄの絶縁体層ＩＬは、ボディＢと第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２との間にのみ配置されてもよく、又は、ボディＢと第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２との間にのみ配置されてもよい。絶縁体層ＩＬは、ボディＢと各導電体ＥＣ１、ＥＣ２との間、及びボディＢと各分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２との間の電気的絶縁を向上させるように働く。ボディＢが金属等の導電性材料、例えば医療用針のステンレス鋼シャフトから形成される場合、絶縁体層ＩＬはＥＭＩを低減するのに特に有用であり得る。絶縁体層ＩＬは、例えばポリマー、セラミック、誘電材料などから形成されてもよい。

当然ながら、図１の第１の分極トランスデューサＰＴ１と第２の分極トランスデューサＰＴ２の両方の外側電極の極性を逆にしても同じ利点を達成することができる。

図２は、第１の分極トランスデューサＰＴ１、第２の分極トランスデューサＰＴ２、第１の導電体ＥＣ１、及び第２の導電体ＥＣ２を含む、本発明の範囲に含まれない様々な電気回路を示す。図２Ａ及び図２Ｂは、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２分極トランスデューサＰＴ２のそれぞれによって生成される電気信号が互いに打ち消し合うので、不適切である。図２Ｃは、２つの分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の使用による追加のトランスデューサ信号から利益を得るが、上述のＥＭＩ低減の仕組みからは利益を得ることができないので不適切である。

図３は、第１の分極トランスデューサＰＴ１、第２の分極トランスデューサＰＴ２、第１の導電体ＥＣ１、及び第２の導電体ＥＣ２を含む医療機器ＭＤを示し、ここで、第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２は、任意選択的な差動増幅回路ＤＡＣＣＴに電気接続されている。図３の医療機器ＭＤは、医療用針のシャフトであるボディＢを有する医療用針として例示されている。上述のように、代わりに他の医療機器が使用されてもよい。図３で使用される電気回路は図１ＡのＣＣＴ１に対応するが、代わりに図１ＢのＣＣＴ２が使用されてもよい。図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、これらの電気回路ＣＣＴ１又はＣＣＴ２が、電気シールドＥＳ及び任意選択的な絶縁体層ＩＬと組み合わせて使用されてもよい。第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は超音波トランスデューサであることが好ましいが、本明細書に記載されるトランスデューサの例のような任意の他の分極トランスデューサが代わりに使用されてもよい。第１の分極トランスデューサＰＴ１と第２の分極トランスデューサＰＴ２との間の電気的相互接続は、ワイヤー結合、導電性接着剤、はんだ付けなどの従来の電気的相互接続技術を用いて形成され得る。あるいは、図５を参照して後述するトランスデューサ積層体を使用されてもよく、この場合、所望の電気的接続は圧力接触を介して提供され得る。

図３の医療機器ＭＤは、細長い形状を有するボディＢ、及び軸ＡＸ１を有する。他の形状のボディＢを代わりに使用してもよい。図３の第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２は、それぞれ軸ＡＸ１に沿って延びる。第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２はワイヤーから形成されることが好ましい。なぜなら、ワイヤーは曲げ及び巻き付けプロセスに対して頑強であるからである。あるいは、電気トラックなどの他の形状の導電体を使用してもよい。導電体へのＥＭＩは、各導電体ＥＣ１、ＥＣ２のために同様な経路を設けることによって低減され得る。そのためには、導電体の経路ＥＣ１、ＥＣ２は、互いに平行に配置されるのが好ましい。ある構成では、第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２はそれぞれ、ボディの周りにらせん状に巻き付けられてもよい。後述するように、このような螺旋状の巻き付けは、そのような細長いデバイスに取り付け可能な積層体を単純化するというさらなる利点を有する。図３に示すように、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、リング状に細長いボディの周りに巻かれている。そのようなリング構成は、医療機器ＭＤがトランスデューサを覆い隠すことなく、医療機器ＭＤの軸ＡＸ１の周りの感知を提供する。さらに、図３では、第１の分極トランスデューサＰＴ１と第２の分極トランスデューサＰＴ２とは軸ＡＸ１に沿って隔てられている。あるいは、第１の分極トランスデューサＰＴ１と第２の分極トランスデューサＰＴ２とは、軸ＡＸ１を中心にしてボディＢの円周の周りに互いに隣接して配置されてもよく、すなわち、隣り合う構成を有してもよい。

図３の任意選択的な差動増幅回路ＤＡＣＣＴは、第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２に電気接続されており、また、第１の導電体ＥＣ１によって運ばれる電気信号と第２の導電体ＥＣ２によって運ばれる電気信号との間の増幅された差分に対応する増幅された差分電気信号ＡＤＥＳを生成するように構成される。差動増幅回路ＤＡＣＣＴの利得係数は、例えば、１（ユニティ）以上であり得る。このために、電気信号の種類、すなわち、対応する分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２によって生成される電荷、電圧、又は電流に応じて、エレクトロニクス分野で知られている多くの適切な差動増幅回路が使用され得る。差動増幅回路ＤＡＣＣＴは、第１の導電体ＥＣ１によって運ばれる電気信号と第２の導電体ＥＣ２によって運ばれる電気信号との間の増幅された差分に対応する増幅された差分電気信号ＡＤＥＳを供給する。増幅された差分電気信号ＡＤＥＳは、その後、電子回路によってさらに処理されてもよく、例えば、デジタル−アナログ変換器又はＤＡＣ回路を使用してデジタル化された形式に変換されてもよい。

差動増幅回路ＤＡＣＣＴによる増幅プロセス及びその増幅された差分電気信号ＡＤＥＳのデジタル信号への変換プロセスを制御するために、プロセッサが設けられてもよい。したがって、プロセッサは、トランスデューサ信号と電磁干渉とを区別するためのソフトウェアによって実装される方法を実行し得る。ソフトウェアによって実装される方法は、プロセッサによって実行可能な命令としてコンピュータプログラム製品に格納され得る。コンピュータプログラム製品は、専用ハードウェア、又は適切なソフトウェアに関連づけてソフトウェアを実行可能なハードウェアによって提供されてもよい。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は複数の個別のプロセッサ（その一部が共有されてもよい）によって提供され得る。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に指すように解釈されるべきではなく、以下に限定されないが、デジタル信号プロセッサ“ＤＳＰ”ハードウェア、ソフトウェアを保存するためのリードオンリーメモリ“ＲＯＭ”、ランダムアクセスメモリ“ＲＡＭ”、非揮発性記憶装置等を暗示的に含み得る。さらに、本発明の実施形態は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって、又はそれらとともに使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ可用又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形式をとることができる。説明のために、コンピュータ可用又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用される又はこれらに関連して使用されるプログラムを含む、格納する、通信する、伝搬する、又は転送することができる任意の装置であり得る。媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体システム、装置、又はデバイス、又は伝播媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例には、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ“ＲＡＭ”、読み出し専用メモリ“ＲＯＭ”、剛性磁気ディスク、及び光ディスクが含まれる。光ディスクの現在の例には、“ＣＤ−ＲＯＭ”、“ＣＤ−Ｒ／Ｗ”、Ｂｌｕ−Ｒａｙ、及びＤＶＤが含まれる。

上述の医療機器は、広範な用途に用途を見出す。用途の一例は、超音波信号に基づいて医療機器ＭＤの位置を追跡するための位置トラッキングシステムである。この用途では、医療機器ＭＤの第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２がそれぞれ、超音波信号を検出するように構成される。図４は、超音波撮像システムＵＩＳを含む位置トラッキングシステムＰＴＳ及び医療機器ＭＤを示す。

図４において、超音波撮像システムＵＩＳは、超音波撮像プローブＵＩＰ、画像再構成ユニットＩＲＵ、撮像システムプロセッサＩＳＰ、撮像システムインターフェースＩＳＩ、及びディスプレイＤＩＳＰを含む。図４の各ユニットは、相互接続矢印で示されるように互いに連絡している。超音波撮像システムＵＩＳは、従来の超音波撮像システムに対応する。ＩＲＵ、ＩＳＰ、ＩＳＩ、及びＤＩＳＰは、従来、超音波撮像プローブＵＩＰと有線通信可能なコンソール内に配置される。また、例えば光、赤外線、又はＲＦ通信リンクを使用した無線通信が、有線リンクに取って代わることも考えられる。さらに、例えばＰｈｉｌｉｐｓＬｕｍｉｆｙ超音波イメージングシステムのように、ＩＲＵ、ＩＳＰ、ＩＳＩ、及びＤＩＳＰのうちの一部のユニットが超音波イメージングプローブＵＩＰ内に組み込まれることも考えられる。

図４では、超音波イメージングプローブＵＩＰは、超音波場ＵＦ内で超音波エネルギーを送受信する線形超音波送受信機アレイＴＲＡを含む。超音波場ＵＦは関心ボリュームＶＯＩを遮る。超音波場ＵＦは図４では扇形であり、超音波ビームＢ_１．．ｋによって定められる。図４では扇形ビームが示されているが、医療機器ＭＤの追跡は超音波場の特定の形状に限定されず、例えば、３Ｄの場も使用され得ることに留意されたい。超音波イメージングプローブＵＩＰはさらに、ビームＢ_１．．ｋ内の超音波信号の生成及び検出のために、超音波イメージングプローブＵＩＰによって送信又は受信される信号の位相を増幅及び／又は調整するように構成された、図示しない電子ドライバ及び受信回路を含み得る。したがって、放出される及び／又は受信される超音波ビーム方向を操作するために電子ドライバ及び受信回路が使用され得る。

使用中、図４の超音波イメージングシステムＵＩＳは以下のように操作される。オペレータは、イメージングシステムインターフェースＩＳＩを介して超音波処置を計画し得る。実行処置が選択されると、イメージングシステムインターフェースＩＳＩはイメージングシステムプロセッサＩＳＰをトリガし、超音波イメージングプローブＵＩＰによって生成及び検出される信号を生成及び解釈するための特定用途向けプログラムを実行する。超音波イメージングシステムＵＩＳはまた、かかるプログラムを格納するための図示しないメモリを含み得る。メモリは、例えば、超音波イメージングプローブＵＩＰによって生成される及び／又は検出される超音波信号のシーケンスを制御するように構成された超音波ビーム制御ソフトウェアを記憶し得る。画像再構成ユニットＩＲＵ（このユニットの機能は代わりに画像システムプロセッサＩＳＰによって実行されてもよい）は、超音波イメージングプローブＵＩＰから受け取ったデータを超音波場ＵＦに対応する画像に再構成し、その後、この画像をディスプレイＤＩＳＰ上に表示する。再構成された画像は、例えば、超音波輝度モード「Ｂモード」画像（「２Ｄモード」画像とも知られる）、「Ｃモード」画像、又はドップラーモード画像、又は実際には任意の超音波画像であり得る。

図４にはまた、差動増幅回路ＤＡＣＣＴ、位置決定ユニットＰＤＵ、及びアイコン提供ユニットＩＰＵと共に、例示的な医療用針の形態の医療機器ＭＤが示されている。別々のユニットとして図示されているが、ユニットＰＤＵ及び／又はＩＰＵの機能は超音波イメージングシステムＵＩＳ内で、例えば、ユニットＩＲＵ及びＩＳＰの機能を提供するメモリ又はプロセッサ内で実行されてもよい。

第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２はそれぞれ、超音波信号を検出するように構成される。差動増幅回路ＤＡＣＣＴは、医療機器ＭＤの第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２に電気接続されており、また、超音波イメージングプローブＵＩＰと医療機器ＭＤとの間で送られる超音波信号の検出に応答して、第１の導電体ＥＣ１によって運ばれる電気信号と第２の導電体ＥＣ２によって運ばれる電気信号との間の増幅された差分に対応する増幅された差分電気信号ＡＤＥＳを供給するように構成される。したがって、第１の導電体ＥＣ１と第２の導電体ＥＣ２の両方に共通のＥＭＩが信号ＡＤＥＳにおいて相殺される。位置決定ユニットＰＤＵは、増幅された差分電気信号ＡＤＥＳを受信し、この信号、及び超音波イメージングプローブと医療機器との間で送られる超音波信号に基づいて、超音波場に対する医療機器の位置を計算するように構成される。

図４に示す構成では、医療機器の位置は、超音波イメージングプローブＵＩＰの超音波送受信機アレイＴＲＡによって生成される超音波信号に基づいて決定される。超音波信号はその後、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２によって検出され、すなわち、超音波イメージングプローブＵＩＰと医療機器ＭＤとの間を伝播する。この構成では、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２がそれぞれビームＢ_１．．ｋに対応する超音波信号を受信する。分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２は、図１を参照して説明した電気回路ＣＣＴ１、ＣＣＴ２のいずれかのように電気接続され得る。増幅された差分電気信号ＡＤＥＳは、超音波送受信機アレイＴＲＡによって生成された超音波信号に対応する信号を含む。位置決定ユニットＰＤＵは、超音波送受信機アレイＴＲＡによって生成された超音波信号を、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２によって検出された超音波信号と相関させることによって、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の平均位置を特定する。より具体的には、この関連付けは、ｉ）分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２）によって検出された各ビームＢ_１．．ｋに対応する超音波信号の振幅、及びｉｉ）各ビームＢ_１．．ｋの生成と、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２による各ビームの検出との間のタイムオブフライト（ＴＯＦ）に基づき、超音波場ＵＦに対する分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の最良適合位置を決定する。これは以下のように説明することができる。分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２が超音波場ＵＦの近傍にあるとき、各ビームＢ_１．．ｋのうち最も近いものから分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２への超音波信号は比較的大きい振幅で検出され、一方、最も遠いビームは比較的小さい振幅で検出される。通常、最大振幅で検出されたビームは、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の平均位置に最も近いビームとして特定される。これは、超音波送受信機アレイＴＲＡと分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の平均位置との間の面内角度θ_ＩＰＡを定める。超音波送受信機アレイＴＲＡ内のそれぞれのエミッタと分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の平均位置との間のレンジは、最大振幅ビームＢ_１．．ｋの生成と、その後のビームの検出との間のタイムオブフライトから決定される。レンジは、タイムオブフライトに超音波伝播速度を掛けることによって決定される。したがって、レンジ及び面内角度は、超音波場ＵＦに対する分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の平均位置の最良適合位置を特定する。

図４に示されていない別の構成では、超音波イメージングプローブＵＩＰはさらに、超音波イメージングプローブＵＩＰに取り付けられた少なくとも３つの超音波エミッタを含む。少なくとも３つの超音波エミッタは、位置決定ユニットＰＤＵと連絡している。この構成では、再び超音波場ＵＦを使用して、医療機器の位置を指し示す超音波画像が提供される。しかし、この構成では、位置決定ユニットＰＤＵは、超音波イメージングプローブＵＩＰに取り付けられた少なくとも３つの超音波エミッタによって生成され、その後、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２によって検出される、すなわち、超音波イメージングプローブＵＩＰと医療機器ＭＤとの間を伝播する超音波信号に基づいて、医療機器ＭＤの位置を計算するよう構成される。この構成では、位置決定ユニットＰＤＵは、各エミッタによって放出された超音波信号のタイムオブフライトに基づいて、各エミッタと分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の平均位置との間の距離を決定する。分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の平均位置はその後、三角測量を用いて決定される。これにより、少なくとも３つのエミッタが超音波イメージングプローブＵＩＰに取り付けられているので、超音波イメージングプローブＵＩＰに対する、したがって超音波場ＵＦに対する分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の平均位置が３次元で得られる。

したがって、図４の位置決定ユニットＰＤＵは、超音波イメージングプローブＵＩＰと医療機器ＭＤとの間で送られる超音波信号に基づいて、超音波場ＵＦに対する分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の平均位置を計算するための上記構成のいずれでも使用され得る。平均位置は、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の感度中心（ｃｅｎｔｅｒ−ｏｆ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）に対応する。

これらの構成の両方において、図４のアイコン提供ユニットＩＰＵは、再構成された画像ＲＵＩにおいて、超音波場ＵＦに対する医療機器ＭＤの位置を示すアイコンＩＫを提供するように構成される。アイコンは、例えば、円、十字、ポインタなどであり、例えば、画像融合やオーバーレイを使用して、又はアイコンの所望の位置において再構成画像ＲＵＩのコントラスト又は色を変更することによって、又は同様な画像融合技術を使用することによって、再構成画像ＲＵＩ内に提供され得る。

アイコン提供ユニットＩＰＵは、例えばプロセッサによって実現されてもよい。また、アイコン提供ユニットＩＰＵ、位置決定ユニットＰＤＵ、又は画像再構成ユニットＩＲＵの機能が１つ又は複数のプロセッサによって提供されてもよい。これらのプロセッサは、上記した各機能を実行するように構成された命令を含み得る。そのような命令はデータキャリア上に含まれてもよい。さらに、これらのユニットのうちの１つ又は複数が、超音波イメージングシステムＵＩＳのイメージングシステムプロセッサＩＳＰによって提供されてもよい。

分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２は、一般的には、ディスクリート電子部品によって提供され得る。これらはその後、図３及び図４に関連して説明したように医療機器に取り付けられ得る。別の構成では、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２はＰＶＤＦなどのフォイルから形成され得る。そのようなフォイルはフレキシビリティを提供し、よって、医療用針のシャフトのような平坦でない物体に取り付けるのに良く適している。あるいは、ＰＶＤＦ分極トランスデューサは、国際特許公開ＷＯ２０１５１５５６４５に開示されているような浸漬コーティング法を用いて形成され得る。以下に記載される別の構成では、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２を含むトランスデューサ積層体が提供され得る。

図５は、医療機器のシャフトに取り付けられ得るトランスデューサ積層体ＴＬを示す。図５Ａは、トランスデューサ積層体ＴＬを平面図で示す。図５Ｂ及び図５Ｃはそれぞれ、Ｘ−Ｘ’に沿った断面図を組立図及び分解図で示す。図５Ｄ及び図５Ｅはそれぞれ、Ｙ−Ｙ’に沿った断面図を組立図及び分解図で示す。図５Ｆ及び図５Ｇはそれぞれ、Ｚ−Ｚ’に沿った断面図を組立図及び分解図で示す。図５のトランスデューサ積層体ＴＬは、第１の細長いフォイルＦ１、第２の細長いフォイルＦ２、第１の導電体ＥＣ１、第２の導電体ＥＣ２、超音波信号を検出するための第１の分極トランスデューサＰＴ１、及び超音波信号を検出するための第２の分極トランスデューサＰＴ２を含む。第１の細長いフォイルＦ１、第２の細長いフォイルＦ２、第１の導電体ＥＣ１、及び第２の導電体ＥＣ２はそれぞれ、長軸ＬＡＸに沿って延びる。トランスデューサ積層体ＴＬは、ＥＭＩをさらに低減するために電気シールドＥＳを任意選択的に含んでもよい。電気シールドＥＳは、第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２の少なくとも一部を覆うように配置され、また任意選択的に、第１及び第２の分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の外面の一部又は全部を覆ってもよい。電気シールドＥＳは、金、アルミニウム、クロムなどの金属、又は導電性ポリマーなどの様々な導電性材料から形成され得る。

図５Ａに示す分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２及び導電体ＥＣ１、ＥＣ２は、図１Ａの電気回路ＣＣＴ１の形式で互いに接続されている。各分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２の分極は＋及び−の記号で示されている。分極トランスデューサＰＴ１とＰＴ２との間の相互接続は、導電性トラックＣＴＲによって確立されている。当然ながら、図１ＢのＣＣＴ２のような他の電気回路が同様にして実装されてもよい。

図５Ｂに示すように、長軸ＬＡＸ沿いの位置Ｘ−Ｘ’において、第１の導電体ＥＣ１、第２の導電体ＥＣ２、第１の分極トランスデューサＰＴ１、及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、第１の細長いフォイルＦ１と第２の細長いフォイルＦ２との間に挟まれる。さらに、第１の分極トランスデューサＰＴ１と第２の分極トランスデューサＰＴ２は互いに隣接して配置されている、すなわち隣り合う構成を有し、さらに、第１の細長いフォイルＦ１に面する各トランスデューサの外面が反対の極性を有するように配置されている。図５では、ＰＴ１及びＰＴ２は長軸ＬＡＸに沿って延びるように図示されているが、他の形状のトランスデューサや、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２が互いに隣接する他の配置も可能である。一例として、長軸ＬＡＸに沿ってＰＴ１とＰＴ２とを隔てることが考えられる。例えば、ＰＴ１及びＰＴ２は斜めに又は約９０度に配置されてもよい。また、導電性トラックＣＴＲの経路指定の対応する変更、及び所望の電気回路を達成するために必要な電気的絶縁も用いられ得る。これらは、トランスデューサ積層体ＴＬが機器に取り付けられるときに所望のトランスデューサ配置を提供するために使用され得る。例えば、図５のトランスデューサ積層体ＴＬが長軸ＬＡＸを中止にとして機器の軸周りに折り畳まれている場合、トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２は、機器の軸の周囲で分離される。別の例では、トランスデューサ積層体ＴＬが機器の軸を中心として巻き付けられている場合、トランスデューサは、機器の軸の周囲にらせん状に配置されてもよい。ＰＴ１及びＰＴ２の向きを調整し、最も適切な巻き付け／折り畳み取付形式を選択することによって、トランスデューサ配置の高度な柔軟性が提供される。図５Ｂに戻り、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、第１の導電体ＥＣ１と第２の導電体ＥＣ２との間で直列にかつ図１ＡのＣＣＴ１と同じ極性で電気接続されている。あるいは、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、図１ＢのＣＣＴ２のように、第１の導電体ＥＣ１と第２の導電体ＥＣ２との間で並列にかつ同じ極性で電気接続され得る。図５Ｂはまた、フォイルＦ１とフォイルＦ２とを互いに接合するために任意選択的に使用され得る第１の接着層ＡＬ１及び第２の接着層ＡＬ２を示す。単一の接着層が使用されたり、又は接着層を一切使用しなくてもよく、後者の場合にはファンデルワールス力を使用して２つのフォイルが互いに結合される。任意選択的に、トランスデューサ積層体は、トランスデューサ積層体ＴＬを表面に接合するために、トランスデューサ積層体ＴＬの外面に配置された１つ又は両方の接着層ＡＬ１Ａ、ＡＬ２Ａを含み得る。図５ＢでＰＴ１について示されるように、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、分極材料層ＰＩ、及び分極材料層ＰＩとの電気接触を提供する電極ＥＬＡ、ＥＬＢを備え得る。図５Ｃに分解図として示されるように、断面Ｘ−Ｘ’に沿って、トランスデューサ積層体ＴＬは、第１の細長いフォイルＦ１と第２の細長いフォイルＦ２との間に導電体ＥＣ１、ＥＣ２を挟むことによって組み立てられ得る。第１の分極トランスデューサＰＴ１、第２の分極トランスデューサＰＴ２、及び導電性トラックＣＴＲは、第１の接着層ＡＬ１内に押し込まれているように示されている。そのような構造は、導電性トラックＣＴＲを第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２と電気接触させて保持する。

図５Ｄ及び図５Ｅに示すように、長軸ＬＡＸ沿いの位置Ｙ−Ｙ’において、第１の導電体ＥＣ１、第２の導電体ＥＣ２、第１の分極トランスデューサＰＴ１、及び第２の分極トランスデューサＰＴ２は、第１の細長いフォイルＦ１と第２の細長いフォイルＦ２との間に挟まれる。しかし、ここではサンドイッチ内に導電性トラックＣＴＲが存在しない。したがって、図５Ｄ及び図５Ｅに示されるように、導電性トラックＣＴＲは、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２の表面積の一部のみを覆い得る。

図５Ｆに示すように、長軸ＬＡＸ沿いの位置Ｚ−Ｚ’において、第１の導電体ＥＣ１及び第２の導電体ＥＣ２は第１の細長いフォイルＦ１と第２の細長いフォイルＦ２との間に挟まれており、第１の分極トランスデューサＰＴ１及び第２の分極トランスデューサＰＴ２はいずれも、第１の細長いフォイルＦ１と第２の細長いフォイルＦ２との間に挟まれていない。したがって、位置Ｚ−Ｚ’はトランスデューサ積層体ＴＬの電気的相互接続部を定める。

図５の第１及び第２の細長いフォイルＦ１、Ｆ２は様々なポリマー材料から形成され、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、又はポリアミド（ＰＡ）が使用され得る。好ましくは、フォイルは電気的絶縁材料から形成される。接着層ＡＬ１、ＡＬ１Ａ、ＡＬ２、ＡＬ２Ａは原則的には任意の接着層であり得るが、感圧接着剤、すなわちＰＳＡ層が好ましい。感圧接着剤とは、圧力を加えると接着結合を形成する種類の材料である。好都合なことに、感圧接着剤は信頼性の高い結合を提供し、よって、組み立てが迅速な強固な構造を提供する。適切な感圧接着剤は、３Ｍ社製の製品２８１１ＣＬを含む。これらは、３Ｍ社によって供給される製品９０１９のように、ＰＳＡ被覆ポリマーシートとして供給されてもよい。ＰＳＡ被覆ポリマーシートは、典型的には、除去可能な外層を剥がして接着層を露出させるよう構成されており、よって、接着層の接着特性が求められるまで接着層が保護される。さらに、接着層ＡＬ１、ＡＬ１Ａ、ＡＬ２、ＡＬ２Ａは、電気的絶縁材料から形成されることが好ましい。導電体ＥＣ１、ＥＣ２は、分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２、より具体的には分極トランスデューサの対応する電極ＥＬＡ、ＥＬＢとの電気接触を提供する。導電体に適した材料は金属、例えば金、アルミニウム、銅、銀、及びクロムを含む。好ましくは、導電体はワイヤーの形態をとる。通常は実質的に円形の断面を有するワイヤーは、高いフレキシビリティを有するトランスデューサ積層体ＴＬを提供する。図５の分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２は、超音波信号を検出するように構成される。好ましくは、これらは圧電材料から形成される。図５の分極トランスデューサＰＴ１、ＰＴ２に好ましい材料は、ポリフッ化ビニリデン、すなわちＰＶＤＦ、又はＰＶＤＦグループの関連材料、例えばポリフッ化ビニリデントリフルオロエチレンなどのＰＶＤＦコポリマー及びＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）などのＰＶＤＦターポリマーを含む。これらの材料は、トランスデューサ積層体ＴＬに容易に組み込まれる可撓性層の形態で入手可能である。

図５のトランスデューサ積層体ＴＬは医療機器のシャフトに取り付けられ得る。医療機器は、図４を参照して説明した上述の位置追跡システムのような追跡システムにおいて使用され得る。トランスデューサ積層体は、例えば医療機器のシャフトの周りに巻き付けられ、例えば図３に示す医療用針のシャフトの周りに巻き付けられ得る。

要約すると、ＥＭＩの影響を受けにくい医療機器が説明された。医療機器は、ボディ、第１の導電体、第２の導電体、第１の分極トランスデューサ、及び第２の分極トランスデューサを含む。第１の導電体及び第２の導電体はそれぞれボディに沿って延びる。第１の分極トランスデューサ及び第２の分極トランスデューサは、それらの外面が反対の極性を有するようにボディに取り付けられている。さらに、第１の分極トランスデューサ及び第２の分極トランスデューサは、第１の導電体と第２の導電体との間に、ｉ）直列にかつ同じ極性で電気接続されるか、又はｉｉ）並列にかつ同じ極性で電気接続される。医療機器において、第１の導電体及び第２の導電体のそれぞれにおける共通のＥＭＩ信号は、後に、各導電体における電気信号を減算することによって相殺され得る。

本発明の医療機器は、図面及び上記において位置追跡システムに関連して詳細に図示及び記載されているが、本願は説明的又は例示的であり、非限定的であると考えられるべきである。さらに、本発明は開示された実施形態に限定されず、様々な医療用感知アプリケーションにおいて使用され得る。さらに、様々なシステム、装置、及び方法を提供するために、本明細書に例示された様々な実施例及び実施形態を組み合わせることができることを理解されたい。

Claims

医療機器のシャフトに取り付けられるトランスデューサ積層体であって、前記トランスデューサ積層体は、
第１の細長いフォイルと、
第２の細長いフォイルと、
第１の導電体と、
第２の導電体と、
超音波信号を検出するための第１の分極トランスデューサと、
超音波信号を検出するための第２の分極トランスデューサとを備え、
前記第１の細長いフォイル、前記第２の細長いフォイル、前記第１の導電体、及び前記第２の導電体はそれぞれ長軸に沿って延び、
前記長軸沿いの第１の位置において、前記第１の導電体、前記第２の導電体、前記第１の分極トランスデューサ、及び前記第２の分極トランスデューサは、前記第１の細長いフォイルと前記第２の細長いフォイルとの間に挟まれており、前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは、互いに隣接するように、かつ、前記第１の細長いフォイルに面する各々の外面が反対の極性を有するように配置され、前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは、前記第１の導電体と前記第２の導電体との間に、ｉ）直列にかつ同じ極性で電気接続されるか、又はｉｉ）並列にかつ同じ極性で電気接続され、
前記長軸沿いの第２の位置において、前記第１の導電体及び前記第２の導電体は、前記第１の細長いフォイルと前記第２の細長いフォイルとの間に挟まれており、前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサはいずれも、前記第１の細長いフォイルと前記第２の細長いフォイルとの間に挟まれていない、
トランスデューサ積層体。
前記トランスデューサ積層体はさらに差動増幅回路を備え、前記差動増幅回路は、前記第１の導電体及び前記第２の導電体と電気接続されており、また、前記第１の導電体によって運ばれる電気信号と前記第２の導電体によって運ばれる電気信号との間の増幅された差分に対応する増幅された差分電気信号を生成する、請求項１に記載のトランスデューサ積層体。
請求項１又は２に記載のトランスデューサ積層体を備える、医療機器。
前記医療機器はシャフトを含み、前記トランスデューサ積層体は前記シャフトの周りに巻き付けられる、請求項３に記載の医療機器。
超音波信号と電磁干渉とを識別するための、ソフトウェアによって実装される方法であって、前記方法は、
差動増幅回路を用いて、請求項３に記載の医療機器の前記第１の導電体によって運ばれる電気信号と前記第２の導電体によって運ばれる電気信号との間の差分を増幅し、増幅された差分電気信号を提供するステップであって、前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは超音波信号を検出する、ステップと、
アナログ−デジタル変換回路を用いて、前記増幅された差分電気信号をデジタル信号に変換するステップとを含む、方法。
超音波イメージングプローブと、
画像再構成ユニットと、
位置決定ユニットと、
医療機器であって、
ボディと、
第１の導電体と、
第２の導電体と、
超音波信号を検出するための第１の分極トランスデューサと、
超音波信号を検出するための第２の分極トランスデューサとを備え、
前記第１の導電体及び前記第２の導電体はそれぞれ前記ボディに沿って延び、
前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは、それらの外面が反対の極性を有するように前記ボディに取り付けられており、
前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは、前記第１の導電体と前記第２の導電体との間に、ｉ）直列にかつ同じ極性で電気接続されるか、又はｉｉ）並列にかつ同じ極性で電気接続される、医療機器と、
差動増幅回路と、
アイコン提供ユニットとを備える位置追跡システムであって、
前記超音波イメージングプローブは、超音波場内の超音波信号を生成及び検出し、
前記画像再構成ユニットは、前記超音波イメージングプローブによって生成及び検出された前記超音波信号に基づいて、前記超音波場に対応する再構成された超音波画像を提供し、
前記差動増幅回路は、前記医療機器の前記第１の導電体及び前記第２の導電体に電気接続されており、また、前記超音波イメージングプローブと前記医療機器との間で送られた超音波信号の検出に応答して、前記第１の導電体によって運ばれる電気信号と前記第２の導電体によって運ばれる電気信号との間の増幅された差分に対応する増幅された差分電気信号を供給し、
前記位置決定ユニットは、前記増幅された差分電気信号を受信し、前記増幅された差分電気信号、及び前記超音波イメージングプローブと前記医療機器との間で送られた前記超音波信号に基づいて、前記超音波場に対する前記医療機器の位置を計算し、
前記アイコン提供ユニットは、前記再構成された画像において、前記超音波場に対する前記医療機器の位置を示すアイコンを提供する、位置追跡システム。
前記医療機器はさらに、ｉ）電気シールド及び／又はｉｉ）絶縁体層を含み、前記電気シールドは、少なくとも前記第１の導電体及び前記第２の導電体を前記電気シールドと前記ボディとの間に挟み、前記絶縁体層は、前記ボディと前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサの両方との間に配置される、請求項６に記載の位置追跡システム。
前記医療機器の前記ボディは細長い形状を有する、請求項６に記載の位置追跡システム。
前記第１の導電体及び前記第２の導電体はそれぞれ、前記細長いボディの周りにらせん状に巻かれる、請求項８に記載の位置追跡システム。
前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは、前記細長いボディの周りにリング状に巻かれる、請求項９に記載の位置追跡システム。
前記細長いボディは軸を有し、前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサは前記軸沿いに分離される、請求項１０に記載の位置追跡システム。
前記ボディは針を含む、請求項６乃至１１のいずれか一項に記載の位置追跡システム。
前記第１の分極トランスデューサ及び前記第２の分極トランスデューサはそれぞれ圧電材料から形成される、請求項６乃至１２のいずれか一項に記載の位置追跡システム。
前記第１の導電体及び前記第２の導電体はそれぞれワイヤーから形成される、請求項６乃至１３のいずれか一項に記載の位置追跡システム。
前記超音波イメージングプローブと前記医療機器との間で送られる前記超音波信号は、ｉ）前記超音波イメージングプローブによって生成されるか、又はｉｉ）前記超音波イメージングプローブに取り付けられた少なくとも３つの超音波エミッタによって生成される、請求項６に記載の位置追跡システム。