JP4384842B2 - 脈管内超音波画像化用カテーテル及び超音波システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体の内部を画像化するための超音波装置および方法に関し、より詳細には、マルチエレメント・トランスデューサ・アレイを備えたカテーテルを使用する、介入的(interventinal)な、脈管内または心臓内の画像化に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば心臓構造、腹部器官、胎児および脈管系といった、人体内の組織構造を観察するために、超音波画像化技術が広く用いられている。超音波画像化システムは、マルチプル・チャネル送受信ビームフォーマに接続されたトランスデューサ・アレイを含み、所定のタイミング系列で電気的パルスを個々のトランスデューサに印加し、アレイから所定の方向に伝搬する送信ビームを発生する。送信ビームが身体を通過するとき、種々の音響特性を有する組織構造から音響エネルギーの一部が反射されてトランスデューサ・アレイに戻る。受信トランスデューサ(これは前記送信トランスデューサが受信モードで動作しているものでもよい)は、反射された圧力パルスを、対応するRF信号に変換し、それらは受信ビームフォーマに供給される。個々のトランスデューサまでの距離が種々異なるので、反射音波は、種々の時間で個々のトランスデューサに到達し、従って、前記RF信号は種々の位相を有する。受信ビームフォーマは、アナログ加算器に接続された補償遅延素子を備えた複数の処理チャネルを有する。受信ビームフォーマは、チャネル毎の遅延値を使用する。また、選択された焦点からの反射エコーを集める。その結果、遅延信号が加算されるとき、この焦点に対応する諸信号から一つの強い信号が生成される。しかし、種々の点から到達してくる諸信号は、種々の時間に対応しているため、ランダムな位相関係を有しており、従って、互いに弱め合うように干渉する。さらに、ビームフォーマは、トランスデューサ・アレイに対する受信ビームの向きを制御する相対遅延を選択する。従って、受信ビームフォーマは、所望の向きを有する受信ビームを動的に操縦することが可能であり、また、それらを所望の深度にフォーカスすることが可能である。このようにして、超音波システムはエコー・データを獲得する。
【0003】
心臓および脈管系の生物学的組織を画像化するために、侵入型、半侵入型および非侵入型の超音波システムが使用されている。心臓および脈管系内の血圧および血流を測定するために、ドップラー超音波画像化システムが使用されている。半侵入型システムは、経食道画像化システムを含み、侵入型システムには、脈管内画像化システムが含まれる。経食道システムは、食道内への挿入用に作られた、細長い、準柔軟タイプの本体、を備えた挿入チューブを有する。挿入チューブは長さ約110cm、直径約30Fであり、また、チューブ遠位端の近くに取付けられた超音波トランスデューサ・アレイを含む。経食道システムは、また、トランスデューサ・アレイに接続された送信ビームフォーマおよび受信ビームフォーマを含む、制御および画像化用の電子回路を含む。心臓を画像化するには、送信ビームフォーマは、放出パルスを比較的に大深度にフォーカスし、受信ビームフォーマは、10〜20cm離れたところにある構造からのエコーを検出する。これは比較的遠い射程距離である。
【0004】
脈管内画像化システムは、経食道カテーテルとは異なる種々の設計検討を必要とする脈管内カテーテルを使用する。脈管内カテーテルのための設計検討は、ミ脈管系の生理機能または心臓の生理機能に特有のものである。脈管内カテーテルは、長さ約110〜130cmで直径約8F〜14Fの細長い柔軟な本体を有する。カテーテルの遠位領域は、遠位端の近くに取り付けられた超音波トランスデューサを含む。組織を画像化するには、いくつかの機械的走査設計が使用されている。例えば、回転式トランスデューサ素子または回転式超音波ミラーが使用され、掃引的に超音波を反射する。また、いくつかのトランスデューサ素子を備えたカテーテルが使用されており、その場合、種々のトランスデューサ素子が電子的に作動し、円形パターンの音波ビームを掃射する。このシステムは、脈管内で一連の半径位置を通じて音波ビームを繰り返し掃射することによって、動脈の横断的な走査を行うことが可能である。各半径位置ごとに、システムは散乱された超音波エコーをサンプリングし、処理された値を格納する。しかし、これらの超音波システムは、反射音波ビームについての焦点距離が一定である。かかる一定焦点距離によって、解像はカテーテルのまわりの一定半径領域に限定される。
【0005】
更に、冠動脈を含む動脈における狭窄病巣の位置と特性を測定するために、脈管内超音波画像化が使用されている。この処置においては、先端に配置されたトランスデューサを備えるカテーテルが、動脈内で関心領域に位置決めされる。カテーテルを後退させるとき、システムは超音波データを集める。画像化システムは、トランスデューサ先端の位置および速度を記録するためのカテーテル追跡検出器を含む。画像化システムは、トランスデューサ後退中に種々の位置について獲得された2次元画像を蓄積する。或る画像発生器は、血管または心臓の検査領域の3次元画像を提供可能であるが、その画像は大抵、側方ペネトレーションが低くなる。
【0006】
最近、冠動脈疾患のアセスメントや治療において、上述した機械的な回転式トランスデューサ設計を備えた超音波カテーテルの使用が増大している。これらのカテーテルは、より大きなアパーチャを有し、より深いペネトレーション深度を生み出すものであり、それにより、トランスデューサから数センチメートルの距離にある組織、例えば、人間の心臓の右心房、の画像化を可能にしている。これらの画像は電気生理学的カテーテルの配置を助けることが可能である。しかし、これらのデバイスでも、ペネトレーションにおいて若干限界があり、また、側方制御の限界、および、選択された組織領域を狙う能力の限界を有するため、選択された組織領域の高品位なリアルタイム画像を供給するにはまだ至っていない。一般に、生成された図は、主に短軸断面図であり、その側方ペネトレーションは低い。
【0007】
現在のところ、介入的医療の心臓医が心臓カテーテル法研究室(Cathlab)や電気生理学研究室(Eplab)で行われるような脈管構造または心臓におけるデバイスの案内および配置について主に頼っているのは、蛍光透視による画像化技術を使用することである。蛍光透視は、胸腔(すなわち心臓が位置するところ)の透過図を医師に供給するため、リアルタイムなフレームレートでX線を使用する。2平面型蛍光透視鏡は、互いに90度をなして取り付けられた2対の受信機−送信機を有し、心臓の解剖学的構造のリアルタイム透過画像を供給する。これらの画像は、心臓の解剖学的構造をすでに理解している医師の頭の中に3次元幾何学的配置感覚を提供することにより、カテーテルの位置決めにおいて医師を補助する。蛍光透視は、有用な技術ではあるが、本当の組織の鮮明度を備えた高品位画像を提供するものではない。医師および補助医療スタッフは、自分達のX線被曝を減らすために、自らを鉛スーツで覆う必要があるし、可能なときはいつも蛍光透視画像化の時間を制限する必要がある。更に、例えば妊娠している女性など、X線の有害性のため蛍光透視が適用できない患者もいる。経胸腔および経食道超音波画像化技術は、臨床治療および外科手術的環境において非常に有用であるが、しかし、介入的術式を受けている患者についてCathlabやEplabでは広くには使用されていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、必要とされているのは、選択された組織領域の3次元解剖学的構造を視覚化可能な、効果的な脈管内または心臓内画像化のための超音波システムおよび方法である。そのようなシステムおよび方法は、容易な操作および位置の制御を可能とする画像化カテーテルを使用する必要があろう。更に、その画像化システムおよび方法は、選択された組織についての便利なターゲティングを提供する必要があり、また、近く及びより遠くの組織構造、例えば心臓の左右など、の画像化を可能にするような、優れた側方ペネトレーションを提供する必要があろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、脈管内画像化のための超音波システムおよび方法である。一観点によれば、生物学的組織画像化のための超音波システムが、超音波トランスデューサ・アレイを備えた脈管内カテーテル、送信ビームフォーマ、受信ビームフォーマ、および画像発生器を含む。前記脈管内カテーテルは、血管への挿入のために適した、またカテーテル・ハンドルに接続された、細長い本体を有する。前記カテーテルは、操縦可能なガイド・シース内に配置されたカテーテル・コア(どちらも近位端および遠位端を有する)を含む。前記カテーテルは、検査組織領域に関して選択された姿勢を有するために前記トランスデューサ・アレイを位置決めするための位置決めデバイスに接続された関節領域を含む。前記トランスデューサ・アレイの各向きについて、前記送受信ビームフォーマは、前記検査組織領域の画像平面にわたる超音波データを獲得する。前記カテーテル・コアは、ある角度範囲にわたる振動または回転をするように構築および設定された回転デバイスに結合され、多数の画像平面にわたる超音波データを獲得する前記トランスデューサ・アレイ。前記画像発生器は、前記獲得された超音波データに基づいて選択組織画像を形成するように構築される。
【0010】
他の一観点によれば、選択組織領域の超音波画像を取得するために構築された送受信ビームフォーマに接続された超音波トランスデューサのアレイを含む、生物学的組織の画像化のための超音波システムにおいて、脈管内カテーテルを提供する。脈管内カテーテルは画像化コアと操縦可能なガイド・シースを含む。前記操縦可能なガイド・シースは、血管へ挿入するために構築された遠位シース部と近位シース部とを含む。前記遠位シース部は、選択された指向を担う関節領域を含む。前記画像化コアは、前記ガイド・シース内で回転動作可能に構築されていて、前記近位シース部内に配置された、近位コア部と、前記遠位シース部内に配置された、遠位コア部を含む。前記超音波トランスデューサ・アレイは、前記画像化コアの前記遠位コア部上で長手方向に配置されている。位置決めデバイスが、前記関節領域の前記選択された姿勢を制御してそれによって前記超音波トランスデューサ・アレイを前記選択組織領域に関して指向させるように、構築される。前記超音波トランスデューサは、或る方位角範囲によって画定される画像セクタにわたる超音波データを検出するように構築される。前記画像セクタの頂点のまわりで前記超音波トランスデューサ・アレイを或る仰角範囲にわたって回転変位させるように構築された回転デバイス。
【0011】
他の一観点によれば、生物学的組織の画像化のための超音波システムが、カテーテル・ハンドルを備えたカテーテルと、送信ビームフォーマと、受信ビームフォーマと、画像発生器とを含む。前記カテーテルは、コア手段の遠位部上で長手方向に配置された超音波トランスデューサ・アレイを含むコア手段を含み、また、前記コア手段を受け入れて前記コア手段の定義された回転運動を可能とさせるためのガイド・シース手段を含む。前記カテーテルは、また、前記トランスデューサ・アレイを関心組織領域に関して指向させるための位置決め手段に結合された関節手段と、前記トランスデューサ・アレイを或る選択された仰角範囲にわたっって振動させるための前記コア手段に結合された回転手段とを含む。前記送信ビームフォーマおよび前記受信ビームフォーマは、前記トランスデューサ・アレイに接続され、また、前記トランスデューサ・アレイの各仰角範囲ごとに、或る方位角範囲で画定される画像セクタの超音波データを獲得するように構築される。前記画像発生器は、種々の仰角について多数の画像セクタにわたる超音波データを受け取り、その超音波データから関心組織領域の画像を形成するように構築される。
【0012】
これらの観点の好ましい実施形態は、以下の特徴のうち少なくとも一つを含む。
【0013】
前記超音波システム及び前記カテーテルが、或る方位角範囲および或る仰角範囲によって選択されたボリュームにわたる超音波データを集めるように構築される。前記超音波システム及び前記カテーテルが、少なくとも15Hzの走査周波数を達成可能なリアルタイム画像化のために構築および設定される。
【0014】
前記画像化コアおよび操縦可能なガイド・シースが、カテーテル・ハンドルに結合される。前記カテーテル・ハンドルは、回転デバイスおよび補償機構を更に含む。前記補償機構は、前記ハンドルにおける好ましからざる震えを減らすために前記回転デバイスの動作を相殺するように配置される。前記加速度計が前記補償機構に信号を提供することも可能である。
【0015】
前記回転デバイスは、前記画像化コアに結合された駆動モータを含み、前記補償機構は相殺用モータを含む。前記補償機構は、前記超音波アレイの振動の周波数での固有周波数応答を有するように設計される。
【0016】
前記回転デバイスは、約15Hzの共振周波数を上回る変わりゆく周波数で前記画像化コアを振動させるように構築および設定された駆動モータを含む。
【0017】
前記回転デバイスは、前記仰角範囲の選択角度にわたって前記超音波アレイを振動させるように構築および設定された駆動モータを含む。前記回転デバイスは、前記超音波アレイを、関心組織領域に関して或る選択角度に位置決めし、また前記アレイを或る選択時間にわたって前記角度に維持するように、更に構築および設定される。前記回転デバイスは、前記画像化コアに結合されたステッピング・モータを含むことも可能である。
【0018】
前記脈管内カテーテルは、前記画像化コアと前記ガイド・シースとの間に配置され前記画像セクタの頂点のまわりで前記超音波アレイの回転または振動を容易にするように配置された軸受けセット、を更に含む。前記軸受はロー・プロフィールにすることが可能であり、前記ガイド・シースにそれらを組み込み成形することも可能である。前記軸受は流体性力学的設計とすることが可能である。
【0019】
前記カテーテル・ハンドルは、前記補償機構に結合され前記ハンドルにおける好ましからざる震えを検出するように配置された加速度計を含む。前記加速度計は、前記補償機構に信号を供給してもよい。
【0020】
前記カテーテルは、前記超音波アレイの向きを検出し前記回転デバイスに帰還信号を供給するように構築および設定された位置センサを含む。前記位置センサは、前記遠位シースに配置可能である。前記位置センサは、送信機および検出機を備えた音波飛行時間式(acoustic
time−of−flight)位置決めシステムを含んでもよい。前記位置決めセンサは、AC電磁トラッキング・センサまたはDC電磁トラッキング・センサを含むことが可能である。
【0021】
前記カテーテルは、前記画像化コアの動作による震えを検出するように設定された加速度計を含む。
【0022】
前記カテーテルの前記関節領域は、第1の関節機構と協調的に設定された多数の関節リンクを含む。前記第1の関節機構は、前記位置決めデバイスに結合された少なくとも1本のプッシュプル・ロッドを含む。前記カテーテルは、更に、前記プッシュプル・ロッドの変位を検出するように構築および設定されたセンサを含んでもよい。前記位置決めデバイスは、ラックアンドピニオン機構を含んでもよい。前記関節リンクおよび前記プッシュプル・ロッドは、前記位置決めデバイスによる作動時に前記遠位部分を平面内で曲げるように、協調的に設定される。前記関節領域は、平面内J字フックを形成可能である。
【0023】
前記カテーテルは、第2の関節機構を更に含む。前記第2の関節機構は、前記位置決めデバイスによる作動時に前記遠位部分を平面外に曲げるように(即ち、平面外J字フック)前記関節リンクと協調的に設定された、第2のプッシュプル・ロッドを含む。
【0024】
前記カテーテルは、2本の及び、前記関節領域内に含まれた多数の関節リンクを含む。前記多数の関節リンクは、前記位置決めデバイスによる前記プッシュプル・ロッドの作動時に前記遠位部分を平面内でS字状の曲線を成すように曲げるように前記プッシュプル・ロッドと協調的に設定される。前記カテーテルは、更に第3の関節機構を含んでもよい。前記第3の関節機構は、前記位置決めデバイスによる作動時に更に前記遠位部分を平面外に曲げるように(即ち、平面外S字フック)前記関節リンクと協調的に設定された第3のプッシュプル・ロッドを含む。
【0025】
前記画像化コアは、高い捩り剛性と、曲げに対する高い柔軟性とを示すように構築された駆動シャフトを含む。前記駆動シャフトは、少なくとも2つの逆巻きされたスプリングから作成されてもよい。
【0026】
前記画像化コアは、前記操縦可能なガイド・シースに、着脱可能に挿入できる。前記操縦可能なガイド・シースは、シース・ハンドルに結合可能であり、そのシース・ハンドルは、前記カテーテル・ハンドルに結合可能である。前記シース・ハンドルは、更に、前記ガイド・シースを前記ハンドルに対する所定の位置にロックするように構築および設定されたv−帯鉤を含む。前記ガイド・シースは、使い捨てでもよいし、洗浄および消毒後に再使用可能としてもよい。前記ガイド・シースは、前記トランスデューサ・アレイの前に配置された超音波透過性のウィンドウを更に含む。
【0027】
前記カテーテルは、前記遠位シース部と前記遠位コア部間の接続媒体を供給するように構築および設定された充填用ポートを更に含む。前記充填用ポートは、前記カテーテル・ハンドルの近くに配置可能である。
【0028】
前記カテーテルは、前記遠位シース部に配置された、また、前記遠位シース部と前記遠位コア部間のボリュームに連通するように設定された、フラッシュポートを更に含む。
【0029】
前記位置センサは、前記画像化コアの位置を供給するフィードバック信号を前記駆動モータに供給するように構築および設定可能である。前記駆動モータは、角位置のフィードバックを供給するように構築および設定されたロータリー・エンコーダを含む。
【0030】
前記超音波システムは、前記組織ボリュームに対し4次元的走査を行うように構築および設定してもよい。
【0031】
もう一つの観点によると、生物学的組織を画像化する方法が、脈管内カテーテルの細長い本体の遠位部上で長手方向に配置された超音波トランスデューサ・アレイとともに前記細長い本体を血管に挿入するステップを含む。前記トランスデューサ・アレイは、送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマに接続される。前記方法はまた、検査される組織領域に関連して、選択された向きを有するように前記トランスデューサ・アレイを位置決めするステップ、および、前記トランスデューサ・アレイの各向きについて、前記検査組織領域の画像平面にわたる超音波データを取得するステップを含む。前記方法はまた、前記トランスデューサ・アレイを回転する又は或る角度にわたって振動させるステップ、多数の画像平面にわたる超音波データを取得するステップ、および、前記組織領域の選択された組織画像を前記取得された超音波データに基づいて形成するステップを含む。
【0032】
有利には、好ましくは前記カテーテル・シース内に配置された前記関節機構が、好ましくは前記画像化コアの遠位部上に配置された前記トランスデューサ・アレイの向き合わせを行う。前記超音波システムは、選択可能な予想可能な組織ボリュームにわたってエコー・データを集め、対応するデータ・ボリュームを提供する。前記データ・ボリュームの前記選択可能な配置および向きが、前記組織画像を著しく改善する。臨床医は、動いている器官を含む選択された組織の2次元的画像を集めるために、前記トランスデューサ・アレイの回転速度または走査周波数を選択可能である。前記画像化システムは、既知の向きの画像を提供すする、前記組織の理解可能な視覚化を可能にする。映像ディスプレイが、前記画像の解剖学的に正しい向きを提供する。
【0033】
また、前記トランスデューサ・アレイを前記関心の組織の近くに位置決めし、、近フィールドの(near−in
field)画像化を行うこと(逆は、非侵入型または半侵入型の超音波システム、即ち、経胸腔的または経食道超音波システム、により行われる遠フィールド(far−infiled)画像化)には、いくつかの利点がある。例えば、前記トランスデューサを前記関心組織の近くに置くことは、聴覚像の品質を下げる、散乱、吸収及び組織構造収差の数を、実質的に低減する。
【0034】
脈管内カテーテルは、前記トランスデューサ・アレイを関心組織、例えば心臓組織、の比較的近くに位置決めするために、使用される脈管系を通るに適した小さい直径を有する。この小さな直径は、前記トランスデューサ・アレイの小さな仰角アパーチャを決定付けてしまう。かかる小さなアパーチャであると、ビーム幅を低減させることによって解像度を上げるためには、より高い超音波周波数を必要とする。より高い超音波周波数は、より急速に組織に吸収されるが、ここでは、これが問題にはならない。前記トランスデューサ・アレイが、前記関心組織に比較的近くに位置決めされるからである。前記ビーム幅はまた、レンジと共に変化するが、前記ビームの焦点合わせを行うことにより、焦点のところでのビーム幅は改善される。解像度向上のためには、低いf数(f−number)が要求される。妥当な被写界深度について、聴覚像は、一般に、約2〜4のf数を必要とする。これは最高解像度(またはフォーカス)エリアを、アパーチャの2〜4倍にする。これは、仰角方向で4mm〜8mmのレンジに相当する。
【0035】
脈管内画像化には、さらなる利点がある。前記トランスデューサは常に血液に囲まれているので、それにより、画像化される周囲の心筋や他の脈管、器官または組織との完全な音響的接続が可能になる。一方、経食道または経胸腔的画像化において音響的連絡が良くない場合、画像の断続的な喪失から、画像の取得が全く不可能となるまでにわたる問題を生じる可能性がある。これは、診断時間を長引かせ、介入デバイスを案内するためにリアルタイムなエコー・データに頼る介入治療者にとって大打撃となる。
【0036】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、超音波画像化システム10は、ケーブル16、張力緩和部17、及びコネクタ18によって、エレクトロニクス・ボックス20に接続されたカテーテル・ハンドル14を備えた画像化カテーテル12を含む。エレクトロニクスボックス20は、キーボード22と接続され、画像化信号をディスプレイ24に供給する。エレクトロニクスボックス20は、送信ビームフォーマ、受信ビームフォーマ、及び画像発生器を含む。画像化カテーテル12は、細長部36に接続された遠位部30を有する。細長部36の近位端は、カテーテル・ハンドル14の遠位端に接続される。カテーテル12の遠位部30は、硬質領域32及び可撓性領域34とを含み、後者は前者の約1〜3倍の長さである。可撓性領域34は、細長部36の遠位端に接続される。細長部36は、曲げ剛性が低く、捻り剛性が高い。
【0037】
また、図2Aを参照すると、画像化カテーテル12は、操縦可能なガイド・シース60に挿入可能な画像化コア40を含む。操縦可能なガイド・シース60は、硬質シース領域32A及び関節領域34Aを有する遠位シース部30Aを含む。ガイド・シース60は、その近位端において、ガイド・シース・ハンドル14Aに接続される。画像化コア40は、遠位コア部30B及び可撓性の、細長部36Bを含む。遠位コア部30Bは、硬質コア領域32B及び可撓性コア領域34Bを含む。画像化コア40が、ガイド・シース60に完全に挿入されたとき、硬質コア領域32Bは、硬質シース領域32Aの内側に配置され(図1では、まとめて硬質領域32として示した)、可撓性コア領域34Bは、関節領域34Aの内側に配置され(図1では、まとめて可撓性領域34として示した)、細長コア部36Bは、細長シース部36Aの内側に配置される(図1では、まとめて細長領域36として示した)。ガイド・シース・ハンドル14Aは、ハンドル14に結合可能である。ガイド・シース60は、使い捨て或いは再使用可能とすることができる。カテーテル12全体は、約8〜14フレンチ(french)の直径を有し、好ましくは12フレンチである。
【0038】
図3A及び図3Bを参照すると、画像化コア40の硬質コア領域32Bは、硬質シース領域32Aの内側に配置された1または数組の軸受で規定される回転動作向けに成形された、遠位ハウジング48と近位ハウジング46を含む(以下図4A〜図4Cで説明する)。硬質領域32はまた、画像化コア40上に線形的に配列された超音波トランスデューサ素子の一次元アレイ(または1.5次元アレイ)をなすように配置されたトランスデューサ・アレイ42を含む。トランスデューサ・アレイ42は、2〜256個のトランスデューサ素子を含み、好ましくは64個のトランスデューサ素子を含む。トランスデューサ素子は、駆動シャフト50の内側を延在してハンドル14((図3Aに示した))の内側のケーブルコネクタ150に接続されるフレックス回路56、に接続される。フレックス回路56は、全方向に実質的に一様な低い曲げ剛性を持つように、可撓性領域34に沿って及び細長コア部36に沿って修正される。例えば、1または数本のフレックス回路ストリップを、個々の信号線を露出するように長さ方向に沿ってスライスできる。スライスされたストリップは、一様な放射状配分となるように調節され、その後、可撓性材料(例えばRTVまたはウレタン)内に絶縁封入される。或いは、前記トランスデューサ素子を、一様な低い曲げ剛性を有するマルチエレメント同軸ケーブルに接続する。同軸ケーブルは駆動シャフト50内を延在する。
【0039】
駆動シャフト50は、捻れに対しては堅いが曲げに対しては柔軟な管状構造である。駆動シャフト50は、シリコンゴムまたは他の生体適合性可撓性チューブ54の内側に嵌合された鋼コイル52を含む。コイル52は、金属製または合金製のワイヤから製作可能であり、生体適合性材料で被覆してもよい。一好適実施形態では、駆動シャフト50は、3個のコイルからなり、その各々は0.01〜0.02インチ厚のベリリウム銅平巻きコイルからなる。これら3個の平巻きコイルは、互いに対して逆巻きされていて、それらの巻き部を、互い内に挿入させる。コイルは、その後、一体的構造を達成するように可撓性生体適合性チューブ内に嵌め込まれる。この管状構造は、捻れに対しては堅いが曲げに対しては柔軟である。或いは、駆動シャフト50は、鋼ブレード(braid)層で覆われた鋼製モノコイル(monocoil)、及びポリマー製外側チューブを含む。鋼製モノコイルは、駆動シャフト50に総合的な強さを与え、鋼ブレードは捻りに対する堅さを与える。
【0040】
図3A、3B及び3Cは、それぞれ、操縦可能なガイド・シース60の別々の実施形態の断面図である。現在好ましい実施形態は、図3Aに示した。操縦可能なガイド・シース60は、ハンドル14のガイド・シース・アダプタ15に結合された細長部36A及び遠位シース部30Aを含む。遠位シース部は30Aは、硬質シース領域32A及び、詳細は後述するが柔軟な関節領域34Aを含む。硬質領域32Aは、遠位ハウジング62、遠位ハウジング内に組み込まれた2セットの軸受64Aと64B、Oリング・シール68、及び超音波透過性ウィンドウ70を含む。透過性ウィンドウ70は、ポリエチレン製でよい。遠位ハウジング62は、着脱可能な栓を備えた流体ポート66、Oリング・シール68、及びその内部表面上に配置された軸受64を含む。遠位ハウジング62の内部表面はまた、硬質コア領域32が、軸受64及び64で支承され且つ制限されつつ、硬質シース領域32の内側でその軸まわりを回転可能なように、画像化コア40の遠位ハウジング48(図3A)を受け入れるように、形成されている。Oリング・シール68は、画像化コア40の外側表面とガイド・シース60の内側表面の間にシールを形成する。Oリング・シール68は、Oリング・シール68から流体ポート66に延在するシールされたトランスデューサ領域を提供する。トランスデューサ領域は、トランスデューサ素子42(図3A)を透過性ウィンドウ70に音響的に接続する超音波接続媒体で満たされる。透過性ウィンドウは、ポリプロピレン製でよい。流体ポート66は、トランスデューサ領域に接続媒体(例えば、シリコンオイル、食塩水または水)を導入するためのアクセスを提供する。遠位先端62の外側表面は、脈管系内のカテーテルの導入容易性および機動性に適するように形成されている。
【0041】
図3Aに示したように、関節領域34は、1または複数のプッシュプル・ロッド74で動かされる関節リンク72を含む。各プッシュプル・ロッドは、少なくとも部分的にはその長さに渡って、スプリング・シースによって取り囲まれ、その近位端をガイド・シース・アダプタ15に結合されている。プッシュプル・ロッド74は、関節リンク72(図5K)の内側に形成されたチャネル73内に配置される。関節リンク72とプッシュプル・ロッド74は、可撓性領域34の関節動作を楽にするように構築および設定される。これは、脈管系の内部でカテーテルが前進することを可能にし、また、検査される組織に対するトランスデューサ・アレイ42の指向を可能にする。
【0042】
ガイド・シース・アダプタ15は、ハウジング100、V−帯鉤アクチュエータ102、ラックアンドピニオン機構106に結合されたプッシュプル・アクチュエータ104、及びOリング108を含む。Oリング108は、ガイド・シース・ハンドル15をカテーテル・ハンドル14に対してシールする(図6A)。特に、Oリング108は、コア・ハウジング119の表面119Aをシールし、リング108Cは、遠位ハウジング121の表面121Aをシールする。係合されたとき、V−帯鉤102が、ハンドル14に対するシース・ハウジング100の位置をロックし、また、画像化コア40が振動または回転する際にOリング108を通じて付加されるトルクを制限する。Oリング107が、プッシュプル・アクチュエータ104をシース・ハウジング100に対してシールする。プッシュプル・アクチュエータ104で制御されるラックアンドピニオン機構106が、線形的にプッシュプル・ロッド74を動かす。或いは、例えば、ジョイスティックにより制御される電子的アクチュエータを備えたモータを、ラックアンドピニオン機構106の代わりに設けてもよい。
【0043】
図3Bを参照すると、別の一実施形態において、操縦可能なガイド・シース60は、修正された遠位部30及び修正されたガイド・シース・アダプタ15に結合された細長部36を含む。遠位部30は、修正された硬質領域31及び可撓性領域34を有する。硬質領域31は、硬質領域32に提供された流体ポート66(図3A)の代わりに、開口したフラッシュポート65を備えた修正された遠位ハウジング61を含む。硬質領域32Aと同様に、硬質領域31は、軸受64及び透過性ウィンドウ70を含む。ガイド・シース・アダプタ15は、V−帯鉤アクチュエータ102、ラックアンドピニオン機構106に結合されたプッシュプル・アクチュエータ104、及びOリング108を含む。ガイド・シース・アダプタ15はまた、シースハウジング100に結合されたフラッシュポート110を含む。フラッシュポート110は、フラッシュポート65に連通する。導入された接続媒体(例えば、ヘパリン添加(hepranized)食塩水溶液)は、画像化コア40の外側表面とカテーテル・シース60Aの内側表面との間を、カテーテルの全長に沿ってフラッシュポート65に流れる。トランスデューサ領域では、接続媒体は、トランスデューサ素子を透過性ウィンドウ70に音響的に接続する。
【0044】
図3Cを参照すると、別の一実施例では、操縦可能なガイド・シース60Bは、修正された短い硬質領域31及び可撓性領域34を有する修正された遠位部30を含む。硬質領域31は、軸受63のセットを備えた軸受ハウジング69を含む。操縦可能なガイド・シース60においての場合とは異なり、硬質領域31は、遠位ハウジングや透過性ウィンドウを含まない。V−帯鉤アクチュエータ102を備えたシース・ハウジング100、ラックアンドピニオン機構106に結合されたプッシュプル・アクチュエータ104、及びOリング108を含む。フラッシュポート110から導入された食塩水(またはヘパリン)は、細長部36Aの長さに沿って画像化コア40の外側表面とカテーテルシース60の内側表面との間を流れ、トランスデューサ領域の近位端でカテーテルシース60を出る。その食塩水と脈管内の血液とが、トランスデューサ素子を検査される組織に音響的に接続する。
【0045】
図8Aは、カテーテル・ハンドル14の断面図である。カテーテル・ハンドル14は、コア・ハウジング119に結合された遠位ハウジング121、一組のコントロール123、及び、近位ハウジング125に結合された張力緩和部17を含む。カテーテル・ハンドル14内部の要素は、検査される組織に関してトランスデューサ・アレイ42を位置決め及び指向させるように構築および設定される。カテーテル・ハンドル14は、駆動モータ128及び相殺モータ138を含む。相殺モータ138は、駆動モータ128の逆に動作するように配置され、よって好ましくない振動を防止する。駆動モータ128は、駆動シャフト50に結合されている、スプライン・ドライブ130を駆動する。スプライン・ドライブ130は、遠位ハウジング121内に配置された玉軸受の二重対のセット(132A及び132B)上に支承される。駆動モータ128は、軸受のセット(134A及び134B)上に支承され、相殺モータ138は、軸受140A及び140B上に支承される。フレックス回路56は、駆動シャフト50内を延在し、カテーテル・ハンドル内に入り、ガイド142に至り、それを越えると、クランプ146及び148につながれたサービスループ144を形成する。フレックス回路56の近位端は、コネクタ150に接続され、これがケーブル16への接続を提供する。
【0046】
現在のところ好ましい実施形態では、駆動モータ128は、画像化コア40を画像化モードに応じて低振動速度でまたは高振動速度で駆動するように構築および設定される。もう一つの実施形態では、駆動モータ128と相殺モータ138とが、低いまたは高い回転速度で画像化コア40を回転させるように構築および設定される。ロータリー・エンコーダ(例えば、Cleanwater、FL所在のMicroMo
Electronics製のもの)が、駆動モータ128の位置を感知し、そのデータを制御プロセッサに提供する。
【0052】
図8Bを参照しよう。駆動モータ128と相殺モータ138とによって形成された制振システムが、トランスデューサ・アレイ42の走査周波数で固有周波数応答をなすように設計される。相殺モータ138は、駆動モータ128の逆に動作するように配置され、よって大幅にまたは完全に、ハンドル14にかかる振動負荷を防止する。慣性I1の負荷質量154は、バネ定数K1で駆動モータ128に接続された画像化コア40を示す。減衰定数C1は、画像化コア40の動作に対する、食塩水溶液とカテーテル・シース60との影響を示す。バネ定数K2及び減衰定数C2は、軸受134Aと134Bを介したハンドル・ハウジング122(図8A)への駆動モータの結合を示す。ハンドル14はまた、相殺モータ138に取り付けられた慣性I2の相殺質量156を含む。バネ定数K3及び減衰定数C3は、軸受140Aと140Bを介してのハンドル・ハウジング122への相殺モータ138の結合を示す。このシステムは、数ヘルツから40Hzまでの範囲の周波数で動作するよう、好ましくは20Hz周辺となるよう、チューニングされる。
【0047】
図8Bはまた、カテーテル12の遠位部30に配置され、超音波アレイ42の姿勢を検出するように配置された位置センサ160を概略図的に示す。位置センサ160は、駆動モータ128の閉ループ制御に関係している。位置センサ160は、交流電磁場トラッキングセンサ(例えば、Burlington、VT所在のPlhemus製の3空間式Fastrak(商標))または直流電磁場トラッキングセンサ(例えば、Burlington、VT所在のAscention
Technology Corp製のPlhemus製のminiBIRD(商標))でもよい。或いは、位置センサ160は、カテーテル12の遠位先端に組み込まれた超音波クリスタル振動子、及び、患者に取り付けられた1又は数個の送信機、を使用する音波飛行時間計測型の位置決めシステムでもよい。飛行時間計測システムは、発信された信号を検出する超音波アレイ42からのクリスタルと、飛行時間−位置的変換を実行する信号プロセッサとを使用してもよい。例えば、このシステムは、カナダ国Ontario所在のSonometrics
Corp製ソノミクロメーターでもよい。
【0048】
ハンドル14は、Folkcruft,
PAに所在するRieker Instrument Company製(モデルナンバー:SEIKA
B2)の加速度計162に接続される。加速度計162は、カテーテルの高速動作中にハンドルに伝わる好ましくない振動力を検出するように配置される。駆動モータ128及び相殺モータ138は、特別な内部チューニングなしでのカテーテル間変動および動作速度範囲の全てを通じた振動制御の最適調整を提供する帰還制御を有する。相殺制御アルゴリズムが、負荷におけるいかなる変動をも微調整する。ハンドル14は、トランスデューサ・アレイ42の振動角度および周波数を手動制御するための制御スイッチ123(図8A)を含む。振動角度および周波数はまた、図7Aに関して説明するように、検査組織領域および既に得られた画像に応じて画像化システムにより制御可能である。
【0049】
一実施形態では、画像化カテーテル12は、フェイズドアレイ画像化システムHP
Sonos 2500またはHP
Sonos 5500(いずれも、現在はAgilent
Technoligies, Inc., Andover, MAである、以前Hewlett−Packard Companyで製造)に接続される。画像化システムは、8cmの深度と60Hzのフレームレートで90度の扇形セクタについて121本の走査線を生成するようにフェイズドアレイを使用する。トランスデューサ・アレイ42は、64個の素子を有し、また、2mmの仰角アパチャ及び6.5mmの方位角アパチャを含む。仰角は、エコー受信のとき動的にはフォーカスされず、電気的に走査される方位角アレイが有するような、調節可能な発信フォーカスを有していない。仰角方向走査線サンプリングは、仰角サンプリング間隔3度で、4分の3度の(3/4degree)方位角サンプリング間隔の3.25倍の粗さよりも粗い。フレームレートは、仰角方向のアレイの振動レートに合わせられ、約20Hzである。各セクタの方位角範囲を約30度に減らすことにより、走査線の数は僅か41ラインまで減らすことが可能である。このことは、仰角方向で各フレームあたり9個のセクタ獲得を可能にする。この設定によると仰角セクタ幅24度となり、これは、方位角方向における幅の80%である。
【0050】
トランスデューサ・アレイ42を検査組織に近くに位置決めし、近フィールドの画像化を行うことには、いくつかの利点がある。標的組織が画像化カテーテルに近いとき、走査線間隔は、通常使用される方位角方向で3/4度、仰角方向で3度、の状態から比例的に増大可能である。方位角セクタは90度まで増大可能であり、仰角は72度まで増大する。更に、僅か数センチ(即ち1〜3cm)離れて配置された組織領域については、画像化システムは、フェイズドアレイ画像化モードから線形アレイ画像化モードに切り替わるようにしてもよい。そのシステムは、参照により組み込まれる、米国特許出願シリアル番号08/655521に説明されたような、台形の表示を有する、位相式及び線形式アレイ画像化の組み合わせを提供する。
【0051】
カテーテル12で獲得された3次元超音波データは、米国特許第5159931号に説明されたアルゴリズムのような標準的復元アルゴリズムを使用して処理可能である。その3次元超音波データはまた、市場で入手可能な製品、例えば、Compact
3d(商標)を使用して処理してもよく、更に、ドイツ国のEdisonstrasse6, Unterchleissheim所在のTomTec
Imaging Systems
GmbH製グラフィックス・ワークステーションEchoView(商標)に表示可能である。
【0052】
或いは、画像化システムは、以下に説明する数個の正投影図画像を発生する。図7Aは、トランスデューサ・アレイ42で集められた、画像化ボリュームVのデータを示す。トランスデューサ・アレイ42は、超音波ラインを方位角範囲にわたって放出し、一画像平面についての超音波データを獲得するための選択半径(R)及び方位角範囲(Θ=プラスマイナス45度)にわたるエコーを検出する。組織ボリュームを画像化するために、駆動モータ128は、トランスデューサ・アレイ42をその軸について仰角範囲(Φ=プラスマイナス30度)にわたり振動させる。従って、画像化ボリュームVは、画像セクタと呼ばれる(S−1、S−2、S−3、S0、S1、S2及びS3のように個別に呼ばれる)、数個の画像平面を含む。
【0053】
また、図7を参照すると、画像化システムは、それぞれ方位角および仰角の配置が0度に当たる2つの直交中心平面S0及びL0(図4A)内の3つの正投影図を表示可能である。画像セクタS0(仰角0度のもの)がy=∞(無限大)からy=0に向かって画像化されるとき、それを正面図286と呼ぶ。背面図(図示せず)は、y=−∞(マイナス無限大)からy=0に向かって画像化される。x=∞(無限大)からx=0に向かって及びx=−∞(マイナス無限大)からx=0に向かって画像化されたL0に配置された画像セクタ(Θ=0度)は、それぞれ右側面図292及び左側面図291と呼ばれる。この時点で、臨床医は、以下に説明するように走査パラメータまたは表示パラメータを選択し直すことが可能である。
【0054】
画像化システムは、最初に正面図及び両側面図を臨床医に提供する。画像化システムはまた、走査ボリュームVにわたって正面図平面と側面図平面とに直交する選択された表面の画像である、少なくとも1つの修正Cスキャン画像を提供する。z=0から投影する組織表面を表示する修正Cスキャン画像は、上面図337と呼ばれる。そのCスキャン平面の反対側の組織表面(z=無限大、から)を表示するCスキャン画像は、底面図336と呼ばれる。臨床医は、修正Cスキャン画像に表示させるべき表面を手動選択可能(またはシステムが自動選択可能)である。画像化システムは、これらの正投影図を、15Hzを越えるフレームレートで(好ましくは約20Hz〜60Hzの範囲内で)リアルタイムに発生する。
【0055】
画像化システムは、画像調節のために自由度6を提供する。電子的調節が、選択された図の向きを得るために自由度3を提供する。3つの追加の自由度は、選択された組織構造に対するトランスデューサ・アレイ42の空間的向きに由来する。関節領域は、画像化ボリュームの指向を変更し、このようにして正面図、側面図、及び底面図の指向を変更する。
【0056】
有利なことに、上述した配置は、映像ディスプレイ上で画像平面が常に視覚頂点について回転するので、トランスデューサ・アレイ42の一仰角位置からもう一つまで、常に予想可能な図を提供する(詳細は後述する)。獲得された画像は、それゆえ、臨床医にとって更に容易に理解される。この逆は、超音波アレイについての非束縛式の回転という設定であり、その場合、一画像位置からもう一つの画像位置への回転のピボット点が予想できない。本配置はまた、後述する多様な3次元的画像化モードを生み出す基盤を提供する。
【0057】
図5Aから図5Kは、現在好ましい実施形態による画像化システムを概略図的に示す。画像化システムの全体の動作は、制御プロセッサ200により制御される。制御プロセッサ200は、入力コントロール202〜227からの入力コマンドを受け入れ、出力制御信号230〜251を提供する。制御プロセッサ200は、サーボ・モータ・エンコーダ兼コントローラ255及びビームフォーマ260に制御データを提供し、また、画像制御データを、処理表示電子回路(エレクトロニクス)に提供する。
【0058】
アレイ42の仰角の向きを制御するために、サーボ・モータ・エンコーダ兼コントローラ255は、仰角セクタ角度233及び仰角セクタ番号234を定義する制御データを受け取る。更に、コントローラ255は、位置センサ160からのデータを受け取る。コントローラ255は、トランスデューサ・アレイ42を所望の仰角の角度に変位させるモータ128を駆動し、その後、システムはこの画像セクタのための走査データを集める。(或いは、トランスデューサ・アレイ42は、選択された仰角範囲にわたって変位されていく間に数個のセクタにわたって走査データを獲得する。)
画像セクタ内での走査を制御するために、制御プロセッサ200は、制御データ、例えばタイミング230、走査線番号231及びレンジ235、をビームフォーマ260に提供する。ビームフォーマ260は、送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマを含む。送信ビームフォーマは、選択された走査線に沿って超音波ビームの伝播を方向付ける。好適には、この実施形態では、送信ビームフォーマは、トランスデューサ素子からの発信の位相処理を実行し、パイ形状のセクタにおいて選択された角度配分にわたる離間した数本の発信走査線に沿って超音波ビームを放出する。受信モードでは、受信ビームフォーマは、トランスデューサ素子を位相処理し、選択された角度配分にわたる離間した数本または1本の受信走査線に沿って超音波エコーを検出する。フェイズドアレイに接続された送受信ビームフォーマの動作は、例えば、米国特許4140022、4893283、5121361、5469851に説明されている。
【0059】
Bスキャンのパラメータを定義するために、制御プロセッサ200は、セクタ走査深度208、フレームレート210、及び方位角/仰角走査率212を定義する入力データを受け取る。セクタ走査深度は、それにわたってエコーが検出されるレンジ(R)を定義し、例えば、関心の生体組織に対するトランスデューサ・アレイの配置場所に応じて、4cm、8cm、または10cmである。臨床医は、関心の組織構造に応じてフレームレート210を選択可能である。動く器官についてのリアルタイム画像のためには、組織の運動による画像の不鮮明化を防ぐために、フレームレートは、少なくとも、毎秒当たり数フレームでなければならない。ユーザはまた、方位角/仰角走査率212を選択する。これはBスキャンを、単一セクタの、大きな方位角の走査(即ち、画像セクタ内で走査線のある角度範囲が大)から、多数のセクタの、最小方位角スキャン(即ち、大きな仰角変位にわたって走査された各画像セクタの角度範囲が小)まで、変化させる。従って、方位角/仰角走査率212は、底面図336の底面図画像アスペクト比(即ち、x/y次元)及び、図9に示したような、Cスキャンのための上面図337の上面図アスペクト比を提供する。
【0060】
好まれるセクタ走査深度、フレームレート及び方位角/仰角走査率に応じて、制御プロセッサ200は、角走査線間の角度間隔、および走査線数(231)を計算する。初期値に基づいて、プロセッサ200は可能な最大本数の走査線および可能な最大個数のセクタを割り当てる。具体的には、プロセッサ200は、走査セクタ間の角度間隔、即ち、セクタ角度(233)、及びセクタ数(234)を計算する。制御プロセッサ200は、これらの値を、上述したようにビームフォーマ260及びコントローラ255に提供する。
【0061】
制御プロセッサ200は、ビームフォーマ260により行われる走査シーケンスを選択する。送信ビームフォーマは、位相処理された超音波ビームの、各セクタについて計算された範囲にわたる走査線に沿う放出を方向付けする。放出された各走査線について、受信ビームフォーマは、対応する受信走査線に沿う超音波エコーを検出するためにトランスデューサ素子を位相処理する。或いは、受信ビームフォーマは、例えば、参照により組み込まれる、「フェイズドアレイ画像化システムのフレームレートの向上(Increasing
the Frame
Rate of
a Phased
Array Imaging
System)」と題した米国出願シリアル番号09/046437、において説明されるように、選択された角度配分にわたり離間した数本の受信走査線から走査データを合成する。RFデータは、10MHzの高さの中心周波数の近辺で60%にわたる通過帯域、または好ましくは、約5MHz〜7MHzの範囲の中心周波数の近辺で約35%の通過帯域のフィルタで、フィルタ処理される。
【0062】
制御プロセッサ200は、臨床医により入力されたかメモリに格納された、時間ゲイン補償(TGC)入力202、側方ゲイン補償(LGC)入力204、及び仰角ゲイン補償(EGC)入力206を受け取る。TGCコントロールは、トランスデューサ・アレイからの距離に応じて、通常は不連続なステップで、受信チャネル・ゲインを調節する。TGCコントロールは、超音波の、媒体を通って伝播するに伴う減衰を補償する。LGCコントロールは、受信チャネルゲインを、或る特定の走査線の方位角変位に応じて変化させ、一方、その走査線に沿うゲインは、トランスデューサ・アレイからの距離とともに影響を受けないままである。LGCコントロールは、組織の解剖学的構造のせいで超音波信号が或る特定の領域で減少する場合、或いは、対象になっている組織の向きによってエコー信号の輝度が変化する場合に望ましい。EGCコントロールは、受信チャネル・ゲインを、仰角変位に応じて変化させる。即ち、そのゲインを選択された走査セクタ(即ち走査プラン)に合わせて調節する。ユーザはまた、画像がより良く「見える」ように手動で再調整することも可能である。
【0063】
受信ビームフォーマは、検出されたRF信号を、上述した訂正を行う、時間ゲイン補償器(TGC)262、側方ゲイン補償器(LGC)264、及び仰角ゲイン補償器(EGC)266に供給する。EGC266は、補償をなされたデータを、境界検出器302及び322に供給する。
【0064】
或いは、TGC262、LGC264、及びEGC266は、合理的ゲイン補償(RGC)で置き換えられる。これは、米国特許5195521において、及び「Rational
Gain Compensation
for Attenuation
in Cardiac
Ultrasonography」(Ultrasonic Imaging、Vol.5, pp.214−228(1983))において説明されている。RGC補償は、血液と心臓組織の区別をしている間の減衰を補償する。RGCは、閾値(それより下では、後方散乱された信号が「ゼロ」に定義される)を使用することにより、血液および心臓組織についての信号ゲインを変更する。この場合、後方散乱信号は、血液から到来している。
【0065】
まだ図5Cを参照すると、ポストプロセッサ276及び318は、フィルタ処理され補償されたデータを、エンベロープ検出器274および317から受け取る。ポストプロセッサ276及び318は、一揃いの選択された曲線にデータを写像することにより、各データ点のコントラストを制御する。コントラストのレベルを各データ点に割り当てた後で、走査線バッファを使用して一走査線のデータを一時的にホールドすることが可能である。
【0066】
走査線データボリュームメモリ278が、処理されたエコーデータを受け取り、また、プロセッサ200から、走査線番号232、セクタ番号234、及びレンジ235を受け取る。データボリュームメモリ278は、各セクタに或る番号を割り当て、もう一つの番号を方位角方向の各走査線に割り当てることにより、データを行列形式で格納する。データボリュームメモリ278に格納されたデータ行列のサイズは、音響上のフレームレートに依存する。各走査周期(即ち、音響上のフレーム)が、データ行列を、方位角レンジと仰角レンジにより輪郭を描かれた走査ボリュームにわたって獲得されたデータ、で満たす。走査線番号は、データボリューム行列中のコラム番号に対応する。セクタ数は、データボリューム行列中の列番号に対応する。レンジ・データは、データボリューム行列中のコラム高さに対応する。データボリュームメモリ278は、その出力279をプロセッサ285及び290に提供する。
【0067】
同様に、境界データ・ボリューム・メモリ280も、前記処理されたエコー・データ及び多数決プロセッサ308からのデータを受け取る。境界データボリュームメモリ280はまた、プロセッサ200から、表示ライン番号232、セクタ番号234、レンジ235及びBスキャン表面コントラスト239を受け取る。データボリュームメモリ280もまた、データを行列形式で格納する。データボリュームメモリ280は、その出力281をプロセッサ285及び290に提供する。
【0068】
方位図法の図補間プロセッサ285及び仰角の図補間プロセッサ290は、メモリ278及びメモリ280からデータを受け取り、また、Bスキャンエッジ指示器310およびCスキャンエッジ指示器330から、データを受け取る。図入力に応じて、補間プロセッサ285及び補間プロセッサ290は、それぞれ、選択された正面図および選択された側面図を発生する。その正面図および側面図は、表示平面メモリ300に供給され、このメモリは、映像信号250を映像ディスプレイに供給する。その正面図および側面図(Bスキャンデータ)に基づいて、臨床医は、選択組織領域を含む領域を選択できる。臨床医は、レンジゲートのセッティングをすることにより、或いは、画像化された組織のあたりで関心領域(ROI)を描くことにより関心組織を選択する。
【0069】
臨床医は、前記正面図および側面図(即ちBスキャン画像)に基づいて関心領域の輪郭を描くことができる。制御プロセッサ200は、ROIペリメータ入力213を、レンジ235、ROIマーカ及びゲート236に変換する。それらは、或る領域の輪郭を描くように、映像ディスプレイに表示可能である。それらはまた、ROIの点からのエコーに応答して境界検出を行うための境界検出器302及び境界検出器322に供給される。通常は、組織表面または構造は、単一平面またはレンジに、うねりの様に出入りする。単にレンジ値または関心領域を選択することにより単純にエコーデータを表示するのでは、得られる結果は、諸々の区域の乱雑な継ぎ接ぎに終わってしまい、臨床医は、内容を思い浮かべたり理解したりすることが困難になろう。従って、本システムは、関心の組織表面を見つけるためにBスキャン境界検出器302及びCスキャン境界検出器322を使用する。
【0070】
図5Cに示したように、Bスキャン境界検出器302は、信号プロセッサ304、組織指示器306、多数決プロセッサ308、およびエッジ指示器310を含む。参照により組み込まれる米国特許5195521は、多数決回路および、ROI発生のための回路を開示している。制御プロセッサ200は、境界検出器302にROIイネーブル出力236、ライン番号出力231、及びセクタ番号出力234を供給する。信号プロセッサ304は、組織境界の場所確認の正確度を高めるために、組織からと血液からのエコーの差に敏感な標数を、RFデータから導き出す。その標数は、組織からの及び血液からの総合された後方散乱の振幅である。信号プロセッサ304は、その総合された後方散乱の振幅を割り出し、それを組織指示器306に供給する。(或いは、組織指示器306が直接にエコーRFデータを受け取ることも可能である。)
組織指示器306は、エコーが組織からか血液からかに応じて1またはゼロに等しい信号を出力する。多数決プロセッサ308は、或る走査セクタ内で個々の走査線ごとに、信号の多数派がゼロか1かを判定する。即ち、多数決プロセッサ308は、組織指示器306により供給された前記信号が組織からのエコーを表すのか血液からのエコーを表すのか、を示す信号を、各レンジ毎に生成し多数決プロセッサ308は、現在走査されている途中のラインを含む連続した走査線の多数派についてこの信号を生成する。もし、指示器306が、或るレンジにある反射は組織からのものである、ということを示す信号を、ラインの多数派について出力する場合、多数決プロセッサ308は、反射は組織からという事実を示す信号を出力する。同様に、指示器306が、異なる信号をラインの多数派について出力する場合、多数決プロセッサ308は、反射が血液からという事実を示すもう一つの信号を出力する。
【0071】
Cスキャン境界検出器322は、Bスキャン境界検出器302と同様に動作する。Cスキャン境界検出器322は、信号プロセッサ324、組織指示器326、多数決プロセッサ328、およびエッジ指示器330を含む。制御プロセッサ200は、Cスキャン境界検出器322に、レンジ・ゲート・イネーブル出力237、ライン番号出力231、及びセクタ番号出力234を供給する。信号プロセッサ324は、組織からの及び血液からの総合された後方散乱の振幅をRFデータから導き出し、それを組織指示器326に供給する。組織指示器326は、エコーが組織からか血液からかに応じて1またはゼロに等しい信号を出力する。多数決プロセッサ328は、或る走査セクタ内で個々の走査線ごとに、信号の多数派がゼロか1かを判定する。即ち、多数決プロセッサ328は、組織指示器326により供給された前記信号が組織からのエコーを表すのか血液からのエコーを表すのか、を示す信号を、各レンジ毎に生成する。
【0072】
エッジ指示器310について説明した様に、エッジ指示器330は、多数決プロセッサ328により供給された信号における変化に応答して、画像における空洞またはキャビティの輪郭を形成するために使用される短いパルスを生成する。具体的には、エッジ指示器330は、多数決プロセッサ328の出力が高レベルから低レベルに変化するとき及びその逆のとき(即ち、検出されたエコーが組織から血液に変わるとき及びその逆のとき)は常に高ロジックレベルを出力する。エッジ指示器330からの出力332は、Cスキャン・ボーダをハイライトさせるためのプロセッサ285及び290に供給される。更に、多数決プロセッサ328からの出力329は、ゲートピーク検出器320に供給される。
【0073】
図8Cを参照すると、ゲートピーク検出器320は、選択されたROIまたはレンジ内に位置する、選択された組織表面をフォローするCスキャンデータを提供する。サンプラ352が、ポストプロセッサ318から出力319を受け取り、サンプリングされたデータをホールド回路356及び遅延回路360に供給する。更に、多数決プロセッサ328の出力329が、ポジティブ・トリガ比較器354およびネガティブ・トリガ比較器358に供給される。多数決プロセッサ328が近位組織表面を検出すると、ポジティブ・トリガ比較器354がイネーブル信号をホールド回路356に供給し、このホールド回路は、その出力357を近位/遠位表面回路364に供給する。
【0074】
近位/遠位表面回路364は、スイッチとして機能する。多数決プロセッサ328が遠位表面を検出すると、ネガティブ・トリガ比較器358がイネーブル信号をホールド回路362に供給し、このホールド回路は、その出力363を近位/遠位表面スイッチ364に供給する。近位/遠位表面スイッチ364は、近位/遠位表面値244を制御プロセッサ200から受け取る。近位/遠位表面値244に基づいて、近位/遠位表面スイッチは、信号357または信号363を、ヨー(yaw)調節プロセッサ335に供給し、それからまた同様に、コントラスト調節プロセッサ340に供給する。即ち、近位/遠位表面スイッチ364は、ゲートピーク検出器320がRF信号のポジティブ・ゴーイング・エッジからの大きな値を送るのかRF信号のネガティブ・ゴーイング・エッジからの大きな値を送るのか、を決定する。この様にして、本システムは、上面図または底面図(両方とも修正Cスキャン画像である)のためのデータを発生する。
【0075】
上述したように、ゲートピーク検出器320がRF信号から近位または遠位表面データを選択し、それをヨー調節プロセッサ335に送る。0度(即ち、ヨー調節出力243がゼロに等しいところ)調節のために、前記データは、非変更でコントラスト調節プロセッサ340に供給される。コントラスト調節プロセッサ340は、底面図と上面図(即ち、前記2つのCスキャン画像)について別々のコントラスト調節を実現する。臨床医は、Cスキャン・コントラスト入力216を供給し、制御プロセッサ200がCスキャン出力を供給する。例えば、組織壁が、正面図及び両側面図(前記Bスキャン断面図)上で、白線として見られる可能性がある。しかし、臨床医は、底面図で目印や病変や治療デバイスを探すために、それを灰色で見たいかもしれない。Cスキャン・コントラストは、理想的な組織表面の見え方を作る。コントラスト調節後、コントラスト調節プロセッサ340は、コントラスト調節されたデータをスケール調節プロセッサ345に供給する。スケール調節プロセッサ345は、コントラスト調節されたデータを、正面図及び両側面図(即ちBスキャン画像)に使用されるスケールに写像し、前記データを映像表示メモリ300に供給する。
【0076】
また、図5A-Fを参照すると、臨床医は、正面図(または背面図)286及び両側面図291または292を見た後、もう一つの走査を行うために、セクタ深度208、フレームレート210や方位角対仰角走査率212についての新たな値を入力することにより、前記走査ボリュームVを電子的に変更または位置決めしなおすことが可能である。臨床医は、新規走査のピッチ・オフセット218またはロール・オフセット219を変更することにより、画像化組織を選択しなおすことが可能である。ピッチ・オフセットは、方位角方向の走査線を変更する。ロール・オフセットは、トランスデューサ・アレイ42の仰角角度を変更し、従って、個々の画像セクタの位置を変更する。このようにして、臨床医は、関心組織においてセンタリングされた、より小さなデータボリュームにわたるように走査を方向づけることができる。より小さなデータボリュームにわたる走査を行うことにより、集めるデータ点の数が少なくて済むようになるので、本システムは、動いている組織のリアルタイム画像化を、フレームレートを上げることにより、改善することができる。或いは、本システムは、解像度を上げるために、集めるデータ点の数を変えずに、より小さなボリュームにわたるようにしてデータ点を集める。
【0077】
方位角アイコン発生器289は、ピッチ調節241を受け取り、正面図のための正面方位角アイコン370(または背面図のための背面方位角アイコン)を表示するためのデータを提供する。仰角アイコン発生器299は、ロール調節242を受け取り、左側面図291のための左仰角アイコン372(図7)および右側面図392のための右仰角アイコン374を表示するためのデータを提供する。ヨー・アイコン発生器は、ヨー調節243を受け取り、ヨーの向き(図7)を示す上面図アイコン376および底面図アイコン425を表示するためのデータを提供する。臨床医は、画像のよりよい理解のために前記アイコンを使用する。更に、臨床医は、音響ビームを選択された関心値に方向付け導くために、或いは、トランスデューサ・アレイ42の向きに関連して画像を配置及び指向するために、前記アイコンを使用する。
【0078】
画像化システムはまた、正投影図の各図(即ち、正面図、背面図、側面図、上面図及び底面図)を電子的に変更可能である。正面図および両側面図(図9に示した)を見た後、臨床医は、ヨー・オフセット220を変更することにより、図の向きを変更可能である。ヨー出力243が、プロセッサ285、290及び335に供給され、これらは、正面図、側面図、上面図及び底面図を再計算する。再計算された正面図286A、左側面図291A、右側面図292A、上面図337A及び底面図336Aを図7に示した。更に、ここで方位角アイコン発生器289が、正面方位角アイコン370Aを表示するためのデータを供給し、仰角アイコン発生器299が、左仰角アイコン372A及び右仰角アイコン374A両方のためのデータを供給する。ヨー・アイコン発生器は、上面図アイコン376A及び底面図アイコン378A両方を表示するためのデータを供給する。
【0079】
ヨー調節は、2つの新規な走査線平面を発生するために補間を必要とする。これらは、新規データ平面(即ちセクタ)を作るようにデータボリューム行列を使用する最も近い走査線の組から発生される。この補間プロセスは、極座標データをディスプレイに使用される直交座標データに変換するリアルタイム2Dシステム(例えば、米国特許第4468747号または米国特許第5197037号参照)によって行われる走査変換プロセスと同様な原則を用いる。各再計算されたデータ平面は、プロセッサ285又は290に関連付けられたメモリに格納可能である。再計算されたデータ平面は、映像表示平面メモリ300に供給され、その後、信号350により映像モニタに供給される(図5A-I)。走査変換器288及び298が、方位角平面および仰角平面の双方について、RとΘ(シータ)で獲得された超音波データをXYフォーマットに変換する。走査変換器288及び298は、米国特許第4468747号、米国特許第4471449号、または米国特許第5197037号、または、「Ultrasound
Imaging: an Overview」及び「A Scan Conversion
Algorithm for Displaying Ultrasound Images」(Hewlett−Packard
Journal, October 1983)、に説明されたように構築される。
【0080】
図8Cは、右心房380に挿入された超音波画像化カテーテル12の硬質領域32と共に人間の心臓の断面図を示す。カテーテル12は容易に脈管構造挿入され所望の場所に配置可能である。例えば、心臓の右心房へのアクセスを得るためには、医師は、カテーテルを経皮的に挿入し、典型的には鼠径部近くの右または左の大腿静脈を通す、或いは首の右頚静脈(または、上胸部の鎖骨下静脈も可能)を通す。その後、医師は、挿入されたカテーテルを下大静脈(IVC)382または上大静脈384を経由して右心房内に滑り込ませる。
【0081】
画像化システムは、酸素を減らされた静脈血が下大静脈382及び上大静脈384を経由して心臓の右心房380に入り、それから心拡張期中に右心室386に流れるような、心臓サイクルのリアルタイム画像を提供可能である。心室は、筋肉でできた円錐形の部屋であり、連続的にその形状が変化する。次に、心収縮期中に、肺動脈(図示せず)が、右心室から拍出された血液を肺に送り込む。肺動脈(図示せず)は、酸素を増やされた血液を肺から左心房390に搬送する。心拡張期中には、酸素を増やされた血液が左心房390から左心室394に流れる。心収縮期中には、左心室394が、酸素を増やされた血液を大動脈396内に拍出する。画像化システムは、トランスデューサ・アレイ42を右心房380内に位置決めすることにより(これはアクセスがより容易になり患者にとってのリスクもやや低くなる)、心臓左右の組織からのエコーデータを集めることも可能である。
【0082】
トランスデューサ・アレイ42を右心房380内に位置決めした後、画像化システムは、前記フェイズドアレイ・モードまたは線形アレイ・モードを使用して心臓左右を画像化できる。例えば、画像化システム10は、心臓に導入された医療デバイス、例えばバルーンカテーテルまたはアブレーション・カテーテル、を画像化できる。アブレーション・カテーテル400(例えば、Medtronics,
Inc., Sunnyvale,
CAにより製造されたカテーテル)が、その遠位部402を心筋の内部表面の表面上または近くに配置されるようにして、左心室394に導入される。臨床医は、上述した新規なカテーテル設計および解剖学的に正しい向きの画像を提供する新規な表示システムのおかげで(遅れることなく)3次元構造を理解するであろう。その新規なカテーテル設計は、図12Aから17Cに示したパイ形の画像の頂点に配置されたトランスデューサ・アレイ42の回転の中心線を有する。
【0083】
重要なことに、システム全体は、高品質画像を獲得および発生するために自由度6を提供する。画像化カテーテル12は、トランスデューサ・アレイ42を検査組織に対して位置決めする際に自由度3を提供する。臨床医は、遠位部30を関節動作、回転および変位させることにより、トランスデューサ・アレイ42を選択された位置に操り、検査組織に対してアレイ42を指向する。画像化電子回路は、ピッチ、ロール及びヨーの値を選択することにより、画像を発生するために、また別の自由度3を提供する。表示システムは、メモリに格納された集められた走査データから、種々のヨーの値について新たな(指向しなおされた)画像を発生できる。表示形式は、或る位置(または位置の範囲)からもう一つに移るとき常に予想可能であり、後述するように、臨床医に容易に理解される。
【0084】
図9Aは、人間の心臓の長軸に沿った断面図であり、図9Bは、その心臓の短軸に沿った断面図である。図9A〜9Dは、画像化システムのディスプレイ上には表示されないが、ここでは説明のために提供する。図9Aと図9Bは両方とも、右心室386内に配置されたカテーテル12の遠位部30、及び、同じく右心室386内に配置されたアブレーション・カテーテル400の遠位部402、を示す。画像化システムは、トランスデューサ・アレイ42を使用してエコーデータを集め、それぞれ図10A、10B及び10Cに示した正投影正面図420、正投影左側面450、及び上面図470を提供する。画像化システムの映像ディスプレイは、図9及び図10に示した様に、各正投影図および関連したアイコンを表示する。以下の説明では、例えば「Engineering
Drawing and
Geometry, by R. P. Hoelscher
and C.
H. Springer,
John Wiley
& Sons,
Inc., 1961」に提供されたような、投影図の標準的な定義を使用する。
【0085】
図9Aを参照すると、フェイズドアレイ・モードで動作しているトランスデューサ・アレイ42は、ライン412と413およびレンジ距離414で輪郭を描かれた方位角角度範囲にわたってエコーデータを集める。図10Aは、対応する正面図420及び正面図アイコン430を示す。正面図アイコン430は、アレイ軸432を含む。また、方位角角度範囲に対応する正面図フィールド434を示す。アレイ軸432は、選択されたヨー調節243(図5A-I)の値についてのトランスデューサ・アレイ42の長手軸を示す。正面図420は、右心室386と左心室394(図9A)を隔てる中隔388の近位表面(上面)389上に位置されたアブレーション・カテーテル400の遠位部402を示す。正面図420は、左心室394と大動脈396(図9Aに示した)との間の大動脈弁395も示す。臨床医は、ゲート416と417及びROIマーカ415の配置を設定できる。
【0086】
図9B及び図10Bを参照すると、画像化システムは、ライン445と446およびROIマーカ448で輪郭を描かれた選択された仰角角度範囲にわたってエコーデータを集めることにより左側面図450も発生できる。
トランスデューサ・アレイ42(図9A)は、選択された数の画像セクタにわたってエコーデータを集める。ここでライン447は、正面図平面の配置を示す。左側面図450は、左心室394、右心室386、中隔388、及びカテーテル400の遠位部402(中隔388の右心室表面389上に配置されている)、の一部を示している。さらに図10を参照すると、左側面図アイコン460は、入手可能な側面図フィールド462および、画像セクタを獲得した実際のロール角度464を示す。
【0087】
図9C及び9Dは、人間の心臓の投影図である。図9Dは、アブレーション・カテーテルの遠位部402および、図9Aおよび図9Bに定義されたレンジ(即ち、ゲート416及び417)内の中隔388の表面を表示する切取上面図を示す。対応する図13Cは、Cスキャン投影図、レンジゲート416と417内のBスキャンデータから発生された上面図470、および、上面図アイコン490を表示する。上面図470は、中隔388の近位表面389上に配置されたカテーテル400の遠位部402を示す。レンジゲート416と417、角度範囲ライン412、413、446及び448は、上面図470のエリアを定義する。上面図470のエリアは、中隔388の近位表面389の湾曲のせいで影線部分と同一ではない。図13Cは、長方形のアレイ492及びアレイ軸494を含む上面図アイコン490も表示する。長方形エリア492の辺に対する軸494の角度は、上面図470のヨー角度を示す。この場合では、ヨー角度はゼロになっている。
【0088】
図14A及び14Bは、図12A及び図12Bと同様に、心臓の断面図を示す。画像化システムは、対応する正面図420A(図15Aに示した)及び左側面図450A(図15Bに示した)を表示する。しかし、図14A及び14Bでは、カテーテル400の遠位部402が今度は左心室394内に配置されているので、画像化システムは、レンジゲート416と417について及び、角度範囲ライン412、413、446及び448について、図12A及び図12Bにおいてとは異なる値を使用する。更に、画像化システムは、図15A及び図15Bにおけるレンジゲート416Aと417Aをセッティングした後、上面図470のかわりに、底面図500(図15Cに示した)を表示する。
【0089】
図14Aは、長軸断面に沿った、心臓の断面図である。画像化システムは、エコーデータを集め、図15Aに示された正投影正面図420Aを発生する。システムは、投影図420に使用された前記方位角角度範囲よりも小さな、ライン412A及び413Aにより輪郭を描かれる新たな方位角角度範囲を使用する。かかる、より小さな方位角角度範囲が選択されるのは、関心の表面がアレイ42からもっと遠くに配置されているからである。一般に、フェイズドアレイ・モードでは、画像化システムは、より遠く離れた領域と比べた場合、より大きな方位角角度範囲および仰角角度範囲を使用して、アレイ42の近くに配置された関心領域を画像化する。
【0090】
図15Aを参照すると、正投影正面図420Aは、全てレンジ414A内に配置されている、中隔388、カテーテル400の遠位部402、左心室394、及び、僧帽弁392や大動脈弁395の一部を表示する。正面図420Aは、例えば心筋組織のアブレーションまたは脈管再開通術の間、カテーテル400の遠位部402を表示できる。図15Aはまた、ライン412A及び413Aにより定義された方位角角度範囲に対応する、実際の正面図フィールド434Aに対して或る角度に配置されたアレイ軸432を含む正面図アイコン430Aを表示する。正面図アイコン430Aは、最大方位角角度範囲に対応する取得可能な正面図フィールド436を含む。
【0091】
図14Bは、心臓の短軸断面に沿った断面図である。図14Bは、右心室386内側に配置されたカテーテル12の遠位部30及び、左心室394内側に配置されたアブレーション・カテーテル400の遠位部402を示す。画像化システムは、図15Bに示された正投影左側面図450Aを提供する。
【0092】
図15Bは、左側面図450A及び左側面図アイコン460Aを示す。画像化システムは、酸素を増やされた血液で満たされた左心室394の一部および、酸素を減らされた血液で満たされた右心室386の一部を示す、左側面図450Aを発生する。カテーテル400の遠位部402は、レンジゲート416A及び417A内で中隔388の遠位表面389A(底部表面)の近くに配置される。左側面図アイコン460Aは、入手可能な側面図フィールド462および実際の側面図フィールド464Aを示す。実際の側面図フィールド464Aは、画像セクタがそれにわたって獲得された、ライン445A及び446Aで輪郭を描かれた、トランスデューサ・アレイ42の実際の角変位を表示する。入手可能な側面図フィールド462は、トランスデューサ・アレイ42の最大仰角角度範囲に対応する。
【0093】
図14C及び14Dは、人間の心臓の投影図である。図14Cは、図15Aおよび図15Bに定義されたレンジ内に両方とも配置された、遠位部402と中隔388の底部表面389Aとを表示する切取底面図を示す。対応する図15Cは、Cスキャン投影図、レンジゲート416Aと417A内のBスキャンデータから発生された底面図500を表示する。底面図500は、中隔388の遠位表面(左心室表面)389A上に置かれた遠位部402を示す。レンジゲート416Aと417Aおよび角度範囲ライン412A、413A、446Aおよび445Aが、底面図500のエリアを定義する。底面図500のエリアは、近位表面389Aの湾曲のせいで影線部分と同一ではない。図15はまた、長方形アレイ522及びアレイ軸524を含む、底面図アイコン520を示す。長方形エリア522の辺に対する、軸524の角度は、上面図500のヨー角度を示す。この場合では、ヨー角度はゼロになっている。
【0094】
画像化システムの映像ディスプレイは、上述した正投影図画像および関連したアイコンを常に図9に示された同じ配置で表示する。各画像およびアイコンの習慣的な配置により、臨床医が画像を画像化された組織の実際の解剖学的構造に関連付けることが容易になっている。ヨー220(図8Aおよび8B)のもう一つの値を供給した後で、画像プロセッサは、全ての正投影図を再計算し、それらを図10に示した配置で表示する。従って、表示された画像は、解剖学的に正しい向きを有する。
【0095】
図16A及び図16Bは、それぞれ、図14A及び図14Bにおいて示した図と同様な、心臓の断面図である。しかし、図16A及び図16Bでは、カテーテル400の遠位部402が今度は組織表面399上で左心室394に配置されているので、画像化システムは、レンジゲート416Bおよび417Bを使用し、角度範囲ライン412B、413B、446Bおよび448Bに対応している。画像化システムは、図17Aおよび図17Bにおけるレンジゲートの設定に基づいて、上面図470B(図17Cに示した)を表示する。
【0096】
図16A及び図16Bは、右心室386内側に配置されたカテーテル12の遠位部30及び、左心室394内側に配置されたアブレーション・カテーテル400の遠位部402を示す。上述したように、画像化システムは、トランスデューサ・アレイ42を使用してエコーデータを集め、図17A、17B及び17Cに示された正投影図を発生する。映像ディスプレイは、正投影図および関連したアイコンを図9及び図10に示された所定の場所に表示する。
【0097】
具体的には、図17Aは、対応する断面図420Bおよび正面図アイコン430Bを示す。正面図420Bは、組織表面399上に位置された遠位カテーテル部402を示す。正面図420Bは、左心室394と左心房390の間の僧帽弁392も示す。臨床医が、ゲート416Bと417B及びROIマーカ415Bの配置を設定できる。正面図アイコン430Bは、アレイ軸432Bを表示し、取得可能な正面図フィールド436Bおよび実際の正面図フィールド434Bを表示する。実際の正面図フィールド434Bは、ライン412Bと413Bで定義される方位角角度範囲に対応し、取得可能な正面図フィールド436Bは、最大方位角角度範囲に対応する。実際の図フィールド434Bと取得可能な図フィールド436Bの関係が、ピッチ調節241(図8A)を表示する。実際の図フィールド436Bに対するアレイ軸432Bが、ヨー調節243(図8A)の選択された値を示す。
【0098】
図16B及び図17Bを参照すると、画像化システムは、ライン445B及び446B及びROIマーカ448Bによって輪郭を描かれた選択された仰角角度範囲にわたってエコーデータを集めることにより、左側面図450Bも発生できる。左側面図450Bは、中隔388の一部、左心室394の内部、僧帽弁392の一部、及び、左心室表面399上に配置された遠位カテーテル部402、を表示する。図17Bを更に参照すると、左側面図アイコン460Bが、取得可能な側面図フィールド462Bおよび、画像セクタがそれにわたって獲得されたロール角度に対応する、実際の側面図フィールド464B、を表示する。取得可能な図フィールド462Bと実際の図フィールド464Bの関係が、ロール調節242(図8A)を表す。
【0099】
図16C及び16Dは、人間の心臓の投影図である。図16Dは、カテーテル12の遠位部30と心臓上に配置されたアブレーション・カテーテル400の遠位部402との両方を表示する、切取上面図を示す。図17Cは、Cスキャン投影図、レンジゲート416B及び417B内のBスキャンデータから発生された上面図470B、を表し、上面図アイコン490Bを表す。上面図470Bは、左心室表面399近くに配置された遠位カテーテル部402及び、僧帽弁392の一部、を表す。レンジゲート416B及び417Bおよび角度範囲ライン412B、413B、446Bおよび448Bが、上面図470Bのエリアを定義する。図17Cは、長方形アレイ492Bとアレイ軸494Bとを含む、上面図アイコン490Bも表す。長方形エリア492Bの辺に対するアレイ軸494Bの角度が、上面図470Bのヨー角度を示す。
【0100】
トランスデューサ・アレイに非常に近くに配置された組織を画像化システムが画像化するとき、システムは、フェイズドアレイ走査モードから、線形走査モードに切り替えでき、上述した3つの正投影画像を再度供給可能である。
【0101】
追加的な実施形態は、以下の請求項内である。
【図面の簡単な説明】
【0102】
【図1】図1は、内部組織についての侵入型脈管内画像化、のための超音波システムを示す。
【図2A】図2Aは、操縦可能なガイド・シース内に挿入可能な画像化コアを含む、脈管内画像化カテーテルを示す。
【図2B】図2Bは、操縦可能なガイド・シース内に挿入可能な画像化コアを含む、脈管内画像化カテーテルを示す。
【図3A】図3Aは、図2Aに示された前記カテーテルの前記画像化コアの、遠位部分を示す。
【図3B】図3Bは、図3Aに示された前記画像化コアの断面図を示す。
【図3C】図3Cは、前記カテーテルの前記画像化コアの、遠位部分を示す。
【図3D】図3Dは、前記カテーテルの前記画像化コアの、遠位部分を示す。
【図4A】図4Aは、図2Aに示された前記操縦可能なガイド・シースの様々な実施形態を示す断面図を示す。
【図4B】図4Bは、図2Aに示された前記操縦可能なガイド・シースの様々な実施形態を示す断面図を示す。
【図4C】図4Cは、図2Aに示された前記操縦可能なガイド・シースの様々な実施形態を示す断面図を示す。
【図4D】同様に、図2Aに示された前記操縦可能なガイド・シースの様々な実施形態を示す断面図を示す。
【図4E】同様に、図2Aに示された前記操縦可能なガイド・シースの様々な実施形態を示す断面図を示す。
【図4F】同様に、図2Aに示された前記操縦可能なガイド・シースの様々な実施形態を示す断面図を示す。
【図5A】図5Aは、一平面内J形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5B】図5Bは、一平面内J形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5C】図5Cは、一平面内J形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5D】図5Dは、一平面内J形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5E】図5Eは、一平面内J形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5F】図5Fは、一平面内J形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5G】図5Gは、一平面外J形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5H】図5Hは、一平面外J形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5I】図5Iは、一平面外J形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5J】図5Jは、一平面内S形フック状の連接状態となされた前記操縦可能なガイド・シースの遠位部を示す。
【図5K】図5Kは、前記操縦可能なガイド・シースの遠位部において使用される関節リンクの透視図である。
【図6A】図6Aは、図2Aに示された前記画像化カテーテルの前記画像化コアの近位端及びカテーテル・ハンドルを示す。
【図6B】図6Bは、図6Aの前記カテーテル内の駆動エレメントを概略図式的に示す。
【図6C】図6Cは、前記画像化カテーテルの前記画像化コアの近位端及びカテーテル・ハンドルを示す。
【図6D】図6Dは、前記画像化カテーテルの前記画像化コアの近位端及びカテーテル・ハンドルを示す。
【図7A】図7Aは、正投影図ビューを図示するために使用される或る画像化ボリュームのエコーデータを示す。
【図7B】図7Bは、図5A〜図5Jに示されたような連接状態となされた前記遠位部を有する前記カテーテルによって発生された様々な画像化ボリュームを示す。
【図8A】図8Aは、図1の前記超音波システムの好ましい一実施形態を概略図式的に示す。
【図8B】図8Bは、図1の前記超音波システムの好ましい一実施形態を概略図式的に示す。
【図8C】図8Cは、図8Aの前記超音波システムにおいて使用されるゲート・ピーク検出器を概略図式的に示す。
【図8D】同様に、図8Aの前記超音波システムにおいて使用されるゲート・ピーク検出器を概略図式的に示す。
【図9A】図9Aは、図1の前記超音波システムによって供給される5つの正投影図ビューを示す。
【図9B】同様に、図1の前記超音波システムによって供給される5つの正投影図ビューを示す。
【図9C】同様に、図1の前記超音波システムによって供給される5つの正投影図ビューを示す。
【図9D】同様に、図1の前記超音波システムによって供給される5つの正投影図ビューを示す。
【図10A】図10Aは、ヨー角度を変化させることにより調節された図9の正投影図ビューを示す。
【図10B】同様に、ヨー角度を変化させることにより調節された図9の正投影図ビューを示す。
【図10C】同様に、ヨー角度を変化させることにより調節された図9の正投影図ビューを示す。
【図11A】図11Aは、右心房内に位置決めされた図2Aの前記画像化カテーテルとともに人間の心臓の断面図を示す。
【図11B】同様に、右心房内に位置決めされた図2Aの前記画像化カテーテルとともに人間の心臓の断面図を示す。
【図11C】同様に、右心房内に位置決めされた図2Aの前記画像化カテーテルとともに人間の心臓の断面図を示す。
【図11D】同様に、右心房内に位置決めされた図2Aの前記画像化カテーテルとともに人間の心臓の断面図を示す。
【図12A】図12Aは、右心室内に位置決めされたアブレーション・カテーテルおよび前記画像化カテーテルとともに人間の心臓を示す断面図である。
【図12B】図12Bは、右心室内に位置決めされたアブレーション・カテーテルおよび前記画像化カテーテルとともに人間の心臓を示す断面図である。
【図12C】図12Cは、人間の心臓の透視図である。図12Dは、図12A及び図12Bに示された前記アブレーション・カテーテルを表示する切欠上面図を含む人間の心臓の透視図である。
【図13A】図13Aは、図12A及び図12Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
【図13B】図13Bは、図12A及び図12Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
【図13C】図13Cは、図12A及び図12Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
【図13D】同様に、図12A及び図12Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
【図14A】図14Aは、右心室内に位置決めされた画像化カテーテル及び左心室内のアブレーション・カテーテルとともに人間の心臓を示す断面図である。
【図14B】図14Bは、右心室内に位置決めされた画像化カテーテル及び左心室内のアブレーション・カテーテルとともに人間の心臓を示す断面図である。
【図14C】図14Cは、図14A及び図14Bに示された前記アブレーション・カテーテルを表示する切欠底面図を含む人間の心臓の透視図である。図14Dは、人間の心臓の透視図である。
【図15A】図15Aは、図14A及び図14Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
【図15B】図15Bは、図14A及び図14Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
【図15C】図15Cは、図14A及び図14Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
【図16A】図16Aは、右心室内に位置決めされた画像化カテーテル及び左心室内に配置されたアブレーション・カテーテルとともに人間の心臓を示す断面図である。
【図16B】図16Bは、右心室内に位置決めされた画像化カテーテル及び左心室内に配置されたアブレーション・カテーテルとともに人間の心臓を示す断面図である。
【図16C】図16Cは、人間の心臓の透視図である。
【図16D】図16Dは、図16A及び図16Bに示された前記アブレーション・カテーテル及び前記画像化カテーテルの両方を表示する切欠上面図を含む人間の心臓の透視図である。
【図17A】図17Aは、図16A及び図16Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
【図17B】図17Bは、図16A及び図16Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
【図17C】図17Cは、図16A及び図16Bに示された前記画像化カテーテルにより集められた正投影図である。
Claims (28)
- 選択された組織領域の超音波画像を獲得するように構築された送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマに接続された超音波トランスデューサアレイを含む、生物学的組織を画像化するための超音波システムにおいての、脈管内カテーテルであって、
当該脈管内カテーテルは:
選択された姿勢付けを担うように構築された関節領域を含む遠位シース部及び、近位シース部を含む、血管への挿入に適する構造の、操縦可能なガイドシース;
前記遠位シース部内に配置された遠位コア部及び、前記近位シース部内に配置された近位コア部を含み、前記遠位コア部上に長手方向に配置された前記超音波トランスデューサアレイを含む、前記ガイドシース内での回転的動作に適する構造の、画像化コア;
前記関節領域の前記の選択された姿勢付けを制御することにより前記組織領域に対し前記超音波トランスデューサアレイを指向するように構築された、位置決めデバイス;
方位角の角度範囲により定義される画像セクタにわたって超音波データを検出するように構築された、前記超音波トランスデューサアレイ;並びに
前記超音波トランスデューサアレイを前記画像セクタの頂点のまわりに仰角の角度範囲にわたって回転的に変位させる回転デバイス;
を備え、かつ
前記回転デバイスはカテーテルハンドル内に配置され、かつ
前記カテーテルハンドルは、前記回転デバイスの動作を相殺することで前記カテーテルハンドルにおける好ましからざる震えを低減するように設定された補償機構を更に含む、
脈管内カテーテル。 - 更に、約15Hzの走査周波数を達成可能なリアルタイム画像化に適するように、構築および設定された、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 前記回転デバイスが、前記画像化コアに接続された駆動モータを含み、前記補償機構が、相殺モータを含む、請求項2に記載の脈管内カテーテル。
- 前記補償機構が、前記超音波アレイの振動の周波数で固有周波数応答を有するように設計されている、請求項3に記載の脈管内カテーテル。
- 前記回転デバイスが、前記超音波アレイを前記角変位のいくつかの異なる角度にわたって前記超音波アレイを振動させるように構築および設定された駆動モータを含む、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、前記回転デバイスが、前記超音波アレイを、前記選択された組織領域に対し或る選択された角度に配置し、前記アレイを、選択した時間前記角度に維持するように構築および設定された、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、前記画像化コアと前記ガイドシースの間に配置され前記画像セクタの頂点のまわりの前記超音波アレイの前記振動を容易にするよう設定された1組の軸受を備える、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 前記カテーテルハンドルが、前記補償機構に結合され前記ハンドルの前記好ましからざる震えを検出するように設定された加速度計を含む、請求項3に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、基準の向きに対する前記超音波アレイの向きを検出し前記回転デバイスにフィードバックを供給するように構築および設定された位置センサを備える、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、前記回転デバイスにより生じる震えを検出するように設定された加速度計センサを備える、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 前記関節領域は、前記位置決めデバイスに結合されたプッシュプルロッドと協調的に配置された多数のリンクを含む、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、前記プッシュプルロッドの変位を検出するように構築および設定されたセンサを備える、請求項12に記載の脈管内カテーテル。
- 前記プッシュプルロッドが該プッシュプルロッド近位端でラックアンドピニオン機構に結合された、請求項12に記載の脈管内カテーテル。
- 前記リンクおよび前記プッシュプルロッドが、前記位置決めデバイスにより作動されるとき平面内で前記遠位部分を曲げるように協調的に設定されている、請求項12に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、前記位置決めデバイスにより作動されるとき平面外に前記遠位部分を曲げるように前記リンクと協調的に設定されている第2のプッシュプルロッドを備える、請求項15に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、2本のプッシュプルロッド及び、前記関節領域に含まれる多数のリンクを備え、前記多数のリンクは、前記プッシュプルロッドが前記位置決めデバイスにより作動されるときに、前記遠位部分をS字状の曲線をなすように平面内で曲げるように、前記プッシュプルロッドと協調的に設定されている、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、前記位置決めデバイスにより作動されるとき平面外に前記遠位部分を更に曲げるように前記リンクと協調的に設定されている第3のプッシュプルロッドを備える、請求項17に記載の脈管内カテーテル。
- 前記画像化コアが、高い捩り剛性と、曲げに対する高い柔軟性とを示すように構築された駆動シャフトを含む、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 前記駆動シャフトが、少なくとも2つの逆巻きされたスプリングから作成されている、請求項19に記載の脈管内カテーテル。
- 前記画像化コアが、前記操縦可能なガイドシースに、着脱可能に挿入できる、請求項1に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、前記操縦可能なガイドシースに結合され、前記カテーテルハンドルに着脱可能に結合できるシースハンドルを含む、請求項21に記載の脈管内カテーテル。
- 更に、前記画像化コアの位置についてのフィードバックを前記駆動モータに供給するように構築および設定された位置センサを備える、請求項7に記載の脈管内カテーテル。
- 前記駆動モータが、角位置フィードバックを前記回転デバイスに供給するように構築および設定されたロータリーエンコーダを含む、請求項23に記載の脈管内カテーテル。
- 生物学的組織を画像化するための超音波システムであって、
当該超音波システムは:
遠位部上に長手方向に配置された超音波トランスデューサアレイを含む、コア手段、
前記コア手段を受け入れて前記コア手段の定義された回転的動作を可能にするためのガイドシース手段、
前記トランスデューサアレイを関心組織に対して指向させるための、位置決め手段に結合された関節手段、および
選択された仰角の角度範囲にわたって前記トランスデューサアレイを振動させるために、前記コア手段に結合された回転手段、
を含み、カテーテルハンドルと、血管への挿入に適した細長い本体とを備えるカテーテル;
前記トランスデューサアレイに接続され、前記トランスデューサアレイの各仰角角度毎に或る方位角角度範囲で定義された画像セクタの超音波データを獲得するように構築された、送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマ;
前記仰角角度範囲内の別々の仰角角度についての多数の画像セクタにわたっての超音波データを受け取るように構築され、前記超音波データから前記関心組織の画像を形成するように設定された画像発生器;並びに
前記カテーテルハンドル内側に配置され、前記回転手段により生じる震えを制限するように前記回転手段と協調的に設定されたバイブレーション制御手段;
を備え、
前記コア手段および前記ガイドシース手段が、前記トランスデューサアレイが前記画像セクタの頂点のまわりを回転するように備えられている、
超音波システム。 - 更に、前記関心組織の4次元的走査を行うための手段を備える、請求項25に記載の超音波システム。
- 前記関節手段が、前記細長い本体の遠位部を平面内J字フックのように変位させることにより前記トランスデューサアレイを指向させるように構築される、請求項25に記載の超音波システム。
- 前記関節手段が、前記細長い本体の遠位部を平面外J字フックのように変位させることにより前記トランスデューサアレイを指向させるように構築される、請求項25に記載の超音波システム。
- 前記関節手段が、前記細長い本体の遠位部をS字フックのように変位させることにより前記トランスデューサアレイを指向させるように構築される、請求項25に記載の超音波システム。
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