JP7282233B2 - アジャスタブルアパーチャ付き超音波プローブ - Google Patents

Description

本実施形態は、心腔内エコー（ＩＣＥ）カテーテル、内腔プローブ、経食道プローブ、または婦人科プローブなどの管腔内超音波プローブに関する。

ボリュームまたは複数の平面をイメージング可能な管腔内超音波プローブは、全てのイメージング面またはイメージング方向において所望の画質を提供しないことがある。

管腔に挿入するための長くて細いプローブまたはシャフト上にあるため、トランスデューサは長くて細い。例えば、ＩＣＥカテーテルは、血管アクセスを可能にするために、長い長方形の形状（例えば、７～２３ｍｍ×２～４ｍｍ）を有する多次元トランスデューサを有していてもよい。２～４ｍｍの寸法のイメージングの質は、７～２３ｍｍの寸法よりも低い。他の例として、ＩＣＥカテーテルは、カテーテル軸についてのボリュームイメージングを可能にするために、しかし画質が低下した、らせん状にねじれたアレイを含む。

はじめに、以下に記載される好ましい実施形態は、管腔内超音波プローブのための方法、システム、および改良を含む。トランスデューサは複数のセグメントに分かれている。セグメントは、互いにスライドできるように接続されている。このスライド配置により、トランスデューサを患者の中で異なる時間に２つの異なるアパーチャに使用することができる。一方のアパーチャは、制限された空間を通してプローブを挿入するために形成され、他方のアパーチャは、より大きな仰角範囲を有するアレイを形成し、仰角寸法に沿ったより高品質のイメージングを可能にする。仰角寸法に沿った品質は、方位角寸法における品質と同等であってもよい。

第１の態様では、超音波プローブは、超音波イメージングのために提供される。患者に挿入するために、ハウジングが構成されている。ハウジングは膨張可能な部分を有する。ガイドがハウジング内に配置される。第１の２次元アレイのエレメントがガイドに接続されている。第２の２次元アレイのエレメントがガイドに接続されている。第１の２次元アレイは、第２の２次元アレイに対してガイドに沿ってスライド可能であり、ハウジングおよび第１および第２の２次元アレイが患者内にある間、超音波イメージングの第１および第２のイメージングアパーチャを形成する。

第２の態様では、超音波アレイは、カテーテルまたは管腔内プローブのために提供される。患者に挿入するために、ハウジングが構成されている。複数のマルチエレメントトランスデューサは、ハウジング内で互いに対してスライド可能である。マルチエレメントトランスデューサは、患者内の間、第１および第２のイメージングアパーチャにおいて設定可能である。第１のイメージングアパーチャは、第２のイメージングアパーチャとは異なる形状である。第１のイメージングアパーチャは、第２のイメージングアパーチャ内に配置されたトランスデューサからスライドすることによって形成される。

第３の態様では、超音波イメージングのための方法が提供される。管腔内プローブを患者に挿入する。管腔内プローブは、少なくとも２つのサブアレイを含む。２つのサブアレイの少なくとも１つを、大部分が管腔内プローブの長さに沿って伸びる第１のアパーチャとして使用し、患者がイメージングされる。２つのサブアレイは管腔内プローブの長さに沿って互いに隣接している。２つのサブアレイは、患者内で第２のアパーチャに再配置される。２つのサブアレイは、患者をイメージングするための第２のアパーチャとして使用される。

本発明は、次の特許請求の範囲によって定義され、この欄の何れも、それらの特許請求の範囲を限定するものとして見なされるべきではない。本発明のそれ以上の観点及び利点については、好ましい実施形態と関連して以下において説明し、これらを独立して又は組合せ状態で特許請求する場合がある。

構成要素及び図面は、必ずしも縮尺通りにはなっておらず、それどころか、本発明の原理を説明する際に誇張がなされている。さらに、図面に関し、同一の参照符号は、互いに異なる図全体にわたり対応の部分を示している。
図１は、管腔内イメージングのための超音波システムの一実施形態のブロック図である。 図２は、セグメント化トランスデューサを有するカテーテルの平面断面図の一実施形態を示す。 図３は、図２の実施形態の側面断面図を示す。 図４は、ボリュームイメージングアパーチャに配置されたセグメント化トランスデューサを有する図２のカテーテルを例示する。 図５は、イメージングのために２つの異なるアパーチャを形成するためにトランスデューサセグメントを再配置するための別の実施形態を例示する。 図６は一実施形態によるトランスデューサセグメントを再配置するためのアーマチャ配置の斜視図である。 図７は、高強度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）のために配置されたセグメント化トランスデューサの実施形態を例示する。 図８は、管腔内プローブにおける構成可能なアレイを有する超音波イメージングのための方法の一実施形態のフローチャート図である。

ＩＣＥカテーテルのような管腔内プローブは、ボリュームおよび／または多平面イメージングのために調節可能なアパーチャを有する。従来の寸法は、脈管構造または内腔を通すための１つのアパーチャについて提供される。トランスデューサは、次いで、心臓または他のチャンバ内に配置されて、矩形状またはボリュームイメージングプロファイル（挿入のためよりも広い）を形成することができる可動性トランスデューサセグメントを有する。プローブは、管腔内挿入および配置を容易にするために長く、細く、かつ柔軟性があり、リトラクタブルトランスデューサセグメントは、心腔内の場合、３Ｄボリュームイメージングのためのより矩形のプロファイルを作り出すことができる。幅の広い矩形のマトリックストランスデューサは、経食道プローブと同様に、狭く曲がりくねった血管経路を介して提供され得る。アパーチャが広いほど、直交する平面においてより均衡のとれたイメージングを提供することができる。

１つの実施形態において、超音波トランスデューサセグメントは、互いに相対的にスライドすることができる。経尿道のまたはＩＣＥインターベンションのために、トランスデューサの長く、細く、そして柔軟な形態の因子が、内腔アクセスのために提供される。挿入中、アレイは、より長く、狭い配置の間、挿入をガイドするためのイメージングのために使用される。トランスデューサは、心臓、膀胱、胃腸管などの内部に配置されると、より矩形のプロファイルに再編成され得る。この再編成は、有効なアパーチャサイズを増加させ、高品質の多重線および／または３Ｄイメージングのために、より対称的な（例えば、正方形の）形状を作り出す。プローブハウジングには、対称形のアパーチャを展開するためのバルーンのような膨張可能な側壁が含まれていてもよい。

別の実施形態では、トランスデューサセグメントは、複数のアパーチャの間をスライドすることができる。スプリングまたは超弾性－合金（例えば、ニチノール）相互接続は、引抜きのためにアパーチャを長くかつ狭い構成に戻すために提供する。トランスデューサのセグメント化は、セグメントのないトランスデューサと比較して、より少ない剛性を可能にし得る。

構造的な心臓処置では、経食道（ＴＥＥ）３次元（３Ｄ）超音波イメージングが使用される。ＴＥＥは、インターベンショナル心臓病専門医に加えて、全身麻酔とオンサイトエコー心電計を必要とする。ＩＣＥはこれを１人の医師の処置に減らすが、ボリュームイメージング能力はより限定される。約１：１アスペクト比を有するマトリックス状トランスデューサを有する３Ｄ ＩＣＥカテーテルを提供することにより、全てのスキャン面にわたって一貫した３Ｄイメージングが提供される。「約」は、２０％の許容誤差を許容するために用いられる。挿入の場合、ＩＣＥカテーテルは３～５ｍｍより広くない。スライド可能なトランスデューサセグメントは、所望のボリュームイメージングアスペクト比と、挿入のための平面に沿ったイメージングとの両方を可能にする。

図１は、医療用超音波プローブを用いた医療用超音波イメージングのシステムを示している。超音波イメージングシステムは、診断および／または治療のために使用される。超音波プローブは、カテーテルなどの管腔内プローブである。超音波プローブは、超音波アレイ１２を機械的に再配置することによって形成される複数の異なるアパーチャを用いた超音波イメージングに使用される。複数のアパーチャは、患者への挿入または患者を通す間にイメージングのために使用する一つのアパーチャおよびチャンバ内のボリュームイメージングのために使用するもう一つのアパーチャのように、患者をイメージングするために使用され得る。

超音波イメージングシステムは、医療用超音波用のエレメント２４のアレイ１２、ビームフォーマ５２、画像処理装置５４、およびディスプレイ５６を含む。追加的な構成要素、異なる構成要素、または少ない構成要素を提供することができる。例えば、このシステムは、ビームフォーマ５２、画像処理装置５４、および／またはディスプレイ５６を持たない管腔内プローブ１８内のアレイ１２を含む。これらのイメージングエレクトロニクスは、別個の超音波イメージングシステムにあってもよい。トランスデューサアレイ１２および管腔内プローブ１８は、イメージングシステムと脱離可能に接続する。別の実施形態として、ビームフォーマ５２および／または画像処理装置５４は、アレイ１２を有するまたはそれに隣接するチップまたはチップ上に統合され得る。

アレイ１２は、イメージングのために導体１６によってビームフォーマ５２に接続される。ビームフォーマ５２は、送信波形及び／又は受信信号を生成するための複数のチャネルを含む。相対的遅延及び／又はアポダイゼーション・フォーカスは、ビームを形成するための送信波形又は受信信号をフォーカスする。ビームフォーマ５２は、導体１６と接続される。ビームフォーマ５２は、アレイ１２の１つ、幾つかの、又は全てのエレメント２４を含むアパーチャを選択する。異なるアパーチャを異なる時期に使用してもよい。

管腔内プローブ１８は、ハウジング５０、エレメント２４のアレイ１２、導体１６、および１つ以上のガイドワイヤ２６を含む。追加的な構成要素、異なる構成要素、または少ない構成要素を提供することができる。例えば、ハウジング５０から流体を注入および／または抽出ためのポートまたはチューブが含まれる。別の例として、位置決定のための１つ以上のマーカーが含まれる。

電気導体１６は、アレイ１２のエレメント２４を受信ビームフォーマ５２に接続する。導体１６は、ワイヤ、同軸ワイヤ、フレキシブルな回路材料上のトレース、ワイヤ、フレックス回路、ワイヤジャンパ、それらの組合せ、または現在知られている、または後に開発された他の導体である。各エレメント２４には１つの導体１６が設けられている。代わりに、スイッチアパーチャ、部分的ビーム形成、または多重化のためのように、エレメント２４より少ない数の導体１６を使用してもよい。

ハウジング５０は、患者に挿入するためのプラスチックまたは他の材料のスリーブである。例えば、ハウジング５０は、ペバックスから形成される。他のナイロンまたは生物学的に中性（または生体適合性）の材料などの他の材料を使用してもよい。ハウジング５０は、プローブ１８の内部から患者の体液を分離するために、アレイ１２上に密封されている。

ハウジング５０は、患者に挿入するように構成されている。一般に、ハウジング５０は、長くて細いチューブのような円筒形状である。ハウジング５０は、硬い、剛性がある、可撓性がある、および／または半可撓性がある。ハウジング５０は、管腔内プローブ１８の挿入可能な部分を形成するように形成され、サイズが決められている。例えば、ハウジング５０は、カテーテル、ＴＥＥ、経尿道プローブ、または内膣プローブを形成する。本明細書中の例はカテーテルのためであるが、スライド可能なサブアレイは、種々の他の管腔内プローブ１８において使用され得る。別の実施形態では、プローブ１８および対応するハウジング５０は、小児用のマイクロＴＥＥを形成する。プローブ１８は、高強度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）を適用するために使用されるような、イメージングまたは治療適用のためである。

一実施形態において、ハウジング５０は、アレイ１２を有するＩＣＥカテーテルを形成する。アレイ１２は、１０フレンチ（３．３３ｍｍ）、１２．５フレンチ、または別の直径のカテーテル内に収まることがある。導体１６は、カテーテルを通ってビームフォーマ５２に経路付けされる。イメージングにはカテーテルトランスデューサーを用いる。画像は、診断、カテーテルまたはツールの誘導、および／または治療配置を補助する。

図２に示される１つの実施形態において、ハウジング５０は、膨張可能部分３０を含む。膨張可能部分３０は、プローブ１８の長軸に沿った任意の長さについてプローブ１８の側面にある。例えば、膨張可能部分は、プローブ１９の周囲の約１／３～１／２であり、アレイ１２の長さとほとんど同じ長さ（例えば、１０％以内）のものである。膨張可能部分は、アレイ１２が再構成される前またはその際に伸張または膨張することを可能にするバルーン、ゴム、または他の材質である。膨張可能部分３０は、アレイ１２に隣接している。他の実施形態では、ハウジング５０は、膨張するために異なる材質の別々の領域を有することなく膨張可能である。

膨張可能部分３０は、ハウジング５０を、膨張することなく内腔を通して挿入し、次いで、患者内の空洞または内腔内で膨張することを可能にする。アレイ１２は、２つ以上の複数のアパーチャを機械的に形成することができ、１つは、膨張可能部分３０による膨張なしに使用され、１つは、膨張可能部分３０による膨張のために、ハウジング５０内で膨張または適合する。

アレイ１２の再構成は、膨張可能部分でハウジング５０を伸長させるなどの膨張を引き起こす可能性がある。代わりに、膨張可能部分３０を、アレイ１２の再構成を可能にするように膨張する。例えば、流体チャネルは、膨張可能部分３０に隣接するハウジング５０内から生理食塩水または他の流体を注入または引き出して膨張または収縮させる。膨張可能部分３０の膨張は、膀胱イメージングのために、プローブ１８を尿道口（例えば、尿道に対して）の位置に固定する膨張可能部分３０の膨張されたバルーンのように、プローブ１８をアパーチャに保持するのを助けることができる。

アレイ１２は、複数のエレメント２４、バッキングブロック、電極、および整合層を有する。追加的な構成要素、異なる構成要素、または少ない構成要素を提供することができる。例えば、２つ以上のマッチング層が用いられる。

エレメント２４は、圧電材料を含むことができる。固体又は複合圧電材料を使用することができる。各エレメントは、直方体、立方体、または六面体であるが、他の多面体が用意されていることもある。例えば、１つまたは複数のエレメント２４の発光面は、立面集束または周波数ベースの指向性のために凹面または凸面である。これらのエレメントは、裏打ちブロックに統合されることがある。代わりに、フレキシブルな膜のようなマイクロ電気機械デバイスを用いる。現在知られているか、後に開発された超音波トランスデューサを使用してもよい。

数十個、数百個、または数千個のエレメントなど、任意の数のエレメント２４を提供することができる。より多数のエレメントについては、アレイ１２の背面にフリップチップ実装されるような、１つ以上のサブアレイビームフォーマを含むことができる。エレメント２４は、隣接するエレメント２４の中心間に実質的に波長又はそれ以下の間隔を有するように、互いに隣接している。

アレイ１２は、複数のサブアレイまたはセグメント３２から形成される。２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上など、任意の数のセグメントを用いてもよい。図２～４は４つのセグメントを有する実施形態を示し、図５は３つのセグメントを有する実施形態を示す。

これらのトランスデューサセグメント３２は、エレメント２４のアレイである。各セグメント３２は、他のセグメント３２と同じ大きさ、形状、および同数のエレメント２４からなる。例えば、４つのセグメント３２が提供され、各セグメント３２は４８ｘ１２エレメントの長方形のアレイを有し、７．２ｘ１．８ｍｍ^２の多次元または２次元（２Ｄ）サブアレイを形成する。他の大きさ及び／又は元素分布を用いてもよい。エレメントピッチは、方位角および仰角が１５０ミクロンであるが、他のピッチを使用してもよい。セグメント３２は、高調波５ＭＨｚ又は６ＭＨｚを可能にする広い帯域幅を有する３．５～４ＭＨｚの中心周波数で動作するように構成されているが、高調波を伴う又は伴わない他の動作周波数を使用してもよい。代替の実施形態では、複数のセグメント３２は、複数のエレメント、サイズ、形状、及び／又は動作周波数を有する。

一実施形態では、各セグメント３２は、部分的又はサブアレイビーム形成のための受信ビームフォーマを含む。例えば、ビームフォーマ特定用途向け集積回路は、５７６個のエレメントから部分的にビーム形成されたデータを２４または４８の出力にビーム形成のために、セグメント３２のうちの１つと接続し、その結果、４つのセグメント３２が、超音波システムのビームフォーマ５２に９６または１９２のチャネルを提供する。

セグメント３２のエレメント２４は、導体１６に電気的に接続する。トレースを有する緩いワイヤおよび／または可撓性回路は、エレメント２４の電極および／またはサブアレイビームフォーマの出力を導体１６に接続する。各セグメント３２は、導体１６に別々に接続することができる。代わりに、端部セグメント３２からの信号が次のセグメント３２に伝達され、それが次のセグメント３２等に伝達されて、導体１６に接続されるまで、デイジーチェーンアプローチが用いられる。

ハウジング５０はガイド３６を含む。ガイド３６は、ハウジング５０に沿ってピン３８を機械的に誘導するための溝、柵、チェーン、滑車、又はその他の配置である。ガイド３６は、ハウジング５０の内部にある。ガイド３６は、ハウジング自体の溝であってもよく、又はハウジング５０の内部に支持又は取り付けられた構造であってもよい。ガイド３６は、一部又は全てのピン３８がハウジング５０内で長手方向にスライドすることを可能にする。こスライドは、セグメント３２が互いに異なる位置をとることを可能にすることにより、アレイ１２の再構成を可能にする。１つまたは複数のピン３８は、ハウジング５０に対して適所に固定されてもよい。

ガイド３６は、図３の破線で示すような２つの平行な構造によって形成することができる。ガイド３６は、他の実施形態では単一の溝又は構造であってもよい。

ペグまたはピン３８は、金属、プラスチック、または他の材料である。ガイド３６に沿ってスライドすることを可能にしながらガイド３６と嵌合するための車輪、ギア、またはボールベアリング構造を設けてもよい。あるいは、ピン３８は、ホイールまたは回転可能な構造体なしでガイド３６に嵌め込まれ、スライドする。

各セグメント３２は、セグメント３２の一端に１つ以上のピン３８を含む。ピン３８は、セグメント３２のエレメント２４に接続されたフレーム又はホルダから延びている。あるいは、ピン３８は、エレメント２４から延びるか、またはそれに囲まれる。

セグメント３２は、スプリング３４または他の可撓性コネクタによって接続されてもよい。ピン３８に対向するセグメント３２の端部は、スプリング３４によって接続されている。ピン３８を有するセグメント３２の端部は、スプリング３４によって接続されてもよい。同様に、端部セグメント３２の端部は、ハウジング５０と接続されたスプリング３４を含んでもよい。

スプリング３４は、所定の形状に戻ろうとする金属スプリング、弾性材料、および／または形状（超弾性）アロイである。スプリング相互接続は、改善された操縦性のために、音響的に活性な部分内により大きな柔軟性を提供する。セグメント３２がガイド３６のスライドによってずれているところでは、スプリング３４は圧力を加えて、セグメント３２をスライドして戻すことによって元の又は他の配置に戻す。

ガイドワイヤ２６は、セグメント３２の１つ以上に接続して、ガイド３６に沿ってセグメント３２を主導する。例えば、ガイドワイヤ２６は、ハンドルに最も近い、またはプローブ１８の先端に最も近いセグメント３２のピンホルダに接続する。ワイヤ２６を引っ張ることによって、セグメント３２はガイド３６内をスライドする。スプリング３４は、ピン３８がハウジング５０又はガイド３６に固定されている最後のセグメント３２を除いて、他のセグメント３２もガイド３６上をスライドするようにする。セグメント３２を異なるまたは元のアパーチャ形状に戻すために、ガイドワイヤ２６を放出するか、または反対方向に移動させる。ガイドワイヤ２６からの力の有無にかかわらず、スプリング３４はセグメント３２の一部をガイド３６に沿ってスライドさせる。セグメント３２は元のアパーチャに戻る。ガイドワイヤ２６は、マルチエレメントトランスデューサを互いに対してスライドさせるための制御ワイヤである。

セグメント３２を再編成するための他の機械的活性化および／または手動活性化を使用してもよい。他の実施形態では、電気機械的活性化が提供される。モータは、セグメント３２をガイド３６に沿ってスライドさせる。このスライドは、トランスデューサ又はアレイ１２の近くに配置された圧電モータ又は電磁モータによって作動される。モータは、プローブハンドルから電子的に制御される。作動ロッドは、ガイドワイヤ２６の代わりに、またはそれと共に使用されてもよい。作動ロッドは、回転方式、プッシュプル方式、またはその両方で使用することができる。

ユーザまたはモータが最も遠位または近位のペグ３８を引っ張ると、イメージング変換器またはセグメント３２が移動する。セグメント３２は、ハウジング５０内で互いに相対的にスライドしやすい及び／又は回転可能である。セグメント３２は、ペグ３８の１つが所定の位置に固定されることによって提供される抵抗に逆らって移動する。ガイド３６に沿ってスライドすることによって、セグメント３２は、複数のアパーチャを形成するように配置または構成されてもよい。ロックが、セグメント３２をアパーチャのいずれかまたは両方に固定するように係合することができる。両方のアパーチャを用いて、同じ患者をイメージングすることができる。例えば、再構成は、アレイ１２およびハウジング５０の一部が患者内にある間に起こる。

図２～４は、２つの複数のアパーチャの形成を示している。１つは内腔を移動するために長く狭くなり、もう１つは、ボリュームまたは多平面イメージングのために、方位と挙上に沿ってより対称的に移動する。アレイ１２またはトランスデューサのアスペクト比は、非折り畳みセグメント３２のスライドを通して、より長く、より狭いプロファイルから長方形または正方形のプロファイルに変化する。

図２および図３は、プローブ１８を患者に挿入するため、および／または患者の内腔を通してアレイ１２を移動させるために配置されたセグメント３２の上面および側面の図を示す。図２では、各セグメント３２の音響エネルギの伝達・受信方向（深さ）が、描画シート内外にある。図３では、音響エネルギの伝達・受信方向（深さ）は、描画シートの平面内の各セグメント３２の最上部長縁まで管周囲にある。この例の配置では、交互のセグメント３２は、カテーテル体長と１８度および１６２度で角度をつけている。他の角度を用いてもよい。例えば、セグメント３２は、角度が０度であるように、同じ平面内にあってもよい。セグメントのエレメント２４は、４つのセグメントから長く（例えば、１９２エレメント）、かつ狭い（例えば、１２エレメント）アパーチャを形成する。例えば、アパーチャは長さ２７．４ｍｍ以上、幅２．３ｍｍ以上である。ホルダ及びスプリング３４は、アレイ１２の部分を分離して、複数のセグメント３２から形成されるアパーチャが連続していなくてもよい。ゼロでない角度が使用される場合、単一セグメント３２が、セグメント３２の角度でプローブ１８からプローブ１８の長軸まで平面が伸びる平面撮像に使用され得る。あるいは、セグメントの複数は、電子ビーム形成において考慮される角度およびギャップと共に使用される。セグメント３２のこの比較的長いて狭い配置により、プローブ１８は血管内挿入および配置を容易にするために長い、細く、かつ可撓性であることが可能となる。

一実施形態では、長方形のセグメント３２は、より短い端部及びより長い側部を有する２Ｄアレイ又はサブアレイを形成する。挿入のために、セグメント３２は、一般的に、短い端から短い端に隣接しており（図２および３参照）、セグメント３２と同じ幅（短い端幅）を有するより長いアレイ１２を形成する。ガイド３６内のペグ３８をスライドさせることによって、イメージングに使用されるアパーチャは、機械的に再配置されてもよい。図４に例を示す。この追加のアパーチャは、セグメント３２の長い方のエッジを短い端部の代わりに隣り合うように配置することによって形成される。セグメント３２のペグ端またはピン端を引っ張ったり押したりすることにより、より対称で、矩形、またはより類似した方位と挙上寸法のアパーチャが利用可能である。トランスデューサは、より正方形のアパーチャにスライドする。

図４の例では、方位角と仰角の両方でイメージングの品質が同じになるように、正方形のアパーチャが設けられている。アパーチャは、４つのセグメント３２を、ほとんどない（例えば、２以下のエレメント）長い側に並べて、セグメント間に隙間がないように配置することにより形成され、１つの実施形態において、約７．２ｘ７．２ｍｍ^２アレイ１２を提供する。一方の寸法（例えば、方位角）は、セグメント３２（図４に垂直方向として示される）と同じ長さを有し、他方の寸法（例えば、仰角）は、セグメント３２の長さと同じ長さを有するが、４つの短い端部幅（図４に水平として示される）によって形成される。セグメント３２は、図２の短い端から短い端によって提供されるアレイ１２よりも大きな幅または隆起を有する２Ｄアレイ１２を提供するように再編成される。他の長方形であるが、より矩形の（より長さに類似した幅または方位により類似した隆起）セグメント３２によって形成されるアレイ１２を提供することができる。

１つ以上のセグメント３２がもう１つのセグメントに対してスライドされることにより、セグメント３２は、３Ｄ、ボリューム、または多平面イメージングのための２Ｄプロファイルにおいて、より四角形のように、または対称的に作成される。例えば、いったん挿入が完了すると、アレイ１２は、長くて狭い（図２および３を参照のこと）挿入配置から、ボリュームイメージングのためのアレイ１２まで再構成される。心臓の例では、図４の２Ｄアレイ１２は心腔内で使用され、一方図２および３のアレイ１２は、アレイ１２を心腔内に配置するための誘導または挿入の間に使用される。いったんチャンバに入ると、狭く曲がりくねった血管経路を通過しなければならないにもかかわらず、経食道プローブと同様に、この広い矩形のマトリックストランスデューサが提供される。収縮可能なトランスデューサセグメント３２は、内腔への挿入または移動を妨げずに、３Ｄボリュームイメージングのためのより矩形のプロファイルを作成することができる。

膨張可能部分３０は、アレイ１２の再構成を可能にするように膨張、伸張、または膨張する。セグメント３２からの力、流体（例えば、生理食塩水）中にポンプされる、または別の機械的配置を使用することによって、膨張可能部分３０は、アレイ１２の余地を許容するように拡大する。この膨張は、アレイ１２を再構成する前および／またはその間に起こる。図４の例では、膨張可能部分３０は、生理食塩水で膨張されたバルーンである。ピン３８は、ガイド３６内でスライドされ、以前に膨張されたバルーン内のボリュームイメージングアパーチャ内でアレイ１２を形成する（例えば、バルーンは描画の平面に対して直交している）。

図５は、比較的長い狭いアパーチャ６０と、より正方形のような、またはより長いより広いアパーチャ６２との間で、セグメント３２をスライド可能に再配置するための別の実施形態を示す。各セグメント３２は、隣接するセグメント３２の別の傾斜面６４と対合する少なくとも１つの傾斜面６４を有する。約４５度など、あらゆる角度を用いることができる。１つのセグメント３２の一端に複数の傾斜面６４が用意されてもよい。傾斜面６４は、１つまたは複数のガイドワイヤ２６からの力が加えられるにつれて、セグメント３２を積み重ね、タック解除するようにガイドする。長い狭いアパーチャ６０は、端から端まで整列したセグメント３２（隣接する短い端）によって挿入するために形成され、より正方形のボリュームイメージングアパーチャ６２は、長い側から長い側に積み重ねられたセグメント３２によって形成される。互いに隣接する傾斜面６４は、２つのアパーチャ６０、６２間の遷移のためにセグメント３２を互いにスライドする。傾斜面６４は、スライドしてアパーチャ６０、６２を形成することを可能にする。

１つの実施形態において、セグメント３２は、プローブ内の記憶ポケットからセグメント３２を場所にスライドすることにより、２次元アレイ１２に構成することができる。機械的作用は、プローブのハンドルから引っ張られたガイドワイヤ２６によって制御される。また、導体１６の少なくとも一部を形成する相互接続フレックス６６は、ケブラー織物のような積層型強度部材、又は金属のようなスプリングのような非常に薄いものさえも組み合わされる。ガイドワイヤ２６は、セグメント３２を所定の位置に引っ張り、結像しながら緊張状態に保つ。張力は、フレックス相互接続部６６によっても与えられる。手順が終了すると、ガイドワイヤ２６が緩み、フレックス相互接続６６がセグメント３２を所定の位置に引き戻し、長い狭いアパーチャ６０を形成する。ガイドワイヤ２６は、代わりに、セグメント３２への電気的相互接続の数を２倍にする、追加の補強フレックス相互接続であってもよい。

１つのセグメント３２（例えば、モジュール１）を所定位置に固定することによって、このセグメント３２は、ボリュームイメージングアパーチャ６２が展開されていない場合でさえも、イメージングのために常に使用されてもよい。例えば、プローブ１８（例えば、心腔内へのカテーテル）を誘導しながら、このセグメント３２（例えば、モジュール１）またはインライン状態の複数のセグメント３２（例えば、図５の上部）を長い狭いアパーチャ６０に使用することができる。膨張可能部分３０は、機械的潤滑性ならびにトランスデューサセグメント３２と患者の外部環境との間の音響結合剤を提供する非毒性グリースまたはヒドロゲルで満たされたバルーンであってもよい。

他の実施形態では、他の構造が、２つの複数のアパーチャ間でスタッキングしたり、粘着したり、再編成したりするために、互いに相対的にセグメント３２を誘導するために提供される。図６は、アーム６８が２つ以上のセグメント３２の間を回転可能に連結する例を示す。アーム６８は、異なるセグメント３２に回転可能に連結する。４つの平行アーム６８のような任意の数は、任意の２つ以上のセグメント３２の間を連結する。アーム６８は、上位セグメント３２が位置に入り、下位セグメント３２と平行に保たれるように回転する。次いで、１つ以上のセグメント３２が、アーム６８と連結されたセグメント３２の間をスライドすることができる。ガイドワイヤ２６又は他の押し込み又は引っ張り構成が、メカニズムを作動させてもよい。

１つまたは複数のセンサ７４が、いずれかまたは両方のアパーチャ６０、６２の形成を感知するために提供されてもよい。図４は、接触センサ７４が、ボリュームイメージングアパーチャに対して配置されたようにセグメント３２を感知する例を示す。他のタイプのセンサ、例えば、電流、抵抗、光学、赤外、磁気位置、ホール効果、ＧＭＲ、誘導、または容量センサを使用することができる。センサまたはセンサ７４は、セグメント３２から分離されているか、取り込まれているかもしれない。センサ７４は、アパーチャ形成が検出され、ユーザインタフェースまたはイメージングを制御するプロセッサに伝達されるように位置感知装置である。センサ７４は、各トランスデューサセグメント３２間の相対的オフセットを測定することができる。オフセットは、異なるセグメント３２の使用によるアパーチャ６０、６２内の任意のギャップを考慮するために、ビーム成形の調整を行うために使用されてもよい。

図７は、ＨＩＦＵにおける使用のための別の実施形態を示す。図２～４の構造を用いる。セグメント３２は、より高い音響エネルギの伝送及び／又はＨＩＦＵのためのより長いパルスのための高い「Ｑ」を有するエレメントを有する。２つのセグメント３２は、ＨＩＦＵ伝達要素のみを有する可能性がある。他の２つのセグメント３２は、ステアリングなしで高周波でのＭモードイメージングのような超音波イメージングのためのエレメントと同様にＨＩＦＵ透過エレメントの両方を含む。例えば、２つの内側セグメント３２は、４つのセグメント３２すべてによって形成されるＨＩＦＵアレイ７０に囲まれたＭモードイメージングアレイ７２を形成する。ＨＩＦＵエレメントは、中心トランスデューサのレイリー長で固定焦点とすることができる。ＨＩＦＵは、心臓または膵臓のアブレーションなどの治療に使用されることがある。

再び図１を参照すると、ビームフォーマ５２は、方位方向及び／又は仰角方向に沿って電子的に焦点を結ぶ。アパーチャを用いた複数の走査線が走査される。受信動作の間、焦点は深さの関数（すなわち、動的焦点合わせ）として変化することがある。

画像処理装置５４は、検出器、フィルター、処理器、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、デジタル信号プロセッサ、コントロール処理器、スキャンコンバート、三次元画像処理装置、グラフィック処理装置、アナログ回路、デジタル回路、またはそれらの組合せである。画像処理装置５４は、ビーム形成されたデータを受け取り、ディスプレイ５６上で画像を生成する。画像は、長い狭いアパーチャの少なくとも一部を用いて挿入中に二次元走査と関連付けられる。画像は、より対称的なボリュームイメージングアパーチャを用いて、挿入後の三次元走査と関連付けられる。ボリュームを表すデータはスキャンによって取得され、画像は３Ｄスキャンから描出される。

図８は、管腔内超音波プローブによる超音波イメージングのための方法の一実施形態のフローチャート図である。プローブ内のスライド可能なサブアレイは、２つの複数のアパーチャで結像するために使用される。図２～５および７のプローブ、またはスライド可能なサブアレイを有する他の管腔内プローブを用いて、患者内とは異なるアパーチャでイメージングする。

追加的、異なる、または少数の動作が提供されることがある。例えば、超音波イメージングシステムを構成するための行為および／または診断または治療のための行為が含まれる。行為は、図示の順序又は異なる順序で実施される。

アクト８０では、管腔内プローブを患者に挿入する。プローブを血管などの内腔に挿入する。例えば、プローブは心腔内カテーテルである。

管腔内プローブは、少なくとも２つのサブアレイを含む。２つのサブアレイは、互いに相対的に移動させることができる別々の装置である。２つのサブアレイは、患者内の内腔に移動するプローブおよび／またはプローブが患者に入ることによるプローブの膨らみまたは他の干渉を回避する方法で挿入されるように配置されている。例えば、２つのサブアレイは短い端から短い端に配置され、幅３、５、または１０ｍｍ以下の長いて狭い配置を形成する。他のタイプのプローブでは、２５ｍｍ以下など幅が大きくなることがある。

動作８２において、サブアレイの１つ以上が、患者をイメージングするために使用される。サブアレイは、幅に沿ってよりもプローブの長さに沿って延在するアパーチャを形成する。例えば、サブアレイは挿入の際に短い端から短い端である。サブアレイの１つ、複数、又は全ては、ビームフォーマと接続して、２Ｄイメージングのためのアパーチャを形成する。

図２の配置では、１つ以上のサブアレイがプローブの長さに対してゼロでない角度にある。この角度は、イメージング面がプローブの長さに対して角度をなすことに帰着する。他の実施形態では、角度はゼロであるか、またはビームフォーマは、プローブの長さに沿った平面内で走査するように操縦する。サブアレイがゼロ角度（図５参照）で整列されている場合、または異なる角度を説明するためにビーム形成が使用される場合、イメージングに使用されるアパーチャは、複数のサブアレイを含むことができる。

挿入を補助するために画像が生成される。挿入のためにアパーチャを用いて走査することにより、二次元画像が生成される。

動作８４では、２つのサブアレイが再編成される。手動またはモータ駆動力を使用して、サブアレイのうちの１つまたは複数は、プローブ内でスライドされる。例えば、コントロールワイヤが押されたり、引っ張られたりする。

１つ以上のサブアレイは、互いに相対するような、他のサブアレイと比較してスライドする。再編成は、挿入の間にイメージングのために形成されたアパーチャから、プローブが患者内に配置されるとイメージングのためのアパーチャまでである。例えば、プローブの先端が心腔内にあると、サブアレイはボリュームイメージングのために別のアパーチャに再編成される。

再編成はサブアレイを積み重ねるように動かすか、あるいはそれらを回転させて短い側面ではなく長い側面に沿って並べることがある。例えば、図５のサブアレイの角度は、アレイを積み重ねるために使用される。別の例として、ガイドのペグは、図２および図３のセグメントを互いに逆回転させ、図４のアレイを形成させる。

プローブハウジングは、再編成により、または再編成を可能にするために膨張されてもよい。例えば、流体は、バルーンのような膨張可能部分でプローブのハウジングに送り込まれる。添加された流体は、膨張可能部分を患者内に伸長させ、サブアレイの再編成によって形成されるより大きなまたはより広いアパーチャのためのより多くの余地を作り出す。

動作８６では、サブアレイの複数を使用して患者をイメージングする。サブアレイは、挿入中にプローブよりも広いアパーチャを形成する。幅を広げると、ボリュームスキャンおよびイメージングが可能になる。例えば、サブアレイは、図４および５に示されるように、互いに隣接する最も長い側と積み重なっている。

サブアレイは、ビームフォーマと接続して、ボリューム、３Ｄ、又は多重平面イメージングのためのアパーチャを形成する。アパーチャはボリュームスキャンに使用する。画像は、診断および／または治療を補助するために生成される。ボリュームイメージング用のアパーチャを使用してスキャンすることにより、３Ｄからレンダリングされたイメージが生成される。

動作８７では、第２のアパーチャは、展開されない。サブアレイは、第１のアパーチャを形成するように再配置される。スプリング力、制御ワイヤによって加えられた力、または他の力は、アクト８２の配置を戻すためにサブアレイを再編成する。

動作８８において、ハウジングのバルーンまたは膨張可能部分は、収縮または平らにされている。次いで、このプローブは、動作８９において除去され得る。

本発明は、様々な実施形態を参考にして上記に記載されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変更および改変を行うことができる。したがって、前述の詳細な説明は限定的ではなく例示的なものと見なされ、すべての等価物を含む以下のクレームは本発明の精神と範囲を定義することを意図している。

Claims (16)

1. 超音波イメージングのための超音波プローブであって、
   患者内へ挿入するために構成されたハウジングであって、膨張可能部分を有する、ハウジングと、
   前記ハウジング内のガイドと、
   前記ガイドに連結されたエレメントの第１の２次元アレイと、
   前記ガイドに連結されたエレメントの第２の２次元アレイと、
   を含み、
   前記第１の２次元アレイが、前記第２の２次元アレイに対して前記ガイドに沿ってスライド可能であり、前記ハウジングおよび前記第１および第２の２次元アレイが患者内にある間、超音波イメージングの第１および第２のイメージングアパーチャを形成する、
   超音波プローブ。
2. 前記ハウジングが、前記第１及び第２の２次元アレイに隣接する膨張可能部分を含み、
   前記第１のイメージングアパーチャが、前記膨張可能部分の膨張を伴わずに前記ハウジング内にあり、
   前記第２のイメージングアパーチャが、前記膨張可能部分の膨張を伴って前記ハウジング内にある、
   請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記第１の２次元アレイの第１の端部が、第１のピンで前記ガイドに接続されるとともに、前記第２の２次元アレイの第１の端部が、第２のピンで前記ガイドに接続され、
   スプリングが、前記第１の２次元アレイを前記第２の２次元アレイに接続し、前記スプリングが、前記第１の２次元アレイの第２の端部および前記第２の２次元アレイの第２の端部に接続される、
   請求項１に記載の超音波プローブ。
4. 前記第１のイメージングアパーチャが、前記第２のイメージングアパーチャよりも長くかつ幅が狭い、請求項１に記載の超音波プローブ。
5. 前記第１および第２の２次元アレイが、それぞれ、端部が側部よりも短い長方形アレイを含み、
   前記第１のイメージングアパーチャが、前記第２の２次元アレイの前記端部のうちの１つに隣接する前記第１の２次元アレイの前記端部のうちの１つを有し、
   前記第２のイメージングアパーチャが、前記第２の２次元アレイの側部のうちの１つに隣接する前記第１の２次元アレイの側部のうちの１つを有する、
   請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 前記第２のイメージングアパーチャが、前記第１の２次元アレイの側面の長さおよび前記第１および第２の２次元アレイの両方の末端の長さの少なくとも合計の幅を有する矩形または長方形の形状を含む、請求項５に記載の超音波プローブ。
7. 前記ガイドに沿って前記第１の２次元アレイをスライドさせるために、少なくとも前記第１の２次元アレイに接続されたワイヤをさらに含む、請求項１に記載の超音波プローブ。
8. 第３および第４の２次元アレイをさらに含み、
   前記第２のイメージングアパーチャが、並べて配置された前記第１、第２、第３、および第４のアレイを含む、
   請求項１に記載の超音波プローブ。
9. 前記第１のイメージングアパーチャが、前記ハウジングの長軸に対してゼロ以外の角度で配置された前記第１および第２の２次元アレイの最長軸を有する、請求項１に記載の超音波プローブ。
10. 前記第１および第２の２次元アレイに接続された緩いワイヤをさらに備える、請求項１に記載の超音波プローブ。
11. 前記第１の２次元アレイが、第１の角度を有する表面を有し、
    前記第２の２次元アレイが、第２の角度を有する表面を有し、
    前記第１の角度を有する表面と、隣接する第２の角度を有する表面とが、前記第２の角度を有する表面に沿って前記第１の角度を有する表面をスライドさせることによって、前記第１の２次元アレイを前記第２の２次元アレイにスタッキングされる、
    請求項１に記載の超音波プローブ。
12. 前記第１および第２の２次元アレイが、平行アームによって互いに回動可能に接続される、請求項１に記載の超音波プローブ。
13. 前記第２のイメージングアパーチャの形成および／または前記第１のイメージングアパーチャの形成を感知するように構成されたセンサをさらに含む、請求項１に記載の超音波プローブ。
14. カテーテルまたは管腔内プローブのための超音波アレイであって、
    患者内へ挿入するために構成されたハウジングと、
    前記ハウジング内で相対的にスライドすることができる複数のマルチエレメントトランスデューサであって、前記マルチエレメントトランスデューサが患者内で第１および第２のイメージングアパーチャで構成可能であり、前記第１のイメージングアパーチャが前記第２のイメージングアパーチャとは形状が異なり、前記第１のイメージングアパーチャが前記第２のイメージングアパーチャに配置された前記トランスデューサからスライドするによって形成される、複数のマルチエレメントトランスデューサと、
    を含み、
    前記マルチエレメントトランスデューサは、前記マルチエレメントトランスデューサを積み重ねるように案内するために、隣接する傾斜面を有する、
    超音波アレイ。
15. 前記ハウジングが、
    バルーンセクションを含み、流体が前記第２のイメージングアパーチャのための前記バルーンセクションを、第２のイメージングアパーチャのための流体がバルーン部分を膨らませるとともに、
    前記マルチエレメントトランスデューサの少なくとも１つに接続された制御ワイヤを含み、前記制御ワイヤが、前記マルチエレメントトランスデューサを互いにスライドするように構成された、
    請求項１４に記載の超音波アレイ。
16. 少なくとも２つのサブアレイを含む管膣内プローブを用いた超音波イメージングシステムの作動方法であって、
    前記超音波イメージングシステムが、
    前記管腔内プローブの長さに沿って主に伸びる第１のアパーチャとして少なくとも前記２つのサブアレイを使用してイメージングするステップであって、前記２つのサブアレイが前記管腔内プローブの長さに沿って互いに隣接する、ステップと、
    前記２つのサブアレイを第２のアパーチャに再配置するステップと、
    前記２つのサブアレイを前記第２のアパーチャとしてイメージングするステップと、
    を自動的に実行し、
    前記再配置するステップが、
    前記２つのサブアレイのうちの少なくとも１つを、前記２つのサブアレイのうちの別のサブアレイに対して、傾斜した表面に沿ってスライドさせるステップを含み、
    前記傾斜した表面に沿ってスライドさせるステップが、前記２つのサブアレイをスタッキングする、
    方法。

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