JPH06504920A - カテーテル中の環状超音波トランスデューサ - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 カテーテル中の環状超音波トランスデユーサ［技術分野］ この発明は、超音波映像システムに関し、特にカテーテルの位置を正確に決定す るために使用される環状超音波トランスデユーサに関する。

［背景技術］ よく知られているように、カテーテルの位置についての知識がめられている多く の医学的過程が存在する。そのような１例はバルーン血管カテーテルの位置決定 である。そのようなシステムでは、利用されるカテーテルの一部分は、プラーク を含む動脈の狭い断面を開くように膨張時に拡張される。

その目的は、プラークが存在するバルーン部分があるようにカテーテルが位置さ れることである。そのような位置決定を行う１つの方法は蛍光Ｘ線装置を使用す る。蛍光Ｘ線装置では、Ｘ線照射によって可視状態となるコントラスト付与剤は カテーテルを通って送られ、蛍光Ｘ線装置を使用して可視にされる。そのような カテーテルの位置決定方法およびその他の介在システムは人体空洞内のカテーテ ルの位置決定のためにＸ線技術を使用する。よく知られているようにＸ線可視技 術の欠点は患者および付添いの技術者に対する放射線の潜在的な危険な影響を含 んでいることである。コントラスト付与剤による付随的な危険も潜在的に存在す る。別の大きい問題はＸ線装置および技術者のコストが大きいことである。

別の技術では実効的膨張区域を職別する高度に放射線に不透明なタンタルその他 のマーカーを使用している。これらのタンクルマーカーはＸ線によるカテーテル の位置の検出を可能にするカテーテル軸にしっかりと固定される。

従来の技術はＸ線放射の危険を認識しており、したがって従来の技術ではソフト な組織解析によく適しており、Ｘ線放射の危険のない超音波その他の映像技術を 使用することが試みられている。これに関して米国特許第４．２４９．５３９号 明細書（Ｄ、　Ｈ，Ｒ，Ｖｉｌｋｏｍｅｒｓｏｎ他）が参照される。この米国特 許明細書には、吸出し過程で使用される吸出し針の先端を検出して先端に位置し た取外し可能なトランスデユーサによって超音波画像中の針の先端を示すシステ ムが記載されている。この明細書には、トランスポンダとしてトランスデユーサ を使用し、信号が検出されたとき送信機に人体を通って信号を送り返すことが記 載されている。その吸出し針はトランスポンダの電子装置に針を通って電気的に 接続された小さな無方向性超音波トランスデユーサを取外し可能に支持している 。吸出し針の先端における半球形トランスデユーサに映像トランスデユーサから 入射したパルスは半球形トランスデユーサにおいて感知され、吸出し針の位置は 、針の地点から放射された復帰信号の発生による“直接トランスポンダ動作”か 、或いは人体を通るのではなくワイヤによって送信システムに直接送られる適当 に遅延された信号による“間接トランスポンダ動作”かのいずれかによって画像 中に挿入される。

また別の文献として米国特許第４．７０６．６８１号明細書（Ｂ、Ｂｒｅ７５ｒ 他）が参照される。この米国特許明細書には、リード線１；１以上のピエゾ電気 マーカートランスデユーサを取付け、マーカートランスデユーサによる走査器超 音波信号の受信において適当な電気信号を発生する適当な電気回路に電気導体に よってトランスデユーサが接続された超音波的にマークされたリード線が記載さ れている。これらの信号は超音波エコーグラフの画像中のマーカートランスデユ ーサの位置を特定し、それによってリード線の位置を導き、障害を検出する。

この米国特許明細書から明らかなように、マーカートランスデユーサは円筒形ま たは管状である。これらのトランスデユーサはその表面形状に関しては平坦であ り、全ての場合において円筒の長さはその直径よりも長い。場合によっては円筒 はその管状形状に一致するためにその直径の２倍の長さである。そのような管状 トランスデユーサはその縦軸に垂直に近接したビームにのみ感応する。後述する ように、そのようなトランスデユーサが顕著な感度を有する角度は非常に小さい 。

米国特許第４．７０６．６８１号明細書に示された管状トランスデユーサはトラ ンスデユーサの軸に垂直の方向のエネルギ以外の角度から入射するエネルギに応 答することはできない。後述するように、そのようなトランスデユーサはカテー テルの位置を確実に決定するために使用されることはできない。米国特許第４． ２４９．５３９号明細書に示された半球形トランスデユーサはカテーテルの管状 部分に取付けられることはできない。

本発明の湾曲した環状超音波トランスデユーサは、従来技術の問題を回避する。

すなわち、トランスデユーサが入射音響ビームの広い角度範囲にわたって感応し 、任意の所要の位置で管上に取付は可能である。このようにして通常の走査モー ド中管状装置上のトランスデユーサの位置を示す超音波映像システムが可能にな る。

［発明の開示］ 走査超音波映像システムと共に使用され、トランスデユーサと共同するカテーテ ルの位置の決定を可能にするトランスデユーサは、前記映像システム中で使用さ れる超音波周波数の２乃至５０波長で走査される平面における曲率半径を有する 湾曲した外側表面を有する環状部材を具備している。

［図面の説明］ 図１は、本発明によるトランスデユーサ上に放射している超音波走査ヘッドを示 している概略図であり、図２は、本発明によるトランスデユーサの正面図であり 、図３は、図２のライン３−３に沿ったトランスデユーサの断面図であり、 図４は、本発明によるトランスデユーサの側面図であり、図５は、図４に示され たトランスデユーサの正面図であり、図６は、本発明によるトランスデユーサの 動作を示しているグラフであり、 図７は、非対称的な表面を含んでいる本発明によるトランスデユーサの斜視図で あり、 図８は、平滑な湾曲表面を近似する多数のファセットを含んでいる本発明による トランスデユーサの斜視図である。

［本発明を実行する最良のモー１１ 図１において、励起領域１３を生成する良く知られている方法で走査する超音波 走査トランスデユーサ１ｏが示されている。

カテーテル１２は患者の体内に導かれ、例えば血管技術の場合において適当な動 脈あるいは血管に導かれる。カテーテルは、所望の位置に外科医あるいは別の開 業医によって位置され、移動される。上記に示されたように、内科医にとって最 初に重要なことはカテーテルの位置を決定することである。カテーテルが説明さ れるようなトランスデユーサ素子１１であることは、本発明の主題である。トラ ンスデユーサはピエゾ電気体である表面上の被覆を有する。トランスデユーサ１ １は、湾曲した外側表面を有する環状部材である。

図１に示されるように、走査トランスデユーサ１０から放射するビーム１４は、 トランスデユーサ１１の表面に衝突する。トランスデユーサ１１はカテーテル１ ２を取囲んでいる中央の開口と共に湾曲した外側表面を有することを特徴とし、 先端付近に位置される。トランスポンダ技術の使用の鍵は、トランスデユーサ１ １が入射音響ビームの入射角度の広い範囲にわたって感度があることが保証され ていることである。位置測定トランスデユーサ１１の位置は音響フィールド１３ のどこでも可能であるので、それはカテーテル軸に垂直な角度から離れた角度で 入射する走査の平面１３におけるビームに応答特性しなければならない。そうで ない場合、それが走査トランスデユーサｌＯに直下でない限り位置測定トランス デユーサ１１を発見することはできない。この直下の位置において、通常のカテ ーテルは、垂直の励起の強い反射が得られるので良く見える。

米国特許第４．７０６．６８１号明細書におけるような従来技術において、トラ ンスデユーサはこの要求を満していない。この米国特許明細書に示されたマーカ ートランスデユーサは、基本的に円筒型あるいは管状である。図面およびテキス トは平坦なこのようなトランスデユーサを示し、全ての場合において円筒体は上 記に示されたような直径よりも長い。このような管状のトランスデユーサは、長 い軸（追加説明参照）に垂直に接近するビームに対してのみ感度がある。追加説 明の図面２に示されるように、管状トランスデユーサは以下の式によって定めら れた角度ａ′内にのみ感度がある。

ａ’　＝ｓ　ｉ　ｎ−１（波長／管の長さ）このように、目に見えるように管状 のトランスデユーサは縦軸に垂直に接近するビームにのみ感度がある。つまり角 度ａ′内にのみこのような感度のある管状の受信機が存在する。

米国特許第４．７０６．６８１号明細書に記載されたようなトランスデユーサの 角度的な感度の範囲を解析するため、動作が７゜５ＭＨｚの通常の映像周波数で 行うことが仮定される。波長は０．２ｍｍである。管の長さは少なくとも２ｍｍ であり、小さなカテーテルの直径と同じである。つまり少なくともこの直径の寸 法である。このようなトランスデユーサにおける上記式によって与えられるよう に顕著な感度がある角度は、±９度より少ない。通常の超音波映像が±４５度に わたる時、このようなトランスデユーサは映像の中央２０％においてのみその位 置をマークする。

図２および図３を参照すると、本発明による湾曲した角度のトランスデユーサの 正面図がそれぞれ示されている。感度が縦の軸の周りの回転に無関係であるよう に２次元に湾曲されて示されている。これは通常の場合であり、トランスデユー サは、例えば位置決定手段に対してカテーテルの回転方位づけを可能にするため に非対称的であってもよい。同様の方法でトランスデユーサを選択的にメッキす ることすることによって回転非対称が得られる。したがって、トランスデユーサ はその表面の一部分のみが湾曲し、表面の残りの部分は平坦であってもよい。湾 曲した部分は、以下説明されるような超音波システムで使用される周波数の関数 である曲率半径を有する。この方法によって、湾曲部分は平坦な部分よりもさら に効果的に超音波を検出する。それ故、トランスデユーサがカテーテル上に位置 される場合、トランスデユーサはトランスデユーサの効果的な湾曲表面部分に基 づいた回転位置を決定するためにカテーテルを回転することができる。これは、 回転方位が重要である機械的あるいはレーザ血管のために行われる。図３は、図 ２のライン３−３に沿りたトランスデユーサの断面図である。湾曲した角度のト ランスデユーサは超音波カテーテル位置決定に使用される。トランスデユーサは ３つのパラメータによって本質的に特徴付けられる。

トランスデユーサは、ｄと図２に示されたような全体の直径を存する。トランス デユーサは、ｒと示されたカテーテル軸に沿った曲率半径および厚さｔを占める 湾曲部分を有する。

トランスデユーサ層の実際の厚さは、既知の技術である（１゜Ｗ、Ｈｕｎｔ氏ら による文献、ＩＥＥＥ　ＢＭＥ−３０，４５３（１９８３）に見られる）トラン スデユーサにおける超音波の１／４波長の多重倍程度である。

追加説明において論議されるように、このようなトランスデユーサのカテーテル に対する励起ビームの角度の関数として応答特性は、曲率半径および使用された 波長に依存する。

図６において、追加説明に示される式を使用して計算された可変の曲率半径を有 する湾曲したリングトランスデユーサの応答特性が示されている。参考のために 、同等の幅の平坦なリングの応答特性が非常に狭いことが示されており、上記さ れたようなカテーテル位置には使用できない。対称的に、湾曲リングトランスデ ユーサは６０度を有効な感度を有することが示される。角度ゼロの平坦なトラン スデユーサに比較された感度において妥協が存在するが、例えば６０度において 湾曲したトランスデユーサは平坦なトランスデユーサの５０倍以上の感度である 。

これらのトランスデユーサの特定な形、例えば湾曲リングあるいは環状の湾曲し たトランスデユーサは、追加説明に含まれた式から計算される。しがしながら、 一般に、平坦な管よりも湾曲表面を存するトランスデユーサが開示されている。

曲率半径、トランスデユーサの厚さおよびカテーテルの直径は、トランスデユー サの形状を決定する。追加説明に示されるように、このようなトランスデユーサ の効果的な形は２乃至５０波長の曲率半径で行われ、追加説明における式を使用 して特定の映像状況に適当な湾曲が計算される。

湾曲したリングの近似、例えばこのようなカテーテルの表面上に使用された多数 のファセットあるいは傾斜は、角度的な許容範囲をさらに増加する。

このように、走査超音波映像システムによってそれらを正確に位置決定すること を可能にするカテーテル上に位置されたトランスデユーサの設計基準を含んでい る技術が開示されている。理解できるように、記載されたような超音波映像シス テムは、例えば図１に示されたようなカテーテルの表面上に衝突する超音波に対 して直接的あるいは間接的（記載されたように）にトランスポンダとして反応す る。

図４および図５を参照すると、本発明による超音波走査システムで使用される環 状トランスデユーサの側面図および正面図が示されている。本質的に、トランス デユーサは管あるいはカテーテル２０上に位置される。トランスデユーサ表面２ １は適当なピエゾ電気材料あるいはピエゾ電気合金から製造され、限定された湾 曲表面を有する。参照符号Ａとして示されるトランスデユーサの長さは２ｍｍで ある。孔２２の直径は１ｍｍであり、実質的に管２０の直径である。トランスデ ユーサは表面構造を示し、１．２ｍｍのカテーテル軸の中心線から向けられる半 径を有する。これは、矢印２５と関連した線によって図面において示されている 。１．２ｍｍの曲率半径は、超音波において使用される典型的な周波数である７ 、５ＭＨ２における６波長を示す。本質的に、カテーテルはビームを放射する超 音波システムの走査ヘッドによって位置決定され、そのビームはトランスデユー サの湾曲表面上に衝突し、それによってカテーテルを正確に位置決定する。トラ ンスデユーサは２ワイヤケーブルであるケーブル２６に結合される。ケーブル２ ６は、トランスデユーサに超音波パルスを供給することによって直接的な送受信 モードのために、あるいは間接的な送受信モードによってトランスデユーサ１１ のパルスを受信するのに効果的である。送受信されたパルスに基づいたカテーテ ルの位置決定の手段は、当業者によって確かめられるように多くの異なる方法で 実行されることができる。

［追加説明］ 序論 この追加説明において、これが添付される特許明細書に開示された方法のような 超音波のトランスデユーサとして湾曲した表面上で使用される時にピエゾ電気材 料の応答特性をどのように計算するかを提供する。計算の方法は、一般的にどん な湾曲がどんな応答特性を生じるかを示す。特に、開示された従来の特許に見ら れる管状のトランスデユーサの応答特性ようなのような球面リングトランスデユ ーサの応答特性を計算し、別の種類の湾曲表面トランスデユーサの計算方法をピ エゾ電気材料は電圧に圧力を、正の電圧に正の圧力を、および負（すなわち、周 囲の平均以下）の電圧に負の圧力を変換する。簡単な均一な一定の力に対してこ の電圧に容易に計算される。

超音波が任意の湾曲表面に対しである角度で空間を通って進行するのに対してそ れは簡単なことではない。圧力は、１つの瞬間から次の瞬間までおよび１つの点 から次の点まで異なる。トランスデユーサ上の１つの点における圧力における“ フレスト“によって生じられる正の電圧は容易に想像でき、別の点の圧力の“ト ラフ”によって生じられる負の電圧によって同時に消去される。

生成された全体の電圧（図面１参照）を決定するためにトランスデユーサに当て る超音波圧力波の位相関係を認識しなければならない。波面（等しい位相の点の 軌跡）とトランスデユーサ上の点の間の通路長における差を発見することによっ て位相関係は発見できる。全電圧が、これらの位相が１サイクルにわたって変化 する時にどのように変化するがを検査することができる。

衝突超音波ビームの角度を変化することによって、トランスデユーサの感度が衝 突ビームの角度およびトランスデユーサの形状でどのように変化するかを構想す ることができる。

この情報によって、添付された特許の位置確認機能を実行するのに必要とされる トランスデユーサの形を設計することが特に簡単な“湾曲”表面、つまり平坦な プレート（曲率半径が無限大である湾曲表面に等しい）についての方法を最初に 説明する。

図１に示されるように、焦点領域における波面の形状である平坦な波面を有する 幅２ｘｏ　ｃｏｓａのビームを仮定する。

ビームは示されるような角度ａでプレートに当り、基準波面は時間１＝０で点ｘ ＝０を横切る。

時間の関数である圧力に対する通常の形状、および周波数ｆおよび伝播速度Ｃの 超音波の形状は次の通りである。

ｐ−ｐｍａｘ　＠ｃｏｓ２ｒｒｆ（ｔ　＋ｄ／ｃ）　（１）ここで、ｄはある基 準から進行された距離であり、ｔは０がらの時間である。（この式を試験する場 合、１つの地点で見る場合に圧力がｔ＝１／ｆ秒にっき１サイクルを経過し、図 １において行うような１つの瞬間で見る場合に圧力はｄ−ｆ／Ｃの距離ごとに１ サイクルを経過して、速度が周波数×波長に等しいのでｆ　／　ｃは正確に空間 的波長である。）図面１を参照すると、基準波面からＸ軸上のトランスデユーサ までの距離を計算することができる。波面に垂直な各ラインは、頂点角度がａで あり、斜辺がＸである直角三角形を形成する。それ故、 ΔＬ＝−Ｘ＊ｓｉｎ　ａ、　（２） ここでマイナス記号は、正のＸに関して基準波面からの距離が負であることを示 す。

ｘｍｏでΔＬ−０の基準波面を選択している方法に注目する。

それがＸ軸（式（１）を使用する時のＸの関数）に衝突するような１−０の波形 の圧力は次の式の通りである。

ｐ（ｘ）−ｐｍａｘ＠ｃｏｓ２ｒｒｆ（ΔＬ／ｃ）／　（３）または上記の式（ ２）を使用して次のようにｋを定める。λは波長である。

ｋａ２ｒｒｆ／ｃ＝２ｒｒ／λ Ｘ軸上の圧力は次の通りである。

ｐ（ｘ）＝ｐｍｉｘ−ＣＯ１５［ｋＸ＠Ｓｉｎ　ａｌ、　（４）ピエゾ電気の関 係を使用することによってトランスデユーサ上の各点で生成された電圧を発見す ることができる。

ｖ＝ｑｅ　Ｐ上　（５） ここでＶは電圧であり、ｇは、どのくらいの電圧がどのような圧力に対して生じ られるかに関するピエゾ電気係数であり、ｐ上はトランスデユーサ表面に垂直の 圧力の成分であり、この場合簡単にｃｏｓａｘ圧力である。したがって式（４） および（５）を使用すると、 Ｖ（Ｘ）　”ｑ”ｐｍａｘ　”　Ｃｏｇ　ａ　１ｌｃｏｓ［ｋｘ−ｓｉｎ　ａｌ 、　（６）トランスデユーサによって角度ａのビームに対して生成された全電圧 は、トランスデユーサの活性部分にわたる電圧の２ｘｏの全長にわたって角度ａ でビームによって励起されたトランスデユーサから電圧を見付ける方法を完成し ている。

残りは式７を解く機構である。

コンピュータによってこれを数字で解くことができる（さらに複雑な形で行う時 ）が、閉じた形式の結果で式（７）を解くことができるこの平坦な形状を使用す る。これは閉じた形式の結果を有するコンピュータで生じられた数学的な解法を 有効にすることを可能にする。

積分の解法 ｅ　−ｃｏｓ　ｅ　＋ｉ　ｓｉｎ　ｅ　＜８＞上記の式（８）のような良く知ら れている関係および複素数の量の積分が実数部分と虚数部分との和であるという 事実を使用し、次のように式（７）を書直すことができる。

この指数の積分は、次のように容易に解かれる。

そして式（９）は次のようになる。

Ｖ（ａ）＝９”Ｃｏ９　ａ”ｐｍａｘ−２Ｘ０”５ＬｎＣ（ｋｘｏｓｉｎ　ａ） 　（１１）ここで５ｉｎｃ（ｘ）、表示関数は次のように定めラレル。

５ｉｎｃ　ｘ＝ｓｉｎ　ｘ／ｘ 最大圧力がｘ＝０である基準波面を注意深く選択している。

式（１）から見られるような異なる時間で、ゼロ応答特性を有する。すなわち、 超音波周波数で発信出力を有することを予想した。

ピーク信号レベルに関心がある。ピーク信号を得ることを確実にする方法は、積 分の絶対値を使用することである。それは、積分が複雑な面におけるベクトルの 和を考慮でキルためであり、指数の偏角は角度を与え、ベクトルの長さは指数の 乗算によって与えられる。絶対値を取る時、ベクトルの和の全長を検査している 。この全体のベクトルはｌサイクル毎に１度周囲を掃引し、所望するように最大 値に等しい。

式（９）のような積分の一般的な解法は次の通りである。

平坦なトランスデユーサの欠点 図２においてパターンが画かれている。特にゼロの応答を示し、それにおけるｓ ｉｎはゼロである。

ｋｘ’ｓｉｎ　ａ　＝±汀、±２ｒｒ、、、、。

第１のゼロは、次の通りである。

２ＬＸｏｓｉｎ　ａ　＝　ｙｒ それ故、 ５ｉｎａ＝λ／　２　Ｘ　ｏ　””λ／（トランスデユーサの長さ）故に、応答 は次の角度でゼロとなる。

ａ＝ｓｉｎ’（波長／トランスデユーサの長さ）これは、管状のトランスデユー サに関する特許に関して論議されるように、平坦なトランスデユーサに限定され た角度的応答を与える。

これらの平坦なトランスデユーサの広い角度的応答特性の不足は、湾曲表面トラ ンスデユーサの考慮を要求する。湾曲したトランスデユーサの問題を論議する前 に、使用された方法を再検討することを望む。

方法の要約 応答を計算する方法のステップは、トランスデユーサに関して基準波面を設定し 、トランスデユーサ上の位置の関数として基準波面からトランスデユーサまでの 通路長における差を計算し、ｋを乗算することによって位相差に通路長の差を変 換し、圧力を電圧に変換するピエゾ電気係数およびトランスデユーサに垂直な方 向の圧力の成分を考慮するために波面の方向とトランスデユーサとの間の角度の 余弦を有するトランスデユーサにわたる位相差の効果を合計するためにトランス デユーサ表面にわたる積分において指数表示法を使用し、生成された電圧の最大 値を見付けるために積分の絶対値を得る。

湾曲したトランスデユーサ 図面３は、基準波面および湾曲したトランスデユーサ表面を示す。２つの段階に おけるトランスデユーサ表面上の位置の関数である通路長の差を計算する。すな わちまず平坦なトランスデユーサ分析の結果を使用してＸ軸と異なる通路長を計 算し、それからトランスデユーサへのＸ軸からの付加的な通路に対する通路長を 調整する。

図面に示されるように、角度すによって与えられた位置でトランスデユーサに当 たるビームの２軸に対する角度ａの波面のＸ軸との交差点までの通路長を計算す る。簡単な三角法を使用して、原点からａ、ｂおよびｒによって交差する点まで の距離Ｌ、トランスデユーサの曲率半径を計算することができる。前の解析から 、通路長の差が０における位相より進んで点ｘ−Ｌにおける位相が得られるよう な状況のＬ−８ｉｎａによって与えられることが分かる。しかしながら、この通 路長の利点は、ＡからＢまでの余分な通路長によって除去される。

図３に示されるように、ａ、ｂおよびｒの関数である全体の通路長の差は次の通 りである。

Δ″（［ｓｉｎ　ａ＠（ｒ＊ｔａｎ　ｂ）＋（ｍ　＠ｃｏｓ　ｂｓｔａｎ　ａ） −（ｍ・ｓｉｎ　ｂ）］−（ｍ・ｃｏｓ　ｂ／ｃｏｓ　ａ）@（１３） ここでｍ−ｒ　（１−ｃｏｓｂ）／ｃｏｓｂである。

以前のような位相変化にそれを変換し、乙すから乙ａを減算することによって表 面に垂直な波面の成分を付加し、ピエゾ電気係数ｇによって電圧に圧力を変換し 、円柱座標において適当であるように微分子−ｄｂを使用して積分する。絶対値 を取ることによって、時間と無関係にピーク出力電圧を得る。

（ｍ＊ｃｏｓ　ｂ−ｔａｎ　ａ）−（ｍｓｓｉｎ　ｂ）］−（ｍ＊ｃｏｓ　ｂ／ ｃｏｓ　ａ））　ｏｒ−ｄｂ　（１４）°　上記式は湾曲の１つの軸のみを考慮 した。つまり、カテーテル上に取付けられた典型的なトランスデユーサは回転対 称であり、第２の曲率半径を有する。

図４において二重に湾曲したトランスデユーサが示されている。例えば、地球が このような二重湾曲表面であったら、Ｏの経度と交差する赤道と垂直な角度ａの 経線に沿った超音波波面のソースを存して、応答特性が計算されるラインである ０度である経線を考慮する。

第１の経線、つまり経度１０に並列するトランスデユーサの位置の応答特性を考 慮する場合、その応答特性は図４（ｂ）に示されるような通路長の差が存在する １）の他は同じである。

Ａｊ　＝　ｒ　・（１−ｃｏｓ　ｅ） また、ｃｏｓ３のトランスデユーサ表面に垂直な角度の成分に対する別の調整が 存在する。

すべての経線を合計することによって全応答特性が得られる。各経度の電圧を得 て積分することによってこれを行う。

二重積分を得、表面の応答特性を予想する。

ここで、式（１４）における長い指数項に関するΔＬを使用する。

異なる曲率半径、“経線の”湾曲のｒおよび“赤道の″湾曲のｒ２、および衝突 音響波面の異なる角度ａを調べることができる。

コンピュータプログラム（ＭａｔｈｓｏＨ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、　ＭＡ、　Ｖ ｔｒｓ、　２．０５によるＭａｔｈＣａｄ　）によって実行されるこれらの積分 は湾曲の異なる程度に評価され、結果は本発明の図６において示されている。こ の場合に半径を選ぶために両方向に同じ半径、つまり球面上のトランスデユーサ を選んだが、それはどのくらい半径が異なるかあるいは非球面（長円等）が同じ 一般的な方法によって実行されることは明瞭である。

Ｘ軸に対する通路長差 Ｘ軸からトランスデユーサまではｍ、ｃｏｓｂ／ｃｏｓａの付加的な通路長があ る。

ｌｔはｂ−０における基準点上の通路長を減少し・全通路長は’４゜［ｓｉｎ　 ａｉｒ　１ｔａｎ　ｂ＋ｍ１ｃｏｓ　ｂ　昏ｔａｎ　ａ−ｍ１ｓｉｎ　ｂｌ　］ 　−［ｍ１図面３ １ｒ２＋Ｔ］・ｃａｓｅ　：ｒ２ 図面４　二重に湾曲したトランスデューサ図６ 図８ 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　デ・ベルナーディス・ジュニア、フランシス・ニー アメリカ合衆国、ニュー・シャーシー州０７４５０、リッジウッド、ヒル　フレ スト・ロード　３５２

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．媒体に選択された周波数および波長で超音波を放射し、超音波が前記媒体中 における前記トランスデューサおよびそれと関係する管状の装置の位置の決定を 可能にするために伝播する走査超音波映像システムと共に使用するトランスデュ ーサにおいて、 前記管状の装置に適合する中央の開口を有する環状部材とを具備し、この環状部 材はその軸およびこの部材を貫通する前記軸に垂直なラインとに関して凸状であ る外側表面を有し、前記部材の軸あるいは前記垂直なラインに関する前記外側表 面の凸状度は、前記放射された超音波の前記選択された波長の約２乃至５０倍の 曲率半径を有している走査超音波映像システムと共に使用するトランスデューサ 。
2. ２．前記環状部材がピエゾ電気材料で被覆されている請求項１記載のトランスデ ューサ。
3. ３．前記管状装置がカテーテルであり、前記中央の開口部が前記部材と接触して 貫通する前記カテーテルと適合し、前記トランスデューサがその１端部に近い前 記カテーテルに固定している請求項１記載のトランスデューサ。
4. ４．前記選択された周波数が７．５Ｍｈｚの時に前記曲率半径が前記選択された 波長の約６倍である請求項１記載のトランスデューサ。
5. ５．前記カテーテルがバルーン血管カテーテルである請求項３記載のトランスデ ューサ。
6. ６．患者の体内に導かれ、体内の所定位置に医師によって移動される管状の装置 の位置を決定する走査超音波映像システムに使用される方法において、 前記管状の装置を適応させる中央開口を有する環状トランスデューサを固定し、 この環状トランスデューサはその軸とそれを貫通する前記軸に垂直なラインとに 関して凸状である外側表面を有し、前記トランスデューサの前記軸あるいは前記 垂直なラインに関する前記外側表面の凸状部分は前記管状の装置の周囲で選択さ れた曲率半径を有し、この曲率半径が前記超音波の波長の約２乃至５０倍である ように選択された周波数で超音波を生成するために前記超音波映像システムを動 作するステップを有している走査超音波映像システムに使用される方法。
7. ７．前記環状のトランスデューサの前記外側表面がピエゾ電気材料の被覆剤を有 し、電子装置の導線が前記ピエゾ電気材料から前記超音波映像システムまで延在 し、さらに前記ピエゾ電気材料被覆により前記超音波から電気信号に圧力を変換 するステップをさらに具備し、前記システムヘの前記電子装置の導線に沿って前 記信号を導き、前記トランスデューサおよび前記カテーテルの位置を確かめるた めに前記信号を監視する請求項６記載の方法。
8. ８．前記表面の前記選択された曲率半径が７．５ＭＨｚの周波数で前記超音波の 波長の約６倍である請求項６記載の方法。
9. ９．前記カテーテルがバルーン血管カテーテルである請求項６記載の方法。
10. １０．前記ピエゾ電気材料がポリビニリデンのジフロライドである請求項７記載 の方法。
11. １１．トランスデューサおよびカテーテルが患者の体内に導入され、トランスデ ューサの位置および患者の体に関するカテーテルの位置を確認するために患者の 体の選択された走査面に選択された周波数および波長で超音波を放射する走査超 音波映像システムに使用されるトランスデューサにおいて、前記カテーテルに適 合する中央開口を有する環状部材を具備し、この環状部材の外側表面は、この部 材の軸およびこの部材を貫通する前記軸に垂直なラインに関して凸状の部分を有 し、前記部材の前記軸あるいは前記垂直なラインに関する前記凸状の程度は前記 放射された超音波の前記選択された波長の約２乃至５０倍の曲率半径を有してい る走査超音波映像システムに使用されるトランスデューサ。
12. １２．前記環状の部材がピエゾ電気材料で被覆されている請求項１１記載のトラ ンスデューサ。
13. １３．前記中央の開口部が前記部材と接触して貫通する前記カテーテルに適合し 、前記トランスデューサがその１端部に近接して前記カテーテルに固定している 請求項１１記載のトランスデューサ。
14. １４．前記選択された周波数が７．５ＭＨｚである時に前記曲率半径が前記選択 された波長の約６倍である請求項１１記載のトランスデューサ。
15. １５．前記カテーテルがバルーン血管カテーテルである請求項１３記載のトラン スデューサ。
16. １６．前記トランスデューサの表面の一部分のみがピエゾ電気材料で被覆されて いる請求項１１記載のトランスデューサ。
17. １７．前記環状の部材が非対称の形状である請求項１１記載のトランスデューサ 。
18. １８．前記環状の部材がだ円形状である請求項１１記載のトランスデューサ。
19. １９．外側表面が平滑な湾曲表面に近似する多数のファセットを具備する請求項 １記載のトランスデューサ。
20. ２０．超音波が伝播する媒体中に選択された周波数および波長で超音波を放射し 、トランスデューサおよび前記媒体内のそれと関連する管状の装置の位置が決定 されることを可能にする走査超音波映像システムと共に使用されるトランスデュ ーサにおいて、 前記管状の装置に適合する中央開口および二重に凸状の外側表面を有するドーナ ツ型の部材を具備し、この外側表面は並列する少なくとも一部分および前記走査 超音波映像システムによって使用される超音波の波長の約２乃至５０倍の曲率半 径を有する外側表面の経線の少なくとも一部分とを具備している走査超音波映像 システムと共に使用されるトランスデューサ。