JPH09505490A - 前方超音波撮像を行なう長尺装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、近位端部（１３）及び遠位端部（１４）を備えた可撓性長尺部材（１２）と、遠位端部に取り付けられ且つ内部にキャビティを備えた手段と、該キャビティ内に配置された変換器と、該変換器から発射されるエネルギが前方に伝播されるように変換器を取り付ける支持手段と、該支持手段を一定角度に亘って反復スイープさせるべく、角運動を支持手段に伝達するための、前記支持手段に連結された発振手段とを有し、該発振手段が少なくとも１つの形状記憶要素と、該形状記憶要素を反復的に付勢及び消勢する手段とを備えている可撓性長尺装置（１１）である。

Description

【発明の詳細な説明】 前方超音波撮像を行なう長尺装置 本発明は、前方超音波撮像を行なう可撓性長尺装置に関する。 これまで、超音波撮像が可能な超音波プローブ及びカテーテルが提供されてい る。しかしながら、従来技術によるこれらの殆どの装置では、撮像は、プローブ 又はカテーテルの長手方向軸線に対して横方向の撮像であった。米国特許第4,89 5,158 号には、プローブのチップの前方すなわち遠位端側を向いた超音波プロー ブが開示されている。しかしながら、この装置は比較的大きく且つ嵩張るもので あり、体腔に対してのみ有効であると開示されている。従って、非常に小さなサ イズの可撓性長尺装置と組み合わせて使用でき且つ前方撮像能力を備えた機構に 対する要望がある。 本発明の目的は、広くは、超音波前方撮像能力をもつ比較的小さいサイズの可 撓性長尺装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、作動機構に少なくとも１つの形状記憶要素を使用する上 記特徴をもつ装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、動脈及び静脈のような細い血管内で前方を見るのに使用 される上記特徴をもつ装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、心臓の室の壁を撮像するのに使用される上記特徴をもつ 装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、種々の形式の変換器（トランスデューサ）を使用できる 上記特徴をもつ装置を提供することにある。 本発明の他の目的及び特徴は、添付図面に関連して詳細に述べる好ましい実施 例についての以下の説明から明らかになるであろう。 第１図は、本発明を組込んだ可撓性長尺装置を示す概略図である。 第２図は、第図の装置の遠位端部の拡大断面図である。 第３図は、第２図の３−３線に沿う断面図である。 第４図は、第２図及び第３図に示す機構を作動させる電気エネルギを供給する 回路を示す概略図である。 第５図は、第１図の装置の遠位端部の拡大断面図であり、作動機構の他の実施 例を示すものである。 第６図は、第１図の装置の遠位端部の拡大断面図であり、該装置に使用する機 構の更に別の実施例を示すものである。 一般に、可撓性長尺装置は、近位端部及び遠位端部を備えた可撓性長尺部材を 備えている。遠位端部内には変換器要素が配置されている。変換器要素を取り付 けるための支持手段が設けられている。変換器要素にエネルギを供給する手段が 設けられている。支持手段には、これに角運動を伝達して変換器要素を一定角度 に亘ってスイープ即ち掃引させるための振動手段が連結されている。振動手段は 少なくとも１つの形状記憶要素を有しており、該形状記憶要素にエネルギを供給 する手段が設けられている。 より詳しくは、図面に示すように、可撓性長尺装置１１は、近位端部１３及び 遠位端部１４を備えた可撓性長尺部材１２からなる。可撓性長尺部材１２は、直 径0.032ないし0.125インチ（約0.8〜3.17ミリメートル）好ましくは約0.095イン チ（約2.4ミリメートル）、の範囲の寸法を有するとよい。また、部材１２は、 例えば１５０〜１７０cmの範囲の適当な長さにするとよい。近位端部１３には、 人の手で掴むことができるハンドル１６が設けられている。 可撓性長尺部材１２は慣用的な方法で形成される。例えば、部材１２を、近位 端部１３から遠位端部１４に回転運動を伝達するトルクチューブとして使用する ことができるステンレス鋼が編み込まれたプラスチックのような適当な材料で形 成するとよい。遠位端部１４により可撓性をもたせるため、遠位端部１４を、当 業者に良く知られているようにコイルスプリングで形成するとよい。遠位端部１ ４にはチップ２１が固定されており、該チップ２１は、所望のエネルギをチップ ２１の遠位側の前方に伝達する材料で形成されている。チップ２１は円筒状キャ ビティ２２を包囲しており且つ半球状すなわち丸い先端部２３を備えている。キ ャビティ２２内には変換器２６が配置されており、該変換器２６は支持部材２７ により支持されている。変換器２６は、例えば、幅0.005インチ（約0.1ミリメー トル）長さ0.010〜0.015インチ（約0.25〜0.38ミリメートル）の超音波 変換器のような、慣用的な任意の形式及びサイズのものにすることができる。こ の場合、チップ２１は超音波エネルギを透過する材料で形成され且つ変換器に適 合し、また、体液、例えば、チップ２１が配置される血液にも適合するインピー ダンスを有している。 変換器２６が取り付けられた支持部材２７を、丸い先端部２３に沿って一定角 度に亘って動かす振動リンク機構３１が設けられている。この機構３１は、チッ プ２１の横方向に延びた軸３３に枢着された支持アーム３２を有する。アーム３ ２には延長部３４が設けられており、該延長部３４はアーム３２に対して適当な 角度をなして延びている。この角度は、変換器２６を移動させるべき角度、例え ば、アーム３２に対して平行な線から７０°の角度、にほぼ等しい。延長アーム すなわちロッカーアーム３４は番号３７で示す箇所でリンク３６に連結され、該 リンク３６の他端部は、キャビティ２２内で長手方向すなわち軸線方向に摺動で きるように取り付けられた円形可動部材すなわちディスク３９にピン３８を介し て枢着されている。 可動ディスク３９の両側には、該ディスク３９をキャビティ２２内で軸線方向 に移動させる手段が設けられており、該手段は、少なくとも１つの形状記憶要素 と、該形状記憶要素を付勢及び消勢する（作動状態にしそして非作動状態にする ）手段とからなる。本発明のこの実施例では、この手段は、キャビティ２２内で ディスク３９の両側に配置された第１及び第２コイルスプリング４１、４２を備 え、各コイルスプリングはその一端が摺動可能なディスク３９のそれぞれの面と 係合している。これらのスプリング４１、４２は、後述のように、例えば加熱に より付勢されると伸長し、逆にエネルギの供給を停止すると柔らかくなって容易 に圧縮されるようにプログラムされたニチノール(Nitinol)のような適当な形状 記憶合金で形成されている。 第１スプリング４１の他端部はキャビティ２２内の固定位置に取り付けられた ディスク４６と係合し、一方、第２スプリング４２の他端部は、摺動可能ディス ク３９の反対側でキャビティ２２内の固定位置に取り付けられた他方のディスク ４７と係合している。ディスク４６には、リンク３６の運動を可能にする孔４８ が設けられている。導電体５１が設けられており、該導電体５１は、ハンドル １６から、可撓性長尺部材１２の近位端部１３及び固定ディスク４７に設けられ た孔５２を通り、更に、摺動可能ディスク３９に設けられた孔５３を通って延び 、更に、リンク３６、延長アーム３４及びアーム３２に沿って変換器２６の両側 へと延びていて、電気エネルギを変換器２６に供給し、そして、エネルギーを変 換器２６から除去できるようになっている。 第２図に示すように第１及び第２スプリング４１、４２の両端部への電気的接 続をなすための別の群の導電体５６が設けられており、該導電体５６は、ハンド ル１６から、可撓性長尺部材１２、固定ディスク４７に設けられた孔５７及び摺 動可能ディスク３９の孔５８を通って延びている。導電体５１、５６は、コネク タ６２に接続されたケーブル６１に接続されている。コネクタ６２は、コントロ ーラ６６に接続されたケーブル６４に接続された嵌め合いコネクタ６３に接続さ れる。 コントローラ６６には第４図に示す形式の回路を設けることができ、この回路 は、ミリ秒の範囲内の短時間で小さな第１及び第２スプリング４１、４２を付勢 及び除勢して１００〜２００Hzの範囲内、この範囲は１０〜１，０００Hzに増大 できる、の振動を生じさせるように、第１及び第２スプリング４１、４２にエネ ルギを供給する。このため発振器７１が設けられ、該発振器７１は、方形波の形 態をなす１０〜１，０００Hzの所望周波数範囲の振動出力を出力部７２に供給す る。この出力部７２は、分岐点７４に接続された直列抵抗器Ｒ１及び分岐点７４ と接地との間に接続され且つ演算増幅器７６の入力に接続された可変抵抗器Ｒ２ からなる抵抗分割器７３に接続されており、演算増幅器７６の出力は、適当な電 圧、例えばＶ＋で示すように５Ｖ、の電源に接続されたコレクタと増幅器７６の 負入力に接続されたエミッタとを備えたトランジスタＱ１のベースに接続されて いる。また、エミッタは、図示のようにスプリング４１の一端に接続され、該ス プリング４１の他端は接地されている。発振器７１からの出力部７２は、同様に 、方形波を１８０°だけ逆転するインバータ８１に接続されており、分岐点８４ に接続された直列抵抗器８３及び接地された可変抵抗器Ｒ４からなる、抵抗網７ ３と同様の抵抗網８２に供給される。また、分岐点８４は演算増幅器８６の正タ ーミナルに接続されており、演算増幅器８６の出力は、トランジスタＱ１と同様 に 適当なＶ＋電圧に接続され且つ演算増幅器８６の負ターミナルに接続されたエミ ッタを有するトランジスタＱ２のベースに接続されている。また、図示のように 、エミッタはスプリング４２の一端に接続され、スプリング４２の他端は接地さ れている。このようにして、スプリング４２には逆転された出力が供給され、一 方、スプリング４１には発振器７１からの逆転されない出力が供給される。コン トローラ６６内又はハンドル１６内には、発振器７１からの出力周波数を制御し 且つスプリング４１、４２に供給される２つの電流を制御して、変換器２６を丸 い先端部２３の面に沿って迅速に振動させるための制御装置（図示せず）を設け ることができる。 この振動が生じている時間中、信号発生器９１からの信号が、ケーブル９２、 ハンドル１６に接続されたケーブル９６に接続されたコネクタ対９３、９４、及 び導電体５１を介して変換器２６に供給され、該変換器２６は電気信号を超音波 信号に変換する。超音波信号は、可撓性長尺装置１１が例えば動脈又は静脈等の 血管内を進むときに遭遇するものを確認するため、丸い先端部２３に沿って走査 運動されるときに前方すなわち軸線方向に指向される。発生した反射波又はエコ ーは変換器２６によりピックアップされ且つ電気信号に変換され、該電気信号は 信号プロセッサ９１に戻され且つビデオディスプレイ９２上に表示される。 スプリング４１、４２は質量が非常に小さいため、これらのスプリングを付勢 しそして消勢して、これらのスプリングのうちの一方のスプリングを伸長させ且 つ他方のスプリングを弛緩させ、その後に他方のスプリングを伸長させ且つ一方 のスプリングを弛緩させることにより、摺動可能ディスク３９をチップ２１内で 迅速に振動させることができる。ディスク３９のこの迅速な振動的摺動運動は、 レバーアームリンク機構を介して伝達され、変換器２６を丸い先端部２３の面に 沿って迅速に振動すなわち調和運動させる。実質的にリニアな傾斜波すなわち三 角波のような他の波形を使用してスプリングを駆動し、変換器２６の角速度を各 サイクル中に変化させてもよいことが理解されよう。 可撓性長尺装置１１は、慣用的な方法で、例えば動脈又は静脈等の患者の血管 のような体腔内に導入され、ハンドル１６を用いて体腔内で前進される。本発明 に関連して、曲りくねった血管のナビゲーションを容易にするため、米国特許第 5,238,005 号に開示されているような操縦能力を付与できることは理解されよう 。 本発明は主として超音波の使用に関連して説明されているけれども、本発明の 原理は、装置の遠位端部の前方での診断処置及び治療処置を行なうための他の可 撓性長尺装置にも利用できることは理解されよう。例えば、このような迅速振動 を、光学装置と関連して利用しピンポイント加熱ではなく、先端部の前方を拡散 加熱することができる。 第５図には、可撓性長尺装置１１の先端部で変換器の迅速な振動すなわち調和 運動を引き起こす機構の他の実施例が示されている。この実施例は、多くの点で 第２図に示した機構と同じであるが、第２図に設けられたリンク機構は、固定デ ィスク４６の孔９９を通って延び且つ番号１００で示す箇所で可動ディスク３９ に固定されたロッド９８により支持されたラック９７を備えたラックアンドピニ オン組立体９６で置換されており、ラック９７は、チップ２１の横方向に延びる 軸１０２に回転可能に取り付けられたピニオン１０１と係合する歯を備えている 。ピニオン１０１には、支持アーム３２に相当する支持アーム１０３が取り付け られており、該支持アーム１０３は変換器２６を支持する支持部材２７に連結さ れている。 第５図に示す本発明の実施例の作動は第２図の実施例と非常に良く似ているけ れども、可動ディスク３９の振動は、第２図に示したようなリンク機構３１では なくラックアンドピニオン組立体９６により変換器２６に伝達される。第４図に 示した回路によりスプリング４１、４２が付勢及び消勢されると、ラック９７が 前後に往復運動され、ピニオン１０１を往復運動させる。これにより、ピニオン １０１に支持されたアーム１０３が、第２図の実施例に関連して述べた態様と実 質的に同じ態様で、変換器２６を、丸い先端部２３の面に沿って移動させる。 変換器２６は適当なサイズ、例えば幅0.005インチ（約0.1ミリメートル）及び 長さ0.010〜0.015インチ（約0.20〜0.38ミリメートル）にするのがよい。 第６図には、可撓性長尺要素の先端部で変換器を振動させる機構の更に別の実 施例が示されており、該実施例では、先端部１０７を備えた可撓性長尺要素１０ ６が設けられており、先端部１０７には丸い半球状のレンズ１０８が取り付けら れている。レンズ１０８は、超音波エネルギを透過でき且つ超音波エネルギ 及びレンズが浸漬される例えば血液のような液体に適合するインピーダンスをも つ材料で形成されている。レンズ１０８の近位側には円筒状キャビティ１１１が 設けられている。先端部１０７の横方向に取り付けられた軸１１３には支持部材 １１２が枢着されており、該支持部材１１２は、半球状レンズ１０８の方向を向 いた超音波変換器のような適当な形式の変換器１１６を支持している。変換器の 前側及び後側には導電体１１７、１１８が接続されており、該導電体は近位端部 （図示せず）まで延びている。 支持部材１１２が例えば６０°〜９０°の適当な角度に亘って回転するように 該支持部材１１２を揺動すなわち振動させる手段が設けられており、該手段はテ ンションスプリング１２１を備えている。テンションスプリング１２１の一端１ ２２は支持部材１１２の一端に連結され且つ他端１２３は、キャビティ１１１内 に取り付けられ且つ接着剤（図示せず）のような適当な手段により可撓性長尺部 材１０６に固定された静止ディスク１２４に固定されている。 ニチノールのような適当な材料で形成され且つ負の膨張係数をもつ形状記憶要 素１２６の一端は、スプリング１２１の端部１２２が固定されている側とは反対 側の支持部材１１２の端部に固定されている。形状記憶要素１２６は、ディスク １２４まで延び且つ該ディスク１２４に取り付けられた可撓性スリーブ１２８を 通って延びている。所望ならばスリーブ１２８を省略できることは理解されよう 。形状記憶要素１２６の他端１２９は、接着剤のような適当な手段により固定デ ィスク１２４に固定されており且つ可撓性長尺部材１０６の近位端部まで延びて いる導電体１３１に接続されている。形状記憶要素１２６の他端１２７も導電体 １３２に接続され、該導電体１３２もディスク１２４の孔１３３を通って可撓性 長尺部材１０６の近位端部（図示せず）まで延びており、ここで、導電体１３２ は電源及びコントローラに接続され、形状記憶要素１２６に振動電流を供給でき るようになっている。導電体１１７、１１８は、図示のように同じ孔１３３を通 って延びている。形状記憶要素１２６に電気エネルギが付与されると、要素１２ ６が収縮し、該要素１２６が取り付けられた支持部材１１２の端部を、スプリン グ１２１により加えられている降伏可能な力に抗して近位方向に引張り、変換器 １１６を所望角度、例えば６０°〜７０°、に亘って動かす。形状記憶要素 １２６が消勢されるやいなや、該要素が冷えて弛緩し、変換器１１６はスプリン グ１２１の力により第６図に示すその初期位置に戻ることができる。かくして、 形状記憶要素１２６の反復的な付勢及び消勢により変換器１１６の振動すなわち 調和運動が引き起こされ、これにより、超音波エネルギが、半球状レンズ１０８ の直前の空間をスイープすべくスイープ運動をなして半球状レンズ１０８を通し て伝達され、これにより、発生されるエコーすなわち反射波が変換器１１６によ り受けられ且つ前述の形式の信号プロセッサ及び信号発生器９１に供給されて、 その結果がビデオディスプレイ９２上に表示されることが理解されよう。 以上から、非常に小さなサイズに作られた可撓性長尺装置１１が提供され、従 って、この装置１１は、例えば心臓の動脈及び静脈のような細い血管内に導入し て血管内の前方画像を得ることができる。この前方画像により、血管内に生じる 狭窄の構造がわかる。本発明の可撓性長尺装置は他の機器又は装置と組み合わせ て使用できることが理解されよう。例えば、本発明の装置をレーザ血管形成カテ ーテルと組み合わせて使用し血管内でレーザビームが確実に適正な方向を向くよ うにすることができる。振動を発生させるために設けられる機構は非常にコンパ クトな形式に作られており、例えばカテーテル及びガイドワイヤ等の可撓性のあ る小さな長い装置の先端部のような非常に小さな空間をもつ用途に使用できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．近位端部及び遠位端部を備え且つ血管内に前進できる充分な可撓性を有する 可撓性長尺部材と、遠位端部に取り付けられ且つ包囲キャビティを備えた手段と 、前記キャビティ内に配置され且つエネルギを発射する変換器と、該変換器から 発射されるエネルギが前方に伝播されるように変換器を取り付ける支持手段と、 該支持手段及びこれに支持された変換器を前記前方で一定角度に亘って反復的に 掃引させるべく、角運動を支持手段に伝達するための、前記支持手段に連結され た発振手段とを有し、該発振手段が、形状記憶合金から作られた少なくとも１つ の形状記憶要素と、該形状記憶要素を反復的に付勢及び消勢する手段とを備えて いることを特徴とする患者の血管内に挿入する装置。 ２．前記支持手段は第１側面及び第２側面を備えた支持部材を備え、前記少なく とも１つの形状記憶要素がスプリング手段と一緒に一点で支持部材に連結されて おり、スプリング手段は、前記少なくとも１つの形状記憶要素が連結された点か ら横方向に間隔を隔てた点で支持部材に連結され且つ支持部材に降伏可能な力を 加え、形状記憶要素を反復的に付勢及び消勢すると、スプリング手段の降伏可能 な力に抗して支持部材が移動されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 装置。 ３．近位端部及び遠位端部を備えた可撓性長尺部材と、遠位端部に取り付けられ 且つ内部にキャビティを備えた手段と、該キャビティ内に配置された変換器と、 該変換器から発射されるエネルギが前方に伝播されるように変換器を取り付ける 支持手段と、該支持手段及びこれに支持された変換器を前記前方で一定角度に亘 って反復的に掃引させるべく、角運動を支持手段に伝達するための、前記支持手 段に連結された発振手段とを有し、該発振手段が、形状記憶合金から作られた少 なくとも１つの形状記憶要素と、該形状記憶要素を反復的に付勢及び消勢する手 段とを備えており、前記少なくとも１つの形状記憶要素が、前記キャビティ内に 配置された第１及び第２スプリングの形態をなす第１及び第２形状記憶要素から なり、第１及び第２スプリングを付勢及び消勢すると可動部材がキャビティの軸 線方向に往復運動されるように、第１スプリングと第２スプ リングとの間に配置され且つ第１及び第２スプリングと係合する可動部材と、第 １及び第２スプリングの他端を取り付けるためのキャビティ内に取り付けられた 手段と、前記支持手段により支持された変換器を前記角度に亘って反復移動させ るため、前記可動部材及び変換器の支持手段に連結された機構とを更に有するこ とを特徴とする可撓性長尺装置。 ４．前記機構がリンク機構の形態をなしていることを特徴とする請求の範囲第３ 項に記載の装置。 ５．前記機構がラックアンドピニオン機構の形態をなしていることを特徴とする 請求の範囲第３項に記載の装置。 ６．近位端部及び遠位端部を備えた可撓性長尺部材と、遠位端部に取り付けられ 且つ内部にキャビティを備えた手段と、該キャビティ内に配置された変換器と、 該変換器から発射されるエネルギが前方に伝播されるように変換器を取り付ける 支持手段と、該支持手段及びこれに支持された変換器を前記前方で一定角度に亘 って反復的に掃引させるべく、角運動を支持手段に伝達するための、前記支持手 段に連結された発振手段とを有し、該発振手段が、形状記憶合金から作られた少 なくとも１つの形状記憶要素と、該形状記憶要素を反復的に付勢及び消勢する手 段とを備えており、前記変換器が超音波変換器であり、前記先端部に取り付けら れた手段が、超音波エネルギを透過するキャビティを形成していることを特徴と する可撓性長尺装置。 ７．前記形状記憶要素を反復的に付勢及び消勢する手段が、形状記憶要素を電気 的に付勢及び消勢する手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第３項に記 載の装置。 ８．前記第１及び第２形状記憶要素を反復的に付勢及び消勢する前記手段が、互 いに位相が１８０°ずれた電気パルスを前記第１及び第２形状記憶要素に供給す る回路を備えていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。 ９．前記変換器が、１０〜１０００Hzの範囲の周波数で振動されることを特徴と する請求の範囲第８項に記載の装置。 10．近位端部及び遠位端部を備えた可撓性長尺部材と、遠位端部に取り付けられ た超音波エネルギを実質的に透過し且つ内部に包囲キャビティを形成する手段 と、該キャビティ内に配置された変換器と、該変換器から発射される超音波エネ ルギが遠位端部から前方に向かってキャビティから伝播されるように変換器を取 り付ける支持手段と、該支持手段及びこれに支持された変換器を前記前方で一定 角度に亘って反復スイープさせるべく、角運動を支持手段に伝達するための、前 記支持手段に連結された発振手段とを有し、該発振手段が、形状記憶合金から作 られた少なくとも１つの要素と、該形状記憶合金の要素を反復的に付勢及び消勢 する手段とを備えていることを特徴とする患者の血管内に挿入するための医療装 置。