(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
近位端及び遠位端を有する伸長体；
前記伸長体の前記遠位端の近くに配置される音響トランスデューサ；及び
前記音響トランスデューサへ結合される可変屈折音響レンズ；
を有し、
前記可変屈折音響レンズは、当該可変屈折音響レンズに印加される少なくとも１つの選択電圧に応答して当該可変屈折音響レンズの少なくとも１つの音響信号処理特性を調整するよう構成され、
前記可変屈折音響レンズは：
第１の側壁、第２の側壁、第３の側壁、第４の側壁及び底面を有し、キャビティを定める筐体；
前記筐体内に配置される第１及び第２の流体媒質；及び
前記選択電圧が印加される電極；
を有し、
前記電極は：
前記第１の側壁に配置される第１の電極；
前記第２の側壁に配置される第２の電極；
前記第３の側壁に配置される第３の電極；及び
前記第４の側壁に配置される第４の電極；
を有しており、
前記第１の側壁および前記第２の側壁は前記伸長体に平行であり、前記音響トランスデューサは前記筐体の底面に一次元配列に配置される複数の音響トランスデューサ素子を有し、該複数の音響トランスデューサ素子の一次元配列の方向が前記第１の側壁および前記第２の側壁の長手方向に平行であり且つ前記伸張体の軸方向に平行であり、前記四つの側壁は前記筐体の底面から広がるように傾けられており、
前記第１の流体媒質での音波の音速は、前記第２の流体媒質での前記音波の対応する音速とは異なり、前記第１及び第２の流体媒質は、互いに対して不混和性であり、前記第１の流体媒質は、前記第２の流体媒質とは実質的に異なる導電率を有する、
カテーテル装置。
【請求項２】
前記可変屈折音響レンズは、前記１次元配列が並べられるのと同じ方向に沿った長さを有し、該長さは、当該長さに直交する方向での幅よりも大きく、
前記可変屈折音響レンズは、当該可変屈折音響レンズへ印加される音響信号を前記１次元配列が位置する面の外側方向に偏向させるよう構成される、請求項１記載のカテーテル装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の流体媒質は等しい密度を有する、請求項１記載のカテーテル装置。
【請求項４】
調整される前記可変屈折音響レンズの前記少なくとも１つの音響信号処理特性は、当該可変屈折音響レンズの焦点及び仰角のうち少なくとも１つを有する、請求項１記載のカテーテル装置。
【請求項５】
近位端及び遠位端を有する伸長体と、前記伸長体の前記遠位端の近くに配置される音響トランスデューサとを有するカテーテル装置であって、
前記音響トランスデューサへ結合される音波に関連する方向を、当該可変屈折音響レンズに供給される１又はそれ以上の制御信号に応答して動的に調整するよう構成される可変屈折音響レンズを更に有し、
前記可変屈折音響レンズは：
第１の側壁、第２の側壁、第３の側壁、第４の側壁及び底面を有し、キャビティを定める筐体；
前記筐体内に配置される第１及び第２の流体媒質；及び
前記選択電圧が印加される電極；
を有し、
前記電極は：
前記第１の側壁に配置される第１の電極；
前記第２の側壁に配置される第２の電極；
前記第３の側壁に配置される第３の電極；及び
前記第４の側壁に配置される第４の電極；
を有しており、
前記第１の側壁および前記第２の側壁は前記伸長体に平行であり、前記音響トランスデューサは前記筐体の底面に一次元配列に配置される複数の音響トランスデューサ素子を有し、該複数の音響トランスデューサ素子の一次元配列の方向が前記第１の側壁および前記第２の側壁の長手方向に平行に整列されており且つ前記伸張体の軸方向に平行であり、前記四つの側壁は前記筐体の底面から広がるように傾けられており、
前記第１の流体媒質での音波の音速は、前記第２の流体媒質での前記音波の対応する音速とは異なり、前記第１及び第２の流体媒質は、互いに対して不混和性であり、前記第１の流体媒質は、前記第２の流体媒質とは実質的に異なる導電率を有する、
カテーテル装置。
【請求項６】
前記可変屈折音響レンズは、前記１次元配列が並べられるのと同じ方向に沿った長さを有し、該長さは、当該長さに直交する方向での幅よりも大きく、
前記可変屈折音響レンズは、音波を、前記１次元配列を含む面の外側であって且つその表面に直交する方向に偏向させるよう構成される、請求項５記載のカテーテル装置。
【請求項７】
前記第１及び第２の流体媒質は等しい密度を有する、請求項５記載のカテーテル装置。
【請求項８】
調整される前記可変屈折音響レンズの前記少なくとも１つの音響信号処理特性は、当該可変屈折音響レンズの焦点及び仰角のうち少なくとも１つを有する、請求項５記載のカテーテル装置。
【請求項９】
近位端及び遠位端を有する伸長体と、該伸長体の前記遠位端の近くに配置される音響トランスデューサと、該音響トランスデューサへ結合される可変屈折音響レンズであって、当該可変屈折音響レンズに印加される選択電圧に応答して当該可変屈折音響レンズの少なくとも１つの音響信号処理特性を調整するよう構成される可変屈折音響レンズとを有するカテーテル；
前記カテーテルの前記音響トランスデューサへ結合される音響信号プロセッサ；及び
前記カテーテルの前記可変屈折音響レンズへ前記選択電圧を印加するよう構成される電圧源；
を有し、
前記可変屈折音響レンズは：
第１の側壁、第２の側壁、第３の側壁、第４の側壁及び底面を有し、キャビティを定める筐体；
前記筐体内に配置される第１及び第２の流体媒質；及び
前記選択電圧が印加される電極；
を有し、
前記電極は：
前記第１の側壁に配置される第１の電極；
前記第２の側壁に配置される第２の電極；
前記第３の側壁に配置される第３の電極；及び
前記第４の側壁に配置される第４の電極；
を有しており、
前記第１の側壁および前記第２の側壁は前記伸長体に平行であり、前記音響トランスデューサは前記筐体の底面に一次元配列に配置される複数の音響トランスデューサ素子を有し、該複数の音響トランスデューサ素子の一次元配列の方向が前記第１の側壁および前記第２の側壁の長手方向に平行に整列されており且つ前記伸張体の軸方向に平行であり、前記四つの側壁は前記筐体の底面から広がるように傾けられており、
前記第１の流体媒質での音波の音速は、前記第２の流体媒質での前記音波の対応する音速とは異なり、前記第１及び第２の流体媒質は、互いに対して不混和性であり、前記第１の流体媒質は、前記第２の流体媒質とは実質的に異なる導電率を有する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カテーテル、より具体的に、心内心エコー検査（ＩＣＥ（intracardiac  echocardiography））カテーテル及び３次元ＩＣＥ用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
音波（特に、超音波を含む。）は、例えば、医学的診断、機械部品の非破壊制御、水中画像等、多数の科学的又は技術的分野において有用である。音波は、電磁波を通さない媒体の中を伝播することができるので、光学観測を補完する診断及び制御を可能にする。
【０００３】
例えば、心内心エコー検査（ＩＣＥ）は、例えば、心内膜炎、心房中隔欠損症（ＡＳＤ）、卵円孔開存症（ＰＦＯ）、心室中隔欠損症（ＶＳＤ）、左心耳閉塞、及び心房細動の治療等、多数の心臓異常の診断及び治療にとって重要なツールになりつつある。心内心エコー検査（ＩＣＥ）は、無線周波数カテーテルアブレーション処置及び中隔穿刺を導くために使用されてきた。特に心房細動では、アブレーション等の治療処置の間、心臓の内部に関する適切な解剖学的情報を有することが極めて重要である。ＩＣＥをアブレーション処置と組み合わせることは、臨床家にとって極めて価値がある。
【０００４】
このために、多数のＩＣＥカテーテルが開発されてきた。
【０００５】
例えば、“Ultrasound  catheter  and  method  for  imaging  and  hemodynamic  monitoring”と題されている米国特許第５，７１３，３６３号（特許文献１）は、フロー測定及び画像化のためにカテーテルの遠位端の近くに取り付けられている線形位相配列超音波トランスデューサを有するカテーテルについて記載する。また、マルチプレーン位相配列超音波トランスデューサの使用も開示されている。
【０００６】
一方で、“Ultrasonic  transducer  assembly  with  extended  flexible  circuits”と題されている米国特許第５，７９５，２９９号（特許文献２）は、体腔内で使用可能な超音波トランスデューサとともに使用するための改善されたドライバ回路について記載する。
【０００７】
また、“Catheter-mounted,  phased-array  Ultrasound  transducer  with  improved  imaging”と題されている米国特許第５，８４６，２０５号（特許文献３）は、カテーテルの遠位端にある位相配列超音波トランスデューサであって、カテーテルの寸法をより小さくするよう、本質的に超音波に対して非集束である出口窓によってカバーされるトランスデューサについて記載する。
【０００８】
更に、“Volumetric  image  Ultrasound  transducer  underfluid  catheter”と題されている米国特許第６，０３９，６９３号（特許文献４）は、３次元画像を生成するための容積測定超音波トランスデューサ流体下カテーテルについて記載する。それは、頻繁にカテーテルを回転し、曲げ、又は延ばすことなく、組織の流体下特徴の実時間３次元画像を可能にする。
【０００９】
更に、“Volumetric  image  Ultrasound  transducer  underfluid  catheter  sytems”と題されている米国特許第６，３０６，０９６号（特許文献５）は、特許文献４に記載されている装置による心臓血管流体下構造を見る方法について記載する。
【００１０】
要約すると、体内の実時間２次元及び３次元超音波画像化のための１次元（１Ｄ）及び２次元（２Ｄ）位相配列音響トランスデューサは、特許文献で記載されている。
【００１１】
１次元音響トランスデューサ配列を用いる設備では、音響トランスデューサ素子は、しばしば、単一平面内でフォーカシングを最適化するように配置される。これは、軸方向（すなわち、伝播方向）及び横方向（すなわち、１Ｄ配列沿い）の両方で送受信音圧波のフォーカシングを可能にする。
【００１２】
１次元音響トランスデューサ配列は、心臓の内部の２次元画像化を可能にする。この２次元情報は価値があるが、単なる２次元情報によりＩＣＥカテーテルを位置付ける能力は制限される。３次元ビューは、心臓内の正確な範囲にアブレーション装置を正確に導くことができるよう必要とされる。
【００１３】
２次元トランスデューサ配列は、上述されるように考えられてきたが、かかる装置は、これらの装置を高価なものとする、トランスデューサを駆動するための複雑なエレクトロニクスを欠点とする。更に、トランスデューサ配列の寸法、及びそれを駆動するために必要とされる配線の全ては、限られているカテーテルのスペースに適合することを困難にする。配線は、また、磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）に関する互換性の問題を生じさせうる。カテーテルは、通常、単一使用シナリオで用いられ、従って、カテーテル及び画像化アッセンブリの価格は、エンドユーザ及び製造者にとって極めて重要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５，７１３，３６３号
【特許文献２】米国特許第５，７９５，２９９号
【特許文献３】米国特許第５，８４６，２０５号
【特許文献４】米国特許第６，０３９，６９３号
【特許文献５】米国特許第６，３０６，０９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、高コストと、複雑なエレクトロニクスと、ＭＲＩに係る互換性の問題とを欠点とする２次元超音波トランスデューサ配列を用いることなく心臓の内部の３次元ビューを提供可能なＩＣＥカテーテルを提供することが望ましい。更に、複雑且つ高価な２次元超音波トランスデューサ配列を必要としないＩＣＥカテーテルを用いる心臓の内部の３次元ビューを得る方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の１つの側面で、カテーテル装置は、近位端及び遠位端を有する伸長体と、該伸長体の前記遠位端の近くに配置される音響トランスデューサと、該音響トランスデューサへ結合される可変屈折音響レンズとを有し、該可変屈折音響レンズは、当該可変屈折音響レンズに印加される選択電圧に応答して当該可変屈折音響レンズの少なくとも１つの音響信号処理特性を調整するよう構成される。
【００１７】
本発明の他の側面で、カテーテル装置は、近位端及び遠位端を有する伸長体と、該伸長体の前記遠位端の近くに配置される音響トランスデューサとを有し、更に、前記音響トランスデューサへ結合される音波に関連する方向を、当該可変屈折音響レンズに供給される１又はそれ以上の制御信号に応答して動的に調整するよう構成される可変屈折音響レンズを有する。
【００１８】
本発明の更なる他の側面で、システムは、カテーテル、音響信号プロセッサ、及び電圧発生器を有する。前記カテーテルは、近位端及び遠位端を有する伸長体と、該伸長体の前記遠位端の近くに配置される音響トランスデューサと、該音響トランスデューサへ結合される可変屈折音響レンズであって、当該可変屈折音響レンズに印加される選択電圧に応答して当該可変屈折音響レンズの少なくとも１つの音響信号処理特性を調整するよう構成される可変屈折音響レンズとを有するカテーテルとを有する。前記音響信号プロセッサは、前記カテーテルの前記音響トランスデューサへ結合され、前記電圧源は、前記カテーテルの前記可変屈折音響レンズへ前記選択電圧を印加するよう構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＩＣＥカテーテルの一実施例を示す。
【図２Ａ】可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテルの一実施例の垂直方向の断面図を示す。
【図２Ｂ】可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテルの一実施例の垂直方向の断面図を示す。
【図３】可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテルの一実施例の軸方向の断面図を示す。
【図４】超音波ビームを偏向させ集束させるよう構成される可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテルの一実施例の垂直方向の断面図を示す。
【図５】可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテルを有するシステムの実施例のブロック図を示す。
【図６】可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテルを動作させる方法の一実施例のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して、本発明についてより十分に記載する。図面には、本発明の好ましい実施形態が示されている。なお、本発明は様々な形で具現され、ここに挙げられている実施形態に限定されると解されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の例を教示するよう与えられている。ここで用いられるように、用語「音響」は、特に、通常のヒトの可聴域を超える周波数での超音波を含む音波による又は該音波を有する動作を表す。後に続く議論では、可変屈折音響レンズを有するカテーテル、特にＩＣＥカテーテル、及び関連システムについて記載される。本願で用いられる用語「可変屈折音響レンズ」に関連して、語「レンズ」は、光以外の（場合によっては光を加えた）放射、特に音響放射、例えば超音波放射を方向付け又はその焦点を合わせるための装置を意味するよう幅広く定義される。可変屈折音響レンズは音波の焦点を合わせることができるが、これに関連して、このようなフォーカシングが語「レンズ」の使用によって暗示されるわけではない。一般に、ここで使用される可変屈折音響レンズは、音波を屈折させるよう構成され、音波を偏向させ及び／又はその焦点をあわせる。
【００２１】
可変焦点流体レンズ技術は、光が、特定の屈折率を有する、流体で満たされたキャビティの物理境界での変化により、焦点を合わせられることを可能にする明確な目的のためにもともと考案された解決法である（国際公開第２００３／０６９３８０号参照。これは、その全文を参照により本願に援用される。）。エレクトロウェッテイングとして知られる工程は、キャビティ内の流体が導体電極間での電圧の印加によって移動する工程であって、流体の表面の移動を達成する。表面トポロジーにおけるかかる変化は、光が、移動経路を変更するように屈折することを可能にし、それによって光を集束させる。
【００２２】
一方、超音波は流体媒質内を伝播する。実際には、人体は、しばしば、圧縮波以外の高周波音波をサポートすることができない流体と言われる。この意味で、波は、バルク組織における伝播の音響速度の違いによってのみならず、インターフェースでの音の速度の急変による歪みに反応する。この特性は、国際公開第２００５／１２２１３９号で利用されている。この文献は、その全文を参照により本願に援用される。国際公開第２００５／１２２１３９号は、音響トランスデューサへ及びそれからの超音波を集束させるための、レンズに接するバルク組織とは異なる音響速度を有した可変焦点流体レンズの使用を開示する。しかし、国際公開第２００５／１２２１３９号は、心内心エコー検査用のカテーテルにおける１次元音響トランスデューサへの可変焦点流体レンズ技術の適用を開示又は教示していない。
【００２３】
以下では、音波を可変に屈折させることが可能な音響インターフェースを有する可変屈折音響レンズ及び音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテルの１又はそれ以上の実施例が開示される。
【００２４】
図１は、細長いカテーテル本体１１０と、音響トランスデューサ１３０と、可変屈折音響レンズ１４０と、音響透過窓１５０と、導電体１６０とを有するＩＣＥカテーテル１００を表す。ＩＣＥカテーテル１００は、例えば、カテーテルを貫通する、治療用装置やガイドワイヤー等をサポートする１又はそれ以上のアクセスポートのような１又はそれ以上の他の要素を有してよい。
【００２５】
本体１１０は、近位端１１２及び遠位端１１４を有する。この場合に、ＩＣＥカテーテル１００は、一般に、例えば最初に遠位端を、静脈に挿入される。本体１１０は管状構造体であり、可塑性又は剛性を有してよく、例えば、プラスティックから作られてよい。
【００２６】
有利に、音響トランスデューサ１３０は、音響トランスデューサ素子の１次元配列を有する。一実施例で、トランスデューサ素子は、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電性物質を有してよく、ＰＺＴによって発せられる超音波エネルギのほとんどを反射する裏板又は基板上に設けられる。ＰＺＴの活性表面は、音響整合層により覆われてよい。代替的に、音響トランスデューサ１３０は、単一の大開口トランスデューサを有してよい。
【００２７】
可変屈折音響レンズ１４０は、自身に印加される少なくとも１つの選択電圧に応答して、自身の少なくとも１つの音響信号処理特性を調整するよう構成される。例えば、有利に、可変屈折音響レンズ１４０は、以下でより詳細に記載されるように、伝播の軸に沿って（“集束”）及び／又はこの面に直交して（“偏向”）音波の仰角フォーカス（elevation  focus）を変化させる能力を有する。可変屈折音響レンズ１４０の実施例に関する更なる詳細は、図２Ａ、Ｂ乃至図４を参照して以下で記載される。
【００２８】
音響透過窓１５０は、可変屈折音響レンズ１４０と、ＩＣＥカテーテル１００が配置される範囲、例えば、ヒトの心臓の内部との間を通る音波のアクセスポートを提供する。
【００２９】
導電体１６０は、（１）音響トランスデューサ１３０及び／又は可変屈折音響レンズ１４０と、（２）ＩＣＥカテーテル１００の外部とへ及びそれらから種々の信号及び電圧を提供する１又は複数の別個の導電線を有してよい。
【００３０】
図１の実施例では、音響トランスデューサ１３０、可変屈折音響レンズ１４０、及び音響透過窓１５０は、カテーテル本体１１０の遠位端１１４の近くで本体１１０の側壁に沿って配置されているが、当然、他の構成が可能である。特に、幾つかの用途では、音響トランスデューサ１３０、可変屈折音響レンズ１４０及び音響透過窓１５０が所謂「前向き」ＩＣＥカテーテルを製造するよう遠位端１１４に配置されるところの実施例が用いられてよい。
【００３１】
図２Ａ及びＢは、可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテル２０００の一実施例の垂直方向の断面図を示す。ＩＣＥカテーテル２０００は、カテーテル本体２１００と、音響トランスデューサ２３００へ結合されている可変屈折音響レンズ２２００とを有する。
【００３２】
有利に、可変屈折音響レンズ２２００は、以下でより詳細に記載されるように、伝播の軸に沿って（“集束”）、更に、この面に直交して（“偏向”）音波の仰角フォーカス（elevation  focus）を変化させる能力を有する。可変屈折音響レンズ２２００は、筐体２２１０と、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２と、第１の電極２２５０と、第２の電極２２６０ａ及び２２６０ｂとを有する。
【００３３】
筐体２２１０は、上面２２１１及び底面２２１２と、第１及び第２の側壁２２１３及び２２１４と、第１及び第２の側壁２２１３及び２２１４の両端に設けられ、上面２２１１及び底面２２１２とともに筐体内２２１０のキャビティを定めるよう第１及び第２の側壁２２１３及び２２１４を両端で共に接続する第３及び第４の側壁（図２Ａ及びＢには図示せず。）とを有する。有利に、筐体２２１０の上面２２１１及び底面２２１２は、実質的に音響透過であり、音波は、筐体の第１及び第２の側壁２２１３及び２２１４を通り抜けない。音響トランスデューサ２３００は、有利に１又はそれ以上の音響整合層（図示せず。）によって、筐体２２１０の底面２２１２へ結合されている。一実施例で、筐体２２１０の第１及び第２の側壁２２１３及び２２１４は、例えば、（低ヒステリシスを有するスイッチングのために）１０マイクロメートルのパリレン−Ｎ（例えば、絶縁体）及びアモルファスフッ素重合体のトップコート（例えば、１０ｎｍ）を有して、第２の電極２２６０ａ／２２６０ｂの対応する１つによって覆われることによって形成される。
【００３４】
従って、筐体２２１０は、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２を設けられる容積を有する密封キャビティを囲む。
【００３５】
有利に、第１の流体媒質２２４１及び２２４２における音の速度は、互いに相違する（すなわち、音波は、流体媒質２２４２で伝播するのとは異なる速度で流体媒質２２４１内を伝播する。）。また、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２は、互いに混和性でない。よって、それらは常に、キャビティ内で別個の流体層として残る。第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２の間の分離は、如何なる固体部品も用いずに第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２の間の境界又はインターフェースを定める接触面又はメニスカス（meniscus）である。また、有利に、２つの流体媒質２２４１及び２２４２のうち一方は導電性であり、他方の流体媒質は実質的に非導電性、すなわち絶縁性である。（第１及び第２の流体媒質は略等しい密度を有していてもよい。）
【００３６】
一実施例で、第１の流体媒質２２４１は、主として水から成る。例えば、それは、電気的に極性のある挙動を有するよう、すなわち、導電性であるよう、十分に高いイオン含有量を有する食塩水であってよい。その場合に、第１の流体媒質２２４１は、例えば、いずれも０．１ｍｏｌ．ｌ−１を有するカリウムイオン及び塩化物イオンを有してよい。代替的に、それは、（例えば、０．１ｍｏｌ．ｌ−１の濃度を有する）ナトリウム又はカリウムのようなイオンの存在により十分な導電性を有するエチルアルコール及び水の混合であってよい。第２の流体媒質２２４２は、例えば、電界を感じないシリコン油を有してよい。下記の表１は、第１又は第２の流体媒質２２４１又は２２４２として用いられてよい幾つかの流体の例を挙げる。
【００３７】
【表１】
0005623749.tif 000002
【００３８】
有利に、第１の電極２２５０は、導電性である２つの流体媒質のうちの一方２２４１又は２２４２と接触するように筐体２２１０に設けられている。図２Ａ及びＢの例では、流体媒質２２４１が導電性の流体媒質であり、流体媒質２２４２が実質的に非導電性の流体媒質であるとする。なお、当然、流体媒質２２４１が実質的に非導電性の流体媒質であって、流体媒質２２４２が導電性の流体媒質であってよい。その場合に、第１の電極２２５０は、流体媒質２２４２と接するよう配置される。
【００３９】
一方、第２の電極２２６０ａ及び２２６０ｂは、夫々、筐体２２１０の側壁２２１３及び２２１４に設けられている。図２Ａ及びＢの実施例では、電極２２６０ａ及び２２６０ｂは、ＩＣＥカテーテル２０００の外にある電圧発生器又は可変電圧源（図５参照）の２つの出力へ接続されており、電極２２５０は接地へ接続されている。例えば、電極２２５へ印加される電圧が接地でない場合に、当然、他の配置も可能である。これら及び他の電気接続は、カテーテル２０００の本体２１００内に配置されている導電体１６０（図１参照）によって提供され得る。
【００４０】
有利に、音響トランスデューサ２３００は、音響トランスデューサ素子の１次元配列を有する。一実施例で、トランスデューサ素子は、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電性物質を有してよく、ＰＺＴによって発せられる超音波エネルギのほとんどを反射する裏板又は基板上に設けられる。ＰＺＴの活性表面は、音響整合層により覆われてよい。代替的に、音響トランスデューサ２３００は、単一の大開口トランスデューサを有してよい。
【００４１】
一実施例で、ＩＣＥカテーテル２０００は、音波を送信及び受信するよう構成される。その場合に、送信モードで、音響トランスデューサ２３００は、自身に入力された電気信号を音波に変換して出力する。受信モードで、音響トランスデューサ２３００は、受信した音波を電気信号に変換して出力する。
【００４２】
代替の実施例で、ＩＣＥカテーテル２０００は、代わりに、受信専用モードで動作するよう構成されてよい。超音波エネルギは、或る外部装置から送信される。その場合に、送信トランスデューサは別個に設けられる。
【００４３】
動作上、可変屈折音響レンズ２２００は、下記のように、音響トランスデューサ２３００と協働する。レンズは、導電性流体２２４１と絶縁流体２２４２との間で、インターフェース又はメニスカスによって形成される。導電性流体２２４１の少なくとも一部に直接に力（例えば、電圧）を加えることによって、流体２２４１及び２２４２の間のインターフェースの少なくとも一部の変位が引き起こされ、結果として、メニスカスは、入力される音響ビームを１次元トランスデューサ配列２３００を含む面の外へ偏向するように傾けられる。その全文を参照することにより本願に援用される国際公開第２００４／０５１３２３号は、可変屈折流体レンズのメニスカスを傾けることに関して詳細な記載を与える。
【００４４】
具体的に、筐体２２１０の絶縁側壁２２１３及び２２１４に対するインターフェースの接触角度は、電極２２５０、２２６０ａ及び２２６０ｂに印加される電圧又は制御信号により調整されてよい。電極２２６０ａ及び２２６０ｂへ印加される電圧Ｖ１及びＶ２の或る組合せに関して、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２の間のインターフェース又はメニスカスは平らである。図２Ａの実施例では、可変電圧源によって電極２２６０ａ及び２２６０ｂの間すなわちその両端に印加される電圧が第１の電圧ΔＶＡ＝Ｖ１−Ｖ２である場合に、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２の間のインターフェースは図２Ａに示されるとおりである。一方、音波は第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２で異なる伝播速度を有するので、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２で満たされた容積は、音波を屈折させ、それによって音波を第１の方向に、例えば、１次元トランスデューサ配列２３００が並べられている方向（図３のｘ軸）に沿って且つ（図２Ｂに示されるｚ軸とともにｘ軸によって定義される）トランスデューサ配列２３００が配置されている面に直交して１次元トランスデューサ配列２３００を通って延在する面に対して角度−αで偏向させるよう働く。
【００４５】
電極２２６０ａ及び２２６０ｂの間に印加される電圧が変更される場合に、メニスカスの形状は、電極２２６０ａ及び２２６０ｂの間の電界により変化する。具体的に、可変電圧源によって電極２２６０ａ及び２２６０ｂの間すなわちその両端に印加される電圧が第１の電圧ΔＶＡ＝Ｖ３−Ｖ４である場合に、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２の間の接触面は図２Ｂに示されるとおりである。その場合に、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２は、音波を第２の方向に、例えば、１次元トランスデューサ配列２３００が並べられている方向（図３のｘ軸）に沿って１次元トランスデューサ配列２３００を通って延在する面に対して角度＋αで偏向させるよう働く。留意すべきは、可変屈折音響レンズ２２００の側壁２２１３及び２２１４が対称に設計される場合には、ΔＶＢ＝−ΔＶＡである点である。
【００４６】
ΔＶＡからΔＶＢの範囲にある異なる電圧が可変電圧供給源によって電極２２６０ａ及び２２６０ｂの間すなわちその両端に印加される場合に、音響ビームは、１次元トランスデューサ配列２３００が並べられている方向に沿って且つトランスデューサ配列２３００が配置されている面に実質的に直交して１次元トランスデューサ配列２３００を通って延在する面に対して−αから＋αの範囲にある対応する角度で偏向される。一実施例で、α＝１０度である。
【００４７】
図３は、可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するカテーテル３０００の一実施例の軸方向の断面図を示す。ＩＣＥカテーテル３０００は、カテーテル本体３１００と、音響トランスデューサ３３００へ結合されている可変屈折音響レンズ３２００とを有する。カテーテル本体３１００、可変屈折音響レンズ３２００、及び音響トランスデューサ３３００は、概して、図２Ａ及びＢのカテーテル２０００における対応する要素と同じである。よって、これらの要素についての記載は繰り返されず、図３に示される付加的な特徴のみがここでは説明される。
【００４８】
図３に示されるように、可変屈折音響レンズ３２００は、第３及び第４の側壁２２１５及び２２１６に配置されている第２の対の電極２２７０ａ及び２２７０ｂを有する。第３及び第４の側壁２２１５及び２２１６は、図２Ａ及びＢに関して上述されたように、筐体２２１０においてキャビティを定めるよう第１及び第２の側壁２２１３及び２２１４をともに接続する第３及び第４の側壁である。
【００４９】
電極２２７０ａ及び２２７０ｂは、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２の間のインターフェースを可変屈折音響レンズ３２００の短辺で平らに保つために使用される。有利に、第３及び第４の側壁２２１５及び２２１６は、インターフェースを平らに保つために必要とされる電圧を減じるよう、図示されるように傾けられている。
【００５０】
有利に、可変屈折音響レンズ３２００は、１次元配列が並べられているのと同じ方向（図３のｘ軸）に沿った長さを有する。この長さは、配列の長さに直交する方向（図２Ａ及びＢのｚ方向）にある幅よりも実質的に大きい。結果として、この特徴の結果、可変屈折音響レンズ３２００は、トランスデューサ配列に直交する方向（ｚ軸）で音響ビームを送信する及び／又は受信する方向を偏向することができ、一方、音響ビームの形状は、トランスデューサ配列に沿った方向（ｘ方向）で翻訳的に不変なままである。この特徴により、可変屈折音響レンズ３２００の幅は小さく作られてよく、結果として、高速で完全な３次元走査が得られる。
【００５１】
単なる一例として、一実施例で、可変屈折音響レンズ３２００は、トランスデューサ配列に直交する方向（ｙ方向）で３ｍｍの寸法（幅）を有し、結果として１０ｍｓのフルスイッチング時間が得られる。（〜５ＭＨｚで）５０乃至１００個の要素から成る１次元トランスデューサ配列３３００について、２次元走査は約１００μｓで実行される。（しばしば、通常数センチメートル深さのフィールドが必要とされるＩＣＥのような用途における場合のように）カテーテル３０００から近距離のところにある範囲のみが撮像される必要がある場合は、２次元走査は〜３５μｓの速さで記録され得る。トランスデューサ配列に直交する方向（ｙ方向）での可変屈折音響レンズ３２００のフルスイッチについて、超音波ビームは、１次元トランスデューサ配列３３００が並べられている方向（ｘ方向）に沿って１次元トランスデューサ配列３３００を通って延在する面に対して−αから＋αの範囲にわたって傾けられ得る。一実施例で、α＝１０度である。通常のマルチ素子トランスデューサ配列３３００は、（−６ｄＢ点で）〜２５度のｘ方向におけるフィールド・オブ・ビュー（ＦＯＶ）を走査することができる。結果として、通常、２５×２０度２の総ＦＯＶは、ｘ方向に沿って１次元トランスデューサ配列３３００を通って延在する様々な面で５乃至１０の２次元走査が必要とされる場合に、約２５０ｍｓでカバーされ得る。これは、約４Ｈｚのフレームレートによる３次元超音波画像化を可能にするが、このフレームレートは、可変屈折音響レンズ３２００及びトランスデューサ配列３３００のためのインテリジェントな駆動方式により更に増大しうる。
【００５２】
一実施例で、ＩＣＥカテーテルは、超音波アブレーションモードで動作する。アブレーションは、高い超音波強度を必要とするので、超音波は可能な限り小さいスポットで集束することが重要である。
【００５３】
図４は、超音波ビームを偏向させて集束するよう構成される可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するカテーテル４０００の一実施例の垂直方向の断面図を示す。ＩＣＥカテーテル４０００は、カテーテル本体４１００と、音響トランスデューサ４３００へ結合されている可変屈折音響レンズ４２００とを有する。カテーテル本体４１００、可変屈折音響レンズ４２００、及び音響トランスデューサ４３００は、概して、図２Ａ及びＢのカテーテル２０００並びに図３のカテーテル３０００における対応する要素と同じである。よって、これらの要素についての記載は繰り返されず、図４に示される付加的な特徴のみがここでは説明される。
【００５４】
具体的に、可変電圧源によって電極２２６０ａ及び２２６０ｂの間すなわちその両端に印加される電圧ΔＶ＝Ｖ５−Ｖ６に応答して、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２の間のインターフェースは図４に示されるとおりである。明らかなように、電極２２６０ａ及び２２６０ｂの両端電圧は、第１及び第２の流体媒質２２４１及び２２４２の間のインターフェースが湾曲するように調整されている。有利に、流体媒質２２４１及び２２４２は、音波のフォーカシング及び屈折における柔軟性を最大限とするよう選択される音速を有する。従って、可変屈折音響レンズ４２００は、音響ビームを偏向させるのみならず、音響ビームを集束させるよう構成される。これは、音響トランスデューサ４３００によって生成される超音波が目下、アブレーションを可能にする高い強度のスポットに焦点を合わせられ得ることを意味する。有利に、ｘ及びｙの両方向での可変屈折音響レンズ４２００のフォーカシング能力からの幾何学的利得は、１次元トランスデューサ配列を有する音響トランスデューサ４３００のステアリング能力によって増補される。可変屈折音響レンズ４２００のフォーカシング能力を用いることによって、焦点での強さは実質上増大しうることが実験的に実証されている。
【００５５】
図５は、可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテルを有するシステム５００の実施例のブロック図を示す。音響画像化システム５００は、プロセッサ／コントローラ５１０と、送信信号源５２０と、送信／受信スイッチ５３０と、ＩＣＥカテーテル５４０と、フィルタ５５０と、ゲイン／減衰器段５６０と、音響信号処理段５７０と、仰角フォーカスコントローラ５８０と、可変電圧源５９０とを有する。一方、ＩＣＥカテーテル５４０は、音響トランスデューサ５４４へ結合されている可変屈折音響レンズ５４２を有する。ＩＣＥカテーテル５４０は、図１乃至４に関連して上述されたＩＣＥカテーテルのいずれかによって具現されてよい。
【００５６】
動作上、音響画像化装置５００は、下記のように動作する。
【００５７】
仰角フォーカスコントローラ５８０は、可変電圧源５９０によって可変屈折音響レンズ５４２の電極へ印加される１又はそれ以上の電圧を制御する。先に説明されたように、これは、言い換えると、可変屈折音響レンズ５４２の屈折角度及び／又は焦点長さを制御する。
【００５８】
可変屈折音響レンズ５４２における２つの流体によって定まるメニスカスの表面が的確なトポロジーに達する場合に、プロセッサ／コントローラ５１０は、所望の音波を発生させるよう音響トランスデューサ５４４へ適用される所望の電気信号を発生させるように送信信号源５２０を制御する。
【００５９】
１つの場合で、送信信号源５２０は、パルス波ドップラー又は他の画像化技術のための他の関連する信号を可能にするように、Ｍモードで動作する短時間（ブロードバンド）信号、場合により短トーンバーストを発生させるよう制御されてよい。典型的な使用は、臨床上関心のある領域へと調整される一定の仰角フォーカスを有して面を撮像することであってよい。他の使用は、軸焦点の領域へと搬送されるエネルギを最大限とするよう仰角フォーカスを調整しながら複数の焦点を有して面を撮像することであってよい。音響信号は、正常エコー、Ｍモード若しくはＰＷドップラーのような時間領域分解信号、又はＣＷドップラーのような非時間領域分解信号であってよい。
【００６０】
更なる他の使用は、アブレーションを実行するよう高エネルギ超音波の焦点を合わせることである。
【００６１】
図５の実施例で、ＩＣＥカテーテル５４０は、送信モード及び受信モードの両方で動作するよう構成される。先に説明されたように、代替の実施例で、音響プローブ５４０は、代わりに、受信専用モード（又は送信専用モード）で動作するよう構成されてよい。その場合に、送信トランスデューサは別個に設けられ、送信／受信スイッチ５３０は省略されてよい。
【００６２】
図６は、可変屈折音響レンズとともに音響トランスデューサを有するＩＣＥカテーテルを動作させる方法の一実施例のフローチャートを示す。
【００６３】
第１のステップ６０５で、ＩＣＥカテーテル５４０は、例えば、心臓に入る静脈を介して、患者に導入される。
【００６４】
次いで、ステップ６１０で、仰角フォーカスコントローラ５８０は、音響ビームを目標の仰角へ向けるよう、可変電圧源５９０によって可変屈折音響レンズ５４２の電極へ印加される電圧を制御する。
【００６５】
次に、ステップ６１５で、プロセッサ／コントローラ５１０は、所望の電気信号を音響トランスデューサ５４４へ適用するよう送信信号源５２０及び送信／受信スイッチ５３０を制御する。可変屈折音響レンズ５４２は、音波を発生させて、その音波を目標の仰角を含む患者の目的の範囲で集束させるよう、音響トランスデューサ５４４と協働する。
【００６６】
続いて、ステップ６２０で、可変屈折音響レンズ５４２は、音響トランスデューサ５４４と協働して、患者の目的の範囲から返された音波を受け取る。この時、プロセッサ／コントローラ５１０は、送信／受信スイッチ５３０を制御して、音響トランスデューサ５４４をフィルタ５５０へ接続し、音響トランスデューサ５４４からフィルタ５５０へ電気信号を出力する。
【００６７】
次に、ステップ６３０で、フィルタ５５０、ゲイン／減衰器段５６０、及び音響信号処理段５７０は、共に、音響トランスデューサ５４４からの電気信号を調整して、その信号から受信音響データを生成するよう動作する。
【００６８】
次いで、ステップ６４０で、受信音響データは、音響画像化装置５００の音響信号処理段５７０のメモリ（図示せず。）に記憶される。
【００６９】
次に、ステップ６４５で、プロセッサ／コントローラ５１０は、他の仰角面で焦点を合わせるべきか否かを決定する。そうである場合は、ステップ６５０で、新たな仰角面が選択され、処理はステップ６１０で繰り返す。そうでない場合は、ステップ６５５で、音響信号処理段５７０は、（ことによると、プロセッサ／コントローラ５１０とともに）受信音響データを処理して、画像を生成して出力する。
【００７０】
最後に、ステップ６６０で、音響画像化装置５００は画像を出力する。
【００７１】
一般に、方法６００は、音波が、正常エコー、Ｍモード若しくはＰＷドップラーのような時間領域分解信号、又はＣＷドップラーのような非時間領域分解信号である場合に測定を行うよう構成され得る。
【００７２】
好ましい実施形態がここに開示されるが、多数の変形例が可能であり、かかる変形例は本発明の主旨及び適用範囲の中にある。かかる変形例は、明細書、図面及び特許請求の範囲の検討後に当業者にとって明らかとなるであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び適用範囲の範囲内を除いて制限されるべきではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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