(57)【要約】複数の固有共振周波数で振動できる単一の変換器要素を、超音波画像カテーテル組立体に使用することができる。超音波画像カテーテル組立体は、生体の管組織内に挿通されガイドされるように形成されたカテーテル本体と、内肛と、前記内肛内に挿通されガイドされる回転可能な画像コアを含んでおり、該画像コアは可撓性を有する駆動軸を有している。変換器要素は、複数の固有共振周波数で振動可能であるので、ユーザーは、カテーテル又は画像コアを取り替えることなく、被写界深度又は解像度を改善するために１つの周波数から別の周波数に変更することができる。
2005528951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内に挿入されてガイドされるカテーテル本体と、回転可能な画像コアとを備え、
前記カテーテル本体は、先端部及び基端部を有すると共に、カテーテル本体の縦軸線を通って延びる内肛を有し、
前記画像コアは、前記内肛に挿通されると共に、可撓性を有する駆動軸と変換器要素を含んでおり、
前記変換器要素は、複数の固有共振周波数で振動できるようになっていることを特徴とする超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２】
請求項１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
複数の前記固有共振周波数は、低い共振周波数と高い共振周波数を含んでいる超音波画像カテーテル組立体。
【請求項３】
請求項２記載の超音波画像カテーテル組立体において、
前記変換器要素は、カテーテル組立体を組織内で使用中に、低い共振周波数と高い共振周波数の間で切替可能となっている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項４】
請求項３記載の超音波画像カテーテル組立体において、
前記変換器要素は、組織内での被写界深度を増大させるために、低い共振周波数で振動するように切替可能となっている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項５】
請求項３記載の超音波画像カテーテル組立体において、
前記変換器要素は、組織内での解像度を増大させるために、高い共振周波数で振動するように切替可能となっている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項６】
請求項３記載の超音波画像カテーテル組立体において、
共振周波数間の切替は、組織からカテーテル本体又は画像コアを取り出す必要がない超音波画像カテーテル組立体。
【請求項７】
請求項３記載の超音波画像カテーテル組立体において、
共振周波数間の切替は、外部の器具操作卓により行うようになっている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項８】
請求項２記載の超音波画像カテーテル組立体において、
中間の共振周波数を含んでいる超音波画像カテーテル組立体。
【請求項９】
請求項１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
カテーテル本体の先端チップに、ほぼ円筒形の音波画像窓を設けている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１０】
請求項１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
変換器はほぼ円形の表面を有している超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１１】
請求項１０記載の超音波画像カテーテル組立体において、
変換器はディスク形状の円筒である超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１２】
請求項１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
カテーテル本体は、第２の内肛を含んでいる超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１３】
請求項１２記載の超音波画像カテーテル組立体において、
第２の内肛は操作用プルワイヤを収納するようになっている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１４】
請求項１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
画像コアは、変換器を駆動軸に装着する変換器ハウジングを含んでいる超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１５】
請求項１４記載の超音波画像カテーテル組立体において、
変換器ハウジングは、前記駆動軸の軸芯線に対して一定角度で傾斜する切欠きを有している超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１６】
請求項１５記載の超音波画像カテーテル組立体において、
変換器は、前記駆動軸の軸芯線に対して一定角度で傾斜するように前記切欠きに設けられている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１７】
請求項１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
変換器は、圧電性セラミック材、圧電性複合材、圧電性樹脂、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、メタニオブ酸鉛、又はポリフッ化ビニリデンにより形成されている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１８】
請求項１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
複数の固有共振周波数は、高、低及び中間の３つの共振周波数で構成されている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項１９】
請求項１８記載の超音波画像カテーテル組立体において、
高い固有共振周波数は、生体の心臓内で画像成形するのに適している超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２０】
請求項１９記載の超音波画像カテーテル組立体において、
高い固有共振周波数は約３０ＨＭzである超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２１】
請求項１８記載の超音波画像カテーテル組立体において、
低い固有共振周波数は、生体の動脈で画像成形するのに適している超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２２】
請求項２１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
低い固有共振周波数は約７．５ＨＭzである超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２３】
請求項１８記載の超音波画像カテーテル組立体において、
中間の固有共振周波数は、生体の組織内で画像形成箇所へカテーテル本体をガイドするのに適している超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２４】
請求項２３記載の超音波画像カテーテル組立体において、
中間の固有共振周波数は約１０ＨＭzである超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２５】
請求項１９記載の超音波画像カテーテル組立体において、
低い固有共振周波数は、生体の動脈で画像成形するのに適している超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２６】
請求項２５記載の超音波画像カテーテル組立体において、
中間の固有共振周波数は、生体の組織内で画像形成箇所へカテーテル本体をガイドするのに適している超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２７】
請求項１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
変換器要素をカテーテル組立体内に一つだけ備えている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２８】
請求項１記載の超音波画像カテーテル組立体において、
第２の変換器要素を備えている超音波画像カテーテル組立体。
【請求項２９】
請求項２８記載の超音波画像カテーテル組立体において、
第２の変換器要素もまた、複数の固有共振周波数で振動するようになっている超音波画像カテーテル組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として医療用の超音波カテーテルの分野に関し、特に、医療用の超音波画像カテーテルに用いる多重共振周波数を有する変換器要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療診断用の超音波システムは発展を続けており、医療分野及び診断領域において、幅広く利用されるようになっている。超音波画像システムの需要増大に伴い、超音波システムの技術も高度化及び複雑化してきている。
【０００３】
多くの超音波画像システムは、診断及び治療時に外科医及びそのスタッフの助けとなるように、カテーテルと共に使用するように設計されてきた。一般的に、これらのシステムは単一の変換器要素を備えており、該変換器要素は多くは圧電性材料で製造され、画像カテーテルの先端部に装着されている。画像カテーテルは、前記変換器が患者の体内の目的の領域を撮像できる位置にくるように、患者の体内に挿入される。
【０００４】
このようなカテーテルは、通常は、電気信号又は励起パルスを変換器に送ることにより作動する。それから、変換器は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、機械エネルギーは超音波として患者の体内組織内に伝搬する。発信される超音波の周波数は、変換器要素の共振周波数と励起パルスの周波数容量との関数である。この超音波は、反射することにより反射信号又はエコーとして変換器に戻り、変換器は前記反射信号又はエコーを電気信号に変換し、該電気信号は患者の体内の画像を形成するために利用される。
【０００５】
しかしながら、一つの共振周波数のみを有する変換器で作動する場合には、画像カテーテルの焦点調節性能は制限される。発信される音波の周波数は、変換器要素の共振周波数及び帯域幅と励起パルスの周波数容量の関数であり、励起パルスの周波数の変化させることによってのみ変更可能である。したがって、体内組織の異なった深度に焦点を合わせる場合、前記単一の共振周波数のみを有する変換器要素では、その能力が制限されてしまう。
【０００６】
前記焦点合わせの問題を解決するため、作動中にカテーテル又は画像コアを交換可能とすると共に、交換用のカテーテルに異なった周波数を有する交換器要素を備えているカテーテルシステムが開発されている。しかしながらカテーテルを交換するこの方法は、必要以上に画像形成過程で時間を浪費することになる。
【０００７】
そのため、現在、画像カテーテルシステム用に多重共振周波数の変換器を提供する必要性が生じており、その変換器により、種々異なった深度において、カテーテル又は画像コアを交換することなしに、高品質の超音波画像を提供することができる。
【０００８】
（発明の要約）
本発明の第１の独立した特徴は、生体の管組織に挿入されてガイドされるように形成されたカテーテル本体を有する超音波画像カテーテル組立体を備えていることであり、前記カテーテル本体は、先端部と、基端部と、カテーテル本体の縦軸芯を通って延びる内肛を有している。超音波画像カテーテル組立体は、さらに、前記内肛に挿通された回転可能な画像コアを含んでおり、該画像コアは、可撓性を有する駆動軸と単一の変換器要素を含み、該変換器要素は複数の固有共振周波数で振動できるようになっている。
【０００９】
本発明の第２の独立した特徴は、低い共振周波数と高い共振周波数を含む複数の固有共振周波数を有する変換器を有する超音波画像カテーテル組立体を備えていることである。前記カテーテル組立体を生体の管組織内で使用している間、変換器は低い共振周波数と高い共振周波数の間で切り替えることができ、変換器要素は、被写界深度を最適化するために低い周波数で振動することも、解像度を最適化するために高い周波数で振動することも可能となっている。共振周波数の切替は、たとえば、外部の器具操作卓によって操作されるようになっており、カテーテル組立体又は画像コアを生体の管組織から取り出す必要はない。
【００１０】
本発明の第３の独立した特徴は、低い共振周波数と、中間の共振周波数と、高い共振周波数を含む複数の固有共振周波数を有する変換器を含んでいる超音波画像カテーテル組立体を備えていることである。たとえば、低い共振周波数は約７．５ＭＨz、中間の共振周波数は約１０ＭＨz、高い共振周波数は約３０ＭＨzである。生体の管組織内で使用している間、各共振周波数はそれぞれ異なった目的で使用される。たとえば、低い共振周波数は動脈内の画像を撮像するために用いられ、中間の共振周波数は目的の箇所へカテーテルをガイドするのに用いられ、高い共振周波数は、心臓内の画像を撮像するために用いられる。
【００１１】
本発明の第４の独立した特徴は、概ねディスク状の円筒形変換器を含む超音波画像カテーテル組立体を備えていることである。前記変換器は、圧電性セラミック材、圧縮複合材、圧電性樹脂、チタン酸バリュウム、チタン酸ジルコン酸鉛、メタニオブ酸鉛、又はポリフッ化ビニリデンにより形成されている。変換器は、変換器ハウジングによって駆動軸に連結されると共に、カテーテル内での内部反射が減少するように、駆動軸芯に対して一定角度で傾斜する姿勢で変換器ハウジングの切除部に設けられている。
【００１２】
本発明の他の形態及び利点は、後述する詳細な説明及び図面により明らかにされるが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００１３】
（好ましい実施の形態の説明）
多重固有共振周波数を有する改良された変換器要素は、たとえば超音波画像システムに用いることができる。機械式スキャニングの超音波画像カテーテルシステムは、通常は、回転ハウジング内に取り付けられた単一の変換器を使用することになる。一例として、カテーテルの先端チップに配置された音波画像窓孔内で、変換器ハウジングが固定軸芯回りに回転し、その間、変換器は超音波を発信すると共に受信する。変換ハウジングは、可撓性を有する駆動軸によって回転駆動し、前記駆動軸は、カテーテル内に軸方向に形成された内肛に挿通され、駆動軸の一端部は前記内肛内で変換器ハウジングに連動連結されている。カテーテルの先端部が、一旦、たとえば、患者の管組織内に位置決めされると、画像形成制御回路が作用することによって、先端カテーテルチップの周囲組織の断面画像が撮像される。前記画像形成制御回路は、駆動軸を通って延びる導電体を介して変換器に電気的に接続されている。
【００１４】
図１及び図１Ａは、可撓性を有する超音波カテーテル１００の一実施の形態を示している。超音波カテーテル１００は、標準的な、良く知られたカテーテル操作によって管組織内に位置決めされるようになっている。前記カテーテル操作とは、色々に張り巡らされた血管の通路に可撓性を有するカテーテル１００を挿通ガイドするものであり、たとえば、大腿部の動脈の通路を通して経皮的な導入によって始めるものである。
【００１５】
カテーテルは細長い管状部材１０２を備えており、該管状部材１０２には軸方向に延びる内肛１０４が形成されている。該内肛１０４の内径は、画像コア１１８が内肛内で活動するのに充分な大きさを有している。画像コア１１８は可撓性を有する駆動軸１２０を含んでおり、該駆動軸１２０は変換器ハウジング１２２に連結されている。該変換器ハウジング１２２内には概ねディスク形状の変換器１２４が設けられている。画像コア１１８は、その中心軸線に沿って並進可能となっている。さらに、画像コア１１８は毎分１８００回転を越える回転速度で軸芯回りに回転可能である。回転可能なモータ駆動の画像コア１１８は、米国特許Ｎｏ．６，００４，２６９に記載されており、この特許の内容は、ここに記載することにより本件に組み入れられる。
【００１６】
細長い管状部材１０２の先端部にドーム形の音波画像窓１１２が装着され、これによりカテーテル１００の閉塞状のチップを構成している。別の例として、音波画像窓１１２、変換器１２４又はその他の構成要素を、いかなる形状又は形状の組み合わせとすることも可能である。管状部材１０２の外周にはカバー管１１０が被せられており、該カバー管１１０は、熱収縮可能なナイロン、ウレタン、ポリエチレン又は他の樹脂等の適当な材料により形成され、カテーテル１００を構造的に保護すると共に滑らかな外周面を提供し、該滑らかな外周面により、患者の体内の通路内を最小の摩擦抵抗でもってたやすく軸方向に動き得るようになっている。
【００１７】
音波画像窓１１２は、好ましくは、基端部に開口を有すると共に先端部が丸く形成されており、閉塞状のカテーテルチップ１１４を形成するように、管状部材１０２の先端円周部に取り付けられている。カバー管１１０の端部と音波画像窓１１２の端部は、共通継目１１６において結合されている。
【００１８】
音波画像窓１１２の基端部の外径は、装着されたカバー管１１０の外径とほぼ同じ大きさとなっており、それにより、継ぎ目１１６は滑らかな外周面となっている。図１に最も良く表されているように、細長い管状部材１０２の任意の上部１０６には小さな内肛１０８が形成されており、該内肛１０８は他のカテーテル機能用に用いることができる。たとえば、制限例ではないが、プルワイヤ、供給薬剤、血管形成用バルーン、切除用のレーザーを収納するために、又はカテーテル１００の折れ曲がりを阻止するのに役立つ硬質部材を収納するために利用することができる。勿論、カテーテルには、いかなる形状の内肛をいかなる本数形成することも可能である。カテーテルは、もし望むならば、１つのバルーン又は複数のバルーンを有することもできる。カテーテルは、また、複数の窓、カテーテルの壁内にぴったりとはめ込まれる複数のワイヤ、複数の変換器、又は、本件分野において知られたその他の形状を備えることも可能である。たとえば、カテーテルは、多重共振周波数を有する変換器に、新たな別の変換器を追加することも可能である。また別の例として、カテーテルは、多重共振周波数型変換器を複数使用することも可能である。
【００１９】
さらに図１に示す特定の例に関し、変換器ハウジング１２２には縦向きに長く延びる切欠き１１３が形成されており、該切欠き１１３は、駆動軸１２０の軸芯線１２６に対して微小な角度αで傾斜している。変換器１２４は変換器ハウジング１２２の前記切欠き１１３に設けられており、変換器１２４の作用面（活動面）も、駆動軸１２０の軸芯線１２６に対して前記微小な角度αで傾斜している。変換器１２４のこの傾斜はカテーテルチップ１１４内の内部反射の最小化に役立っている。
【００２０】
本発明の好ましい変換器１２４はディスク形状であるが、その他の、いかなる形状の変換器を適用することも可能である。使用中、変換器は電気エネルギーパルスを機械エネルギーに変換し、機械エネルギーは変換器１２４の作用面から超音波として外部に伝搬する。これらの超音波の周波数は、変換器１２４の励起周波数と固有共振周波数に左右される。変換器１２４の複数の固有共振周波数は、変換器の形状及び厚さ並びに変換器の材質によって作り出される。
【００２１】
変換器１２４は、作用面の圧力歪曲を電圧に変換し、又は電圧を圧力歪曲に変換できる材料から、公知の方法を利用して作り出すことができる。そのような材料として、圧電性セラミック材、圧縮複合材、圧電性樹脂、チタン酸バリュウム、チタン酸ジルコン酸鉛、メタニオブ酸鉛、及びポリフッ化ビニリデンがあるが、それらの材料に限定されることはない。
【００２２】
以上説明したように、変換器が発信する超音波の周波数は、変換器１２４の共振周波数と変換器１２４に送信される励起パルスの周波数の関数となる。超音波が物体に衝突し、反射することにより変換器１２４に戻ると、変換器１２４は機械エネルギーを元の電気エネルギーに変換する。変換された電気エネルギーは、変換器１２４から、カテーテルの先端部及び伝達ラインを介してカテーテルシステムの画像形成装置に伝達される。
【００２３】
多重共振周波数を有する変換器１２４を装備した画像カテーテル１００を使用することによって、ユーザーは、周波数の有効利用に基づく色々な特徴を有する画像を作り出すことができる。画像形成における２つの重要な特徴は被写界深度と解像度である。作動中に許容される大きな被写界深度として、たとえば、心臓内部の画像を形成することができる程度に大きな被写界深度とすることができる。高解像度は、冠状動脈のような管内の画像を拡大するためには非常に重要である。好ましくは、改良された変換器１２４は、低い共振周波数、中間の共振周波数及び高い共振周波数において、周波数毎に異なった画像特徴を利用するように作動させることが可能である。
【００２４】
一例として、本発明の多重共振周波数型カテーテルは、３０ＭＨｚ，１０ＭＨｚ及び７．５ＭＨｚの３つの共振振動数を有するように形成することができる。ユーザーは、１つの処置において、３つの周波数のすべてを使用することができる。たとえば、画像形成処置として、最初に冠状動脈の撮像を行い、次に右心房内にガイドし、続いて左心房を撮像する場合が考えられる。変換器１２４は、高周波数によって良好な拡大解像度を得ることができるので、冠状動脈を撮像するためには、３０ＭＨｚの高周波数で作動させる。
【００２５】
冠状動脈を撮像後、カテーテルを右心房にガイドする必要があるが、カテーテルを目的の箇所までガイドするには被写界深度と解像度の両方が要求されるので、この操作技術に対して中間の１０ＭＨｚの周波数が好ましい。離れた箇所での心房の撮像は、かなりの被写界深度を必要とするため、この場合には、７．５ＭＨｚの低い共振周波数が好ましい。この方法において、３つのすべての共振周波数は、一般的な撮像処置において使用することができる。ただしこの処置は、多重周波数で作動する変換器を必要とする数多くの撮像処置の１つに過ぎない。
【００２６】
多重共振周波数型の変換器１２４は、３つの共振周波数で振動することが可能であるので、カテーテル及び/又は画像コアを、作動中（操作中）に取り替える必要はない。カテーテルを取り外すことは時宜行われる作業であり、その作業は、必要以上に撮像操作を長くすることを余儀なくする。代わりに、本発明のカテーテルは、被写界深度及び解像度を犠牲にすることなしに、多重共振周波数を有する単一の変換器１２４を使用することができる。複数の共振周波数間の切替は、外部の器具操作卓を使用することによって行うことができ、器具操作卓としては、ボタン、ダイヤル、スイッチ、音声指令、マウス、トラックボール、又はポインティング装置を備えた多くの典型的な操作卓を用いることができる。
【００２７】
図１及び図１Ａに記載され、または明細書に記載された１つ又はそれ以上の特徴は、別の実施形態を構成するために別の特徴と入れ替えることは可能である。
【００２８】
好ましい実施の形態と方法を図示し、又は記載したが、この発明の精神と範囲から逸脱することなく、多くの変形例を構成できることは当業者にとって明白である。したがって、本発明は、添付の請求項の範囲で限定した以外は、限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】超音波カテーテル組立体を一部切除して示す側面図である。
【図２】図１の超音波カテーテル組立体を切断線１Ａ−１Ａで切断して示す縦断面図である。
【図１】
2005528951.tif 000003
【国際調査報告】
2005528951.tif 000004
2005528951.tif 000005
2005528951.tif 000006