DE102005057743A1

DE102005057743A1 - Arrayrotation für Ultraschallkatheter

Info

Publication number: DE102005057743A1
Application number: DE102005057743A
Authority: DE
Inventors: Walter T. Cupertino Wilser; Lex J. El Granada Garbini; Jian Hua Milpitas Mo
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2006-06-22
Also published as: CN1810213A; JP2006167465A; US20060173348A1; US7678056B2; US20080027327A1; KR20060067882A; US7666143B2

Abstract

Ein Transducerarray (18) ist mit einem Kathetergehäuse (11) verbunden. Wenn das Transducerarray (18) gedreht wird (30), wird auch das Kathetergehäuse (11) gedreht (30). Als Ergebnis wird mindestens ein Bereich des Kathetergehäuses (11) um eine Längsachse verdreht (32). Durch Anlegen einer Drehung in einer gesteuerten Art und Weise, beispielsweise durch einen Motor (22), kann eine Mehrzahl von zweidimensionalen Bildern für eine dreidimensionale Rekonstruktion gewonnen werden. Die Drehung des Kathetergehäuses (11) kann die Gesamtdrehung des Arrays (18) begrenzen, beispielsweise Drehen des Arrays (18) mit 90 DEG oder einer kleineren Drehung um die Längsachse. Das Gehäuse des Katheters (10) ist mit einem weichen Abschnitt gebildet. Das weichere Material erlaubt eine größere oder leichtere Drehung des Katheters (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallbildgebung mit Kathetern. Insbesondere wird eine zwei- oder dreidimensionale Bildgebung bereitgestellt, mit einem Array (einer Anordnung) in einem Katheter.

In dem AcuNav^TM-Katheter erstreckt sich ein 64-Elementenanordnung von Elementen entlang einer Längsachse des Katheters. Die Elementenanordnung, im Folgenden auch als Array bezeichnet, ist an einem Spitzenbereich angeordnet, um eine zweidimensionale Region oder eine Ebene entlang der Längsachse zu scannen (abzutasten). Andere Katheter sind vorgeschlagen worden, bei denen ein oder mehrere Elemente in dem Katheter um die Längsachse rotieren, um in einer Ebene senkrecht zu der Achse abzutasten.

Während der Verwendung wird ein Katheter in das Kreislaufsystem eines Patienten eingeführt. Die Flexibilität entlang des Katheters kann als Funktion der Position variieren, beispielsweise im Spitzenbereich flexibler sein für eine Krümmung unter einem Winkel zur Achse, während der Führung des Katheters. Der Katheter wird durch das Kreislaufsystem geführt, um den Ultraschalltransducer benachbart zu einer gewünschten Stelle (Ort) zu positionieren. Führungsdrähte oder eine Rotation des gesamten Katheters werden verwendet, um die Bildebene an der gewünschten Stelle zu positionieren. Verschiedene Spannungen und Belastungen (Dehnungen) können eine Krümmung und ein leichtes Verdrehen entlang des Katheters verursachen. Bilder werden dann an der gewünschten Stelle (an dem gewünschten Ort) erzeugt.

Durch das Abtasten entlang nur einer zweidimensionalen Ebene kann ein Identifizieren des gewünschten Orts schwieriger sein. Eine dreidimensionale Bildgebung ist vorgeschlagen worden, um eine Region, die von Interesse ist, einfacher zu identifizieren. Da Katheter klein sind, beispielsweise einen Durchmesser von drei Millimeter aufweisen, kann es schwierig sein, ein zweidimensionales Array in dem Katheter zu positionieren. Eine dreidimensionale Bildgebung kann bereitgestellt werden, indem die Bildebene des eindimensionalen Arrays bewegt wird. Beispielsweise wird der Katheter von einer augenblicklichen Position langsam weiter eingeführt oder zurückgezogen, um eine Mehrzahl von Querschnittsabtastungen unter Verwendung eines rotierenden Arrays zu erzeugen. Die Position der Bildgebungsebene für eine genaue oder höher auflösende dreidimensionale Rekonstruktion kann schwierig sein.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele, die im Folgenden beschrieben werden, enthalten Systeme, Verfahren und Katheter für eine Ultraschallbildgebung eines Volumens. Drehkräfte werden an ein Transducerarray (Wandleranordnung) angelegt. Das Transducerarray ist mit dem Kathetergehäuse verbunden. Wenn das Transducerarray dreht, dreht auch das Kathetergehäuse. Als Ergebnis verdreht sich mindestens ein Bereich des Kathetergehäuses um eine Längsachse. Durch Steuern der Rotation, beispielsweise mit einem Motor, kann eine Mehrzahl von zweidimensionalen Bildern für eine dreidimensionale Rekonstruktion gewonnen werden. Die Drehung des Kathetergehäuses kann die Gesamtdrehung des Arrays begrenzen, beispielsweise auf ein Drehen des Arrays durch einen 90 Grad Bereich oder weniger um die Längsachse. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse des Katheters mit einem flexiblen oder weichen Abschnitt gebildet. Das weichere Material erlaubt eine stärkere oder leichtere Verdrehung des Katheters.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Katheter für eine Ultraschallbildgebung eines Volumens geschaffen. Ein Transducerabschnitt des Katheters beherbergt ein Ultraschalltransducerarray. Das Array ist mit dem Transducerabschnitt verbunden. Ein Motor ist beabstandet von dem Transducerabschnitt angeordnet. Eine Antriebswelle verbindet den Motor mit dem Transducerabschnitt. Ein flexibler Abschnitt des Katheters ist mit dem Transducerabschnitt verbunden. Die Antriebswelle erstreckt sich durch mindestens einen Bereich des flexiblen Abschnitts. Die Antriebswelle ist betreibbar, um das Ultraschalltransducerarray und den verbundenen Transducerabschnitt im Wesentlichen um eine Längsachse des Katheters in Antwort auf eine Kraft vom Motor zu drehen. Der flexible Abschnitt ist betreibbar, um um die Längsachse in Antwort auf die Drehung des Transducerabschnitts verdreht zu werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System zur Ultraschallbildgebung eines Volumens geschaffen. Ein Katheter weist ein Gehäuse auf. Ein Ultraschalltransducerarray von Elementen ist innerhalb des Gehäuses angeordnet. Eine Welle ist ebenfalls in dem Gehäuse vorhanden. Die Welle ist mit dem Ultraschalltransducerarray von Elementen verbunden. Das Ultraschalltransducerarray ist betreibbar, um um eine Längsachse des Gehäuses in Antwort auf die Drehung der Welle zu drehen. Das Gehäuse ist betreibbar, um von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich des Gehäuses zu verdrehen. Das Ausmaß der Verdrehung entspricht einem Ausmaß an Drehung des Ultraschalltransducerarrays.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren geschaffen zum Abtasten (Scannen) eines Volumens mit einem Ultraschallkatheter. Ein Transducerarray wird um eine Längsachse des Ultraschallkatheters gedreht. Ein erster Bereich eines Gehäuses des Ultraschallkatheters wird ebenfalls um die Längsachse mit dem Transducerarray gedreht. Das Transducerarray und der erste Bereich rotieren im Wesentlichen gleich schnell. Ein zweiter Bereich eines Gehäuses verdreht sich um die Längsachse in Antwort auf die Rotation des Transducerarrays, des ersten Bereich des Gehäuses oder des Transducerarrays und des ersten Bereichs. Der dritte Bereich des Gehäuses des Katheters wird im Wesentlichen frei von einer Verdrehung und Drehung des zweiten und dritten Bereichs gehalten, während der Verdrehung und Drehung des zweiten und ersten Bereichs.

Die vorliegende Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt soll eine Einschränkung dieser Ansprüche darstellen. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen erklärt.

Die Komponenten und die Figuren sind nicht notwendigerweise skaliert und heben lediglich die Prinzipien der Erfindung hervor. Darüber hinaus werden in den Figuren gleiche Bezugszeichen für entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten verwendet.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Katheters zur Ultraschallbildgebung;
2 zeigt eine Seitenansicht des Katheters gemäß 1 in einer verdrehten Position; 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens für die Ultraschallbildgebung mit einem Katheter; und
4 zeigt eine Querschnittsansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel eines Motors zum Drehen eines Transducers.
Ein Ultraschalltransducerstapel in einem Katheter wird um die Längsachse des Katheters gedreht, um eine zweidimensionale Ebene an einer gewünschten Stelle zu positionieren oder ein dreidimensionales Bild zu erzeugen. Ein Mikromotor oder eine andere Kraftquelle dreht den Transducerstapel. Obwohl eine Drehverbindung verwendet werden kann, sind Dichtungen und Kabelverläufen einer Drehverbindung schwierig in dem engen Raum eines typischen Katheters zu implementieren. Um diese Schwierigkeiten zu verhindern oder zu begrenzen, ist das Kathetergehäuse radial verformt, um eine Drehung des Transducerarrays zu erlauben. Beispielsweise wird ein Gehäuse mit kleinem Durometer (Härtegrad) oder weichem Pebax mit einer starren Welle (Achse) bereitgestellt. Die starre Welle überträgt die Kraft zur Drehung des Arrays. Das weiche Gehäuse erlaubt eine Verdrehung des Katheters um seine Längsachse.
1 zeigt ein System zur Ultraschallbildgebung einer Region oder eines Volumens von innerhalb eines Patienten aus. Das System enthält einen Katheter 10 entfernt positioniert und eine Steuerung 24. Die Steuerung 24 ist außerhalb von dem Katheter 10 entfernt oder in dem Katheter 10 positioniert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerung 24 in einem Ultraschallbildgebungssystem, welches mit dem Katheter 10 verbunden ist.
Der Katheter 10 ist ausgelegt, um in ein Kreislaufsystem oder ein Venensystem eingeführt zu werden. Beispielsweise hat der Katheter 10 einen Durchmesser von ungefähr fünf Millimeter oder weniger. Größere oder kleinere Katheter können verwendet werden. Der Katheter 10 enthält eine sterile oder andere sichere Ummantelung zur Verwendung innerhalb eines Patienten. Ein oder mehrere Führungsdrähte oder andere Strukturen zur Führung (Steuerung) des Katheters 10 können verwendet werden. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist der Katheter 10 ausgelegt zur Einführung durch eine Öffnung oder eine Röhre innerhalb einer anderen Struktur, beispielsweise ein Guide-Katheter. Irgendwelche jetzt bekannten oder später entwickelten Katheterstrukturen können verwendet werden, beispielsweise die Bereitstellung einer länglichen flexiblen Spitze mit einem schmäleren Durchmesser als der Hauptkörper des Katheters 10.
Der Katheter 10 enthält ein Gehäuse 11, ein Transducerarray 18, eine Welle 20 und einen Motor 22. Zusätzliche, andere oder weniger Komponenten können bereitgestellt werden, beispielsweise kann der Motor 22 extern zu dem Gehäuse 11 in einem Griff vorgesehen werden.
Gemäß einem anderen Beispiel werden Führungsdrähte, Anschlüsse, Röhren, Schaltkreise, Signalverkabelungen oder andere bekannte oder später entwickelte Katheterstrukturen bereitgestellt.
Das Gehäuse 11 enthält einen oder mehrere Abschnitte 12, 14, 16. Beispielsweise ist der Transducerabschnitt 12 mit einem Motorabschnitt 16 über einen flexiblen Abschnitt 14 verbunden. Der Transducerabschnitt 12 entspricht einem Abschnitt des Katheters 10, der das Transducerarray 18 umgibt oder zu diesem gehört. In ähnlicher Weise entspricht der Motorabschnitt 16 einem Bereich des Gehäuses 11, der zu dem Gehäuse 22 gehört. Die Transducer- und Motorabschnitte 12, 16 können irgendeine Lange aufweisen, beispielsweise weniger, gleich oder größer als die Länge des jeweiligen Transducerarrays 18 und des Motors 22 sein. Die Abschnitte 12, 14, 16 sind an einer Spitze des Katheters 10 bereitgestellt, beispielsweise in einer Region mit Länge von 1-10 Inches an einem distalen Bereich des Katheters 10 von einem Griff. In anderen Ausführungsbeispielen können alle, einer oder mehrere der Abschnitte eine größere oder kleinere Länge aufweisen. Der flexible Abschnitt 14 erstreckt sich über irgendeine Distanz, beispielsweise ein Zentimeter, ein Inch, Inches oder über die Gesamterstreckung des Gehäuses 11 von dem Transducer 18 weg.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 11 für jeden der unterschiedlichen Abschnitte 12, 14, 16 gleich. Beispielsweise ist jeder der Abschnitte 12, 14, 16 aus einem gleichen extrudierten Material, beispielsweise Polymer, gebildet. Andere jetzt bekannte oder später entwickelte Materialien können verwendet werden. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ändert sich das Gehäuse 11 des Katheters 10 als Funktion des Abschnitts 12, 14, 16. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein 35 bis 25 Shore D Pebax, Nylon oder Silikon verwendet. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ändert sich das Gehäuse 11 des Katheters 10 als Funktion des Abschnitts 12, 14, 16. Beispielsweise wird der Extrusionsprozess geändert oder das Material, welches für die Extrusion verwendet wird, wird als Funktion der Abschnitte 12, 14, 16 geändert. Der flexible Abschnitt 14 ist aus einem weicheren Material gebildet, oder aus dem gleichen Material, welches bearbeitet worden ist, um weicher zu sein als der härtere Transducerabschnitt 12, und/oder der Motorabschnitt 16. Obwohl in der 1 scharfe Abgrenzungen zwischen den Abschnitten 12, 14 und 16 durch die Umfangslinien dargestellt sind, kann die Differenz der Härte sich allmählich zwischen den Abschnitten 12, 14 und 16 ändern.
Der weichere flexible Abschnitt 14 stellt einen Bereich des Gehäuses 11 mit kleinerer Härte bereit. In alternativen Ausführungsbeispielen erstreckt sich der flexible Abschnitt 14 über den Motor 22, über alle oder über einen Teil des Transducers 18, oder ist separat. Der Motorabschnitt 16 und/oder der Transducerabschnitt 12 können eine gleiche Weiche oder Härte aufweisen, wie der flexible Abschnitt 14, wie jeder andere oder verschieden sein. Der flexible Abschnitt 14 ist betreibbar, um um die Längsachse des Katheters 10 in Antwort auf eine Rotation des Transducerabschnitts 12 und des Transducers 18 zu verdrehen. 2 zeigt den flexiblen Abschnitt 14, der verglichen zu dem Motorabschnitt 16 und dem Transducerabschnitt 12 verdreht ist. Der Transducer 18 und der Transducerabschnitt 12 sind in etwa um 45 Grad gedreht gezeigt. Die Verdrehungslinien sind in dem flexiblen Abschnitt 14 gezeigt, die zu der 45 Grad Drehung gehören. Die Verdrehung ist lediglich durch den flexiblen Abschnitt 14 dargestellt, kann sich jedoch in oder durch den Motorabschnitt 16 und/oder den Transducerabschnitt 12 erstrecken. Dort, wo der flexible Abschnitt 14 weicher oder flexibler ist, als andere Abschnitte 12, 16, kann eine größere Verdrehung in dem flexiblen Abschnitt 14 bereitgestellt werden, als in den anderen Abschnitten. Die Verdrehung kann von einer Stelle eines ersten Kontakts des Transducers 18 mit dem Transducerabschnitt 12 durch eine Kontaktstelle oder Verbindung des Motors 22 zu dem Motorabschnitt 16 des Gehäuses 11 auftreten. Dort, wo die Abschnitte eine ähnliche Flexibilität aufweisen, basiert das Ausmaß der Verdrehung in irgendeinem der Abschnitte 12, 14, 16 auf der Länge des Abschnitts.
Das Ausmaß der Verdrehung entspricht dem Ausmaß der Drehung des Ultraschalltransducerarrays. Beispielsweise, dort wo das Ultraschalltransducerarray um die Längsachse um 8 Grad, 15 Grad, 30 Grad, 45 Grad, 90 Grad, 180 Grad, 270 Grad oder einen anderen Wert gedreht ist, wird die Verdrehung absorbiert oder vom Transducer 16 und dem Bereich des Transducerabschnitts 12 in gleichem Ausmaß durch den Motor 22 und einen Bereich des Motorabschnitts 16 gedreht. Dort, wo der Motor 22 oder der Transducer 18 an dem Gehäuse montiert ist, von dem Motor 22 oder dem Transducer 18 entfernt, bestimmt die Montagestelle den Bereich der Verdrehung. Das Ausmaß der Verdrehung ist ungefähr gleich, da der Motor 22 und der Transducer 18 mit dem Gehäuse 11 verbunden sind.
Der Katheter 10 und das zugehörige Gehäuse 11 ermöglichen eine Winkelumpositionierung des Transducerarrays 18 um die Längsachse durch Absorbieren der Drehung durch Verdrehung in dem Katheter 10. Das Ausmaß der Verdrehung ist mehr als folgend. Der Motor 22 und die Welle 20 übertragen eine beabsichtigte Drehung an das Transducerarray 18 zur Drehung um die Längsachse. Die Verdrehung ist zusätzlich (oder anders) zu der Verdrehung, die durch das Drehen des Katheters 10 am Griff bereitgestellt wird, extern zu dem Patienten, während der Katheter in den Patienten eingeführt ist.
Der Ultraschalltransducer 18 ist ein eindimensionales Array von piezoelektrischen Transducern, Membran-Transducern oder anderen bekannten oder zukünftig entwickelten Schall-Transducern (Schallwandler). Multidimensionale, beispielsweise 1,25, 1,5, 1,75 oder 2 dimensionale Arrays (Anordnungen) können verwendet werden. Das Transducerarray 18 enthält eine Mehrzahl von Elementen, die sich entlang der Längsachse des Katheters 10 erstrecken. Die Elemente können von der Achse beabstandet sein oder auf die Achse zentriert sein. Wenn das Transducerarray 18 um die Längsachse dreht, dreht die Fläche des Transducers, die zu den Elementen gehört. Die Bildebene, die zu den Transducerelementen gehört, wird ebenfalls gedreht. Ein mechanischer Elevationsfokus wird gemäß einem Ausführungsbeispiel bereitgestellt, jedoch kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen ein Schallfenster ohne mechanisches Fokussieren bereitgestellt werden.
Das Transducerarray 18 ist mit dem Transducerabschnitt 12 des Gehäuses 11 verbunden. Beispielsweise sind das Transducerarray 18 und ihr zugehöriger Stapel, beispielsweise Stütz- und Abgleichungsschichten in den Transducerabschnitt 12 presseingepasst. Alternativ bringen ein Bonden, Nieten, Schrauben, Clippen oder andere Befestigungsmechanismen das Transducerarray 18 im Wesentlichen fest an dem Gehäuse 11 an. Wenn das Ultraschalltransducerarray 18 oder der Transducerabschnitt 12 drehen, liefert die Verbindung für den Anderen von dem Transducerabschnitt 12 und Transducerarrays 18 ebenfalls eine Drehung. Beispielsweise liefert die Kraft, die von dem Motor 22 entlang der Welle 20 geliefert wird, eine direkte Drehkraft an das Transducerarray 18 oder den Transducerabschnitt 12 oder an beide, um beide zu drehen. Die Verbindung zwischen dem Transducerabschnitt 12 und dem Transducerarray 18 kann direkt oder indirekt sein, beispielsweise einen Stützblock oder eine andere Stützstruktur des Transducerarrays 18 direkt mit oder über eine oder mehrere andere Komponenten mit dem Gehäuse 11 verbinden. Die Verbindung kann auch eine etwa relative Drehung oder einen Schlupf des Transducerarrays 18 erlauben, separat von oder unterschiedlich zu dem Transdu cerabschnitt 12. Beispielsweise ist das Ultraschalltransducerarray 18 betreibbar, um ein paar Grad innerhalb des Gehäuses 11 zu drehen, bevor ebenfalls das Gehäuse 11 an dem Transducerabschnitt 12 mit Kraft beaufschlagt wird, um entlang der Längsachse zu drehen.
Der Motor 22 ist ein Mikromotor, beispielsweise ein Servo, Piezo, Schritt, mikrobürstenloser DC oder ein anderen Motor. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Motor 22 ausreichend klein, beispielsweise drei Millimeter oder kleiner im Durchmesser, um in dem Katheter 10 positioniert zu werden. Eine Getriebebox, beispielsweise ein Planetargetriebekopf, der ein 50 1 oder eine andere Getriebeuntersetzung aufweist, ist als Teil des Motors 22 oder separat zu dem Motor 22 bereitgestellt. Der Motor 22 ist betreibbar, um eine Drehung der Welle 20 zu erzeugen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Welle 20 und der Motor 22 an einer zentralen Position entlang der Längsachse des Katheters 10 angeordnet, können jedoch von der Längsachse versetzt sein. Der Motor 22 und das zugehörige Getriebe erlauben die Anwendung eines ausreichenden Drehmoments entlang der Welle 20, um das Transducerarray 18 zu drehen und das Gehäuse 11 zu verdrehen. Der Motor 22 ist über die Welle 20 von dem Ultraschalltransducerarray 18 beabstandet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die gesamte Kraft oder das Drehmoment, das von dem Motor 22 geliefert wird, an den Widerstand angepasst, der durch die Verdrehung des Gehäuses 11 verursacht wird, so dass das Gehäuse 11 die Gesamtdrehung des Transducerarrays 18 begrenzt. Beispielsweise kann die Begrenzung bei 360 Grad liegen oder weniger, beispielsweise bei 90 Grad, 20 Grad, 10 Grad oder einer anderen Drehbeschränkung in einer gegebenen Richtung von einer neutralen Position aus betrachtet. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen liefert der Motor 22 ein ausreichendes Drehmoment, das jedoch durch die Steuerung des Motors 22 begrenzt ist, um ein unerwünschtes Verwickeln der internen Komponenten um die Welle 20 zu verhindern. Eine Drehung jenseits von 360 Grad kann bereitgestellt werden.
4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Motors 22. Der Motor 22 ist an einen Drehzahlreduzierungsmechanismus gekoppelt. Die Reduzierung der Drehzahl kann für ein kleines Drehmoment nützlich sein oder für Motoren mit ungenauer Winkelpositionierung. Der Bereich 44 der Welle 42 hat ein Gewinde, um die Drehung in eine laterale Bewegung von Keilen zu übersetzen. Die laterale Bewegung wird zurück in eine Drehung durch die angepassten Keile 40 übersetzt. Wenn die Keile 40, die an das Gewinde gekoppelt sind, lateral bewegt werden, wird eine Drehung um die gleiche Achse wie die Welle 42 in den angepassten Keilen 40 induziert. Mit feinen Gewinden auf dem ersten Bereich 44 und rotationsmäßig angepassten Keilen 40 wird die Rotation um mehrere Bruchteile reduziert, jedoch kann irgendein Wert an Reduzierung verwendet werden. Alternativ ist eine Untersetzungsgetriebebox vorgesehen. Gemäß noch anderen alternativen Ausführungsbeispielen wandeln ein Getriebe, Nocken oder andere Mechanismen die Drehung in einer Richtung in ein Wobbeln oder ein Vor- und Zurückdrehen um.
Ein anderes Ausführungsbeispiel verwendet einen Push-Pull-Motor oder ein Solenoid. Die laterale Bewegung des Motors 22 wird in eine Drehung übersetzt durch angepasste Keile, ein Getriebe, eine Drehverbindung oder einen anderen Mechanismus.
Die Welle 20 ist eine Antriebswelle zur Übertragung eines Drehmoments vom Motor 22 an das Ultraschalltransducerarray 18. Die Welle 20 ist aus Metall, Plastik, Polymer, Fiberglas, Harz oder einem anderen jetzt bekannten oder später entwickelten starren oder halbstarren Material. Die Welle 20 erstreckt sich durch das Gehäuse 11, einschließlich den flexiblen Abschnitt 14. Die Welle 20 ist starrer als der flexible Abschnitt 14 des Gehäuses 11, so dass das Drehmoment übertragen werden kann zur Drehung des Transducerarrays 18, während sich der flexible Abschnitt 14 verdreht. Die Welle ist direkt mit dem Motor 22 verbunden, so dass sie Teil des Motors ist, oder indirekt über das Getriebe. Die Welle 20 ist direkt oder indirekt mit dem Transducerarray 18 oder dem Transducerabschnitt 12 oder mit beiden verbunden.
Die Welle 20 ist betreibbar, um das Transducerarray und den verbundenen Transducerabschnitt 12 im Wesentlichen um die Längsachse des Katheters zu drehen, in Antwort auf eine Kraft von dem Motor 22. Unter Verwendung der Steuerung des Motors 22 oder der Torsionsbegrenzungen, bezüglich der Verdrehung des Gehäuses 11, ist das Ultraschalltransducerarray 18 betreibbar, um um weniger als 360 Grad gemäß einem Ausführungsbeispiel gedreht zu werden, jedoch sind größere oder kleinere Begrenzungen der Drehungen gemäß anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen. Die Welle 20 ist frei von einer direkten Verbindung mit dem Gehäuse 11, anders als die Verbindung mit dem Transducerarray 18 oder in dem flexiblen Abschnitt 14. Das Gehäuse 11 kann für die Welle 20 eine Reibung liefern oder von der Welle 20 beabstandet sein, indem eine oder mehrere Lagerungen, die eine Drehung erlauben, verwendet werden.
Die Steuerung 24 ist ein Prozessor, ein digitaler Signalprozessor, eine ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ein programmierbares Feldgatearray, eine digitale Schaltung, eine analoge Schaltung oder Kombinationen davon. Die Steuerung 24 ist betreibbar, um den Betrieb des Motors 22 zu steuern, kann jedoch auch verwendet werden, um andere Operationen zu steuern, beispielsweise Funktionen für das Transducerarray 18 zu senden oder zu empfangen. Die Steuerdrähte von der Steuerung 24 erstrecken sich durch das Gehäuse 11 zur Verbindung mit dem Motor 22. Eine separate Verkabelung kann vorgesehen werden für das Transducerarray 18 für einen Sende- und Empfangsbetrieb. Da die Drehung des Transducerarrays 18 begrenzt ist, kann die Verkabelung für die Sende- und Empfangsoperation direkt mit der flexiblen Schaltung oder dem Transducerarray 18 verbunden sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerung 24 eine mechanische Torsionsresonanzschaltung. Die Steuerung 24 ist betreibbar, um den Motor 22, die Welle 20 und das Ultraschalltransducerarray 18 anzusteuern, um die Längsachse über einen Bogen zu drehen oder zu oszillieren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Drehung über einen 270 Grad Bereich oder weniger, jedoch können größere Drehungen vorgesehen werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Welle 20 oszilliert, um das Transducerarray um einen Bogen von 20 Grad oder weniger, beispielsweise 10 oder weniger Grad, zu jeder neutralen Seite zu drehen. Das Gehäuse 11 verdreht sich zusammen mit der flexiblen Schaltung 14 in entgegengesetzter Richtung sequenziell in Antwort auf die Oszillation. In alternativen Ausführungsbeispielen erzeugt die Steuerung 24 eine Bewegung oder Umpositionierung des Transducerarrays 18 ohne eine Oszillation.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Abtasten eines Volumens mit einem Ultraschallkatheter. Das Verfahren verwendet den Katheter 10 und das zugehörige System, wie in den 1 und 2 gezeigt, oder einen anderen Katheter. Weitere, andere oder weniger Schritte können verwendet werden, beispielsweise die Schritte 30 und 32 ohne die Schritte 34, 36 und/oder 38.
In Schritt 30 werden das Transducerarray und ein Bereich des Gehäuses des Ultraschallkatheters um die Längsachse des Katheters gedreht. Beide, der Bereich des Gehäuses und das Transducerarray drehen im Wesentlichen gleich starken Ausmaß. Eine geringe Differenz in der Verdrehung kann aus einem Schlupf zwischen dem Transducerarray und dem Transducerabschnitt 12 her resultieren. Eine Welle in dem Gehäuse dreht. Die Welle ist direkt oder indirekt mit dem Bereich des Gehäuses verbunden, mit dem Transducerarray oder mit dem Bereich des Gehäuses und dem Transducerarray, um ein Drehmoment zu liefern. In Antwort auf einen Motorantrieb der Welle wird das Drehmoment an das Transducerarray angelegt. Die Drehbewegung erfolgt über einen Freiheitsbereich, beispielsweise weniger als 360 Grad. Das Transducerarray wird beispielsweise nur in einem Bogen um die Längsachse von 30 Grad oder weniger Grad gedreht. Weniger oder mehr Ausmaß an Drehung kann bereitgestellt werden.
In Schritt 32 wird ein anderer Bereich des Gehäuses um die Längsachse in Antwort auf eine Drehung des Transducerarrays gedreht, der Bereich des Gehäuses, der mit dem Transducerarray verbunden ist, oder beide. Ein Ergebnis der Drehung dreht ein distalerer Bereich des Gehäuses weiter als ein proximaler Bereich des Gehäuses. Beispielsweise verdreht ein Bereich aus einem weichen oder weicheren Material mehr als andere Bereiche des Gehäuses 11, näher am Trasducer als an einem Bereich weiter weg von dem Transducer. Der weiche Bereich des Gehäuses absorbiert mindestens etwas oder die gesamte Drehung durch Verdrehen. Das Ausmaß der Verdrehung entspricht dem Ausmaß der Rotation, so dass sie gleich sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das größte Ausmaß an Verdrehung bei 15 Grad in einer Richtung. Die Verdrehung wird in einer entgegengesetzten Richtung zu dem größten Ausmaß von 15 Grad bereitgestellt, das bei 30 Grad arc bereitgestellt wird. Das Gehäuse ist frei von einer Verdrehung oder neutral bei 0 Grad. Asymmetrische Werte der Verdrehung können in alternativen Ausführungsbeispielen bereitgestellt werden.
Die Verdrehung ist verknüpft mit einer Oszillation in einem Ausführungsbeispiel. Ein Ultraschalltransducer wird um eine bestimmte Winkelposition oszilliert, beispielsweise eine Winkelposition, die zu der neutralen Position des Gehäuses 11 gehört. In Antwort auf die Oszillation des Ultraschalltransducers erfolgt eine Verdrehung in entgegensetzten Richtungen. Die Verdrehung wird entlang eines geraden oder gekrümmten Bereich des Katheters bereitgestellt. Beispielsweise ist der Katheter gekrümmt, um zu einem Verlauf eines Gefäßes zu passen. Die Verdrehung erfolgt entlang der Längsachse, wenn sie sich durch das Gefäß krümmt.
In Schritt 34 wird ein Bereich des Gehäuses des Katheters im Wesentlichen frei von einer Verdrehung gehalten während der Rotation, und eine Verdrehung der anderen Bereiche des Gehäuses. Beispielsweise wird ein Bereich des Gehäuses benachbart zu dem Motor relativ verdrehungsfrei gehalten, wo der flexible Abschnitt zwischen dem Motor und dem Transducerabschnitt die Verdrehung absorbiert, die verursacht wird durch die Drehung des Transducerarrays. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Motor in dem Katheter positioniert, beabstandet von einem Griff, so dass die Verdrehung größten Teils entlang eines Bereichs eines Katheters übertragen wird, der von dem Griff beabstandet ist. Alternativ wird die Verdrehung entlang eines größten Teils des Katheters übertragen, beispielsweise an einen Bereich außerhalb des Patienten. Wenn der Motor in einem Spitzenbereich positioniert ist, ist die Verdrehung im Wesentlichen vollständig oder größtenteils von dem Spitzenbereich isoliert.
In Schritt 36 wird der Ultraschalltransducer verwendet, um entlang einer Mehrzahl von Ebenen abzutasten. Unter Verwendung einer elektronischen oder mechanischen Steuerung wird Schallenergie sequenziell entlang einer Mehrzahl von Abtastzeilen innerhalb einer Ebene übertragen. Da unterschiedliche Abtastzeilen zu unterschiedlichen Zeiten übertragen werden, ist die Ebene, die abgetastet wird, eine allgemeine Ebene, die etwas Bewegung des Transducerarrays während der planaren Abtastung erlaubt. Eine Mehrzahl von Ebenen wird an unterschiedlichen Positionen der Drehung um die Längsachse abgetastet. Unter Verwendung der gesteuerten Bewegung des Motors oder eines Abtastens einer Position des Transducerarrays, werden die relativen Orte der Daten, die zu den unterschiedlichen Ebenen gehören, gewonnen. Wenn sich das Transducerarray bewegt oder rotiert, werden zusätzliche Daten gewonnen.
In Schritt 38 wird ein Bild, welches ein Volumen darstellt, als Funktion von Daten erzeugt, die entlang der Mehrzahl von Ebenen erfasst worden sind. Unter Verwendung der relativen Position der Abtastzeilen oder Ebenen werden Daten interpoliert oder in anderer Weise verwendet zur Erzeugung einer dreidimensionalen Darstellung. Beispielsweise werden Daten in ein dreidimensionales kartesisches Gitternetz interpoliert und dann ein Volumenrendering (Volumenwiedergabe) durchgeführt. In alternativen Ausführungsbeispielen werden ein oder mehrere zweidimensionale Bilder, die zu einer gleichen oder zu einer anderen Ebene gehören, erzeugt. Beispielsweise wird der Katheter benachbart zu einem zu erfassenden Gewebe positioniert. Das Transducerarray wird dann gedreht, bis das gewünschte Gewebe identifiziert ist. Sobald es identifiziert ist, wird die Position des Ultraschalltransducers relativ zu dem gewünschten Gewebe gehalten, durch Beenden der Rotation oder Fortsetzen der Rotation, um irgendeiner Bewegung des Katheters entgegenzuwirken.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Es ist folglich beabsichtigt, dass die obige Beschreibung lediglich beispielhaft und nicht einschränkend ist, und alle Äquivalente, die den Bereich dieser Erfindung betreffen, enthalten sind.

Claims

Katheter (10) zur Ultraschallbildgebung eines Volumens, wobei der Katheter (10) enthält: einen Transducerabschnitt (12) des Katheters (10), der ein Ultraschalltransducerarray (18) aufnimmt, wobei das Ultraschalltransducerarray (18) mit dem Transducerabschnitt (12) verbunden ist; einen Motor (22), der von dem Transducerabschnitt (12) beabstandet ist; eine Antriebswelle (20), die mit dem Motor (22) und mit dem Transducerabschnitt (12) oder dem Ultraschalltransducerarray (18) verbunden ist; einen flexiblen Abschnitt (14) des Katheters (10), der mit dem Transducerabschnitt (12) verbunden ist; wobei die Antriebswelle (20) sich durch mindestens einen Bereich des flexiblen Abschnitts (14) erstreckt, die Antriebswelle (20) betreibbar ist, um das Ultraschalltransducerarray (18) und den verbundenen Transducerabschnitt (12) im Wesentlichen um eine Längsachse des Katheters (10) zu drehen, in Antwort auf eine Kraft von dem Motor (22), und der flexible Abschnitt (14) betreibbar ist zum Verdrehen um die Längsachse in Antwort auf die Drehung des Transducerabschnitts (12).
Katheter (10) nach Anspruch 1, wobei der Transducerabschnitt (12) mit dem Ultraschalltransducerarray (18) fest verbunden ist, so dass der Transducerabschnitt (12) mit dem Ultraschalltransducerarray (18) in Antwort auf eine Kraft von dem Motor (22) dreht.
Katheter (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Transducerabschnitt (12) härter ist als der flexible Abschnitt (14).
Katheter (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Transducerabschnitt (12) und der flexible Abschnitt (14) ein gleiches extrudiertes Material enthalten.
Katheter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Transducerabschnitt (12) und der flexible Abschnitt (14) ein Polymermaterial enthalten.
Katheter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Motor (22) ein Mikromotor ist, der in einem Motorabschnitt (16) des Katheters (10) positioniert ist, der flexible Abschnitt (14) zwischen dem Motor und den Transducerabschnitten (12, 16) ist, der flexible Abschnitt (14) betreibbar ist, um um die Längsachse mehr zu drehen als der Transducer- und Motorabschnitt (12, 16) in Antwort auf die Kraft.
Katheter (10) nach Anspruch 6, wobei der Motorabschnitt (16) härter ist als der flexible Abschnitt (14).
Katheter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der flexible Abschnitt (14) betreibbar ist, um mehr zu drehen als der Transducerabschnitt (12) in Antwort auf die Kraft.
Katheter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ultraschalltransducerarray (18) betreibbar ist, um um nur weniger als 360 Grad um die Längsachse in Antwort auf die Kraft von dem Motor (22) zu drehen.
Katheter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Ultraschalltransdcuerarray (18) Elemente enthält, die sich entlang der Längsachse erstrecken, die Drehung des Ultraschalltransducerarrays (18) betreibbar ist, um eine Bildebene des Ultraschalltransducerarrays (18) um die Längsachse zu drehen.
System zur Ultraschallbildgebung eines Volumens, wobei das System enthält: einen Katheter (10), der ein Gehäuse (11) aufweist; ein Ultraschalltransducerarray (18) aus Elementen innerhalb des Gehäuses (11); eine Welle (20) in dem Gehäuse (11), wobei die Welle (20) mit dem Ultraschalltransducerarray (18) von Elementen verbunden ist, wobei das Ultraschalltransducerarray (18) betreibbar ist, um um eine Längsachse des Gehäuses (11) in Antwort auf eine Drehung der Welle (20) zu drehen, und das Gehäuse (11) betreibbar ist, um von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich des Gehäuses (11) zu verdrehen, wobei ein Ausmaß der Verdrehung dem Ausmaß der Drehung des Ultraschalltransducerarrays (18) entspricht.
System nach Anspruch 11, wobei das Ausmaß der Verdrehung gleich dem Ausmaß der Drehung ist, wobei das Ultraschalltransducerarray (18) mit dem zweiten Bereich verbunden ist, so dass der zweite Bereich des Gehäuses (11) mit dem Ultraschalltransducerarray (18) dreht, und der erste Bereich im Wesentlichen frei von einer Drehung ist.
System nach Anspruch 11 oder 12, ferner mit einem Motor (22) in dem ersten Bereich, wobei der Motor (22) betreibbar ist, um die Drehung der Welle (20) zu verursachen.
System nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei das Gehäuse (11) einen dritten Bereich zwischen dem ersten und zweiten Bereich enthält, wobei der dritte Bereich eine kleinere Härte aufweist, als der erste Bereich.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Ultraschalltransducerarray (18) betreibbar ist, um nur um weniger als 360 Grad um die Längsachse in Antwort auf die Kraft von der Welle (20) zu verdrehen.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Welle (20) steifer ist als das Gehäuse (11) zwischen dem ersten und zweiten Bereich.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Elemente sich entlang der Längsachse erstrecken, die Drehung des Ultraschalltransducerarrays (18) betreibbar ist, um eine Bildebene des Ultraschalltransducerarrays (18) um die Längsachse zu drehen.
System nach Anspruch 11, ferner enthaltend: einen Motor (22), der mit der Welle (20) verbunden ist; und eine Steuerung (24), die betreibbar ist, um den Motor (22) zu veranlassen, die Welle (20) zu oszillieren; wobei das Ultraschalltransducerarray (18) betreibbar ist, um um die Längsachse über einen Bogen von weniger als 270 Grad zu oszillieren in Antwort auf die Drehung der Welle (20), wobei das Gehäuse betreibbar ist, um in entgegengesetzten Richtungen sequenziell in Antwort auf die Oszillation zu verdrehen.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei das Gehäuse (11) Pebax enthält.
Verfahren zum Abtasten eines Volumens mit einem Ultraschallkatheter (10), mit: (a) Drehen (30) eines Ultraschallarrays (18) um eine Längsachse des Ultraschallkatheters (10); (b) Drehen (30) eines ersten Bereichs eines Gehäuses (11) des Ultraschallkatheters (10) um die Längsachse mit dem Transducerarray (18) mit im Wesentlichen gleichem Ausmaß; (c) Verdrehen (32) eines zweiten Bereichs des Gehäuses (11) um die Längsachse in Antwort auf die Drehung des Transducerarrays (18) oder des ersten Bereichs oder einer Kombination aus beiden; und (d) Halten (34) eines dritten Bereichs des Gehäuses (11) im Wesentlichen frei von der Verdrehung und Drehung des zweiten und ersten Bereichs während der Verdrehung und Rotation des zweiten und ersten Bereichs.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei (a) und (b) ein Drehen (30) einer Welle (20) in dem Gehäuse (11) enthalten, wobei die Welle (20) mit dem ersten Bereich oder dem Transducerarray (18) oder mit beiden, dem ersten Bereich und dem Transducerarray (18) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei (a) und (b) eine Drehung (30) in Antwort auf einen Motor (22) in dem dritten Bereich enthalten.
Verfahren nach Anspruch 20, 21 oder 22, wobei (d) ein Halten (34) des dritten Bereichs enthält, wobei der dritte Bereich von einem Griff beabstandet und benachbart zu einem Spitzenbereich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei (c) ein Bereitstellen des zweiten Bereichs als weicher als der dritte Bereich enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei (c) ein Drehen (32) eines distalen Bereichs des zweiten Bereichs enthält, mit einem größeren Ausmaß als ein Drehen eines proximalen Bereichs des zweiten Bereichs um die Längsachse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei (a) und (b) immer ein Drehen (30) um weniger als 360 Grad aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei (a) und (b) ein Drehen (30) nur innerhalb eines Bogenbereichs mit 30 Grad um die Längsachse aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei (c) ein Verdrehen (32) einer ersten Richtung weniger als 15 Grad bei einer größten Verdrehung und ein Verdrehen (32) in einer entgegengesetzten zweiten Richtung mit weniger als 15 Grad bei der größten Verdrehung aufweist, wobei das Gehäuse bei 0 Grad frei von einer Verdrehung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, ferner mit (e) Oszillieren des Ultraschalltransducers; wobei (c) ein Verdrehen (32) in entgegengesetzten Richtungen in Antwort auf die Oszillation des Ultraschalltransducers aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, ferner mit (e) Abtasten (36) mit dem Ultraschalltransducer entlang einer Mehrzahl von Ebenen, die um die Längsachse in Antwort auf die Schritte (a) und (b) gedreht werden; und (f) Erzeugen (38) eines Bildes, welches das Volumen als Funktion von Daten entlang der Mehrzahl von Ebenen darstellt.
Katheter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Antriebswelle (20) mit dem Motor (22) durch einen Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus (40) verbunden ist, der betreibbar ist, um eine Drehbewegung in eine laterale Bewegung und zurück in eine Drehbewegung zu wandeln.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei die Welle (20) mit dem Motor (22) durch einen Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus (40) verbunden ist, der betreibbar ist, um eine Drehbewegung in eine laterale Bewegung und zurück in eine Drehbewegung zu wandeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 30, ferner mit Umwandeln einer Drehbewegung mit einer ersten Geschwindigkeit eines Motors (22) in eine laterale Bewegung, und die letztere Bewegung in eine Drehbewegung mit einer zweiten Geschwindigkeit, die von der ersten Geschwindigkeit verschieden ist, wobei die Drehbewegung bei der zweiten Geschwindigkeit betreibbar ist, um das Transducerarray (18) zu drehen.