NL1032968C2 - Draaibare omzettermatrix voor volumetrische ultrasone beeldvorming. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Draaibare omzettermatrix voor volumetrische ultrasone beeldvorming.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een draaibaar omzettermatrixstelsel en meer in het bijzonder op een samenstel met een draaibare omzettermatrix te gebruiken in ultrasone volumetrische beeldvorming en behandeling met geleidekatheter, zoals cardiale in-5 terventieprocedures.

Cardiale interventieprocedures zoals het opheffen van atriale fibrillatie zijn gecompliceerd als gevolg van het ontbreken van een efficiënte methode voor het in reéle tijd zichtbaar maken van de anatomie van het hart. Intercardiale echografie (ICE) heeft recent meer 10 aandacht gekregen als een potentiële methode om inrichtingen die bij een interventie worden gebruikt, en ook de cardiale anatomie in reele tijd zichtbaar te maken. De huidige, commercieel beschikbare en op het gebruik van een katheter gebaseerde intercardiale probes, zoals gebruikt voor klinisch ultrasoon B scannen en afbeelden hebben beper-15 kingen die samenhangen met de monoplanaire aard van de B scanbeelden. Het in reele tijd driedimensioneel afbeelden (RT3D)kan deze beperkingen opheffen. Bestaande eendimensionele (1D) katheteromzetters zijn gebruikt voor het maken van 3D ICE beelden door het verdraaien van de gehele katheter doch de resulterende beelden zijn niet in reele tijd. 20 Andere beschikbare RT3D ICE katheters maken gebruik van een tweedi-mensionele (2D) omzettermatrix voor het sturen en focusseren van de ultrasone bundel over een piramidevormig volume. Helaas vergen 2D omzettermatrices het gebruik onmogelijk makende, doorverbindingen om op geschikte wijze de akoestische apertuurruimte te kunnen bemonste-25 ren voor het verkrijgen van een voldoende spatiale resolutie en een voldoende beeldkwaliteit. Bovendien hebben 2D matrices nog andere bezwaren zoals een lage gevoeligheid als gevolg van de kleine afmeting van de elementen en een toename van de systeemkosten en de complexiteit van het systeem. Als gevolg van de beperkingen opgelegd 3D door de katheterafmetingen hebben 2D matrices minder elementen dan gewenst zou zijn en ook kleinere beeldopeningen wat bijdraagt tot een slechte resolutie en contrast en uiteindelijk tot een slechte beeldkwaliteit.

Het probleem van het verkrijgen van driedimensionele volumina 35 is aangepakt met de opkomst van 2D matrixomzetters (bijv. Philips X4 1 0329 68 - 2 - of GE 3V probes), doch hun toepasbaarheid in in ruimte beperkte applicaties zoals intercardiale echocardiografie is beperkt door het niet realiseerbaar aantal der signaalgeleiders en/of de bundelvormende elektronica die nodig is voor het op geschikte wijze bemonsteren van 5 de apertuurruimte en het genereren van beelden die een voldoende resolutie vertonen. Ook zijn er roterende uit één element bestaande, of in een ringvormige matrix uitgevoerde omzetters in katheters (bijv.

Boston Scientific), doch de beelden zijn echter in 2D ofwel kegelbeel-den, geen 3D volumina. Het mechanisch scannen van een eendimensionele 10 omzettermatrix bestaat tegenwoordig (bijv. de GE Kretz "4D” probes), doch dit is slechts gebruikt bij veel grotere abdominale probes, waar er geen ruimtebeperkingen zijn.

Naarmate intercardiale ingrepen meer algemeen worden bestaat de behoefte de hierboven beschreven problemen op te lossen. Voorts be-15 staat er de behoefte aan verbeterde intercardiale beeldvormende en in-terventieprocedures, in het bijzonder daar waar er ruimtebeperkingen zijn.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt een draaibaar omzettersamenstel verschaft, te gebruiken in volumetrisch ultrasoon 20 beeldvormen en in kathether-geleide procedures. Het draaibaar omzet-tersamenstel omvat een omzettermatrix aangebracht op een aandrijvende as, een bewegingsbesturing gekoppeld met de omzettermatrix en de aandrijvende as voor het doen roteren van de omzetter, en ten minste één doorverbindend samenstel gekoppeld met de omzetter voor het overdragen 25 van signalen tussen de omzetter en een beeldvormende inrichting, waarbij het doorverbindend samenstel is ingericht voor het reduceren van de respectievelijke koppelbelasting op de omzetter en de bewegingsbesturing als gevolg van een draaibeweging van de omzetter.

Volgens en tweede aspect van de uitvinding wordt een werkwijze 30 verschaft voor volumetrisch beeldvormen en voor katheter-geleide procedures. De werkwijze omvat het verkrijgen van beelddata voor ten minste één van belang zijnd gebied gebruikmakend van een beeldvormende katheter en het weergeven van de beelddata om te worden gebruikt in ten minste het afbeelden en het behandelen van een gekozen van belang 35 zijnd gebied. De beeldvormende katheter omvat een omzettermatrix die is gemonteerd op een aandrijfas, waarbij de omzettermatrix kan verdraaien tezamen met de aandrijfas, een bewegingsbesturing die is gekoppeld met de omzettermatrix en de aandrijfas voor het doen draaien van de omzetter en ten minste één doorverbindingssamenstel gekoppeld 40 - met de omzetter voor het overdragen van signalen tussen de omzetter en - 3 - een beeldvormende inrichting, waarbij het doorverbindend samenstel is geconfigureerd voor het reduceren van de respectievelijke koppelbelas-ting op de omzetter en de bewegingscontrole als gevolg van de draaibe-weging van de omzetter.

5 Deze en andere kenmerken, aspecten en voordelen van de onderha vige uitvinding zullen beter worden begrepen wanneer de nuvolgende gedetailleerde beschrijving wordt gelezen in samenhang met de bijgaande tekening waarin overeenkomstige verwijzingscijfers wijzen op gelijke delen en waarin: 10 fig. 1 is een blokschema var. een uitvoeringsvoorbeeld van een ultrasoon beeldvormend en therapeutisch stelsel, dit in overeenstemming met aspecten van de onderhavige techniek; fig. 2 is een zijaanzicht en een inwendige afbeelding van een uitvoeringsvoorbeeld van een draaiend omzettermatrixsamenstel te ge-15 bruiken in het beeldvormend stelsel volgens fig. 1; fig. 3 is een illustratie van de componenten van een draaibare omzettermatrix toepasbaar op uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding; fig. 4 is een andere illustratie van een katheter, te gebruiken 20 in het beeldvormend stelsel volgens fig. 1; fig. 5 is een illustratie van een doorverbindend samenstel waarop uitvoeringsvormen der onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast; fig. 6 is een illustratie van een doorverbindend samenstel 25 waarop uitvoeringsvormen der onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast; fig. 7 is een illustratie van het doorverbindend samenstel waarop uitvoeringsvormen der onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast; 30 fig. 8 is een afbeelding van een alternatieve uitvoeringsvorm van een bewegingsbesturing waarop uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast; fig. 9 is een afbeelding van een alternatieve uitvoeringsvorm van een bewegingsbesturing waarop uitvoeringsvormen van de onderhavi-35 ge uitvinding kunnen worden toegepast; fig. 10 is een afbeelding van een alternatieve uitvoeringsvorm van een bewegingsbesturing waarop uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast; - 4 - fig. 11 is een afbeelding van een alternatieve uitvoeringsvorm van een bewegingsbesturing waarop uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast; fig. 12 is een afbeelding van een alternatieve uitvoeringsvorm 5 van een bewegingsbesturing waarop uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast; fig. 13 is een afbeelding van een alternatieve uitvoeringsvorm van een bewegingsbesturing waarop uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast; 10 fig. 14 is een afbeelding van een alternatieve uitvoeringsvorm van een bewegingsbesturing waarop uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast; fig. 15 is een afbeelding van een alternatieve uitvoeringsvorm van een bewegingsbesturing waarop uitvoeringsvormen van de onderhavi-15 ge uitvinding kunnen worden toegepast; en fig. 16 is een afbeelding van een alternatieve uitvoeringsvorm van een bewegingsbesturing waarop uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast;

Zoals in detail hierna zal worden beschreven wordt een draai-20 baar omzettermatrixsamenstel volgens als voorbeeld gegeven aspecten van de onderhavige techniek voorgesteld. Op basis van beelddata verkregen door de draaiende omzettermatrix via een beeldvormende en therapeutische katheter kan diagnostische informatie en/of de noodzaak voor therapie in een anatomisch gebied worden verkregen.

25 In overeenstemming met aspecten van de onderhavige uitvinding worden de in het voorgaande beschreven beperkingen ondervangen door het gebruik van een mechanisch draaibare, eendimensionele omzettermatrix die een driedimensioneel volume bestrijkt. De elementen van de omzettermatrix worden elektronisch en fase-bestuurd aangestuurd voor 30 het verkrijgen van een sectorbeeld dat evenwijdig is met de lange as van de katheter, en de matrix wordt mechanisch verdraaid rond de as van de katheter voor het bestrijken van het driedimensionele volume door een assemblering van tweedimensionele beelden. Deze methode resulteert in een spatiale resolutie en een contrastresolutie die verre 35 superieur zijn aan die welke kunnen worden verkregen onder gebruikmaking van een tweedimensionele matrixomzetter en de lopende doorverbin-dingstechnologie. Bovendien worden, gebruikmakend van deze methode, de problemen die samenhangen met 2D matrices zoals gevoeligheid en sys-teemkosten, en ook de complexiteit daarvan, voorkomen. Het zal duide- - 5 - lijk zijn dat andere omzettermatrices dan 1D matrices kunnen worden gebruikt, doch dan wordt het geheel complexer.

Fig. 1 is een blokschema van een als voorbeeld getoond stelsel 10 te gebruiken voor beeldvorming en voor het verschaffen van therapie 5 voor één of meer van belang zijnde gebieden dit in overeenstemming met aspecten van de onderhavige techniek. Het stelsel 10 kan zijn opgezet voor het verkrijgen van beelddata uit een patient 12 via een katheter 14. Zoals hier gebruikt omvat de term "katheter" in de meest brede zin conventionele katheters, endoscopen, laparoscopen, omzetters, probes 10 of inrichtingen ingericht voor beeldvorming en ook voor het toepassen van therapieën. "Beeldvormen" wordt in de brede zin gebruikt en wordt geacht te omvatten tweedimensioneel beeldvormen, driedimensioneel beeldvormen en, bij voorkeur, driedimensioneel beeldvormen in reele tijd. Verwijzingscijfer 16 wijst op een deel van de katheter 14 dat 15 zich bevindt binnen het lichaam van de patiënt 12.

In bepaalde uitvoeringsvormen kan een beeldvormende oriëntatie van het beeldvormen en van de voor therapie gebruikte katheter 14 omvatten een vooruitkijkende katheter of een opzijkijkende katheter. Echter kan ook een combinatie van een vooruitkijkende en een opzijkij-20 kende katheter als de katheter 14 worden toegepast. De katheter 14 kan een omzetter (niet getoond) voor beeldvormen in reele tijd en voor therapie omvatten. Volgens aspecten van de onderhavige uitvinding kan de omzetter voor de beeldvorming en de therapie geïntegreerde beeldvormende en therapeutische componenten omvatten. Als alternatief kan 25 de beeldvormende en therapeutische omzetter ook aparte beeldvormende en therapeutische componenten omvatten. De omzetter in een uitvoe-ringsvoorbeeld is een eendimensionele (1D) omzettermatrix en zal nader worden beschreven aan de hand van fig. 2. Opgemerkt wordt dat, hoewel de getoonde uitvoeringsvormen worden beschreven in de context van een 30 op een katheter gebaseerde omzetter, ook andere soorten omzetters zoals transesofageale omzetters of transthoraciale omzetters denkbaar zijn.

In overeenstemming met aspecten van de onderhavige uitvinding kan de katheter 14 zijn opgezet voor het afbeelden van een anatomisch 35 gebied voor het ondersteunen van het bepalen van de noodzaak voor therapie in één of meer van belang zijnde gebieden binnen het anatomisch gebied van de patient 12 dat wordt afgebeeld. Als alternatief kan de katheter ook zijn geconfigureerd voor het aanbieden van therapie aan één of meer van belang zijnde gebieden, zoals hier gebruikt is "thera-40 pie" representatief voor ablatie, percutane ethanol injectie (PEI), - 6 - cryotherapie of laser geïnduceerde thermotherapie. Ook kan therapie omvatten het aanbieden van gereedschappen zoals naalden voor, bijvoorbeeld, het aanbieden van gentherapie. De term "aanbieden" kan omvatten verschillende middelen voor het geleiden en/of verschaffen van thera-5 pie aan één of meer van belang zijnde gebieden, zoals het brengen van therapie aan één of meer van belang zijnde gebieden of het richten van therapie naar één of meer van belang zijnde gebieden. Het zal duidelijk zijn dat in bepaalde vormen van het aanbieden van therapie, zoals bij RF-ablatie een fysiek contact nodig is met één of meer van de voor 1C de therapie van belang zijnde gebieden. In bepaalde andere uitvoeringsvormen kan het aanbieden van therapie, zoals het aanbieden van gefocusseerde ultrasone energie met zeer hoge intensiteit (HIFU) geen fysiek contact vergen met één of meer van de van belang zijnde en therapie vergende gebieden.

15 Het stelsel 10 kan ook omvatten een medisch beeldvormend stel sel 18 dat werkzaam samenwerkt met de katheter 14 en is opgezet voor het afbeelden van één of meer van belang zijnde gebieden. Het beeldvormend stelsel kan ook zijn opgezet voor het leveren van een terugkoppeling voor de therapie aangeboden door de katheter of een aparte 20 (niet getoonde) therapeutische inrichting. In één uitvoeringsvorm kan het medisch beeldvormend stelsel zijn opgezet voor het leveren van besturende signalen aan de katheter 14 voor het bekrachtigen van een therapeutische component van de beeldvormende en therapeutische omzetter en het aanbieden van een therapie aan één of meer van belang 25 zijnde gebieden. In aanvulling daarop kan het medisch beeldvormend stelsel 18 zijn geconfigureerd voor het verkrijgen van beelddata die representatief is voor het anatomisch gebied van de patiënt 12 via de katheter 14. Zoals hier gebruikt wordt met "ingericht tot" en "geconfigureerd voor" en dergelijke verwezen naar mechanische, elektrische 30 of structurele verbindingen tussen elementen om het deze elementen mogelijk te maken samen te werken ter verschaffing van een beschreven effect; deze termen wijzen ook op operationele mogelijkheden van elektrische elementen zoals analoge of digitale computers of de applicatie van specifieke inrichtingen (zoals een voor een applicatie gespecifi-35 ceerde geïntegreerde keten (ASIC)) die zijn geprogrammeerd voor hot uitvoeren van een sequentie ter verschaffing van een uitvoer in responsie op bepaalde ingaande signalen.

Zoals getoond in fig. 1 kan het beeldvormend stelsel 18 omvatten een displayzone 20 en een gebruikerinterfacezone 22. In bepaalde 40 uitvoeringen echter zoals bij gebruik van een aanrakingsscherm, kunnen - 7 - de displayzone 20 en de gebruikerinterfacezone 22 elkaar overlappen. Ook kunnen in sommige uitvoeringsvormen de displayzone 20 en de gebruikerinterfacezone 22 een gemeenschappelijk oppervlak hebben. Volgens bepaalde aspecten van de onderhavige techniek kan de displayzone 5 20 van het medisch beeldvormend stelsel 18 zijn geconfigureerd voor het weergeven van een beeld dat wordt gegenereerd door het medisch beeldvormend stelsel 18 op basis van de beelddata die wordt verkregen via de katheter 14. Aanvullend kan de displayzone 20 zijn geconfigureerd voor het ondersteunen van de gebruiker in het definiëren en 10 zichtbaar maken van een gebruiker-gedefinieerde therapeutische weg. Opgemerkt wordt dat de displayzone 20 ook een driedimensionele displayzone kan omvatten. In één uitvoeringsvorm kan het driedimensionele display zijn geconfigureerd voor het ondersteunen van identificeren en zichtbaar maken van driedimensionele vormen. Opgemerkt wordt dat de 15 displayzone 20 en de respectievelijke besturingselementen op afstand van de patient liggen, bijvoorbeeld is een besturingsstation en een aan een drager aangebracht display geplaatst boven de patient en/of is een besturingsstation en display ondergebracht in een aparte ruimte, bijv. de besturingszone voor een E? suite of katheterisatielaborato-20 rium.

De gebruikerinterfacezone 22 van het medisch beeldvormend stelsel 18 kan een (niet getoond) menselijk interface-inrichting omvatten geconfigureerd voor het vergemakkelijken van de identificatie van één of meer van belang zijnde gebieden voor het aanbieden van therapie on-25 der gebruikmaking van het beeld van het anatomisch gebied dat is weergegeven op de displayzone 20. De menselijke interface-inrichting kan omvatten een inrichting van de muissoort, een trekbol, een stuurknup-pel, een stylus, of een aanrakingsscherm geconfigureerd voor het ondersteunen van de gebruiker bij het identificeren van één of meer van 30 belang zijnde gebieden die therapie nodig hebben en die worden afge-beeld op de displayzone 20.

Zoals getoond in fig. 1 kan het stelsel 10 als optie een katheter positionerend stelsel 24 hebben geconfigureerd voor het opnieuw positioneren van de katheter 14 binnen de patient 12 in responsie op 35 een invoer van de gebruiker. Echter kan het stelsel 10 ook een optioneel terugkoppelstelsel 26 hebben dat werkzaam samenwerkt met het katheter positionerend stelsel 24 en het medisch beeldvormend stelsel 18. Het terugkoppelend stelsel 26 kan zijn uitgevoerd voor het vergemakkelijken van communicatie tussen het de katheter positionerend 40 stelsel 24 en het medisch beeldvormend stelsel 18.

- 8 -

Fig. 2 is een afbeelding van een als voorbeeld gegeven uitvoeringsvorm van een draaiend omzettermatrixsamenstel 100 te gebruiken in het beeldvormend samenstel volgens fig. 1. Zoals getoond kan het omzettermatrixsamenstel 100 een omzettermatrix 110 omvatten, een micro-5 motor 120, die ten opzichte van de ruimte-kritische omgeving intern of extern kan zijn, een aandrijvende as 130 of andere mechanische verbindingen tussen de motorbesturing 140 en de omzettermatrix 110. Het samenstel omvat voorts doorverbindingen 150, die in meer detail worden beschreven aan de hand van fig. 3. Het samenstel 100 heeft een kathe-10 terbehuizing 160 die de omzettermatrix 110, de micromotor 120, de doorverbindingen 150 en de aandrijvende as 130 omsluit. In deze uitvoeringsvorm is de omzettermatrix 110 aangebracht op de aandrijvende as 130 en kan de omzettermatrix 110 met de aandrijvende as 130 verdraaien. In deze uitvoeringsvorm wordt voorts de draaibeweging van de 15 omzettermatrix 110 bestuurd door de motorbesturing 140 en de micromotor 120. De motorbesturing 140 en de micromotor 120 besturen de beweging van de omzettermatrix 100 voor het verdraaien van de omzetter. In één uitvoeringsvorm is de micromotor geplaatst in de nabijheid van de omzettermatrix voor het verdraaien van de omzetter en wordt de aan-20 drijvende as en de motorbesturing gebruikt ter besturing en voor het zenden van signalen naar de micromotor 120. De doorverbindingen 150 wijzen op, bijvoorbeeld, kabels of andere verbindingen die zijn opgenomen tussen de omzettermatrix 110 en het beeldvormend stelsel zoals getoond in fig. 1 om te worden gebruikt bij het ontvangen en uitzenden 25 van signalen tussen het omzetterstelsel en het beeldvormend stelsel.

In één uitvoeringsvorm is de doorverbinding 150 opgezet voor het reduceren van de koppelbelasting op de omzetter en de bewegingsbesturing als gevolg van de draaibeweging van de omzetter zoals nog in meer detail aan de hand van fig. 3 en hierna zal worden toegelicht. De kathe-30 terbehuizing 160 is van een materiaal, afmeting en vorm die geschikt zijn voor beeldvormende applicaties en voor invoering in van belang zijnde gebieden. De katheter omvat voorts een met fluïdum gevuld akoestisch venster 170 zoals getoond in fig. 4. Het met fluidum gevulde venster 170 maakt een koppeling van akoestische energie mogelijk 35 vanuit de draaibare omzettermatrix naar het van belang zijnd gebied of het medium. In uitvoeringsvormen is de katheterbehuizing 160 akoestisch transparant, en heeft dus een lage verzwakking en verstrooiing, met een akoestische impedantie die ligt nabij die van bloed en weefsel (Z~1,5M Rayl) in het gebied van het akoestisch venster. In uitvoe-40 ringsvormen wordt de ruimt tussen omzetter en behuizing gevuld met een - 9 - akoestisch koppelend fluïdum, bijv. water, met een akoestische impedantie en geluidssnelheid nabij die van bloed en weefsel (Z~1,5M Rayl, V-1540 m/sec).

In één uitvoeringsvorm is de motorbesturing extern ten opzich-5 te van de katheterbehuizing zoals in fig. 2 getoond. Tn een andere uitvoeringsvorm is de motorbesturing in de katheterbehuizing aangebracht. Het zal duidelijk zijn dat micromotoren en motorbesturingen beschikbaar komen in geminiaturiseerde configuraties die toepasbaar zijn voor uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. Afmetingen 10 van micromotor en motorbesturing worden zodanig gekozen dat deze verenigbaar zijn met de gewenste applicatie, bijvoorbeeld passend binnen de katheter voor een bepaalde intracavitale of intravasculaire klinische applicatie. In bijvoorbeeld ICE applicaties kunnen katheterbehuizing en de daarin opgenomen componenten afmetingen hebben die liggen 15 in het bereik van een diameter van 1 mm tot ongeveer 4 mm. Zoals algemeen bekend hebben de meeste katheters een wegwerpbare en niet weg-werpbare component en is er de mogelijkheid een deel van de katheter opnieuw te gebruiken. De bewegingsbesturing en/of de motor kunnen zijn opgenomen in het wegwerpbare of in het niet wegwerpbare deel van de 20 probe, afhankelijk van uitvoeringsvormen.

Fig. 3 toont een intern aanzicht van het kathetersamenstel 14 in fig. 1 met de interne componenten en de combinatie van omzetter 110 en de doorverbindingen 150. In een uitvoeringsvoorbeeld is de omzet-termatrix 110 een 1D matrix met 64 elementen, een azimuthale steek van 25 .110 mm, een elevatie van 2 mm en werkend met een frequentie van 6,5 MHz. Een cilindrisch omzettersamenstel 210 is uitgevoerd om te passen en te kunnen verdraaien binnen een cilinder met een diameter van ongeveer 2,8 mm welke zullen zijn de geschikte binnenafmetingen van de behuizing 160 van de katheter (getoond in fig. 2) voor inter-30 cardiale applicaties zoals ICE. De doorverbindingen 150 zijn verbonden met de omzetter 110 en bevatten de noodzakelijke kabels en geleiders voor het overdragen van beeldinformatie tussen de omzetter 110 en het beeldvormend stelsel 18 (fig. 1). In deze beschrijving zullen de termen "kabels" en "geleiders" afwisselend worden gebruikt en verwijzen 35 dan naar de kabels en de geleidersamenstellen in de katheter. Ook kan de katheter één of meer draden 114 hebben die kunnen worden gebruikt aan het invoereinde van de katheter en gaan voorbij de omzetter 110 naar de punt van de katheter en deze draden 114 kunnen worden gebruikt tot, doch zijn daartoe niet beperkt, het besturen van de stroomtoevoer 40 naar de motor, het detecteren van de positie, verbindingen met tran- - 10 - sistoren, katheterpositiesensoren (bijv. elektromagnetische wikkelingen) , sensoren voor de rotatie van de omzetter (optische of magnetische encoder), EP sensor of ablatie-elektroden etc. Voorts is er in deze uitvoeringsvorm binnen de katheter 14 in fig. 1 een flexibel ge-5 bied 116 van de doorverbindingen 150. De lengte van dit flexibele gebied 116 wordt geschikt gekozen zodanig dat tijdens rotatie of oscillatie van de omzetter 110 de geleiders 140 geen koppel zullen uitoefenen dat de rotatie van de omzetter, de aandrijvende as of de motor nadelig beïnvloedt. Zoals hier gebruikt wijst de term "verdraaien" op 10 een oscillerende of draaibeweging danwel een beweging tussen gekozen +/- graden van een hoekbereik. Een oscillerende of draaiende beweging omvat doch is niet beperkt tot een volledige of een gedeeltelijke beweging rechtsom of linksom of een beweging tussen een positief en een negatief bereik van hoekgraden. Verdere uitvoeringsvormen van de door-15 verbindingen 150 worden beschreven aan de hand van de figs. 5-7.

In een uitvoeringsvorm is de transistormatrix 110 een eendimen-sionele (1D) omzettermatrix. Rotatie van de 1D omzettermatrix levert verbeterde driedimensionele (3D) beeldresolutie om de volgende redenen: het profiel van de ultrasone bundel en de beeldresolutie hangen 20 af van de actieve apartuurafmeting; voor 2D matrices is de actieve apertuur voor een 1D matrix niet beperkt, door de beschikbare systeem-kanalen en ook niet door eisen gesteld aan de doorverbindingen. Het gebruik van een 1D omzettermatrix in de draaiende configuratie maakt het mogelijk in reele tijd driedimensionele ultrasone beelden van hoge 25 kwaliteit te verkrijgen. Aldus worden de beperkingen die samengaan met de monoplanaire aard van de huidige in de handel beschikbare ICE katheters ondervangen en het geleiden van cardiale interventieprocedures kan aanzienlijk worden vereenvoudigd.

In de figs. 5 tot 7 worden uitvoeringsvormen van de doorverbin-30 dingen 150 getoond. De signaalverbindingen en de elektrische massaver-bindingen voor de omzettermatrix via een katheter naar het beeldvormend stelsel kunnen zijn geïmplementeerd met: 1) flexibele ketens, 2) coaxkabels (één coax per signaal) of 3) bandkabel (bijv. Gore microFlat). De bundel der elektrische verbindingen kan torsie-stijf 35 zijn en zal een aanzienlijke veerwerking of drijvingskracht creeren die de draaiing van de omzettermatrix tegenwerkt. Volgens uitvoeringsvormen der onderhavige uitvinding is de doorverbinding 150 opgezet voor het reduceren van het tegenwerkend koppel of de wrijvingskracht die wordt uitgeoefend door de doorverbindingen en die de draaiing van 40 de omzetter en/of de aandrijvende as tegenwerken. In fig. 5 is in één - 11 - uitvoeringsvorm aangegeven hoe een deel van de doorverbindingen (de geleiders 180) zijn opgewikkeld om het tegenkoppel te reduceren. In fig. 6 is aangegeven hoe in één uitvoeringsvorm voor het reduceren van de stijfheid der verbindingen een gebied van de verbindingen nabij de 5 omzetter geen lintkabel meer is (bijv. kan een laser worden gebruikt voor het verwijderen van een gemeenschappelijk substraat, een massa-vlak of andere verbindingen tussen aangrenzende geleiders en eventueel de dielektrische of afschermende lagen rond individuele geleiders of coaxiaalgeleiders reduceren) zodat een losse groep geleiders 190 re-10 sulteert. Tijdens het assembleren van de katheter zal deze groep van losse geleiders 190 slaphangend blijven, en niet gespannen, om een beweging van de geleiders ten opzichte van elkaar bij rotatie van de om-zettermatrix 110 te vergemakkelijken. Fig. 6 toont hoe een sectie van de geleiders 200 en 202 nabij de losse sectie 190 in de bandkabelvorm 15 kan blijven voor het vergemakkelijken van het aansluiten van de geleiders in de bandkabelsectie 202 aan de omzetter 110 of aan de flexibele geleiderketens en de geleiders op de bandkabelsectie 200 aan een niet draaiende kabel gaande door de katheter. Het grootste gedeelte van de lengte van de geleiders in de katheter, voorbij de losse sectie, kan 20 de gebruikelijke bandconfiguratie hebben, dit voor het gemak van het assembleren, of kan bestaan uit losse geïsoleerde draden voor een maximale flexibiliteit van de katheters, of de geleiders kunnen ook zijn uitgevoerd als coaxiaalgeleiders om de impedantie en de over-spraak in de hand te houden. Alternatief kan, zoals fig. 7 toont, een 25 verdraaibare sectie 202 van geleiders, aangesloten aan de omzetterma-trix 110 zodanig zijn geconstrueerd of gemodificeerd dat de voor het verdraaien gestelde koppeleisen worden verlicht. De rotatiestijfheid kan bijvoorbeeld worden gereduceerd door het insnijden van sleuven 230 in de bandkabel of de flexibele keten en door het dunner maken van 30 deze sectie van de doorverbindingen ten opzichte van de niet draaiende sectie 200 die is verbonden met het kabeleinde van de katheter. In andere uitvoeringsvormen waarin gebruik wordt gemaakt van bandkabels kan het substraat waarop de geleiders liggen dunner worden gemaakt of worden verwijderd in de draaiende sectie van de doorverbinding 150. In 3b nog andere uitvoeringsvormen waarin gebruik wordt gemaakt van bandkabels met massavlakken kunnen de massavlakken dunner wordt uitgevoerd of geheel worden verwijderd in de draaiende sectie. Het zal duidelijk zijn dat combinaties van de hierboven beschreven technieken kunnen worden gebruikt voor het verlichten van de koppeleisen gesteld aan de 40 doorverbindingen 150 bij draaiing.

- 12 -

Fig. 8 toont een alternatieve uitvoeringsvorm voor een draaibaar omzettermatrixsamenstel met een externe motor 320 gebruikt voor het doen roteren van de aandrijvende as 130 en een externe motorbestu-ring 330 voor de aandrijvende motor 320. Een draaiende encoder of po-5 sitiesensor 340 levert de terugkoppeling voor het compenseren van "op-wind"verschijnselen in de aandrijvende as. In deze uitvoeringsvorm zal de aandrijvende as 130 bij voorkeur worden vervaardigd uit torsievast materiaal, bijv. staaldraad, voor het minimaliseren van het "opwinden" of twisten van de aandrijvende as als gevolg van het door de motor 10 uitgeoefend koppel en de wrijving van de in de katheter draaiende componenten en voor het verder mogelijk maken van een effectieve verdraaiing van de omzetter.

In de figs. 9-13 zijn verschillende alternatieve uitvoeringsvormen voor de besturing van de beweging voor het doen roteren van het 15 omzettermatrixsamenstel getoond. In deze uitvoeringsvormen zet de besturing van de beweging een interne of externe lineaire beweging om in een oscillerende rotatiebeweging van de omzettermatrix in plaats van gebruik te maken van de micromotor 120 en van de motorbesturing 140 getoond in fig. 2. Gelijke elementen voorkomend in fig. 2 en de vol-20 gende figuren zijn aangegeven met onderling gelijke verwijzingscij-f ers.

Allereerst verwijzend naar fig. 9 omvat de daarin afgebeelde uitvoeringsvorm van de bewegingsbesturing een actuator 400, die intern of extern ten opzichte van de katheter kan zijn, en die wordt gebruikt 25 voor het opdrukken van een oscillatie en/of rotatie van de omzettermatrix. De actuator 400 creeert een lineaire beweging van de aandrijvende as 130 die wordt omgezet in een oscillerende rotatiebeweging. Een huls 410 kan verschuiven over de omzettercilinder 210 die de omzettermatrix 110 omsluit. De huls 410 heeft kleine pennen 420 die passen in 30 spiraalvormige geleidesporen 430. Tijdens bedrijf en, wanneer de huls 420 beweegt over de lengte van de ci1inder/inkapseling roteert de cilinder /inkapseling over een bepaalde hoek die wordt bepaald door de spiraalvormige geleidesporen 430. De heen en weer gaande lineaire beweging van de huls creëert een oscillerende beweging van de cilin-3o der/inkapseling welke de omzettermatrix 410 opneemt, waardoor de om-zettermatrix kan roteren en een 3D piramidevormig volume kan bestrijken. Het deel voor de lineaire beweging dat samenwerkt met het spiraalvormig geleidespoor 430 kan in zijn beweging zijn beperkt tot één vrijheidsgraad langs de as van de katheter. Een draaiencoder of posi-40 tiesensor 340 kan een terugkoppeling leveren om flexibiliteit in het - 13 - systeem, bijv. in de aandrijvende as, de omzetter voor de rechtlijnige naar de roterende beweging en dergelijke te compenseren.

Fig. 10 toont een ander uitvoeringsvoorbeeld van de bewegings-besturing met een actuator, extern danwel intern (niet getoond) voor 5 het aandrijven van een kabel 440 voor het teweegbrengen van een verdraaiing van de omzettermatrix 110. De kabel 440 is voorzien van kralen of verdikkingen, waaronder verdikkingen 450 over de lengte der kabel 440 passen in een spiraalvormig geleidespoor 430. In één uitvoeringsvorm roteert, wanneer de verdikking 450 is opgenomen in het spi-10 raalvormig geleidespoor 430 en beweegt over de lengte van de cilinder 210 eindigend bij de aandrijvende poelie 460, de cilinder 210 over 90 graden. Na een kwart omwenteling komt een andere verdikking 450 in het spiraalvormig geleidespoor aan de tegenovergestelde kant van de cilinder (getoond met streepl ijnen) en doet dan de cilinder over 90 graden 15 in tegengestelde richting verdraaien. Aldus zal de cilinder 210 die de transistormatrix 110 bevat over 90 graden in totaal, of +/- 45 graden verdraaien. De hier beschreven oscillatie is zuiver als voorbeeld bedoeld. Het zal duidelijk zijn dat ook andere hoeken kunnen worden gebruikt voor het teweegbrengen van een oscillatie op de voor deze uit-20 voeringsvorm beschreven wijze. In een andere uitvoeringsvorm kan een draaiende encoder of positiesensor (niet getoond), zoals die welke is beschreven aan de hand van fig. 9 zijn opgenomen voor het verschaffen van een terugkoppeling en voor het compenseren van de flexibiliteiten en fouten in het systeem. Ook zijn alternatieve uitvoeringsvormen mo-25 gelijk. In een andere uitvoeringsvorm zijn bijvoorbeeld slechts twee verdikkingen nodig en op afstand van elkaar aangebracht voor het mogelijk maken van een beweging van de kabel over de volledige lengte van de cilinder 210. Nadat één verdikking over de lengte van de cilinder beweegt wordt de kabel in tegengestelde richting aangedreven en terug-30 getrokken, waarmee de cilindrische behuizing die de omzettermatrix bevat over =/- 90 graden oscilleert. In een nog andere uitvoeringsvorm kan een variëteit van hoekbereiken worden gebruikt.

In de figs. 11-13 zijn verschillende alternatieve uitvoeringsvormen voor het besturen der beweging getoond en deze omvatten kabel-35 en poeliesystemen voor het teweegbrengen van een oscillerende draaibe-weging van de omzettermatrix. In fig. 11 werken de kabels 440 samen met de aandrijvende poelie 460. Een (niet getoonde) actuator drijft een kabel en daarmee een poelie 460 met een continue beweging in een vaste richting aan. Bevestigd aan de aandrijvende poelie 460, die ro-40 teert, is een flap 470 die inwerkt op een nok 480 bevestigd aan de om- - 14 - zettermatrix 110, en wel één keer per omwenteling. De flap 470 forceert de rotatie van de matrixcilinder 210 rond de lange as. Wanneer de flap 470 vrijkomt van de nok 480 komt de cilinder 210 terug naar de nominale positie onder inwerking van een torsieveer 490 terwijl de 5 snelheid van de beweging wordt beperkt door een roterende vaandemper 500. Door het aandrijven van de poelie 460 met de flap 470 met een constante snelheid zal de cilinder 210 met de omzettermatrix 110 een oscillerende beweging ondergaan. De omzettermatrix 110 zal dan zodanig oscilleren dat de acquisitie van een 3D piramidevormig volume mogelijk 10 is. De torsieveer 490 en de roterende vaandemper 500 kunnen worden ingesteld voor een geschikte timing van de beweging van de cilinder 210. Een roterende encoder of positiesensor (niet getoond) kan ook worden gebruikt in verdere uitvoeringsvormen voor het leveren van een terugkoppeling om flexibiliteiten en fouten in het systeem te compenseren. 15 In de figs. 12 en 13 zijn alternatieve uitvoeringsvormen ge toond waarbij de cilinder 210 een tandwielinterface 510 omvat samenwerkend met een getand deel van de aandrijvende poelie 460. Volgens fig. 12 zijn de poelie 460 en de cilindrische behuizing 210 met elkaar gekoppeld onder gebruikmaking van rechte vertanding of een benadering 2C daarvan. Volgens fig. 13 zijn de poelie 460 en de cilinder 210 met elkaar gekoppeld onder gebruikmaking van een tandwielsamenstel en omvat de poelie 460 twee verschillende tandwielsecties, één op de bovenste sectie van de poelie 460 en één op de onderste sectie, een en ander zodanig dat de getande secties van de poelie alternatief zijn gekop-25 peld met de cilinderbehuizing en beweging wordt overgebracht in een vaste richting, in de beide uitvoeringsvormen geeft de aandrijving in combinatie met de beweging van de poelie een verdraaiing van de omzettermatrix 110 voor het verkrijgen van een 3D piramidevormig beeldvormend volume.

30 In de figs. 14 tot 16 zijn aanvullende uitvoeringsvormen voor de besturing van de beweging getoond. Fig. 14A toont in zijaanzicht één of meer actuatoren 600 bevestigd aan elke kant van de omzettermatrix 110 met een eerste einde ervan en met het andere einde vastgezet aan de katheter. De besturingslijnen 610 voor de actuator worden ge-35 bruikt voor het besturen van het activeren der actuator. De actuatoren aan de beide kanten van de matrix worden alternatief geactiveerd, wat de matrix doet oscilleren rond het kantelpunt 620. De actuatoren 600 kunnen elektroactieve polymeren omvatten. Een draaiende encoder 340 kan positie-informatie leveren zoals besproken in samenhang met de 40 voorgaande uitvoeringsvormen. De figs. 14B-D zijn eindaanzichten van - 15 - deze uitvoeringsvorm tijdens bedrijf en tonen de draaiing van de omzetter 110. In fig. 14B is de eerste actuator A volledig geactiveerd en is actuator B volledig gedeactiveerd. In fig. 14C is actuator A gedeeltelijk geactiveerd en is actuator B gedeeltelijk geactiveerd. In 5 fig. 14D is actuator A geheel gedeactiveerd en is actuator B geheel geactiveerd.

Fig. 15 toont een uitvoeringsvorm overeenkomstig de voorgaande doch in plaats van het gebruik van twee actuatoren wordt hier één actuator 600 gebruikt die aan één einde is bevestigd aan de omzetterma-10 trix 110 terwijl een veer 630 is bevestigd aan het andere einde en aan de kathetercilinder 210. De beweging van de actuator doet de veer uitzetten of samentrekken zoals getoond in de figs. 14A-C voor het teweegbrengen van een verdraaiing van de omzettermatrix 110. De actuator en/of de veer kunnen torsiecomponenten zijn, en ook lineaire componen-15 ten.

In de figs. 16A-16C is een verdere uitvoeringsvorm voor de besturing van de beweging getoond. In deze uitvoeringsvorm zijn twee blazen 640 in contact met de omzettermatrix 110. De blazen kunnen zijn gevuld met een gas of met een vloeistof. Het opblazen en leeglopen van 20 de blazen wordt bestuurd, zodanig dat de omzetter 110 oscilleert rond het kant el punt 620. Op deze wijze kan een 3D volume worden opgenomen.

Tijdens bedrijf is bij de uitvoeringsvormen der onderhavige uitvinding een miniatuur omzettermatrix met elementen die zich uitstrekken langs een azimuthdimensie (de lange as van de katheter) bij 25 voorkeur in staat te werken met hoge frequenties voor een betere resolutie en gekoppeld met een mechanisch stelsel dat de matrix langs de elevatiedimensie doet roteren. De ultrasone bundel wordt elektronisch gescand in de azimuthdimensie waarmee een tweedimensioneel beeld wordt gevormd, en mechanisch gescand in de dimensie van de elevatie. De 30 tweedimensionele beelden kunnen dan worden samengevoegd tot een volledig driedimensioneel volume door het ultrasone systeem. De omzetter kan een variëteit van vormen vertonen waaronder (doch niet beperkt tot) (1) een lineaire fasegestuurde matrix resulterend in een tweedimensioneel beeld in de vorm van een sector, en een driedimensioneel 35 volume in de vorm van een piramidevormig volume; (2) lineaire sequentiële matrices resulterend in een tweedimensioneel beeld in de vorm van een rechthoek of trapezium of een driedimensioneel volume in de vorm van een hoekdeel van een cilinder en (3) matrices met meerdere rijen. Een systeem voor het besturen der beweging wordt verschaft voor 40 het nauwkeurig besturen van de verdraaiing van de matrix en voor het - 16 - mogelijk maken van een nauwkeuriger herconstructie van 3D belden uit de 2D beeldvlakken. De akoestische energie wordt gekoppeld tussen de omzettermatrix en het beeldvormend medium (patient) via een akoestisch venster. Het akoestisch venster omvat een deel van de wand van de ka-5 theter en kan een koppelend fluïdum tussen de matrix en de katheter-wand omvatten. De katheterwand zal bij voorkeur een akoestische impedantie en een geluidvoortplantingssnelheid vertonen overeenkomstig die van het lichaam (1,5 Mrayl) voor het minimaliseren van reflecties. Het koppelend fluïdum heeft bij voorkeur een akoestische impedantie over-10 eenkomstig die van het lichaam en een lage viscositeit om de wrijving op de matrix en de motor zo klein mogelijk te houden. Delen van de omzettermatrix kunnen in dwarsdoorsnede cilindrisch zijn (de einden van de matrix; de zijden en de achterkant, het gehele matrixsamenstel) om de matrix gecentreerd te houden gemakkelijk te laten draaien binnen de 15 katheter en/of voor het in de hand houden van de fluidumstroom en de viskeuze wrijving tussen de matrix en de katheterwand. De omzetter zelf kan zijn vervaardigd uit een variëteit van materialen waaronder, doch niet beperkt tot, PZT, micro-bewerkt ultrasone omzetters (MUT's), PVDF. In aanvulling op het materiaal van de omzetter kunnen andere 20 componenten (akoestische aanpaslagen, akoestische absorptie/steunla-gen, elektrische doorverbindingen, akoestische focusserende lens) in het matrixsamenstel zijn opgenomen.

Terwijl slechts bepaalde kenmerken der uitvinding hier zijn geïllustreerd en beschreven zullen vele modificaties en wijzigingen 25 voor de vakman voor de hand liggen. Het is dan ook duidelijk dat de bijgaande conclusies worden geacht al dergelijke modificaties en wijzigingen als vallend binnen het kader der uitvinding te bestrijken.

- 17 -

LIJST VERWIJZINGSCIJFERS

10 Beeldvormend en therapeutisch systeem 12 Patient 5 14 Beeldvormende en therapeutische katheter 16 Beeldvormende en beeldvormende katheter ingevoerd in patient 18 Medisch beeldvormend stelsel 20 Display 22 Gebruikerinterface 10 24 Katheter positionerend stelsel 26 Terugkoppelend stelsel 110 110 120 15 130 140 150 160 170 20 180 190 200 210 210 25 220 230 320 330 340 30 400 410 420 430 440 35 450 460 470 480 490 40 500 510 - 18 - 1032968

Claims (10)

1. Een draaibaar omzettermatrixsamenstel te gebruiken in procedures voor volumetrische ultrasone beeldvorming, welk samenstel omvat: een omzettermatrix (110); een micromotor (120), gekoppeld met de omzettermatrix voor het verdraaien van de 5 omzettermatrix: ten minste één doorverbindend samenstel (150) gekoppeld met de omzettermatrix (110) voor het overdragen van signalen tussen de omzetter en een beeldvormende inrichting (18), waarbij de omzettermatrix is aangebracht tussen de micromotor en het doorverbindend samenstel, en waarbij het doorverbindend samenstel (150) is geconfigureerd voor het reduceren 10 van het koppel dat door het doorverbindend samenstel wordt uitgeoefend op de micromotor: en een katheterbehuizing (160) voor het omsluiten van het ten minste ene doorverbindende samenstel, de omzettermatrix en de micromotor.

2. Het draaibaar omzettermatrixsamenstel volgens conclusie 1, waarbij de omzettermatrix (110) is aangebracht op een aandrijvende as (130) en de omzettermatrix (110) 15 met de aandrijvende as kan verdraaien.

3. Het draaibaar omzettermatrixsamenstel volgens één der voorgaande conclusies, voorts omvattende een motorbesturing (140) voor het besturen van de micromotor.

4. Het draaibaar omzettermatrixsamenstel volgens conclusie 3, waarin de katheterbehuizing (160) voorts een akoestisch venster (170) omvat teneinde de koppeling van 20 akoestische energie van de omzettermatrix naar een van belang zijnd gebied mogelijk te maken.

5. Het draaibaar omzettermatrixsamenstel volgens één der voorgaande conclusies waarin het doorverbindend samenstel (150) is ingericht voor het reduceren van rotatiestijfheid van ten minste één roterend deel van het doorverbindend samenstel.

6. Het draaibaar omzettermatrixsamenstel volgens conclusie 5, waarin het 25 doorverbindend samenstel (150) flexibele kabel omvat welke in het roterend gedeelte geen bandkabelvorm vertoont.

7. Het draaibaar omzettermatrixsamenstel volgens conclusie 6, waarin de flexibele kabel geen bandkabelvorm heefl als gevolg van het toepassen van ten minste één der volgend methoden: verwijderen van een gemeenschappelijk substraat, massavlak of andere verbinding 30 tussen aangrenzende geleiders van de flexibele kabel of het reduceren van diëlektrische of afschermende lagen rond individuele geleiders of coaxiaalgeleiders van de flexibele kabel.

8. Het draaibaar omzettermatrixsamenstel volgens één der conclusies 5 tot 7, waarin de doorverbindende kabels sleuven in de niet-geleidende delen van de flexibele kabel hebben. -20-

9. Het draaibaar omzettenmatrixsamenstel volgens één der voorgaande conclusies waarin de omzettermatrix (110) een eendimensionele (1D) omzettermatrix omvat.

10. Een werkwijze voor het uitvoeren van volumetrisch ultrasoon beeldvormen, welke werkwijze omvat: 5 het verkrijgen van beeldvormende data uit ten minste één van belang zijnd gebied onder gebruikmaking van een beeldvormende katheter, waarbij de beeldvormende katheter omvat: een omzettermatrix; een micromotor gekoppeld met de omzettermatrix voor het draaien van de 10 omzettermatrix; ten minste één doorverbindend samenstel gekoppeld met de omzettermatrix voor het overdragen van signalen tussen de omzetter en een beeldvormende inrichting, waarbij de omzettermatrix is aangebracht tussen de micromotor en het doorverbindend samenstel, en waarin het doorverbindend samenstel is geconfigureerd voor het reduceren van het koppel dat 15 door het doorverbindend samenstel wordt uitgeoefend op de micromotor; een katheterbehuizing voor het omsluiten van het ten minste ene doorverbindende samenstel, de omzettermatrix en de micromotor; en het weergeven van de beeldvormende data voor gebruik in althans beeldvorming en/of behandeling van een gekozen, van belang zijnd, gebied.