专利名称：经皮针、血管内导管和其他介入式设备的超声可视化的制作方法
经皮针、血管内导管和其他介入式设备的超声可视化本发明涉及医学诊断超声成像，并且，特别地涉及对在医疗过程中插入体内的介 入式设备进行超声成像。通过非介入成像对许多介入过程进行强化，特别地，当介入式设备被插入体内以 对靶组织进行治疗时。例如，在超声的辅助下，活检针通常是可视的，从而针直接并确定地 到达靶组织或细胞团。临床医师可以随着针被插入体内以对体内的可疑病理组织进行采样 或移除而可视地观察针的路径。另一示例为r.f.消融针，所述消融针被插入体内以接合肿 瘤，在施加r.f.能量之前所述肿瘤由所述针的齿抓住或围绕。可视化确保针齿准确并完全 接合肿瘤。另一示例为血管内导管，其可以被引导从其在例如股动脉的进入点在体内经过 长的距离。导管的尖端可以由超声成像观察以确保其在例如心脏的靶室中的准确放置。然而，通常难以对超声场中的介入式设备进行清晰可视化。如针的介入式设备通 常在非常接近超声探头处被插入体内。这些固态仪器为对来自探头的超声波束呈现出浅入 射角的镜面反射体。许多时候，仪器的位置实际上平行于波束方向。从而，声波可以被较深 地反射到体内而非提供强的返回信号。结果，在超声图像中，设备将出现破碎或不清晰的 外观。已经进行尝试以减轻这一问题，诸如在美国专利4，401，124(GueSS等人)中所描述 的在针的尖端附近形成衍射光栅，但是该方法仍是角度相关的。另一方法为如在美国专利 5, 095, 910 (Powers)中所描述的对针的运动进行多普勒解调，但是只有当针在运动时这一 技术才有效。因此，希望能够用超声对介入式仪器清晰成像而不管所述介入仪器在声场中 的位置。根据本发明的原理，要由超声进行成像的介入式医学仪器使用微泡流体用于改进 可视化。微泡流体为悬浮于流体内的封装气态粒子或气态前体(pre-cursor)。微泡可以非 常小，在十微米的数量级，并且由盐水或其他流体携带。流体可以为连续流动的，或者以闭 合路径循环通过仪器，或者可以流出仪器的远端以使得设备的尖端在图像中能够被清晰地 定位。流体中的微泡对撞击超声波呈现出漫反射，使得设备可以被清晰地成像而不管其在 超声场中的位置。在附图中
图1为根据本发明的原理构造的具有开放微泡流体路径的介入式医学设备的横 截面视图；图la为图1的针的尖端的放大视图，示出由微泡围绕的针尖端；图2为具有使流体循环到仪器的尖端或者从仪器的尖端开始循环的闭环微泡流 体路径的介入式医学仪器的横截面视图；图2a为图2的针鞘的横截面视图，示出连接供应流体路径和返回流体路径的路 径；图3为r. f.消融针的横截面视图，其中以微泡流超声辐照针齿；图4为适于对与介入式医学设备相关的微泡进行成像的超声成像系统的方框图；图5为示出根据本发明的原理的以图3的针执行r. f.消融的示例性步骤的流程 图。
首先参照图1，这里示出为活检针20的介入式医学仪器是根据本发明的原理进行 构造的。针20包括外鞘21，有时被称为插入针，其朝向要进行活检或者由仪器以其他方式 进行探测的组织插入体内。外鞘21携带口针或针或其他工具24。当外鞘21接近要被探测 的组织而被插入体内时，口针24延伸以穿透可疑组织并获取样本或在组织上执行其他操 作。在一些过程中，插入针被从身体移除，而口针或工具24被留在原位用于后续操作。根据本发明的原理，包含微泡的流体的流26通过针的内腔被提供。在该实施例 中，流体路径在插入针的远端是开放的，并且微泡流体可以从插入针21的尖端流出并围绕 口针24的尖端。微泡流体可以为包含气体粒子的诸如水或盐溶液的任意生物相容性流体。 气体粒子可以为气泡、封装微泡、相位转换纳米微粒、搅拌盐水或超声造影剂，仅举几例。微 泡为高回波粒子，其提供来自撞击超声波的相对强的超声回波。与为球面反射体的针相比 较，球形微泡或其他粒子将返回具有很小角度依赖性或无角度依赖性的显著回波信号，其 中，来自所述球面反射体的返回回波的强度为高角度依赖的。因此，围绕针24的尖端的微 泡的槽26将辐照尖端定位以及针和口针的轴而与针的角度无关 。在另一方面，针可以引起 撞击超声以针的角度掠过并在较深的组织中散射而非返回超声转换器，引起超声图像中信 号丢失以及针和口针的不规则的外观。这一难题由微泡流体路径解决，所述微泡流体路径 从沿着针的长度返回超声而有很小的角度依赖或者无角度依赖或者有很小的图像丢失或 无图像丢失。图Ia为口针24的尖端的放大视图，其示出围绕仪器的尖端的微泡26。因此从微 泡26返回的回波将辐照超声图像中尖端的定位。图2以横截面视图的形式示出了本发明的另一实施例。在该实施例中示出的医学 仪器具有用于微泡溶液的闭合流体路径。这样的实施例适于插入体内的脉管系统的导管或 其他设备，并且还适于使用冷却流体用于仪器的尖端的仪器，其中，所述冷却流体将包含微 泡。在心脏再同步治疗中用于消融心脏的心内膜壁的r.f.消融导管也可以具有根据本发 明的适于携带微泡溶液的流体路径。在图2的示例中，外鞘21包含在供应流体路径28a中 的微泡流体26。微泡流体26在该路径28a中如由箭头27所指示的从供应源行进到仪器的 尖端。在鞘21的另一侧为返回流体路径28b，微泡流体如由箭头29所指示的通过所述返回 流体路径28b返回到仪器外的点。在鞘的尖端附近为连接路径28c，流体通过所述连接路径 28c从供应路径28a流到返回路径28b，如在图2a中所示。闭合流体路径仪器的优势在于 微泡流体并非必须要满足从开放的流体路径仪器注入体内的流体的严格需求，图3示出了根据本发明的原理构造的用于以射频能量治疗肿瘤的r. f.消融针30 的示例。在该示例中，针鞘21携带在远端具有许多小的弯曲齿32a、32b的r.f.消融针。针 鞘21被插入体内直到鞘的远端接近要被治疗的肿瘤。随后，如在图3中所示，通过从鞘的末 端延伸针对针进行部署。随着针的部署，许多弯曲的齿32a、32b等被均一地设置于肿瘤组 织中。然而，肿瘤组织的密度或硬度的变化可以引起小的齿偏离其拟定路径并在肿瘤中不 均一分布。临床医师将通过用超声对该部署的齿进行成像来检查这一问题。然而，明显地， 弯曲齿32a、32b将以不同角度对超声进行散射，这可以引起超声图像中细的针齿的视图的 丢失和模糊。根据本发明的原理，微泡流体26围绕轴21内的针，并将通过肿瘤中由如在图 3中所示的齿穿透的孔径。从与针齿32a、32b相邻的微泡返回的回波将不为角度依赖的，并 且将使得r.f.消融针的细齿在超声图像中清晰可见。
图4示出了根据本发明的原理构造的介入式医学设备10和超声系统14、16。在该 示例中，针10通过身体的表面15插入到靶病理组织。随着针10的插入，其进程由超声探 头14监测，所述超声探头14将超声波18发射到针并接收返回回波以进行图像形成。转导 回波信号由电缆17耦合到超声系统的主机16用于处理和显示。对回波信号进行处理以产 生示出体内针的定位的超声图像22。
根据本发明的原理，袋40包含微泡流体26。由管44将微泡流体提供到针10的流 体耦合件12。诸如输注泵或滚柱泵的泵42通常将微泡流体从供应袋40泵到针。泵压力只 需足够令微泡流体到达针的尖端，并使得部署工具旁边的通道通过由诸如r. f.消融针的 齿的工具切开的孔径。因此，流体压力仅需要足够克服例如，围绕齿的组织的咬合压力。在 该示例中，返回管46耦合到流体耦合件12，通过所述流体耦合件12返回流体被排出到容器 48用于处置。当微泡流体被连续地提供到仪器的尖端例如用于冷却时，将期望用于闭合通 路系统的返回管。还期望返回管用于开放路径系统，其中，新鲜的微泡流体将被持续地提供 到该仪器。在其他实施例中，微泡流体袋26和泵42可以包括具有包含在注射液中的微泡流 体的注射泵，所述注射液由注射泵进行操作。微泡流体可以由为r.f.消融设备的一部分的 泵系统提供，或者由为介入式设备的一部分的任意其他泵子系统或灌溉(irrigation)子 系统提供。微泡流体流可以由超声成像系统控制，所述超声成像系统控制流体的输送，以用 于在涉及操作者或不涉及操作者的情况下改进成像。例如，自动图像分析、半自动图像分析 或手动图像分析可以检测介入式设备的劣质图像并且要求微泡流体的更大的或预定(例 如，搏动血流)的输送。图5为根据本发明的使用r.f.针的处理的示例。在步骤50，导管或r.f.针被插 入到与靶组织相邻的初始位置。在r.f.消融处理的情况下，针齿被部署到肿瘤中。之后在 步骤52操作输注泵以微泡流体注满导管或针，和/或与部署仪器相邻的组织内的空间。之 后在步骤54以辐照图像中的微泡的成像模态执行超声成像，所述成像模态例如是对比特 异性成像、B-模态成像或多普勒_成像。在步骤56，超声图像被显示给执行处理的临床医 师。图像可以为2d图像或3d图像(可以用于看到r.f.消融针的部署齿)并且可将所述 微泡可视化图像覆盖到结构B-模态图像或并排示出。可以执行诸如去斑点噪声处理的另 外的后处理以加亮针齿。在利用微泡流体观察针、导管或针齿的定位之后，临床医师可以如 在步骤58中所表示的调节介入式仪器的位置。一旦仪器被调节到其体内的最佳和最有效 位置，在步骤60执行拟定治疗。
权利要求
一种用于对介入式医学设备进行成像的超声诊断成像系统，包括具有流体路径的介入式医学设备；微泡流体的源，其耦合到所述流体路径并为所述流体路径提供微泡流体；超声探头，其扫描包括所述介入式医学设备的定位的超声图像场；以及超声成像系统，其耦合到所述超声探头并响应于由所述探头从所述流体的微泡接收的超声信号，以显示所述微泡的定位的图像。
2.根据权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述流体路径延伸到所述医学设 备的远端。
3.根据权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述医学设备还包括插入部分和 可从所述插入部分的远端延伸的工具，其中，所述流体路径延伸到所述插入部分的所述远端并对工具定位开放。
4.根据权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述医学设备还包括具有远端的 插入部分，其中，所述流体路径还包括延伸到所述远端的供应路径以及从所述远端延伸的返回路径。
5.根据权利要求4所述的超声诊断成像系统，其中，所述流体路径还包括在所述插入 部分的所述远端连接所述供应路径和所述返回路径的连接路径。
6.根据权利要求5所述的超声诊断成像系统，其中，所述供应路径、所述连接路径和所 述返回路径还包括闭环路径，所述闭环路径将所述微泡流体供应给所述插入部分的所述远 端并从所述远端返回所述微泡流体而不使所述流体流到患者体内。
7.根据权利要求6所述的超声诊断成像系统，其中，所述微泡流体还包括用于将热从 所述插入部分的所述远端进行传输的流体。
8.根据权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述介入医学设备包括导管。
9.根据权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述介入式医学设备还包括用于 将r.f.能量施加到肿瘤或者将r. f.能量施加到心脏的心室的一个的r.f.消融设备。
10.一种用于对介入式医学设备进行成像的超声诊断成像系统，包括 介入式医学设备，其具有流体路径以及到所述流体路径的耦合件； 微泡流体的源；流体泵，其在所述微泡流体的源和所述医学设备的耦合件之间进行耦合，所述流体泵 用于向所述设备的所述流体通路供应微泡流体；返回流体路径，其耦合到所述医学设备的耦合件，以从所述医学设备移除微泡流体； 超声探头，其用于扫描包括所述介入式医学设备在体内的定位的图像场；以及 超声成像系统，其耦合到所述超声探头，所述超声成像系统产生所述介入式医学设备 在体内的所述定位的图像。
11.根据权利要求10所述的超声诊断成像系统，其中，所述介入式医学设备的远端被 插入组织中，并且其中，所述流体路径是开放的以允许微泡流体流入所述组织。
12.根据权利要求10所述的超声诊断成像系统，其中，所述介入式医学设备的所述流 体路径延伸到所述介入式医学设备的远端，其中，所述流体路径为所述医学设备中可插入组织中的部分内的闭合流体路径。
13.根据权利要求10所述的超声诊断成像系统，其中，所述流体泵还包括注射泵。
14.根据权利要求10所述的超声诊断成像系统，其中，所述微泡流体的微泡还包括气 泡、封装微泡、相位转换纳米微粒、搅拌盐水或超声造影剂中的一个。
15.根据权利要求10所述的超声诊断成像系统，其中，所述超声成像系统用于通过所 述流体泵控制微泡流体的输送。
全文摘要
一种包括微泡(26)的流体路径的介入式医学设备(20)，在使用设备期间通过超声对所述介入设备进行成像。流体路径延伸通过设备，优选地到设备的远端，从而可以接收来自微泡的超声的漫反射以对设备的定位进行成像。流体路径可以是开放的，在设备的尖端终止，或者可以为循环微泡流体的闭合路径，以用于成像和/或冷却。
文档编号A61B8/08GK101878000SQ200880118113
公开日2010年11月3日 申请日期2008年11月18日 优先权日2007年11月28日
发明者A·费尔南德, C·霍尔, H·谢, S·索卡, T·戈捷 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司