具有微小型电机的机械扫描超声换能器的制造方法
【专利说明】具有微小型电机的机械扫描超声换能器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年10月12日提交的美国临时申请第61/713，186号的权益，其通过引用而并入本文。
【背景技术】
[0003]血管内超声(IVUS)允许使用超声技术，以从身体的一部分内收集图像。近年中，IVUS技术已经为医师提供了获取重要诊断信息的能力，这对于传统的X射线技术或其他超声技术来说是不可实现的，从而增加了诊断和治疗的有效性。例如，IVUS可以帮助确定血小板体积和动脉管腔内的狭窄程度。通过血管造影成像和外部超声成像通常难以获得这些信息，特别是在具有多重重叠的动脉段区域。
[0004]一种类型的超声换能器包括固定的超声阵列，其由于在阵列中的超声的特别定位而可以对体组织的完整切片成像。其他构造包括单一的旋转超声元件，其通过在成像期间机械地旋转超声元件而获得成像数据。在此情况下，通过超声元件在变化的旋转位置处发送顺序的超声脉冲而获得体组织的横截面图像。相比于阵列设计，单一元件旋转设计的优点包括较小尺寸、较好的成像质量、可能更高的中心频率、更低的超声成像操纵台成本以及更少的环晕伪像(死区)。
[0005]单一元件设计还可以包括某些缺点，例如，不均勾旋转失真(NURD) ο在包括单一元件设计的成像过程中，超声元件通常地随扭矩式电缆旋转。在超声元件的均匀旋转速率的预期情况下，以相等间隔时间顺序的方式发送超声脉冲。每个反射的超声脉冲表示横截面图像的一部分。基于数据点表示来自相等间隔的脉冲的图像假设，图像处理器对数据进行收集。然而，当将扭矩式电缆用作驱动装置时，难以达到超声元件的均匀旋转速率。超声元件可以为距离扭矩式电缆的驱动端部一至两米。扭矩式电缆必须跟随沿血管路径的所有弯曲，以到达待成像的区域，并且从把手端部至应用或操作端部可以在扭矩式电缆的旋转中存在滞后(在传输中的延迟)，这会导致即使当旋转源以均匀速率旋转时，超声元件以不均匀速率旋转。不均匀速率导致作为结果的图像失真。
[0006]其他问题存在于当前的设计中。通常地，IVUS元件安装至专用的导管。IVUS导管通常将相同的实体管腔共享为其他治疗管腔，而难以让医师在进行具有其他血管内过程(诸如，例如，部署支撑件或移植或执行活组织检查)的单一过程的同时执行IVUS成像监测，或在具有其他血管内过程的单一过程期间执行IVUS成像监测。
[0007]建立单一元件IVUS成像系统而没有扭矩式电缆的尝试出现了进一步的问题。当前商业化的设计使用昂贵的旋转变压器，以将来自操纵台的固定电气线连接至旋转超声换能器。然而，旋转变压器是机械扫描IVUS导管的最昂贵的部件之一。替代性设计将旋转变压器设置在反射器的操纵台(控制)侧上。然而，相比于旋转变压器的成本，联接机械移动和电信号的同轴连接器的成本进一步增加了整体的成本。
[0008]因此，需要这样的超声发送设计:其可以集成至一般的导管或其他用于在患者体内使用的装置，成本划算，并且产生的图像不受NURD伪像影响。
【发明内容】
[0009]在本发明的各个方案，公开了存在用于与包括超声控制或成像系统的超声过程一起使用的系统的实施方案，其具有微小型电机、可旋转的反射器和固定的超声换能器，其可安装至或并入体内医疗装置，例如，商业上标准的诊断和治疗导管，并且在特定的示例中，可以执行二维(2D) IVUS成像。
[0010]在特定的实施方案中，系统为独立的装置，其配置为可适用于现有医疗装置(例如，导管和其他装置)，其在体内使用(例如，血管内的、经由皮肤的或皮下的、或通过注入身体的孔的)。反射器设置在相对于换能器的应用侧上，并且连接至微小型电机的旋转轴。换能器连接至支撑件，相对于电机的轴同心地设置所述支撑件。微小型电机的壳体连接至系统的壳体。超声元件的支撑件还连接至系统的壳体。以此方法，在换能器相对于壳体保持固定的同时，反射器可以绕轴线旋转。
[0011]系统可以生成体组织的部分的二维切片、锥形片或环形部段形状的图像。通过使用单一元件超声换能器而获得图像，所述单一元件超声换能器沿着超声换能器的轴向方向发送超声信号。反射器在与超声换能器轴向方向不平行的方向上反射超声信号，并且在特定的实施方案中，在垂直于超声换能器轴向方向上反射超声信号。随着反射器旋转通过360度弧，生成体组织的部段的图像。
[0012]超声元件的实施方案可以包括线，所述线配置为沿着支撑件行进或穿过支撑件行进。由于反射器位于超声元件的应用侧上并且连接超声元件的线朝向超声系统操纵台或系统的控制端部行进，因此成像平面没有将穿过成像平面并产生伪像或超声图像的阻挡的部分的任何线。
[0013]在一些实施方案中，系统配置为可附接至现有医疗装置，诸如，例如，导管。系统可以放置在现有管腔内或可替换地可以外部地附接至医疗装置。连接超声元件和微小型电机的线可以为这样的路径:穿过专用的管腔(其可以外部地附接至医疗装置)，或可替换地，其可以为这样的路径:在医疗装置内，例如，穿过管腔内的现有管腔。
[0014]在特定的实施方案中，用于与超声过程一起使用的系统包括超声元件、换能器和反射器，所述超声元件连接至用于将换能器保持在一定位置的支撑件，所述换能器适合于发送和接收基本沿着轴线的超声信号，所述反射器连接至轴，将反射器放置成相对于超声元件以不平行于轴线的方向将从换能器发送的超声波反射。同心地放置轴和支撑件，并且轴相对于支撑件绕轴线是可旋转的。可以设置包围换能器和反射器的壳体，并且支撑件相对于壳体固定在固定的位置。至少一个电气线可以连接至换能器，反射器相对于换能器的轴线是有角度的，从而使来自反射器的反射方向不平行于轴线，并且从而使线不穿过反射方向。特定实施方案具有反射器，所述反射器相对于轴线形成为10度和84度之间的角度。
[0015]可旋转地连接至轴的微小型电机的示例包括压电电机或电磁电机。用于换能器的支撑件的部件可以相对于电机同心向内地设置，并且电机、反射器和换能器配置成位于医疗装置中，并且配置为体内使用(例如，尺寸和配置用于血管内使用)。在特定的实施方案中提供了连接至换能器的一个或更多电气线以及连接至微小型电机的一个或更多电气线，例如，其中，至少一个电气线封装在支撑件内。可以设置容纳反射器和换能器的壳体，并且壳体具有应用端部，其中反射器设置在应用端部和换能器之间。换能器的示例为单一元件换能器。
[0016]在另外的示例中，体内超声系统包括换能器、反射器和微小型电机；所述换能器连接至支撑件；所述反射器位于超声元件的应用侧上，以反射来自超声元件的信号，所述反射器连接至轴；所述微小型电机连接至轴并配置为使轴旋转。电机、反射器以及换能器配置为位于医疗装置中，所述医疗装置具有应用端部，并且适用于体内医疗使用，并且其中所述反射器比所述换能器更接近所述应用端部。电机可以为压电电机或电磁电机，如上所述，并且具有大约为0.3mm至4_的尺寸。轴和支撑件可以同心地设置，并且轴相对于支撑件绕轴线是可旋转的。可以设置壳体从而使支撑件相对于壳体固定在固定的位置。特定的实施方案包括支撑件，和/或单一元件换能器的使用，所述支撑件相对于电机而向内同心地放置。一个或更多的电气线可以连接至换能器并且一个或更多的电气线可以连接至电机，例如，至少一个电气线封装在支撑件内。在一些实施方案中，轴绕轴线是可旋转的，所述轴线与支撑件同轴，并且反射器产生近似垂直于轴线的检视角度，并且在反射器的每个角位置处，检视角度不穿过任何电导体。
[0017]超声系统的实施方案可以具有电机、固定的换能器和镜；所述电机具有驱动轴；所述固定的换能器与电机同轴地设置，并且配置为发送和接收超声信号；所述镜放置成反射换能器和透声窗之间的超声信号，并且可运行地设置为响应于驱动轴而旋转。透声窗没有任何回声不透明构件(即，具有声学阻抗的构件，使得遇到它们的全部或相当大的部分的超声将被反射)。
[0018]本文描述的系统可以与现有超声成像装备