JP6382201B2 - 三次元内部超音波使用のための装置 - Google Patents

Description

本開示は、超音波を採用して血管などの脈管の内部を撮像するための装置および方法を含む、人体内の超音波使用のための装置および方法に関する。米国仮出願連続番号第６１／７１３，１７２号（２０１２年１０月１２日に出願済）および第６１／７２７，６８０号（２０１２年１１月１７日に出願済）の利益を主張し、これら仮出願の双方はその全体が引用により援用される。

背景
血管内の超音波撮像を使用して血管の状態および／または血管に入れた装置の配置もしくは状態を見るための装置が提案されている。しかし、そのような装置には多数の問題が残っている。たとえば、多くのそのような装置は、せいぜい対象の組織または他の要素の断面の画像、すなわち血管の内部の円盤状の薄片を提供するのみであり、中心の一部は超音波ビームの範囲内にない。ゆえに、現在の超音波撮像では二次元断面しか観察しない。他の装置では、超音波ビームは、縦軸に実質的に垂直ではない固定角度で（たとえば４５度で）方向付けられる。この場合、撮像領域は円錐の表面の一部の形態で静止しており、やはり中心部は超音波ビームの範囲内にない。いずれの場合も、体内のかなりの長さ（たとえば組織の、または装置の表面または一部）の全体を視覚化するためには、装置を当該長さに沿って動かし、特定の場所における断面のそれぞれの画像を撮影する必要がある。そのような動きは不正確である場合があり、脈管を介した装置の盲目的な挿入に関連付けられるリスクを含み得る。これはさらに、遅い。典型的なプルバック画像は、（約０．１ｍｍ／ｓの速度で）実行するのに３０ｓ程度かかる。

三次元の血管内超音波（intravascular ultrasound：ＩＶＵＳ）画像は、一次元配列を脈管内で動かす機械的アクチュエータに接続された一次元配列によって得ることができる。そのような設計は高価であり、多くの脈管が許すよりも大きい装置内スペースを一般に必要とする。良好な画像品質を達成するために、そのようなアレイトランスデューサは、多くの異なるチャネル上で同時に送受信しなければならない。その状態には、多くの高価で嵩張る同軸ケーブルが必要である。より少ない同軸ケーブルを使用してもよいが、そうすることによって画像の品質および画像フレームレートが低下する。

脈管または他の身体部の相当な長さに沿った三次元の超音波の正確で効率的な適用によって、たとえば当該長さに沿ったリアルタイムの視野を医師に提供することが依然として必要とされている。また、医療装置および１つ以上の組織または組織部分を同時に見ることができる装置が、特に当該装置および組織をいずれの二次元平面内でも確実に撮像できなかった場合に、依然として必要とされている。

概要
とりわけ、患者の体内に制御可能な２自由度を有する超音波ビームを提供するための装置および方法が開示される。たとえば、そのような装置は、超音波信号を発するおよび／または受信するためのトランスデューサと、回転軸に実質的に沿って延在する回転シャフトを含む回転モータとを含んでもよく、回転モータが動作すると回転シャフトが回転軸の周りを回転する。ジンバルマウントなどの旋回機構が、回転モータの回転シャフトに作動的に接続される。旋回機構は回転シャフトとともに回転し、ベースと、旋回軸の周りをベースに対して旋回可能な旋回部材とを有し、旋回軸は回転軸に実質的に垂直である。強制部材が旋回部材に作動的に接続され、強制部材にまたは強制部材を介して印加される力（縦方向の力であってもよい）が、旋回軸の周りの旋回部材の旋回を制御する。特定の例では、強制部材は、縦方向部材であり、および／または回転シャフトに対して可動である。そのような強制部材の例にはフィラメントがあり、フィラメントを引張ると旋回部材が旋回軸の周りを旋回する。超音波走査線の密度がより均一であるように自身の角速度が制御されるジンバルマウント装置または他の旋回機構が考えられる。

回転シャフトはいくつかの実施形態では縦方向の内腔を有してもよく、強制部材は少なくとも部分的に内腔を通って延在してもよい。例示的な強制部材には縦方向シャフト、たとえばリニアモータのシャフトがあり、縦方向シャフトは回転軸に実質的に沿って延在しており、リニアモータが動作すると縦方向シャフトが回転軸に沿って動く。縦方向シャフトは旋回部材に作動的に接続され、回転シャフトの回転およびトランスデューサの動作の両方の間に旋回軸の周りの旋回部材の旋回を制御してもよい。特定の例には、回転モータの回転シャフトが自身を貫通する内腔を有し、リニアモータの縦方向シャフトが、回転シャフトの内腔の内部に延在する部分と、内腔の外部の遠部とを少なくとも有する例がある。縦方向シャフトは旋回部材に直接接続されてもよく、および／または旋回部材と接触している丸められた遠端を有してもよい。縦方向シャフトはＣ字状のコネクタによって旋回部材に接続されてもよく、リニアモータによって回転軸に沿って２方向に可動であってもよく、回転シャフトが第１の直線方向に動くと旋回部材が第１の旋回方向に旋回し、回転シャフトが第２の直線方向に動くと旋回部材が反対の第２の旋回方向に旋回する。別の種類の縦方向部材は、加熱されると収縮して旋回部材を旋回させるアクチュエータなどの、形状記憶アクチュエータを含んでもよい。これらおよび他の例では、伝動装置が（たとえばシャフトの）直線運動を旋回部材の旋回運動に変換する。

そのような装置のさらなる例には、トランスデューサが旋回部材に対して固定されるか、または旋回部材の少なくとも一部であるため、トランスデューサが回転モータの回転シャフトとともに回転する例、および、旋回部材（たとえばミラーであるかミラーを含む旋回部材）に対して固定されるか、または旋回部材の少なくとも一部であるミラーが回転モータの回転シャフトとともに回転し、トランスデューサからの超音波ビームを反射する例がある。述べられる旋回部材はいくつかの実施形態ではベースに対して最初の向きにばね付勢され、強制部材にまたは強制部材を介して印加される力が除かれると、旋回部材は最初の向きに向かって戻る。

特定の実施形態では、トランスデューサ、回転モータ、ジンバルマウントまたは他の旋回機構および縦方向部材の少なくとも一部を収容するための管状部材が設けられる。そのような管状部材は、管状部材の壁部によって少なくとも部分的に規定される遠位チャンバを有してもよく、遠位チャンバは少なくともトランスデューサおよび媒質を収容し、壁部および媒質は、管状部材が挿入される身体部位と同様の音響インピーダンスを有するため、媒質と壁部との境界における、および壁部と身体環境との境界における超音波の反射が、境界を通る撮像に許容可能なレベルまで低下する。旋回部材は最適に、特にトランスデューサが旋回部材に接続される実施形態について、旋回軸の周りに少なくとも１５０度の大きさの可動域を有する。ミラーが旋回部材であるか旋回部材に取付けられる構成では、１度毎に、ミラーが旋回部材とともに動き、超音波ビームが２度動き、したがって、より小さい可動域で十分であり得る。たとえば、ミラーおよびトランスデューサの配置が超音波ビームの前方を見る能力を制限する（たとえばトランスデューサがミラーの前にあり、ゆえにビームの妨げになるため）設計では、１度毎にミラーが超音波ビームを２度動かすため、かつ、ミラー設計のいくつかの実施形態ではトランスデューサが妨げになるので前を向くことができないため、旋回軸の周りの約６０度の可動域で十分である。いくつかの実施形態、たとえばトランスデューサが旋回部材に対して固定されるか旋回部材の少なくとも一部である実施形態では、旋回部材は、トランスデューサが回転モータの回転軸に実質的に沿って、かつ回転モータから離れるように超音波信号を発するようにトランスデューサが方向付けられ得るような可動域を有する。

以下にさらに説明するように、２つの独立した機械モータを使用して、トランスデューサスイープパターンが任意に設定されてもよい。これによって、トランスデューサは、既存の超音波装置では不可能な柔軟な方法で画像を得ることができる。たとえば、開示されるトランスデューサシステムは、トランスデューサを通過する任意の平面内の画像を得ることができる。さらに、トランスデューサは、組織の三次元領域を通ってスイープすることができる。モータプラットフォームによって、スイープパターンの柔軟な選択が可能になる。フレームレートが重要な最も動的な用途では、画像は単一面または小さい三次元セクタに限定されることになる。回転軸（回転モータの回転軸）の周りの回転シャフトの回転、および旋回軸の周りの旋回部材の旋回が１つ以上の周波数で別個に動作可能な実施形態では、ユーザは複数の超音波走査パターンから選択することができる。一例として、回転モータおよびリニアモータを使用する実施形態では、回転モータおよびリニアモータは１つ以上の周波数で別個に動作可能であるため、ユーザは複数の走査パターンから選択することができる。回転モータおよび（たとえばリニアモータを介する）旋回機構は、超音波信号がモータの回転軸に近い方向に向いている（たとえばより前方を見ている）ような状態に旋回機構があるときは回転モータが速く回り、超音波信号がモータの回転軸から離れる方向に向いている（たとえばより側方を見ている）ような状態に旋回機構があるときは回転モータが遅く回るように構成されてもよい。すなわち、信号（または超音波ビーム）が旋回機構とともに回転軸に近づくにつれて信号の角速度が増加し、信号が旋回機構とともに回転軸から離れるにつれて信号の角速度が低下する。

以下により詳細に述べるように、本開示は、超音波信号を発するおよび／または受信するためのトランスデューサと、第１および第２のモータとを含む超音波処置のための装置を含み、第１のモータは、第１のモータが動作するとトランスデューサが装置の回転軸の周りを回るようにトランスデューサに作動的に接続され、第２のモータは、装置の回転軸を横切る旋回軸の周りのトランスデューサの旋回運動が第２のモータの動作の関数であるようにトランスデューサに作動的に接続される。特定の実施形態では、第１のモータは回転モータであり、第２のモータはリニアモータおよび回転モータの一方である。第１のモータは、内腔を有し、かつトランスデューサに作動的に接続される第１のシャフトを回してもよく、第２のモータは、第１のシャフトの内腔を通って延在し、かつトランスデューサに作動的に接続される第２のシャフトを動作させてもよい。そのような装置はさらに、第１のモータの動作に応答して旋回機構が回転するように第１のモータに作動的に接続される旋回機構を含んでもよい。例示的な旋回機構は、ベースと、旋回軸の周りをベースに対して旋回可能な旋回部材とを有し、旋回軸は回転軸に実質的に垂直である。強制部材が旋回部材に作動的に接続されてもよく、強制部材を介して印加される力は、旋回軸の周りの旋回部材の旋回を制御する。トランスデューサは、旋回部材であってもよいし、または旋回部材の少なくとも一部であってもよい。旋回機構の特定の実施形態は、ベースから延在する１対のアームと、アームに沿って摺動するように適合され、かつ強制部材に接続される摺動プレートとを含み、摺動プレートは第２のシャフトにねじ接続される。トランスデューサおよび／または旋回機構は、いくつかの例ではベースに対して最初の向きにばね付勢され、強制部材を介して印加される力が除かれると、旋回部材は最初の向きに向かって戻る。旋回機構は、特定の例ではジンバルマウント装置として説明される場合がある。

いくつかの実施形態では、第２のモータはリニアモータであり、強制部材は、回転軸に実質的に沿って延在する第２のシャフトであるか、または第２のシャフトを含む。第２のモータが動作すると第２のシャフトが回転軸に沿って動き、第２のシャフトは、旋回軸の周りのトランスデューサの旋回を制御するようにトランスデューサに作動的に接続される。第２のシャフトは旋回部材に直接接続されてもよいし、または一代替案として、第２のシャフトは旋回コネクタによって旋回部材に接続される。強制部材はいくつかの実施形態では第２のモータの動作によって回転軸に沿って２方向に可動であり、強制部材が第１の直線方向に動くとトランスデューサが第１の旋回方向に旋回し、強制部材が第２の直線方向に動くとトランスデューサが反対の第２の旋回方向に旋回する。

ある実施形態では、第１および第２のモータは１つ以上の速度で別個に動作可能であり、それによって所望の超音波走査パターンを得ることができる。第１のモータは、超音波信号が第１のモータの回転軸に近づく方向に向いているような状態に旋回機構があるときは第１のモータが速く回転するように、かつ超音波信号が第１のモータの回転軸から離れる方向に向いているような状態に旋回機構があるときは第１のモータが遅く回転するように構成されてもよい。

たとえば体内で使用する装置の例はさらに、トランスデューサならびに第１および第２のモータを収容するための管状部材を含んでもよい。そのような管状部材は、管状部材の壁部によって少なくとも部分的に規定される遠位チャンバを含んでもよく、遠位チャンバは少なくともトランスデューサおよび媒質を収容している。壁部および媒質は好ましくは、管状部材が挿入される身体部位と同様の超音波通過特性を有するため、媒質と壁部との境界における、および壁部と身体環境との境界における超音波の反射が、境界を通る撮像に許容可能なレベルまで低下する。

いくつかの実施形態では、第１および第２のモータの両方が回転モータであり、トランスデューサの旋回運動は、第１および第２のモータの回転速度の差の関数である。強制部材は、フラットバーおよび成形ワイヤの一方であってもよい。旋回機構のアームの各々は少なくとも１つのリミットストップを含み、そのようなリミットストップを越える摺動プレートの動きを阻止してもよい。

旋回機構の特定の例はベースから延在する１対のアームを含み、各アームとベースとの間のそれぞれの角度の各々が９０度未満である無応力状態を有する。アームの各々はそれぞれの圧痕を有し、旋回部材およびトランスデューサの少なくとも一方は対向する対応の圧痕を含む。１対のインサートが設けられ、各インサートは、アームおよび旋回部材またはトランスデューサのそれぞれの対応する圧痕の内部に配置されるため、旋回機構は、各アームとベースとの間のそれぞれの角度が増加し、旋回機構およびインサートをアームに対して所定位置に維持するのに十分なばね力が生成される応力状態を取る。

本明細書に述べられる一定の実施形態では、前（すなわち一般的にユーザから離れる）方向の画像を得ることができる。前方を見る用途によって、診断ガイダンスの新たな可能性が開ける。これによってさらに、前方視覚化を有する超音波カテーテルを配置することができるため、医師は超音波カテーテルの経路を超音波で観察することができ、カテーテルを「盲目的に」配置する必要がない。既存の超音波カテーテルでは、画像面は装置の遠位先端の後ろにあるため、当該先端の場所はカテーテル自体を介して常に観察不可能である。配置時に前方を見る現在の実施形態の能力によって、盲目的な配置の危険および／または超音波カテーテルの進行の外部モニタの必要性がなくなるか減少する。

本明細書に開示される実施形態は、超音波撮像を使用して、診断または介入を含む治療医療処置を誘導するよう意図されている。そのような処置の例には、ＩＶＵＳ処置を含む循環系の処置がある。撮像システムの三次元能力は、多くの処置の本質的な三次元性質のため多くの治療での使用に大きな利点であると考えられる。一例として、腹部大動脈瘤グラフトの配置では、ガイドワイヤを患者の対側肢に通さなければならない。ワイヤ先端および対側肢の両方の場所が配置時に既知であること、かつリアルタイムで更新されることが必要である。そのような情報は二次元画像または投影に包含することができないため、二次元撮像装置の使用には、外部蛍光透視ガイドまたは二次元超音波の下での「推測および確認（guess and check）」配置方法が必要である。

これらおよび他の実施形態および例を以下により詳細に述べる。

三次元内部超音波装置の端部の実施形態の概略一部断面側面図である。 図１の三次元超音波装置の実施形態の概略図である。 図１の実施形態において有用な旋回機構の実施形態の斜視図である。 図１の実施形態において有用な旋回機構の別の実施形態の斜視図である。 内部構造の特定の実施形態を有する、図１の実施形態と同様の実施形態の概略一部断面側面図である。 旋回ミラーおよび静止トランスデューサを示す、図１の実施形態と同様の実施形態の概略一部断面側面図である。 形状記憶アクチュエータを示す、図１の実施形態と同様の実施形態の概略一部断面側面図である。 三次元超音波装置の実施形態の側面図である。 第１の状態における図７の実施形態の一部の斜視図である。 第２の状態における図７の実施形態の一部の斜視図である。 第３の状態における図７の実施形態の一部の斜視図である。 特定の電気接続を有する図７の実施形態の斜視図である。 図１または図７の実施形態の一部の代替実施形態の上面平面図である。

図示される実施形態の詳細な説明
本開示の原理の理解を促進するために、図面に示される実施形態をここで参照し、特定の用語を用いてそれらを説明する。しかし、それによる特許請求の範囲の限定は意図されておらず、図示される実施形態におけるそのような変更およびさらなる修正、ならびに図面に示される本開示の原理のそのようなさらなる用途は、本開示が関連する分野の当業者が普通に思い付くと考えられることが理解されるであろう。

ここで図面を全体的に参照すると、内部超音波処置のための装置２０の実施形態が示されている。そのような装置は、診察または治療（介入治療を含む）用途向けであってもよく、経皮的に、皮下に、または経膣的に患者に挿入される装置を含む。そのような装置の例には、血管内超音波（ＩＶＵＳ）撮像または治療用に設計された実施形態がある。

図１の実施形態では、装置２０は、内部チャンバ２６を規定する壁２４を有するカテーテルまたは他の可撓性を有する長尺もしくは管状部材２２であり、カテーテル２２は、脈管系に挿入されるようにおよび／または脈管系に沿って移動するようにサイズ決めおよび構成される。この実施形態におけるカテーテル２２およびチャンバ２６の内部には、トランスデューサ２８、トランスデューサ２８のための旋回機構３０、回転モータ３２、およびリニアモータ３４がある。以下にさらに説明するように、トランスデューサ２８を装置２０の回転軸の周りに回し、その回転軸に実質的に垂直な軸の周りに旋回させて、超音波放出および受信の方向をトランスデューサ２８の場所の前方および後方に延長することができる。図示される実施形態では、回転軸は装置２０の縦軸であり、旋回軸は（たとえば縦軸に垂直な）横軸である。

図示される実施形態におけるカテーテル２２は、プラスチックまたは他の頑丈な可撓性材料からなる長尺装置であり、当該材料は、超音波信号の通過に対して与えるバリア（すなわち材料とそれに隣接する物質との境界における音響インピーダンスの差）が十分小さいため、バリア（「音響窓」）を通って超音波画像を合理的に得ることができる。たとえば、身体組織および血液を含む血管内で使用される場合、カテーテル２２は、血液などの体液と同様の音響インピーダンスを有する材料で少なくとも部分的に（たとえば少なくとも壁２４内におよび／または壁２４に隣接して）構成されることが好ましい。カテーテル２２の遠端（たとえば壁２４）のみが音響的に透明であればよいが、いくつかの実施形態ではカテーテル２２のより多くの部分またはすべてが壁２４と同じ材料で作られてもよいことが理解されるであろう。可能な材料には、たとえば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、またはアクリルニトルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などのポリマー材料がある。観察窓の役割を果たすカテーテル２２の少なくとも一部の好ましい厚みは、中心周波数に対応する波長の約１／２であるべきであることがわかっている。

壁２４は、図示される実施形態では装置２０の遠端にあるチャンバ２６を囲み、近位に延在する。壁２４および／またはカテーテル２２の近端は使用時に患者の外部に延在してもよく、ハンドルまたは他の作動部（たとえば図１Ａに概略的に３５で示される撮像システムおよび／または操作システム）内で終端してもよい。カテーテル２２または少なくともチャンバ２６の特定の実施形態は円筒形であり、大腿動脈に挿入されて心臓に向かって大腿動脈を通過するなど、血管に挿入されて血管を通過するようにサイズ決めされる。壁２４は、チャンバ２６に流体を注入して、壁２４および周囲の身体環境（たとえば血流）と同様または実質的に同一の超音波特性をチャンバ２６に与えることを可能にするポート２７または他の特徴を有してもよい。図示される実施形態では、モータ３２と、チャンバ２６またはトランスデューサ２８および流体を含むチャンバ２６の一部との間に、封止部材が配置される。

トランスデューサ２８は図面に概略的に示されている。「トランスデューサ」という用語は、２つ以上の部品のアセンブリおよび単一部品を含むと理解されるべきである。さらに、本明細書で使用される「トランスデューサ」は、超音波を送信し（すなわち電気（ＲＦ）信号を超音波に変換し）、超音波を受信する（すなわち超音波を電気（ＲＦ）信号に変換する）、または両方を行なう装置を含むことが理解されるであろう。複数のトランスデューサまたは部品が設けられる場合、超音波の送信がそのうちの１つで起こり、受信が別のもので起こってもよい。本明細書に説明されるトランスデューサは、１つ以上の圧電要素をそれぞれのトランスデューサとして有してもよく、体の内部または外部の他のトランスデューサと組合されて動作してもよい。例として、本明細書で使用される「トランスデューサ」は、回転および旋回部材上の単一要素トランスデューサと、回転および旋回部材上の要素の一次元配列と、回転および旋回部材上のミラーに一般的に向けられる静止単一要素トランスデューサとを含む。

例示的なトランスデューサ２８は本体またはバッキング層４０を含み、本体４０は、本体４０の一方側に取付けられたトランスデューサ要素４２と、１つ以上のクランプリング４４とを有する。インピーダンス整合層（図示せず）がトランスデューサ要素４２に、たとえば本体４０の反対側にさらに取付けられてもよい。本体４０の側部に要素４２を示されるように位置決めすることによって、以下にさらに述べるように、旋回に依存して全体的に横方向の（すなわち回転軸から離れる）および前方向の両方の超音波ビーム方向が可能になる。本体４０は超音波信号を実質的に吸収し得るため、そのような信号は実際上、要素４２から外向きの１つの一般的な方向に、たとえば本体４０から径方向に一方側にまたは制限された角度範囲にのみ投影される。クランプリング４４は、トランスデューサ２８の効率および機械的安定性を向上させることがわかっている。トランスデューサ２８は、医療用超音波処置で典型的に使用される周波数範囲内、たとえば２ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの範囲内の超音波を送受信可能である。

トランスデューサ２８は、電源および撮像システムに電子的に接続される。接続の例には、壁２４に沿った、モータシャフトの中心内腔を通過する、スリップリング接続を介した、および／または壁２４に沿った金属膜を介した導体（たとえばワイヤまたはケーブル）がある。例の実施形態は、米国仮出願番号第６１／７１３，１４３号（２０１２年１０月１２日に出願済）、国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１３／ （本願と同日に出願済であり、「超音波装置のためのフィードバック／登録機構（Feedback/Registration Mechanism for Ultrasound Devices）」と題される）、米国仮出願番号第６１／７１３，１８６号（２０１２年１０月１２日に出願済）、および国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１３／ （本願と同日に出願済であり、「マイクロモータを有する機械的走査超音波トランスデューサ（Mechanical Scanning Ultrasound Transducer with Micromotor）」と題される）に記載および図示されており、これらの出願の各々はその全体が引用により本明細書に援用される。

トランスデューサ２８は、トランスデューサ２８が回転軸の周りを回ることができるように、かつ旋回軸の周りを旋回できるように旋回機構３０内に装着される。図示される実施形態では、旋回機構は二軸ジンバルまたはジンバル型マウントであり、穴５４が貫通している中心部５２と、中心部５２から穴５４の横方向に延在するマッチングアーム５６とを含む外側フレーム片またはベース５０を有する。穴５４は、回転モータ３２からのシャフトが旋回機構３０を回すことができるように、当該シャフトの一部を収納するようにサイズ決めおよび構成される。旋回要素５８は、アーム５６の穴６０に嵌合する。図示される実施形態における旋回要素５８は、穴６０に嵌合してアクスルとして作用する側部耳部６４を有する円形ディスク６２であるため、要素５８は耳部６４によって規定される軸の周りを旋回可能である。１つ以上のばね６６が、旋回要素５８を特定の最初のまたは元の位置に付勢する。図示される実施形態では、捩じりばね６６が、一端においてまたは一端に向かってアーム５６に、かつ（たとえばばね６６の端を耳部６４の溝に挿入することによって）他端において耳部６４に接続される。第２の捩じりばね６６が他方のアーム５６および耳部６４に同様に取付けられてもよく、これは図２には見えない。図２に示される特定の実施形態は要素５８に固定されたプレート６８を含み、プレート６８は、フィラメント（たとえば縫合糸、糸または同様の要素、図示せず）を取付けるための穴６９を有する。そのようなフィラメントは、プレート６８からカテーテル２２を通って延在してもよく、引張られるか使用されてプレート６８に引張力を伝達し、要素５８を旋回させることができる。

特定の実施形態では、旋回要素５８は、その上にトランスデューサ２８の本体４０、またはトランスデューサ２８自体が固定されるバッキング、ベースまたは基板であってもよい。他の実施形態では、本体４０は、マウント３０における旋回要素になるために耳部を含んでもよいし、またはトランスデューサ２８の本体４０が直接的にまたは間接的に固定される別個のアクスルがマウント３０に設けられてもよい。マウント３０は、回転モータ３２から機構３０への回転運動の伝達によってトランスデューサ２８が回転軸の周りを回ることを可能にし、かつ、トランスデューサ２８の本体４０または旋回要素５８のディスク部に対する引張力または押力によってそれを旋回要素５８または同様のアクスルによって形成される横軸の周りに動かすことによって、トランスデューサ２８を同時に旋回させることができる。旋回要素５８はゆえに、旋回方向および軸方向の両方の周りを回転可能である。

回転モータ３２は、締まり嵌めもしくは同様の嵌合によって、またはマウント３０の穴５４の内部の（たとえば接着剤、はんだまたは溶接による）他の固定アタッチメントなどによって、機構３０に接続するための回転シャフト７０を含む。回転モータ３２は、特定の実施形態ではカテーテル２２のチャンバ２６に入れられるのに適している超小型モータである。そのような超小型モータの例には、カテーテル２２のチャンバ２６に入れられるのに適しているサイズおよび構成の圧電または電磁モータがある。たとえば、モータ３２の特定の実施形態は、ほとんど部品を有さず、小型であり、複雑度が最小である、３相のコアレスのブラシレスＤＣ電磁モータである。他の例では、圧電超小型モータが、高トルクを達成するのにギアヘッド（機械的伝動装置）を必要としないその利点のために、かつトルクケーブルおよび回転変圧器に関する問題をなくすために使用されてもよい。超小型モータ３２（たとえば電磁または圧電）の径は、特定の実施形態では０．３ｍｍ〜４ｍｍの範囲内であり、たとえば約２．０ｍｍである。シャフト７０は特定の実施形態では中空であり（すなわち自身を貫通する内腔７２を規定し）、モータ３２（たとえばデュアルシャフトモータ）全体を通って延在する。シャフト７０を通る内腔７２によって、プルまたはプッシュ機構、導電体、ガイドワイヤ、または他の構造がシャフト７０を通過することができる。プルまたはプッシュ機構は、本明細書にさらに述べるように、旋回要素５８を動作させる。

回転モータ３２は、シャフト７０を単一の回転方向において連続的に回転させるように構成されてもよい。そのような実施形態では、旋回機構３０およびトランスデューサ２８は、その単一の回転方向においてシャフト７０の回転軸の周りを回転する。逆ＥＭＦ、トランスデューサ２８によって発せられるおよび／または受信される超音波信号、ならびにモータ突極性の１つ以上をフィードバック機構として使用し、回転モータ３２（およびそれによって回転するトランスデューサ２８）の回転位置を装置２０の残りの部分に対して正確に制御し、トランスデューサ２８によって得られる画像の適切な登録を保証することができる。登録は、米国仮出願番号第６１／７１３，１４３号（２０１２年１０月１２日に出願済）および国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１３／ （本願と同日に出願済であり、「超音波装置のためのフィードバック／登録機構（Feedback/Registration Mechanism for Ultrasound Devices）」と題される）に記載された方法および構造によって達成可能であり、これらの出願の各々はその全体が引用により本明細書に援用される。回転モータ３２は代替的に、往復運動で走るように構成され、シャフト７０が、（たとえば予め定められた時間、弧または巻数の）第１の回転方向における回転と、（たとえば予め定められた時間、弧または巻数の）第２の反対の回転方向における回転とを切換えてもよい。ホールセンサ（図示せず）、または超音波、逆ＥＭＦ、モータ突極性、またはこれらの１つ以上の組合せをそのような往復運動の実施形態で使用してモータ３２の角度位置を制御および／または監視してもよい。往復モータに関する方法および構造は、米国仮出願番号第６１／７１３，１３５号（２０１２年１０月１２日に出願済）および国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１３／ （本願と同日に出願済であり、「往復運動する内部超音波トランスデューサアセンブリ（Reciprocating Internal Ultrasound Transducer Assembly）」と題される）に記載されており、これらの出願の各々はその全体が引用により本明細書に援用される。

図示される実施形態では、リニアモータ３４は、回転モータ３２の中空シャフト７０の内腔７２を通過するシャフト８０を有し、シャフト８０の遠端の一部はシャフト７０の端を越えて延在している。上述のように、シャフト８０は、シャフト７０が回転するとシャフト８０も回転するようにシャフト７０に接合されるように構成されてもよいし、または他の実施形態では、シャフト８０は、軸受または他の間隔構成（図示せず）と同様に、使用時にシャフト７０によって回転されないままであってもよい。いずれの場合も、シャフト８０はシャフト７０の内部でかつシャフト７０に対して直線的に（縦方向に）動くことができるため、シャフト７０の端から延在するシャフト８０の量は変化し得る。以下にさらに述べるように、シャフト８０を使用して旋回機構３０に力を伝達するために、モータ３４の起動によってシャフト８０をシャフト７０に対して延長および／または後退させてもよい。

リニアモータ３４は、一例では、（たとえばモータの回転軸に垂直な）横方向において（たとえば永久磁石によって）高い静磁束を作り出すことによって動作する、拡声器に広く使用されているボイスコイルと同様の電磁モータである。導電性コイルがこの磁束の中に配置され、コイルに電流が印加されると軸方向における力が生じ、シャフト８０を引張るか押す。コイル、永久磁石、および磁気導体の配置には比較的柔軟性があり、多くの構成が可能である。角度対称性のため、システムは、シャフト８０がモータ性能の変化をもたらすことなくステータに対して回転可能であるように設計されてもよい。ゆえに、いくつかの実施形態では、シャフト８０は回転モータ３２のシャフト７０とともに回転してシステム２０を単純化することができるが、他の実施形態ではシャフト８０は回転モータ３２のシャフト７０に対して静止したままである。

シャフト８０は伝達要素であり、図示される実施形態ではリニアモータ３４によって発生する力を旋回要素５８に伝達する。例として、シャフト８０は、リニアモータ３４が起動されると前進（押）力を提供する単一の要素であってもよい。モータ３４の動作が停止される（すなわち前進押力が除かれる）と、シャフト８０は、旋回機構３０の上述の実施形態におけるばね６６の作用によって押返されることなどによって後退し得る。別の実施形態（図３、以下にさらに説明する）では、単一のシャフト８０が、これも旋回要素５８に接続されるＣ字状のコネクタ８２に接続される。この実施形態では、１つのモードでリニアモータ３４を起動してシャフト８０およびコネクタ８２を押すと、リニアモータ３４がプッシュおよびプル制御の両方を提供し、それによって旋回要素５８を押して旋回軸の周りの一方向に旋回要素５８を回転させる。第２のモードでモータ３４を起動するとシャフト８０およびコネクタ８２が後方に引張られ、旋回要素５８が反対方向に回転する。

付勢部（たとえばばね６６）が設けられる実施形態では、旋回部材５８（トランスデューサ２８とともに）およびシャフト８０が付勢部によって押返される。リニアモータ３４の起動または通電がない場合、シャフト８０および旋回部材５８は最初の静止位置にある。特定の実施形態では、その最初の静止位置は、トランスデューサ２８が装置２０の回転軸Ａに対して実質的に横方向に（すなわち垂直に）に向くようなものであるが、他の実施形態では、その最初の静止位置は、トランスデューサ２８が、たとえばトランスデューサ２８からの超音波信号のいくらかまたはすべてがモータ３２および／またはモータ３４を飛び越えることができるような角度で、実質的に後方に（すなわち装置２０の遠端から離れるように）回るようなものであってもよい。図１に見られるように、超音波ビームまたは信号の範囲の領域Ｇが軸Ａに対して斜めの破線によって示されており、装置２０の遠端の周りの体積、たとえば所与の平面内の２７０度以上を包含する。この付勢によって、モータ３４は、既知の付勢に逆らって印加されるモータ３４による特定量の前進力によって特定量のシャフト８０の移動および旋回部材５８の旋回、ならびにしたがって装置２０および装置２０が入れられる脈管に対するトランスデューサ２８の既知の角度がもたらされるように較正され得る。

シャフト８０を旋回部材５８に接続するプッシュ−プル機構の例が図３に示されている。Ｃ字状のコネクタ８２は、この実施形態では、中央部８３と、中央部８３に実質的に垂直な２つの端部８４とを有する。一方の端部８４は、図３に例示されるように部材５８上の延長内にあり得る旋回部材５８の穴に挿入されることなどによって、旋回部材５８に取付けられる。他方の端部８４は、シャフト８０の穴に挿入されることなどによって、ほぼ同様にシャフト８０に取付けられる。端部８４は、それぞれの接続部（特定の実施形態では旋回部材５８またはシャフト８０）に対して旋回可能である。シャフト８０が（図３の左側に）前進運動するとコネクタ８２が押され、一方の端部８４が旋回部材５８を押して旋回部材５８を旋回軸Ｌの周りに旋回させる。図示される実施形態では、そのような押しによって、図３に見られるように、軸Ｌの周りの旋回部材５８の反時計回りの回転が生じる。リニアモータ３４の反転によってシャフト８０が後退するとコネクタ８２が引張られ、端部８４が旋回部材５８を引張り、（図３に見られるように）旋回部材５８を旋回軸Ｌの周りに時計回りに旋回させる。シャフト８０の位置の制御はこのように、旋回部材５８およびトランスデューサ２８の角度位置を制御する。

図３に示される旋回機構３０の実施形態は図２との多くの類似点を有し、実質的にＵ字状の旋回フレームまたはベース５０を示しており、この中に旋回部材５８が旋回可能に嵌合される。旋回部材５８は、フレーム５０の内部で旋回軸Ｌの周りを旋回可能であるように嵌合される。この実施形態では、トランスデューサ２８は旋回部材の少なくとも一部であり、トランスデューサ２８への導体は明確化のために図示されていない。この実施形態における旋回部材５８は、コネクタ８２のための穴を有する延長部５９を含む。図３に見られるように、この実施形態では、延長部５９は旋回部材５８の周囲にあるか、または周囲に隣接している。回転モータ３２のシャフト７０、およびリニアモータ３４のシャフト８０が示されている。

図４の実施形態では、シャフト８０は、トランスデューサ２８またはトランスデューサ要素４２と反対側で旋回部材５８に係合するように適合される、丸められた先端部８１を有する。旋回部材５８およびトランスデューサ２８は、それらが旋回軸Ｌの周りを旋回できるようにベースまたはフレーム５０に接続される。シャフト８０が（図４に見られるように右側に）前進すると、シャフト８０は、旋回軸Ｌからオフセットした点で旋回部材５８を押す。旋回部材５８は、（たとえば図２に見られるばね６６からの）旋回部材５８の付勢に逆らって、（図４に見られるように時計回りに）旋回軸Ｌの周りを回転する。押力が部分的にまたは完全に除かれると、付勢によって旋回部材が最初の位置に向かってまたは最初の位置まで戻り、シャフト８０を近位に押す。丸められた先端部８１は、旋回機構３０の旋回部材５８が回転軸の周りを回っている間に押力の印加を可能にし、かつ、小さい表面（たとえば接点）を旋回部材５８に接して提供して先端部８１と旋回部材５８との間の摩擦を減少させるので、有利である。ばねまたは同様の付勢部がマウント要素３０に提供されない実施形態では、フィードバックセンサ（図示せず）をシャフト８０に作動的に接続し、シャフト８０がシャフト７０からどこまで延在しているかを求め、それによって旋回部材５８の旋回がどの程度起こったかを求めることができる。戻り力または付勢は、求心力によって提供されてもよい。

装置２０は、装置２０の回転軸Ａの周りを回るだけでなく、トランスデューサ２８の特定の位置の前方および／または後方を見るように旋回可能である、超音波信号スイープまたは領域を提供する。たとえば、旋回要素（たとえばトランスデューサ２８を有する要素５８）は、旋回軸および回転軸の両方の周りを回転可能である。リニアモータ３４を有する実施形態では、シャフト８０はマウント要素３０に作動的に接続される。

トランスデューサ２８の旋回を制御するための他の実施形態も考えられる。たとえば、コード、糸、縫合糸または同様のフィラメントなどのある長さの可撓性材料９０が、回転モータ３２の中空シャフト７０を通って旋回要素５８のプレート６８まで装置２０に沿って配置されてもよい。コード９０を引張ると旋回要素５８に張力が伝達され、捩じりばね６６の付勢に逆らって（図２の例に見られるように）時計回り方向の旋回が生じる。コード９０に対する引張りが停止すると、ばね６６の付勢が旋回要素５８（およびトランスデューサ２８）を元の静止位置に戻す。そのようなコード９０は、リニアモータ３４が引張力を提供するように、リニアモータ３４および／またはシャフト８０に取付けられてもよい。

別の例として、捩じりばね６６による上述の付勢と反対方向に提供される付勢に逆らって、押すのみの直線力が提供されてもよい。剛性シャフト１０２がリニアモータ３４に取付けられ、リニアモータ３４が起動されるとシャフト１０２が前方に押出され、次に旋回要素５８の側部が押されて旋回要素５８が回転する。

トランスデューサ２８の１つの軸（旋回または回転軸）の周りの運動がより遅いことが好まれる装置２０の他の実施形態では、形状記憶アクチュエータ（shape memory actuator：ＳＭＡ）を採用してもよい。たとえば、より遅い旋回軸が望まれる場合、シャフト８０およびリニアモータ３４の代わりにＳＭＡを使用してもよい。ＳＭＡは、１つ以上の動作特性が変化すると形状が変化する材料を使用する。典型例は、加熱されると材料の形状記憶性質のために収縮するように構成されるニッケル−チタン合金のワイヤであり、その収縮はワイヤの全長の約３％である。ワイヤは自身を流れる電流によって加熱されてもよく、そのような電流が取除かれるとワイヤは冷却され、その元の長さに向かって膨張する。付勢力を提供してこの膨張を補助してもよい。

図６に、たとえば上述のようなニッケル−チタンワイヤなどの、ＳＭＡ材料からなる１つ以上のフィラメントのワイヤ１１１が回転モータ３２のシャフト７０の内腔７２を通り抜けて、スリップ張力ジョイント１１３などにおいて旋回機構３０に結合する装置２０の実施形態が示されている。スリップ張力ジョイント１１３によって、ワイヤ１１１は回転させずにトランスデューサ２８を回転させることができる。ワイヤ１１１は、ワイヤ１１１の直線運動を抑制する剛性プレート１１５に接続され、これはこの実施形態ではモータ３２に固定される。ワイヤ１１１はさらに、１本以上のワイヤ１１７などによって電流源に接続される。電流が印加されるとワイヤ１１１が温まり（たとえば小径ワイヤについては約０．１秒のサイクル）、ワイヤ１１１は温まるにつれて、シャフト７０内の回転軸に全体的に沿って長さが収縮することによって形状が変化するため、ワイヤ１１１の傾斜が減少する（すなわち装置２０の回転（縦）軸により向かう点。ワイヤ１１１による収縮および／または傾斜変化によって旋回機構３０の一部（たとえばスリップ張力ジョイント１１３）が引張られ、上述のようにシャフト８０が回転軸に沿って動くときと実質的に同様に、旋回機構が旋回軸の周りに旋回する。電流を中断するとワイヤ１１１は冷却され、その前の長さに向かって延びることができ、上述のように、そのような変化は、付勢部などによって、元の位置または向きに戻るトランスデューサ２８の旋回に変えることができる。

上述の実施形態ではトランスデューサ２８を旋回要素５８と接触させてまたは関連付けて配置しているため、回転モータ３２を介したマウント部材３０の回転、およびリニアモータ３４を介した旋回要素５８の調節は、トランスデューサ２８に対して本質的に直接的に作用する。これらの実施形態では、トランスデューサ２８を回転および旋回させて超音波信号を脈管または他の組織に直接的に発して受信する。装置２０の他の実施形態（たとえば図５）は、旋回機構３０（たとえば特に旋回部材５８）に取付けられるか関連付けられるミラー１００を含んでもよく、ミラー１００は回転モータ３２の作用によって回転し、リニアモータ３４の作用によって旋回することが理解されるであろう。（この実施形態では装置２０の遠端にある）静止トランスデューサ１２８はミラー１００から反射する超音波信号を組織に発し、ミラー１００はトランスデューサ１２８への戻り信号を反射する。導体１２９，１３１は、電気信号をトランスデューサ１２８に伝達して超音波を生成するために、かつトランスデューサ２８からの超音波エコーを表わす信号を撮像システムに伝達するために設けられる。トランスデューサ１２８からの、およびトランスデューサ１２８への超音波ビームは、そのような実施形態では、ミラー１００による旋回の１度毎に２度動き、ゆえにそのような実施形態は、上記に提供されたのと同様のまたはより幅広の超音波ビームの領域を提供し、より小さいまたは同様の直線運動または力がリニアモータ３４によって提供される。

チャンバ２６と、装置２０が入れられる血液または他の体液との境界における超音波反射率に対処するため、チャンバ２６の外部の流体と同様の超音波搬送特性を示す流体Ｆがチャンバ２６に入れられる。ＩＶＵＳ処置のために使用される実施形態では、チャンバ２６内の超音波特性（たとえば音響インピーダンス）がチャンバ２６の外部（すなわち血管内の血液）の特性と同様であるように、流体Ｆの例は、食塩水、鉱油、ひまし油もしくは他の種類のオイル、またはアルコールであってもよい。チャンバ２６の境界を付ける壁２４にポートＰが配置され、装置２０の使用直前にユーザが流体Ｆをチャンバ２６に注入できるようにしてもよい。ポートＰはその後、チャンバ２６から流体Ｆがほとんどまたは全く逃げないように自己封止し得る。１つ以上の封止材を装置２０内に配置して、チャンバ２６内の流体Ｆをモータ３２，３４から分離してもよい。食塩水および／またはアルコールは非常に良好な音響伝達および低粘度（低摩擦）を有するが、それらは腐食性であり、使用時にチャンバ２６に注入するかまたは別の方法で入れなければならない。オイル（たとえば鉱油またはひまし油）はわずかに劣る音響特性およびはるかに高い粘度（より高い摩擦）を有するが、装置２０の使用のかなり前にチャンバ２６に入れることができる。

次に、ＩＶＵＳの文脈において装置２０を使用する例を説明する。上述のように、本明細書に開示される装置は他の種類の内部処置にも使用され得ることが理解されるであろう。

装置２０が（たとえば流体Ｆがまだ存在しない場合は、流体Ｆをチャンバ２６に注入することによって）準備され、患者の血管に挿入され、脈管構造の内部の所望の位置まで移動される。トランスデューサ２８を、リニアモータ３４または他の直線力提供部材を使用して装置２０の少なくとも全体的に前方を向くように旋回させることができるため、トランスデューサ２８は移動時に所望の位置まで動作させられ得る。配置の間中、および所望の撮像場所において、回転モータ３２を動作させてトランスデューサを回転軸の周りに回して装置２０の周りの画像を提供することができ、（一例として）リニアモータ３４を動作させてトランスデューサを旋回軸の周りに旋回させて超音波場を前方におよび／または後方にずらすことができる。モータ３２および３４のための制御部（図示せず）を設けて、一方または両方を特定の回転速度またはパターンに維持してもよい。たとえば、３０〜１００Ｈｚの回転軸の周りのスピンなどのモダリティを約１〜２Ｈｚの旋回軸の周りのより遅い旋回と組合せて、定義済パターンの前方および後方の鮮明な画像を提供してもよい。回転軸の周りの比較的遅いスピン（たとえば約１〜２Ｈｚ）を、たとえば装置２０の共振周波数近傍のより迅速な旋回軸の周りの旋回と組合せると良好な結果を提供できることもわかっている。トランスデューサ２８が回転軸の近くに向けられているときの回転軸の周りの速い回転と、トランスデューサ２８が回転軸から離れているときの回転軸の周りの遅い回転とを提供するモダリティも、画像フレームレートおよび鮮明さを向上させるのに有用である。トランスデューサ２８および超音波場の位置決めを調整しながら、医師が必要または有用であると見なす通りに撮像が継続される。

ＩＶＵＳで使用される装置２０の実施形態の径は好ましくは、人間の脈管構造において効果的であるように、約２．７〜３．０ｍｍ以下である。リニアモータ３４および回転モータ３２の各々の長さは、特定の実施形態では約２．５ｍｍであってもよい。マウント３０およびトランスデューサ（圧電要素）２８を含めると、全長は約１０ｍｍであってもよい。装置２０は血管内（ＩＶＵＳ）使用の文脈で上記に一部説明されるが、装置２０の実施形態は他の医療処置にも、および／またはさまざまな他の医療装置とともにも使用可能であることが理解されるであろう。本明細書に説明される実施形態の汎用性によって、ＩＶＵＳを使用して、たとえば塞栓コイル、ステント、フィルタ、グラフ、バルーン、生体組織検査、および治療法の投与などの経皮的な治療介入を誘導することができる。装置２０を使用して、療法を正確に配置または誘導するために使用されるさまざまな解剖学的ランドマークの場所を突き止めることができる。典型的なランドマークには、コンフルエンス、分岐点、側枝、近くの脈管、近くの神経、心臓、および脈管に隣接した他の組織またはＩＶＵＳトランスデューサを含む他のオリフィスがある。装置２０を使用して、治療または回避する患部組織の場所を突き止めることもできる。装置２０を生体検査時に使用して、組織内に展開されている針の画像を提供することができる。ＴＩＰＳ処置の間、門脈に入れられている針を医師が見ることができるようにするための画像を生成することができる。ＡＡＡ送達について、装置２０によって、医師はガイドワイヤを対側肢に入れることができる。さらに装置２０を使用して、展開の最中および展開後の両方に、展開した植込型装置の場所を撮像することもできる。

図７〜図１０は、内部超音波処置のための装置２２０の構造の実施形態を表わす。装置２２０のこの実施形態は、トランスデューサ２２８、旋回機構２３０、装置側回転モータ２３２、制御側回転モータ２３４、およびモータ２３２と２３４との間のモータリンク装置２４０を含む。この実施形態に関して使用する数は先の実施形態で使用した数と一致し、２が前に付けられている。装置２２０の特徴は、本質的に装置２０およびカテーテル２２に関して上記に説明したように、カテーテル２２２に入れられるよう特定の実施形態において意図されている。

装置側回転モータ２３２は、旋回機構２３０寄りの、装置２２０の適用端の側に配置されるモータである。モータ２３２は、特定の実施形態では、電磁モータまたは圧電モータなどの、カテーテル２２２に入れられるのに適している超小型モータであり、その具体例はモータ３２に関して上記に述べられている。モータ２３２は、この実施形態では機構２３０に接続するための中空の回転シャフト２７０を含み、モータ２３２が動作するとシャフト２７０が回る。モータ２３２およびシャフト２７０の動作は、モータ３２およびシャフト７０の動作に関して上述した工程または特徴を含み得ることが理解されるであろう。装置側回転モータ２３２の回転率は、シャフト２７０および機構２３０の回転率を決定する。シャフト２７０を通る内腔によって、プルまたはプッシュ機構、導電体、ワイヤガイドまたは他の構造がシャフト２７０を通過することができる。以下に述べるように、この実施形態では、トランスデューサ２２８の旋回をもたらすための特定の構造がシャフト２７０の内腔を通過する。

制御側回転モータ２３４は、装置２２０のカテーテル２２２の適用端の側に配置される。装置側回転モータ２３２と同様に、制御側回転モータ２３４は、ねじ切シャフト２８０内の回転運動を生成する超小型モータ（たとえば電磁または圧電モータ）である。シャフト２８０は、モータ２３２の一部であるかモータ２３２に接続され、装置側回転モータ２３２の中空シャフト２７０を通過し、シャフト２８０の遠端の一部はシャフト２７０の端を越えて延在している。図示される実施形態では、シャフト２８０はその全長にわたってねじ切りされているが、他の実施形態では、シャフト２８０は１つ以上の別個の部分、たとえば中空シャフト２７０を通過して中空シャフト２７０を越えて延在する部分のみにわたってねじ切りされてもよい。シャフト２８０は、シャフト２７０の内部で、かつシャフト２７０に対して回ることができる。制御側回転モータ２３４の回転率は、ねじ切シャフト２８０の回転率を制御する。以下にさらに述べるように、モータ２３２および２３４の相対回転率がトランスデューサ２２８に旋回動作を提供する。

モータリンク装置２４０は、図示される実施形態では制御側回転モータ２３４を装置側回転モータ２３２に接続する。リンク装置２４０は、ねじ切シャフト２８０がその中を通って延在する管として示されており、ねじ切シャフト２８０がカテーテル２２２の壁に接触しないようにする。いくつかの実施形態では、リンク装置２４０を各モータ２３２，２３４に接続するとモータ同士の間にブレーシングが提供され、モータ２３２，２３４が互いに向かってまたは互いから離れるように動く傾向を制限するかなくす。リンク装置２４０は、脈管に通される際に（装置２２０とともに）曲がることができるように、好ましい実施形態では横方向に可撓性を有する材料からなる。モータ２３２および２３４が当接しているか近接して隣接しており、リンク装置２４０が除去されるか実質的に縮小される構成が考えられるが、そのような構成は、モータの領域内の柔軟性および曲げの量を制限する場合がある。

一実施形態におけるトランスデューサ２２８は実質的に、トランスデューサ２８に関して上述したようなものである。トランスデューサ２２８は、トランスデューサ２２８が回転軸の周りを回ることができるように、かつ旋回軸の周りを旋回できるように旋回機構２３０内に装着される。機構２３０の図示される実施形態は、上述の機構３０と同様のジンバル型マウントであり、穴２５４が貫通している中心部２５２と、中心部２５２から穴２５４の横方向に延在するマッチングアーム２５６とを含む外側フレーム片またはベース２５０を有する。中心部２５２は、モータ２３２のシャフト２７０が旋回機構２３０を回すことができるように、シャフト２７０に、またはシャフト２７０に対して固定される。穴２５４は、モータ２３４からのシャフト２８０の一部をねじ切収納するようにサイズ決めおよび構成される。図７〜図８の実施形態では、旋回要素２５８がアーム２５６の穴２６０に嵌合する。図示される実施形態における旋回要素２５８は、穴２６０に嵌合してアクスルとして作用する側部耳部または旋回点２６４を有する円形ディスク２６２であるため、要素２５８は耳部２６４によって規定される軸の周りを旋回可能である。特定の実施形態では、旋回要素２５８は、上記の要素５８およびトランスデューサ２８の記載と同様に、その上にトランスデューサ２２８のすべてもしくは一部が固定されるバッキング、ベースもしくは基板であってもよいし、またはトランスデューサ２２８の一部であってもよい。

この実施形態における機構２３０は、アーム２５６と接触している摺動部材またはプレート３１０を含む。摺動部材またはプレート３１０はこの実施形態では、各々が上溝および下溝３１２を有するそれぞれの外側部３１１を有する。機構２３０のアーム２５６はプレート３１０の溝３１２内にあるため、プレート３１０はアームに沿って摺動し、機構２３０に対して直線移動することができる。部材３１０は自身を貫通する開口部３１３を含み、これは図示される実施形態では部材３１０のほぼ中心にある。プレート３１０は、開口部３１３の縁もしくは端縁がシャフト２８０のねじ山に適合したねじ山として作用するように薄くてもよいし、または開口部３１３の縁もしくは端縁がねじ切シャフト２８０のねじ山に係合するように内部にねじ切りされてもよい。

図示される実施形態では、アーム２５６に沿ったプレート３１０の動作範囲は、旋回機構２３０のアーム上のリミットストップ３３１によって規定される。リミットストップ３３１はこの実施形態ではアームから延在する隆起部またはボスとして、たとえばアーム２５６の平面内にありアーム２５６と一体の正方形または矩形タブとして示されている。リミットストップ３３１の箇所は、プレート３１０がアーム２５６に沿ってさらに摺動することが阻止されるアーム２５６に対する場所を作ることによって、プレート３１０の最大移動量を決定する。特定の実施形態では、リミットストップ３３１は中心部２５２の遠位の場所にのみ配置されるため、プレート３１０は（制御側リミットストップとして作用する）中心部２５２とリミットストップ３３１との間しかせいぜい摺動できないが、他の実施形態では、１組のリミットストップ３３１が中心部２５２の内部に配置され、別の１組のリミットストップ３３１がさらに遠位に配置されてもよい。プレート３１０および／またはアーム２５６の一部またはすべては、アーム２５６上のプレート３１０の摺動をより容易にするように低摩擦材料（たとえばＰＴＦＥ（テフロン）（登録商標））で作られるかコーティングされてもよい。

プレート３１０はアーム２５６に接続されるため、プレート３１０は、装置側回転モータ２３２によるシャフト２７０の回転によって決定される速度で旋回機構２３０とともに回転する。プレート３１０はさらに、シャフト２８０のねじ山が開口部３１３を通ってプレート３１０に係合すると、ねじ切シャフト２８０にねじ接続される。ねじ切シャフト２８０の回転率は、制御側回転モータ２３４によって決定される。シャフト２７０および２８０の回転率が同じである場合、すなわちシャフトの相対回転速度がゼロである場合は、プレート３１０とシャフト２８０との間の相対回転はなく、したがってねじ切シャフト２８０はプレート３１０をアーム２５６に沿ったいずれの方向にも押出さない。シャフト２７０と２８０との間にゼロでない相対回転速度がある場合は、シャフト２８０とプレート３１０との間に相対回転があり、シャフト２８０とプレート３１０との間のねじ係合によって、プレート３１０がシャフト２８０およびアーム２５６に沿って縦方向に動く。

強制部材３６０（上述のシャフト１０２と類似）がプレート３１０に取付けられ、図示される実施形態では、部材３６０は旋回軸の一端において、かつ旋回軸の脇に、旋回要素２５８に接続される。一例として、旋回要素２５８は、トランスデューサ２２８と反対に（たとえば実質的に垂直に）旋回要素２５８から延在するタブＴを含んでもよい。強制部材３６０は、部材３６０がタブＴに対して旋回可能であるように、タブＴの穴またはスロット（たとえば図７、図８Ａ〜図８Ｂ）を通って延在することなどによってタブＴに接続する遠端フィンガーＦを含んでもよい。強制部材３６０がプレート３１０に取付けられて旋回要素２５８に接続されているので、プレート３１０が動くと強制部材３６０が旋回部材２５８に力を印加し、旋回部材２５８が耳部２６４によって規定される軸の周りを（トランスデューサ２２８とともに）回転する。

図示される実施形態における強制部材３６０は、好ましくは縦方向の弾性をほとんどまたは全く有しない平坦なバーであるため、プレート３１０の動きは旋回要素２５８に効率的に伝達される。強制部材３６０は、特にプレート３１０および旋回部材２５８がそれぞれの移動限界に近づくと、図面に示唆されるように、縦軸に垂直な軸の周りにいくらかの可屈曲性を有し得る。好適な強制部材は、上述のＣ字状ワイヤ構造または同様の部材などの、摺動プレート３１０がアーム２５６に沿って動くと旋回部材２５８への十分な力の伝達を提供する他の形状または材料で作られてもよい。

機構２３０は、シャフト２７０を介したモータ２３２から機構２３０への回転運動の伝達によって、トランスデューサ２２８が回転（たとえば縦）軸の周りを回ることを可能にする。機構２３０は、摺動プレート３１０から部材３６０を介して伝達される旋回要素２５８に対する引張力または押力によって、（たとえば回転軸に垂直な）旋回軸の周りのトランスデューサ２２８の旋回を同時に可能にする。プレート３１０は、ねじ切シャフト２８０の回転速度がシャフト２７０の回転速度と異なり、したがってシャフト２７０に対するシャフト２８０のゼロでない相対速度が存在するときに、アーム２５６に沿って動かされる。後者の場合、シャフト２８０とプレート３１０とのねじ係合によって、プレート３１０がアーム２５６に沿って摺動する。ゆえに、旋回要素２５８は旋回方向および軸方向の両方の周りを回転可能である。

シャフト２７０および２８０の一方または両方の回転速度の変更または変動によって旋回要素２５８の往復旋回運動が生じ得ることができることが理解されるであろう。たとえば、シャフト２７０の回転速度が値Ｖで一定に保持され、シャフト２８０の回転速度が値Ｖ＋ｖから値Ｖ−ｖに均一に、徐々に、または階段状に変動する場合は、その効果は往復旋回運動である。両回転速度がＶである場合は旋回がなく、その状態は、極端な位置にある旋回部材２５８およびプレート３１０（たとえばプレート３１０がリミットストップ３３１または機構２３０のベース２５０に当接しているか近接している）に対応し得る。シャフト２８０の速度がＶよりも大きい（すなわちＶ〜Ｖ＋ｖまたはＶ＋ｖである）場合は、プレート３１０はアーム２５６に沿って１つの直線方向に（ベース２５０に向かって、またはベース２５０から離れるように）動き、部材２５８を１つの角度方向（時計回りまたは反時計回り）に旋回させる。シャフト２８０の速度がＶ未満である（すなわちＶ〜Ｖ−ｖまたはＶ−ｖである）場合は、プレート３１０はアーム２５６に沿って他方の直線方向に動き、部材２５８を他方の角度方向に旋回させる。

機構２３０によって、旋回機構２５８の旋回を、トランスデューサ２２８が装置２２０の縦軸に沿ってまたは実質的に沿って向くように、実質的に前方を見ている第１の位置（たとえば図８Ａ）から、トランスデューサ２２８がその前方を見ている第１の位置の後ろの９０度よりも大きい方向（すなわち縦軸に対する垂直を越える）に向くように、やや後方を見ている第２の位置（たとえば図８Ｃ）に構成することができる。ゆえに、装置２２０は超音波を用いて前を見る能力を有し、かつ、超音波伝達によって利用可能な視野の非常に広範な角度および体積を有する。

図１０は、上述の機構２３０と多くの点で同様なジンバル型機構２３０′の代替実施形態を示しており、同様の部分は同じ番号にダッシュ記号を付けて示している。機構２３０′は、ベース２５０に関して説明したような穴２５４′と、アーム２５６′とを含むベース２５０′を含む。この実施形態では、アーム２５６′は、旋回機構２５８′を配置する前の角度Ａが９０度未満であるように形成される。アーム２５６′は互いに対向するディボットまたは圧痕２５６ａ′を含み、旋回機構２５８′も対向するディボットまたは圧痕２５８ａ′を含む。圧痕２５６ａ′および２５８ａ′は、旋回機構２５８′が機構２３０′に接続されると並び、機構２５８′がアーム２５６′に対して周りを旋回する軸上に全体的に存在する。それぞれのインサート２５９′は各圧痕２５６ａ′内に、または向かい合う圧痕２５６ａ′と２５８ａ′との対の間に配置される。インサート２５９′は図示される実施形態では球状（たとえば玉軸受）であり、当該インサートと、当該インサートが分離するアーム２５６′および旋回機構２５８′の表面との間の摩擦を制限し、テフロンなどの低摩擦材料で作られるかコーティングされてもよい。インサート２５９の一方または両方の他の実施形態は、旋回機構２５８′がアーム２５６′の内部を自由に旋回できるようにする別の形状を有してもよい。特定の実施形態では、一方または両方のインサート２５９′が導電性材料で作られるかコーティングされ、したがって、旋回機構２５８′（および／またはそれに接続もしくは固定されるトランスデューサ）と、機構２３０′のそれぞれのアーム２５６′（またはその導電面）との間の電気接触点として作用し得る。

旋回機構２５８′は、インサート２５９′を介してアーム２５６′に接続されると、アーム２５６′が板ばねの態様で外向きに弾性変形するようにサイズ決めされる。角度Ａはアーム２５６′が変形すると増加し、アーム２５６′内にこうして生じる弾性力またはばね力は、旋回機構２５８′およびインサート２５９′を所定位置に維持するのに十分である。機構２５８′（およびそれに接続または固定されるトランスデューサ）の旋回は、インサート２５９′に接合する軸の周りにある。

上記のように、トランスデューサ２２８は、トランスデューサ２８に関して上記に説明した実施形態と実質的に同一であってもよい。具体的な実施形態では、トランスデューサ２２８は旋回機構２５８に固定されるか、またはその一部もしくはすべてを形成する。例示的なトランスデューサ２２８（たとえば図８Ａ〜図８Ｃ）は、（圧電材料と比べて）薄い導電上部電極層２６３と薄い導電下部電極層２６５とを有する圧電要素２６１である。任意の整合層が上部電極層２６３上に配置され、任意のバッキング層が下部電極層２６５上に配置されてもよい。層２６３，２６５は、トランスデューサ２２８に通電する、および／またはトランスデューサ２２８から電気信号を送信するための接続点として使用されるが、整合および／またはバッキング層（存在する場合）も導電性を有し、それぞれの電極層の延長部を形成してもよい。さらに、層２６３および２６５は、圧電要素２６１の側部の周りに一層を延在させて他方の層に接続し、それによって両電気接続点がアセンブリの一方側に存在することができるようにすることなどによって、電気的に接続されてもよい。

具体化される導電層２６３，２６５の配置は、金などの導電性材料を用いる選択的なめっきまたはコーティング処理によって達成可能である。この処理によって接触点が圧電要素２６１の各側に配置され、そこからトランスデューサ２２８への電気接続を行うことができる。別の例として、下部層２６５は、バッキング材料を囲むのに使用する成形ポリマーシェルの壁を通過するインサート成形コンタクトを介して作られてもよい。上部層２６３は、要素２６１の上面の小さい部分への溶接、はんだ付けまたは導電性糊付けによって作られてもよい。整合層は、存在する場合、層２６３への電気接続のためのスペースを確保するために小さい切欠部を有して作られる。

超音波走査の最中に電気インパルスを受信および／または送信するために、トランスデューサ２２８の上面およびトランスデューサ２２８の底部（またはトランスデューサ要素に電気的に接続される旋回機構２５８の底部）への電気接続が行なわれる。特定の実施形態では、そのような電気接続は、旋回機構２５８のための旋回点に、または旋回点から接続される。その場合、旋回点は、機構２３０と適用端モータ２３２との間のスリップリングアセンブリ（概略的に４００で示される）に電気的に接続される、機構２３０に沿って（たとえばアーム２５６に沿って）走る可撓性ワイヤ（図示せず）に溶接またははんだ付けされてもよい。そのようなワイヤは絶縁されてもよく、旋回点における溶接またははんだ領域は、機構２３０の周りに導電性流体が存在する場合は、流体中の電気接続のショートを防止するために絶縁材料でコーティングされてもよい。

そのようなワイヤの代わりに、アーム２５６の一方または両方が導電性材料で作られるか少なくとも部分的にコーティングされてもよく、旋回点はアーム２５６またはそれらの導電部に直接接続する。アーム２５６またはそれらの一部が導体として使用される場合、ベース２５０は非導電性であり、アーム２５６に別個に通電することができる。一例として、フレーム全体（ベース２５０およびアーム２５６）が非導電性材料で作られ、アーム２５６が導電性材料で少なくとも部分的にコーティングされてもよい。別の例では、機構２３０がインサート成形され、金属アーム２５６が非導電性（たとえばポリマー）ベース２５０から延在してもよい。別の例では、ベース２５０および／またはアーム２５６は非導電性ポリマー（たとえばポリイミド）によって分離される導電性材料からなる少なくとも２層を含んでもよい。コンタクトまたは電気線の両方が露出するそのような例では、非導電性接触流体（たとえばシリコン油または他の非導電性オイル）を使用すべきである。１つのコンタクトまたは電気線のみが露出する場合は、食塩水または他の導電性流体を接触媒質として使用してもよい。

他の電気接続の例では、強制部材３６０を導体として使用する。たとえば、上述の実施形態では、部材３６０はタブＴを介して旋回部材２５８に（および／またはトランスデューサ２２８）に接続し、導電性材料で作られるか少なくとも部分的にコーティングされる場合は、トランスデューサ２２８の底部から導体として作用し得る。トランスデューサ２２８の上面は、たとえば一方もしくは両方の旋回点、ワイヤ、および／またはアーム２５６を介して、上述のように電気的に接続されてもよい。特定の実施形態は、たとえば導電性接触媒質を使用する場合は、強制部材３６０の外面上に絶縁層を含んでもよい。強制部材３６０が導電性を有しない場合、または強制部材３６０を導体として使用することが望まれない場合は、ワイヤ３６１（図９）がトランスデューサ２２８の底部に電気的に接続され、モータ２３２における、またはモータ２３２と機構２３０との間の接続（たとえばスリップリング接続）まで部材３６０に沿って走ってもよい。図９は、一端が旋回部材２５８および／またはトランスデューサ２２８の一部に接続され、かつ上述のようにアーム２５６の開口部を通って接続（図示せず）まで延在するワイヤ３６１を示す。

図示される実施形態では、概略的に４００で示されるスリップリングアセンブリが、ベース２５０とモータ２３２との間に着座する。スリップリングの実施形態は、米国仮出願番号第６１／７１４，２７５号（２０１２年１０月１６日に出願済）および国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１３／ （本願と同日に出願済であり、「スリップリングを有する内部トランスデューサアセンブリ（Internal Transducer Assembly With Slip Ring）」と題される）に開示されており、これらの出願の各々はその全体が引用により本明細書に援用される。スリップリング構造の回転ブラシはアーム２５６の導電層もしくは面に、またはトランスデューサ２２８からの配線または他の導体に電気的に接続される。ブラシはモータ２３２上の静止リングに接触する。リングは特定の実施形態ではフレキシブルプリント回路基板であってもよく、これは、モータ２３４を過ぎて、装置ハンドルまたは他の制御部まで延在する導体（たとえば同軸ケーブル）に（たとえばカテーテル２２２上もしくは内のワイヤもしくは導電層によって、またはカテーテル２２２の壁部によって）電気的に接続される。他の実施形態では、ブラシは静止片としてモータ２３２上に配置されてもよく、リングはベース２５０または機構２３０の他の部分上に配置されてもよいことが理解されるであろう。

たとえば回転軸に関する「回転」または「回転する」という用語の使用において、回転は３６０°よりもはるかに大きい角度変化を含意することが多いが、本明細書に開示される装置は、回転角度が３６０°未満の角度を回転し得るように一定の実施形態において構成され得ることを理解すべきである。同様に、たとえば旋回軸に関する「旋回」または「旋回する」という用語の使用において、旋回するという用語は３６０°未満の角度変化を含意することが多いが、本明細書に開示される装置は、旋回角度が３６０°よりも大きい角度を旋回し得るように一定の実施形態において構成され得ることを理解すべきである。いくつかの例では、「旋回する」という用語は「回転する」よりも自然である、またはその逆であると一部の人々によって考えられるかもしれないが、本願の目的において、「回転する」および「旋回する」という用語は、角度変化の性質または大きさではなく、周りに角度変化が起こる軸を示すために明確化のために使用される。

図面および上記の説明において実施形態を詳細に図示および説明してきたが、これらの特徴は例示的であり制限的でないと考えられるべきであり、特定の実施形態のみが図示および説明されたこと、かつ本開示の思想内にあるすべての変更および修正の保護が所望されることが理解される。１つ以上の具体的な実施形態に関して上記した特徴または属性は、開示した構造および方法の他の実施形態に使用されるか組込まれてもよいことが理解されるであろう。

Claims (18)

1. 超音波処置のための装置であって、
   超音波信号を発するおよび／または受信するためのトランスデューサと、
   第１および第２のモータとを備え、前記第１のモータは、前記第１のモータが動作すると前記トランスデューサが前記装置の回転軸の周りを回るように前記トランスデューサに作動的に接続され、前記第１のモータと前記第２のモータとは同心に配置され、
   前記第２のモータは、前記装置の前記回転軸を横切る旋回軸の周りの前記トランスデューサの旋回運動が前記第２のモータの動作の関数であるように前記トランスデューサに作動的に接続され、
   前記第１のモータは第１のシャフトを回し、前記第１のシャフトは内腔を有し、かつ前記トランスデューサに作動的に接続され、前記第２のモータは第２のシャフトを動作させ、前記第２のシャフトは前記第１のシャフトの前記内腔を通って延在し、かつ前記トランスデューサに作動的に接続される、装置。
2. 前記第１のモータは回転モータであり、前記第２のモータはリニアモータおよび回転モータの一方である、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１のモータの動作に応答して回転するように前記第１のモータに作動的に接続される旋回機構をさらに備え、前記旋回機構は、ベースと、前記旋回軸の周りを前記ベースに対して旋回可能な旋回部材とを有し、前記旋回軸は前記回転軸に実質的に垂直であり、
   前記旋回部材に作動的に接続される強制部材をさらに備え、前記強制部材を介して印加される力が、前記旋回軸の周りの前記旋回部材の旋回を制御する、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記トランスデューサは、前記旋回部材の少なくとも一部である、請求項３に記載の装置。
5. 前記旋回機構は、前記ベースから延在する１対のアームと、前記アームに沿って摺動するように適合され、かつ前記強制部材に接続される摺動プレートとを含み、前記摺動プレートは前記第２のシャフトにねじ接続される、請求項３に記載の装置。
6. 前記第２のモータはリニアモータであり、前記強制部材は前記第２のシャフトを含み、前記第２のシャフトは前記回転軸に実質的に沿って延在しており、前記第２のモータが動作すると前記第２のシャフトが前記回転軸に沿って動き、前記第２のシャフトは、前記旋回軸の周りの前記トランスデューサの旋回を制御するように前記トランスデューサに作動的に接続される、請求項３に記載の装置。
7. 前記第２のシャフトは前記旋回部材に直接接続される、請求項３に記載の装置。
8. 前記第２のシャフトは旋回コネクタによって前記旋回部材に接続される、請求項３に記載の装置。
9. 前記強制部材は、前記第２のモータの動作によって前記回転軸に沿って２方向に可動であり、前記強制部材が第１の直線方向に動くと前記トランスデューサが第１の旋回方向に旋回し、前記強制部材が第２の直線方向に動くと前記トランスデューサが反対の第２の旋回方向に旋回する、請求項３から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記第１および第２のモータは１つ以上の速度で別個に動作可能であり、それによって所望の超音波走査パターンを得ることができる、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記第１のモータは、前記超音波信号が前記第１のモータの回転軸に近づく方向に向いているような状態に前記旋回機構があるときは前記第１のモータが速く回転するように、かつ前記超音波信号が前記第１のモータの回転軸から離れる方向に向いているような状態に前記旋回機構があるときは前記第１のモータが遅く回転するように構成される、請求項３に記載の装置。
12. 前記トランスデューサは、前記ベースに対して最初の向きにばね付勢され、前記強制部材を介して印加される力が除かれると、前記旋回部材は前記最初の向きに向かって戻る、請求項３〜９、および１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記旋回機構はジンバルマウント装置である、請求項３から１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記トランスデューサならびに前記第１および第２のモータを収容するための管状部材をさらに備え、前記管状部材は、前記管状部材の壁部によって少なくとも部分的に規定される遠位チャンバを有し、前記遠位チャンバは少なくとも前記トランスデューサおよび媒質を収容し、前記壁部および前記媒質は、前記管状部材が挿入される身体部位と同様の超音波通過特性を有するため、前記媒質と前記壁部との境界における、および前記壁部と身体環境との境界における超音波の反射が、前記境界を通る撮像に許容可能なレベルまで低下する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記第１および第２のモータの両方が回転モータであり、前記トランスデューサの旋回運動は、前記第１および第２のモータの回転速度の差の関数である、請求項１から５、７、８、および１１のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記強制部材は、フラットバーおよび成形ワイヤの一方である、請求項５に記載の装置。
17. 前記アームの各々は少なくとも１つのリミットストップを含み、前記リミットストップを越える前記摺動プレートの動きを阻止する、請求項１６に記載の装置。
18. 前記旋回機構は、前記ベースから延在する１対のアームを含み、前記旋回機構は、各アームと前記ベースとの間のそれぞれの角度の各々が９０度未満である無応力状態を有し、前記アームの各々はそれぞれの圧痕を有し、前記旋回部材および前記トランスデューサの少なくとも一方は対向する対応の圧痕を含み、前記装置はさらに１対のインサートを備え、各インサートは、前記アームおよび旋回部材またはトランスデューサのそれぞれの対応する圧痕の内部に配置されるため、前記旋回機構は、各アームと前記ベースとの間のそれぞれの角度が増加し、前記旋回機構およびインサートを前記アームに対して所定位置に維持するのに十分なばね力が生成される応力状態を取る、請求項３に記載の装置。

Images