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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-13
(45)【発行日】2024-06-21
(54)【発明の名称】マルチセンサカテーテルアセンブリ
(51)【国際特許分類】
A61B 8/12 20060101AFI20240614BHJP
【ＦＩ】
A61B8/12
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2022509133
(86)(22)【出願日】2020-08-12
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-19
(86)【国際出願番号】 US2020045981
(87)【国際公開番号】W WO2021030470
(87)【国際公開日】2021-02-18
【審査請求日】2023-08-07
(31)【優先権主張番号】62/886,284
(32)【優先日】2019-08-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】519425981
【氏名又は名称】ゼッド メディカル，インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(74)【代理人】
【識別番号】100151459
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 健一
(72)【発明者】
【氏名】トーマス シー．ムーア
(72)【発明者】
【氏名】ドナルド マスター
(72)【発明者】
【氏名】ロバート エイチ．フェントン
【審査官】後藤 昌夫
(56)【参考文献】
【文献】特表２００２－５２６１４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５０２６９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５１８１５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５１３６４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０８７９４８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ８／００－８／１５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
超音波撮像装置（１１００）であって、患者の体内に低侵襲で挿入するための撮像アセンブリ（１３００）であって、前記撮像アセンブリは、
複数のトランスデューサアレイ素子を有する超音波トランスデューサアレイ（１３２０）と、
前記撮像アセンブリ（１３００）内で前記超音波トランスデューサアレイに動作可能に接続された集積回路（１３４０、１３４２、１３４４、１３４６）であって、前記集積回路は、
前記複数のトランスデューサアレイ素子のうちの１つのトランスデューサアレイ素子で超音波信号を送信し、前記複数のトランスデューサアレイ素子のうちの複数のトランスデューサアレイ素子で超音波信号を受信することを含む送受信シーケンス、及び、
超音波撮像を実施する際に前記超音波撮像装置のために選択された超音波走査モダリティを支持するために前記超音波トランスデューサアレイの副開口部を最適化するための動作コード、
を保存するようにプログラム可能なメモリを備え、前記副開口部は、前記複数のトランスデューサアレイ素子よりも少ないトランスデューサアレイ素子のサブセットを有する、
集積回路と、
を具備する、超音波撮像装置。
【請求項2】
前記超音波トランスデューサアレイは、６４個のトランスデューサアレイ素子を有し、前記超音波撮像装置は、前記６４個のトランスデューサアレイ素子のいずれか１つのトランスデューサアレイ素子で送信し、前記６４個のトランスデューサアレイ素子のいずれか１つのトランスデューサアレイ素子で受信するように、それぞれが前記メモリによって構成可能な第１、第２、第３及び第４の集積回路を具備する、請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項3】
前記超音波撮像装置は、超音波トランスデューサに動作可能に接続された４つ以上の集積回路を備え、複数の集積回路が、第１の受信ライン上で、第１の組のトランスデューサアレイ素子に動作可能に接続され、複数の他の集積回路が、第２の受信ライン上で、第２の組のトランスデューサアレイ素子に動作可能に接続され、前記第１及び第２の組のトランスデューサアレイ素子は、撮像アセンブリの中心軸周りに交互に配置される、
請求項１又は２に記載の超音波撮像装置。
【請求項4】
第１の集積回路に動作可能に接続された第１の生理学的センサであって、前記第１の集積回路は、前記第１の生理学的センサからの信号を第１の受信チャネルに多重化する、第１の生理学的センサと、第２の集積回路に動作可能に接続された第２の生理学的センサであって、前記第２の集積回路は、前記第２の生理学的センサからの信号を第２の受信チャネルに多重化する、第２の生理学的センサと、をさらに具備する、請求項１、２又は３に記載の超音波撮像装置。
【請求項5】
前記第１の組のトランスデューサアレイ素子に接続された前記集積回路は、第１の差動送信機信号及びクロック信号によって駆動され、前記第２の組のトランスデューサアレイ素子に接続された前記集積回路は、第２の差動送信機信号及び前記クロック信号によって駆動され、前記第１及び第２の差動送信機信号は異なる、請求項３に記載の超音波撮像装置。
【請求項6】
前記超音波トランスデューサアレイは、８つの集積回路であって、各集積回路は専用の受信チャネルに動作可能に接続される、８つの集積回路を備え、前記超音波撮像装置は、前記超音波トランスデューサアレイの１つの素子での超音波信号の送信と、前記超音波トランスデューサアレイの８つの素子での超音波信号の受信と、を含む超音波走査モダリティを実行するように構成可能である、請求項１～５のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
【請求項7】
前記超音波走査モダリティは、円筒形超音波走査モダリティ、側面超音波走査モダリティ又は前向き３Ｄ超音波走査モダリティである、請求項１～６のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
【請求項8】
前記集積回路上に低雑音増幅器をさらに具備する、請求項１～７のいずれか一項に記載の超音波撮像装置であって、前記低雑音増幅器は、前記超音波トランスデューサアレイから受信された超音波信号に利得を提供するように構成可能であり、前記低雑音増幅器によって提供された前記利得は、前記集積回路の電力消費を低減するために可変である、超音波撮像装置。
【請求項9】
前記低雑音増幅器は、前記集積回路の電力消費を低減するために、受信ウィンドウが機能してないときに、スイッチが切られるように動作可能である、請求項８に記載の超音波撮像装置。
【請求項10】
前記集積回路上のエラー検査回路であって、前記エラー検査回路は、４ビットのデジタルエラー出力を可能にする２本の差動信号線のそれぞれのＤＣバイアス電圧を引き上げるか引き下げることによって、前記集積回路が前記送受信シーケンス又は動作コードのエラーを報告することを可能にする巡回冗長検査信号を生成するために差動信号を使用する、エラー検査回路をさらに具備する、請求項１～９のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
【請求項11】
前記集積回路は、円筒形アレイ副開口部のサイズを増大させるか減少させて、撮像パラメータを最適化するために、異なる送受信シーケンスを用いてプログラム可能である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
【請求項12】
前記集積回路は、前記超音波トランスデューサアレイに向けられた異なる伝達電圧によって駆動されるようにプログラム可能である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
【請求項13】
超音波撮像装置用の撮像アセンブリであって、前記撮像アセンブリは、超音波トランスデューサアレイと、
前記超音波トランスデューサアレイに動作可能に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、命令を保存するようにプログラム可能なメモリを有し、前記命令は、前記コントローラによって実行されると、前記コントローラが、
送受信シーケンス及び動作コードの受信と前記メモリへの保存を含む初期化モードで動作することであって、前記動作コードは、円筒形超音波走査モダリティ、側面超音波走査モダリティ及び前向き３Ｄ超音波走査モダリティから構成されるグループから選択された超音波走査モダリティを実行するように前記撮像アセンブリを構成することと、
超音波撮像を実施する際に前記超音波トランスデューサアレイによって選択された前記超音波走査モダリティの性能を最適化するための前記送受信シーケンスの実行を含むミッションモードで動作することと、を実施するようにする、コントローラと、
を具備する、撮像アセンブリ。
【請求項14】
前記撮像アセンブリは、ＩＶＵＳ撮像及び圧力感知カテーテル又は気管支内超音波気管支鏡での組み立てのために構成され、単回使用後に使い捨て可能である、請求項１３に記載の撮像アセンブリ。
【請求項15】
前記ミッションモードは、前記超音波トランスデューサアレイの１つのトランスデューサアレイ素子での送信と、前記超音波トランスデューサアレイの４つのトランスデューサアレイ素子での受信と、を含む、請求項１３又は１４に記載の撮像アセンブリ。
【請求項16】
前記ミッションモードは、前記超音波トランスデューサアレイの１つのトランスデューサアレイ素子での送信と、前記超音波トランスデューサアレイの８つのトランスデューサアレイ素子での受信とを含む、請求項１３、１４又は１５に記載の撮像アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０２０年８月１２日にＰＣＴ国際出願として出願されており、２０１９年８月１３日出願の米国仮特許出願第６２／８８６，２８４号「マルチセンサカテーテルアセンブリ」に対して優先権の利益を主張する。この米国仮特許出願の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本願は、２０２０年８月１２日にＰＣＴ国際出願として出願されており、２０１９年８月１３日出願の米国仮特許出願第６２／８８６，２８４号「マルチセンサカテーテルアセンブリ」に対して優先権の利益を主張する。この米国仮特許出願の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
カテーテル及び内視鏡は、経皮的冠動脈インタベンション及び肺リンパ節生検等の医学的インタベンションを導くために使用される診断装置である。カテーテル及び内視鏡に対する一般的な設計上の制約には、解剖学的アクセスのための装置サイズ、及び患者の安全のための熱性能が含まれる。さらに、複数のセンサを好むこと等、これらの装置に一般的に複雑さを追加し、矛盾する臨床ユーザの要求がある。例えば、複数のセンサを使用すると、装置交換の量を低減することによってワークフローと性能を向上させることができる。
【0003】
診断用カテーテル及び内視鏡装置が、超音波撮像アレイ及び生理学的センサをはじめとする、より複雑なセンサを統合することは有利なことであろう。これらの装置にとって、患者の安全のために発熱を低減し、サイズの制約のためにワイヤの数を低減することは、さらに有利なことであろう。柔軟な解決策が複数の臨床応用での使用を可能にするのは、さらに有利なことであろう。
【発明の概要】
【0004】
本開示は、管腔内又は空洞内の撮像及び感知に使用される医療装置に概ね関する。１つの可能性のある構成では、カテーテル及び内視鏡を、超音波撮像及び生理学的感知について、説明する。本開示では、以下の態様を含むが、これらに限定されないさまざまな態様が記載されている。
【0005】
一態様では、超音波撮像装置が、複数のトランスデューサアレイ素子を有する超音波トランスデューサアレイと、超音波トランスデューサアレイに動作可能に接続された集積回路と、を備える。集積回路は、超音波撮像装置のために選択された超音波走査モダリティを支持するために超音波トランスデューサアレイの副開口部を最適化するための送受信シーケンス及び動作コードを保存するようにプログラム可能なメモリを備え、副開口部は、複数のトランスデューサアレイ素子よりも少ないトランスデューサアレイ素子のサブセットを有する。
【0006】
別の態様は、超音波撮像装置用の撮像アセンブリに関する。撮像アセンブリは、超音波トランスデューサアレイと、超音波トランスデューサアレイに動作可能に接続されたコントローラと、を備える。コントローラは、命令を保存するようにプログラム可能なメモリを有する。命令は、コントローラによって実行されると、コントローラが、送受信シーケンス及び動作コードの受信とメモリへの保存を含む初期化モードで動作することであって、動作コードは、円筒形超音波走査モダリティ、側面超音波走査モダリティ及び前向き３Ｄ超音波走査モダリティから構成されるグループから選択された超音波走査モダリティを実行するように撮像アセンブリを構成し、超音波トランスデューサアレイによって選択された超音波走査モダリティの性能を最適化するための送受信シーケンスの実行を含むミッションモードで動作すること、を実施するようにする。
【0007】
別の態様は、プログラム可能な撮像アセンブリを使用して超音波撮像を実行する方法に関する。この方法は、超音波走査モダリティを選択し、選択した超音波走査モダリティのための撮像アセンブリを組み立て、送受信シーケンス及びオペコードを撮像アセンブリのメモリにアップロードすることであって、送受信シーケンス及びオペコードは、選択された超音波走査モダリティを実行するように撮像アセンブリを構成し、撮像アセンブリから超音波信号データを取得し、ディスプレイ装置上で選択された超音波走査モダリティに従って超音波撮像を表示するために、取得された超音波信号データを処理する、ことを含む。
【図面の簡単な説明】
【0008】
以下の図面は、本開示の特定の実施形態を例示するものであるため、本開示の範囲を限定するものではない。図面は原寸に比例しておらず、以下の詳細な説明の説明と併せて使用することを目的としている。以下では、本開示の実施形態を、添付の図面と併せて説明し、類似の数字は類似の要素を示す。
【図1】カテーテル検査室の一例を示す図である。
【図10】気管支内超音波気管支鏡の一例の部分断面図である。
【図15】プログラム可能な撮像アセンブリを使用して超音波撮像を実施する方法を示す図である。
【図16】本開示の態様を実施するために使用することができる計算装置の例示的なアーキテクチャを概略的に示す図である。
【図17】第１のサイズを有する副開口部を示す図である。
【図18】第２のサイズを有する副開口部を示す図である。
【図19】第３のサイズを有する副開口部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図面を参照して、さまざまな実施形態について詳細に説明する。ここで、類似の参照番号は、いくつかの図を通して類似の部品及びアセンブリを表す。さまざまな実施形態への言及は、添付の特許請求の範囲を限定するものではない。さらに、本明細書に記載のあらゆる例は、限定することを意図するものではなく、特許請求の範囲の多くの可能性のある実施形態のいくつかを単に示すにすぎない。
【0010】
本明細書に記載の実施形態は、患者の治療をガイドするための複数のセンサを備えたカテーテル、針、カニューレ、内視鏡等に関する。いくつかの用途では、カテーテルは冠動脈で使用するように設計されている。追加の用途では、内視鏡は、肺の気管支又は気道で使用するように設計されている。さらに、本明細書に記載の実施形態は、上記で参照した用途に限定されない。
【0011】
図１は、患者支持台２０と、患者４０の診断的及び治療的な心血管インタベンションをガイドするためのＸ線Ｃアーム３０と、を備えるカテーテル検査室１０の説明のための例である。カテーテル検査室１０は、また、血管内超音波（ＩＶＵＳ）撮像及び圧力感知コンソール９０と、カテーテル１００と、を備えてもよい。
【0012】
ＩＶＵＳ撮像及び圧力感知コンソール９０は、カテーテル１００の動作を制御し、カテーテル１００との間で信号を送受信し、カテーテル１００によって生成または使用されるデータを保存するさまざまな動作素子を収容してよい。いくつかの例では、ＩＶＵＳ撮像及び圧力感知コンソール９０は、また、医師がカテーテル１００と相互作用したり、及び／又はカテーテルによって生成された情報を表示したりすることを可能にするユーザインタフェースを備える。図１の破線は、カテーテル１００の患者４０内にある部分を表す。
【0013】
図２は、超音波撮像システム２００を示す。図２に示すように、超音波撮像システム２００は、撮像アセンブリ２０２と、１つ又は複数のワイヤ２０４と、患者インタフェースモジュール２０６と、撮像エンジン２０８と、ディスプレイコンピュータ又はタブレット２１０と、を備える。特定の実施形態では、撮像アセンブリ２０２は、図５～図９を参照して以下でさらに詳細に説明する撮像アセンブリ３００である。代替の実施形態では、撮像アセンブリ２０２は、図１１～図１４を参照して以下でさらに詳細に説明する撮像アセンブリ１３００である。
【0014】
以下でさらに詳細に説明するように、撮像アセンブリ２０２は、少なくとも超音波トランスデューサアレイを備える（例えば、図５の超音波トランスデューサアレイ３２０及び図１１の超音波トランスデューサアレイ１３２０を参照）。超音波トランスデューサアレイは、電気信号を超音波信号に変換し、反射された超音波信号を、標的の撮像に使用することができる電気信号に変換する。例えば、超音波信号を送信してからエコーを受信するまでの時間を測定することによって、物体の距離を計算することができる。特定の実施形態では、超音波トランスデューサアレイは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサである。特定の実施形態では、撮像アセンブリ２０２は、また、図５に示す圧力センサ３３０等の生理学的データを検出し、受信することができる追加のセンサを備えることができる。
【0015】
図２の例では、撮像アセンブリ２０２は、カテーテル又は針を通して挿入することができる１つ又は複数のワイヤ２０４によって、患者インタフェースモジュール２０６に動作可能に接続される。さらに詳細に説明するように、患者インタフェースモジュール２０６は、撮像アセンブリ２０２がさまざまな異なるタイプの超音波走査モダリティを操作するようにプログラム可能であるように、送受信シーケンス及び動作コード（オペコード）を撮像アセンブリ２０２のメモリにアップロードする。
【0016】
患者インタフェースモジュール２０６は、撮像エンジン２０８に動作可能に接続される。患者インタフェースモジュール２０６は、超音波信号データを撮像アセンブリ２０２から撮像エンジン２０８に中継することができ、撮像エンジン２０８は、超音波信号データを処理して、リアルタイム超音波撮像を生成することができる。患者インタフェースモジュール２０６は、リアルタイム超音波撮像と共に表示するために撮像エンジン２０８によって処理することができる生理学的データ及び追跡データ等の追加のデータを撮像アセンブリ２０２から撮像エンジン２０８に中継することができる。
【0017】
患者インタフェースモジュール２０６は、リアルタイムでの画像取り込みシーケンスの実行中に、撮像エンジン２０８から撮像アセンブリ２０２に命令を中継することができる。例えば、撮像エンジン２０８は、撮像アセンブリ２０２に含まれる低雑音増幅器（ＬＮＡ）によって提供される利得を変化させて、撮像アセンブリ２０２の電力消費を低減し、それによって、画像取り込みシーケンス中に撮像アセンブリ２０２によって生成される熱を低減することができる。
【0018】
さらに、撮像エンジン２０８は、画像取り込みシーケンス中に撮像アセンブリ２０２によって実行される送信－受信シーケンスの送信繰り返し率又は周期をリアルタイムで変化させて、視野を拡大するか縮小し、あるいはフレームレートを増大させるか低下させることができる。有利なことに、撮像アセンブリ２０２によって実行される送受信シーケンスをリアルタイムで変化させると、臨床応用に望ましい場合に超音波撮像のフレームレートを増大させるのに役立つか、あるいは、これとは別に、望ましい場合に超音波撮像の画質及び奥行きを増大させるのに役立つことがある。
【0019】
また、撮像エンジン２０８は、画像取り込みシーケンス中に撮像アセンブリ２０２の超音波トランスデューサアレイに向けられる送信電圧及び周波数をリアルタイムで変化させることができる。さらに、撮像エンジン２０８は、受信ウィンドウの長さを変化させることができる。これは、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の電源を投入する時間及び撮像アセンブリ２０２によって生成される熱の量を変化させる。撮像エンジン２０８は、撮像アセンブリ２０２上の送信／受信スイッチ４０６（図６を参照）のタイミング及び動作をさらに調整して、近距離アーチファクトを低減するか、近距離応答を増大させることができる。
【0020】
さらに、撮像エンジン２０８は、撮像アセンブリ２０２からの巡回冗長検査信号を受信することができる。この信号は、撮像アセンブリ２０２のプログラム可能なメモリへの送受信シーケンス及びオペコードのアップロードにエラーがあったかどうかを識別することができる。このような概念については、以下でさらに詳細に説明する。
【0021】
図２にさらに示すように、ディスプレイコンピュータ又はタブレット２１０は、１つ又は複数の有線接続、光ファイバ接続又は無線接続、あるいはその組み合わせによって、撮像エンジン２０８に動作可能に接続される。撮像エンジン２０８は、リアルタイム超音波撮像と、ディスプレイコンピュータ又はタブレット２１０上での表示及び分析のための生理学的データ及び追跡データを提供する。特定の実施形態では、ディスプレイコンピュータ又はタブレット２１０は、タブレットコンピュータ又はスマートフォン装置等の携帯装置である。
【0022】
図３は、撮像アセンブリ２０２を組み立てて、実行するようにプログラムすることができる超音波走査モダリティ２５０を示す。超音波走査モダリティ２５０は、円筒形超音波走査モダリティ２５２、側面超音波走査モダリティ２５４又は前向き３Ｄ超音波走査モダリティ２５６を含むことができる。
【0023】
撮像アセンブリ２０２は、所望の臨床応用に基づいて超音波走査モダリティ２５０を実行するように組み立てられ、プログラムされる。例えば、撮像アセンブリ２０２は、動脈等の管腔内を走査することが望ましい場合に、円筒形超音波走査モダリティ２５２を実行するように組み立て、プログラムすることができる。撮像アセンブリ２０２は、心臓腔の壁等の表面を走査することが望ましい場合に、側面超音波走査モダリティ２５４を実行するように組み立て、プログラムすることができる。撮像アセンブリ２０２は、撮像アセンブリ２０２が通過することができない閉鎖された領域を走査することが望ましい場合に、前向き３Ｄ超音波走査モダリティ２５６を実行するように組み立て、プログラムすることができる。
【0024】
最初に、撮像アセンブリ２０２は、例示的な超音波走査モダリティ２５０のうちの１つを実行するように組み立てることができ、その後、患者インタフェースモジュール２０６は、送受信シーケンス及びオペコードを撮像アセンブリ２０２のメモリにアップロードして、臨床応用に基づいて超音波走査モダリティを実行するための撮像アセンブリ２０２をプログラムするために、使用することができる。
【0025】
説明に役立つ例として、撮像アセンブリ２０２は、円筒形超音波走査モダリティ２５２を実行するように組み立てることができ、送受信シーケンス及びオペコードは、撮像アセンブリ２０２によって円筒形超音波走査モダリティ２５２の性能を最適化することができる。例えば、送受信シーケンス及びオペコードは、臨床応用に基づいて、撮像アセンブリ２０２上の超音波トランスデューサアレイの副開口部のサイズを最適化することができる。超音波トランスデューサアレイの副開口部サイズを調整することができる合成開口超音波撮像システムが、２０２０年３月１３日出願の米国特許出願第６２／９８９，２６８号に記載されている。この米国特許出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0026】
追加の例として、円筒形超音波走査モダリティ２５２を実行するための副開口部を最適化して、副開口部内の受信素子の数を増やし、望ましい場合には超音波画像の品質を改善することができる。これとは別に、円筒形超音波走査モダリティ２５２を実行するための副開口部を最適化して、副開口部内の受信素子の数を減らし、望ましい場合には超音波撮像のフレームレートを上げることができる。
【0027】
別の説明に役立つ例として、副開口部は、心臓弁内の弁尖の動きを撮像する場合等、フレームレートを上げることが望ましい場合、円筒形超音波走査モダリティ２５２を実行するために減少させることができる。これとは別に、副開口部は、画質の向上が望まれる場合は、増大させることができる。円筒形超音波走査モダリティ２５２を実行するためのプログラム可能な副開口部を、図１７～図２０を参照して以下でさらに詳細に説明する。
【0028】
図４は、例示的なＩＶＵＳ撮像及びカテーテル１００の遠位端の部分断面図である。例示のみを目的として、カテーテル１００のいくつかの実施形態が、冠動脈内カテーテルに適している。しかし、カテーテル１００の記載された実施形態は、冠動脈内カテーテルに限定されず、このため、他のタイプのカテーテル、内視鏡及び類似の装置にて使用されてもよい。
【0029】
図示の例示的な実施形態では、カテーテル１００は、遠位先端１１０、遠位シャフト１２０、センサアセンブリ区分１３０及びケーブルハーネス１３２を備える。遠位先端１１０は、少なくとも１つの層を有する先細の細長い管１１２を備えてもよい。遠位先端１１０は、案内ワイヤ管腔１１４及び側面ポート１１６をさらに備える。特定の実施形態では、カテーテル１００及びセンサアセンブリ区分１３０は、単回使用後に使い捨て可能である。
【0030】
特定の実施形態では、遠位先端１１０は、０．０１４インチの案内ワイヤに適した内径を有する。例えば、遠位先端１１０は、約０．０１６５インチの内径を有してよい。遠位先端壁は、約０．００３インチから約０．００９インチの間の近位外径から、約０．００１インチから約０．００３インチの間の遠位外径まで先細になってもよい。遠位先端１１０は、ガイドワイヤに沿って追跡するのに適した長さを有してよい。例えば、いくつかの実施形態では、遠位先端１１０は、約５ｍｍから約３０ｍｍの間の長さを有してよい。
【0031】
特定の実施形態では、遠位先端１１０は、ペバックス材料から作成される。遠位先端１１０は、また、遠位先端と（図示せず）ガイドワイヤとの間の摩擦を低減するために、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作成されたインナーライナを備えてもよい。側面ポート１１６は、血液で満たされた冠動脈とセンサアセンブリ区分１３０の少なくとも一部との間の流体連結を可能にする。Ｘ線血管造影画像でのカテーテルの視覚化を支援するために、構成された放射線不透過性マーカーバンド（図示せず）、あるいは白金又はイリジウムを遠位先端１１０に含めてもよい。
【0032】
遠位先端１１０は、遠位シャフト１２０に結合される。遠位シャフト１２０は、近位端、遠位端、及び近位端と遠位端との間に延びる長さを備えてよい。遠位シャフト１２０は、シャフトの長さに沿って異なる曲げ弾性率を有することができる任意の適切な材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、遠位シャフト１２０はハイポチューブを備える。ハイポチューブは、らせん状の切れ目のあるステンレス鋼のハイポチューブであってもよい。
【0033】
遠位シャフト１２０は管腔１２２をさらに備える。遠位シャフト１２０は、血液で満たされた外部の冠動脈から管腔１２２を密封するためのポリマージャケット及びライナをさらに備えてもよい。遠位シャフト１２０は、カテーテル１００が冠動脈内にあるときの冠動脈血流への影響を最小限にするのに充分な小さい外径を有する。遠位シャフト１２０の外径は、好ましくは、０．０１８インチ以下である。遠位シャフトの内径は、０.０１６インチ以下であってもよい。
【0034】
図５は、形成前の例示的な撮像アセンブリ３００の上面図である。以下でさらに詳細に説明する図８及び図９は、形成後の撮像アセンブリ３００を示す。特定の実施形態では、撮像アセンブリ３００は、図４に示すカテーテル１００のセンサアセンブリ区分１３０の一部として含まれることがある。特定の実施形態では、撮像アセンブリ３００は、図３に示す円筒形超音波走査モダリティ２５２を実行するように組み立てられ、構成される。
【0035】
予め形成された撮像アセンブリ３００は、可撓性基板３１０と、超音波トランスデューサアレイ３２０と、圧力センサ３３０と、混合信号集積回路（ＩＣ）３４０、３４２、３４４、３４６と、を備える。予め形成された撮像アセンブリ３００は、回路配線３５０と、コンデンサ３６０、３６２、３６４、３６６、３６８、３７０、３７２等の複数のコンデンサと、をさらに備える。このチップオンフレックス設計は、カテーテル用途に重要な幾何学的及び機械的な可撓性を含む技術的利点を提供する。
【0036】
可撓性基板３１０は、カバーレイと、少なくとも１つの電気絶縁層と、導電性機構と、接着剤とを含む積層構造である。カバーレイ及び少なくとも１つの絶縁層は、ポリイミドから作成することができる。ポリイミド層が１２μｍほどの薄さでもよい。回路配線３５０等の導電性機構は、１０μｍほどの厚さの銅箔からエッチングするか、あるいは約２～４μｍの厚さの蒸着銅、約２～４μｍの厚さの蒸着ニッケル又は約０．５μｍの厚さの蒸着金であってよい。可撓性基板３１０は、混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６の素子のダイ（チップ）取り付け用のパッド等の電気接点を備える。
【0037】
超音波トランスデューサアレイ３２０は、６４個の素子のアレイを含む。ここで、各素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電層を含む。超音波トランスデューサアレイ３２０は、圧電層を可撓性基板３１０に結合することによって形成することができる。いくつかの実施形態では、圧電層は、約１０ＭＨｚから約３０ＭＨｚの間の共振周波数を有してもよい。特定の実施形態では、圧電層は、約２０ＭＨｚの共振周波数を有してもよい。圧電層の寸法は約３．２ｍｍ×１ｍｍ×０．０９ｍｍである。圧電層をさいの目に切って、幅が約５０μｍの６４個の素子を形成することができる。切り口の幅（又は素子間の距離）は約１２μｍにすることができる。
【0038】
いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサアレイ３２０は、１つ又は複数のタイプの半導体プロセスを使用して製造される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサであり、撮像アセンブリ３００が可撓性基板３１０を含まないように配線を相互接続する。代わりに、混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６のうちの１つ又は複数がＭＥＭＳトランスデューサに結合され、それによって積層ダイ組み立て方法を使用してマルチチップモジュールを形成する。
【0039】
いくつかの実施形態では、圧力センサ３３０は、約０．９ｍｍ（長さ）×０．３３ｍｍ（幅）×０．１８ｍｍ（高さ）の寸法を有するピエゾ抵抗圧力ダイである。ピエゾ抵抗圧力ダイには、２つのピエゾ抵抗、あるいはホイートストンブリッジのハーフブリッジが含まれる。いくつかの実施形態では、ブリッジ抵抗は、約２０００Ωから約３５００Ωの間である。特定の実施形態では、ブリッジ抵抗は約３２００Ωである。混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６の内部素子である追加の２つの３０００Ωの整合ブリッジ抵抗器をピエゾ抵抗圧力ダイに接続して、フルブリッジ構成を完成させる。いくつかの実施形態では、圧力センサ３３０は、約１Ｖから約６Ｖの範囲の電圧によって電力が供給される。特定の実施形態では、圧力センサ３３０は、約３Ｖの電圧によって電力が供給される。
【0040】
図６は、混合信号ＩＣ３４０をさらに詳細に示す。混合信号ＩＣ３４０は、円筒形超音波走査モダリティ２５２を実施するように組み立てられ、構成された撮像アセンブリ３００で使用されるものとして示され、説明されるが、混合信号ＩＣ３４０は、側面超音波走査モダリティ２５４又は前向き３Ｄ超音波走査モダリティ２５６を実施するように組み立てられ、構成されたものなどの追加のタイプの撮像アセンブリにて使用することができる。
【0041】
図６に示すように、混合信号ＩＣ３４０は、一組の送信機４０２と、マルチプレクサ４０４と、送信／受信スイッチ４０６と、アナログ回路４０８と、コントローラ４１０と、入力／出力バッファ４１２と、を備える。いくつかの実施形態では、マルチプレクサ４０４は、１６個のトランスデューサアレイ素子を多重化する１６：１受信機マルチプレクサである。
【0042】
混合信号ＩＣ３４０は、撮像エンジン２０８によってプログラムされ、電力が供給される患者インタフェースモジュール２０６への電力ピン及びデータピン４２０のためのインタフェースを備える（図２を参照）。混合信号ＩＣ３４０は、また、ボードレベルのストラップピン４２２と、他の混合信号ＩＣ３４２、３４４、３４６への接続ピン４２４と、他の混合信号ＩＣ３４２、３４４、３４６への通信ピン４２６と、コンデンサピン４２８と、低電圧電源ピン４３０と、超音波トランスデューサアレイ３２０への一組のトランスデューサ素子ピン４３２と、圧力センサ３３０へのピエゾ抵抗ブリッジピン４３４と、を備える。
【0043】
送信／受信スイッチ４０６は、アナログ回路４０８に容量結合される。アナログ回路４０８は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４０９を備える。ＬＮＡ４０９は、トランスデューサ素子ピン４３２を介して超音波トランスデューサアレイ３２０から受信された超音波信号に利得を提供するように構成可能である。特定の例では、ＬＮＡ４０９は、混合信号ＩＣ３４０上に実装された受信機増幅器である。
【0044】
アナログ回路４０８は、ＬＮＡ４０９上の電圧及び電流を変化させて、撮像アセンブリ３００の特定の用途のための混合信号ＩＣ３４０の電力消費を低減するように構成される。例えば、ＬＮＡ４０９の利得と圧縮ポイントを変更して、ＬＮＡ４０９の電力消費を管理することができる。特定の実施形態では、ＬＮＡ４０９の利得を変化させて、混合信号ＩＣ３４０の電力消費を約３Ｖから約２．７Ｖに低減することができる。有利なことに、ＬＮＡ４０９の電力消費を低減すると、混合信号ＩＣ３４０によって生成される熱の量を低減することができる。これとは別に、追加の増幅が有益であり、発熱が問題にならない用途では、ＬＮＡ４０９の利得を増大させる（それによってＬＮＡ４０９の電力消費を増大させる）と、有利なことがある。特定の実施形態では、ＬＮＡ４０９の利得（及び電力消費）は、患者インタフェースモジュール２０６を介して撮像エンジン２０８等の外部ホストシステムによってプログラムされるコントローラ４１０によって管理される。
【0045】
コントローラ４１０は、カウンタ４１１と、プログラム可能なメモリ４１５と、を備える。メモリ４１５は、画像データの走査（フレーム）全体を完了するためのコントローラ４１０による実行のための送受信シーケンス及び動作コード（オペコード）を保存するようにプログラム可能である。撮像アセンブリ３００が組み立てられて、円筒形超音波走査モダリティ２５２、側面超音波走査モダリティ２５４又は前向き３Ｄ超音波走査モダリティ２５６（図３を参照）等の選択された超音波走査モダリティ２５０を実行した時点で、メモリ４１５は、混合信号ＩＣ３４０が、選択された超音波走査モダリティ２５０をサポートするように構成可能とすることができる。
【0046】
特定の実施形態では、メモリ４１５は、送受信シーケンス及びオペコードを動的に保存して、円筒形超音波走査モダリティ２５２、側面超音波走査モダリティ２５４又は前向き３Ｄ超音波走査モダリティ２５６等、組み立てられた撮像アセンブリ３００のために選択された超音波走査モダリティ２５０をサポートするように混合信号ＩＣ３４０を構成することができる静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）である。
【0047】
送受信シーケンス及びオペコードは、図２の患者インタフェースモジュール２０６に接続可能な電力ピン及びデータピン４２０を介してメモリ４１５にアップロードされる。送受信シーケンス及びオペコードは、混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４及び３４６を構成し、ＳＲＡＭをプログラミングすることにより、円筒形アレイシーケンス又は線形アレイシーケンスをサポートするように構成することができる。いくつかの実施形態では、混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６はそれぞれ、６４素子超音波トランスデューサアレイのうちの１６個の素子を所定の順序で電気的に励起するように別々に構成される。
【0048】
送受信シーケンスには、また、「無演算」イベントが含まれる場合がある。カウンタ４１１と組み合わされた無演算（ノーオペ）オペコードは、メモリ４１５のサイズを低減することができる。ＳＲＡＭは、送受信シーケンス及びオペコードを保存するために約１０２４×１０ビットの記憶装置を有してよい。無演算イベントは、また、カウンタ４１１によって追跡される一連のクロックサイクルの間、各混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６を無効にする（即ち、待機する）ことができる。これにより、撮像アセンブリ３００によって生成される熱をさらに低減することができる。
【0049】
電力ピン及びデータピン４２０は、高電圧供給、低電圧供給及び接地のための電力信号を提供する。電力ピン及びデータピン４２０は、信号を送信するための高速低電圧差動信号伝達（ＬＶＤＳ）用のアナログ信号をさらに提供して、信号と、超音波及び圧力出力信号用の差動又はシングルエンド受信信号とを送信する。
【0050】
電力ピン及びデータピン４２０は、さらにまた、入力クロック信号用のデジタル信号を提供する。ボードレベルのストラップピン４２２は、どのチップが「マスター」であり、どのチップが「スレーブ」であるかを識別するためのデジタル信号を提供する。接続ピン４２４は、高電圧供給、低電圧供給、接地のための電力信号のためのパススルーと、超音波出力信号等の受信信号のためのパススルーとを提供する。
【0051】
通信ピン４２６は、デジタルクロック信号のパススルー、デジタル送信信号のパススルー及び巡回冗長検査（ＣＲＣ）信号４１９を提供する。ＣＲＣ信号４１９は、各混合信号ＩＣが、ＳＲＡＭ内の送受信シーケンス及び動作コードが正しくないイベントを報告することを可能にする。
【0052】
ＣＲＣ信号４１９は、差動信号伝達のＤＣバイアスを使用してエラー検査を実施するエラー検査回路４１７によって生成される。例えば、一対の差動送信信号を、所定量の電圧によって付勢することができ、エラー検査回路４１７は、１つの差動信号をゼロに引き寄せて、エラーが発生したかどうかを判定することができる。有利には、ＣＲＣ信号４１９は、図２の患者インタフェースモジュール２０６等の外部ホストシステムに、混合信号ＩＣ３４０上の専用伝送線又は混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４及び３４６内の追加の回路を使用する必要なしにエラーがあることを報告して、単一の伝送線又はワイヤを介した双方向通信を可能にすることができる。
【0053】
電力ピン及びデータピン４２０から提供された高電圧供給は、送信機ＸＭＴＲ１～ＸＭＴＲ１６の送信電圧を調整するために変更することができる。例えば、混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４及び３４６上の高電圧供給は、送信機ＸＭＴＲ１～ＸＭＴＲ１６から提供する送信をさらに強力にするために増大させることができ、送信機ＸＭＴＲ１～ＸＭＴＲ１６から提供する送信を弱めるために減少させることができる。いくつかの実施形態では、高電圧供給は、約８Ｖから約２０Ｖの間で変化させることができる。特定の例では、高電圧供給は約１５Ｖに設定することができる。
【0054】
電力ピン及びデータピン４２０から提供された低電圧供給は、また、撮像アセンブリ３００の動作中に変化させることができる。例えば、低電圧供給は、ＬＮＡ４０９の電力消費を低減することができる。いくつかの実施形態では、低電圧供給は、約２．７Ｖから約３Ｖの間で変化させることができる。特定の実施形態では、低電圧供給は約３Ｖに設定することができる。
【0055】
電力ピン及びデータピン４２０から提供されるクロック信号は、また、撮像アセンブリ３００の動作中に変化させることができる。例えば、クロック信号は、送受信シーケンスの周波数を増減させるために、変化させることができる。いくつかの実施形態では、クロック信号は、約１０ｋＨｚから約１２０ｋＨｚの間で変化させることができる。特定の実施形態では、クロック信号動作は、約５４ｋＨｚに設定することができる。
【0056】
図示の例示的な実施形態では、一組の送信機４０２は、それぞれがトランスデューサ素子ピン４３２のうちの１つと、超音波トランスデューサアレイ３２０の超音波トランスデューサ素子とに接続される１６個の送信機を含む。患者インタフェースモジュール２０６による混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４及び３４６のプログラミングは、マルチプレクサ４０４、送信／受信スイッチ４０６、アナログ回路４０８及びコントローラ４１０を、超音波トランスデューサアレイ３２０のトランスデューサアレイ素子の送信及び受信イベントの所定のシーケンスに従わせる。
【0057】
送信／受信スイッチ４０６は、３つの状態を切り替えるようにプログラムされて、送信イベントに関連して、受信機が近距離アーチファクト等の近距離撮像アーチファクトを最小化することができるときを正確に制御することができる。第１の状態は、マルチプレクサ４０４出力を可能にし、第２の状態は、送信機４０２を高インピーダンス状態にし、第３の状態は、受信ウィンドウの開始を起動する受信機出力の弱いプルダウンを解放する。撮像アセンブリ３００が合成開口撮像を実施する例示的な実施形態では、混合信号ＩＣ３４０は、第１の送信機ＸＭＴＲ１で送信され、１６個のトランスデューサ素子の全部で順次受信するように構成される。いくつかの実施形態では、送信機出力は、約８Ｖから約２０Ｖの間である。特定の実施形態では、送信機出力は約１５Ｖである。
【0058】
送信機（例えば、ＸＭＴＲ１）は、単一パルス又は二重パルス等の一連の単極パルスを生成してもよい。いくつかの実施形態では、パルス幅は、約１０ｎｓから約１００ｎｓの間である。特定の実施形態では、パルス幅は約２０ｎｓである。いくつかの実施形態では、二重パルス間の遅延は、約１５ｎｓから約１００ｎｓの間である。特定の実施形態では、二重パルス間の遅延は約２０ｎｓである。次に、シーケンスは、残りの送信機（例えば、ＸＭＴＲ２～ＸＭＴＲ１６）に対して繰り返される。
【0059】
シーケンスは、別の混合信号ＩＣに接続されたトランスデューサ素子からの信号の受信をさらに含んでもよい。混合信号ＩＣ３４０のサイズは、約２．０ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍであり、サイズが約３Ｆ（直径１ｍｍ）の小型の撮像及び感知カテーテルでの使用を可能にする。
【0060】
カテーテル又は内視鏡等の低侵襲画像誘導装置にとって、伝送線の数を減らし、それによって人体に挿入するための装置のサイズを低減することが有利となり得る。しかし、不利な点は、心臓及び呼吸の動き等の通常の臓器の動きが、合成撮像シーケンスの持続時間が動きを一時的に解消するのには充分に短いものではない可能性がある場合に、望ましくない動きのアーチファクトをもたらすことがある点である。
【0061】
混合信号ＩＣ３４０は、必要に応じて超音波トランスデューサアレイ３２０の副開口部サイズを増大させるか減少させるようにプログラム可能であることによって、このような課題を克服することができる。混合信号ＩＣ３４０が副開口部サイズを増大させるか減少させるようにプログラム可能であることを可能にすることにより、カテーテル又は内視鏡装置のサイズも最小化しながら、取得時間及び動きアーチファクトを最小化することができる。
【0062】
さらに、混合信号ＩＣ３４０は、他の混合信号ＩＣと共にグループ化されて、円筒形撮像及び小さな副開口部（超音波トランスデューサアレイ３２０のトランスデューサアレイ素子の総数の１／４未満）等の単一の受信チャネルを共有することによって、あるいは超音波トランスデューサアレイ３２０の全トランスデューサアレイ素子が画像を形成するために使用され、その結果、副開口部が存在しない側面超音波走査モダリティ２５４のために各混合信号ＩＣをそれ自身の受信チャネルに別々に結びつけることによって、あるいはグループ化された混合信号ＩＣと独立した受信チャネルの組み合わせによって、上記の課題を克服することができる。
【0063】
ここで図７を参照すると、複数の混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６間の接続の概略図が示される。いくつかの実施形態によれば、混合信号ＩＣ３４０は、ボードレベルのストラップピン４２２を低電圧（又は「０００」）に設定することによって「マスター」ＩＣであると定義され、他の混合信号ＩＣは、ボードレベルのストラップピン５２２を混合信号ＩＣ３４２に対して「００１」に設定し、ボードレベルのストラップピン６２２を混合信号ＩＣ ３４４に対して「０１０」に設定し、ボードレベルのストラップピン７２２を混合信号ＩＣ３４６に対して「０１１」に設定することによりボードレベルのストラップピンを「スレーブ」ＩＣに設定することによって定義される。
【0064】
各混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６のハードウェアは同一のものである。混合信号ＩＣ３４０と同じように、混合信号ＩＣ３４２は、一組の送信機５０２と、１６：１受信機マルチプレクサ５０４と、送信／受信スイッチ５０６と、アナログ回路５０８と、コントローラ５１０と、入力／出力バッファ５１２と、を備える。混合信号ＩＣ３４２は、ボードレベルのストラップピン５２２と、他の混合信号ＩＣ３４０、３４４、３４６への接続ピン５２４と、他の混合信号ＩＣ３４０、３４４、３４６への通信ピン５２６と、コンデンサピン５２８と、低電圧電源ピン５３０と、をさらに備える。
【0065】
混合信号ＩＣ３４４は、一組の送信機６０２と、１６：１受信機マルチプレクサ６０４と、送信／受信スイッチ６０６と、アナログ回路６０８と、コントローラ６１０と、入力／出力バッファ６１２と、を備える。混合信号ＩＣ３４４は、ボードレベルのストラップピン６２２と、他の混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４６への接続ピン６２４と、他の混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４６への通信ピン６２６と、コンデンサピン６２８と、低電圧電源ピン６３０と、をさらに備える。
【0066】
混合信号ＩＣ３４６は、一組の送信機７０２と、１６：１受信機マルチプレクサ７０４と、送信／受信スイッチ７０６と、アナログ回路７０８と、コントローラ７１０と、入力／出力バッファ７１２と、を備える。混合信号ＩＣ３４６は、ボードレベルのストラップピン７２２と、他の混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４への接続ピン７２４と、他の混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４への通信ピン７２６と、コンデンサピン７２８と、低電圧電源ピン７３０と、をさらに備える。
【0067】
混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６の接続ピン４２４、５２４、６２４、７２４は、高電圧供給、低電圧供給及び接地のための電力信号を提供する。接続ピン４２４、５２４、６２４、７２４は、共通の差動伝送線が撮像アセンブリ３００に接続される場合、マスター混合信号ＩＣ３４０及びスレーブ混合信号ＩＣ３４２、３４４、３４６からの超音波信号のための受信信号をさらに提供する。撮像アセンブリ３００は、共通の差動伝送線を介して、ＩＶＵＳ撮像及び圧力感知コンソール９０に接続することができる。
【0068】
アナログ回路４０８、５０８、６０８、７０８は、図２の患者インタフェースモジュール２０６を介して、撮像エンジン２０８への共通の差動伝送線に接続される。アナログ回路４０８、５０８、６０８、７０８は、共通の差動伝送線を交互に駆動する。アナログ回路４０８、５０８、６０８、７０８はそれぞれ、超音波トランスデューサアレイ３２０のトランスデューサアレイ素子から受信される超音波信号に可変利得を提供するように構成可能な低雑音増幅器（ＬＮＡ）４０９を備える。これは、信号損失が、送信／受信スイッチ４０６と、共通差動伝送線での外部ホストへの転送とから生じる可能性があるため、有利である。ＬＮＡ４０９は、各混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６で受信された超音波信号を強化し、それによって、撮像アセンブリ３００から受信された超音波信号の信号対雑音比を改善する。
【0069】
マスター混合信号ＩＣ３４０は、超音波トランスデューサアレイ信号に使用されるのと同一の差動伝送線上で圧力センサ３３０の出力信号を多重化するようにさらに構成される。混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６の通信ピン４２６、５２６、６２６、７２６は、デジタルクロック信号、デジタル送信信号及び巡回冗長検査（ＣＲＣ）信号を提供する。
【0070】
図８は、形成後の撮像アセンブリ３００の一例の側面図である。図９は、形成後の撮像アセンブリ３００の端面図を示す。ここで図８及び図９を参照すると、可撓性基板３１０は、丸められて、特定の例では直径が約１ｍｍである管状構造になる。このため、超音波トランスデューサアレイ３２０は、図９に示すような円形を有することができる。形成後の撮像アセンブリ３００の中心軸には、実質的に干渉がない。形成後の撮像アセンブリ３００は、カテーテル１００のセンサアセンブリ区分１３０に統合することができる（図４を参照）。特定の実施形態では、撮像アセンブリ３００は、毎秒約３０フレームのフレームレートで約３～４ｃｍの奥行きにて走査することができる。特定の実施形態では、撮像アセンブリ３００を備えるカテーテル１００は、単回使用後に使い捨て可能である。
【0071】
好適には、形成後の撮像アセンブリ３００は、超音波トランスデューサアレイ３２０のトランスデューサアレイ素子のいずれか１つで送信することができ、超音波トランスデューサアレイ３２０の他のトランスデューサアレイ素子で受信することができる。例えば、超音波トランスデューサアレイ３２０が６４個のトランスデューサアレイ素子を含み、撮像アセンブリ３００が混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６を備える実施形態では、各混合信号ＩＣは、６４個のトランスデューサアレイ素子のうちのいずれか１つのトランスデューサアレイ素子で送信し、６４個のトランスデューサアレイ素子のうちのいずれか１つのトランスデューサアレイ素子で受信するように、メモリ４１５によって構成可能である。
【0072】
いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサアレイ３２０のトランスデューサアレイ素子から受信される超音波信号は、単一の受信機チャネルに多重化することができる。撮像アセンブリ３００が基板３１０に取り付けられた４つ以上の集積回路を備える代替の実施形態では、２つ以上の集積回路が、第１の受信ライン上で、超音波トランスデューサアレイ３２０の第１の組のトランスデューサアレイ素子に動作可能に接続され、２つ以上の他の集積回路が、第２の受信ライン上で、第２の組のトランスデューサアレイ素子に動作可能に接続される。特定の実施形態では、第１及び第２の組のトランスデューサアレイ素子は、図９に示す撮像アセンブリ３００の端面図の中心周り等、撮像アセンブリ３００の中心軸周りに交互に配置される。
【0073】
説明したように、特定の実施形態では、各混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６のハードウェアは同一のものである。このため、特定の実施形態では、撮像アセンブリ３００は、基板３１０に取り付けられた少なくとも２つの圧力センサを備えることができ、第１の圧力センサが、第１の圧力センサから第１の受信チャネルへの圧力信号を多重化する第１の集積回路（例えば、混合信号ＩＣ３４０）に動作可能に接続され、第２の圧力センサが、第２の圧力センサから第２の受信チャネルへの圧力信号を多重化する第２の集積回路（例えば、混合信号ＩＣ３４４）に動作可能に接続される。
【0074】
特定の実施形態では、第１の組のトランスデューサアレイ素子に接続された混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６は、第１の差動送信機信号及びクロック信号によって駆動され、第２の組のトランスデューサアレイ素子に接続された混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６は、第２の差動送信機信号及びクロック信号によって駆動され、第１及び第２の差動送信信号は異なる。
【0075】
上記のように、混合信号ＩＣ３４０、３４２、３４４、３４６をプログラムして、超音波トランスデューサアレイ３２０の副開口部内の送受信素子の数を増減することによって、撮像アセンブリ３００によって円筒形超音波走査モダリティ２５２を実行するための副開口部を最適化することができる。図１７は、第１のサイズ８００を有する副開口部を使用して構築された、関心のある標的８１２及び周囲の組織８１４の第１の超音波撮像８１０を示す。特定の実施形態では、第１のサイズ８００を有する副開口部は、１６個の素子を含む。図１８は、第２のサイズ８０２を有する副開口部を使用して構築された、関心のある標的８２２及び周囲の組織８２４の第２の超音波撮像８２０を示す。特定の実施形態では、第２のサイズ８０２を有する副開口部は、２０個の素子を含む。図１９は、第３のサイズ８０４を有する副開口部を使用して構築された、関心のある標的８３２及び周囲の組織８３４の第３の超音波撮像８３０を示す。特定の実施形態では、第３のサイズ８０４を有する副開口部は、２４個の素子を含む。
【0076】
超音波撮像の横方向の解像度及び浸透深さは、超音波トランスデューサアレイ３２０の副開口部サイズの増大とともに概ね増大する。このため、第３のサイズ８０４を有する副開口部を使用して構築される第３の超音波撮像８３０は、第１及び第２の超音波撮像８１０、８２０よりも深い浸透深さを有する。しかし、第３のサイズ８０４を有する副開口部を使用して構築される第３の超音波撮像８３０は、超音波撮像を再生するためのフレームレートより遅いフレームレートを有する。
【0077】
コントローラ４１０による実行のために混合信号ＩＣ３４０のメモリ４１５にアップロードされる送受信シーケンス及び動作コード（オペコード）は、所望の臨床応用のための円筒形超音波走査モダリティ２５２を実行するための最適な副開口部サイズを有するように撮像アセンブリ３００をプログラムすることができる。
【0078】
図１０は、例示的な気管支内超音波（ＥＢＵＳ）気管支鏡１１００の遠位端の部分断面図である。特定の実施形態では、ＥＢＵＳ気管支鏡１１００は、図３に示す側面超音波走査モダリティ２５４を実行するように組み立てられ、構成される。さらに、図１０のＥＢＵＳ気管支鏡１１００を参照して本明細書に記載するいくつかの実施形態は、ＥＢＵＳ気管支鏡に適切であるが、他の実施形態は、ＥＢＵＳ気管支鏡以外の用途で使用することができる。ＥＢＵＳ気管支鏡１１００は、診断又は治療用気管支鏡の作業チャネルを介して気管支通路又は気道に送達することができる。
【0079】
図示の実施形態では、ＥＢＵＳ気管支鏡１１００は、遠位先端１１１０と、遠位シャフト１１２０と、センサアセンブリ区分１２００と、ケーブルハーネス１２５０と、を備える。いくつかの実施形態では、遠位先端１１１０は、約１ｍｍから約３ｍｍの間の外径を有する。特定の実施形態では、遠位先端１１１０は、約２ｍｍの外径を有する。ＥＢＵＳ気管支鏡の外径は、診断用又は治療用の気管支鏡の作業チャネルを介して送達するのに充分なほど小さなものである。いくつかの実施形態では、遠位先端１１１０は、約５ｍｍから約２０ｍｍの間の長さを有する。特定の実施形態では、遠位先端１１１０は、約１０ｍｍの長さを有する。遠位先端１１１０は、気管支への外傷を最小限にするための非外傷性先端をさらに含む。
【0080】
遠位先端１１１０は、遠位シャフト１１２０に結合される。遠位シャフト１１２０は、近位端と、遠位端と、近位端と遠位端との間に延びる長さ部と、を有する。遠位シャフト１１２０は、第１の管腔１１２２と、第２の管腔１１２４と、出口ポート１１２６と、をさらに含む。遠位先端１１１０は、センサアセンブリ区分１２００を備える。
【0081】
センサアセンブリ区分１２００は、第１の管腔１１２２を通るケーブルハーネス１２５０の遠位端に結合される。ケーブルハーネス１２５０の近位端は、図２に示す患者インタフェースモジュール２０６を介して、撮像エンジン２０８等の外部ホストシステムに接続することができる。第２の管腔１１２４は、生検針の送達等のために、作業管腔として使用されてもよい。ＥＢＵＳ気管支鏡１１００は、肺癌の病期を判定するために実施される医療処置である、気管支リンパ節の針生検中に超音波撮像ガイダンスを提供することができる。
【0082】
図１１及び図１２は、形成前の撮像アセンブリ１３００の一例の上面図及び底面図を示す。撮像アセンブリ１３００は、図１０に示すセンサアセンブリ区分１２００に含まれてよい。図１１及び図１２に示すように、予め形成された撮像アセンブリ１３００は、可撓性基板１３１０と、超音波トランスデューサアレイ１３２０と、混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６と、を備える。
【0083】
事前に形成された撮像アセンブリ１３００は、形成工程中の位置決め及びトリミングを支援することができる位置機構１３８０、１３８２を有する。予め形成された撮像アセンブリ１３００は、コンデンサ１３６０、１３６２、１３６４、１３６６、１３６８、１３７０、１３７２、１３７４等の複数のコンデンサを備えてよい。このチップオンフレックス設計は、大量生産（５平方インチの基板内で最大約１２０個のアセンブリ）による装置コストの低さと、気管支鏡検査の用途に役立つ幾何学的及び機械的な可撓性を始めとする技術的利点を提供する。
【0084】
可撓性基板１３１０は、カバーレイと、少なくとも１つの電気絶縁層と、導電性機構と、接着剤とを含むことができる積層構造である。少なくとも１つの絶縁層を、ポリイミドから形成することができる。ポリイミド層は約１２μｍの薄さであってよい。導電性機構は、約５μｍの厚さの銅箔、あるいは約２～４μｍの厚さの蒸着銅、約２～４μｍの厚さの蒸着ニッケル又は約０．５μｍの厚さの蒸着金からエッチングすることができる。可撓性基板１３１０は、混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６及びコンデンサ１３６０、１３６２、１３６４、１３６６、１３６８、１３７０、１３７２、１３７４のための構成素子のダイ（チップ）取り付け用のパッド等の電気接点を備えることができる。
【0085】
超音波トランスデューサアレイ１３２０は、６４個の素子のアレイを含み、各素子は、少なくとも１つの圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）を含む。いくつかの実施形態では、ｐＭＵＴは、約５ＭＨｚから約４０ＭＨｚの間の共振周波数を有する。特定の実施形態では、ｐＭＵＴは、約９．０ＭＨｚの共振周波数を有してよい。超音波トランスデューサアレイ１３２０の寸法は、約８ｍｍ×１．５ｍｍ×０．１ｍｍである。いくつかの実施形態では、配列ピッチは約３０μｍから約１５０μｍの間である。特定の実施形態では、配列ピッチは、９．０ＭＨｚ超音波トランスデューサアレイの場合、約１２５μｍである。
【0086】
図１３は、複数の混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６間の接続を概略的に示す。混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６は、図５～図９を参照して上記で説明した撮像アセンブリ３００の混合信号集積回路（ＩＣ）３４０、３４２、３４４、３４６に類似しており、混合信号ＩＣ１３４０は、図６に示す混合信号ＩＣ３４０と同じ構成素子を有してよい。
【0087】
いくつかの実施形態では、混合信号ＩＣ１３４０は、ボードレベルのストラップピン１４２２を低電圧（又は「０００」）に設定することによって「マスター」ＩＣであると定義され、他の混合信号ＩＣは、ボードレベルのストラップピン１５２２を混合信号ＩＣ１３４２に対して「００１」に設定し、ボードレベルのストラップピン１６２２を混合信号ＩＣ１３４４に対して「０１０」に設定し、ボードレベルのストラップピン１７２２を混合信号ＩＣ１３４６に対して「０１１」に設定することによりボードレベルのストラップピンを「スレーブ」ＩＣに設定することによって定義される。
【0088】
混合信号ＩＣ１３４０は、一組の送信機１４０２と、１６：１受信機マルチプレクサ１４０４と、送信／受信スイッチ１４０６と、アナログ回路１４０８と、コントローラ１４１０と、入力／出力バッファ１４１２と、を備える。混合信号ＩＣ１３４０は、ボードレベルのストラップピン１４２２と、他の混合信号ＩＣ１３４２、１３４４、１３４６への接続ピン１４２４と、他の混合信号ＩＣ１３４２、１３４４、１３４６への通信ピン１４２６と、受信出力ピン１４２８と、低電圧電源ピン１４３０と、をさらに備える。
【0089】
混合信号ＩＣ１３４２は、一組の送信機１５０２と、１６：１受信機マルチプレクサ１５０４と、送信／受信スイッチ１５０６と、アナログ回路１５０８と、コントローラ１５１０と、入力／出力バッファ１５１２と、を備える。混合信号ＩＣ１３４２は、ボードレベルのストラップピン１５２２と、他の混合信号ＩＣ１３４０、１３４４、１３４６への接続ピン１５２４と、他の混合信号ＩＣ１３４０、１３４４、１３４６への通信ピン１５２６と、受信出力ピン１５２８と、低電圧電源ピン１５３０と、をさらに備える。
【0090】
混合信号ＩＣ１３４４は、一組の送信機１６０２と、１６：１受信機マルチプレクサ１６０４と、送信／受信スイッチ１６０６と、アナログ回路１６０８と、コントローラ１６１０と、入力／出力バッファ１６１２と、を備える。混合信号ＩＣ１３４４は、ボードレベルのストラップピン１６２２と、他の混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４６への接続ピン１６２４と、他の混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４６への通信ピン１６２６と、受信出力ピン１６２８と、低電圧電源ピン１６３０と、をさらに備える。
【0091】
混合信号ＩＣ１３４６は、一組の送信機１７０２と、１６：１受信機マルチプレクサ１７０４と、送信／受信スイッチ１７０６と、アナログ回路１７０８と、コントローラ１７１０と、入力／出力バッファ１７１２と、を備える。混合信号ＩＣ１３４６は、ボードレベルのストラップピン１７２２と、他の混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４への接続ピン１７２４と、他の混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４への通信ピン１７２６と、受信出力ピン１７２８と、低電圧電源ピン１７３０と、をさらに備える。
【0092】
混合信号ＩＣ１３４０は、図２に示す患者インタフェースモジュール２０６を介して、撮像エンジン２０８等の外部ホストシステムへの電力ピン及びデータピン１４２０のためのインタフェースをさらに備える。電力ピン及びデータピン１４２０は、高電圧供給、低電圧供給及び接地のための電力信号を提供する。電力ピン及びデータピン１４２０は、送信信号用の高速ＬＶＤＳ用のアナログ信号をさらに提供する。電力ピン及びデータピン１４２０は、入力クロック信号用のデジタル信号をさらに提供する。
【0093】
混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６の受信出力ピン１４２８、１５２８、１６２８、１７２８はそれぞれ、シングルエンド伝送線に結合される。混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６の受信出力ピン１４２８、１５２８、１６２８、１７２８を使用することにより、複数の超音波トランスデューサ素子から受信した超音波信号の同時測定が可能になる。これにより、超音波撮像を取得する時間を短縮することができる。
【0094】
さらに、超音波信号を、混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６のいずれか１つから、あるいは複数の混合信号ＩＣから、あるいは全部の混合信号ＩＣから受信することができ、その結果、超音波信号を、混合信号ＩＣごとに１つの接続された超音波トランスデューサ素子のうちのいずれかから受信することができる。撮像アセンブリ１３００の帯域幅を増大させ、それによって超音波撮像を取得する時間を短縮するために、複数の受信チャネルを、各混合信号ＩＣに対して１つずつ、含めることができる。
【0095】
混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６の接続ピン１４２４、１５２４、１６２４、１７２４は、高電圧供給、低電圧供給及び接地のための電力信号を提供する。混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６の通信ピン１４２６、１５２６、１６２６、１７２６は、デジタルクロック信号、デジタル送信信号及びＣＲＣ信号を提供する。
【0096】
図１４は、形成後の撮像アセンブリ１３００の端面図を示す。可撓性基板１３１０は、撮像アセンブリ１３００が長方形の断面形状を有するように折り畳まれ、混合信号ＩＣ１３４６及びコンデンサ１３７４は、超音波トランスデューサアレイ１３２０の下に位置決めされる。超音波トランスデューサアレイ１３２０は、超音波トランスデューサアレイ１３２０を、使用中の潜在的な損傷から保護し、画像性能を改善するために超音波エネルギーの集束を提供するレンズ１３９０によって包含される。形成後の撮像アセンブリ１３００は、図１０のＥＢＵＳ気管支鏡１１００のセンサアセンブリ区分１２００に統合することができる。
【0097】
ＥＢＵＳ気管支鏡１１００は、図１に示すＩＶＵＳ撮像及び圧力感知コンソール９０等の外部ホストシステムと共に使用して、肺癌の病期分類のために気管支リンパ節の針生検をガイドすることができる。撮像アセンブリ１３００は、６４素子アレイの送受信対のあらゆる組み合わせが処理される完全なデータセットを取得することによって超音波撮像を実施するために使用することができる。説明に役立つ例として、混合信号ＩＣ１３４０は、第１の送信チャネルで送信し、超音波信号が、混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６のそれぞれの第１の受信チャネルから同時に受信される。この送受信シーケンスは、混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６の残りの受信チャネルに対して繰り返すことができる。このシーケンスは、各混合信号ＩＣの各送信チャネルに対してさらに繰り返すことができる。
【0098】
有利には、撮像アセンブリ１３００は、超音波トランスデューサアレイ１３２０の１つのトランスデューサアレイ素子で送信し、同時に、超音波トランスデューサアレイ１３２０の４つのトランスデューサアレイ素子（即ち、混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、 １３４４、１３４６ごとに１つのトランスデューサアレイ素子）で受信することができる。
【0099】
いくつかの実施形態では、撮像アセンブリ１３００は、８つの混合信号ＩＣを備えるように拡張することができる。そのような実施形態では、撮像アセンブリ１３００は、超音波トランスデューサアレイ１３２０の１つのトランスデューサアレイ素子で送信し、同時に、超音波トランスデューサアレイ１３２０の８つのトランスデューサアレイ素子（即ち、混合信号ＩＣごとに１つのトランスデューサアレイ素子）で受信することができる。
【0100】
ＥＢＵＳ気管支鏡１１００は、合成開口撮像技術を利用して、伝送線の数を減らしたアレイ撮像を可能にしてもよい。これにより、サイズの縮小、電力消費と発熱の低減及びコストの削減が可能になる。
【0101】
さらに、図１７～図１９に関して上記で提供した説明と同じように、撮像アセンブリ１３００によって側面超音波走査モダリティ２５４を実行するための副開口部を、超音波トランスデューサアレイ１３２０の副開口部内の送受信素子の数を増減するように混合信号ＩＣ１３４０、１３４２、１３４４、１３４６をプログラムすることによって最適化することができる。
【0102】
撮像アセンブリ１３００が８つの集積回路を備える実施形態では、各集積回路は、専用の受信チャネルに動作可能に接続することができ、撮像アセンブリ１３００は、超音波トランスデューサアレイの１つの素子での超音波信号の送信と、超音波トランスデューサアレイの８つの素子での超音波信号の受信とを含む超音波走査モダリティを実行するように構成可能である。いくつかの実施形態では、サイズ１０２４×１０ビットのＳＲＡＭが、１つの送信チャネル及び８つの受信チャネルのためのシステムオペコードを支持することができ、外部ホストシステムが、８つの受信チャネルを備えることができる。ＳＲＡＭのサイズを大きくすることにより、外部ホストシステムは追加の混合信号ＩＣに対処することができる。
【0103】
別の例示的な実施形態では、６４素子超音波トランスデューサアレイ及び８つの混合信号ＩＣを有する撮像アセンブリを設けることができる。各混合信号ＩＣの１６個の送信機のうちの８個だけがトランスデューサ素子に接続される。外部ホストシステムには８つのチャネルが含まれる。無演算イベントでは、外部ホストシステムと撮像アセンブリを使用して、取得時間を短縮することができる。
【0104】
別の例示的な実施形態には、１６個とは異なる数の超音波トランスデューサ素子に多重化する混合信号ＩＣを有する撮像アセンブリを設けることができる。別の例示的な実施形態には、２Ｄ超音波トランスデューサアレイを有する撮像アセンブリを設けることができ、このアレイは、前向き３Ｄ超音波走査モダリティを提供するためのスパースアレイである。
【0105】
図１５は、プログラム可能な撮像アセンブリを使用して超音波撮像を実施する方法１８００を示す。方法１８００は、撮像アセンブリのための所望の超音波走査モダリティを選択する動作１８０２を含む。例えば、動作１８０２は、図３に示す円筒形超音波走査モダリティ２５２と、側面超音波走査モダリティ２５４と、前向き３Ｄ超音波走査モダリティ２５６との間で選択することを含むことができる。
【0106】
次に、方法１８００は、選択された超音波走査モダリティに基づいて撮像アセンブリを形成し、組み立てる動作１８０４を含む。特定の実施形態では、撮像アセンブリは、カテーテル又は内視鏡のセンサアセンブリ区分周りに撮像アセンブリの可撓性基板を丸めることによって形成され、その結果、撮像アセンブリは、図９の実施形態に示すような管状構造及び円形断面形状を有する。追加の実施形態では、撮像アセンブリは、カテーテル又は内視鏡のセンサアセンブリ区分周りに撮像アセンブリの可撓性基板を折り畳むことによって形成され、その結果、撮像アセンブリは、図１４の実施形態に示すような管状構造及び長方形断面形状を有する。さらに追加の実施形態では、撮像アセンブリは、撮像アセンブリが実質的に平坦になるように、可撓性基板を丸めることも折り畳むこともなく、撮像アセンブリの可撓性基板をカテーテル又は内視鏡の表面に張り付けることによって形成される。
【0107】
次に、方法１８００は、撮像アセンブリを患者インタフェースモジュールに接続し（図２を参照）、撮像アセンブリの電源を投入して、送受信シーケンス及びオペコードの撮像アセンブリのメモリへのアップロードを含む初期化モードを実行する動作１８０６を含む。撮像アセンブリのメモリにアップロードされる送受信シーケンスとオペコードは、選択された超音波走査モダリティを実行するように撮像アセンブリを構成する。
【0108】
次に、方法１８００は、選択された超音波走査モダリティを実行するための撮像アセンブリの使用を含むミッションモードを実行する動作１８０８を含む。ミッションモードの間、図２のディスプレイコンピュータ又はタブレット２１０等のディスプレイ装置上で選択された超音波走査モダリティに従って超音波撮像を表示するために、撮像アセンブリからの超音波信号データを、撮像エンジンによって取得し、処理する。
【0109】
特定の実施形態では、ディスプレイコンピュータ又はタブレット２１０等の入力装置をユーザが使用して、選択された超音波走査モダリティ内の撮像パラメータを選択／変更することができる。例えば、ミッションモードの集積回路クロック周波数を変更して、送受信の繰り返し率を調整することができる。また、ミッションモードの差動送信信号を変更して、撮像アセンブリの中心周波数を変更することができる。さらに、ミッションモードの差動送信信号を変更して、送信／受信スイッチの動作を調整し、近距離撮像の性能を最適化することができる。
【0110】
図１６は、上記のＩＶＵＳ撮像及び圧力感知コンソール９０、患者インタフェースモジュール２０６、撮像エンジン２０８又はディスプレイコンピュータ又はタブレット２１０の機能等、本開示の態様を実施するために使用することができる計算装置１９００の例示的なアーキテクチャを示す。計算装置１９００は、処理ユニット１９０２と、システムメモリ１９０８と、システムメモリ１９０８を処理ユニット１９０２に結合するシステムバス１９２０と、を備える。
【0111】
処理ユニット１９０２は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）等の処理装置の一例である。システムメモリ１９０８は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）１９１０と、読み取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）１９１２と、を含む。起動中等、計算装置１９００内の素子間で情報を転送するのを支援する基本ルーチンを含む基本入力／出力ロジックを、ＲＯＭ１９１２に保存する。
【0112】
計算装置１９００は、また、ソフトウェア命令及びデータを保存する大容量記憶装置１９１４を備えてよい。大容量記憶装置１９１４は、システムバス１９２０に接続された大容量記憶コントローラを介して処理ユニット１９０２に接続される。大容量記憶装置１９１４と、その関連するコンピュータ可読データ記憶媒体は、計算装置１９００に不揮発性、非一時的記憶装置を提供する。
【0113】
本明細書のコンピュータ可読データ記憶媒体の説明は大容量記憶装置に言及しているが、コンピュータ可読データ記憶媒体は、装置がデータ及び／又は命令を読み取ることができる任意の利用可能な非一時的、物理的装置又は製造品であり得ることを当業者は理解すべきである。大容量記憶装置１９１４は、コンピュータ可読記憶装置の一例である。
【0114】
コンピュータ可読データ記憶媒体には、コンピュータ可読ソフトウェア命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータ等の情報を記憶するための任意の方法又は技術にて実装された揮発性及び不揮発性、取り外し可能及び取り外し不可能媒体が含まれる。例示的なタイプのコンピュータ読み取り可能データ記憶媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他の半導体メモリ技術、あるいは情報を保存するために使用することができ、装置からアクセスすることができる任意の他の媒体が含まれるが、ここに挙げたものに限定されない。
【0115】
計算装置１９００は、ローカルネットワーク、インタネット又は別のタイプのネットワーク等のネットワーク１９２２を介したリモートネットワーク装置への論理接続を使用して、ネットワーク化された環境で動作してもよい。装置は、システムバス１９２０に接続されたネットワークインタフェースユニット１９０４を介してネットワーク１９２２に接続される。ネットワークインタフェースユニット１９０４は、また、他のタイプのネットワーク及びリモート計算システムに接続するために利用されてもよい。
【0116】
計算装置１９００は、また、いくつかの入力装置からの入力を受信し、処理するための入力／出力コントローラ１９０６を備えることができる。同じように、入力／出力コントローラ１９０６は、いくつかの出力装置に出力を提供してもよい。
【0117】
大容量記憶装置１９１４及びＲＡＭ１９１０は、ソフトウェア命令及びデータを保存することができる。ソフトウェア命令は、装置の動作を制御するのに適したオペレーティングシステム１９１８を含むことができる。大容量記憶装置１９１４及び／又はＲＡＭ１９１０は、また、処理ユニット１９０２によって実行されると、装置に、本明細書で考察された装置の機能を提供させるソフトウェア命令１９１６を保存する。例えば、大容量記憶装置１９１４及び／又はＲＡＭ１９１０は、処理ユニット１９０２によって実行されると、図２に示すように、撮像エンジン２０８に、患者インタフェースモジュール２０６を介して撮像アセンブリ２０２をプログラムし、動作させるソフトウェア命令を保存することができる。
【0118】
本発明の一態様によれば、管腔内医療装置が、超音波圧力を伝達し、受けるように構成された第１のセンサと、生理学的パラメータを測定するように構成された第２のセンサと、第１のセンサと第２のセンサに接続された第１の集積回路と、を有する第１の区分を備える細長い本体を備える。第１の区分は、案内ワイヤを受容するように構成された管腔をさらに備える。細長い本体は、第１の区分に結合され、通信アセンブリを収容するように構成された管腔を有する第２の区分をさらに備える。第１のセンサは、超音波トランスデューサアレイを備えてもよい。第１の集積回路は、第１のセンサを制御するための送受信電子機器を備える。第２のセンサは、血圧を測定するためのホイートストンブリッジ等のピエゾ抵抗センサを含んでもよい。第１の区分は、第１の集積回路に接続された少なくとも１つの追加の集積回路をさらに備えてもよい。少なくとも１つの追加の集積回路は第１のセンサにさらに接続される。通信アセンブリは、第１のセンサ及び第２のセンサの両方からの信号を受信するための単一の伝送線を備えてもよい。
【0119】
本発明の別の態様によれば、管腔内医療装置が、超音波圧力を伝達し、受けるように構成されたセンサを有する第１の区分と、センサに接続された第１の集積回路とを備える細長い本体を備える。細長い本体は、第１の区分に結合された第２の区分と、通信アセンブリを収容するように構成された第１の管腔と、針を送達するように構成された第２の管腔と、をさらに備える。センサは、超音波トランスデューサアレイを備えてもよい。第１の集積回路は、第１のセンサを制御するための送受信電子機器を備える。第１の区分は、第１の集積回路に接続された少なくとも１つの追加の集積回路をさらに備えてもよい。少なくとも１つの追加の集積回路はセンサにさらに接続される。通信アセンブリは、第１の集積回路から信号を受信するための伝送線を備える。通信アセンブリは、少なくとも１つの追加の集積回路から信号を受信するための少なくとも１つの伝送線をさらに備えてもよい。
【0120】
上記のさまざまな実施形態は、例示としてのみ提供されており、本明細書に添付された特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。当業者は、本明細書に例示され記載された例示的な実施形態及び用途に従わずに、以下の特許請求の範囲の真の精神及び範囲から逸脱することなく実施され得るさまざまな修正及び変更を容易に認識するであろう。
［実施例１］
超音波撮像装置であって、
複数のトランスデューサアレイ素子を有する超音波トランスデューサアレイと、
前記超音波トランスデューサアレイに動作可能に接続された集積回路であって、前記集積回路は、前記超音波撮像装置のために選択された超音波走査モダリティを支持するために前記超音波トランスデューサアレイの副開口部を最適化するための送受信シーケンス及び動作コードを保存するようにプログラム可能なメモリを備え、前記副開口部は、前記複数のトランスデューサアレイ素子よりも少ないトランスデューサアレイ素子のサブセットを有する、集積回路と、
を具備する、超音波撮像装置。
［実施例２］
前記超音波トランスデューサアレイは、６４個のトランスデューサアレイ素子を有し、前記超音波撮像装置は、前記６４個のトランスデューサアレイ素子のいずれか１つのトランスデューサアレイ素子で送信し、前記６４個のトランスデューサアレイ素子のいずれか１つのトランスデューサアレイ素子で受信するように、それぞれが前記メモリによって構成可能な第１、第２、第３及び第４の集積回路を具備する、実施例１に記載の超音波撮像装置。
［実施例３］
前記超音波撮像装置は、前記超音波トランスデューサに動作可能に接続された４つ以上の集積回路を備え、
複数の集積回路が、第１の受信ライン上で、第１の組のトランスデューサアレイ素子に動作可能に接続され、複数の他の集積回路が、第２の受信ライン上で、第２の組のトランスデューサアレイ素子に動作可能に接続され、前記第１及び第２の組のトランスデューサアレイ素子は、前記超音波撮像装置の中央トランスデューサアレイ周りに交互に配置される、
実施例１又は２に記載の超音波撮像装置。
［実施例４］
第１の集積回路に動作可能に接続された第１の生理学的センサであって、前記第１の集積回路は、前記第１の生理学的センサからの信号を第１の受信チャネルに多重化する、第１の生理学的センサと、第２の集積回路に動作可能に接続された第２の生理学的センサであって、前記第２の集積回路は、前記第２の生理学的センサからの信号を第２の受信チャネルに多重化する、第２の生理学的センサと、をさらに具備する、実施例１、２又は３に記載の超音波撮像装置。
［実施例５］
前記第１の組のトランスデューサアレイ素子又は第１のトランスデューサアレイに接続された前記集積回路は、第１の差動送信機信号及びクロック信号によって駆動され、前記第２の組のトランスデューサアレイ素子又は第２のトランスデューサアレイに接続された前記集積回路は、第２の差動送信機信号及び前記クロック信号によって駆動され、前記第１及び第２の差動送信信号は異なる、実施例１～４のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例６］
前記超音波トランスデューサアレイは、８つの集積回路であって、各集積回路は専用の受信チャネルに動作可能に接続される、８つの集積回路を備え、前記超音波撮像装置は、前記超音波トランスデューサアレイの１つの素子での超音波信号の送信と、前記超音波トランスデューサアレイの８つの素子での超音波信号の受信と、を含む超音波走査モダリティを実行するように構成可能である、実施例１～５のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例７］
前記超音波走査モダリティは、円筒形超音波走査モダリティ、側面超音波走査モダリティ又は前向き３Ｄ超音波走査モダリティである、実施例１～６のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例８］
前記集積回路上に低雑音増幅器をさらに具備する、実施例１～７のいずれか一項に記載の超音波撮像装置であって、前記低雑音増幅器は、前記超音波トランスデューサアレイから受信された超音波信号に利得を提供するように構成可能であり、前記低雑音増幅器によって提供された前記利得は、前記集積回路の電力消費を低減するために可変である、超音波撮像装置。
［実施例９］
前記低雑音増幅器は、前記集積回路の電力消費を低減するために、受信ウィンドウが機能してないときに、スイッチが切られるように動作可能である、実施例８に記載の超音波撮像装置。
［実施例１０］
前記集積回路上のエラー検査回路であって、前記エラー検査回路は、４ビットのデジタルエラー出力を可能にする２本の差動信号線のそれぞれのＤＣバイアス電圧を引き上げるか引き下げることによって、前記集積回路が前記送受信シーケンス又は動作コードのエラーを報告することを可能にする巡回冗長検査信号を生成するために差動信号を使用する、エラー検査回路をさらに具備する、実施例１～９のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例１１］
前記集積回路は、円筒形アレイ副開口部のサイズを増大させるか減少させて、撮像パラメータを最適化するために、異なる送受信シーケンスを用いてプログラム可能である、実施例１～１０のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例１２］
前記集積回路は、前記超音波トランスデューサアレイに向けられた異なる伝達電圧によって駆動されるようにプログラム可能である、実施例１～１１のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例１３］
超音波撮像装置用の撮像アセンブリであって、前記撮像アセンブリは、
超音波トランスデューサアレイと、
前記超音波トランスデューサアレイに動作可能に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、命令を保存するようにプログラム可能なメモリを有し、前記命令は、前記命令コントローラによって実行されると、前記コントローラが、
送受信シーケンス及び動作コードの受信と前記メモリへの保存を含む初期化モードで動作することであって、前記動作コードは、円筒形超音波走査モダリティ、側面超音波走査モダリティ及び前向き３Ｄ超音波走査モダリティから構成されるグループから選択された超音波走査モダリティを実行するように前記撮像アセンブリを構成することと、
前記超音波トランスデューサアレイによって選択された前記超音波走査モダリティの性能を最適化するための前記送受信シーケンスの実行を含むミッションモードで動作することと、を実施するようにする、コントローラと、
を具備する、撮像アセンブリ。
［実施例１４］
前記撮像アセンブリは、ＩＶＵＳ撮像及び圧力感知カテーテル又は気管支内超音波気管支鏡での組み立てのために構成され、単回使用後に使い捨て可能である、実施例１３に記載の撮像アセンブリ。
［実施例１５］
前記ミッションモードは、前記超音波トランスデューサアレイの１つのトランスデューサアレイ素子での送信と、前記超音波トランスデューサアレイの４つのトランスデューサアレイ素子での受信と、を含む、実施例１３又は１４に記載の撮像アセンブリ。
［実施例１６］
前記ミッションモードは、前記超音波トランスデューサアレイの１つのトランスデューサアレイ素子での送信と、前記超音波トランスデューサアレイの８つのトランスデューサアレイ素子での受信とを含む、実施例１３、１４又は１５に記載の撮像アセンブリ。
［実施例１７］
プログラム可能な撮像アセンブリを使用して超音波撮像を実施する方法であって、前記方法は、
超音波走査モダリティを選択することと、
前記選択した超音波走査モダリティのための前記撮像アセンブリを組み立てることと、
送受信シーケンスとオペコードを前記撮像アセンブリのメモリにアップロードすることであって、前記送受信シーケンスとオペコードは、前記選択された超音波走査モダリティを実行するように前記撮像アセンブリを構成することと、
前記撮像アセンブリから超音波信号データを取得することと、
ディスプレイ装置上で前記選択された超音波走査モダリティに従って超音波撮像を表示するために、前記取得された超音波信号データを処理することと、
を含む、方法。
［実施例１８］
前記撮像アセンブリが管状構造及び円形断面形状を有し、それによって円筒形超音波走査モダリティ用の円筒形アレイを構成するように、装置のセンサアセンブリ区分周りに前記撮像アセンブリの可撓性基板を丸めることによって前記撮像アセンブリを形成することをさらに含む、実施例１７に記載の方法。
［実施例１９］
撮像アセンブリが管状構造及び長方形断面形状を有し、それによって側面超音波走査モダリティのための平坦な線形アレイを構成するように、装置のセンサアセンブリ区分周りに前記撮像アセンブリの可撓性基板を折り畳むことによって前記撮像アセンブリを形成することをさらに含む、実施例１７に記載の方法。
［実施例２０］
装置のセンサアセンブリ区分の先端周りに前記撮像アセンブリの可撓性基板を折り畳むことによって前記撮像アセンブリを形成し、その結果、前記撮像アセンブリが先端に平坦面を有し、前記センサアセンブリ区分の形状に一致し、それによって前向き３Ｄ超音波走査モダリティのためのスパース２Ｄマトリックスアレイを構成するようになることをさらに含む、実施例１７に記載の方法。
［実施例１］
超音波撮像装置であって、
複数のトランスデューサアレイ素子を有する超音波トランスデューサアレイと、
前記超音波トランスデューサアレイに動作可能に接続された集積回路であって、前記集積回路は、前記超音波撮像装置のために選択された超音波走査モダリティを支持するために前記超音波トランスデューサアレイの副開口部を最適化するための送受信シーケンス及び動作コードを保存するようにプログラム可能なメモリを備え、前記副開口部は、前記複数のトランスデューサアレイ素子よりも少ないトランスデューサアレイ素子のサブセットを有する、集積回路と、
を具備する、超音波撮像装置。
［実施例２］
前記超音波トランスデューサアレイは、６４個のトランスデューサアレイ素子を有し、前記超音波撮像装置は、前記６４個のトランスデューサアレイ素子のいずれか１つのトランスデューサアレイ素子で送信し、前記６４個のトランスデューサアレイ素子のいずれか１つのトランスデューサアレイ素子で受信するように、それぞれが前記メモリによって構成可能な第１、第２、第３及び第４の集積回路を具備する、実施例１に記載の超音波撮像装置。
［実施例３］
前記超音波撮像装置は、前記超音波トランスデューサに動作可能に接続された４つ以上の集積回路を備え、
複数の集積回路が、第１の受信ライン上で、第１の組のトランスデューサアレイ素子に動作可能に接続され、複数の他の集積回路が、第２の受信ライン上で、第２の組のトランスデューサアレイ素子に動作可能に接続され、前記第１及び第２の組のトランスデューサアレイ素子は、前記超音波撮像装置の中央トランスデューサアレイ周りに交互に配置される、
実施例１又は２に記載の超音波撮像装置。
［実施例４］
第１の集積回路に動作可能に接続された第１の生理学的センサであって、前記第１の集積回路は、前記第１の生理学的センサからの信号を第１の受信チャネルに多重化する、第１の生理学的センサと、第２の集積回路に動作可能に接続された第２の生理学的センサであって、前記第２の集積回路は、前記第２の生理学的センサからの信号を第２の受信チャネルに多重化する、第２の生理学的センサと、をさらに具備する、実施例１、２又は３に記載の超音波撮像装置。
［実施例５］
前記第１の組のトランスデューサアレイ素子又は第１のトランスデューサアレイに接続された前記集積回路は、第１の差動送信機信号及びクロック信号によって駆動され、前記第２の組のトランスデューサアレイ素子又は第２のトランスデューサアレイに接続された前記集積回路は、第２の差動送信機信号及び前記クロック信号によって駆動され、前記第１及び第２の差動送信信号は異なる、実施例１～４のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例６］
前記超音波トランスデューサアレイは、８つの集積回路であって、各集積回路は専用の受信チャネルに動作可能に接続される、８つの集積回路を備え、前記超音波撮像装置は、前記超音波トランスデューサアレイの１つの素子での超音波信号の送信と、前記超音波トランスデューサアレイの８つの素子での超音波信号の受信と、を含む超音波走査モダリティを実行するように構成可能である、実施例１～５のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例７］
前記超音波走査モダリティは、円筒形超音波走査モダリティ、側面超音波走査モダリティ又は前向き３Ｄ超音波走査モダリティである、実施例１～６のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例８］
前記集積回路上に低雑音増幅器をさらに具備する、実施例１～７のいずれか一項に記載の超音波撮像装置であって、前記低雑音増幅器は、前記超音波トランスデューサアレイから受信された超音波信号に利得を提供するように構成可能であり、前記低雑音増幅器によって提供された前記利得は、前記集積回路の電力消費を低減するために可変である、超音波撮像装置。
［実施例９］
前記低雑音増幅器は、前記集積回路の電力消費を低減するために、受信ウィンドウが機能してないときに、スイッチが切られるように動作可能である、実施例８に記載の超音波撮像装置。
［実施例１０］
前記集積回路上のエラー検査回路であって、前記エラー検査回路は、４ビットのデジタルエラー出力を可能にする２本の差動信号線のそれぞれのＤＣバイアス電圧を引き上げるか引き下げることによって、前記集積回路が前記送受信シーケンス又は動作コードのエラーを報告することを可能にする巡回冗長検査信号を生成するために差動信号を使用する、エラー検査回路をさらに具備する、実施例１～９のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例１１］
前記集積回路は、円筒形アレイ副開口部のサイズを増大させるか減少させて、撮像パラメータを最適化するために、異なる送受信シーケンスを用いてプログラム可能である、実施例１～１０のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例１２］
前記集積回路は、前記超音波トランスデューサアレイに向けられた異なる伝達電圧によって駆動されるようにプログラム可能である、実施例１～１１のいずれか一項に記載の超音波撮像装置。
［実施例１３］
超音波撮像装置用の撮像アセンブリであって、前記撮像アセンブリは、
超音波トランスデューサアレイと、
前記超音波トランスデューサアレイに動作可能に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、命令を保存するようにプログラム可能なメモリを有し、前記命令は、前記命令コントローラによって実行されると、前記コントローラが、
送受信シーケンス及び動作コードの受信と前記メモリへの保存を含む初期化モードで動作することであって、前記動作コードは、円筒形超音波走査モダリティ、側面超音波走査モダリティ及び前向き３Ｄ超音波走査モダリティから構成されるグループから選択された超音波走査モダリティを実行するように前記撮像アセンブリを構成することと、
前記超音波トランスデューサアレイによって選択された前記超音波走査モダリティの性能を最適化するための前記送受信シーケンスの実行を含むミッションモードで動作することと、を実施するようにする、コントローラと、
を具備する、撮像アセンブリ。
［実施例１４］
前記撮像アセンブリは、ＩＶＵＳ撮像及び圧力感知カテーテル又は気管支内超音波気管支鏡での組み立てのために構成され、単回使用後に使い捨て可能である、実施例１３に記載の撮像アセンブリ。
［実施例１５］
前記ミッションモードは、前記超音波トランスデューサアレイの１つのトランスデューサアレイ素子での送信と、前記超音波トランスデューサアレイの４つのトランスデューサアレイ素子での受信と、を含む、実施例１３又は１４に記載の撮像アセンブリ。
［実施例１６］
前記ミッションモードは、前記超音波トランスデューサアレイの１つのトランスデューサアレイ素子での送信と、前記超音波トランスデューサアレイの８つのトランスデューサアレイ素子での受信とを含む、実施例１３、１４又は１５に記載の撮像アセンブリ。
［実施例１７］
プログラム可能な撮像アセンブリを使用して超音波撮像を実施する方法であって、前記方法は、
超音波走査モダリティを選択することと、
前記選択した超音波走査モダリティのための前記撮像アセンブリを組み立てることと、
送受信シーケンスとオペコードを前記撮像アセンブリのメモリにアップロードすることであって、前記送受信シーケンスとオペコードは、前記選択された超音波走査モダリティを実行するように前記撮像アセンブリを構成することと、
前記撮像アセンブリから超音波信号データを取得することと、
ディスプレイ装置上で前記選択された超音波走査モダリティに従って超音波撮像を表示するために、前記取得された超音波信号データを処理することと、
を含む、方法。
［実施例１８］
前記撮像アセンブリが管状構造及び円形断面形状を有し、それによって円筒形超音波走査モダリティ用の円筒形アレイを構成するように、装置のセンサアセンブリ区分周りに前記撮像アセンブリの可撓性基板を丸めることによって前記撮像アセンブリを形成することをさらに含む、実施例１７に記載の方法。
［実施例１９］
撮像アセンブリが管状構造及び長方形断面形状を有し、それによって側面超音波走査モダリティのための平坦な線形アレイを構成するように、装置のセンサアセンブリ区分周りに前記撮像アセンブリの可撓性基板を折り畳むことによって前記撮像アセンブリを形成することをさらに含む、実施例１７に記載の方法。
［実施例２０］
装置のセンサアセンブリ区分の先端周りに前記撮像アセンブリの可撓性基板を折り畳むことによって前記撮像アセンブリを形成し、その結果、前記撮像アセンブリが先端に平坦面を有し、前記センサアセンブリ区分の形状に一致し、それによって前向き３Ｄ超音波走査モダリティのためのスパース２Ｄマトリックスアレイを構成するようになることをさらに含む、実施例１７に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図 】