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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Ultraschallbildgebung
und insbesondere die Abbildung von Körperlumen oder Hohlräumen. Spezifischer
betrifft die Erfindung Bildgebungseinrichtungen, die mit hohen Geschwindigkeiten
gedreht werden, um ein Bild eines Körperlumens oder Hohlraums zu
erzeugen.
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Die
Verwendung drehbarer Bildgebungseinrichtungen zur Erzeugung eines
Bilds eines Körperlumens
ist gut bekannt. Beispielsweise ist ein bahnbrechender Ansatz in
dem US-Patent Nr. 4,794,931 beschrieben. In dem US-Patent Nr. 4,794,931
wird ein Antriebskabel mit einem Bildgebungselement an einem distalen
Ende in einem Katheter gedreht, um vor einer Therapie ein Bild eines
erkrankten Bereichs zu erzeugen.
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In
letzter Zeit hat sich ein Fortschritt auf dem Gebiet drehbarer Bildgebungseinrichtungen
ergeben, wobei die Größe der Bildgebungseinrichtungen beträchtlich
verringert wurde. Beispielsweise ist eine derartige Bildgebungseinrichtung
allgemein in dem US-Patent Nr. 6,344,037 beschrieben. Eine derartige Bildgebungseinrichtung
ist klein genug, um in traditionellen Führungsdrahtlumen therapeutischer
Katheter, wie z.B. Angioplastie-Ballonkatheter, betrieben zu werden.
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Ein
potentielles Problem, das beim Betreiben von Bildgebungseinrichtungen
in Katheterlumen mit einer distalen Ausgangsöffnung, wie z.B. in Führungsdrahtlumen
therapeutischer Katheter, auftreten kann, besteht darin, dass die
sich drehende Bildgebungseinrichtung unbeabsichtigt über die
distale Ausgangsöffnung
hinaus und in das Körperlumen vorbewegt
werden kann, wodurch ein Risiko entsteht, die luminale Wand zu beschädigen.
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Folglich
wäre es
wünschenswert,
eine Möglichkeit
bereitzustellen, die unerwünschte
Vorwärtsbewegung
einer sich drehenden Bildgebungseinrichtung über eine distale Ausgangsöffnung eines
Katheters hinaus zu verhindern. Eine derartige Absicherung sollte
zuverlässig
und einfach einzusetzen sein, um ihre Akzeptanz in der Industrie
zu maximieren.
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Die
WO 96/39081 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Rotationskorrelation
zwischen einem Ultraschallbild und einem Katheter unter Verwendung
eines opaken Ultraschallmarkers.
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Die
WO 91/02489 offenbart eine intravaskuläre Ultraschall-Bildgebungssonde
mit einem an ihrem distalen Ende befestigten fluorolumineszenten Band,
um es einem anwesenden Arzt zu ermöglichen, den Fortschritt des
Katheters während
des Einführens
in ein vaskuläres
System eines Patienten zu verfolgen und um eine Referenz für die Ultraschallbildgebungsvorrichtung
bereitzustellen, sobald der Führungskatheter
richtig positioniert ist.
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Die
US 5,485,845 offenbart ein
Kathetersystem mit einem an einem Rotormechanismus angebrachten
Wandler, wobei das Kathetersystem eine Anordnung von mit Hilfe von
Ultraschall erkennbaren Signalen zur Bestimmung einer Winkelposition
des Wandlers umfasst.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung stellt beispielhafte Methoden bereit, um die unerwünschte Vorwärtsbewegung
einer sich drehenden Bildgebungseinrichtung über eine Ausgangsöffnung eines
Katheters hinaus und in ein Körperlumen
hinein zu verhindern.
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Erfindungsgemäß wird ein
Kathetersystem bereitgestellt, wie es in dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch
definiert ist, auf den nun Bezug genommen werden soll. Ausführungsformen
der Erfindung sind in den beigefügten
abhängigen
Patentansprüchen
definiert, auf die nun ebenfalls Bezug genommen werden soll.
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Sobald
die Bildgebungseinrichtung durch das Lumen und bis zu dem erkennbaren
Muster vorwärts
bewegt worden ist, wird auf diese Art und Weise die Anwesenheit
des Musters durch die Steuereinrichtung erfasst, die die Drehung
der Bildgebungseinrichtung stoppt. Wenn die Bildgebungseinrichtung über die
Ausgangsöffnung
hinaus vorwärts
bewegt wird, dreht sich die Bildgebungseinrichtung als solche nicht,
so dass die Wahrscheinlichkeit, die luminale Wand oder die Hohlraumwand
zu beschädigen, beträchtlich
verringert wird. Wenn der Motor dazu eingesetzt wird, auch die Bildgebungseinrichtung
in eine Translationsbewegung zu versetzen, kann das Signal, alternativ
dazu, dazu verwendet werden, die Translationsbewegung der Bildgebungseinrichtung zu
stoppen, so dass die sich drehende Bildgebungseinrichtung nicht
in distaler Richtung über
die Ausgangsöffnung
hinaus vorwärts
bewegt wird.
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Eine
breite Vielfalt erkennbarer Muster kann eingesetzt werden, um anzuzeigen,
wenn sich die Bildgebungseinrichtung zu weit in dem Lumen nach vorne
bewegt hat. Beispielsweise kann das Muster ein rohrförmiges reflektierendes
Element umfassen, das um den rohrförmigen Körper gecrimpt oder anderweitig
um den rohrförmigen
Körper
befestigt ist. Andere Muster, die eingesetzt werden können, umfassen
Ultraschall reflektierende Materialien mit einer Vielzahl von Formen
und Größen, die
an dem Katheterkörper
befestigt oder integriert in dem Katheterkörper ausgebildet sein können, echogene
Beschichtungen, Veränderungen
im Durchmesser des Katheterkörpers,
des distalen Endes des Katheterkörpers
und dergleichen. Vorzugsweise ist das Muster so gestaltet, dass
es eine Form oder eine Struktur hat, das seine Unterscheidung vom
Rest des Bilds ermöglicht. Beispielsweise
kann das Muster eine Mehrzahl von langgestreckten Öffnungen
umfassen, die als Lücken in
dem resultierenden Bild erscheinen und somit das Muster von einem
Stent unterscheiden. Wenn die Steuereinrichtung die Lücken erkennt,
wird die Drehung der Bildgebungseinrichtung gestoppt.
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Der
Katheter ist vorzugsweise ein therapeutischer Katheter mit einem
therapeutischen Element zur Behandlung eines Bereichs des Körperlumens. Beispielsweise
kann das therapeutische Element einen Angioplastieballon umfassen.
Als weiteres Beispiel kann das therapeutische Element ein Stentzufuhrsystem
umfassen. Als ein weiteres Beispiel kann das therapeutische Element
einen Laser oder ein drehbares Schneidelement umfassen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
vergrößert das
Lumen vorzugsweise die Länge
des Katheterkörpers.
Auf diese Art und Weise kann der Katheter in das Körperlumen über einen
Führungsdraht nach
einer Über-den-Draht-Methode
eingeführt
werden. Typischerweise weist das Lumen einen Durchmesser im Bereich
von ungefähr
0,25 mm bis ungefähr
5 mm und von ungefähr
0,25 mm bis ungefähr 0,5
mm für
Anwendungen in den Koronararterien auf. Die Bildgebungseinrichtung
weist vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,20
mm bis ungefähr
2 mm auf.
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Bei
einem beispielhaften Verfahren der Verwendung des erfindungsgemäßen Kathetersystems wird
ein Körperlumen
durch Einführen
des Katheters in das Körperlumen
sichtbar gemacht. Die Bildgebungseinrichtung wird durch das Lumen
eingeführt und
so positioniert, dass sich das Bildgebungselement an einem abzubildenden
Ort befindet. Die Bildgebungseinrichtung wird gedreht, während das
Bildgebungselement zur Erzeugung eines Bilds des Körperlumens
betätigt
wird. Die Drehung der Bildgebungseinrichtung wird gestoppt, wenn
ein Bild des Musters erfasst wird, so dass eine Vorwärtsbewegung
der sich drehenden Bildgebungseinrichtung über die Ausgangsöffnung hinaus
verhindert wird. Alternativ dazu kann eine Translationsbewegung
der Bildgebungseinrichtung gestoppt werden, so dass die sich drehende
Bildgebungseinrichtung in distaler Richtung nicht über die
Ausgangsöffnung
hinaus bewegt wird.
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Der
Katheter kann durch Vorwärtsbewegen des
Katheters über
einen Führungsdraht
in das Körperlumen
eingeführt
werden. Sobald er richtig positioniert ist, kann der Führungsdraht
zurückgezogen werden
und die Bildgebungseinrichtung wird in das Führungsdrahtlumen eingeführt.
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Darüber hinaus
kann ein therapeutisches Element entfaltet werden, während sich
die Bildgebungseinrichtung dreht, um ein Bild des therapeutischen
Elements zu erzeugen. Auf diese Art und Weise kann das Körperlumen
während
des therapeutischen Verfahrens sichtbar gemacht werden. Beispielsweise
kann das Aufblasen eines Ballons oder das Entfalten eines Stents
sichtbar gemacht werden. Das Muster weist vorzugsweise eine einzigartige Form
auf, um eine einfache Unterscheidung von dem therapeutischen Element
zu ermöglichen.
Auf diese Art und Weise kann die Drehung der Bildgebungseinrichtung
gestoppt werden, sobald die einzigartige Form erfasst wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht eines beispielhaften Bildgebungssystems
gemäß der Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsseitenansicht eines erfindungsgemäßen Katheters
mit einem rohrförmigen
reflektierenden Element, das in der Nähe eines distalen Endes angeordnet
ist.
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2A ist
eine Querschnittsansicht des in 2 dargestellten
Katheters entlang der Linie A-A.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften rohrförmigen reflektierenden
Elements gemäß der Erfindung.
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4 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines distalen Endes
eines Katheters mit dem in 3 dargestellten
rohrförmigen
reflektierenden Element.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
eines um ein distales Ende eines Katheters angeordneten rohrförmigen reflektierenden
Elements gemäß der Erfindung.
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6 zeigt
den in 4 dargestellten Katheter mit einem Bildgebungselement
einer sich drehenden Bildgebungseinrichtung, die in dem rohrförmigen reflektierenden
Element gemäß der Erfindung angeordnet
ist.
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7 zeigt
ein reflektiertes Bild, das durch das in 6 dargestellte
Bildgebungselement erfasst wird, wenn es in dem rohrförmigen reflektierenden
Element gemäß der Erfindung
angeordnet ist.
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8 ist
eine schematische Ansicht eines distalen Endes eines Katheters,
die eine elektrische Schaltung zeigt, die unterbrochen wird, wenn
eine Bildgebungseinrichtung über
ein distales Ende des Katheters hinaus vorwärts bewegt wird.
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9 zeigt
eine Querschnittsansicht eines distalen Endes eines Katheters mit
einer Mehrzahl von radioopaken Markern, die in dem Katheterkörper gemäß der Erfindung
angeordnet ist.
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Detaillierte
Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen
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Die
Erfindung stellt verschiedene Systeme bereit, um die Vorwärtsbewegung
einer sich drehenden Bildgebungseinrichtung über eine distale Ausgangsöffnung eines
Katheters hinaus zu verhindern. Wenn die Bildgebungseinrichtung
unbeabsichtigt über
die Ausgangsöffnung
hinaus und in ein Körperlumen
oder einen Hohlraum vorwärts
bewegt wird, stoppen die durch die Erfindung bereitgestellten Methoden
auf diese Art und Weise eine Drehung der Bildgebungseinrichtung,
um das Risiko, die Wand des Körperlumens
zu perforieren, beträchtlich
zu reduzieren oder zu beseitigen.
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Die
Erfindung kann mit im Wesentlichen jeder drehbaren Bildgebungseinrichtung
verwendet werden, die in einem Lumen oder einem Hohlraum eines Katheterkörpers gedreht
wird, um ein Bild zu erzeugen. Derartige Bildgebungseinrichtungen
umfassen typischerweise ein langgestrecktes Antriebskabel mit einem
an einem distalen Ende angeordneten Ultraschallbildgebungselement
oder Wandler. Derartige Bildgebungseinrichtungen umfassen unter anderem
Bildgebungskerne, Bildgebungsdrähte, Bildgebungsführungsdrähte und
dergleichen. Lediglich beispielhaft sind drehbare Bildgebungseinrichtungen,
die mit der Erfindung eingesetzt werden können, in den US-Patenten Nr.
4,794,931 und 6,344,037 und in der ebenfalls anhängigen US-Anmeldung, Seriennr. 60/059,718, eingereicht
am 22. September 1997, beschrieben.
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Die
drehbaren Bildgebungseinrichtungen der Erfindung können einen
weiten Bereich von äußeren Abmessungen,
einschließlich
von Außendurchmessern
im Bereich von ungefähr
0,20 mm bis ungefähr 0,5
mm für
Anwendungen in den Koronararterien aufweisen. Ein derartiger Bereich
von Durchmessern ermöglicht
eine Verwendung der Bildgebungseinrichtungen in konventionellen
Führungsdrahtlumen.
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Katheter,
die mit der Erfindung eingesetzt werden können, umfassen vorzugsweise
einen Katheterkörper
mit einem proximalen Ende, einem distalen Ende und mindestens einem
Lumen, das an einer Ausgangsöffnung
des distalen Endes endet. In vielen Fällen umfasst das Lumen ein
Führungsdrahtlumen,
das eingesetzt wird, um den Katheter nach einer Über-den-Draht-Methode in ein
Körperlumen
einzuführen.
Nach der Einführung
dient das Führungsdrahtlumen
als Bildgebungslumen zur Aufnahme der Bildgebungseinrichtung, so
dass ein Bild erzeugt werden kann. Da das Lumen an dem distalen
Ende endet, stellt die Erfindung Verfahren bereit, um die Drehung
der Bildgebungseinrichtung entweder vor oder bei dem Austritt der
Bildgebungseinrichtung aus der Ausgangsöffnung zu stoppen. Beispielhafte
Katheter mit einem Lumen, das in einer Ausgangsöffnung am distalen Ende endet,
umfassen PTCA-Katheter, PCA-Katheter, verschiedene andere Ballonkatheter,
Atherektomie-Katheter, Katheter mit einem "gemeinsamen Lumen", wie sie allgemein in dem US-Patent
Nr. 5,314,408 beschrieben sind, und dergleichen. Die Bildgebungslumen
derartiger Katheter weisen einen Durchmesser auf, der groß genug
ist, um die sich drehende Bildgebungseinrichtung aufzunehmen, so
dass ein Bild erzeugt werden kann.
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Die
Erfindung kann im Zusammenhang mit verschiedenen diagnostischen
und therapeutischen Verfahren eingesetzt werden, die die Verwendung
einer drehbaren Bildgebungseinrichtung umfassen. Derartige Verfahren
können
beispielsweise das Abbilden der Entfaltung und der Platzierung eines Stents
in Echtzeit, die Erzeugung von Bildern während der Platzierung von Bestrahlungseinrichtungen bei
Bestrahlungsverfahren, die Erzeugung von Bildern während direktionaler
Koronaratherektomie-Verfahren (directional coronary atherectomy, DCA),
die Erzeugung von Bildern während
der Platzierung eines Ballons während
Ballonangioplastie-Verfahren, die Erzeugung von Bildern während der
Platzierung von Stenttransplantaten, die Erzeugung von Bildern während neurologischer
Verfahren, die Erzeugung von Bildern während urologischer Verfahren,
die Erzeugung von Bildern während
gastrointestinaler Verfahren, die Abbildung intrakardialer Strukturen
während
einer Ablation und dergleichen umfassen.
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Die
Vorwärtsbewegung
der sich drehenden Bildgebungseinrichtung über die distale Ausgangsöffnung hinaus
wird vorzugsweise durch die Bereitstellung eines durch Ultraschall
erkennbaren Musters an dem distalen Ende oder in der Nähe des distalen Endes
des Katheterkörpers
erreicht. Während
der Bildgebung fängt
das Bildgebungselement ein reflektiertes Signal ein, das an eine
Steuereinrichtung gesendet wird, um ein Bild zu erzeugen. Wenn das
Bildgebungselement das Muster erreicht, wird ein Signal reflektiert,
das die Anwesenheit des Musters anzeigt. Sobald das Muster durch
die Steuereinrichtung erfasst wird, wird die Drehung der Bildgebungseinrichtung
gestoppt, so dass sich die Bildgebungseinrichtung nicht dreht, wenn
sie über
das distale Ende des Katheterkörpers
hinaus vorwärts
bewegt wird. In einer Alternative kann ein Motor, der dazu verwendet wird,
die Bildgebungseinrichtung in eine Translationsbewegung durch den
Katheterkörper
zu versetzen, gestoppt werden, wenn das Muster erfasst wird. Auf
diese Art und Weise wird verhindert, dass die Bildgebungseinrichtung
in distaler Richtung über
die Ausgangsöffnung
hinaus vorwärts
bewegt wird.
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Eine
breite Vielfalt von Ultraschall reflektierenden Mustern kann eingesetzt
werden, um dazu beizutragen, die Drehung der Bildgebungseinrichtung
in Reaktion auf die Erfassung des Musters zu stoppen. Beispielsweise
kann das Muster ein rohrförmiges
reflektierendes Element umfassen, das um den Katheterkörper angeordnet
ist. Auf diese Art und Weise kann ein bestehender Katheter einfach
modifiziert werden, um ein Ultraschall reflektierendes Muster aufzuweisen,
das erfasst werden kann, um eine Drehung der Bildgebungseinrichtung
zu stoppen.
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Andere
Ultraschall reflektierende Muster umfassen echogene Beschichtungen,
wie z.B. Echo-Coat®, die eine Schall reflektierende
Grenzfläche
zwischen dem Katheter und der Beschichtung bereitstellen. Derartige
Beschichtungen können
in den Katheterkörper
integriert oder auf eine Außenfläche des
Katheterkörpers
aufgebracht werden. Vorzugsweise besteht der Rest des Katheterkörpers aus (einem)
echotransluzenten oder (einem) akustisch transparenten Polymer(en),
so dass der Rest des Katheterkörpers
in dem von dem Monitor erzeugten Bild nicht dargestellt wird. Derartige
Beschichtungen können
in Umfangsrichtung oder in jeder Art von Muster aufgebracht werden,
das erkannt und erfasst werden kann.
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Andere
mögliche
durch Ultraschall erkennbare Muster umfassen die Verwendung von
Ultraschall reflektierenden Polymeren, die an dem distalen Ende
oder in der Nähe
des distalen Endes des Katheterkörpers
angeordnet sind. Derartige Polymere können als Koextrusionsteil oder
als in den Katheterkörper
integriertes Material ausgebildet sein. Derartige Polymere sind
vorzugsweise in einer einzigartigen Form oder Zusammensetzung gestaltet,
um die Wahrnehmung des Musters zu erleichtern. Als weitere Alternative
können
radioopake Marker an oder in dem Katheterkörper angeordnet sein und können aus
Materialien, wie z.B. Gold, Tantal, Platin, Palladium und dergleichen
bestehen. Derartige Marker können
in bekannten Abständen
voneinander platziert werden. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet
sein, diese Abstände
in dem resultierenden Bild zu erfassen, um die Drehung der Bildgebungseinrichtung
zu stoppen. Noch weitere Alternativen umfassen die Verwendung von
in dem Katheterkörper
angeordneten Öffnungen
oder eine Veränderung
des Durchmessers des Bildgebungslumens des Katheters. Als noch eine
weitere Alternative kann das distale Ende des Katheterkörpers erfasst
werden, um die Drehung der Bildgebungseinrichtung zu stoppen. Zusammenfassend
kann das Ultraschall reflektierende Muster jedes erfassbare Muster
umfassen, das vom Rest des erzeugten Bilds unterschieden werden kann,
um es einer Systemsoftware zu ermöglichen, eine Drehung und/oder
eine Translationsbewegung des Bildgebungselements zu stoppen.
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Federbelastete
Kontakte können
an dem distalen Ende des Katheters vorgesehen sein. Auf diese Art
und Weise werden die Kontakte geöffnet
und verursachen eine Unterbrechung einer elektrischen Schaltung,
wenn die Bildgebungseinrichtung durch das distale Ende geführt wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 wird eine beispielhafte Ausführungsform
eines Ultraschallbildgebungssystems 10 beschrieben. Das
System 10 umfasst eine Steuereinrichtung 12, die
mit einem Monitor 14 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 12 ist darüber hinaus
mit einem Motor 16 verbunden, der dazu eingesetzt wird,
ein Antriebskabel 18 einer Bildgebungseinrichtung zu drehen.
Die Steuereinrichtung 12 umfasst eine Schaltungstechnik
und eine Software, die dazu eingerichtet ist, ein reflektiertes Signal
von einem Ultraschallbildgebungselement zu empfangen und auf der
Basis des reflektierten Signals ein Bild auf dem Monitor 14 zu
erzeugen. Eine beispielhafte Steuereinrichtung, die mit der Erfindung eingesetzt
werden kann, ist ein Clear View Ultra® intraluminales
Ultraschallsystem, das von der Boston Scientific Corporation kommerziell
erhältlich
ist. Verschiedene kommerziell erhältliche Motoren können dazu
eingesetzt werden, das Antriebskabel 18 zu drehen.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 wird nun ein Typ eines Katheters 20 beschrieben,
der mit dem System 10 eingesetzt werden kann, wobei es
sich versteht, dass, wie oben beschrieben, eine breite Vielfalt
von Kathetern mit der Erfindung eingesetzt werden kann. Der Katheter 20 ist
repräsentativ
für einen
konventionellen PTCA-Katheter,
der einen Katheterkörper 22 mit
einem proximalen Ende 24 und einem distalen Ende 26 umfasst.
Mit dem proximalen Ende 24 ist ein Mittelteil 28 verbunden,
das einen Ballonaufblasanschluss 30 und einen Eingangsanschluss 32 für einen
Führungsdraht
oder eine Bildgebungseinrichtung umfasst. Wie am besten in 2A gezeigt
ist, ist in dem Katheterkörper 22 eine
Hülle 34 mit
einem mittleren Lumen 36 angeordnet. In dem Lumen 36 ist
ein Führungsdraht 38 angeordnet.
Wie in 2 gezeigt ist, erstreckt sich der Führungsdraht 38 zwischen
dem Eingangsanschluss 32 und dem distalen Ende 26.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann der Katheter 20 durch
ein Körperlumen
eingeführt
werden, indem zuerst der Führungsdraht 38 in
das Lumen eingeführt
wird und dann der Katheter 20 nach einer Überden-Draht-Methode über den
Führungsdraht 38 vorwärts bewegt
wird.
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Der
Katheter 20 umfasst ferner einen Ballon 39, der
durch Zuführen
eines Fluids durch den Ballonaufblasanschluss 30 aufgeblasen
wird. Wie am besten in 2A dargestellt ist, ist ein
Ballonaufblaslumen 40 zwischen dem Katheterkörper 22 und
der Hülle 34 vorgesehen,
um das Fluid von dem Anschluss 30 zu dem Ballon 39 zu
befördern.
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Darüber hinaus
ist an dem distalen Ende 26 ein rohrförmiges reflektierendes Element 42 angeordnet.
Das reflektierende Element 42 besteht aus einem Ultraschall
reflektierenden Material, wie z.B. rostfreiem Stahl und ist um den
Katheterkörper 22 platziert.
Wenn der Führungsdraht 38 aus
dem Lumen 36 zurückgezogen
und eine Bildgebungseinrichtung durch das Lumen 36 eingeführt und
zur Erzeugung eines Bilds gedreht wird, wird auf diese Art und Weise
das reflektierende Element 42 durch die Bildgebungseinrichtung
sichtbar gemacht, wenn sie bis zu dem reflektierenden Element 42 vorwärts bewegt wird.
Die Platzierung des reflektierenden Elements 42 gerade
distal zu dem Ballon 39 ist vorteilhaft, da das Bildgebungselement
häufig
dazu eingesetzt wird, die richtige Platzierung des Ballons 39 sichtbar zu
machen. Wenn das Bildgebungselement über den Ballon 39 hinaus
vorwärts
bewegt wird, wird die Anwesenheit des reflektierenden Elements 42 erfasst, so
dass die Drehung und/oder die Translationsbewegung der Bildgebungseinrichtung
gestoppt werden kann.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 wird nun eine beispielhafte
Ausführungsform
eines rohrförmigen
reflektierenden Elements 44 beschrieben. Das reflektierende
Element 44 umfasst einen rohrförmigen Körper 46, der aus einem
Ultraschall reflektierenden oder opaken Material, wie z.B. rostfreiem
Stahl besteht. Der rohrför mige
Körper 46 umfasst
drei langgestreckte Öffnungen 48.
Die Platzierung der Öffnungen 48 ist
dahingehend vorteilhaft, dass das von der Bildgebungseinrichtung
erzeugte resultierende Bild im Wesentlichen das inverse Bild des
durch einen Stent erzeugten Bilds ist, wie im Folgenden detaillierter
beschrieben wird. Auf diese Art und Weise kann das reflektierende
Element 44 einfach von einem Stent unterschieden werden.
Obwohl drei langgestreckte Öffnungen
gezeigt sind, versteht es sich, dass die Anzahl, die Größe und die
Geometrie der Öffnungen
variiert werden kann. Die Verwendung eines rohrförmigen Körpers ist insbesondere dahingehend
vorteilhaft, dass er einfach um einen bestehenden Katheter gecrimpt
oder anderweitig um einen bestehenden Katheter befestigt werden
kann, um den Katheter mit einem Ultraschall reflektierenden Muster zu
versehen, das erfasst werden kann, um die Drehung der Bildgebungseinrichtung
zu stoppen. Beispielsweise kann der rohrförmige Körper 46 an einem Ende
gecrimpt sein, um den rohrförmigen
Körper 46, wie
in 4 gezeigt ist, an einem Katheterkörper 50 zu
befestigen. Alternativ dazu kann der rohrförmige Körper 46, wie in 5 gezeigt
ist, einen Längsschlitz 52 umfassen,
um das Crimpen des rohrförmigen
Körpers 46 um
den Katheterkörper 50 zu
erleichtern.
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Wie
sowohl in 4 als auch in 5 gezeigt
ist, umfasst der Katheterkörper 50 ein
Lumen 54, in dem eine drehbare Bildgebungseinrichtung 56 aufgenommen
ist. Die Bildgebungseinrichtung 56 umfasst ein Bildgebungselement 58,
das in dem Lumen 54 gedreht wird, um, wie aus dem Stand
der Technik bekannt ist, ein Bild des den Katheterkörper 50 umgebenden
Bereichs zu erzeugen. Der Katheterkörper 50 umfasst ferner
eine Ausgangsöffnung 60.
Um die Vorwärtsbewegung
der Bildgebungseinrichtung 56 durch die Ausgangsöffnung 60 zu
verhindern, während
sich die Bildgebungseinrichtung 56 dreht, ist das rohrförmige reflektierende
Element 44 gerade proximal zu dem oder an der Ausgangsöffnung 60 platziert.
Wie in 6 gezeigt ist, erreicht das Bildgebungselement 58 schließlich das
reflektierende Element 44, wenn die Bildgebungseinrichtung 56 in
distaler Richtung in dem Lumen 54 vorwärts bewegt wird. Das resultierende
Bild, das durch das reflektierende Element 44 erfasst wird,
wird, wie in 7 gezeigt ist, auf einem Monitorbildschirm
erzeugt. In einem Bild 61 sind drei Echos 62 dargestellt und
repräsentieren
die metallischen Bereiche des reflektierenden Elements 44.
Drei Lücken 64 sind
vorhanden, die die Öffnungen 48 in
dem rohrförmigen Körper 46 repräsentieren.
Wenn die Steuereinrichtung das Muster der Lücken 64 erfasst, weiß sie, dass
die Bildgebungseinrichtung 56 bis zu dem rohrförmigen reflektierenden
Element 44 vorwärts
bewegt worden ist. Die Steuereinrichtung als solche sendet ein Signal,
um die Drehung der Bildgebungseinrichtung 56 zu stoppen,
so dass sie sich nicht dreht, wenn sie über die Ausgangsöffnung 60 hinaus vorwärts bewegt
wird, so dass kein Risiko besteht, die luminale Wand des Patienten
zu gefährden.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf die 1 wird nun
ein beispielhafter Algorithmus beschrieben, der von der Steuereinrichtung 12 eingesetzt
wird, um die Drehung des Motors 16 zu stoppen, wenn die
Anwesenheit eines Ultraschall reflektierenden Musters erfasst wird.
Ein derartiger Algorithmus ist insbesondere nützlich, wenn ein rohrförmiges Element
mit drei in gleichen Abständen
voneinander angeordneten Schlitzen verwendet wird, die, wie in 3 gezeigt ist,
parallel zur Achse des rohrförmigen
Elements sind. Derartige Schlitze stellen eine charakteristische durch
Ultraschall erfassbare Signatur bereit, die in einem menschlichen
Gefäß oder als
Nebenprodukt von Transkatheter- oder chirurgischen Eingriffen nicht
auf natürliche
Weise auftritt.
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In
dieser Ausführungsform
empfängt
die Steuereinrichtung 12 vorzugsweise Daten im Polar (R-θ)-Format.
Die empfangenen Daten umfassen eine Serie von einzelnen Frames (eine
vollständige 360
Grad-Drehung der Bildgebungseinrichtung) von Probenpunkten. Die
Steuereinrichtung 12 empfängt vorzugsweise 256 in gleichen
Abständen
voneinander angeordnete 8-Bit Proben entlang eines Vektors mit 256
Vektoren pro Frame (wobei ein Frame eine vollständige 360 Grad-Drehung der
Bildgebungseinrichtung ist). Ein Frame oder Datensatz ist daher
eine 256 × 256-Matrix
von 8-Bit Probenwerten. Der Abstand eines gegebenen Datenpunkts
von der Wandlerfläche
(R) wird durch Multiplizieren des Probenabstands (Ausbreitungsgeschwindigkeit
von Ultraschall bestimmt die Probenzeitspanne) mit der Probennummer
(Tiefe) entlang eines gegebenen Vektors bestimmt. Der Winkel (θ) in Grad
relativ zum Beginn des Frames wird durch Dividieren von 360 Grad
durch die Anzahl von Vektoren in einem Frame mal der Vektornummer
bestimmt (360 Grad/256 × Vektornummer). Folglich
wird die 8-Bit-Probe an der Matrixposition [0,0] an der Fläche des
Wandlers empfangen, wenn die Bildgebungseinrichtung in die 12 Uhr-Position
gerichtet ist. [255, 127] ist die letzte Probe auf dem Vektor in
der 6 Uhr-Position (Mitte des Frames 180 Grad).
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Die
Fläche
des Wandlers an der Bildgebungseinrichtung ist in einer festgelegten
Tiefe in dem Katheterkörper
positioniert. Am Beginn eines Vektors wird akustische Energie von
dem Wandler übertragen.
Der Empfänger
beginnt eine Abtastung des Vektors und ein akustisches Nahfeldartefakt
wird erzeugt, das sich typischerweise durch den äußeren Rand des Katheterkörpers auf
einen Probenwert von weniger als 50 (1/5 des Skalenendwerts) etabliert. Wenn
die Bildgebungseinrichtung in das rohrförmige Ele ment vorwärts bewegt
wird, erzeugt das reflektierende Material, aus dem das rohrförmige Element
besteht, ein Rückecho
an dem Katheterkörper,
das einen Probenwert von mindestens 200 (4/5 des Skalenendwerts)
hat. Dieser hohe Wert ist auf allen Vektoren vorhanden, die auf
das rohrförmige
Element gerichtet sind. Wenn die Bildgebungseinrichtung auf den
Schlitz in dem rohrförmigen
Element zeigt, verringern sich die Probenwerte wieder auf weniger
als 50 und bleiben auf diesem geringen Wert, bis das rohrförmige Element
wieder getroffen wird. Ein Frame von innerhalb des rohrförmigen Elements
aufgenommenen Daten enthält
ein Muster von drei langen (ungefähr 64 Vektoren) Höhen und
drei kurzen (ungefähr
21 Vektoren) Tiefen in (Abhängigkeit
der Dicke der Schlitze) an dem äußeren Rand
des Katheterkörpers.
Dieses Muster ist vorhanden, wenn die Probenwerte umlaufend sind,
so dass der Beginn und das Ende des Frames keine getrennten Höhen und
Tiefen bilden. Ein digitaler Signalprozessor oder eine andere geeignete
Einrichtung wird dazu eingesetzt, die Probenwerte auf der Suche
nach diesem Muster kontinuierlich zu überwachen. Wenn ein derartiges
Muster auftritt und sich über
eine festgelegte Anzahl von Frames wiederholt, weist der digitale
Signalprozessor den die Bildgebungseinrichtung drehenden Motor an,
zu stoppen.
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Unter
Bezugnahme auf die 8 wird nun eine alternative
Ausführungsform
eines Katheterkörpers 66 beschrieben.
Zur Vereinfachung der Diskussion wird nur ein distales Ende des
Katheterkörpers 66 beschrieben.
In dem Katheterkörper 66 ist
eine elektrische Schaltung 68 mit einem Paar von Kontakten 70 angeordnet,
die durch ein Paar von Federn 72 aufeinander zu vorgespannt
sind. Wenn die Kontakte zueinander benachbart sind, ist die Schaltung
geschlossen. Wenn jedoch eine Bildgebungseinrichtung durch eine
Ausgangsöffnung 74 geführt wird, bewegen
sich die Kontakte 70 voneinander weg und bewirken unter
der Voraussetzung, dass die Spitze der Bildgebungseinrichtung nicht
leitfähig
ist, eine Unterbrechung der Schaltung. Die Unterbrechung der Schaltung 68 kann
dann durch die Steuereinrichtung erfasst werden, um die Drehung
der Bildgebungseinrichtung in einer Art und Weise zu stoppen, die ähnlich zu
der ist, die bei Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurde.
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Unter
Bezugnahme auf die 9 wird eine alternative Ausführungsform
eines Katheterkörpers 76 beschrieben.
Der Katheterkörper 76 ist
im Querschnitt dargestellt und umfasst vier in gleichen Abständen voneinander
angeordnete radioopake Marker 78. Die Marker 78 sind
an einem distalen Ende des Katheterkörpers 76 angeordnet
und um bekannte Winkel relativ zueinander beabstandet, so dass das
von der Bildgebungseinrichtung erzeugte Bild durch die Steuereinrichtung
erfasst werden kann, um die Drehung der Bildgebungseinrichtung zu
stoppen. Obwohl die Marker 78 in dem Katheterkörper gezeigt sind,
versteht es sich, dass die Marker 78 außen an dem Katheterkörper 76 angeordnet
sein können. Darüber hinaus
kann die Form, die Größe, die
Geometrie und die Struktur der Marker 78 variiert werden, um
ein eindeutiges, erkennbares Bild zu erzeugen, das dazu eingesetzt
werden kann, die Drehung der Bildgebungseinrichtung zu stoppen.
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In
einer weiteren Alternative der Erfindung können zwei oder mehr durch Ultraschall
unterscheidbare Muster so angeordnet sein, dass ein interessierender
Bereich festgelegt wird. Beispielsweise können derartige Muster an zwei
Enden eines Ballons oder eines Stents platziert werden. Diese Muster können dazu
eingesetzt werden, ein Startmuster und ein Stoppmuster zu erzeugen,
das durch die Steuereinrichtung erkannt wird. Auf diese Art und
Weise kann die Bildgebungseinrichtung automatisch in dem interessierenden
Bereich zurück
und vorwärts
bewegt werden, um mehrere Ansichten des interessierenden Bereichs
bereitzustellen.
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Obwohl
die vorige Erfindung der Klarheit und des Verständnisses halber detailliert
beschrieben wurde, versteht es sich, dass bestimmte Modifikationen
innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Patentansprüche möglich sind.