使用超声多普勒模式定位活体内的医疗装置的系统和方法

D·祖林格, F·G·杜海

2012年5月9日

2010年5月28日

2009年5月28日

爱德华兹生命科学公司

A61B8/12GK102448377SQ201080023593

多普勒 超声 定位 体内 模式 使用

1.一种定位活体内的医疗装置的系统，所述系统包含超声扫描仪，其具有扫描头并且能够以3D多普勒模式工作；第一医疗装置，其具有被配置为插入活体内的第一远端；以及第一振动元件，其被耦合到所述第一医疗装置，从而将振动引入所述第一远端，其中，当所述扫描头被设置在插入活体内的所述第一远端上从而获得组织体积的扫描数据时，所述超声扫描仪被配置为从所述扫描数据产生多个切片形式的3D多普勒数据，并且基于满足预定标准的多个切片中的一个切片内的局部数据来识别所述远端在切片内的位置2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一振动元件在未插入活体内的近端附近耦合到所述医疗装置3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一振动元件在接近所述第一远端处耦合到所述医疗装置4.根据权利要求3所述的系统，其进一步包含耦合到所述第一医疗装置的第二振动元件，从而将振动引入所述第一医疗装置的中间部段，其中所述中间部段被配置为插入活体内5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一远端包含至少一个横截面段，所述至少一个横截面段与相邻的横截面段相比具有不同的密度6.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定标准包括指示切片内对象的运动超过预定的阈值的局部数据7.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定标准包括具有所述切片内最大变化率的局部数据8.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含第二医疗装置，其具有被配置为插入活体内的第二远端；以及第二振动元件，其耦合所述第二医疗装置，从而将振动引入所述第二远端9.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一和第二振动元件被配置成以不同的振动速度工作10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一振动元件包含电源11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一振动元件包含射频RF接收器，并且所述第一振动元件被配置为可遥控的12.一种定位活体内的医疗装置的方法，所述方法包含将第一医疗装置的第一远端插入活体内，所述第一医疗装置具有耦合到其上的第一振动元件，从而将振动引入所述第一远端；将超声扫描仪的扫描头设置在置入活体内的所述第一远端上，从而获得组织体积的扫描数据；从所述扫描数据产生多个切片形式的超声扫描仪3D多普勒数据；以及基于满足预定标准的多个切片中的一个切片内的局部数据来识别所述第一远端在切片内的位置13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一振动元件在未插入活体内的近端附近耦合到所述医疗装置14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一振动元件在接近所述第一远端处耦合到所述医疗装置15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含将所述第一医疗装置的中间部段插入活体内，其中所述第二振动元件被耦合到所述中间部段，从而将振动引入所述中间部段16.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一远端包含至少一个横截面段，所述至少一个横截面段与相邻的横截面段相比具有不同的密度17.根据权利要求12所述的方法，其中所述预定标准包括指示切片内对象的运动超过预定的阈值的局部数据18.根据权利要求12所述的方法，其中所述预定标准包括具有所述切片内最大变化率的局部数据19.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含将第二医疗装置的第二远端插入活体内，所述第二医疗装置具有耦合到其上的第二振动元件，从而将振动引入所述第二远端；将超声扫描仪的扫描头设置在置入活体内的所述第一远端和所述第二远端上，从而获得组织体积的扫描数据；以及基于满足预定标准的多个切片中的一个切片内的局部数据来识别所述第二远端在所述切片内的位置20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一和第二振动元件被配置成以不同的振动速度工作21.根据权利要求12所述的方法，其中所述振动元件包含电源22.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含通过所述第一振动元件包含的射频RF 接收器来遥控所述第一振动元件

本发明的领域为医学成像，并且更具体地为多普勒模式超声成像的医学应用

详细参考附图，图1图示说明用于扫描医疗装置103(诸如针、套管等等)的振荡轴从而提供包括活体内的振荡轴的实时图像的实时三维(3D)超声扫描仪100其中，医疗装置103包括轴105，并且具有尖端107，该轴105可以是刚性的或柔性的通过固定于轴 105近端的振动模块113，将振荡(或振动)导引到轴105和尖端107两者中通过使用由实时3D超声扫描仪100提供的图像，将医疗装置103引导至患者体内的感兴趣的解剖结构，该图像是通过包括至少一个尖端107的由超声换能器111限定的扫描区域109内的回波数据获得的此外，实时3D超声扫描仪100被配置为以相关领域技术人员熟知的方式以 3D多普勒模式工作轴105的振荡使整个轴105在由实时3D超声扫描仪100提供的多普勒模式图像中更可辨此外，不仅轴105更可辨，而且尖端107也特别更可辨因而，使用实时3D超声扫描仪100可以更有效引导尖端125已知使用二维超声换能器阵列提供回波数据作为三维或体积超声图像例如， Von Ramm和Smith的美国专利No. 4，694，434中公开了一种可控相控阵声学成像扫描仪(a steered phased array acoustic imaging scanner), gj吏M二会隹奐倉泛zHP车歹lJi^i共区域的锥体体积扫描(pyramidal volumetric scan)应理解，实时3D超声扫描仪100可以是Oxaal等人的美国专利No. 5，546, 807中公开的扫描仪类型，其全部内容作为参考并入本文应进一步理解，Oxaal公开了从体积扫描仪获得的图像的显示，其中能够实时显示扫描区域的切片，其中切片有时称为B模式切片、C(连续)切片和1(倾斜)切片应理解，虽然附图中图示B模式切片，但是能够在依照本发明的实施例中使用上述任何类型的切片此外，目前市场上可用的2D和3D多普勒模式超声扫描仪都允许调整多普勒模式图像的着色， 以便预定范围的多普勒数据产生的图像数据能够被分配以期望的颜色因此，多普勒模式图像可以被赋予任何期望的着色，以便在图像中看到的具体特征，包括活体内振动医疗装置的特征都可以在图像内被分配以具体的颜色从以下额外的描述将明白，当振动医疗装置被插入或置入活体内时，该特征可以有利地与振动医疗装置结合使用如美国专利No. 7，329，225和美国专利No. 6，336，899所述，其全部内容作为参考并入本文，可以使用来自3D多普勒模式超声扫描仪的数据自动跟踪活体内的轴的尖端如图7A所示，3D回波数据701包括对应于医疗装置的振荡尖端的数据多普勒模式超声扫描仪处理该3D回波数据，从而获得3D回波图像数据内的移动对象的多普勒数据，这包括全部轴105和尖端107，两者都由于附连的振动模块113而振动此外，实时3D超声扫描仪能够自动选择图像数据的B模式切片，其包括医疗装置的振荡尖端如图7B所示，基于高于预定阈值的指示对象移动的多普勒数据确定选择的B模式切片通过定位3D回波数据中多普勒数据中的最大值，选择B模式切片也可以基于与快速移动对象有关的其他标记，例如特殊区域内多普勒数据的变化率，选择切片例如，可以基于3D多普勒数据的变化率，选择 B模式切片，从而使得例如最大斜率指示轴的最快移动部分(即尖端107)无论轴和尖端是否保持在相同的B模式切片中，上述方法都正确随着轴和尖端移动通过如扫描头703所限定的扫描区域，超声扫描仪可以被配置为识别并显示B模式切片，在该B模式切片中出现多普勒数据的最大斜率因而，随着医疗装置103的尖端107被引导到活体内，可以对其自动跟踪图2图示说明了具有改进构造的医疗装置213，其中振动模块213在接近轴205的远端207处固定到轴205该构造提供的一种优点在于，可以显著降低或消除使用中的套管或周围组织的减振效应在该构造中，振动模块213可以是小型压电装置，其被配置成以被选择为适合于轴205的远端207的频率振动特别地，压电装置的振动频率应被选择为与轴的振动模式相关，从而降低由轴自身引起的减振量因而，当轴在体内时，在超声扫描仪显示的多普勒模式图像中，远端变得更可见图3中图示说明这种医疗装置的应用图中，新型弦(neO-chOrd)303和附连的锚305(示出在闭合位置)通过中空针307插入并且被放置，以修复心脏311内的受损二尖瓣叶309可以通过患者胸部中的小切口插入针，并且向上通过左心室进入心脏，来执行该程序，并且可以在心脏跳动的条件下执行该程序振动模块313被固定在针307的远端附近使用多普勒模式的超声扫描仪(2D或3D)，通过提供多普勒模式图像的可视引导，促进锚305和新型弦303的放置特别地，可以对超声扫描仪的多普勒模式进行颜色调整，从而使得局部最大值(即表示针307的尖端315的那部分图像)相比于针307的轴呈现不同的颜色此外，通过调整颜色，可以进一步提高多普勒模式图像的着色，从而使得与血液动力流、湍流或压力，以及与局部邻近区域中的组织运动相比尖端315也呈现不同的颜色，在该例子中，局部邻近区域中的组织是跳动的心脏图4示出这样的系统，在该系统中多个医疗装置403、405被用于和放置于在超声扫描仪100的扫描头111产生的扫描区域109内的活体中如图2所示，第一医疗装置403 包括轴407和邻近其远端411固定的振动模块409类似地，第二医疗装置405包括在轴 415的远端417固定到轴415的振动模块413振动模块409、413的定位，无论是接近相应轴的远端或是在轴的近端处，都是设计选择的问题期望在有些医疗装置中，使用一种在医疗装置的设计、材料或使用方面比其他构造更好的构造是有利的在该系统中，可以使用相同的频率来振动两个医疗装置403、405，或者使用不同的频率振动它们后者能够提供这样的优点，即多普勒模式图像可以被着色，从而使用不同的颜色代表两个轴407和415，因而允许在多普勒模式图像中区分两个轴407、415图5图示说明医疗装置的远端501，其被配置为以不同的速度振动振动模块503 被固定在邻近远端501，其被较高(或较低)密度材料的内含物有效地分为三个截然不同的部段505、507、509，从而在每个各自的部段中改变振动频率前两部段505、507被区域511 分隔，区域511是远端501内的较高密度材料组成的区域可替换地，整个部段507可以由不同密度的材料形成，以实现类似的功能性该区域中较高密度的材料用于削弱振动模块 503产生的振动，以便两个不同的部段505、509可以在多普勒模式图像中以不同的颜色显示类似地，后两部段507、509被区域513分隔，区域513也是较高密度材料的区域因而， 这后两个部段507、509也可以在多普勒模式图像中以不同的颜色显示振动模块503产生的振动频率、构成远端的材料以及用于超声扫描仪的多普勒模式的灵敏度应预先匹配，以便所有的三个部段可以在多普勒模式图像中以不同颜色呈现当医疗装置为导管并且正用于设置球囊以打开通路时，图5中所示的构造是有用的球囊可以被放置在中间部段507，并且多普勒模式图像中不同颜色的不同部段的显示可以用于精确设置通路中的球囊图6示出医疗装置的远端601，其配置有两个振动模块603、605两个振动模块 603,605被设置为以不同的频率振动，以便使尖端609能够与远端601的近端部分611相比以不同的速度振动为了避免整个远端601都以由两个振动模块603、605产生的振动之间的结构干涉引起的频率振动，远端601的中心部分607被构造为降低上述两种频率中的至少一种频率通过该构造，远端601的尖端609和近端部分611能够在多普勒模式图像中以不同的颜色显示图8图示说明植入患者体内并放置在2D超声扫描头805的扫描区域803内的医疗装置801可任选地，可以使用3D超声扫描头以及相应的超声扫描仪该医疗装置包括固定到其上的振动模块807可以按照期望或考虑装置构造的需要，以不同颜色识别多普勒模式图像中的装置的不同部分的需要或者出于任何其他原因，可以附连额外的振动模块振动模块807包括其自身的电源和RF接收器，从而能够自己激活或关闭(上述任何振动模块都可以包括该特征)通过固定至医疗装置801的振动模块807，可以执行医学检查和/或程序作为植入程序后的程序；例如识别植入体是否有潜在问题，识别植入体是否保持合适设置，为了移除植入体识别植入体是否还保持其合适的几何构造等该独立供电和遥控激活的医疗装置能够具有很多应用一种潜在应用在于，通过将振动医疗装置精确放置在特殊解剖学区域，探测大小随时间的变化，从而监控某些疾病条件例如，在二尖瓣以及前面和后面的连合处放置小的振动装置能够允许在功能性二尖瓣反流的情况下监控二尖瓣的大小如本文所述，振动医疗装置允许为了人类疾病的治疗、诊断和监控目的的实时超声图可视化例如，振动医疗装置能够促进开或闭心脏程序，从而允许主动脉瓣、二尖瓣、 肺动脉瓣或三尖瓣的修复、置换或移植特别地，通过应用振动元件，为承载可膨胀球囊修复主动脉瓣的导管部分提供颜色对比，从而能够在回波引导下实现主动脉环中的动脉瓣精确定位此外，为了利于识别线或其他形式的导管，例如可以全部同时使用的抽头导管，可在每个各自器械中嵌入振动元件能够使用振动医疗装置的其他程序包括所有用于以下程序的经导管方法，即二尖瓣修复和置换；瓣环成形术；新弦装置或阿尔菲夹或缝合装置的插入；心室和心房构型更改装置；心房膜缺陷和卵圆孔未闭的修复；心耳的闭塞或闭合； 装置在冠状窦中的插入或移除；心内膜消融损伤(ablative lesion)的定位和产生，从而治疗心房纤维颤动或其他电传导异常；血管内支架(包括但不限于冠状动脉、主动脉、肾动脉、颈动脉、锁骨下动脉、脑动脉和下肢动脉及静脉)以及血管成形术球囊、冠状动脉旋磨术、粥样硬化切除术导管或灌注装置的定位和布置；血管滤器(包括静脉血栓栓塞过滤器以及脑保护装置)，其中在完整器官中使用经导管装置；等等其他的特殊装置包括以下文献中描述的装置，即美国专利 6，749，630 ；6, 726，717 ；5, 104，407 ；6, 182，664 ；6, 602，288 ； 5，879，366 ；6，214，029 ；5，108，420 ；5，451，235 ；6，723，038 ；6，332，893 ；6，402，680 ； 6, 050, 936以及5，961，440 ；和美国专利申请No. 2007/0112422中的装置因而，公开了定位活体中的医疗装置的远端的系统和方法虽然已示出并描述本发明的实施例，但是对本领域技术人员来说显而易见的是很多更多的更改是可能的，而且不偏离本文的发明思想因此，本发明不受除了附加权利要求的精神以外的限制