用于成像探头的扫描机构制造技术

本发明专利技术提供一种用于成像探头的扫描机构，该成像探头用于利用高分辨率成像对哺乳动物组织和结构进行成像，所述成像包括高频超声和/或光学相干断层成像。成像探头包括用于将旋转运动施加给成像组件的可调节旋转驱动机构，该成像组件包括发射能量到周围区域的光学或声学传感器。成像组件包括具有可移动构件的扫描机构，该可移动构件被设置成沿着所述细长中空轴之外的路径、以相对于所述纵向轴线可变的角度来传送能量束，从而给予成像组件前方及侧向观察的能力。该可移动构件以所述可变角度是成像组件角速度的函数的方式进行安装。

【技术实现步骤摘要】
用于成像探头的扫描机构本申请是申请人桑尼布鲁克健康科学中心的申请日为2008年1月21日、国家申请号为200880009253.8(国际申请号为PCT/CA2008/000092)、专利技术名称为“用于成像探头的扫描机构”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本专利申请涉及2007年1月19日用英语提交的、专利技术名称为“IMAGINGPROBE(成像探头)”的美国临时专利申请No.60/881,169并且要求其优先权，该申请通过引用而被整体结合在此。
本专利技术基本上涉及成像探头领域，该成像探头用于利用高分辨率成像对哺乳动物组织和结构进行成像，所述成像包括高频超声和光学相干断层成像。更具体地，本专利技术涉及一种结合有扫描机构的成像组件，所述扫描机构用于提供成像探头的前方及侧向观察能力。
技术介绍
人体的高分辨率成像用于多种目的，包括以下任何一种：i)评定组织结构和解剖结构；ii)设计和/或引导人体局部区域上的介入；以及iii)评定改变局部区域的结构、组成或者其它特性的介入的结果。这种特定情况下的高分辨率成像指的是高频超声和光学成像方法。对于本专利技术，高频超声一般指的是频率大于3MHz的成像，并且更典型地指的是9至100MHz范围之内。高频超声对于血管内和心脏内处置是非常有用的。对于这些应用，超声传感器被结合到可被插入到人体内的导管或其它装置中。作为示例，高频超声的两个尤其重要的实施方式是用于对血管进行成像的血管内超声(IVUS)和用于对心腔进行成像的心脏内超声心动描记法(ICE)。ICE和IVUS都是最低程度地损害，并且包括将一个或多个超声传感器放置在血管或心腔内从而获取这些结构的高质量图像。基于在医疗领域中使用的光纤技术的光学成像方法包括光学相干断层成像、血管镜法、近红外光谱法、Raman光谱法以及荧光光谱法。这些方法一般需要使用一根或多根光纤，用于沿着成像位置与成像检测器之间的轴传送光能。光学相干断层成像是超声的光学模拟，并且提供了1-30微米量级的成像分辨率，但是在大多情况下不像超声那样深入地穿入到组织里。光纤还可被用于向治疗操作(例如组织的激光烧蚀以及光力学治疗)传送能量。与本专利技术有关的其它成像形式包括血管镜、内窥镜以及其它类似的成像机构，其基于光谱中可见光或者红外范围内的光的往回反射通过探头并且来获取图像，从而对病人体内位置进行成像。此外，其它的高分辨率成像形式可以使用声学能量来产生光学能量(声致发光成像)或者使用光学能量来产生声学能量(光声成像)。高分辨率成像装置已经以多种形式实施，用于评定哺乳动物解剖结构的多个不同区域，包括胃肠系统、心血管系统(包括冠状、外围以及神经脉管系统)、皮肤、眼睛(包括视网膜)、泌尿生殖系统、乳房组织、肝组织以及其它。作为示例，使用高频超声或者光学相干断层成像的心血管系统成像已经发展用于评定动脉斑块的结构和组成。高分辨率成像已被用于测量脉管或斑块形状、流经患病动脉的血流以及动脉斑块上的介入效果(例如通过粥样斑块切除术、血管成形术和/或支架术)。还尝试使用高分辨率成像来识别还没有引起临床症状但是破裂或侵蚀及引起剧烈心肌梗塞的风险却在增大的血管损坏。这些所谓的“易损斑块”是重点关注区域，因为处理这种斑块以提前应对不利临床事件的前景在构想上是有吸引力的。然而，在这一点上至今还没有特定的成像形式被证明是有效的。慢性完全闭塞病变是血管损害的一种特定子集，其中脉管的全部内腔在大约一个月时间内被堵塞(根据损害部的血管造影)。大多数血管内成像形式是“侧向观察”并且需要一条用于使血管内成像装置穿过损害部的通道。为了对慢性完全闭塞病变进行成像，高分辨率成像方法如果能适于“前方观察”而不是“侧向观察”配置的话则会更加有用。另外一个日益引起关注的领域是成像引导在组织性心脏病疗法以及电生理学疗法中的使用。通常需要将导管安置在心腔内的特定位置上，从而实施治疗操作，例如装置(例如用于病人卵圆孔的闭合装置，瓣膜修补或更换装置，左心耳闭塞装置)的植入或者治疗性导管(例如局部切除或者冷疗法导管)的放置。还需要在治疗中引导中间步骤，例如穿过心脏的心房间隔。高分辨率成像的使用能够便于这些步骤进行。目前使用相控线阵的心脏内回声(ICE)就是这样一种当前用于这种目的的技术。现有技术概要Yock(US4794931)描述了一种用于血管内超声的、基于导管的系统，用于提供血管内结构的高分辨率成像。该系统包括外套，在该外套内在长的力矩线缆远端附近具有超声传感器。当马达旋转力矩线缆和超声传感器组件时，可以生成解剖结构(例如血管)的2D横截面图像。与超声传感器的旋转运动相结合的导管或者力矩线缆以及超声传感器的线性平移允许沿着导管长度获取一系列的2D图像。血管内超声(IVUS)的使用已经是普遍的，对于该技术有许多改进和适应。柔性力矩线缆(Crowley的美国专利4951677)改进了旋转力矩沿着IVUS导管长度的传送保真度，使被称为不均匀旋转失真的人为影响降到最低。Liang等人(美国专利5,606,975和5,651,366)描述了一种实施前方观察式血管内超声的装置，其中超声被引向具有固定倾斜程度的反射镜，从而导致超声束扫过探头前方的表面。扫过的表面接近弯曲平面的形状，并且生成的形状源自于超声传感器与反射镜之间的相对旋转运动。Liang等还描述了使用微型马达、齿轮离合机构、转向线缆或者双压电晶片元件例如形状记忆合金、压电纵列或者导电聚合物来改变反射镜的偏转角度的装置。Suorsa等人(美国专利6315732)描述了一种用于血管内传输的导管，该导管具有超声传感器，该超声传感器可以通过线缆系统绕着非导管纵向轴线的轴线枢转。Maroney等人(美国专利5373849)和Gardineer(美国专利5373845)也描述了一种导管，用于通过枢转/线缆机构使超声传感器枢转。Hossack等人(WO/2006/121851)描述了一种前方观察超声传感器，该传感器使用电容式微加工超声传感器(CMUT)以及反射表面。Couvillon等人(美国专利7,077,808)描述了一种具有反射部件的血管内超声导管，该反射部件通过电活化聚合物被致动，从而获得相对于导管纵向轴线的可变成像角度。超声传感器本身也进行了相当大地改进，包括使用单晶超声传感器以及复合超声传感器。IVUS的中心频率处于3至100MHz的范围内，更典型地处于20至50MHz的范围内。较高的频率提供了较高的分辨率，但是导致了较低的信号穿透力以及由此较小的观察区域。根据多个参数，例如传感器的中心频率以及形状、传感器的灵敏度、介质的衰减(成像通过该介质产生)以及影响系统信噪比的特定实施规范，穿透深度的范围从小于1毫米到几厘米。存在高频超声的变型，其中对反向散射信号的信号获取和/或分析进行了修改，从而便于获得或者推导出有关成像组织的更进一步的信息。这些包括：弹性成像，其中当组织在不同血压下被压缩是对组织内的应变进行评定(deKorte等人于2002年4月9日在Circulation上发表，105(14)：1627～30)；多普勒成像，其对运动(例如解剖结构中的血液流动)作出评定；虚拟组织学，其尝试通过反向散射信号的射频特性结合图案识别算法来推导出组织的组成(Nair，美国专利6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像探头，包括：中空轴；延伸穿过所述中空轴的可旋转导管，所述可旋转导管限定纵向轴线，其中所述可旋转导管能够连接于旋转驱动机构，所述旋转驱动机构用于调节所述可旋转导管绕所述纵向轴线的角速度；成像组件，所述成像组件在远离所述可旋转导管的近端的位置处附接于所述可旋转导管，所述可旋转导管配置成向所述成像组件传送能量，所述成像组件包括可移动构件，所述可移动构件用于以相对于所述可旋转导管的所述纵向轴线的可变成像角度沿着从所述可移动构件到所述中空轴之外的能量束路径传送能量束，其中所述可移动构件安装成使得所述能量束路径与所述可旋转导管的所述纵向轴线之间的所述可变成像角度通过调节所述可旋转导管的角速度来改变；以及与所述可移动构件相关联的存储机构，所述存储机构用于以对应于所述可旋转导管的不存在初始成像角度的旋转的相对于所述可旋转导管的定向来定向所述可移动机构，并且用于朝向对应于所述初始成像角度的相对于所述可旋转导管的定向推压所述可移动构件。

【技术特征摘要】
2007.01.19 US 60/881,1691.一种成像探头，包括：中空轴；延伸穿过所述中空轴的成像导管，所述成像导管限定纵向轴线，其中所述成像导管能够连接于旋转驱动机构，所述旋转驱动机构用于调节所述成像导管绕所述纵向轴线的角速度；成像组件，所述成像组件在远离所述成像导管的近端的位置处附接于所述成像导管，所述成像导管配置成向所述成像组件传送能量，所述成像组件包括可移动构件，所述可移动构件用于以相对于所述成像导管的所述纵向轴线的可变成像角度沿着从所述可移动构件到所述中空轴之外的能量束路径传送能量束，其中所述可移动构件安装成使得所述能量束路径与所述成像导管的所述纵向轴线之间的所述可变成像角度通过调节所述成像导管的角速度来改变；以及回复机构，所述回复机构配置成向所述可移动构件施加回复力，其中由所述回复机构产生的回复力趋向于使所述可变成像角度增加。2.根据权利要求1所述的成像探头，其中，所述可移动构件绕枢转轴线枢转地安装，用于枢转运动。3.根据权利要求2所述的成像探头，其中，所述可移动构件是反射性的。4.根据权利要求2所述的成像探头，其中，所述可移动构件是枢转地安装在低摩擦枢转机构上的可倾斜部件，所述低摩擦枢转机构包括销和销保持件，每个销保持件包括接收销的榫头。5.根据权利要求1所述的成像探头，其中，所述可移动构件是枢转地安装的可倾斜部件，并且其中，所述成像组件包括至少第一结构挡块，使得当所述成像组件不旋转时，所述回复机构抵靠所述第一结构挡块推压所述枢转地安装的可倾斜部件。6.根据权利要求5所述的成像探头，其中，所述成像组件包括第二结构挡块，所述第二结构挡块设置成使得在所述成像导管的旋转期间，所述第二结构挡块限定所述枢转地安装的可倾斜部件的极限定向。7.根据权利要求1所述的成像探头，其中，所述可移动构件是包括结构组件的反射性可弯曲部件，所述结构组件在沿着其长度的一个或多个点处在其与所述成像组件的纵向轴线的径向距离方面受到约束，但是在其长度的大部分上不受到约束，所述成像导管配置且定位成将所述能量束传送到所述反射性可弯曲部件，其中在操作中，随着所述成像组件旋转，所述反射性可弯曲部件将由于向心加速度而弯曲，所述反射性可弯曲部件的弯曲量由所述成像组件的角速度确定。8.根据权利要求7所述的成像探头，其中，所述成像导管包括在选定位置安装在其中的结构挡块，使得在所述成像导管的旋转期间，所述结构挡块约束所述反射性可弯曲部件能够弯曲多少。9.根据权利要求7所述的成像探头，其中，所述结构组件包括可弯曲塑料的细长部分和由光纤制成的线、薄片或杆中的任何一种，所述结构组件具有一个或多个预先选定的机械特性，包括强度、弹性以及对于变形的机械滞后性。10.根据权利要求1所述的成像探头，其中，所述可移动构件是包括结构组件的可弯曲部件，所述结构组件在沿着其长度的一个或多个点处在其与所述成像组件的纵向轴线的径向距离方面受到约束，但是在其长度的大部分上不受到约束，所述成像导管安装在所述可弯曲部件的不受到约束的部分上，其中在操作中，随着所述成像组件旋转，所述可弯曲部件由于向心加速度而弯曲，并且所述可弯曲部件的弯曲量由所述成像组件的角速度确定。11.根据权利要求10所述的成像探头，其中，所述成像导管包括在选定位置安装在其中的挡块，使得在所述成像导管的旋转期间，所述挡块用来约束所述可弯曲部件能够弯曲多少。12.根据权利要求10所述的成像探头，其中，所述结构组件包括可弯曲塑料的细长部分和由光纤制成的线、薄片或杆中的任何一种，所述结构组件具有预先选定的机械特性，包括强度、弹性以及对于变形的机械滞后性。13.根据权利要求1所述的成像探头，其中，所述可移动构件是包括从所述成像导管内延伸的光纤的可变形部件，并且所述可变形部件具有基本上受约束的近端后部以及在所述光纤的远端附近的基本上不受约束的前部，光学能量束穿过所述前部出现，其中当所述成像导管不旋转时，所述光纤使内应力降到最低，从而导致所述光纤呈现出基本直线的配置，但是在所述成像导管的旋转期间，所述光纤受到的向心加速度导致所述可变形部件的不受约束的部分从静止位置开始变形并且改变其相对于所述纵向轴线的成像角度。14.根据权利要求1至12中任一项所述的成像探头，其中，所述能量束是光学能量束，其中所述成像导管包括具有远端的光纤并且所述成像组件包括光学发射器/接收器，所述光学发射器/接收器包括与所述光纤的所述远端相关联的光引导和接收装置，所述光引导和接收装置用于将光引导出所述光纤的所述远端以及接收反射的光能信号并将接收到的所述反射的光能信号引导返回至图像处理系统。15.根据权利要求14所述的成像探头，其中，所述光学发射器/接收器包括聚焦及聚集光学器件，用于将从所述光纤的所述远端发射出的光聚焦到被成像的关注区域并且用于聚集从所述关注区域反射的光。16.根据权利要求14所述的成像探头，其中，所述光学能量束适于光学相干断层成像。17.根据权利要求1至12中任一项所述的成像探头，其中，所述能量束是超声能量束，并且其中所述成像组件包括超声传感器，并且其中所述成像导管包括导线，所述导线电连接到所述超声传感器，并能够在其另一端连接到形成图像处理系统的一部分的超声信号处理回路和动力源。18.根据权利要求1至12中任一项所述的成像探头，其中，所述能量束包括光学能量束和超声能量束，其中所述成像导管包括具有远端和近端的光纤，其中所述近端能够连接到图像处理系统，并且所述成像组件包括光学发射器/接收器，所述光学发射器/接收器包括与所述光纤的所述远端相关联的光引导及接收装置，所述光引导及接收装置用于将光引导出所述光纤的所述远端以及接收反射的光能信号并将接收到的所述反射的光能信号引导返回至所述图像处理系统，并且其中所述成像组件包括超声传感器，并且其中所述成像导管包括导线，所述导线在其一端电连接到所述超声传感器，并能够在其另一端连接到形成所述图像处理系统的一部分的超声信号处理回路和动力源。19.根据权利要求18所述的成像探头，其中，所述光学发射器/接收器包括聚焦及聚集光学器件，用于将从所述光纤的所述远端发射出的光聚焦到被成像的关注区域并且用于聚集从所述关注区域反射的光。20.根据权利要求18所述的成像探头，其中，所述光纤和所述导线连接于所述图像处理系统，其中所述光学发射器/接收器与所述超声传感器相对于彼此设置和定向，并且其中所述图像处理系统配置成能够对在扫描关注区域期间从反射的超声能量束信号获得的图像和从反射的光学能量束信号获得的图像进行精确的联合配准。21.根据权利要求1至13中任一项所述的成像探头，包括连接到所述成像组件的旋转编码器机构，并且其中所述成像组件的旋转运动由所述旋转编码器机构检测。22.根据权利要求21所述的成像探头，其中，所述旋转编码器机构连接于图像处理系统，其中所述图像处理系统配置成使用所述旋转运动来推导所述可变成像角度。23.根据权利要求1至13中任一项所述的成像探头，包括用于估测所述可变成像角度的成...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩·考特尼，奈杰尔·罗伯特·芒西，阿曼迪普·辛格·辛德，杨晓东，弗朗西斯·斯图尔特·福斯特，
申请(专利权)人：桑尼布鲁克健康科学中心，
类型：发明
国别省市：