[发明专利]具有低混响壳体的血管内成像装置及相关的系统和方法

说明书

本公开内容的实施例涉及具有低混响壳体的血管内成像装置及相关的系统和方法。在某些特定实施例中，本公开内容的装置包括换能器壳体，其包括在所述超声换能器的背侧上的槽，以使超声信号偏转远离所述超声换能器。例如，在一些实施方式中，提供一种血管内成像装置，其包括：导管主体；穿过所述导管主体的管腔延伸的驱动线缆；联接到所述驱动线缆的远侧节段的壳体；以及安装在所述壳体内的超声换能器，其中所述壳体包括在所述超声换能器的背侧上的槽，所述槽被成形以使超声信号偏转远离所述超声换能器。还提供了制造这种装置和系统的方法。

技术领域

本公开内容总体上涉及血管内装置，尤其涉及具有用于改进成像保真度的低混响壳体的成像导管。

背景技术

血管内超声(IVUS)成像被广泛地应用在介入性心脏病学中作为诊断工具以评估病变的血管，例如人体内的动脉，以确定是否需要进行治疗，以引导介入术，和/或评估其有效性。IVUS成像技术使用超声回波以形成所关注血管的横截面图像。通常，IVUS导管上的超声换能器既发射超声脉冲又接收反射的超声回波。超声波容易地穿过大多数组织和血液，但它们被由组织结构(如血管壁的各层)、红细胞、以及其它所关注的特征而产生的不连续而部分地反射。IVUS成像系统，其经由患者界面模块连接到IVUS导管，处理所接收的超声回波来产生所述导管所在的血管的横截面图像。

当今普遍使用两种类型的IVUS导管：固态的和旋转的，每一种均具有优点和缺点。固态的IVUS导管使用围绕该导管的圆周分布并连接到电子多路复用器电路的超声换能器(通常是64个)的阵列。多路复用器电路选择用于发射超声脉冲和接收回波信号的阵列元件。通过发射接收对的序列的步进，固态的IVUS系统可以合成机械扫描换能器元件的效果，但没有运动部件。由于没有旋转的机械元件，所述换能器阵列可以放置成与血液和血管组织直接接触，且对血管损伤的风险最小，并且固态的扫描仪可以用简单的电缆和标准的可分离电连接器而直接连接到成像系统。

在典型的旋转式IVUS导管中，由压电陶瓷材料制成的单个超声换能器元件设置于柔性驱动轴的末端，该柔性驱动轴在插入到所关注血管中的塑料护鞘内旋转。该换能器元件被定向使得超声波束大致垂直于所述导管的轴线传播。流体填充的护鞘保护血管组织免受旋转的换能器和驱动轴的损害，同时允许超声信号自由地从换能器传播到组织和传回。当驱动轴旋转时(通常以每秒30转)，该换能器被高电压脉冲周期性激励以发射超声的短脉冲。该同一换能器然后监听从各种组织结构反射回来的返回回波，并且该IVUS成像系统根据换能器的单次旋转期间所产生的这些超声波脉冲/回波采集序列的几百个序列汇编成血管横截面的二维显示。

虽然固态的IVUS导管由于缺少运动部件而使用简单，但它不能匹配现有的旋转式IVUS导管所获得的图像质量。在相同的高频下难以如旋转式IVUS装置一样操作固态IVUS导管，并且与较高频率的旋转式IVUS导管相比，固态的IVUS导管的较低的操作频率转换为较差的分辨率。基于阵列的成像还会产生伪影，例如旁瓣、栅瓣、较差的高程聚焦(垂直于成像平面)，而对于旋转式IVUS装置来说，这些被大大减少或完全没有出现。尽管旋转式IVUS导管的图像质量有优势，但这些装置中的每一个在介入心脏病学市场中已发现短板，在易于使用是至关重要的、且针对特定的诊断需求图像质量降低是可以接受的情形下固态IVUS是优选的，而在图像质量是最重要的、耗费更多的时间准备导管是合理的情形下旋转式IVUS是优选的。

在旋转式IVUS导管中，超声换能器通常是具有低电阻抗的压电陶瓷元件，其能够直接驱动连接换能器到成像系统硬件的电缆。在这种情况下，单对电导线(或同轴电缆)用于经由患者界面模块从系统发射脉冲至换能器，并将从换能器接收的回波信号传输回到成像系统，在成像系统中它们被汇编成图像。为了进一步改善旋转式IVUS成像的图像质量，需要使用具有更宽带宽的换能器并把聚焦整合到换能器中。如在美国专利6,641,540中所公开的，使用聚合物压电材料制造的压电微加工超声换能器(PMUT)，提供大于100％的带宽以获得在径向方向上的最佳分辨率，以及球状聚焦孔径以获得最佳的方位角和仰角分辨率。