DE60209799T2

DE60209799T2 - Katheter mit mehreren ultraschall-abstrahlenden teilen

Info

Publication number: DE60209799T2
Application number: DE60209799T
Authority: DE
Inventors: Richard Seattle WILSON; R. Leonard OLIVER; Tim Seattle ABRAHAMSON; Curtis Snohomish GENSTLER; Amy Cohen; Garrit Lake Forest Park BARRERE; George Woodinville KEILMAN; Natalya Redmond PESKIN; Bob Bothell WILCOX
Original assignee: Ekos LLC
Current assignee: Ekos LLC
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: WO2003047439A2; EP1647232A3; EP1453425B1; WO2003047439A9; US20210178140A1; US8167831B2; US20140249453A1; US7727178B2; US20190091458A1; EP1453425A2; EP1647232A2; US8696612B2; DE60209799D1; US9415242B2; US20120253237A1; EP1647232B1; US10080878B2; US20040024347A1; US20070106203A1; ATE319378T1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Ultraschallkatheter und insbesondere einen Ultraschallkatheter, der so ausgestaltet ist, daß er einer Behandlungsstelle Ultraschallenergie und eine therapeutische Verbindung zuführt.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Verschiedene medizinische Anwendungen verwenden Ultraschallenergie. Beispielsweise offenbaren die US-Patente Nr. 4,821,740, 4,953,565 und 5,007,438 die Verwendung von Ultraschallenergie zur Verstärkung der Wirkung verschiedener therapeutischer Verbindungen. Ein Ultraschallkatheter kann verwendet werden, um einer Behandlungsstelle im Körper eines Patienten Ultraschallenergie und eine therapeutische Verbindung zuzuführen. Ein solcher Ultraschallkatheter beinhaltet typischerweise einen Ultraschallaufbau, der dafür ausgestaltet ist, Ultraschallenergie zu erzeugen, und ein Fluidzuführungslumen zum Zuführen der therapeutischen Verbindung an die Behandlungsstelle.
Wie es in dem US-Patent Nr. 6,001,069 gelehrt wird, können solche Ultraschallkatheter verwendet werden, um menschliche Blutgefäße zu behandeln, die durch Plaque, Thrombi, Emboli oder andere Substanzen, die die Fähigkeit des Gefäßes, Blut zu transportieren, reduzieren, teilweise oder vollständig verstopft bzw. okkludiert sind. Um die Okklusion bzw. Verstopfung zu entfernen oder zu reduzieren, wird der Ultraschallkatheter verwendet, um auflösende Komponenten enthaltende Lösungen direkt der Okklusionsstelle zuzuführen. Durch den Ultraschallaufbau erzeugte Ultraschallenergie verstärkt die therapeutische Wirkung der auflösenden Verbindungen. In einer Anwendungsform eines solchen Ultraschallkatheters löst beispielsweise eine durch Ultraschall verstärkte thrombolytische Therapie bei der Behandlung von Erkrankungen, wie peripherem arteriellem Verschluß oder Tiefvenenthrombose, Blutgerinnsel in Arterien und Venen. Bei solchen Anwendungen verstärkt die Ultraschallenergie die Thrombolyse mit Mitteln wie Urokinase, Gewebeplasminogenaktivator ("TPA") und dergleichen.
Ultraschallkatheter können auch verwendet werden, um die Gentherapie an einer Behandlungsstelle innerhalb des Körpers des Patienten zu verbessern. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 6,135,976 einen Ultraschallkatheter mit einem oder mehreren ausdehnbaren Abschnitten, die in der Lage sind, einen Abschnitt eines Körperlumens, wie z.B. ein Blutgefäß, zu verstopfen bzw. zu verschließen. Eine Zusammensetzung für die Gentherapie wird dann durch das Fluidzuführungslumen des Katheters dem verschlossenen Gefäß zugeführt. Durch den Ultraschallaufbau erzeugte Ultraschallenergie wird auf das verschlossene Gefäß aufgebracht, wodurch die Zuführung einer gentechnischen Zusammensetzung an die Zellen des verschlossenen Gefäßes verbessert wird.
Ultraschallkatheter können auch verwendet werden, um die Zuführung und Aktivierung von durch Licht aktivierbaren Arzneimitteln zu verbessern. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 6,176,842 Verfahren zur Verwendung eines Ultraschallkatheters für die Behandlung von Geweben durch Zuführen eines durch Licht aktivierbaren Arzneimittels an die biologischen Gewebe und Aussetzen des durch Licht aktivierbaren Arzneimittels an Ultraschallenergie.
Die WO 00/00095 beschreibt ein System zum Zuführen von Ultraschallenergie an einen Behandlungsabschnitt in einem Gefäß. Das System beinhaltet eine Umhüllung mit einem Nutzlumen und einem Energiezuführungsabschnitt, der zumindest teilweise aus einem Ultraschallenergie übertragenden Material hergestellt ist. Das System beinhaltet ebenso ein Arzneimittelzuführungsteil mit einer Mehrzahl von Arzneimittelzuführungsanschlüssen, die zu dem Energiezuführungsabschnitt benachbart positioniert sind. Das System beinhaltet weiterhin einen länglichen Körper, der zumindest ein Ultraschallelement enthält.
Zusammenfassung der Erfindung
In bestimmten medizinischen Verfahren ist es wünschenswert, Ultraschallenergie entlang einer beträchtlichen Länge eines Körperlumens bereitzustellen. Beispielsweise können periphere arterielle Verschlüsse an langen Abschnitten, wie z.B. in den Arterien des Beins, eine axiale Länge im Bereich von 10 bis 50 cm haben. Bis heute hat es sich als schwierig erwiesen, einen Ultraschallkatheter auszugestalten, der in der Lage ist, Ultraschallenergie über solche Längen in effizienter Weise aufzubringen.
Ein Verfahren zum Emittieren von Ultraschallenergie über solche Längen besteht darin, den Ultraschallkatheter mit einer Mehrzahl von Ultraschalltransducern zu versehen, die entlang eines distalen Bereichs des Katheters verteilt sind. Eine solche Anordnung ist mit verschiedenen technischen Hindernissen konfrontiert. Beispielsweise kann der Katheter, da die Ultraschalltransducer relativ starr bzw. steif sind, zu unbeweglich bzw. unflexibel werden, um ihn durch die Lumina im Körper des Patienten zu navigieren. Eine Lösung besteht darin, kleinere Transducer zu verwenden. Kleinere Transducer sind jedoch womöglich nicht in der Lage, ausreichend Energie mit der richtigen Frequenz zu erzeugen, um die therapeutische Wirkung eines therapeutischen Mittels zu verstärken.
Eine weitere Lösung wird in dem US-Patent Nr. 6,296,610 offenbart. Dieses Patent offenbart einen Katheter mit einer Mehrzahl von Transducern, die innerhalb des Katheters in der Behandlungszone hin- und herbewegt werden. Diese Anordnung ist jedoch im allgemeinen nicht wünschenswert, da sie ein Übertragungssystem erfordert, um die Ultraschallelemente innerhalb des Katheters zu bewegen.
Um die Herstellung zu erleichtern und die Kosten zu reduzieren, ist es darüber hinaus allgemein wünschenswert, Ultraschalltransducer zu verwenden, die im Vergleich zu beispielsweise zylindrischen Transducern die Form rechteckiger Stangen haben. Solche Anordnungen sollten jedoch trotzdem noch ein therapeutisch wirksames Ultraschallenergiefeld erzeugen.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Ultraschallkatheter, der in der Lage ist, Ultraschallenergie über eine beträchtliche Länge eines Körperlumens hinweg bereitzustellen, wobei die Ultraschallelemente in dem Patienten während der Behandlung wenig oder überhaupt nicht bewegt werden. Ein solcher Katheter verwendet vorzugsweise flache, rechteckige Ultraschalltransducer.
Aspekte der Erfindung sind in den anhängenden Ansprüchen definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Ultraschallkatheters, der zum Einsetzen in große Gefäße des menschlichen Körpers ausgestaltet ist.
2 ist eine Querschnittsansicht des Ultraschallkatheters von 1 entlang der Linie 2-2.
3 ist eine schematische Darstellung eines länglichen inneren Kerns, der dafür ausgestaltet ist, in dem zentralen Lumen des in 2 gezeigten Katheters positioniert zu werden.
4 ist eine Querschnittsansicht des länglichen inneren Kerns von 3 entlang der Linie 4-4.
5 ist ein schematisches Schaltbild, das eine bevorzugte Technik für das elektrische Verbinden von fünf Gruppen von Ultraschall abstrahlenden Teilen unter Bildung eines Ultraschallaufbaus veranschaulicht.
6 ist ein schematisches Schaltbild, das eine bevorzugte Technik für das elektrische Anschließen einer der Gruppen von 5 zeigt.
7A ist eine schematische Darstellung des Ultraschallaufbaus von 5, der in dem inneren Kern von 4 aufgenommen ist.
7B ist eine Querschnittsansicht des Ultraschallaufbaus von 7A entlang der Linie 7B-7B.
7C ist eine Querschnittsansicht des Ultraschallaufbaus von 7A entlang der Linie 7C-7C.
7D ist eine Seitenansicht eines zentralen Drahtes eines Ultraschallaufbaus, der zu einer spiralförmigen Konfiguration verdreht wurde.
8 veranschaulicht den Energiezuführungsabschnitt des inneren Kerns von 4, der innerhalb des Energiezuführungsabschnitts des rohrförmigen Körpers von 2 positioniert ist.
9 zeigt ein Schaltbild für das Verbinden einer Mehrzahl von Temperatursensoren mit einer gemeinsamen Leitung.
10 ist ein Blockdiagramm eines Rückkopplungssteuerungssystems für die Verwendung mit einem Ultraschallkatheter.
11A ist eine Seitenansicht einer Behandlungsstelle.
11B ist eine Seitenansicht des distalen Endes eines Ultraschallkatheters, der an der Behandlungsstelle von 11A positioniert ist.
11C ist eine Querschnittsansicht des distalen Endes des Ultraschallkatheters von 11B, der an der Behandlungsstelle positioniert ist, vor einer Behandlung.
11D ist eine Querschnittsansicht des distalen Endes des Ultraschallkatheters von 11C, wobei ein innerer Kern in den rohrförmigen Körper eingesetzt wurde, um eine Behandlung durchzuführen.
12 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Isolationsblocks.
13 veranschaulicht die Verbindung von Ultraschall abstrahlenden Teilen innerhalb eines Katheters mit einem Isolationsblock.
14 veranschaulicht eine selektive Aktivierung von Ultraschall abstrahlenden Teilen innerhalb eines Katheters.
15 veranschaulicht eine zweite selektive Aktivierung von Ultraschall abstrahlenden Teilen innerhalb eines Katheters.
16 veranschaulicht eine dritte selektive Aktivierung von Ultraschall abstrahlenden Teilen innerhalb eines Katheters.
17 veranschaulicht eine Ausführungsform zum Verbinden von Ultraschall abstrahlenden Teilen innerhalb eines Katheters mit einem Isolationsblock.
18 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform zum Verbinden von Ultraschall abstrahlenden Teilen innerhalb eines Katheters mit einem Isolationsblock.
19 veranschaulicht die Verbindung von Temperatursensoren innerhalb eines Katheters mit einem Isolationsblock.
20 ist eine Querschnittsansicht eines Katheteranschlusses.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Wie es oben beschrieben wurde, ist es wünschenswert, einen Ultraschallkatheter mit verschiedenen Merkmalen und Vorteilen bereitzustellen. Beispiele solcher Merkmale und Vorteile beinhalten die Fähigkeit, Ultraschallenergie auf eine Behandlungsstelle aufzubringen. In einer weiteren Ausführungsform besitzt der Katheter die Fähigkeit, der Behandlungsstelle eine therapeutische Verbindung zuzuführen. Bevorzugte Ausführungsformen eines Ultraschallkatheters, der bestimmte von diesen Merkmalen und Vorteilen aufweist, werden hierin beschrieben. Verfahren zur Verwendung eines solchen Ultraschallkatheters werden hierin ebenfalls beschrieben.
Die hierin beschriebenen Ultraschallkatheter können verwendet werden, um die therapeutischen Wirkungen von therapeutischen Verbindungen an einer Behandlungsstelle im Körper eines Patienten zu verstärken. Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff "therapeutische Verbindung" allgemein und ohne Beschränkung auf ein Arzneimittel, ein Medikament, eine auflösende Verbindung, genetisches Material oder irgendeine andere Substanz, die physiologische Funktionen bewirken kann. Zusätzlich umfaßt diese Definition von "therapeutischer Verbindung" jegliche Mischung aus irgendwelchen solcher Substanzen sowie jegliche Substanz, die unter die herkömmliche Bedeutung dieser Begriffe fällt. Die Verstärkung der Wirkungen therapeutischer Verbindungen unter Verwendung von Ultraschallenergie wird in den US-Patenten Nr. 5,318,014, 5,362,309, 5,474,531, 5,628,728, 6,001,069 und 6,210,356 beschrieben, deren vollständige Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Insbesondere für Anwendungen zur Behandlung menschlicher Blut gefäße, die durch Plaque, Thrombi, Emboli oder andere Substanzen, welche die Fähigkeit eines Gefäßes, Blut zu transportieren, reduzieren, teilweise oder vollständig okkludiert sind, beinhalten geeignete therapeutische Verbindungen eine wäßrige Lösung, die Heparin, Urokinase, Streptokinase, TPA und BB-10153 (hergestellt von British Biotech, Oxford, UK) enthält, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Bestimmte Merkmale und Aspekte der hierin offenbarten Ultraschallkatheter können auch bei Anwendungen, bei denen die Ultraschallenergie selbst eine therapeutische Wirkung bereitstellt, Verwendung finden. Beispiele solcher therapeutischer Wirkungen beinhalten die Prävention oder die Reduzierung von Stenose und/oder Restenose, Gewebeablation, -abrasion oder -disruption, die Förderung temporärer oder permanenter physiologischer Veränderungen in Strukturen innerhalb von oder zwischen Zellen und dem Einreißen von Mikroballons oder Mikroblasen für die Zuführung der therapeutischen Verbindung. Weitere Informationen über solche Verfahren finden sich in den US-Patenten Nr. 5,261,291 und 5,431,663, deren vollständige Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
Die hierin beschriebenen Ultraschallkatheter sind dafür ausgestaltet, Ultraschallenergie über eine beträchtliche Länge eines Körperlumens, wie z.B. die größeren Gefäße im Bein, aufzubringen. Es versteht sich jedoch, daß bestimmte Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sich auch auf Katheter anwenden lassen, die dafür ausgestaltet sind, in die kleinen Gefäße im Gehirn, in feste Gewebe, in Duktussysteme und in Körperöffnungen eingesetzt zu werden. Zusätzliche Ausführungsformen, die mit bestimmten Merkmalen und Aspekten der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, sind in der US-Patentanmeldung, Anwaltsaktenzeichen EKOS.026A, mit dem Titel "Ultrasound Assembly For Use With A Catheter", eingereicht am 7. November 2002, beschrieben, deren vollständige Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
Unter anfänglicher Bezugnahme auf 1 wird schematisch ein Ultraschallkatheter 10 gezeigt, der für die Verwendung in den großen Gefäßen in der Anatomie eines Patienten ausgestaltet ist. Beispielsweise kann der in 1 dargestellte Ultraschallkatheter 10 dazu verwendet werden, periphere arterielle Verschlüsse in langen Segmenten, wie z.B. im Gefäßsystem des Beins, zu behandeln.
Wie es in 1 gezeigt ist, beinhaltet der Ultraschallkatheter 10 im allgemeinen einen aus einer Mehrzahl von Komponenten bestehenden länglichen, flexiblen rohrförmigen Körper 12 mit einem proximalen Bereich 14 und einem distalen Bereich 15. Der rohrförmige Körper 12 beinhaltet einen flexiblen Energiezuführungsabschnitt 18, der im distalen Bereich 15 des Katheters 10 liegt. Der rohrförmige Körper 12 und andere Komponenten des Katheters 10 können gemäß irgendeiner aus einer Vielzahl von Techniken hergestellt werden, die auf dem Gebiet der Katheterherstellung gut bekannt sind. Geeignete Materialien und Abmessungen können auf Basis der natürlichen und anatomischen Dimensionen der Behandlungsstelle und der gewünschten perkutanen Zugangsstelle leicht ausgewählt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der proximale Bereich 14 des rohrförmigen Körpers 12 beispielsweise ein Material, das eine ausreichende Flexibilität, Knickbeständigkeit, Steifigkeit und strukturelle Unterstützung besitzt, um den Energiezuführungsabschnitt 18 durch das Gefäßsystem des Patienten zu einer Behandlungsstelle zu schieben. Beispiele solcher Materialien beinhalten extrudiertes Polytetrafluorethylen ("PTFE"), Polyethylene ("PE"), Polyamide und andere ähnliche Materialien, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. In bestimmten Ausführungsformen wird der proximale Bereich 14 des rohrförmigen Körpers 12 durch ein Geflecht, ein Netz oder andere Konstruktionen verstärkt, um eine verbesserte Knickbeständigkeit und Schiebbarkeit bereitzustellen. Beispielsweise können Drähte aus Nickeltitan oder rostfreiem Stahl entlang des rohrförmigen Körpers 12 angeordnet oder in diesen aufgenommen werden, um das Knicken zu reduzieren.
In einer Ausführungsform, die dafür ausgestaltet ist, einen Thrombus in den Arterien des Beins zu behandeln, hat der rohrförmige Körper 12 einen Außendurchmesser von zwischen etwa 0,060 Zoll und etwa 0,075 Zoll. in einer weiteren Ausführungsform hat der rohrförmige Körper 12 einen Außendurchmesser von etwa 0,071 Zoll. In bestimmten Ausführungsformen hat der rohrförmige Körper 12 eine axiale Länge von ungefähr 105 Zentimetern, obwohl für andere Anwendungen auch andere Längen geeignet sein können.
Der Energiezuführungsabschnitt 18 des rohrförmigen Körpers 12 beinhaltet vorzugsweise ein Material, das dünner ist als das Material, welches den proximalen Bereich 14 des rohrförmigen Körpers bildet, oder ein Material mit einer größeren akustischen Transparenz. Dünnere Materialien haben im allgemeinen eine größere akustische Transparenz als dickere Materialien. Geeignete Materialien für den Energiezuführungsabschnitt 18 beinhalten Polyethylene, Urethane, Nylons und dergleichen mit hoher oder geringer Dichte, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. In bestimmten modifizierten Ausführungsformen kann der Energiezuführungsabschnitt 18 aus demselben Material oder aus einem Material, das dieselbe Dicke hat wie der proximale Bereich 14, gebildet sein.
In bestimmten Ausführungsformen ist der rohrförmige Körper 12 in mindestens drei Abschnitte variierender Steifigkeit unterteilt. Der erste Abschnitt, der vorzugsweise den proximalen Bereich 14 beinhaltet, hat eine vergleichsweise größere Steifigkeit. Der zweite Abschnitt, der sich in einem mittleren bzw. Zwischenbereich zwischen dem proximalen Bereich 14 und dem distalen Bereich 15 des rohrförmigen Körpers 12 befindet, hat eine vergleichsweise geringere Steifigkeit. Diese Ausgestaltung erleichtert die Bewegung und Plazierung des Katheters 10 weiter. Der dritte Abschnitt, der vorzugsweise den Energiezuführungsabschnitt 18 beinhaltet, hat im allgemeinen eine geringere Steifigkeit als der zweite Abschnitt, obwohl die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 vorhanden sind.
2 veranschaulicht einen Querschnitt durch den rohrförmigen Körper 12 entlang der Linie 2-2 in 1. In der in 2 gezeigten Ausführungsform sind in dem rohrförmigen Körper 12 drei Fluidzuführungslumina 30 vorgesehen. In anderen Ausführungsformen können in dem rohrförmigen Körper 12 mehr oder weniger Fluidzuführungslumina vorgesehen sein. Die Anordnung der Fluidzuführungslumina 30 liefert vorzugsweise ein hohles, zentrales, durch den rohrförmigen Körper 12 verlaufendes Lumen 51. Der Querschnitt des rohrförmigen Körpers 12, wie er in 2 gezeigt ist, ist entlang der Länge des Katheters 10 vorzugsweise im wesentlichen konstant. In solchen Ausführungsformen liegt somit sowohl im proximalen Bereich 14 als auch im distalen Bereich 15 des Katheters 10, einschließlich des Energiezuführungsabschnitts 18, im wesentlichen derselbe Querschnitt vor.
In bestimmten Ausführungsformen hat das zentrale Lumen 51 einen Mindestdurchmesser, der größer als etwa 0,030 Zoll ist. In einer weiteren Ausführungsform hat das zentrale Lumen 51 einen Mindestdurchmesser, der größer als etwa 0,037 Zoll ist. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Fluidzuführungslumina 30 Abmessungen von etwa 0,026 Zoll Breite mal etwa 0,0075 Zoll Höhe, obwohl bei anderen Anwendungen auch andere Abmessungen verwendet werden können.
Wie es oben beschrieben wurde, erstreckt sich das zentrale Lumen 51 vorzugsweise durch die Länge des rohrförmigen Körpers 12. Wie es in 1 gezeigt ist, hat das zentrale Lumen 51 vorzugsweise einen distalen Ausgangsanschluß 29 und einen proximalen Zugangsanschluß 31. Der proximate Zugangsanschluß 31 ist Teil der Anschlußstelle 33 am hinteren Ende, die am proximalen Bereich 14 des Katheters 10 angebracht ist. Die Anschlußstelle am hinteren Ende beinhaltet vorzugsweise weiterhin einen Kühlfluidanschluß 46, der hydraulisch mit dem zentralen Lumen 51 verbunden ist. Die Anschlußstelle 33 am hinteren Ende beinhaltet vorzugsweise auch einen Einlaßanschluß 32 für die therapeutische Verbindung, der hydraulisch mit den Fluidzuführungslumina 30 verbunden ist und der über eine Anschlußstelle, wie z.B. einen Luer-Anschluß, hydraulisch mit einer Quelle für die therapeutische Verbindung verbunden werden kann.
Das zentrale Lumen 51 ist so ausgestaltet, daß es einen länglichen inneren Kern 34 aufnimmt, von dem eine bevorzugte Ausführungsform in 3 gezeigt ist. Der längliche innere Kern 34 beinhaltet vorzugsweise einen proximalen Bereich 36 und einen distalen Bereich 38. Die proximale Anschlußstelle 37 ist an einem Ende des proximalen Bereichs 36 an den inneren Kern 34 angefügt. Ein oder mehrere Ultraschall abstrahlende Teile sind innerhalb eines Energiezuführungsabschnitts 41 des inneren Kerns positioniert, der sich im distalen Bereich 38 befindet. Die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 bilden einen Ultraschallaufbau 42, der unten ausführlich beschrieben wird.
Wie es in dem in 4 gezeigten Querschnitt entlang der Linien 4-4 in 3 dargestellt ist, ist der innere Kern 34 vorzugsweise zylinderförmig und hat einen Außendurchmesser, der ein Einsetzen des inneren Kerns 34 in das zentrale Lumen 51 des rohrförmigen Körpers 12 über den proximalen Zugangsanschluß 31 erlaubt. Geeignete Außendurchmesser des inneren Kerns 34 beinhalten etwa 0,010 Zoll bis etwa 0,100 Zoll, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Außendurchmesser des inneren Kerns 34 zwischen etwa 0,020 Zoll und etwa 0,080 Zoll. In noch einer weiteren Ausführungsform hat der innere Kern 34 einen Außendurchmesser von etwa 0,035 Zoll.
Noch immer unter Bezug auf 4 beinhaltet der innere Kern 34 vorzugsweise einen zylindrischen Außenkörper 35, in dem der Ultraschallaufbau 42 aufgenommen ist. Der Ultraschallaufbau 42 beinhaltet Leitungen und Ultraschall abstrahlende Teile, die in den 5 bis 7D ausführlicher beschrieben werden, so daß der Ultraschallaufbau 42 in der Lage ist, vom Energiezufüh rungsabschnitt 41 des inneren Kerns 34 Ultraschallenergie abzustrahlen. Der Ultraschallaufbau 42 ist elektrisch mit der Anschlußstelle 33 am hinteren Ende verbunden, wo der innere Kern 34 über das Kabel 45 (gezeigt in 1) an ein Steuersystem 100 angeschlossen werden kann. Vorzugsweise füllt ein elektrisch isolierendes Füllmaterial 43 den inneren Kern 34 und umgibt den Ultraschallaufbau 42, wodurch eine Bewegung des Ultraschallaufbaus 42 in Bezug auf den Außenkörper 35 verhindert wird. In einer Ausführungsform beträgt die Dicke des Außenkörpers zwischen etwa 0,0002 Zoll und 0,010 Zoll. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Dicke des Außenkörpers 35 zwischen etwa 0,0002 Zoll und 0,005 Zoll. In noch einer weiteren Ausführungsform beträgt die Dicke des Außenkörpers 35 etwa 0,0005 Zoll.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Ultraschallaufbau 42 eine Mehrzahl von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40, die in eine oder mehrere Gruppen unterteilt sind. Beispielsweise sind die 5 und 6 schematische Schaltbilder, die eine Technik zum Verbinden von fünf Gruppen von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 unter Bildung des Ultraschallaufbaus 42 zeigen. Wie es in 5 gezeigt ist, beinhaltet der Ultraschallaufbau 42 fünf Gruppen G1, G2, G3, G4, G5 von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40, die elektrisch miteinander verbunden sind. Die fünf Gruppen sind auch elektrisch mit dem Steuersystem 100 verbunden.
Wie sie hierin verwendet werden, sind die Begriffe "Ultraschallenergie", "Ultraschall" und "Ultraschall-" allgemeine Begriffe in ihrer üblichen Bedeutung und beziehen sich weiterhin ohne Beschränkung auf mechanische Energie, die durch Druck in Längsrichtung oder durch Kompressionswellen übertragen wird. Ultraschallenergie kann in Abhängigkeit von den Erfordernissen einer bestimmten Anwendung in Form kontinuierlicher oder gepulster Wellen emittiert werden. Zusätzlich kann Ultraschallenergie in Wellenformen verschiedener Formen, wie sinusförmigen Wellen, Dreieckwellen, Rechteckwellen oder anderen Wellenformen, emittiert werden. Ultraschallenergie beinhaltet Schallwellen. In bestimmten Ausführungsformen hat die Ultraschallenergie eine Frequenz zwischen etwa 20 kHz und etwa 20 MHz. In einer Ausführungsform haben die Wellen beispielsweise eine Frequenz zwischen etwa 500 kHz und etwa 20 MHz. In einer weiteren Ausführungsform haben die Wellen eine Frequenz zwischen etwa 1 MHz und etwa 3 MHz. In noch einer weiteren Ausführungsform haben die Wellen eine Frequenz von etwa 2 MHz. Die durchschnittliche Schalleistung beträgt zwischen etwa 0,01 Watt und 300 Watt. In einer Ausführungsform beträgt die durchschnittliche Schalleistung etwa 15 Watt.
Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff "Ultraschall abstrahlendes Teil" auf irgendeine Vorrichtung, die in der Lage ist, Ultraschallenergie zu erzeugen. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Ultraschall abstrahlendes Teil beispielsweise einen Ultraschalltransducer, der elektrische Energie in Ultraschallenergie umwandelt. Ein geeignetes Beispiel eines Ultraschalltransducers zum Erzeugen von Ultraschallenergie aus elektrischer Energie beinhaltet piezoelektrische keramische Oszillatoren, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Piezoelektrische Keramiken beinhalten typischerweise ein kristallines Material, wie Quarz, das seine Form verändert, wenn ein elektrischer Strom auf das Material aufgebracht wird. Diese Veränderung der Form, die durch ein oszillierendes Antriebssignal zum Oszillieren gebracht wird, erzeugt Ultraschallwellen. In anderen Ausführungs formen kann Ultraschallenergie durch einen Ultraschalltransducer erzeugt werden, der von dem Ultraschall abstrahlenden Teil entfernt ist, und die Ultraschallenergie kann z.B. über einen Draht bzw. eine Leitung, der bzw. die mit dem Ultraschall abstrahlenden Teil verbunden ist, übertragen werden.
Noch immer unter Bezug auf 5 beinhaltet der Steuerschaltkreis 100 unter anderem vorzugsweise eine Spannungsquelle 102. Die Spannungsquelle 102 weist einen positiven Anschluß 104 und einen negativen Anschluß 106 auf. Der negative Anschluß 106 ist mit der gemeinsamen Leitung 108 verbunden, die die fünf Gruppen G1-G5 von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 in Reihe miteinander verbindet. Der positive Anschluß 104 ist mit einer Mehrzahl von Verbindungsleitungen 110 verbunden, die jeweils an eine der fünf Gruppen G1-G5 von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 angeschlossen sind. Bei dieser Ausgestaltung ist somit jede der fünf Gruppen G1-G5, von denen in 6 eine veranschaulicht ist, über eine der Verbindungsleitungen 110 mit dem positiven Anschluß 104 und über die gemeinsame Leitung 108 mit dem negativen Anschluß 106 verbunden.
Unter Bezugnahme auf 6 beinhaltet jede Gruppe G1-G5 eine Mehrzahl von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40. Jedes der Ultraschall abstrahlenden Teile 40 ist über eine der zwei positiven Kontaktleitungen 112 elektrisch mit der gemeinsamen Leitung 108 und mit der Verbindungsleitung 310 verbunden. Bei einer Verkabelung, wie sie gezeigt ist, wird somit eine konstante Spannungsdifferenz auf jedes Ultraschall abstrahlende Element 40 in der Gruppe aufgebracht. Obwohl die in 6 gezeigte Gruppe zwölf Ultraschall abstrahlende Teile 40 beinhaltet, erkennt ein Fachmann auf dem Gebiet, daß mehr oder weniger Ultraschall abstrahlende Teile 40 in der Gruppe vorhanden sein können. Gleichermaßen können mehr oder weniger als fünf Gruppen in dem in 5 gezeigten Ultraschallaufbau 42 vorhanden sein.
7A zeigt eine bevorzugte Technik zum Anordnen der Komponenten des Ultraschallaufbaus 42 (wie er schematisch in 5 gezeigt ist) in dem inneren Kern 34 (wie er schematisch in 4 gezeigt ist). 7A ist eine Querschnittsansicht des Ultraschallaufbaus 42 in der Gruppe G1 in 5, wie es durch das Vorhandensein von vier Verbindungsleitungen 110 angezeigt wird. Wenn beispielsweise eine Querschnittsansicht des Ultraschallaufbaus 42 aus der Gruppe G4 in 5 genommen würde, wäre nur eine Verbindungsleitung 310 vorhanden (d.h. die eine Verbindungsleitung, die die Gruppe G5 anschließt).
Noch immer unter Bezug auf 7A beinhaltet die gemeinsame Leitung 108 ein längliches, flaches Stück aus elektrisch leitfähigem Material, das in elektrischem Kontakt mit einem Paar von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 steht. Jedes der Ultraschall abstrahlenden Teile 40 steht auch in elektrischem Kontakt mit einer positiven Kontaktleitung 312. Da die gemeinsame Leitung 108 mit dem negativen Anschluß 106 verbunden ist und die positive Kontaktleitung 312 mit dem positiven Anschluß 104 verbunden ist, kann auf jedem Ultraschall abstrahlenden Teil 40 eine Spannungsdifferenz erzeugt werden. Die Verbindungsleitungen 110 sind vorzugsweise von den anderen Komponenten des Ultraschallaufbaus 42 getrennt, wodurch eine Beeinträchtigung bzw. Behinderung des Betriebs der Ultraschall abstrahlenden Teile 40, wie oben beschrieben, verhindert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der innere Kern 34 beispielsweise mit einem isolierenden Füllmateri al 43 gefüllt, wodurch ein unerwünschter elektrischer Kontakt zwischen den verschiedenen Komponenten des Ultraschallaufbaus 42 verhindert wird.
Die 7B und 7C veranschaulichen Querschnittsansichten des inneren Kerns 34 von 7A entlang der Linien 7B-7B bzw. 7C-7C. Wie es in 7B gezeigt ist, sind die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 entlang der gemeinsamen Leitung 108 paarweise montiert. Die Ultraschall abstrahlenden Teile sind mittels positiver Kontaktleitungen 112 verbunden, so daß auf jedes Ultraschall abstrahlende Teil 40 im wesentlichen dieselbe Spannung aufgebracht wird. Wie es in 7C gezeigt ist, beinhaltet die gemeinsame Leitung 108 vorzugsweise breite Bereiche 108W, auf denen die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 montiert werden können, wodurch die Wahrscheinlichkeit, daß die paarweise montierten Ultraschall abstrahlenden Teile 40 sich gegenseitig kurzschließen, reduziert wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die gemeinsame Leitung 108 außerhalb der breiten Bereiche 108W eine üblichere runde Leitungsform haben.
In einer modifizierten Ausführungsform, wie sie z.B. in 7D gezeigt ist, wird die gemeinsame Leitung 108 unter Bildung einer Spiralform verdreht, ehe sie im inneren Kern 34 fixiert wird. In solchen Ausführungsformen sind die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 in einer Mehrzahl radialer Richtungen orientiert, was die radiale Gleichförmigkeit des resultierenden Ultraschallenergiefeldes verstärkt.
Für einen Fachmann auf dem Gebiet versteht es sich, daß die oben beschriebene Leitungsanordnung modifiziert werden kann, um eine unabhängige Energieversorgung jeder Gruppe G1, G2, G3, G4, G5 zu gestatten. Insbesondere kann jede Gruppe durch Bereitstellen einer separaten Energiequelle für jede Gruppe in dem Steuersystem 100 einzeln ein- oder ausgeschaltet werden, oder sie kann mit einer individuellen Energie angetrieben werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Zuführung von Ultraschallenergie in Bereichen der Behandlungsstelle, in denen die Behandlung abgeschlossen ist, "abgeschaltet" werden kann, was verhindert, daß schädliche oder unnötige Ultraschallenergie auf den Patienten aufgebracht wird.
Die oben beschriebenen und in den 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen veranschaulichen eine Mehrzahl von örtlich gruppierten Ultraschall abstrahlenden Teilen 40. Das heißt, in solchen Ausführungsformen sind alle Ultraschall abstrahlenden Teile innerhalb einer bestimmten Gruppe nebeneinander angeordnet, so daß, wenn eine einzelne Gruppe aktiviert wird, Ultraschallenergie in einer bestimmten Länge von dem Ultraschallaufbau zugeführt wird. In modifizierten Ausführungsformen jedoch können die Ultraschall abstrahlenden Teile einer bestimmten Gruppe voneinander beabstandet sein, so daß die Ultraschall abstrahlenden Teile innerhalb einer bestimmten Gruppe nicht nebeneinander angeordnet sind. In solchen Ausführungsformen kann, wenn eine einzelne Gruppe aktiviert wird, Ultraschallenergie von einem größeren, beabstandeten Teil des Energiezuführungsabschnitts zugeführt werden. Solche modifizierten Ausführungsformen können bei Anwendungen, bei denen es gewünscht wird, der Behandlungsstelle ein weniger fokussiertes, diffuseres Ultraschallenergiefeld zuzuführen, vorteilhaft sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhalten die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 rechteckige Ultraschalltransducer aus Bleizirkonattitanat ("PZT") mit Abmessungen von etwa 0,017 Zoll mal etwa 0,010 Zoll mal etwa 0,080 Zoll. In anderen Ausführungsformen kann eine andere Ausgestaltung verwendet werden. Beispielsweise können in anderen Ausführungsformen Ultraschall abstrahlende Teile 40 in Scheibenform verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die gemeinsame Leitung 108 Kupfer und ist etwa 0,005 Zoll dick, obwohl in anderen Ausführungsformen auch andere elektrisch leitfähige Materialien und andere Abmessungen verwendet werden können. Die Verbindungsleitungen 110 sind vorzugsweise elektrische Leiter mit einem Querschnitt von 36 wire gauge (AWG), während die positiven Kontaktleitungen 112 vorzugsweise elektrische Leiter mit einem Querschnitt von 42 wire Bauges (AWG) sind. Ein Fachmann erkennt jedoch, daß in anderen Ausführungsformen auch andere Draht- bzw. Leitungsquerschnitte verwendet werden können.
Wie es oben beschrieben wurde, beinhalten geeignete Frequenzen für das Ultraschall abstrahlende Teil 40 Frequenzen von etwa 20 kHz bis etwa 20 MHz, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. In einer Ausführungsform liegt die Frequenz zwischen etwa 500 kHz und 20 MHz und in einer anderen Ausführungsform zwischen 1 MHz und 3 MHz. In noch einer anderen Ausführungsform werden die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 bei einer Frequenz von etwa 2 MHz betrieben.
8 veranschaulicht den in dem rohrförmigen Körper 12 positionierten inneren Kern 34. Einzelheiten des in 7A bereitgestellten Ultraschallaufbaus 42 wurden aus Gründen der Klarheit weggelassen. Wie es oben beschrieben wurde, kann der innere Kern 34 in dem zentralen Lumen 51 des rohrförmigen Körpers 12 gleitend bewegt werden, was eine Positionierung des Energiezuführungsabschnitts 41 des inneren Kerns innerhalb des Energiezuführungsabschnitts 18 des rohrförmigen Körpers erlaubt. Beispielsweise beinhalten in einer bevorzugten Ausführungsform die den Energiezuführungsabschnitt 41 des inneren Kerns, den Energiezuführungsabschnitt 18 des rohrförmigen Körpers und das Füllmaterial 43 bildenden Materialien jeweils Materialien mit einer ähnlichen akustischen Impedanz, wodurch Ultraschallenergieverluste an Grenzflächen von Materialien minimiert werden.
8 veranschaulicht weiterhin die Plazierung von Fluidzuführungsanschlüssen 58 in dem Energiezuführungsabschnitt 18 des rohrförmigen Körpers. Wie es gezeigt ist, sind Löcher oder Schlitze von dem Fluidzuführungslumen 30 durch den rohrförmigen Körper 12 gebildet, wodurch ein Fluidfluß von dem Fluidzuführungslumen 30 zu der Behandlungsstelle gestattet wird. Somit liefert eine Quelle der therapeutischen Verbindung, die an den Einlaßanschluß 32 angeschlossen ist, einen hydraulischen Druck, der die therapeutische Verbindung durch die Fluidzuführungslumina 30 und aus den Fluidzuführungsanschlüssen 58 hinaus drückt.
Durch gleichmäßige Verteilung der Fluidzuführungslumina 30 entlang des Umfangs des rohrförmigen Körpers 12, wie es in 8 gezeigt ist, kann ein im wesentlichen gleichmäßiger Fluß der therapeutischen Verbindung entlang des Umfangs des rohrförmigen Körpers 12 erzielt werden. Zusätzlich können die Größe, der Ort und die Geometrie der Fluidzuführungsanschlüsse 58 so ausgewählt werden, daß sie einen einheitlichen Fluidfluß von den Fluidzuführungsanschlüssen 58 zur Behandlungsstelle bereitstellen. In einer Ausführungsform haben Fluidzuführunganschlüsse, die näher am proximalen Bereich des Energiezuführungsabschnitts 18 liegen, kleinere Durchmesser als Fluid zuführungsanschlüsse, die näher am distalen Bereich des Energiezuführungsabschnitts 18 liegen, wodurch eine einheitliche Zuführung von Fluid entlang des gesamten Energiezuführungsabschnitts gestattet wird.
In einer Ausführungsform, in der die Fluidzuführungsanschlüsse 58 entlang der Länge des rohrförmigen Körpers 12 ähnliche Größen haben, haben die Fluidzuführungsanschlüsse 58 beispielsweise einen Durchmesser zwischen etwa 0,0005 Zoll und etwa 0,0050 Zoll. In einer weiteren Ausführungsform, bei der die Größe der Fluidzuführungsanschlüsse 58 sich entlang der Länge des rohrförmigen Körpers 12 ändert, haben die Fluidzuführungsanschlüsse 58 einen Durchmesser zwischen etwa 0,001 Zoll und etwa 0,005 Zoll im proximalen Bereich des Energiezuführungsabschnitts 18, und zwischen etwa 0,005 Zoll und 0,0020 Zoll im distalen Bereich des Energiezuführungsabschnitts 18. Die Zunahme der Größe zwischen benachbarten Fluidzuführungsanschlüssen 58 ist abhängig von dem den rohrförmigen Körper 12 bildenden Material und von der Größe des Fluidzuführungslumens 30. Die Fluidzuführungsanschlüsse 58 können in dem rohrförmigen Körper 12 durch Stanzen, Bohren, Einbrennen oder Abdampfen (z.B. mittels eines Lasers) oder anhand irgendeines anderen geeigneten Verfahrens erzeugt werden. Der Fluß von therapeutischer Verbindung entlang der Länge des rohrförmigen Körpers 12 kann durch Erhöhen der Dichte der Fluidzuführungsanschlüsse 58 in Richtung des distalen Bereichs 15 des rohrförmigen Körpers 12 ebenfalls gesteigert werden.
Es versteht sich, daß es wünschenswert sein kann, einen uneinheitlichen Fluidfluß von den Fluidzuführungsanschlüssen 58 zur Behandlungsstelle vorzusehen. In einer solchen Ausführungsform können die Größe, der Ort und die Geometrie der Fluidzuführungsanschlüsse 58 so ausgewählt werden, daß ein solcher uneinheitlicher Fluidfluß bereitgestellt wird.
Noch immer unter Bezug auf 8 legt die Plazierung des inneren Kerns 34 innerhalb des rohrförmigen Körpers 12 weiterhin Kühlfluidlumina 44 fest. Die Kühlfluidlumina 44 sind zwischen einer äußeren Oberfläche 39 des inneren Kerns 34 und einer inneren Oberfläche 16 des rohrförmigen Körpers 12 gebildet. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Behälter mit Kühlfluid durch den proximalen Zugangsanschluß 31 so eingeführt, daß ein Kühlfluidfluß durch die Kühlfluidlumina 44 hindurch und aus dem distalen Ausgangsanschluß 29 (siehe 1) hinaus erzeugt wird. Die Kühlfluidlumina 44 sind vorzugsweise entlang des Umfangs des rohrförmigen Körpers 12 gleichmäßig verteilt (d.h. bei einer Ausgestaltung mit drei Lumina in Inkrementen von etwa 120°), wodurch ein einheitlicher Kühlfluidfluß auf dem inneren Kern 34 bereitgestellt wird. Eine solche Ausgestaltung ist wünschenswert, um unerwünschte Wärmeenergie von der Behandlungsstelle zu entfernen. Wie es unten ausgeführt wird, können die Flußrate bzw. Fließgeschwindigkeit des Kühlfluids und die Energie des Ultraschallaufbaus 42 so eingestellt werden, daß sie die Temperatur des Energiezuführungsabschnitts 41 des inneren Kerns innerhalb eines gewünschten Bereichs halten.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der innere Kern 34 innerhalb des rohrförmigen Körpers 12 gedreht oder bewegt werden. Insbesondere kann eine Bewegung des inneren Kerns 34 durch Bewegen bzw. Manövrieren der proximalen Anschlußstelle 37, während die Anschlußstelle 33 am hinteren Ende stationär bzw. ortsfest gehalten wird, bewerkstelligt werden. Der Außenkörper 35 des inneren Kerns ist zumindest teilweise aus einem Material hergestellt, das ausreichend strukturelle Unterstützung bereitstellt, um eine Bewegung des inneren Kerns 34 innerhalb des rohrförmigen Körpers 12 zu erlauben, ohne daß der rohrförmige Körper 12 dabei abknickt. Zusätzlich beinhaltet der Außenkörper 35 des inneren Kerns vorzugsweise ein Material, das ein Drehmoment übertragen kann. Geeignete Materialien für den Außenkörper 35 des inneren Kerns beinhalten Polyimide, Polyester, Polyurethane, thermoplastische Polymere und geflochtene Polyimide, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fluidzuführungslumina 30 und die Kühlfluidlumina 44 am distalen Ende des rohrförmigen Körpers 12 offen, was ein Eintreten der therapeutischen Verbindung und des Kühlfluids in das Gefäßsystem des Patienten am distalen Ausgangsanschluß erlaubt. Falls es gewünscht ist, können die Fluidzuführungslumina 30 wahlweise auch am distalen Ende des rohrförmigen Körpers 12 verstopft bzw. verschlossen werden, wodurch ein zusätzlicher hydraulischer Druck bereitgestellt wird, um die therapeutische Verbindung aus den Fluidzuführungsanschlüssen 58 hinauszudrücken. In jeder Ausgestaltung kann verhindert werden, daß der innere Kern 34 durch den distalen Ausgangsanschluß hindurchtritt, indem der innere Kern 34 mit einer Länge hergestellt wird, die kürzer ist als die Länge des rohrförmigen Körpers. In anderen Ausführungsformen ist im distalen Bereich 15 ein Vorsprung auf der Innenseite des rohrförmigen Körpers gebildet, so daß ein Hindurchtreten des inneren Kerns 34 durch den distalen Ausgangsanschluß verhindert wird.
In noch weiteren Ausführungsformen beinhaltet der Katheter 10 weiterhin eine Verschließ- bzw. Okklusionsvorrichtung (nicht gezeigt), die am distalen Ausgangsanschluß 29 positioniert ist. Die Okklusionsvorrichtung hat vorzugsweise einen reduzierten Innendurchmesser, der einen Führungsdraht aufnehmen kann, jedoch kleiner ist als der Innendurchmesser des zentralen Lumens 51. Der innere Kern 34 wird somit daran gehindert, sich durch die Okklusionsvorrichtung hindurch und aus dem distalen Ausgangsanschluß 29 hinaus zu erstrecken. Beispielsweise beinhalten geeignete Innendurchmesser für die Okklusionsvorrichtung etwa 0,005 Zoll bis etwa 0,050 Zoll, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. In anderen Ausführungsformen hat die Okklusionsvorrichtung ein geschlossenes Ende, was verhindert, daß Kühlfluid den Katheter 10 verläßt und stattdessen zum proximalen Bereich 14 des rohrförmigen Körpers 12 zurückzirkuliert. Diese und andere Ausgestaltungen des Kühlfluidflusses erlauben eine Steigerung der dem Ultraschallaufbau 42 gelieferten Energie im Verhältnis zur Flußrate des Kühlfluids. Zusätzlich können bestimmte Ausgestaltungen des Kühlfluidflusses die Aussetzung des Körpers des Patienten an Kühlfluids verringern.
In bestimmten Ausführungsformen, wie sie in 8 gezeigt sind, beinhaltet der rohrförmige Körper 12 weiterhin einen oder mehrere Temperatursensoren 20, die vorzugsweise innerhalb des Energiezuführungsabschnitts 18 lokalisiert sind. In solchen Ausführungsformen beinhaltet der proximale Bereich 14 des rohrförmigen Körpers 12 eine Temperatursensorleitung, die in das Kabel 45 (gezeigt in 1) aufgenommen werden kann. Geeignete Temperatursensoren beinhalten die Temperatur erfassende Dioden, Thermistoren, Thermoelemente, Widerstandstemperaturdetektoren ("RTD") und faseroptische Temperatursensoren, die thermochrome Flüssigkristalle verwenden, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Geeignete Geometrien der Temperatursensoren 20 beinhalten einen Punkt, ein Patch bzw. einen Flecken oder einen Streifen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Temperatursensoren 20 können innerhalb eines oder mehrerer der Fluidzuführungslumina 30 (wie dargestellt) und/oder innerhalb eines oder mehrerer der Kühlfluidlumina 44 positioniert sein.
9 zeigt eine Ausführungsform für das elektrische Verbinden der Temperatursensoren 20. In solchen Ausführungsformen ist jeder Temperatursensor 20 an eine gemeinsame Leitung 61 angeschlossen und mit einer einzelnen Rückleitung 62 verbunden. Dementsprechend können n + 1 Leitungen verwendet werden, um die Temperatur an n verschiedenen Temperatursensoren 20 unabhängig zu erfassen. Die Temperatur an einem bestimmten Temperatursensor 20 kann durch Schließen eines Schalters 64, um einen Kreislauf zwischen der individuellen Rückleitung 62 dieses Thermoelements und der gemeinsamen Leitung 61 zu schließen, bestimmt werden. In Ausführungsformen, bei denen die Temperatursensoren 20 Thermoelemente beinhalten, kann die Temperatur aus der Spannung in dem Schaltkreis beispielsweise unter Verwendung eines Abtastschaltkreises 63, der sich in dem externen Steuerschaltkreis 100 befinden kann, berechnet werden.
In anderen Ausführungsformen ist jeder Temperatursensor 20 unabhängig verdrahtet bzw. angeschlossen. In solchen Ausführungsformen verlaufen 2n Leitungen durch den rohrförmigen Körper 12, um die Temperatur an n unabhängigen Temperatursensoren 20 unabhängig zu erfassen. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Flexibilität des rohrförmigen Körpers 12 verbessert werden, indem Temperatursensoren 20 auf Faseroptikbasis verwendet werden. In solchen Ausführungsformen kann die Flexibilität verbessert werden, weil nur n faseroptische Teile verwendet werden, um die Temperatur an n unabhängigen Temperatursensoren 20 zu erfassen.
10 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Rückkopplungssteuerungssystems 68, das mit dem Katheter 10 verwendet werden kann. Das Rückkopplungssteuerungssystem 68 kann in das Steuersystem, das über das Kabel 45 (gezeigt in 1) mit dem inneren Kern 34 verbunden ist, integriert werden. Das Rückkopplungssteuerungssystem 68 erlaubt eine Überwachung der Temperatur an jedem Temperatursensor 20 und eine entsprechende Einstellung der von der Energiequelle 70 ausgegebenen Energie. Ein Arzt kann, falls gewünscht, das System mit geschlossener oder offener Schleife umgehen.
Das Rückkopplungssteuerungssystem 68 beinhaltet vorzugsweise eine Energiequelle 70, Stromkreise 72 und eine Energieberechnungsvorrichtung 74, die mit den Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 verbunden ist. Eine Temperaturmeßvorrichtung 76 ist mit den Temperatursensoren 20 in dem rohrförmigen Körper 12 verbunden. Eine Verarbeitungseinheit 78 ist mit der Energieberechnungsvorrichtung 74, den Stromkreisen 72 und einer Benutzerschnittstelle und Anzeige 80 verbunden.
Im Betrieb wird die Temperatur an jedem Temperatursensor 20 durch die Temperaturmeßvorrichtung 76 bestimmt. Die Verarbeitungseinheit 78 empfängt jede bestimmte Temperatur von der Temperaturmeßvorrichtung 76. Die bestimmte Temperatur kann dem Benutzer dann an der Benutzerschnittstelle und Anzeige 80 angezeigt werden.
Die Verarbeitungseinheit 78 beinhaltet eine Logik für das Erzeugen eines Temperatursteuersignals. Das Temperatursteuersignal ist proportional zu der Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und einer gewünschten Temperatur. Die gewünschte Temperatur kann vom Benutzer bestimmt werden (wie an der Benutzerschnittstelle und Anzeige 80 eingestellt), oder sie kann innerhalb der Verarbeitungseinheit 78 voreingestellt werden.
Das Temperatursteuersignal wird von den Stromkreisen 72 empfangen. Die Stromkreise 72 sind vorzugsweise so ausgestaltet, daß sie das Energieniveau, die Spannung, die Phase und/oder den Strom der von der Energiequelle 70 an die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 gelieferten elektrischen Energie einstellt. Wenn beispielsweise das Temperatursteuersignal oberhalb eines bestimmten Niveaus liegt, wird die an eine bestimmte Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 gelieferte Energie vorzugsweise in Reaktion auf dieses Temperatursteuersignal reduziert. In ähnlicher Weise wird, wenn das Temperatursteuersignal unterhalb eines bestimmten Niveaus liegt, die an eine bestimmte Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 gelieferte Energie vorzugsweise in Reaktion auf dieses Temperatursteuersignal erhöht. Nach jeder Einstellung der Energie überwacht die Verarbeitungseinheit 78 vorzugsweise die Temperatursensoren 20 und erzeugt ein weiteres Temperatursteuersignal, das von den Stromkreisen 72 empfangen wird.
Die Verarbeitungseinheit 78 beinhaltet vorzugsweise weiterhin eine Sicherheitssteuerlogik. Die Sicherheitssteuerlogik erfaßt, ob die Temperatur an einem Temperatursensor 20 einen Sicherheitsgrenzwert überschritten hat. Die Verarbeitungseinheit 78 kann dann ein Temperatursteuersignal bereitstellen, welches die Stromkreise 72 dazu bringt, die Zuführung von Energie von der Energiequelle 70 an diese bestimmte Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 zu stoppen.
Weil in bestimmten Ausführungsformen die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 in Bezug auf die Temperatursensoren 20 mobil bzw. beweglich sind, kann es unklar sein, bei welcher Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 die Energie, die Spannung, die Phase und/oder die Strommenge eingestellt werden sollen. Folglich kann in bestimmten Ausführungsformen jede Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 identisch eingestellt werden. In einer modifizierten Ausfühnangsform werden jedoch die Energie, die Spannung, die Phase und/oder der Strom, die jeder Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 zugeführt werden, in Reaktion auf den Temperatursensor 20, der die höchste Temperatur anzeigt, eingestellt. Indem die Spannung, die Phase und/oder der Strom in Reaktion auf die von dem Temperatursensor 20, der die höchste Temperatur anzeigt, erfaßte Temperatur eingestellt werden, kann eine Überhitzung der Behandlungsstelle verhindert werden.
Die Verarbeitungseinheit 78 empfängt auch ein Energiesignal von einer Energieberechnungsvorrichtung 74. Das Energiesignal kann verwendet werden, um die Energie zu bestimmen, die von jeder Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 empfangen wird. Die bestimmte Energie kann dem Benutzer dann an der Benutzerschnittstelle und Anzeige 80 angezeigt werden.
Wie es oben beschrieben wurde, kann das Rückkopplungssteuerungssystem 68 so ausgestaltet sein, daß es das zu dem Energiezuführungsabschnitt 18 benachbarte Gewebe unterhalb einer gewünschten Temperatur hält. Beispielsweise ist es allgemein wünschenswert, eine Erhöhung der Temperatur von Gewebe an einer Behandlungsstelle um mehr als 6°C zu verhindern. Wie es oben beschrieben wurde, können die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 elektrisch verbunden sein, so daß jede Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 einen unabhängigen Ausgang erzeugt. In bestimmten Ausführungsformen behält der Ausgang von dem Stromkreis für jede Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 für eine ausgewählte Zeitdauer eine ausgewählte Energie bei.
Die Verarbeitungseinheit 78 kann eine Digital- oder Analogsteuerung, wie beispielsweise einen Computer mit Software, beinhalten. Wenn die Verarbeitungseinheit 78 ein Computer ist, kann sie eine über einen Systembus angeschlossene zentrale Verarbeitungseinheit ("CPU") beinhalten. Wie es im Stand der Technik gut bekannt ist, kann die Benutzerschnittstelle und Anzeige 80 eine Maus, eine irgendetwas anderes beinhalten. Auch sind mit dem Bus vorzugsweise ein Programmspeicher und ein Datenspeicher verbunden.
Anstelle der Serie von Energieeinstellungen, wie sie oben beschrieben wurden, kann ein Profil der an jede Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 zu liefernden Energie in die Verarbeitungseinheit 78 aufgenommen werden, so daß eine voreingestellte Menge an zuzuführender Ultraschallenergie vorher als Profil erstellt wird. In solchen Ausführungsformen kann dann die an jede Gruppe von Ultraschall abstrahlenden Teilen 40 zugeführte Energie entsprechend der voreingestellten Profile eingestellt werden.
Die Ultraschall abstrahlenden Teile werden vorzugsweise in einem gepulsten Modus betrieben. Beispielsweise beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform die über die Zeit gemittelte Energie, die den Ultraschall abstrahlenden Teilen zugeführt wird, bevorzugt zwischen etwa 0,1 Watt und 2 Watt und bevorzugter zwischen etwa 0,5 Watt und 1,5 Watt. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beträgt die über die Zeit gemittelte Energie ungefähr 0,6 Watt oder 1,2 Watt. Der Arbeitszyklus beträgt vorzugsweise zwischen etwa 1 % und 50% und bevorzugter zwischen etwa 5% und 25%. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beträgt die relative Einschaltdauer ungefähr 7,5% oder 15%. Die impulsgemittelte Energie beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1 Watt und 20 Watt und bevorzugter zwischen etwa 5 Watt und 20 Watt. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beträgt die impulsgemittelte Energie etwa zwischen 8 Watt und 16 Watt. Die Amplitude während jedes Impulses kann konstant oder variierend sein.
In einer Ausführungsform beträgt die Impulswiederholrate vorzugsweise zwischen etwa 5 Hz und 150 Hz und bevorzugter zwischen etwa 10 Hz und 50 Hz. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Impulswiederholrate ungefähr 30 Hz. Die Impulsdauer beträgt vorzugsweise zwischen etwa 1 Millisekunde und 50 Millisekunden und bevorzugter zwischen etwa 1 Millisekunde und 25 Millisekunden. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Impulsdauer ungefähr 2,5 Millisekunden oder 5 Millisekunden.
In einer bestimmten Ausführungsform werden die Transducer bei einer durchschnittlichen Energie von etwa 0,6 Watt, einem Arbeitszyklus von etwa 7,5%, einer Impulswiederholrate von 30 Hz, einer impulsgemittelten elektrischen Energie von etwa 8 Watt und einer Impulsdauer von etwa 2,5 Millisekunden betrieben.
Das mit den hierin beschriebenen elektrischen Parametern verwendete Ultraschall abstrahlende Teil hat vorzugsweise eine akustische Effizienz von mehr als 50% und bevorzugter von mehr als 75%. Das Ultraschall abstrahlende Teil kann aus einer Vielzahl von Formen gebildet sein, wie z.B. zylindrisch (massiv oder hohl), flach, stangenförmig, dreieckig und dergleichen. Die Länge des Ultraschall abstrahlenden Teils beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1 cm und etwa 0,5 cm. Die Dicke oder der Durchmesser der Ultraschall abstrahlenden Teile beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,02 cm und etwa 0,2 cm.
Die 11A bis 11D veranschaulichen ein Verfahren zur Verwendung des Ultraschallkatheters 10. Wie es in 11A gezeigt ist, wird ein Führungsdraht 84, der einem bei typischen Angioplastieverfahren verwendeten Führungsdraht ähnlich ist, durch die Gefäße 86 eines Patienten zu einer Behandlungsstelle 88 geführt, die ein Gerinnsel 90 aufweist. Der Führungsdraht 84 wird durch das Gerinnsel 90 geführt. Geeignete Gefäße 86 beinhalten die großen peripheren Blutgefäße des Körpers, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Zusätzlich und wie es oben erwähnt wurde, ist der Ultraschallkatheter 10 auch bei verschiedenen abbildenden Anwendungen oder bei Anwendungen zur Behandlung und/oder zur Diagnostik anderer Erkrankungen in anderen Teilen des Körpers von Nutzen.
Wie es in 10B gezeigt ist, wird der rohrförmige Körper 12 entlang des Führungsdrahts 84 gleitend bewegt und unter Verwendung herkömmlicher Führungsdrahttechniken entlang des Führungsdrahts vorgeschoben. Der rohrförmige Körper 12 wird vorgeschoben, bis der Energiezuführungsabschnitt 18 des rohrförmigen Körpers 12 am Gerinnsel 90 positioniert ist. In bestimmten Ausführungsformen werden röntgenstrahlenundurchlässige Marker (nicht gezeigt) entlang des Energiezuführungsabschnitts 18 des rohrförmigen Körpers 12 positioniert, um die Positionierung des rohrförmigen Körpers 12 innerhalb der Behandlungsstelle 88 zu unterstützen.
Wie es in 10C gezeigt ist, wird der Führungsdraht 84 dann aus dem rohrförmigen Körper 12 zurückgezogen, indem der Führungsdraht 84 aus dem proximalen Bereich 14 des Katheters 10 gezogen wird, während der rohrförmige Körper 12 ortsfest bzw. stationär gehalten wird. Dadurch bleibt der rohrförmige Körper 12 an der Behandlungsstelle 88 positioniert.
Wie es in 10D gezeigt ist, wird der innere Kern 34 dann in den rohrförmigen Körper 12 eingesetzt, bis der Ultraschallaufbau 42 an die Okklusionsvorrichtung anstößt und zumindest teilweise innerhalb des Energiezuführungsabschnitts 18 des rohrförmigen Körpers 12 positioniert ist. Sobald der innere Kern 34 richtig positioniert ist, wird der Ultraschallaufbau 42 aktiviert, um durch den Energiezuführungsabschnitt 18 dem Gerinnsel 90 Ultraschallenergie zuzuführen. Wie es oben beschrieben wurde, wird geeignete Ultraschallenergie mit einer Frequenz zwischen etwa 20 kHz und etwa 20 MHz zugeführt.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet der Ultraschallaufbau 42 sechzig Ultraschall abstrahlende Teile 40, die auf einer Länge von etwa 30 bis 50 cm verteilt sind. In solchen Ausführungsformen kann der Katheter 10 verwendet werden, um ein längliches Gerinnsel 90 zu behandeln, ohne daß eine Bewegung oder Umpositionierung des Katheters 10 während der Behandlung notwendig ist. Es versteht sich jedoch, daß in modifizierten Ausführungsformen der innere Kern 34 während der Behandlung innerhalb des rohrförmigen Körpers 12 bewegt oder gedreht werden kann. Eine solche Bewegung kann durch Bewegen bzw. Manövrieren der proximalen Anschlußstelle 37 des inneren Kerns 34, während gleichzeitig die Anschlußstelle 33 am hinteren Ende ortsfest bzw. stationär gehalten wird, erzielt werden.
Erneut unter Bezug auf 11 D zeigen die Pfeile 48 an, daß ein Kühlfluid durch die Kühlfluidlumina 44 und aus dem distalen Ausgangsanschluß 29 hinaus strömt. Gleichermaßen zeigen die Pfeile 49, daß eine therapeutische Verbindung durch das Fluidzuführungslumen 30 und aus den Fluidzuführungsanschlüssen 58 zur Behandlungsstelle 88 strömt.
Das Kühlfluid kann vor, nach, während oder intermittierend mit der Zuführung von Ultraschallenergie zugeführt werden. In ähnlicher Weise kann die therapeutische Verbindung vor, nach, während oder intermittierend mit der Zuführung von Ultraschallenergie zugeführt werden. Folglich können die in den 11A bis 11D gezeigten Schritte in vielen verschiedenen Reihenfolgen ausgeführt werden, die andere sind als die oben beschriebenen. Die therapeutische Verbindung und die Ultraschallenergie werden vorzugsweise aufgebracht, bis das Gerinnsel 90 teilweise oder vollständig aufgelöst wurde. Sobald das Gerinnsel 90 bis zum gewünschten Ausmaß aufgelöst wurde, werden der rohrförmige Körper 12 und der innere Kern 34 von der Behandlungsstelle 88 entfernt.
Um das Lecken von elektrischem Strom durch den Körper des Patienten zur Erde zu reduzieren, kann das Steuersystem 100 in bestimmten Ausführungsformen einen Isolationsblock 200 beinhalten. 12 zeigt eine Ausführungsform eines Isolationsblocks 200, der bestimmte Teile des Steuersystems 100 beinhaltet, wie es unten ausführlicher beschrieben wird. Vorzugsweise ist der externe Steuerschaltkreis 100, der den Isolationsblock 200 (falls vorhanden) beinhaltet, proximal zu der hinteren Anschlußstelle 33 positioniert (siehe 1), wodurch ein Übersprechen zwischen den Leitungen zu der Mehrzahl von Gruppen von Ultraschall abstrahlenden Teilen verhindert werden.
Der Isolationsblock 200 beinhaltet eine Isolationsbarriere 228, die dafür ausgestaltet ist, zu verhindern, daß unerwünschter elektrischer Strom durch den Körper des Patienten fließt, oder diesen zu verringern. In der gezeigten Ausführungsform bilden beispielsweise zwei Transformatoren 256, 276 eine Isolationsbarriere zwischen dem externen Steuerschaltkreis 100 und den bestimmten Komponenten des Isolationsblocks 200.
Noch immer unter Bezug auf 12 wird eine Transformatorschleife verwendet, um den Leckstrom des Katheters 10 zu messen. Dieser Leckstrom repräsentiert den Strom, der nicht durch die Rückleitungen zu dem Isolationsblock 200 zurückkehrt, sondern stattdessen durch den Körper des Patienten zur Erde geht. Eine zentraler Abgriff von der Transformatorschleife 278 ist mit zwei Dioden verbunden, die den Leckstrom demodulieren. In diesem Beispiel werden Zener-Dioden mit einer geringen Schwellwertspannung verwendet, um das kleine Signal, das von der Transformatorschleife bereitgestellt wird, zu korrigieren.
Der externe Steuerschaltkreis 100 liefert ein Hochfrequenzsignal 224 zum Antreiben des Ultraschallaufbaus 42. Das Hochfrequenzsignal 224 wird im Ultraschallfrequenzbereich betrieben und ist auf eine Frequenz eingestellt, die die Ultraschall abstrahlenden Teile 40 im inneren Kern 34 aktiviert. Das Hochfrequenzsignal 224 ist unter Verwendung eines Transformators 256 elektroma gnetisch mit dem Isolationsblock 200 verbunden. Die dielektrischen Schichten des Transformators 256 bilden eine Isolationsbarriere. Die Isolationsbarriere verhindert im wesentlichen, daß elektrischer Strom durch den Isolationsblock 200, durch den Körper des Patienten und zurück in den Isolationsblock 200 fließt. Durch elektromagnetisches Verbinden des Hochfrequenz-Antriebssignals mit dem Isolationsblock 200 wird die Stromschleife unterbrochen, und es wird verhindert, daß elektrischer Strom durch den Körper des Patienten fließt.
In der in 12 gezeigten Ausführungsform ist der Isolationsblock 200 mit mehreren Arten von Kathetern kompatibel. Die verschiedenen Katheter können verschiedene Arten oder Mengen von Ultraschall abstrahlenden Teilen verwenden, die wiederum zu Veränderungen der Eingangsimpedanz am Hochfrequenzverstärker führen können. Selbst wenn die Ultraschall abstrahlenden Teile so ausgestaltet sind, daß sie identisch sind, führen Fabrikationsfehler oft dazu, daß die Impedanz der Ultraschall abstrahlenden Teile variiert. Zusätzlich kann das Aktivierungsmuster oder die Ausgestaltung der Ultraschall abstrahlenden Teile innerhalb eines Katheters auch die Eingangsimpedanz verändern.
Der beispielhafte Isolationsblock 200 beinhaltet Schaltkreise, um das Anpassen bzw. Angleichen der Ausgangsimpedanz des Hochfrequenzverstärkers an die Eingangsimpedanz der Ultraschall abstrahlenden Teile zu ermöglichen. Beispielsweise haben viele Hochfrequenzverstärker eine Ausgangsimpedanz von etwa 50 Ω. Um die Energieeffizienz zu maximieren, versucht der Isolationsblock 200, die Impedanz anzugleichen, indem er im wesentlichen äquivalente 50 Ω am Eingang bereitstellt.
Noch immer unter Bezug auf 12 stellt der Isolationsblock 200 Schaltkreise bereit, um die Eingangsimpedanz des Isolationsblocks 200 so einzustellen, daß sie an die Ausgangsimpedanz des Hochfrequenzverstärkers angeglichen wird. Beispielsweise veranschaulicht 12 den Kopplungstransformator 256 mit Abgriffen 258 auf der Sekundärseite. Das Auswählen verschiedener Abgriffe modifiziert das Wicklungsverhältnis des Transformators und verändert dadurch die Eingangsimpedanz des Isolationsblocks 200.
Das Verändern des Wicklungsverhältnisses des Kopplungstransformators 256 beeinflußt auch die Amplitude des durch den Ultraschallaufbau 42 hindurchtretenden Stroms. Je nach Bedarf kompensiert der externe Steuerschaltkreis 100 diese Veränderungen der Amplitude beispielsweise durch Antreiben des Hochfrequenzsignals bei verschiedenen Niveaus.
Die in 12 veranschaulichte Ausführungsform zeigt auch die Verwendung von Spulen 260 zum Einstellen der Eingangsimpedanz. Wie es gezeigt ist, beinhaltet der Isolationsblock 200 weiterhin drei individuell gesteuerte Schalter 262, die die drei Spulen mit dem Hochfrequenz-Eingangsschaltkreis verbinden. In diesem Beispiel sind durch Öffnen und Schließen der Spulenschalter in verschiedenen Kombinationen insgesamt acht Einstellungen erzielbar. Der Einstellschaltkreis ist nicht auf die Verwendung von Spulen oder Transformatorabgriffen beschränkt. Andere Komponenten, wie Kondensatoren und Widerstände, können ebenfalls verwendet werden, um die Eingangsimpedanz einzustellen.
In einer Ausführungsform werden Einstellinformationen für einen Katheter zum Zeitpunkt der Herstellung bestimmt. Die Einstellinformationen werden dann in den Katheter eingebaut, beispielsweise durch Speichern der Einstellinformationen in einem programmierbaren Nur-Lese-Identifikationsspeicher ("PROM") 254. Alternativ werden die Seriennummer oder andere Vermerke zur Identifizierung des Katheters zusammen mit den Einstellinformationen in eine Datenbank eingegeben. Der Isolationsblock 200 fragt dann die Einstellinformationen aus der Datenbank ab und stellt den Einstellschaltkreis in geeigneter Weise auf den Katheter ein, der an dem Isolationsblock 200 angebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der Isolationsblock 200 einen inneren Schaltkreis, um die Impedanz des Ultraschallaufbaus 42 in dem Katheter zu erfassen, und stellt den Einstellschaltkreis entsprechend ein.
12 veranschaulicht weiterhin eine Ausgestaltung, die speziell auf die Verwendung einer Mehrzahl von Ultraschall abstrahlenden Teilen, wie es bei den oben beschriebenen Anordnungen der Fall ist, angepaßt ist. In der gezeigten Ausführungsform sind zehn Ultraschall abstrahlende Teile unter Verwendung von fünf Anschlüssen mit dem Isolationsblock 200 verbunden. Die Ultraschall abstrahlenden Teile werden durch Multiplexen des Antriebssignals durch fünf Paare von Schaltern 268 gesteuert. Die Antriebsleitungen der Ultraschall abstrahlenden Teile im inneren Kern 34 sind mit den Paaren von Schaltern 268 innerhalb des Isolationsblocks 200 verbunden. Jedes Paar von Schaltern 268 hat vier Einstellungen: (offen, offen), (offen, geschlossen), (geschlossen, offen) und (geschlossen, geschlossen). Im Betrieb werden nur drei Einstellungen verwendet, weil die Einstellung (geschlossen, geschlossen) das Antriebssignal kurzschließt. In dem gezeigten Beispiel mit fünf Antriebsleitungen für Ultraschall abstrahlende Teile sind 3⁵ = 243 Betriebsmodi verfügbar. Beispiele dieser Modi werden in den nachfolgenden Ausführungsformen beschrieben.
13 zeigt eine Anordnung, bei der die Ultraschall abstrahlenden Teile innerhalb des Katheters linear verteilt sind. In dem gezeigten Beispiel hat der Katheter fünf Antriebsleitungen 302, 304, 306, 308 und 310 für Ultraschall abstrahlende Teile.
In einer Ausführungsform ist ein Paar von Schaltern (geschlossen, offen) eingestellt, und die verbleibenden vier Paare sind (offen, geschlossen) eingestellt. Bei diesen Ausführungsformen sind vier Ultraschall abstrahlende Teile gleichzeitig aktiv. Bei den sechs verbleibenden Ultraschall abstrahlenden Teilen sind beide Anschlüsse kurzgeschlossen, so daß sie nicht aktiv sind.
14 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der das Paar von Schaltern für die erste Antriebsleitung 302 für Ultraschall abstrahlende Teile (geschlossen, offen) eingestellt ist und die Paare von Schaltern für die verbleibenden Antriebsleitungen 304, 306, 308, 310 für Ultraschall abstrahlende Teile (offen, geschlossen) eingestellt sind. In dieser Ausgestaltung sind vier Ultraschall abstrahlende Teile 312, 314, 316, 318 aktiv, und sechs verbleibende Ultraschall abstrahlende Teile 320, 322, 324, 326, 328, 330 sind inaktiv. Die aktiven Ultraschall abstrahlenden Teile 312, 314, 316, 318 haben im wesentlichen dasselbe Spannungsdifferential, wie es an den Anschlüssen der Ultraschall abstrahlenden Teile auftritt.
15 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der ein Paar von Schaltern die Einstellung (geschlossen, offen) hat und ein anderes Paar von Schaltern die Einstellung (offen, geschlossen) hat. Wie es gezeigt ist, hat das Paar von Schaltern für die erste Antriebsleitung 302 für Ultraschall abstrahlende Teile die Einstellung (geschlossen, offen), das Paar von Schaltern für die zweite Antriebsleitung 304 für Ultraschall abstrahlende Teile hat die Einstellung (offen, geschlossen), und die Paare von Schaltern für die verbleibenden Antriebsleitungen 306, 308, 310 für Ultraschall abstrahlende Teile haben die Einstellung (offen, offen). Das resultierende Netz von Verbindungen zwischen den Ultraschall abstrahlenden Teilen bildet verschiedene Spannungsteiler. Dies führt zu verschiedenen Spannungsdifferenzen an den Anschlüssen der verschiedenen Ultraschall abstrahlenden Teile. Unter der Annahme, daß die Ultraschall abstrahlenden Teile äquivalent sind, wird an den Anschlüssen des ersten Ultraschall abstrahlenden Teils 312 das volle Antriebssignal auftreten, an den Anschlüssen von sechs Ultraschall abstrahlenden Teilen 314, 316, 318, 320, 322, 324 wird ein Antriebssignal halber Stärke auftreten, und an den Anschlüssen der verbleibenden drei Ultraschall abstrahlenden Teile 326, 328, 330 wird keine Spannungsdifferenz auftreten.
16 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der die Paare von Schaltern für die erste Antriebsleitung 302 und die dritte Antriebsleitung 306 für Ultraschall abstrahlende Teile die Einstellung (geschlossen, offen) haben und die Paare von Schaltern für die verbleibenden Antriebsleitungen 304, 308, 310 für Ultraschall abstrahlende Teile die Einstellung (offen, geschlossen) haben. Bei dieser Ausgestaltung sind sechs Ultraschall abstrahlende Teile 312, 316, 318, 320, 326, 328 aktiv, und die verbleibenden vier Ultraschall abstrahlenden Teile 314, 322, 324, 330 sind inaktiv.
17 zeigt eine modifizierte Katheterkonfiguration mit sieben Anschlüssen am Isolationsblock 200. Bei einer solchen Konfiguration bzw. Ausgestaltung verwendet der Isolationsblock 200 vier Schalter, um den ersten Anschluß 278 des Antrebssignals mit den ersten vier Antriebsleitungen 352, 354, 356, 358 für Ultraschall abstrahlende Teile zu verbinden, und drei Schalter, um den zweiten Anschluß 280 des Antriebssignals mit den verbleibenden drei Antriebsleitungen 360, 362, 364 für Ultraschall abstrahlende Teile zu verbinden. Wenn alle mit dem ersten Anschluß 278 verbundenen Schalter die Einstellung (geschlossen) haben, aktiviert jeder mit dem zweiten Anschluß 280 verbundene Schalter eine Bank mit vier Ultraschall abstrahlenden Teilen. Wenn beispielsweise alle Schalter zum ersten Anschluß 278 geschlossen sind, aktiviert das Schließen des Schalters für die Antriebsleitung 360 für Ultraschall abstrahlende Teile vier Ultraschall abstrahlende Teile 372, 378, 384, 390. Das Schließen des Schalters für die Antriebsleitung 362 für Ultraschall abstrahlende Teile aktiviert vier Ultraschall abstrahlende Teile 374, 380, 386, 392, und das Schließen des Schalters für die Antriebsleitung 364 für Ultraschall abstrahlende Teile aktiviert vier Ultraschall abstrahlende Teile 376, 382, 388, 394. Die Bänke können unabhängig voneinander betrieben werden, so daß zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt keine, eine oder zwei Bänke aktiv sein können.
Wenn alle mit dem zweiten Anschluß 280 verbundenen Schalter die Einstellung (geschlossen) haben, aktiviert alternativ jeder mit dem ersten Anschluß 278 verbundene Schalter eine Bank von drei Ultraschall abstrahlenden Teilen. Wenn beispielsweise alle mit dem zweiten Anschluß 280 verbundenen Schalter geschlossen sind, aktiviert das Schließen des Schalters für die Antriebslei tung 352 für Ultraschall abstrahlende Teile drei Ultraschall abstrahlende Teile 372, 374, 376, 378. Andere Bänke von drei Ultraschall abstrahlenden Teilen werden durch Schließen der Schalter für die verbleibenden drei Antriebsleitungen 354, 356, 358 für Ultraschall abstrahlende Teile aktiviert. Auch hier können die Bänke wiederum unabhängig voneinander betrieben werden, so daß zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt keine, eine oder zwei Bänke aktiv sein können.
Es ist nicht notwendig, die Ultraschall abstrahlenden Teile in Bänken zu aktivieren, da die Schalter individuell gesteuert werden können. Eine Gesamtzahl von 2⁷ = 128 Antriebskombinationen sind möglich. Die Ausgestaltungen ohne Bänke beinhalten Spannungsteilerschaltkreise, so daß bei diesen Ausgestaltungen keines der Ultraschall abstrahlenden Teile bei voller Stärke betrieben wird.
18 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Katheters, bei der die Ultraschall abstrahlenden Teile in drei Bänke mit vier Ultraschall abstrahlenden Teilen in jeder Bank angeordnet sind. Das Schließen des Schalters für die Antriebsleitung 430 für Ultraschall abstrahlende Teile aktiviert vier Ultraschall abstrahlende Teile 402, 408, 414, 420. Das Schließen des Schalters für die Antriebsleitung 432 für Ultraschall abstrahlende Teile aktiviert vier Ultraschall abstrahlende Teile 404, 410, 416, 422. Das Schließen des Schalters für die Antriebsleitung 434 von Ultraschall abstrahlenden Teilen aktiviert vier Ultraschall abstrahlende Teile 406, 412, 418, 424.
Für einen Fachmann versteht es sich, daß die gezeigten Ausführungsformen beispielhaft sind und daß die Ausgestaltung des Katheters nicht auf die gezeigten Konfigurationen beschränkt ist. Beispielsweise kann der Katheter eine andere Zahl von Ultraschall abstrahlenden Teilen, Antriebsleitungen für Ultraschall abstrahlende Teile oder Schaltern beinhalten. Einige der oder alle Schalter können alternativ als Teil des Katheters vorgesehen sein.
Ein Katheter kann Ultraschall abstrahlende Teile beinhalten, die so eingestellt sind, daß sie bei einer Mehrzahl von Frequenzen schwingen. Die Ultraschall abstrahlenden Teile, die dieselbe Resonanzfrequenz haben, können einzeln oder in Gruppen ausgewählt werden. Alternativ können Ultraschall abstrahlende Teile mit verschiedenen Resonanzfrequenzen durch dasselbe Antriebssignal angetrieben werden. In solchen Ausführungsformen hängt die Menge an Ultraschallenergie, die von einem Ultraschall abstrahlenden Teil zugeführt wird, zum Teil von der Frequenz ab, bei der das Ultraschall abstrahlende Teil betrieben wird.
Das Steuern der Amplitude und der Frequenz des Antriebssignals und das Festlegen der Plazierung der Ultraschall abstrahlenden Teile erlaubt es dem Katheter, der Behandlungsstelle geeignete Ultraschallenergieniveaus zuzuführen. In bestimmten Anwendungen ist es gewünscht, daß der Katheter der Behandlungsstelle eine einheitliche Menge an Ultraschallenergie zuführt. In anderen Anwendungen ist es gewünscht, verschiedenen Teilen der Behandlungsstelle größere Mengen von Ultraschallenergie oder Ultraschallenergie mit unterschiedlicher Frequenz zuzuführen. Die oben beschriebene individuelle Steuerung der Ultraschall abstrahlenden Teile erlaubt es dem Ultraschallaufbau, der Behandlungsstelle die geeignete Menge und Qualität von Ultraschallenergie zuzuführen.
Beispielsweise können piezoelektrische Transducer verwendet werden, um Ultraschallenergie zu erzeugen. Piezoelektrische Transducer erzeugen Ultraschallenergie, wenn eine elektrische Spannung auf bestimmte kristalline Strukturen aufgebracht wird. Die Charakteristika der durch einen piezoelektrischen Transducer erzeugten Ultraschallenergie werden durch die kristalline Struktur des Transducers sowie durch die Frequenz und die Spannung, bei denen der Transducer betrieben wird, bestimmt.
Wie es in 12 gezeigt ist, beinhaltet der Isolationsblock 200 Schaltkreise zum Steuern der Erzeugung von Ultraschallenergie. In einer Ausführungsform wird ein Wechselstrom- ("AC"-) Signal von einer externen Quelle an den Isolationsblock 200 geliefert. In einer weiteren Ausführungsform wird das AC-Signal unter Verwendung eines Schaltkreises, wie eines Kristalloszillators, innerhalb des Isolationsblocks 200 erzeugt. In einer Ausführungsform treibt das AC-Signal die Ultraschall abstrahlenden Teile direkt an. In einer modifizierten Ausführungsform beinhaltet der Isolationsblock 200 zusätzliche Schaltkreise, um das AC-Signal vor dem Antreiben der Ultraschall abstrahlenden Teile zu modifizieren.
Wie es oben diskutiert wurde und wie es in 12 gezeigt ist, beinhaltet der Katheter in bestimmten Ausführungsformen weiterhin Temperatursensoren. Wie es gezeigt ist, legt die Stromquelle eine Konstantstromvorspannung auf einen P-N-Übergang einer Siliciumdiode an. Bei einer Konstantstromvorspannung zeigt der Spannungsabfall an einem P-N-Übergang einer Siliciumdiode einen Temperaturkoeffizienten von ungefähr –2 mV °C^–1. Die Anordnung von Temperatursensordioden in dem Katheter zusammen mit den Diodenpfad-Auswahlschaltern und der umschaltbaren Stromquelle erlaubt es dem Isolationsblock 200, zum Messen der Temperatur eine einzelne Diode aus dem Satz von zwölf Dioden auszuwählen. Die verbleibenden Dioden werden entweder aus dem Schaltkreis rausgeschaltet oder umgekehrt vorgespannt. Ein Vorverstärkerschaltkreis verstärkt den Spannungsabfall auf der Diode und liefert ein Signal an einen Analog-Digital- (A/D-) Wandler.
19 veranschaulicht eine Diodenanordnung innerhalb eines Katheters. In dieser Ausführungsform führt die Ausgestaltung eines ersten Satzes von Schaltern in der Einstellung (offen, geschlossen), eines zweiten Satzes von Schaltern in der Einstellung (geschlossen, offen) und der verbleibenden zwei Sätze von Schaltern in der Einstellung (offen, offen) dazu, daß eine Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird und eine zweite Diode umgekehrt vorgespannt wird. Die verbleibenden Dioden verbleiben erdfrei an einem oder beiden Anschlüssen. Die Richtung des Stroms wird durch einen Single-pole/double-throw-Schalter (SPDT) gesteuert, wie in 12 gezeigt. Die Richtung des Stroms bestimmt, welche der beiden nicht-erdfreien Dioden in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist.
Da es bei den Dioden einige Abweichungen geben kann, wenn sie als Temperatursensoren verwendet werden, verwendet eine Ausführungsform ein Kalibrierungsverfahren. Beispielsweise können Kalibrierungsdaten in dem ID-PROM 254 enthalten sein. In modifizierten Ausführungsformen können die Dioden gegen eine abgelesene Umgebungstemperatur kalibriert werden.
In anderen Ausführungsformen überwachen die Temperatursensoren 20 die Temperatur der Behandlungsstelle, an der der Katheter eingesetzt wird. In einer Ausführungsform wird beispielsweise ein Temperatursensor in der Nähe eines Ultraschall abstrahlenden Teils plaziert, um die Temperatur des Gewebes in der Nähe des Katheters zu messen. In anderen Ausführungsformen wird ein Temperatursensor zwischen zwei Ultraschall abstrahlenden Teilen positioniert, um die durchschnittliche Energie, die von dem Ultraschallaufbau zugeführt wird, zu messen.
Erneut unter Bezug auf den in 12 gezeigten Isolationsblock 200 wird Energie durch den Trenntransformator 276 bereitgestellt. Kommunikationsdaten können mit dem Energie- bzw. Leistungssignal moduliert werden. Beispielsweise beinhaltet die in 12 gezeigte Ausführungsform weiterhin einen Modulator/Demodulator ("modem"), der so ausgestaltet ist, daß er auf dem Leistungssignal modulierte Signale sendet und empfängt. Dies erlaubt es einem Mikrocontroller 272, mit dem externen Steuerschaltkreis 100 zu kommunizieren. In solchen Ausführungsformen kann der externe Steuerschaltkreis 100 in wirksamer Weise die Aktivierung der Ultraschall abstrahlenden Teile und der Dioden steuern, indem er Befehle an den Mikrocontroller aussendet. In modifizierten Ausführungsformen kann der Mikrocontroller Steuersequenzen aus dem Speicher ausführen. Der Mikrocontroller beinhaltet vorzugsweise Ausgänge, um die Schalter und andere Antriebe innerhalb des Isolationsblocks 200 zu steuern.
Noch immer unter Bezug auf 12 enthält ein PROM 254 Informationen bezüglich einer Anzahl von Faktoren, die die Katheterlänge, die Anzahl an Ultraschall abstrahlenden Teilen, die Mittenfrequenz, bei der jedes Ultraschall abstrahlende Teil betrieben werden sollte, die Einstellparameter für die Ultraschall abstrahlenden Teile und die Kalibrierungsfaktoren für die Temperatursensoren einschließen, jedoch nicht hierauf beschränkt sind. Ein Katheteranschluß 230, der in 20 gezeigt ist und der unten ausführlich beschrieben wird, stellt eine Verbindung zwischen den Leitungen in dem Isolationsblock 200 und den Leitungen in dem Kabel 45 bereit. Diese Leitungen transportieren elektrische Signale zwischen dem Isolationsblock 200 und dem inneren Kern 34 innerhalb des Katheters 10.
Wie es in 20 gezeigt ist, beinhaltet die Verbindung zwischen dem Isolationsblock 200 und dem Katheter 10 im allgemeinen einen Katheteranschluß 230. Der Katheteranschluß 230 ist vorzugsweise in den Isolationsblock 200 eingebaut und beinhaltet im allgemeinen einen maßgeschneiderten Schlitz 240, in den das Kabel 45 hineinpaßt. Ein Vorteil des Einbaus des Katheteranschlusses 230 in dem Isolationsblock 200 besteht in der Reduzierung des physischen Raums und der Kosten, die mit der Verwendung eines zusätzlichen Kabels und einer zusätzlichen Verbindungsvorrichtung außerhalb des Isolationsblocks 200 assoziiert sind. In der gezeigten Ausführungsform stellt eine Vorsprungfangvorrichtung einen exakten Sitz sicher und hilft dabei, das Verbindungs- bzw. Anschlußende des Kabels 45 in dem maßgeschneiderten Schlitz zu halten. Der Katheteranschluß 230 beinhaltet vorzugsweise einen Riegel 244, um das Anschlußende des Kabels 45 in dem maßgeschneiderten Schlitz 240 zu sichern.
Noch immer unter Bezug auf 20 beinhaltet der Katheteranschluß 230 vorzugsweise ein Array von goldenen Federkontakten 216, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Isolationsblock 200 und dem Kabel 45 bereitstellen. Die Drahtkontakte am Anschlußende des Kabels sind so ausgestaltet, daß sie mit den goldenen Federkontakten 246 des Anschlusses 230 ausgerichtet sind. Der Katheteranschluß 230, das Kabel 45 und ihre jeweiligen Komponenten können gemäß irgendei ner aus der Vielzahl von Techniken hergestellt werden, die auf den Gebieten der elektrischen Kopplung und der elektrischen Schaltung gut bekannt sind.
In der in 12 gezeigten Ausführungsform sind in einem Katheter die Ultraschall abstrahlenden Teile und die Temperatursensoren aufgenommen. In solchen Ausführungsformen ist der Katheter mit dem Isolationsblock 200 verbunden, in dem die Elektronik, die die Ultraschall abstrahlenden Elemente antreiben kann, sowie zusätzliche Elektroniken, die von dem Katheter empfangene Temperatursignale verarbeiten können, aufgenommen sind. In einer Ausführungsform empfängt der Isolationsblock 200 Steuersignale von dem externen Schaltkreis 300 und überträgt Daten zurück zu dem externen Schaltkreis unter Verwendung einer Datenschnittstelle 252.
In einer weiteren Ausführungsform ist die gesamte oder ein Teil der Elektronik zum Antreiben der Ultraschall abstrahlenden Teile in der hinteren Anschlußstelle 33 aufgenommen. In ähnlicher Weise kann auch die gesamte oder ein Teil der Elektronik zum Verarbeiten der Temperatursignale in der hinteren Anschlußstelle 33 aufgenommen sein. Da jedoch bestimmte hierin beschriebene Katheter wegwerfbar sein sollen, können die Kosten für die Katheter reduziert werden, indem die Menge der in dem Katheter enthaltenen Elektronik reduziert wird. Zusätzlich reduziert eine Verringerung der Menge der in dem Katheter enthaltenen Elektronik auch die Kathetergröße. Katheter, die für eine Verwendung in engen Durchgängen, wie kleinen Gefäßen, ausgestaltet sind, profitieren also auch von einer Verringerung der in dem Katheter enthaltenen Elektronik. In anderen Ausführungsformen ist daher nur eine minimale Elektronik in den Katheter eingebaut.
Ein Benutzer kann viele Arten von Kathetern an einen einzigen Isolationsblock 200 anschließen. Um die Art des mit dem Isolationsblock 200 verbundenen Katheters zu identifizieren, beinhaltet der Katheter vorzugsweise Elektronik, die einen Identifikationscode aufweist. Der Identifikationscode liefert Informationen, wie beispielsweise über die Art des Katheters, die Seriennummer des Katheters, den Herstellungsort des Katheters, das Datum der Herstellung oder andere Identifikationsinformationen. In einer Ausführungsform ist der Schaltkreis zum Speichern des Informationscodes ein PROM 254. Andere Arten von Speicher, wie ein Flash-Speicher oder ein nicht-flüchtiger Speicher mit wahlfreiem Zugriff (random access memory, "RAM"), können ebenfalls dazu dienen, den Katheter zu identifizieren. Elektroniken, wie Schalter, Brücken, Dioden oder hartverdrahtete Verbindungen, können ebenfalls dazu dienen, den Katheter zu identifizieren. Ein Fachmann wird erkennen, daß auch andere, hierin nicht offenbarte Schaltkreise eine Identifizierung des Katheters bereitstellen können.
In dem Identifikations-PROM 254 enthaltene Informationen können beispielsweise die Länge des Katheters, die Länge der Behandlungszone, die Anzahl an Ultraschall abstrahlenden Teilen in dem Katheter, das Layout der Ultraschall abstrahlenden Teile, die Resonanzfrequenz der Ultraschall abstrahlenden Teile, Einstellinformationen für die Ultraschall abstrahlenden Teile, Kompensations- und/oder andere Kalibrierungsdaten für die Dioden oder Muster bzw. Strukturen zum Antreiben der Ultraschall abstrahlenden Teile, beinhalten.
Wie es in 12 gezeigt ist, werden in einer Ausführungsform temperaturempfindliche Dioden 238 als Sensoren zum Messen einer Temperatur in der Nähe des Katheters verwendet. In solchen Ausführungsformen wird ein Paar von temperaturempfindlichen Dioden 238 selektiv eingeschaltet, und ein Ausgangssignal wird an einen Analog-Digital- (A/D-) Wandler geliefert. In modifizierten Ausführungsformen werden mehrere Paare von Dioden aktiviert, wobei die Ausgangssignale gleichzeitig an den A/D-Wandler geliefert werden. Weitere Ausführungsformen beinhalten einen Sensor zum Messen der Umgebungstemperatur, die beispielsweise dazu verwendet wird, die Temperatursensoren zu kalibrieren. Zusätzlich stellt die Umgebungstemperatur Informationen dahingehend zur Verfügung, ob der Katheter und der Isolationsblock richtig funktionieren.
Noch immer unter Bezug auf 12 wird der Ausgang des A/D-Wandlers 270 zur Analyse an einen Mikrocontroller 272 geliefert. Der Mikrocontroller 272 überwacht die durch die verschiedenen Ultraschall abstrahlenden Teile erzeugte Wärme und/oder die Temperatur des Gewebes in der Nähe des Katheters und verwendet diese Informationen, um Steuersignale bereitzustellen, um Charakteristika, wie z.B. die Signalstärke oder die Frequenz des Antriebssignals, das an die einzelnen Ultraschall abstrahlenden Teile geliefert wird, einzustellen.
Für einen Fachmann versteht es sich, daß die verschiedenen oben beschriebenen und in den 14 bis 20 gezeigten Ausführungsformen des Isolationsblocks mit dem Katheter und verschiedenen Ausgestaltungen von Ultraschall abstrahlenden Teilen und Temperatursensoren verwendet werden können, wie sie in den 2 bis 8 gezeigt sind. Zusätzlich können die verschiedenen oben beschriebenen und in den 14 bis 20 gezeigten Ausführungsformen des Isolationsblocks auch mit anderen Konfigurationen von Ultraschall abstrahlenden Teilen und Temperatursensoren verwendet werden, die hierin nicht explizit beschrieben sind. Beispielsweise kann der Isolationsblock auch mit einem Ultraschallkatheter verwendet werden, der nur ein Ultraschall abstrahlendes Teil aufweist und/oder der so ausgestaltet ist, daß er in die kleinen Gefäße des Körpers paßt, wie z.B. die Katheter für kleine Gefäße, die in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit dem Titel "Small Vessel Ultrasound Catheter", die am gleichen Tag eingereicht wurde wie die vorliegende Anmeldung, beschrieben werden.
Obwohl in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung mehrere Ausführungsformen der Vorrichtung und der Verfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich, daß die obige Beschreibung lediglich veranschaulichend ist und die hier offenbarte Erfindung nicht beschränkt. Es versteht sich weiterhin, daß die spezifischen Abmessungen der verschiedenen Katheter und der inneren Kerne sich von den oben beschriebenen unterscheiden können und daß die beschriebenen Verfahren innerhalb irgendeiner biologischen Leitung im Körper eines Patienten verwendet werden können und dennoch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung bleiben. Die vorliegende Erfindung soll daher lediglich durch die nachfolgenden Ansprüche beschränkt werden.

Claims

Kathetersystem für das Bereitstellen von Ultraschallenergie und einer therapeutischen Verbindung an einem Behandlungsort innerhalb eines Körperlumens, wobei der Katheter (10) aufweist: einen Rohrkörper (12) mit einem proximalen Ende (14), einem distalen Ende (15) und einer Energiezuführungssektion (18), die zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende positioniert ist, ein Fluidzuführungslumen (30), das sich zumindest teilweise durch den Rohrkörper erstreckt und zumindest einen Auslaß in der Energiezuführungssektion hat, einen inneren Kern (34), der für das Einsetzen in den Rohrkörper konfiguriert ist, wobei der innere Kern aufweist: einen länglichen, elektrischen Leiter (108) mit einer Mehrzahl von abgeflachten Regionen, wobei jede abgeflachte Region eine erste flache Seite und eine zweite flache Seite gegenüber der ersten flachen Seite hat, wobei die Energiezuführungssektion (18) aufweist: eine Mehrzahl von ultraschallabstrahlenden Elementen (40), die paarweise an den abgeflachten Bereichen des länglichen, elektrischen Leiters montiert sind, so daß ein erstes ultraschallabstrahlendes Element an der ersten flachen Seite des länglichen, elektrischen Leiters montiert ist, und ein zweites ultraschallabstrahlendes Element an der zweiten flachen Seite des länglichen, elektrischen Leiters montiert ist, und eine Verdrahtung, so daß eine Spannung von dem länglichen, elektrischen Leiter an das erste und das zweite ultraschallabstrahlende Element angelegt werden kann, so daß das erste und das zweite ultraschallabstrahlende Element gleichzeitig angetrieben werden können.
Kathetersystem nach Anspruch 1, bei dem das Fluidzuführungslumen eine Mehrzahl von Lumina, die innerhalb des Rohrkörpers ausgebildet sind, aufweist.
Kathetersystem nach Anspruch 2, bei dem das Fluidzuführungslumen drei Lumina aufweist.
Kathetersystem nach Anspruch 3, bei dem die drei Fluidzuführungslumen gleichmäßig mit etwa 120° um eine zentrale Achse des Rohrkörpers voneinander beabstandet sind.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das weiterhin zumindest ein Kühlfluidlumina (44) aufweist, das zumindest teilweise in einer inneren Fläche (16) des Rohrkörpers und einer äußeren Fläche (39) des inneren Kerns festgelegt ist.
Kathetersystem nach Anspruch 5, wobei das Kathetersystem drei Kühlfluidlumina beinhaltet, die mit näherungsweise 120° um eine Zentralachse des Rohrkörpers voneinander gleichmäßig beabstandet sind.
Kathetersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mehrzahl von ultraschallabstrahlenden Elementen elektrisch in eine Mehrzahl von elektrischen Gruppen verbunden sind, wobei jede Gruppe von ultraschallabstrahlenden Elementen durch ein Steuersystem (100) unabhängig antreibbar ist.
Kathetersystem nach Anspruch 7, wobei jedes Element einer elektrischen Gruppe örtlich zusammengruppiert ist.
Kathetersystem nach Anspruch 7 oder 8, bei dem jedes Element einer elektrischen Gruppe neben zumindest einem anderen Element der elektrischen Gruppe positioniert ist.
Katheter nach Anspruch 7, 8 oder 9, bei dem die ultraschallabstrahlenden Elemente in fünf elektrische Gruppen (G1, G2, G3, G4, G5) verteilt sind.
Katheter nach Anspruch 10, bei dem jede elektrische Gruppe zwölf ultraschallabstrahlende Elemente aufweist.
Katheter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die ultraschallabstrahlenden Elemente Ultraschalltransducer in Form von rechteckigen Balken sind.
Kathetersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, das weiterhin aufweist ein Zuführungslumen für eine therapeutische Verbindung, das sich durch den Rohrkörper erstreckt und an zumindest einem Auslaß, der in der Behandlungszone positioniert ist, endet.
Kathetersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der innere Kern entfernbar in den Rohrkörper eingesetzt werden kann, so daß der längliche, elektrische Leiter und die ultraschallabstrahlenden Elemente in der Behandlungszone positioniert werden.
Kathetersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, das weiterhin ein Steuersystem (100) aufweist, das derart konfiguriert ist, daß eine Spannung gleichzeitig an das erste und zweite ultraschallabstrahlende Element angelegt werden kann, um das erste und das zweite Ultraschallelement anzutreiben.
Kathetersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Behandlungszone eine größere akustische Transparenz hat als ein proximaler Bereich des Rohrkörpers.
Kathetersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Abstand zwischen einem am nächsten am proximalen Ende angeordneten Paar von ultraschallabstrahlenden Elementen und einem am nächsten am distalen Ende angeordneten Paar von ultraschallabstrahlenden Elementen im Bereich von näherungsweise 5 bis 70 cm liegt.
Kathetersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kathetersystem 5 bis 50 cm von Paaren von ultraschallabstrahlenden Elementen aufweist.
Kathetersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und das zweite ultraschallabstrahlende Element auf gegenüberliegenden Seiten des länglichen, elektrischen Leiters montiert sind.