JP4018147B2 - 自己位置合せカテーテル - Google Patents

Description

本特許出願は１９９６年５月１７日出願の米国予備特許出願第６０／０１７，６３４号および１９９７年１月３日出願の米国予備特許出願第６０／０３４，７０３号の恩典を主張する。
発明の技術分野
本発明は一般に医療診断および治療用のシステムに関し、特に、脈管内医療用カテーテルに関する。
背景技術
柔軟性を有するカテーテルは心臓脈管系における侵襲性の診断および治療処置に一般に使用されている。このようなカテーテルは静脈または動脈内に経皮的に挿入されて、医者により、血管または心臓の中の所望の場所に案内される。しかしながら、一般的に、血管の湾曲部において、カテーテルは進入の際にその血管壁を押圧する。
例えば、局所的狭窄症のような、異常状態があると、血管が狭められてカテーテルの移動が妨げられる。そのような狭窄症の部分に医者がカテーテルを押し通そうとすると、その力によって、血管壁が損傷したり、プラーク片を大きく破損して剥離する場合がある。しかも、これらの破片は下流において滞留して血管の流れを妨げるおそれがある。このような理由から、アテローム性動脈硬化症等の脈管系異常を有する患者への心臓脈管カテーテル処置が痛みを伴う困難な処置となる場合が頻繁である。
医者は、一般に、体内のカテーテルの場所を視覚化して、当該カテーテルを所望の場所に案内するために、Ｘ線透視法等の画像処理技法を用いてそのような処置を補助する。しかしながら、Ｘ線透視法は患者を不所望な放射線に曝すことになり、しかも、血管の狭窄部を検出する能力が十分でない。そこで、血流内に放射線不透過性の対照用媒体や放射性標識物質を注入することが必要となるが、その有効性はカテーテル案内用としては一般的に不充分である。
カテーテルの中にはその先端部を操縦するための手段を備えているものもあり、この手段によって、医者はカテーテルを湾曲部に沿って案内したり、狭窄した血管のような障害物を通過させることができる。しかしながら、このような手段は医者に対して血管内の狭窄症のような障害物にカテーテルが衝突することを防止したり、そのような障害物に対してカテーテルを迂回させるための警告や指示を与えない。
本明細書に参考文献として含まれるGalelに付与された米国特許第５，４９２，１３１号は、カテーテルを生理学的内腔に完全自動の態様で進入させて、当該内腔の予め決定された「ロードマップ」に従って案内するカテーテルシステムを記載している。すなわち、カテーテルの先端部近くの位置センサーカテーテルの案内のためのフィードバック情報を供給する。
発明の概要
本発明の一部の態様における目的はセンサーを有するカテーテルを提供することであり、当該カテーテルは血管等の生理学的内腔または通路（channel）内にカテーテルが進入する際にカテーテルの経路における障害物を検出してそのような障害物へのカテーテルの衝突防止を補助する。
さらに、本発明の一部の態様における別の目的は、自己位置合せ機構を有するカテーテルを提供することであり、当該カテーテルは自動的またはオペレータ制御下にカテーテルの先端部を検出し、生理学的組織内の所望経路に沿って案内して、好ましくは、カテーテル経路中の障害物への衝突を回避する。
本発明の好ましい実施形態においては、脈管内用カテーテルが、カテーテル先端部近傍に備えられてカテーテル前方の血管内における障害物を検出するためのセンサーと、カテーテル先端部を偏向してカテーテル先端部と上記障害物との接触を防止するための機構、好ましくは、自動的機構を備えている。
好ましくは、上記センサーおよび偏向機構は閉じループサーボシステムから構成されており、当該システムはカテーテル先端部を所望の位置、最も好ましくは、血管の中心軸に沿って、あるいは、その近傍に維持する。
本発明の好ましい実施形態の一部においては、上記センサーは１個以上の超音波トランスデューサから構成されている。すなわち、このセンサーはカテーテル前方の血管内に超音波を発して、当該血管内における物質により反射する超音波信号を受信する。この場合、そのような物質は固体および／または液体である。
本発明の好ましい実施形態の一部においては、２個以上の超音波トランスデューサが上記カテーテルの先端部において配列されており、当該配列態様は、各トランスデューサがそれぞれの所望方向において超音波信号を受信するように構成されている。
本発明の好ましい実施形態の一部においては、カテーテル先端部における１個以上の超音波トランスデューサがそれぞれの所望方向における超音波信号を受信し、かつ、一定の角度範囲でそれぞれ機械的に掃引されてカテーテルの前方領域を走査する。
本発明の他の好ましい実施形態においては、上記センサーは超音波トランスデューサのフェーズドアレイから構成されており、当該フェーズドアレイは超音波ビームを所望の方向に発する。ビームは当該技術分野において知られるように走査回路により電子的に掃引されてカテーテルの前方領域を走査する。
本発明の好ましい実施形態においては、上記トランスデューサは信号処理回路と連結しており、当該信号処理回路はトランスデューサからの信号を処理してカテーテル前方の障害物の凡その位置を決定する。この「障害物」は血管の狭窄部または湾曲部などである。
本発明の好ましい実施形態においては、上記信号処理回路は超音波信号のドップラーシフトを計測して、カテーテル前方の血管内における血流を追跡する。すなわち、血流速度における変化をカテーテル前方の障害物の凡その位置の決定に用いる。
好ましくは、上記回路はカテーテル前方の一定の血管断面における最大血流速度の領域を決定する。なお、当該技術分野の熟達者であれば、この最大血流量の領域が一般に無障害域であることが分かる。
本発明のさらに別の好ましい実施形態においては、上記センサーは当該技術分野において知られる種類の近接検出装置から構成されており、この検出装置は、当該検出装置が障害物に対向するようにカテーテル先端部が方向付けられた時に、カテーテル前方の障害物の存在を検出する。
本発明の好ましい実施形態の一部においては、位置合せ回路がカテーテル前方の障害物または湾曲部に関する情報を上記信号処理回路または上記近接検出装置から受け取って、カテーテル先端部の所望の偏向を決定することにより、上記障害物または湾曲部との衝突を回避する。好ましくは、上記位置合せ回路は上記先端部偏向機構を駆動して、カテーテルを障害物または湾曲部に対して迂回させて、当該カテーテルを血管等の内腔の無障害部分に通過するように位置合わせする。
本発明の好ましい実施形態の一部においては、上記位置合せ回路は上記先端部偏向機構を駆動して、カテーテルを最大血流領域に向わせるように操縦する。つまり、最大血流領域にカテーテルを向わせるように操縦することによって、カテーテルの障害物との衝突が回避でき、血管内の湾曲部に沿ってカテーテルを円滑に進入することができると考えられる。
本発明の別の好ましい実施形態においては、上記カテーテルはカテーテル先端部近傍に位置センサーを備えており、当該センサーは上記カテーテル先端部の外部基準フレームに対する座標決定を可能にする。カテーテルを通す血管等の生理学的内腔のマップまたは画像は、血管造影法、ＭＲＩ等の当該技術分野において知られる方法によって得られ、決定する先端部座標の基準フレームに整合される。而して、カテーテルが血管等の内腔の中を進入する時に、その位置が、上記マップまたは画像に対して、上記位置センサーにより追跡され、カテーテル先端部が血管等の内腔の中の所望経路に沿って移動して障害物との衝突を回避するように偏向される。
上記位置センサーは、好ましくは、１個以上のコイルから構成されており、当該コイルは、例えば、本明細書に参考文献として含まれ、本出願と出願人を同一にする米国特許第５，３９１，１９９号および１９９５年１月２４日出願のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９５／０１１０３号に記載されるように、外部供給される磁場に応じて信号を発生する。しかしながら、当該技術分野において知られる他の種類の位置センサーも同様に使用可能である。
あるいは、または、上記に加えて、上記位置センサーは、カテーテルを通す血管等の内腔の外形に関して既に得ている、あるいは、予め記憶されているデータに基づいて、同様の態様で使用できる。このようなデータには、例えば、湾曲部の位置、血管内の分岐点および／または障害物、あるいは、以前のカテーテル処理または外科処置において測定または知得した情報等が含まれる。
さらに、好ましくは、本明細書に参考文献として含まれ、本出願と出願人を同一にする１９９７年１月３日出願の米国予備特許出願第６０／０３４，７０３号に記載されるような、複数の位置センサーまたは位置センサーと屈曲センサーとの組み合わせを用いて、カテーテル先端部の位置だけでなく体内におけるカテーテルの先端部全体の経路も決定できるようにすることも可能である。カテーテル先端部の経路を知ることは、上述のような生理学的内腔のマップへのカテーテル位置の整合、および、例えば心室等のより大きな生理学的空孔部内におけるカテーテル位置の決定、の両方の場合において有効である。
当該技術分野において多くの種類の先端部偏向機構が知られており、本発明の主要原理は適当な先端部偏向機構を有する任意のカテーテルに概ね適用できる。なお、以下に述べる本発明の好ましい実施形態には特定種の先端部偏向機構が含まれているが、これらの機構は例示的に含まれているものであり、本発明の幾つかの態様の範囲を制限するためのものではないと解するべきである。
本発明の好ましい実施形態においては、上記先端部偏向機構はカテーテルの内側においてその先端部近傍に配置される１個以上の屈曲可能要素から構成されている。これらの要素は位置合せ回路によって制御されて、カテーテルのすぐ前方に障害物が無い場合には、当該カテーテルの先端部が概ね直線状に維持される。一方、障害物が検出されると、位置合せ回路は上記１個以上の屈曲可能要素の少なくとも１個を折り曲げて、カテーテルを障害物を迂回させて血管等の内腔の無障害物部分を通るように位置合わせする。
本発明の好ましい実施形態の一部においては、上記１個以上の屈曲可能な要素はＮｉＴｉまたは当該技術分野において知られる他の同様の形状記憶材料から構成されている。これらの要素は、既知の一定温度以下である時には、実質的に柔軟性であって、第１の形状、好ましくは概ね直線状に保たれる。しかしながら、これらの要素の１個が上記既知の温度より高い温度に加熱されると、第２の異なる形状、好ましくは屈曲してほぼ剛体になり、その結果、カテーテルの先端部が偏向する。
また、本発明のそのような好ましい実施形態の一例においては、上記先端部偏向機構が当該技術分野において知られる種類の１個以上の加熱要素、例えば、加熱コイルを、それぞれ上記形状記憶要素に付属して備えている。この場合、上記位置合せ回路が電流を発生し、この電流が加熱コイルを通過して上記屈曲可能要素を加熱することによって、それらを柔軟な直線状の形状に維持する。一方、加熱コイルの１個以上に供給される電流が停止または減少すると、それぞれ対応する屈曲可能要素が冷却してその臨界温度以下になり、ほぼ剛体の折れ曲がった形状になる。
本発明の他の好ましい実施形態においては、上記１個以上の屈曲可能要素が当該技術分野において知られる種類の１個以上のバイメタル要素から構成されており、これらの要素は温度変化に応じて折れ曲がったり直線状になる。この場合、上記先端部偏向機構はさらに上述のような加熱要素および／または冷却要素を備えているのが好ましく、この要素によって、バイメタル要素の折り曲げ角度が制御でき、カテーテル先端部を直線状または偏向状態にすることが可能になる。
本発明のさらに別の好ましい実施形態においては、１個以上の機械的引っ張りワイヤ（pull-wire）が１個以上の屈曲可能要素に付属している。各引張りワイヤはその先端側において屈曲要素と連結しており、基端側において位置合せ機構に連結している。この機構は可変張力を引張りワイヤに与え、これによって、当該引張りワイヤの連結する屈曲要素を必要に応じて折り曲げたり直線状にすることができる。
さらに、本発明の好ましい実施形態においては、上記先端部偏向機構が１個以上の圧電変換要素から構成されている。すなわち、これらの要素は、カテーテルのすぐ前方に障害物が全く検出されない場合は、位置合せ回路によって制御されて当該カテーテル先端部をほぼ直線状の形態に維持する。しかしながら、障害物が検出されると、位置合せ回路は上記１個以上の圧電変換要素の少なくとも１個に電圧供給するように作用して、その要素の形状が変化することによって上述のようにカテーテル先端部が偏向する。
本発明の好ましい実施形態においては、上記先端部偏向機構は２個以上の要素から構成されており、当該要素は屈曲可能要素、圧電変換要素または当該技術分野において知られる他の種類の要素とすることができ、これらは先端部を、例えば、カテーテルの長軸に対して左右および上下のように、２種以上の異なる半径方向に偏向する機能を有する。これらの要素は、好ましくは、位置合せ回路によって制御されて、カテーテル先端部を任意の所望の方向に偏向できる。
また、本発明の他の好ましい実施形態においては、上記先端部偏向機構がカテーテル先端部をカテーテル軸に対して単一方向のみに偏向することができる。さらに、好ましくは、カテーテル回転機構がカテーテル基端部に連結されてカテーテルをその軸の回りに回転する。好ましくは、この回転機構は、上記先端部偏向機構と共に、位置合せ回路によって制御され、これによって、カテーテル先端部が任意の所望の方向に自動的に偏向可能となり、障害物を回避して脈管内の湾曲部における操縦が可能になる。
本発明の好ましい実施形態の一部においては、上記位置合せ回路はオペレータ用インターフェイスを備えており、当該インターフェイスを介して、オペレータは上記先端部偏向機構を制御してカテーテルの操縦を行なうことができる。
本発明の好ましい実施形態の一部においては、上記カテーテルがさらにカテーテル進行機構に連結されており、当該進行機構は位置合せ回路により制御されて、カテーテルを、上述のように障害物との衝突を回避しながら、血管内に漸進的に手動または自動的に進行させる。
上述の好ましい実施形態は脈管内カテーテルに基づいて説明したが、本発明の原理は生理学的組織およびその他の空孔部の中に挿入する自己位置合せプローブの製造にも適用できる。このようなプローブは、上述のような、プローブ経路中の流体の流れおよび／または圧力および／または固体障害物の特性を検出するセンサーから構成できる。あるいは、または、上記に加えて、上記プローブは、例えば、当該技術分野において知られる、化学的センサーまたは電気的センサーのような、他の種類のセンサーを備えていてもよい。従って、本発明の実施形態の一例においては、被検体の肝臓内に挿入するプローブが、その先端部近傍において化学的センサーを備えており、当該センサーが、例えば、増加したホルモン活性の検出に用いられ、さらに、当該ホルモン活性の供給源に向けて案内するための、上述のような、自己位置合せ機構を備えている。
従って、本発明の好ましい実施形態によれば、生理学的組織に挿入するための先端部を有する柔軟で細長いプローブにおいて、
プローブの近傍における組織の特性を指示する信号を発生するセンサーと、
上記信号に応じてプローブの先端部を偏向する位置合せ機構とから構成されるプローブが提供できる。
好ましくは、上記プローブは生理学的内腔に挿入するカテーテルを含み、上記センサーはカテーテル前方の内腔の特性に応じて信号を発生する。
好ましくは、上記信号は内腔内の障害物を指示する。あるいは、または、上記に加えて、上記信号は内腔内において障害物の無い通路方向を指示する。
さらに好ましくは、上記信号は組織内の流体の流れ、最も好ましくは、流量の勾配、すなわち、流量の変動を指示する。
好ましくは、上記位置合せ機構は高い流速の領域に向けてプローブを駆動する。
あるいは、または、上記に加えて、上記信号は組織における圧力、好ましくは、圧力勾配を指示し、上記位置合せ機構は上記プローブを組織内の圧力波動の先端部に向けてプローブを駆動する。
本発明の好ましい実施形態においては、上記信号は組織内の化学的活性を指示する。
好ましくは、上記センサーは少なくとも１個の超音波トランスデューサを含み、当該トランスデューサは超音波を送受信する。さらに好ましくは、信号処理回路が上記センサーにより受信された超音波におけるドップラーシフトを検出する。
あるいは、または、上記に加えて、上記センサーは複数の超音波トランスデューサ、好ましくは、超音波トランスデューサのフェーズドアレイを含み、当該トランスデューサが複数のそれぞれ所望の方向からの超音波の反射を検出する。
本発明の好ましい実施形態においては、上記センサーは近接検出装置を含む。
他の好ましい実施形態においては、上記センサーは赤外検出装置および／または光学検出装置および／または圧力センサーおよび／または位置センサーを含む。
好ましくは、上記センサーは検出装置アレイを含む。あるいは、または、上記に加えて、機械的スキャナーが上記センサーを走査する。
好ましくは、上記位置合せ機構は複数の偏向要素を含み、当該要素の各々が複数のそれぞれの方向の一つに沿ってプローブを偏向する。
また、上記位置合せ機構は上記プローブの先端部を偏向する１個以上の偏向要素と、当該プローブをその長手軸の回りに回転する回転要素を含む。
好ましくは、上記偏向要素の少なくとも１個が屈曲可能要素を含む。
好ましくは、上記屈曲可能要素は超弾性材料、あるいは、または、これに加えて、バイメタル要素を含む。
好ましくは、上記屈曲可能要素は電気的駆動信号に応じて屈曲または直伸し、これによって、当該屈曲可能要素の温度に変化が生じることが好ましい。好ましくは、上記屈曲可能要素に付属する加熱要素が上記電気的駆動信号を受け取る。あるいは、または、上記に加えて、上記屈曲可能要素に付属するクーラーが上記電気的駆動信号を受け取る。
本発明の好ましい実施形態においては、少なくとも１個の引張りワイヤが上記屈曲可能要素に連結しており、当該要素が引張りワイヤにおける張力に応じて屈曲する。
別の好ましい実施形態においては、上記偏向要素の少なくとも１個が、複数の屈曲可能ジョイントに連結する少なくとも１個の圧電スタック、好ましくは、複数の圧電結晶を含み、上記スタックが供給される電気的信号に応じて屈曲する。
好ましくは、上記プローブはプローブ進行機構を含み、当該機構はプローブを組織内に漸進的に進行させる。
好ましくは、上記センサーおよび偏向機構は閉じループサーボシステムから構成されており、当該システムはカテーテル先端部を所望の位置、最も好ましくは、組織内の障害物の無い通路の中心軸にほぼ整合した位置に維持する。
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、先端部にセンサーを有するプローブを生理学的組織内に通過させる方法において、
上記センサーにより上記組織の特性を感知する工程と、
上記特性に基づいて上記プローブの所望の移動方向を決定する工程と、
上記所望の方向にプローブを偏向する工程とから成る方法が提供できる。
好ましくは、上記生理学的組織内にプローブを通過させる方法は、組織内における通路にプローブを通過させる工程を含み、上記組織の特性を感知する工程が上記経路内またはその近傍の物質の特性を感知する工程、最も好ましくは、経路内の障害物から反射される超音波を受信することにより当該障害物を感知する工程を含む。
あるいは、または、上記に加えて、上記障害物を感知する工程は、当該障害物の画像を形成する工程および／または上記プローブから当該障害物までの距離を決定する工程を含む。
あるいは、または、上記に加えて、上記組織の特性を感知する工程は、好ましくは、ドップラーシフトした超音波の受信および／または乱流領域の認識によって、組織内の流速を感知する工程を含む。好ましくは、上記移動の所望方向を決定する工程は流速がほぼ最大になる通路の軸を決定する工程を含む。
本発明の好ましい実施形態においては、上記組織の特性を感知する工程が拍動圧を感知する工程を含み、上記移動の所望方向を決定する工程が組織における圧力波の先端部にほぼ一致する移動軸を決定する工程を含む。
また、本発明の好ましい実施形態によれば、先端部に位置センサーを有するプローブを生理学的通路内に通過させる方法において、
上記通路を含む生理学的構造の画像を形成することにより当該通路のマップを作成する工程と、
上記位置センサーにより、上記マップに対するプローブの先端部の位置を感知する工程と、
上記マップに基づいて、プローブの移動の所望方向を決定する工程と、
上記所望方向にプローブを偏向する工程とから成る方法が提供できる。
好ましくは、上記通路のマップを作成する工程は、上記通路を探針してその形状を記録する工程を含む。
好ましくは、上記プローブを偏向する工程は、電流をその中の要素に供給する工程および／または機械的張力をその中の要素に加える工程を含む。あるいは、または、上記に加えて、当該プローブを偏向する工程は、プローブを回転する工程を含む。
好ましくは、上記プローブを偏向する工程は、プローブを上記通路の湾曲部に沿って操縦する工程を含む。
好ましくは、上記方法は、さらに、プローブを機械的に駆動して上記通路内に通過させる工程を含む。
以下、添付図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳細に説明することにより、本発明はより完全に理解される。
【図面の簡単な説明】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は本発明の好ましい実施形態に従う、血管内における障害物に遭遇したカテーテル（図１（Ａ））と、当該障害物を迂回するように位置合わせされたカテーテル（図１（Ｂ））をそれぞれ示す概略図である。
図２は本発明の好ましい実施形態に従うカテーテルの動作を説明するための概略図である。
図３は本発明の好ましい実施形態の動作を理解を容易にするための、血管内における血流速度を示す概略図である。
図４は本発明の好ましい実施形態に従う、センサーアレイを先端部に有するカテーテルの概略的等角図である。
図５は本発明の好ましい実施形態に従う、動脈内におけるカテーテルの概略図である。
図６（Ａ）は本発明の好ましい実施形態に従うカテーテルの概略図である。
図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す好ましい実施形態の一断面図である。
図６（Ｃ）は図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示す好ましい実施形態の概略図であり、カテーテル先端部の偏向を示している。
図７（Ａ）は本発明の別の好ましい実施形態に従うカテーテルの概略図である。
図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示す好ましい実施形態の一断面図である。
図８は本発明の好ましい実施形態に従うカテーテルとカテーテル制御装置の概略図である。
図９（Ａ）は本発明の別の好ましい実施形態に従うカテーテルの概略図である。
図９（Ｂ）は図９（Ａ）に示す好ましい実施形態の一断面図である。
図９（Ｃ）は図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示す好ましい実施形態の概略図であり、カテーテル先端部の偏向を示している。
図１０は本発明の好ましい実施形態に従うカテーテルとカテーテル制御装置の概略図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は本発明の好ましい実施形態における機能を概略的に示す図である。図１（Ａ）に示すように、カテーテル２０が血管内２２に進入して、狭窄部２４に遭遇しており、この狭窄部２４は血管２２を狭めている。カテーテル２０は血管における湾曲部に沿って通過できる程度に柔軟であるが、その前方の方向を維持して挿入および移動の際に遭遇する力に変形しない程度の堅さを有している。この堅さによって、通常は、血管の壁２６の近接位置がカテーテルより押圧されるために、カテーテル先端部が狭窄部２４に衝突することになる。
しかしながら、本発明の好ましい実施形態によれば、図１（Ｂ）に示すように、カテーテル２０の先端部のセンサー２８が、後述するように、障害物の存在および／または血流速度における変化を感知する。好ましくは、センサー２８は少なくとも１個の超音波トランスデューサから構成されており、さらに、近接検出装置、圧力センサー、ＣＣＤアレイのようなビデオ装置、他の種類の光学または赤外検出装置、あるいは、当該技術分野において知られる、障害物の感知および／または流速の感知に有効な他の検出装置を備えていてもよい。このセンサーは、好ましくは、カテーテル先端部前方の１ｍｍ乃至５ｍｍの範囲における障害物および／または流速を検出する。
さらに、本発明の好ましい実施形態においては、センサー２８から受信した情報がカテーテル２０の先端部の偏向方向を決定するために用いられて、当該先端部の狭窄部２４への衝突が回避され、血管２２の無障害物領域にカテーテルを通すことが可能になる。つまり、図１（Ｂ）に示すように、センサー２８からの情報に基づいて、カテーテル２０の先端部が上方に偏向して狭窄部２４との衝突が回避できる。
本発明の別の好ましい実施形態においては、センサー２８は位置センサーを備えており、当該位置センサーはカテーテル２０の先端部の外部基準フレームに対する座標の決定を可能にする。カテーテルを通す血管のマップまたは画像は当該技術分野において知られる血管造影法またはＭＲＩ等の方法によって得られ、先端部座標を決定するための基準フレームに整合される。而して、カテーテルが血管２２内を進入している時に、位置センサーによってその位置が上記マップまたは画像に対して追跡でき、偏向装置３０がカテーテル２０の先端部を偏向して血管内の所望経路にカテーテルを操縦して狭窄部２４との衝突を回避する。
好ましくは、上記位置センサーは１個以上のコイルを備えており、当該コイルは、例えば、本明細書に参考文献として含まれ、出願人を本出願の出願人と同一にする米国特許第５，３９１，１９９号および１９９５年１月２４日出願のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９５／０１１０３号に記載されるように、外部から供給される磁場に応じて信号を発生する。しかしながら、当該技術分野において知られる他の種類の位置センサーも同様に使用可能である。
あるいは、または、上記に加えて、上記位置センサーはカテーテルが通る血管の形状に関して既に得た、あるいは、予め記憶されているデータに基づいて同様に使用することができる。このようなデータには、例えば、以前のカテーテル処理または外科手術において測定または得られた、血管内の湾曲部、分岐点および／または障害物の位置に関する情報が含まれる。
さらに、好ましくはカテーテル２０の先端部の長さ方向に沿って分布される、複数の位置センサーまたは位置センサーと屈曲センサーとの組み合わせを用いてカテーテル先端部の位置だけでなく、好ましくは、上記米国予備特許出願第６０／０３４，７０３号に記載されるように、体内における先端部全体の経路も決定できるようにしてもよい。このようにカテーテル先端部の経路を知ることは、上述のような生理学的内腔のマップへのカテーテル位置の整合および例えば心室のようなより大きな生理学的空孔部内のカテーテル位置の決定の両方に有効である。
図２は本発明の好ましい実施形態に対応する図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すカテーテル２０および血管２２の部分の拡大図である。図２の実施形態において、センサー２８は当該技術分野において知られる種類の小形超音波トランスデューサ３２から構成されており、当該トランスデューサは適当な角度範囲で超音波ビーム３４を放出する。このトランスデューサ３２からの超音波は狭窄部２４および血液細胞３６に当たって当該トランスデューサに反射して戻る。これらの反射波のうち、矢印４２および矢印４４で示すようなものがトランスデューサ３２により受信され、このことによって当該トランスデューサは電気信号を発生し、さらに、この信号はワイヤ３８を介して信号処理回路４０に送られる。
狭窄部は血液に比べて超音波をより強く散乱かつ反射するので、上記カテーテル２０の前方の狭窄部２４がトランスデューサ３２に反射する波４４は信号処理回路４０によって極めて近い障害物（または湾曲部）の存在として判断される。このような障害物が検出されると、カテーテルは手動または自動的に操縦されてそれとの衝突が回避される。
図２に示す本発明の好ましい実施形態においては、信号処理回路４０は位置合せ回路４８を駆動して、操縦信号を制御チャネル４６を介して偏向装置３０に送り、カテーテル２０の先端部を（図１（Ｂ）に示すように）偏向する。この偏向装置３０および制御チャネル４６は後述するような好ましい実施形態のいずれかに従うもの、あるいは、例えば、機械的または電子的な、当該技術分野において知られる他の適当な種類のいずれかであってもよい。好ましくは、上記先端部の偏向は、当該偏向角度が反射信号を最小または所定の閾値以下にするまで変化する。加えて、トランスデューサ３２またはビーム３４は横方向に走査して適当な偏向方向を見付けることができるようにしてもよい。この結果、カテーテルは血管の無障害物領域を通って前進する。
血液細胞３６は一般に弱い反射波４２を生じ、この反射波はビーム３４の元の周波数に対してドップラーシフトした周波数を有する。当該技術分野において周知の如く、このドップラーシフトの大きさはトランスデューサ３２に対する細胞３６の移動速度に比例する。そこで、信号処理回路４０はこのドップラーシフトした反射信号を受信および処理してカテーテル２０の前方の血流速度を決定する。
図３に示すように、一般に、血管２２の断面において計測される血流速度は、同図における矢印の長さで示すように、障害物の無い流れの中心部において最大である。つまり、速度プロフィル５０および５２によって示されるような、血管の無障害物部分においては、最大矢印５６の軸が血流によって定められてその血管の中心軸にほぼ位置している。しかしながら、狭窄部２４の近くでは、速度プロフィル５４によって定められるように、軸５６は血管の中心軸からずれている。
この時、カテーテル２０の先端部を最大流速軸５６に位置合わせすると、トランスデューサ３２により受信される反射信号のドップラーシフトが最大になる。それゆえ、本発明の好ましい実施形態においては、信号処理回路４０がこのトランスデューサ３２により受信されるドップラーシフトした信号を検出して、位置合せ回路４８を駆動して操縦信号をチャネル４６を介して偏向装置３０に送り、カテーテル２０の先端部を軸５６に位置合わせする。このようにして、カテーテルは狭窄部２４のような障害物との衝突を回避できる。
上記カテーテル２０の先端部の軸５６への整合状態を維持することは血管２２における湾曲部に沿ってカテーテルを操縦する場合にも有効である。従って、センサー２８および偏向装置３０は閉じループサーボシステムとして作用し、当該システムがカテーテル２０の先端部を所望位置、好ましくは、軸５６の位置に、または、これに近接して維持する。
さらに、狭窄部２４のような障害物の下流側においては、図３における矢印５８で示すような、血液の乱流部が一般に生じるのが特徴的である。この乱流は信号処理回路４０によってドップラーシフトした周波数スペクトルにおける広がりとして検出される。なお、この乱流もまたカテーテル上流側の障害物の存在指示要素として有用である。
トランスデューサ３２は連続的またはパルス状超音波ビーム３４のいずれかを発生するように駆動できる。パルスビームを使用する本発明の好ましい実施形態においては、信号処理回路４０は当該技術分野において知られる方法により時間ゲート処理されて、ビーム４２およびビーム４４がトランスデューサに反射して戻る距離を決定するようになっている。すなわち、この時間ゲート処理によって、信号処理回路４０はカテーテル２０から障害物２４に至る距離を決定し、カテーテル２０の前方の種々の距離にある細胞３６を識別してカテーテル前方の関数として血流速度を決定する。
図４は本発明の別の好ましい実施形態を示しており、センサー２８は１／４面（quadrant）検出装置としてそれぞれ機能するように配列された４個の超音波トランスデューサ６０から構成されている。これらのトランスデューサは各々にそれぞれの所望方向６４からの反射波に選択的に応じて、それぞれの反射波から受け取られる信号がカテーテル２０の前方の各１／４面６２における障害物を示す。信号処理回路４０は位置合せ回路４８および偏向装置３０を駆動して、カテーテル先端部を障害物の存在を示す強い反射信号が受け取られる１／４面から離し、ドップラー信号が最大の血流速度を示す１／４面に向ける。
図２に示すセンサー２８の好ましい実施形態は簡単のために単一のトランスデューサを含み、また、図４においては４個のトランスデューサを含むが、本発明の他の好ましい実施形態（図示せず）においては、センサー２８は２個または３個以上の超音波トランスデューサを含んでいてもよい。さらに、当該センサーは機械的駆動式走査センサーまたはフェーズドアレイ走査センサーとすることもできる。
本発明の上記の好ましい実施形態の一例において、センサー２８はトランスデューサアレイから構成されており、当該トランスデューサアレイはカテーテル２０の前方の血管の超音波画像を形成するように使用される。この画像は解析されて血管内の障害物が識別され、さらに、位置合せ回路を駆動してその障害物との衝突が回避される。
図５に示すように、本発明の他の好ましい実施形態においては、カテーテル２０の先端部におけるセンサー２８は、カテーテルの長軸に対して異なる角度に向けられた圧力検出装置６５，６６および６７のアレイから構成されている。図５における血管２２は動脈を示しており、同血管において、圧力波６８および６９は連続的に下流側に伝播して心臓鼓動による拍動力となる。これらの圧力波の先端部は狭窄部から離れた血管２２の無障害物部分を通過する。この時、圧力検出装置６５，６６および６７は波６８の先端部の場所を決定するように用いられて、カテーテル２０がこの場所に向けて案内されて狭窄部から離れる。なお、図５に示す好ましい実施形態においては、３個の検出装置のアレイは例示的なものに過ぎず、これよりも少ない圧力検出装置、または、多い圧力検出装置を有する他の好ましい実施形態も同様に使用可能である。
また、上述の本発明の態様は、手動式操縦機構および自動式操縦機構を含む、当該技術分野において知られる任意の適当な操縦機構と共に使用することができる。しかしながら、以下に説明する好ましい実施形態は、特に、上述のようなカテーテル先端部におけるセンサーを伴うカテーテルを自動操縦する場合に有用である。
次に図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）に基づいて説明する。これらの図は本発明の好ましい実施形態に従う偏向機構３０の詳細を示す図である。図６（Ａ）に示すように、機構３０は３個の屈曲可能要素７０，７２および７４から構成されており、当該要素は、好ましくは、当該技術分野において知られるＮｉＴｉ等のような形状記憶材料により形成されている。要素７０，７２および７４は、それらの温度が臨界温度以下の時に実質的に柔軟で直線状態を保ち、それらの温度が臨界温度以上の時に実質的に剛体で屈曲形状を採るように予め形成されている。加熱コイル７６，７８および８０が要素７０，７２および７４にそれぞれ巻回されており、ワイヤ４９を介して位置合せ回路４８に接続している。要素７０，７２および７４とそれぞれの加熱コイルはカテーテル２０の中に、例えば、成形または粘着により、埋め込まれて固定されていて、当該要素のいずれが屈曲してもカテーテルがそれに従って折れ曲がる。しかしながら、位置合せ回路４８がワイヤ４９を介して電流を生じない限り、加熱コイルは周囲温度に維持され、形状記憶要素７０，７２および７４は柔軟なままであり、カテーテル２０はほぼ直線状に維持される。
図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示すカテーテルの断面図である。図６（Ｂ）に示すように、要素７０，７２および７４はカテーテル２０の長手方向の中心軸に対して相互に離間しており、各要素は、以下に説明するように、カテーテルの先端部を適宜に制御可能となっている。これらの要素はカテーテル２０の中心孔７９を囲む固体の柔軟性環状部分７７に埋め込まれている。
図６（Ｃ）に示すように、例えば、図１（Ｂ）に示すように、狭窄部２４との衝突を回避するために、カテーテル２０の先端部を折り曲げるのが望ましい場合は、電流が位置合せ回路４８によって、上記加熱コイルの少なくとも１個、例えば、コイル７６に供給される。これによって、形状記憶要素７０は加熱され、ほぼ剛体の屈曲形状を採り、カテーテル２０が偏向する。この時、要素７２および要素７４は実質的に柔軟性を保っており、要素７０と共に折れ曲がる。
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は本発明の別の好ましい実施形態を示しており、この場合は、先端部偏向機構３０が当該技術分野において知られる種類の２個の屈曲可能なバイメタル要素８２および要素８４から構成されており、これらの要素は温度変化に応じて屈曲または直線状になる。図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）の好ましい実施形態において説明したように、要素８２および要素８４はカテーテル２０の環状部分７７に埋め込まれて固定されており、これらの要素が屈曲すると、カテーテルがこれに従って折れ曲がるようになっている。図７（Ｂ）において最も明瞭に示すように、要素８２および要素８４はカテーテル２０の中に直角に配置されているのが好ましく、これによって、相互にほぼ直交するそれぞれの軸に対してカテーテルの屈曲を制御できるようになる。図７（Ａ）に示すように、要素８２および要素８４は相互にずれているのが好ましく、このために、両方の要素が自由に所望の程度だけ屈曲できる。このような相互のずれは図７（Ａ）および図７（Ｂ）の実施形態においては必要である。その理由は、要素８２および要素８４の比較的広い幅によって、それらの屈曲軸以外のいずれの方向にも自由に折れ曲がることが妨げられるからである。なお、図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）における要素７０，７２および７４は、それぞれの臨界温度以下であれば、任意の所望の方向に比較的自由に折れ曲がることができる。
さらに、上記先端部偏向機構は、上述のようにワイヤ４９を介して位置合せ回路４８に連結する加熱要素および／または冷却要素８６を備えている。この要素８６は加熱コイルのような任意の適当な加熱装置、および／または、当該技術分野において知られる小形のペルチエ（Peltier）冷却装置のような任意の適当な冷却装置を含む。この加熱要素および／または冷却要素８６は上記バイメタル要素の各屈曲角度を制御してカテーテル先端部を直線状または屈曲状態にする。
図８は本発明のさらに別の好ましい実施形態を示す図であり、この場合は、先端部偏向機構３０は機械的引張りワイヤ９０および屈曲可能要素９２を備えている。引張りワイヤ９０はその先端側において屈曲可能要素９２に連結し、基端側において位置合せ制御機構９４と連結しており、位置合せ制御機構９４は制御装置９６の中に収容されているのが好ましい。この機構９４はプーリー９８および連結部材１００を介して可変張力を引っ張りワイヤに与え、これによって、屈曲可能要素９２が折れ曲がる。屈曲可能要素９２は、例えば、当該技術分野において知られるスプリング鋼等の弾性材料から形成されており、引張りワイヤ９０における張力が開放状態の時に、カテーテル２０をほぼ直線状態に維持するように形成されている。
図８に示す機構３０は例えば図示のように上下方向のような単一方向のみにカテーテル２０を偏向させるが、この位置合せ機構は回転制御機構１０１を備えている。この制御機構１０１は連結部材１０２を介して歯車１０４に連結し、この歯車１０４がその長手軸の回りにおけるカテーテル２０の回転を制御する。このため、カテーテル２０を任意方向に偏向するのが必要であることを示す信号をセンサー２８から信号処理回路４０が受け取ると、回路４０は位置合せ機構９４を駆動して連結部材１０２および歯車１０４を介してカテーテルを必要なだけ回転し、これによって、張力がプーリー９８および連結部材１００を介して引張りワイヤ９０に与えられた時に、カテーテル先端部が所望方向に屈曲する。
図８に示す本発明の好ましい実施形態は単一の引張りワイヤ９０のみを含み、上記機構３０は単一方向にのみ屈曲可能であるが、本発明の他の好ましい実施形態においては、同様の機械的原理に基づいて、２個以上の引張りワイヤを使用することが可能であり、機構３０はより広範囲の屈曲角度および方向を有することになる。
図９（Ａ）乃至図９（Ｃ）は本発明のさらに別の好ましい実施形態を示しており、この場合は、先端部偏向機構３０は圧電変換スタック１０６，１０８，１１０および１１２から構成されている。スタック１０６，１０８，１１０および１１２はそれぞれ当該技術分野において知られるような複数の圧電変換結晶１１４から構成されていて、当該結晶１１４は交互に屈曲可能ジョイント１１６に連結している。これらの屈曲可能ジョイントは、好ましくは、折れ曲がるが力を加えられた時に実質的に圧縮しない、例えば、スプリング鋼のような弾性材料により形成されている。
図９（Ａ）に示すように、圧電変換スタック１０６，１０８，１１０および１１２（これらの内、圧電変換スタック１０６および圧電変換スタック１１０のみが当該断面図において示されている）は、カテーテルのすぐ前方に障害物が検出されない場合に、カテーテルの先端部をほぼ直線状に維持するように構成されている。しかしながら、障害物が検出されると、位置合せ回路４８はこれらの圧電変換スタックの少なくとも１個における圧電変換結晶１１４にワイヤ４６を介して一定の電圧を供給し、これによって、その圧電変換スタックの全長が変わって、カテーテル先端部が偏向する。従って、図９（Ｂ）に示すように、電圧が圧電変換スタック１０６における結晶１１４に供給されると、これらの結晶が圧電変換スタック１１０において対向する結晶１１４よりも長くなり、その結果、カテーテル２０の先端部が下方に偏向する。
図９（Ｃ）に示すように、圧電変換スタック１０６および圧電変換スタック１１０の対は対向配置されてカテーテル２０の先端部の上下移動を制御し、他の一対の圧電変換スタック１０８および圧電変換スタック１１２は対向配置されて左右の移動を制御する。
本発明の上記原理は、例えば、本明細書に参考文献として含まれる米国特許第４，９８３，１６５号に記載されるバルーン式屈曲機構のような他の種類の操作機構を使用するカテーテルにも同様に適用できる。
本発明の他の好ましい実施形態においては、例えば図１０に示すように、カテーテル２０はさらにカテーテル進行機構１２０に連結しており、当該機構は位置合せ回路４８によって制御されて、上述のように障害物との衝突を回避しながら、カテーテルを血管内に漸進的に進行させる。すなわち、カテーテル２０の前方に障害物を示す信号を信号処理回路４０がセンサー２８から受け取ると、同回路４０は、好ましくは、位置合せ回路４８を駆動して、カテーテルが障害物を迂回して無障害領域に適当に位置合わせされるまで、カテーテルの進行を送らせるか停止する。その後、カテーテルは再び前進移動する。
さらに、図１０において示すように、本発明の好ましい実施形態の一部においては、位置合せ回路４８（または、図８に示すような制御装置９６）はオペレータインターフェイス装置１２２を含む。好ましくは、オペレータインターフェイス装置１２２はジョイスティックのような操縦制御装置１２４を備えており、この制御装置はオペレータが先端部偏向機構３０を制御してカテーテルを操縦することを可能にする。さらに、オペレータインターフェイス装置１２２はトグルスイッチのようなカテーテル進行制御装置１２６を備えており、このカテーテル進行制御装置１２６はオペレータがカテーテル進行機構１２０を制御することを可能にする。さらに、オペレータインターフェイス装置１２２は表示装置１２８を備えているのが好ましく、当該表示装置はカテーテル２０の前方の通路に関する信号処理回路４０から受け取った情報を表示する。従って、オペレータは、位置合せ回路４８によるカテーテルの自動操縦に加えて、または、これに代えて、このオペレータインターフェイス装置１２２を使用できる。このインターフェイス装置は特に、オペレータが上述の自動先端部偏向処理およびカテーテル進行機構を無効にして、例えば、カテーテルが血管の分岐点に到達した時に、カテーテルを所望の方向に案内する場合に有効である。さらに、本発明の好ましい実施形態に従う先端部偏向機構３０のオペレータによる制御を当該技術分野において知られるような従来のカテーテル操縦システムの使用の代わり、または、これに加えて使用することができる。
上述の好ましい実施形態は脈管内カテーテルについて説明したが、本発明の原理は、カテーテル、内視鏡、および、消化器管、尿道管、生殖器官および鼻腔および静脈洞等を含む他の生理学的開口部または内腔内に挿入する他の装置にも同様に適用できる。
さらに、本発明の原理は生理学的組織および他の種類の空孔部に挿入する自己位置合せプローブの製造にも適用できる。このようなプローブは当該プローブの経路における流体の流れおよび／または圧力および／または障害物の特性を検出するセンサーから上述のように構成できる。あるいは、または、上記に加えて、上記プローブは、例えば、当該技術分野において知られる、化学的センサーまたは電気的センサーのような他の種類のセンサーを含んでいてもよい。従って、本発明の実施形態の一例においては、被検体の肝臓に挿入するプローブがその先端部近傍に化学的センサーを備えており、当該センサーは、例えば、増加したホルモン活性を検出するために使用でき、さらに、当該ホルモン活性の供給源に向けてプローブを案内するための、上述のような、自己位置合せ機構を備えている。
上述の好ましい実施形態の各要素、特に、種々のセンサーおよび位置合せ機構、並びに、当該技術分野において知られる他のセンサーおよび機構は他の組み合わせおよび構成においても共に使用できる。例えば、異なる種類の多数のセンサーを単一の自己位置合せカテーテルにおいて組み合わせることが可能である。なお、上記の好ましい実施形態は例示的なものであって、本発明の範囲の全体は請求の範囲によってのみ制限される。
本発明の具体的な実施態様は次のように表現することもできる。
１．生理学的組織内に挿入するための先端部を有する柔軟で細長いプローブにおいて、前記プローブの近傍における組織の特性を指示する信号を発生するセンサーと、前記信号に応じてプローブの先端部を偏向する位置合せ機構とから成ることを特徴とするプローブ。
２．前記プローブが生理学的内腔に挿入するためのカテーテルから構成されており、前記センサーが当該カテーテルの前方の内腔の特性を示す信号を発生する実施態様１に記載のプローブ。
３．前記信号が前記内腔における障害物を示す実施態様２に記載のプローブ。
４．前記信号が前記内腔における障害物の無い通路の方向を示す実施態様２または実施態様３に記載のプローブ。
５．前記信号が前記組織における流体の流れの特性を示す前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
６．前記信号が前記流れの勾配を示す実施態様５に記載のプローブ。
７．前記信号が前記流れにおける乱流を示す実施態様５または実施態様６に記載のプローブ。
８．前記位置合せ機構が前記プローブを高い流速の領域に向けて駆動する実施態様５乃至実施態様７のいずれかに記載のブローブ。
９．前記信号が前記組織における圧力を示す前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
１０．前記信号が前記圧力の勾配を示す実施態様９に記載のプローブ。
１１．前記位置合せ機構が前記プローブを前記組織における圧力波の先端部に向けて駆動する実施態様９または実施態様１０に記載のプローブ。
１２．前記信号が前記組織における化学的活性を示す前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
１３．前記センサーが少なくとも１個の超音波トランスデューサから構成されている前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
１４．前記センサーが超音波を送受信する実施態様１３に記載のプローブ。
１５．前記センサーにより受信された超音波におけるドップラーシフトを検出する信号処理回路から成る実施態様１４に記載のプローブ。
１６．前記センサーが複数の超音波トランスデューサから成り、当該トランスデューサが複数のそれぞれ所望の方向から超音波の反射を検出する実施態様１３乃至実施態様１５のいずれかに記載のプローブ。
１７．前記センサーが超音波トランスデューサのフェーズドアレイから成る実施態様１３乃至実施態様１６のいずれかに記載のプローブ。
１８．前記センサーが近接検出装置から成る前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
１９．前記センサーが赤外検出装置から成る前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
２０．前記センサーが光学検出装置から成る前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
２１．前記センサーが圧カセンサーから成る前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
２２．前記センサーが検出装置アレイから成る前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
２３．さらに、前記センサーを走査する機械的スキャナーから成る前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
２４．前記センサーが位置センサーから成る前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
２５．前記位置合せ機構が複数の偏向要素から成り、当該偏向要素の各々が複数のそれぞれの方向の一つにプローブを偏向する前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
２６．前記位置合せ機構がプローブの先端部を偏向する１個以上の偏向要素と、プローブをその長手軸の回りに回転する回転要素とから成る実施態様１乃至実施態様２４のいずれかに記載のプローブ。
２７．前記偏向要素の少なくとも１個が屈曲可能な要素から成る実施態様２５または実施態様２６に記載のプローブ。
２８．前記屈曲可能要素が超弾性材料から成る実施態様２７に記載のプローブ。
２９．前記屈曲可能要素がバイメタル要素から成る実施態様２７または実施態様２８に記載のプローブ。
３０．前記屈曲可能要素が電気的駆動信号に応じて屈曲状態または実施態様直線状態になる実施態様２７乃至実施態様２９のいずれかに記載のプローブ。
３１．前記電気的駆動信号が前記屈曲可能要素の温度変化を生じる実施態様３０に記載のプローブ。
３２．さらに、前記屈曲可能要素に付属する加熱要素から成り、当該加熱要素が前記電気的駆動信号を受け取る実施態様３１に記載のプローブ。
３３．さらに、前記屈曲可能要素に付属するクーラーから成り、当該クーラーが前記電気的駆動信号を受け取る実施態様３１または実施態様３２に記載のプローブ。
３４．さらに、前記屈曲可能要素に連結する少なくとも１個の機械的引張りワイヤから成る実施態様２７に記載のプローブ。
３５．前記屈曲可能要素が前記引張りワイヤの張力に応じて屈曲する実施態様３４に記載のプローブ。
３６．前記偏向要素の少なくとも１個が少なくとも１個の圧電変換スタックから成る実施態様２５または実施態様２６に記載のプローブ。
３７．前記スタックが複数の屈曲可能ジョイントにより連結する複数の圧電変換結晶から成る実施態様３６に記載のプローブ。
３８．前記スタックがこれに供給される電気的信号に応じて屈曲する実施態様３６または実施態様３７に記載のプローブ。
３９．さらに、プローブを組織内に漸進的に進行させるプローブ進行機構から成る前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
４０．さらに、プローブの先端部を所望位置に維持する閉じループサーボシステムから成る前記実施態様のいずれかに記載のプローブ。
４１．前記所望位置が組織における障害物の無い通路の中心軸に概ね位置合せされている実施態様４０に記載のプローブ。
４２．先端部にセンサーを有するプローブを生理学的組織に通過させる方法において、前記センサーにより組織の特性を感知する工程と、前記特性に基づいてプローブの所望の移動方向を決定する工程と、前記所望方向にプローブを偏向する工程とから成ることを特徴とする方法。
４３．前記プローブを生理学的組織に通過させる工程がプローブを組織における通路内に通過させる工程から成り、前記組織の特性を感知する工程が前記通路内または実施態様これに近接する物質の特性を感知する工程から成る実施態様４２に記載の方法。
４４．前記特性を感知する工程が前記通路内の障害物を感知する工程から成る実施態様４３に記載の方法。
４５．前記障害物を感知する工程が当該障害物から反射する超音波を受信する工程から成る実施態様４４に記載の方法。
４６．前記障害物を感知する工程が当該障害物の画像を形成する工程から成る実施態様４４または実施態様４５に記載の方法。
４７．前記障害物を感知する工程がプローブから当該障害物までの距離を決定する工程から成る実施態様４４乃至実施態様４６のいずれかに記載の方法。
４８．前記組織の特性を感知する工程が当該組織における流速を感知する工程から成る実施態様４２乃至実施態様４７のいずれかに記載の方法。
４９．前記流速を感知する工程がドップラーシフトした超音波を受信する工程から成る実施態様４８に記載の方法。
５０．前記流速を感知する工程が乱流領域を認識する工程から成る実施態様４８または実施態様４９に記載の方法。
５１．前記所望の移動方向を決定する工程が流速をほぼ最大にする通路の軸を決定する工程から成る実施態様４８乃至実施態様５０のいずれかに記載の方法。
５２．前記組織の特性を感知する工程が拍動圧を感知する工程から成る実施態様４２乃至実施態様５１のいずれかに記載の方法。
５３．前記所望の移動方向を決定する工程が組織内の圧力波の先端部にほぼ一致する移動軸を決定する工程から成る実施態様５２に記載の方法。
５４．先端部に位置センサーを有するプローブを生理学的組織に通過させる方法において、通路を含む生理学的構造の画像を形成することにより当該通路のマップを作成する工程と、前記位置センサーを用いて前記マップに対するプローブ先端部の位置を感知する工程と、前記マップに基づいてプローブの所望の移動方向を決定する工程と、前記所望方向にプローブを偏向する工程とから成ることを特徴とする方法。
５５．前記通路のマップを作成する工程が当該通路を探針処理してその形状を記録する工程から成る実施態様５４に記載の方法。
５６．前記プローブを偏向する工程がその中の要素に電流を供給する工程から成る実施態様４２乃至実施態様５５のいずれかに記載の方法。
５７．前記プローブを偏向する工程がその中の要素に機械的張力を供給する工程から成る実施態様４２乃至実施態様５６のいずれかに記載の方法。
５８．前記プローブを偏向する工程がプローブを回転する工程から成る実施態様４２乃至実施態様５７のいずれかに記載の方法。
５９．前記プローブを偏向する工程が前記通路における湾曲部に沿ってプローブを操縦する工程から成る実施態様４２乃至実施態様５８のいずれかに記載の方法。
６０．さらに、プローブを機械的に駆動して前記通路に通過させる工程から成る実施態様４２乃至実施態様５９のいずれかに記載の方法。

Claims (21)

1. 生理学的組織内に挿入するための先端部を有する柔軟で細長いプローブにおいて、
   前記プローブの近傍にある組織内の流体の流れを検知し、前記流れに基づいて前記組織の特性を示すセンサー信号を発生するセンサーと、
   前記センサー信号を受信する信号処理回路と、
   前記信号処理回路に応じて操縦信号を送るための、前記信号処理回路と動作可能に接続された位置合わせ回路と、
   前記位置合わせ回路からの前記操縦信号に応じて、前記プローブの先端部を偏向させる位置合わせ機構と、
   を備え、
   前記センサーは、前記流体の流れの圧力または圧力の勾配を検知する圧力センサーであるか、または、前記流体の流れの速度もしくは速度の勾配、または前記流れにおける乱流、を検知する超音波トランスデューサである、
   プローブ。
2. 請求項１に記載のプローブにおいて、
   前記プローブが、生理学的内腔に挿入するためのカテーテルを有し、前記センサーが、当該カテーテルの前方の前記内腔の特性に応じて信号を発生する、プローブ。
3. 請求項１に記載のプローブにおいて、
   前記位置合わせ機構は、前記プローブを前記組織における圧力波の先端部に向けて駆動する、プローブ。
4. 請求項１に記載のプローブにおいて、
   前記位置合わせ機構が、前記プローブを高い流速の領域に向けて駆動する、プローブ。
5. 請求項１に記載のプローブにおいて、
   前記信号処理回路は、前記センサーにより受信された超音波におけるドップラーシフトを検出する、プローブ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプローブにおいて、
   前記位置合わせ機構が、複数の偏向要素を含み、当該偏向要素の各々が複数のそれぞれの方向の一つに前記プローブを偏向させる、プローブ。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプローブにおいて、
   前記位置合わせ機構が、前記プローブの先端部を偏向させる１個以上の偏向要素と、前記プローブをその長手軸の回りに回転させる回転要素と、を含む、プローブ。
8. 請求項６または７に記載のプローブにおいて、
   前記偏向要素の少なくとも１個が、屈曲可能な要素を含む、プローブ。
9. 請求項８に記載のプローブにおいて、
   前記屈曲可能な要素が、超弾性材料を含む、プローブ。
10. 請求項８に記載のプローブにおいて、
    前記屈曲可能な要素が、バイメタル要素を含む、プローブ。
11. 請求項８ないし１０のいずれか１項に記載のプローブにおいて、
    前記屈曲可能な要素が、電気的駆動信号に応じて屈曲状態または直線状態になる、プローブ。
12. 請求項１１に記載のプローブにおいて、
    前記電気的駆動信号が、前記屈曲可能な要素の温度変化を生じさせる、プローブ。
13. 請求項１２に記載のプローブにおいて、
    前記屈曲可能な要素に付属する加熱要素をさらに備え、当該加熱要素が前記電気的駆動信号を受け取る、プローブ。
14. 請求項１３に記載のプローブにおいて、
    前記屈曲可能な要素に付属するクーラーをさらに備え、当該クーラーが前記電気的駆動信号を受け取る、プローブ。
15. 請求項８に記載のプローブにおいて、
    前記屈曲可能な要素に連結された少なくとも１個の機械的引張りワイヤをさらに備える、プローブ。
16. 請求項１５に記載のプローブにおいて、
    前記屈曲可能な要素が、前記引張りワイヤの張力に応じて屈曲する、プローブ。
17. 請求項６または７に記載のプローブにおいて、
    前記偏向要素の少なくとも１個が、少なくとも１個の圧電スタックを含む、プローブ。
18. 請求項１７に記載のプローブにおいて、
    前記スタックが、複数の屈曲ジョイントにより連結する複数の圧電結晶を含む、プローブ。
19. 請求項１７または１８に記載のプローブにおいて、
    前記スタックが、このスタックに供給される電気的信号に応じて屈曲する、プローブ。
20. 請求項１ないし１９のいずれか１項に記載のプローブにおいて、
    前記センサー信号が、前記内腔内の障害物を示す、プローブ。
21. 請求項１ないし２０のいずれか１項に記載のプローブにおいて、
    前記センサー信号が、前記内腔における障害物の無い通路の方向を示す、プローブ。

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