Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Aufbau flexibler, drehmomentübertragender Einrichtungen und insbesondere den Aufbau von Antriebskabeln zum Drehen von Ultraschallwandlern zur Verwendung in Gefäßkathetern.

Die intravaskuläre Bildaufnahme von Blutgefäßläsionen vor einer perkutanen transluminalen Angioplastie, einer Atherektomie und anderen Eingriffsprozeduren verspricht große Vorteile. Eine besonders erfolgreiche Konstruktion für einen intravaskulären Bildgebungskatheter verwendet einen drehbaren Ultraschallwandler, bei dem der Wandler am distalen Ende eines flexiblen Antriebskabels angebracht ist. Der Wandler kann in einem Katheterkörper oder einer -hülle gedreht werden, um ein Ultraschallsignal zu senden und ein Videobild durch wohlbekannte Techniken zu erzeugen.

Obwohl dies sehr erfolgreich ist, stellt das Erfordernis, die Größe des Antriebskabels auf sehr kleine Durchmesser zu reduzieren (damit es mit dem Einführen in sehr kleine Koronararterien kompatibel ist), eine Reihe technischer Herausforderungen dar. Zusätzlich zu den sehr kleinen Durchmessern sollte das Antriebskabel hochflexibel sein, damit es durch die gewundenen Bereiche der Gefäßstrukturen, insbesondere der Koronararterien, verlaufen kann. Es ist auch sehr wichtig, dass das Antriebskabel eine gleichmäßige Drehung über seine gesamte Länge bietet, d.h. ein rotationsmäßiges Aufwickeln vermeidet, das Abweichungen in der Winkelgeschwindigkeit des Wandlers verursachen und zu Bildstörungen führen kann.

Die Konstruktion des Wandlerantriebskabels für intravaskuläre Ultraschalleinrichtungen wird ferner durch den Wunsch verkompliziert, die Zuleitungsdrähte oder Übertragungsleitungen des Wandlers durch ein Lumen des Kabels selbst verlaufen zu lassen. Solche Konstruktionen versuchen eine Zunahme eines effektiven Durchmessers zu vermeiden, der daraus entstehen kann, dass die Drähte an der Oberfläche des Antriebskabels angebracht werden. In der Vergangenheit wurden koaxiale Anschlusskabel verwendet, und diese haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie eine Hochfrequenzrauschabschirmung (HF-Rauschabschirmung) bereitstellen. Jedoch haben Koaxialkabel den Nachteil, dass sie im Allgemeinen groß sind und schwierig in den kleinsten intravaskulären Geräten, beispielsweise Koronargeräten, zu verwenden sind. Koaxialkabel werden auch typischerweise getrennt von den Antriebskabeln hergestellt, was erfordert, dass das Lumen des Antriebskabels groß genug ist, um ein Durchführen des Koaxialkabels zu ermöglichen. Der daraus resultierende Spalt zwischen dem Koaxialkabel und dem Antriebskabel vergrößert ferner den Gesamtaußendurchmesser des Antriebskabels.

Die US-A-5,437,282 beschreibt einen Ultraschallbildaufnahmekatheter mit einer hohlen Katheterwelle und einer Antriebswelle in der Katheterwelle. Die Antriebswelle umfasst eine innere und eine äußere Wicklung mit einem an die innere Wicklung geklebten Koaxialkabel.

Die WO 92/16147 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Ultraschallbildgebung, die ein Antriebskabel mit einem Kerndraht umfasst, der von einer geschichteten Spulenanordnung umgeben ist. Der Kerndraht umfasst einen isolierten inneren Leiter und einen äußeren Leiter mit zwei leitfähigen Kernen, und die geschichtete Spulenanordnung umfasst drei Schichten.

Es wäre daher wünschenswert, verbesserte Antriebskabel für Ultraschallwandler und andere drehbare elektrische Sensoren bereitzustellen. Es wäre insbesondere wünschenswert, Antriebskabel bereitzustellen, die so aufgebaut sein können, dass sie kleine Durchmesser aufweisen und dennoch Übertragungsleitungen aufnehmen. Vorzugsweise stellt das kombinierte Antriebs- und Übertragungskabel eine gleichmäßige Drehmomentübertragung entlang der gesamten Länge des Antriebskabels bereit, um Ultraschallbilder mit minimaler Verzerrung zu erzeugen. Die Antriebskabel sollten ferner eine ausreichende HF-Abschirmung der elektrischen Übertragungsleitungen bieten.

Die vorliegende Erfindung stellt integrierte flexible Antriebs- und Koaxialübertragungskabel zur Verwendung bei Kathetersystemen bereit, wie im Anspruch 1 angegeben. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Erfindung ein Kathetersystem bereitstellen, das einen Katheterkörper mit einem distalen Ende, einem proximalen Ende und einem Arbeitslumen sowie ein integriertes Antriebs- und Übertragungskabel aufweist, das sich durch das Arbeitslumen erstreckt.

Die innere gewickelte Schicht kann eine Kombination aus rostfreiem Stahldraht und zumindest einem Material aufweisen, das Kupfer, Gold, Silber, Aluminium, Magnesium oder eine Legierung umfasst, die aus zumindest einem dieser Metalle hergestellt ist. Auf diese Weise stellt die innere gewickelte Schicht vorbildliche mechanische Eigenschaften des rostfreien Stahls und auch vorbildliche Abschirmungseigenschaften des anderen Metalls oder der anderen Metalllegierung bereit.

Das Antriebskabel kann einen äußeren Durchmesser zwischen etwa 0,005 Inch (0,0127 cm) und etwa 0,150 Inch (0,381 cm) haben. Ein solcher Durchmesser vereinfacht die Verwendung des Antriebskabels bei kleinen Katheterkörpern. Sowohl die innere gewickelte Schicht als auch die äußere gewickelte Schicht können einen rostfreien Stahldraht aufweisen. Auf diese Weise umfasst das Antriebskabel zwei Schichten rostfreien Stahldrahts.

Die innere gewickelte Schicht kann ein Formgedächtnis oder einen superelastischen Metalllegierungsdraht umfassen, beispielsweise einen aus Nitinol (Nickel-Titan), Nickel-Titan-Kupfer, Nickel-Titan-Aluminium oder dgl. hergestellten Draht. Die äußere gewickelte Schicht kann ein Formgedächtnis oder einen superelastischen Metalllegierungsdraht aufweisen.

Das Kathetersystem kann ferner ein Arbeitselement aufweisen, das betriebsfähig am Antriebskabel angebracht ist. Das Arbeitselement kann ein Wandler sein. Alternativ kann das Arbeitselement eine ringförmige Anordnung von Wandlerelementen sein.

1 ist eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines integrierten flexiblen Antriebs- und Koaxialübertragungskabels, das keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

2 ist eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten integrierten Antriebs- und Übertragungskabels entlang der Linie 2-2.

3 ist eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen integrierten Antriebs- und Koaxialübertragungskabels.

4 ist eine Querschnittsansicht des in 3 dargestellten integrierten Antriebs- und Übertragungskabels entlang der Linie 4-4.

5 stellt das integrierte flexible Antriebs- und Koaxialübertragungskabel aus 1 dar, das mit einem mit seinen Enden verbundenen Arbeitselement und einem Koppelelement gezeigt ist.

6 ist eine Querschnittsansicht eines Kathetersystems mit einem erfindungsgemäßen integrierten flexiblen Antriebs- und Koaxialübertragungskabel.

Die vorliegende Erfindung stellt ein exemplarisches integriertes flexibles Antriebs- und Koaxialübertragungskabel zur Verwendung in Kathetersystemen bereit. Insbesondere integriert die vorliegende Erfindung ein flexibles Antriebskabel und ein Koaxialübertragungskabel, das durch ein zentrales Lumen des Antriebskabels verläuft. Die integrierte Kombination schafft durch Eliminieren einer oder mehrerer Schichten einen kleineren Außendurchmesser als typische Kombinationen aus einem Koaxialkabel und einem Antriebskabel. Beispielsweise umfasst ein typisches Koaxialkabel eine äußere Hüllschicht, die die inneren Schichten an Ort und Stelle hält. Die vorliegende Erfindung eliminiert die Verwendung einer solchen Hülle und verwendet stattdessen die innere Oberfläche des Antriebskabels, um die inneren Schichten des Koaxialkabels an Ort und Stelle zu halten. Ferner weist eine typische Kombination aus einem Koaxialkabel und einem Antriebskabel einen Spalt auf, der die zwei Bauteile trennt. Ein solcher Spalt ist erforderlich, um zu ermöglichen, dass das Koaxialkabel in das zentrale Lumen des Antriebskabels eingeführt werden kann. Die vorliegende Erfindung eliminiert einen solchen Spalt, indem das Antriebskabel um das Koaxialkabel ausgebildet wird.

Durch Eliminieren von Schichten in der Kombination aus einem Koaxialkabel und einem Antriebskabel wird der Gesamtaußendurchmesser der integrierten Kombination kleiner. Ein solcher kleinerer Durchmesser vereinfacht die Verwendung des integrierten Antriebs- und Koaxialkabels in kleineren Kathetern und daher bei kleineren Gefäßstrukturen.

Bezugnehmend nunmehr auf 1 und 2 wird ein Koaxialübertragungskabel, das mit einem flexiblen Antriebskabelkörper 10 integriert ist, beschrieben. Wie gezeigt ist, umfasst der integrierte Kabelkörper 10 mehrere Schichten, die sich über die Länge des Kabelkörpers 10 erstrecken. Zuerst wird ein leitfähiger Kern 12 bereitgestellt. Eine Isolierschicht 14 ist dem Kern 12 benachbart und umgibt diesen. Die Isolierschicht 14 ist vorzugsweise aus Fluorpolymeren, beispielsweise FEP, PFA und dgl., gemacht. Eine Abschirmschicht 16 ist der Isolierschicht 14 benachbart und umgibt diese. Die Abschirmschicht umfasst vorzugsweise silberplattiertes Kupfer, Gold, Aluminium, silberplattierte Kupferlegierungen, Goldlegierungen, Aluminiumlegierungen oder dgl.

Eine innere gewickelte Schicht 18 ist der Abschirmschicht 16 benachbart und umgibt diese. Die innere gewickelte Schicht 18 umfasst vorzugsweise den rostfreien Stahldraht 304 V. Die innere gewickelte Schicht 18 kann auch eine Kombination aus rostfreiem Stahl und zumindest einem Material aufweisen, das aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Kupfer, Gold, Silber, Aluminium, Magnesium, eine Kupferlegierung, eine Goldlegierung, eine Silberlegierung, eine Aluminiumlegierung, eine Magnesiumlegierung oder dgl. umfasst. Eine äußere gewickelte Schicht 20, die vorzugsweise aus dem rostfreien Draht 304 V hergestellt ist, ist der inneren gewickelten Schicht 18 benachbart und umgibt diese. Die innere gewickelte Schicht 18 und die äußere gewickelte Schicht 20 können auch aus einem Draht mit einem Formgedächtnis oder einem Draht mit einer superelastischen Metalllegierung hergestellt werden, beispielsweise aus Drähten, die aus Nitinol (Ni/Ti), Ni/Ti/Cu, Ni/Ti/Al oder dgl. bestehen.

Die physikalischen Eigenschaften bevorzugter innerer gewickelter und äußerer gewickelter Schichten sind in der US 5,503,155, der US 5,208,411, und in "Design Characteristics of Intravascular Ultrasonic Catheters" von Roy W. Martin und Christopher C. Johnson offenbart, deren Offenbarung hiermit per Bezugnahme aufgenommen wird.

Die innere gewickelte Schicht 18 und die äußere gewickelte Schicht 20 sind gegenläufig gewickelt, um zu ermöglichen, dass sich eine der Schichten 18, 20 einengen kann, wenn der integrierte Kabelkörper 10 gedreht wird. Beispielsweise kann eine Drehung des integrierten Kabelkörpers 10 im Uhrzeigersinn verursachen, dass sich die innere gewickelte Schicht 18 einengt. Die Drehung des integrierten Kabelkörpers 10 gegen den Uhrzeigersinn wird dann bewirken, dass sich die äußere gewickelte Schicht 20 einengt. Auf diese Weise führt die Drehung des integrierten Kabelkörpers 10 dazu, dass der Kern 12, die Isolierung 14 und die Abschirmung 16 von der sich einengenden inneren gewickelten Schicht 18 oder der sich einengenden äußeren gewickelten Schicht 20 gehalten bleiben. Vorzugsweise verursacht die Drehung des integrierten Kabelkörpers 10, dass sich die äußere gewickelte Schicht 20 einengt.

Die äußere gewickelte Schicht 20 und die innere gewickelte Schicht 18 erzeugen ein zentrales Lumen 22, in dem der Kern 12, die Isolierschicht 14 und die Abschirmschicht 16 integral angeordnet sind. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Antriebskabel über dem Koaxialübertragungskabel ausgebildet wird.

Das integrierte Übertragungs- und flexible Antriebskabel kann unter Verwendung der gleichen Techniken, die bei der Herstellung von Miniaturkoaxialkabeln verwendet werden, hergestellt werden. Die Isolierschicht 14 wird auf die äußere Oberfläche des Kerns 12 extrudiert. Die Abschirmschicht 16 wird dann auf die äußere Oberfläche der Isolierschicht 14 gewickelt. Als nächstes wird die innere gewickelte Schicht 18 auf die Abschirmschicht 16 gewickelt. Die äußere gewickelte Schicht 20 wird auf die innere gewickelte Schicht 18 gewickelt. Dieses Herstellverfahren hilft, den Spalt zwischen dem Übertragungskabel und dem flexiblen Antriebskabel zu eliminieren.

Die Anordnung des integrierten Kabelkörpers 10 unterscheidet sich von typischen Kombinationen aus Antriebskabel und Koaxialkabel, bei denen die Antriebskabel nicht integral um die Koaxialkabel ausgebildet sind. In einem solchen Fall muss das zentrale Lumen groß genug sein, um ein Durchführen des Koaxialkabels durch das Lumen zu ermöglichen. Nach dem Einführen des Koaxialkabels in das Lumen verbleibt ein Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des Koaxialkabels und der inneren Oberfläche der inneren gewickelten Schicht. Dieser Abstand ist erforderlich, um die zwei Kabel separat herstellen und zusammenfügen zu können. Ein solches Szenario erhöht den äußeren Gesamtdurchmesser des Antriebskabels.

Bezugnehmend nunmehr auf 3 und 4 wird ein Koaxialübertragungskabel, das mit einem flexiblen Antriebskabelkörper 30 integriert ist, gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der integrierte Kabelkörper 30 umfasst einen leitfähigen Kern 32, der von einer benachbarten Isolierschicht 34 umgeben ist. Eine innere gewickelte Schicht 38 und eine äußere gewickelte Schicht 40 sind gegenläufig um die Isolierschicht 34 gewickelt. Mit anderen Worten, die zwei Schichten sind so gewickelt, dass eine Drehung des integrierten Kabelkörpers 30 bewirkt, dass sich eine der Schichten einengt (vorzugsweise die äußere gewickelte Schicht 40) und sich die andere vergrößert (vorzugsweise die innere gewickelte Schicht 38). Auf diese Weise arbeiten die innere gewickelte Schicht 38 und die äußere gewickelte Schicht 40 während der Drehung des integrierten Kabelkörpers 30 zusammen, um den Kern 32 und die Isolierschicht 34 zusammenzuhalten, die in der inneren gewickelten Schicht 38 enthalten sind.

Es gibt ein zentrales Lumen 42 in der inneren gewickelten Schicht 38, das mit dem leitfähigen Kern 32 und der Isolierschicht 34 gefüllt ist. Wie zuvor erwähnt wurde, unterscheidet sich eine solche Anordnung von typischen Kombinationen aus einem Koaxialkabel und einem Antriebskabel, die ein zentrales Lumen erfordern, das zur Aufnahme eines separat hergestellten Koaxialkabels groß genug ist.

Das Verfahren zum Herstellen des integrierten Kabelkörpers 30 ähnelt demjenigen des integrierten Kabelkörpers 10, ohne dass es jedoch erforderlich ist, eine Abschirmschicht zu verwenden. Die Isolierschicht 34 wird auf die äußere Oberfläche des Kerns 32 extrudiert. Als nächstes wird eine innere gewickelte Schicht 38 auf die äußere Oberfläche der Isolierschicht 34 gewickelt. Die äußere gewickelte Schicht 40 wird auf die innere gewickelte Schicht 38 gewickelt. Dieses Herstellungsverfahren hilft, den Spalt zwischen den zwei Bauteilen zu eliminieren.

Ferner hat das integrierte flexible Antriebs- und Koaxialübertragungskabel aus 3 einen kleineren Außendurchmesser als typische Kombinationen eines Antriebskabels und eines Koaxialkabels. Dies wird erreicht, indem der Spalt zwischen der inneren Oberfläche des Antriebskabels und der äußeren Oberfläche des Koaxialkabels eliminiert wird und indem eine typische Koaxialkabelhülle eliminiert wird, die häufig verwendet wird, um die inneren Schichten des Koaxialkabels an Ort und Stelle zu halten. Mit anderen Worten, die Koaxialkabelschichten (der Kern 32 und die Isolierschicht 34 von 4) füllen das zentrale Lumen innerhalb des integrierten Kabelkörpers 30.

Bei der in 3 und 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird die Abschirmschicht eliminiert, und die innere gewickelte Schicht 38 ist so konstruiert, dass sie Abschirmeigenschaften hat, wodurch der Außendurchmesser der Kombination aus dem Antriebskabel und dem Koaxialkabel weiter reduziert wird. Eine solche innere gewickelte Schicht 38 besteht vorzugsweise aus Materialien, die ähnliche mechanische Eigenschaften und ähnliche elektrische Eigenschaften bereitstellen wie diejenigen der separaten Abschirmschicht und der separaten inneren gewickelten Schicht. Solche Materialien umfassen eine Kombination aus rostfreiem Stahl und Kupfer, rostfreiem Stahl und Silber und dgl. Obwohl diese Ausführungsform die Abschirmschicht eliminiert, stellt sie immer noch vorbildliche Abschirmqualitäten bereit, indem ein Material mit Abschirmeigenschaften in die innere gewickelte Schicht 38 aufgenommen wird.

5 zeigt ein flexibles Antriebskabel 50 mit einem distalen Ende 54 und einem proximalen Ende 58. Ein Arbeitselement 52 ist betriebsfähig an dem distalen Ende 54 angebracht. Das Arbeitselement, das einen einstückigen Wandler, eine ringförmige Anordnung von Wandlerelementen oder dgl. umfassen kann, ist ferner betriebsfähig an dem leitfähigen Kern angebracht. Auf diese Weise können elektrische Signale an das Arbeitselement oder von diesem gesendet werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung ein Arbeitselement wie die kreisförmige Anordnung, die in der internationalen Patentanmeldung WO 99/39641 offenbart ist, verwenden.

Ein Koppelelement 56 ist betriebsfähig an dem proximalen Ende 58 des Antriebskabels 50 angebracht. Das Koppelelement 56 wird verwendet, um das Antriebskabel 50 mit einem Bildverarbeitungsgerät und/oder einer Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) zu koppeln, die derart arbeiten kann, dass sie den Katheter steuert. Beispielsweise könnte ein solches Koppelelement 56 mit einem Rotationstransformator gekoppelt sein, beispielsweise demjenigen, der in der internationalen Patentanmeldung WO 99/39640 offenbart ist.

Bezugnehmend nunmehr auf 6 wird ein erfindungsgemäßes Kathetersystem 60 beschrieben. Das Kathetersystem 60 umfasst einen Katheterkörper 62 mit einem distalen Ende 64, einem proximalen Ende 66 und einem Arbeitslumen 68. Ein flexibles Antriebskabel 70, beispielsweise das in Verbindung mit den 3 und 4 beschriebene Kabel, wird ebenfalls bereitgestellt. Ein Arbeitselement 72 ist betriebsfähig an dem flexiblen Antriebskabel 70 angebracht. Indem ein Koaxialkabel als Übertragungskabel verwendet wird, wird den vom Koaxialkabel übertragenen elektrischen Signalen eine vorbildliche HF-Abschirmung geboten.

Die Erfindung wurde jetzt detailliert beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass gewisse Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können. Daher sind der Umfang und der Inhalt dieser Erfindung nicht auf die vorhergehende Beschreibung beschränkt. Vielmehr werden der Umfang und Inhalt durch die folgenden Ansprüche definiert.