JP6908325B2 - 高周波超音波トランスデューサアレイを含む医療機器 - Google Patents

Description

本出願は、２０１５年１１月２５日出願の米国特許仮出願第６２／２６０，２１９号の利益を主張し、参照によりその全体を本明細書に援用する。

開示の技術は医療装置に関し、特に超音波トランスデューサを含む医療装置に関する。

超音波カテーテルは、血管及びその他の組織の生体内撮像に一般的に使用される。ほとんどの場合、超音波カテーテル型のトランスデューサ、例えばＩＶＵＳトランスデューサは、高周波（中心周波数が１５ＭＨｚ超）で動作し、アレイ型トランスデューサの製造が困難であり、またカテーテルシャフト内に密に封じ込めることに多くの課題を有している。高周波（中心周波数１５ＭＨｚ超）のフェーズドアレイの市販品がないために、前方視カテーテル型超音波トランスデューサは、機械走査式単一素子方式、側方視リニアアレイ又は場合によっては別の前方視トランスデューサと併用されるリングアレイ、に頼っている状況である。ほとんどの場合、カテーテルの最大寸法が、通常の超音波アレイ技術及び関連の内視鏡用電気相互接続技術の使用を許さない。

典型的な超音波カテーテルには、薄い、操縦可能なシャフトの遠位端に配置される、側方放射型の、単一素子又は複数素子のアレイが含まれる。いくつかのデバイスでは、機械機構がトランスデューサに接続されて、カテーテルの周りの全方向の組織を撮像するために、±１８０度又は全３６０度回転可能なようになっている。そのような機構には、１つ以上のスリップリング又は他の可動式電気接続部の使用が含まれる。この種のカテーテルの問題点として、単一素子トランスデューサに必要な可動接続部は故障しやすいこと、及び複数素子のリングアレイトランスデューサはカテーテルの前方にある組織の撮像が不可能であって、その機能を持たせるために追加の前方視トランスデューサを必要とすることがある。トランスデューサアレイを部分的に前方視方向に配向させようとする試みは、個々のトランスデューサ素子を接続するケーブル又はワイヤの寸法によって制限されることが多く、血管壁全周の完全な画像を生成するには機械的走査に依存する。その上、高周波の曲線アレイは、カテーテル型アプリケーションに要求される小型パッケージでは市販品が入手不能である。

これらの問題のために、トランスデューサアレイへの接続部の寸法並びにアレイ素子及び相互接続部の寸法を減少させて、前向き方向に配向した高周波フェーズドアレイとして操作可能とし、又はカテーテルを小血管又はその他の組織を撮像できるほどの小さい直径にしたままで、側方放射配向又は部分側方放射配向（例えば４５度前方）へより大きなトランスデューサを使用することを可能とする、機構が必要とされる。

本開示技術の一実施形態による超音波カテーテルの図である。 本開示技術の一実施形態による、カテーテル内に配置された、前向き超音波トランスデューサの拡大図である。 本開示技術の一実施形態による、一対のフレックス回路のトレースのトランスデューサ素子アレイへの接続方法を示す図である。 本開示技術の一実施形態による、超音波トランスデューサ素子アレイ及び導電性フレームを示す図である。 本開示技術の一実施形態による、圧電材料シート内のトランスデューサ素子アレイを示す図である。 本開示技術の一実施形態による、トランスデューサアレイ、整合層スタック及びレンズ素子の等角断面図である。 本開示技術の一実施形態による、トランスデューサアレイ、整合層スタック及びレンズ素子の等角断面図である。 本開示技術の一実施形態による、導電性トランスデューサフレームのコーナ部と位置合わせ構造の拡大図である、 本開示技術の一実施形態による、フレックス回路の電気トレースと係合するように構成された、フレーム上に形成された外向きに延在する複数のリブの拡大図である。 複数の露出トレースを含む、単純化されたフレックス回路の図である。 本開示技術の一実施形態による、トランスデューサ素子に接続された導体にトレースを整列させる、一対のアライメント構造を含む、フレックス回路の図である。 本開示技術の一実施形態による、外向きに延在する複数のリブの上に配置されたフレックス回路の図である。 本開示技術の別の実施形態による、個々のトランスデューサ素子に接続された２列の交互配置のリブを有するトランスデューサの図である。 本開示技術の一実施形態による、トランスデューサアレイ素子に電気接続されたトレースを有するフレックス回路を備える超音波トランスデューサの図である。

図１は本開示技術の一実施形態により構築された超音波カテーテルの図である。図に示す実施形態では、カテーテル５０には遠位端５４と近位端を有する可撓性シャフト５２が含まれる。シャフトの遠位端には、Ｒｅｘｏｌｉｔｅ（登録商標）ポリスチレン又はＴＰＸ（登録商標）ポリメチルペンテンなどのポリマーレンズ５５（図２Ａ）の後ろに配置された、前向きの超音波フェーズドトランスデューサアレイ５８がある。可撓性シャフト５２には、ガイドワイヤ又はその他の医療装置の通路となる、１又は複数の管腔（図示せず）も含まれてよい。一実施形態では、シャフト５２は複数の制御ワイヤ（図示せず）を含み、それを使用してシャフトの遠位端を所望方向へ配向可能である。

図示した実施形態では、カテーテル５０の近位端には電気コネクタ（図示せず）が含まれ、そこで電気信号がカテーテルに供給され、又はカテーテルから受け取られる。いくつかの実施形態では、カテーテルには手動又は電子制御機構を持ったハンドルが含まれ、それによりトランスデューサアレイ５８の向きが±９０度に亘って回転するように作動される。一実施形態において、制御機構６４には、超音波トランスデューサアレイ５８に接続され、それを介して電気導体がトランスデューサ素子まで配線される、エラストマ又は金属のスリーブを含むことができる。カテーテルのハンドル内のスリーブ近位端を回転させて、カテーテルの遠位端におけるトランスデューサアレイ５８を回転するように操作する。当業者には理解されるように、トランスデューサアレイ５８の向きを回転させる他の機構もまた可能である。トランスデューサは±９０度に亘って回転するだけであり、可動接続部又はジョイントは必要でない。例えば、近位端を回転させるだけで、カテーテルの全長を±９０度の角度に亘って正、逆に回転させることができる。トランスデューサのビームは、カテーテルが配置されている管の壁面を撮像するために電子的に操縦可能であるので、管又はその他の器官の中でカテーテルを回転させることにより、トランスデューサはトランスデューサ前方の組織の全３６０度の視野を取得することが可能である。

超音波トランスデューサアレイ５８によって生成された信号は、通常の方式で処理されてモニタ８０上に表示されるか又は後で検索または解析するためにコンピュータ可読媒体に記憶される。超音波トランスデューサアレイ５８は前向きであるために、オペレータはカテーテルが置かれている管又は組織の良好な視野を有し、それによってデバイスを体内に前進させる助けとする。

図２Ａは、トランスデューサアレイ５８の個々の素子のそれぞれに接続される複数の導体を示す。一実施形態では、トランスデューサアレイ５８は１又は複数のフレックス回路８２ａ、８２ｂへ接続される。フレックス回路８２ａはその中に、偶数番のトランスデューサ素子へ接続される複数のトレースを有し、他方フレックス回路８２ｂは、トランスデューサアレイの奇数番のトランスデューサ素子へ接続されるトレースを有する。別の実施形態では、トランスデューサの片側に接続された単一のフレックス回路が、トランスデューサ素子のそれぞれに接続されるトレースを含む。一実施形態では、トランスデューサアレイ５８は、約１５〜４５μｍピッチで、６４、９６、１２８（またはそれ以上）の素子を有する。トランスデューサ素子のピッチが０．６波長（例えば発信される超音波信号の波長）、より好ましくは約０．５波長より小さい場合には、トランスデューサアレイは例えば±４５度の範囲に亘って延在するビーム形成方向を有するフェーズドアレイとして動作可能である。１５〜６０ＭＨｚ超においてトランスデューサ素子によって生成されるエコー信号は、関心領域の微細な細部を観察可能とする。

一実施形態では、本明細書に記載の技術を使用して、素子ピッチが１５μｍで動作周波数が５０ＭＨｚの６４素子のトランスデューサアレイを、直径が約２〜３ｍｍのカテーテル又はプローブ内に収納できることが期待される。これにより、血管やその他の管を含む小さな体腔内へのプローブの挿入が可能となる。他の動作周波数、例えば１５〜６０ＭＨｚ及びそれ以上、並びに異なる数のアレイ素子（例えば１２８、２５６、５１２、あるいはその他）の超音波撮像アレイもまた、本明細書に記載の技術を使用して製造可能である。一例として、１２８素子の１５ＭＨｚのフェーズドアレイトランスデューサを、直径が約８ｍｍのプローブ内に収納可能である。第２の例として、６４素子の４０ＭＨｚのフェーズドアレイトランスデューサを、直径が約２ｍｍのプローブ内に収納可能である。他の組み合わせもまた可能である。

理解されるように、プローブは常に可撓性である必要はない。例えば、超音波撮像アレイを有する剛性又は半剛性のプローブは、外科処置の撮像又は体内組織の撮像に使用することができる。プローブは、直線であってもよいし、所定形状を持っていてもよいし、あるいは特定の体組織を撮像するために選択された形状を有してもよい。同じピッチで素子数の少ないプローブはさらに小さく作ることが可能であり、またカテーテルの直径が大きくてよい場合にはより大きなアレイを使用することが可能である。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサの向きはプローブ内で固定されていて、体組織の更なる領域を撮像するためにはオペレータはプローブを動かすか回転させることを要求される。さらに別の実施形態では、フェーズドアレイトランスデューサは前向き方向に直接向いていなくて、プローブ前面に対して４５度などのある角度に向いている。さらに別の実施形態では、トランスデューサアレイ５８はカテーテル内で側方放射であることもある。

一実施形態では、１又は複数のフレックス回路８２ａ、８２ｂは、カテーテルの全長に亘って延在するときカテーテルシャフトの長手軸の周りに捩れている。これによりカテーテルの遠位先端は、１つの面内に可撓性があり別の面内では硬直であるのではなく、任意の方向に向けることが可能となる。

上記のように、カテーテルを前向きの超音波トランスデューサアレイに適合させることに関する１つの課題は、トランスデューサ素子を、トランスデューサ自体よりもあまり大きくもなく幅広でもない、複数のトレースに接続可能であることである。トランスデューサ素子が、トランスデューサそのものよりも遥かに幅広のフレックス回路の導体に接続される場合には、そのアレイを、関心領域内に挿入可能な薄いカテーテル内部へ挿入することはできない。本開示の技術の一実施形態では、フォトリソグラフィ技術を利用してトレースを印刷することにより、トレースを含む幅の狭いフレックス回路８２を形成可能である。ただし、トレースが個々のトランスデューサ素子に整列するために、トレースをトランスデューサ上に正確に配置する必要がある。

かつては、導電性トレースをトランスデューサ素子に対して手で整列させて、製造工程が完了するまで慎重に処理しなければならなかった。トランスデューサアセンブリが誤って何かに当たるとか、トレースが正しく整列されなかった場合には、それは不合格品となった。超音波トランスデューサの動作周波数が高くなり、かつトランスデューサ素子が更に小さくなると、これは更に厳しくなる。本明細書に記載の技術によれば、最小幅の超音波トランスデューサを生成する製造プロセス工程が単純化される。

図２Ｂに示すように、トランスデューサにはフレームがあって、このフレームの寸法８４は、トランスデューサアレイの素子との間で双方向に信号を搬送するフレックス回路８２の幅よりも大きい（例えば幅が広い）。図２Ｂでは、トランスデューサのコーナ部を切り欠いて、トランスデューサアレイのリブとの間の接続が見えるようにしてある。そこでは詳細を後述するように、リブがフレックス回路８２のトレースの露出部分に接続される。バッキング部材９０がアレイ素子の近位側領域に配置され、アレイ背面から放射される超音波信号を吸収及び／又は反射をする。

図３Ａ〜図３Ｄ及び以下の説明で、本開示技術のいくつかの態様による、高周波超音波トランスデューサ製造の複数の工程を概説する。製造プロセスのいくつかの態様の更なる詳細は、米国特許出願公開第２０１３／０２０７５１９号明細書、米国特許出願公開第２０１３／０１４０９５５号明細書、米国特許出願公開第２０１４／０３５０４０７号明細書、米国特許出願公開第２０１５／０１７３６２５号明細書に見ることができる。これらは本出願の譲受人であるＦｕｊｉｆｉｌｍ ＳｏｎｏＳｉｔｅ Ｉｎｃ．が共通の譲受人であり、参照によりその全体を本明細書に援用する。一実施形態において、圧電材料１５０の四角形シートが下側の面を上に向けて平坦な製造パックに取付けられて、エキシマレーザなどの成形ツールによって加工される。そうしてレーザやその他の成形ツールを用いて個別のトランスデューサ素子１５８のアレイを生成し、かつトランスデューサアレイの周囲に、間隔をおいて配置された複数のビア１６０を生成する。図３Ｂに示すように、アレイには複数のトランスデューサ素子１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃなどが含まれる。一実施形態において、各トランスデューサ素子１５８は、各素子の中心で長さ方向に小分割されて、望ましくないモードでの振動を防止する。図に示す実施形態では、アレイ素子及び小分割を画定する切り込みスロットは、圧電材料の幅よりも短い長さで示されている。ただし、圧電材料１５０の端部まで切り込みを入れることも可能である。

トランスデューサ素子同士の間の空間及び小分割切り込みスロット内には、例えば柔らかいエポキシなどの好適な軟質音響材料が真空含浸法を用いて充填される。切り込みを充填した後、表面を研磨又は研削して丁度圧電材料面まで平坦化し、トランスデューサの下面すなわち前面に接地導体を形成する金又はクロム＋金などの導電性金属をスパッタ被覆する。ビア１６０を導電性エポキシで充填し、メッキされたビアホールが覆われて充填される。ビアがメッキされ充填されると、ビア１６０は、トランスデューサアレイの前面の導体への電気的導電路を形成する。動作時に、トランスデューサ下面の導体は、一般的に共通の接地に接続され、駆動信号は、導電性リード（図示せず）によって選択されたトランスデューサ素子の頂部に印加される。選択されたトランスデューサ素子が振動して超音波音響信号を生成する。受信サイクルでは、音響エネルギがトランスデューサ素子に突き当たり、リード上に信号を生成する。それが信号処理回路（図示せず）によって読み込まれる。

図３Ｃと図３Ｄに示すように、トランスデューサの前面は、複数の整合層を介してレンズ材料１５４に接続される。一実施形態において、２つの粉末充填エポキシ整合層１６２、１６４が圧電材料１５０の金被覆面に被覆され、それぞれが４層の整合層システムの一部を構成する。層１６２と層１６４のそれぞれは被覆された後研磨されて、層の適切な厚さが確保される。図３Ｄに示すように、整合層１６２、１６４のトランスデューサ素子同士の間の空間に対応する領域に、切り込み１６７が配置される。切り込み１６７は、レンズ１５４を整合層１６４へ接合するために使用する接着剤で充填される。

次にレンズ材料１５４が、接着剤１６６を使って整合層１６４の外側表面に接着される。一実施形態では、レンズ１５４は、Ｒｅｘｏｌｉｔｅ（登録商標）ポリスチレン又はＴＰＸ（登録商標）ポリメチルペンテンなどのポリマー製である。ただし、他のレンズ材料を使用することもできる。一実施形態において、レンズ１５４は、特殊なレンズ材料に対して接着可能な、シアノアクリレート（ＣＡ）接着剤１６８などの接着剤層で被覆される。ＣＡ接着剤はレンズ表面へ接着可能であるとともに、音響整合層の生成に対してより一般的に有効な他の接着剤によって接着されることもできる。

シアノアクリレート層は、アレイ周波数の例えば１／４波長整合層の音響整合層として作用する適正な厚さにまで研磨される。次に、シアノアクリレート被覆されたレンズ材料５４に接着する粉末充填エポキシなどの接着剤１６６を用いて、ＣＡ接着剤層の外側面が整合層１６４の外側面に接合される。接着剤１６６は、４層システムの第３の１／４波長整合層を形成し、ＣＡ層１６８は４層システムの第４層を形成する。接着剤１６６は、切り込み１６７内の空気をすべて除去するために、真空下で塗布される。一実施形態において、整合層１６２、１６４、１６６の組成は、本発明の譲受人に譲渡された、米国特許第７，７５０，５３６号明細書、及び米国特許第８，３４３，２８９号明細書に記述されており、参照によりそれらの全体を本明細書に援用する。

一実施形態において、第３の整合層の生成に必要な接着剤１６６の厚さは、圧電材料シート１５０の下部周囲の周りに複数のスペーサ要素１６９を配置することで制御される。スペーサ要素１６９は所望の高さにまで研磨されて、接着剤１６６が１／４波長整合層を形成するように選択された高さを有するピラーが形成される。図３Ｃに最もよく示されているように、スペーサ要素１６９が配置されると、接着剤１６６が、圧電シート面に既に被覆されている整合層の上に配置される。そうして、ＣＡ被覆されたレンズ材料１５４がスペーサ１６９に押し付けられて、メッキされた圧電材料１５０にすでに貼り付けられた最上層の整合層表面から所望の距離にレンズ材料が接着される。

圧電材料シート１５０、音響整合層１６２、１６４、１６６、１６８及びレンズ１５４は、次にレンズ側を下にして製造パックに取付けられて露出された圧電側が研磨され、トランスデューサ素子を所望の厚さとする。

図３Ａに示す、モリブデン又は類似の金属でできた導電性金属フレーム１７０が、導電性エポキシでトランスデューサアレイの上面に接着される。導電性フレームはしたがって、充填ビア１６０で形成された導電路を介して、トランスデューサアレイの前面の導電性材料に電気的に接続される。フレーム１７０は開放された底面を有し、トランスデューサ素子の上面は、フレーム１７０の底部の開口を通してアクセス可能である。フレーム１７０は傾斜した側壁を有し、それらがトランスデューサアレイ１５８の上にトラフ（凹型構造）を形成する。開示した実施形態は導電性フレームを利用するが、非導電性フレームを用いることも可能であり、またトランスデューサの遠位側の電極への接続を導電性の箔、ワイヤ又は他の電気導体を用いて行うことも可能である。

フレーム１７０がトランスデューサアレイに接合されると、トランスデューサ素子の上にカバーが配置され、フレーム１７０の開放側に粉末充填エポキシ１７２の材料が添加される。一実施形態では、マトリックス材料に添加される粉末は粉末シリカであって、レーザ加工後にエポキシ表面にテキスチャが付加される。次に、剥離剤で覆われたモールド１８０が硬化中のエポキシ１７２に押し付けられて、フレーム内に複数の所望特徴形状が形成される。一実施形態では形状として、フレームの側壁の、超音波アレイの端部を越えた位置に配置される一対のリセス１７６ａ、１７６ｂが含まれてよい。更なるリセスがフレームの対向する側壁（図示せず）上に形成されてもよい。

図４は、フレーム１７０の１つのコーナ部と、エポキシ１７２に形成されたリセス１７６ｂの拡大図を示す。位置合わせ構造１７８が各リセス１７６に配置され、後で説明するように、フレックス回路の電気トレースをトランスデューサ素子に整列させるために使用される。一実施形態では、位置合わせ構造は好ましくは成形された粉末充填エポキシ材料で作られ、公差が例えば±５μｍまで正確にレーザ加工される。位置合わせ構造１７８は、接着剤でリセス１７６内に固定可能である。いくつかの実施形態では、寸法の少し小さいリセス７６がエポキシ内に成形され、レーザ又は他のマイクロマシンツールを用いて、リセスがリブの位置に正確に位置決めされる寸法になるまでトリミングされる。リセスが正確に配置されてトリミングされると、フレックス回路の対応するアライメント構造に嵌合させるために位置合わせ構造７８がリセス内に接着される。いくつかの他の実施形態では、過剰なエポキシ又は他の接着剤の塊をフレームに配置して、レーザ等によって位置合わせ構造に微細加工することもできる。フレーム上の位置合わせ構造とフレックス回路上の対応するアライメント構造とが、フレックス回路の露出されたトレースをフレーム上の導電性リブに整列可能とする。

トランスデューサフレーム１７０の粉末充填エポキシ１７２は、次にエキシマレーザにより加工され、フレームの側壁に部分的に延在してトランスデューサアレイの個別のトランスデューサ素子に繋がる複数のチャネルが生成される。かつては、露出された回路トレースをエポキシで覆うために粉末充填エポキシを添加する前に、フレックス回路がフレーム１７０に固定された。そうしてエキシマレーザなどのパターン形成ツールを使用してエポキシにトンネルを掘り、フレックス回路上の回路トレースの一部を露出させた。これはうまく機能したが、フレックス回路上のトレースは、フレームに固定する前にトランスデューサ素子に対して手動で整列された。さらに、フレックス回路とトランスデューサアセンブリを一緒に保持する材料内にトランスデューサが埋め込まれるまでは、アセンブリの取り扱いが難しかった。

この組み立て技術を改善するために、各トランスデューサ素子をトレースに接続するチャネルを、各チャネルがフレーム１７０の側壁上を進むに連れて隆起リブとなるような形状とする。図５からわかるように、複数のチャネル２００ａ、２００ｂ、２００ｃなどが、１つおきのトランスデューサ素子（例えばすべての奇数番のトランスデューサ素子）の間のピッチと同じピッチで粉末充填エポキシ１７２内に切り込まれ、他方で、交互配置となるチャネルがフレームの反対側に形成されてすべての偶数番のトランスデューサ素子に整列する。あるいは、チャネルをフレームの片側にのみ形成して、各トランスデューサ素子と整列するようにもできる。一実施形態において、各トランスデューサ素子に整列するチャネルは、チャネルがトランスデューサ素子から外方向に進むに連れて深さを減少する。チャネルは深さを減少して、フレーム１７０の側壁を約半分くらい登ったところで「チャネル」がエポキシ表面から外向きに延在し始める点に達し、そこから外向きに延在するリブ２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃなどが形成される。一実施形態において、リブ２０２は、リブを画定する領域の両側で粉末充填エポキシ１７２を切除して生成される。一実施形態において、各リブ２０２の頂面に沿ってレーザで複数のけがき線が形成されてリブ２０２の頂部の表面積を増加させ、フレックス回路の隆起リブの導電面への固着工程の一部として行われるプレス時の金電極の強度を確保する。

チャネルとリブがエポキシ内にパターン形成されると、トランスデューサアセンブリの頂面が金又は金＋クロムなどの導体でメッキされて、チャネル２００内とリブ２０２の頂部に導電層を残すように処理される。一実施形態では、トランスデューサ素子の頂面とリブを含むトランスデューサアレイの表面に、金や金＋クロムなどの金属層をスパッタコーティングすることによって導電性材料が被覆される。次に、トランスデューサ上にレジスト層が塗布され、フォトリソグラフィ法を利用して導電性材料を除去すべき領域が露出される。一実施形態では、導電性材料は、トランスデューサ素子の間の領域及び導電路のチャネル領域の間の領域から除去され、また、リブの各側面からも除去されなければならない。化学エッチ物質を使用して、レジスト及び導電性材料が不要領域から除去される。最後に、レーザを使用してエッチングプロセス後の導電性材料の残滓が除去される。

レーザ−エッチ−レーザ（ＬＥＬ）プロセスの後、各トランスデューサ素子の頂面とフレーム１７０上の対応するリブ２０２との間に、導電路が生成される。複数の露出トレースを有するフレックス回路が次にフレームに固定されて、トレースとトランスデューサ素子との間の電気接続を形成するために、露出トレースがフレーム上の対応するリブに整列されて係合される。この方法の利点の１つは、トランスデューサの頂面が導電性材料で被覆されるとき、フレックス回路をトランスデューサアセンブリに固定する必要がないことである。したがって、トランスデューサのハンドリング時にフレックス回路接続部が壊れる可能性は小さい。さらに、被膜形成時にフレックス回路はまだ取付けられていないので、より多くのトランスデューサアセンブリをスパッタリング装置のチャンバ内に収容可能である。したがって、より多くのトランスデューサアセンブリを一度に処理可能である。

図５に示す実施形態では、各リブ２０２はトランスデューサのフレーム壁の同じ高さで終端する。別の実施形態では、リブ２０２は異なる高さで終端して、交互配置されたトレースがリブに接続されるようにする。例えば、トランスデューサ素子への接続部がトレース間の距離よりも小さい場合、トレース同士をずらして配置、又は交互配置とすることができる。例えばトレース１、３、５などの一組のトレースをフレックス回路の１つの層に配置し、トレース２、４、６などを、第１の層内の露出トレースより後退させた、フレックス回路の異なる層に配置することが可能である。各層のトレースの露出部分は、トランスデューサフレームの壁の異なる高さまで延在するリブへ接合可能である。交互配置のトレースに対する同様の手法が、前述の米国特許出願第２０１３−０１４０９５５（Ａ１）号に開示されている。参照によりその全体を援用する。

図９は、異なる高さに２組のリブを有する超音波トランスデューサの一部の例を示す。ここに示す実施例では、フレームには、トランスデューサフレーム側壁の途中まで延在する、第１の組のリブ２０２と、トランスデューサフレーム側壁のより高くまで延在する、第２の組のリブ２２２とが含まれる。各レベルのリブは交互配置されている。

露出トレースを有する１つのフレックス回路（図示せず）がリブ２０２に係合し、同時に露出トレースを有する別のフレックス回路（これも図示せず）がリブ２２２に係合する。理解されるように、所望であれば３層以上のリブをエポキシ材料に形成することも可能である。

一実施形態において、フレックス回路の露出トレースは、非導電性接着剤によってリブ２０２上の導電性被覆に接合される。パワー充填エポキシのレーザ加工面は（顕微鏡的スケールで）粗いので、リブ頂部に塗布されたフィラー材料の粒子は、フレックス回路とリブが一緒に接合されるときに接着剤を貫通してフレックス回路の導体と係合する導電性スパイクとして作用する。図１０は、金属トランスデューサフレーム１７０上のリブ２０２に対して固定されたフレックス回路２５０の一部の例を示す。トレース（図示せず）の下側の露出部分が、トランスデューサアレイ内の対応するトランスデューサ素子との電気的接続を形成するために、リブ２０２の導電性被覆に押し付けられて、接着剤により保持される。フレックス回路の１又は複数の接地接続部は、導電性エポキシを用いてトランスデューサアセンブリの金属トランスデューサフレーム１７０に（従って導電性ビアによりトランスデューサアレイの前面の導電性被覆へも）接続される。

フレックス回路の製造者はトレースを所望のピッチで高精度に形成可能であるが、フレックス回路の端部とトレースの開始部との間の距離を同一公差で制御できないことが多い。フレックス回路の端部とトレース開始点の間の距離には大きな変動があり得る。したがって、フレックス回路の端部をトランスデューサ上の特徴物と整列させるだけで、トレースがトランスデューサ素子に接続された導体に整列することは期待できない。図６は、複数の露出された導電性トレース２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃ、・・・、２５２ｈを含む代表的なフレックス回路２５０を示す。トレース２５２同士の間の距離は非常に正確なことが多い。ただし、端部２５４と最近接トレース２５２ａとの間の距離、又は端部２５６と最近接トレース２５２ｈの間の距離は、フレックス回路が異なれば大幅に変化する可能性がある。この問題に対処するには、図４に示す位置合わせ構造１７８を使用する。

図７に示すように、本開示の技術の一実施形態は、フレックス回路にアライメント穴あるいは構造２６０ａ、２６０ｂを配置する。そのような構造は、最近接トレースなどの参照点から所定の距離２６６、２６８にレーザで形成可能である。理解されるように、アライメント穴２６０は、フレーム１７０に配置される対応の位置合わせ構造１７８の上に嵌合するように設計される。位置合わせ構造１７８がアライメント穴２６０内に配置されると、フレックス回路上のトレースは、フレーム上の対応するリブに整列する。

本開示技術の別の態様によれば、フレックス回路２５０のいくつかの実施形態には、電気トレース２５２の間に切り込まれた穴、又はビア２７０を含む。一実施形態では、穴２７０はフレックス回路の各トレースの間に配置される。別の実施形態では、穴２７０はフレックス回路のトレースの間に別の間隔（又は可変間隔）で配置される。穴２７０はフレックス回路２５０をリブ２０２に固定するために使用される接着剤を押し出させてリベット形のキャップを形成させ、これがフレックス回路のトランスデューサフレームへの固定を助ける。図８は、フレーム１７０上の複数のリブ２０２に固定されたフレックス回路２５０の一例を示す。フレックス回路をフレーム上のリブへ固定する接着剤の一部は穴２７０を介して加圧されてリベット２７６を形成し、それによりリブとトレースの間の接触が維持され、かつフレックス回路のフレーム１７０からの剥離防止の助けとなる。

高周波トランスデューサであればトランスデューサ素子を十分に小さくして、小さい枠内に大きな（例えば６４＋素子の）アレイを含むことができる。当業者には理解されるように、トランスデューサ素子の大きさは、そのアレイで使用可能なビーム操縦又はビーム形成の最大角度に影響する。上記のように、記述したトランスデューサへの接続部は十分に小さくて、トランスデューサと接続部の全体を、静脈内カテーテル、内視鏡、気管支鏡、膀胱鏡、歯科撮像プローブ又はその他の最小侵襲性撮像プローブ内に組み込むことが可能である。

トランスデューサ素子へ接続するフレックス回路の幅が、トランスデューサの幅とほぼ同じ（又はそれより小さい）ので、トランスデューサは、カテーテルの直径をそれほど増大させることなく、カテーテル内で前向きに配向させることが可能である。一実施形態において、フレックス回路のトレース両側の余分な材料は、トリミング除去可能である。従って、フレックス回路は、トランスデューサアレイの幅と同じかそれ以下の幅とすることが可能である。

トランスデューサ素子のピッチが小さい（例えば、好ましくは０．７５波長以下、より好ましくは約０．６波長未満である）ので、ビーム操縦又はビーム形成技術を使用して、トランスデューサを例えば±９０度を超えて動かす必要なしに、トランスデューサの周りの様々な方向からの超音波信号を取得可能である。結果として、オペレータがカテーテルの進行方向を観察でき、かつカテーテルの周囲の組織の壁面を観察することもできる、前方視フェーズドアレイ超音波カテーテルが得られる。さらに、トランスデューサ素子が切り込み線で分断されているので、個々の素子同士の間のクロストークが減って優れた信号が形成される。それに加えて、素子を小分割して、帯域外の横モード共振で動かして、素子間のクロストークを更に低減することも可能である。

以上より、開示技術の特定の実施形態が例示の目的で本明細書に記述されたこと、ただし、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更が可能であることが理解されるであろう。例えば、トランスデューサのフレーム上の位置合わせ構造とフレックス回路は、柱と穴として嵌合することが必ずしも必要ではない。鍵と鍵溝などの他の形状も使用可能である。またこれに替わって、柱又は他の形状がフレックス回路の既知の位置に固定され、穴又は他の形状がフレーム上に形成されて、フレックス回路をフレーム上のリブに整列させることも可能である。さらには、カテーテル又は最小侵襲の医療装置が、側方放射のトランスデューサアレイを含むことができる。側方放射アレイが使用される場合、１２８、２５６又は５１２個の（あるいはそれを超える）トランスデューサ素子の、より大きなアレイの使用が可能である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって限定されるものを除いて限定を受けない。

Claims (22)

1. 体の領域を検査するプローブであって、
   プローブ本体と、
   プローブ本体内の超音波トランスデューサであって、
   フレームと、
   前記フレームに接続された圧電材料シートとして形成された、底面と頂面を有するトランスデューサ素子のアレイと、
   前記トランスデューサ素子の一表面を回路トレースへ接続する複数の導電路であって、前記複数の導電路は、隣接リブから空間によって分離された外向きに延在するリブをそれぞれ含み、各リブは導電性トレースの露出面に係合するように適合された導電面を含む、複数の導電路と、
   を含む超音波トランスデューサと、
   前記超音波トランスデューサの前記リブに接続されるトレースを有する、１又は複数のフレックス回路と、
   を備えるプローブ。
2. 各リブは、前記フレームに配置されたエポキシマトリックス材料で形成される、請求項１に記載のプローブ。
3. 前記エポキシマトリックス材料は、フィラー材料を含む、請求項２に記載のプローブ。
4. 前記フィラー材料はシリカである、請求項３に記載のプローブ。
5. 各導電路は、トランスデューサ素子の隣接領域に形成されたチャネル部を更に含み、
   各チャネルは、前記導電路が前記フレームの前記エポキシマトリックス材料表面より上に隆起してリブとなる地点に向かって深さが減少する、請求項２に記載のプローブ。
6. 前記フレームは１又は複数の位置合わせ構造を含み、
   前記位置合わせ構造は、フレックス回路の露出トレースを前記フレームの前記リブに整列させるために、電気導体を有する前記フレックス回路上の対応する構造に整列するように構成された、請求項１に記載のプローブ。
7. 各リブは、前記リブの頂部で表面積を増加させる、各リブの上に形成された複数のスクライブラインを含む、請求項１に記載のプローブ。
8. 各リブは前記超音波トランスデューサの前記フレーム上の同一高さで終端する、請求項１に記載のプローブ。
9. 前記超音波トランスデューサのリブは前記超音波トランスデューサの前記フレーム上の異なる高さで終端する、請求項１に記載のプローブ。
10. 複数の露出トレースを有するフレックス回路を更に備え、
    前記各トレースがリブ頂部の導電面を介して前記アレイ内のトランスデューサ素子に電気的に接続されるように、前記フレックス回路の前記トレースが前記リブに係合する、請求項１に記載のプローブ。
11. 前記フレックス回路は、前記露出トレースが前記リブと係合する領域の前記トレース間に配置された複数の穴を含み、
    前記穴は、前記フレックス回路が前記リブに接着されるときに、接着剤に前記穴を通過させて複数のリベットヘッドを形成させるように構成された、
    請求項１０に記載のプローブ。
12. 医療撮像装置であって、
    遠位端と近位端を有する細長シャフトと、
    ピッチが０．７５波長以下の複数のトランスデューサ素子のアレイを有する、前向きの高周波超音波トランスデューサと、
    を備え、
    前記超音波トランスデューサは前記細長シャフトの前記遠位端に配設され、超音波信号を前記遠位端の前方方向に配向させ、かつその方向から超音波エコーを受信し、
    前記超音波トランスデューサの前記複数のトランスデューサ素子は、前記アレイを支持するフレーム上に形成された複数の外向きに延在するリブを経由してフレックス回路上の電気導体に接続され、
    前記外向きに延在するリブは隣接リブから空間によって分離され、かつ導電面を有し、前記フレックス回路上の電気導体の露出部に整列するように配置される、
    医療撮像装置。
13. 前記超音波トランスデューサは、１５ＭＨｚ以上の動作周波数を有する、請求項１２に記載の医療撮像装置。
14. 前記超音波トランスデューサは、２０ＭＨｚ以上の動作周波数を有する、請求項１２に記載の医療撮像装置。
15. 前記超音波トランスデューサは、５０ＭＨｚ以上の動作周波数を有する、請求項１２に記載の医療撮像装置。
16. 前記超音波トランスデューサは、前記アレイの超音波トランスデューサ素子間のピッチが０．６波長未満である、請求項１２に記載の医療撮像装置。
17. 前記シャフトの前記遠位端は操縦可能である、請求項１２に記載の医療撮像装置。
18. 前記シャフトは剛体である、請求項１２に記載の医療撮像装置。
19. 前記フレームは、前記フレックス回路上のアライメント構造と協働するように構成された１又は複数の位置合わせ構造を含む、請求項１２に記載の医療撮像装置。
20. 前記高周波超音波トランスデューサは、静脈内カテーテル、内視鏡、気管支鏡、膀胱鏡、歯科撮像プローブ又は他の最小侵襲性撮像プローブなどの１つに組み込まれる、請求項１２に記載の医療撮像装置。
21. 前記シャフトは５ｍｍ未満の外径を有する、請求項１２に記載の医療撮像装置。
22. 前記超音波トランスデューサは、６４以上の素子を有し、かつ前記シャフトは５ｍｍ以下の外径を有する、請求項１２に記載の医療撮像装置。

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