CN112654303A - 具有超声换能器的介入设备 - Google Patents
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Abstract
一种介入设备(100、200、300)包括具有纵向轴线A–A’的细长轴(101)、超声换能器(102)、粘合剂层(103)和由热收缩材料形成的保护管(104)。超声换能器(102)被设置在细长轴(101)上，使得超声换能器(102)具有沿着纵向轴线A–A’的轴向长度L。至少沿着轴向长度L，粘合剂层(103)被设置在超声换能器(102)和保护管(104)之间，保护管(104)环绕超声换能器(102)，并且粘合剂层(103)被设置在超声换能器(102)与保护管(104)之间。
Description
技术领域
本发明涉及具有超声换能器的介入设备。介入设备可以在医学领域中的各种介入程序中使用。在一种考虑的应用中，超声换能器是用来跟踪介入设备关于超声成像探头的超声场的位置的超声检测器。
背景技术
医学领域中的介入程序越来越多地使用超声获得关于患者的解剖结构的或者处置患者的解剖结构的更多信息。在这方面，为了在感测和致动应用(诸如跟踪、成像或处置)中使用，超声设备可以配备有超声换能器，在本文中被定义为超声检测器，或者超声发射器，或者能够检测和发射超声信号的设备。
在Jay Mung、Francois Vignon和Ameet Jain的文件“A Non-disruptiveTechnology for Robust 3D Tool Tracking for Ultrasound-Guided Interventions”(MICCAI 2011,Part I,LNCS 6891,pp.153–160,2011,A.Martel,and T.Peters(Eds.))中更详细地描述的一种示范性应用中，超声检测器被附接到医学针，并且用来基于由检测器检测到的超声信号的计时关于波束形成超声成像探头的超声场跟踪针位置。
在文件WO2016207041A1中公开了用于将超声换能器附接到在跟踪应用中使用的介入设备的另一方法。该文件描述了用于将箔片的在周边内的包括换能器的部分转移到诸如医学设备或医学针的物品的转移堆叠体。转移堆叠体包括载体衬底、箔片，所述箔片具有被包含在其中的换能器，并且换能器被周边侧向地围绕。箔片可通过克服第一剥离保持力而与载体衬底分开。粘合剂层也被附接到箔片。粘合剂层被配置为提供箔片和物品之间的粘合，使得当物品经由粘合剂层附接到箔片时，箔片可通过克服第二剥离保持力而与物品的表面分开。第二剥离保持力(PRF2)大于第一剥离保持力。
另一文件WO2017013224A1也涉及出于基于超声的跟踪的目的而将超声换能器附接到介入设备。该文件描述了一种换能器层压板，在该换能器层压板中，在电导体与换能器层之间进行电接触。换能器层压板包括两个粘合剂涂覆的箔片，其粘合剂涂层被布置为面向彼此。在沿着两个电导体的长度的第一位置处，两个电导体被夹在两个粘合剂涂覆的箔片的粘合剂涂层之间，并且换能器层也被夹在两个电导体之间，使得进行与换能器层上的电极的电接触。在沿着两个电导体的长度的第二位置处，两个电导体被夹在两个粘合剂涂覆的箔片的粘合剂涂层之间，并且，不存在被夹在两个电导体之间的换能器层。
另一文件US2017/172544A1涉及一种具有薄膜压电传感器的针。传感器设备包括柔性平坦条带，所述柔性平坦条带包括多个层。该条带被配置为至少部分地封装医学设备。该条带包括第一介电层、被设置在第一介电层上的导电屏蔽层、被形成在导电屏蔽层上的第二介电层；以及图案化导电层，所述图案化导电层包括传感器电极、中心电极以及连接传感器电极和中心电极的迹线。
其他示范性应用(诸如血管内超声(即IVUS)成像)还包括介入设备(诸如导管)上的一个或多个超声换能器，以便生成脉管系统的图像。
不管该领域中的最新进展如何，在此类应用领域中依然存在改进超声换能器到介入设备的附接的余地。
发明内容
本发明设法改进超声换能器到介入设备的附接。这种问题的一些已知解决方案可能遭受超声换能器附近的湿气的进入，这会影响换能器性能。这种问题的其他已知解决方案可能遭受特别地在超声换能器附近具有不规则拓扑结构的介入设备。因此，当将此类介入设备插入到身体内时，医务人员用户可能经历对插入的可变阻力。
为了解决上面提到的缺点中的一个或多个，提供了一种介入设备。还提供了包含介入设备的相关的基于超声的位置确定系统和制造介入设备的相关方法。所述介入设备包括具有纵向轴线的细长轴、超声换能器、粘合剂层和由热收缩材料形成的保护管。超声换能器被设置在细长轴上，使得超声换能器具有沿着纵向轴线的轴向长度。此外，至少沿着超声换能器的轴向长度，保护管环绕超声换能器，并且粘合剂层被设置在超声换能器与保护管之间。
保护管可以减少湿气到超声换能器内的进入。保护管还可以提供超声换能器上面的更光滑的拓扑结构，并且由此提供介入设备到身体内的更光滑引入。通过由热收缩材料形成保护管，提供了可靠的制造方法。此外，发明人已经发现，通过将粘合剂层设置在超声换能器与保护管之间，可以实现改进的超声换能器性能。已经发现，当这样的保护管被设置在超声换能器上面时，薄的空气层通常被俘获在超声换能器与保护管之间。该空气层充当超声反射器和/或衰减器，并且由于其旋转地关于保护管的不规则厚度，因此可以引入超声灵敏度和/或辐射的超声信号强度的旋转变化。粘合剂层降低这样的空气层形成的倾向性，由此改进超声换能器的灵敏度和/或辐射的超声信号强度并且这些参数的旋转变异性。此外，粘合剂层还降低湿气到达超声换能器的风险，其用来随着时间维持超声换能器的性能。
参考所附的权利要求描述了进一步的方面。来自所描述的本发明的进一步的优点对技术人员来说也将会是显而易见的。
附图说明
图1图示了包括超声换能器102和粘合剂层103的介入设备100的正交视图。
图2图示了包括带形式的超声换能器102和粘合剂层103的介入设备200的正交视图。
图3图示了包括带形式的超声换能器102、粘合剂层103和电屏蔽层105的介入设备300的正交视图。
图4图示了介入设备200的正交视图，其中超声换能器102由以螺旋形式被缠绕在介入设备200的细长轴101上的换能器条带410提供。
图5图示了包括超声换能器102和粘合剂层103的换能器条带410。
图6图示了包括第一电导体115、第二电导体116、第一电极117和第二电极118的换能器条带410的各种视图。
图7图示了包括介入设备的示范性的基于超声的位置确定系统700。
图8在图8A中图示了通过将介入设备的细长轴101滚动842穿过超声换能器转移堆叠体840而制造介入设备100、200、300的方法，并且在图8B中图示了沿着D–D’的堆叠体的横截面端视图，并且在图8C中图示了沿着E–E’的堆叠体的横截面端视图。
图9图示了针对在不存在任何粘合剂层的情况下被缠绕在介入设备上的两个实验性超声换能器N121-15和N121-22的以任意单位的灵敏度测量相对于以度为单位的角度位置。
图10图示了针对在存在粘合剂层的情况下被缠绕在介入设备上的两个实验性超声换能器N126-9和N126-13的以任意单位的灵敏度测量相对于以度为单位的角度位置。
具体实施方式
为了图示本发明的原理，具体参考示范性位置跟踪应用描述了医学针形式的介入设备，其中针上的超声检测器的位置关于波束形成超声成像系统的超声场来确定。然而，应意识到，本发明也可以被用于采用超声换能器的其他应用领域(诸如超声成像和处置应用)中。还应意识到，虽然参考超声检测器形式的超声换能器，但是超声换能器可以备选地是超声发射器，或实际上能够检测和发射超声信号两者，或实际上包括超声发射器和超声检测器两者。本发明还适用于除了医学针之外的其他介入设备，一般来说包括但不限于导管、导丝、活检设备、导丝、起搏器导线、静脉线或外科手术工具。介入设备可以用于宽范围的各种医学程序中，例如从用于区域性麻醉的例程针插入到癌症的活检和经皮消融并且到更先进的介入程序。
图1图示了包括超声换能器102和粘合剂层103的介入设备100的正交视图。介入设备100具有具备纵向轴线A–A’的细长轴。超声换能器102被设置在细长轴101上，使得超声换能器102具有沿着纵向轴线A–A’的轴向长度L。此外，至少沿着超声换能器102的轴向长度L，保护管104环绕超声换能器102，并且粘合剂层103被设置在超声换能器102与保护管104之间。保护管104由热收缩材料形成。
在优选实施方式中，超声换能器102由压电材料形成。可以使用各种所谓的硬或软压电材料。压电材料可以例如是聚合物，诸如聚偏二氟乙烯(即PVDF)、PVDF共聚物(诸如聚偏氟乙烯三氟乙烯(P(VDF-TrFE))层)或PVDF三聚物(诸如P(VDF-TrFE-CTFE))。合适的PVDF聚合物的一个示范性供应商是英国剑桥的Goodfellow。备选地，超声换能器102可以是电容式微加工超声换能器，即CMUT设备。在优选范例中，超声换能器102包括单个换能器，但是两个或更多个此类换能器的阵列的使用也被考虑。
各种粘合剂材料被考虑用作图1中的粘合剂层103。包括EPO-TEK301的粘合剂(诸如环氧树脂)例如可以被使用，并且UV可固化粘合剂的使用也被考虑。在优选实施方式中，粘合剂层103由压敏粘合剂(即PSA)来提供。压敏粘合剂是当施加压力时形成粘合结合的一类材料。有利地，压敏粘合剂在热收缩保护管104收缩时提供可靠结合并且由此提供快速组装的鲁棒结构。合适的压敏粘合剂包括由3M公司制作的产品8211CL。这些可以被供应为PSA涂覆的聚合物片材，即箔片，诸如由3M公司供应的产品9019。在一个或两个表面上具有PSA的箔片是可获得的。PSA涂覆的聚合物片材通常被提供有可移除释放层，所述可移除释放层被剥离以露出粘合剂涂层并且由此保护粘合剂层直至其粘合剂性质被需要。箔片可以由一系列聚合物材料形成，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)或聚酰胺(PA)。通常，箔片由电绝缘材料形成。
各种热收缩材料被考虑用作保护管104。聚烯烃和含氟聚合物(包括PVDF、HDPE、LDPE、EMA)是被考虑的材料中之一。用于保护管104的合适材料包括由美国科罗拉多州Nordson Medical提供的聚酯(PET)材料和由美国Raychem公司供应的产品MT5500。
在图1中图示的示范性介入设备100中，细长轴101由医学针提供。超声换能器102被设置在针的远端处的针斜面附近。如随后描述的，该位置被选择以便跟踪针的尖端的位置，但是该位置和医学针本身仅是示范性的。在另一实施方式中，超声换能器102可以备选地相比于远端(即具有斜面的端部)更靠近细长轴101的近端。
在图1中图示的示范性介入设备100中，以具有沿着纵向轴线A–A’的轴向长度L的贴片的形式图示了超声换能器102。换能器的其他形状也被考虑。此外，至少沿着超声换能器102的轴向长度L，保护管104环绕超声换能器102，并且粘合剂层103被设置在超声换能器102与保护管104之间。在图1中，细长轴101的长度的实质性部分被图示为被保护管104覆盖，以便沿着细长轴101的整个长度提供光滑外表面，但是这纯粹是图示性的。然而，优选的是，保护管104在一个或两个方向上延伸越过超声换能器102的轴向长度L，以便提供预防湿气进入到超声换能器102的良好密封。此外，粘合剂层103被图示为仅沿着超声换能器102的轴向长度。在其他实施方式中，粘合剂层103可以在一个或两个方向上轴向地延伸越过超声换能器102的轴向长度L，这在放松对准公差时会是有利的。因此，如所图示的，粘合剂层103可以具有在保护管104的轴向长度内并且形成保护管104的轴向长度的仅小部分的轴向长度。这降低了空气层在超声换能器102上方形成的倾向性，同时简化保护管104的附接。
在一个示范性制造过程中，图1中的介入设备100可以通过首先将超声换能器102设置在细长轴101上而被制作。粘合剂可以被用于该目的，或经由范德华力的附接可以足够。粘合剂层102随后可以以液体的形式被应用于超声换能器102的外表面。随后，保护管104可以在超声换能器102上面被布置在细长轴101上并被加热，以便径向地收缩保护管104。随后，粘合剂可以例如通过等待预定时间逝去、或通过加热、或通过当使用UV可固化粘合剂时将粘合剂暴露于UV辐射而被固化。
在备选示范性制造过程中，压敏粘合剂可以被用于粘合剂层103。PSA层可以例如在超声换能器102附接到细长轴101之后被沉积在超声换能器102的外表面上。备选地，超声换能器102可以在其附接到细长轴101之前被附接到PSA涂覆的箔片的具有PSA的部分。在将热应用于保护管104时，随着保护管收缩，保护管104的内表面变为被附接到最外PSA层。
图2图示了包括带形式的超声换能器102和粘合剂层103的介入设备200的正交视图。对图2中的特征的参考具有与关于图1描述的那些相同的意义。在图2中，超声换能器102以被缠绕在细长轴的纵向轴线A–A’上的带的形式被设置在介入设备上。带被图示为连续的且位于垂直于纵向轴线A–A’的平面中，但是可以备选地围绕其圆周具有一个或多个间隙。此外，带可以备选地相对于垂直于纵向轴线A–A’的平面倾斜。关于图1描述的制造过程也可以用来制作图2的设备。除了图1的优点之外，图2中的超声换能器102提供围绕细长轴101的纵向轴线A–A’的超声感测和/或发射。
图9和图10图示了使用图2中图示的介入设备200的粘合剂层102的益处。随之，图9图示了针对在不存在任何粘合剂层的情况下被缠绕在介入设备上的两个实验性超声换能器N121-15和N121-22的以任意单位的灵敏度测量相对于以度为单位的角度位置。图10图示了针对在存在粘合剂层的情况下被缠绕在介入设备上的两个实验性超声换能器N126-9和N126-13的以任意单位的灵敏度测量相对于以度为单位的角度位置。在图9和图10中图示的每个灵敏度测量中使用的超声换能器是以带的形式被缠绕在针N121-15、N121-22、N126-9和N126-13中的每一个上的PVDF箔片，如图2中图示的。如能够在图9中看见的，在不存在粘合剂层的情况下，对于针N121-15、N121-22中的每一个，观察到灵敏度随着旋转角度的大的变化。在针对图10的针N126-9和N126-13的结果中图示了在绝对灵敏度以及减小的灵敏度的变化两方面的显著改进，由此突出了粘合剂层103的益处。
图3图示了包括带形式的超声换能器102、粘合剂层103和电屏蔽层105的介入设备300的正交视图。对图2中的特征的参考具有与关于图2描述的那些相同的意义。除了图2中的特征之外，图3包括被设置在超声换能器102与保护管104之间的电屏蔽层105。电屏蔽层105可以由诸如铜或金的导体形成，并且可以备选地以网格的形式。电屏蔽层105用来电性地屏蔽超声换能器102，并且也电性地屏蔽可以存在的被连接到其的任何电导体(图3中未示出)，并且由此降低电磁干扰。电绝缘体层106也可以如图3中图示的那样被设置在超声换能器102与屏蔽层105之间。电绝缘体层106用来将超声换能器102与屏蔽层105电性地绝缘。绝缘体层106可以由绝缘体形成，诸如聚合物，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)或聚酰胺(PA)。电屏蔽层105和电绝缘体层106也可以以相同的方式被用于图1的介入设备100中。
将超声换能器102附接到介入设备的另一考虑的方法是将超声换能器102提供为换能器条带，并且以螺旋的形式将此缠绕在介入设备200的细长轴101上。随之，图4图示了介入设备200的正交视图，其中超声换能器102由以螺旋形式被缠绕在介入设备200的细长轴101上的换能器条带410提供。为了便于图示，粘合剂层103和保护管104从图4中省略，但是可以以与关于图2描述的相同的方式被应用。这样的换能器条带的使用有利地导致介入设备的光滑外轮廓，特别是当换能器条带410中的电导体(图4中未示出)也以螺旋的方式被缠绕在介入设备200的细长轴101上时。在图5和图6中图示了用于在这种方法中使用的示范性换能器条带410。
图5图示了包括超声换能器102和粘合剂层103的换能器条带410。被图示为菱形形状的用于超声换能器102和粘合剂层103的支撑件可以由聚合物薄膜(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)或聚酰胺(PA))提供。如本文中描述的PSA涂覆的箔片形式的聚合物薄膜可以例如提供这种支撑件。图4的布置可以通过以如图4中图示的以螺旋的方式将图4的示范性换能器条带410缠绕在细长轴101上来获得。
参考图5，换能器条带410包括第一边缘111和相对的第二边缘112，这些边缘被分开宽度尺寸W。第一边缘111和第二边缘112均沿着换能器条带410的长度方向113延伸。长度方向113正交于宽度尺寸W被测量的方向。换能器条带410包括沿着换能器方向114延伸的超声换能器102。换能器方向114关于换能器条带410的长度方向113形成锐角α。此外，粘合剂层103覆盖超声换能器102。当图5的示范性换能器条带410以螺旋的方式被缠绕在图4中的介入设备200的细长轴101上时，超声换能器102形成围绕细长轴101的带。
可选地，图5中的宽度尺寸W可以被定义为使得螺旋的连续匝的相邻的第一和第二边缘111、112彼此抵靠或交叠。
为了螺旋的连续匝彼此抵靠(即刚好接触)，应当满足以下公式：
W＝π·D·Sin(α) 公式1
其中，α是由换能器方向114关于长度方向113定义的锐角，并且D是细长轴101的直径。通过布置W超过上面的值，螺旋的连续匝彼此交叠。同样地，通过布置W小于该值，小间隙可以被提供在螺旋的连续匝之间。
图4的螺旋缠绕布置提供了将超声换能器102附接到细长轴101的简单方法。介入设备可以例如被滚动穿过换能器条带，并且借助于粘合剂被附接到介入设备，如随后参考图8描述的。使相邻匝抵靠或交叠分别用来为介入设备110提供光滑外表面并且由此提供对插入身体的更低阻力，并且避免位于缠绕的换能器条带下面的材料的暴露。
因此，图4和图5一起图示了介入设备300，其中超声换能器102和粘合剂层103由换能器条带410提供。换能器条带410包括超声换能器102、粘合剂层103、第一边缘111和相对的第二边缘112，第一边缘111和第二边缘112被宽度尺寸W分开，并且第一边缘111和第二边缘112均沿着换能器条带410的长度方向113延伸。超声换能器102被设置在换能器条带410上，并且沿着关于换能器条带410的长度方向113形成锐角α的换能器方向114延伸。粘合剂层103覆盖超声换能器102。换能器条带410以螺旋的方式被缠绕在介入设备200的细长轴101上，使得超声换能器102形成围绕细长轴101的带。
图6图示了包括第一电导体115、第二电导体116、第一电极117和第二电极118的换能器条带410的各种视图。图6A图示了平面视图，图6B图示了沿着B–B’的截面，图6C图示了沿着C–C’的截面，图6D图示了沿着B–B’的分解截面，并且图6E图示了沿着C–C’的分解截面。图6的换能器条带410是图5的换能器条带的备选方案，并且同样可以以螺旋的方式被缠绕在介入设备200的细长轴101上。除了图5的项目之外，图6包括第一电导体115和第二电导体116。第一电导体115和第二电导体116均沿着换能器条带410的长度方向113延伸。此外，超声换能器102进一步包括第一电极117和第二电极118。第一电导体115与第一电极117电性接触，并且第二电导体116与第二电极118电性接触，使得当换能器条带410如图4中图示的那样以螺旋的方式被缠绕在介入设备200的细长轴101上时，第一电导体115和第二电导体116均沿着细长轴101延伸以便在沿着细长轴101关于超声换能器102的轴向分开的位置处与超声换能器102进行电性接触。
如图6B–图6E的分解视图中图示的，换能器条带410可以包括各种层压箔片。这提供了简单制造技术。随之，在第一位置B–B’处，图6B和图6D包括第一箔片条带121，所述第一箔片条带121在每个表面上包括压敏粘合剂(PSA)的层119、123；第一电导体115；第二电导体116；粘合剂层103；第二箔片条带122，所述第二箔片条带122在每个表面上包括压敏粘合剂(PSA)的层120、124；以及电屏蔽层105。第一箔片条带121和第二箔片条带122被布置为夹在第一电导体115与第二电导体116之间，并且电屏蔽层105被设置在第二箔片条带122的面向外的PSA层124上。在第二位置C–C’处，图6C和图6E进一步包括超声换能器102，超声换能器102在其表面的每一个上具有第一电极117和第二电极118。在第二位置C–C’处，具有第一电极117和第二电极118的超声换能器102被夹在第一箔片条带121的PSA层119与第二箔片条带122的PSA层124之间，使得在第一电导体115与第一电极117之间和在第二电导体116与第二电极118之间进行电性接触。
在备选缠绕实施方式中，一种介入设备包括具有纵向轴线的细长轴、超声换能器、粘合剂层和由热收缩材料形成的保护管。超声换能器被设置在细长轴上，使得超声换能器具有沿着纵向轴线的轴向长度。至少沿着超声换能器的轴向长度，保护管环绕超声换能器，并且粘合剂层被设置在超声换能器与保护管之间，使得粘合剂层粘附到保护管的内表面。此外，在该实施方式中，超声换能器和粘合剂层由换能器条带提供。换能器条带包括超声换能器、粘合剂层、第一边缘和相对的第二边缘，第一边缘和第二边缘被宽度尺寸分开，并且第一边缘和第二边缘均沿着换能器条带的长度方向延伸。超声换能器被设置在换能器条带上，并且沿着关于换能器条带的长度方向垂直的换能器方向延伸。粘合剂层覆盖超声换能器。此外，换能器条带被缠绕在介入设备的细长轴上，使得第一边缘与细长轴的纵向轴线平行，并且使得超声换能器形成围绕细长轴的带。通过平行于细长轴的纵向轴线布置第一边缘，可以简化换能器条带到介入设备的细长轴的附接。任选地，在该实施方式中，宽度尺寸可以被定义使得第一边缘和第二边缘彼此抵靠或交叠。使相邻匝抵靠或交叠用来避免位于缠绕的换能器条带下面的材料的暴露。在这种实施方式中，介入设备也可以被滚动穿过换能器条带以便将它附接到介入设备。如该备选缠绕实施方式中使用的术语“平行”和“垂直”要被解读为包括在精确平行或精确垂直的三度内的布置。
如上面提到的，本文中描述的介入设备可以例如被用在基于超声的跟踪应用中。在此中，超声换能器可以检测、或发射、或检测和发射超声信号，并且超声换能器的位置因此可以基于在超声检测器102与波束形成超声成像系统之间传输的超声信号来确定。
随之，图7图示了包括介入设备的示范性的基于超声的位置确定系统700。在图7中，基于超声的位置确定系统700包括波束形成超声成像探头730，其与图像重建单元732、成像系统处理器736、成像系统接口735和显示器734通信。一起地，单元730、732、734、735和736形成常规超声成像系统。单元732、734、735和734常规地位于与波束形成超声成像探头730有线或无线通信的控制台中。单元732、734、735和736中的一些可以备选地包含在如例如在Philips Lumify超声成像系统中的波束形成超声成像探头730内。波束形成超声成像探头730生成超声场731。在图7中，图示了2D波束形成超声成像探头730，其包括发送和接收截断感兴趣区域ROI的超声场731内的超声能量的线性超声收发器阵列。超声场在图7中是扇形的，并且包括一起提供所图示的图像平面的多个超声波束B1..k。注意，尽管图7图示了扇形波束，但是本发明不限于超声场的特定形状或不限于实际上平面超声场。波束形成超声成像探头730还可以包括电子驱动器和接收器电路(未示出)，其被配置为放大和/或调节其发送或接收的信号的相位以便生成并且检测超声波束B1..k中的超声信号。
在使用中，上面描述的常规超声成像系统以以下方式操作。操作者可以经由成像系统接口735规划超声流程。一旦选择了操作流程，成像系统接口735触发成像系统处理器736以执行生成并且解释发送给波束形成超声成像探头730并且由波束形成超声成像探头730检测的信号的专用程序。存储器(未示出)可以被用于存储这样的程序。存储器可以例如存储被配置为控制由波束形成超声成像探头730发送和/或由波束形成超声成像探头730接收的超声信号的序列的超声波束控制软件。图像重建单元732的功能可以备选地由成像系统处理器736执行。图像重建单元732提供对应于波束形成超声成像探头730的超声场731的重建超声图像。图像重建单元732因此提供对应于由超声场731定义并且截断感兴趣区域ROI的图像平面的图像。图像随后被显示在显示器734上。重建图像可以例如是超声亮度模式“B-模式”图像，在其他情况下被称为“2D模式”图像、“C-模式”图像或多普勒模式图像、或实际上任何超声图像。
在图7中还示了由医学针例示的介入设备100，介入设备100包括压电换能器102。在介入设备的该示范性应用中，介入设备100或更特别地设置在其上的超声换能器102可以基于由位置确定单元733提供的信号关于超声场731来被跟踪。位置确定单元与单元730、732、734、735和736(即常规超声成像系统)通信，如通过互连的链路图示的。位置确定单元733也与超声换能器102通信，该通信可以例如是有线的或无线的。在一些实施方式中，位置确定单元733的功能可以由常规超声成像系统的处理器执行。
在使用中，超声换能器102的位置基于在波束形成超声成像探头730与超声换能器102之间传输的超声信号由位置确定单元733关于超声场731被计算。
在一个配置中，超声换能器102是接收对应于波束B1..k的超声信号的检测器。位置确定单元733通过比较由压电换能器102检测到的超声信号来识别超声换能器102的位置。位置确定单元733随后基于超声换能器102的计算位置来提供重建超声图像中的图标。更特别地，该比较基于i)对应于由超声换能器102检测的每个波束B1..k的超声信号的幅度，并且基于ii)每个波束B1..k的发射与其由超声换能器102的检测之间的时间延迟(即，飞行时间)来确定关于超声场731的超声换能器102的最佳拟合位置。这可以被图示如下。当超声换能器102在超声场731附近时，从波束B1..k中的最近波束到换能器的超声信号将利用相对地更大的幅度被检测，而更远波束将利用相对地更小的幅度被检测。通常，利用最大幅度检测的波束被识别为最接近于超声换能器102的波束。该波束定义波束形成超声成像探头730与超声换能器102之间的平面内角θIPA。对应的范围取决于最大幅度波束B1..k的发射与其后续检测之间的时间延迟，即，飞行时间。该范围可以通过将时间延迟乘以超声传播的速度来确定。因此，利用最大幅度检测的波束的范围和对应的平面内角θIPA可以被用于识别关于超声场731的超声换能器102的最佳拟合位置。
在上面的范例中，超声波束B1..k是成像波束。在另一配置中，超声波束B1..k可以是由波束形成超声成像探头730在预定方向上的连续成像帧之间的跟踪帧中发射的专用跟踪波束。
在又一配置中，超声换能器102可以是发射一个或多个超声脉冲的发射器。这样的脉冲可以例如在常规超声成像系统的连续成像帧之间交错的跟踪帧期间被发射。在这样的跟踪帧中，波束形成超声成像探头730可以在只接收模式中操作，其中，其监听起源于超声场731附近的超声信号。因此，波束形成超声成像探头730在这样的跟踪帧期间被配置为单向只接收波束形成器。位置确定单元733从虚拟波束B1..k中的那些波束识别通过将延迟施加到波束形成超声成像探头730的接收器元件起源的(一个或多个)脉冲。延迟对应于虚拟波束B1..k中的每个。如在上面的超声检测器配置中，位置确定单元733可以使用比较流程，其基于最大幅度和飞行时间来识别超声信号被发射的位置的最近波束B1..k。位置确定单元733随后基于超声换能器102的识别位置来提供重建超声图像中的图标。
在另一配置中，超声换能器102可以被配置为充当接收器和发射器两者。在该配置中，超声换能器102可以被触发以在接收来自波束形成超声成像探头730的超声信号时发射一个或多个超声脉冲。以这种方式，在成像模式期间由超声换能器102发射的(一个或多个)脉冲由波束形成超声成像探头730接收，表现为对应于相关波束B1..k的平面内角位置处的重建超声中(即，在图像线中)的回波。因此，超声换能器102表现为重建图像中的亮点。位置确定单元733可以随后识别重建图像中的该亮点并且因此计算超声换能器102关于超声场731的位置。
在上面描述的基于超声的位置确定系统700中，压电换能器102的灵敏度廓线或发射廓线或更特别地其量值的依赖性和/或对介入设备的旋转角的依赖性可以影响其关于超声场731的定位。随之，上面描述的介入设备的使用具有改进的可靠性和灵敏度的益处。
应意识到，例示的波束形成超声成像探头730仅是可以使用介入设备100的波束形成超声成像系统的一个范例。介入设备100还适用于包括其他类型的2D或3D波束形成超声成像系统的基于超声的位置确定系统。这些可以包括例如“TRUS”经直肠超声检查探头、“IVUS”血管内超声探头、“TEE”经食道探头、“TTE”经胸廓探头、“TNE”经鼻探头、“ICE”心内探头。此外，应意识到，介入设备100还适用于除了位置跟踪之外的医学领域中的其他感测和致动应用。
图8在图8A中图示了通过将介入设备的细长轴101滚动842穿过超声换能器转移堆叠体840而制造介入设备100、200、300的方法，并且在图8B中图示了沿着D–D’的堆叠体的横截面端视图，并且在图8C中图示了沿着E–E’的堆叠体的横截面端视图。图8中的项目对应于图6中的具有相同参考的项目。图8另外地包括衬底801，衬底801可以例如由玻璃或塑料形成，并且衬底801用作堆叠体可以被构造在其上的层。此外，在图8中，以与图6中的顺序相反的顺序图示了换能器转移堆叠体840，因为图8图示了在其转移到细长轴101之前的堆叠体；即其中粘合剂层103相邻于衬底841。
随之，参考图8，制造介入设备100、200、300的方法包括以下步骤：
提供超声换能器转移堆叠体840，超声换能器转移堆叠体840包括：
衬底841
第一箔片条带121，第一箔片条带121在每个表面上包括压敏粘合剂(即PSA)的层119、123
超声换能器102
粘合剂层103
第二箔片条带122，第二箔片条带122在每个表面上包括压敏粘合剂(即PSA)的层120、124；以及
电屏蔽层105。
电屏蔽层105、第一箔片条带121、超声换能器102和第二箔片条带122被逐层地布置在衬底841上，使得在沿着换能器转移堆叠体840的第一位置D–D’处，电屏蔽层105被设置在衬底841与第二箔片条带122之间，并且第一箔片条带121被布置在第二箔片条带122上，其中第一箔片条带121的PSA层123中的一个关于衬底841面向外，并且使得在沿着换能器转移堆叠体840的第二位置E–E’处，粘合剂层103被设置在衬底841与电屏蔽层105之间，并且第二箔片条带122被布置在电屏蔽层105上，并且超声换能器102被布置在第二箔片条带122上，并且第一箔片条带121被布置在超声换能器102上，其中第一箔片条带121的PSA层123中的一个关于于衬底841面向外。
该方法还包括将介入设备100、200、300的细长轴101滚动842穿过第一箔片条带121的面向外的PSA层123，使得第一箔片条带123的面向外的PSA层粘附到细长轴101，并且使得第一箔片条带121和超声换能器102和粘合剂层103和第二箔片条带122和电屏蔽层105变成被附接到细长轴101，其中粘合剂层103关于细长轴101面向外。
该方法还包括将包括热收缩材料的保护管104布置在细长轴101的一部分上面以覆盖至少超声换能器102，并且将热应用于保护管104，使得保护管104关于细长轴101的纵向轴线A–A’径向地收缩，并且使得粘合剂层103粘附到保护管104的内表面。
虽然未在图8中图示，可以另外地存在被设置在衬底841与超声换能器转移堆叠体840之间的释放层。这可以有助于从衬底841释放粘合剂层103。备选地，PSA层123和粘合剂层103的相对强度可以被指定以确保层103在滚动842期间被释放。此外，如所图示的，在滚动步骤42之前，条带121、122以相对于细长轴101的纵向轴线的角度被布置，使得箔片以螺旋的方式被缠绕在细长轴上。如所图示的，第一箔片条带121和第二箔片条带122优选地是以具有长度方向和宽度方向的细长条带的形式，所述长度大于所述宽度。粘合剂层103可以如在上面关于图1描述的那样被提供。优选地，粘合剂层103包括压敏粘合剂(PSA)层。此外，如图8B和8C中图示的，超声换能器转移堆叠体840可以进一步包括，在第一位置D–D’和第二位置E–E’两者处的，被设置在第一箔片条带121与第二箔片条带122之间的第一电导体115和第二电导体116；第一电导体115和第二电导体116与超声换能器102电性接触。
总的来说，已经提供了一种介入设备。介入设备100、200、300包括具有纵向轴线A–A’的细长轴101、超声换能器102、粘合剂层103和由热收缩材料形成的保护管104。超声换能器102被设置在细长轴101上，使得超声换能器102具有沿着纵向轴线A–A’的轴向长度L。至少沿着超声换能器102的轴向长度L，保护管104环绕超声换能器102，并且粘合剂层103被设置在超声换能器102与保护管104之间。
已经关于介入设备描述了各种实施例和选项，并且应注意，各种实施例可以被组合以实现进一步的有利效果。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对本发明的范围的限制。
Claims (17)
1.一种介入设备(100、200、300)，包括：
具有纵向轴线(A–A’)的细长轴(101)；
超声换能器(102)，
粘合剂层(103)；以及
由热收缩材料形成的保护管(104)；
其中，所述超声换能器(102)被设置在所述细长轴(101)上，使得所述超声换能器(102)具有沿着所述纵向轴线(A–A’)的轴向长度(L)；
其中，至少沿着所述超声换能器(102)的所述轴向长度(L)，所述保护管(104)环绕所述超声换能器(102)，并且，所述粘合剂层(103)被设置在所述超声换能器(102)和所述保护管(104)之间，使得所述粘合剂层(103)粘附到所述保护管(104)的内表面。
2.根据权利要求1所述的介入设备(100、200、300)，其中，所述粘合剂层(103)具有在保护管(104)的轴向长度内的并且形成保护管(104)的轴向长度的仅小部分的轴向长度。
3.根据权利要求1所述的介入设备(100、200、300)，其中，所述粘合剂层(103)包括压敏粘合剂，PSA，层。
4.根据权利要求1所述的介入设备(100、200、300)，其中，所述粘合剂层(103)轴向地延伸越过所述超声换能器(102)的所述轴向长度(L)。
5.根据权利要求1所述的介入设备(200、300)，其中，所述超声换能器(102)以被缠绕在所述细长轴的所述纵向轴线(A–A’)上的带的形式被布置在所述介入设备上。
6.根据权利要求1所述的介入设备(300)，还包括电屏蔽层(105)；
其中，所述电屏蔽层(105)被设置在所述超声换能器(102)和所述保护管(104)之间。
7.根据权利要求1所述的介入设备(100、200、300)，其中，所述超声换能器(102)包括电容式微加工超声换能器，CMUT，或压电材料。
8.根据权利要求1所述的介入设备(100、200、300)，其中，所述超声换能器(102)包括选自以下组中的压电聚合物层：聚偏二氟乙烯，PVDF，诸如聚偏氟乙烯三氟乙烯(P(VDF-TrFE))层的PVDF共聚物，或诸如P(VDF-TrFE-CTFE)的PVDF三聚物。
9.根据权利要求1所述的介入设备(100、200、300)，其中，所述细长轴(101)由针、导管、导丝、活检设备、起搏器导线、静脉线或外科手术工具提供。
10.根据权利要求1所述的介入设备(100、200、300)，其中，所述细长轴(101)由具有近端、远端和斜面的针提供；
其中，所述斜面被设置在所述针的所述远端处；并且
其中，所述超声换能器(102)被设置得相比于所述近端更靠近所述远端。
11.根据权利要求1所述的介入设备(200、300)，其中，所述超声换能器(102)和所述粘合剂层(103)由换能器条带(410)提供；
其中，所述换能器条带(410)包括：
所述超声换能器(102)；
所述粘合剂层(103)；
第一边缘(111)和相对的第二边缘(112)，所述第一边缘(111)和所述第二边缘(112)被宽度尺寸(W)分开，并且，所述第一边缘(111)和所述第二边缘(112)均沿着所述换能器条带(410)的长度方向(113)延伸；并且
其中，所述超声换能器(102)被设置在所述换能器条带(410)上，并且沿着关于所述换能器条带(410)的所述长度方向(113)形成锐角(α)的换能器方向(114)延伸；
其中，所述粘合剂层(103)覆盖所述超声换能器(102)；
其中，所述换能器条带(410)以螺旋的形式被缠绕在所述介入设备(200、300)的所述细长轴(101)上，使得所述超声换能器(102)形成围绕所述细长轴(101)的带。
12.根据权利要求11所述的介入设备(200、300)，其中，所述换能器条带(410)还包括第一电导体(115)和第二电导体(116)，所述第一电导体(115)和所述第二电导体(116)沿着所述换能器条带(410)的所述长度方向(113)延伸，并且其中，所述超声换能器(102)还包括第一电极(117)和第二电极(118)；
其中，所述第一电导体(115)与所述第一电极(117)电性接触，并且所述第二电导体(116)与所述第二电极(118)电性接触，使得当所述换能器条带(410)以螺旋的方式被缠绕在所述介入设备(200、300)的所述细长轴(101)上时，所述第一电导体(115)和所述第二电导体(116)均沿着所述细长轴(101)延伸以便在沿着所述细长轴(101)关于所述超声换能器(102)轴向分开的位置处与所述超声换能器(102)进行电性接触。
13.基于超声的位置确定系统(700)，包括：
根据权利要求1所述的介入设备(100、200、300)；
波束形成超声成像探头(730)，其被配置为生成超声场(731)；
图像重建单元(732)，其被配置为提供对应于所述波束形成超声成像探头(730)的所述超声场(731)的重建超声图像；
位置确定单元(733)，其被配置为基于在所述波束形成超声成像探头(730)和所述超声换能器(102)之间传输的超声信号计算所述介入设备(100、200、300)的所述超声换能器(102)关于所述超声场(731)的位置，并且基于计算的所述超声换能器(102)的位置来提供所述重建超声图像中的图标。
14.制造根据权利要求1所述的介入设备的方法，所述方法包括以下步骤：
提供超声换能器转移堆叠体(840)，所述超声换能器转移堆叠体包括：
衬底(841)；
第一箔片条带(121)，其在每个表面上包括压敏粘合剂，PSA，的层(119、123)；
超声换能器(102)；
粘合剂层(103)；
第二箔片条带(122)，其在每个表面上包括压敏粘合剂，PSA，的层(120、124)；以及
电屏蔽层(105)；
其中，所述电屏蔽层(105)、所述第一箔片条带(121)、所述超声换能器(102)和所述第二箔片条带(122)被逐层地布置在所述衬底(841)上，使得在第一位置(D–D’)处，所述电屏蔽层(105)被设置在所述衬底(841)与所述第二箔片条带(122)之间，并且所述第一箔片条带(121)被布置在所述第二箔片条带(122)上，其中，所述第一箔片条带(121)的所述PSA层(123)中的一个关于所述衬底(841)面向外，并且使得在第二位置(E–E’)处，所述粘合剂层(103)被设置在所述衬底(841)和所述电屏蔽层(105)之间，并且所述第二箔片条带(122)被布置在所述电屏蔽层(105)上，并且所述超声换能器(102)被布置在所述第二箔片条带(122)上，并且所述第一箔片条带(121)被布置在所述超声换能器(102)上，其中，所述第一箔片条带(121)的所述PSA层(123)中的一个关于所述衬底(841)面向外；
将所述介入设备(100、200、300)的所述细长轴(101)滚动(842)穿过所述第一箔片条带(121)的面向外的PSA层(123)，使得所述第一箔片条带(123)的所述面向外的PSA层粘附到所述细长轴(101)，并且使得所述第一箔片条带(121)和所述超声换能器(102)和所述粘合剂层(103)和所述第二箔片条带(122)和所述电屏蔽层(105)变成被附接到所述细长轴(101)，其中，所述粘合剂层(103)关于所述细长轴(101)面向外；
将包括热收缩材料的保护管(104)布置在所述细长轴(101)的一部分上以覆盖至少所述超声换能器(102)；
将热应用于所述保护管(104)，使得所述保护管(104)关于所述细长轴(101)的所述纵向轴线(A–A’)径向地收缩，并且使得所述粘合剂层(103)粘附到所述保护管(104)的内表面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述粘合剂层(103)具有在保护管(104)的轴向长度内并且形成保护管(104)的轴向长度的仅小部分的轴向长度。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述粘合剂层(103)包括压敏粘合剂，PSA，层。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述超声换能器转移堆叠体(840)还包括在所述第一位置(D–D’)和所述第二位置(E–E’)两者处，被设置在所述第一箔片条带(121)和所述第二箔片条带(122)之间的第一电导体(115)和第二电导体(116)；所述第一电导体(115)和所述第二电导体(116)与所述超声换能器(102)电性接触。
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