JP2010503466A - 遮蔽を有するトランスデューサ - Google Patents

Abstract

医療用途のための強力集束超音波トランスデューサ（１０）の表面（２８）に配置される物理的な遮蔽（１２）が記載される。遮蔽は、動作中にトランスデューサを損傷することがある、機械的な、または音響のエネルギーの特定のパターンに適合するように、成形されるか、または角度を付けられてもよい。遮蔽は、必要に応じて、除去可能であるか、置換可能であるか、または修正されてもよい。遮蔽を有するトランスデューサを製造する方法もまた開示される。

Description

（発明の分野）
本発明は、医療用途の強力集束超音波トランスデューサに関し、トランスデューサは、概して、トランスデューサ面に物理的に取着される遮蔽を有する。

強力集束超音波（ＨＩＦＵ）トランスデューサの使用は、医療処置において増加を見せている。ＨＩＦＵトランスデューサは、画像診断法における対応物と類似しているので、同一の構造上の構成要素の多くを共有する。ＨＩＦＵトランスデューサにおいては、圧電材料は、対象組織を溶解することに十分なＨＩＦＵレベルを生成するために、所望の周波数、強度、および総電力を生成するように選択され、作成される。圧電材料が選択され、形成されると、圧電材料は、トランスデューサの前面および背面の両方において、導電性材料（金属被覆層（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ））によってコーティングされる。圧電材料は、活性化のために、電極間に強い電位を印加することによって「分極」される。電極は、各金属被覆面に接続され、発電機に接続される。周期的に変化する電位差が電極間に印加されて、圧電材料を交番周波数で縦方向に振動させる。トランスデューサの背面は、概して、空気または低音響インピーダンスの吸収バッキングに接続され、トランスデューサの前面は、時には、中間インピーダンスの整合材料層を介して音響負荷に接続される。この構成によって、超音波の波面は、前面を通って縦方向に伝播する。トランスデューサ面は、平坦もしくは成形されてもよいが、ＨＩＦＵの適用においては、前面は、概して、球状の集束を提供するために「ボウル（ｂｏｗｌ）」形状である。

医療用の強力集束超音波（ＨＩＦＵ）の適用では、トランスデューサは、概して、液体を使用して患者に接続される。ＨＩＦＵ療法において使用する周波数、強度、および電力は、患者との境界面からの反射がトランスデューサ面を損傷し得るキャビテーションおよび結合剤の粒子（水分子を含む）のマイクロストリーミングを誘発することに十分なものである。トランスデューサ面の損傷によって、整合層の圧電セラミックからの層間剥離、圧電材料上の金属被覆の浸食、超音波エネルギーの適切な集束の喪失（患者に健康上のリスクをもたらすことのある領域における減衰および熱集積を引き起こす）、およびトランスデューサを作製するために使用される圧電材料の物理的な破壊を含む、多くの望ましくない副作用が生じる。

このように、この問題を解決するための様々な試みは、不満足であることがさらに判明した。一部のＨＩＦＵの適用では、トランスデューサ遮蔽は、ときには、トランスデューサ面の全体に配置された音響レンズの形式で見られる。音響レンズは、圧電材料を損傷から保護するのと同時に、超音波エネルギーの集束の程度を提供する二重機能を提供する。損傷は、トランスデューサ面の異物との偶発的な接触、または、トランスデューサを対象表面に接続するために使用される媒体におけるＨＩＦＵ反射の機械的影響によって生じる場合がある。音響レンズの使用には、いくつかの欠点がある。

この解決法の一つの欠点は、レンズが、トランスデューサの「スタック」（圧電材料と任意の整合層およびバッキング）と対象組織との間の境界層としても機能することである。超音波エネルギーは、レンズの減衰によって失われる。超音波エネルギーの反射および屈折も、対処しなければならない問題である。ＨＩＦＵトランスデューサにおける電力および強度が増加するにつれて、レンズの使用に伴う関連問題は大きくなりすぎ、克服できなくなる。

そのため、トランスデューサが作動する際に生じる擾乱に耐えられるＨＩＦＵトランスデューサの必要性が依然として存在する。

極めて高い動作強度および総電力レベルにおいて動作可能なＨＩＦＵトランスデューサの必要性がさらに存在する。

擾乱によって損傷したトランスデューサの耐用年数を延長するためのさらに別の必要性が存在する。

本発明の目的は、ＨＩＦＵの使用に関連する機械的損傷に耐性を有するＨＩＦＵトランスデューサを提供することである。

他の目的は、トランスデューサの性能を実質的に低下させずにトランスデューサ面を保護できる遮蔽を提供することである。

さらに他の目的は、トランスデューサからの超音波エネルギー伝達に干渉しない遮蔽を提供することである。

さらに他の目的は、必要に応じて、交換可能なトランスデューサ遮蔽を提供することである。

これら、および他の目的は、遮蔽を有する強力集束超音波トランスデューサを使用することによって満たされる。一実施形態において、遮蔽を有するＨＩＦＵトランスデューサは、前面と、裏面と、前面に取着される遮蔽とを有する。

他の実施形態において、平坦もしくは実質的にボウル形状の前面側と、前面側に取着される遮蔽とを有する強力集束超音波トランスデューサがある。トランスデューサ面は、望ましくは、電気絶縁または材料形成のいずれかによって電気的に駆動しない領域（非駆動領域、全体的または部分的な圧電不活性領域）を前面に有し、そのため、非駆動領域が超音波放射面にならない。非駆動領域は、トランスデューサの活性領域が作動し、反射エネルギーがトランスデューサ面に作用する際に、トランスデューサへの損傷に対する遮蔽として機能する材料で覆われる。

他の実施形態において、トランスデューサは、トランスデューサの前面を通り、トランスデューサの前面に実質的に垂直に整列させられる開口を有する。開口は、トランスデューサの前面から裏側に延在する。任意で、開口は、埋められてもよい。

図１Ａ〜１Ｂは、損傷したＨＩＦＵトランスデューサを示す図である。 図２Ａ〜２Ｏは、遮蔽を有するＨＩＦＵトランスデューサ、および様々な断面を示す図である。 図３Ａ〜３Ｂは、遮蔽を有するＨＩＦＵトランスデューサを作製するための様々なモールドを示す図である。 図４Ａ〜４Ｇは、遮蔽を有するＨＩＦＵトランスデューサを作製するための様々なモールドを示す図である。 図５Ａ〜５Ｃは、遮蔽を有するトランスデューサの代替の設計を示す図である。 図６Ａ〜６Ｈは、遮蔽を有するトランスデューサの作製方法を示す図である。

トランスデューサが励起された際に生じる破壊的な反射エネルギーに抵抗するように設計された様々なトランスデューサを、本明細書で説明する。特に、本発明は、医療用途において使用される強力集束超音波トランスデューサに関する。これらのトランスデューサは、ヒトの患者に対して頻繁に使用されるため、トランスデューサの性能の一貫した高い品質の確保が非常に望ましい。

一実施形態において、トランスデューサの前面に配置される遮蔽を有するＨＩＦＵトランスデューサがある。

代替の実施形態において、トランスデューサの前面に電気的に絶縁される領域と、および電気的に絶縁される領域内に組み込まれる遮蔽とを有するＨＩＦＵトトランスデューサがある。

他の実施形態において、それを通る開口と、主に前進する超音波伝播を提供するための適切な裏面として機能する低音響インピーダンス層とを有するＨＩＦＵトランスデューサがある。

他の実施形態において、圧電材料を通る開口と、開口を埋める非圧電プラグとを有するＨＩＦＵトランスデューサがある。

各実施形態において、遮蔽を有するトランスデューサの適切な動作を提供するトランスデューサ材料、金属被覆層、および任意の整合層の様々な構成がある。主要な構成要素は、トランスデューサ自体である。これは、本明細書で説明するような特別に作製されたトランスデューサ、または遮蔽を有するトランスデューサを作製するための本明細書で説明される方法および手順によって修正された既存のトランスデューサであってもよい。

遮蔽の下にあるトランスデューサの領域は、多様な代替の実施形態で設計されてもよい。一実施形態において、遮蔽の下の領域は、トランスデューサの他の部分と同じであってもよく、遮蔽をトランスデューサ面の活性領域に配置することによってトランスデューサを損傷しないのと同時に、遮蔽によってトランスデューサの前面の物理的劣化に対する保護が提供されるように、遮蔽は、それを通過する超音波の応力を最小にするために最適化される。

あるいは、遮蔽の下の領域は、トランスデューサが励起される際に、トランスデューサの非遮蔽部分より低い音圧を生成し得る。望ましくは、ここで、遮蔽の下の圧電材料は、非遮蔽のそれらの領域よりも小さい音圧を生成する。低減のレベルは、通常の非遮蔽トランスデューサ出力より小さい音圧の任意の量であってもよい。超音波エネルギーは、遮蔽された体積を通って放射する二次的圧電素子、および遮蔽の下のトランスデューサにおける反射から、この領域を通って依然として放射されてもよい。この非駆動領域は、直接的に駆動されないが、間接的に駆動されて超音波エネルギーを生成するか（二次的な電気的効果）、または活発に駆動するそれらの領域からの二次的な機械的影響もしくは反射の影響を介して超音波を生成してもよい。この非駆動領域は、多様な方法で生成されてもよい。例えば、トランスデューサは、遮蔽の領域に非圧電材料を有してもよい。これは、分極する前に金属被覆を中断して、このために圧電材料が分極していないので実質的に不活性な部分を生成すること、または圧電材料の領域を非圧電材料に置き換えることによって行うことができる。少量の超音波エネルギーは、音響または電気的クロスカップリングメカニズムによってトランスデューサの非電駆動部から放出することがある。あるいは、トランスデューサは、均一な材料および製造形式を有してもよく、所望の領域における圧電の影響を抑制する電気絶縁性に依存する。これは、トランスデューサの周りに回路を作成するために使用される電極から、所望の領域を分離することによって行うことができる。一実施形態において、遮蔽領域は、トランスデューサの前面と後面との電気的導通が中断されるように、金属被覆層を通ってスクライブすることによって分離することができる。そのため、トランスデューサの裏面が電気的に刺激されると、裏面の領域は、クロスカップリングメカニズムによる以外は、直接電気的に刺激されない。電気的に絶縁される前面の領域は、望ましくは、裏面の層の電気的に絶縁される同じ領域と適合する。代替の実施形態において、電気絶縁は、電気的に絶縁される領域から金属被覆層および／または整合層を除去することによって得てもよい。除去は、電気的に絶縁される領域において金属被覆層をトランスデューサ上に設置しないか、または金属被覆層をトランスデューサ上に堆積した後にそれらを除去することのいずれかの形をとってもよい。金属被覆層の除去は、サンドブラスト、粉砕、化学エッチング、レーザエッチング、または深さを制御した動作においてトランスデューサ面から金属を確実に除去する任意の他の手段で行ってもよい。

第３の実施形態において、遮蔽の下の領域は、完全に除去され、トランスデューサの他の部分によって生成される任意の超音波の二次的エネルギーの完全分離を提供するために不活性材料に置き換えてもよい。

領域が電気的に絶縁されると、遮蔽は、トランスデューサの前面に取着される。望ましくは、遮蔽は、機械的損傷からトランスデューサを保護するための弾性と吸収性とのバランスを有するポリマー材料である。そのため、ポリマー材料は、望ましくは、トランスデューサの動作中にトランスデューサ面に衝撃を与え得る機械的エネルギーを吸収することができる。ポリマーは、トランスデューサ面に対する機械的衝撃を低減または排除するために、機械的エネルギーを抑制できるか、またはポリマーは、除去可能な遮蔽として機能することもできる。後者の場合は、キャビテーションまたはマイクロストリーミング等の機械的エネルギーは、トランスデューサ自体を損傷するのではなく、ポリマー遮蔽を損傷する。遮蔽は、キャビテーションおよびマイクロストリーミングによって生じる機械的影響に対して比較的影響されない任意の非導電材料で作製されてもよい。

あるいは、遮蔽は、そうでなければトランスデューサを損傷する可能性がある任意の機械的損傷が、代わりに遮蔽に生じるような除去可能な遮蔽であってもよい。ポリマー遮蔽は、吸収（抑制）および除去可能の両方の特性を合わせた特長のために望ましい。ポリマー遮蔽は、容易に形成され、トランスデューサに容易に取着される。非ポリマー材料も、除去可能な遮蔽として動作することができる。除去可能な遮蔽の場合、結合液の循環または遮蔽の除去可能な粒子の除去のいずれかを提供することにより、これらの粒子自身がキャビテーションに対する核にならないようにすることが望ましい。

遮蔽の大きさ、形状および材料は、トランスデューサの性能特性によって異なる。一実施形態において、４００Ｗの総音響エネルギーを生成することができる、２ＭＨｚで動作するトランスデューサがある。トランスデューサは、直径３８ｍｍであり、非駆動の直径７ｍｍの中心部分を組み込む。トランスデューサ面上の遮蔽は、非駆動領域の中心に配置され、２０〜６０のＳＨＯＲＥ Ａ値を有する軟質ゴムもしくはプラスチックで形成される。遮蔽に対して可能な一つの材料は、ポリウレタン等の化合物であり得る。

他の実施形態において、遮蔽は、除去可能な態様では機能しないが、１０〜８０のＳＨＯＲＥ Ｄ値を有するより硬い材料で形成される。この層は、平坦であるか、または入力音響エネルギーもしくはマイクロストリーミング材料の流れを反射および散乱する特別な形状であってもよい。これは付加的な操作であるか、または鋳造中に整合層に組み込まれる場合がある。

他の実施形態において、遮蔽は、薄い高反射性の金属ホイルから成る場合がある。この層は、入力音響エネルギーもしくはマイクロストリーミングを再反射するために適用される場合がある。これは付加的な操作であるか、または鋳造中に整合層に組み込まれる場合がある。

一般的なモールド鋳型が、遮蔽を有するトランスデューサを作成するために使用されてもよい。モールドは、トランスデューサ面を覆うために十分な、外面と、内面と、設置領域とを有する基盤を有する。ガイドリングは、基盤に接続される。ガイドリングは、トランスデューサを受容するように設計される。ライザは、基盤の内面から延在する。ライザは、基盤と接触する基盤端部と、モールドがトランスデューサと適切に結合する際に、トランスデューサの面に接触するように設計される接触端部とを有す。モールドは、ガイドリングがモールドを所定の位置に適切に導くことができる限り、任意の形状もしくは大きさであってもよい。基盤およびガイドリングが、トランスデューサの後端キャップと同様に機能していることが想像できる。ライザは、モールドがトランスデューサに適切に嵌められる場合、基盤の内面からトランスデューサ面に延在する。そのため、ライザ、ガイドリング、および基盤は、望ましくは、特定のトランスデューサの構成と特異的に結合するように製造されてよい。ライザは、望ましくは、トランスデューサの非駆動領域と一致する領域を覆うようにトランスデューサと接触する。以下で説明されるように、非駆動領域の大きさを画定する一つの方法は、トランスデューサの前面とのライザの接触表面領域を決定することによる。

モールドは、遮蔽を有するトランスデューサの作製に有用な付加的なモールドを作成するために多くの方法で修正されてもよい。一実施形態において、モールドは、トランスデューサ面に対面するライザ上の鋸歯状のリップ（ｌｉｐ）を有してもよい。他の実施形態において、モールドは、ライザがトランスデューサの面と接触するライザの上部に小さいくぼみまたは空洞を有してもよい。他の実施形態において、トランスデューサ面の領域がモールドを通ってアクセス可能となるように、基盤およびライザを通って延在する開口が存在する。モールドは、空気が、モールドの内側の体積を通り抜けるように、基盤（ライザと一致しない）を通る小さい穴を有してもよい。

ここで図面を参照すると、当然のことながら、図面は、提供された説明を強化するために提供される。図面に示される要素は、必ずしも、他の図面、または同図内の他の部品に対して拡大縮小するように描かれていない。本明細書の開示を理解する目的で、実施形態の説明図とする以外は、部品または図面のいずれも実際の設計要素の任意の絶対的意味に取られるべきではない。

ここで図面に戻ると、図１Ａおよび１Ｂに示されるように、物理的損傷９９の領域が、ＨＩＦＵトランスデューサ上に現れる場合がある。ＨＩＦＵ処置によって、トランスデューサの前面に亀裂を引き起こし得る、トランスデューサの表面の近くで意図しない、および望ましくない物理的および熱的影響が生じる場合があり（図１Ａ）、または穴が開くか、またはトランスデューサ面に欠陥が生じる場合がある（図１Ｂ）。トランスデューサ面の損傷は望ましくなく、トランスデューサの動作に悪影響を与える場合がある。トランスデューサの物理的損傷は、トランスデューサの前面に遮蔽を提供することによって最小にされてもよい。遮蔽１０を有するトランスデューサを図２Ａ〜２Ｂに示す。トランスデューサＴは、トランスデューサ筺体１６に装着される。遮蔽１２は、トランスデューサＴの中央に配置される。遮蔽の大きさ、および形状は、望ましくは、遮蔽がない場合にトランスデューサが受ける損傷のパターンと一致するように作製する。図１Ａ〜１Ｂに示される損傷パターンは、トランスデューサの中心にあるが、異なる医療用途によって、前面の異なる領域において損傷が生じる。遮蔽は、中心に配置される必要はないが、所望のトランスデューサの前面の任意の領域に配置されることがある。損傷が生じやすい領域を特定し、適切に遮蔽をトランスデューサに備えるだけでよい。損傷位置（したがって、最適な遮蔽位置）は、実験またはコンピュータモデリングによって決定することができる。遮蔽を有するトランスデューサの断面図を図２Ｃ〜２Ｇ、および図２Ｉ〜２Ｏに示す。

図２Ｃは、圧電層の整合層を修正していない、トランスデューサＴの面の上に直接配置された遮蔽１２を有する一実施形態を示す。

図２Ｄでは、トランスデューサの前面に使用してもよい任意の整合層２６に沿って、前面の金属被覆層３０ｆが除去された断面が示される。遮蔽１２は、圧電材料層２８に直接取着されている。トランスデューサが励起される際に、遮蔽の下の圧電材料が超音波エネルギーを生成しないようにするために、２つの領域は、トランスデューサ回路から電気的に絶縁される（または分離される）。これらは、前面の電気的に絶縁される領域１４ｆ、および裏面の電気的に絶縁される領域１４ｂに対応する。電気絶縁は、金属被覆層３０ｆ、３０ｂの一対の対応するギャップをスクライブする（図２Ｅ）か、または図２Ｄの前面等の電気的に絶縁される領域の金属被覆層を除去することのいずれかによって得てもよい。スクライブされたギャップは、円または所望の形状であってもよい。スクライブは、金属被覆層に、所望の領域を電気的に絶縁するために十分な広い隙間を作成することができる任意の手段によって行ってもよい。隙間は、機械的装置（クッキーの抜き型のような）を使用して物理的にスクライブするか、化学的に除去するか、レーザエッチングするか、または金属被覆を除去する任意の手段で行ってもよい。ギャップは、トランスデューサの表面の金属被覆の前に、トランスデューサの表面にマスクを置くことによって作成してもよい。金属被覆層の分離が完了すると、マスクは除去され（以下を参照）、所望の隙間を作成する。

トランスデューサの非駆動領域は、トランスデューサの圧電材料をプラグで置換するか、または圧電材料を中和して非駆動領域を形成する方法でトランスデューサを形成することによって形成してもよい。ここで、実施例を図２Ｆおよび２Ｇに示す。図２Ｆでは、非駆動領域３２は、実質的な超音波振動を生成しないか、または圧電材料の分極していないために実質的に不活性な部分を生成するために分極する前に金属被覆を中断することによって中和される圧電材料である、不活性物質で圧電材料を置き換えることによって作成される。あるいは、中心の圧電材料は、絶縁ドーナツまたはワッシャ３４を使用して絶縁されてもよい。

圧電非駆動領域の様々な形を図２Ｋ〜２Ｏに示す。説明図は、遮蔽配置のために絶縁した前側の金属被覆（図２Ｋ〜２Ｍ）、または分離された裏側（図２Ｎ〜２Ｏ）を有することを考慮している。全てのこれらの図面においては、分離は、層の外部から延在し、圧電層２８へ下降するリングの断面として示される。再度、リングは、単に説明のためのものであり、当然のことながら、金属被覆層および整合層は、同じ効果を提供しながら、非駆動領域において完全に除去されてもよい。トランスデューサの任意の露出層の層間剥離または汚染を予防するために、金属被覆または整合層におけるエッチングされたリングまたは他の開口は、トランスデューサの構造的完全性を保護するために、材料３６で充填されてもよい。低下した圧電活性１４の領域を作成するために、トランスデューサの前および裏の両方の金属被覆層を除去することは、望ましくはあるが、必要ではない。

電気的に絶縁される領域の作成は、遮蔽を有するトランスデューサが適切に動作するためには必要ではない。代替の一実施形態において、トランスデューサの圧電層は、遮蔽が配置される領域において動作不可能である。圧電層の非活性領域は、トランスデューサの設計に組み込まれるか、または製造後にトランスデューサから除去されてもよい（図２Ｆ〜２Ｇ）。圧電非活性が製造中のトランスデューサの一部である場合、それは金属被覆層の領域を切断または分離することによって得ることができる。このことは、分離部分を電気的に非活性にする金属被覆層の絶縁ギャップを生じさせる。この電気的に絶縁された領域は、分離された平面の間の圧電材料内に所望の偏光効果を生成しない。あるいは、非駆動にされるトランスデューサの体積は、トランスデューサからそれを物理的に除去することによって行われてもよい。

物理的な除去は、多数の方法によって行うことができる。例えば、トランスデューサが、それぞれの側に対応する開口を有するサンドイッチモールドに配置される場合、除去されることが望ましい領域は、ドリルで取り除かれてもよい。開口は、望ましくは、トランスデューサの性能に悪影響を与えずに、トランスデューサの構造的な完全性を保存する材料または化合物で充填される。さらに、材料は、望ましくは、いくつかの遮蔽の利点を提供する。任意の適切な材料を使用してもよい。上述のポリマーおよび非酸化金属合金に加えて、非駆動領域には圧電活性がないため、導電性金属は、性能に悪影響を与えないので、導電性金属も適切であり得る。トランスデューサを動作させるために使用される回路を保存するために導電性金属を使用する場合は、注意する必要がある。充填材料は、ゴムまたはプラスチックのリング等の非導電性絶縁体を必要とし得る。

そのため、遮蔽１２を適用する前に、トランスデューサの非駆動領域１４を作成するための多数の方法がある。遮蔽１２は、物理的圧電層２８、またはトランスデューサＴの前面の金属被覆層３０ｆ、２６の一方に配置されてもよい（図２Ｅ）。トランスデューサＴが、それに組み込まれた充填物を伴う開口を有する場合、充填材料は、遮蔽として機能する（図２Ｆ）。

他の実施形態において、トランスデューサは、開口を伴って作製することができ、開口は保持されることができる。この実施形態では、トランスデューサの裏面は、トランスデューサの効果的な「前方への」伝達特性を保存するために、金属被覆層、および音響インピーダンス整合層を組み込む、特別な裏板を必要とする。望ましくは、トランスデューサは、また、トランスデューサが動作している際に、必要な構造支柱をトランスデューサに提供するための修正された筺体有する。この実施形態におけるトランスデューサのための遮蔽は、背後からトランスデューサを保護するために、トランスデューサを通る開口に沿って並べられた板またはコップ状のものであってもよい。マイクロストリーミングまたはキャビテーションが、トランスデューサに物理的損傷のリスクをもたらすことがあるため、マイクロストリーミングまたはキャビテーションのパターンがトランスデューサの平面の背後に延在しても、トランスデューサを保護するために、遮蔽はさらに必要である。

完成したトランスデューサの平面図を図２Ｇに、横断面を図２Ｉに示す。遮蔽を有するトランスデューサ１０は、構造支柱のための筺体１６を有する。筺体は、トランスデューサ２６の所望の使用を促す任意の形状または型であってもよい。遮蔽要素１２は、物理的損傷からトランスデューサを保護するために、トランスデューサの表面に配置される。トランスデューサＴを図２Ｊに拡大して示す。前面の金属被覆層３０ｆと、裏面の金属被覆層３０ｂとを有する圧電層２８が示される。トランスデューサの前面にある整合層２６も示される。一対の電極１８、２０が、超音波を作成するために必要な電気回路を提供するために、前面および裏面の金属被覆層に接続される。電極１８、２０は、発電機（図示せず）へと延在するリード線２２、２４に接続される。圧電層２８、金属被覆層３０ｆ、３０ｂ、および任意の整合層２６は、まとめてトランスデューサＴと称される。ＨＩＦＵトランスデューサは、適切にトランスデューサの前面および裏面を修正することによって遮蔽を有するトランスデューサに修正され得る。

モールドが、トランスデューサの修正のために提供される。モールド１２０の基本形を図３Ａに示す。モールドは、前側１０６ｆおよび裏側１０６ｂを有する基盤１０６を有する。ガイドリング１０４は、トランスデューサＴまたはトランスデューサ筺体１６を受容するために、基盤１０６に接続される（図３Ｂ）。基盤前側１０６ｆに取着されたライザ１０２が示される。ライザ１０２は、基盤１０６に付着される一つの端部と、トランスデューサの前面に接触するように設計された他方の端部とを有する。前面平面図では、図４Ａに示されるように、ライザ１０２は、くぼみ、またはへこみ１１４を含んでもよい。へこみ１１４は、ライザ１０２に形成されてもよいか、またはリップ１１０を有するライザの上端の結果であってもよい。

ここで、モールド１２０をより詳細に、図４Ａ〜４Ｇに示す。上面図を図４Ａに示す。再度、ライザの位置は、トランスデューサの前面の任意の部分に適合するように調節されてもよいことは忘れてはならないが、中央に配置されたライザ１０２が示される。モールド前側１０６ｆは、モールドが、トランスデューサまたはトランスデューサ筺体に対して押し付けられる際に、トランスデューサ面と向き合い、ガイドリング１０４は、トランスデューサ筺体１６を受容するように適合される。任意の空気穴１０８も備えられる。空気穴１０８は、トランスデューサとモールドとが互いに押し付けられる際に、トランスデューサと外部環境との間のガス交換を可能にするために使用することができる。図４Ｂは、点線で表わされる前面の特徴を有するモールドの裏側を示す。

ここで、ライザ１０２の様々な形が提示される。一実施形態において、トランスデューサの面の整合または金属被覆層に円形スクライブを作成するために使用される鋸歯状のリップ（図４Ｄ）を有するライザがある。モールド１２０は、トランスデューサ面に対して押し付けられ、ライザ１０２は、トランスデューサに接触するようにモールドの前面から十分に延在する。その後、モールドおよびトランスデューサは、ライザのリップ１１２の鋸歯状の端が、トランスデューサにリングを刻み、電気的に絶縁される領域を作成するように、互いに対して回転してもよい。

あるいは、ライザ１０２はそれを通る開口を有してもよく、開口はライザの先端から延在し、モールドの基盤を通って延在し、その結果、モールドの外側からトランスデューサ面の分離領域にアクセスできるように、ボア穴が作成される（図４Ｅ）。この実施形態においては、分離された領域は、ライザの開口を介して、トランスデューサ面の露出部分をエッチングまたはサンドブラストすることによって作成されることができる。

電気的に絶縁された領域が作成されると、ここで、トランスデューサ面に接触するために十分な高さを有するライザは、遮蔽の配置を支援するために、モールドとともに使用される（図４Ｃ）。一実施形態において、正確な量の液体ポリマーが、ライザの斜角の領域１１４に配置されることができる。その後、モールド１２０は、トランスデューサの前面に対して配置され、重力によって、液体ポリマーがトランスデューサの前面に引かれるように、アセンブリ全体を反転させる。斜角の領域１１４は、遮蔽の大きさ、および深さを画定し、ポリマーが乾燥する間、それを適切に維持するため役立つ。

モールドの２つの形の横断面図を図４Ｆおよび４Ｇに示す。図４Ｆには、斜角の領域１１４を有するライザ１０２が示される。図４Ｇには、ライザ１０２の裏側１０６ｂを通って上部まで貫通する開口１１６を有するモールドが示される。

ここで、遮蔽を有するトランスデューサの様々な代替の形が提供される。図５Ａには、長方形の設置領域を有するトランスデューサＴが示される。トランスデューサは、その長さ、および幅に沿って湾曲を有し得るので、トランスデューサが使用される際に、長い直線の「犬用の骨」の形状の領域が、ＨＩＦＵエネルギーの悪影響を受け得る。この場合、遮蔽１２は、ＨＩＦＵ動作の悪影響からの層間剥離を受ける領域を実質的に覆うように成形される。長方形のトランスデューサの断面を図５Ｂに示す。

他の実施形態において、トランスデューサは、トランスデューサ面を通るストライプを形成する単一の遮蔽によって、２つの透過領域Ｔ_１、Ｔ_２に分けられる（図５Ｃ）。複数の領域および遮蔽が可能であり、変化は、単に、要望通りの遮蔽の設計および形成による。

ここで、遮蔽を有するトランスデューサの製造の実施例が提供される。第１の限定されない実施例では、既存のトランスデューサが使用でき、遮蔽を有するために修正することができる。

（実施例１：電気絶縁）
既存のＨＩＦＵトランスデューサを変換する工程が、図６Ａから示される。ここで、筺体に装着されたトランスデューサＴが示される。開口を有するモールド１２０が、トランスデューサＴの面および筺体１６に嵌められる。望ましくは、ライザ１０２は、ガイドリングがトランスデューサ筺体に適切に嵌るときに、トランスデューサの前面に接触する。開口を有するモールド１２０は、望ましくは、モールドが後に続く工程段階の間に移動または不安定にならないように、トランスデューサ筺体に固定される。開口を有するモールド１２０がトランスデューサ上に適切に配置されると、トランスデューサの表面は、後に遮蔽の物理的接着を促進するように粗面化されてもよい。トランスデューサの表面を粗面化するために、様々なメカニズムが使用されてもよい。レーザ、化学薬品、機械的エッチング（図６Ｃに示されるサンドブラスト等）または研削（図６Ｃ’）を使用する方法が使用されてもよい。

トランスデューサの裏面は、前面が粗面化された領域に対応する表面積における金属被覆層の除去を可能にするのと同様の方法で処理されてもよい。望ましくは、トランスデューサの裏面が、前側の粗面化された表面と対応するようにスクライブされた金属被覆層を有するか、または金属被覆が、前側の粗面化領域と実質的に適合する領域において除去され、その結果、トランスデューサの裏面が帯電した場合に、トランスデューサの裏面の対応する領域が、前面と回路を形成しない。この方法では、トランスデューサの圧電非駆動領域が作成される。この裏側は、前面に粗面化領域を作製するために記載された方法と同様のモールドを使用して作成することができる。あるいは、コア圧縮、研削機、レーザ、化学エッチング法、または領域を分離する様々な他の方法は、実行可能な実施形態である。

前側が粗面化されると、モールドはトランスデューサ面から取り外され、トランスデューサは、残った破片がない状態にされる（図６Ｄ〜６Ｅ）。ここで、ライザに小さい凹部１１４を有する固体ライザ１０２を有するモールドは、トランスデューサ面で遮蔽を所定の位置に配置するために使用される（図６Ｆ〜６Ｈ）。ポリマーＰの測定量は、モールド１２０の前側１０６ｆが上を向いている状態で、凹部１１４に配置される。その後、トランスデューサＴは、ポリマーがトランスデューサ面と物理的に接触するように、モールド１２０に設置され、ポリマーはトランスデューサに結合し、これに対して定着することができる。望ましくは、ポリマーは、モールド１２０と結合せず、必要に応じて、凹部は、ポリマーがモールドと結合しないように、非固着剤で処理されてもよい。モールド１２０およびトランスデューサＴは、ポリマーがトランスデューサ面と結合し、遮蔽１２を形成できるように、十分な時間、分離される。ポリマーが所定の位置に定着すると、モールドは除去される。

当然のことながら、遮蔽の大きさ、および深さは、凹部の大きさ、および結合工程の前に凹部に配置されるポリマーの体積を変えることによって、容易に制御されてもよい。望ましくは、凹部は、遮蔽が提供しなければならない、機械的損傷に対する保護の所望のレベルを提供するように設計された所定の体積を有する。端的に言うと、大きい遮蔽は、ポリマーのより大きい体積を必要とし、そのため、モールドのより大きい体積の凹部が必要となる。

（実施例２：充填物を有する開口）
別の実施例では、遮蔽を有するトランスデューサは、非駆動と指定されるトランスデューサの領域を除去することによって形成されてもよい。これは、多くの方法によって行うことができる。除去によって非駆動領域を作成する一実施形態において、非駆動と指定されるトランスデューサの体積内の材料は、物理的に除去することができる。トランスデューサは、任意の適切な方法で支持されてもよく、適切な体積は、ドリルで取り除くこと、切り抜くこと、または別様に圧電材料のその指定された体積を破壊することによって除去される。

適切な体積が除去されると、開口の端は、望ましくは、トランスデューサの残りの均一な超音波生成のための平坦な端を提供するように平滑化される。ここで、開口は、回路の完全性を保持し、開口の周縁の改善された構造的完全性を提供するために、非伝導性材料と整列してもよい。また、ここで、開口は付加的な材料で充填されてもよい。開口の裏当て、および充填の材料は、同じ材料であってもよいか、または充填材料は、機械的エネルギーの吸収／偏向の所望の属性、または除去可能な特性を有する材料であってもよい。充填材料は、トランスデューサと同じ湾曲にされてもよいか、または機械的エネルギーの偏向または吸収を改善するように成形されてもよい。

遮蔽として機能する充填材料は、トランスデューサ面の背後に軸方向に配置され、必要に応じて、開口の裏当てを保護する付加的な寸法を有してもよい。

（実施例３：非駆動セラミック）
さらに別の実施形態において、非駆動領域は、分極段階の前に金属被覆層を切断することによって電気的刺激に反応しない非駆動領域に、セラミックを意図的に塗ることによって作成されてもよい。これによって、分離された部分を電気的に非活性にする金属被覆層に絶縁ギャップを生じさせる。分離された圧電材料内では所望の分極効果は、生成されない。

本発明は、多数の実施形態で説明されたが、様々な修正が本開示の研究時における当業者には明らかであり、それらは添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の精神または範囲から逸脱するものではない。

Claims (28)

1. 前側および裏側、並びに該前側に取着される遮蔽を有する、遮蔽された医療用強力集束超音波トランスデューサ。
2. 前記遮蔽の下の前記トランスデューサの体積は、該遮蔽によって覆われていない領域よりも小さい圧電活性を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
3. 前記トランスデューサは、活発に駆動される領域と、実質的に非駆動の領域とを有し、該実質的に非駆動の領域は、前記遮蔽によって少なくとも部分的に覆われる、請求項１に記載のトランスデューサ。
4. 前記活発に駆動される領域は、前記非駆動の領域のまわりで同心状である、請求項１に記載のトランスデューサ。
5. 前記遮蔽は、ポリマーで作製される、請求項１に記載のトランスデューサ。
6. 前記実質的に非駆動の領域は、前記活発に駆動される領域から電気的に絶縁される、請求項１に記載のトランスデューサ。
7. 前記実質的に不活性な領域は、１つ以上の非圧電性材料から成る、請求項１に記載のトランスデューサ。
8. 前記遮蔽は、前記前側の実質的に中央に配置される、請求項１に記載のトランスデューサ。
9. 前記遮蔽は、前記前側の背後に軸方向に配置される、請求項１に記載のトランスデューサ。
10. 前記遮蔽は、前記トランスデューサが励起される際に、損傷から前記前側を実質的に保護するような寸法である、請求項１に記載のトランスデューサ。
11. 前記遮蔽は、除去可能である、請求項１に記載のトランスデューサ。
12. 前記遮蔽は、吸収性である、請求項１に記載のトランスデューサ。
13. 前記遮蔽は、置換可能である、請求項１に記載のトランスデューサ。
14. 前記遮蔽は、合金で作製される、請求項１に記載のトランスデューサ。
15. 前記（単数または複数の）非駆動の領域と前記（単数または複数の）活発に駆動される領域との間に非導電性の充填材料をさらに備える、請求項１に記載のトランスデューサ。
16. 遮蔽を有する少なくとも１つの付加的な非駆動の不活性領域をさらに備える、請求項１に記載されたトランスデューサ。
17. 前記遮蔽は、２つ以上の異なる材料から形成される、請求項１に記載されたトランスデューサ。
18. 実質的にボウル形状の前側と、それを通る、前記前側に実質的に垂直に整列した開口とを有する、医療用強力集束超音波トランスデューサ。
19. 前記開口内に配置される挿入部分をさらに備える、請求項１８に記載されたトランスデューサ。
20. 前記挿入部分は、非圧電性材料で作製される、請求項１９に記載されたトランスデューサ。
21. 前記挿入部分は、非圧電性材料のリングと、コアとをさらに備える、請求項１９に記載された挿入部分。
22. 前記コアは、ポリマーで作製される、請求項２１に記載された挿入部分。
23. トランスデューサの表面領域を分離するための装置であって、
    トランスデューサの大きさに実質的に適合する、外面と、内面と、設置領域とを有する基盤と、
    該基盤に接続されるガイドリングであって、該トランスデューサを受容することが可能である、ガイドリングと、
    該基盤から該トランスデューサへと延在するライザであって、該トランスデューサが該ガイドリングによって受容される際に、接触端部がトランスデューサ面に接触してもよいように、基盤端部と該接触端部とを有する、ライザと
    を備える、装置。
24. 前記トランスデューサ面の領域が前記外面からアクセス可能となるように、前記ライザおよび前記基盤を通って延在する開口をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
25. 前記ライザは、該ライザと前記トランスデューサとの間の接触平面に凹部をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
26. 前記ライザは、リップをさらに備える、請求項２３に記載の装置。
27. 前記リップは、鋸歯状である、請求項２６に記載のライザ。
28. 前記基盤は、それを通って延在する第２の開口をさらに備える、請求項２３に記載の装置。

Images