JP2011505205A - 容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ｃｍｕｔｓ）で構築される超音波スキャナ - Google Patents

Abstract

超音波スキャナおよび超音波スキャナを製造する方法。方法の一実施形態は、可撓性電子装置（例えば、ＩＣ）および可撓性超音波変換器（例えば、円形ＣＭＵＴアレイの一部分）を可撓性部材と集積化するステップを含む。ＩＣ、変換器、および可撓性部材は、可撓性サブアセンブリを形成し得、丸められた状態で超音波スキャナを形成する。ＩＣおよび変換器の集積化は同時に行われ得る。代替案において、電子装置の集積化は変換器の集積化前に行われ得る。さらに、変換器の集積化は半導体技術を使用するステップを含み得る。さらに、丸められたサブアセンブリは、内腔を形成し得るか、または内腔に取り付けられ得る。当該方法は、可撓性サブアセンブリの一部分を折り畳んで前方視型変換器を形成するステップを含み得る。一部のサブアセンブリの可撓性部材は、一対のアームを含み得る。

Description

本発明は、容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴ）スキャナに関連し、より具体的には、ＣＭＵＴによる超音波スキャナを備えるカテーテルに関する。

カテーテルにより、外科関係者は、カテーテルの遠位端を何らかの状態が存在し得る部位に誘導することによって、患者の体内の深部の状態を診断および治療することができる。次いで、外科関係者は様々なセンサ、器具等をその部位で操作し、患者に対する最小の侵襲効果で所定の手順を行うことができる。広く使用されているセンサの一種は超音波スキャナである。超音波スキャナは、音波が様々な組織および他の生物学的構造を貫通し、そこからエコーを戻すことができる能力に対して選択される周波数で音波を生成する。多くの場合、約２０ＭＨｚ以上の周波数を選択することが望ましい。超音波スキャナの周囲組織の画像は、これらの戻されたエコーに由来し得る。２種類の超音波スキャナが存在し、１つは圧電性結晶（すなわち、圧電材料または複合圧電材料から製造される結晶）に基づき、もう１つは、容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴおよび組込型スプリングＣＭＵＴまたはＥＳＣＭＵＴ）に基づく。

ＣＭＵＴは、通常、２つの電極のうちの１つに取り付けられる膜を有する２つの離間した電極を含む。操作中に、交流電流（ＡＣ）信号を使用して、電極を異なる電圧に充電する。差動電圧は、膜に取り付けられる電極の移動を誘発し、したがって膜自体の移動を誘発する。圧電変換器（ＰＺＴ）は、ＡＣ信号をその中の結晶にも印加し、結晶を振動させて音波を生成する。結晶に戻されたエコーを使用して、周囲組織の画像を得る。

そのため、外科関係者は、ヒト（および動物）患者の体内の所定組織（例えば、血管）、構造等の画像を得るため、およびそこでの治療効果を見るために、超音波スキャナを備えるカテーテルを採用することが有用であることを見出している。例えば、超音波変換器が画像を提供し得ることによって、医療関係者は血液が特定の血管を流れているか否かを判断することができる。

一部のカテーテルは、カテーテルの遠位端またはその付近に位置する単一の超音波変換器を含むが、他のカテーテルは、超音波変換器の配列をカテーテルの遠位端に含む。これらの超音波変換器は、カテーテルの側面に沿って配置され得、そこから外側を向き得る。その場合、それらは「側方視型変換器」と称され得る。カテーテルが片側向き変換器のみを有する場合、カテーテルを回転させて、カテーテルの周囲の全方向で組織の画像を得ることができる。そうでなければ、カテーテルは、超音波変換器をカテーテルの周囲の全方向に向かせることができる。

他の状況において、カテーテルは、カテーテルの末端から遠位方向を向くカテーテルの遠位端に超音波変換器を配置させることができる。これらの種類の超音波変換器は、「前方視型」変換器と称され得る。前方視型変換器は、カテーテルの正面（すなわち、「前方」）にある組織の画像を取得するために有用であり得る。

本発明の目的とするところは、容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴＳ）で構築される超音波スキャナを提供することにある。

実施形態は、超音波スキャナを備えるカテーテル、および超音波スキャナを備えるカテーテルを製造する方法を提供する。より具体的には、一実施形態に従って実践される方法は、可撓性電子装置（例えば、集積回路）を可撓性部材と集積化するステップ、および可撓性超音波変換器（例えば、円形ＣＭＵＴアレイの一部分）を可撓性部材と集積化するステップを含む。集積化された可撓性電子装置、可撓性超音波変換器、および可撓性部材は、可撓性サブアセンブリを形成し得、丸められて超音波スキャナを形成する。

一部の実施形態において、可撓性電子装置および可撓性超音波変換器と可撓性部材との集積化は、同時に行われる。さらに、超音波変換器の集積化は、その活性表面を含む超音波変換器の側面から行うことができる。代替案において、可撓性電子装置の集積化は、可撓性超音波変換器の集積化前（または後）に行われ得る。さらに、可撓性超音波変換器の集積化は、半導体技術を使用するステップを含み得る。一部の実施形態において、丸められた可撓性サブアセンブリは、カテーテルの内腔に連結され得る内腔を形成する。しかしながら、代わりに、丸められた可撓性サブアセンブリを、カテーテルの内腔に取り付けることができる。一部の実施形態において、可撓性部材（可撓性超音波変換器をホストする）の一部分を約９０度の角度に折り、前方視型超音波変換器を形成するステップを含む。一部の実施形態の可撓性部材は、ＣＭＵＴ変換器の円形配列の一部に取り付けられる一対のアームを含み得る。アーム（および可撓性部材の残り）が丸められるにつれて、円形ＣＭＵＴアレイを９０度に折り、リング型ＣＭＵＴアレイを形成することができる。リング型ＣＭＵＴアレイを、次いで、前方視型ＣＭＵＴアレイとして使用することができる。

本明細書で開示される超音波スキャナの実施形態は、可撓性電子装置（例えば、集積回路）、可撓性超音波変換器、および可撓性部材を含み、可撓性電子装置および可撓性超音波変換器は、可撓性部材と集積化される。集積化された可撓性電子装置、可撓性超音波変換器、および可撓性部材は、可撓性サブアセンブリを形成し得、丸められて超音波スキャナを形成する。一部の実施形態において、丸められた可撓性サブアセンブリは内腔であるか、または代わりに、カテーテルの内腔に取り付けることができる。可撓性超音波変換器は、スルーウエハ相互接続部およびそこで連通する円形ＣＭＵＴアレイの一部分を含み得る。さらに、超音波変換器は、前方視型リング型ＣＭＵＴアレイであり得る。

したがって、実施形態は、これまでに利用可能な超音波変換器を備えるカテーテル、より具体的には、ＰＺＴを備えるカテーテルに勝る多くの利点を提供する。例えば、実施形態は、高周波且つこれまで可能であった帯域幅よりも広い帯域幅で動作し得る、超音波スキャナを備えるカテーテルを提供する。実施形態は、これまで利用可能であった超音波変換器よりも小型の要素を有する超音波スキャナを備えるカテーテルも提供する。さらに、実施形態は、これまで利用可能であった超音波カテーテルの製造方法よりも簡単で、低コスト、且つ高速な超音波スキャナを備えるカテーテルを製造する方法を提供する。

一部の実施形態のカテーテルの断面図である。 一部の実施形態の超音波スキャナの断面図である。 一部の実施形態の超音波スキャナの断面図である。 一部の実施形態のカテーテルを製造する方法を説明するフローチャートである。 一部の実施形態のカテーテルの超音波スキャナの断面図である。 一部の実施形態のカテーテルの別の超音波スキャナの断面図である。 一部の実施形態のカテーテルの別の超音波スキャナの断面図である。 一部の実施形態のカテーテルの超音波スキャナの断面図である。 一部の実施形態のカテーテルのさらに別の超音波スキャナの断面図である。 一部の実施形態のカテーテルの一次元ＣＭＵＴアレイを示す図である。 一部の実施形態のカテーテルの２次元ＣＭＵＴアレイを示す図である。 一部の実施形態のカテーテルのリング型ＣＭＵＴアレイのサブアセンブリを示す図である。 一部の実施形態のカテーテルのリング型ＣＭＵＴアレイのサブアセンブリを示す図である。 一部の実施形態のカテーテルのリング型ＣＭＵＴアレイを製造する方法を示す図である。 一部の実施形態のＣＭＵＴを備えるカテーテルの様々な構成要素を集積化する方法を示す図である。 一部の実施形態のＣＭＵＴを備えるカテーテルの様々な構成要素を集積化する別の方法を示す図である。 ＣＭＵＴを備えるカテーテルの様々な構成要素を製造できるウエハを示す図である。

様々な実施形態は、カテーテルの遠位端に位置付けられる、超音波スキャナを提供する。より具体的には、一部の実施形態は、それらの遠位端に側方視型および前方視型の容量性マイクロマシン加工変換器（ＣＭＵＴ）アレイを備える超音波スキャナを提供する。

圧電変換器（ＰＺＴ）は、いくつかの望ましい診断機能を行うことができるが、小型要素を有する圧電変換器（ＰＺＴ）を得ることは依然として困難である。より具体的には、ＰＺＴが製造される材料に関連する制限のため、様々な心血管、神経血管、および他の生物学的構造を通じて誘導されるよう設計された多くのカテーテル内に適合するように十分小さいＰＺＴを有するカテーテルを設計および製造することは依然として困難である。さらにＰＺＴ材料は、比較的高周波のレジームに好適でない。例えば、生物学的組織を撮像するために有用な２０ＭＨｚ付近（以上）の領域における動作が可能なＰＺＴを設計および製造することは困難である。

さらに、ＰＺＴの円筒形アレイ（様々なカテーテル上の包含に望ましい円筒形アレイ等）を形成するため、個別のＰＺＴを平板変換器のシートからダイスカットしなければならない。個別のＰＺＴは、次いで、カテーテル上の円筒形アレイに配置され得る。結果として、個別のＰＺＴ（またはそれらの群）の一部が、ダイスカット中および組立作業中に、切り口または他の汚染物質で損傷または汚染され得る。追加として、個別のＰＺＴのダイスカット作業およびカテーテル上での組立は、個別のＰＺＴの操作特性の変化に至り得る。そのため、これまでに利用可能なＰＺＴは、所定の超音波用途においてのみ使用されている。本開示は、ＣＭＵＴによる超音波変換器、およびＰＺＴの短所の少なくとも一部に対処するかかるＣＭＵＴを備えるカテーテルを提供する。本明細書で記載されるように、本明細書で開示される超音波変換器およびカテーテルは、他の利点も有する。

ＣＭＵＴは、コンデンサを形成するように配置される２つのプレート状構造を使用して、隣接する媒体における音波を伝送および検出する。プレート（またはプレートに連結される電極）は、繰り返し充電されて、一方のプレートを他方に関連して移動させることにより、音波を生成し得る。典型的に、交流電流（ＡＣ）がプレートを充電する。代替案において、プレートを選択した電圧に（例えば、直流すなわちＤＣ信号を用いて）充電してもよく、当該プレートを使用することにより、露出したプレートに作用して、当該プレートを他方プレートに対して変位させる音波を感知することができる。露出したプレートの移動は、ＣＭＵＴのキャパシタンスにおいて変化をもたらす。結果として得られたＣＭＵＴにより生成される電気信号を解析し、ＣＭＵＴを取り囲む媒体の画像を生成することができる。一部のＣＭＵＴによる超音波スキャナは、スイッチを含み、当該スイッチが一方の位置にある場合は、ＣＭＵＴに音波を伝送させることができ、当該スイッチが他方の位置にある場合は、ＣＭＵＴに音波を検出させることができる。

ＣＭＵＴは、個別に製造され得るか、または様々な種類のアレイで製造され得る。例えば、一次元（１−Ｄ）アレイのＣＭＵＴを製造することができ、そこでは様々なＣＭＵＴが直線配列で形成される。２−Ｄ ＣＭＵＴアレイを製造することもでき、そこでは様々なＣＭＵＴが、例えば、行および列を含む多様なパターンで形成される。行および列は、一般に正方形、長方形、または他の形状のアレイを形成することができる。さらに、個別のＣＭＵＴを、個別に操作するか、他のＣＭＵＴと併せて操作するか、またはすべてのＣＭＵＴを併せて特定のアレイまたはスキャナで操作することができる。例えば、多数のＣＭＵＴを段階的なアレイとして操作するように、様々なＣＭＵＴを駆動する信号のタイミングを取り、音響エネルギーを特定の方向に配向することができる。

アレイが所望または所定の形状あるいは曲線で表面、空洞等に一致しうるように、ＣＭＵＴアレイを可撓性に形成することができる。例えば、ＣＭＵＴアレイは、特定の器具、カテーテル、または他の装置の形状に一致するように適合することができる。同様に、ＣＭＵＴを駆動するため（およびそこからの信号を感知するため）に使用されるＩＣ（または他の電子回路）も可撓性に形成することができる。さらに、本明細書で開示されるものと同様の技術を使用してＣＭＵＴおよびＩＣを相互に、および機器と同時に集積化するか、または本明細書で開示されるものと同様の（または異なる）技術を使用して別時に集積化することができる。

より具体的には、一部の実施形態のＣＭＵＴおよびＩＣは、半導体またはマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）加工およびパッケージング技術（以下、「半導体」技術）を使用して、互いに、および可撓性膜と同時に集積化され得る。表面にＣＭＵＴおよびＩＣを有する可撓性膜をカテーテル（または他の装置）の上に巻き、ＣＭＵＴによる超音波スキャナを有するカテーテルを形成することができる。これらのＣＭＵＴによる超音波スキャナは、前方視型、側方視型、またはそれらの組み合わせであり得る。一部の実施形態において、他の変換器（例えば、圧力、温度等）を製造し、可撓性膜上のＣＭＵＴおよびＩＣと集積化することができる。

図１は、一部の実施形態のカテーテルの断面図を示す。カテーテル１００は、ＣＭＵＴ変換器１１１、様々な電極１１２、可撓性の細長い本体１２０、ケーブル１３０、接続ワイヤ１３１、内腔１４０、可撓性遠位端１５０、および外被１６０を含むＣＭＵＴ超音波スキャナ１１０を備える。カテーテル１００は、通常、細長い本体１２０の近位端にハンドルも含む。当該ハンドルにより、外科関係者は、誘導補助を用いて、または用いずに、遠位端１５０を患者の体内の血管（例えば、心血管）に通すことができる。当該遠位端１５０は、細長い本体１２０の遠位端に連結することができ、また血管壁に影響することなく細長い本体１２０の遠位端を血管に通すために十分可撓性であり得る。

さらに、当該遠位端１５０は、平滑なリード表面を含み、細長い本体１２０の血管通過を容易にすることができる。外被１６０は、カテーテル１００の細長い本体１２０（および他の部分）全体にも提供され、細長い本体１２０の血管通過を容易にし得る。遠位端１５０が所望の部位に到達すると、細長い本体１２０および遠位端１５０を通じ、（通常、細長い本体の長さに沿って走る）内腔１４０を介して器具を挿入することができる。有利なことに、カテーテル１００により、外科関係者は当該部位で超音波診断を行うことができ、また患者に対する不快感を最小限に抑えてこれらの外科的手順を行うことができる。カテーテル１００は、所望の部位で様々な診断手順を行うための１つまたは複数のセンサ、変換器、器具等も含み得る。

内腔１４０は、遠位端１５０をカテーテル１００の細長い本体１２０に連結することができる。内腔１４０は、超音波スキャナ１１０（ＣＭＵＴ変換器１１１および電子機器１１２）が載置され得る構造も提供することができる。通常、超音波スキャナ１１０の本体および遠位端１５０の本体は互いにぴったり重なり、カテーテル１００が誘導され得る血管の壁に対して平滑な全体表面を呈する。

ＣＭＵＴ変換器１１１は、１つまたは複数の個別ＣＭＵＴ要素を含み得る。様々なＣＭＵＴ要素をＣＭＵＴ変換器１１１内のアレイに配置することができる。さらに、ＣＭＵＴ変換器１１１は、側方視型変換器または前方視型変換器であり得る。一部の実施形態において、カテーテル１００は、側方視型および前方視型変換器の両方を含む。

ワイヤ１３１は、外部支援電子機器と超音波スキャナ１１０との間で電子データおよび制御信号を運ぶことができる。一部の実施形態において、外部支援電子機器は、ソフトウェアを有する制御ステーションコンピュータを含み、超音波スキャナからの信号を解析して、超音波スキャナを取り囲む組織の画像を生成することができる。ケーブル１３０は、細長い本体１２０の近位端からカテーテル１００の遠位端までワイヤ１３１を送る。細長い本体１２０の遠位端において、ワイヤ１３１は、電子機器１１２に電気的に接続できる。さらに、相互接続部（図示せず）は、電子機器１１２およびＣＭＵＴ変換器１１１を電気的に接続することができる。ワイヤ１３１は、電子機器１１２に電力を提供することができる。一方、電子機器１１２は、ＣＭＵＴ変換器１１１に電力供給し、ＣＭＵＴ変換器１１１に音波の伝送および検出を切り替えるように配置された（１つまたは複数の）スイッチを提供する。

ＣＭＵＴ変換器１１１から、検出された音波を示す電子信号は、相互接続部を介して電子機器１１２に移動し得る。電子機器は、これらの電子信号上で所定の機能（例えば、フィルタリング、信号調整等）を行うことができる。電子機器１１２は、ワイヤ１３１を介して、外部支援電子機器（図示せず）に電子信号を送信することができる。一部の実施形態において、当該支援電子機器は、電子信号を解析し、そこから様々な画像を得るように構成されるコンピュータを含む。そのため、ワイヤ１３１は、電子機器１１２（およびＣＭＵＴ変換器１１１）と支援電子機器との間のインターフェースを提供することができる。

ＣＭＵＴ変換器１１１が音波を伝送することが所望される場合、電子機器はＡＣ信号をＣＭＵＴ変換器１１１に印加することにより、音波を生成させる。さらに、電子機器１１２は、約１〜１００ＭＨｚの周波数を有するＡＣ信号をＣＭＵＴ変換器１１１に印加するように構成され得る。しかしながら、電子機器１１２は、同様に他の周波数を有するＡＣ信号でＣＭＵＴ変換器１１１を駆動するように構成され得る。代替案において、ＣＭＵＴ変換器１１１が音波を検出することが所望される場合、電子機器１１２は、バイアス信号または調整信号をＣＭＵＴ変換器１１１に印加し、エコーされた音波から戻された電子信号を感知することができる。

次に図２Ａを参照して、一部の実施形態の側方視型超音波スキャナ２０９の断面図を説明する。超音波スキャナ２０９は、ＩＣ２２０、可撓性部材２３０、内腔２４０またはシャフト２４１（以下、内腔２４０）、一対のワイヤ２５０、および外層２６０を含む。ＣＭＵＴアレイ２１０、ＩＣ２２０、および可撓性部材２３０（以下、可撓性サブアセンブリ２０８）は、内腔２４０に取り付けられ得る。ＣＭＵＴアレイ２１０およびＩＣ２２０は、半導体技術を使用して個別に（または一緒に）製造することができ、また可撓性部材２３０によって互いに機械的に連結することができる。可撓性部材２３０は、ＩＣ２２０の反対にあるＣＭＵＴアレイ２１０の端に連結することもでき、またその逆も可能である。可撓性部材２３０は、ワイヤ２５０、ＩＣ２２０、ＣＭＵＴアレイ２１０、および超音波スキャナ２０９の他の構成要素の間に電気的接続性を提供しながら、組み立て中に、これらの構成要素が互いに関連して移動できるようにする。

図２Ａの詳細部分は、可撓性サブアセンブリ２０８の内腔２４０への取り付けを示す。図２Ａの詳細部分は、ＣＭＵＴアレイ２１０の特定のＣＭＵＴ要素の様々な構成要素も示す。ＣＭＵＴ要素のこれらの構成要素は、膜２１１、絶縁層２１４、基板２１５、先端電極２１６、（可撓性部材２３０の）導電層２３１、（可撓性部材２３０の）絶縁層２３２、および（可撓性部材２３０の）ビア２３３を含む。様々な半導体およびＭＥＭＳ材料（以下、「半導体」材料）を使用して、ＣＭＵＴを製造することができる。例えば、膜２１１、絶縁層２１４、基板２１５、および先端電極２１６は、シリコン、ドープトシリコン、金属、酸化物、窒化物等から形成することができる。

一部の実施形態において、ＣＭＵＴアレイ２１０は、１次元ＣＭＵＴアレイである（１列のＣＭＵＴ要素を含む。図９を参照）。しかしながら、ＣＭＵＴアレイ２１０は、他の種類のＣＭＵＴアレイであり得る。例えば、ＣＭＵＴアレイ２１０は、１．５次元ＣＭＵＴアレイ、１．７５次元ＣＭＵＴアレイ、または２次元ＣＭＵＴアレイ（２列のＣＭＵＴ要素を含む。図１０を参照）であり得る。ＣＭＵＴアレイ２１０は、Ｈｕａｎｇにより２００７年１２月３日に出願された、米国仮特許出願第６０／９９２，０２０号、名称「ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ」（その全体が説明されるかのように本明細書に組み込まれる）に記載されるような可撓性ＣＭＵＴアレイであり得る。追加として、または代替として、ＣＭＵＴアレイ２１０は、Ｈｕａｎｇにより２００８年１月３０日に出願された、米国仮特許出願第６１／０２４，８４３号、名称「ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ ＡＮＤ ＣＯＮＮＥＣＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ ＡＲＲＡＹＳ」（その全体が説明されるかのように本明細書に組み込まれる）に記載されるような個別のＣＭＵＴアレイ間に可撓性要素を含み得る。さらに、これらの種類のＣＭＵＴアレイは、半導体技術を使用して形成され得る。ＩＣ２２０は、前述の仮特許出願において説明されるものと同様の方法で製造することができ、そのため可撓性でもあり得る。したがって、サブアセンブリ２０８は、内腔２４０を含む様々な表面（複合曲線を呈する表面を含む）に一致するように十分に可撓性であり得る。可撓性サブアセンブリ１０８は、物体の周囲に巻かれ得るか、または（複合曲線を有するものであっても）巻いてチューブ、内腔の一部、または内腔にすることができる。例えば、可撓性サブアセンブリを巻いて、円筒、内腔の一部、または内腔にすることができる。反対に、半導体技術を使用して、可撓性ＰＺＴによる超音波スキャナを形成することは実践的でない。

可撓性部材２３０に関して、可撓性部材２３０は、１つまたは複数の絶縁層２３２および少なくとも１つの導電層２３１を含み得る。これらの絶縁層２３２および導電層２３１は、半導体技術を使用して製造することができ、わずか１マイクロメートルの薄さに製造することができる。したがって、可撓性部材２３０内の相互接続部間の分離は、わずか１マイクロメートルであり得、これまでに利用可能な超音波スキャナ（およびより具体的には、これまでに利用可能なＰＺＴによる超音波スキャナ）と比較して、相互接続部の密度が増加する。さらに、可撓性部材２３０内の相互接続部の密度を高めることが所望される場合、追加の絶縁層２３２および導電層２３１を可撓性部材２３０内に形成することができる。可撓性部材２３０の層２３１および２３２は、半導体技術と適合する材料で製造され得る。例えば、導電層２３１は、アルミニウム、金等で形成することができ、金属または他の導電材料を適切な基板上に電気めっき、スパッタリング、蒸散等によって形成され得る。絶縁層２３２は、パリレン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、窒化物、ポリイミド、またはカプトン等で形成され得る。

引き続き図２Ａを参照して、ＣＭＵＴ膜２１１および基板２１５は、変換空洞２１３を画定し得る。ＣＭＵＴの先端電極２１６は、膜２１１に連結することができ、基板２１５（図２Ａの詳細部分に示される特定のＣＭＵＴ要素の底面電極として機能し得る）と併せて、膜２１１の移動を生じ得る。より具体的には、電気信号は、ワイヤ２５０、導電層２３１、およびビア２３３により提供される接続性を使用して、先端電極２１６および基板２１５にわたって印加され、ＣＭＵＴ要素をアーチ形にし、それによって周囲の媒体において音波を生成する。

図２Ｂは、図２Ａの超音波スキャナ２０９の線２Ｂ−２Ｂに沿って取られた断面図を示す。当業者であれば、ＣＭＵＴアレイ２１０のＣＭＵＴ要素が、音響整合層またはバッキング層がなくても満足に作動し得ることを理解するであろう。さらに、ＣＭＵＴアレイ２１０は、内腔２４０とＣＭＵＴアレイ２１０との間に充填材がなくても満足に作動し得る。したがって、可撓性ＣＭＵＴアレイ２１０は、内腔２４０上で直接巻くことができる。一部の実施形態において、可撓性ＣＭＵＴアレイ２１０を円筒形状に巻くことができ、それによって内腔２４０として機能し得る。したがって、個別の内腔２４０を超音波スキャナ２０９に含める必要はない。丸められたＣＭＵＴアレイ２１０が内腔として機能するそれらの実施形態において、ＣＭＵＴアレイ２１０は、カテーテル１００の細長い本体１２０（図１を参照）に含まれる内腔の直径に一致するような寸法にすることができる。したがって、細長い本体における内腔および丸められたＣＭＵＴアレイ２１０を連結して、カテーテル１００の長さ全体に連続する内腔を形成することができる。

図３は、超音波スキャナを製造する方法を示すフローチャートである。当該方法３００は、ステップ３０２において、ＣＭＵＴアレイ２１０およびＩＣ２２０を可撓性部材２３０と集積化するステップを含む。一部の実施形態において、ＣＭＵＴアレイ２１０およびＩＣ２２０は、同時に同様の技術を使用して、可撓性部材２３０と集積化することができる。しかしながら、一部の実施形態において、ＣＭＵＴアレイ２１０およびＩＣ２２０は、異なる時間に異なる技術を使用して、可撓性部材２３０と集積化することができる。ステップ３０４において、（サブアセンブリ２０８として）集積化されたＣＭＵＴアレイ２１０、ＩＣ２２０、および可撓性部材２３０を巻いて、円筒形にすることができる。したがって、サブアセンブリ２０８を内腔２４０の周りに巻くか、または内腔２４０を形成することができる。いずれの場合においても、結果として得られた超音波スキャナ２０９をカテーテル１００の内腔１４０（図１を参照）上に組み立てることができる。ステップ３０６において、カテーテル１００のワイヤ１３１を接続して可撓性部材２３０上のリード線に接続させることができる。ステップ３０８において、外層２６０を超音波スキャナ２０９に適用して、ＣＭＵＴによる超音波変換器２０９の製造を完了することができる。外層２６０は、例えば、ＰＤＭＳ、パリレン、ポリエチレン収縮チューブ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）収縮チューブ等で形成することができる。

ＰＺＴによる超音波スキャナの製造と対照的に、方法３００は屈曲時のディスクのＰＺＴダイスカットを省略することができる。方法３００は、音響整合およびバッキング層の形成を省略することもできる。方法３００は、ＣＭＵＴアレイ２１０と内腔２４０との間の充填材料層の形成を省略することもできる。さらに、ＣＭＵＴアレイ２１０およびＩＣ２２０を可撓性部材２３０と個別に集積化するステップ等の製造ステップを組み合わせることができ、それによって追加のコスト削減をもたらし、品質管理を改善することができる。したがって、方法３００は、ＰＺＴによる超音波変換器を製造する方法よりもステップが少なく、簡単であり得る。

ここで図１４を参照して、ＣＭＵＴによる超音波スキャナを製造する方法について、方法３００よりも詳細に説明する。より具体的には、図１４は、可撓性サブアセンブリ１４０８を形成する方法を説明する。図１４は、素子層１４０１を有するウエハ１４００、ハンドリングウエハ１４０２、絶縁層１４０３、いくつかのトレンチ１４０５、ＣＭＵＴアレイ１４１０、いくつかのＩＣ１４２０、可撓性絶縁層１４２９、可撓性部材１４３０、導電層１４３１、および絶縁層１４３２を説明する。ウエハ１４００は、ＣＭＵＴアレイ１４１０、ＩＣ１４２０、またはそれらの様々な組み合わせの製造に使用されるシリコン−オン−オキサイド（ＳＯＩ）ウエハであり得る。ウエハ１４００を使用して、可撓性部材１４３０を製造し、ＣＭＵＴアレイ１４１０およびＩＣ１４２０を可撓性部材１４３０と集積化することもできる。

ここで図１４．１を参照して、ウエハ１４００は、素子層１４０１、ハンドリングウエハ１４０２、および絶縁層１４０３を含み得る。素子層１４０１は、ＣＭＵＴアレイ１４１０およびＩＣ１４２０の厚みを決定することができる。ウエハ１４００にＳＯＩウエハを使用する代替として、シリコンウエハを所望の厚みに研磨し、ウエハ１４００の代わりに使用することができる。一部の実施形態において、ＩＣ１４２０をホストするウエハ１４００の領域は、図１４に示される方法の所定のステップ中に、適切なマスキング材料の層によって保護され得る。図１４．１は、様々な半導体製造技術を使用して、ＣＭＵＴアレイ１４１０をウエハ１４００上で製造できることを示す。

図１４．２に示されるように、様々なトレンチまたは開口パターン１４０５をウエハ１４００において形成することができる。トレンチおよびパターン１４０５は、エッチングしてウエハ１４００の絶縁層１４０３に到達するようにする必要がある。トレンチまたはパターン１４０５を使用して、様々なＣＭＵＴアレイ１４１０、ＣＭＵＴアレイの要素、ＩＣ１４２０、および他の構成要素を互いから、または素子層１４０１の残りから分離することができる。図１４によって示される他のステップと同様に、適切な半導体技術を使用して、トレンチ１４０５を形成することができる。さらに、図１４．３は、ＩＣ１４２０をウエハ１４００上に製造できることを示す。ＩＣ１４２０をホストする領域が保護材料で被覆されている場合、ＩＣ１４２０を製造する前に保護材料を除去してもよい。

一部の実施形態において、ＣＭＵＴアレイ１４１０は、通常、ＩＣ１４２０の製造中に遭遇する可能性の高い温度よりも高い温度に耐え得る材料で形成される。したがって、ＣＭＵＴアレイ１４１０の後にウエハ１４００上でＩＣ１４２０を製造することにより、満足できるサブアセンブリ１４０８をもたらすことができる。一部の実施形態により、図１５を参照して説明されるように、ＩＣ１４２０の製造後に、ＣＭＵＴアレイ１４１０をウエハ１４００上に製造することができる。

引き続き図１４を参照して、図１４．４から図１４．６に示されるステップは、可撓性部材１４３０を形成するために使用できる典型的なプロセスステップである。これらのステップを採用する実施形態において、可撓性部材１４３０は、少なくとも１つの絶縁層および少なくとも１つの導電層を有する。図１４．４は、可撓性絶縁材料（例えば、パリレン、ポリジメチルシルオキサン、またはＰＤＭＳ、ポリイミド、ニトリド等）の層が、可撓性部材１４３０の第１の絶縁層としてウエハ１４００上でパターン化および形成され得ることを示す。可撓性絶縁層１４３２は、任意の適切な方法でウエハ１４００上に形成することができる。例えば、可撓性絶縁層１４３２は、ウエハ１４００上にスピンコート、蒸散、スパッタ、蒸着等され得る。さらに、可撓性絶縁層１４３２のパターンは、可撓性絶縁層１４３２がＣＭＵＴ１４１０およびＩＣ１４２０に関連する電極、リード、コンタクト等へのアクセスを可能にするように選択することができる。

図１４．５において、ウエハ１４００上の可撓性部材１４３０の導電層１４３１の形成が示される。導電層１４３１は、任意の適切な技術によってウエハ１４００上にパターン化および蒸着され得、ＣＭＵＴアレイ１４１０、ＩＣ１４２０、およびウエハ１４００上の他の構成要素の間の相互接続部の製造を可能にする方法で製造することができる。導電層１４３１は、アルミニウム、金、銅、チタン等、または他の適切な金属から、（例えば）蒸着、蒸散、スパッタリング等によって製造することができる。複数の絶縁および導電層で可撓性部材１４３０を形成することが所望され得る場合は、追加の導電層１４３１および絶縁層１４３２をウエハ１４００上でパターン化および形成して、相互接続部、ビア、およびウエハ１４００によりホストされる構成要素の関連絶縁体を提供することができる。１つ以上の導電層１４３１および絶縁層１４３２がウエハ１４００上に形成される場合、キャパシタ、インダクタ等の様々な装置がそこに形成され得る。

所望される場合、外層１４２９がウエハ１４００上に形成され得る。外層を保護層として使用し、可撓性部材１４３０の絶縁層として処理され得る。通常、必須ではないが、外層は生体適合性である。外層１４２９は、図１４．６により示され、様々な技術によって、パリレン、ＰＭＤＳ、ポリイミド、ニトリド等の可撓性絶縁材料から形成することができる。外層１４２９の厚み、パターン、および材料を選択して、機械的酷使からのサブアセンブリ１４０８の保護を提供し、その環境から超音波変換器を電気的且つ熱的に絶縁し、サブアセンブリ１４０８に対して平滑且つ比較的摩擦のない表面を提供して、それが挿入され得る様々な血管の壁に呈することができる。このステップの後、一部の実施形態において、可撓性部材１４３０がウエハ１４００上に形成されており、ＩＣ１４２０およびＣＭＵＴ１４１０を電気的且つ機械的に接続する。

図１４．７は、ハンドリングウエハ１４０２、絶縁層１４０３、および素子層１４０２の残りを除去することによって、可撓性サブアセンブリ１４０８を取得できることを示す。そのため、図１４に示される製造方法は、互いに、また可撓性部材１４３０と集積化されるＣＭＵＴアレイ１４１０およびＩＣ１４２０を含む、サブアセンブリ１４０８をもたらす。したがって、ＣＭＵＴアレイ１４１０およびＩＣ１４２０は、同様の技術を使用してウエハ１４００上で製造され、それと集積化され得る。

ここで図１５を参照して、サブアセンブリ１５０８を製造する別の方法を説明する。図１５の方法において、ＣＭＵＴアレイ１５１０は、ＩＣ１５２０の製造後に製造される。図１５．１は、ＣＭＵＴアレイ１５１０の前に、ＩＣ１５２０をウエハ１５００上に製造できることを示す。次いで、図１５．２によって示されるように、ＣＭＵＴアレイ１５１０をウエハ１５００上に製造することができる。ＣＭＵＴアレイ１５１０の製造に使用される技術および材料は、ＩＣ１５２０に影響しないように選択される技術および材料を含み得る。例えば、ＩＣ１５２０が耐え得る温度を伴う技術および材料を使用して、ＣＭＵＴアレイ１５１０を製造することができる。引き続き図１５を参照して、図１５．３は、様々な個別のトレンチまたは開口パターン１５０５をウエハ１５００において形成できることを示す。トレンチおよびパターン１５０５をエッチングして、ウエハ１５００の絶縁層１５０３に到達させることができる。その後、サブアセンブリ１５０８の製造は、図１４．４〜１４．７に示されるサブアセンブリ１４０８の製造と同様であり得る。したがって、ＣＭＵＴアレイ１５１０は、ＩＣ１５２０をウエハ１５００上で製造した後、ウエハ１５００上で製造することができる。

図１４〜１５は、ＣＭＵＴアレイ１４１０および１５１０の活性側から可撓性部材１４３０および１５３０と集積化される、ＣＭＵＴアレイ１４１０および１５１０ならびにＩＣ１４２０および１５２０を示すが、これらの構成要素１４１０、１４２０、１５１０、および１５２０は、ＣＭＵＴアレイ１４１０および１５１０の不活性側からそれぞれ可撓性部材１４３０および１５３０と集積化することができる。不活性側からのアクセスが所望される場合は、次にスルーウエハ相互接続部を製造して、サブアセンブリ１４０８および１５０８の様々な構成要素に対する相互接続性を提供することができる。活性側からのアクセスが所望される場合は、ＣＭＵＴが容易にアクセス可能であり得るため、次にその目的でスルーウエハ相互接続部を必要としない。

図１６は、ウエハ１５００の絶縁層１５０２が空洞と置換される、一部の実施形態の方法を説明する。より具体的には、図１６．１は、ウエハが、埋め込まれた空洞１６０４で形成され得ること、およびＩＣ１６２０およびＣＭＵＴ１６１０は、埋め込まれた空洞１６０４の上にある基板１６０１上で製造することができる。図１６．２は、トレンチまたは開口パターン１６０５が、基板１６０１を通じてエッチングされ得ることを示す。次いで、一部の実施形態において、トレンチまたは開口パターン１６０５は、ＣＭＵＴ１６１０およびＩＣ１６２０の分離を可能にするように選択できる材料で充填してもよい。その後、サブアセンブリ１６０８の製造は、図１４．４〜１４．７に示されるようなサブアセンブリ１４０８の製造と同様であり得る。最終ステップにおいて、可撓性サブアセンブリ１６０８は、ウエハ１６００の正面側から直接ウエハ１６００から容易に取り出すことができる。図１４〜１６を参照して記載される前述の方法に関して、可撓性部材１４３０、１５３０、および１６３０は、ＣＭＵＴアレイ１４１０、１５１０、および１６３０の不活性側で形成され得る。ＣＭＵＴアレイ１４１０、１５１０、および１６１０へのアクセスが、ＣＭＵＴアレイの活性側または不活性側から所望されるかに応じて、スルーウエハ相互接続部も提供され得る。

さらに、前述の方法のいずれかを使用して、サブアセンブリ１４０８、１５０８、および１６０８を製造することができる。しかしながら、他の方法を使用してサブアセンブリ１４０８、１５０８、および１６０８を製造することができる。例えば、Ｈｕａｎｇにより２００８年１２月３日に出願された、国際特許出願第___________号、名称「ＣＭＵＴ ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ ＦＯＲ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＳＣＡＮＮＥＲ」（その全体が説明されるかのように本明細書に組み込まれる）は、サブアセンブリ１４０８、１５０８、および１６０８を製造する追加の方法を説明する。Ｈｕａｎｇにより２００８年１２月３日に出願された、国際特許出願第___________号、名称「ＣＭＵＴ ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ ＡＮＤ ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ」（その全体が説明されるかのように本明細書に組み込まれる）は、サブアセンブリ１４０８、１５０８、および１６０８を製造する追加の方法を説明する。

図１４〜１６を参照して記載されるように、ＣＭＵＴアレイ２１０（図２を参照）を含むサブアセンブリ２０８、ＩＣ２２０、および可撓性部材２３０は、半導体技術を使用して形成することができる。追加として、ＣＭＵＴアレイ２１０およびＩＣ２２０は、所望される場合、可撓性部材２３０と同時に集積化され得る。同様に、所望される場合、複数のサブアセンブリ２０８を同時に集積化することができる。一旦集積化されると、サブアセンブリ２０８を内腔２４０の周りに巻く、および取り付けて、超音波スキャナ２０９を形成する。したがって、比較的簡素な超音波スキャナ２０９を、これまで可能であったよりも低コスト且つより良い品質で製造および組み立てることができる。さらに、本明細書に開示される超音波スキャナを製造する方法は、そこで使用される半導体技術によって提供される規模の節約を享受する。

ここで図４〜８を参照して、様々な超音波スキャナ４０９、５０９、６０９、７０９、および８０９を説明する。より具体的に、図４は、一部の実施形態の側方視型超音波スキャナ４０９の断面図を示す。超音波スキャナ４０９のＣＭＵＴアレイ４１０およびＩＣ４２０は、ＣＭＵＴアレイ４１０の不活性側から可撓性部材４３０と集積化することができる。したがって、超音波スキャナ４０９は、１つまたは複数のスルーウエハ相互接続部４１８を含み得る。スルーウエハ相互接続部４１８は、ＣＭＵＴ基板の裏側からＣＭＵＴアレイ４１０のＣＭＵＴ要素に対する電気的接続性を提供し得る。ＩＣ４２０は、可撓性部材４３０を通るそれらの不活性表面から、ＣＭＵＴ要素と電気的に相互接続することができる。図４に示す通り、可撓性部材４３０（その上にＣＭＵＴアレイ４１０およびＩＣ４２０を有する）を内腔４４０の周りに巻くことができる。それ以外は、図４の超音波スキャナ４０９の製造は、図２の超音波スキャナ２０９の製造と同様であり得る。

ここで図５を参照して、一部の実施形態の前方視型超音波スキャナの断面図を説明する。超音波スキャナ５０９は、側方視型ＣＭＵＴアレイ（例えば、ＣＭＵＴアレイ４１０）の代わりに、または追加として、リング型ＣＭＴアレイ５１０を含み得る。リング型ＣＭＵＴアレイ５１０は、遠位方向に向けられたその活性表面を有する超音波スキャナ５０９の遠位端に位置付けることができる。本明細書においてより詳細に説明されるように、サブアセンブリ５０８（リング型ＣＭＵＴアレイ５１０を含む）は、１つの構造として製造することができ、その活性側から集積化され得る。代替の実施形態において、リング型ＣＭＵＴアレイ５１０を２つ以上の構成要素として製造し、リング型アレイに組み立てることができる。より具体的には、図１１および１２を参照して論じられるように、集積化されたサブアセンブリ５０８を、ＣＭＵＴアレイ５１０の近位の位置で内側に折り、図示されるように、ＣＭＵＴアレイ５１０の要素を遠位方向に向けることができる。

図６は、前方視型超音波変換器６０９の別の実施形態を示す。超音波変換器６０９は、その不活性側から集積化されたリング型のＣＭＵＴアレイ６１０を含む。したがって、ＣＭＵＴアレイ６１０は、ＣＭＵＴアレイ６１０をＩＣ６２０に電気的に接続するためのスルーウエハ相互接続部６１８を含む。追加として、図１１および１２を参照して論じられるように、集積化されたサブアセンブリ６０８を、ＣＭＵＴアレイ６１０の近位の位置で外側に折り（対応するサブアセンブリ５０８が内側に折られる超音波スキャナ５０９と対照的に）、ＣＭＵＴアレイ６１０の要素を遠位または前方方向に向けることができる。

超音波スキャナ５０９（図５を参照）に類似する超音波スキャナ７０９の正面図を図７に示す。ＣＭＵＴアレイ７１０を内側に折るため、ＣＭＵＴアレイ７１０は、可撓性部材７３０より内腔７４０に近い位置で示される。超音波スキャナ６０９は、ＣＭＵＴアレイ７１０の一部分が可撓性部材７３０よりも内腔７４０から遠くに位置付けられ得ることを除き、この点において超音波スキャナ５０９に類似する。しかしながら、超音波スキャナ５０９および超音波スキャナ６０９の両方は、同様の動作特性を有することが期待される。

ここで図８を参照して、一部の実施形態の超音波スキャナの断面図を説明する。一部の実施形態において、超音波スキャナ８０９は、側方視型ＣＭＵＴアレイ８１０Ａおよび前方視型ＣＭＵＴアレイ８１０Ｂの両方を含み得る。追加として、超音波スキャナ８０９は、本開示の範囲から逸脱することなく、他のセンサ８７０（圧力センサ、温度センサ等）を様々なＣＭＵＴアレイ８１０および電子機器（例えば、ＩＣ８２０）と集積化することができる。したがって、一部の実施形態は、多機能超音波スキャナ８０９を提供する。

ここで図１１〜１３を参照して、ＣＭＵＴアレイ、ＩＣ、および可撓性部材のサブアセンブリ１１０８、１２０８、および１３０８の様々な実施形態を説明する。これらのサブアセンブリ１１０８、１２０８、および１３０８を使用して、超音波スキャナ、より具体的には前方超音波スキャナを形成することができる。例えば、図１３は、前方超音波スキャナ１３０９を製造するプロセスを説明する。図１３は、サブアセンブリ１３０８（一般に平面構成に集積化される、一次元ＣＭＵＴアレイ１３１０、ＩＣ１３２０、および可撓性部材１３３０を含む）を使用して、リング型ＣＭＵＴアレイ１３１０を有する前方視型超音波スキャナ１３０９を製造することができる。さらに、図１３は、ＣＭＵＴアレイ１３１０を、サブアセンブリ１３０８により画定される平面に対して約９０度、参照矢印１３３６によって示されるように、折り曲げることができる。次いで、参照矢印１３３８によって示されるように、サブアセンブリ１３０８を円筒形状に丸めることができる。したがって、一般に平面のサブアセンブリ１３０８から、前方視型超音波スキャナ１３０９を形成することができる。

ここで図１１を参照して、１次元ＣＭＵＴアレイ１１１０を有するサブアセンブリ１１０８を使用して、リング型ＣＭＵＴアレイを有する前方視型超音波スキャナを形成することもできる。より具体的には、図１１は、サブアセンブリ１１０８が一般に平面であり得、そこに集積化されるＣＭＵＴアレイ１１１０およびＩＣ１１２０を有する可撓性部材１１３０を含み得る。ＣＭＵＴアレイ１１１０は円形であり得、可撓性部材１１３０により画定される平面にあり得るか、または平面に平行であり得る。可撓性部材１１３０は、ＣＭＵＴアレイ１１１０およびＩＣ１１２０を機械的に連結する、１つまたは複数の弓形アーム１１３２を含み得、同一構成要素間の電気的接続性を提供する。ＣＭＵＴアレイ１１１０、ＩＣ１１２０、およびアーム１１３２は、空洞１１３４を画定し得、それによりアーム１１３２は、アーム１１３２が例えば内腔の円筒形状に一致し得るように、十分に自由に移動することができる。アーム１１３２は、図示されるように、互いの鏡像であり得る。

リング型ＣＭＵＴアレイをサブアセンブリ１１０８から形成するために、サブアセンブリ１１０８を円筒形状に丸めることができるが、円形ＣＭＵＴアレイ１１１０は、内側に折り曲げられる。したがって、サブアセンブリ１１０８を円筒形状に丸める場合、ＣＭＵＴアレイ１１１０を約９０度折り曲げて、ＣＭＵＴアレイ１１１０のＣＭＵＴ要素が前（または遠位方向）を向くようにする。一部の実施形態において、ＣＭＵＴアレイ１１１０が不活性側から集積化される（したがって、スルーウエハビアを含む）もの等、ＣＭＵＴアレイ１１１０を内側ではなく、外側に折り曲げることができる。

弓形アーム１１３２は、サブアセンブリを内腔に組み立てる際に、適切な形状および寸法の内腔に対して平坦になるように成形および採寸され得る。代替の実施形態において、サブアセンブリ１１０８が内腔の軸を形成する場合、弓形アーム１１３２は、それらが一般に丸められたサブアセンブリ１１０８の円筒形状に一致するように成形および採寸される。いずれの場合においても、丸められたサブアセンブリ１１０８は、適切に成形された内腔の遠位端に位置付けられ得る。代替の実施形態において、サブアセンブリ１１０８が内腔を形成する場合、丸められたサブアセンブリ１１０８は、カテーテルの内腔を形成し得る。

ここで図１２を参照して、別のサブアセンブリ１２０８を説明する。より具体的には、図１２は、サブアセンブリ１２０８が、一対のアーム１２３２および一対の半円形ＣＭＵＴアレイ１２１０も含み得る。アーム１２３２は、一般に図１１の弓形アーム１１３２とは対照的に真っ直ぐであり得ることを示す。図１２は、ＣＭＵＴアレイ１２１０を、それぞれ半円形を画定するように示すが、ＣＭＵＴアレイ１２１０は同一である必要はない。例えば、一方のＣＭＵＴアレイ１２１０は、円形の大きい部分を画定し得、他方のＣＭＵＴアレイ１２１０は、円形の小さい部分を画定する。いずれの場合においても、サブアセンブリを、折り曲げられているＣＭＵＴアレイ１２１０とともに円筒形に丸め、前方視型超音波スキャナ１２０９を形成することができる。

ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、ＰＺＴによる超音波スキャナを越えるいくつかの利点を提供する。これらの利点は、部分的に、ＣＭＵＴの比較的低い音響インピーダンスから生じる。ＣＭＵＴは、通常、空気、水、組織等よりも低い音響インピーダンスを有する。結果として、ＰＺＴとは異なり、材料の層なしにＣＭＵＴを使用し、ＣＭＵＴの音響インピーダンスを周囲媒体の音響インピーダンスと一致させることができる。

ＰＺＴは、それらの正面および後方表面の両方から音響エネルギー（すなわち、音波）も伝送する。この特性の結果として、ＰＺＴは、それらの後方表面上にバッキング層を必要とし、そこから放出される音響エネルギーを吸収する。そうでなければ、ＰＺＴの後方から伝送された音波は、様々な構造から反響し、ＰＺＴの動作を干渉し得る。しかしながら、ＰＺＴの後方から伝送された音響エネルギーを吸収する際に、バッキング層は熱を生成する。結果として、ＰＺＴは動作中に温かくなるか、または熱くなる場合もあり、それによって、カテーテルとの併用を必要とする用途等の所定の用途における使用に対する望ましさを低減し得る。ＣＭＵＴは、その正面の表面からのみ音響エネルギーを伝送するため、音響エネルギーの誤配向による加熱は、ＣＭＵＴによる超音波スキャナに関する懸念ではない。さらに、バッキング層（および既に論じられている音響整合層）は、ＰＺＴによる超音波スキャナの製造を複雑にする。反対に、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、これらの層および付随の製造ステップを省略することができる。

さらに、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、半導体製造技術を使用して製造され得る。これらの半導体技術は、半導体産業の様々な部分により数十年に渡る投資の利益を享受するため、これらの技術は、それによって製造されるＣＭＵＴにおいて、比較的高レベルの均一性、精密性、反復性、寸法制御、再現性等を提供することができる。さらに、前述の半導体技術の多くはバッチプロセスであり得る。結果として、これらの技術に関連する規模の節約が、特に比較的大量の超音波スキャナが所望され得る場合に、ＣＭＵＴによる超音波スキャナの単位あたりのコスト低減を可能にする。例えば、特定のウエハ上のＣＭＵＴアレイの特徴のすべてを同時にパターン化することができるため、複数のＣＭＵＴアレイの製造は、単一のＣＭＵＴアレイの製造と比較して、間接費をまったく（またはほとんど）導入しない。

追加的に、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、半導体技術を用いて製造され得るため、集積回路（ＩＣ）および他の半導体素子を比較的容易にＣＭＵＴアレイと集積化することができる。したがって、ＣＭＵＴアレイおよびＩＣは、同一の技術を使用して、同時に同一のウエハ上で製造され得る。代替の実施形態において、ＣＭＵＴおよびＩＣは、異なる時間に様々な変換器に集積化され得る。さらに、ＣＭＵＴおよびＩＣは、同一または類似する生体適合性材料から製造され得る。

対照的に、半導体技術を使用するＰＺＴの製造および他の構成要素（例えば、ＩＣ）との集積化は、ＰＺＴ材料により印加される制約のために実用的でない。さらに、使用可能なＰＺＴ関連の製造および集積化技術は、労働力を要する、費用がかかる、製造変動を受けやすい等を含む、いくつかの不利点を被る。さらに、使用可能なＰＺＴ技術は、個別のＰＺＴ装置が、比較的高周波の装置に必要とされる小さい寸法（例えば、数十ミクロン）に近づくにつれて、追加の困難に遭遇する。例えば、個別のＰＺＴ装置の分離は、ラッピングおよびダイスカット技術により支配され、装置間の変動性をもたらす。

したがって、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、ＰＺＴによる超音波スキャナを凌ぐ動作およびコストの利点を享受する。より具体的には、通常、超音波スキャナは、高周波動作範囲および小さい物理的サイズの両方を有する変換器を有することが望ましいため、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、ＰＺＴによる超音波スキャナを凌ぐいくつかの利点を有し得る。

第１に、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、ＰＺＴによる超音波スキャナよりも優れた寸法制御を用いて製造され得る。より具体的には、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、約１マイクロメートル未満の最小寸法で製造され得るが、ＰＺＴによる超音波スキャナの最小寸法は、約１０マイクロメートルよりも大きい。したがって、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、より小さいＣＭＵＴ要素ピッチで対応して製造され得る。第２に、ＣＭＵＴによる超音波スキャナの最小幅およびピッチは、約２〜３マイクロメートル未満であり得るが、ＰＺＴによる超音波スキャナの最小相互接続幅およびピッチは、約２５マイクロメートルより大きい。そのため、ＣＭＵＴによる超音波スキャナの相互接続部は、ＰＺＴによる超音波スキャナ相互接続部よりも高い密度で製造され得る。したがって、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、（所定のスキャナサイズの場合）より多くの変換器を有し得るか、または（所定数の変換器の場合）ＰＺＴによる超音波スキャナよりも小さい場合がある。

さらに、ＣＭＵＴによる超音波スキャナの装置サイズの改善を前提として、ＰＺＴによる超音波スキャナと比較して、最高約１００ＭＨｚで動作し得るＣＭＵＴによる超音波スキャナを形成することができる。対照的に、ＰＺＴによる超音波スキャナは、２０ＭＨｚを十分に下回る動作領域に限定される。さらに、超音波変換器の解像度はその動作周波数に依存するため、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、対応して改善された解像度で製造され得る。同様の理由で、ＣＭＵＴによる超音波スキャナの帯幅域は、ＰＺＴによる超音波スキャナの帯幅域よりも広い。したがって、ＣＭＵＴによる超音波スキャナは、ＰＺＴによる超音波スキャナより多くの状況に適用することができる。

（ＰＺＴによる超音波変換器と比較して）ＣＭＵＴによる超音波スキャナのより簡素な設計および製造は、ある種の利点ももたらす。例えば、ＣＭＵＴを支援するために使用されるＩＣおよびＣＭＵＴ自体は、同一技術で製造できるため、ＣＭＵＴおよびＩＣの製造を併せて簡素化できる。追加として、ＣＭＵＴは整合層またはバッキング層を必要としないため、これらの層に関連する製造ステップを排除することもできる。同様に、ＣＭＵＴおよびＩＣの集積化に関連するステップは、排除されるか、またはそうでなければ簡素化できる。

本開示は、その特定の実施形態を参照して説明されるが、当業者であれば、本開示がそれに限定されないことを認識するであろう。上述される開示の様々な特徴および態様は、個別にまたは併せて使用してもよい。さらに、本開示は、明細書の幅広い精神および範囲を逸脱することなく、本明細書において説明されるものを超える任意の数の環境および用途において利用することができる。我々は、本開示の範囲および精神に該当する修正および変化をすべて請求する。したがって、本明細書および図面は、制限的ではなく、例示的なものとして見なされるものとする。

Claims (29)

1. カテーテルによる医療機器を製造する方法であって、
   電気回路を可撓性部材と集積化するステップと、
   超音波変換器を前記可撓性部材と集積化するステップであって、前記集積化された電気回路、前記超音波変換器、および前記可撓性部材は可撓性サブアセンブリであるステップと、
   前記可撓性サブアセンブリを超音波スキャナとなるように成形するステップと、
   前記超音波スキャナをカテーテルに取り付けるステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記超音波変換器は可撓性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記電子装置は可撓性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記電子装置および前記超音波変換器を前記可撓性部材と集積化する前に、前記電子装置および前記超音波変換器を基板の素子層上で集積化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 基板の素子層を通じて少なくとも１つのパターン化された開口を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも１つの埋め込まれた空洞を有する前記素子層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記素子層をＳＯＩウエハ上に形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 前記電子装置および前記超音波変換器を前記可撓性部材と同時に集積化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記超音波変換器を集積化する前記ステップは、半導体技術を使用するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記成形された可撓性部材は、内腔の少なくとも一部分を画定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記可撓性変換器を集積化する前記ステップは、前記可撓性超音波変換器の活性表面を含む、前記超音波変換器の側面から行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記成形された可撓性部材を内腔に取り付けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記可撓性超音波変換器は、少なくとも１つの容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記可撓性超音波変換器をホストする前記可撓性部材の一部分を折り畳むステップをさらに含み、前記可撓性部材の前記折り畳まれた部分および前記可撓性超音波変換器は、前方視型超音波変換器を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記可撓性超音波変換器は、円形ＣＭＵＴアレイの少なくとも一部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. 前記可撓性部材は一対のアームを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. カテーテルによる医療機器であって、
    電子回路と、
    超音波変換器と、
    前記電子回路およびそこに集積化される前記超音波変換器を有する可撓性部材であって、前記集積化された電子回路、前記超音波変換器、および前記可撓性部材は、可撓性サブアセンブリであり、前記可撓性サブアセンブリは前記超音波スキャナに成形される可撓性部材と、
    前記超音波スキャナが取り付けられる内腔と
    を備えることを特徴とするカテーテルによる医療機器。
18. 前記超音波変換器は可撓性超音波変換器であることを特徴とする請求項１７に記載のカテーテルによる医療機器。
19. 前記成形された可撓性サブアセンブリは内腔の一部分を画定することを特徴とする請求項１７に記載のカテーテルによる医療機器。
20. 前記可撓性超音波変換器はスルーウエハ相互接続部を含むことを特徴とする請求項１７に記載のカテーテルによる医療機器。
21. 前記超音波変換器は少なくとも１つのＣＭＵＴ要素を含むことを特徴とする請求項１７に記載のカテーテルによる医療機器。
22. 前記超音波変換器は少なくとも２つのＣＭＵＴ要素を含むＣＭＵＴアレイであることを特徴とする請求項１７に記載のカテーテルによる医療機器。
23. 前記可撓性部材と集積化される温度センサまたは圧力センサのうちの１つをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のカテーテルによる医療機器。
24. 前記超音波変換器は、円形ＣＭＵＴアレイの少なくとも一部分を含むことを特徴とする請求項１７に記載のカテーテルによる医療機器。
25. 前記超音波変換器は前方視型超音波変換器であることを特徴とする請求項１７に記載のカテーテルによる医療機器。
26. カテーテルによる医療機器であって、
    集積回路と、
    容量性マイクロマシン加工超音波変換器（ＣＭＵＴ）と、
    前記集積回路およびそこに集積化される前記ＣＭＵＴを有する可撓性部材と
    を備え、
    前記集積回路、前記ＣＭＵＴ、および前記可撓性部材は可撓性サブアセンブリであり、前記可撓性サブアセンブリは超音波スキャナおよび内腔の少なくとも一部分として機能するように成形され、前記ＣＭＵＴは前記超音波スキャナの遠位端に位置付けられ、前方視型のリング型超音波変換器であることを特徴とするカテーテルによる医療機器。
27. カテーテルによる医療機器を製造する方法であって、
    前記半導体素子に隣接する分離層を画定する基板上に前記半導体素子を製造するステップと、
    前記基板内、前記半導体素子の周辺、および前記分離層に十分到達する深さに開口パターンを形成することによって、前記半導体素子を前記基板から分離するステップと、
    電子回路を可撓性部材と集積化するステップと、
    超音波変換器を前記可撓性部材と集積化するステップであって、前記集積化電子回路、前記超音波変換器、および前記可撓性部材は可撓性サブアセンブリであり、前記半導体素子は前記電子回路または前記超音波変換器のうちの少なくとも１つを含むステップと、
    前記可撓性サブアセンブリを超音波スキャナとなるように成形するステップと、
    前記超音波スキャナを前記カテーテルに取り付けるステップと
    を含むことを特徴とする方法。
28. 前記半導体素子は、ＣＭＵＴ要素、ＣＭＵＴアレイ、集積回路（ＩＣ）、またはそれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 前記分離層は埋め込まれる空洞を画定することを特徴とする請求項２７に記載の方法。

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