JP2019530505A - 血管内撮像デバイス用のフレキシブルフェーズドアレイトランスデューサ並びに関連のデバイス、システム及び方法 - Google Patents

血管内撮像デバイス用のフレキシブルフェーズドアレイトランスデューサ並びに関連のデバイス、システム及び方法 Download PDF

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Abstract

血管内撮像アセンブリを製造する方法が提供される。一実施形態において、複数の超音波材料層間に交互パターンで配置される複数の犠牲材料層を有する積層構造を形成するステップ415と、それぞれが複数の超音波材料層によって画定される超音波素子のアレイ及び複数の犠牲材料層によって画定されるスペーサを含む複数の伸長ストリップを形成するように、積層構造をダイシングするステップ420と、複数の伸長ストリップのうちの第1の伸長ストリップを、フレキシブル回路基板に結合するステップ430と、フレキシブル回路基板から第1の伸長ストリップのスペーサを除去するステップ435とを含む。

Description

[0001] 本開示は、概して血管内超音波(IVUS)撮像に関し、特に固体IVUS撮像デバイスの血管内撮像アセンブリに関する。例えば血管内撮像アセンブリは、支持構造の周りに円周方向に配置されたフェーズドアレイトランスデューサを含む。フェーズドアレイトランスデューサの製造は、高解像度、高品質の画像の作成を容易にし、大量かつ高歩留まりの生産を可能にするようにデザインすることができる。
[0002] 血管内超音波(IVUS)撮像は、治療の必要性を判断し、介入を誘導し、及び/又は、その有効性を評価するために、人体内の動脈といった罹患血管を評価する診断手段として、介入心臓学において広く使用されている。1つ以上の超音波トランスデューサを含むIVUSデバイスが血管内を通され、撮像されるべき領域に案内される。トランスデューサは、関心血管の画像を作成するために、超音波エネルギーを放出する。超音波は、組織構造(血管壁の様々な層等)、赤血球及びその他の関心特徴から生じる不連続性によって部分的に反射される。反射波からのエコーは、トランスデューサによって受信され、IVUS撮像システムに送られる。撮像システムは、受信した超音波エコーを処理して、デバイスが置かれている血管の断面画像を生成する。
[0003] 今日、一般的に使用されているIVUSカテーテルには、2つのタイプ、即ち、回転式カテーテル及び固体(電子走査式)カテーテルがある。典型的な回転式IVUSカテーテルでは、単一の超音波トランスデューサ素子が、関心血管に挿入されたプラスチックシース内で回転するフレキシブル駆動シャフトの先端に置かれる。トランスデューサ素子は、超音波ビームが、デバイスの軸にほぼ垂直に伝搬するように向けられている。流体で満たされたシースは、超音波信号がトランスデューサから組織内へ及びその逆方向に伝搬することを可能にしながら、血管組織を回転するトランスデューサ及び駆動シャフトから保護する。駆動シャフトが回転すると、トランスデューサは、高電圧パルスで周期的に励起され、短いバーストの超音波を放出する。同じトランスデューサが、様々な組織構造から反射されてくるエコーを聞く。IVUS撮像システムは、トランスデューサの一回転の間に発生する一連のパルス/取得サイクルから、血管断面の二次元表示を組み立てる。
[0004] 固体IVUSカテーテルは、トランスデューサアレイに隣接して取り付けられる1つ以上の集積回路コントローラチップと共に、その周囲に分布した超音波トランスデューサのアレイを含む感知アセンブリ又はスキャナアセンブリを担持する。固体IVUSカテーテルは、フェーズドアレイIVUSトランスデューサ又はフェーズドアレイIVUSデバイスとも呼ばれる。コントローラは、超音波パルスを送信するため及び超音波エコー信号を受信するために個々のトランスデューサ素子(又は素子群)を選択する。一連の送受信対をステップスルーすることによって、固体IVUSシステムは、可動部品なしで機械的にスキャンされた超音波トランスデューサの効果を合成することができる(したがって、固体と示される)。回転する機械的要素がないので、トランスデューサアレイは、血管の外傷の危険性を最小限に抑えて、血液及び血管組織と直接接触して配置することができる。更に、回転要素がないので、電気的インターフェースが単純化される。固体スキャナは、回転式IVUSデバイスに必要とされる複雑な回転式電気インターフェースではなく、単純な電気ケーブル及び標準的な取り外し可能な電気コネクタを用いて、撮像システムに直接配線することができる。
[0005] 人体内の生理機能を効率的に横断し、高解像度、高品質の血管画像を効果的に作成することができる血管内撮像デバイスを製造することは難しい。例えば一部のフェーズドアレイIVUSデバイスは、フェーズドアレイIVUSデバイスのサイズ及び製造によって、トランスデューサアレイ内に最大で約32個又は64個のトランスデューサを有することができる。そのため、フェーズドアレイIVUSデバイスから作成された画像は、限られた解像度及び/又は限られた品質を有する可能性がある。したがって、フェーズドアレイIVUSデバイスを形成する従来の方法は、それらの意図された目的には概して適切であるが、それらはあらゆる局面において完全に満足のいくものではない。
[0006] 本開示の実施形態は、血管内超音波(IVUS)撮像に使用する改良型フェーズドアレイトランスデューサを提供する。フェーズドアレイトランスデューサは、適切な支持構造を用いて平坦構成又は巻かれた構成で使用することができる。フェーズドアレイトランスデューサは、層堆積及びスパッタ堆積といった半導体製造技術を利用して、トランスデューサアレイ内でのトランスデューサの寸法及び配置を正確に制御することによって製造することができる。このように、トランスデューサアレイは、より多数のより小型のトランスデューサを用いて製造することができ、また、トランスデューサは、従来の技術を使用する場合よりもサイズがより均一であり、より均一に分布することができる。したがって、開示される実施形態は、画像の解像度及び画質を向上させることができる。
[0007] 一実施形態において、血管内撮像アセンブリを製造する方法が提供される。当該方法は、複数の超音波材料層間に交互パターンで配置される複数の犠牲材料層を有する積層構造を形成するステップと、それぞれが複数の超音波材料層によって画定される超音波素子のアレイ及び複数の犠牲材料層によって画定されるスペーサを含む複数の伸長ストリップを形成するように、積層構造をダイシングするステップと、複数の伸長ストリップのうちの第1の伸長ストリップを、フレキシブル回路基板に結合するステップと、フレキシブル回路基板から第1の伸長ストリップのスペーサを除去するステップとを含む。
[0008] 幾つかの実施形態では、積層構造を形成するステップは、少なくとも32個の超音波材料層を形成するステップを含む。幾つかの実施形態では、複数の犠牲材料層それぞれは、0.01マイクロメートル(μm)乃至125μmの厚さを有する。幾つかの実施形態では、複数の超音波材料層それぞれは、5マイクロメートル(μm)乃至125μmの厚さを有する。幾つかの実施形態では、複数の犠牲材料層は、酸化シリコン、二酸化シリコン、アルミニウム、クロム、リンケイ酸ガラス又はホウリンケイ酸ガラスからなる犠牲材料の群からの材料を含む。幾つかの実施形態では、複数の超音波材料層は、圧電ジルコン酸トランスデューサ(PZT)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はPZT−PVDF複合材料からなる超音波材料の群からの材料を含む。幾つかの実施形態では、積層構造をダイシングするステップは、第1の平面に沿って積層構造をダイシングするステップを含む。幾つかの実施形態では、積層構造をダイシングするステップは、第1の平面に対して垂直な第2の平面に沿って積層構造をダイシングするステップを含む。幾つかの実施形態では、上記方法は、ダイシング後、第1の平面に沿って積層構造全体に追加の犠牲層を形成するステップを含む。幾つかの実施形態では、フレキシブル回路基板から第1の細長ストリップのスペーサを除去するステップは、スペーサを画定する複数の犠牲材料層をエッチング除去するステップを含む。幾つかの実施形態では、上記方法は、ポスト犠牲材料層が複数の伸長ストリップの第1の伸長ストリップ及び第2の伸長ストリップを一緒に保持することによって、複合ストリップを形成するステップと、第1の伸長ストリップ及び第2の伸長ストリップが、フレキシブル回路基板に結合されるように、複合ストリップをフレキシブル回路基板に結合するステップと、フレキシブル回路基板から複合ストリップのポスト犠牲材料層及び第2の伸長ストリップのスペーサを除去するステップとを含む。幾つかの実施形態では、複合ストリップを形成するステップは、ポスト犠牲材料層を堆積する前に、第1の細長ストリップの超音波素子のアレイが第2の細長ストリップの超音波素子のアレイと整列するように、第1の細長ストリップ及び第2の細長ストリップを配置するステップを含む。幾つかの実施形態では、複合ストリップを形成するステップは、第1の細長ストリップの超音波素子のアレイが第2の細長ストリップの超音波素子のアレイとオフセットするように、第1の細長ストリップ及び第2の細長ストリップを配置するステップを含む。幾つかの実施形態では、上記方法は、フレキシブル回路基板を支持部材の周りに巻き付けるステップと、フレキシブル回路基板を支持部材にしっかりと固定するステップと、支持部材を血管内デバイスの遠位部に結合するステップとを含む。
[0009] 一実施形態において、血管内撮像アセンブリを製造する方法が提供される。当該方法は、犠牲材料でできた基板に複数の凹部を形成するステップと、基板の複数の凹部の少なくとも一部を、超音波材料で充填するステップと、超音波材料によって画定される超音波素子のアレイ及び犠牲材料によって画定されるスペーサを含む伸長ストリップを形成するように、基板をダイシングするステップと、伸長ストリップをフレキシブル回路基板に結合するステップと、フレキシブル回路基板から伸長ストリップのスペーサを除去するステップとを含む。
[0010] 幾つかの実施形態では、基板をダイシングするステップは、伸長ストリップが、第2の超音波素子のアレイから離間された第1の超音波素子のアレイを含むように、基板をダイシングするステップを含む。幾つかの実施形態では、第1の超音波素子のアレイの超音波素子は、第2の超音波素子のアレイの超音波素子と整列している。幾つかの実施形態では、基板に複数の凹部を形成するステップは、第2の一連の凹部と整列する第1の一連の凹部を形成するステップを含む。幾つかの実施形態では、第1の超音波素子のアレイの超音波素子は、第2の超音波素子のアレイの超音波素子に対してオフセットされている。幾つかの実施形態では、基板に複数の凹部を形成するステップは、第1の一連の凹部を、第2の一連の凹部に対してオフセットさせて形成するステップを含む。幾つかの実施形態では、フレキシブル回路基板から細長ストリップのスペーサを除去するステップは、スペーサを画定する犠牲材料をエッチング除去するステップを含む。幾つかの実施形態では、上記方法は、フレキシブル回路基板を支持部材の周りに巻き付けるステップと、フレキシブル回路基板を支持部材にしっかりと固定するステップと、支持部材を血管内デバイスの遠位部に結合するステップとを含む。
[0011] 一実施形態において、血管内撮像デバイスが提供される。当該血管内撮像デバイスは、近位部及び遠位部を有するフレキシブル伸長部材と、フレキシブル伸長部材の遠位部に結合される血管内撮像アセンブリとを含む。血管内撮像アセンブリは、フレキシブル回路と、フレキシブル回路上に配置される超音波トランスデューサアレイとを含む。超音波トランスデューサアレイは、最小の所定信号分解能の血管内画像の作成を容易にするように、10マイクロメートル(μm)未満のピッチ幅だけ離間される複数の超音波素子を含む。
[0012] 幾つかの実施形態では、超音波トランスデューサアレイは、単一のアレイで構成される。幾つかの実施形態では、超音波トランスデューサアレイは、第2の超音波素子のアレイから離間された第1の超音波素子アレイを含む。幾つかの実施形態では、第1の超音波素子のアレイの超音波素子は、第2の超音波素子のアレイの超音波素子と整列している。幾つかの実施形態では、第1の超音波素子のアレイの超音波素子は、第2の超音波素子のアレイの超音波素子に対してオフセットされている。幾つかの実施形態では、複数の超音波素子間のピッチ幅は、複数の超音波素子間に配置された犠牲材料を除去することによって画定される。
[0013] 本開示の更なる態様、特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
[0014] 本開示の例示的な実施形態について、添付図面を参照して説明する。
[0015] 図1は、本開示の態様による血管内超音波(IVUS)撮像システムの概略図である。 [0016] 図2は、本開示の態様に従って、平坦構成にあるIVUS撮像アセンブリの一部の概略上面図である。 [0017] 図3は、本開示の態様に従って、支持部材の周りに巻かれた構成のフレックス回路を含むIVUS撮像アセンブリの概略側面図である。 [0018] 図4は、本開示の態様に従って、本明細書に説明される半導体製造技術を利用して血管内撮像アセンブリを製造する方法のフロー図である。 [0019] 図5Aは、本開示の態様に従って、製造段階における犠牲材料層の概略上面図である。 [0020] 図5Bは、本開示の態様に従って、製造段階における犠牲材料層の概略断面図である。 [0021] 図6Aは、本開示の態様に従って、製造段階における犠牲層及び超音波材料層を含む構造化層の概略上面図である。 [0022] 図6Bは、本開示の態様に従って、製造段階における構造化層の概略断面図である。 [0023] 図7は、本開示の態様に従って、製造段階における複数の構造化層を含む積層構造の概略斜視図である。 [0024] 図8は、本開示の態様に従って、製造段階における第1のダイシング下の積層構造の概略斜視図である。 [0025] 図9は、本開示の態様に従って、製造段階におけるダイシングされた構造の概略斜視図である。 [0026] 図10は、本開示の態様に従って、製造段階における第2のダイシング下のダイシングされた構造の概略斜視図である。 [0027] 図11は、本開示の態様に従って、製造段階における伸長ストリップの一部の概略上面図である。 [0028] 図12は、本開示の態様に従って、製造段階における伸長ストリップを含むフレックス回路の一部の概略上面図である。 [0029] 図13は、本開示の態様に従って、製造段階における伸長ストリップから形成されたトランスデューサアレイを含むフレックス回路の一部の概略上面図である。 [0030] 図14は、本開示の態様に従って、本明細書に説明される半導体製造技術を利用して血管内撮像アセンブリを製造する方法のフロー図である。 [0031] 図15Aは、本開示の態様に従って、製造段階における基板の概略上面図である。 [0032] 図15Bは、本開示の態様に従って、製造段階における基板の概略断面図である。 [0033] 図16Aは、本開示の態様に従って、製造段階におけるパターン化凹部を有する基板の一部の概略上面図である。 [0034] 図16Bは、本開示の態様に従って、製造段階におけるパターン化凹部を有する基板の一部の概略断面図である。 [0035] 図17は、本開示の態様に従って、製造段階における充填基板の一部の概略断面図である。 [0036] 図18は、本開示の態様に従って、製造段階におけるダイシング中の充填基板の一部の概略断面図である。 [0037] 図19Aは、本開示の態様による整列凹部を含む基板の一部の概略上面図である。 [0038] 図19Bは、本開示の態様による整列凹部を含む基板の一部の概略断面図である。 [0039] 図20Aは、本開示の態様による充填基板の一部の概略上面図である。 [0040] 図20Bは、本開示の態様による充填基板の一部の概略断面図である。 [0041] 図21は、本開示の態様によるダイシング下の充填基板の一部の概略上面図である。 [0042] 図22Aは、本開示の態様によるオフセット凹部を含む基板の一部の概略上面図である。 [0043] 図22Bは、本開示の態様によるオフセット凹部を有する基板の一部の概略断面図である。 [0044] 図23Aは、本開示の態様による充填基板の一部の概略上面図である。 [0045] 図23Bは、本開示の態様による充填基板の一部の概略断面図である。 [0046] 図24は、本開示の態様によるダイシング下の充填基板の一部の概略上面図である。 [0047] 図25は、本開示の態様による伸長ストリップの一部の概略上面図である。 [0048] 図26は、本開示の態様による伸長ストリップを含むフレックス回路の一部の概略上面図である。 [0049] 図27は、本開示の態様による伸長ストリップから形成されるトランスデューサアレイを含むフレックス回路の一部の概略上面図である。 [0050] 図28は、本開示の態様に従って、製造段階におけるオフセット構成に配置された2つの伸長ストリップを含む複合ストリップの一部の概略上面図である。 [0051] 図29は、本開示の態様に従って、製造段階における2つの伸長ストリップを含む複合ストリップの概略断面図である。 [0052] 図30は、本開示の態様に従って、製造段階における複合ストリップを含むフレックス回路の一部の概略上面図である。 [0053] 図31は、本開示の態様に従って、製造段階におけるマルチトランスデューサアレイを含むフレックス回路の一部の概略上面図である。
[0054] 本開示の原理の理解を促進するために、ここで、図面に示される実施形態を参照し、特定の用語を用いてそれを説明する。しかし、当然ながら、本開示の範囲に対する限定が意図されていない。説明されるデバイス、システム及び方法に対する任意の変更及び更なる修正、並びに、本開示の原理の任意の更なる応用は、本開示が関連する分野の当業者に通常想起されるように、十分に検討され本開示内に含まれる。特に、一実施形態に関して説明される特徴、構成要素及び/又はステップは、本開示の他の実施形態に関して説明される特徴、構成要素及び/又はステップと組み合わせることができると十分に考えられる。しかし、簡潔さのために、これらの組み合わせの多数の反復は、個別には説明しない。
[0055] 大部分のフェーズドアレイIVUSデバイスでは、使いやすさ、画質、画像解像度及び剛性長(stiff length)の間で妥協点がある。画像解像度及び/又は画質を向上させるための1つの手法は、より多くの超音波トランスデューサ又は素子を追加することである。しかし、フェーズドアレイIVUSデバイスの剛性長もまた増加する。したがって、小さな蛇行した解剖学的経路を介してフェーズドアレイIVUSデバイスを操作することは、医師にとって難しい。更に、フェーズドアレイIVUSトランスデューサデバイスのサイズ又は外形は、一般に、回転式IVUSデバイスよりも大きい。このように、より多くの超音波素子を追加することは、サイズ又は外形を更に増大させる可能性があるので、望ましくない。別の手法は、フェーズドアレイIVUSデバイスのサイズを増大させることなく、より多数の超音波素子を取り付けることができるように、個々の超音波素子のサイズを縮小することである。64個以上の超音波素子を有するトランスデューサアレイの場合、各超音波素子は、100マイクロメートル(μm)程度であってよい。小さい実装面積は、製造に問題となりうる。例えば幾つかの製造方法は、超音波トランスデューサ材料のシート又はストリップを、個々の超音波素子にダイシングし、個々の超音波素子を、フレックス回路上に接合してトランスデューサアレイを形成することを含む。幾つかの他の製造方法は、フレックス回路上に超音波トランスデューサ材料のシートを形成し、シートをダイシングして超音波素子のアレイを形成することを含む。小型超音波素子のダイシングは、亀裂及び/又は破砕を引き起こす可能性があるので、歩留まり性に影響を与える場合がある。更に、接合中に小型超音波素子を整列させることも難しい。
[0056] 本明細書には、改良されたフェーズドアレイIVUSデバイスを提供する様々な実施形態が開示される。例えばフェーズドアレイIVUSデバイスの遠位部は、円筒形に配置されたフレックス回路上に配置されるトランスデューサアレイを含む。トランスデューサアレイは、フレキシブル回路上に、均一間隔で配置される同一寸法の32、64、128個又はそれ以上の超音波トランスデューサを含むことができる。開示される実施形態は、トランスデューサアレイを製造する方法を提供する。一実施形態では、製造方法は、犠牲材料及び超音波材料の交互の層を有する積層構造を形成し、積層構造をダイシングして伸長ストリップを形成することを含む。伸長ストリップは、スペーサによって分離される超音波素子のアレイを含む。超音波材料層は、超音波素子を画定する。犠牲材料層は、スペーサを画定する。製造方法は更に、伸長ストリップをフレックス回路に結合し、フレックス回路からスペーサを除去することを含む。別の実施形態では、製造方法は、犠牲材料の基板に凹部を形成し、凹部を超音波材料で充填し、超音波材料が充填された基板をダイシングして伸長ストリップを形成することを含む。凹部は、望ましい解像度及び/又は脈管構造図の画像を作成するために、整列又はオフセットといった任意の適切なパターンで形成される。開示される実施形態は、画像解像度及び画質が向上された画像を提供することができる。開示される実施形態は、フェーズドアレイIVUSトランスデューサの大量、高収率生産を可能にする。開示される実施形態は、フェーズドアレイIVUSトランスデューサのコンテキストで説明されるが、開示される実施形態は、あらゆるタイプの圧電ジルコン酸トランスデューサ(PZT)技術に基づくデバイスでの使用に適している。
[0057] 図1は、本開示の態様によるIVUS撮像システム100の概略図である。システム100は、カテーテル、ガイドワイヤ又はガイドカテーテルといったIVUSデバイス102と、患者インターフェースモジュール(PIM)104と、コンソール及び/又はコンピュータといったIVUS処理システム106と、モニタ108とを含む。
[0058] IVUSデバイス102は、IVUSデバイス102の遠位端付近の遠位部131に取り付けられたスキャナアセンブリ110を含む。高レベルでは、IVUSデバイス102は、スキャナアセンブリ110に含まれるトランスデューサアレイから超音波エネルギーを放出する。超音波エネルギーは、スキャナアセンブリ110を囲む血管120といった媒体内の組織構造によって反射され、超音波エコー信号は、スキャナアセンブリ110内のトランスデューサアレイによって受信される。PIM104は、受信したエコー信号を、IVUS処理システム106に転送し、そこで超音波画像(フロー情報を含む)が再構成され、モニタ108に表示される。IVUS処理システム106は、プロセッサ及びメモリを含んでよい。IVUS処理システム106は、本明細書に説明されるシステム100の特徴を容易にするように動作可能である。例えばプロセッサは、非一時的有形コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ可読命令を実行することができる。
[0059] IVUSデバイス102は、IVUS撮像のコンテキストで説明されるが、IVUSデバイス102は、圧力、流量、温度、前方視IVUS(FL−IVUS)、血管内光音響(IVPA)撮像、フラクショナルフローリザーブ(FFR)測定、機能測定決定、冠血流予備能(CFR)測定、光コヒーレンストモグラフィ(OCT)、コンピュータ断層撮影、心臓内心エコー検査(ICE)、前方視ICE(FLICE)、血管内触診、食道超音波に関連付けられる生理学的データ、及び/又は、他の適切なタイプの生理学的データを取得する任意の適切なタイプの生理的感知アセンブリを含んでよい。
[0060] PIM104は、IVUS処理システム106と、IVUSデバイス102に含まれるスキャナアセンブリ110との間の信号通信を容易にする。この通信は、(1)送受信に使用される特定のトランスデューサアレイ素子を選択するために、スキャナアセンブリ110に含まれる図2に示される集積回路コントローラチップ206A、206Bに、コマンドを提供するステップ、(2)選択されたトランスデューサアレイ素子を励起させる電気パルスを発生させるように、送信回路を起動させるように、スキャナアセンブリ110に含まれる集積回路コントローラチップ206A、206Bに、送信トリガ信号を提供するステップ、及び/又は、(3)スキャナアセンブリ110の集積回路コントローラチップ206に含まれる増幅器を介して、選択されたトランスデューサアレイ素子から受信される増幅エコー信号を受け取るステップを含む。幾つかの実施形態では、PIM104は、データをIVUS処理システム106に中継する前に、エコーデータの予備処理を行う。このような実施形態の例では、PIM104は、データの増幅、フィルタリング及び/又は集約を行う。一実施形態では、PIM104はまた、スキャナアセンブリ110内の回路を含むデバイス102の動作をサポートするために、高電圧及び低電圧の直流(DC)電力を供給する。
[0061] IVUS処理システム106は、PIM104を介してスキャナアセンブリ110からエコーデータを受信し、そのデータを処理して、スキャナアセンブリ110を囲む媒体内の組織構造の画像を再構成する。IVUS処理システム106は、血管120の断面画像といった血管の画像が、モニタ108に表示されるように画像データを出力する。血管120は、自然及び人工の両方の流体で満たされた又は囲まれた構造を表す。血管120は、患者の体内であってよい。血管120は、心臓血管系、末梢血管系、神経血管系、腎臓血管系及び/又は体内の任意の他の適切な管腔を含む患者の血管系の動脈又は静脈といった血管であってよい。例えばIVUSデバイス102は、肝臓、心臓、腎臓、胆嚢、膵臓、肺を含む臓器や、管や、腸や、脳、硬膜嚢、脊髄及び末梢神経を含む神経系構造や、尿路だけでなく、血液内の弁、心腔又は心臓の他の部分や、及び/又は、身体の他の器官を含むが、これらに限定されない任意の数の解剖学的位置及び組織型を検査するために使用される。自然な構造に加えて、IVUSデバイス102は、限定はしないが、心臓弁、ステント、シャント、フィルタ及び他のデバイスといった人工構造物を検査するために使用されてもよい。
[0062] 幾つかの実施形態では、IVUSデバイス102は、ボルケーノ社から入手可能なEagleEye(登録商標)カテーテル及びその全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,846,101号に開示されるものといった従来の固体IVUSカテーテルと同様の特徴を幾つか含む。例えばIVUSデバイス102は、IVUSデバイス102の遠位端付近のスキャナアセンブリ110と、IVUSデバイス102の長手方向本体に沿って延在する電気ケーブル112とを含む。ケーブル112は、1、2、3、4、5、6、7本又はそれ以上の導体218(図2)を含む複数の導体を含む伝送線束である。なお、導体218には、任意の適切なゲージワイヤを使用してよい。一実施形態では、ケーブル112は、例えば41米国ワイヤゲージ規格(AWG)ワイヤを有する4導体伝送線路構成を含むことができる。一実施形態では、ケーブル112は、例えば44AWGワイヤを利用して7導体伝送線路構成を含むことができる。幾つかの実施形態では、43AWGワイヤを使用してもよい。
[0063] ケーブル112は、IVUSデバイス102の近位端におけるPIMコネクタ114で終端する。PIMコネクタ114は、ケーブル112をPIM104に電気的に接続し、IVUSデバイス102をPIM104に物理的に接続する。一実施形態では、IVUSデバイス102は更に、遠位部131が近位部132に結合される接合部130の近くに配置されたガイドワイヤ出口ポート116を含む。したがって、場合によっては、IVUSデバイス102は、迅速交換カテーテルである。ガイドワイヤ出口ポート116は、IVUSデバイス102を血管120に通すために、ガイドワイヤ118を遠位端に向かって挿入することを可能にする。
[0064] 図2は、本開示の態様によるスキャナアセンブリ110の一部の概略上面図である。スキャナアセンブリ110は、トランスデューサ領域204に形成されるトランスデューサアレイ124と、制御領域208に形成されるトランスデューサ制御論理ダイ206(ダイ206A及び206Bを含む)とを含み、それらの間には遷移領域210が配置される。トランスデューサアレイ124は、IVUSトランスデューサ212のアレイを含む。トランスデューサ制御論理ダイ206及びトランスデューサ212は、図2に平坦構成で示されているフレックス回路214に取り付けられている。図2に示されるスキャナアセンブリ110は、IVUS撮像アセンブリであるが、当然ながら、スキャナアセンブリ110は、任意の種類の生理学的データを取得するように構成されてよい。図3は、フレックス回路214の巻かれた構成を示す。トランスデューサアレイ124は、医療用センサ素子及び/又は医療用センサ素子アレイの非限定的な例である。トランスデューサ制御論理ダイ206は、制御回路の非限定的な例である。トランスデューサ領域204は、フレックス回路214の遠位部228に隣接して配置される。制御領域208は、フレックス回路214の近位部222に隣接して配置される。遷移領域210は、制御領域208とトランスデューサ領域204との間に配置される。トランスデューサ領域204、制御領域208及び遷移領域210の寸法(例えば長さ225、227、229)は、様々な実施形態において異なっていてよい。幾つかの実施形態では、長さ225、227、229は、実質的に同様であるか、又は、遷移領域210の長さ227は、トランスデューサ領域及びコントローラ領域の長さ225、229よりそれぞれ大きくてもよい。なお、スキャナアセンブリ110は、フレックス回路を含むものとして説明されているが、トランスデューサ及び/又はコントローラは、フレックス回路を省略したものを含む他の構成で、スキャナアセンブリ110を形成するように構成されてもよい。
[0065] 明確にするために、限られた数の超音波トランスデューサのみが図2に示されているが、トランスデューサアレイ124は、ピッチ幅211だけ離間される任意の数及びタイプの超音波トランスデューサ212を含んでよい。一実施形態では、トランスデューサアレイ124は、64個の個々の超音波トランスデューサ212を含む。更なる実施形態では、トランスデューサアレイ124は、32個の超音波トランスデューサ212を含む。他の数も検討され提供される。トランスデューサのタイプに関して、一実施形態では、超音波トランスデューサ212は、例えばその全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6,641,540号に開示されているように、ポリマー圧電性材料を使用して、微小電気機械システム(MEMS)基板上に作られる圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ(PMUT)である。代替実施形態では、トランスデューサアレイは、バルクPZTトランスデューサ、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ(cMUT)、単結晶圧電材料、他の適切な超音波送信器及び受信器、並びに/又は、それらの組み合わせといったPZTトランスデューサを含む。本明細書で更に詳細に説明されるように、トランスデューサアレイ124の製造は、トランスデューサ212の幅213及びピッチ幅211を縮小するために、半導体製造技術を利用することができる。
[0066] スキャナアセンブリ110は、図示される実施形態では、個別の制御論理ダイ206に分割されている様々なトランスデューサ制御論理を含んでよい。様々な例では、スキャナアセンブリ110の制御論理は、ケーブル112を介してPIM104によって送信された制御信号を復号し、超音波信号を発するように、1つ以上のトランスデューサ212を駆動し、超音波信号の反射エコーを受信するように、1つ以上のトランスデューサ212を選択し、受信したエコーを表す信号を増幅し、及び/又は、ケーブル112を介して信号をPIMに送信する。図示される実施形態では、64個の超音波トランスデューサ212を有するスキャナアセンブリ110が、制御論理を、9個の制御論理ダイ206に分割し、そのうち5個が図2に示される。他の実施形態では、8、9、16、17以上を含む他の数の制御論理ダイ206を組み込んだデザインが使用される。一般に、制御論理ダイ206は、それが駆動可能であるトランスデューサの数によって特徴付けられ、例示的な制御論理ダイ206は、4、8及び/又は16個のトランスデューサを駆動する。
[0067] 制御論理ダイは、必ずしも同質である必要はない。幾つかの実施形態では、単一のコントローラが、マスタ制御論理ダイ206Aと指定され、ケーブル112用の通信インターフェースを含む。したがって、マスタ制御回路は、ケーブル112を介して受信した制御信号を復号し、ケーブル112を介して制御応答を送信し、エコー信号を増幅し、及び/又は、ケーブル112を介してエコー信号を送信する制御論理を含んでよい。残りのコントローラは、スレーブコントローラ206Bである。スレーブコントローラ206Bは、超音波信号を放出するようにトランスデューサ212を駆動し、エコーを受信するようにトランスデューサ212を選択する制御論理を含んでよい。図示される実施形態では、マスタコントローラ206Aは、トランスデューサ212を直接制御しない。他の実施形態では、マスタコントローラ206Aは、スレーブコントローラ206Bと同数のトランスデューサ212を駆動するか、又は、スレーブコントローラ206Bと比較して少ないセットのトランスデューサ212を駆動する。例示的な実施形態では、単一のマスタコントローラ206A及び8つのスレーブコントローラ206Bが設けられ、各スレーブコントローラ206Bに、8つのトランスデューサが割り当てられている。
[0068] トランスデューサ制御論理ダイ206及びトランスデューサ212がその上に取り付けられているフレックス回路214は、構造的支持及び電気的結合のための相互接続を提供する。フレックス回路214は、KAPTON(商標)(DuPont社の商標)といった可撓性ポリイミド材料のフィルム層を含む。他の適切な材料としては、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム又はポリエーテルイミドフィルム、他の可撓性プリント半導体基板、並びに、Upilex(登録商標)(宇部興産株式会社の登録商標)及びTEFLON(登録商標)(E.I.duPont社の登録商標)といった製品が挙げられる。図2に示される平坦構成では、フレックス回路214は、概して長方形である。本明細書に示され説明されるように、フレックス回路214は、場合によっては、円筒形トロイドを形成するように、支持部材230(図3)の周りに巻き付けられる。したがって、フレックス回路214のフィルム層厚は、一般に、最終的に組み立てられたスキャナアセンブリ110における曲率の程度に関係している。幾つかの実施形態では、フィルム層は、5μm乃至100μmであり、幾つかの特定の実施形態は、12.7μm乃至25.1μmである。
[0069] 一実施形態では、制御論理ダイ206とトランスデューサ212とを電気的に相互接続するために、フレックス回路214は更に、制御論理ダイ206とトランスデューサ212との間で信号を搬送するフィルム層上に形成された導電性トレース216を含む。具体的には、制御論理ダイ206とトランスデューサ212との間の通信を提供する導電性トレース216は、遷移領域210内でフレックス回路214に沿って延在する。場合によっては、導電性トレース216はまた、マスタコントローラ206Aとスレーブコントローラ206Bとの間の電気通信を容易にすることができる。導電性トレース216はまた、ケーブル112の導体218がフレックス回路214に機械的及び電気的に結合されたときに、ケーブル112の導体218と接触する一組の導電パッドを提供することができる。導電性トレース216に適した材料は、銅、金、アルミニウム、銀、タンタル、ニッケル及び錫を含み、スパッタリング、メッキ及びエッチングといったプロセスによってフレックス回路214上に堆積されてよい。一実施形態では、フレックス回路214は、クロム接着層を含む。導電性トレース216の幅及び厚さは、フレックス回路214が丸められたときに、適切な導電性及び弾力性を提供するように選択される。この点に関して、導電性トレース216及び/又は導電パッドの厚さの例示的な範囲は、10乃至50μmである。例えば一実施形態では、20μmの導電性トレース216が、20μmの間隔で隔てられる。フレックス回路214上の導電性トレース216の幅は、トレース/パッドに結合される導体218の幅によって更に決定されてよい。
[0070] フレックス回路214は、幾つかの実施形態では、導体インターフェース220を含んでよい。導体インターフェース220は、ケーブル112の導体218が、フレックス回路214に結合されるフレックス回路214の場所としてよい。例えばケーブル112の裸導体が、導体インターフェース220において、フレックス回路214に電気的に結合される。導体インターフェース220は、フレックス回路214の本体から延在するタブであってよい。この点で、フレックス回路214の本体は、トランスデューサ領域204、コントローラ領域208及び遷移領域210をまとめて指すことができる。図示される実施形態では、導体インターフェース220は、フレックス回路214の近位部222から延在する。他の実施形態では、導体インターフェース220は、遠位部228といったフレックス回路214の他の部分に配置されるか、又は、フレックス回路214は、導体インターフェース220を省略する。幅224といったタブ又は導体インターフェース220の寸法の値は、幅226といったフレックス回路214の本体の寸法の値よりも小さくてよい。幾つかの実施形態では、導体インターフェース220を形成する基板は、フレックス回路214と同じ材料で作られ、及び/又は、フレックス回路214と同様に可撓性である。他の実施形態では、導体インターフェース220は、フレックス回路214とは異なる材料で作られ、及び/又は、フレックス回路214よりも比較的剛性が高い。例えば導体インターフェース220は、ポリオキシメチレン(例えばDELRIN(登録商標))、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ナイロン及び/又は他の適切な材料を含むプラスチック、熱可塑性物質、ポリマー、硬質ポリマー等で作ることができる。
[0071] 場合によっては、スキャナアセンブリ110は、平坦構成(図2)から、巻かれた構成、即ち、より円筒形の構成(図3)に移行する。例えば幾つかの実施形態では、「ULTRASONIC TRANSDUCER ARRAY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME」なる名称の米国特許第6,776,763号及び「HIGH RESOLUTION INTRAVASCULAR ULTRASOUND SENSING ASSEMBLY HAVING A FLEXIBLE SUBSTRATE」なる名称の米国特許第7,226,417号の何れか又は両方に開示されている技術が利用される。これらの特許それぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。図3は、本開示の態様に従って、フレックス回路214が支持部材230の周りに巻かれた構成にある概略斜視図である。場合によっては、支持部材230は、ユニボディとして言及される。支持部材230は、2014年4月28日に出願され、「Pre-doped Solid Substrate for Intravascular Devices」なる名称の米国仮特許出願第61/985,220号(第’220号出願)に説明されているように、ステンレス鋼といった金属材料、又は、プラスチック若しくはポリマーといった非金属材料から構成することができる。当該出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。支持部材230は、遠位部262及び近位部264を有するフェルールであってよい。支持部材230は、遠位部262及び近位部264を有するフェルールであってよい。支持部材230は、管状で、その中を通って長手方向に延在する管腔236が画定されてよい。管腔236は、ガイドワイヤ118を受容するようなサイズ及び形状にされてよい。支持部材230は、任意の適切なプロセスを用いて製造されてよい。例えば支持部材230は、ブランクから材料を除去して支持部材230を成形すること等によって機械加工されても、射出成形プロセス等によってモールド成形されてもよい。
[0072] 上記のように、デバイスのサイズ、有用性及び剛性長を低減するか、少なくとも維持しながら、高い画像解像度及び/又は高画質の画像を作成することができるフェーズドアレイIVUSデバイスを提供することが望ましい。図4乃至図13を参照して、スキャナアセンブリ110と実質的に同様の血管内撮像アセンブリを製造する方法400を説明する。図4は、本開示の態様に従って、本明細書に説明される半導体製造技術を利用して血管内撮像アセンブリを製造する方法400のフロー図である。なお、方法400のステップの前、最中及び後に、追加のステップを提供してもよく、説明されるステップのうちの幾つかは、方法の他の実施形態のために、交換又は排除されてもよい。方法400のステップは、IVUSデバイス102といったIVUSデバイスの製造業者によって実行されてよい。図5Aは、本開示の態様に従って、製造段階における犠牲材料層510の概略上面図である。図5Bは、本開示の態様に従って、製造段階における犠牲材料層510の図5Aの線501に沿った概略断面図である。図6Aは、本開示の態様に従って、製造段階における犠牲層510及び超音波材料層520を含む構造化層600の概略上面図である。図6Bは、本開示に態様に従って、製造段階における構造化層600の図6Aの線601に沿った概略断面図である。図7は、本開示の態様に従って、製造段階における複数の構造化層600を含む積層構造体700の概略斜視図である。図8は、本開示の態様に従って、製造段階における第1のダイシング下の積層構造700の概略斜視図である。図9は、本開示の態様に従って、製造段階におけるダイシングされた構造710の概略斜視図である。図10は、本開示の態様に従って、製造段階における第2のダイシング下のダイシングされた構造700の概略斜視図である。図11は、本開示の態様に従って、製造段階における伸長ストリップ720の一部の概略上面図である。図12は、本開示の態様に従って、製造段階における伸長ストリップ720を含むフレックス回路800の一部の概略上面図である。図13は、本開示の態様に従って、製造段階における伸長ストリップ720から形成されたトランスデューサアレイ730を含むフレックス回路800の一部の概略上面図である。
[0073] 方法400のステップ405、並びに図4及び図5を参照すると、一実施形態において、犠牲材料層510が得られる。図5Aは、犠牲材料層510の概略上面図である。図5Bは、線501に沿った犠牲材料層510の概略断面図である。例えば上面図は、xy平面に示され、断面図は、xy平面に垂直なxz平面に示される。犠牲材料層510は、酸化シリコン及び二酸化シリコンを含む一群の犠牲材料から、様々な異なる堆積及び調製技術を用いて構成される。場合によっては、低温化学蒸着酸化物、低圧化学蒸着酸化物又はスパッタ酸化物さえも含んでよい。二酸化シリコン犠牲層に対する代替の選択肢には、アルミニウム、クロム、リンケイ酸ガラス及びホウリンケイ酸ガラスが含まれてよい。犠牲材料層510の寸法は、様々な実施形態において異なっていてよい。幾つかの実施形態では、犠牲材料層510の寸法は、犠牲層堆積技術の能力に応じる。例えば最小堆積スポットサイズは、犠牲材料層510の最小幅及び最小長を左右する。例えば犠牲材料層510は、約5マイクロメートル(μm)乃至約0.0127メートル(m)の長さ511、約5μm乃至約0.0127mの幅512、及び、約0.01μm乃至約125μmの厚さ513を有してよい。長さ511、幅512及び厚さ513の上限によって、犠牲材料層510が、12Fr(フレンチ)カテーテルの周囲を覆うトランスデューサストリップを製造できる。以下により詳細に説明されるように、寸法は、ダイシング角度に応じても変化する。
[0074] 方法400のステップ410、並びに図6A及び図6Bを参照すると、一実施形態において、超音波材料層520が犠牲材料層510上に配置されて構造化層600が形成される。図6Aは、構造化層600の概略上面図である。図6Bは、線601に沿った構造化層600の概略断面図である。図示されるように、超音波材料層520は、犠牲材料層510の上に配置されている。超音波材料層520は、PZT、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及び、それらの複合材料(例えばPZT−PVDF等)を含む超音波材料の群から構成することができる。超音波材料層520の寸法は、様々な実施形態において異なっていてよい。幾つかの実施形態では、超音波材料層520は、犠牲材料層510よりも厚くすることができる。例えば超音波材料層520は、約5μm乃至約0.0127μmの長さ521、約5μm乃至約0.0127μmの幅522、及び、約5μm乃至約125μmの厚さ523を有してよい。本明細書により詳細に説明されるように、超音波材料層520の厚さ523は、トランスデューサアレイ124における個々のトランスデューサ212の幅213といったように、トランスデューサアレイにおける個々のトランスデューサ素子の幅を画定し、犠牲材料層510の厚さ513は、ピッチ幅211といったように、トランスデューサアレイにおけるピッチ幅を画定する。
[0075] 方法400のステップ415及び図7を参照すると、一実施形態において、複数の構造化層600が積み重ねられて積層構造700が形成される。図7は、積層構造700の斜視図である。図示されるように、積層構造700は、交互のパターンで複数の超音波材料層520の間に複数の犠牲材料層510が配置されている。本明細書に更に詳細に説明されるように、構造化層600の数が、トランスデューサアレイにおけるトランスデューサの数を決定する。例えば32、64又は128個の構造化層600が、それぞれ、32、64又は128個のトランスデューサを有するトランスデューサアレイを形成する。したがって、積み重ねを繰り返して、任意の適切な数の構造化層600を有する積層構造700を形成することができる。
[0076] 方法400のステップ420、並びに図8及び図9を参照すると、一実施形態において、第1の平面に沿って積層構造700に第1のダイシングが行われ、ダイシングされた構造710が形成される。図8は、yz平面によって示される第1の平面に沿った第1のダイシング下の積層構造700の概略斜視図である。例えば第1のダイシングは、距離711だけ離されたyz平面に沿った複数の第1の切り込み701を含む。第1のダイシングは、任意の適切な技術を用いて行われる。幾つかの実施形態では、距離711は、約5μm乃至約2ミリメートル(mm)であってよい。本明細書により詳細に説明されるように、距離711は、個々の超音波素子の長さを画定する。図9は、ダイシングされた構造710の概略斜視図である。幾つかの実施形態では、第1のダイシング後、破線のボックスで示されるように、追加の犠牲層590が、ダイシングされた構造710に隣接して形成されてよい。追加の犠牲層590は、本明細書に更に詳細に説明されるように、複数列の超音波素子を有するフェーズドアレイを形成するときに、スペーサとして機能する。
[0077] 方法400のステップ425、並びに図10及び図11を参照すると、一実施形態において、第1の平面に垂直な第2の平面に沿って、ダイシングされた構造710に第2のダイシングが行われ、伸長ストリップ720が形成される。図10は、xz平面によって示される第2の平面に沿った第2のダイシング下のダイシングされた構造700の概略斜視図である。例えば第2のダイシングは、距離712だけ離されたxz平面に沿った複数の切り込み702を含む。幾つかの実施形態では、距離712は、約5μm乃至約2mmである。本明細書に更に詳細に説明されるように、第2のダイシングからの距離712、第1のダイシングからの距離711及び超音波材料層520の厚さ523が、個々の超音波素子の高さ、長さ及び幅を画定する。幾つかの実施形態では、追加の犠牲層590は、第1のダイシング後ではなく、第2のダイシング後に形成されてよい。図11は、xz平面における伸長ストリップ720の一部の概略上面図である。伸長ストリップ720は、超音波材料層520の部分によって画定されるスペーサ722だけ分離された犠牲層510の部分によって画定される超音波素子721のアレイを有する。各超音波素子721の幅723は、超音波材料層520の厚さ523によって画定される。超音波素子721は、犠牲材料層510の厚さ513によって画定されるピッチ幅724だけ離間される。幾つかの実施形態では、複数の伸長ストリップ720を互いに積み重ねて、複数の行を有するフェーズドアレイが形成され、当該行は、追加の犠牲層590によって分離される。したがって、犠牲層510及び追加の犠牲層590は、個々の超音波素子間の水平方向の間隔及び垂直方向の間隔をそれぞれ制御する。
[0078] 方法400のステップ430及び図12を参照すると、一実施形態において、伸長ストリップ720は、フレックス回路214といったフレックス回路800に結合される。図12は、伸長ストリップ720を含むフレックス回路800の一部の概略上面図である。例えば伸長ストリップ720は、フレックス回路800のトランスデューサ領域804内に直接配置される。フレックス回路800は、トランスデューサ領域804をコントローラ領域808にインターフェースする遷移領域810を含む。トランスデューサ領域804、遷移領域810及びコントローラ領域808は、それぞれ、トランスデューサ領域204、遷移領域210及びコントローラ領域208と実質的に同様である。
[0079] 方法400のステップ435及び図13を参照すると、一実施形態において、伸長ストリップ720のスペーサ722が、フレックス回路800から除去され、フレックス回路上にトランスデューサアレイ730が形成される。図13は、細長ストリップ720の超音波素子721から形成されるトランスデューサアレイ730を含むフレックス回路800の一部の概略上面図である。図示されるように、スペーサ722は、フレックス回路800から除去されている。スペーサ722及び追加の犠牲層590は、エッチングといった任意の適切な半導体製造技術を使用して除去することができる。例えばフォトリソグラフィを使用して、スペーサ722と一致する開口部を有するパターンを画定し、その後に、バッファード酸化物エッチ(例えばフッ化アンモニウム+フッ化水素酸)を使用する湿式化学エッチング、乾式蒸気エッチング(例えば蒸気HF、HO、HCl、HI、Cl、HI−HF等)、反応性イオンエッチング(PZT構造及び犠牲層の組み合わせが、より低い選択性を有する場合)を含む様々なエッチング技術が続けられる。方法400は、遷移領域810内の導電性トレース216といった導電性トレースや、コントローラ領域808内のコントローラチップ206といったコントローラに、トランスデューサアレイ730を接続する等の追加のステップを含んでもよい。
[0080] 場合によっては、本発明のシステム及び方法は、超音波素子間の完全な間隔ではなく、超音波素子間に部分的な空気切溝を生成するように適用されてもよい。このような場合、ステップ420において、積層構造は、部分的にしかダイシングされない(例えば完全には貫通しない)。部分的な切溝が所望される場合、積層構造(例えば犠牲層によって積み重ねられ支持される超音波材料層)は、機械的ダイシングからの応力をよりうまく分散及び吸収するか、又は、犠牲材料の特性を介してレーザのスポットサイズの熱分布を管理することによってレーザダイシングのより良い分解能を可能にする。主な利点は、より多くの超音波材料だけでダイシングするよりも潜在的に歩留まりが高いプロセスであり(小さな寸法では応力破断がしばしば生じる)、副次的な利点は、おそらくレーザによって、より小さな切溝幅デザインが可能になる点である。
[0081] 図14乃至図18を参照して、スキャナアセンブリ110と実質的に同様の血管内撮像アセンブリを製造する方法1400を説明する。図14は、本開示の態様に従って、本明細書に説明される半導体製造技術を利用して血管内撮像アセンブリを製造する方法1400のフロー図である。なお、方法1400のステップの前、最中及び後に追加のステップを提供してもよく、説明されるステップのうちの幾つかは、方法の他の実施形態のために、交換又は排除されてもよい。方法1400のステップは、IVUSデバイス102といったIVUSデバイスの製造業者によって実行されてよい。図15Aは、本開示の態様に従って、製造段階における基板1500の概略上面図である。図15Bは、本開示の態様に従って、製造段階における基板1500の図15Aの線1501に沿った概略断面図である。図16Aは、本開示の態様に従って、製造段階におけるパターン化凹部1520を有する基板1500の一部の概略上面図である。図16Bは、本開示の態様に従って、製造段階におけるパターン化凹部1520を有する基板1500の一部の図16Aの線1601に沿った概略断面図である。図17は、本開示の態様に従って、製造段階における充填基板1700の一部の図16Aの線1601に沿った概略断面図である。図18は、本開示の態様に従って、製造段階におけるダイシング下の充填基板1700の一部の概略断面図である。
[0082] 方法1400のステップ1405、並びに図15A及び図15Bを参照すると、一実施形態において、犠牲材料の基板1500が得られる。図15Aは、基板1500の概略上面図である。図15Bは、線1501に沿った基板1500の概略断面図である。例えば上面図は、xy平面に示され、断面図は、xy平面に垂直なxz平面に示される。基板1500の犠牲材料は、犠牲材料層510の材料と実質的に同様であってよい。基板1500の寸法は、様々な実施形態において異なっていてよい。例えば基板1500は、約10μm乃至約2センチメートル(cm)長さ1511、約10μm乃至約2cmの幅1512、及び、約5μm乃至約50μmの厚さ1513を有してよい。長さ511は、最小ダイス幅の約2倍になるように選択されてよい。本明細書により詳細に説明されるように、厚さ1513は、凹部1520を収容するように選択されてよく、凹部1520は、所定のトランスデューサ寸法に従って、サイズ及び形状が決められてよい。例えば厚さ1513は、犠牲材料層510の厚さ513と超音波材料層520の厚さ523との合計と、ほぼ同じであってよい。
[0083] 方法1400のステップ1410、並びに図16A及び図16Bを参照すると、一実施形態において、複数の凹部1520が基板1500に形成されている。基板1500における凹部1520の形成又はパターニングは、任意の適切な半導体製造技術を使用してよい。例えば形成又はパターニングは、フォトリソグラフィを介して、凹部1520を画定する開口部を有するフォトパターンを、基板1500上に転写することと、エッチングを介して、開口部に従って基板1500から犠牲材料を除去することとを含む。適切なエッチングプロセスの例は、深反応性イオンエッチング(DRIE)である。
[0084] 図16Aは、パターン化凹部1520を有する基板1500の一部の概略上面図である。図示されるように、凹部1520は、リブ1530によって分離されている。例えば凹部1520及びリブ1530は、基板1500のy軸に沿って延在する。図16Bは、パターン化凹部1520を有する基板1500の一部の線1601に沿った概略断面図である。例えば断面図は、xy平面に垂直なxz平面に示される。凹部1520及びリブ1530の寸法は、様々な実施形態において異なっていてよい。例えばリブ1530は、約5μm乃至約2mmの幅1531を有し、凹部1520は、約5μm乃至約125μmの幅1521、及び、約5μm乃至約125μmの深さ又は高さ1522を有してよい。本明細書により詳細に説明されるように、凹部1520の幅1521及び高さ1522は、トランスデューサアレイ内の個々の超音波素子の寸法を画定し、幅1531は、トランスデューサアレイ内の超音波素子間のピッチ幅を画定することができる。
[0085] 方法1400のステップ1415及び図17を参照すると、一実施形態において、複数の凹部1520を超音波材料1710で充填して、充填基板1700が形成される。図17は、線1601に沿った充填基板1700の一部の概略断面図であり、凹部1520は、超音波材料1710が充填されている。超音波材料1710は、超音波材料層520の材料と実質的に同様であってよい。
[0086] 方法1400のステップ1420及び図18を参照すると、一実施形態において、充填基板1700の平面に沿って充填基板1700をダイシングして、伸長ストリップ720と同様の伸長ストリップ1720が形成される。図18は、xz平面によって示される平面に沿ったダイシング下の充填基板1700の一部の概略上面図である。例えばダイシングは、距離1711だけ離されたxz平面に沿った複数の切り込み1801を含む。各伸長ストリップ1720は、超音波材料1710によって画定される超音波素子721と同様の超音波素子1721のアレイと、基板1500の犠牲材料によって画定されるスペーサ722と同様のスペーサ1722とを有する。凹部1520の距離1711及び幅1521は、それぞれ、超音波素子1721の長さ及び幅を画定する。リブ1530の幅1531は、超音波素子1721間のピッチ幅を画定する。
[0087] ステップ1425を参照すると、一実施形態において、伸長ストリップ1720は、フレックス回路214及び800と同様のフレックス回路に結合される。例えば結合は、方法400のステップ430と同様であり、図12に示されている通りであってよい。
[0088] ステップ1430を参照すると、一実施形態において、伸長ストリップ1720のスペーサ1722が、フレックス回路から除去される。例えば除去は、方法400のステップ435と同様であり、図13に示されている通りであってよい。
[0089] 幾つかの実施形態では、方法1400は、方法400において説明されている積層機構と組み合わせられてもよい。例えば方法1400は、複数の充填基板1700を積層して、積層構造を形成することと、第1の平面の後に、第1の平面に垂直な第2の平面に沿って積層構造をダイシングすることとを含む。
[0090] ステップ1410における凹部1520の形成は、任意のサイズのトランスデューサを有し、任意の構成に配置されるトランスデューサアレイを作成するように行われてよい。例えば個々の凹部は、所定のトランスデューサ寸法に従ってサイズ及び形状が決められてよく、また、凹部は、所定の解像度及び/又は脈管構造図の画像の作成を容易にするように配置されてよい。
[0091] 図19乃至図21は、整列構成で凹部を形成する実施形態をまとめて示す。図19Aは、本開示の態様による整列凹部1920を含む基板1900の一部の概略上面図である。基板1900は、犠牲材料層500及び基板1500と同様の犠牲材料からなる。凹部1920は、凹部1520の形成と同様の機構を用いて、基板1900上に形成される。凹部1920は、サイズ及び形状が均一である。凹部1920は、複数の列に配置され、基板1900の犠牲材料によって分離される列全体に亘って整列している。各凹部1920が、トランスデューサを画定する。凹部1920の寸法は、様々な実施形態において異なっていてよい。幾つかの実施形態では、3.0FrのIVUSデバイス102用に64個のトランスデューサを有するトランスデューサアレイを作成するために、各凹部1920は、約0.5mm乃至約1.5mmの長さ、約15μm乃至約30μmの幅、及び、50μm乃至約80μmの高さを含み、隣接する凹部1920は、約15μm乃至約30μmの距離だけ分離されてよい。図19Bは、本開示の態様による整列凹部1920を含む基板1900の一部の図19Aの線1901に沿った概略断面図である。例えば上面図は、xy平面に示され、断面図は、xy平面に垂直なxz平面に示される。
[0092] 図20Aは、本開示の態様による充填基板2000の一部の概略上面図である。充填基板2000は、基板1900の凹部1920を、超音波材料1710と同様の超音波材料2010で充填することによって形成される。図20Bは、本開示の態様による充填基板2000の一部の図20Aの線2001に沿った概略断面図である。
[0093] 図21は、本開示の態様によるダイシング下の充填基板2000の一部の概略上面図である。ダイシングは、xy平面に垂直なxz平面に沿って複数の切り込み2101を含んでよい。ダイシングは、伸長ストリップ720及び1720と同様の伸長ストリップ2020を形成する。基板1900の犠牲材料によって超音波材料2010を包む又は囲むと、ダイシングの機械的応力を低減することができる。幾つかの実施形態では、レーザ切断を使用して、超音波材料2010を破砕又は損傷する危険性を更に低減することができる。ダイシング後、方法400及び1400と同様に、伸長ストリップ2020を、フレックス回路214及び800といったフレックス回路に結合し、伸長ストリップ2020の犠牲材料を除去して、フレックス回路上にトランスデューサアレイが形成される。
[0094] 図22乃至図27は、オフセット構成で凹部を形成する実施形態をまとめて示す。図22Aは、本開示の態様によるオフセット凹部2220を含む基板2200の一部の概略上面図である。基板2200は、基板1500及び1900と同様である。凹部2220は、凹部1520及び1920の形成と同様の機構を用いて、基板2200上に形成される。図示されるように、凹部2220は、オフセットパターンで配置され、隣接する列2221における凹部2220の配置は、互いにオフセットされている。オフセットパターン又は構成は、血管120の異なる長手方向部分の画像の同時捕捉を可能にする。図22Bは、本開示の態様によるオフセット凹部2220を有する基板2200の一部の図22Aの線2201に沿った概略断面図である。
[0095] 図23Aは、本開示の態様による充填基板2300の一部の概略上面図である。充填基板2300は、基板2200の凹部2220を、超音波材料1710及び2010と同様の超音波材料2310で充填することによって形成される。図23Bは、本開示の態様による充填基板2300の一部の図23Aの線2301に沿った概略断面図である。
[0096] 図24は、本開示の態様によるダイシング下の充填基板2300の一部の概略上面図である。ダイシングは、xy平面に垂直なxz平面に沿った1つ以上の切り込み2401を含んでよい。ダイシングは、超音波材料2310によって画定される超音波素子2323の2つの列2321及び2322と、基板2200の材料によって画定されるスペーサ2324とを含む伸長ストリップ2320を形成する。2つの列2321及び2322の超音波素子2323の位置は、互いにオフセットされている。図25は、本開示の態様による伸長ストリップ2320の一部の概略上面図である。
[0097] 図26は、本開示の態様による伸長ストリップ2320を含む、フレックス回路214及び800と同様のフレックス回路2600の一部の概略上面図である。フレックス回路2600は、トランスデューサ領域2604とコントローラ領域2608との間に配置された遷移領域2610を含む。伸長ストリップ2320は、ステップ1425と同様の機構を使用してフレックス回路2600に結合される。例えば伸長ストリップ2320は、フレックス回路2600のトランスデューサ領域2604上に直接配置される。
[0098] 図27は、本開示の態様による伸長ストリップ2320から形成されるトランスデューサアレイ2331及び2332を含むフレックス回路2600の一部の概略上面図である。例えば伸長ストリップ2320が、フレックス回路2600に結合された後、スペーサ2324が、ステップ1430と同様の機構を用いて、フレックス回路2600から除去される。フレックス回路2600は、超音波素子2323が、支持部材230の周囲に配置されるように、支持部材230の周りに巻き付けられる。例えばトランスデューサアレイ2331は、1つの円周の周りに配置され、トランスデューサアレイ2332は、支持部材230の長手方向軸に沿って、トランスデューサアレイ2332から離間された別の円周の周りに配置される。トランスデューサアレイ2331及び2332内にシフトされた超音波素子2323を生成するために凹部2220の位置をシフトさせることによって、及び/又は、フレックス回路2600上により多くのトランスデューサアレイを含めることによって、動的集束及びアパーチャの拡大といった様々なビーム形成方法を行い、画質を向上させることができる。
[0099] 一実施形態において、方法400を用いて、トランスデューサアレイ730、2331及び2332と同様のトランスデューサアレイを複数有するマルチトランスデューサアレイを形成することができる。図28乃至図31は、マルチトランスデューサアレイを形成する実施形態をまとめて示す。図28は、本開示の態様に従って、製造段階におけるオフセット構成に配置された2つの伸長ストリップ720の一部の概略上面図である。上記のように、積層構造700の第1のダイシング及び第2のダイシングによって、複数の伸長ストリップ720が形成される。2つの伸長ストリップ720は、当該2つの伸長ストリップ720が、ほぼ平行で、間隙743によって分離され、一方の伸長ストリップ720の超音波素子721が、他方の伸長ストリップ720の超音波素子721からオフセットされているように位置付けられる。
[00100] 図29は、本開示の態様に従って、製造段階における2つの伸長ストリップ720を含む複合ストリップ740の線2801に沿った概略断面図である。2つの伸長ストリップ720を配置した後、ポスト犠牲材料層741が2つの伸長ストリップ720上に配置され、2つの伸長ストリップ720を一緒に保持して複合ストリップ740が形成される。ポスト犠牲材料層741は、複数の犠牲層510と同様の材料を含んでよい。
[00101] 図30は、本開示の態様に従って、製造段階における複合ストリップ740を含むフレックス回路800の一部の概略上面図である。複合ストリップ740を形成した後、当該複合ストリップ740は、2つの細長ストリップ720がフレックス回路800とポスト犠牲材料層741との間に配置されるようにフレックス回路800に結合される。
[00102] 図31は、本開示の態様に従って、製造段階におけるマルチトランスデューサアレイ742を含むフレックス回路800の一部の概略上面図である。複合ストリップ740をフレックス回路800に結合した後、伸長ストリップ720のポスト犠牲材料層741及びスペーサ722が、ステップ435及び1430と同様の機構を使用して除去され、フレックス回路800上にマルチトランスデューサアレイ742が形成される。マルチトランスデューサアレイ742は、オフセット超音波素子721の2つのアレイ744と共に示されているが、同様の機構を使用して、任意の間隙距離で離された任意の適切な数のアレイと、任意の適切な構成又はパターンで配置された超音波素子とを有するマルチトランスデューサアレイを形成することができる。上記のように、シフトされた超音波素子のアレイを作成することによって、例えばビーム形成を通して、画質を向上させることができる。
[00103] 開示される実施形態は、幾つかの利点を提供する。例えば方法400及び/又は1400の積層及びダイシング機構は、拡張性があり、大量生産に適している。犠牲材料の使用は、機械的応力、また、ダイシング中の破砕及び/又は亀裂の危険性を低下させる。トランスデューサアレイにおける超音波素子間の間隔は、フレックス回路の強度及び/若しくは特性、ブレードの特性、又は、ダイシング機器によって制限されない。開示される実施形態は、切り込み間の間隔を維持する必要がなく、代わりに、よりきれいな切り込みに集中することを可能にする。したがって、開示される実施形態は、より高い歩留まりを達成することができる。典型的には、多数の超音波素子を有する撮像コアのダイシングプロセスは、材料及びサイクルタイムの点で費用がかかる。したがって、開示される実施形態は、製造コストを削減することができる。更に、開示される実施形態は、より多数のより小さいサイズの超音波素子を有するトランスデューサアレイの製造を可能にする。例えば3.5FrのフェーズドアレイIVUSデバイスは、一般に、最大で64個の超音波素子を含み、個々の素子は、約20μm乃至約25μmの幅及び約70μm乃至約80μmの高さを有し、約20μm乃至約25μmのピッチ幅で離間される。一方で、開示される実施形態は、64個を超える超音波素子を含むことができる。例えば開示される実施形態は、1列あたり、空間的に128個の超音波素子を配置することができ、最大約3列を含むことができる。128個の超音波素子からなる3列を製造するためには、超音波層は、約10μm乃至約15μmの厚さ/凹部幅を有し、ダイシング幅/凹部の深さは、約20μm乃至約50μmであり、超音波素子間のピッチ幅は、水平及び垂直に約10μm未満であってよい。方法400を使用する際、間隔は、追加の犠牲層590の厚さによって制御され、超音波素子の高さは、第2のダイシングによって制御される。円形フェーズドアレイの場合、超音波素子の高さは、アレイが、図3に示される巻かれた構成にあるときに、超音波素子が互いに接触しないように設定されてよい。個々の素子のサイズ及び個々の素子間の間隔を制限しうる幾つかの他の要因は、フレックス回路上のトレース印刷技術の解像度制限を含む。より多数のより小さいサイズの超音波素子は、軸方向及び横方向の解像度が向上された画像の作成を可能にする。
[00104] 当業者は、上記装置、システム及び方法が、様々なやり方で修正可能であることを認識するであろう。したがって、当業者であれば、本開示に包含される実施形態が、上記特定の例示的実施形態に限定されないことを理解するであろう。この点に関して、例示的な実施形態が示され、説明されたが、前述の開示では、広範囲の修正、変更及び置換が考えられる。なお、本開示の範囲から逸脱することなく、上記変更が前述に対してなされうる。したがって、添付の特許請求の範囲は、広く、また、本開示と一致する方法で解釈されることが適切である。

Claims (20)

  1. 複数の超音波材料層間に交互パターンで配置される複数の犠牲材料層を有する積層構造を形成するステップと、
    それぞれが前記複数の超音波材料層によって画定される超音波素子のアレイ及び前記複数の犠牲材料層によって画定されるスペーサを含む複数の伸長ストリップを形成するように、前記積層構造をダイシングするステップと、
    前記複数の伸長ストリップのうちの第1の伸長ストリップを、フレキシブル回路基板に結合するステップと、
    前記フレキシブル回路基板から前記第1の伸長ストリップの前記スペーサを除去するステップと、
    を含む、血管内撮像デバイスを製造する方法。
  2. 前記積層構造をダイシングするステップは、第1の平面に沿って前記積層構造をダイシングするステップを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記積層構造をダイシングするステップは、前記第1の平面に垂直な第2の平面に沿って前記積層構造をダイシングするステップを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記ダイシング後、前記第1の平面に沿って前記積層構造全体に追加の犠牲層を形成するステップを更に含む、請求項2に記載の方法。
  5. 前記フレキシブル回路基板から前記第1の伸長ストリップの前記スペーサを除去するステップは、前記スペーサを画定する前記複数の犠牲材料層をエッチング除去するステップを含む、請求項1に記載の方法。
  6. ポスト犠牲材料層が前記複数の伸長ストリップの前記第1の伸長ストリップ及び第2の伸長ストリップを一緒に保持することによって、複合ストリップを形成するステップと、
    前記第1の伸長ストリップ及び前記第2の伸長ストリップが、前記フレキシブル回路基板に結合されるように、前記複合ストリップを前記フレキシブル回路基板に結合するステップと、
    前記フレキシブル回路基板から前記複合ストリップの前記ポスト犠牲材料層及び前記第2の伸長ストリップのスペーサを除去するステップと、
    を更に含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記フレキシブル回路基板を支持部材の周りに巻き付けるステップと、
    前記フレキシブル回路基板を前記支持部材にしっかりと固定するステップと、
    前記支持部材を血管内デバイスの遠位部に結合するステップと、
    を更に含む、請求項1に記載の方法。
  8. 犠牲材料でできた基板に複数の凹部を形成するステップと、
    前記基板の前記複数の凹部の少なくとも一部を、超音波材料で充填するステップと、
    前記超音波材料によって画定される超音波素子のアレイ及び前記犠牲材料によって画定されるスペーサを含む伸長ストリップを形成するように、前記基板をダイシングするステップと、
    前記伸長ストリップをフレキシブル回路基板に結合するステップと、
    前記フレキシブル回路基板から前記伸長ストリップの前記スペーサを除去するステップと、
    を含む、血管内撮像デバイスを製造する方法。
  9. 前記基板をダイシングするステップは、前記伸長ストリップが、第2の超音波素子のアレイから離間された第1の超音波素子のアレイを含むように、前記基板をダイシングするステップを含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記第1の超音波素子のアレイの超音波素子は、前記第2の超音波素子のアレイの超音波素子と整列する、請求項9に記載の方法。
  11. 前記基板に前記複数の凹部を形成するステップは、第2の一連の凹部と整列する第1の一連の凹部を形成するステップを含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記第1の超音波素子のアレイの超音波素子は、前記第2の超音波素子のアレイの超音波素子に対してオフセットされている、請求項9に記載の方法。
  13. 前記基板に前記複数の凹部を形成するステップは、第1の一連の凹部を、第2の一連の凹部に対してオフセットさせて形成するステップを含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記フレキシブル回路基板から前記伸長ストリップの前記スペーサを除去するステップは、前記スペーサを画定する前記犠牲材料をエッチング除去するステップを含む、請求項8に記載の方法。
  15. 近位部及び遠位部を有するフレキシブル伸長部材と、
    前記フレキシブル伸長部材の前記遠位部に結合される血管内撮像アセンブリと、
    を含む、血管内撮像デバイスであって、
    前記血管内撮像アセンブリは、
    フレキシブル回路と、
    前記フレキシブル回路上に配置される超音波トランスデューサアレイと、
    を含み、
    前記超音波トランスデューサアレイは、最小の所定信号分解能の血管内画像の作成を容易にするように、10マイクロメートル未満のピッチ幅だけ離間された複数の超音波素子を含む、血管内撮像デバイス。
  16. 前記超音波トランスデューサアレイは、単一のアレイで構成される、請求項15に記載の血管内撮像デバイス。
  17. 前記超音波トランスデューサアレイは、第2の超音波素子のアレイから離間された第1の超音波素子のアレイを含む、請求項15に記載の血管内撮像デバイス。
  18. 前記第1の超音波素子のアレイの超音波素子は、前記第2の超音波素子のアレイの超音波素子と整列する、請求項17に記載の血管内撮像デバイス。
  19. 前記第1の超音波素子のアレイの超音波素子は、前記第2の超音波素子のアレイの超音波素子に対してオフセットされている、請求項17に記載の血管内撮像デバイス。
  20. 前記複数の超音波素子間の前記ピッチ幅は、前記複数の超音波素子間に配置される犠牲材料の除去によって画定されている、請求項15に記載の血管内撮像デバイス。
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