JP6373024B2 - 微細加工超音波トランスデューサのための音響レンズ - Google Patents

微細加工超音波トランスデューサのための音響レンズ Download PDF

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Description

（関連出願への相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／７９３，１２４号（２０１３年３月１５日出願、名称「ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＬＥＮＳ ＦＯＲ ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ」）の利益を主張し、それは、その全体が参照によって本明細書中に援用される。
（技術分野）
本開示の技術は、一般的に、超音波トランスデューサに関連し、より具体的には、超音波トランスデューサのための整合層に関連する。
超音波画像化デバイスにおいて、対象の画像は、１つまたは複数の音響パルスをトランスデューサから体内へ送信することによって作成される。パルスに応答して作成される反射エコー信号は、同一のトランスデューサまたは異なるトランスデューサによって検出される。エコー信号のある特性（例えば、その振幅、電力、位相、または周波数シフトなど）のマップを作成するために、エコー信号は、トランスデューサ要素に、超音波システムによって分析される電気信号を生成させる。その結果、マップは、画像としてユーザに対して表示され得る。
トランスデューサの１つの種類は、微細加工超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）であり、ＭＵＴは、例えば、シリコンから製作され、超音波エネルギーを送受信するように構成され得る。ＭＵＴは、静電容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）および圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）を含み得る。ＭＵＴは、他の従来のトランスデューサよりも優れた多くの利点（例えば、より低い製造コスト、減少した製作時間、および／またはより広い周波数帯域幅）を提供し得る。しかしながら、ＭＵＴは、壊れやすくあり得、典型的に、単回使用の内部超音波画像化用途において利用される。
外部プローブにおけるトランスデューサの使用は、一般的に、トランスデューサに音響レンズを接合すること、または別様に取り付けることを含む。音響レンズは、トランスデューサを損傷から保護し得、かつ／または対象内へのアコースティックフォーカシングも提供し得る。いくつかの低周波数用途において、ＭＵＴは、例えば、エラストマー材料から作製された音響レンズを有する外部プローブにおいて利用され得る。しかしながら、これらのエラストマーレンズは、特に、より高い周波数における材料の増加した音響減衰によって、高周波数超音波用途（例えば、約１５ＭＨｚよりも大きい）に対して好適でないこともある。したがって、損失が低く耐久性のある音響レンズに対するニーズが、より高い周波数における使用に好適な外部ＭＵＴプローブに対して存在する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
超音波トランスデューサスタックであって、該トランスデューサスタックは、
第１の上部表面と、第１の底部表面とを有する第１の整合層であって、該第１の整合層は、順応な材料を含み、該第１の整合層は、第１の厚さと、第１の音響インピーダンスとを有する、第１の整合層と、
該第１の上部表面の上にある第２の底部表面と、第２の上部表面と、第２の厚さとを有するレンズ層であって、該レンズ層は、第２の厚さと、第２の音響インピーダンスとを有する、レンズ層と、
該第１の底部表面および該第２の底部表面の下にある第３の上部表面を有するトランスデューサ層であって、第３の層は、中心周波数で超音波を生成するように構成された微細加工超音波トランスデューサを含み、該第３の上部表面は、該トランスデューサの上部メンブレンを含む、トランスデューサ層と
を含む、トランスデューサスタック。
（項目２）
前記順応な材料は、ＰＤＭＳタイプのシリコーンを含む、項目１に記載のトランスデューサスタック。
（項目３）
前記順応な材料は、１００ＭＰａよりも小さいヤング率を有する、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目４）
前記レンズ層は、ポリメチルペンテンを含む、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目５）
前記レンズ層は、熱硬化性架橋結合スチレン共重合体を含む、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目６）
前記第１の厚さは、前記第２の厚さよりも小さい、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目７）
前記第１の厚さは、前記中心周波数の波長の１／４よりも小さい、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目８）
前記中心周波数は、１５ＭＨｚよりも大きい、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目９）
前記第２の底部表面は、複数のリッジ、および該複数のリッジ間の複数の溝によってテクスチャを付けられている、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目１０）
順応な層は、マトリックス材料を含み、前記第１の整合層は、該マトリックス材料に結合された第１の複数のミクロンサイズの粒子および第２の複数のナノサイズの粒子から作製された複合層を含む、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目１１）
前記第１の複数のミクロンサイズの粒子は、複合材料の所望の音響インピーダンスに基づいて、選択されている、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目１２）
前記第１の整合層と前記レンズ層との間に配置された第２の整合層をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目１３）
第４の層は、前記第１の音響インピーダンスと前記第２の音響インピーダンスとの間の音響インピーダンス勾配を提供するように構成されている、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目１４）
前記レンズ層は、前記第１の整合層に取り外し可能に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目１５）
外部における使用のための超音波トランスデューサスタックであって、該超音波トランスデューサスタックは、
第１の上部表面と、第１の底部表面とを有する第１の整合層であって、該第１の整合層は、第１の順応な材料を含み、該第１の整合層は、第１の音響インピーダンスを有する、第１の整合層と、
該第１の上部表面の上にある第２の底部表面と、患者の皮膚に対して配置されるように構成された第２の上部表面とを有するレンズ層であって、該レンズ層は、該第１の音響インピーダンスとは異なる第２の音響インピーダンスを有する、レンズ層と、
該第１の底部表面および該第２の底部表面の下にある第３の上部表面を有する第３の層であって、該第３の層は、超音波を生成するように構成された微細加工超音波トランスデューサを含む、第３の層と
を含む、超音波トランスデューサスタック。
（項目１６）
前記順応な材料は、ＰＤＭＳタイプのシリコーンである、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目１７）
前記順応な材料は、水を含む、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目１８）
前記第３の上部表面は、腐食防止材料を含む、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目１９）
前記レンズ層は、前記第１の整合層に取り外し可能に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目２０）
前記第２の底部表面は、複数のリッジ、および該複数のリッジ間の複数の溝によってテクスチャを付けられている、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目２１）
前記第１の整合層は、前記順応な材料に結合された第１の複数のミクロンサイズの粒子および第２の複数のナノサイズの粒子を含むことにより、複合材料を形成している、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目２２）
前記順応な材料は、流体を含む、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目２３）
前記微細加工超音波トランスデューサは、ＣＭＵＴである、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（項目２４）
前記微細加工超音波トランスデューサは、ＰＭＵＴである、上記項目のいずれかに記載のトランスデューサスタック。
（摘要）
超音波トランスデューサとの使用のために構成された整合層が、本明細書において開示される。一実施形態において、トランスデューサスタックは、静電容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）と、音響レンズと、その間の整合層とを含み得る。整合層は、順応な材料（例えば、エラストマーおよび／または液体）から作製されて、ＣＭＵＴとの使用のために構成され得る。整合層は、トランスデューサの上部表面の上にある底部表面と、レンズの底部表面の下にある上部表面とを含み得る。
図１は、先行技術の静電容量型微細加工超音波トランスデューサの側面概略図である。 図２Ａは、本開示の技術の１つまたは複数の実施形態に従って構成された超音波トランスデューサスタックの等角投影正面図である。図２Ｂは、本開示の技術の実施形態に従って構成された超音波トランスデューサスタックの拡大側面図である。 図３Ａおよび図３Ｂは、本開示の技術の実施形態に従って構成された超音波トランスデューサスタックの側面図である。 図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の技術の実施形態に従って構成された超音波トランスデューサスタックの側面図である。
（詳細な説明）
本技術は、一般的に、超音波トランスデューサとの使用のために構成された整合層に関連する。下記に述べられる詳細のいくつかは、当業者が、開示された実施形態を実施し、かつ使用することが可能であるほどに十分な態様で、以下の実施形態を説明するために提供されることが理解される。しかしながら、下記に説明される詳細のいくつかは、本技術の特定の実施形態を実施するために必要ではないこともある。そのうえ、本技術は、特許請求の範囲の範囲内であるが、図１〜図４Ｂを参照して詳細に説明されない他の実施形態を含み得る。
例示的なトランスデューサスタックを使用して対象から超音波データを捕捉することは、一般的に、超音波を生成することと、対象内へ超音波を送信することと、対象によって反射された超音波を受信することとを含む。超音波の広い周波数範囲は、例えば、低周波数超音波（例えば、１５ＭＨｚよりも小さい）および／または高周波数超音波（例えば、１５ＭＨｚよりも大きいか、または等しい）が使用され得るような超音波データを捕捉するために使用され得る。当業者は、例えば、画像化の深度および／または所望の解像度のような要因（これらに限定されない）に基づいて、どの周波数範囲を使用するべきかを容易に決定し得る。
本開示のトランスデューサは、超音波データの生成、送信、受信および処理のために、超音波画像化システムに動作可能に接続され得る。例えば、超音波は、任意の周波数の超音波信号を供給し得る超音波スキャンデバイスを使用して、送信、受信、および処理され得る。本開示のいくつかの局面において、１５ＭＨｚまたはそれよりも大きい周波数で動作可能な超音波システムまたはデバイスが、使用され得る一方、他の局面において、１５ＭＨｚよりも小さい周波数で動作するように構成された超音波システムまたはデバイスが、使用され得る。下記に開示されるトランスデューサは、超音波医療測定および／または画像化用途において使用され得るが、そのような使用目的に限定されない。いくつかの実施形態において、例えば、下記のトランスデューサは、例えば、指紋スキャナーのようなバイオメトリック用途において使用され得る。
図１は、本開示の技術の実施形態に従って構成された超音波トランスデューサ１００の側面図である。トランスデューサ１００は、基板１１４（例えば、シリコン基板）上に配置された上部電極１０４および底部電極１０２に結合された電源１０１を含む。上部電極１０４は、メンブレン１０８に結合されるか、または別様に隣接する。下記により詳細に説明されるように、上部電極１０４は、メンブレン１０８における偏移をもたらすように構成され得、メンブレン１０８は、例えば、超音波を上部電極１０４から伝播させ得る。ギャップ１１０は、メンブレン１０８が、底部電極１０２および／または基板１１４と接触することなく、十分に下向きに（例えば、底部電極１０２の方へ）偏移することを可能にする。メンブレン１０８は、例えば、底部電極１０２と上部電極１０４との間の電圧の変化、および／またはメンブレン１０８に入射する音響エネルギー（例えば、超音波）の変化に応答して、偏移し得る。
図示された実施形態において、トランスデューサ１００は、静電容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）として構成される。当業者が理解するように、バイアス電圧が、電源１０１によって上部電極１０４および底部電極１０２に印加され得る。電源１０１は、交流源および／または直流源（示されず）を含み得る。トランスデューサ１００に達する音響エネルギー（例えば、超音波）は、メンブレン１０８を偏移させ、上部電極１０４と底部電極１０２との間の電圧の変動をもたらすことにより、電気信号を生成する。逆に、上部電極１０４と底部電極１０２との間に交流信号を印加することは、メンブレン１０８を偏移させることにより、トランスデューサ１００から離れる方向へ伝播し得る超音波信号を生成し得る。
図２Ａは、本開示の技術の実施形態に従って構成された超音波トランスデューサスタック２００の等角投影正面図である。トランスデューサスタック２００は、第１の層２２０および第２の層２２４の下方のトランスデューサ層２０１を含む。トランスデューサ２０１は、例えば、単一のアレイ要素、トランスデューサ要素の一次元アレイ、またはトランスデューサ要素の複数次元アレイを含み得る。そのうえ、トランスデューサ２０１は、当該技術分野において公知の任意の好適なトランスデューサ（例えば、圧電型トランスデューサ、ＣＭＵＴ、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）など）から作製され得る。トランスデューサの上部表面２０３は、第１の層の底部表面２２３の下にあり、第１の層の上部表面２２１は、第２の層の底部表面２２５の下にある。第２の層の上部表面２２６は、対象（例えば、ヒト、動物など）に適用され得るか、または最も近くに配置され得る。
図２Ｂは、本開示の実施形態に従って構成されたトランスデューサスタック２００の側面図である。図示された実施形態において、トランスデューサ層は、ＣＭＵＴ（例えば、図１のトランスデューサ１００）を含む。当業者が理解するように、ＣＭＵＴトランスデューサ（例えば、トランスデューサ２０１）は、壊れやすくあり得、他のタイプのトランスデューサ（ＰＺＴトランスデューサ）の耐久性を有しないこともある。しかしながら、音響損失が低く耐久性のある剛い材料をＣＭＵＴトランスデューサ上に直接配置することは、アレイの効率を有意に減少させ、アレイが一様に機能することを妨げうる。従って、下記にさらに詳細に説明されるように、レンズ（例えば、第２の層２２４）とトランスデューサ（例えば、トランスデューサ２０１）との間の比較的に薄い順応な層（例えば、第１の層２２０）を用いて超音波トランスデューサスタックを組み立てることは、トランスデューサが効率的に超音波を放出することを可能にすると同時に、さらに、トランスデューサ２０１を第２の層２２４に接合する。さらに、剛い外側層を接合することはまた、トランスデューサの平坦性を維持し、それによって、トランスデューサ効率および精度を向上させ得る。
図２Ａおよび図２Ｂを一緒に参照すると、第１の層２２０は、第２の層２２４をトランスデューサ２０１に接合または別様に結合するように構成された順応な材料（例えば、ＰＤＭＳタイプのシリコーン）から作製される。しかしながら、他の実施形態において、第１の層２２０は、例えば、当該技術分野において公知の、整合層に好適な任意の材料（例えば、エラストマー、ゲル、重合材料など）から作製され得る。さらなる実施形態において、第１の層２２０は、例えば、水、油などの任意の好適な流体から作製され得る。いくつかの実施形態において、例えば、第１の層２２０は、低いヤング率（例えば、１００ＭＰａよりも小さい）を有する薄い剛性の低い層であり得る。
図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、第２の層２２４は、第１の層２２０上またはその近くに配置された音響窓として構成され得る。当業者が理解するように、第２の層２２４は、音響損失が低く耐久性のある層であり得、衝撃および／または汚染物質への暴露からトランスデューサ２０１を強固に保護すると同時に、さらに、トランスデューサ２０１によって生成される過度の熱および／または電荷から対象（例えば、ヒトの患者、小動物など）を保護し得る。第２の層２２４は、超音波画像化との使用に好適な、当該技術分野において公知の任意のレンズ材料（例えば、プラスチック、プラスチック複合材、重合体など）から作製され得る。いくつかの実施形態において、例えば、第２の層２２４は、熱硬化性架橋結合スチレン共重合体（例えば、Ｒｅｘｏｌｉｔｅ）および／またはポリメチルペンテン（例えば、ＴＰＸ）から作製され得る。
図２Ａおよび図２Ｂの図示された実施形態が第１の層２２０および第２の層２２４のみに関して示されているが、代替として、２つよりも多い層が、本開示の技術に従って利用され得る。いくつかの実施形態において、例えば、少なくとも、第３の層（示されず）は、第１の層の第１の音響インピーダンスと第２の層の第２の音響インピーダンスとの間の音響インピーダンスを有する。他の実施形態において、例えば、複数層の薄い複合材（示されず）が、第１の層２２０と第２の層２２４との間においてトランスデューサ２００内へ使用されるか、または組み込まれ得る。複数層の複合材内の層は、第１の音響インピーダンスから第２の音響インピーダンスまで徐々に（例えば、増加または減少）変化する音響インピーダンスを含むことにより、第１の層２２０と第２の層２２４との間の音響インピーダンス整合を向上させ得る。
いくつかの実施形態において、第１の層２２０は、着目した超音波周波数範囲の波長の１／４よりも小さい厚さを有し得る。しかしながら、他の実施形態において、第１の層２２０は、着目した超音波周波数の波長の任意の好適な分数（例えば、１／１、１／２、１／４、１／８など）の厚さを有し得る。他の実施形態において、例えば、第１の層２２０の厚さは、トランスデューサ２０１のメンブレンの移動を可能にするために好適な厚さを有すると同時に、第２の層２２４によって阻害されることなく、第１の層２２０を通した減衰を減少させるために好適に薄いように選択され得る。そのうえ、図示された実施形態において、第１の層２２０の第１の厚さＴ１よりも大きい第２の厚さＴ２を有する第２の層２２４が、示される。しかしながら、他の実施形態において、第１の厚さＴ１は、第２の厚さＴ２に等しい厚さ、および／または第２の厚さＴ２よりも大きい厚さを有し得る。いくつかのさらなる実施形態において、第１の層２２０は、例えば、性能特性（例えば、ＭＵＴメンブレン厚さ、セル構造特性など）および／またはトランスデューサ２０１から放出される超音波の周波数に基づいて、変動する厚さを有し得る。いくつかの実施形態において、例えば、第２の層２２４は、第１の層２２０に取り外し可能に取り付けられるように構成され得、それによって、複数の異なる層２２４（示されず）が、トランスデューサ２０１および第１の層２２０に取り付けられ得る。
当業者が理解するように、第２の層２２４をトランスデューサ２０１に直接接合することは、トランスデューサ２０１からの超音波エネルギーの放出を妨げるか、または減少させ得る。例えば、第２の層２２４をトランスデューサ２０１に直接またはほとんど接触するように配置することは、アレイにおける交流の変化に応答したメンブレン１０８（図２Ａ）の移動を有意に妨害し得る。従って、トランスデューサ２０１と第２の層２２４との間に第１の層２２０（例えば、順応な材料から作製された層）を配置することは、メンブレン１０８の移動を可能すると同時に、さらに、トランスデューサ２０１と第２の層２２４との間の音響インピーダンス整合を向上させ得る。いくつかの実施形態において、第１の層２２０はまた、第２の層２２４をトランスデューサ２０１に接着、接合、または別様に結合するように構成され得る。
いくつかの実施形態において、例えば、トランスデューサスタック２００は、追加の層を含み得る。例えば、第１の層２２０とトランスデューサ２０１との間の介在層は、トランスデューサ２０１上の薄い材料または塗被物質を含み得、薄い材料または塗被物質は、腐食からトランスデューサ２０１を保護すると同時に、トランスデューサ２０１の性能に有意に影響しないほど十分に薄くあり得る。第１の層２２０は、例えば、第２の層２２４の音響インピーダンスよりも比較的に小さい音響インピーダンスを有する水または任意の他の好適な液体を含み得る。
当業者が理解するように、第１の層２２０と第２の層２２４との間の音響インピーダンス不整合は、反響および／またはリングエコーをもたらし得る。音響インピーダンス不整合の影響を減少させる１つの方法は、例えば図３Ａに示されるように、第１の層２２０と第２の層２２４との間にテクスチャ付境界面を生成することである。音響インピーダンス不整合の影響を減少させる別の方法は、第２の層２２４の音響インピーダンスに概して近い音響インピーダンスを少なくとも有するように第１の層２２０を構成および／または選択することであり、逆もまた同様である。例えば、１つのアプローチは、第２の層２２４が形成される材料と同様の音響インピーダンスを有する複合材料から第１の層２２０を形成することである。当業者は、より高密度の材料の粒子を選択された第１の層材料に追加することが、結果として生じる複合材の密度を増加させ、その結果、音響インピーダンスも増加させ得ることを知っている。例えば、一実施形態において、第２の層２２４にできるだけ近く整合されるように、第１の層２２０の質量を増加または減少させるか、または第１の層２２０の密度を別様に変化させるために、サブミクロンの粒子が、第１の層２２０にドープされ得る。いくつかの他の実施形態において、例えば、第１の層２２０は、複数のミクロンサイズの粒子および複数のナノサイズの粒子を用いてドープされ得る。例えば、第１の層２２０は、例えばシリコーンのような剛性の低い順応な材料を含み得、ミクロンサイズの粉末が、シリコーンに追加され得る。しかしながら、ミクロンサイズの粒子を第１の層２２０に単に追加することは、ミクロンサイズの粉末を第１の層２２０の底部に沈着させ得る。従って、ナノサイズの粒子を有する第２の粉末が、第１の層２２０に追加されることにより、種々のミクロンサイズの粒子間の空間を充填し得る。これは、図４Ａおよび図４Ｂを参照して下記により詳細に説明される。
図３Ａは、本開示の実施形態に従って構成されたトランスデューサスタック３００の側面図である。第１の層３２０が、第２の層３２４をトランスデューサ２０１に結合する。第２の層３２４のテクスチャ付表面３２５が、第１の層３２０の上部表面３２１の上にあり、かつ／または接触し、第２の層３２４のテクスチャ付表面３２５は、複数の溝３２２と複数のリッジ３２３とを含む。リッジ３２３は、第１の層３２０の厚さの一部まで延びるように構成される。図示された実施形態において、溝３２２およびリッジ３２３は、第２の層３２４を横切って長手方向に直線状に延びる。しかしながら、他の実施形態において、溝３２２およびリッジ３２３は、例えば螺旋状、斜線状、ジグザグ状などの他のパターンを有し得る。
当業者が理解するように、テクスチャ付表面３２５は、第１の層３２０と第２の層３２４との間の段階的境界面を提供することによって、トランスデューサスタック３００における音響インピーダンス不整合を減少させ得る。テクスチャ付表面３２５はまた、いくつかの実施形態において、第１の層３２０と第２の層３２４との間の接着を向上させ得る。第１の層２２０を参照して上記に説明されたように、第１の層３２０は、例えば、トランスデューサ２０１に接合され得る順応な材料（例えば、低い剛性を有するシリコーンまたは別の好適な材料）から作製され得る。
図３Ｂは、本開示の実施形態に従って構成されたトランスデューサスタック３０１の側面図である。第１の層３４０が、第２の層３４４をトランスデューサ２０１に結合する。第２の層３４４の底部表面３４５が、第１の層３４０の上部表面３４２の上にあり、かつ／または接触する。底部表面３４５は、複数のピーク３４６と、複数のトラフ３４７とを含み、複数の溝３４８がその間に形成される。図示された実施形態において、第２の層３４４から第１の層３４０まで延びるトラフ３４７は、第１の層３４０の厚さにおよそ等しい。しかしながら、他の実施形態において、トラフ３４７は、第１の層３４０の厚さの一部までのみ延び得る。
図４Ａは、本開示の実施形態に従って構成されたトランスデューサスタック４００の側面図である。図４Ｂは，図４Ａの一部の拡大図である。図４Ａおよび図４Ｂを一緒に参照すると、トランスデューサスタック４００は、トランスデューサ２０１と第２の層２２４との間の第１の層４２０を含む。図４Ａに示されるように、第１の層４２０は、第２の層２２４（例えば、音響レンズまたは音響窓）の底部表面の下にある上部表面を有し得る。第１の層はまた、トランスデューサ２０１の上部表面（例えば、図１のメンブレン１０８および／または上部電極１０４）の上にある底部表面を有し得る。第１の層４２０は、超音波との使用のために構成された整合層であり得、整合層は、第１の組の粒子４２８（下記では「第１の粒子」）および第２の組の粒子４２９（下記では「第２の粒子」）を用いてドープまたは充填されたマトリックス材料４２７を有する。例えば、いくつかの実施形態において、マトリックス材料４２７は、順応な材料（例えば、比較的に低いヤング率（例えば１００ＭＰａよりも小さい）を有するＰＤＭＳタイプのシリコーン、エラストマー、流体、および／または任意の好適な剛性の低い材料）から作製され得、トランスデューサ２０１は、図１を参照して説明されたように、ＣＭＵＴトランスデューサとして構成され得る。他の実施形態において、マトリックス材料４２７は、エポキシまたは他の好適な材料から作製され得、トランスデューサ２０１は、超音波との使用のために構成されたＰＺＴトランスデューサとして構成され得る。
米国特許第８，３４３，２８９号（その全体が参照によって本明細書中に援用される）においてより詳細に説明されるように、第１の粒子４２８および／または第２の粒子４２９は、第１の層４２０の所望の動作パラメータ（音響インピーダンス、音響減衰、導電率、密度など）に基づいて別個に選択され得る。いくつかの実施形態において、例えば、第１の粒子４２８は、好適な第１の金属（例えば、タングステン、金、白金、それらの合金、および／またはそれらの混合物）のミクロンサイズの粒子（例えば、１ミクロンよりも大きいか、または１ミクロンに等しい）を含み得、第２の粒子４２９は、第１の金属または好適な第２の金属（例えば、タングステン、金、白金など）のナノサイズの粒子（例えば、１ミクロンよりも小さい）を含み得る。他の実施形態において、例えば、第１の粒子４２８および第２の粒子４２９は、同一の材料から作製され得る。
文脈が別様に明確に要求しない限り、説明および特許請求の範囲を通じて、単語「含む」、「含んでいる」、および同様のものは、排他的または網羅的な意味とは対照的に、包括的な意味で解釈される。つまり、「含むが、これらに限定されない」の意味である。本明細書において使用される場合、用語「接続された」、「結合された」、またはそれらの任意の変形は、２つまたはそれより多い要素間の、直接または間接のいずれかの任意の接続または結合を意味する。要素間の結合または接続は、物理的、論理的、またはそれらの組み合わせであり得る。そのうえ、単語「本明細書中に」、「上記」、「下記」、および同様の趣旨の単語は、本願において使用される場合、全体としての本願を指示し、本願の任意の特定の部分を指示するわけではない。文脈が許す場合、単数を使用する上記の詳細な説明は、複数も含み得、または、複数を使用する上記の詳細な説明は、単数も含み得る。２つまたはそれより多い項目のリストに関する単語「または」は、単語の以下の解釈のすべてを含む：リストにおける項目のうちの任意のもの、リストにおける項目のすべて、およびリストにおける項目の任意の組み合わせ。
本開示の技術の例の上記の詳細な説明は、網羅的であるようにも、本開示の技術を上記に説明された正確な形態に限定するようにも意図されない。本開示の技術に関する特定の例が例証の目的のために上記に説明されるが、当業者が理解するように、本開示の技術の範囲内の種々の同等な変更が、可能である。例えば、工程またはブロックが所与の順序で提示されるが、代替の実装は、異なる順序で、ステップを有するルーチンを実施するか、またはブロックを有するシステムを採用し得、いくつかの工程またはブロックは、削除、移動、追加、細分、組合、および／または変更されることにより、代替またはサブコンビネーションを提供し得る。これらの工程またはブロックの各々は、種々の異なる方法で実装され得る。さらに、工程またはブロックが、時々、連続して実施されように示されるが、これらの工程またはブロックは、代わりに、並行して実施または実装され得るか、または異なる時に実施され得る。本明細書中に示される任意の特定の数は、ほんの例にすぎず、代替の実装が、異なる値または範囲を採用し得る。
本明細書中に提供される本開示の技術の教示は、必ずしも上記に説明されたシステムではない、他のシステムに適用され得る。上記に説明された種々の例の要素および行為は、組み合わせられることにより、本開示の技術のさらなる実装を提供し得る。本開示の技術のいくつかの代替実装は、上記に示された実装への追加の要素を含み得るのみならず、より少数の要素も含み得る。
これらの変更および他の変更が、上記の詳細な説明の観点から、本開示の技術に対してなされ得る。上記の説明が本開示の技術の特定の例を説明し、想定される最良のモードを説明しているが、上記のものが本文においてどんなに詳細に見えても、本開示の技術は、多くの方法で実施され得る。システムの詳細は、特定の実装においてかなり変動し得るが、本明細書中に開示された本開示の技術によって包含される。上記に示されるように、本開示の技術の特定の特徴または局面を説明する場合に使用される特定の専門用語は、その専門用語が関連付けられる本開示の技術の任意の特定の特性、特徴、または局面に制限されるように、その専門用語が本明細書において再定義されていることを含意するようにみなされるべきではない。一般に、以下の特許請求の範囲において使用される用語は、上記の詳細な説明のセクションがそのような用語を明示的に定義しない限り、本開示の技術を本明細書において開示された特定の例に限定するように解釈されるべきではない。

Claims (23)

  1. 超音波トランスデューサスタックであって、該トランスデューサスタックは、
    第１の上部表面と、第１の底部表面とを有する第１の整合層であって、該第１の整合層は、順応な材料を含み、該第１の整合層は、第１の厚さと、第１の音響インピーダンスとを有する、第１の整合層と、
    該第１の上部表面の上にある第２の底部表面と、第２の上部表面と、第２の厚さとを有するレンズ層であって、該第２の底部表面は、テクスチャを付けられており、該レンズ層は、第２の厚さと、第２の音響インピーダンスとを有する、レンズ層と、
    該第１の底部表面および該第２の底部表面の下にある第３の上部表面を有するトランスデューサ層であって、該トランスデューサ層は、中心周波数で超音波を生成するように構成された微細加工超音波トランスデューサを含み、該第３の上部表面は、該トランスデューサの上部メンブレンを含む、トランスデューサ層と
    を含む、トランスデューサスタック。
  2. 前記順応な材料は、ＰＤＭＳタイプのシリコーンを含む、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  3. 前記順応な材料は、１００ＭＰａよりも小さいヤング率を有する、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  4. 前記レンズ層は、ポリメチルペンテンを含む、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  5. 前記レンズ層は、熱硬化性架橋結合スチレン共重合体を含む、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  6. 前記第１の厚さは、前記第２の厚さよりも小さい、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  7. 前記第１の厚さは、前記中心周波数の波長の１／４よりも小さい、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  8. 前記中心周波数は、１５ＭＨｚよりも大きい、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  9. 前記第２の底部表面は、複数のリッジ、および該複数のリッジ間の複数の溝によってテクスチャを付けられている、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  10. 順応な層は、マトリックス材料を含み、前記第１の整合層は、該マトリックス材料に結合された第１の複数のミクロンサイズの粒子および第２の複数のナノサイズの粒子から作製された複合層を含む、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  11. 前記第１の複数のミクロンサイズの粒子は、複合材料の所望の音響インピーダンスに基づいて、選択されている、請求項１０に記載のトランスデューサスタック。
  12. 前記第１の整合層と前記レンズ層との間に配置された第２の整合層をさらに含む、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  13. 第４の層は、前記第１の音響インピーダンスと前記第２の音響インピーダンスとの間の音響インピーダンス勾配を提供するように構成されている、請求項１２に記載のトランスデューサスタック。
  14. 前記レンズ層は、前記第１の整合層に取り外し可能に取り付けられている、請求項１に記載のトランスデューサスタック。
  15. 外部における使用のための超音波トランスデューサスタックであって、該超音波トランスデューサスタックは、
    第１の上部表面と、第１の底部表面とを有する第１の整合層であって、該第１の整合層は、第１の順応な材料を含み、該第１の整合層は、第１の音響インピーダンスを有する、第１の整合層と、
    該第１の上部表面の上にある第２の底部表面と、患者の皮膚に対して配置されるように構成された第２の上部表面とを有するレンズ層であって、該第２の底部表面は、複数のリッジ、および該複数のリッジ間の複数の溝によってテクスチャを付けられており、該レンズ層は、該第１の音響インピーダンスとは異なる第２の音響インピーダンスを有する、レンズ層と、
    該第１の底部表面および該第２の底部表面の下にある第３の上部表面を有する第３の層であって、該第３の層は、超音波を生成するように構成された微細加工超音波トランスデューサを含む、第３の層と
    を含む、超音波トランスデューサスタック。
  16. 前記順応な材料は、ＰＤＭＳタイプのシリコーンである、請求項１５に記載のトランスデューサスタック。
  17. 前記順応な材料は、水を含む、請求項１５に記載のトランスデューサスタック。
  18. 前記第３の上部表面は、腐食防止材料を含む、請求項１５に記載のトランスデューサスタック。
  19. 前記レンズ層は、前記第１の整合層に取り外し可能に取り付けられている、請求項１５に記載のトランスデューサスタック。
  20. 前記第１の整合層は、前記順応な材料に結合された第１の複数のミクロンサイズの粒子および第２の複数のナノサイズの粒子を含むことにより、複合材料を形成している、請求項１５に記載のトランスデューサスタック。
  21. 前記順応な材料は、流体を含む、請求項１５に記載のトランスデューサスタック。
  22. 前記微細加工超音波トランスデューサは、ＣＭＵＴである、請求項１５に記載のトランスデューサスタック。
  23. 前記微細加工超音波トランスデューサは、ＰＭＵＴである、請求項１５に記載のトランスデューサスタック。
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