KR101169131B1 - 개선된 초음파 감쇠 재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 음향 감쇠 재료 및 용도를 제공한다. 개선된 음향 감쇠 재료는 열극 공간을 포함하는 다공성 중합체, 예컨대 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 제조된 섬유의 직포 층을 포함할 수 있다. 개선된 음향 감쇠 재료는 에폭시 층이 삽입된 다공성 중합체의 시트를 포함할 수 있다. 다공성 중합체의 시트는 쓰루 홀을 포함할 수 있다. 본 발명은 다공성 PTFE 섬유의 직포 층을 갖는 백킹을 포함하는 초음파 변환기의 실시양태를 제공한다. 다공성 PTFE 섬유의 직포 층을 갖는 백킹을 포함하는 초음파 변환기는 3차원 초음파 영상 장치에서 사용할 수 있다. 본 발명은 에폭시 층이 삽입된 다공성 PTFE의 복수의 시트를 포함하는 초음파 변환기의 실시양태를 제공한다. 다공성 PTFE의 복수의 시트를 포함하는 초음파 변환기는 초음파 영상 카테터에서 사용할 수 있다.

Description

개선된 초음파 감쇠 재료{IMPROVED ULTRASONIC ATTENUATION MATERIALS}

본 발명은 개선된 초음파 감쇠 재료에 관한 것이다.

음향 감쇠 재료(acoustic attenuation material)는 음향 신호의 감쇠를 원하는 광범위한 용도에서 사용된다. 음향 감쇠 재료는 예를 들면 건축 용도에서 사용되는 방음 재료에서 사용될 수 있다. 많은 이러한 음향 감쇠 재료는 원하는 수준의 감쇠를 달성하기 위해 상당한 체적을 필요로 한다.

음향 감쇠 재료는 또한 음향 에너지의 제어가 필요한 비교적 소형 장치 내로 혼입된다. 하나의 이러한 용도는 초음파 영상 프로브의 분야이다. 초음파 영상 프로브는 의학 분야에서 계속해서 널리 보급되어 이용되고 있다. 일례의 방식으로, 초음파 프로브는 광범위한 외부, 복강경, 내시경 및 정맥내 영상 용도에서 사용되고 있다. 영상 프로브에 의해 제공된 초음파 영상은 예를 들면 진단 목적에 사용될 수 있다.

초음파 영상 프로브는 통상적으로 장축을 따라 배열된 복수의 병렬 압전 변환기 소자(transducer element)를 포함하고, 각각의 소자는 한 쌍의 전극에 상호접속된다(interconnected). 통상적으로, 변환기는 제조 동안 다이싱에 의해 장축 방향으로 세분되어, 결과적으로 영상면 내에서 전자 스티어링(electronic steering) 및 포커싱(focusing)을 가능하게 하는 독립적인 변환기 소자를 생성시킨다. 전극에 상호접속된 전자 회로는 변환기 소자를 여기시켜 이 변환기 소자가 초음파 에너지를 방출하도록 한다. 변환기 소자는 수신된 초음파 에너지를 전기 신호로 전환하도록 작동가능할 수 있고, 이어서 이 전기 신호는 처리되어 영상을 생성하도록 사용할 수 있다.

통상적으로, 변환기는 음향 신호가 방출되는 음향면을 갖는 압전 물질의 능동 층(active layer)을 포함한다. 종종, 음향 감소 부재는 음향면으로부터 능동 층의 반대측 상에 능동 층의 뒤쪽으로 배치된다. 음향 감소 부재는 음향면에서 수신된 음향 신호와 간섭할 수 있는 바람직하지 않은 음향 신호(예를 들면, 변환기의 배면으로부터 발산되고 그 배면으로 다시 반향될 수 있는 신호)를 감소(damping)시키도록 작용한다. 특정한 음향 감소 재료의 경우, 음향 감소 부재의 부피가 증가하면서, 음향 감소능이 통상적으로 증가하는 것으로 이해된다. 따라서, 음향 감소 부재는 부피가 감소하면서, 음향 감소능은 통상적으로 감소한다. 결과적으로, 초음파 변환기 및 음향 감소 부재를 포함하는 초음파 프로브의 전체 부피 및 질량은 음향 감소 부재의 재료의 음향 감소능에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다.

발명의 개요

초음파 영상 프로브에 대한 용도 및 이의 이용이 계속해서 확장되면서, 더 높은 영상 성능, 더 우수한 최소화, 및/또는 증가된 제조 효율을 생성시키는 초음파 프로브 설계에 대한 필요성도 계속해서 확장된다. 이와 관련하여, 초음파 영상 프로브에서 사용되는 음향 감쇠 재료에 대한 개선을 통한, 초음파 영상 프로브와 관련된 향상된 성능, 최소화 및 제조 효율을 실현하는 능력은 특히 중요해졌다. 또한, 개선된 음향 감쇠 재료에 대한 필요성이 일반적으로 존재한다.

상술한 내용과 관련하여, 본원에 기재된 실시양태의 목적은 개선된 음향 감쇠 재료를 제공하는 것이다. 추가의 목적은 개선된 음향 감쇠 재료를 사용하는 개선된 초음파 변환기 시스템을 제공하는 것일 수 있다.

하나의 양태에서, 본 발명은 음향 감쇠 재료에 입사하는 음향 에너지를 감쇠시키도록 작동가능한 음향 감쇠 재료를 제공한다. 이 음향 감쇠 재료는 다공성을 갖는 제1 중합체를 포함하는 제1 성분 및 제2 중합체를 포함하는 제2 성분을 포함할 수 있다. 제1 성분의 다공성은 제2 성분으로 부분적으로 충전될 수 있다. 제1 성분은, 이의 다공성에 제2 성분이 없을 때, 제1 굴곡 모듈러스를 가질 수 있고, 이의 다공성 내에 제2 성분이 부분적으로 배치될 때, 제2 굴곡 모듈러스를 가질 수 있다. 제1 굴곡 모듈러스는 제2 굴곡 모듈러스보다 더 낮을 수 있다. 제1 성분은 직포 및/또는 부직포 다공성 중합체를 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 100 kHz 내지 100 MHz의 주파수를 갖는 음향 에너지를 감쇠시키는데 사용하도록 적합하게 된, 제1 층을 포함하는 음향 감쇠 재료를 제공한다. 제1 층은 제1 강성도(stiffness) 및 제1 음향 감쇠를 가질 수 있다. 음향 감쇠 재료는 또한 제2 강성도 및 제2 음향 감쇠를 갖는 제2 층을 포함할 수 있다. 제1 강성도는 제2 강성도보다 더 작을 수 있고, 제1 음향 감쇠는 제2 음향 감쇠보다 2배 이상 더 클 수 있다. 제1 층은 직포 및/또는 부직포 다공성 중합체를 포함할 수 있다.

관련 양태에서, 직포 층을 포함하는 음향 감쇠 재료는 음향 감쇠 재료에 입사하는 음향 에너지를 감쇠시키도록 작동가능하다. 직포 층은 복수의 섬유를 포함할 수 있다. 섬유는 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함할 수 있다. 직포 층은 불화 열가소성 물질(THV)로 적어도 부분적으로 충전될 수 있는 섬유들 사이의 공극 공간(void space)을 한정할 수 있다.

보다 또 다른 양태에서, 본 발명은 복수의 부직포 막 및 복수의 지지체 층을 포함하는 음향 감쇠 재료에 입사하는 음향 에너지를 감쇠시키도록 작동가능한 음향 감쇠 재료를 제공한다. 부직포 막은 다공성 중합체를 포함할 수 있다. 복수의 부직포 막은 복수의 지지체 층이 삽입(interleaved)될 수 있다. 지지체 층은 지지체 물질을 포함할 수 있다. 지지체 물질은 다공성 또는 비다공성일 수 있다. 지지체 층은 다공성 또는 비다공성일 수 있다.

추가의 양태에서, 본 발명은 음향 감쇠 재료의 제1 면으로부터 이 음향 감쇠 재료의 제2 면으로 이동하는 음향 빔이 다공성 중합체의 적어도 일부를 통해 통과하도록 구성되는 음향 감쇠 재료를 제공한다. 강화 물질은 또한 음향 감쇠 재료 중에 포함될 수 있다. 다공성 중합체의 음향 감쇠는 강화 물질의 음향 감쇠의 2배 이상일 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 다공성 중합체의 층을 포함하는 부재를 감쇠시키고자 하는 음향 에너지의 경로에 배치하는 단계, 음향 에너지의 적어도 일부를 부재 내에 흡수시키는 단계, 및 다공성 중합체의 층을 하나 이상의 지지체 물질의 층으로 지지하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 다공성 중합체는 직포 및/또는 부직포일 수 있다. 본 방법은 이 지지체 물질의 전면을 표면에 인접하게 위치시키는 단계 및 표면으로부터 발산하는 음향 에너지 및 이 지지체 물질의 후면에 입사하는 에너지 둘 다를 이 지지체 물질 내에 흡수시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 이 지지체 물질을 선결정된 용적(predetermined volume) 내에 배치함으로써 선결정된 용적 내에 음향 에너지를 감쇠시키는 단계를 포함할 수 있다.

보다 또 다른 양태에서, 본 발명은 초음파 변환기 장치 및 강화 물질에서 사용하도록 적합하게 된, 직포 층을 포함하는 음향 감쇠 재료를 제공한다. 직포 층은 이 직포 층에 입사하는 음향 에너지를 감쇠시키도록 작동가능할 수 있다. 직포 층은 복수의 섬유들 사이의 공극 공간을 한정하는 복수의 다공성 섬유를 포함할 수 있다. 강화 물질은 공극 공간을 적어도 부분적으로 충전할 수 있다.

일 실시양태는 제2 복수의 섬유를 포함하는 제2 직포 층을 포함할 수 있다. 제2 복수의 섬유는 다공성일 수 있고, 제2 직포 층 공극 공간을 한정할 수 있다. 강화 물질은 제2 직포 층 공극 공간을 적어도 부분적으로 충전할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 에폭시 층은 2개의 직포 층 사이에 배치될 수 있다.

일 실시양태에서, 강화 물질은 에폭시, THV, 불화 에틸렌-프로필렌(FEP), PTFE, 폴리에테르설폰(PES), 에틸렌-FEP 공중합체(EFEP), 폴리에스테르 열가소성 물질(PET), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리카르보네이트(PC), 액정 중합체(LCP) 또는 임의의 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 복수의 섬유는 PTFE, 우레탄, 폴리스티렌, 불소중합체, 실리콘 및 폴리올레핀으로 구성된 군으로부터 선택된 다공성 중합체를 포함할 수 있다.

일 실시양태에서, 음향 감쇠 재료는 초음파 범위의 음향 에너지를 감쇠시키도록 작동가능할 수 있다. 예를 들면, 음향 감쇠 재료는 100 kHz 내지 100 MHz의 음향 에너지를 감쇠시키도록 작동가능할 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 능동 층 및 음향 감쇠 층을 포함하는 초음파 변환기 시스템을 제공한다. 능동 층은 음향면 및 (음향면의 반대측) 배면을 가질 수 있고, 하나 이상의 초음파 변환기 소자를 포함할 수 있다. 음향 감쇠 층은 다공성 중합체 및 강화 물질을 포함할 수 있고, 능동 층의 배면에 상호접속될 수 있다. 일 배열에서, 강화 물질은 다공성 중합체의 다공성 내로 부분 침윤(imbibing)될 수 있다.

일 실시양태에서, 초음파 변환기 소자는 초음파 신호의 전송, 초음파 신호의 수신, 또는 초음파 신호의 전송 및 수신 둘 다를 수행하도록 작동가능할 수 있다. 하나 이상의 초음파 변환기 소자는 평면형일 수 있다. 하나 이상의 초음파 변환기 소자는 곡선형일 수 있다. 일 실시양태에서, 강화 물질은 열가소성 물질 및/또는 열경화성 물질을 포함할 수 있다.

다양한 실시양태의 초음파 변환기 시스템은 능동 층의 배면과 음향 감쇠 층 사이에 배치된 중간층을 포함할 수 있다. 중간층은 에폭시, 실리콘 고무, 텅스텐, 산화알루미늄, 운모, 미소구, 또는 임의의 이들의 조합을 포함할 수 있다.

보다 또 다른 양태에서, 본 발명은 능동 층 및 음향 감쇠 층을 포함하는 초음파 변환기 시스템을 제공한다. 능동 층은 음향면 및 (음향면의 반대측) 배면을 가질 수 있고, 하나 이상의 초음파 변환기 소자를 포함할 수 있다. 음향 감쇠 층은 다공성 중합체 섬유의 직포 층 및 강화 물질을 포함할 수 있고, 능동 층의 배면에 상호접속될 수 있다. 강화 물질은 음향 감쇠 층의 섬유들 사이의 공극 공간을 적어도 부분적으로 충전할 수 있다. 일 배열에서, 음향 감쇠 층은 인접한 음향 감쇠 층들 사이에 접착제 층을 갖는 복수의 직포 층을 포함하여 음향 감쇠 층들을 함께 결합시킬 수 있다.

일 실시양태는 전기 접속 부재를 포함할 수 있다. 전기 접속 부재는 절연 물질 및 복수의 독립적인 전기 전도성 통로를 포함할 수 있다. 복수의 전기 전도성 통로의 각각은 하나 이상의 초음파 변환기 소자 중 상응하는 소자에 가로로 배치되고 그 소자와 전기 접촉할 수 있다.

일 배열에서, 백킹은 백킹을 통한 복수의 연속 통로를 포함할 수 있다. 이 통로는 전기 전도성 물질로 적어도 부분적으로 충전될 수 있고, 백킹을 통한 전기 전도성 경로를 제공할 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 능동 층 및 백킹을 포함하는 초음파 변환기 시스템을 제공한다. 능동 층은 음향면 및 (음향면의 반대측) 배면을 가질 수 있고, 하나 이상의 초음파 변환기 소자를 포함할 수 있다. 백킹은 지지체 물질을 포함할 수 있다. 백킹은 지지체 물질을 포함하는 복수의 지지체 층이 삽입된 다공성 중합체를 포함하는 하나 이상의 부직포 막을 포함할 수 있다.

일 실시양태에서, 부직포 막은 지지체 물질로 적어도 부분적으로 충전된 복수의 쓰루 홀(through hole)을 포함할 수 있다. 인접한 부직포 막은 특정한 부직포 막의 복수의 쓰루 홀의 적어도 일부가 인접한 부직포 막의 임의의 쓰루 홀과 정렬되지 않도록 배열될 수 있다. 인접한 부직포 막은 특정한 부직포 막의 복수의 쓰루 홀의 대부분 또는 전부가 인접한 부직포 막의 임의의 쓰루 홀과 정렬되지 않도록 배열될 수 있다. 일 실시양태에서, 부직포 막의 각각은 두께가 200 마이크론 이하(예를 들면, 1 내지 200 마이크론)일 수 있고, 복수의 지지체 층의 각각은 두께가 200 마이크론 이하(예를 들면, 1 내지 200 마이크론)일 수 있다.

일 실시양태에서, 막 및 지지체 층의 각각은 능동 층에 평행하게 배향될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 막 및 지지체 층의 각각은 능동 층에 대하여 일정한 각도로 배향될 수 있다.

일 실시양태에서, 막 및 지지체 층은 쓰루 홀이 없을 수 있다. 이러한 배열에서, 부직포 막의 각각은 두께가 800 마이크론 이하(예를 들면, 1 내지 800 마이크론)일 수 있고, 복수의 지지체 층의 각각은 두께가 500 마이크론 이하(예를 들면, 1 내지 500 마이크론)일 수 있다. 또한, 이러한 배열에서, 지지체 물질은 중합체, 세라믹, 금속 또는 임의의 이들의 조합을 포함할 수 있다. 지지체 물질은 다공성 또는 비다공성일 수 있다. 복수의 지지체 층은 다공성 또는 비다공성일 수 있다. 지지체 물질이 중합체를 포함하는 실시양태에서, 중합체는 열경화성 물질, 열가소성 물질, 불소중합체, 에폭시 또는 임의의 이들의 조합일 수 있다. 또한, 복수의 상호접속 층은 인접한 막과 지지체 층 사이에 배치될 수 있다. 상호접속 층은 접착제가 양면에 배치된 캐리어를 포함할 수 있다. 상호접속 층은 인접한 막과 지지체 층을 함께 결합시킬 수 있다.

보다 또 다른 양태에서, 본 발명은 능동 층 및 백킹을 포함하는 초음파 변환기 시스템을 제공한다. 능동 층은 음향면 및 (음향면의 반대측) 배면을 가질 수 있고, 하나 이상의 초음파 변환기 소자를 포함할 수 있다. 백킹은 제1 면 및 제1 면으로부터 반대측에 배치된 제2 면을 포함할 수 있다. 백킹은 능동 층의 배면에 상호접속될 수 있다. 백킹은 다공성 중합체 및 강화 물질을 포함할 수 있고, 제1 면으로부터 초음파 변환기 소자의 배면으로 이동하는 음향 빔이 다공성 중합체의 적어도 일부를 통해 통과하도록 구성될 수 있다. 다공성 중합체 및 강화 물질은 백킹의 전체 굴곡 모듈러스가 다공성 중합체 단독의 굴곡 모듈러스보다 2배 이상이도록 선택될 수 있다. 제1 면으로부터 배면으로 이동하는 음향 빔과 관련하여, 백킹은 1 MHz에서 25 dB/㎝ 이상의 음향 감쇠를 가질 수 있다. 다공성 중합체 및 강화 물질은 다공성 중합체의 음향 감쇠가 강화 물질의 음향 감쇠의 2배 이상이도록 선택될 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 능동 층 및 백킹을 포함하는 초음파 변환기 시스템을 제공할 수 있다. 능동 층은 음향면 및 (음향면의 반대측) 배면을 가질 수 있거나, 하나 이상의 초음파 변환기 소자를 포함할 수 있다. 백킹은 지지체 물질을 포함하는 복수의 지지체 층이 삽입된 다공성 중합체를 포함하는 복수의 막을 포함할 수 있다. 복수의 막은 복수의 막의 일부가 제거되는 복수의 섹션을 포함할 수 있다.

인접 막들은 복수 막의 일부가 제거된 특정한 막의 복수 섹션 중 일부, 대부분 또는 전부가 인접 막의 쓰루 홀 중 어느 것과도 정렬되지 않도록 배열될 수 있다.

보다 또 다른 양태에서, 본 발명은 초음파 변환기의 배면에 입사하는 음향 에너지의 감소 방법을 제공한다. 본 방법은 다공성 중합체를 포함하는 재료의 층을 제공하는 단계, 그 재료의 층을 초음파 변환기의 배면에 인접하게 위치시키는 단계 및 음향 에너지를 그 재료의 층 내에 흡수시키는 단계를 포함할 수 있다. 그 재료의 층은 전면 및 후면을 가질 수 있다. 전면은 초음파 변환기의 배면과 대면 접촉할 수 있지만, 후면은 유체와 접촉할 수 있다. 흡수 단계는 초음파 변환기의 배면으로부터 발산하는 음향 에너지를 흡수하는 단계 및 그 재료의 층의 후면에 입사하는 음향 에너지를 흡수하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 유체는 가스 또는 액체일 수 있다.

일 실시양태에서, 그 재료의 층은 다공성 중합체 섬유들 사이의 공극 공간이 비다공성 중합체로 적어도 부분적으로 충전되는 다공성 중합체 섬유의 하나 이상의 직포 층을 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 초음파 변환기의 배면에 입사하는 음향 에너지의 감소 방법을 제공한다. 본 방법은 부직포 다공성 중합체 층 및 지지체 물질을 포함하는 음향 감쇠 부재를 제공하는 단계, 음향 감쇠 부재를 초음파 변환기의 배면에 인접하게 위치시키는 단계 및 음향 에너지를 음향 감쇠 부재 내에 흡수시키는 단계를 포함할 수 있다. 음향 감쇠 부재는 전면 및 후면을 가질 수 있다. 전면은 초음파 변환기의 배면과 대면 접촉할 수 있다. 흡수 단계는 초음파 변환기의 배면으로부터 발산하는 음향 에너지 및 음향 감쇠 부재의 후면에 입사하는 음향 에너지를 음향 감쇠 부재 내에 흡수시키는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시양태에서, 음향 감쇠 부재는 지지체 물질의 복수의 층이 삽입된 복수의 부직 다공성 중합체 층을 포함할 수 있다. 복수의 부직포 다공성 중합체 층은 복수의 홀을 포함할 수 있다.

보다 또 다른 양태에서, 본 발명은 외부 쉘 내에 배치된 초음파 변환기를 포함하는 초음파 카테터 프로브를 제공한다. 초음파 변환기는 음향면 및 음향면으로부터 반대측에 있는 배면을 갖는 능동 층을 포함한다. 능동 층은 하나 이상의 초음파 변환기 소자를 포함할 수 있다. 초음파 변환기는 후면에 상호접속된 백킹을 추가로 포함할 수 있다. 백킹은 복수의 지지체 층이 삽입된 복수의 음향 감쇠 층을 포함할 수 있다.

일 실시양태에서, 복수의 음향 감쇠 층은 다공성 중합체를 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 복수의 음향 감쇠 층은 이를 통한 복수의 비아(via)를 포함할 수 있다. 복수의 비아는 지지체 물질로 적어도 부분적으로 충전될 수 있다.

보다 또 다른 양태에서, 본 발명은 음향 감쇠 재료 및 음향 감쇠 재료에 상호접속된 지지체 구조를 포함하는 음향 감쇠 장치를 제공한다. 음향 감쇠 재료는 음향 감쇠 재료에 입사하는 음향 에너지를 감소시키도록 작동가능할 수 있고, 다공성 중합체를 포함하는 제1 성분 및 지지체 물질을 포함하는 제2 성분을 포함할 수 있다. 제1 성분은 직포 및/또는 부직포일 수 있다.

일 배열에서, 다공성 중합체의 다공성은 제2 성분으로 부분적으로 충전될 수 있다. 일 배열에서, 제1 성분은 다공성 섬유의 직포 층을 포함할 수 있다.

일 실시양태에서, 제1 성분은 복수의 부직포 막을 포함할 수 있고, 제2 성분은 복수의 지지체 층을 포함할 수 있다. 막 및 지지체 층은 삽입될 수 있다. 일 실시양태에서, 복수의 막의 각각은 복수의 막을 통한 복수의 통로를 한정하는 복수의 비아를 포함할 수 있다. 복수의 비아는 지지체 물질로 적어도 부분적으로 충전될 수 있다.

각각의 상술한 양태와 관련된 상기 기재된 다양한 특징은 임의의 상술한 양태에 의해 이용될 수 있다. 추가 양태 및 상응하는 이점은 하기하는 추가의 설명을 고려하여 당해 분야의 숙련된 당업자에게 명확할 것이다.

도면의 간단한 설명

도 1은 초음파 프로브 및 관심 영역의 실시양태의 도식적인 다이아그램이다.

도 2는 섬유의 직포 층의 실시양태를 보여준다.

도 3은 도 2의 섬유의 직포 층의 단면도이다.

도 4는 섬유들 사이의 공극 공간 내에 배치된 충전제 물질을 갖는 도 2의 섬유의 직포 층의 단면도이다.

도 5는 섬유들 사이의 공극 공간 내에 배치된 충전제 물질 및 직포 층의 상부 및 하부 상에 배치된 막을 갖는 도 2의 섬유의 직포 층의 단면도이다.

도 6은 함께 결합된, 도 5에 도시된 것과 유사한, 재료의 2개 층의 단면도이다.

도 7은 함께 결합된, 도 4에 도시된 바의, 재료의 2층의 단면도이다.

도 8a는 지지체 물질의 복수의 시트가 삽입된 다공성 중합체 시트의 복수의 층을 포함하는 재료의 단면도이다.

도 8b는 지지체 물질의 복수의 시트가 삽입된 다공성 중합체 시트의 복수의 층을 포함하는 재료의 단면도이다.

도 9는 복수의 쓰루 홀을 포함하는 다공성 중합체의 시트의 실시양태의 섹션의 등각투상도(isometric view)이다.

도 10은 도 9의 시트의 단면도이다.

도 11은 지지체 물질의 다층이 삽입된 도 9의 시트의 다층의 단면도이다.

도 12는 초음파 프로브 어셈블리의 실시양태의 등각투상도이다.

도 13은 도 12의 초음파 변환기의 일부의 도식도이다.

도 14는 프레임에 부착된 초음파 변환기의 실시양태를 도시한 것이다.

도 15는 초음파 변환기 어셈블리의 실시양태의 단면도이다.

도 16은 초음파 변환기 어셈블리의 백킹 어셈블리의 실시양태의 도식도이다.

도 17은 초음파 변환기의 실시양태의 도식도이다.

도 18은 카테터 내에 포함된 초음파 프로브 어셈블리의 실시양태의 등각투상도이다.

도 19는 도 18의 카테터의 단면도이다.

도 20은 지지체 구조에 상호접속된 음향 감쇠 재료의 등각투상도이다.

도 21은 음향 에너지의 감쇠 방법의 흐름 다이아그램이다.

도 22는 초음파 변환기의 배면에 입사하는 음향 에너지의 감소 방법의 흐름 다이아그램이다.

상세한 설명

도 1은 초음파 프로브(100), 초음파 영상 장치(109) 및 관심 영역(102)의 실시양태의 도식적인 다이아그램이다. 초음파 프로브(100)는 하나 이상의 초음파 변환기(103)를 포함한다. 초음파 변환기(103)는 전기 에너지를 기계(예를 들면, 음향) 에너지로 전환하도록/하거나 기계 에너지를 전기 에너지로 전환하도록 작동가능한 기계적 능동 층일 수 있다. 예를 들면, 초음파 변환기(103)는 초음파 영상 장치(109)로부터의 전기 신호를 초음파 음향 에너지로 전환하도록 작동가능할 수 있다. 또한, 초음파 변환기(103)는 수신된 초음파 음향 에너지를 전기 신호로 전환하도록 작동가능할 수 있다. 초음파 변환기(103)는 하나 이상의 접지 전극(112) 및 하나 이상의 신호 전극(113)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 신호 전극(113) 및 하나 이상의 접지 전극(112)은 각각 하나 이상의 신호 접속선(110)(예를 들면, 하나 이상의 신호 와이어) 및 하나 이상의 접지 접속선(111)(예를 들면, 하나 이상의 접지 와이어)에 의해 초음파 영상 장치(109)에 전기로 상호접속될 수 있다. 초음파 변환기(103)는 각각 신호 접속선 및 접지 접속선을 통해 초음파 영상 장치(109)에 전기로 접속될 수 있는 개별 변환기 소자의 어레이를 포함할 수 있다. 어레이는 개별 변환기 소자의 단일의 열을 포함하는 1차원 어레이일 수 있다. 어레이는 예를 들면 복수의 행으로 배열된 개별 변환기 소자를 포함하는 2차원 어레이일 수 있고, 전체 어레이의 복수의 열의 접지 접속선은 통합될 수 있고 단일의 접지 접속선을 통해 초음파 영상 장치(109)에 전기로 접속될 수 있다.

초음파 영상을 생성시키기 위해, 초음파 영상 장치(109)는 전기 신호를 초음파 변환기(103)에 전송하고, 이 변환기는 이어서 전기 에너지를 초음파 음향 에너지(104)로 전환할 수 있고, 이 에너지는 관심 영역(102)을 향해 방출될 수 있다. 관심 영역(102)은 기관과 같은 환자의 내부 구성물일 수 있다. 관심 영역(102) 내의 구성물은 음향 에너지(106)의 일부를 초음파 변환기(103)를 향해 다시 반향할 수 있다. 반향된 음향 에너지(106)는 초음파 변환기(103)에 의해 초음파 영상 장치(109)에 전송될 수 있는 전기 신호로 전환될 수 있고, 이 장치 내에서 전기 신호는 처리될 수 있고 관심 영역(102)의 영상이 생성될 수 있다.

초음파 영상 장치(109)로부터의 전기 신호를 관심 영역(102)을 향해 송신되는 초음파 음향 에너지(104)로 전환하는 공정은 또한 관심 영역(102)을 향한 방향 이외의 방향으로 송신되는 부수적인 음향 에너지(107)를 생성할 수 있다. 이러한 부수적인 음향 에너지(107)는 초음파 프로브(100)의 하우징(101)과 같은 다양한 구조물을 반향할 수 있고 초음파 변환기(103)로 반환될 수 있고, 이 변환기 내에서 이 에너지는 전기 신호로 전환될 수 있다. 반향된 부수적인 음향 에너지(107)로부터의 전기 신호는 반향된 음향 에너지(106)로부터의 전기 신호와 간섭될 수 있다. 이러한 간섭은 결과적으로 영상 품질 열화를 생성시킬 수 있다.

반향된 부수적인 음향 에너지(107)로부터의 간섭을 감소시키기 위해, 음향 감쇠 재료(108)는 초음파 프로브(100) 중에 포함될 수 있다. 음향 감쇠 재료(108)는 관심 영역(102)을 마주보는 초음파 변환기(103)의 표면으로부터의 반대편에 있는 초음파 변환기(103)의 표면(예를 들면, 초음파 변환기(103)의 배면)을 따라 초음파 변환기(103)에 상호접속될 수 있다. 음향 감쇠 재료(108)는 부수적인 음향 에너지(107)의 실질적인 양이 초음파 변환기(103)의 배면으로 반환되는 것을 방지할 수 있다. 음향 감쇠 재료(108)는 또한 다른 공급원으로부터 초음파 변환기(103)의 배면에 도달하는 음향 에너지의 양을 감소시킬 수 있다. 이와 관련하여, 음향 감쇠 재료(108)는 감소된 간섭 및 향상된 영상 품질을 제공할 수 있다. 음향 감쇠 재료(108)가 초음파 변환기(103)에 직접 접속되는 실시양태에서, 하나 이상의 신호 접속선(110)은 음향 감쇠 재료(108)를 거쳐 통과할 수 있다.

또한, 음향 감쇠 재료는 초음파 프로브(100) 내에 음향 에너지를 감쇠시키기 위해 초음파 프로브(100) 내에서 다른 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 음향 감쇠 재료(114)의 일정한 양은 다른 방식으로 하우징(101)의 내부 표면을 반향할 수 있고 영상 품질을 감소시킬 수 있는 음향 에너지를 감소(예를 들면, 흡수)시키기 위해 하우징(101)에 기대어 배치될 수 있다. 도 1에서 하우징(101) 내부의 한쪽 전체 측면을 라이닝하는 것으로 예시되어 있지만, 음향 감쇠 재료(114)는 하우징(101)의 임의의 내부 표면 또는 이의 일부를 따라 배치될 수 있고, 이는 음향 에너지를 감쇠시키는데 유리할 수 있다. 음향 감쇠 재료(114)는 또한 다른 방식으로 다른 구조물을 반향하는 음향 에너지를 감쇠시키기 위해 초음파 프로브(100)(예를 들면, 회로 기판) 내에 이러한 다른 구조물에 인접하게 위치할 수 있다.

초음파 프로브 내의 초음파 에너지를 감쇠시키는 것을 비롯하여, 음향 에너지를 감쇠시키는데 사용될 수 있는 음향 감쇠 재료의 실시양태는 이하 기재되어 있다. 도 2는 음향 감쇠 재료에서 사용될 수 있는 직포 층(200)의 도면이다. 직포 층(200)은 복수의 개별 섬유, 예컨대 개별 섬유(202a), 섬유(202b), 섬유(202c) 및 섬유(202d)를 포함할 수 있다. 도 2는 개별 섬유, 예컨대 개별 섬유(202a), 섬유(202b), 섬유(202c) 및 섬유(202d)가 서로에 대해 위치를 교대하는 직조(weave) 유형의 예를 보여준다. 예를 들면, 섬유(202b)는 (도 2에 배향된 바대로) 제1 교점(203a)에서 섬유(202a) 아래로 그리고 제2 교점(203b)에서 섬유(202c) 위로 교대한다.

도 2의 직포 층(200)은 일 실시양태에서 사용될 수 있는 직조의 유형 및 구성의 하나의 일례이다. 당해 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 다른 유형의 직조를 사용할 수 있다. 또한, 직조의 다양한 매개변수를 상이한 직조 특성을 달성하기 위해 변경할 수 있다. 예를 들면, 섬유들 사이의 거리, 예컨대 섬유(202a)와 섬유(202c) 사이의 거리는 다양한 직조 밀도를 달성하기 위해 변할 수 있다. 다른 직포 층(200) 특성, 예컨대 두께는 섬유 직경 및/또는 직조의 구성을 변경함으로써 달성할 수 있다. 직포 층(200)의 섬유 모두는 동일한 직경을 가질 수 있거나 또는 섬유는 복수의 상이한 직경을 포함할 수 있다.

직포 층(200)은 또한 공극 공간을 포함한다. 공극 공간은 일반적으로 직포 층(200)을 구성하는 어떠한 섬유에 의해서도 채워지지 않는 직조의 평면 내의 임의의 공간이다. 예를 들면, 섬유(202a), 섬유(202b), 섬유(202c)와 섬유(202d) 사이의 공간(204)은 직포 층(200)에 의해 한정되는 공극 공간의 일부이다.

도 3은 도 2의 단면선 A-A를 따른 예시적인 직포 층(200)의 단면도이다. 도 3은 개별 섬유, 예컨대 섬유(202b)가 직조의 다른 섬유에 대해 위치를 교대하는 구불구불한 배열을 보여준다.

직포 층(200)의 개별 섬유, 예컨대 섬유(202b)는 중합체를 포함할 수 있다. 중합체는 섬유가 선결정가능한 다공성을 갖도록 구성할 수 있다. 다공성은 물질 내의 열극 공간(interstitial space)의 측정값이다. 열극 공간은 중합체를 함유하지 않는 중합체 내 공간일 수 있다. 다공성은 물질의 총 부피에 대한 물질 내의 열극 공간의 부피의 비로서 표현될 수 있다. 따라서, 다공성은 0 내지 1 사이이고, 백분율로서 주어질 수 있다. 0의 값은 다공성이 아니라는 것을 나타낸다. 열극 공간은 공기, 물 또는 임의의 다른 물질을 함유할 수 있다. 열극 공간은 진공을 함유할 수 있다. 예를 들면, 직포 층(200)의 섬유의 다공성은 85% 이하일 수 있다.

일 실시양태에서, 개별 섬유는 다공성 중합체, 예컨대 다공성 PTFE, 다공성 우레탄, 다공성 폴리스티렌, 다공성 실리콘, 다공성 불소중합체, 다공성 폴리올레핀 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다공성 폴리올레핀은 예를 들면 다공성 폴리에틸렌, 다공성 폴리프로필렌, 또는 이들의 조합의 형태일 수 있다. 다공성 폴리에틸렌, 다공성 폴리프로필렌, 및 다공성 PTFE는 연속 기포(open-cell)일 수 있다. 다공성 우레탄, 다공성 실리콘, 다공성 불소중합체, 및 다공성 폴리스티렌은 독립 기포(close-cell)일 수 있다. 일 실시양태에서, 개별 섬유는 단일 유형의 다공성 중합체를 포함할 수 있다. 다공성 PTFE를 포함하는 실시양태에서, 다공성 PTFE는 예를 들면, 미국 특허 4,187,390(Gore에게 특허됨)(이의 전체 내용은 본원에 참조문헌으로 인용됨)에 기재된 것과 유사한 마이크로구조를 가질 수 있다. 다공성 PTFE를 포함하는 실시양태에서, 다공성 PTFE는 예를 들면 미국 특허 5,476,598(Bacino에게 특허됨)(이의 전체 내용은 본원에 참조문헌으로 인용됨)에 기재된 것과 유사한 마이크로구조를 가질 수 있다.

다공성은 다공성 중합체의 음향 감쇠 특성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 다공성이 증가하면서, 음향 에너지의 열악한 전도체인 포획된 공기의 양도 또한 증가하여, 결과적으로 아주 우수한 음향 감쇠 특성을 갖는 응집체 재료를 생성시킬 수 있다. 다공성 중합체는 100 kHz 내지 100 MHz의 주파수를 갖는 음향 에너지를 감쇠시키도록 작동가능할 수 있다. 예를 들면, 다공성 PTFE는 1 MHz에서 50 dB/㎝ 이상의 음향 감쇠능을 가질 수 있다. 실제로, 다공성 PTFE는 1 MHz에서 10,000 dB/㎝ 이상의 음향 감쇠능을 가질 수 있다. 비교를 위해, 실리콘 RTV는 1 MHz에서 5 dB/㎝ 이하의 음향 감쇠를 가질 수 있다.

도 4는 섬유들 사이의 공극 공간 내에 배치된 충전제 물질(401)을 갖는 도 3에 도시된 것과 동일한 배향의 직포 층(200)의 단면도이다. 도 4에 도시된 바대로, 충전제 물질(401)은 개별 섬유들 사이의 공극 공간을 충전할 수 있고 또한 섬유들을 캡슐화할 수 있다. 이러한 구성에서, 충전제 물질(401)은 몇가지 기능을 수행할 수 있다.

이러한 기능 중 하나는 직포 층(200)의 다공성 섬유에 대한 기계적 지지체를 제공하는 것일 수 있다. 이와 관련하여, 충전제 물질(401)은 직포 층(200) 단독보다 더 높은 파쇄 저항(crush resistance)을 갖는 캡슐화된 직포 층(400)을 결과적으로 생성시키는 직포 층(200)에 대한 기계적 지지체를 제공할 수 있다.

충전제 물질(401)은 또한 직포 층(200)의 개별 섬유의 다공성 내에 포획된 공기 또는 다른 가스를 캡슐화할 수 있다. 이와 관련하여, 충전제 물질(401)은 개별 섬유를 둘러싸고 실링하여 개별 섬유 내에 포획된 공기 또는 다른 가스가 주변 구역으로 탈출할 수 없다. 유사하게, 캡슐화된 직포 층(400)의 외부의 가스 또는 액체는 직포 층(200)의 개별 섬유의 기공으로 진입하는 것이 방지될 수 있다.

중합체가 연속 기포 중합체인 실시양태에서, 충전제 물질(401)은 섬유 내로 상당히 침투하는 일 없이 직포 층(200)의 개별 섬유를 둘러쌀 수 있다. 대안적으로, 충전제 물질(401)은 직포 층(200)의 개별 섬유를 부분 침윤(예를 들면, 부분 흡수)시킬 수 있다. 이러한 부분 침윤은 결과적으로 기계적 강도를 증가시킬 수 있다. 충전제 물질(401)로 충전되지 않은 직포 층(200)의 개별 섬유의 일부는 예를 들면 비말동반된 공기를 함유할 수 있다. 따라서, 직포 층(200)의 개별 섬유의 열극 공간과 관련된 음향 감쇠 특성은 직포 층(200)의 개별 섬유가 충전제 물질(401)에 의해 둘러싸인 후에 보유될 수 있다. 부분 침윤이 존재하는 연속 기포 중합체와 관련하여, 3개의 별개의 구역이 존재할 수 있다. 제1 구역은 충전제 물질이 존재하지 않는 다공성 중합체일 수 있다. 제2 구역은 충전제 물질이 다공성 중합체의 열극 구역을 충전하는 구역일 수 있다. 제3 구역은 다공성 중합체의 외부에 충전제 물질로 구성된 층일 수 있다.

중합체가 독립 기포된 중합체인 실시양태에서, 충전제 물질(401)은 직포 층(200)의 개별 섬유의 표면 불균일성을 부분적으로 충전할 수 있다. 이러한 표면 충전은 직포 층(200)의 개별 섬유와 충전제 물질(401) 사이의 결합을 수월하게 할 수 있다.

개별 섬유에서 사용된 중합체의 다공성, 개별 섬유의 크기, 직포 층(200) 내의 개별 섬유들 사이의 간격, (예를 들면, 다공성 중합체가 연속 기포일 때) 충전제 물질(401)이 개별 섬유로 침윤되는 정도, 및 직포 층(200)을 캡슐화하는데 사용된 충전제 물질(401)의 양과 같은 이러한 매개변수를 변경함으로써, 캡슐화된 직포 층(400)의 다양한 기계적 및 음향 특성을 달성할 수 있는 것으로 이해된다. 일 실시양태에서, 충전제 물질(401)은 열가소성 및/또는 열경화성 물질일 수 있다. 충전제 물질(401)은 THV, FEP, PTFE, PES, EFEP, PET, PEEK, PEI, PC, LCP, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 열가소성 물질로는 THV, 예컨대 3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)에 의해 판매되는 Dyneon™ THV이 있다. 다공성 PTFE 및 THV를 포함하는 예시적인 실시양태에서, PTFE와 THV의 조합은 2의 물질의 음향 임피던스 및 음향 전파 속도가 2의 물질 사이의 계면에서 상당한 반향을 야기하지 않을 정도로 유사하다는 점에서 이점을 가질 수 있다.

도 5로 돌아가서, 음향 감쇠 재료 부재(500)는 캡슐화된 직포 층(400)에 상호접속될 수 있는 제1 추가 층(501) 및 제2 추가 층(502)을 포함할 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 음향 감쇠 재료 부재(500)는 단일의 추가 층(501)을 함유할 수 있지만, 제2 첨가 층(502)을 함유할 수 없다. 추가 층(501) 및 추가 층(502)은 선결정가능한 수준의 다공성을 갖는 중합체를 포함할 수 있다. 추가 층(501) 및 추가 층(502)은 추가의 음향 감쇠능을 제공할 수 있고 추가의 기계적 강도를 제공할 수 있다. THV에서 캡슐화된 다공성 PTFE 섬유의 직포 층을 포함하는 재료의 예로는 W.L. Gore & Associates, Inc.(미국 델라웨어주 뉴어크 소재)에 의해 제조된 Tenara가 있다.

도 6은 도 5에 도시된 음향 감쇠 재료 부재(500)의 2개의 층이 결합 물질(601)의 층과 함께 결합되어 있는 실시양태의 단면도이다. 결합 물질(601)의 층은 예를 들면 에폭시와 같은 접착 중합체를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 실시양태의 예시적인 실행에서, 음향 감쇠 재료 부재(500)의 각각은 다공성 PTFE 섬유(예를 들면, 섬유(602)) 및 추가의 다공성 PTFE 층(603)을 포함한다. 결합 물질(601)의 층은 두께가 0.025 mm 이하이고, 음향 감쇠 재료 부재(500)의 각각은 두께가 약 0.38 mm이다. 예를 들면 0.05 mm와 같은 더 두꺼운 결합 물질의 층을 사용할 수 있다.

도 7에 도시된 음향 감쇠 재료의 실시양태에서, 2개의 시트(701), 시트(702)(각각은 도 4의 캡슐화된 직포 층(400)과 유사하고 직포 다공성 중합체 섬유의 캡슐화된 층을 포함함)는 결합 층(703)(예를 들면, 에폭시)과 함께 결합하여 가요성으로 남아 있고 특정한 음향 감쇠 특성을 갖는 음향 감쇠 재료(700)를 형성할 수 있다.

열극 공간과 함께 중합체 섬유의 직포 층을 포함하는 하나 이상의 층을 포함하는 기재된 바의 재료는 다양한 음향 감쇠 용도에서 사용할 수 있다. 이러한 재료는 초음파 프로브, 예컨대 상기 기재된 도 1의 초음파 프로브에서 사용할 수 있다. 이러한 재료는 또한 다른 음향 감쇠 용도에서 사용할 수 있다.

도 8a는 지지체 물질(802)의 복수의 시트(예를 들면, 막 및/또는 필름)가 삽입된 복수의 다공성-중합체 시트(801)(예를 들면, 막)를 포함하는 음향 감쇠 재료(800)의 단면도이다. 이러한 음향 감쇠 재료(800)는 예를 들면 초음파 프로브에서 초음파 에너지를 감쇠시키는 것을 비롯하여, 음향 에너지를 감쇠시키는데 사용할 수 있다. 다공성-중합체 시트(801)의 다공성 중합체는 상기 기재된 다공성 중합체 중 하나 이상일 수 있다. 다공성 중합체 시트는 부직포 다공성 중합체를 포함할 수 있다. 지지체 물질(802)의 시트는 예를 들면 세라믹 물질, 중합체, 금속, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 지지체 물질(802)의 시트가 중합체를 포함하는 실시양태에서, 중합체는 열경화성 또는 열가소성 물질일 수 있다. 예를 들면, 중합체는 에폭시 또는 불소중합체일 수 있다.

지지체 물질(802)의 시트는 다공성-중합체 시트(801)보다 더 경직성일 수 있다. 이와 관련하여, 음향 감쇠 재료(800)에서, 다공성-중합체 시트(801)는 실질적인 음향 감쇠를 제공할 수 있고, 지지체 물질(802)의 시트는 다공성-중합체 시트(801) 단독으로 달성할 수 있는 것보다 더 우수한 경직도를 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 지지체 물질(802)은 다공성-중합체 시트(801)보다 더 우수한 파쇄 저항 및 더 우수한 굴곡 모듈러스를 가질 수 있다. 예를 들면, 지지체 물질(802)의 굴곡 모듈러스는 다공성-중합체 시트(801)의 굴곡 모듈러스보다 2배 이상일 수 있다. 또한, 예를 들면, 다공성-중합체 시트(801)의 굴곡 모듈러스는 20 MPa 이하일 수 있지만, 음향 감쇠 재료(800)의 전체 굴곡 모듈러스는 40 MPa 이상일 수 있다.

음향 감쇠 재료(800)의 개별 시트는 개별적으로 구성될 수 있고 이어서 함께 접합되어 음향 감쇠 재료(800)를 형성할 수 있다. 접합된 구조의 층을 접착제를 사용하여 함께 결합시킬 수 있다. 접합된 구조의 층은 지지체 물질(802)의 시트가 다공성-중합체 시트(801) 내로 약간 침윤되도록 접합체를 처리함으로써 함께 결합시킬 수 있다.

접합된 구조의 층을 캐리어 상에 배치된 접착제 층을 사용하여 함께 결합시킬 수 있다. 접착제는 예를 들면 아크릴계 감광성 접착제와 같이 감광성 접착제일 수 있다. 예를 들면, 양면 테이프(803)의 박층을 다공성-중합체 시트(801)의 인접한 층과 지지체 물질(802) 사이에 배치할 수 있다. 당해 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 시트를 접합하는 다른 방법을 이용할 수 있다.

지지체 물질(802)의 시트 및 다공성-중합체 시트(801)의 두께는 다양한 기계적 및 음향 특성을 달성하기 위해 변할 수 있다. 예를 들면, 도 8a에 도시된 바대로, 다공성-중합체 시트(801)의 두께는 지지체 물질(802)의 시트의 두께보다 더 적을 수 있다. 다른 실시양태에서, 시트는 동일한 두께를 가질 수 있거나 또는 다공성-중합체 시트(801)는 지지체 물질(802)의 시트보다 더 두꺼울 수 있다.

일 실시양태에서, 각각의 다공성-중합체 시트(801)는 800 마이크론 이하의 두께를 가질 수 있고, 각각의 지지체 물질(802)의 시트는 500 마이크론 이하의 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 각각의 다공성-중합체 시트(801)는 1 내지 800 마이크론의 두께를 가질 수 있고, 각각의 지지체 물질(802)의 시트는 1 내지 500 마이크론의 두께를 가질 수 있다. 특정한 예시적인 실시양태에서, 각각의 다공성-중합체 시트(801)는 두께가 약 30 마이크론일 수 있고, 각각의 지지체 물질(802)의 시트는 두께가 약 25 마이크론일 수 있다.

도 8a에 도시된 음향 감쇠 재료(800)는 개별 층이 전체 구조와 동일한 배향으로 있는 구성을 보여준다. 도 8b는 지지체 물질(805)의 복수의 시트가 삽입된 복수의 다공성-중합체 시트(804)를 포함하는 음향 감쇠 재료(808)의 단면도이다. 도 8b에 도시된 실시양태에서, 개별 층(804, 805)의 배향은 음향 감쇠 재료(808)의 전체 구조의 배향에 대하여 일정한 각도(807)로 배향된다. 각도(807)는 다양한 음향 및 기계적 특성을 달성하도록 변할 수 있다. 선택적인 실링 층(806)을 다공성-중합체 시트(804) 및/또는 지지체 물질의 시트(805)의 엣지가 주변 환경으로 노출되는 것을 방지하기 위해 음향 감쇠 재료(808)의 상부 및/또는 하부에 첨가할 수 있다. 음향 감쇠 재료(800) 및 음향 감쇠 재료(808) 내에 존재하는 층의 수는 도 8a 및 도 8b에 도시된 것으로부터 변할 수 있다.

도 8a의 구성은 음향 감쇠 재료(800)의 제1 면(810)으로부터 음향 감쇠 재료(800)의 제2 면으로 이동하는 음향 빔이 다공성-중합체 시트 예컨대 다공성-중합체 시트(801)의 복수의 층을 통과하도록 하는 구성이다. 음향 감쇠 재료(808)의 전체 구조의 배향에 따른, 도 8b의 구성의 각도(807)는 음향 감쇠 재료(808)의 제1 면(812)으로부터 음향 감쇠 재료(808)의 제2 면(813)으로 이동하는 음향 빔이 다공성-중합체 시트 예컨대 다공성-중합체 시트(804)의 복수의 층을 통과하도록 선택할 수 있다.

지지체 물질의 복수의 시트가 삽입된 복수의 다공성-중합체 시트를 포함하는 도 8a 및 도 8b를 참조하여 기재된 바의 재료를 다양한 음향 감쇠 용도에서 사용할 수 있다. 이러한 재료는 1 MHz에서 25 dB/㎝ 이상의 순 음향 감쇠를 가질 수 있고 100 kHz 내지 100 MHz의 주파수를 갖는 음향 에너지를 감쇠시키도록 작동가능할 수 있다. 이러한 재료는 초음파 프로브, 예컨대 상기 기재된 도 1의 초음파 프로브에서 사용할 수 있다. 이러한 재료는 또한 다른 음향 감쇠 용도에서 사용할 수 있다.

도 9는 복수의 쓰루 홀, 예컨대 쓰루 홀(901)을 포함하는 다공성 중합체로 구성된 시트(900)를 포함하는 음향 감쇠 재료의 섹션의 등각투상도이다. 예시적인 실시양태에서, 시트(900)는 두께가 1 내지 200 마이크론일 수 있다. 시트(900)의 다공성 중합체는 상기 기재된 중합체 중 하나 이상일 수 있다. 일 실시양태에서, 시트(900)는 다공성 PTFE, 및/또는 다른 다공성 중합체(예를 들면, 우레탄, 실리콘, 불소중합체, 폴리스티렌 및 폴리올레핀)로 구성될 수 있다. 시트(900)는 부직포 다공성 중합체를 포함할 수 있다.

홀의 크기(예를 들면, 홀의 면적 또는 직경), 홀의 수, 및 홀의 패턴은 모두 하기 기재된 특정한 재료 특성을 달성하도록 변할 수 있다. 도 10은 단면선 B-B를 따른 도 9의 시트(900)의 단면도이다. 홀은 예를 들면, 레이저 드릴링을 비롯하여 당해 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 임의의 적절한 수단에 의해 생성시킬 수 있다. 홀은 균일하게 또는 비균일하게 분포될 수 있다. 홀은 모두 동일한 크기일 수 있거나 또는 개별 홀의 크기는 변할 수 있다.

도 11은 경직성 복합재 물질(1100)의 실시양태의 단면도이다. 경직성 복합재 물질(1100)은 다공성-중합체 시트 예컨대 음향 감쇠 재료의 시트(900) 및 음향 감쇠 재료의 추가의 시트(1101)의 복수의 층을 포함한다. 추가의 시트(1101)는 동일한 재료로 구성될 수 있고 또한 시트(900)와 동일한 쓰루 홀 특성을 가질 수 있다. 도 11에 도시된 바대로, 다공성-중합체 시트는 지지체 물질의 층(1102)이 삽입될 수 있다. 지지체 물질의 층(1102)은 또한 다공성-중합체 시트(900, 1101)의 쓰루 홀의 적어도 일부를 차지할 수 있다. 이와 관련하여, 지지체 물질의 층(1102)은 3차원으로 상호접속된 경직성 매트릭스를 형성할 수 있다. 다공성-중합체 시트(900)와 다공성-중합체 시트(1101) 사이의 지지체 물질의 층(1102)의 두께는 예를 들면 1 내지 200 마이크론일 수 있다.

음향 감쇠 재료의 층이 삽입된 지지체 물질의 층(1102)의 조합은 아주 우수한 음향 감쇠 및 기계적 특성을 갖는 복합재 물질(1100)을 제공한다. 이와 관련하여, 예를 들면 에폭시, THV, FEP, PES, EFEP, PTFE, PET, PEEK, PEI, PC, LCP 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 지지체 물질의 층(1102)은 다공성-중합체 시트(900, 1101)보다 더 우수한 파쇄 저항 및 더 우수한 굴곡 모듈러스를 가질 수 있다. 예를 들면, 지지체 물질의 층(1102)의 굴곡 모듈러스는 다공성-중합체 시트(900, 1101)의 굴곡 모듈러스보다 2배 이상일 수 있다. 또한 예를 들면, 다공성-중합체 시트(900, 1101)의 굴곡 모듈러스는 20 MPa 이하일 수 있지만, 복합재 물질(1100)의 전체 굴곡 모듈러스는 40 MPa 이상일 수 있다.

따라서, 복합재 물질(1100)은 다공성-중합체 시트(900, 1101)로부터 음향 감쇠 특성을 획득하면서 지지체 물질의 층(1102)으로부터 기계적 강도를 획득할 수 있다. 복합재 물질은 1 MHz에서 25 dB/㎝ 이상의 순 음향 감쇠를 가질 수 있고 100 kHz 내지 100 MHz의 주파수를 갖는 음향 에너지를 감쇠시키도록 작동가능할 수 있다.

복합재 물질(1100)의 기계적 및 음향 특성은 상이한 층의 두께 및 다공성-중합체 시트 내의 홀의 구성을 변화시킴으로써 변할 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바대로, 2개의 시트(900, 1101)에서 홀은 정렬되지 않는다. 일반적으로, 다공성-중합체 시트(900, 1101)는 지지체 물질의 층(1102)보다 상당히 더 높은 음향 감쇠 속도를 갖는다. 따라서, 경직성 복합재 물질(1100)을 통해 통과하는 음향 에너지는 주로 지지체 물질의 층(1102)의 구조를 통해 전송된다. 다공성-중합체 시트(900, 1101)의 홀을 엇갈려 배치함으로써, 지지체 물질의 층(1102)을 통해 이동하는 음향 에너지는 구불구불한 경로를 따르도록 강요된다. 이와 관련하여, 상부 표면(1103)으로부터 복합재 물질(1100)을 통해 하부 표면(1104)으로 이동하는 임의의 음향 빔은 다공성-중합체 시트(900, 1101)의 적어도 일부를 통해 통과해야 한다. 이는, 다공성-중합체 시트(900, 1101)의 홀이 일정한 라인으로 배치되고 지지체 물질의 층(1102)을 통해 이동하는 음향 에너지가 복합재 물질(1100)을 통해 일직선-라인 경로를 따를 수 있는 경우에 발생하는 것보다 음향 에너지를 더 우수한 정도로 감쇠시키는 경향이 있다.

다공성-중합체 시트의 홀의 정렬과 유사하게, 홀의 크기 및 양은 원하는 음향 감쇠 특성 및 원하는 기계적 특성을 조화시키기 위해 변할 수 있다. 예를 들면, 일반적으로 더 큰 쓰루 홀은 결과적으로 더 경직성이고, 더 강한 복합재 물질(1100)을 생성시킬 수 있다. 더 큰 쓰루 홀 또는 증가된 수의 쓰루 홀은 또한 결과적으로 음향 에너지가 경직성 복합재 물질(1100)을 통해 이동하기에 더 많은 경로를 생성시킬 수 있고, 이는 결과적으로 더 낮은 전체 음향 감쇠로 더 경직성이고, 더 강한 복합재 물질(1100)을 생성시킬 수 있다.

추가로, 그리고 상기 기재된 것과 유사하게, 연속 기포 중합체가 사용될 때, 에폭시가 다공성-중합체의 층 내로 약간 침윤될 수 있다. 실질적으로 침윤은 연속 기포 중합체의 기공 크기가 선결정된 양보다 적을 때 또는 독립 기포된 중합체가 사용될 때 발생하지 않을 수 있다. 침윤이 발생하지 않을 때, 이는 다공성-중합체 층의 두께를 감소시키고/시키거나 다공성-중합체 층(900, 1101)의 쓰루 홀의 크기를 증가시키는 것과 유사한 효과를 가질 수 있다.

또한, 일반적으로, 지지체 물질이 다공성-중합체 층의 다공성의 일부 내로 침윤되는 구역은 지지체 물질이 없는 다공성-중합체 층의 구역보다 상당히 더 강성일 수 있다. 예를 들면, 지지체 물질이 다공성-중합체 층의 다공성의 일부 내로 침윤되는 구역은 지지체 물질이 없는 다공성-중합체 층의 구역의 굴곡 모듈러스보다 2배 이상의 굴곡 모듈러스를 가질 수 있다.

침윤도는 처리 및 취급에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들면, 다공성 PTFE를 포함하는 실시양태에서, 복합재 물질(1100)의 제조 동안 지지체 물질의 층(1102)과의 접촉 전에 다공성 PTFE를 용매로 습윤시키면 지지체 물질의 다공성 PTFE 내로의 침윤도를 증가시킬 수 있다. 추가로, 제조 동안에 또는 후에 복합재 물질(1100)에 인가되는 임의의 압축력은 지지체 물질의 층(1102)이 다공성-중합체 층(900, 1101) 내로 침윤되도록 유발할 수 있다. 복합재 물질(1100)에 대한 압축력은 또한 다공성-중합체 층(900, 1101)을 파쇄(예를 들면, 영구적으로 압축)시킬 수 있다.

도 11에 도시된 복합재 물질(1100)은 2개의 다공성-중합체 층(900, 1101)을 포함한다. 다른 실시양태는 단일의 다공성-중합체 층 또는 2개 이상의 다공성-중합체 층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 음향 감쇠 재료의 실시양태는 에폭시 층이 삽입된 3개의 다공성-PTFE 층을 사용하여 구성하였다. 직경이 평균 약 0.14 mm이고 다공성-PTFE 층의 총 표면 면적의 약 10.7%를 포함하는 복수의 홀을 각각의 PTFE 층 내에 드릴링하였다. 하나의 샘플에서, 개별 다공성-PTFE 층의 홀은 더 높은 정렬도로 배열되었다. 이 샘플의 음향 감쇠는 1 MHz에서 375 dB/㎝인 것으로 측정되었다. 또 다른 샘플에서, 개별 다공성-PTFE 층의 홀은 비교적 낮은 정렬도로 배열되었다. 낮은 정렬도의 샘플의 음향 감쇠는 1 MHz에서 431 dB/㎝인 것으로 측정되었다.

또 다른 실시양태는 에폭시 층으로 삽입된 2개의 다공성-PTFE 층을 사용하여 구성하였다. 다공성-PTFE 층은 복수의 홀을 포함하였다. 이 실시양태는 50 psi에서 압축될 때 소성 변형을 나타내지 않았다. 다공성-PTFE 층에서 복수의 홀을 갖지 않는 유사한 실시양태는 50 psi에서 압축될 때 약 3%의 소성 변형(plastic deformation)을 나타낼 수 있다.

블라인드 홀(blind hole)은 상기 기재된 쓰루 홀, 예컨대 쓰루 홀(901)에 대해 대체될 수 있다. 이러한 구성은 복합재 물질(1100)을 통한 연속적인 지지체 물질 음향 경로를 제거한다.

홀(예를 들면, 쓰루 홀)을 포함하는 다공성 중합체의 하나 이상의 시트를 포함하는 상기 기재된 바의 재료는 다양한 음향 감쇠 용도에서 사용할 수 있다. 이러한 재료는 초음파 프로브, 예컨대 상기 기재된 도 1의 초음파 프로브에서 사용할 수 있다. 이러한 재료는 또한 다른 음향 감쇠 용도에서 사용할 수 있다. 실제로, 이러한 재료는 음향 에너지를 감쇠시키도록 원하는 광범위한 용도에서 사용할 수 있다.

상기 기재된 음향 감쇠 재료의 각각은 특정한 용도에 필요한 크기보다 더 큰 마스터(master) 시트에서 제조할 수 있다. 예를 들면, 음향 감쇠 재료의 마스터 시트는 복수의 개별 초음파 변환기 시스템에 대해 충분한 물질을 포함하는 초음파 변환기에서 백킹 물질로서 사용하기 위해 제조할 수 있다. 마스터 시트는 예를 들면 개별 초음파 변환기 시스템에서 사용하기 위해 개별 섹션으로 분리될 수 있다. 이 방법은 또한 개별 섹션의 노출된 엣지를 실링 물질(예를 들면, 에폭시 및/또는 열가소성 불소중합체)로 실링하는 단계를 포함할 수 있다.

음향 감쇠 재료의 개별 섹션이 제조되는 실시양태(예를 들면, 여기서 마스터 시트는 제조되지 않음)에서, 이 방법은 음향 감쇠 재료의 노출된 엣지를 실링 물질(예를 들면, 에폭시 및/또는 열가소성 불소중합체)로 실링하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기재된 음향 감쇠 재료의 각각에서, 다공성 중합체는 지지체를 제공하기 위해 사용된 물질보다 상당히 더 우수한 음향 감쇠능을 가질 수 있다. 예를 들면, 다공성 중합체의 음향 감쇠능은 지지체 물질의 음향 감쇠능의 2배 이상일 수 있다. 추가로, 지지체 물질은 다공성 중합체보다 상당히 더 경직성(예를 들면, 더 우수한 강성도를 가짐)일 수 있다. 예를 들면, 지지체 물질은 다공성 중합체의 굴곡 모듈러스의 2배의 굴곡 모듈러스를 가질 수 있다. 또한, 다공성 중합체는 5% 이상의 다공성을 가질 수 있다. 예를 들면, 다공성 중합체는 5 내지 85%의 다공성을 가질 수 있다.

상기 기재된 재료는 예를 들면 음향 에너지를 제어하는 것을 원하는 시스템에서 사용할 수 있다. 추가로, 상기 기재된 재료의 단위 두께 당 비교적 높은 감쇠로 인해, 더 우수한 감쇠는 감쇠 재료의 특정한 두께에 대해 달성할 수 있거나 또는 대안적으로, 원하는 양의 감쇠는 비교적 적은 감쇠 재료로 사용될 수 있다. 비교적 적은 감쇠 재료를 사용하는 경우의 감쇠능은 소형화가 바람직한 용도에서 특히 유리하다. 특히, 도 1을 참조하여 상기 기재된 일례인, 초음파 프로브는 일반적으로 하나 이상의 능동(예를 들면, 압전) 소자에 의해 생성된 음향 에너지를 제어하기 위해 음향 감쇠 재료를 사용한다. 초음파 변환기에서 상기 기재된 재료의 사용은 예를 들면 현재의 프로브와 동일한 크기의 프로브 및/또는 더 작은 변환기 프로브의 더 우수한 수행을 허용할 수 있다.

도 12는 초음파 프로브 어셈블리(1200)의 투시도를 도시한 것이다. 프로브 어셈블리(1200)는 하우징(1201) 및 케이블(1202)을 포함한다. 케이블(1202)은 초음파 영상 장치(도시되지 않음)에 상호접속된다. 일반적으로, 프로브 어셈블리(1200)는 하우징(1201) 내에 포함되고 초음파 에너지를 프로브 어셈블리(1200)의 하나의 단자를 따라 프로브 어셈블리 전면(1203)을 통해 전송하도록 작동가능한 복수의 초음파 변환기를 포함한다. 음향파 형태의 초음파 에너지는 환자의 외부 표면을 통해 환자의 내부 구성물로 지시될 수 있다. 음향파는 다양한 내부 특징물과 상호작용하고 이를 반향할 수 있다. 이어서, 이러한 반향은 프로브 어셈블리(1200)에 의해 검출될 수 있고 초음파 영상 장치에 의해 환자의 내부 구성물의 영상으로서 디스플레이될 수 있다.

프로브 어셈블리(1200)는 영상 용적(1208)을 스캔하도록 작동가능할 수 있다. 이는 1차원 변환기 어레이를 이동가능한 부재 상에 탑재시킴으로써 수행할 수 있다. 일반적으로, 1차원 변환기 어레이는 장축(1205)을 따라 복수의 변환기 소자를 포함하는 단일의 열을 포함한다. 전자 제어를 통해, 음향 에너지의 빔은 장축(1205)을 따라 이동할 수 있다. 음향 에너지의 일부는 변환기 어레이로 다시 반향되고, 여기서 이 음향 에너지의 일부는 변환기 어레이에 의해 음향 에너지로부터 전기 신호로 전환된다. 이어서, 이러한 전기 신호는 음향 에너지가 이동한 구역의 2차원 영상으로 전환될 수 있다. 프로브 어셈블리(1200)는 상승 축(1204)을 따라 기계적으로 이동(예를 들면, 회전)할 수 있는 1차원 변환기 어레이를 포함할 수 있다. 따라서, 장축(1205)을 따른 전자 이동과 상승 축(1204)을 따른 변환기 어레이의 기계적 이동의 조합을 통해, 음향 에너지의 빔은 영상 용적(1208)을 통해 이동할 수 있다. 변환기 어레이로 다시 반향된 에너지는 영상 용적(1208)의 3차원으로 전환될 수 있다.

프로브 어셈블리(1200)에서 변환기 어레이는 상승 축(1204)을 따라 기계적으로 이동(예를 들면, 회전)할 수 있는 2차원 어레이일 수 있다. 회전 축(예를 들면, 상승 축(1204))에 수직인 어레이의 차원은 전송된 음향 에너지를 추가로 제어하기 위해 이용할 수 있다. 예를 들면, 상승 축(1204)을 따른 변환기는 상승 축(1204)을 따라 사이드 로브(side lobe)를 감소시키고 초점을 개선시키도록 음향 에너지를 형성하는데 사용할 수 있다.

도 13으로 돌아가서, 1차원 초음파 변환기 시스템(1300)의 도식적인 단면도가 제시되어 있다. 초음파 변환기 시스템(1300)은 장축(1305) 및 상승 축(1304)(이는 예를 들면 각각 도 12의 프로브 어셈블리의 장축(1205) 및 상승 축(1204)과 유사함)을 갖는다. 초음파 변환기 시스템(1300)은 초음파 신호를 전송하고/하거나 수신하도록 작동가능할 수 있다.

일반적으로, 당해 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 바대로, (능동 층 예컨대 압전 층(1306) 및 하기 기재된 이에 부착된 임의의 선택적인 매칭 층을 포함하는) 변환기(1315)는 장축(1305)을 따라 선결정된 수의 분리된 섹션(예를 들면, 섹션(1309a) 내지 섹션(1309n), 여기서 n은 분리된 섹션의 선결정된 수를 나타냄)으로 분할될 수 있다. 이러한 분리된 섹션의 각각은 변환기 소자일 수 있다(예를 들면, 분리된 섹션(1309a)은 변환기 소자일 수 있음). 분리된 섹션은 2개 이상의 분리된 섹션이 단일의 변환기 소자로서 작동하도록 전기로 상호접속될 수 있다(예를 들면, 분리된 섹션(1309a) 및 분리된 섹션(1309b)은 전기로 상호접속될 수 있고 단일의 변환기 소자로서 기능할 수 있음). 백킹(1313)이 또한 존재할 수 있다.

도 13은 장축(1305)을 따라 일직선인 초음파 변환기 시스템(1300)을 보여준다. 초음파 변환기 시스템(1300)은 장축(1305)을 따라 곡선화될 수 있다. 이러한 곡선화는 예를 들면 개별 평면 변환기 소자를 장축(1305)을 따라 서로에 대해 일정한 각도로 배치함으로써 달성할 수 있다. 도 13은 또한 상승 축(1304)을 따라 평면으로 있는 초음파 변환기 시스템(1300)의 개별 변환기 소자를 보여준다. 대안적인 구성에서, 초음파 변환기 시스템(1300)의 개별 변환기 소자는 상승 축(1304)을 따라 곡선화될 수 있다.

변환기(1315)는 압전 층(1306)을 포함할 수 있다. 압전 층(1306)은 압전 물질의 층(1320), 제1 전극 층(1321) 및 제2 전극 층(1322)을 포함할 수 있다. 압전 물질의 층(1320)은 세라믹계 물질(예를 들면, 납 지르콘산염 티탄산염(PZT))을 포함할 수 있다. 제1 전극 층(1321)은 전기 전도성 물질의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 전극 층(1322)은 전기 전도성 물질의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 각각의 개별 변환기 소자에 접속된 제1 전극 층(1321)의 일부는 이러한 개별 변환기 소자에 대한 신호 전극으로서 작용할 수 있다. 유사하게, 각각의 개별 변환기 소자에 접속된 제2 전극 층(1322)의 일부는 개별 변환기 소자에 대한 접지 전극으로서 작용할 수 있다.

일반적으로, 신호 전극 및 접지 전극은 도 13에 도시된 바대로 배열되고, 접지 전극은 영상화하고자 하는 구역과 마주하는 압전 물질(1320)의 측면 상에 있다. 신호 전극의 일부 및 접지 전극의 일부는 반전될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 신호 층을 보호하기 위해 추가의 접지 층을 제공하는 것이 필요할 수 있다. 접지 전극은 도 13에 도시된 바대로 개별 전극일 수 있거나 또는 각각의 개별 변환기 소자 위에 위치한 접지 물질의 하나의 연속 층일 수 있다. 개별 변환기 소자 전극은 전자 회로에 상호접속될 수 있고, 이 전자 회로는 음향파 생성 및 감지(sensing)를 제공할 수 있다.

선택적인 음향 매칭 층은 압전 층(1306)에 상호접속될 수 있다. 도 13의 초음파 변환기 시스템(1300)은 압전 층(1306)에 상호접속된 제1 선택적인 매칭 층(1307) 및 제2 선택적인 매칭 층(1308)을 보여준다. 선택적인 매칭 층의 존재 및 수는 도 13에 도시된 구성으로부터 변할 수 있다. 변환기(1315)는, 압전 층(1306)에 부착된 임의의 선택적인 매칭 층을 따라, 이 압전 층(1306)을 포함한다.

압전 층(1306)은 전기 에너지를 기계 에너지로 그리고 기계 에너지를 전기 에너지로 전환하도록 작동가능한 기계적 능동 층일 수 있다. 상기 기재된 바대로, 압전 층(1306)은 접지 전극과 신호 전극 사이에 샌드위칭된 PZT 물질의 층을 포함할 수 있다. 음향 신호를 생성할 수 있는 다양한 성분 및 물질은 적어도 일부의 압전 층(1306)의 경우에 대체될 수 있다. 이러한 성분 및 물질은 세라믹 물질, 강유전성 물질, 복합재 물질, 커패시터 마이크로기계처리 초음파 변환기(CMUT), 압전 마이크로기계처리 초음파 변환기(PMUT), 및 임의의 이들의 조합을 포함한다. 특정한 성분, 작동의 전기기계적 원칙 또는 물질과 무관하게, 기계적 능동 층은 음향면(1314) 및 개별적으로 제어될 수 있는 복수의 변환기 소자를 갖는, 전기 에너지를 기계 에너지로 그리고 기계 에너지를 전기 에너지로 전환하는 수단을 포함할 수 있다. 일반적으로, 영상 목적에 사용할 수 있는 초음파 음향 신호를 생성시키기 위해 당해 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 임의의 시스템은 기계적 능동 층에서 사용할 수 있다.

도 13으로 돌아가서, 각각의 개별 분리된 섹션은 변환기(1315)의 다이싱 동안 생성된 커프(예를 들면, 분리된 섹션(1309c)과 분리된 섹션(1309d) 사이의 커프(1310))에 의해 이웃하는 분리된 섹션으로부터 분리될 수 있다. 커프는 충전제 물질로 충전할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 음향 렌즈는 음향면(1314)에 상호접속될 수 있다.

압전 층(1306)이 음향 에너지를 방출하면서, 일부 음향 에너지는 백킹(1313)으로 통과한다. 이러한 음향 에너지는 영상 용적(1208)으로 지시되지 않으므로, 이러한 음향 에너지는 감쇠되는 것이 바람직하다. 이 음향 에너지를 감쇠시키는 것은 압전 층(1306)의 후면을 통해 압전 층(1306)으로 다시 반향되는 음향 에너지의 양을 감소시키는 것을 돕는다. 이러한 반향된 음향 에너지는 영상 용적(1208)으로부터 압전 층(1306)으로 다시 반향되는 음향 에너지와 간섭할 수 있고, 결과적으로 영상을 열화시킬 수 있다.

백킹(1313)은 중간층(1301)을 포함할 수 있다. 중간층(1301)은 예를 들면 에폭시, 실리콘 고무, 텅스텐, 산화알루미늄, 운모, 미소구, 또는 이들의 조합과 같은 초음파 변환기 설계의 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 물질 또는 물질들을 포함할 수 있다. 백킹(1313)은 또한 제2 층(1302)을 포함할 수 있다. 제2 층(1302)은 고도의 감쇠 재료, 예컨대 다공성-중합체로 제조된 섬유(예를 들면, 섬유는 다공성-PTFE로 제조될 수 있음)의 직포 층을 포함하는 상기 기재된 재료일 수 있다. 일례의 방식으로, 제2 층(1302)은 도 6 및/또는 7과 관련하여 기재된 음향 감쇠 재료를 포함할 수 있다.

도 14는 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)의 도시이다. 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)는 프레임(1401)에 탑재된 도 13의 초음파 변환기 시스템(1300)을 포함한다. 도 13과 관련하여 상기 기재된 바대로, 초음파 변환기 시스템(1300)은 변환기 어레이(1315), 중간층(1301), 및 제2 층(1302)을 포함할 수 있다. 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)는 예를 들면 도 12의 프로브 어셈블리(1200) 내에 탑재될 수 있다. 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)는 이것이 프레임 회전 축(1402)에 대해 회전가능하도록 탑재될 수 있다. 이러한 시스템에서, 그리고 상기 기재된 바대로, 음향 빔은 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)를 프레임 회전 축(1402)에 대해 회전시킴으로써 장축(1405)을 따라 전자로 조정할 수 있고 기계적으로 조정할 수 있다. 모터 또는 다른 장치(도시되지 않음)는 프레임 회전 축(1402)에 대해 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)를 회전시키기 위해 사용할 수 있다.

변환기 어레이(1300)를 도 12의 프로브 어셈블리 전면(1203)에 음향으로 커플링하기 위해, 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)는 유체(예를 들면, 액체) 중에 액침시킬 수 있다. 유체는 도 12의 프로브 어셈블리(1200)의 하우징(1201) 내에 함유될 수 있다.

상기 기재된 바대로, 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)는 상승 축(1204)을 따른 음향 빔의 스캐닝을 달성하기 위해 하우징(1201) 내에서 회전할 수 있다. 또한, 상기 기재된 바대로, 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)는 액체 중에 액침될 수 있다. 이러한 시스템에서, 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)의 크기 및/또는 중량을 감소시키는 것이 유리할 수 있다. 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)의 크기를 감소시킴으로써, 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)가 액침되어 있는 유체로 인한 이의 이동에 대한 저항은 감소될 수 있다. 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)의 중량을 감소시킴으로써, 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)의 관성은 감소될 수 있다. 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)의 이동에 대한 저항 및/또는 관성을 감소시키는 것은 특히 증가된 위치 정확도, 더 낮은 이동 반응 시간, 및 감소된 모터 전력 요건을 생성시킬 수 있다.

따라서, 전통적인 초음파 변환기 백킹 물질(예를 들면, 실리콘 고무) 대신에, 상기 기재된 바대로 다공성-중합체 섬유의 하나 이상의 직포 층을 혼입시키는 백킹을 사용하면, 중량 및 크기 감소 이점을 제공할 수 있다. 유사하게, 전통적인 초음파 변환기 백킹 물질이 다공성-중합체 섬유의 하나 이상의 직포 층을 혼입시키는 크기가 유사한 백킹으로 대체되는 경우, 백킹의 음향 감쇠는 향상될 수 있다.

추가로, 다공성-중합체 섬유의 상기 기재된 직포 층의 가요성은 곡선화된 변환기 어레이, 예컨대 도 14의 변환기 어레이(1300)가 효율적으로 제조되도록 허용한다. 예를 들면, 도 14의 변환기 어레이(1300)는 초기에 편평한 변환기 어레이로서 제조될 수 있다. 이와 관련하여, 압전 물질의 편평한 연속 층은 다공성 중합체 섬유의 하나 이상의 직포 층을 포함하는 백킹에 상호접속될 수 있다. 압전 물질을 개별 변환기 어레이 소자를 형성하도록 다이싱한 후에, 이 어셈블리를 곡선화된 표면, 예컨대 변환기 및 프레임 어셈블리(1400)의 프레임(1401)의 곡선화된 표면(1403)에 상호접속시킬 수 있다. 이어서, 다이싱 공정의 결과로서 생성된 커프를 충전할 수 있다.

도 13으로 돌아가서, 제1 전극 층(1321) 및 제2 전극 층(1322)은 다양한 방식으로 초음파 영상 장치에 전기로 상호접속될 수 있다. 예를 들면, 각각의 개별 변환기 소자(예를 들면, 분리된 섹션(1309a) 내지 섹션(1309n))의 제1 전극 층(1321)에 대한 전기 상호접속은 변환기(1315)의 엣지를 따라 제1 전극 층(1321)에 전기로 상호접속시킴으로써 달성할 수 있다. 예를 들면, 분리된 섹션(1309c)의 제1 전극 층(1321)은 분리된 섹션(1309c)의 노출된 단자(1303)에서 상호접속될 수 있다.

도 15는 초음파 영상 장치를 변환기(1315)의 분리된 섹션의 제1 전극 층(1321)에 전기로 상호접속시키는 또 다른 방법을 도시하고 있다. 도 15는 복수의 전기 상호접속(1501a) 내지 전기 상호접속(1501n)이 첨가되어 있는 도 13의 단면선 C-C를 따른 도 13의 초음파 변환기 시스템(1300)의 단면도이다. 복수의 전기 상호접속(1501a) 내지 전기 상호접속(1501n)의 각각은 중간층(1301) 및 제2 층(1302)을 통해 확장된다. 예를 들면, 전기 상호접속(1501a)은 분리된 섹션(1309a)의 제1 전극 층(1321)에 전기로 상호접속되고 중간층(1301) 및 제2 층(1302)을 통해 확장된다. 전기 상호접속(1501a)의 노출된 부분(1503)은 분리된 섹션(1309a)의 제1 전극 층(1321)에 전기로 상호접속된다. 노출된 부분(1503)은 당해 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 방법을 이용하여 초음파 영상 장치에 전기로 상호접속될 수 있다. 대안적으로, 전기 상호접속(1501a) 내지 전기 상호접속(1501n)은 제2 층(1302)의 하부 표면(1504)을 지나 확장되지 않는다. 이러한 구성에서, 전기 상호접속(1501a) 내지 전기 상호접속(150In)은 예를 들면 와이어 결합과 같은 당해 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 방법을 이용하여 초음파 영상 장치에 상호접속될 수 있다.

전기 상호접속(1501a) 내지 전기 상호접속(150In)은 우선 중간층(1301) 및 제2 층(1302)에 걸쳐 홀을 생성함으로써 형성될 수 있다. 이는 예를 들면 레이저 드릴링에 의해 달성할 수 있다. 이어서, 홀은 (예를 들면, 도금 공정에 의해) 전기 전도성 물질로 충전할 수 있다. 전기 상호접속(1501a) 내지 전기 상호접속(150In)은 단일의 전기 접속이 복수의 분리된 섹션에 전기로 상호접속될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 전기 상호접속(1501a)은 분리된 섹션(1309a) 및 분리된 섹션(1309b)에 전기로 상호접속될 수 있다. 이러한 구성에서, 분리된 섹션(1309a) 및 분리된 섹션(1309b)은 함께 단일의 변환기 소자를 형성할 수 있고 전기 상호접속(1501b)은 존재하지 않을 수 있다. 전기 상호접속(1501a) 내지 전기 상호접속(1501n)은 이들이 전기로 상호접속되는 분리된 섹션에 가로로 배향될 수 있다.

도 16은 초음파 영상 장치를 변환기(1315)의 분리된 섹션의 제1 전극 층(1321)에 전기로 상호접속시키는 또 다른 방법을 도시하고 있다. 도 16은 초음파 변환기 어셈블리에서 사용하기 위한 백킹 어셈블리(1600)의 도식적인 다이아그램이다. 반복을 피하기 위해, 변환기 어레이는 도 16에 도시되어 있지 않다. 오히려, 백킹 어셈블리(1600)만이 도시되어 있다. 백킹 어셈블리(1600)는 도 13의 초음파 변환기 시스템(1300)과 유사한 배향으로 도시되어 있다.

도 16의 백킹 어셈블리(1600)는 중간층(1601) 및 제2 층(1602)을 포함한다. 초음파 변환기 시스템(1300)과 관련하여 상기 기재된 것과 유사하게, 중간층(1601)은 초음파 변환기 설계의 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 물질 또는 물질들을 포함할 수 있고 제2 층(1602)은 고도의 감쇠 재료 예컨대 다공성 중합체로 제조된 섬유의 직포 층을 포함하는 상기 기재된 재료일 수 있다. 백킹 어셈블리(1600)는 상호접속 어셈블리(1603)를 포함한다. 상호접속 어셈블리(1603)는 절연 물질(1604) 및 개별 전기 전도 부재를 포함할 수 있다. 상호접속 어셈블리(1603)는 도 16에 도시된 바대로 중간층(1601)의 섹션과 제2 층(1602) 사이에 배치될 수 있다. 라인(1607)을 따른 섹션은 상호접속 어셈블리(1603)의 내부 세부사항을 밝히도록 도 16에서 절단된다.

개별 전기 전도 부재는 개별 와이어, 예컨대 와이어(1605)일 수 있다. 개별 와이어는 절연 물질 내에 슬롯, 예컨대 슬롯(1606)에 배치될 수 있고 개별 변환기 소자에 가로로 배향된다. 이와 관련하여, 상호접속 어셈블리(1603)는 백킹 어셈블리(1600)를 통해 통과하는 복수의 전기 상호접속을 포함할 수 있다. 절연 물질(1604)은 중간층(1601)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하여 상기 기재된 바대로, 음향 감쇠 재료(114)는 초음파 프로브(100) 내에 다른 표면을 따라 배치될 수 있다. 유사하게 도 12에 도시된 것과 같은 실시양태에서, 상기 기재된 음향 감쇠 재료는 프로브 어셈블리(1200) 내에 하우징(1201) 및/또는 다른 성분을 정렬시키는데 사용할 수 있다. 상기 기재된 음향 감쇠 재료의 이러한 이용은 초음파 변환기 어레이, 예컨대 도 13의 변환기 어레이(1300)에 입사하는 원치않는 음향 에너지의 양을 감소시킴으로써 영상 품질을 개선시키는데 도움을 줄 수 있다. 일반적으로, 상기 기재된 음향 감쇠 재료는 음향 감쇠 재료의 전면이 대면 관계에 있고 음향 감쇠 재료의 후면이 유체(예를 들면, 공기 또는 물)와 접촉하는 표면에 기대어 위치할 수 있다. 이러한 위치에서, 음향 감쇠 재료는 이 표면으로부터 발산하는 음향 에너지 및 유체를 통해 이동하고 음향 감쇠 재료의 후면에 입사하는 음향 에너지를 흡수하도록 작동가능할 수 있다.

도 17로 돌아가서, 초음파 변환기 시스템(1700)의 도식적인 단면도가 제시되어 있다. 라인(1711) 및 라인(1712)을 따른 섹션은 초음파 변환기 시스템(1700)의 내부 세부사항을 밝히도록 도 17에서 절단된다. 초음파 변환기 시스템(1700)은 장축(1705) 및 상승 축(1704)을 갖는다. 초음파 변환기 시스템(1700)은 분리된 섹션(1709a) 내지 분리된 섹션(1709n)(여기서, n은 분리된 섹션의 선결정된 수를 나타냄)에 의해 도 17에 도시된 선결정된 수의 분리된 섹션을 포함한다. 초음파 변환기 시스템(1700)은 n 변환기(여기서, n은 분리된 섹션의 선결정된 수를 나타냄)의 단일의 열을 갖는 1차원 어레이로서 도시되어 있다. 대안적으로, 초음파 변환기 시스템(1700)은 복수의 열 및 복수의 행으로 배열된 분리된 섹션의 2차원 어레이를 포함할 수 있다.

일반적으로, 당해 분야의 숙련된 당업자에게 공지된 바대로, (압전 층(1706) 및 이에 부착된 임의의 선택적인 매칭 층을 포함하는) 변환기(1715)는 장축(1705)을 따라 배열된 분리된 섹션(1709a) 내지 분리된 섹션(1709n)에 의해 도 17에 도시된 선결정된 수의 분리된 섹션으로 분할될 수 있다. 도 13을 참조하여 도시된 것과 유사하게, 이러한 분리된 섹션은 각각 변환기 소자를 형성할 수 있거나 또는 이러한 분리된 섹션은 2개 이상의 분리된 섹션이 변환기 소자를 형성할 수 있도록 전기로 조합될 수 있다. 하기 기재된 백킹(1701)이 또한 존재할 수 있다.

변환기(1715)는 압전 층(1706)을 포함할 수 있다. 압전 층(1706)은 압전 물질의 층(1720), 제1 전극 층(1721) 및 제2 전극 층(1722)을 포함할 수 있다. 압전 물질의 층(1720)은 세라믹계 물질을 포함할 수 있다. 제1 전극 층(1721)은 전기 전도성 물질의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 전극 층(1722)은 전기 전도성 물질의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 각각의 개별 변환기 소자에 접속된 제1 전극 층(1721)의 일부는 이러한 개별 변환기 소자에 대한 신호 전극으로서 작용할 수 있다. 유사하게, 제2 전극 층(1722)은 접지 전극으로서 작용할 수 있다. 개별 변환기 소자 전극은 전자 회로에 상호접속될 수 있고, 이 전자 회로는 음향파 생성 및 감지를 제공할 수 있다.

선택적인 음향 매칭 층은 압전 층(1706)에 상호접속할 수 있다. 도 17의 초음파 변환기 시스템(1700)은 단일의 선택적인 매칭 층(1707)을 보여준다. 선택적인 매칭 층의 존재 및 수는 도 17에 도시된 구성으로부터 변할 수 있다. 변환기(1715)는, 압전 층(1706)에 부착된 임의의 선택적인 매칭 층을 따라, 이 압전 층(1706)을 포함한다.

압전 층(1706)은 전기 에너지를 기계 에너지로 그리고 기계 에너지를 전기 에너지로 전환하도록 작동가능한 기계적 능동 층일 수 있고, 도 13의 압전 층(1306)을 참조하여 상기 기재된 임의의 물질을 포함할 수 있다. 도 17의 변환기(1715)는 음향면(1714)을 포함한다. 각각의 개별 변환기 소자는 변환기(1715)의 다이싱 동안 생성된 커프(예를 들면, 분리된 섹션(1709c)과 분리된 섹션(1709d) 사이의 커프(1710))에 의해 이웃하는 소자로부터 분리될 수 있다.

초음파 변환기 시스템(1700)의 백킹(1701)은 도 11을 참조하여 상기 기재된 복합재 물질을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 백킹(1701)은 지지체 물질의 층(1702)이 삽입된 하나 이상의 다공성-중합체 시트, 예컨대 시트(1703a), 시트(1703b) 및 시트(1703c)를 포함할 수 있다. 지지체 물질은 예를 들면 에폭시를 포함할 수 있다. 각각의 다공성-중합체 시트(1703a, 1703b 및 1703c)는 다공성 PTFE를 포함할 수 있다. 각각의 다공성-중합체 시트(1703a, 1703b 및 1703c)는 복수의 쓰루 홀, 예컨대 쓰루 홀(1708)을 포함할 수 있다. 복수의 쓰루 홀은 지지체 물질(1702)로 적어도 부분적으로 충전될 수 있다.

도 17은 다공성-중합체 시트(1703a, 1703b 및 1703c)의 3개의 층을 포함하는 백킹(1701)을 도시하고 있다. 다양한 실시양태는 단일의 다공성-중합체 시트, 2개의 다공성-중합체 시트, 또는 4개 이상의 다공성-중합체 시트를 사용할 수 있다. 다공성-중합체 시트에서 홀 패턴은 도 17에 도시된 것으로부터 변할 수 있다. 홀 크기, 양 및 패턴은 원하는 기계적 및/또는 음향 특성을 달성하도록 변할 수 있다.

도 17에 도시된 바대로, 지지체 물질(1702)은 다공성-중합체 시트(1703a, 1703b 및 1703c)를 완전히 캡슐화한다. 이러한 구성은 개별 다공성-중합체 시트(1703a, 1703b 및 1703c)를 예비 절단하고 이어서 이를 지지체 물질(1702) 내에서 캡슐화함으로써 달성할 수 있다.

대안적으로, 백킹(1701)은 단일의 초음파 변환기 시스템(1700)에 필요한 것보다 더 큰 크기로 제조할 수 있다. 예를 들면, 단일의 초음파 변환기 시스템(1700)에 필요한 것보다 몇 배 더 큰 백킹 물질의 시트가 제공될 수 있다. 크기가 유사한 압전 물질의 층은 바람직할 수 있는 임의의 선택적인 매칭 층을 따라 백킹 물질의 시트에 상호접속될 수 있다. 이어서, 이러한 어셈블리는 압전 물질의 스트립 사이에 커프를 생성하도록 다이싱될 수 있다. 이어서, 커프는 충전될 수 있다. 이어서, 전체 어셈블리는 개별 초음파 변환기 시스템 예컨대 도 17의 초음파 변환기 시스템(1700)으로 전달될 수 있다.

이와 관련하여, 백킹(1701)은 백킹(1701)의 측면을 따라 노출된 개별 다공성-중합체 시트(1703a, 1703b 및 1703c)의 엣지와 함께 (예를 들면, 슬라이싱에 의해) 이의 최종 크기로 감소될 수 있다. 초음파 변환기 시스템(1700)의 용도 및 작업 환경에 따라, 개별 다공성-중합체 시트(1703a, 1703b 및 1703c)의 엣지는 노출된 채 남아 있을 수 있거나 또는 엣지는 (예를 들면, 에폭시 층을 백킹(1701)의 엣지 주위에 배치함으로써) 제조 단계에서 실링할 수 있다. 엣지는 실링하여 예를 들면, 물질이 다공성-중합체 시트의 기공으로 진입하는 것을 방지하거나 또는 추가의 기계적 통합성을 제공할 수 있다.

초음파 변환기 시스템(1700)의 개별 변환기 소자에 대한 전기 상호접속은 도 13의 초음파 변환기 시스템(1300)과 관련하여 상기 기재된 것과 유사한 방식으로 달성할 수 있다. 예를 들면, 각각의 개별 변환기 소자의 제1 전극 층(1721)에 대한 전기 상호접속은 제1 전극 층(1721)을 변환기(1715)의 엣지를 따라 전기로 상호접속시킴으로써 달성할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극 층(1721)에 대한 전기 상호접속은 도 15(예를 들면, 백킹(1701)을 통한 드릴링 및 도금) 및 도 16(예를 들면, 상호접속 어셈블리(1603)와 유사한 상호접속 어셈블리를 이용하여)을 참조하여 상기 기재된 것과 유사한 방식으로 백킹(1701)을 통해 전기로 접속시킴으로써 달성할 수 있다.

예를 들면, 일단 초음파 프로브 내에 위치하면, 초음파 변환기 시스템(1700)은 음향면(1714)이 초음파 프로브의 외부 부분에 근접하도록 배향시킬 수 있다. 따라서, 초음파 변환기 시스템(1700)의 배면(예를 들면, 압전 층(1706)으로부터 반대편의 백킹(1701)의 배면)은 초음파 프로브의 외부 부분으로부터 멀리 향하고 초음파 프로브의 내부 부분 쪽으로 향한다. 이와 관련하여, 백킹(1701)의 배면은 예를 들면 공기를 함유할 수 있는 초음파 프로브의 내부 환경에 노출될 수 있다.

도 17은 상승 축(1704)을 따라 일직선인 초음파 변환기 시스템(1700)을 보여주고 있다. 대안적인 구성에서, 초음파 변환기 시스템(1700)의 개별 변환기 소자는 상승 축(1704)을 따라 곡선화될 수 있다.

도 17은 도 9 내지 도 11을 참조하여 기재된 물질과 유사한 백킹(1701)을 갖는 초음파 변환기 시스템(1700)을 도시하고 있다. 초음파 변환기 시스템(1700)은 또한 도 8a 및 도 8b를 참조하여 기재된 백킹 물질을 사용하여 구성될 수 있다는 것이 주목된다.

도 18 및 도 19는 도 17의 초음파 변환기 시스템(1700)의 예시적인 용도를 도시하고 있다. 도 18은 초음파 변환기를 포함하는 카테터(1800)를 도시하고 있다. 카테터(1800)는 초음파 변환기를 둘러싸는 외부 쉘(1801) 및 상호접속된 관(1802)을 포함한다. 이 상호접속된 관(1802)은 초음파 변환기를 초음파 영상 장치(도시되지 않음)와 전기로 상호접속시키는 전기 전도성 통로를 포함할 수 있다. 카테터(1800) 내의 초음파 변환기는 음향 에너지의 빔이 영상 판(1808)을 통해 이동할 수 있도록 장축(1805) 및 상승 축(1804)을 따라 배향될 수 있다.

음향파 형태의 초음파 에너지는 환자의 내부 구성물로 지시될 수 있다. 음향파는 다양한 내부 특징물과 상호작용하고 이를 반향할 수 있다. 이어서, 이러한 반향은 카테터(1800) 내에 초음파 변환기에 의해 검출될 수 있고 초음파 영상 장치에 의해 환자의 내부 구성물의 영상으로서 디스플레이될 수 있다.

도 19는 도 18의 카테터(1800)의 단면선 D-D를 따른 단면도이다. 변환기(1715) 및 백킹(1701)을 포함하는 초음파 변환기 시스템(1700)은 외부 쉘(1801) 내에 배치된다. 카테터(1800)는 또한 초음파 변환기 시스템(1700)에 전기로 상호접속하는 전기 상호접속 어셈블리(1904)를 포함한다. 전기 상호접속 어셈블리(1904)는 예를 들면 W.L. Gore & Associates, Inc.(미국 델라웨어주 뉴어크 소재)로부터 구입가능한 GORE™ MicroFlat Ribbon Cable일 수 있다. 카테터(1800)는 또한 워킹 채널(1905)을 포함할 수 있다.

백킹(1701)은 예를 들면 도 8a 내지 도 11을 참조하여 기재된 실시양태에 따라 구성할 수 있다. 백킹(1701)이 (전통적인 초음파 변환기 백킹 물질에 비해) 단위 두께 당 높은 감쇠를 갖는 다공성-중합체 시트를 포함할 수 있으므로, 백킹(1701)은 전통적인 백킹 물질(예를 들면, 에폭시, 실리콘 고무)로부터 제조된 유사한 감쇠능의 백킹보다 더 얇을 수 있는 것으로 이해된다. 더 얇은, 경직성 백킹(1701)은 몇가지 이점을 갖는다. 예를 들면, 둥근 카테터 예컨대 카테터(1800)에서, 백킹 두께가 감소하면서, 초음파 변환기 시스템(1700)의 최대 폭이 증가할 수 있다. 또한, 백킹 두께가 감소하면서, 카테터 내의 다른 성분에 대해 이용가능한 여유공간이 증가하고/하거나 카테터의 전체 크기가 감소할 수 있다. 백킹(1701)의 경직성은 또한 보충적인 지지체 부재를 필요로 하지 않으면서 변환기(1715)를 지지하고/하거나 배치하도록 작동가능할 수 있다. 추가로, 변환기(1715)를 백킹(1701)을 통해 전기로 상호접속시키는 상기 기재된 방법은 결과적으로 변환기(1715)의 엣지를 따른 전기 접속에 대한 필요를 제거할 수 있고 따라서 변환기(1715) 및 백킹(1701)은 카테터(1800)의 외부 쉘(1801)로 확장되거나, 또는 이에 가까워질 수 있다.

본원에 기재된 음향 감쇠 재료는 광범위한 위치에서 사용할 수 있다. 상기 기재된 바대로, 음향 감쇠 재료는 프로브 어셈블리(1200)의 하우징(1201)의 내부성분을 정렬하는데 사용할 수 있다. 도 20은 음향 감쇠 재료(2001)가 지지체 구조(2002)에 상호접속(예를 들면, 에폭시에 의해 결합)되어 음향 에너지-흡수 패널(2000)을 형성하는 예시적인 실시양태를 도시하고 있다. 이러한 패널(2000)은 음향 에너지를 흡수하기 위해 아주 다양한 위치에서 배치할 수 있다. 예를 들면, 패널은 선결정된 용적 내에 위치할 수 있고, 여기서 음향 에너지의 수준을 선결정된 용적 내에 감소시키는 것이 바람직하다. 패널(2000)은 상기 기재된 하나 이상의 음향 감쇠 재료를 포함할 수 있다.

도 21은 음향 에너지를 감쇠시키기 위한 방법의 흐름 다이아그램이다. 흐름 다이아그램이 특정한 단계를 특정한 순서로 도시하고 있지만, 이는 예시적인 목적만을 위한 것이고 단계의 순서는 도 21에 도시된 것으로부터 재배열될 수 있다. 제1 단계(2101)는 부재를 감쇠시키고자 하는 음향 에너지의 경로에 배치하는 단계를 포함한다. 부재는 다공성 중합체 및 지지체 물질을 포함할 수 있다. 다공성 중합체는 PTFE, 우레탄, 폴리스티렌, 실리콘, 불소중합체, 폴리올레핀(예를 들면, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

다공성 중합체는 직포 섬유의 하나 이상의 층의 형태일 수 있다. 지지체 물질은 직포 섬유들 사이의 공극 공간의 일부를 차지할 수 있다.

다공성 중합체는 부직포 시트의 복수의 개별 층의 형태일 수 있다. 예를 들면, 다공성 중합체의 복수의 층은 지지체 물질의 복수의 층이 삽입될 수 있다. 시트는 연속적일 수 있거나 또는 시트는 천공(perforated)될 수 있다. 시트가 천공되는 실시양태에서, 지지체 물질은 천공을 적어도 부분적으로 충전할 수 있다.

배치 단계는 부재를 부재의 전면이 접촉하고 있는 표면에 인접하게 배치하는 것을 포함할 수 있다. 배치 단계는 부재를 선결정된 용적 내에 배치하여 음향 에너지를 선결정된 용적 내에 감소시키는 것을 포함할 수 있다.

제2 단계(2102)는 음향 에너지의 적어도 일부를 부재 내에 흡수시키는 단계일 수 있다. 부재가 표면에 인접하게 배치되는 실시양태에서, 흡수 단계는 이 표면으로부터 발산하는 음향 에너지를 부재 내에 흡수시키고 부재의 후면의 입사하는 음향 에너지를 부재 내에 흡수시키는 단계를 포함할 수 있다.

제3 단계(2103)는 다공성 중합체를 지지체 물질로 지지하는 단계일 수 있다. 이 단계는 예를 들면 직포 다공성 중합체의 층을 지지체 물질의 매트릭스 내에 캡슐화함으로써, 또는 다공성 중합체의 복수의 층을 지지체 물질의 복수의 층으로 삽입함으로써 달성할 수 있다.

도 22는 초음파 변환기의 배면에 입사하는 음향 에너지를 감소시키는 방법의 흐름 다이아그램이다. 흐름 다이아그램이 특정한 단계를 특정한 순서로 도시하고 있지만, 이는 예시적인 목적만을 위한 것이고 단계의 순서는 도 22에 도시된 것으로부터 재배열될 수 있다. 음향 에너지는 10O kHz 내지 100 MHz의 주파수를 가질 수 있다.

제1 단계(2201)는 다공성 중합체를 포함하는 재료의 층을 제공하는 것을 포함한다. 다공성 중합체는 직포 또는 부직포일 수 있다. 재료의 층은 전면 및 후면을 가질 수 있다. 재료의 층은 또한 지지체 물질을 포함할 수 있다. 직포 다공성 중합체를 포함하는 실시양태에서, 직포 다공성 중합체의 층은 지지체 물질의 매트릭스 내에 캡슐화될 수 있다.

부직포 다공성 중합체를 포함하는 실시양태에서, 부직포 다공성 중합체는 지지체 물질의 복수의 시트가 삽입된 복수의 시트의 형태일 수 있다. 시트는 연속적일 수 있거나 또는 시트는 천공될 수 있다. 시트가 천공되는 실시양태에서, 지지체 물질은 천공을 적어도 부분적으로 충전할 수 있다.

제2 단계(2202)는 재료의 전면이 대면 관계로 초음파 변환기의 배면에 인접하게 있도록 재료를 위치시키는 단계일 수 있다. 재료의 후면은 유체 예컨대 가스와 접촉할 수 있다. 유체는 예를 들면 초음파 프로브 케이싱 내에 또는 초음파 변환기를 포함하는 카테터 내에 함유된 공기일 수 있다.

다음 단계(2203)는 초음파 변환기의 배면으로부터 발산하는 음향 에너지를 흡수시키는 단계일 수 있다. 이후의 단계(2204)는 재료의 후면에 입사하는 음향 에너지를 흡수시키는 단계일 수 있다. 이와 관련하여, 흡수된 에너지는 초음파 변환기의 배면에 도달하여 초음파 변환기의 작동을 방해하는 것으로부터 방지할 수 있다.

상기 기재된 설명이 음향 감쇠 재료 및 초음파 프로브 어셈블리와 관련된 실시양태를 일반적으로 기재하고 있지만, 본원에 기재된 실시양태는 음향 감쇠가 바람직한 다른 용도에서 그리고 다른 초음파 변환기 구성에서 이용할 수 있다.

상기 기재된 실시양태에 대한 추가 변형 및 확장은 당해 분야의 숙련된 당업자에게 명확할 것이다. 이러한 변형 및 확장은 후술하는 청구의 범위에 의해 한정되는 바대로 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (186)

1. 음향면 및 배면을 갖는 능동 층(active layer); 및 상기 배면에 상호접속된(interconnected) 백킹을 포함하는 초음파 변환기 시스템으로서,

   상기 능동 층은 하나 이상의 초음파 변환기 소자(transducer element)를 포함하고, 상기 배면은 상기 능동 층의 음향면의 반대측에 있고, 상기 백킹은 다공성을 갖는 중합체를 포함하는 하나 이상의 막과 복수의 중합체 지지체 층을 포함하고, 상기 하나 이상의 막의 각각에는 상기 복수의 중합체 지지체 층이 삽입되는(interleaved) 것인 초음파 변환기 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 초음파 변환기 소자 중 하나 이상은 평면형인 것인 초음파 변환기 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 초음파 변환기 소자 중 하나 이상은 곡선형인 것인 초음파 변환기 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 막의 각각은 복수의 쓰루 홀(through hole)을 포함하고, 상기 복수의 중합체 지지체 층은 중합체 지지체 물질을 포함하고, 상기 복수의 쓰루 홀의 적어도 일부는 중합체 지지체 물질로 충전되는 것인 초음파 변환기 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 막의 상기 복수의 쓰루 홀의 적어도 일부는 인접한 막의 복수의 쓰루 홀의 적어도 일부와 정렬되지 않는 것인 초음파 변환기 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 막의 상기 복수의 쓰루 홀의 대다수는 인접한 막의 복수의 쓰루 홀과 정렬되지 않는 것인 초음파 변환기 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 막의 상기 복수의 쓰루 홀의 전부는 인접한 막의 복수의 쓰루 홀과 정렬되지 않는 것인 초음파 변환기 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 막은 PTFE, 우레탄, 폴리스티렌, 불소중합체, 실리콘 및 폴리올레핀으로 구성된 군으로부터 선택되는 중합체를 포함하는 것인 초음파 변환기 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 막은 다공성 PTFE을 포함하는 것인 초음파 변환기 시스템.
10. 제8항에 있어서, 상기 복수의 중합체 지지체 층은 에폭시, THV, FEP, PTFE, PES, EFEP, PET, PEEK, PEI, PC 및 LCP로 구성된 군으로부터 선택되는 지지체 물질을 포함하는 것인 초음파 변환기 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 막의 각각은 두께가 1 내지 200 마이크론이고, 상기 복수의 중합체 지지체 층의 각각은 두께가 1 내지 200 마이크론인 것인 초음파 변환기 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 막 및 상기 복수의 중합체 지지체 층의 각각은 상기 능동 층에 평행하게 배향되는 것인 초음파 변환기 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 막 및 상기 복수의 중합체 지지체 층의 각각은 상기 능동 층에 대하여 일정한 각도로 배향되는 것인 초음파 변환기 시스템.
14. 제1항에 있어서, 상기 백킹은 상기 복수의 막을 포함하고, 상기 복수의 막의 각각은 1 내지 800 마이크론의 두께를 갖고, 상기 복수의 중합체 지지체 층의 각각은 1 내지 500 마이크론의 두께를 갖는 것인 초음파 변환기 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 막은 PTFE, 우레탄, 폴리스티렌, 불소중합체, 실리콘 및 폴리올레핀으로 구성된 군으로부터 선택되는 중합체를 포함하는 것인 초음파 변환기 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 복수의 막은 다공성 PTFE을 포함하는 것인 초음파 변환기 시스템.
17. 제15항에 있어서, 상기 복수의 막의 각각은 복수의 쓰루 홀을 포함하고, 상기 복수의 중합체 지지체 층 및 상기 복수의 쓰루 홀의 적어도 일부는 에폭시, THV, FEP, PTFE, PES, EFEP, PET, PEEK, PEI, PC 및 LCP로 구성된 군으로부터 선택되는 지지체 물질로 충전되는 것인 초음파 변환기 시스템.
18. 제15항에 있어서, 상기 복수의 중합체 지지체 층은 열경화성 물질, 열가소성 물질, 불소중합체 및 에폭시로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 초음파 변환기 시스템.
19. 제14항에 있어서, 인접한 막과 중합체 지지체 층 사이에 배치된 복수의 상호접속 층을 추가로 포함하고, 상기 복수의 상호접속 층의 각각은

    제1 면 및 제2 면을 갖는 접착제 캐리어;

    상기 제1 면 상에 배치된 제1 접착제 층; 및

    상기 제2 면 상에 배치된 제2 접착제 층

    을 포함하는 것인 초음파 변환기 시스템.
20. 제19항에 있어서, 상기 복수의 상호접속 층은 상기 인접한 막과 중합체 지지체 층을 서로에게 결합시키도록 작동가능한 것인 초음파 변환기 시스템.
21. 제1항에 있어서, 상기 백킹을 통한 복수의 연속 통로를 추가로 포함하고, 상기 복수의 연속 통로는 전기 전도성 물질로 적어도 부분적으로 충전되고, 상기 복 수의 연속 통로의 각각은 상기 백킹을 통한 전기 전도성 경로를 제공하도록 작동가능한 것인 초음파 변환기 시스템.
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185. 제4항에 있어서, 상기 복수의 중합체 지지체 층은 에폭시, THV, FEP, PTFE, PES, EFEP, PET, PEEK, PEI, PC 및 LCP로 구성된 군으로부터 선택되는 지지체 물질을 포함하고, 상기 복수의 쓰루 홀의 적어도 일부는 에폭시, THV, FEP, PTFE, PES, EFEP, PET, PEEK, PEI, PC 및 LCP로 구성된 군으로부터 선택되는 지지체 물질로 충전되는 것인 초음파 변환기 시스템.
186. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 막은 부직포 막인 것인 초음파 변환기 시스템.

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