(57)【要約】【課題】安価な多重ツイスト音響アレイおよびその製造方法を提供する。【解決手段】多重ツイストアレイ（１２）または回転アレイが提供される。例えば形状記憶合金（８６）により、エレメント（２４）の多重列を平坦なサブストレート上に作製することができる。合金（８６）の記憶は、異なる列を異なるやり方でツイストするためにアクティベートされる。ここでは２つの隣接する平行なアレイ（１２）が反対方向に回転される。所定のツイストに沿って異なるアパーチャを選択することにより、アパーチャのエレメント（２４）の方向が異なるので異なる平面が走査される。異なる回転アレイ（１２）上で異なるアパーチャを選択することにより、大容積（４４，４８）を走査することができる。【選択図】図１
2010088877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響トランスデューサ用のシステム（１０）であって、該システムは、
・第１のアレイ（１２）の第１の放射面（２２）を規定する第１のアレイ（１２）の複数の第１のエレメント（２４）を有し、
前記第１のエレメント（２４）はアジマス軸に沿って離間されており、
前記第１のアレイ（１２）の第１のエレメント（２４）のいくつかは、前記アジマス軸を中心に別の第１のエレメント（２４）に対してツイストされるように回転されており、
前記第１の放射面（２２）は、回転に基づき異なる方向に角付けられており、
・第２のアレイ（１２）の第２の放射面（２２）を規定する第２のアレイ（１２）の複数の第２のエレメント（２４）を有し、
前記第２のエレメント（２４）はアジマス軸に沿って離間されており、
前記第２のアレイ（１２）の第２のエレメント（２４）のいくつかは、前記アジマス軸を中心に別の第２のエレメント（２４）に対してツイストされるように回転されており、
前記第２の放射面（２２）は、回転に基づき異なる方向に角付けられており、
そして
・電気導体（１４）がそれぞれ第１のエレメントと第２のエレメント（２４）を接続する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステム（１０）であって、
前記第１のエレメント（２４）は、アジマス軸を中心に第１のヘリカルパターンで回転されており、
前記放射面（２２）は回転に基づいてツイストされており、
前記第２のエレメント（２４）は、アジマス軸を中心に第２のヘリカルパターンで回転されており、
前記放射面（２２）は回転に基づいてツイストされている、システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステム（１０）であって、
前記第１のアレイ（１２）の対向端部にある前記エレメント（２４）は、アジマス軸を中心に相互に少なくとも１０°だけ回転されており、
前記第１の放射面（２２）はアジマス軸を中心に少なくとも１０°だけ回転されている、システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステム（１０）であって、
第１のエレメント（２４）の少なくとも５５個がアジマス軸に沿っており、
各第１のエレメント（２４）は少なくとも１つの隣接するエレメント（２４）に対して回転されている、システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステム（１０）であって、
前記第１および第２のそれぞれのエレメントに対する導体（１４）は、シングルアレイ（１２）としてアドレシング可能である、システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステム（１０）はさらに、
第１と第２のエレメント（２４）を回転位置に保持する形状記憶合金（８６）を有する、システム。
【請求項７】
請求項１記載のシステム（１０）はさらに、
経食道プローブ（１１）を有し、
前記第１と第２のアレイ（１２）は前記プローブ（１１）内に、前記第１と第２のエレメント（２４）が回転された位置で位置決めされている、システム。
【請求項８】
請求項１記載のシステム（１０）はさらに、
前記導体（１４）と接続されたビーム整形器（１６）を有し、
該ビーム形成器（１６）は、隣接する一群の第１と第２のエレメント（２４）により形成された複数のアパーチャから走査し、
３次元データセットを、前記ビーム形成器（１６）による走査の関数として生成するプロセッサ（１８）をさらに有する、システム。
【請求項９】
請求項１記載のシステム（１０）であって、
前記第１と第２のアレイ（１２）は隣接する第１と第２の端部にそれぞれ接続されており、反対方向に回転されている、システム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステム（１０）はさらに、
前記第１と第２のアレイ（１２）に接続された第３と第４のアレイ（１２）を有し、
前記第３と第４のアレイ（１２）はツイストされた関係で回転しており、
前記第１，第２，第３，および第４のアレイ（１２）は、当該第１，第２，第３および第４のアレイ（１２）の隣接する一つとは反対方向に回転している、システム。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項記載のエレメント（２４）の医用超音波トランスデューサにおける使用法であって、
前記複数のエレメント（１２）は少なくとも２つのヘリカル体に配置され、
ここで少なくとも１つのエレメント（２４）の異なるグループがグループごとに少なくとも２つのヘリカル体の各アジマス軸に沿って離間されており、
前記複数のエレメントは、上下方向に積層された異なる平面領域（５８，６０，６２）を走査することができ、
前記複数のエレメントはアジマス方向に同等の広がりを有し、
異なる平面領域が少なくとも２つのヘリカル体の異なる１つを使用して走査される、使用法。
【請求項１２】
請求項１１記載の使用法であって、
各ヘリカル体のエレメント（２４）はトランスデューサの放射面（２２）を規定し、
前記放射面（２２）は、ヘリカル体に基づき異なる方向に角付けられている、使用法。
【請求項１３】
請求項１１記載の使用法であって、
トランスデューサの各ヘリカル体の対向端部にある前記エレメント（２４）は、アジマス軸を中心に相互に少なくとも１０°だけ回転されている、使用法。
【請求項１４】
請求項１１記載の使用法であって、
各エレメント（２４）はアジマス方向に実質的に波長と同じに、または波長より小さく離間されており、
さらに前記エレメント（２４）をヘリカル体に位置決めする形状記憶合金（８６）を有する、使用法。
【請求項１５】
請求項１４記載の使用法であって、
前記ヘリカル体はアレイ（１２）に実質的に平行であり、
前記アレイは両方のヘリカル体を支持する一体構造の形状記憶合金（８６）を備える、使用法。
【請求項１６】
請求項１１記載の使用法であって、
トランスデューサは経食道トランスデューサである、使用法。
【請求項１７】
請求項１１記載の使用法であって、
少なくとも２つのヘリカル体は少なくとも３つのヘリカル体を有する、使用法。
【請求項１８】
音響トランスデューサにより走査する方法であって、該走査方法は次のステップを有する：
・第１のアパーチャ（５２）をエレメント（２４）の第１のアレイ（１２）上に形成するステップ（４２）、
前記エレメント（２４）の第１のアレイ（１２）は第１の縦軸を中心にツイストされており；
・第１の平面（５８）を前記第１のアパーチャにより走査するステップ（４４）；
・別の第２のアパーチャ（５４）を前記エレメント（２４）の第１のアレイ（１２）上に形成するステップ（４６）、
前記第２のアパーチャ（５４）は、前記第１のアパーチャ（５２）がアジマス方向に前記エレメント（２４）の第１のアレイ（１２）に沿って移動したものに相当し、
前記第１のアレイ（１２）のエレメント（２４）は、前記第１の縦軸を中心にツイストされたエレメント（２４）により規定されるラインと同じラインに沿っており；
・別の第２の平面（６０）を前記第２のアパーチャ（５４）により走査するステップ（４８）、
前記第２の平面（６０）の位置は、前記第２のアパーチャ（５４）のエレメント（２４）ではなく前記第１のアパーチャ（５２）のエレメント（２４）に関連するツイストの別の角度に相当し；
・形成ステップと走査ステップを、第２の縦軸を中心にツイストされたエレメント（２４）の第２のアレイ（１２）により反復し、
ここで前記第３の平面と第４の平面（６２）に対する反復は、第１の平面と第２の平面（５８，６０）とは異なり；
・３次元表示を、走査データと第１，第２，第３，第４の平面の相対位置の関数として生成するステップ、
を有する走査方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の走査方法であって、
前記第２と第４の平面は、それぞれ第１および第３の平面に隣接するが、共面ではなく、
第１，第２，第３および第４の平面の走査の縦広がりと深さ広がりは実質的に同じである、走査方法
【請求項２０】
請求項１８記載の走査方法であって、
前記走査ステップ（４４，４８）では、経食道プローブ（１１）からの走査を行う、走査方法。
【請求項２１】
音響アレイ（１２）の製造方法であって、該製造方法は次のステップを有する：
・アレイ（１２）の超音波素子の第１の複数と第２の複数とを形状記憶合金により結合するステップ；
・前記アレイ（１２）の幾何形状を、第１の複数に対しては形状記憶合金により第２の複数に対するのとは異なって、アレイを含むトランスデューサプローブ（１１）の製造中に変化するステップ、
を有する製造方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の製造方法はさらに、
・前記第１の複数と第２の複数の幾何形状を、後でのすべての使用のために変化した後に固定する、製造方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の製造方法であって、
トランスデューサプローブ（１１）は経食道プローブ（１１）を有し、
前記アレイ（１２）は前記経食道プローブ（１１）内にあり、前記固定は患者に挿入する前の固定である、製造方法。
【請求項２４】
請求項２１記載の製造方法であって、
前記形状記憶合金（８６）は超弾性合金（８６）を有し、さらに製造中に幾何形状を変形し、
前記変化は、前記アレイ（１２）を前記超弾性合金（８６）により元に戻す変化を含む、製造方法。
【請求項２５】
請求項２１記載の製造方法であって、
前記形状記憶合金（８６）は、加熱による形状記憶合金（８６）を含む、製造方法。
【請求項２６】
請求項２１記載の製造方法であって、
前記形状記憶合金（８６）は、変化前には実質的に平坦な形状を有し、
前記変化は、少なくとも２つの別個のヘリカル形状を、当該２つの別個のヘリカル形状の端部に隣接するよう形状記憶合金（８６）により相互に結合する変化を含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許明細書は、２００６年１１月２８日出願の出願番号１１／６０５，７３８の継続出願である２００７年９月２１日出願の出願番号１１／９０３，２８７の継続出願である。これらの開示内容を参照として取り入れる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は医用超音波用の音響アレイに関する。音響アレイは半導体または圧電材料から作製される。圧電材料は固体圧電体または合成物を含む。この材料は音響エネルギと電気エネルギを変換する。
【０００３】
この材料はエレメントに分割され、圧電材料のスラブがエレメントの線形アレイにダイシングされる。剛性の支持体または擬似剛性の支持体に取り付けることにより、エレメントのアレイは所望の平坦な放射面を維持する。エレメントの配列は、湾曲した線形アレイのために湾曲させることもできる。例えば圧電合成材料から作製されるアレイが湾曲される。エレメントの端部はアジマス軸から離れて配置される。アレイの放射面は、上下はフラットであるが、アジマス軸に沿って湾曲している。
【０００４】
複数の２次元アレイが３次元画像形成のために使用される。トランスデューサ材料は２次元に沿ってエレメント内で分割される。しかしエレメント数が膨大になる。択一的に一つの方向で、１次元アレイがウォーブトランスデューサになるよう機械的に操作する。しかし機械的操作はスペースを必要とし、複雑である。
【０００５】
音響アレイは、カテーテル、経食道プローブ、または患者に挿入する他のデバイスに配置することができる。カテーテルまたはプローブの大きさのため、導体または機械的構造に対するスペースに制限がある。しかしカテーテルから３次元で走査する能力が、例えば切除処置のために所望される。
【０００６】
例えば米国特許出願番号２００６／０１７３３４８は、１次元アレイを容積画像形成のためにカテーテル内でツイストすることを開示する。別の例として、米国特許出願番号２００７／００６６９０２は、多次元アレイを容積画像形成のために拡張するようヒンジ結合することを開示する。このヒンジは、作用のために形状記憶金属を使用することができる。
【０００７】
他の複雑なアレイ幾何形状も使用される。しかしこのようなアレイは複雑であり、高価な製造技術を必要とする。所望の曲率に適合する部材に適した取付け具およびコンポーネントは、材料コスト、工具コストおよび労力コストを上昇させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願番号２００６／０１７３３４８
【特許文献２】米国特許出願番号２００７／００６６９０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、医用超音波用の安価な多重ツイスト音響アレイおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、音響トランスデューサ用のシステムであって、該システムは、
・第１のアレイの第１の放射面を規定する第１のアレイの複数の第１のエレメントを有し、
前記第１のエレメントはアジマス軸に沿って離間されており、
前記第１のアレイの第１のエレメントのいくつかは、前記アジマス軸を中心に別の第１のエレメントに対してツイストされるように回転されており、
前記第１の放射面は、回転に基づき異なる方向に角付けられており、
・第２のアレイの第２の放射面を規定する第２のアレイの複数の第２のエレメントを有し、
前記第２のエレメントはアジマス軸に沿って離間されており、
前記第２のアレイの第２のエレメントのいくつかは、前記アジマス軸を中心に別の第２のエレメントに対してツイストされるように回転されており、
前記第２の放射面は、回転に基づき異なる方向に角付けられており、
・電気導体がそれぞれ第１のエレメントと第２のエレメントを接続する、
ことを特徴とするシステムによって解決される。
【発明の効果】
【００１１】
最初に説明する以下の有利な実施例には、方法、システム、使用法およびトランスデューサが含まれている。多重ツイストアレイまたは回転アレイが提供される。例えば形状記憶合金により、エレメントの多重列を平坦なサブストレート上に作製することができる。合金の記憶は、異なる列を異なるやり方でツイストするためにアクティベートされる。ここでは２つの隣接する平行なアレイが反対方向に回転される。所定の回転アレイに沿って異なるアパーチャを選択することにより、アパーチャのエレメントの方向が異なるので異なる平面が走査される。異なる回転アレイ上で異なるアパーチャを選択することにより、大容積を走査することができる。
【００１２】
第１の側面では、音響トランスデューサ用のシステムが開示される。第１のアレイの第１のエレメントの第１の複数が、第１のアレイの第１の放射面を規定する。第１のエレメントはアジマス軸に沿って離間されている。第１のアレイの第１のエレメントのいくつかはアジマス軸を中心に、別の第１のエレメントに対してツイストされるように回転される。第１の放射面は、回転に基づき異なる方向に角付けられる。第２のアレイの第２のエレメントの第２の複数が、第２のアレイの第２の放射面を規定する。第２のエレメントはアジマス軸に沿って離間されている。第２のアレイの第２のエレメントのいくつかはアジマス軸を中心に、他の第２のエレメントに対してツイストされるように回転される。第２の放射面は、回転に基づき異なる方向に角付けられる。電気導体がそれぞれ第１のエレメントと第２のエレメントを接続する。
【００１３】
第２の側面では、エレメントの医用超音波トランスデューサでの使用法が開示される。エレメントは少なくとも２つのヘリカル体に配置される。少なくとも１つのエレメントの異なるグループがグループごとに少なくとも２つのヘリカル体のアジマス軸に沿って離間される。エレメントは、上下方向に積層された異なる平面領域を走査することができる。エレメントはアジマス方向に同等の広がりを有し、異なる平面領域が少なくとも２つのヘリカル体の異なる１つを使用して走査される。
【００１４】
第３の側面では、音響トランスデューサによる走査方法が開示される。第１のアパーチャが、エレメントの第１のアレイ上に形成される。エレメントの第１のアレイは、第１の縦軸を中心にツイストされている。第１の平面は、第１のアパーチャにより走査される。別の第２のアパーチャが、エレメントの第１のアレイ上に形成される。第２のアパーチャは、第１のアパーチャがアジマス方向にエレメントの第１アレイに沿って移動したものに相当する。第１のアレイのエレメントは、第１の縦軸を中心にツイストされたエレメントにより規定されるラインと同じラインに沿っている。別の第２の平面は第２のアパーチャにより走査される。第２の平面の位置は、第２のアパーチャのエレメントではなく第１アパーチャのエレメントに関連するツイストの別の角度に相当する。前記形成ステップと走査ステップは、第２縦軸を中心にツイストされたエレメントの第２アレイにより反復される。第３の平面と第４の平面に対する反復は、第１の平面および第２の平面とは異なる。３次元表示が走査データと、第１，第２，第３，第４平面の相対位置の関数として生成される。
【００１５】
第４の側面では、音響アレイの製造方法が開示される。アレイの超音波素子の第１の複数と第２の複数とが形状記憶合金により結合される。アレイの幾何形状は、第１の複数に対しては形状記憶合金により第２の複数に対するのとは異なって、アレイを含むトランスデューサプローブの製造中に変化される。
【００１６】
本発明は以下に続く特許請求の範囲によって規定されるが、以下の詳細な説明はこれらの請求項に基づく限定として解釈すべきものではない。さらに本発明のさらなる有利な側面および利点は、以下の明細書で有利な実施例に基づいて説明され、請求の範囲において独立的または組合せで権利主張される。
【００１７】
図の各構成要素は必ずしも縮尺通りに描かれてはおらず、本発明の原理を示すために拡大されていることがあることに注意されたい。さらに、各図面では、相応する部分を指示する参照番号は、異なった図面でも全体を通じて同じである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ヘリカルトランスデューサアレイの部分の実施例を示す概略図である。
【図２】カテーテル内にある図１のアレイの概略図である。
【図３】ツイスト音響アレイによる走査方法の実施例に対するフローチャートである。
【図４】図１のアレイによる３次元走査の実施例を示す概略図である。
【図５】図４のアレイに隣接する走査個所を示す概略図である。
【図６】音響アレイを使用する製造方法の実施例に対するフローチャートである。
【図７】形状記憶合金を備えるトランスデューサアレイの実施例の断面図である。
【図８】形状記憶合金を備えるトランスデューサアレイの実施例の断面図である。
【図９】トランスデューサアレイを製造するための形状記憶合金フレームの実施例を示す概略図である。
【図１０】形状記憶合金を備えるトランスデューサアレイの実施例の断面図である。
【図１１】形状記憶合金シートが２つの異なる位置にある実施例の概略図である。
【図１２】形状記憶合金シートが２つの異なる位置にある実施例の概略図である。
【図１３】多重ツイストアレイ形状記憶合金の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
アジマス軸に沿ってツイストされたヘリカルアレイを使用すると、異なる走査面を走査することができる。アパーチャをアジマス軸に沿って移動することにより、音響面の角度が変化する。容積をサンプリングすることができる。
【００２０】
例えばヘリカルアレイはアジマス軸に沿ってツイストしている。多数のエレメントを備えるヘリカルアレイを使用すると、種々異なる走査面を走査することができる。アパーチャをアジマス軸に沿って移動することにより、音響面の角度が変化する。容積をサンプリングすることができる。らせん幾何形状とこのようなアレイの使用は、米国公開出願第２００８０１２５６５９に開示されており、この開示内容を参照として取り入れる。ツイストは固定的、または持続的なものであるが、変化しても良い。
【００２１】
アレイは、超音波カテーテル、経食道プローブ（ＴＥＥ）、または患者に挿入する他のトランスデューサで使用することができる。ヘリカルアレイは患者の走査に使用することができる。例えばエレメントの上下端部または他の部分は、アジマス中心線が直線であるヘリカル体（例えば二重らせん体）に沿って配置される。例えば約２８°のような小さな角度でツイストすることにより、容積を走査することができる。アパーチャをカテーテルの軸に沿って移動することにより、カテーテルの側面に隣接する容積が走査される。カテーテルまたは他のツールは、容積走査から生成された３次元表示を使用して案内される。画像は、切除または他の処置の案内を支援することができる。
【００２２】
形状記憶合金または超弾性合金コンポーネントを超音波アレイ製造に使用することができる。これらの合金は、最終的合金幾何形状により調整を行うことができる。超弾性合金または形状記憶合金は、いずれかの幾何形状を維持するために、または単純なアレイ製造技術を使用して複雑な超音波アレイ幾何形状を形成するために使用することができる。
【００２３】
例えば形状記憶合金シートは、超音波アレイの裏面に取り付けられる。形状記憶合金は、らせん形状または湾曲した形状を記憶する。アレイ製造中、形状記憶合金シートはフラットな幾何形状を有する。フラットな幾何形状はアレイ製造を非常に簡単にする。引き続くカテーテル製造でのプラスチック溶接の際、または他の熱適用の際に、形状記憶合金は記憶したらせん形状または湾曲形状に復帰する。アレイを覆う熱可塑性物質は、アレイが形状記憶合金により規定される幾何形状を取るのに十分にソフトである。形状記憶合金をこのように使用することにより、平坦なアレイの形成に関連する単純なアレイ製造方法を使用して複雑なアレイ幾何形状を形成することができる。
【００２４】
別の実施例として、超弾性合金はプロセス全体を通じてアレイの平坦性を維持する。超弾性合金は、平面アレイの平坦性を、超音波カテーテル（またはプローブ）の製造プロセス中に維持する。アレイがツイストされるか、折り曲げられるか、または他の変形を受けると、超弾性合金はアレイをフラットな位置に復帰させる。超弾性合金の安定状態での幾何形状は、平坦でなくても良く、らせんとすることもできる。アレイと合金は、製造中には平坦に維持されるが、いったん解除されると超弾性合金の別の幾何形状に復帰する。
【００２５】
隣接したツイストされないアレイを２次元画像形成のために設けることもできる。別の実施例では、機械的構造体または別の構造体が、アレイをツイスト位置と非ツイスト位置との間で変化させる。ツイストされない線形アレイは、ツイストアレイよりも高い解像度の２次元画像形成を提供する。ツイストアレイは３次元走査のために使用することができる。
【００２６】
３次元（３Ｄ）または４次元（４Ｄ、容積を時間の関数として提示する）画像に視野角を拡張するために、付加的なアレイを設けることができる。例えばらせん幾何形状を備える１つの線形アレイにより、異なるアパーチャを選択することによって２１°以上の走査を行うことができる。多重ヘリカルアレイセクションを設ければ、さらに大きな視野角が可能である。２１°の視野角は、４つのヘリカルアレイ（例えば４ｘヘリカルアレイ）を使用することにより近似的に８４°まで拡大することができる。
【００２７】
スペースの大きさに応じて、異なる数のヘリカルアレイを設けることができる。例えばこのようなアレイは、１つまたは２つカテーテルに使用されるが、３つ、４つ、またはそれ以上のアレイがＴＥＥプローブに使用される。多重ヘリカルアレイは２次元アレイよりも少数のエレメントを有することができ、コストを低減し、シンプルさを向上させる。アレイの各セクションはトランスデューサの軸に平行にツイストされている。各アレイセクションを使用し、これらのアパーチャをカテーテル軸に沿って移動することによって、広角に３Ｄ／４Ｄ容積を走査することができる。
【００２８】
アレイ幾何形状は任意の方法、例えば鋳造により形成することができる。１つの実施例で、超音波画像形成アレイ内の（またはこれと接触した）形状記憶合金部材は、別のツイストアレイも含む幾何形状を提供する。形状記憶合金により、アレイを製造が簡単な平坦形状で製造した後に、複雑なアレイ幾何形状を正確に形成することができる。マルチツイスト形状記憶シートは、各アレイセクションを正確に相対配置することができる。この場合、アレイセクションはそれぞれ別のアレイセクションに形状記憶シートを通して付着される。
【００２９】
隣接して右巻きと左巻きに交互に多重ツイストされたシングル形状記憶シートは、シングルツイストデバイスよりも大きな視野角を提供する。シングルツイストデバイスにより広い視野角を実現するためには、非常に大きなツイスト角が必要となろう。大きな視野角（ハイツツイスト）を有するシングルツイスト音響アレイは、内部ストレスが過度であるため相互に保持できないであろう。マルチツイストデバイスも、同じ視野角に対してシングルツイストデバイスよりも高い解像度を提供する。
【００３０】
図１から１２は、１つのヘリカル体を設けることに関連する。シングル線形アレイがツイストされる。択一的に、複数の列を備える１つのアレイがツイストされ、同様に回転された２つの隣接するらせん体を提供する。図１３は、異なる複数の回転による実施例を示す。図１３の実施例は、１つまたは複数のツイストアレイに対する図１から１２のいずれかの実施例を使用することができる。
【００３１】
図１と２は、音響トランスデューサアレイ１２に対するシステム１０を示す。システム１０は、アレイ１２，導体１４，ビーム形成器１６，画像プロセッサ１８、およびディスプレイ２０を含む。付加的なコンポーネントまたは別のコンポーネントを設けるか、またはコンポーネントを少なくすることも可能である。例えばシステム１０は、アレイ１２と導体１４を有し、ビーム形成器１６，画像プロセッサ１８、および／またはディスプレイ２０を含まないこともできる。画像形成電子回路は、超音波画像形成システムとは別個にすることができる。トランスデューサは脱着可能に画像形成システムと接続される。
【００３２】
アレイ１２はトランスデューサプローブ、例えば医用超音波トランスデューサで使用される。トランスデューサプローブは患者の外側で、例えば携帯トランスデューサプローブとして使用される。択一的にトランスデューサは患者内で、例えばカテーテル１１（図２に図示）、経食道プローブ、膣プローブ、腔内プローブ、手術中プローブ、または他のプローブとして使用される。アレイ１２と導体１４は、トランスデューサプローブと接続されるか、またはその中に配置される。窓またはレンズが、プローブのアレイの放射面２２からの音響走査のためにアレイ１２上に配置されている。
【００３３】
アレイ１２は複数のエレメント２４，バッキング材料２６，電極２８、およびマッチング層３０を有する。付加的なコンポーネントまたは別のコンポーネントを設けるか、またはコンポーネントを少なくすることも可能である。例えば２つまたはそれ以上のマッチング層３０が使用される。別の実施例として、バッキング材料２６の代わりにチャンバが設けられている。バッキング材料２６は音響エネルギを吸収し、アレイ１２の後方から受ける反射を制限または防止する。マッチング層３０は、音響インピーダンスを徐々に移行させ、トランスデューサと患者との間の境界からの反射を最小にする。電極２８はエレメントと交互作用し、音響エネルギと電気エネルギとを変換する。１つのエレメントで電極２８間の電位または距離が変化すると、それぞれ電気信号または音響エネルギを発生させる。
【００３４】
エレメント２４は圧電材料を含む。固体または合成の圧電材料を使用することができる。各エレメントは、長方体、立方体、または六面体であるが、他の表面を設けることもできる。例えば１つまたは複数のエレメント２４の放射面２２は、指向性に基づきフォーカシングまたは周波数を向上させるために凹面または凸面である。択一的に、マイクロエレクトロメカニカルデバイスまたは容量性デバイス、例えばフレキシブルなダイヤフラムが使用される。公知のあらゆる超音波トランスデューサまたは将来開発される超音波トランスデューサを使用することができる。波長と比較して上下方向に長いエレメントを、指向性を高めるために設けることができる。
【００３５】
任意の数のエレメント２４を設けることができ、エレメントは６４個、１２８個であるが、それ以上のエレメント２４をより多くのまたはより大きなアパーチャに対して設けることができる。エレメント２４は相互に隣接しており、隣接するエレメント２４の中心間に実質的に波長またはそれ以下の間隔を有する。例えば各エレメント２４は、半波長だけ音響的にカーフスにより分離している。
【００３６】
エレメントを分離するのに他の方法を使用することもできる。波長間隔は、中心、平均、結像、またはアレイ１２の他の動作周波数に基づくものである。エレメント２４間に比較的大きな間隔を有するまばらなアレイ１２を使用することもできる。
【００３７】
エレメント２４はアジマス軸３２に沿って配置される。１次元アレイ１２の場合、エレメント２４はアジマス軸３２に沿って一列である。３２個、５０個またはそれ以上、６４個、１２８個、またはその他の数のエレメント２４を使用することができる。アレイ１２は直線または曲線とすることができる。曲線アレイ１２はアジマス軸３２に向かう、またはアジマス軸３２から離れる端部または中央部を有する。しかしエレメント２４はアジマス方向に沿って静止している。曲線であるのでアレイの複数のエレメント２４は異なる深さまたは異なるレンジを有する。
【００３８】
多次元アレイ１２を用いることができる。例えば２列以上のエレメント２４が上下方向に沿って隣接している。１．２５、１．５、１．７５または２Ｄアレイを設けることができる。上下方向に沿ったエレメント２４の間隔は、アジマス方向の間隔と同じまたは異なっており、アジマス方向に隣接するすべてのエレメント間で半波長の間隔を有する２×６４のアレイがある。エレメントは上下に長く、３〜２０波長の上下幅を有する。しかし半分の波長間隔またはその他の間隔でも良い。
【００３９】
エレメント２４のマッチング層３０により覆われていて、走査領域に近接している側および／またはバッキング材料に対向する側が放射面２２である。音響エネルギがアレイ１２の放射面２２から送出され、ここで入力される。放射面２２に対する音響エネルギの角度は、エネルギに対するエレメント２４の感度に影響する。エレメント２４に対して垂直に入射すれば、エレメント２４はより感度が高い。
【００４０】
図１を参照すると、アレイ１２の複数のエレメント２４が回転されている。回転はアジマス軸３２を中心に行われる。アジマス軸３２は、バッキング材料２６、エレメント２４、放射面３０または隣接するアレイ１２を通って伸長する。回転はエレメント２４のらせんパターンまたは渦巻パターンを形成する。隣接するエレメント２４はアジマス軸３２に沿ってヘリカルに配置されている。１つのエレメント２４はアジマス軸３２を中心に、別のエレメント２４とは異なる大きさだけ回転されている。回転したエレメント２４の最大感度の角度は、他のエレメント２４と比較して特定のターゲットに関して異なっている。アジマス軸３２を中心にする回転はアジマス軸３２から離れる回転に、曲線アレイに関連して付加することができる。
【００４１】
各エレメント２４は異なる量だけ回転している。例えばアレイ１２の対向端部にあるエレメント２４はアジマス軸を中心に相互に少なくとも１０°、または１５°、またはそれ以外の角度で回転している。アジマス中心線は直線であるが、回転しているか、またはツイストされていても良い。それより多くのまたは少ない全体回転していても良い。中間の各エレメント２４は、両端部間で異なる量だけステップごとに回転している。例えば各エレメント２４は隣接するエレメント２４と比較して０．４７°回転している（例えば６４個のエレメント２４が全部で３０°回転していると１エレメント２４当たりの回転は０．４７°である）。択一的に、一群のエレメント２４を他のエレメント２４または他のエレメント２４群と比較して同じ量だけ回転する。例えば半分のアレイ１２が１つの量で回転し、他の半分が別の量で回転する。任意のステップ数を、対称または非対称のエレメント群に使用することができる。例えば中心のエレメント２４群、周期的エレメント２４群、またはエレメント２４の他の配置は同じ方向を向いているが、他のエレメントは回転している。実施例でエレメント２４の中心の半分（例えば中心の６４個のエレメント２４）は直線であるか、またはアジマス軸を中心に同じ回転配向を有し、エレメント２４の四分の一は各端部で（例えば３２個のエレメント２４が一方の端部で、３２個のエレメント２４が他方の端部で）らせん状に回転している。回転は単一のステップまたは複数のステップである。
【００４２】
エレメント２４が回転しているので、放射面２２は異なる方向に曲げられている。放射面２２は、回転軸からオフセットされて、またはオフセットされずにらせん状にツイストされている。放射面２２はエレメント２３の回転に相応して、アジマス軸を中心に少なくとも１０゜だけ回転している。放射面２２が１つのエリアでは他のエリアよりも多くツイストされていても良い。ツイストすることにより、アレイ１２に沿って異なるアパーチャが異なる最適感度角を有することができ、アジマス軸を中心にした回転で異なる走査面を規定する。
【００４３】
一般的に、上下に大きなアパーチャは上下の指向性を増大させ、上下のビーム幅を狭くする。アレイを上下方向に捩ることにより、エレメントのサブアパーチャが画像面の形成のために協力して使用される。アレイにより形成することのできる独立したビームの総数は、アパーチャのエレメント数のオーダーである。全体のツイストを角張ったビーム幅エレメントに関連して変化することにより、アジマス方向での分解能と、形成される容積の仰角幅との間にトレードオフが存在する。
【００４４】
マテリアルがエレメント２４を回転位置に保持する。例えばバッキング材料２６はエレメント２４の位置を調整する。別の例として、フレームがエレメント２４を定位置に保持する。別の実施例では、エポキシまたは他の接着剤がアレイ１２の一部または全体を定位置に保持する。別のマテリアルおよび関連の構造を使用することもできる。カテーテルの実施例に対して、カテーテル１１の本体は、回転されたエレメント２４の位置での干渉を避けるために回転することができる。
【００４５】
バッキング材料２６、電極２８、アースプレート、および／またはマッチング層３０は変形可能であり、エレメント２４とツイストすることができる。例えば線形アレイとして使用されるアレイは、製造プロセスでは変更なしで捩ることができる。択一的に、１つまたは複数の層をツイストの後に形成し、変形を回避することができる。
【００４６】
電気導体１４はケーブル、同軸ケーブル、トレース、ワイヤ、可撓性回路、ワイヤジャンパ、それらの組合せ、または公知の導体である。導体１４はアレイ１２の電極２８を、トランスデューサプローブまたはビーム形成器１６（図２）のコネクタと電気接続する。１つまたは複数の導体１４が各エレメント２４に対して設けられている。択一的にエレメント２４より少数の導体１４を、ツイストされたアパーチャ、部分的なビーム整形、または多重化のために使用することもできる。導体１４は別個にアドレス可能である。各エレメント２４は所定のアパーチャに対して、電子的ステアリングに関連して選択的に使用することができる。択一的にいくつかのエレメント２４を、可能なアパーチャのサブセットとともにだけ使用することができる。
【００４７】
実施例では、アレイ１２がカテーテル１１内に配置されている。アレイ１２は１０フレンチ、３．３３ｍｍ、または他の直径のカテーテル１１に適合する。導体１４はカテーテル１１内を通ってビーム形成器１６に導かれている。カテーテルトランスデューサは画像形成のために使用される。画像形成は診断、カテーテル、またはガイダンスツール、および／または療法選定で使用される。幾何学が画像形成で役に立つ。例えばカテーテル１１を備えるアレイ１２を平坦にまたは湾曲させて維持することは、画像形成アーティファクトを低減し、セクタスキャニング可能にする。らせんアレイ１２をカテーテル１１内に含めることにより、３次元走査と画像提示を使用することができる。択一的にアレイ１２の回転したエレメント２４を別のトランスデューサに使用することができる。
【００４８】
ビーム形成器１６は複数のチャネルを、伝送波形の生成および／または信号の受信のために有する。相対的遅延および／またはアポダイゼーションは、伝送波形または受信信号をビーム整形のためにフォーカスする。ビーム形成器１６は導体１４と接続される。ビーム形成器１６は、１つまたは複数またはすべてのアレイ１２のエレメント２４を含むアパーチャを選択する。異なるアパーチャを異なる時間で使用することができる。アパーチャは、オペレーションを伝送および／または受信するためのエレメント２４を使用して形成されるが、他のエレメントは使用しない。ビーム形成器１６は、隣接する一群のエレメント２４により形成された複数のアパーチャから走査することができる。アパーチャは規則的増分ステップで、またはアレイ１２の種々異なる部分をスキップして移動する。
【００４９】
走査のためにビーム形成器１６はアジマス方向に沿って電子的にフォーカスする。アパーチャを使用する複数の走査線が走査される。オペレーションを受信する間、焦点は深さの関数として変化する。上下のフォーカスはレンズおよび／またはエレメント感度によって規定される。またはアレイ１２は上下方向にフォーカスされない。択一的実施例で、ビーム形成器１６は上下に離間されたエレメントと接続されており、上下方向で少なくとも部分的にフォーカスおよび／またはステアリングする。
【００５０】
らせん幾何形状の実施例では、種々の面がアレイ１２の種々異なるアパーチャからの走査によって走査される。エレメント２４の回転により、種々異なるアパーチャに対する走査面が、アジマス軸を中心にして種々異なる回転量で位置決めされる。アレイ１２のショートセクションは、種々異なる方向で、両側にあるアレイ１２のセクションからのオフセットを指示する。例えばアレイ１２上に、６４個のエレメント２４にわたり６４のステップにより全部で３２°の回転で形成されたアパーチャの最初の８個のエレメント２４は−１４゜の角度を有する。８つのエレメントの８つの連続するアパーチャの非共役走査面は、−１０、−６、−２、＋２、＋６、＋１０および＋１４°の角度にある。これら８つのアパーチャは、上下に離間した部分の８つの離散面を規定する。この離散面は、容積を走査するために隣接する面と相互に積層されている。複数のエレメントまたはすべてのエレメント２４を備える種々のアパーチャを使用することにより、種々異なる面または領域を走査することができる。
【００５１】
各アパーチャのサイズはツイストの量により制限される。アパーチャ内にあるエレメント２４の使用可能な指向性は、オーバラップしているべきである。すなわちエレメント２４は各アパーチャの両端部で上下方向にオーバラップするようにする。エレメントの２つの列のようにエレメントを上下に離間することによって、電子的にアシストされたステアリングによるツイストを少なくすることができる。このツイストは、ビーム拡散を低減し、長いアパーチャを得るために行われる。
【００５２】
画像プロセッサ１８は、検知器、フィルタ、プロセッサ、アプリケーション専用集積回路、プログラマブルフィールドゲートアレイ、デジタルシグナルプロセッサ、コントロールプロセッサ、スキャンコンバータ、３次元画像プロセッサ、グラフィック処理ユニット、アナログ回路、デジタル回路、またはそれらの組合わせである。画像プロセッサ１８はビーム形成されたデータを受信し、画像をディスプレイ２０上に生成する。この画像は２次元走査と関連している。
【００５３】
択一的にまたは付加的に、画像は３次元表示である。容積を表すデータは走査により捕捉される。プロセッサ１８は３次元データセットを、ビーム形成器による走査の関数として生成する。３次元データセットのデータはデカルト座標に補間されるか、または走査形式が維持される。走査のために使用される面の相対位置は既知であるか、またはアパーチャ位置および相応するエレメント２４の回転に基づき仮定される。任意のレンダリングを使用することができる。例えば投影レンダリング、容積レンダリングおよび／または表面レンダリングである。プロセッサ１８は、３次元表示を、容積を表すデータから生成する。
【００５４】
容積走査は、らせん形状を有するアレイ１２により得られる。アレイ１２の放射面２２のツイストを使用することによって、容積内の種々の面を走査することができる。面は上下方向に離間しており、アレイ１２から種々異なる回転量で伸長している。アジマス方向での電子的ステアリングにより、走査は同様の領域をカバーする。または走査はアジマスレンジ方向に同じ程度に伸長する。択一的にアレイ１２はツイストなしに湾曲されているか、または平坦である。容積は、アレイ１２および／またはカテーテル１２を運動することによって走査される。別の実施例で、多次元アレイ１２またはコンカーブエレメントまたはコンベックスエレメントを備えるアレイにより、容積を走査するために電子的ステアリングまたは周波数ステアリングが可能である。
【００５５】
図３は、音響アレイによる走査方法を示す。この方法は、図１および／または図２のシステム１０および／または１２を使用するか、または種々異なるアレイおよび／またはシステムを使用する。付加的なステップ、別のステップを設けるか、またはステップを少なくすることも可能である。例えば容積を表すデータは、ステップ５０での３次元表示生成を行わずに使用することができる。また、各ステップは図示の順序で実行するのが有利であるが、異なった順序で実行することもできる。
【００５６】
ステップ４０でアレイのエレメントは、アレイの縦軸（すなわちアジマス軸）を中心にツイストされる。アレイは縦軸を中心に、らせん状または渦巻状にツイストされる。ツイストは各アレイの端部回転、ツイスト位置でのアレイの形態、および／またはアレイのエレメントまたはエレメント群の回転により実行される。例えばアレイは、エレメントとカーフスの組合わせを備える線形アレイとして形成される。バッキング材料はフレキシブルまたは変形可能である。線形アレイは任意の量だけツイストされている。マッチング層および／または電極（例えばフレキシブル回路材料）は、ツイストによる層剥離を回避するために十分に撓むか、またはフレキシブルである。
【００５７】
ツイストされたアレイは定位置にフレーム、ハウジング、エポキシ剤、ガイドワイヤ、他の構造体、またはそれらの組合わせにより保持される。例えばアレイはコルク栓抜き、またはヘリカルツールに押し込められる。エポキシが、アレイの裏面のフレキシブル回路フォールド間に適用される。エポキシ剤を適用すると、アポキシはアレイをヘリカル状態に維持する。別の実施例として、アレイは形状記憶金属と接続されている。アレイが加熱されると、形状記憶金属はアレイをツイストし、冷却した後もツイストした位置を維持する。別の実施例で、カテーテルまたは他のプローブ本体は心棒により力が加えられツイストを形成するか、またはツイストされたフレームを含む。本体内にアレイを配置することによりアレイがツイストされ、保持される。実施例で、平坦なアレイはツイストされる。容積走査のために使用されるときは高分解能走査のために平坦にされる。例えば使用中のツイストの調節は、カテーテル本体に対してツイストされたワイヤによって、形状記憶金属によって、またはツイストされたビームが、ガイドを通してバッキング材料に力を加えることによって行われる。
【００５８】
ステップ４２でアパーチャはエレメントのアレイ上に形成される。アパーチャはエレメントのすべて、またはエレメントのサブセットである。任意のサイズのアパーチャを使用することができる。アパーチャは連続的に隣接するエレメントを含むか、またはまばらである。アパーチャは導体またはビーム形成器に関連するエレメントの接続により形成される。所定の送信および受信イベントで送信および／または受信のために使用されるエレメントはアパーチャを規定する。種々異なるアパーチャを受信ではなく送信のために使用することができる。
【００５９】
ステップ４４で面がアパーチャにより走査される。電子的フォーカシングを使用すれば、送信ビームおよび受信ビームがアパーチャのエレメントを使用して形成される。フォーカスを変化することにより、面領域がアパーチャを使用して連続的に走査される。シングルビームまたはマルチビームが、各イベントに対してオペレーションを送信および／または受信するために形成される。平面波、拡散する波面、またはフォーカスしない伝送を使用することができる。種々異なるアパーチャを送信オペレーションと受信オペレーションのために使用することができる。走査された面は、アパーチャ内でエレメントがツイストされているので、ツイストを含むか、またはスパイラル位置でねじれを含む。アパーチャによる送信と受信に応答して、走査領域を表すデータが捕捉される。エレメントを回転することにより、捕捉されたデータは特定の上下回転における領域を表す。
【００６０】
実施例で走査はカテーテルから行われる。走査は別のトランスデューサプローブ、例えばハンディタイプのプローブまたはＴＥＥプローブから行うことができる。
【００６１】
図４と５は、相応のアパーチャ５２，５４，５６をスパイラルパターンで備えるアレイ１２を示す。各アパーチャ５２，５４，５６に対して、相応する一般的平面走査領域５８，６０，６２がそれぞれ走査される。走査領域５８，６０，６２は相互に上下方向にオフセットされており、アジマス軸３２を中心にした異なる回転量と関連している。複数の面は、この面に対して実質的に直交する方向（例えば上下方向）に沿って相互に隣接している。各走査領域の縦広がり（アジマス）と深さ広がり（レンジ）は類似するか、オーバラップするか、または異なっている。各面の仰角は異なっており、共通の軸、すなわちアレイの回転軸から拡散している。面の交差点は走査される容積内にはない。しかしアレイ面上、またはアレイ面の後方にある。別の実施例で走査面はアレイ面の上方で交差する。ステップ４２と４４は、アパーチャの選択、およびアパーチャに関連する領域の走査に相当する。
【００６２】
ステップ４６と４８で、別のアパーチャが形成され、関連の領域が走査される。種々異なるアパーチャを選択することにより、種々異なる面が走査される。面の位置は、別のアパーチャに対してではなく、エレメントに関連するツイストの種々異なる角度に相当する。別のアパーチャを、別の領域または面の走査のために形成することができる。図４と５に示すように、面は離間されているが、アジマスおよびレンジでオーバラップしている。別の実施例では、アジマスおよび／またはレンジでのオーバラップがない。
【００６３】
ステップ５０で３次元表示が生成される。走査から得られたデータはレンダリングのためにフォーマットされる。例えばデータは、均等に離間された３次元グリッドに補間される。別の実施例で、各面または各走査ごとのデータが２次元データセットに変換される。各面に関連する２次元データセットがレンダリングのために提供される。別の実施例で、データは捕捉されたフォーマット、例えば極座標フォーマットに維持される。既知の面位置、サンプル深度、および走査線位置は、各データに対して相対的スパイラル位置情報を提供する。
【００６４】
データまたは関連のスパイラル位置は、各アパーチャがツイストされているための平坦歪みを考慮するためにワープされるか、または調整される。走査領域または面が捕捉に使用されるから、ツイストまたは走査線位置の関数としての感度変化のためデータが歪曲されることがあり、データの振幅が増大または減少する。スパイラルオフセットを考慮するために面間を補間することができる。別のワープまたは調整を使用することもできる。
【００６５】
３次元表示は、走査データの関数としてレンダリングされる。走査面の相対位置は、データをフォーマットするために、および／またはレンダリングのために使用される。公知のあらゆるレンダリングまたは将来開発されるレンダリングを使用することができる。例えば拡散レンズまたは平行レンズに基づく視野方向のビューを使用すれば、投影レンダリングが得られる。最小値、最大値、閾値を越える最初の値、平均値、アルファブレンディング、または他の投影技術を使用することができる。表面レンダリングを使用することができる。不透明化、明暗法、または他のレンダリング補整を使用することができる。
【００６６】
レンダリング結果は、所定の視野方向からの３次元表示である。レンダリングは同じデータセットによる別の視野方向から実行することができる。リアルタイム画像形成のために視野方向は、連続的にデータセットを捕捉するために変化される。リアルタイム３次元画像形成を行うことができる。３次元表示は超音波画像である。データはＢモード、強度、ドップラーモード、速度、エネルギ、高調波モード、造影剤、それらの組合せ、または他の形式の超音波データである。
【００６７】
３次元表示を使用すると、アレイに隣接する組織構造を見ることができる。カテーテル実施例またはＴＥＥ実施例では、１つのチャンバの組織構造を別のチャンバまたは同じチャンバから見ることができる。アパーチャを離間すれば、近接ビューはレンダリングに対してさほどの容積情報を提供しない。アレイはより高い解像度のために、走査される領域からわずかに離して配置される。アレイはビューの容積野をさらに増大するために回転される。
【００６８】
３次元画像形成に付加的にまたは択一的に、２次元画像形成が単一の面または領域の走査によって生成される。アレイが連続的にツイストされている箇所では、単一の面を走査するためにアパーチャが制限される。択一的に種々異なるアパーチャが、ツイスト面または領域にある種々異なる走査線に対して使用される。別の実施例で、アレイの大部分はツイストされておらず、この部分が２次元画像形成に使用される。ここまでの実施例で、アレイはツイストされた位置とツイストされない位置との間を変化することができる。アレイは、２次元画像形成のためにツイストされていない位置に配置される。
【００６９】
いくつかの実施例で、形状記憶合金はツイスト、回転、またはアレイ幾何形状を提供する。図６は、形状記憶合金を備える音響アレイの製造方法および音響アレイによる走査を示す。この方法は、図２のシステム、図１，７，８または１０のアレイ、または種々異なるアレイおよび／またはシステムを使用する。付加的なステップ、別のステップを設けるか、またはステップを少なくすることも可能である。例えば幾何形状がステップ７４で確定されず、アレイがステップ７６で包囲されず、および／またはアレイがステップ７８で使用されなくても良い。
【００７０】
ステップ７０で、アレイの複数の超音波素子が形状記憶合金と結合される。結合はクランプまたは固定物への位置決めとすることができる。別の実施例で、エレメントは形状記憶合金とボンディングにより結合される。これは室温または高温（例えば５０℃）でのエポキシ剤により行われる。例えば形状記憶合金は、アレイおよび超音波トランスデューサのために使用される他のトランスデューサ層と積層される（例えばバッキング、トレースを備えるフレキシブル回路、基板、および／またはマッチング層）。積層体は加圧され、硬化される。
【００７１】
形状記憶合金はアレイと直接接合するか、または１つまたは複数の別のコンポーネントを介して接合される。例えば形状記憶合金は、マッチング層のアレイ、トランスデューサ材料、およびバッキングブロックと積層される。フレキシブル回路のような導体が、トランスデューサ材料とバッキングブロックとの間から伸長する。過剰のフレキシブル回路材料は、バッキングブロックの後方に配置される。合金はバッキングブロックに対して直接積層されるか、または過剰のフレキシブル回路材料に対して、バッキングブロックの後方で積層される。
【００７２】
図７は、アレイ１２とバッキングブロック２６を介して結合された形状記憶合金８６の実施例と、１つまたは複数の導体層、例えば相互に加圧されたフレキシブル回路のアコーディオン型積層体を示す。アレイ１２は、任意のマッチング層および導体を備える、またはそれらなしでのトランスデューサ材料の積層体である。別の実施例で、アレイ１２はトランスデューサ材料だけである。合金８６はアレイ１２の下方、バッキング材料２６の下方、導体８４の下方にある。導体８４はアレイ１２（例えばトランスデューサ材料とバッキングの間）からバッキング２６の後方に伸長する。エンクロージャ８８はエレメント２４のアレイ１２を包囲する。層はボンディングにより結合されている。エンクロージャ８８はアレイ１２の積層体と結合され、これに対して静止している。または、この積層体の周囲に離間している。
【００７３】
図８は図７に類似する、内部接続された積層体を示す。この積層体はバッキング２６と導体８４との間に形状記憶合金を備える。別の配置構成を使用することも可能である。
【００７４】
図１０は、図７および８のシートまたはプレートではなく、ロッドまたはチューブとしての形状記憶合金を示す。別の形状と任意の方向に沿った伸長を使用することができる。択一的に実施例で、ロッドはアレイに隣接する側で平坦であるが、底部側（すなわちアレイ１２から離れる側）では円筒である。バッキング２６に隣接する断面積は最大である。
【００７５】
図１１は、形状記憶合金８６を、図７と８に示した形状記憶合金８６と関連する平坦なプレート構造として示す。これは加熱アクティベートの前である。
【００７６】
図６のステップ７２で、アレイの幾何形状が変更される。形状記憶合金は、アレイを含むトランスデューサプローブの製造中に幾何形状を変更する。合金はアレイを所望の幾何形状に変更する。任意の幾何形状を形状記憶合金により記憶することができる。例えば所望の幾何形状は偏平または平坦である。別の実施例として、所望の幾何形状は１つまたは複数の方向に沿った湾曲である（例えばアジマス方向に沿って湾曲しているが、上下方向には湾曲していない）。別の実施例で、所望の幾何形状はアレイの放射面に対してヘリカルな形状である。
【００７７】
変化は製造中に発生する。例えば変化は、アレイを形状記憶合金に結合した後に生じるが、完成したアレイを消費者に引き渡す前である。別の実施例として、変化は形状記憶合金をアレイに結合することにより生じる。アレイは形状記憶合金と結合するように変化される。実施例でアレイは形状記憶合金により、結合の後であってアレイをハウジング内に包囲する前または包囲する間に変化される。
【００７８】
実施例でアレイは、超弾性合金により所望の幾何形状に戻る。例えばアレイは製造中に走査によりツイストされ、曲げられ、ワープされ、変位される。形状記憶合金は所望の幾何形状を維持し、アレイを所望の幾何形状に変形して戻す。超弾性合金シート、ワイヤ、または他の形状が、図７から８および図１０に示すように超音波アレイ１２に付着される。超弾性合金８６は、音響アレイ１２表面の平坦形状または所望の幾何形状を維持する。カテーテル適用またはＴＥＥ適用では、アレイ１２のバッキングブロックおよび／または他の材料を、寸法の制約のため薄くすることができる。相応にして、トランスデューサ積層体の寸法安定性は他の場合よりも小さくなる。多数のエレメントが所望であれば、アレイの側方広がり（例えばアジマス方向および／または上下方向）を拡張する。拡張された側方広がりにより、アレイ１２をより容易に変形することができる。通常の製造中にアレイが不所望に変形する場合、この変形を音響アレイに取り付けた超弾性合金コンポーネントにより反転して戻すことができる。
【００７９】
この反転は形状記憶合金によっても択一的に行われる。所望の幾何形状に自動的に復帰するのではなく、形状記憶合金の温度また他の移行がアレイ１２を所望の幾何形状に復帰させる。
【００８０】
図９は、アレイの幾何形状を変化するための超弾性合金の別の使用を示す。固定物が超弾性合金ロッド１０２を含む。例えば２つの超弾性合金ロッド１０２が、同じまたは異なる材料の２つの端部ポケット１００に付着する。超弾性合金ロッド１０２は、アレイ１２を２つの端部ポケット１００に挿入するために曲げられる。超弾性合金ロッド１０２は次に形状記憶によって種々異なって曲げられずに、または曲げられて、アレイ１２を所望の幾何形状にする。
【００８１】
実施例でアレイ１２は１つの形状から別の形状に、形状記憶合金８６によって変化する。形状記憶合金８６は、以前の状態から異なる記憶状態に移行する。
【００８２】
熱または他の移行エネルギにより合金はアレイ形状を変化させる。例えば形状記憶合金、例えばニチノールが加熱される。熱が外部からトランスデューサ積層体および／またはトランスデューサプローブに適用される。例えば熱をプラスチック溶接機に適用すること、またはトランスデューサ積層体の周囲にハウジングを成形することも、形状記憶合金８６を異なる幾何形状に移行させる。択一的に熱が内部からトランスデューサプローブに、トランスデューサハウジング内部にあり、形状記憶合金８６に隣接する加熱素子により適用される。
【００８３】
変形実施例で、形状記憶合金８６は変化前に実質的に平坦な形状を有し、湾曲形状またはヘリカル形状に変化する。図１１は、実質的に平坦な幾何形状を（アレイを曲げる前に）有する形状記憶合金８６のシートを示す。移行後、図１２はヘリカル形状を有する形状記憶合金８６を示す（アレイをエンクロージャ内でプラスチック溶接した後）。アレイ１２のエレメント２４は、アレイの縦軸（すなわちアジマス軸）を中心にツイストされる。アレイ１２は縦軸を中心に、らせん状または渦巻状にツイストされる。ツイストするとアレイの端部が回転する。および／またはアレイのエレメントまたはエレメント群が回転する。例えばアレイは、エレメントとカーフスの組合せを備える線形アレイとして形成される。カーフスは形状記憶合金８６内に伸長するか、または伸長せず、またはアレイ１２を形状記憶合金８６に結合する前に成形される。
【００８４】
線形アレイは任意の量だけツイストされる。マッチング層および／または電極（例えばフレキシブル回路材料）は、ツイストによる層剥離を回避するために十分に撓むか、またはフレキシブルである。バッキングブロックはフレキシブルであり、充填剤を備える、または備えないシリコンおよび／またはエポキシである。バッキングは他の材料でも良く、および／またはフレキシビリティのために薄くすることができる（例えば０．０５〜０．０２インチ厚）。
【００８５】
形状記憶合金シート、ワイヤ、または他の形状が超音波アレイ１２の裏側に付着され、アレイ１２の幾何形状を変化させる。例えば図１０が示すように形状記憶ロッド８６がバッキング材料２６の裏側にエポキシボンディングされている。引き続くカテーテルまたはＴＥＥの製造のために、プラスチック溶接または他の熱適用が行われる。例えば接着剤（ＰＳＡ）を備える、または備えないＰＥＴシートが、トランスデューサ積層体の周囲に焼ばめされるか、または溶接される。別の実施例として、カテーテルを形成する外側ハウジングＰｅｂａｘが、トランスデューサ積層体を熱適用によって包囲する。プラスチック溶接の間、または他の熱適用ステップの間に、形状記憶合金８６は元の形状または記憶した形状に戻る。これは例えば図１２のヘリカル形状である。図１０の例でロッドはツイストされている。熱適用のため、アレイ１２を覆う熱可塑性物質８８は、アレイ１２が形状記憶合金８６により規定される幾何形状をとることができるのに十分にソフトである。カテーテルのチップ（エンクロージャ）は、ツイストされない長方形のルーメンにより容易に作製することができる。アレイが挿入前にツイストされる場合、ツイストされた長方形チップルーメンが、アレイをチップに挿入するために使用される。
【００８６】
別の実施例では、形状記憶合金８６が、図９に示すようなフレームを提供する。固定と積層の組合わせをさらに安定させるために使用することができる。例えばニチノールのシートが、トランスデューサ積層体に積層される。シートの薄い壁は上方に撓み、トランスデューサ積層体の一部、または側面全体、または両側面を覆う。積層された部分とは異なる側壁形態は、シリンダまたは固体物にニチノールを提供する。薄いニチノールを積層体に使用することができ、付加的な安定性とトランスデューサ積層体サイズの最小化を得ることができる。
【００８７】
形状記憶合金に対して、移行は所望の温度で行われる。室温および／または体温以上の任意の温度を使用することができる。例えば形状記憶合金８６は５０℃以下の温度では変遷しない。積層体は５０℃以下の温度でボンディングされる。変遷温度は他の製造温度以下であり、例えばプラスチック溶接温度以下である。低硬度のＰｅｂａｘの場合、変遷は１４０℃以下の温度で発生する。他の温度を使用することができる。熱の別個に適用しても良い。例えば変遷は、プラスチック溶接中には生じないが、変遷のためにだけ適用される温度、またはトランスデューサプローブを形成するための他の目的で適用される温度で発生する。
【００８８】
ステップ７４でアレイ１２の幾何形状は変化の後に固定される。変化は製造中に所望の幾何形状をセットする。この幾何形状はその後のすべての使用に対して同じである。例えばアレイ１２は、図２に示すようにカテーテル１１に使用される。製造中に幾何形状を固定した後、アレイ１２は同じ幾何形状を、出荷、走査の用意、患者への挿入、および／または走査のために維持する。ストレスまたは緊張による幾何形状変化が発生しても、幾何形状の意図的な変化は生じない。択一的実施例で、アレイ１２の幾何形状は後で変化される。例えば所望の形状が維持されるか、または製造中に提供される。構造体、ヒンジ、他の形状記憶合金、または他のデバイスが、使用中に幾何形状を変化するために設けられる（例えば平坦形状またはヘリカル形状からの変遷、またはその反対）。
【００８９】
ツイストされたアレイ１２は定位置にフレーム、ハウジング、エポキシ剤、ガイドワイヤ、他の構造体、形状記憶合金８６、またはそれらの組合せにより保持される。例えば形状記憶合金８６はアレイ１２の形状を変更する。マテリアルを積層体に付着し、アレイ１２とボンディングするか、または他のマテリアルを、アレイ１２を所望の幾何形状に維持するために使用することができる。アレイ１２は定位置に接着剤により固定され、固体物が除去される。択一的に固体物をその場所に残すことができる。なぜなら固体物は完全に音響経路の外にあるからである。
【００９０】
形状記憶合金８６は積層体内に残るか、または除去される。例えば形状記憶合金８６はアレイ１２の放射面側にある。ハウジング８８のボンディング、トランスデューサ積層体のボンディング、またはトランスデューサ積層体へのマテリアル付加が、アレイ１２を所望の位置に付加する。形状記憶合金８６は剥離またはラッピングにより除去される。択一的に形状記憶合金８６はマッチング層として作用するか、またはアレイ１２の後方に配置される。
【００９１】
ステップ７６でアレイ１２はハウジング８８により包囲される。アレイ１２は保護材料、例えば絶縁材料のフィルムにより包囲される。実施例でアレイ１２はトランスデューサプローブハウジング内に包囲される。例えばプラスチックハウジングが手持ち使用のために用いられる。アレイ１２はカテーテル、ＴＥＥまたは他のハウジングに包囲される。エンクロージャは、クラムシェル、シュリンクラップ、または他のハウジングである。例えばプラスチック溶接は熱可塑性物質をアレイ１２の少なくとも一部の周囲で包囲する。エポキシまたは他のボンディング剤をハウジング８８とアレイ１２との間に設けることができる。多層のハウジング材料を使用することができる。例えば１つの層は電気絶縁のためであり、別の層はプローブの外表面のためのものである。
【００９２】
ステップ７８でアレイ１２は幾何形状の変化なしで使用される。リニア、セクタ、Ｖｅｃｔｏｒ(R)、または他の超音波走査フォーマットを使用することができる。実施例でアレイ１２はヘリカル形状を有する。アレイ１２のエレメント２４は、連続的に異なる画像形成面位置を提供するために使用される。アレイの１つの位置からの画像面は、アレイの別の位置ではなく別の方向に向く。アレイ１２は位置固定されるが、走査中に位置を変化することもできる。
【００９３】
公知のあらゆる形状記憶合金または将来開発される形状記憶合金を使用することができる。例えばニチノールのような形状記憶合金が使用される。形状記憶合金は現在の形状と、記憶形状を有する。エネルギ、例えば熱の適用に基づき、形状記憶合金は現在の形状から記憶形状に戻る。変遷はアレイ１２の放射面２２を変化させる。例えば放射面２２は実質的に平坦な幾何形状から固定された非平坦な幾何形状に変化する。
【００９４】
別の実施例で計８６は超弾性合金である。超弾性合金は曲げることができ、ツイストすることができ、または他に変化することができるが、記憶形状に復帰する。例えば超弾性合金は、アレイ１２の放射面２２を、いずれかの歪みの後に所望の幾何形状に戻す。所望の幾何形状は、製造終了時に固定することができる。
【００９５】
形状記憶合金８６は任意のやり方でアレイ１２と結合し、所望の影響を与えることができる。例えば形状記憶合金８６はアレイ１２と、図７〜８および図１０に示すレンジ方向に沿って積層される。レンジ方向は、所定の位置での放射面２２に対して実質的に直交する。形状記憶合金８６のシートは実質的にアレイ１２と同じアジマス広がりおよび上下広がりを有するが、それより小さくても大きくても良い。別の実施例で形状記憶合金８６は、図９に示すようにフレームの一部である。
【００９６】
エレメント２４は定位置に保持されるか、または形状記憶合金８６により所望の幾何形状に戻るよう変化される。製造中に付加的な材料を付加し、エレメント２４を形状記憶合金８６により確定された幾何形状に保持することができる。付加的材料は形状記憶合金８６、または後で使用するための永久的な双方の固定位置である。例えばエンクロージャ８８（例えばＰｅｂａｘ）を、アレイとフレキシブル接合バンドルとの間で締まりばめにプレモールドすることができる。エンクロージャ８８は溶融され、アレイ１２は合金によりツイストされ、すべての開放空間はエンクロージャ８８の材料またはエポキシ剤によりエンクロージャ８８内で充填される。養生の後、エレメント２４は定位置に保持される。別の例として、フレームがエレメント２４を定位置に保持する。別の実施例では、エポキシまたは他の接着剤がアレイ１２の一部または全体を定位置に保持する。別のマテリアルおよび関連の構造を使用することもできる。カテーテルの実施例に対して、カテーテル１１の本体は、回転されたエレメント２４の位置での干渉を避けるため、またはその位置で保持するためにツイストまたは回転することができる。
【００９７】
バッキングブロック材料、電極、アースプレート、および／またはマッチング層は変形可能であり、エレメント２４とツイストすることができる。例えば線形アレイとして使用されるアレイ１２は、製造プロセスでは変化なしでツイストすることができる。択一的に、１つまたは複数の層を変化の後に形成し、変形を回避することができる。
【００９８】
実施例でフレックス回路は、バッキングブロックとＰＺＴの間にある。フレックス回路はバッキングブロックの側面の周囲で曲げられ、バッキングブロックの後方で（アコーディオン状に）畳まれる。フレックス接続バンドル（アコーディオン）８４内で、フレックス回路は導体１４のバンドルと接続され、信号をビーム形成器１６とアレイ１２との間で伝送する。実施例で、フレックス接続バンドル１４はバッキングブロックと合金８６の間にある（図７参照）。別の実施例で、合金８６はバッキングブロックとフレックス接続バンドル１４の間に配置される（図８参照）。
【００９９】
種々異なる幾何形状を有するアレイを備えたトランスデューサが設けられている。例えばエレメントの種々の群が、異なってツイストまたは回転されている。種々異なるエレメントが相互に隣接している。例えば２つまたはそれ以上のアレイが実質的に平行である。実質的にとは、１つまたは複数のアレイが非線形軸を有するためである。および／またはアレイの軸に沿ったアレイの回転が種々異なっているためである。アレイは整列されており、平面の大きな範囲または大きな容積を走査することができる。１つのアレイは２１°以上を走査し、別のアレイは他の２１°以上を走査し、一つの容積を通じて４２°が走査される。他の範囲を設けることもできる。
【０１００】
図１３は、異なる幾何形状を備える実質的に平行な４つのアレイのための形状記憶合金を示す。しかしながらそれよりも少ないアレイまたは多いアレイが用いられてもよい。図１３の実施例で、アレイは一つおきに同じ方向の回転している。すなわち、２つのアレイは別の２つのアレイとは反対に回転している。すべてのアレイは隣接するアレイとは反対に回転している。各アレイの回転量は同じでも異なっていても良い。すべてのアレイが同じ方向に回転しても良い。同じアレイ構造、または異なるアレイ構造を各アレイに設けることができる。すなわちそれぞれのエレメント群での回転量、エレメント数、アレイの長さ、エレメント形式、またはエレメントサイズは同じでも異なっていても良い。
【０１０１】
アレイは相互に隣接する。図１３に示すように、アレイおよび／または形状記憶合金は結合することができる。例えば形状記憶合金はアレイの端部に交互に結合されており、アレイの相対位置に剛性を提供する。結合された端部は平坦である（例えば同じ方向に向けられた放射面を有する）。または結合されたアレイにわたって平坦ではない。結合された端部にある放射面は走査領域に重なるように向けられている（例えば放射面は相互に向き合うように角付けられている）。または別個の走査領域に向けられている（例えば放射面は相互に背く）。オーバラップにより、データベースの相関記録、またはアレイの適切な相対位置の確認が行われる。択一的にアレイは別のアレイから離間されている。
【０１０２】
アレイは、オーバラップあり、またはなしで種々の領域を走査するよう角付けられている。相対位置とアレイ幾何形状は、図４および５で一つのアレイについて示すように走査される種々の領域を規定する。別のアレイを同じ形式の走査に使用することができるが、相対位置は異なっている。実施例で、４つのアレイが約８４°をカバーし、各アレイは２１°をカバーする。各アレイのカバレッジは、アレイに沿ったアパーチャ選択に基づく。
【０１０３】
択一的実施例で、アレイは平行ではなく、一般的に直交軸を有するように配置されている。２つまたはそれ以上のツイストされたアレイの配置構成を設けることもできる。
【０１０４】
アレイの製造中、形状記憶合金はフラットである。形状記憶合金は、種々のアレイを少なくとも部分的に分離するカットを含むことができる。択一的に、合金はアレイ製造中にカットされる。アレイ間を方形切断するエレメントは、バッキングブロックのすべてまたは大部分を通る。アレイがいったん方形切断されると、形状記憶によりアレイは所望の幾何形状にツイストされる。１つまたは複数のアレイがツイストされなくても良い。図１３の実施例で、第１のアレイと第３のアレイは右にツイストされており、第２のアレイと第４のアレイは左にツイストされている。
【０１０５】
相互に隣接する２つのアレイについては、フレックス回路または導体は、各アレイの露出側に別のアレイから案内されている。３つ以上の隣接するアレイについては、１つまたは複数のアレイが別のアレイに接近するまたは離れる両サイドを有している。共有フレックス回路を使用することができる。２つのアレイからのトレースに対する空間が、フレックス回路の一方の側で不十分であれば、多層フレックス回路を使用することができる。例えば１つのアレイからのトレースは、フレックス材料の一方の側で案内される。フレックス材料は多重アレイを接続する。１つのアレイからのトレースは、フレックス材料の他方の側へ案内される。別の信号案内を使用することもできる。
【０１０６】
これまで本発明について様々な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更ないし修正を行えることは自明である。したがって上記における詳細な説明は制限を意図しているもののではなく説明を意図しているものであり、本発明の精神および範囲を定めるのは、すべての同等のものを含む添付の特許請求の範囲であると解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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