(57)【要約】  撮像カテーテルアセンブリが提供される。撮像カテーテルアセンブリは、複数の導電線を介して第２の複数の導電接触パッドに結合される第１の複数の導電接触パッドを含む多層基板構造を含むインターポーザと、第１の複数の導電接触パッドを介して、インターポーザに結合される撮像コンポーネントと、第２の複数の導電接触パッドを介して、インターポーザに結合され、撮像コンポーネントと連絡する電気ケーブルとを含む。
2019528976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電線を介して第２の複数の導電接触パッドに結合される第１の複数の導電接触パッドを含む多層基板構造を含むインターポーザと、
前記第１の複数の導電接触パッドを介して、前記インターポーザに結合される撮像コンポーネントと、
前記第２の複数の導電接触パッドを介して、前記インターポーザに結合され、前記撮像コンポーネントと連絡する電気ケーブルと、
を含む、撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項２】
前記インターポーザは、
前記第１の複数の導電接触パッド及び前記第２の複数の導電接触パッドを含む上部導電層と、
ベース基板材料層と、
前記上部導電層と前記ベース基板材料層との間に配置される少なくとも１つの中間導電層と、
を含み、
前記複数の導電線は、前記少なくとも１つの中間導電層を通り延在する、請求項１に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項３】
前記ベース基板材料層は、セラミック、ガラス、石英、アルミナ、サファイア又はシリコンのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項４】
前記上部導電層は更に、
前記複数の導電線に結合される第３の複数の導電接触パッドと、
前記第３の複数の導電接触パッドに取り付けられる表面実装コンポーネントと、
を含む、請求項２に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項５】
前記表面実装コンポーネントは、電力調整コンポーネントである、請求項４に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項６】
前記インターポーザは、１５ミリメートル未満の幅を有する、請求項１に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項７】
前記インターポーザは、４ミリメートル未満の長さを有する、請求項１に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項８】
前記撮像コンポーネントは、前記第１の複数の導電接触パッドを介して、前記インターポーザにワイヤボンディングされる、請求項１に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項９】
前記電気ケーブルは、前記第２の複数の導電接触パッドを介して、前記インターポーザにはんだ付けされる、請求項８に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項１０】
前記撮像コンポーネントは、音響層とバッキング層との間に配置される集積回路層を含む、請求項１に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項１１】
前記撮像コンポーネントは、平面コンポーネントであり、前記インターポーザは、前記撮像コンポーネントと同一平面上に、又は、前記撮像コンポーネントの平面と平行に配置される、請求項１０に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項１２】
前記バッキング層は、前記バッキング層の一部分が前記集積回路層を越えて延在するように、前記集積回路層よりも長く、前記インターポーザは、前記バッキング層の前記集積回路層を越えて延在する前記一部分に配置される、請求項１０に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項１３】
前記複数の導電線は、電力線、制御線又は信号線の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項１４】
遠位部及び近位部を含む可撓性伸長部材を更に含み、前記撮像コンポーネント及び前記インターポーザは、前記可撓性伸長部材の前記遠位部に結合される、請求項１に記載の撮像カテーテルアセンブリ。
【請求項１５】
撮像カテーテルアセンブリを製造する方法であって、
複数の導電線を介して第２の複数の導電接触パッドに結合される第１の複数の導電接触パッドを含む多層基板構造を含むインターポーザを形成するステップと、
撮像コンポーネントを前記インターポーザの前記第１の複数の導電接触パッドに結合するステップと、
電気ケーブルを前記インターポーザの前記第２の複数の導電接触パッドに結合するステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記インターポーザを形成するステップは、
ベース基板材料層を形成するステップと、
前記第１の複数の導電接触パッド及び前記第２の複数の導電接触パッドを含む上部導電層を形成するステップと、
前記上部導電層と前記ベース基板材料層との間に配置される１つ以上の中間導電層を形成するステップと、
を含み、
前記複数の導電線は、前記１つ以上の中間導電層を通り延在する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
表面実装コンポーネントを前記インターポーザに結合するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気ケーブルを前記第２の複数の導電接触パッドに結合するステップは、はんだ付けするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記撮像コンポーネントを前記第１の複数の導電接触パッドに結合するステップは、ワイヤボンディングするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記インターポーザを前記撮像コンポーネントのバッキング層に取り付けるステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１６年１０月３日に出願された米国仮特許出願第６２／４０３，２７８号及び２０１６年１２月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／４３４，４８９号の利益及び優先権を主張し、これらは参照することによりその全体が組み込まれる。
【０００２】
[0001]  本開示は、概して撮像カテーテルに関し、特に撮像アセンブリ及び撮像アセンブリと撮像システムのケーブルとの間の相互接続に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0002]  診断用及び治療用の超音波カテーテルが、人体の多くの領域内での使用のために作られてきている。心臓血管系において、２つの一般的な超音波診断法は、血管内超音波法（ＩＶＵＳ）及び心腔内心エコー検査法（ＩＣＥ）である。典型的には、単一の回転トランスデューサ又はトランスデューサ素子のアレイを用いて、カテーテルの先端で超音波を送信する。同じトランスデューサ（又は別個のトランスデューサ）を用いて、組織からのエコーを受信する。エコーから生成された信号は、超音波関連データの処理、保存、表示又は操作を可能にするコンソールに転送される。
【０００４】
[0003]  ＩＶＵＳカテーテルは、通常、身体の大小の血管（動脈又は静脈）に使用され、大抵の場合、柔軟な先端を有するガイドワイヤを介して送達される。ＩＣＥカテーテルは、通常、例えば経中隔管腔穿刺、左心耳閉鎖、心房細動アブレーション及び弁修復といった医療処置を誘導及び容易にするために、心腔及び周囲構造を撮像するために使用される。市販のＩＣＥカテーテルは、ガイドワイヤを介して送達されるようには作られていないが、代わりに、カテーテルの近位端のハンドル内にあるステアリング機構によって関節運動できる遠位端を有する。例えばＩＣＥカテーテルは、解剖学的構造にアクセスするときに、大腿動脈又は頸静脈を通って挿入され、医療処置の安全性に必要な画像を取得するために心臓内でステアリングされる。
【０００５】
[0004]  ＩＣＥカテーテルは、通常、音響エネルギーを生成及び受信する超音波撮像コンポーネントを含む。撮像コンポーネントは、トランスデューサ素子のアレイか又は任意の適切な構成に配列されたトランスデューサ素子を含む。撮像コンポーネントは、カテーテルの最遠位先端にある先端アセンブリ内に入れられる。先端アセンブリは音響接着材料で覆われる。電気ケーブルが撮像コンポーネントに接続され、カテーテルの本体のコアの中を延在する。電気ケーブルは、心臓の解剖学的構造の撮像を容易にするために、制御信号及びエコー信号を運ぶ。デバイスは、心臓の解剖学的構造の前面像、後面像、左側像及び／又は右側像を撮像することができるように、回転式の２方向又は４方向のステアリング機構を提供してもよい。
【０００６】
[0005]  電気ケーブルと撮像カテーテルの撮像コンポーネントとを相互接続するための１つのアプローチは、電気ケーブルを撮像コンポーネントに直接接続するか又ははんだ付けすることである。しかしながら、直接的な相互接続は、カテーテルが所望の位置へと動かされる間に、撮像コンポーネントに張力を生じさせる場合があるので、望ましくない。別のアプローチは、電気ケーブルと撮像コンポーネントとを相互接続するために、別個のフレックス回路又はプリント回路基板（ＰＣＢ）を使用することである。例えばコンデンサやサーミスタといったコンポーネントをＰＣＢに取り付けて相互接続が提供される。ＰＣＢはトレース又は信号線及びビアを含む。トレースは約２０マイクロメートル（μｍ）乃至約５０μｍの幅を有し、約２０μｍ乃至約５０μｍの間隔が空けられてよい。ビアは数百μｍの範囲の大きさを有してよい。したがって、別個のフレックス回路又はＰＣＢの使用は、撮像コンポーネントにかかる張力を軽減することができるが、撮像カテーテル内に利用可能なスペースが限られていることにより、フレックス回路又はＰＣＢは、撮像カテーテルでの使用には適さない場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
[0006]  本発明は、従来のデザインに関連する制限を克服する、撮像アセンブリと撮像システムの電気ケーブルとを相互接続するデバイス、システム及び関連する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
[0007]  本開示の実施形態は、撮像コンポーネントと電気ケーブルとを相互接続するのに適しているインターポーザデバイスを提供する。インターポーザデバイスは、上部金属層とベース基板層との間に配置される少なくとも１つの中間導電金属層を含む多層基板構造から形成される。上部金属層は、導電接触パッドを形成するために、無電解ニッケルパラジウム置換金（ＥＮＥＰＩＧ）でメッキされる。ＥＮＥＰＩＧ材料は、はんだ付けとワイヤボンディングとの両方に適している。中間導電金属層は、導電トレースでパターン化され、導電接触パッド間に信号経路を形成する。一実施形態では、撮像コンポーネントは、第１の導電接触パッドのサブセットを介してインターポーザにワイヤボンディングされる。電気ケーブルは、第２の導電接触パッドのサブセットを介してインターポーザにはんだ付けされる。追加の表面実装コンポーネントを、第３の導電接触パッドのサブセットに取り付け、電力調整といった追加機能を提供することができる。インターポーザデバイスは、典型的な半導体デバイスにあるような任意のロジックを含むことなく、信号分配及び経路設定のための高密度且つ正確な信号トレースを提供する。信号トレースの高密度且つ正確な配置は、インターポーザデバイスが、カテーテルアセンブリにおける使用に適した形状因子を有することを可能にする。
【０００９】
[0008]  一実施形態では、撮像カテーテルアセンブリが提供される。撮像カテーテルアセンブリは、複数の導電線を介して第２の複数の導電接触パッドに結合される第１の複数の導電接触パッドを含む多層基板構造を含むインターポーザと、第１の複数の導電接触パッドを介して、インターポーザに結合される撮像コンポーネントと、第２の複数の導電接触パッドを介して、インターポーザに結合され、撮像コンポーネントと連絡する電気ケーブルとを含む。
【００１０】
[0009]  幾つかの実施形態では、インターポーザは、第１の複数の導電接触パッド及び第２の複数の導電接触パッドを含む上部導電層と、ベース基板材料層と、上部導電層とベース基板材料層との間に配置される少なくとも１つの中間導電層とを含み、複数の導電線は、少なくとも１つの中間導電層を通って延在する。幾つかの実施形態では、ベース基板材料層は、セラミック、ガラス、石英、アルミナ、サファイア又はシリコンのうちの少なくとも１つを含む。幾つかの実施形態では、上部導電層は更に、複数の導電線に結合される第３の複数の導電接触パッドと、第３の複数の導電接触パッドに取り付けられる表面実装コンポーネントとを含む。幾つかの実施形態では、表面実装コンポーネントは、電力調整コンポーネントである。幾つかの実施形態では、インターポーザは、１５ミリメートル（ｍｍ）未満の幅を有する。幾つかの実施形態では、インターポーザは、４ミリメートル（ｍｍ）未満の長さを有する。幾つかの実施形態では、撮像コンポーネントは、第１の複数の導電接触パッドを介して、インターポーザにワイヤボンディングされる。幾つかの実施形態では、電気ケーブルは、第２の複数の導電接触パッドを介して、インターポーザにはんだ付けされる。幾つかの実施形態では、撮像コンポーネントは、音響層とバッキング層との間に配置される集積回路（ＩＣ）層を含む。幾つかの実施形態では、撮像コンポーネントは、平面コンポーネントであり、インターポーザは、撮像コンポーネントと同一平面上に、又は、撮像コンポーネントの平面と平行に配置される。幾つかの実施形態では、バッキング層は、バッキング層の一部分がＩＣ層を越えて延在するように、ＩＣ層よりも長く、インターポーザは、バッキング層のＩＣ層を越えて延在する一部分に配置される。幾つかの実施形態では、複数の導電線は、電力線、制御線又は信号線の少なくとも１つを含む。幾つかの実施形態では、撮像カテーテルアセンブリは、遠位部及び近位部を含む可撓性伸長部材を更に含み、撮像コンポーネント及びインターポーザは、可撓性伸長部材の遠位部に結合される。
【００１１】
[0010]  一実施形態では、撮像カテーテルアセンブリを製造する方法が提供される。当該方法は、複数の導電線を介して第２の複数の導電接触パッドに結合される第１の複数の導電接触パッドを含む多層基板構造を含むインターポーザを形成するステップと、撮像コンポーネントをインターポーザの第１の複数の導電接触パッドに結合するステップと、電気ケーブルをインターポーザの第２の複数の導電接触パッドに結合するステップとを含む。
【００１２】
[0011]  幾つかの実施形態では、インターポーザを形成するステップは、ベース基板材料層を形成するステップと、第１の複数の導電接触パッド及び第２の複数の導電接触パッドを含む上部導電層を形成するステップと、上部導電層とベース基板材料層との間に配置される１つ以上の中間導電層を形成するステップとを含み、複数の導電線は、１つ以上の中間導電層を通って延在する。幾つかの実施形態では、上記方法は、表面実装コンポーネントをインターポーザに結合するステップを更に含む。幾つかの実施形態では、電気ケーブルを第２の複数の導電接触パッドに結合するステップは、はんだ付けするステップを含む。幾つかの実施形態では、撮像コンポーネントを第１の複数の導電接触パッドに結合するステップは、ワイヤボンディングするステップを含む。幾つかの実施形態では、上記方法は、インターポーザを撮像コンポーネントのバッキング層に取り付けるステップを更に含む。
【００１３】
[0012]  本開示の更なる態様、特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
[0013]  本開示の例示的な実施形態は、添付図面を参照して説明される。
【００１５】
【図１】[0014]  図１は、本開示の実施形態による管腔内撮像システムの概略図である。
【図２】[0015]  図２は、本開示の実施形態による管腔内デバイスの一部の概略図である。
【図３】[0016]  図３は、本開示の実施形態による先端アセンブリの概略図である。
【図４Ａ】[0017]  図４Ａは、本開示の実施形態による撮像コンポーネントの斜視図である。
【図４Ｂ】[0018]  図４Ｂは、本開示の実施形態による撮像コンポーネントの断面図である。
【図５】[0019]  図５は、本開示の実施形態による先端アセンブリを製造する方法のフロー図である。
【図６】[0020]  図６は、本開示の実施形態によるインターポーザの断面図である。
【図７】[0021]  図７は、本開示の実施形態によるインターポーザの中間導電層の上面図である。
【図８】[0022]  図８は、本開示の実施形態による、適切な位置に結合されたボンドワイヤ及び電気ケーブルを有するインターポーザの断面図である。
【図９】[0023]  図９は、本開示の実施形態による、適切な位置に結合された電気ケーブル及び表面実装コンポーネントを有するインターポーザの斜視図である。
【図１０】[0024]  図１０は、本開示の実施形態による、結合のために位置決めされたインターポーザ及び撮像コンポーネントの斜視図である。
【図１１】[0025]  図１１は、本開示の実施形態による、適切な位置に結合されたインターポーザ及び撮像コンポーネントの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0026]  本開示の原理の理解を促進するために、ここで図面に示される実施形態が参照され、特定の用語が同じものを説明するのに用いられる。しかしながら、本開示の範囲の限定が意図されるものではないことが理解されるべきである。説明されるデバイス、システム及び方法に対する任意の変更及び更なる修正、並びに、本開示の原理の任意の更なる応用は、本開示が関連する分野の当業者に通常想起されるように、十分に考えられ、本開示内に含まれる。例えば管腔内システムが、心臓血管撮像に関して説明されているが、当然ながら、この応用に限定されることを意図していない。当該システムは、狭い空洞内での撮像を必要とする任意の応用にも同様に適している。具体的には、一実施形態に関して説明される特徴、コンポーネント及び／又はステップは、本開示の他の実施形態に関して説明される特徴、コンポーネント及び／又はステップと組み合わせることができると十分に考えられる。しかし、簡潔さのために、これらの組み合わせの多数の繰り返しは個々に説明しない。
【００１７】
[0027]  図１は、本開示の実施形態による管腔内撮像システム１００の概略図である。システム１００は、管腔内デバイス１１０、コネクタ１２４、コンソール及び／又はコンピュータといった制御及び処理システム１３０、並びにモニタ１３２を含んでよい。管腔内デバイス１１０は、先端アセンブリ１０２、可撓性伸長部材１０８及びハンドル１２０を含む。可撓性伸長部材１０８は、遠位部１０４と近位部１０６とを含む。遠位部１０４の遠位端は、先端アセンブリ１０２に取り付けられる。近位部１０６の近位端は、管腔内デバイス１１０の操作及び管腔内デバイス１１０の手動制御のために、例えば弾性張力緩和器１１２によってハンドル１２０に取り付けられる。先端アセンブリ１０２は、超音波トランスデューサ素子及び関連回路を有する撮像コンポーネントを含んでよい。ハンドル１２０は、アクチュエータ１１６、クラッチ１１４及び管腔内デバイス１１０をステアリングするための他のステアリング制御コンポーネントを含んでよい。一実施形態では、管腔内デバイス１１０は、ＩＣＥデバイスである。
【００１８】
[0028]  ハンドル１２０は、別の張力緩和器１１８及び電気ケーブル１２２を介してコネクタ１２４に接続される。コネクタ１２４は、先端アセンブリ１０２における撮像コンポーネントによって生成される信号から得られるデータを処理、保存、分析、操作及び表示するために、処理システム１３０及びモニタ１３２と相互接続するように任意の適切な構成であってよい。処理システム１３０は、１つ以上のプロセッサ、メモリ、キーボードといった１つ以上の入力デバイス、及び、任意の適切なコマンド制御インターフェースデバイスを含んでよい。処理システム１３０は、本明細書に説明される管腔内撮像システム１００の特徴を支援するように動作可能である。例えばプロセッサは、非一時的有形コンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータ可読命令を実行することができる。モニタ１３２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル等といった任意の適切な表示デバイスであってよい。
【００１９】
[0029]  動作中、医師又は臨床医が、心臓の解剖学的構造内の血管内へと可撓性伸長部材１０８を前進させる。医師又は臨床医は、ハンドル１２０のアクチュエータ１１６及びクラッチ１１４を制御することによって、可撓性伸長部材１０８を、撮像されるべき関心領域近くの位置へと進ませることができる。例えば一方のアクチュエータ１１６は、先端アセンブリ１０２及び遠位部１０４を左右平面内で偏向させ、他方のアクチュエータ１１６は、先端アセンブリ１０２及び遠位部１０４を前後平面内で偏向させる。クラッチ１１４は、関心領域を撮像している間に、アクチュエータ１１６の位置をロックし、次に、可撓性伸長部材１０８の偏向をロックするロック機構を提供する。
【００２０】
[0030]  撮像工程には、超音波エネルギーを生成するように、先端アセンブリ１０２の超音波トランスデューサ素子を作動させることが含まれる。超音波エネルギーの一部が関心領域及び周囲の解剖学的構造によって反射され、超音波エコー信号が超音波トランスデューサ素子によって受信される。コネクタ１２４は、受信したエコー信号を処理システム１３０に転送し、そこで超音波画像が再構成されてモニタ１３２に表示される。幾つかの実施形態では、処理システム１３０が、超音波トランスデューサ素子の起動及びエコー信号の受信を制御する。幾つかの実施形態では、処理システム１３０及びモニタ１３２は、同じシステムの一部であってよい。
【００２１】
[0031]  システム１００は、経中隔管腔穿刺、左心耳閉鎖、心房細動アブレーション及び弁修復といった様々な応用に利用され、また、生体内の血管及び構造を撮像するために使用される。更に、先端アセンブリ１０２は、診断、治療及び／又は処置のための任意の適切な生理学的センサ又はコンポーネントを含んでよい。例えば先端アセンブリは、撮像コンポーネント、切除コンポーネント、切断コンポーネント、細切除去コンポーネント、圧力感知コンポーネント、流量感知コンポーネント、温度感知コンポーネント及び／又はこれらの組み合わせを含んでよい。
【００２２】
[0032]  図２は、本開示の実施形態による管腔内デバイス１１０の一部の概略図である。先端アセンブリ１０２及び可撓性伸長部材１０８は、患者の身体の血管内への挿入のために成形及び寸法決めされる。可撓性伸長部材１０８は、Ｐｅｂａｘ（登録商標）ポリエーテルブロックアミドといった任意の適切な材料でできていてよい。遠位部１０４及び近位部１０６は管状で、可撓性伸長部材１０８の長さに沿って延在する１つ以上の管を含んでよい。幾つかの実施形態では、１つの管（例えば一次管）が、トランスデューサ素子から得られたエコー信号を転送するために、先端アセンブリ１０２とコネクタ１２４とを相互接続する電気ケーブル３４０（図３に示す）を収容するように寸法決め及び成形されてよい。加えて、当該管は、診断及び／又は治療処置のための他のコンポーネントを収容するように成形及び寸法決めされてよい。幾つかの他の実施形態では、１つ以上の管（例えば二次管）が、例えば遠位部１０４からハンドル１２０まで延在するステアリングワイヤを収容するように寸法決め及び成形されてよい。ステアリングワイヤは、可撓性伸長部材１０８及び先端アセンブリ１０２が、アクチュエータ１１６及びクラッチ１１４の作動に基づいて偏向可能であるように、アクチュエータ１１６及びクラッチ１１４に結合されてよい。可撓性伸長部材１０８の寸法は、様々な実施形態において異なっていてよい。幾つかの実施形態では、可撓性伸長部材１０８は、約８乃至約１２フレンチ（Ｆｒ）の外径を有するカテーテルであってよく、また、約８０センチメートル（ｃｍ）乃至約１２０ｃｍの全長２０６を有してよい。近位部１０６は、約７０ｃｍ乃至約１１８ｃｍの長さ２０４を有してよく、遠位部１０４は、約２ｃｍ乃至約１０ｃｍの長さ２０２を有してよい。
【００２３】
[0033]  図３は、本開示の実施形態による先端アセンブリ１０２の概略図である。図３は、先端アセンブリ１０２のより詳細な図を提供する。先端アセンブリ１０２は、先端部材３１０、撮像コンポーネント３２０及びインターポーザ３３０を含む。先端部材３１０は、患者の体内に挿入するために寸法決め及び成形された管状体を有する。先端部材３１０は、使用時に患者の身体の血管内の血液と音響インピーダンス整合する熱可塑性エラストマー材料又は任意の適切な生体適合性材料でできていてよい。例えば先端部材３１０は、Ｐｅｂａｘ（登録商標）ポリエーテルブロックアミドでできていてよい。先端部材３１０の寸法は、様々な実施形態において異なっていてよく、カテーテル又は可撓性伸長部材１０８のサイズに依存する。幾つかの実施形態では、先端部材３１０は約１５ミリメートル（ｍｍ）乃至約３０ｍｍの長さ３０２と、約２ｍｍ乃至約４ｍｍの幅３０４とを含んでよい。
【００２４】
[0034]  インターポーザ３３０は、撮像コンポーネント３２０と電気ケーブル３４０とを相互接続する。撮像コンポーネント３２０は、超音波エネルギーを放出し、周囲組織及び血管系によって反射された超音波エコー信号を受信する。撮像コンポーネント３２０は、図４を参照して本明細書により詳細に説明される。電気ケーブル３４０は、画像生成及び解析のために、超音波エコー信号を処理システム１３０に運ぶ。更に、電気ケーブル３４０は、撮像コンポーネント３２０を制御するための制御信号を運ぶ。更に、電気ケーブル３４０は、撮像コンポーネント３２０に給電するための電力を運ぶ。電気ケーブル３４０は、可撓性伸長部材１０８の長さに沿って延在する。インターポーザ３３０は、撮像コンポーネント３２０と電気ケーブル３４０との間で信号を分配又は転送するための相互接続部として機能する。インターポーザ３３０は、小さい形状因子で高密度の信号ルーティングを提供することができ、セラミック、ガラス、石英、アルミナ、サファイア及びシリコンといった任意の適切な基板材料でできていてよい。幾つかの実施形態では、インターポーザ３３０は、半導体プロセスを利用するが、典型的な半導体デバイスにあるようなトランジスタといった能動コンポーネントは含まない。インターポーザ３３０は、図５乃至図１０を参照して本明細書により詳細に説明される。
【００２５】
[0035]  図４Ａは、本開示の実施形態による撮像コンポーネント３２０の斜視図である。図４Ｂは、本開示の実施形態による、図４Ａの線４０１に沿った撮像コンポーネント３２０の断面図である。撮像コンポーネント３２０は、音響層３２２、集積回路（ＩＣ）層３２６及びバッキング層３２８を含む平面コンポーネントである。ＩＣ層３２６は、音響層３２２とバッキング層３２８との間に配置される。幾つかの他の実施形態では、バッキング層３２８は、音響層３２２とＩＣ層３２６との間にあって、バッキング層３２８を通して電気接続がなされてもよい。
【００２６】
[0036]  音響層３２２は、超音波トランスデューサ素子３２４のアレイを含む。超音波トランスデューサ素子３２４は、圧電材料及び音響整合層でできている。代替実施形態では、超音波トランスデューサ素子３２４は、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）であってよい。ＩＣＥ用の例示的なトランスデューサは、典型的に８メガヘルツ（ＭＨｚ）の超音波信号を生成し、毎秒１５００メートル（ｍ／秒）の典型的な速度で血液を透過させることができるように、圧電材料において約０．２８ｍｍの厚さを有する。超音波信号は、破線矢印によって示される方向に伝播する。トランスデューサの厚さは、組織撮像において十分な侵入深さが得られるように、約０．５６ｍｍ乃至０．１９ｍｍの様々な厚さであってよい。一般に、トランスデューサの厚さは、任意の組織撮像における所望の侵入深さについて、伝送媒体内の音の周波数に対して調整される。画像強度は、トランスデューサの駆動電圧によって調整される。幾つかの実施形態では、音響層３２２は、２次元（２Ｄ）撮像では、約３２乃至約１２８個の超音波トランスデューサ素子３２４の線形アレイを含む。幾つかの他の実施形態では、音響層３２２は、３次元（３Ｄ）撮像では、約２００乃至約２０００個の超音波トランスデューサ素子３２４のマトリクスを含む。
【００２７】
[0037]  ＩＣ層３２６は、例えば処理システム１３０によって生成された制御信号を多重化し、当該制御信号を対応する超音波トランスデューサ素子３２４に転送するロジック及び／又は回路を含む。制御信号は、超音波パルスの放出及び／又はエコー信号の受信を制御する。逆の方向では、ロジック及び／又は回路は、ターゲット組織によって反射され、超音波トランスデューサ素子３２４によって受信された超音波エコー信号を受信する。ロジック及び／又は回路は、超音波エコー信号を電気信号に変換し、当該電気信号を、インターポーザ３３０及び電気ケーブル３４０を介して、処理及び／又は表示のために処理システム１３０に転送する。ロジック及び／又は回路は更に、信号を転送する前に、信号調整を行ってもよい。信号調整には、フィルタリング、増幅及びビーム形成が含まれる。幾つかの実施形態では、ビーム形成は、信号チャネルの数を減らすために行われる。例えば信号チャネル数は約４乃至約１２８個であり、幾つかの特定の実施形態では約８個である。幾つかの実施形態では、ＩＣ層３２６の長さは音響層３２２よりも長い。音響層３２２を越えて延在するＩＣ層３２６の部分３２５は、本明細書に更に詳細に説明されるように、インターポーザ３３０にワイヤボンディングするためのメッキ層３２７を含む。メッキ層３２７は、金、アルミニウム、銅、銀、ＥＮＥＰＩＧといった任意の適切な材料でできていてよい。
【００２８】
[0038]  バッキング層３２８は、音響吸収材料でできているので、音響層３２２の背面から来る超音波を吸収する又は抑えることができる。例えばバッキング層３２８は、エポキシ材料でできていてよい。幾つかの実施形態では、バッキング層３２８の長さはＩＣ層３２６よりも長い。ＩＣ層３２６を越えて延在するバッキング層３２８の部分３２９は、本明細書により詳細に説明されるように、インターポーザ３３０を撮像コンポーネント３２０に対して整列させる整列手段として機能する。
【００２９】
[0039]  撮像コンポーネント３２０の寸法は、様々な実施形態において異なっていてよく、また、先端部材３１０内で利用可能であるスペースによって制限される。例えば音響層３２２、ＩＣ層３２６及びバッキング層３２８は、ほぼ同じ幅４０８を有し、約１ｍｍ乃至約４ｍｍであってよい。音響層３２２は約５ｍｍ乃至約１５ｍｍの長さ４０２を有してよい。ＩＣ層３２６は約５ｍｍ乃至約２０ｍｍの長さ４０４を有してよい。バッキング層３２８は約５ｍｍ乃至約３０ｍｍの長さ４０６を有してよい。
【００３０】
[0040]  図５乃至図９を参照して、先端アセンブリ１０２を製造する方法５００が説明される。図５は、本開示の実施形態による先端アセンブリ１０２を製造する方法５００のフロー図である。当然ながら、方法５００のステップの前、最中及び後に、追加のステップを提供することができ、また、説明されるステップの幾つかは、方法の他の実施形態では、置換又は除外されてもよい。方法５００のステップは、カテーテルの製造業者によって、図示される順序で又は任意の適切な順序で行われてよい。図６は、本開示の実施形態による図３の線３０９に沿ったインターポーザ３３０の断面図である。図７は、本開示の実施形態によるインターポーザ３３０の中間導電層６２０の上面図である。図８は、本開示の実施形態による適切な位置に結合されたボンドワイヤ８１０及び電気ケーブル３４０を有する図３の線３０９に沿ったインターポーザ３３０の断面図である。図９は、本開示の実施形態による適切な位置に結合された電気ケーブル３４０及び表面実装コンポーネント８２０を有するインターポーザ３３０の斜視図である。図１０は、本開示の実施形態による結合のために位置決めされたインターポーザ３３０及び撮像コンポーネント３２０の斜視図である。
【００３１】
[0041]  方法５００のステップ５１０並びに図６及び図７を参照すると、一実施形態では、多層基板構造６００を含むインターポーザが形成される。多層基板構造６００は、複数の導電線６２２によって結合される第１の複数の導電接触パッド６１２ａ、第２の複数の導電接触パッド６１２ｂ及び第３の複数の導電接触パッド６１２ｃを含む。図６は多層基板構造６００を示す。多層基板構造６００は、上部導電層６１０、１つ以上の中間導電層６２０及びベース層６３０を含む。中間導電層６２０は、上部導電層６１０とベース層６３０との間に配置される。ベース層６３０は、ドープされていてもいなくてもよいセラミック、ガラス、石英、アルミナ、サファイア及びシリコンといった任意の適切な基板材料でできていてよい。幾つかの実施形態では、標準的な半導体製造プロセスを使用して、多層基板構造６００を形成することができる。ベース層６３０にドープされていないシリコンを使用する場合、追加の絶縁層（例えばＳｉＯ２（シリカ））がシリコンベース層６３０と導電層６２０との間に配置されてよい。
【００３２】
[0042]  上部導電層６１０及び中間導電層６２０は、アルミニウム又は銅といった導電材料でできている。上部導電層６１０はメッキされて、撮像コンポーネント３２０、電気ケーブル３４０及び／又は電力調整のための他のコンポーネントに接続するための導電接触パッド６１２を形成する。一実施形態では、導電接触パッド６１２は、無電解ニッケルパラジウム置換金メッキ（ＥＮＥＰＩＧ）材料でできているか又はそれでメッキされてよい。これらの材料は、はんだ付け及びワイヤボンディングの両方に適している。
【００３３】
[0043]  中間導電層６２０は、例えば半導体製造に一般に使用されるマスキング及びフォトリソグラフィプロセスを使用してパターニングされ、導電線６２２が形成される。導電線６２２は、導電接触パッド６１２間に信号経路を形成する。図７は、例示的な中間導電層６２０の上面図を示す。図示されるように、導電線６２２は中間導電層６２０上でパターニングされている。導電線６２２は直線として示されているが、任意の適切な構成でパターニングされてもよい。破線のボックスは、上部導電層６１０が積層されたときに導電接触パッド６１２に結合される領域を示す。導電線６２２の寸法は、様々な実施形態において異なり、製造プロセスに依存する。幾つかの実施形態では、導電線６２２は約１μｍ乃至約５０μｍの幅７０２を有し、約１μｍ乃至約５０μｍの間隔７０４だけ離間されてよい。
【００３４】
[0044]  導電線６２２は、１つ以上の中間導電層６２０を通って延在してよい。中間導電層６２０の数は、導電線６２２の数及び導電線６２２に要求される抵抗に応じて異なる。幾つかの実施形態では、多層基板構造６００は中間導電層を５つほど有することができる。更に、多層基板構造６００は導電線６２２を絶縁及び／又は保護するために、隣接する層間に誘電体層を含んでもよい。
【００３５】
[0045]  多層基板構造６００の寸法は、様々な実施形態において異なり、先端部材３１０のサイズによって制限される。幾つかの実施形態では、多層基板構造６００は、約４ｍｍ未満の長さ６０２、約０．５ｍｍ未満の厚さ６０４及び１５ｍｍ未満の幅６０６（図９に示す）を含む。
【００３６】
[0046]  方法５００のステップ５２０並びに図８乃至図１０を参照すると、一実施形態では、撮像コンポーネント３２０は、例えば熱圧着ワイヤボンディングといったワイヤボンディング技術を使用して、インターポーザ３３０の第１の複数の導電接触パッド６１２ａに結合される。上述のように、撮像コンポーネント３２０のＩＣ層３２６は、画像生成のために超音波エコー信号を電気ケーブル３４０に転送する幾つかの信号チャネルを生成する。一実施形態では、多層基板構造６００は、ボンドワイヤ８１０を介して撮像コンポーネント３２０のＩＣ層３２６によって出力される各信号チャネルを接続する。ボンドワイヤ８１０は、金、アルミニウム又は銅といった任意の適切な材料でできていてよい。図７乃至図１０に示されるように、各ボンドワイヤ８１０の一端は、第１の複数の導電接触パッド６１２ａの１つに接合される。各ボンドワイヤ８１０の反対側の端は、ＩＣ層３２６のメッキ層３２７に接合される。例えばメッキ層３２７は、信号チャネル出力部に結合された複数の接触パッドを含んでよい。
【００３７】
[0047]  方法５００のステップ５３０並びに図８乃至図１０を参照すると、一実施形態では、電気ケーブル３４０は、例えばはんだ付けを使用して、インターポーザ３３０の第２の複数の導電接触パッド６１２ｃに結合される。上述のように、電気ケーブル３４０は、ＩＣ層３２６の信号チャネル出力（例えばビーム形成された又は多重化された超音波エコー信号）を処理システム１３０に運ぶ。図８及び図９に示されるように、電気ケーブル３４０は複数の導体又は導電素子３４２を含む。例えば各信号チャネル出力は１つの導電素子３４２によって運ばれる。更に、１つ以上の導電素子３４２が超音波トランスデューサ素子３２４を制御するための制御信号を運んでもよい。例えば制御信号は、処理システム１３０又は処理システム１３０と管腔内デバイス１１０との間にある他のインターフェースモジュールによって生成されてよい。更に、１つ以上の導電素子３４２が撮像コンポーネント３２０に給電するための電力を運んでもよい。導電素子３４２は、はんだ付け接合部６１３によって示されるように、任意の適切なはんだ付け材料（例えばスズ、鉛及び／又は亜鉛）を使用して、第１の複数の導電接触パッド６１２ｃにはんだ付けされる。図１０に示されるように、電気ケーブル３４０は、インターポーザ３３０の表面に配置される導電素子３４２の一部を保護するプロテクタ３４４に結合される。
【００３８】
[0048]  方法５００のステップ５４０並びに図８乃至図１０を参照すると、一実施形態では、表面実装コンポーネント８２０が第３の複数の導電パッド６１２ｃに取り付けられる。例えば１つ以上の表面実装コンポーネント８２０を、図８乃至図１０に示されるように、はんだ付け又は導電性エポキシを介して、１つ以上の第３の複数の導電パッド６１２ｃの表面に取り付けることができる。表面実装コンポーネント８２０の幾つかの例として、コンデンサ及びサーミスタ、抵抗器、ダイオード、トランジスタ、インダクタが挙げられる。したがって、インターポーザ３３０は、電力調整といった追加機能を提供するように、様々な表面実装コンポーネントを含むことができる。なお、ステップ５４０は、幾つかの実施形態では任意選択であってよい。
【００３９】
[0049]  図１１は、本開示の実施形態による適切な位置に結合されたインターポーザ３３０及び撮像コンポーネント３２０の断面図である。断面図は、図１０の線１００２に沿って取られたものである。使用時に、音響層３２２内の超音波トランスデューサ素子３２４が、超音波信号（実線矢印として示す）を放出し、周囲の血管系によって反射された超音波エコー信号（破線矢印として示す）を受信する。ＩＣ層３２６のロジック及び／又は回路が、超音波エコー信号を電気信号に変換及び処理し、当該電気信号を、ボンドワイヤ８１０、インターポーザ３３０の導電接触パッド６１２及び導電線６２２を介して、電気ケーブル３４０に転送する。
【００４０】
[0050]  インターポーザ３３０は幾つかの利点を提供する。インターポーザ３３０は、撮像コンポーネント３２０と電気ケーブル３４０との安定した相互接続を容易にする。インターポーザ３３０は、高密度且つ高精度に導電線６２２を形成することができる。上述のように、導電線６２２は約１μｍ乃至約５０μｍの幅を有し、約１μｍ乃至約５０μｍの間隔で配置されるが、典型的なＰＣＢ及び／又はフレックス回路は約２５μｍ乃至約１００μｍの幅を有し、約２５μｍ乃至約１００μｍの間隔で配置されるトレースを有する。したがって、開示される実施形態は、ＰＣＢ及び／又はフレックス回路と比較した場合に、インターポーザ３３０の形状因子を少なくとも約１０のオーダーで減少させることができる。このように、インターポーザ３３０は、カテーテルアセンブリにおける使用に適している。更に、上部導電層６１０内にＥＰＥＮＩＧ導電接触パッド６１２を含めることによって、インターポーザ３３０が電気ケーブル３４０にはんだ付けされ、また、撮像コンポーネント３２０にワイヤボンディングされることが可能になる。インターポーザ３３０は、ＥＰＥＮＩＧ導電接触パッド６１２にはんだ付けされた表面実装コンポーネントを含めることによって追加の機能を含むことができる。更に、インターポーザ３３０はバッチ製造することができる。一実施形態では何百もの多層基板構造６００を、正確なシンギュレーション、例えば最外導電線６２２からインターポーザ３３０のエッジ又は切断線までの間隔が約８μｍとなるようにウェハ上に形成することができる。
【００４１】
[0051]  当業者であれば、上記装置、システム及び方法が様々な態様で修正可能であることを認識するであろう。したがって、当業者であれば、本開示に包含される実施形態が、上記特定の例示的な実施形態に限定されないことを理解するであろう。この点に関して、例示的な実施形態が示され説明されたが、前述の開示では広範囲の修正、変更及び置換が考えられる。本開示の範囲から逸脱することなく、そのような変形が前述に対してなされうることが理解される。したがって、添付の特許請求の範囲は、広くそして本開示と一致する態様で解釈されることが適切である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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