(57)【要約】本開示は、人間工学的な非矩形形状の超音波イメージングアレイ、並びに関連するシステム及び方法を有利に説明する。非矩形のトランスデューサアレイは、患者の快適さ、超音波デバイスの操作性、及びオペレータの作業フローを向上させる人間工学的なプローブ形状を可能にする。例えば、超音波イメージングデバイスは、非矩形の周縁部を含む音響素子のアレイを含む。アレイは、超音波エネルギーを放出し、放出された超音波エネルギーに対応するエコーを受け取る複数のアクティブ素子と、音響素子のアレイの非矩形の周縁部において複数のアクティブ素子を囲む複数の緩衝素子とを含む。封止材料を含むエッジシールが、複数の緩衝素子の周りに少なくとも部分的に位置付けられ、複数の緩衝素子のうちの１つの緩衝素子は、エッジシールの封止材料によって少なくとも１つの他の緩衝素子から離間されている。
2021536281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非矩形周縁部を含む音響素子のアレイであって、超音波エネルギーを放出し、放出された前記超音波エネルギーに対応するエコーを受け取る複数のアクティブ素子、及び、前記音響素子のアレイの前記非矩形周縁部において、前記複数のアクティブ素子を囲む複数の緩衝素子をさらに含む、音響素子のアレイと、
前記複数の緩衝素子の周りに少なくとも部分的に位置付けられた封止材料を含むエッジシールと、
を含み、
前記複数の緩衝素子のうちの１つの緩衝素子は、前記エッジシールの前記封止材料によって少なくとも１つの他の緩衝素子から離間されている、
超音波イメージングデバイス。
【請求項２】
前記非矩形周縁部は、湾曲セグメントを含む、請求項１に記載の超音波イメージングデバイス。
【請求項３】
前記非矩形周縁部は、多角形を含む、請求項１に記載の超音波イメージングデバイス。
【請求項４】
前記複数の緩衝素子の第１の部分の各緩衝素子は、非矩形プロファイルを含み、前記複数の緩衝素子の前記第１の部分は、前記音響素子のアレイの外縁部にある、請求項１に記載の超音波イメージングデバイス。
【請求項５】
前記複数の緩衝素子の第２の部分の各緩衝素子は、矩形プロファイルを含み、前記複数の緩衝素子の前記第２の部分は、前記音響素子のアレイの前記外縁部から離間されている、請求項４に記載の超音波イメージングデバイス。
【請求項６】
前記エッジシールは、
前記音響素子のアレイの前記非矩形周縁部と直接接触する第１の封止材料であって、複数のカーフを含む、第１の封止材料と、
前記第１の封止材料の周りに位置付けられ、前記第１の封止材料の前記複数のカーフ内に配置される第２の封止材料と、
を含む、請求項１に記載の超音波イメージングデバイス。
【請求項７】
前記音響素子のアレイの表面に結合されたプロセッサチップをさらに含み、前記プロセッサチップは、前記音響素子のアレイの前記非垂直周縁部と整列する非垂直周縁部を含む、請求項１に記載の超音波イメージングデバイス。
【請求項８】
ハウジングをさらに含み、前記音響素子のアレイは、前記ハウジングに結合されている、請求項１に記載の超音波イメージングデバイス。
【請求項９】
超音波イメージングデバイスを製造する方法であって、
音響スタックが非矩形周縁部を含むように、前記音響スタックの周縁部から材料を除去するステップと、
第１の方向において、前記音響スタック内に第１の複数のカーフを形成するステップと、
前記音響スタックの前記非矩形周縁部に第１の封止材料を堆積させるステップと、
前記第１の封止材料が前記第１の複数のカーフに入ることを可能にするステップと、
前記第１の封止材料を硬化させるステップと、
第２の方向において、前記音響スタック及び前記第１の封止材料内に第２の複数のカーフを形成して、音響素子のアレイを形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項１０】
前記音響スタックの前記周縁部から材料を除去するステップは、湾曲セグメントを形成するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記音響スタックの前記周縁部から材料を除去するステップは、多角形セグメントを形成するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の封止材料が前記第１の複数のカーフに入ることを可能にするステップは、前記第１の封止材料が約１５０ミクロンと約２５０ミクロンとの間で前記音響スタック内に進入するのを待つステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の封止材料は、エポキシを含み、前記第１の封止材料を硬化させるステップは、前記エポキシに紫外線を向けるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の封止材料の周りに第２の封止材料を堆積させるステップと、
前記第２の封止材料が前記第２の複数のカーフに入ることを可能にするステップと、
前記第２の封止材料を硬化させるステップと、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
処理チップが非垂直周縁部を含むように、前記処理チップから材料を除去するステップと、
前記処理チップの前記非垂直周縁部が前記音響スタックの前記非垂直周縁部と整列するように、前記処理チップを前記音響スタックに結合するステップと、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記音響素子のアレイをハウジングに結合するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本開示は、概して、超音波イメージングに関し、特に、非矩形形状のトランスデューサアレイを含むイメージング構成要素を製造するための技術、並びに関連するデバイス及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  超音波イメージングは、患者の内部の解剖学的構造物の画像を得るためによく使用される。超音波システムは、典型的には、プローブハウジングに結合されたトランスデューサアレイを含む超音波トランスデューサプローブを含む。トランスデューサアレイは、患者の解剖学的構造内へと超音波エネルギーを送るために超音波周波数で振動するように作動され、次いで、患者の解剖学的構造によって反射又は後方散乱された超音波エコーを受け取って画像を生成する。このようなトランスデューサアレイは、印加電圧に応じて振動して所望の圧力波を生成する圧電材料を有するいくつかの層を含む様々な層を含み得る。これらのトランスデューサは、身体の様々な組織を通して超音波圧力波を送受信するために使用され得る。様々な超音波応答は、超音波イメージングシステムによってさらに処理されて、身体の様々な構造及び組織が表示され得る。
【０００３】
[0003]  トランスデューサアレイは、典型的には、音響素子の矩形の１次元又は２次元マトリクスアレイを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
いくつかの態様では、矩形の超音波トランスデューサアレイは、超音波技師にとって障害となる場合がある。例えば、心臓イメージング（例えば、心エコー検査）において、外部超音波プローブは、患者の心臓の画像を得るために、患者の肋骨間に位置付けられ、正確に整列される。これは、音響素子の矩形のアレイを含む超音波プローブで行うことが困難である可能性がある。なぜなら、アレイの１つ以上のコーナーが患者の肋骨間での超音波プローブの動き及び整列を制限し、及び／又はイメージング処置中に患者に不快感をもたらす場合があるからである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0004]  本開示は、人間工学的な非矩形形状の超音波イメージングアレイ、並びに関連するシステム及び方法を有利に説明する。一態様において、非垂直アレイとも呼ばれる非矩形アレイは、アレイの周縁部の周りにエッジシールを形成する１つ以上の封止材料を含んで、アレイの周縁部における又はその近くのあまり安定していない音響素子に構造的な完全性を提供する。例えば、封止材料は、音響スタック内にカーフ（切り口）を形成する前、最中、又は後に塗布され、カーフは、音響スタックを個々の音響素子に分割するために形成される。封止材料は、カーフが形成される間に、音響スタックの脆弱な領域をサポート及び／又は強化する。いくつかの態様では、非矩形のトランスデューサアレイは、患者の快適さ、超音波デバイスの操作性、及びオペレータの作業フローを向上させる人間工学的なプローブ形状を可能にする。
【０００６】
[0005]  一態様では、超音波イメージングデバイスは、非矩形の周縁部を含む音響素子のアレイを含む。音響素子のアレイはさらに、超音波エネルギーを放出し、放出された超音波エネルギーに対応するエコーを受け取る複数のアクティブ素子と、音響素子のアレイの非矩形の周縁部において複数のアクティブ素子を囲む複数の緩衝素子とを含む。デバイスはさらに、複数の緩衝素子の周りに少なくとも部分的に位置付けられる封止材料を含むエッジシールを含み、複数の緩衝素子のうちの１つの緩衝素子は、エッジシールの封止材料によって少なくとも１つの他の緩衝素子から離間されている。
【０００７】
[0006]  いくつかの実施態様では、非矩形の周縁部は、湾曲セグメントを含む。いくつかの実施形態では、非矩形の周縁部は、多角形を含む。いくつかの実施形態では、複数の緩衝素子の第１の部分の各緩衝素子は、非矩形プロファイルを含み、複数の緩衝素子の第１の部分は音響素子のアレイの外縁部にある。いくつかの態様によれば、複数の緩衝素子の第２の部分の各緩衝素子は、矩形プロファイルを含み、複数の緩衝素子の第２の部分は、音響素子のアレイの外縁部から離間されている。他の態様によれば、エッジシールは、音響素子のアレイの非矩形の周縁部と直接接触する第１の封止材料であって、複数のカーフを含む、第１の封止材料と、第１の封止材料の周りに位置付けられ、第１の封止材料の複数のカーフ内に配置される第２の封止材料とを含む。いくつかの実施形態では、デバイスはさらに、音響素子のアレイの表面に結合されたプロセッサチップを含み、処理チップは、音響素子のアレイの非垂直の周縁部と整列する非垂直の周縁部を含む。別の実施形態では、デバイスはさらにハウジングを含み、音響素子のアレイはハウジングに結合される。
【０００８】
[0007]  本開示の別の態様によれば、超音波イメージングデバイスを製造するための方法は、音響スタックが非矩形の周縁部を含むように、音響スタックの周縁部から材料を除去するステップと、第１の方向において、音響スタック内に第１の複数のカーフを形成するステップと、音響スタックの非矩形の周縁部に第１の封止材料を堆積させるステップと、第１の封止材料が第１の複数のカーフに入ることを可能にするステップと、第１の封止材料を硬化させるステップと、第２の方向において、音響スタック及び第１の封止材料内に第２の複数のカーフを形成して音響素子のアレイを形成するステップとを含む。
【０００９】
[0008]  いくつかの実施態様では、音響スタックの周縁部から材料を除去するステップは、湾曲セグメントを形成するステップを含む。他の実施形態では、音響スタックの周縁部から材料を除去するステップは、多角形セグメントを形成するステップを含む。いくつかの態様では、第１の封止材料が第１の複数のカーフに入ることを可能にするステップは、第１の封止材料が音響スタック内に約１５０ミクロンから約２５０ミクロンの間で進入するのを待つステップを含む。別の態様では、第１の封止材料はエポキシを含み、第１の封止材料を硬化させるステップは、エポキシに紫外線を向けるステップを含む。いくつかの実施形態では、方法はさらに、第１の封止材料の周りに第２の封止材料を堆積させるステップと、第２の封止材料が第２の複数のカーフに入ることを可能にするステップと、第２の封止材料を硬化させるステップとを含む。
【００１０】
[0009]  いくつかの実施形態では、方法はさらに、処理チップが非垂直の周縁部を含むように、処理チップから材料を除去するステップと、処理チップの非垂直の周縁部が音響スタックの非垂直の周縁部と整列するように、処理チップを音響スタックに結合するステップとを含む。さらに他の実施形態では、方法はさらに、音響素子のアレイをハウジングに結合するステップを含む。
【００１１】
[0010]  本開示のさらなる態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
[0011]  本開示の例示的な実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１３】
【図１】[0012]図１は、本発明の実施形態による超音波イメージングシステムの概略図である。
【図２】[0013]図２は、本開示の実施形態による音響スタックから形成されたトランスデューサアレイの個々の素子の断面図である。
【図３】[0014]図３は、本開示の実施形態によるトランスデューサアレイを製造するための方法のフロー図である。
【図４】[0015]図４は、本開示の実施形態による製造段階における集積回路（ＩＣ）層に結合されたアレイ構造の上面図である。
【図５】[0016]図５は、本開示の実施形態による製造段階におけるＩＣ層に結合されたアレイ構造の断面図である。
【図６】[0017]図６は、本開示の実施形態による製造段階におけるＩＣ層に結合されたアレイ構造の上面図である。
【図７】[0018]図７は、本開示の実施形態による製造段階におけるＩＣ層に結合されたアレイ構造の上面図である。
【図８】[0019]図８は、本開示の実施形態による製造段階におけるＩＣ層に結合されたアレイ構造の上面図である。
【図９】[0020]図９は、本開示の実施形態による製造段階におけるＩＣ層に結合されたアレイ構造の上面図である。
【図１０】[0021]図１０は、本開示の実施形態による製造段階におけるＩＣ層に結合されたアレイ構造の断面図である。
【図１１】[0022]図１１は、本開示の実施形態によるトランスデューサアレイを製造するための方法のフロー図である。
【図１２】[0023]図１２は、本開示の実施形態による製造段階における音響スタックの上面図である。
【図１３】[0024]図１３は、本開示の実施形態による製造段階における音響スタックの上面図である。
【図１４】[0025]図１４は、本開示の実施形態による製造段階における複数のカーフを有する音響スタックの上面図である。
【図１５】[0026]図１５は、本開示の実施形態による製造段階における複数のカーフ及び周縁部における封止材料を有する音響スタックの上面図である。
【図１６】[0027]図１６は、本開示の実施形態による製造段階における音響スタックで形成されたアレイ構造の上面図である。
【図１７】[0028]図１７は、本開示の実施形態による製造段階における音響スタックで形成されたアレイ構造の上面図である。
【図１８】[0029]図１８は、本開示の実施形態による非矩形音響スタックの上面図である。
【図１９】[0030]図１９は、本開示の実施形態による非矩形音響スタックの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0031]  本開示の原理の理解を促進する目的のために、ここで、図面に示される実施形態を参照し、それを説明するために特定の言語を使用する。しかしながら、本開示の範囲への限定は意図されないことが理解される。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さらなる修正、並びに本開示の原理の任意のさらなる用途は、本開示が関係する技術分野の当業者に通常想起されるように、本開示内に十分に企図され、含まれている。例えば、超音波デバイスは、外部イメージングプローブに関して説明されるが、本発明はこの用途に限定されることを意図していないことが理解される。システムも同様に、解剖学的構造のイメージングを必要とするあらゆる用途に良く適している。特に、本開示の一実施形態に関して説明される特徴、構成要素、及び／又はステップは、他の実施形態に関して説明される特徴、構成要素、及び／又はステップと組み合わせ得ることが十分に企図されている。しかしながら、簡潔さのために、これらの組合せの多数の反復は、個別には説明しない。
【００１５】
[0032]  図１には、本開示の実施形態による超音波システム１００がブロック図形式で示されている。超音波プローブ１０は、複数の超音波トランスデューサ素子又は音響素子を含むトランスデューサアレイ１２を有する。場合によっては、アレイ１２は任意の数の音響素子を含み得る。例えば、アレイ１２は、２個の音響素子、４個の音響素子、３６個の音響素子、６４個の音響素子、１２８個の音響素子、３００個の音響素子、８１２個の音響素子といった値、及び／又は、より大きい及びより小さい値の両方の他の値を含む、１個から１０００個の間の音響素子を含む。場合によっては、アレイ１２の音響素子は、線形アレイ、平面アレイ、曲面アレイ、曲線アレイ、円周アレイ、環状アレイ、フェーズドアレイ、マトリクスアレイ、１次元（１Ｄ）アレイ、１．ｘ次元アレイ（例えば１．５Ｄアレイ）、又は２次元（２Ｄ）アレイなどの任意の適切な構成で配列され得る。音響素子のアレイ（例えば、１つ以上の行、１つ以上の列、及び／又は１つ以上の向き）は、均一に又は独立して制御され、作動され得る。アレイ１２は、患者の解剖学的構造の１次元、２次元、及び／又は３次元画像を得るように構成され得る。
【００１６】
[0033]  本開示は、患者の皮膚に隣接して及び／又は接触して位置付けられている間にイメージングする外部超音波プローブを使用する外部超音波イメージングに言及するが、本開示の１つ以上の態様は、任意の適切なアレイベースの超音波イメージングシステムにおいて実装可能であることが理解される。例えば、本発明の態様は、いくつかの実施形態では、心臓内（ＩＣＥ）心エコー検査カテーテル及び／又は経食道心エコー検査（ＴＥＥ）プローブ、血管内超音波（ＩＶＵＳ）イメージングカテーテル、及び／又は経胸腔心エコー検査（ＴＴＥ）イメージングデバイスを使用する管腔内超音波イメージングシステムに実装可能である。
【００１７】
[0034]  再び図１を参照すると、アレイ１２の音響素子は、圧電／圧電抵抗素子、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）素子、容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）素子、及び／又は任意の他の適切なタイプの音響素子を含み得る。アレイ１２の音響素子は、電子回路１４と通信する（例えば、電気的に結合される）。図１の実施形態のようないくつかの実施形態では、電子回路１４は、マイクロビームフォーマ（μＢＦ）を含み得る。他の実施形態では、電子回路はマルチプレクサ回路（ＭＵＸ）を含む。電子回路１４は、プローブ１０内にあり、トランスデューサアレイ１２に通信可能に結合される。いくつかの実施形態では、電子回路１４の１つ以上の構成要素をプローブ１０内に位置付ける。いくつかの実施形態では、電子回路１４の１つ以上の構成要素をプロセッサ２８、又は処理システム内に位置付ける。いくつかの態様では、電子回路１４のいくつかの構成要素がプローブ１０内に位置付けられ、電子回路１４の他の構成要素がプロセッサ２８内に位置付けられる。電子回路１４は、１つ以上の電気スイッチ、トランジスタ、プログラマブル論理デバイス、又は、複数の入力を組み合わせる及び／若しくは連続的に切り替えて、１つ以上の共通通信チャネルにわたって複数の入力のそれぞれから信号を送信する他の電子構成要素を含んでもよい。電子回路１４は、複数の通信チャネルによってアレイ１２の素子に結合され得る。電子回路１４は、超音波イメージングデータを含む信号をプロセッサ２８に送信するケーブル１６に結合される。
【００１８】
[0035]  プロセッサ２８では、信号はデジタル化され、各信号を適切に遅延させるシステムビームフォーマ２２のチャネルに結合される。次いで、遅延された信号を組み合わせて、コヒーレントなステアリング及びフォーカスされた受信ビームを形成する。システムビームフォーマは、電子ハードウェア構成要素、ソフトウェアによって制御されるハードウェア、又はビーム形成アルゴリズムを実行するマイクロプロセッサを含み得る。この点で、ビームフォーマ２２は、電子回路と呼ばれる。いくつかの実施形態では、ビームフォーマ２２は、図１のシステムビームフォーマ２２のようなシステムビームフォーマであっても、超音波プローブ１０内の回路によって実装されるビームフォーマであってもよい。いくつかの実施形態では、システムビームフォーマ２２は、プローブ１０内に配置されたマイクロビームフォーマ（例えば、電子回路１４）と連動して機能する。ビームフォーマ２２は、いくつかの実施形態ではアナログビームフォーマであっても、いくつかの実施形態ではデジタルビームフォーマであってもよい。デジタルビームフォーマの場合、システムは、アレイ１２からのアナログ信号をサンプリングされたデジタルエコーデータに変換するＡ／Ｄコンバータを含む。ビームフォーマ２２は、一般に、エコーデータをコヒーレントエコー信号データに処理するために、１つ以上のマイクロプロセッサ、シフトレジスタ、及び／又はデジタル若しくはアナログメモリを含む。遅延は、ＭｃＫｅｉｇｈｅｎらの米国特許第４，１７３，００７号に説明されているように、受信信号のサンプリングの時間、メモリに一時的に記憶されたデータの書込み／読取り間隔、又はシフトレジスタの長さ若しくはクロックレートによってなど、様々な手段によって達成される。上記特許の全体を参照により本明細書に組み込む。加えて、いくつかの実施形態では、ビームフォーマは、アレイ１２によって生成される信号のそれぞれに適切な重み付けを加える。画像フィールドからのビーム形成された信号は、信号及び画像プロセッサ２４によって処理されて、画像ディスプレイ３０上に表示するための２Ｄ又は３Ｄ画像を生成する。信号及び画像プロセッサ２４は、電子ハードウェア構成要素、ソフトウェアによって制御されるハードウェア、又は画像処理アルゴリズムを実行するマイクロプロセッサを含み得る。また、一般に、受信したエコーデータを、スキャンコンバータのように、所望の表示フォーマットの画像のための画像データに処理する専用のハードウェア又はソフトウェアも含む。いくつかの実施形態では、ビーム形成機能は、異なるビーム形成構成要素間で分割される。例えば、いくつかの実施形態では、システム１００は、プローブ１０内にあり、システムビームフォーマ２２と通信するマイクロビームフォーマを含む。マイクロビームフォーマは、受信信号をプロセッサ２８に送信するために必要な通信チャネルの数を減らす予備的なビーム形成及び／又は信号処理が行われる。
【００１９】
[0036]  スキャンモード（例えば、Ｂモード、Ｍモード）、プローブ選択、ビームステアリング及びフォーカシング、並びに信号及び画像処理などの超音波システムパラメータの制御は、システム１００の種々のモジュールに結合されたシステムコントローラ２６の制御下で行われる。システムコントローラ２６は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はマイクロプロセッサ回路、及びＲＡＭ、ＲＯＭ、又はディスクドライブなどのソフトウェアデータ記憶装置によって形成され得る。プローブ１０の場合、この制御情報の一部は、ケーブル１６を介してプロセッサ２８から電子回路１４に提供され、特定のスキャン手順に必要とされるようにアレイの動作のために電子回路１４が調整される。ユーザは、ユーザインターフェースデバイス２０によってこれらの動作パラメータを入力する。
【００２０】
[0037]  いくつかの実施形態では、画像プロセッサ２４は、さらに分析されるか又はディスプレイ３０に出力される異なるモードの画像を生成する。例えば、いくつかの実施形態では、画像プロセッサは、患者の解剖学的構造のＢモード画像（例えばライブＢモード画像）をコンパイルする。他の実施形態では、画像プロセッサ２４は、Ｍモード画像を生成又はコンパイルする。Ｍモード画像は、単一のスキャン線に沿って撮像された解剖学的構造の時間的変化を示す画像として説明される。
【００２１】
[0038]  プロセッサ２８は、コンピュータプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンデンサ、抵抗器、及び／又は他の電子デバイスなどのハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの組合せを含み得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、プロセッサ２８は単一のコンピューティングデバイスである。他の実施形態では、プロセッサ２８は互いに通信する別個のコンピュータデバイスを含む。
【００２２】
[0039]  図２は、本開示の態様による、音響素子アレイ２００の一部の例示的な図である。いくつかの実施形態では、アレイ２００は、超音波イメージングデバイス内のトランスデューサとして実装され得る。例えば、図２に示す実施形態では、アレイ２００は、３つの音響素子２４１を含む。一般に、アレイ２００は、任意の適切な数の音響素子２４１を含み得る。音響素子２４１は、複数の材料層（例えば、層２４０、２４２、２４４、２４６、及び／又は他の適切な層）から形成できる。いくつかの例では、音響素子２４１は、複数の材料層を含むピラーと呼ばれる。音響素子アレイ２００はまた、音響整合層２１０、接地層２２１、及び基板２５４を含み得る。
【００２３】
[0040]  音響スタック及び音響アレイの形成に関する追加処理、ステップ、及び特徴については、２０１８年３月１２日に出願された米国特許仮出願第６２／６４１，５８２号に説明されており、その全体を参照により本明細書に組み込む。
【００２４】
[0041]  いくつかの実施形態では、基板２５４は、音響素子アレイ２００の基部を形成し得る半導体基板である。基板２５４は、シリコン、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、ゲルマニウム、及び／又は他の適切な材料などの材料を含み得る。いくつかの実施形態では、基板２５４は、ポリマー基板、ポリイミド基板、例えばＫａｐｔｏｎ（登録商標）、及び／又は他の適切な材料などのフレキシブル基板である。基板２５４の材料は、場合によっては、用途に基づいて選択される。例えば、フレキシブル基板は、１次元アレイに用いられる。フレキシブル基板はまた、場合によっては２次元又はマトリクスアレイにも使用できる。例えば、その中に含まれる電気的相互接続部を有する半導体基体は、３次元イメージングのために構成される２次元又はマトリクスアレイ内に実装できる。
【００２５】
[0042]  いくつかの実施形態では、音響整合層２１０は、ポリウレタンフィルムなどの柔軟なフィルムを含む。整合層２１０は、接地層２２１上にキャストされ得る。整合層２１０の底面は、整合層と接地層２２１との間に接着層を介さずに、接地層２２１の上面と物理的に接触する。いくつかの実施形態では、整合層２１０は、約１０μｍ〜２００μｍ、並びに／又は、より大きい値及びより小さい他の適切な値の厚さを有する。いくつかの実施形態では、整合層２１０の厚さは、トランスデューサ２２０（図２）又はアレイ２００（図３）の音響中心周波数に基づいて選択され得る。例えば、低周波トランスデューサ設計（例えば、約０．５ＭＨｚ〜５ＭＨｚの中心周波数）は、約１００μｍ〜２００μｍの整合層厚を有し、中周波トランスデューサ設計（例えば、約５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの中心周波数）は、約５０μｍ〜１５０μｍの整合層厚を有し、高周波トランスデューサ設計（例えば、中心周波数＞１０ＭＨｚ）は、約１０μｍ〜１００μｍの整合層厚を有する。いくつかの実施形態では、整合層２１０と接地層２２１との組合せは、金属化整合層と呼ばれる。整合層２１０は、超音波イメージングデバイスの音響レンズであっても、その一部であってもよい。場合によっては、アレイ２００は、異なる音響特性（例えば、音響インピーダンス）を有する異なる整合層など、複数の整合層２１０を含む。
【００２６】
[0043]  いくつかの実施形態では、接地層２２１は、上層２２０及び下層２２２を含む。上層２２０は、ポリエーテル、ポリエステル、又はポリイミドなどの１つ以上のポリマーを含む。いくつかの実施形態では、上層２２０は、約３〜１２μｍの厚さを有する。他の実施形態では、上層２２０は、約１〜１０μｍ、２〜５μｍ、５〜１０μｍ、並びに／又は、より大きい及びより小さい他の適切な値の厚さを有する。下層２２２は、金、銀、銅、アルミニウム、白金、及び／又は他の適切な材料などの金属から形成された電極を含む。いくつかの実施態様では、下層２２２は、約３０００Åの厚さを有する。他の実施形態では、下層２２２は、約１０００Å〜９０００Å、２０００Å〜３０００Åμｍ、若しくは４０００Å〜６０００Å、並びに／又は、より大きい及びより小さい他の適切な値の厚さを有する。電極層２２２は、電流を流す。いくつかの実施形態では、電極層２２２の厚さは、伝送される電流の量に基づいて選択される。いくつかの例では、電極層２２２の厚さは、異なる超音波デバイスにおいて同じであり得るが、他の層（例えば、整合層２１０、上層２２０）の厚さは変化する。例えば、電極層２２２の厚さは同じとする一方で、整合層２１０の厚さは、異なる超音波デバイスにおける中心周波数に応じて変化する。いくつかの実施形態では、整合層２１０の底面は、接地層２２１の上層２２０の上面と直接物理的に接触している。いくつかの実施形態では、整合層２１０は、接地層２２１上に直接キャストされる。例えば、整合層２１０は、溶媒と溶解した材料との液体混合物を接地層２２１上に堆積させ、次いで溶媒を除去することによって、溶媒キャストプロセスで接地層２２１上にキャストされる。「ドクターブレード」技術などのキャスト技術を用いて、整合層２１０を接地層上にキャストできる。スピンコーティング、ドロップキャスト、スパッタリング、印刷、スプレーコーティング、ブレードコーティング、溶液せん断、及び他の技術を含む、整合層２１０を接地層２２１上に堆積させるための他のキャスト技術も考えられる。
【００２７】
[0044]  接着剤を用いずに整合層２１０を接地層２２１に取り付けることにより、既存のトランスデューサ形成方法と比較して、イメージング性能が向上される。さらに、整合層２１０を接地層２２１上に直接キャストする方法は、製造上の利益をもたらす。例えば、整合層２１０は、接地層を１つ以上の音響素子２４１に取り付ける前に、接地層２２１上にキャストされる。１つ以上の音響素子２４１内の層は、高温及び高圧に敏感であり得るので、整合層２１０を接地層２２１と別個に組み合わせることは１つ以上の音響素子２４１への損傷を回避し得る。さらに、整合層２１０を接地層２２１上に直接入れると、整合層２１０と接地層２２１とは、製造中の１つ以上の音響素子２４１内の層内の欠陥によってオフセットされないため、既存の方法よりも平坦な層をもたらし得る。平坦性が向上すると、完成した超音波トランスデューサのイメージング性能がより良くなる。さらに、整合層２１０及び接地層２２１は、大規模に予め製造することができ、これは、製造コストを下げ、１つ以上の音響素子２４１を有するより高価な構成要素との一体化の前に、整合層２１０及び接地層２２１の検査を可能にする。プロセスの早期に検査ができることは、高価な構成要素の不必要な廃棄を回避するのに役立ち得る。
【００２８】
[0045]  接地層２２１は、１つ以上の音響素子２４１に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、接地層２２１は、音響素子２４１の層のための電気接地経路を提供する。１つ以上の音響素子２４１のそれぞれは、第２の整合層２４０、圧電素子２４２、第３の整合層２４４（又は整合解除層）、及びバンプ２４６（黒鉛及び／又は他の適切な導電性材料を含み得る）など、層の任意の組合せを含み得る。音響素子２４１はまた、アンダーフィル２４８及びボンドパッド２５２（金及び／又は他の適切な導電性材料を含み得る）のうちの１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、接地層２２１及び整合層２１０は、１つ以上の音響素子２４１の層の一部の周りを包む。例えば、接地層２２１及び整合層２１０は、接地層２２１が１つ以上の音響素子２４１の外側の側壁と接触するように、１つ以上の音響素子２４１の縁部の周りを包む。
【００２９】
[0046]  製造中、複数の層（層２４０、２４２、２４４、２４６及び／又は他の適切な層）を含む音響スタックが基板２５４上に形成される。次いで、音響スタックはダイシングされ、ギャップ又はカーフ２５０によって互いから離間された個々の音響素子２４１が形成される。図２の実施形態では、カーフ２５０は、空気充填カーフ、又はより単純には空気カーフである。しかしながら、他の実施形態では、カーフ２５０は、材料充填カーフなどの任意の適切なタイプのカーフを含み得る。いくつかの実施形態では、接地層２２１は、接地層の底面と１つ以上の音響素子２４１の上面との間に配置された接着層２３０を用いて、１つ以上の音響素子２４１に取り付けられる。特に、接地層２２１の下層２２２を、１つ以上の音響素子２４１に取り付ける。接地層２２１及び整合層２１０は、複数の音響素子２４１上、及び音響素子２４１間のカーフ２５０上に配置され得る。
【００３０】
[0047]  カーフを形成することによって、音響スタック２００を個々の音響素子に分割することについて、図３〜図１０に関して以下にさらに説明する。カーフからもたらされる音響アレイは、典型的には、封入材料で充填されたハウジングに連結され、その中に封入される。封入材料は、音響素子間の空気カーフ内に容易に入り込むことができ、その結果、空気カーフは、非充填ではなく、完全に充填されるか、又は部分的に充填される。空気カーフを保護するための１つのアプローチは、アレイのすべての表面又は側面を封止フィルムで包むことである。しかしながら、封止フィルムはイメージング構成要素のフットプリントを増大させ、これは、カテーテルは空間的に制限されるので望ましくない場合がある。さらに、接地層の包み込みは、アレイ構造の側面又は表面を、後続の製造プロセスステップで適用される洗浄流体、エポキシ、又は窓材料の侵入から完全には封止しないことがある。その点に関し、いくつかの態様では、アレイを封止するために、空気カーフを含むイメージングアレイの周囲にエッジシールを適用することが有益であり得る。
【００３１】
[0048]  図３〜図１０を参照して、トランスデューサアレイを製造する方法３００を説明する。図３は、本発明の実施形態によるトランスデューサアレイ、すなわち、イメージング構成要素の製造方法３００のフロー図である。方法３００のステップの前、最中、及び後に追加のステップを設けてもよく、また、説明されるステップのいくつかは、方法の他の実施形態では置換されるか又は排除されてもよいことを理解されたい。方法３００のステップは、カテーテルの製造業者によって実行されてよい。図４は、本開示の実施形態による製造段階におけるＩＣ層３２６に結合されたアレイ構造６００の上面図である。図５は、本開示の実施形態による製造段階におけるＩＣ層３２６に結合されたアレイ構造６００の断面図である。図６は、本開示の実施形態による製造段階における封止材料８１０で封止されたアレイ構造６００の上面図である。図７は、本開示の実施形態による製造段階における毛管作用プロセス下のアレイ構造６００の上面図である。図８は、本開示の実施形態による製造段階における、毛管作用プロセスが完了した後のアレイ構造６００の上面図である。図９は、本開示の実施形態による製造段階における、過剰な封止材料が除去された後のアレイ構造６００の上面図である。図１０は、本発明の実施形態による製造段階におけるアレイ構造６００を含むイメージング構成要素の断面図である。
【００３２】
[0049]  トランスデューサアレイの形成に関連するさらなるプロセス、ステップ、及び特徴については、２０１６年１０月３日に出願された米国特許仮出願第６２／４０３，２６７号及び２０１６年１２月１５日に出願された米国特許仮出願第６２／４３４，５６８号に説明されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込む。
【００３３】
[0050]  方法３００のステップ３１０、図４及び図５を参照すると、一実施形態において、例えば、機械加工、ダイシングプロセス又は適切なプロセスを使用して、空気カーフ６１８によって分離された音響素子６１４のアレイが形成される。音響素子６１４は、図４及び図５に示すアレイ構造６００の一部を形成する。
【００３４】
[0051]  方法３００のステップ３２０、並びに図４及び図５を参照すると、一実施形態において、音響素子６１４のアレイを囲む複数の緩衝素子６１２が形成される。複数の緩衝素子６１２は、ギャップ６１６によって分離されている。緩衝素子６１２は、トランスデューサ機能を含まない。緩衝素子６１２は、作動されたときに超音波エネルギーを放出しない。緩衝素子６１２は、本明細書でより詳細に説明するように、アレイの均一性を提供し、音響素子６１４を保護するためのバッファとして機能する。緩衝素子６１２は、アレイ構造６００の一部を形成する。
【００３５】
[0052]  図４は、ＩＣ層３２６の上面６５０に接合されたアレイ構造６００の上面図を示す。アレイ構造６００は、均一な形状であってよく、矩形形状又は正方形形状であってよい。図示されるように、音響素子６１４は行及び列に配列されている。緩衝素子６１２は、アレイ構造６００の最も外側の行及び最も外側の列に位置付けられて、音響素子６１４を囲んでいる。緩衝素子６１２は、アレイ構造６００の側面を画定する。緩衝素子６１２は、空気カーフ６２０によって音響素子６１４から分離される。いくつかの実施形態では、音響素子６１４及び緩衝素子６１２が均一に離間され得る。したがって、空気カーフ６１８及び６２０並びにギャップ６１６は、実質的に同様の幅を有し、互いに整列され得る。
【００３６】
[0053]  アレイ構造６００の寸法は、異なる実施形態において異なり得る。いくつかの実施形態では、音響素子６１４は、約９０μｍ〜約１３０μｍの長さ６０２と、約９０μｍ〜約１３０μｍの幅６０４とを有し得る。空気カーフ６１８の幅６２２、ギャップ６１６の幅６２４、及び空気カーフ６２０の幅６２６は、約１８μｍ〜約３０μｍであり得る。緩衝素子６１２は、アレイ構造６００に対して少なくとも約１００μｍの深さ６２８を有する緩衝領域を提供するようにサイズ決定される。
【００３７】
[0054]  図５は、図４の線６０１に沿って取られた、ＩＣ層３２６に結合されたアレイ構造６００の断面図を示す。音響素子６１４及び緩衝素子６１２は、整合層６８０ａ、圧電層６８０ｂ、整合解除層６８０ｃ、及びバンプ層６８０ｄを含む。整合層６８０ａは、圧電層６８０ｂの音響インピーダンスを、診断される身体のそれに整合させる。圧電層６８０ｂは、超音波を送信し、標的組織構造から反射されたエコーを受け取る。整合解除層６８０ｃは、圧電層６８０ｂの裏側から進行する後方超音波を反射する。バンプ層６８０ｄは、フリップチップバンプ６９１を含む。整合層６８０ａ、整合解除層６８０ｃ、及びバンプ層６８０ｄは、適切な導電性材料で構成され得る。圧電層６８０ｂは、チタン酸ジルコニウム鉛（ＰＺＴ）から構成され得る。ＩＣ層３２６は、フリップチップバンプ６９１に結合されたバンプパッド６９２を含む。アンダーフィル材料６９３は、バンプ層６８０ｄとＩＣ層３２６との間の領域を埋める。アレイ構造６００の外縁部は、任意の適切な導電性材料（例えば、金）で構成され得る金属化された接地エッジめっき７１０でめっきされ得る。
【００３８】
[0055]  方法３００のステップ３３０、並びに図６及び図７を参照すると、一実施形態において、複数の緩衝素子６１２間のギャップ６１６の少なくとも一部が封止材料８１０で充填される。アレイ構造６００の上部の接地縁めっき７１０は、例示を明確にするために、図８には示さない。例えば、封止材料８１０は、アレイ構造６００の側面６３０の周りに塗布され、複数の緩衝素子６１２間のギャップ６１６内に毛管作用で運ばれる。封止材料８１０は、紫外線（ＵＶ）硬化性のエポキシ材料又は任意の適切な材料であり得る。図６は、側面６３０を囲む封止材料８１０を有するアレイ構造６００を示す。図７は、ギャップ６１６内に毛管作用で運ばれる又は広がる封止材料８１０を示す。広がりは図７の矢印によって示す。封止材料８１０は点線９０１によって示すように、（例えば、空気カーフ６１８及び６２０に達する前に）ギャップ６１６の所定の部分内に毛管作用で運ばれる。所定の部分は、異なる実施形態において異なり得る。いくつかの実施形態では、所定の部分は、緩衝素子６１２の外側境界から少なくとも２０μｍの深さ９３０を含む。いくつかの実施態様では、封止材料８１０は、封止材料が空気カーフ６１８、６２０に達する前に、封止材料にＵＶ活性化光を当てることによって硬化され得る。他の実施形態では、封止材料８１０は、熱、化学物質、及び／又は紫外線以外の光（例えば、可視光、赤外線など）の波長を適用するなど、任意の適切なプロセスによって硬化され得る。
【００３９】
[0056]  方法３００及び図８のステップ３４０を参照すると、一実施形態において、複数の緩衝素子６１２間のギャップ６１６を充填する封止材料８１０は、音響素子６１４のアレイが空気カーフ６１８及び６２０によって離間されたままであるように硬化される。図８は、封止材８１０がギャップ６１６内に広がり、所定の部分に達していることを示す。硬化は、所定の部分が充填されたときに、封止材料８１０の毛管作用で運ばれる又は広がることを停止させるためにＵＶ光を当てることを含み得る。
【００４０】
[0057]  方法３００のステップ３５０、並びに図８及び図９を参照すると、一実施形態において、例えば、図８の破線１０１０に沿ってダイシングすることによって、過剰な封止材料８１０が除去される。図９は、過剰な封止材料８１０が除去された後のアレイ構造６００を示す。いくつかの実施形態では、残りの封止材料８１０は、約２０μｍ〜約４０μｍの厚さ８１２を有する。
【００４１】
[0058]  方法３００のステップ３６０及び図１０を参照すると、一実施形態において、接地層１２３０がアレイ構造６００の上部に接合されて、イメージング構成要素が形成される。図１０は、図９の線１１０１に沿って取られたアレイ構造６００を含むイメージング構成要素の断面図を示す。接地層１２３０は、金メタライゼーションを有するポリエステルフィルムとされる。接地層１２３０の寸法は、異なる実施形態において異なり得る。いくつかの実施形態では、接地層１２３０は、約５μｍの厚さ１２３２を有し得る。接地層１２３０は、アレイ構造６００のための電気的地帰路を提供する。例えば、最も外側のバンプパッド６９２は、図１０に示すように、接地接続６９４に接続される。
【００４２】
[0059]  アレイを形成した後、アレイは、プローブハウジング、例えばプローブハウジングのヘッドなどに結合される。封入材料をプローブハウジングのヘッドに塗布して、アレイをプローブハウジング内に固定する。封入材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリウレタン、ＵＶ接着剤、又は、音響特性、接合強度、及び製造中の作業の容易さなどの望ましい特性を有する任意の適切な材料を含み得る。
【００４３】
[0060]  アレイ構造６００の周りに、かつ、緩衝素子６１２間のギャップ６１６を部分的に充填する封止材料８１０を使用することにより、封入材料が音響素子６１４間の空気カーフ６１８内に毛管作用で運ばれることが防止される。上述のように、封止材料８１０は、約２０μｍ〜約４０μｍの厚さ８１２を有し得る。したがって、開示された実施形態は、イメージング構成要素の大きさの増大を最小限に抑えて、空気で満たされたカーフを作成する。例えば、開示された実施形態は、外部超音波イメージング用のトランスデューサアレイを製造するために適用することができ、この場合、トランスデューサアレイを担持する超音波プローブのヘッドは、人体の肋骨の間に人間工学的に位置付けられる。さらに、開示された製造方法は、大量生産及び自動化に適している。
【００４４】
[0061]  いくつかの態様では、矩形の超音波トランスデューサアレイが、超音波技師にとって障害となる場合がある。例えば、心臓イメージング（例えば、心エコー検査）において、外部超音波プローブは、患者の心臓の画像を得るために、患者の肋骨間に位置付けられ、正確に整列される。これは、音響素子の矩形アレイを含む超音波プローブでは行うことが困難である可能性がある。なぜなら、アレイの１つ以上のコーナーが患者の肋骨間での超音波プローブの動き及び整列を制限し、及び／又はイメージング処置中に患者に痛みや不快感を引き起こす場合があるからである。したがって、人間工学的に有利である、非矩形形状又は非垂直形状の超音波イメージングアレイを生成することが有利であり得る。非矩形トランスデューサアレイを、イメージング処置中の患者の快適さだけでなく、オペレータの作業フローを向上できる人間工学的な非矩形ハウジングに結合するか、又はその中に位置付ける。例えば、非矩形アレイ及び／又はハウジングは、患者の肋骨間といった制限された場所においてより容易に操作できるので、オペレータは、所望のイメージング面を達成するために、そして患者に対する不快感を減少させて、より容易にプローブを方向付ける。
【００４５】
[0062]  しかしながら、非矩形形状の音響素子の２次元アレイを生成することは、困難である。以下でさらに説明するように、非矩形アレイは、典型的には、構造的に不安定であり、音響スタックから剥離し易い幾つかの非矩形音響素子を含む。したがって、組立中、又はイメージング処置中に、剥離し易い不安定な音響素子を生成しないように非矩形アレイを生成するための製造プロセスを採用することが望ましい。図１１〜図１７は、本開示のいくつかの態様による、人間工学的な非矩形超音波トランスデューサアレイを製造するための方法を示す。図１１は、本開示のいくつかの態様による非矩形トランスデューサアレイを製造するための方法の様々なステップを説明するフロー図である。図１２〜図１７は、図１１に詳述されるプロセスの様々なステップにおける音響スタック７２０を示す。
【００４６】
[0063]  図１１〜図１３を参照すると、矩形の音響スタック７２０が提供され（図１２）、音響スタック７２０のコーナー７２２（図１３）など、音響スタック７２０の周縁部から材料が除去される。例示の目的のために、図１２は、音響スタック７２０の全体ではなく、音響スタック７２０の一部又は領域のみが示されることを理解されよう。
【００４７】
[0064]  音響スタック７２０は、コーナー７２２を含む。上述のように、矩形アレイのコーナーは、特に、プローブを肋骨などの身体構造の間に誘導し、位置付けなければならない場合に、イメージング処置において障害となる場合がある。したがって、より人間工学的な設計を提供するために、音響スタック７２０の周縁部などの形状を変更することが有益であり得る。図１２及び図１３に示すように、音響スタック７２０は、コーナー領域７２２から材料を除去して、非矩形の形状又は周縁部を生成することによって、より人間工学的にされる。ステップ５１０において、コーナー領域７２２から材料が除去され、面取りされた縁部７２４が形成される。他の実施形態では、１つ以上の湾曲セグメント及び／又は１つ以上の多角形形状を生成するために、材料を除去できる。例えば、音響スタック７２０の形状は、面取り、ベベル、フィレット、丸い縁、又は適切な幾何学的特徴の任意の組合せのうちの１つ以上を含むように修正される。スタックの材料は、例えば、切断、ダイシング、研削、エッチング、及び／又は任意の他の適切な成形プロセスによって除去される。いくつかの実施形態では、音響スタック７２０は、非多角形形状を生成するために音響スタック７２０から材料を除去する必要がないように、上述の非多角形特徴のいずれかを含む非多角形形状を有するように予め形成される。
【００４８】
[0065]  図１８及び図１９は、それぞれ、多角形トランスデューサアレイ８２０、及び非多角形の楕円形トランスデューサアレイ９２０を示す。トランスデューサアレイのための任意の適切な多角形形状、楕円形形状、規則的形状、不規則形状、対称形状、及び／又は非対称形状が考えられる。その点に関して、図１８及び図１９は、長さ及び幅などのトランスデューサアレイのプロファイル又は上面図を示すことが理解される。トランスデューサアレイは、（例えば、図２、図５、及び図１０に示すように）高さ又は深さも有するという点で、３次元である。その点に関し、トランスデューサアレイは、場合によっては、幾何学的プリズムと説明できる。トランスデューサアレイ８２０、９２０の一方又は両方は、図１１に示す方法５００に従って形成できる。例えば、トランスデューサアレイは、矩形音響スタックのコーナーを形成する材料を除去することによって、又は材料を除去する必要なしに、非矩形形状を有するように音響スタック８２０、９２０を形成することによって形成される。
【００４９】
[0066]  再び図１１〜図１３を参照すると、いくつかの実施形態では、非矩形音響スタック７２０は、プロセッサチップ、又はＡＳＩＣなどのコンピュータチップに結合、取り付け、又は他の方法で接合される。いくつかの態様では、コンピュータチップは、集積回路（ＩＣ）又はＩＣ層と説明できる。コンピュータチップ又はＩＣ層は、非矩形音響スタック７２０と同様又は同一の形状であり得る。その点に関して、いくつかの実施形態では、ステップ５１０は、音響スタック７２０及びコンピュータチップの形状が整列するように、矩形の音響スタック７２０及び矩形のコンピュータチップから材料を同時に除去することを含む。これは、コンピュータチップを音響スタック７２０に取り付ける前又は後に行われてよい。他の実施形態では、音響スタック７２０及びコンピュータチップが別々に成形される。コンピュータチップは、シリコンなどの半導体材料から形成された集積論理回路及び／又は回路を含み得る。集積論理回路及び／又は回路は、例えば、図１に示すプロセッサ２８によって生成される制御信号を多重化し、制御信号をアレイの対応する音響素子に転送する。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。逆方向には、集積論理回路及び／又は回路は、標的組織によって反射され、音響素子によって受け取られた超音波エコー信号を受け取る。集積論理回路及び／又は回路は、超音波エコー信号を電気信号に変換し、処理及び／又は表示のために、インターポーザ及び電気ケーブル１６を介してプロセッサ２８に電気信号を転送する。集積論理回路及び／又は回路はさらに、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得る。いくつかの実施形態では、コンピュータチップは、インターポーザに結合するために、音響スタック７２０よりも長い長さを有してもよい。
【００５０】
[0067]  ステップ５２０において、及び図１４に示すように、音響スタック７２０は、ギャップ又は空間としても説明される第１の複数のカーフ７２６を形成するように、ダイシング、切断、研削、エッチング、又は他の方法で機械加工される。カーフ７２６は平行であり、複数の音響スタックセグメント７２８を分離するために第１の方向（水平）に形成される。ダイシングに関して説明したが、切断及び／又はエッチングなどの、上述の任意のプロセスを使用してカーフ７２６を形成する。いくつかの実施形態では、フォトリソグラフィ技術を使用して、カーフ７２６を形成できる。図示の実施形態では、カーフ７２６は、個々の音響スタックセグメント７２８、すなわち、音響素子を空気によって分離するカーフ又はチャネルを意味する空気カーフである。他の実施形態では、カーフ７２６は、個々の音響スタックセグメント７２８及び／又は音響素子が材料によって互いから分離されるように材料で充填されてもよい。
【００５１】
[0068]  特に、図１４の音響スタック７２０のように、空気カーフが使用される場合、異物（例えば、超音波ゲル、水、洗浄溶液）が音響スタック７２０のカーフ７２６に入り込まないように、空気カーフ７２６のためのシールを提供することが有益であり得る。したがって、図１５に示すステップ５３０において、第１の封止材料７３２を含むエッジシール７３０が音響スタック７２０の周縁部の周りに塗布されて、カーフ７２６を封止し、第１の封止材料７３２は、音響スタック７２０の非矩形の周縁部と直接接触する。第１の封止材料７３２は、カーフ７２６内に部分的に配置される第１の複数の侵入部７３４を含む。ステップ５４０において、第１の封止材料７３２を第１の複数のカーフ７２６内に特定の距離だけ入らせて侵入部７３４を形成し、ステップ５５０において、第１の封止材料７３２を硬化させる。例えば、第１の封止材料７３２は、硬化性接着剤、ポッティング材料、又はカーフ７２６間を流れる他の流体材料を含む。一実施形態では、第１の封止材料７３２は、例えば、紫外線（ＵＶ）、熱、空気暴露、又は任意の他の適切な方法によって硬化できるエポキシ又は硬化性接着剤を含む。いくつかの態様では、侵入部７３４を形成するためのプロセスは、所定の時間待つこと、及び／又は第１の封止材料７３２がカーフ７２６内に所定の距離進入するのを待つことと、第１の封止材料７３２が音響スタック７２０内のカーフ７２６内を進入することを止めるように第１の封止材料７３２を硬化及び／又は固化させるために硬化プロセス（例えば、ＵＶ光を当てること）を有効にすることとを含む。例えば、いくつかの実施形態では、第１の封止材料は、約１秒〜約３０秒の期間にわたってカーフ７２６内を進入するか、又は毛管作用で運ばれる。第１の封止材料が音響スタック７２０内に毛管作用で運ばれる時間は、予備硬化された封止材料の粘度に依存し得る。いくつかの実施態様では、第１の封止材料７３２は、約２５０μｍ〜約３５０μｍを含む、約１５０μｍ〜約１ｍｍで音響スタック７２０内に進入させてもよい。いくつかの実施形態では、封止材料７３２は、音響素子の半分、１つの音響素子、２つの音響素子などに対応する幅など、各音響スタックセグメント７２８及び／又は音響素子の幅に対応する距離だけ、音響スタック７２０内に進入させてもよい。
【００５２】
[0069]  図１１及び図１５を参照すると、ステップ５６０において、第２の複数のカーフ７３６が、第２の方向（垂直）において音響スタック７２０内に形成される。その点で、図１５の実施形態において、第２の複数のカーフ７３６の方向は、第１の複数のカーフ７２６の方向に垂直である。第２の複数のカーフ７３６を形成することは、図１２及び図１３に示す音響スタックセグメント７２８を、音響素子の２次元アレイ７５０に分割し、ここで、アレイ７５０は、アクティブ素子７２９及び緩衝素子７３８を含む。緩衝素子７３８は、非アクティブであるアレイ７５０の音響素子と説明できる。例えば、緩衝素子７３８は、緩衝素子７３８間及び／又はその周りに配置された封止材料７３２による機械的制限や、緩衝素子７３８が超音波エネルギーを放出及び受信する、又は両方のために駆動されることを妨げる電気的接続又はその欠如のために、非アクティブであると考えられる。言い換えれば、緩衝素子７３８は、アクティブ素子７２９と同じ音響スタック７２０から形成されるが、緩衝素子７３８は非アクティブ又は不活性と考えられる。
【００５３】
[0070]  緩衝素子７３８は、アレイ７５０の周縁部に又はその近くに位置付けられる。図１４の音響スタック内の緩衝素子の第１の部分７３８ａは、非矩形形状又はプロファイル（例えば、三角形）を含み、アレイ７５０の面取りされた縁部７２４に又はその近くにある。面取りされた縁部７２４は、アレイ７５０の周縁部の一部を含む。緩衝素子の第２の部分７３８ｂは、矩形の形状又はプロファイルを含む。第２の部分７３８ｂの１つ以上の緩衝素子は、１つ以上の他の緩衝素子によってアレイの外周縁部から離間されてもよく、一方、第１の部分７３８ａの緩衝素子は、アレイ７５０の周縁部に又は周縁部に直接隣接して位置付けられる。いくつかの態様では、緩衝素子７３８は、アレイ７５０の周縁部又は縁部を形成するものとして説明できる。
【００５４】
[0071]  上述のように、緩衝素子のいくつか、特に緩衝素子の第１の部分７３８ａは、第１の封止材料７３２の補強がなく不安定であり得る。したがって、第２の複数のカーフ７３６を形成する前に第１の封止材料７３２を塗布することは、アレイ７５０の外周縁部又は外縁部にある又はその近くの緩衝素子７３８、特に、非矩形の断面を含む及び／又はアレイ７５０から剥離し易い第１の領域７３８ａの緩衝素子に、サポート及び補強を追加する。
【００５５】
[0072]  ステップ５７０において、第２の封止材料７４０が、硬化した第１の封止材料７３２の上に又はそれに加えて堆積され、第２の封止材料７４０が、第２の複数のカーフ７３６を少なくとも部分的に侵入するか又は入って、トランスデューサアレイ７５０の第２の複数のカーフ７３６を封止する。第１の封止材料の場合と同様に、ステップ５８０において、第２の封止材料７４０を第２の複数のカーフ７３６内に進入させて、第２の複数の侵入部７４２を形成する。第２の封止材料７４０は、第１の封止材料７３２と同じ種類の材料を含んでも、異なる材料を含んでもよい。第２の封止材料７４０は、第１の封止材料７３２の上又はその周りに配置された別個の材料層を含んでもよい。他の実施形態では、第２の封止材料７４０は、塗布及び硬化されなくてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第２の封止材料７４０の代わりに、トランスデューサアレイ７５０の周りにラップが塗布される。
【００５６】
[0073]  ステップ５９０において、第１及び／又は第２の封止材料７３２、７４０からの過剰な封止材料がトリミングされ、切断され、ダイシングされ、研削され、又は他の方法で除去されて、第１及び第２の侵入部７３４、７４２を所定の位置に残して、アレイ７５０を封止し、及び／又は、アレイ７５０の周縁部付近の緩衝素子を安定させる。次いで、アレイ７５０は、ハウジングに、例えばプローブハウジングのヘッド内に取り付けられる。ハウジングは、外部超音波プローブ、ＩＣＥカテーテル、ＴＥＥプローブ、ＩＶＵＳカテーテル、ＴＴＥプローブ、又は任意のアレイベースの超音波デバイスであり得る。上述のように、アレイ７５０は、充填接着剤及び／又はポッティング材料を使用してプローブハウジングに取り付けられる。アレイ７５０は、非矩形であるため、アレイ７５０はより人間工学的に設計されたプローブハウジング内に適合でき、その結果、プローブをより容易に操作及び位置付けて超音波画像を得られる。例えば、非矩形プローブは、患者の肋骨間の画像を得るために、より容易に操作できる。
【００５７】
[0074]  図１１〜図１７に関して説明した処理ステップに加えて、他の処理ステップを行ってもよいことが理解されるであろう。例えば、一実施形態において、アクティブ音響素子７２９及び／又は緩衝素子７３８の間の第１及び第２の複数のカーフ７２６、７３６に第３の封止材料を付与して、カーフ７２６、７３６内の空気を排出する。第３の封止材料は、アレイ７５０の個々の要素のアクティブ化及び使用を可能にする音響適合性材料を含み得る。いくつかの実施形態では、音響整合層及び／又は接地層（例えば、図２の２１０、２２０）をアレイ７５０の上面に取り付ける。音響整合層及び／又は接地層は、エッジシール７３０と共に機能して、アレイ７５０を封止する。また、図２〜図１０に関して説明した１つ以上のステップ、特徴、及び／又は構成要素を、図１１〜図１７に関して説明したステップ、特徴、及び／又は構成要素と共に使用できることも理解されよう。
【００５８】
[0075]  当業者であれば、上述の装置、システム、及び方法を様々なやり方で修正できることを理解するであろう。したがって、当業者は、本開示によって包含される実施形態が上述の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、前述の開示において、広範囲の修正、変更、及び置換が企図される。このような変形は、本開示の範囲から逸脱することなく、上記になされ得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、広くかつ本開示と一致するよう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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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