(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い可撓性部材と、
前記細長い可撓性部材の遠位部に配置されている超音波スキャナアセンブリであって、前記超音波スキャナアセンブリは超音波トランスデューサアレイを含む、超音波スキャナアセンブリと、
前記細長い可撓性部材の近位部に配置されているインターフェース結合器と、
前記超音波スキャナアセンブリと前記インターフェース結合器との間で前記細長い可撓性部材の中に配置され、前記細長い可撓性部材の長さに沿って延伸するケーブルであって、前記ケーブルは、前記超音波スキャナアセンブリおよび前記インターフェース結合器を電気的に結合する４つの導体を含み、前記超音波トランスデューサアレイの送信及び受信機能は前記４つの導体のみを介して制御され、前記４つの導体は、前記超音波スキャナアセンブリの動作の間、前記超音波スキャナアセンブリに一定の第一の非ゼロ動作電圧を供給し、前記超音波スキャナアセンブリ及び前記インターフェース結合器の間に双方向通信を伝えるために、第一の信号対を伝える第１の導体対を含む、ケーブルと
を備える、
血管内超音波（ＩＶＵＳ）デバイス。
【請求項２】
前記ケーブルは、接地シールドをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記接地シールドは前記４つの導体のうちの少なくとも１つを囲む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記４つの導体のうちの少なくとも１つは前記接地シールドによって囲まれない、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記超音波スキャナアセンブリは、論理デバイスおよび分圧器をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記４つの導体のうちの第１の導体対は前記分圧器に電気的に結合されており、前記第１の導体対は、前記分圧器に入力電圧を供給するように構成されている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記超音波スキャナアセンブリは、前記第１の導体対に電気的に結合されている増幅器をさらに含む、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記超音波スキャナアセンブリは、前記第１の導体対に電気的に結合されているインターフェース復号器をさらに含む、請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１の導体対は、前記インターフェース結合器から前記インターフェース復号器へと制御信号を送信するように構成されている、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記超音波スキャナアセンブリは、トランスデューサ制御回路をさらに含み、前記トランスデューサ制御回路は、前記ケーブルおよび前記超音波トランスデューサに電気的に結合されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記超音波トランスデューサおよび前記トランスデューサ制御回路はフレックス回路に電気的および物理的に結合されている、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記超音波スキャナアセンブリは、複数のトランスデューサ制御回路を含むコントローラ部分であって、前記コントローラ部分は前記超音波スキャナアセンブリの近位部に隣接して配置されている、コントローラ部分と、
複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサ部分であって、前記トランスデューサ部分は、前記超音波スキャナアセンブリの遠位部に隣接して配置されている、トランスデューサ部分と、
前記コントローラ部分と前記トランスデューサ部分との間に配置されている遷移部分と
を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記コントローラ部分は、第１の縦方向長さを有し、前記遷移部分は、第２の縦方向長さを有し、前記第２の縦方向長さは前記第１の縦方向長さ以下である、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記複数のトランスデューサ制御回路は、９個のトランスデューサ制御回路から構成されている、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記９個のトランスデューサ制御回路のうちの１つはマスタコントローラであり、残りの８個のトランスデューサ制御回路はスレーブコントローラである、請求項１４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して血管内超音波（ＩＶＵＳ）画像化に関し、特に、ソリッドステートＩＶＵＳ画像化システムに関する。様々な実施形態において、ＩＶＵＳ画像化システムは、送信／受信インターフェースコントローラによって制御される、圧電性ジルコン酸塩トランスデューサ（ＰＺＴ）、静電型超音波マイクロトランスデューサ（ＣＭＵＴ）、および／または圧電型超音波マイクロトランスデューサ（ＰＭＵＴ）のような、超音波トランスデューサのアレイを含む。たとえば、本開示のいくつかの実施形態は、ヒトの血管を画像化するのに特に適した送受信インターフェースコントローラを含むＩＶＵＳ画像化システムを提供する。
【背景技術】
【０００２】
血管内超音波（ＩＶＵＳ）画像化は、介入性心臓病学において、治療の必要性を判定し、治療介入を誘導し、かつ／またはその有効性を評価するための、人体内の病変血管、特に動脈のための診断ツールとして広く使用されている。ＩＶＵＳ画像化研究を実施するために、１つまたは複数の超音波トランスデューサを組み込んでいるＩＶＵＳカテーテルが血管内に入れられ、画像化されるべき領域へと誘導される。トランスデューサは、対象の血管の画像を作成するために、超音波エネルギーを放出および受信する。超音波は、組織構造（様々な層の血管壁など）、赤血球、および対象の他の特徴から生じる不連続性によって特に反射される。反射波からのエコーがトランスデューサによって受信され、患者インターフェースモジュール（ＰＩＭ）によってＩＶＵＳカテーテルに接続されているＩＶＵＳ画像化システムに伝達される。画像化システムは、受信された超音波信号を処理して、デバイスが配置されている血管の断面画像を生成する。
【０００３】
今日一般的に使用されているＩＶＵＳカテーテルには２つのタイプ、すなわち回転タイプおよびソリッド・ステート・タイプがある。一般的な回転ＩＶＵＳカテーテルについて、対象の血管内に挿入されるプラスチックシースの内部で回転する可撓性ドライブシャフトの先端に単一の超音波トランスデューサ素子が配置される。トランスデューサ素子は、超音波ビームが概してデバイスの軸に垂直に伝播するように方向付けられる。流体を充填されたシースが、超音波信号がトランスデューサから組織へと伝播し、また戻ることを可能にしながら、血管組織を回転するトランスデューサおよびドライブシャフトから保護する。ドライブシャフトが回転するとき、トランスデューサは高電圧パルスによって周期的に励起されて、超音波の短いバーストを放出する。その後、同じトランスデューサが、様々な組織構造から反射される、返ってくるエコーを聴く。ＩＶＵＳ画像化システムは、トランスデューサの単一の回転の間に発生する一連のパルス／取得サイクルから血管断面の二次元表示を組み立てる。
【０００４】
対照的に、ソリッドステートＩＶＵＳカテーテルは、トランスデューサ制御回路のセットに接続されているデバイスの外周の周りに分散されている超音波トランスデューサのアレイを含む超音波スキャナアセンブリを保持する。トランスデューサ制御回路は、超音波パルスを送信するための、および、エコー信号を受信するための個々のトランスデューサを選択する。一連の送信機−受信機対をステップスルーした後、ソリッドステートＩＶＵＳシステムは、機械的に走査されたトランスデューサ素子の効果を合成することができるが、部品を動かすことはない。回転する機械的要素がないため、このトランスデューサアレイは、血管外傷の危険性を最小限に抑えながら、血液および血管組織と直接接触して配置することができる。さらに、回転する要素がないため、インターフェースが単純化される。ソリッド・ステート・スキャナは、単純な電気ケーブルおよび標準的な取り外し可能電気コネクタを用いて画像化システムに直接有線接続することができる。
【０００５】
ＩＶＵＳカテーテル性能における１つの要因はカテーテルの敏捷性である。回転カテーテルは、シース内に含まれている可撓性回転ドライブシャフトに起因してコーナ周りで円滑に前進する傾向にある。しかしながら、回転カテーテルは、ガイドワイヤに係合するために長い迅速交換チップを必要とすることが多く、長いチップはトランスデューサを含む画像化コアの前進を制限する場合がある。たとえば、これによって、カテーテルが、冠状動脈内のごく遠位の箇所に進められることが妨げられる場合がある。他方では、ソリッドステートＩＶＵＳカテーテルは、ガイドワイヤがスキャナの内腔に入ることができるため、より短いチップを有することができる。しかしながら、ソリッドステート設計には、血管内の急に湾曲している辺りでカテーテルが前進する能力を制限する剛性セグメントを有するものがある。ソリッドステートＩＶＵＳカテーテルにはまた、トランスデューサアレイおよび関連電子機器を収容するために回転カテーテルよりも直径が大きい傾向もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既存のＩＶＵＳ画像化システムは有用であることが証明されているが、血管系へのアクセスを改善することを可能にするために、ソリッド・ステート・スキャナの全体的な直径を低減し、カテーテルの剛性部分の長さを低減するために、ソリッド・ステート・スキャナの設計を改善することが依然として必要とされている。そのように改善されても、システムの画像化性能はそのままであり得るか、または改善される場合さえある。トランスデューサ構造、電気インターフェース、ＩＶＵＳスキャナ、ＩＶＵＳカテーテル、およびＩＶＵＳシステム全体、ならびに製造に使用される方法に対する改善が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の実施形態は、ソリッドステート血管内超音波画像化システムにおいてコンパクトで効率的な超音波スキャナアセンブリおよび調整可能電気インターフェースユニットを提供する。
【０００８】
いくつかの実施形態において、血管内超音波（ＩＶＵＳ）デバイスが提供される。デバイスは、細長い可撓性部材と、細長い可撓性部材の遠位部に配置されている超音波スキャナアセンブリであって、超音波スキャナアセンブリは超音波トランスデューサアレイを含む、超音波スキャナアセンブリと、細長い可撓性部材の近位部に配置されているインターフェース結合器と、超音波スキャナアセンブリとインターフェース結合器との間で細長い可撓性部材の中に配置され、当該細長い可撓性部材の長さに沿って延伸するケーブルであって、ケーブルは、超音波スキャナアセンブリおよびインターフェース結合器を電気的に結合する４つの導体を含む、ケーブルとを備える。
【０００９】
いくつかの実施形態において、血管内超音波（ＩＶＵＳ）デバイスが提供される。デバイスは、細長い可撓性部材と、細長い可撓性部材の近位部に結合されている患者インターフェースモジュール（ＰＩＭ）結合器と、細長い可撓性部材の遠位部に結合されている超音波トランスデューサのアレイと、超音波トランスデューサのアレイに電気的に結合されているトランスデューサアレイ制御回路と、コネクタとトランスデューサ制御回路との間で細長い可撓性部材の中に配置され、当該細長い可撓性部材の長さに沿って延伸するケーブルであって、ケーブルは、トランスデューサ制御回路およびコネクタを電気的に結合する４つの導体を含む、ケーブルとを備える。
【００１０】
いくつかの実施形態において、血管内超音波（ＩＶＵＳ）デバイスが提供される。デバイスは、細長い可撓性部材と、細長い可撓性部材の近位部に配置されている患者インターフェースモジュール（ＰＩＭ）結合器と、細長い可撓性部材の遠位部に配置されている超音波スキャナアセンブリと、超音波スキャナアセンブリとインターフェース結合器との間で細長い可撓性部材の中に配置され、当該細長い可撓性部材の長さに沿って延伸するケーブルであって、ケーブルは、超音波スキャナアセンブリおよびインターフェース結合器を電気的に結合する４つの導体を含む、ケーブルとを備え、超音波スキャナアセンブリは、複数のトランスデューサ制御回路を含むコントローラ部であって、コントローラ部は超音波スキャナアセンブリの近位部に隣接して配置されている、コントローラ部と、複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサ部であって、トランスデューサ部は超音波スキャナアセンブリの遠位部に隣接して配置されている、トランスデューサ部と、コントローラ部とトランスデューサ部との間に配置されている遷移部とを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態において、超音波スキャナアセンブリが提供される。スキャナアセンブリは、基板と、環状構成において基板上に配置されている複数の超音波トランスデューサと、基板上に配置されている複数のトランスデューサ制御回路とを備え、複数のトランスデューサ制御回路のトランスデューサ制御回路は、複数のトランスデューサ制御回路の隣接するトランスデューサ制御回路の第２の端部とインターフェースするように構成されている第１の端部を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態において、超音波スキャナアセンブリを製造する方法が提供される。方法は、第１のコントローラ、第２のコントローラ、および第１のコントローラと第２のコントローラとの間に延伸し、それらのコントローラを接続する支持部材を含むスーパーダイを提供するステップと、第１のコントローラおよび第２のコントローラを回路基板に固定するステップと、第１のコントローラおよび第２のコントローラを回路基板に固定した後、第１のコントローラおよび第２のコントローラから支持部材を取り外すステップとを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態において、血管内超音波（ＩＶＵＳ）デバイスを製造する方法が提供される。方法は、コントローラ、犠牲領域、および確保領域を有する半導体デバイスを提供するステップと、１つまたは複数の凹状区画を画定するために犠牲領域の一部を除去するステップと、１つまたは複数の凹状区画の中に弾性材料を導入するステップと、半導体デバイス上に回路構造を形成するステップであって、回路構造は、弾性材料およびコントローラに接触し、それによって、コントローラは回路構造に電気的に結合される、形成するステップと、回路構造から弾性材料を除去するステップと、超音波トランスデューサを回路構造に取り付けるステップとを含む。
【００１４】
いくつかの実施形態において、超音波画像化の方法が提供される。方法は、血管構造内にガイドワイヤを配置するステップと、ガイドワイヤを通じて血管内超音波（ＩＶＵＳ）デバイスを前進させるステップであって、ＩＶＵＳカテーテルは超音波トランスデューサアレイを含む、前進させるステップと、４リードインターフェースを利用してＩＶＵＳカテーテルを操作するステップであって、当該操作は、超音波トランスデューサアレイのトランスデューサに、超音波波形を放出させるために実施される、操作するステップと、超音波波形の反射エコーに基づいてＩＶＵＳカテーテルによってエコーデータを生成するステップと、４リードインターフェースを利用してＩＶＵＳコンソールにエコーデータを提供するステップと、エコーデータを表示のために処理するステップとを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態において、４ラインインターフェースおよび超音波トランスデューサを有する血管内超音波（ＩＶＵＳ）デバイスとインターフェースする方法が提供される。方法は、４ラインインターフェースの第１のライン対を介して第１の信号を送信するステップであって、第１の信号は、ＩＶＵＳカテーテルの動作モードを構成する、送信するステップと、第１のライン対を介して第２の信号を送信するステップであって、第２の信号は、トランスデューサの超音波波形の放出および超音波波形の反射エコーの受信をトリガする、送信するステップと、第１のライン対を介して反射エコーに基づくエコーデータを受信するステップとを含む。
【００１６】
本開示のいくつかの実施形態は、スキャナをＰＩＭおよびコンソールに接続する信号線のセットを低減しながら、超音波機構の制御、および、受信信号の増幅を可能にするインターフェースアーキテクチャを利用する。信号線の数を低減することによって、信号を搬送するケーブルの直径を低減することができ、これによって、カテーテル本体の直径が対応して低減することが可能になり得る。導体の数が低減することによってまた、ケーブルとスキャナとの間の接合部のサイズも低減し、それによって、プロファイルの低減が促進され、小血管へのアクセスの向上につながる。さらに、導体の数を低減することによって、ケーブル内においてゲージの大きい導体を使用することも可能にすることができ、これによってデバイスの耐久性を向上し、信号劣化を低減することができる。強化されたシリアル通信方式によって、ＰＩＭとトランスデューサとの間の４リードケーブルにさらなる導体を追加することなく、柔軟性および高度な特徴も提供される。本開示のさらなる実施形態は、ケーブルインピーダンス整合も可能にする。このように、インターフェースアーキテクチャは平衡伝送線をサポートし、各伝送線は、画像内にアーティファクトおよび劣化を引き起こす可能性がある周波数応答の反射および歪みを最小限に抑えるために適切に終端されている。
【００１７】
本開示のいくつかの実施形態は、クロストーク、結合、および他の伝送線の効果を低減するように、制御配線を構成する。たとえば、４導体ケーブルは、対角方向の導体対が独立した伝送線を形成する「星形」構成に配置することができる。この構成において、対角方向信号対間の干渉、線路損失、および結合が、それらの配置の対称性によって最小限に抑えられる。本開示の実施形態はまた、平衡差動対としての役割を果たすように制御配線を構成する。平衡対は、電磁干渉（ＥＭＩ）に対する感受性を阻害するとともに、他のデバイスからの外部干渉に対するシステムの影響の受けやすさを低減する。いくつかの実施形態において、４導体インターフェースケーブルは、ＥＭＩおよび外部干渉に対する影響の受けやすさをさらに抑制するために、接地シールドを組み込んでいる。
【００１８】
本開示の実施形態は、スキャナアセンブリのサイズを低減するために、改善された回路設計および改善された電気インターフェースを活用する。スキャナアセンブリは剛性であるため、長さを低減することによってより応答性の高いデバイスが作成される。スキャナの長さは一部では、コントローラのサイズおよび形状、ならびに、スキャナのトランスデューサ領域とコントローラ領域との断面形状の差に対応するための遷移ゾーンの必要性によって決まる。８個、９個、１６個またはそれ以上のトランスデューサ制御回路を利用するいくつかの実施形態において、コントローラ領域の断面形状は、トランスデューサ領域のほぼ円形の断面形状をより近密に近似する。これによって、２つの領域の間の遷移ゾーンをより短くし、スキャナ全体の長さをより短くすることが可能になる。結果もたらされるデバイスはより柔軟であり、それゆえ、複雑な血管分岐を通じて走査することが可能である。
【００１９】
いくつかの実施形態は、制御回路にスーパーダイ製造構成を利用する。スキャナ制御回路を備える複数のダイが、単一の基板上に複数のダイを組み込んだ単一のスーパーダイとして製造される。その後、ダイは後にスーパーダイから離される。たとえば、ダイは、可撓性回路基板に取り付けられた後に分割されてもよい。スーパーダイは、トランスデューサ制御回路のようなデバイスのアレイの精密な間隔および向きを維持する取り外し可能支持構造を含んでもよい。これによって、組み立て中の配置精度が向上し、手作業の組み立ての代わりに自動製造ツールを使用することが可能になる。同様に、精度が向上することによって、より小さい構成要素を使用することが可能になる。さらに、複数のコントローラをグループとして組み立てることによって、組み立て時間が節約される。
【００２０】
さらなる実施形態は、トランスデューサ構成要素を製造するのに使用される半導体ウェハ上に回路構造を形成するために微細加工プロセスを利用する。ウェハ上に回路構造を形成することによって、精密な半導体技法を使用することが可能になり、その結果、接続がより均一になり、位置合わせの問題が劇的に少なくなる。これによって、半導体デバイスをフレックス回路上に位置合わせして取り付ける必要もなくなる。一旦ウェハから解放される代わりに、柔軟な基板がフレックス回路に取って代わる。そのような一実施形態において、ウェハの残りのセグメントが、柔軟な基板に接合されるべき任意の追加のデバイスを位置合わせするのに使用される。
【００２１】
本開示の追加の態様、特徴、および利点が、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００２２】
本開示の例示的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本開示の一実施形態による画像化システムの概略図である。
【図２】本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリの簡略概略図である。
【図３】本開示の一実施形態によるインターフェース復号器の簡略概略図である。
【図４】本開示の一実施形態によるＰＩＭ＋／−対を利用して超音波スキャナアセンブリへデータを送信するための例示的なプロコトルのタイミング図である。
【図５】本開示の一実施形態によるケーブルの断面図である。
【図６】本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリの一部が平坦な形態で示されている上面図である。
【図７】本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリのトランスデューサ領域の断面図である。
【図８ａ】本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリの制御領域の断面図である。
【図８ｂ】本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリの制御領域の断面図である。
【図９】本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリの一部が巻かれた形式で示されている長手方向斜視図である。
【図１０】本開示の一実施形態によるスーパーダイを利用して超音波スキャナアセンブリを製造する方法の流れ図である。
【図１１】本開示の一実施形態によるＩＶＵＳ画像化デバイスに使用するためのスーパーダイの簡略上面図である。
【図１２】本発明の設計の一実施形態による、図１１に示す軸に沿ってとられたスーパーダイの簡略断面図である。
【図１３】本開示の一実施形態による一製造段階における超音波スキャナアセンブリの一部の上面図である。
【図１４】本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリのウェハベースの微細組み立ての方法の流れ図である。
【図１５】本開示の一実施形態による微細組み立ての一段階における半導体デバイスの一部の上面図である。
【図１６】本開示の一実施形態による微細組み立ての方法の一段階における半導体デバイスの簡略側断面図であり、特に、本開示の一実施形態による方法の一段階における半導体デバイスの側断面図である。
【図１７】本開示の一実施形態による微細組み立ての方法の一段階における半導体デバイスの簡略側断面図であり、特に、基板の弾性材料充填エッチング領域を示す図１６のものと同様の半導体デバイスの側断面図である。
【図１８】本開示の一実施形態による微細組み立ての方法の一段階における半導体デバイスの簡略側断面図であり、特に、基板上に形成された相互接続を有する図１７のものと同様の半導体デバイスの側断面図である。
【図１９】本開示の一実施形態による微細組み立ての方法の一段階における半導体デバイスの簡略側断面図であり、特に、相互接続セット上に形成された柔軟なフィルムを示す図１８のものと同様の半導体デバイスの側断面図である。
【図２０】本開示の一実施形態による微細組み立ての方法の一段階における半導体デバイスの簡略側断面図であり、特に、ウェハ薄化プロセスを受けている基板を示す図１９のものと同様の半導体デバイスの側断面図である。
【図２１ａ】本開示の一実施形態による微細組み立ての方法の一段階における半導体デバイスの簡略側断面図であり、特に、弾性材料を除去した後の基板を示す図２０のものと同様の半導体デバイスの側断面図である。
【図２１ｂ】本開示の一実施形態による微細組み立ての方法の一段階における半導体デバイスの簡略側断面図であり、特に、超音波スキャナアセンブリが超音波トランスデューサを含む図２１ａのものと同様の半導体デバイスの側断面図である。
【図２２】本開示の一実施形態による微細組み立ての方法の一段階における半導体デバイスの簡略側断面図であり、特に、取り付けられた基板の領域を除去した後の図２１ｂのものと同様の半導体デバイスの側断面図である。
【図２３】本開示の一実施形態による微細組み立ての一段階における半導体デバイスの一部の上面図である。
【図２４】本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリを製造する方法の流れ図である。
【図２５】本開示の一実施形態によるＩＶＵＳカテーテルを利用する方法の流れ図である。
【図２６】本開示の一実施形態による動作時のＩＶＵＳの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示の原理の理解を促進する目的のために、ここで、図面に示されている実施形態を参照し、これを説明するために特定の文言を使用する。それにもかかわらず、本開示の範囲に対する限定は意図されていない。記載されているデバイス、システム、および方法に対する任意の代替形態およびさらなる変更形態、ならびに、本開示の原理の任意のさらなる応用形態が、当業者に通常想起されるように完全に企図されており、本開示の中に含まれる。たとえば、ＩＶＵＳシステムが心臓血管画像化に関して説明されているが、この応用形態に限定されるようには意図されていないことが理解される。システムは、密閉空洞内の画像化を必要とする任意の応用形態に等しくよく適している。特に、一実施形態に関連して説明されている特徴、構成要素、および／またはステップが、本開示の他の実施形態に関連して説明されている特徴、構成要素、および／またはステップと組み合わされてもよいことが、完全に企図されている。しかしながら、簡潔にするために、これらの組み合わせが、別々に多数回反復して説明されることはない。
【００２５】
図１は、本開示の一実施形態による血管内超音波（ＩＶＵＳ）画像化システム１００の概略図である。本開示のいくつかの実施形態において、ＩＶＵＳ画像化システム１００は、圧電性ジルコン酸塩トランスデューサ（ＰＺＴ）ソリッドステートＩＶＵＳ画像化システムである。いくつかの実施形態において、システム１００は、静電型超音波マイクロトランスデューサ（ＣＭＵＴ）、および／または圧電型超音波マイクロトランスデューサ（ＰＭＵＴ）を組み込んでいる。ＩＶＵＳ画像化システム１００は、ＩＶＵＳカテーテル１０２、患者インターフェースモジュール（ＰＩＭ）１０４、ＩＶＵＳコンソールもしくは処理システム１０６、および／またはモニタ１０８を含んでもよい。
【００２６】
高レベルにおいて、ＩＶＵＳカテーテル１０２は、デバイスの先端にあるスキャナアセンブリ１１０から超音波エネルギーを放出する。超音波エネルギーは、スキャナ１１０を取り巻く組織構造によって反射され、組織からのエコー信号がスキャナ１１０によって受信および増幅される。
【００２７】
ＰＩＭ１０４は、スキャナアセンブリ１１０の動作を制御するために、ＩＶＵＳコンソール１０６とＩＶＵＳカテーテル１０２との間の信号の通信を促進する。これは、スキャナを構成して送信機回路をトリガするための制御信号を生成することと、スキャナアセンブリ１１０によってキャプチャされるエコー信号をＩＵＶＳコンソール１０６に転送することとを含む。エコー信号に関して、ＰＩＭ１０４は受信信号を転送し、いくつかの実施形態において、信号をコンソール１０６に送信する前に予備信号処理を実施する。そのような実施形態の例において、ＰＩＭ１０４は、データの増幅、フィルタリング、および／または集約を実施する。一実施形態において、ＰＩＭ１０４はまた、スキャナ１１０内の回路の動作をサポートするための高および低電圧ＤＣ電力をも供給する。
【００２８】
ＩＵＶＳコンソール１０６は、ＰＩＭ１０４によってスキャナ１１０からエコーデータを受信し、スキャナ１１０を取り巻く組織の画像を作成するためにデータを処理する。コンソール１０６はまた、画像をモニタ１０８に表示することもできる。
【００２９】
いくつかの実施形態において、ＩＶＵＳカテーテルは、Ｖｏｌｃａｎｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＥａｇｌｅＥｙｅ（登録商標）カテーテルおよび参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，８４６，１０１号明細書に開示されているもののような従来のソリッドステートＩＶＵＳカテーテルと同様のいくつかの特徴を含む。たとえば、ＩＶＵＳカテーテル１０２は、デバイス１０２の遠位端にある超音波スキャナアセンブリ１１０と、デバイス１０２の長手方向本体に沿って延伸するケーブル１１２とを含む。ケーブル１１２は、デバイス１０２の近位端にあるコネクタ１１４において終端する。コネクタ１１４は、ケーブル１１２をＰＩＭ１０４に電気的に結合し、ＩＶＵＳカテーテル１０２をＰＩＭ１０４に物理的に結合する。一実施形態において、ＩＶＵＳカテーテル１０２は、ガイドワイヤ出口ポート１１６をさらに含む。したがって、いくつかの事例において、ＩＶＵＳカテーテルは迅速交換カテーテルである。ガイドワイヤ出口ポート１１６は、デバイス１０２を血管１２０を通じて誘導するために、ガイドワイヤ１１８が遠位端に向かって挿入されることを可能にする。血管１２０は、画像化され得、たとえば、限定ではないが、肝臓、心臓、腎臓、胆嚢、膵臓、肺を含む臓器、ダクト、腸、脳、硬膜嚢、脊柱および末梢神経を含む神経系構造、尿路、ならびに身体の血液系または他の系内の弁を含むことができる生体内の天然および人口の両方の、流体を充填されたまたは流体に取り囲まれた構造を表す。天然構造の画像化に加えて、画像はまた、限定ではないが、心臓弁、ステント、シャント、フィルタおよび身体内に位置付けられる他のデバイスのような人口構造の画像化をも含んでもよい。一実施形態において、ＩＶＵＳカテーテル１０２はまた、遠位先端付近の膨脹可能バルーン部分１２２をも含む。バルーン部分１２２は、ＩＶＵＳカテーテルの長さをたどり、膨脹ポート（図示せず）において終端するルーメンに対して開いている。バルーン１２２は、膨脹ポートを介して選択的に膨脹および収縮され得る。
【００３０】
ＩＶＵＳカテーテル１０２は、狭い通路の中から高解像度画像化を可能にするように設計されている。ＩＶＵＳ画像化デバイスの性能を現行技術水準と比較して進歩させるために、本開示の実施形態は、広い帯域幅（＞１００％）をもたらす、ＰＭＵＴのような高度なトランスデューサ技術を組み込む。帯域幅が広いことは、半径方向において最適な解像度を達成するために短い超音波パルスを生成するのに重要である。ＰＭＵＴおよび他の高度な超音波トランスデューサ技術によって与えられる解像度の向上によって、より良好な診断精度が促進され、異なる組織型を区別する能力が強化され、血管腔の境界を正確に画定する能力が強化される。本開示の実施形態はまた、柔軟性を向上させ、直径を低減しており、操作性が増大し、患者の安全性および快適性の向上がもたらされている。特定の実施形態はまた、デバイス１０２を製造する、より高速で、より正確で、より費用のかからない方法も提供する。
【００３１】
図２は、本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリ１１０の簡略概略図である。従来の設計とは対照的に、この実施形態は、必要とされる信号線がより少ない、改善されたトランスデューサインターフェースを提供し、それによって、トランスデューサを操作するのに必要とされる導体の数が低減される。スキャナ１１０は６つの主要ブロック、すなわち、インターフェース復号器２０２と、送信コントローラ２０４と、受信コントローラ２０６と、ドライバおよびマルチプレクサアレイ２０８と、超音波トランスデューサ２１０と、エコー増幅器２１２とを含む。物理的実施態様において、スキャナ１１０の主要なブロックのいずれかは、１つまたは複数の別個の集積回路チップに分割されてもよい。
【００３２】
スキャナ１１０は４つの入力を受信する。高電圧信号が高電力ドライバ回路にＤＣ電圧を供給し、高電力ドライバ回路は、送信モードにあるときに超音波トランスデューサ２１０に給電する。ＧＮＤ信号が、スキャナ回路の共通接地を提供する。残りの入力、すなわち、ＰＩＭ＋およびＰＩＭ−は、双方向性多目的信号の差動対である。いくつかの実施形態において、ＰＩＭ＋／−信号対は、（１）スキャナ１１０の回路を駆動するための低電圧ＤＣ電力（Ｖdd）を供給し、（２）送信コントローラ２０４、受信コントローラ２０６、およびマルチプレクサアレイ２０８の構成を可能にするためのシリアル通信チャネルとして動作し、（３）プログラム可能性およびステータス報告のような高度な機能をサポートするためのシリアル通信チャネルとして動作し、（４）スキャナ上に含まれる送信機およびタイミング回路を起動するためのＰＩＭ１０４からの平衡差動信号として送信トリガパルスを搬送し、（５）平衡出力信号をエコー増幅器２１２からＰＩＭ１０４へと誘導するのに使用される。
【００３３】
動作電圧を供給するために、ＰＩＭ＋／−差動対は、式Ｖdd＝（ＶPIM+＋ＶPIM-）／２によって説明されるように、グランド（ＧＮＤ）に対して実質的に一定の共通モードオフセット電圧を維持する。
【００３４】
Ｖddは、スキャナ１１０の低電圧回路に給電するために供給される電圧であり、これらの回路は一般的に、電力送達ドライバ以外の回路を含む。ＶPIM+はＰＩＭ＋入力の電圧であり、ＶPIM-はＰＩＭ−入力の電圧である。いくつかの事例において、Ｖddは約１．２Ｖ〜約５．０Ｖである。一例において、Ｖddは３．３Ｖ  ＤＣである。一定のオフセット電圧を維持することによって、ＰＩＭ＋／−対は、記載されている他の機能もサービスしながら、スキャナ１１０の回路に給電するのに使用することができる。
【００３５】
上述した構成データ、制御データ、および／または送信トリガを含むデータをスキャナに搬送するために、ＰＩＭ＋／−対は、３状態符号化を利用してもよい。たとえば、ＰＩＭ＋／−対は、３つの有効な状態、すなわち、正（ＶPIM+＝ハイ、ＶPIM-＝ロー）、負（ＶPIM+＝ロー、ＶPIM-＝ハイ）、およびアイドル（ＶPIM+＝ＶPIM-≒Ｖdd）に限定されてもよい。いくつかの事例において、ロー状態は０Ｖ〜０．５×Ｖddとして定義され、ハイ状態は１．５×Ｖdd〜２×Ｖddとして定義され、アイドル状態はＶdd〜１．２５×Ｖddとして定義される。Ｖdd＝３．３Ｖである例示的な実施形態において、ＰＩＭ＋およびＰＩＭ−の各々は、３．３Ｖ  ｐ−ｔ−ｐ〜６．６Ｖ  ｐ−ｔ−ｐの最高最低振幅、または６．６Ｖ〜１３．２Ｖに及ぶ差動電圧を有し得る。一般的に、これらの信号振幅は、Ｖdd供給電圧に比例したスケールを有する。
【００３６】
これらのハイ値、ロー値、およびアイドル値は、シリアルデータプロトコルを実施するのに使用される。ＰＩＭ＋／−対は必ずしも関連付けられたクロックを有するとは限らないため、いくつかの実施形態は、非同期シリアルプロトコルを利用する。例示的な非同期プロトコルは、マンチェスタ符号、ゼロ復帰（ＲＺ）、および非同期非ゼロ復帰（ＮＲＺ）を含む。ビットレートの範囲は、ＰＩＭ＋／−対について約１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚが企図されており、２０ＭＨｚの例示的なビットレートが与えられる。しかしながら、他のビットレートがサポートされることは理解される。
【００３７】
したがって、ＰＩＭ＋／−ラインを介して搬送されるシリアルデータは、限定ではないが、指定される送信および受信トランスデューサ、ならびに、放出される波形の長さ、持続時間、周波数、および他の特性を含む、スキャナ１１０の１つまたは複数の態様を構成するのに使用することができる。そうするために、インターフェース復号器２０２は、３状態符号化ＰＩＭ＋／−信号を、送信コントローラ２０４、受信コントローラ２０６、および他の関連回路のために２値制御信号に変換し得る。
【００３８】
一例において、ＰＩＭ＋／−入力を介して受信される構成データは、送信および受信トランスデューサを選択する。インターフェース復号器２０２は、３状態ＰＩＭ＋／−命令を２進値に変換する。送信コントローラ２０４および受信コントローラ２０６内にアドレス指定可能送信および受信レジスタを組み込んだいくつかの実施形態において、２進値は、１つまたは複数のトランスデューサをイネーブルする、レジスタのためのアドレスを含む。このように、２進値内に含まれるアドレスが、後続の超音波画像化のための送信および受信トランスデューサを選択する。シフト送信および受信レジスタを組み込んだいくつかの実施形態において、２進値は、指定されるトランスデューサをイネーブルするために、レジスタのうちの１つまたは複数を通じてアクティブ論理値をシフトする。いくつかのそのような実施形態において、２進値は、各シフトレジスタと関連付けられるクロック、負荷、およびシフト方向入力に対応する。
【００３９】
送信トリガもまた、ＰＩＭ＋／−入力を介して受信される。送信トリガは、ドライバ回路の１つまたは複数のチャネルを起動することによって、超音波送信を開始する。これに応答して、ドライバは１つまたは複数の選択された送信トランスデューサに起動信号を送って、選択されたトランスデューサ（複数の場合もあり）が超音波波形を生成するようにする。波形はスキャナ１１０付近およびその周囲の組織および他の構造によって反射され、マルチプレクサアレイ２０８によって選択される１つまたは複数の受信トランスデューサによってキャプチャされる超音波エコーが生成される。
【００４０】
いくつかの実施形態において、ＰＩＭ＋／−対は、指定された受信トランスデューサ（複数の場合もあり）２１０によってキャプチャされたエコー信号を、スキャナ１１０からＰＩＭ１０４へと送信する。エコーから選択された受信トランスデューサによって生成される電気信号が、マルチプレクサアレイ２０８によってエコー増幅器２１２にルーティングされる。図示されている実施形態において、エコー増幅器２１２は差動増幅器であるが、他の増幅器タイプが企図されている。エコー増幅器２１２の出力はＰＩＭ＋／−対に連結されている。ＰＩＭ＋／−ライン上の入来信号の完全性を保証するために、エコー増幅器２１２は、出力インピーダンスがケーブル終端抵抗２１４よりもはるかに高い高インピーダンス差動電流源出力段を有してもよい。エコーデータの歪みを回避するために、エコー増幅器２１２の入力もまた、高入力インピーダンスを有してもよい。いくつかの実施形態において、超音波トランスデューサ２１０が高インピーダンス負荷（増幅器入力など）を駆動するときに相当の電圧を生成することが可能であり得るため、エコー増幅器２１２は高電圧を生成する必要がない。しかしながら、たとえ１の電圧利得であっても、増幅器は、デバイス１０２の長さに沿って延伸するケーブル１１２の低（たとえば、約１００Ω）特性インピーダンスに起因して相当の電力利得（たとえば、約１６ｄＢ）をもたらす。
【００４１】
ＰＩＭ＋／−対は、ケーブル１１２にわたって伝播する信号のケーブル反射および歪みを最小限に抑えるための平衡差動終端を形成する一対の抵抗器２１４によって、スキャナ１１０内で終端される。一般的に、全差動抵抗は、ケーブル１１２の特性インピーダンスに一致する。いくつかの事例において、線路抵抗は、５０〜１００Ωの範囲内にあり、例示的な抵抗は約７５Ωである。いくつかの実施形態において、抵抗器２１４によってもたらされる終端抵抗は、ケーブルの特性インピーダンスよりも大きくてもよい。そのような実施形態は、終端抵抗器２１４のより高い抵抗と関連付けられるより低い損失から受益しながら、ケーブル特性インピーダンスに対する一致が不完全であることから生じる場合がある共鳴を抑制するためにＰＩＭ終端およびケーブル損失に依拠し得る。
【００４２】
抵抗器２１４はまた、Ｖdd動作電圧の生成にも使用されてもよい。したがって、いくつかの実施形態において、抵抗器２１４は、分圧器を形成する。図示されている実施形態において、ＰＩＭ＋／−対は、上述したように、固定差動オフセット電圧を維持する。分圧器は、ＰＩＭ＋／−対の中点に等しい電圧を生成し、それによって、動作電圧Ｖddを供給する。電圧スイングを抑制するために、１つのそのような実施形態において、分圧器はキャパシタ２１６を含む。例示的なキャパシタ２１６はほぼ１００ｐＦ程度である。
【００４３】
図３は、本開示の一実施形態によるインターフェース復号器２０２の簡略概略図である。いくつかの実施形態において、線受信機３０２が、３状態ＰＩＭ＋／−差動信号対を２値信号に変換する。そのような実施形態において、これは、ヒステリシスの整流、デバウンシング、および／またはＰＩＭ＋／−のフィルタリングを含み、ＰＩＭ＋／−信号を交流電圧領域に変換することをさらに含んでもよい。その後、関連付けられる２進ＰＩＭ値が線受信機３０２から状態機械３０４、直並列変換器３０６、および送信ロジック３０８に送信される。状態機械３０４は、ＰＩＭ＋／−データがスキャナアセンブリ１１０および／または送信トリガを構成するためのコマンドを示すか否かを判定する。いくつかの実施形態において、データシーケンスの最初のビットが、入来データがコマンドまたは送信トリガであるか否かを判定することに留意されたい。代替の実施形態において、すべてのデータシーケンスがコマンドとして取り扱われ、送信トリガはコマンドセット内の特定のコマンドである。
【００４４】
構成コマンドに対応するデータシーケンスについて、直並列変換器３０６は直列ＰＩＭ＋／−データを並列化し、これをコマンド復号器３１０に提供する。コマンド復号器３１０はその後、対応する制御信号を判定する。例示的な制御信号は、限定ではなく、Ｒｅｓｅｔ（リセット）、ＴＸ  Ｃｌｏｃｋ（送信クロック）、ＴＸ  Ｌｏａｄ（送信負荷）、ＲＸ  Ｃｌｏｃｋ（受信クロック）、ＲＸ  Ｌｏａｄ（受信負荷）、およびＬｅｆｔ／Ｒｉｇｈｔ（左／右）（シフト制御）を含む。送信トリガに対応するデータシーケンスについて、状態機械３０４は、送信ロジック３０８をイネーブルする。これに応答して、送信ロジック３０８は、１つまたは複数の選択されるトランスデューサを駆動して、超音波波形を放出し、１つまたは複数の受信トランスデューサを起動する。
【００４５】
図４は、本開示の一実施形態によるＰＩＭ＋／−対を利用してスキャナへデータを送信するための例示的なプロコトルのタイミング図である。図示されている例示的なプロトコルにおいて、スキャナ１１０は信号ＩＤＬＥ＿ＳＴＡＴＥ（アイドル状態）によって示されるアイドル状態において開始する。ＩＤＬＥ＿ＳＴＡＴＥ、ＣＯＭＭＡＮＤ＿ＳＴＡＴＥ（コマンド状態）、およびＴＲＡＮＳＭＩＴ＿ＳＴＡＴＥ（送信状態）は、３つの個別の動作状態を表す状態機械３０４内部の信号である。
【００４６】
例示的なプロトコルにおいて、コマンドは、ＰＩＭ＋／−対を介して負値を送信することによって示される（ＶPIM+＝ロー、ＶPIM-＝ハイ）。そのようなコマンド命令は、時刻Ｔ１において開始して示されている。初期の負状態は、状態機械３０４に、ＩＤＬＥ＿ＳＴＡＴＥからＣＯＭＭＡＮＤ＿ＳＴＡＴＥに遷移するよう指示する。その後、ＰＩＭ＋／−対の値の後続のシーケンスは、構成コマンドを指定し発行するコマンドコードとして取り扱われる。例示的なコマンドコードは４ビット長であるが、任意の長さのコマンドコードがサポートされる。コマンドコードは、アクティブな送信機および受信機の対を定義し、超音波放出のための波形特性を決定し、および／または他のデバイス挙動を構成するのに使用され得る。コマンドコードが送信された後、ＰＩＭ＋／−対はアイドルに戻る。状態機械３０４は、データレートよりも大幅に長い期間、たとえば、１．０μｓｅｃの後タイムアウトし、ＩＤＬＥ＿ＳＴＡＴＥに戻る。このタイムアウト機能は、始動中または過渡信号の場合に同期を維持する一助となり得る。
【００４７】
例示的なプロトコルにおいて、超音波波形を放出するためのトリガ命令が、ＰＩＭ＋／−対上で正値を送信することによって発行される（ＶPIM+＝ハイ、ＶPIM-＝ロー）。例示的なコマンド命令は、時刻Ｔ２において開始して示されている。トリガ命令は、送信バーストのパルス幅およびサイクルの数を定義する一連のトリガパルスを含んでもよい。ＰＩＭ＋／−対が一定期間、たとえば、１．０μｓｅｃにわたってアイドルに戻った後、状態機械３０４がＩＤＬＥ＿ＳＴＡＴＥに戻る。
【００４８】
ＰＩＭ＋／−対がアイドルである（ＶPIM+＝ＶPIM-＝Ｖdd）任意の時点において、エコー増幅器２１２が使用されて、エコー信号がＰＩＭ＋／−対を介してスキャナ１１０からＰＩＭ１０４へと駆動され得る。例示的なエコー信号は、時刻Ｔ３において開始して示されている。
【００４９】
図５は、本開示の一実施形態によるケーブル１１２の断面図である。ケーブルは、４つの導体５０２、５０４、５０６、および５０８を含む。導体５０２および５０４はそれぞれ、ＰＩＭ１０４とスキャナ１１０との間の第１の動作電圧（高電圧）および接地（ＧＮＤ）の送信のために指定されている。一実施形態において、導体５０２および５０４はまた、５０２および５０４信号対の共通モード電圧の間ならびに／または５０６および５０８信号対の共通モード電圧の間の過渡電圧スパイクを抑制する分布容量も提供する。一例として３ｍケーブルは、４０〜１６０ｐＦ／ｍの一般的な容量を有し得る。
【００５０】
導体５０６および５０８はそれぞれＰＩＭ＋およびＰＩＭ−に指定されている。ＰＩＭ＋およびＰＩＭ−は双方向性多目的信号である。図３および図４を参照して開示されているように、ＰＩＭ＋／−対は、スキャナ１１０を構成し、超音波放出および受信ならびにスキャナ１１０からＰＩＭ１０４への受信エコーデータの送信を開始する。図示されている実施形態において、導体５０２、５０４、５０６、および５０８は星形構成に配置されている。反対の極性の導体を対にすることによって（たとえば、導体対５０２および５０４ならびに導体対５０６および５０８）、星形構成は外部干渉、クロストーク、および信号歪みを低減する。より多くの導体を必要とするインターフェース設計と比較して、ケーブル１１２は、そのような設計よりも小さい直径を有する。事実、星形のようなツイストクアッドが占有する円筒空間は、同じサイズの導体のツイストペアよりもわずかに大きい（２０％大きい直径）だけである。
【００５１】
導体の数を４に低減することによって、ケーブルの剛性も低減する。したがって、一実施形態において、４導体ケーブルを含むデバイスは、７導体束を含む同様のデバイスよりも柔軟である。加えて、さらなる実施形態において、４導体ケーブルは、よりゲージの狭いデバイス本体を使用することを可能にする。たとえば、４導体ケーブルは、直径が３Ｆｒ以下のカテーテルを使用可能にし得る。多くのバルーンおよびステントカテーテルがこの範囲内に入るため、そのようなサイズは介入性心臓病学用途に好ましい。撓骨動脈アクセス手技は一般的に従来の大腿骨動脈アクセスと比較してよりゲージの小さいガイドカテーテルを使用するため、３．５Ｆｒを下回るデバイスが撓骨動脈アクセス手技には好ましい。
【００５２】
一実施形態において、４導体ケーブル１１２は、スキャナ１１０において、より多くの導体を有するケーブルよりも小さい接触領域を必要とする。デバイス１０２の組み立て中、接触領域は、巻き工程中のスキャナ１１０の形状に一致しない場合がある。この結果として、接触領域に膨出部が生じ得る。膨出部はデバイス１０２の外径を増大させ得、これによってデバイス１０２が狭窄部分を通過することが妨げられ得る。内向きに突出した膨出部はガイドワイヤに衝突し、デバイスが所望の箇所に円滑に進むのを妨げる可能性がある。一実施形態において、より小さい接触領域が４導体ケーブル１１２とともに使用されることによって、そのような膨出部の形成が大幅に低減するか、またはなくなる。
【００５３】
一実施形態において、ケーブル１１２は、一般的な７導体伝送線構成よりも太い導体を組み込む。７線束と同等の直径の４線束は、断面積がほぼ２倍、抵抗がほぼ半分の個々の導体を有し得る。たとえば、一般的な７導体束は、４４  ＡＷＧゲージワイヤを利用し得る。４４  ＡＷＧワイヤは柔軟ではあるが壊れやすく、操作が難しく、抵抗が高い。対照的に、同等の４導体ケーブル１１２は、４１  ＡＷＧゲージワイヤを利用し得る。ワイヤゲージが増大することによって、耐久性が増大して抵抗が低減し、それによって信号品質を向上させることができる。
【００５４】
信号送信をさらに改善して電磁干渉（ＥＭＩ）を含む干渉ならびに導体間の雑音およびクロストークを低減するために、導体５０２、５０４、５０６、および５０８は、接地シールド５１０によって個々に絶縁されてもよい。接地シールド５１０は、導体内の誘導電圧を低減し、線路損失を低減する。いくつかの実施形態において、ケーブル１１２は、外側接地シールド５１２を含む。これらの電気絶縁手段は、単独でまたはよりゲージの大きい導体と組み合わせてのいずれかで、ケーブル１１２が、振幅および忠実度がより大きく、歪みおよび干渉が低減された信号を搬送することを可能にする。
【００５５】
図６は、本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリ１１０の一部の上面図である。図６は、超音波スキャナアセンブリ１１０をその平坦な形態で示す。アセンブリ１１０は、フレックス回路６０６に取り付けられているトランスデューサアレイ６０２およびトランスデューサ制御回路６０４（コントローラ６０４ａおよび６０４ｂを含む）を含む。共通の参照符号によって示されているように、トランスデューサアレイ６０２の超音波トランスデューサ２１０は、図２を参照して開示されているものと実質的に同様である。トランスデューサアレイ６０２は、任意の数およびタイプの超音波トランスデューサ２１０を含んでもよいが、明瞭にするために、図６には限られた数の超音波トランスデューサしか示していない。一実施形態において、トランスデューサアレイ６０２は、６４個の個々の超音波トランスデューサ２１０を含む。さらなる実施形態において、トランスデューサアレイ６０２は、３２個の超音波トランスデューサを含む。他の数が企図されるとともに、提供される。一実施形態において、トランスデューサアレイ６０２の超音波トランスデューサ２１０は、たとえば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，６４１，５４０号明細書に開示されているような、ポリマー圧電材料微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）基板上に作製される圧電型超音波マイクロトランスデューサ（ＰＭＵＴ）である。代替の実施形態において、トランスデューサアレイは、バルクＰＺＴトランスデューサのような圧電性ジルコン酸塩トランスデューサ（ＰＺＴ）、静電型超音波マイクロトランスデューサ（ｃＭＵＴ）、単結晶圧電材料、他の適切な超音波送信機および受信、ならびに／またはそれらの組み合わせを含む。
【００５６】
図示されている実施形態において、６４個の超音波トランスデューサ２１０を有するスキャナ１１０は、９個のトランスデューサ制御回路６０４を含み、そのうち５個が図示されている。８個、９個、１６個、１７個およびそれ以上を含む、他の数のトランスデューサ制御回路６０４を組み込んだ設計が、他の実施形態において利用される。いくつかの実施形態において、単一のコントローラがマスタコントローラと指定され、ケーブル１１２から信号を直接受信するように構成されている。残りのコントローラはスレーブコントローラである。図示されている実施形態において、マスタコントローラ６０４ａは、任意のトランスデューサ２１０を直接には制御しない。他の実施形態において、マスタコントローラ６０４ａは、スレーブコントローラ６０４ｂと同じ数のトランスデューサ２１０を駆動するか、または、スレーブコントローラ６０４ｂと比較して低減したトランスデューサ２１０のセットを駆動する。図示されている実施形態において、単一のマスタコントローラ６０４ａおよび８個のスレーブコントローラ６０４ｂが提供される。８個のトランスデューサが各コントローラ６０４ｂに割り当てられる。そのようなコントローラは、駆動することが可能であるトランスデューサの数に基づいて８チャネルコントローラと称される場合がある。
【００５７】
マスタコントローラ６０４ａは、構成データに基づいてスレーブコントローラ６０４ｂに対する制御信号を生成し、ケーブル１１２を介して受信されるトリガを送信する。マスタコントローラ６０４ａはまた、スレーブコントローラ６０４ｂからエコーデータを受信し、これをケーブル１１２上で再送信する。そうするために、いくつかの実施形態において、マスタコントローラ６０４ａは、図２のエコー増幅器２１２を含む。この構成において、マスタコントローラ６０４ａは、増幅されていないまたは部分的に増幅されたエコーデータを受信し、ケーブル１１２の導体５０６および５０８に沿ってエコーデータを駆動するのに必要な増幅を実施する。これによって、より大規模な忠実度の高い増幅器のためのさらなるゆとりがもたらされ得る。
【００５８】
一実施形態において、フレックス回路６０６は、構造的支持を与え、トランスデューサ制御回路６０４およびトランスデューサ２１０を物理的に接続する。フレックス回路６０６は、ＫＡＰＴＯＮ（商標）（ＤｕＰｏｎｔの商標）のような可撓性ポリイミド材料のフィルム層を含んでもよい。他の適切な材料は、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、他の可撓性プリント回路基板材料ならびにＵｐｉｌｅｘ（登録商標）（宇部興産の登録商標）およびＴＥＦＬＯＮ（登録商標）（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔの登録商標）のような製品を含む。フィルム層は、いくつかの事例において円筒管状体を形成するようにフェルールの周りに巻かれるように構成されている。それゆえ、フィルム層の厚さは一般的に、最終的な組み立てられたスキャナ１１０の湾曲の度合いに関係する。いくつかの実施形態において、フィルム層は、５μｍ〜１００μｍであり、いくつかの特定の実施形態では１２．７μｍ〜２５．１μｍである。
【００５９】
一実施形態において、フレックス回路６０６は、フィルム層上に形成される導電性トレース６１０を含む。導電性トレース６１０は、トランスデューサ制御回路６０４とトランスデューサ２１０との間で信号を搬送し、ケーブル１１２の導体を接続するためのパッドのセットを提供する。導電性トレース６１０に適切な材料は、銅、金、アルミニウム、銀、タンタル、ニッケル、およびスズを含み、スパッタリング、めっき、およびエッチングのような工程によってフレックス回路６０６上に堆積されてもよい。一実施形態において、フレックス回路６０６は、クロム接着層を含む。導電性トレースの幅および厚さは、フレックス回路６０６が巻かれたときに適切な伝導性および復元力をもたらすように選択される。それに関連して、導電性トレース６１０の厚さの例示的な範囲は、１０〜５０μｍである。たとえば、一実施形態において、２０μｍ導電性トレース６１０は２０μｍの間隔だけ分離される。導電性トレース６１０の幅は、デバイスのパッドのサイズまたはトレースに結合されるべきワイヤの幅によってさらに決定づけられ得る。
【００６０】
回路は仕上がったスキャナアセンブリを形成するために巻かれ得るため、マスタコントローラおよびスレーブコントローラの両方を含む制御回路６０４はそれに従って成形され得る。これは、制御回路６０４の端部が、隣接する制御回路６０４の端部とインターフェースするように構成されることを含んでもよい。いくつかの実施形態において、制御回路６０４は、互いに噛み合う歯状部６１２ａおよび６１２ｂを含む。たとえば、制御回路６０４は、ボックスジョイントまたはフィンガージョイントを形成するために、隣接する制御回路６０４の陥凹部および突起６１２ｂと互いに噛み合う陥凹部および突起６１２ａを有して形成されてもよい。いくつかの実施形態において、制御回路６０４は、単独で、または陥凹部および突起と組み合わせて、面取り端部６１４を含む。面取り端部６１４は、隣接する制御回路６０４の端部に当接するように構成され得る。いくつかのそのような実施形態において、隣接するコントローラの端部も同様に面取りされている。いくつかの実施形態において、コントローラ６０４の各々は、同様の陥凹部および突起のインターフェースを利用して２つの隣接するコントローラと互いに噛み合う。いくつかの異なる機構を利用した実施形態を含む他の組み合わせが企図され提供される。たとえば、一実施形態において、マスタ制御回路とインターフェースするスレーブ制御回路の端部は、面取り領域を有する陥凹部および突起構成を有し、一方で、他のスレーブ制御回路とインターフェースするスレーブ制御回路の端部は、面取り領域のない陥凹部および突起構成を有する。隣接する制御回路６０４と互いに噛み合う端部構成は、制御回路の間隔６０４をより緊密にし、巻かれた構成における直径を低減することを可能にする。そのような構成はまた、剛構造を生成し、それによって、巻かれたスキャナアセンブリのためのさらなる構造的支持をもたらすように互いに噛み合ってもよい。
【００６１】
図７は、本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリ１１０のトランスデューサ領域７００の断面図である。トランスデューサ領域７００は巻かれた形態で図示されている。それに関連して、いくつかの事例において、スキャナは平坦な構成から巻かれたまたはより円筒形の構成に遷移される。たとえば、いくつかの実施形態において、「ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ  ＡＲＲＡＹ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ  ＴＨＥ  ＳＡＭＥ」と題する米国特許第６，７７６，７６３号明細書および「ＨＩＧＨ  ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ  ＩＮＴＲＡＶＡＳＣＵＬＡＲ  ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ  ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＦＬＥＸＩＢＬＥ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ」と題する米国特許第７，２２６，４１８号明細書のうちの一方または両方に開示されているような技法が利用され、それら特許文献の各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００６２】
その名称が暗示するように、スキャナのトランスデューサ領域７００は、すでに開示したように、フレックス回路６０６、特にフレックス回路６０６のトレースに取り付けられるトランスデューサ２１０を含む。図示されている実施形態において、フレックス回路６０６はまた、導電性グランド層７０２をも含む。さらなる実施形態において、フレックス回路は、グランド層７０２を絶縁および被覆し、スキャナ１１０を環境から保護するのに使用される外膜７０４を含む。外膜７０４のための絶縁体材料は、それらの生体適合性、耐久性、親水もしくは疎水特性、低摩擦特性、超音波透過性、および／または他の適切な基準で選択されてもよい。たとえば、外膜は、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（商標）（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅの商標）を含んでもよい。他の適切な材料は、ポリエステルもしくはＰＶＤＦのような熱収縮チューブ、Ｐｅｂａｘ（登録商標）（Ａｒｋｅｍａの登録商標）もしくはポリエチレンのような溶融成形可能層、および／または適切な膜材料を含む。いくつかの事例において、封入エポキシ７０６が、超音波トランスデューサ２１０とフェルール７０８との間の空間を充填する。フェルール７０８の内部のルーメン領域７１０は、スキャナ１１０がガイドワイヤ（図示せず）を通じて進められることを可能にするために開いている。見てとれるように、超音波トランスデューサ２１０のサイズ、形状、および間隔が、トランスデューサ領域７００の形状を少なくとも部分的に規定する。６４個の超音波トランスデューサ２１０を有する実施形態において、トランスデューサ領域の断面は円形またはほぼ円形である。
【００６３】
図８ａおよび図８ｂは、本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリ１１０の制御領域８００および８５０の断面図である。まず図８ａを参照すると、制御領域８００は、フレックス回路６０６に接合されているトランスデューサ制御回路６０４を含む。いくつかの実施形態において、制御回路６０４は、制御回路をフレックス回路６０６のトレースに結合するコンタクトバンプ８０２を含む。コンタクトバンプ８０２は、はんだ部分とともに、銅コアのような金属コアを含んでもよい。形成中、コンタクトは加熱され得、はんだが流れて、コンタクトバンプ８０２の金属コアがフレックス回路６０６のトレースに接合するようにする。制御回路６０４とフレックス回路６０６との間のアンダーフィル材料８０４が、接合強度を増大させ、制御領域８００に対する構造的支持をもたらし、コンタクトバンプ８０２を含む導電性構造を絶縁し、および／または熱伝導を促進するために与えられてもよい。
【００６４】
一実施形態において、制御領域８００は、トランスデューサ制御回路６０４の上に被着される保持構造８０６を含む。保持構造８０６は、巻き工程の間に、たとえば、制御回路６０４を含む構成要素を固定するのに使用され得る。封入エポキシ７０６は、いくつかの実施形態において、トランスデューサ制御回路６０４と保持構造８０６との間、および保持構造８０６とフェルール７０８との間の空間を充填する。トランスデューサ領域７００と同様に、トランスデューサ制御回路６０４は、トランスデューサ領域の形状を少なくとも部分的に規定する。フレックス回路６０６の、トランスデューサ制御回路６０４に隣接する部分は平坦であるため、より大きいコントローラの代わりにより狭いより多くのトランスデューサ制御回路６０４を利用することによって、より円形の断面が生成される。したがって、８個、９個、１６個、またはそれ以上のトランスデューサ制御回路６０４を利用した設計は、４個または５個のコントローラを有する設計よりも円形の断面を有するということになる。これには、後述するように、スキャナ１１０の有効径８０８が低減しデバイス１０２の縦軸に沿った遷移ゾーンの長さが低減するという利点がある。
【００６５】
図示されているように、制御回路６０４は、巻かれた構成においては隣接する制御回路に接触するように構成され得る。これは、互いに噛み合う陥凹部および／もしくは突起（たとえば、陥凹部および突起６１２ａ）、面取り端部、ならびに／または他の端部プロファイルを含んでもよい。図示されている実施形態において、コントローラ６０４の各々は、陥凹部および突起のインターフェースを利用して２つの隣接するコントローラと互いに噛み合う。いくつかの異なる機構を利用した実施形態を含む他の組み合わせが企図され提供される。たとえば、一実施形態において、マスタ制御回路とインターフェースするスレーブ制御回路の端部は、面取り領域を有する陥凹部および突起構成を有し、一方で、他のスレーブ制御回路とインターフェースするスレーブ制御回路の端部は、面取り領域のない陥凹部および突起構成を有する。
【００６６】
図８ｂに関して、制御領域８５０は図８ａの制御領域８００と実質的に同様である。図示されている実施形態において、制御回路６０４のコンタクトバンプ８０２は、封入エポキシ７０６が制御回路６０４とフレックス回路６０６との間の空隙を充填することを可能にするように構成されている。これによって、アンダーフィル材料の必要性をなくすことができ、製造時間および費用が節約される。これによってまた、アンダーフィル材料と封入エポキシ７０６との間の材料接合もなくすことができ、それによって潜在的な破損点が回避される。封入エポキシ７０６が制御回路６０４とフレックス回路６０６との間を流れるのを可能にするために、コンタクトバンプ８０２は、アンダーフィル用途のものとは異なる、たとえば、長手方向においてより長いアスペクト比を有してもよい。図８ｂに示すもののようないくつかの実施形態において、コンタクトバンプ８０２は、単一の軸（たとえば、図示されている断面の面に垂直な軸８１０）に沿って整列される。これによって、制御回路６０４とフレックス回路６０６との間の封入エポキシ７０６の流れが改善され得る。
【００６７】
図９は、本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリの一部が巻かれた形式で示されている長手方向斜視図である。図９を参照すると、遷移ゾーン９００はトランスデューサ領域７００と制御領域８００との間に位置している。トランスデューサ領域７００および制御領域８００とは対照的に遷移ゾーン９００には剛構造はない。代わりに、隣接する領域７００および８００によって断面形状が規定される。したがって、遷移ゾーン９００の形状は、トランスデューサ領域７００の形状と制御領域８００の形状との間で遷移する。遷移ゾーン９００は、フレックス回路６０６および／または導電性トレース６１０にストレスを加える可能性がある鋭角を低減するのに使用され得る。本開示の関連付けられるコントローラ領域８００の断面がより円形になっているため、たとえば、８個、９個、１６個、またはそれ以上のトランスデューサ制御回路６０４を利用した実施形態は、より短い遷移ゾーン９００をサポートする。言い換えれば、トランスデューサ制御回路６０４および超音波トランスデューサ２１０の領域がフレックス回路６０６内に平坦な領域を生成するため、物理的により狭いデバイスに置き換えることによって、各個々のデバイスによって生じるフレックス回路６０６の非円形領域が低減する。それゆえ、たとえば、９個のトランスデューサ制御回路を利用した設計は、４個のトランスデューサ制御回路を利用した設計よりも円筒形のコントローラ領域８００を有し、同様により短い遷移ゾーン９００に対応する。例示的な４制御回路実施形態において、遷移ゾーン９００は、正方形から実質的に円形に遷移するために、約１〜１．５カテーテル径である。これは、３Ｆｒカテーテルでは１０００〜１５００μｍであることになる。例示的な９制御回路実施形態において、遷移ゾーン９００は約０．５〜０．７５カテーテル径、すなわち、３Ｆｒカテーテルでは５００〜７５０μｍである。
【００６８】
すでに説明したように、８チャネルコントローラは、最大８個のトランスデューサを操作することが可能であり、一方、１６チャネルコントローラは、最大１６個のトランスデューサを操作することが可能である。６４個のトランスデューサを有する実施形態において、９コントローラ設計（１個のマスタコントローラおよび８個のスレーブコントローラを有する）に使用される８チャネルコントローラは、同等の５コントローラ実施態様に使用されるもののような１６チャネルコントローラよりも物理的に短い。４チャネルコントローラは、さらに８チャネルコントローラよりも短いものであり得る。このように、コントローラ辺りにより少ないチャネルを組み込んだ設計は、より短いスキャナアセンブリ１１０を生成し得る。スキャナアセンブリ１１０は一般的にデバイスの周囲部分と比較して柔軟性がなく、または剛性であるため、アセンブリ１１０の長さが低減すると、結果として、複雑な血管分岐を通じて操作し、患者において生成される不快感をより少なくすることが可能な、より敏捷性の高いＩＶＵＳカテーテルがもたらされる。
【００６９】
スーパーダイ１１００を利用して超音波スキャナアセンブリを製造する方法１０００が、図１０〜図１３を参照して説明される。図１０は、本開示の一実施形態によるスーパーダイ１１００を利用して超音波スキャナアセンブリ１１０を製造する方法１０００の流れ図である。方法の他の実施形態について、方法１０００のステップの前、間、および後に追加のステップが設けられてもよく、記載されているステップのいくつかが置き換えられまたはなくされてもよいことが理解される。図１１は、本開示の一実施形態によるＩＶＵＳ画像化デバイスに使用するためのスーパーダイ１１００の簡略上面図である。図１２は、本発明の設計の一実施形態による、図１１に示す軸に沿ってとられたスーパーダイ１１００の簡略断面図である。図１３は、本開示の一実施形態による一製造段階における超音波スキャナアセンブリ１１０の一部の上面図である。スーパーダイ１１００は、単一のスキャナ１１０に使用するように意図されている複数のトランスデューサ制御回路６０４を含む、明瞭にするために、図１１および図１３は、限られた数のコントローラ６０４を示す。しかしながら、本開示は、任意の数のコントローラを組み込んだスーパーダイを企図していることが理解される。様々ない実施形態において、コントローラの数は、４個程度の少なさから、トランスデューサ素子あたり１個程度の多さまでに及ぶ。さらに、本開示の要素を明瞭に示すことを可能にするために、図１１〜図１３は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。事実、様々な特徴の寸法は、説明を明瞭にするために任意に増大または低減されている場合がある。
【００７０】
図１１を参照すると、例示的な実施形態において、各個々のトランスデューサ制御回路６０４のサイズが小さいことによって、アセンブリの作製中に問題が生じる。たとえば、１６コントローラ６４トランスデューサ設計において、各ダイは１００μｍ程度の幅であり得る。この小さいフットプリントは、ダイシング中にデバイス損失につながる可能性があり、コントローラ６０４の取り扱いおよび操作を困難にする可能性がある。これは、コントローラ６０４をフレックス回路６０６に固定するときに特に問題になることが分かっている。図１０のブロック１００２を参照し、なお図１１を参照すると、一実施形態において、１つまたは複数のコントローラ６０４を有するスーパーダイ１１００が提供される。スーパーダイ１１００は、スキャナの組み立て中にコントローラ６０４のためのフレームワークとして機能するように設計されている。そのため、コントローラ６０４は、犠牲領域１１０２によって離間される。いくつかの実施形態において、コントローラ６０４間の犠牲領域１１０２の量は、コントローラのフレックス回路に対する最終的な位置付けによって決定づけられる。１つのそのような実施形態において、スーパーダイ１１００上でのコントローラ６０４のピッチ幅（すなわち、隣接するコントローラ間の間隔）は、コントローラ６０４のフレックス回路に対する取り付け位置のピッチ幅と同じである。組み立てをさらに補助するために、一実施形態において、犠牲領域１１０２は、スクライブライン、すなわち、犠牲領域１１０２の一部を除去するためにコントローラ６０４をダイシングするときに使用される領域を含む。
【００７１】
犠牲領域１１０２はまた、コントローラ６０４に隣接する支持部材１１０４をも含んでもよい。支持部材１１０４は、処理中にコントローラ６０４の位置整合を維持し、コントローラ６０４および犠牲領域１１０２を形成する同じ基板の一部として形成されてもよい。支持部材１１０４はまた、コントローラ６０４のセットに解放可能に接着される別個の材料、たとえば、剛性材料であってもよい。一実施形態において、スーパーダイ１１００は、すべてのコントローラ６０４に取り付けられる１つの支持部材１１０４を含む。代替の実施形態において、スーパーダイは、すべてのコントローラが少なくとも１つの他のコントローラに取り付けられるように、各々が２つ以上のコントローラ６０４に取り付けられる、２つ以上の支持部材１１０４を含む。いくつかの実施形態において、支持部材１１０４は、支持部材１１０４の除去を促進するための裂開接合部１１１０を含む。例示的な裂開接合部１１１０は、破断点を生成するように構成されている陥凹または薄くなった領域を含む。
【００７２】
コントローラは、巻かれたスキャナアセンブリの中に組み込まれ得るため、マスタコントローラおよびスレーブコントローラの両方を含む制御回路６０４は、巻かれた形態におけるさらなる支持を提供するように成形されてもよい。そうするために、制御回路６０４は、隣接する制御回路６０４の端部とインターフェースするように構成されている端部を含んでもよい。いくつかの実施形態において、制御回路６０４は、互いに噛み合う歯状部６１２ａおよび６１２ｂを含む。たとえば、制御回路６０４は、ボックスジョイントまたはフィンガージョイントを形成するために、隣接する制御回路６０４の陥凹部および突起６１２ｂと互いに噛み合う陥凹部および突起６１２ａを有して形成されてもよい。そのような実施形態において、犠牲領域１１０２の形状は、制御回路６０４の形状に対応するように構成されている。
【００７３】
コントローラ６０４は、上記で開示したように、コントローラ６０４を基板に電気的に結合するためのコンタクトバンプ８０２を含んでもよい。図示されている実施形態において、制御回路６０４のコンタクトバンプ８０２は、封入エポキシが制御回路６０４とフレックス回路６０６との間の空隙を充填することを可能にするように構成されている。これによって、アンダーフィル材料の必要性をなくすことができ、製造時間および費用が節約され、材料接合および潜在的な破損点が回避される。図１１に示すもののようないくつかの実施形態において、コンタクトバンプ８０２は単一の軸（たとえば、軸８１０）に沿って整列される。これによって、制御回路６０４とフレックス回路６０６との間の封入エポキシの流れが改善され得る。
【００７４】
図１２は、図１１の軸１１１２に沿ってとられたモジュール１１００の断面を示す。モジュール１１００は、その上にトランスデューサ制御回路６０４が形成される基板１２００を含む。基板１２００は、それに対してトランスデューサ制御回路６０４を製造するのに使用されるもののような材料の層、パターン特徴部、および／または集積回路を製造するための処理が実行されるウェハ、半導体基板、または任意のベース材料であってもよい。半導体基板の例は、バルクシリコン基板、シリコンまたはゲルマニウム基板のような元素半導体基板、シリコンゲルマニウム基板のような化合物半導体基板、合金半導体基板、ならびに、ガラスおよび石英のような非半導体材料を含む基板を含む。コントローラ６０４を形成するための例示的な方法は、基板の上にパッド酸化物層を成長させること、化学気相成長によって窒化物層を堆積すること、トレンチを形成するための反応性イオンエッチング、シャロー・トレンチ・アイソレーション特徴部酸化物を成長させること、化学機械平坦化と、チャネルイオン注入、ゲート酸化物の形成、ポリシリコン堆積、ゲート構造を形成するためのエッチング、ソースドレイン注入、側壁スペーサの形成、自己整合シリサイドプロセス、１つまたは複数の相互接続層の形成、パッド層の形成、および／または当業者に既知の他の作製工程を含む。いくつかの事例において、コントローラ６０４を形成するための方法は、ゲート構造１２０２、シャロー・トレンチ・アイソレーション特徴部１２０４、導電層１２０６、絶縁体層１２０８、および／またはコンタクトバンプ８０２を生成する。一実施形態において、方法は、支持部材１１０４内に、コントローラ６０４に隣接する箇所において裂開接合部１１１０を形成することを含む。図示されている実施形態において、裂開接合部１１１０を形成することは、裂開接合部１１１０を画定するために基板１２００および基板１２００の上に形成される層のエッチングを実施することを含む。
【００７５】
再び図１０を参照すると、ブロック１００４において、犠牲領域１１０２の、支持部材１１０４に対応しない一部がスーパーダイから除去される。いくつかの事例において、犠牲領域１１０２は、化学エッチング（ウェットまたはドライエッチングなど）、レーザエッチング、機械的鋸引き、および／または他の適切なエッチングもしくは除去工程を含む工程によって除去される。いくつかの実施形態において、犠牲領域の除去は、スーパーダイ１１００上にフォトレジスト層を形成すること、フォトレジスト層のフォトリソグラフィ露光を実施すること、露光されたフォトレジストのパターニング、および／またはパターン化フォトレジストに基づくスーパーダイ１１００のエッチングを含む。一実施形態において、除去工程は、六フッ化硫黄のようなフッ素含有エッチャントを利用した１回または複数回の深掘り反応性イオンエッチング工程、および、パッシベーション層の１回または複数回の堆積を含む。
【００７６】
図１０のブロック１００６および図１３を参照すると、その後、コントローラ６０４がユニットとして配置され、導電接着剤またははんだ付けなどによって、フレックス回路６０６に固定される。いくつかの実施形態において、フレックス回路６０６はコントローラ６０４をフレックス回路６０６に固定するように構成されているアンダーフィル材料を含む。残りの支持部材１１０４は配置中、コントローラ６０４の位置整合および間隔を維持する。一実施形態において、支持部材１１０４は、組み立てロボットのような自動ツールのための接触点を提供する。そのような実施形態の一例において、支持部材１１０４は、自動製造ツールによって把持される。ツールは、支持部材１１０４を利用してコントローラ６０４をフレックス回路６０６上に配置する。その後、コントローラ６０４はフレックス回路６０６に固定される。その後、自動製造ツールは支持部材１１０４を解放する。
【００７７】
図１０のブロック１００８において、一実施形態では、コントローラ６０４がフレックス回路６０６に固定されると、支持部材１１０４がコントローラ６０４から除去される。支持部材１１０４を分離するための適切な方法は、物理力、ソーダイシング、機械的切断、レーザ切断、および他の適切な除去工程を含む。裂開接合部１１１０を有する支持部材１１０４を有する実施形態において、支持部材を分離することは、除去を容易にするために裂開接合部１１１０に沿って力を誘導することを含んでもよい。図１０のブロック１０１０において、フレックス回路６０６が最終的な組み立てのために最終加工設備に提供され、最終的な組み立ては、保持構造８０６を与えること、フレックス回路６０６を巻くか、もしくは他の様態で成形すること、封入エポキシ７０６を与えること、ケーブル１１２を取り付けること、および／またはスキャナ１１０をシールすることを含んでもよい。
【００７８】
コントローラ６０４の適切な間隔および位置整合を保証するように設計されている犠牲領域と組み合わせて支持部材を利用することによって、スキャナの製造可能性が大きく向上する。たとえば、いくつかの実施形態において、スーパーダイ１１００は、スキャナのより高速でより正確な組み立てを可能にする。これによって、効率が向上し、位置不整合誤差および収率損失が低減する。いくつかの実施形態において、スーパーダイ１１００は、スキャナを組み立てるために自動ピック・アンド・プレース機器を使用することを可能にする。上述したように、支持部材１１０４は、いくつかの事例において、ピック・アンド・プレース機器のための接触点を提供する。製造精度が向上することによって、スーパーダイ１１００がより小さい構成要素から組み立てられることも可能になる。これによって、スキャナ１１０およびＩＶＵＳカテーテル１０２の全体的な外径を低減することができる。
【００７９】
ここで図１４〜図２２を参照して、超音波スキャナアセンブリ１１０のウェハベースの微細組み立ての方法１４００を説明する。図１４は、本開示の一実施形態による超音波スキャナアセンブリのウェハベースの微細組み立ての方法１４００の流れ図である。方法の他の実施形態について、方法１４００のステップの前、間、および後に追加のステップが設けられてもよく、記載されているステップのいくつかが置き換えられまたはなくされてもよいことが理解される。図１５は、本開示の一実施形態による微細組み立ての一段階における半導体デバイスの一部の上面図である。図１６〜図２２は、本開示の一実施形態による微細組み立ての方法１４００の様々な段階における半導体デバイス１５００の簡略側断面図である。本開示の要素を明瞭に示すことを可能にするために、図１５〜図２２は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。事実、様々な特徴の寸法は、説明を明瞭にするために任意に増大または低減されている場合がある。図２３は、本開示の一実施形態による微細組み立ての一段階における超音波スキャナアセンブリの一部の上面図である。明瞭にするために、図１５および図２３は、５個のコントローラ６０４しか示していない。しかしながら、本開示は、モジュールあたり４個、５個、８個、９個、１６個、およびそれ以上のコントローラを含む、任意の数のコントローラを組み込んだスーパーダイを企図していることが理解される。
【００８０】
図１４のブロック１４０２および図１５を参照すると、犠牲領域１５０２および１つまたは複数のトランスデューサ２１０のために確保されている領域に対応する確保領域１５０４とともにトランスデューサ制御回路６０４を含む半導体デバイス１５０１が提供される。半導体デバイス１５００は基板１５０１を含み、基板１５０１は、それに対してトランスデューサ制御回路６０４ａおよび６０４ｂを含むトランスデューサ制御回路を製造するのに使用されるもののような材料の層、パターン特徴部、および／または集積回路を製造するための処理が実行されるウェハ、半導体基板、または任意のベース材料であってもよい。基板１５０１上でのコントローラ６０４の作製は、図１２を参照して説明したものと実質的に同様であってもよい。
【００８１】
コントローラは、巻かれたスキャナアセンブリの中に組み込まれ得るため、マスタコントローラおよびスレーブコントローラの両方を含む制御回路６０４は、巻かれた形態におけるさらなる支持を提供するように成形されてもよい。そうするために、制御回路６０４は、隣接する制御回路６０４の端部とインターフェースするように構成されている端部を含んでもよい。いくつかの実施形態において、制御回路６０４は、互いに噛み合う歯状部６１２ａおよび６１２ｂを含む。たとえば、制御回路６０４は、ボックスジョイントまたはフィンガージョイントを形成するために、隣接する制御回路６０４の陥凹部および突起６１２ｂと互いに噛み合う陥凹部および突起６１２ａを有して形成されてもよい。そのような実施形態において、犠牲領域１５０２の形状は、制御回路６０４の形状に対応するように構成されている。
【００８２】
図１４のブロック１４０４および図１６を参照すると、コントローラ６０４の外側境界を画定する第１の陥凹部１６０４を形成し、トランスデューサ２１０の最終的な所在を規定する確保領域１５０４内の第２の陥凹部１６０６を形成するために、犠牲領域１５０２内の基板１５０１にくぼみが付けられる。一実施形態において、第１の陥凹部１６０４および第２の陥凹部１６０６が接合される。さらなる実施形態において、位置整合構造１６０２を形成するために、犠牲領域１５０２の一部がエッチングされないままにされる。位置整合構造１６０２を利用することによって、のちの製造工程においてトランスデューサ２１０を迅速かつ正確に配置することが可能になる。犠牲領域１５０２は、化学エッチング（ウェットまたはドライエッチングなど）、レーザエッチング、機械的鋸引き、および／または他の適切なエッチングもしくは除去工程を含む工程によってくぼみを付けられる。いくつかの実施形態において、犠牲領域の除去は、基板１５０１上にフォトレジスト層を形成すること、フォトレジスト層のフォトリソグラフィ露光を実施すること、露光されたフォトレジストのパターニング、および／またはパターン化フォトレジストに基づく基板１５０１のエッチングを含む。一実施形態において、除去工程は、六フッ化硫黄のようなフッ素含有エッチャントを利用した１回または複数回の深掘り反応性イオンエッチング工程、および、パッシベーション層の１回または複数回の堆積を含む。
【００８３】
図１４のブロック１４０６および図１７を参照すると、第１の陥凹部１６０４および第２の陥凹部１６０６に、弾性材料１７０２が充填される。エッチング領域を充填するための例示的な弾性材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む。一実施形態において、充填の実施後、基板上に回路構造が形成される。たとえば、図１４のブロック１４０８および図１８を参照すると、相互接続層１８０２を形成するために金属化工程が実施される。いくつかの実施形態において、金属化は、銅、金、アルミニウム、銀、タンタル、および／またはスズのような導電性材料の層を形成すること、ならびにその後、パターニング方法を利用して導電層をパターニングすることを含む。そのようなパターニング方法の例は、エッチング（ウェットまたはドライエッチングなど）と組み合わせたフォトリソグラフィ（バイナリフォトリソグラフィ、位相シフトフォトリソグラフィ、およびマスクレスフォトリソグラフィなど）、および、電子ビームライティング、イオンビームライティング、および／または他の代替的なパターニング技法のような方法を含む。代替の実施形態において、金属化工程は、ポリイミドまたは半導体窒化物レジスト層のようなレジスト層を堆積すること、レジスト層をパターニングすること、パターン化レジスト層に導電性材料を被着させること、および、その後、被着された導電性材料を平坦化することを含む。このタイプの金属化工程は、当業者にはダマシン金属化と認識される場合がある。
【００８４】
図１４のブロック１４１０および図１９を参照すると、柔軟なフィルム１９０２が相互接続層１８０２の上に形成される。様々な実施形態において、柔軟なフィルム１９０２は、ＫＡＰＴＯＮ（商標）（ＤｕＰｏｎｔの商標）のような可撓性ポリイミド材料、他のポリイミドフィルム材料、ポリエステルフィルム材料、ポリエーテルイミドフィルム材料、および／または他の可撓性プリント回路基板を含む。一実施形態において、グランド層１９０４を形成するために導電性材料が柔軟な基板の上に形成される。いくつかの実施形態において、グランド層１９０４の上に外側絶縁層１９０６が形成される。外側絶縁層１９０６のための材料は、それらの生体適合性、耐久性、親水もしくは疎水特性、低摩擦特性、超音波透過性、および／または他の適切な基準で選択されてもよい。いくつかの事例において、相互接続層１８０２、柔軟なフィルム１９０２、グランド層１９０４、および外側絶縁層１９０６は、図６を参照して説明したフレックス回路６０６と実質的に同じ機能を実施する。
【００８５】
図１４のブロック１４１２および図２０ａを参照すると、ウェハ薄化工程が、図１９および図２０において見たときの基板１５０１の底部または裏面から半導体基板１５０１の一部を除去する。薄化は、機械的研磨、ウェットもしくはドライエッチング、化学機械研磨、および／または他の除去工程を含んでもよい。一実施形態において、ウェハ薄化工程は、基板１５０１の機械的研磨を含む。機械的研磨は、研磨力を使用して基板材料を除去する。別の実施形態において、ウェハ薄化工程は、化学機械研磨（ＣＭＰ）を含む。例示的なＣＭＰ工程において、研磨パッドが回転プラテンに設置される。ＮＨ4ＯＨのような反応性化合物のスラリならびに／またはシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、およびセリア（ＣｅＯ2）のような研磨粒子が研磨パッドに施される。ＣＭＰチャック内に固定された基板１５０１が、プラテンおよびＣＭＰチャックが回転するときに、研磨パッドに押し付けられる。スラリ中の反応物が基板１５０１の表面内の原子結合を緩め、その間、機械的研磨によって緩んだ材料が除去される。ＣＭＰは一般的に、純粋な機械的研磨よりも低速であるが、基板１５０１に対して与える損傷がより少ない。
【００８６】
図１４のブロック１４１４および図２０ｂを参照すると、弾性材料１７０２が除去される。したがって、いくつかの事例において、柔軟なフィルム１９０２および／または相互接続層１０９２がデバイスの裏面から露出される。コントローラ６０４は柔軟なフィルム１９０２に取り付けられたままであり、位置整合構造１６０２を利用する実施形態において、位置整合構造１６０２も同様に取り付けられたままである。図１４のブロック１４１６および図２１を参照すると、トランスデューサアレイ６０２の超音波トランスデューサ２１０が、弾性材料１７０２が取り除かれた確保領域１５０４内で柔軟なフィルム１９０２に取り付けられる。トランスデューサ２１０を固定して取り付けるために、はんだ付け、化学的接着、および他の方法が使用されてもよい。位置整合構造１６０２を含む実施形態において、トランスデューサ２１０を柔軟なフィルム１９０２上の適所に誘導するために、位置整合構造１６０２が使用される。図１４のブロック１４１８および図２２を参照すると、取り付けられた基板１５０１の、コントローラ６０４と関連付けられていない残りの領域が除去される。図２３から、コントローラ６０４、トランスデューサ２１０、柔軟なフィルム１９０２、および相互接続層１８０２が巻かれていない形態のスキャナ１１０を構成することが見てとれる。ブロック１４２０を参照すると、巻かれていないスキャナ１１０が巻きおよび最終的な製造に供される。
【００８７】
スキャナ１１０の作製に微細組み立てを利用することによって収率が向上し、製造時間が低減し、および／またはより小さいデバイス幅にスケーリングすることが可能になり得る。たとえば、基板上に相互接続１８０２を直接形成することによって、製造者が、半導体製造において使用されているもののような、より精密な基板ベースの金属化工程を使用することが可能になる。これによって、相互接続幅、厚さ、位置、およびピッチに対する制御が強化される。さらに、コントローラの製造に使用される基板１５０１王に相互接続１８０２および柔軟なフィルム１９０２を直接形成することによって、本開示のそのような方法は、要素をフレックス回路６０６に接合するときに位置整合問題が導入されることを回避する。位置整合問題は、収率に影響を与え、製造複雑度を増大させ、より小さい構成要素を利用することを妨げる。加えて、トランスデューサ２１０を配置するのに位置整合構造１６０２を利用する実施形態は、位置整合問題の別の発生源を軽減する。その上、コントローラ６０４上に相互接続１８０２を直接形成することによって、そうでなければ潜在的な収率損失および故障点を呈するおそれがあるはんだ接合がなくなる。
【００８８】
ＩＶＵＳカテーテル１０２を利用する方法２４００を、図２４および図２５を参照して開示する。図２４は、本開示の一実施形態によるＩＶＵＳカテーテル１０２を利用する方法の流れ図である。方法の他の実施形態について、方法２４００のステップの前、間、および後に追加のステップが設けられてもよく、記載されているステップのいくつかが置き換えられまたはなくされてもよいことが理解される。図２５は、本開示の一実施形態による動作時のＩＶＵＳシステムの概略図である。
【００８９】
図２４のブロック２４０２および図２５を参照すると、システムの一般的な環境および応用形態の説明例において、外科医は、血管構造１２０内にガイドワイヤ１１８を配置する。ガイドワイヤ１１８は、ガイドワイヤ１１８の配置の前、間、または後のいずれかにおいてＩＶＵＳカテーテル１０２の遠位端の少なくとも一部を通じて通される。図２４のブロック２４０４を参照して、ガイドワイヤ１１８が適所に置かれると、ＩＶＵＳカテーテル１０２がガイドワイヤを通じて進められる。ブロック２４０６を参照すると、スキャナ１１０が起動される。ＰＩＭ１０４からケーブル１１２を介してスキャナ１１０へと送信される信号が、アセンブリ１１０内のトランスデューサに、指定の超音波波形を放出させる。超音波波形は血管構造１２０によって反射される。図２４のブロック２４０８を参照すると、反射がスキャナアセンブリ１１０内のトランスデューサによって受信され、ケーブル１１２を介して送信するために増幅される。エコーデータがケーブル１１２上に置かれ、ＰＩＭ１０４に送信される。ＰＩＭ１０４はいくつかの事例において、エコーデータを増幅し、および／または、予備前処理を実施する。図２４のブロック２４１０を参照すると、ＰＩＭ１０４はエコーデータをＩＶＵＳコンソール１０６に再送信する。図２４のブロック２４１２を参照すると、ＩＶＵＳコンソール１０６は受信したエコーデータを集約およびアセンブルして、モニタ１０８上に表示するための血管構造１２０の画像を作成する。いくつかの例示的な応用形態において、ＩＶＵＳカテーテルは画像化されるべき血管構造１２０の領域を越えて進められ、スキャナ１１０が動作しているときに引き戻され、それによって、血管構造１２０長手方向部分が露出および画像化される。一定の速度を保証するために、いくつかの事例においてプルバック機構が使用される。一般的な後退速度は０．５ｍｍ／ｓである。いくつかの実施形態において、デバイス１０２は、膨脹可能バルーン部分１２２を含む。処置手技の一部として、デバイスは、血管構造１２０内の狭窄（狭い区画）または閉塞性プラークに隣接して位置付けられ、血管構造１２０の制約された領域を拡げる試みにおいて膨脹してもよい。
【００９０】
上記で説明した装置、システム、および方法は、様々な方法で修正することができることを、当業者は認識しよう。したがって、本開示によって包含される実施形態は、上述した特定の例示的な実施形態には限定されないことを、当業者は諒解しよう。それに関連して、例示的な実施形態が図示および説明されているが、広範囲の修正、変更、および置換が上記の開示に置いて企図されている。本開示の範囲から逸脱することなく、そのような変形を上記に対して行うことができ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範に、本開示と一致するように解釈されることが諒解される。
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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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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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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