(57)【要約】  少なくとも１つのＣＭＵＴセルを含む音波送信用の超音波アレイであって、ＣＭＵＴセルは、第１の電極と、キャビティを挟んで第１の電極と対向する第２の電極を有するセル膜であって、セルが活性化されると振動するように構成されたセル膜と、セル膜を覆い、セル膜に対向する内面及び外面を有する音響窓層とを含む基板を備える。音響窓層は、セル膜と直接接触し、抗酸化剤の分子及びポリマー材料を含む第１の層を含む。ポリマー材料は、水素原子及び炭素原子から成り、０．９５ｇ／ｃｍ３以下の密度と、１．４ＭＲａｙｌ以上の音響インピーダンスとを持つ。アレイはさらに、セルに結合された少なくとも１つの駆動回路であって、（ａ）少なくとも１つのＣＭＵＴセルの第１及び第２の電極に直流電圧を印加することによって、膜が中央部で基板に向かって潰された状態にし、（ｂ）少なくとも１つのＣＭＵＴセルの第１及び第２の電極に、ＣＭＵＴ動作周波数を有する交流電圧を印加することによってＣＭＵＴセルを活性化するように構成された駆動回路を備える。この音響窓層は、ＣＭＵＴベースのアレイに適用されたとき、広い帯域幅及び低い減衰などの改善された音響パフォーマンスを提供し、特に潰され動作モードにおいて顕著である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＣＭＵＴセルを含む音波伝送のための超音波アレイであって、
前記ＣＭＵＴセルは、基板と、第１の電極と、キャビティを挟んで前記第１の電極と対向する第２の電極を有する、前記基板に対向するセル膜であって、前記ＣＭＵＴセルが活性化されると振動する前記セル膜と、前記セル膜に重なり、前記セル膜に対向する内面及び外面を有する音響窓層とを備える超音波アレイにおいて、
前記音響窓層は、前記セル膜と直接接触し、抗酸化剤の分子及びポリマー材料を含む第１の層を含み、前記ポリマー材料は水素原子及び炭素原子から成り、前記第１の層は、密度が０．９５ｇ／ｃｍ３以下であり、音響インピーダンスが１．４ＭＲａｙｌ以上であることを特徴とする、
超音波アレイ。
【請求項２】
前記ポリマー材料は熱硬化性エラストマーである、請求項１に記載の超音波アレイ。
【請求項３】
前記抗酸化剤の分子は一次酸化防止剤である、請求項１又は２に記載の超音波アレイ。
【請求項４】
前記熱硬化性エラストマーはポリブタジエンである、請求項２に記載の超音波アレイ。
【請求項５】
前記抗酸化剤の分子は一次酸化防止剤である、請求項４に記載の超音波アレイ
【請求項６】
前記抗酸化剤の分子はフェノール系安定剤である、請求項３又は５に記載の超音波アレイ。
【請求項７】
前記第１の層中の前記抗酸化剤分子の重量比は最大で０．３％、好ましくは約０．１％である、請求項３又は５に記載の超音波アレイ。
【請求項８】
前記フェノール系安定剤の各分子は、ヒンダードフェノール基に結合した炭化水素鎖を有する、請求項６に記載の超音波アレイ。
【請求項９】
前記ＣＭＵＴセルに結合された少なくとも１つの駆動回路であって、（ａ）前記少なくとも１つのＣＭＵＴセルの前記第１の電極及び前記第２の電極に直流電圧を印加することによって、前記セル膜が前記基板に向かって潰された状態にし、（ｂ）前記少なくとも１つのＣＭＵＴセルの前記第１の電極及び前記第２の電極に、ＣＭＵＴ動作周波数を有する交流電圧を印加することによって前記ＣＭＵＴセルを活性化する、前記少なくとも１つの駆動回路をさらに備える、
請求項１又は４に記載の超音波アレイ。
【請求項１０】
前記第１の層は５０ＳｈｏｒｅＡ未満の硬度を有する、
請求項１又は４に記載の超音波アレイ。
【請求項１１】
前記音響窓層は、前記外面に面し、前記第１の層よりも高い硬度を有する第２の層をさらに備える、
請求項１に記載の超音波アレイ。
【請求項１２】
前記第１の層と前記第２の層との間の前記音響インピーダンスの差は、０．３ＭＲａｙｌ未満、好ましくは０．１ＭＲａｙｌ未満である、
請求項１１に記載の超音波アレイ。
【請求項１３】
超音波アレイを製造する方法であって、
ポリマー材料を抗酸化剤とともに溶媒に溶解させ、前記ポリマー材料の液体混合物を作成するステップと、
集積回路に結合された少なくとも１つのＣＭＵＴセルを有するチップを提供するステップと、
前記チップを前記液体混合物に浸し、又は前記液体混合物を前記チップ上に分配して、前記液体混合物を含む層で前記ＣＭＵＴセルの膜と直接的に接触する前記ＣＭＵＴセルを覆うステップと、
前記液体混合物から前記溶媒を蒸発させるのに十分な温度で前記層を硬化させ、前記ＣＭＵＴセル上に前記ポリマー材料を含む音響窓層を設けるステップとを含む、
方法。
【請求項１４】
ポリブタジエンなどの前記ポリマー材料は、水素原子及び炭素原子を含み、０．９５ｇ／ｃｍ３以下の密度と、１．４ＭＲａｙｌ以上の音響インピーダンスとを持つ、
請求項９に記載の超音波アレイを製造する方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の超音波アレイを備えるインターベンショナルデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのＣＭＵＴ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、静電容量型超音波トランスデューサ）セルを含む音波伝送のための超音波アレイに関し、ＣＭＵＴセルは、基板と、第１の電極と、キャビティを挟んで第１の電極と対向する第２の電極を有する、基板に対向するセル膜であって、セルが活性化されると振動するように構成されるセル膜と、セル膜に重なり、セル膜に対向する内面及び外面を有する音響窓層とを備える。
【０００２】
本発明はさらに、かかるアレイの製造方法、及びかかる超音波アレイを含む超音波イメージングシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
あらゆる超音波（イメージング）アレイの中心は、電気エネルギーから音響エネルギーへの変換及びその逆の変換を行う超音波トランスデューサである。近年の半導体技術の進歩により、ＣＭＵＴが開発された。これらのトランスデューサは、従来の圧電ベースの超音波トランスデューサ（ＰＺＴ）に取って代わる潜在的な候補であると考えられている。ＣＭＵＴトランスデューサセルは、膜とも呼ばれる可動機械部品を備えるキャビティと、キャビティによって隔てられる一対の電極とを有する。超音波を受信すると、超音波が膜を動かし又は振動させ、検出可能な電極間の静電容量を変化させる。これにより、超音波が対応する電気信号に変換される。反対に、電極に印加された電気信号は、膜を動かし又は振動させ、それによって超音波を送信する。
【０００４】
ＣＭＵＴの利点は、半導体製造プロセスを使用して製造できるため、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と容易に統合できること、また、ＣＭＵＴトランスデューサは従来のＰＺＴと比較して、低コスト、拡張された周波数範囲、及び細かい音響ピッチを提供することである。
【０００５】
ＰＺＴベース技術から引き継ぎ、ＣＭＵＴを有する一般的に使用されている超音波アレイの大部分は、ＰＺＴベーストランスデューサに使用される材料、例えばＲＴＶ等のシリコンゴムのような材料から選択される音響窓又はレンズ材料を有する。
【０００６】
しかしながら、ＣＭＵＴは、電気音響変換のＰＺＴメカニズムとは異なるメカニズムを有し、ＣＭＵＴ膜と、音響窓又はレンズに使用される音響材料との間の相互作用は、トランスデューサの音響パフォーマンスを低下させる可能性がある。
【０００７】
ＵＳ２０１３／０３０１３９４Ａ１は、ＣＭＵＴと音響窓との間に結合媒体を使用することを示唆する。提示される媒体材料の例は、プラスチック、ゴム、室温硬化シリコン（ＲＴＶ）、ドライフィルムフォトレジストなどの固体ベース材料、又はオイル、ゲルなどの液体ベース材料を含む。この結合媒体の欠点は、提案される結合媒体材料のリストが広範な音響特性を有する異なる材料を含み、しばしば、伝搬する音波に対して強い減衰を示すことである。特定の媒体材料の選択は、さらに、超音波アレイに適用される音響窓層に対して調整されることを必要とする。
【０００８】
音波送信のためのＣＭＵＴベース超音波アレイに適した改善された音響窓層の提供へのニーズが存在し、ＣＭＵＴセルは、従来の動作モード及び潰され動作モードの両方で動作するよう構成される。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、改善された音波伝搬を提供する、冒頭の段落に記載された種類のＣＭＵＴセルを少なくとも１つ含む超音波アレイを提供することである。
【００１０】
この目的は、本発明によれば、セル膜と直接接触し、抗酸化剤の分子及びポリマー材料を含む第１の層を含む音響窓層を提供することによって達成され、ポリマー材料は、水素原子及び炭素原子から成り、０．９５ｇ／ｃｍ３以下の密度と、１．４ＭＲａｙｌ以上の音響インピーダンスとを持つ。
【００１１】
硬化（ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）で得られる慣用的な充填シリコンゴム（本明細書では、室温硬化ゴム又はＲＴＶとも呼ばれる）、容易に現場で鋳造され（ｃａｓｔ  ｉｎ  ｐｌａｃｅ）、所望の形状に成型される音響レンズ材料は、ＣＭＵＴアレイと接触すると、通常の周波数依存減衰に加えて、ＣＭＵＴアレイにおける追加の音響損失を導入することがわかった。この損失は、２ｄＢ程度の減衰の増加と４ＭＨｚまでの中心周波数のダウンシフトに現れる。水素原子及び炭素原子のみを含むポリマー材料は、医療用超音波に適用可能な広範囲の音波周波数、例えば２〜２５ＭＨｚにおいて、自身を通過する音響エネルギーに対する音響損失／ｍｍが１．５ｄＢ未満であり得ることがわかった。本発明の顕著な特徴は、第１の層が抗酸化剤の分子をさらに含み、ポリマー層が時間の経過とともにさらに架橋（酸化）するのを防ぐことである。従って、抗酸化剤は、硬度値などのポリマー材料の特性を時間的に一定に保つ。炭素原子及び水素原子のみを含み、密度が０．９５ｇ／ｃｍ３以下であり、音響インピーダンスが１．４ＭＲａｙｌ以上であるポリマー材料は、セル膜と直接接触するよう配置されたとき、ＣＭＵＴセルの膜への音響窓層の改善された音響結合を提供する。したがって、音響窓とＣＭＵＴアレイとの間の追加の結合媒体は必要とされない。
【００１２】
本発明の一実施形態では、ポリマー材料は熱硬化性エラストマーを含む。
【００１３】
水素原子及び炭素原子のみを含む、熱硬化性エラストマーとも知られる熱硬化性ゴムは、比較的低い密度を有し、未硬化状態で５０ＳｈｏｒｅＡ未満の硬度値を有する（特にエラストマーにおいて）。これらの特性は、低音響波減衰と合わさり、ＣＭＵＴ振動膜と音響窓層との音響結合の改善に有益な効果をもたらし得る。さらに、エラストマーの音響インピーダンス値は、組織のインピーダンスにより近く、これは、音響窓層と組織との間のより優れた音響インピーダンスの整合をもたらし得る。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、熱硬化性エラストマーはポリブタジエンである。
【００１５】
ポリブタジエンは、水素及び炭素（炭化水素）以外の種類の原子を含まない熱硬化性ゴム（エラストマー）に属する。この材料は、伝搬する音響エネルギーに対する減衰効果が最も小さいもののうちの１つである。さらに、ポリブタジエン材料は、伝搬する音響信号に対して３ｄＢポイントで約１４０％の大きな帯域幅を提供する。抗酸化剤分子は、ポリブタジエンを含む第１の層の硬度を、５０Ｓｈｏｒｅを十分に下回る５Ｓｈｏｒｅ付近に保つ。音響窓層とＣＭＵＴの膜との音響結合は、振動（運動）部分の機械的特性を最適に保存し、最適な音響エネルギー伝播をもたらす。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態では、熱硬化性エラストマーは、ブチルゴムなどのコポリマーである。
【００１７】
２つのモノマーを含むコポリマーは、イソプレンなどの１つのモノマーからの有益な音響特性の一部を受け継ぎ、音響層の減衰および硬度調整のさらなる可能性を提供する。特に、ブチルゴムはイソブチレン−イソプレンのコポリマーであり、４０ＳｈｏｒｅＡ程度の低い硬度を示す。
【００１８】
他の実施形態では、抗酸化剤の分子はフェノール系安定剤であり、フェノール系安定剤の各分子は、ヒンダードフェノール基に結合した炭化水素鎖を有する。
【００１９】
フェノール安定剤の分子の炭化水素鎖は、抗酸化剤とポリブタジエンなどのポリマー材料との混合を改善し、一方、分子のヘッド（ｈｅａｄ）を形成するヒンダードフェノール基は水素供与体として作用し、それにより外部からの酸素を緩衝する。
【００２０】
他の実施形態では、第１の層中の抗酸化剤分子の重量比は最大で０．３％、好ましくは約０．１％である。
【００２１】
これらの濃度範囲は、ポリマー層の音響特性を変化させずに、大気に曝されることによって生じる層の酸化を効率的に防ぐ。
【００２２】
本発明の他の実施形態では、超音波アレイはさらに、セルに結合された少なくとも１つの駆動回路であって、（ａ）少なくとも１つのＣＭＵＴセルの第１及び第２の電極に直流電圧を印加することによって、膜が基板に向かって潰された状態にし、また、（ｂ）少なくとも１つのＣＭＵＴセルの第１及び第２の電極に、ＣＭＵＴ動作周波数を有する交流電圧を印加することによってＣＭＵＴセルを活性化するように構成された駆動回路を備える。
【００２３】
炭素原子及び水素原子を含み、密度が０．９５ｇ／ｃｍ３以下で音響インピーダンスが１．４ＭＲａｙｌ以上であるポリマー材料を含む音響窓層の利点は、ＣＭＵＴアレイを潰されモードで動作させるよう構成された駆動回路を有するＣＭＵＴアレイについて特に顕著である。このモードでは、セル膜の中央部分が基板と接触させられ、従来の動作モードと比較して、膜の変位が最大となる。これは、潰されモードで動作するＣＭＵＴトランスデューサの改善された音響結合を提供するためには、音響窓層の特性に対してより厳しい要求を課す。音響窓層は、その内面を膜の変位に適合させる必要があり得る。ポリマー材料の比較的低い密度は、材料の比較的低い硬度（６０ＳｈｏｒｅＡ未満、好ましくは５０ＳｈｏｒｅＡ未満）と合わせて、音響窓層と、振動するよう構成されたＣＭＵＴ膜との間の改良された音響的接触を提供し得る。さらに、ポリマー材料の低い音波減衰は、音響層全体にわたる波の改善された移行を提供し得る。
【００２４】
本発明のさらなる実施形態では、超音波アレイは８０％より高く、好ましくは１００％より高い比帯域幅を有する。
【００２５】
音響窓層の第１の層によって覆われた超音波アレイは、音響波伝播のための最適条件を有し、第１の層は、セル膜と直接接触し、抗酸化剤分子と、炭素原子及び水素原子のみを含み、密度が０．９５ｇ／ｃｍ３以下で、音響インピーダンスが１．４ＭＲａｙｌ以上であるポリマー材料とを含む。したがって、本発明の超音波アレイは、従来の音響層と比較して、本発明の音響窓層の改善された音響特性（時間的に安定）による超広帯域幅を有する。これは、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚなど、可変超音波周波数で動作可能な超音波ＣＭＵＴアレイに付加的な利点を提供する。
【００２６】
本発明の他の実施形態では、ポリマー材料は、音響インピーダンス調整のために埋め込まれた粒子をさらに含む。
【００２７】
埋め込まれたポリマー材料粒子（好ましくは絶縁性）の導入は、約１．６ＭＲａｙｌの超音波処理される組織のインピーダンス値に近づくよう、音響層の総インピーダンスを増加させる可能性を提供する。ポリマー層がかかる低い音響エネルギー損失（減衰）を示すという事実から、埋め込み粒子によって引き起こされる可能性がある追加の音響損失は、音響窓層を解する音響波伝搬の質への影響に関しては十分に低くすることができる。音響窓層の第１の層が、絶縁粒子が埋め込まれたポリマー材料を含む場合、ＣＭＵＴセルの膜への音響窓層の直接音響結合が提供される。したがって、音響窓とＣＭＵＴアレイとの間の追加の結合媒体は必要とされない。さらに、１．５ＭＲａｙｌ以上の音響インピーダンスは、超音波処理される組織のインピーダンスにより近い。また、例えば、シリコンゴムと比較して、ポリマー層材料の比較的低い密度及び比較的高い音響インピーダンスのため、さらなる音響インピーダンス調整のために、（ポリマー層に埋め込まれる）粒子を第１の層の総重量に基づく比較的小さい重量パーセントだけ追加すればよい可能性がある。
【００２８】
本発明の一実施形態では、音響窓層は、前記外面に面し、第１の層よりも高い硬度を有する第２の層をさらに備える。
【００２９】
第１の層よりも比較的硬い追加の第２の層、例えばポリメチルペンテンは、外面側の環境の影響に対して、改善された化学的安定性を音響窓層に提供することができる。
【００３０】
さらに、本発明の他の実施形態では、第１の層と第２の層との間の音響インピーダンスの差は、０．３ＭＲａｙｌ未満、好ましくは０．１ＭＲａｙｌ未満である。
【００３１】
この条件は、第１の層と第２の層との間の音響インピーダンスのミスマッチを最小限にし、音響窓層を通過する音波が２つの層の境界で大きな後方散乱を受けないようにする。
【００３２】
さらに、本発明の他の実施形態は、超音波アレイを製造する方法であって、ポリマー材料を溶媒に溶解させ、ポリマー材料と抗酸化剤分子との液体混合物を作成するステップと、集積回路に結合された少なくとも１つのＣＭＵＴセルを有するチップを提供するステップと、チップを液体混合物に浸し、又は液体混合物をチップ上に分配して、液体混合物を含む層でＣＭＵＴセルを覆うステップと、液体混合物から溶媒を蒸発させるのに十分な温度で層を硬化させ、ＣＭＵＴセル上にポリマー材料を含む音響窓層を設けるステップとを含む、方法である。
【００３３】
この新規な方法は、このポリマー材料に基づく音響窓層の工業的生産にスケールアップすることが可能である。さらに、これは、上記浸漬技術によって、集積回路に結合されたＣＭＵＴセルを有するチップ上に、（経時的安定性を有する）音響窓材料の均質な層を作成することを可能にする。上記浸漬又は分配技術は、ワイヤボンディングなど、集積回路への異なるＣＭＵＴボンディング態様を含む異なるチップサイズのために有益に使用することができる。一般的に使用されている製造方法でコーティングされた一般的に使用されている音響窓材料は、組織と整合する音響インピーダンス、及び最小の音響損失を有する均質な音響層を提供することができない。
【００３４】
上記方法の他の実施形態では、ポリブタジエンなどのポリマー材料は水素原子及び炭素原子を含み、密度は０．９５ｇ／ｃｍ３以下であり、音響インピーダンスは１．４ＭＲａｙｌ以上である。
【００３５】
ブタジエンの低減衰特性は、好ましくは絶縁性である粒子を液体混合物に加えることによる層の音響インピーダンスの上昇の可能性と合わせて、アレイ全体にわたる音響窓層の厚さに対する厳しい要件を低減する。これは、超音波アレイ製造のための高速かつ容易な方法を提供する。
【００３６】
本発明の上記及び他の側面は、以下に記載される実施形態を参照しながら説明され、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、抗酸化剤分子及びポリマー材料を含む第１の層を有する音響窓層を含む超音波アレイのＣＭＵＴセルの側面図を概略的かつ例示的に示す。
【図２】図２は、第１の層と、外面側に面し、耐久力の高い層を含む第２の層とを有する音響窓層を含む超音波アレイのＣＭＵＴセルの側面図を概略的かつ例示的に示す。
【図３】図３は、参照音響信号を示すグラフである。
【図４】図４は、少なくとも１つのＣＭＵＴセルと、ポリブタジエンを含む第１の層を有する音響窓層とを含む超音波アレイのノーマライズされた出力圧力を示す。
【図５】図５は、少なくとも１つのＣＭＵＴセルと、ポリブタジエンを含む第１の層、及びポリメチルペンテンを含む第２の層を有する音響窓層とを含む超音波アレイのノーマライズされた出力圧力を示す。
【図６】図６は、様々な音響窓材料について、通過する音響エネルギーに対する音響損失（ｄＢ）／ｍｍの音響周波数依存性を比較するグラフである。
【図７】図７は、本発明に係る超音波アレイを製造するための方法を概略的に示す。
【図８】図８は、音響窓層を形成する前（ａ）及び後（ｂ）の超音波アレイ及びボンディングワイヤを含むチップの写真を示す。
【図９】図９は、超音波イメージングシステムの一実施形態の概略図を示す。
【図１０】図１０は、音響窓層に音響的に結合されている、潰されモードで動作中のＣＭＵＴセルの側面図を概略的かつ例示的に示す。
【図１１ａ−１１ｄ】図１１ａ〜図１１ｄは、潰されモードＣＭＵＴ動作の原理を示す。
【図１２】図１２は、戻りエコー（超音波）信号の周波数の変化を時間及び深さの関数として示す。
【図１３】図１３は、図１２に示す戻りエコー信号の変化する周波数に応答するために使用される直流バイアス電圧の変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明に係るＣＭＵＴセルの断面図を概略的かつ例示的に示す。このようなＣＭＵＴセルは、典型的には、シリコンウェハなどの基板４上に作製される。超音波システムの超音波アレイは、１つ又は複数のＣＭＵＴセル６を備え得る。ＣＭＵＴセルは、個別に又は組み合わされて活性化され得る。個々のセルは、円形、長方形、六角形、又は他の周縁形状を有し得る。
【００３９】
各ＣＭＵＴセルは、キャビティ８によって隔てられた少なくとも一対の電極７’及び７を有する。キャビティ８は、基板４の上面によって形成されるセルフロア３１上に吊り下げられた膜５の間に形成される。膜５は、窒化ケイ素から形成され、動く又は振動するように構成される。膜５は、複数の支持部分９（図１では、２つの支持部分９が示されている）を介して、セルフロア３１（又は基材）上に吊り下げられ得る。電極７、７’は、金属などの導電性材料からなる。下部電極７はセル３１の床に埋め込まれ、上部電極７’は膜５に埋め込まれ得る。電極７及び７’は、追加層としてセルフロア３１又は膜５上に配置されてもよい。下部電極７は、典型的には、空洞側の面が追加層（図示せず）によって絶縁されている。この絶縁層は、ＯＮＯ（ｏｘｉｄｅ−ｎｉｔｒｉｄｅ−ｏｘｉｄｅ）、誘電体層、酸化シリコン層、アルミニウム又は酸化ハフニウム層のうちの１つ又は組み合わせを含み得る。絶縁層は、下部電極７の上方かつ膜電極７’の下方に形成され得る。ＯＮＯ誘電体層は、有利なことに、デバイスの不安定性、出力音圧のドリフト及び減少をもたらす電極上の電荷蓄積を軽減する。支持部分９は、酸化シリコン又は窒化シリコンなどの絶縁材料で形成され得る。キャビティ８は、空気又は気体で満たされてもよく、又は完全に若しくは部分的に排気されてもよい。キャビティ８によって隔てられた２つの電極７及び７’はキャパシタンスを表す。電極７及び７’に結合された駆動回路４５を介して電気信号を印加することにより、膜５は機械的に動き／振動し、その結果、キャパシタンスの変化が生じ、これは、関連付けられたＣＭＵＴトランスデューサ集積回路によって操作され得る。駆動回路４５は、集積回路の集積部分として実装されてもよい。駆動回路４５は、通常、交流信号源及び直流電圧源を備え、これらの電源回路に関連付けられている。
【００４０】
本発明の原理によれば、ＣＭＵＴセルの膜５は、セル膜に対向する内面と、内面の反対側に位置する外面とを有する、セル膜を覆う音響窓層１３に音響的に結合される。外面は、超音波検査の対象であり得る患者又は物体に面する側であり得る。音響窓層は、抗酸化剤と、ポリマー材料４７を含む第１の層とを含む。本発明によれば、ポリマー材料は水素原子及び炭素原子を含み、密度は０．９５ｇ／ｃｍ３以下であり、音響インピーダンスは１．４ＭＲａｙｌ以上である。特に、適切な材料は、熱硬化性ゴム（エラストマー）から選択され得る。
【００４１】
水素及び炭素原子に対するポリマー材料の含有量が限られているため、材料の密度は他のポリマー材料、特にゴムに比べて比較的低い。
【００４２】
エラストマーは、一般に、「結び目のある」分子鎖の、穴の大きいメッシュ状架橋によって特徴付けられる。このタイプの架橋は、材料が高度な寸法安定性を有するが、依然として弾性的に展性を有することを意味する。荷重（例えば、引張荷重）を加えることによって、鎖は伸びるが、荷重を取り除くと、鎖は再び緩む。未硬化エラストマーの典型的な硬度は、デュロメータ（Ａスケール）で測定して５０ＳｈｏｒｅＡ未満である。一般に、硬化（焼成）されたエラストマーは、５０ＳｈｏｒｅＡよりも高い硬度を示す。硬度を５０ＳｈｏｒｅＡ未満に保つために、エラストマーを含む層は、アンダーキュアされてもよい（溶媒が完全に蒸発させられない）。また、大気からの酸素にさらされた状態で、エラストマーが経時的に酸化しないようにするために、抗酸化分子が第１の層に添加される。これについては、後に詳述する。
【００４３】
エラストマーは熱硬化性であってもよく、熱硬化性材料の個々の分子鎖は、三次元の細かいメッシュ状の不可逆的架橋によって特徴付けられる。熱硬化性エラストマーは、エラストマーの中でも化学的かつ機械的に安定であり、また、非溶融性の「純粋な」エラストマーとは対照的に、熱硬化性エラストマーは熱可塑性樹脂と同様に加工することができる。
【００４４】
水素原子及び炭素原子を含み、密度が０．９５ｇ／ｃｍ３以下（特に０．８５〜０．９５ｇ／ｃｍ３）の適切な熱硬化性エラストマーを表１に列挙する。化学式は、ポリマー鎖形成に使用されるモノマーを表す。例えば、ポリブタジエン及びブチルゴムの初期ポリマー鎖は、オレフィン（アルケンとも呼ばれる）を含む。熱硬化性樹脂製造の架橋プロセスの間、ポリマー鎖の多くの二重炭素−炭素結合が破壊され、鎖間結合（架橋）のネットワークを形成する。
【表１】
2018512769.tif 000003
【００４５】
用途に応じて、異なる硬度を有する熱硬化性エラストマーを選択することができる。未硬化ポリブタジエンゴムは５０ＳｈｏｒｅＡ未満の硬度を有し、一方、ポリマー鎖がイソブチレン及びイソプレンの２つのモノマーからなるブチルゴムは４０ＳｈｏｒｅＡ程度の低い硬度値を示し得る。硬度をさらに低くするために、エラストマー材料の液体混合物に脂肪酸を添加することができる。これについては、後に詳述する。
【００４６】
本発明に係る特性を有するポリマー材料は、１〜２０ＭＨｚの範囲の周波数を有する音波について、相当に低い減衰（ｄＢ／ｍｍ単位で測定された音響エネルギー損失）を有することがわかった。図６は、異なる音響窓材料について、通過する音響エネルギーの減衰の音響周波数依存性を示す。記号は測定データを示し、線はシミュレートされた依存性を示す。提示される材料は、周波数の増加に伴う減衰値の安定した増加を示す。周波数とともに大きく増加する最高減衰は、一般的に使用されている充填シリコンラバー（ｆｉｌｌｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｒｕｂｂｅｒ）（ＲＴＶ−５６０、曲線８１）で観察され、減衰は、７ＭＨｚ前後の周波数で、５ｄＢ／ｍｍ付近まで達する。最小減衰はポリブタジエンで観察され（曲線８５）、５ＭＨｚ未満の周波数では０．５ｄＢ／ｍｍ未満、１０ＭＨｚ未満の周波数では１ｄＢ／ｍｍ未満の減衰を示す。後述するように、ポリブタジエン材料に埋め込まれる絶縁粒子を導入したとしても、層の減衰は著しく増加しない。曲線８４は、全重量の２０％がＺｒＯ２粒子で埋められたポリブタジエン層の減衰が、５ＭＨｚ未満の周波数で１ｄＢ／ｍｍ未満であり、１０ＭＨｚ未満の周波数で２ｄＢ／ｍｍ未満であることを示している。比較のために、ポリメチルペンテン材料（三井、商品名ＴＰＸ、曲線８３）は、ポリブタジエンとＲＴＶの間で、２ＭＨｚで約０．５ｄＢ／ｍｍから１０ＭＨｚで３ｄＢ／ｍｍまで変化する減衰を示す。第１の層の音響特性を一定に保つ（さらなる硬化を防ぐ）ためには、第１の層に抗酸化分子を添加すべきことがわかった。第１の層中の抗酸化剤分子の重量比は、好ましくは、最大で０．３％、より好ましくは約０．１％である。
【００４７】
本発明の原理によれば、ポリブタジエンのようなポリマー材料４７を含む音響窓層１３を通過する音波送信における改善（より低い減衰）は、ＰＺＴとの比較において、ＣＭＵＴにおける電気−音響変換の異なるメカニズムに起因する可能性がある。ＰＺＴベースのトランスデューサは、典型的には平行六面体の形状を有し、少なくとも１つの面が、音波伝送中にピストンのような動きで振動するように構成される。振動（アクティブ）面の変位は、面の表面全体にわたって均質である。
【００４８】
対照的に、ＣＭＵＴの振動膜は、膜の領域（表面）にわたって異なる変位を有する。従来の動作モードでは、膜の変位はＣＭＵＴセルの中央部で最も高く、膜の周辺部で最も低い。図１０に示すような潰され（ｃｏｌｌａｐｓｅｄ）モードでは、ＣＭＵＴセル６の膜５は部分的にセル床３１に接触しており、結果として、従来の動作モードと比較して膜変位（Ｄ）が最大になる。ＣＭＵＴ動作中、潰され直流電圧値を印加することによって（直流電圧は、駆動回路４５によって供給される）、膜１の中央部がセルフロア３１と接触させられ得る（まで潰され得る）。駆動回路４５によって供給された印加交流信号電圧は、膜４３の吊り下げられている部分（膜の周辺に位置）を、印加電気信号の下、電極７と７’との間で振幅ｄで動かす／振動させる。技術的な観点から、潰された膜を有するＣＭＵＴは原則的に任意の従来の方法で製造され、例えば、膜を有するＣＭＵＴを用意し、電気的（バイアス電圧）又は圧力手段などの異なる手段を適用して膜を潰された状態にすることを含む。潰され動作モードでは、膜の中央部の変位Ｄは固定される一方、膜の吊り下げられている部分は、印加交流電圧信号によって決定される振幅ｄで振動する。
【００４９】
膜の振動部分の変位の変動は、動作するＣＭＵＴトランスデューサの音響結合を改善するために、音響窓層の特性に異なる要件を課す。音響窓層は、その内面を膜の変位に適合させる必要があり得る。ポリマー材料４７、好ましくは熱硬化性エラストマーのモノマーの比較的軽い分子量は、材料の比較的低い硬度（６０ＳｈｏｒｅＡ未満、好ましくは５０ＳｈｏｒｅＡ未満）と合わせて、音響窓層１３と、振動するよう構成されたＣＭＵＴ膜との間の改良された音響的接触を提供し得る。さらに、ポリマー材料の低い音波減衰は、音響層１３全体にわたる波の改善された移行を提供し得る。
【００５０】
抗酸化分子が存在しない場合、ポリブタジエンを含む音響層は、酸化による老化に起因して、ポリマー材料の硬度を増加させることが見出されている。ＣＭＵＴアレイと接触している音響層の硬度が６０Ｓｈｏｒｅを超えると、（ＣＭＵＴアレイのための）層の音響透過特性が顕著に低下する。特性が経時的に変化する音響材料を有することは望ましくなく、さらに、最終的に不適切な音響波伝送を有する音響窓層になることは一層、不都合である。
【００５１】
本発明によれば、抗酸化分子がポリブタジエン層に添加される。例えば、フェノール系安定剤の分子を使用することができる。フェノール系安定剤は、ポリマー層中の水素供与体として作用する一次酸化防止剤である。フェノール系安定剤は、ペルオキシラジカルと反応してヒドロペルオキシドを形成し、ポリマー主鎖からの水素引き抜きを防ぐ。
【００５２】
本実施形態では、立体障害（ｓｔｅｒｉｃａｌｌｙ  ｈｉｎｄｅｒｅｄ）フェノールを未硬化ポリブタジエン層と共に使用した。この抗酸化剤（ＢＡＳＦ、商品名Ｉｒｇａｎｏｘ  １０７６）の分子は、ヒンダードフェノール基（ｈｅａｄ）に結合した炭化水素鎖（ｔａｉｌ）を有する。
【化１】
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【００５３】
フェノール安定剤の分子の炭化水素鎖は、抗酸化剤とポリブタジエンなどのポリマー材料との混合を改善し、一方、分子のｈｅａｄを形成するヒンダードフェノール基は水素供与体として作用し、それにより外部からの酸素を緩衝する。
【００５４】
本発明の他の実施形態を図２に示す。音響窓層１３は、外面側に位置する耐久性外層４２を有する第２の層をさらに有し得る。外側表面に位置する耐久性外層は、音響窓層１３の異なる機械的及び／又は化学的特性を満たし得る。例えば、超音波トランスデューサの目的に応じて、第２の層には、ポリマー材料４７とは異なる耐摩耗性を有する材料、異なる摩擦係数を有する材料を使用することができる。音響窓の化学的安定性を改善するために、第２の層は、ポリメチルペンテンのような熱可塑性ポリマーの層を有することができる。また、マイラーの水分バリア層を提供するために、ポリエチレン及び／又はパリレンを第２の層に導入することができる。
【００５５】
音響窓層１３の全硬度を変えるために、ポリオレフィン熱可塑性エラストマーの追加層を選択することができる。例えば、エチレン及びアルファオレフィンのモノマー、例えばオクタン又はブタンを有するコポリマーである。熱可塑性ゴムと呼ばれることもある熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）は、熱可塑性及びエラストマー特性の両方を有する材料から構成されるコポリマー又はポリマーの物理的混合体（通常はプラスチックとゴム）のクラスである。
【００５６】
改善された生体適合性又は弾性特性を音響窓層に与える追加層が音響窓１３に導入され得ることは、当業者に理解されるであろう。
【００５７】
図３は、アレイのＣＭＵＴセルによって音響窓層を通過させられる参照音響信号を示す。図４は、厚さ３０μｍのポリブタジエン層によって覆われ、厚さ５μｍのパリレンからなる第２の層でキャップされたアレイのノーマライズされた出力圧力６３を示す。図４から分かるように、ポリブタジエン層は音響窓に対して優れた音響特性、すなわち超広帯域幅及び高感度を提供する。水平線６１とアレイの出力圧力曲線６３との交点６２は、３ｄＢの信号減衰において、約５ＭＨｚの下方カットオフ周波数（ｆ１）及び約２７ＭＨｚの上方カットオフ周波数（ｆ２）を与える。従って、アレイの帯域幅は約１４０％である。基準は、下式のパーセント値として計算される比帯域（ＦＢＷ％）である。
FBW = 2・(f2 - f1)/(f2 + f1)
【００５８】
このアレイの相対感度は、印加交流信号の１００Ｖあたり約４ＭＰａである。相対感度は、ＣＭＵＴ電極７、７’間に印加された所与の交流信号ごとに（例えば、２０Ｖ）、出力圧力が測定され、次いで１００Ｖで達成される出力圧力にノーマライズすることによって決定される。
【００５９】
図５は、厚さ６０μｍのポリブタジエン層で覆われ、ＴＰＸ材料の第２の層でキャップされたアレイのノーマライズされた出力圧力６４を示し、ここで、ＴＰＸ層は０．２ｍｍの厚さを有し、ポリブタジエンの第１の層にポリウレタンの第３の層によって接着されている。
【００６０】
水平線６５とアレイの出力圧力曲線６４との交点６６は、３ｄＢの信号減衰において、約５ＭＨｚの下方カットオフ周波数（ｆ１）及び約２３ＭＨｚの上方カットオフ周波数（ｆ２）を与える。従って、アレイの帯域幅は約１３０ ％である。ＣＭＵＴ膜に面するポリブタジエンの第１の層よりも厚い耐久性材料層を導入したとしても、アレイの超広帯域幅はさほど低減されない。この実施形態におけるアレイの感度は、約３ＭＰａ／１００Ｖである。ＴＰＸ材料のさらなる利点は、特に医療用途において一般に使用される洗浄剤に対する化学的安定性、及び機械的耐性である。
【００６１】
水素原子及び炭素原子を含み、密度が０．９５ｇ／ｃｍ３以下であるポリマー層、特に熱硬化性エラストマーは、低い音響エネルギー損失（減衰）及び適切な音響インピーダンス最適化を示し得る。
【００６２】
音響インピーダンス（Ｚ）は、媒体中の音響エネルギー（又は波）の音響伝搬速度（ｖ）と媒体の密度（ρ）の積として定義される。
Z = ρ * v
【００６３】
これらのポリマー材料は、１．４ＭＲａｙｌ以上の音響インピーダンス値を有し、約１．６ＭＲａｙｌの軟組織のインピーダンスにより近い。超音波アレイと超音波処理される組織との間のインピーダンスのミスマッチを最小にするために、ポリマー層を含む音響窓材料の音響インピーダンス値を増加させることが望ましい可能性がある。これは、粒子４１（好ましくは絶縁性）などの充填剤をポリマー層４７に添加することによって達成することができる。ポリマー層への粒子の導入は、第１の層の総密度を増加させる。埋め込まれた絶縁粒子によって引き起こされる追加の音響損失は十分に低く、ポリマー層中の音波伝搬の質にさほど影響しないことがわかった。
【００６４】
例として、表２は、平均直径が約２．５μｍであり、第１の層の全重量の固定パーセントを有する二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）絶縁粒子の導入によるポリブタジエン層の音響特性の測定された変化を示す。
【表２】
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【００６５】
表から分かるように、ポリブタジエンを含む第１の層の総密度の増加により、層の音響インピーダンスはより高い値、例えば組織の音響インピーダンスに近い値に向けて調整することができ、一方、層の減衰は、重量の２０％を絶縁粒子（ＺｒＯ２）が占める層であっても、１．５ｄＢ／ｍｍ未満にとどまる。
【００６６】
抗酸化分子と、水素原子及び炭素原子を含み、０．９０ｇ／ｃｍ３以上の密度及び１．４ＭＲａｙｌ以上の音響インピーダンスを有するポリマー材料とを含む音響窓層の第１の層が、ＣＭＵＴセルの膜への音響窓層の直接的な音響結合を提供する。したがって、音響窓とＣＭＵＴアレイとの間の追加の結合媒体は必要とされない。
【００６７】
水素原子及び炭素原子を有し、０．９５ｇ／ｃｍ３以下の密度及び１．４ＭＲａｙｌ以上、好ましくは１．５ＭＲａｙｌ以上の音響インピーダンスを有するポリマー材料のさらなる利点は、一般的に超音波において使用されているシリコン系ゴムと比べて（通常、約１．１〜１．２ＭＲａｙｌの音響インピーダンスを有する）、これらのポリマー材料、特にポリブタジエンは、より高い音響インピーダンスを有することである。したがって、ポリマー層４７の音響インピーダンスを組織のインピーダンスに調整するために、充填シリコーンと比較して、該ポリマー材料では、比較的少量の充填剤を使用することができる。平均的には、層への絶縁粒子の導入は硬度を増加させるので、より高い音響インピーダンスを有するこれらのポリマー材料の適用は、充填後の硬度の比較的小さい変化（６０ＳｈｏｒｅＡ未満、好ましくは５０ＳｈｏｒｅＡ未満にとどまる）、及び充填シリコーンに比べてかなり低い減衰（好ましくは１．５又は２ｄＢ／ｍｍ未満）を、音響窓層１３に与える。充填シリコンの音響インピーダンスを軟組織のインピーダンスに近づける、すなわち、１．１ＭＲａｙｌから１．６ＭＲａｙｌにするためには、より多くの充填材粒子が必要とされる。この粒子の導入は、相当な減衰をもたらし、充填されたシリコン層の硬度を増加させる。
【００６８】
ＣＭＵＴセルの膜への音響窓層の最適な音響結合は、低減衰及び１．４ＭＲａｙｌを超える音響インピーダンス、並びに経時的な酸化（老化又は劣化）への耐久性を有する未硬化ポリマー材料と、埋め込み絶縁粒子が導入された第１の層の比較的一定の硬度との組み合わせによって提供され得る。
【００６９】
本発明に係る第１の層を含む音響窓層を適用することの利点は、潰されモードで動作するＣＭＵＴセルを使用するトランスデューサアレイでは一層、顕著になる。潰され動作モードは、ＣＭＵＴ電極に印加される直流バイアス電圧を変化させることによって調整することができる広範囲の音波周波数で超音波アレイを動作させることを可能にする。
【００７０】
したがって、従来の（非潰され）ＣＭＵＴ動作モードと比較して、音響窓層の帯域幅にはより高い要求が課される。本発明の原理に係る音響窓層１３によって覆われたＣＭＵＴ超音波アレイの好ましい帯域幅は、８０％、好ましくは１００％又は１２０％以上である。ＣＭＵＴに使用されるＰＺＴの電気−音響エネルギー変換原理からの違いは、ＣＭＵＴアレイについて、音響窓層がＣＭＵＴの振動膜と直接接触することをより強く要求し、ＣＭＵＴ動作の潰されモードではさらに顕著になり得る。
【００７１】
潰されモードにおけるＣＭＵＴの周波数応答は、潰された後のＣＭＵＴ電極（７、７’）に印加される直流バイアス電圧を調整することによって変化させられる。結果として、より高いＤＣバイアスが電極に印加されるにつれ、ＣＭＵＴセルの共振周波数は増加する。この現象の背後にある原理を、図１１ａ〜図１１ｄに示す。図３ａ及び図３ｃの断面図は、これを、膜５の支持部分９と、膜が各図面においてキャビティ８のフロア３１に接触し始める点との間の距離Ｄ１及びＤ２によって一次元的に説明する。潰された後に比較的低いバイアス電圧が印加された場合の図１１ａでは、距離Ｄ１が比較的長い距離であり、より高いバイアス電圧が印加された場合の図１１ｃの距離Ｄ２は、はるかに短い距離である。これらの距離は、両端で保持され、つまびかれた長い糸と短い糸とに類似する。長いゆるんだ糸は、はじかれると、より短く、張っている糸よりもはるかに低い周波数で振動する。同様に、図１１ａのＣＭＵＴセルの共振周波数は、より高いＤＣプルダウンバイアス電圧を受ける図１１ｃのＣＭＵＴセルの共振周波数よりも低くなる。
【００７２】
実際には、ＣＭＵＴ膜の有効動作領域の関数であるので、この現象は、図１１ｂ及び図１１ｄの二次元図からも理解することができる。図１１ａに示すように、膜５がＣＭＵＴセルのフロアにちょうど接触するとき、図３ｂに示すように、セル膜５の非接触（自由振動）部分の有効振動領域Ａ１は大きい。中心１７の小さい穴は、膜の中央接触領域を表す。大面積の膜は、比較的低い周波数で振動する。この領域１７は、ＣＭＵＴセルのフロアに潰れた膜５の領域である。しかし、図１１ｃのように、膜がより高いバイアス電圧によってより深く潰されると、図１１ｄに示されるように、中央接触領域１７’が大きくなり、自由振動領域Ａ２がより小さくなる。このより小さな領域Ａ２は、大きい領域Ａ１よりも高い周波数で振動する。したがって、直流バイアス電圧が減少すると、潰されたＣＭＵＴセルの周波数応答が減少し、直流バイアス電圧が増加すると、潰されたＣＭＵＴセルの周波数応答が増加する。
【００７３】
したがって、ＣＭＵＴベースの超音波アレイが動作することができる、広い周波数帯域を完全に探索することを可能にする最適な音響窓層１３を設けることが望ましい。好ましくは、音響窓層は、２〜３０ＭＨｚ、又は５〜２５ＭＨｚのような医療用超音波に適用可能な広範囲の音波周波数に関して、自身を通過する音響エネルギーの音響損失／ｍｍが３ｄＢ未満、好ましくは１．５ｄＢ未満である。
【００７４】
例えば、（体内で反射される超音波）エコー受信中にＣＭＵＴの周波数を連続的に変化させることによって、ＣＭＵＴアレイの広い帯域幅を使用することができる。図１２は、図の縦軸に示すように、経時的に、さらなる深部からエコーが受信されるにつれ、エコー信号５２、５４、５６の中心周波数が漸進的に低下することを示す。線５５は、深度（時間）に伴う中心周波数の安定した低下を示す。エコーが浅い深さから受信され、次第により深い深度から受信されるにつれ、潰されモードＣＭＵＴの直流バイアス電圧は、図１３の線５０によって示されるように、より高い電圧から低い電圧まで変化させられ、これに対応して、ＣＭＵＴセルの中心周波数は低下する。この直流バイアス制御方法によれば、潰されモードのＣＭＵＴアレイの周波数応答は、深度依存周波数減衰に従うよう継続的に調整される。
【００７５】
第１の層４７の減衰特性をより良好に制御するために、絶縁性粒子は、音響波長の十分の１より小さい平均サイズを有し得る。好ましくは、粒子の平均サイズは、超音波アレイの動作帯域幅内の最短の波の音響波長の十分の１よりも小さい。帯域幅は、例えば、高周波数（１５ＭＨｚ超）及び高画像解像度の心臓イメージングなどの超音波用途に基づいて選択され得る。粒子の平均サイズが伝搬波の波長よりも大きくなると、音響窓層内で付加的な散乱が起こる可能性がある。これは、超音波画像内にアーチファクトを導入するおそれがある。
【００７６】
粒子の具体的な平均サイズは、１０ｎｍ〜１０μｍ、１０ｎｍ〜１００ｎｍ、又は１μｍ〜１０μｍであり得る。平均粒子のこれらの範囲は、異なる周波数における超音波イメージングシステムの主な用途をカバーする。例えば、音波速度が１５００ｍ／ｓ（メートル）の場合、音響波長の十分の１は、１ＭＨｚの周波数の場合は１５０μｍ、１０ＭＨｚの周波数の場合は１５μｍ、３０ＭＨｚの周波数の場合は５μｍである。
【００７７】
本発明の一実施形態では、絶縁粒子としてセラミック粒子を使用することが有益であり得る。金属酸化物（ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＢａＳＯ４など）などのセラミック粒子は高い絶縁特性を示し、アレイの電子機器に追加の絶縁を提供するという利点を有し得る。さらに、明確なサイズのセラミック粒子を製造するための複数の方法が存在する。
【００７８】
ポリマー材料の発展的な工業的用途についてさらに記載する。図７には、本発明に係る超音波アレイを製造するための新規方法２０が示されている。ステップ３１において、予備重合されたポリブタジエン３８（Ｌａｎｘｅｓｓ、ＣＢ７２８  Ｔ）の粒子が提供される。ステップ３２において、ブロックは粒状にされ、アルカン、分枝アルカン又は環状アルカン、例えばヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンのような溶媒に溶解される。オプションのステップ３３では、立体障害フェノール（この例では、Ｉｒａｇａｎｏｘ  １０７６）などの抗酸化剤が加えられ、さらに、絶縁粒子を溶媒に添加することによって、第１の層の音響インピーダンスの最適化が達成され、ポリマー材料は粒子のための分散剤として作用し、ポリマー材料と絶縁粒子との液体混合物を提供する。脂肪酸などの追加の分散剤（例えば、飽和又は不飽和の脂肪族鎖を有するカルボン酸）を液体混合物に添加することもできる。液体混合物中の充填剤粒子は、音響窓の第１の層の硬度を増加させ、一方、脂肪酸はこの硬度の増加に対抗し、第１の層の平均硬度を比較的一定な値に保ち得る。オレイン酸、リノール酸、及びリノレン酸のような脂肪酸の不飽和鎖（それぞれ、１、２、及び３の二重炭素結合）は重合してポリブタジエン鎖に結合し得る。これは、液体混合物における粒子の良好な分散／分布を可能にする。ステップ５４において、集積回路に結合された少なくとも１つのＣＭＵＴセルを有する超音波アレイを有するチップが提供される。ステップ３４において、上記液体混合物を含む層がＣＭＵＴセルのを覆うよう、チップが液体混合物に浸される。ステップ３４の代わりに、液体混合物が、当業者に公知の分散技術を用いてチップ上に分配されてもよい。ステップ３３において、液体混合物と伝播媒体との間の最小インピーダンスミスマッチが達成され、液体混合物層の厚さの変動に対する許容は比較的高い。浸漬時間の増加は、液体混合物層の厚さを増加させる。ステップ３５において、液体混合物層を有するチップが、約７０℃の高温で乾燥されてもよい。時間の経過とともに、液体混合物から溶媒が蒸発し始めると、液体混合物層はより固体に近づき得る（粘着性になる）。この段階で、別の材料の第２の層が液体混合物層に付加されてもよい。このステップの利点は、接着剤なしで第２の層を第１の層に取り付けられることである。ステップ３６において、ＣＭＵＴセルを覆う層が、液体混合層から残留溶媒蒸発させるのに十分な温度（ヘプタンの場合、約１００℃）で硬化され、絶縁粒子４１が埋め込まれたポリマー材料４７を含む音響窓層１３が、ＣＭＵＴセル上に設けられる。あるいは、より良好な固定を保証するために、第２の層を接着剤の第３の層で第１の層に結合し、ステップ３７でさらに硬化させてもよい。
【００７９】
この方法は、工程の単純さ、及び音響層の窓の厚さに対する超音波アレイのパフォーマンスの許容性から、工業的規模で有利に適用され得る。浸漬ステップ３４と乾燥ステップ３５とを繰り返すことによって、層の厚さを増加させることができる。ステップ３３におけるインピーダンス最適化の可能性、及び、本発明の原理に従って選択されたポリマー材料の低い減衰特性のため、音響窓層における厚さの平均値からの局所的なずれは、一般的に使用されるスプレー又はスピンコート製造において許容される標準よりも高くなり得る。これに加えて、この製造方法は、アレイに実装される異なるチップ設計及び電気接点ボンディングの柔軟性を提供する。例えば、図８は、本発明の方法を用いた音響窓層形成の前（ａ）及び後（ｂ）の超音波アレイ２３及びボンディングワイヤ２２を含むチップの写真を示す。一般的に使用される、音響レンズ（又は窓層）のスプレー又はスピンコート製造方法は、層厚に非常に敏感であり、自立ボンディングワイヤ２２の周囲で、アレイの均一な被覆を提供することができない可能性がある（図８ａは、ボンディングワイヤ２２の拡大図を示す）。図８（ｂ）に見られるように、提示の方法はこの問題を克服し、改善された広帯域パフォーマンスを有する安定な音響窓で完全に覆われたＣＭＵＴトランスデューサアレイを提供する。
【００８０】
また、この方法は異なるチップサイズのために、特に、インターベンショナルデバイス及びカテーテルのような小型の超音波アレイにおいて、有益に使用することができる。
【００８１】
図９は、超音波イメージングシステム２０２の原則的なデザインを示す。
【００８２】
超音波イメージングシステムは、全体的に参照番号２０２で示されている。超音波イメージングシステム２０２は、例えば、患者２０１の身体のあるエリア又はボリュームをスキャンするために使用される。超音波システム２０２は、他のエリア又はボリューム、例えば、動物又は他の生物の身体の部分をスキャンするために使用されてもよいことを理解されたい。
【００８３】
患者２０１をスキャンするために、超音波プローブ２００が提供され得る。図示の実施形態では、超音波プローブ２００はコンソール装置２０３に接続されている。図９では、コンソール装置２０３はモバイルコンソールとして示されている。しかしながら、コンソール２０３は固定装置として実現されてもよい。コンソール装置２０３は、有線で形成されたインターフェース２０６を介してプローブ２００に接続されている。また、コンソール装置２０３は、例えばＵＷＢ伝送技術を使用して、無線でプローブ２００に接続されてもよい。コンソール装置２０３は、入力装置２０５をさらに備え得る。入力装置は、超音波イメージングシステム２０２のユーザーに入力機構を提供するために、ボタン、キーパッド、及び／又はタッチスクリーンを有することができる。これに加えて、又は代わりに、ユーザーが超音波イメージングシステム２０２を制御することを可能にするために、入力装置２０５に他の機構が存在してもよい。
【００８４】
さらに、コンソールデバイス２０３は、超音波イメージングシステム２０２によって生成された表示データをユーザーに表示するディスプレイ２０４を備える。これにより、超音波プローブ２００を介してスキャンされる患者２０１内のボリュームを、超音波システム２００のユーザーがコンソール装置２０３上で見ることができる。
【００８５】
超音波プローブ２００は、本発明に従って構成されたＣＭＵＴトランスデューサアレイを含む。
【００８６】
開示の実施形態の他の変形例が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲から、クレームされる発明に係る当業者によって理解及び実施され得る。
【００８７】
特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。
【００８８】
単一のユニットまたはデバイスが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たし得る。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。
【００８９】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適切な媒体上で記憶及び／又は分配されてもよいし、インターネット又は他の有線若しくは無線テレコミュニケーションシステムを介して等の他の形態で分配されてもよい。
【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（ａ）】
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【図８（ｂ）】
2018512769.tif 000014
【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2018512769.tif 000023
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2018512769.tif 000025