(57)【要約】  血管内動作に対する超音波トランスデューサプローブ３００は、マイクロマシン超音波トランスデューサＭＵＴ素子３０８のそれぞれのサブアレイ３０６を持つ少なくとも２つの相互に近接した前面ファセット３０４．ａ、３０４．ｂを持つ、超音波放射及び受信のためのファセット遠位前面３０２を有し、前記ＭＵＴ素子のサブアレイは、一緒に、前記遠位前面上に分布するＭＵＴ素子のファセットアレイを形成する。
2020516403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロマシン超音波トランスデューサ素子（ＭＵＴ素子）のそれぞれのサブアレイを持つ少なくとも２つの前面ファセットを持つ、超音波放射及び受信のためのファセット遠位前面を有する、超音波トランスデューサプローブにおいて、前記ＭＵＴ素子の前記サブアレイが、一緒に、前記遠位前面上に分布するＭＵＴ素子のファセットアレイを形成し、
前記前面ファセットが、個別の剛体キャリアアイランドにより形成され、各キャリアアイランドが、前記ＭＵＴ素子のサブアレイの少なくとも１つを有し、
前記キャリアアイランドが、可撓性電気絶縁材料により機械的に互いに接続される、
超音波トランスデューサプローブ。
【請求項２】
前記前面が、全体として凹状である、請求項１に記載の超音波トランスデューサプローブ。
【請求項３】
前記前面が、全体として凸状である、請求項１に記載の超音波トランスデューサプローブ。
【請求項４】
前記剛体キャリアアイランドが、前記ＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイを電気的に接続するそれぞれの接点インタフェースを含み、
前記可撓性材料が、異なるサブアレイの接点インタフェースを互いに電気的に接続する電気相互接続線を含む、
請求項１に記載の超音波トランスデューサプローブ。
【請求項５】
前記剛体キャリアアイランドが、前記ＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイを電気的に接続するそれぞれの接点インタフェースを含み、
前記キャリアアイランドの前記接点インタフェースを剛体接点アイランドに電気的に接続する可撓性相互接続バスを更に有し、
前記剛体接点アイランドが、前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子から超音波照射の送信を駆動する外部電源に対する前記ＭＵＴ素子のアレイの接続、及び前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子により受信された超音波照射を示すトランスデューサ信号を受信する外部信号処理装置に対する接続のための接点インタフェースを有する、
請求項１に記載の超音波トランスデューサプローブ。
【請求項６】
前記剛体キャリアアイランドが、前記ＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイを電気的に接続するそれぞれの接点インタフェースを含み、
前記ＭＵＴ素子のサブアレイが、電気ワイヤにより、前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子からの超音波照射の送信を駆動する外部電源に接続され、前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子により受信された超音波照射を示すトランスデューサ信号を受信する外部信号処理装置に接続される、
請求項１に記載の超音波トランスデューサプローブ。
【請求項７】
血管内動作に対する血管内超音波センサ装置において、
生物の血管内への挿入に適したセンサ本体と、
前記センサ本体の遠位端における請求項１に記載の超音波トランスデューサプローブと、
を有する、血管内センサ装置。
【請求項８】
前記センサ本体が、前記超音波トランスデューサプローブからの超音波照射の送信を駆動する外部電源に対する前記超音波トランスデューサプローブの接続のための電力伝送線と、前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子により受信された超音波照射を示すトランスデューサ信号を受信する外部信号処理装置に対する接続のための信号伝送線とを有する血管内ガイドワイヤ又は血管内カテーテルを有する、請求項７に記載の血管内超音波センサ装置。
【請求項９】
前記電力伝送線が、電力の伝送又は光パワーの伝送のいずれかに対して構成され、前記信号伝送線が、電気トランスデューサ信号の伝送又は光トランスデューサ信号の伝送のいずれかに対して構成される、請求項８に記載の血管内超音波センサ装置。
【請求項１０】
前記センサ本体上に配置され、血管内で検出された血圧の量を示す圧力信号を提供するように構成された圧力センサを更に有する、請求項７に記載の血管内超音波センサ装置。
【請求項１１】
血管内超音波センサシステムにおいて、
請求項７に記載の血管内超音波センサ装置と、
前記血管内超音波センサ装置に動作電力を提供するように構成された電源装置と、
前記ＭＵＴ素子により受信された超音波エコー信号を示すトランスデューサ信号を受信し、それを示す処理された出力信号を提供するように構成された信号処理ユニットと、
を有する、血管内超音波センサシステム。
【請求項１２】
前記信号処理ユニットが、前記センサ本体内に配置され、前記トランスデューサ信号を受信し、それを示す前処理された出力信号を提供するように構成された前処理ユニットを有する、請求項１１に記載の血管内超音波センサシステム。
【請求項１３】
前記超音波トランスデューサプローブにより放射される事前選択可能なビームパターンに従って複数のＭＵＴ素子からの超音波照射のそれぞれの位相を独立して制御するように構成されたビーム制御ユニットを更に有する、請求項１１に記載の血管内超音波センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管内動作に対する超音波トランスデューサプローブ、血管内超音波センサ装置及び血管内超音波センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
冠動脈循環器疾患の診断及び治療の評価に対して、超音波撮像及び超音波技術を使用する血流測定が、採用される。
【０００３】
ＵＳ２０１０／０２６８０８９Ａ１は、超音波エネルギを送信及び受信するための複数のＣＭＵＴアレイを有する前方視又は側方視カテーテル装置を含む複数電極要素の容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）プローブを記載している。ＣＭＵＴアレイは、間隔を空けた配置で基板上に配置され、基板上の異なる場所に配置される。ＣＭＵＴアレイは、それぞれ、複数のＣＭＵＴ素子を有する。この種のＣＭＵＴトランスデューサプローブは、医療画像アプリケーション又は血管内ドップラ血流センサとして使用される。
【０００４】
ＵＳ２０１３／２５３３２５Ａ１は、結合画像品質を改善する可能性の高いサブ画像情報により多くの重みを与えることに基づいて複数のサブ画像の結合からなる超音波画像の品質を改善するシステム及び方法を記載している。
【０００５】
ＵＳ２０１４／０１４８７０１Ａ１は、超音波プローブ及び超音波診断装置を記載している。特定の装置において、第１の超音波トランスデューサアレイは、第１のスキャン面をスキャンする。第２の超音波トランスデューサアレイは、第１の超音波トランスデューサアレイと係合し、第１の超音波トランスデューサアレイと交差するように設けられ、第１のスキャン面とは異なる第２のスキャン面をスキャンする。プローブ本体は、第１の超音波トランスデューサアレイ及び第２の超音波トランスデューサアレイを設けられ、第１及び第２の超音波トランスデューサアレイが互いに交差する位置において開口を持ち、開口に延在する貫通孔を持つ。第１及び第２の超音波トランスデューサアレイを互いに係合する係合部は、第１及び第２の超音波トランスデューサアレイが互いに交差する角度が変更可能であるように構成される。
【０００６】
ＵＳ２０１５／０６５９２２Ａ１は、調節可能な音波照射（sonication）周波数を持つ超音波トランスデューサを有する高強度集束超音波システムを有する医療器具を記載している。超音波トランスデューサは、容量性マイクロマシントランスデューサを有する。プロセッサによる機械実行可能命令の実行は、プロセッサに、対象内の目標ゾーンを記述する治療計画を受信させ、治療計画を使用して目標ゾーンまで対象を通る横断距離を決定させ、ここで横断距離は超音波トランスデューサから目標ゾーンまでの超音波の横断を記述し、音波照射体積を目標ゾーンに集束させるように横断距離を使用して音波照射周波数を決定させ、音波照射周波数において高強度集束超音波システムを使用して目標ゾーンを音波照射させる。
【０００７】
ＷＯ１０１７／００１９６５Ａ１は、マルチモード容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）及び関連する装置、システム及び方法を記載している。一実施例において、血管内装置は、近位部分及び遠位部分を持つ可撓性細長部材と、可撓性細長部材の遠位部分に配置された第１のセンサアセンブリとを含む。第１のセンサアセンブリは、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）の第１のアレイを有する。第１のセンサアセンブリは、圧力センサ、流れセンサ、又は撮像センサの少なくとも２つを有する。一部の実施例において、血管内装置は、ＣＭＵＴの第２のアレイを有する第２のセンサアセンブリを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
先端領域において超音波トランスデューサプローブを持つ前方視装置は、動作時に血管と良好にアラインされないかもしれない。血管内血流測定中の超音波トランスデューサプローブのこのようなミスアライメントは、誤った結果を与える可能性があり、したがって、超音波測定技術を信頼できなくする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、超音波ベースの血流測定の信頼性を増大するためには、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）素子により生成された超音波ビーム幾何構成の増大された設計可変性を可能にする超音波トランスデューサプローブを提供することが望ましいことを認識している。
【００１０】
本発明の第１の態様によると、血管内動作に対する超音波トランスデューサプローブが、提供される。前記超音波トランスデューサプローブは、ＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイを持つ少なくとも２つの前面ファセットを持つ、超音波放射及び受信のためのファセット遠位前面（faceted distal front surface）（以後、手短に前面又はファセット前面とも称される）を有し、前記ＭＵＴ素子のサブアレイは、一緒に前記遠位前面上に分布するＭＵＴ素子のファセットアレイを形成し、前記前面ファセットは、個別の剛体キャリアアイランド（carrier islands）により形成され、各キャリアアイランドは、前記ＭＵＴ素子のサブアレイの少なくとも１つを有し、前記キャリアアイランドは、可撓性電気絶縁材料により機械的に互いに接続される。
【００１１】
第１の態様の前記超音波トランスデューサプローブは、したがって、ファセット遠位前面を持つ。コヒーレントな前面を作り上げる個別の前面ファセットは、ＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイを持つ。前記ファセット遠位前面は、全体として、したがって、ＭＵＴ素子のアレイを提供する。この有利な前面幾何構成は、前記トランスデューサプローブのＭＵＴ素子のアレイからの超音波放射の幾何学的パラメータを設計する新しい設計を切り開く。特に、各ＭＵＴ素子から放射された超音波ビームの重ね合わせとして提供される超音波放射の所望の角度又は超音波ビームの所望の幅は、前記個別の前面ファセット上に設けられたＭＵＴ素子のサブアレイ及び前記ファセット遠位前面の適切なファセット設計を選択することにより与えられた応用事例の要件に従って設計されることができる。前記前面ファセットは、個別の剛体キャリアアイランドにより形成され、各キャリアアイランドは、前記ＭＵＴ素子のサブアレイの少なくとも１つを有する。更に、前記キャリアアイランドは、可撓性電気絶縁材料により機械的に互いに接続される。この製造技術は、特にロバストであり、同時の機械的に柔軟な設計を可能にする。
【００１２】
以下、前記超音波トランスデューサプローブの実施例が、記載される。
【００１３】
前記ＭＵＴ素子は、一部の実施例において、容量性ＭＵＴ（ＣＭＵＴ）である。他の実施例において、前記ＭＵＴ素子は、圧電ＭＵＴ素子である。
【００１４】
前記個別の前面ファセットは、好ましくは、平面である。
【００１５】
前記ファセット遠位前面設計は、平坦な前面設計と比較して超音波放射の増大されたビーム幅を達成するのに使用されることができる。このようなより幅広い超音波ビームは、血管内のより大きなサンプル体積を達成し、したがって、最高速度で血管の領域をサンプリングする可能性を増大させる。それ自体が既知であるように、血管の中心領域は、典型的には、最高血流速度量を示し、血流パラメータの決定に使用される。他の場合に、しかしながら、血管内の最高速度を示す領域は、中心領域ではない。例えば、血管の湾曲の場合に、最高速度は、典型的には、湾曲に対して外側の壁を形成する血管の壁の近くである。
【００１６】
一部の実施例は、全体的には凹状であるファセット遠位前面を用いてこのような幅広い超音波ビームを達成する。前記ファセット前面のこの設計は、前記トランスデューサプローブ上の実際のレンズを必要とせずにレンズ効果を達成することを可能にする。本実施例を使用して達成された幅広い超音波ビームは、したがって、超音波血流測定を、血管に対するセンサのミスアライメントに対して、よりロバストにする。したがって、前記トランスデューサプローブは、特に小さいサイズで構築されることができ、同時に前記遠位前面の既知の平面設計と比較して、より幅広い超音波ビームを提供することができる。凹状の前面は、小さなハイポチューブ形状因子への統合を特に容易にし、これは、機械的によりロバストである。
【００１７】
凹状前面を持つ有利な変形例において、前記前面ファセットは、前記遠位前面から前方向に延在する中心長手軸に対して２０°乃至４０°の角度で延在する表面ベクトルを持つ。前記中心長手軸は、典型的には、直線を形成するように配置され、遠位端において前記トランスデューサプローブを有するマイクロカテーテル又はガイドワイヤの中心長手軸と一致する。３０°の角度が好適である。
【００１８】
一部の他の実施例において、前記前面は、全体として凸状である。また、この実施例において、放射される超音波放射のビーム幅は、前記ＭＵＴ素子の他の点では同一の（しかし平坦な）分布を使用する平坦な前面の場合より高い値を達成することができる。前記ビーム幅は、凸状の度合いに依存して、凹状前面を用いる場合より更に高い値を達成することができる。他方で、ファセット凹状前面の製造及び超音波システムにおける統合は、より困難である。
【００１９】
凹状又は凸状前面を持つこれらの実施例の一部において、前記中心長手軸は、対称軸を形成し、前記前面ファセットは、この対称軸に対して回転対称であるように構成される。
【００２０】
前記超音波トランスデューサプローブの前記遠位前面を一緒に形成する前面ファセットの数は、製造プロセスの境界条件を考慮に入れて、ビーム幾何構成の要件に従って選択されうる。一部の実施例において、２つの前面ファセットのみが提供される。他の実施例において、３乃至９の前面ファセットが、使用される。一部の実施例は、５つの前面ファセットを持つ。所定の実施例において使用されることができるファセットの最大数は、前記個別のＭＵＴ素子の横方向の拡張によってのみ制限される。前記個別のＭＵＴ素子は、それぞれの平坦な表面ファセットを要求する。
【００２１】
前記サブアレイは、別々に電気的に接続される場合、独立して駆動されることができる。しかしながら、これは、複雑さ及び／又は余分な接続を加える。他の実施例において、前記剛体キャリアアイランドは、前記ＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイに電気的に接続するそれぞれの接点インタフェースを含み、前記可撓性材料は、異なるサブアレイの接点インタフェースを互いに電気的に接続する電気相互接続線を含む。前記サブアレイを一緒に接続することにより、複雑さは低減されるが、独立に駆動されることができないことを犠牲にする。
【００２２】
両方の場合に、可撓性の相互接続は、前記剛体アイランドを接続するだけ又は電気接続をも持つことができる。
【００２３】
他の実施例において、前記剛体キャリアアイランドは、前記ＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイに電気的に接続するそれぞれの接点インタフェースを含む。これらの実施例は、前記キャリアアイランドの前記接点インタフェースを剛体接点アイランドに電気的に接続する可撓性相互接続バスを更に有する。この剛体接点アイランドは、前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子からの超音波照射の送信を駆動する外部電源に対する前記ＭＵＴ素子のアレイの接続、及び前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子により受信された超音波照射を示すトランスデューサ信号を受信する外部信号処理装置に対する接続のための接点インタフェースを有する。前記剛体接点アイランドは、例えば、ワイヤの接続を可能にするボンドパッドを含む。オプションとして、前記接点アイランド及び／又は剛体キャリアアイランドは、（オプションとして分散型の）特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として適切に実装される、信号増幅及び／又は信号処理ユニットを含む。
【００２４】
他の実施例において、前記剛体キャリアアイランドは、前記ＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイに電気的に接続するそれぞれの接点インタフェースを含む。これらの実施例において、前記ＭＵＴ素子のサブアレイは、電気ワイヤにより、前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子からの超音波照射の送信を駆動する外部電源に、及び前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子により受信された超音波照射を示すトランスデューサ信号を受信する外部信号処理装置に接続される。
【００２５】
前記可撓性の電気絶縁材料は、現在好適な実施例において、前記ＭＵＴ素子が配置される前記キャリアアイランドの前側に配置される。前記可撓性の電気絶縁材料は、これらの実施例において、好ましくは、特に前記材料における適切な孔により、超音波放射及び受信と干渉しないように成形される。他の実施例において、前記電気絶縁材料は、前記可撓性材料を前側に配置する代わりに又は加えてのいずれかで、前記キャリアアイランドの裏側に配置される。
【００２６】
本発明の第２の態様によると、血管内超音波センサ装置が、提供される。前記血管内超音波センサ装置は、生物の血管内に挿入するのに適したセンサ本体と、本発明の第１の態様又はその実施例のいずれかによる超音波トランスデューサプローブとを有する。前記超音波トランスデューサプローブは、好ましくは、前記センサ本体の遠位端に配置される。
【００２７】
第２の態様による血管内超音波センサ装置は、したがって、第１の態様又はその実施例のいずれかの超音波トランスデューサプローブの利点を共有する。
【００２８】
前記センサ本体は、カテーテル、好ましくはマイクロカテーテル、又はガイドワイヤを適切に形成する。
【００２９】
前記センサ本体は、前記超音波トランスデューサプローブ並びに信号及び電力伝送線に対するハウジングを提供する。前記血管内超音波センサ装置の一部の実施例において、前記センサ本体は、前記超音波トランスデューサプローブからの超音波照射の送信を駆動する外部電源に対する前記超音波トランスデューサプローブの接続のための電力伝送線と、前記それぞれのサブアレイの前記ＭＵＴ素子により受信された超音波照射を示すトランスデューサ信号を受信する外部信号処理装置に対する接続のための信号伝送線とを有する。
【００３０】
これらの実施例の一部において、前記電力伝送線は、電力の伝送又は光パワーの伝送のいずれかに対して構成され、前記信号伝送線は、電気トランスデューサ信号の伝送又は光トランスデューサ信号の伝送のいずれかに対して構成される。光パワー又は光トランスデューサ信号のいずれかがやりとりされる実施例において、前記血管内超音波センサ装置は、好ましくは、前記血管内超音波装置の先端領域内に適切に配置される電気‐光パワーコンバータ又は電気‐光信号コンバータをそれぞれ有する。
【００３１】
本発明の第３の態様によると、血管内超音波センサシステムが、提示される。前記血管内超音波センサシステムは、本発明の第２の態様による血管内超音波センサ装置と、前記血管内超音波センサ装置に動作電力を提供するように構成された電源装置と、前記ＭＵＴ素子により受信された超音波エコー信号を示すトランスデューサ信号を受信し、それを示す処理された出力信号を提供するように構成された信号処理ユニットとを有する。
【００３２】
第３の態様による血管内超音波センサシステムは、第２の態様による血管内超音波センサ装置及び第１の態様による超音波トランスデューサプローブ又はそれぞれの実施例の利点を共有する。
【００３３】
一部の特に有利な実施例において、前記信号処理ユニットは、前記トランスデューサ信号から、時間の関数として血流速度を決定するように構成される。
【００３４】
第３の態様の一部の実施例において、前記血管内超音波センサシステムの前記信号処理ユニットは、前記センサ本体内に配置され、前記トランスデューサ信号を受信し、それを示す前処理された出力信号を提供するように構成された前処理ユニットを更に有する。前記前処理ユニットは、好ましくは、前記剛体接点アイランド上に配置され、一部の実施例において、前記トランスデューサ信号を増幅又は処理し、したがって前記前処理された出力信号を生成するように構成された特定用途向け集積回路を有する。
【００３５】
前記血管内超音波センサシステムの更に他の実施例は、前記超音波トランスデューサプローブにより放射される事前選択可能なビームパターンに従って独立して複数のＭＵＴ素子からの超音波放射のそれぞれの位相を制御するように構成されるビーム制御ユニットを更に有する。
【００３６】
これらの実施例は、有利には、前記超音波放射の電子ステアリングを可能にするように構成される。前記ビーム制御ユニットは、ＭＵＴ素子の異なるセットに対して互いに独立に電力を提供するように構成される。これらの異なるセットは、ＭＵＴ素子の各サブアレイ、又は独立して動作されることができる個別のＭＵＴ素子を含むＭＵＴ素子の任意の他の組み合わせを有することができる。
【００３７】
請求項１の超音波トランスデューサプローブ、請求項７の血管内超音波センサ装置、及び請求項１１の血管内超音波センサシステムは、特に従属請求項に規定されるような、同様な及び／又は同一の好適な実施例を持つと理解されるべきである。
【００３８】
本発明の好適な実施例は、従属請求項又は上記実施例とそれぞれの独立請求項とのいかなる組み合わせも可能であると理解されるべきである。
【００３９】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して理解され、明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】ある位置及び向きにおいて生物の血管内に挿入される、従来技術から既知である典型的な超音波センサ装置を示す。
【図１Ｂ】それぞれの位置及び向きにおいてこのような超音波測定から生じるサンプル体積内の時間の関数としての血流速度の典型的なプロットを示す。
【図２Ａ】異なる位置及び向きにおいて生物の血管内に挿入される、従来技術から既知である典型的な超音波センサ装置を示す。
【図２Ｂ】それぞれの異なる位置及び向きにおいてこのような超音波測定から生じるサンプル体積内の時間の関数としての血流速度の典型的なプロットを示す。
【図３Ａ】５つの前面ファセットを持つ凹状前面を持つ血管内動作用の超音波トランスデューサプローブの一実施例の概略図を示す。
【図３Ｂ】４つの前面ファセットを持つ凸状前面を持つ血管内動作用の超音波トランスデューサプローブの一実施例の概略図を示す。
【図４Ａ】典型的な丸いトランスデューサ先端の超音波照射パターンを示す。
【図４Ｂ】５つの前面ファセットを持つ凹状前面を持つ超音波トランスデューサプローブの超音波照射パターンを示す。
【図５】超音波トランスデューサプローブの他の実施例の図を示す。
【図６】血管内超音波センサ装置、電源及び信号処理ユニットを有する血管内超音波センサシステムの一実施例を示す。
【図７】血管内超音波センサシステムの他の実施例を示す。
【図８】圧力センサを含む血管内超音波センサシステムの他の実施例を示す。
【図９】血管内超音波トランスデューサプローブの他の実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
血管内血流測定により心臓血管及び末梢血管疾患の血行動態深刻度を評価することは、アテローム性動脈硬化症の治療をガイドするのに有益であると示されている。特に、冠動脈において、大きな臨床試験は、圧力及び流れ測定に基づく意思決定が、血管造影単独と比較して臨床結果を改善することを証明した。
【００４２】
ドップラ超音波（ＵＳ）センサを持つガイドワイヤは、２０年以上前から開発されており、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）に基づく単一素子圧電超音波トランスデューサを備える。これらの装置を用いて、ＵＳパルスが、送信及び受信されることができる。送信信号と受信信号との間の周波数差の分析により、特定のサンプリング領域における血流速度が、標準的な超音波パルスドップラ測定として推定されることができる。
【００４３】
図１Ａは、生物の血管１０２内に挿入されている、従来技術から既知である典型的な超音波センサ装置１００を示す。超音波センサ装置１００は、ガイドワイヤの形式の本体セクション１０４と、トランスデューサ先端１０６とを有する。前記超音波センサ装置は、血管、例えば冠動脈内の血流速度の時間依存性を決定する超音波ドップラ測定及び／又は超音波撮像に使用されることができる。このような超音波測定から生じるサンプル体積１１０内の時間の関数としての血流速度の典型的なプロットを示す図が、図１Ｂに示される。測定される各時間における最大速度が、血流に対する代理として使用される。典型的には、最大血流速度が、血管の中心線の近くで測定される。
【００４４】
図２Ａは、前記トランスデューサプローブのミスアライメント下での典型的な超音波センサ装置１００を示す。前記ガイドワイヤの先端の場所又は向きが、測定中に変化することができることを考慮すると、特に脈打つ心臓上に配置される冠動脈において、このミスアライメント問題は、信頼できるピーク速度信号を得ることを非常に難しくする可能性がある。図２Ｂは、図１Ａに示される測定条件下で決定された最大血流速度１０８と比較して図２Ａに示される測定条件下の時間の関数としての決定された最大血流速度２０２を示す。前者の場合、サンプル体積２００は、血液が最大血流速度で流れる領域を含まない。このようなミスアライメントは、準最適な信号対雑音比を生じるかもしれず、これは、最大血流速度の決定を難しくする。
【００４５】
本発明の超音波トランスデューサプローブは、有利には、以下に説明されるように、血流速度が決定される有効サンプル体積を増大することにより最大血流速度の決定の信頼度を増大するように設計される。
【００４６】
図３Ａは、血管内動作に対する超音波トランスデューサプローブ３００の一実施例の概略図を示す。前記超音波トランスデューサプローブは、超音波放射及び受信のためのファセット遠位前面３０２を有し、５つの近接した前面ファセットを有し、そのうち２つが、図３において３０４．ａ及び３０４．ｂでラベルされている。前記５つの前面ファセットの各々が、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）素子のそれぞれのサブアレイを持つ。例えば、ＣＭＵＴ素子３０８は、前面ファセット３０４．ａ上に配置されたサブアレイ３０６の素子である。前記ＣＭＵＴ素子のサブアレイは、したがって、遠位前面３０２上に分布するＣＭＵＴ素子のファセットアレイを形成する。変形例において、ＣＭＵＴ素子の代わりに、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）素子が、使用される。
【００４７】
本発明によると、前記ファセットの少なくとも２つは、互いに平行ではない。換言すると、少なくとも２つのファセットは、互いに平行ではない法線ベクトルを持ち、これら２つのファセットの超音波送信及び受信の方向が相互に異なる方向であるようにする。
【００４８】
図３Ａの超音波トランスデューサプローブ３００の前記前面ファセットは、３１０．ａ及び３１０．ｂのような個別の剛体キャリアアイランドにより形成され、前記キャリアアイランドの各々は、前記ＣＭＵＴ又はＰＭＵＴ素子のサブアレイの少なくとも１つを有する。図３Ａに示される前記超音波トランスデューサプローブの前面３０２は、全体として凹状形状を持つ。
【００４９】
代替的な超音波トランスデューサプローブは、図３Ｂに示される。超音波トランスデューサプローブ３１２は、全体として凸状である遠位前面を持つ。前記超音波トランスデューサプローブの前記前面は、４つの近接した前面ファセットにより形成され、そのうち２つは、３１４．ａ及び３１４．ｂでラベルされる。各前面ファセットは、前記前面上に分布するＣＭＵＴ又はＰＭＵＴ素子のファセットアレイを形成するＣＭＵＴ又はＰＭＵＴ素子３１６のそれぞれのサブアレイを持つ。
【００５０】
図１Ａ及び２Ａを参照して記載されるもののような典型的な丸いトランスデューサ先端及び図３のもののような超音波トランスデューサプローブの超音波照射パターンは、図４Ａ及び４Ｂにそれぞれ示される。図４Ａは、軸方向距離（ｄ）及び半径方向距離（ｒ）に対してプロットされた所定の照射強度における照射パターンを示す概略図を示す。前記照射パターンは、いかなるファセット前面をも持たない典型的な丸いトランスデューサ先端（例えば、図１Ａ及び２Ａのトランスデューサ先端１０６）の形式の照射源４０２により生成される。図４Ｂは、軸方向距離（ｄ）及び半径方向距離（ｒ）に対してプロットされた所定の照射強度における照射パターンを示す他の概略図を示す。前記照射パターンは、この場合、長手方向対称軸に対して３０°において５つの前面ファセットを含むファセット遠位前面を有し、したがって全体として凹状である前面を示す超音波トランスデューサプローブの形式の照射源４０４により生成される。関心領域は、両方のグラフにおいて点線により与えられる。前記関心領域及び前記照射パターンの交差における線を引かれた領域として図４Ａに示される前記サンプル体積は、図４Ｂに示される前記サンプル体積（前記関心領域及び前記それぞれの照射パターンの交差における線を引かれた領域）より小さいサイズを持つ。
【００５１】
したがって、ファセット遠位前面を持つ超音波トランスデューサプローブの幾何学的構成は、有利には、照射パターンのビーム角度を増大し、最大血流速度を持つサンプリング血管領域の確率を増大するように設計される。
【００５２】
図５は、ＣＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイ５０１を各々有する５つの前面ファセットを持つ超音波トランスデューサプローブ５００の他の実施例を示す。これまでのように、ＰＭＵＴ素子が、代替例において採用されることができる。単純さの目的で、以下の記載は、ＣＭＵＴ素子のサブアレイの例に基づく。前記前面ファセットは、例えば５０２．ａ及び５０２．ｂのような個別の剛体キャリアアイランドにより形成される。全てのキャリアアイランドは、例えばポリイミドフィルムのような可撓性絶縁材料５０４により機械的に互いに接続される前記ポリイミドフィルムは、前記キャリアアイランドの前側又は裏側に配置されることができる。本実施例において、主に裏側に配置されることが示されている。しかしながら、他の実施例に関連して示されるように、前側の配置も可能である。前記剛体キャリアアイランドは、前記ＣＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイを電気的に接続するそれぞれの接点インタフェース（図示されない）を含む。可撓性材料５０４は、異なるサブアレイの接点インタフェースを電気的に接続する電気相互接続線５０８を含む。可撓性材料５０４は、したがって、前記キャリアアイランドの前記接点インタフェースを剛体接点アイランド５１０に電気的に接続する可撓性相互接続バス５０６をも形成する。この剛体接点アイランドは、外部電源（図示されない）及び外部信号処理ユニット（図示されない）に対する前記ＣＭＵＴ素子のアレイの接続のための接点インタフェース５１２を有する。前記外部電源は、前記それぞれのサブアレイの前記ＣＭＵＴ素子からの超音波照射の送信を駆動するように構成され、前記外部信号処理ユニットは、前記それぞれのサブアレイの前記ＣＭＵＴ素子により受信された超音波照射を示すトランスデューサ信号を受信するように構成される。これらの実施例において、前記ＣＭＵＴアレイ側の電子装置と典型的にはパッチケーブルを含む前記電源及び前記信号処理ユニットとの間の電気接続は、例えばボンディングパッドの形式の前記接点インタフェースを含む前記剛体接点アイランドにおいて行われる。
【００５３】
前記剛体キャリアアイランドは、単一のキャリアアイランドの向きの変化を可能にし、埋め込まれた電気相互接続を含むヒンジを形成する前記可撓性電気絶縁材料、特に前記ポリイミドフィルムと接続される。埋め込まれた相互接続を持つこれらのポリイミドフィルムは、有利には、Ｆ２Ｒ（可撓性から剛体）技術を使用して製造されることができる。Ｆ２Ｒは、カテーテル及びガイドワイヤのような最小侵襲医療器具に対する小型及び可撓性のセンサアセンブリの製造を可能にするプラットフォームである。シリコンウエハ上に製造された装置は、ポリイミド上に移動され二段裏側シリコン反応性イオンディープエッチングを用いて部分的に可撓性にされる。前記可撓性は、前記装置が前記器具の先端内に折り曲げられる又は前記先端の周りに巻き付けられることを可能にする。全体的なアセンブリの製造は、前記装置を最小のガイドワイヤの寸法までスケールダウンすることが可能であるように標準的な集積回路製造技術に基づく。
【００５４】
他の超音波トランスデューサプローブは、電気ワイヤにより前記ＣＭＵＴ素子のそれぞれのサブアレイを外部電源及び外部信号処理ユニットに電気的に接続するそれぞれの接点インタフェースを含む剛体キャリアアイランドを含む。これらの電気接点インタフェースは、一部の実施例において、前記剛体キャリアアイランドを横断し、前記キャリアアイランドの裏側又は側面に配置されうるビアである。これらの特定の実施例において、前記ＣＭＵＴ素子のサブアレイと前記電源及び前記信号処理ユニットに電気的に接続された前記パッチケーブルとの間の電気接続は、前記剛体キャリアアイランドにおいて直接的に行われる。
【００５５】
図６は、血管内動作に対する超音波センサ装置６００の一実施例を示す。超音波センサ装置６００は、生物の血管内への挿入に適したセンサ本体６０２と、超音波照射の放射及び対応する超音波エコー照射の受信に対する超音波トランスデューサプローブ６０４とを有する。超音波トランスデューサプローブ６０４は、例えば、カテーテル（特にマイクロカテーテル）又はガイドワイヤであることができるセンサ本体６０２の遠位端に配置される。超音波トランスデューサプローブ６０４は、凹状前面を形成する５つの前面ファセットを持つ前面を有する。他の超音波トランスデューサプローブは、異なる数の面ファセット及び／又は凸状前面を含む異なる幾何学的構成を有してもよい。凸状前面を持つ超音波トランスデューサプローブは、より大きなビーム角度を持つ照射を生成し、したがって、凹状前面を持つ超音波トランスデューサプローブより大きなサンプル体積を提供するが、製造及び統合するのがより難しい。
【００５６】
６０６のような複数のファセットにより形成されたＣＭＵＴ素子のＣＭＵＴファセットアレイは、剛体接点アイランド６１０に接続する可撓性相互接続バス６０８を形成する可撓性材料上に配置された相互接続線（図示されない）に電気的に接続される。前記剛体接点アイランドは、電力伝送線６１４を用いて外部電源６１２に更に接続される。前記剛体接点アイランドは、信号伝送線６１８を介して外部信号処理ユニット６１６にも接続される。電源６１２は、超音波トランスデューサプローブ６０４からの超音波照射の送信を駆動するのに対し、前記信号処理ユニットは、前記ＣＭＵＴ素子により受信された超音波照射を示すトランスデューサ信号を受信する。前の実施例のように、ＰＭＵＴ素子のＰＭＵＴファセットアレイが、代替例において使用されることができる。
【００５７】
血管内超音波センサ装置６００は、電源６１２及び信号処理ユニット６１６と一緒に、血管内超音波センサシステムの典型的な実施例を形成する。
【００５８】
６２０のような一部の血管内センサシステムにおいて、前記信号処理ユニットは、センサ本体６０２内に配置され、前記トランスデューサ信号を受信し、それを示す前処理された出力信号を提供する前処理ユニット６２２を有する。前記信号処理ユニットは、有利には、ボンディングステージ６１０上に配置され、信号増幅又は任意の他の特定の種類の信号処理を可能にする特定用途向け集積回路を含んでもよい。
【００５９】
図７に描かれたもののような、一部の血管内超音波センサシステム７００は、センサ本体７０３内に、好ましくは、電力伝送線７１１．ａ及び信号伝送線７１１．ｂを介して超音波トランスデューサプローブ７０６のＭＵＴ素子のアレイを電源７０８及び信号処理ユニット７１０に接続する剛体接点アイランド７０４上に配置されたビーム制御ユニット７０２をも有する。ビーム制御ユニット７０２は、前記超音波トランスデューサプローブにより放射される事前選択可能なビームパターンに従って複数のＭＵＴ素子からの超音波放射のそれぞれの位相を独立して制御するように構成される。これらの血管内超音波センサシステムは、したがって、ＭＵＴ素子のサブアレイからの超音波照射の放射を互いに独立して制御するように構成されることができる。これらの血管内超音波センサシステムの一部は、各ＭＵＴ素子又はＭＵＴ素子の所定のセットに対する超音波照射の放射を独立して制御するように更に構成されることができる。これらの血管内超音波センサシステムは、有利には、前記ＭＵＴ素子のいずれが所定の時間における超音波照射を提供するかを制御し、したがって前記超音波照射の電子ビームステアリングを可能にすることにより超音波照射の放射を制御するように構成される。
【００６０】
更に他の血管内センサシステムは、図８に示されるもののような血管内超音波センサ装置を含む。血管内超音波センサ装置８００は、センサ本体８０２と、図３を参照して記載されたもののような、ファセット遠位前面を有する超音波トランスデューサプローブ８０４とを有する。これらの血管内超音波センサ装置は、前記センサ本体上に配置され、血管において検出された血圧の量を示す圧力信号を提供するように構成された圧力センサ８０６を更に有する。前記圧力信号は、信号伝送線８０８を介して前記信号処理ユニットにも提供される。これらの血管内センサシステムは、有利には、血圧及び血流速度の両方の決定を可能にし、したがって、血管の所定の局所的な狭窄及び微小循環の血流に対する抵抗の評価を可能にするように構成される。
【００６１】
図９は、他の典型的な超音波トランスデューサプローブ９００を示す。超音波トランスデューサプローブ９００は、有利には、血管内動作に対して設計される。これは、個別のキャリアアイランド９０２．ａ、９０２．ｂ及び９０２．ｃにより形成された３つの前面ファセットを有する。各キャリアアイランドは、ＭＵＴ素子の１つのサブアレイを有する。例えば、キャリアアイランド９０２．ｃは、ＭＵＴ素子のサブアレイ９０４を有する。各サブアレイは、超音波トランスデューサ素子９０６のような複数のマイクロマシン超音波トランスデューサを有する。キャリアアイランド９０２．ａ、９０２．ｂ及び９０２．ｃは、可撓性電気絶縁材料９０８により機械的に互いに接続される。この特定の超音波トランスデューサプローブにおいて、前記可撓性電気絶縁材料は、前記キャリアアイランドの接点インタフェースを電気的に接続する電気相互接続線９１０を含む。これらの接続は、明確さのため図９に示されていないが、これらの実装は、当業者にとって既知である。
【００６２】
前記電気絶縁材料は、この超音波トランスデューサプローブにおいて、キャリアアイランド９０２．ａ、９０２．ｂ及び９０２．ｃの前側に配置されるのに対し、前記ＭＵＴ素子は、前記ＭＵＴ素子と実質的に同じ平面内に配置される。前記電気絶縁材料は、この特定の超音波トランスデューサプローブにおいて、有利には、超音波放射及び受信と干渉しないように成形される。
【００６３】
超音波トランスデューサプローブ９００は、図９において、前記ＭＵＴ素子が、前記プローブの長手方向ｙに実質的に垂直な方向ｘを指している平坦な状態において示されている。この状態は、血管内への前記超音波プローブの挿入を容易化する。動作中に、しかしながら、前記超音波プローブは、好ましくは、前記ファセットが、前記プローブの長手方向ｙに実質的に平行な方向を指している状態である。同様の幾何学的構成の例は、図６、７及び８に示されている。
【００６４】
超音波プローブ９００において、電気相互接続線９１０は、前記キャリアアイランドにより形成された前記前面の中心領域における前記ファセットに接続されるトランク９１２を形成する可撓性電気絶縁材料９０８に埋め込まれる。図９に示される前記平坦な状態において、前記トランクは、ファセット９０２．ｂと９０２．ｃとの間のギャップに配置される。前記トランクは、前記ファセットに対する前記トランクの移動を可能にするようにファセット９０２．ｂ及び９０２．ｃの側面には接続されない。前記トランク及び前記ファセットは、前記ファセットが前記トランクの方向ｘに実質的に垂直な方向を指す位置を達成するように互いに対して相対的に回転されるように構成される。
【００６５】
前記個別のファセットの相対的な向きは、更に、前記前面の所望の幾何学的構成、例えば、凸状又は凹状前面を達成するように設定されることができる。凸性又は凹性の最大の度合いは、前記平坦な状態における前記トランクの両側の前記ファセット、すなわち、図９におけるファセット９０２．ｂ及び９０２．ｃの間のギャップのサイズに依存する。最高の対称性を示す動作に対する好適な幾何学的状態において、前記側面又はファセット９０２．ｂ及び９０２．ｃは、一定である。
【００６６】
一部の血管内超音波装置において、前記電力伝送線は、電力の伝送又は光パワーの伝送のいずれかに対して構成され、前記信号伝送線は、電気トランスデューサ信号の伝送又は光トランスデューサ信号の伝送のいずれかに対して構成される。光パワー又は光トランスデューサ信号のいずれかがやりとりされる場合、前記血管内超音波センサは、前記血管内超音波装置の先端領域に適切に配置される電気‐光パワー又は電気‐光信号コンバータをそれぞれ有する。
【００６７】
開示された実施例に対する他の変形例は、図面、開示及び添付の請求項の検討から請求された発明を実施する当業者により理解及び達成されることができる。
【００６８】
請求項において、単語「有する」は、他の要素を除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。
【００６９】
請求項内のいかなる参照符号も、範囲を限定するように解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
2020516403.tif 000003
【図１Ｂ】
2020516403.tif 000004
【図２Ａ】
2020516403.tif 000005
【図２Ｂ】
2020516403.tif 000006
【図３Ａ】
2020516403.tif 000007
【図３Ｂ】
2020516403.tif 000008
【図４Ａ】
2020516403.tif 000009
【図４Ｂ】
2020516403.tif 000010
【図５】
2020516403.tif 000011
【図６】
2020516403.tif 000012
【図７】
2020516403.tif 000013
【図８】
2020516403.tif 000014
【図９】
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【国際調査報告】
2020516403.tif 000016
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