▶ フジフィルム ソノサイト インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023179625
(43)【公開日】2023-12-19
(54)【発明の名称】デュアル周波数超音波トランスデューサ
(51)【国際特許分類】
H04R 1/26 20060101AFI20231212BHJP
A61B 8/00 20060101ALI20231212BHJP
【ＦＩ】
H04R1/26 330
A61B8/00
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023173264
(22)【出願日】2023-10-04
(62)【分割の表示】P 2020561888の分割
【原出願日】2019-04-24
(31)【優先権主張番号】62/666,519
(32)【優先日】2018-05-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/051,060
(32)【優先日】2018-07-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】399043060
【氏名又は名称】フジフィルム ソノサイト インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100084995
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 和詳
(72)【発明者】
【氏名】パン、クオフェン
(72)【発明者】
【氏名】イバニツキー、オレク
(72)【発明者】
【氏名】アミニ、ホセイン
(72)【発明者】
【氏名】コラヤ、ロベルト
(57)【要約】 （修正有）
【課題】製造がより容易及び／又はより低コストなデュアル周波数超音波トランスデューサの製造方法を提供する。
【解決手段】デュアル周波数超音波トランスデューサは、圧電層５０を有する高周波数（ＨＦ）トランスデューサと、ＨＦトランスデューサの背後に配置され、圧電層７０を有する低周波数（ＬＦ）トランスデューサと、を含む。中間層１５０がＬＦトランスデューサとＨＦトランスデューサとの間に配置され、ＨＦ超音波信号を吸収する。ＬＦトランスデューサ上の位置合わせ機能が、ＨＦトランスデューサのＨＦトランスデューサ素子に対して既知の位置にマークされた基準点に対して位置づけられており、ＬＦトランスデューサのＬＦトランスデューサ素子がＨＦトランスデューサ素子と位置合わせされる。
【選択図】図１１
【解決手段】デュアル周波数超音波トランスデューサは、圧電層５０を有する高周波数（ＨＦ）トランスデューサと、ＨＦトランスデューサの背後に配置され、圧電層７０を有する低周波数（ＬＦ）トランスデューサと、を含む。中間層１５０がＬＦトランスデューサとＨＦトランスデューサとの間に配置され、ＨＦ超音波信号を吸収する。ＬＦトランスデューサ上の位置合わせ機能が、ＨＦトランスデューサのＨＦトランスデューサ素子に対して既知の位置にマークされた基準点に対して位置づけられており、ＬＦトランスデューサのＬＦトランスデューサ素子がＨＦトランスデューサ素子と位置合わせされる。
【選択図】図１１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
デュアル周波数トランスデューサの製造方法であって、
高周波（ＨＦ）トランスデューサ素子、１つ又は複数の整合層、及び高周波フレームを含む圧電材料の第１のシートを有するＨＦトランスデューサを提供することと、
前記圧電材料の第１のシートの表面を、エポキシ材料を含む支持フレームに固定することと、
前記エポキシ材料に少なくとも１つの位置合わせポストを形成することと、
前記少なくとも１つの位置合わせポストに１つ又は複数の基準点をマークすることと、
前記ＨＦトランスデューサ素子の第１の側に、ＨＦ超音波信号を吸収するように構成された中間層を配置することであって、前記中間層は前記少なくとも１つの位置合わせポストと係合するように構成された少なくとも１つのスロットを含む、中間層を配置することと、
前記１つ又は複数の基準点と、低周波（ＬＦ）トランスデューサとを位置合わせすることであって、前記ＬＦトランスデューサは、前記ＬＦトランスデューサを前記１つ又は複数の基準点と位置合わせする位置合わせ機能を有する１つ又は複数のタブ、ＬＦトランスデューサ素子を含む圧電材料の第２のシート、及び１つ又は複数の整合層を含み、前記１つ又は複数の整合層を前記中間層に固定する、位置合わせすることと、
を含む、方法。
高周波（ＨＦ）トランスデューサ素子、１つ又は複数の整合層、及び高周波フレームを含む圧電材料の第１のシートを有するＨＦトランスデューサを提供することと、
前記圧電材料の第１のシートの表面を、エポキシ材料を含む支持フレームに固定することと、
前記エポキシ材料に少なくとも１つの位置合わせポストを形成することと、
前記少なくとも１つの位置合わせポストに１つ又は複数の基準点をマークすることと、
前記ＨＦトランスデューサ素子の第１の側に、ＨＦ超音波信号を吸収するように構成された中間層を配置することであって、前記中間層は前記少なくとも１つの位置合わせポストと係合するように構成された少なくとも１つのスロットを含む、中間層を配置することと、
前記１つ又は複数の基準点と、低周波（ＬＦ）トランスデューサとを位置合わせすることであって、前記ＬＦトランスデューサは、前記ＬＦトランスデューサを前記１つ又は複数の基準点と位置合わせする位置合わせ機能を有する１つ又は複数のタブ、ＬＦトランスデューサ素子を含む圧電材料の第２のシート、及び１つ又は複数の整合層を含み、前記１つ又は複数の整合層を前記中間層に固定する、位置合わせすることと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記位置合わせ機能が、前記ＬＦトランスデューサの前記ＬＦトランスデューサ素子に対して既知の位置にある位置合わせタブ上の穴を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記中間層は、シリコーン粉末をドープしたエポキシで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記支持フレームの表面が、前記中間層の一部が嵌め込まれる凹部を有するエポキシで充填されている、請求項３記載の方法。
【請求項5】
前記中間層は、前記凹部が形成されているのと同じエポキシで前記凹部に接着されている、請求項４記載の方法。
【請求項6】
前記中間層は、前記ＨＦトランスデューサの圧電材料内の前記ＨＦトランスデューサ素子の領域よりも大きい、請求項１記載の方法。
【請求項7】
前記中間層は、前記ＨＦトランスデューサ素子に対して既知の位置でマークされた少なくとも１つの基準点を含み、前記ＬＦトランスデューサ上の前記位置合わせ機能は、前記中間層上の前記少なくとも１つの基準点と位置合わせされる、請求項１記載の方法。
【請求項8】
前記タブの少なくとも１つは、前記ＨＦトランスデューサ上の前記１つ又は複数の基準点の上に配置するための穴を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記ＬＦトランスデューサの前記１つ又は複数のタブは、前記ＬＦトランスデューサの前記１つ又は複数の整合層に組み込まれている、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記圧電材料の第１のシートが、縁部を有する外周をさらに備え、
前記支持フレームが、前記圧電材料の第１のシートの前記外周を取り囲み、前記圧電材料の第１のシートの個々のトランスデューサ素子を画定するカーフ切断部が前記圧電材料の第１のシートの全幅にわたって延在するように、前記外周の前記縁部から間隔を置いて配置されている、請求項１に記載の方法。
前記支持フレームが、前記圧電材料の第１のシートの前記外周を取り囲み、前記圧電材料の第１のシートの個々のトランスデューサ素子を画定するカーフ切断部が前記圧電材料の第１のシートの全幅にわたって延在するように、前記外周の前記縁部から間隔を置いて配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
デュアル周波数トランスデューサの製造方法であって、
複数の高周波（ＨＦ）トランスデューサ素子を含む圧電材料のシートを含むＨＦトランスデューサを提供することと、
ＨＦ超音波信号を吸収し、低周波（ＬＦ）超音波信号を通過させるように構成されたバッキング材料を提供することと、
前記ＨＦトランスデューサ素子に対して既知の位置で、前記ＨＦトランスデューサ素子の第１の側にマークされた１つ又は複数の基準点を提供することと、
前記ＬＦトランスデューサ素子を前記ＨＦトランスデューサ素子と位置合わせするために、前記１つ又は複数の基準点を用いて位置合わせされる１つ又は複数の位置合わせタブを含む複数のＬＦトランスデューサ素子を含むＬＦトランスデューサを提供することと、
を含む、方法。
複数の高周波（ＨＦ）トランスデューサ素子を含む圧電材料のシートを含むＨＦトランスデューサを提供することと、
ＨＦ超音波信号を吸収し、低周波（ＬＦ）超音波信号を通過させるように構成されたバッキング材料を提供することと、
前記ＨＦトランスデューサ素子に対して既知の位置で、前記ＨＦトランスデューサ素子の第１の側にマークされた１つ又は複数の基準点を提供することと、
前記ＬＦトランスデューサ素子を前記ＨＦトランスデューサ素子と位置合わせするために、前記１つ又は複数の基準点を用いて位置合わせされる１つ又は複数の位置合わせタブを含む複数のＬＦトランスデューサ素子を含むＬＦトランスデューサを提供することと、
を含む、方法。
【請求項12】
前記ＬＦトランスデューサの前記１つ又は複数の位置合わせタブを、前記ＬＦトランスデューサの整合層に組み込むことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記１つ又は複数の位置合わせタブを、前記整合層を形成するエポキシ層内に固定することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記１つ又は複数の位置合わせタブの穴を、前記１つ又は複数の基準点の上に配置することにより、前記ＬＦトランスデューサ素子を前記ＨＦトランスデューサ素子に対して位置合わせすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は２０１８年５月３日に出願された米国仮特許出願第６２／６６６，５１９号及び２０１８年７月３１日に出願された米国特許出願第１６／０５１，０６０号に関連し、それらの利益を主張し、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は２０１８年５月３日に出願された米国仮特許出願第６２／６６６，５１９号及び２０１８年７月３１日に出願された米国特許出願第１６／０５１，０６０号に関連し、それらの利益を主張し、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
連邦支援の研究に関する声明
本願の主題は、米国国立衛生研究所（ＮＩＨ）によって与えられた認可番号５１００２２０－連邦報告及び認可番号ＲＯ１ＣＡ１８９４７９の下で政府支援によってなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
本願の主題は、米国国立衛生研究所（ＮＩＨ）によって与えられた認可番号５１００２２０－連邦報告及び認可番号ＲＯ１ＣＡ１８９４７９の下で政府支援によってなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【0003】
開示される技術は超音波トランスデューサに関し、特に、デュアル周波数超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【0004】
従来の超音波イメージングでは、超音波音響信号が関心領域に向けられ、対応する反射エコー信号が検出される。エコー信号の振幅、位相シフト、ドップラーシフト、パワー等のようなエコー信号の特性は、分析され、フローの画像又はフローの表現を生成するために使用されるピクセルデータに定量化される。従来の単一トランスデューサ超音波イメージングでは、受信された超音波エコー信号が送信された超音波信号と同じ周波数範囲にある。
【0005】
超音波イメージングを実行するための別のアプローチは、超音波音響信号を関心領域に１つの周波数で印加し、送信された超音波信号の１つ又は複数の高調波などの別の周波数で受信されたエコー信号を捕捉し、分析することである。一般的に、高調波は、送信された信号の３～５倍の周波数を有する。高調波イメージングの１つの特定の用途は、造影剤を用いた組織のイメージングである。造影剤は一般に、特定の送信された超音波周波数で共振するような大きさにされた流体又は脂質のカプセル化されたマイクロバブルである。マイクロバブルの共振周波数で体内で超音波に暴露すると、気泡が破裂し、印加された超音波よりもはるかに高い周波数を有する非線形超音波エコーが生成される。例えば、非線形マイクロバブルは１～６ＭＨｚで共振するが、１０～３０ＭＨｚの範囲のエコー信号を生成するように設計することができる。高周波エコー信号は、臨床的又は前臨床的設定において腫瘍を取り囲む微小血管系のような組織構造の詳細な画像が生成され、観察されることを可能にする。
【0006】
デュアル周波数イメージングを実行する最もありふれた方法は、共焦点の低周波トランスデューサ素子及び高周波トランスデューサ素子を有し、機械的に走査される単一素子トランスデューサによるものである。このようなトランスデューサは良好に動作するが、電子的に操縦することができるトランスデューサアレイにより、より高速な走査を実行することができる。このようなトランスデューサは一般に、互いに位置合わせされた低周波トランスデューサアレイ及び高周波トランスデューサアレイを有する。デュアル周波数トランスデューサの１つの問題は、低周波及び高周波アレイの位置合わせである。３０ＭＨｚの高周波位相配列では、素子サイズ（例えば、１／２Ａ以下）は約２５ミクロンである。５０ＭＨｚでは、素子サイズは約１５ミクロンである。比較のために、典型的なヒトの毛髪は、直径が約８０ミクロンである。アレイを位置合わせするために必要な手順はしばしば、湿ったベンチ上で高周波トランスデューサ及び低周波トランスデューサの位置に対して微調整を行い、次いで、最良の整合が見いだされたときにそれらを一緒に接着することを必要とする。これは、時間と費用の両方がかかる。本明細書で説明される技術は、製造がより容易及び／又はより低コストである、改良されたデュアル周波数トランスデューサに関する。
【発明の概要】
【0007】
デュアル周波数超音波トランスデューサは、高周波数トランスデューサと、高周波数トランスデューサの後方に配置される低周波数トランスデューサとを含む。低周波トランスデューサ上の位置合わせ機能は、高周波トランスデューサに対して位置づけられた既知の位置にマークされた基準点に対して位置づけられる。一実施形態では、１つ又は複数の基準点が、高周波トランスデューサと低周波トランスデューサとの間に位置づけられた中間層上にマークされる。中間層はより低い周波数の超音波信号を通過させながら、高周波数の超音波信号を吸収するように構成される。
【0008】
一実施形態では、高周波トランスデューサは、中間層上の協調スロット又はキー溝に適合する位置合わせポストを含む支持フレームを含み、中間層を支持フレーム及び高周波トランスデューサ素子と位置合わせする。中間層上の１つ又は複数の基準点は、高周波トランスデューサ素子を基準とする位置に配置され、低周波トランスデューサを高周波トランスデューサ素子に位置合わせする。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】開示された技術の一部の実施形態による高周波（ＨＦ）トランスデューサの圧電層の上面図である。
【図1B】開示された技術の一部の実施形態による低周波（ＬＦ）トランスデューサの圧電層の上面図である。
【図2】開示された技術の一部の実施形態による高周波トランスデューサアレイの導電性フレーム及び圧電層の部分等角図である。
【図3】開示された技術の一部の実施形態によるフレームの背面に形成された位置合わせ機能を有する圧電層、フレックス回路、及び導電性フレームの等角図である。
【図4】開示された技術の一部の実施形態による低周波トランスデューサと高周波トランスデューサとの間に配置され得る中間層の等角図である。
【図5】中間層が高周波トランスデューサ上の所定の位置にあるデュアル周波数トランスデューサの断面図である。
【図7A】開示された技術の一部の実施形態による低周波トランスデューサの圧電層の等角図である。
【図7B】開示された技術の実施形態による低周波トランスデューサ素子ダイシングパターンの一実施形態を示す図である。
【図8】開示された技術の一部の実施形態による低周波トランスデューサの等角図である。
【図10A】及び
【図10B】開示された技術の一実施形態による、低周波トランスデューサ素子及び共通トランスデューサ接地電極のための電極へのフレックス回路内の接地トレースと信号トレースとの間の接続がどのように行われるかを示す図である。
【図11】開示された技術の一部の実施形態による高周波トランスデューサ素子及び低周波トランスデューサ素子の位置合わせを示すデュアル周波数トランスデューサの断面図である。
【図12】開示された技術の実施形態によるデュアル周波数トランスデューサのためのハウジングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図に示され、以下に説明される技術は、デュアル周波数超音波トランスデューサに関する。開示された技術の作り方及び使用方法を説明する目的で、デュアル周波数トランスデューサの構成要素が示されている。図は必ずしも一定の縮尺で描かれていないことが理解されるであろう。
【0011】
図１は、開示された技術の一実施形態による高周波超音波トランスデューサのための圧電層５０の上面図である。一実施形態では、層５０は、ＰＺＴ、単結晶圧電材料又は他の公知の圧電材料のシート５４を囲む外側フレーム５２を有する。一実施形態では、フレーム５２は、圧電材料のシート５４の外形寸法よりもわずかに大きい中心切欠き領域を有する、予め機械加工された非導電性アルミナセラミックである。他の実施形態では、フレーム５２は、モリブデン又はグラファイトなどの導電性材料で作ることができる。フレーム５２は、製造、取扱い又は使用中に圧電材料が割れないように、圧電材料と同様の熱膨張係数を有することが好ましい。ＥＰＯ－ＴＥＫ ３０１エポキシのような接着剤５６でフレームと圧電材料との間の隙間が埋められる。圧電材料５４は多数（例えば、１２８個、２５６個、又はそれ以下、又はそれ以上）の圧電素子（別個には図示せず）を生成するために、パターニングレーザ又はダイシングソーでダイシングされる。圧電材料のシート５４をフレーム５２で囲むことによって、個々のトランスデューサ素子を画定するカーフ切断部は、圧電材料のシートの全幅にわたって延在することができる。
【0012】
フレーム５２が非導電性材料で作られる場合、フレームの片側又は両側の切欠き領域又はノッチ６０は導電性エポキシで充填されるか、又はフレームの前面からフレームの後面への電気経路を提供するために、多数の導電性ビアを含むことができる。周囲フレームを有する超音波トランスデューサの構造に関するさらなる詳細は、本出願人が所有する、２０１８年５月３０日に出願された米国特許出願第１５１９９３，１５６号、及び２０１７年１２月２９日に出願された米国仮出願第６２／６１２，１６９号に見出すことができ、これらは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0013】
図１Ｂは、一実施形態では図１Ａに示される高周波トランスデューサの圧電層と同様に構成される、低周波超音波トランスデューサの圧電層７０を示す。アルミナフレーム７２が、圧電材料のシート７４を取り囲んでいる。フレーム７２は、開口部の縁部と圧電シート７４の縁部との間に隙間を形成するような大きさの中央開口部を有する。隙間は、非導電性エポキシ７６で充填される。低周波アレイは、高周波トランスデューサよりも少ないトランスデューサ素子を有する。一実施形態では、低周波トランスデューサは３２個の個別にアドレス可能なトランスデューサ素子を有するが、より少ない又はより多くの素子を有することができる。フレーム７２の両側の一対の切欠き領域又はノッチ８０は導電性エポキシで充填することができ、又はフレームを通り抜ける導電性のビアを含み、低周波アレイの前面からフレームの後面への電気経路を提供することができる。
【0014】
図２は、高周波トランスデューサの圧電層５０の後面に固定される得る導電性支持フレーム１００の等角図である。フレーム１００は、各高周波トランスデューサ素子上の対応する電極に電気的に接続される信号トレースを有する１つ又は複数のフレックス回路（図示せず）を支持する。さらに、支持フレーム１００は、トランスデューサ素子の後面のための電磁シールドを提供する。圧電層５０の前面上の共通接地電極は、導電性支持フレーム１００を含む導電経路を介して、フレックス回路内の接地面に接続される。一実施形態では、支持フレーム１００は、導電性エポキシで圧電層５０に固定される。また、図２には、圧電層５０の前（例えば、前方）に配置された１つ又は複数の整合層及びレンズが示されている。
【0015】
図３は、支持フレーム１００に取り付けられた１つのフレックス回路１０４を示す。一部の実施形態では、高周波トランスデューサは、偶数番号のトランスデューサ素子に電気的に結合された１つのフレックス回路の信号トレースと、奇数番号のトランスデューサ素子に電気的に接続された他のフレックス回路の信号トレースとを有する２つのフレックス回路を含む。圧電層の後面上の個々のトランスデューサ素子から、フレックス回路内の金属信号トレースへの電気的接続がなされる。トランスデューサ素子とフレックス回路内の金属信号トレースとの間の接続は、米国特許公開第２０１７／０１４４１９２号又は米国特許第８，３１６，５１８号に記載されている技術を使用して行うことができ、これらは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。接続が行われた後、支持フレームの開放された背面側に、ＥＰＯ－ＴＥＫ ３０１のようなエポキシ材料１１０が充填される。一実施形態では、フレーム内のエポキシ１１０の高さは支持フレーム１００の縁よりも上方に延在する。図３に示すように、エポキシ１１０は、一対の位置合わせポスト１１２ａ、１１２ｂと、高周波トランスデューサ素子の背後にある凹部領域１１４とを形成するように、成形又はレーザ加工される。一実施形態では、凹部領域１１４の深さは約４．２ｍｍである。位置合わせポスト１１２ａ、１１２ｂは後述するように、高周波トランスデューサ上に中間層を位置合わせするように構成される。一対の基準点１２０ａ、１２０ｂは、高周波トランスデューサ素子から既知の距離のところで、各位置合わせポスト上にレーザでマークされている。基準点１２０ａ、１２０ｂは基準としての役割を果たし、その結果、デュアル周波数トランスデューサの他の構成要素を、高周波トランスデューサ素子に対して既知の位置に配置することができる。
【0016】
図４は、高周波トランスデューサの背後に配置される中間層１５０の一実施形態を示す。一実施形態では、中間層１５０はシリコーン粉末ドープＥＰＯ－ＴＥＫ ３０１エポキシで構成される。シリコーン粉末のサイズは、高周波（ＨＦ）超音波を高度に減衰させ、低周波（ＬＦ）超音波を通過させるようなナノメートル範囲である。中間層は６５ｄＢのような特定のレベルまで高周波超音波を吸収するが、低周波トランスデューサから送信される低周波信号を通過させるか、又は低周波トランスデューサによって受信されるような大きさにされる。中間層１５０の頂部は、高周波トランスデューサのトランスデューサ素子に対して既知の位置に中間層１５０を位置合わせするために、フレーム１００の裏側の位置合わせポスト１１２ａ、１１２ｂと協調する一対のスロット又はキー溝１５２ａ、１５２ｂを含む。一実施形態では、中間層１５０は、フレームの裏側を満たす同じエポキシを用いてフレーム１００に固定され、接合ラインにおける音響的不連続を回避する。
【0017】
中間層がフレーム１００に固定されると、追加の基準１５４ａ、１５４ｂは、支持フレーム上に（すなわち、支持フレームの裏側の充填エポキシ上に）マークされた基準１２０ａ、１２０ｂから測定されるように中間層上に配置することができる。
【0018】
図５は、中間層１５０が支持フレーム１００の背面に固定された高周波トランスデューサの断面を示す。図示のように、高周波トランスデューサは、特定の深さで高周波超音波信号を集束するように設計されたレンズ１３０を備える。典型的なレンズ材料には、ポリメチルペンテン（商品名ＴＰＸ）、架橋ポリスチレン（商品名Ｒｅｘｏｌｉｔｅ）又はポリベンズイミダゾン（商品名Ｃｅｌｅｚｏｌｅ）が含まれる。しかしながら、他の非減衰プラスチック材料を使用することもできる。レンズの後ろには、圧電層５０のインピーダンスをレンズ１３０のインピーダンスに整合させる１つ又は複数の４分の１波長整合層１３２がある。前記１つ又は複数の整合層は一般に、エポキシに粒子を添加してその音響インピーダンスを調整することによって形成される。金属（例えば、金又は金＋クロム）共通接地電極が、圧電層５０の前面に堆積され、ＰＺＴ材料を取り囲むフレーム５２内のスロット又はビアを介して導電性支持フレーム１００に電気的に結合される。圧電層の後面又は近位面上の付与された金属被膜は、個々のトランスデューサ素子からフレックス回路内の信号トレースまでの導電経路となる。エポキシの層１１０はトランスデューサ素子の近位側を覆い、支持フレームの後側に満たされる。一実施形態では、高周波トランスデューサアレイの背後のエポキシ内に形成された凹部１１４は、中間層が高周波トランスデューサ素子の端部にわたって延在するように、中間層がトランスデューサ素子のサイズよりもトランスデューサの仰角寸法及び方位角寸法において大きいサイズにされる。
【0019】
図６Ａ～図６Ｄは、中間層１５０の上面にマークされている対基準点１５４ａ、１５４ｂを示している。基準点１５４ａ、１５４ｂは、支持フレーム内のエポキシ上にマークされた基準点１１２ａ、１１２ｂに対して測定される。基準点１５４ａ、１５４ｂは、中間層が高周波トランスデューサの後ろの支持フレームに固定されると、中間層上にマークされる。図示の実施形態では、基準点１１２ａ、１１２ｂ、１５４ａ、１５４ｂはレーザで作られた十字形である。
【0020】
図７Ａは、低周波トランスデューサのための圧電層７０の一実施形態を示す。図示の実施形態では、圧電層７０はＰＺＴ又は他の圧電材料のシートを囲むアルミナフレームも含む。一実施形態では、ＰＺＴのシートが図７Ｂに最もよく示されるように、１－３複合材料として、多数の列の三角柱状体にダイシングされる。図示の例では、三角形素子７４の各列７２ａ、７２ｂ、７２ｃは、単一のトランスデューサ素子として扱われる。図７Ｂでは、説明のために、１２列のトランスデューサ素子のみが示されている。一実施形態では、低周波トランスデューサは、３２列の三角形素子を含む。しかしながら、低周波トランスデューサは、必要に応じて、より少ない数又はより多くの数の列を含むことができる。さらに、低周波トランスデューサ内の各トランスデューサ素子は、小さな正方形又は長方形形状の素子などの他の形状を有してもよい。
【0021】
図８は、開示された技術の一実施形態による低周波トランスデューサの等角図である。低周波トランスデューサは、圧電層７０と、圧電層７０の前（例えば、前方）に配置された１つ又は複数の整合層１６０と、トランスデューサ素子の後方に配置されたバッキング層１７０とを含む。フレックス回路１８０は、個々の低周波トランスデューサ素子に電気的に接続される信号トレースを含む。低周波トランスデューサはまた、一対の位置合わせタブ１６２ａ、１６２ｂを含む。一実施形態では、位置合わせタブは、低周波トランスデューサ素子の動作を妨害しないように低周波トランスデューサ素子の位置から離れた位置でエポキシ整合層に挿入されたカプトン（登録商標）シートである。位置合わせタブのための他の材料、例えばアルミナを使用することもできる。穴１６４ａ、１６４ｂは、低周波トランスデューサ素子から既知の距離で位置合わせタブに配置される。穴は高周波トランスデューサ素子に対して低周波トランスデューサ素子を正確に位置合わせするために、高周波トランスデューサ上の基準点の上に配置される。
【0022】
一実施形態では、位置合わせタブ１６２ａ、１６２ｂの穴１６４ａ、１６４ｂは中間層上の基準点の上に配置される。位置合わせタブの長さが十分であれば、高周波トランスデューサに対して低周波トランスデューサを位置合わせするために、位置合わせタブの穴を支持フレーム上にマークされた基準点の上に配置することができる。
【0023】
図９Ａは、開示された技術の一実施形態による低周波トランスデューサの断面図である。トランスデューサは、圧電層７０と、圧電層の前方に配置された２つの整合層１６０とを含む。整合層は、低周波圧電素子のインピーダンスを、低周波トランスデューサが固定される中間層のインピーダンスに整合させる。バッキング層１７０は、低周波トランスデューサ素子の後ろに配置される。図９Ｃに示すように、位置合わせタブ１６２ａ、１６２ｂは、低周波トランスデューサ素子の前方の整合層の一部である。位置合わせタブの穴１６４ａ、１６４ｂは、図９Ｂに見られるように、低トランスデューサ素子から既知の距離に位置づけられる。フレックス回路１８０は、トランスデューサ素子への接続がなされるバッキング層の下から伸びている。
【0024】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、フレックス回路の信号トレース及び接地トレースを、低周波数アレイの対応する電極に接続する１つの方法を示す。図１０Ａに示されるように、フレックス回路１８０は、多数の信号トレース１８２及び接地トレース１８４を含む。接地トレース１８４は、導電性エポキシ１８６がフレーム７０のノッチ８０内の導電性エポキシ１８８又はフレーム内のビアに接合された状態で、低周波アレイの前面の接地電極に電気的に接続される。図１０Ｂに示すように、信号トレース１８２の露出した端部を、導電性エポキシでトランスデューサ素子に接着固定することができる。低周波トランスデューサのトランスデューサ素子は比較的大きいので、それらはフレックス回路１８０内の信号トレース１８２と容易に位置合わせすることができる。
【0025】
図１１は、開示された技術の一実施形態によるデュアル周波数トランスデューサの断面図である。低周波トランスデューサ素子７１は、位置合わせタブ１６２ａ、１６２ｂ上の穴を中間層上の基準点上に配置することによって、高周波トランスデューサ素子５１と直接位置合わせされる。位置合わせタブの穴は低周波トランスデューサ素子に対して既知の位置に配置され、基準点は高周波トランスデューサ素子に対して既知の位置に正確に配置されている。従って、中間層上の基準点の上に穴を配置することにより、湿ったベンチ上でトランスデューサを位置合わせする必要なく、高周波トランスデューサ素子に対して低周波トランスデューサ素子を正確に位置決めする。
【0026】
図１２は、デュアル周波数トランスデューサアレイを包囲するトランスデューサハウジング２００の一実施形態を示す。図示の実施形態では、ハウジングは、低周波トランスデューサと高周波トランスデューサを接続する別々のケーブル２０２、２０４を含む。一実施形態では、低周波トランスデューサを単独で使用して、低周波超音波（例えば、４～１０ＭＨｚの周波数範囲）で組織を撮像することができる。同様に、高周波トランスデューサは高周波超音波（例えば、２０～５０ＭＨｚの周波数範囲）で組織を撮像するために使用することができる。あるいは、両方のトランスデューサを使用して、関心領域が低周波数トランスデューサからの信号と非調和であり、励起周波数の高調波での超音波エコー信号が高周波数トランスデューサで検出される高調波又は造影剤撮像などの撮像を行うことができる。
【0027】
図１３Ａ～１３Ｈは、平面波撮像モードで動作する低周波トランスデューサの一部のサンプルビームプロットである。一実施形態では、３２素子の低周波トランスデューサが２５６素子の高周波トランスデューサの後ろに配置されている。１：３ミニ変圧器を用いた電気整合は、低周波トランスデューサ素子のインピーダンスを約５００オームから約４７．２ ＋１－２．６オームまで、マイナス６０．１ ＋１－５．５度の位相でもたらす。レンズから１．７ｍｍで測定した単一低周波素子ピーク－ピーク圧力は、素子を横切る約＋５°．／．０の変動で、６～１４０Ｖ範囲の整合で、整合なしの０．７７ｋＰａＮから１．５１ｋＰａ／Ｖに増加した。平面波イメージングにおいて、圧力は単一素子の場合より３倍高い。６ｄＢビーム幅２．７ｍｍで５．５ｍｍの仰角面で集束が観察される（図１３Ａ、１３０）。焦点を過ぎると、波面が発散することにつれて圧力が低下する（図１３Ｅ）。方位角方向では、ビームは比較的均一であり（アポディゼーションなし）、エッジ上の最大値に対して２ｄＢの変動がある（図１３Ｂ、１３Ｄ）。ビームステアリングは、平面複合化を可能にする＋１－１８度の角度（図１３Ｆ～１３Ｈ）に対して達成される。
【0028】
上記から、本発明の特定の実施形態が例示の目的で記載されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされてもよいことが理解されるのであろう。したがって、本発明は、添付の請求項によって限定されること以外は限定されない。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【手続補正書】
【提出日】2023-11-06
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
デュアル周波数トランスデューサの製造方法であって、
高周波（ＨＦ）トランスデューサ素子、１つ又は複数の整合層、及び高周波フレームを含む圧電材料の第１のシートを有するＨＦトランスデューサを提供することと、
前記圧電材料の第１のシートの表面を、エポキシ材料を含む支持フレームに固定することと、
前記エポキシ材料に少なくとも１つの位置合わせポストを形成することと、
前記少なくとも１つの位置合わせポストに１つ又は複数の基準点をマークすることと、
前記ＨＦトランスデューサ素子の第１の側に、ＨＦ超音波信号を吸収するように構成された中間層を配置することであって、前記中間層は前記少なくとも１つの位置合わせポストと係合するように構成された少なくとも１つのスロットを含む、中間層を配置することと、
前記１つ又は複数の基準点と、低周波（ＬＦ）トランスデューサとを位置合わせすることであって、前記ＬＦトランスデューサは、前記ＬＦトランスデューサを前記１つ又は複数の基準点と位置合わせする位置合わせ機能を有する１つ又は複数のタブ、ＬＦトランスデューサ素子を含む圧電材料の第２のシート、及び１つ又は複数の整合層を含み、前記１つ又は複数の整合層を前記中間層に固定する、位置合わせすることと、
を含む、方法。
高周波（ＨＦ）トランスデューサ素子、１つ又は複数の整合層、及び高周波フレームを含む圧電材料の第１のシートを有するＨＦトランスデューサを提供することと、
前記圧電材料の第１のシートの表面を、エポキシ材料を含む支持フレームに固定することと、
前記エポキシ材料に少なくとも１つの位置合わせポストを形成することと、
前記少なくとも１つの位置合わせポストに１つ又は複数の基準点をマークすることと、
前記ＨＦトランスデューサ素子の第１の側に、ＨＦ超音波信号を吸収するように構成された中間層を配置することであって、前記中間層は前記少なくとも１つの位置合わせポストと係合するように構成された少なくとも１つのスロットを含む、中間層を配置することと、
前記１つ又は複数の基準点と、低周波（ＬＦ）トランスデューサとを位置合わせすることであって、前記ＬＦトランスデューサは、前記ＬＦトランスデューサを前記１つ又は複数の基準点と位置合わせする位置合わせ機能を有する１つ又は複数のタブ、ＬＦトランスデューサ素子を含む圧電材料の第２のシート、及び１つ又は複数の整合層を含み、前記１つ又は複数の整合層を前記中間層に固定する、位置合わせすることと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記位置合わせ機能が、前記ＬＦトランスデューサの前記ＬＦトランスデューサ素子に対して既知の位置にある位置合わせタブ上の穴を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記中間層は、シリコーン粉末をドープしたエポキシで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記支持フレームの表面が、前記中間層の一部が嵌め込まれる凹部を有するエポキシで充填されている、請求項３記載の方法。
【請求項5】
前記中間層は、前記凹部が形成されているのと同じエポキシで前記凹部に接着されている、請求項４記載の方法。
【請求項6】
前記中間層は、前記ＨＦトランスデューサの圧電材料内の前記ＨＦトランスデューサ素子の領域よりも大きい、請求項１記載の方法。
【請求項7】
前記中間層は、前記ＨＦトランスデューサ素子に対して既知の位置でマークされた少なくとも１つの基準点を含み、前記ＬＦトランスデューサ上の前記位置合わせ機能は、前記中間層上の前記少なくとも１つの基準点と位置合わせされる、請求項１記載の方法。
【請求項8】
前記タブの少なくとも１つは、前記ＨＦトランスデューサ上の前記１つ又は複数の基準点の上に配置するための穴を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記ＬＦトランスデューサの前記１つ又は複数のタブは、前記ＬＦトランスデューサの前記１つ又は複数の整合層に組み込まれている、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記圧電材料の第１のシートが、縁部を有する外周をさらに備え、
前記支持フレームが、前記圧電材料の第１のシートの前記外周を取り囲み、前記圧電材料の第１のシートの個々のトランスデューサ素子を画定するカーフ切断部が前記圧電材料の第１のシートの全幅にわたって延在するように、前記外周の前記縁部から間隔を置いて配置されている、請求項１に記載の方法。
前記支持フレームが、前記圧電材料の第１のシートの前記外周を取り囲み、前記圧電材料の第１のシートの個々のトランスデューサ素子を画定するカーフ切断部が前記圧電材料の第１のシートの全幅にわたって延在するように、前記外周の前記縁部から間隔を置いて配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
デュアル周波数トランスデューサの製造方法であって、
複数の高周波（ＨＦ）トランスデューサ素子を含む圧電材料のシートを含むＨＦトランスデューサを提供することと、
ＨＦ超音波信号を吸収し、低周波（ＬＦ）超音波信号を通過させるように構成されたバッキング材料を提供することと、
前記ＨＦトランスデューサ素子に対して既知の位置で、前記ＨＦトランスデューサ素子の第１の側にマークされた１つ又は複数の基準点を提供することと、
前記ＬＦトランスデューサ素子を前記ＨＦトランスデューサ素子と位置合わせするために、前記１つ又は複数の基準点を用いて位置合わせされる１つ又は複数の位置合わせタブを含む複数のＬＦトランスデューサ素子を含むＬＦトランスデューサを提供することと、
を含む、方法。
複数の高周波（ＨＦ）トランスデューサ素子を含む圧電材料のシートを含むＨＦトランスデューサを提供することと、
ＨＦ超音波信号を吸収し、低周波（ＬＦ）超音波信号を通過させるように構成されたバッキング材料を提供することと、
前記ＨＦトランスデューサ素子に対して既知の位置で、前記ＨＦトランスデューサ素子の第１の側にマークされた１つ又は複数の基準点を提供することと、
前記ＬＦトランスデューサ素子を前記ＨＦトランスデューサ素子と位置合わせするために、前記１つ又は複数の基準点を用いて位置合わせされる１つ又は複数の位置合わせタブを含む複数のＬＦトランスデューサ素子を含むＬＦトランスデューサを提供することと、
を含む、方法。
【請求項12】
前記ＬＦトランスデューサの前記１つ又は複数の位置合わせタブを、前記ＬＦトランスデューサの整合層に組み込むことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記１つ又は複数の位置合わせタブを、前記整合層を形成するエポキシ層内に挿入することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記１つ又は複数の位置合わせタブの穴を、前記１つ又は複数の基準点の上に配置することにより、前記ＬＦトランスデューサ素子を前記ＨＦトランスデューサ素子に対して位置合わせすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。