[发明专利]具有交错列的微加工超声换能器的导管换能器

说明书

一种CMUT换能器阵列包括在至少一个硅岛上的第一列(58)间隔的CMUT单元，在至少一个另外的硅岛上的第二列(58)间隔的CMUT单元，所述第二列与所述第一列交错地排列，使得所述第二列的单元部分地设置于所述第一列的连续单元之间的空间内，所述第一列和所述第二列由间隙间隔开；以及保持各硅岛的柔性箔，所述柔性箔包括导电互连。

技术领域

本发明涉及医学诊断超声成像，尤其涉及使用电容式微加工超声换能器(CMUT)的超声成像导管。

背景技术

血管内(例如心脏内)超声成像导管用于检查身体的脉管系统、心脏、和周围组织及器官。在正检查脉管系统及其结构时，目标解剖结构通常非常靠近声孔径且仅需要有限的声穿透。这些应用在缓解穿透需求的同时需要高频换能器来最大化分辨率。对于阵列换能器来说，这意味着阵列换能器元件应具有小的节距、相邻元件的中心至中心间隔，从而减少光栅瓣和产生的图像杂波。对于压电换能器，所述节距通常受切割工艺的限制。然而，微加工超声换能器(MUT)阵列能够做的非常小，因为它们通过半导体工艺制成。因此，在将CMUT和MUT装置用于换能器阵列时，通常能够获得更小的节距值。在所述阵列需要在导管(其被确定尺寸以穿过心血管系统)的末端上制造时，MUT装置的小尺寸对于心脏内导管来说是有利的。但是，其他导管应用需要对更远的器官和结构成像。对于这些应用，需要更大的穿透并且频率可以低于近场对象。更大的穿透需要更大的透射声压，这由高密度阵列来最佳地满足。更高密度的阵列元件改进了近场和远场两者的性能。因此，期望的是能够非常紧密地间隔相邻的MUT元件，从而改进节距需求、能量需求、灵敏度、以及成像性能。心脏内导管提供了超出它们的小尺寸需求的更大挑战，也就是换能器阵列通常需要被弯曲以缠绕在导管的圆柱形末端周围。此类换能器阵列有时被称为侧视阵列。

EP 2 455 133 A1在图7中公开了一种导管，其包括CMUT阵列形成的这种侧视布置结构，其中每个阵列通过电连接条带与相邻的阵列分开，这有利于该布置结构缠绕在导管周围。尽管这种布置结构能够有效地用于高强度聚焦的超声应用(其中周围组织能够利用超声进行处理)，但该布置结构较不适用于相邻阵列之间的不连续性负面地影响成像质量和分辨率的成像应用。此外，CMUT阵列通常安装在矩形的刚性硅岛上。

发明内容

本发明力图提供一种CMUT换能器阵列，其能够缠绕在导管周围且利用该阵列有利于改进成像。

本发明还力图提供一种包括该CMUT换能器阵列的导管。

本发明又力图提供一种包括该导管的超声成像系统。

根据一方面，提供了一种CMUT换能器阵列，其包括在至少一个硅岛上的第一列间隔的CMUT单元；在至少一个另外的硅岛上的第二列间隔的CMUT单元，所述第二列与所述第一列交错地排列，使得所述第二列的单元部分地处于所述第一列的连续单元之间的空间中，所述第一列和所述第二列由间隙间隔开；以及保持各硅岛的柔性箔，所述柔性箔包括导电互连。

根据本发明的原理，用于心脏内导管或血管内导管的这种超声换能器CMUT单元阵列以交错行的CMUT元件形成。通过使所述列交错，一列的单元能够穿插在相邻列的单元之间，这提供了在两个操纵方向上的较小阵列节距而无需增加在非操纵方向上的节距。为了能够使用于弯曲阵列和导管应用的阵列弯曲，所述阵列的元件以每个硅岛只有一个或数个单元的方式制造于硅岛上，并且所述硅岛通过整体柔性箔覆层连接，这利于CMUT单元的连续的侧视阵列完整地缠绕在3维主体周围，例如，圆柱体，比如在阵列域之间没有间断的导管护套。因此，这有利于超声图像的生成，其具有改进的图像质量和减少的图像伪影，诸如由于CMUT单元之间缩小的节距引起的光栅瓣。