[发明专利]用于管腔内超声成像设备的声学透明窗口

说明书

一种管腔内超声成像设备，包括被配置为定位于患者的身体管腔内的柔性细长构件。超声成像组件被设置在柔性细长构件的远端部分处。超声成像组件包括多个声学元件以及被设置在多个声学元件之上的声学透明窗口。声学透明窗口包括形成在彼此之上的多个层。多个层包括直接接触多个声学元件的最内层、与最内层相对的最外层，以及粘合层。最外层包括管道。最内层的硬度小于多个层中的每个其它层的硬度。最外层的硬度大于多个层中的每个其它层的硬度。

技术领域

本公开总体上涉及与超声换能器阵列相关联的超声能量传播通过的声学透明窗口。超声换能器阵列可以是诸如血管内超声(IVUS)成像导管的管腔内超声成像设备的部分。在示例性实施例中，声学窗口包括多个层，包括具有所有层的最大硬度的最外收缩缠绕层和具有所有层的最小硬度的柔性最内层。

背景技术

血管内超声(IVUS)成像在介入心脏病学中被广泛用作诊断工具，用于评估人体内的患病血管(诸如动脉)，以确定对处置的需要，指导进行介入和/或评估其效力。包括一个或多个超声换能器元件的IVUS设备被送入血管中并被引导至要成像的区域。换能器元件以超声波的形式发射超声能量，以便创建感兴趣血管的图像。超声波被由组织结构(例如血管壁的各层)、血红细胞和其他感兴趣特征引起的不连续部部分地反射。反射波由换能器元件接收并被传递到IVUS成像系统。成像系统处理接收到的超声回波，以产生放置设备的血管的横截面图像。

固态(也称为合成孔径)IVUS导管是当今常用的两种类型的IVUS设备之一，另一种类型是旋转IVUS导管。固态IVUS导管携带扫描器组件，该扫描器组件包括围绕其周界分布的超声换能器元件的阵列以及与换能器阵列相邻安装的一个或多个集成电路控制器芯片。控制器选择个体换能器元件(或元件的组)以用于发送超声脉冲并接收超声回波信号。通过逐步通过发送/接收对的序列，固态IVUS系统可以合成机械扫描的超声换能器的效果，而无需移动部分(因此，固态指定)。由于不存在旋转的机械元件，因此换能器阵列可以被放置成与血液和血管组织直接接触，具有血管损伤的最小风险。此外，由于不存在旋转元件，因此简化了电气接口。固态扫描器可以利用简单的线缆和标准的可拆卸电连接器直接线接到成像系统，而不是利用旋转IVUS设备所需的复杂旋转电气接口。

现有IVUS导管中的成像元件通常由具有压电性质的陶瓷材料形成，例如锆钛酸铅(PZT)。许多外部(身体上)超声换能器也利用PZT元件。用于PZT换能器的声学窗口由相对硬的材料形成，该材料是刚性且不适形的。例如，外部换能器利用陶瓷颗粒填充的硅树脂。如IVUS的血管内应用利用由聚酰亚胺形成的更薄但仍然硬的材料。已经做出努力来部署电容式微机械超声换能器(CMUT)元件而不是PZT元件来进行超声成像。这些努力由于缺乏合适的声学窗口而已经受到阻碍。

发明内容

本申请描述了一种管腔内超声成像设备，其具有能够与电容式微机械超声换能器(CMUT)元件一起使用的声学窗口结构。该管腔内超声成像设备(诸如导管或导丝)包括CMUT元件的阵列，并且该声学窗口被定位于CMUT元件之上。该声学窗口包括多个层，包括与CMUT元件直接接触的最内层。最内层由具有声学窗口中的所有层的最小硬度的弹性材料形成。因此，当CMUT元件的薄膜在发射和接收超声能量时移动时，最内层是可变形的。最外层具有声学窗口中的所有层的最大硬度。因此，在暴露于患者身体内的解剖结构(例如，血管中的钙化狭窄部)期间，声学窗口保护CMUT元件。在一些情况下，最外层可以是收缩缠绕管道，其有利地允许有效地制造成像导管或导丝。