超聲內窺鏡及其制造方法
【專利說明】超聲內窺鏡及其制造方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年8月9日提交的第61/681，320號美國臨時專利申請以及于2012年10月6日提交的第61/710，696號美國臨時專利申請的優(yōu)先權，這兩個申請的全部內容通過引用并入本文。
【背景技術】
[0003]在1-1OMHz頻率范圍內操作的、基于陣列的內窺鏡超聲系統(tǒng)常常用于腹腔鏡檢測成像，其中，這些內窺鏡超聲系統(tǒng)提供快速掃描速率、動態(tài)聚焦和束流控制。對于分辨率要求較高的內窺鏡成像應用，諸如血管內成像、心內成像、經尿道成像、經鼻成像及經鼓室成像，超聲陣列在制造具有小元件尺寸、小元件間距上遇到了挑戰(zhàn)，并且還需要將完成的內窺鏡封裝至足夠小的封裝中以進入所要求的腔。因此，這些應用主要使用單元件超聲內窺鏡，與陣列相比較，單元件超聲內窺鏡具有較低的幀率和在景深和橫向分辨率之間的權衡，并且包含在內窺鏡頭部的移動部分，其中，該移動部分會增大體積并引起不必要的震動。
[0004]近年來，全采樣前視高頻線性陣列傳感器的發(fā)展有了顯著進步。對于大部分應用，相控陣列內窺鏡會提供優(yōu)于單元件內窺鏡的顯著改進。然而，雖然這些陣列中元件常規(guī)成比例，但是傳感器的整體包裝依然相對較大。這就將陣列的應用限制于從體外產生圖像的局部應用。

【發(fā)明內容】

[0005]通常，在一方面，超聲陣列具有壓電材料和多個電極。每個電極都電連接至相應的信號線，并且該多個信號線內嵌在印刷電路板中，該印刷電路板相對于陣列具有大于60度的角度。在某些實施中，上述配置包含于內窺鏡中。該角度可大于70度。該角度可以大于80度。該角度可為約90度。該印刷電路板可為柔性電路。
[0006]通常，在一方面，任何上述內窺鏡的制造方法均包括在印刷電路板上生成過孔并橫向切割過孔以在印刷電路板的邊緣處暴露導電材料。然后，在某些實施中，將陣列引線鍵合至導電材料，以使得該導電材料充當引線結合盤。其它實施也是可能的，諸如通常當陣列通過薄金屬薄膜、導電環(huán)氧樹脂等電連接至導電材料時。該切割可通過切割鋸或類似的方法完成。該切割也可以通過激光器完成。
[0007]通常，在一方面，超聲陣列具有壓電材料和多個電極。每個電極都相應地電連接至多個信號線中的一個，該信號線相對于陣列具有大于60度的角度。在某些實施中，該角度可大于70度。該角度可大于80度。該角度可為約90度。
[0008]通常，在一方面，近似垂直的引線鍵合的制造方法包括在柔性電路中形成過孔，并且橫向切割該過孔以在柔性電路的邊緣處暴露導電材料。
[0009]通常，在一方面，超聲陣列與印刷電路板之間的電連接的制造方法包括在電路板上生成過孔，并且橫向切割該過孔以在電路板的邊緣處暴露導電材料。
[0010]上述和其它特征、方面及其組合可表達為方法、系統(tǒng)、組件、用于實現功能的裝置和步驟、商業(yè)方法、程序產品或其他方式。其它優(yōu)點和特征從下文描述和權利要求中將顯得顯而易見。
【附圖說明】
[0011]圖1示出了常規(guī)內窺鏡的探頭端的局部立體圖。
[0012]圖2示出了本發(fā)明的內窺鏡的探頭端的剖視圖。
[0013]圖3示出了本發(fā)明的內窺鏡的探頭端的局部立體圖。
[0014]圖4從上至下描述了本發(fā)明的制造方法中的步驟。
[0015]圖5示出了根據示例的內窺鏡在1MHz下以歐姆為單位的阻抗相對于陣列元件數量的曲線圖。
[0016]附圖標記的說明
[0017]100柔性電路，印刷電路板
[0018]102傳感器堆疊件，背襯
[0019]104引線結合盤
[0020]106連接到/來自陣列元件的引線
[0021]108壓電材料
[0022]110 電極
[0023]112陣列，超聲陣列
[0024]120 切口
[0025]122電路板邊緣被丟棄的一半
[0026]124電路板邊緣處暴露的導電材料
[0027]126 過孔
[0028]128信號線
【具體實施方式】
[0029]堆疊件過孔已經成功進行設計并制造出小型化的高頻、超聲相位陣列內窺鏡。具有電氣線束(諸如柔性導線或者PCB導線或者一系列的導線)的陣列可被設置為相對于堆疊件具有限定的角度?？赡軟]有彎曲部。體積封裝以及部件數量可最小化。
[0030]通過與如圖1所示的傳統(tǒng)內窺鏡進行對比可看出本發(fā)明的內窺鏡及其制造方法的優(yōu)點。在探頭端，壓電材料108的表面與電極110系統(tǒng)地接電極，以使得壓電材料108的表面限定發(fā)送和接收聲學信號的個體元件的陣列112。經常使用的壓電材料為諸如與鈦酸鹽(PMNx-PT (1-X))在固溶體中的鋯鈦酸鉛(PZT)或鈮酸鉛錳。為了實現元件間的額外隔離，在一些情況下，用鋸、激光器、反應離子刻蝕或其它方法制造截口(在壓電材料108中形成的切口)。陣列112中的每個元件都電連接(通常通過引線鍵合盤)至引線106，引線106相應地通過在印刷電路板100上的引線結合盤104在其另一端上進行電連接。內嵌在印刷電路板100中的信號線(未示出)與每個盤104電連接，并將來自每個元件的每個信號都發(fā)送至探頭的遠端(由臨床醫(yī)生進行機械操作的端部)。通常，該印刷電路板為柔性(flex)電路，其通過將導電材料組成的信號線夾在柔性聚合物層中而封裝多個信號線。印刷電路板100還可以是非柔性的，其中，絕緣層可為FR-4玻璃纖維。
[0031]應注意的是，在圖1所示的常規(guī)內窺鏡設計中，在從探頭端彎曲遠離之前，柔性電路100在很長的距離大體平行于陣列112的表面。這種內窺鏡的可能的最小尺寸受限于柔性電路有多少留在探頭端。通常，接合盤104暴露在柔性電路100和陣列112 二者上，并且引線106用于使陣列盤和柔性電路盤彼此附接。為了防止損壞柔性電路100，制造者規(guī)定了最小彎曲半徑，對于多層柔性電路，諸如那些用于傳輸超聲陣列信號的焊盤，該最小彎曲半徑通常為幾毫米的數量級。該最小彎曲半徑要求柔性電路在彎回之前從超聲陣列橫向延伸若干毫米，這大大增大了該設備的橫截面積。在一些實施方式中，可能不需要用于機械支承的其它結構。在一些實施方式中，還可以附接另一結構中承載的引線；如果附接這種結構以使得引線接觸陣列表面的平面，那么可能需要最小彎曲半徑以避免損壞這種導線。因為內窺鏡能夠進入的腔的最小尺寸受內窺鏡的橫截面積限制，所以期望盡可能地減小內窺鏡的橫截面積。
[0032]以下轉向本發(fā)明的內窺鏡的實施方式；參照圖2和圖3。該實施方式沒有近似平行于陣列112的表面進行引線鍵合的印刷電路板100 (諸如柔性電路)，而是將柔性電路近似垂直地引線鍵合(或以其他方式電連接)至陣列表面。在這種設置中，柔性電路并不彎曲，并且橫截探針面積僅需大到足以容納陣列元件、接