Медицинское устройство с ультразвуковыми преобразователями, встроенными в гибкую пленку - RU2573443C2

Чертежи

Показать все 17 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к ультразвуковому устройству формирования изображений, подходящему для минимально инвазивных ультразвуковых диагностических устройств. Изобретение может применяться для производства хирургических устройств для мониторинга абляции миокарда и мониторинга абляции злокачественных новообразований.

Уровень техники

Радиочастотная катетерная абляция представляет собой инвазивную процедуру, используемую для разрушения патологических электропроводящих путей у пациентов, которые предрасположены к сердечной аритмии, например к мерцательной аритмии. В процедурах абляции при мерцательной аритмии стремятся полностью электрически изолировать легочные вены и это достигается путем создания линий поражения с помощью абляционного катетера.

Большинство процедур катетерной абляции выполняют «одноточечными абляционными катетерами». Такими катетерами можно создавать линии поражения путем последовательной абляции по принципу точка за точкой. Для полной электрической изоляции легочных вен создают линии поражения, отвечающие двум требованиям: они должны быть трансмуральными и непрерывными.

Для радиочастотных катетеров требуется более адекватное управление. Система, которая может в реальном времени создавать обратную связь при развитии поражения в ткани и может в реальном времени давать информацию о глубине поражения относительно толщины ткани в месте воздействия, позволит предотвратить травмы и потенциальную возможность смерти от перегрева при процедурах радиочастотной катетерной абляции, тогда как недостаточный нагрев приводит к возобновлению аритмии. Было показано, что для мониторинга распространения границы поражения можно использовать высокочастотный ультразвук, формирующий изображение в М-режиме.

Встраивание ультразвукового преобразователя в абляционные катетеры позволяет в реальном времени получить информацию о распространении границы поражения.

В US 7846101 раскрывается внутрисосудистое ультразвуковое устройство формирования изображений, содержащее узел преобразователя. Узел включает в себя гибкую цепь, содержащую элементы преобразователя, прикрепленные к гибкой подложке. Однако поскольку гибкая подложка является частью пакета материала, образующего узел, гибкая пленка может создавать акустический эффект, ухудшающий характеристики элементов преобразователя.

Изобретатель настоящего изобретения понял, что необходим усовершенствованный узел преобразователя и, в результате, создал настоящее изобретение. В частности, узел преобразователя, акустические свойства которого зависят только от материала элемента датчика, будет иметь преимущество. Желательно также, чтобы пользователь радиочастотного катетера в реальном времени получал информацию о распространении поражения в ткани во время процедуры радиочастотной катетерной абляции.

Раскрытие изобретения

По существу настоящее изобретение направлено на уменьшение, снижение или устранение одного или более из указанных выше недостатков, по одному или в любой комбинации. В частности, целью настоящего изобретения можно считать создание способа, который решает вышеуказанные задачи или другие проблемы прототипа.

Для решения одной или более из этих задач, согласно первому аспекту изобретения, предлагается узел ультразвукового преобразователя, содержащий гибкую пленку, имеющую отверстие, проходящее от верхней до нижней поверхности гибкой пленки; один или более пьезоэлектрический элемент, расположенных в отверстии и прикрепленных к внутреннему краю отверстий; один или более проводящих слоев, расположенных на гибкой пленке и на одном или более пьезоэлектрических элементах.

За счет размещения пьезоэлектрических элементов в отверстиях в гибкой пленке, материал гибкой пленки не влияет на свойства пьезоэлектрических элементов и, следовательно, можно добиться требуемой настройки характеристик узла преобразователя. Поскольку узел преобразователя содержит один или более пьезоэлектрический элемент, внедренный в гибкую пленку, гибкая пленка не влияет на акустические характеристики преобразователя. Внутренняя кромка, т.е. внутренний край отверстия в гибкой пленке, прикреплена к пьезоэлектрическому элементу, т.е. внутренней кромке пьезоэлектрического элемента. Гибкая пленка может быть, например, пленкой Kapton (лента на основе полиамидной пленки), металлизированной медью и имеющей отверстия, например гнезда, для пьезоэлектрических элементов. Пьезоэлектрические элементы могут быть, например, пьезоэлектрической пленкой.

В некоторых вариантах гибкая пленка содержит металлизированные дорожки.

В некоторых вариантах на верхнюю и нижнюю поверхности гибкой пленки и на верхнюю и нижнюю поверхности пьезоэлектрических элементов нанесен один или более проводящий слой.

В некоторых других вариантах одним или более проводящими слоями являются два слоя, первый из которых нанесен на верхнюю поверхность гибкой пленки и на верхнюю поверхность одного или более пьезоэлектрического элемента, а второй слой нанесен на нижнюю поверхность гибкой пленки и на нижнюю поверхность одного или более пьезоэлектрического элемента. Благодаря нанесению этих слоев узел получает верхний электрод на пьезоэлектрических элементах, который соединен с верхним металлизированным слоем на гибкой пленке, и нижний электрод на пьезоэлектрическом элементе, который соединен с нижним металлизированным слоем на гибкой пленке.

В некоторых других вариантах этим одним или более проводящим слоем является один слой, нанесенный на нижнюю поверхность гибкой пленки и на нижнюю поверхность одного или более пьезоэлектрического элемента. Это позволяет получить большие преимущества, заключающиеся в защищенности электрического сигнала преобразователя от вредных внешних возмущений и полезно для реализации клетки Фарадея вокруг нижнего электрода, исключая помехи со стороны радиочастотного сигнала, которые могут действовать на ультразвуковой сигнал во время абляции.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается система ультразвукового преобразователя, содержащая узел ультразвукового преобразователя по первому аспекту изобретения, помещенный в базовую структуру; при этом базовая структура содержит полости, в которой полости заполнены поддерживающим материалом; при этом на внешнюю поверхность узла ультразвукового преобразователя нанесен слой покрытия.

В некоторых вариантах по меньшей мере одна из полостей системы ультразвукового преобразователя может проходить от верхней до нижней поверхности базовой структуры. Полости базовой структуры можно считать апертурами в базовой структуре, дающими доступ к тыльной стороне или тыльной поверхности пьезоэлектрического элемента, помещенного на базовую структуру. Полости в базовой структуре могут сообщаться друг с другом, например, при наличии множества пьезоэлектрических элементов, или доступ к ним может быть индивидуальным.

Узел ультразвукового преобразователя, помещенный на базовую структуру, может быть приклеен на базовую структуру или вокруг нее. Когда узел ультразвукового преобразователя помещен на базовую структуру, пустые полости, расположенные на тыльной стороне, т.е., на нижней поверхности, заполнены поддерживающим материалом. Таким образом, характеристики преобразователя зависят только от пьезоэлектрического и поддерживающего материалов, и на них не влияет гибкая пленка. Гибкая пленка не поддерживает пьезоэлектрические элементы и пьезоэлектрические элементы внедрены в нее.

При размещении узла ультразвукового преобразователя на базовой структуре отверстия в гибкой пленке, в которых закреплены пьезоэлектрические элементы, например, с помощью клея, находятся в положениях, соответствующих полостям базовой структуры. Тыльная сторона или нижняя поверхность пьезоэлектрических элементов, таким образом, доступна через полости базовой структуры. Методика добавления поддерживающего материала дает свободу выбора подходящего материала. Например, заполняющий материал может подаваться в полости впрыском в текучем состоянии через проходы в базовой структуре. К примерам заполняющих материалов относятся клеи, которые могут быстро соединяться с пластиком и металлом при воздействии ультрафиолетового излечения и/или видимого света. Составы заполняющего материала также могут включать микросферы, например, керамические или стеклянные, которые могут быть пустотелыми, легкими и обладать высокой прочностью при сжатии.

В некоторых других вариантах узла ультразвукового преобразователя по первому аспекту настоящего изобретения крепеж содержит по меньшей мере боковую стенку одного или более пьезоэлектрического элемента, приклеенную к внутреннему крпаю отверстия. При приклеивании только боковой стенки пьезоэлектрических элементов, гибкая пленка не оказывает влияния на акустические свойства пьезоэлектрической системы.

Изобретение дает большие преимущества, в частности при производстве высокочастотных преобразователей. В традиционных высокочастотных преобразователях гибкая пленка включена в пакет преобразователя и элементы преобразователя помещены на гибкую пленку. Чем выше частота, тем меньше толщина пьезоэлектрических элементов, и в традиционных высокочастотных преобразователях существует высокая вероятность отказа из-за большого риска поломки, поскольку электроды с передней стороны и с тыльной стороны пьезоэлектрического материала оказываются слишком близко друг к другу. За счет внедрения пьезоэлектрических элементов в гибкую пленку настоящее изобретение предлагает решение, которое дает особенное преимущество для высокочастотных преобразователей.

В некоторых вариантах один или более пьезоэлектрических элементов приклеены не электропроводным клеем.

В некоторых вариантах один или более пьезоэлектрических элементов прикреплены к внутреннему краю отверстия через изолирующий слой, например слой, имеющий изолирующие свойства.

В некоторых других вариантах узел ультразвукового преобразователя по первому аспекту настоящего изобретения далее содержит изолирующий слой, нанесенный на внешнюю поверхность узла ультразвукового преобразователя. Этот электрически изолирующий слой может быть сопрягающим слоем, который покрывает узел ультразвукового преобразователя для максимизации акустических характеристик элементов преобразователя.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается наконечник катетера, который содержит узел ультразвукового преобразователя по первому аспекту изобретения.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается наконечник катетера, который содержит систему ультразвукового преобразователя по второму аспекту изобретения.

Наконечник катетера может содержать орошающие отверстия, сквозь которые система ультразвукового преобразователя сообщается со средой, например легочной веной.

Наконечник катетера также может иметь другие отверстия, сквозь которые система ультразвуковых преобразователей может беспрепятственно выполнять процедуру абляции ткани, т.е, например, для оптического волокна. Альтернативно, если для абляции используется среда, прозрачна для ультразвуковых колебаний, например полиметилпентен, покрытый тонким слоем платины, то такие отверстия в наконечнике необязательны.

Когда ультразвуковые преобразователи встраивают в абляционные катетеры для получения в реальном времени информации о распространении фронта поражения, на тело катетера может надеваться абляционный колпачок, после того, как система ультразвуковых преобразователей будет электрически подключена и зафиксирована на конце катетера.

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения предлагается способ сборки ультразвукового преобразователя, который содержит этапы, на которых: берут гибкую пленку, имеющую отверстия, проходящие от верхней до нижней поверхности гибкой пленки; в отверстия устанавливают один или более пьезоэлектрический элемент; наносят один или более проводящий слой на гибкую пленку и на один или более пьезоэлектрический элемент.

В некоторых вариантах по пятому аспекту изобретения этап установки содержит этап, на котором вставляют один или более пьезоэлектрический элемент в отверстия и приклеивают этот один или более пьезоэлектрический элемент к внутреннему краю отверстия.

В некоторых вариантах по пятому аспекту настоящего изобретения этап нанесения включает этап, на котором наносят один или более проводящий слой на верхнюю и нижнюю поверхности гибкой пленки и на верхнюю и нижнюю поверхности одного или более пьезоэлектрических элементов.

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения предлагается способ производства систему ультразвукового преобразователя, который содержит этапы, на которых позиционируют узел ультразвукового преобразователя по первому аспекту изобретения на базовую структуру, при этом базовая структура содержит полости; заполняют полости поддерживающим материалом; наносят слой покрытия на внешнюю поверхность узла ультразвукового преобразователя.

В некоторых вариантах по этому последнему аспекту изобретения этап заполнения содержит этап, на котором подают поддерживающий материал в текучем состоянии и отверждают поддерживающий материал.

По существу различные аспекты настоящего изобретения можно комбинировать и объединять любым возможным способом в пределах объема изобретения. Эти и другие аспекты, признаки и/или преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания.

Краткое описание чертежей

Далее следует подробное описание вариантов изобретения, приведенное только для примера, со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг. 1 - вид в перспективе гибкой пленки с рисунком отверстий по вариантам настоящего изобретения.

Фиг. 2а - сечение гибкой пленки по Фиг. 1.

Фиг. 2b - сечение гибкой пленки, содержащей пьезоэлектрический элемент по вариантам настоящего изобретения.

Фиг. 2с - сечение гибкой пленки, содержащей пьезоэлектрический элемент, вклеенный в отверстие гибкой пленки по вариантам настоящего изобретения.

Фиг. 3а - сечение гибкой пленки по Фиг. 2с, на которую нанесены проводящие электроды.

Фиг. 3b - сечение гибкой пленки по Фиг. 3а, расположенной на базовой или поддерживающей структуре.

Фиг. 3с - сечение узла преобразователя по Фиг. 3b, где полости в базовой структуре заполнены поддерживающим материалом.

Фиг. 4а - сечение гибкой пленки по Фиг. 2с, в которой один проводящий электрод нанесен на тыльную поверхность гибкой пленки и пьезоэлектрического элемента.

Фиг. 4b - сечение гибкой пленки по Фиг. 4а, установленной на базовой или поддерживающей структуре.

Фиг. 4с - сечение узла преобразователя по Фиг. 4b, где полости в базовой структуре заполнены поддерживающим материалом.

Фиг. 4d - сечение узла преобразователя по Фиг. 4с, где проводящий электрод нанесен вокруг системы преобразователя.

Фиг. 4е - сечение системы преобразователя по Фиг. 4d, где сопрягающий или электрически изолирующий слой нанесен вокруг системы преобразователя.

Фиг. 5 - вид сверху фигурной структуры гибкой пленки, включая элементы преобразователя по вариантам настоящего изобретения.

Фиг. 6 - вид в перспективе базового элемента по вариантам настоящего изобретения.

Фиг. 7 - система ультразвукового преобразователя по вариантам настоящего изобретения.

Фиг. 8 - диаграмма последовательности способа производства системы ультразвукового преобразователя по одному аспекту изобретения.

Фиг. 9 - вид в перспективе системы ультразвукового преобразователя по вариантам изобретения, включая абляционный колпачок.

Фиг. 10 - сечение системы ультразвукового преобразователя по вариантам изобретения, содержащей абляционный колпачок.

Осуществление изобретения

На Фиг. 1 показаны три этапа способа производства ультразвукового преобразователя по одному аспекту настоящего изобретения. На гибкой пленке 1 выполняют требуемый рисунок, например, отверстие 2, проходящее от верхней поверхности 6 до нижней поверхности 7. Пьезоэлектрические элементы, например, пьезоэлектрический элемент 3, вставляют в отверстия, например, отверстие 2 и крепят к внутреннему краю 8 отверстия 2. Для крепления пьезоэлектрического элемента 3 к внутреннему краю 8 отверстия 2 можно использовать неэлектропроводный клей 4.

На Фиг. 2а показано сечение гибкой пленки 1 перед установкой пьезоэлектрических элементов. Отверстие 2 заполняют, как показано на Фиг. 2b, пьезоэлектрическим элементом 3. Установка пьезоэлектрического элемента 3, например, пьезоэлектрической пленки, осуществляется путем приклеивания пленки в необходимых местах к внутреннему краю отверстия 2. В некоторых вариантах установка пьезоэлектрического элемента 3 может осуществляться путем приклеивания тонкой периферийной кольцевой области пьезоэлектрической пленки 3 к гибкой пленке 1.

На Фиг. 2b показана гибкая пленка 1 с отверстием 2, в которой пьезоэлектрический элемент 3 расположен в отверстии 2.

На Фиг. 2с показан узел преобразователя по Фиг. 2b, в котором пьезоэлектрический элемент 3, т.е. внешняя кромка пьезоэлектрического элемента 3, прикреплен к внутренней кромке, т.е. к внутреннему краю отверстия 2 гибкой пленки 1 с помощью клея 4. Клей может быть неэлектропроводным клеем, чтобы создать изоляцию пьезоэлектрического элемента 3, например пьезоэлектрической пленки, от гибкой пленки 1.

На Фиг. 3а показан узел преобразователя по Фиг. 2с после нанесения на гибкую пленку 1 и пьезоэлектрический элемент 2 проводящих слоев 5. В частности, проводящий слой 5а нанесен на верхнюю поверхность гибкой пленки 1 и пьезоэлектрического элемента 2, образуя верхний электрод, тогда как проводящий слой 5b нанесен на нижнюю поверхность гибкой пленки 1 и пьезоэлектрического элемента 2, образуя нижний электрод.

На Фиг. 3b узел преобразователя по Фиг. 3а затем помещают на базовую структуру 6, отличающуюся наличием полостей 11, проходящих от верхней поверхности 12 до нижней поверхности 13 базовой структуры 6. Узел преобразователя заполняют поддерживающим материалом 7, как показано на Фиг. 3с.

В некоторых других вариантах на нижнюю поверхность гибкой пленки и на нижнюю поверхность одного или более пьезоэлектрического элемента наносят один слой. На Фиг. 4а показано сечение гибкой пленки по фиг 2с, где на тыльную поверхность гибкой пленки 1 и пьезоэлектрического элемента 3 нанесен единственный проводящий слой 17. Узел преобразователя по Фиг. 4а затем помещают на базовую структуру 18, отличающуюся наличием полостей 19, проходящих от верхней поверхности 20 до нижней поверхности 21 базовой структуры 18, как показано на Фиг. 4b.

Узел преобразователя, помещенный на базовую структуру 18, заполняют поддерживающим материалом 22, как показано на Фиг. 4с.

На Фиг. 4d показан слой 23 покрытия, нанесенный по меньшей мере частично вокруг системы преобразователя, показанной на Фиг. 4с. Система преобразователя, показанная на Фиг. 4d, может быть дополнительно покрыта сопрягающим или электрически изолирующим слоем 24, нанесенным вокруг системы преобразователя.

Вариант, показанный на Фиг. 4, является альтернативой вариантам, показанным на Фиг. 3, и дает больше преимуществ при изоляции электрического сигнала.

На Фиг. 5 показан вид сверху на фигурную гибкую пленку с элементами преобразователя по варианту настоящего изобретения. Гибкой пленке 28 придана такая форма, чтобы она имела сечение с пятью отверстиями 10, в которых должны быть вставлены пьезоэлектрические элементы 16. Форма и количество отверстий зависят от применяемой базовой структуры и от количества устанавливаемых пьезоэлектрических элементов. Это известно специалистам. Гибкая пленка 28 выполнена с возможностью складываться в трехмерную структуру, которая согласована, например в одном варианте, с формой базовой структуры 9, имеющей полости 14, как показано на Фиг. 6. Путем складывания узла ультразвукового преобразователя и приклеивания его на базовую структуру образуется система ультразвукового преобразователя, показанная на Фиг. 7. Пьезоэлектрические элементы 16, закрепленные в отверстиях 10 гибкой пленки 28, расположены так, чтобы быть обращенными к полостям 14 базовой структуры 9. Полости 14 затем заполняют поддерживающими материалами. Заполнение можно осуществлять впрыском поддерживающего материала в текучем состоянии и последующим твердением. Твердение можно осуществлять, например, выдержкой в атмосфере, воздействием высокой температуры, воздействием ультрафиолетового излучения или использованием химикатов, например химических катализаторов. В случае твердения под действием ультрафиолетового излучения базовую структуру 9 изготавливают из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения.

Еще один слой покрытия нанесен на внешнюю поверхность узла 15 ультразвукового преобразователя, чтобы создать электрическую изоляцию от внешних возмущений, например, при радиочастотной абляции.

При мониторинге абляции миокарда система ультразвукового преобразователя может быть соединена с концом катетера и зафиксирована на нем, позволяя осуществлять мониторинг вперед и по сторонам. После электрического соединения системы ультразвукового преобразователя и закрепления ее на конце катетера на тело катетера можно надеть абляционный колпачок, например платиновый абляционный колпачок 25, как показано на Фиг. 9 и 10. Абляционный наконечник может иметь отверстия, через которые система ультразвукового преобразователя может следить за процедурой абляции. Альтернативно, можно использовать такой материал, как полиметилпентен, покрытый тонким слоем платины, который является прозрачным для ультразвуковых колебаний. Это позволяет избежать необходимости выполнения апертур в абляционном наконечнике.

На Фиг. 8 приведена диаграмма последовательности способа производства системы ультразвукового преобразователя по настоящему изобретению.

На этапе (S1) 101 берут гибкую пленку с отверстиями, проходящими от верхней до нижней поверхности. Гибкая пленка может быть металлизирована, например медью, на передней и боковой сторонах или, альтернативно, иметь разведенные металлизированные дорожки на одной из сторон для передней и задней сторон пьезоэлектрического материала, например PZT.

На этапе (S2) 102 один или более пьезоэлектрический элемент устанавливают в отверстия в гибкой пленке. Установка включает введение одного или более пьезоэлектрического элемента в отверстие гибкой пленки и крепление, например, клеем, одного или более пьезоэлектрического элемента к внутреннему краю отверстий в гибкой пленке.

На этапе (S3) 103 наносят один или более проводящий слой на гибкую пленку и на один или более пьезоэлектрический элемент. Этап нанесения содержит этап, на котором наносят один или более проводящий слой на верхнюю и/или на нижнюю поверхность гибкой пленки и на верхнюю и/или нижнюю поверхность одного или более пьезоэлектрического элемента.

На этапе (S4) 104 узел ультразвукового преобразователя, полученный на первых трех этапах, устанавливают на базовую структуру, которая содержит полости. Этап позиционирования узла ультразвукового преобразователя на базовой структуре содержит этап, на котором гибкую пленку, содержащую один или более пьезоэлектрический элемент, складывают в трехмерную структуру и приклеивают сложенную гибкую пленку вокруг базовой структуры.

На этапе (S5) 105 полости в базовой структуре заполняют поддерживающим материалом. Этап заполнения содержит этап, на котором подают поддерживающий материал в текучем состоянии и отверждают поддерживающий материал.

На этапе (S6) 106 на внешнюю поверхность узла ультразвукового преобразователя наносят слой покрытия.

Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано на чертежах и подробно описано в описании, такие иллюстрации и описание следует считать иллюстративными или примерами, которые не имеют ограничивающего смысла. Настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами. Из формулы, описания и приложенных чертежей специалистам понятна возможность других вариантов. В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а употребление элементов в единственном числе не исключает их множества. Единственный процессор или другое устройство может выполнять функции множества устройств, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые меры перечислены в разных зависимых пунктах, на исключает использования комбинации таких мер для получения преимуществ. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе с другими аппаратными средствами или как их часть, но может также распространяться в других формах, например через Интернет или по другим проводным или беспроводным телекоммуникационным системам. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем.

Реферат

Использование: для ультразвуковой диагностики. Сущность изобретения заключается в том, что узел ультразвукового преобразователя содержит гибкую пленку, имеющую отверстия, проходящие от верхней до нижней поверхности упомянутой гибкой пленки, один или более пьезоэлектрических элементов, находящихся в упомянутых отверстиях; изолирующий слой, крепящий один или более пьезоэлектрических элементов к внутреннему краю упомянутых отверстий; один или более проводящих слоев, нанесенных на упомянутую гибкую пленку и на один или более пьезоэлектрических элементов. Технический результат: обеспечение возможности повышения качества настройки характеристик узла преобразователя. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 18 ил.

Формула