Un aparato de formación de imágenes por ultrasonidos, que comprende:

un dispositivo de formación de imágenes que puede insertarse dentro de un ser vivo y está configurado para formar imágenes del interior del ser vivo, comprendiendo el dispositivo de formación de imágenes un transductor piezocompuesto (106), caracterizado porque el transductor piezocompuesto está configurado para transmitir energía ultrasónica desde una superficie plana y comprende una pluralidad de secciones (201, 301) de material piezocerámico o bien a) entremezcladas con una pluralidad de secciones de material polimérico o bien b) distribuidas en una sección base de material polimérico, en el que cada sección de material piezocerámico tiene un espesor variable en su longitud

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Los sistemas descritos en el presente documento versan acerca de la fabricación, de la implementación y del uso de transductores piezocompuestos en sistemas intravasculares, intracardíacos y sistemas similares de formación de imágenes.

INFORMACIÓN DE LOS ANTECEDENTES

Existen muchas ventajas diagnósticas y terapéuticas en los sistemas médicos de formación de imágenes que forman imágenes del interior de un ser vivo utilizando un dispositivo de formación de imágenes que puede insertarse dentro de un ser vivo. Los ejemplos de tales sistemas incluyen los sistemas de formación de imágenes por ultrasonido intravascular (IVUS), los sistemas de formación de imágenes de ecocardiografía intracardíaca (ICE) y similares. Estos sistemas pueden ser utilizados en muchas aplicaciones, tales como localizar y tratar la acumulación de plaque en las arterias carótidas o coronarias del paciente, formar imágenes de las cámaras del corazón, o los vasos sanguíneos y similares. Típicamente, los transductores utilizados en estos dispositivos de formación de imágenes están formados estrictamente de materiales piezocerámicos. Sin embargo, estos materiales tienen desventajas significativas.

Una desventaja es que, normalmente, los materiales piezocerámicos tienen una impedancia acústica mucho mayor que el entorno circundante. Por ejemplo, en algún caso la impedancia acústica de un transductor piezocerámico es superior a 30 MRayl, mientras que el entorno circundante, tal como la sangre o el tejido blando, es del orden de 1,5 MRayl. Esto tiene como resultado un desacoplamiento significativo de impedancia acústica que normalmente requiere el uso de capas adicionales de adaptación en torno al transductor para reducir la severidad del desacoplamiento. Sin embargo, estas capas de adaptación pueden evitar que el transductor consiga un rendimiento óptimo.

Otra desventaja es que los materiales piezocerámicos tienen un ancho de banda de ultrasonidos y una sensibilidad limitados. El ancho de banda y la sensibilidad del transductor se ven afectados directamente por el coeficiente de acoplamiento electromecánico del material utilizado para fabricar el transductor. En la mayoría de aplicaciones médicas de ultrasonidos, los transductores están fabricados como una placa y utilizan un modo de espesor de funcionamiento. En estas aplicaciones, el coeficiente de acoplamiento electromecánico, kt, es de aproximadamente 0,5. Este coeficiente bajo limita severamente el ancho de banda y la sensibilidad del transductor, lo que tiene como resultado un rendimiento degradado de formación de imágenes.

Además, los materiales piezocerámicos tienden a ser bastante frágiles. Esto puede evitar que el material piezocerámico sea formado o configurado de la manera más óptima. Por ejemplo, la fragilidad de los materiales piezocerámicos puede evitar que el transductor sea formado para enfocar el transductor en un intervalo deseado de profundidades.

El documento US-A-4 572 981 da a conocer un dispositivo como se describe en el preámbulo de la reivindicación 1.

En consecuencia, existe una necesidad de un transductor que sea capaz de superar estas y otras desventajas y que permita un rendimiento mejorado con respecto a los transductores formados estrictamente de materiales piezocerámicos.

RESUMEN

Las realizaciones descritas en el presente documento proporcionan un sistema de formación de imágenes que tiene un dispositivo de formación de imágenes que puede ser insertado, preferentemente, dentro de un ser vivo y configurado para formar imágenes del ser vivo con un transductor piezocompuesto. El transductor piezocompuesto puede estar configurado de cualquier forma según las necesidades de la aplicación. En las realizaciones ejemplares, el transductor piezocompuesto está configurado como un transductor de un único elemento, y configuraciones y tipos de múltiples conjuntos, incluyendo conjuntos lineales, conjuntos en fase, conjuntos unidimensionales, conjuntos bidimensionales, conjuntos que tienen una o más filas con uno o más transductores en cada fila, conjuntos anulares y otros conjuntos. Además, el transductor piezocompuesto puede estar formado de cualquier manera según las necesidades de la aplicación. Preferentemente, el transductor piezocompuesto incluye un material piezocerámico y un material polimérico. El material piezocerámico y el material polimérico pueden estar dispuestos en cualquier configuración según las necesidades de la aplicación.

Serán o se harán evidentes otros sistemas, características y ventajas de la invención para un experto en la técnica tras el análisis de las siguientes figuras y descripción detallada. Se pretende que todos dichos sistemas, características y ventajas adicionales estén incluidos en la presente descripción, estén dentro del alcance de la invención, y estén protegidos por las reivindicaciones adjuntas. También se pretende que la invención no esté limitada a requerir los detalles de las realizaciones ejemplares.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Los detalles de la invención, incluyendo la fabricación, la estructura y la operación, pueden ser deducidos en parte mediante el estudio de las figuras adjuntas, en las que los números similares de referencia hacen referencia a segmentos similares.

La FIG. 1 es una vista esquemática que muestra una realización ejemplar de un dispositivo médico que tiene un transductor piezocompuesto. Las FIGURAS 2-4 son vistas en perspectiva de realizaciones ejemplares de materiales piezocompuestos que tienen diversas configuraciones. Las FIGURAS 5A-C son vistas en perspectiva de realizaciones ejemplares de transductores piezocompuestos configurados como transductores de un único elemento. Las FIGURAS 6A-7B son vistas en perspectiva de realizaciones ejemplares de transductores piezocompuestos configurados como conjuntos de transductores. La FIG. 8 es un gráfico de las características de rendimiento de una realización ejemplar de material piezocompuesto. Las FIGURAS 9A-B son gráficos de la respuesta de impulsos para un transductor piezocerámico y para un transductor piezocompuesto, respectivamente. La FIG. 10 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento ejemplar de fabricación de un transductor piezocompuesto. Las FIGURAS 11-12 son vistas esquemáticas de realizaciones ejemplares de sistemas de formación de imágenes que tienen transductores piezocompuestos. La FIG. 13 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento ejemplar de formación de imágenes con un transductor piezocompuesto.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Los sistemas descritos en el presente documento proporcionan dispositivos de formación de imágenes por ultrasonidos configurados para formar imágenes con materiales piezocompuestos. La FIG. 1 muestra una realización ejemplar de un sistema 100 de formación de imágenes por ultrasonidos que tiene dispositivo médico alargado 102 configurado para ser insertado dentro del cuerpo de un ser vivo. El dispositivo médico alargado 102 incluye un dispositivo 104 de formación de imágenes que tiene un transductor piezocompuesto 106 para formar imágenes del tejido 107 dentro del interior del ser vivo.

Preferentemente, el transductor piezocompuesto 106 está compuesto de un material piezocerámico y de un polímero o de un material polimérico. El uso de un material piezocompuesto permite que el transductor 106 consiga un rendimiento mejorado de formación de imágenes. Por ejemplo, los materiales piezocompuestos tienen una menor impedancia acústica y un mayor coeficiente de acoplamiento electromecánico, kt, que los materiales piezocerámicos por sí solos. Dado que la impedancia acústica es menor, el grado de desacoplamiento de impedancia entre el transductor piezocompuesto 106 y el entorno circundante es menor que en los transductores que solo emplean materiales piezocerámicos. Además, el mayor coeficiente de acoplamiento, kt, permite que se configure el transductor piezocompuesto 106 para que opere un ancho de banda más ancho de energía ultrasónica y/o que opere con una mayor sensibilidad a la energía ultrasónica. A continuación se expondrán con mayor detalle las características de rendimiento del transductor piezocompuesto 106 con respecto a las FIGURAS 8-9B.

El tipo de material piezocerámico utilizado para formar el material piezocompuesto puede incluir piezocerámica de tipo PZT, tal como PZT-5A, PZT-7A, PZT-8 y PZT-5H. El material polimérico utilizado para formar el material piezocompuesto...

1. Un aparato de formación de imágenes por ultrasonidos, que comprende:

un dispositivo de formación de imágenes que puede insertarse dentro de un ser vivo y está configurado para formar imágenes del interior del ser vivo, comprendiendo el dispositivo de formación de imágenes un transductor piezocompuesto (106), caracterizado porque el transductor piezocompuesto está configurado para transmitir energía ultrasónica desde una superficie plana y comprende una pluralidad de secciones (201, 301) de material piezocerámico o bien a) entremezcladas con una pluralidad de secciones de material polimérico o bien b) distribuidas en una sección base de material polimérico, en el que cada sección de material piezocerámico tiene un espesor variable en su longitud.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que el transductor (106) tiene una frecuencia central en un intervalo desde 20 hasta 50 MHz.

3. El aparato de la reivindicación 1, en el que el material piezocerámico y el material polimérico están dispuestos en una pluralidad de secciones alargadas.

4. El aparato de la reivindicación 3, en el que el material piezocerámico y el material polimérico incluyen una configuración 2-2.

5. El aparato de la reivindicación 1, en el que el material piezocerámico está dispuesto como una pluralidad de secciones ubicadas en la sección base del material polimérico.

6. El aparato de la reivindicación 5, en el que las secciones (201, 301) de material piezocerámico están configuradas como columnas.

7. El aparato de la reivindicación 5, en el que el material piezocerámico y el material polimérico incluyen una configuración 1-3.

8. El aparato de la reivindicación 1, en el que el material piezocerámico está dispuesto como una pluralidad de nodos, estando encapsulado al menos un nodo en el material polimérico.

9. El aparato de la reivindicación 8, en el que el material piezocerámico y el material polimérico incluyen una configuración 0-3.

10. El aparato de la reivindicación 1, en el que el material piezocerámico y el material polimérico están dispuestos en una combinación de configuraciones 2-2 y 1-3.

11. El aparato de la reivindicación 1, en el que el transductor tiene una o más capas de adaptación.

12. El aparato de la reivindicación 1, en el que el transductor es un transductor (106) de un único elemento.

13. El aparato de la reivindicación 12, en el que el transductor (106) de un único elemento está configurado como una placa.

14. El aparato de la reivindicación 13, en el que el borde externo de la placa está curvado o es sustancialmente poligonal.

15. El aparato de la reivindicación 14, en el que el borde externo de la placa es sustancialmente cuadrado, sustancialmente hexagonal o sustancialmente octogonal.

16. El aparato de la reivindicación 13, en el que el borde externo de la placa es parcialmente curvado o parcialmente recto.

17. El aparato de la reivindicación 1, en el que el transductor (106) está configurado como un conjunto.

18. El aparato de la reivindicación 17, en el que el transductor (106) está acoplado a una pluralidad de electrodos.

19. El aparato de la reivindicación 17, en el que el transductor comprende una pluralidad de elementos de transductor.

20. El aparato de la reivindicación 19, en el que la pluralidad de elementos de transductor están acoplados entre sí.

21. El aparato de la reivindicación 19, en el que la pluralidad de elementos de transductor están dispuestos en una fila.

22. El aparato de la reivindicación 21, en el que el conjunto es un conjunto unidimensional.

23. El aparato de la reivindicación 19, en el que la pluralidad de elementos de transductor están dispuestos en una pluralidad de filas, comprendiendo cada fila una pluralidad de elementos de transductor.

10 24. El aparato de la reivindicación 23, en el que la pluralidad de elementos de transductor están dispuestos en M filas, en el que hay ubicados M elementos de transductor en cada fila.

25. El aparato de la reivindicación 23, en el que el conjunto es un conjunto bidimensional.

26. El aparato de la reivindicación 19, en el que el conjunto comprende un primer elemento de transductor que tiene una abertura (612) y un segundo elemento de transductor ubicado dentro de la abertura.

20 27. El aparato de la reivindicación 19, en el que el conjunto (602) es un conjunto anular.

28. El aparato de la reivindicación 27, en el que los elementos de transductor están dispuestos de forma concéntrica.

25 29. El aparato de la reivindicación 17, en el que una primera superficie del conjunto está configurada para transmitir energía ultrasónica.

30. El aparato de la reivindicación 17, en el que el conjunto es un conjunto lineal.

30 31. El aparato de la reivindicación 17, en el que el conjunto es un conjunto en fase.