(57)【要約】  方位角方向において平坦で比較的に長く延び仰角方向において外側に湾曲したトランスデューサ要素のアレイを有する画像形成プローブを含む超音波画像形成システム。結果として、トランスデューサ要素が段階的にスキャンされるとき、プローブの音響パターンは仰角方向において発散する。したがって、プローブは、比較的に少ない数のトランスデューサ要素を用いているにも拘らず、近距離場において大きな視野を提供する。プローブはまた、それぞれのサブアレイにおけるトランスデューサ要素から送信され受信される信号を遅延するためのサブアレイビームフォーマを含む。受信信号は、画像形成システムに結合され、そのシステムが受信信号を処理して容積測定画像に対応する信号にする信号パスを含む。そしてこの信号パスに結合されるディスプレイは、トランスデューサ要素のアレイの近くの容積測定領域において解剖学的特徴の容積測定画像を示すことができる。
2009502400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波画像形成プローブであって、
方位角方向において略平坦であり仰角方向において外側に湾曲している送信ビーム創始パターンを呈するトランスデューサボディと、
前記方位角方向に延びる行と前記仰角方向に延びる列とに前記トランスデューサボディに実装されたトランスデューサ要素の２次元アレイと、
前記トランスデューサ要素のそれぞれのサブアレイに結合した複数のサブアレイビームフォーマであって、前記サブアレイビームフォーマの各々が、当該対応のサブアレイにおけるトランスデューサ要素に送信信号を供給し、当該対応のサブアレイにおけるトランスデューサ要素から受信される信号を遅延し、その遅延された信号を合成して複合信号とするようにした、サブアレイビームフォーマと、
前記複合信号を超音波処理及び表示システムに結合するための通信リンクと、
を有するプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波画像形成プローブであって、前記サブアレイビームフォーマは、段階的態様で１行若しくは１グループの行又は１列若しくは１グループの列から次のものへ、前記トランスデューサ要素へ送信信号を供給し前記トランスデューサ要素から信号を受信するよう動作する、プローブ。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波画像形成プローブであって、前記サブアレイビームフォーマはさらに、前記トランスデューサ要素のアレイの方位角の端部においてトランスデューサ要素により送信され受信される超音波ビームを方位角方向に方向制御し、これにより前記プローブの音響ビームパターンを前記トランスデューサ要素のアレイの方位角の端部を越えて延ばすように動作する、プローブ。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波画像形成プローブであって、前記サブアレイビームフォーマはさらに、前記トランスデューサ要素のアレイの仰角端部におけるトランスデューサ要素により送信され受信される超音波ビームを前記仰角方向に方向制御し、これにより前記プローブの前記音響ビームパターンを前記トランスデューサ要素のアレイの仰角端部を越えて延ばすように動作する、プローブ。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波画像形成プローブであって、前記サブアレイビームフォーマはさらに、トランスデューサ要素により送信され受信される超音波を前記方位角方向及び前記仰角方向に方向制御するよう動作する、プローブ。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波画像形成プローブであって、前記送信ビーム創始パターンは、前記仰角方向における前記アレイの物理的湾曲により仰角方向において外側に湾曲させられている、プローブ。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波画像形成プローブであって、前記方位角方向に延びる各行のトランスデューサ要素の数は、前記仰角方向に延びる各列のトランスデューサ要素の数よりも十分大きい、プローブ。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波画像形成プローブであって、前記アレイにより送信されるビームを方向制御する動作を行う音響レンズをさらに有し、
前記送信ビーム創始パターンは、前記仰角方向に前記音響レンズの方向制御により仰角方向において外側に湾曲させられる、
プローブ。
【請求項９】
超音波画像形成システムであって、
方位角方向において略平坦なトランスデューサ要素の行と仰角方向において外側に湾曲したトランスデューサ要素の列とを有するアレイトランスデューサ要素を含むトランスデューサボディを有し、当該トランスデューサ要素を、当該アレイの表面に対して直交及び非直交の角でそれらの出現ポイントにおいて方向制御可能なビームを送信するものとした超音波画像形成プローブと、
通信リンクを介して前記超音波画像形成プローブにおける前記トランスデューサ要素に送信信号を供給し前記トランスデューサ要素から信号を受信し、前記トランスデューサ要素から受信される信号を合成して前記超音波画像形成プローブの近くの容積測定領域における解剖学的構造の画像に対応する画像信号にする超音波信号パスと、
前記超音波信号パスから画像信号を受信するように結合され前記容積測定画像を示すように動作可能なディスプレイと、
を有するシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波画像形成システムであって、前記超音波信号パスは、段階的態様で１行若しくは１グループの行又は１列若しくは１グループの列から次のものへと前記トランスデューサ要素に前記送信信号を供給し前記トランスデューサ要素から信号を受信するよう動作する、システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の超音波画像形成システムであって、前記超音波画像形成プローブはさらに、前記トランスデューサ要素のそれぞれのサブアレイに結合される複数のサブアレイビームフォーマを有し、前記サブアレイビームフォーマの各々は、前記それぞれのサブアレイにおける前記トランスデューサ要素に送信信号を供給するよう動作し、前記サブアレイビームフォーマの各々はさらに、対応のサブアレイにおける前記トランスデューサ要素から受信される信号を遅延しその遅延した信号を合成して前記通信リンクを介して前記超音波画像形成パスに結合される複合受信信号にするよう動作する、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の超音波画像形成システムであって、前記サブアレイビームフォーマの各々は、
送信制御信号の受信に応じて対応する送信信号を各々発生する複数の送信遅延ユニットと、
対応の遅延され受信された信号を各々発生する複数の受信遅延ユニットと、
複合受信信号を供給するよう当該遅延され受信された信号を合成する加算回路と、
を有する、システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の超音波画像形成システムであって、前記サブアレイビームフォーマはさらに、前記トランスデューサ要素のアレイの仰角端部におけるトランスデューサ要素により送信され受信される超音波を方位角方向に方向制御し、これにより前記超音波画像形成プローブの音響パターンを前記トランスデューサ要素のアレイの方位角端部を越えて延ばすように動作する、システム。
【請求項１４】
請求項１１に記載の超音波画像形成システムであって、前記サブアレイビームフォーマはさらに、前記トランスデューサ要素のアレイの仰角端部におけるトランスデューサ要素により送信され受信される超音波を仰角方向に方向制御し、これにより前記超音波画像形成プローブの音響パターンを前記トランスデューサ要素のアレイの仰角端部を越えて延ばすように動作する、システム。
【請求項１５】
請求項９に記載の超音波画像形成システムであって、前記超音波信号パスは、前記ディスプレイが空間的に合成された容積測定画像を示すことができるように前記トランスデューサ要素からの受信信号に対する空間合成を行うよう動作する、システム。
【請求項１６】
請求項９に記載の超音波画像形成システムであって、前記サブアレイビームフォーマのうちの対応のものが前記トランスデューサ要素の前記サブアレイの各々につき設けられる、システム。
【請求項１７】
請求項９に記載の超音波画像形成システムであって、前記方位角方向に延びる各行におけるトランスデューサ要素の数は、前記仰角方向に延びる各列におけるトランスデューサ要素の数よりも十分大きい、システム。
【請求項１８】
請求項９に記載の超音波画像形成システムであって、前記通信リンクは、マルチコンダクタケーブルを有する、システム。
【請求項１９】
容積測定領域における解剖学的構造の画像を提供する方法であって、
トランスデューサ要素の２次元アレイから前記容積測定領域に超音波を送信し、当該超音波が、前記アレイの表面に直交して方向制御されるときに方位角方向において平行であり仰角方向において発散するそれぞれの方向に前記アレイから送信されるものとし、
前記２次元アレイにより前記容積測定領域からの超音波エコーを受信し、
前記トランスデューサ要素のサブアレイに結合されるサブアレイビームフォーマにより当該受信エコーを処理し、
当該処理されたエコーを超音波画像処理及び表示システムに結合し、
前記容積測定領域における解剖学的構造の画像を形成するよう当該処理されたエコーを処理する、
方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記アレイに直交する方向から前記方位角方向に発散する方向に前記アレイの方位角端部の近くにおける前記アレイの当該要素から超音波を送信することをさらに有する方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、前記アレイに直交する方向から前記仰角方向に発散する方向において前記アレイの仰角端部の近くにおける前記アレイの要素から超音波を送信することをさらに有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医療用超音波画像形成に関し、特に、比較的に大きな浅い解剖学的特徴の容積測定画像形成に適合した超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な非侵襲的な診断用画像形成モダリティは、身体内部の器官又は脈管の断面画像を生成することができる。このような非侵襲的画像形成に良く適した画像形成モダリティは、超音波である。超音波診断画像形成システムは、心臓、成長する胎児、内部腹部器官及びその他の解剖学的構造体の検査のための心臓専門医、産科医、放射線科医及びその他の者による広く普及した用途にある。こうしたシステムは、超音波エネルギの波を身体内へ伝達し当該波が当たる組織界面から反射した超音波エコーを受信し、超音波が差し向けられて通る身体の部分の構造的表示へとその受信したエコーを変換することにより動作する。
【０００３】
従来の超音波画像形成において、内部組織及び血液のような関心オブジェクトは、平面状の超音波ビーム又はスライスを用いてスキャンされる。リニアアレイトランスデューサは、仰角方向における送信され受信される超音波を狭く焦点合わせし方位角方向において或る角度範囲全体にわたりその送信され受信される超音波を方向付けることにより薄いスライスをスキャンするために従来より用いられている。１次元アレイとしても知られているトランスデューサ要素のリニアアレイを有するトランスデューサは、Ｂモードイメージングのためにトランスデューサの面に直角な平面を通じた断面を表す２次元画像を提供するためにこのようにして動作することができる。
【０００４】
リニアアレイは、仰角方向に線状に１次元アレイを変換することにより、又は仰角方向に延びる角度範囲を通じて当該アレイを掃引することにより、「容積測定」（volumetric）画像としても知られている３次元画像を発生するためにも用いることができる。容積測定超音波画像はまた、従来より、２次元アレイトランスデューサを用いて当該送信され受信される超音波を２つの軸に関して方向を導くことにより得ることができる。
【０００５】
容積測定画像形成のための１次元アレイを用いることの主たる限界は、画像を得るために当該アレイを物理的に移動させる必要があることである。この要件は、当該アレイの動きを物理的に追跡することによるか、又は画像信号を電気的に処理することにより、１次元アレイの位置又は角度を追跡する必要性を超音波システムに負担させるものである。さらに、当該アレイを動かし当該アレイの各位置又は角度において受信した超音波戻り信号を処理する必要性があるので、容積測定画像を取得するのに長い時間を必要とする。超音波画像形成のための１次元アレイを用いる主たる利点は、近距離場においても画像形成可能な領域が当該アレイにおける要素の数及び当該アレイが動くところの領域によってのみ限定されることである。
【０００６】
米国特許第５，３０５，７５６号には、３次元ボリュームにおける解剖学的構造に関する情報を得るために１次元アレイを用いる他の方策が記述されている。そこに記述されているように、送信され受信される超音波は、方位角方向ＡＺにおいて焦点合わせされるが、一連の扇形ビームを発生するために仰角方向において発散している。超音波は、容積測定領域に高周波を当てる扇形ビームの列を形成するようリニアアレイにおける各要素から順次送信され受信される。その高周波の当てられた容積測定領域の中心には、投影面がある。各範囲における容積測定領域におけるエコーの全ては、対応する範囲において当該投影面上にポイントとして投射される。結果として得られる画像は、トランスデューサが各範囲において全てのエコーを音響的に統合するので、全容積測定領域の２次元投射を呈する。
【０００７】
米国特許第５，３０５，７５６号に記述されている画像形成技術は当該アレイの物理的スキャンを必要としないという利点があるものの、実際には正しい３次元容積測定画像を提供しないというかなり不利な面がある。結果として、アレイ下の容積測定領域における解剖学的特徴を正確に示さない場合がある。例えば、同じ深さのポイントは、当該ポイントがトランスデューサから一定の範囲軌跡上には載らないので、当該投射について或る範囲の深さに及ぶように現われることになる。逆に、或る範囲の深さに及ぶ解剖学的構造は、単一の深さにあるように当該投射上に出現可能である。また、投射される画像は、トランスデューサから同じ一定の範囲軌跡に沿って存在する解剖学的構造を分解しないことがある。例えば、当該一定範囲軌跡の小さな部分しか占めない構造は、これも当該一定範囲軌跡上に存在する他の解剖学的構造により不明瞭なものとされることがある。
【０００８】
容積測定画像形成のための２次元アレイの使用は、沢山の利点があり、アレイを物理的にスキャンする必要性の欠如や真の３次元画像を提供する能力がある。結果として、１次元アレイを用いて得ることのできるものよりも２次元アレイを用いた方が超音波画像を迅速に得ることができる。しかしながら、２次元アレイにおけるトランスデューサ要素の数は、大きな視野を提供するためアレイのサイズ又はアパーチャを大きくしようとすると、非実用的な大なる数に増加してしまう。特に、１０，０００以上の要素を有するアレイの使用及びデザインにより生じる課題の幾つかは、用途特定集積回路のような適切な回路のデザイン、緊密にパックされた相当多くのトランスデューサ要素により生じる多大な熱量の管理、これら多数のトランスデューサ要素からの信号を超音波画像形成システムに結合するのに必要とされうるケーブルのサイズ、音響フラットネス条件、及び全体の組み立ての困難さである。これら難題の結果として、従来の２次元超音波アレイにおける要素の数は、一般的には約３，０００個の要素に限定されている。このため、従来の２次元超音波アレイは、比較的に小さい画像形成アパーチャを提供する。
【０００９】
従来の２次元アレイにより達成可能な比較的に小さい画像形成アパーチャは、その使用を、小さなアクセス領域の条件と、近距離場、すなわちアレイの面に近い浅い深さにおける割に小さな視野条件とを有する心臓病などの特定用途に限定したものとしている。これら比較的に小さいアパーチャのアレイは、送信され受信される超音波が発散方向に方向制御されることができるので、遠距離場において大きな視野にわたり画像形成をなすことができる。しかしながら、産科学の画像形成のような或る種の用途は、近距離場において比較的に大きな視野を画像形成することを必要とする。従来の２次元アレイは、前に示した理由のために、十分大きなアパーチャをこれら用途において有用なものとしない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、非実用的な多数のトランスデューサ要素を用いることなく近距離場における大きな視野を得ることのできる真の容積測定画像形成のための２次元超音波アレイの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の原理によれば、超音波画像形成システムは、超音波画像形成プローブと、通信リンクを介して当該プローブに接続される超音波信号パスと、ディスプレイとを含む。超音波画像形成プローブは、方位角方向において略平行か又は発散し、仰角方向において発散するビームを送信する。このビームパターンは、当該ビームを仰角方向において発散させるレンズにより又は仰角方向においてアレイの物理的湾曲により生じさせることが可能である。トランスデューサ要素のアレイは、方位角方向に延びる行と仰角方向に延びる列とを有する。超音波信号パスは、当該通信リンクを介して超音波画像形成プローブにおけるトランスデューサ要素に対して送信信号を供給し当該要素からの信号を受信する。超音波信号パスは、トランスデューサ要素から受信した信号を、超音波画像形成プローブ付近の容積測定領域における解剖学的構造の容積測定画像に対応する画像信号にするよう合成する。そしてこの容積測定画像は、ディスプレイに示される。画像形成プローブにおけるトランスデューサ要素は、１行若しくは１グループの行又は１列若しくは１グループの列から次のものへと段階的な態様でスキャンされるのが好ましい。画像形成プローブはまた、トランスデューサ要素のそれぞれのサブアレイに結合される複数のサブアレイビームフォーマを含むのが好ましい。サブアレイビームフォーマの各々は、超音波画像形成パスから受信された送信信号に応じてそれぞれのサブアレイにおけるトランスデューサ要素に送信信号を供給するよう動作する。サブアレイビームフォーマの各々はまた、発散ビームが近距離場において広範な視野をスキャンすることになるよう当該アレイの表面に対して非直交方向にビームを方向制御するよう動作する。そして、これらサブアレイの各々からの処理後の信号は、通信リンクを介して超音波画像形成パスに結合される複合受信信号となるよう合成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一例による超音波画像形成システム１０は、図１に示される。このシステム１０は、システム１０の電子回路の殆どを含むシャシ１２を含む。シャシ１２は、カート１４に取り付けられ、ディスプレイ１６は、シャシ１２に取り付けられる。画像形成プローブ２０は、ケーブル２２を介してシャシ１２上の３つのコネクタ２６のうちの１つに接続される。以下で詳細に説明するように、プローブ２０は、比較的少ない数のトランスデューサ要素を用いるものの近距離場において大きな視野を提供することができる２次元超音波画像形成アレイを含む。比較的少ない数のトランスデューサ要素の使用及び後述する他の技術により、ケーブル２２は、ケーブル２２が画像形成プローブ２０を容易に操作する機能を制限しないような比較的に薄いものとすることができる。但し、ケーブル２２以外の手段により信号が結合される場合でもシャシ１２にプローブ２０から結合されなければならない信号の数を大きく減らすという利点がある。例えば、無線ラジオ又は赤外線によりプローブ２０からシャシ１２へ信号が結合される場合、信号数の減少により、必要な無線チャネルの数及び／又は無線帯域幅が減る。
【００１３】
図１をさらに参照すると、シャシ１２は、ソノグラフ装置が超音波システム１０を動作させ患者又は行われている検査のタイプに関する情報を入力することを可能にするための、参照数字２８により包括的に示されるキーボード及びコントローラを含む。制御パネル２８の後部には、システム１０の動作を制御する際にキーボード及びコントローラ２８を補助するためにプログラマブルソフトキーが表示されるタッチスクリーンディスプレイ１８がある。
【００１４】
動作において、画像形成プローブ２０は、患者（図示せず）の皮膚にあてがって位置付けられ当該皮膚の下の容積測定領域における血液又は組織の画像を得るために固定されたままとされる。近距離場における画像形成プローブ２０の大きな視野は、システム２０を、容積測定画像形成が前は実用的ではなかった産科学のような特定の分野に対して特に有用なものとする。容積測定画像は、ディスプレイ１６に示され、これを２つのアクセサリ棚３０のうちの１つに設置されたレコーダ（図示せず）により記録することができる。システム１０は、テキスト及び画像を含むレポートを記録又は印刷してもよい。画像に対応するデータも、インターネット又はローカルエリアネットワークのような適切なデータリンクを通じてダウンロードされうる。ディスプレイに容積測定画像を示すために２次元プローブ２０を用いることに加えて、超音波画像形成システムは、プローブ２０を用いて他のタイプの画像を提供してもよく、他のタイプの画像を提供するために他のタイプのプローブ（図示せず）を受け入れてもよい。
【００１５】
図２には、超音波画像形成システム１０の電気的構成部が示されている。上述したように、超音波画像形成プローブ２０は、コネクタ２６のうちの１つにケーブル２２により結合され、これらコネクタは、従来のデザインの超音波信号パス４０に接続される。当業界においては良く知られているように、超音波信号パス４０は、プローブ２０に電気信号を結合する送信器（図示せず）と、超音波エコーに対応してプローブ２０から電気信号を受信する取込ユニット（図示せず）と、特定の深さからの戻りの絶縁又は血管を通じて流れる血液からの戻りの絶縁のような様々な機能を行うよう取込ユニットからの信号を処理する信号処理ユニット（図示せず）と、信号処理ユニットからの信号をディスプレイ１６による使用に適したものとするように変換するスキャンコンバータ（図示せず）とを含む。この例における処理ユニットは、様々なＢモード及びスペクトルドップラ容積測定画像を含むドップラ容積測定画像の生成のためにＢモード（構造）及びドップラ信号の双方を処理することができる。超音波信号パス４０はまた、上述したユニットの動作を制御するために処理ユニット５０とのインターフェースをとる制御モジュール４４を含む。超音波信号パス４０は、上述したものに加えて構成部を含むことができることは勿論であり、また、適切な例においては上述した構成部のうちの幾つかを省略することもできる。
【００１６】
処理ユニット５０は、幾つか挙げると、中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）５４、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）５６及び読出専用メモリ（「ＲＯＭ」）５８を含む多数の構成部を含む。当業界において良く知られているように、ＲＯＭ５８は、ＣＰＵ５４により実行される命令のプログラムの他、ＣＵＰ５４による使用のための初期データを記憶する。ＲＡＭ５６は、ＣＰＵ５４による使用のためのデータ及び命令の一時的記憶をなす。処理ユニット５０は、システム１０により得られる超音波画像に対応するデータのようなデータの永続的記憶のためのディスクドライブ６０のような大容量記憶装置とのインターフェースをとる。但し、このような画像データは、超音波信号パス４０と処理ユニット５０との間に延びる信号パス６６に結合される画像記憶装置６４に初期段階で記憶される。ディスクドライブ６０はまた、呼び出しを受け様々な超音波検査を経るようソノグラフ装置を導くよう始動させられることのできるプロトコルを記憶するのが好ましい。
【００１７】
処理ユニット５０はまた、キーボード及びコントローラ２８とインターフェースをとる。キーボード及びコントローラ２８はまた、超音波システム１０が検査の終わりに自動発生レポートを生成するようにソノグラフ装置により操作されてもよい。処理ユニット５０は、テキスト及び１つ又は複数の画像を含むレポートを印刷するレポートプリンタ８０とインターフェースをとるのが好ましい。プリンタ８０により提供されるレポートのタイプは、特定プロトコルの実行により行われた超音波検査のタイプによる。最後に、上述したように、画像に対応するデータは、ネットワーク７４又はモデム７６のような適切なデータリンクを通じて臨床情報システム７０又は他の装置にダウンロードすることができる。
【００１８】
図３には、システム１０に用いられる超音波画像形成プローブ２０の一例が示される。勿論、プローブ２０は、システム１０以外のシステムにも用いてもよい。画像形成プローブ２０は、方位角「Ａ」及び仰角「Ｅ」の視野においても平面図においても矩形な基部１００を含む。基部１００は、一般的に、トランスデューサアレイの後部から発する反響を減衰するための音響基材を含むことになる。基部１００上に位置付けられているのは、平面図において、また仰角方向に沿って見たときに矩形である一方、方位角方向に沿って見たときには湾曲しているアレイ部１０４である。アレイ部１０４は、仰角方向において外側に湾曲又は弓なりになり、方位角方向では平坦なアレイ面１０８を有する。参照数字１１０により包括的に示される複数のトランスデューサ要素は、アレイ面１０８上に配置されている。トランスデューサ要素１１０は、方位角方向に延びる行及び仰角方向に延びる列に当該アレイ面上に配置される。
【００１９】
プローブ２０は、湾曲したマトリクスアレイ製造技術を用いて構成可能である。例えば、１つの例は、フリップチップアレイ構成において間引きし傾斜させ湾曲させる用途特定の集積回路を共に含む。他の例は、柔軟性のある補間器にトランスデューサ要素のアレイを組み付けその後に当該補間器を埋設された相互接続部により湾曲基部ブロックに取り付けることである。米国特許第６，０４３，５９０（Gilmore）に知られたもののような他の技術を用いてもよい。
【００２０】
次に、図４を参照して、超音波画像形成プローブ２０の動作及びその音響パターンを説明する。動作において、同じ方位角の位置におけるトランスデューサ要素１１０の１つ又は複数の列は、最初に、超音波信号を送信し超音波エコーを受信することによりスキャンされる。例えば、端部列１１２におけるトランスデューサ要素１１０の全てが最初にスキャン可能である。或いは、端部列１１２におけるトランスデューサ要素１１０と列１１２に隣接したＮ個の列におけるトランスデューサ要素１１０が最初にスキャンされる。そしてスキャンは、段階的な態様で方位角方向に、仰角方向に延びる１つの列又は１組の列における要素１１０から次の列又は次の組の列へと進む。以下により詳しく説明するように、遅延ユニット（図４には示されない）は、選択された方向及び選択された深さで仰角及び／又は方位角において送信され受信される超音波を焦点合わせするようトランスデューサ要素１１０の各々に対して結合される電気的信号を遅延するように用いられる。画像形成プローブ２０の一例において、これら遅延ユニットは、送信され受信される超音波のビームを方向制御するために用いられない。その代わり、方位角方向におけるスキャンは、専ら、列毎に１列又は１組の列をステップ進行させることにより進む。プローブ２０の他の例において、仰角方向におけるスキャンは、列毎にステップ進行することにより進むが、遅延ユニットは、送信され受信される超音波が仰角方向にプローブ２０から延びるように画像面１０８の端部において方向制御される。図４に示される音響パターン１２０は、この例を用いてプローブ２０により作られる。プローブ２０のまたさらに他の例において、遅延ユニットは、送信され受信される超音波を方位角方向及び仰角方向に方向制御するように用いられる。この態様で超音波を方向制御することにより、方位角方向及び仰角方向の双方において視野を拡大させることになり、これは産科学の画像形成において重要である。かかる方向制御は、画像形成システム１０が、当業界においては良く知られているようなスペックルのアーチファクトを減少するよう空間合成をなすことを許容することができる。他の例を用いてもよい。
【００２１】
方位角方向における列から列へのスキャンからのステップ進行の代替えとして、仰角方向における行から行へのステップ進行によりスキャンを遂行させることができる。この方策を用いて、同じ仰角位置におけるトランスデューサ１１０の１つ又は複数の行は、超音波信号を送信し超音波エコーを受信することにより最初にスキャンされる。例えば、端部行１２２におけるトランスデューサ要素１１０の全てを最初にスキャン可能である。或いは、端部行１２２におけるトランスデューサ要素１１０及び行１２２に隣接したＮ行におけるトランスデューサ要素１１０が最初にスキャンされる。そして、スキャンは、段階的な態様で仰角方向において１つの行から次の行へと進む。前例のように、アレイトランスデューサによりスキャンされる視野を拡大させるために、仰角、方位角又はこれら双方におけるアレイのエッジにおいて軸外れ（アレイ面とは非直交）となる角度でビームを方向制御することができる。
【００２２】
方位角方向におけるトランスデューサ要素１１０の数は、近距離において所望される解像度及び所望視野のサイズによるものとなる。かなり多数のトランスデューサ要素１１０は、産科学の画像形成のような特定の用途のための適切な視野を提供することが求められる場合がある。但し、仰角方向においては、比較的に少数のトランスデューサ要素１１０しか必要とされない。これは、仰角方向におけるアレイ面１２０の湾曲により、トランスデューサ要素１１０がその方向において円弧において異なる角度増加で面するようにさせられるからである。結果として、図４に示される音響パターン１２０は、仰角方向における比較的少数のトランスデューサ要素の使用にもかかわらず仰角方向において長い距離にわたり延びるものでもある。したがって、結果として得られる音響パターン１２０は、同数のトランスデューサ要素を有する従来の平坦な２次元アレイに対して非常に大きなアパーチャを有する。必要に応じて、仰角方向における視野のサイズを大きくするよう、送信され受信される超音波を仰角方向において軸外れになるよう遅延要素を方向制御するように用いることができる。
【００２３】
図５には、超音波画像形成プローブ２０の電気的構成部が概略的に描かれている。プローブ２０は、トランスデューサ要素１１０だけでなくサブアレイビームフォーマ１３０も含んでいる。サブアレイビームフォーマ１３０は、トランスデューサ要素１１０のサブアレイについてビーム形成動作を行う。ビーム形成動作は、受信した信号を遅延させその後にその遅延した信号を複合信号に合成することによりそれぞれのサブアレイビームフォーマ１３０においてトランスデューサ要素１１０から受信した信号に対して行われる。システム１０における超音波信号パス（図２）は、その後、サブアレイビームフォーマ１３０の各々から受信される複合信号からさらにビーム形成を行う。結果として、プローブ２０からシャシ１２（図１）へ結合されなければならない信号の数、したがってケーブル２２の厚さは、仰角方向に及ぶようプローブ２０において比較的に少ない数のトランスデューサ要素１１０を用いることにより既に達成されている減少からさらに減少される。
【００２４】
図５に示される超音波画像形成プローブ２０は、トランスデューサ要素のサブアレイ毎にそれぞれのサブアレイビームフォーマ１３０を用いるが、画像形成プローブ２０の他の例においては、対応するサブアレイビームフォーマ１３０は、同時にアクティブとなるサブアレイの各々についてのみ設けられる。各サブアレイにおけるアクティブなトランスデューサ要素１１０は、その後にサブアレイビームフォーマの対応するものと多重化されることが可能である。各サブアレイビームフォーマ１３０を複数のサブアレイとインターフェースをとらせることにより、マルチプレクサ及びマルチプレクサ制御回路を追加することを犠牲にしても、サブアレイビームフォーマ１３０の数を減らすことができる。
【００２５】
図６には、サブアレイビームフォーマ１３０の１つが詳しく示されている。ビームフォーマ１３０の各々は、仰角方向に延びるＭ個のトランスデューサ要素と方位角方向に延びるＮ個のトランスデューサ要素とを含むトランスデューサ要素１１０のサブアレイ１３２を補助する。超音波信号パス４０は、送信超音波をプローブ２０へ送信し、これが前述した送信遅延ユニット１５０により受信される。超音波信号パスは、遅延情報をサブアレイビームフォーマへ送るようにしてもよい。送信遅延ユニット１５０は、要素１１０により送信された超音波を選択された深さに焦点合わせし、オプションとして方位角方向及び仰角方向のいずれか又は双方において当該送信超音波を方向制御するようそれぞれの遅延値だけ送信波形を遅延する。結果として得られる遅延された信号は、バス１５２を介してマルチチャネル送信増幅器１５４に結合される。これら遅延された信号は、増幅器１５４によりブーストされ、バス１５６を介してそれぞれのトランスデューサ要素１１０に供給される。
【００２６】
それぞれのトランスデューサ要素により受信される音響エコーに対応する電子信号は、その後、マルチチャネル受信増幅器１６４にバス１６０を介して結合される。比較的低レベルの信号の振幅は、受信増幅器１６４により増加させられ、バス１６８を介してこれも前述した受信遅延ユニット１７０に供給される。受信遅延ユニット１７０の１つは、対応のトランスデューサ要素１１０から受信される信号毎に設けられる。受信遅延ユニット１７０は、増幅された受信信号を遅らせて当該受信超音波を選択した深さに焦点合わせする。受信遅延ユニット１７０は、方位角方向及び仰角方向のいずれか又は双方において受信超音波を方向制御するようにしてもよい。遅延された受信信号はバス１７４を介して加算回路１７６に結合され、当該回路は、受信遅延ユニット１７０からの信号を合計し、トランスデューサ要素のサブアレイから１つの複合信号を生成する。瞬時複合信号は、選択された深さ及び位置から受信される超音波を示すものである。選択される位置は、サブアレイ１３２の中心の下とすることができ、或いは、受信遅延ユニットが方位角又は仰角の方向制御を行う場合は、選択された位置をサブアレイ１３２の中心の下からのオフセットにすることができる。
【００２７】
以上、本発明を開示の例に基づいて説明したが、当業者であれば、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく形態及び詳細において変更をなすことができることが分かる筈である。例えば、超音波画像形成プローブ２０の方向についての関係を方位角及び仰角方向について説明したが、これらの割り当ては或る意味任意なものであることが分かる筈である。プローブ２０は、例えば、仰角方向において平坦であり方位角方向においては外側に湾曲したものと考えられる。また、トランスデューサ要素１１０は、方位角方向に延びる行と仰角方向に延びる列とに配列されるものとして説明したが、この説明は任意であり、当該行及び列は、それぞれ仰角方向及び方位角方向に配列されると考えられる。このような変形は、通常の当業者のスキルの内で十分なものである。したがって、本発明は、添付の請求項によるものを除いて限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一例による超音波画像形成システムの等角図。
【図２】図１の超音波画像形成システムに用いられる電気的構成部のブロック図。
【図３】図１及び図２の画像形成システムに用いられることの可能な本発明の一例による超音波画像形成プローブの等角図。
【図４】図３の超音波画像形成プローブのその音響信号パターンを示す等角図。
【図５】図３の超音波画像形成プローブに用いられる電気的構成部の一例の概略図。
【図６】本発明の一例による図４の超音波画像形成プローブに用いられるサブアレイビームフォーマのうちの１つのブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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