(57)【要約】  関心領域８２を含むボリューム領域を撮像するための超音波システム１００は、該ボリューム領域に対して超音波ビームを送信すると共に戻りエコー信号を受信するように構成されたＣＭＵＴトランスジューサのアレイ１４を有するプローブと、該アレイに結合され、超音波ビーム送信を制御すると共に前記ボリューム領域の超音波画像データを供給するように構成されたビーム成形器６４と、該ビーム成形器に結合されると共に前記ＣＭＵＴトランスジューサの駆動パルス特性を変化させるように構成されたトランスジューサコントローラ６２と、前記超音波画像データに基づいて関心領域の識別を可能にする関心領域識別器７２と、ＲＯＩの識別に応答し、受信信号の減衰の深度変化に基づいてプローブとＲＯＩとの間の減衰組織型を検出するように構成されたビーム経路分析器７３とを有し、前記トランスジューサコントローラは、更に、前記減衰組織型の検出に基づいて駆動パルス特性の少なくとも１つのパラメータを変化させるように構成される。
2019532750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心領域を有するボリューム領域を撮像するための超音波システムであって、
前記ボリューム領域にわって超音波ビームを送信すると共に戻りエコー信号を受信するＣＭＵＴトランスジューサのアレイと、
前記アレイに結合され、超音波ビーム送信を制御すると共に前記ボリューム領域の超音波画像データを供給するビーム成形器と、
前記ビーム成形器に結合され、前記ＣＭＵＴトランスジューサの駆動パルス特性を変化させるトランスジューサコントローラと、
前記超音波画像データに基づいて前記関心領域の識別を可能にする関心領域識別器であって、前記ボリューム領域内の前記関心領域を示す識別データを発生する関心領域識別器と、
前記識別データに応答すると共に前記ビーム成形器に結合されるビーム経路分析器であって、前記アレイと前記関心領域との間における減衰組織型を、受信される前記エコー信号の減衰の深度変化に基づいて検出するビーム経路分析器と、
を有し、
前記トランスジューサコントローラが、前記減衰組織型の検出に基づいて前記駆動パルス特性の少なくとも１つのパラメータを調整する、
超音波システム。
【請求項２】
前記ＣＭＵＴトランスジューサのアレイを備えたプローブを更に有する、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項３】
前記減衰組織型が第１減衰係数を示す血液及び第２減衰係数を示す軟組織を含み、前記第２減衰係数が前記第１減衰係数より大きい、請求項１又は請求項２に記載の超音波システム。
【請求項４】
前記駆動パルス特性の前記少なくとも１つのパラメータが、超音波ビーム周波数又は前記ＣＭＵＴトランスジューサに印加されるＤＣバイアス電圧である、請求項３に記載の超音波システム。
【請求項５】
前記ビーム経路分析器が前記アレイと前記関心領域との間において血液を検出した場合、前記トランスジューサコントローラは前記超音波ビーム周波数を第１周波数から該第１周波数より高い第２周波数に変更し、前記第１周波数が前記軟組織の撮像のための最適周波数である、請求項４に記載の超音波システム。
【請求項６】
前記トランスジューサコントローラは、前記駆動パルス特性の第２パラメータを調整し、該第２パラメータがデューティー比である、請求項４又は請求項５に記載の超音波システム。
【請求項７】
前記ビーム経路分析器が前記アレイと前記関心領域との間において血液を検出した場合に、前記トランスジューサコントローラは前記超音波ビーム周波数を第１周波数から該第１周波数より高い第２周波数に変更すると共に、第１デューティー比を該第１デューティー比より高い第２デューティー比に変更し、前記第１周波数及び前記第１デューティー比が前記軟組織の撮像のための最適な駆動パルス特性である、請求項６に記載の超音波システム。
【請求項８】
前記トランスジューサコントローラが、前記関心領域内に送信される超音波ビームに対してのみ前記駆動パルス特性の少なくとも１つのパラメータを調整する、請求項１ないし７の何れか一項に記載の超音波システム。
【請求項９】
前記ビーム成形器が、前記ボリューム領域内では相対的に低い空間解像度を、前記関心領域内では相対的に高い空間解像度を有する超音波画像データを供給する、請求項８に記載の超音波システム。
【請求項１０】
前記超音波画像データに応答し、該超音波画像データに基づいて超音波画像を生成する画像プロセッサを更に有し、該画像プロセッサが、前記低い空間解像度のデータに基づいて前記ボリューム領域のワイドビューを、前記高い空間解像度のデータに基づいて前記関心領域の詳細ビューを生成する、請求項９に記載の超音波システム。
【請求項１１】
前記画像プロセッサに結合され、前記ボリューム領域の前記ワイドビュー及び前記関心領域の前記詳細ビューの両方を表示する画像ディスプレイを更に有する、請求項１０に記載の超音波システム。
【請求項１２】
前記関心領域識別器に結合されるユーザインターフェースであって、前記ボリューム領域内の前記関心領域の手動選択に応答するユーザインターフェースを更に有する、請求項１１に記載の超音波システム。
【請求項１３】
前記ビーム経路分析器が、更に、前記プローブに接触する血液を有する血液プールの範囲を計算する、請求項５又は請求項７に記載の超音波システム。
【請求項１４】
前記第２周波数及び／又は前記第２デューティー比が前記血液プールの範囲により定められる値を有する、請求項１３に記載の超音波システム。
【請求項１５】
前記プローブがカテーテルである、請求項２に記載の超音波システム。
【請求項１６】
関心領域を有するボリューム領域の可変周波数超音波撮像を行う方法であって、
ＣＭＵＴトランスジューサのアレイにより軟組織撮像のための最適な駆動パルス特性を有する超音波ビームを前記ボリューム領域にわたりステアリングするステップと、
前記ボリューム領域の前記最適な駆動パルス特性に対応する受信エコー信号に基づいて超音波画像データを供給するステップと、
前記ボリューム領域内の前記超音波画像データにおいて前記関心領域を示す識別データを発生するステップと、
前記識別データ及び前記受信エコー信号の減衰の深度変化を分析すると共に、前記アレイと前記関心領域との間における減衰組織型を更に検出するステップと、
前記減衰組織型の検出に基づいて前記駆動パルス特性の少なくとも１つのパラメータを変化させるステップと、
を有する、方法。
【請求項１７】
前記減衰組織型は血液であり、前記分析するステップが前記アレイを収容したプローブと接触する血液を有する血液プールの範囲を計算するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関心領域を含むボリューム領域を撮像するための超音波システムであって、ボリューム領域に対して超音波ビームを送信すると共に戻りエコー信号を受信するように構成されたＣＭＵＴトランスジューサのアレイと；該アレイに結合され、超音波ビーム送信を制御すると共にボリューム領域の超音波画像データを供給するように構成されたビーム成形器（ビームフォーマ）と；該ビーム成形器に結合され、ＣＭＵＴトランスジューサの駆動パルス特性を変化させるように構成されたトランスジューサコントローラと；超音波画像データに基づいて関心領域の識別を可能にする関心領域（ＲＯＩ）識別器と；を有し、該識別器がボリューム領域内の関心領域を示す識別データを発生するように構成された超音波システムに関する。
【０００２】
本発明は、更に、このような超音波システムを用いてボリューム領域の可変周波数超音波撮像を行う方法にも関する。
【背景技術】
【０００３】
ＣＭＵＴトランスジューサアレイを備えた超音波撮像システムは、国際特許出願公開第2015028314号から既知である。このプローブは、以下のモードの何れかで動作するように構成されたＣＭＵＴセルを備えたアレイを有している。即ち、ＤＣバイアス電圧が、ＣＭＵＴセルの動作の間においてセルのＣＭＵＴ膜をセル床部（セルフロア）上で自由に振動するように設定する従来モード；及びＤＣバイアス電圧が、ＣＭＵＴセルの動作の間においてセルのＣＭＵＴ膜がセルフロアに倒れ込むように設定するつぶれモード；である。つぶれモードでの動作の間におけるＤＣバイアス電圧の増加はＣＭＵＴセルの周波数応答の中心周波数の増加を生じさせる一方、つぶれモードでの動作の間におけるＤＣバイアス電圧の減少はＣＭＵＴセルの周波数応答の中心周波数の減少を生じさせる。ＤＣバイアス電圧は、異なる臨床的応用のために身体のボリューム領域が撮像される周波数に依存して選択することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＣＭＵＴ技術の見通しを更に利用することによりボリューム内の関心領域の高解像度撮像を可能にする新たな撮像技術に対する需要が存在する。
【０００５】
本発明の目的は、超音波撮像の改善された能力を可能にする超音波システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明によれば、前記識別データに応答すると共に前記ビーム成形器（ビームフォーマ）に結合され、前記ＣＭＵＴアレイと前記ＲＯＩ（関心領域）との間における減衰組織型を前記受信される信号の減衰の深度変化に基づいて検出するように構成されたビーム経路分析器を設け、前記トランスジューサ周波数コントローラが、更に、前記減衰組織型の検出に基づいて前記駆動パルス特性の少なくとも１つのパラメータを調整するように構成されることにより達成される。
【０００７】
本発明は、撮像される組織型に依存してＣＭＵＴアレイに使用される最適駆動スキームを動作中に適応させることを可能にするような新たな撮像技術を提供するために、ＣＭＵＴトランスジューサの駆動パルス特性の俊敏性を用いる。ＲＯＩが識別されたなら、該ビーム経路分析器は、アレイにより受信されるエコー信号の減衰及び該減衰の深度に伴う変化を分析する。異なる組織は、超音波伝搬に対して異なる散乱及び吸収特性を示し、このことは、その伝搬深度に伴う異なる超音波減衰として現れる。特定の組織型を検出したら、本発明の超音波システムは、駆動パルス特性を、該検出された組織型に適した最適撮像条件に従って調整することができる。
【０００８】
検出可能な減衰組織型は血液及び軟組織であり得る。血液の散乱特性は、軟組織の特性とは大幅に相違する。血液は、音響波の最も低い減衰（身体内に含まれる組織型の中の）の１つを示す。血液の減衰係数は約０.１４〜０.２dB/(MHzxcm)であり、従って、所与の距離に沿って伝搬する音響波の振幅は、同一の距離に沿う如何なる他の軟組織における該波の伝搬と比較しても一層小さな減少しか生じない。この結果、血液プール及び他の軟組織を介して進行する場合、受信エコー信号の減衰勾配の間には明確な差が生じる。この勾配の差は、前記経路分析器により検出することができる。
【０００９】
一実施態様において、前記駆動パルス特性の前記少なくとも１つのパラメータは、超音波ビーム周波数又は前記ＣＭＵＴトランスジューサに印加されるバイアス電圧である。
【００１０】
この実施態様は、吸収係数の周波数に伴う線形スケーリングを、該吸収を生じた組織型に関する当該システムにより得られた知識と組み合わせる。このことは、当該システムがＲＯＩを含む超音波画像の空間解像度を送信超音波ビームの周波数を変化させることにより改善することを可能にする。印加されるバイアス電圧の値は、トランスジューサの動作周波数のみならず、該トランスジューサの帯域幅を調整することも可能にし、最適撮像条件を定める際の一層大きな柔軟性を提供する。
【００１１】
他の実施態様において、前記ビーム経路分析器が前記アレイ又は該アレイを収容するプローブと前記ＲＯＩとの間において血液を検出した場合、前記トランスジューサコントローラは当該超音波周波数を第１周波数から該第１周波数より高い第２周波数に変更し、前記第１周波数は前記軟組織の撮像のための最適周波数である。
【００１２】
血液は音響波を軟組織より少なくしか減衰させないので、前記第２周波数の超音波ビームは、同一の周波数の超音波ビームが軟組織を介して進行するのと比較して、血液中を振幅が閾値（ノイズレベルにより定まる）まで減少するまでに一層長い距離を進行する。従って、この実施態様は、侵入深度を略同一の値に保つことにより、取得される超音波画像の空間解像度を増加させる機会を提供する。
【００１３】
更に他の実施態様において、前記トランスジューサコントローラは、更に、前記駆動パルス特性の第２パラメータを変化させるように構成され、該第２パラメータはデューティー比（duty factor）である。
【００１４】
撮像特性に影響を与え得る他の駆動パルス特性はデューティー比であり、該デューティー比は当該駆動パルスのサイクルの数により特徴付けられる。デューティー比はパーセンテージで測定され、パルス期間の間において発生する能動的送信（サイクル）の比を定める。デューティー比が高いほど、一層多くのサイクルが所与の駆動パルス期間の間に使用され、結果として一層高い音響エネルギが組織内に送信される。従って、より高いデューティー比は、結果として超音波ビームの一層大きな侵入深度を生じる。
【００１５】
他の実施態様において、前記ビーム経路分析器が前記アレイ又はプローブと前記関心領域との間において血液を検出した場合に、前記トランスジューサコントローラは前記超音波周波数を第１周波数から該第１周波数より高い第２周波数に変更すると共に、第１デューティー比を該第１デューティー比より高い第２デューティー比に変更し、前記第１周波数及び前記第１デューティー比は前記軟組織の撮像のための最適な駆動パルス特性である。
【００１６】
この実施態様は、アレイ（プローブ）からＲＯＩ位置までの所与のビーム経路のための最適な画像周波数及び最適なデューティー比の選択という利点を組み合わせるもので、取得される超音波画像の改善された画像解像度を提供する。より高い超音波周波数を持つパルスに対して使用されるデューティー比の増加は、当該超音波プローブの侵入深度を改善する。
【００１７】
更に続く実施態様において、前記トランスジューサコントローラは、前記ＲＯＩ内に送信される超音波ビームに対してのみ前記駆動パルス特性の少なくとも１つのパラメータを調整するように構成される。
【００１８】
この実施態様は、前記ボリューム領域のうちの前記ＲＯＩが位置される部分におけるビーム周波数を増加させる可能性をもたらし、これにより、異なる侵入深度及び空間解像度の領域を持つボリュームの超音波画像を取得する際にユーザに更なる柔軟性を提供する。
【００１９】
一実施態様において、前記ビーム成形器は、前記ボリューム領域内では相対的に低い空間解像度を、前記関心領域内では相対的に高い空間解像度を有する超音波画像データを供給する。
【００２０】
この実施態様において、関心領域に対して送信されるビームの周波数の増加は、ビーム成形器が、該ＲＯＩから生じる一層高い周波数のエコー信号を受信することを（従って、識別されたＲＯＩの一層高い解像度の超音波データを供給することを）可能にする。従来技術のシステムと比較して、本発明の超音波システムは、超音波スキャンの間においてボリューム領域に関する一層詳細な超音波情報を受信するために最適な超音波ビーム駆動条件を設定することができる。
【００２１】
他の実施態様においては、画像プロセッサは、前記低い空間解像度のデータに基づいて前記ボリューム領域のワイドビューを生成し、前記高い空間解像度のデータに基づいて前記関心領域の詳細ビューを生成する。
【００２２】
音響波の減衰は、周波数の増加に伴い増加する。従って、ボリューム領域のワイドビューを大きな侵入深度であるが低い空間解像度で生成し、当該ＲＯＩを撮像することができる該ワイドビュー内の詳細視野を一層高い解像度で生成することが有益であろう。本発明の利点は、両視野を単一の超音波スキャンの間において同一のＣＭＵＴトランスジューサアレイを用いて生成することができることである。
【００２３】
他の実施態様において、当該超音波システムは、前記画像プロセッサに結合され、前記ボリューム領域の前記ワイドビュー及び前記関心領域の前記詳細ビューの両方を表示する画像ディスプレイを更に有する。両視野はユーザに対して、互いに隣り合って別個の超音波画像として、又は空間的に位置合わせされて１つの超音波画像として表示することができる。
【００２４】
更に他の実施態様において、当該超音波システムは、前記ＲＯＩ識別器に結合され、前記ボリューム領域内の前記ＲＯＩの手動選択に応答するユーザインターフェースを更に有する。
【００２５】
この構成は、ユーザに前記ＲＯＩ識別器により識別されるべきＲＯＩを手動で選択する機会を提供する。オプションとして、該ユーザインターフェースは周波数制御部にも結合することができ、かくして、ユーザが前記ボリューム領域内及び前記関心領域内において対応してステアリングされるビームの相対的に低い及び高い周波数を選択することもできるようにする。
【００２６】
他の実施態様において、前記アレイは二次元アレイ又は一次元アレイである。
【００２７】
アレイのデザインに依存して、当該超音波システムは前記ボリューム領域の三次元超音波画像又は二次元超音波画像（２Ｄスライス）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の原理によるボリューム領域の撮像のための超音波システムを示す。
【図２】図２は、ＤＣバイアス電圧により制御されると共にrf駆動信号により駆動されるＣＭＵＴセルを示す。
【図３ａ】図３ａは、本発明の実施化例に適用されるつぶれモードＣＭＵＴ動作の原理を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明の実施化例に適用されるつぶれモードＣＭＵＴ動作の原理を示す。
【図３ｃ】図３ｃは、本発明の実施化例に適用されるつぶれモードＣＭＵＴ動作の原理を示す。
【図３ｄ】図３ｄは、本発明の実施化例に適用されるつぶれモードＣＭＵＴ動作の原理を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、ＣＭＵＴの典型的特性である音響応答を周波数の関数として示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ＣＭＵＴの典型的特性である動作周波数及び帯域幅をバイアス電圧の関数として示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、ＣＭＵＴの典型的特性である感度及びパルス長をバイアス電圧の関数として示す。
【図５Ａ】図５Ａは、体腔内撮像に適したプローブの可能性のある応用例を前方視心臓内撮像に関して示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、体腔内撮像に適したプローブの可能性のある応用例を側方視撮像に関して示す。
【図６Ａ】図６Ａは、減衰深度変化の推定のために使用されるエコー信号受信を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、所与の周波数における所与の組織セグメントに関する信号振幅の深さに伴う減少（減衰）を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、異なる周波数を有し同一の領域を通過する２つの超音波ビームに関する減衰深度変化の比較を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、ボリューム領域に対して移動されるように構成された超音波プローブを用いた、可変駆動パルス特性によるボリューム領域の走査を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ボリューム領域に対して移動されるように構成された超音波プローブを用いた、可変駆動パルス特性によるボリューム領域の走査を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、ボリューム領域の超音波画像の表示を、関心領域の詳細ビューを有する該ボリューム領域の広視野ビューと一緒に示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ボリューム領域の超音波画像の表示を、関心領域の詳細ビューを有する該ボリューム領域の広視野ビューと一緒に示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、ボリューム領域の超音波画像の表示を、関心領域の詳細ビューを有する該ボリューム領域の広視野ビューと一緒に示す。
【図９】図９は、本発明の異なる駆動パルス特性画像取得の基本原理のワークフローを示す。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施態様による異なる駆動パルス特性画像取得のワークフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明の原理によるボリューム領域の可変周波数撮像のための超音波システム１００を概略的且つ例示的に示す。プローブ１０は、つぶれモード（collapsed mode）での動作に適した容量性微細加工超音波トランスジューサ（ＣＭＵＴ）のアレイ１４を有している。このアレイ１４は、二次元又は一次元アレイとすることができる。当該プローブは、如何なる超音波プローブタイプのもの、即ち、通常の超音波診断プローブ、介入治療用超音波プローブ又は長期間にわたり患者に付着されるのに適した低プロファイル超音波プローブ（パッチ）とすることができる。
【００３０】
当該アレイのＣＭＵＴは、ボリューム的視野（図５）にわたって超音波ビームを送信すると共に、該送信されたビームに応答したエコーを受信する。トランスジューサアレイ１４のトランスジューサはビーム成形器（ビームフォーマ）６４に結合され、該ビーム成形器はトランスジューサアレイ１４のＣＭＵＴにより送信される超音波ビームのステアリングを制御する。該ビーム成形器は、更に、当該トランスジューサにより受信されたエコーをビーム成形する。ビームは、トランスジューサアレイ１４から真っ直ぐ前方に（トランスジューサアレイ１４に対し垂直に）ステアリングし、又は一層大きな視野のために異なる角度でステアリングすることができる。オプションとして、当該超音波システムは、各々が個別のトランスジューサのグループをビーム成形器６４に結合する複数のマイクロビーム成形器（図示略）を有することもできる。斯かるマイクロビーム成形器は、トランスジューサの各グループからの信号を部分的にビーム成形し、これにより、当該プローブ及び主取得システムを結合する信号チャンネルの量を低減する。該マイクロビーム成形器は、好ましくは集積回路の形で作製され、プローブ１０のハウジング内の当該トランスジューサアレイの近傍に配置される。プローブ１０は位置センサ５２を更に含むことができ、該位置センサはプローブ１０の位置を示す信号をトランスジューサ位置検出器５４に供給する。センサ５２は、磁気センサ、電磁センサ、ラジオ周波数センサ、赤外線センサ又は他のタイプのセンサとすることができる。
【００３１】
各マイクロビーム成形器により生成された部分的にビーム成形された信号はビーム成形器６４に供給され、個々のトランスジューサグループからの部分的にビーム成形された信号は完全にビーム成形された信号へと組み合わされる。当該超音波システム１００は、更に、ＣＭＵＴアレイ１４及びビーム成形器６４（又は、オプションとして、複数のマイクロビーム成形器）に結合されたトランスジューサコントローラ６２を有する。トランスジューサコントローラ６２は、当該ＣＭＵＴトランスジューサの動作周波数及びデューティー比等の駆動パルス特性を制御する。上記の完全にビーム成形された信号（即ち、当該ビームに沿うエコー信号）は、超音波画像データを表すもので、信号プロセッサ６６によって、フィルタ処理、振幅検出、ドプラ信号検出及び他の処理により処理される。当該超音波データは、次いで、画像プロセッサ６８により当該アレイ又はプローブの座標系（例えば、ｒ，θ，φ）における超音波画像信号へと処理される。これら超音波画像信号は、更に、グラフィックプロセッサ７４により所望の超音波画像フォーマット（例えば、ｘ，ｙ，ｚデカルト座標）に変換し、ディスプレイ１８上に表示することができる。
【００３２】
関心領域識別器７２は、前記ビーム成形器により供給される超音波画像データに基づいて関心領域の識別を可能にする。関心領域識別器７２は、ボリューム的視野１３１内の関心領域（ＲＯＩ）８２’を示す識別データを発生するように構成される。該識別データは、該識別データに応答すると共に前記ビーム成形器に結合されたビーム経路分析器７３の入力端に供給される。ビーム経路分析器７３は、ＲＯＩの識別された位置と当該プローブ（プローブの遠端）との間の経路に沿って受信されたエコー信号を分析する。これらの受信された信号の減衰の深度変化に基づいて、該分析器は当該プローブ（又はアレイ）とＲＯＩとの間に位置する組織型を検出及び区別することができる。当該アレイは当該プローブ内に取り付けられているので、ＲＯＩと該アレイとの間の組織型の検出結果はＲＯＩと該プローブとの間におけるものと同一である。ビーム経路分析器７３及びＲＯＩ識別器７２の両者は、１つの画像分析ユニット７０の一部とすることができる。当該超音波撮像システム１００は、ユーザインターフェース３８により制御することができる。特に、ユーザインターフェース３８はＲＯＩ識別器７２に又は直接画像分析ユニット７０に接続することができ、ディスプレイ１８上に表示される超音波画像に基づいてＲＯＩ８２’の手動選択を可能にする。
【００３３】
本発明の実施態様のうちの一つによれば、当該超音波システムの撮像周波数の変化は、つぶれモードで動作するように構成されたＣＭＵＴトランスジューサを用いてもたらされる。ＣＭＵＴ技術は、バイアス電圧を変化させることにより撮像周波数の調整を可能にする。この周波数範囲は広い範囲にわたり広がり、このような範囲に加えて、各周波数においては相当の部分が１００％に近いような帯域幅も存在する。この大きな周波数変化可能性は、広範囲の侵入度及び解像度にわたる撮像を可能にする。
【００３４】
本発明のＣＭＵＴトランスジューサアレイ１４は、複数のＣＭＵＴセル（トランスジューサ）を有する。各ＣＭＵＴセル１０３は、典型的に、間にギャップ又は空洞１１８を伴ってシリコン基板１１２上に懸架された可撓性の膜体又はダイヤフラム（振動板）１１４を有する。上部電極１２０は、ダイヤフラム１１４上に配置され、該ダイヤフラムと一緒に運動する。底部電極は、この例では、基板１１２の上側表面上の当該セルのフロア（床部）上に配置される。電極１２０を膜体１１４内に埋め込むことができ、又は該電極を膜体１１４上に追加の層として堆積することができる等の、該電極１２０のデザインの他の実現例も考えられる。本例において、底部電極１２２は、限定するものでない例として、円形に構成されて基板層１１２内に埋め込まれる。底部電極１２２がギャップ１１８に直に露出される又は上部電極１２０と該底部電極１２２との間の短絡を防止するためにギャップ１１８から電気絶縁層若しくは薄膜により分離される等の、例えば基板層１１２上における当該底部電極１２２の他の好適な構成（例えば、他の電極形状及び他の配置）も考えられる。更に、膜体層１１４は、基板層１１２の上面に対して固定され、該膜体層１１４と基板層１１２との間に球状又は円柱状の空洞１１８を画定するように構成及び寸法決めされる。疑義を回避するために、図２において底部電極１２２は限定するものでない例として接地されていることに注意されたい。例えば、接地された上部電極１２０又は上部電極１２０及び底部電極１２２の両方がフローティング状態である等の他の構成も、勿論、同様に可能である。
【００３５】
セル１０３及び該セルの空洞１１８は他の幾何学構造を呈することもできる。例えば、空洞１１８は、長方形若しくは正方形断面、六角形断面、楕円形断面又は不規則断面を呈することができる。本明細書において、ＣＭＵＴセル１０３の直径に対する言及は、該セルの最大横方向寸法として理解されるべきである。
【００３６】
底部電極１２２は、空洞に面する表面を追加の層（図示略）により絶縁することができる。好ましい電気絶縁層は基板電極１２２上及び膜体電極１２０下に形成される酸化膜窒化膜酸化膜（ＯＮＯ）誘電体層であるが、この層に関しては如何なる電気絶縁材料を考えることもできると理解されるべきである。ＯＮＯ誘電体層は、有利にも、装置の不安定性及びドリフト並びに音響出力圧の減少につながる電極上の電荷蓄積を減少させる。
【００３７】
ＣＭＵＴ上のＯＮＯ誘電体層の例示的製造法は、２００８年９月１６日に出願されたKlootwijk他による“Capacitive micromachined ultrasound transducer”なる名称のヨーロッパ特許出願公開第2,326,432号に詳細に説明されている。ＯＮＯ誘電体層の使用は、懸架された膜体で動作されるＣＭＵＴよりも電荷保持の影響を一層受け易い事前つぶれ（pre-collapsed）ＣＭＵＴにとり望ましい。開示された要素は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、窒化物（例えば、窒化シリコン）、酸化物（種々の等級の）、テトラエチルオキシシラン（ＴＥＯＳ）及びポリシリコン等のＣＭＯＳ適合性材料から作製することができる。ＣＭＯＳ製造においては、例えば、酸化物及び窒化物層を化学蒸着法により形成することができ、金属化（電極）層をスパッタリング法により形成することができる。好適なＣＭＯＳ工程はＬＰＣＶＤ及びＰＥＣＶＤであり、後者は４００℃未満の相対的に低い処理温度を有する。開示された空洞１１８を形成する例示的技術は、膜体層１１４の上面を追加する前に該膜体層１１４の初期部分に該空洞を画定することを含む。他の製造の詳細は、米国特許第6,328,697号（Fraser）に見られる。
【００３８】
図２及び図３において、円柱状空洞１１８の直径は円形の構造の電極プレート１２２の直径より大きい。電極１２０は円形構造の電極プレート１２２と同一の外径を有することができるが、このような一致は必要ではない。このように、膜体電極１２０は膜体層１１４の上面に対して下側の電極プレート１２２と整列するように固定することができる。ＣＭＵＴセル１００の斯かる電極は当該装置の容量プレートを形成し、ギャップ１１８は斯かるコンデンサのプレートの間の誘電体となる。当該ダイヤフラムが振動する場合、これらプレートの間の誘電体ギャップの変化する寸法が変化する容量をもたらし、斯かる変化する容量は受信される音響エコーに対するＣＭＵＴセル１００の応答として感知される。
【００３９】
電極間の間隔は、電圧供給部４５により静電圧（例えば、ＤＣバイアス電圧）を電極に印加することにより制御される。電圧供給部４５は、トランスジューサ周波数コントローラ６２内で実施化され、該コントローラの周波数制御能力を提供する。アレイ１４におけるトランスジューサの各々は、別個の電圧供給部を有することができるか、又はトランスジューサ周波数コントローラ６２内に実施化された幾つかの電圧供給部を共有することができる。電圧供給部４５は、オプションとして、ＣＭＵＴセル１０３の駆動電圧におけるＤＣ及びＡＣ（又は刺激）成分を各々供給するための別個の段１０２、１０４を有することもできる。第１段１０４は静的（ＤＣ）電圧成分を発生するように構成することができる一方、第２段１０２は設定された交流周波数を持つ交流可変電圧成分又は刺激を発生するように構成することができ、該成分は典型的に全体の駆動電圧と上述した該全駆動電圧の静的成分との間の差分である。
【００４０】
第２段１０２は、ＣＭＵＴに供給される駆動パルスのデューティー比変化を可能にすることもできる。超音波撮像における駆動パルスのデューティー比は、該駆動パルスの周期（期間）内で用いられる複数のサイクルにより特徴付けられる。デューティー比は、パーセンテージで測定され、パルス期間の間に発生する能動送信（サイクル）の比を定義する。デューティー比が高いほど、所与の駆動パルス期間の間で一層多くのサイクルが使用される。サイクルの数の増加は、送信パルスの狭い帯域幅内に音響エネルギを凝縮させることにより超音波画像における侵入深度を改善する。限られた帯域幅を持つ送信パルスに対し、前記トランスジューサコントローラは、ＣＭＵＴトランスジューサに印加される最適なバイアス電圧を設定する。
【００４１】
印加される駆動電圧の静的又はバイアス成分は、好ましくは、ＣＭＵＴセル１０３をつぶれ状態に強制するための閾電圧を満たす又は超えるものとする。このことは、第１段１０４が全体の電圧の特に低ノイズの静的成分を発生するために相対的に大きなコンデンサ（例えば、平滑コンデンサ）を含むことができるという利点を有する。この場合、上記静的成分は、典型的に、上記全体の電圧を、該全体の電圧のノイズ特性が該静的成分のノイズ特性により支配される如くに支配するものである。例えば、前記電圧供給部４５がＣＭＵＴ駆動電圧の静的ＤＣ成分を発生するための第１段、該駆動電圧の可変ＤＣ成分を発生するための第２段及び該信号の周波数変調又は刺激成分を発生するための第３段（例えば、パルス回路等）を含む３つの別個の段を含むような実施態様等の、電圧供給部４５の他の好適な実施態様は明らかであろう。電圧供給部４５は如何なる好適な態様で実施化することもできると要約される。
【００４２】
それ自体既知のように、特定の閾値より高い静電圧を印加することにより、ＣＭＵＴセル１０３は、膜体１１４が基板１１２上に崩れ込むようなつぶれ状態に強制される。この閾値は、ＣＭＵＴセル１０３の正確なデザインに依存し得ると共に、このバイアス電圧の印加の間におけるファンデルワールス力により膜体１１４がセルフロアに当たる（接触する）ＤＣバイアス電圧として定義される。膜体１１４と基板１１２との間の接触の量（面積）は、印加されるバイアス電圧に依存する。膜体１１４と基板１１２との間の接触面積を増加させることは、図３ａ〜図３ｄを用いて更に詳細に説明されるように、膜体１１４の共振周波数を増加させる。
【００４３】
つぶれモードのＣＭＵＴセル１０３の周波数応答は、つぶれ後のＣＭＵＴ電極に印加されるＤＣバイアス電圧を調整することにより変化させることができる。結果として、ＣＭＵＴセルの共振周波数は、一層高いＤＣバイアス電圧が電極に印加されるにつれて増加する。このような現象の背後にある原理が、図３ａ〜図３ｄに示されている。図３ａ及び図３ｃの断面図は、これを、各図において膜体１１４の外側支持部と該膜体が空洞１１８の床部に接触し始める位置との間の距離Ｄ１及びＤ２により一次元的に示している。相対的に低いバイアス電圧が印加される図３ａにおいては距離Ｄ１が相対的に長い距離となる一方、図３ｃにおける距離Ｄ２は、より高いバイアス電圧が印加されることにより大幅に短い距離となる。これらの距離は、端部により保持され、次いで弾かれる長い及び短い弦に相当し得る。長い緩められた弦は、弾かれた場合に、より短い強く張った弦よりも大幅に低い周波数で振動する。同様にして、図３ａのＣＭＵＴセルの共振周波数は、より高い引き下げバイアス電圧を受ける図３ｃのＣＭＵＴの共振周波数より低くなるであろう。
【００４４】
上記現象は、図３ｂ及び図３ｄの二次元図から実際にはＣＭＵＴ膜体の有効動作面積の関数であると理解することもできる。図３ａに示されたように膜体１１４がＣＭＵＴセルの床部に丁度接触したばかりの場合、該セル膜体１１４の非接触（自由振動）部分の有効振動領域Ａ１は、図３ｂに示されるように、大きい。中心１７における小さな孔は、該膜体の中心の接触領域を表している。該大面積の膜体は相対的に低い周波数で振動する。上記領域１７は、膜体１１４におけるＣＭＵＴセルの床部に崩れ込んだ領域である。しかしながら、当該膜体が図３ｃに示されるように一層高いバイアス電圧により一層深いつぶれへと引き込まれた場合、一層大きな中心接触領域１７’の結果、図３ｄに示されるように、より少ない自由度の振動領域Ａ２となる。この一層小さな領域Ａ２は、より大きなＡ１領域より高い周波数で振動する。このように、ＤＣバイアス電圧が減少されるにつれて、つぶれＣＭＵＴセルの周波数応答は低下し、ＤＣバイアス電圧が増加すると、つぶれＣＭＵＴセルの周波数応答は上昇する。
【００４５】
改善された撮像性能のために、送信パルスの中心周波数及び帯域幅は、印加されるバイアス電圧により調整することが可能なＣＭＵＴの周波数応答に合致しなければならない。図４Ａは、斯様なＣＭＵＴ応答（ｄＢでの）の周波数調整可能性の一例を３つの異なるバイアス電圧、即ち、−８０Ｖ、−１１０Ｖ及び−１６０Ｖにおいて示している。８０Ｖなる負のバイアス電圧において、当該ＣＭＵＴトランスジューサは９ＭＨｚ周辺で最高の応答振幅を有し（曲線３１）；−１１０Ｖの印加は当該応答曲線３２の中心を約１２ＭＨｚにさせ；印加されるバイアス電圧値の−１６０Ｖへの更なる増加は応答曲線３３の中心を約１５ＭＨｚにさせる。
【００４６】
印加されるバイアス電圧に伴うＣＭＵＴトランスジューサの中心周波数（曲線３４）及び帯域幅（曲線３５）の変化が図４Ｂに示され、これらは送信パルスの最適な中心周波数及び帯域幅（前述した駆動特性）を示している。ＣＭＵＴの周波数調整可能性は、図４Ｃに示されるように、感度（曲線３６）を損なって生じ得る。典型的には、５０％未満の損失（図４Ｃにおける約−７０Ｖのバイアス電圧限界値に対応する）は許容可能である。図４Ｃは、更に、バイアス電圧（印加される電圧の絶対値）の減少の結果として共振周波数が低下し、従って、一層長い音響パルス長（曲線３７）となり、これは軸方向解像度の低下となる。パルス周期はパルス長に比例することに注意されたい。この軸方向解像度の低下は、撮像周波数の変化に基づいて予測可能であり（例えば、２倍低い撮像周波数は、２倍低い軸方向解像度となる）、一実施態様では、操作者により前記トランスジューサコントローラを介して制限することができる（例えば、操作者は３００マイクロメートルより小さい軸方向解像度を維持するような最良駆動特性を要求する）。
【００４７】
本システムは、心臓内撮像又は血管撮像に適した空洞内プローブと共に使用することができる。これらの応用例において、プローブ（カテーテル）は血液プールを介して進み、しばしば、その周囲の超音波撮像を実施することができる。図５Ａには、血管内に配置された前方視超音波撮像プローブが図示されている。超音波ビームのステアリングは、当該アレイ（当該プローブの先端に配置された格子として示されている）の前方においてボリューム的視野１３１内で実行される。このボリューム領域内で識別されるＲＯＩが、８２により示されている。ここでは、当該プローブとＲＯＩとの間の血液プールの広がりも示している。平均距離ｄ０には、血管壁が位置する。この壁は、当該プローブが進んでいる血液プールを、ＲＯＩが位置する軟組織から分けている。当該アレイによりＲＯＩの位置に向かって送信される超音波ビームは、ｄ０に沿って血液プールを経て進行し、上記壁を横切り、上記軟組織に侵入する必要がある。血液の散乱特性は軟組織の特性とは相違するので、血液プール及び他の軟組織を介して進行する場合の受信エコー信号の減衰勾配の変化を分析及び識別するために、ビーム経路分析器７３が配置される。
【００４８】
音響波が媒体を介して進行する場合、該音響波の強度は散乱及び吸収により距離に伴い減少する。散乱は、オリジナルの伝搬方向以外の方向への音の反射である。吸収は、音エネルギの他の形態のエネルギへの変換である。散乱及び吸収の組み合わせ効果は、減衰と呼ばれる。超音波減衰は、媒体を介して伝搬する際の波の減衰率である。減衰する平面波の振幅変化は：
【数１】
2019532750.tif 000003
と表すことができ、ここで、Ａ0は伝搬する音響波の基準位置における減衰されていない振幅であり；振幅Ａは当該波が基準位置から距離ｘ進行した後の減少された振幅であり、αはdB/(MHzxcm)で表された減衰係数である。減衰係数は、一般的に、波の周波数に比例する。減衰は、一般的に、音の周波数の二乗に比例する。引用される減衰の値は、しばしば、単一の周波数に関して示される。例えば、典型的な組織例及び斯かる組織の１ＭＨｚの周波数における減衰係数が、下記の表に示される：
【表１】
2019532750.tif 000004
【００４９】
表から分かるように、血液は最も低い減衰のもののうちの１つである。従って、血液プールを介して距離ｄ０（図５Ａ、図５Ｂにおける）進む音響波の振幅は、軟組織を介して同一の距離を進行した後の減衰と比較して少なく減衰される。
【００５０】
図５Ｂには、血管内に位置される側方視超音波撮像プローブ１０（ＩＶＵＳ等の）が図示されている。このプローブは、当該プローブの主軸に対して垂直な方向における超音波ビームステアリングが可能な超音波アレイを有する。斯かるプローブが血管内の血液プールを介して進む場合、該プローブの側方に位置するボリューム的視野１３１が撮像される。先の例におけるのと同様に、ボリューム領域（又は該ボリューム領域の２Ｄスライス）内のＲＯＩ８２が血管壁までの平均距離ｄ０と共に示されている。
【００５１】
本発明のビーム経路分析器の機能は、以下のようにして実現することができる。
【００５２】
ユーザ（医師）はユーザインターフェース３８を介してボリューム領域内のＲＯＩの位置を入力する。この入力に基づいて、ＲＯＩ識別器７２は識別データを発生し、該識別データは更にビーム経路分析器７３に伝送される。該ビーム経路分析器はＲＯＩ内の侵入深度に沿う平均信号値を計算して図６Ａに示されたような信号を得ることができる。更に、該ビーム経路分析器は前記ビーム成形器に通知して送信パルスをオフにすると共に当該システムから生じるノイズ信号を受信することができる。後者の受信は、“ノイズ画像”即ち当該システムに存在するノイズの量を表す。ビーム経路分析器７３は、更に、同じＲＯＩ内の侵入深度に沿う平均ノイズを計算するように構成される。他の例として、前記平均信号及びノイズの推定は、Gibson他による文献“A computerized quality control testing system for B-mode ultrasound”, Ultrasound in Medicine & Biology, 27(12), 1697-1711 (2001)に記載されたアプローチを用いて実施することもできる。
【００５３】
平均信号及びノイズの両方の深度変化は、時間利得制御により補償することができ、図６Ｂに示されるようにｄＢ尺度で深度の関数としてプロットすることができる。所与の周波数において血液プール及び軟組織を通過する音響波に対応した受信データ信号は、単調に減少する区間の２つの異なる傾斜を有し、各傾斜は当該波が進行する組織区間内での減衰により定まる。血液及び組織は異なる音響インピーダンスを有するので、超音波画像において組織の境界を認識することができる。また、組織は血液よりも高い後方散乱係数を有するので、曲線４２及び４３における受信データは組織の境界において僅かなｄＢの増加を有する。信号曲線４２とノイズ曲線４０との間の交点は、当該システムにより達成可能な侵入深度（又は、超音波画像を取得することができるプローブからの最大距離）を決定する。図６Ｂの例において、送信される信号に関する侵入深度は、振幅が区別可能なノイズレベルまで減少するまでの、信号が血液プールを介して進行する１５mmなる距離と、信号が軟組織を介して進行する１７.４mmなる距離との和である。ビーム経路分析器７３は、駆動パルス特性の最適化を異なる組織の異なる減衰特性に基づいて可能にする。図６Ｂに見られるように、血液プール領域は信号を軟組織領域より少なくしか減少させず、このことは、“組織”区間における信号減少の一層大きな傾斜（同一の距離に対する信号振幅の一層急激な低下）と比較した場合の“血液”区間における信号減少の一層小さな傾斜により示されている。
【００５４】
軟組織減衰は音響波周波数に比例するので、当該超音波システムの進入深度は送信ビーム周波数を変化させることにより変えることができる。図６Ｃは、このような周波数変化及び該変化による進入深度の利得を示す。曲線４４は、周波数f1を有する超音波ビームの深度減衰に対応する。このビームは、プローブとＲＯＩとの間に位置する、約１５mmの広がりを有する血液プールを通過する。この信号曲線は、プローブから距離d1においてノイズ曲線４０と交差する。ＲＯＩとプローブとの間に血液プールが存在しない場合、当該超音波ビームの振幅は単一の軟組織減衰係数に従って一層大きく減衰するであろう。曲線４４＊は、血液がない場合の信号の減衰を示す。曲線４４＊は、ノイズ曲線４０と一層浅い深度d2で交差する。
【００５５】
ボリューム領域内のユーザにより示されるＲＯＩの位置が距離d2に位置すると仮定しよう。従来のシステムは、送信されるビームの周波数を単一の軟組織減衰係数に基づいて計算するであろう。この結果、ビーム周波数f1を選択することとなる。従って、当該ボリュームの超音波画像データはf1により定まる第１空間解像度を備える。
【００５６】
本発明はビーム経路分析器７３を備えることにより、当該超音波システムがプローブとＲＯＩの位置との間における血液プールの存在を認識することを可能にする。この情報は、同じ侵入深度d2を一層高い画像解像度と共に可能にするような最適な画像周波数を計算することに関するユーザの利益のために使用される。曲線４５は、f1より高い周波数f2を有する超音波ビームの深度減衰に対応する。前記ビーム経路分析器は血液プールの低い減衰を考慮に入れるので、f2のビーム信号に対する侵入深度は同じd2に留まる。しかしながら、増加された送信周波数f2の結果、当該超音波システム１００により一層高い解像度の超音波画像が取得されることになるであろう。比較のために、曲線４５＊は、血液がない場合のf2に対する信号の減衰を示す。曲線４５＊はノイズ曲線４０と更に浅い深度d0において交差する。
【００５７】
従って、本発明のビーム経路分析器７３は視野内の組織の測定される減衰に基づいてＣＭＵＴアレイの駆動パルス特性を最適化し、取得される超音波画像の改善された品質を達成することを可能にする。ビーム経路分析器７３により分析される減衰深度変化は、異なる撮像周波数におけるＣＭＵＴの変化する感度（図４Ｃ）を含むこともできる。この振幅補償は、図６ＣにΔｓにより示されている。
【００５８】
サイクル数は帯域幅及びパルス長に比例的に影響を与える。例えば、２サイクルのパルスは、単一サイクルのパルスと比較して、半分の帯域幅及び半分のパルス長を有する。一般的に、中心周波数はパルス長により影響を受けることはない。送信感度はパルス数の増加に伴い増加し、これは一層大きな侵入深度となる。デューティー比が高いほど、一層多くのエネルギが組織内に伝送されるので、侵入深度は一層良好となり、このことは所与の周波数における超音波支援視覚化の深度を改善することを可能にする。本発明は、解剖学的環境に依存して所与の関心領域の最適な超音波画像を提供するために、駆動特性、即ち当該ＣＭＵＴトランスジューサ固有のパルス周波数、デューティサイクル及びバイアス電圧を最適化することを可能にする。デューティー比の増加による侵入深度の増加に対する妥協点は、軸方向解像度の可能性のある低下である。２倍長いパルスは２倍低い軸方向解像度となるが、横方向解像度は略同一に留まる。従って、ユーザにとり空間解像度に関する２つの値の組（即ち、軸方向及び横方向）を選択することができることが更に有益であろう。
【００５９】
最適な駆動パルス特性が計算されたなら、トランスジューサコントローラ６２はＣＭＵＴアレイ１４に供給されるバイアス及びＡＣ電圧を、しかるべく変化させる。このことは、ＣＭＵＴセル１０３のつぶれモードにおける共振周波数が印加される（ＤＣ）バイアス電圧の関数であることを説明した図３Ａ〜図３Ｄを参照して理解することができる。適切な組の周波数を持つ刺激を印加することを介して特定の組の周波数の超音波パルスを発生する場合において、印加されるバイアス電圧を調整することにより、各パルス周波数に対してＣＭＵＴセル１０３の（略）最適な音響性能を呈するような異なる周波数のパルスを発生することができる。従って、このことは撮像スペクトルの大きな帯域幅にわたり（略）最適な撮像解像度を保証する。音響波減衰は周波数の増加に伴い増加する一方、超音波画像解像度は周波数の増加により改善する。最適な及び侵入の要件を合理的に満たすために、殆どの診断用途のための周波数範囲は２〜１５ＭＨｚである。当該範囲の低い側の部分は、大きな深度（例えば、関心領域が身体の一層深くに位置する）又は大きな減衰（例えば、経頭蓋的検査における）に対応する場合に有効である。当該周波数範囲の高い方の部分は、小さな侵入度しか必要とされない場合（例えば、乳房、甲状腺若しくは表在血管を撮像する場合、又は小児撮像の場合）に有効である。殆どの大きな患者の場合は３〜５ＭＨｚが満足のゆく周波数である一方、痩せた患者及び子供の場合は５及び７.５ＭＨｚをしばしば用いることができる。１５ＭＨｚより高い周波数範囲は、ＩＶＵＳ、ＩＣＥ、FL-ICE等の空洞内（血管内）プローブを用いて高解像度撮像を提供することができる。これらのプローブは、身体空洞、血管等の内部のＲＯＩの一層近くに配置することができる。
【００６０】
本発明の他の応用は、携帯型（ウルトラモバイル）超音波システムが何らかの内出血（例えば、胃の領域における血液プール）を検出するために使用されるポイントオブケア（現場即時検査）であり得る。この場合、当該アレイの駆動パルス特性は、血液プールの存在及び程度に基づいて、内部臓器の何らかの外傷を評価するための最適な侵入深度及び解像度を達成することができるように調整することができる。
【００６１】
図７は、本発明の一実施態様であって、プローブの位置をボリューム的視野１３１’内で変化させることができるものを示す。例えば、当該プローブは、該プローブをＲＯＩに向かって及び該ＲＯＩから遠ざかるように容易に平行移動することができるように前方視又はエンドファイア（end firing）構成で配置することができる。このことは、例えば文献EP1742580Bに記載されているようにＩＶＵＳ（血液内超音波法）、ＩＣＥ（心臓内心エコー法）、FL-ICE（前方視心臓内心エコー法）等の空洞内プローブを設けることにより実現することができる。
【００６２】
当該プローブは、遠位先端内にボリューム領域を走査するために掃引されるトランスジューサアレイを含むことができる。ボリュームの掃引は、１Ｄアレイの機械的移動又は２Ｄアレイによるビームの電子的ステアリングの何れかを行って実施することができる。当該トランスジューサアレイはプローブの遠位先端に配置された流体チェンバ内に収納され、この流体は該プローブと撮像されるボリューム領域との間の適切な音響的結合をもたらす。図１に示されたように、当該超音波システム１００は、プローブに結合される駆動機構２１及びＲＯＩ識別器７２（分析ユニット７０のオプションとして）を更に有することができ、該駆動機構は撮像の間において前記識別データに基づいてプローブ１０を移動させるように動作する。また、駆動機構２１は、プローブの空間位置を追跡する位置センサ５２から信号を受信し、ボリューム的視野１３１’での該プローブの移動を行う。この実施態様は、ＲＯＩ８２’を撮像することができる高い周波数の上限に対して一層高い柔軟性を提供する。ＲＯＩが識別された場合、画像プロセッサ６８は、該識別データに基づいて、ボリューム的視野１３１内のＲＯＩ８２及び該識別されたＲＯＩの周囲のボリューム領域１３２の座標を計算する。トランスジューサアレイ１４（実際には、プローブ１０）とＲＯＩとの間の距離が、選択された高周波数によるビームの侵入深度を超える場合、駆動機構２１はボリューム的視野１３１’内でＲＯＩに向かって一層近付くよう通知され（図７Ｂ）、かくして、ＲＯＩの“ズームイン”画像を取得することができる。
【００６３】
本発明は、小型化されたＣＭＵＴトランスジューサ（ＣＭＯＳ製造における進歩により可能となった）及び斯かるトランスジューサの動作帯域の変化（つぶれ動作モードにより可能となる）の利点を駆動装置に対するフィードバックと組み合わせて、ユーザにボリューム領域内で自動的にズームイン及びアウトすることができる新世代の超音波システムを提供する。つぶれモードで動作するＣＭＵＴアレイの広周波数帯域と、このアレイを備えるプローブを物理的に移動させる手段との組み合わせは、詳細が向上された、従って診断画像が改善された進歩した超音波撮像の新たなユーザ体験を可能にする。
【００６４】
図８は、ユーザに対し互いに空間的に位置合わせされてワイドビュー８０及び詳細ビュー１３２’により表示された２Ｄ超音波画像の表示９９を示す。この図は、当該超音波システムがボリューム領域を撮像するために２つの異なる周波数（即ち、関心領域のみのための一層高い周波数及び該ボリューム領域の残部のための一層低い周波数）を使用する一実施態様を示した。選択されたＲＯＩ８２’の表示８２は、詳細ビュー１３２’に増加された撮像周波数で表示される。相対的に高い周波数を持つ超音波ビームの侵入深度は相対的に低い周波数を持つ超音波ビームの侵入深度と比較して減少されるので、相対的に高い周波数範囲の周波数上限は、ＲＯＩが位置される深度（プローブまでの距離）により制限されると共に、その計算の間において画像プロセッサ６８により考慮に入れられる。システム１００は、先ず当該ボリューム的視野の超音波データを相対的に低いビーム周波数で取得し、かくして該ボリューム領域の周囲の環境情報を提供し、更にＲＯＩ８２を識別したら該ＲＯＩに“ズームイン”することができる。ＲＯＩ８２の詳細ビュー１３２’は、前に取得されたワイドビュー８０の隣でリアルタイムに更新し、当該状況に関して図８Ｃに示されるように表示することができる。
【００６５】
他の例として、ＲＯＩ８２の詳細ビュー１３２’及びワイドビュー８０を互いに隣り合わせで表示することができる。心臓撮像の間における心臓学的応用において、当該超音波画像の表示及び取得は、ＥＣＧ同期法により心周期と同期させることができる。
【００６６】
ＣＭＵＴアレイ１４が線形アレイである場合、トランスジューサ周波数コントローラ６２は個々のトランスジューサセル１０３を異なる周波数でアドレス指定（駆動）することができ、かくして、ＲＯＩは高い周波数で撮像される一方、他のエレメントは低い周波数に維持されるようにする。線形アレイにより取得される代表的画像が図８Ｂに示されている。
【００６７】
埋め込まれるリアルタイム高周波数詳細ビュー１３２’画像は、リアルタイム低周波数ワイドビュー８０画像と同時に発生される。このことは、例えばＲＯＩの周辺で行うツールの配向及びナビゲーションを可能にするために、周囲の状況が依然として相対的に大きな深度でリアルタイムに撮像される（より低い解像度においてであるが）という利点を有する。当該ＣＭＵＴアレイ１４がフェーズドアレイである場合、図８Ａ及び図８Ｃに示されるように同様の画像を得ることもできる。フェーズドアレイの場合、ビーム成形は当該画像を構成する各ラインに関して全トランスジューサに対し適切な周波数が選択されるように実行され、かくして高周波数詳細ビュー１３２’が、低周波数ラインを含むワイドビュー８０内に埋め込まれるようにする。両ビュー、即ち詳細ビュー１３２’及びＲＯＩ８２がリアルタイムに更新される場合、フェーズドアレイを有する該システムは、ボリューム的視野１３１画像の全ラインを先ず低い周波数において連続的に取得し、次いで、識別されたＲＯＩ８２の周囲のボリューム領域１３２の全ラインを一層高い周波数で取得することができる。取得されたビューは、更に、１つの超音波画像へとインターリーブ又は補間することができる。これが、図８Ｃに示されている。他の取得ワークフローにおいて、ワイドビュー８０は詳細ビュー１３２’を超えて更新され、ユーザに対して表示される結果としての画像は図８Ａに示されている。前者は、例えば介入治療装置を追跡するための、全ボリュームのリアルタイムビューという利点を有する。後者は、より少ないラインしか取得されず、一層高いフレームレートを達成することができるという利点を有する。
【００６８】
図９は、本発明による画像取得のワークフロー２００を示す。ステップ２０１においては、ボリューム的視野１３１が軟組織撮像に対応する最適な駆動パルス特性を有する超音波ビームにより撮像される。ステップ２０２においては、ＲＯＩ８２が、例えば識別器により又はユーザ入力に基づいて検出される。代替ステップ２０３において、ＲＯＩの輪郭をユーザに表示することもできる。この段階において、ユーザはユーザインターフェース３８を介してシステム１００と手動で対話して、ＲＯＩの大きさ及び／又は位置を調整することもできる。ユーザは所望の空間解像度（軸方向及び横方向解像度）のための値を選択することもできる。更に、ステップ２０４において、ビーム経路分析器７３は、識別データに基づいて、受信信号の減衰の深度変化を分析し、更に減衰組織型を検出する。ステップ２０５において、トランスジューサコントローラ６２は上記減衰組織型検出に基づいて駆動パルス特性の少なくとも１つのパラメータを、増加された解像度によるＲＯＩの詳細ビューが取得され得るように変更する。
【００６９】
例えば、減衰組織型検出に基づいてコントローラにより設定される所与の周波数に関して、選択される軸方向及び横方向解像度の比を該コントローラにより考慮に入れることもできる。この場合、デューティー比の更なる調整が、超音波データに選択された軸方向及び横方向解像度を付与することができる。ステップ２０６において、取得された超音波データに基づくワイド及び詳細視野がユーザに表示される。
【００７０】
図１０は、本発明の他の実施態様による画像取得のためのワークフロー３００を示す。ステップ３０１においては、ボリューム的視野１３１が取得される。ステップ３０２においては、ＲＯＩ８２が識別器により検出される。ステップ３０３において、ＲＯＩの輪郭をユーザに表示することができる。この段階において、ユーザは、ＲＯＩの詳細ビューの所望の解像度（又は周波数）を選択すると共に、ユーザインターフェース３８を介してシステム１００と手動で対話して、ＲＯＩの大きさ及び／又は位置を調整することもできる。これと併行して、ステップ３０７において、画像プロセッサ６８はプローブからＲＯＩの最遠エッジまでの距離を計算する。更に、ステップ３０４において、ビーム経路分析器７３は、識別データに基づいて、受信信号の減衰の深度変化を分析し、更に減衰組織型を検出する。ステップ３０９において、この情報に基づいて、画像プロセッサ６８は、選択された解像度（周波数）に対応する侵入深度を計算する。ステップ３０８においては、プローブとＲＯＩとの間の距離が該侵入深度と比較され、その場合において、検出された組織型が考慮に入れられる。計算された侵入深度がＲＯＩまでの距離より大きい場合、当該ワークフローはステップ３０５に続き、該ステップ３０５においてシステム１００はＲＯＩの詳細ビューを選択された解像度及び選択された周波数に対して最適化された駆動パルス特性により取得する。計算された侵入深度がＲＯＩまでの距離より小さい場合、当該ワークフローはステップ３１０に続き、該ステップ３１０において駆動機構はＲＯＩの位置に向かうプローブの移動を行う。移動距離は、ＲＯＩの位置、検出された減衰組織型及び選択された（対象）により、プローブが更に遠くへは移動されないように決定され、システム１００は、解剖学的限界を考慮に入れてＲＯＩを取得することができる計算された最適解像度により、ユーザにフィードバックを提供することができる。更に、システム１００は、ステップ３０５において、ＲＯＩの詳細ビューを選択された解像度又は最適な推奨される解像度で取得する。ステップ３０６において、ワイド及び詳細視野がユーザに対して表示される。
【００７１】
尚、当業者によれば本発明の原理は２Ｄ及び３Ｄの両方の超音波撮像において実施することができると理解されるべきである。
【００７２】
また、単一のユニット又は装置は、請求項に記載された幾つかの項目の機能を満たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。
【００７３】
コンピュータプログラムは、光記憶媒体又は他のハードウェアと一緒に若しくは他のハードウェアの一部として供給される固体媒体等の適切な媒体により記憶／分配することができるのみならず、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介して等のように、他の形態で分配することもできる。
【００７４】
請求項における如何なる符号も、当該範囲を限定するものと見なしてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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