(57)【要約】超音波スキャンにおいて少なくとも２つの次元におけるスキャンラインのオリエンテーションを個別に変化させるためのシステム及び方法について開示している。一実施形態において、本発明は、複数の次元において配置された素子を有するトランスジューサプローブと、トランスジューサプローブの幾何学的中心以外の位置から、見かけ上、放射するスキャンラインを生成することができるシステム制御器と、を有する三次元超音波ボリュームスキャンを有する。
2005530544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元超音波スキャンを生成するためのシステムであって：
複数の次元において配置された素子を有するトランスジューサプローブ：及び
前記トランスジューサプローブの幾何学的中心以外の位置から、見かけ上、放射するスキャンラインを生成するためのシステム制御器；
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、複数のスキャンラインは超音波スキャンラインを有し、前記システムは、少なくとも２つの次元において互いから移動された前記複数のスキャンラインを生成するように前記システム制御器に命令するための論理を更に有し、各々のスキャンラインは前記トランスジューサプローブにおける異なるポイントから見かけ上、放射する、ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記複数のスキャンラインの各々に関連する原点は共通の仮想先端を形成する、ことを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記複数のスキャンラインの各々は、前記トランスジューサプローブの表面における一意のポイントから出発している、ことを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記複数のスキャンラインの各々は一意の舵取り角を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムであって、前記複数のスキャンラインの各々は一意の仰角を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項３に記載のシステムであって、前記の少なくとも２つの次元の第１次元は舵取り角に対応し、前記の少なくとも２つの次元の第２次元は仰角に対応する、ことを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムであって、前記複数のスキャンライン間の舵取り角と仰角との間の差は規則的な角度だけ変化する、ことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項２に記載のシステムであって、前記の各々のスキャンラインの原点は一意であり、前記複数のスキャンライン間の仰角は規則的な角度だけ変化する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項３に記載のシステムであって、前記仮想先端は前記トランスジューサプローブの面の後ろに位置付けされている、ことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項３に記載のシステムであって、前記仮想先端は前記トランスジューサプローブの面の前に位置付けされている、ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムであって、前記トランスジューサプローブはマトリクストランスジューサプローブである、ことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムであって、前記マトリクストランスジューサプローブは完全にサンプリングされるアレイを有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１２に記載のシステムであって、前記マトリクストランスジューサプローブはまだらなアレイを有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムであって、前記素子は三次元空間において個別に変換できる、ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
ボリュームを超音波的に問い合わせするための方法であって：
複数の次元において配置された素子を有するトランスジューサプローブを提供する段階：及び
前記トランスジューサプローブの幾何学的中心以外の位置から、見かけ上、放射するスキャンラインを生成する段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、複数のスキャンラインは超音波スキャンラインを有し、前記方法は、少なくとも２つの次元において互いから移動された複数のスキャンラインを生成する段階を更に有し、各々のスキャンラインは前記トランスジューサプローブにおける異なるポイントから見かけ上、放射する、ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記複数のスキャンラインの各々に関連する原点は共通の仮想先端を形成する、ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、前記トランスジューサプローブの表面における一意のポイントから前記複数のスキャンラインの各々を出発させる段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記複数のスキャンラインの各々は一意の舵取り角を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、前記複数のスキャンラインの各々は一意の仰角を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載の方法であって、第１次元は舵取り角に対応し、第２次元は仰角に対応する、ことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、規則的な角度だけ前記複数のスキャンライン間の舵取り角と仰角とを変化させる段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１７に記載の方法であって、前記の各々のスキャンラインの原点は一意であり、前記複数のスキャンライン間の仰角は規則的な角度だけ変化する、ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１８に記載の方法であって、前記仮想先端は前記トランスジューサプローブの面の後ろに位置付けされているように、前記複数のスキャンラインを生成する段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１８に記載の方法であって、前記仮想先端は前記トランスジューサプローブの面の前に位置付けされているように、前記複数のスキャンラインを生成する段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１７に記載の方法であって、少なくとも２つの超音波スキャンラインを互いに関して任意に位置付けする段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
ボリュームを超音波的に問い合わせするためのプログラムを有するコンピュータ読み取り可能媒体であって：
前記プログラムは、マトリクストランスジューサプローブを用いて少なくとも２つの超音波スキャンスライスを生成するための論理を有し、前記の少なくとも２つの超音波スキャンスライス各々は複数のスキャンラインを有し；
前記複数のスキャンラインは第１次元において互いから移動され、前記の少なくとも２つのスキャンラインは第２次元において互いから移動され；
前記の複数のスキャンラインの各々は、前記マトリクストランスジューサプローブにおける異なるポイントから見かけ上、放射している；
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項２９】
三次元超音波ボリュームスキャンを生成するためのシステムであって：
二次元マトリクストランスジューサプローブ；
少なくとも２つの超音波スキャンラインを生成するためのシステム制御器；及び
前記マトリクストランスジューサプローブにおける原点のポイントと舵取り角とに関して互いから任意に移動された前記の少なくとも２つのスキャンラインを生成するために前記システム制御器に命令するための論理；
を有することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、超音波診断システムに関し、特に、トランスジューサから超音波スキャンラインの見かけの原点を電気的に調節することができる超音波診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスジューサ及びイメージングシステムは、かなり以前から利用可能であり、非侵襲的な医療診断イメージングに対して特に有用である。超音波トランスジューサは、代表的には、圧電素子か又はマイクロマシン化された超音波トランスジューサ（ＭＵＴ）素子かどちらかから成る。送信モードにおいて用いられるとき、それらのトランスジューサ素子は、電気パルスにより及びそれに応答して励起され、超音波エネルギーを放射する。受信モードにおいて用いられるとき、トランスジューサ素子に入射する音響エネルギーは受信信号に変換され、トランスジューサに関連する処理回路に供給される。
【０００３】
トランスジューサは、代表的には、処理電極と、１つ又はそれ以上の入力装置と、超音波画像を見ることができる適切な表示装置と、を有する超音波イメージングシステムに接続されている。処理エレクトロニクスは、代表的には、各々のトランスジューサ素子に対して適切な送信パルスを構築するための責任を負っている送信ビームフォーマと、各々のトランスジューサ素子から受信された受信信号を処理するための責任を負っている受信ビーム形成器とを有する。
【０００４】
超音波トランスジューサは、代表的には、住宅における関連エレクトロニクスと結合される。アセンブリは、代表的には、超音波プローブと呼ばれる。代表的には、超音波プローブは、複数の素子から成る単一の素子ワイドアレイを有する一次元（１Ｄ）プローブか又は複数の素子ワイドアレイを有する二次元（２Ｄ）プローブとして分類される。更に、“バイプレーン”プローブと呼ばれるプローブは、交差することが可能である又は可能でない、２つの直交するように位置付けられた１Ｄアレイを有する。“マトリクスプローブ”と呼ばれる、比較的新しい２Ｄプローブは、各々の素子が別個に制御可能である二次元においては位置されたトランスジューサ素子を有し、二次元において電気的に方向付けられることができるスキャンラインを超音波プローブにおいてもたらす。マトリクスプローブの各々の様子は、連続的な線形アレイのスタックとみなすことができる。
【０００５】
マトリクスプローブは、“完全にサンプリングされる”又は“まばらにサンプリングされる”アパチャと有することができる。完全にサンプリングされるアパチャにおいては、全てのトランスジューサ素子は、別個にアドレス可能であり、そして制御可能であり、全ての素子は連続的である。まばらにサンプリングされるアパチャにおいては、トランスジューサ素子の物理集合の副集合はアドレス指定され、そして制御され、又は同等には、幾つかの素子間には物理ギャップのパターンが存在し、それらは全てが連続的ではないようになっている。まばらにサンプリングされる２Ｄアレイはより少ないシステム接続（より少ないチャネル）が可能である一方、二つの次元における音響素子の分布を尚も実現する。しかしながら、まばらな２Ｄアレイの重大な欠点は、スキャンビーム形状を制御する能力の欠如である。
【０００６】
２Ｄマトリクスプローブを、三次元（３Ｄ）超音波画像を構築するために用いることができる。図１は、既存の超音波プローブがボリュームを問い合わせする方法について示している模式図である。超音波データは、代表的には、フレームにおいて捕捉され、それらフレームにおいて、各々のフレームはプローブ１００の面から生じる超音波ビームの１つ又はそれ以上の掃引を表す。プローブ１００は、トランスジューサ素子の二次元アレイを有し、その例としての１つは、参照番号１０３をもしいて表されている。そのような掃引は、代表的には、１つのスキャンプレーンに沿った数多くの別個のスキャンラインを生成することにより構築される。１つのスキャンプレーン、即ち“スライス”の例を、参照番号１０２を用いて示しており、そのスキャンプレーンは個々のスキャンライン１０８−１乃至１０８−ｎを有している。この場合、各々のスライスはセクタの形状をしており、各々のスキャンラインの“原点”１０１は、プローブ１００の物理面の表面の中心に位置付けられている。
【０００７】
スキャンラインは、代表的には、ラスタ化されたスキャンスライスであって、各々のスライスが視野の二次元“セクタ領域”の問い合わせを行う、スライス１０２、１０４及び１０６として示されている例としてのスライスの集合を生成するためにスキャン掃引の間に二次元において方向付けされる。実際においては、各々のスライス１０２、１０４及び１０６は、隣接掃引からの仰角内において移動される各々の掃引を用いて、従来の二つの次元掃引を表す。当業者は、セクタの代わりに各々のスライスに対して、台形又は平行四辺形形状を生成することができることを認識するであろう。更に、仰角において僅かに移動された、多くのそのようなスライスを、ボリュームを問い合わせするために用いることができる。
【０００８】
セクタスライスからのデータのアセンブリングは、スキャンボリュームと呼ばれるデータの三つの次元の集合を生成する。それらのライン全てが同じポイントから発せられているため、レンダリングされた３Ｄボリュームは、ボリュームの先端をトランスジューサプローブ面におけるスキャン原点とする、ピラミッド形状又は円錐形状として現われ、そのスキャン原点は患者の皮膚表面に位置付けられている。
【０００９】
従来の超音波イメージングシステムがこのようなボリュームスキャンを構築するとき、それらのシステムは、代表的には、少なくとも二つの次元の状態に複数のスライスを生成する。これらの複数のスライスは、スライスにより占められたボリュームに対して超音波データを生成する。三次元画像を生成するために、このようなデータのボリュームは、次いで、三次元であるアピアランスを有する二次元表面（ＣＲＴタイプの表示の表面のような）における表示のために画像を生成するように超音波イメージングシステムにより処理される。そのような処理は、代表的には、レンダリングと呼ばれる。
【００１０】
残念ながら、既存の“ピラミッド型”又は“円錐形状”のセクタスキャンフォーマットは皮膚表面の近くの視野を制限する。このような状況について図２に示しており、図２は、図１の超音波スライスの１つのグラフィック表示である。スライス１０２は、トランスジューサプローブ１００の原点１０１から発せられたスキャンライン１０８−１乃至１０８−ｎを有する。代表的には、トランスジューサプローブは患者の皮膚に対して置かれ、これにより、トランスジューサプローブ近くの制限された視野を与える。この“近視野”は、参照番号２１０で示された領域として図２に示されている。これらの近視野領域２１０は、スキャンライン１０８−１乃至１０８−ｎのスキャンラインを用いて達成可能である最大舵取り角（シータ（θ））２０２より大きい。例えば、先端の４つの心室のビューと共に、そのプローブが心臓の心尖近くにあるとき、これは心臓スキャンにおいて問題点となり得る。そのようなビューにおいて、スキャンフォーマットにより可能とされるより広い、心尖（原点１０１）近くの視野をスキャンし且つ表示することは、しばしば、好ましい。プローブ面近くの広い視野は又、特定の腹部の及び末梢血管イメージングに対して好ましいが、セクタスライスフォーマットが３Ｄ画像を生成するために用いられるとき、利用可能ではない。
【００１１】
更に、スライスにおける角度ステップ毎のスキャンライン数として定義される “ライン密度”は、スキャンフォーマットにより不利に制約される。遠視野（プローブから離れた）において十分な空間的サンプリングを達成するために、ライン密度が増加され、角度ステップ当たりのライン数は多くなる。このことは、ラインが原点近くにおいて互いに込み合う近視野において無駄なオーバーサンプリングをもたらす。
【００１２】
従来の超音波スキャンシステムの他の欠点は、超音波スキャンにおいて増影剤を用いるときである。幾つかの問題点は、セクタスライスの集合のスキャンへの制限によりもたらされる。それらの問題点は、スキャンされるボリュームにおける音響パワーの不均一な分布である根本的原因を共有する。例えば、近視野において、スキャンラインはより密であるため、遠視野における破壊に比べて、増影剤の微小気泡の不均衡な破壊が存在する。組織における増影剤の濃度を測定することにより身体器官を評価する、増影剤の適用は、微小気泡の破壊の不均一なパターンのために、歪んだ結果を生じる。
【００１３】
更に、組織エコーにおける高調波共振の生成及び測定、即ち、画像品質を改善するために今日広く用いられている技術は、セクタスキャンフォーマットにより不所望に制約される。高調波共振の生成は、伝送周波数、出力パルスパワー及び媒体自体における因子を有する、超音波スキャナにおける多くの因子に依存する。多くのこれらの因子は、ハードウェアの制限、ＦＤＡパワーの限界及び人間の組織の変動性により、既に、制約されている。スキャンラインの間隔及び方向の操作により、それらの因子の幾つかを補償することができる。しかしながら、セクタフォーマットは、一般に、そのような操作を抑制する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、近視野及び遠視野の両方において三次元のデータを表示することができる超音波イメージングシステムを有する一方、従来のセクタスキャンフォーマットについての上記の欠点を克服することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態は、少なくとも二つの次元におけるスキャンラインのオリエンテーションを個々に変化させるためのシステム及び方法を有する。一実施形態において、本発明は、複数の次元において配置される素子を有する二次元トランスジューサプローブを有する、三次元超音波ボリュームスキャンを生成するためのシステムと、トランスジューサプローブの幾何学的中心以外の位置から明らかに出ているスキャンラインを生成することができるシステム制御器と、を有する。
【００１６】
他のシステム、方法、コンピュータ読み取り可能媒体、本発明の特徴及び優位性については、以下の図面及び詳細説明を精査することにより明らかになり、当業者に理解されることであろう。そのような付加システム、方法、特徴及び優位性の全ては、以下の説明に含まれ、本発明の適用範囲内にあり、そして同時提出の特許請求の範囲により保護されることを意図している。
【００１７】
特許請求の範囲に規定しているように、本発明について、添付図面を参照することにより理解を深めることができる。それらの図面における構成要素は、互いに対してそれぞれ、必ずしもスケーリングされておらず、それに代えて、本発明の原理を明確に示すことに重要性を据えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、説明する本発明は、三次元ボリュームについて問い合わせするために用いることができる個別に制御可能な素子の二次元アレイを有するプローブを用いる、いずれの超音波イメージングシステムに適用することができる。以下の説明は、有効なネットワーク又はネットワーク装置、関連処理器、及びメモリにおけるデータビットのルーチン及び記号表現に関して提供される。これらの説明及び表現は当業者により使用されており、当該技術分野の当業者以外の人に、当業者の仕事の内容を効果的に伝えることができる。ソフトウェアにおいて具現化されるルーチンは、ここでは、一般に、所望の結果に導く、首尾一貫した一連の段階又はアクションであるように意図されている。それ故、用語、“ルーチン”は、メモリにおいて記憶され且つ処理器により実行される一連のオペレーションを、一般にいう。処理器は、超音波イメージングシステムの中央処理装置とすることができ、又は、超音波イメージングシステムの二次処理器とすることができる。用語、“ルーチン”は又、例えば、“プログラム”、“オブジェクト”、“関数”、“サブルーチン”及び“プロシージャ”等の用語を包含する。
【００１９】
一般に、ルーチンにおける段階のシーケンスは、物理量の物理操作を必要とする。通常、これらの量は、記憶される、伝送される、結合される、比較されるまたはその他の操作がなされることができる電気信号又は磁気信号の形態をとるが、必ずしもそうである必要はない。当業者は、それらの信号を、“ビット”、“値”、“要素”、“特徴”、“キャラクタ”、“画像”、“項”、“数”等と言う。これらの及び類似した用語は関連物理量と関連付けられ、そして、それらの量に適用される単なる便利なラベルであることを理解される必要がある。
【００２０】
本発明においては、ルーチン、ソフトウェア及びオペレーションは、人間のオペレーションに関連して実行されるマシンオペレーションである。一般に、本発明は、他の好ましい物理信号を生成するように電気信号又は他の物理信号を記憶し且つ実行するように構成されたコンピュータ読み取り可能媒体を有する関連ハードウェアと、ソフトウェアと、方法の段階と、に関する。
【００２１】
本発明の装置は、好適には、超音波イメージングの目的のために構成される。しかしながら、一般目的のコンピュータは、本発明の方法を実行することができ、又は、他のネットワーク化された装置は、コンピュータにおいて記憶され、超音波イメージング装置に結合されたルーチンにより選択的にアクティブにされ、再構成される。ここで提供する手法は、いずれの特定の超音波イメージングシステム、コンピュータ又は装置に、本質的に関連付けられない。特に、本発明の技術に従ったルーチンを用いて、種々のマシンを用いることが可能であり、又は、本発明の段階を実行するためにより特定化された装置を構築することがより好都合であることが判明した。特定の条件下で、ハードウェアの一部が特定の特性を有することが所望されるときの、それらの特性について、下で詳細に説明する。
【００２２】
下で説明するソフトウェアルーチンに関して、下で説明するルーチンを実行するための命令の集合を生成するための種々の言語及びプラットホームが存在することを、当業者は認識することであろう。当業者は又、１つのシステムのタイプに対して機能することが可能であるものが他のシステムにおいては有効でないように、正確なプラットホーム及び言語の選択が、構築された実際のシステムの仕様によりしばしば決定される、ことを認識するであろう。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態に従った超音波イメージングシステム３００を示すブロック図である。図３に示す、超音波イメージングシステム３００及び下で説明するそのオペレーションは、そのようなシステムを一般に表すことが、そして、いずれの特定のシステムは図３に示したシステムとは著しく異なることがあり得ることが、意図されている。超音波イメージングシステム３００は、プローブ３５０に送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ３１２により結合された送信ビームフォーマ３１０を有する。プローブ３５０はいずれのトランスジューサプローブであることが可能である一方、マトリクストランスジューサプローブは、簡単化のために説明することとする。マトリクスプローブ３５０は、二つの次元に亘って配置された複数のトランスジューサ素子を有するマトリクストランスジューサアレイを有する。そのシステム３００は、超音波エネルギーが投射されたポイントとしてマトリクスプローブ３５０におけるいずれのポイントを任意に選択することができる。マトリクスプローブ３５０が全サンプリングアレイと呼ばれる一方、まばらなアレイ構成が又、可能である。上で説明したように、全サンプリングアレイは、各々の素子が個別にアドレス指定可能であるアレイである。全サンプリングアレイ構成か又はまばらなアレイ構成は、下で説明する本発明の種々の実施形態により利益がもたらされる。
【００２４】
Ｔ／Ｒスイッチ３１２は、代表的には、各々のトランスジューサ素子のために１つのスイッチング素子を有する。代替として、マトリクスプローブ３５０は、Ｔ／Ｒスイッチ３１２とマトリクスプローブ３５０との間のリード線の数を減少させ、それ故、必要なスイッチの数を減少させるために、多重化回路構成などを有することが可能である。送信ビームフォーマ３１０は、パルス生成器３１６からのパルス化シーケンスを受信する。送信ビームフォーマ３１０により励起されたマトリクスプローブ３５０は、患者の身体内の対象領域に超音波エネルギーを発信し、身体内の種々の構造及び臓器から、一般にエコーと呼ばれる反射超音波エネルギーを受信する。当業者に周知であるように、受信ビームフォーマ３１０により各々のトランスジューサ素子に適用される波形を適切に遅延させることにより、焦点合わせされた超音波ビームは、マトリクスプローブ３５０から発信されることが可能である。
【００２５】
マトリクスプローブ３５０は又、Ｔ／Ｒスイッチ３１２を介して、受信ビームフォーマ３１８に結合される。患者の身体内の所定ポイントからの超音波エネルギーは異なる時間にトランスジューサ素子により受信される。トランスジューサ素子は、増幅され、個別に遅延されることが可能であるトランスジューサ信号に受信された超音波エネルギーを変換し、次いで、好ましい受信ライン（“ビーム”）に沿って受信された超音波レベルを表すビーム化信号を供給するために、受信ビームフォーマ３１８により合計される。受信ビームフォーマ３１８は、デジタル値にトランスジューサ信号を変換するためにアナログデジタル変換器を有するデジタルビームフォーマであることが可能であり、又は、アナログビームフォーマであることが可能である。当業者に周知であるように、トランスジューサ信号に適用される遅延は、動的フォーカシングをもたらすために超音波エネルギーの受信の間に変化されることが可能である。このようなプロセスは、患者の身体における対象領域の画像を生成するためのデータのフレームを生成するために複数のスキャンラインに対して繰り返される。
【００２６】
マトリクスプローブを用いる既知のシステムが完全なボリュームのスキャンに集中するとはいえ、マトリクスプローブ３５０は、セクタスキャンのような種々のスキャンパターンを提供することができ、ここで、スキャンラインは、マトリクスプローブ３５０におけるいずれのポイントにおいて出発するように現れることが可能であり、そして、異なる角度、線形スキャン、曲線スキャン及び他のスキャンパターンにおいて方向付けられる。
【００２７】
受信ビーム化信号は、次いで、画像品質改善するためにビーム化信号を処理する信号処理器３２４に加えられる。受信ビームフォーマ３１８及び信号処理器３２４は、超音波受信器３２６を有する。信号処理器３２４の出力は、従来のラスタスキャン表示フォーマットにセクタスキャン及び他のスキャンパターンを変換するスキャン変換器３２８に供給される。スキャン変換器３２８の出力は、患者の身体内の対象領域の画像を表示する表示ユニット３３０に供給される。
【００２８】
システム制御器３３２は、システムの全体的制御を提供する。システム制御器３３２は、タイミング機能及び制御機能を実行し、代表的には、メモリ３４０内に有する制御ルーチン３４２及びグラフィック生成器３３６の両方の制御下で動作するマイクロプロセッサを有する。制御ルーチン３４２は又、スキャンライン制御ソフトウェア３７０を有する。下で更に詳細に説明するように、複数の次元において独立して制御されることができるスキャンラインを超音波イメージングシステム３００が投射することを可能にするシステム制御器３３２と連携する状態にある、制御ルーチン３４２、スキャンライン制御ソフトウェア３７０及びグラフィック生成器３３６は、トランスジューサの表面以外に原点のポイントを有し、いずれの角度で方向付けされることができる。
【００２９】
例えば、１つ又はそれ以上のスキャンスライスを有するスキャンラインは、二つの次元において、即ち、舵取り角（代表的には、θで表される）と仰角（代表的には、ζで表される）とにおいて個別に調整され、本質的に、セクタスキャンスライスの先端（又は、原点のポイント）がトランスジューサの物理中心以外の位置に現れることを可能にする。このように、スキャンラインは、トラン種ジューサ面における異なるポイントから出発するように現れるように、制御されることが可能である。そのような方法で、超音波イメージングシステム３００は、優れた近視野イメージング及び遠視野イメージングを可能にする固定視野を提供することと、三次元ボリュームを問い合わせすることとが可能である。
【００３０】
システム制御器３３２は又、超音波イメージングシステム３００の動作を表すシステム変数を有する中間値を記憶するために、メモリ３４０を用いる。図示してはいないが、外部記憶装置を、データの永久及び／又は可搬型記憶装置のために用いることが可能である。外部記憶素子として用いるために適切な装置の例としては、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ビデオテープユニット等がある。
【００３１】
本発明の一実施形態の特徴に従って、所望の超音波画像を提供するように設計され且つ対応しているスキャンパターンを、スキャンライン制御ソフトウェア３７０からの入力の際にシステム制御器３３２により生成することができる。スキャンパターンは、次いで、マトリクスプローブ３５０が選択されたスキャンラインを送信し且つ受信するように、次送信ビームフォーマ３１０及び受信ビームフォーマ３１８により実施される。
【００３２】
ユーザは、入力素子３３８により超音波イメージングシステム３００にコマンドを通信する。その入力素子は、特に、マウス、キーボード、スタイラスを有することが可能であり、又は、キー、スライダ、スイッチ、タッチスクリーン、トラックボール、又は超音波イメージングシステム３００のユーザがシステム制御器３３２に所望の超音波画像を通信することが可能である他の入力装置のような入力装置の組み合わせを有することが可能である。好ましい超音波画像がシステム制御器３３２に通信されるとき、システム制御器３３２は、制御ルーチン３４２、スキャンライン制御ソフトウェア３７０及びグラフィク生成器３３６と連携して、入力素子３３８によりシステム制御器３３２に通信される好ましい超音波画像を得るためにマトリクスプローブ３５０により投射される必要がある適切なスキャンラインを決定する。システム制御器３３２は、次いで、そのような適切なスキャンラインを生成するために、送信ビームフォーマ３１０及びパルス生成器３１６と通信する。
【００３３】
代替のシステム構成において、送信及び受信するために、種々のトランスジューサ素子が用いられる。そのような構成において、Ｔ／Ｒスイッチ３１２は必要ではなく、送信ビームフォーマ３１０及び受信ビームフォーマ３１８がそれぞれの送信トランスジューサ素子及び受信トランスジューサ素子に、直接、接続されることが可能である。
【００３４】
図４は、図３の超音波イメージングシステム３００を用いて生成された一連のスキャンスライス及び構成スキャンラインを示す図である。スキャンスライス４０２、４０４及び４０６は各々、複数の個別のスキャンライン４０８−１乃至４０８−ｎ、４１０−１乃至４１０−ｎ及び４１２−１乃至４１２−ｎそれぞれを有する。簡単化のために、図４には３つのスキャンライン４０２、４０４及び４０６のみを示しているが典型的には、超音波スキャン動作の間に多くの更なるスキャンラインが生成される。図４に示しているスキャンラインはマトリクストランスジューサプローブ４００により生成され、そのマトリクストランスジューサプローブ４００は複数の個別のトランスジューサ素子を有し、それらの１つの代表例について参照番号４０３を用いて示している。
【００３５】
本発明のこの実施形態に従って、スキャンスライス４０２、４０４及び４０６におけるスキャンライン全ての原点４０１は、トランスジューサプローブ４００の面４０７の背後に位置付けられている。トランスジューサプローブ４００の表面から離れたスキャンラインの見かけの原点を移動させることにより、各々のスキャンラインは、トランスジューサプローブ４００の面４０７における異なる位置に現れる放射の仮想ポイント（ＶＰＥ：Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｅｍａｎａｔｉｏｎ）を有するように現れる。例えば、スキャンライン４１２−ｎのＶＰＥ４０５は、トランスジューサプローブ４００の幾何学的中心以外の面４０７の表面における位置に現れる。更に、各々のトランスジューサ素子４０３が超音波エネルギーを送信及び受信する場合、各々のスキャンラインは又、受信の仮想ポイント（ＶＰＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ）を有する。ＶＰＥ及びＶＰＲを、総称してＶＰＥと呼ぶ。ＶＰＥ４０５は、スキャンライン４１２−ｎに対応するように図４に示されているが、各々のスキャンラインは、トランスジューサプローブ４００の面４０７に関して一意の放射の仮想ポイントを有する。
【００３６】
更に、本発明のこの特徴に従って、舵取り角（θ）及び仰角（ζ）は、スキャンライン制御ソフトウェア３７０（図１）の動作によりスキャンライン毎に変化されることができる。図５及び図６に関連して下で更に説明するように、個別のスキャンラインは、スキャンライン制御ソフトウェア３７０から受信された命令に従って、送信ビームフォーマ３１０及び受信ビームフォーマ３７０における適切な遅延に変えることにより変化され、それ故、トランスジューサプローブ４００により生成された各々のスキャンラインは、少なくとも二つの次元において個別に制御可能である。例えば、スキャンラインは、舵取り角（θ）及び仰角（ζ）において個別に変化されることができる。
【００３７】
スキャンライン制御ソフトウェア３７０（図１）は、図４に示しているスキャンラインの原点４０１の位置を効果的に変化させるように、エコー受信及びパルス送信の両方において動作する。スキャンライン全てが、図４に示すような共通の原点を共有するとき、その原点を“仮想先端”という。本発明のこの実施形態に従って、仮想先端は、トランスジューサプローブ４００の面（又は、その面により規定されるトランスジューサプローブのプレーン）以外のどこかに位置付けられる。このように、見かけの放射ポイントは、トランスジューサプローブ４００の面４０７に関して各々のスキャンラインに対して異なる。本質的には、一意のＶＰＥは、トランスジューサプローブ４００の表面に関して各々のスキャンラインに対して生成される。
【００３８】
上記のように、各々のスキャンラインは、舵取り角（θ）及び仰角（ζ）のような、少なくとも二つの次元において個別に制御可能である。例えば、スキャンライン４０８−１乃至４０８−２は舵取り角（θ）において異なる一方、スキャンライン４１０−ｎ乃至４１２−ｎは仰角（ζ）において異なる。更に、スキャンライン間の舵取り角（θ）及び仰角（ζ）における差は、超音波スキャン対象に依存して、規則的又は不規則的である。従って、スキャンライン間の舵取り角（θ）及び仰角（ζ）における変化は、スキャンライン間において均一である必要はなく、実際には、スキャンライン毎に変化することができる。
【００３９】
図５は、図４に示されているようなスキャンラインの原点を位置付ける効果を示している図である。比較のために、破線を用いて、図２の先行技術のスキャンスライスを図５に示している。本発明の特徴に従って、トランスジューサプローブ４００の面４０７以外のポイントにスキャンライン４０８−１乃至４０８−ｎの原点４０１の移動は、近視野における超音波画像を改善する。これは、図５において、スキャンライン４０８−１乃至４０８−ｎ間のスキャン視野内に、ここで満足に現れる領域２１０の一部により示されている。このように、参照番号２１０を用いて示されている領域におけるいずれの構造は、ここで、トランスジューサプローブ４００に視認可能である。
【００４０】
図５に示すように、スキャンライン４０８−１の放射（ＶＰＥ）５２５の仮想ポイントが、トランスジューサプローブ４００の物理中心以外の位置においてトランスジューサプローブ４００の表面上に現れる。スキャンライン４０８−１乃至４０８−ｎの原点５０１は、トランスジューサプローブ４００の表面４０７の背後に現れる。このように、各々のスキャンライン４０８−１と４０８−ｎとの間の舵取り角（θ）を変化させることにより、各々のスキャンラインはトランスジューサプローブ４００の表面に関して異なるＶＰＥを有することとなる。更に、図示していないが、各々のスキャンライン４０８−１乃至４０８−ｎの仰角（ζ）は、その上、独立して変化させることができ、それ故、トランスジューサプローブ４００の表面の両方の次元の異なる位置において出発するように各々のスキャンラインが現れることを可能にする。
【００４１】
図６は、送信遅延及び受信遅延が図４及び図５において示されるようなスキャンラインの原点を再位置づけするためにどのように操作されるかについて示す図６００である。図６において、簡単化のために、トランスジューサプローブ４００は、１Ｄアレイにおいて配置された、参照番号４０３−１乃至４０３−ｎを用いて参照される、複数の独立したトランスジューサ素子ｅ１乃至ｅｎを有するように示されている。しかしながら、送信操作及び受信操作は又、曲線化アレイにおいて及び他の次元において素子を配置することが可能である多次元トランスジューサアレイに適用される。更に、トランスジューサ素子は、“機械的に揺れる”プローブといわれるものを有することが可能である。機械的に揺れるプローブは、三次元ボリュームを問い合わせるために三次元空間において個別に機械的に変換される素子の一次元アレイを有することが可能である。本発明の特徴に従って、原点６０１は、トランスジューサプローブ４００の表面以外のポイントにある。示しているようなスキャンラインの見かけの原点を移動させるために、トランスジューサ素子４０３−１乃至４０３−ｎの各々に適用される送信遅延及び受信遅延の両方は、目的ポイント６１０における適切な焦点により好ましい見かけの原点６０１を得ることができるように、変化される。
【００４２】
例えば、送信パルスの間に、送信エネルギーが同時に目的ポイント６１０に到達するように、送信ビームフォーマ３１０はトランスジューサ素子４０３−１乃至４０３−ｎからの送信パルスを適切に遅延させる。これは、理論的には原点６０１において出発し、トランスジューサプローブ４００の面４０７においてＶＰＥ６０５を通過し、目的ポイント６１０を通過するスキャンライン４０８−１を用いて示されている。それ故、同じトランスジューサ素子が送信及び受信のために用いられることを仮定すると、目的ポイント６１０から受信されたエコーは、個別のトランスジューサ素子４０３−１乃至４０３−ｎに入射し、受信ビームフォーマ３１８は、見かけの受信エネルギーがスキャンライン４０８−１に沿って現れるように、受信においてトランスジューサ素子４０３−１乃至４０３−ｎの遅延を調節する。受信遅延はビームフォーマ３１８により受信の間に連続的に調整されるため、受信焦点生成は動的受信焦点という。
【００４３】
上記他の方法において、スキャンライン（即ち、スキャンライン４０８−１乃至４０８−ｎ）の各々の放射の仮想ポイントがトランスジューサプローブ４００の面４０７における異なる位置に現れるように、スキャンライン制御ソフトウェア３７０は、送信ビームフォーマ３１０により適用された遅延プロファイルと、トランスジューサ素子４０３−１乃至４０３−ｎにビームフォーマ３１８により適用された複数の動的受信遅延プロファイルと、の両方を制御する。図６に示している例において、舵取り角（θ）は、ライン６１２により表される、垂直以外の角度にあり、トランスジューサプローブ４００のグラフィック中心以外のＶＰＥ６０５において現れる。
【００４４】
図６に示している例は、トランスジューサプローブ４００における各々の素子４０３−１乃至４０３−ｎがアクティブであることを前提としていることに留意する必要がある。これは、上記のように、“完全にサンプリングされるアパチャ”のトランスジューサとして知られている。利用可能なトランスジューサ素子全てより少ないトランスジューサを用いるアパチャは既知であり、又、スキャンライン制御ソフトウェア３７０（図３）に関連して用いられることができる。例えば、トランスジューサ素子４０３−１乃至４０３−ｎの総数より少ないトランスジューサを用いるアパチャは、異なる送信エコー及び受信エコーをもたらすが、放射の原点及び仮想ポイントの再位置付けは尚も適用できる。
【００４５】
図７は、本発明の代替の実施形態を示す図７００である。図７に示しているように、複数のスキャンライン７０８−１乃至７０８−ｎは各々、一意の原点のポイントを有する。例えば、スキャンライン７０８−１の原点はポイント７１２である一方、スキャンライン７０８−３の原点はポイント７１６である。更に、個別のスキャンラインは、全て、個別に且つ一意に制御可能であり、各々のスキャンラインは一意の舵取り角（θ）を有することができる（即ち、スキャンライン７０８−２の舵取り角は“θ１”である一方、スキャンライン７０８−３の舵取り角は“θ２”である）。更に、図７は、簡単化のために、二次元ステアリングを示しているが、その概念は三次元ステアリングに同様に適用することができる。例えば、スキャンラインの原点及び方向の両方は三次元において分布されることができる。
【００４６】
図８は、本発明の他の代替の実施形態を示す図である。図８は、スキャンライン８０８−１乃至８０８−ｎがトランスジューサプローブ８００の面８０７に関して前方に移動されるように示された原点８０１を有するスキャンスライス８０２を示している。原点８０１は又、スキャンライン８０８−１乃至８０８−ｎの仮想先端である。スキャンライン８０８−１の放射（ＶＰＥ）の仮想ポイントはトランスジューサプローブ８００におけるポイント８２０にあり、スキャンライン８０８−ｎの放射（ＶＰＥ）の仮想ポイントはトランスジューサプローブ８００におけるポイント８０５にある。本発明のこの特徴に従って、ＶＰＥ８０５及びＶＰＥ８２０のいずれもがトランスジューサプローブ８００のグラフィック中心になく、仮想先端はトランスジューサプローブ８００の面８０７の前方に移動される。そのようなスキャン技術は、障害を通してイメージングするときに有用であり、それらの代表的な例は、参照番号８１０を用いて示されている。
【００４７】
本発明の原理から実質的に逸脱することなく、上記のように、数多くの修正及び変更が本発明に対してなされることが可能であることを当業者は理解するであろう。例えば、本発明は、圧電セラミック及びＭＵＴトランスジューサ素子と共に用いることができる。更に、本発明は、種々の超音波イメージングシステム及び構成要素に適用することができる。そのような修正及び変更全ては本発明に包含されるべきであると意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】既存の超音波プローブがボリュームを問い合わせする方法を示す図である。
【図２】図１の超音波スライスの１つを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に従った超音波イメージングシステムを示すブロック図である。
【図４】図３の超音波イメージングシステムを用いて、得られた成分スキャンライン及び一連のスキャンスライスを示す図である。
【図５】図４に示しているスキャンラインの原点を位置付ける効果を示す図である。
【図６】図４及び図５に示しているスキャンラインの原点を位置付けるために送信遅延及び受信遅延がどのように操作されるかを理論的に示す図である。
【図７】本発明の代替の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の他の代替の実施形態を示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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