(57)【要約】【課題】アレイの形に配列させた複数のトランスジューサ素子を含む超音波探触子及び超音波撮像システムを提供すること。【解決手段】アレイの形に配列させた複数のトランスジューサ素子を含む超音波探触子及び超音波撮像システムである。この複数のトランスジューサ素子は送信開口及び受信開口を形成するように編成させている。この超音波探触子及び超音波撮像システムは複数の集約ノード（２１４）を含む。この超音波探触子及び超音波撮像システムは受信開口内のトランスジューサ素子の各々に関連付けさせた１組の受信スイッチ（２３２）を含む。受信スイッチ（２３２）の各組は、関連付けされたトランスジューサ素子を複数の集約ノードのうちの任意の１つに選択的に接続するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイの形に配列させ、送信開口（１５４）及び受信開口（１５６）を形成するように編成させた複数のトランスジューサ素子（１５２）と、
複数の集約ノード（２１４）と、
その各組を受信開口（１５６）内の複数のトランスジューサ素子（１５２）の異なる１つに関連付けさせた複数組の受信スイッチ（２３２）であって、該受信スイッチ（２３２）組の各々は、該関連付けされたトランスジューサ素子（１５２）を前記複数の集約ノード（２１４）のうちの任意の１つに選択的に接続するように構成されている複数組の受信スイッチ（２３２）と、
を備える超音波探触子（１０６）。
【請求項２】
前記受信開口（１５６）内の複数のトランスジューサ素子（１５２）は、複数のトランスジューサ素子（１５２）の各々からの受信信号の位相に基づいて複数組の受信スイッチ（２３２）を介して複数の集約ノード（２１４）に接続されている、請求項１に記載の超音波探触子（１０６）。
【請求項３】
前記受信開口（１５６）内の複数のトランスジューサ素子（１５２）の部分組は前記複数の集約ノード（２１４）の第１のノードに接続されている、請求項１に記載の超音波探触子（１０６）。
【請求項４】
前記受信開口（１５６）内の複数のトランスジューサ素子（１５２）の部分組からの受信信号はすべて実質的に同じ位相を有する、請求項３に記載の超音波探触子（１０６）。
【請求項５】
前記複数のトランスジューサ素子（１５２）は２次元アレイ（１５０）の形に配列されている、請求項１に記載の超音波探触子（１０６）。
【請求項６】
前記複数の集約ノード（２１４）は４つの集約ノードを備える、請求項１に記載の超音波探触子（１０６）。
【請求項７】
アレイの形に配列させ、送信開口（１５４）及び受信開口（１５６）を形成するように編成させた複数のトランスジューサ素子（１５２）と、
複数の分配ノード（２１０）と、
その各組を送信開口（１５４）内の複数のトランスジューサ素子（１５２）の異なる１つに関連付けさせた複数組の送信スイッチ（２１２）であって、該送信スイッチ（２１２）組の各々は、該関連付けされたトランスジューサ素子（１５２）を前記複数の分配ノード（２１０）のうちの任意の１つに選択的に接続するように構成されている複数組の送信スイッチ（２１２）と、
を備える超音波探触子（１０６）。
【請求項８】
前記送信開口（１５４）内の複数のトランスジューサ素子（１５２）は、分配ノード（２１０）の各々に対する送信信号の位相に基づいて複数組の送信スイッチ（２１２）を介して複数の分配ノード（２１０）に接続されている、請求項７に記載の超音波探触子（１０６）。
【請求項９】
前記複数の分配ノード（２１０）は４つの分配ノードを備える、請求項７に記載の超音波探触子（１０６）。
【請求項１０】
前記送信開口（１５４）内の複数のトランスジューサ素子（１５２）の部分組は前記複数の分配ノード（２１０）の第１のノードに接続されている、請求項７に記載の超音波探触子（１０６）。
【請求項１１】
前記送信開口（１５４）内の複数のトランスジューサ素子（１５２）の部分組はすべて前記複数の分配ノード（２１０）の第１のノードから実質的に同じ位相で信号を受信している、請求項１０に記載の超音波探触子（１０６）。
【請求項１２】
ユーザインタフェース（１１５）と、
超音波探触子（１０６）であって、
アレイの形に配列させ、送信開口（１５４）及び受信開口（１５６）を形成するように編成させた複数のトランスジューサ素子（１５２）と、
複数の集約ノード（２１４）と、
その各組を受信開口（１５６）内のトランスジューサ素子（１５２）の異なる１つに関連付けさせた複数組の受信スイッチ（２３２）であって、該受信スイッチ（２３２）組の各々は、該関連付けされたトランスジューサ素子（１５２）を前記複数の集約ノード（２１４）のうちの任意の１つに接続するように構成されている複数組の受信スイッチ（２３２）と、
を備えた超音波探触子（１０６）と、
前記ユーザインタフェース（１１５）及び超音波探触子（１０６）に接続された、前記受信開口（１５６）内の複数のトランスジューサ素子（１５２）の部分組を前記複数の集約ノード（２１４）のうちの１つに選択的に接続するために前記複数組の受信スイッチ（２３２）を制御するように構成されたプロセッサ（１１６）と、
を備える超音波撮像システム（１００）。
【請求項１３】
前記プロセッサ（１１６）に接続された複数の分配ノード（２１０）をさらに備える請求項１２に記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１４】
その各組を送信開口（１５４）内のトランスジューサ素子（１５２）の異なる１つに関連付けさせた複数組の送信スイッチ（２１２）であって、該送信スイッチ（２１２）組の各々は、該関連付けされたトランスジューサ素子（１５２）を前記複数の分配ノード（２１０）のうちの任意の１つに選択的に接続するように構成されている複数組の送信スイッチ（２１２）をさらに備える請求項１３に記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１５】
前記プロセッサ（１１６）及びユーザインタフェース（６０６）を含んだハンドへルド使用向けに構成されたサイズ及び重量を備えたハウジング（６０８）をさらに備える請求項１２に記載の超音波撮像システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全般的には超音波撮像に関し、また具体的には超音波探触子内のトランスジューサ素子に接続させた複数の集約ノード及び／または複数の分配ノードを備えた超音波探触子及び超音波撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波撮像システムは、超音波ビームを送信し検査中の対象から反射したビームを受信するために超音波トランスジューサ素子からなるアレイを備える。印加する電圧の時間遅延（または、位相）及び振幅を選択することによって、個々のトランスジューサ素子を制御し、好ましいベクトル方向に伝播しそのビームに沿った選択した点に集束するような正味の超音波を形成するように合成される超音波を生成することが可能である。同じ解剖学情報を示すデータを収集するために複数の発射を使用することがある。例えば各ビームの焦点を同じ走査線に沿って直前ビームの焦点に対してシフトさせて連続したビームを送信することによって最大焦点の変化を提供するようにあるいは各発射ごとの受信データの内容を変化させるように発射のそれぞれに関するビーム形成パラメータを変動させることがある。印加する電圧の位相回転及び振幅を変化させることによって、その焦点を備えたビームを対象を走査するための１つの面内で移動させることが可能である。
【０００３】
同じ原理は、そのトランスジューサアレイが反射した音響エネルギーの受信のために利用される場合にも当てはまる。受信素子位置に生成される電圧は、その正味信号が対象内の単一の焦点から反射された超音波を示すように集約（ｓｕｍ）される。送信モードの場合と同様に、超音波エネルギーに関するこの集束式の受信は、各受信素子からの信号に対して与える位相及び利得を異ならせることによって実現される。
【０００４】
従来の多くの超音波撮像システムは、２次元トランスジューサアレイ（本明細書の以下では、２Ｄトランスジューサアレイと呼ぶ）を含んでいる。この開示の目的では、２Ｄトランスジューサアレイとはトランスジューサ素子の中心点が１つの２次元パターンを形成するようなトランスジューサアレイを含むものと規定することにする。この２次元パターンは、幾つかの実施形態では湾曲した表面に従うことがある。典型的にはこれらのトランスジューサ素子は２Ｄトランスジューサアレイ内で長さと幅の両方が寸法的に同じである。さらに、２Ｄトランスジューサアレイはフル電子式の集束及びステアリングを有することがある。２Ｄトランスジューサアレイは典型的には、格子状に配列させた多数のトランスジューサ素子を備えており、この格子は正方形、長方形、６角形あるいは別の基本形を有することができる。２Ｄトランスジューサアレイ内の素子のタイミング及び振幅を制御することによって、送信された超音波ビームをアジマス方向と上下方向の両方向で同時にステアリングすることが可能である。２Ｄトランスジューサアレイを使用すると超音波トランスジューサまたは探触子の柔軟性を高めることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第２００９０００５６８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
血液などの流体の動きを撮像するためには連続波ドプラ撮像モードを用いて超音波データを収集することが有利となることが多い。連続波ドプラ撮像モードでは、送信開口内のトランスジューサ素子の一群を用いて撮像している解剖学領域内に超音波エネルギーを送信する。撮像している領域から反射して戻される超音波反射エネルギーを別の受信開口内の第２群のトランスジューサ素子を用いて検出している。典型的には１Ｄトランスジューサアレイの探触子では、受信開口内のトランスジューサ素子の各々に対応して１つの増幅器を存在させている。しかし空間的制約やパワーの制約のために、２Ｄトランスジューサアレイの探触子内部にある増幅器が有するダイナミックレンジは典型的には制限されており、このためこれらは連続波ドプラ撮像などの手順には適さない。連続波ドプラ撮像では、動いている血液からの信号は静止した組織からの信号と比べてその大きさが数桁程度低いことがある。適正な信号解析のためには、この弱い血液エコーと強い組織エコーの両方を処理しなければならない。連続波ドプラ収集の間に受信した信号を処理するために２Ｄトランスジューサアレイにおける従来の探触子に見られるようなダイナミックレンジが制限された増幅器を用いることは、組織から受信した信号と比べて血液エコー信号が小さすぎるため問題となることがある。一般に、連続波ドプラ撮像についてダイナミックレンジが制限された増幅器を使用すると血液エコーの解析が最適に至らないことになる。
【０００７】
さらに２Ｄトランスジューサアレイは典型的には、最適結果を得るためにトランスジューサアレイのごく近傍において電子ビーム形成することが必要である。しかし従来の２Ｄアレイは数千個の素子を有することがあり、これら素子のすべてからの電気信号を電子ビーム形成のために超音波コンソールに戻すことは現実的でない。
【０００８】
これらの理由やその他の理由から新規の超音波探触子及び新規の超音波撮像システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上で言及した短所、欠点及び問題については、明細書の以下を読みかつ理解することによって了解されるようにして本明細書は対処している。
【００１０】
一実施形態による超音波探触子は、アレイの形に配列させた複数のトランスジューサ素子を含む。この複数のトランスジューサ素子は送信開口及び受信開口を形成するように編成させている。この超音波探触子は複数の集約ノードを含む。超音波探触子はさらに、複数組の受信スイッチを含む。各受信スイッチ組は、受信開口内の複数のトランスジューサ素子のうちの異なる１つと関連付けさせている。各受信スイッチ組は、この関連付けされたトランスジューサ素子を複数の集約ノードのうちの任意の１つに選択的に接続するように構成されている。
【００１１】
別の実施形態による超音波探触子はアレイの形に配列させた複数のトランスジューサ素子を含む。この複数のトランスジューサ素子は送信開口及び受信開口を形成するように編成させている。この超音波探触子は複数の分配ノードを含む。この超音波探触子は複数組の送信スイッチを含む。各送信スイッチ組は、送信開口内の複数のトランスジューサ素子のうちの異なる１つと関連付けさせている。各送信スイッチ組は、関連付けされたトランスジューサ素子を複数の分配ノードのうちの任意の１つと選択的に接続するように構成されている。
【００１２】
別の実施形態による超音波撮像システムは、ユーザインタフェース及び超音波探触子を含む。この超音波探触子は、アレイの形に配列させた複数のトランスジューサ素子を含む。この複数のトランスジューサ素子は送信開口及び受信開口を形成するように編成させている。この超音波探触子は複数の集約ノードを含む。この超音波探触子は複数組の受信スイッチを含む。各受信スイッチ組は、受信開口内のトランスジューサ素子のうちの異なる１つと関連付けさせている。各受信スイッチ組は、関連付けされたトランスジューサ素子を複数の集約ノードのうちの任意の１つに接続するように構成されている。この超音波撮像システムはさらに、ユーザインタフェース及び超音波探触子に接続されたプロセッサを含む。このプロセッサは、受信開口内の複数のトランスジューサ素子の部分組を複数の集約ノードのうちの１つに選択的に接続するために複数組の受信スイッチを制御するように構成されている。
【００１３】
本発明に関する様々な別の特徴、目的及び利点については添付の図面及びその詳細な説明から当業者には明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態による超音波撮像システムの概要図である。
【図２】一実施形態による２次元トランスジューサアレイを表した概要図である。
【図３】一実施形態による特定用途向け集積回路の一部分を表した概要図である。
【図４】一実施形態による特定用途向け集積回路の一部分を表した概要図である。
【図５】一実施形態によるトランスジューサ素子を接続するための構成を表した概要図である。
【図６】一実施形態によるハンドへルド型超音波撮像システムを表した概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の詳細な説明では、実施し得る特定の実施形態を一例として示している説明の一部を形成する添付の図面を参照している。これらの実施形態は当業者による該実施形態の実施を可能とさせるように十分詳細に記述していると共に、別の実施形態も利用し得ること並びに該実施形態の趣旨を逸脱することなく論理的、機械的、電気的及び別の変更を実施し得ることを理解されたい。以下の詳細な説明はしたがって、本発明の範囲の限定と見なすべきではない。
【００１６】
図１は、超音波撮像システム１００の概要図である。超音波撮像システム１００は、身体（図示せず）内にパルス状の超音波信号を放出するように超音波探触子１０６内部のトランスジューサ素子１０４を駆動している送信器１０２を含む。多種多様な幾何学構成が使用されることがある。このパルス状の超音波信号は血球や筋肉組織などの身体内の構造で後方散乱され、トランスジューサ素子１０４に戻されるエコーを発生させる。このエコーはトランスジューサ素子１０４によって電気信号または超音波データになるように変換されると共に、この電気信号は受信器１０８により受信される。本開示の目的において、超音波データという用語は、超音波システムにより収集かつ／または処理されたデータを含むことがある。さらに超音波データという用語は、ＲＦ超音波データとＩＱ超音波データ（これについては本明細書の以下で詳細に検討することにする）の両方を含むものと規定する。受信したエコーを表す電気信号はＲＦ超音波データを出力するビーム形成器１１０を通過させる。ＲＦ超音波データは、ビーム形成の前と後のいずれのデータを意味することもある。患者データの入力の制御、走査パラメータや表示パラメータの変更その他を含む超音波システム１００の操作を制御するために、以下でより詳細に記載するようなユーザインタフェース１１５を使用することがある。
【００１７】
超音波撮像システム１００はさらに、超音波データを処理しディスプレイ１１８上に表示するための超音波情報のフレームを作成するためにプロセッサ１１６を含む。プロセッサ１１６は送信器１０２と電気的に接続させている。プロセッサ１１６は送信器１０２及びビーム形成器１１０を介して探触子１０６と間接的に接続されている。プロセッサ１１６は、走査の間にトランスジューサ素子１０４をどのように用いるかを制御することがある（これについては本明細書の以下でより詳細に記載することにする）。一実施形態ではそのプロセッサ１１６はさらに、ＲＦ超音波データを復調して未処理超音波データを作成する複素復調器（図示せず）を含むことがある。本開示の目的において、「ＩＱ超音波データ」という用語は未だ画像として表示するように処理されていない復調済み超音波データを含むものと規定する。プロセッサ１１６は、超音波情報に関する選択可能な複数の超音波モダリティに従って１つまたは複数の処理操作を実行するように適応させている。この超音波情報はエコー信号を受信しながら走査セッション中にリアルタイムで処理されることがある。本開示の目的において「リアルタイム」という用語は意図的な遅延を伴うことなく実行される手順を含むものと規定する。追加としてまたは別法としてこの超音波情報は、走査セッションの間にバッファ（図示せず）内に一時的に保存され、ライブ動作またはオフライン動作でリアルタイム性がより低い処理を受けることがある。本発明の幾つかの実施形態は処理タスクを取り扱うために複数のプロセッサ（図示せず）を含むことがある。例えば第１のプロセッサがＲＦ信号の復調及びデシメーション（ｄｅｃｉｍａｔｅ）のために利用されることがある一方、第２のプロセッサはそのデータを画像の表示前にさらに処理するために使用されることがある。別の実施形態では異なる配列のプロセッサを用い得ることを理解されたい。
【００１８】
超音波撮像システム１００は、例えば２０Ｈｚ〜３０Ｈｚなどのフレームレートで超音波情報を連続して収集することがある。しかし別の実施形態は、超音波情報を異なるレートで収集することがある。例えば幾つかの実施形態は、その意図する用途に応じて１００Ｈｚを超えるフレームレートで超音波情報を収集することがある。即座に表示させる予定がない収集超音波情報の処理済みフレームを保存するためにメモリ１２２を含めている。例示的な実施形態ではそのメモリ１２２は、少なくとも数秒間分の超音波情報フレームを保存するのに十分な容量である。この超音波情報フレームは、その順序または収集時刻に従ったその取り出しを容易にするような方式で保存される。メモリ１２２は、周知の任意のデータ記憶媒体を含むことがある。超音波コンソール１２３は、図１の破線の域内にある構成要素のすべてを含む。別の実施形態は、構成要素を若干異なる組み合わせとした超音波コンソールを含むことがある。しかし本開示による場合、「コンソール」という用語は少なくとも１つのプロセッサと１つのビーム形成器を含むものと規定する。
【００１９】
任意選択では、本発明の実施形態をコントラスト剤を利用して実現させることがある。コントラスト撮像によれば、マイクロバブルを含む超音波コントラスト剤を用いた場合に身体内の解剖学構造や血流に関する強調画像が作成される。コントラスト剤を用いながら超音波データを収集した後の画像解析は、高調波成分と線形成分を別々に含んでおり、これにより高調波成分を強調すると共にこの強調した高調波成分を利用して超音波画像を作成することができる。受信信号からの高調波成分の分離は適当なフィルタを用いて実行される。超音波撮像に関するコントラスト剤の利用については当業者によく知られており、したがってこれ以上詳細に記載しないことにする。
【００２０】
本発明の様々な実施形態では超音波情報は、フレームデータの２Ｄや３Ｄ画像組その他を形成するように、別のまたは異なるモード関連のモジュール（例えば、Ｂモード、カラードプラ、パワードプラ、Ｍモード、スペクトルドプラ解剖学的Ｍモード、歪み、歪み率、その他）によって処理されることがある。例えば１つまたは複数のモジュールは、Ｂモード、カラードプラ、パワードプラ、Ｍモード、解剖学的Ｍモード、歪み、歪み率、スペクトルドプラ画像フレーム、及びこれらを組み合わせたもの、その他を作成することがある。この画像フレームは、画像フレームをメモリ内に収集した時点を指示するタイミング情報と一緒に保存される。このモジュールは例えば、画像フレームを極座標からデカルト座標に変換するための走査変換演算を実行するための走査変換モジュールを含むことがある。患者に対して手技を実施しながらメモリから画像フレームを読み取りその画像フレームをリアルタイムで表示するようなビデオプロセッサモジュールを設けることがある。ビデオプロセッサモジュールはこの画像フレームを、そこから画像を読み出し表示させる画像メモリ内に保存することがある。
【００２１】
図２を参照すると、一実施形態による２次元（２Ｄ）トランスジューサアレイの概要を表している。２Ｄトランスジューサアレイ１５０は、図１に示した超音波探触子１０６などの探触子の一構成要素とすることがある。２Ｄトランスジューサアレイ１５０は、横列と縦列の形になるように配列させた複数のトランスジューサ素子１５２を備える。図２に示した実施形態は、３５個の横列と４８個の縦列を有するが、別の実施形態が別の数のトランスジューサ素子を有すること、かつ／またはトランスジューサ素子を異なる配列とさせることもあり得る。例えば一実施形態は、４８個の横列と１６０個の縦列の形になるように配列させた７６８０個のトランスジューサ素子を有することがある。本開示の目的では、アジマス方向がｘ方向を含むものと規定し、また上下方向がｙ方向を含むものと規定する。２次元トランスジューサアレイ１５０は、送信開口１５４及び受信開口１５６を含むことがある。
【００２２】
図３を参照すると、一実施形態による超音波探触子内部にある特定用途向け集積回路（本明細書の以下ではＡＳＩＣと呼ぶ）の一部分の概要を表している。ＡＳＩＣ２００は、図２に示した２Ｄトランスジューサアレイ１５０などのトランスジューサアレイの後ろ側に位置決めされることがある。ＡＳＩＣ２００は複数のセル２０２を含む。一実施形態では、ＡＳＩＣ２００内部にある複数のセル２０２の各々は、一意の１つのトランスジューサ素子に関連付けさせることがある。連続波ドプラモードを含む多くの動作モードでは、トランスジューサアレイ１５０は上に記載したように送信開口１５４（図２参照）と受信器開口１５６（図２参照）に分離させることがある。一実施形態ではそのＡＳＩＣ２００の複数のセル２０２を第１の複数のセル２０４と第２の複数のセル２０６とに分割している。破線２０８は、第１の複数のセル２０４を第２の複数のセル２０６から分離させる役割をしている。一実施形態では、第１の複数のセル２０４の各々は送信開口１５４（図２参照）内の１つのトランスジューサ素子に関連付けされており、また第２の複数のセル２０６の各々は受信開口１５６（図２参照）内の１つのトランスジューサ素子に関連付けされている。セル２０２の各々は、関連付けされたセルが複数の分配ノード２１０のうちの１つと複数の集約ノード２１４のうちの１つとのいずれに接続されるかを決定する１組のスイッチを含む。本開示の目的において「関連付けされた（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）」という用語は電気的に接続されることを含むものと規定する。さらに図３に示した実施形態に関して「関連付けされた」という用語は、ある具体的なセル上のスイッチ（送信スイッチと受信スイッチのいずれか）の構成がある具体的なトランスジューサ素子までの信号のルート設定またはこれからの信号のルート設定のいずれかを決定するように適応させていることを意味する。１組の送信スイッチや１組の受信スイッチなどのセル内部にある素子の各々もしたがって、単一のトランスジューサ素子に関連付けされている。さらに別の実施形態では、図３においてＡＳＩＣ２００内部にあるように示した個々の素子はＡＳＩＣ以外の構造内に含まれることもある。明瞭にするために、ＡＳＩＣ２００内の全部のセルのうち図３に示しているのはその僅かな数だけである。上で記載したように一実施形態では、トランスジューサアレイ１５０内の各トランスジューサ素子１５２ごとにＡＳＩＣ内に一意の１つのセルを存在させている。
【００２３】
図２及び図３を参照すると一実施形態では、第１の複数のセル２０４の各々を複数の分配ノード２１０のうちの任意の１つに選択的に接続可能である。プロセッサ１１６（図１参照）は、第１の複数のセル２０４のどの部分組（またしたがってトランスジューサ素子１５２のどれを）分配ノード２１０の各々に接続させるのかを制御するように構成されることがある。複数の分配ノード２１０は、超音波コンソール１２３（図１参照）からの送信信号をＡＳＩＣ２００内の第１の複数のセル２０４に伝達するように構成されている。第１の複数のセル２０４は一方、この送信信号を送信開口１５４内のトランスジューサ素子に伝達している。同じ分配ノードに接続されるトランスジューサ素子のすべては、送信器１０２（図１参照）からの送信信号を実質的に同じ位相で受信することになる。さらにプロセッサ１１６は、分配ノード２１０の各々にトランスジューサ素子１５２のうちのどれを接続させるかを制御すること並びに分配ノード２１０の各々を介して位相が異なる送信信号を送り出すことによって、トランスジューサ素子１５２から放出された超音波ビームを有効にステアリングすることが可能である。図３に示した実施形態では複数の分配ノード２１０は、第１の分配ノード２１６、第２の分配ノード２１８、第３の分配ノード２２０及び第４の分配ノード２２２という４つの分配ノードを含む。別の実施形態は、分配ノードを別の数だけ含むことがある。送信スイッチ２１２及び複数の分配ノード２１０の組に関する追加の詳細について以下に記載することにする。
【００２４】
さらに図３を参照すると、第２の複数のセル２０６の各々は複数の集約ノード２１４のうちの任意の１つに選択的に接続可能である。プロセッサ１１６（図１参照）は、集約ノード２１４の各々に第２の複数のセル２０６のどの部分組を接続させるかを制御するように構成されることがある。一実施形態ではその複数の集約ノード２１４は、第１の集約ノード２２４、第２の集約ノード２２６、第３の集約ノード２２８及び第４の集約ノード２３０という４つの集約ノードを含む。第２の複数のセル２０６の各々を複数の集約ノード２１４のうちの任意の１つに選択的に接続するために複数組の受信スイッチ２３２が使用される。
【００２５】
ここで図２及び図３を参照すると本明細書の上で記載したように、分配ノード２１０の各々は位相が異なる信号を伝達することがある。さらに、送信開口１５４内のトランスジューサ素子の各々は複数の分配ノード２１０のうちの任意の１つに接続されることがある。このために、共通の分配ノードに接続させたトランスジューサ素子のすべては一般に同じ位相で信号を受信することになる。分配ノードの各々にトランスジューサ素子のうちのどれを接続させるかを決定することによって、プロセッサ１１６は所望の方向において超音波ビームの波面をステアリングすることが可能となる。
【００２６】
さらに一実施形態では、共通の集約ノードに接続されるトランスジューサ素子のすべてからの信号は、その集約ノード内で合成されることになる。集約ノード２１４のうちの１つで合成された後にその信号は適当な位相シフトを印加するためにビーム形成器１１０（図１参照）に渡される。集約ノードからの信号の取扱いに関する追加の詳細については、本明細書の以下でより詳細に記載することにする。
【００２７】
図４を参照すると、一実施形態によるＡＳＩＣ２００（図３参照）の第２の複数のセル２０６（図３参照）からの単一のセル２４０の詳細概要を表している。
【００２８】
図４を参照すると、一実施形態による第２の複数のセル２０６（図３参照）からの１つのセル２４０の詳細概要を表している。セル２４０に関連付けされたトランスジューサ素子を４つの集約ノード（第１の集約ノード２２４、第２の集約ノード２２６、第３の集約ノード２２８及び第４の集約ノード２３０）のうちの１つに接続させるために、受信スイッチ２３２の組内の受信スイッチの各々を選択的に操作することがある。受信スイッチのうちの１つだけによってセル２４０またしたがって関連付けされたトランスジューサ素子を、複数の集約ノードのうちの１つに能動的に接続させることがある一方、関連付けされたトランスジューサ素子は超音波信号を能動的に受信している。複数のトランスジューサ素子からの信号は集約ノードの各々の上で伝達されることがある。この方式では、複数の集約ノードの各々によって複数のトランスジューサ素子からの超音波信号が合成されることがある。一実施形態ではコンソール１２３（図１参照）内に、集約ノードに接続させた増幅器を位置決めさせることがある。集約ノード２１４の各々に関連付けさせて一意の１つの増幅器を存在させることがある。複数の集約ノード上で信号を合成しコンソール１２３内で信号増幅を操作することによって、図３に示した実施形態は２Ｄトランスジューサアレイ内に多数のトランスジューサ素子がある場合であっても連続波ドプラのような撮像技法で必要となる広いダイナミックレンジの送達をより容易とすることができる。さらに分配ノード２１０及び集約ノード２１４を用いることによって、２次元トランスジューサアレイをコンソール１２３（図１参照）に接続するために使用する電気配線をより少なくすることが可能である。使用する電気配線の数が少ないとより単純な超音波探触子が可能であり、これにより設計及び製造過程において時間及びコストの両方を節約することが可能となる。
【００２９】
図５を参照すると、一実施形態によるトランスジューサ素子を集約ノード及び分配ノードに接続するための構成の概要を表している。図５は、送信開口３００と受信開口３０２の両方を含む。図５では送信開口３００と受信開口３０２を互いに別々のものとして表しているが、別の実施形態は別の構成をした送信開口及び受信開口を有することがあること、またこれらの実施形態のうちの幾つかにおいて送信開口と受信開口を互いに隣り合わせることがあることを理解されたい。送信開口３００と受信開口３０２の各々は複数のトランスジューサ素子３０３を含む。図５では、送信開口３００内のトランスジューサ素子の各々の内部に記載した番号によって一実施形態によりそのトランスジューサ素子を接続させる先の分配ノードを示している。例えば、第１の分配ノードに接続されるトランスジューサ素子には「１」のラベルを付け、第２の分配ノードに接続されるトランスジューサ素子には「２」のラベルを付け、第３の分配ノードに接続されるトランスジューサ素子には「３」のラベルを付け、また第４の分配ノードに接続されるトランスジューサ素子には「４」のラベルを付けている。
【００３０】
同様に、受信開口３０２内のトランスジューサ素子の各々の内部に記載した番号によって一実施形態によりそのトランスジューサ素子を接続させる先の集約ノードを示している。例えば、第１の集約ノードに接続されるトランスジューサ素子には「５」のラベルを付け、第２の集約ノードに接続されるトランスジューサ素子には「６」のラベルを付け、第３の集約ノードに接続されるトランスジューサ素子には「７」のラベルを付け、また第４の集約ノードに接続されるトランスジューサ素子には「８」のラベルを付けている。
【００３１】
一実施形態では、図５のトランスジューサ素子を位相を基準としてグループ分けすることがある。すなわち、共通の分配ノードに接続された送信開口３００内のトランスジューサ素子のすべてが実質的に同じ位相で超音波信号を放出することがある。さらに、共通の集約ノードに接続された受信開口３０２内のトランスジューサ素子のすべてからの信号を位相シフトを信号に印加する前に共通の集約ノード上で合成させることがある。図５は一実施形態に従ったトランスジューサ素子をノードに接続させ得るある特定の方法を示していることを理解されたい。プロセッサ１１６（図１参照）は、送信開口または受信開口の焦点を変更するために送信スイッチ組と受信スイッチ組のそれぞれの接続を変更することがある。送信開口３００内の素子の各々は分配ノードのいずれに選択的に接続することもある。さらに、受信開口３０２内のトランスジューサ素子の各々は一実施形態に従って集約ノードのうちの任意の１つに接続されることがある。トランスジューサ素子のノードへの接続は送信開口と受信開口の希望する焦点に応じて追加的な多くの構成とすることが可能であることを理解されたい。
【００３２】
図３と図４の両方を参照すると一実施形態では、分配ノード２１０の各々に接続させてコンソール１２３（図１参照）内に移相器（図示せず）を配置させることがある。さらに、集約ノード２１４の各々に接続させてコンソール１２３内に移相器を配置させることもある。送信開口１５４（図２参照）に関してはこの移相器は、分配ノード２１０の各々が伝送する信号に適正な位相シフトを付与するために利用されることがある。受信開口１５６（図２参照）に関してはこの移相器は、異なる集約ノードの各々からの信号が互いに足し合わされるように集約ノードの各々からの信号の位相を整列させるために利用されることがある。例えば４つの集約ノードを備えた例示的な実施形態では、第１の集約ノードからの信号を第１の移相器（図示せず）によって４５度だけ回転させることがあり、第２の集約ノードからの信号を第２の移相器（図示せず）によって１３５度だけ回転させることがあり、第３の集約ノードからの信号を第３の移相器（図示せず）によって２２５度だけ回転させることがあり、また第４の集約ノードからの信号を第４の移相器（図示せず）によって３１５度だけ回転させることがある。別の実施形態は移相器のそれぞれが信号を異なる量だけ回転させることがあり得ることを理解されたい。
【００３３】
図４を参照すると、図４に示したセル２４０はさらに、高電圧スイッチ２６１を含む。高電圧スイッチ２６１はプロセッサ１１６（図１参照）により制御されることがある。高電圧スイッチ２６１は、トランスジューサアレイをパルス式モードで動作させるときに受信スイッチ２３２の組を切り離すために使用されることがある。例えばプロセッサ１１６は、セル２４０がパルス式送信モード（例えば、Ｂモードやカラーフローモード）にあるときに高電圧スイッチ２６１を選択的に開放することがある。高電圧スイッチ２６１はさらにパルス式モード動作の送信フェーズの間に存在する高電圧から受信スイッチ２３２の組を切り離す役割もしている。高電圧スイッチ２６１などの高電圧スイッチを用いることによって、受信スイッチ２３２の組はパルス式モード動作の送信フェーズの間に使用される電圧に耐える必要がないため、スイッチ２３２の組をさらに小さくすることができる。連続波ドプラモードのときには、トランスジューサ素子を受信スイッチ２３２の組に接続するために高電圧スイッチ２６１は閉じられる。高電圧スイッチ２６１を受信開口２０８（図３参照）内の１つのセルの一部のように表しているが、第１の複数のセル２０４（図３参照）の各々が各送信スイッチ組２１２（図３参照）を保護するように同様に位置決めされた高電圧スイッチを有することもあることを理解されたい。
【００３４】
さらに図４を参照すると、セル２４０に関連付けされたトランスジューサ素子（図示せず）を集約ノードのうちの任意の１つ（２２４、２２６、２２８、２３０）に接続できるようにそのスイッチ２３２が構成されることがある。一実施形態ではそのプロセッサ１１６（図１参照）は、各集約ノード（２２４、２２６、２２８、２３０）に具体的にどのトランスジューサ素子を接続させるのかを決定するために受信スイッチの組の構成を制御することがある。上で検討したように、トランスジューサ素子の各々にセル２４０などのセルを接続させることがある。トランスジューサ素子は、電流に応答してその厚さが変化する材料からなることがある。例えばそのトランスジューサ素子は圧電材料または電気ひずみ材料から製作されることがある。別法としてそのトランスジューサ素子は容量性マイクロマシン加工（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ）超音波トランスジューサ（ｃＭＵＴ）として製作されることがある。一実施形態では、ＡＳＩＣ２００（図３参照）の一部分となったセルなどの複数のセルをトランスジューサ素子層のすぐ後ろ側に置くことや、これらを超音波探触子１０６（図１参照）の内部のどこかに配置させることがある。次いでプロセッサ１１６は、送信開口内のトランスジューサ素子を分配ノード２１０（図３参照）に接続させるような送信スイッチ２１２（図３参照）の組の各組に必要な状態を計算することがある。送信開口に使用される分配ノードの数並びに受信開口に使用される集約ノードの数に基づいてプロセッサ１１６は次いで、どのトランスジューサ素子を共通ノードに接続すべきかを決定することがある。例えばプロセッサ１１６は、上に記述した例示的な実施形態の場合のようにトランスジューサ素子を４つのグループにグループ分けすることがある。
【００３５】
ここで図６を参照すると、一実施形態によるハンドへルド型超音波撮像システムを表している。ハンドへルド型超音波撮像システム６００は、超音波探触子６０２、ディスプレイ６０４及びユーザインタフェース６０６を含む。ユーザインタフェース６０６は、タッチ式ホイール及び／またはその他のボタンを備えることがある。実施形態はさらに、ユーザインタフェースの一部としたディスプレイ６０４上に配置されたソフトキー及び／またはタッチスクリーンを用いることもある。超音波撮像システム６００はさらに、追加の構成要素を収容するハウジング６０８を含む。一実施形態ではそのハンドへルド型超音波撮像システム６００はハウジング６０８内部に、図１でコンソール１２３（図１参照）内部にあるように表した素子のすべてを含むことがある。探触子６０２も同様に、図３に示したものと同様の２Ｄトランスジューサアレイを備えることがある。別の実施形態が実質的に異なる形状をもつハウジングを含むことがあることは当業者であれば理解されよう。
【００３６】
この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。
【符号の説明】
【００３７】
１００  超音波撮像システム
１０２  送信器
１０４  トランスジューサ素子
１０６  超音波探触子
１０８  受信器
１１０  ビーム形成器
１１５  ユーザインタフェース
１１６  プロセッサ
１１８  ディスプレイ
１２２  メモリ
１２３  コンソール
１５０  ２次元トランスジューサアレイ
１５２  トランスジューサ素子
１５４  送信開口
１５６  受信開口
２００  特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）
２０２  複数のセル
２０４  第１の複数のセル
２０６  第２の複数のセル
２０８  破線
２１０  複数の分配ノード
２１２  送信スイッチ組
２１４  複数の集約ノード
２１６  第１の分配ノード
２１８  第２の分配ノード
２２０  第３の分配ノード
２２２  第４の分配ノード
２２４  第１の集約ノード
２２６  第２の集約ノード
２２８  第３の集約ノード
２３０  第４の集約ノード
２３２  受信スイッチ組
２４０  セル
２６１  高電圧スイッチ
３００  送信開口
３０２  受信開口
３０３  複数のトランスジューサ素子
６００  ハンドへルド型超音波撮像システム
６０４  ディスプレイ
６０６  ユーザインタフェース
６０８  ハウジング
【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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