(57)【要約】超音波検査の間にビュー領域を改善するための二次元トランスジューサアレイを用いる方法及びシステムについて開示している。超音波イメージングシステムは、複数の音響要素（２１２）を有する二次元トランスジューサアレイ（２１０）と、ビーム制御器（２４０）と、信号処理器（２５０）と、ディスプレイ（２６０）とを有する。ビーム制御器は、二次元トランスジューサアレイに沿って長手方向又は横方向に進められることができる生成された音響ビーム（２３０）を制御する。更に、生成された音響ビームはビーム制御器により位相シフトされる。位相シフトと音響ビームの進行とを結合させることにより、二次元アレイの視野を拡大することができる。
2007526785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波イメージング装置であって：
超音波プローブ；
二次元アレイを形成するために構成され且つ配置されている複数の音響要素であって、前記二次元アレイは前記超音波プローブにおいて適合するように構成され且つ備えられ、前記の複数の音響要素は、音響パルスを生成し且つエコー信号を受信することができる少なくとも１つの音響要素を有する、複数の音響要素；並びに
前記二次元アレイに結合されているビーム制御器であって、前記ビーム制御器は少なくとも１つのエコー信号を生成するように音響ターゲットに衝突するように前記音響パルスを生成するように少なくとも１つの活性音響要素を駆動することができる、ビーム制御器であり、トラクタトレッドにより前記音響パルスの方向移動を制御することができる付随する回路構成を有する、ビーム制御器；
を有することを特徴とする超音波イメージング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波イメージング装置であって、前記ビーム制御器は、ビームステアリングにより前記音響パルスの方向移動を制御することができる付随する回路構成を更に有する、ことを特徴とする超音波イメージング装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波イメージング装置であって、少なくとも１つのエコー信号を処理するため、それにより、少なくとも１つの画像信号を形成するために前記二次元アレイに結合されている信号処理器を更に有する、ことを特徴とする超音波イメージング装置。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波イメージング装置であって、前記二次元アレイは、実質的に平面構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする超音波イメージング装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波イメージング装置であって、前記二次元アレイは、実質的に円筒状構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする超音波イメージング装置。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波イメージング装置であって、前記二次元アレイは、実質的に凸状構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする超音波イメージング装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波イメージング装置であって、前記凸状構成は実質的に等しい横方向寸法と長手方向寸法とを有する、ことを特徴とする超音波イメージング装置。
【請求項８】
超音波イメージング装置においてボリュームイメージングを改善するための方法であって：
超音波プローブを備える段階；
二次元アレイを形成するために構成され且つ配置されている複数の音響要素を備える段階であって、前記二次元アレイは前記超音波プローブにおいて適合するように構成され且つ備えられ、前記の複数の音響要素は、音響パルスを生成し且つエコー信号を受信することができる少なくとも１つの音響要素を有する、段階；並びに
前記二次元アレイに結合されているビーム制御器を備える段階であって、前記ビーム制御器は少なくとも１つのエコー信号を生成するように音響ターゲットに衝突するように前記音響パルスを生成するように少なくとも１つの活性音響要素を駆動することができる、段階であり、トラクタトレッドにより前記音響パルスの方向移動を制御することができる付随する回路構成を有する、段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記ビーム制御器は、ビームステアリングにより前記音響パルスの方向移動を制御することができる付随する回路構成を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、少なくとも１つのエコー信号を処理するため、それにより、少なくとも１つの画像信号を形成するために前記二次元アレイに結合されている信号処理器を備える段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、前記の少なくとも１つの画像信号に対応するデータを表示する段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、前記二次元アレイは、実質的に平面構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、前記二次元アレイは、実質的に円筒状構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法であって、前記二次元アレイは、実質的に凸状構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記凸状構成は実質的に等しい横方向寸法と長手方向寸法とを有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
超音波イメージングキットであって：
少なくとも２つの超音波プローブであって、各々は、各々の超音波プローブが超音波システムにおいて代替の配置のために構成され且つ寸法決めされている、トランスジューサアレイ及び付随する回路構成を有し、少なくとも一の超音波プローブは、二次元アレイを形成するために構成され且つ配置されている複数の音響要素であって、前記二次元アレイは前記超音波プローブにおいて適合するように構成され且つ備えられ、前記の複数の音響要素は、音響パルスを生成し且つエコー信号を受信することができる少なくとも１つの音響要素を有する、複数の音響要素を更に有する、少なくとも２つの超音波プローブ；並びに
前記超音波プローブにおいて配置されている前記トランスジューサアレイと通信状態にあり、前記超音波プローブの前記回路構成に結合されたビーム制御器であって、前記ビーム制御器は、少なくとも１つのエコー信号を生成するために音響ターゲットに衝突するために前記音響パルスを生成するように少なくとも１つの活性音響要素を駆動することができ、トラクタトレッドにより前記音響パルスの方向移動を制御することができる付随する回路構成を有する、ビーム制御器；
を有することを特徴とする超音波イメージングキット。
【請求項１７】
請求項１６に記載の超音波イメージングキットであって、前記ビーム制御器は、ビームステアリングにより前記音響パルスの方向移動を制御することができる付随する回路構成を更に有する、ことを特徴とする超音波イメージングキット。
【請求項１８】
請求項１６に記載の超音波イメージングキットであって、少なくとも１つのエコー信号を処理するため、それにより、少なくとも１つの画像信号を形成するために前記二次元アレイに結合されている信号処理器を更に有する、ことを特徴とする超音波イメージングキット。
【請求項１９】
請求項１６に記載の超音波イメージングキットであって、前記二次元アレイは、実質的に平面構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする超音波イメージングキット。
【請求項２０】
請求項１６に記載の超音波イメージングキットであって、前記二次元アレイは、実質的に円筒状構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする超音波イメージングキット。
【請求項２１】
請求項１６に記載の超音波イメージングキットであって、前記二次元アレイは、実質的に凸状構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする超音波イメージングキット。
【請求項２２】
請求項２１に記載の超音波イメージングキットであって、前記凸状構成は実質的に等しい横方向寸法と長手方向寸法とを有する、ことを特徴とする超音波イメージングキット。
【請求項２３】
超音波イメージングシステムであって：
超音波プローブ；
二次元アレイを形成するために構成され且つ配置されている複数の音響要素であって、前記二次元アレイは前記超音波プローブにおいて適合するように構成され且つ備えられ、前記の複数の音響要素は、音響パルスを生成し且つエコー信号を受信することができる少なくとも１つの音響要素を有する、複数の音響要素；並びに
前記二次元アレイに結合されているビーム制御器であって、前記ビーム制御器は少なくとも１つのエコー信号を生成するように音響ターゲットに衝突するように前記音響パルスを生成するように少なくとも１つの活性音響要素を駆動することができる、ビーム制御器であり、トラクタトレッドにより前記音響パルスの方向移動を制御することができる付随する回路構成を有する、ビーム制御器；
を有することを特徴とする超音波イメージングシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載の超音波イメージングシステムであって：
少なくとも１つのエコー信号を処理するため、それにより、少なくとも１つの画像信号を形成するために前記二次元アレイに結合された信号処理器；
超音波イメージング装置に前記超音波プローブを接続するための手段；及び
前記の少なくとも１つの画像信号を表示するための手段；
を有する、ことを特徴とする超音波イメージングシステム。
【請求項２５】
請求項２３に記載の超音波イメージングシステムであって、前記ビーム制御器は、ビームステアリングにより前記音響パルスの方向移動を制御することができる付随する回路構成を有する、ことを特徴とする超音波イメージングシステム。
【請求項２６】
請求項２３に記載の超音波イメージングシステムであって、前記二次元アレイは、実質的に平面構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする超音波イメージングシステム。
【請求項２７】
請求項２３に記載の超音波イメージングシステムであって、前記二次元アレイは、実質的に円筒状構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする超音波イメージングシステム。
【請求項２８】
請求項２３に記載の超音波イメージングシステムであって、前記二次元アレイは、実質的に凸状構成に構成及び配置されている、ことを特徴とする超音波イメージングシステム。
【請求項２９】
請求項２８に記載の超音波イメージングシステムであって、前記凸状構成は実質的に等しい横方向寸法と長手方向寸法とを有する、ことを特徴とする超音波イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、トランスジューサに関する。更に詳細には、本発明は、改善された視野を有する二次元超音波トランスジューサアレイを用いる超音波イメージングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスジューサは、多くの医療用アプリケーションにおいて、特に、患者の内部の組織及び状態の画像の非侵襲的取得において用いられ、典型的な例は、胎児及び心臓の超音波画像である。そのようなアプリケーションにおいて用いられる超音波トランスジューサは、一般に、可搬型であり、所望の画像を取得するために厳しい次元の制約に適合する必要がある。内視鏡超音波イメージング装置を用いるとき、患者の身体の特定部分の高分解能画像を得ることができるトランスジューサが、しばしば、必要とされる。
【０００３】
典型的には、従来の超音波イメージング装置は、患者の身体内の特定の組織又は器官の超音波画像を取得するために二次元アレイを用いる。一般に、それらのアレイは、平面構成に配置された複数の音響要素を有する。ビームステアリングが、超音波ビームの方向の伝播を制御するためのそのようなシステムにおいて用いられる。このような方法を用いることにより、超音波システムが患者の身体の特定領域の画像を取得することを可能にする。
【０００４】
しかしながら、従来の超音波システムは、音響要素の平面配置によるビームステアリング端部における制限のために制限された視野を有する。それ故、従来の超音波イメージングと共に用いる改善された超音波アレイについての要請が存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、改善されたボリュームイメージングを有する超音波イメージングシステムを提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、広くなった視野を有する超音波イメージングシステムを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、改善された人間工学的特性を有する超音波イメージングシステムを提供することである。
【０００８】
本発明の更なる目的は、超音波イメージングシステムにおいてエレクトロニクスにより制御される音響パルスの特定の特性を有する超音波イメージング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】
【０００９】
改善されたボリュームイメージングのための改善された視野を有する超音波イメージング装置について、以下、開示する。特に、その装置は、二次元アレイを形成するように配置及び構成された複数の音響要素と超音波プローブとを有する。二次元アレイは、ハウジング内に適合するように更に構成され、備えられていて、音響要素の各々は音響パルスを発生する及び／又はエコー信号を受信することができる。更に、装置内には、二次元アレイに結合され、音響要素の少なくとも１つを駆動し、それにより、音響ターゲットに衝突するように音響パルスを生成し、好適には、音響ビームを形成するように複数の音響要素を活性化することができるビーム制御器を有する。音響ターゲットは、少なくとも１つのエコー信号として音響ビームの少なくとも一部を反射する。ビーム制御器は、音響ビームの方向移動を制御することができる関連回路構成を更に有する。信号処理器は、少なくとも１つの画像信号を生成するために少なくとも１つのエコー信号を処理するために二次元アレイに結合される。少なくとも１つの画像信号に対応するデータを表示するために、信号処理器に動作可能であるように結合されたディスプレイを更に有する。
【００１０】
更に、視野を改善するの、それにより、超音波イメージング装置においてボリュームイメージングを改善するための方法について、以下、開示する。その方法は、超音波プローブ内に適合するように構成され、備えられている二次元アレイを形成するように構成され、備えられている複数の音響要素を有する超音波プローブを備える段階を有する。音響要素の各々は、音響パルスを生成することができ及び／又はエコー信号を受信することができる。前記の二次元アレイに結合したビーム制御器が備えられ、ここで、ビーム制御器は、少なくとも１つのエコー信号を生成するように音響ターゲットに衝突するための音響パルスを生成する音響要素の少なくとも１つを駆動することができる。好適には、ビーム制御器は、音響ビームを生成するために複数の音響要素を活性化する。更に又、ビーム制御器は、音響ビームの方向移動を制御することができる関連回路構成を有し、信号処理器は少なくとも１つのエコー信号を処理し、それにより、少なくとも１つの画像信号を生成するために二次元アレイに結合されている。超音波イメージングシステムは、少なくとも１つの画像信号を生成するために少なくとも１つのエコー信号を処理し、ディスプレイにおいて少なくとも１つの画像信号に対応するデータを表示することができる。
【００１１】
更に、超音波イメージングシステムにおける代替の配置のために構成され、寸法決めされた少なくとも２つの超音波プローブを有する超音波イメージングキットについて開示している。各々の超音波プローブは、超音波プローブの回路構成と通信するためのインタフェースを有するトランスジューサアセンブリを有する。各々のトランスジューサアセンブリは、二次元アレイを形成するように構成され、備えられている複数の音響要素を更に有し、その二次元アレイは、超音波プローブ内に適合するように構成され、適合されている。少なくとも２つの超音波プローブが備えられ、ここで、超音波プローブの少なくとも１つが少なくとも１つの他の超音波プローブと異なる超音波アセンブリを有することが、好ましい。音響要素の各々は、音響パルスを生成することができ及び／又はエコー信号を受信することができる。ビーム制御器は二次元アレイに結合され、音響ターゲットに衝突するため及び少なくとも１つのエコー信号を生成するための音響パルスを生成するように音響要素の少なくとも１つを駆動することができ、そして音響ビームを形成するために複数の音響要素を好適に駆動することができる。ビーム制御器は、音響ビームの方向移動を制御することができる関連回路構成と、少なくとも１つのエコー信号を処理し、それにより、少なくとも１つの画像信号を形成するために二次元アレイに結合された信号処理器とを有する。ディスプレイは、少なくとも１つの画像信号を表すデータを表示することができる。
【００１２】
改善されたボリュームイメージングのために改善された視野を有する超音波イメージングシステムについて、以下、開示され、その超音波イメージングシステムは超音波プローブを有し、複数の音響要素は、超音波プローブ内に備えるように構成され、適合されている二次元アレイを形成するように構成されている。音響要素の各々は、音響パルスを生成することができ及び／又はエコー信号を受信することができる。音響ターゲットに衝突する、それにより、少なくとも１つのエコー信号を生成するための音響パルスを生成するために音響要素の少なくとも１つを駆動することができるビーム制御器が二次元アレイに結合されている。ビーム制御器は、音響パルスの方向移動を制御することができる関連回路構成を有するビーム制御器は、動作可能であるように送信器に結合され、少なくとも１つのエコー信号を処理し、それにより、少なくとも１つの画像信号を形成するために前記二次元アレイに結合された信号処理器と通信し、ここで、少なくとも１つの画像信号に対応するデータを表示することができる。超音波イメージング装置にハウジングを接続するための手段を、更に有する。
【００１３】
上記の本発明の目的及び有利点について、以下、添付図面と関連付けて、好適な実施形態の詳細説明を参照することにより、当業者は容易に理解することができるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の幾つかの実施形態について、ここで、図に関連付ける詳細説明により開示する。本発明の好適な実施形態について、以下、詳述し、同じ参照番号は類似する又は同等の要素を示す。以下で用いる用語“遠端”はツールの一部であって、ユーザから遠くにあるツールの構成部分を表し、用語“近端”は、ツールの一部であって、ユーザから近くにあるツールの構成部分を表す。
【００１５】
従来の超音波トランスジューサアレイを用いる超音波イメージングシステムについて、図１に示す。超音波プローブ２０は、複数の列及び行に配列された複数の音響要素１２を有する従来の二次元超音波トランスジューサアレイ１０（図１）を有する。それらの音響要素１２は、一般的平面構成に構成され、備えられている。各々の音響要素１２は、適切な圧電材料から形成され、駆動信号が音響要素１２に印加されるとき、特定の周波数において音響パルスを発生することができる。発生する音響パルス８は音響ターゲットに衝突し、そこで、音響パルス８におけるエネルギーの少なくとも一部がエコー信号６として音響要素１２に戻るように反射される。更に、各々の音響要素１２は、音響ターゲットからエコー信号６を受信し、対応する出力信号を発生することができる。従来の超音波イメージングシステムは、駆動信号２５を発生させ、音響パルス８（“ビームステアリング”）を電気的にステアリングするためのビーム制御器４０を有する。
【００１６】
二次元トランスジューサアレイ１０は、一般に、二次元トランスジューサアレイ１０の行及び列の両方における音響要素により音響ビームが発生されるため、音響ターゲットの三次元超音波画像を生成するために付随する回路構成と共に用いられる。ビーム制御器４０により駆動される音響要素１２間の位相差又は時間遅延を制御（即ち、位相差シフティング）することにより、複数の音響パルス８は音響ビーム３０に一体化され、ここで、音響ビーム３０は、超音波トランスジューサアレイ１０の視野の範囲内に音響ターゲットを取得（即ち、ビームステアリング）するように、Ａ及びＢ（図１において両端矢印で表されているＡ及びＢ）の両方の方向にビーム制御器４０により電気的にステアリングされることができる。しかしながら、従来の二次元超音波トランスジューサアレイ１０は、図１において取得されたボリュームとして示しているように、超音波トランスジューサアレイ１０の表面近傍にある、比較的小さい取得ボリューム１４と共に制限された視野を有する。更に、超音波イメージングシステムは、信号処理器５０とディスプレイ６０を更に有する。
【００１７】
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について、図２及び２ａに示し、以下、それについて、更に特に詳述する。先ず、図２を参照するに、超音波イメージングシステムは、二次元超音波アレイ２１０を有する超音波プローブと、ビーム制御器２４０と、信号処理器２５０と、ディスプレイ２６０とを有する。複数の音響要素２１２が、二次元トランスジューサアレイ２１０を構成するように複数の行列状に備えられている。ここで開示する二次元トランスジューサアレイ２１０において、音響パルス２０８が、音響ビーム２３０を形成するために二次元トランスジューサアレイ２１０において音響要素２１２により生成される。ビーム制御器２４０は、二次元トランスジューサアレイ２１０の音響要素２１２に接続手段により結合され、１つ又はそれ以上の音響要素２１２に通信されるドライバ信号２２７を生成する。音響要素２１２の各々は、適切な圧電材料から形成され、音響パルス２０８を生成し、エコー信号２０６を受信することができる。複数の音響要素２１２は“受動”要素（即ち、音響パルスを生成し、エコー信号を受信するように構成されていない）である一方、残りの音響要素２１２は“活性”要素（即ち、音響パルス２０８を生成し、エコー信号を受信するように構成されている）ことが意図されている。
【００１８】
接続手段２２５は、一般に、例えば、ワイヤなどの複数の導電要素を有するケーブルである。代替として、エレクトロニクスの一部が超音波プローブハウジング内に位置付けられ、接続手段が、例えば、赤外線又は高周波等の無線接続である場合、接続手段２２５は非常に改善されることができる。
【００１９】
ビーム制御器２４０は、生成された音響パルス２０８の性質及び特性を変更するために二次元トランスジューサアレイ２１０に動作可能であるように結合されている。ビーム制御器２４０は、活性化される音響要素２１２の数に対応する複数のドライバ信号２２７を生成することができる。ビーム制御器２４０は、音響要素２１２に印加されるそれぞれのドライバ信号２２７のタイミングを更に制御し（即ち、位相シフティングし）、結果として得られる音響ビーム２３０は、二次元トランスジューサアレイ２１０の第１端部２１３において最初に生成され、第２端部２１５に向けて二次元トランスジューサアレイ２１０の長手方向の軸Ｘに沿って進む。
【００２０】
更に詳細には、音響ビーム２３０が最初に生成されるとき、第１端部２１３に隣接する第１列に備えられている複数の活性音響要素２１２は、同時に、ビーム制御器２４０から対応するドライバ信号２２７により動作される。その第１列の音響要素２１２は対応するドライバ信号２２７により活性化された後、その処理自体は、音響要素２１２の次の隣接列において繰り返される。このような音響要素２１２の活性化はビームトラクタトレッド（Ｂｅａｍ  ｔｒａｃｔｏｒ  Ｔｒｅａｄｉｎｇ）と呼ばれ、図２に示すように、取得される三次元ボリューム２１４を生成するために用いられる。音響要素２１２の２つ以上の列が、同時にビーム制御器２４０により活性化されることが可能であり、それにより、音響ビーム２３０を有する活性アパーチャを形成することが可能である。有利であることに、ビーム制御器２４０は、所望のボリュームを取得するために所定数の列により活性アパーチャを進める。
【００２１】
代替として、ビーム制御器２４０は複数の列において複数の活性音響要素２１２を動作させることができ、それらの列において、活性化された音響要素２１２の数が列の各々における活性音響要素２１２の数より少なく、それにより、より少ない活性アパーチャ及び音響ビーム２３０を生成する。好適には、ビーム制御器２４０は、活性アパーチャ内における音響ビーム２３０の生成をもたらし、ビーム制御器２４０は、音響要素２１２の行に沿って音響ビーム２３０及び活性アパーチャを移動するように適合されている。活性アパーチャがトランスジューサアレイ２１０の後端部２１７において音響要素２１２の行の端部に達した後、ビーム制御器２４０は、前に活性化された列の数だけ活性アパーチャ及び音響ビーム２３０をシフトさせ、トランスジューサアレイ２１０の前端部２１６の方に活性アパーチャが進むようにする。音響ビーム２３０の動き及び方向並びに結果として得られる活性アパーチャを有利であるように制御することにより、三次元ボリュームが得られる。
【００２２】
音響パルス２０８は、音響ターゲットの方に方向付けられ、音響パルスの一部は、エコー信号として二次元トランスジューサアレイ２１０の方に反射される。各々の音響要素２１２が音響パルス２０８を生成するように活性化された後、音響要素２１２はエコー信号２０６を受信することができる。このエコー信号２０６は、音響ターゲットに可憐する上方を有し、音響要素から出力信号２４５を生成する。この出力信号２４５は、信号処理器２５０にパルス制御器２４０及び送信器２３０により通信される。信号処理器２５０においては、音響要素２１２の出力信号２４５は、画像信号２５５を生成するために信号処理器２５０において付随する回路構成により変換される。ディスプレイ２６０は、１つ又はそれ以上の画像信号２５５を受信するため及び映像画像に画像信号２５５を変換するために信号処理器２５０の出力に動作可能であるように結合される。本質的には、ディスプレイ２６０は、少なくとも１つの画像信号２５５に対応するデータを表示することができる。ディスプレイ２６０は随伴要員により容易に視認可能である映像モニタであることは好ましい。
【００２３】
ここで、図２ａを参照するに、超音波イメージングシステムは、上記の実施形態におけるものと同じ又は類似する構成要素を有している。しかしながら、この実施形態においては、音響パルス２０８ａは、上記のような、ビームステアリングを伴うビームトラクタトレッドと図２の超音波イメージングシステムを結合させる。上記のビームステアリングは、送信器が生成したドライバ信号２２５の組み合わせが活性音響要素２１２からの音響パルス２０８ａを生成し、それにより、音響ビーム２３０ａを生成するために、位相シフティングを用いて、ビーム制御器２４０ａにより結合され、制御される。ビームトラクタトレッドとビームステアリングとを有利であるように結合することにより、大きい視野、それ故、大きいボリューム画像を有する三次元ボリューム２１４ａ（図２ａ参照）が得られる。
【００２４】
このような本発明の実施形態において、ビームトラクタトレッドは、二次元トランスジューサアレイ２１０の第１側２１３に隣接する列に備えられている音響要素２１２から始まる音響ビーム２３０ａを生成する。上記のように、ビーム制御器２４０ａと協働する送信器２３０は、活性音響要素２１２が音響ビーム２３０ａを生成するために各々の列において同時に活性されるようにする。列において音響要素２１２全てが活性化された後、音響要素２１２の次の隣接列が活性化される。上記のように、音響要素２１２の列は、ビーム制御器２４０ａにより順に活性化され、制御される。更に、ビーム制御器２４０ａは、“ビームステアリング”のために活性化された音響要素２１２の音響パルス２０８ａの生成を位相シフトする。音響ビーム２３０ａの位相シフトを有利に進めること（即ち、ビームステアリング）により、本発明の二次元トランスジューサアレイ２１０は、図２ａに示すように、三次元取得ボリューム画像２１４ａを捕捉し、表示することができる。音響要素２１２の２つ以上の列が音響ビーム２３０ａを生成するために活性化されることが可能であることが、更に意図されている。
【００２５】
本発明の他の例示としての実施形態について、図３に示している。この実施形態においては、超音波イメージングシステムは、二次元超音波アレイ２１０を有する超音波プローブ２２０と、ビーム制御器２４０ｂと、信号処理器２５０と、ディスプレイ２６０とを有する。図２及び２ａの実施形態に類似して、二次元トランスジューサアレイ２１０は、一般に、音響要素２１２の平面配列であり、その平面配列において、複数の音響要素２１２は、複数の行列状に構成され、配列されている。トランスジューサアレイ２１０においては、音響要素の数は、活性音響要素２１２において備えられている複数の受動音響要素２１２を含む（即ち、スパースアレイ）ことが可能であることが意図されている。
【００２６】
上記実施形態に類似して、音響パルス２０８ｂは音響ターゲットの方に方向付けられ、音響パルス２０８ｂの一部は、エコー信号２０６ｂとして二次元トランスジューサアレイ２１０の方に反射される。各々の音響要素２１２が音響パルス２０８ｂを生成するように活性化された後、音響要素２１２はエコー信号２０６ｂを受信することができる。このエコー信号２０６ｂは音響ターゲットに関連する上方を有し、音響要素２２から出力信号２４５を生成する。この出力信号２４５は、信号処理器２５０にビーム制御器２４０ｂ及び送信器２３０により通信される。信号処理器２５０において、音響要素２１２の出力信号２４５が、画像信号２５５を生成するために信号処理器２５０における付随する回路構成により変換される。ディスプレイ２６０は、１つ又はそれ以上の画像信号２５５を受信するため及び画像信号２５５を映像画像に変換するために信号処理器２５０の出力に動作可能であるように結合される。本質的には、ディスプレイ２６０は、少なくとも１つの画像信号２５５に対応するデータを表示することができる。ディスプレイ２６０は、随行要員により容易に視認可能である映像モニタであることが好ましい。
【００２７】
接続手段２２５を用いて、ビーム制御器２４０は、二次元トランスジューサアレイ２１０に結合されている。一般に、接続手段２２５は、例えば、ワイヤ等の複数の導電要素を有するケーブルである。代替として、接続手段２２５は、例えば、赤外線又は高周波等の無線接続であることが可能である。動作中、ビーム制御器は、活性化される音響要素の数に対応する複数のドライバ信号２２７を生成する。上記のように、各々の音響要素２１２は、音響パルス２０８ｂを生成し、又はエコー信号２０６ｂを受信することができる。ビーム制御器２４０は、それぞれのドライバ信号２２７の生成を制御する。この実施形態においては、音響要素２１２の第１列は、二次元トランスジューサアレイ２１０の第１端部１３に隣接して備えられている。
【００２８】
有利であることに、ビーム制御器２４０ｂは、順次に各々の列において活性音響要素２１２を活性化する複数のドライバ信号２２７を生成する。次の隣接列を活性化することが二次元トランスジューサアレイ２１０の長手方向の軸Ｘ及び横軸Ｙに沿って、ビームトラクタトレッドを可能にする前に、順次、各々の列において、音響要素２１２を活性化する。更に、ビーム制御器２４０ｂは、生成された音響パルス２０６ｂが位相シフトされるように、それにより、“ビームステアリング”により音響ビーム２３０ｂを生成するようにする。長手方向及び横方向の両方においてビームトラクタトレッドと音響ビーム２３０ｂのビームステアリングを有利に結合すること（ラスタライズ）により、超音波イメージングシステムは、図３に示すように、取得ボリューム画像２１４ｂを捕捉し、表示することができる。トランスジューサアレイ２１０は、活性音響要素２１２間に備えられている複数の受動音響要素２１２を有することが可能である（即ち、スパースアレイ）ことが意図されている。
【００２９】
代替の実施形態においては、超音波イメージングシステムが図４に示され、二次元トランスジューサアレイ３１０を有する超音波プローブ３２０を有している。トランスジューサアレイ３１０は、円筒状構成において一般に配列された複数の音響要素３１２を有している。上記実施形態におけるように、各々の音響要素３１２は、出力信号３４５を生成するように音響ターゲットからエコー信号３０６を受信し、入力ドライバ信号３２７に応じて音響パルス３０８を生成する能力を有する適切な圧電材料から形成されている。超音波イメージングシステムは、ビーム制御器３４０と、信号処理器３５０と、ディスプレイ３３６０とを更に有する。ビーム制御器３４０は、接続手段３２５により二次元トランスジューサアレイ３１０に結合され、活性音響要素３１２の数に対応する複数のドライバ信号３２７を生成することができる。接続手段３２５は、一般に、例えば、ワイヤ等の複数の接続要素を有するケーブルである。代替として、接続要素３２５は、例えば、赤外線又は高周波等の無線接続であることが可能である。更に、ビーム制御器は、音響要素３１２から信号処理器３５０に生成された出力信号３４５を通信することができる。
【００３０】
音響パルス３０８を生成するドライバ信号３２７を位相シフトし、信号処理器３５０に出力信号３４５を通信するためのビーム制御器３４０は、協働的に超音波プローブ２３２０に結合されている。有利であることに、ビーム制御器３４０は、各々の列において音響要素３１２を同時に活性化することにより音響ビーム３３０を形成するために複数の音響パルス３０８を生成する。動作中、音響要素３１２の第１列は、円筒状二次元トランスジューサアレイ３１０の第１端部３１３に隣接し、そのアレイにおいて、それらの列において備えられている音響要素３１２は同時に活性化される。好適な実施形態においては、音響要素３１２が活性化されるとき、結果として得られる音響ビーム３３０はビーム制御器３４０により位相シフト（即ち、ビームステアリング）される。第１列が活性化された後、ビーム制御器３４０は、音響要素３１２の次に隣接する列を活性化し、円筒状二次元トランスジューサアレイ３１０の長手方向の軸Ｘに沿って音響ビーム３３０を進める。長手方向のビームトラクタトレッドとビームステアリングとを結合することにより、超音波イメージングシステムは、図４に示すように、取得ボリューム画像３１４を捕捉し、表示することができる。音響要素３１２の複数の列が、大きい音響ビーム３３０、それ故、大きいボリューム画像を捕捉するための大きい活性アパーチャを生成するためにビーム制御器３４０により活性化されることが可能である。
【００３１】
上記の実施形態におけるように、音響パルス３０８は、音響ターゲットの方に方向付けられ、音響パルス３０８の一部は、エコー信号３０６として二次元トランスジューサアレイ３１０の方に反射される。各々の音響要素３１２が音響パルス３０８を生成するために活性化された後、音響要素３１２はエコー信号３０６を受信することができる。このエコー３０６は音響ターゲットに関連する情報を有し、音響要素３１２から出力信号３４５を生成する。この出力信号３４５は、信号処理器３５０にビーム制御器３４０及び送信器３３０により通信される。信号処理器３５０においては、音響要素３１２の出力信号３４５は、画像信号３５５を生成するために信号処理器３５０において付随する回路構成により変換される。ディスプレイ３６０は、１つ又はそれ以上の画像信号３５５を受信するため及び映像画像に画像信号３５５を変換するための信号処理器３５９の出力に動作可能であるように結合される。本質的には、ディスプレイ３６０は、少なくとも１つの画像信号３５５に対応するデータを表示することができる。ディスプレイ３６０が随行要員により容易に視認可能である映像モニタであることは好ましい。トランスジューサアレイ３１０において、音響要素の数は、活性音響要素３１２の間に備えられている複数の受動音響要素３１２を有する（即ち、スパースアレイ）ことが可能であることが意図されている。
【００３２】
他の実施形態における超音波イメージングシステムについて、図５に示し、そのシステムは、一般凸状構成を有する二次元トランスジューサアレイを有する超音波プローブ５２０を有する。複数の音響要素５１２が複数の行及び列状に備えられている。好適には、二次元トランスジューサアレイ５１０は、実質的に等しい長手方向と横方向の寸法を有する。更に、超音波イメージングシステムは、ビーム制御器５４０と、信号処理器５５０と、ディスプレイ５６０とを有する。ビーム制御器５４０は、凸状二次元トランスジューサアレイ５１０に動作可能であるように結合され、活性化される音響要素５１２の数に対応する複数のドライバ信号５２７を通信する。接続手段５２５は、凸状二次元トランスジューサアレイにビーム制御器５４０を動作可能であるように結合している。典型的には、接続手段５２５は、例えば、ワイヤ等の複数の導電要素を有するケーブルである。代替として、接続手段５２５は、赤外線又は高周波等の無線接続であることが可能である。
【００３３】
上記の実施形態に類似して、音響パルス５０８は音響ターゲットの方に方向付けられ、音響パルス５０８の一部は、エコー信号５０６として二次元トランスジューサアレイ５１０の方に反射される。各々の音響要素５１２が音響パルス５０８を生成するために活性化された後、音響要素５１２はエコー信号５０６を受信することができる。エコー信号は音響ターゲットに関連する情報を有し、音響要素５１２から出力信号５４５を生成する。この出力信号５４５は、信号処理器５５０にビーム制御器５４０及び送信器５３０により通信される。信号処理器において、音響要素５１２の出力信号５４５は、画像信号５５５を生成するために信号処理器５５０において付随する回路構成により変換される。ディスプレイ５６０は、１つ又はそれ以上の画像信号５５５を受信するため及び映像画像に画像信号を変換するために信号処理器５５０の出力に動作可能であるように結合される。本質的には、ディスプレイ５６０は、少なくとも１つの画像信号５５５に対応するデータを表示することができる。ディスプレイ５６０は随行要員により容易に視認可能である映像モニタであることが好ましい。
【００３４】
ビーム制御器５４０は、音響パルス５０８を活性化するためにビーム超音波プローブ５２０に動作可能であるように結合されていることが好ましい。動作中、ビーム制御器５４０の出力は複数の活性音響要素５１２を活性化する。最初に、凸状二次元トランスジューサアレイ５１０の第１端部５１３に隣接する第１列における音響要素５１２が、ビーム制御器５４０からのドライバ信号５２７により活性化される。活性化された第１音響要素５１２は、凸状二次元トランスジューサアレイ５１０の第１側５１６と第１端部５１３との間の角に配置された音響要素である。第１列において位置付けられている残りの音響要素５１２は、音響ビーム５３０を生成するために、順次、活性化され、横軸Ｙに沿って音響ビーム５３０を進める。第１列における最後の音響要素５１２が活性化された後、凸状二次元トランスジューサアレイ５１０の第２側における次の隣接列に配置されている音響要素５１２が活性化される。この列における音響要素５１２は、順次、活性化され、第１側５１６の方に音響ビーム５３０を進める。その処理は、凸状二次元トランスジューサアレイ５１０における残りの列に対して繰り返され、長手方向軸Ｘに沿って同時に１つ又はそれ以上の列において音響ビーム５３０を進める（即ち、ビームトラクタトレッド）。更に、ビーム制御器５４０は、音響ビーム５３０の形成の間、音響パルス５０８を有利に位相シフトする（即ち、ビームステアリング）。凸状二次元トランスジューサアレイ５１０とビームトラクタトレッド及びビームステアリングとを有利に結合することにより、超音波イメージングシステムは、図５に示すように、ボリューム画像５１４を捕捉し、表示することができる。トランスジューサアレイ５１０において、音響要素の数は、活性音響要素５１２に間に配置されている複数の受動音響要素５１２を有することが可能であることが意図されている。
【００３５】
超音波イメージング装置においてバリュームイメージングを改善する方法について、以下、開示する。本発明の実施形態に従って、複数の音響要素を有する超音波プローブが備えられ、その音響要素の多くは、二次元トランスジューサアレイを形成するために複数の列及び行の状態に配置されている活性音響要素である。有利であることに、二次元トランスジューサアレイは、上記の実施形態の一に従って、構成され、適合される。二次元トランスジューサアレイに接続手段により動作可能であるように結合されているビーム制御器が更に備えられ、その二次元トランスジューサアレイにおいて、ビーム制御器は、対応する複数の音響パルスを生成し、それ故、音響ビームを生成するドライバ信号を生成することにより活性音響要素の少なくとも１つを駆動することができる。典型的には、接続手段は、例えば、ワイヤ等の複数の導電要素を有するケーブルである。代替として、接続手段は、例えば、赤外線又は高周波等の無線接続であることが可能である。
【００３６】
音響ビームは、音響ターゲットに衝突し、それに応じて少なくとも１つのエコー信号を発生させる。それぞれのドライバ信号を制御するために付随する回路構成とビーム制御器はトランスジューサアレイに動作可能であるように結合されている。上記のように、ビーム制御器は、生成された音響ビームを制御するためにそれぞれの音響要素を活性化するようにドライバ信号を位相シフトする。ビーム制御器は、ビームステアリング及びビームトラクタトレッドに対してドライバ信号を生成する、それ故に、二次元トランスジューサアレイのボリュームイメージング能力を改善するために視野を拡大することができる。音響ターゲットから反射されたエコー信号は、信号処理器の入力にビーム制御器により結合される。それらのエコー信号は、ディスプレイが画像信号に対応するデータを表示することができる、画像信号に信号処理器により変換される。
【００３７】
有用な例示としての方法において、オペレータは、画像化される領域に二次元トランスジューサアレイを有する超音波プローブを位置付ける。超音波プローブが位置付けられた後、オペレータは、音響要素を動作させる、それにより、音響ビームを生成するために、所望の駆動信号を生成するためにビーム制御器を動作させる。更に、ビーム制御器は、音響ビームが、所望の動きの方向（即ち、ビームトラクタトレッド）及び／又は音響パルスを位相シフトすること（即ち、ビームステアリング）において進むようにする。有利であることに、ビーム制御器の動作は、音響ビームの生成及び動きを結合する。音響ビームが音響ターゲットに衝突した後、エコー信号が、音響要素による捕捉のために二次元トランスジューサアレイの方に反射される。それらのエコーは、画像信号を生成するために信号処理器にビーム制御器により結合される。ディスプレイは画像信号を受信し、オペレータにとっての視認可能画像として画像信号に対応するデータを表示する。
【００３８】
更に、超音波イメージングシステムにおけるボリュームイメージング及び視野を改善するためのキットについて、ここで、開示する。好適な実施形態においては、超音波イメージングキットは、各々の超音波プローブが超音波イメージングアセンブリを受信するために構成され、備えられている、付随する回路構成を有する少なくとも２つの超音波プローブを有する。各々の超音波プローブは、超音波プローブの付随する回路構成と接続するためのインタフェースを有する超音波トランスジューサアセンブリを有する。最小構成においては、少なくとも１つの超音波トランスジューサアセンブリは、二次元トランスジューサアセンブリを生成するために構成され、備えられている複数の音響要素を有する。上記実施形態におけるように、各々の音響要素は、音響ターゲットからエコー信号を受信し、入力ドライバ信号に応じて音響パルスを生成することができる。
【００３９】
ビーム制御器は、トランスジューサアセンブリに接続手段により結合されている。一般に、接続手段は、例えば、ワイヤ等の複数の接続要素を有するケーブルである。代替として、接続手段は、例えば、赤外線又は高周波等のような無線接続であることが可能である。ビーム制御器は、活性化される音響要素の数に対応する複数のドライバ信号を生成することができる。好適には、ビーム制御器は、ドライバ信号を調節する、それにより、音響ビームの生成、位相シフト（即ち、ビームステアリング）及び動き（即ち、ビームトラクタトレッド）を制御することができる。対応する画像信号を形成し、エコー信号を受信するための信号処理器が更に含まれ、それは、ディスプレイに結合されている。ディスプレイは、可視化画像として信号処理器により生成される画像信号に対応するデータを表示することができる。
【００４０】
上記の本発明の実施形態は、制限的ではなく、例示的であるように意図され、本発明の全ての実施形態を表すことを意図されているものではない。法律上文字通りの認識及び同等との認識の両方で、同時提出の特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲及び主旨から逸脱することなく、種々の修正及び変形を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】音響ビームステアリングを有する従来技術の二次元アレイを有する超音波イメージングシステムを示す図である。
【図２】本発明の実施形態に従った音響ビームトラクタトレッドを有する二次元アレイを有する超音波イメージングシステムを示す図である。
【図２ａ】本発明の実施形態に従った音響ビームステアリング及びビームトラクタトレッドを有する二次元アレイを有する超音波イメージングシステムを示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に従った音響ビームステアリング及びビームトラクタトレッドを有する二次元アレイを有する超音波イメージングシステムを示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に従った音響ビームステアリング及びビームトラクタトレッドを有する二次元アレイを有する円筒状超音波イメージングシステムを示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に従った音響トラクタトレッドを有する凸状二次元アレイを有するイメージングシステムを示す図である。
【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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【国際調査報告】
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