(57)【要約】  超音波イメージングの方法は、超音波システム本体に電気的に接続されたトランスデューサ・プローブ内でのマイクロビーム形成を利用している。トランスデューサ素子は、サブアレイ即ちサブセットの構造で配されている。トランスデューサは、各サブアレイにつながっているクロスポイント加算スイッチと、超音波システム本体と、を有している。マイクロビーム形成動作では、一個のサブアレイの中の素子が受信した信号は加算され、合成サブアレイ信号が生成される。クロスポイントスイッチの出力を制御する信号を使用して、特定の受信ビーム形成パターンに対応する一組の合成サブアレイ信号が規定される。
2008514335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサと超音波システム本体とを有する超音波診断画像システムであって、
前記超音波トランスデューサは、複数のトランスデューサ素子のアレイと、加算結合器回路網と、を有しており、
前記複数のトランスデューサ素子のアレイは、超音波送信パルスを送信し、前記超音波送信パルスに応答してエコー信号を受け取るものであり、
前記複数のトランスデューサ素子はサブアレイの構造であり、各サブアレイの前記トランスデューサ素子が受信したエコー信号は加算結合されて、重み付けされた合成サブアレイ受信信号が生成され、
前記加算結合器回路網は、前記各サブアレイに結合され、前記各合成サブアレイ受信信号を受け取る入力チャネルを有しており、
前記加算結合器回路網は、複数の前記合成サブアレイ受信信号のうちの一部である選択された特定の合成サブアレイ受信信号を結合加算して、所望のビーム形成器パターンを実現するものであり、
前記超音波システム本体は、
前記複数の合成サブアレイ受信信号のうちの一部である選択された特定の合成サブアレイ受信信号を処理して、出力装置が画像を生成するのに適した表示信号を生成するプロセッサと、
前記プロセッサを制御するシステムコントローラと、
を有する、超音波診断画像システム。
【請求項２】
前記複数の合成サブアレイ受信信号のうちの一部である選択された特定の合成サブアレイ受信信号を、前記超音波システム本体に伝送する信号伝送手段を更に有する、請求項１に記載の超音波診断画像システム。
【請求項３】
前記信号伝送手段は、前記各サブアレイに対応する伝送路を含んだケーブルを有している、請求項２に記載の超音波診断画像システム。
【請求項４】
前記加算結合器回路網は、クロスポイント切替加算回路網である、請求項１に記載の超音波診断画像システム。
【請求項５】
前記超音波トランスデューサは、前記各サブアレイのための受信合焦サブシステムを更に有している、請求項１に記載の超音波診断画像システム。
【請求項６】
前記受信合焦サブシステムは、前記各サブアレイのトランスデューサ素子の受信遅延量を設定するための制御可能な遅延素子を有する、請求項５に記載の超音波診断画像システム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記加算結合器回路網を制御する少なくとも一つの制御信号を生成する、請求項１に記載の超音波診断画像システム。
【請求項８】
超音波画像システムのサブアレイ受信マイクロビーム形成装置であって、
前記サブアレイ受信マイクロビーム形成装置は、複数のサブアレイの構造に配された複数のトランスデューサ素子のアレイを有する超音波トランスデューサを有しており、
前記複数のサブアレイの各々は、前記サブアレイのトランスデューサ素子から、合成サブアレイ信号を生成し、
前記サブアレイ受信マイクロビーム形成装置は、
少なくとも２つの前記合成サブアレイ信号を任意に加算して種々の受信ビーム形成パターンを実現するための加算回路網と、
任意に加算された合成サブアレイ信号を更に処理するために超音波システム本体に伝送する手段と、
を有する、サブアレイ受信マイクロビーム形成装置。
【請求項９】
マイクロビーム形成を利用して複数のマイクロビームサブアレイ信号を生成する超音波イメージングの方法であって、
前記マイクロビームサブアレイ信号は、超音波システム本体に電気的に接続されたトランスデューサ・プローブ内で任意に結合することができ、
任意に結合された前記マイクロビームサブアレイ信号は前記超音波システム本体内で更に処理されて、ビーム形成動作が完了するものであり、
前記方法は、
前記トランスデューサ・プローブに配された複数のトランスデューサ素子のアレイからの超音波信号を、関心領域に送信するステップと、
前記関心領域から反響した信号を、Ｐ×Ｑ個の素子のサブアレイにグループ化された前記複数のトランスデューサ素子で受信するステップと、
前記各サブアレイのＰ×Ｑ個の素子で受信された信号を加算して、前記トランスデューサ・プローブ内で合成サブアレイ信号を生成するステップと、
特定の受信ビーム形成パターンに対応する複数の前記合成サブアレイ信号の所定の組を選択するステップと、
前記所定の組の合成サブアレイ信号を、前記トランスデューサ・プローブから、ビーム形成プロセスを完了するための信号処理システムに伝送するステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
前記選択するステップは、特定の選択された複数の前記合成サブアレイ信号を加算して、前記信号処理システムで処理するための一組の合成サブアレイ信号を生成するステップを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記選択するステップは、一つの前記サブアレイの中の全てのトランスデューサ素子に対して受信遅延量を設定し、加算回路網を使用して合成サブアレイ信号のスイッチングパターンを規定するステップを更に有しており、これによって、種々の受信ビーム形成パターンを実現することができる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
使用される前記トランスデューサ・アレイは２Ｄアレイであり、前記トランスデューサ・アレイは、画像面が電子的に回転可能な１Ｄアレイとして動作するように制御される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
使用される前記トランスデューサ・アレイは、３Ｄアレイである、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記トランスデューサと前記超音波システム本体との間で伝送を行う伝送路の数と、所望の帯域幅と、の間で折り合いをつけることによって、特定の組合せが決定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記伝送するステップは、ケーブルを利用するステップを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記伝送するステップは無線により実現される、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
請求項９に記載の方法を実行するための一組の命令を有する、コンピュータで読取可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療超音波画像システムに関し、特に、トランスデューサ超音波システムにおける接続（必要なチャネル）を最小にしながら好ましいビーム形成パターンを生成する新規なマイクロビーム形成トランスデューサの構造と、斯かる構造に基づいてマイクロビーム形成動作を実行する方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像システムでは、超音波を使用して被検体の内部器官を観察する。超音波の周波数範囲は、典型的には、約２０ｋＨｚ（大まかには、人間が聞くことができる最も高い周波数）から１５ＭＨｚの範囲にまで広がる。超音波は超音波システムから超音波パルスの形で放出される。この超音波パルスは、被検体の内部構造により反響し（即ち、反射し）、屈折し、又は散乱する。これらの反響、屈折、および後方散乱は超音波システムが受け取り、画像に変換され、医療スタッフが超音波システムのディスプレイでこの画像を見て分析される。
【０００３】
図１は、超音波トランスデューサ・アセンブリ（この技術分野では「超音波トランスデューサ」、「トランスデューサプローブ」、又は「走査ヘッド」と呼ばれる）１００を有する従来の超音波システムを示している。超音波システムの操作者はトランスデューサ・プローブを握り、所望の画像を得るために、このプローブを被検体即ち患者の体の種々の部分に移動させる。通常、トランスデューサ・プローブ１００などの超音波トランスデューサ・アセンブリは、ケーブル１２０で超音波システム本体１３０に接続されている。超音波システム本体１３０は、処理と制御とを行う装置１３２と、表示部１３３とを有している。当業者は、トランスデューサ・プローブが、ケーブル１２０の代わりに、超音波システム本体への無線接続手段を備えるとともに、トランスデューサ・プローブからの無線信号を受け取り処理するように修正するのが容易なビーム形成器駆動ソフトウェアを備えるように、トランスデューサ・プローブを容易に構成できることがわかる（例えば、無線伝送。米国特許第６，１４２，９４６号参照。米国特許第６，１４２，９４６号は、参照することによって、本明細書に組み込まれている）。
【０００４】
トランスデューサ・プローブにおいて超音波を送信し受信する部品は、種々の超音波システムにおいて、種々の方法で実現することができる。図１の超音波システムでは、トランスデューサ・プローブ１００の面１０１（この面１０１は、画像を撮像するために被検体の肌に置かれる）は、超音波を送信し受信する圧電素子（しばしば、「トランスデューサ素子」と呼ばれる）のアレイ１１０を有している。斯かるアレイを使用する超音波システムでは、超音波は「ビーム形成」と呼ばれるプロセスによって作られる（得られた信号は分析される）。このプロセスは、たいていは信号処理を行うハードウェアおよびソフトウェアで実行される。超音波を送信する場合、トランスデューサ・アレイ１１０の圧電素子は、一つ以上の超音波ビームを形成して合焦するように、特定のパターンに励起される。超音波を受信する場合、トランスデューサアレイ１１０の個々の圧電素子が受信する信号情報は、一つ以上の超音波ビームを電子的に表現するために（即ち、ビーム形成）、遅延処理され、結合されるか、そうでなければ、この信号情報は超音波システムの操作者によって操作される。
【０００５】
ビーム形成を実行する１つの既知の方法は、マルチラインビーム形成と呼ばれる方法である。「マルチライン」ビーム形成では、トランスデューサアレイ１１０は単一の超音波ビームを伝送するが、受信ビーム形成電子装置は、向きの異なる幾つかの受信超音波ビームを合成する。マルチラインビーム形成の最も古く最も基本的な手法は、並列に動作する複数のシングルラインビーム形成器を使用することである（例えば、Augustineの米国特許第４，６４４，７９５号に記載されている。この米国特許第４，６４４，７９５号は、参照することにより、本明細書に組み込まれている）。斯かる装置では、トランスデューサ・アレイの各素子は、ビーム形成器の伝送路に接続されている。これらの伝送路の各々は、対応する素子からの信号を遅延させる。この遅延は、ビーム形成器により形成されるビームの方向を操作して合焦するのに必要なものである。ビーム形成器の各伝送路によって遅延した信号は結合され、ある方向に操作され合焦された固有のビームが形成される。並列動作型ビーム形成器によって同時に生成された複数のビームを使用して超音波画像のための複数のラインを形成する。
複数のシングルラインビーム形成構造の一例が図２Ａに示されている。図２Ａでは、（トランスデューサ・プローブ２００を有する）トランスデューサ・アレイ２１０の素子２１１の各々が、受信した信号をケーブル２２０を介して超音波システム本体１３０の処理手段２３２に伝送するための伝送路を有している。素子２１１が受信した信号は、トランスデューサで調整されてもよく、調整されなくてもよい（例えば、インピーダンス整合）。次いで、この信号はケーブル２２０を介して超音波システム本体に伝送される。受け取った信号は処理手段２３２が取り込む。この信号はまだアナログ形式である。処理手段２３２は、この信号を、ＡＤコンバータ（Ａ／Ｄ）２３３を使用してデジタル信号に変換する。この変換により得られるデジタル信号は、デジタル遅延部２３４によって遅延処理され、加算器２３５によって加算され、画像面内の所望の点に合焦される音響的受信感度プロファイルを形成する。
【０００６】
この方法は、トランスデューサ・アレイ２１０の中でサンプリングされる素子２１１の数がかなり少ない場合（即ち、２００個程度か、それ以下である場合）、十分な方法である（伝統的なビーム形成器は１２８個の伝送路を有している）。トランスデューサ・アレイ２１０が数千個の音響素子２１１を有している場合、この処理方法では、これらの素子の各々からのサンプルを使用し、ケーブル２２０は数千個の伝送路を有していなければならない。斯かる方式では、非常に大きなケーブルが必要であり、更に、標準のコンセント（大部分の超音波システムにとっては一般的な電源）から得ることができる電力よりも大きい電力が必要となる。これらの理由と他の理由によって（斯かるケーブルの費用や関連する電子装置の費用が高すぎることを含む）、図２Ａに示される方法は、トランスデューサアレイで利用できる約３０００個の素子を全てサンプリングする場合には実現可能な方法ではない。
【０００７】
この複雑な問題の１つの既知の解決策は、「サブアレイビーム形成」又は「マイクロビーム形成」である。マイクロビーム形成処理を実行することができるマイクロビーム構造の一例が図２Ｂに示されている。詳細な処理は、Bernard SavordとRod Solomonによる論文「Fully Sampled Matrix Transducer for Real Time 3D Ultrasonic Imaging」 (Paper 3J-1, Proceedings of the 2003 IEEE Ultrasonics Symposium, Oct. 5-8, 2003 (IEEE Press))と、Savordの米国特許第５，３１８，０３３号と、によって、十分に記載されている。上記の参考文献の両方とも、参照することによって、本明細書に組み込まれている。この論文と米国特許に記載されており且つ図２Ｂに示されているように、サブアレイビーム形成では、ビーム形成機能を二段階に分ける必要がある。第１段階はトランスデューサ２００で行われ、第２段階は超音波システム本体１３０の処理手段２３２で行われる。トランスデューサ２００内の第１段階でビーム形成の一部を実行することによって、ケーブル２２０で超音波システム本体１３０に伝送するのに必要な伝送路の数がかなり少なくなる。
【０００８】
図２Ｂに示すように、トランスデューサ・アレイ２１０の個々の素子２１１は、サブアレイ２４０−１〜２４０−ｎにグループ分けされている。各サブアレイ２４０の各素子２１１は、プリアンプ２４１と低電力アナログ遅延部２４２とを有している。各サブアレイ２４０は、サブアレイ内で適切に遅延処理された複数のアナログ信号を一つの伝送路に結合するためのサブアレイ加算器２４５を有している。第１段階で使用することができる低電力アナログ遅延技術の一例では、ミキサ、位相シフタ、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、アナログ・ランダムアクセスメモリ（ＡＲＡＭ）、サンプルホールド増幅器、およびアナログフィルタなどが必要である。全ての低電力アナログ遅延技術は十分なダイナミックレンジを有しており、十分に低い電力を使用し、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）に集積することができる。このＡＳＩＣは、マイクロビーム形成を実行するために内部のトランスデューサ２００を適合させることができる。
【０００９】
マイクロビーム形成を実行する場合、各サブアレイ信号に対して異なる遅延量が与えられる。各遅延量は、各サブアレイを、他のサブアレイに対して適切に遅延させるものである。サブアレイ２４０−１から２４０−ｎまでの部分的にビーム形成されたアナログ信号は、ケーブル２２０の伝送路２２２−１〜２２２−ｎで超音波システム本体１３０の処理手段２３２に伝送される。サブアレイアナログ信号はＡ／Ｄ２３３によってデジタルに変換され、デジタル遅延部２３４によって適切な遅延処理がされ、最後の加算器２３５で結合される。上記で説明された遅延量は、デジタル遅延部２３４によって実現することができる。
【００１０】
サブアレイを有するトランスデューサ素子は、トランスデューサ・アレイが種々の形状又は種々のパターンを有するようにすることができる。例えば、矩形状のトランスデューサアレイでは、トランスデューサ素子の各列がサブアレイを形成することができる。斯かる構成は、米国特許第６，１０２，８６３号、米国特許第５，９９７，４７９号、米国特許第６，０１３，０３２、米国特許第６，３８０，７６６、および米国特許第６，４９１，６３４に記載されており、これらの米国特許の各々の内容は、参照することによって、本明細書に組み込まれている。米国特許第６，１０２，８６３号では、トランスデューサにおいて、「高度（elevation）」ビーム形成（即ち、各列の素子の信号を結合する）が実行され、超音波システムの処理手段によって、「方位（azimuth）」ビーム形成（即ち、先に結合された複数の列の行を結合する）が実行されている。
【００１１】
米国特許第６，６８２，４８７号には、各サブアレイが１２個のトランスデューサ素子による不規則な形状の六角形「パッチ」を形成することが記載されている。図３（米国特許第６，６８２，４８７号の図６および図７を再現したもの）に示されるように、トランスデューサ・アレイ２１０は、複数の小さなボックスから構成されている。各ボックスはトランスデューサ素子２１１を表している。全体として、トランスデューサ・アレイ２１０は、粗い１２面体の円周を有している。この１２面体の中には、明るくグループ分けされた部分と暗くグループ分けされた部分とが交互になっているサブアレイパッチが示されている。トランスデューサアレイ２１０の全体の中の一つのパッチ２４０が円の中に示されている。パッチ２４０は、トランスデューサアレイ２１０の左上に、拡大されて示されている。ここでは、トランスデューサ素子２１１は互いに間隔をあけて配されているが、（パッチ２４０の中の）トランスデューサ素子２１１は、六角形の繰返しパターンで密に敷き詰めてもよい。米国特許第６，６８２，４８７号のトランスデューサアレイでは、被検体から信号を受け取る場合だけ（即ち、受信ビーム形成の間）、１２個の素子によるパッチパターンが使用され、超音波を送信するためには（即ち、送信ビーム形成の間）、３個の素子によるパターンが使用される。
【００１２】
図４Ａは、サブアレイ内の単一アナログ遅延ラインを概略的に示している。図４Ａから分かるように、サブアレイ２４０内の個々の素子２１１が受信する信号は、コントロール部２４４の制御でアナログ遅延部２４２により適正に遅延処理される前に、プリアンプ２４１で増幅される。アナログ遅延部２４２からの適正な遅延信号は、サブアレイ加算器２４５によって、サブアレイ２４０内の他の素子からの適正な遅延信号に結合され、サブアレイ信号が形成される。
【００１３】
図４Ｂは、図４Ａに示される単一遅延ラインの実現例の一例を示している。上記のように、アナログ遅延部は、ミキサと、位相シフタと、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）と、アナログ・ランダムアクセスメモリ（ＡＲＡＭ）と、サンプルホールド増幅器と、アナログフィルタと、の組合せによって実現することができる。図４Ｂに示されている実現例は、アナログ・ランダムアクセスメモリ（ＡＲＡＭ）を使用してアナログ遅延部２４２を実現している。具体的には、素子２１１が受信した信号は、プリアンプ２４１で増幅された後にサンプルされ、一組のコンデンサ４２０のうちの一つのコンデンサにラッチされる。サンプルされた信号は、コンデンサからラッチが解除されるまでそのコンデンサに記憶されている（したがって、適正な遅延処理が行われる）。ラッチが解除された信号は、サブアレイ加算器２４５によってパッチサブアレイの他の信号と結合される前に、後段の増幅器４５０によって増幅される。ラッチインゲート４１０のタイミングとラッチアウトゲート４３０のタイミングは、それぞれ、制御部２４４の一部であるシフトレジスタ４６０および４６２によって制御される。各シフトレジスタ４６０、４６２は、１ビットを連続的に循環させ、これによって、リングカウンタとして動作する。シフトレジスター４６０、４６２内の各ビットは、ゲート４１０、４３０のうちの対応するゲートに関係している。循環ビットがシフトレジスタ内の特定のビットにシフトすると、この特定のビットに対応するゲートがラッチを行い、信号サンプルが、複数のコンデンサ４２０のうちの一つのコンデンサに入力されるか、当該一つのコンデンサから出力される。
【００１４】
動的受信合焦モジュール４７５は、信号をラッチインゲート４１０によってサンプルするときのタイミングと、サンプルされた信号をラッチアウトゲート４３０によってサブアレイ加算器２４５に供給するときのタイミングとを、相対的に制御する（これは、例えば、「焦点更新（focal update）」を実行するために使用される）。動的受信合焦モジュール４７５は、クロック命令メモリ４８０から現在の受信ビームを形成するための制御データが次々に供給されるクロック遅延コントローラ４７０により制御される。ここには特定の構成が示されているが、動的受信合焦モジュール４７５は、いろいろな方法で、配置させたり、実現したりすることができる。
【００１５】
図５は、トランスデューサ素子２１１のサブアレイ２４０がＮ行Ｍ列に並んでいる従来の２Ｄトランスデューサアレイ２１０を示している。各サブアレイ２４０は、Ｑ行Ｐ列のトランスデューサ素子２１１を有している。マイクロビーム動作では、ケーブル２２０のＭ×Ｎ個のチャネル内に加算信号を伝送するために、Ｍ×Ｎ個のサブアレイ受信合焦サブシステム５００が必要である。斯かるマイクロビーム形成システムは、改良する必要があるだろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
つまり、２Ｄアレイを有するＭ×Ｎ個のサブシステムの各々のマイクロビーム形成信号又はサブアレイ信号を任意に選択して加算することができる追加の特徴を利用するマイクロビームプロセスを使用することは、超音波システムでは望ましい特徴である。それに関しては、サブシステム信号を任意に選択すると、トランスデューサアレイの中心軸に対して任意の角度を向く１Ｄビームパターンを実現することが可能であり、臨床測定にとって価値のあるデータが提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本明細書に開示されている発明は、トランスデューサ・プローブの本体に加算回路網を備えて、トランスデューサ・アレイ内のマイクロビーム形成受信サブシステムの出力を結合している。結合された出力は、ビーム形成データに対応するものとして、超音波システム本体に供給される。つまり、受信合焦サブシステム素子内で受信遅延量を適切に設定するとともに、加算回路網のスイッチ素子を適切に閉じることによって、システム本体に必要な受信接続手段をかなり少なくしながら、種々の受信ビーム形成パターンを実現することができる。本発明の装置の好ましい実施例では、加算回路網はクロスポイントスイッチで実現される。
【００１８】
本発明の装置は、トランスデューサ・アレイ内のサブアレイグループとして定められこのサブアレイグループ内に規定されたトランスデューサ素子と、トランスデューサ・プローブ内のスイッチ結合器アレイと、を有するマイクロビーム形成トランスデューサ構造を実現することが好ましい。サブアレイグループからの信号は、結合され、加算され、その結果、合成信号が生成し、最後の遅延および加算を行う超音波システム本体に伝送される。別の実施例では、このような２Ｄアレイ結合器マイクロビーム形成構造により構成されるトランスデューサ・プローブには、画像面が電子的に回転可能となる１Ｄトランスデューサの機能を簡単に備えることができ、この１Ｄトランスデューサは、従来の１Ｄアーキテクチャよりもシステムに備える配線がかなり少なくなる（低コストになり、人間工学的に優れており、無線通信を実現できる可能性がある）。
【００１９】
更に別の実施例では、本発明は、既知のビーム形成システムよりもシステムに備える配線をかなり少なくする３Ｄトランスデューサを有している（この場合、得られる画像については、焦点合わせについての画質が幾分損なわれることに耐えなければならない）。当業者は、折り合いをつけることができることを容易に理解できる。この折り合いは数量的なものであり、システムの配線数／帯域幅と、システムに必要なフロントエンドの伝送路の数と、ビーム形成動作を介したシステムのフォーカシング品質と、の間の折り合いである（低コストのシステムで適用される可能性がある）。これは、帰線ワイヤの束の径に厳しい制限があるカテーテルを使用するときの３Ｄ画像では特に魅力的である。
【００２０】
更に、大型３Ｄ線形アレイや湾曲型線形アレイが本発明の概念に従って実現される場合、必要なケーブルワイヤの数を減らしたり、システムのフロントエンドのコストを削減することが実現できる。本明細書に記載された発明には、斯かるシステムの固有の機能（即ち、加算回路網の機能を使用してマイクロビーム形成処理を実現する機能）を実現する方法も含まれている。
【００２１】
本発明の特徴および実施例は、添付された図面と以下の詳細な説明から明らかになる。しかし、図面は専ら図示する目的で示されていることを理解すべきである。更に、図面は必ずしも一律の縮尺では描かれておらず、明示されていない限り、図面は、本明細書に記載されている構造および手続きを単に概念的に示すものであることを理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に記載されている発明は、個別に制御可能な素子（即ち、圧電素子）の二次元アレイを有するトランスデューサ・プローブを使用する任意の超音波画像システムに適用可能である。以下には、メモリ、関連するプロセッサ、使用する可能性のあるネットワーク又はネットワーク接続された装置内のルーチンとデータビットの記号表記について記載されている。当業者は、別の当業者に、作業の趣旨を効果的に伝えるために、これらの記載および表記を使用している。ソフトウェアで実現されるルーチン、即ち、記載された処理方法は、ここでは、所望の結果に導く矛盾のない一連のステップ又は動作になっている。したがって、用語「ルーチン」又は「方法」は、一般的には、メモリに記憶されておりプロセッサによって実行される一連の動作を表すものとして使用されている。プロセッサは、超音波画像システムの中央処理装置とすることができ、又は、超音波画像システムの二次プロセッサとすることができる。用語「ルーチン」は、「プログラム」、「オブジェクト」、「機能」、「サブルーチン」、および「手続き」などの用語も包含している。
【００２３】
一般的に、ルーチンの中の一連のステップは、物理量を物理的に操作することを必要とする。必然ではないが、通常は、この物理量は、記憶すること、伝送すること、結合すること、比較すること、そうでなければ操作すること、が可能な電気信号又は磁気信号の形態を取る。当業者は、電気信号又は磁気信号を、「ビット」、「値」、「素子」、「キャラクタ」、「画像」、「用語」、「数」などと呼ぶ。これらの用語および同様の用語は対応する物理量に関連するものであり、これらの用語および同様の用語は、この物理量に適用するのに単に便利なだけであることを理解すべきである。
【００２４】
本出願では、ルーチン、ソフトウェア、および演算は、人間のオペレータと協働して実行される機械動作である。一般的に、本発明は、方法のステップ、ソフトウェア、およびハードウェア（電気信号又は他の物理信号を記憶し実行して他の所望の物理信号を生成するコンピュータで読み取り可能な媒体を含む）に関係している。
【００２５】
本発明の装置は、超音波画像撮影の目的で構成されることが好ましい。しかし、汎用コンピュータが本発明の方法を実行することができ、又は汎用コンピュータが、汎用コンピュータに記憶されたルーチンによって選択的に起動又は再設定され超音波画像装置に結合されたネットワーク接続型の他の装置を実現することができる。本明細書に示されている手続きは、特定の超音波画像システム、コンピュータ、又は装置に固有のものとして関係するものではない。特に、本発明が教示することに従って、ルーチンを種々のマシンで使用してもよく、より専門的な装置を構成して方法のステップを実行するのにより便利であることが分かる。或る状況において、一個のハードウェアが或る特徴を有することが望ましい場合、この特徴は以下のようにもっと詳しく記載される。
【００２６】
以下に記載されたソフトウェアルーチンに関して、当業者は、以下に記載されたルーチンを実行する命令の集合を作成するのに種々のプラットホームや言語があることを認識することができる。当業者は、的確なプラットホームおよび言語の選択が、構成される実際のシステムの細目により決定されることがあり、或る型のシステムでは動作するものが別のシステムでは効率的に動作しないことも認識するとができる。
【００２７】
図６は、本発明の超音波画像システムの超音波トランスデューサ・プローブ又はプローブアセンブリ６００を表している。超音波トランスデューサ・プローブ６００は、Ｍ×Ｎのサブアレイのマトリックス又はグリッドの形で、サブアレイ６４０の中に配されたトランスデューサ素子の２Ｄアレイ６１０を有している。つまり、グリッドは、Ｍ×Ｎ個の主「パッチ」の素子を有している。各パッチは、Ｐ×Ｑ個のトランスデューサ素子（６１１）を有している。各パッチ即ちサブアレイのＰ×Ｑ個の素子６１１は、マイクロビーム形成サブシステム６５０の入力部に接続されている。つまり、サブアレイを構成するＰ×Ｑ個の素子の各々は、マイクロビーム形成サブシステム６５０の一部として、図６に示すＭ×Ｎ個のサブアレイ受信合焦サブシステム６５０の各々に接続されている。Ｍ×Ｎ個のサブシステムがアレイ全体に対応している。先に言及したように、送信については示されていないが、実際には、これらのサブシステムの各々が、送信／受信スイッチとローダブル送信器とを有している。実際の例では、所定の「行」に対して複数のスイッチが、サブシステムセル内に組み込まれることがあるかもしれない。
【００２８】
しかし、本発明の構造によって生成されるサブアレイ信号は、先ず、加算回路網６６０（例えば、クロスポイントスイッチ）を介して処理されており、従来のマイクロビーム形成ハードウェアとは違った特徴がある（従来のマイクロビーム形成ハードウェアでは、各サブアレイ受信合焦サブシステム６５０の出力（各加算サブアレイ出力（信号））を処理するために、各サブアレイ受信合焦サブシステム６５０の出力は、通常、超音波システム本体に直に結合されている）。加算回路網６６０は、受信マイクロビーム形成サブシステム（サブアレイ６５０）の出力が、ビーム形成動作を完了させるために使用される超音波システム本体に伝送される前に、受信マイクロビーム形成サブシステムの出力を任意に加算することができる。
【００２９】
加算システムは、Ｒ×Ｍ×Ｎ個のスイッチング素子６７０が必要であり、Ｒ×Ｍ×Ｎ個のスイッチング素子６７０を有していることが好ましい。ここで、Ｒは、システム受信チャネル入力部の数であり、ＭおよびＮは、それぞれ、サブアレイの行および列である。斯かる加算回路網の加算機能によって、種々のサブアレイ出力部からのサブアレイ信号の種々の組合せを効率的に処理することができる。この種々の組合せは、マイクロビームを形成する動作の一部を担う超音波システム本体に効率よく伝送される。結果として、本発明で利用可能なビーム形成信号は、臨床医にデータを提供することができる。このビーム形成信号は、従来のマイクロビーム形成用ハードウェアおよびソフトウェアで使用される超音波システム本体の処理ハードウェアおよびソフトウェアでは得られないものである。
【００３０】
別の実施例では、この２Ｄアレイ／加算回路網のアーキテクチャを使用して構成された本発明による超音波トランスデューサを、電子的に画像面を回転可能にする１Ｄトランスデューサとして機能するように制御することができ、この１Ｄトランスデューサは、従来のアーキテクチャよりも超音波システム本体に備える配線をかなり少なくすることができる（低コストになり、人間工学的に優れており、無線通信を実現できる可能性がある）。本発明の別の実施例は、焦点合わせに関する画質が幾分損なわれたシステムに備える配線をかなり少なくする３Ｄトランスデューサを実現することができる。
【００３１】
トランスデューサープローブに含まれる結合器／加算器の回路網がサブアレイ信号を任意に加算する場合の利点は、超音波システム本体への配線数／帯域幅と、システムに必要なフロントエンドの数と、フォーカシング品質と、の折り合いが実現できる（必要であれば調整できる）ことである（低コストのシステムで適用される可能性がある）。したがって、大型３Ｄ線形アレイ又は湾曲型線形アレイに応用できる大きな可能性があり、いろいろな方法により（例えば、ケーブルワイヤの数を減らしたり、システムのフロントエンドのコストを削減することによって）動作を更に改良することができる。
【００３２】
図には示されないが、当業者であれば、送信制御回路を、フィリップスのｘ４マトリックストランスデューサ・プローブ又はアセンブリの動作に必要なハードウェア構成とは異ならない又はそれほど異ならないハードウェア構成とすることができることがわかる。受信遅延係数および制御スイッチ状態をロードするのに必要なデータラインおよび制御論理回路は、示されていないが、当業者であれば、種々の方法によって（例えば、シリアルデータ線と、値を記憶するシフトレジスタ）、容易に実現することができる。
このアーキテクチャの一使用例では、適切な遅延量を読み込み、しかるべきスイッチを閉じることによって、トランスデューサの中心軸に対して任意の角度方向を向く一次元ビームパターン（１Ｄ）が実現される。結果として、市販されているフィリップスのx4 Matrix Live3Dトランスデューサよりも、帰線接続（return connection）をかなり少なくして、ビーム面の選択が行われる。
【００３３】
図７は、本発明の処理方法の一実施例を表すフローチャートである。本発明の超音波画像処理方法は、マイクロビーム形成を利用して、複数のマイクロビーム形成サブアレイ信号を生成する。この複数のサブアレイ信号は、超音波システム本体に電気的に接続されたトランスデューサ・プローブの中で任意に結合することができる。超音波システム本体内では、任意に結合されたサブアレイ信号を更に処理して、ビーム形成動作を完了させている。
【００３４】
図７のボックス７１０は、トランスデューサ・プローブ内に配されたトランスデューサ素子アレイから、被検体の関心領域に、超音波信号を送信するステップを規定している。ボックス７２０は、関心領域からのエコー信号をトランスデューサ素子で受信するステップを規定している。トランスデューサ素子はＰ×Ｑ個の素子のサブアレイにグループ分けされている。ボックス７３０は、サブアレイ内の（Ｐ×Ｑ個の素子の）全ての信号をサブアレイ受信合焦サブシステムに合焦するステップを規定しており、これにより、Ｍ×Ｎ個のサブアレイ信号が形成されることになる。上記のように、サブアレイ合焦サブシステムの各々は、各サブアレイのＰ×Ｑ個の受信素子で受信した信号を加算して、トランスデューサ・プローブ内で合成サブアレイ信号を生成する。
【００３５】
ボックス７４０は、加算回路網に供給される予め設定された制御信号又は伝送された制御信号に従って、複数の合成サブアレイ信号の所定の組を選択するステップを規定している。合成サブアレイ信号の組は、特定の受信ビーム形成パターンに対応している。ボックス７５０は、合成サブアレイ信号の組を、トランスデューサプローブから、ビーム形成処理を完了するための信号処理システムに伝送するステップを規定している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の超音波画像システムの構成要素を大きく示した図である。
【図２Ａ】超音波画像システムのマルチラインビーム形成の従来の構成を示す図である。
【図２Ｂ】従来技術によるサブアレイマルチラインビーム形成を示す図である。
【図３】従来技術によるマルチラインビーム形成の「パッチ」サブアレイを有するトランスデューサ・アレイの一実施例を示す図である。
【図４Ａ】従来技術によるサブアレイ内の単一アナログ遅延ラインを概略的に示す図である。
【図４Ｂ】アナログ・ランダムアクセスメモリ（ＡＲＡＭ）が使用された図４Ａに示す単一アナログ遅延ラインの従来技術による特定の実現例を示す図である。
【図５】Ｍ×Ｎ個のサブアレイ（各サブアレイは、Ｐ×Ｑ個の素子を有している）とＭ×Ｎ個のサブアレイ受信合焦サブシステムとを有する従来の２Ｄアレイ２１０を示す図である。
【図６】クロスポイント加算器（受信信号経路）を用いた本発明のトランスデューサ・サブアレイビーム形成の一実施例を示す図である。
【図７】本発明の一つのプロセスを表すフローチャート図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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