(57)【要約】超音波システム（１００）により発生した低電圧で任意の形状を有する送信波形を増幅するよう夫々のサブチャネルでの一次高電圧送信増幅器（１２９）の使用により既存の送信回路の不十分な高調波性能を改善する超音波プローブ（１１０）を有する超音波画像システム（１００）が示されている。超音波プローブ（１１０）の一次高電圧送信増幅器（１２９）は、超音波システム（１００）のマイクロビームフォーマ（１１９）によりビーム形成される低電圧で任意の形状を有する送信波形を増幅する。
2008504057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体を有する超音波プローブ；
前記筐体内に納められるよう構成及び適合をなされ、少なくとも１つの音響ビームを発生させる能力及び／又は少なくとも１つのエコー信号を受信する能力を有する超音波振動子アセンブリ；
前記筐体内に置かれ、前記超音波振動子アセンブリへ動作的に結合されて、その前記少なくとも１つの音響ビームを制御する関連回路；及び
該関連回路から受信された信号を増幅する少なくとも１つの送信増幅器；
を有する超音波画像装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの送信増幅器は、一次高電圧送信増幅器である、ことを特徴とする請求項１記載の超音波画像装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの送信増幅器は、２０から２００ボルトの電圧範囲で動作する、ことを特徴とする請求項１記載の超音波画像装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの送信増幅器は、１０から１００ボルトの電圧範囲で動作する、ことを特徴とする請求項１記載の超音波画像装置。
【請求項５】
前記関連回路により送信される信号は、前記関連回路のマイクロビームフォーマによりビーム形成される低電圧で任意形状を有する送信波形である、ことを特徴とする請求項１記載の超音波画像装置。
【請求項６】
プログラム可能な量だけ前記関連回路により送信される信号を遅延させる遅延回路を更に有する、請求項１記載の超音波画像装置。
【請求項７】
前記プログラム可能な量は、０から１マイクロ秒の範囲にある、ことを特徴とする請求項６記載の超音波画像装置。
【請求項８】
筐体と、該筐体内に納められるよう構成及び適合をなされ、少なくとも１つの音響ビームを発生させる能力及び／又は少なくとも１つのエコー信号を受信する能力を有する超音波振動子アセンブリと、前記筐体内に置かれ、前記超音波振動子アセンブリへ動作的に結合されて、その前記少なくとも１つの音響ビームを制御する関連回路とを有する超音波プローブ；
前記関連回路から受信された信号を増幅する少なくとも１つの送信増幅器；及び
前記少なくとも１つの音響ビームを発生させ、且つ前記増幅された信号を受信するよう前記超音波振動子アセンブリを動作させる駆動信号を生成する制御器；
を有する超音波画像システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの送信増幅器は、一次高電圧送信増幅器である、ことを特徴とする請求項８記載の超音波画像システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの送信増幅器は、２０から２００ボルトの電圧範囲で動作する、ことを特徴とする請求項８記載の超音波画像システム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの送信増幅器は、１０から１００ボルトの電圧範囲で動作する、ことを特徴とする請求項８記載の超音波画像システム。
【請求項１２】
前記関連回路により送信される信号は、前記関連回路のマイクロビームフォーマによりビーム形成される低電圧で任意形状を有する送信波形である、ことを特徴とする請求項８記載の超音波画像システム。
【請求項１３】
プログラム可能な量だけ前記関連回路により送信される信号を遅延させる遅延回路を更に有する、請求項８記載の超音波画像システム。
【請求項１４】
前記プログラム可能な量は、０から１マイクロ秒の範囲にある、ことを特徴とする請求項１３記載の超音波画像システム。
【請求項１５】
前記超音波振動子アセンブリへ結合され、前記少なくとも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信号処理器；
前記超音波プローブを超音波画像装置へ接続する手段；及び
前記少なくとも１つの画像信号を表示するディスプレイ；
を更に有する、請求項８記載の超音波画像システム。
【請求項１６】
超音波画像システムの少なくとも１つの一次高電圧送信増幅器により発生する少なくとも１つの信号であって、
前記システムは：
筐体を有する超音波プローブ；
前記筐体内に納められるよう構成及び適合をなされ、少なくとも１つの音響ビームを発生させる能力及び／又は少なくとも１つのエコー信号を受信する能力を有する超音波振動子アセンブリ；
前記筐体内に置かれ、前記超音波振動子アセンブリへ動作的に結合されて、その前記少なくとも１つの音響ビームを制御する関連回路；及び
該関連回路から受信された信号を増幅する前記少なくとも１つの一次高電圧送信増幅器；
を有する、ことを特徴とする信号。
【請求項１７】
筐体；
該筐体内に納められるよう構成及び適合をなされ、少なくとも１つの音響ビームを発生させる能力及び／又は少なくとも１つのエコー信号を受信する能力を有する超音波振動子アセンブリ；
前記筐体内に置かれ、前記超音波振動子アセンブリへ動作的に結合されて、その前記少なくとも１つの音響ビームを制御する関連回路；及び
該関連回路から受信された信号を増幅する少なくとも１つの送信増幅器；
を有する超音波プローブ。
【請求項１８】
制御器は、前記関連回路へ動作的に結合され、
前記制御器は、前記少なくとも１つの音響ビームを発生させるよう前記超音波振動子アセンブリを動作させる駆動信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１７記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの送信増幅器は、一次高電圧送信増幅器である、ことを特徴とする請求項１７記載の超音波プローブ。
【請求項２０】
前記関連回路により送信される信号は、前記関連回路のマイクロビームフォーマによりビーム形成される低電圧で任意形状を有する送信波形である、ことを特徴とする請求項１７記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、超音波画像システムに関する。更に具体的には、本発明は、高調波イメージングを改善するよう超音波システムのマイクロビームフォーマによりビーム形成される低電圧で任意の形状を有する送信波形を増幅するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子は、多数の医療用途で、特に、患者の器官及び状態の画像の非侵襲的取得のために使用される。典型的な例としては、胎児及び心臓の超音波画像である。このような用途で使用される超音波振動子は、一般に手持ち式であり、所望の画像を得るために厳しい寸法制約を満たさなければならない。超音波内視鏡画像機器を使用する場合に、振動子は患者の身体の特定の部分に関して高解像度の画像を取得可能であることが、しばしば必要とされる。
【０００３】
通常は、従来の超音波画像機器は、患者の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、一次元又は二次元の配列を使用する。一般的に、それらの配列は、平面構造で配置された複数の音響素子を有する。ビーム・ステアリング及びビーム・トラクタ・トレーディングは、出力ビームが水平軸に沿って且つ／あるいは垂直軸に沿って導かれうるように、出力超音波ビームの伝播を制御するようこのようなシステムで使用される。このような方法を用いることは、超音波システムが、患者の身体の特定の領域の画像を取得するよう高調波イメージングを用いて処理される送信波形を受信することを可能にする。
【０００４】
現在のマトリクス・プローブ波形は、一般的に、単純な方形の（ｓｑｕａｒｅ  “ｂａｎｇ−ｂａｎｇ”）送信波形に限定される。しかし、このような波形は、それらの強力な送信高調波エネルギーに起因して高調波イメージングを用いる際に性能が不十分である。従って、不十分な高調波性能を改善することが可能な改善された超音波画像システムが必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、夫々のサブチャネルでの一次高電圧送信増幅器の使用により既存の送信回路の不十分な高調波性能を改善する超音波プローブを有する超音波システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
当該超音波システムにより発生した低電圧で任意の形状を有する送信波形を増幅するよう夫々のサブチャネルでの一次高電圧送信増幅器の使用により既存の送信回路の不十分な高調波性能を改善する超音波プローブを有する超音波システムが以下で開示される。具体的には、前記超音波プローブの一次高電圧送信増幅器は、当該超音波システムのマイクロビームフォーマによりビーム形成された低電圧で任意の形状を有する送信波形を増幅する。
【０００７】
特に、システム送信波形は、低電圧アナログ遅延ＡＳＩＣにより扱われるために、分割された電圧又は低電圧のいずれかで送信される。この信号は、送信ビーム形成を提供するためにプログラム可能な量を遅延させて、前記一次高電圧送信増幅器へ送られる。アナログ遅延は、受信信号をビーム形成するために使用されるものと同じであり得る。送信と受信との間で共有するよう、遅延ラインにより信号の方向を制御するためにアナログＴ／Ｒスイッチが使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の前出の目的及び利点は、添付の図面とともに、それらの好ましい実施例に関する以下の詳細な説明を読むことにより、当業者に容易に理解されるであろう。
【０００９】
本発明に従う超音波画像システムは、図１により示され、以下で更に限定的に記述される。超音波画像システム１００は、筐体１１２と、超音波振動子アセンブリ１１４と、セレクタスイッチ１１６（図２）と、マイクロビームフォーマ１１９を有する関連回路１１８とを有する超音波プローブ１１０を有する。望ましくは、超音波プローブ１１０は、マトリクスＴＥＥプローブである。
【００１０】
超音波振動子アセンブリ１１４は、少なくとも１つの音響ビーム１０２を発生させ、且つ／あるいは少なくとも１つのエコー信号１０４を受信するよう、多数の列及び行で配置された複数の音響素子を有する。超音波振動子アセンブリ１１４は、筐体１１２内に納められるよう構成されて適合される。望ましくは、音響素子は、一様に平面な構造で構成及び配置をなされるが、例えば凸面又は円筒形の二次元配列などの他の構成及び配置が考えられる。
【００１１】
夫々の音響素子は、適切な圧電材料から形成され、駆動信号が音響素子へ印加される場合に特定の周波数で音響パルスを発生させることができる。多数の音響パルスは、音響対象に衝突するよう音響ビーム１０２に合成される。音響対象では、音響ビーム１０２内のエネルギーの少なくとも幾らかは、エコー信号１０４として振動子アセンブリ１１４へ反射される。更に、夫々の音響素子は、音響対象からエコー信号１０４を受信して、対応する出力信号１２０を発生させることができる。超音波画像システム１００は、駆動信号１２２を発生させ、且つ電子的に音響ビーム１０２を導く制御器１３０を有する。
【００１２】
二次元振動子配列は、一般的に、音響ビーム１０２が二次元振動子配列の行及び列の両方で音響素子により発生するので、音響対象の３次元超音波画像を作る付随回路とともに用いられる。制御器１３０により駆動される音響素子の中で、位相差又は時間遅延を制御することにより、多数の音響パルスは、制御器１３０によって電子的に導かれうる音響ビーム１０２に合成されて、超音波プローブ１１０の視野範囲内で音響対象を捉える。振動子アセンブリ１１４内の多数の音響素子は、受動素子であり（即ち、音響パルスを発生させる又はエコー信号１０４を受信するよう構成されない。）、一方、残りの音響素子は能動素子である（即ち、音響パルスを発生させる又はエコー信号１０４を受信するよう構成される）。更に、超音波画像システム１００は、信号処理器１４０と、ディスプレイ装置１５０と、記憶装置１６０とを更に有する。
【００１３】
更に図１を参照すると、制御器１３０は、波形発生ブロック１２７及び接続手段１２８を介して超音波プローブ１１０へ結合されており、振動子アセンブリ１１４の音響素子の１又はそれ以上へ駆動信号１２２を伝送する。更に、接続手段１２８は、超音波プローブ１１０と波形発生ブロック１２７との間で制御信号１２４及び出力信号１２０を伝送する。更に具体的には、制御器１３０は、波形発生ブロック１２７を介して超音波振動子アセンブリ１１４へ動作的に結合されており、以下で更に詳細に述べられるように、発生した音響ビーム１０２の特性及び特徴を変化させる。波形発生ブロック１２７は、超音波プローブ１１０へ波形を送信する。
【００１４】
接続手段１２８は、（図２により示されるように）夫々のサブチャネルで一次高電圧送信増幅器１２９を有しており、超音波プローブ１１０によって発生した低電圧で任意の形状を有する送信波形を増幅し、それにより既存の送信回路の不十分な高調波性能を改善する。増幅器は、２０から２００ボルトの範囲、望ましくは１０から１００ボルトの範囲で動作して、０から５ボルトの電圧範囲で発生した波形を０から１００ボルトへと増幅する。特に、一次高電圧増幅器１２９は、超音波画像システム１００のマイクロビームフォーマ１１９によりビーム形成された低電圧で任意の形状を有する送信波形を増幅する。
【００１５】
具体的には、システム送信波形（信号１２０）は、低電圧アナログ遅延ＡＳＩＣ１３１により扱われるために分圧器（図示せず。）により分割された電圧又は低電圧のいずれかで送信される。信号１２０は、送信ビーム形成を提供するために遅延ＡＳＩＣ１３１により所定の量だけ遅延して、一次高電圧送信増幅器１２９へ送信される。アナログ遅延は、受信信号（例えば、駆動信号１２２）をビーム形成するために使用されるものと同じである。望ましくは、遅延時間は０から１マイクロ秒である。送信と受信との間で共有するよう、接続手段１２８の遅延ラインにより信号の方向を制御するためにアナログＴ／Ｒスイッチが使用可能である。夫々のサブチャネルの増幅器１２９のうちの１又はそれ以上は、超音波プローブ１１０、制御器１３０及び／又は超音波画像システム１００の他の構成要素の中に納められても良い。
【００１６】
制御器１３０は、作動すべき音響素子の数に対応する複数の駆動信号１２２を発生させる。制御器１３０は、更に、音響素子へ印加される夫々の駆動信号１２２のタイミング（即ち、位相シフト）を制御する。好ましい実施例で、制御器１３０は、駆動信号１２２のタイミングを制御するためのユーザインターフェース１３２及び関連する回路を有する。更に、超音波振動子アセンブリ１１４内の１よりも多い音響素子が制御器１３０により作動させられて、同時に音響ビーム１０２を作るアクティブ開口を形成することが考えられる。有利に、ユーザインターフェース１３２は、所望の画像を得るためにアクティブ開口を調整及び／又は制御するようオペレータにより操作可能である。更に、ユーザインターフェース１３２は、例えば、システムの開始及び停止、ディスプレイ装置１５０への画像情報の送信、記憶装置１６０への画像情報の送信、並びに記憶装置１６０からの画像情報の受信など、超音波画像システム１００の他の態様に影響を与えるよう構成されて適合される。
【００１７】
制御器１３０は、超音波振動子アセンブリ１１４へ動作的に結合されて、音響ビーム１０２に含まれる発生した音響パルスの特性及び特徴を変更する。制御器１３０は、作動すべき音響素子の数に対応する複数の駆動信号１２２を発生させる。制御器１３０は、更に、音響素子へ印加される夫々の駆動信号１２２のタイミング（即ち、位相シフト）を制御し、結果として得られる音響ビーム１０２は、最初に、超音波振動子アセンブリ１１４の第１の終了時に発生して、第２の終了に向けて発展する。
【００１８】
更に具体的には、音響ビーム１０２が最初に形成されると、超音波振動子アセンブリ１１４に配置された多数の作動音響素子は、制御器１３０からの対応する駆動信号１２２により同時に作動する。一実施例では、音響素子は、制御器１３０が音響ビーム１０２を形成するよう行及び列で所定の数の音響素子を作動させるところの配列を形成するよう多数の行及び列で配置される。
【００１９】
代替的に、制御器１３０は、作動した音響素子の数が列の夫々での作動音響素子の数よりも少なく、それにより、より小さなアクティブ開口及び音響ビーム１０２が形成されるところの多数の列で多数の作動音響素子を作動させることができる。望ましくは、制御器１３０は、アクティブ開口内で音響ビーム１０２の発生を引き起こし、制御器１３０は、音響素子の行に沿ってアクティブ開口及び音響ビーム１０２を動かすよう適合される。アクティブ開口が音響素子の行の終点に達した後に、制御器１３０は、前に作動していた列の数だけ音響ビーム１０２及びアクティブ開口をシフトし、アクティブ開口を前進させる。有利に音響ビーム１０２及び結果として得られるアクティブ開口の動き及び方向を制御することにより、三次元ボリュームが得られる。
【００２０】
一実施例では、制御器１３０内の関連回路は、ユーザインターフェース１３２においてオペレータによりなされる選択に応答して制御信号１２４を発生させる。ユーザインターフェース１３２は、例えばロッカースイッチ、ボタン、トラックボール、タッチパッド、指示棒、などの１又はそれ以上のユーザ操作可能な制御を有する。これらのユーザ操作可能な制御は、ユーザが、例えば超音波プローブ１１０の視野、超音波プローブ１１０の（即ち、ユーザインターフェース１３２により制御される）局所制御、又は超音波プローブ１１０の（即ち、セレクタスイッチ１１６により制御される）遠隔制御などの、超音波画像システム１００の様々な特性及び態様を制御することを可能にする。次に、制御信号１２４は、関連回路ととともに、音響ビーム１０２を発生させるよう多数の駆動信号１２２を発生させる。更に、制御信号１２４は、関連回路と協働して、駆動信号１２２のタイミングを制御し、それによりアクティブ開口及び取得画像を制御する。
【００２１】
好ましい実施例では、制御信号１２４は、超音波プローブ１１０の関連回路１１８により発生する。更に具体的には、セレクタスイッチ１１６は、関連回路１１８と協働して、制御信号１２４を発生させる。次に、制御信号１２４は、接続手段１２８を介して制御器１３０の関連回路へ伝送される。制御信号１２４による駆動信号１２２の発生及び制御は、制御信号１２４が制御器１３０で発生した前出の実施例と同一である。図２により示されるように、セレクタスイッチ１１６は、駆動信号１２２の発生及びタイミングを制御することにより取得画像の特性を制御するようユーザ操作可能である。セレクタスイッチ１１６は、ロッカースイッチ、ボタン、トラックボール、タッチパッド、指示棒などであっても良い。
【００２２】
更に具体的には、ユーザが超音波プローブ１１０の局所制御を選択する場合に、制御器１３０内の関連回路は、ユーザインターフェース１３２でのユーザ選択に従って制御信号１２４を発生させる。望ましくは、ユーザインターフェース１３２は、ユーザの選択に応答して関連回路を制御するよう少なくとも２つの位置又は状態を有する制御装置１３４を有する。制御装置１３４は、ロッカースイッチ、ボタン、トラックボール、タッチパッド、指示棒などであっても良い。制御信号１２４は、制御装置１３４の夫々の位置又は状態に関して固有の特性を有する。従って、制御装置１３４での位置を選択することにより、ユーザは、制御信号１２４及び取得画像を制御するよう関連回路を制御する。例えば、オペレータは、例えば側方傾斜、正面傾斜、又は回転などの予め選択されたモードで走査面の進路を取る。
【００２３】
有利に超音波プローブ１１０にセレクタスイッチ１１６及び関連回路１１８を設けることにより、オペレータは、超音波プローブ１１０から超音波画像システム１００の動作の幾つかを容易に制御可能であり、システムユニットに置かれたユーザインターフェース１３２を操作する必要はない。遠隔で超音波プローブ１１０を制御する場合に、セレクタスイッチ１１６は、超音波プローブ１１０の関連回路と協働して、制御信号１２４を発生させる。超音波プローブ１１０の局所制御と同様に、関連回路は、セレクタスイッチ１１６の夫々の位置又は状態に関して固有の特性を有する制御信号１２４を発生させる。従って、セレクタスイッチ１１６の位置を選択することにより、ユーザは、制御信号１２４及び取得画像を制御するよう関連回路を制御する。例えば、オペレータは、例えば、側方傾斜、正面傾斜、又は回転などの予め選択されたモードで走査面の進路を取ることができる。更に、超音波プローブ１１０から制御信号１２４、ひいては駆動信号１２２を制御することにより、超音波画像システム１００の動作のモードへユーザインターフェース１３２を結び付ける必要性は低減する。
【００２４】
例えば、オペレータは、患者の肋骨の間に接触して超音波プローブ１１０を置き、次に、超音波プローブ１１０を固定したまま、セレクタスイッチ１１６を操作するよう同じ手を用いて電子的に走査の進路を取る。一実施例では、セレクタスイッチ１１６及び関連回路１１８は、超音波画像システム１００の動作のモードに基づいて結合を調整する。例えば、フローモード又はドップラーモードを用いる場合に、発生した制御信号１２４は、関心領域を移動させ、一方、ライブ３Ｄモードでは、それは表示されたボリュームを回転させる。代替的に、セレクタスイッチ１１６の結合はユーザ選択可能であっても良い。
【００２５】
接続手段１２８は、一般的に、例えばワイヤなどの、複数の導通素子を含むケーブルである。代替的に、接続手段１２８は、電子機器の幾つかが超音波プローブ筐体１１２に置かれ、接続手段が例えば赤外線又は無線周波数などの無線接続であるならば著しく改善されうる。
【００２６】
この出力信号１２０は、制御器１３０を介して信号処理器１４０へ伝送される。信号処理器１４０において、振動子アセンブリ１１４の出力信号１２０は、画像信号１４５を発生させるよう信号処理器１４０内の関連回路により変換される。ディスプレイ装置１５０は、１又はそれ以上の画像信号１４５を受信して、その画像信号１４５をビデオ画像に変換するよう信号処理器１４０の出力部へ動作的に結合されている。原則的に、ディスプレイ装置１５０は、少なくとも１つの画像信号１４５に対応するデータを表示させることができる。ディスプレイ装置１５０は、付き添っている作業員により容易に見られうるビデオモニタであることが好ましい。
【００２７】
代替的に、信号処理器１４０内の関連回路は、画像信号１４５に加えて又はそれに代えて、データ信号１４７を生成する。信号処理器１４０が画像信号１４５に加えてデータ信号１４７を生成するところの実施例では、データ信号１４７は、画像信号１４５に含まれるのと実質的に同じ情報を含むことが好ましい。記憶装置１６０は、１又はそれ以上のデータ信号１４７を受信して、少なくとも１つのデータ信号１４７を、その少なくとも１つのデータ信号１４７に含まれる情報を表す系統的なシーケンスに変換するよう、信号処理器１４０の出力部へ動作的に結合されている。原則的に、記憶装置１６０は、少なくとも１つのデータ信号１４７に対応するデータを記憶することができる。記憶装置１６０は、例えば磁気ディスク又は磁気テープなどの磁気的な記憶装置であることが好ましい。更に具体的には、記憶装置１６０は、ハードドライブである。例えば光学記憶装置などの他の記憶装置が本発明の精神又は適用範囲から逸脱することなくハードドライブの代わりに使用されても良いことが考えられる。
【００２８】
他の実施例では、ユーザインターフェース１３２は、更に、信号処理器１４０の関連回路と協働して、記憶装置１６０に記憶されたデータを取り出すよう適合されて構成される。この実施例では、記憶装置１６０は、記憶されているデータを、信号処理器１４０の関連回路へ伝送される少なくとも１つのデータ信号１４７に変換する。信号処理器１４０の関連回路は、その少なくとも１つのデータ信号１４７を少なくとも１つの画像信号１４５に変換する。少なくとも１つの画像信号１４５は、次に、前に述べられたように、視聴のためにディスプレイ装置１５０へ伝送される。
【００２９】
本発明の上記実施例は、限定ではなく説明のために示されており、また、本発明の全ての実施形態を表しているわけではない。様々な変形及び変更が、同一又は均等の範囲で、特許請求の範囲に記載されるような本発明の精神及び適用範囲から逸脱することなくなされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に従う超音波画像システムのマイクロビームフォーマによりビーム形成される低電圧で任意の形状を有する送信波形を増幅する一次高電圧送信増幅器を有する超音波画像システムのブロック図である。
【図２】図１により示される超音波画像システムの超音波プローブ及び幾つかの一次高電圧送信増幅器の透視図である。
【図１】
2008504057.tif 000003
【図２】
2008504057.tif 000004
【国際調査報告】
2008504057.tif 000005
2008504057.tif 000006
2008504057.tif 000007