(57)【要約】本明細書に記載のシステム及び方法は、医療用超音波画像システム内部に実装される一つ又は複数のトランスデューサに、バイアス電圧を印加せしめるものである。バイアス回路は、画像デバイス内部に配置され、作動するために直流バイアスを要求する一つ又はそれ以上のトランスデューサに直流バイアスを印加するのに利用される。一つ又はそれ以上のトランスデューサは、半導体製造プロセスで製作可能であり、共通の半導体基板上でバイアス回路と統合可能である。２本の信号ラインを有する連絡チャネルを利用して、一つ又はそれ以上のトランスデューサとバイアス回路を作動するための方法も提示されている。
2008516683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用画像システムであって、
生体内に挿入可能であり生体の内部を撮像するように構成されている画像デバイスを含み、
上記画像デバイスは、
超音波トランスデューサと、
上記トランスデューサと電気的に結合し上記トランスデューサを電気的にバイアスするように構成されているバイアス回路と
を含むことを特徴とする医療用画像システム。
【請求項２】
上記画像デバイスが回転自在のドライブシャフトと結合し、更に上記画像デバイスが画像処理システムと連絡自在に結合することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記画像システムが誘導結合により上記画像システムと連絡自在に結合することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
上記画像処理システムが、ドライブシャフトに沿って配置された信号ラインに渡ってトランスデューサドライブ信号をトランスデューサにアウトプットし、信号ラインに渡ってバイアス回路に電荷を与えるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
上記トランスデューサが微小超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）を含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
上記トランスデューサが容量性微小超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）を含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
上記バイアス回路が共通基板上でＣＭＵＴと統合されていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
上記基板が半導体基板であることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
上記トランスデューサが、トランスデューサアレイ内部の複数のトランスデューサのうちの一つであることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
トランスデューサが容量性微小超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
上記バイアス回路が共通基板上でＣＭＵＴと統合されていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
上記基板が半導体基板であることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
上記トランスデューサが、トランスデューサアレイ内部の複数のトランスデューサのうちの一つであることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
上記バイアス回路が、チャージポンプを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
上記画像デバイスが、整流回路を含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
上記バイアス回路が、バイアス電圧を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
上記バイアス回路が、バイアス電圧を制御するように構成されている電荷限定回路を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
上記トランスデューサが、トランスデューサアレイ内部の複数のトランスデューサのうちの一つであることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
血管内超音波画像システムであって、
第１の期間にトランスデューサドライブ信号をアウトプットし、第２の期間にエコー信号を受信し、第３の期間にバイアス信号をアウトプットするように構成された画像処理システムを含み、
上記トランスデューサドライブ信号はトランスデューサに超音波パルスを生成せしめるように構成され、上記エコー信号はトランスデューサにより受信されたエコーを表し、上記バイアス信号は電荷をトランスデューサバイアス回路に与えるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
上記バイアス信号は直流信号であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
上記バイアス信号は一連の直流パルスであることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
上記バイアス信号の振幅がトランスデューサに対する励起閾値より低いことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
上記画像処理システムが更に、第３の期間より長く、第１の期間に先行する、第４の期間の間に上記バイアス信号をアウトプットするように構成されていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
上記第４の期間にアウトプットされる上記バイアス信号が、チャージポンプを初期化するように構成されていることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本システム及び本方法は、概略、血管内超音波画像システム内の超音波画像デバイスをバイアスするバイアス回路の利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
血管内超音波（ＩＶＵＳ）又は心内心エコー検査画像システムなどの、医療用超音波画像システムを用いて画像を生成するにあたっては、通常一つ又はそれ以上のトランスデューサを含む超音波画像デバイスが、カテーテルなどの血管内デバイス内部に配置される。血管内デバイスは身体内に指図され、画像デバイスは所望の生体組織を撮像するのに利用される。このため、トランスデューサは超音波パルスを生成し身体組織内に伝える。このパルスは種々の層の生体組織を打つので、エコーが反射されトランスデューサに受信される。トランスデューサは、受信されたエコーの強度に応じた電気出力信号を生成し、画像処理システムにこの信号を出力する。画像処理システムは信号を処理しこれを利用して生体組織の画像を形成する。
【０００３】
従来、超音波トランスデューサは、通常半導体ベースである、超音波画像システムの他の部品を製造するのに利用されるのと大きく異なるセラミック製造技術を要求する圧電性物質で作られてきた。圧電性トランスデューサは、通常、撮像され得る組織の深さを限定する狭帯域幅を有する。
【０００４】
最近、半導体ベースのプロセス技術で製造される新しいタイプのトランスデューサが開発された。容量性微小超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）は、外部超音波画像システムの他の部位を製造するのに利用されるのと将に同じ半導体製造プロセスを用いて、医療用超音波トランスデューサを大量生産するという要求に応えるべく、設計された。ＣＭＵＴは、（サイズ上１０〜１００ミクロンのオーダで）圧電性トランスデューサよりも通常ずっと小さく、更により大きい帯域幅を有する。
【０００５】
通常のＣＭＵＴは基板上に懸架されるドラムヘッド構造を含み、該ドラムヘッド構造は、ドラムヘッドへの容量荷電の変調による力学波と電気信号との間の双方向変換を可能にする。超音波パルスを供給するにあたり、ドラムヘッドへの容量荷電は、基板電極に対して計測され、ドラムヘッドへの電気パルスの供給により変調される。このパルスの供給によりドラムヘッドは振動し、このことにより超音波を送信する。同様に、受信モードでは、ドラムヘッドへのエコーのインパクトがキャパシタンスを変調し、結果として受信されたエコーの強度に応じた電気信号が生じる。
【非特許文献１】Ｐｅｒｃｉｎ，Ｇ．及びＢ．Ｋｈｕｒｉ−ＹａｋｕｂによるＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ａｃｔｕａｔｅｄ  ｆｌｅｘｔｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ，Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，２００２．４０（１−８）：４４１−８ページ
【非特許文献２】Ｐｅｒｃｉｎ，Ｇ．及びＢ．Ｋｈｕｒｉ−ＹａｋｕｂによるＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ａｃｔｕａｔｅｄ  ｆｌｅｘｔｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ――ＩＩ，ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ  Ｕｌｔｒａｓｏｎ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒ  Ｆｒｅｑ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００２．４９（５）：５８５−９５ページ
【非特許文献３】Ｐｅｒｃｉｎ，Ｇ．及びＢ．Ｋｈｕｒｉ−ＹａｋｕｂによるＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ａｃｔｕａｔｅｄ  ｆｌｅｘｔｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ――Ｉ，ｔｈｅｏｒｙ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ  Ｕｌｔｒａｓｏｎ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒ  Ｆｒｅｑ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００２．４９（５）：５７３−８４ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＭＵＴデバイスは、現在ＩＶＵＳ画像システムで利用されていない。このことの一つの理由は、操作のためにＣＭＵＴはトランスデューサキャパシタンスを短絡することなく高いトランスデューサ感度を維持するように注意深く制御される一定のバイアスを必要とすることである。従って、血管内超音波画像システムにおいて、このバイアス電圧をＣＭＵＴデバイスに加えるためのシステム及び方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に記載のシステム及び方法は、一つ又はそれ以上のトランスデューサにバイアス電圧を印加するためのバイアス回路を有する画像システムのためのものである。一つの例では、画像システムは、生体内に挿入可能であり生体の内部を撮像するように構成されている画像デバイスを含む。画像デバイスは、超音波トランスデューサと、上記トランスデューサと電気的に結合し上記トランスデューサを電気的にバイアスするように構成されているバイアス回路とを含む。画像デバイスは、回転自在のドライブシャフトと結合し、画像処理システムと連絡自在に結合する。画像処理システムは、ドライブシャフトに沿って配置された信号ラインに渡ってトランスデューサドライブ信号をトランスデューサにアウトプットし、信号ラインに渡ってバイアス回路に電荷を供給するように構成されている。トランスデューサが、半導体ベースの製造プロセスで製作され得るＣＭＵＴであるのが好ましい。一つの例では、トランスデューサがＣＭＵＴであり、共通の半導体基板上でバイアス回路と統合されている。バイアス回路は、バイアス電圧を累積するためのチャージポンプを含んでもよく、バイアス電圧を制御するための電荷限定回路を含んでもよい。
【０００８】
本明細書に記載されるシステム及び方法は、バイアス回路を有する画像デバイスを操作するように構成された画像処理システムのためのものでもある。一つの例では、画像処理システムは、第１の期間にトランスデューサドライブ信号をアウトプットし、第２の期間にトランスデューサアウトプット信号を受信し、第３の期間にバイアス信号をアウトプットするように構成されてもよい。トランスデューサドライブ信号は、画像デバイス内部のトランスデューサに超音波パルスを生成せしめるように構成されてもよい。トランスデューサアウトプット信号は、トランスデューサにより受信されたエコーを表すのが好ましい。バイアス信号は、電荷をトランスデューサに結合するバイアス回路に与えるように構成されてもよい。
【０００９】
本明細書に記載されるシステム及び方法は、画像処理システムによる超音波画像の方法のためのものでもある。一つの例では、方法は、第１の期間にトランスデューサドライブ信号をアウトプットする工程を含み、この場合、トランスデューサドライブ信号は、トランスデューサに超音波パルスを伝送せしめるように構成される。方法は、第１の期間に続く第２の期間にトランスデューサアウトプット信号を受信する工程を含み、このとき、トランスデューサアウトプット信号はトランスデューサにより受信されたエコーを表し、更に方法は、第２の期間に続く第３の期間にバイアス信号をアウトプットする工程を含み、このとき、バイアス信号は電荷をバイアス回路に与えるように構成される。別の例では、方法は、第１の期間に先行する第４の期間の間に第２のバイアス信号をアウトプットする工程を含んでもよく、このとき、第４の期間にアウトプットされる第２のバイアス信号は、バイアス回路を初期化するように構成されている。第４の期間は、第３の期間よりも長くてもよい。
【００１０】
添付の図面及び発明の詳細な説明を精査すれば、本発明の他のシステム、方法、特性及び利点は、当業者には明白となる。そのような追加的なシステム、方法、特性及び利点の全ては、ここでの記載内に含まれ、本発明の範囲内にあり、添付の請求項により保護されるものであることを、意図している。本発明は、実施例の詳細を要求しても限定されるものではないことも意図している。
【発明の効果】
【００１１】
血管内超音波画像システムにおいて、高いトランスデューサ感度を維持するように注意深く制御される一定のバイアス電圧をＣＭＵＴデバイスに加えるためのシステム及び方法が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
製造、構造及び操作を含む本発明の詳細は、添付の図面により部分的に収集されるものである。同一の参照番号は同一の部位を示す。
【００１３】
本明細書に記述するシステム及び方法は、画像システム内部に実装される一つ又はそれ以上のトランスデューサへバイアス電圧を印加せしめるものである。図１は、バイアス回路１０２を有する画像システム１００の一つの実施例を示す。画像システム１００はＩＶＵＳ画像システムであるのが好ましい。ここで、カテーテルなどの血管内医療デバイス１０４が、画像処理システム１０６と連絡して結合している。カテーテル１０４は、人体の室や人体の内腔などの生物の内部を撮像するように構成されるのが好ましい。カテーテル１０４は、画像デバイス１１０が結合する回転自在のドライブシャフト１０８を含むのが好ましい。この実施例では、画像デバイス１１０はドライブシャフト１０８の遠位端１１１に設けられる。カテーテル１０４は、ドライブシャフト１０８及び画像デバイス１１０を滑動自在に受けるために、内腔を有する伸長外部鞘（図示せず）を含んでもよい。
【００１４】
例えば、血管の画像手順を実施するために、カテーテル１０４は血管の中へ挿入され所望の画像位置の近傍内に進められ得る。適切な位置に進むと、ドライブシャフト１０８は回転し、画像デバイス１１０は、超音波パルスを連続的に送信し超音波パルスが血管を通過する際に生成されるエコーを受信することによって、血管を撮像するのに利用される。画像デバイス１１０は、受信されたエコーの強度を表す出力信号を出力し連絡チャネル１４０を通らせ画像処理システム１２０へ至らしめ、該画像処理システム１２０では信号は処理されて血管及び周囲の身体組織の画像とすることができる。
【００１５】
結合デバイス１３０は、静止する画像処理システム１２０を回転自在なドライブシャフト１０８と結合するのに、利用される。一つの実施例では、結合デバイス１３０は、画像処理システム１２０と連絡チャネル１４０との間で、画像デバイス出力信号やトランスデューサドライブ信号などの連絡信号を伝えるように構成された誘導結合である。
【００１６】
この実施例では、画像デバイス１１０は、ＣＭＵＴなどの、操作のためのバイアス電圧を求める一つ又はそれ以上のトランスデューサ１０１を含む。画像デバイス１０１は、一つのトランスデューサ１０１、若しくは、複数のトランスデューサ１０１を有するトランスデューサアレイによって、動作し得る。個々のトランスデューサ１０１は半導体ベースの製造技術を利用して製造されればよい。もっともどんな製造技術が利用されてもよい。議論を容易にするために、本明細書ではトランスデューサ１０１をＣＭＵＴとして表記する。しかしながら、本明細書に記載のシステム及び方法は、他のタイプのマイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）などの、バイアス電圧を求めるどのトランスデューサ１０１で、利用されてもよい、ということは当業者は容易に理解し得る。従って、システム及び方法は、ＣＭＵＴデバイスの利用にのみ限定されるものではない。
【００１７】
画像デバイス１１０は、ＤＣ電圧バイアスをＣＭＵＴ１０１に印加するためのバイアス回路１０２も含んでもよい。ＣＭＵＴ１０１及びバイアス回路１０２は統合されてもよい。図２は、シリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）などの一般的な半導体基板２０４上の、バイアス回路１０２と統合されたＣＭＵＴアレイ２０２を示す斜視図である。統合されたＣＭＵＴアレイ２０２及びバイアス回路１０２はハウジング２１８内部に配置され、ドライブシャフト１０８の遠位端１１１に設けられる。ハウジング２０８は、画像ウインドウ２１０を含んでもよく、該画像ウインドウ２１０は、ハウジング２０８の開口部でも、超音波信号の送信又は受信を有意に妨げない部材から形成されるウインドウでもよい。本明細書では示さないが、保護のため、ハウジング２０８内部の搭載を容易にするため、若しくは他の目的のため、所望のパッキング技術を利用して、統合されたＣＭＵＴアレイ２０２とバイアス回路１０２がパッケージされてもよい。
【００１８】
上述のように、ＣＭＵＴ１０１は、通常、半導体基板２０４上で半導体ベース製造プロセスを利用して、製作される。バイアス回路１０２は、ＣＭＵＴ１０１と同じ基板２０４で統合して製作されるのが好ましい。ＣＭＵＴ１０１とバイアス回路１０２とは、同じプロセスフローを用いて製作されてもよいし、異なるプロセスフローで製作されてもよい。ＣＭＵＴアレイ２０２を有する実施形態では、バイス回路１０１がアレイ２０２内の個別のＣＭＵＴ１０１をバイアスするように構成されてもよいし、多数のバイアス回路１０１が個々のＣＭＵＴを別々にバイアスするように設けられてもよい。バイアス回路１０２をＣＭＵＴ１０１と統合することにより、画像デバイス１１０のパフォーマンスが向上し、同時に画像デバイスの製作が容易になりコスト低下する。ＣＭＵＴ１０１とバイアス１０１とを共通の基板２０４上で統合することが好ましいが、本明細書に記載されるシステム及び方法はそれに限定されるものではない。例えば、ＣＭＵＴ１０１とバイアス回路１０２は、別々の部品として製作されて統合してパッケージ化されてもよく、製作もパッケージ化も別々であってもよい。更に、ＣＭＵＴ１０１とバイス回路１０２は、ハウジング２０８内部に共に収容されることが求められるものではないし、実際にカテーテル１０４内部の所望の位置に配置されればよい。
【００１９】
図３Ａ−Ｂは、ＣＭＵＴ１０１の例示の実施形態を示す断面図である。図３Ａは、下方電極３０４上に懸架される可撓性上方電極３０２を有するバイアスされていないＣＭＵＴ１０１を示し、両電極は基板上に製作される。可撓性上方電極３０２は、別の文脈では“ドラムヘッド”とも称される。電極３０２、３０４間に絶縁層３０６が設けられ、該絶縁層３０６は酸化シリコンなどの絶縁部材で構成される。上方電極３０２及び下方電極３０４はギャップ３０８により分離しているのが望ましい。上方電極３０２は全側面でギャップ３０８を完全に包み、このケース（箱）ではギャップ３０８は完全に真空となる。
【００２０】
図３Ｂは、直流バイアス電圧３１０が電極３０２、３０４間に印加された後のＣＭＵＴ１０１を示す。直流バイアス電圧３１０は、電極３０２及び３０４に容量性電荷を作り、上方電極３０２を下方電極３０４に向かって方向３１２へ曲げ、若しくは屈折せしめる。バイアスされたＣＭＵＴ１０１へ、電気パルス即ち交流信号などのドライブ信号を加えると、上方電極３０２の屈折の程度が調節されて超音波パルスを生成せしめる。この超音波パルスは身体組織を画像化するのに利用され得る。反対に、受信されたエコーなどの超音波パルスがバイアスされたＣＭＵＴ１０１に衝突すると、受信されたエコーの強度に対応する電気パルスが生成される。このように、ＣＭＵＴ１０１は、ＩＶＵＳ画像システム１００において超音波信号を送受信するのに利用され得る。
【００２１】
実際の直流バイアス電圧３１０及びドライブ信号レベルは、印加の必要性及び個々のＣＭＵＴ１０１の特性に依存する。一般的に、より大きい直流バイアス電圧３１０は、より強い超音波パルスの生成に変質する。更に、バイアス電圧３１０は、生成された超音波の周波数を決定するファクタとも成り得る。ある例では、直流バイアス電圧３１０は概略１００−１５０ボルトであればよく、一方ドライブ信号レベルは７５ボルト若しくはそれ以上であればよい。これらの値は例示でしかなく所望のどんな信号レベルが利用されてもよい。
【００２２】
ＣＭＵＴデバイスの設計及び製作は、更に、非特許文献１、非特許文献２、及び、非特許文献３にて論じられている。これらの各々は、参照の上本明細書に組み込まれる。
【００２３】
図４は、画像デバイス１１０の別の例を示す。この実施形態では、画像デバイス１１０は、ＣＭＵＴアレイ２０２、バイアス回路１０２、及び整流回路４０２を含み、それら全ては共通の基板２０４上に統合されるのが好ましい。バイアス回路１０２は信号ブロック回路４０４とチャージポンプ４０６を含み、直流バイアス電圧３１０をアレイ２０２に印加するように構成されている。バイアス信号は、連絡チャネル１４０を介して伝送され、電荷をチャージポンプ４０４に供給し、アレイ２０２内部のＣＭＵＴ１０１を適切にバイアスするのに必要な直流バイアス電圧３１０を生成する。チャージポンプの設計及び実装は当業者には周知であり、どのタイプのチャージポンプが利用されてもよい。チャージポンプは、スイッチドキャパシタバンクなどのチャージ格納ユニットを含むのが好ましい。更に、直流バイアス回路１０２は、チャージポンプ４０４を含むが、それに限定されない直流バイアス電圧を制御し印加するように構成される回路であればよい。
【００２４】
結合デバイス１３０が、画像処理システム１２０と画像デバイス１１０との間で交流信号を転送する誘導結合若しくは他の非物理的電気結合を利用する形態では、バイアス信号は結合デバイス１３０への交流信号として現れる一連の交流パルスであるのが好ましい。結合デバイス１３０が、ブラシ／コンタクトの組合せなどの物理的結合を利用する形態では、所望であればバイアス信号は純粋な直流信号であればよい。
【００２５】
整流回路４０２は、画像デバイス１１０内部で形成される電荷を分離するのに利用され得る。システム１００は第一に、生体内の医療用画像のために利用され得るものであるから、整流回路４０２は、患者若しくはシステム１００の回路に対する電気的ショックのリスク若しくは他の危険に対して保護を行う。特に、整流回路４０２は、チャージポンプ４０６若しくはアレイ２０２の電荷などの信号が、連絡チャネル１４０に伝搬することを遮る若しくは防ぐのに利用され得る。一つ又はそれ以上のダイオードなどの、どのタイプの整流回路が用いられてもよい。信号ブロック回路４０４は、ＣＭＵＴドライブ信号がチャージポンプ４０６に伝搬することを遮るのに利用され得る。図４は画像デバイス１１０のための多数の構成可能な種々の回路レイアウトの一つを示すのであり、本明細書に記載するシステム及び方法は一つのレイアウト若しくは回路設計に限定されないことは、当業者であれば容易に認識できる。
【００２６】
連絡チャネル１４０は、必要な、どの数の信号ライン若しくは送信ラインも含み得る。例えば、連絡チャネルは、グラウンド信号ライン、ＣＭＵＴドライブ信号ライン及びバイアス回路バイアス信号ラインを含んでもよい。しかしながら、システム１００は血管内の適用に利用されるのが好ましいから、カテーテル１０４の幅は狭い血管内を進むことを妨げる限定ファクタとなり得る。従って、個々の追加の信号ラインはドライブシャフト１０８の幅を通常広げるので、ドライブシャフト１０８そのものが信号レインとして利用されても、連絡チャネル１４０内で利用される信号ラインの数は最小限であるのが好ましい。通常のＩＶＵＳ画像システムは、シングルエンド信号若しくは差分信号を転送するのに利用され得る２本の信号ラインを含む連絡チャネル１４０を利用する。
【００２７】
トランスデューサドライブ信号を転送する２本の信号ラインを利用するために、バイアス信号とトランスデューサアウトプット信号、本明細書に記載のシステム及び方法は、セグメント化タイミングレジームを利用する。図５はセグメント化タイミングレジームの一つの実施例に係る画像処理システム１２０からの信号アウトプットを示すタイミングダイアグラムである。この例では、画像デバイス１１０は、身体内腔の断面を撮像するために回転する。超音波パルスの伝送があり、更に結果として生じるエコー信号の繰り返しがそれに続くことを、本明細書では画像サイクルと称する。システム１００は、あらゆる回転に対して所定数の画像サイクルを実施するように構成され、各々の画像サイクルが別々の角位置で若しくは角位置の範囲で、実施されてもよい。例えば、一つの例では、画像デバイス１１０が、個々の回転で３６０画像サイクルを実施し、一つの画像サイクルが１度離れて位置する角位置にて実施される。
【００２８】
一つの画像サイクルを実施するのに要求される時間が、一つの角位置から次の角位置へ画像デバイス１１０を回転するのに要求される時間よりも短いような速度で、画像デバイス１１０が回転されるのが好ましい。例えば、図５では、時刻Ｔ０では画像デバイス１１０は第１の角位置にあり、時刻Ｔ４では画像デバイス１１０は第２の角位置にまで回転されている。第１の角位置に対する画像サイクルは時刻Ｔ０とＴ２との間で発生する。より詳細には、ＣＭＵＴドライブ信号５０２は、個々のＣＭＵＴ１０１に超音波パルスを伝送させるために、画像処理システム１２０からアレイ２０２へ、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１で、伝送される。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２で、画像処理システム１２０は、受信されたエコーに応じてアレイ２０２により生成されるアウトプット信号を待機する受信ピリオド５０２にある。このあと、時刻Ｔ２からＴ４の残余時間は画像サイクルで未利用となる。
【００２９】
Ｔ２からＴ３の期間には、画像処理システム１２０はバイアス信号５０４をバイアス回路１０２に伝送するのが好ましい。時刻Ｔ４では、画像処理システム１２０は、更なるドライブ信号５０１を伝送し次の角位置で画像サイクルを初期化する。一つの例では、Ｔ０からＴ４の期間は１３０マイクロ秒であり、Ｔ０からＴ１の期間は約５０ナノ秒であり、Ｔ１からＴ２の期間は約２０マイクロ秒であり、Ｔ２からＴ３の期間は約１００マイクロ秒である。これらの期間は例としてのみ含まれるのであり、本明細書に記載のシステム及び方法を限定するものではない。
【００３０】
バイアス回路１０２はバイアス信号を利用して、要求される直流バイアス電圧３１０を生成する。バイアス信号５０４の振幅は、ＣＭＵＴ１０１が超音波パルスを生成するＣＭＵＴ１０１励起閾値よりも低いのが好ましい。ある例では、例えば、小さい超音波パルスが後続の画像サイクルに干渉しないならば、その小さい超音波パルスも許容され得る。本明細書における“励起閾値”という用語は、一つ又はそれ以上のトランスデューサに、画像サイクルに十分干渉し得るレベルの超音波パルスを生成せしめる信号レベルのことである。一つの例では、励起閾値は７５ボルトであればよく、バイアス信号５０４は７０ボルトで維持され、一方ドライブ信号５０１は１２５ボルトである。これらの値は例示でしかなく本明細書に記載のシステム及び方法を限定するものではない。上述のように、結合デバイス１３０を介して伝搬するために、必要であれば、バイアス信号は、連続の直流パルスの代わりに一連の直流パルスであってもよい。更に、ドライブ信号５０１及びバイアス信号５０４として、どのような波形が利用されてもよい。
【００３１】
バイアス信号５０４及びドライブ信号の生成、及びそのための適切なタイミングは、画像処理システム１２０により制御され得る。バイアス回路１０２は、バイアス信号５０４によりバイアス回路１０２が高過ぎる直流バイアス電圧３１０を印加しないように、形成される電荷を制限するように構成されるのが好ましい。これは、当業者には周知の電荷限定回路により実施されればよい。更に、ある例では、バイアス回路１０２が適切な直流バイアス電圧３１０を印加する前に、多数のチャージサイクルが必要とされ得る。一方で、別の例では、画像処理システム１２０は、バイアス回路１０２をチャージアップ若しくは初期化するために、画像の開始の前にバイアス信号をアウトプットするように構成され得る。この例では、初期化期間の長さは、バイアス回路１０２をチャージするのに必要な長さであればよい。適切な直流バイアス電圧３１０に達したら最小限の後続のチャージのみ要求されるようにバイアス回路１０２が低リーケージであるように設計されるのが好ましい。
【００３２】
図６は、連絡チャネル１４０が２本のみの利用可能な信号ラインを有する例における画像処理システム１２０で画像デバイス１１０を操作する方法６００を示すフローチャートである。６０４では、画像デバイス１１０は第１の角位置まで回転する。６０６では、画像処理システム１２０は第１の期間にトランスデューサドライブ信号５０１を出力し、一つ又はそれ以上のＣＭＵＴ１０１に超音波パルスを生成せしめる。６０８では、画像処理システム１２０は、第２の期間にＣＭＵＴ１０１により受信されるエコーの強度を表すトランスデューサ出力信号を聞く。６１０では、画像処理システム１２０は、第３の期間にバイアス信号５０４を出力しバイアス回路１０２をチャージする。
【００３３】
更に、方法６００は、６０２の付される初期化プロセスを選択的に含んでもよく、そこでは画像処理システム１２０は第４の期間にバイアス信号５０４を出力し、好適にはバイアス回路１０２を初期化する。それから当該方法はステップ６０４に戻り次の角位置にまで回転し、６０６−６１０を繰り返す。このプロセスは、所望の角位置の全てにおける画像が生じるまで、続く。画像デバイスの回転は連続するとしても、画像サイクルの間に生じる回転が印加の必要にとって無視できるような速度で為されるのが好ましい。
【００３４】
上述の明細書では、発明は特定の実施形態に関して記載した。しかしながら、本発明の広範な精神及び範囲から乖離することなく、種々の修正及び変更が為され得ることは明白である。例えば、一つの実施形態の個々の特性は別の実施形態で示される他の特性と混合可能であり適合可能であり、フローチャート内に示されるステップの順序は変更され得る。当業者に周知の特性及び処理は所望のように統合され得る。更に明白に、特性は所望のように加えること若しくは減じることが可能である。従って、本発明は、添付の請求項及びその均等物を考慮に入れること以外は、限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ＩＶＵＳ画像システムの例示の実施形態を示す模式図である。
【図２】ＩＶＵＳ画像システムの別の例示の実施形態を示す模式図である。
【図３Ａ】ＣＭＵＴの例示の実施形態を示す断面図である。
【図３Ｂ】ＣＭＵＴの例示の実施形態を示す断面図である。
【図４】ＩＶＵＳ画像デバイスの例示の実施形態を示すブロック図である。
【図５】画像プロセスシステムからの例示のアウトプット信号を示すタイミング図である。
【図６】画像処理システムで画像デバイスを操作する方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００・・・画像システム、１０１・・・容量性微小超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、１０２・・・バイアス回路、１０４・・・カテーテル、１１０・・・画像デバイス、１４０・・・連絡チャネル、２０４・・・半導体基板。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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