(57)【要約】  本発明は超音波撮像システムを提供し、超音波撮像システムは、要素グループにグループ化されたトランスデューサ要素のアレイを備え、要素グループは、（第１の向きを有する）複数の第１の要素グループと、（第１の向きとは異なる第２の向きを有する）複数の第２の要素グループとを備える。第１の導体は、各第１の要素グループにおける要素の各々に接続され、第２の導体は、各第２の要素グループにおける要素の各々に接続される。各要素グループは、複数のバイアス電圧回路を経由したバイアス電圧の印加によって送信又は受信のために作動され、複数の送受信回路によって制御されるように適合される。システムは、第１の超音波データを取得するように適合され、バイアス電圧はアレイ（又はサブアレイ）の第１の導体に印加され、トランスデューサは送受信回路から信号を受信する。システムは更に、第２の超音波データを取得するように適合され、バイアス電圧はアレイ（又は異なるサブアレイ）の第２の導体に印加され、トランスデューサは送受信回路から信号を受信する。故に、超音波システムは、アレイのいかなる物理的な移動も必要とすることなく異なるビューに対応する２つの別個の超音波データ（超音波画像など）を取得するように適合される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の向きを有する複数の第１の要素グループと、前記第１の向きとは異なる第２の向きを有する複数の第２の要素グループと、を備える、要素グループにグループ化されたトランスデューサ要素のアレイと、
各第１の要素グループにおける要素の間で共有される第１の導体を有する第１の導体のセット及び各第２の要素グループにおける要素の間で共有される第２の導体を有する第２の導体のセットと、
第１の複数のバイアス電圧回路と、
第２の複数の送受信回路と
を備える、超音波システムであって、
各要素グループは、バイアス電圧回路からのバイアス電圧の印加によって送信又は受信のために作動され、送受信回路によって制御され、
前記超音波システムは、
前記アレイの要素グループ又は前記要素グループのサブアレイの要素グループが第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動される第１の超音波データと、
前記アレイの要素グループ又は前記要素グループのサブアレイの要素グループが第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動される第２の超音波データと
を取得し、
第１の要素グループ及び第２の要素グループは同時に作動され、それによって、第１の超音波データ及び第２の超音波データを同時に取得する、
超音波システム。
【請求項２】
前記第１の向きと前記第２の向きとの間の角度は、９０度、６０度、４５度、３０度、又は０度である、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項３】
前記第１の要素グループ及び前記第２の要素グループは、フィッシュボーンレイアウトに配置される、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項４】
前記超音波システムは更に、
前記アレイの前記トランスデューサ要素の全てが、第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第２の導体を介して送受信回路に接続される第１の超音波データと、
前記アレイの前記トランスデューサ要素の全てが、第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第１の導体を介して送受信回路に接続される第２の超音波データと
を、時系列に従って取得する、請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波システム。
【請求項５】
各第１の導体は、行導体をバイアス電圧回路又は送受信回路に選択的に接続する第１のスイッチに関連付けられ、各第２の導体は、列導体をバイアス電圧回路又は送受信回路に選択的に接続する第２のスイッチに関連付けられる、請求項４に記載の超音波システム。
【請求項６】
各第１の導体は第１の回路に関連付けられ、前記第１の回路は、前記第１の導体を誘導体を通じてバイアス電圧回路に接続し、キャパシタを通じて送受信回路に接続し、各第２の導体は第２の回路に関連付けられ、前記第２の回路は、前記第２の導体を誘導体を通じてバイアス電圧回路に接続し、キャパシタを通じて送受信回路に接続する、請求項４に記載の超音波システム。
【請求項７】
前記超音波システムは、
前記要素グループの第１のサブアレイの要素グループが、第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、送受信回路に接続される第１の超音波データと、
前記要素グループの第２のサブアレイの要素グループが、第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、送受信回路に接続される第２の超音波データと
を生成する、請求項１に記載の超音波システム。
【請求項８】
前記第１のサブアレイは、第１及び第２の領域を備え、前記第２のサブアレイは、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられた第３の領域を備える、請求項７に記載の超音波システム。
【請求項９】
前記トランスデューサ要素の全てが、前記複数のバイアス電圧回路に恒久的に接続され、複数の送受信回路は前記第１のサブアレイと前記第２のサブアレイとの間でスイッチング可能である、請求項７又は８に記載の超音波システム。
【請求項１０】
各トランスデューサ要素は１つ又は複数のＣＭＵＴを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の超音波システム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の超音波システムとしての第１の超音波システムと、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の超音波システムとしての第２の超音波システムとを備える、超音波アレンジメントであって、
であって、前記第２の超音波システムは、
第１の向きを有する前記第２の超音波システムの複数の第１の要素グループと、
前記第２の超音波システムの前記第１の向きとは異なる第２の向きを有する前記第２の超音波システムの複数の第２の要素グループと
を備え、前記第２の超音波システムの前記第１及び第２の要素グループの前記第１及び第２の向きは、前記第１の超音波システムの第１及び第２の要素グループの第１及び第２の向きとは異なる、超音波アレンジメント。
【請求項１２】
超音波プローブを備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の超音波システム又は請求項１１に記載の超音波アレンジメント。
【請求項１３】
第１の向きを有する複数の第１の要素グループの各々における要素の間で共有される第１の導体を有する第１の導体のセットと、前記第１の向きとは異なる第２の向きを有する複数の第２の要素グループの各々における要素の間で共有される第２の導体を有する第２の導体のセットと、を有する要素グループにグループ化されたトランスデューサ要素のアレイを使用して超音波データ取得を実施するための方法であって、前記方法は、
前記アレイの要素グループ又は前記要素グループのサブアレイの要素グループを第１の導体によってバイアス電圧回路に接続することによって第１の超音波データを生成するステップと、
前記アレイの要素グループ又は前記要素グループのサブアレイの要素グループを第２の導体によってバイアス電圧回路に接続することによって第２の超音波データを生成するステップと
第１の要素グループ及び第２の要素グループを同時に作動させるステップであって、それによって前記第１の超音波データ及び前記第２の超音波データを同時に生成する、ステップと
を有する、方法。
【請求項１４】
前記アレイの前記トランスデューサ要素の全てが、第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第２の導体を介して送受信回路に接続される第１の超音波データと、
前記アレイの前記トランスデューサ要素の全てが、第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第１の導体によって送受信回路に接続される第２の超音波データと
を時系列に従って生成するステップを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記要素グループの第１のサブアレイの要素グループが、第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、送受信回路に接続される第１の超音波データと、
前記要素グループの第２のサブアレイの要素グループが、第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、送受信回路に接続される第２の超音波データと
を生成するステップを有する、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスデューサ要素のアレイ、特には、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）要素のアレイを使用した超音波撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、本実施例においては血管撮像を実施するために使用される、典型的な撮像ワークフロー１を図示し、これは、ニードルの挿入を支援するための視覚的ガイダンスを必要とする処置において超音波パッチ２（本実施例においては、薄型超音波プローブ）を用いる。最適な画像ガイダンスサポートを可能とするために、関心領域３の複数のビューを有することが重要である。いくつかの場合において、１つの２Ｄビューでは十分な視覚的ガイダンスを提供できず、関心領域の断面及び長手方向ビューの両方を有することが必要となる。
【０００３】
従来の２Ｄトランスデューサによって両方のビューを撮影するためのいくつかの方法があるが、これは、９０度までの手動でのトランスデューサの移動を必要とし、結果として初期画像の基準開始位置を見失ってしまうことがある。
【０００４】
別の選択肢は、２つのＣＭＵＴトランスデューサを互いに対して垂直に置くことである。この場合、２つのビューを生むことが可能であるが、２つのトランスデューサの間には物理的な距離があり、結果としてビューの不整合をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、異なる向きを有するが、大幅な追加ハードウェアを必要とすることなく複数の画像にわたって同一の撮像基準ポイントを維持する、撮像エリアの複数のビューを生成するための超音波要素のアレイの使用を可能とするシステムへの需要が存在する。
【０００６】
文献米国特許出願公開第２０１６／０３１０９９２号は、能動的に駆動される２つの電極を有する超音波トランスデューサを提供する３電極式ＣＭＵＴセルを開示している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、特許請求の範囲によって定められる。
【０００８】
本発明の態様に従う実施例によると、超音波システムが提供され、超音波システムは、
要素グループにグループ化されたトランスデューサ要素のアレイであって、要素グループは、
第１の向きを有する複数の第１の要素グループと、
第１の向きとは異なる第２の向きを有する複数の第２の要素グループと、
を備える、トランスデューサ要素のアレイと、
各第１の要素グループにおける要素の間で共有される第１の導体を有する第１の導体のセット及び各第２の要素グループにおける要素の間で共有される第２の導体を有する第２の導体のセットと、
第１の複数のバイアス電圧回路と、
第２の複数の送受信回路と
を備え、
各要素グループは、バイアス電圧回路からのバイアス電圧の印加によって送信又は受信のために作動され、送受信回路によって制御されるように適合され、
システムは、
アレイの要素グループ又は要素グループのサブアレイの要素グループが第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動される第１の超音波データと、
アレイの要素グループ又は要素グループのサブアレイの要素グループが第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動される第２の超音波データと
を取得するように適合され、
第１の要素グループ及び第２の要素グループは同時に作動され、それによって、第１の超音波データ及び第２の超音波データを同時に取得する。
【０００９】
このシステムは、システムを物理的に移動させる必要なしに関心領域の２画面ビューを提供することができる。代わりに、第１の超音波データは、第１の向きに従って第１の方向に伝播する第１の要素グループの作動に基づき、第２の超音波データは、第２の向きに従って第２の方向に伝播する第２の要素グループの作動に基づく。超音波データは同時に得られ、それによって、関心領域の同時の２画面ビューを生成する。
【００１０】
同時という語は、第１の要素グループ及び第２の要素グループを同時に作動させることを指し、結果として、第１及び第２の超音波データの同時発生的取得をもたらす。
【００１１】
超音波撮像の場合、第１の超音波データは第１の超音波画像を生成するために使用される。第１の画像の撮像平面の向きは、第１の要素グループの第１の向きに関連付けられる。同様に、第２の超音波データは第２の超音波画像を生成するために使用され、その向きは、第２の要素グループの第２の向きに関連付けられる。故に、システムは、画像取得の合間にプローブを物理的に操作する必要なしに２画面超音波画像を取得するために使用される。
【００１２】
代替的に、超音波データは、所与の生理学的プロセス、例えば血行動態モニタリングを示す分析信号を求めるために使用される。上述されたように、この場合、関心領域における血流の動力学は２画面方式によって観察される。超音波データは、任意の適切なプロセスの２画面ビューを取得するために使用される。
【００１３】
例として、要素グループ、この場合にはＣＭＵＴ要素の完全アレイは、第１の導体に印加されるバイアス電圧と第２の導体に接続された送受信回路とによって始動され、続いて、完全アレイは、第２の導体に印加されるバイアス電圧と第１の導体に接続された送受信回路とによって始動される。故に、トランスデューサ要素のアレイが静止したまま、異なるビューを表す第１及び第２の超音波データが収集される。
【００１４】
代替的に、要素グループの第１のサブアレイは、第１の超音波データを生成するために、第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第２の導体を経由して送受信回路に接続される。サブアレイとは、完全アレイよりも小さい要素グループの任意の集合を指す。要素グループの第２のサブアレイ（これは第１のサブアレイと重複してもしなくてもよい）は、第１の超音波データとは異なるビューを有する第２の超音波データを生成するために、第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第１の導体を経由して送受信回路に接続される。
【００１５】
こうして、超音波撮像システムの実施例において、２つの画像の撮影の合間のトランスデューサアレイの任意の移動を低減又は除去しつつ、例えば撮像領域の断面ビューを有する第１の画像と、例えば撮像領域の長手方向ビューを有する第２の画像とを生成することが可能である。
【００１６】
トランスデューサ要素の第１及び第２の要素グループはそれぞれ、共通の第１及び第２の導体との接続を共有するトランスデューサ要素を指す。更に、各個々のトランスデューサ要素はそれぞれ、第１の導体及び第２の導体への接続を経由して第１の要素グループ及び第２の要素グループの両方に帰属する。トランスデューサ要素自体は、トランスデューサダイ上で行及び列に物理的に配置されるが、トランスデューサは、稠密パッキング配置又は六角形パッキング配置などの代替的なパターンに配置されてもよい。
【００１７】
実施形態において、第１の向きと第２の向きとの間の角度は、９０度、６０度、４５度、３０度、又は０度である。
【００１８】
関心領域の最適なビューを得るために、第１及び第２の向きはシステムの用途に従って変更される。
【００１９】
１つの構成において、第１の要素グループ及び第２の要素グループは、フィッシュボーンレイアウトに配置される。
【００２０】
フィッシュボーンレイアウトは、用途ごとに第１及び第２の要素グループが互いに対して最適な角度で配置されることを可能とする。
【００２１】
実施形態において、システムは更に、
アレイのトランスデューサ要素の全てが、第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第２の導体を介して送受信回路に接続される第１の超音波データと、
アレイのトランスデューサ要素の全てが、第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第１の導体を介して送受信回路に接続される第２の超音波データと
を、時系列に従って取得するように適合される。
【００２２】
本実施形態において、全体的なトランスデューサアレイが、第１及び第２の超音波データグループを時系列的に形成するために使用される。故に、トランスデューサアレイの完全解像度が各画像に対して使用され、同時に取得された２画面データに加えて、２つのデータグループの間に完璧な位置的重複が存在する。
【００２３】
いくつかの実施形態において、各第１の導体は、行導体をバイアス電圧回路又は送受信回路に選択的に接続する第１のスイッチに関連付けられ、各第２の導体は、列導体をバイアス電圧回路又は送受信回路に選択的に接続する第２のスイッチに関連付けられる。
【００２４】
第１及び第２のスイッチはそれぞれ、第１の要素グループ及び第２の要素グループの機能がスイッチングされることを可能とする。超音波撮像システムの場合、送受信回路に接続する要素グループによって定められるトランスデューサ要素のラインに基づいて画像スライスが形成され、スイッチングは２セットの垂直な画像スライスが形成されることを可能とする。スイッチはハードウェア又はソフトウェア方式を使用して実現される。
【００２５】
いくつかの実施形態において、各第１の導体は第１の回路に関連付けられ、回路は、第１の導体を誘導体を通じてバイアス電圧回路に接続し、キャパシタを通じて送受信回路に接続するように配置され、各第２の導体は第２の回路に関連付けられ、回路は、第２の導体を誘導体を通じてバイアス電圧回路に接続し、キャパシタを通じて送受信回路に接続するように配置される。
【００２６】
各第１及び第２の要素グループはバイアス電圧回路及び送受信回路の両方に結合されているので、第１及び第２の回路は、動作をスイッチングするための必要性を回避する。
【００２７】
１つの構成において、システムは、
要素グループの第１のサブアレイの要素グループが、第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、送受信回路に接続される第１の超音波データと、
要素グループの第２のサブアレイの要素グループが、第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、送受信回路に接続される第２の超音波データと
を生成するように適合される。
【００２８】
本実施例において、トランスデューサアレイの異なるエリアが異なるデータ取得の向きのために用いられる。バイアス電圧回路及び送受信回路は同一の導体に接続され、又はさもなければ、送受信回路はバイアス回路の反対の導体に接続される。このようにして、データ取得中に両方の向きがユーザにとって使用可能である。
【００２９】
更なる構成において、第１のサブアレイは、第１及び第２の領域を備え、第２のサブアレイは、第１及び第２の領域の間に設けられた第３の領域を備える。
【００３０】
このようにして、超音波データが取得される２つのエリアが交互配置される。
【００３１】
いくつかの設計において、トランスデューサ要素の全てが、複数のバイアス電圧回路に恒久的に接続され、複数の送受信回路は第１及び第２のサブアレイの間でスイッチング可能である。
【００３２】
１つの構成において、各トランスデューサ要素は１つ又は複数のＣＭＵＴを備える。
【００３３】
本発明の態様に従う実施例によると、超音波アレンジメントが提供され、超音波アレンジメントは、
上述されたような第１のシステムと、
上述されたような第２のシステムとを備え、第２のシステムは、
第１の向きを有する第２のシステムの複数の第１の要素グループと、
第２のシステムの第１の向きとは異なる第２の向きを有する第２のシステムの複数の第２の要素グループと
を備え、第２のシステムの第１及び第２の要素グループの第１及び第２の向きは、第１のシステムの第１及び第２の要素グループの第１及び第２の向きとは異なる。
【００３４】
このようにして、同一のアレンジメント内に２つの２画面トランスデューサアレイを含むことが可能であり、それによって、ユーザが使用可能なビューの数が増加される。
【００３５】
実施形態において、上述されたシステム又はアレンジメントは、超音波プローブを備える。
【００３６】
本発明の態様に従う実施例によると、第１の向きを有する複数の第１の要素グループの各々における要素の間で共有される第１の導体を有する第１の導体のセットと、第１の向きとは異なる第２の向きを有する複数の第２の要素グループの各々における要素の間で共有される第２の導体を有する第２の導体のセットと、を有する要素グループにグループ化されたトランスデューサ要素のアレイを使用して超音波データ取得を実施するための超音波撮像方法が提供され、超音波撮像方法は、
アレイの要素グループ又は要素グループのサブアレイの要素グループを第１の導体によってバイアス電圧回路に接続することによって第１の超音波データを生成するステップと、
アレイの要素グループ又は要素グループのサブアレイの要素グループを第２の導体によってバイアス電圧回路に接続することによって第２の超音波データを生成するステップと
を有する。
【００３７】
実施形態において、方法は、
アレイのトランスデューサ要素の全てが、第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第２の導体を介して送受信回路に接続される第１の超音波データと、
アレイのトランスデューサ要素の全てが、第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、第１の導体によって送受信回路に接続される第２の超音波データと
を時系列に従って生成するステップと、
第１の要素グループ及び第２の要素グループを同時に作動させるステップであって、それによって第１の超音波データ及び第２の超音波データを同時に生成する、ステップと
を有する。
【００３８】
実施形態において、方法は、
要素グループの第１のサブアレイの要素グループが、第１の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、送受信回路に接続される第１の超音波データと、
要素グループの第２のサブアレイの要素グループが、第２の導体を介してバイアス電圧回路によって作動されるとともに、送受信回路に接続される第２の超音波データと
を生成するステップ
を更に有する。
【００３９】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかであり、これらを参照して明瞭にされるであろう。
【００４０】
次に、本発明の実施例が添付の図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】可能な撮像ワークフローを図示する図である。
【図２】一般的な動作を説明するための超音波撮像システムを図示する図である。
【図３】崩壊モードにおいて動作可能な超音波システムの典型的なＣＭＵＴセルを概略的に描写する図である。
【図４】トランスデューサダイの概略的な表現を図示する図である。
【図５】ＣＭＵＴを備える第１の超音波撮像アレイの概略的な表現を図示する図である。
【図６ａ】図５において図示された第１の超音波撮像アレイの代替的な構成を図示する図である。
【図６ｂ】図５において図示された第１の超音波撮像アレイの代替的な構成を図示する図である。
【図７】図４のトランスデューサダイを使用して生成された２つのビューの実施例を図示する図である。
【図８】図４において使用されたものとは異なるモードにおいて動作される図４のトランスデューサダイを使用して生成されたビューの更なる実施例を図示する図である。
【図９】トランスデューサの第１及び第２の要素グループを示す、図４のトランスデューサダイの概略的な表現を図示する図である。
【図１０】画像スライスが撮像領域から得られる方向を示す、図４のトランスデューサダイの概略的な表現を図示する図である。
【図１１】代替的なトランスデューサダイの概略的な表現を図示する図である。
【図１２】別の代替的なトランスデューサダイの概略的な表現を図示する図である。
【図１３】サブアレイに分割されたトランスデューサダイの概略的な表現を図示する図である。
【図１４】バイアススイッチングを使用して動作された、図１３のトランスデューサダイの実施例を図示する図である。
【図１５】送受信信号スイッチングを使用して動作された、図１３のトランスデューサダイの実施例を図示する図である。
【図１６】第１及び第２の要素グループがフィッシュボーンレイアウトに配置されたトランスデューサダイを図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明が図面を参照して説明される。
【００４３】
詳細な説明及び特定の実施例は、装置、システム及び方法の例示的な実施形態を示すが、例示のみを目的とすると意図されるものであり、本発明の範囲を限定すると意図されるものでないことが理解されるべきである。本発明の装置、システム及び方法のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からより良好に理解されよう。図面は単なる概略であって、縮尺通りに描かれていないことが理解されるべきである。図面全体を通じて同一の又は類似の部分を示すために同一の参照番号が使用されることも理解されるべきである。
【００４４】
本発明は超音波撮像システムを提供し、超音波撮像システムは、要素グループにグループ化されたトランスデューサ要素のアレイを備え、要素グループは、（第１の向きを有する）複数の第１の要素グループと、（第１の向きとは異なる第２の向きを有する）複数の第２の要素グループとを備える。第１の導体は、各第１の要素グループにおける要素の各々に接続され、第２の導体は、各第２の要素グループにおける要素の各々に接続される。各要素グループは、複数のバイアス電圧回路を経由したバイアス電圧の印加によって送信又は受信のために作動され、複数の送受信回路によって制御されるように適合される。システムは、第１の超音波データを取得するように適合され、バイアス電圧はアレイ（又はサブアレイ）の第１の導体に印加され、トランスデューサは送受信回路から信号を受信する。システムは更に、第２の超音波データを取得するように適合され、バイアス電圧はアレイ（又は異なるサブアレイ）の第２の導体に印加され、トランスデューサは送受信回路から信号を受信する。システムは、第１及び第２の超音波データを同時に取得するように適合される。故に、超音波システムは、アレイのいかなる物理的な移動も必要とすることなく異なるビューに対応する２つの別個の超音波データ（超音波画像など）を取得するように適合される。
【００４５】
最初に、例示的な超音波（撮像）システム９の一般的な動作が、図２を参照して、システムの信号処理機能を強調して説明される。
【００４６】
最初に、例示的な超音波システムの一般的な動作が、図２を参照して、システムの信号処理機能を強調して説明され、というのは、本発明は、トランスデューサアレイによって測定される信号の処理に関するからである。
【００４７】
システムは、超音波を送信し、エコー情報を受信するためのトランスデューサアレイ１１を有するアレイトランスデューサプローブ１０を備える。トランスデューサアレイ１１は、ＣＭＵＴトランスデューサ、ＰＺＴ又はＰＶＤＦなどの材料で形成された圧電トランスデューサ、又は任意の他の適切なトランスデューサ技術を備える。本実施例において、トランスデューサアレイ１１は、関心領域の２Ｄ平面又は３次元的ボリュームをスキャン可能なトランスデューサ１３の２次元的アレイである。別の実施例において、トランスデューサアレイは１Ｄアレイである。
【００４８】
トランスデューサアレイ１１は、トランスデューサ要素による信号の受信を制御するマイクロビーム形成器１２に結合される。マイクロビーム形成器は、米国特許第５，９９７，４７９号（Ｓａｖｏｒｄら）、米国特許第６，０１３，０３２号（Ｓａｖｏｒｄ）及び米国特許第６，６２３，４３２号（Ｐｏｗｅｒｓら）において説明されているように、「グループ」又は「パッチ」と一般的に呼ばれるトランスデューサのサブアレイによって受信された信号の少なくとも部分的なビーム形成を行うことができる。
【００４９】
マイクロビーム形成器は全体的に任意選択的であることに留意されたい。更に、システムは、マイクロビーム形成器１２が結合され得る送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１６を含み、これは送信及び受信モード間でアレイをスイッチングし得、マイクロビーム形成器が使用されず、トランスデューサアレイが主システムビーム形成器によって直接的に動作される場合に主ビーム形成器２０を高エネルギー送信信号から保護する。トランスデューサアレイ１１からの超音波ビームの送信は、Ｔ／Ｒスイッチ１６によってマイクロビーム形成器に結合されたトランスデューサコントローラ１８及び主送信ビーム形成器（図示せず）によって指示され、主送信ビーム形成器は、ユーザインタフェース又は制御パネル３８のユーザ操作から入力を受信し得る。コントローラ１８は、送信モード中にアレイ６のトランスデューサ要素を（直接的に又はマイクロビーム形成器を介して）駆動するように構成された送信回路を含み得る。
【００５０】
典型的なラインごとの撮像シーケンスにおいて、プローブ内のビーム形成システムは、以下のように動作する。送信中に、ビーム形成器（実施態様に応じてマイクロビーム形成器でも主システムビーム形成器であってもよい）は、トランスデューサアレイ、又はトランスデューサアレイのサブ開口を作動させる。サブ開口は、より大きなアレイ内のトランスデューサの１次元的ライン又はトランスデューサの２次元的パッチである。送信モードにおいて、アレイ又はアレイのサブ開口によって生成された超音波ビームのフォーカシング及びステアリングは以下に説明されるように制御される。
【００５１】
対象者から後方散乱エコー信号を受信すると、受信された信号は、受信された信号を整列させるために（以下に説明されるように）受信ビーム形成され、サブ開口が使用されている場合には、次いで、サブ開口が、例えば１つのトランスデューサ要素分だけシフトされる。次いで、シフトされたサブ開口が作動され、トランスデューサアレイの全てのトランスデューサ要素が作動されるまでプロセスが繰り返される。
【００５２】
各ライン（又はサブ開口）について、最終的な超音波画像の関連付けられたラインを形成するために使用されるトータルな受信された信号は、受信期間中に所与のサブ開口のトランスデューサ要素によって測定された電圧信号の和である。以下のビーム形成プロセスに従って結果としてもたらされるライン信号は、典型的には無線周波数（ＲＦ）データと称される。次いで、様々なサブ開口によって生成された各ライン信号（ＲＦデータセット）は、最終的な超音波画像のラインを生成するための追加的な処理を受ける。時間経過に伴うライン信号の振幅における変化は、深度に伴う超音波画像の輝度における変化の一因となり、高振幅ピークは最終的な画像における明るいピクセル（又はピクセルの集合）に対応する。ライン信号の開始近くで現れるピークは、浅い構造からのエコーを表し、その一方で、ライン信号において後になって次第に現れるピークは、対象者内のより深い深さにおける構造からのエコーを表す。
【００５３】
トランスデューサコントローラ１８によって制御される機能のうちの１つは、ビームがステアリング及びフォーカシングされる方向である。ビームは、トランスデューサアレイから真っ直ぐ前方に（トランスデューサアレイに直交するように）ステアリングされ、又は、より広い視野のために異なる角度にステアリングされる。送信ビームのステアリング及びフォーカシングは、トランスデューサ要素作動時間の関数として制御される。
【００５４】
２つの方法が、一般的な超音波データ取得において区別され得る。すなわち、平面波撮像及び「ビームステアリング」撮像である。２つの方法は、送信モード（「ビームステアリング」撮像）及び／又は受信モード（平面波撮像及び「ビームステアリング」撮像）におけるビーム形成の存在によって区別され得る。
【００５５】
先ずフォーカシング機能について見てみると、トランスデューサ要素の全てを同時に作動させることによって、トランスデューサアレイは、対象者内を進むにつれて発散する平面波を生成する。この場合、超音波のビームは、フォーカシングされないままである。トランスデューサの作動に位置依存性時間遅延を導入することによって、焦点ゾーンと称される所望のポイントにビームの波頭を収斂させることが可能である。焦点ゾーンは、横方向ビーム幅が送信ビーム幅の半分未満となるポイントとして定義される。このようにして、最終的な超音波画像の横方向解像度が向上される。
【００５６】
例えば、もしも時間遅延が、トランスデューサアレイの最も外側の要素から始めて中央の要素で終了するようにトランスデューサ要素を連続的に作動させるならば、焦点ゾーンは、中央の要素に沿ってプローブから離間した所与の距離において形成される。プローブからの焦点ゾーンの距離は、トランスデューサ要素の作動の各後続ラウンドの間の時間遅延に応じて変化する。ビームは、焦点ゾーンを通過した後、発散を開始し、遠距離場撮像領域を形成する。トランスデューサアレイに接近して位置する焦点ゾーンでは、超音波ビームは遠距離場において迅速に発散し、最終的な画像におけるビーム幅アーチファクトにつながることに留意されたい。典型的には、トランスデューサアレイと焦点ゾーンとの間に位置する近距離場は、超音波ビームの重複が大きいために詳細をほとんど表さない。故に、焦点ゾーンの場所を変化させることで、最終的な画像の品質に著しい変化をもたらし得る。
【００５７】
送信モードにおいては、超音波画像が複数の焦点ゾーン（その各々が異なる送信焦点を有する）に分割されない限り、ただ１つの焦点が定められることに留意されたい。
【００５８】
加えて、対象者内からエコー信号を受信すると、受信フォーカシングを実施するために、上述されたものと逆の処理を実施可能である。換言すれば、到来する信号は、トランスデューサ要素によって受信され、信号処理のためにシステム内に渡される前に電子的時間遅延される。このことの最も単純な実施例は遅延和ビーム形成と称される。トランスデューサアレイの受信フォーカシングは、時間の関数として動的に調節可能である。
【００５９】
次にビームステアリングの機能について見てみると、トランスデューサ要素への時間遅延の正確な適用を通じて、超音波ビームがトランスデューサアレイを離れるに従って超音波ビームに所望の角度を与えることが可能である。例えば、トランスデューサアレイの第１のサイドのトランスデューサを作動させ、次いでアレイの反対サイドにおける残りのトランスデューサをシーケンスの終了時に作動させることによって、ビームの波頭には、第２のサイドに向かう角度が付けられる。トランスデューサアレイの法線に対するステアリング角度の大きさは、後続のトランスデューサ要素の作動の合間の時間遅延の大きさに依存する。
【００６０】
更に、ステアリングされたビームをフォーカシングさせることが可能であり、各トランスデューサ要素に適用される総時間遅延は、フォーカシング時間遅延及びステアリング時間遅延の両方の和である。この場合、トランスデューサアレイは、位相式アレイと称される。
【００６１】
作動のためにＤＣバイアス電圧を必要とするＣＭＵＴトランスデューサの場合、トランスデューサアレイのためのＤＣバイアス制御器４５を制御するためにトランスデューサコントローラ１８が結合され得る。ＤＣバイアス制御器４５は、ＣＭＵＴトランスデューサ要素に印加されるＤＣバイアス電圧を設定する。
【００６２】
トランスデューサアレイの各トランスデューサ要素について、典型的にはチャンネルデータと称されるアナログ超音波信号が、受信チャンネルを経由してシステムに入力される。受信チャンネルにおいて、部分的にビーム形成された信号が、マイクロビーム形成器１２によってチャンネルデータから生成され、次いで、主受信ビーム形成器２０に渡され、そこで、トランスデューサの個々のパッチからの部分的にビーム形成された信号は、無線周波数（ＲＦ）データと称される完全にビーム形成された信号へと合成される。各ステージにおいて実施されるビーム形成は、上述されたように実行され、又は、追加的な機能を含む。例えば、主ビーム形成器２０は、１２８個のチャンネルを有し、その各々が、数ダース又は数百個のトランスデューサ要素のパッチから部分的にビーム形成された信号を受信する。このようにして、トランスデューサアレイの数千個のトランスデューサによって受信された信号は、１つのビーム形成された信号に効果的に寄与し得る。
【００６３】
ビーム形成された受信信号は、信号プロセッサ２２に結合される。信号プロセッサ２２は、受信されたエコー信号を、帯域通過フィルタリング、デシメーション、Ｉ及びＱ成分分離、組織及び微小気泡から戻ってきた非線的（基本周波数のより高い高調波）エコー信号の識別を可能とするように線的及び非線的信号を分離するように働く高調波信号分離など、様々なやり方で処理し得る。信号プロセッサは、スペックル低減、信号合成、及びノイズ除去等の追加的な信号増強も実施する。信号プロセッサにおける帯域通過フィルタはトラッキングフィルタでもよく、その通過帯域は、エコー信号がより深い深さから受信されるにつれて、高周波数帯域から低周波数帯域にスライドし、それによって、典型的には解剖学的情報を欠いたより深い深さからのより高い周波数のノイズを拒絶する。
【００６４】
送信及び受信のためのビーム形成器は、異なるハードウェアにおいて実現され、異なる機能を有し得る。勿論、受信機ビーム形成器は、送信ビーム形成器の特性を考慮して設計される。図２においては、簡略化のために、受信機ビーム形成器１２、２０だけが図示されている。完全なシステムにおいては、送信マイクロビーム形成器及び主送信ビーム形成器を有する送信チェーンも存在するであろう。
【００６５】
マイクロビーム形成器１２の機能は、アナログ信号経路の数を減少させるために、信号の初期合成を提供することである。これは、典型的には、アナログドメインにおいて実施される。
【００６６】
最終的なビーム形成は、主ビーム形成器２０において、典型的にはデジタル化の後になされる。
【００６７】
送信及び受信チャンネルは、固定的な周波数帯域を有する同一のトランスデューサアレイ１１を使用する。しかしながら、送信パルスが占める帯域幅は、使用される送信ビーム形成に応じて変化し得る。受信チャンネルは、全体的なトランスデューサ帯域幅を捕捉し得（これは古典的な手法である）、又は、帯域通過処理を使用することによって、所望の情報（例えば、主高調波の高調波）を含む帯域幅だけを抽出し得る。
【００６８】
次いで、ＲＦ信号は、Ｂモード（すなわち、輝度モード又は２Ｄ撮像モード）プロセッサ２６及びドップラプロセッサ２８に結合される。Ｂモードプロセッサ２６は、器官の組織及び血管などの身体内の構造の撮像のために、受信された超音波信号に対して振幅検知を実施する。ラインごとの撮像の場合には、各ライン（ビーム）は、関連付けられたＲＦ信号によって表現され、その振幅は、Ｂモード画像におけるピクセルに割り当てられる輝度値を生成するために使用される。画像内のピクセルの正確な場所は、ＲＦ信号に沿った関連付けられた振幅測定の場所及びＲＦ信号のライン（ビーム）番号によって求められる。米国特許第６，２８３，９１９号（Ｒｏｕｎｄｈｉｌｌら）及び米国特許第６，４５８，０８３号（Ｊａｇｏら）において説明されるように、このような構造のＢモード画像は、高調波又は基本画像モードにおいて、又はこの両者の組合せにおいて形成される。ドップラプロセッサ２８は、画像野における血球の流動などの運動する物質の検知のために、組織運動及び血流から生じる時間的に互いに異なる信号を処理する。ドップラプロセッサ２８は、典型的には、身体内の選択されたタイプの物質から戻ったエコーを通過又は拒絶するように設定されたパラメータを有する壁フィルタを含む。
【００６９】
Ｂモード及びドップラプロセッサによって生成される構造及び運動信号は、スキャンコンバータ３２と多平面リフォーマッタ４４とに結合される。スキャンコンバータ３２は、エコー信号をそれらが受信された空間的関係に、所望の画像フォーマットにおいて配置する。換言すれば、スキャンコンバータは、ＲＦデータを円柱座標系から画像ディスプレイ４０上での超音波画像の表示に適したデカルト座標系へと変換するように働く。Ｂモード撮像の場合においては、所与の座標におけるピクセルの輝度は、その場所から受信されたＲＦ信号の振幅に比例する。例えば、スキャンコンバータは、エコー信号を、２次元的な（２Ｄ）扇形状フォーマット又はピラミッド状の３次元的な（３Ｄ）画像に配置する。スキャンコンバータは、Ｂモード構造画像を画像野のポイントにおける運動に対応する色と重畳し得、ここで、ドップラ推定速度は所与の色を生む。合成されたＢモード構造画像及びカラードップラ画像は、構造画像野内の組織及び血流の運動を表す。米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）において説明されているように、多平面リフォーマッタは、身体のボリューム領域における共通平面内のポイントから受信されたエコーを、その平面の超音波画像へと変換する。米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎら）において説明されているように、ボリュームレンダラ４２は、３Ｄデータセットのエコー信号を、所与の基準点から見た投影３Ｄ画像に変換する。
【００７０】
２Ｄ又は３Ｄ画像は、画像ディスプレイ４０上での表示のための更なる増強、バッファリング、及び一時的保存のために、スキャンコンバータ３２、多平面リフォーマッタ４４、及びボリュームレンダラ４２から、画像プロセッサ３０に結合される。撮像プロセッサは、例えば強い減衰又は屈折に起因する音響陰影、例えば弱い減衰に起因する後方増強、例えば反射率の高い組織界面が極接近して位置する残響アーチファクトなどの特定の撮像アーチファクトを最終的な超音波画像から除去するように適合される。加えて、画像プロセッサは、最終的な超音波画像のコントラストを向上させるために、特定のスペックル低減機能を取り扱うように適合される。
【００７１】
撮像のために使用されることに加えて、ドップラプロセッサ２８によって生成された血流値及びＢモードプロセッサ２６によって生成された組織構造情報は、定量化プロセッサ３４に結合される。定量化プロセッサは、器官のサイズ及び在胎齢などの構造的測定値に加えて、血流のボリュームレートなどの種々の流動状態の測定値を生成する。定量化プロセッサは、ユーザ制御パネル３８から、測定が行われるべき画像の解剖学的構造におけるポイントなどの入力を受信する。
【００７２】
定量化プロセッサからの出力データは、ディスプレイ４０上の画像による測定グラフィック及び値の再現のため、及び、画像ディスプレイ４０からの音響出力のために、グラフィックプロセッサ３６に結合される。グラフィックプロセッサ３６は、超音波画像とともに表示するためのグラフィック重畳も生成し得る。これらのグラフィック重畳は、患者名、画像の日付及び時間、撮像パラメータなどの標準的な識別情報を含み得る。これらの目的のために、グラフィックプロセッサは、ユーザインタフェース３８から、患者名などの入力を受信する。ユーザインタフェースは、トランスデューサアレイ１１からの超音波信号の生成、したがって、トランスデューサアレイ及び超音波システムによって生成される画像を制御するために、送信コントローラ１８にも結合され得る。コントローラ１８の送信制御機能は、実施される機能のうちの１つに過ぎない。コントローラ１８は、動作のモード（ユーザによって与えられる）、対応して必要な送信機構成、及び受信機のアナログ−デジタルコンバータにおける帯域通過構成も考慮する。コントローラ１８は、固定的な状態のステートマシンであってよい。
【００７３】
ユーザインタフェースは、多平面リフォーマット（ＭＰＲ）画像の画像野における定量化された測定を実施するために使用される複数のＭＰＲ画像の平面の選択及び制御のために多平面リフォーマッタ４４にも結合される。
【００７４】
図３は、超音波プローブを形成するためにアレイにおいて使用されるＣＭＵＴセルの形態のトランスデューサ要素を図示する。
【００７５】
このようなＣＭＵＴセル１３は、典型的には、シリコン基板４７の上に、その間にギャップ又は空洞４８を有して懸架される可撓性メンブレン又はダイアフラム４６を備える。本実施例においては、第１の電極５０は、基板４７の上側面においてセルの床に位置する。第２の電極４９は、ダイアフラム４６上に位置し、ダイアフラムとともに運動する。図示される実施例において、２つの電極は円形状を有する。
【００７６】
基板４７上と、上部（第２の）電極４９の下方とに誘電体（図示せず）が設けられる。これら２つの誘電体は、組成及び厚さが同じであるが、非対称（異なる材質及び厚さ）であってもよい。
【００７７】
電極４９がメンブラン４６に埋め込まれるか、又はメンブラン４６上に追加レイヤとして堆積されるなど電極４９の設計の他の実現の仕方が考えられ得る。本実施例においては、非限定的な例として、第１の電極５０は、円形状に構成され、シリコン基板４７に埋め込まれる。他の適切な構成としては、例えば第１の電極５０が他の電極形状を有すること、及び、例えばシリコン基板４７上で、第１の電極５０がギャップ４８に直接的に露出するように、又は第２の電極４９と第１の電極５０との間の短絡を防ぐために電気絶縁レイヤ又はフィルムによってギャップ４８から離間されるように第１の電極５０が他の場所に位置することなどがある。加えて、メンブラン４６は、シリコン基板４７の上面に対して固定され、球形状又は筒形状の空洞４８をメンブラン４６とシリコン基板４７との間に画定するように構成され、そのような寸法に形成される。
【００７８】
誤解を回避するために、図３においては、非限定的な例として第１の電極５０が接地されていることに留意されたい。他の構成、例えば、第２の電極４９が接地されること、又は第２の電極４９及び第１の電極５０の両方が浮遊していることも、勿論、同様に可能である。
【００７９】
セル１３及びそのギャップ４８は、代替的な幾何学的形状を呈してもよい。例えば、空洞４８は、長方形状若しくは正方形状断面、六角形状断面、楕円形状断面、又は不規則な断面を呈してもよい。本明細書においては、ＣＭＵＴセル１３の直径への言及は、セルの最大横方向寸法として理解されるべきである。
【００８０】
図３において、筒形状の空洞４８の直径は、円形状に構成された第１の電極５０の直径よりも大きい。電極４９は、円形状に構成された第１の電極５０と同一の外径を有してよいが、このような一致は必須ではなく、図３は、より大きな第１の電極５０を図示している。こうして、第２の電極４９は、下方の第１の電極プレート５０と整列するようにメンブラン４６の上面に対して固定される。ＣＭＵＴセル１３の電極は、デバイスの容量性プレートを提供し、ギャップ４８は、キャパシタのプレート間の誘電体である。ダイアフラムが振動すると、プレート間の誘電体ギャップの寸法の変化が容量の変化をもたらし、これは、受信された音響エコーに対するＣＭＵＴセル１３の応答として感知される。ＣＭＵＴセルの空洞４８は、長方形状、六角形状、又は五角形状など、筒形状以外の形状を有してよい。
【００８１】
電極間の間隔は、電圧供給装置５１によって電極に静電圧、例えばＤＣバイアス電圧を印加することによって制御される。電圧供給装置５１は、任意選択的に、例えば送信モードにおいて、ＣＭＵＴセル１３の駆動電圧のＤＣ成分、及びＡＣ又は刺激成分をそれぞれ提供するために別個のステージ５２、５３を備える。第１のステージ５２は、バイアス電圧として知られる静的（ＤＣ）電圧成分を生成するように適合され、第２のステージ５３は、設定された交流周波数を有する交流可変電圧成分又は刺激を生成するように適合され、その信号は、典型的には、全体的駆動電圧と前述のその静的成分との間の差である。印加された駆動電圧の静的又はバイアス成分は、好ましくは、ＣＭＵＴセル１３を崩壊状態へと強いるための閾値電圧に合致するか、又はこれを超える。このことは、第１のステージ５２が、全体的電圧の特に低ノイズの静的成分を生成するために、比較的大きいキャパシタ、例えば平滑化キャパシタを含み得るという利点を有し、この静的成分は、典型的には、全体的電圧に対して支配的であり、全体的電圧信号のノイズ特性がこの静的成分のノイズ特性によって支配される。
【００８２】
電圧源供給装置５１の他の適切な実施形態は、例えば電圧源供給装置５１が、ＣＭＵＴ駆動電圧の静的ＤＣ成分を生成するための第１のステージと、駆動電圧の可変ＤＣ成分を生成するための第２のステージと、信号の周波数変調又は刺激成分を生成するための、例えばパルス回路などの第３のステージとを含む３つの個別のステージを含む実施形態など、明らかである。要約すると、電圧源供給装置５１は、任意の適切なやり方で実現されてよい。
【００８３】
特定の閾値より大きな静的電圧を印加することによって、ＣＭＵＴセル１３は、メンブラン４６が基板４７上に崩壊する崩壊状態へと強いられることが知られている。この閾値の値は、ＣＭＵＴセル１３の正確な設計に依存し、メンブラン４６が電極間の電界に起因する力を通じてセルの床に張り付く（接触する）崩壊電圧として知られるＤＣバイアス電圧として定義される。メンブラン４６と基板４７との間の接触の量（面積）は、印加されたバイアス電圧に依存する。メンブラン４６と基板４７との間の接触面積が増加すると、メンブラン４６の共鳴周波数が増加する。
【００８４】
崩壊モードのＣＭＵＴセル１３の周波数応答は、崩壊後にＣＭＵＴ電極に印加されるＤＣバイアス電圧を調節することによって変化する。結果として、より高いＤＣバイアス電圧が電極に印加されるにつれて、ＣＭＵＴセルの共鳴周波数が増加する。
【００８５】
図３は、１つの接地電極及び１つの信号電極を有するＣＭＵＴセルを図示している。代わりに、バイアス電圧が一方の電極に印加され、ＡＣ刺激が他方に印加されてもよい。
【００８６】
図４は、トランスデューサ５６のアレイ５５を有するトランスデューサダイ５４の概略を図示する。この図において図示されるトランスデューサアレイは、単純な正方形グリッドに配置されているが、以下において図６ｂを参照して説明されるように、トランスデューサアレイを、六角形又は稠密パッキングパターンなどの代替的パターンに配置することも可能である。
【００８７】
トランスデューサアレイ５４のトランスデューサ５６は、第１の向きを有する第１の要素グループ５７ａと、第１の向きとは異なる第２の向きを有する第２の要素グループ５７ｂとにグループ化される。図４において図示される実施例において、第１及び第２の向きは互いに対して垂直であるが、第１及び第２の向きは、システムの所与の用途において必要とされているものに応じて、任意の角度であってよい。
【００８８】
加えて、トランスデューサダイ５４は、複数の第１の回路５８と複数の第２の回路５９とを備え、以下において説明されるように、これらはバイアス電圧回路及び／又は送受信回路に接続され得るとともに、トランスデューサ５６に接続される。いくつかの構成において、バイアス電圧回路は、本実施例におけるサイドＢなど、アレイの一方のサイドに位置する第１の回路に接続され、送受信回路は、サイドＡなど、アレイの別のサイドに位置する第２の回路に接続される。他の構成において、バイアス電圧回路は、サイドＡに位置する第２の回路に接続され、送受信回路は、サイドＢに位置する第１の回路に接続される。代替的に、第１の回路５８及び第２の回路５９は、バイアス電圧回路及び送受信回路の両方に接続され、トランスデューサダイの所望の動作に従ってサイドＡ又はサイドＢにおけるバイアス電圧の供給と送受信信号の供給との間でスイッチングする。第１及び第２の回路の動作は、図１１及び図１２を参照して以下において更に説明される。
【００８９】
トランスデューサがＣＭＵＴである場合、バイアス電圧は、トランスデューサセルのドラムを崩壊モードに入らせ、送信信号が崩壊したドラムを振動させる。次いで、戻ってきた振動が受信信号として受信され、超音波画像を形成するために処理される。
【００９０】
図５は、超音波トランスデューサアレイ５５の実施例を図示し、そこではトランスデューサ５６はＣＭＵＴであり、ＣＭＵＴは上側電極４９と下側電極５０とを備える。ここで、２画面撮像システムとしてのトランスデューサアレイの動作が説明される。
【００９１】
上に述べられたように、ＣＭＵＴは上側及び下側電極を備える。これらの電極は空洞によって離間され、底部電極は空洞の一方側に固定され、上側電極は、可撓性メンブランによって空洞の反対側に懸架される。それらは、バイアス電圧が電極のうちの１つに供給されると、１つにくっつき合い、可撓性メンブランは押し下げられた状態になる。この状態において、他の電極に無線周波数（ＲＦ）信号を供給することによって、メンブランは超音波周波数において振動させられ得る。
【００９２】
上述されたように、トランスデューサアレイは、超音波画像を構築するためにラインごとに動作される。２Ｄアレイは、ラインごとの撮像シーケンスが進行する２つの方向を有し、これは、単一のアレイを使用して２画面撮像が実施可能であることを意味する。
【００９３】
超音波トランスデューサアレイ５６のＣＭＵＴは、第１の導体６０と第２の導体６１とに接続され、これらはそれぞれ、第１の要素グループ５７ａと第２の要素グループ５７ｂとを定める。本実施例において、第１の導体は上側電極４９に接続され、第２の導体は下側電極５０に接続される。共通の第１又は第２の導体によって接続された各トランスデューサ、すなわち要素グループは、ラインごとの撮像プロセスのラインを定める。
【００９４】
第１の撮像平面を撮影するとき、バイアス電圧は第２の導体６１を経由してＣＭＵＴの下側電極５０に提供される。次いで、ＲＦ信号は第１の導体６０を経由してラインごとにＣＭＵＴの上側電極４９に提供される。
【００９５】
同様に、第２の撮像平面を撮影するとき、バイアス電圧は第１の導体６０を経由してＣＭＵＴの上側電極４９に提供される。次いで、ＲＦ信号は第２の導体６１を経由してラインごとにＣＭＵＴの下側電極５０に提供される。
【００９６】
図５において図示される実施例において、第１及び第２の撮像平面は互いに対して垂直であるが、互いに対して垂直である以外の向きを有する第１及び第２の撮像平面を生成するように第１の超音波トランスデューサアレイを構成することも可能である。
【００９７】
図６ａ及び図６ｂはそれぞれ、互いに対して４５°及び６０°の角度を有する撮像平面を生成可能な超音波トランスデューサアレイの実施例を図示する。前述されたように、第１及び第２の要素グループは、システムの用途に従って、９０°、６０°、４５°、３０°、又は０°などの任意の角度をそれらの間に有してよい。第１及び第２の超音波データの間の角度は、第１及び第２の要素グループの間の角度に従って変化する。
【００９８】
上述された撮像領域の２つの異なるビューを生成するためのトランスデューサダイの動作が、図７において視覚化されている。
【００９９】
図７は、対象者６２に接触しているトランスデューサダイ５４を図示する。
【０１００】
トランスデューサ５６に第１の導体を介してバイアス電圧を印加し、第２の導体を介して送信／受信信号を印加すると、関心領域の断面ビュー６３が生成される。トランスデューサに第２の導体を介してバイアス電圧が印加され、第１の導体を介して送信／受信信号が印加されると、関心領域の長手方向ビュー６４が生成される。図５において図示されたアレイのようなトランスデューサアレイでは、断面ビュー及び長手方向ビューの撮像平面は、互いに対して垂直であり、その一方で、図６ａ及び図６ｂにおいて図示されたアレイはそれぞれ、互いに対して４５°及び６０°の角度を向いた平面を有する画像を生成する。
【０１０１】
図８は、対象者６２に接触しているトランスデューサダイ５４の動作の代替的な方法を図示する。
【０１０２】
本実施例において、トランスデューサ５６は、２つの動作エリア、すなわち第１の２画面エリア６６及び第２の２画面エリア６８を定める３つのサブアレイに分けられ、これらのエリアはそれぞれ、断面ビュー６３及び長手方向ビュー６４を生成するために用いられる。
【０１０３】
トランスデューサアレイ５４を第１及び第２の２画面エリアに分けることによって、関心領域の断面ビュー及び長手方向ビューの両方を同時に生成可能である。本実施例において、第１の２画面エリア６６のトランスデューサに第１の導体を介してバイアス電圧が印加され、第２の導体を介して送信／受信信号が印加される。同様に、本実施例において、第２の２画面エリア６８のトランスデューサに第２の導体を介してバイアス電圧が印加され、第１の導体を介して送信／受信信号が印加される。ビームステアリングは、各要素（又は要素のサブグループ）から収集された／各要素（又は要素のサブグループ）に印加された異なるＲＦ信号位相を有する受信／送信された信号によって可能となる。
【０１０４】
この場合、断面ビュー及び長手方向ビューの両方が、同時に見るために使用可能である。例えば、両方のビューがユーザに対して同時に表示される。代替的に、例えば断面ビューがユーザに対して表示され、次いで、ユーザは長手方向ビューを見たいと指示するかもしれない。両方のビューが同時に使用可能であるので、ビューの変化はユーザの命令に続いて即座になされる。
【０１０５】
２つの２画面画像は、第１のスキャンをある構成において実施し、次いで第２のスキャンを新たな構成において実施するのではなく、トランスデューサ要素の完全なアレイのスキャンが両方の画像を生成するという意味において、同時に得られる。
【０１０６】
図９は、トランスデューサダイ５４の概略を図示し、そこでは、トランスデューサ５６は第１及び第２の要素グループにグループ化される。上に論じられたように、トランスデューサは、グリッドパターンに配列される必要はなく、稠密パッキングパターン、六角形パッキングパターン又は任意の他の適切なパターンに配置されてよい。
【０１０７】
各第１の要素グループのトランスデューサは、第１の導体７０を経由してサイドＢの第１の回路５８に接続され、各第２の要素グループのトランスデューサは、第２の導体７２を経由してサイドＡの第２の回路５９に接続される。各トランスデューサは、第１の要素グループ及び第２の要素グループの両方の一部を形成し、したがって、第１及び第２の導体の両方に接続される。
【０１０８】
故に、撮像エリアの断面ビューを生成するとき、バイアス電圧は、第１の導体７０を経由してサイドＢの第１の回路５８から供給され、送信／受信信号は、第２の導体を経由してサイドＡの第２の回路５９から供給される。同様に、撮像エリアの長手方向ビューを生成するとき、バイアス電圧は、第２の導体を経由して供給され、送信／受信信号は、第１の導体を経由して供給される。
【０１０９】
図１０は、ラインごとの撮像サイクルにおいて断面及び長手方向ビューを生成するときに第１及び第２の要素グループが始動される方向を示す。図１０において図示されるトランスデューサダイは、図４において図示されるトランスデューサダイに対して９０°回転されていることに留意されたい。
【０１１０】
断面ビューを生成するとき、バイアス電圧は、トランスデューサにサイドＢから第１の導体を経由して供給され、送信／受信信号はサイドＡから第２の導体を経由して供給される。次いで、ラインごとの断面画像を構築するために、第１の要素グループが方向７４にラインごとに作動される。
【０１１１】
同様に、長手方向ビューを生成するとき、バイアス電圧は、トランスデューサにサイドＡから第２の導体を経由して供給され、送信／受信信号はサイドＢから第１の導体を経由して供給される。次いで、ラインごとの長手方向画像を構築するために、第２の要素グループが方向７６にラインごとに作動される。
【０１１２】
この本発明の最も簡単な実施態様において、バイアス電圧回路及び送受信回路はサイドＡ及びサイドＢの両方に存在し、所望のビューに応じて列及び行導体を経由して適切な回路がトランスデューサに接続される。しかしながら、このことは、トランスデューサアレイを駆動するために必要とされるフロント及びバックエンドハードウェアの量を二倍にする。
【０１１３】
図１１は、トランスデューサダイ５４の実施形態を図示する。図１１において図示されるトランスデューサダイは、図４において図示されるトランスデューサダイに対して９０°回転されていることに留意されたい。
【０１１４】
本実施例において、トランスデューサダイは、第１の導体７０を経由してトランスデューサ５６に接続された第１のスイッチ７８のセットと、第２の導体７２を経由してトランスデューサに接続された第２のスイッチ７９のセットとを含む。スイッチは、トランスデューサが、バイアス電圧回路ＶＢのセットに接続され、それによってトランスデューサにバイアス電圧を供給することと、送受信回路Ｔ／Ｒのセットに接続されることとの間でスイッチングすることを可能とする。故に、大量の追加ハードウェアを必要とすることなく、第１の導体又は第２の導体のうちのいずれかをバイアス電圧回路又は送受信回路に接続することが可能である。第１及び第２のスイッチの実施態様はそれぞれ、第１の回路５８及び第２の回路５９に収容される。
【０１１５】
加えて、追加的なスイッチオプション０を提供することが可能であり、これは、接続されたトランスデューサをアイドル状態にする。換言すれば、接続されたトランスデューサが接地される。故に、トランスデューサを選択的に作動停止することによって、トランスデューサ開口のサイズを動的に変化させることが可能である。スイッチ７８は、Ｓｉ処理によって作られ、トランスデューサアレイ自体に一体化された単純なトランジスタである。もしもトランスデューサに近接してビーム形成器が使用されているならば、スイッチはトランスデューサダイに一体化されてもよい。
【０１１６】
図１２は、トランスデューサダイ５４の更なる実施形態を図示する。図１２において図示されるトランスデューサダイは、図４において図示されるトランスデューサダイに対して９０°回転されていることに留意されたい。
【０１１７】
本実施形態において、システムはバイアスティー８０を含み、これは、一種のダイプレクサである。ダイプレクサは、周波数ドメイン多重化を実現する受動的デバイスである。バイアスティーは、誘導体８２とキャパシタ８４とを備える。バイアス電圧回路ＶＢに接続されたバイアスティーのブランチは、低周波数アームを形成し、送受信回路Ｔ／Ｒに接続されたブランチは高周波数アームを形成する。
【０１１８】
低周波数アームは、バイアス電圧を設定するために使用され、高周波数アームは、トランスデューサに供給される無線周波数信号及びトランスデューサから受信される無線周波数信号を通過させるが、ＤＣバイアス電圧をブロックする。トランスデューサ５６に接続された残りのブランチは、バイアス電圧及び無線周波数信号の両方を通過させる。
【０１１９】
バイアスティー８０は、トランスデューサアレイ５５と同一のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に一体化されてよく、又はトランスデューサ自体内に一体化されてよい。代替的に、バイアスティーは、第１の回路５８及び第２の回路５９に一体化されてよい。
【０１２０】
バイアス電圧及び送信／受信信号は、バイアスティーを使用して同一の導体に印加され、この場合、他の導体はグラウンドに接続される。換言すれば、バイアス電圧及びＲＦ信号の両方を、第１の導体（第１のビューのため）及び第２の導体（第２のビューのため）を介してトランスデューサに提供することによって、２画面撮像を実施可能である。
【０１２１】
図１３は、トランスデューサダイ５４の実施形態を図示し、ここでは、トランスデューサ５６はサブアレイに分割されている。
【０１２２】
上述されたように、各トランスデューサ５６は、第１の要素グループ及び第２の要素グループの両方に帰属し、したがって第１の導体７０及び第２の導体７２に接続され、これらはバイアス電圧又は送信／受信信号のいずれかを提供する。第１の導体７０を介してバイアス電圧を、及び第２の導体７２を介して送受信信号をサブアレイに提供することによって、サブアレイは、撮像領域の断面ビューを生成する。同様に、第２の導体７２を介してバイアス電圧を、及び第１の導体７０を介して送受信信号をサブアレイに提供することによって、サブアレイは、撮像領域の長手方向ビューを生成する。換言すれば、トランスデューサダイを複数のサブアレイに分割することが可能であり、これらは、サブアレイの要素グループにバイアス電圧及び送信／受信信号がどのように提供されるかに基づいて異なるビューを撮影する。
【０１２３】
図１３において図示される実施例において、トランスデューサダイ５４は、１つの長手方向サブアレイ９０と２つの断面サブアレイ９２とに分けられる。図１３において図示されるもののような専用のエリアにダイを分割することによって、同時の２画面ビューを生成することが可能である。換言すれば、断面及び長手方向ビューの両方が同時に使用可能である。
【０１２４】
図１４は、図１３のトランスデューサダイ５４の実施態様を図示し、ここでは、トランスデューサアレイは、１つの長手方向サブアレイ９０と２つの断面サブアレイ９２とに分割されている。図１４において図示されるトランスデューサダイは、図４において図示されるトランスデューサダイに対して９０°回転されていることに留意されたい。
【０１２５】
図１４において図示される実施例において、サブアレイを形成するために、バイアス電圧は第１又は第２の導体のいずれかに選択的に提供される。バイアス電圧回路のセット及び送受信回路のセットは、回路ブロック９４によって表される。送受信信号は、Ｔ／Ｒライン９６を介してトランスデューサに、及びトランスデューサから伝送され、Ｔ／Ｒライン９６は、サイドＢの第１の回路５８及びサイドＡの第２の回路５９に接続される。
【０１２６】
バイアス電圧は、第１のバイアス電圧ライン９８を経由して断面サブアレイ９２のサイドＢに、したがって、第１の導体に供給される。同様に、バイアス電圧は、第２のバイアス電圧ライン１００を経由して長手方向サブアレイ９０のサイドＡに、したがって、第２の導体に供給される。
【０１２７】
次いで、断面サブアレイ９２の要素グループは、例えば、送受信回路のセットによって供給される送信信号によって、ラインごとに方向７４に始動される。長手方向サブアレイ９０の要素グループは、例えば、送受信回路のセットによって供給される送信信号によって、ラインごとに方向７６に始動される
【０１２８】
図１５は、図１３のトランスデューサダイ５４の代替的な実施態様を図示し、ここでは、トランスデューサ５６は、１つの長手方向サブアレイ９０と２つの断面サブアレイ９２とにグループ化されている。図１５において図示されるトランスデューサダイは、図４において図示されるトランスデューサダイに対して９０°回転されていることに留意されたい。
【０１２９】
図１５において図示される実施例において、サブアレイを形成するために、送受信信号は第１又は第２の導体のいずれかに選択的に提供される。バイアス電圧は、バイアス電圧ライン１０２を経由してトランスデューサダイのサイドＡ及びＢの両方に提供される。
【０１３０】
送受信回路のセットは、Ｔ／Ｒライン１０４を経由してサイドＡ又はサイドＢのいずれかに接続され、Ｔ／Ｒラインは、どちらのサブアレイが駆動されているかに応じて送信信号をサイドＡ又はサイドＢに提供するように適合されたスイッチ１０６を備える。例えば、長手方向サブアレイのトランスデューサのラインが作動されているならば、送受信回路はサイドＡに接続され、その一方で、断面サブアレイのトランスデューサのラインが作動されているなら、送受信回路はトランスデューサダイのサイドＢに接続される。
【０１３１】
図１６は、トランスデューサアレイの更なる実施形態を図示し、ここでは、第１の要素グループ５７ａ及び第２の要素グループ５７ｂは、フィッシュボーンパターンに配置されている。
【０１３２】
上述された実施例は単一のトランスデューサアレイを有するシステムに言及している。上述された方法に従って、複数のアレイ（各々が同一の構成部、例えば複数のアレイを有する超音波プローブに含まれる）を動作させることが可能である。複数のアレイは、異なる向きを有する要素グループを有する。例えば、第１のアレイの第１及び第２の要素グループは互いに対して垂直であり、その一方で、第２のアレイの第１及び第２の要素グループは、互いの間に４５°の角度を有する。このようにして、単一の超音波プローブが４つの異なるビューから超音波データを取得し得る。
【０１３３】
特許請求された発明を実践するにあたって、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することによって、開示された実施形態に対する他の変形が当業者によって理解され得、実行され得るものである。特許請求の範囲において、「備える、有する」という語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数性を排除するものではない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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