(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波画像システムに用いるスキャンヘッドにおいて、
少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で超音波を発生し、該発生した超音波の少なくとも一部分を対象に送信し、該対象から超音波エネルギを受信するように構成された単一エレメントの超音波トランスデューサを備えるトランスデューサアセンブリと、
近端部と遠端部を有する細長い部材であって、該細長い部材は、該近端部から離れた旋回軸の周りに旋回するよう構成され、前記トランスデューサアセンブリが前記細長い部材の前記近端部に、回転不能に結合される、細長い部材と、
弓状凸面往復通路に沿って少なくとも７．５Ｈｚの周波数で前記超音波トランスデューサを揺動させる揺動手段であって、該揺動手段が、前記ピボット軸と前記遠端部との間に前記細長い部材に対し固定されたロータ巻線を備え、前記トランスデューサの前記弓状凸面往復通路から離れた、前記弓状凸面往復通路と同一平面にある弓状往復経路に沿って前記ロータ巻線の移動がトランスデューサの相補的逆移動を引き起こすように移動する、揺動手段と、
を備え、
前記トランスデューサの前記弓状凸面往復通路は、前記揺動手段の前記部分の前記弓状凸面往復通路と同一平面にある、超音波画像システムに用いるスキャンヘッド。
【請求項２】
前記トランスデューサアセンブリおよび前記細長い部材の少なくとも一部分は封入空間内に配置され、前記封入空間は少なくとも部分的に液体で満たされる、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項３】
前記流体は組織のインピーダンスと同様なインピーダンスを有する、請求項２に記載のスキャンヘッド。
【請求項４】
前記流体はグリコールである、請求項２に記載のスキャンヘッド。
【請求項５】
前記流体は水である、請求項２に記載のスキャンヘッド。
【請求項６】
前記流体は、 水、エチレングリコール、トリエチレングリコールおよび軽パラフィン油を含むグループから選択される、請求項２に記載のスキャンヘッド。
【請求項７】
前記封入空間は部分的に音響的に透過可能な膜によって規定され、
前記被写体の中に送信される前に発生された超音波の少なくとも一部分が前記膜を貫通して通過できるように前記音響的に透過可能な膜が配置される、請求項２に記載のスキャンヘッド。
【請求項８】
前記音響的に透過可能な膜は０．９ミクロン（μｍ）〜６０．０ミクロン（μｍ） の厚さを有する、請求項７に記載のスキャンヘッド。
【請求項９】
前記音響的に透過可能な膜はフレーム部材に密封可能に取付けられ、該フレーム部材および該膜は同一材料を備える、請求項７に記載のスキャンヘッド。
【請求項１０】
前記音響的に透過可能な膜は前記流体の聴覚インピーダンスと同じ聴覚インピーダンスを有する、請求項７に記載のスキャンヘッド。
【請求項１１】
前記音響的に透過可能な膜は１．０〜３．３メガレイル（Mega Rayles）の間のインピーダンスを有する、請求項７に記載のスキャンヘッド。
【請求項１２】
前記音響的に透過可能な膜は１．５〜１．８メガレイル（Mega Rayles）の間のインピーダンスを有する、請求項７に記載のスキャンヘッド。
【請求項１３】
前記音響的に透過可能な膜は、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリル、熱可塑性エラストマー、シリコーンエラストマー、Ｌａｙｔｅｘエラストマー、ポリエステルフィルム、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、および、ポリウレタンのフィルムを含むグループから選択される材料を備える、請求項７に記載のスキャンヘッド。
【請求項１４】
前記ポリエチレンは低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）である、請求項１３に記載のスキャンヘッド。
【請求項１５】
前記トランスデューサの少なくとも一部は前記弓状凸面往復経路に沿った移動中に前記膜の内部表面の少なくとも一部に接触できる、請求項７に記載のスキャンヘッド。
【請求項１６】
前記トランスデューサは１５ミリメートル（ｍｍ）あるいはそれ以下の距離にわたって前記弓状凸面往復通路に沿って移動できる、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項１７】
前記トランスデューサは１０ミリメートル（ｍｍ）あるいはそれ以下の距離にわたって前記弓状凸面往復通路に沿って移動できる、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項１８】
前記トランスデューサは２２度あるいはそれ以下の角度にわたって前記弓状凸面往復通路に沿って移動できる、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項１９】
前記トランスデューサは少なくとも１５Ｈｚの周波数で前記弓状凸面往復通路に沿って移動できる、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項２０】
前記トランスデューサは少なくとも３０Ｈｚの周波数で前記弓状凸面往復通路に沿って揺動できる、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項２１】
前記トランスデューサの弓状凸面往復通路に沿って該トランスデューサの位置を決定するよう構成された位置エンコーダをさらに備える、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項２２】
前記位置エンコーダは前記弓状凸面往復通路に沿う前記トランスデューサの実際の位置に対し１．０ミクロン（μｍ）以内の正確さで該トランスデューサの位置を追跡できるよう構成される、請求項２１に記載のスキャンヘッド。
【請求項２３】
前記揺動手段は制限角度モータを備える、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項２４】
前記制限角度モータは可動コイル型のトルクモータである、請求項２３に記載のスキャンヘッド。
【請求項２５】
前記制限角度モータは少なくとも７．５Ｈｚの周波数で前記弓状凸面往復通路に沿って前記トランスデューサを揺動できる、請求項２３に記載のスキャンヘッド。
【請求項２６】
前記制限角度モータは少なくとも１０Ｈｚのスピードで前記弓状凸面往復通路に沿って前記トランスデューサを揺動できる、請求項２５に記載のスキャンヘッド。
【請求項２７】
前記制限角度モータは少なくとも３０Ｈｚのスピードで前記弓状凸面往復通路に沿って前記トランスデューサを揺動できる、請求項２６に記載のスキャンヘッド。
【請求項２８】
前記封入空間の少なくとも一部を規定する封止膜をさらに備える、請求項７に記載のスキャンヘッド。
【請求項２９】
前記封止膜は前記ピボット軸で前記細長い部材に対し封止される、請求項２８に記載のスキャンヘッド。
【請求項３０】
前記封止膜は可とう性のエラストマーを備える、請求項２８に記載のスキャンヘッド。
【請求項３１】
前記封止膜は前記細長い部材が前記封入空間内で揺動するとき少ない引張り変形をもつように構成される、請求項２９に記載のスキャンヘッド。
【請求項３２】
前記封止膜は可とう性エラストマーを備える、請求項２８に記載のスキャンヘッド。
【請求項３３】
前記トランスデューサは２５ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの間の周波数で超音波を発生するように構成される、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項３４】
前記トランスデューサは少なくとも２５Ｈｚの周波数で超音波を発生するように構成される、請求項１に記載のスキャンヘッド。
【請求項３５】
請求項１に記載のスキャンヘッドと、
１秒につき少なくとも１５フレーム（ｆｐｓ）のフレームレートを有する画像を提供するため、前記受信した超音波を処理するように構成されたプロセッサと、
を備えたことを特徴とする超音波画像システム。
【請求項３６】
前記プロセッサは１００ミクロン（μｍ）より小さい空間分解能を有する超音波画像を作成するよう構成される、請求項３５に記載の超音波画像システム。
【請求項３７】
前記プロセッサは７５〜１００ミクロン（μｍ）の間の空間分解能を有する超音波画像を作成するよう構成される、請求項３６に記載の超音波画像システム。
【請求項３８】
前記プロセッサは３０〜１００ミクロン（μｍ）の間の空間分解能を有する超音波画像を作成するよう構成される、請求項３６に記載の超音波画像システム。
【請求項３９】
前記トランスデューサは少なくとも１５Ｈｚの周波数で前記弓状凸面往復通路に沿って揺動でき、前記プロセッサは少なくとも３０ｆｐｓのフレームレートを有し、１００ミクロン（μｍ）より小さい空間分解能を有する画像を提供するよう構成される、請求項３５に記載の超音波画像システム。
【請求項４０】
前記トランスデューサは少なくとも３０Ｈｚの周波数で前記弓状凸面往復通路に沿って揺動でき、前記プロセッサは少なくとも６０ｆｐｓのフレームレートと１００ミクロン（μｓ）より小さい分解能とを有する画像を提供するよう構成される、請求項３５に記載の超音波画像システム。
【請求項４１】
前記スキャンヘッドが血管外イメージングに応用されるよう構成される、請求項３５に記載の超音波画像システム。
【請求項４２】
請求項１に記載のスキャンヘッドと、
１秒につき少なくとも１５フレーム（ｆｐｓ）のフレームレートを有する画像を提供するため、前記受信した超音波を処理するように構成されたプロセッサと、
前記弓状凸面往復経路に沿った予め決定した位置の１ミクロン（μｍ）以内に前記トランスデューサを配置する手段と、
を備えたことを特徴とする超音波画像システム。
【請求項４３】
前記プロセッサがパルス波ドップラー画像を提供するよう構成された、請求項４２に記載の超音波画像システム。
【請求項４４】
前記プロセッサはＭモード画像を提供するよう構成された、請求項４２に記載の超音波画像システム。
【請求項４５】
少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で超音波を発生し、該発生した超音波の少なくとも一部分を対象に送信し、該対象から超音波エネルギを受信するように構成された単一エレメントの超音波トランスデューサを備えるトランスデューサアセンブリと、
近端部と遠端部を有する細長い部材であって、該細長い部材は、該近端部及び遠端部から離れた旋回軸の周りに旋回するよう構成され、前記トランスデューサアセンブリが前記細長い部材の前記近端部に、回転不能に結合される、細長い部材と、
ロータ巻線を備えるモータであって、前記ピボット軸と前記遠端部との間に前記ロータ巻線が前記細長い部材に結合しており、前記モータは弓状凸面往復通路に沿って少なくとも７．５Ｈｚの周波数で前記トランスデューサを揺動させるよう構成され、前記ロータ巻線の少なくとも一部分は前記トランスデューサの前記弓状凸面往復通路から離れかつ同一平面にある弓状凹面往復経路に沿って揺動するよう構成される、モータと、
を備えたことを特徴とする超音波画像システムに用いるスキャンヘッド。
【請求項４６】
近端部と、開口部を規定する遠端部を有するノーズピースであって、該ノーズピースの該遠端部を封止するため該開口部に取付けられた音響的に透過可能な膜を有するノーズピースを備え、該ノーズピースは内部空洞を規定し、該ノーズピースの前記近端部は封入空間を規定するため前記スキャンヘッドに取付け可能であり、前記細長い部材の少なくとも一部分および前記トランスデューサは前記封入空間内に配置され、前記封入空間は少なくとも部分的に液体で満たされる、をさらに備える、請求項４５に記載のスキャンヘッド。
【請求項４７】
前記トランスデューサアセンブリおよび前記細長い部材の少なくとも一部分は封入空間内に配置され、前記封入空間は少なくとも部分的に液体で満たされる、請求項４５に記載のスキャンヘッド。
【請求項４８】
請求項４５に記載のスキャンヘッドと、
１秒につき少なくとも１５フレーム（ｆｐｓ）のフレームレートを有する画像を提供するため、前記受信した超音波を処理するように構成されたプロセッサと、
を備えたことを特徴とする超音波画像システム。
【請求項４９】
請求項４５に記載のスキャンヘッドと、
１秒につき少なくとも１５フレーム（ｆｐｓ）のフレームレートを有する画像を提供するため、前記受信した超音波を処理するように構成されたプロセッサと、
前記トランスデューサを前記弓状凸面往復経路に沿った所定の位置の１ミクロン（μｍ）以内に配置するよう構成された位置エンコーダと、を備えたことを特徴とする超音波画像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、２００２年１０月１０日付けで出願された標題「ＲＭＶ  ＳＣＡＮＨＥＡＤ  ＳＹＳＴＥＭ（ＲＭＶ  スキャンヘッドシステム）」の米国仮出願番号６０／４１７，１６４（代理人ドケット番号１４１５７ＰＲＯ）と、２００３年５月９日付けで出願された標題「ＳＣＡＮ  ＨＥＡＤ  ＦＯＲ  ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ（超音波撮像システムのためのスキャンヘッド）」の米国仮出願番号６０／４６８，９５８（代理人ドケット番号Ｔ００５１８−０００５−ＵＳＰ２（１９０３０４−３２７７８６））と、２００３年５月９日付けで出願された標題「ＲＥＭＯＶＡＢＬＥ  ＡＣＯＵＳＴＩＣ  ＷＩＮＤＯＷ（着脱自在な音響窓）」の米国仮出願番号６０／４６８，９５６（代理人ドケット番号Ｔ００５１８−００１４−ＰＲＯＶ−ＵＳ（１９０３０４−３２６１８６））と、２００３年５月１４日付けで出願された標題「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＯＢＴＡＩＮＩＮＧ  ＡＮ  ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ  ＩＭＡＧＥ（超音波撮像を得るための方法と装置）」の米国仮出願番号６０／４７０，２３４（代理人ドケット番号Ｔ００５１８−００１１−ＵＳＰ１（１９０３０４−３２５２００））とに対する優先権と利益とを主張し、これらのすべては本明細書に参考として組み入れられている。
【背景技術】
【０００２】
人間の組織を撮像するために１９７０年代末期と１９８０年初期とに開発されたスキャンヘッドが様々な超音波撮像用途に依然として役立っている。スキャンヘッド内に配置されているトランスデューサはピエゾ電気材料の円板を含み、この円板は、電気的に励起されると、通常は２ＭＨｚから１０ＭＨｚの間で選択される周波数で振動した。これらの周波数では、そのトランスデューサの振動エネルギーが方向性を有し、かなり明確に画定されたビームの形で薄い円形の円板の２つの面から放射された。一般的に、そのトランスデューサの背面から放射されるエネルギーは適切な材料によって吸収され、一方、その円板の前面から放射されるエネルギーは低損失特性で超音波エネルギーを伝送することが可能な流体によって患者に結合される。このエネルギーは、薄い低損失キャップを通過して現れ、さらに、患者の皮膚に塗布された超音波透明ゲル（ｓｏｎｏｌｕｃｅｎｔ  ｇｅｌ）によって患者に結合される。超音波エネルギーと人体の組織との相互作用から結果的に生じるエコーが同じ経路を逆方向に通過し、このエコーがトランスデューサに当たる時に、その強度が患者体内の標的のエコー原性と患者の皮膚下のその標的の深さとの関数である電気信号を発生させる。深さにおける位置が、送信パルスと受信エコーとの間の時間間隔から求められる。この情報と、トランスデューサに接続されている位置エンコーダによって提供される方向情報とによって、スキャンヘッドは、患者体内のスキャン平面に位置している組織のグレースケール画像を生成し、このグレースケール画像は、画像平面を横断するトランスデューサのスイープ毎にリフレッシュされ更新される。トランスデューサの２回のスイープが、１Ｈｚと呼ばれる１つの動作サイクルを含み、および、これは２フレーム／秒に等しい。
【０００３】
２次元超音波画像（Ｂスキャンとしても知られている）が、Ａスキャンと呼ばれる超音波データの幾つかの互いに隣接したラインで構成され、この超音波データのラインは、トランスデューサの連続スイープによってスキャンヘッドから得られる。トランスデューサが超音波パルスを調査中の組織の中に送り込み、その次に、トランスデューサのビーム軸に沿って組織によって反射された超音波信号を受け取る時に、超音波データのラインが得られる。この超音波データのラインは同一平面内に位置しており、および、通常は互いに一定不変の間隔で隔てられている。各データのラインは、既知のインクリメント距離ずつ平面内を横方向に移動させられる超音波ビーム軸によって求められる。超音波画像は直線フォーマットを有してよく、この直線フォーマットでは、ラインが互いに平行でかつ等間隔であり、または、超音波画像は扇形フォーマットを有してよく、この扇形フォーマットでは、ラインが互いに等角度で頂点から放射状に広がる。直線フォーマットの画像を生じさせるためには、トランスデューサとそのトランスデューサがそれに沿って移動させられる直線との間の角度を変化させることなしに、トランスデューサが横方向に移動させられる。扇形フォーマットを生じさせるためには、トランスデューサは、そのトランスデューサが円弧の形に移動することを生じさせる、頂点を中心として回転する取付具に取り付けられる。トランスデューサが移動するにつれて、表示された画像内の適正な位置における超音波ラインデータを関連の超音波システムが表示することが可能であるように、スキャン平面内の位置が追跡される。
【０００４】
初期の臨床診断超音波システムは、扇形フォーマット画像を生じさせるためにウォブラー（ｗｏｂｂｌｅｒ）スキャンヘッドを使用した。このシステムは２ＭＨｚから５ＭＨｚの範囲内の低周波数の超音波を使用した。ウォブラースキャンヘッドは、一般的に、流体充填チャンバ内に配置されているトランスデューサと、モータと、位置エンコーダと、超音波が中を通過する音響窓とから構成されていた。モータ駆動機構が、一般的に、トランスデューサを円弧状に移動させ、その結果として扇形スキャンタイプの画像フォーマットが得られ、一方、位置エンコーダはトランスデューサの位置を追跡した。撮像される組織に面している流体充填チャンバの壁が音響窓として機能し、この音響窓は一般的に硬質プラスチック材料で作られていた。この窓は、超音波がわずかしか減衰せずにその窓を通過することを可能にした。さらに、一般的に、この窓を通過しない反射超音波が存在する。この超音波は、消散する前にトランスデューサと音響窓との間を数回にわたって反響することが可能である。トランスデューサに当たるこの反響成分は、超音波画像における望ましくない人工物を生じさせる可能性がある。反射された超音波の大きさが、音響窓のために使用される材料とトランスデューサチャンバ内の流体との間の音響インピーダンスの不整合によって決定される。減衰量が窓材料によって決定され、この減衰は、超音波エネルギーがその窓の中を通過する時に生じる。音響窓における減衰と反射の両方が望ましくない。
【０００５】
８０年代においては、こうした機械スキャン式のトランスデューサが、連続的に励起される時に画像を形成するために使用されることが可能な複数の狭幅のピエゾ電気要素から成るソリッドステートの装置によって置き換えられ始めた。こうした「リニアアレイ」スキャンヘッドは機械式スキャンヘッドと同時に開発されてきたが、機械式スキャンヘッドよりも劣った画像品質しかもたらさなかった。８０年代から９０年代にわたる更なる研究の成果として、「フェーズドアレイ」スキャンヘッドが開発され、このフェーズドアレイスキャンヘッドは、電子ビームの操作と集束とを可能にする形で一群の要素を励起する能力を有し、および、一般的に、あらゆる機械式スキャンヘッドに比べて良好な画像を６０フレーム／秒のフレームレートで生じさせる。今日では、フェーズドアレイは、人間の組織の超音波撮像に一般的に使用されている。しかし、５ＭＨｚで動作するトランスデューサを使用する典型的なフェーズドアレイシステムは、０．５ｍｍの空間分解能を有するだろう。
【０００６】
より高い動作周波数の場合における欠点の１つが、動作周波数が増大するにつれて、製造上の問題点が、フェーズドアレイ型の撮像システムを製造することを困難にする。この結果として、３０ＭＨｚから４０ＭＨｚの範囲内で動作する現行のシステムは、典型的には、上述した機械スキャン式システムに動作原理が類似しているスキャンヘッドにおいて、機械スキャン式の単一要素トランスデューサを使用する。しかし、高い周波数は、一般的に、より高い減衰を結果的に生じさせ、および、したがって、音響窓を原因とする減衰が著しく増大させられる。したがって、現行の高周波数トランスデューサは非封入トランスデューサを使用し、この非封入トランスデューサは、リニアサーボモータ／位置エンコーダシステムによって前後に移動させられる。（３０ＭＨｚよりも高い）より高い周波数では、トランスデューサの封入は、より高い周波数における材料の理論的な属性と特性との低下のせいで実用的ではない。
【０００７】
高周波数トランスデューサの場合には、封入されていないので、可動トランスデューサが露出している。撮像される組織に対する音響結合が、組織の表面上に超音波ゲルの小山を形成することによって実現され、この超音波ゲルの小山の中に可動トランスデューサが下降させられる。適切な撮像は、トランスデューサと組織との間の連続したゲル層の存在に依存する。トランスデューサがそのゲルとの接触を失う場合、または、気泡がトランスデューサの表面上に形成される場合には、撮像に障害が生じるか、または、さらには撮像が不可能になるだろう。このタイプの撮像は比較的低いフレームレートに制限されているが、これは、急激に移動するトランスデューサがゲル層を破壊して、接触を失う可能性がより高いからである。露出したトランスデューサのさらに別の欠点が、こうしたトランスデューサが傷つきやすい組織に対して悪影響を与える可能性があり、および、衝撃によって発生する可能性がある損傷の危険にトランスデューサにさらす可能性があるということである。
【０００８】
機械式超音波スキャンヘッドにおけるさらに別の欠点が、可動磁石モータの使用である。可動磁石タイプの利点は、駆動コイルが固定されておりかつ永久磁石が可動部材すなわちロータに取り付けられているので、駆動コイルに対して電力を配送するための可とう性ワイヤが不要であるということである。さらに、磁石タイプのモータは非効率的である。通常の機械式スキャンヘッドは３ワットまでの電力を消費するが、この電力は、スキャンヘッドハウジングのプラスチック壁を通して放散させられなければならない熱の形に変換される。このハウジングは一般的に貧弱な熱伝導体なので、スキャンヘッドの内部温度が上昇することがあり、このことが時間の経過と共に材料を劣化させ、その装置の音響特性を変化させ、さらには被写体にとって不快である可能性がある。磁石モータが非効率的である別の理由が、振動質量を小さく維持しようとするために、可動磁石が比較的小さく保たれるということである。特定のトルクを得るためには、これに対応してモータ電流が高くなり、このことが高いＩ∧２Ｒ損失を生じさせる。こうした損失は概ねスキャン速度の２乗に応じて増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一実施態様では、高周波数高フレームレート超音波撮像システムが、少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数の超音波エネルギーを発生させることが可能なトランスデューサを有するスキャンヘッドと、超音波エネルギーを受信するための、および、少なくとも１５フレーム／秒（ｆｐｓ）のフレームレートで超音波画像を生成するためのプロセッサとを備える。
【００１０】
これに関連した動作方法も提供される。高周波数高フレームレート超音波撮像システムの他のシステムと方法と特徴と利点とが、次の図面と詳細な説明との検討によって当業者に明らかであるかまたは明らかになるだろう。すべてのこうした追加のシステムと方法と特徴と利点はこの説明に含まれており、この高周波数高フレームレート超音波撮像システムの範囲内に含まれており、および、添付の特許請求の範囲に記載の請求項によって保護されるということが意図されている。
【００１１】
この高周波数高フレームレート超音波撮像システムは、以降の図面を参照してより適切に理解されることが可能である。こうした図面の構成要素は必ずしも一定不変の縮小比で描かれてはおらず、それよりはむしろ、高周波数高フレームレート超音波撮像システムの原理を明瞭に図解することに重点が置かれている。さらに、これらの図面においては、同じ参照番号が個々の図のすべてにおいて類似の部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１Ａを参照すると、超音波スキャニングシステム１００が、一連の超音波パルス１０４をプローブすなわちスキャンヘッド１０６に対して送信／受信するためのエレクトロニクス回路１０２を有する。スキャンヘッド１０６は、表示装置１１６上での表示のために標的１１４の横断面を表すスキャン平面１１２の画像データ１１０を記録するように、被写体１０８の上に置かれることが可能である。標的１１４は、例えば、マウス、ラット、または、別の調査被写体のような小動物の器官であってもよい。撮像可能な器官の例は、非限定的に、肺、心臓、脳、腎臓、肝臓、および、その被写体の体内を流れる血液を含む。さらに、超音波撮像システムは、新生物性の疾病を撮像するために使用されることが可能である。回路１０２は、パルス１０４を生成するための送信サブシステム１１８と、対応するエコーパルス１０４を受信するための受信サブシステム１２０とを有し、このエコーパルス１０４は、画像スキャンデータ１１０として処理して最終的に表示するためにコンピュータ１２２に送られる。スキャンヘッド１０６は、回路１０２に１２６において接続されている。スキャンヘッド１０６は、膜１２５を伴ったトランスデューサアセンブリ１２４を有し、このトランスデューサアセンブリ１２４は、トルクモータ１３０と協働する位置エンコーダ１２８に連結されている。エンコーダ１２８とモータ１３０は、スキャンヘッド１０６内のトランスデューサアセンブリ１２４の位置を監視する。対応する位置データ１３２が、画像データ１１０に相当するパルス１０４と共に、コンピュータ１２２に送信される。スキャンヘッド１０６は、非限定的に、２０ＭＨｚより高く、２５ＭＨｚ、３０ＭＨｚ、３５ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、４５ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、５５ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、および、これより高い周波数を含む周波数でリアルタイムで得られる画像データ１１０を記録して表示するための封入されたリアルタイムプローブとして使用されることが可能である。さらに、上述の周波数よりも著しく高いトランスデューサ動作周波数も想定されている。
【００１３】
図１Ａを参照すると、システム１００は、さらにシステムプロセッサ１３４も含む。このプロセッサ１３４は、表示装置すなわちモニタ１１６と、キーボード、マウス、または、他の適切な装置のような人間機械インタフェース１３６とに接続されている。モニタ１１６がタッチセンシティブである場合には、モニタ１１６は人間機械インタフェース１３６のための入力要素として使用されることが可能である。コンピュータ可読記憶媒体１３８が、データ１１０、１３２を記録してモニタ１１６上に表示するようにモニタ１１６の動作を命令および／または設定するために、プロセッサ１３４に対して命令を与えるように、プロセッサ１３４に接続されている。このコンピュータ可読媒体１３８は、例えば、磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭのような光学読み取り可能媒体、および、ＰＣＭＣＩＡカードのような半導体記憶装置のような、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことが可能である。各々の場合に、この媒体１３８は、小型ディスク（ｓｍａｌｌ  ｄｉｓｋ）とフレキシブルディスケットとカセットのような可搬式の製品の形態であってもよく、または、ハードディスク駆動装置、ソリッドステートメモリカード、または、プロセッサ１３４に接続されたＲＡＭのような比較的大きいか固定式の製品の形態をとってもよい。上述の例示的な媒体１３８は、単独で使用されることも、互いに組み合わせて使用されることも可能であるということに留意されたい。
【００１４】
図１Ｂは、図１Ａの超音波撮像システム１００を図示するブロック図である。このシステム１００は被写体１１４に対して作用する。超音波プローブ１０６が、画像情報を得るために被写体１１４に隣接して配置されることが可能である。
【００１５】
超音波システム１３１は、制御サブシステム１２７と、スキャンコンバータ１２９と、送信サブシステム１１８と、受信サブシステム１２０と、ユーザ入力装置１３６とを含む。プロセッサ１３４は制御サブシステム１２７に接続されており、表示装置１１６はプロセッサ１３４に接続されている。記憶装置１２１がプロセッサ１３４に接続されている。記憶装置１２１は任意のタイプのコンピュータ記憶装置であることが可能であり、および、典型的には、ランダムアクセス記憶装置「ＲＡＭ」と呼ばれており、高周波数高フレームレート超音波撮像システムのソフトウェア１２３がこの中で実行される。
【００１６】
この高周波数高フレームレート超音波撮像システムは、ハードウェアとソフトウェアの組合せを使用して実現されることが可能である。高周波数高フレームレート超音波撮像システムのハードウェアとしての具体化は、すべて当業者に公知である技術、すなわち、ディスクリート電子素子、データ信号に対して論理関数を実行するための論理ゲートを有する１つもしくは複数のディスクリート論理回路、適切な論理ゲートを有する特定用途向け集積回路、１つもしくは複数のプログラム可能ゲートアレイ（ＰＧＡ）、利用者書き込み可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のいずれか、または、これらの組合せを含むことが可能である。
【００１７】
高周波数高フレームレート超音波撮像システムのためのソフトウェアは、論理関数を実行するための実行可能な命令の順序付けられたリストを含み、および、コンピュータベースのシステム、プロセッサを含むシステム、または、命令実行システム、命令実行機器、もしくは、命令実行装置からの命令をフェッチしてその命令を実行することが可能である他のシステムのような、命令実行システム、命令実行機器、または、命令実行装置による使用またはこれらに関連した使用のための任意のコンピュータ可読媒体の形で具体化されることが可能である。
【００１８】
本明細書の文脈においては、「コンピュータ可読媒体」は、命令実行システム、命令実行機器、もしくは、命令実行装置による使用またはこれらに関連した使用のためのプログラムを収容し、記憶し、通信し、伝送し、または、伝達することが可能であるあらゆる手段であることが可能である。コンピュータ可読媒体は、例えば、非限定的に、電子の、磁気の、光学の、電磁気の、赤外線の、または、半導体のシステム、機器、装置、または、伝送媒体であることが可能である。コンピュータ可読媒体のさらに具体的な例（非網羅的なリスト）が、１つまたは複数のワイヤを有する電気接続（電子）、携帯型コンピュータディスケット（磁気）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）（磁気）、光ファイバ（光学）、および、携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）（光学）を含むだろう。例えば紙または他の媒体の光学的スキャニングによって、プログラムが電子的に捕捉され、その次に、必要に応じて翻訳されるか適切な仕方で他の形で処理され、その次に、コンピュータの記憶装置の中に記憶されることが可能なので、コンピュータ可読媒体が、プログラムがその上にプリントされている紙または別の適切な媒体であることさえ可能であるということに留意されたい。
【００１９】
記憶装置１２１は、さらに、超音波システム１００によって得られた画像データも収容する。コンピュータ可読記憶媒体１３８は、さらに詳細に後述するように、超音波システム１３１の動作に関係したステップまたはアルゴリズムを行うようにプロセッサに命令しおよび／またはプロセッサを設定するために、プロセッサに対して命令を与えるようにプロセッサに接続されている。コンピュータ可読媒体は、単に例を挙げると、磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭのような光学読み取り可能な媒体、および、ＰＣＭＣＩＡカードのような半導体記憶装置のようなハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことが可能である。各々の場合に、この媒体は、小型ディスク、フレキシブルディスケット、カセットのような可搬式の製品の形態であってもよく、または、ハードディスク駆動装置、ソリッドステートメモリカード、そのサポートシステム内に備えられているＲＡＭのような比較的大きいか固定式の製品の形態をとってもよい。上述の例示的な媒体は、単独で使用されることも、互いに組み合わせて使用されることも可能であるということに留意されたい。
【００２０】
超音波システム１３１は、その超音波システム１３１の様々な構成要素の動作を制御するための制御サブシステム１２７を含む。この制御サブシステム１２７とその関連の構成要素は、汎用プロセッサに命令するソフトウェアとして、または、ハードウェア実装の形の専用ソフトウェアとして提供されてよい。超音波システム１３１は、受け取られた超音波エコーによって発生させられた電気信号を、プロセッサ１３４によって処理されることが可能でありかつ表示装置１１６上の画像の形に描画されることが可能であるデータに変換するためのスキャンコンバータ１２９を含む。制御サブシステム１２７は、超音波プローブ１０６に超音波送信信号を提供するために送信サブシステム１１８に接続されている。一方、超音波プローブ１０６は、受信サブシステム１２０に対して超音波受信信号を提供する。受信サブシステム１２０も、受信信号を表す信号をスキャンコンバータ１２９に提供する。受信サブシステム１２０は、さらに、制御サブシステム１２７にも接続されている。スキャンコンバータ３２は、画像データ１１０を使用して表示用の画像を描画するために受信データを処理するように、制御サブシステム１２７によって制御される。
【００２１】
超音波システム１３１は、超音波プローブ１０６を通して超音波データを送信／受信し、撮像システム１００の動作パラメータを制御するためにユーザにインタフェースを提供し、および、解剖学的構造および／または生理学的構造を表す静止画像と動画像とを形成するのに適しているデータを処理する。画像は、インタフェース表示装置１１６を介してユーザに提示される。
【００２２】
超音波システム１３１の人間機械インタフェース１３６は、ユーザからの入力を受け取り、超音波プローブ１０６の動作を制御するためにこの入力を翻訳する。人間機械インタフェース１３６は、さらに、ユーザに対して表示装置１１６を介して処理済みの画像とデータを提供する。
【００２３】
図２を参照すると、スキャンヘッド１０６のフレーム１４０が２つの側部プレート１ａ、１ｂから成り、これらの側部プレートは近位端部において位置エンコーダ１２８に連結され、かつ、遠位端部においてピボットフレーム３に連結されている。位置エンコーダ１２８は、例えば、Ｒｅｎｉｓｈａｗ  ＲＧＢ２５のような光学エンコーダであってよい。ノーズピース２０が、スキャンヘッド１０６の遠位端部に脱着自在に取り付けられることが可能である。側部プレート１ａ、１ｂは、スキャンヘッド１０６を用いた手持ち式のスキャニングと固定式のスキャニングとの両方を可能にするためのハウジングを提供する。これに加えて、このハウジングは、スキャンヘッド１０６に対するケーブル１４２のための歪み解放入口点／出口点を提供する。このハウジングは、ＲＦ遮蔽部品を含んでもよい。
【００２４】
図３Ａ、図３Ｂ、図４、および、図５を参照すると、１対のボールベアリング４が、ロータアセンブリ５を配置するためにピボットフレーム３内に配置されており、このロータアセンブリ５は、トランスデューサアセンブリ１２４が約２０度の角度にわたって自由に前後に旋回することを可能にする。ロータアセンブリ５は、ヨーク７が連結されているピボット管６を備える。ピボット軸受４を貫通するねじがそれらをヨーク７に固定する。アセンブリ１２４のトランスデューサ８がピボット管６の遠位端部に連結されており、および、その同軸信号ケーブル８ａがピボット管６の中を通って延び、および、スロット６ａの中を通って外に延び、および、回路１０２の回路基板２３に固定されている（図１Ａを参照されたい）。ロータアセンブリ５の近位端部では、軽量であるが硬質のパドル９が、ロータコイル１０ａ、１０ｂと、エンコーダコードトラック１２と、ホールセンサ磁石１３とを支持する。可とう性の同軸ケーブル１４が、トランスデューサ同軸ケーブル８ａとは反対側の側部から、ロータアセンブリ５から延びる。これらの両方は、トランスデューサアセンブリ１２４がスキャンヘッド１０６内で前後に振動する時に他の構造に対する拘束または接触を生じずに自由に曲がるように配置されている。全体の上にプラスチックハウジング３１、３１ａが嵌め込まれている。取付ナット３２がアセンブリ上の２つのハウジング半分部分３１、３１ａの間に固定されている。この取付ナット３２は、必要に応じてスキャンヘッド１０６を支持アーム（図示されていない）に取り付けることを可能にするねじ山付きの穴を有する。
【００２５】
さらに図３Ａ、図３Ｂ、および、図４を参照すると、ノーズピース２０は音響結合流体１５を充填されている。スキャンヘッド１０６の遠位端部は音響窓１２５によって密封されており、この音響窓は音響透過性のプラスチックフィルムを備え、および、より詳細に後述される。Ｏリング１７がノーズピース２０とピボットフレーム３のノーズ１８との間のシールを形成する。ゴム製のシールダイアフラム１９がノーズ１８とピボットフレーム３との間に配置されており、流体密シールを形成する。シールダイアフラム１９内のピボット管６のための穴がピボット管よりも小さく、および、シールダイアフラム１９が組立中にピボット管６上に配置される時に密封シールを形成するので、別の流体密シールがシールダイアフラムとピボット管６との間に形成される。動作中は、シールダイアフラム１９は屈曲し、流体密シールをそのシールダイアフラム９とピボット管６との間に維持しながらピボット管６が前後に振動することを可能にする。シールダイアフラム１９の屈曲の度合いを小さくするために、このシールダイアフラム１９は、概ねピボット管６のピボット点付近においてそのピボット管６に接触する。ヨーク７は、このピボット点を跨いでシールダイアフラム１９を通り越える。例えばバヨネットタイプのロック機構を含むロッキングプレート３４がノーズピース２０の背面上に配置されている。ノーズピース２０がノーズ１８上に配置される時に、２つのねじ３４ａの頭部がロッキングプレート３４内の穴を貫通する。一方向の約１０度の回転が、ねじ３４ａの軸部がロッキングプレート３４内の短い湾曲したスロットの中を移動して、図に示されているようにねじ３４ａの頭部を閉じ込め、ノーズピース２０をスキャンヘッドピボットフレーム３にロックすることを引き起こす。この動作を単純に逆転させることによってノーズピース２０が取り外されることが可能であるということに留意されたい。充填口３５が、ノーズピース２０内の中空空洞１５に音響流体を最初に充填するために、および、出現する可能性があるあらゆる気泡を取り除くために空洞１５に定期的にアクセスするために使用される。
【００２６】
再び図３Ａ、図３Ｂ、および、図４を参照すると、トランスデューサアセンブリ１２４はピボット管６の遠位端部に取り付けられ、流体密シールを形成する。動作中は、トランスデューサ８の遠位面が、音響窓１２５から定距離（非限定的な例としては、０．５ｍｍから１ｍｍ）のままである。トランスデューサ８に信号を搬送しおよびトランスデューサ８から信号を搬送する同軸電気ケーブル８ａがピボット管６の中心を通って延び、および、ピボット軸の付近のスロット６ａを通って外に出て、したがって同軸ケーブル８ａの動きを最小限に保つ。スロット６ａと近位端部における成端点すなわち小さなプリント配線基板（ＰＷＢ）２３との間に位置している同軸ケーブル８ａの弛んだ長さ部分が、動作中の相対運動を吸収する。このために、同軸ケーブル８ａと同軸ケーブル１４は、長期の屈曲寿命を有するように作られている。例えば、ケーブル８ａ、１４は、可とう性を強化するように、小さい直径（約１ｍｍ）と細い導体とを使用して作られることが可能である。ＰＷＢ  ２３は、トランスデューサ８から到着する信号のための前置増幅器を含み、および、２つのホールセンサ１３からの信号、電力、および、接地線のための終端点として機能する。ＰＷＢ  ２３は、さらに、ケーブルキャップ３３とエンコーダケーブル２５ａとを通過してスキャンヘッド１０６の中に入るワイヤ２１を受け入れる。
【００２７】
図３Ａ、図３Ｂ、および、図４を参照すると、図６にも番号１０として組み合わせた形で示されているロータ巻線１０ａ、１０ｂと、エンコーダコードトラック１２と、ホールセンサ駆動磁石１３とのすべてが、ピボット管６の近位端部に接着されている。特に、中間支持構造２７が、ロータ巻線２４を支持するための軽量かつ硬質の芯を形成する、例えば薄い（０．１ｍｍ）エポキシガラス基板とエンコーダコードトラック１２との間にサンドイッチされている、硬質のポリエチレン発泡体で形成されることが可能である。
【００２８】
図３Ｂと図４とを参照すると、裏当て鉄板２、２ａが側部プレート１ａ、１ｂの内側表面に取り付けられている。界磁石２８、２８ａがそれぞれに裏当て鉄板２、２ａに接着されている。界磁石２８、２８ａは、対向面に対して垂直なその薄さ方向に磁化されている。各々の磁石２８、２８ａは４つの磁極を有する。各面の一方の半分がＮ極であり、他方の半分がＳ極である。ロータアセンブリ５は、２つの磁石２８、２８ａの間のギャップの中を前後に移動する。磁石２８のＳ極は磁石２８ａのギャップを挟んでＮ極に対向する。磁石２８のＮ極は磁石２８ａのＳ極に対向する。互いに反対方向に極性が与えられている互いに対向する磁石２８、２８ａの間には２つの磁極ギャップが存在する。ロータコイル１０の一部分１０ａが、一方の磁極ギャップの範囲内で振動するように抑制されており、および、別の部分１０ｂが他方のギャップの中で振動する。
【００２９】
図５を参照すると、この図には、ロータアセンブリ５を含むスキャンヘッド１０６の分解図が示されている。
【００３０】
図６を参照すると、トルクモータ１３０が、限定された角度にわたって、すなわち、約１０−１４度の角度にわたって旋回軸上でピボット管または支持アーム６を回転させる。トランスデューサアセンブリ１２４は支持アーム６の一方の端部に連結されており、および、位置エンコーダのコードトラック１２はその他方の端部に連結されている。アセンブリ１２４のトランスデューサ８は、集束超音波ビームがピボット点から離れていく形でピボット管６の縦軸線に沿って方向付けられるように意図されている。ケースとノーズピース２０は、トランスデューサ８がノーズピースセクション２０内に位置しているように、トルクモータ１３０と位置エンコーダ１２８とトランスデューサ８とを取り囲む。ノーズピース２０は水（または、超音波を伝導するのに適した他の媒質）で満たされており、トルクモータ１３０と位置エンコーダ１２８はシール１９のせいで乾燥している。ピボット管６は、ピボット管６が前後に動くことを可能にする可とう性シール１９を通り抜ける。音響窓１２５はノーズピース２０の端部に配置されることが可能である。
【００３１】
スキャンヘッド１０６内で使用される位置エンコーダ１２８は、例えば、１ミクロン（μｍ）の分解能が可能な光学エンコーダである。位置エンコーダ１２８は、本明細書ではエンコーダコードトラック１２と呼ばれている網目状のテープストリップと協働して機能する。位置エンコーダ１２８は、エンコーダコードトラック１２上の網目がその位置エンコーダ１２８に関連したセンサを通過する時に、この網目の通過をカウントするために、光センサを使用する。このセンサは、ピボット管６の近位端部１５０の両方の移動方向を検出し、および、１ミクロンの範囲内でピボット管６の遠位端部１５２の移動位置を追跡することが可能である。
【００３２】
再び図６を参照すると、エンコーダコードトラック１２は、ピボット管６のピボット点１５４から既知の半径方向距離において、スキャンヘッド１０６のピボット管６の後部に連結されることが可能である。エンコーダコードトラック１２は、ピボット管６によって描かれる弦に対してそのエンコーダコードトラック１２がどんな位置でも接線方向にあるような半径を有する高精度の表面に取り付けられている。ピボット管６が旋回するにつれて、エンコーダコードトラック１２が位置エンコーダ１２８内の光センサの下を前後に通過する。その結果が、エンコーダコードトラック１２が固定されている半径におけるピボット管６の遠位端部１５２の位置の数値化である。位置情報が、ピボット管６の他方の端部上のピボット点から同一の半径方向距離に位置しているトランスデューサ８の位置を求めるために使用されることが可能である。ピボット点１５４から測定された近位端部１５０と遠位端部１５２の互いに異なる距離も、必要に応じて使用されることが可能である。位置エンコーダ１２８とピボット管６の近位端部１５０との間の光結合が、位置エンコーダ１２８とトランスデューサ８からの回路１０２とによって発生させられる電子ノイズの伝達を減少させる。
【００３３】
トランスデューサ８は、高周波数単一エレメント集束ピエゾ電気超音波トランスデューサであることが可能であり、周波数は３０ＭＨｚよりも高く、および、約４０ＭＨｚであることが可能である。トランスデューサ８はＲＦ電気パルス１０４を入力として受け取り、回路１０２の動作の送信段階中に出力として超音波音響パルス１０４を発生させる（図１Ａと図１Ｂとを参照されたい）。これとは逆のプロセスが、トランスデューサ８に対する入力が、データ１１０によって表されている無線周波数電気信号にトランスデューサ８によって変換される超音波音響パルス１０４であるように、受信段階中に行われる。スキャンヘッド１０６内で使用されるトランスデューサ８は、空洞１５内の音響媒質に対する適切な音響的整合を確実なものにするように製造された広帯域トランスデューサ８であることが可能である。
【００３４】
ピボット管６は、そのピボット管６がその中点１５４を中心に旋回するように軸受アセンブリ４によって固定されている超軽量のステンレススチール管であることが可能である。トランスデューサ８はピボット管６の一方の端部に連結されており、一方、エンコーダコードトラック１２はピボット管６の他方の端部に連結されている。このピボット管６は、軸受アセンブリ４とエンコーダコードトラック１２との間にトルクモータ１３０のコイルを収容し、それによってトルクモータ１３０の一体的部分を形成する。管材料で形成されているピボット管６は、さらに、トランスデューサ同軸ケーブル８ａのための導管としても機能する。
【００３５】
図７を参照すると、ピボット軸軸受４は、１対のボールベアリングと、ピボット管６を保持する軸外しクランプすなわち片寄りクランプ１４６とを含む。片寄りクランプ１４６は、ケーブル８ａの配線のために、および、ピボット管６に対する機械的な取り付けおよび取り外しのために、ピボット管６のピボット点がアクセス可能な状態のままであることを可能にする。軸受４は、ピボット点１５４を中心とした高度に反復可能な一軸回転を確実なものにするために、高精度の軸受と正確に機械加工された構成要素とを有する形に製造されることが可能である。片寄りクランプ１４６は、その一方の端部においてピボット管６に連結されており、および、その他方の端部においてピン１４８を介してピボット点１５４に取り付けられている。
【００３６】
可とう性シール１９がピボット管６の中点に取り付けられることが可能であり、および、ノーズピース２０のバヨネット迅速着脱アセンブリの後部がロッキングプレート３４と２つのねじ３４ａとを備える。シール１９は、ピボット管６とノーズピース２０との間に流体密シールを形成するように締め付け固定されているエラストマー膜で作られることが可能である。シール１９は、乾燥状態のままであるハウジングの残り部分から流体充填されたノーズピース２０を隔離する。
【００３７】
２つのホールセンサ１３が、そのそれぞれのセンサ１３を通過するピボット管６の移動を検出するように、スキャンヘッド１０６のハウジングの中に配置されている。これらのセンサ１３は、トルクモータ１３０の最大安全作動量において信号を生じさせるように配置されている。リミットスイッチ１３が、そのシステムをゼロ偏差、定位置、すなわち、平常位置に戻すために使用されることが可能であるように、そのリミットスイッチ１３もピボット点１５４を中心として互いに対称に配置されている。
【００３８】
ノーズピース２０内の中空の空洞１５が流体で満たされることが可能である。ノーズピース２０は、音響窓１２５が取り付けられることが可能な取付構造を提供する。ノーズピース２０は、流体が中を通して空洞１５に加えられるかまたは空洞１５から取り除かれてよい充填口３５としての排出／充填ねじを特徴とする。ノーズピース２０は、流体密シールを確保すると同時に道具を必要とせずにそのノーズピースが迅速に取り外されて取り替えられることを可能にする、バヨネット型迅速着脱アセンブリの一部分を含むことが可能である。
【００３９】
音響窓１２５は、空洞１５内の流体に対して適切に音響的に整合している材料の薄膜を含む。この音響窓１５は、トランスデューサの移動の全長（例えば、約０．５ｍｍから約１ｍｍ）にわたってトランスデューサ８の表面に対して近接しておりかつ垂直のままであるような位置に保持されることが可能である。音響窓を形成する材料は、既知のバルク音響特性に基づいて最初に選択または拒否された。この膜は、例えば１．５  ｍｅｇａｒａｙｌｅのような１．３ｍｅｇａＲａｙｌｅから１．７ｍｅｇａＲａｙｌｅ（ＭＲａｙｌｅ）の範囲内の音響インピーダンスを示すように選択されることが可能である。この薄膜が取り付けられる方法のような機械的な制約条件が、音響窓１２５としての使用に関する音響インピーダンスとその結果として生じる適合性とに影響する。音響窓を形成することが可能な材料は、約０．９μｍから約４．５μｍの範囲内の厚さのポリエステルフィルム、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２５μｍの厚さのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、１５μｍ、２５μｍ、５０μｍの厚さの低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、２μｍの厚さのポリカーボネート、４μｍの厚さのポリプロピレン、６０μｍの厚さのラテックスエラストマー、および、２５μｍの厚さのシリコーンエラストマーを含み、音響窓１２５を形成する膜に対する超音波ビームの入射角を９０度から１１０度に変化させることを含む様々な構成において試験された。これらの材料と厚さは、３０−４０ＭＨｚのトランスデューサ周波数に関して使用された。周波数が増大するのにつれて、より薄い膜が使用されることが可能だった。さらに、封入された結合流体が、音響窓１２５の膜との音響的整合を改善するために変更されることが可能だった。例えば、エチレングリコール、トリエチレングリコール、水、軽パラフィン油、および、様々なグリコール水溶液が使用されることが可能である。結合流体としての水と、厚さ２５μｍのＬＤＰＥ膜とが、音響窓１２５のための膜として使用されることが可能である。さらに、厚さ５μｍまたは厚さ１５μｍのＰＴＦＥで形成された音響窓１２５が設けられる。これに加えて、薄いシリコーンエラストマーも、音響窓１２５を形成する膜のために提供されることが可能である。音響窓１２５は、ノーズピース２０とスキャンヘッド１０６の外部環境との間の流体密シールを維持する。したがって、高周波数超音波トランスデューサ８と共に使用される音響窓１２５は薄く、および、空洞１５内の流体の音響インピーダンスに非常に近い音響インピーダンスを有する材料で構成されることが可能である。
【００４０】
エレクトロニクス回路１０２は、低ノイズＲＦ前置増幅器と、スキャンヘッド１０６に対する独自の高忠実度保護回路との両方を提供する。このエレクトロニクス回路１０２は、トランスデューサ８を駆動するために使用される高エネルギーパルス１０４から受信サブシステム１２０内の高感度の受信機器を保護する。低ノイズ前置増幅器は、最小限の歪みしか伴わずにトランスデューサ８の信号を増強する。
【００４１】
再び図３Ａ、図３Ｂ、および、図４を参照すると、スキャンヘッド１０６の動作中に、直流（ＤＣ）電圧信号が同軸ケーブル１４を通してロータコイル１０を通して印加される時に、ロータコイル部分１０ａ内とロータコイル部分１０ｂ内で電流によって発生させられるローレンツ力が同一の符号で作用し、印加電圧の極性に応じてロータアセンブリ５がピボット軸受４を中心として時計回りまたは反時計回りに回転することを引き起こす。スキャンヘッド１０６が起動されると、ロータアセンブリ５をその移動範囲の一方の終端に向けて駆動するために、ＤＣ電圧信号がロータコイル１０に印加される。ロータアセンブリ５が動程の終端に達する前に、ホールセンサ１３が、その動程の各終端に１つずつ側部プレート１ａ、１ｂに固定されている２つのホールセンサ磁石２６、２６ａの一方をトリガする。制御サブシステム１２７は、ロータに供給される電圧の極性を反転させることによって応答し、他方のホールセンサ１３がトリガされるまでロータアセンブリ５を反対方向に駆動する。この間はずっと、位置エンコーダ１２８がエンコーダコードトラック１２を読み取り、および、ホールセンサ１３によって示された２つの動程終端事象（ｅｎｄ−ｏｆ−ｔｒａｖｅｌ  ｅｖｅｎｔ）に対するトランスデューサ８の相対的な位置を求める。その次に、制御システムは、どんな経路または速度プロファイルがコントローラの中にプログラムされていようとも、位置フィードバックのために位置エンコーダ１２８からの信号を使用して、トランスデューサ８を前後に駆動することが可能である。
【００４２】
例えば、Ｍモードとドップラーが、スキャンヘッド１０６が適合している２つの他の動作モードである。これらのモードのどちらでも、ロータアセンブリ５は、一般的には、入力コマンドのための人間機械インタフェース１３６に組み合わされているジョイスティックを使用するオペレータの操作によって、定位置へと電気的に駆動される。オペレータ（図示されていない）が、定期的に更新される、表示装置１１６上の時間的に静止した画像または一連の画像を目視し、および、トランスデューサ８が向いている方向を操作することが可能である。トランスデューサ８が向いている方向の電子的な表現１４４（図１Ａ）が、表示装置１１６上の超音波画像の上に表示されることが可能であり、および、視覚的フィードバックのために使用されることが可能である。組織の診断撮像のためには、超音波の伝搬経路が、組織の音響インピーダンスに非常に近い音響インピーダンスを有する水または他の流体の内部に完全に入っているべきである。空気ギャップ、または、音響インピーダンスの非整合を生じさせる伝搬経路中に位置した材料が、不要な反射の原因となる可能性があり、この不要な反射は、表示装置１１６上の画像の中の人工物として現れる。一般的に、水に非常に類似した音響特性を有するカップリングゲルが、スキャンヘッド１０６と撮像対象の組織との間で使用されることが可能である。
【００４３】
さらに、位置エンコーダ２９およびエンコーダコードトラック１２と連携するトルクモータ１３０はクローズドループで動作する。これらはサーボモータとして作動し、および、ピボット軸受４によって所定の位置に固定されることが可能なピボット管６が制御された仕方でピボット軸１５４を中心として前後に回転するように、プロセッサ１３４に関連したモータ制御システムによって制御される。トランスデューサ８は、エンコーダコードトラック１２とは反対側のピボット管６の端部に固定されることが可能である。ピボット管６はトランスデューサ８を動かし、トランスデューサ８は、流体充填ノーズピース２０内を前後にスキャンさせられる。トランスデューサ８の位置は１ミクロンの範囲内で常に知られている。トランスデューサ８は、回路１０２を介して受信されて増幅された後にプロセッサ１３４に送られる超音波情報を送信／受信する。設計の軽量で精密な性質によって、このプロセスは１５Ｈｚで行われることが可能であり、このことが表示装置１１６における画像データ１１０の表示のためのリアルタイム画像の生成を可能にする。トランスデューサ８を１５Ｈｚの周波数で動作させることは、トランスデューサ８の動作範囲内のそのトランスデューサ８の２つのスイープが１ヘルツに等しいので、３０フレーム／秒のフレームレートに等しい。さらに、トランスデューサ８の振動周波数が、フレームレートを増大させるために増大させられることが可能である。さらに、トランスデューサによって送信される超音波エネルギーの周波数に応じて、超音波システム１３１は、３０ミクロンよりも小さい空間分解能を有する画像を提供する。例えば、約２５ＭＨｚの周波数では、空間分解能は約７５−１００ミクロンである。トランスデューサ周波数が増大するのに応じて、空間分解能が向上する。４０ＭＨｚから６０ＭＨｚの範囲内の高いトランスデューサ周波数では、空間分解能は３０ミクロンを超えるだろう。トランスデューサの高い動作周波数と、約１μｍの精度でのトランスデューサの高精度の機械的位置決めとが、３０μｍを越える空間分解能を有するリアルタイム超音波画像を超音波システム１３１が提供することを可能にする。
【００４４】
さらに、スキャンヘッド１０６は、手持ちでの使用、または、固定具上での使用のために設計されることが可能である。スキャンヘッド１０６は、さらに、水浴中の浸水型スキャナとしても使用されることが可能であり、または、スキャンされるべき組織に対してゲルによって結合されることが可能である。これらの状況では、音響窓１２５の膜は取り除かれてもよい。
【００４５】
要約すると、スキャンヘッド１０６は、トランスデューサ８と撮像される被写体１０８との間の良好な音響結合を維持しながら扇形の円弧の形に超音波トランスデューサ８を振動させる電動ハンドヘルド撮像装置である。位置エンコーダ１２８は、リアルタイム位置情報を制御システムプロセッサ１３４に送る。トランスデューサ８が移動するにつれて、位置エンコーダ１２８からの信号が送信パルス１０４をトリガし、および、これらのパルス１０４の間に収集された結果的に得られたデータストリーム１１０が表示装置１１６上の視覚的出力を含む電子画像の形で表示されるべき位置を、システムプロセッサ１３４に通信する。スキャンヘッド１０６は、３０フレーム／秒のフレームレートに相当する１５Ｈｚまでおよび１５Ｈｚを超えるレートで、制御された形で約１０ｍｍの距離にわたって流体環境内でトランスデューサ８を連続的に前後に移動させることが可能である。スキャンヘッド１０６内の位置エンコーダ１２８は、１μｍの精度でリアルタイムでトランスデューサ８の位置を記録することが可能であり、および、１μｍの精度でスキャン領域内の任意の位置にトランスデューサ８を位置決めすることが可能である。スキャンヘッド１０６は、超音波エネルギーが中を通して撮像される被写体１０８に向けて送られることが可能な音響窓１２５を含む。音響窓１２５は、最小限の減衰および／または反射を伴って高周波数超音波を送信することを可能にする。スキャンヘッド１０６は、容易に手で保持されるのに十分なコンパクトな大きさであることが可能であり、および、１５Ｈｚの機械的ピボット旋回／スキャニング／位置決めシステムによって１μｍまでの位置決め精度を実現することが可能である。音響窓１２５は、６０ＭＨｚを越える周波数の高周波数超音波エネルギーの送信に適合していることが可能である。スキャンヘッド１０６は、スキャン平面１１２に関して約８ｍｍ×約８ｍｍの撮像領域において３０μｍよりも小さい画像分解能を有することが可能である（図１Ａを参照されたい）。
【００４６】
スキャンヘッド１０６は、単一の可動部品と、ピボット管６と、可動コイルタイプの制限角度トルクモータ１３０とを使用する。非可動の界磁石２８、２８ａが比較的大きく、かつ、ロータ巻線２４を横断する非常に高いＢ磁界を維持する、ネオジム鉄ボロンを非限定的な一例とする高エネルギー生成物で作られているので、トルクモータ１３０は、少しの消費電流で大きなトルク力を生じさせる。可動コイルタイプのモータを使用することの別の利点が、ロータ質量と回転慣性とが最小化されることが可能だということであり、このことが電力消費と振動との低減に役立つ。４０ＭＨｚ以上で撮像される被写体１０８内の小さい構造が迅速な移動に関連している場合が多い。したがって、こうした設計は、６０フレーム／秒に相当する３０Ｈｚ以上の動作速度を可能にする。
【００４７】
可とう性シール１９（図４を参照されたい）は、その可とう性シール１９の反対側の要素から空洞１５内の流体を隔離する。可とう性シール１９は、その可とう性シール１９がピボット管６に取り付けられることが可能な箇所をピボット軸受４が跨ぐことを可能にするために、片寄りクランプ１４０を使用することによってロータアセンブリ５のピボット点１５４の付近に配置されることが可能であり、このことが可とう性シール１９上の応力を最小化するのを促進する。可とう性シール１９の取り付けは、可とう性シール１９内の穴とピボット管６との間の単純な摩擦ばめによって実現されることが可能である。可とう性シール１９は、高い疲労寿命を有するポリウレタンエラストマーで作られることが可能である。
【００４８】
音響流体中に沈められているピボット管６の一部分と、全体的に沈められていることが可能なトランスデューサ８とが、中性浮力があるように設計されることが可能である。動作中は、中性浮力が、そうでない場合にトランスデューサ８とピボット管６との動きの結果として生じる可能性がある振動を打ち消すのを促進することが可能である。実際に、本発明の別の実施形態では、ピボット点１５４の両側の振動機構全体が中性浮力を有するように調整されることが可能であり、および、音響流体内に完全に沈められている形で動作する。このことが、そうでない場合にオペレータと被写体１０８とに伝達されることなる振動の概ねすべてを取り除くのに役立つ。
【００４９】
さらに、ノーズピース２０は、オペレータによる容易な取り外しと交換とが可能である。ノーズピース２０の容易化された取り外しと交換とが、壊れた音響窓１２５または汚染した音響空洞の交換を容易にする。ノーズピース２０が取り付けられる時に最初に音響流体を空洞１５に充填するために、および、使用によって音響流体中に気泡が生じる場合にその気泡を追加の流体と入れ替えるために、充填口がノーズピース２０の側に設けられることが可能である。単純なバヨネット型のねじりロックが、ノーズピース２０をスキャンヘッド１０６の本体に固定するために使用されることが可能である。特定の用途においてそうであるように、ノーズピース２０が無菌でなければならない場合には、ノーズピース２０が使い捨てであることが可能である。こうした交換可能なノーズピース２０の不可欠な部品が、射出成形プラスチック部品であることが可能な、ノーズピースの基部にヒートシールされているかまたは他の形で取り付けられている、薄いプラスチックで作られた無菌のドレープ（ｄｒａｐｅ）またはシース（ｓｈｅａｔｈ）であることが可能である。スキャンヘッド１０６は、さらに、必要に応じて音響窓１２５が取り外された形で作動させられることが可能である。
【００５０】
図８を参照すると、スキャンヘッド１０６は、必要に応じて、適切な可とう性シール１９によってアーム６の往復移動を可能にするように設計されることが可能である。可とう性シール１９は、必要に応じて、アコーディオン設計であることも可能である。
【００５１】
スキャンヘッド１０６の別の実施形態が図９と図１０に示されている。参照番号２０６を使用して示されているスキャンヘッドのこの実施形態は、上述の説明から理解される上述の実施形態の構成要素に機能において類似している多くの構成要素を有する。スキャンヘッド２０６は、スキャンヘッド２０６の構成要素のすべてを支持することが可能なシャーシ２１５を含む。回路基板２２４がスキャンヘッド２０６の中に一体化されている。シャーシ２１５は、歪み解放クランプ基部２２５ａと、歪み解放クランプ２２５ｂと、シャーシ２１５の近位端部においてケーブルアセンブリ２２６ｂを確実に保持するための歪み解放２２６ａとを支持する。ケーブルアセンブリ２２６ｂは回路基板２２４上の電気コネクタ２２９ａ、２２９ｂに接続する。回路基板２２４は、モータ制御要素と位置監視回路とを含み、および、超音波システム１３１内のトランスデューサと処理要素との間でＲＦ信号を通信する（図１Ｂを参照されたい）。
【００５２】
シャーシ２１５はピボットフレーム２０８を支持し、一方、このピボットフレーム２０８は、シャーシ２１５の遠位端部において電機子２４０（図１１）に取り付けられているヨーク２１２を支持する。電機子２４０は、図１１を参照してさらに詳細に後述される。
【００５３】
バヨネット型のロックプレート２０５ａが、ピボットフレーム２０８に装着されているノーズ２０５の上の固定具と連結する。ロックプレート２０５ａは着脱自在なノーズピース２０１ａに取り付けられている。ノーズピース２０１ａは、その一方の端部に取り付けられている膜２０１ｂを含む音響窓を有する。ノーズピース２０１ａは結合流体空洞２０１ｃを取り囲む。ノーズピース２０１ａとロックプレート２０５ａとを含むアセンブリが、バヨネット型のロックシステムを介してスキャンヘッド２０６上に取り付けられている。
【００５４】
結合流体空洞２０１ｃはトランスデューサ２０２ａを取り囲み、および、トランスデューサ２０２ａは支持アーム２０３に取り付けられている。トランスデューサ２０２ａはトランスデューサ同軸ケーブル２０２ｂに接続されており、トランスデューサ同軸ケーブル２０２ｂの反対側の端部は回路基板２２４に接続されている。ノーズピース２０１ａは、結合流体で結合流体空洞２０１ｃを満たすための充填口を含む。充填口は充填口ねじ２０４で密封されている。成形ゴムシール２０７が支持アーム２０３上に取り付けられており、および、流体空洞２０１ｃとピボットフレーム２０８との間に配置されている。
【００５５】
軸受予荷重ねじ２０９と、精密ラジアルボールベアリング２０８ａと、固定用ねじ２１０ａとを含む軸受アセンブリが、小さい半径方向の抗力と実質的にゼロの半径方向または軸方向の遊びとを伴って、電機子アセンブリ２４０をピボットフレーム２０８に固定する。支持アーム２０３を跨いでおりかつロータ接着ピン２１４によってロータ２１８に固定されているヨーク２１２が備えられている。
【００５６】
図１２に示されているスキャンヘッド２０６の部分アセンブリ２５０が、背部裏当て鉄板２１６ａと、１対の裏当て鉄柱２２７ａ、２２７ｂと、背部界磁石２１７ａとを含む。磁石ワイヤコイル２１８ｂが、トルクモータの電機子を形成するためにロータ２１８の周りに巻き付けられている。光学エンコーダコードトラック２１９が、トルクモータの動きに対してすべての箇所で接線方向にあるようにロータ２１８の一方の端部に取り付けられている。光学エンコーダ読み取りヘッド２２０が、図１２に示されているように、エンコーダ調整スライド２２３ａに固定されている。エンコーダ調整スライド２２３ａがスライドして、電機子２４０に固定されているエンコーダコードトラック２１９に対して相対的に光学読み取りヘッド２２０を調整することが可能であるように、エンコーダ調整スライド２２３ａはシャーシ２１５に嵌合させられている。この動きは高精度でかつ制御されており、および、エンコーダ読み取りヘッド２２０が、そのエンコーダ読み取りヘッド２２０において最大の信号強度が得られるように最適の位置にある時に、読み取りヘッド調整スライド２２３ａが読み取りヘッド止めねじ２２３ｃによって所定の位置にロックされる。光学エンコーダが集束させられているので、この光学エンコーダは反射性のエンコーダコードトラック２１９から既知の距離に位置合わせされることが可能である。この距離は最大のエンコーダ信号に対応する。読み取りヘッド調整ねじ２２３ｂに連結されているコイルばね２２３ｄがバックラッシュの防止に役立つ。エンコーダコードトラック２１９と組み合わされている光学読み取りヘッド２２０が、１μｍの精度で電機子２４０の位置が記録されることを可能にする。シャーシ２１５に対する電機子２４０の絶対位置を求めるために、および、電機子２４０の行程超過を防止するために、１対の光学リミットスイッチ２２１ａが回路基板２２４上に備えられている。ロータ２１８に取り付けられている反射性表面２２１ｂが光学リミットスイッチ２２１ａから信号を反射する。
【００５７】
図９と図１０とに示されているように、シャーシ２１５は迅速解除強固取付ジャック（ｑｕｉｃｋ  ｒｅｌｅａｓｅ  ｈａｒｄ  ｍｏｕｎｔ  ｊａｃｋ）２２２ａを含む。この機構は迅速解除アセンブリの一部分であり、この迅速解除アセンブリについては、図１３と図１４を参照してさらに詳細に後述する。
【００５８】
ケース頂部２３３と、ケース底部２３４と、ケースガスケット２２８とを含むケースが、スキャンヘッド２０６の内部構成要素の周囲の流体密シールを実現する。ケース頂部２３３とケース底部２３４とケースガスケット２２８は、ＲＦ遮蔽を改善するために導電性被覆物２５１で被覆されている。
【００５９】
図１１を参照すると、電機子２４０と、支持アーム２０３と、トランスデューサ２０２ａと、成形シール２０７とが、より詳細に示されている。電機子２４０は精密機械加工された構成要素から作られることが可能であり、このことが、上述の実施形態で使用される複合構造に比較して、量産性を向上させ、コストを低減させ、性能を改善する。支持アーム２０３は着脱可能であり、および、支持アーム取付台２１３と２つの段付きボルト２３１ａ、２３１ｂとによって取り付けられることが可能であり、これらの段付きボルト２３１ａ、２３１ｂはヨーク２１２とロータ２１８との中の精密穴の中に配置されている。したがって、破損したトランスデューサ２０２ａおよび／または成形シール２０７は、電機子２４０全体を交換することなしに交換されることが可能であるということが理解されるだろう。
【００６０】
エンコーダコードトラック２１９は、ばね鋼基体から作られている。エンコーダコードトラック２１９は、そのエンコーダコードトラック２１９を事前に折り曲げることを避ける技術を使用して取り付けられることが可能である。この事前折り曲げはエンコーダコードトラック２１９に損傷を与える可能性がある。２つのエンコーダコードトラック保持器２３０ａがその各端部においてエンコーダコードトラック２１９を保持し、ばね鋼がロータ２１８の正確な湾曲を描くように強制する。エンコーダコードトラック保持器２３０ａは、ねじ２３０ｂを使用して所定の位置に固定されている。この代わりに、軽量の糸がねじ２３０ｂの周りに結びつけられて、例えば接着剤を使用してエンコーダコードトラック２１９の端部に接着されてもよい。
【００６１】
この実施形態のスキャンヘッド２０６は、２２度以上のスイープ角度を与える。このスイープ角度は、ホールセンサ１３と２つのホールセンサ磁石２６、２６ａとリミットスイッチ２２１ａとによって画定されるトランスデューサ２０２ａの動きを意味する。着脱自在な支持アーム２０３によるスイープ角度の増大に加えて、製造中、または、現場での点検修理中といった製造後に、異なる撮像要件に適応するように支持アーム２０３の長さが変更されてもよい。支持アーム２０３は、トランスデューサ２０２ａがエンコーダコードトラック２１９よりもピボット点１５４から約２０％より遠く離れているような長さであることが可能である（図９を参照されたい）。この構成が、トランスデューサ２０２ａにおいて測定される１５ｍｍを越えるスキャン幅を実現する。
【００６２】
この実施形態におけるスキャンヘッド２０６は剛体のシャーシ２１５上にアセンブリされている。このスキャンヘッド２０６は、ケース２３３、２３４なしで所定の位置で試験が行われることが可能であるように、シャーシ２１５上で機能性を完全なものにするようにアセンブリされることが可能である。したがって、シャーシ２１５の設計は、ワイヤ配線と歪み解放との確認、電気的な検査、光学エンコーダ読み取りヘッド２２０の調整、および、リミットスイッチ２２１ａの機能検査を可能にする。
【００６３】
図１３と図１４を参照すると、迅速解除強固取付がより詳細に示されている。この迅速解除機構は、スキャンヘッド２０６を迅速に着脱するために、ばね式バヨネット止め具を使用する。迅速解除強固取付プラグ２２２ｂが、迅速解除強固取付ジャック２２２ａの近位にある端部に位置決めピン２２２ｃを含む。強固取付プラグ２２２ｂは、位置決めピン２２２ｃに隣接した迅速着脱式の上部機能２２２ｄと、位置決めピン２２２ｃに隣接したコイルばね２２２ｆとを含む。位置決めピン２２２ｃは、スキャンヘッド１０６が正確な９０度の増分で取り付けられ、および、再取り付けられることを可能にする。図１４に示されているように、保持リング２２２ｅが、強固取付ジャック２２２ａに取り付けられている時に、強固取付プラグ２２２ｂに押し当たる。
【００６４】
図１５を参照すると、ノーズ２０５がより詳細に示されている。このノーズ２０５はガスケット突起２０６ｂを含み、このガスケット突起２０６ｂは、ノーズ２０５とピボットフレーム２０８との間で成形シール２０７（図１１）を締め付ける時に、その成形シール２０７に対する損傷を防止する。シール２０７は、柔軟な可とう性のエラストマーで作られることが可能である。この成形形状は中央に位置した休止位置を与え、および、動作中におけるシール２０７の引張りモードの変形を排除する。これとは対照的に、平らなシールは動作中に曲げと引っ張りの両方を受け、その結果としてモータ上に２つの異なった荷重を生じさせるが、これは補正が困難である。成形シール２０７は、自動車のギアシフト上のシフターブーツ（ｓｈｉｆｔｅｒ  ｂｏｏｔ）のように設計されることが可能である。この成形シール２０７は曲げ変形だけしか受けず、このことはモータ上のより小さくかつより均一な荷重を結果的に生じさせる。
【００６５】
スキャンヘッド２０６は、モータ制御機能と位置監視機能とＲＦ信号送受信とを統合する一体型の回路基板２２４を含む。これに加えて、回路基板２２４は光学リミットスイッチ２２１ａを収容する。回路基板２２４は予め作られて試験されることが可能である。この回路基板２２４は、ピボット点のほぼ上方に接続点を配置することによって、トランスデューサ同軸ケーブル２０２ｂとモータワイヤ２３２との配線がモータ上で最小限の抗力で行われることを可能にする。
【００６６】
ケース２３３、２３４は無荷重軸受であることが可能であり、スキャンヘッド２０６の純粋に保護的な部品であることが可能である。このケースはスキャンヘッド２０６の内部構成要素を防水処理して、これらの内部構成要素が汚染しないように保つのに役立つ。ケース２３３、２３４は、ねじによってシャーシ２１５に固定されることが可能である。この代わりに、そのケースの２つの半分部分２３３、２３４は、スキャンヘッド２０６を改ざん防止性および耐水性にするために、互いに接着させられるか、または、他の形で互いに付着させられてよい。
【００６７】
ノーズピース２０１ａは使い捨ての音響窓を含んでもよい。図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８、図１９Ａ、図１９Ｂ、図２０、図２１、図２２、および図２３を参照すると、ノーズピース３２０と音響窓３３０の構造が示されている。音響窓３３０は、上述の音響窓１２５に類似している。ノーズピース３２０は、流体を受け入れるための充填口３２２を含む。ノーズピース３２０は、取り付けられている時に音響窓３３０に近接している端部に肩部３２４を有する。凹み３２６とリップ（ｌｉｐ）３２８とが、音響窓３３０とのスナップ嵌めを形成するように、肩部３２４に隣接して配置されている。
【００６８】
図１７Ｂは、採用随意の囲い板３４０が取り付けられているノーズピース３２０を示す。この囲い板３４０は、液体または生物学的材料による汚染からノーズピース３２０とスキャンヘッド２０６とを保護するために、音響窓３３０に取り付けられている。
【００６９】
図２１に示されているように、音響窓３３０は、ノーズピース３２０内のリップ３２８と相補形の形状を有する溝３３２を含む。
【００７０】
音響窓３３０は、様々な要求の厳しい環境において高周波数高分解能超音波プローブを封入するという特定の課題を克服するように設計されることが可能である。音響窓３３０は、音響性能を過度に損なうことなしに、トランスデューサを保護しかつ無菌環境内で撮像を可能にするための安価な手段を提供する。音響窓３３０は、流体密の機械的スナップオン取付構造を含む成形プラスチックフレームから構成されることが可能である。この音響窓３３０は、永久機械加工ノーズピースの上に「スナップ嵌合」してプローブの流体充填封入ノーズを形成する、成形された使い捨て要素であることが可能である。音響窓をノーズピースに着脱するためには道具は不要である。例えば、音響窓の形状が、単純な転がり運動を使用するトランスデューサのノーズピースに対する取付けを可能にする。音響窓は、覆われるべきノーズピースに応じて任意の形状であることが可能である。超音波透過性材料の薄膜が、フレーム３５０の前面に取り付けられることが可能な膜３５２を形成する。フレーム３５０と膜３５２とが音響窓３３０を構成する。
【００７１】
音響窓の膜を形成する材料の特性と厚さが、封入されるべき特定のプローブの特性に適合するように選択される。例えば本明細書に参考として内容全体が組み入れられている米国特許第５，４７９，９２７号、同第５，９８３，１２３号、および、同第６，５７４，４９９号に開示されている超音波透過性材料のような超音波透過性材料が、音響窓３３０の膜３５２を形成するために使用されることが可能である。一側面では、この超音波透過性材料はポリエステル、ポリカーボネート、アクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）、熱可塑性エラストマー、または、シリコーンエラストマーであることが可能である。超音波透過性材料の例は、非限定的に、Ｅ．Ｉ．Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ  Ｄｅｌ．から入手可能なＳｕｒｌｙｎTM（登録商標）８９４０およびＫａｐｔｏｎTM（登録商標）のようなＳｕｒｌｙｎTM（登録商標）イオノマーと、Ｍｉｔｓｕｉ  ＆  Ｃｏ．，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎから入手可能なＴＰＸTM（登録商標）ＭＸ−００２、ＴＰＸTM（登録商標）９５、および、ＭＸ−００４のようなポリメチルペンテンと、ＴｅｆｌｏｎTM（登録商標）、ＭｙｌａｒTM（登録商標）、低密度ポリエチレンのようなポリエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、および、様々なポリウレタンのフィルムとを含む。一実施形態では、超音波透過性材料は特定の厚さに押出成形され、および、流体密のシールを形成するために音響窓３３０のフレーム３５０に熱溶接されることが可能である。膜３５２の厚さは、選択される超音波透過性材料に応じて様々だろう。一側面では、膜３５２は２５μｍ以下の厚さを有する。別の実施形態では、膜３５２の厚さは１μｍから２５μｍの範囲内であることが可能である。膜３５２をフレーム３５０に封着するために使用される方法は、選択される超音波透過性材料に応じて様々だろう。膜３５２をフレーム３５０に封着する方法の例は、非限定的に、接着剤、溶接技術（例えば、ＲＦ溶接、超音波溶接、および、熱溶接）、および、メカニカルシールを含む。
【００７２】
図２０と図２１を参照すると、スナップ構造がフレーム３５０内の溝３３２を含む。音響窓３３０が取り付けられるノーズピース３２０はリップ３２８を含む。このリップ３２８は、フレーム３３０内の溝３３２に対してわずかにオーバーサイズでありかつネガティブであることが可能である。音響窓３３０は、リップ３２８と溝３３２との間に形成されるシールによって、完全に所定位置にある時に押し込み式の嵌合が得られるように、ノーズピース３２０上に押し付けられることが可能である。この嵌合は、さらに、溝３３２とリップ３２８との締まり嵌めタイプの嵌合によって流体密である。音響窓３３０をノーズピース３２０上に嵌合する前に、ノーズピースに結合流体が部分充填されることが可能である。結合流体の例は、非限定的に、水、エチレングリコール、トリエチレングリコール、軽パラフィン油、および、様々なグリコール水溶液を含む。音響窓３３０を嵌合した後に、気泡が取り除かれて、ノーズピース／音響窓アセンブリが、ノーズピース３２０の側に配置されている充填口３２２を経由して結合流体で完全に満たされることが可能である。
【００７３】
周囲環境からのプローブの完全な隔離を必要とする環境の場合には、音響窓３３０のシース付きの変型が、プローブ全体にわたってケーブルにまで達する形で嵌合するように設計されることが可能なポリエチレンフィルムのヒートシールされたシース３４０を含む。このシースは、使い捨ての音響窓３３０の一部分として形成されることが可能であり、したがって、殺菌が必要な時には窓全体とシースとが取り外されて廃棄されることが可能である。
【００７４】
代案の実施形態では、高周波数高フレームレート超音波撮像システムは、被写体の中に挿入されたシリンジ、カテーテル、または、他の侵襲的な要素を撮像するために使用されてもよい。図２４は表示装置１１６上の画像３６０を示すスクリーンショットである。この画像は胎児３６８を含む。胎児３６８は頭部３６６と子宮３６２とを含む。超音波システム１３１は、針３６４が胎児３６８の子宮３６２の中に入る時にその針３６４を視覚化して案内するために使用されることが可能である。
【００７５】
図２５は、高周波数高フレームレート超音波撮像システムの一側面の動作を示す流れ図４００である。この流れ図のブロックが、図に示されている順序で、または、図に示されている順序とは異なる順序で、または、同時に実行されてよい。ブロック４０２では、トランスデューサ８は、少なくとも２０ＭＨｚの周波数の超音波エネルギーを生じさせる。
【００７６】
ブロック４０４では、超音波エネルギーは送信サブシステム１１８によって被写体１１４の中に送信される（図１）。ブロック４０６では、受信サブシステム１２０が、戻された超音波エコーパルス１０４を受信し、および、プロセッサ１３４とスキャンコンバータ１２９とによる処理のために制御サブシステム１２７にその受信された超音波を通信する。
【００７７】
ブロック４０８では、表示装置１１６上の画像を生成するために、受信された超音波が、ソフトウェア１２３の命令の下でプロセッサ１３４とスキャンコンバータ１２９とによって処理される。この画像は少なくとも１５フレーム／秒（ｆｐｓ）のフレームレートを有する。
【００７８】
高周波数高フレームレート超音波撮像システムを幾つかの特定の具体的な実施形態に関して説明してきたが、本明細書に添付されている特許請求項に概説されている高周波数高フレームレート超音波撮像システムの範囲から逸脱することなしに、これらの実施形態の様々な変更が当業者に明らかだろう。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１Ａ】スキャンヘッドシステムの一実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａの超音波撮像システムを示すブロック図である。
【図２】図１のシステムのスキャンヘッドの斜視図である。
【図３Ａ】図２のスキャンヘッドの側面図である。
【図３Ｂ】図２のスキャンヘッドの平面図である。
【図４】図３ＢのスキャンヘッドのＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３Ａ、図３Ｂ、図４のスキャンヘッドを示す詳細な略図である。
【図６】図４のスキャンヘッドのさらなる詳細を示す図である。
【図７】図３Ａのスキャンヘッドのさらなる詳細を示す図である。
【図８】ピボット管６の代替動作を示す図である。
【図９】図１Ａのシステムのスキャンヘッドの別の実施形態を示す図である。
【図１０】図９のスキャンヘッドの縦断面図である。
【図１１】図９のスキャンヘッド内の電機子の斜視図である。
【図１２】図９のスキャンヘッドの一部分の斜視図である。
【図１３】図９のスキャンヘッドの解除アセンブリの分解図である。
【図１４】図１３の迅速解除アセンブリの組立図である。
【図１５】図９のスキャンヘッドのシールの斜視図である。
【図１６】試験構成における図９のスキャンヘッドの斜視図である。
【図１７Ａ】図９のスキャンヘッドのノーズピースの斜視図である。
【図１７Ｂ】採用随意の囲い板を伴って示されている図１７のノーズピースの斜視図である。
【図１８】四散された位置における図１７のノーズピースの別の図である。
【図１９Ａ】図１７の側面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａの詳細図である。
【図２０】図１７の断面図である。
【図２１】図１７の一部切取図である。
【図２２】図１７のノーズピースの端面図である。
【図２３】図１７の音響窓の端面図である。
【図２４】表示装置上の画像を示すスクリーンショットを示す図である。
【図２５】高周波数高フレームレート超音波撮像システムの一側面の動作を示す流れ図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【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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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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