(57)【要約】  マトリクスアレイトランスデューサプローブは、各素子について調節可能な遅延に結合されるトランスデューサ素子の二次元アレイを持つ。制御可能なスイッチマトリクスが、複数の異なって遅延された素子信号を結合してパッチ信号を形成し、このように複数のパッチ信号を生成する。スイッチマトリクスはビーム形成を完了するシステムビームフォーマのチャネルの数を考慮してパッチ構成を決定し、素子遅延は各パッチにおいて使用される素子の構成を考慮して設定される。パッチ信号形成は、配線接続信号結合器を含む段階を含む二段階でなされ得る。マトリクスアレイプローブは異なるサイズのシステムビームフォーマで、又は特定ビームフォーマ構成のために構成される異なるプローブにおいて使用される同じトランスデューサスタックで動作され得る。
2015521882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波マトリクスアレイプローブであって、
トランスデューサ素子のマトリクスアレイと、
前記マトリクスアレイのトランスデューサ素子に結合されるマイクロビームフォーマであって、
異なって遅延されたトランスデューサ信号を生成するために前記マトリクスアレイの素子に結合される複数の制御可能な遅延と、
異なって遅延されたトランスデューサ信号を結合して複数のパッチ信号を形成するために結合される複数の制御可能なスイッチとを有し、
最大数のパッチ信号を生成し得る、マイクロビームフォーマと、
前記制御可能な遅延と制御可能なスイッチを制御するために結合されるマイクロビームフォーマコントローラと、
超音波システムのシステムビームフォーマへ前記マトリクスアレイプローブを接続するプローブコネクタであって、前記システムビームフォーマは所定数のビームフォーマチャネルを持つ、プローブコネクタと、
前記複数のパッチ信号を前記システムビームフォーマへ結合する、前記マイクロビームフォーマと前記プローブコネクタに結合されるプローブケーブルと
を有し、
前記マイクロビームフォーマコントローラが、前記所定数のシステムビームフォーマチャネルが前記最大数に等しいか若しくはそれを超えるときに前記最大数のパッチ信号を生成し、前記所定数のシステムビームフォーマチャネルが前記最大数未満であるときに前記最大数未満の数のパッチ信号を生成するように、前記遅延とスイッチを制御する、
超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項２】
前記マイクロビームフォーマコントローラが、前記マイクロビームフォーマによって生成されるパッチ信号の数を識別する信号を前記プローブケーブルを用いて受信するためにさらに結合される、請求項１に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項３】
前記パッチ信号の数を識別する信号が前記システムビームフォーマチャネルの数を識別する、請求項２に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項４】
前記システムビームフォーマチャネルの数を識別する信号がシステムビームフォーマコントローラによって生成され、前記プローブコネクタと前記プローブケーブルを用いて前記マイクロビームフォーマコントローラへ結合される、請求項３に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項５】
前記超音波マトリクスアレイプローブについての情報を記憶する記憶装置をさらに有し、
前記プローブコネクタが前記マトリクスアレイプローブをシステムビームフォーマに接続するときに前記超音波マトリクスアレイプローブについての情報が前記超音波システムへ結合される、
請求項１に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項６】
前記プローブケーブルが、前記マイクロビームフォーマコントローラの制御下で前記マイクロビームフォーマによって生成されるパッチ信号の数に等しい複数のパッチ信号導体をさらに有する、請求項１に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項７】
前記マイクロビームフォーマによって生成され得る前記最大数のパッチ信号が１２８である、請求項１に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項８】
前記所定数のシステムビームフォーマチャネルが４８以下である、請求項７に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項９】
超音波マトリクスアレイプローブであって、
トランスデューサ素子のマトリクスアレイと、
前記マトリクスアレイのトランスデューサ素子に結合されるマイクロビームフォーマであって、
異なって遅延されたトランスデューサ信号を生成するために前記マトリクスアレイの素子に結合される複数の制御可能な遅延と、
異なって遅延されたトランスデューサ信号を結合して所定数のパッチ信号を形成するために結合される複数の制御可能なスイッチと、
前記所定数のパッチ信号を受信して、固定された、それより少ない数のパッチ出力信号を生成するように前記パッチ信号を結合するために結合される信号結合器と
を有するマイクロビームフォーマと、
前記制御可能な遅延と制御可能なスイッチを制御するために結合されるマイクロビームフォーマコントローラと、
前記マトリクスアレイプローブを超音波システムのシステムビームフォーマに接続するプローブコネクタであって、前記システムビームフォーマは前記固定された、それより少ない数に等しい数のビームフォーマチャネルを持つ、プローブコネクタと、
前記パッチ出力信号を前記システムビームフォーマへ結合する、前記マイクロビームフォーマと前記プローブコネクタに結合されるプローブケーブルと
を有する、超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項１０】
前記超音波マトリクスアレイプローブについての情報を記憶する記憶装置をさらに有し、
前記プローブコネクタが前記マトリクスアレイプローブをシステムビームフォーマに接続するときに前記超音波マトリクスアレイプローブについての情報が前記超音波システムへ結合される、
請求項９に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項１１】
前記プローブケーブルが前記マイクロビームフォーマによって生成される前記固定された数のパッチ出力信号に等しい複数のパッチ信号導体をさらに有する、請求項９に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項１２】
前記マイクロビームフォーマによって生成され得る所定数のパッチ信号が１２８であり、
前記システムビームフォーマチャネルの数が４８以下である、
請求項９に記載の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項１３】
請求項９に記載の複数の超音波マトリクスアレイプローブであって、
請求項９に記載の超音波マトリクスアレイプローブと、
第２の超音波マトリクスアレイプローブであって、
請求項９に記載のマトリクスアレイプローブのものと同じトランスデューサ素子のマトリクスアレイと、
前記信号結合器が所定数のパッチ信号を受信し、第２の固定された、それより少ない数のパッチ出力信号を生成するように前記パッチ信号を結合するために結合される信号結合器を有する点を除き、請求項９に記載のマトリクスアレイプローブのものと同じである、マイクロビームフォーマと、
請求項９に記載のマトリクスアレイプローブのものと同じであるマイクロビームフォーマコントローラと、
前記マトリクスアレイプローブを第２の超音波システムのシステムビームフォーマへ接続するプローブコネクタであって、前記第２の超音波システムのシステムビームフォーマが前記第２の固定された、それより少ない数に等しい数のビームフォーマチャネルを持つ、プローブコネクタと、
前記パッチ出力信号を前記第２の超音波システムのシステムビームフォーマへ結合する、前記マイクロビームフォーマと前記プローブコネクタに結合されるプローブケーブルとを有する、
第２の超音波マトリクスアレイプローブと
を有する、請求項９に記載の複数の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項１４】
前記第２の超音波マトリクスアレイプローブのプローブコネクタが前記第１の超音波マトリクスアレイプローブのプローブコネクタと異なる、請求項１３に記載の複数の超音波マトリクスアレイプローブ。
【請求項１５】
前記第１の超音波マトリクスアレイプローブのプローブケーブルが複数のパッチ信号導体を持ち、
前記第２の超音波マトリクスアレイプローブのプローブケーブルが、前記第１の超音波マトリクスアレイプローブのパッチ信号導体の数と異なる数のパッチ信号導体を持つ、
請求項１３に記載の複数の超音波マトリクスアレイプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医用超音波診断システムに、特に異なる超音波システムビームフォーマで動作可能なマトリクスアレイトランスデューサプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波アレイトランスデューサは、二次元（２Ｄ）画像面を画像化するために単一行のトランスデューサ素子、一次元（１Ｄ）アレイとして、若しくは三次元領域を画像化するためにトランスデューサ素子の二次元（２Ｄ）アレイとして、構成され得る。２Ｄアレイは方位角及び仰角方向の両方に広がる素子を有し、これらは任意の方位角若しくは仰角方向にビームのフォーカシング及びステアリングの両方を行うために完全に独立して操作されることができる。こうしたアレイは平面若しくは曲面配向のいずれかで構成されることができる。本発明は２Ｄ画像面及び三次元ボリューム関心領域の両方をスキャンするために方位角及び仰角の両方でステアリング及びフォーカシングすることができる２Ｄアレイトランスデューサに向けられる。
【０００３】
多数の素子を持つ二次元アレイトランスデューサは、また１Ｄアレイでさえも、その多数のトランスデューサ素子のために問題を引き起こす。これら素子の各々は送受信について個別に制御されなければならないので、別々の信号線が各素子に設けられなければならない。１Ｄアレイは１００‐２００素子の行を有することがあり、１００‐２００の信号線を要し、これは比較的小型で軽量のプローブケーブルに収容され得るが、比較的少ないチャネルのシステムビームフォーマで動作する必要があり得る。２Ｄアレイは一方の次元に１００‐２００行の素子、他方の次元に１００‐２００列の素子、合計何千もの個別の素子を持ち得る。何千もの信号線のケーブルは超音波検査士によって操作されなければならない手持ち式のプローブにとって実用的ではない。本発明の実施例はこうした問題を、パッチと呼ばれる素子のグループの部分ビーム形成を実行する２Ｄアレイに取り付けられるマイクロビームフォーマ集積回路の使用によって克服する。各パッチの素子から個別に遅延され加算される信号は標準サイズのケーブルを介して超音波システムビームフォーマへ伝導され、そこで各パッチからの加算信号がシステムビームフォーマのチャネルに印加され、これがビーム形成動作を完了する。この、プローブ内のマイクロビームフォーマとシステムビームフォーマのチャネル間での完全なビーム形成動作の分割は、例えば米国特許５，２２９，９３３（Ｌａｒｓｏｎ，ＩＩＩ）、米国特許５，９９７，４７９（Ｓａｖｏｒｄら）、米国特許６，０１３，０３２（Ｓａｖｏｒｄ）及び米国特許６，１２６，６０２（Ｓａｖｏｒｄら）に例示され、プローブと超音波システム間に比較的少ない数の信号線を持つケーブルの使用を可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波プローブは一般に対応するシステムビームフォーマ構成で動作する所定構成で設計される。例えば６４素子１Ｄアレイプローブは６４チャネルシステムビームフォーマで動作し、１２８素子アレイプローブは１２８チャネルシステムビームフォーマで動作する。異なるシステムビームフォーマで動作することができる可変構成を持つプローブを持つことが望ましい。可変２Ｄアレイプローブを作る一つの方法は、米国特許７，５１７，３１７（Ｌａｚｅｎｂｙら）に示される。この特許において２Ｄアレイの素子は、複数の素子からの信号が単一の出力に結合されるようにスイッチによって選択的に一緒に接続され得る素子のブロックに分けられる。多数の素子は少数のビームフォーマチャネルに対する少数の出力上で一緒に接続され、少数の素子は多数のビームフォーマチャネルに対する多数の出力上で一緒に接続される。しかしながらアレイのピッチは一緒に接続される素子の数に影響され、これは相互接続された素子の隣接グループの中心間距離である。ピッチが増加するとビームサイドローブが増加し、これはクラッタを増加し結果として得られる画像の鮮明さと解像度を減少させる。ビームがステアリングされフォーカシングされ得る程度も制限される。従ってこうした悪影響のない異なるシステムビームフォーマでの動作のための２Ｄマトリクスアレイを構成することができることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の原理によれば、超音波マトリクスアレイトランスデューサプローブは、プローブが動作するシステムビームフォーマに対応して変更されるトランスデューサ素子の可変パッチからの信号を処理するように、マイクロビームフォーマで操作される。各素子からの信号は選択的に遅延され、同じパッチにおいて使用される素子からの信号はパッチに対する共通時間若しくは位相基準に関連して異なって遅延される。異なって遅延された信号はマイクロビーム形成されたパッチ信号を生じるように結合される。このように形成されるパッチ信号の数も、ビーム形成プロセスを完了するために使用されるシステムビームフォーマのチャネルの数に対応するように選択的に制御される。本発明の実施例は、同じマトリクスアレイスタックがそのマイクロビームフォーマとともに、異なる超音波システムで、若しくはシステムにとって最も費用効果的なプローブケーブルで使用されることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の２Ｄ曲面アレイトランスデューサとマイクロビームフォーマプローブをブロック図形式で図示する。
【図２】部分ビームサムマイクロビームフォーマの概念を図示するブロック図である。
【図３】本発明の原理に従って構成されるマイクロビームフォーママトリクスアレイプローブと超音波システムを図示する。
【図４】本発明の原理にかかるシステムビームフォーマチャネルへ様々なサイズの２Ｄアレイのマイクロビーム形成されたパッチを結合するためのクロスポイントスイッチマトリクスを図示する。
【図５】４８導体ケーブル若しくは４８チャネルシステムビームフォーマとの使用のための異なるサイズのパッチを持つ２Ｄマトリクスアレイトランスデューサを図示する。
【図６】１２導体ケーブル若しくは１２チャネルシステムビームフォーマとの使用のための異なるサイズのパッチを持つ２Ｄマトリクスアレイトランスデューサを図示する。
【図７】８導体ケーブル若しくは８チャネルシステムビームフォーマとの使用のための均一なサイズのパッチを持つ２Ｄマトリクスアレイトランスデューサを図示する。
【図８】所定数のケーブル導体若しくはシステムビームフォーマチャネルのために配線接続される本発明の原理に従って構成されるマイクロビームフォーママトリクスアレイプローブと超音波システムの第２の実施例を図示する。
【図９ａ】８個の均一なサイズのパッチの第１のアパーチャを持つ２Ｄマトリクスアレイトランスデューサを図示する。
【図９ｂ】アレイ上の異なる位置への図９ａのアパーチャの平行移動後の図９ａの２Ｄマトリクスアレイトランスデューサを図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
最初に図１を参照すると、本発明の原理に従って構成される超音波システムがブロック図形式で示される。プローブ１０はこの実施例では米国特許７，９２７，２８０（Ｄａｖｉｄｓｅｎ）に示すような、仰角次元に湾曲した二次元アレイトランスデューサ１２を持つ。アレイの素子は、トランスデューサアレイの後ろでプローブ内に位置するマイクロビームフォーマ１４に結合される。マイクロビームフォーマはアレイの前の三次元画像フィールド内の所望の焦点へ、所望の方向にビームを送信するために、アレイの素子へ時限送信パルスを印加する。送信されたビームからのエコーはアレイ素子によって受信され、マイクロビームフォーマ１４の遅延に結合され、ここでこれらは個別に遅延される。パッチを有するトランスデューサ素子のグループの遅延信号はパッチの部分加算信号を形成するように結合される。本明細書で使用される通り"パッチ"という語は、一緒に操作されるトランスデューサ素子のグループをあらわし、それらの信号を基準に関して個別に遅延させてから、プローブ導体若しくは超音波システムビームフォーマチャネルのための一つの信号を形成するようにマイクロビームフォーマによって結合させる。典型的な実施例において結合はパッチの素子からの遅延信号を共通バスに結合することによってなされ、加算回路若しくは他の複雑な回路の必要性を除去する。各パッチのバスはパッチ信号をシステムメインフレームへ伝導するケーブル１６の導体に結合される。システムメインフレームにおいて、パッチ信号はデジタル化されてシステムビームフォーマ２２のチャネルへ結合され、これは各パッチ信号を適切に遅延させる。そして遅延されたパッチ信号は結合されてコヒーレントなステアリング及びフォーカシングされた受信ビームを形成する。３Ｄ画像フィールドからのビーム信号は信号及び画像プロセッサ２４によって処理されて画像ディスプレイ３０での表示用の２Ｄ若しくは３Ｄ画像を生成する。プローブ選択、ビームステアリング及びフォーカシング、並びに信号及び画像処理などの超音波システムパラメータの制御は、システムの様々なモジュールに結合されるコントローラ２６の制御下でなされる。プローブ１０の場合この制御情報の一部は下記でより完全に述べられる通りケーブル１６のデータ線を介してシステムメインフレームから提供される。ユーザはこれら操作パラメータの多くを制御パネル２０を用いて制御する。
【０００８】
図２は部分加算マイクロビームフォーマの概念を図示する。図２の描画は破線３２と３４によって三つのエリアに区分される。プローブ１０の構成要素は線３２の左に示され、システムメインフレームの構成要素は線３４の右に示され、ケーブル１６は二本の線の間に示される。プローブの二次元マトリクスアレイ１２は隣接トランスデューサ素子のパッチに分割される。アレイ１２のパッチのうち５個が描画に示され、各々は９個の隣接素子を含む。パッチ１２ａ、１２ｃ及び１２ｅに対するマイクロビームフォーマチャネルが描画に示される。パッチ１２ａの９素子はＤＬ１で示されるマイクロビームフォーマの９本の遅延線に結合される。同様にパッチ１２ｃ及び１２ｅの９素子はＤＬ２及びＤＬ３で示される遅延線に結合される。これらの遅延線によって与えられる遅延はアレイのサイズ、素子ピッチ、パッチの間隔及び寸法、ビームステアリングの範囲などといった多数の変数の関数である。遅延線グループＤＬ１、ＤＬ２及びＤＬ３は各々それらの各パッチの素子からの信号をパッチに対する共通時間若しくは位相基準に遅延させる。そして各遅延線グループからの９個の遅延信号は各加算器Σによって結合されて素子のパッチからのアレイの部分加算信号を形成する。各部分加算信号は個別バス１５ａ、１５ｂ及び１５ｃに置かれ、これらの各々はケーブル１６の導体に結合され、これは部分加算信号をシステムメインフレームへ伝導する。システムメインフレームにおいて各部分加算信号はシステムビームフォーマ２２の遅延線２２ａ、２２ｂ、２２ｃに印加される。これらの遅延線は部分加算信号をシステムビームフォーマ加算器２２ｓの出力において共通ビームへフォーカスする。そして完全に形成されたビームはさらなる処理及び表示のために信号及び画像プロセッサへ転送される。図２の実施例は９素子パッチで示されるが、当然のことながら構成されるマイクロビームフォーマシステムは一般に１２、２０、４８若しくは７０素子若しくはそれ以上といった多数の素子を持つパッチを持つ。一つのパッチの素子は互いに隣接するか、間隙を介するか、又は"奇数"素子が１パッチに結合され、"偶数"素子が別のパッチに結合される格子縞模様に混ざり合ってもよい。パッチは正方形、長方形、ひし形、六角形、若しくはいかなる他の所望の形状であってもよい。
【０００９】
図３は本発明の原理に従って構成されるマトリクスアレイプローブ１０及びメインフレーム超音波システム１００を図示する。二次元マトリクスアレイ１２はその個別のトランスデューサ素子をマイクロビームフォーマ１４の制御可能な遅延線ＤＬへ結合させる。プローブ内のマイクロビームフォーマコントローラ４０は一つ以上の線４２を介して制御信号を受信する。マイクロビームフォーマコントローラはトランスデューサ素子信号に対する遅延線ＤＬの遅延を設定する制御信号を線４４を介して印加する。これらの遅延は所望のパッチサイズ及び形状に適している。遅延されたトランスデューサ素子信号は、同じパッチの素子からの信号を一つの出力３４へ向けるスイッチマトリクス３２に結合される。例えば以下図７に示す通り１９２素子の遅延信号を結合して単一のパッチ信号を形成することが望ましい可能性がある。スイッチマトリクス３２のスイッチは所望の１９２素子の遅延信号を共通バスに接続するために閉じられる。スイッチ閉鎖、従ってパッチ構成は、マイクロビームフォーマコントローラ４０によって提供される線４６上のパッチスイッチ制御信号によって制御される。任意の遅延素子信号が任意のパッチにおいて使用されることを可能にする非常にフレキシブルなスイッチマトリクスが図４に示される。図４はプローブマイクロビームフォーマ１４からの遅延信号をケーブル１６の導体とシステムビームフォーマ２２のチャネルに選択的に結合するのに適したクロスポイントスイッチングマトリクスを図示する。２Ｄマトリクスアレイトランスデューサの各素子、素子０、素子１、…素子Ｍなどは、各受信信号に適切な遅延を与えるマイクロビームフォーマ１４の遅延回路１４'に結合される。各遅延素子信号は線１１２、１１４、…１２０によって、１２２、１２４、…１２６及び１３２、１３４、…１３６などの電子スイッチのアームへ伝導される。線上の電子スイッチの一つは、その素子からの信号をシステムチャネル０、システムチャネル１、…システムチャネルＮなどの選択されたシステムビームフォーマチャネルへ結合するために閉じられる。クロスポイントスイッチングマトリクスにおいて所望のスイッチを選択的に閉じることによって、任意の遅延素子信号がバス１０２、１０４、…１１０におかれ、バス上の他の信号と加算されてケーブル導体に印加され、それからビーム形成動作の完了のためにシステムビームフォーマ２２のチャネルに印加されることができる。従ってスイッチマトリクス３２は、ケーブル１６によってシステムビームフォーマ２２に結合される、Ｎパッチ信号出力３２へＭトランスデューサ素子の遅延信号を向けることができる。
【００１０】
長さ１メートル若しくはそれ以上であり得るプローブのケーブル１６は、プローブコネクタ３６で終了する。ケーブルのパッチ信号導体はプローブコネクタ３６のコネクタブロック３８のピンで終了する。プローブコネクタ内には、プローブが接続される超音波システムに対してプローブとその独自の特性を識別するデータ（プローブＩＤ）を含むＥＰＲＯＭ５０がある。ＥＰＲＯＭ５０もコネクタブロック３８のピンに結合される。プローブコネクタ３６が超音波システム１００の嵌め合いコネクタにプラグ接続されると、コネクタブロック３８はシステムの嵌め合いブロック１３８に結合され、それによってパッチ信号がシステムビームフォーマ２２へ接続される。システムビームフォーマコントローラ２８はシステムビームフォーマの動作を制御するためにシステムビームフォーマ２２に結合される。システムビームフォーマコントローラも、プローブを識別するプローブＩＤデータをプローブのＥＰＲＯＭ５０から受信するためにコントローラへ結合され、ビームフォーマ２２が特定プローブでの動作のためにセットアップされることを可能にする。この実施例におけるシステムビームフォーマコントローラはシステムビームフォーマについての情報をマトリクスアレイプローブへ供給するためにプローブケーブルの一つ以上の導体にさらに結合される。このシステム情報は、マイクロビームフォーマコントローラがマトリクスアレイプローブをそれが接続される超音波システムでの動作のためにセットアップすることを可能にするために、４２で示される通りマイクロビームフォーマコントローラ４０に結合される。
【００１１】
図３のマトリクスアレイプローブと超音波システムの動作は次の通りである。プローブコネクタ３６が超音波システム１００にプラグ接続されると、超音波システムからの電力がマトリクスアレイプローブの構成要素に電力供給する。ＥＰＲＯＭはプローブＩＤ情報を超音波システムへ提供し、システムは接続されているプローブのタイプがわかる。一実施例としてシステムビームフォーマ２２が１２８チャネルを持ち、マトリクスアレイプローブ１０が、ケーブル１６内の１２８のパッチ信号導体によってコネクタブロック３８に結合される１２８のパッチ出力３４を持つと仮定する。この実施例におけるマイクロビームフォーマは、そこで１２８の遅延及び加算パッチ信号が生成され得る、最大１２８の出力３４を持つので、これはビーム形成プロセスの完了のためにシステムビームフォーマへ最大１２８の部分加算パッチ信号を提供し得る。この最大数の部分加算パッチ信号は１２８以上のビームフォーマチャネルを持つシステムビームフォーマによって処理され得る。この実施例においてシステムビームフォーマコントローラは、プローブによって提供される１２８の部分加算パッチ信号のための最終ビーム形成を実行するようにシステムビームフォーマをセットアップする。システムビームフォーマコントローラ２８はシステムビームフォーマが１２８チャネルを持つことをケーブル１６及び線４２を用いてプローブに知らせ、マイクロビームフォーマコントローラ４０は１２８の出力３４の全てからの１２８の部分加算パッチ信号をシステムビームフォーマ２２へ提供するようにマイクロビームフォーマ遅延ＤＬ及びスイッチマトリクス３２のスイッチをセットアップすることによって応答する。そしてイメージングは１２８のプローブパッチとパッチ出力信号及び１２８チャネルシステムビーム形成で進行する。
【００１２】
別の実施例として超音波システム１００が４８チャネルシステムビームフォーマを持つと仮定する。マトリクスアレイプローブは今度は、マイクロビームフォーマが提供することができる最大１２８のパッチ出力信号よりも少ないチャネルのこのビームフォーマで動作するように構成されなければならない。マイクロビームフォーマコントローラ４０は、線４２を用いて４８チャネルシステムビームフォーマを知らされ、４８パッチのための部分加算パッチ信号が１２８の出力３４のうち４８で生成されるようにスイッチマトリクス３２のスイッチを設定することによって応答する。残りの出力はパッチ信号のために必要ない。アレイ素子に対する遅延線ＤＬの遅延はマイクロビームフォーマコントローラによって提供される線４４上の遅延制御信号によって設定される。遅延は２Ｄマトリクスアレイの素子がグループ化される４８パッチのものに適している。こうした４８パッチ素子構成の一つが図５に図示され、これは異なるサイズの４８パッチの使用を例示する。小さい方のパッチはアレイトランスデューサの中心に位置し、大きい方のパッチは方位角方向に側面にある。図面の垂直次元が仰角方向である。スイッチマトリクス３２のスイッチは各パッチの素子からの個別に遅延された信号を結合し、出力３４のうち４８で結果として得られる部分加算信号を結合する。これら４８のパッチ信号を伝えるケーブルの導体はプローブコネクタブロック３８及び１３８によってシステムビームフォーマ２２の４８チャネルの入力へ結合される。そしてイメージングは４８チャネルシステムビーム形成で進行する。
【００１３】
このように本発明のマトリクスアレイプローブが、マトリクスアレイプローブが生成することができるパッチ信号の最大数と等しい若しくはそれよりも大きいチャネルカウントを持つシステムビームフォーマで動作するとき、マイクロビームフォーマコントローラはビーム形成の完了のためにシステムビームフォーマに結合されるその最大数のパッチ信号を生成するように、遅延信号の遅延及び加算を設定することがわかる。マトリクスアレイプローブが最大よりも少ないチャネルカウントを持つシステムビームフォーマで動作するとき、マイクロビームフォーマコントローラは最大よりも少ない数の部分的にビーム形成されたパッチ信号を生成するように遅延信号の遅延と加算を設定する。
【００１４】
図６は１２チャネルシステムビームフォーマのために１２パッチしか必要ないときのマトリクスアレイトランスデューサ１２のパッチ構成を図示する。その場合、遅延及びスイッチマトリクスはスイッチマトリクス出力３４のうち１２で１２の部分加算パッチ信号を提供するように設定される。１２のパッチ信号はケーブル１６を介して伝導され、１２チャネルシステムビームフォーマのチャネル入力に印加される。図７は２Ｄアレイ１２の素子全部が８個の均一サイズのパッチにグループ化される別のマトリクスアレイパッチ構成を図示する。その場合遅延線ＤＬとスイッチマトリクス３２は１２８（"Ｎ"）のスイッチマトリクス出力及びケーブル導体のうち８で８パッチ信号を生成し、これらは８チャネルシステムビームフォーマの８チャネル入力に印加される。
【００１５】
図３のマトリクスアレイプローブは様々な異なるシステムビームフォーマで動作することができるように見えるが、代替的にただ一つのシステムビームフォーマのみとの使用のためにマトリクスアレイプローブを構成することが望ましいことがある。これは図３に示す同じプローブ構成要素のほとんどで、特に同じマトリクストランスデューサアレイ及びマイクロビームフォーマスタックで、なされることができる。従って、同じトランスデューサスタックが異なる超音波システムのための異なるプローブのために使用されることができる。専用プローブ構成もコスト削減されたマトリクスアレイプローブを提供することができる。プローブケーブルはプローブの最も高価な構成要素であることが多く、コストはケーブル内の導体の数に対応する。マトリクスアレイプローブが厳密に８チャネルシステムビームフォーマで使用されることを目的とする場合、例えば、１２８信号導体でなく、８信号導体のみがパッチ信号のためにケーブルにおいて必要である。総マトリクスアレイプローブコストは１２８導体の全装備の代わりに８パッチ信号導体のみを持つケーブルを用いることによって削減される。
【００１６】
図３のスイッチマトリクス３２などのスイッチマトリクスを持つトランスデューサスタックは、マトリクスアレイのＭ素子からの遅延信号のＮパッチ出力信号へのＭ：Ｎ結合が、最終的な所望の数のパッチ信号出力をもたらすように、マトリクス３２のスイッチを構成することによって、様々な異なるシステムビームフォーマで使用されることができる。例えば、Ｎはシステムビームフォーマのチャネルの数とマッチする８、１６、４８若しくは任意の他の数のパッチ出力であり得る。信号結合を二段階に分割することによって同じ１２８出力スイッチマトリクスを使用することも可能であり、スイッチマトリクス３２は１２８パッチ信号を生成し、そしてこれらはさらに第２の信号結合器によって最終的なより少ない数の所望のパッチ信号に結合される。マトリクスアレイプローブが一つのシステムビームフォーマ構成で動作するのみであるとき、この第２の信号結合器は図８に図示の通り配線接続信号結合器６０であり得る。配線接続信号結合器６０は例えばｐ．ｃ．ｂ若しくはフレックス回路の接続されたトレース６２によって信号が結合されるプリント基板若しくはフレックス回路であり得る。接続されたトレース６２の数は出力６４における所望のパッチ信号の最終的な数を生じる。図８のマトリクスアレイプローブにおいてスイッチマトリクス３２はスイッチマトリクス３２の１２８の出力３４へＭ：１２８信号結合を実施し、第２の信号結合器６０はさらに最終的な所望の固定数のパッチ信号Ｎを生成するように１２８のパッチ信号を結合することによってパッチ信号の数を減らす。例えば、図８のマトリクスアレイプローブが８チャネルシステムビームフォーマのみで動作する場合、第２の信号結合器６０は８パッチ出力６４を生じる８セットの接続されたトレース６２を持ち得る。８パッチ出力６４はケーブル１６のＮパッチ信号導体に結合され、Ｎは８である。プローブコネクタ３６が８チャネルシステムビームフォーマを持つ超音波システムにプラグ接続されるとき、ケーブルを通じて伝導される８パッチ信号はシステムビームフォーマの８チャネルへ接続される。従って異なるチャネルカウントシステムビームフォーマに対するプローブのファミリは、各プローブにおいて同じマトリクスアレイトランスデューサ１２、遅延線ＤＬ、スイッチマトリクス３２及びマイクロビームフォーマコントローラ４０を用いて、ただし各々異なるシステムビームフォーマのチャネルの数のための異なる配線接続第２信号結合器６０及びプローブケーブルで構成され得る。従って同じトランスデューサスタックが、安価な配線接続結合器とシステムビームフォーマチャネル構成にマッチした削減された導体ケーブルで、各プローブにおいて使用されることができる。異なるプローブコネクタ３６と削減されたピンカウントコネクタブロック３８も必要に応じてさらなるコスト削減のために利用されることができる。
【００１７】
図９ａ及び９ｂは図８に図示の通り構成されるマトリクスアレイプローブのためのパッチ構成を図示する。これらの構成は８チャネルシステムビームフォーマでの使用のためのマトリクスアレイ１２での８パッチの使用を例示する。８パッチの各々はこの実施例において４８のトランスデューサ素子から成り、全部で３８４素子が１５３６素子のマトリクスアレイ１２の８パッチのアクティブアパーチャにある。遅延線ＤＬの遅延はパッチサイズ及び位置について調節され、スイッチマトリクス３２のスイッチはスイッチマトリクスの１２８出力の各々で３トランスデューサ素子からの遅延信号を結合するように設定される。従ってスイッチマトリクスはＭ：１２８遅延信号結合を提供し、Ｍは８パッチの３８４素子である。そして第２の、配線接続結合器６０は１２８：Ｎ結合を実行し、Ｎは８であり、スイッチマトリクス出力３４のうち１６を出力６４において一つの最終パッチ信号へ結合する。そして８パッチ信号は８チャネルシステムビームフォーマにおけるビ−ム形成の完了のためにケーブル１６の８パッチ信号導体を介して伝導される（Ｎ＝８）。
【００１８】
図９ｂはアパーチャが２素子右にシフトした８パッチの同じアパーチャを示す。アクティブアパーチャは直線アレイスキャンを実行するために仰角方向にこのようにアレイにわたって平行移動される。この移動されたアパーチャでスキャンするために、遅延ＤＬとスイッチマトリクスのスイッチは新しい平行移動されたパッチの位置について設定されなければならない。遅延とマトリクス３２のスイッチが新たなパッチ位置について設定されると、別のビームが新たなアパーチャ位置から送受信され、第２の結合器６０がシステムビームフォーマへ８個の新たなパッチ信号を提供するために前述の通り１２８：８結合を実行する。図９ａ及び９ｂに図示の通りアパーチャがビームごとに変更され得るだけでなく、アパーチャは、その内容が参照により本明細書に組み込まれる２０１２年５月９日出願の米国特許出願番号６１／６４４，５２４に記載の通り、増加するビーム深度からの信号受信でアパーチャを増大するためにビームの受信中にも変更され得る。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【国際調査報告】
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