(57)【要約】組織中に基本周波数で超音波エネルギーを送信し、該超音波が前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な強度となるようにできる二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサ。特に本発明では、超音波エネルギーを送信するのにうち少なくとも２５％のアレイ素子が励起され、当該トランスデューサ・アレイが市松模様パターンを有し、高電圧電子回路がトランスデューサ・ハンドル内に収納され、送信ビーム形成電子回路および受信ビーム形成電子回路がトランスデューサ・ハンドル内に収納され、トランスデューサ内の送信素子に接続された高電圧電子回路とトランスデューサ内の受信素子に接続された低電圧電子回路がトランスデューサ・ハンドル内に収納され、当該アレイをなす素子は単結晶であることが要求される。
2006524531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織中に基本周波数で超音波エネルギーを送信し、該超音波が前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力となる二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記アレイ・トランスデューサが、総数のうち少なくとも２５％が前記超音波エネルギーを送信するために励起される素子を含むことを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する高電圧回路を含む送信ビーム形成電子回路をさらに有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する高電圧電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をさらに有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記超音波エネルギーを送信するために高電圧で前記アレイ・トランスデューサを駆動する手段を有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置であって、前記アレイ・トランスデューサが該アレイ・トランスデューサをなす複数の圧電素子を含んでおり、該装置がさらに：
前記圧電素子の高インピーダンス支持体を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置であって、前記アレイ・トランスデューサが該アレイ・トランスデューサをなす複数の圧電素子を含んでおり、該装置がさらに：
前記圧電素子の高インピーダンス支持体を提供する手段を有することを特徴とする装置。
【請求項８】
前記アレイ・トランスデューサが単結晶からなる材料で構築されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記アレイ・トランスデューサが単結晶の複数の圧電素子で構築されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
ｆBをパワーレベルが基本周波数より６ｄＢ低くなる基本周波数より高いある周波数、ｆAをパワーレベルが基本周波数より６ｄＢ低くなる基本周波数より低いある周波数、ＢＷ＝ｆB−ｆAとして、前記アレイ・トランスデューサが送信する前記超音波エネルギーの波形が、帯域幅ＢＷが前記基本周波数の６０％以上であることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記アレイ・トランスデューサが、前記超音波エネルギーの送信を、前記組織中での基本周波数の最大パワーレベルから１５ｄＢ以内の最大パワーレベルをもつ第二高調波を前記組織中に発生させるのに十分な出力で行うことを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記アレイ・トランスデューサが、送信または受信のいずれかに使われるそれぞれ複数の素子によって形成される市松模様パターンを有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記アレイ・トランスデューサが、総数のうち少なくとも２５％の送信に使われる素子と、受信に使われる複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンを有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記アレイ・トランスデューサが、総数のうち少なくとも２５％の前記超音波エネルギーを送信する高電圧電子回路に接続された素子と、前記生成された高調波を受信する低電圧電子回路に接続された複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンを有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記アレイ・トランスデューサが、交互の送信・受信の市松模様パターンになっている複数の素子によって形成されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１６】
低電圧回路と、
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する高電圧回路とをさらに有し、前記高電圧回路が高電圧ＦＥＴを含み、前記低電圧回路および前記高電圧回路が単一の基板上にモノリシックに形成されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１７】
低電圧回路と、
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する高電圧回路とをさらに有し、前記低電圧回路および前記高電圧回路が単一の基板上に形成されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１８】
ともに同じ単一の基板上に形成される低電圧回路および高電圧回路を提供する手段をさらに有し、該高電圧回路が前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動するためのものであることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１９】
総数のうち少なくとも２５％が組織中に超音波エネルギーを基本周波数で送信するために励起されるある総数の圧電素子を有し、該超音波が前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力となる二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサを有することを特徴とする装置。
【請求項２０】
前記超音波エネルギーを送信するために前記励起される圧電素子を駆動する高電圧電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をさらに有することを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記超音波エネルギーを送信するために高電圧で前記励起される圧電素子を駆動する手段を有することを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
前記圧電素子の高インピーダンス支持体をさらに有することを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項２３】
前記圧電素子の高インピーダンス支持体を提供する手段を有することを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項２４】
前記圧電素子の高インピーダンス支持体をさらに有することを特徴とする、請求項２０記載の装置。
【請求項２５】
前記圧電素子が単結晶からなることを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項２６】
前記圧電素子が単結晶からなることを特徴とする、請求項２０記載の装置。
【請求項２７】
前記圧電素子が単結晶からなることを特徴とする、請求項２２記載の装置。
【請求項２８】
ｆBをパワーレベルが基本周波数より６ｄＢ低くなる基本周波数より高いある周波数、ｆAをパワーレベルが基本周波数より６ｄＢ低くなる基本周波数より低いある周波数、ＢＷ＝ｆB−ｆAとして、前記アレイ・トランスデューサが送信する前記超音波エネルギーの波形が、帯域幅ＢＷが前記基本周波数の６０％以上であることを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項２９】
前記アレイ・トランスデューサが、前記超音波エネルギーの送信を、前記組織中での基本周波数の最大パワーレベルから１５ｄＢ以内の最大パワーレベルをもつ第二高調波を前記組織中に発生させるのに十分な出力で行うことを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項３０】
前記圧電素子のそれぞれが送信または受信のいずれかに使われ、それらの圧電素子が市松模様パターンになっていることを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項３１】
前記励起される圧電素子が超音波エネルギーを送信するよう高電圧電子回路に接続され、残りの圧電素子が前記生成される高調波を受信するよう低電圧電子回路に接続されていることを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項３２】
前記圧電素子が、交互の送信・受信の市松模様パターンに配列されていることを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項３３】
低電圧回路と、
前記超音波エネルギーを送信するために前記励起される圧電素子を駆動する高電圧回路とをさらに有し、前記低電圧回路および前記高電圧回路が単一の基板上に形成されていることを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項３４】
ともに同じ単一の基板上に形成される低電圧回路および高電圧回路を提供する手段をさらに有し、該高電圧回路が前記超音波エネルギーを送信するために前記励起される圧電素子を駆動するためのものであることを特徴とする、請求項１９記載の装置。
【請求項３５】
超音波撮像のための制御信号を生成する超音波処理装置の外部にあって組織近くに位置させることのできるトランスデューサ・ハンドルと、
前記ハンドル内に収納され、前記制御信号に従って励起信号を生成する、少なくとも一部の送信ビーム形成電子回路と、
前記ハンドル内に収納され、前記励起信号に従って組織中に基本周波数の超音波エネルギーを送信し、該超音波が前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力である二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサとを有する装置。
【請求項３６】
前記アレイ・トランスデューサが、総数のうち少なくとも２５％が前記超音波エネルギーを送信するために励起される素子を含むことを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項３７】
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する、前記ハンドル内に収納された高電圧回路をさらに有することを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項３８】
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する、前記ハンドル内に収納された高電圧電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をさらに有することを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項３９】
前記超音波エネルギーを送信するために高電圧で前記アレイ・トランスデューサを駆動する、前記ハンドル内に収納された手段を有することを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項４０】
請求項３５記載の装置であって、前記アレイ・トランスデューサが該アレイ・トランスデューサをなす複数の圧電素子を含んでおり、該装置がさらに：
前記圧電素子の、前記ハンドル内に収納された高インピーダンス支持体を有することを特徴とする装置。
【請求項４１】
請求項３５記載の装置であって、前記アレイ・トランスデューサが該アレイ・トランスデューサをなす複数の圧電素子を含んでおり、該装置がさらに：
前記圧電素子の高インピーダンス支持体を提供する、前記ハンドル内に収納された手段を有することを特徴とする装置。
【請求項４２】
前記アレイ・トランスデューサが単結晶からなる材料で構築されることを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項４３】
前記アレイ・トランスデューサが単結晶の複数の圧電素子で構築されることを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項４４】
ｆBをパワーレベルが基本周波数より６ｄＢ低くなる基本周波数より高いある周波数、ｆAをパワーレベルが基本周波数より６ｄＢ低くなる基本周波数より低いある周波数、ＢＷ＝ｆB−ｆAとして、前記アレイ・トランスデューサが送信する前記超音波エネルギーの波形が、帯域幅ＢＷが前記基本周波数の６０％以上であることを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項４５】
前記アレイ・トランスデューサが、前記超音波エネルギーの送信を、前記組織中での基本周波数の最大パワーレベルから１５ｄＢ以内の最大パワーレベルをもつ第二高調波を前記組織中に発生させるのに十分な出力で行うことを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項４６】
前記アレイ・トランスデューサが、送信または受信のいずれかに使われるそれぞれ複数の素子によって形成される市松模様パターンを有することを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項４７】
前記アレイ・トランスデューサが、総数のうち少なくとも２５％の送信に使われる素子と、受信に使われる複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンを有することを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項４８】
前記アレイ・トランスデューサが、総数のうち少なくとも２５％の前記超音波エネルギーを送信する高電圧電子回路に接続された素子と、前記生成された高調波を受信する低電圧電子回路に接続された複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンを有することを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項４９】
前記アレイ・トランスデューサが、交互の送信・受信の市松模様パターンになっている複数の素子によって形成されることを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項５０】
低電圧回路と、
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する高電圧回路とをさらに有し、前記高電圧回路が高電圧ＦＥＴを含み、前記低電圧回路および前記高電圧回路が単一の基板上にモノリシックに形成され、前記ハンドル内に収納されていることを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項５１】
低電圧回路と、
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する高電圧回路とをさらに有し、前記低電圧回路および前記高電圧回路が単一の基板上に形成され、前記ハンドル内に収納されていることを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項５２】
ともに同じ単一の基板上に形成される低電圧回路および高電圧回路を提供する手段をさらに有し、該高電圧回路が前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動するためのものであり、前記手段が前記ハンドル内に収納されていることを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項５３】
前記ハンドルを前記超音波処理装置に接続し、電子処理装置によって生成された前記制御信号が前記ハンドル内のビーム形成電子回路に与えられるようにする通信路をさらに有することを特徴とする、請求項３５記載の装置。
【請求項５４】
前記通信路がケーブルおよび無線通信回線からなる群のうちの一つであることを特徴とする、請求項５３記載の装置。
【請求項５５】
超音波撮像のための制御信号を生成する電子処理装置と、
前記電子処理装置の外部にあって組織近くに位置させることのできるハンドルと、
前記ハンドル中に収納された少なくとも一部の送信ビーム形成電子回路と、
前記電子処理装置によって生成された前記制御信号に従って前記送信ビーム形成電子回路が励起信号を生成するよう、前記電子処理装置を前記ハンドル内の前記送信ビーム形成電子回路に接続する通信路と、
前記ハンドル内に収納され、前記励起信号に従って前記ハンドルが置かれた近くの組織中に基本周波数の超音波エネルギーを送信し、該超音波が前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力である二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサとを有することを特徴とする装置。
【請求項５６】
前記アレイ・トランスデューサが前記生成された高調波を受信する請求項５５記載の装置であって：
前記ハンドル中に収納され、前記受信した高調波を処理する少なくとも一部の受信ビーム形成電子回路を有し、該受信ビーム形成電子回路が前記電子処理装置に通信路によって接続されており、該受信ビーム形成電子回路によって処理された高調波に基づいて前記電子処理装置が超音波画像を表示装置上に表示できるようにする、ことを特徴とする装置。
【請求項５７】
前記アレイ・トランスデューサが、総数のうち少なくとも２５％が前記超音波エネルギーを送信するために励起される素子を含むことを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項５８】
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する、前記ハンドル中に収納された高電圧回路をさらに有することを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項５９】
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する、前記ハンドル中に収納された高電圧電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をさらに有することを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項６０】
前記超音波エネルギーを送信するために高電圧で前記アレイ・トランスデューサを駆動する、前記ハンドル中に収納された手段を有することを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項６１】
請求項５５記載の装置であって、前記アレイ・トランスデューサが該アレイ・トランスデューサをなす複数の圧電素子を含んでおり、該装置がさらに：
前記圧電素子の、前記ハンドル中に収納された高インピーダンス支持体を有することを特徴とする装置。
【請求項６２】
請求項５５記載の装置であって、前記アレイ・トランスデューサが該アレイ・トランスデューサをなす複数の圧電素子を含んでおり、該装置がさらに：
前記圧電素子の高インピーダンス支持体を提供する、前記ハンドル中に収納された手段を有することを特徴とする装置。
【請求項６３】
前記アレイ・トランスデューサが単結晶からなる材料で構築されることを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項６４】
前記アレイ・トランスデューサが単結晶の複数の圧電素子で構築されることを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項６５】
ｆBをパワーレベルが基本周波数より６ｄＢ低くなる基本周波数より高いある周波数、ｆAをパワーレベルが基本周波数より６ｄＢ低くなる基本周波数より低いある周波数、ＢＷ＝ｆB−ｆAとして、前記アレイ・トランスデューサが送信する前記超音波エネルギーの波形が、帯域幅ＢＷが前記基本周波数の６０％以上であることを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項６６】
前記アレイ・トランスデューサが、前記超音波エネルギーの送信を、前記組織中での基本周波数の最大パワーレベルから１５ｄＢ以内の最大パワーレベルをもつ第二高調波を前記組織中に発生させるのに十分な出力で行うことを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項６７】
前記アレイ・トランスデューサが、送信または受信のいずれかに使われるそれぞれ複数の素子によって形成される市松模様パターンを有することを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項６８】
前記アレイ・トランスデューサが、総数のうち少なくとも２５％の送信に使われる素子と、受信に使われる複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンを有することを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項６９】
前記アレイ・トランスデューサが、総数のうち少なくとも２５％の前記超音波エネルギーを送信する前記ハンドル中の高電圧電子回路に接続された素子と、前記生成された高調波を受信する前記ハンドル中の低電圧電子回路に接続された複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンを有することを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項７０】
前記アレイ・トランスデューサが、交互の送信・受信の市松模様パターンになっている複数の素子によって形成されることを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項７１】
低電圧回路と、
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する高電圧回路とをさらに有し、前記高電圧回路が高電圧ＦＥＴを含み、前記低電圧回路および前記高電圧回路が単一の基板上にモノリシックに形成され、前記ハンドル中に収納されていることを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項７２】
低電圧回路と、
前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動する高電圧回路とをさらに有し、前記低電圧回路および前記高電圧回路が単一の基板上に形成され、前記ハンドル中に収納されていることを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項７３】
ともに同じ単一の基板上に形成される低電圧回路および高電圧回路を提供する手段をさらに有し、該高電圧回路が前記超音波エネルギーを送信するために前記アレイ・トランスデューサを駆動するためのものであり、前記手段が前記ハンドル中に収納されていることを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項７４】
前記通信路がケーブルおよび無線通信回線からなる群のうちの一つであることを特徴とする、請求項５５記載の装置。
【請求項７５】
基本周波数で超音波エネルギーを送信するか、あるいは該送信された超音波エネルギーによって組織中で生成された信号を受信するかのいずれかに使われる、それぞれ複数の素子によって形成される市松模様パターンをもつアレイ・トランスデューサを有することを特徴とする装置。
【請求項７６】
基本周波数で超音波エネルギーを送信するのに使われる総数のうち少なくとも２５％の素子と、該送信された超音波エネルギーによって組織中で生成された信号を受信するのに使われる複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンをもつアレイ・トランスデューサを有することを特徴とする装置。
【請求項７７】
基本周波数で超音波エネルギーを送信する総数のうち少なくとも２５％の高電圧電子回路に接続された素子と、該送信された超音波エネルギーによって組織中で生成された信号を受信する低電圧電子回路に接続された複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンをもつアレイ・トランスデューサを有することを特徴とする装置。
【請求項７８】
基本周波数で超音波エネルギーを送信する送信素子と該送信された超音波エネルギーによって組織中で生成された信号を受信する受信素子が送信・受信の交互の市松模様パターンになっている、複数の素子によって形成される市松模様パターンをもつアレイ・トランスデューサを有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波撮像システムのためのアレイ・トランスデューサに関するものである。より詳細には、本発明は組織中に基本周波数で超音波エネルギーを送信し、該超音波が前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力となるようにできる二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像システムは人体内部の画像を撮影するのに広く使われている。
【０００３】
図１は超音波撮像システムの概要を図解する図である。今、図１を参照すると、電子回路２０がトランスデューサ２２のための制御信号を発生させる。該制御信号に従って、トランスデューサ２２は超音波エネルギー２４を人体中の組織のような組織２６の中に送信する。超音波エネルギー２４は組織２６による信号２８の生成を引き起こし、これがトランスデューサ２２で検出される。すると電子回路２０が検出された信号２８に従って画像を作成する。
【０００４】
図２は典型的な超音波撮像システムの物理的構造を図解する図である。今、図２を参照すると、トランスデューサ２２はトランスデューサ・ハンドル３０の内部に収納されている。電子回路２０（図２には示していないが、図１参照）は電子回路ボックス３２の内部に収納されている。トランスデューサ２２は電子回路ボックス３２の内部にある電子回路２０にケーブル３４を通じて接続されている。電子回路ボックス３２の内部にある電子回路２０はキーボード３６をインターフェースとして有し、画像信号を表示装置３８に与える。
【０００５】
再び図１を参照すると、超音波撮像を実行する典型的な方法では、トランスデューサ２２によって送信された超音波エネルギー２４は、トランスデューサ２２によって検出される信号２８と同じ周波数である。たとえば、超音波エネルギー２４および信号２８がいずれも２．５ＭＨｚなどである。この種類の超音波撮像では、トランスデューサ２２としては典型的には二次元（２Ｄ）希薄アレイ・トランスデューサが用いられる。
【０００６】
たとえば、図３は２Ｄアレイ・トランスデューサ４０を図解する図である。今、図３を参照すると、２Ｄアレイ・トランスデューサ４０は行と列からなる行列形式に配列された複数の圧電素子（Ｅ）を含んでいる。図３では圧電素子（Ｅ）は２５個しか示していないが、実際の２Ｄアレイ・トランスデューサは典型的にはずっと多くの圧電素子（Ｅ）をもつ。たとえば、典型的な２Ｄアレイ・トランスデューサは５０×５０のアレイ、すなわち合計２５００圧電素子（Ｅ）を有することになる。
【０００７】
一般に、この２５００の圧電素子（Ｅ）の一つ一つが使われたならば、圧電素子（Ｅ）を適切に制御するためには各圧電素子（Ｅ）から電子回路２０への個々の配線が必要となる。結果として、２５００本の線を含むきわめて大きなケーブル３４が電子回路２０を圧電素子（Ｅ）に接続するのに必要となる。そのようなケーブルは実際上の多くの用途においては大きすぎる。
【０００８】
したがって、ケーブル３４内を通る線数を減らすため、２Ｄアレイ・トランスデューサにおける圧電素子（Ｅ）の総数のうちごく一部のみが実際には配線されて使用される。たとえば、従来型の超音波撮像システムにおいては、圧電素子（Ｅ）の総数の１０％あるいはそれ未満しか使えるように配線されていない。数字の例を挙げると、合計２５００の圧電素子（Ｅ）をもつ２Ｄアレイ・トランスデューサにおいて、使えるように配線される圧電素子（Ｅ）は典型的には２５０に満たない。もちろん、超音波エネルギーを送信するのに使われるものもあれば、組織中で生成された信号を検出するのに使われるものもあるだろう。圧電素子（Ｅ）の総数のうち１０％未満しか配線されていないため、そのようなトランスデューサは「希薄（sparse）」アレイ・トランスデューサと称される。
【０００９】
希薄アレイ・トランスデューサを使うものを含めていくつかのシステムでは、同じ圧電素子（Ｅ）で送信および受信ができるようにするために送受信（T/R：transmit/receive）スイッチが使用される。たとえば、図４は、２Ｄアレイ・トランスデューサ４０に接続された送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ４２の使用を図解する図である。今、図４を参照すると、送信ビーム形成器４４は励起信号を生成する。送信時には、Ｔ／Ｒスイッチ４２は送信ビーム形成器４４をアレイ・トランスデューサ４０の圧電素子（Ｅ）に接続し、圧電素子（Ｅ）が励起信号に従って超音波エネルギーを送信するようにする。
【００１０】
その後、Ｔ／Ｒスイッチ４２は送信ビーム形成器４４を圧電素子（Ｅ）から切断し、代わりに受信ビーム形成器４６を同じ圧電素子（Ｅ）に接続する。次いで受信ビーム形成器４６が圧電素子（Ｅ）によって受信された信号を処理する。送信ビーム形成器および受信ビーム形成器を同じ圧電素子（Ｅ）に接続するためのＴ／Ｒスイッチのこのような使用は、当業界ではよく知られたものである。
【００１１】
Ｔ／Ｒスイッチを使って２Ｄアレイ・トランスデューサの同じ圧電素子（Ｅ）が送信にも受信にも使えるようにすることには、多くの利点がある。一つの利点は圧電素子（Ｅ）の総数が比較的少なくてすむというものである。配線された圧電素子の総数は、希薄アレイ・トランスデューサを使うことでさらに減らすことができる。そのような技術の結果として、ケーブル３４における総線数を減らすことができる。
【００１２】
希薄アレイ・トランスデューサのような２Ｄアレイ・トランスデューサの著しい利点は、三次元におけるスキャンができるということである。そのような動作は多くの状況においてきわめて望ましいものである。
【００１３】
上述した理由により、希薄アレイ・トランスデューサは超音波撮像システムにおいて広く使われている。特に、送信される超音波エネルギーが、組織で生成されて受信される信号と同じ周波数にあるシステムにおいてそうである。図１におけるのがその例で、図１では送信される超音波エネルギー２４は受信される信号２８と同じ周波数であった。
【００１４】
ところで、「自然高調波」を利用する種類の超音波撮像がある。今、図１を参照して自然高調波がある場合を考えると、送信される超音波エネルギー２４は基本周波数にあり、組織内で該基本周波数の高調波を発生させるのに十分な強度である。この高調波が図１における検出信号２８である。
【００１５】
残念ながら、希薄アレイ・トランスデューサは該トランスデューサをなす圧電素子（Ｅ）の総数のうち比較的少数のみを使うため、高調波を発生させるのに十分な出力の超音波エネルギーを発生させることができない。したがって、希薄アレイ・トランスデューサは自然高調波超音波撮像には使えないことになる。
【００１６】
理屈の上では、アレイ・トランスデューサの多数の圧電素子（Ｅ）を超音波エネルギーを送信できるように配線して、高調波を発生させるのに十分な強度が得られることを期待することもできる。しかし、そのような運用では図２のケーブル３４内を通るべき線の数が膨大になるため、そのようなシステムは実用的ではない。さらに、アレイ・トランスデューサとともに典型的に使用されている従来型の電子回路では、たとえ圧電素子（Ｅ）の数を増やしたとしても、図２に示すハンドル３０の小さな領域内に十分な強度を生成させることができない。こうした理由から、希薄アレイ・トランスデューサも含めて２Ｄアレイ・トランスデューサは自然高調波超音波撮像では使われていない。
【００１７】
その代わりに、自然高調波超音波撮像では超音波エネルギーを送信するのに一次元（１Ｄ）アレイ・トランスデューサが使われている。１Ｄアレイ・トランスデューサは組織内に高調波を発生させるのに十分な出力の超音波エネルギーを発生させることができるからである。しかし、１Ｄアレイ・トランスデューサは二次元でしかスキャンできないという点で望ましくない。そのような運用は、三次元でスキャンできる２Ｄアレイ・トランスデューサの場合と好対照である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、自然高調波超音波撮像で使うための２Ｄトランスデューサ・アレイを提供することが本発明の目的の一つである。
【００１９】
本発明のさらなる目的および利点は、部分的には以下の記述において提示され、部分的には該記述から明らかであろう。また、本発明の実施によって学べるものもあるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の諸目的は、組織中に基本周波数で超音波エネルギーを送信し、該超音波が前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力となるようにできる２Ｄアレイ・トランスデューサを提供することによって達成される。
【００２１】
本発明の諸目的は、また、含まれる圧電素子の総数のうち少なくとも２５％が組織中に基本周波数の超音波エネルギーを送信するために励起され、該超音波が前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力である二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサを提供することによっても達成される。
【００２２】
加えて、本発明の諸目的は、（ａ）超音波撮像のための制御信号を生成する超音波処理装置の外部にあって組織近くに位置させることのできるトランスデューサ・ハンドルと、（ｂ）前記ハンドル内に収納され、前記制御信号に従って励起信号を生成する、少なくとも一部の送信ビーム形成電子回路と、（ｃ）前記ハンドル内に収納され、前記励起信号に従って組織中に基本周波数の超音波エネルギーを送信し、該超音波が前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力である二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサとを有する装置を提供することによって達成される。
【００２３】
さらに、本発明の諸目的は、（ａ）超音波撮像のための制御信号を生成する電子処理装置と、（ｂ）前記電子処理装置の外部にあって組織近くに位置させることのできるハンドルと、（ｃ）前記ハンドル中に収納された少なくとも一部の送信ビーム形成電子回路と、（ｄ）前記電子処理装置によって生成された前記制御信号に従って前記送信ビーム形成電子回路が励起信号を生成するよう、前記電子処理装置を前記ハンドル内の前記送信ビーム形成電子回路に接続する通信路と、（ｅ）前記ハンドル内に収納され、前記励起信号に従って前記ハンドルが置かれた近くの組織中に基本周波数の超音波エネルギーを送信し、該超音波が前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力である二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサとを有する装置を提供することによって達成される。
【００２４】
本発明の諸目的はさらに、基本周波数で超音波エネルギーを送信する素子と、該送信された超音波エネルギーによって組織中で生成された信号を受信する素子とを含む、複数の素子によって形成される市松模様パターンをもつアレイ・トランスデューサを提供することによって達成される。
【００２５】
本発明の諸目的はまた、基本周波数で超音波エネルギーを送信するのに使われる総数のうち少なくとも２５％の素子と、該送信された超音波エネルギーによって組織中で生成された信号を受信するのに使われる複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンをもつアレイ・トランスデューサを提供することによって達成される。
【００２６】
さらに、本発明の諸目的は、基本周波数で超音波エネルギーを送信する総数のうち少なくとも２５％の高電圧電子回路に接続された素子と、該送信された超音波エネルギーによって組織中で生成された信号を受信する低電圧電子回路に接続された複数の素子とを含む、ある総数の素子によって形成される市松模様パターンをもつアレイ・トランスデューサを提供することによって達成される。
【００２７】
加えて、本発明の諸目的は、基本周波数で超音波エネルギーを送信する送信素子と該送信された超音波エネルギーによって組織中で生成された信号を受信する受信素子が送信・受信の交互の市松模様パターンになっている、複数の素子によって形成される市松模様パターンをもつアレイ・トランスデューサを提供することによって達成される。
【００２８】
さらに、本発明の諸目的は、２Ｄアレイ・トランスデューサであって、（ａ）アレイ素子のうち少なくとも２５％が超音波エネルギーを送信するために励起され、（ｂ）該トランスデューサ・アレイが市松模様パターンを有し、（ｃ）トランスデューサ・ハンドル中には高電圧電子回路が収納されており、（ｄ）送信ビーム形成電子回路および受信ビーム形成電子回路が前記トランスデューサ・ハンドルに収納されており、（ｅ）当該トランスデューサ内の送信素子に接続された高電圧電子回路および当該トランスデューサ内の受信素子に接続された低電圧電子回路が前記トランスデューサ・ハンドルに収納されており、（ｆ）当該トランスデューサを形成する圧電素子のために高インピーダンス支持体が設けられており、（ｇ）当該アレイを形成する素子が単結晶であり、（ｈ）超音波エネルギーがその基本周波数の少なくとも６０％の帯域幅をもって提供され、（ｉ）送信される超音波エネルギーが十分な強度で、組織中の第二高調波が組織中の基本波のパワーレベルから１５ｄＢ以内である、ことのうちの一部または全部を特徴とする、２Ｄアレイ・トランスデューサを提供することによって達成される。
【００２９】
これらのことを含む本発明のさまざまな目的と利点は、以下の好ましい実施形態の記述を付属の図面とともに参照することでよりよく理解されることであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
これから本発明の好ましい実施形態について詳細に見ていくことにする。その例は付属の図面に図解されており、図では同様の参照符号は同様の素子を一貫して表すようになっている。
【００３１】
図５は、本発明の実施形態に基づく、２Ｄアレイ・トランスデューサ５０を図解する図である。今、図５を参照すると、２Ｄアレイ・トランスデューサ５０中の圧電素子の総数の少なくとも２５％は超音波エネルギーを送信するよう励起されるようになっている。このように、圧電素子のうち２５％から１００％が送信に使われるべきである。たとえば、図５では、送信（transmit）に使われる圧電素子はＴと記されており、受信（receive）に使われる圧電素子はＲと記されている。このように、２５％を超える圧電素子が送信に使われている。図５では２Ｄアレイ・トランスデューサ５０のもつ圧電素子は２５個しか示していないが、実際の２Ｄアレイ・トランスデューサはずっと多くの圧電素子をもつこともある。たとえば、典型的な２Ｄアレイ・トランスデューサは５０×５０のアレイ、すなわち合計２５００圧電素子（Ｅ）を有することになる。このように、本発明は特定の数の圧電素子を有するアレイ・トランスデューサに限定されるものではない。さらに、図５ではアレイ中のすべての行が使用されるものとして描かれているが、実際には一部の行は使用されないこともある。たとえば、典型的な実際上の実施例では、外側の行は使用されないことがある。
【００３２】
典型的な希薄アレイ・トランスデューサよりも多くの圧電素子を送信に使うことによって、２Ｄアレイ・トランスデューサ５０は組織中に高調波を発生させるに十分な強度の超音波エネルギーを送信するようにできる。
【００３３】
本発明のある実施例では、前記送信圧電素子は典型的には高電圧電子回路に接続される。
【００３４】
たとえば、図６は、本発明のある実施形態に基づく、送信に使われる圧電素子（Ｔ）が高電圧電子回路５２に接続され、その一方、受信に使われる圧電素子（Ｒ）が低電圧電子回路５４に接続されている様子を図解する図である。高電圧電子回路５２は、送信に使われる圧電素子（Ｔ）を駆動し、十分な出力を生むのに電界効果トランジスタ（FET：field-effect  transistor）５６を使っていてもよい。ここで、「高電圧」の語は１０Ｖ以上の電圧を示す。典型的には、高電圧は、高調波を発生させるのに十分な強度の超音波エネルギーを発生させるために５０Ｖから１５０Ｖの範囲にある。高電圧電子回路５２および低電圧電子回路５４は典型的には、送信ビーム形成電子回路または受信ビーム形成電子回路の一部であると考えられる。図６は概念図として意図されたものでしかなく、実際の配線は典型的には図に示されたのとは著しく異なる様子を示す。
【００３５】
より詳細な例として、図７は、本発明のある実施形態に基づく、２Ｄトランスデューサ・アレイとともに用いられる低電圧電子回路および高電圧電子回路を図解する図である。今、図７を参照すると、トランスデューサ回路６０には、低電圧送信回路６２および低電圧受信回路６４のうちの少なくとも一つが含まれる。低電圧送信回路６２および低電圧受信回路６４は電源電圧ＶL（典型的には約５ボルトのオーダー）および接地電位に接続されているものとして示されている。低電圧送信回路６２は、たとえば超音波撮像システムの電子回路ボックスまたはその他の回路（図示せず）から線６６を通じて、一つまたは複数の制御信号を受信し、一つまたは複数の低電圧送信信号を線６８および７０を通じて出力する。低電圧受信回路６４は線７２を通じて入力された、トランスデューサ素子７４によって受信された超音波エネルギーを表す信号を処理し、処理した信号をたとえば超音波撮像システムの他の回路や電子回路ボックスに線７６を通じて出力する。
【００３６】
トランスデューサ回路６０はまた、高電圧電源ＶH（典型的には約２０から１００Ｖの範囲内）および接地電位に接続された高電圧回路８０を含んでいる。高電圧回路８０は、低電圧送信回路６２から線６８および７０を通じて受信した信号に基づいて、線８４を通じてトランスデューサ素子７４を駆動する高電圧ＦＥＴ８２を含んでいる。
【００３７】
トランスデューサ回路６０は任意的に線９０上で受信される制御信号によって動作する送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ８８を含んでいる。Ｔ／Ｒスイッチ８８によって、当該超音波撮像システムが一つの超音波トランスデューサ素子７４を超音波エネルギーの送信と受信の両方に使うことができるようになる。あるいはまた、当該超音波撮像システムは、超音波エネルギーの送信または受信のどちらか専用のトランスデューサ素子を用いてもよく、たとえば、高電圧回路８０が線８４を通じて超音波トランスデューサ素子に直接接続され、別の超音波トランスデューサ素子（図７には示さず）が線７２を通じて低電圧受信回路６４に直接接続されていてもよい。
【００３８】
本発明のある実施形態によれば、低電圧送信回路６２および低電圧受信回路６４のうちの少なくとも一つならびに高電圧回路８０が、好ましくは従来式の低電圧コンポーネント製造工程を使って単一の基板上にモノリシックに作成されることで、トランスデューサ回路６０が形成される。
【００３９】
さらに、トランスデューサ回路６０はハンドル３０（図２参照）の内部に収納されていてもよく、それにより送信時の高出力を提供しながらもケーブル３４（図２参照）中の線数を減らすこともできる。
【００４０】
このような高電圧電子回路および低電圧電子回路の使用、ならびにそのような電子回路をトランスデューサ・ハンドルの内部に収納することは、１９９９年３月１９日に出願された米国特許出願０９／２７２，９４６（発明者バーナード・Ｊ・セイヴォード［Bernard  J.  Savord］）において記載されており、ここに参照することによって組み込まれる。
【００４１】
図８は、本発明のある実施形態に基づく、ハンドル３０内に収納され、それにより送信時に十分な出力を提供し、またケーブル３４における線数を減らす、送信ビーム形成器９２および受信ビーム形成器９４を図解する図である。そのような実施形態においては、送信ビーム形成電子回路もしくは受信ビーム形成電子回路またはその両方の一部の機能は電子回路ボックス３２の内部の電子回路９６によっても実行されうる。ここで、電子回路９６および送信ビーム形成器９２は一緒に動作して、適切なビーム形成励起信号を提供し、それが２Ｄアレイ・トランスデューサ９８による、組織内に高調波を発生させるのに十分な出力の超音波エネルギーの送信を引き起こす。同様に、電子回路９６および受信ビーム形成器９４は一緒に動作して、２Ｄアレイ・トランスデューサ９８によって検出された高調波を処理する。２Ｄアレイ・トランスデューサ９８の同じ圧電素子を送受信両方に使う場合にはＴ／Ｒスイッチ１００を利用する。
【００４２】
送信ビーム形成電子回路および受信ビーム形成電子回路の一部をハンドル内で使用することは、米国特許５，９９７，４７９（Savord  et  al.）および米国特許６，０１３，０３２（Savord  et  al.）において詳細に記載されており、ここに参照することによって組み込まれる。
【００４３】
２Ｄトランスデューサ・アレイからの超音波エネルギー送信の出力効率を改善するために、２Ｄアレイ・トランスデューサの圧電素子には高インピーダンス支持体が設けられる。
【００４４】
たとえば、図９は、本発明のある実施形態に基づく、２Ｄアレイ・トランスデューサ１０１の圧電素子のための高インピーダンス支持体を図解する図である。今、図９を参照すれば、能動素子のアレイ１０２は、たとえばフェーズドアレイ形式における各素子の切り換えに従って音響ビームを送信したり受信したりする。素子は好ましくは圧電結晶で形成され、アレイ１０２には電気的に独立な能動素子が単一であっても複数あってもよい。各能動素子の上を覆う上面電極層１０４および下に敷かれる底面電極層１０６によって素子は個々に電気的に呼び出せるようになる。音響支持体材料の基層１０５はトランスデューサ素子および付随する電極１０４、１０６のアレイ１０２の構造上の支持材となる。基層１０５に使う支持体材料は、好ましくは、構造的な強度および剛性のため、繊維構造と基質材料の複合材として形成される。
【００４５】
個々の能動素子の間に切られた間隙または溝がそれらの間の音響的な絶縁を実現する。音響整合層１０８を入れているのは、アレイ１０２と音響レンズ１１０との間の音響インピーダンス遷移を与えるためである。トランスデューサ１０１の所望の放射１１２はトランスデューサ１０１の「前」すなわち最前面から発されているものと考えられ、基層１０５および基層１０５に取り付けられている補助的コンポーネント（筐体などだが、図ではわかりやすさを考えて示していない）は一般にトランスデューサ１０１の「後」すなわち裏側に位置しているものと考えられる。アレイ１０２の後の表面は電極層１０６に結合されている。
【００４６】
アレイ１０２は、アレイ１０２の裏側や基層１０５内から発する望ましくない音響放射を起こすこともある。基層１０５に使う適切な支持体材料は、そのような望まない放射の音響減衰を改善するため、母材（preform）と基質材料の複合材として形成される。該複合材の実施形態の例として、母材の間をプラスチック、樹脂その他の溶液といったような好適な基質で満たして複合材を形成したものがある。最終的な複合材は、材料加工技術を通じて支持体材料の連続リボン、円筒などとして（すなわちバルク材の形で）形成されてもよいし、あるいは連続引抜成形、鋳型成形（射出成形、圧縮成形など）、熱硬化や化学反応、経時硬化のような材料形成技術を通じて一つまたは複数の複合構造として形成されてもよい。複合構造はこのように、好ましい形状で提供されることもあれば、トランスデューサ１０１に組み込みやすいよう所望の形になるよう加工されることもある。
【００４７】
トランスデューサ素子のための高インピーダンス支持材の設計および使用は米国特許５，６４８，９４１（King）において詳細に記載されており、ここに参照することによって組み込まれる。
【００４８】
さらに、送信効率を改善するため、２Ｄアレイ・トランスデューサを単結晶の圧電素子から形成することもできる。
【００４９】
たとえば、図１０は、本発明のある実施形態に基づく、単結晶トランスデューサ２００を図解する図である。今、図１０を参照すると、トランスデューサ２００は単結晶素子細片２１４を有しており、これも複数の整合層を含んでいる。図１０に示されるように、トランスデューサ２００は支持体２２０および音響レンズ２１０を有する。細片２１４と音響レンズ２１０の間に置かれているのが、この例では三つの整合層２１２である。単結晶細片２１４に三つのそのような整合層２１２を組み合わせて用いることで著しい利点が得られる。
【００５０】
単結晶トランスデューサの設計および使用は２００２年７月３０日に発行された米国特許６，４２５，８６９（Jie  Chen）において詳細に記載されており、ここに参照することによって引用される。
【００５１】
さらに、本発明の諸実施形態に基づくトランスデューサ・アレイは市松模様パターンの送信素子および受信素子を有することができる。
【００５２】
たとえば、図１１は、本発明のある実施形態に基づく、市松模様パターンをもつ２Ｄアレイ・トランスデューサ２３０を図解する図である。今、図１１を参照すると、送信を行う素子はＴと記されており、受信を行う素子はＲと記されている。市松模様パターンとは、送信（Ｔ）と受信（Ｒ）の素子が交互に配置されており、図１０のようにいかなる隣接する素子の間にも不使用の素子が存在しないようなものであると定義される。使用される素子の５０％が送信に使われ、残りの５０％が受信に使われることもできるが、５０／５０の比であることは必須ではない。その代わりに、典型的な実施形態では、トランスデューサ内の素子の総数の少なくとも２５％が送信に使用されれば十分な送信エネルギーが得られる。
【００５３】
さらに、市松模様パターンはトランスデューサ内の素子の総数全部が使用されることは要求していない。たとえば、外側の行や境界のさまざまな素子は典型的には使用されないこともある。
【００５４】
図１１では素子は２５個しか示していないが、実際の２Ｄアレイ・トランスデューサは典型的にはずっと多くの素子をもつ。たとえば、典型的な２Ｄアレイ・トランスデューサは５０×５０のアレイ、すなわち合計２５００素子を有することになる。このように、本発明は、そして市松模様パターンも、特定の数の素子を有する場合に限定されるものではない。
【００５５】
上述したように、市松模様パターンをもつ２Ｄアレイ・トランスデューサが自然高調波超音波撮像において使用される典型的な実施形態では、送信素子は典型的には高電圧電子回路に接続され、基本周波数で、組織中に高調波を発生させるのに十分な出力の超音波エネルギーを送信するようになる。受信素子は低電圧電子回路に接続され、前記生成された高調波を受信し、処理する。上述のように、前記高電圧電子回路および低電圧電子回路はアレイ・トランスデューサ・ハンドルの内部に収納してもよい。本発明の前記実施形態によれば、２Ｄアレイ・トランスデューサは組織中に基本周波数の超音波エネルギーを送信し、該超音波は前記組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力である。好ましくは、送信される超音波エネルギーは、十分な強度で、組織中に生成される第二高調波が組織中の基本波の最大パワーレベルから１５ｄＢ以内の最大パワーレベルをもつ。
【００５６】
たとえば、図１２は、本発明のある実施形態に基づく、組織内での基本周波数ｆFにおける超音波のパワーレベルを示すグラフ２４０および第二高調波ｆHのパワーレベルを示すグラフ２５０を図解する図である。今、図１２を参照すると、基本波の最大パワーレベルと第二高調波の最大パワーレベルの差はΔｄＢである。好ましくは、ΔｄＢは１５ｄＢ以下である。このパワー差は、本発明の前述した諸実施形態に基づいて、送信される超音波エネルギーをそのようなパワーレベル差を生むのに十分なパワーレベルをもつようにすることによって得られる。
【００５７】
さらに、好ましくは、送信される超音波エネルギーは前記基本周波数の６０％以上の帯域幅（bandwidth）ＢＷをもつ波形をしている。
【００５８】
たとえば、図１３は、本発明のある実施形態に基づく、送信される超音波エネルギーの帯域を表す図である。今、図１３を参照すると、この例では基本周波数は４．０ＭＨｚである。周波数ｆAは該基本周波数より低く、該基本周波数における最大パワーレベルより６ｄＢ下がった点にあたる。周波数ｆBは該基本周波数より高く、該基本周波数における最大パワーレベルより６ｄＢ下がった点にあたる。帯域幅ＢＷはｆB−ｆAに等しい。好ましくは、前記基本周波数ｆFのの６０％以上となるべきである。よって、図１３の例では、帯域幅ＢＷは、基本周波数４．０ＭＨｚの６０％以上ということだから、２．４ＭＨｚ以上となるべきである。
【００５９】
図１３における特定の周波数は例として挙げているにすぎず。本発明はいかなる特定の周波数にも限定されるものではない。
【００６０】
本発明の上記の実施形態によれば、二次元（２Ｄ）アレイ・トランスデューサが組織中に基本周波数で超音波エネルギーを送信し、該超音波が組織中に前記基本周波数の高調波を発生させるのに十分な出力であるようにできる。本発明のさまざまな実施形態において、（ａ）アレイ素子のうち少なくとも２５％が超音波エネルギーを送信するために励起され、（ｂ）該トランスデューサ・アレイが市松模様パターンを有し、（ｃ）トランスデューサ・ハンドル中には高電圧電子回路が収納されており、（ｄ）送信ビーム形成電子回路および受信ビーム形成電子回路が前記トランスデューサ・ハンドルに収納されており、（ｅ）当該トランスデューサ内の送信素子に接続された高電圧電子回路および当該トランスデューサ内の受信素子に接続された低電圧電子回路が前記トランスデューサ・ハンドルに収納されており、（ｆ）当該トランスデューサを形成する圧電素子のために高インピーダンス支持体が設けられており、（ｇ）当該アレイを形成する素子が単結晶であり、（ｈ）超音波エネルギーがその基本周波数の少なくとも６０％の帯域幅をもって提供され、（ｉ）送信される超音波エネルギーが十分な強度で、組織中の第二高調波は組織中の基本波のパワーレベルから１５ｄＢ以内である。本発明は（ａ）から（ｉ）が個別に使われるか一緒に使われるかに限定されない。むしろ、本発明は（ａ）から（ｉ）のあらゆる可能な組み合わせを包摂するものである。
【００６１】
本発明の上記の諸実施形態は、アレイ・トランスデューサがハンドル内に収納されており、ケーブルによって電子回路ボックス内の電子回路に接続されている、たとえば図２で開示したような超音波撮像システムに関するものであった。よって、そのケーブルはトランスデューサを電子回路ボックス内の電子回路に接続する通信路である。しかし、本発明はそのような通信路が「ケーブル」であるものに限定されるものではなく、該通信路は前記トランスデューサと前記電子回路との間の適切な通信を可能にするいかなる通信路でもよい。たとえば、前記トランスデューサを前記電子回路ボックス内の電子回路に接続するのに無線通信回線を使うこともできる。適切な通信路はローカルエリアネットワーク（LAN：local  area  network）、広域ネットワーク（WAN：wide  area  network）、光通信ネットワーク、無線通信ネットワーク、電気通信ネットワーク、あるいはこれらのいかなる組み合わせをも含むネットワークであってもよい。たとえば、前記通信路はインターネットでもよく、その場合、アレイ・トランスデューサはインターネットを介して適切な電子回路に接続される。
【００６２】
本発明のさまざまな実施形態は、図２のハンドル３０のような「ハンドル」内に収納されたトランスデューサに関するものである。ここで、「ハンドル」の語はトランスデューサを収納しておく囲いを指すもので、該囲いは持って撮像すべき組織の近くの位置に動かされるよう設計されている。典型的には「ハンドル」は医師、看護師、技師その他有資格者など人間が手で持って当該組織の適切な画像を得るのに使う。ハンドルはいかなる特定の形状にも限定されないものとする。
【００６３】
さらに、本発明は、トランスデューサがハンドル内に収納され、電子回路ボックス内の電子回路に接続されているという、図２で開示したような超音波撮像システムに限定されるものではない。その代わりにたとえば、本発明は、トランスデューサおよびすべての電子回路が同じ筐体の内部に収納されているような実施形態にも適用可能である。たとえば、本発明は、携帯型または非携帯型でシステム全体が単一の囲いの内部に収納されているような超音波撮像システムにも適用できる。さらに、本発明は、いかなる特定のコンポーネントがいかなる特定の囲いの内部に格納されているものに限定されるものでもない。さらに、図２に示したような電子回路「ボックス」は立方体または直方体のような「箱」型に限定されるものではなく、電子回路を収納することのできるいかなる形状のものでもよい。
【００６４】
本発明の上記の諸実施形態によれば、２Ｄアレイ・トランスデューサは圧電素子を含む。しかし、本発明は「圧電」素子に限定されるものではない。その代わりに、超音波エネルギーを送信するという所望の効果が得られるものでありさえすれば、異なる材料から作られていてもよい。
【００６５】
本発明のいくつかの好ましい実施形態が示され、説明されたが、これらの実施形態には、本発明の原則および精神から外れることなく変更が可能であることは当業者には理解されることであろう。本発明の範囲は請求項およびその等価物によって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】（従来技術）超音波撮像システムの概要を図解する図である。
【図２】（従来技術）典型的な超音波撮像システムの物理的構造を図解する図である。
【図３】（従来技術）２Ｄアレイ・トランスデューサを図解する図である。
【図４】（従来技術）２Ｄアレイ・トランスデューサでの送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチの使用を図解する図である。
【図５】本発明のある実施形態に基づく２Ｄアレイ・トランスデューサを図解する図である。
【図６】本発明のある実施形態に基づく、受信圧電素子が低電圧電子回路に接続されている一方、高電圧電子回路に接続された２Ｄアレイ・トランスデューサの送信圧電素子を図解する図である。
【図７】本発明のある実施形態に基づく、２Ｄトランスデューサ・アレイとともに用いられる低電圧電子回路および高電圧電子回路を図解する図である。
【図８】本発明のある実施形態に基づく、２Ｄアレイ・トランスデューサのための、トランスデューサ・ハンドル内に収納された送信ビーム形成器および受信ビーム形成器を図解する図である。
【図９】本発明のある実施形態に基づく、２Ｄアレイ・トランスデューサの圧電素子のための高インピーダンス支持体を図解する図である。
【図１０】本発明のある実施形態に基づく、２Ｄアレイ・トランスデューサにおいて使用する単結晶トランスデューサを図解する図である。
【図１１】本発明の諸実施形態に基づく、市松模様パターンを有する２Ｄアレイ・トランスデューサを図解する図である。
【図１２】本発明のある実施形態に基づく、基本波および第二高調波における超音波エネルギーのパワーレベルを図解する図である。
【図１３】本発明のある実施形態に基づく、送信された超音波エネルギーの帯域を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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