(57)【要約】フェイズドアレイ超音波走査装置は、送信及び受信素子を有する超音波トランスデューサ素子の１次元（１Ｄ）アレイを含む。１Ｄアレイは、関心領域に向けられる送信アコースティックビームを生成するように送信素子を動作させるように構成される送信器に応答する。１Ｄアレイに機能的に接続される受信ビームフォーマは、関心領域から受け取られる送信アコースティックビームのエコーに応じて、受信ビームを合成する。受信ビームフォーマは、受信素子から受け取られる信号を遅延させ、遅延された信号を、ビーム形成されたＲＦ出力として受信ビームフォーマの出力に供給するように構成されるアナログランダムアクセスメモリ（ＡＲＡＭ）遅延素子を有する。ビーム形成されたＲＦ出力は、関心領域の画像を形成するために使用されるのに適している。
2006501005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信及び受信素子を有する超音波トランスデューサ素子の１次元アレイであって、関心領域に向けられる送信アコースティックビームを生成するように前記送信素子を動作させる送信器に応答する１次元アレイと、
前記１次元アレイに機能的に接続され、前記関心領域から受け取られる前記送信アコースティックビームのエコーに応じて、受信ビームを合成する受信ビームフォーマであって、前記受信素子から受け取られる信号を遅延させ、前記遅延された信号を、ビーム形成されたＲＦ出力として、前記受信ビームフォーマの出力に供給するアナログランダムアクセスメモリ素子を有し、前記ビーム形成されたＲＦ出力が前記関心領域の画像を形成するために使用するのに適している、受信ビームフォーマと、
を有する、フェイズドアレイ超音波走査装置。
【請求項２】
前記１次元アレイは、フェイズドアレイ、線形フェイズドアレイ及びカーブした線形フェイズドアレイからなるグループから選択されたものを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記受信ビームフォーマが、静的なフォーカシングを行うように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ビーム形成されたＲＦ出力が、より大きな焦点深度を通して一貫した解像度をもたらすために、スプライシングによって画像を形成するために使用するのに適している、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記受信ビームフォーマが、ダイナミックフォーカシングを行うように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ビーム形成されたＲＦ出力に応じて、前記関心領域の画像を検出する画像検出手段と、
前記画像検出手段に機能的に接続され、前記検出された画像を表示する表示手段と、
を更に有する請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記トランスデューサアレイ、前記受信ビームフォーマ、前記画像検出手段及び前記表示手段が、単一のパッケージを構成する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記トランスデューサアレイ及び前記受信ビームフォーマが第１のパッケージを構成し、前記画像検出手段及び前記表示手段が第２のパッケージを構成し、前記第１のパッケージが前記第２のパッケージに機能的に結合されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記トランスデューサアレイが第１のパッケージを構成し、前記受信ビームフォーマ、前記画像検出手段及び前記表示手段が第２のパッケージを構成し、前記第１のパッケージが前記第２のパッケージに機能的に結合されている、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記画像検出手段及び前記表示手段に機能的に接続され、前記画像検出手段及び前記表示手段の少なくとも一方の制御パラメータを制御するように構成されるユーザインタフェースを更に有する、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記画像検出手段、前記表示手段及び前記ユーザインタフェースが、携帯可能なパーソナルコンピュータ、パーソナルディジタルアシスタント及びポケットＰＣからなるグループから選択されたものを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御パラメータ及びアコースティックデータ信号の１つ又は複数が、コンパクトフラッシュ、ＰＣＭＣＩＡ、ＵＳＢ、ファイヤワイヤ、ファイバチャネル、ＰＣＩ及びＵＡＲＴからなるグループから選択されるインタフェースによって、前記画像検出手段及び前記表示手段に伝送される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
送信及び受信素子を有する超音波トランスデューサ素子の１次元アレイであって、関心領域に向けられる送信アコースティックビームを生成するように前記送信素子を動作させる送信器に応答する１次元アレイと、
前記１次元アレイに機能的に接続され、前記関心領域から受け取られる前記送信アコースティックビームのエコーに応じて、受信ビームを合成する受信ビームフォーマであって、前記受信素子から受け取られる信号を遅延させ、前記遅延された信号を、ビーム形成されたＲＦ出力として、前記受信ビームフォーマの出力に供給するアナログランダムアクセスメモリ素子を有し、前記ビーム形成されたＲＦ出力が前記関心領域の画像を形成するために使用するのに適している、受信ビームフォーマと、
前記ビーム形成されたＲＦ出力に応じて、前記関心領域の画像を検出する画像検出手段と、
前記画像検出手段に機能的に接続され、前記検出された画像を表示する表示手段と、
を有し、前記トランスデューサアレイ、前記受信ビームフォーマ、前記画像検出手段及び前記表示手段は、機能的に相互に結合された個々の物理的ユニットと、機能的に相互に結合された物理的ユニットの組み合わせと、からなるグループから選択される少なくとも１つの構成を含む、フェイズドアレイ超音波走査装置。
【請求項１４】
フェイズドアレイ超音波走査を行うための方法であって、
送信及び受信素子を有する超音波トランスデューサ素子の１次元アレイであって、関心領域に向けられる送信アコースティックビームを生成するように前記送信素子を動作させる送信器に応答する１次元アレイを用意するステップと、
前記１次元アレイに機能的に接続し、前記関心領域から受け取られる前記送信アコースティックビームのエコーに応じて、受信ビームを合成するように受信ビームフォーマを構成するステップであって、前記受信ビームフォーマが、前記受信素子から受け取られる信号を遅延させ、前記遅延された信号を、ビーム形成されたＲＦ出力として、前記受信ビームフォーマの出力に供給するアナログランダムアクセスメモリ素子を有し、前記ビーム形成されたＲＦ出力が、前記関心領域の画像を形成するために使用するのに適している、ステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
前記１次元アレイは、フェイズドアレイ、線形フェイズドアレイ及びカーブした線形フェイズドアレイからなるグループから選択されるものを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
静的なフォーカシングを行うように前記受信ビームフォーマを構成することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ビーム形成されたＲＦ出力は、より大きな焦点深度を通して一貫した解像度をもたらすために、スプライシングによって画像を形成するために使用するのに適している、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ダイナミックフォーカシングを行うように前記受信ビームフォーマを構成することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
画像検出器を介して、前記ビーム形成されたＲＦ出力に応じて、前記関心領域の画像を検出し、
ディスプレイを介して、前記検出された画像を表示する、ことを更に含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記トランスデューサアレイ、前記受信ビームフォーマ、前記画像検出器及び前記ディスプレイを、単一のパッケージにまとめることを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記トランスデューサアレイ、前記受信ビームフォーマ、前記画像検出器及び前記ディスプレイを、パッケージの複数の組み合わせの少なくとも１つにまとめることを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記画像検出器及び前記ディスプレイの少なくとも一方の制御パラメータを制御するようにユーザインタフェースを構成することを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記画像検出器、前記ディスプレイ及び前記ユーザインタフェースが、携帯可能なパーソナルコンピュータ、パーソナルディジタルアシスタント及びポケットＰＣからなるグループから選択されるものを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記制御パラメータ及びアコースティックデータ信号の１つ又は複数が、コンパクトフラッシュ、ＰＣＭＣＩＡ、ＵＳＢ、ファイヤワイヤ、ファイバチャネル、ＰＣＩ及びＵＡＲＴからなるグループから選択されるインタフェースによって、前記画像検出器及び前記ディスプレイに伝送される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
フェイズドアレイ超音波走査を行うための方法であって、
送信及び受信素子を有する超音波トランスデューサ素子の１次元アレイであって、関心領域に向けられる送信アコースティックビームを生成するように前記送信素子を動作させる送信器に応答する１次元アレイを用意するステップと、
前記１次元アレイに機能的に接続され、前記関心領域から受け取られる前記送信アコースティックビームのエコーに応じて、受信ビームを合成するように受信ビームフォーマを構成するステップであって、前記受信ビームフォーマが、前記受信素子から受け取られる信号を遅延させ、前記遅延された信号を、ビーム形成されたＲＦ出力として、前記受信ビームフォーマの出力に供給するアナログランダムアクセスメモリ素子を有し、前記ビーム形成されたＲＦ出力が、前記関心領域の画像を形成するために使用するのに適している、ステップと、
画像検出器を介して、前記ビーム形成されたＲＦ出力に応じて、前記関心領域の画像を検出するステップと、
ディスプレイを介して、前記検出された画像を表示するステップと、
を含み、前記トランスデューサアレイ、前記受信ビームフォーマ、前記画像検出器及び前記ディスプレイは、機能的に相互に結合されたパッケージの複数の組み合わせの少なくとも１つの構成を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超音波イメージング装置に関し、特に、１次元アレイ超音波プローブのための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェイズドアレイ超音波イメージングシステムは、人の体内の一部分のリアルタイム画像を生成するために使用されている。このようなイメージングシステムは、送信／受信スイッチを使用して超音波トランスデューサのシングルアレイに結合され又は送信トランスデューサアレイ及び受信トランスデューサアレイに個別に結合される多重チャネル送信ビームフォーマ及び多重チャネル受信ビームフォーマを有する。送信ビームフォーマは、タイミングが決められた電気パルスを生成し、それらを予め決められたタイミングシーケンスで個々のトランスデューサ素子に供給する。トランスデューサは、電気パルスに応答し、対応する圧力波を放出する。圧力波は、トランスデューサアレイから予め決められた方向に伝播する送信ビームを形成するように位相を合わせられる。
【０００３】
送信ビームが、身体を通過するとき、アコースティックエネルギーの一部は、さまざまな異なるアコースティック特性を有する組織構造から、トランスデューサアレイの方へ後方散乱される。受信トランスデューサのアレイ（送信アレイと同じでもよい）は、圧力パルスを、対応する電気パルスに変換する。さまざまな異なる距離のために、組織構造から散乱される超音波エネルギーは、さまざまな異なる時間に個々のトランスデューサに戻ってくる。それぞれのトランスデューサは、電気信号を生成し、電気信号は、増幅され、受信ビームフォーマの１つの処理チャンネルに供給される。受信ビームフォーマは、サミング（合計）素子に接続される補償遅延素子をもつ複数の処理チャンネルを有する。システムは、選択されたポイントから散乱されるエコーを収集するために各チャネルごとに遅延値を選択する。
【０００４】
従って、遅延された信号が合計されるとき、強い信号が、選択されたポイントに対応する信号から生成されるが、異なる時間に対応する他のポイントから到来する信号は、異なる位相関係をもち、従ってひどく干渉する。補償遅延素子の相対的な遅延は、トランスデューサアレイに関して受信ビームの向きを制御する。所与の送信イベントからのエコーの受信中に遅延を変化させることによって、受信ビームフォーマは、受信ビームを、所望の方向をもつようにステアリングすることができるとともに、或る深さレンジにわたって動的にフォーカシングすることができる。
【０００５】
イメージングデータを収集するために、送信ビームフォーマは、トランスデューサアレイに、所望の走査パターンにわたって分布される複数の送信走査ラインに沿って超音波ビームを放出するように指示する。それぞれの送信ビームについて、受信ビームフォーマに接続される受信トランスデューサアレイは、選択された向きをもつ１又は複数の受信ビームを合成する。送信及び受信ビームは、くさび形のアコースティック画像を生成するために予め決められた角度空間にわたって生成され、又は平行四辺形のアコースティック画像を生成するために予め決められた線形空間にわたって生成される、往復ビーム（すなわち「質量中心」ビーム）を形成する。上述したパターンの任意の組み合わせが、アコースティックサンプリングの任意の密度をもって、より複雑な走査された画像形状を生成するために使用されることができる。
【０００６】
１次元アレイは、数百までの素子を有することができる。これらの素子は、一般に、処理エレクトロニクスの１２８チャネルをもつシステムに接続される。これらのチャネルの範囲内の受信ビームフォーマは、Ａ／Ｄコンバータ及びデジタル回路を伴ったデジタル信号処理を使用する。この回路は、ハンドヘルドシステムがこの方法を使用して構築されることができないような大きなサイズ及びパワーを要する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、超音波イメージング装置は、集積された高電圧パルサも送信／受信ビーム形成も含まないプローブに接続する大きく、高価な超音波装置であり、あまり持ち運びに便利ではない。
【０００８】
従って、２次元画像を供給するための大きいトランスデューサアレイを使用するとともに、サイズ、コスト及び複雑さに関して実際的である超音波イメージングシステムアーキテクチャを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
フェイズドアレイ超音波走査装置は、送信及び受信素子を有する超音波トランスデューサ素子の１次元（１Ｄ）アレイを備える。１次元アレイは、関心領域に向けられる送信アコースティックビームを生成するために送信素子を動作させる（energize、電圧をかける）ように構成される送信器に応答する。１次元アレイに機能的に接続される受信ビームフォーマは、関心領域から受け取られる送信アコースティックビームのエコーに応じて、受信ビームを合成する。受信ビームフォーマは、受信素子から受け取られる信号を遅延させ、ビーム形成されたＲＦ出力として、受信ビームフォーマの出力部に遅延された信号を供給するように構成されるアナログランダムアクセスメモリ（ＡＲＡＭ）遅延素子を有する。ビーム形成されたＲＦ出力は、関心領域の画像を形成するために使用するのに適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１を参照して、フェイズドアレイ超音波イメージングシステム１０は、トランスデューサハンドル１４に位置するトランスデューサ素子１２のアレイを有する。トランスデューサハンドル１４は、トランスデューサケーブル１６及びトランスデューサインタフェース１８を介して、エレクトロニクスユニット２０に機能的に結合する。例えば、インタフェース１８は、アナログ信号をそれぞれのデジタル信号に変換するためのアナログデジタル変換器１９（ＡＤＣ）及び他の回路を有することができる。エレクトロニクスユニット２０は、制御パネル２２並びにオペレーティング及びアプリケーションソフトウェア２４を有し、ディスプレイ２６にイメージング信号を供給する。ソフトウェア２４は、画像検出及び走査変換のための構成要素を含む。画像検出は、好適には、ステップ又はＲＦフィルタリング、ミキシング、解析的なエコーエンベロープ検出、ロギング及び他の平滑化を含む。走査変換は、エコーデータを、走査されたアコースティックラインのフォーマットから、ディスプレイ２６の好適にはデカルト座標のフォーマットに変換する。
【００１１】
トランスデューサアレイ１２は、特定の超音波イメージングシステムのための要求に従って、大きい１次元アレイ、フェイズドアレイ（ＰＡ）、線形アレイ（ＬＡ）又はカーブした線形アレイ（ＣＬＡ）として配置される数百のトランスデューサ素子２８を有する。更に、トランスデューサアレイ１２は、１次元アレイに沿って分布される別個の送信及び受信アレイに配置されるトランスデューサ素子を有することもできる。代替例として、トランスデューサ送信及び受信素子は、１次元アレイに沿ってセミランダムパターンにわたって分布されることができる。
【００１２】
トランスデューサハンドル１４は、送信パルス発生器及び関連する高電圧ドライバ、低ノイズ受信プリアンプ、並びに概して参照数字３０によって示される遅延及びサミング回路を有する。重要なこととして、一実施例において、素子は、小さいボリュームに集積化され、トランスデューサハンドル１４内に置かれる。
【００１３】
トランスデューサケーブル１６は、少なくとも１つの信号ワイヤ、電源ワイヤ、クロックライン及びデジタル通信を含む。
【００１４】
代替例として、トランスデューサアレイ１２は、送信ビームを放出し、受信ビームを検出するために、同じトランスデューサ素子を用いる。この構成では、イメージングシステム１０は、動作モードに依存して、送信ビームフォーマと受信ビームフォーマとの間の切り替えを行うための送信／受信スイッチ（図１に不図示のＴ／Ｒスイッチ）を有する。超音波エネルギーの伝送中、スイッチは、素子を送信ビームフォーマに接続し、受信ビームフォーマを保護する。送信ビームを放出したのち、Ｔ／Ｒスイッチは、トランスデューサ素子を受信ビームフォーマに接続する。
【００１５】
一実施例において、超音波イメージングシステム１０は、例えば関心のある人間の臓器又は領域の２次元画像データを取得するために１２８のトランスデューサ素子を有する１次元のトランスデューサアレイ１２を利用する。イメージングシステム１０は、超音波エネルギーを伝送するためにトランスデューサ素子の約半分を使用し、超音波エネルギーを受け取るために他の半分を使用する。送信及び受信素子は、アレイ１２にわたってランダムに分布される。送信及び受信素子を切り分けることによって、システムは、Ｔ／Ｒスイッチなしで製造されることができ、それによってシステムの複雑さを低減することができる。
【００１６】
それぞれの集積回路３２は、送信パルスを生成するデジタルパルス発生器の組と、超音波を放出するためにトランスデューサ素子を励起するのに使用される約１００ボルト（〜１００ｖ）のオーダーまで、送信パルスを増幅する高電圧ドライバ回路と、を有することができる。それぞれの集積回路は更に、後に詳しく述べるように、低ノイズ受信プリアンプ、受信ビーム形成を行うためのアナログ遅延回路及びデジタル制御回路を有することができる。低ノイズ受信プリアンプは、トランスデューサ信号を前段増幅し、前段増幅された信号を遅延回路に供給する。遅延回路は、選択された遅延値を信号に適用することによって、受信ビーム形成を実施する。
【００１７】
図２は、送信ビームフォーマ３８に機能的に結合され、受信ビームフォーマ４０に機能的に結合されるトランスデューサアレイ１２を有するイメージングシステム１０のブロック図である。
【００１８】
図３に関連して記載するように、受信ビームフォーマ４０のチャネル４４ｉは、サミング素子４８（サミングジャンクション）に接続されるプログラマブルな遅延素子４６を有する。受信ビームフォーマ４０のそれぞれの個々のチャネルのプログラマブル遅延素子４４ｉは、対応する個別のトランスデューサ信号を遅延させ、サミングジャンクション４８に接続する。サミングジャンクションは、遅延された信号を加算し、受信ビームフォーマ４０のチャネル出力５０に合計された信号を供給する。
【００１９】
図２を再び参照して、システムコントローラ５２は、マイクロプロセッサ及び関連するメモリを有する。コントローラ５２は、イメージングシステム１０の動作を制御するように構成される。システムコントローラ５２は、バス５４を介して、送信ビームフォーマチャネルに遅延コマンドを供給する。遅延データは、くさび形の送信パターン、平行四辺形の送信パターン又は他のパターンにわたって、生成された送信ビームをステアリングし、フォーカシングする。
【００２０】
システムコントローラ５２は更に、バス５６を介して、受信ビームフォーマのチャネルに遅延コマンドを供給する。適用される相対的な遅延は、合成された受信ビームのステアリング及びフォーカシングを制御する。それぞれの受信ビームフォーマチャネル４４ｉは、受信信号の深さの関数として利得を制御する可変利得増幅器と、合成されたビームのビームステアリング及びダイナミックフォーカシングを達成するためにアコースティックデータを遅延させる遅延素子と、を有する。サミング素子４８は、ビームフォーマのチャネルから出力を受け取り、結果として得られるビームフォーマ信号５０を画像生成器５８に供給するために、それら出力を加算する。
【００２１】
ビームフォーマ信号は、受信走査ラインに沿って合成される受信超音波ビームを表す。画像生成器５８は、扇形のパターン、平行四辺形のパターン又は他のパターンにわたって合成される多数の往復ビームによってプローブ走査された領域の画像を構成する。
【００２２】
送信ビームフォーマは、米国特許第４，１４０，０２２号、同第５，４６９，８５１号又は同第５，３４５，４２６号明細書に記載されているようなアナログ又はデジタルのビームフォーマを有することができる。これらの明細書はすべて参照によって盛り込まれる。
【００２３】
代替例として、送信ビームフォーマは、受信ビームフォーマと同じアナログ遅延素子を使用することができる。この構造においては、スイッチが、送信中に送信信号を遅延させ、信号受信中に受信回路を遅延させるようにアナログ遅延回路を切り替えるために使用される。アナログ遅延回路は、アナログ信号又はデジタルパルスのいずれも遅延させるために使用されることができる。
【００２４】
再び図３を参照して、受信ビームフォーマ４０は、サミング素子４８に接続されるプログラマブルな遅延線４６１、４６２、４６３及び４６Ｎの組を含むアナログ受信ビームフォーマを構成する。サミング素子４８の出力５０は、受信ビームフォーマ４０の遅延され合計された信号を供給する。プログラマブルな遅延線４６ｉは、アナログ遅延線として実現される。それぞれのアナログ遅延線４６ｉは、図４に関して記載するようにアナログＲＡＭを有する。
【００２５】
本願明細書に記載するように、超音波システムは、トランスデューサ素子のアレイを有する。トランスデューサ素子は、受信ビームフォーマチャネルに機能的に結合される。ビームフォーマチャネルはアナログ遅延線を含み、遅延は可変である。
【００２６】
ここで図４を参照して、アナログランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）装置６０は、プログラマブルな遅延素子として構成される。ＲＡＭ装置６０は、入力スイッチ６５１、６５２、．．．、６５Ｍ及び出力スイッチ６７１、６７２、．．．、６７Ｍにそれぞれ接続される復号器６４及び６６を使用して、Ｍ個の入力サンプル信号を記憶するためのＭ個のストレージキャパシタ６２１、６２２、６２３、．．．、６２Ｍのグループを有する。入力バッファ６８は、トランスデューサ信号を受け取り、トランスデューサ信号は、復号器６４によって制御される入力スイッチ６５ｉによって、ストレージキャパシタ６２ｉに送られる。出力スイッチ６７ｉに結合される復号器６６は、入力カウンタ７０と出力カウンタ７２との間のタイミングの差によって決定される遅延時間に、個別のキャパシタ電荷をサンプリングする。それに応じて、トランスデューサ信号は、それらが入力バッファ６８から出力バッファ７４に伝えられるとき、選択された遅延時間だけ遅延される。
【００２７】
一実施例において、２つのカウンタ７０及び７２の間の時間差は、２つのカウンタへのクロック（ＣＬＫ１及びＣＬＫ２）を同じにすることによって、アコースティックラインに沿ったすべてのピクセルについて一定値に保たれる。この実施例は、固定の静止フォーカスを提供する。
【００２８】
別の実施例において、２つのカウンタ７０及び７２の間の時間差は、２つのカウンタに対して異なるクロックを使用することによって、アコースティックラインに沿って変更される。２つのクロックについて適当なパルスストリームを選択することによって、フォーカスが、アコースティックラインに沿ったすべてのピクセルについて維持されることができる。この実施例は、ダイナミックフォーカスを提供する。
【００２９】
再び図２を参照して、イメージングシステム１０は、データバス５４及び５６によって概略的に示されるように、送信及び受信ビームフォーマに遅延値を供給するように構成されるデジタル制御回路を有するシステムコントローラ５２を備える。送信及び受信ビームフォーマの双方は、これらのデータバスによって遅延値を受け取るように構成される。
【００３０】
本願明細書に開示するように、フェイズドアレイ超音波走査装置は、送信及び受信素子を有する超音波トランスデューサ素子の１次元（１Ｄ）アレイを備える。１Ｄアレイは、関心領域に向けられる送信アコースティックビームを生成するために送信素子を動作させるように構成される送信器に応答する。装置は、１Ｄアレイに機能的に接続される受信ビームフォーマを更に有する。受信ビームフォーマは、関心領域から受け取られる送信アコースティックビームのエコーに応じて、受信ビームを合成するように構成される。更に、受信ビームフォーマは、受信素子から受け取られる信号を遅延させ、ビーム形成されたＲＦ出力として受信ビームフォーマの出力に遅延された信号を供給するように構成されるアナログランダムアクセスメモリ（ａＲＡＭ）素子を有する。受信ビームフォーマは、遅延された信号を合計し、遅延された信号の合計に応じて、ビーム形成されたＲＦ出力を生成するように構成される合計器を更に有する。ビーム形成されたＲＦ出力は、関心領域の画像を形成するために使用するのに適している。
【００３１】
一実施例において、受信ビームフォーマは、静的なビーム形成を行うように構成される。静的なビーム形成により、ビーム形成されたＲＦ出力は、より大きな焦点深度（被写界深度）を通して一貫した解像度をもたらすためにスプライシングによって画像を形成するために使用するのに適している。スプライシングは、所与の方向において走査ラインごとに複数の送信イベントを用いる。各送信イベントは、連続的に浅くなる深さに集束される。連続するイベントから受け取られたアコースティックデータセットは、システムプロセッサによって収集され、連続するデータセットから隣接するセクションが抜き出され、従って、それらのデータは、対応する送信イべントフォーカスに近い。抜き出されたデータセットは、サプライヤの受信ラインのいかなるものよりも優れた関心深さをもつ１つの複合受信ラインにまとめられる。スプライシングプロセスは、全体的な画像走査のあらゆるスキャンラインについて繰り返される。
【００３２】
別の実施例において、受信ビームフォーマは、アコースティックラインに沿ったすべてのピクセルについてフォーカスを維持するために、時間とともに遅延値を動的に更新することを含む動的なビーム形成を行うように構成される。
【００３３】
フェイズドアレイ超音波走査装置は、ハードウェアおよびソフトウェアを有するとともに、ビーム形成されたＲＦ出力に応じて関心領域の画像を検出するための適切な検出器を更に有する。更に、装置は、検出器に機能的に接続される、検出された画像を表示するための表示ユニットを有する。ユーザインタフェースは、画像検出器及び表示ユニットに機能的に接続され、画像検出器及び表示ユニットの少なくとも一方の制御パラメータを制御するように構成される。一実施例において、画像検出器、ディスプレイ及びユーザインタフェースは、携帯可能なパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）及びポケットＰＣのうちの１つ又は複数からなる。
【００３４】
一実施例において、トランスデューサアレイ、受信ビームフォーマ、画像検出器及びディスプレイは、単一のパッケージを構成する。別の実施例において、トランスデューサアレイ及び受信ビームフォーマは第１のパッケージを構成し、画像検出器及びディスプレイは第２のパッケージを構成する。この場合、第１のパッケージは、第２のパッケージに機能的に結合される。
【００３５】
更に別の実施例によれば、トランスデューサアレイは、１つのパッケージ内にあり、受信ビームフォーマ、画像検出器及びディスプレイは第２のパッケージ内にある。
【００３６】
本発明の一実施例において、静的にフォーカシングされたＲＦが、関心領域の画像を形成するために使用される。この実施例は、静的な集束ビーム形成から生じる制限された焦点深度に関連する問題を有することがわかっている。しかしながら、低減される複雑さ及びより低いコストは、この問題を許容できるものにすることができる。
【００３７】
静的なフォーカスの場合、焦点深度は、複数のアコースティックラインからの受信データを異なる送信フォーカスによってスプライシングすることによって増大されることができる。
【００３８】
上述したように、受信ビームフォーマは、受信中に受信遅延を調整するように変更されることができ、それによって、チャネルデータの連続的にフォーカシングされた合計を、単一のＲＦ信号にすることを可能にする。従って、ビームフォーマは、ダイナミックフォーカスを行うように構成されることができる。
【００３９】
上述した実施例の場合、プローブの外側には、いかなるビーム形成も必要とされない。簡単な画像検出が、例えばノートブック、パームトップ又はパーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）のような携帯可能なＰＣにプラグ接続されるインタフェースボード上で行われることができる。超音波データ取得及びビーム形成に必要な回路は、プローブ内に設けられる。インタフェースが、プローブをＰＣに結合する。画像検出、フォーマッティング及び表示は、プローブからのビーム形成されたＲＦデータを使用して、ＰＣの適切なハードウェアおよびソフトウェアによって実施される。ビーム形成されたＲＦデータは、プローブからインタフェースまで単一のアナログ又はデジタルチャネルで伝送される。インタフェースは、例えばコンパクトフラッシュ（ＣＦ又はＣＦ＋）、ＰＣＭＣＩＡ、ＵＳＢ、ファイヤワイヤ（Ｆｉｒｅｗｉｒｅ）、ファイバチャネル（ＦｉｂｒｅＣｈａｎｎｅｌ）、ＰＣＩ、ＵＡＲＴ又は他の適切なインタフェースのような標準インタフェースを含むことができる。
【００４０】
ほんのわずかな例示的な実施例だけを詳細に記述したが、当業者であれば、本開示の実施例の新しい教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの変更が例示的な実施例において可能であることが分かるであろう。
【００４１】
例えば、ビームフォーマを１つ又は複数のステージに分割することが可能であり、第１のステージは、素子のサブアレイのビーム形成を行い、第２のステージは、サブアレイのビームフォーマの出力をビーム形成する。他の例において、アナログ遅延素子のために、ＡＲＡＭに代わって、サンプルアンドホールド装置、スイッチトキャパシタ装置又は電荷結合装置を使用することが可能である。従って、すべてのこのような変更は、特許請求の範囲に規定するような本開示の実施形態の範囲内に含まれることが意図される。特許請求の範囲において、ミーンズプラスファンクションの項は、列挙されたファンクションを実施するものとして本願明細書に記載されている構造をカバーし、また、構造的な等価物だけでなく等価な構造物をもカバーすることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本開示の一実施例によるフェイズドアレイ超音波イメージングシステムの概略図。
【図２】本開示の一実施例により送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマに機能的に結合される超音波トランスデューサの１次元アレイを含むイメージングシステムの概略図。
【図３】受信ビームフォーマのサミングジャンクションに接続されるプログラマブルな遅延線に機能的に結合されるいくつかの説明的なトランスデューサ素子のブロック図。
【図４】本開示の超音波イメージングシステムの受信ビームフォーマのプログラマブルな遅延素子として使用されるアナログランダムアクセスメモリ素子の概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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