(57)【要約】複数の音響トランスデューサからなる少なくとも１つのアンテナを有する音響プローブ（１）に接続された超音波検査器（４）からなる超音波検査システムであって、検査対象となる組織が位置するまたは配置される有効体積を音波で掃引することを可能にする。システムは、１つ以上の硬直に連結されたトランスデューサ列からなり、超音波検査時に通常は平面状の表面上を移動する合成的に処理されるアンテナを少なくとも１つ有するプローブを含むものである。【選択図】図４
2004512118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象となる組織が位置するまたは配置される有効体積を音波で掃引することを可能にする複数の音響トランスデューサ（１２）からなる少なくとも１つのアンテナを有する音響プローブ（１）に接続された超音波検査器（４）からなる超音波検査システムであって、超音波検査器が、少なくとも一部のトランスデューサが以前に発信し、組織から反射し、トランスデューサによって受信された音響信号を、チャネル毎に分別し、利用者が使用できる超音波画像を抽出するように処理するようにプログラミングされ、該システムが、超音波検査時に、表面の少なくとも１つの方向に移動される、１つまたは複数の硬直に連結されたトランスデューサ列からなるアンテナ（２または２’）であって、合成的に処理されたアンテナを有する種類のプローブを有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
プローブが、１つまたは複数の硬直に連結されたトランスデューサ列からなり、超音波検査時に平面上または曲面上に機械的に移動させられる少なくとも１本のアンテナを有する請求項１に記載の超音波検査システム。
【請求項３】
プローブが、１つまたは複数の硬直に連結されたトランスデューサ列からなり、超音波検査時に平面上または曲面上に手動で移動させられる少なくとも１本のアンテナを有する請求項１に記載の超音波検査システム。
【請求項４】
プローブが、超音波検査対象となる組織に対する音響インタフェースとして機能する膜（１３）上で滑走することを目的とする少なくとも１本のアンテナを有する請求項２または３に記載の超音波検査システム。
【請求項５】
プローブアンテナの位置に関する情報を供給する駆動機構を有することを特徴とする請求項２または４に記載の超音波検査システム。
【請求項６】
駆動機構と独立した測定装置を有し、プローブアンテナの位置に関する情報が、プローブアンテナの移動手段と独立した少なくとも１つの測定装置によって得られることを特徴とする請求項２、３および４のうちいずれか１項に記載の超音波検査システム。
【請求項７】
超音波検査器が、超音波検査時に、組織から反射され、トランスデューサによって受信された音響信号から、プローブアンテナの位置に関する情報を、プログラミングされた処理の実行時に、超音波検査器において求めるための手段を有することを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の超音波検査システム。
【請求項８】
プローブのトランスデューサが、各々が少なくとも１つのトランスデューサ列（ＡＬ）からなり、Ｈ字状に配置された３本のアンテナ上に分散され、中央アンテナが超音波検査画像が抽出される音響信号を発信し、受信するために使用され、側アンテナが、この３本のアンテナが形成するＨ字構造の位置に関する情報が抽出される信号を受信するために使用される、請求項７に記載の超音波検査システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、超音波検査システムに関し、特に、医学関連の画像形成のための使用を目的としたものに関する。さらに、このようなシステムに設けるための音響プローブにも関する。
【０００２】
既知であるとおり、超音波システムは、検診用に、特に実時間で行われる検診用に、人間の臓器を構成する組織を可視化するために一般的に使用されている。
【０００３】
こうしたシステムは、超音波検査対象となる組織が位置するまたは配置される所定の有効体積を音波で掃引することを可能にする音響トランスデューサからなる１つまたは複数のアンテナが取り付けられた音響プローブを使用する。アンテナは、超音波検診信号を送信したり、検診信号によって照射された組織から反射される信号を受信したりするために使用される。近年の動向では、発信ビームが細いトランスデューサを多数有するアンテナによるプローブを製造することで、比較的大きい寸法のターゲットから精確な画像を取得することが多い。しかし、トランスデューサの数が多過ぎると、寸法合わせや超音波検査器にプローブのトランスデューサをリンクさせるためのコストが許容範囲を超えてしまう。現在では、例えば、５０×５０の長方形行列に従って配置された２５００個のトランスデューサからなるプローブを製造することが可能である。
【０００４】
よって、本発明は、リンク線の数が上述のシステムより顕著に少ないアンテナ音響トランスデューサを有するプローブによって、高画質を実現することを可能にする超音波システムを提供するものである。本発明は、対応するプローブと超音波検査器との間に、高性能を示し、相当コンパクトな形態で、合理的なコストで製造できる点で、技術的に許容できるリンクを設けることを可能にする。
【０００５】
音響プローブは、検査対象となる組織が位置するまたは配置される有効体積を掃引することを可能にする複数の音響トランスデューサからなる少なくとも１つのアンテナを有する。超音波検査器は、少なくとも一部のトランスデューサにより発信され、組織で反射され、トランスデューサによって受信された音響信号を、チャネル毎に分別し、ユーザによって使用可能な超音波画像を抽出するような処理を行うようにプログラミングされている。
【０００６】
本発明の主要な特徴によると、システムは、検査対象となる組織が位置するまたは配置される有効体積を音波で掃引することを可能にする１つまたは複数の硬直に連結されたトランスデューサの列からなる少なくとも１つのアンテナを有する音響プローブを設けたものである。このアンテナは、超音波検査の際に、合成型のアンテナ処理のコンテクストで、表面の少なくとも１つの方向に沿って移動することを意図している。
【０００７】
本発明の実施形態によると、プローブは、超音波検査の際に、平面上または曲面上で機械的に移動する１つまたは複数の硬直に連結されたトランスデューサの列からなる、少なくとも１本のアンテナを有する。
【０００８】
本発明の変形形態では、プローブは、超音波検査の際に、平面上または曲面上で手動で移動する１つまたは複数の硬直に連結されたトランスデューサの列からなる、少なくとも１本のアンテナを有する。
【０００９】
本発明の特定の実施形態によると、プローブが、超音波検査対象となる組織に対する音響インタフェースとして機能する膜上で滑走することを目的とする少なくとも１本のアンテナを有する。
【００１０】
本発明のある実施形態によると、プローブアンテナの位置に関する情報が、駆動機構によって供給される。
【００１１】
変形形態によると、プローブアンテナの位置に関する情報が、プローブアンテナの移動手段と独立した少なくとも１つの測定装置によって得られる。
【００１２】
他の変形形態によると、超音波検査時に、組織から反射され、トランスデューサによって受信された音響信号から、プローブアンテナの位置に関する情報を、プログラミングされた処理の実行時に、超音波検査器における罫線によって求める。
【００１３】
ある実施形態では、プローブのトランスデューサが、各々が少なくとも１つのトランスデューサ列（ＡＬ）からなり、Ｈ字状に配置された３本のアンテナ上に分散され、中央アンテナが超音波検査画像が抽出される音響信号を発信し、受信するために使用され、側アンテナが、この３本のアンテナが形成するＨ字構造の位置に関する情報が抽出される信号を受信するために使用される。
【００１４】
本発明は、さらに、上述の主要の特徴によって定義される超音波検査システムのための音響プローブを提案するものである。
【００１５】
本発明のさらなる特徴によると、プローブは、表面上に１つまたは複数の列に配置される複数の音響トランスデューサからなる合成アンテナを有し、発信時および／または受信時に、一部のトランスデューサを共同で選択することを可能にするアドレッシングマルチプレクサのシステムであって、マルチプレクサを選択的にアドレッシングし、この部分を擬似的に移動させるようにすることを可能にするシステムとを含むものである。
【００１６】
本発明と、その特徴および利点は、以下に示す図面を参照する次なる説明において明らかとなろう。
【００１７】
図１に示す超音波システムは、従来では、超音波検査の対象となる組織が位置するまたは配置される所定の有効体積を音波で掃引するための、アンテナを構成する複数のトランスデューサを含む超音波プローブ１を有する。プローブ１は、以下に説明するとおり、組織のレベルに位置し、トランスデューサによって決まる方法で照射されるターゲットを検査することを可能にする。トランスデューサは、超音波領域内で音響信号をターゲットに送信することも、ターゲットによって反射された後に信号を受信するためにも使用される。
【００１８】
そのために、プローブ１は、プローブのトランスデューサに伝送される励起信号が発生する発信ステージ５を有する超音波検査器４に接続されている。この伝送処理は、図示しないが、通常の形式で発信ステージに連結されたクロック回路６のパルス制御に基づき、所定の順序および所定の周期性で行われる。マン／マシンインタフェース７のキーボードまたはデスク型等の制御手段によって、ユーザは、必要に応じて、超音波検査器の様々な構成要素や、プローブを操作することができる。
【００１９】
発信段階では、励起信号が、パルス列の形式で、発信ステージ５から、受信ステージ９も連結されている分別ステージを介して、プローブの少なくとも１つのアンテナのトランスデューサに送信される。これらの励起信号は、プローブアンテナのトランスデューサのレベルで超音波パルス信号に変換される。分別ステージ８によって、励起信号が受信ステージ９を圧倒せずに済むのである。受信段階のトランスデューサによって拾われる反射超音波信号は、受信ステージで考慮され、受信チャネル毎に分別されるようにして整理される。この分別は、特に焦点合せの目的でユーザに利用可能な選択肢によって決定する方式で行われる。信号処理ステージ１０は、受信ステージが供給する信号を、例えば、ディスプレイスクリーン１１に表示される超音波画像等の、ユーザが利用できる信号に変換することを可能にする。周知であるとおり、超音波検査器の操作は、処理ステージ１０と部分的に融合されていてもよいプログラミングされた管理ユニットによって制御される。この操作は、プログラミングされた管理ユニットとともに、クロック回路６によって時間的に管理される。
【００２０】
図２に、１列の超音波トランスデューサ１２からなるアンテナ２を有する１次元型の音響プローブを示す。配列されたトランスデューサの数は多い可能性があり、例えば、１列に１２８個のトランスデューサを有してもよい。
【００２１】
本発明によると、１次元型のプローブアンテナを、所定の速度で、通常は平面または曲面を描く面上で移動させる。プローブアンテナの移動は、配列されたトランスデューサ１２の選択性作動を駆使することで有効体積を音波で掃引するために使用される。よって、トランスデューサを、ある表面上に分散されていることとし、アンテナの移動を利用して、送信および受信の両方に対して合成的に使用することができるので、両寸法においても解像度が同程度である画像が得られる。
【００２２】
図４に見えるように、ある時点ｔ１で、プローブのアンテナが移動する経路上の位置Ｅ１で発信された信号は、時点ｔ１＋τにおいて、位置Ｒ１で受信される。
【００２３】
時点ｔ１＋Ｔに位置Ｅ２で発信された信号は、時点ｔ１＋Ｔ＋τ’に位置Ｒ２で受信されるが、ここで、τ’はτと異なる。遅延時間の差τ’−τは、特定の周波数で、位置Ｒ１とＲ２における受信間で位相偏移を引起す。この位相偏移は、長さＥ２−Ｅ１の固定受信アンテナの２つのセンサ間の位相差の倍である。同一の信号から得られた受信された信号を記録することにより、送信アンテナのパターンによって求められた領域において、所定の原点から発生する信号のリフェージング処理を行うことを可能にする。
【００２４】
図２を参照して述べたプローブの場合、そのアンテナ２は、間隔が波長の半分である１２８個のセンサからなることが想定され、従って、全長は６４λに等しく、プローブアンテナが３２λ移動した時に得られる画像は、表面積が６４λ×６４λである平面プローブアンテナによって供給される画像に相当する。
【００２５】
また、以上述べてきた線状アンテナ２を有するプローブを、図３に示すように、複数列のトランスデューサからなるアンテナ２’を有するプローブで代替することも可能である。このアンテナ２’は、列毎に異なることも可能である特定数のトランスデューサ１２’を有する複数の列からなるものである。各列のトランスデューサの数は、例えば、プローブ２に想定される数のトランスデューサに対応し、各トランスデューサは、１７または１７ｎ等の好ましくは共有されるワイヤリンクを介して、システムのプログラミングされた管理ユニットによって個別に制御される。
【００２６】
このようなアンテナの直線移動を、図５に示すが、ここでは符号２”で示すアンテナの４つの連続する位置Ｐ１ないしＰ４を表す。各アンテナ位置で取得することができるビームも例示し、ここで、各ビームは中央の目標領域Ｚに向けて発生することとする。
【００２７】
発信時にアンテナのパターンを変更することで、トランスデューサを適切な遅延を設けた信号で駆動し、検査対象空間の特定の領域にビームを集中させることができる。さらに、画像形成を改善すべく、例えば特定の方向にゼロを設定するなどして、受信時にアンテナのパターンを変更することも可能である。
【００２８】
アンテナ２”の移動は、特定の速度で、アンテナ２に関連して上述した条件と同様の条件で行われる。よって、検査対象の組織中、操作者が選択する領域内で、比較的高解像度の画像を簡単に取得することを可能にする。アンテナが、２のように１列からなるものであっても、２’のように複数列からなるものであっても、移動の際に、プローブのアンテナを精確に配置することができることが重要である。この配置は、相対的なものであってもよく、その場合、移動開始時の初期出発位置に対する、移動中の特定の時点におけるプローブアンテナの位置を精確に知ることが必要となる。例えば、周波数が５ＭＨｚ程度である場合、３／１００ｍｍ程度の精度が必要と思われる。
【００２９】
プローブアンテナが、例えば、１つまたは複数のステップモータによって駆動される機械システム等の精確で忠実なシステムによって移動する場合、プローブアンテナの位置を、必要な精度で取得することができる。その場合、プローブアンテナの位置に関する上方は、駆動機構から得ることが可能である。
【００３０】
また、本発明によると、プローブアンテナの位置は、アンテナ移動手段とは独立した１つまたは複数の、例えば加速度計等の、測定装置によって精確に取得することも可能である。
【００３１】
図６に、機械的に移動可能な線状のアンテナを有するプローブの例を示す。ここで、駆動機構によって、プローブアンテナの位置を、λ／８、すなわち、波長０．３ｍｍで動作するプローブのアンテナにおいて、約０．０３ｍｍ以内の精度で知ることが可能であることを前提とする。ここで、プローブは５ＭＨｚで動作し、長さ１９．２ｍｍの列を有し、プローブアンテナはλ／２の間隔で配置され、幅がλにほぼ等しい１２８本のトランスデューサ１２”からなることとする。プローブアンテナは、図示しない機構の動作により、枠１４上に張った比較的剛性の高い膜１３上を滑走させることで、その軸に対して平行に移動することができる。プローブアンテナの移動距離は、例えば、１ｃｍ程度に限定される。膜は、その下に位置することとする検査対象となる組織に対して音響インタフェースとして機能する。プローブのトランスデューサは、可撓リンク１５によって超音波検査器本体に連結される。線状アンテナは、最大指向性が平面上で約０．９度または１／６４ラジアンに等しく、これは、２０ｃｍ離れている場合、３ｍｍの解像度に対応し、４ｃｍ離れている場合、０．６２５ｍｍの解像度に対応する。他の平面内では、指向性が３０度であり、その結果、その平面内では、４ｃｍ離れている場合、２ｃｍであり、２ｃｍ離れている場合、１０ｃｍである音波掃引領域が得られる。
【００３２】
複数列のトランスデューサからなるアンテナの場合に得られる指向性は著しく高く、このアンテナは、上述したように、空間的に様々な形態で使用することが可能である。さらに、信号対雑音比を向上するためにも使用することができる。
【００３３】
上述の線状アンテナを１ｃｍ移動させることは、両方向の指向性が１／６４ｒａｄである合成アンテナを得ることに等しく、従ってアンテナの利得が４０９６になり、４ｃｍ離れている場合、精度セルの寸法が０．６×０．６、すなわち０．３６ｍｍ２になる。
【００３４】
また、空間的位置が、アンテナ移動用駆動システムと独立しており、上述の従来の測定装置とは異なる測定装置を使用して求められる線状または多線状のアンテナからなる合成処理によるアンテナを有するプローブも考えられる。これは、特に、超音波検査システムのプローブアンテナの移動が、ユーザによって手動で行われる形態に適する。
【００３５】
このような形態で使用すべきプローブを図７に示すが、このプローブのアンテナは、Ｈ字状に配置された３本の線状アンテナＡＬからなり、各々が同じ数のトランスデューサ１２’’’を含む。各線状アンテナＡＬは、例えば、図２および５を参照して説明した線状アンテナと同様な構造を有し、同じ特徴を有することが想定される。さらに、プローブの３本の線状アンテナＡＬによって構成されるＨ構造が、枠１４’’’に張られ、その下に検査すべき組織が配置された膜１３’’’上を滑走することで短距離を移動することができることとする。上述のとおり、プローブのトランスデューサは可撓リンクによって超音波検査器本体に連結され得る。２本の側アンテナの間に配置された中央アンテナＡＬを構成するトランスデューサの列は、アンテナ２のトランスデューサ１２”の列と同様にして可視化用に使用される。２本の側アンテナＡＬは、プローブアンテナの動きを測定するために使用される。この測定は、プローブアンテナが移動した場合、検査下の組織のレベルに位置する反響波は、固定であるか、固定であると仮定することができるので、受信信号のコヒーレンスが保証され、画像の解像度や位置測定の精度が改善される。
【００３６】
上述の中央要素ＡＬ等に相当する線状のアンテナ２’’’の場合、図８に示す２つの連続する位置ｐ１、ｐ２のうち第１のアンテナ位置ｐ１における特定のトランスデューサについて示すような、特定形状のチャネルＶを得ることができる。これらのチャネルＶ、Ｖ’およびＶ”は、アンテナ２’’’のトランスデューサの列に沿い、トランスデューサによって確定される平面に対して垂直の平面Ｐ内では、非常に細い。さらに、アンテナを移動することで到達できることが想定される２つの位置ｐ１およびｐ２のそれぞれにおける１つのチャネルについて示すように、他方向にかなりの幅を有する。
【００３７】
可視化に使用される中央アンテナＡＬによって百チャネルあまりが形成され、レンジ２０ｃｍに対する発信繰返周期が約２５０μｓであることを仮定すると、３本の線状アンテナＡＬからなる構造の移動速度が、０．１５ｍｍに対して１００×２５０＝２５ｍｓを超えないことが必要である。これは、６ｍｍ／ｓの速度に相当し、移動距離が２ｃｍである場合、３秒を若干超える程度のスキャン時間に相当する。その場合、上述のように、検査される範囲が４ｃｍである時、反響波を形成させる組織内の要素が、距離ビンの側面に対応する方向に、０．６ｍｍを超える距離移動しないことが必要である。
【００３８】
上述の制限は、線状アンテナの移動手段が、手動式であるか機械式であるかを問わず、以前に提案した線状アンテナに対しても考慮される。
【００３９】
１次元型または１．５次元型のプローブアンテナの移動が機械式のものであり、その移動中にプローブアンテナの位置がいずれの時点においても完全に知ることができるように、十分に特定された方式で行われる場合、処理前に行われるべき動作は、その後、合成チャネルを構築することができるようにメモリ内に反射信号を記憶しておくことのみである。
【００４０】
アンテナの移動が、例えば手動で行われるために、上述の条件に従って行われるものでない場合であっても、プローブアンテナの位置を精度よく知ることができる。プローブアンテナが、上述したように、Ｈ字状に配置された３つの線状アンテナＡＬを有する種類のアンテナ構造の一部を構成するものであればそうである。３本のＨ字状のアンテナによって構成される構造の移動の測定は、受信専用の２本の側アンテナによって、これらのアンテナのセンサ上で繰返し行われる相関測定によって行われる。中央アンテナの端部に位置する２つの側アンテナを使用することで、３本のアンテナからなる構造の回転の測定精度を向上することが可能である。
【００４１】
いずれの場合にも、収集された信号がメモリ内に記録されると、移動中にアンテナが掃引した空間の全体に対してチャネルを形成することが可能である。こうして得られた結果は、既知であるとおり、大寸法の長方形行列に従って分散される多数のトランスデューサからなる２次元プローブによって得られるものに対応する。以前に説明したように、収集された信号の処理は、レーダの分野で衛星や飛行機からの信号の地上イメージングのために従来から行われているように、プローブアンテナのパターンによって規定される領域内の特定の発信点より発生される信号をリフェージングすることで行われる。移動の推定は、発信毎のアンテナセンサ間の相関を測定することで実行される。
【００４２】
本発明は、さらに、図９に示すプローブのアンテナ２””について仮定されるように、アンテナが２次元型のものであり、スキャニングが、機械的手段ではなく、プローブ内に設けてあるマルチプレクサ１６、．．．、１６ｎによって行われる場合にも適用可能である。これは、実際、アンテナのトランスデューサと、超音波システムのそれ以外の部分との間のリンク１７、．．．、１７ｎの数を減らすことを可能にするものである。プローブとシステムとの間の連結ケーブルの数が減るといった利点を受けながら、必要な接続の数および種類によって、単一の列のトランスデューサを有する、２’のような１次元型のアンテナ、または上述のような多線型のアンテナを有するプローブでスキャンを行うことができる。
【００４３】
また、この形態では、マルチプレクサのアドレッシング方式を変更するだけで、画像の形成時間およびドップラ処理の性能について、有利な方法で発信または受信で使用されるアンテナ部の移動速度を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、既知の超音波検査システムを示す概略図である。
【図２】
図２は、一列のトランスデューサを有する第１種の既知のプローブアンテナを示すものである。
【図３】
図３は、複数列のトランスデューサを有する第２種の既知のプローブアンテナを示すものである。
【図４】
図４は、アンテナの直線移動に関する概略図を示すものである。
【図５】
図５は、本発明による、超音波画像を取得するための操作のコンテクストにおいて直線移動するプローブアンテナによって実現可能なスキャニングを示す基本図である。
【図６】
図６は、本発明による、超音波検査システムのためのプローブの配置を示す第１の実施形態を示す基本図である。
【図７】
図７は、本発明による、超音波検査システムのためのプローブの配置を示す第２の実施形態を示す基本図である。
【図８】
図８は、線状アンテナのトランスデューサの送信モードを示す基本図である。
【図９】
図９は、多線状アンテナを有するプローブの実施形態を示すものである。
【図１】
2004512118.tif 000003
【図２】
2004512118.tif 000004
【図３】
2004512118.tif 000005
【図４】
2004512118.tif 000006
【図５】
2004512118.tif 000007
【図６】
2004512118.tif 000008
【図７】
2004512118.tif 000009
【図８】
2004512118.tif 000010
【図９】
2004512118.tif 000011
【国際公開パンフレット】
2004512118.tif 000012
2004512118.tif 000013
2004512118.tif 000014
2004512118.tif 000015
2004512118.tif 000016
2004512118.tif 000017
2004512118.tif 000018
2004512118.tif 000019
2004512118.tif 000020
2004512118.tif 000021
2004512118.tif 000022
2004512118.tif 000023
2004512118.tif 000024
2004512118.tif 000025
2004512118.tif 000026
2004512118.tif 000027
2004512118.tif 000028
2004512118.tif 000029
【国際調査報告】
2004512118.tif 000030
2004512118.tif 000031
2004512118.tif 000032
2004512118.tif 000033
2004512118.tif 000034
2004512118.tif 000035