(57)【要約】【課題】  様々なトランスデューサアレイタイプ及び処理技術が容易に機器構成で、プロセッサ及びソフトウェアの拡張を容易に収容可能な携帯用の画像形成システムを提供する。【解決手段】  携帯用、機器構成可能な超音波システム１００は超音波プロセッサ１０２に接続され、超音波画像を展開するフェーズド超音波トランスデューサアレイ２００を使用する。セクタフェーズドアレイと共に使用される時、本超音波システム１００は、トランスデューサアレイ２００におけるそれぞれの要素に関連付けられた処理チャネルを使用し、リニア又はカーブドリニアトランスデューサアレイと使用する時は、トランスデューサアレイよりも少ない処理チャネルを使用して、超音波画像を形成する。超音波プロセッサ１０２は、スケーラブルであり、プロセッサ、ソフトウェア及びトランスデューサアレイのバラエティを使用して、多数の異なる超音波画像を形成することができる。【選択図】図１
2013146619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器構成可能な超音波画像形成システムであって：
プローブアセンブリであり、
それぞれが超音波信号を処理するように構成される複数のトランスデューサ素子を含むフェーズド超音波トランスデューサアレイ、及び
前記フェーズド超音波トランスデューサアレイに結合された受信回路であり、該受信回路はサブビームフォーマを含み、該サブビームフォーマは、前記フェーズド超音波トランスデューサアレイから超音波エネルギーを受信し且つ前記複数のトランスデューサ素子に対応する複数の遅延された信号を展開するように構成される、受信回路、
を含むプローブアセンブリと、
前記トランスデューサ素子のそれぞれに対応する前記複数の遅延された信号のそれぞれを受けて、超音波画像に処理するように構成される携帯用、機器構成可能且つスケーラブルなモジュラープロセッサと、
を有する超音波画像形成システム。
【請求項２】
前記フェーズド超音波トランスデューサアレイは、セクタフェーズドアレイである、
請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項３】
前記携帯用、機器構成可能且つスケーラブルなモジュラープロセッサは標準的なパーソナルコンピュータツール及びコンパイラを使用する、
請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項４】
前記携帯用、機器構成可能且つスケーラブルなモジュラープロセッサはモジュラーメモリ含む、
請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項５】
前記受信回路は：
前記複数の遅延された信号のそれぞれを受信し、受信した信号の増幅及びフィルタリングを実行するように構成されるスケーラブルなフロントエンドプロセッサと、
前記増幅及びフィルタリングを施された信号を受信してデジタル化するように構成されるアナログ−デジタル変換器と、
を有し、
前記サブビームフォーマは、前記デジタル化された信号を受信し、且つ前記デジタル化された信号を、ビーム成形された信号へと成形するように構成される、
請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項６】
前記携帯用、機器構成可能且つスケーラブルなモジュラープロセッサは、
セクタ、リニア、カーブドリニア及びコンビネーションフォーマットアレイからなるグループから選択された超音波モジュラーアレイからの超音波信号を処理することができるスキャンコンバータをさらに備える、
請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項７】
代替的な画像形成アプリケーションを有するユニファイドメモリ、を備える請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項８】
代替的な動作モードを有するユニファイドメモリ、をさらに備える請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項９】
変更可能な処理アルゴリズム及び動作特性を有するユニファイドメモリ、を有する請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項１０】
前記フェーズド超音波トランスデューサアレイは、非対称なセクタをスキャンするように構成されるセクタフェーズドアレイである、
請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項１１】
前記受信回路は、
前記フェーズド超音波トランスデューサアレイに結合される送信／受信スイッチと、
前記送信／受信スイッチに結合される受信プロセッサと
を更に含む、請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項１２】
前記フェーズド超音波トランスデューサアレイに結合される送信／受信スイッチと、
前記送信／受信スイッチに結合される高電圧送信パルス供給手段と、
前記高電圧送信パルス供給手段に結合される低電圧送信タイミング信号と、
前記送信／受信スイッチに結合される受信プロセッサとを含み、
前記高電圧送信パルス供給手段及び前記受信プロセッサは、特定用途向け集積回路に集積される、
請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項１３】
前記フェーズド超音波トランスデューサアレイは、並列の独立したビームの対を提供するように構成された並列の超音波トランスデューサアレイの対を有し、前記携帯用、機器構成可能且つスケーラブルなモジュラープロセッサは、前記並列の超音波トランスデューサアレイの対のそれぞれに対応する前記超音波信号のそれぞれを受けて処理するように構成される、請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項１４】
並列の受信ビームフォーマの対を有し、前記フェーズド超音波トランスデューサアレイは、前記フェーズド超音波トランスデューサアレイの第１の部分が前記フェーズド超音波トランスデューサアレイの第２の部分とは異なる送信タイミング信号を受信して、並列の隣接した受信ビームが単一の送信ビームから形成されることを可能にするよう、広げられた送信ビームを提供する、請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項１５】
前記携帯用、機器構成可能且つスケーラブルなモジュラープロセッサは、フロントエンドＡＳＩＣと、ビームフォーマＡＳＩＣと、バックエンドＡＳＩＣと、モジュール式の汎用プロセッサとを有する、請求項１記載の超音波画像形成システム。
【請求項１６】
前記携帯用、機器構成可能且つスケーラブルなモジュラープロセッサは、前記バックエンドＡＳＩＣ及び前記モジュール式の汎用プロセッサのうちの少なくとも一方用の、中間データ記憶、処理コード、テーブル、及び実行可能ソフトウェアのうちの少なくとも１つを含むユニファイドメモリを有する、請求項１５記載の超音波画像形成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に超音波画像形成システムに関し、特に、携帯用及び機器構成可能な超音波画像形成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像形成システムが普及してきており、非破壊検査及び医療の応用に一般に使用されている。医療分野での超音波画像形成システムにより、人体の内部構造を実時間で非侵入的に見ることができる。
【０００３】
画像形成システムは、携帯式でありことが好ましく、病院の緊急室、病院の周囲及び個人的な業務用途のような、移動性が要求される用途において使用することができる。
【０００４】
さらに、画像形成システムは、医療産業の予算の拘束に見合うように安価であるべきであり、バッテリにとって上記用途の幾つかにおいて必要とされる動作を可能にするために最小の電力が要求されるべきである。
【０００５】
これまで、超音波画像形成システムは、ケーブルを使用した超音波プローブアセンブリに接続される大きな処理及び表示ユニットから構成されていた。プローブアセンブリは、問い合わせパルスを送信し、ターゲットからの反射された超音波エネルギーを受信する超音波トランスデューサを含んでいた。処理及び表示ユニットは、全ての処理システム、及びユーザに画像が提供されるディスプレイを含んでいた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
残念ながら、これらの処理及び表示システムは、異なるエンドユーザのニーズに容易に適合することができなかった。これら従来のシステムは、異なるエンドユーザのニーズを収容するための高価な再設計を典型的に必要としていた。システムは、多用する市場のニーズを処理するために著しい再設計が必要とされる複雑な対話を有するプリント回路基板を使用して設計されていた。
【０００７】
超音波画像形成システムは更に開発され、電子工学的な集積化及び小型化により、システムはサイズがより小さくなっている。これらより小さなユニットは、プローブアセンブリ、メイン処理ユニット及び表示ユニットの間で処理機能の幾つかを分割する場合がある。
【０００８】
残念ながら、これらのより小さなシステムであっても、異なるトランスデューサアレイ、処理技術又はソフトウェアの拡張に適合することが依然として難しい。
【０００９】
したがって、様々なトランスデューサアレイタイプ及び処理技術に容易に機器構成することができ、プロセッサ及びソフトウェアの拡張を容易に収容することができる携帯用の画像形成システムを有することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、携帯用及び機器構成可能な（configurable）超音波画像形成システムを提供する。該システムは、様々なトランスデューサアレイ及び処理技術をサポートするために容易に機器構成することができ、プロセッサ及びソフトウェアの拡張を容易に可能にする。携帯用、機器構成可能な超音波システムは、受信した超音波エネルギーを処理して可視画像にするために、様々なトランスデューサアレイ及びビーム成形回路の使用を組込んでいる。
【００１１】
本超音波システムは、モジュラープロセッサ及びモジュラーメモリ要素を含む携帯用、機器構成可能なプロセッサを含んでいる。ソフトウェア及びハードウェアの両者におけるシステム設計のモジュール性は、システム設計の他の態様に対する最小の影響により、システムのアップグレード及びエンハンスメントを容易にする。
【００１２】
モジュール性の例は、単一化されたメモリの使用であり、システムのバランスに対する最小の影響により、ソフトウェアのアップグレード及びエンハンスメントが可能となる。携帯用及び機器構成可能な超音波画像形成システムにより、代替的な画像形成アプリケーション及び動作モードが可能となり、該システムは、携帯用及び機器構成可能な超音波画像形成システムに対して高度な機器構成を提供する変更可能な処理アルゴリズム及び動作特性を含んでいる。
【００１３】
図面における構成要素は、互いに関して縮尺する必要はなく、本発明の原理を明らかに例示するために重きが置かれている。さらに、図面において、同じ参照符号は、異なる図面を通して対応する部材を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の１態様により構成される、携帯用、機器構成可能な超音波システムを示す図である。
【図２】図１の携帯用、プローブアセンブリに配置されるセクタフェーズドトランスデューサアレイ、及び機器構成可能なプロセッサ１０２において配置されるフェーズドアレイビームフォーマを例示する図である。
【図３】図１の携帯用、機器構成可能な超音波システムを例示するブロック図である。
【図４】図３のバックエンドプロセッサを例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、セクタフェーズドトランスデューサアレイ技術を特に参照して以下に記載するが、本発明は、いずれかのタイプのトランスデューサアレイ技術を使用した超音波画像形成システムに適用することができる。
【００１６】
図面を参照して、図１は、本発明の１態様による携帯用、機器構成可能な超音波システム１００を例示する図である。携帯用、機器構成可能な超音波システム１００は、インタフェースケーブル１０４を介してプローブアセンブリ１０６に接続されている携帯用のプロセッサ１０２を含んでいる。
【００１７】
プローブアセンブリ１０６は、セクタフェーズドトランスデューサアレイ２００を含んでおり、該アレイは、ターゲット１０８に超音波エネルギーを送信し、ターゲット１０８からの反射された超音波エネルギーを受信する。携帯用、機器構成可能なプロセッサ１０２は、受信された超音波エネルギーを処理する。
【００１８】
処理の後、受信された超音波エネルギーから生成された２次元（２−Ｄ）画像は、次いで、携帯用、機器構成可能なプロセッサ１０２に組込まれている液晶表示装置（ＬＣＤ）上に表示される。
【００１９】
プローブアセンブリ１０６は、ターゲット１０８から受信された超音波エネルギーの幾つかを複数のサブビームに処理することができる追加の処理回路を含んでいてもよい。これらサブビームは、トランスデューサ要素の数よりも少ない信号数を使用して、プローブアセンブリ１０６における全てのトランスデューサから受信されたエネルギーを表している。
【００２０】
サブビーム成形は、インタフェースケーブル１０４を介して、プローブアセンブリ１０６と携帯用プロセッサ１０２の間で通信されなければならない信号数を減少する。かかるシステムは、一般に譲渡され、係属中である米国特許出願シリアル番号第XXX号、“SUB-BEAMFORMING  APPARATUS  AND  METHOD  FOR  A  PORTABLE  ULTRASOUND  IMAGING  SYSTEM”（代理人書類番号10004033）、譲渡シリアル番号第XXX号、及びXXX出願に開示されており、その本文は参照により本明細書に組込まれる。
【００２１】
さらに、プローブアセンブリは、アナログ信号処理を使用したサブビーム成形のための方法論を含んでおり、Savordに一般に譲渡された米国特許第6,013,032号、2000年1月11日発行、及びSavordに一般に譲渡された米国特許第5,997,479号、1999年12月7日発行に開示されており、両特許の本文は参照により本明細書に組込まれる。
【００２２】
プローブアセンブリ１０６は、１つ又は複数の送信の特定用途向け集積回路ＡＳＩＣを含んでいてもよい。該ＡＳＩＣは、プローブアセンブリ１０６内に含まれるトランスデューサアレイ２００に高電圧パルスを送信する。
【００２３】
図２は、プローブアセンブリ１０６（図１）において配置されるセクタフェーズドトランスデューサアレイ２００、及び携帯用、機器構成可能なプロセッサ１０２（図１）において配置されるフェーズドアレイビームフォーマ２０２を例示する図である。
【００２４】
フェーズドアレイビームフォーマ２０２は、上述したサブビームフォーマアプローチとは対照的に、セクタフェーズドアレイビームフォーマの機能的な態様を例示するために適した遅延構成を含んでいる。該アプローチは、“SUB-BEAMFORMING  APPARATUS  AND  METHOD  FOR  A  PORTABLE  ULTRASOUND  IMAGING  SYSTEM”（代理人書類番号10004033）と題された特許出願、米国特許第6,013,032号、及び米国特許第5,997,479号に上述されたものである。
【００２５】
トランスデューサアレイ２００は、セクタフェーズドアレイ超音波トランスデューサである。図２において示されるようなトランスデューサアレイ２００は、複数の各トランスデューサ要素２０４−１〜２０４−ｎを含む、ｎ要素のセクタフェーズドアレイを含んでいる。トランスデューサ要素２０４−１〜２０４−ｎのぞれぞれは、複数の対応するコネクション２０６−１〜２０６−ｎを介して、対応する遅延要素２０８−１〜２０８−ｎに接続している。
【００２６】
遅延要素２０８−１〜２０８−ｎは、図２において示される代表的な中央の受信ライン２１８（セクタスキャンラインとも呼ぶ）について、受信ビームを成形する。この１つの特定のセクタスキャンライン２１８についての遅延要素は、トランスデューサアレイ２００の中央について対称である。遅延要素２０８−１は、遅延要素２０８−ｎと同じ遅延を有し、遅延要素２０８−ｎ／２−１は、遅延要素２０８−ｎ／２＋２と同じ遅延を有する。
【００２７】
最も外側の遅延要素２０８−１から、遅延要素２０８−ｎ／２−１のような中央の要素までの遅延は、遅延要素がセクタスキャンライン２１８に、すなわち受信ターゲット１０８（図１）により近くなるにつれて必要とされる低減された遅延のために、単調に減少する。中央ラインでないラインについては対称性がないため、ユニークな遅延経路が遅延要素２０８−１〜２０８−ｎのそれぞれに関連付けられている。
【００２８】
遅延要素２０８−１〜２０８−ｎのそれぞれは、対応するコネクション２１０−１〜２１０−ｎを介して、加算要素２１２に接続される。コネクション２１４上の加算要素２１２の出力は、それぞれの超音波トランスデューサ要素２０４−１〜２０４ｎから受信された加算されたＲＦエネルギーである。
【００２９】
コネクション２０６−１〜２０６−ｎは、インタフェースケーブル１０４に典型的に含まれており、フェーズドアレイビームフォーマ２０２は、図１において示される携帯用の、機器構成可能なプロセッサ１０４において配置されている。しかし、フェーズドアレイビームフォーマ２０２は、プローブアレイアセンブリ１０６（図１）内に含まれるサブビームフォーマとして分割することもできる。
【００３０】
かかる配置において、サブビームフォーマの出力により形成されるコネクションの低減されたセットは、図１において示されるケーブル１０４において含まれる。なお、上述したセクタフェーズドアレイを使用する一方で、本発明は、リニアアレイ、カーブドリニアアレイのような他のタイプのフェーズドアレイを使用して実現することができる。
【００３１】
動作の間、ｎ要素のセクタフェーズドアレイ２００は、電気的に操縦して、超音波エネルギーのビームを集束し、参照番号２２２を使用して定義され、ライン２２０により定義されるセクタの境界線により境界付けられるセクタに問い合わせる。セクタ２２２は、セクタフェーズドトランスデューサアレイ２００を使用して、多数の連続した超音波トランスデューサパルスにより問い合わされた典型的な領域の代表である。
【００３２】
セクタフェーズドトランスデューサアレイ２００の重要な使用領域は、異なる形状のバラエティで定義することができる。たとえば、形状は、中央の一方に関して他方よりもより多いスキャンラインを有する非対称なセクタとすることもできる。形状は、最も深い深さでの曲率の半径が無いことを示す三角形の形状とすることもできる。また、上述したように、アレイは、セクタフェーズドアレイでなくてもよいが、カーブドリニアアレイ（ＣＬＡ）又はリニアアレイであってもよい。かかるアレイは、環状、矩形、延長されたセクタサイドを有する矩形、当該技術分野において公知である多数の他の領域、のような重要な領域である。
【００３３】
典型的に、セクタフェーズドアレイについて、１００又は１００を超える分離されたスキャンライン、そのうちの例示的な１つはセクタスキャンライン２１８として例示されており、セクタ２２２により示される重要な領域を問い合わせするために使用される。集束された送信パルスが特定のスキャン方向を問い合わせするために使用された後、ターゲット１０８（図１）から受信された超音波エネルギーを表す問い合わせの送信に続く受信ラインは、ｎ要素のセクタフェーズドアレイ２００により受信される。
【００３４】
典型的な送信／受信スキャンラインは、図２においてセクタスキャンライン２１８として示されている。とりわけ、ｎ要素のセクタフェーズドアレイ２００の配置は、超音波トランスデューサ要素２０４−１〜２０４−ｎのそれぞれが対応する遅延チャネルに関連することを保証する。これら遅延された信号は、加算要素２１２において加算され、コネクション２１４上の加算されたＲＦ信号を発生する。
【００３５】
図３は、図１の携帯用、機器構成可能な超音波システム１００を例示するブロック図である。携帯用、機器構成可能な超音波システム１００は、コネクション３０２を介して、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ３０４と通信するセクタフェーズドアレイ２００を含んでいる。
【００３６】
１実施の形態では、セクタフェーズドアレイ２００は、プローブアセンブリ１０６（図１）において配置されており、図３のコネクション３０２は、図１のインタフェースケーブル１０４内に接続されている。Ｔ／Ｒスイッチ３０４は、受信された超音波エネルギーから送信パルスを分離し、コネクション３０６を介して受信された信号をプロセッサ３０８に転送する。プロセッサ３０８は、典型的に「フロントエンドプロセッサ」と呼ばれる。
【００３７】
例示的に、セクタフェーズドアレイ２００は、４８個のトランスデューサ要素、したがって４８本の信号チャネルを含んでいる。しかし、セクタフェーズドトランスデューサアレイ２００は、１つ又は複数のトランスデューサアレイを含んでいてもよい。さらに、図３において１つのブロックを使用して例示されているが、フロントエンドプロセッサ３０８は、１つ又は複数のＡＳＩＣとして実現されていてもよい。
【００３８】
Ｔ／Ｒスイッチ３０４もまた、隔離された回路として機能する。これにより、高電圧送信パルサ３３６により（以下に記載される）コネクション３３８を介して、供給された送信エネルギーが、コネクション３０６を介して感度の高いフロントエンドプロセッサ３０８に移動することが防止される。
【００３９】
フロントエンドプロセッサ３０８は、受信プロセッサ３１６を含んでいる。該プロセッサは、セクタフェーズドトランスデューサアレイ２００内のトランスデューサ要素２０４−１〜２０４−ｎのそれぞれからの超音波エネルギー信号を受け、受信信号の増幅とフィルタリングを実行する。
【００４０】
フロントエンドプロセッサ３０８の出力は、コネクション３１０を介してアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３１２に供給される。ＡＤＣ３１２は、コネクション３１０に関するそれぞれのチャネルについて、サンプルをデジタル化し、それぞれのチャネルについて８ビットデジタルビットストリームをコネクション３１４を介してビームフォーマ３２０に供給する。
【００４１】
コネクション３１４に関する適切なチャネルは、ビームフォーマ３２０内のＡＳＩＣ３２２，３２４及び３２６のそれぞれに供給される。カスケード接続における３つのＡＳＩＣ３２２，３２４及び３２６を使用して例示されているが、トランスデューサアレイ２００内のトランスデューサ要素の数（及び対応するチャネルの数）に依存して、１つ又は複数のＡＳＩＣがビームフォーマ３２０内に使用されてもよく、それぞれのＡＳＩＣと関連付けされてもよい。
【００４２】
ＡＳＩＣ３２２，３２４及び３２６のそれぞれもまた、コネクション３３２を介して低電圧の送信タイミング信号を提供し、高電圧送信パルサ３３６を駆動する。１つのブロックを使用して例示されているが、トランスデューサ要素２０４−１〜２０４−ｎ（図２）のそれぞれを駆動するために使用される１つの高電圧送信パルサ３３６が存在する。
【００４３】
さらに、低電圧の送信パルサ信号機能及び／又は高電圧の送信パルサは、１つ又は複数のＡＳＩＣに組込まれていてもよい。また、さらに、Ｔ／Ｒスイッチ３０４、フロントエンドプロセッサ３０８、及び高電圧送信パルサ３３６は、いずれかのコンビネーションにおいて１つ又は複数のＡＳＩＣに組込まれていてもよい。
【００４４】
ビームフォーマ３２０内のＡＳＩＣ３２２，３２４及び３２６のそれぞれは、セクタフェーズドアレイ２００から受信された４８個のチャネルに対応する４８個の信号のうちの１６個を処理する。それぞれのＡＳＩＣは、１６個のチャネルのみを所有するので、ビームフォーマ３２０における最後のＡＳＩＣが到達するまで、それぞれのＡＳＩＣは、処理されるチャネルを含んでいるデジタル中間ＲＦ加算信号を別のＡＳＩＣに供給する。
【００４５】
たとえば、ＡＳＩＣ３２６は、１６ビットの中間ＲＦ加算デジタル出力をコネクション３７６を介してＡＳＩＣ３２４に供給し、ＡＳＩＣ３２４は、その１６ビット中間ＲＦ加算（３２チャネルを含む）デジタル出力をコネクション３７８を介してＡＳＩＣ３２２に提供する。ビームフォーマ３２０の結合された出力は、コネクション３２８を介してＡＳＩＣ３２２から取られ、１６ビットのビーム成形された信号としてプロセッサ３４０に“RF  SUM  IN”として供給される。
【００４６】
プロセッサ３４０は、典型的に「バックエンド」プロセッサと呼ばれ、典型的に１つ又は複数のＡＳＩＣで実現される。したがって、典型的にバックエンドＡＳＩＣと呼ばれる。例示の目的のために、１つのビームフォーマが使用される。しかし、並列のビームフォーマは、ＡＤＣ３１２の出力を共有するビームフォーマＡＳＩＣ（又は現在のＡＳＩＣ内に並列処理を加える）の並列のセットを有することにより、容易に実現することができる。
【００４７】
結果は、２つの分離した受信ビームを独立にビーム成形することができる２つの分離したビームフォーマ出力である。並列のビームを使用することにより、フレームレートの増加のような利点が提供される。
【００４８】
バックエンドＡＳＩＣ３４０は、多くの処理機能を実行し、図４に関してより詳細に記載される。バックエンドＡＳＩＣ３４０もまた、ビームフォーマ３２０内のＡＳＩＣ３２２，３２４及び３２６がビーム成形機能を実行することができ、コネクション３３２に関して低電圧の送信信号タイミングパルスを発生するために必要な送信タイミングを実行することができる係数データをコネクション３３０を介してビームフォーマ３２０に提供する。
【００４９】
高電圧送信パルサ３３６は、ディスクリート素子を使用して、又はＡＳＩＣにおいて実現することができる。いずれの構成においても、低電圧の送信タイミング信号は、コネクション３３２を介してビームフォーマ３２０から取られ、高電圧送信パルサ３３６に供給される。
【００５０】
送信パルサ３３６は、コネクション３３８を介して４８個の送信パルスをＴ／Ｒスイッチ３０４に供給する。Ｔ／Ｒスイッチ３０４は、セクタフェーズドアレイ２００内の対応するトランスデューサ要素２０４−１〜２０４−ｎのそれぞれにコネクション３０２を介してこれら送信パルスを進路決定する。
【００５１】
並列受信ビームフォーマについて、送信ビームは、並列に隣接して受信されるビームが１つの送信ビームから成形することができるように、適切な低電圧送信タイミング信号により広くされる。
【００５２】
バックエンドＡＳＩＣ３４０は、コネクション３２８を介して供給されるRF  SUM  IN信号を処理し、ディスプレイ３４４上に表示されるコネクション３４２を介して超音波画像を提供する。ディスプレイ３４４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、又は超音波画像データを表示することができるいずれか他のディスプレイとすることもできる。バックエンドＡＳＩＣ３４０もまた、双方向データバス３５６を介してメモリ素子３５０と通信することができる。
【００５３】
メモリ素子３５０は、スタティック／ダイナミックランダムアクセスメモリ要素であり、３２メガバイト又はそれ以上のサイズであることが好ましく、ユニファイドメモリ(unified  memory)として実現されることが好ましい。ユニファイドメモリは、Dowdellに対して一般に譲渡された米国特許第6,106,468号、2000年8月22日付け発行、に記載されており、その本文は参照により本明細書に組み込まれる。
【００５４】
メモリ要素３５０は、即時性のデータ記憶、処理コードの記憶、テーブル及びバックエンドＡＳＩＣ３４０により使用される他の実行可能なソフトウェアのために使用される。
【００５５】
また、バックエンドＡＳＩＣ３４０は、双方向データバス３５６を介してプロセッサ３５８と通信する。プロセッサ３５８は、商標POWERPCの下で市販されている7xxシリーズプロセッサであることが好ましい。該商標は、モトローラ社の登録商標である。しかし、受信された超音波信号を処理するために適したいずれか他のプロセッサを使用することができる。
【００５６】
プロセッサ３５８は、たとえば、３２ビット幅のアドレスバス３６２を介してバックエンドＡＳＩＣ３４０、メモリ要素３５０及びフラッシュカードメモリ３６６と通信する。本発明の態様によれば、メモリ要素３５０及びプロセッサ３５８は、ＡＳＩＣから外部であり、モジュール性を有して実現される。したがって、重要なシステムの影響なしに、これらはスケーラブルであり、アップグレード可能であり、交換可能である。
【００５７】
たとえば、メモリ要素３５０は、携帯用の、機器構成可能な超音波システム１００内のいずれか他の要素に影響を与えることなしに、アップグレードすることができる。同様に、プロセッサ３５８は、携帯用の、機器構成可能な超音波システム１００内のいずれか他の要素に影響を与えることなしに、アップグレードすることができる。
【００５８】
さらに、プロセッサ３５８は、標準的なパーソナルコンピュータ（ＰＣ）ツール及びコンパイラを使用する。ここで使用されるように、用語「モジュール」は、プロセッサ３５８又はメモリ要素３５０のいずれもＡＳＩＣデバイスに埋め込まれていないことを示している。
【００５９】
このようなやり方で、携帯用の、機器構成可能な超音波システム１００は、最小のシステムの影響によりアップグレードすることができる。これらの要素がＡＳＩＣ内に組込まれていないことにより、高価で時間消費するＡＳＩＣ再設計の必要がなく、急速で簡単なメモリ及び計算上のアップグレードが可能となる。
【００６０】
アップグレードにより、腹部、産科、婦人科医学、脈管及び小さな部分のような、現在の心臓の焦点合わせを超えた代替的な画像形成の応用が可能となる。
【００６１】
経食道断層心エコー（ＴＥＥ）の使用であっても、アップグレード可能なソフトウェア及びＴＥＥプローブを用いて可能となる。システムは、代替的な動作モードを可能にする。たとえば、当業者には知られているように、ライン添え継ぎのような代替的なスキャニングフォーマットを携帯用の、機器構成可能な超音波システムに組込むことができ、それぞれの送信ラインが開口及びパルス形状を通して達成される異なる焦点距離を有する複数の送信ラインからの復号受信ラインを達成することができる。
【００６２】
さらに、他のスキャニングフォーマットは、セクタスキャニング、カーブドリニアスキャニング及びリニアスキャニングフォーマットを含み、代替的な開口モードは、フル、スプリット、パラレル及びノンパラレル或いはそれらのいずれかの結合を含んでいる。
【００６３】
ソフトウェアのアップグレード可能であること、及びハードウェアの柔軟な設計により、変更可能な周波数出力及び接続可能にされたトランスデューサの使用のように、変更可能な動作周波数を有する複数のトランスデューサを使用することができる。さらに、ユニファイドメモリ要素３５０により、ガンマ補正に基づく制御、変更可能なソフトウェアの使用が可能となる。
【００６４】
本発明の実施の形態は、カラーフローマッピングを実現するためのソフトウェアアルゴリズムを含んでいる。カラーフローアルゴリズムは、機器構成可能な設計の柔軟性を示す。パワードップラアプローチを使用した脳血管撮影による画像形成は、現在の設計により容易に実現することができる。
【００６５】
脳血管撮影による画像形成は、カラーフローマッピングアルゴリズムから派生している。当該技術分野においてソフトウェアを容易に変更することができることと、ユニファイドメインメモリとの結合により、容易なソフトウェアのアップグレードが可能となる。全てのかかるソフトウェアは、メモリ要素３５０において含まれており、プロセッサ３５８において実行される。
【００６６】
また、本発明の実施の形態は、パルス波ドップラ画像形成を実行するためにアップグレードされるソフトウェアとすることもできる。同相及び直交位相チャネルのためのクアドラチャアキュムレータのような必要な構成要素をバックエンドＡＳＩＣ３４０に組込むことができる。
【００６７】
バックエンドＡＳＩＣは、たとえば１６ビット幅を有する双方向データバス３５２を介して、Ｉ／Ｏコントローラ、フラッシュメモリ要素３６４及びフラッシュカードメモリ３６６と通信する。Ｉ／Ｏコントローラ３６０は、携帯用、機器構成可能な超音波システム１００の入力及び出力タスクを制御する。たとえば、Ｉ／Ｏコントローラ３６０は、携帯用、機器構成可能な超音波システム１００に情報を伝達するためのキーボード入力を含んでおり、周辺装置（図示せず）の接続のためのシリアル及びパラレルポートを含んでいる。
【００６８】
フレッシュメモリ要素３６４は、非揮発性メモリであり、超音波システム１００が機能することを可能にする現在の実行可能なソフトウェアファイル（「ランタイムコード」と呼ばれることがある）を記憶するために使用される。フラッシュカードメモリ３６６は、取り外し可能な記憶メディアであり、携帯用、機器構成可能な超音波システム１００により実行されるオペレーティングシステムを便利に更新するために使用される。
【００６９】
さらに、携帯用、機器構成可能な超音波システム１００は、変更可能な処理アルゴリズムを使用して、異なる画像形成アプリケーション、スキャニングフォーマット、動作モード及び開口モードを実行する。これら変更可能な処理アルゴリズムは、メモリ要素３５０に記憶され、プロセッサ３５８により実行されるソフトウェアで実現される。変更可能な処理アルゴリズムは、モジュール性を有するフォーマットであり、Ｉ／Ｏコントローラ３６０を介してフラッシュカードメモリ３６６の使用を通して更新することができる。
【００７０】
このようにして、ソフトウェアのアップグレードは、超音波システム１００に供給することができ、簡単な、移動可能なフラッシュカードメモリ要素３６６を使用することにより、フラッシュメモリ要素３６４において記憶することができる。
【００７１】
また、Ｉ／Ｏコントローラ３６０は、シリアルバス３６８を介して、スマートバッテリ３７４及び交流（ＡＣ）アダプタ／バッテリチャージャ３７２と通信する。ＡＣアダプタ／バッテリチャージャ３７２は、携帯用、機器構成可能な超音波システム１００に電力を供給し、スマートバッテリ３７４を充電する。
【００７２】
さらに、携帯用、機器構成可能な超音波システム１００は、バッテリがシステムに取り付けられていない時にスマートバッテリを充電するために、分離したスタンドアローンバッテリチャージャ（図示せず）を含んでいてもよい。
【００７３】
また、シリアルバス３６８は、Ｉ／Ｏコントローラ３６０を介して、試験及び診断装置の接続を可能にする。シリアルバス３６８を使用することにより、メモリ要素３５０、全てのＡＳＩＣ３２２，３２４，３２６，３４０等における内部レジスタをはじめとして、内部プロセッサ３５８の内部プロセッサレジスタは、Joint  Test  Access  Group（ＪＴＡＧ）インタフェースを使用した外部の試験装置を使用して問い合わせることができる。
【００７４】
ＪＴＡＧは、Standard  Test  Access  Port  and  Boundary  Scan  Architectureとして知られているＩＥＥＥ標準（1149.1）であり、ＡＳＩＣ及びプロセッサのようなファインピッチ、ハイピンカウントパッケージのための試験実施性を提供するために使用される。当業者であれば、ＪＴＡＧ標準に精通しているであろう。
【００７５】
図４は、図３のバックエンドＡＳＩＣ３４０を例示するブロック図である。バックエンドＡＳＩＣ３４０は、ビームフォーマ３２０（図３）内のＡＳＩＣ３２２，３２４及び３２６のそれぞれをロードするために使用される係数データを供給する係数ダウンロード要素４０２を含んでいる。このデータにおり、ビームフォーマ３２０におけるＡＳＩＣは、受信された信号に関するビーム成形を実行して、上述したような低電圧の送信信号タイミング情報を提供する。
【００７６】
RF  SUM  INとラベル付けされたビーム成形されたデジタル信号は、コネクション３２８を介して検出器３２８に供給される。検出器４０４は、コネクション３２８を介してデジタル信号を受け、他の機能の間で時間利得補償（ＴＧＣ）を提供してもよい。ターゲット内の複数の深さから超音波信号を受けた時にＴＧＣは使用される。
【００７７】
かかる瞬間において、超音波エネルギーの深さに関する増加する経過時間を補償するために、利得が対応して典型的に増加される。また、検出器４０４は、フィルタリングを提供し、検出機能を実行する。該検出機能は、信号に含まれる位相及び振幅情報を保持し、入力ＲＦ信号をベースバンド信号に変換する。
【００７８】
検出は、コネクション２８上で生成されたＲＦデータストリームを対数振幅データに変換することを含む。該対数振幅データは、２次元カラーフローイメージングにおける使用のためのベースバンド直交データと共に、２次元の解剖学的画像形成について標本化されたものである。並列のビーム成形について、検出器は、２つの受信ビームを処理するために複製される。
【００７９】
検出の後、データは、解剖学的な画像形成のための対数で検出された振幅データの形式であり、コネクション３２８を介してビームフォーマ３２０から受信されたＲＦ信号の直交する検出された成分（同相及び直交相）である。このデータは、メモリ要素３５０に記憶される。情報は、検出器４０４から双方向データバス３５６を介してメモリ要素３５０に転送される。双方向バス３５６は、たとえば、６４ビット幅である。
【００８０】
トランスデューサアレイ２００（図２）により転送されるセクタスキャンライン（図２のセクタスキャンライン２１８として典型的に示される）のそれぞれについて、ＲＦデータのラインは、上述したようにメモリ要素３５０に記憶される。この処理は、所望の横方向の解像度及び空間適用範囲に準じた量により進められるセクタスキャンラインのそれぞれで続く。
【００８１】
たとえば、トランスデューサアレイ２００により転送されるそれぞれのラインは、前に転送されたラインとは異なる角度である。セクタスキャンライン２１８のそれぞれについて、検出器は、完全なデータフレームがメモリ要素３５０内に記憶されるまで、ＲＦエネルギーを検出してメモリ要素３５０に値を記憶する。このデータフレームは、音響データフレームと呼ぶことにする。
【００８２】
完全な音響フレームがメモリ３５０において捕捉された時、プロセッサ３５８は、次の音響フレームが書込まれるメモリ要素３５０における位置を示すメモリ要素３５０におけるポインタを供給する。最後の音響データフレームを含む（メモリポインタによりタグ付けされた）メモリ３５０における前の位置は、そのまま残される。
【００８３】
最後に取得された音響フレームは、メモリ要素３５０に記憶され、スキャンコンバータ４２０は、最後の音響フレームが記憶されるメモリ３５０における位置を示すポインタをプロセッサ３５８から受ける。スキャンコンバータ４２０は、該既往された音響データ内の連続的な音響スキャンラインを使用して、双方データバス３５６を介してメモリ３５０の別の位置に転送するために、スキャン変換されたセクタスライスを作成する。
【００８４】
セクタスライスは、２つの隣接する音響スキャンラインの間の画像領域として定義される。スキャンコンバータ４２０は、現在の音響フレームについての全ての音響データがスキャン変換されるまで、追加のスライスの処理を続ける。スキャンコンバータ４２０は、音響フレームを完了し、スキャンコンバータ４２０が現在の及び音響フレームを完了したことを示す割り込みがプロセッサ３５８に送出される。
【００８５】
プロセッサ３５８により割り込みが受信された時、画像フレームデータは、コネクション３４２を介してディスプレイ３４４に出力するために、グラフィックビデオ要素４１０の制御下で、双方向データバス３５６を介して、ラスタ方式でメモリ３５０から読み出される。グラフィックビデオ要素４１０は、ディスプレイ３４４を見るためにコネクション３４２を介してディスプレイへのラスタ読出しに並行して、音響フレームを有するテキスト及びカーソルのような全てのグラフィックオーバレイを結合する。
【００８６】
ダイレクトメモリアクセス（ＤＭＡ）コントローラ４１６は、双方向のデータバス３５６上を流れる全てのデータについてのゲーティング機能としての役割を果たす。たとえば、ＤＭＡコントローラ４１６は、スキャンコンバータ４２０又は検出器４０４がメモリ要素３５０にアクセスすることができるか判定する。ＤＭＡコントローラ４１６は、当業者には公知である動作を行う。
【００８７】
International  standards  architecture（ＩＳＡ）及びフラッシュバス要素４１４は、専用ライン４２２を介して、Ｉ／Ｏコントローラ３６０により使用される外部のフラッシュメモリに伝達する。Ｉ／Ｏコントローラにより使用されるフラッシュメモリは、明瞭さのために省略されており、Ｉ／Ｏコントローラ３６０をサポートするのみに使用され、図３のフラッシュメモリ要素３６４又はフラッシュカードメモリ３６６と混同すべきではない。
【００８８】
フラッシュメモリ要素３６４は、不揮発性メモリ記憶を提供し、ランタイムソフトウェアを含んでいる。フラッシュカード３６６は、取り外し可能な記録メディアであり、改訂又はアップグレードを入手することができる時に、オペレーティグソフトウェアの変更及びアップグレードのために使用される。さらに、画像はバックエンドＡＳＩＣ３４０から読むことができ、及び他のシステムに移すためにフラッシュカード３６６に書込むことができる。
【００８９】
ラインタイマ４０８は、一連のタイマを表しており、プロセッサ３５８により使用されてタイミング及び制御機能を提供する。図４に関して記載される全ての機能についてタイミングが取られているため、ラインタイマ４０８は、この予備のタイミング機能を提供し、プロセッサ３５８からタイミングの責任をなくす。
【００９０】
マルチプレクサ（ＭＵＸ）ＴＧＣ制御要素４０６は、リニア又はカーブドリニアアレイトランスデューサが使用される場合に使用される。かかる場合において、ＭＵＸ  ＴＧＣ制御要素４０６のマルチプレクサ機能は、リニア又はカーブドリニアアレイの要素のそれぞれを多重化する。リニア又はカーブドリニアアレイが使用される時、低減された数の要素が所与の時間で処理され、全体の数の要素よりも少ない数の要素が所与の時間で運用される。
【００９１】
当業者であれば認識されるように、チャネル処理に関する要素の再整理が必要となる。ＭＵＸ  ＴＧＣ制御要素４０６のＴＧＣ部分は、上述したように、フロントエンド及びバックエンド時間利得補償の両者を提供する。バックエンドＴＧＣは、図４における検出器４０４において実行され、フロントエンドＴＧＣは、図３のフロントエンドプロセッサ３０８において実行される。
【００９２】
さらに、軽いコンポーネントの統合及び賢明な選択を通して、フェーズドチュ音波トランスデューサアレイ及び機器構成可能な超音波プロセッサは、８ポンドより軽く構成することができる。
【００９３】
本発明の原理から実質的に逸脱せずに、上述した本発明の好適な実施の形態に対して、多くの変更及びバリエーションを行ってもよいことは、当業者であれば明らかであろう。たとえば、本発明は、様々な超音波トランスデューサアレイ技術、及び異なるビーム成形方法と共に使用されてもよい。全てのかかる変更及びバリエーションは、特許請求の範囲において定義される本発明の範囲内で本明細書に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００９４】
１００：（携帯用、機器構成可能な）超音波システム
１０２：プロセッサ
１０４：インタフェースケーブル
１０６：プローブアセンブリ
１０８：ターゲット
２００：トランスデューサアレイ
２０２：フェーズドアレイビームフォーマ
２０４−１〜２０４−ｎ：トランスデューサ素子
２０６−１〜２０６−ｎ：コネクション
２０８−１〜２０８−ｎ：遅延素子
２１０−１〜２１０−ｎ：コネクション
２１２：加算素子
２１４：コネクション
２１８：中央の受信ライン
２２０：ライン
２２２：セクタ
３０２，３０６，３１０：コネクション
３０４：送信／受信スイッチ
３０８：フロントエンドプロセッサ
３１２：アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）
３１４：コネクション
３１６：受信プロセッサ
３２０：ビームフォーマ
３２２，３２４，３２６：ＡＳＩＣ
３３６：高電圧送信パルサ
３４０：バックエンドＡＳＩＣ
３４４：ディスプレイ
３５０：ＳＲＡＭ／ＤＲＡＭ
３５８：プロセッサ
３６０：Ｉ／Ｏコントローラ
３６４：フラッシュメモリ
３６６：フラッシュカードメモリ
３７２：交流（ＡＣ）アダプタ／バッテリチャージャ
３７４：スマートバッテリ
４０２：係数ダウンロード
４０４：検出器
４０６：ＭＵＸ  ＴＧＣ制御
４０８：ラインタイマ
４１０：グラフィックビデオ
４１４：ＩＳＡ及びフラッシュバス
４１６：ＤＭＡコントローラ
４１８：シリアルバス
４２０：スキャンコンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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