(57)【要約】  MAUI(Multiple Aperture Ultrasound Imaging:複数開口超音波撮像)探触子又は振動子は、独特の方法で、別々の物理的な開口から関心領域の撮像を同時に行うことができる。探触子の構成は、医療用途により変えることができる。すなわち、一般的な放射線探触子は、患者の皮膚に対して別々の物理的な接触点を維持する複数の振動子を含み、複数の物理的開口を可能にすることができる。心臓探触子は、探触子が同時に２つ以上の肋間隙の間に適合する、２つだけの送信機及び受信機を含むことができる。探触子の腔内バージョンは、ワンドの長さに沿って送信振動子と受信振動子とを間隔を空けて配置することができるが、一方、静脈内バージョンは、振動子を、カテーテルの遠位長さ上に配置し、数ミリメートルだけ離間させることができる。アルゴリズムは、組織の音速変動を解決することができ、したがって、探触子装置を、実質的に体の中、又は体の表面上の任意の場所で使用できるようになる。【選択図】  図１１
2012523920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探触子ケースと、
該ケース中に配置され、且つ複数の振動子素子を有する第1の超音波振動子アレイであって、該第1の超音波振動子アレイの該複数の振動子素子の少なくとも1つが、超音波パルスを送信するように構成される、前記第1の超音波振動子アレイと、
該ケース中に配置され、該第1の超音波振動子アレイと物理的に離間されており、且つ複数の振動子素子を有する第2の超音波振動子アレイであって、該第2の超音波振動子アレイの該複数の振動子素子の少なくとも1つが、該超音波パルスのエコーの戻りを受信するように構成される、前記第2の超音波振動子アレイと
を備えるマルチ開口の超音波探触子。
【請求項２】
前記第2の超音波振動子アレイが、前記第1の超音波振動子アレイの方向に角度が付けられている、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項３】
前記第2の超音波振動子アレイが、前記第1の超音波振動子アレイと同方向に角度が付けられている、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項４】
前記第1の超音波振動子アレイの前記複数の振動子素子の少なくとも1つが、前記超音波パルスのエコーの戻りを受信するように構成される、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項５】
前記第2の超音波振動子アレイの前記複数の振動子素子の少なくとも1つが、超音波パルスを送信するように構成される、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項６】
前記第2の超音波振動子アレイの前記複数の振動子素子の少なくとも1つが、超音波パルスを送信するように構成される、請求項4記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項７】
前記ケースが、前記第1と第2の超音波振動子アレイの間の距離を調整するように構成された調整機構をさらに備える、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項８】
前記ケース中に配置され、前記第1及び第2の超音波振動子アレイと物理的に離間されており、且つ複数の振動子素子を有する第3の超音波振動子アレイであって、該第3の超音波振動子アレイの該複数の振動子素子の少なくとも1つが、前記超音波パルスのエコーの戻りを受信するように構成される、前記第3の超音波振動子アレイをさらに備える、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項９】
前記第1の超音波振動子アレイが、前記ケースの中心付近に配置され、前記第2及び第3の超音波振動子アレイが、該第1の超音波振動子アレイの各側部に配置される、請求項8記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１０】
前記第2及び第3の超音波振動子アレイが、前記第1の超音波振動子アレイの方向に角度が付けられている、請求項9記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１１】
前記第1の超音波振動子アレイが、前記ケース内で窪んでいる、請求項10記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１２】
前記第1の超音波振動子アレイが、前記第2及び第3の超音波振動子アレイの内側の縁部とほぼ位置が合うように前記ケース内で窪んでいる、請求項11記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１３】
前記第1、第2、及び第3の超音波振動子アレイがそれぞれ、前記ケースとシールを形成するレンズを備える、請求項10記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１４】
前記レンズが、凹形の弧を形成する、請求項13記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１５】
前記第1、第2、及び第3の超音波振動子アレイに対する単一レンズの開口部をさらに備える、請求項11記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１６】
前記ケースが、患者の食道の中に挿入される寸法であり、且つ挿入されるように構成される、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１７】
前記ケースが、患者の直腸の中に挿入される寸法であり、且つ挿入されるように構成される、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１８】
前記ケースが、患者の膣の中に挿入される寸法であり、且つ挿入されるように構成される、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項１９】
前記ケースが、患者の血管の中に挿入される寸法であり、且つ挿入されるように構成される、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項２０】
前記第1の超音波振動子の前記複数の振動子素子がグループ化され、位相合せされて、収束したビームを送信することができる、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項２１】
前記第1の超音波振動子の前記複数の振動子素子の少なくとも1つが、媒体の全体スライスを照射するために半円パルスを生成するように構成される、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項２２】
前記第1の超音波振動子の前記複数の振動子素子の少なくとも1つが、前記媒体の全体容積を照射するために半球パルスを生成するように構成される、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項２３】
前記第1及び第2の振動子アレイが、別々の支持ブロックを含む、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項２４】
前記第1及び第2の振動子アレイが、前記別々の支持ブロックに取り付けられた可撓性のあるコネクタをさらに備える、請求項23記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項２５】
角度の回転及び横方向運動の速度をコントローラに報告するように構成された探触子位置変位センサをさらに備える、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【請求項２６】
前記第1の超音波振動子アレイがホスト超音波探触子を備えており、前記マルチ開口の超音波探触子が、該ホスト超音波探触子からの送信の開始をコントローラに報告するように構成された送信同期化装置をさらに備える、請求項1記載のマルチ開口の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
(関連出願の相互参照)
本出願は、2009年4月14日出願の「Universal Multiple Aperture Medical Ultrasound Transducer(ユニバーサルな複数開口の医療用超音波振動子)」と題する米国特許仮出願第61/169,251号、及び2009年4月14日出願の「Multi Aperture Cable Assembly for Multiple Aperture Probe for Use in Medical Ultrasound(医療用超音波で使用される複数開口探触子のためのマルチ開口のケーブル組立体)」と題する米国特許仮出願第61/169,221号の米国特許法第119条における利益を主張する。
【０００２】
本出願は、2007年10月1日出願の「Method and Apparatus to Produce Ultrasonic Images Using Multiple Apertures(複数開口を用いて超音波画像を生成するための方法及び装置)」と題する米国特許出願第11/865,501号、2006年9月14日出願の「Method and Apparatus to Visualize the Coronary Arteries Using Ultrasound(超音波を用いて冠状動脈を視覚化するための方法及び装置)」と題する米国特許出願第11/532、013号、2010年2月18日出願の「Alternative Method for Medical Multi-Aperture Ultrasound Imaging(医療用マルチ開口の超音波撮像のための代替方法)」と題する米国特許仮出願第61/305,784号、及び2009年8月7日出願の「Imaging with Multiple Aperture Medical Ultrasound and Synchronization of Add-on Systems(複数開口の医療用超音波、及びアドオンシステムの同期化を用いる撮像)」と題するPCT出願第PCT/US2009/053096号に関係する。これらの出願は、その全体が引用により本明細書に組み込まれている。
【０００３】
(引用による組込み)
本明細書で述べる特許及び特許出願を含めた出版物はすべて、個々の出版物が、具体的且つ個々に、引用により組み込まれることが指示された場合と同程度に、その全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【０００４】
(発明の分野)
本発明は、一般に、医療で使用される撮像技法に関し、より詳細には、医療用超音波に関し、さらに詳細には、複数開口を使用して超音波画像を生成するための装置に関する。
【背景技術】
【０００５】
(発明の背景)
従来の超音波撮像では、超音波エネルギーの収束したビームが検査すべき体組織中に送られ、戻ったエコーが検出されて、画像を形成するようにプロットされる。心エコー検査法では、ビームは、通常、中心探触子位置からの角度の増分でステップ送りされ、またエコーは、送信されたビームの経路を表す線に沿ってプロットされる。腹部の超音波検査法では、ビームは、通常、横方向にステップ送りされて、平行なビーム経路を生成し、また戻ったエコーは、これらの経路を表す平行線に沿ってプロットされる。以下の記述は、心エコー検査法及び一般的な放射線学のための角度走査技法(一般に、セクタ走査と呼ばれる)について述べることになる。しかし、多少の修正はあるが同様の概念を、どの超音波スキャナにおいても実施することができる。
【０００６】
従来の超音波撮像の基本原理は、Harvey FeigenbaumによるEchocardiography(心エコー検査法)(Lippincott Williams & Wilkins, 5th ed., Philadelphia, 1993)の第1章で述べられている。人間の組織中の超音波の平均速度vは、約1540m/secであり、軟組織中の範囲は、1440から1670m/secであることはよく知られている(P. N. T. Wells、Biomedical Ultrasonics(生物医学超音波学)、Academic Press, London, New York, San Francisco, 1977)。したがって、エコーを生成するインピーダンスの不連続部の深さは、v/2を乗算したエコーの往復時間として推定することができ、また振幅を、ビームの経路を表す線に沿ったその深さでプロットされる。すべてのビーム経路に沿ったすべてのエコーに対してこれが行われた後、画像が形成される。走査線間の隙間は、通常、補間により満たされる。
【０００７】
体組織を超音波で照射するために、フェーズドアレイ又は成形された振動子により形成されたビームが、検査される組織上で走査される。従来は、戻ってくるエコーを検出するために、同じ振動子又はアレイが使用される。この設計構成は、医療用に超音波撮像を使用することにおける最も重大な限界の1つの中心をなしている;すなわち、横方向解像度が劣ることである。理論的には、横方向解像度は、超音波探触子の開口を増加させることにより改善され得るが、開口寸法を増加させることに含まれる実務的な問題により、開口は小さいままであり、横方向解像度が粗いままであった。この限界があるとしても、超音波撮像が非常に有用であることは疑問の余地がないが、良好な解像度が得られればより一層有効なものになり得る。
【０００８】
例えば、心臓病学における実務では、単一の開口寸法における限界は肋骨間の空間(肋間隙)により決定される。腹部及びその他で(例えば、腔内又は静脈内で)使用することが意図されたスキャナの場合、開口寸法に対する制限は、やはり同様に重大な限界となる。問題は、探触子と対象とする領域との間の組織のタイプに応じて超音波送信の速度が変化するために、大きな開口アレイ中の素子を同位相に保つことが困難なことである。Wells(上記で引用したBiomedical Ultrasonics(生物医学超音波学))によれば、送信速度は、軟組織内で、最大でプラスマイナス10%変化する。開口が小さいままである場合、介在する組織は一次近似ですべて同じであり、いずれの変動も無視される。開口の寸法が、横方向解像度を改善するために増加された場合、フェーズドアレイの付加された素子は位相が外れる可能性があり、実際には、画像を改善するのではなく、画像品質を落とすことになり得る。
【０００９】
心臓病学の場合では、第2又は第3の肋間隙へとフェーズドアレイを広げることは、横方向解像度を改善するはずであると長い間考えられてきたが、この考えには、2つの問題があった。第1に、肋骨上の素子を除外して散在させたアレイにする必要があり、またこのようなアレイから生ずるビームを操作するための新しい理論が必要になる。第2に、上記で述べた組織の速度変動を補償することが必要になる。
【００１０】
腹部撮像の場合には、開口寸法を増加させることは、横方向解像度を高める可能性のあることも認識されていた。肋骨を避けることは問題ではないが、散在させたアレイを使用するビーム形成と、特に、組織の速度変動とは、補償される必要がある。単一開口の振動子を使用する場合、振動子の素子により使用されるビーム経路は共に、組織の密度特性が同様であると見なされる程度に十分接近しており、したがって、補償する必要はないと一般に仮定されてきた。しかし、この仮定を用いることは、使用できる開口寸法を大幅に制限する。2007年10月1日出願の「Method and Apparatus to Produce Ultrasonic Images Using Multiple Apertures(複数開口を用いて超音波画像を生成するための方法及び装置)」と題する米国特許出願第11/865,501号の教示による補償の方法は、広い若しくは複数の開口構成を有効に利用するために、受信素子のグループで、又は受信素子に対して個々に適用できるので有利である。上記で概略的に述べた従来技術における様々な欠点を克服するために、また拡大されたフェーズドアレイからの情報を「同相に」維持して撮像の横方向解像度の所望のレベルを達成するために、本明細書で述べるさらなる解決策が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
(発明の要旨)
探触子ケースと、ケース中に配置され、且つ複数の振動子素子を有する第1の超音波振動子アレイであり、第1の超音波振動子アレイの複数の振動子素子の少なくとも1つが、超音波パルスを送信するように構成される、第1の超音波振動子アレイと、ケース中に配置され、第1の超音波振動子アレイから物理的に離間されており、且つ複数の振動子素子を有する第2の超音波振動子アレイであり、第2の超音波振動子アレイの複数の振動子素子の少なくとも1つが、超音波パルスのエコーの戻りを受信するように構成される、第2の超音波振動子アレイとを備えるマルチ開口の超音波探触子が提供される。
【００１２】
いくつかの実施態様では、第2の超音波振動子アレイは、第1の超音波振動子アレイの方向に角度が付けられている。他の実施態様では、第2の超音波振動子アレイは、第1の超音波振動子アレイと同方向に角度が付けられている。
【００１３】
いくつかの実施態様では、第1の超音波振動子アレイの複数の振動子素子の少なくとも1つは、超音波パルスのエコーの戻りを受信するように構成される。他の実施態様では、第2の超音波振動子アレイの複数の振動子素子の少なくとも1つは、超音波パルスを送信するように構成される。さらなる実施態様では、第2の超音波振動子アレイの複数の振動子素子の少なくとも1つは、超音波パルスを送信するように構成される。
【００１４】
いくつかの実施態様では、ケースは、第1と第2の超音波振動子アレイの間の距離を調整するように構成された調整機構をさらに備える。
【００１５】
他の実施態様では、探触子は、ケース中に配置され、且つ第1及び第2の超音波振動子アレイから物理的に離間された第3の超音波振動子アレイを備え、第3の超音波振動子アレイが複数の振動子素子を有しており、第3の超音波振動子アレイの複数の振動子素子の少なくとも1つが、超音波パルスのエコーの戻りを受信するように構成される。
【００１６】
いくつかの実施態様では、第1の超音波振動子アレイは、ケースの中心付近に配置され、また第2及び第3の超音波振動子アレイは、第1の超音波振動子アレイの各側部に配置される。他の実施態様では、第2及び第3の超音波振動子アレイは、第1の超音波振動子アレイの方向に角度が付けられている。
【００１７】
いくつかの実施態様では、第1の超音波振動子アレイはケース内で窪んでいる。他の実施態様では、第1の超音波振動子アレイは、第2及び第3の超音波振動子アレイの内側の縁部とほぼ位置が合うようにケース内で窪んでいる。
【００１８】
他の実施態様では、第1、第2、及び第3の超音波振動子アレイはそれぞれ、ケースとシールを形成するレンズを備える。いくつかの実施態様では、レンズは、凹形の弧を形成する。
【００１９】
他の実施態様では、単一のレンズが、第1、第2、及び第3の超音波振動子アレイに対する開口を形成する。
【００２０】
探触子は、患者のいくつかの異なる腔内に挿入される寸法であり、またそのように構成され得る。いくつかの実施態様では、ケースは、患者の食道の中に挿入される寸法であり、且つ挿入されるように構成される。他の実施態様では、ケースは、患者の直腸の中に挿入される寸法であり、且つ挿入されるように構成される。他の実施態様では、ケースは、患者の膣の中に挿入される寸法であり、且つ挿入されるように構成される。さらに他の実施態様では、ケースは、患者の血管の中に挿入される寸法であり、且つ挿入されるように構成される。
【００２１】
いくつかの実施態様では、第1の超音波振動子の複数の振動子素子はグループ化され、位相合せされて、収束したビームを送信することができる。他の実施態様では、第1の超音波振動子の複数の振動子素子の少なくとも1つは、媒体の全体スライスを照射するために半円パルスを生成するように構成される。さらに他の実施態様では、第1の超音波振動子の複数の振動子素子の少なくとも1つが、媒体の全体容積を照射するために半球パルスを生成するように構成される。
【００２２】
いくつかの実施態様では、第1及び第2の振動子アレイは、別々の支持ブロックを含む。他の実施態様では、第1及び第2の振動子アレイは、別々の支持ブロックに取り付けられた可撓性のあるコネクタをさらに備える。
【００２３】
マルチ開口の超音波探触子のいくつかの実施態様は、角度の回転及び横方向運動の速度をコントローラに報告するように構成された探触子位置変位センサをさらに備える。
【００２４】
他の実施態様では、第1の超音波振動子アレイはホスト超音波探触子を備えており、またマルチ開口の超音波探触子は、ホスト超音波探触子からの送信の開始をコントローラに報告するように構成された送信同期化装置をさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】2開口システムを示す図である。
【００２６】
【図２】3開口システムを示す図である。
【００２７】
【図３】主(照射用)探触子に対して、全方向性探触子を配置するための可能な装置を示す概略図である。
【００２８】
【図４】2つの探触子に対して機器を使用しないリンク機構を示す概略図である。
【００２９】
【図５】複数開口の超音波振動子がアドオン機器と共に使用される送受信機能のブロック図である。この実施態様では、中心探触子は送信だけに使用され、ホスト送信探触子の通常の動作を模している。
【００３０】
【図５ａ】複数開口の超音波振動子が、2つの振動子アレイ形式で、アドオン機器と共に主として心臓分野で使用される送受信機能のブロック図である。この場合、一方の探触子は送信だけに使用され、ホスト送信探触子の通常の動作を模しており、一方、他方の探触子は受信機としてだけ動作する。
【００３１】
【図６】複数開口の超音波振動子が、MAUI(Multiple Aperture Ultrasonic Imaging:複数開口の超音波撮像)装置だけと共に使用される、送受信機能のブロック図である。スタンドアロンのMAUI電子装置は、すべての開口のすべての素子を制御する。任意の素子を、送信器又は全方向性受信器として使用できるが、送受信するフル開口若しくはサブアレイへとグループ化することができる。
【００３２】
【図６ａ】MAUI電子装置は、送信するために、探触子の外側開口の素子を使用して、画像品質を改良するだけではなく、脊椎構造など近距離の対象物の周囲を観察できることを示すブロック図である。
【００３３】
【図６ｂ】開口の間で交互に送信するためのMAUI電子装置の機能を示すブロック図である。この機能は、各開口に対してより近いターゲットに多くのエネルギーを与えるが、なお、広い開口の完全な利益を享受することができる。
【図６ｃ】開口の間で交互に送信するためのMAUI電子装置の機能を示すブロック図である。この機能は、各開口に対してより近いターゲットに多くのエネルギーを与えるが、なお、広い開口の完全な利益を享受することができる。
【００３４】
【図７ａ】調整可能であり、延長可能な手持ち式の2開口探触子(特に心臓病学US撮像で使用するのに適している)を示す概略的な斜視図である。この図は、部分的に延長された構成の探触子を示している。
【００３５】
【図７ｂ】収納された構成にある探触子を示しているその立体的な側面図である。
【００３６】
【図７ｃ】探触子の設計で許容された最大の分離距離でヘッドを配置するように延長され、分離された探触子開口を収納する構成へと押し込む状態にある探触子を示す図である。
【００３７】
【図７ｄ】図示された調整手段(すなわち、スクロールホイールとして)を用いて収納された構成にある探触子を再度示す立体的な側面図である。
【００３８】
【図７ｅ】探触子の把持部分における表面特徴を示す詳細な斜視図である。
【００３９】
【図８】水平面内で、固定幅で構成されたアレイを用いて構成され、且つ調整することができない手持ち式の2開口探触子を示す図である。
【００４０】
【図８ａ】内側方向に角度を付けて傾けた2つのアレイを用いて構成された手持ち式の2開口探触子を示す図である。図示された探触子は固定幅を有し、調整可能ではない。
【００４１】
【図９】3つ以上のアレイを含むマルチ開口探触子の開口のそれぞれの中の個々の素子を示す図である。図は、サブアレイの素子が送信に使用され、一方、あらゆる開口にあるすべての素子が受信のために使用されることを示す図である。
【００４２】
【図９ａ】サブアレイの素子が、最も遠い開口からの送信に使用され、一方、あらゆる他の開口のすべての素子が受信する様子を示す図である。素子は、単独で、サブアレイ中で、又は送信若しくは受信しながら全体アレイとして、動作することができる。
【００４３】
【図９ｂ】2つのアレイだけを含むマルチ開口探触子のそれぞれの開口における個々の素子を示す図である。この図は、サブアレイの素子が送信に使用されるが、両方の開口のすべての素子が受信のために使用されることを示す図である。
【００４４】
【図９ｃ】送信中にサブアレイの素子が交互に使用されるが、両方の開口のすべての素子が受信のために使用されること示す図である。
【００４５】
【図１０】中心アレイが、皮膚の線から外側アレイの終端部と1列になる点へと窪んでおり、凹形の一体化されたレンズ及び外側アレイが、ある角度で傾けられているマルチ開口探触子を示す図である。図10は、送信同期化モジュール及び探触子位置変位センサを含む。
【００４６】
【図１０ａ】中心アレイが、外側アレイの終端部と1列になる点へと窪んでおり、2つの外側アレイがある角度で傾斜しているマルチ開口の探触子レンズを示す図である。
【００４７】
【図１１】アレイが水平面内で構成されたマルチ開口探触子構成の図である。図11は、送信同期化モジュール及び探触子位置変位センサを含む。
【００４８】
【図１１ａ】その中心アレイ及び外側アレイが同一面内に取り付けられたマルチ開口探触子のレンズを示す図である。
【００４９】
【図１２】中心アレイが、皮膚の線から外側アレイの終端部と1列になる点へと窪んでおり、一体化されたレンズ及び外側アレイがある角度で傾斜しているマルチ開口探触子を示す図である。図12は、送信同期化モジュール及び探触子位置変位センサを含む。
【００５０】
【図１２ａ】中心アレイが、皮膚の線から外側アレイの終端部と1列になる点へと窪んでおり、一体化したレンズ及び2つの外側アレイがある角度で傾斜しているマルチ開口探触子レンズを示す図である。
【００５１】
【図１３】3つ以上のアレイを使用するマルチ開口オムニプレーン型の経食道(TEE)探触子の図である。上面図は、探触子の遠位端にあるレンズを介して見た開口の図である。ここで示すアレイは、それぞれが、それ自体の支持ブロック及びレンズを使用するとしても、共通の支持プレートを使用している。
【００５２】
【図１３ａ】2つのアレイだけを使用するマルチ開口オムニプレーン型の経食道(TEE)探触子の図である。上面図は、探触子の遠位端にあるレンズを介して見た開口の図である。ここで示すアレイは、それぞれが、それ自体の支持ブロック及びレンズを使用するとしても、共通の支持プレートを使用している。
【００５３】
【図１４】中心アレイが、外側アレイの終端部と1列になる点まで窪んでおり、一体化されたレンズが、外部の容器上に設けられ、また外側アレイがある角度で傾斜している3開口を用いるマルチ開口の経直腸探触子を示す図である。
【００５４】
【図１４ａ】2つの開口だけを用いるマルチ開口の経直腸探触子を示す図である。一体化されたレンズが外側の容器上に設けられ、またアレイは、ある角度で傾斜している。
【００５５】
【図１５】中心アレイが、外側アレイの終端部と1列になる点まで窪んでおり、一体化されたレンズが外部の容器上に設けられ、また外側アレイがある角度で傾斜している3開口を用いるマルチ開口の経膣探触子を示す図である。
【００５６】
【図１５ａ】2つの開口だけを用いるマルチ開口の経膣探触子を示す図である。一体化されたレンズが外側の容器上に設けられ、またアレイは、ある角度で傾斜している。
【００５７】
【図１６】中心アレイが、外側アレイの終端部と1列になる点まで窪んでおり、一体化されたレンズが外部の容器上に設けられ、また外側アレイがある角度で傾斜している3開口を用いるマルチ開口の静脈内超音波探触子(IVUS)を示す図である。
【００５８】
【図１６ａ】2つの開口だけを使用するマルチ開口の静脈内超音波探触子(IVUS)を示す図である。一体化されたレンズが外部の容器上に設けられており、アレイはある角度で傾斜している。
【００５９】
【図１７】超音波結晶素子が、結晶を直線的に切削又は成形することにより形成される、複数開口の超音波探触子で使用される3つの1次元(1D)アレイを示す図である。各結晶は、ここで示されるように、探触子容器中に、又は共用する支持プレート上に配置される前に、他の振動子から物理的に分離された、それ自体の支持ブロック上に配置される。
【００６０】
【図１７ａ】超音波結晶素子が、結晶を直線的に切削又は成形することにより形成される、複数開口の超音波探触子で使用される2つの1次元(1D)アレイを示す図である。各結晶は、ここで示されるように、探触子容器中に、又は共用する支持プレート上に配置される前に、他の振動子から物理的に分離された、それ自体の支持ブロック上に配置される。
【００６１】
【図１７ｂ】超音波結晶素子が、行を作成するために、結晶を横方向に、次いで長手方向に切削又は成形することにより形成される、複数開口の超音波探触子で使用される3つの1.5次元(1.5D)アレイを示す図である。長手方向の切削は、改良された横方向収束を生成するのに必須のものである。各結晶は、ここで示されるように、探触子容器中に、又は共用する支持プレート上に配置される前に、他の振動子から物理的に分離された、それ自体の支持ブロック上に配置される。
【００６２】
【図１７ｃ】超音波結晶素子が、行を作成するために、結晶を横方向に、次いで長手方向に切削又は成形することにより形成される、複数開口の超音波探触子で使用される2つの1.5次元(1.5D)アレイを示す図である。長手方向の切削は、改良された横方向収束を生成するのに必須のものである。各結晶は、ここで示されるように、探触子容器中に、又は共用する支持プレート上に配置される前に、他の振動子から物理的に分離された、それ自体の支持ブロック上に配置される。
【００６３】
【図１７ｄ】結晶素子が、個々に、又はグループで活動化され得る個々の素子へと結晶を切削又は成形することにより形成される3つのマトリックス(2D)アレイを示す図である。素子の切削又は成形は、単一の走査プラン又は次元に特有のものではない。各結晶は、ここで示されるように、探触子容器中に、又は共用する支持プレート上に配置される前に、他の振動子から物理的に分離された、それ自体の支持ブロック上に配置される。
【００６４】
【図１７ｅ】結晶素子が、個々に、又はグループで活動化され得る個々の素子へと結晶を切削又は成形することにより形成される2つのマトリックス(2D)アレイを示す図である。素子の切削又は成形は、単一の走査プラン又は次元に特有のものではない。各結晶は、ここで示されるように、探触子容器中に、又は共用する支持プレート上に配置される前に、他の振動子から物理的に分離された、それ自体の支持ブロック上に配置される。
【００６５】
【図１７ｆ】CMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers:静電容量型微細加工超音波振動子)を使用して製作された3つのアレイを示す図である。各CMUT素子は、個々に、又はグループで活動化され得る。素子は、通常、同じレンズを共用するとしても、全体の振動子アレイの寸法及び形状には制限がない。ここでは、3つの長方形のアレイが、複数開口振動子ケース中に、又は共用する支持プレート上に配置される前に、他のCMUTアレイから物理的に分離された、別々の支持ブロック上に組み立てられている。
【００６６】
【図１７ｇ】CMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers:静電容量型微細加工超音波振動子)を使用して製作された2つのアレイを示す図である。各CMUT素子は、個々に、又はグループで活動化され得る。素子は、通常、同じレンズを共用するとしても、全体の振動子アレイの寸法及び形状には制限がない。ここでは、3つの長方形のアレイが、複数開口振動子ケース中に、又は共用する支持プレート上に配置される前に、他のCMUTアレイから物理的に分離されて、別々の支持ブロック上に組み立てられている。
【００６７】
【図１８】各結晶が、ここで示されるように、探触子容器中に、又は共用する支持プレート上に配置される前に、他の振動子から物理的に分離された、それ自体の支持ブロック上に配置される、複数開口の超音波探触子で使用される5つのアレイを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
(発明の詳細な説明)
MAUI(Multiple Aperture Ultrasound Imaging:複数開口の超音波撮像)探触子又は振動子は、医療の用途により変わる可能性がある。すなわち、一般的な放射線探触子は、患者の皮膚との別個の物理的な接触点を維持して、複数の物理的開口を可能にする複数の振動子を含むことができる。心臓探触子は、わずか2つの送信器及び受信器を含むことができ、探触子は、2つ以上の肋間隙の間に同時に適合する。探触子の腔内バージョンは、ワンド(wand)の長さに沿って送信及び受信振動子を配置することになるが、静脈内バージョンでは、振動子をカテーテルの遠位の長さ上に配置し、ほんの数ミリメートルだけ離間させることができる。すべての場合において、複数開口の超音波振動子の動作は、アレイの素子が特定の走査面内に位置合せされるように構成される場合に、大幅に高めることができる。
【００６９】
本発明の一態様は、互いに位置合せされていない可能性のある複数の振動子を機能的に収容する複数開口の探触子を構成する問題を解決する。本解決策は、分離された素子、又は素子のアレイを既知の走査面内に位置合せすることを含む。分離とは、物理的な分離であり得るが、アレイの素子のいくつかのものが、2つの(送信又は受信)機能に対して共有されることのできる、単なる概念的な分離とすることもできる。物理的な分離は、探触子の容器の構成中に組み込まれているか、それとも分節されたリンク機構により適合されているかにかかわらず、体の湾曲に適合するために、又は非エコー源性組織若しくは構造(骨など)を回避するために、広い開口の場合にはやはり重要である。
【００７０】
どの単一の全方向性受信素子(単一の結晶ペンシルアレイ(crystal pencil array)など)も、体の2次元セクションを再生するのに必要な情報を収集することができる。いくつかの実施態様では、超音波エネルギーのパルスは、特定の経路に沿って送信される;全方向性探触子により受信された信号は、メモリの1行に記録され得る。記録のためのプロセスが、セクタ走査におけるラインのすべてに対して完了したとき、画像を再構成するためにメモリを使用することができる。
【００７１】
他の実施態様では、音響エネルギーが、可能な限り広い2次元スライスへと意図的に送信される。したがって、ビーム形成のすべては、受信アレイと関連付けられたソフトウェア又はファームウェアにより達成される必要がある。これを行うことはいくつかの利点がある:すなわち、1)送信パルスは、特定の深さに焦点を合わせる必要があり、他の深さではすべて幾分焦点がずれることになるので、送信時に厳密に焦点を合わせることは不可能であること、及び2)2次元スライスの全体を単一の送信パルスで照射できることである。
【００７２】
全方向性の探触子は、体の表面、又は体中のほとんどどこにでも配置することができる:すなわち、複数の若しくは肋間の隙間、肋骨上切痕、胸骨下の窓部、腹部及び体の他の部分に沿った複数の開口部中で、腔内探触子上に、又はカテーテルの端部上に配置することができる。
【００７３】
装置で使用される個々の振動子素子の構成は、複数開口システムにおける使用に限定されない。任意の1次元、1.5次元、又は2次元の結晶アレイ(1D、1.5D、2Dの圧電アレイなど)及びCMUT(静電容量型マイクロマシン化された超音波振動子)のすべてのタイプは、全体の解像度及び視野を改善するために、複数開口構成を使用することができる。
【００７４】
振動子は、画像面上に、画像面から離れて、又は任意の組合せで配置することができる。画像面から離れて配置された場合、全方向性探触子の情報は、走査されるセクタの厚さを狭くするために使用することができる。2次元の走査データは、同じ走査面内から収集された場合、画像解像度及びスペックルノイズ低減を最もよく改善することができる。
【００７５】
超音波撮像で横方向解像度を大幅に改善することは、複数の開口から探触子を用いることにより達成することができる。有効な大きい開口(いくつかのサブ開口の合計の開口)は、組織中の音速の変動を補償することにより実行可能になり得る。これは、増加した開口を破壊的にではなく、有効にするためのいくつかの方法の1つで達成することができる。
【００７６】
最も簡単なマルチ開口システムは、図1で示すように、2つの開口からなる。1つの開口は、完全に送信素子110に対して使用し、他方は受信素子120に対して使用することができる。送信素子は、受信素子の間に点在させることができるが、或いはいくつかの素子を、送信と受信用の両方で使用することもできる。この例では、探触子は、撮像される組織130への2つの異なる見通し線を有する。すなわち、それらは、皮膚の表面140上に2つの別個の物理的開口を維持している。複数開口の超音波振動子は、皮膚の表面から使用することに限定されず、それらは、腔内及び静脈内探触子を含めた体の中、又は体の表面のどこでも使用することができる。送信/受信探触子110においては、個々の素子Tx1からTxnの位置は、3つの異なる軸で測定することができる。この図は、x軸150に対して直角をなす探触子を示しており、したがって、各素子は、異なる位置xと、y軸160上で同じ位置yを有することになる。しかし、探触子120における素子のy軸位置は、下方に角度が付けられているので異なるはずである。z軸170は、ページの前後方向にあり、素子が、走査面内にあるか外にあるかを決定するのに非常に重要である。
【００７７】
図1を参照して、超音波送信素子T1,T2,...Tnを含む送信探触子110、及び超音波受信素子R1,R2,…Rmを含む受信探触子120は、検査される(ヒト又は動物などの)体の表面上に配置されていると考える。探触子は共に、同じ走査面に対して感度を有することができ、また各探触子の各素子の機械的な位置は、探触子のうちの1つなどの共通の基準に対して正確に知られている。一実施態様では、超音波画像は、送信素子(例えば、送信素子Tx1)を用いて、撮像すべき部位(例えば、心臓、器官、腫瘍、又は体の他の部分を通る面)全体を照射し、次いで、送信探触子の素子(例えば、Tx2,...Txn)を「移動(walking)し、送信素子のそれぞれを用いて、撮像すべき部位を照射することにより生成することができる。各送信素子から得られた画像は、個々には高解像度画像を提供するには十分ではない可能性があるが、すべての画像を組み合わせると、撮像すべき部位の高解像度画像を提供することができる。次いで、座標(i,j)で表される走査点に対して、特定の送信素子Txnから(i,j)における組織の要素130への合計距離「a」に、その点から特定の受信素子までの距離「b」を加えて計算することは簡単なことである。この情報を用いて、所与の軌跡に対するすべての点に対してエコー振幅をトレースすることにより、散乱位置及び振幅マップのレンダリングを開始することができる。
【００７８】
他のマルチ開口システムが図2で示されており、3つの開口の振動子素子からなる。一概念では、中心開口210における素子は、送信用に使用することができ、次いで、左の開口220及び右の開口230における素子は、受信用に使用することができる。他の可能性は、すべての3つの開口における素子を、送信及び受信の両方で使用することもできるが、これらの条件下では、音速変動に対する補償がより複雑化されることになる。撮像すべき組織240の周囲に素子又はアレイを配置することにより、組織の上部に、単に、単一の探触子210を有するより、はるかに多くのデータが提供される。
【００７９】
本明細書で述べる複数開口の超音波撮像法は、あらゆる素子の位置を知ることができるようにし、またこれらの位置を、探触子が取り付けられる任意の新しい装置に対して報告する探触子装置に依存する。図3及び4は、単一の全方向性探触子310又は410を、どのようにして主振動子(フェーズドアレイ又はその他のもの)に取り付けてデータを収集することができるか、或いは反対に、この場合は主探触子が受信器になるが、送信器として働くことができるかを示している。これらの実施態様では共に、全方向性探触子は、すでに走査面内で位置合せされている。したがって、x及びyの位置350だけが、計算されてプロセッサに送信される必要がある。良好な横方向集束のために、走査面の外に全方向性探触子を用いた探触子を構成することも可能である。
【００８０】
全方向性探触子装置の態様は、照射探触子の送信振動子320及び420から離れて位置する別個の比較的無指向性の受信振動子310及び410からの戻りエコーを含み、無指向性の受信振動子は、照射探触子とは異なる音響ウィンドウ中に配置され得る。全方向性探触子は、この目的のために広い視野に対して感度を有するように設計することができる。
【００８１】
全方向性探触子で検出されたエコーは、デジタル化され、別々に記憶されることができる。全方向性探触子(図3の310、及び図4の410)で検出されたエコーが、照射振動子からのあらゆるパルスに対して別々に記憶された場合、2次元画像の全体を、1つの全方向性探触子により受信された情報から形成できることは驚くべきことであることに留意されたい。さらなる画像の複製を、照射パルスの同じ組からのデータをさらなる全方向性探触子が収集することにより形成することができる。
【００８２】
図5では、探触子全体が、共に組み立てられた場合、アドオン装置として使用される。それは、アドオン機器若しくはMAUI電子装置580と、任意のホスト超音波システム540との両方に接続される。中心アレイ510は、送信だけに使用することができる。アウトリガーアレイ(outrigger array)520及び530は、受信だけに使用することができ、ここでは皮膚の線550の上部に示されている。散乱体570から反射されたエネルギーは、したがって、アウトリガーアレイ520及び530により受信され得るだけである。アウトボードアレイ520及び530の角度付けは、角度α1560又はα2565として示されている。これらの角度は、異なる深さ又は視野に対して最適なビーム形成を達成するために変えることができる。α1及びα2は、アウトボードアレイに対して同じであることが多いが、そのようにする必要性はない。MAUI電子装置は、角度を解析し、非対称の構成に適合することができる。図5aは、右の振動子510が送信のために使用されることを示しており、また他の振動子520が、受信のために使用されている。
【００８３】
図6は、探触子と共に使用される複数開口の超音波撮像システム(MAUI電子装置)640が、それ自体のオンボード送信器を備えるスタンドアロンのシステムである(すなわち、ホスト超音波システムが使用されない)ことを除き、図5とほぼ同様のものである。このシステムは、送信又は受信のために、任意の振動子610、620、又は630上で任意の素子を使用することができる。アウトボードアレイ(outboard array)610及び630の角度付けは、角度α660で示されている。この角度は、異なる深さ又は視野に対して最適なビーム形成を達成するために変えることができる。角度は、アウトボードアレイに対して同じであることが多い;しかし、そのようにする必要性はない。MAUI電子装置は、角度を解析し、非対称の構成に適合することになる。
【００８４】
この図では、送信されるエネルギーは、開口2 620における素子、又は素子の小グループから生じたものであり、散乱体670からすべての開口中の他のすべての素子へと反射される。したがって、受信されたエネルギーの合計幅690は、開口1 610の最も外側の素子から、開口2 630の最も外側の素子まで広がる。図6aは、右のアレイ610が送信し、3つのアレイ610、620、及び630がすべて受信している様子を示している。図6bは、左のアレイ610上の素子が送信し、右のアレイ620上の素子が受信している様子を示している。送信だけに1つの振動子を使用することは、脂肪層における変動に起因する歪みがないという点で利点がある。スタンドアロンのシステムでは、送信及び/又は受信素子は、両方又はすべての3つの開口で混合され得る。
【００８５】
図6bは、探触子と共に使用される複数開口の超音波撮像システム(MAUI電子装置)640が、それ自体のオンボード送信器を備えるスタンドアロンのシステムであることを除き、図5aとほぼ同様のものである。このシステムは、図6cで示されるように、送信又は受信のために、任意のアレイ610又は620上の任意の素子を使用することができる。図6b又は図6cで示すように、送信アレイは、2つの受信だけの振動子が寄与するようになるのと同様に、集合的な開口幅690に加えられるターゲットから離れた角度を提供する。
【００８６】
(複数開口振動子の一般的な組立体)
複数開口の超音波振動子は、いくつかの際だった特徴を有する。素子又はアレイは、物理的に分離され、関心領域に向けて異なる見通し角を維持することができる。図10を参照すると、素子又はアレイは、これらのアレイが、最終的には共通の支持プレート又は探触子ケース1006を共用する可能性があるとしても、それぞれが共に単一開口の素子を保持する別個の支持ブロック1001、1002、及び1003を維持することができる。使用できる素子又はアレイの数に制限はない。
【００８７】
図18は、示された探触子のうちの多くのもので使用できる5つのアレイ1810、1820、1830、1840、及び1850の構成を示している。さらに、素子又はアレイを分離しなくてはいけない特に定められた距離1870はない。医師は、対称的な探触子を構成することが有益であると誤って考えている可能性がある;しかし、そのようにする必要性はない。MAUI電子装置は、単に、共通の原点からの各素子のx、y、及びz位置を必要とするだけであり、その原点は、探触子の内側、上方、又は下方のいずれかに位置することができる。選択された後、すべての素子の位置が、原点から計算され、MAUI電子装置にロードされる。
【００８８】
図1に戻って参照すると、原点は、探触子110における送信の中央部に置かれ、x軸150、y軸160、及びz軸170の交差点が示されている。素子又はアレイを長方形で、又はオフセンタさせた形で使用して探触子を構成する自由度により、複数開口の超音波振動子は、超音波撮像の質を低下させる可能性のある望ましくない生理機能(骨など)の周囲で送信及び受信が可能になる。
【００８９】
他の際だった特徴は、支持ブロック上の素子が、共通のレンズ及び可撓性のあるコネクタを維持することである。図10では、右のアレイ1003が、それ自体のレンズ1012及び可撓性のあるコネクタ1011を有する。他のアレイ1001及び1002はそれぞれ、それ自体のレンズ及び可撓性のあるコネクタを有する。可撓性のあるコネクタは、アレイの支持ブロックから、ホストマシン、及び/又は最終的にMAUI電子装置へのケーブルコネクタとなるものへのコネクタ用コンジットとして働く。図12の単一開口アレイ1212上で使用されるレンズ材料は、密閉された空間1207に含まれるアレイの集合体に対して使用される共通のレンズ1209とは独立したものであり得る。
【００９０】
可撓性のある接続は各支持ブロックに対して確立される必要があり、それが複数開口の超音波振動子の他の際立った特徴である。図10は、独立したアレイから生ずる3つの別個の可撓性のあるコネクタ1009、1010、1011を示している。可撓性のあるコネクタは、一般に、探触子ハンドルを出る前に終端され、微細同軸ケーブルに接続される。
【００９１】
探触子装置で使用される振動子の構成は、マルチ開口システムで使用されることに限定されない。図17及び図17aは、大部分のMAUI探触子構成で使用され得る、距離1780だけ離間された1次元(1D)アレイ1710を示しており、図17b及び図17cは、大部分のMAUI探触子構成でさらに使用され得る、距離1780だけ離間された1.5次元アレイ1720を示しており、図17d及び図17eは、すべてのMAUI探触子構成で使用され得る、距離1780だけ離間された2次元(2D)アレイ1730を示しており、図17f及び図17gでは、CMUT振動子1740を距離1780だけ離間させることができる。
【００９２】
マルチ開口探触子の諸例は以下で示される。これらの例は、マルチ開口探触子の製作順列を表す。
【００９３】
(複数開口の心臓探触子)
図7及び8は、心臓分野で特によく適するようにした設計及び特徴を有するマルチ開口探触子700を示している。図7を参照すると、マルチ開口探触子700は、隣接するアレイ間の距離を変えるために様々な動作を行うことができる。探触子の一方の脚710は、素子又は素子のアレイ760を収容するが、他方の脚750は、素子の別のグループ又はアレイ770を収容する。図7aを参照すると、探触子は、隣接する超音波振動子アレイの間の距離を調整するように構成された調整機構740を含むことができる。いくつかの実施態様では、探触子の内側のセンサ(図示せず)は、アレイ760及び770のそれぞれの機械的な位置情報を、MAUI電子装置へと送り返すことができる。
【００９４】
図7dの実施態様は、探触子を物理的に広げるために使用される指動輪730を示している。しかし、本技術は、探触子の機械的な調整に限定されない。広いアレイを代わりに使用することもでき、アレイ760及び770のサブセクションは、電子的に探触子の幅を調整することもできる。
【００９５】
図8は、アレイ810及び820を有する、図7〜7eで示すマルチ開口探触子の固定位置変形体である。開口840の幅は、様々な医療用撮像用途に適合するように固定されている。図8aは、振動子に、任意の他のMAUI探触子と同様の良好なビーム形成特性のために、角度αで角度を付けることができることを示している。
【００９６】
(弧状の複数開口探触子)
図10は、中心アレイ1002が、外側アレイ1001及び1003の内側縁部と1列になる点まで窪んでいるマルチ開口探触子1000を示す図である。アレイのレンズは、探触子ケース1013の一部により物理的に分離されている。外側アレイは、様々な医療用撮像分野に対する理想的なビーム形成に対して適切な角度で傾斜させることができる。探触子1000は、コントローラ(図9のMAUI電子装置940など)に取り付けることができる。図10は、送信同期化モジュール1004及び探触子位置変位センサ1005を含む。送信同期化モジュール1004は、探触子が、送信するホストマシンとのアドオン装置として使用される場合、パルスの開始を特定するために必要である。探触子変位センサ1005は、探触子の3次元運動を感知する加速時計又はジャイロスコープとすることができる。探触子位置変位センサは、角度の回転及び横方向運動の速度をコントローラに報告するように構成され得る。
【００９７】
図10は、外側アレイ1001、すなわち、最も左にある外側アレイと、中心アレイ1002と、外側アレイ1003、すなわち、最も右にある外側アレイとを含む。この実施態様では、中心アレイ1002は、そのアレイの面を、任意の所望の内側角度で取り付けることのできる外側アレイ1001及び1003のコーナーの終端部と1列になるように配置する線上に位置決めされる。この角度は、対象とする深さ及び領域に基づいて、エコー情報の受信を最適化するように確立される。
【００９８】
この実施態様では、アレイのそれぞれは、探触子ハウジング1006の外側ケースとシールを形成するそれ自体のレンズ1012を有する。アレイ1001、1002、及び1003のレンズの前面は、ケース支持ハウジング1013と組み合わせて凹形の弧を形成する。いくつかの実施態様では、送信同期化モジュール1004は、中心アレイ1002の直接上に配置され、基準の送信タイミングデータを取得するように構成される。探触子位置変位センサ1005は、送信同期化モジュール1004の上に配置される。変位センサは、3D、4D、及び容積画像を構成するのに使用されるMAUI電子装置に対して、探触子位置及び動作を送信する。振動子ケース1006は、これらのアレイ、モジュール、及びレンズ媒体をカプセル化する。
【００９９】
図10aは、探触子ケース1006内のアレイ1001、1002、及び1003に対する別々のレンズの正面図を示す。レンズは、探触子1013の一部により物理的に分離されている。
【０１００】
(直線の複数開口探触子)
図11は、アレイが水平面内で構成され、且つケース1106中に収容されているマルチ開口探触子1100の一実施態様である。図11は、送信同期化モジュール1104及び探触子位置変位センサ1105を含む。図11は、アレイ1101、すなわち、最も左の外側アレイと、アレイ1102、すなわち、中心アレイと、アレイ1103、すなわち、最も右にある外側アレイとを示しており、真っ直ぐな端面を形成するように配置される。図11でさらに示されているのは、アレイ1101、1102、及び1103のレンズ1112を分離している探触子の前壁1113である。振動子ケース2106は、これらのアレイ、モジュール、及びレンズ媒体をカプセル化する。
【０１０１】
図11aは、面又はレンズ領域の図である。図11aでは、アレイ1101、1102、1103のレンズが、探触子ケースの前壁1113により分離される。
【０１０２】
図11及び11aで示す構成は、マルチ開口の超音波探触子1100の一実施態様である。それは、凸形のアレイでは容易にカバーすることのできない広い領域にわたって、患者と直接接触する個々の振動子を有する利点を提供する。直線的に整列されたアレイ1101、1102、及び1103からのビーム形成がより困難になることもある。
【０１０３】
(オフセットされた複数開口探触子)
図12は、中心アレイ1202が、外側アレイ1201及び1203の終端部と1列になる点まで窪んでいるマルチ開口探触子1200を示す図である。しかし、中心アレイ1202は、閉じた領域1207内の任意の位置に配置することも可能である。探触子は、一体化されたレンズをさらに含むことができ、また外側アレイは、ケース1206内においてある角度で傾斜させることができる。図12は、送信同期化モジュール1204、及び探触子位置変位センサ1205を含む。アレイ1201及び1203の先端部は、概して、振動子レンズ材料1209の表面と接触して配置され、振動子レンズ材料1209は、振動子の全体開口を覆うことができ、且つアレイ1201、1202、及び1203に対する単一のレンズ開口部を提供することができる。
【０１０４】
領域207は、最小の品質低下で超音波エコー情報の転送を容易にするための適切なエコー透過性材料を含む。振動子ケース1206は、これらのアレイ、モジュール、及びレンズ媒体をカプセル化することができる。
【０１０５】
図12aは、音響ウィンドウの図を示している。図12aでは、音響ウィンドウ1209が、アレイ1201、アレイ1202、及びアレイ1203の機械的な位置を概略的に示している。図12及び12aで示された構成は、なお関心領域の複数開口撮像の利点を得ながら、閉じた、又は無菌の隔離を必要とする環境における非常に高解像度の近距離撮像に対するマルチ開口の超音波振動子のための関心領域最適化を提供する。
【０１０６】
(最適なビーム形成を達成するためのアレイ角度)
図9では、角度α1960は、左のアレイ910の素子に平行な線と、中心アレイ920の素子に平行な交差する線との間の角度である。同様に、角度α2965は、右のアレイ930の素子に平行な線と、中心アレイ920の素子に平行な交差する線との間の角度である。角度α1及び角度α2は等しい必要はない;しかし、中心素子又はアレイ920の方向に内側に傾斜させたとき、それらがほぼ等しい場合、最適なビーム形成を達成する上で有益である。大部分の場合、図10から12の例は、静的な、又は事前設定された機械的な角度付けの形態を示している。
【０１０７】
図示した例では、角度付けの角度αは、約12.5°とすることができる。αがこの角度である場合、外側サブアレイの有効開口は、組織表面から約10cmの深さで最大化される。角度付けの角度αは、様々な深さにおける性能を最適化するために、ある範囲の値内で変化することができる。任意の深さで、アウトリガー(outrigger)サブアレイの有効開口は、この組織散乱体からアウトリガーアレイの中心までの線と、アレイそれ自体の面との間の角度の正弦に比例する。角度αは、特定深さの範囲で組織に対して最も妥協したもの(compromise)として選択される。
【０１０８】
この開示で教示されるものと同じ解決策は、マルチ開口の心臓走査に対して、又は体の他の部分を走査するために延長され、散在して配置される開口に対しても等しく適用可能である。
【０１０９】
(オムニプレーン型の経食道実施態様)
図13は、患者の食道中に挿入されるような寸法であり、且つそのように構成されたオムニプレーン型の経食道探触子を示す図であり、1300は側面図、1301は上面図である。この実施態様では、閉じた部分1350は、共通の支持プレート1370上に位置する複数開口アレイ1310、1320、及び1330を含む。外側アレイ1310及び1330は、上記で述べたように、任意の角度で内側に傾斜させることができる。小さな空間中に配置されるが、アレイは、実際には互いに距離1380だけ物理的に分離されており、したがって、それらは、別個の開口を維持することができる。支持プレートは、アレイを回転させるために機械的に、又は電気的に動作できる回転ターンテーブル1375上に取り付けられる。閉じた部分1350は、品質低下を最小にして超音波エコー情報の転送を容易にするために、適切なエコー透過性材料を含み、音響ウィンドウ1340により収容される。操作者は、挿入管1390の制御機構を介して探触子を操作することができる。探触子は、屈曲ゴム1395の先で、前後に、且つ左右に動くことができる。
【０１１０】
図13aは、2つだけの複数開口アレイを用いたオムニプレーン型の経食道探触子の図を示している。この実施態様では、閉じた部分1350は、共通の支持プレート1370上に位置する複数開口アレイ1310及び1320を含む。アレイ1310及び1320は共に、上記で述べたように、内側方向に角度を付けることができる。小さな空間中に配置されるが、アレイは、実際には互いに距離1380だけ物理的に離間され、したがって、それらは別々の開口を維持することができる。支持プレートは、アレイを回転させるために、機械的に、又は電気的に動作できる回転ターンテーブル1375上に取り付けられる。閉じた部分1350は、品質低下を最小にして超音波エコー情報の転送を容易にするために、適切なエコー透過性材料を含み、音響ウィンドウ1340により収容される。操作者は、挿入管1390の制御機構を介して探触子を操作することができる。探触子は、屈曲ゴム1395の先で、前後に、且つ左右に動くことができる。
【０１１１】
図13及び13aで示される構成は、食道を介する腔内における非常に高解像度な撮像を行うためのマルチ開口の超音波振動子を提供する。
【０１１２】
(経直腸探触子の実施態様)
図14は、患者の直腸に挿入されるような寸法であり、且つそのように構成された経直腸探触子1400を示す図である。この実施態様では、閉じた部分1450は、共通の支持プレート1470上に位置する複数開口アレイ1410、1420、及び1430を含む。外側アレイ1410及び1430は、上記で述べたように、任意の角度で内側方向に傾斜させることができる。小さな空間中に配置されるが、アレイは、実際には互いに距離1480だけ物理的に離間され、したがって、それらは別々の開口を維持することができる。閉じた部分1450は、品質低下を最小にして超音波エコー情報の転送を容易にするために、適切なエコー透過性材料を含み、音響ウィンドウ1440により収容される。操作者は、探触子を手動で位置決めする。探触子ケース1490は、複数開口アレイをサポートする可撓性のあるコネクタ及び配線を収容する。
【０１１３】
図14aは、2つのアレイだけを使用する経直腸探触子1405の図を示している。この実施態様では、閉じた部分1450は、共通の支持プレート1470上に位置する複数開口アレイ1410及び1420を含む。アレイ1410及び1420は共に、上記で述べたように、内側方向に角度を付けることができる。小さな空間中に配置されるが、アレイは、実際には互いに距離1480だけ物理的に離間され、したがって、それらは別々の開口を維持することができる。閉じた部分1450は、品質低下を最小にして超音波エコー情報の転送を容易にするために、適切なエコー透過性材料を含み、音響ウィンドウ1440により収容される。操作者は、手動で探触子を位置決めする。探触子ケース1490は、複数開口アレイをサポートする可撓性のあるコネクタ及び配線を収容する。
【０１１４】
図14及び14aで示される構成は、直腸及び他の自然の管腔を介する腔内における非常に高解像度な撮像を行うためのマルチ開口の超音波振動子を提供する。
【０１１５】
(経膣探触子)
図15は、患者の膣に挿入されるような寸法であり、且つそのように構成された経膣探触子1500を示す図である。この実施態様では、閉じた部分1550は、共通の支持プレート1570上に位置する複数開口アレイ1510、1520、及び1530を含む。外側アレイ1510及び1530は、上記で述べたように、任意の角度で内側方向に傾斜させることができる。小さな空間中に配置されるが、アレイは、実際には互いに距離1580だけ物理的に離間され、したがって、それらは別々の開口を維持することができる。閉じた部分1550は、品質低下を最小にして超音波エコー情報の転送を容易にするために、適切なエコー透過性材料を含み、音響ウィンドウ1540により収容される。操作者は、手動で探触子を位置決めする。探触子ケース1590は、複数開口アレイをサポートする可撓性のあるコネクタ及び配線を収容する。
【０１１６】
図15aは、2つのアレイだけを使用する経膣探触子1505の図を示している。この実施態様では、閉じた部分1550は、共通の支持プレート1570上に位置する複数開口アレイ1510及び1520を含む。アレイ1510及び1520は共に、上記で述べたように、内側方向に角度を付けることができる。小さな空間中に配置されるが、アレイは、実際には互いに距離1580だけ物理的に離間され、したがって、それらは別々の開口を維持することができる。閉じた部分1550は、品質低下を最小にして超音波エコー情報の転送を容易にするために、適切なエコー透過性材料を含み、音響ウィンドウ1540により収容される。操作者は、手動で探触子を位置決めする。探触子ケース1590は、複数開口アレイをサポートする可撓性のあるコネクタ及び配線を収容する。
【０１１７】
図15及び15aで示される構成は、膣を介する腔内における非常に高解像度な撮像を行うためのマルチ開口の超音波振動子を提供する。
【０１１８】
(静脈内超音波探触子の実施態様)
図16は、患者の血管に挿入されるような寸法であり、且つそのように構成された静脈内超音波探触子(IVUS)を示す図である。この実施態様では、閉じた部分1650は、共通の支持プレート1670上に位置する複数開口アレイ1610、1620、及び1630を含む。外側アレイ1610及び1630は、上記で述べたように、任意の角度で内側方向に傾斜させることができる。小さな空間中に配置されるが、アレイは、実際には互いに距離1680だけ物理的に離間され、したがって、それらは別々の開口を維持することができる。閉じた部分1650は、品質低下を最小にして超音波エコー情報の転送を容易にするために、適切なエコー透過性材料を含み、音響ウィンドウ1640により収容される。操作者は、カテーテル1690に取り付けられた、またその内側にある制御機構を介して探触子を操作することができる。探触子は、血管内に配置され、円運動並びに前後に回転させることができる。
【０１１９】
図16aは、2つの複数開口アレイだけを使用する静脈内超音波探触子(IVUS)の図を示している。この実施態様では、閉じた部分1650は、共通の支持プレート1670上に位置する複数開口アレイ1610及び1620を含む。アレイ1610及び1620は共に、上記で述べたように、任意の角度で内側方向に傾斜させることができる。小さな空間中に配置されるが、アレイは、実際には互いに距離1680だけ物理的に離間され、したがって、それらは別々の開口を維持することができる。閉じた部分1650は、品質低下を最小にして超音波エコー情報の転送を容易にするために、適切なエコー透過性材料を含み、音響ウィンドウ1640により収容される。操作者はカテーテル1690に取り付けられた、またその内側にある制御機構を介して探触子を操作することができる。探触子は、血管内に配置され、円運動並びに前後に回転させることができる。
【０１２０】
図16及び16aで示される構成は、血液で満たされた管を介する静脈内撮像のためのマルチ開口の超音波振動子を提供する。
【０１２１】
本発明に関係するさらなる詳細に関して、材料及び製作技法は、関連する技術分野における当業者のレベルに含まれるものとして使用することができる。共通して、又は論理的に使用されるさらなる行為の点で、本発明の方法ベースの諸態様に関しても同様のことが言える。さらに、前述の発明性のあるバリエーションの任意選択の特徴は、独立して、或いは本明細書で述べた任意の1つ以上の特徴と組み合わせて述べられ、且つ特許請求できることが企図される。同様に、単数の項目への参照は、複数の同様の項目が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書で、且つ添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「1つ(a)」、「1つ(an)」、「前記」、及び「その(the)」は、コンテキストが明確にその他の形であることを指示しない限り、複数の指示対象を含む。特許請求の範囲は、任意選択の要素のいずれも排除するように記述できることをさらに留意されたい。したがって、この記述は、請求項の構成要件の記述と関連して、「単独で(solely)」、「に限って(only)」などの排他的な用語を使用するための、又は「否定的(negative)」な限定を使用するための先行するベースとして働くことが意図される。本明細書でその他の形で定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的、且つ科学的な用語は、本発明が属する技術分野の当業者により一般に理解される意味と同様の意味を有する。本発明の広さは、本明細書により限定されるべきではなく、特許請求の範囲で使用される用語の通常の意味によってのみ限定される。
【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５−５ａ】
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【図６−６ａ】
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【図６ｂ−ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図８】
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【図８ａ】
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【図９−９ａ】
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【図９ｂ−ｃ】
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【図１０】
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【図１０ａ】
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【図１１】
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【図１１ａ】
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【図１２】
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【図１２ａ】
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【図１３−１３ａ】
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【図１４−１４ａ】
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【図１５−１５ａ】
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【図１６−１６ａ】
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【図１７−１７ａ−ｃ】
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【図１７ｄ−ｇ】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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