JP2002177266A - 携帯用及び機器構成可能な超音波画像形成システム - Google Patents

携帯用及び機器構成可能な超音波画像形成システム

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JP2002177266A JP2001342403A JP2001342403A JP2002177266A JP 2002177266 A JP2002177266 A JP 2002177266A JP 2001342403 A JP2001342403 A JP 2001342403A JP 2001342403 A JP2001342403 A JP 2001342403A JP 2002177266 A JP2002177266 A JP 2002177266A
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シー リーヴィット スティーヴン
R Farron Josef
アール ファロン ジョセフ
P Anthony Michael
ピー アンソニー マイケル
P Fazioli Theodore
ピー ファツィオリ テオドア
Charles R Dowdell
アール ダウデル チャールズ
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Abstract

(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、携帯用、機器構成可能な超音波プロセッサ1
02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204に関連付けられた処理チャネルを使用
して、超音波画像を形成する。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、超音波プロセ
ッサ102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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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。
【0002】
【従来の技術】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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】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。
【0010】
【課題を解決するための手段】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。
【0014】
【発明の実施の形態】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。
【0015】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。
【0016】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10
2は、受信された超音波エネルギーを処理する。
【0017】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。
【0018】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。
【0019】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-B
EAMFORMING APPARATUS AND METHOD FOR A PORTABLE ULT
RASOUND IMAGING SYSTEM”(代理人書類番号1000403
3)、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。
【0020】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。
【0021】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。
【0022】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。
【0023】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 METH
OD 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。
【0024】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208−1〜2
08−nに接続している。
【0025】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21
8についての遅延要素は、トランスデューサアレイ20
0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。
【0026】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。
【0027】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2
14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。
【0028】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1
04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。
【0029】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。
【0030】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。
【0031】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。
【0032】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2
18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2
00により受信される。
【0033】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20
0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。
【0034】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3
04と通信するセクタフェーズドアレイ200を含んで
いる。
【0035】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。
【0036】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。
【0037】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3
36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3
06を介して感度の高いフロントエンドプロセッサ30
8に移動することが防止される。
【0038】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。
【0039】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。
【0040】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ASIC322,32
4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20
0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AS
ICと関連付けされてもよい。
【0041】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。
【0042】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。
【0043】ビームフォーマ320内のASIC32
2,324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。
【0044】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。
【0045】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A
SIC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。
【0046】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。
【0047】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3
20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32
0に提供する。
【0048】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。
【0049】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。
【0050】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。
【0051】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3
42を介して超音波画像を提供する。ディスプレイ34
4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。
【0052】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。
【0053】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AS
IC340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。
【0054】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。
【0055】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ASI
C340、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。
【0056】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。
【0057】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。
【0058】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。
【0059】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。
【0060】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。
【0061】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。
【0062】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。
【0063】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。
【0064】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。
【0065】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。
【0066】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。
【0067】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。
【0068】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。
【0069】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3
66を使用することにより、フラッシュメモリ要素36
4において記憶することができる。
【0070】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。
【0071】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。
【0072】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ASIC322,324,3
26,340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、Jo
int 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。
【0073】JTAGは、Standard Test Access Port
and Boundary Scan Architectureとして知られているI
EEE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。
【0074】図4は、図3のバックエンドASIC34
0を例示するブロック図である。バックエンドASIC
340は、ビームフォーマ320(図3)内のASIC
322,324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。
【0075】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。
【0076】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。
【0077】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。
【0078】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。
【0079】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。
【0080】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2
18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。
【0081】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。
【0082】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。
【0083】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。
【0084】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3
56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。
【0085】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。DM
Aコントローラ416は、当業者には公知である動作を
行う。
【0086】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。
【0087】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。
【0088】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。
【0089】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。
【0090】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 T
GC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。
【0091】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。
【0092】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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【符号の説明】
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, Th e Netherlands (72)発明者 スティーヴン シー リーヴィット アメリカ合衆国,メイン 04544,イース ト ブースベイ,リーヴィット ロード 1,ヘンリー ロード(オフ バック ナ ロウ ロード) (72)発明者 ジョセフ アール ファロン アメリカ合衆国,マサチューセッツ 01921,ボックスフォード,ワインドメア ドライヴ 4 (72)発明者 マイケル ピー アンソニー アメリカ合衆国,マサチューセッツ 01810,アンドーヴァー,チェスナット ストリート 38 (72)発明者 テオドア ピー ファツィオリ アメリカ合衆国,ニューハンプシャー 03079,セイラ,アルタ アヴェニュ 21 (72)発明者 チャールズ アール ダウデル アメリカ合衆国,ニューハンプシャー 03062,ナッシュア,ローズクリフ ドラ イヴ 27 Fターム(参考) 4C301 AA02 BB01 BB02 BB22 EE16 EE17 GB03 GB04 GB06 HH07 HH11 HH21 HH33 HH40 JB29 LL04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれが超音波信号を処理するために
    配置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超
    音波信号のそれぞれを受けて、超音波画像に処理するた
    めに配置される携帯用、機器構成可能なプロセッサと、
    を備える機器構成可能な超音波画像形成システム。
  2. 【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。
  3. 【請求項3】 前記携帯用、機器構成可能なプロセッサ
    はモジュラープロセッサを含む、請求項1記載の超音波
    画像形成システム。
  4. 【請求項4】 前記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3記載の超音波画像形成システム。
  5. 【請求項5】 前記携帯用、機器構成可能なプロセッサ
    はモジュラーメモリを含む、請求項1記載の超音波画像
    形成システム。
  6. 【請求項6】 前記携帯用、機器構成可能なプロセッサ
    は、 前記トランスデューサ素子のそれぞれから前記超音波信
    号のそれぞれを受けるために配置されるスケーラブルな
    フロントエンドプロセッサと、 前記トランスデューサ素子のそれぞれからの前記超音波
    信号を成形してビーム成形された信号にするためのスケ
    ーラブルビームフォーマ回路と、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。
  7. 【請求項7】 前記携帯用、機器構成可能なプロセッサ
    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。
  8. 【請求項8】 代替的な画像形成アプリケーションを有
    する、請求項1記載の超音波画像形成システム。
  9. 【請求項9】 代替的な動作モードをさらに備える、請
    求項1記載の超音波画像形成システム。
  10. 【請求項10】 変更可能な処理アルゴリズム及び動作
    特性を有する、請求項1記載の超音波画像形成システ
    ム。
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