JP2003507114A - 小型超音波装置および方法 - Google Patents

小型超音波装置および方法

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Abstract

(57)【要約】 興味ある領域内の組織を検査するための超音波装置（21）であって、本体は観察孔（51）を有するハウジングを具備する。超音波トランスジューサ（52）が設けられ、これは観察孔に配置された超音波素子のアレイ（53）で構成される。トランスジューサ励起により超音波信号を身体の中に導入して、興味ある領域の組織から反射させるために、電気的パルスをトランスジューサに供給する。このトランスジューサは身体内の組織から該トランスジューサへと反射された超音波信号を変換して、電気信号を与えることができる。次いで、この与えられた電気信号をデジタル化する。このデジタル化された電気信号を集め、33未満のトランスジューサ励起から、身体内の興味ある領域にある組織の単一のフレームについての一つの画像を形成し、次いでこれを表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、小型化された超音波装置および方法に関する。 種々のタイプの超音波測定装置が、工業的および医療的な用途、特に、医学診
断の用途で現在使用されている。しかし、このような装置はサイズが大きく、ま
た比較的高価であることが多い。加えて、その使用は比較的複雑である。よりコ
ンパクトで且つ費用が安く、しかも操作が極めて単純な装置が必要とされている
。
【０００２】 一般に、本発明の一つの目的は、サイズおよび費用を大幅に小さくすることが
できる、小型化された超音波装置および方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、上記特徴をもった携帯可能な装置を提供すること
である。 本発明のもう一つの目的は、ポケットサイズの手持ち型装置にパッケージでき
る、上記特徴を持った装置を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、パワー磁石を用いて低出力要件を可能にする、上
記特徴を持った装置および方法を提供することである。
【０００３】 本発明のもう一つの目的は、想定される特定の用途のための望ましい周波数を
選択するために、取外し可能な各ヘッドが利用される装置および方法を提供する
ことである。 本発明のもう一つの目的は、特別に新規な撮像アプローチを利用して、33未満
のトランスジューサ励起から１フレームにおける画像を作製するために利用され
る全てのデータを一度に収集することにより、必要な電子部品を減少し、電力消
費を大幅に低下させる、上記特徴をもった装置および方法を提供することである
。 本発明のもう一つの目的は、超音波トランスジューサの励起毎に一つのフレー
ムを作成ですることが可能な、上記特徴を持った装置および方法を提供すること
である。
【０００４】 本発明のもう一つの目的は、一定の画素濃度が得られる、上記特徴を持った装
置および方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、画像構築の前に前処理されたデータの平均化を達
成して信号／ノイズ比を増大させることができる、上記特徴を持った装置および
方法を提供することである。 本発明の目的は、極めて小さいデューティーサイクルを有する、上記特徴の装
置および方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、線形アレイ、湾曲アレイ、およびフェーズドアレ
イと共に利用できる、上記特徴をもった装置および方法を提供することである。
【０００５】 本発明の目的は、トランスジューサアレイの固有の解像度まで拡大可能なズー
ム構成が設けられる、上記特徴を持った装置および方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、走査ヘッドの周波数レンジを付随する電子機器に
知らせることができるように、走査ヘッドに不揮発性記憶装置が利用される、上
記特徴の装置および方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、針のようなプローブを望ましい部位に仕向ける際
に特に有用な、上記特徴をもった装置および方法を提供することである。
【０００６】 本発明のもう一つの目的は、身体の興味ある領域の離間した位置における複数
の画像が与えられる、上記特徴を持った装置および方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、前記複数の画像が望ましい間隔で離間している、
上記特徴をもった装置および方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、前記複数の画像が角度方向に離間している、上記
特徴をもった装置および方法を提供することである。
【０００７】 本発明のもう一つの目的は、前記離間した位置における画像が比例した間隔で
離間している、上記特徴をもった装置および方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、身体の興味ある領域の動的画像を作製するために
前記離間した画像が連続的に表示される、上記特徴の装置および方法を提供する
ことである。 本発明のもう一つの目的は、身体に対してトランスジューサを移動することに
より複数の画像が得られる、上記特徴をもった装置および方法を提供することで
ある。 本発明のもう一つの目的は、種々の医学的診断法に適用可能な、上記特徴をも
った装置および方法を提供することである。
【０００８】 本発明の更なる目的および特徴は、添付の図面を参照して好ましい実施例を詳
細に説明した以下の記載から明らかになるであろう。 一般に、本発明の超音波装置は身体の興味ある領域を調べるためのものであり
、観察孔を有するハウジングを具備している。この観察孔には、トランスジュー
サのアレイが配置される。前記ハウジングには、超音波に対して実質的に透過な
手段が担持されており、該手段はトランスジューサアレイの上を覆うインピーダ
ンス整合レンズを形成し、また身体に接触して配置できる表面を有する。超音波
トランスジューサのアレイは、身体の内部からトランスジューサアレイへと反射
された超音波エネルギーを変換して、電気信号を与える。時間に従って電気信号
の利得補正を与えるための手段が設けられている。この電気信号のインフェーズ
成分およびアウトオブフェーズ成分を与えるためのミキシング手段が設けられる
。電気信号のインフェーズ成分およびアウトオブフェーズ成分をデジタル化する
ための手段が設けられる。このデジタル化された電気信号を一度に収集して、身
体内の興味ある領域の33未満のフレームから一つの画像を形成するための手段が
設けられる。受信された各電気信号の大きさおよび位相を保存することにより、
一つのフレームを記憶手段に保存するための記憶手段が設けられる。表示手段が
設けられる。一つのフレームを前記表示手段に結合して、身体の興味ある領域の
画像を与えるための手段が設けられる。
【０００９】 特に、図１に示した本発明の超音波装置21は、人間の手で保持できるように構
成されたハウジング22からなっている。該ハウジング22には、取外し可能な走査
ヘッド23が設けられている。ハウジング22は、平行六面体としての外径を有して
おり、離間した平行な正面壁26および背面壁27、並びに一般に平行な離間された
側壁28および29が設けられている。また、頂部壁31が設けられている。底部壁は
、取外し可能な走査ヘッド23によって形成されている。ハウジング22および走査
ヘッド23は、プラスチックのような適切な材料で形成することができる。
【００１０】 正面壁には、液晶ディスプレー36のような適切なディスプレーが設けられる。
複数の制御ボタン37，38，39および41が、ディスプレー36よりも上の正面壁26に
設けられており、以下で説明する種々の機能を提供するために利用することがで
きる。
【００１１】 ハウジング22および取外し可能な走査ヘッド23は、図３に示した電子部品をそ
の中に収容している。取外し可能な走査ヘッド23は、ハウジング22と共に使用可
能な複数の走査ヘッドのうちの一つである。以下で説明するように、この複数の
走査ヘッドは、異なる用途について異なる周波数で使用するためのものである。 夫々の取外し可能な走査ヘッド23は、トランスジューサアレイを形成する複数
の圧電トランスジューサ素子53で構成されたトランスジューサを含んでいる。ト
ランスジューサ素子53の数は、32個からその倍数、例えば64、128および256個に
亘ることができる。これらの素子は、PZTのような従来の超音波トランスジュー
サ材料で形成することができる。トランスジューサ素子53は、例えば図１に示す
ような線形アレイ等の特定のアレイを形成して、胎児モニターまたは末梢血管診
断のために特に有用な、広範なフットプリントを与えるように配置することがで
きる。より小さいフットプリントが望ましい場合、例えば、人間の身体の離間し
た肋骨を通して検査を行うときには、フェーズドアレイを利用することができる
。また、一定の用途においては、以下で説明するような湾曲したアレイを利用す
ることができる。
【００１２】 図１および図２に示すように、取外し可能な走査ヘッド23には、線形アレイの
ために採寸された矩形の窓51（これは幅25〜30mmで、長さ略100mmのサイズを有
することができる）が設けられ、その中にはトランスジューサ52が配置される。
該トランスジューサは、窓51の長さおよび幅に広がった望ましい構成のアレイを
形成するように、複数の超音波トランスジューサ素子53で構成されている。この
トランスジューサ素子53のアレイは従来の方法で配置され、音波遮蔽層54を覆っ
て近接して並置される。これらトランスジューサ素子53は、従来の方法で、導電
体56によって、走査ヘッド23内に装着された印刷回路（PC）基板57に接続される
。従来型の半導体スイッチ装置58がPC基板57に装着され、走査ヘッド23に装着さ
れた従来の高密度低出力の雌型コネクタ61に接続される。また、EEPROMのような
適切なタイプの不揮発性記憶装置がPC基板57上に装着される。この不揮発性記憶
装置59は、選択されたトランスジューサおよび／またはアプリケーション構成に
関するプログラム情報を含んでおり、該プログラム情報はハウジング内の電子機
器をプログラムして、選択された走査ヘッド内に設けられた特定のトランスジュ
ーサアレイと共に動作するように適合させる。
【００１３】 複合インピーダンス整合層、および超音波エネルギーに対して透過な適切なプ
ラスチックで形成されたレンズ66が窓51に装着され、トランスジューサ52の上を
覆っている。以下で説明するように、超音波装置によって検査すべき興味ある領
域の身体組織表面に係合するように、適合された表面67が設けられる。これら整
合層およびレンズ66は、アレイの長さに対応するｙ寸法、およびアレイの幅また
は正面から背面の寸法に対応するｘ寸法を有している。整合層およびレンズ66は
固定焦点を提供し、典型的には、この固定焦点は遠距離場に近い焦点、即ち、直
交平面内で走査しながら組織の撮像を試みるために超音波信号が使用される、最
大深さの近傍またはそれを超える焦点を有する。
【００１４】 取外し可能な走査ヘッド23をハウジング22に取付けるための協働手段が設けら
れ、該手段は、走査ヘッド23の反対端に配置されて上方および外側に伸びる第一
および第二のバネ状ラッチアーム71からなっている。これらのアーム71は最外端
にフック73を有しており、該フックは、ハウジング22の側壁28および29に設けら
れた棚74にスナップ留めすることができる。ハウジング22の側壁28および29には
、ラッチアーム71のフック73を押し外して走査ヘッド23を取外すための、フラン
ジノブまたは押しボタン76が装着されている。
【００１５】 走査ヘッド23がハウジング22の中に押し込まれると、取外し可能な走査ヘッド
23に設けた雌型コネクタ61と、ハウジング22に設けた雄型コネクタ81との間に接
続が形成される。雄型コネクタ81は、従来の方法で、ハウジング22内の電子機器
に接続される。走査ヘッド23は、フック73が孔76を通過するように、アーム71お
よび72を内側に押すことによって取外すことができ、走査ヘッドを取外すと同時
に雌型コネクタ61を雄型コネクタ81から分離することを可能にし、以下で説明す
るように、所望によりユーザが異なる走査ヘッド23を取付けることを可能にする
。
【００１６】 もう一つの取外し可能な走査ヘッドが図３に示されており、走査ヘッド23aと
して識別されている。これは、その中に設けられた窓51aが窓51よりも短い長さ
を有し、また線形アレイではなくフェーズドアレイを収容するために典型的には
方形であり、25mm×25mmの開口部を有し得る点を除いて、これまで説明してきた
走査ヘッド23と同様の構成である。湾曲アレイについても同様のタイプの構成を
利用してもよいであろう。
【００１７】 図４には、超音波装置21に利用される電子機器が示されており、ここではトラ
ンスジューサアレイ52が撮像ターゲット101に接触して示されており、該ターゲ
ット101は、例えば人間の身体内の組織、または人間の身体の外表面に示される
ような組織であることができる。このトランスジューサアレイ52は、当該アレイ
内の素子の数に対応する多くのチャンネルによって、使用されるときには送信お
よび受信スイッチ102に接続される。このスイッチは典型的には複数のダイオー
ドを含んでおり、これらダイオードはバイアスをオンおよびオフされて、トラン
スジューサ素子53のための送信モードおよび受信モードの間で切替えが行われる
。送信モードの際には、ブロック106からのドライブプロファイル発生が、ドラ
イブプロファイルブロック107に供給される。該ブロック107はパワー増幅器108
を制御し、送信および受信スイッチ102を介してトランスジューサアレイ52のト
ランスジューサ素子にエネルギーを供給し、興味ある領域の組織に供給すべきド
ライブ信号の形態で超音波エネルギーを生じさせる。興味ある領域の組織から反
射された反射信号の形の反射された超音波エネルギーは、トランスジューサアレ
イのトランスジューサ素子53によってピックアップされる。例えば、走査ヘッド
23のアレイに64個のトランスジューサ素子53を使用する例では、組織の興味ある
領域に超音波エネルギーを集中させるために、64個のトランスジューサ素子のう
ちの16個にドライブ信号を供給することができる。反射された超音波信号は、64
個の全てのトランスジューサ素子によってピックアップされる。
【００１８】 トランスジューサ素子53からの反射電気信号は、受信モードの間に送信および
受信スイッチ102に供給される。この反射信号は、時間／利得補正ブロック111に
供給される。該ブロック111は、超音波エネルギーが組織に深く侵入する時の散
乱／減衰を補償するために使用されるものである。こうして、組織の遠隔場から
の信号は、これらのロスを補償するために時間に従って増幅される。この時間／
利得補正111は調節可能であり、またブロック106に設けられた時間利得制御（TG
C）ランププロファイルから、デジタル／アナログ（D/A）コンバータ112によっ
て供給されるユーザ制御を受ける。こうして、デジタル的に合成されたアナログ
ランプが作成され、これは時間／利得補正ブロック111を制御するために使用さ
れる。デジタル信号プロセッサ106によって与えられるこのTGCランププロファイ
ルは、グラフィックユーザインターフェースが設けられたマイクロプロセッサ11
6の制御下にある。典型的には、身体内へのより深い侵入が望ましいときに、利
得は増大される。勿論、侵入の深さは、当該方法について選択された取外し可能
な走査ヘッド23に依存する。
【００１９】 時間利得を補正された後に受信された反射信号は、直交ミキサー121に供給さ
れ、該ミキサーはブロック6内のローカルオシレータからローカルオシレータ信
号を受信する。このローカルオシレータは、反射信号の周波数よりも高い周波数
を発生する。該ミキサー121は、ある周波数の二つのヘテロダイン低周波数信号
を発し、この周波数は二つの反射信号周波数とローカルオシレータ周波数との差
である。これらの信号はＩ信号およびQ信号として認識され、I信号はゼロ位相シ
フトを有し、Ｑ信号は90°（直交）の位相シフトを有する。ミキサー121からの
これら二つの信号はアナログ／デジタル（A/D）コンバータ123に供給される。一
方のコンバータはインフェーズ信号Ｉのためのものであり、他方は直行信号Ｑの
ためのものである。変換されたアナログ／デジタル信号は、次いでフィールドプ
ログラマブルゲートアレイ106に供給される。一つの適切なゲートアレイは、Xyl
inxによって供給されるVirtexシリーズから選択されたものであることが分かっ
ている。ブロック106に示すように、このプログラム可能なゲートアレイは多く
の能力を有している。例えば、それは組込み型のメモリーおよび信号処理能力を
有している。また、それはドライブプロファイルを発生する能力、並びに時間／
利得補正ランププロファイルを発生する能力を有している。設けられたメモリー
は、少なくとも１フレームのデータを収集するのに充分な時間だけ、入力される
信号を保存する能力を有しており、その収集時間は、撮像ターゲット101中に超
音波エネルギーが侵入する深さに直接比例する。それが望ましいことが分かった
ときには、ゲートアレイ106は、A/Dコンバータ123からの追加の生データを収集
するために、例えば2、4（典型的には6未満）の追加フレームのための生データ
を集め、次いでこの生データを平均して、１フレームについての改善された信号
／ノイズデータを得るために利用することができる。次いで、この平均化された
生データは同じメモリー位置に保存することができる。従って、ユーザは、望ま
しい数のフレームからの平均を選択する能力を有する。
【００２０】 こうして、ゲートアレイ106はデータバッファとして働き、またデジタル信号
処理（DSP）チップの使用により画像構築ブロック131で行われる画像構成のため
に必要とされるまで、生データを保存する。満足であることが分かったこのよう
なチップの一つは、テキサスインスツルメント社によって製造されたモデルNo.3
20TMS6203である。DSPチップによる画像構成は、受信された音波信号の増幅を分
析してグレースケールを与えることにより実行される。デジタル信号処理チップ
131の動作は、図５に示したフローチャートを参照することによって、最も良く
説明することができる。このフローチャートは、以下で説明するように、本発明
に従って超音波画像の再構成が行われる方法を記載している。画像構成は、DSP
チップ131によって実行される機能の一つに過ぎない。ズーム機能、ドップラー
処理および色フローが、マイクロプロセッサ116の制御の下でDSPチップ131を通
して実行され得る。ドップラー処理においては、当業者に周知のように、受信さ
れた信号と送信された信号との間の周波数シフトが分析される。
【００２１】 マイクロプロセッサ116には、ユーザインターフェースおよびユーザ入力の能
力が与えられる。それはまた、フレームの平均化を与えるための制御を有してお
り、またユーザをフレーム平均能力にアクセス可能にするために、プログラム可
能なゲートアレイ106に接続される。図４に示すように、ユーザ入力137は、それ
を介してユーザがインターフェースできるオン／オフ機能、TGC機能、ズーム機
能およびドップラー機能を含んでいる。
【００２２】 マイクロプロセッサ116の制御下にあるフレーム平均化は、ゲートアレイ106に
関連して説明した、生データを用いて行われるフレーム平均化とは異なる。マイ
クロプロセッサ116によるフレーム平均化は、画像構成後にビデオフレームを平
均化することによって与えられ、フレーム間の移行を滑らかにする目的で行われ
るものである。
【００２３】 フレームメモリー141が設けられ、これは複数のフレーム（例えば4〜6フレー
ム）を再呼出しできるように保存するために、マイクロプロセッサ116に接続さ
れる。こうして、例えば最後の5〜8フレームを、再呼出しのためにメモリーに保
存できる。
【００２４】 図４に示すように電源が設けられ、その中に示されるように、該電源は適切な
タイプの電池146、例えば9ボルトのDC電池からなっており、その出力をレギュレ
ータ147に供給して、図４に示したシステムの全ての電子機器のために、調節さ
れた電源を与える。また、この電源は電源管理ブロック148を含んでおり、これ
は電池パワーの使用を大幅に節減するために、電池146によって供給される電源
の制御を与える。これにより、小サイズおよび／または長寿命を有する電池の使
用が可能になる。これが可能になるのは、電子機器に利用される全ての、または
実質的に全ての半導体チップにパワーダウンまたはスリープモード端子として認
識できるもう一つの端子が設けられるからである。電力管理ブロック148を介し
て作用するマイクロプロセッサ116は、一定の装置、即ち電子機器の一部がその
機能を実行した時を決定し、電力消費が必要になるまでそれらをスリープモード
にする。例えば、超音波エネルギーのゲートされたバーストが撮像ターゲットの
中に発射されると、パワー増幅器108、ドライブプロファイル107および関連の電
子機器は、もう一つのゲートされたバーストを撮像ターゲット中に発射するとき
まで、低電力消費のためのスリープモードに置かれる。同様に、時間／利得補正
111、ミキサー121、およびA/Dコンバータ123は、それらがデータを補正し、それ
をゲートアレイ106に供給してしまったときにスリープモードに置かれる。マイ
クロプロセッサ116は、電源管理を実行するので連続的に動作される。換言すれ
ば、ディスプレー36上での画像構築において、全てのアナログ信号処理回路は超
音波装置が動作中の時の略90％以上パワーダウンされる。
【００２５】 マイクロプロセッサ116は、デジタル信号プロセッサ131によって作製される画
像を、ディスプレー36（先に説明したように図１に示した液晶ディスプレーの形
態であり得る）に供給する。ディスプレー36上に画像をエンコードするために、
マイクロプロセッサに接続できるエンコーダ（図示せず）を設けてもよい。
【００２６】 図４に示す電子機器には、点線の矩形152内に含まれる補助的能力が設けられ
る。ブロック153においては、その中にデジタル信号プロセッサ131の画像構成能
力、ドップラー処理能力および色フロー能力が複製されて、マイクロプロセッサ
116の制御下にある外部ディスプレーアダプタ154に供給される。外部ディスプレ
ーアダプタ154は、データを外部ディスプレー156に供給する。この外部ディスプ
レーは、例えば、大サイズの液晶ディスプレーまたは従来の陰極線管モニターで
あることができる。このデータはまた、ハードコピーを与えるために、或いはそ
れを保存し、またはそれをビデオカセットレコーダもしくはポラロイド（登録商
標）カメラに供給するために利用できるデータ記憶装置157に供給される。
【００２７】 本発明の小型超音波装置の動作および使用、並びに本発明の方法は、図５に示
すフローチャートと関連させて説明することができる。一例として、撮像ターゲ
ットとなる腹部領域の組織を調査するために、医師のオフィスで、患者に対する
超音波診断試験を行うのが望ましいと仮定しよう。医師は図１に示した超音波装
置21を取り、手で把持して手の指でオン／オフボタン37を押し、電子機器にエネ
ルギーを供給する。望ましい取外し可能な走査ヘッド23は既に選択され、ハウジ
ング22に取り付けられている。取外し可能な走査ヘッド23に設けられた不揮発性
メモリー装置59は、ハウジング22の要件と共に、パワーアップ時間内に走査ヘッ
ド23に電力を供給するために電子機器をプログラムする。
【００２８】 次いで、撮像ターゲット101を形成する興味ある組織を観察するために、取外
し可能な走査ヘッド23の表面67が腹部領域を覆う患者の皮膚に接触して配置され
る。観察される興味ある組織を描写する画像が、液晶ディスプレー36上に現れる
。身体の皮膚上で、医師が手持ち型超音波装置21を望ましい方向に移動させると
、追加の画像が液晶ディスプレー36に現れ、それにより、取外し可能な走査ヘッ
ド23の位置に応じて、患者の撮像ターゲットの種々の視野を医師に提供するであ
ろう。
【００２９】 電子機器の動作において、ゲートアレイ106からのドライブプロファイル発生
は、少なくとも1サイクル、好ましくは3〜5サイクル、典型的には6サイクル未満
の、選択された走査ヘッド23の周波数ゲートされたバーストを、ドライブプロフ
ァイルブロック107に供給する。ドライブプロファイル107はバッファーとして働
き、パワー増幅器108に供給する。これは複数サイクルの増幅されたゲートされ
たバーストを、送信および受信スイッチに、次いでトランスジューサ52に供給し
、対応するトランスジューサ励起を与えて、撮像ターゲット101の興味ある領域
における組織に向けられる超音波パルスを生じる。高解像度の画像を達成する際
の装置の特性を改善するために、従来のビーム形成技術で、身体の中に導入され
る超音波エネルギーを集中させることによって、信号／ノイズ比を改善するのが
望ましいかもしれない。これは、典型的には、適切な時間遅れを挿入し、ターゲ
ット101における組織の連像的な部分に選択的に高周波を当ててることにより達
成される。この方法において、興味ある組織の選択的領域には、望ましいシーケ
ンスによって高周波を当てることができる。
【００３０】 超音波信号は興味ある領域における組織により反射されて、トランスジューサ
52に戻り、そこで電気信号に変換されて、該電気信号は送信および受信スイッチ
102を通過する。所望のときは、送信および受信スイッチに関連して、一つのト
ランスジューサ（例えばトランスジューサ52）を利用して送信および受信の両者
を実行するのではなく、送信のための別のトランスジューサと、受信のためのも
う一つのトランスジューサを利用できることを理解すべきである。
【００３１】 送信および受信スイッチ102からの電気信号は、先に指摘したように、ミキサ
ー121を通ってTGC増幅器111を通過し、アナログフォーマットの電気信号のイン
フェーズ成分およびアウトオブフェーズ成分ＩおよびＱを与える。これらのアナ
ログ信号は、A/Dコンバータ123でデジタル化されて、ゲートアレイ106中のメモ
リーに供給される。このメモリーにおいては、これらデジタル化された信号が集
められて、一つのトランスジューサ励起、所望であれば6未満の複数のトランス
ジューサ励起から、身体における組織の一つのフレームについての画像を形成す
る。このメモリーは、各受信された電気信号の大きさおよび位相角、並びに受信
時間を保存することにより、一つのフレームについての電気信号を保存する。
【００３２】 デジタル信号プロセッサ131で行われる画像構成においては、図５に記載した
ステップが実行される。従って、ステップ161に示すように、その中にサンプル
点を有する保存された電気信号空間におけるウエーブパケットが選択され、これ
は計算すべき選択された点（ｘ，ｙ）の回りにセンタリングされる。その後、ス
テップ162に示すように、（ｉ）で特定される超音波トランスジューサ内の選択
された超音波素子から、（ｘ，ｙ）回りのウエーブパケット中心までの距離が計
算される。ｄ＝ｒｔで、且つｔ＝ｄ／ｒであるから（ここでｄは距離、ｒは移動
速度、ｔは移動時間である）、検査中の組織サンプルからの移動時間は、既知の
移動距離を取り、それを移動速度で割ることによって決定することができる。距
離は、組織における超音波エネルギーの既知の移動速度を用い、それに時間を乗
じて距離を得ることにより確認される。その後、ステップ163に示すように、距
離を時間に変換してサンプル点を選択する。これに続いて、ステップ164により
、最も近いサンプル点と計算すべき点との間で位相および大きさを補間すること
により、計算すべき点についての補正された位相および大きさを決定する。その
後、フィードバックループ166に示されるように、トランスジューサのアレイに
おける夫々の超音波素子について、これらと同じステップを実行する。全ての点
が計算された後、ステップ167に示されるように、これらの点は、計算された点
を表す各ベクトルの向きおよび大きさを考慮することにより総合されて、画素値
が与えられる。
【００３３】 その後、ステップ164、166および167が実行された後に、フィードバックルー
プ168によって示されるように、計算すべき次のウエーブパケットの中心を得る
ために、全てのｘおよびｙ点が上記で述べたようにして計算されるまで、典型的
には規則的にｘおよびｙが増分される。ｘおよびｙパラメータは、最良の画像を
与えるように選択される。例えば、それらは最良の画像を達成するように、方形
、矩形または楕円形を定義することができる。64素子のトランスジューサを例に
取ると、各素子について五つの異なる点を選択して320の点を与え、これらを合
計して望ましい計算点を作成することができる。完全に構成された画像を与える
ために、視野の全ての点についてこの手順が続けられる。
【００３４】 これらのステップが達成された後に、図５に示すように後処理ステップを実行
することができる。即ち、ステップ171に示すように、ユーザのグレースケール
補正を実行して、望ましいコントラストを達成することができる。加えて、所望
のときには、画像フィルターを利用してエッジ強化を与えることができる。更に
、従来の後処理ステップを利用することもでき、これにはドップラー処理および
色フローを含めることができる。また、図５に示すように、ステップ172におい
て、画像データを表示ドライバまたはプロセッサに供給することもできる。
【００３５】 本発明に従えば、画像における確実性を生じる１回のトランスジューサ励起か
ら、デジタル化された電気信号を集めて、興味ある領域における組織の一つのフ
レームの一つの画像が形成されることを見ることができる。先に説明したように
、所望のときは、この一つのフレームに付いて33未満の追加のトランスジューサ
励起を平均することができる。これは、画像を構成するために最小量のデータ、
即ち、一つのトランスジューサ励起または最大でも六つの励起からのデータを集
めることだけが必要とされるという事実に起因して、より短い時間内に更に高速
で画像を構成することを可能にする。この一つフレーム内に全ての情報が存在す
るから、トランスジューサアレイの解像度までズームインする能力が存在する。
本発明の装置および方法は、1秒当り32〜35フレームの従来のフレーム速度より
も実質的に高いフレーム速度、例えば1秒当り3000〜7000フレームのフレーム速
度を提供することを可能にする。
【００３６】 本発明の方法で画像を構成する場合、画像のためのデジタル化されたデータが
、典型的には一つのトランスジューサ励起のみから収集されるので、患者に対す
る超音波エネルギーの照射量が低減される。取外し可能な走査ヘッドを利用する
ことによって、動作周波数を容易に選択し、また同じハウジングおよび電子機器
を維持しながら、線形アレイからフェーズドアレイまたは湾曲アレイに変えるこ
とが可能である。こうして、装置21では、超音波診断撮像のための種々の能力を
有するモジュールユニットが作製され、種々の画像を作製することが可能になる
。
【００３７】 本発明を具体化した超音波装置のもう一つの実施例は、図６に示されるように
、超音波にガイドされるプローブ配置装置201である。この装置は、プラスチッ
クのような適切な材料で形成されたプローブガイド202を含んでいる。該プロー
ブガイド202は本体203からなっており、該本体には平行に離間して前方に伸びる
第一および第二の脚部206および207が設けられ、これら脚部は本体と一体に形成
されている。本体203および結合された脚部206，207には、患者の皮膚と接触し
て配置され且つ患者の皮膚上を移動可能なように適合された、下方の平坦な表面
208が設けられている。本体203には、上記で述べた超音波装置の走査ヘッド23を
収容し、それを一定の角度位置（例えば、平坦表面208に対して45°の角度）で
保持するために、細長い横方向に伸びた凹部211が設けられている。この凹部211
は平坦な底面208を通して開いており、走査ヘッドが、身体の興味ある領域にお
ける組織を覆う皮膚209の表面に接触できるようになっている。
【００３８】 キャリッジ213は脚部206および207に摺動可能に装着され、これら脚部の長さ
に沿って移動可能である。キャリッジ213は、一般には空間216を横切って伸びる
平坦な部材214の形態であり、平坦部材214の反対端には一対の離間した懸吊フラ
ンジ217が設けられ、脚部206および207の外表面に係合する。脚部206および207
の頂面に設けられた離間スケール指標を見えるようにするために、脚部206およ
び207の上部表面を覆う平坦部材214には開口部218が設けられている。頂面に与
えられた指標219は、夫々の脚部上で、本該203から脚部206および207の最先端に
向かって遠ざかる方向で、例えば1〜9で増加するスケールの読みを与える。プロ
ーブガイド部材221は、平坦部材214と一体に形成され、そこから適切な角度（例
えば45°）で上方および前方に伸びている。プローブガイド部材221には、断面
が略半円形の長手方向に伸びる凹部222が設けられている。この凹部222は、尖っ
た先端227を有する皮下針および装着されるシリンジ229のような、種々のサイズ
のプローブを収容するために適合されるべき大きさである。シリンジ229は、血
液を抜き取るために手で操作することができる。
【００３９】 ディスプレー36には、指標219で形成されたスケールに対応したスケール231が
設けられ、また、例えば画面の頂部から底部に1から9まで増加する読みが設けら
れている。ディスプレー36には、ディスプレー36の両側の間の中央に、縦方向に
伸びる線233が設けられており、これはプローブガイド221に設けられた凹部222
に対して整列している。
【００４０】 患者の皮下の血管、例えば静脈から血液を抜き取るために、図６に示す装置を
利用するのが望ましいと仮定しよう。その中へと移動する装置201のプローブガ
イド202は、画面36上に望ましい画像が現れるまで、患者の皮膚209上を移動され
る。プローブガイド202は、該画像が線233と一列に並び、且つ線233でセンタリ
ングされるように配置される。次いで、スケール231および該スケールに対する
画像の位置を観察することにより、キャリッジ213はスケール219上の同じ数字の
位置に移動される。次いで、針またはプローブ226は凹部222の中に配置すること
ができ、或いはその前に、プローブ226を凹部222の中に配置することができる。
針226は、プローブガイド部材221によって決定される角度で皮膚209を通して導
入され、それからターゲット組織の中に導入されることができる。このターゲッ
ト組織の中への移動は、ディスプレー36上で観察することができる。ターゲット
組織にアクセスしたら直ちに、プローブガイド部材221の使用により配置された
プローブを利用して、例えば血液の抜き取り、生検または他の処置のような計画
された動作を行うことができる。処置が完了したら直ちに、プローブまたは針22
6を抜き取ることができ、その後にプローブガイド202を除去して、所望のときに
は異なる部位に配置することができる。
【００４１】 本発明を具体化した超音波装置のもう一つの実施例が、図７および図８に示さ
れている。そこに示されている超音波装置251は、先に説明した図１、図2および
図3の超音波装置に非常に類似しており、主な相違は、該装置が二つのユニット
に分離されており、一方は主モジュール252として認識され、他方は表示モジュ
ール253として認識されることである。これらのモジュールには夫々ハウジング2
56および257が設けられており、これらは一般に、人間の手の中に収まるような
大きさである。主モジュール252には、先に説明した取外し可能な走査ヘッド23
に類似した、取り外し可能な走査ヘッド258が設けられている。それに従って窓2
59が設けられており、該窓はその中に設けられた、先に説明したタイプのトラン
スジューサ261を有しており、これは先に説明したタイプの整合層およびレンズ
で覆われている。
【００４２】 表示モジュール253のハウジングには窓266が設けられており、その中には、先
に説明したLCDディスプレー36に類似した液晶ディスプレー267が設けられている
。また、ハウジング257には、印刷回路カード（例えば工業標準PCMCIAカード）
を収容するためのスロット268が設けられている。コネクタ269がハウジング257
の中に装着されており、該コネクタは、所望の時にはハードコピーを印刷するた
めにプリンタに接続するためのプリンタポートとして働く。このカードスロット
268は、後でパーソナルコンピュータまたはノートブックコンピュータで使用す
るために、画像を保存するメモリーカードを収容するために使用することもでき
る。
【００４３】 主モジュール252と表示モジュール253との間の通信を確立するための手段が設
けられており、これは臍帯コード272からなっている。この臍帯コードは他の如
何なる適切なタイプのものであってもよい。改善された可撓性を与えるために、
二つのモジュールの間の通信に光ファイバーコードを利用するのが望ましい。し
かし、他のタイプの臍帯コードを利用することもでき、例えば電気的な多重導電
体ケーブルを利用できることを理解すべきである。或いは、より大きな融通性を
与えてコードの使用を回避するために、二つのモジュールの間にラジオ波周波数
または赤外線のリンクを設けて、表示モジュール253が主モジュール252から物理
的に自由で、かつ分離されるようにしてもよい。この方法では、主モジュール25
2は壁掛けディスプレーに接続することができ、或いは従来のCRTモニターに接続
されてもよい。
【００４４】 主モジュールおよび表示モジュール252，253は、適切な方法、例えばベルクロ
（登録商標）帯を夫々のハウジング256および257の背面に取付けることにより、
図８に示すように二枚貝状の形式で取外し可能に一緒に固定されているので、一
緒に固定して一つのユニットとして持ち運びできる一方、使用の際には相互に容
易に分離することができる。
【００４５】 図７および図８に示した装置の使用に際しては、主モジュール252を医師が一
方の手に取り、表示モジュール253を他方の手に持ちながら患者の身体の上を移
動させることができる。これにより、医師は表示モジュールを彼の顔の正面に保
持することができ、ディスプレーが主モジュール自体にあるときには医師がディ
スプレーを観察するのが困難であった部位においても、患者の身体上で主モジュ
ールを移動させながら容易に表示ユニットを見ることができるので、医師は遥か
に容易になる。
【００４６】 超音波装置251に利用されている電子機器は、先に説明した装置21に使用され
ている電子機器に非常に類似しており、これらの電子機器は主に主モジュール25
3内に配置されるが、コード271によって、表示モジュール内に設けた何等かの電
子機器に接続されている。ユーザインターフェースを提供するコントロール272
は、典型的には主モジュール252に設けられるであろう。しかし、所望であれば
、コントロールの少なくとも幾つかを表示モジュールに設けてもよいことが理解
されるべきである。
【００４７】 本発明の超音波装置の一定の用途では、医師が診断するのを補助するために動
的表示を可能にするように、ターゲット組織の複数の画像を得るのが望ましいこ
とがあり得る。このような目的で利用される超音波装置301が、図９に示されて
いる。そこに示されているように、超音波装置301は、先に説明したタイプのハ
ウジング302を有しており、これは人間の手で保持するように適合されており、
また取外し可能な走査ヘッド302が設けられている。このハウジング302および走
査ヘッド302は、一般には、先に説明したハウジング22および走査ヘッド23と同
じタイプのものであることができる。しかし、画像の組が、例えば1秒間に20フ
レームで連続的に撮られるのではなく、トリガー事象が起きたときにのみ撮られ
るように、走査ヘッド303にはトリガー機構が設けられている。このトリガー機
構306を利用して、異なる空間間隔で画像が作製され、これらは、視覚化される
組織の動的画像を与えるようにエンドレス形式で再生されるために、メモリーに
記録される。こうして、例えば身体内の腫瘍が撮像されるときには、異なる時間
において異なる空間間隔で画像を撮ることにより、腫瘍が増殖しているか収縮し
ているかを確認することが可能になる。
【００４８】 図９に示すように、このトリガー機構306は走査ヘッド303の一方の端部に設け
られて、図示のようにその一体的な一部を形成するアタッチメント307からなる
ことができる。このアタッチメント307はＴ字形状の足部309を含んでおり、これ
は、走査ヘッド303およびそれが取付けられるハウジング302のための支持体およ
びガイドとして働く細長い支持部材312に設けられた、Ｔ字型スロット311の中に
摺動可能に装着されている。この支持部材312には、検査される人間の身体組織
を覆う皮膚の上に配置されるように適合された下部表面が設けられている。その
ように配置されると、アタッチメント307は、その走査ヘッドおよびハウジング3
03および302と共に、Ｔ字型スロット311の中において、矢印316に示される二つ
の方向の何れかで、該部材の長手方向に移動することができる。
【００４９】 また、トリガー機構306は、ハウジング302および走査ヘッド303の中に異なる
空間間隔で設けられた電子機器を、順次連続的にトリガーするための手段を含ん
でいる。このトリガー機構は、如何なる適切なタイプのものであってもよく、例
えば、アタッチメント307に隣接した走査ヘッドに担持された光学スキャナ321で
あることができる。該スキャナは、支持部材312の長さだけ伸びる平坦で且つ一
般的に垂直な外表面32を見る。また、該外表面は、その上に複数の均等に離間し
た垂直マーク324の形態のスケール323を有する。該垂直マークは、それをスケー
ル323の背景から視覚的に目立たせて、光学読取り器またはスキャナーで容易に
見えるようなコントラストを与えるように、例えば黒もしくは他の不透過な色で
あることができる。このようなスケールを支持部材312に与えることによって、
該支持部材は定規としても働く。こうして、所望であれば、異なる方法で離間さ
れたマークを有するスケール323もった、もう一つの支持部材を設けることがで
きる。例えば、一つの定規は、比較的小さな身体組織、例えば小器官の複数の画
像を撮るために、より近接して離間したマークを有することができるであろう。
或いは、もう一つの定規は、比較的大きな身体の連続的な画像を取るために、更
に離間したマークを設けたスケールを有することができるであろう。
【００５０】 超音波装置301の動作および使用は、以下で簡単に説明する通りである。患者
の器官、例えば腹部領域における器官を撮像することが望まれると仮定しよう。
医師は、手でハウジング302を把持し、次いで支持部材312を患者の皮膚の上に置
き、同時に走査ヘッド302を患者の皮膚に接触させることを必要とするだけであ
る。次いで、走査ヘッド303を移動させ、走査ヘッド303に担持されたアタッチメ
ント307を、その上にスケール323を有する支持部材312の長手方向に移動させて
、患者の皮膚下の分析すべき器官もしくは組織の連続的な画像を撮ることにより
、連続的な画像を得てメモリーに保存することができる。画像のトリガーはスケ
ール323に担持されたバーまたはマークの制御下にあるから、器官の画像は異な
る空間的間隔で撮られ、支持部材312に担持されたスケール323に対する走査ヘッ
ド303の移動速度には関係なく、空間的に均等に離間されるであろう。こうして
撮られた画像は、先に説明したように、ハウジング302の中に担持されたランダ
ムアクセスメモリーカードの中に保存することができる。これらの画像はまた、
超音波装置の電子機器内のメモリーに保存することができ、次いでこれを再生し
て、ハウジング302に担持されたディスプレー326上に動的画像を表示することも
できる。或いは、不揮発性ランダムアクセスメモリーカードを取り除き、ノート
型コンピュータまたは他の装置に挿入して、検査されている器官の動的画像を得
るために、連続的な画像を表示することができる。
【００５１】 また、先に説明したように、器官のサイズに応じて、利用される支持部材312
を単にに交換することによって、器官の寸法に応じて異なる空間的間隔を選択す
ることができる。次いで、望ましい間隔を与える支持部材312に置換して、望ま
しい動的画像を得ることができる。
【００５２】 本発明に関連して、種々のタイプのトリガー装置を利用できることが理解され
るべきである。例えば、撮像をトリガーするために、ハウジングと共に移動する
機械的ホイールを利用することができるであろう。磁気的トリガーもまた、この
ような装置にで容易に使用できるであろう。
【００５３】 動的撮像を可能にする本発明の超音波装置のもう一つの実施例が、図１０に示
されている。そこに示されている超音波装置331は、先に説明したタイプの取外
し可能な走査ヘッド333を備えたハウジングからなっている。この実施例の超音
波装置331のトリガー機構は、離間された第一および第二の三角形の足337および
338の対が、走査ヘッド333の対向端に設けられている。足337および338は、ピン
339により、走査ヘッド333に旋回自在に結合されている。足337および338は下部
の平坦な表面341を有しており、これらは離間され、相互に平行で、かつ一般に
は走査ヘッド333の下端と整列されている。光学的読取り器346が走査ヘッド333
の一端に担持されており、また、足338の内側表面に担持され、且つ角度方向に
離間したマーカー348の形態の弧状スケール347を見るように適合されており、前
記スケールは、光学的読取り器348に見えるように配置されている。マーカー348
は角度方向に離間されており、ハウジングおよび走査ヘッド332，333がピン339
に関して旋回されるときに、光学的読取り器が連続的にマークを見て電子気機器
のトリガーを生じさせ、組織の扇形走査における略半径方向に均等に離間した連
続的な画像を撮るようになっている。足338を、光学的読取り器346によって走査
できる異なるスケールをもった他の足で置きかえることによって、距離的により
近接して離間し、または半径方向に更に遠く離間した走査を達成することができ
る。先に説明したように、これらの画像は、電子機器内のメモリー、或いはハウ
ジング332の中に挿入された別の不揮発性メモリーカードに保存することができ
、またその後に別の場所において、例えばノート型コンピュータのような別の装
置で見ることができる。このような扇形の動的撮像は、空間的制限のために線形
撮像を達成するのが困難な場合には非常に望ましいものである。例えば、扇形の
動的撮像は、頚動脈を撮像するために非常に適している可能性がある。
【００５４】 動的撮像は、器官の複数の画像を器官の長さに沿って等距離間隔で作製するこ
とによって、3次元空間を二次元画像で近似する方法として使用される。得られ
た画像は連続的に再生されて、選択された部位における器官の3次元的画像の意
味を与える。ターゲットを超音波表示された画像に整列させることによって、カ
ニューレおよびプローブを、適切な侵入深さへと正確に案内することができる。
本発明の装置および方法は、救急医療のために特に有用である。それはまた、産
婦人科学、軟組織生検、血管アクセスおよび心臓学において非常に有用であるこ
とができる。
【００５５】 本発明を実現した更にもう一つの超音波装置は、図１１に示された超音波装置
351である。この超音波装置もまた、先に説明したタイプの手持ち型ハウジング3
52を含んでおり、該ハウジングは、これもまた先に説明した電子機器を収容して
いる。超音波トランスジューサは取外し可能な走査ヘッドに担持されるのではな
く、ハウジングに取付けられ、ケーブル356によってハウジングに接続されたプ
ローブ353の中に担持される。このプローブ353は、掌に収まるように適合された
長さおよび大きさのハンドル361からなっている。このハンドル361には、該ハン
ドルの長手方向に摺動可能にその中に装着されたスライダが設けられており、ま
た上方に伸びたノブ363が設けられている。該ノブは、ハンドル361の頂面側に設
けられた細長いスロット364を通って伸びており、またスロット364内でノブ363
を移動させるために、ハンドル361を握っている手の親指でアクセスすることが
可能である。剛性シャフト366はスライダ362に固定されており、スライダ362を
用いて摺動可能であり、また円錐形のチップ368を設けたプローブヘッド367を担
持している。トランスジューサ（図示せず）は、プローブヘッド367内に設けら
れており、また従来のタイプのものであってよい。それは、線形トランスジュー
サまたは扇形走査型トランスジューサの何れかであることができる。
【００５６】 可撓性ケーブル369がトランスジューサから伸びており、ケーブル356の中に接
続されている。先に説明したタイプのトリガー機構371はハンドル361の中に組込
まれ、また図示のように、導電体373によって、ハウジング352内の電子機器に接
続された光学的読取り器372の形態を取ることができる。光学的読取り器は、ス
ライダ362の下にあるスケール374を走査するために設けられ、該スケールには、
スライダ362の下にある複数の長手方向に離間したマークが設けられている。先
の実施例におけると同様に、これらの画像は、ノブ363の制御下でのスライダ362
の移動速度とは独立に、検査されている組織において所望の距離間隔で空間的に
離間されるであろう。先の実施例におけると同様に、これらの画像を再生して動
的画像を与えることができ、或いは、不揮発性メモリーカードを取外して、それ
を例えば携帯型コンピュータで使用することによって、別の場所で見ることがで
きる。図１１に与えられた超音波装置351は、多くの医学的用途において、例え
ば経直腸的または経膣的な撮像、並びに前立腺の検査のような泌尿器科または消
化管の一部の検査のような他の種々の用途に利用することができる。
【００５７】 異常の説明から、小型化された、非常にコンパクトで且つ操作が比較的単純な
超音波装置が提供されていることが明かである。33未満、好ましくは1のみのト
ランスジューサ励起からフレームの画像を作製するために、利用される全てのデ
ータを収集することによってフレームを形成する方法は、電力消費を大幅に減少
させる。説明した電子機器は、得ることが可能な視覚的解像度をトランスジュー
サアレイの固有の解像度まで増大させることを可能にする。また、説明した電気
機器は、前処理されたデータを、高解像度または低解像度のディスプレーユニッ
トに表示するために最適な様式で処理することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明を具体化した小型超音波装置を、取外し可能な走査ヘッドの一
定の部分を切欠いて示す等角図である。
【図２】 図２は、図１に示した装置の一部を形成すると共に、アレイを有する超音波ト
ランスジューサを利用する取外し可能な走査ヘッドを示す等角図である。
【図３】 図３は、図１に示した装置と共に使用するための、フェーズドアレイを組込ん
だトランスジューサを有する別の取外し可能な走査ヘッドを示す等角図である。
【図４】 図４は、図１に示した装置に利用される電子部品のブロック図である。
【図５】 図５は、本発明の装置および方法において超音波画像を構築するために使用さ
れるステップを示すフローチャートである。
【図６】 図６は、針またはプローブを案内するために利用される、本発明を具体化した
超音波装置のもう一つの実施例を示す等角図である。
【図７】 図７は、主モジュールもしくはベースモジュールおよび表示モジュールが設け
られた、本発明を具体化した超音波装置の等角図である。
【図８】 図８は、二枚貝形式に結合された、図７に示した主モジュールもしくはベース
モジュールおよび表示モジュールを示す等角図である。
【図９】 図９は、線形空間画像の使用を組込んだ、本発明の超音波装置のもう一つの実
施例を示す等角図である。
【図１０】 図１０は、扇形走査を利用した動的撮像を得るための、本発明を具体化した超
音波装置を示す等角図である。
【図１１】 図１１は、プローブを組み込んだ、本発明を具体化した超音波装置のもうひと
つの実施例を示す等角図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 リップス ウィリアムズ ディー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95765 ロックリン ペブル クリーク ドライヴ 5822 (72)発明者 ブレナン ジェイムス エム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95126 サン ホセ マーティン アヴェ ニュー 1224 Ｆターム(参考） 4C301 AA02 AA03 BB01 BB02 BB13 BB23 BB24 CC02 DD02 EE04 EE16 EE17 EE18 FF07 FF19 GA01 GA02 GA03 GA06 GB04 GB06 GB27 HH11 HH40 HH53 JA19 JB02 JB43 JC07 KK02 KK08 KK22 LL03

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 身体の興味ある領域内の組織を検査するための超音波装置で
    あって：観察孔を有するハウジングと、前記観察孔に配置された固有の解像度を
    有する超音波素子のアレイで構成される超音波トランスジューサと；前記ハウジ
    ングに担持され、超音波に対して実質的に透過な手段であって、前記アレイを覆
    うインピーダンス整合レンズを形成すると共に、前記身体に接触して配置される
    ことができる表面を有する手段と；送信された電気的パルスを、トランスジュー
    サ励起のために少なくとも一つで且つ6未満のトランスジューサに供給して、前
    記興味ある領域内の組織からの反射のために超音波信号を前記身体の中に導入す
    るための手段であって、前記トランスジューサは前記身体内から反射された超音
    波信号を変換して電気信号を与える手段と；前記電気信号の利得補正を与える手
    段と；前記利得補正された電気信号のインフェーズ成分およびアウトオブフェー
    ズ成分を与えるためのミキシング手段と；前記電気信号のインフェーズ成分およ
    びアウトオブフェーズ成分をデジタル化するための手段と；前記デジタル化され
    た電気信号を収集して、33未満のトランスジューサ励起から、身体の興味ある領
    域における組織の一つのフレームのための一つの画像を形成するための手段と；
    処理されたデータを与えるために、夫々の受信されたデジタル化電気信号の大き
    さ、位相角度及び時間を保存することにより、前記一つのフレームのデジタル化
    された電気信号を保存するためのメモリー手段と；前記前処理されたデータを利
    用する表示手段と；前記メモリー手段を前記表示手段に結合して、前記身体にお
    ける興味ある領域の組織の視覚画像を与える手段とを具備する装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置であって、更に、前記視覚的画像の視
    覚的解像度を、前記トランスジューサの固有の解像度まで増大させるための手段
    を含む装置。
  3. 【請求項３】 遠隔ディスプレーユニットと共に使用するための請求項１に
    記載の装置であって、更に、前記前処理されたデータを前記遠隔ディスプレーユ
    ニットに送出するための手段を含む装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置であって、更に、前記視覚的画像の解
    像度を改善するために、画像構成のための前記デジタル化された電気信号の補正
    に先立って、複数のフレームについてのデジタル化された電気信号を平均化する
    ための手段を含む装置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の装置であって、前記アレイは線形アレイで
    ある装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の装置であって、前記アレイはフェーズドア
    レイである装置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の装置であって、前記アレイは湾曲アレイで
    ある装置。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の装置であって、前記ディスプレーは前記ハ
    ウジングから分離された別のディスプレーモジュールに配置される装置。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の装置であって、前記ディスプレーモジュー
    ルは陰極線管である装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の装置であって、前記ディスプレーは液晶
    ディスプレーである装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載の装置であって、前記ハウジングは第一の
    部分および第二の部分で形成され、該第二の部分は前記第一の部分から取り外し
    可能であり、前記第二の部分はその中の観察孔と、該観察孔の中に配置された超
    音波トランスジューサアレイと、該超音波トランスジューサアレイの上を覆うイ
    ンピーダンス整合レンズとを有する装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の装置であって、複数の第二の部分が設
    けられ、夫々の第二の部分は測定の撮像対象に適した異なる周波数レンジを有す
    る装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の装置であって、更に、興味ある領域の
    観察を行えるように、前記第二の部分の周波数レンジを前記第一の部分に知らせ
    るために、前記第二の部分に担持された不揮発性メモリーを含む協働手段を含む
    装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１に記載の装置であって、前記ディスプレーが前記
    ハウジングの中に組込まれる装置。
  15. 【請求項１５】 更に別のディスプレーモジュールを具備する請求項１に記
    載の装置であって、前記ディスプレー手段は前記ディスプレーモジュールに配置
    され、電気回路手段が前記ハウジングを前記ディスプレーモジュールに接続して
    いる装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１に記載の装置であって、前記電気回路手段が接続
    ケーブルを含む装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１１に記載の装置であって、前記ハウジングはまた
    主モジュールを含み、該主モジュールおよびディスプレーモジュールは二枚貝形
    状の構成に結合される装置。
  18. 【請求項１８】 プローブと共に使用するための請求項１に記載の装置であ
    って、更に、身体表面に配置されるように適合された支持プラットホームと、前
    記プローブを収容するように形成され且つ前記支持プラットホーム上に摺動可能
    に装着されたキャリッジとを含み、前記プラットホームは、前記支持構造体およ
    び前記身体に対する移動について前記ハウジングを位置決めするために該ハウジ
    ングを収容するように形成される装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の装置であって、更に、前記支持プラッ
    トホーム上での前記キャリッジの移動を確認するために前記支持プラットホーム
    上のスケールと、前記支持プラットホーム上のスケールに対応した前記ディスプ
    レーに担持されたスケールとを含み、前記ディスプレー手段を見ることによって
    、前記プローブと身体内の興味ある領域との間の相対的な配置を確認できる装置
    。
  20. 【請求項２０】 請求項１に記載の装置であって、前記ハウジングが、取外
    し可能なメモリーカードを収容するための手段を含む装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１に記載の装置であって、前記メモリーカードは工
    業規格のモデムカードである装置。
  22. 【請求項２２】 請求項１に記載の装置であって、更に、離間した場所で前
    記興味ある領域の複数の画像を記録するための手段を含む装置。
  23. 【請求項２３】 請求項１に記載の装置であって、前記位置は連続的で且つ
    均等に離間している装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２１に記載の装置であって、更に、前記複数の画像
    を前記ディスプレー手段に表示して、前記興味ある領域の動的画像を作成するた
    めの手段を含む装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２２に記載の装置であって、前記離間した場所で複
    数の画像を記録する手段は、身体表面に配置されるように適合され且つ前記ハウ
    ジングを支持するための支持手段を含み、前記支持手段は、前記支持手段に対し
    て前記ハウジングの移動を可能にすることによって、前記興味ある領域の異なる
    視野を撮ることができる手段を含む装置。
  26. 【請求項２６】 請求項２５に記載の装置であって、前記支持手段に対して
    前記ハウジングの移動を可能にする手段は、旋回移動を可能にする装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２５に記載の装置であって、前記ハウジングを支持
    し、且つ前記支持手段に対して前記ハウジングの移動を可能にする手段は、線形
    移動を可能にするように構成される装置。
  28. 【請求項２８】 請求項２５に記載の装置であって、更に、前記支持手段に
    対するハウジングの移動によって、該移動が生じるときに連続的な画像を撮るよ
    うに作動される手段を含む装置。
  29. 【請求項２９】 請求項２８に記載の装置であって、前記手段はトリガー機
    構を含む装置。
  30. 【請求項３０】 請求項２９に記載の装置であって、前記トリガー機構は光
    学読取り器である装置。
  31. 【請求項３１】 請求項１に記載の装置であって、前記デジタル化された電
    気信号を収集する手段は、中心を有する空間内の電気信号のウエーブパケットを
    選択するための手段と、前記ウエーブパケットにおける点（ｘ，ｙ）を選択する
    ための手段と、前記点（ｘ，ｙ）の回りのウエーブパケットの中心から前記トラ
    ンスジューサのアレイの選択された素子までの距離を計算するための手段と、距
    離を時間に変換してサンプル点を選択するための手段と、最も近いサンプル点と
    計算すべき点との間で位相および大きさを補間して、計算されている点の補正さ
    れた位相および大きさを決定するための手段と、前記トランスジューサのアレイ
    の超音波素子の夫々について、同じシーケンスのステップを繰り返すための手段
    と、補正された位相および大きさの計算された点を総合するための手段とを含む
    装置。
  32. 【請求項３２】 請求項３１に記載の装置であって、更に、（ｘ，ｙ）を増
    分すして、前記画像の追加の点を計算するために利用すべき次のウエーブパケッ
    トの中心を得るための手段を含む装置。
  33. 【請求項３３】 トランスジューサが超音波信号の受信により励起されて電
    気信号を与える超音波素子のアレイで構成された超音波トランスジューサを使用
    することにより、身体における興味ある領域における組織を検査するための方法
    であって：前記トランスジューサからの電気信号を受信して、該電気信号のイン
    フェーズ成分およびアウトオブフェース成分を与えるするステップと；該電気信
    号をデジタル化するステップと；33未満のトランスジューサ励起から、前記デジ
    タル化された電気信号を一度に収集して、身体の興味ある領域における組織の一
    のフレームについての一つの画像を形成するステップと；収集された前記一つの
    フレームのデジタル化された電気信号を、夫々の電気信号の大きさ、位相角度お
    よび受信時間を保存することによって保存するステップと；前記身体の興味ある
    領域における組織の視覚画像として、前記保存されたデジタル化された電気信号
    を表示するステップとを具備する方法。
  34. 【請求項３４】 電子機器および該電子機器を制御するためのマイクロプロ
    セッサの使用を含む請求項３１に記載の方法であって、更に、前記電気機器の少
    なくとも一定の部分を、これら部分がそれらの機能を実行し終わったときに、ス
    リープモードにして電力を節減するために、前記マイクロプロセッサを使用する
    ステップを含む方法。
  35. 【請求項３５】 請求項３３に記載の方法であって、更に、画像構成のため
    の前記デジタル化された電気信号の収集に先立って、複数のフレームについての
    デジタル化された電気信号を平均化して、前記視覚画像の解像度を改善するステ
    ップを含む方法。
  36. 【請求項３６】 請求項３１に記載の方法であって、前記デジタル化された
    電気信号を収集するステップは、空間内の中心を有する電気信号のウエーブパケ
    ットを選択するステップと；前記ウエーブパケットの点（ｘ，ｙ）を選択するス
    テップと；前記点（ｘ，ｙ）の回りのウエーブパケットの中心から、前記トラン
    スジューサの選択された素子までの距離を計算するステップと；前記ウエーブパ
    ケットにおける最も近接した点の間で位相および大きさを補間して、計算されて
    いる点の補正された位相および大きさを決定するステップと；前記トランスジュ
    ーサのアレイの超音波素子の夫々について、同じステップを繰り返すステップと
    ；補正された位相および大きさの計算された点を総合して、一つの画像を与える
    ステップとを含む方法。
  37. 【請求項３７】 請求項３６に記載の方法であって、更に、ｘ（ｘ，ｙ）を
    増分して、前記画像の追加の点を計算するために利用すべき次のウエーブパケッ
    トの中心を得るステップを含む方法。
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