JP2005199067A - 超音波探触子を制御するための装置及び方法 - Google Patents

超音波探触子を制御するための装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】超音波探触子を制御するための装置及び方法を提供する。
【解決手段】超音波探触子（２５０）を制御するための装置及び方法を提供する。この装置を有する超音波探触子は、ハウジング（４６４）の内部で移動可能に動作するように構成された走査ヘッド（４７５）と、該走査ヘッドの内部にあるトランスジューサ・アレイ（２５２）を制御するための信号制御回路と、を含む。この信号制御回路は、該トランスジューサ・アレイを形成する複数のトランスジューサ素子を制御するための多重化動作を提供するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、全般的には超音波システムに関し、さらに詳細には、医用超音波イメージング・システム向けの探触子に関する。
超音波システムは、典型的には、異なる様々な超音波走査（例えば、あるボリュームまたは身体に関する様々な撮像）の実行を可能にさせる様々なトランスジューサを有する超音波探触子などの超音波走査デバイスを含んでいる。超音波探触子は、典型的には、該探触子の動作を制御するための超音波システムに接続されている。この探触子は、アレイの形に配列させることがある複数のトランスジューサ素子（例えば、圧電結晶）を有する走査ヘッドを含んでいる。超音波システムは、ボリュームまたは身体に対する走査の間などの動作時に、アレイの内部のトランスジューサ素子を駆動しており、これらは実施しようとする走査の種類に基づいた制御を受けることがある。超音波システムは、探触子と通信するために複数のチャンネルを含んでいる。例えば、これらのチャンネルは、トランスジューサ素子を駆動するため並びにこれから信号を受け取るためにパルスを送信することがある。
走査動作中に走査ヘッドが移動しており、またさらに詳細にはトランスジューサ素子が移動しているようなボリューム探触子では、走査ヘッドとシステム・ケーブルの間の接続ケーブルはこの動きに対応するために柔軟でなければならない。トランスジューサ素子の個数が増加するに従って、トランスジューサ素子の動作を制御するのに要する接続（例えば、接続ケーブル）の数が増加する。このために、走査ヘッドと制御システムの間の接続ケーブル（例えば、システム・ケーブルに対する接続）の規模が増大することになる。走査ヘッド・ケーブルの規模が大きくなると、探触子の内部のケーブル寸法の増大に対応するために追加的なスペースが必要となると共に、ケーブルが損傷を受けるおそれが増大する。例えば、より大規模な走査ヘッド・ケーブルの屈曲の動きの結果、ケーブルが破損するおそれが増加する。このため、超音波探触子の信頼度が低下する。接続ケーブルの規模が大きくなるに連れて探触子のコスト及び制御の複雑さも増加する。さらに、このより大規模な走査ヘッド・ケーブルを接続した走査ヘッドを移動させるのに要するモータの電力量も増大する。
例示的な一実施形態では、超音波探触子を提供する。本超音波探触子は、ハウジングの内部で移動可能に動作するように構成された走査ヘッドと、該走査ヘッドの内部にあるトランスジューサ・アレイを制御するための信号制御回路と、を含む。この信号制御回路は、該トランスジューサ・アレイを形成する複数のトランスジューサ素子を制御するための多重化動作を提供するように構成されている。
例示的な別の実施形態では、超音波探触子を制御するための方法を提供する。本方法は、超音波探触子の走査ヘッドの位置において複数のトランスジューサ素子を有するトランスジューサ・アレイを制御するための制御信号を受信する工程と、該走査ヘッドの位置で該制御信号を多重化する工程と、該多重化された信号に基づいて該トランスジューサ素子のうちの１つまたは複数を選択的に起動させる工程と、を含む。
超音波探触子を制御するための超音波システム及び方法の例示的な実施形態について以下で詳細に記載することにする。詳細には、例示的な超音波システムに関する詳細な説明を先ず提供し、次いで超音波探触子を制御するための方法及びシステムの様々な実施形態に関する詳細な説明を続けることにする。本明細書に記載したシステム及び方法の様々な実施形態による技術的な効果には、超音波探触子を制御するための制御線の本数が減少すること、及び超音波探触子内でトランスジューサ素子を選択的に制御できることの少なくとも一方が含まれる。
図１は、例えば超音波画像を収集し処理するために利用できる超音波システムの例示的な一実施形態１００のブロック図を表している。この超音波システム１００は、パルス状の超音波信号が身体またはボリューム内に放出されるようにトランスジューサ１０６の内部にあるまたはその一部として形成された素子１０４（例えば、圧電結晶）のアレイを駆動している送信器１０２を含んでいる。多種多様な幾何学構成が使用されることがあり、また１つまたは複数のトランスジューサ１０６が探触子（図示せず）の一部として設けられることがある。このパルス状の超音波信号は、例えば身体内にある血球や筋肉組織などの密度境界面及び／または構造体から後方散乱され、素子１０４に戻されるエコーを発生させる。このエコーは、受信器１０８によって受信され、さらにビーム形成器１１０に提供される。このビーム形成器は、受信したエコーに対するビーム形成を実行してＲＦ信号を出力する。次いで、このＲＦ信号はＲＦプロセッサ１１２によって処理される。このＲＦプロセッサ１１２は、ＲＦ信号を復調してエコー信号を表すＩＱデータ対を形成させている複素復調器（図示せず）を含むことがある。次いで、このＲＦまたはＩＱ信号データは、保存（例えば、一時保存）のためにＲＦ／ＩＱバッファ１１４に直接導かれることがある。
超音波システム１００はさらに、収集した超音波情報（すなわち、ＲＦ信号データまたはＩＱデータ対）を処理すると共に、表示システム１１８上に表示させる超音波情報のフレームを作成するために、信号プロセッサ１１６を含んでいる。この信号プロセッサ１１６は、複数の選択可能な超音波様式に従って収集した超音波情報に対する１つまたは複数の処理動作を実行するように適合させている。収集した超音波情報は、エコー信号が受信されるのに従って走査セッション中にリアルタイムで処理されることがある。追加または別法として、この超音波情報は走査セッション中にＲＦ／ＩＱバッファ１１４内に一時的に保存され、ライブ動作またはオフライン動作でリアルタイム性がより低い処理を受けることがある。
超音波システム１００は、人間の眼の認知速度に近い５０フレーム毎秒を超えるフレームレートで超音波情報を連続して収集することがある。収集した超音波情報は、これより遅いフレームレートで表示システム１１８上に表示される。即座に表示させる予定がない収集超音波情報の処理済みフレームを保存するために、画像バッファ１２２を含めることがある。例示的な一実施形態では、その画像バッファ１２２は少なくとも数秒分の超音波情報フレームを保存できるだけの十分な容量をもつ。超音波情報のフレームは、収集順序や収集時間に応じたこれらの取り出しが容易となるような方式で保存されることがある。画像バッファ１２２は周知の任意のデータ記憶媒体を備えることがある。
超音波システム１００の動作を制御するためにユーザ入力デバイス１２０が使用されることがある。このユーザ入力デバイス１２０は、例えば走査の種類または走査で利用されるトランスジューサの種類を制御するためのユーザ入力を受け取るのに適した任意のデバイス及び／またはユーザインタフェースとすることがある。
図２は、例えば超音波画像を収集し処理するために利用できる超音波撮像システムの別の例示的実施形態１５０のブロック図を表している。超音波システム１５０は、送信器１０２及び受信器１０８と連絡しているトランスジューサ１０６を含んでいる。トランスジューサ１０６は、超音波パルスを送信し、走査を受けた超音波ボリューム１５２の内部にある構造からエコーを受信する。メモリ１５４は、走査を受けた超音波ボリューム１５２から導出された受信器１０８からの超音波データを保存する。走査対象の超音波ボリューム１５２は、例えば３Ｄ走査、リアルタイム３Ｄ撮像、ボリューム走査、位置決めセンサを有するトランスジューサによる走査、ボクセル相関技法を使用したフリーハンド走査、２Ｄ走査、またはマトリックスアレイ・トランスジューサを使用した走査（ただし、これらに限らない）を含む様々な技法によって取得されることがある。
トランスジューサ１０６は、関心領域（ＲＯＩ）の走査中に、直線状経路や弓状経路などに沿って移動させている。直線状または弓状の各位置において、トランスジューサ１０６は複数の走査面１５６を取得する。隣接する走査面１５６からなるグループまたは組からなど、ある厚さにわたって走査面１５６が収集される。これらの走査面１５６はメモリ１５４内に保存され、次いでボリューム走査変換装置１６８に提供される。例示的な幾つかの実施形態では、そのトランスジューサ１０６は走査面１５６ではなくラインを取得することがあり、この際メモリ１５４内には走査面１５６ではなくトランスジューサ１０６によって取得されたラインが保存される。ボリューム走査変換装置１６８は、走査面１５６から作成しようとするスライス厚を特定しているスライス厚設定制御１５８からスライス厚設定を受け取っている。ボリューム走査変換装置１６８は複数の隣接する走査面１５６から１つのデータ・スライスを作成している。各データ・スライスを形成するために取得される隣接する走査面１５６の数は、スライス厚設定制御１５８によって選択される厚さに依存する。このデータ・スライスはスライス・メモリ１６０内に保存され、ボリューム・レンダリング・プロセッサ１６２によってアクセスを受ける。ボリューム・レンダリング・プロセッサ１６２はこのデータ・スライスに対してボリューム・レンダリングを実行している。ボリューム・レンダリング・プロセッサ１６２の出力は、ボリューム・レンダリングを受けたデータ・スライスを処理してディスプレイ１６６上に表示させるためのビデオ・プロセッサ１６４に提供される。
各エコー信号サンプル（ボクセル）の位置は、幾何学的精度（すなわち、あるボクセルから次のボクセルまでの距離）並びに１つまたは複数の超音波応答（及びこの超音波応答から導出される値）によって規定されることに留意すべきである。適当な超音波応答には、グレイスケール値、カラーフロー値、並びにアンギオまたはパワードプラ情報が含まれる。超音波システム１５０は、超音波システム１５０の動作を制御するためのユーザ入力またはユーザインタフェースを含むこともあることに留意すべきである。
超音波システム１００及び１５０は追加の構成要素または異なる構成要素を含むことがあることに留意すべきである。例えば、超音波システム１５０は、患者データ、走査パラメータ、走査モードの変更、その他の入力に関する制御を含め、超音波システム１５０の動作制御のためにユーザインタフェースまたはユーザ入力１２０（図１参照）を含むことがある。
図３は、超音波システム１００及び１５０によって収集することができる被検体２００の例示的な画像の１つを表している。この被検体２００は、ある角度２０８で互いから発散する放射状の辺縁２０４及び２０６を有する複数の扇形状断面によって画定されたボリューム２０２を含んでいる。トランスジューサ１０６（図１及び２を参照）は、各走査面１５６（図２参照）内の隣接する走査線に沿った走査のために超音波発射を電子的に収束させて長手方向に導いており、また隣接する走査面１５６を走査するために超音波発射を電子的または機械的に収束させて横方向に導いている。図２に示すようにトランスジューサ１０６によって取得された走査面１５６は、メモリ１５４内に保存されると共に、ボリューム走査変換装置１６８によって球座標からデカルト座標への走査変換を受ける。ボリューム走査変換装置１６８からは複数の走査面１５６からなるボリュームが出力され、レンダリング領域２１０としてスライス・メモリ１６０内に保存される。スライス・メモリ１６０内のレンダリング領域２１０は隣接する複数の走査面１５６から形成されている。
レンダリング領域２１０の大きさは、オペレータがユーザインタフェースまたは入力を使用することによりスライス厚さ２１２、幅２１４及び高さ２１６を有するように規定することがある。ボリューム走査変換装置１６８（図２参照）は、そのスライスの厚さパラメータを調整して所望の厚さのレンダリング領域２１０が形成されるようにスライス厚設定制御１５８（図２参照）によって制御されることがある。レンダリング領域２１０は、走査を受けた超音波ボリューム１５２のうちボリューム・レンダリングを受ける部分を規定している。ボリューム・レンダリング・プロセッサ１６２はスライス・メモリ１６０にアクセスすると共に、レンダリング領域２１０のスライス厚２１２に沿ったレンダリングを行っている。
ここで図１及び２を参照すると、動作時において事前規定の実質的に一定の厚さを有するスライス（レンダリング領域２１０とも呼ばれる）がスライス厚設定制御１５８によって決定されると共に、ボリューム走査変換装置１６８において処理を受ける。レンダリング領域２１０（図３参照）を表すエコー・データは、スライス・メモリ１６０内に保存されることがある。事前定義の厚さは約２ｍｍから約２０ｍｍの間とするのが典型的であるが、その用途や走査を受ける部位の大きさに応じて約２ｍｍ未満や約２０ｍｍを超える厚さが適当となることもあり得る。スライス厚設定制御１５８は、離散的または連続的な厚さ設定値を備えた回転可能なノブなどの制御部材を含むことがある。
ボリューム・レンダリング・プロセッサ１６２は、このレンダリング領域２１０を撮像面（複数のこともある）２２２の撮像部分２２０（図３参照）上に投射させる。ボリューム・レンダリング・プロセッサ１６２における処理に続いて、撮像部分２２０内の画素データがビデオ・プロセッサ１６４によって処理され、次いでディスプレイ１６６上に表示されることがある。レンダリング領域２１０は、任意の位置に配置されることがあり、またこのボリューム２０２の内部で任意の方向に向けられることがある。幾つかの状況では、走査を受けている領域の大きさによっては、レンダリング領域２１０をボリューム２０２のうちのごく小さな部分のみとすると有利となることがある。
図４は、超音波システム１００または１５０と接続して使用できる超音波探触子２５０の例示的な一実施形態のブロック図を表している。この超音波探触子２５０は、トランスジューサ・アレイ及び裏あてスタック２５２（「トランスジューサ・アレイ２５２」）と、トランスジューサ可撓ケーブル２５４（走査ヘッド・ケーブルとして形成させることがある）と、処理用の電子回路を支持している複数の処理基板２５６と、を含んでいる。処理基板２５６のそれぞれはロケーション・メモリ２５８（以下に指摘するような幾何学構成ＲＡＭ、符号器ＲＡＭ、ロケーション・レジスタ及び制御レジスタを含むことがある）と、信号プロセッサ２６０と、を含むことがある。さらにロケーション・メモリ・コントローラ２６２（例えば、汎用のＣＰＵ、マイクロコントローラ、ＰＬＤ、その他）が設けられることがあり、これには通信インタフェース２６４が含まれる。
通信インタフェース２６４は、通信線２６８（例えば、ディジタル信号線）を介してまたシステム・ケーブル２７０を通じてホスト・システム２６６とのデータ交換を確立させている。追加として例示的な一実施形態では、システム・ケーブル２７０は、送信パルス波形をトランスジューサ・アレイ２５２に伝達しかつビーム形成後に受信信号をホスト・システム２６６に伝達するために処理基板２５６に繋げられている同軸ケーブル２７２を含んでいる。探触子２５０はさらにコネクタ２７４を含むことがあり、これを通じて探触子２５０はホスト・システム２６６に繋がっている。
トランスジューサ可撓ケーブル２５４を処理基板２５６に押し当てて保持するために、クランプ２７６が設けられることがある。これによってクランプ２７６は、トランスジューサ可撓ケーブル２５４と処理基板２５６の間の電気的接続性の確立を支援している。クランプ２７６は、ドエルピン２７８及びボルト２８０を含むことがある、ただし別の実現形態も適当となり得る。
トランスジューサ・アレイ２５２は、裏あてスタック上に結合させており、これについては図５に関連して以下でさらに詳細に説明することにする。トランスジューサ可撓ケーブル２５４は、裏あてスタックを介して電気的な信号接続を提供している。例示的な一実施形態では、その各々が５０個の信号接続を備えている４２本のトランスジューサ可撓ケーブル２５４が存在している、したがって、トランスジューサ可撓ケーブル２５４は、トランスジューサ・アレイ２５２内にある２１００個程度のトランスジューサ素子（ただし、これより少ない数が使用されることもある）に対する送信及び受信の信号接続を支援している。例えば、各処理基板２５６は、６本のトランスジューサ可撓ケーブル２５４に結合させることがあり、またこのため３００個のトランスジューサ素子のための信号接続を含むことがある。
処理基板２５６は、可撓ケーブル２５４と同様に、例えばポリイミド、ポリエステルその他などの可撓材料から形成させることがある。処理基板２５６は、トランスジューサ・アレイ２５２内の受信開口上でビーム形成を実行する信号プロセッサ２６０を含め、トランスジューサ・アレイ２５２のための処理用電子回路を含んでいる。
各信号プロセッサ２６０は、例えばトランスジューサ・アレイ２５２上の選択した空間ロケーションにおいて規定される４つの受信開口を取り扱うことがある。これらの受信開口は、例えば１個の素子からなる横列の上に２個の素子からなる横列、その上に３個の素子からなる横列、その上に４個の素子からなる横列、その上に５個の素子からなる横列が来るように配列させて１５個の音響トランスジューサ素子を含む３角形の開口とすることがある。さらに、各処理基板２５６は５個の信号プロセッサ２６０を含むことがある。したがって、受信方向では、各処理基板２５６は、その各々が１５個の音響トランスジューサ素子を含んだ２０個の受信開口を処理することがある。
すべての超音波ビームに対して、ロケーション・メモリ・コントローラ２６２はディジタル信号線２７３（例えば、個別の可撓ケーブル）を介して各処理基板２５６上の各ロケーション・メモリ２５８に繋がっている。ロケーション・メモリ・コントローラ２６２は、処理基板２５６上の信号プロセッサ２６０によって処理を受ける各受信開口ごとに空間ロケーション情報を各ロケーション・メモリ２５８内に伝達している。ディジタル信号線２７３は例えば、各処理基板２５６ごとのクロック線と、各処理基板２５６ごとのシリアル・コマンド・データ線と、各処理基板２５６に接続された２本のデータ線（合計で１４本のデータ線）と、１つまたは複数の信号プロセッサ２６０に対するアウトプット・イネーブルと、試験信号と、を含むことがある。
このロケーション・メモリ・コントローラ２６２は、例えば同期シリアルポートの一部を形成することがあるディジタル信号線２７３を介してホスト・システム２６６と連絡している。このためには、通信インタフェース２６４及びディジタル信号線２７３によって、例えば接地された遮蔽と中心の信号ワイヤを備える同軸ケーブルを含む低電圧差分信号インタフェースを実現させることがある。ロケーション・メモリ・コントローラ２６２は、キャッシュ・メモリ２７５（例えば、１〜８Ｍバイトのスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ））のブロックを含んでいる。
図５は、トランスジューサ・アレイ２５２の例示的な一実施形態を表している。トランスジューサ・アレイ２５２は電気エネルギー対音響エネルギー及び音響エネルギー対電気エネルギーの変換をする圧電セラミック３０２を含んでいる。圧電セラミック３０２はトランスジューサ・アレイ２５２の中心の域内に配置されている。この圧電セラミック３０２は、信号の側において、トランスジューサ可撓ケーブル２５４の層と音響吸収材料３０８の層とを中実な裏あてブロック３０４となるように交互に結合させて構成させたｚ軸の裏あてブロック３０４に取り付けられている。
裏あてブロック３０４は、トランスジューサ可撓ケーブル２５４の向きと直角の方向で切断され、これにより個々のトランスジューサ可撓ケーブル２５４の回路トレース３０６の端部が露出され高密度の信号接続が可能となる。セラミック３０２、導電性の内側音響整合層３１０（例えば、アンチモン−グラファイトなど金属で満たしたグラファイト）、並びに裏あてブロック３０４の最上面は単一の操作で方形切断され、これにより離散的な音響トランスジューサ素子３１２がトランスジューサ可撓ケーブル２５４内の可撓回路トレース３０６のそれぞれを覆って中心に来るように形成される。したがって、ｚ軸裏あてブロック３０４上には１つの信号面３１３が存在している。
各回路トレース３０６は１つのトランスジューサ素子３１２の最底部、すなわち信号側に接している。接地金属層３１４は、プラスチックから形成させることがある外側音響整合層３１６の一方の側面上にコーティングされている。この整合層３１６は、トランスジューサ・アレイ２５２の表面全体にわたる接地接続を形成させるために各素子３１２の最上部に取り付けられている。外側整合層３１６は部分的に方形切断して離散的素子となるように分離させており、これによりトランスジューサ素子３１２の受容可能な角度が改善される。しかし、例示的な一実施形態では、その方形切断は接地金属層３１４まで貫通させていない。
各トランスジューサ素子３１２に対する電気的な接地接続はそのトランスジューサ内の最外側の素子３１８を介して行われている。さらにセラミック３０２上には巻きつけ接地３２０が設けられている。トランスジューサ・アレイ２５２を走査ヘッドまたはヘッドシェル内に装着した後、薄いシリコーン保護外装が付加されることがある。
所望によりあるいは必要に応じて（例えば、探触子の種類や用途に基づいて）様々な相互接続を有することがある様々なトランスジューサ・アレイが使用されることがあることに留意すべきである。例えば図５は、極めて高密度の電気的インタフェースを必要とするアレイ（例えば、２次元（２Ｄ）アレイ）に適した相互接続構成を表している。しかし、別の種類のアレイ（例えば、１次元（１Ｄ）アレイ）は、こうした高密度の電気的インタフェースを必要としないことがあり、また別の相互接続構成の方がより適当となることもある。例えば、１Ｄアレイの用途では、その１Ｄアレイは、その回路トレース３０６がトランスジューサ・アレイ２５２の素子に接触するようにした単一のトランスジューサ可撓ケーブル２５４を含んでいる。トランスジューサ可撓ケーブル２５４上の回路トレース３０６が互いに隣接して位置決めされると、トランスジューサ・アレイ２５２の素子は互いに隣接して位置決めされる。単一のトランスジューサ可撓ケーブル２５４を有するような同様の構成（例えば、１．２５Ｄ、１．５Ｄまたは１．７５Ｄアレイを備える）が使用されることもある。
本発明の様々な実施形態は、ホスト・システム２６６（図４参照）とトランスジューサ・アレイ２５２（図４参照）との間における信号通信を制御するために１つまたは複数の信号制御回路を含んでいる。図６に示すような例示的な一実施形態では、その１つまたは複数の信号制御回路は、１つまたは複数の多重化回路４００を含んでおり、これに対してはトランスジューサ・アレイ２５２とホスト・システム２６６の間の信号を多重化するためにトランスジューサ・アレイ２５２からのトランスジューサ可撓ケーブル２５４が接続されている。例えば、トランスジューサ・アレイ２５２の切り替えを制御するため、またより具体的には（例えば、ホスト・システム２６６（図４参照）の１つまたは複数のチャンネルに接続された）超音波システム１００または１５０の１つまたは複数のチャンネルに対するトランスジューサ素子３１２（図５参照）の接続を制御するために、その内部にスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ５）を収容している表面マウント集積回路を有するプリント回路基板が使用されることがある。具体的には、多重化回路４００は、例えば圧電セラミック３０２などのトランスジューサ素子を駆動させるトランスジューサ・アレイ２５２に対する信号パルスの伝送を制御している。多重化回路４００はさらに、ホスト・システム２６６に連絡した圧電セラミック３０２が受信した超音波信号の通信を制御することがある。
図７及び８の図示では、多重化回路４００はそれぞれ、セレクタスイッチ多重化配列またはビーム形成器セル多重化配列として構成されることがある。具体的には、図７に示すように、多重化回路４００は、１つまたは複数のスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ５）をその内部に有する１つまたは複数のセレクタスイッチ・マルチプレクサ・セル４０１を含むことがある。これらのマルチプレクサ・セル４０１のそれぞれは、１つの単独の集積回路として設けられることがある。マルチプレクサ・セル４０１は、トランスジューサ・アレイ２５２を制御するための多重化動作（例えば、切り替え動作）を提供する。図８に示すように、多重化回路４００は、その内部にビーム形成器部材を有する１つまたは複数のビーム形成器セル４０３を含むことがある。ビーム形成器セル４０３のそれぞれは、１つの単独の集積回路として設けられることがある。ビーム形成器セル４０３はトランスジューサ・アレイ２５２を制御するための多重化動作（例えば、ビーム形成動作）を提供する。
図９及び１０は、探触子２５０、詳細にはホスト・システム２６６（図４参照）と連絡したトランスジューサ・アレイ２５２を有するボリューム撮像用探触子の例示的な一実施形態を表している。この探触子２５０は、第１のチェンバ４５２（例えば、乾式チェンバ）及び第２のチェンバ４５４（例えば、湿式チェンバ）を有するハウジング４５０を含んでいる。第１のチェンバ４５２と第２のチェンバ４５４は１つの単一ユニット（例えば、一体化構成）として形成させることや、あるいは互いに接続した単独のユニット同士として形成させることがる。例示的な一実施形態では、その第１のチェンバ４５２は、トランスジューサ・アレイ２５２を機械的に制御するための駆動手段と、トランスジューサ・アレイ２５２を電気的に制御するための通信手段と、をその内部に包含している乾式すなわち気体チェンバである。この駆動手段は一般に、モータ４５６（例えば、ステッパ・モータ）と、ベルト駆動やロープ駆動を備えた２段式ギア配列などのギア配列４５８と、を含んでいる。この通信手段は一般に、その一方の端部が（例えば、接続部材４７３に接続された剛性のプリント回路基板４６１を介して）システム・ケーブル２７０（図４参照）に繋がっており、かつもう一方の端部が同軸ケーブル２７２に繋がっている１つまたは複数の通信線（例えば、１つまたは複数の柔軟なプリント回路基板４６０として構成される）を含んでいる。これによりこの通信手段は、トランスジューサ・アレイ２５２とホスト・システム２６６の間の通信を提供することができる。
これらの駆動手段及び通信手段は特定の構成部品を有するように本明細書において記載しているが、これら手段をこのように限定していないことに留意すべきである。例えば、駆動手段は異なるギア配列を有することがあり、また通信手段は異なる接続部材や伝送線を有することがある。
この例示的な実施形態では、その第２のチェンバ４５４は、トランスジューサ・アレイ２５２を移動（例えば、回転）させるためのトランスジューサ駆動手段と、トランスジューサ・アレイ２５２の素子（例えば、圧電セラミック３０２）を選択的に駆動させるためのトランスジューサ制御手段と、をその内部に包含している湿式チェンバ（例えば、その内部に音響液体を有するチェンバ）である。トランスジューサ駆動手段は一般に、例えば駆動手段によって駆動させるとトランスジューサ・アレイ２５２を走査ヘッド４７５の一部として移動させるように動作するブラケット（図示せず）によって支持されている走査ヘッド・ハウジング４６４と接続した駆動シャフト４６２を含んでいる。さらに、走査ヘッド・ハウジング４６４を支持するために支持部材（図示せず）が設けられることもあり、また例えばこの駆動手段とトランスジューサ駆動手段に対する適当な張力を保証するために偏位付与スプリング４６９が設けられることがある。走査ヘッド・ハウジング４６４を囲繞すると共にハウジング４５０の一部として形成させた音響膜４６６が設けられることがあることに留意すべきである。トランスジューサ制御手段は一般に、同軸ケーブル２７２（例えば、６４本の同軸ケーブルからなる３つの層）及び／または柔軟なプリント回路基板４６０と、トランスジューサ・アレイ２５２に接続された多重化回路４００と、を含んでいる（これについては、本明細書でより詳細に記載している）。この通信手段は、相補型ピン・コネクタ配列などの適当な任意のコネクタを用いてトランスジューサ駆動手段に接続されている。
これらのトランスジューサ駆動手段及びトランスジューサ制御手段は特定の構成部品を有するように本明細書において記載しているが、これら手段をこのように限定していないことに留意すべきである。例えば、トランスジューサ駆動手段は異なるシャフト配列を有することがあり、またトランスジューサ制御手段は異なる制御回路や伝送線を有することがある。さらに、探触子２５０に接続させて、必要に応じてまたは所望により及び／またはその探触子２５０の具体的な種類や用途に基づいて、追加のまたは異なる構成部品が設けられることがあることにも留意すべきである。例えば、その探触子２５０の種類に基づいてトランスジューサ・アレイ２５２を覆うようにレンズが設けられることがある。
例示的な一実施形態では、図１１に示すように、その第１のチェンバ４５２及び第２のチェンバ４５４は、これら第１のチェンバ４５２と第２のチェンバ４５４の間に液体を漏らさない封止配列を提供するための１つまたは複数の封止部材４６８を有している。第１のチェンバ４５２と第２のチェンバ４５４の間には、その駆動手段の一部分（例えば、ロープ駆動のロープ部分）またはその通信手段の一部分（例えば、柔軟なプリント回路基板４６０）がその内部を通過できるようにブラケット部材４７０が設けられている。例えば、第１のチェンバ４５２と第２のチェンバ４５４の間における適当な封止を保証する封止部材４７４（例えば、アルミニウム・プレート）を伴うブラケット部材４７０として、１つまたは複数のスロットまたは開口４７２が設けられることがある。
再び図９及び１０を参照しさらに図１２を参照すると、トランスジューサ・アレイ２５２には、トランスジューサ・アレイ２５２を制御するための１つまたは複数の多重化回路４００が接続されている（これについては本明細書でより詳細に記載している）。例示的な一実施形態では、例えば音響吸収材料３０８（図５参照）に接続（例えば、エポキシ処理）されているトランスジューサ・アレイ２５２の各側４８０と接続させて１つの単独の多重化回路４００が設けられている。しかし、所望によりあるいは必要に応じて多重化回路４００はより多くすることや少なくすることができることに留意すべきである。さらに、多重化回路４００は走査ヘッド４７５内の別の位置に配置させることもある。
例示的な一実施形態では、その多重化回路４００は、トランスジューサ柔軟プリント回路基板４０６を含むこともある接続部材４０４（例えば、柔軟なプリント回路基板）を介してトランスジューサ・アレイ２５２に接続されている。多重化回路４００はさらに、同軸ケーブル２７２に接続（例えば、多重化基板対ケーブルの相互接続）されている。多重化回路４００は、第２のチェンバ４５４内部の液体から多重化回路４００を封止するために封止材料（例えば、エポキシ）に包まれている。多重化回路４００は、１つまたは複数の多重化部材４０２（例えば、多重化セル）を含むことがある。
したがって図１３に示すように、トランスジューサ・アレイ２５２は多重化回路４００を介して同軸ケーブル２７２に接続されている。同軸ケーブル２７２は、本明細書に記載したように柔軟なプリント回路基板４６０、剛性のプリント回路基板４６１及び接続部材４７３を介してシステム・ケーブル２７０に接続されている。さらに、システム・ケーブル２７０はホスト・システム２６６に接続されている。
この多重化回路４００は、図１４〜１６に示すような移動式の走査ヘッド４７５によって、より少ない本数の通信線（例えば、より少ない本数の同軸ケーブル２７２）を用いてトランスジューサ・アレイ２５２の動作を制御することを可能にしている。トランスジューサ・アレイ２５２は、例えば１Ｄ、１．２５Ｄ、１．５Ｄ、１．７５Ｄ及び２Ｄ動作モードなどの異なるモードで動作するように構成されることがあることに留意すべきである。
本発明を、具体的な様々な実施形態に関して記載してきたが、当業者であれば、本発明が本特許請求の範囲の精神及び趣旨の域内にある修正を伴って実施できることを理解するであろう。
本発明の例示的な一実施形態による超音波システムのブロック図である。 本発明の別の例示的実施形態による超音波システムのブロック図である。 本発明の例示的な一実施形態による図１及び２のシステムに従って収集した被検体の画像の斜視図である。 本発明の例示的な一実施形態によるホスト・システムと連絡した超音波探触子のブロック図である。 図４に示した超音波探触子で使用できるトランスジューサ素子のアレイを含んだ例示的なトランスジューサ・スタックの斜視図である。 本発明の例示的な一実施形態による多重化配列を表したブロック図である。 図６に示した多重化配列の例示的な多重化回路の１つのブロック図である。 図６に示した多重化配列の例示的な別の多重化回路のブロック図である。 本発明の例示的な一実施形態による探触子の立断面図である。 図９の線１０−１０に沿って切った立面図である。 本発明の例示的な一実施形態による探触子の封止配列を表した部分立断面図である。 本発明の例示的な一実施形態による探触子の多重化回路を表した部分立断面図である。 本発明の例示的な一実施形態による探触子の接続配列を表したブロック図である。 本発明の例示的な一実施形態による探触子の移動式走査ヘッドを表した立断面図である。 本発明の例示的な一実施形態による探触子の移動式走査ヘッドを表した立断面図である。 本発明の例示的な一実施形態による探触子の移動式走査ヘッドを表した立断面図である。
符号の説明
１００ 超音波システム
１０２ 送信器
１０４ 素子
１０６ トランスジューサ
１０８ 受信器
１１０ ビーム形成器
１１２ ＲＦプロセッサ
１１４ ＲＦ／ＩＱバッファ
１１６ 信号プロセッサ
１１８ 表示システム
１２０ ユーザ入力デバイス
１２２ 画像バッファ
１５０ 超音波撮像システム
１５２ 超音波ボリューム
１５４ メモリ
１５６ 走査面
１５８ スライス厚設定制御
１６０ スライス・メモリ
１６２ ボリューム・レンダリング・プロセッサ
１６４ ビデオ・プロセッサ
１６６ ディスプレイ
１６８ ボリューム走査変換装置
２００ 被検体
２０２ ボリューム
２０４ 放射状辺縁
２０６ 放射状辺縁
２０８ 角度
２１０ レンダリング領域
２１２ スライス厚
２１４ スライス幅
２１６ スライス高
２２０ 撮像部分
２２２ 撮像面
２５０ 超音波探触子
２５２ トランスジューサ・アレイ及び裏あてスタック
２５４ トランスジューサ可撓ケーブル
２５６ 処理基板
２５８ ロケーション・メモリ
２６０ 信号プロセッサ
２６２ ロケーション・メモリ・コントローラ
２６４ 通信インタフェース
２６６ ホスト・システム
２６８ 通信線
２７０ システム・ケーブル
２７２ 同軸ケーブル
２７３ ディジタル信号線
２７４ コネクタ
２７５ キャッシュ・メモリ
２７６ クランプ
２７８ ドエルピン
２８０ ボルト
３０２ 圧電セラミック
３０４ 裏あてブロック
３０６ 可撓回路トレース
３０８ 音響吸収材料
３１０ 内側音響整合層
３１２ トランスジューサ素子
３１３ 信号面
３１４ 接地金属層
３１６ 外側音響整合層
３１８ 最外側の素子
３２０ 巻きつけ接地
４００ 多重化回路
４０１ セレクタスイッチ・マルチプレクサ・セル
４０２ 多重化部材
４０３ ビーム形成器セル
４０４ 接続部材
４０６ トランスジューサ柔軟プリント回路基板
４５０ ハウジング
４５２ 第１のチェンバ
４５４ 第２のチェンバ
４５６ モータ
４５８ ギア配列
４６０ 柔軟なプリント回路基板
４６１ 剛性のプリント回路基板
４６２ 駆動シャフト
４６４ 走査ヘッド・ハウジング
４６６ 音響膜
４６８ 封止部材
４６９ 偏位付与スプリング
４７０ ブラケット部材
４７２ スロット
４７３ 接続部材
４７４ 封止部材
４７５ 走査ヘッド

Claims (10)

  1. ハウジング（４６４）の内部で移動可能に動作するように構成された走査ヘッド（４７５）と、
    前記走査ヘッドの内部にあるトランスジューサ・アレイ（２５２）を制御するための信号制御回路であって、該トランスジューサ・アレイを形成する複数のトランスジューサ素子を制御するための多重化動作を提供するように構成された信号制御回路と、
    を備える超音波探触子（２５０）。
  2. 前記トランスジューサ・アレイ（２５２）は前記走査ヘッド（４７５）の内部にある請求項１に記載の超音波探触子（２５０）。
  3. 前記信号制御回路は少なくとも１つの多重化部材（４０２）を備えている請求項１に記載の超音波探触子（２５０）。
  4. 前記信号制御回路は前記トランスジューサ・アレイ（２５２）と係合されている請求項１に記載の超音波探触子（２５０）。
  5. 前記信号制御回路は前記トランスジューサ・アレイ（２５２）に装着されている請求項１に記載の超音波探触子（２５０）。
  6. 前記信号制御回路は封止材料の内部に収容されている請求項１に記載の超音波探触子（２５０）。
  7. 通信手段をさらに備えると共に、前記信号制御回路は前記トランスジューサ・アレイ（２５２）とホスト・システム（２６６）の間に通信を提供するために該通信手段に繋がるように構成されている請求項１に記載の超音波探触子（２５０）。
  8. トランスジューサ駆動手段をさらに備えると共に、前記信号制御回路は該トランスジューサ駆動手段に繋がるように構成されている請求項１に記載の超音波探触子（２５０）。
  9. 前記信号制御回路は前記トランスジューサ・アレイ（２５２）の一方の側に繋がるように構成されている請求項１に記載の超音波探触子（２５０）。
  10. 第１のチェンバ（４５２）及び第２のチェンバ（４５４）をさらに備えており、該第２のチェンバの内部には前記走査ヘッド（４７５）と信号制御回路が包含されておりかつ該第１のチェンバには前記走査ヘッド及び信号制御回路を制御するために駆動手段と通信手段が包含されている請求項１に記載の超音波探触子（２５０）。
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