JP2007325937A - 携帯式超音波撮像システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】携帯式超音波撮像システム10は、携帯式の電池電源のデータプロセッサー14にケーブル16で組み合わせられたスキャンヘッド12及び表示ユニットを備える。スキャンヘッドの外枠12は超音波変換器のアレイ及びこれと組み合わせられた回路を収容し、この回路には超音波パルスを送信する送信モードにおいて使用されるパルス同期回路、及び撮像されている対象領域から戻ってくる反射超音波信号を動的に収束させるために受信モードにおいて使用されるビーム形成回路が備えられる。
【選択図】図3
Description
ために使用されるならば、心臓の鼓動をリアルタイムで画像化することができる。
52を示し、図2Cは位相遅延素子55を使用する位相遅延システム54を示す。
Ωn(t)=ω(Tn’(t)-Tn’(t))を満足するΩn が選ばれたとき、cos(ω0+Ωn(t))形式の適正な位相角を有する局所発振器の選定により、Tn(t)は理想的な補償遅延であり、Tn’(t) は Tn の粗く数量化された近似である。ミキサーの出力が Tn’ だけ遅延されたときは、これの中間周波数(IF)サイドバンドの一つの位相が、すべての処理チャンネルにの中の位相のコヒレンスを提供する。
、空間ウインドウ処理が使用される。動的に変動する空間ウインドウ又は切捨て式の非変化空間ウインドウのいずれも使用できる。しかし、切捨て式ウインドウは導入がより容易であることが見いだされている。
図3は、本発明の超音波撮像システム10の図式的な図である。このシステムは、ラップトップ型コンピューターとなし得る携帯式のデータ処理及び表示ユニット14に組み合わせられた手持ち型のスキャンヘッド12を備える。あるいは、データ処理及び表示ユニット14は、超音波画像を表示するために陰極線管(CRT)に接続されたパソコン又はその他のコンピューターを含むことができる。データ処理表示ユニット14は、使用者による手持ち又は装着又は持ち運びに十分に小さい小型、軽量の一体式ユニットとすることもできる。手持ち式表示ユニットは体積が1000cm3 以下、好ましくは500cm3 以下である。図3は外部式のスキャンヘッドを示すが、本発明のスキャンヘッドは内部撮像のために管腔を通じて身体内に差し込めるようにされた内部スキャンヘッドとすることもできる。例えば、ヘッドを心臓撮像に使用される食道超越式プローブ(transesophogealprobe)とすることができる。
信号データは、A/D27からケーブル16を経てバッファーメモリー29及び31に送られる。A/Dコンバーター27は、アナログ信号がケーブル16を通って直接送られる別の実施例では使われないことに注意すべきである。A/Dコンバーター27は、以下の図面では簡単化のため省かれる。
変換器18(1)−18(N)は、それぞれ処理チャンネル17(1)−17(N)と組み合わせられる。
に必要な第1の素子18(1)に関する差別的な遅延はKについて卓越して変化し、深さに対して焦点を修正するための時間の関数としての補正は小さい。遅延の全体の制御は極めて密な時間分解能並びに大きな範囲の遅延を含むことができる。しかし、選定されたビーム形成方向に対しては、遅延のこの設定は、方向をほぼ補償するための各チャンネルにおける粗の遅延と、焦点合せ機能と元の粗い修正を洗練させる諸機能を組み合わせる各チャンネルのための密な遅延との組み合わせにより達成される。
32段階の粗いタップ付き遅延線を持つ。このように形成された回路はプログラム可能な25ns遅延分解能で16μs までの遅延を提供できる。対照的に、単一の遅延線が使われた場合は、ほぼ640段階の遅延を必要とすることが認められるであろう。更に、本発明のビーム形成回路のカスケード式の遅延線の構造により、15cmまでの深さに対する動的な焦点合せ機能を提供するには、64段階で5ビット幅の局所メモリーが適切である。しかし、単一の遅延構造が使用された場合は、1280段階で640ビットの局所メモリーが必要である。
ーを備える。このプロトタイプは10個の通過チャンネルで形成され、その各は単一のシリコンマイクロチップ上に作られた本発明の処理回路を備える。各処理回路は、25ns の遅延分解能で10μs までのプログラム可能な遅延を提供できる。ビーム形成用チップは、各方位観察角において、変換器素子の受け取った所与範囲の分解能の画像点からの反響戻り信号が対応している処理チャンネルによりサンプルされるように作動する。各処理回路は受け取った各戻り信号に理想的に補償された遅延を与える。次いで、遅延された総ての出力が合算され1個のビーム又は焦点の合せられた画像点を形成する。各処理チャンネルと組み合わせられるチップ面積はわずか500×2000μm2に過ぎない。これにより、64素子の受信器アレイのための動的なビーム形成用電子回路は、チップ面積が64mm2 と小さい1個のマイクロチップ上に集積できる。この大きさは通常の装置と比較して少なくも3/4の減少に相当する。
でクロックされる第1の16段階の長さの遅延線、及び2MHz でクロックされる第2の32段階の長さの遅延線を備える。短い方の遅延線及びこれと組み合わせられたタップ回路の単純性が、全ての画像作成用電子回路の1個のチップ上での集積を許す。1個のチップ、通常の導入と比較して、2桁以上のチップ面積、電力消費及び重量の減少を伴いつつ128素子のアレイのための電子的な焦点合わせ機能を行う。
ム制御回路に送られる。マイクロプロセッサー438は、クラッター、副ローブ及び干渉のような影響の特徴を知るために信号を解析する。マイクロプロセッサー438は、このような影響の検出に応じて、乗算器の重み432を誘導するために使用される制御信号を作り、出力信号からこれらの影響を無くし、制御信号を、システムケーブル416を経て線440上の乗算器に送る。そこで、適応ビーム形成回路は、各チャンネルのタップ付き遅延線から受けた信号を、信号の加算以前に変更するフィードバック回路を備える。加算された信号は、これを修正するようにフィードバックループ内で乗算器に送られる。
本発明においては、これらfs/fc 個の可能サンプルの一つが選定され、次いで遅延ユニット202(1)−202(N)にロードされる。こうして、均一又は不均一にサンプルされたデータが戻りの反響より選定され遅延ユニット202(1)−202(N)にロードされることが認められるであろう。
ロックの各周期ごとに線234に使用可能信号を送出し、デコーダー220、MUX224及びメモリー210の出力を使用可能にし、これにより線1126のサンプル選定信号のパルスが適切なウインドウに置かれる。制御回路230は遅延の各サイクルごとにメモリーアドレスを選定できるので、サンプル間の間隔は、これを均一に、又は不均一にあるいは適宜の希望のパターンに正確に制御することができる。
ム可能な乗算器354kがある。ここにk=1、2、・・・・・ 、Mである。図20に見られるように、総ての乗算器354k が、入力の補間されたサンプルに相当する共通の出力を持つ。プログラムされた重みに基づいて時間ドメインで補間されたサンプルを作ることができる。
(x、y)=n(a、b)
ただしn=1、2、・・・ 、(n+1)b>L まで、
により(x、y)の対の残りを設定する。この方法の達成方法をよく理解するために、ファレイシーケンスを次のように定義する。
定義:数の昇順に配列され分母がLを越えない有理数の連鎖をL次のファレイ連鎖と呼ぶ
。
u/vが既約分数でありかつv≦Lであるならば、u/vをL次のファレイ分数と呼ぶ。従ってファレイ分数は既約分数であり、そこでその分子と分母とは公約数を持たない。ファレイ級数の理論は、ここに参考文献として取り込まれたジー・エッチ・ハーディ及びイー・エム・ライト著、An Introduction to the Theory of Numbers、オクフォード・ユニバーシティ・プレス、ロンドン、1938、pp.23−24に説明される。
z=[(L+c)/d] (1)
とする。ただし、[ ]は最大整数関数。
このとき、 e=Zc−a, f=Cd−b (2)
式(1)及び(2)は、適宜の2個の連続したファレイ分数により開始しかつこの部分内の残りのを全てにわたって反復することを許す。
c=L−1=9,d=L=0を式(1)及び(2)に入れると、次のファレイ分数e=8,f=9が得られる。a=9,b=10及びc=8,
d=9を使って同じ計算を繰り返して、e=7,f=8を持った次のファレイ分数が得られる。与えれた円弧内の総ての(x、y)の対を作ることは簡単である。より細かい表示格子(例えば、20×20の表示点のある格子)に同じ光線をマップしたい場合は、同じ方法であるがL=20を使う。即ち、(x、y)表示点の総てを作るために20次のファレイ関数を使う。簡単な計算が、(x、y)の対が(19、20)、(18、19)、(17、18)、・・・であることを示すであろう。図21に見られるように、2個の連続した走査線の中の総ての格子点は角度の昇順、即ち、
atan(10/9)<atan(9/8)<atan(8/7)<atan(7/6)<atan(6/5)<atan(5/4)<
atan(9/7)<atan(4/3)
で作られる。この特徴により、スキャン変換システムはスキャン角度φにおける変動に自動的に適応できる。プログラム可能で不均一な間隔のスキャンアレイを有するシステムが、ファレイ級数の実行により可能である。本発明の1実施例においては、データ処理及び表示ユニット14はスキャン変換方法を実行するようにプログラムされる。
4726号「電荷ドメイン並列処理ネットワーク」に説明される。このパルス式ドップラープロセッセサー(PDP)装置は、マトリックスとマトリックスとの積を計算する能力を有し、従って大きな容量を持つ。この装置は、第1のマトリックスの行と第2のマトリックスの対応列とを組にすることにより形成された外積を加算することにより2個の実数値マトリックスの積を計算する。
により与えられる要素を有するドップラー瀘波転換係数のマトリックスを得るために、DFT核と重み付け関数とを結合させることができる。ドップラー瀘波された信号の実及び虚の要素は、次のように書ける。
MDAC112の出力に形成された積が直列入力並列出力(SIPO)シフトレジスター521にロードされる。この方式で計算されたJ×K個の積の集団は外積マトリックスを表す。これらの積はSIPOから、次のPRIからの外積要素を積算するCCD加算ウエル(well)に送られる。総てのパルス戻り(Fの列)が処理されるまでこの経過が繰り返される。
この問題の解決のため、副ローブからのエネルギーを無くし、又は減らすために空間的ウインドウフィルターがアレイに加えられる。ある種のウインドウは、作動素子の数に従って幅が動的に変化する。別のウインドウは変化しない台形ウインドウである。
のサブアパチュアスキャンニング方法を使用して得られる。1実施例では、64個の変換器の隣接したグループが交互に作動する。即ち、まず、変換器1−64が活性化される。次に、変換器64−128が活性化される。次の段階で、変換器2−65が活性化され次いで変換器65−129が活性化される。変換器128−192が活性化されるまでこのパターンが続く。次に、変換器1−64においてスキャンニング過程が再開される。
部電子回路に接続する。あるいは、ねじった対の導線用のコネクターを使用することができる。
ドの表示の補足をオンオフするためにこれを設定することができる。
又はコネクターハウジング702内の電池によりこれを提供することができる。ハウジング714は液晶表示装置のような薄いパネル表示装置716、及びキーパッド又はマウスのような使用者インターフェース718を備えることができる。
この電気信号を受け、対象領域の電気的表現を作る処理回路、
超音波変換器装置と処理回路とが内部に置かれたハウジング、
及び
これを越えて電気的表現が移されるインターフェース
を備えた超音波撮像システム。
変換器装置用のプログラム可能なサンプル選択回路であって、複数の事前設定されたタイミングウインドウの一つの間に各電気信号がサンプルされるように電気信号のサンプリングを制御する前記サンプル選択回路、及び
対象領域の電気的表現を作るために電気信号を使用できるようにサンプル選択回路から
のサンプルされた電気信号を遅延させる各変換器用の遅延回路
を備える上記1の超音波撮像システム。
BCDワードの連鎖を出力するカウンター、及び
電気信号のサンプリングを制御するために各BCDワードと記憶回路に記憶された値とを比較する比較回路
を更に備える上記15の超音波撮像システム。
前記電気信号を受けるビーム形成回路であって
各変換器用のプログラム可能なサンプル選択回路であって、複数の事前設定されたタ
イミングウインドウの一つの間に各電気信号がサンプルされるように電気信号をのサン
プリングを制御する前記サンプル選択回路、及び
対象領域の電気的表現を作るために電気信号を使用できるようにサンプル選択回路か
らのサンプルされた電気信号を遅延させる各変換器用の遅延回路、
を備えた前記ビーム形成回路、
内部に超音波変換器とビーム形成回路とが収容されたハウジング、及び
これを越えて電気的表現がハウジングから進められるインターフェース
を備えた超音波撮像システム用のスキャンヘッド。
超音波変換器装置を設け、
超音波変換器装置により対象領域からの反射超音波信号を受け、超音波変換器装置が受信した超音波信号を電気信号に変換し、
電気信号を受け、かつ対象領域の電気的表現を作る処理回路を設け、更に
電気的表現を別のハウジングに送るためにインターフェースを設けることを包含した方法。
増幅された信号をビーム形成回路に結合する
ことを更に含んだ上記32の方法。
Claims (15)
- プログラム可能な集積回路ビーム形成装置からのビーム形成画像データを受け取る処理システムに接続された超音波アレープローブ、ここでビーム形成装置が複数の選択可能な遅延を有する、を具備し、
該処理システムが、
対象領域からの処理された信号のスキャン変換処理及びドップラー処理の少なくとも1つを実行するための信号処理ソフトウエア;
及び
超音波画像の表示のための処理された信号を受け取るパーソナルコンピユータプラットホームに接続された表示装置を具備し、
該処理システム、プローブ及びビーム形成装置が、10ポンド(4.53kg)又はそれ未満の重さを有する
ことを特徴とする超音波診断画像システム。 - 該ビーム形成装置が遅延の選択を制御するためのデータを記憶するメモリーと接続していることを特徴とする請求項1の超音波診断画像システム。
- 上記信号処理ソフトウエアと上記表示装置処理ソフトウエアが上記処理システムによって実行されることを特徴とする請求項1の超音波診断画像システム。
- 該ビーム形成装置が該アレープローブの変換器に対応する少なくとも10の複数のチャンネルを有することを特徴とする請求項1の超音波診断画像システム。
- 該ビーム形成装置がプロセッサーによって制御されてビーム形成を実行し、該表示装置が多ウィンドウフォーマットを有することを特徴とする請求項1の超音波診断画像システム。
- 該プローブが少なくとも64の変換器を備え且つ該ビーム形成装置が少なくとも64の遅延チャンネルを備えることを特徴とする請求項1のシステム。
- 該システムが電池により作動することを特徴とする請求項1のシステム。
- 更に該プローブと該画像システムの間の無線接続を含むことを特徴とする請求項1のシステム。
- 少なくとも10チャンネルを有するプログラム可能な集積回路ビーム形成装置であって、該ビーム形成装置の制御データを記憶する1番目のメモリーに接続する集積回路ビーム形成装置、及び、集積回路ビーム形成装置からのビーム形成画像データを受け取るプロセッサーを備えたコンピユータプラットホームを含む画像システムに接続された超音波アレープローブを具備し、
該コンピユータプラットホームが、
対象領域からのデジタル画像データを記憶する2番目のメモリー;
該対象領域からの上記デジタルデータを処理して該対象領域のデジタル画像を発生させる信号処理ソフトウエア;
及び
該対象領域からの該デジタル画像を表示するための上記コンピユータプラットホームに接続された表示装置を具備し、
該プローブ及び画像システムが、10ポンド(4.53kg)又はそれ未満の重さを有する
ことを特徴とする超音波診断画像システム。 - 上記コンピユータプラットホームが更にスキャン変換処理ソフトウエアを含むことを特徴とする請求項9の超音波診断画像システム。
- 上記コンピユータプラットホームが更にビーム形成装置制御回路を含むことを特徴とする請求項9の超音波診断画像システム。
- 該ビーム形成装置が電荷領域処理装置を含むことを特徴とする請求項9の超音波診断画像システム。
- 表示装置が該コンピュータに取り付けられたフラットパネルディスプレイを含むことを特徴とする請求項4の超音波診断画像システム。
- 対象領域からプローブが受け取る信号をビーム形成するためにビーム形成装置が用いる複数の異なる遅延を制御するビーム形成装置制御回路を更に含むことを特徴とする請求項9の超音波診断画像システム。
- 該集積回路が更に該プローブ中を電子的に走査する変換器のアレーによる送信を制御する制御回路を更に含むことを特徴とする請求項9の超音波診断画像システム
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