JP2009514600A - 高周波数アレイ超音波システム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2005年11月2日出願の米国仮特許出願第60/733,091号の利益を主張し、2005年11月2日出願の米国仮特許出願第60/733,089号の利益を主張する。上記出願の両方が、本明細書において完全に援用され、本明細書の一部を構成する。
本明細書では、複数の素子を有する超音波振動子から受信超音波信号を取得するように構成された信号処理ユニットを含む超音波信号取得システムの実施態様を提供する。システムは、少なくとも毎秒20フレーム(fps)のフレームレートで、少なくとも5.0ミリメートル(mm)の視野を有する振動子を使って、少なくとも15メガヘルツ(MHz)の周波数を有する超音波信号を受信するように構成される。その他の実施態様では、超音波信号は、50、100、または200(fps)の取得レートで取得することができる。任意に、超音波信号は、毎秒200フレーム数(fps)以上の取得レートで取得することができる。その他の実施例では、受信超音波信号は、約100fps〜200fpsの範囲内のフレームレートで取得することができる。いくつかの例示的な態様では、振動子の長さは視野に等しい。視野は、心臓学用の小動物の心臓および周囲組織、並びに腹部イメージング用の実物大の胎児など、関連する臓器を含むのに十分な広さにすることができる。一実施態様では、振動子の双方向帯域幅は、約50%〜100%で良い。任意に、振動子の双方向帯域幅は、約60%〜70%で良い。双方向帯域幅は、振動子が超音波の送信機、および受信器の両方として使用される時に生じる振動子の帯域幅を意味し、つまり双方向帯域幅は、二乗単方向スペクトルの帯域幅である。
様々な実施態様では、振動子としては、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、または曲線アレイ振動子が挙げられるが、これらだけに限らない。線形アレイは、一般に平坦であり、つまりすべての素子は、同じ(平坦な)平面に存在する。曲線線形アレイは、一般に、素子が曲線状平面内に存在するように構成される。本明細書に記載されている振動子は、「固定」振動子である。「固定」という用語は、振動子アレイが、所望の動作パラメータを達成するか、または超音波データのフレームを取得するために、超音波の送信または受信時に、方位角方向の運動を利用しないことを意味する。さらに、振動子を走査ヘッドまたはその他のイメージングプローブ内に配置する場合、「固定」という用語は、振動子が、動作時に走査ヘッド、プローブ、またはこれらの部分に対して、方位角方向または左右方向に移動しないことも意味する。上記のように固定されている上記の振動子は、全体的に、「アレイ」、「振動子」、「超音波振動子」、「超音波アレイ」、「アレイ振動子」、「アレイド振動子」、「超音波振動子」、もしくはこれらの組合せとして記載されるか、または当業者が超音波振動子を意味すると認識すると思われるその他の用語で記載される。本明細書に記載される振動子は、超音波フレーム間で移動することが可能性であり、たとえば、超音波データのフレームを取得した後の走査平面間で移動することが可能だが、このような移動は、振動子の動作に必須ではない。しかし、当業者が理解するとおり、本発明のシステムの振動子は、イメージングされたオブジェクトに対して移動することが可能だが、動作パラメータに関しては固定された状態を維持する。たとえば、振動子は、動作時に被検体に対して移動し、走査平面の位置を変更するか、または被検体もしくはその下にある生体構造の異なる視界を取得することが可能である。
このシステムは、各々の受信チャネルに1つまたは複数の信号サンプラをさらに含むことができる。信号サンプラは、アナログデジタル変換器(ADC)で良い。信号サンプラは、受信信号を直接サンプリングするための直接サンプリング技術を使用することができる。任意に、信号サンプラは、帯域幅サンプリングを使用して、受信信号をサンプリングすることができる。別の態様では、信号サンプラは、直交サンプリングを使用して、受信信号をサンプリングすることができる。任意に、直交サンプリングでは、信号サンプラは、位相が90°変位したサンプリングクロックを含む。また、直交サンプリングでは、サンプリングクロックは受信期間も有し、受信クロック周波数は、受信超音波信号の中心周波数にほぼ等しくて良いが、送信周波数とは異なる。たとえば、多くの状況では、受信信号の中心周波数は、イメージングされる組織内の周波数依存減衰により、送信信号の中心周波数より低く変位した。こうした状況では、受信サンプルクロック周波数は、送信周波数より低くて良い。
次に、図2A〜15Bを参照すると、本発明の一実施態様による回路基板は、例示的な振動子を収納するように構成され、少なくとも1つの従来のコネクタに接続するようにさらに構成される。本明細書に記載するとおり、要求された信号の送信および/または供給用のケーブルと相補的に接続するように構成することができる。図を参照すると、回路基板の微細な詳細により、別様に指示されていない限り、図面は、相補的な回路基板および関連するマルチ素子アレイを単に表している。図5A〜5Cは、75ミクロンピッチを有する256個の素子アレイ用の例示的な回路基板の様々な図を示す。
2つの信号ピン、GND
3つの信号ピン、GND
2つの信号ピン、GND
3つの信号ピン. . . .
.. . 、GND
3つの信号ピン、GND
2つの信号ピン、GND
2つの信号ピン、GND。
例示的な医療用ケーブルは、図15Aに部分的に示すように、処理ユニットに接続するケーブルの端部である近位端にZIFコネクタを備える。当業者は、ケーブル組立体のいくつかの構造が可能であることを理解するであろう。図15Bは、例示的なZIFコネクタに使用可能なピン配列を示す。Gというラベルを付けられたピンは、信号リターンピンである。N/Cというラベルを付けられたピンは同軸ケーブルで終端せず、これらのピンは、シャーシ接地を保護するか、または特定されていないその他の機能として使用するために留保される。N/Cピンは、単にZIF筐体を取り外し、ZIFに接続される12個のPCBの何れかの未使用のトレースのはんだを除去することによって接近することができる。
本発明による超音波システム1600の例示的な実施態様を図16に示す。図16は、例示的な超音波イメージングシステム1600を示すブロック図である。様々な図面に示されているブロックは、システム1600の一実施態様内で行われるプロセスの機能表現で良い。しかし、実際上、機能は、システム1600内のいくつかの位置またはモジュール全体で行われる。
図23は、本発明の一実施態様による例示的なシステムを示すブロック図である。例示的なシステム2300は、たとえば最大256の素子を有する線形アレイと結合される。マイクロ同軸ケーブル2304の束は、アレイ2302と処理ユニット2306との間の信号の送信を提供する。例示的なシステムは、処理ユニットをさらに備える。
システム、またはその一部は、たとえばカートなどの移動可能な構成内に収容され、ビーム成形器の電子回路2316、コンピュータユニット2310、および電源ユニット2312を含む。ユーザインターフェースは、カスタムコントロールを含む一体型キーボード2318、トラックボール、モニター、スピーカ、およびDVDドライブを備える。カートのフロントパネル2320は、アレイベースの振動子2302、並びにECG、血圧、および温度など、マウスの生理学的情報を接続するコネクタ2322を有する。カートの後部周辺パネル2314は、リモートモニター、フットスイッチ、およびネットワーク2324などの様々な周辺デバイスの接続を可能にする。カートは、様々な電子回路の熱を制御するための冷却ファン2326、エアガイド、および換気口のシステムを有する。
濾過された周囲空気は、ファン2326の使用により、たとえば、ビーム成形器電子回路(つまり、ビーム成形器カードケージ2316、およびコンピュータユニット2310)を含むシステムカートの電子回路に供給される。冷却システムは、たとえば、一実施態様では、+10〜+35℃の周囲動作温度範囲をサポートし、排気温度は、周囲温度より上の20℃未満に維持されるが、その他の周囲動作温度範囲は本発明の範囲内で考えられる。
一実施態様では、例示的なシステムには、外部の電磁エネルギーが、システムの動作を干渉するのを防止し、システムが生成する電磁エネルギーがシステムから放射されるのを防止するため、接触EMIシールドが備えられる。
本発明による例示的なシステムの電子回路のの一実施態様の概略を図24に示す。この図では、例示的なシステムは、電源ユニット2402、器具電子回路差ブラック、およびコンピュータユニットから成る。電源ユニット2402は、ACおよびDC電力をカートに分配する。たとえば、48VのDC電圧は、器具電子回路サブラックに供給されるが、その他の電圧は本発明の範囲内で考えられる。器具電子回路サブラックは、ビーム成形器制御盤2404、4つの同じチャネル基板2406、およびバックプレーン2408を収容する。基板2406は、たとえばブラインド嵌合コネクタを介してバックプレーン2408と嵌合する。器具電子回路は、たとえばPCIエクスプレス接続2410を介してコンピュータユニットと通信する。
例示的なチャネル基板は、図18a〜18dに示し、これらの図に関連して以前に説明した。チャネル基板2406は、送信ビーム成形に適するタイミングで送信信号を生成し、受信信号を取得、デジタル化、およびビーム成形する。図24の例示的な実施態様では、4つのチャネル基板2406があり、各々の基板は16の送信チャネルおよび16の受信チャネルを備える 各々のチャネル基板2406は、送信出力ステージ、電源回路構成、送信ビーム成形器用のFPGA、受信ビーム成形器の部分和を提供するためのFPGA、ビーム成形器バス、およびバックプレーンとの接続を含む64のフロントエンド回路も備える。
送信チャネルの多重化は、送信出力ステージの前に行われる。送信ビーム成形器は、最大256個の素子を有するアレイで動作することができるので、1つの素子に1つ、256個の送信出力ステージが存在する。図20および21に示し、これらの図に関して説明するとおり、各々の出力ステージは、中心タップ変換器を駆動する2つのMOSFETから成り、中心タップにおける電源電圧はパルス振幅を制御する。出力波形は、可変サイクル数を有するほぼ方形波である。変換器の二次の一方の端部はアレイ素子に至り、他方の端部は受信保護回路に至る。受信インピーダンス素子は、インピーダンス整合およびフィルタリングを提供する。各々のMOSFETと直列のFETスイッチは、多重化を提供する。変換器および誘導子は、たとえば、プリント回路基板上のトレースとしてインプリメントされる。変換器には、基板の開口部内に挿入されるフェライト磁針がある。
各々の送信チャネルは、図18で分かるとおり、4つの出力ステージに多重化される。チャネルごとに2つの送信信号があり、プッシュプル出力ステージの各々の位相を駆動する。図20および21で分かるとおり、送信チャネルのアナログセクションは、適切な増減時期に、出力ステージのMOSFETのゲートキャパシタンスを駆動することが可能なプッシュプルタイプのドライバ回路から成る。これらは、アナログスイッチにより、出力ステージに多重化される。
図22で分かるとおり、送信ビーム成形器は、DDRメモリを使用して、最大約800Hzで計時される送信波形を生成する。各々のチャネルは、DDRメモリ出力を使用する。出力クロックレートは、中心周波数(cf)の約16倍であり、それによって適切な遅延分解能の機能を提供する。ジッターは、PECLでDDR出力を再計時することによって減少する。図22Aで分かるとおり、約16倍のクロックレートでは、送信波形整形は、正または負の半周期の幅を調節することによって行うことができる。この機能は、正および負の半周期間に「不感時間」を導入し、出力パルスの波形を改善することができる。
256個の素子から成る振動子アレイの場合、1つのセクションが各々のアレイ素子に専用の256個のフロントエンド回路セクションがある。図17で分かるとおり、各々のフロントエンド回路は、フロントエンド変換器1702、送信出力ステージ1703、送信MUX 1708、受信MUX1704、ダイオードリミッタ、および受信フィルタリング用の構成要素を備える。
図17で分かるとおり、各々の受信チャネルは、受信信号の取得に関連する回路素子を含む。受信マルチプレクサ1704は、64個の受信チャネルをアクティブアパーチャ内の素子に接続し、これらの素子は、256素子アレイ内の最大64個の素子のサブセットである。
図17に示す類の受信ビーム成形器は、受信アパーチャの各々のチャネルが取得したデジタルデータを個々に処理および加算するモジュールである。その機能としては、たとえば、受信アパーチャサイズの動的制御、つまり、各々の受信サンプルの取得時に使用されるチャネル数、受信アポダイゼーションの動的制御、つまり、受信アパーチャに適用されるウィンドウ、動的受信集束、つまり受信信号のアップサンプリング、および各々のサンプルの取得時に、補間フィルタの使用により、各々の受信チャネルに適用される遅延の調節、並びにアレイ内のアパーチャ位置の変化が挙げられる。
図24の例示的なに示すように、4つのチャネル基板2406があり、各々のチャネルは、26の送信チャネルおよび16の受信チャネルを含み、これらのチャネルはすべて、バックプレーン内に差し込まれる。各々のチャネル基板には、バックプレーン内の位置に基づいてアドレスが割り当てられ、各々の基板を個々に制御することができる。
図24の例示的なシステムのビーム成形器制御盤2404は、ホストCPU(バックエンド)に対するデータのアップリンク、並びにハードウェア電子回路の集中タイミングおよび制御を提供する。ホストCPUに対するリンクは、PCI Expressバス2410を介して行われ、レーンごとに各方向に約250MB/秒のデータビットレートを可能にする。×8レーン幅PCI Expressリンクは、約4GB/秒のピークフルデュプレックス帯域幅を提供する。
送信ビーム成形器制御装置:
送信(TX)ビーム成形器制御装置は、各送信ラインの送信ビーム成形器パラメータを更新する。パラメータは、送信中心周波数(fc)における粗遅延数、微細遅延サイクル数(16×fcにおける)、送信波形(16×fcにおける)、送信サイクル数、送信選択、および送信電圧を含む。送信ビーム成形器の制御は、二重モード、三重モード、または複数の焦点域のパラメータの更新も予定する。
受信ビーム成形器制御装置は、各々のチャネルの受信遅延プロファイル、アパーチャサイズ、およびアポダイゼーションを制御する。遅延制御は、粗遅延および微細遅延から成り、これらは、それぞれデュアルポートRAM読取りポインタ、および補間フィルタ係数セレクタビットによって制御される。
送信/受信同期化のブロック図を図27に示す。BモードおよびMモードイメージングの場合、異なる送信および受信周波数を使用することができる。しかし、クロックは非同期なので、送信サイクルと受信サイクルとの間のライン間タイミング差ジッターが導入される。図27の実施態様に示すように、送信および受信クロックを同期化する方法は、プログラム可能なドライバ(TX_除算器)2714を使用して、送信クロック(TXCLK×16)から受信クロック(RXCLK_B)を生成することである。受信周波数は、一定の比率の送信周波数である。比率は、送信クロック周波数×16をNで除算した値であり、Nは整数である。たとえば、30MHzの送信クロック周波数、および26.7MHzの受信クロック(RXCLK_B)周波数を生成するには、TX_除算器2714は、18で除算するように設定される。除算器の性質により、RXCLK_Bは、TXCLK×16と良好な位相整列状態にあり、2つのクロックは常に、最小位相差を有する。RXCLK_Bは、ライントリガ(SOL)2702の開始を同期化するために使用される。ライントリガの同期化の開始(SOL_S)2704は、TX_TRGを生成する。TX_TRGは、TX_TRG SYNC2716によってTXCLK×8に同期化される。SOL_SおよびTX_TRG間の遅延は、必要に応じて加算することができる。TX_TRGは、送信サイクルを開始するように送信ビーム成形器に信号を送信する。RXGATEはRXCLK_Bに同期化され、データの取得を開始するように受信ビーム成形器に信号を送信する。乗算器(RX PLL)2718は、I/Qクロック発生器2720がIおよびQクロックを生成するために必要とするRXCLK×4クロック周波数を提供する。
クロック発生器2428は、送信および受信ビーム成形に適するクロック周波数を提供する。クロック発生器2428は、低ジッターマスタークロック、プログラム可能除算器、クロックバッファ、および再同期化回路を備える。周波数は、送信周波数(fc)−−25〜50MHz、受信周波数−−同相および直交の20〜50MHz、デジタルクロック−−fc×2、×4、×8、×16である。この例示的な実施態様に使用される最高速のクロックは、800MHz(50MHz×16)で良い。
PCI Expressブリッジ 2426は、PCIバス2410を介してホストCPUおよび内臓CPU2424を接続する。これは、RFシネバッファ2420からホストプロセッサメモリへ、およびこの逆のDMA転送を可能にする。PCI Expressは、PCIおよびPCI−Xバスの通信モードに基づく。PCI Expressは、シングルまたはバースト読み/書きコマンドで、PCIおよびPCI−Xと同じメモリマッピングアドレス空間を使用する。しかし、PCI Expressは、スイッチを使用して異なるデバイスを接続するポイント間シリアルインターコネクトであるが、PCIおよびPCI−Xはパラレルマルチドロップバスである。PCI Expressは、カードエッジコネクタを介するか、またはケーブル上で、チップ間または基板間通信リンクとして使用することができる。
チャネル基板2416からの部分和ビーム成形器のRFデータは、合成アパーチャFPGA内で最初に処理される。この処理は、ビーム成形器の最終加算、合成アパーチャ、およびFIFOへの書込みを含む。
機能上、RFシネバッファ2420は、たとえば、1GバイトのデュアルポートRAMである。RFシネバッファ2420は、ラインおよびフレームに構成されたRFデータを記憶するランダムアクセスメモリブロックである。データは、非同期信号処理をサポートする様々なレートの入力および出力で良い。データ流は、インターリーブされたIおよびQビーム成形データから構成される。FIFOバッファは、ビーム成形器データの記憶装置を提供し、メモリは、次の表示期間でCPUによって読み取られる。
上記の例示的な超音波システムの一実施態様によると、ある動作モードでは、1秒当たり数百フレームの範囲の非常に高い取得フレームレートが可能である。表示レートは、取得レートに等しい必要はない。ヒトの眼は限られた反応時間を有し、急激な運動の変化では、ローパスフィルタとして作用する。30fpsを超えるフレームレートは、感知される運動情報を増加する上で殆ど利点はない。このため、表示された超音波画像情報は、取得レートが非常に高い場合、30fps以下の処理データレートで良い。取得を信号処理から分離するには、大型のRFバッファメモリを使用して、ビーム成形器出力データを記憶する。ビーム成形器の出力データ(date)をバッファするための例示的な構造を図28に示す。図28に示すように、メモリバッファ2800は、RFデータの多くのフレームを保持することができる。512波長の深さの場合、16ビットの直交サンプリングされたフルラインRFのは、4Kバイト(1024、I、Qサンプル*32ビット/対)を使用する。フレーム当たり512の光線の場合、1Gバイトのメモリバッファは512の2Dフレームを保持することができる。バッファに書き込まれるフレームのトラックを維持するには、書込みコントローラは、「最初のフレーム」および「最後のフレーム」ポインタを維持し、これらのポインタは、信号処理タスクによって読み取ることができ、読取りに使用可能なバッファ内の最初のフレーム、および読取りに使用可能な最後のフレームをそれぞれ指示する。
ビーム成形器制御盤2404は、ホストCPU上のデータロードおよび/または通信ロードを減少させるため、データパス内に信号プロセッサ2422を備える。プロセッサ2422は、たとえば、十分な数の乗算器およびメモリを含むFPGA、または、たとえば970PPCもしくは汎用DSPなどのCPUで良い。実行される信号処理機能は、ビーム成形器制御盤2404上の信号処理モジュール2422、およびコンピュータユニット(つまり、ホストコンピュータ)間で分割される。これらの機能は、ポストビーム成形制御、Bモード振幅の検出およびログの圧縮、PWドップラースペクトル概算、カラーフロークラッタフィルタ、および周波数/電力概算、非同期信号処理、またはフレーム平均を含む。どこで処理を行うかを決定する際に考慮される要素は、必要な処理速度、処理の複雑さ、および必要なデータ転送レートである。
Bモードイメージングの場合、信号処理モジュール2422は、ライン補間、検出、および非各を含むプロセスを実行する。
本発明による一実施態様では、ドップラーカラーフローイメージングは、Bモードイメージングと結合し、その結果、Bモード信号パスおよびドップラーカラーフロー信号パスの共通ブロックは、時間多重化され、両方のタイプの処理を提供する。一般に、Bモードラインは、当業者が周知しているとおり、BモードおよびCFIの相対光線ライン密度に応じて、各々の集合の1つまたは2つのラインのRFデータの取得でCFI集合間で取得される(一般的なCFI画像は、Bモードの光線ライン密度の半分を使用する)。
パルス状ドップラー取得は、単独で、二重モード、または三重モードである。二重モードの場合、PWドップラー送信パルスは、Bモード送信パルスとインターリーブされ、その結果、Bモード画像はリアルタイムで更新され、PWドップラーしのぐが取得される。インターリーブの方法は、選択されるドップラーPRFに基づく。Bモードイメージングとパルス状ドップラー処理間との間で共用される構成要素は時間多重化され、両方のタイプの処理が行われる。
Mモードイメージングでは、信号処理モジュール2422は、検出および比較を含む処理を実行する。
EKVは、タイミングイベントとして使用されるECG(心電計)信号を使用する後処理動作として、極めて高いフレームレート画像が生成される取得方法である(1秒当たり1000フレーム以上)。EKVイメージングは、単一素子の機械的走査振動子、または振動子アレイを使用してインプリメントされる。EKVイメージングは、2−D画像の各々のライン位置において、1000Hz以上のPRFで、ある期間にわたって超音波ラインを得する。各々のライン位置で超音波ラインが得される期間は、EKV期間と呼ばれ、たとえば1秒であり、これは、マウスまたは他の小動物の数回の心周期を捕捉するのに十分な長さである。各々の超音波ラインの取得は、単一送信パルスの点火、その後の返される超音波データの取得を含む。たとえば、2−D画像内に250のラインが存在する場合、EKVデータ集合で合計250,000の超音波ラインが取得される。EKV画像の各々のフレームは、心周期の同じ時間に取得される超音波ラインを集合させることによって再現される。
ビーム成形器制御盤2404上の内蔵CPU2422は、一実施態様では、PCIインターフェース2426およびDDRメモリインターフェースを有する32ビット内蔵マイクロプロセッサである。内蔵CPU2424の主な機能は、データとラフィック制御である。これは、受信ビーム成形器FIFO2418からRFシネバッファ2420、RFシネバッファ2420から信号処理モジュール2422、および信号処理モジュール2422からホストPCまでのデータの流れを制御する。
生理学的取得システム2430(または「マウス取得システム」)はマウス情報システムの入力部2438からのアナログ信号をフィルタリングして変換する。これらの信号は、被検体のECG、温度、呼吸作用、および血圧を含む。データの変換後、データは、ローカルバスを介して内蔵CPU2424のメモリに転送され、次にホストCPUに転送され、PCI Expressリンク2410を介して表示される。
ビーム成形器制御盤2404は、ラック電源2432を監視し、各々の基板上に生成される電圧を低下させる。たとえば、ラック電源2432は、+48VDCをバックプレーン2408に提供する。一実施態様では、各々のチャネル基板2406上の2つの高電圧調整装置が、フロントエンド回路の送信部分を供給する。ビーム成形器制御盤2404は、これらの調整装置の過電流または過電圧状態を監視する。
バックプレーン2408は、器具電子回路カードケージに実装される。一実施態様では、バックプレーン2408は、各々の基板を差し込むことを可能にするブラインド嵌合縁部コネクタを有するが、その他の接続スキームは本発明の範囲内で考えられる。バックプレーン2408は、基板と、カードケージ外部の信号の入力/出力コネクタとの間の相互接続を提供する。一実施態様では、バックプレーンのサイズは、高さ8U×幅84HPであり、8U×19”のラックマウントのVME式カードケージ内に適合する。カードケージの深さは、一実施態様では280mmである。
システムソフトウェア2330の一実施態様の概略は、図29に示す。一般に、システムソフトウェア2330は、Windows(登録商標) XPオペレーティングシステムを実行するIntelプロセッサプラットフォームなどのプロセッサプラットフォーム上で動作する。システムの一実施態様のプロセッサプラットフォームは、本明細書で以前に説明したコンピュータユニット2310によって提供される。あるいは、システムソフトウェア2330は、調査研究用の独立ワークステーションにロードされる。ワークステーションは、ビーム成形器ハードウェアを含まず、新しいデータを取得するための振動子も持たない。ワークステーションは、以前に取得された研究データを調査し、処理機能の限られた集合を実行する。たとえば、ユーザは、測定、異なるフレームレートでの再生、またはカラーマップの変更を追加することができる。
再び図24を参照すると、本発明によるこの実施態様では、システムは、カートの前部に1つの振動子コネクタ2438を有することが可能であり、振動子を切り換える場合、ユーザは最初の振動子を物理的に外し、次に別の振動子を差し込むことが可能であることが分かる。一実施態様では、これは、360ピン振動子コネクタ2438で良い。別の実施態様では、フロントパネルに2つの振動子コネクタを有する振動子選択基板を使用すると、物理的に振動子に触れずに、振動子間で切り換えることができる。
超音波イメージングシステムのもう1つの例示的な実施態様は、以下で説明し、図31に示すように、モジュール式のソフトウェアベースのアーキテクチャを含む。
この例示的なシステムのビーム成形器モジュール3102は、送信ビーム成形器を備える。送信ビーム成形器は、たとえば、アレイ素子のサブセットの選択によるアパーチャ制御、送信パルスの開始までの遅延タイミング、送信波形の生成、および送信アポダイゼーション制御を含む機能を提供することができる。例示的な実施態様の場合、振動子アレイ3112が使用される。一実施態様では、この振動子アレイ3112は、最大256個の素子を含む。送信器パルスドライバを振動子素子に切り換える高電圧の必要性をなくすため、ビーム成形器モジュール3102の送信ビーム成形器構成要素は、振動子アレイ素子の数に相当する多数の送信器から構成される。たとえば、256個の素子を有する例示的なアレイ振動子の場合、送信ビーム成形器は256個の送信器を備える。任意に、送信ビーム成形器は、256個未満の送信器、および個々の送信器を特定の素子に接続するための高電圧切換え方法を含むことができる。高電圧マルチプレクサは、256素子アレイからの線形サブセットを選択するために使用される。
ビーム成形器モジュール3102は、受信ビーム成形器構成要素も備える。例示的なシステムに使用できるインプリメンテーションを形成するいくつかの様々な受信ビームがある。以下に記載するデジタルな方法は、受信アパーチャ内の各々の素子のための最小のA/D変換器を有する。この例示的な実施態様では、A/D変換器のビット深度は10ビットであり、これは、−50dBの信号レベルで所望のビーム成形正確度を与える。A/Dダイナミックレンジは、スプリアスローブを減少させ、所望のコントラスト分解能を提供するように選択される。8ビットA/D変換器は、適切な場合は使用することができる。例示的なシステムの実施態様は64個の受信チャネルを使用し、合成アパーチャを使用して、最大フレームレートが不要なアプリケーションに128チャネルの受信アパーチャをインプリメントする。デジタル受信ビーム形成インプリメンテーションの1つの任意の方法は、信号の最高周波数より少なくとも2倍高いレートで(多くの場合、Nyquistレートと呼ばれる)、個々の素子から超音波信号をサンプリングする。たとえば、50MHz、100%帯域幅の振動子のNyquistサンプリングレートは、150MHz以上である。
ビーム成形器モジュール3102の受信ビーム成形器の構成要素の別の任意のサンプリング方法は、帯域幅サンプリングである。当業者が周知しているサンプリング理論は、連続関数は、帯域幅、Bヘルツ内の周波数のみを含む場合、1/(2*B)秒未満だけ離れている一連の点における値によって完全に決定されると規定している。帯域幅制限信号のサンプリングによって、サンプリングスペクトルとの一定の関係で現われる信号スペクトルの複数のコピーが得られる。これらの複製スペクトルが重複していないことを条件として、アンダーサンプルされたデータから最初の信号を再現することが可能である。たとえば、30MHzに中心をがある20MHzの最大帯域幅を有し、40MHzのレートでサンプリングされた信号を考える。この状況では、スペクトルは、図32に示すように複製される。最初のスペクトルは、40MHzのサンプルレートが信号のすべての情報を保存するのに適する場合、周波数スペクトルの0〜20MHz部分で複製される(また、スペクトルはfs/2周波数付近で反射するが、これは、後続の信号処理で考慮に入れることができる)。
直交サンプリングとして周知されている帯域幅サンプリングのもう1つの形式は、ビーム成形器モジュール3102の受信ビーム成形器の構成要素の実施態様に任意に使用することができる。このサンプリング方法では、2つのサンプルは、中心周波数に対して90°位相で取得される。これらのサンプルは、信号の帯域幅に等しい間隔で再現することができる。たとえば、直交サンプルが、中心周波数のすべての期間で取得される場合、サンプルレートは100%の帯域幅信号をサポートする。直交サンプリングから得られるサンプルの対は、サンプルが、異なる時間に取得されるため、真の相補(complimentary)対ではないが、分析波形の真のサンプルであり、共点直交サンプルは、2つのIおよびQサンプリングされた波形のサンプルを適時に同じ点に補間することによって観察することができる。直交サンプリングは、中心周波数の4倍でサンプリングする1つの高いサンプルレート変換器、または各々が中心周波数で動作するが、クロックは、中心周波数に対して90°だけ位相が異なる2つの比較的低い周波数変換器と共にインプリメントされるる。
任意に、さらに別の形式のサンプリングを受信ビーム成形器に使用することができる。この形式のサンプリングは、帯域幅サンプリングと結合するNyquistサンプリングである。通常のNyquistサンプリングは、比較的低い振動子中心周波数に使用され、帯域幅サンプリングは、比較的高い周波数に使用される。105MSPSの最大サンプルレートを有する商業的に使用可能な10ビットA/Dが使用可能である。このサンプルレート能力では、100%帯域幅を有する30MHz中心周波数振動子は、Nyquistレートで適切にサンプリングすることができる。40MHzでは、Nyquistサンプリングは、最大約60%の帯域幅を有する振動子に使用することができ、その結果、この中心周波数またはそれ以上の周波数では、帯域幅サンプリングを使用することができる。これらの比較的高いサンプルレートが使用される場合、ビーム成形器の処理回路構成は、比較的高いクロックレート、およびさらに高い記憶装置要件にも適応する。
(1) Qr=I*sin(角度)+Q*cos(角度)
(2) Ir=I*cos(角度)−Q*sin(角度)
補間されたIおよびQサンプルにこれらの回転方程式を使用すると、回転したIおよびQをコヒーレントに加算することが可能である。IおよびQサンプルの回転は、補間に使用される8つの係数に組み入れることができる。たとえば、偶数サンプルがIサンプルである最初の補間ウィンドウを使用する場合、上記の方程式(1)のsin(角度)は、各々のI係数を乗算することができ、cos(角度の項は、各々のQ係数を乗算することができる。次に、すべての積項を一緒に加算すると、結果として得られるFIRフィルタは、回転したQ値を提供する。同様に、係数の別の集合は、回転したI値を計算するために使用することができる。このスキームでは、FIRフィルタは、サンプル期間ごとに2回動作し、異なる係数を使用して、回転したQおよびI値の出力流を生成する。この流れは、他のチャネルの回転QおよびI値の流れと加算して、ビーム成形器の出力を生成することができ、この出力は、この場合、ダインターリーブされたI、Qデータであり、ウンコンバートされた加算RFを表す。あるいは、QおよびI値の補間は、各々4つの係数を有する別個のFIRフィルタと共にインプリメントされる。このスキームでは、位相回転は、補間後のステージでインプリメントされる。
ビーム成形に補間フィルタを使用すると、マルチライン走査が可能になる。マルチライン走査では、いくつかの受信ラインが、図38に示すように、同じ送信ビームで再現される。送信ビームは、一般に、受信ラインが取得される領域をカバーする大きい被写界深度と共に広げられる。
最大256個の素子を有するアレイに対する例示的なシステムインターフェースは、超音波画像を取得するために使用される。表4は、画像を取得するための例示的な深度範囲、視野、Bモードのフレームレート、およびカラーフローイメージングのフレームレートを示す。これらの動作パラメータは、左端の列に記載されている特定の小動物イメージングアプリケーションに使用することができる。しかし、当業者には明らかなとおり、動作パラメータのその他組合せは、小動物およびヒトの被検体の解剖学的構造またはその一部をイメージングするために使用することができる。
Claims (118)
- 超音波イメージングシステムであって、
送信超音波信号を被検体内に、最大で少なくとも55メガヘルツ(MHz)の送信中心周波数で送信するための複数の素子を有するアレイド超音波振動子と、
前記アレイド超音波振動子と動作可能に接続する信号処理ユニットであって、前記信号処理ユニットがさらに、
1つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)から成るデジタル送信ビーム成形器サブシステムであって、各々がFPGAクロック周波数(FPGAfc)を有し、前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間を有するサブシステムと、
受信ビーム成形器サブシステムと、
フロントエンド電子回路モジュールと、
ビーム成形器制御装置モジュールと、
信号処理モジュールと、
コンピュータユニットと
を備える前記信号処理ユニットとから成り、
前記信号処理ユニットが、少なくとも15MHzの周波数を有する受信超音波信号を、複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子から取得するように構成される超音波イメージングシステム。 - 前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、二重データレート(DDR)出力を有する並列/直列変換器を備え、
前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、前記送信超音波信号の微細遅延および半周期部分を、前記並列/直列変換器によって直列ビット流に変換されるビットワードに符号化することによって、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間で最大少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成される、請求項1に記載の超音波イメージングシステム。 - 前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、前記送信超音波信号の微細遅延および半周期部分を、前記並列/直列変換器によって直列ビット流に変換される16ビットワードに符号化することによって、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間で大少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成される、請求項2に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記送信超音波信号が、正のパルス波を有する正の送信パルスと、負のパルス波を有する負の送信パルスとから成り、前記正のパルス波および前記負のパルス波が個々に調節可能である、請求項2に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記送信超音波信号が、複数の正の半波サイクル部分から成り、各々の正の半波サイクル部分が、少なくとも1つの前記正の送信パルスから成り、前記送信超音波信号が、さらに複数の負の半波サイクル部分から成り、各々の負の半波サイクル部分が、少なくとも1つの負の送信パルスから成り、各々の正の送信パルスが、各々の正の半波サイクル部分の持続時間で調節可能であり、各々の負の送信パルスが、各々の負の半波サイクル部分の持続時間で調節可能である、請求項4に記載の超音波イメージングシステム。
- 各々の正の半波サイクル内の前記少なくとも1つの前記正の送信パルスの各々の微細遅延が調節可能であり、各々の負の半波サイクル内の前記少なくとも1つの前記複数の送信パルスの各々の微細遅延が調節可能である、請求項5に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記送信超音波信号が、送信サイクル数から成り、前記送信サイクル数が調節可能である、請求項4に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記フロントエンド電子回路モジュールが、交換可能な差込みモジュールとして構成される、請求項1に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記信号処理ユニットが、前記受信超音波信号を前記アレイド超音波振動子から取得するように構成され、前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、曲線アレイ振動子から成る群から選択される、請求項1に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記送信超音波信号が、約15MHz〜少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する、請求項1に記載の超音波イメージングシステム。
- 器ch取得超音波信号が、約15MHz〜約55MHzの送信中心周波数を有する、請求項1に記載の超音波イメージングシステム。
- アレイド超音波イメージングシステム用の信号処理ユニットであって、
最大少なくとも55MHzの送信中心周波数で動作するように構成されたデジタル送信ビーム成形器サブシステムであって、前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、さらに1つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)から成り、各々が、FPGAクロック周波数(FPGA fc)を有し、前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間を有するデジタル送信ビーム成形器サブシステムと、
デジタル受信ビーム成形器サブシステムと、
フロントエンド電子回路モジュールと、
ビーム成形器制御装置モジュールと、
信号処理モジュールと、
コンピュータユニットとを備え、
前記信号処理ユニットが、複数の素子を有するアレイド超音波振動子から受信超音波信号を取得するように構成される信号処理ユニット。 - 前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、二重データレート(DDR)出力を有する並列/直列変換器をさらに備え、
前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、前記送信超音波信号の微細遅延および半周期部分を、前記並列/直列変換器によって直列ビット流に変換されるビットワードに符号化することによって、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間で最大少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成される、請求項12に記載の信号処理ユニット。 - 前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、前記送信超音波信号の微細遅延および半周期部分を、前記並列/直列変換器によって直列ビット流に変換された16ビットワードに符号化することによって、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間で最大少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成される、請求項13に記載の信号処理ユニット。
- 前記送信超音波信号が、正の送信パルス波、および負の送信パルス波から成り、前記送信パルス波および負のパルス波が別個に調節可能である、請求項13に記載の信号処理ユニット。
- 前記送信超音波信号が、送信サイクル数から成り、前記送信サイクル数が調節可能である、請求項15に記載の信号処理ユニット。
- 前記フロントエンド電子回路モジュールが、交換可能な差込みモジュールとして構成される、請求項12に記載の信号処理ユニット。
- 前記信号処理ユニットが、前記受信超音波信号を前記アレイド超音波振動子から取得するように構成され、前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、曲線アレイ振動子から成る群から選択される、請求項12に記載の信号処理ユニット。
- 前記送信中心周波数が、約15MHz〜少なくとも55MHzである、請求項12に記載の信号処理ユニット。
- 前記送信中心周波数が約15MHz〜約55MHzである、請求項12に記載の信号処理ユニット。
- アレイド超音波イメージングシステム用のデジタル送信ビーム成形器であって、
各々がFPGAクロック周波数(FPGA fc)を有する1つまたは複数のFPGAと、
二重データレート(DDR)出力を有する並列/直列変換器とを備え、
前記デジタル送信ビーム成形器が、前記送信超音波信号の微細遅延および半周期部分を、前記並列/直列変換器によって直列ビット流に変換されるビットワードに符号化することによって、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間で最大少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成される送信ビーム成形器。 - 前記送信超音波信号が、正の送信パルス波および負の送信パルス波から成り、前記送信パルス波および負の送信パルス波が個々に調節可能である、請求項21に記載のデジタル送信ビーム成形器。
- 前記送信超音波信号が送信サイクル数から成り、前記送信サイクル数が調節可能である、請求項22に記載のデジタル送信ビーム成形器。
- 前記デジタル送信ビーム成形器が、アレイド超音波振動子と動作可能に接続され、前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、および曲線アレイ振動子から成る群から選択される、請求項21に記載のデジタル送信ビーム成形器。
- 前記送信中心周波数が約15MHz〜少なくとも55MHzである、請求項21に記載のデジタル送信ビーム成形器。
- 前記送信中心周波数が、約15MHz〜約55MHzである、請求項21に記載のデジタル送信ビーム成形器。
- 前記デジタル送信ビーム成形器が、前記送信超音波信号の微細遅延および半周期部分を、前記並列/直列変換器によって直列ビット流に変換される16ビットワードに符号化することによって、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間で最大少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成される、請求項21に記載のデジタル送信ビーム成形器。
- 超音波イメージングシステムであって、
最大少なくとも55メガヘルツ(MHz)の送信中心周波数で、送信超音波信号を被検体内に送信するための複数の素子を有するアレイド超音波振動子と、
前記アレイド超音波振動子に動作可能に接続された信号処理ユニットと
を備え、前記信号処理ユニットがさらに、
デジタル送信ビーム成形器サブシステムと、
受信ビーム成形器サブシステムと、
フロントエンド電子回路モジュールと、
ビーム成形制御モジュールと、
直交サンプリングを使用し、受信サンプリング周波数を有する信号処理モジュールと、
コンピュータユニットとから構成され、
前記受信サンプリング周波数が選択的に選択されるように構成される超音波イメージングシステム。 - 前記受信サンプリング周波数が、前記送信中心周波数とは異なる周波数で選択される、請求項28に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記受信サンプリング周波数が、前記送信中心周波数と同じ周波数で選択される、請求項28に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、前記受信サンプリング周波数が前記送信焦点深度に依存するように、送信焦点深度をさらに含む、請求項28に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記受信サンプリング周波数が、前記送信焦点深度が増加するにつれて減少する、請求項30に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、二重データレート(DDR)出力を有する並列/直列変換器をさらに備え、
前記デジタル送信ビーム成形器が、前記送信超音波信号の微細遅延および半周期部分を、前記並列/直列変換器によって直列ビット流に変換されるビットワードに符号化することによって、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間で最大少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成される、請求項28に記載の超音波イメージングシステム。 - 前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、前記送信超音波信号の微細遅延および半周期部分を、前記並列/直列変換器によって直列ビット流に変換される16ビットワードに符号化することによって、少なくとも[1/(2×FPGA fc)]以上の遅延分解能時間で最大少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する超音波信号を送信するように構成される、請求項33に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記送信超音波信号が、正の送信パルス波および負の送信パルス波から成り、前記送信パルス波および負の送信パルス波が個々に調節可能である、請求項33に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記送信超音波信号が、送信サイクル数から成り、前記送信サイクル数が調節可能である、請求項35に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記フロントエンド電子回路モジュールが、交換可能な差込みモジュールとして構成される、請求項28に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記信号処理ユニットが、前記受信超音波信号を前記アレイド超音波振動子から取得するように構成され、前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、および曲線アレイ振動子から成る群から選択される、請求項28に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記送信超音波信号が、約15MHz〜少なくとも55MHzの送信中心周波数を有する、請求項28に記載の超音波イメージングシステム。
- 前記送信超音波信号が、約15MHz〜約55MHzの送信中心周波数を有する、請求項28に記載の超音波イメージングシステム。
- 超音波イメージングシステムであって、
最大少なくとも55メガヘルツ(MHz)の送信中心周波数で、送信超音波信号を被検体内に送信するための複数の素子を有するアレイド超音波振動子であって、前記前記アレイド超音波振動子が、少なくとも5.0ミリメートル(mm)の視野を有する前記アレイド超音波振動子と、
前記アレイド超音波振動子と動作可能に接続される信号処理ユニットであって、
前記処理ユニットが、デジタル送信および受信ビーム成形器サブシステムと、フロントエンド電子回路モジュールと、ビーム成形器制御装置および信号処理モジュールと、コンピュータユニットとをさらに備える信号処理ユニットとを備え、
前記信号処理ユニットが、複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子から、少なくとも毎秒20フレーム(fps)のフレームレートで受信超音波信号を取得するように構成され、前記受信超音波信号が少なくとも15MHzの周波数を有する超音波イメージングシステム。 - 前記信号処理ユニットが、前記受信超音波信号から超音波画像をさらに生成する、請求項41に記載のシステム。
- 前記受信超音波信号が、前記取得レートより低速の表示レートで超音波画像を生成するように、前記信号処理ユニットによって処理される、請求項42に記載のシステム。
- 前記生成された超音波画像の表示レートが約100fps以下である、請求項43に記載のシステム。
- 前記生成された超音波画像の表示レートが約30fps以下である、請求項44に記載のシステム。
- 前記超音波画像が、Bモード、Mモード、ドップラーモード、RFモード、3−Dモードから成る群から選択される超音波モードの前記信号処理ユニットによって生成される、請求項42に記載のシステム。
- 前記信号処理ユニットが、前記受信超音波信号を前記アレイド超音波振動子から取得するように構成され、前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、および曲線アレイ振動子から成る群から選択される、請求項41に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子が、少なくとも15MHzの中心動作周波数を有し、前記アレイド超音波振動子が、前記アレイド超音波振動子の送信中心周波数における音の波長の2.0倍以下の素子ピッチを有する、請求項41に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子が、前記アレイド超音波振動子の送信中心周波数における音の波長の1.5倍以下の素子ピッチを有する、請求項41に記載のシステム。
- 前記デジタル受信ビーム成形器サブシステムが、少なくとも1つのフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)デバイスを使用することを含む、請求項41に記載のシステム。
- 前記デジタル送信ビーム成形器サブシステムが、少なくとも1つのフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)デバイスを使用することを含む、請求項41に記載のシステム。
- フロントエンド電子回路モジュールが、送信回路および受信チャネルをさらに備え、前記送信回路が、2つの電界効果トランジスタ(FET)を介して、中心タップ巻線を含む変換器に接続された送信電源電圧を備え、前記受信チャネルに対する入力が、前記変換器の前記二次巻線の第2端部に接続され、その結果、前記送信電源電圧が実質的にゼロに設定され、前記2つのFETに電源が投入され、前記受信チャネルが信号を受信し、前記変換器が送信信号を生成し、前記送信回路が信号を送信する時に、前記送信信号を前記アレイド超音波振動子に結合する、請求項41に記載のシステム。
- 前記フロントエンド電子回路モジュールが、各々の受信チャネルに2つ以上の信号サンプラをさらに備える、請求項52に記載のシステム。
- 前記信号サンプラがアナログデジタル変換器である、請求項53に記載のシステム。
- 前記信号サンプラが直交サンプリングを使用して、受信信号をサンプリングする、請求項53に記載のシステム。
- 前記信号サンプラが、90°位相が外れたサンプリングクロックを備える、請求項55に記載のシステム。
- 前記サンプリングクロックが、受信超音波信号の前記中心周波数にほぼ等しい受信クロック期間を有する、請求項56に記載のシステム。
- 受信クロック期間未満の遅延分解能が、取得信号を処理するために使用される、請求項57に記載のシステム。
- 前記遅延分解能が、前記受信クロック期間の1/16である、請求項58に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子の各々の素子が、受信チャネルに動作可能に接続される、請求項41に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子の素子の数が、受信チャネルの数より多い、請求項60に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子が、少なくとも32個の受信チャネルに動作可能に接続される少なくとも64個の素子を備える、請求項60に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子が、64個の受信チャネルに動作可能に接続される256個の素子を備える、請求項60に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子が、128個の受信チャネルに動作可能に接続される256個の素子を備える、請求項60に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子が、256個の受信チャネルに動作可能に接続される256個の素子を備える、請求項60に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子が、256個の素子を備える、請求項60に記載のシステム。
- 512本の超音波ラインが生成され、前記被検体内に送信され、前記生成された超音波画像の各々のフレームごとに、前記被検体から受信される、請求項66に記載のシステム。
- 256本の超音波ラインが生成され、前記被検体内に送信され、前記生成された超音波画像の各々のフレームごとに、前記被検体から受信される、請求項66に記載のシステム。
- 少なくとも2本の超音波ラインが生成され、前記被検体内に送信され、前記生成された超音波画像の各々のフレームごとに、前記アレイの各々の素子において前記被検体から受信される、請求項41に記載のシステム。
- 1本の超音波ラインが生成され、前記被検体内に送信され、前記生成された超音波画像の各々のフレームごとに、前記アレイの各々の素子において前記被検体から受信される、請求項41に記載のシステム。
- 前記受信超音波信号が、毎秒少なくとも200フレーム数(fps)の取得レートで取得される、請求項70に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子が、前記振動子の前記中心送信周波数の波長に等しい距離だけ分離される、請求項41に記載のシステム。
- 前記中心送信周波数が、15MHz、20MHz、30MHz、40MHz、50MHz、および55MHzから成る群から選択される、請求項72に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子の長さが前記振動子の視野に等しい、請求項41に記載のシステム。
- 複数の素子を有する前記アレイド超音波振動子が、約15MHz〜約80MHzの範囲内の中心周波数で、前記被検体内に送信超音波を送信することができる、請求項41に記載のシステム。
- 前記受信超音波信号が、少なくとも200fpsのフレームレートで取得される、請求項41に記載のシステム。
- 前記受信超音波信号が、約100fps〜約200fpsのフレームレートで取得される、請求項41に記載のシステム。
- 前記超音波画像が、約150ミクロン(μm)以下の方位分解能を有する、請求項41に記載のシステム。
- 前記超音波画像が、約75ミクロン(μm)以下の距離分解能を有する、請求項78に記載のシステム。
- 前記超音波画像が、約30ミクロン(μm)以下の空間分解能を有する、請求項79に記載のシステム。
- 前記送信超音波信号が、約1.0mm〜約30.0mmの深さで集束することが可能な、請求項41に記載のシステム。
- 前記送信超音波信号が、約3.0mm〜約10.0mmの深さで集束することが可能な、請求項81に記載のシステム。
- 前記送信超音波信号が、約2.0mm〜約12.0mmの深さで集束することが可能な、請求項81に記載のシステム。
- 前記送信超音波信号が、約1.0mm〜約6.0mmの深さで集束することが可能な、請求項81に記載のシステム。
- 前記送信超音波信号が、約3.0mm〜約8.0mmの深さで集束することが可能な、請求項81に記載のシステム。
- 前記送信超音波信号が、約5.0mm〜約18.0mmの深さで集束することが可能な、請求項81に記載のシステム。
- 超音波画像を生成するシステムであって、
最大少なくとも55メガヘルツ(MHz)の中心動作周波数で超音波を生成して被検体内に送信し、超音波信号を前記被検体から受信するための複数の素子を有するアレイド超音波振動子と、
超音波画像フレームを生成するための処理ユニットであって、前記アレイド超音波振動子の各々の素子が、2本以上の超音波ラインを前記被検体内に送信し、前記生成された超音波画像の各々のフレームについて2本以上のエコー超音波ラインを前記被検体から受信する処理ユニットと
を備えるシステム。 - 前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、および曲線アレイ振動子から成る群から選択される、請求項87に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子の中心動作周波数が少なくとも15MHzであり、前記アレイド超音波振動子が、前記アレイド超音波振動子の送信中心周波数における音の波長の2倍以下に等しい素子ピッチを有する、請求項87に記載のシステム。
- 超音波画像を生成するシステムであって、
最大少なくとも55メガヘルツ(MHz)の周波数で超音波を生成して被検体内に送信し、超音波信号を前記被検体から受信するための複数の素子を有するであって、各々の素子が、受信チャネルに動作可能に接続されるアレイド超音波振動子と、
前記受信超音波信号を取得し、超音波画像を前記取得信号から生成するための処理ユニットであって、前記処理ユニットが、前記信号を取得するための直交サンプリングを使用する複数の信号サンプラを含む処理ユニットと
を備えるシステム。 - 前記超音波画像が、Bモード、Mモード、ドップラーモード、RFモード、および3−Dモードから成る群から選択される超音波モードで生成される、請求項90に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、および曲線アレイ振動子から成るく群から選択される、請求項90に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子が、少なくとも20MHzの中心動作周波数を有し、前記アレイド超音波振動子が前記アレイド超音波振動子の送信中心周波数における音の波長の2倍以下に等しい素子ピッチを有する、請求項90に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子の各々の素子が、受信チャネルに動作可能に接続される、請求項90に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子の素子の数が受信チャネルの数より多い、請求項94に記載のシステム。
- 前記処理ユニットが、各々の受信チャネルの2つ以上の信号サンプラを含む、請求項94に記載のシステム。
- 前記信号サンプラがアナログデジタル変換器である、請求項96に記載のシステム。
- 前記信号サンプラが、90°位相が外れたサンプリングクロックを備える、請求項97に記載のシステム。
- 前記サンプリングクロックが、受信超音波信号の中心周波数にほぼ等しい受信クロック期間を有する、請求項98に記載のシステム。
- 受信クロック期間未満の遅延分解能が、前記取得信号を処理するために使用される、請求項99に記載のシステム。
- 前記遅延分解能が、前記受信クロック期間の1/16である、請求項100に記載のシステム。
- 取得信号が、補間フィルタリング法を使用して処理される、請求項90に記載のシステム。
- 前記処理ユニットが受信ビーム成形器を備え、前記受信ビーム成形器が、少なくとも1つのフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)デバイスを使用してインプリメントされる、請求項90に記載のシステム。
- 前記処理ユニットが送信ビーム成形器を備え、前記送信ビーム成形器が、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)デバイスを使用してインプリメントされる、請求項90に記載のシステム。
- 超音波画像を生成するためのシステムであって、
最大少なくとも55メガヘルツ(MHz)の周波数、および少なくとも500ヘルツ(Hz)のパルス繰返し周波数(PRF)における超音波を生成して被検体内に送信するための複数の素子を有するアレイド超音波振動子と、
カラーフロードップラー超音波画像を前記受信超音波から生成するための処理ユニットと
を備えるシステム。 - 前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、および曲線アレイ振動子から成る群から選択される、請求項105に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子が、少なくとも20MHzの中心動作周波数を有し、前記アレイド超音波振動子が、前記アレイド超音波振動子の送信中心周波数における音の波長の2倍以下に等しい素子ピッチを有する、請求項105に記載のシステム。
- 前記PRFが約500Hz〜約75KHzである、請求項105に記載のシステム。
- 超音波画像を生成するためのシステムであって、
最大少なくとも55メガヘルツ(MHz)の周波数、および少なくとも500ヘルツ(Hz)のパルス繰返し周波数(PRF)における超音波を生成して被検体内に送信し、超音波を前記被検体から受信するための複数の素子を有するアレイド超音波振動子であって、前記アレイド超音波振動子が、少なくとも5.0ミリメートル(mm)の視野を有するアレイド超音波振動子と、
パルス波ドップラー超音波画像を前記受信超音波から生成するための処理ユニットとを備えるシステム。 - 前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、曲線アレイ振動子から成る群から選択される、請求項109に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子が、少なくとも15MHzの中心動作周波数を有し、前記アレイド超音波振動子が、前記アレイド超音波振動子の送信中心周波数における音の波長の少なくとも2倍以下に等しい素子ピッチを有する、請求項109に記載のシステム。
- 前記PRFが約500Hz〜約150KHzである、請求項109に記載のシステム。
- 超音波画像を生成するシステムであって、
最大少なくとも15メガヘルツ(MHz)の周波数における超音波を生成して被検体内に送信し、超音波信号を前記被検体から受信するための複数の素子を有するアレイド超音波振動子であって、前記アレイド超音波振動子が少なくとも2.0ミリメートル(mm)の視野を有するアレイド超音波振動子と、
毎秒少なくとも300フレーム数(fps)の取得レートで前記受信超音波信号を取得し、超音波画像を前記取得信号から生成するための処理ユニットと
を備えるシステム。 - 前記アレイド超音波振動子が、線形アレイ振動子、位相アレイ振動子、二次元(2−D)アレイ振動子、および曲線アレイ振動子から成る群から選択される、請求項113に記載のシステム。
- 前記アレイド超音波振動子が、少なくとも20MHzの中心動作周波数を有し、前記アレイド超音波振動子が、前記アレイド超音波振動子の送信中心周波数における音の波長の2倍以下に等しい素子ピッチを有する、請求項113に記載のシステム。
- FPGA fcが、前記1つまたは複数のFPGAの動作可能な最高周波数である、請求項1に記載の超音波イメージングシステム。
- FPGA fcが、前記1つまたは複数のFPGAの動作可能な最高周波数である、請求項12に記載の信号処理ユニット。
- FPGA fcが、前記1つまたは複数のFPGAの動作可能な最高周波数である、請求項21に記載のデジタル送信ビーム成形器。
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