JP2011245272A - 構成可能な受信開口を有する超音波撮像のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】望まれる画像の種類に基づいて２Ｄ変換器アレイの受信開口の形状を最適化する融通性を有する容易に構成可能な超音波撮像システムを提供する。
【解決手段】超音波撮像のシステム及び方法は、複数のチャネルを含むビーム整形器と、複数の素子を含む２次元変換器アレイと、複数の素子を複数のチャネルに結合する複数の信号経路（２９０）とを含む。システム及び方法は、複数の信号経路（２９０）に沿って配置された複数のスイッチ（３０６）を更に含む。複数のスイッチ（３０６）は、受信開口を形成するために複数の素子のうち一部の素子を複数のチャネルに能動的に接続するように構成される。複数のスイッチは、複数の素子のうち複数のチャネルに能動的に接続される素子を変更することにより受信開口の縦横比を制御するように更に構成される。
【選択図】図８

Description

本発明は、一般に超音波撮像に関し、特に、構成可能な受信開口を有する２次元超音波変換器アレイに関する。

従来の超音波撮像システムは、超音波ビームを送信し且つ被検体からの反射ビームを受信する超音波変換器素子のアレイを具備する。印加電圧の時間遅延（又は位相）及び振幅を選択することにより、個々の素子を制御して、複数の超音波を発生して、好適なベクトル場所及び方向に沿って進み且つビームに沿った選択された位置に集束するような1つの最終超音波に結合させることは可能である。同一の解剖情報を示すデータを収集するために、複数回放射されてもよい。最大焦点を変化させるため又は放射ごとの受信データのコンテンツを変更するために、例えば、各ビームの焦点を先行ビームの焦点に対してずらしながら同一の走査線に沿って連続するビームを送信することにより、各放射のビーム整形パラメータが変更されてもよい。被検体を走査するために、印加電圧の時間遅延及び振幅を変更することにより、１つの平面内でビームを焦点と共に移動可能である。

反射音波エネルギーを受信するために変換器アレイが使用される場合にも同じ原理が適用される。正味信号が被検体の各位置から反射される超音波を示すように、受信側素子で発生される電圧が加算される。送信モードの場合と同様に、このような超音波エネルギーの集束受信は、各受信側素子からの信号に個別の時間遅延（及び／又は移相）及び利得を加えることにより実現される。送信ビームの中で１つの走査線に沿って徐々に深度を増しながら各焦点位置からエコーが受信されるので、焦点深度を動的に増加するために受信中に受信遅延が変更されてもよい。

近年、従来の多くの超音波撮像システムは２次元変換器アレイ（以下、２Ｄ変換器アレイ）を含むようになった。２Ｄ変換器アレイはグリッドとして配列された多数の変換器素子を通常具備する。２Ｄ変換器アレイ中の素子のタイミング及び振幅を制御することにより、方位角方向及び仰角方向の双方で送信超音波ビームを方向規定し且つ並進移動することが可能である。２Ｄ変換器アレイの使用により、超音波変換器又は超音波プローブに更に大きな融通性が与えられ、それにより体積データの収集精度を向上できる。

しかし、超音波システム及び超音波プローブによっては、変換器素子の数がコンソールビーム整形器電子回路のチャネル数又はコンソールインタフェースにより支援されるチャネル数を超える場合もある。例えば、３Ｄ撮像及び４Ｄ撮像に使用される２Ｄ変換器アレイは、非常に多くの数の素子、大まかに言って２Ｄ撮像に使用される１Ｄアレイに必要とされる素子数の２乗の数の素子を必要とする。例えば、２Ｄ撮像に１２８〜１９２個の素子を必要とする線形アレイは、３Ｄ撮像及び４Ｄ撮像に際しては約８，０００〜１０，０００個の素子を必要とするだろう。このような場合、画像形成処理の種々の過程で利用可能なチャネルを異なる変換器素子のサブセットに動的に結合するために、１つ以上のプローブビーム整形回路及び／又はスイッチング回路が使用されてもよい。コンソールビーム整形器チャネルごとに１０個以上の素子を組み合わせるために、サブアパーチャプロセッサ（ＳＡＰ）としても知られるプローブビーム整形回路が使用される場合であっても、２Ｄ変換器アレイのすべての素子を利用するにはコンソールビーム整形器チャネルの数は不十分だろう。

更に、２Ｄ表示の場合のように１つのスライスを走査する間に、スライス内の解像度を最適化することが望まれる場合は多い。解像度を最適化する１つの方法は走査次元で最も広い幅を有する受信開口を使用する。例えば、方位角方向に走査する場合、方位角方向に最も幅が広い受信開口を使用することが望ましい。同様に、仰角方向に走査する場合、仰角方向に最も幅が広い受信開口を使用することが望ましい。更に、３Ｄ画像又は４Ｄ画像としてレンダリングするためにボリュームを走査する場合、正方形により近い形状の開口を使用することにより２つの走査次元で更に均一に解像度を最適化することが望ましい。このような理由及び他の理由により、望まれる画像の種類に基づいて２Ｄ変換器アレイの受信開口の形状を最適化する融通性を有する容易に構成可能な超音波撮像システムが必要とされる。

米国特許第５，８９７，５０１号公報

上述の欠陥、欠点及び問題点がどのように解決されたかは、以下の説明を読み且つ理解することにより理解されるだろう。

一実施形態において、超音波撮像システムは複数のチャネルを含むビーム整形器を含む。超音波撮像システムは、複数のチャネルの数を超える数の複数の素子を含む２次元変換器アレイを含む。超音波撮像システムは、各々が複数の素子のうち１つの素子を複数のチャネルのうち１つのチャネルに結合する複数の信号経路を含む。超音波撮像システムは複数の信号経路に沿って配置された複数のスイッチを更に含む。複数のスイッチは、受信開口を形成するために複数の素子のうち一部の素子を複数のチャネルに能動的に接続するように構成される。複数のスイッチは、複数の素子のうち複数のチャネルに能動的に接続される素子を変更することにより受信開口の縦横比を制御するように更に構成される。

別の実施形態において、構成可能な受信開口を有する超音波撮像システムは複数のチャネルを含むビーム整形器を含む。超音波撮像システムは、複数のチャネルの数を超える数の複数の素子を具備する２次元変換器アレイを含む。各素子は２次元パターンの中でチャネルのうち１つと電気的に関連する。２次元パターンは、２次元チャネル割り当ての第１の部分パターンと、２次元チャネル割り当ての第２の部分パターンとを含む。超音波撮像システムは、複数の素子のうちどの素子が複数のチャネルに能動的に接続されるかを制御するように構成された複数のスイッチを含む。複数のスイッチ及び２次元パターンは、第１の縦横比を有する第１の受信開口を形成するために複数の素子のうち第１のサブセットを複数のチャネルに能動的に接続可能にするように構成される。複数のスイッチ及び２次元パターンは、第２の縦横比を有する第２の受信開口を形成するために複数の素子のうち第２のサブセットを複数のチャネルに能動的に接続可能にするように更に構成される。

別の実施形態において、超音波撮像の方法は、２次元変換器アレイの素子を複数の部分開口に分類することと、２次元パターンの中で各部分開口をビーム整形器の１つのチャネルに割り当てることとを含む。方法は、第１の縦横比を有する第１の受信開口を形成するために２次元パターンの中の第１のチャネル割り当てに従って複数の部分開口のうち第１のサブセットをビーム整形器のチャネルに接続することを含む。方法は、第２の縦横比を有する第２の受信開口を形成するために２次元パターンの中のチャネル割り当てに従って複数の部分開口の第２のサブセットをビーム整形器のチャネルに接続することを更に含む。

本発明の他の種々の特徴、目的及び利点は、添付の図面及びその詳細な説明から当業者には明らかになるだろう。

図１は一実施形態に係る超音波撮像システムを示した概略図である。 図２は一実施形態に係る超音波撮像システムを示した概略図である。 図３は一実施形態に係る超音波撮像システムを示した概略図である。 図４は一実施形態に係る２次元変換器アレイを示した概略図である。 図５は一実施形態に係る２次元変換器アレイを示した概略図である。 図６は一実施形態に係る２次元変換器アレイのチャネル割り当てを示した２次元パターンの概略図である。 図７は一実施形態に係る４つの部分パターンを示した概略図である。 図８は一実施形態に係る部分開口をチャネルに結合する信号経路を示した概略図である。 図９は一実施形態に係る２次元パターンを示した概略図である。

以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。添付の図面には、実施されてもよい特定の実施形態が例示される。それらの実施形態は、当業者による実施形態の実施を可能にするように十分詳細に説明されるが、他の実施形態が利用されてもよいこと及び実施形態の範囲から逸脱することなく論理的、機械的及び電気的な面の変更並びに他の変更が実施されてもよいことを理解すべきである。従って、以下の詳細な説明は本発明の範囲を限定すると解釈されてはならない。

図１は、超音波撮像システム１００を示した概略図である。超音波撮像システム１００は、コンソール送信側ビーム整形器１０３へ信号を送信するコンソール送信機１０２を含む。患者（図示せず）などの構造の中へパルス超音波信号を放射するために、送信側ビーム整形器１０３は変換器アレイ１０６の中の素子１０４を駆動する。プローブ構体１０５は、変換器アレイ１０６、素子１０４及びプローブ／ＳＡＰ電子回路１０７を含む。プローブ／ＳＡＰ電子回路１０７は素子１０４のスイッチングを制御するために使用されてもよい。プローブ／ＳＡＰ電子回路１０７は素子１０４を１つ以上の部分開口に分類するために更に使用されてもよい。変換器アレイの種々の配列が使用されてもよい。パルス超音波信号は、血球又は筋肉組織などの人体構造から後方散乱されてエコーを発生する。エコーは素子１０４に戻る。エコーは、素子１０４により電気信号、すなわち超音波データに変換される。電気信号はコンソール受信機１０８により受信される。本明細書において使用される場合の用語「超音波データ」は、超音波システムにより収集及び／又は処理されたデータを含んでもよい。受信エコーを示す電気信号はコンソール受信側ビーム整形器１１０を通過し、受信側ビーム整形器１１０は超音波データを出力する。ユーザインタフェース１１５は、患者データの入力を制御すること、走査パラメータ又は表示パラメータを変更することなどを含めて、超音波撮像システム１００の動作を制御するために使用されてもよい。

超音波撮像システム１００は、超音波データを処理し且つ表示装置１１８に表示するために超音波情報のフレームを生成するためのプロセッサ１１６を更に含む。プロセッサ１１６は、超音波情報に関する複数の選択可能な超音波モダリティに従って１つ以上の処理動作を実行するように構成されてもよい。超音波情報は、エコー信号が受信されるにつれて走査セッション中にリアルタイムで処理されてもよい。本明細書において使用される場合の用語「リアルタイム」は、意図的な遅延なく実行される手続きを含むものとして定義される。これに加えて又はその代わりに、超音波情報は、走査セッション中にバッファ（図示せず）に一時的に格納され且つリアルタイムには及ばないがライブ動作又はオフライン動作で処理されてもよい。本発明のいくつかの実施形態は、処理タスクを取り扱うための複数のプロセッサ（図示せず）を含んでもよい。例えば、第１のプロセッサは超音波信号を復調し且つ１０分の１にするために利用されてもよく、第２のプロセッサは画像を表示する前にデータを更に処理するために使用されてもよい。他の実施形態が異なるプロセッサ構成を使用してもよいことが理解されるはずである。

更に図１を参照すると、超音波撮像システム１００は、例えば、２０Ｈｚ〜３０Ｈｚのフレームレートで超音波情報を連続的に収集してもよい。しかし、他の実施形態は異なるフレームレートで超音波情報を収集してもよい。例えば、いくつかの実施形態は、所期の用途に応じて１００Ｈｚを超えるフレームレートで超音波情報を収集してもよい。収集された超音波情報のうち、直ちに表示されるようにはスケジューリングされていない処理済みフレームを格納するために、メモリ１２０が含まれる。例示的な一実施形態において、メモリ１２０は、少なくとも数秒間の超音波情報のフレームを格納するのに十分な容量を有する。超音波情報のフレームは、順序又は収集時間に従った検索を容易にするように格納される。メモリ１２０は任意の周知のデータ記憶媒体を具備してもよい。

本発明の実施形態は、任意に造影剤を利用して実現されてもよい。微細気泡を含む超音波造影剤を使用して撮像を実行した場合、人体の解剖構造及び血流の画像のコントラストは向上する。造影剤を使用して超音波データを収集した後の画像解析は、高調波成分と線形成分とを分離すること、高調波成分を強化すること及び強化された高調波成分を利用することにより超音波画像を生成することを含む。受信信号からの高調波成分の分離は適切なフィルタを使用して実行される。超音波撮像における造影剤の使用は当業者には周知であるので、更に詳細に説明しない。

本発明の種々の実施形態において、画像フレームの２Ｄ又は３Ｄデータセットなどを形成するために、超音波情報は、他の又は異なるモード関連モジュール（例えば、Ｂモード、カラードップラー、パワードップラー、Ｍモード、スペクトルドップラーアナトミカルＭモード、歪み、歪み率など）により処理されてもよい。例えば、１つ以上のモジュールは、Ｂモード、カラードップラー、パワードップラー、Ｍモード、アナトミカルＭモード、歪み、歪み率、スペクトルドップラーによる画像フレーム及びそれらの組み合わせなどを生成してもよい。画像フレームは格納され、画像フレームごとにその画像フレームがメモリに収集された時間を示すタイミング情報が記録されてもよい。モジュールは、例えば、画像フレームを極座標からデカルト座標に変換するように走査変換動作を実行するための走査変換モジュールを含んでもよい。メモリから画像フレームを読み出し、患者に対して手続きが実行されている間にそれらの画像フレームをリアルタイムで表示するビデオプロセッサモジュールが設けられてもよい。ビデオプロセッサモジュールは画像メモリに画像フレームを格納してもよく、この画像メモリから画像が読み出され且つ表示される。

図２を参照すると、一実施形態に係る超音波撮像システム１２２の概略図が示される。図１に示される超音波撮像システム１００の要素と同一である超音波撮像システム１２２の要素は、同じ図中符号により示され、詳細には説明されない。超音波撮像システム１２２において、プローブ構体１２３は、変換器アレイ１０６及び素子１０４に接続された高電圧スイッチング構体１２４を含む。高電圧スイッチング構体１２４が設けられているため、プローブ構体１２３は送信機能及び受信機能の双方に対して共通の回路（図示せず）を使用可能である。

図３を参照すると、一実施形態に係る超音波撮像システム１３０の概略図が示される。図１に示される超音波撮像システム１００及び図２に示される超音波撮像システム１２２の要素と同一である超音波撮像システム１３０の要素は、同じ図中符号により示され、詳細には説明されない。超音波撮像システム１３０は、プローブ送信側スイッチング構体１３４及びプローブ受信機１３６を具備するプローブ構体１３２を含む。一実施形態によれば、プローブ送信側スイッチング構体１３４は、超音波送信信号を発生するためにコンソール送信機１０２の代わりに使用されてもよい。いくつかの実施形態に従ってプローブ送信側スイッチング構体１３４がビーム整形機能を実行してもよいことは当業者には理解されるはずである。更に、プローブ受信機１３６は、他の実施形態において、コンソール受信側ビーム整形器１１０の代わりに又はそれに加えて信号を受信し且つ受信した信号のビーム整形を実行してもよい。

図４を参照すると、一実施形態に係る２次元（２Ｄ）変換器アレイの概略図が示される。２Ｄ変換器アレイ１５０は、図１に示される超音波撮像システム１００のような超音波撮像システムに接続されてもよい。２Ｄ変換器アレイは複数の素子１５２を具備する。一実施形態によれば、１６０列及び４８行に配列された７，６８０個の素子があってもよい。２Ｄ変換器アレイの概略図は４８行すべてを示すが、図をわかりやすくするためにごく少数の列しか示されていない。４８の行は仰角方向に並び、１６０の列は方位角方向に並ぶ。本発明の開示に際して、図示の便宜上、方位角方向はｘ方向を含むものとして定義され且つ仰角方向はｙ方向を含むものとして定義される。

図５を参照すると、一実施形態に係る２Ｄ変換器アレイの概略図が示される。２Ｄ変換器アレイ２００は、先に図４に関して説明した実施例と同様に１６０列及び４８行に配列された複数の素子２０２を具備する。しかし、素子２０２は複数の部分開口２０４に更に分類される。一実施形態によれば、各部分開口２０４はほぼ三角形の形状に配列された１５個の素子を含む。例えば、第１の部分開口２０６は多数の点によって示され、第２の部分開口２０８は//模様の陰影線によって示され、第３の部分開口２１０は 模様の陰影線によって示され、第４の部分開口２１２は網目模様の陰影線によって示される。図５には部分開口は４つしか示されない。しかし、すべての素子は、第１の部分開口２０６、第２の部分開口２０８、第３の部分開口２１０及び第４の部分開口２１２と同様に複数の部分開口として配列されてもよいことが当業者に理解されるべきである。一実施形態によれば、１つの部分開口を構成する素子の各々は、必要に応じて各開口がそれぞれ無関係の方向に焦点を合わせることを可能にする相対タイミング又は位相オフセットを有してもよい。しかし、所定の数の素子２０２に対して必要とされるチャネルの総数を最小限に抑えるために、各部分開口２０４は、１つのビーム整形器チャネルへ信号を出力するように構成されてもよい。一実施形態によれば、複数の素子２０２のすべてはそれぞれ１５個の素子を含む複数の部分開口に配列されてもよい。例えば、変換器アレイ２００の素子２０２は部分開口を４８ずつ含む８つの行に配列されてもよい。図５には、初めの４つの部分開口しか示されない。他の実施形態において、図５に示される配列とは異なる部分開口に変換器素子が配列されてもよいことは当業者には理解されるべきである。例えば、正方形、矩形又はひし形を含む形状の部分開口を作成するような部分開口処理によって実施形態が構成されてもよい。また、他の実施形態が部分開口処理を採用しなくてもよいことも理解されるべきである。部分開口処理を伴わない実施形態の場合、各素子は１つのビーム整形器チャネルに直接接続されてもよい。

図６を参照すると、一実施形態に係る２次元変換器アレイの素子‐チャネル割り当てを示した２次元パターンの概略図が示される。２次元パターン２５０は複数の部分パターン２５２を含む。文字Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、２次元パターン２５０における４つの一意部分パターンの各々を示すために使用される。各部分パターンはチャネル割り当ての固定空間配列を示す。例えば、部分パターンＡはチャネル割り当ての固定空間配列を示す。一実施形態によれば、部分パターン中の各チャネル割り当ては、１つ以上の素子を１つのビーム整形器チャネルに結合する信号経路を示してもよい。信号経路に関しては以下に更に詳細に説明する。

図７を参照すると、一実施形態に係る複数の部分パターンの概略図が示される。第１の部分パターンＡ、第２の部分パターンＢ、第３の部分パターンＣ及び第４の部分パターンＤは、変換器アレイ素子をビーム整形器チャネルに結合する１つのパターンをそれぞれ示す。部分パターンＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは、変換器アレイ２００（図３に示される）のような変換器アレイと共に使用されてもよい。一実施形態によれば、ビーム整形器１１０（図１に示される）は２５６のチャネルを有してもよい。変換器アレイ２００は、５１２の部分開口２０４（図５に示される）に配列された７，６８０個の素子を有する。一実施形態によれば、各部分開口２０４はビーム整形器チャネルのうち１つのチャネルに結合される。部分開口２０４とビーム整形器チャネルとの結合については以下に更に詳細に説明する。

第１の部分パターンＡは、２次元パターンにおいて部分開口がビーム整形器チャネルに結合されてもよい１つの経路を示す。図７において、各三角形は１つの部分開口を示す。番号０〜６３は各部分開口が結合されるチャネルに対応する。例えば、部分開口２５８はチャネル０に結合され、部分開口２６０はチャネル４４に結合される。

第２の部分パターンＢは、チャネル６４〜１２７に部分開口を結合する２次元パターンを示す。第３の部分パターンＣは、チャネル１２８〜１９１に部分開口を結合する固定２次元パターンを示す。第４の部分パターンＤは、チャネル１９２〜２５５に部分開口を結合する固定２次元パターンを示す。図７に示される実施形態によれば、部分パターンは、左上から続く行を通って右下に進みながら昇順にビーム整形器チャネルに結合される。他の実施形態の部分開口は、他の実施形態に係る他のパターンでビーム整形器チャネルに結合されてもよい。

図６及び図７を参照して説明する。図６は、２次元パターン２５０に配列された第１の部分パターンＡ、第２の部分パターンＢ、第３の部分パターンＣ及び第４の部分パターンＤを示す。一実施形態によれば、２次元パターン２５０において、各部分パターンは３回繰り返される。例えば、第１の部分パターンＡは２次元パターン２５０の中で３回繰り返される。第１の部分パターンＡは２次元パターン２５０の中の３つの場所の各々で同一である。部分パターンＢ、部分パターンＣ及び部分パターンＤも、２次元パターン２５０の中で３回ずつ繰り返される。

２次元パターン２５０は２次元アレイ中のすべての素子のチャネル割り当てを示す。２次元パターン２５０を有する各場所は２次元変換器アレイの一部分に対応する。２次元パターン２５０は、変換器アレイの素子がビーム整形器チャネルに結合される経路に関する情報を含む。図６及び図７に示される例示的な実施形態に基づくと、すべてのビーム整形器チャネルを示すために４つの一意部分パターンが使用される。従って、すべてのビーム整形器チャネルを使用して１つの受信開口を形成するために、少なくとも第１の部分パターンＡ、第２の部分パターンＢ、第３の部分パターンＣ及び第４の部分パターンＤからの素子を使用することが必要である。部分パターン２５２は２次元パターン２５０の中で交互に配列される。本明細書において使用される場合の用語「交互に」は、各部分パターンが変換器アレイの縁部に隣接するか又は異なる部分パターンに隣接するかのいずれかであるようなパターンを含むものとして定義される。言い換えれば、部分パターンが交互に配列される２次元パターンにおいて、各部分パターンは異なる構成の部分パターンに隣接するか又は変換器アレイの縁部に隣接するかのいずれかになる。部分パターンが交互に配列されている２次元パターンは、２つの同一の部分パターンが互いに隣接する位置にある場合を含まないだろう。

図６を参照すると、第１の受信開口２７０が示される。第１の受信開口２７０は//模様の陰影線によって示される。第２の受信開口２７２も示される。第２の受信開口２７２は 模様の陰影線によって示される。部分パターンのうち２つの部分パターンの素子は、第１の受信開口２７０及び第２の受信開口２７２の双方で使用される。第１の受信開口２７０及び第２の受信開口２７２の双方で使用される素子に対応する２次元パターン２５０の部分は、網目模様の陰影線によって示される。

図８を参照すると、一実施形態に係る部分開口をチャネルに結合する信号経路の概略図が示される。一実施形態に従って３つの部分開口を各チャネルに結合する複数の信号経路２９０が示される。例えば、第１の信号経路３００はチャネル０を部分開口３０１に結合し、第２の信号経路３０２はチャネル０を部分開口３０３に結合し、第３の信号経路３０４はチャネル０を部分開口３０５に結合する。複数の信号経路２９０に沿って複数のスイッチ３０６が配置される。複数のスイッチ３０６は、どの部分開口がビーム整形器チャネルに能動的に接続されるかを制御する。例えば、一実施形態によれば、部分開口３０５、部分開口３０３及び部分開口３０１のうち、一度にチャネル０に接続されてよいのは１つの部分開口だけである。他の実施形態によれば、チャネルは部分開口ではなく個々の素子に結合されてもよい。

一実施形態によれば、複数の信号経路２９０及び複数のスイッチ３０６は集積回路（図示せず）の一部であってもよい。集積回路は変換器の中に配置されてもよい。各信号経路２９０は、１つの部分開口の中の１群の素子を１つのビーム整形器に結合する１つの電気的経路を示す。他の実施形態によれば、各信号経路は、変換器アレイの１つの素子を１つのビーム整形器チャネルに接続してもよい。

次に図６及び図８の双方を参照すると、部分パターン２５２はすべての列で一定の順序で配列される。例えば、上から下に向かって、すべての部分パターンはＡ‐Ｂ‐Ｃ‐Ｄの順序で配列される。第１の列３１０において、部分パターンはＡ‐Ｂ‐Ｃ‐Ｄの順序で配列される。第２の列３１２において、部分パターンはＣ‐Ｄ‐Ａ‐Ｂの順序で配列される。第２の列３１２の部分パターンは第１の列と同一の順序ではあるが、隣接する列の間に２のオフセットがある。第３の列３１４において、部分パターンはＡ‐Ｂ‐Ｃ‐Ｄの順序で配列される。同様に、第２の列３１２と第３の列３１４との間に２のオフセットがある。他の実施形態が異なる数の一意部分パターンを使用してもよいことは当業者には理解されるべきである。更に、２次元パターンは部分パターンの異なる配列を含んでもよい。

更に図６及び図８を参照すると、第１の受信開口２７０は方位角方向より仰角方向に長い構成である。逆に、第２の受信開口２７２は仰角方向より方位角方向に長い構成である。２次元表示のために１つのスライスを走査する場合、走査次元で最も広い幅を有する受信開口を使用することによりスライス内の解像度を最適化することが望まれる場合が多い。図６に示されるようにチャネルを素子又は部分開口に結合することにより、それぞれが異なる縦横比を有する２つの異なる受信開口を使用することが可能である。例えば、第１の受信開口２７０は第１の縦横比を有し且つ仰角方向に走査する場合に高い解像度を示すように構成される。第２の受信開口２７２は第２の縦横比を有し且つ方位角方向に走査する場合に高い解像度を示すように構成される。尚、一実施形態によれば、第１の受信開口２７０及び第２の受信開口２７２の双方によってすべてのビーム整形器チャネルを利用することが可能である。更なる実施形態は、３つ以上の異なる受信パターンを利用可能なように構成されてもよい。

図９を参照すると、一実施形態に係る図６の２次元パターン２５０が示される。同一の要素を示すために同一の図中符号が使用される。一実施形態によれば、第１の受信開口２７０は２次元アレイに沿って並進移動するように構成されてもよい。２次元パターン２５０の部分パターンは３つの列に編成される。各列は４つの部分パターンを含む。所定のチャネルに関するチャネル割り当ては、共通部分パターンの各々の中では同一の相対位置にある。本明細書において使用される場合の用語「共通部分パターン」は、同一の相対位置で同一のチャネル割り当てを有する２つ以上の部分パターンを含むものとして定義される。共通部分パターンは、本明細書の図面のＡ、Ｂ、Ｃ及びＤなどと同一の文字によって示される。例えば、図中符号３６０、３６２及び３６４により示される部分パターンはすべて共通部分パターンである。

更に図９を参照すると、共通部分パターンの各々においてチャネル割り当ては固定されているで、利用可能なすべてのビーム整形器チャネルを利用しつつ１つの受信開口をシフトすることが可能である。第１の受信開口２７０は//模様の陰影線によって示される。第１の受信開口２７０を形成するために、部分パターンＡ、部分パターンＢ、部分パターンＣ及び部分パターンＤから割り当てられたチャネルは変換器アレイの素子に能動的に接続される。しかし、第１の受信開口２７０の左側にある多数の点によって示されるチャネル３８６に接続する第１の組のスイッチを開成し且つ第１の受信開口２７０の右側にある同様に多数の点によって示されるチャネル３８８に接続する第２の組のスイッチを閉成することにより、第１の受信開口２７０を右へ並進移動することが可能である。尚、第２の列３１２で使用される部分パターンは、第３の列３１４で使用される部分パターンと同一である。先に説明したように、共通部分パターンの各々においてチャネル割り当ては同一である。すべての共通部分パターンでチャネル割り当ては同一であるので、１つの部分パターンにおいて所定のチャネルと関連する１つ以上の素子をターンオフし且つ現在の受信開口に隣接する共通部分パターンにおいて同一のチャネルと関連する１つ以上の素子をターンオンすることにより、受信開口の位置を並進移動することが可能である。更に、双方の位置で同一のチャネルが使用されているので、初期位置及び並進移動後の位置の双方で第１の受信開口２７０に対してすべてのビーム整形器チャネルを使用することが可能である。言い換えれば、チャネル３８８などの第２の組のチャネルが接続される一方で、チャネル３８６などの第１の組のチャネルが受信開口２７０から遮断された場合、新たにシフトされた受信開口で同一のチャネルのすべてが利用されてもよい。本実施形態の重要な態様は、部分パターン２５２を２次元パターン２５０の中に配列することにより、すべてのビーム整形器チャネルを利用しつつ第１の受信開口２７０を方位角方向に並進移動可能であるということである。第１の受信開口２７０に関して先に説明したのと同一の理由により、第２の受信開口２７２（図４に示される）を方位角方向及び仰角方向の両方向に並進移動可能だろうということは当業者により理解されるべきである。特定の２次元パターン２５０を詳細に説明したが、他の実施形態は、異なる数の共通部分パターン又は異なる配列の共通部分パターンのいずれかを含む異なる２次元パターンを使用してもよいことが当業者には理解されるべきである。

以上、最良の態様を含めて本発明を開示するため、並びに任意の装置又はシステムの製造及び使用及び取り入れられている任意の方法の実施を含めて当業者による本発明の実施を可能にするために、実施例を使用して本発明を説明した。本発明の特許性の範囲は添付の特許請求の範囲により定義され、当業者には明らかである他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の用語と相違しない構造要素を有する場合又は特許請求の範囲の用語と実質的に相違しない同等の構造要素を有する場合は特許請求の範囲の範囲内に入ることを意図する。

１００ 超音波撮像システム
１０２ コンソール送信機
１０３ コンソール送信側ビーム整形器
１０４ 素子
１０５ プローブ構体
１０６ 変換器アレイ
１０７ プローブ／ＳＡＰ電子回路
１０８ コンソール受信機
１１０ コンソール受信側ビーム整形器
１１５ ユーザインタフェース
１１６ プロセッサ
１１８ 表示装置
１２０ メモリ
１２２ 超音波撮像システム
１２３ プローブ構体
１２４ 高電圧スイッチング構体
１３２ プローブ構体
１３４ プローブ送信側スイッチング構体
１３６ プローブ受信機
１５０ ２Ｄ変換器アレイ
１５２ 複数の素子
２００ ２Ｄ変換器アレイ
２０２ 複数の素子
２０４ 複数の部分開口
２０６ 第１の部分開口
２０８ 第２の部分開口
２１０ 第３の部分開口
２１２ 第４の部分開口
２５０ ２次元パターン
２５２ 複数の部分パターン
２７０ 第１の受信開口
２７２ 第２の受信開口
２９０ 複数の信号経路
３００ 第１の信号経路
３０２ 第２の信号経路
３０４ 第３の信号経路
３０５ 部分開口
３０６ 複数のスイッチ
３１０ 第１の列
３１２ 第２の列
３１４ 第３の列
３６０ 部分パターン
３６２ 部分パターン
３６４ 部分パターン
３８６ チャネル
３８８ チャネル

Claims (15)

1. 複数のチャネルを含むビーム整形器（１１０）と；
   前記複数のチャネルの数を超える数の複数の素子（２０２）を具備する２次元変換器アレイ（２００）と；
   各々が前記複数の素子（２０２）のうち１つの素子を前記複数のチャネルのうち１つのチャネルに結合する複数の信号経路（２９０）と；
   前記複数の信号経路（２９０）に沿って配置され、受信開口（２７０）を形成するために前記複数の素子（２０２）のうち一部の素子を前記複数のチャネルに能動的に接続するように構成され、前記複数の素子（２０２）のうち前記複数のチャネルに能動的に接続される素子を変更することにより前記受信開口（２７０）の縦横比を制御するように更に構成された複数のスイッチ（３０６）、
   とを具備する超音波撮像システム（１００）。
2. 前記複数の信号経路（２９０）は、前記複数の素子（２０２）と前記複数のチャネル（２５０）との間に２次元パターン（２５０）の電気的関連を確立するように構成される請求項１記載の超音波撮像システム（１００）。
3. 前記２次元パターン（２５０）は、前記複数のチャネルのすべてを利用しつつ前記受信開口（２７０）を前記２次元変換器アレイ（２００）に沿って方位角方向及び仰角方向の双方に並進移動することを可能にするように構成される請求項２記載の超音波撮像システム（１００）。
4. 前記２次元パターン（２５０）は複数の部分パターン（２５２）を具備し、各部分パターン（２５２）はチャネル割り当ての固定配列を具備する請求項２記載の超音波撮像システム（１００）。
5. 前記複数の部分パターン（２５２）はＮ個の一意部分パターンを具備する請求項４記載の超音波撮像システム（１００）。
6. 前記Ｎ個の一意部分パターンは行及び列から成るグリッドとして配列される請求項５記載の超音波撮像システム（１００）。
7. 前記Ｎ個の一意部分パターンは、各行の中に一定の順序で配列される請求項６記載の超音波撮像システム（１００）。
8. 前記Ｎ個の一意部分パターンは、隣接する行の間でＮ／２のオフセットを伴って配列される請求項７記載の超音波撮像システム（１００）。
9. 前記Ｎ個の一意部分パターンは、各列の中に一定の順序で配列される請求項６記載の超音波撮像システム（１００）。
10. 前記Ｎ個の一意部分パターンは、隣接する列の間でＮ／２のオフセットを伴って配列される請求項９記載の超音波撮像システム（１００）。
11. 構成可能な受信開口（２７０）を有する超音波撮像システム（１００）において、
    複数のチャネルを含むビーム整形器（１１０）と；
    前記複数のチャネルの数を超える数の複数の素子（１５２）を具備し、各素子（１５２）は２次元パターン（２５０）の中で前記チャネルのうち１つのチャネルと電気的に関連し、前記２次元パターン（２５０）は、２次元チャネル割り当ての第１の部分パターン（３６０）と、２次元チャネル割り当ての第２の部分パターン（３６２）とを具備する２次元変換器アレイ（２００）と；
    前記複数の素子（１５２）のうちどの素子が前記複数のチャネルに能動的に接続されるかを制御するように構成された複数のスイッチ（３０６）とを具備し、
    前記複数のスイッチ（３０６）及び前記２次元パターン（２５０）は、第１の縦横比を有する第１の受信開口（２７０）を形成するために前記複数の素子（２０２）のうち第１のサブセットを前記複数のチャネルに能動的に接続可能にするように構成され、
    前記複数のスイッチ（３０６）及び前記２次元パターン（２５０）は、第２の縦横比を有する第２の受信開口（２７２）を形成するために前記複数の素子（２０２）のうち第２のサブセットを前記複数のチャネルに能動的に接続可能にするように更に構成される超音波撮像システム（１００）。
12. 前記第１の部分パターン（３６０）及び前記第２の部分パターン（３６２）は、前記２次元パターン（２５０）の中で交互に配列される請求項１１記載の超音波撮像システム（１００）。
13. 前記２次元パターン（２５０）は第３の部分パターン（３６４）及び第４の部分パターンを更に具備する請求項１１記載の超音波撮像システム（１００）。
14. 前記第１の部分パターン（３６０）、前記第２の部分パターン（３６２）、前記第３の部分パターン（３６４）及び前記第４の部分パターンは、前記２次元パターン（２５０）の中で交互に配列される請求項１３記載の超音波撮像システム（１００）。
15. 前記複数のスイッチ（３０６）及び前記２次元パターン（２５０）は、前記複数のチャネルのすべてを使用しつつ前記第１の受信開口（２７０）を前記２次元変換器アレイ（２００）に沿って仰角方向及び方位角方向の双方に並進移動することを可能にするように構成される請求項１１記載の超音波撮像システム（１００）。

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