JP2015528360A - 超音波画像化 - Google Patents

Abstract

超音波画像化システム（１０２）は、要素の行（１１０）の２次元の非矩形アレイを有するトランスデューサアレイ（１０８）、超音波信号を視野に送信するために要素を作動させる送信回路（１１２）、超音波信号と視野における構造物との間の相互作用に応答して生じたエコーを受信する受信回路（１１４）、および、エコーを処理するビームフォームとを含み、依って、視野を示す１つ以上のスキャンラインを生成する。

Description

以下は、一般に、画像化に関し、超音波画像化への特別な適応を見出し、超音波画像化システムへの特別な注目をもってここに記述されている。

超音波（ＵＳ）画像化は、試験下の対象物の内部特質（例えば、臓器組織、マテリアルフローなど）についての有効な情報を提供している。一般のＵＳシステムは、コンソールとインタフェースで接続する（トランスデューサアレイを有する）プローブを含む。コンソールは、超音波ビームを送信し、それに応答して生じた、内部特質の画像を生成するために処理されるエコーを受信するためにトランスデューサアレイのトランスデューサ要素を制御する。画像化システムの詳細およびコントラスト解像度は、画像化面（方位または横の）における次元、および、画像化面（高度）に交差する次元の両方を有する、超音波ビームの形状に少なくとも依存している。

１次元（１Ｄ）トランスデューサアレイは、横方向に沿って配置された単行のトランスデューサ要素を含み、ビームは、電子的に横方向で制御される。トランスデューサ要素の幅は、おおよそ波長である。ビームフォーミングにおける遅延および重み係数を制御することによって、焦点は、直線に沿って制御可能に移動されることができる。高度方向において、高さは、数ミリメートル（例えば、４〜２０ｍｍ）である。高度面における焦点合わせは、音響レンズで達成され、焦点は、一般的に固定されている。ビームは、高度焦点において最も狭くなっており、それを超えて広がる。トランスデューサに近接して、ビームは、トランスデューサアレイと同じ幅であり、高度焦点から離れて、ビームはさらに幅が広くなる。

１．５Ｄアレイは、数行の要素を有する。高度方向における要素の効果的なサイズは、通常、幅よりはるかに大きい。外側の行は、電気的に真ん中の行に接続される。スイッチは、トランスデューサ表面からの距離に依存して、大きい奥行きにおいて大きな要素を作り、交互に、外部の行を真ん中の行に連結する。このようなアレイは、高度方向におけるビームの焦点を合わせる音響レンズを有している。残念ながら、高度面において遅延に対する制御がないので、高度面におけるビームサイズと均一性との間のトレードオフがある。１．７５Ｄアレイは、１．５Ｄアレイに類似しているが、各要素は、チャネルに接続されている。このことは、高度方向において電子的な焦点合わせを可能にする。残念ながら、チャネルの数が、Ｎ個のチャネルをもつ１．５Ｄアレイに対して、例えば、Ｎ個から２N個に増加する。

合成送信開口は、画像の質を高めるために使用されている。一例で、これは、トランスデュース要素のうち２つ以上を順に作動させ、２つ以上の超音波信号の送信を引き起こすことを含んでおり、各送信に応答して生成されたエコーは、異なるフェーズおよび／または振幅情報を有する。各送信について、トランスデューサ要素の全ては、受信したエコーの各セットについてのより低解像度画像を生成するためにビームフォームされるエコーを受信する。より低解像度画像は、より高解像度画像を生成するために累積および／またはそうでなければ結合される。一般的に、送信数が多いと、より高い画質をもたらすが、より低いフレームレートをもたらす。したがって、残念ながら、画質とフレームレートとの間にはトレードオフがある。

符号化励起は、信号対雑音比を増加させるために使用されている。拡散符号の例は、バーカー符号、ゴレイ符号、および、周波数変調（ＦＭ）パルスを含むが、それに限定されない。ＦＭ変調パルスは、周波数依存減衰までロバストである傾向がある、多くの場合、信号対雑音比において最大の増加を付与する。ＦＭパルスを使用するアーティファクトは、（画像方向に沿って）範囲サイドローブの存在である。これらの範囲サイドローブは、ＦＭパルスの立ち上がりエッジおよび立下りエッジを次第に減らす（tapering）ことによって、減衰される。典型的に、テューキー窓関数が使用される。これは、送信されたパルスは、周波数および振幅変調両方されることを意味する。このようなパルスを送信することは、マルチレベル線形センダー（例えば、１２bit）、または、２００ＭＨｚを超えるクロック周波数で動作する二極方形波（［−１、０、１］）のどちらかを通常要求する。残念ながら、このような送信機は、高価な傾向がある。

肥満の患者は、一般的に、肥満でない患者に対して、皮下脂肪組織のより厚い層を有している。脂肪組織における音速は、おおよそ１４５０ｍ／ｓであり、一方、臓器組織における音速は、より高い傾向がある。例えば、肝臓における音速は、平均で訳１５４０ｍ／ｓである。音波は、その伝播の間屈折する（スネルの法則）。ビームフォーミングのための遅延計算は、伝播の直線に基づいている。残念ながら、これは、脂肪組織および臓器組織を含む階層の媒体（media）においては正確な仮定ではない。

概要

本願の態様は、上記の事柄を扱い、他の事柄も扱う。

１つの態様では、超音波画像化システムは、要素の行の２次元の非矩形アレイを含むトランスデューサアレイ、超音波信号を視野に送信するために要素を作動させる送信回路、超音波信号と視野における構造物との間の相互作用に応答して生じたエコーを受信する受信回路、および、エコーを処理するビームフォームを含み、依って、視野を示す１つ以上のスキャンラインを生成する。

別の態様では、方法は、２次元の非矩形トランスデューサアレイで、超音波信号を視野に送信することと、２次元の非矩形トランスデューサアレイで、超音波信号と視野における構造物との間の相互作用に応答して生じたエコーを受信することと、受信されたエコーを処理することとを含み、それにより、視野を示すスキャンラインを生成する。

別の態様では、コンピュータ読取可能な記憶媒体は、プロセッサによって実行される場合、プロセッサに、２次元の非矩形トランスデューサアレイで超音波信号を視野に送信させ、２次元の非矩形トランスデューサアレイで超音波信号と視野における構造物との間の相互作用に応答して生じたエコーを受信させ、受信したエコーを処理させる、コンピュータ実行可能な命令で符号化され、それにより、視野を示すスキャンラインを生成する。

当業者は、添付の記述を読み、理解した上で、本願のさらに他の態様を認めるだろう。

本願は、同様な参照が類似の要素を示している付随の図面の図において、例であって、制限でなく、図示される。
例である超音波画像化システムを図示する。 物理的な非矩形アレイを有するトランスデューサアレイの例を図示する。 図２のトランスデューサアレイのフットプリントを図示する。 単一の焦点レンズに関連する図２のトランスデューサアレイの側面図を図示する。 複数の焦点レンズに関連して図２のトランスデューサアレイの側面図を図示する。 仮想的な非矩形アレイを有するトランスデューサアレイの例を図示する。 例であるマルチレベル送信機を図示する。 例である図を図示する。 例である方法を図示する。

発明の詳細な説明

図１は、超音波（ＵＳ）画像システムのような例である画像化システム１０２を概略で図示する。画像化システム１０２は、超音波トランスデューサプローブ１０４およびコンソール１０６を含む。超音波トランスデューサプローブ１０４は、適切なインタフェースを通して、コンソール１０６と接続する。

超音波トランスデューサプローブ１０４は、２次元（２Ｄ）トランスデューサアレイ１０８を含む。一般的に、トランスデューサアレイ１０８は、電気信号を超音波圧力フィールドに、およびその逆に、変換する。より具体的には、行の要素は、視野において超音波信号を送信し、視野における構造物と送信超音波信号の相互作用に応答して生成されるエコー信号を受信するように構成される。トランスデューサアレイ１０８は、線形で、曲線状で、および／またはそうでなければ成形され、完全実装で、まばらで、および／またはその組み合わせなどであることができる。

図示されたトランスデューサアレイ１０８は、中心行１１０_C、並びに、外側行１１０_1aおよび１１０_1bのペア（集合的にここでは、外側行１１０₁の第１のペアと呼ぶ）、・・・、１１０_Maおよび１１０_Mb（集合的にここでは、外側行１１０_Mの第Ｍのペアと呼ぶ）を含む、Ｎ行１１０（Ｎは、３、５、９、１１などの３と等しいまたはそれより大きい整数である）を含む。ここで、ｃ、a、ｂおよびＭは、整数である。中心行１１０_Cは、Ｉ個の要素、１１０_C1、１１０_C2、・・・、１１０_CIを含む。ここで、Ｉは、整数である。外側行１１０₁の第１のペアは、Ｊ個の要素、１１０₁₁、１１０₁₂、・・・、１１０_1J、・・・を含み、外側行１１０_Mのペアは、Ｋ個の要素、１１０_M1、１１０_M2、…、１１０_MKを含む。ここで、ＪおよびＫは整数である。

行１１０の各々は、トランスデューサアレイ１０８の高度方向１１３に沿って一般的にお互いに平行配置された行１１０を伴い、トランスデューサアレイ１０８の横方向１１１に沿って配置される。行１１０₁の第１のペアの行の１１０_1aおよび１１０_1bは、中心行１１０_Cの向かい側に配置される。行１１０の次のペア（描かれていない）は、行１１０₁の第１のペアの向かい側に配置され、・・・、第Ｍのペアの行１１０_Mの行１１０_Maおよび１１０_Mbは、行１１０の（Ｍ−１）のペア（描かれていない）の向かい側に配置される。図示された配行（例えば、幅や高さ）は、説明のためのものであり、実際の配行と一致しないことに留意されたい。

さらにより詳細に以下に記述されるように、一例で、トランスデューサアレイ１０８の要素は、全体で、中心行110_Cは、外側行１１０_1a、１１０_1b、・・・、１１０_Maおよび１１０_Mbより多くの要素を含む点において、非矩形形状（例えば、一般的に楕円形状）を有する。一例で、これは、行１１０_1a、１１０_1b、・・・、１１０_Maおよび１１０_Mbより多い要素で実装される、中心行１１０_Cを伴うトランスデューサアレイ１０８を含む。別の例では、楕円形状は、アクティブな要素の数に対応し、中心行１１０_Cに沿ったさらなる要素は、外側行１１０_1a、１１０_1b、・・・、１１０_Maおよび１１０_Mbに関連してアクティブである。

コンソール１０６は、選択的に、トランスデューサアレイ１０８のトランスデューサ要素の１つ以上を作動させるまたは励起する送信回路１１２を含む。より具体的には、送信回路１１２は、トランスデューサアレイ１０８に伝達されるパルスのセット（またはパルス化された信号）を生成する。パルスのセットは、トランスデューサアレイ１０８のトランスデューサ要素のセットを作動させ、その要素に、超音波信号を検査に送信させるか、または、視野をスキャンさせる。以下にさらに詳細に述べるように、一例で、送信回路１０８は、符号化励起無しの構成に関して、信号対雑音比を改善するのを容易にしてもよい符号化励起のために構成される。

受信回路１１４は、送信された超音波信号に応答して、生成されたエコー（またはエコー信号）のセットを受信する。エコーは、一般的に、放出超音波信号とスキャン視野におけるオブジェクト（流れる血球、臓器細胞、など）との間の相互作用の結果である。受信回路１１６は、空間合成（spatial compounding）、フィルタリング（例えば、ＦＩＲおよび／またはＩＩＲ）、および／または他のエコー処理のために構成されてもよい。

ビームフォーマ１１６は、例えば、エコーに時間遅延および重みを適用し、結果のエコーを合計することによって、受信したエコーを処理する。以下にさらに詳細に記述するように、一例で、ビームフォーマ１１６は、スネルの法則を解き、並びに、伝播経路および／または伝播遅延を補正するために、階層モデルを利用する。このように、システム１０２は、早い計算時間で、より高い侵入度、より高いコントラスト解像度、より高い詳細解像度をもたらすよりよい焦点合わせを提供する。

任意の合成開口プロセッサ１１８は、合成送信および／または受信開口を生成するように構成されている。合成送信受信開口にとって、合成開口プロセッサ１１８は、異なるフェーズおよび／または振幅情報でより低解像度ビームフォームされたエコーを累積し、より高解像度画像を生成する。合成送信開口は、画質、例えば、信号対雑音比、コントラスト、および、詳細解像度など、を高めるために使用されることができる。一般的に、送信の数がより高くなるほど、画質がより高く、フレームレートがより低くなる。

スキャンコンバータ１２０は、例えば、ビームフォームされたデータを、結果のデータを視覚的に提示するために使用されるディスプレイまたはディスプレイ領域の座標系にコンバートすることによって、ディスプレイのためにデータをスキャンコンバートする。図示された実施形態は、ディスプレイ１２２を含む。しかしながら、ディスプレイ１２０は、代わりに、コンソール１０６とインタフェース接続された遠隔デバイスであってもよい。視覚的提示は、インタラクティブなグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を通してもよく、このことは、ユーザが、表示されたデータを、選択して回転、拡大縮小、および／または、操作することを可能にする。

ユーザインタフェース（ＵＩ）１２４は、１つ以上の入力デバイス（例えば、ボタン、ノブ、スライダなど）、および／または、１つ以上の出力デバイス（例えば、ディスプレイなど）を含み、このことで、システム１０２間の相互作用が可能になる。一例で、ＵＩは、ユーザがより高い画質またはより高いフレームレートの間で選択することを可能にするソフトウェアに基づいたおよび／または物理的な制御を含む。制御は、合成開口プロセッサ１１８を作動／停止させる、および／または、所定のプロトコール、ユーザ入力もしくはそれ以外のものに基づいて、送信の数、故に、画質とフレームレートとの間のトレードオフを決定する。

ＵＩ制御は、画質とフレームレートとの間のトレードオフを通したユーザ制御を付与し、ユーザが送信の焦点合わせ強度を決定することを可能にする。一般的に、送信の最小数は、２である。送信ビームの形状は、ビーム上に適用された重み係数を決定する。この例では、合成開口プロセッサ１１８は、ビーム形状に依存して、モデルのバンクから、異なるビーム形状に対し各々、複数のモデルからモデル１２６を用いて、ビームに適用された重み係数を決定することができる。

コントローラ１２８は、画像化システム１０２の様々な構成要素を制御する。例えば、このような制御は、Ａモード、Ｂモード、Ｃ平面および／または他のデータ獲得モードのために、トランスデューサアレイ１０８のトランスデューサ要素の個またはグループを作動させるまたは励起すること、送信された信号をステアリングおよび／または焦点合わせすることなど、受信されたエコーをステアリングおよび／または焦点合わせするためにトランスデューサアレイ１０８を作動させることなどを含んでもよい。

コンソール１０６は、物理的なメモリおよび他の非一時的媒体のようなコンピュータ読取可能な記憶媒体上で符号化された、または組み込まれた１つ以上のコンピュータ読取可能な命令を実行する１つ以上のプロセッサを含んでもよい。追加で、または、代替的に、命令は、信号、搬送波、および、他の一時的または非‐コンピュータ読取可能な記憶媒体で運搬されることができる。一例で、１つ以上のプロセッサに関連して命令を実行することは、１つ以上のビームフォーマ１１６、合成開口１１８、および／または、画像化システム１０２の他のコンポーネントを実施する。

手短に上記で述べたように、トランスデューサアレイ１０８は、多行に並べられた非矩形のフットプリントを含む。図２、３、４、５は、トランスデューサアレイ１０８の非制限的な例を図示する。図２は、トランスデューサアレイ１０８の変換面(transducing face)２００の中を見る図を示し、図３は、トランスデューサアレイ１０８の中を見る図を図示し、図４は、焦点レンズと関連するトランスデューサアレイ１０８の側面図を図示し、および、図５は、複数の焦点レンズと関連して、トランスデューサアレイ１０８の側面図を図示する。

簡潔にするために、トランスデューサアレイ１０８は、図２から５に対し、Ｎ＝３である構成に関連して、議論される。他の実施形態では、Ｎ＞３である。第一に、図２に言及して、再び、中心行１１０_C、並びに、外側の行１１０_1aおよび１１０_1bは、高度方向１１３に沿って、それぞれお互いに平行に配置され、各々は、中心行１１０_C向かい側に外側の行１１０_1aおよび外側の行１１０_1bを有し横方向１１１に沿って各々延びている。この例では、示されるように、行１１０_C、１１０_1a、および１１０_1bの各々は、架空の中心軸２０２に対し横方向１１１におけるほぼ中心がある。

行１１０_C、１１０_1a、および１１０_1bにおける個々の要素２０４（図１の１１０_C1、１１０_C2、・・・、１１０_CI）、２０６（図１の１１０₁₁、１１０₁₂、・・・、１１０_1J）、および、２０８（図１の１１０_M1、１１０_M2、・・・、１１０_MK）の幅（横方向）とピッチ（すなわち、隣接した要素の中心の間の距離）は、ほぼ等しい。幅および／またはピッチは、周波数およびビームステアリングに基づいて最適化されることができる。このようにして、横方向１１１におけるアクティブな開口の幅は、使用される要素の数によって付与される。

この例では、行１１０_1aおよび１１０_1bにおける個々の要素の高さ（高度方向）は、等しく、行１１０_Cにおける個々の要素の高さの半分である。等しい幅および半分の高さで、行１１０_1aおよび１１０_1bのペアの要素の面積は、行１１０_Cにおける要素の面積とだいたい等しく、電気インピーダンスは、同じである。バリエーションでは、行１１０_1aおよび１１０_1bの要素２０６および２０８の高さは、行１１０_Cにおける要素２０４の半分の高さより大きい、または、小さい。結合された全３行の合計高さは、十（１０）から五十（５０）ミリメートル（ｍｍ）の範囲にある。

中心行１１０_Cの個々の要素２０４の各々は、異なる信号チャネルと電気的通信する。外側の行１１０_1aおよび１１０_1bの要素の各相補的（complementary）ペア（例えば、２０６_Iおよび２０８_I）は、異なる信号チャネルと電気通信する。一般的に、相補的（complementary）ペアは、特定の中心行要素と同じ列に沿って要素を含む。依って、各要素２０４についての単一のチャネルと要素２０６および２０８の相補的（complementary）ペアについての単一のチャネルがある。要素２０６および２０８の相補的（complementary）ペアは、ビームに関して対照的で、高さ方向１１３においてステアリングされない。

図示された例では、Ｊ＝１／２Ｉであり、図１から、Ｊは、外側の行１１０_1aおよび１１０_1bにおける要素２０６および２０８の数を表し、Ｉは、中心行１１０_Cにおける要素２０４の数を表す。このように、トランスデューサアレイ１０８は、合計１．５Ｉ個のチャネルを利用する。例えば、Ｉ＝３２、Ｊ＝１６、Ｉ＝１２８、Ｊ＝６４、Ｉ＝１９２、Ｊ＝９６などであり、トランスデューサアレイ１０８は、４８、１９２、２８８個などのチャネルを利用する。このように、図示されたトランスデューサアレイ１０８は、１．７５ＤトランスデューサアレイまたはＪ＝Ｉである他の構成より少ないチャネルを利用する。他の実施形態では、ＩおよびＪは、他の値であり得る。加えて、Ｊは、１／４、３／４などのようなＩの別のファクタであり得る。

図２の構成で、トランスデューサアレイ１０８は、この例で示されるように、非矩形形状、例えば、一般的に楕円形形状を有する。この構成は、高度方向１１３において均等な細いビームを提供する。

図３および４に移ると、１つの実施形態では、音響または他のレンズのようなレンズ４０２は、焦点距離４０４で中心行１１０_Cのビームの焦点を合わせる。図３および５に関して、別の実施形態では、レンズ４０２は、第１の焦点距離４０４で中心行１１０_Cのビームの焦点を合わせ、フレネルレンズのようなレンズ５０２は、第１の焦点距離４０４よりトランスデューサアレイ１０２からさらに離れている５０４の第２の焦点距離で外側の行１１０_1aおよび１１０_1bからのビームの焦点を合わせる。

一例で、焦点距離４０４および５０４は、焦点数（ｆ値）は、ほぼ同じであるようになっている。適切なｆ値の例は、五（５）から八（８）までの範囲にある。ほぼ等しいｆ値を有することが、均等な形状でビームを生じることを容易にすることが、理解されるべきである。外側行１１０_1aおよび１１０_1bにおける要素に適用された遅延は、レンズ内の音響エネルギーの屈折が、考慮される。

図２、３、４、５は、３行に関するトランスデューサアレイ１０８を記述しているが、トランスデューサアレイ１０８は、さらなる行を有するフェーズドアレイであり得ることが理解されるべきである。例として、５行および１９２チャネルがあり、中心行は、１２８個の要素を有し得るが、外側行の各々は、３２個の要素を有するだろう。別の例では、中心行は、９６個の要素を有してもよく、外側の行の第１のセットの各々は、６４個の要素を有し、外側の行の第２のペアの各々は、３２個の要素を有するだろう。他の構成もまた、ここで、熟考される。

図２〜５において、トランスデューサアレイ１０２は、高度方向１１３に均等な狭いビームを提供する多行に並べられた非矩形のフットプリントを含む。１つ以上の焦点レンズは、行のサブセット（図３）をもって利用され、任意で、１つ以上のフレネルレンズは、行の他のサブセット（図４）をもって利用されることもできる。この構成は、多行に並べられた矩形フットプリントに関連するチャネルのより低い数で高さ焦点合わせを達成すること、および／または、トランスデューサアレイ１０８に近い、および、トランスデューサアレイ１０８から遠い両方の高度方向で狭いビームを作ることを可能にする。

図６は、トランスデューサアレイ１０８の別の例を概略で図示する。

しかしながら、この例では、トランスデューサアレイ１０８は、（各行に同じ数の要素を有し）多行に並べられた矩形フットプリントを含む。説明するために、以下に、行につき１９２要素、３行（全体で５７６要素）、１９２のチャネルトランスデューサアレイ１０８について記述する。さらに、３行の要素２０４、２０６および２０８の幅は、だいたい等しく、外側の行１１０_1aおよび１１０_1bの要素２０６および２０８の高さは、中心の行１１０ｃの要素２０４の高さの半分である。

例では、中心行１１０_Cの要素は、１：１９２とインデックス付けられ、３２個の要素のブロック、または、ブロック６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２に分割される。参照番号６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、および６２４は、各ブロックに対するインデックス範囲を示す。１：３２とインデックス付けられたブロック６０２における要素は、マルチプレクサまたはその類似物を通して、チャネル１：３２にそれぞれ電気的に接続され、残りのブロック、要素およびチャネルについても同様である。参照番号６２６、６２８、６３０、６３２、６３４、および６３６は、チャネル番号を示す。

外側の２つの行１１０_1aおよび１１０_1bもまた、１：１９２でインデックス付けられ、３２個の要素のブロック、または、ブロック６３８、６４０、６４２、６４４、６４６、６４８に分割される。同じように、参照番号６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、および６２４は、各ブロックに対するインデックス範囲を示す。１：３２とインデックス付けられたブロック６２６における要素は、マルチプレクサまたはその類似物を通して、チャネル９７：１２８にそれぞれ電気的に接続され、残りのブロック、要素およびチャネルについても同様である。参照番号６５０、６５２、６５４、６５６、６５８、および６６０は、チャネル番号を示す。

この構成は、例えばわずかな奥行きで、中心行１１０_Cに沿って１９２個の要素（または他の数の要素）のアクティブな開口、を可能にする。そこではチャネル１：１９２にそれぞれ要素１：１９２を電気的に接続することにより、外側の行１１０_1aおよび１１０_1bは必要とされない。この構成はまた、例えばより大きな奥行きで、中心行１１０_Cと外側の行１１０_1aおよび１１０_1bの両方の要素とに沿って、１９２個の要素より少ないアクティブな開口を可能にする。

例えば、一例で、中心行１１０_Cの要素３３：１６０（６１６−６２２）は、チャネル３３：１６０（６２８‐６３４）に電気的に接続され、外側の行１１０_1aおよび１１０_1bの両方の要素１：３２（６１４）は、チャネル９７：１２８（６５０）に電気的に接続され、外側の行１１０_1aおよび１１０_1b両方の要素１６１：１９２（６２４）は、チャネル６５：９６（６６０）に電気的に接続される。結果の「仮想的な」またはアクティブな開口は、図２〜５の物理的な配置のように非矩形（例えば、一般的な楕円形形状）である。同じように、この構成は、高度方向１１３において均等な細いビームを提供する。

このチャネルへの要素の特定の割当ては、制限されないことが理解されるべきである。加えて、グループサイズは、異なっていることが可能で、個々の要素は、グループベースではなく、個で割り当てられることができる。その上、１つ以上の行は、１９２より多いまたは少ない要素を有してもよく、そこには、１９２より多いまたは少ないチャネルがあってもよい。

一般的に、この構成は、外側の２行１１０_1aおよび１１０_1bのためのチャネル接続におけるオフセットを導入する。結果として、十字のようなアクティブな開口は、トランスデューサ表面のどこでも作られることができる。さらに、とても広い開口は、トランスデューサアレイ１０２に近接するスキャンのために作成されることができる。その上、この構成は、角度合成（angular compounding）を可能にする。

上述したように、送信回路１１２は、符号化された励起のために構成されることができる。図７は、１次のシグマ‐デルタ変調器に基づく符号化された励起について例であるＮレベル（Ｎ≧５）送信機７０２を概略で図示する。示されたように、送信機７０２は、前の出力信号７０８の負数が足された入力信号７０６を量子化するアナログ‐デジタル（Ａ／Ｄ）変換器７０４を含み、トランスデューサアレイ１０８の要素を駆動する−１、１／２、０、１／２または１の値を有する現在の出力信号７１０を生じる。経時的に、５レベルの量子化出力が、７１０に示される。

図示された送信機７０２は、５レベルの送信機である。このような符号化は、１５０ＭＨｚ、１２０ＭＨｚ、１００ＭＨｚおよび／または他の周波数のような２００ＭＨｚ未満のＦＭパルスを作ることを可能にする。一例で、このようなシステムの遂行は、肥満の患者を安価に画像化する場合、２００ＭＨｚで動作する３レベルの二極方形波送信機とほぼ同一であろう。例えば、送信機７０２は、線形送信機と同じ、受信信号の質を達成するが、費用は低い。

送信機７０２は、送信回路１１２、コントローラ１２６、コンソール１０６の別の別個である構成要素、および／または、コンソール１０６のおよび／またはコンソール１０６から遠隔である他の構成要素の一部として実施されることができる。

上述したように、ビームフォーマ１１６は、スネルの法則を解き、ならびに、伝播経路および伝播遅延を補正するために、階層モデルを利用してもよい。以下は、非制限アプローチを記述する。例であるパラメータ化された遅延関数は、数式１で図示される。

数式１：

ここで、

この関数は、線形トランスデューサのための近似解とほぼ一致し、および、類似する。コサイン項は、対称条件Ｔ（φ）＝Ｔ（−φ）のために、含まれるだけである。

各要素の場所につき見出されるべきcos（φ）項は、直接数値を求められる必要はないが、三角関数の追加の公式を使用して見出されることができる。例えば、cos（２φ）項は、cos（２φ）＝cos^２（φ）−sin^２(φ)の特性を使用し見出されることができる。αおよびβは、数式１は、遅延を推定するのに使用される値の範囲を通してT_SnellとＴ（φ）との間の差を最小にするために推定されることができる。理想的には、この最小化は、最小二乗または最小−最大最適化としてなされ、しかし、有効な結果は、全範囲を通じて適切に分配される２つの周知の遅延から取得されることもできる。

例えば、αおよびβは、次のように、範囲φ＝０、・・・、φ_０について推定されることができる。

１）図８について、数式２に基づいて、Ｐ１からＰ０までの線に対応する角度、θ_０、に対するサイン、を求める。

数式２：

２）数式３に示される、開始角度（starting angle）としてθ_０でＰ１からのトレーシングに相当する角度φ_１を求める。

数式３：

３）数式４に示されるように、遅延τ_１を計算する。

数式４：

４）数式５および６に基づいて、別の値

のためにステップ２）および３）を繰り返す。数式５。

数式５：

数式６：

５）数式２にこれらの値を挿入し、および、再編成して、数式１０になる。

数式１０：

６）数式１１および１２に示されるように、αおよびβを計算する。

数式１１：

数式１２：

この解は、より高い侵入度、より高いコントラスト解像度、より高い詳細解像度をもたらすよりよい焦点合わせを提供する。さらに、解は、早い計算時間を有し、ユーザとのより良い相互作用を可能にする。ビームフォーマ１１６は、例えば、超音波システム１００のセットアップが、セットアップ（例えば、線密度、モードの組み合わせ‐ＣＦＭ／Ｄｏｐｐｌｅｒ／ＴＨＩ／ＣＨＩなど）を変化させるごとのような所定の基準に基づいて、ビームフォーミング遅延を計算するように構成されることができる。

図９は、方法を図示する。

以下の行為の順序は、説明のためであって、制限ではない。このように、行為の１つ以上は、同時に、含まれるが制限されない、異なる順序で行われることができる。さらに、１つ以上の行為が省略されてもよく、および／または、１つ以上の他の行為が追加されてもよい。

９０２において、ＵＳプローブは、視野に超音波ビームを送信する。

プローブは、例えば、図２〜６および／またはそうでないものと関連して記述されるように、非矩形のフットプリント（物理的または仮想的）を有するトランスデューサアレイを含む。送信は、５または他のレベルのＦＭ送信機および／またはそうでないものを介して達成されることができる。送信は、ここで記述されるように、ユーザ入力に基づいて、画質またはフレームレートに適応されることができる。

９０４において、これに応答し生成されたエコーは、プローブによって受信される。

９０６において、エコーは、ビームフォームされる。

エコーは遅延され、遅延は、伝播経路および伝播遅延を補正するために階層モデルを使用することを含み、ここで記述されるように決定されることができる。

９０８において、任意の合成送信開口が作られる。

９１０において、スキャンコンバータは、処理されたエコーをモニタ上のディスプレイ用のデータに変換する。

９１２において、データは、表示される。

上記は、コンピュータプロセッサで実行される場合、プロセッサに、記述された行為を行わせる、コンピュータ読取可能な記憶媒体において符号化された、または、組み込まれたコンピュータ読取可能な命令で実施されてもよい。追加でまたは代替的に、コンピュータ読取可能な命令のうち少なくとも１つは、信号の搬送波または他の一時的媒体によって運搬される。

本願は、様々な実施形態に関して、記述されている。修正および変更が、本願を読んだ上で、他者に起こるだろう。本発明は、全てのこのような修正および変更が、付随の特許請求の範囲およびその同等の物の範囲内である限りにおいて、これらを含むと解釈されることが意図される。

Claims (32)

1. 要素の行（１１０）の２次元の非矩形アレイを含むトランスデューサアレイ１０８と、
   超音波信号を視野に送信するために要素を作動させる送信回路（１１２）と、
   前記超音波信号と前記視野における構造物との間の相互作用に応答して生じたエコーを受信する受信回路（１１４）と、
   前記エコーを処理し、これによって、前記視野を示す１つ以上のスキャン線を生成するビームフォーマとを備える
   超音波画像化システム（１０２）。
2. 前記要素の行の２次元の非矩形アレイは、
   第１の数の要素を有する要素の中心行（110_C）と、
   高度方向における前記中心行の第１の側に位置する第１の行および前記高度方向における前記中心行の向かい側に位置する第２の行を含む少なくとも１つのペアの行（110_1a, 110_1b）と、前記第１および第２の行は各々、第２の数の要素を含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の数の要素は、前記第２の数の要素より大きい、請求項２に記載のシステム。
4. 前記中心行の前記要素の各々、および、前記ペアの行のペアの要素は、異なるチャネルと電気的通信する請求項３に記載のシステム。
5. 前記第２の数の要素は、前記第１の数の要素の半分である、請求項３乃至４の何れかに記載のシステム。
6. 前記中心行および、前記ペアの行は、前記トランスデューサアレイの中心軸（２０２）に中心が置かれている、請求項３乃至５の何れかに記載のシステム。
7. 前記要素の行の２次元の非矩形アレイは、
   前記高度方向において第１の行に隣接して位置される第３の行と、前記高度方向において前記第２の行に隣接して位置される第４の行とを含む少なくとも第２のペアの行（110_Ma、110_Mb）をさらに備え、前記第３および第４の行は各々、第３の数の要素を含む、請求項３乃至６の何れかに記載のシステム。
8. 前記第３の数の要素は、前記第２の数の要素の半分である、請求項７に記載のシステム。
9. 前記中心と少なくとも１つのペアの行との要素の幅は、ほぼ等しく、前記中心行の前記要素の高さは、前記少なくとも１つのペアの行における前記要素の高さのほぼ２倍である、請求項３乃至８の何れかに記載のシステム。
10. 前記中心行によって送信される前記信号の第１の副部分の焦点合わせをする光学レンズ（４０２）をさらに備える、請求項3乃至9の何れかに記載のシステム。
11. 少なくとも１つのペアの行によって送信される前記信号の第２の副部分の焦点合わせをする光学レンズ（５０２）のペアをさらに備える、請求項３乃至１０の何れかに記載のシステム。
12. 前記第１の数の要素は、前記第２の数の要素と同じであり、同じ列に対する前記中心行の各要素、および、各ペアの行の各ペアの要素は、同じそれぞれのチャネルと交互に電気的通信をする、請求項２記載のシステム。
13. 前記中心行の前記要素の第１のサブセットは、それぞれのチャネルと電気的通信をしており、前記ペアの行の前記ペアの要素の第２のサブセットは、それぞれのチャネルと電気的通信する請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第１のサブセットは、前記第２のサブセットより２倍多い要素を含む、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記中心と少なくとも１つのペアの行における前記要素の幅は、ほぼ等しく、前記中心行における前記要素の高さは、少なくとも１つのペアの行における前記要素の高さのほぼ２倍である、請求項１２乃至１４の何れかに記載のシステム。
16. ユーザの関心のある画質とフレームレートとの間のトレードオフを示す信号を受信するユーザインタフェース（１２４）と、
    前記信号に基づいて送信するために前記送信回路を制御するコントローラ（１２８）と、送信ビームごとに前記送信の数は、より高い画質に対しより多くの送信、および、より高いフレームレートに対しより少ない送信を有して、前記信号に基づく、
    請求項１乃至１５の何れかに記載のシステム。
17. 前記送信回路は、前記信号を生成するために、５レベルの送信機を含む、請求項１乃至１６の何れかに記載のシステム。
18. 前記ビームフォーマは、階層モデルに基づきエコー伝播遅延を決定する、請求項１乃至１７の何れかに記載のシステム。
19. 前記階層モデルは、非直線伝播線に適応する、請求項１８記載のシステム。
20. ２次元非矩形トランスデューサアレイで、超音波信号を視野に送信することと、
    前記２次元非矩形トランスデューサアレイで、前記超音波信号と前記視野における構造物との間の相互作用に応答して生じたエコーを受信することと、
    前記受信されたエコーを処理し、これによって、前記視野を示すスキャン線を生成することと
    を備える、方法。
21. 前記要素の行の２次元非矩形アレイは、第１の数の要素と、前記中心行の第１の側に位置する第１の行と前記中心行の向かい側に位置する第２の行とを含む少なくとも１つのペアの行とを含み、前記第１および第２の行は、第２の数の要素を各々含む、請求項２０記載の方法。
22. 前記第１の数の要素は、前記第２の数の要素より多い、請求項２０記載の方法。
23. 前記中心行の前記要素の各々および前記ペアの行のペアの要素は、異なるチャネルと電気的通信する、請求項２１記載の方法。
24. 光学レンズを介して、前記中心行によって送信される前記信号の第１の副部分の焦点合わせをすることをさらに備える、請求項２２乃至２３の何れかに記載の方法。
25. フレネルレンズを介して、前記少なくとも１つのペアの行によって送信される前記信号の第２の副部分の焦点合わせをすることをさらに備える、請求項２２乃至２４の何れかに記載の方法。
26. 前記第１の数の要素は、前記第２の数の要素と同じであり、各列について、前記中心行の各要素および各ペアの行の各ペアの要素は、同じそれぞれのチャネルと交互に電気的通信する、請求項２２に記載の方法。
27. 前記中心行の前記要素の第１のサブセットをそれぞれのチャネルと電気的通信に置くことと、
    前記ペアの行の前記ペアの要素の第２のサブセットをそれぞれのチャネルと電気的通信に置くこととを
    さらに備える請求項２６に記載の方法。
28. 各送信ビームの前記送信の数を制御することは、ユーザの関心のある画質とフレームレートとの間のトレードオフを示す信号に基づく、
    請求項２０乃至２７の何れかに記載の方法。
29. ５レベルの送信機を使用して、前記超音波信号を生成すること
    をさらに備える請求項２０及び２８の何れかに記載の方法。
30. ビームフォーミングは、
    非直線伝播線に適応する階層モードに基づいてエコー伝播遅延を決定することを
    備える、請求項２０乃至２９の何れかに記載の方法。
31. ビームフォーミングは、
    非直線伝播線に適応する階層モードに基づいてエコー伝播遅延を決定することを
    備える、請求項２０乃至２９の何れかに記載の方法。
32. コンピュータ実行可能な命令を有するコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行される場合、前記プロセッサに、
    ２次元非矩形トランスデューサアレイで、超音波信号を視野に送信させ、
    前記２次元非矩形トランスデューサアレイで、前記超音波信号と前記視野における構造物との間の相互作用に応答して生じたエコーを受信させ、
    前記受信されたエコーを処理し、これによって、前記視野を示すスキャン線を生成させる
    コンピュータ読取可能な記憶媒体。