JP2023526203A - 混合超音波トランスデューサアレイ - Google Patents

混合超音波トランスデューサアレイ Download PDF

Info

Publication number
JP2023526203A
JP2023526203A JP2022568427A JP2022568427A JP2023526203A JP 2023526203 A JP2023526203 A JP 2023526203A JP 2022568427 A JP2022568427 A JP 2022568427A JP 2022568427 A JP2022568427 A JP 2022568427A JP 2023526203 A JP2023526203 A JP 2023526203A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
array
type
row
elements
pitch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022568427A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2021237125A5 (ja
Inventor
ダンフア ジャオ，
ジアンガン ジュー，
ラン ヤン，
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deepsight Technology Inc
Original Assignee
Deepsight Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deepsight Technology Inc filed Critical Deepsight Technology Inc
Publication of JP2023526203A publication Critical patent/JP2023526203A/ja
Publication of JPWO2021237125A5 publication Critical patent/JPWO2021237125A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0097—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying acoustic waves and detecting light, i.e. acoustooptic measurements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0292—Electrostatic transducers, e.g. electret-type
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/06—Arrangements of multiple sensors of different types
    • A61B2562/066—Arrangements of multiple sensors of different types in a matrix array
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A61B8/4488—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer the transducer being a phased array

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本開示は、概して、超音波の分野に関し、特に、光学センサ及び他のトランスデューサのアレイを含む混合アレイを使用して超音波変換を可能にする方法及びデバイスに関する。超音波デバイスは、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、第１のタイプとは異なる第２のタイプの１つ以上のアレイ要素と、を含む超音波トランスデューサアレイを含み得る。第１のタイプは、音響波を送信するように構成されているトランスデューサを含み得る。第２のタイプは、光学センサを含み得る。第１及び第２のタイプのアレイ要素は、送信された音響波に対応する音響エコーを検出するように構成されている。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年５月２２日に出願された米国特許出願第６３／０２９，０４４号の優先権を主張し、その全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、概して、超音波の分野に関し、特に、光学センサ及び他のトランスデューサのアレイを含む混合アレイを使用して超音波変換を可能にする方法及びデバイスに関する。
超音波トランスデューサは、多くの利点により、医療イメージング及び医療診断を含む様々な業界で使用されている。例えば、超音波変換は、顕著な透過深度を有する超音波信号を利用する。更に、超音波イメージングは、非電離放射線に基づいているため、有利な非侵襲的形態のイメージングであることが知られている。
超音波イメージングに使用される様々な既知の超音波トランスデューサには多くの欠点がある。例えば、一部の超音波トランスデューサは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料からなる。ただし、ＰＺＴ材料の６ｄＢ帯域幅は、一般に約７０％に制限される。特定の複合ＰＺＴ材料は、帯域幅がわずかに増加しているが、それでも最大約８０％の帯域幅しか達成できていない。別の例として、単結晶材料は、超音波プローブの性能を向上させるためにますます使用されているが、キュリー温度が低く、もろい。別のタイプのトランスデューサ材料は、シリコンであり、これを処理して、帯域幅を拡大することができる容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）プローブを構築することができる。ただし、ＣＭＵＴプローブの感度又は信頼性は高くない。また、ＣＭＵＴプローブには、いくつかの動作上の制限がある。例えば、ＣＭＵＴプローブは、非線形トランスデューサであるため、一般にハーモニックイメージングには適していない。更に、ＣＭＵＴプローブを適切に動作させるには、追加のバイアス電圧が必要である。したがって、超音波変換のための新規の改良されたデバイス及び方法が必要とされている。
概して、いくつかの実施形態では、ターゲットを撮像するための装置は、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、第１のタイプとは異なる第２のタイプの１つ以上のアレイ要素と、を含む超音波トランスデューサアレイを含み得る。第１のタイプは、音響波を送信するように構成されているトランスデューサ（例えば、圧電トランスデューサ又は容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ））であり得、第２のタイプは、光学センサ（例えば、光共振器、光干渉計などの干渉ベースの光学センサ）であり得る。第１及び第２のタイプのアレイ要素は、送信された音響波に対応する音響エコーを検出するように構成されている。
いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、上昇寸法（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）において１行以上の行を含み得る。超音波トランスデューサアレイは、例えば、奇数行の行又は偶数行の行を含み得る。
いくつかの変形では、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、交互の行を成している。いくつかの構成では、第１のタイプのアレイ要素の少なくとも一部は、中央の行を成し得る。いくつかの構成では、第２のタイプのアレイ要素の少なくとも一部は、中央の行を成し得る。
アレイ要素は、互いに様々な適切な間隔をあけてアレイ状に配置され得る。例えば、いくつかの変形では、少なくとも１行の行は、トランスデューサの中心周波数の波長の半分よりも大きいピッチ（例えば、行において）を有する。いくつかの変形では、少なくとも１行の行は、トランスデューサの中心周波数の波長の半分以下のピッチ（例えば、行において）を有し得る。いくつかの変形では、アレイは、横方向寸法において等しいピッチを有する行を含み得る。あるいは、いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、横方向寸法において第１のピッチを有する少なくとも１行の行と、横方向寸法において第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する少なくとも１行の行と、を含み得る。例えば、いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、第１のピッチを有する内側の行と、第２のピッチを有する内側の行に隣接する行と、を含み得、第２のピッチは、第１のピッチより大きくし得る。いくつかの変形では、第１のピッチを有する内側の行は、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素を含み得、第２のピッチを有する内側の行に隣接する行は、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素を含み得る。
更に、いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイが横方向寸法において可変ピッチを有する少なくとも１行の行を含み得るため、ピッチは行内で変化し得る。例えば、可変ピッチを有する少なくとも１行の行は、第１のピッチを有する中央領域と、中央領域に隣接する、第１のピッチより大きい第２のピッチを有する横方向領域と、を含み得る。いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、横方向寸法において第１の可変ピッチパターンを有する第１の行と、横方向寸法において第２の可変ピッチパターンを有する第２の行と、を含み得、第２の可変ピッチパターンは、第１の可変ピッチパターンとは異なり得る。例えば、いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素を含む第１の可変ピッチパターンを有する内側の行と、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素を含む第２の可変ピッチパターンを有する内側の行に隣接する行と、を含み得る。
第１及び第２のタイプのアレイ要素は、超音波トランスデューサアレイの異なる行に配置され得る。例えば、いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む少なくとも１行の行を含み得る。第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む少なくとも１行の行は、中央の行であり得る。いくつかの変形では、中央の行は、第２のタイプの単一のアレイ要素を有する。第２のタイプの単一のアレイ要素は、送信された音響波の波長とほぼ等しいか、又はそれよりも小さい光学センサを含み得る。
いくつかの変形では、第１及び第２のタイプのアレイ要素は、超音波トランスデューサアレイの同じ行に配置され得る。例えば、いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、第１のタイプの一組のアレイ要素と、第２のタイプの一組のアレイ要素と、を含む中央の行を含み得る。第２のタイプのアレイ要素は、例えば、送信された音響波の波長とほぼ等しいか、又はそれよりも小さいサイズにされ得る。いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、２行以上の行を含み得、２行以上の行のそれぞれは、第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む。第２のタイプのアレイ要素は、規則的なパターンで空間的に分布し得る。第２のタイプのアレイ要素は、不規則なパターンで空間的に分布し得る。いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、少なくとも３１行の行を含み得、３１行の行のうちの少なくともいくつかは、第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含み得る。いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、単一の行を含み得、単一の行は、第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む。
いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、一組のサブアパーチャを含み得る。一組のサブアパーチャは、第１のサブアパーチャ及び第２のサブアパーチャを含み得、第１のサブアパーチャは、第２のサブアパーチャよりも多数の行を含む。いくつかの変形では、第１のサブアパーチャは、中央サブアパーチャであり得、第２のサブアパーチャは、中央サブアパーチャに隣接し得る。いくつかの変形では、少なくとも１つのサブアパーチャは、第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素及び／又は第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素を含み得る。
いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、第１のタイプのアレイ要素の第１の組と、第２のタイプの要素の第２の組と、を含み得、アレイ要素の第１の組及びアレイ要素の第２の組はそれぞれ、まばらなアレイ構成にある。アレイ要素の第１の組の空間分布は、アレイ要素の第２の組の空間分布とは異なり得る。
超音波トランスデューサアレイは、基板又は他の適切な表面上にあり得る。いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、平面上にあり得る。いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、曲面上にあり得る。曲面は、放物線、双曲線、又は楕円曲線であり得る。
いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、少なくとも１つの環状アレイ要素を含み得る。超音波アレイは、少なくとも１つの環状アレイ要素と同心の第２のタイプの円形アレイ要素を含み得る。いくつかの変形では、少なくとも１つの環状アレイ要素は、第１のタイプであり得る。
超音波トランスデューサアレイは、１寸法（１Ｄ）アレイ、１．２５寸法（１．２５Ｄ）アレイ、１．５寸法（１．５Ｄ）アレイ、１．７５寸法（１．７５Ｄ）アレイ、又は２寸法（２Ｄ）アレイであり得る。
いくつかの変形では、１つ以上のアレイ要素は、ポリマー構造に埋め込まれた光学センサである。光学センサは、一組の光信号を光検出器に送信するために光ファイバに光学的に結合され得る。光学センサは、音響エコーに応答して一組の光信号を送信するように構成され得る。
混合超音波トランスデューサアレイを有する例示的な超音波イメージングシステムのブロック図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な１Ｄ混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な２Ｄ混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な２Ｄ混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な環状混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な混合超音波トランスデューサアレイの概略図である。 例示的な１Ｄ混合超音波トランスデューサアレイの上昇ビームパターンを示す。 例示的な１Ｄ及び１．５Ｄ混合超音波トランスデューサアレイの上昇ビームパターンを示す。 例示的なビームパターンを示す図である。
本発明の種々の態様及び変形例の非限定的な例が本明細書に記載され、添付の図面に示される。
本明細書では、複数の異なるタイプのアレイ要素を含む混合超音波トランスデューサアレイを有する超音波プローブを説明する。本明細書で説明される混合アレイは、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、第１のタイプとは異なる第２のタイプ（例えば、光学センサ、干渉ベースの光学センサ、光共振器、光干渉計など）の１つ以上のアレイ要素と、を含む。例えば、ＷＧＭ光共振器などの光学センサは、他のタイプの超音波センサと比較して、超音波信号の受信において高感度かつ広帯域幅を有し得る。第１のタイプの１つ以上のアレイ要素（例えば、トランスデューサ）を使用して、第１の画像を形成し得る。並行して、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素（例えば、光学センサ）を使用して、第２の画像を形成するために使用することができる音響エコーを検出する。高感度かつ広帯域の光学センサによって生成される第２の画像は、独立して使用され得、第１の画像と組み合わせて更に改善された画像を形成することもできる。光学センサの高感度かつ広帯域幅により、光学センサによって生成される画像は、空間分解能が向上し、透過深度が向上し、信号対雑音比（ＳＮＲ）が向上し、組織高調波イメージングが向上し、及び／又はドップラー感度が向上し得る。
本明細書で説明される光学センサは、光共振器、光干渉計などの干渉ベースの光学センサを含み得る。光共振器は、例えば、ウィスパリングギャレーモード（ＷＧＭ）光共振器、マイクロバブル光共振器、微小球共振器、マイクロトロイド共振器、マイクロリング共振器、マイクロディスク光共振器、及び／又はそのようなものを含み得る。
光共振器は、透明媒体の閉ループを含み得、この透明媒体は、一部の許容周波数の光が閉ループ内を連続的に伝播することを可能にし、かつ閉ループ内に許容周波数の光の光エネルギーを蓄積することを可能にし得る。例えば、光共振器は、光共振器の凹面を移動し、かつ許容周波数に対応する、ウィスパリングギャラリーモード（ＷＧＭ）の伝播が、共振器の周囲を循環することを可能にし得る。ＷＧＭからの各モードは、許容周波数の光からの周波数の光の伝播に対応する。本明細書で説明される光の許容周波数及び光共振器のＱ値は、光共振器の幾何学的パラメータ、透明媒体の屈折率、及び光共振器を取り囲む環境の屈折率に少なくとも部分的に基づき得る。
光干渉計は、マッハツェンダー干渉計、マイケルソン干渉計、ファブリペロー干渉計、サニャック干渉計、及び／又はそのようなものを含み得る。例えば、マッハツェンダー干渉計は、２つのほぼ同一の光路（例えば、ファイバ、オンチップシリコン導波路など）を含み得る。その２つの光路は、（例えば、音響波によって引き起こされる物理的な動き、音響波によって引き起こされる屈折率の調整などによって）微調整された音響波であり、マッハツェンダー干渉計の出力における光パワーの分布をもたらし、したがって、音響波の存在又は大きさを検出し得る。
本明細書で更に説明されるように、光学センサは、外界に結合して、光を受信し、光を送信し、実際に役立ち得る（例えば、音響光学システムにおける超音波イメージング又は他の変換用途のために）。光学センサをベースにした音響光学システムは、超音波（例えば、超音波エコー）に応答した共振器の光弾性効果及び／又は物理的変形を介して超音波を直接測定し得る。例えば、超音波（又は任意の圧力）の存在下で、光共振器を移動するＷＧＭは、光共振器の屈折率及び形状の変化によって引き起こされるスペクトルシフトを受け得る。スペクトルの変化は、スペクトル領域並びに光共振器への光透過強度及び光共振器からの光透過強度で簡単に監視及び分析することができる。更に、複数の光共振器間でシフトするＷＧＭを監視及び分析することにより、追加の空間情報及び他の情報を導き出すことができる。本明細書では、例示的な混合超音波アレイについて説明する。
混合アレイの寸法
本明細書に記載されるような混合超音波トランスデューサアレイは、様々な寸法を有し得る。例えば、混合アレイは、１寸法（１Ｄ）構成、１．２５寸法（１．２５Ｄ）アレイ構成、１．５寸法（１．５Ｄ）アレイ構成、１．７５寸法（１．７５Ｄ）アレイ構成、又は、以下で更に詳細に説明するように、２寸法（２Ｄ）アレイ構成における動作のために構成することができる。一般に、超音波トランスデューサアレイの寸法は、超音波トランスデューサアレイでイメージングするときに達成可能な上昇（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）ビーム幅（又は上昇ビームスライスの太さ）の範囲、及びトランスデューサアレイの上昇ビームアパーチャサイズ、焦点、及び／又はイメージング視野全体にわたる（例えば、撮像深度全体にわたる）ステアリングに対してシステムをどの程度制御するかに関係する。１Ｄアレイは、上昇寸法において１行の行のみの要素と、固定された上昇（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）アパーチャサイズと、を有する。１．２５Ｄアレイは、上昇寸法において複数の行の要素と、可変の上昇アパーチャサイズと、を有するが、音響レンズを介して固定された上昇焦点を有する。１．５Ｄアレイは、上昇寸法において複数の行の要素と、可変の上昇アパーチャサイズと、電子遅延制御による可変の上昇焦点と、を有する。１．７５Ｄアレイは、追加の上昇ビームステアリング機能を備えた１．５Ｄアレイである。２Ｄアレイは、大きなビームステアリング角度に対する最小ピッチ要件を満たすために、横方向及び上昇方向の両方の寸法において多数の要素を有する。
図１８は、超音波プローブからの例示的なビームパターンの概略図を示している。適切なビーム幅を持つことは、医療イメージングにおいて重要となり得る。例えば、がん組織のような病変が上昇ビーム幅よりも大きい場合に、それは検出され得る（「目に見える病変」）。そうではなく、病変が上昇ビーム幅よりも小さい場合には、病変が検出されないことがある（「見えない領域」）。これは、一般に、病変は周囲の組織に比べて低エコー性を持っており、画像内のより暗い領域として表示されるからである。上昇ビームが病変よりも広い場合、ビーム幅内の病変の周囲の組織から生成されたエコー信号は、暗い病変を埋めて、見えなくなったり見えにくくなったりすることがある。したがって、上昇ビームの１つ以上のパラメータ（例えば、上昇アパーチャサイズ、上昇焦点など）を制御する能力は、超音波イメージングのより優れた制御を提供し、及び／又は特定の状況でより良い画質をもたらすことができる。
１Ｄアレイは、上昇寸法において１行の行のみの要素と、固定された上昇アパーチャサイズと、を有する。言い換えると、１Ｄアレイは、１寸法（すなわち、横方向寸法）に延びる１行の行のみに配置された複数のアレイ要素を有する。例えば、図１１に示されるように、１Ｄアレイのアレイ要素は、横方向寸法のみに沿って線形であるが上昇寸法においては延びない単一の行に配置され得る。線形アレイのいくつかの変形では、隣接する２つの要素間の間隔は、送信された音響波の約１つの波長に等しくし得る。フェーズドアレイのいくつかの変形では、隣接する２つの要素間の間隔は、送信された音響波の波長の約半分であり得る。トランスデューサアレイ内のアレイ要素の単一の行は、上昇寸法において範囲がないことを意味する。したがって、１Ｄアレイは、固定された上昇アパーチャサイズ及び固定された上昇焦点の両方を有し、上昇寸法における薄いスライスの太さは、イメージング深度全体にわたって維持することができない。このスライスの太さの制限に加えて、１Ｄアレイは、近視野性能と遠視野性能と間の妥協点である上昇アパーチャを有する。
図１６は、３ｍｍの上昇アパーチャを有する線形１Ｄアレイと６ｍｍの上昇アパーチャを有する線形１Ｄ線形アレイとの間の比較を提供する。具体的には、図１６は、画像深度を変化させた２つの１Ｄアレイのビームパターン（上段）及び正規化ビームパターン（中段）を示している。図１６はまた、約１０ｍｍ～約８０ｍｍの範囲の画像深度に対する６ｄＢ及び２０ｄＢの上昇ビーム幅を表すプロット（下段）を示している。図１６に示されるように、３ｍｍアパーチャアレイの上昇ビーム幅は、６ｄＢ及び２０ｄＢ上昇ビームの両方について、一般に、画像深度とともに直線的に増加する。ただし、６ｍｍアパーチャアレイの上昇ビーム幅は、１０ｍｍ～約２２ｍｍに減少し、３１ｍｍまでフラットのままであり、その後、深度とともに直線的に増加し始める。したがって、１Ｄ構成は、イメージングにおいていくつかの制限を有し得るが、それにもかかわらず、特定の用途（例えば、特定のイメージング深度）において有用であり得る。
１．２５Ｄアレイは、上昇寸法において複数の行の要素と、可変の上昇アパーチャサイズと、を有するが、音響レンズを介して固定された上昇焦点を有する。可変の上昇アパーチャサイズは、例えば、電子的に制御することができる。上昇アパーチャサイズを変更すると、上昇ビーム幅の狭小化をある程度制御でき、つまり、超音波システムは、より適切な全体的な上昇ビームスライスの太さを実現することができる。上昇寸法においてアレイに行を追加することにより、上昇ビーム幅を更に狭くすることができる。ただし、１．２５Ｄアレイは、可変の上昇アパーチャサイズを有する一方で、固定された上昇焦点を有するので、イメージング視野（例えば、イメージング深度）全体でビームの太さを制御することはできない。
１．５Ｄアレイは、上昇寸法において複数の行の要素と、可変の上昇アパーチャサイズと、電子遅延制御による可変の上昇焦点と、を有する。可変の上昇アパーチャサイズ及び１つ以上の可変の上昇焦点は、例えば、電子的に制御することができる。例えば、図１５は、上昇寸法において少なくとも２つの要素（例えば、２行の行）を有する例示的な１．５Ｄ混合アレイを示している。いくつかの変形では、混合アレイは、混合アレイ内の単一の中央の行にわたって対称性を可能にするために、奇数行の行を含み得る。いくつかの変形では、混合アレイは、偶数行の行を含み得る。混合アレイは、上述のように、第１のタイプ（例えば、ＰＺＴトランスデューサ）の１つ以上のアレイ要素と、第２のタイプ（例えば、光共振器、光干渉計など）の１つ以上のアレイ要素と、を有する。図１５に示される１．５Ｄアレイは、例示のために３行の行を含むが、アレイは、任意の適切な数の行を含み得ることが理解されるべきである。これらの３行の行は、上昇寸法で互いに隣接して配置される。つまり、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素を有する１つの内側（中央）の行、及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素を有する２行の外側の行である。上昇寸法におけるこれらの要素間の間隔は、送信された音響波の１つの波長より大きくし得る。いくつかの変形では、１．５Ｄアレイは、線形アレイを含み、内側の行及び２行の外側の行のそれぞれは、送信された音響波の１つの波長の最小ピッチ要件を満たすのに十分な要素を有することができる。あるいは、いくつかの変形では、１．５Ｄアレイは、フェーズドアレイであり得、内側の行及び２行の外側の行のそれぞれは、送信された音響波の波長の半分のピッチを有し得る。内側の行及び外側の２行の行は、同じピッチ又は異なるピッチを有することができる。例えば、内側の行は、１２８のトランスデューサ要素を含み得、２行の外側の行は、３２のトランスデューサ要素を含み得る。
上述のように、１．５Ｄアレイの上昇アパーチャサイズ及び上昇焦点の両方を制御することができる。いくつかの変形では、アレイ要素の数は、イメージングシステムのチャネル数よりも多くし得るので、これらの変形では、システムは、１．５Ｄアレイの所望のサブアパーチャを選択するために、１つ以上のアナログスイッチ（例えば、高電圧スイッチ）を含み得る。上昇アパーチャサイズ及び上昇焦点の両方を選択的に調整することができるため、１．５Ｄアレイを制御して、イメージング視野全体でより狭い上昇ビーム幅を選択的に実現し、超音波プローブが様々なイメージング深度でより大きな病変に加えてより小さい病変をイメージングできるようにし得る。
図１７は、例示的な１Ｄ及び１．５Ｄ混合アレイの上昇ビームパターンの比較を示している。図１７の上の２つの画像は、図１６に関して上述した、３ｍｍの上昇アパーチャを有する線形１Ｄアレイ及び６ｍｍの上昇アパーチャを有する線形１Ｄ線形アレイのビームパターンを示している。図１７の上の２つの画像は、０～８０ｍｍの画像深度のより完全なビームパターンプロファイルを示すために、図１７が超近視野ビームパターン（０～１０ｍｍ）も示すことを除いて、図１６に示されるものと同様である。３ｍｍの上昇アパーチャを有する線形１Ｄアレイ（上段）では、上昇ビーム幅は、０ｍｍ～約２０ｍｍの近視野で狭くなっているが、約２０ｍｍ以降の遠視野で、上昇ビーム幅は太くなっている。６ｍｍの上昇アパーチャを有する線形１Ｄアレイ（中段）では、約２０ｍｍ～約４０ｍｍで、上昇ビーム幅は狭くなっているが、約２０ｍｍを超えると、上昇ビーム幅は太くなっている。しかしながら、可変の上昇アパーチャサイズ及び上昇焦点を有する１．５Ｄアレイ（下段）では、個々の１Ｄアレイよりも広い画像深度範囲にわたって、すなわち、例えば、少なくとも約０ｍｍ～約４０ｍｍの非常に近い視野にわたって、上昇ビーム幅は狭くなっている。言い換えると、１．５Ｄアレイは、イメージング視野全体でより優れた全体的な上昇ビーム幅を実現することができる。上昇寸法においてアレイに要素を追加することにより、上昇ビーム幅を更に狭くすることができる。
したがって、１．５Ｄアレイは、１Ｄアレイと比較して多くの利点を有することができる。第一に、１．５Ｄアレイは、例えば、小さな血管及び小さな嚢胞などの小さな構造を解決するのに役立ち得る、より薄い上昇ビームスライスの太さを有することができる。第二に、１．５Ｄアレイは、近視野画像から遠視野画像にまたがる画像に対して、より優れた均一な画質を有することができる。最後に、１．５Ｄアレイは、透過及び感度を犠牲にすることなく、１Ｄアレイよりも優れた細かい解像度を有することができる。
１．７５Ｄアレイは、１．５Ｄアレイであるが、追加の上昇ビームステアリング機能を備える。言い換えると、１．７５Ｄアレイは、１．７５Ｄアレイが上昇寸法おける複数の行、可変の上昇アパーチャサイズ、及び可変の上昇焦点を含むという点で、１．５Ｄアレイと同様である。しかしながら、１．７５Ｄアレイは、電子的に制御可能であり、ビームステアリングにおいてある程度の自由度（例えば、少なくとも一方向に最大約５度、少なくとも一方向に最大約１０度、少なくとも一方向に最大約１５度、又は少なくとも一方向に最大約２０度）を可能にし得る。１．５Ｄアレイと同様に、１．７５Ｄアレイを組み込んだシステムは、アレイの所望のサブアパーチャを選択するために１つ以上のアナログスイッチを含み得る。
最後に、２Ｄアレイは、大きなビームステアリング角度に対する最小ピッチ要件を満たすために、横方向及び上昇方向の両方の寸法において多数の要素を有する。例えば、２Ｄアレイは、横方向及び上昇方向の両方の寸法において配置された複数のアレイ要素を含み、可変の上昇アパーチャ、可変の上昇焦点、及び完全なビームステアリング制御の一式を有効にするために電子的に制御可能である。１．５Ｄアレイと同様に、２Ｄアレイを組み込んだシステムは、アレイの所望のサブアパーチャを選択するために１つ以上のアナログスイッチを含み得る。
混合超音波トランスデューサアレイを備えた超音波イメージングシステム
図１は、混合アレイ（本明細書では「混合超音波トランスデューサアレイ」とも称する）を備えた例示的な超音波イメージングシステム１００のブロック図である。超音波イメージングシステムは、プローブ１２５、イメージングシステム１５０、及びディスプレイ１６０を含む。プローブ１２５は、イメージングシステム１５０に（コンポーネントを介在させることなく）接続するか、又は（コンポーネントを介在させて、又は介在させずに）結合することができる。プローブ１２５は、イメージングシステム１５０から／へ一組の信号（例えば、電気信号、音響信号、光信号など）を受信及び／又は送信することができる。イメージングシステム１５０は、ディスプレイ１６０に（コンポーネントを介在させることなく）接続するか、又は（コンポーネントを介在させて、又は介在させずに）結合することができる。イメージングシステム１５０は、ディスプレイ１６０から／へ一組の信号（例えば、電気信号、電磁信号など）を受信及び／又は送信することができる。
プローブ１２５は、混合アレイ１１０、マルチプレクサ１２０、及び光ケーブル１３０を含む。混合アレイ１１０は、音響波を送信することができる第１のタイプの１つ以上のアレイ要素（例えば、圧電トランスデューサ）と、広帯域応答で高感度である第２のタイプの１つ以上のアレイ要素（例えば、ＷＧＭ光共振器）と、を含む。混合アレイ１１０は、トランスデューサ要素のアレイを含み、以下で更に説明するように、１寸法（１Ｄ）構成、１．２５寸法（１．２５Ｄ）アレイ構成、１．５寸法（１．５Ｄ）アレイ構成、１．７５寸法（１．７５Ｄ）アレイ構成、又は２寸法（２Ｄ）アレイ構成で動作するように構成され得る。混合アレイ１１０内の第１のタイプの１つ以上のアレイ要素は、マルチプレクサ１２０に動作可能に結合することができる。混合アレイ１１０内の第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、光ケーブル１３０に動作可能に結合することができる。
いくつかの変形では、プローブ１２５は、混合アレイ１１０のフェーズドアレイを使用することによって、視野にわたって反復的に走査するように構成することができる。そうすることで、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び／又は第２のタイプの１つ以上のアレイ要素を使用して、ライン単位の画像が生成される。次いで、既知の合成アパーチャ（ＳＡ）アルゴリズムを使用して、高解像度画像を生成することができる。追加的又は代替的に、いくつかの変形では、プローブ１２５は、例えば、トランスデューサ要素の第１のグループを使用して、音響波を送信する一方で、トランスデューサ要素の第２のグループ又は全てのトランスデューサを使用して、音響波に対応する超音波エコーを受信するなど、音響励起の異なるパターンを使用するように構成することができる。
混合アレイ１１０は、多数（例えば、１０、１００、２００、１０００、２０００、１０，０００、及び／又はそのような数）の要素を含み得る。いくつかの変形では、アレイは、長方形の構成に配置され得、Ｎ×Ｍ個の要素を含み得る。ここで、Ｎは、行の数であり、Ｍは、列の数である。混合アレイは、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素を含み得、第１のタイプは、超音波を送信するように構成されたトランスデューサであり、第２のタイプは、光学センサ（例えば、光共振器、光干渉計など）であり得る。第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、長方形配置、湾曲配置、円形配置、又はまばらなアレイ配置で集合的に配置され得る。混合アレイ１１０内のアレイ要素の様々な構成例について、以下で更に詳細に説明する。
混合アレイ１１０内のトランスデューサは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）トランスデューサ、ポリマー厚膜（ＰＴＦ）トランスデューサ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）トランスデューサ、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、光音響センサ、単結晶材料（例えば、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ））、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）－ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ－ＰＴ）、及びＰｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）－Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）－ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ－ＰＭＮ－ＰＴ））に基づくトランスデューサ、及び／又は音響変換に適した任意のトランスデューサを含み得る。
光学センサは、例えば、マイクロバブル共振器、ファイバベースの共振器、集積フォトニック共振器、マイクロディスク共振器、ファブリペロー干渉計、及び／又はそのようなものであり得る。例えば、いくつかの実装態様では、光学センサは、光マイクロバブル共振器を含み得る。光マイクロバブル共振器は、例えば、ガラス、透明ポリマー、窒化ケイ素、二酸化チタン、又は光マイクロバブル共振器の動作波長において適切に光学的に透明である任意の他の材料などの、光学的に透明な材料で作ることができる。光マイクロバブル共振器は、半径（Ｒ）を有する外側マイクロバブル表面と、半径（ｒ）を有する内側マイクロバブル表面とを含み、それにより、（Ｒ－ｒ）に等しい共振器壁厚を画定する。光マイクロバブル共振器の一連の共振周波数（一連のＷＧＭの伝播による）は、高感度の変換プローブに適した高いＱ値を有することができる。一般に、光共振器の感度は、光共振器のＱ値を高めることによって向上させることができる。特に、そのような実装態様では、感度は、光マイクロバブル共振器の壁厚（Ｒ－ｒ）によって制御することができる。超音波検出器として使用される場合、光マイクロバブル共振器は、本明細書で更に詳細に説明するように、低雑音等価圧力及び広帯域動作帯域幅を有することができる。いくつかの実装態様では、光学センサは、光導波路内を伝播する光が光ファイバ内で結合し、光ファイバの周囲を伝播するときに、光ファイバ及び光導波路の断面に形成される感知ノードを含み得る。いくつかの変形では、光学センサは、集積フォトニック光共振器を含み得る。例えば、いくつかの変形では、光学センサは、米国特許出願第６２／９４５，５３８号及び第６３／００１，７３８号に記載されている光共振器のいずれかに類似してもよく、これらの各々はその全体が本明細書に組み込まれる。
光学センサの内側及び／又は周囲の空間は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、パリレン、ポリスチレン、及び／又はそのようなものなどの超音波増強材料で満たされ得る。超音波増強材料は、光学センサの感度を増加させることができる。例えば、超音波増強材料は、比較的高い弾性光学係数を有することができ、その結果、一連の超音波エコーを受信する光学センサに応答して、超音波増強材料の屈折率は、（例えば、一連の超音波エコーによって誘発される機械的応力又は歪みを受けると）光学センサの材料の材料の屈折率よりも大きく変化する。カメラ
光ケーブル１３０は、光学センサとの間で光信号を送信及び／又は受信するための専用光路を含み得る。光ケーブル１３０は、光ファイバケーブル又は同軸ケーブルを含み得る。光ケーブル１３０の選択は、光信号のタイプに依存し得る。混合アレイ１１０の光学センサのアレイは、基板上に直線的に配置することができる。光学センサのアレイは、互いに等距離であり得る。追加的又は代替的に、アレイ内の少なくとも一部の光学センサは、異なる距離によって分離することができる。いくつかの構成では、光学センサのアレイは全て、単一の光導波路に光学的に結合することができる。したがって、複数の光学センサからの信号を単一の光導波路に結合し、単一の光導波路によって伝達することができる。いくつかの構成では、光学センサのアレイは、光導波路のアレイに光学的に結合することができる。したがって、光学センサのアレイからの光信号は、光ケーブル１３０内の複数の光導波路に結合され、それによってイメージングシステム１５０に伝達することができる。
マルチプレクサ１２０は、アナログスイッチを含み得る。アナログスイッチは、多数の高電圧アナログスイッチを含み得る。各アナログスイッチは、個々のシステムチャネルに接続することができる。その結果、マルチプレクサ１２０は、イメージングシステム１５０の一組のシステムチャネルからの個々のシステムチャネルを混合アレイ１１０のトランスデューサに選択的に接続し得る。したがって、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素からの電気信号は、光ケーブル１３０内の複数の光導波路に結合され、それによってイメージングシステム１５０に伝達することができる。
イメージングシステム１５０は、フロントエンドシステム１５１及びバックエンドシステム１５３を含み得る。一般に、フロントエンドシステム１５１は、送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマを含む少なくとも２つのコンポーネントを含み得る。送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマは、複数の送信チャネル及び受信チャネルを含み得、それらは、（例えば、一組の電線を介して、一組の光導波路を介して、及び／又はそのようなものを介して）第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び／又は第２のタイプの１つ以上のアレイ要素に接続される。例えば、送信ビームフォーマは、マルチプレクサ１２０に接続された１２８個の送信チャネルを含み得、受信ビームフォーマは、光ケーブル１３０及び／又はマルチプレクサ１２０に接続された２５６個の受信チャネルを含み得る。フロントエンドシステムは、光信号を電気信号に変換するための一組の光検出器を更に含み得る。バックエンドシステム１５３は、混合アレイ１１０から受信した信号を処理して画像を生成するプロセッサと、プロセッサに動作可能に結合されて画像を格納するメモリと、画像をユーザに（例えば、グラフィカルユーザインターフェースを介して）提示する通信インターフェースと、を含み得る。
ディスプレイ１６０は、イメージングシステム１５０のバックエンドシステム１５３に動作可能に結合されて、イメージングシステム１５０によって生成された一組の画像を表示し得る。いくつかの変形例では、ディスプレイ１６０は、インタラクティブなユーザインターフェース（例えば、タッチスクリーン）を含み得、一組のコマンド（例えば、一時停止、再開、及び／又はそのようなもの）をイメージングシステム１５０に送信するように構成され得る。いくつかの変形では、超音波イメージングシステム１００は、超音波イメージングシステム１００に情報を入力するために、又は超音波イメージングシステム１００から情報を出力するために使用される一組の補助デバイス（図示せず）を更に含み得る。一組の補助デバイスは、例えば、キーボード、マウス、モニタ、ウェブカメラ、マイクロフォン、タッチスクリーン、プリンタ、スキャナ、仮想現実（ＶＲ）ヘッドマウントディスプレイ、ジョイスティック、バイオメトリックリーダ、及び／又はそのようなもの（図示せず）を含み得る。
混合アレイの例示的な構成
混合超音波トランスデューサアレイにおけるアレイ要素の様々な例示的な構成について以下に説明する。上述のように、混合超音波トランスデューサアレイは、一般に、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素と、を含み得、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素は、一組のトランスデューサ（例えば、圧電トランスデューサ、単結晶材料トランスデューサ、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、又は容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）など）を含み得、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、一組の光学センサを含み得る。
いくつかの変形では、超音波トランスデューサアレイは、上昇寸法において１行以上の行を含み得る。例えば、アレイ要素は、多数の行及び多数の列を含む長方形アレイに集合的に配置され得る。いくつかの変形例では、図２に示すように、混合アレイは、上昇寸法に３行の行の要素を含み得る。３行の行は、内側の行及び２行の外側の行を含む。２行の外側の行は、第２のタイプ１１４（例えば、光学センサ）で作成され得る。第２のタイプ１１４は、例えば、一組のマイクロバブル共振器、一組のファイバベースの共振器、一組の集積フォトニック共振器、一組のマイクロディスク共振器、一組の光干渉計、及び／又はそのようなものを含み得る。内側の行は、第１のタイプ１１２（本明細書では「トランスデューサ」とも称する）で作成され得る。第１のタイプ１１２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）トランスデューサ、ポリマー厚膜（ＰＴＦ）トランスデューサ、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、及び／又は音響変換に適した任意のトランスデューサを含み得る。
２行の外側の行は、対応する列に平行に位置決めされた同数の要素を含み得る。２行の外側の行において同じ列に位置決めされた要素１１４の各対は、任意選択的に接続されて（例えば、電気的に接続されて、又は電磁的に結合されて）、１．２５寸法（１．２５Ｄ）アレイ構成又は１．５寸法（１．５Ｄ）アレイ構成のための単一の結合外側要素を形成する。
図２は、３行の行を有するトランスデューサアレイを示しているが、いくつかの変形では、行の数は、３、５、…、２ｎ＋１などの任意の奇数であり得る（ｎは整数）。いくつかの変形では、第１のタイプのアレイ要素１１２は、一組の奇数行の行の中央の行に配置され得る。例えば、１．５Ｄアレイ構成は、中央の行にＰＺＴトランスデューサの行と、中央の行に隣接する２行の光学センサの行と、光学センサの行に隣接する最も外側の行に２つのＰＺＴトランスデューサの行と、を有する５行の行を含み得る。いくつかの変形では、中央の行にトランスデューサを含めることは有利になり得る。例えば、中央の行は、超音波の送信及び受信の両方を実行することができる第１のタイプのトランスデューサ要素１１２を含むため、上昇ビームプロファイルは、トランスデューサの送信モード及び受信モードの両方について、中央に「ディップ（ｄｉｐ）」を持たない。上昇ビームプロファイルで発生するこのディップは、画質を低下させ、画像アーティファクトを導入する可能性がある。したがって、第１のタイプのトランスデューサ要素１１２を中央の行に配置すること（例えば、図２に示されるように）は、画質及び画像アーティファクトのそのような劣化を有利に回避するのに役立ち得る。しかしながら、図６に示されるようないくつかの変形では、混合トランスデューサアレイは、中央の行に光学センサを含み得る。
いくつかの変形では、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素１１２（例えば、トランスデューサ）及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素１１４（例えば、光学センサ）は、交互の行を成し得る。例えば、図２は、第１のタイプのアレイ要素１１２が第２のタイプのアレイ要素１１４と交互に配置され、第１のタイプ１１２が中央の行を成している、例示的な変形を示している。別の例として、図６は、第１のタイプのアレイ要素１１２が第２のタイプのトランスデューサ、すなわち、中央の行の第２のタイプのアレイ要素１１４と交互になっている、例示的な変形を示している。
いくつかの変形では、隣接するアレイ要素間の間隔（ピッチ）は、特定の性能パラメータのために選択され得る。ピッチは、トランスデューサ要素の中心と隣接するトランスデューサ要素の中心との間の距離として定義され得る。いくつかの変形では、ピッチは、アレイがフェーズアレイ動作にある場合など、音響波（例えば、圧電トランスデューサによって送信される）の動作周波数の波長の半分よりも大きく測定し得る。いくつかの変形では、ピッチは、アレイが線形アレイ動作にある場合など、音響波の動作周波数の全波長よりも大きく測定し得る。いくつかの変形では、ピッチは、音響波の動作周波数の半波長よりも小さく、又は音響波の動作周波数の全波長よりも小さく測定し得る。
いくつかの変形では、混合アレイ内の全ての行は、横方向寸法において同じピッチを有し得る（例えば、図２に示されるように）。しかしながら、いくつかの変形では、混合アレイ内の行の少なくともいくつかは、横方向寸法において異なるピッチを有し得る。言い換えれば、ある行は第１のピッチを有し、別の行は第２のピッチを有し、第２のピッチは第１のピッチよりも小さいか又は大きい。
例えば、図３に示すように、混合アレイ１１０は、第１の均一ピッチを有する内側（中央）の行と、第１の均一ピッチとは異なる第２の均一ピッチを有する２行の外側の行と、を含み得る。いくつかの変形では、第２の均一ピッチは、第１の均一ピッチよりも大きくし得る（すなわち、互いに更に離間している）。２行の外側の行は、光学センサ１１４を含み得る。内側の行は、例えば、ＰＺＴトランスデューサ、ＣＭＵＴトランスデューサ、及び／又はそのようなものなどのトランスデューサである第１のタイプ１１２を含み得る。いくつかの変形では、２行の外側の行のうちの一方は、第２の均一ピッチを有し得、２行の外側の行のうちの他方は、第１及び第２のピッチの両方とは異なる第３の均一ピッチを有し得る。いくつかの変形では、混合アレイは、３、５、…、２ｎ＋１行の行などの任意の奇数行の行を含む一組の行を含み得る（ｎは整数）。そのような変形では、一組の行からの各行は、任意の他の行のピッチとは異なる固有のピッチを有し得る。いくつかの実装態様では、一組の行は、一組の行のうちの最小のピッチを有する中央の行から始まり、一組の行のうちの最大のピッチを有する外側の行に向かって徐々に増加する上昇ピッチを有し得る。
超音波イメージングでは、トランスデューサのピッチは、一般に動作周波数に基づいて選択される。より具体的には、トランスデューサのピッチは、グレーティングローブ（ｇｒａｔｉｎｇ ｌｏｂｅ）を回避するために、動作周波数に反比例し得る（例えば、動作周波数に対応する動作波長に比例し得る）。表層組織をイメージングする場合、小さな上昇アパーチャ及び高い周波数がよく使用される。一方、深部組織のイメージングには、大きな上昇アパーチャ及び低い周波数が有利になり得る。
行の間でピッチが異なるため、図３に関して示され、かつ説明される混合アレイは、表層組織のイメージング及び深部組織のイメージングの両方を有利に実行し得る。この変形では、より小さなピッチの中央の行を使用して、高い動作周波数を使用した表層組織の高解像度を生成し得る。深部組織をイメージングするために、全ての行（より大きなピッチの行を含む）を使用して、低い動作周波数を使用した高透過画像を生成し得る。
より大きなピッチを使用する別の利点は、イメージングシステム１５０内のトランスデューサ要素の総数を減らすオプションである。ピッチが大きいほど、プローブ１２５の混合アレイ１１０をイメージングシステム１５０のフロントエンド１５１に接続するプローブ１２５のケーブル（例えば、光ケーブル１３０、同軸ケーブルなど）の面積当たりのトランスデューサ要素が少なくなり、かつ面密度が小さくなる。したがって、この実施形態で示され、かつ開示されるトランスデューサ要素の数の低減は、ケーブルの数の低減（すなわち、より薄いケーブル束）、プローブ１２５の軽量化、及び製造及び動作のコストの低減、を含んだ、いくつかの利点を含む。
追加的に又は代替的に、いくつかの変形では、特定の行のトランスデューサアレイ要素間の距離（ピッチ）は、同じにし得るし、又は行の長さに沿って変化し得る。このような可変ピッチを使用することは、一般に、図３に関して上述したものと同様に、表面組織及び深部組織の両方をイメージングできるため、有益であり得る。図４は、横方向寸法において可変ピッチを有する少なくとも１行の行を有する例示的な混合アレイの概略説明である。例えば、いくつかの変形では、可変ピッチを有する行は、第１のピッチを有する中央領域と、第１のピッチとは異なる（例えば、小さい又は大きい）第２のピッチを有する中央領域に隣接する１つ以上の横方向領域と、を含み得る。各行のピッチの３つのグループ（左、中央、及び右）のみが図４に示されているが、いくつかの変形では、ピッチの２つ又は４つ以上のグループも同様に使用することができる。いくつかの変形では、図４に示すように、中央の行及び２行の外側の行はそれぞれ、（図２又は図３に関して開示された均一なピッチの代わりに）可変ピッチを有し得る。例えば、超音波トランスデューサアレイは、横方向寸法において第１の可変ピッチパターンを有する第１の行と、横方向寸法において第２の可変ピッチパターンを有する第２の行と、を含み得る。第２の可変ピッチパターンは、第１の可変ピッチパターンとは異なり得る。追加的に又は代替的に、混合アレイ内の２行以上の行はそれぞれ、横方向寸法においてそれらの長さに沿って同じ又は同様の可変ピッチパターンを含み得る。
いくつかの変形では、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、混合アレイ１１０の一組のサブグループ又はサブアパーチャに集合的に配置され得る。例えば、いくつかの変形では、混合アレイ１１０は、それぞれが一組の１行以上の行を有する一組のサブアパーチャに分割され得る。各サブアパーチャは、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び／又は第２のタイプの１つ以上のアレイ要素からの一組のトランスデューサ要素を含み得る。いくつかの変形では、混合アレイは、３行の行（例えば、図７に示されるように要素の３行の行）を含む１．５寸法（１．５Ｄ）アレイで構成され得る。いくつかの変形では、混合アレイの中心に位置決めされたサブアパーチャ内の一組のトランスデューサ要素の中心のトランスデューサ要素のみが光学センサ１１４である。このような変形では、トランスデューサ要素の残りは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）トランスデューサ、ポリマー厚膜（ＰＴＦ）トランスデューサ、ＣＭＵＴトランスデューサ、及び／又は音響変換に適した任意のトランスデューサを含み得る、異なるタイプのトランスデューサ１１２で作られる。いくつかの実装態様では、光学センサのサイズは、小さい（例えば、音響波及び／又は音響エコーの動作波長と同等又はそれより小さい）。
各サブアパーチャは、一組の行内の１つ以上の他の行とは異なる数の行を含み得る。各行は、均一ピッチ又は可変ピッチを含み得る。例えば、混合アレイ１１０は、５つのサブアパーチャの最も左のアパーチャから最も右のアパーチャまで連続して、１行の行、３つ行、５行の行、３行の行、及び１行の行を有する５つのサブアパーチャを含み得る。
例えば、図５は、サブアパーチャを有する例示的な混合アレイ１１０の概略説明である。図５に示す混合アレイ１１０は、左サブアパーチャ、中央サブアパーチャ、及び右サブアパーチャを含む３つのサブアパーチャに分割され得る。左サブアパーチャ及び右サブアパーチャ１１０の両方が、均一なピッチを有するものとして示されている１行の行のみを有してもよいが、いくつかの変形では、これらのサブアパーチャは、可変ピッチである行を含み得ることを理解されたい。ただし、中央サブアパーチャは、内側の行１１８及び２行の外側の行１１６など、複数の行を有し得る。内側の行１１８は、特定のピッチを有し得、２行の外側の行１１６は、内側の行とは異なるピッチを有し得る。中央サブアパーチャのこれらのピッチのいずれも、均一又は可変にし得る。２行の外側の行１１６は、光学センサを含み得る。中央サブアパーチャ、左サブアパーチャ、及び右サブアパーチャの内側の行を含む他の全ての行は、例えば、ＰＺＴトランスデューサ、ＣＭＵＴトランスデューサなどの他のトランスデューサを含み得る。
図６は、第１タイプのアレイ要素１１２及び第２タイプのアレイ要素１１４の相対位置のみが入れ替わることを除いて、図２の混合アレイと同様の例示的な混合アレイの概略説明である。同様に、図３の混合アレイ、図４の混合アレイ、及び図５の混合アレイ、及び／又は本明細書に示され、かつ説明される他の任意の混合アレイにおいて、第１のタイプのアレイ要素１１２及び第２のタイプのアレイ要素１１４の相対位置は入れ替えられ得る。
図７は、例示的な混合アレイの概略説明である。混合アレイは、一組のトランスデューサを含む第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、一組の光学センサを含む第２のタイプの１つ以上のアレイ要素と、を含み得る。混合アレイは、第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を有する少なくとも１行の行を含み得る。例えば、図７に示されるように、混合アレイは、例えば、第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む中央の行を含み得る。例えば、中央の行は、第２のタイプの単一のアレイ要素を有し得る一方で、他の行は、第１のタイプのアレイ要素のみを有し得る。第２のタイプの単一のアレイ要素は、送信された音響波の波長とほぼ等しいか、又はそれより小さい光学センサであり得る。いくつかの変形では、光学センサの使用は、画質改善のために光学センサの超高感度（例えば、ＷＧＭ光共振器の超高感度）を利用しながら、プローブ製造の複雑さを最小限に抑えることができる。
図８は、例示的な混合アレイ１１０の概略説明である。混合アレイは、中央の行を含む２行以上の行を含み得る。中央の行は、第１のタイプの複数の要素１１２と、第２のタイプの複数のアレイ要素１１４と、を含み得る。第２のタイプのアレイ要素は、送信された音響波の波長とほぼ等しいか、又はそれより小さくし得る。内側の行の少なくとも１つのトランスデューサ要素は、光学センサ１１４であり、残りの要素は、例えばＰＺＴトランスデューサ及び／又はＣＭＵＴトランスデューサを含み得る、第１のタイプ１１２のアレイ要素である。図７の混合アレイ１１０と同様に、いくつかの実装態様では、図８の混合アレイ１１０の光学センサのサイズは、音響波及び／又は音響エコーの動作波長に匹敵するか、又はそれより小さくすることができる。いくつかの実装態様では、光学センサのサイズは、音響波及び／又は音響エコーの動作波長より大きくし得る。
図９は、例示的な混合アレイの概略説明である。超音波トランスデューサアレイは、２行以上の行を含み得る。２行以上の行のそれぞれは、第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を有し得る。第２のタイプのアレイ要素は、規則的なパターンで空間的に分布し得、又は不規則なパターン（例えば、ランダムなパターン）で空間的に分布し得る。内側の行及び２行の外側の行の一組の要素は、光学センサ１１４を含み得、残りの要素は、例えば、ＰＺＴトランスデューサ及び／又はＣＭＵＴトランスデューサを含む第１のタイプ１１２を含む。いくつかの構成では、光学センサ１１４の位置の空間分布は、ランダムにすることができる。いくつかの構成では、光学センサ１１４の位置の空間分布は、配置パターンに従うことができる（例えば、同じ、センサ要素のうちの１セルだけ右にシフト、センサ要素のうちの２セルだけ下にシフト）。光学センサのサイズは、第１のタイプ１１２のサイズよりも小さいか、又は同じであり得る。
図７～９に記載の混合アレイの変形は、複数の利点を伴い得る。例えば、両方のタイプの両方のアレイ要素を有するこれらの混合アレイの各行は、ある程度、音響波（例えば、超音波）の送信と音響エコー（例えば、超音波エコー）の検出との両方を行うことができ、それによって、より分散されたイメージング機能を可能にする。更に、分散型光学センサは、音響エコーに対する混合アレイの全体的な分散感度を高めることができる。更に、これらの変形の混合アレイは、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素によって生成される２つの独立した画像を生成し得、イメージングシステム（図１に関して示され、かつ説明されるようなイメージングシステム１５０など）は、次いで、２つの独立した画像を結合して、２つの独立した画像のそれぞれと比較して改善された単一の結合された画像を形成することができる。
図２～９に示す混合アレイは一般に平面基板又は表面上に示されているが、混合アレイは任意の他の適切な表面（例えば、曲面）上に配置され得ることを理解されたい。例えば、図１０は、湾曲基板上の例示的な混合アレイ１１０の概略説明である。混合アレイ１１０は、一組のトランスデューサを含む第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、曲面パネルなどの曲面上の一組の光学センサを含む第２のタイプの１つ以上のアレイ要素と、を含み得る。曲面は、円曲線、二次曲線（例えば、放物曲線、双曲線、楕円曲線など）及び／又は超音波イメージングに適した任意の曲線のプロファイルを含み得る。パネルの湾曲は、混合アレイ１１０の視野の方向とすることができる。いくつかの構成では、湾曲は、凹湾曲である。いくつかの構成では、湾曲は、凸湾曲である。混合アレイは、図１０に示すように、上昇寸法において３行の行の要素を含み得る。３行の行は、内側の行及び２行の外側の行を含み得る。いくつかの変形では、２行の外側の行は、第２のタイプのアレイ要素１１４（例えば、光学センサ）を含み得、内側の行は、第１のタイプのアレイ要素１１２（例えば、ＰＺＴトランスデューサ、ＣＭＵＴトランスデューサ及び／又はそのようなもの）を含み得る。いくつかの変形では、混合アレイは、３、５、…、２ｎ＋１行などの任意の奇数行の行を含み得る（ｎは整数）。そのような変形では、混合アレイの内側の行は、第１のタイプのアレイ要素１１２を含むことができ、その後の残りの行は、第２のタイプのアレイ要素１１４と第１のタイプのアレイ要素１１２との間で交互になり得る。
図１０の混合アレイにおけるトランスデューサ要素の位置決めは、図１０の混合アレイが曲面パネルに取り付けられることを除いて、図２の混合アレイにおけるトランスデューサ要素の位置決めと同様である。図１０の混合アレイの位置決めは、図１０の混合アレイの湾曲に対応する変換行列を図２の混合アレイの位置の行列に乗算することによって達成することができる。図２～１３のいずれかの混合アレイにおけるトランスデューサ要素の相対位置は、曲面パネルに取り付けられるように変換することができる。
図１１は、複数のアレイ要素又はトランスデューサ要素を含む単一の行を含む例示的な１Ｄ混合アレイ１１０の概略説明である。複数のアレイ要素は、第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素１１２（例えば、ＰＺＴトランスデューサ、ＣＭＵＴトランスデューサ、及び／又はそのようなもの）と、第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素１１４（すなわち、光学センサ）と、を含み得る。いくつかの構成では、第１のタイプのもの１１２及び第２のタイプのもの１１４の空間分布はランダムであり得る。いくつかの構成では、第１のタイプのアレイ要素１１２及び第２のタイプのアレイ要素１１４の空間分布は、配置パターンに従い得る。１種類のトランスデューサのみを含む従来の１Ｄアレイと比較して、混合アレイ（図１１に示すように、一組の光学センサを含む）は、例えば、光共振器（例えば、ＷＧＭ光共振器、マイクロバブル光共振器、微小球共振器、マイクロトロイド共振器、マイクロリング共振器、又はマイクロディスク光共振器、及び／又はそのようなもの）などの光学センサの追加により、帯域幅及び／又は感度の検知において改善された性能を有し得る。
図２～１１は、１、３、５、…、２ｎ＋１（ｎは整数）などの奇数行の行を有するトランスデューサアレイを示しているが、いくつかの変形では、トランスデューサアレイは、２、４、６、…、２ｎの行数などの偶数行の行を有し得る。例えば、いくつかの変形では、混合アレイ１１０は、第１のタイプのアレイ要素１１２（ＣＭＵＴトランスデューサ、ＰＭＵＴトランスデューサ、及び／又はそのようなもの）の２行の行と、第２のタイプの要素１１４（例えば、光共振器、光干渉計、及び／又はそのようなもの）の２行の行と、を有し得る。
図１２は、長方形の構成に配置され、Ｎ×Ｍ個のトランスデューサ要素を含み得る例示的な２Ｄ混合アレイ１１０の概略説明であり、Ｎは行の数であり、Ｍは列の数であり、両方とも整数である。いくつかの実装態様では、行の数及び／又は列の数は、３１の行及び／又は３１の列より大きくし得る。例えば、２Ｄ混合アレイは、６４×９６＝６，１４４個のトランスデューサ要素を含み得る。混合アレイは、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素と、を含み得る。第１のタイプの１つ以上のアレイ要素は、一組のトランスデューサを含み得、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、一組の光学センサを含み得る。第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、集合的に長方形の配置で位置決めされ得る。いくつかの構成では、第１のタイプ１１２及び第２のタイプ１１４の空間分布は、ランダムであり得る。いくつかの構成では、第１のタイプ１１２及び第２のタイプ１１４の空間分布は、配置パターンに従い得る。１種類のトランスデューサのみを含む従来の２Ｄアレイと比較して、混合アレイ（図１２に示されるように、一組の光学センサを含む）は、光学センサの追加により、帯域幅及び／又は感度の検出において改善された性能を実証し得る。
図１３は、まばらなアレイ構成における例示的な２Ｄ混合アレイ１１０の概略説明である。完全にサンプリングされた配置（図１２に関して示され、かつ説明された配置など）の代わりに、混合アレイ１１０をまばらなアレイ構成で配置することにより、混合アレイを製造するために使用されるトランスデューサ要素の総数を減らし得る。例えば、完全にサンプリングされた２Ｄと同じサイズのまばらな２Ｄアレイ（図１２に関して示され、かつ説明されているように）は、図１２の完全にサンプリングされた混合アレイの６４×９６＝６，１４４個のトランスデューサ要素と比較して、わずか１０００個のトランスデューサ要素を含み得る。混合アレイは、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素と、を含み得る。第１のタイプの１つ以上のアレイ要素は、一組のトランスデューサを含み得、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、一組の光学センサを含み得る。第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、集合的にまばらなアレイ構成で位置決めされ得る。いくつかの構成では、第１のタイプのアレイ要素１１２及び第２のタイプのアレイ要素１１４の空間分布は、ランダムにし得る。いくつかの構成では、第１のタイプ１１２及び第２のタイプ１１４のアレイ要素の空間分布は、統計分布（例えば、正規分布、ガウス分布、及び／又はそのようなもの）に従い得る。第１のタイプ１１２及び第２のタイプ１１４のアレイ要素のまばらな空間分布を使用することによって、混合アレイによって生成される画像におけるグレーティングローブの生成を低減／防止し得る。第１のタイプのアレイ要素１１２の空間分布は、第２のタイプのアレイ要素１１４の空間分布と同じ、類似、又は異なり得る。例えば、混合アレイ１１０内の一組の光学センサの第１の組の位置は、ランダムな空間分布を有し得、混合アレイ１１０内の一組のＰＺＴトランスデューサの第２の組の位置は、正規分布を有し得る。
図２～１３に関して上述した混合アレイは、主に、１行以上の行を有する長方形配置に関して説明されているが、他のアレイ形状を同様に複数のタイプのアレイ要素１１２及び１１４と混合できることを理解されたい。例えば、図１４は、例示的な環状混合アレイ１１０の概略説明である。環状アレイは、一般に、その対称形状のために、三次元空間において改善された音響（例えば、超音波）ビームパターンを生成することができる。画質は、音響ビームパターンと高度に相関するため、音響（例えば、超音波）ビームパターンが改善されると、音響イメージングシステム（例えば、医療用超音波イメージングシステム）の画質が向上することになり得る。
上述のアレイと同様に、環状混合アレイは、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素１１２と、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素１１４と、を含み得る。第１のタイプの１つ以上のアレイ要素は、一組のトランスデューサを含み得、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は、一組の光学センサを含み得る。混合アレイは、少なくとも１つの円形アレイ要素と、円形アレイ要素の周りに同心円状に配置された少なくとも１つの環状アレイ要素と、を含み得る。例えば、図１４に示すように、混合アレイは、混合アレイの中心に少なくとも１つの円形光学センサ１１４（例えば、リング共振器）と、直径が大きくなる順に円形光学センサの周りにかつ同心円状に配置された一組の環状トランスデューサ１１２（例えば、ＰＺＴトランスデューサ及び／又はＣＭＵＴトランスデューサなど）と、を含み得る。図１４に示される変形は、円形アレイ要素の周りに３つの環状アレイ要素を含むが、混合アレイは、２つ、３つ、４つ、５つ、又は５つより多い環状又はリング状の要素など、任意の適切な数の環状アレイ要素を含み得ることを理解されたい。更に、いくつかの変形では、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素及び第２のタイプの１つ以上のアレイ要素は両方とも、同心構成で集合的に配置された環状要素であり得る。
前述の記載は、説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために特定の命名法が使用された。しかしながら、本発明を実施するために特定の詳細が必要とされないことは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の特定の実施形態の前述の記載は、例示及び記載の目的で提示されている。それらは、網羅的であること、又は本発明を開示された正確な形態に限定することが企図されるものではなく、明らかに、上記の教示を考慮すると、多くの修正及び変形例が可能である。実施形態は、本発明の原理及びその実際の用途を説明するために選択及び記載され、それにより、当業者が、企図される特定の使用に適した様々な修正を加えて本発明及び様々な実施形態を利用することを可能にする。以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物が本発明の範囲を定義することが意図される。

Claims (110)

  1. ターゲットを撮像するための装置であって、
    超音波トランスデューサアレイであって、
    第１のタイプの１つ以上のアレイ要素であって、前記第１のタイプが、音響波を送信するように構成されているトランスデューサである、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、
    前記第１のタイプとは異なる第２のタイプの１つ以上のアレイ要素であって、前記第２のタイプが、光学センサである、第２のタイプの１つ以上のアレイ要素と、を備える、超音波トランスデューサアレイを備え、
    前記第１及び第２のタイプの前記アレイ要素が、前記送信された音響波に対応する音響エコーを検出するように構成されている、装置。
  2. 前記超音波トランスデューサアレイが、上昇寸法において１行以上の行を含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記超音波トランスデューサアレイが、奇数行の行を含む、請求項２に記載の装置。
  4. 前記超音波トランスデューサアレイが、偶数行の行を含む、請求項２に記載の装置。
  5. 前記第１のタイプの前記１つ以上のアレイ要素及び前記第２のタイプの前記１つ以上のアレイ要素が、交互の行を成している、請求項２に記載の装置。
  6. 前記第１のタイプの前記アレイ要素の少なくとも一部が、中央の行を成している、請求項５に記載の装置。
  7. 前記第２のタイプの前記アレイ要素の少なくとも一部が、中央の行を成している、請求項５に記載の装置。
  8. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記トランスデューサの中心周波数の波長の半分よりも大きいピッチを有する少なくとも１行の行を含む、請求項２に記載の装置。
  9. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記トランスデューサの中心周波数の波長の半分以下であるピッチを有する少なくとも１行の行を含む、請求項２に記載の装置。
  10. 前記行が、横方向寸法において等しいピッチを有する、請求項２に記載の装置。
  11. 前記超音波トランスデューサアレイが、横方向寸法において第１のピッチを有する少なくとも１行の行と、横方向寸法において前記第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する少なくとも１行の行と、を含む、請求項２に記載の装置。
  12. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記第１のピッチを有する内側の行と、前記第２のピッチを有する前記内側の行に隣接する行と、を含み、前記第２のピッチが、前記第１のピッチよりも大きい、請求項１１に記載の装置。
  13. 前記内側の行が、前記第１のタイプの１つ以上のアレイ要素を含み、前記内側の行に隣接する前記行が、前記第２のタイプの１つ以上のアレイ要素を含む、請求項１２に記載の装置。
  14. 前記超音波アレイが、横方向寸法において可変ピッチを有する少なくとも１行の行を含む、請求項２に記載の装置。
  15. 可変ピッチを有する前記少なくとも１行の行が、第１のピッチを有する中央領域と、前記中央領域に隣接する、前記第１のピッチより大きい第２のピッチを有する横方向領域と、を含む、請求項１４に記載の装置。
  16. 前記超音波トランスデューサアレイが、横方向寸法において第１の可変ピッチパターンを有する第１の行と、横方向寸法において第２の可変ピッチパターンを有する第２の行と、を含み、前記第２の可変ピッチパターンが、前記第１の可変ピッチパターンとは異なる、請求項１５に記載の装置。
  17. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記第１のタイプの１つ以上のアレイ要素を含む内側の行と、前記第２のタイプの１つ以上のアレイ要素を含む前記内側の行に隣接する行と、を含む、請求項１６に記載の装置。
  18. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む少なくとも１行の行を含む、請求項２に記載の装置。
  19. 前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む前記少なくとも１行の行が、中央の行である、請求項１８に記載の装置。
  20. 前記中央の行が、前記第２のタイプの単一のアレイ要素を有する、請求項１９に記載の装置。
  21. 前記第２のタイプの前記単一のアレイ要素が、前記送信された音響波の波長とほぼ等しいか、又はそれより小さい光学センサである、請求項２０に記載の装置。
  22. 前記中央の行が、前記第１のタイプの複数のアレイ要素と、前記第２のタイプの複数のアレイ要素と、を含む、請求項１９に記載の装置。
  23. 前記第２のタイプの前記アレイ要素が、前記送信された音響波の波長にほぼ等しいか、又はそれよりも小さい、請求項２２に記載の装置。
  24. 前記超音波トランスデューサアレイが、２行以上の行を含み、前記２行以上の行のそれぞれが、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む、請求項１８に記載の装置。
  25. 前記第２のタイプの前記アレイ要素が、規則的なパターンで空間的に分布している、請求項２４に記載の装置。
  26. 前記第２のタイプの前記アレイ要素が、不規則なパターンで空間的に分布している、請求項２４に記載の装置。
  27. 前記超音波トランスデューサアレイが、少なくとも３１行の行を含み、前記３１行の行のうちの少なくともいくつかが、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む、請求項２４に記載の装置。
  28. 前記超音波トランスデューサアレイが、単一の行を含み、前記単一の行が、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む、請求項１８に記載の装置。
  29. 前記超音波トランスデューサアレイが、複数のサブアパーチャを含む、請求項１に記載の装置。
  30. 前記複数のサブアパーチャが、第１のサブアパーチャ及び第２のサブアパーチャを含み、前記第１のサブアパーチャが、前記第２のサブアパーチャよりも多数の行を含む、請求項２９に記載の装置。
  31. 前記第１のサブアパーチャが、中央サブアパーチャであり、前記第２のサブアパーチャが、前記中央サブアパーチャに隣接している、請求項３０に記載の装置。
  32. 各サブアパーチャが、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素を含む、請求項２９に記載の装置。
  33. 各サブアパーチャが、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素を更に含む、請求項３２に記載の装置。
  34. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記第１のタイプの第１の複数のアレイ要素と、前記第２のタイプの第２の複数の要素と、を含み、前記第１の複数のアレイ要素及び前記第２の複数のアレイ要素がそれぞれ、まばらなアレイ構成にある、請求項１に記載の装置。
  35. 前記第１の複数のアレイ要素の空間分布が、前記第２の複数のアレイ要素の空間分布とは異なっている、請求項３４に記載の装置。
  36. 前記超音波トランスデューサアレイが、平面上にある、請求項１に記載の装置。
  37. 前記超音波トランスデューサアレイが、曲面上にある、請求項１に記載の装置。
  38. 前記曲面が、二次曲線を含む、請求項３７に記載の装置。
  39. 前記二次曲線が、放物線、双曲線、又は楕円曲線である、請求項３８に記載の装置。
  40. 前記曲面が、円形曲線を含む、請求項３７に記載の装置。
  41. 前記超音波トランスデューサアレイが、少なくとも１つの環状アレイ要素を含む、請求項１に記載の装置。
  42. 前記超音波アレイが、前記少なくとも１つの環状アレイ要素と同心の前記第２のタイプの円形アレイ要素を含む、請求項４１に記載の装置。
  43. 前記少なくとも１つの環状アレイ要素が、前記第１のタイプのものである、請求項４１に記載の装置。
  44. 前記第１のタイプの前記アレイ要素の少なくとも一部が、少なくとも１つの圧電トランスデューサ、単結晶材料トランスデューサ、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、又は容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）を含む、請求項１に記載の装置。
  45. 前記超音波トランスデューサアレイが、１寸法（１Ｄ）アレイである、請求項１に記載の装置。
  46. 前記超音波トランスデューサアレイが、１．２５寸法（１．２５Ｄ）アレイである、請求項１に記載の装置。
  47. 前記超音波トランスデューサアレイが、１．５寸法（１．５Ｄ）アレイである、請求項１に記載の装置。
  48. 前記超音波トランスデューサアレイが、１．７５寸法（１．７５Ｄ）アレイである、請求項１に記載の装置。
  49. 前記超音波トランスデューサアレイが、２寸法（２Ｄ）アレイである、請求項１に記載の装置。
  50. 前記１つ以上のアレイ要素が、ポリマー構造に埋め込まれた光学センサである、請求項１に記載の装置。
  51. 前記光学センサが、一組の光信号を光検出器に送信するために光ファイバに光学的に結合されている、請求項１に記載の装置。
  52. 前記光学センサが、前記音響エコーに応答して前記一組の光信号を送信するように構成されている、請求項５１に記載の装置。
  53. 前記光学センサが、干渉ベースの光学センサである、請求項１に記載の装置。
  54. 前記光学センサが、光共振器又は光干渉計を含む、請求項５３に記載の装置。
  55. 前記光学センサが、ウィスパリングギャラリーモード（ＷＧＭ）光共振器、マイクロバブル光共振器、微小球共振器、マイクロトロイド共振器、マイクロリング共振器、又はマイクロディスク光共振器である、光共振器を含む、請求項５４に記載の装置。
  56. 超音波変換の方法であって、
    超音波プローブを使用して音響波を送信することであって、前記超音波プローブが、第１のタイプの１つ以上のアレイ要素と、前記第１のタイプとは異なる第２のタイプの１つ以上のアレイ要素と、を有する超音波トランスデューサアレイを備える、送信することと、
    前記第１のタイプの前記１つ以上のアレイ要素及び前記第２のタイプの前記１つ以上のアレイ要素を使用して、前記音響波に応答して音響エコーを受信することと、を含み、
    前記第２のタイプの前記１つ以上のアレイ要素が、光学センサである、方法。
  57. 前記超音波トランスデューサアレイが、上昇寸法において１行以上の行を含む、請求項５６に記載の方法。
  58. 前記超音波トランスデューサアレイが、奇数行の行を含む、請求項５７に記載の方法。
  59. 前記超音波トランスデューサアレイが、偶数行の行を含む、請求項５７に記載の方法。
  60. 前記第１のタイプの前記１つ以上のアレイ要素及び前記第２のタイプの前記１つ以上のアレイ要素が、交互の行を成している、請求項５７に記載の方法。
  61. 前記第１のタイプの前記アレイ要素の少なくとも一部が、中央の行を成している、請求項６０に記載の方法。
  62. 前記第２のタイプの前記アレイ要素の少なくとも一部が、中央の行を成している、請求項６０に記載の方法。
  63. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記トランスデューサの中心周波数の波長の半分よりも小さいピッチを有する少なくとも１行の行を含む、請求項５７に記載の方法。
  64. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記トランスデューサの中心周波数の波長の半分以下のピッチを有する少なくとも１行の行を含む、請求項５７に記載の方法。
  65. 前記行が、横方向寸法において等しいピッチを有する、請求項５７に記載の方法。
  66. 前記超音波トランスデューサアレイが、横方向寸法において第１のピッチを有する少なくとも１行の行と、横方向寸法において前記第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する少なくとも１行の行と、を含む、請求項５７に記載の方法。
  67. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記第１のピッチを有する内側の行と、前記第２のピッチを有する前記内側の行に隣接する行と、を含み、前記第２のピッチが、前記第１のピッチよりも大きい、請求項６６に記載の方法。
  68. 前記内側の行が、前記第１のタイプの１つ以上のアレイ要素を含み、前記内側の行に隣接する前記行が、前記第２のタイプの１つ以上のアレイ要素を含む、請求項６７に記載の方法。
  69. 前記超音波アレイが、横方向寸法において可変ピッチを有する少なくとも１行の行を含む、請求項５７に記載の方法。
  70. 可変ピッチを有する前記少なくとも１行の行が、第１のピッチを有する中央領域と、前記中央領域に隣接する、前記第１のピッチより大きい第２のピッチを有する横方向領域と、を含む、請求項６９に記載の方法。
  71. 前記超音波トランスデューサアレイが、横方向寸法において第１の可変ピッチパターンを有する第１の行と、横方向寸法において第２の可変ピッチパターンを有する第２の行と、を含み、前記第２の可変ピッチパターンが、前記第１の可変ピッチパターンとは異なっている、請求項７０に記載の方法。
  72. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記第１のタイプの１つ以上のアレイ要素を含む内側の行と、前記第２のタイプの１つ以上のアレイ要素を含む前記内側の行に隣接する行と、を含む、請求項７１に記載の方法。
  73. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む少なくとも１行の行を含む、請求項５７に記載の方法。
  74. 前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む前記少なくとも１行の行が、中央の行である、請求項７３に記載の方法。
  75. 前記中央の行が、前記第２のタイプの単一のアレイ要素を有する、請求項７３に記載の方法。
  76. 前記第２のタイプの前記単一のアレイ要素が、前記送信された音響波の波長とほぼ等しいか、又はそれより小さい光学センサである、請求項７３に記載の方法。
  77. 前記中央の行が、前記第１のタイプの複数のアレイ要素と、前記第２のタイプの複数のアレイ要素と、を含む、請求項７４に記載の方法。
  78. 前記第２のタイプの前記アレイ要素が、前記送信された音響波の波長にほぼ等しいか、又はそれよりも小さい、請求項７７に記載の方法。
  79. 前記超音波トランスデューサアレイが、２行以上の行を含み、前記２行以上の行のそれぞれが、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む、請求項７３に記載の方法。
  80. 前記第２のタイプの前記アレイ要素が、規則的なパターンで空間的に分布している、請求項７１に記載の方法。
  81. 前記第２のタイプの前記アレイ要素が、不規則なパターンで空間的に分布している、請求項７１に記載の方法。
  82. 前記超音波トランスデューサアレイが、少なくとも３１行の行を含み、前記３１行の行のうちの少なくともいくつかが、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む、請求項７１に記載の方法。
  83. 前記超音波トランスデューサアレイが、単一の行を含み、前記単一の行が、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素と、を含む、請求項５６に記載の方法。
  84. 前記超音波トランスデューサアレイが、複数のサブアパーチャを含む、請求項５６に記載の方法。
  85. 前記複数のサブアパーチャが、第１のサブアパーチャ及び第２のサブアパーチャを含み、前記第１のサブアパーチャが、前記第２のサブアパーチャよりも多数の行を含む、請求項８４に記載の方法。
  86. 前記第１のサブアパーチャが、中央サブアパーチャであり、前記第２のサブアパーチャが、前記中央サブアパーチャに隣接している、請求項８５に記載の方法。
  87. 各サブアパーチャが、前記第１のタイプの少なくとも１つのアレイ要素を含む、請求項８４に記載の方法。
  88. 各サブアパーチャが、前記第２のタイプの少なくとも１つのアレイ要素を更に含む、請求項８７に記載の方法。
  89. 前記超音波トランスデューサアレイが、前記第１のタイプの第１の複数のアレイ要素と、前記第２のタイプの第２の複数の要素と、を含み、前記第１の複数のアレイ要素及び前記第２の複数のアレイ要素がそれぞれ、まばらなアレイ構成にある、請求項５６に記載の方法。
  90. 前記第１の複数のアレイ要素の空間分布が、前記第２の複数のアレイ要素の空間分布とは異なる、請求項８９に記載の方法。
  91. 前記超音波トランスデューサアレイが、平面上にある、請求項５６に記載の方法。
  92. 前記超音波トランスデューサアレイが、曲面上にある、請求項５６に記載の方法。
  93. 前記曲面が、二次曲線を含む、請求項９２に記載の方法。
  94. 前記二次曲線が、放物線、双曲線、又は楕円曲線である、請求項９３に記載の方法。
  95. 前記曲面が、円形曲線を含む、請求項９２に記載の方法。
  96. 前記超音波トランスデューサアレイが、少なくとも１つの環状アレイ要素を含む、請求項５６に記載の方法。
  97. 前記超音波アレイが、前記少なくとも１つの環状アレイ要素と同心の第２のタイプの円形アレイ要素を含む、請求項９６に記載の方法。
  98. 前記少なくとも１つの環状アレイ要素が、前記第１のタイプのものである、請求項９７に記載の方法。
  99. 前記第１のタイプの前記アレイ要素の少なくとも一部が、少なくとも１つの圧電トランスデューサ、単結晶材料トランスデューサ、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、又は容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）を含む、請求項５６に記載の方法。
  100. 前記超音波トランスデューサアレイが、１寸法（１Ｄ）アレイである、請求項５６に記載の方法。
  101. 前記超音波トランスデューサアレイが、１．２５寸法（１．２５Ｄ）アレイである、請求項５６に記載の方法。
  102. 前記超音波トランスデューサアレイが、１．５寸法（１．５Ｄ）アレイである、請求項５６に記載の方法。
  103. 前記超音波トランスデューサアレイが、１．７５寸法（１．７５Ｄ）アレイである、請求項５６に記載の方法。
  104. 前記超音波トランスデューサアレイが、２寸法（２Ｄ）アレイである、請求項５６に記載の方法。
  105. 前記第２のタイプの前記１つ以上のアレイ要素が、ポリマー構造に埋め込まれた光学センサである、請求項５６に記載の方法。
  106. 前記光学センサが、一組の光信号を光検出器に送信するために光ファイバに光学的に結合されている、請求項５６に記載の方法。
  107. 前記光学センサが、前記音響エコーに応答して前記一組の光信号を送信するように構成されている、請求項１０６に記載の方法。
  108. 前記光学センサが、干渉ベースの光学センサである、請求項５６に記載の方法。
  109. 前記光学センサが、光共振器及び光干渉計のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０８に記載の方法。
  110. 前記光学センサが、ウィスパリングギャラリーモード（ＷＧＭ）光共振器、マイクロバブル光共振器、微小球共振器、マイクロトロイド共振器、マイクロリング共振器、又はマイクロディスク光共振器である、光共振器を含む、請求項１０９に記載の方法。
JP2022568427A 2020-05-22 2021-05-21 混合超音波トランスデューサアレイ Pending JP2023526203A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063029044P 2020-05-22 2020-05-22
US63/029,044 2020-05-22
PCT/US2021/033715 WO2021237125A1 (en) 2020-05-22 2021-05-21 Mixed ultrasound transducer arrays

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023526203A true JP2023526203A (ja) 2023-06-21
JPWO2021237125A5 JPWO2021237125A5 (ja) 2024-05-28

Family

ID=76444672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022568427A Pending JP2023526203A (ja) 2020-05-22 2021-05-21 混合超音波トランスデューサアレイ

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230148869A1 (ja)
EP (1) EP4153364A1 (ja)
JP (1) JP2023526203A (ja)
KR (1) KR20230015332A (ja)
CN (1) CN115867393A (ja)
CA (1) CA3178224A1 (ja)
IL (1) IL298403A (ja)
WO (1) WO2021237125A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114271851B (zh) * 2021-12-22 2023-08-29 武汉中旗生物医疗电子有限公司 基于凹阵探头的成像方法、装置、设备及存储介质
CN114441647B (zh) * 2022-01-25 2023-06-27 天津大学 基于组合微元的聚焦宽频带电容式微机械换能器阵列

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005046443A2 (en) * 2003-11-07 2005-05-26 Georgia Tech Research Corporation Combination catheter devices, methods, and systems
US20080027320A1 (en) * 2004-05-18 2008-01-31 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Multidimensional transducer systems and methods for intra patient probes
US7963919B2 (en) * 2005-12-07 2011-06-21 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Ultrasound imaging transducer array for synthetic aperture
US20080242979A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-02 Rayette Ann Fisher Combined X-ray detector and ultrasound imager
EP2847615B1 (en) * 2012-05-09 2019-04-03 Koninklijke Philips N.V. Ultrasound transducer arrays with variable patch geometries

Also Published As

Publication number Publication date
US20230148869A1 (en) 2023-05-18
IL298403A (en) 2023-01-01
EP4153364A1 (en) 2023-03-29
WO2021237125A1 (en) 2021-11-25
KR20230015332A (ko) 2023-01-31
CA3178224A1 (en) 2021-11-25
CN115867393A (zh) 2023-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230148869A1 (en) Mixed ultrasound transducer arrays
US20120157837A1 (en) Ultrasound probe and ultrasound examination device using the same
JP4220102B2 (ja) 動的変化検出方法、動的変化検出装置及び超音波診断装置
US6609425B2 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosis apparatus using the same
KR100797899B1 (ko) 초음파용 탐촉자 및 초음파 수신장치, 그리고 초음파진단장치
Chao et al. High-frequency ultrasound sensors using polymer microring resonators
EP1555942B1 (en) Systems and methods for minimally-invasive optical-acoustic imaging
WO2007046180A1 (ja) 超音波トランスデューサ、超音波探触子および超音波撮像装置
KR102044705B1 (ko) 복합 구조의 정합층을 가진 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법
JP2006334074A (ja) 超音波探触子、及び超音波診断装置
Ma et al. Optical ultrasound sensing for biomedical imaging
US6783494B2 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosing apparatus using the same
JP5504921B2 (ja) 超音波探触子および超音波診断装置
JP2006334075A (ja) 超音波探触子、及び超音波診断装置
US20230324548A1 (en) Synthetic aperture imaging systems and methods using mixed arrays
US11950956B1 (en) Piezoelectric micromachined ultrasonic transducer sensor apparatuses, systems, and methods
JP3995612B2 (ja) 超音波受信装置及び超音波受信方法
JP2004003969A (ja) 超音波受信装置及び超音波受信方法
JP2007075130A (ja) 超音波探触子
JPH0556967A (ja) 超音波探触子
JPWO2021237125A5 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240520

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240520