JPH10267904A - 超音波プローブおよび超音波イメージング・システム - Google Patents
超音波プローブおよび超音波イメージング・システムInfo
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- JPH10267904A JPH10267904A JP9339557A JP33955797A JPH10267904A JP H10267904 A JPH10267904 A JP H10267904A JP 9339557 A JP9339557 A JP 9339557A JP 33955797 A JP33955797 A JP 33955797A JP H10267904 A JPH10267904 A JP H10267904A
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【解決手段】超音波イメージング・システムが、トラン
スジューサ素子の２次元アレイ、複数の群の局部母線、
および複数の組のスイッチング回路を含む。各々のトラ
ンスジューサ素子は、対応する１組のスイッチング回路
に結合された信号電極を持つ。この対応する１組のスイ
ッチング回路は、特定のトランスジューサ素子の信号電
極がその関連する群の局部母線の１つに選択的に結合さ
れるように制御される。 【効果】各々の同軸ケーブルを介して行う必要のある接
続の数は、１組の局部母線に結合されるトランスジュー
サ素子の数とその組の局部母線の数との比だけ低減され
る。各組のＮ個の局部母線はトランスフォーム予備処理
装置の１つのトランスフォーム部分に対する入力トラン
スフォーム信号を形成する。記憶装置に記憶されている
制御信号により、各々のトランスジューサをどの局部母
線に作動的に結合するかが決定される。
スジューサ素子の２次元アレイ、複数の群の局部母線、
および複数の組のスイッチング回路を含む。各々のトラ
ンスジューサ素子は、対応する１組のスイッチング回路
に結合された信号電極を持つ。この対応する１組のスイ
ッチング回路は、特定のトランスジューサ素子の信号電
極がその関連する群の局部母線の１つに選択的に結合さ
れるように制御される。 【効果】各々の同軸ケーブルを介して行う必要のある接
続の数は、１組の局部母線に結合されるトランスジュー
サ素子の数とその組の局部母線の数との比だけ低減され
る。各組のＮ個の局部母線はトランスフォーム予備処理
装置の１つのトランスフォーム部分に対する入力トラン
スフォーム信号を形成する。記憶装置に記憶されている
制御信号により、各々のトランスジューサをどの局部母
線に作動的に結合するかが決定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トランスジューサ
素子の数がビーム形成チャネルの数よりも多い医用超音
波イメージング・システムに関するものである。
素子の数がビーム形成チャネルの数よりも多い医用超音
波イメージング・システムに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】通常の超音波イメージング・システムは
超音波ビームを送信して被検体から反射されたビームを
受信するために使用される超音波トランスジューサ素子
のアレイ（ａｒｒａｙ）を有する。超音波イメージング
の場合、アレイは、典型的には、一列に配列されて、別
々の電圧で駆動される多数のトランスジューサ素子で構
成されている。印加電圧の時間遅延（または位相）およ
び振幅を選択することによって、個々のトランスジュー
サ素子は、これらのトランスジューサ素子が発生する超
音波が組み合わさって、好ましいベクトル方向に沿って
進行し且つビームに沿った選ばれた点に焦点を合わせた
正味の超音波を形成するように制御することが出来る。
同じ解剖学的情報を取得するために多数回のファイアリ
ング（ｆｉｒｉｎｇ）が使用される。各々のファイアリ
ングにおけるビーム形成パラメータを変えることによ
り、最大焦点を変更し、さもなければ例えば各々のビー
ムの焦点を前のビームの焦点に対して移動させながら同
じ走査線に沿って相次いでビームを送信することによっ
て、各ファイアリングでの受信データの内容を変更する
ことができる。印加電圧の時間遅延および振幅を変える
ことによって、被検体を走査するために一平面内でビー
ムをその焦点と共に動かすことが出来る。
超音波ビームを送信して被検体から反射されたビームを
受信するために使用される超音波トランスジューサ素子
のアレイ（ａｒｒａｙ）を有する。超音波イメージング
の場合、アレイは、典型的には、一列に配列されて、別
々の電圧で駆動される多数のトランスジューサ素子で構
成されている。印加電圧の時間遅延（または位相）およ
び振幅を選択することによって、個々のトランスジュー
サ素子は、これらのトランスジューサ素子が発生する超
音波が組み合わさって、好ましいベクトル方向に沿って
進行し且つビームに沿った選ばれた点に焦点を合わせた
正味の超音波を形成するように制御することが出来る。
同じ解剖学的情報を取得するために多数回のファイアリ
ング（ｆｉｒｉｎｇ）が使用される。各々のファイアリ
ングにおけるビーム形成パラメータを変えることによ
り、最大焦点を変更し、さもなければ例えば各々のビー
ムの焦点を前のビームの焦点に対して移動させながら同
じ走査線に沿って相次いでビームを送信することによっ
て、各ファイアリングでの受信データの内容を変更する
ことができる。印加電圧の時間遅延および振幅を変える
ことによって、被検体を走査するために一平面内でビー
ムをその焦点と共に動かすことが出来る。
【０００３】この同じ原理が、反射された音波を受信す
るようにトランスジューサ・プローブを受信モードで用
いるときにも適用される。受信用トランスジューサ素子
で発生された電圧は、正味の信号が被検体内の１つの焦
点から反射された超音波を表すように加算される。送信
の場合と同様に、この収束した超音波エネルギの受信
は、各々の受信用トランスジューサ素子からの信号に対
して別々の時間遅延（および／または位相）と利得を与
えることによって達成される。
るようにトランスジューサ・プローブを受信モードで用
いるときにも適用される。受信用トランスジューサ素子
で発生された電圧は、正味の信号が被検体内の１つの焦
点から反射された超音波を表すように加算される。送信
の場合と同様に、この収束した超音波エネルギの受信
は、各々の受信用トランスジューサ素子からの信号に対
して別々の時間遅延（および／または位相）と利得を与
えることによって達成される。
【０００４】このような走査は、ステアリング（ｓｔｅ
ｅｒｉｎｇ）された超音波を送信し、短い時間後にシス
テムを受信モードに切り換えて、反射された超音波を受
信して記憶する一連の測定で構成されている。典型的に
は、送信および受信は各々の測定の際に同じ方向にステ
アリングされて、音響ビームすなわち走査線に沿った一
連の点からのデータが取得される。受信器は、反射され
た超音波を受信するとき、走査線に沿った相次ぐ距離
（ｒａｎｎｇｅ）に動的に焦点合わせされる。
ｅｒｉｎｇ）された超音波を送信し、短い時間後にシス
テムを受信モードに切り換えて、反射された超音波を受
信して記憶する一連の測定で構成されている。典型的に
は、送信および受信は各々の測定の際に同じ方向にステ
アリングされて、音響ビームすなわち走査線に沿った一
連の点からのデータが取得される。受信器は、反射され
た超音波を受信するとき、走査線に沿った相次ぐ距離
（ｒａｎｎｇｅ）に動的に焦点合わせされる。
【０００５】公知の超音波イメージング・システムで
は、各々のトランスジューサ素子は個々のアナログ・チ
ャネルを備えており、その後にはアナログ−ディジタル
変換器および遅延チップが続いている。従って、１２８
チャネルのシステムでは、１２８個の遅延チップ並びに
それらの関連する記憶装置および母線構成部品の全てが
必要となる。
は、各々のトランスジューサ素子は個々のアナログ・チ
ャネルを備えており、その後にはアナログ−ディジタル
変換器および遅延チップが続いている。従って、１２８
チャネルのシステムでは、１２８個の遅延チップ並びに
それらの関連する記憶装置および母線構成部品の全てが
必要となる。
【０００６】超音波イメージング・システムによって
は、トランスジューサ素子の数が時間遅延チャネルの数
より多い。例えば、２５６素子のトランスジューサおよ
び１２８チャネルのビーム形成装置を持つシステムが知
られている。該システムは多数のファイアリングおよび
この拡張機能を行うためのトランスジューサ信号のマル
チプレクシング（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を必要と
する。しかしながら、ファイアリングの繰り返しはこの
技術の適用を比較的控えめな程度にしか増大させえな
い。
は、トランスジューサ素子の数が時間遅延チャネルの数
より多い。例えば、２５６素子のトランスジューサおよ
び１２８チャネルのビーム形成装置を持つシステムが知
られている。該システムは多数のファイアリングおよび
この拡張機能を行うためのトランスジューサ信号のマル
チプレクシング（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を必要と
する。しかしながら、ファイアリングの繰り返しはこの
技術の適用を比較的控えめな程度にしか増大させえな
い。
【０００７】まもなく導入される１．５次元および２次
元アレイでは、多数の有効なチャネルを持つことの出来
るシステムが必要である。これは、電力および予算の増
大を伴うこと無く行わなければならない。そこで、多数
のファイアリングを使用すること無く、これらの結果を
達成できるアーキテクチャを構想することが必要であ
る。
元アレイでは、多数の有効なチャネルを持つことの出来
るシステムが必要である。これは、電力および予算の増
大を伴うこと無く行わなければならない。そこで、多数
のファイアリングを使用すること無く、これらの結果を
達成できるアーキテクチャを構想することが必要であ
る。
【０００８】固定の広帯域の予備処理装置部分とその後
に続く低減した数の動的調節遅延チップとで構成された
２段ビーム形成アーキテクチャを利用する超音波イメー
ジング・システムが、以前に提案されている。この提案
されたアーキテクチャによれば、予備処理装置は、空間
フィルタリングを備えたトランスフォーム（ｔｒａｎｓ
ｆｏｒｍ）ビーム形成装置とその後に続く遅延ビーム形
成装置を有する。この提案されたシステムは、各々が比
較的少数のチャネルに作用する局部トランスフォームの
複数の集合を用いている。各々のトランスフォーム予備
処理装置は局部アレイ空間データをビーム空間へ変換す
る。次いで、これらのビームの１つ又は組合せを選択し
て、逆トランスフォームへの入力として使用することが
出来る。この第２のトランスフォームはビーム空間デー
タをアレイ空間データへ変換する。これは空間的アレイ
を再設定するが、低減した方向性視野を持つ。これらの
データは方向が拘束されているので、再構成のために低
減した大きさの逆トランスフォームを使用することが出
来る。これはフィルタリング及びデシメーション（ｄｅ
ｃｉｍａｔｉｏｎ）プロセスと等価である。その結果、
ビーム形成装置の残りの部分で必要とされるチャネルの
数が低減する。
に続く低減した数の動的調節遅延チップとで構成された
２段ビーム形成アーキテクチャを利用する超音波イメー
ジング・システムが、以前に提案されている。この提案
されたアーキテクチャによれば、予備処理装置は、空間
フィルタリングを備えたトランスフォーム（ｔｒａｎｓ
ｆｏｒｍ）ビーム形成装置とその後に続く遅延ビーム形
成装置を有する。この提案されたシステムは、各々が比
較的少数のチャネルに作用する局部トランスフォームの
複数の集合を用いている。各々のトランスフォーム予備
処理装置は局部アレイ空間データをビーム空間へ変換す
る。次いで、これらのビームの１つ又は組合せを選択し
て、逆トランスフォームへの入力として使用することが
出来る。この第２のトランスフォームはビーム空間デー
タをアレイ空間データへ変換する。これは空間的アレイ
を再設定するが、低減した方向性視野を持つ。これらの
データは方向が拘束されているので、再構成のために低
減した大きさの逆トランスフォームを使用することが出
来る。これはフィルタリング及びデシメーション（ｄｅ
ｃｉｍａｔｉｏｎ）プロセスと等価である。その結果、
ビーム形成装置の残りの部分で必要とされるチャネルの
数が低減する。
【０００９】低減した数のチャネルは、チャネル毎に１
つの遅延チップを持つ通常のディジタル・ベースバンド
・イメージング・システムの場合と同様に処理される。
最終の遅延処理装置が、個々のトランスフォームの集合
を１つの全ビームに組み合わせるのに必要な広帯域幅の
遅延を提供し、また動的焦点合わせおよびアポダイゼー
ション（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）のような関連するビ
ーム形成機能の全てを提供する。
つの遅延チップを持つ通常のディジタル・ベースバンド
・イメージング・システムの場合と同様に処理される。
最終の遅延処理装置が、個々のトランスフォームの集合
を１つの全ビームに組み合わせるのに必要な広帯域幅の
遅延を提供し、また動的焦点合わせおよびアポダイゼー
ション（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）のような関連するビ
ーム形成機能の全てを提供する。
【００１０】図１は、イメージング・システムのチャネ
ル数を低減するために予備処理装置２を用いるシステム
の概略構成図である。このシステムでは、入力信号がそ
れぞれＭ個の信号より成る複数の群にグループ分けされ
る。これらの信号は個々のトランスフォーム予備処理装
置部分４の入力に印加され、このトランスフォーム予備
処理装置部分４は所望の方向のビームを形成する。マル
チプレクサ６によって選択されたビーム方向を表す信号
が逆トランスフォーム８によって逆変換されて、空間的
予備処理装置出力信号の低減された集合が作成される。
従って、遅延処理装置１０で必要なチャネル１２の数
は、Ｍと予備処理装置２の出力信号の数との比だけ低減
される。
ル数を低減するために予備処理装置２を用いるシステム
の概略構成図である。このシステムでは、入力信号がそ
れぞれＭ個の信号より成る複数の群にグループ分けされ
る。これらの信号は個々のトランスフォーム予備処理装
置部分４の入力に印加され、このトランスフォーム予備
処理装置部分４は所望の方向のビームを形成する。マル
チプレクサ６によって選択されたビーム方向を表す信号
が逆トランスフォーム８によって逆変換されて、空間的
予備処理装置出力信号の低減された集合が作成される。
従って、遅延処理装置１０で必要なチャネル１２の数
は、Ｍと予備処理装置２の出力信号の数との比だけ低減
される。
【００１１】予備処理装置によって達成される低減量
は、入力のトランスフォームの次数と出力の逆トランス
フォームの次数との比によって定められる。１つのビー
ム方向だけが逆トランスフォームに送られる限られた場
合には、ビーム選択および逆トランスフォームはただ１
つのワイヤになる。このようなシステムでは、ただ１つ
のビーム方向が使用されるときは、トランスジューサの
各々のファイアリングの際にただ１つのビーム方向を計
算すればよい。このときの低減率は入力トランスフォー
ムＭの大きさになる。
は、入力のトランスフォームの次数と出力の逆トランス
フォームの次数との比によって定められる。１つのビー
ム方向だけが逆トランスフォームに送られる限られた場
合には、ビーム選択および逆トランスフォームはただ１
つのワイヤになる。このようなシステムでは、ただ１つ
のビーム方向が使用されるときは、トランスジューサの
各々のファイアリングの際にただ１つのビーム方向を計
算すればよい。このときの低減率は入力トランスフォー
ムＭの大きさになる。
【００１２】上記の結果の低減されたチャネルのデータ
は、通常のイメージング・システムの場合と同様に処理
される。最終の遅延処理装置１０は、個々のトランスフ
ォームの集合を１つの全ビームに組み合わせるのに必要
な広帯域幅の遅延を提供する。トランスフォームによっ
て特定された移相が、単なる位相遅延ではなく、実際の
遅延として供給される場合、システムの全広帯域幅特性
が維持される。
は、通常のイメージング・システムの場合と同様に処理
される。最終の遅延処理装置１０は、個々のトランスフ
ォームの集合を１つの全ビームに組み合わせるのに必要
な広帯域幅の遅延を提供する。トランスフォームによっ
て特定された移相が、単なる位相遅延ではなく、実際の
遅延として供給される場合、システムの全広帯域幅特性
が維持される。
【００１３】図２はこのタイプのイメージング装置を示
しており、該装置では各々のトランスフォーム予備処理
装置部分４がトランスジューサ・アレイ２０からの４つ
の入力と１つの出力を持ち、すなわちＭ＝４である。１
本の導体により、４入力予備処理装置部分４は遅延処理
装置またはビーム形成装置１０に接続されている。従っ
て、１２８個のトランスジューサ素子を持つイメージン
グ・システムの遅延処理装置は３２の遅延チャネルしか
必要としない。この構成は予備処理装置において特定さ
れたビーム方向とチャネル遅延部分で特定されたビーム
方向との間の不整合に敏感である。エラーが生じたと
き、付加的な不所望のビームが所望の方向に対して４５
゜の角度で形成される。これは、ビーム観察時間中に動
的焦点変更によりチャネル遅延ビームの方向を変えると
きに厄介な問題となる。
しており、該装置では各々のトランスフォーム予備処理
装置部分４がトランスジューサ・アレイ２０からの４つ
の入力と１つの出力を持ち、すなわちＭ＝４である。１
本の導体により、４入力予備処理装置部分４は遅延処理
装置またはビーム形成装置１０に接続されている。従っ
て、１２８個のトランスジューサ素子を持つイメージン
グ・システムの遅延処理装置は３２の遅延チャネルしか
必要としない。この構成は予備処理装置において特定さ
れたビーム方向とチャネル遅延部分で特定されたビーム
方向との間の不整合に敏感である。エラーが生じたと
き、付加的な不所望のビームが所望の方向に対して４５
゜の角度で形成される。これは、ビーム観察時間中に動
的焦点変更によりチャネル遅延ビームの方向を変えると
きに厄介な問題となる。
【００１４】図３は、単一ビーム方向出力を発生するＭ
＝４のトランスフォーム予備処理装置の構成を示す。各
々の時間遅延τは、ｍs の所望の値に応じて、０または
±９０゜の移相を表す。この構成は所望の出力信号Ｘ
（ｍs ）を発生する。ここで、ｍs は−１、０、１また
は２である。しかし、この構成は、中間の値の遅延が与
えられる場合はｍs が整数の値であることに制限されな
い。
＝４のトランスフォーム予備処理装置の構成を示す。各
々の時間遅延τは、ｍs の所望の値に応じて、０または
±９０゜の移相を表す。この構成は所望の出力信号Ｘ
（ｍs ）を発生する。ここで、ｍs は−１、０、１また
は２である。しかし、この構成は、中間の値の遅延が与
えられる場合はｍs が整数の値であることに制限されな
い。
【００１５】予備処理装置の量子化は、予備処理装置の
大きさに対応するステップではなく、全アレイに対応す
るステップで行わなければならない。従って、予備処理
装置はＭ個の方向よりはむしろＮ個の方向を持っていな
ければならない。Ｎ個の方向が可能な予備処理装置の場
合、図２のシステムはビーム方向ｋs の全集合を形成す
ることが出来る。これを達成するため、図３の構成を使
用し、τが入力パラメータｍs の関数として適切な値に
設定される。
大きさに対応するステップではなく、全アレイに対応す
るステップで行わなければならない。従って、予備処理
装置はＭ個の方向よりはむしろＮ個の方向を持っていな
ければならない。Ｎ個の方向が可能な予備処理装置の場
合、図２のシステムはビーム方向ｋs の全集合を形成す
ることが出来る。これを達成するため、図３の構成を使
用し、τが入力パラメータｍs の関数として適切な値に
設定される。
【００１６】ビーム形成装置および予備処理装置がビー
ムの開始時に同じ方向に設定されたとしても、時間につ
れてこの状態は維持されない。最終の遅延ビーム形成装
置の方向は、動的焦点合わせが行われるとき時間につれ
て変化する。これは、ｋs の値の４ステップの変化に匹
敵するシフトを生じさせる。予備処理装置がステアリン
グされる方向と最終の遅延処理装置がステアリングされ
る方向との間のこのオフセットは、スプリアス・ビーム
を生じさせる。
ムの開始時に同じ方向に設定されたとしても、時間につ
れてこの状態は維持されない。最終の遅延ビーム形成装
置の方向は、動的焦点合わせが行われるとき時間につれ
て変化する。これは、ｋs の値の４ステップの変化に匹
敵するシフトを生じさせる。予備処理装置がステアリン
グされる方向と最終の遅延処理装置がステアリングされ
る方向との間のこのオフセットは、スプリアス・ビーム
を生じさせる。
【００１７】遅延処理装置における動的焦点合わせによ
って惹起されるオフセット・エラーは、各々の予備処理
装置部分に隣接のトランスジューサ素子の出力信号の重
み付け部分を供給することによって補正することが出来
る。このような隣接のトランスジューサ素子からの出力
信号の残り、すなわち元の出力信号と他の予備処理装置
部分に付加された重み付け部分との差が、それぞれの予
備処理装置部分で使用される。この予備処理装置の構成
は、予備処理装置とチャネル遅延処理装置との間のビー
ム・ステアリング・エラーに対するビーム形成装置の敏
感さを制限する空間フィルタを形成する。
って惹起されるオフセット・エラーは、各々の予備処理
装置部分に隣接のトランスジューサ素子の出力信号の重
み付け部分を供給することによって補正することが出来
る。このような隣接のトランスジューサ素子からの出力
信号の残り、すなわち元の出力信号と他の予備処理装置
部分に付加された重み付け部分との差が、それぞれの予
備処理装置部分で使用される。この予備処理装置の構成
は、予備処理装置とチャネル遅延処理装置との間のビー
ム・ステアリング・エラーに対するビーム形成装置の敏
感さを制限する空間フィルタを形成する。
【００１８】Ｍ＝４の構成は、Ｎ／４のステップでｋs
から隔たったスプリアス信号を生じる。これらのスプリ
アス信号は、図４に示されている様な完全に平衡した空
間フィルタ構成によって実質的に低減することが出来
る。このフィルタ構成は７個の隣接のトランスジューサ
素子からの入力信号を使用して、完全に平衡した予備処
理装置機能を提供する。その群の４つの入力信号に加え
て３つの隣接の信号を含むことにより、ステアリング角
のオフセット・エラーに敏感でない空間フィルタが形成
される。これは、予備処理装置の遅延を固定した状態に
維持しながら、動的焦点合わせの遅延を変化させること
を可能にする。
から隔たったスプリアス信号を生じる。これらのスプリ
アス信号は、図４に示されている様な完全に平衡した空
間フィルタ構成によって実質的に低減することが出来
る。このフィルタ構成は７個の隣接のトランスジューサ
素子からの入力信号を使用して、完全に平衡した予備処
理装置機能を提供する。その群の４つの入力信号に加え
て３つの隣接の信号を含むことにより、ステアリング角
のオフセット・エラーに敏感でない空間フィルタが形成
される。これは、予備処理装置の遅延を固定した状態に
維持しながら、動的焦点合わせの遅延を変化させること
を可能にする。
【００１９】図４の態様によれば、重み係数は、７個の
隣接のトランスジューサ素子の内の中心の素子からの出
力信号ｘ（０）に対しては１である。中心の素子に隣接
する素子からの出力信号ｘ（１）およびｘ（−１）は、
１／２、１／４および１／４のそれぞれの重み係数を使
用して３つの別個の出力信号に分割される。これらの３
つの別個の出力信号の内の最後の出力信号は、隣接した
次の予備処理装置部分（図示していない）に供給される
ので、図４には示されていない。中心の素子から２つめ
の素子からの出力信号ｘ（２）およびｘ（−２）は、１
／２および１／２のそれぞれの重み係数を使用して２つ
の別個の出力信号に分割される。これらの２つの別個の
出力信号の内の２番目の出力信号は、隣接した次の予備
処理装置部分に供給される。最後に、中心の素子から３
つめの素子からの出力信号ｘ（３）およびｘ（−３）
は、１／２、１／４および１／４のそれぞれの重み係数
を使用して３つの別個の出力信号に分割される。これら
の３つの別個の出力信号の内の最後の出力信号は図４に
示されている予備処理装置部分に供給されるが、残りの
他の２つの出力信号は隣接した次の予備処理装置部分に
供給される。
隣接のトランスジューサ素子の内の中心の素子からの出
力信号ｘ（０）に対しては１である。中心の素子に隣接
する素子からの出力信号ｘ（１）およびｘ（−１）は、
１／２、１／４および１／４のそれぞれの重み係数を使
用して３つの別個の出力信号に分割される。これらの３
つの別個の出力信号の内の最後の出力信号は、隣接した
次の予備処理装置部分（図示していない）に供給される
ので、図４には示されていない。中心の素子から２つめ
の素子からの出力信号ｘ（２）およびｘ（−２）は、１
／２および１／２のそれぞれの重み係数を使用して２つ
の別個の出力信号に分割される。これらの２つの別個の
出力信号の内の２番目の出力信号は、隣接した次の予備
処理装置部分に供給される。最後に、中心の素子から３
つめの素子からの出力信号ｘ（３）およびｘ（−３）
は、１／２、１／４および１／４のそれぞれの重み係数
を使用して３つの別個の出力信号に分割される。これら
の３つの別個の出力信号の内の最後の出力信号は図４に
示されている予備処理装置部分に供給されるが、残りの
他の２つの出力信号は隣接した次の予備処理装置部分に
供給される。
【００２０】図４の平衡化されたフィルタ構成における
各々の遅延は、その負成分によって平衡化される。しか
し、実際のシステムでは、負の遅延を実現することは出
来ない。この問題を解決する通常のやり方は、固定の遅
延を設けて、この値に対して加算または減算を行うこと
である。固定の遅延は、負の結果が生じないように充分
な大きさに選ばれる。
各々の遅延は、その負成分によって平衡化される。しか
し、実際のシステムでは、負の遅延を実現することは出
来ない。この問題を解決する通常のやり方は、固定の遅
延を設けて、この値に対して加算または減算を行うこと
である。固定の遅延は、負の結果が生じないように充分
な大きさに選ばれる。
【００２１】一般に、Ｍ−１個の付加的な隣接の信号が
各々の予備処理装置部分に供給される。これらの同じ信
号はまた、それらのそれぞれの部分でも使用される。こ
れは、アレイの両端部を除いて全トランスジューサ部分
の数を増加させない。Ｍ＝２の場合およびＭ＝４の場合
のそれぞれの平衡フィルタは、フィルタの端効果を満足
させるために付加的な入力信号を必要とする。このため
に、アレイの長さＮはＭＱ＋Ｍ−１によって与えられ、
ここでＱは最終の遅延処理装置で必要とされるチャネル
の数である。Ｍ＝２の場合は１つの付加的な入力信号が
必要になり、Ｍ＝４の場合は３つの付加的な入力信号が
必要になる。
各々の予備処理装置部分に供給される。これらの同じ信
号はまた、それらのそれぞれの部分でも使用される。こ
れは、アレイの両端部を除いて全トランスジューサ部分
の数を増加させない。Ｍ＝２の場合およびＭ＝４の場合
のそれぞれの平衡フィルタは、フィルタの端効果を満足
させるために付加的な入力信号を必要とする。このため
に、アレイの長さＮはＭＱ＋Ｍ−１によって与えられ、
ここでＱは最終の遅延処理装置で必要とされるチャネル
の数である。Ｍ＝２の場合は１つの付加的な入力信号が
必要になり、Ｍ＝４の場合は３つの付加的な入力信号が
必要になる。
【００２２】上述のアーキテクチャを使用することによ
り、通常の超音波イメージング・システムと比べてチャ
ネル数を低減した経済的なビーム形成システムを作るこ
とが出来る。６５素子のトランスジューサ２０および３
２チャネルの遅延処理装置１０を持つ経済的なシステム
が図５に示されている。図５の経済的なシステムでは、
アナログ型の予備処理装置が使用され、Ｍ＝２である。
これは、アナログ部分１６に結合された３２個のアナロ
グ予備処理装置遅延段４を必要とし、アナログ−ディジ
タル（Ａ／Ｄ）変換器１８の半分およびその関連するフ
ィルタ要件を節約し、またディジタル・ビーム形成部分
の半分を節約する。このようなシステムのビーム形成装
置は、通常のイメージング・システムの大きさの大体３
分の１である。
り、通常の超音波イメージング・システムと比べてチャ
ネル数を低減した経済的なビーム形成システムを作るこ
とが出来る。６５素子のトランスジューサ２０および３
２チャネルの遅延処理装置１０を持つ経済的なシステム
が図５に示されている。図５の経済的なシステムでは、
アナログ型の予備処理装置が使用され、Ｍ＝２である。
これは、アナログ部分１６に結合された３２個のアナロ
グ予備処理装置遅延段４を必要とし、アナログ−ディジ
タル（Ａ／Ｄ）変換器１８の半分およびその関連するフ
ィルタ要件を節約し、またディジタル・ビーム形成部分
の半分を節約する。このようなシステムのビーム形成装
置は、通常のイメージング・システムの大きさの大体３
分の１である。
【００２３】代わりのアーキテクチャでは、Ａ／Ｄ部分
および予備処理装置部分の位置が入れ替えられる（図示
していない）。この代替例では、Ａ／Ｄ変換器の数が３
５に増加するが、予備処理装置の数は同じ数に留まる。
この構成では、予備処理装置をディジタル型に具現でき
る。１２８素子のトランスジューサ２０および１６チャ
ネルの遅延処理装置１０を持つ別の経済的なシステムが
図６に示されている。各々のファイアリング時に使用さ
れる受信チャネルの数は６４から６７に拡大されて、予
備処理装置アーキテクチャの端効果チャネルが処理され
るようにする。マルチプレクサ２１によって１２８素子
の全幅のアレイから６７個のトランスジューサ素子が選
択される。これらは、６７個のアナログ・チャネルによ
って処理されて、Ａ／Ｄ変換器へ進む。これらの変換器
からの出力信号は、上述したタイプの１６個のディジタ
ル予備処理装置平衡化空間フィルタ集積回路にそれぞれ
供給される。これらのチップの出力信号は、ビーム形成
を完了するために１６個の時間遅延集積回路１２にそれ
ぞれ供給される。１６個の予備処理装置集積回路のトラ
ンスフォーム出力はまた、トランスジューサのファイア
リング順序のための不可欠な送信タイミング信号を供給
する。このタイプのシステムは全部で４つのビーム形成
ボード上に収容することができる。
および予備処理装置部分の位置が入れ替えられる（図示
していない）。この代替例では、Ａ／Ｄ変換器の数が３
５に増加するが、予備処理装置の数は同じ数に留まる。
この構成では、予備処理装置をディジタル型に具現でき
る。１２８素子のトランスジューサ２０および１６チャ
ネルの遅延処理装置１０を持つ別の経済的なシステムが
図６に示されている。各々のファイアリング時に使用さ
れる受信チャネルの数は６４から６７に拡大されて、予
備処理装置アーキテクチャの端効果チャネルが処理され
るようにする。マルチプレクサ２１によって１２８素子
の全幅のアレイから６７個のトランスジューサ素子が選
択される。これらは、６７個のアナログ・チャネルによ
って処理されて、Ａ／Ｄ変換器へ進む。これらの変換器
からの出力信号は、上述したタイプの１６個のディジタ
ル予備処理装置平衡化空間フィルタ集積回路にそれぞれ
供給される。これらのチップの出力信号は、ビーム形成
を完了するために１６個の時間遅延集積回路１２にそれ
ぞれ供給される。１６個の予備処理装置集積回路のトラ
ンスフォーム出力はまた、トランスジューサのファイア
リング順序のための不可欠な送信タイミング信号を供給
する。このタイプのシステムは全部で４つのビーム形成
ボード上に収容することができる。
【００２４】従って、２段超音波イメージング用ビーム
形成装置は通常の単一段ビーム形成装置に比べてハード
ウエアをかなり節約して製作することが出来る。第１の
段は４つのチャネルの各々の信号を組み合わせて単一の
出力信号を形成し、この出力信号は通常の遅延チップに
よって処理される。これらのチャネルが単純に組み合わ
される場合、アレイの遅延のエラーによってスプリアス
・ビームが形成される。この問題は、４つの選択された
チャネルの信号を隣接のチャネルの信号と組み合わせる
ことによって大幅に低減される。これを可能にするシス
テムを製作するには、第１の段すなわち予備処理装置段
が各々のビームの計算中に固定の遅延を持つようにす
る。全ての動的処理は、第２の段すなわち最終の遅延段
で実行される。
形成装置は通常の単一段ビーム形成装置に比べてハード
ウエアをかなり節約して製作することが出来る。第１の
段は４つのチャネルの各々の信号を組み合わせて単一の
出力信号を形成し、この出力信号は通常の遅延チップに
よって処理される。これらのチャネルが単純に組み合わ
される場合、アレイの遅延のエラーによってスプリアス
・ビームが形成される。この問題は、４つの選択された
チャネルの信号を隣接のチャネルの信号と組み合わせる
ことによって大幅に低減される。これを可能にするシス
テムを製作するには、第１の段すなわち予備処理装置段
が各々のビームの計算中に固定の遅延を持つようにす
る。全ての動的処理は、第２の段すなわち最終の遅延段
で実行される。
【００２５】
【発明の概要】上記の経済的なシステムに加えて、空間
フィルタリングを行う予備処理装置がまた１．５次元お
よび２次元システムに有利に使用され得る。本発明は、
２次元の状況でトランスフォーム・ビーム形成を使用す
る改良された超音波イメージング・システムである。本
発明による超音波イメージング・システムは、複数のト
ランスジューサ素子、複数群の局部母線、および複数組
のスイッチング回路を有する。各々のトランスジューサ
素子は、共通のアースに結合されたアース電極、および
対応する１組のスイッチング回路に結合された信号電極
を持つ。この対応する１組のスイッチング回路は、特定
のトランスジューサ素子の信号電極からの出力信号がそ
れぞれの群の局部母線の１つに選択的に供給されるよう
に制御される。各々の局部母線は出力信号を供給し、こ
の出力信号はプローブから各群の局部母線に対するそれ
ぞれの同軸ケーブルを介してコンソールへ送られる。
フィルタリングを行う予備処理装置がまた１．５次元お
よび２次元システムに有利に使用され得る。本発明は、
２次元の状況でトランスフォーム・ビーム形成を使用す
る改良された超音波イメージング・システムである。本
発明による超音波イメージング・システムは、複数のト
ランスジューサ素子、複数群の局部母線、および複数組
のスイッチング回路を有する。各々のトランスジューサ
素子は、共通のアースに結合されたアース電極、および
対応する１組のスイッチング回路に結合された信号電極
を持つ。この対応する１組のスイッチング回路は、特定
のトランスジューサ素子の信号電極からの出力信号がそ
れぞれの群の局部母線の１つに選択的に供給されるよう
に制御される。各々の局部母線は出力信号を供給し、こ
の出力信号はプローブから各群の局部母線に対するそれ
ぞれの同軸ケーブルを介してコンソールへ送られる。
【００２６】本発明によれば、各々の同軸ケーブルを介
して行う必要のある接続の数は、１組の局部母線に結合
されるトランスジューサ素子の数とその組の局部母線の
数との比だけ低減される。各組のＮ個の局部母線はトラ
ンスフォーム予備処理装置の１つのトランスフォーム・
ブロックに対する入力トランスフォーム信号を形成す
る。プローブからコンソールへのデータの伝送を改善す
るために、オプションとしてバッファが設けられる。コ
ンソールの中には、トランスフォーム予備処理装置およ
び遅延ビーム形成装置が収容されている。全ての遅延素
子がコンソールの中に位置している。
して行う必要のある接続の数は、１組の局部母線に結合
されるトランスジューサ素子の数とその組の局部母線の
数との比だけ低減される。各組のＮ個の局部母線はトラ
ンスフォーム予備処理装置の１つのトランスフォーム・
ブロックに対する入力トランスフォーム信号を形成す
る。プローブからコンソールへのデータの伝送を改善す
るために、オプションとしてバッファが設けられる。コ
ンソールの中には、トランスフォーム予備処理装置およ
び遅延ビーム形成装置が収容されている。全ての遅延素
子がコンソールの中に位置している。
【００２７】トランスフォーム装置内の各々のトランス
ジューサは、その関連する局部母線の１つに作動的に結
合し得る。どの開放接続を行うかが、記憶装置に記憶さ
れている制御信号によって決定される。従って、記憶装
置のコード・パターンが同軸ケーブルに対するトランス
ジューサ素子開放接続パターンを指定する。事実上、記
憶装置のパターンは、各々のトランスジューサ素子がそ
の信号をどの局部母線に供給するかを決定する。従っ
て、局部制御記憶装置に記憶されているパターンが、ト
ランスジューサ・アレイの各々の局部区域の空間トラン
スフォームの方向を指定することが出来る。
ジューサは、その関連する局部母線の１つに作動的に結
合し得る。どの開放接続を行うかが、記憶装置に記憶さ
れている制御信号によって決定される。従って、記憶装
置のコード・パターンが同軸ケーブルに対するトランス
ジューサ素子開放接続パターンを指定する。事実上、記
憶装置のパターンは、各々のトランスジューサ素子がそ
の信号をどの局部母線に供給するかを決定する。従っ
て、局部制御記憶装置に記憶されているパターンが、ト
ランスジューサ・アレイの各々の局部区域の空間トラン
スフォームの方向を指定することが出来る。
【００２８】本発明の新規と考えられる特徴は特許請求
の範囲に記載してある。しかし、本発明が、その他の目
的および利点と共に、添付の図面を参照した以下の説明
から最も良く理解されよう。
の範囲に記載してある。しかし、本発明が、その他の目
的および利点と共に、添付の図面を参照した以下の説明
から最も良く理解されよう。
【００２９】
【好ましい実施態様の説明】図７乃至１０および図１１
は、２２．５゜のステップの角度でビームを形成するこ
とのできる超音波イメージング装置を示している。図７
を参照すると、イメージング装置のプローブが、好まし
くは各群が１６個のトランスジューサ素子より成る５７
個のトランスジューサ素子群２２（従って、全部で９１
２個のトランスジューサ素子）で構成されたトランスジ
ューサ・アレイ２０を有する。種々のビーム形成方向の
ために必要なパターンが図１０に示されている。これら
のパターンは、左から右へ、それぞれ垂直から測って０
゜、２２．５゜、４５゜、６７．５゜および９０゜のビ
ーム角度に対応する。
は、２２．５゜のステップの角度でビームを形成するこ
とのできる超音波イメージング装置を示している。図７
を参照すると、イメージング装置のプローブが、好まし
くは各群が１６個のトランスジューサ素子より成る５７
個のトランスジューサ素子群２２（従って、全部で９１
２個のトランスジューサ素子）で構成されたトランスジ
ューサ・アレイ２０を有する。種々のビーム形成方向の
ために必要なパターンが図１０に示されている。これら
のパターンは、左から右へ、それぞれ垂直から測って０
゜、２２．５゜、４５゜、６７．５゜および９０゜のビ
ーム角度に対応する。
【００３０】プローブ１４内には４本の局部母線２４が
設けられている（図１１参照）。４本の局部母線２４の
各々の１本には、プローブに結合された複数の同軸ケー
ブル２６のそれぞれの１本が作用する。従って、アレイ
全体は９１２個のトランスジューサ素子を有している
が、２２８個の同軸ケーブル接続部を持つ２２８個の局
部母線しか必要とされない。図８に示されているよう
に、この数はアナログ部分２８に続くトランスフォーム
予備処理部分２によって更に低減される。トランスフォ
ーム予備処理装置２の５７個の出力が通常の設計のディ
ジタル・ビーム形成装置１０に結合される。このビーム
形成装置は、これらの複合信号について動的焦点合わ
せ、動的シェーディングおよびアポダイゼーションを用
いるのが有利である。前に述べたように、トランスフォ
ーム予備処理装置２は、予備処理装置の遅延と最終のビ
ーム形成装置の遅延との間の不整合により生じるスプリ
アス信号を低減するための空間フィルタリングを使用す
る。これらのフィルタは、隣接のトランスフォーム・ブ
ロックの局部母線からの信号を、重み係数を使用して組
み合わせることによって形成される。
設けられている（図１１参照）。４本の局部母線２４の
各々の１本には、プローブに結合された複数の同軸ケー
ブル２６のそれぞれの１本が作用する。従って、アレイ
全体は９１２個のトランスジューサ素子を有している
が、２２８個の同軸ケーブル接続部を持つ２２８個の局
部母線しか必要とされない。図８に示されているよう
に、この数はアナログ部分２８に続くトランスフォーム
予備処理部分２によって更に低減される。トランスフォ
ーム予備処理装置２の５７個の出力が通常の設計のディ
ジタル・ビーム形成装置１０に結合される。このビーム
形成装置は、これらの複合信号について動的焦点合わ
せ、動的シェーディングおよびアポダイゼーションを用
いるのが有利である。前に述べたように、トランスフォ
ーム予備処理装置２は、予備処理装置の遅延と最終のビ
ーム形成装置の遅延との間の不整合により生じるスプリ
アス信号を低減するための空間フィルタリングを使用す
る。これらのフィルタは、隣接のトランスフォーム・ブ
ロックの局部母線からの信号を、重み係数を使用して組
み合わせることによって形成される。
【００３１】図８のトランスフォーム予備処理装置２に
対する空間フィルタを形成するために使用される１組の
取り得る重み係数が、図９に示されている。アレイが直
交方向に方向付けられるとき、重みは前に述べた１次元
線形アレイに対して使用されるものに従う。（１／４、
１／２、３／４、１、３／４、１／２、１／４）の重み
を持つフィルタが図９の左側に示されている。４×４配
列のトランスジューサ素子の選ばれた群が太線の四角で
囲んで示してある。１６個のトランスジューサ素子の選
ばれた群内から又は隣接の群からの各々の重み付け局部
母線信号が、アレイのステアリング方向によって必要と
される量だけ遅延され、次いでその群の出力信号に加算
される。各々の群は、その群内から重み付け信号または
隣接の群から由来する重み付け信号を使用して、同様な
やり方で出力信号を発生する。全体では、悉くの局部母
線が全体の出力信号に等しい重みを与える。アレイが２
２．５°および４５°の角度に方向付けられるときに使
用すべき重み係数が図９の中央および右側にそれぞれ示
されている。
対する空間フィルタを形成するために使用される１組の
取り得る重み係数が、図９に示されている。アレイが直
交方向に方向付けられるとき、重みは前に述べた１次元
線形アレイに対して使用されるものに従う。（１／４、
１／２、３／４、１、３／４、１／２、１／４）の重み
を持つフィルタが図９の左側に示されている。４×４配
列のトランスジューサ素子の選ばれた群が太線の四角で
囲んで示してある。１６個のトランスジューサ素子の選
ばれた群内から又は隣接の群からの各々の重み付け局部
母線信号が、アレイのステアリング方向によって必要と
される量だけ遅延され、次いでその群の出力信号に加算
される。各々の群は、その群内から重み付け信号または
隣接の群から由来する重み付け信号を使用して、同様な
やり方で出力信号を発生する。全体では、悉くの局部母
線が全体の出力信号に等しい重みを与える。アレイが２
２．５°および４５°の角度に方向付けられるときに使
用すべき重み係数が図９の中央および右側にそれぞれ示
されている。
【００３２】図１１は、プローブ１４全体を示す概略図
である。アレイ２０への接続が通常のように行われ、そ
れぞれ１つのトランスジューサ素子に対し１つの接続部
が設けられる。各々のトランスジューサ素子群の中のト
ランスジューサ素子はスイッチ２３を介して局部母線２
４に接続される。各々の局部母線は、それぞれの同軸ケ
ーブル２６を介してコンソール４２へ送り返される出力
信号を供給する。各々の同軸ケーブルを介して行う必要
のある接続の数は、１組の局部母線に結合されるトラン
スジューサ素子の数とその組内の局部母線の数との比だ
け低減される。各組のＮ個の局部母線は、トランスフォ
ーム予備処理装置２の１つのトランスフォーム部分４
（図２参照）に入力トランスフォーム信号を供給する。
オプションとして、プローブ１４からコンソール４２へ
のデータの伝送を改善するためにバッファ３０が設けら
れる。コンソール４２の中にはトランスフォーム予備処
理装置２および遅延ビーム形成装置１０（図８）が収容
されている。
である。アレイ２０への接続が通常のように行われ、そ
れぞれ１つのトランスジューサ素子に対し１つの接続部
が設けられる。各々のトランスジューサ素子群の中のト
ランスジューサ素子はスイッチ２３を介して局部母線２
４に接続される。各々の局部母線は、それぞれの同軸ケ
ーブル２６を介してコンソール４２へ送り返される出力
信号を供給する。各々の同軸ケーブルを介して行う必要
のある接続の数は、１組の局部母線に結合されるトラン
スジューサ素子の数とその組内の局部母線の数との比だ
け低減される。各組のＮ個の局部母線は、トランスフォ
ーム予備処理装置２の１つのトランスフォーム部分４
（図２参照）に入力トランスフォーム信号を供給する。
オプションとして、プローブ１４からコンソール４２へ
のデータの伝送を改善するためにバッファ３０が設けら
れる。コンソール４２の中にはトランスフォーム予備処
理装置２および遅延ビーム形成装置１０（図８）が収容
されている。
【００３３】所与のトランスフォーム部分に対する各々
のトランスジューサ２２は、その所与のトランスフォー
ム部分に対する関連する局部母線２４の組の内の１つの
局部母線に作動的に結合される。どの接続を行うかは記
憶装置２５に記憶されている信号によって決定される。
記憶装置のコード・パターンは同軸ケーブルに対するト
ランスジューサ素子開放接続のパターンを指定する。事
実上、記憶装置のパターンは、各々のトランスジューサ
素子がその信号をどの局部母線に供給するかを決定す
る。従って、局部制御記憶装置に記憶されているパター
ンが、トランスジューサ・アレイの各々の局部区域の空
間フィルタの方向を指定する。
のトランスジューサ２２は、その所与のトランスフォー
ム部分に対する関連する局部母線２４の組の内の１つの
局部母線に作動的に結合される。どの接続を行うかは記
憶装置２５に記憶されている信号によって決定される。
記憶装置のコード・パターンは同軸ケーブルに対するト
ランスジューサ素子開放接続のパターンを指定する。事
実上、記憶装置のパターンは、各々のトランスジューサ
素子がその信号をどの局部母線に供給するかを決定す
る。従って、局部制御記憶装置に記憶されているパター
ンが、トランスジューサ・アレイの各々の局部区域の空
間フィルタの方向を指定する。
【００３４】図１２は、局部母線に対する各々のトラン
スジューサ素子の選択的結合をより詳しく示す。簡単化
のため、図１２は１つのトランスジューサ素子２２ａを
４本の局部母線２４ａ−２４ｄの内の選択された１本の
局部母線へ接続する構成を示す。実際の装置でのこれら
の母線の数は所望のトランスフォームの次数Ｎに応じて
定められる。図１２は、選択されたトランスジューサ素
子を局部母線に結合するのに適した集積回路の一部分を
示すと共に、同じチップの一部分を形成し得るオプショ
ンのバッファ３０および伝送バイパス路をも示してい
る。
スジューサ素子の選択的結合をより詳しく示す。簡単化
のため、図１２は１つのトランスジューサ素子２２ａを
４本の局部母線２４ａ−２４ｄの内の選択された１本の
局部母線へ接続する構成を示す。実際の装置でのこれら
の母線の数は所望のトランスフォームの次数Ｎに応じて
定められる。図１２は、選択されたトランスジューサ素
子を局部母線に結合するのに適した集積回路の一部分を
示すと共に、同じチップの一部分を形成し得るオプショ
ンのバッファ３０および伝送バイパス路をも示してい
る。
【００３５】本発明の好ましい実施態様によれば、イメ
ージング・サイクルの送信部分の間、パルスが各々の同
軸ケーブル２６を介してその関連する局部母線へ送られ
る。これらのパルスは、サイクルの受信部分の間にトラ
ンスジューサを局部母線に結合する同じスイッチング回
路によって、各々のトランスジューサ２２ａに印加され
る。高電圧ＮＭＯＳスイッチング・トランジスタＱ１乃
至Ｑ４が、イメージング・サイクルの送信および受信の
両部分の間に局部トランスジューサ素子２２ａに対する
接続を行うと共に、他のトランスジューサ素子に対する
隔離を行う。スイッチング・トランジスタＱ１乃至Ｑ４
のゲート接続点は、それぞれコンデンサＣ１乃至Ｃ４に
よってブートストラップされ、これによりトランスジュ
ーサが送信信号パルスの全電圧パルスを受け取ることが
出来るようにする。同軸ケーブル２６を介して局部母線
へ送られる信号の組の全体のパルス・タイミングは、局
部母線接続パターンによって指定された方位方向の一平
面内で指定された角度に送信ビームを方向付けることに
よって、送信のステアリング方向を決定する。従って、
図１１および１２の構成のアーキテクチャは、超音波信
号の送信モードおよび受信モードの両方において２次元
で機能する。
ージング・サイクルの送信部分の間、パルスが各々の同
軸ケーブル２６を介してその関連する局部母線へ送られ
る。これらのパルスは、サイクルの受信部分の間にトラ
ンスジューサを局部母線に結合する同じスイッチング回
路によって、各々のトランスジューサ２２ａに印加され
る。高電圧ＮＭＯＳスイッチング・トランジスタＱ１乃
至Ｑ４が、イメージング・サイクルの送信および受信の
両部分の間に局部トランスジューサ素子２２ａに対する
接続を行うと共に、他のトランスジューサ素子に対する
隔離を行う。スイッチング・トランジスタＱ１乃至Ｑ４
のゲート接続点は、それぞれコンデンサＣ１乃至Ｃ４に
よってブートストラップされ、これによりトランスジュ
ーサが送信信号パルスの全電圧パルスを受け取ることが
出来るようにする。同軸ケーブル２６を介して局部母線
へ送られる信号の組の全体のパルス・タイミングは、局
部母線接続パターンによって指定された方位方向の一平
面内で指定された角度に送信ビームを方向付けることに
よって、送信のステアリング方向を決定する。従って、
図１１および１２の構成のアーキテクチャは、超音波信
号の送信モードおよび受信モードの両方において２次元
で機能する。
【００３６】信号受信の際、各々のトランスジューサは
その関連するバッファ増幅器ケーブルに結合される。ト
ランジスタＱ２１乃至Ｑ２４により、トランジスタＱ１
乃至Ｑ４のゲート接続点のすべてが、それらを選択する
前で且つトランスジューサ・パルスをファイアリングす
る前に予め充電されるようにすることが出来る。これは
ゲート・パルスによって達成される。選択されない全て
の接続点がトランジスタＱ１１乃至Ｑ１４によりアース
へ放電される。放電すべき接続点は、トランジスタＱ１
１乃至Ｑ１４のゲートに印加される選択信号Ｓｎ１乃至
Ｓｎ４により決定される。これらの接続点はサイクルの
残りの期間にわたってアース電位に保たれて、選択され
なかったパスのデバイスのゲートへの高電圧の漏洩を防
止する。従って、トランジスタＱ１１乃至Ｑ１４は、高
電圧送信パルスが回路の残りの部分と干渉するのを防止
する高電圧隔離を行うと共に、サイクルの受信部分の間
に使用される接続パターンを指定する。これは、受信期
間の間、該パターンの関連する接続点が充電された状態
に留まるからである。
その関連するバッファ増幅器ケーブルに結合される。ト
ランジスタＱ２１乃至Ｑ２４により、トランジスタＱ１
乃至Ｑ４のゲート接続点のすべてが、それらを選択する
前で且つトランスジューサ・パルスをファイアリングす
る前に予め充電されるようにすることが出来る。これは
ゲート・パルスによって達成される。選択されない全て
の接続点がトランジスタＱ１１乃至Ｑ１４によりアース
へ放電される。放電すべき接続点は、トランジスタＱ１
１乃至Ｑ１４のゲートに印加される選択信号Ｓｎ１乃至
Ｓｎ４により決定される。これらの接続点はサイクルの
残りの期間にわたってアース電位に保たれて、選択され
なかったパスのデバイスのゲートへの高電圧の漏洩を防
止する。従って、トランジスタＱ１１乃至Ｑ１４は、高
電圧送信パルスが回路の残りの部分と干渉するのを防止
する高電圧隔離を行うと共に、サイクルの受信部分の間
に使用される接続パターンを指定する。これは、受信期
間の間、該パターンの関連する接続点が充電された状態
に留まるからである。
【００３７】図１３は、光学的スイッチングを利用する
別の好ましい実施態様のプローブの断面図である。この
プローブは、トランスジューサ素子３３のアレイを形成
するように分割された圧電セラミック材料層１３、導電
性背面層３４、該背面層に接着された光導電材料層３
６、および光学的に透明な信号電極３８のアレイを有す
る。簡単化および明瞭化のために図面に示していない
が、背面層および光導電材料層は圧電セラミック材料層
と共に通常のように分割されて、複数の積層要素を形成
する。これらの積層要素はグループ分けされて、各々の
群にはそれぞれの信号電極が付設される。光が選択され
た光導電体に差し向けられたとき、この光導電体は関連
するトランスジューサ素子を信号電極に電気的に結合す
る。入射する光が無いとき、トランスジューサ素子は結
合されない状態に留まる。光導電体のアレイ上に選択さ
れた光学パターンを形成することによって、特定の群内
の選択されたトランスジューサ素子が関連する信号電極
に結合される。これは、フレネル板と同様な、１と０の
量子化された係数の値を持つ空間トランスフォームのア
レイを形成する。トランスフォーム・パターンは、選択
された方向から来る信号を増強し、他の方向からの信号
を拒絶するように選択される。このプロセスは、各々の
トランスジューサ素子群に対して同様に使用される。
別の好ましい実施態様のプローブの断面図である。この
プローブは、トランスジューサ素子３３のアレイを形成
するように分割された圧電セラミック材料層１３、導電
性背面層３４、該背面層に接着された光導電材料層３
６、および光学的に透明な信号電極３８のアレイを有す
る。簡単化および明瞭化のために図面に示していない
が、背面層および光導電材料層は圧電セラミック材料層
と共に通常のように分割されて、複数の積層要素を形成
する。これらの積層要素はグループ分けされて、各々の
群にはそれぞれの信号電極が付設される。光が選択され
た光導電体に差し向けられたとき、この光導電体は関連
するトランスジューサ素子を信号電極に電気的に結合す
る。入射する光が無いとき、トランスジューサ素子は結
合されない状態に留まる。光導電体のアレイ上に選択さ
れた光学パターンを形成することによって、特定の群内
の選択されたトランスジューサ素子が関連する信号電極
に結合される。これは、フレネル板と同様な、１と０の
量子化された係数の値を持つ空間トランスフォームのア
レイを形成する。トランスフォーム・パターンは、選択
された方向から来る信号を増強し、他の方向からの信号
を拒絶するように選択される。このプロセスは、各々の
トランスジューサ素子群に対して同様に使用される。
【００３８】各々の光学的に透明な信号電極上の信号
は、その電極が作用するトランスジューサ素子の局部ア
レイまたは群のトランスフォーム・ビーム空間出力信号
である。付加的なマルチプレクシングは必要ではない。
該出力信号のゼロ次の逆トランスフォームは、同じ信号
に過ぎない。従って、それは時間遅延ビーム形成装置、
好ましくは通常のタイプのディジタル・ベースバンド・
ビーム形成装置の１つのチャネルへ直接送ることが出来
る。従って、図１によって実行される機能は、図１３に
示されている比較的簡単な構造によって満足させること
が出来る。
は、その電極が作用するトランスジューサ素子の局部ア
レイまたは群のトランスフォーム・ビーム空間出力信号
である。付加的なマルチプレクシングは必要ではない。
該出力信号のゼロ次の逆トランスフォームは、同じ信号
に過ぎない。従って、それは時間遅延ビーム形成装置、
好ましくは通常のタイプのディジタル・ベースバンド・
ビーム形成装置の１つのチャネルへ直接送ることが出来
る。従って、図１によって実行される機能は、図１３に
示されている比較的簡単な構造によって満足させること
が出来る。
【００３９】図１４は、トランスジューサ素子３３の２
次元アレイ（実線で示す）を持つプローブの一部分を示
す。光学的に透明な信号電極３８は破線で示されてい
る。各々の電極はコンタクト４０を持つ。光のパターン
は各々のトランスフォーム位置においてｋｘおよびｋｙ
空間方向の両方を指定する。一層効率のよい、しかし幾
分かより複雑なトランスフォーム構造が可能である。例
えば、付加的な光学的に透明な信号電極を取り込むこと
によって付加的な母線を得ることが出来る。インターデ
ィジタル形電極を使用して、群内の各々のトランスジュ
ーサ素子へ２つの局部母線によってアクセスするように
してもよい。この場合、光はそれぞれのトランスジュー
サ素子をいずれか一方または他方の電極に結合させる。
これは、トランスジューサ素子の全てを利用する一対の
信号を生じさせる。同様に、この構造は４本の局部母線
を設けるように拡張し、光学的信号を使用して各々の素
子を４つの電極の内の１つの電極に接続するようにして
もよい。図１０の接続パターンは前に述べたビーム方向
を与えるために使用される。
次元アレイ（実線で示す）を持つプローブの一部分を示
す。光学的に透明な信号電極３８は破線で示されてい
る。各々の電極はコンタクト４０を持つ。光のパターン
は各々のトランスフォーム位置においてｋｘおよびｋｙ
空間方向の両方を指定する。一層効率のよい、しかし幾
分かより複雑なトランスフォーム構造が可能である。例
えば、付加的な光学的に透明な信号電極を取り込むこと
によって付加的な母線を得ることが出来る。インターデ
ィジタル形電極を使用して、群内の各々のトランスジュ
ーサ素子へ２つの局部母線によってアクセスするように
してもよい。この場合、光はそれぞれのトランスジュー
サ素子をいずれか一方または他方の電極に結合させる。
これは、トランスジューサ素子の全てを利用する一対の
信号を生じさせる。同様に、この構造は４本の局部母線
を設けるように拡張し、光学的信号を使用して各々の素
子を４つの電極の内の１つの電極に接続するようにして
もよい。図１０の接続パターンは前に述べたビーム方向
を与えるために使用される。
【００４０】図１３に示した光導電層はトランスジュー
サ素子の選択的相互接続を行うが、相互接続を制御する
ために光信号を用いる他の代わりの方法も可能である。
例えば、所望のオンおよびオフ状態の間をより完全に区
別するようなホトダイオードおよびスイッチング・トラ
ンジスタを利用することができる。本発明を特定の好ま
しい特徴について図示し説明したが、当業者には種々の
変更および変形をなし得よう。従って、特許請求の範囲
が本発明の真の精神内にあるこの様な全ての変更および
変形を包含するものとして記載してあることを理解され
たい。
サ素子の選択的相互接続を行うが、相互接続を制御する
ために光信号を用いる他の代わりの方法も可能である。
例えば、所望のオンおよびオフ状態の間をより完全に区
別するようなホトダイオードおよびスイッチング・トラ
ンジスタを利用することができる。本発明を特定の好ま
しい特徴について図示し説明したが、当業者には種々の
変更および変形をなし得よう。従って、特許請求の範囲
が本発明の真の精神内にあるこの様な全ての変更および
変形を包含するものとして記載してあることを理解され
たい。
【図１】以前に提案されたトランスフォーム予備処理装
置アーキテクチャのブロック図である。
置アーキテクチャのブロック図である。
【図２】以前に提案されたトランスフォーム予備処理装
置アーキテクチャのブロック図である。
置アーキテクチャのブロック図である。
【図３】以前に提案されたアーキテクチャの好ましい一
態様による、４つの入力および単一のビーム方向出力
（すなわち、Ｍ＝４）を持つトランスフォーム予備処理
装置構成のブロック図である。
態様による、４つの入力および単一のビーム方向出力
（すなわち、Ｍ＝４）を持つトランスフォーム予備処理
装置構成のブロック図である。
【図４】予備処理装置とチャネル遅延処理装置との間の
ビーム・ステアリング・エラーに対するビーム形成装置
の敏感さを制限する作用をなす、７素子の平衡化された
Ｍ＝４の空間フィルタリング予備処理装置のブロック図
である。
ビーム・ステアリング・エラーに対するビーム形成装置
の敏感さを制限する作用をなす、７素子の平衡化された
Ｍ＝４の空間フィルタリング予備処理装置のブロック図
である。
【図５】６５素子のトランスジューサおよび３２個の遅
延チャネルを持つトランスフォーム・ビーム形成システ
ムのブロック図である。
延チャネルを持つトランスフォーム・ビーム形成システ
ムのブロック図である。
【図６】１２８素子のトランスジューサおよび６７個の
遅延チャネルを持つトランスフォーム・ビーム形成シス
テムのブロック図である。
遅延チャネルを持つトランスフォーム・ビーム形成シス
テムのブロック図である。
【図７】本発明による９１２素子の超音波トランスジュ
ーサ・アレイの概略平面図である。
ーサ・アレイの概略平面図である。
【図８】図７に示されるように配列された９１２個の超
音波トランスジューサ素子を備えた超音波プローブおよ
び本発明による５７個の遅延チャネルを持つトランスフ
ォーム・ビーム形成システムのブロック図である。
音波トランスジューサ素子を備えた超音波プローブおよ
び本発明による５７個の遅延チャネルを持つトランスフ
ォーム・ビーム形成システムのブロック図である。
【図９】本発明の好ましい実施態様による予備処理装置
フィルタの重みを示す図である。
フィルタの重みを示す図である。
【図１０】本発明の好ましい実施態様によるプローブの
指向性パターンを示す図である。
指向性パターンを示す図である。
【図１１】本発明の好ましい実施態様によるスイッチン
グ式トランスジューサ・アレイを示すブロック図であ
る。
グ式トランスジューサ・アレイを示すブロック図であ
る。
【図１２】本発明の好ましい実施態様による高電圧スイ
ッチング回路を示す回路図である。
ッチング回路を示す回路図である。
【図１３】本発明の別の好ましい実施態様による光学的
スイッチング式トランスジューサ・アレイの構造を示す
概略図である。
スイッチング式トランスジューサ・アレイの構造を示す
概略図である。
【図１４】図１３に示した別の好ましい実施態様による
２次元光学的スイッチング式トランスジューサ・アレイ
の一部分の概略図である。
２次元光学的スイッチング式トランスジューサ・アレイ
の一部分の概略図である。
フロントページの続き (72)発明者 ピーター・ウィリアム・ロレイン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、ヘザ・レーン、876番 (72)発明者 ジョン・トーマス・ペディコーン アメリカ合衆国、フロリダ州、ウィンタ ー・スプリングス、トウェルブ・オーク ス・ドライブ、308番
Claims (4)
- 【請求項１】 各々がそれぞれの信号電極を持つ複数の
群のトランスジューサ素子、 複数の群のケーブル電気導体であって、各々のケーブル
電気導体群内のケーブル電気導体の数が各々の前記トラ
ンスジューサ素子群内のトランスジューサ素子の数より
も少なく、前記ケーブル電気導体群の数が前記トランス
ジューサ素子群の数に等しい複数の群のケーブル電気導
体、 複数の群の局部母線であって、各々の局部母線群内の局
部母線の数が各々の前記ケーブル電気導体群内のケーブ
ル電気導体の数に等しく、前記局部母線群の数が前記ケ
ーブル電気導体群の数に等しく、また１つの前記局部母
線群内の各々の局部母線が対応する１つの前記ケーブル
電気導体群内のそれぞれのケーブル電気導体に電気的に
結合されている複数の群の局部母線、および複数の群の
スイッチング素子であって、各々のスイッチング素子群
内のスイッチングの数が各々の前記局部母線群内の局部
母線の数に等しく、前記スイッチング素子群の数が前記
トランスジューサ素子の数に等しく、また特定の１つの
前記スイッチング素子群内の各々のスイッチング素子
が、特定の前記トランスジューサ素子の信号電極を対応
する１つの前記局部母線群内のそれぞれの局部母線に電
気的に結合するように選択的に作動可能である複数の群
のスイッチング素子、を含んでいる超音波プローブ。 - 【請求項２】 複数のトランスジューサ素子を含む超音
波プローブ、 空間フィルタリング予備処理装置および時間遅延ビーム
形成装置を含むコンソール、 前記プローブからの信号を前記空間フィルタリング予備
処理装置に結合することによって前記予備処理装置から
の空間的にフィルタリングされた信号を前記ビーム形成
装置に結合するための複数のケーブル電気導体であっ
て、前記ビーム形成装置が複数のチャネルを有し、前記
複数のトランスジューサ素子の数が前記複数のケーブル
電気導体の数よりも多く、前記複数のケーブル電気導体
の数が前記チャネルの数よりも多い複数のケーブル電気
導体、 前記複数のケーブル電気導体の数に等しい数の複数の局
部母線であって、各々の局部母線が前記複数のケーブル
電気導体のそれぞれの１つに電気的に結合されている複
数の局部母線、および複数の群のスイッチング素子であ
って、前記スイッチング素子群の数が前記トランスジュ
ーサ素子の数に等しく、各々の前記スイッチング素子群
が前記複数のトランスジューサ素子のそれぞれの１つに
結合されており、また任意の特定の１つの前記スイッチ
ング素子群内のスイッチング素子が、前記複数のトラン
スジューサ素子のそれぞれの１つを前記複数の局部母線
のそれぞれの１つに電気的に結合するように選択的に作
動可能である複数の群のスイッチング素子、を含んでい
る超音波イメージング・システム。 - 【請求項３】 信号電極を持つトランスジューサ素子、 複数のケーブル電気導体、 各々が前記複数のケーブル電気導体のそれぞれの１つに
電気的に結合されている複数の局部母線、および複数の
スイッチング素子であって、各々のスイッチング素子
が、前記トランスジューサ素子の信号電極を前記複数の
局部母線のそれぞれの１つに電気的に結合するように選
択的に作動可能である複数のスイッチング素子、を含ん
でいる超音波プローブ。 - 【請求項４】 前記スイッチング素子の各々がトランジ
スタで構成されている請求項３記載の超音波プローブ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/763772 | 1996-12-11 | ||
| US08/763,772 US5832923A (en) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | Utrasound imaging system architecture employing switched transducer elements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10267904A true JPH10267904A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=25068771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9339557A Withdrawn JPH10267904A (ja) | 1996-12-11 | 1997-12-10 | 超音波プローブおよび超音波イメージング・システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5832923A (ja) |
| JP (1) | JPH10267904A (ja) |
| DE (1) | DE19753508A1 (ja) |
| IL (1) | IL122308A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2001021072A1 (fr) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Hitachi Medical Corporation | Sonde a ultrasons et appareil de diagnostic a ultrasons la contenant |
| WO2005027747A1 (ja) * | 2003-09-24 | 2005-03-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 超音波診断装置 |
| US7322936B2 (en) | 2003-06-25 | 2008-01-29 | Aloka Co., Ltd. | Ultrasound diagnosis apparatus |
| KR100816825B1 (ko) * | 2001-04-13 | 2008-04-25 | 주식회사 메디슨 | 변환자 그룹화 스위치를 이용한 2차원 배열 변환자의 집속장치 및 3차원 초음파 영상 형성 시스템 |
| US7798967B2 (en) | 2006-12-19 | 2010-09-21 | Aloka Co., Ltd. | Ultrasound diagnosis apparatus |
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| US6821251B2 (en) * | 2002-12-18 | 2004-11-23 | Aloka Co., Ltd. | Multiplexer for connecting a multi-row ultrasound transducer array to a beamformer |
| US7297118B2 (en) * | 2003-06-12 | 2007-11-20 | Ge Medical Systems Global Technology Company | Ultrasound method and apparatus for multi-line acquisition |
| DE602004002523T2 (de) * | 2003-06-25 | 2007-05-10 | Aloka Co. Ltd., Mitaka | Diagnostische ultraschall-bildgebende Vorrichtung mit einem 2D Schallkopf mit variablen Subarrays |
| US7517317B2 (en) * | 2004-02-26 | 2009-04-14 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Subarray forming system and method for ultrasound |
| JP4542461B2 (ja) * | 2005-04-07 | 2010-09-15 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | 超音波プローブ及び超音波診断装置 |
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| US7775982B2 (en) * | 2006-12-15 | 2010-08-17 | General Electric Company | Method and system for sub-aperture processing |
| US8096951B2 (en) * | 2007-06-28 | 2012-01-17 | General Electric Company | Transmit beamforming in 3-dimensional ultrasound |
| US10080544B2 (en) | 2008-09-15 | 2018-09-25 | Teratech Corporation | Ultrasound 3D imaging system |
| US20120179044A1 (en) | 2009-09-30 | 2012-07-12 | Alice Chiang | Ultrasound 3d imaging system |
| WO2013168045A1 (en) | 2012-05-09 | 2013-11-14 | Koninklijke Philips N.V. | Ultrasound transducer arrays with variable patch geometries |
| US8929177B2 (en) * | 2013-03-14 | 2015-01-06 | Fujifilm Sonosite, Inc. | System and method for performing progressive beamforming |
| KR102120796B1 (ko) * | 2014-05-13 | 2020-06-09 | 삼성전자주식회사 | 빔 포밍 장치, 빔 포밍 방법, 초음파 영상 장치 및 초음파 프로브 |
| JP6396508B2 (ja) * | 2014-06-12 | 2018-09-26 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 超音波トランスデューサアセンブリ |
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| US10114114B2 (en) * | 2014-09-15 | 2018-10-30 | Stmicroelectronics S.R.L. | Ultrasonic probe with precharge circuit and method of controlling an ultrasonic probe |
| CN114631847B (zh) * | 2022-05-20 | 2022-09-09 | 之江实验室 | 一种抑制医用超声换能器阵列串扰的分时复用方法 |
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| JP3090718B2 (ja) * | 1990-07-11 | 2000-09-25 | 株式会社東芝 | 超音波診断装置 |
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-
1996
- 1996-12-11 US US08/763,772 patent/US5832923A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-11-26 IL IL12230897A patent/IL122308A/en not_active IP Right Cessation
- 1997-12-03 DE DE19753508A patent/DE19753508A1/de not_active Withdrawn
- 1997-12-10 JP JP9339557A patent/JPH10267904A/ja not_active Withdrawn
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| WO2001021072A1 (fr) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Hitachi Medical Corporation | Sonde a ultrasons et appareil de diagnostic a ultrasons la contenant |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DE19753508A1 (de) | 1998-06-18 |
| US5832923A (en) | 1998-11-10 |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050301 |