JPH1156838A - 携帯型超音波装置、該画像処理装置および該装置用集積回路 - Google Patents

携帯型超音波装置、該画像処理装置および該装置用集積回路

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JPH1156838A
JPH1156838A JP10146373A JP14637398A JPH1156838A JP H1156838 A JPH1156838 A JP H1156838A JP 10146373 A JP10146373 A JP 10146373A JP 14637398 A JP14637398 A JP 14637398A JP H1156838 A JPH1156838 A JP H1156838A
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portable
integrated circuit
asic
array
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Larry Greisel
ラリー・グレイセル
Blake Little
ブレーク・リトル
Justin Coughlin
ジュスティン・カフリン
Steven G Danielson
スティーブン・ジー・ダニエルソン
Lauren Pflugrath
ローレン・プルグラス
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Fujifilm Sonosite Inc
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 筐体；前記筐体内に置かれ、音響窓を通
じて患者にアクセスするアレー変換器；前記筐体内に置
かれ、該アレー変換器素子からのエコーを受信するため
の受信器手段；および、前記筐体内に置かれ、そして該
受信器手段に接続し、該アレー変換器の前記素子により
受信されたエコー信号をデジタル的に遅延させ、結合さ
せて超音波ビームを形成するディジタルビーム形成器；
からなる携帯型超音波装置。 【効果】 超音波装置の先進機能の多くを携帯型ユニッ
トに納めた診断用超音波装置を提供する。単一ユニット
として、または一つは変換器、ビーム形成器および画像
プロセッサを含み、他方は表示装置と両ユニット電源を
含む２ユニットとして製造することができる。そのよう
な構成において、表示装置を有するユニットを超音波画
像を最適な状態で観察できるよう保持し、変換器／プロ
セッサユニットを片手で操作することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は医療用超音波診断装
置に関し、特に完全統合携帯型超音波診断装置に関す
る。本願は、１９９６年６月２８日出願のアメリカ合衆
国特許出願一連番号０８／１６７２，７８２の一部継続
出願である。
【０００２】
【従来の技術】良く知られているように現代の超音波診
断装置は、大きく、複雑な装置である。移動性のために
カートに搭載された今日の高価な超音波装置は、まだ数
百キログラム（数百ポンド）の重量を有する。過去にお
いて、本出願人であるアドバンスト・テクノロジー・ラ
ボラトリーズ社により製造されたADR ４０００超音波装
置などの装置は、より小さいほぼパーソナルコンピュー
ターのサイズのデスクトップユニットであった。しかし
ながらそのような装置は、カラードップラー画像処理や
三次元表示能力のような今日の高級な超音波装置の先進
的機能の多くを欠いていた。超音波装置が一層洗練され
るにつれて、装置は一層大きくなってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ディジ
タル機器のますますの高密度化により、それらの初期の
ものよりさらに小さく、超音波装置を小型化できる時を
予測することが、今可能になってきた。医師は、ほぼ電
気かみそりの大きさの携帯型の超音波走査ヘッドで仕事
をするのに慣れている。この使い慣れた走査ヘッドと同
様に、走査ヘッドの大きさのユニットの中に、超音波装
置全体を収納できれば望ましい。そのような超音波装置
が、スペックル除去、カラードップラー、三次元画像処
理能力など、今日の洗練された超音波装置の主要な特徴
のできるだけ多くを保持することは、さらに望ましい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、高級な
超音波装置の主要な特徴の多くを携帯型ユニットに納め
た診断用超音波装置が提供される。この装置は、単一ユ
ニットとして生産することができ、または好適例におい
ては、装置は２つのユニット、即ち一つは変換器、ビー
ム形成器および画像プロセッサを含み、他方は表示装置
と両ユニットの電源を含んでいる。そのような構成にお
いて、２ユニット間のケーブルが映像を表示ユニット上
に表示されることを可能にし、後者のユニットが超音波
画像を最適な状態で観察できるよう保持し、配置するよ
うに、変換器／プロセッサユニットを片手で操作するこ
とができる。ケーブルは、表示ユニットから、変換器／
プロセッサユニットに電源も提供する。
【０００５】好適例においては超音波装置は、変換器か
ら映像出力までをアレー変換器の素子に接続する発信／
受信エイシック、多数の遅延チャネルで発信、受信ビー
ムのビーム形成を実行するフロントエンドエイシック、
フィルタ処理など超音波信号を処理するデジタル信号処
理エイシック; および、処理された超音波信号を受
け、超音波画像データを作成するバックエンドエイシッ
クからなる４個の特定用途集積回路(エイシック)上に製
作される。標準モニタ上でも、液晶ディスプレイ(液晶
表示装置)上にでも画像を表示することができる。エイ
シックからなるので、ユニットの電子回路は、コネクタ
とケーブルにより従来発生していた問題を除くために、
単一の印刷回路基板上に製作することができる。２．３
ｋｇ(５ポンド)以下の重さの携帯型ユニットとして、こ
の高機能超音波装置を製造することができる。
【０００６】図面において、図１は、本発明の携帯型超
音波装置の構成を説明するブロックダイヤグラムであ
る。図２ａと２ｂは、単一ユニットとして収納された本
発明の携帯型超音波装置の正面と側面図である。図３ａ
と３ｂは、本発明の２−ユニット携帯型超音波装置の変
換器ユニットの正面と側面図である。図４は、２ユニッ
ト筐体の、本発明の携帯型超音波装置における該２つの
ユニットを説明する。図５は、図１の超音波装置の発信
／受信エイシックの回路図ダイアグラムである。図６
は、図１の超音波装置のフロントエンドエイシックのブ
ロックダイヤグラムである。図７は、発信／受信エイシ
ックとフロントエンドエイシックにより実行される開口
制御を説明する。図８は、図６のフロントエンドエイシ
ックのフレーム、および、ＲＦヘッダシーケンサのブロ
ックダイヤグラムである。
【０００７】図９は、図６のフロントエンドエイシック
のライン、ＴＧＣ、シリアルバス、および、アドレスシ
ーケンサのブロックダイヤグラムである。図１０は、図
６のフロントエンドエイシックのビーム形成器チャネル
用の加算ネットワークのブロックダイヤグラムである。
図１１は、図６のフロントエンドエイシックの動的焦点
制御器の一つのブロックダイヤグラムである。図１２
は、図６のフロントエンドエイシックの動的重みコント
ローラの一つのブロックダイヤグラムである。図１３
は、図１１の動的焦点制御器の説明に使用される、例示
的な焦点制御曲線である。図１４は、図１２の動的重み
制御器の説明に使用される例示的な重み関数曲線であ
る。図１５は、本発明のビーム形成器の好適なデジタル
遅延器を説明する。そして、図１６は、図１の超音波装
置の使用者制御のチャート図である。
【０００８】
【発明の実施の態様】まず図１を参照すると、本発明の
携帯型超音波装置の構成が示されている。集積回路と超
音波技術の効率的使用、機能と特徴の慎重な選択により
のみ、単一携帯型ユニットへの超音波装置全体の収納が
可能となる。変換器アレー１０は、そのソリッドステー
ト性、電子制御能力、可変開口、画像処理性能および信
頼性により使用される。平面でも曲面リニア(curved li
near)アレーでも使用することができる。好適例では、
アレーは曲面(curved)アレーであり、それは幅広いセク
タ走査フィールドを与える。好適例では、フェーズドア
レーなどの平面アレーを操作し焦点合わせするのに十分
な遅延能力を提供するのであるが、曲面アレーの幾何学
的曲率は、ビーム形成器の操作(steering)遅延への要求
を小さくする。アレー素子は変換器素子を駆動し、素子
が受信したエコーを受ける発信／受信エイシック２０に
接続する。発信／受信エイシック２０は、アレー１０の
活性発信受信開口と、受信エコー信号の利得も制御す
る。発信／受信エイシックは、変換器素子から数センチ
（数インチ）内に置かれ、好ましくは同じ筐体で、ちょ
うど変換器の後ろに置かれる。
【０００９】発信／受信エイシック２０が受信したエコ
ーは、隣接するフロントエンドエイシック３０に転送さ
れ、個々の変換器素子からのエコーをデジタル化し、ビ
ーム形成して、コヒーレントな走査線信号にする。フロ
ントエンドエイシック３０も、発信／受信エイシックに
提供される制御信号により、発信波形タイミング、超音
波ビームの開口および焦点を制御する。説明例で、フロ
ントエンドエイシック３０は他のエイシックが時間利得
制御にタイミング信号を提供する。電源とバッテリー管
理サブシステム８０は、変換器アレーに適用される電力
を看視、制御し、それにより患者に適用される音響エネ
ルギーを制御し、そしてユニットの電力消費を最小にす
る。ビーム形成器により使用されるデータを記憶する記
憶装置３２は、フロントエンドエイシック３０に接続す
る。
【００１０】ビーム形成された走査線信号が、フロント
エンドエイシック３０から隣接するディジタル信号処理
エイシック４０に転送される。ディジタル信号処理エイ
シック４０は、走査線信号をフィルター処理し、好適例
では、合成開口形成、周波数混合、パワードップラー
(カラーパワー血管造影)などのドップラー処理、スペッ
クル除去などのいくつかの先進的機能を提供する。
【００１１】超音波Ｂモ−ドとドップラー情報は、隣接
するバックエンドエイシック５０に転送され、走査変換
され、映像出力信号が形成される。記憶装置４２は、バ
ックエンドエイシック５０に接続し、三次元パワードッ
プラー（３Ｄ ＣＰＡ）画像処理に使用される記憶装置
を提供する。バックエンドエイシックは、時間、日付、
患者識別などの英数字情報を表示に追加する。グラフィ
ックスプロセッサは超音波画像に、深さ、焦点標識、カ
ーソルなどの情報を重ねる。超音波画像のフレームは、
バックエンドエイシック５０に接続するビデオメモリ５
４に記憶され、それらをライブでシネループの実時間シ
ーケンスに呼び戻し、再生することを可能とする。映像
出力でのビデオ情報としては、ＮＴＳＣやＰＡＬテレビ
方式、液晶表示装置６０またはビデオモニタ用のＲＧＢ
駆動信号など、いくつかの方式を使用することができ
る。
【００１２】バックエンドエイシック５０も、超音波装
置用中央プロセッサ、ＲＩＳＣ(リスク：極少命令セッ
ト制御器(reduced instruction set controller))プロ
セッサ５０２、を有する。リスクプロセッサは、フロン
トエンドおよびディジタル信号処理エイシックに接続
し、携帯型ユニット全体の処理と制御機能を同調させ、
制御する。プログラムメモリ５２は、バックエンドエイ
シック５０に接続し、ユニットを操作し、制御するため
に、リスクプロセッサが使用するプログラムデータを記
憶する。バックエンドエイシック５０は、赤外線発信器
またはＰＣＭＣＩＡインタフェース５６で構成されたデ
ータポートに接続する。他のモジュールや機能の携帯型
超音波ユニットとの接続または通信が、このインタフェ
ースにより可能となる。インタフェース５６は、モデム
または通信リンクに接続し、遠隔地からの超音波情報の
送信および受信を可能とする。このインタフェースを通
じ、他のデータ記憶装置を受け入れ、超音波情報分析ソ
フトなど、新機能をユニットに追加することができる。
【００１３】リスクプロセッサは、ユニットの使用者制
御７０へも接続し、使用者入力を受け入れ、携帯型超音
波装置の操作を指示し制御する。
【００１４】好適例における携帯型超音波装置のパワー
は、充電式電池か交流アダプターにより提供される。バ
ッテリーパワーが蓄積され、電源サブシステム８０から
装置の構成部分に供給される。電源サブシステム８０
は、変換器アレー１０の素子を駆動するために、低バッ
テリー電圧を、発信／受信エイシック２０に適用される
より高電圧に変換するためのＤＣ変換器を有する。
【００１５】図２aと２bは、図１の超音波装置を収納す
るための一体型ユニット８７を説明する。液晶表示装置
６０を有する上部セクション８３を含み、装置正面が図
２aに示されている。下部セクション８１は、８６に示
すように、使用者制御を含んでいる。使用者制御は、使
用者が装置電源をオン、オフさせ、モード（Ｂモ−ドや
ドップラー）、カラードップラーセクター、またはフレ
ーム速度、および三次元表示などの特別な機能などの動
作特性の選択を可能とする。使用者制御は、時間、日付
および患者データの入力も可能にする。十字記号で示さ
れる４方向制御は、ジョイスティックとして機能し、画
面上のカーソルを操作するか、または使用者メニューか
ら機能を選択する。選択的に、マウスボールやトラック
パッドを使用して、多様な方向にカーソルその他の制御
をすることができる。制御のいくつかのボタンとスイッ
チは、画像の凍結、シネループメモリからの画像シーケ
ンスの記憶、再生など、特定の機能に使用される。
【００１６】ユニット８７の底部に曲面変換器アレー１
０の開口８４がある。使用において、変換器開口は患者
に対して保持され、患者を走査し、超音波画像が液晶表
示装置６０に表示される。
【００１７】図２bは、ユニットの奥行きが示されたユ
ニット８７の側面図である。ユニットはほぼ高さ２０.
３センチメートル、幅１１.４センチメートルおよび奥
行き４.５センチメートルである。このユニットは、曲
面アレー変換器プローブを持つ完全に機能を果たすこと
ができる超音波装置の要素の全てを２.２５kg（ ５ポン
ド）以下の重さのただひとつの筐体に収容する。この重
さの主な部分は、ユニットに収納されたバッテリーであ
る。
【００１８】図３と図４は、超音波装置が２つの別個の
セクションに収納された第２の収納例を説明する。下部
セクション８１は、変換器アレー、ビデオ信号出力まで
の電子回路と使用者制御を含む。この下部セクション
は、底部に見える曲面変換器アレー開口と共に図３aに
示されている。図３bは、下部セクションの側面図であ
る。この下部セクションは、約高さ１１.４センチメー
トル、幅９.８センチメートル、奥行き２.５センチメー
トルである。このユニットは、従来の超音波走査ヘッド
とほぼ同じ重さである。この下部セクションは、図４に
ケーブル９０により示されたように、上部セクション８
３に接続される。上部セクション８３は、液晶表示装置
８２とバッテリーパック８８を有する。
【００１９】ケーブル９０は、上部ユニットに下部ユニ
ット８１から表示用ビデオ信号を転送し、そしてバッテ
リーパック８８から電源を下部ユニットに供給する。こ
の２部分ユニットは有利である。即ち、観察に便利な静
的位置で、上部ユニットを保持しながら、使用者は通常
の走査ヘッドの使い方で患者の上の下部ユニットと変換
器８４を操作することができるからである。バッテリー
パックを上部ユニットに置くことにより、下部ユニット
は軽くなり、患者の体上を容易に操作可能となる。
【００２０】他の装置構成収納例も容易に想到しうる。
例えば、フロントエンドエイシックのビーム形成器を異
なったアレー変換器と接続可能としたまま、フロントエ
ンドエイシック３０，ディジタル信号処理エイシック４
０およびバックエンドエイシック ５０を共通の筐体に
置くことができる。これは、異なった診断画像処理法の
ために異なった変換器を、デジタルビーム形成器、デジ
タルフィルターおよび画像プロセッサと共に使用可能に
する。ディスプレイを３つのエイシックと同じ筐体に置
くことができ、またはバックエンドエイシックの出力を
別のディスプレイ装置に接続することができる。図４の
構成を変更し、ディスプレイとバッテリーパックユニッ
トの上に使用者制御を移し、超音波エイシックを変換器
アレーのあるユニットに置くことができる。
【００２１】図５を参照すると、発信／受信エイシック
２０Ａのより詳細が示されている。エイシック ２０Ａ
の信号経路は、４つの同一のセクションＳ１、 Ｓ２、
Ｓ３、Ｓ４に分けられている。この図面で、Ｓ１セクシ
ョンの内部の詳細が示されている。Ｓ１セクションは、
２つの２:１発信マルチプレクサ４０８と４１０を有
し、その各々は８個の（８）発信イン(Transmit In)ラ
インの１つのパルサ信号に応答する。各２:１発信マル
チプレクサは、パルサ４０２, ４０４および４１４, ４
１６を駆動する２個の出力を有し、その出力は、変換器
素子が接続するエイシックピンに接続する。説明例にお
いて、２:１発信マルチプレクサ４０８は、素子１か素
子６５のいずれかを駆動するために接続し、そして２:
１発信マルチプレクサ４１０は素子３３か素子９７のい
ずれか一方を駆動するために接続する。エイシックの他
のセクションの２:１発信マルチプレクサは、それぞれ
同様に４つの変換器素子に接続する。各変換器素子に別
個のパルサがあるので、エイシック２０Ａは独立にそし
て同時に、それが接続する１６の変換器素子の８個を駆
動する。
【００２２】各セクションのパルサが接続する変換器素
子のピンは、４:１受信マルチプレクサとスイッチ４１
２の入力にも接続する。パルサが超音波発信の間、変換
器素子を駆動しているとき、エイシック上の４:１受信
マルチプレクサとスイッチの全てと接続する発信オンラ
イン上の信号は、それら全てを高電圧駆動パルスに高イ
ンピーダンスを与える状態にスイッチし、これによりこ
れらの高電圧パルスから、残りの受信信号経路を絶縁す
る。エイシックの全ての４:１受信マルチプレクサとス
イッチは、エイシックの受信テストピンに接続し、これ
によりテスト信号を受信信号経路に入れ、受信システム
内を進行させることができる。
【００２３】エコー受信の間、各４:１受信マルチプレ
クサとスイッチは、それが接続する４つの変換器素子の
１つの信号を、第１ＴＧＣ段階４１６を通じ、１：１６
マルチプレクサ４１８に接続する。エイシック上の第１
ＴＧＣ段階の利得は、構成例では、微分制御電圧の適用
のための２本のピンからなるエイシックのＴＧＣ１ピン
に適用される電圧により制御される。エイシックの各セ
クションの１:１６マルチプレクサは、それぞれ受信エ
コー信号をサムバス４４０の１６ラインの１つに送る。
１６のサムバスラインのうちの２個が図の右側に示さ
れ、フィルタ回路２２２に接続する。フィルタ処理され
たバス信号は、第２ＴＧＣ段階４２４と４２６に誘導す
る入力ピンに転送され、その利得は、１または２個のＴ
ＧＣ２ピンに適用される電圧により制御される。これら
第２ＴＧＣ段階の出力は、説明例において、超音波装置
のビーム形成器のチャネルに導く出力ピンに接続する。
【００２４】エイシック２０Ａは、ビーム形成器からの
シリアルバス上の制御信号を受信する制御レジスタ４３
０を有する。制御レジスタは、Ctrl.入力矢印により示
されるように、制御信号を、エイシックのマルチプレク
サの全てに分配する。エイシック２０Ａの構成例では、
供給、バイアス電圧と接地用の多数のピンを有するが、
それらは図には示されていない。
【００２５】本発明のエイシックを使用するシステム
は、Ｎ：１，１：Ｍ構成を有し、ここにＮは最大開口の
大きさにより分割された変換器素子の数であり、Ｍはビ
ーム形成器チャネルの数である。これらのエイシック
は、種々の素子数の種々の変換器アレーを、種々の数の
チャネルのビーム形成器に、種々の方法で接続するのに
使用される。この汎用性の例は、図７の装置により示さ
れ、８個の発信／受信エイシック２０Ａ−２０Ｈに接続
される(矢印５０６、５０４に示される)変換器１０’を
示し、そのサムバス(Sum Bus)４４０は、エイシックの
１６の第２ＴＧＣ段階により、１６チャネルビーム形成
器５００に接続する。（説明の簡便のために、第２ＴＧ
Ｃ段階は、現実にはそれらはエイシック上に統合されて
いるのだが、別に説明する。)
【００２６】この例において、その各々は変換器素子へ
の接続のための１６本のピンを持つ、８個の発信／受信
エイシックは、変換器アレー１０’の１２８素子の全て
を別々に駆動するように接続する。８つのエイシックの
２:１発信マルチプレクサは、６４の素子を同時に駆動
することができ、従って図中変換器素子１−４...２９
−３６...６１−６４で表わされる、６４素子発信開口
を有する変換器アレーを操作することができる。この６
４素子開口は、素子３２と３３の間に中心がある。この
配置は、各発信超音波波用に６４素子開口の素子の全て
を駆動することが可能である。８つのエイシック２０Ａ
−２０Ｈの制御レジスターは簡便に、ビーム形成器から
８ラインデータバスの別個のラインに接続し、各ライン
は、特定の制御レジスタのためのシリアルバスとして機
能し、これにより、全ての８つの制御レジスターが同時
にロードされることを可能にする。
【００２７】６４素子開口全体にわたるエコー信号受信
は、いくつかの方法により実施することができる。一つ
は、折り畳みおよび合成開口を使用する方法である。第
１の超音波発信の後、素子１７−３２上のエコーが受信
され、素子４８−３３からのエコーと共に折り畳まれ
る。即ち、１つのサムバスラインはそれに多重送信され
た素子１７と４８からのエコーを有し、もう一つのサム
バスラインはその上に多重送信された素子１８と４７か
らのエコーを有し、以下同様である。これら１６の折り
畳み信号は、ビーム形成器により適切に遅延され、結合
されて焦点合わせされた信号を形成する。第２の超音波
発信の後、開口の外側の素子が折り畳み受信のために使
用され、遅延され、互いに結合され、そして第１の焦点
合わせされた信号の開口を完成する。
【００２８】１６チャネルビーム形成器の代わりに、折
り畳みと合成開口技術の使用、またはアメリカ合衆国特
許４，５４２，６５３に記載された粗い(coarse)開口受
信技術の使用により、このＮ：１，１：Ｍエイシックア
ーキテクチャアを８チャネルビーム形成器５００と共に
使用することができる。この技術において、ビーム発信
の間独立に活性化された隣接素子は、それらの受信信号
を結合することにより、そしてそれらに同じ焦点合わせ
遅延を使用することにより受信の間、対にされる。これ
は効果的には、変換器ピッチが２の係数で受信の間より
粗くなることを意味している。これが受信ビーム形状の
格子状ローブのレベルを上げるが、結合送受信ビーム形
状は、まだ受け入れ可能であり、そして装置は大きな受
信開口の、より高感度による利益を享受する。もしグレ
ーティングローブが問題となるのであれば、グループと
して結合させた素子の数が開口を横切るグループ毎に変
化する無周期(aperiodic)開口を使用することにより、
それらを低減することができる。無周期開口は、一様な
画像背景の中にグレーティングローブ効果を効果的に融
合させる。
【００２９】１つのそのような配列において、４つの変
換器素子により受信された信号は、１:１６マルチプレ
クサを適当にプログラミングすることにより、８つのビ
ーム形成器チャネルの各入力への適用のために、同じサ
ムバスラインに送られる。これは、素子１７と１８から
の受信信号が、同じサムバスライン上で素子４７と４８
からの受信信号と結合され、１つのビーム形成器チャネ
ルの入力に４つの信号全てが転送されることを可能とす
る。従って、粗い受信と折り畳み開口技術の両方が同時
に採用される。３２素子開口は１つの発信波に続いて受
信され、または合成開口技術により形成された６４素子
開口は、２つの超音波発信で受信される。もし、ファイ
ン(fine)受信開口のみが使用されるならば、受信開口
は、折り畳みおよび合成開口技術を使用した３２素子、
または折り畳みまたは合成開口技術のいずれか一方を有
する１６素子に限定される。
【００３０】従って説明例において、発信/受信エイシ
ック２０Ａは１６変換器素子で動作しており、そしてこ
れらのエイシックのいくつかをより多数の素子の変換器
アレーで使用することができることが分かる。例えば６
つのこれらのエイシックは、９６素子変換器アレーを制
御することができる。
【００３１】フロントエンドエイシック３０のブロック
ダイヤグラムが図６に示される。この図は、フロントエ
ンドエイシック３０の一つの部分３０ａを示す。フロン
トエンドエイシック上に８つのそのような部分があり、
発信/受信エイシック ２０から８つのサムバスラインの
信号のビーム形成を実行する。各エコー信号出力は、Ａ
／Ｄ変換器３１０の入力に転送され、そこでエコー信号
はディジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換器は、ビ
ーム形成器自身と同じ集積回路上に置かれ、集積回路の
外部接続ピンを最少限化する。ただ１つのアナログ入力
ピンが各ビーム形成器チャネルに必要であり、そしてた
だ１組のデジタル出力ピンがコヒーレントに加算された
出力信号に必要とされる。
【００３２】各素子（または、折り畳みまたは粗い開口
内の各対、または素子の群）のＡ／Ｄ変換器からのディ
ジタルデータは、クロック信号Ａ／Ｄ ＣＬＫにより、
先入れ先出し（ＦＩＦＯ）レジスタ３１２中に移され
る。Ａ／Ｄ ＣＬＫ信号は、クロック信号の開始を延期
させる動的焦点制御器３１４により与えられ、初期遅延
を実行し、次いで信号サンプリング時間を制御して、受
信エコー信号の動的焦点合わせを実施する。先入れ先出
しレジスタ３１２の長さは、変換器中心周波数、開口寸
法、アレー曲率、およびビーム操作条件により決定され
る。例えばより高い中心周波数と曲面アレーは、操作遅
延の必要性と、従って先入れ先出しレジスタの長さを軽
減させる。先入れ先出しレジスタ３１２からの遅延エコ
ー信号は、乗算器３１６に転送され、エコー信号は動的
重み制御器３１８により提供される動的重み値によって
重み付けされる。
【００３３】動的重み値は、活性化素子数の効果、開口
内の素子の位置および希望するアポダイゼーション機能
を考慮してエコー信号を重み付けし、走査線に沿ってよ
り深い部分からのエコーが受信されるに従って、外側の
素子が追加され、包含されることにより開口は広がる。
遅延され、重み付けされたエコー信号は、次いで適切に
遅延され重み付けされた他の素子からのエコー信号と、
加算器３２０までの縦続(cascade)接続された他の全て
の遅延段階からのエコー信号とは加算される。同期した
オーバーフロービットと共に、ビーム形成されたエコー
信号が、ＲＦデータバス上の出力走査線データとして作
成される。走査線エコー信号の各シーケンスに伴うの
は、エイシック上のＲＦヘッダシーケンサにより提供さ
れる識別情報であり、それは作成された走査線データの
タイプを識別する。ＲＦヘッダは例えば走査線が、 Ｂ
モードエコーデータかドプラデータかを識別する。
【００３４】もし必要ならビーム形成器遅延を提供する
ために、他のディジタルのサンプリングされたデータの
記憶装置を使用することができる。二重ポートＲＡＭ
を、受信ディジタルエコーサンプルの記憶用に使用する
ことができ、該サンプルは適宜、またはシーケンスが記
憶装置から読み出され、変換器素子からの信号に所望の
遅延を提供する。
【００３５】フロントエンドエイシックの各部分３０ａ
は、アレーの４個の変換器素子のための発信制御回路３
０２−３０８を有する。８個の部分は従って、同時にア
レーの３２素子の発信制御を提供し、これにより最大発
信開口を決定する。発信制御回路は、適切な時にパルサ
を活性化する予定された期間と周期性の波形を作成し、
所望の深度に焦点を合わせた発信超音波信号を作成す
る。図７に示すように、３２発信制御回路を持つただ一
つのフロントエンドエイシックが、総数６４の発信入力
ラインを有する、８個の発信/受信エイシック２０Ａ−
２０Ｈと共に使用されると、各発信制御回路は、発信マ
ルチプレクサ４０８，４１０の各対の２つの入力に接続
し、そして発信マルチプレクサの一つは、制御レジスタ
ー４３０の制御信号を通じ、各発信波について有効に
し、そして他方を無効にするようプログラムされる。こ
れが、２:１発信マルチプレクサの各対を、４:１発信マ
ルチプレクサとしての動作に変換し、３２の独立して制
御される素子の最大発信開口を与える。
【００３６】フロントエンドエイシック３０は、エイシ
ック上の８ビーム形成器チャネルの発信と受信機能用の
総括的制御を与える共通制御セクション３３０を有す
る。制御部３３０は、バックエンドエイシック ５０に
置かれたリスクプロセッサにより制御され、その制御の
下でデータを受信する。特定画像フレーム用のデータテ
ーブルは、ＲＡＭ（ＲＡＭ）３２に記憶され、リスクプ
ロセッサの命令下に制御部３３０にロードされる。制御
部３３０は、発信、受信機能のための多数のシーケンサ
を有する。フレームシーケンサ ３３２は、作成しよう
とする画像フレームの種類を識別する他のシーケンサに
より使用される情報を作成する。例えば、フレームシー
ケンサには、４本のドップラー走査線群の間に点在する
Ｂモード走査線として次のフレームを識別するデータ、
および全ての偶数番号の走査線に続く走査線シーケンス
は奇数番号の走査線であるというデータがロードされ
る。
【００３７】この情報は、所望の走査線の取得に必要な
タイミングを制御するラインシーケンサ３３４に与えら
れる。走査線取得の間、ラインシーケンサはＴＧＣシー
ケンサ３３６を制御し、ＴＧＣ制御データの所望のシー
ケンスを作成する。ＴＧＣシーケンサからのＴＧＣ制御
データは、ディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）３３８
により電圧信号に変換され、発信/受信エイシック２０
のＴＧＣ制御入力端子に転送される。アドレスシーケン
サ ３４２は、ＴＧＣシーケンサ、動的焦点および動的
重み制御器およびシリアルバスシーケンサ３４０などの
ビーム形成器の種々の実時間レジスタへの新走査線用の
データのロードを制御し、該シリアルバスシーケンサ
は、装置の発信/受信エイシックの制御レジスター用の
シリアルバスにシリアルデータを作成する。実時間機能
を行なうフロントエンドエイシック上の全レジスタは、
二重にバッファされている。発信/受信エイシックのレ
ジスタも二重にバッファされ、制御データがシリアルバ
ス上に置かれ、制御データが使用される走査線に先立つ
ラインの間に種々のレジスタにロードされる。
【００３８】フロントエンドエイシックは、その制御部
に、装置の全ての動作が同調させられる多数の同期クロ
ック信号を作成するクロック発生器３５０を有する。装
置の接近して配置された機器間の混信とクロストークを
防止するために、ビデオ出力信号周波数はクロック発生
器のクロック信号に同調され、従って、１つの周波数の
高調波は他と混信する成分を作成することはない。水晶
発振器（示されていない）は、フロントエンドエイシッ
ク３０に接続し、６０ MHzなどの装置のクロック信号の
全てが得られる基本高周波数を与える。
【００３９】図８は、図６のフロントエンドエイシック
のフレームとＲＦヘッダーシーケンサのブロックダイヤ
グラムである。この図と続く図において、破線９はエイ
シックの端末（ピン）を示す破線上の円を有するエイシ
ックの境界線を表示する。
【００４０】各画像フレームは、一群のＰＲＩから構成
され、各ＰＲＩは超音波発信と、該超音波に応答する身
体からのエコーの受信からなる。画像フレーム、または
スペクトルドップラーなどその他のシーケンスの取得
は、リスクバス１０２上のリスクプロセッサからのデー
タと命令の受信により開始される。「ジャンプアドレ
ス」と呼ばれる多数のＲＡＭアドレスは、ジャンプアド
レスレジスタ１０４に記憶される。各ジャンプアドレス
は、特定の走査方法に使用されるＲＡＭ３２中の一揃い
のデータの開始アドレスである。レジスタ１０４中のジ
ャンプアドレスは、所望により、リスクプロセッサによ
り与えられる新ジャンプアドレスに更新することができ
る。走査手続きの開始アドレスは、初期アドレスレジス
タ１０６にロードされ、レジスタ１０４のアドレスの一
つを選択し、フレームアドレスカウンタ１０８にロード
される。フレームアドレスカウンタ１０８は、ジャンプ
アドレスレジスタ１０４により与えられるアドレスから
始まるＲＡＭ３２からのフレーム制御データのブロック
を順次読み込む。
【００４１】フレーム制御データは、作成されるべきフ
レームデータ用にビーム形成器を設定し、そして作成の
終わりに何がなされるべきかを設定する５つの制御言
語、加えて可変数のＲＦヘッダデータ語からなってい
る。フレームシーケンサのフレームデータは、次のＰＲ
Ｉの作成用に他のシーケンサを条件付けし、ここにひと
つのＰＲＩは変換器アレーによる超音波発信とその発信
の結果として生ずるエコーの受信とビーム形成の全周期
である。５つの制御言語とそれらのデータ領域は：
【００４２】
【数１】
【００４３】L-SYNAPデータは、合成開口が使用するこ
とができるか否かを決定する。T-DTYPEデータは、ＴＧ
Ｃ制御用に装置を調整する。RF-MODEデータは、初期Ｐ
ＲＩシーケンスに続く、ＲＦヘッダーの数を指定する。
PRI-MARKERSデータは、ＰＲＩ境界線を識別し、ＰＲＩ
マーカーレジスタ１１２にロードされる。 ワード１:
【００４４】
【数２】
【００４５】FTRIGGERデータは、テストとキャリブレー
ション処理のために装置を調整する。SUMENAデータは、
もう一つのビーム形成器エイシックからのエコーデータ
が、エイシックのそれと加算することができるか否かを
決定する。SOSELデータは、内部または外部信号が、加
算のために遅延エコーデータをシフトアウトするか否か
を決定する。FLOOPデータは、現在のＰＲＩを繰り返す
回数を指定し、フレームループカウンタ１１０にロード
される。 ワード２:
【００４６】
【数３】
【００４７】L-DTYPEデータは、２Dエコーデータ、ドッ
プラーデータなどの、ＰＲＩにより作成された超音波デ
ータの種類を決定する。L-HOLDOFFデータは、ＰＲＩ開
始の前に受けられる、全ての遅延時間を決定する。
【００４８】
【数４】
【００４９】A-MODEデータは、アドレスシーケンサによ
り使用される一揃いのデータの開始アドレスを指定す
る。A-MSELデータは、走査線方向がアドレスシーケンサ
のM−ラインレジスタにより、またはA-RAYフィールドデ
ータにより決定されるか否かを決定する。A-ZONEデータ
は、発信焦点域を決定する。A-RAYデータは、 A-MSELに
より指定された時、変換器開口に関してレイ（走査線）
の方向を特定する。
【００５０】
【数５】
【００５１】JUMP-BITSデータは、ジャンプマスクレジ
スタ１１８のビットに関し、ＲＡＭ３２中の次のブロッ
クのフレーム制御データの開始アドレスを決定し、ジャ
ンプビットレジスタ１１４にロードされる。
【００５２】可変数のＲＦヘッダーデータワードは、Ｒ
ＡＭ３２から次に読み込まれ、ＲＦヘッダーシーケンサ
３４４にロードされる。上に説明したように、 ＲＦヘ
ッダーデータはシ−ケンサ３４４により、ＲＦ出力バス
上のＰＲＩデータの前に置かれ、それらが受信している
ＰＲＩデータの種類を次のプロセッサに通知する。
【００５３】これらデータワードの全てが読み込まれた
後、フレームシーケンサ制御論理は、リスクプロセッサ
が停止命令を出したか否かを確認する。もし停止命令が
なければ、フレームシーケンサ制御論理１２０は、ライ
ンシーケンサ制御バス１２４により、ラインシーケンサ
を始動させる。
【００５４】リスクプロセッサは、図８のフレームシー
ケンサのいくつかの他のレジスタを使用し、ビーム形成
器の動作に実時間制御を実行する。例えばプロセッサ
は、ＰＲＩマーカマスクレジスタ１１６に、 ＰＲＩマ
ーカマスクデータをロードする。このマスクデータによ
り表示されたＰＲＩ境界線が、ＰＲＩマーカレジスタの
ＰＲＩ境界線と一致するとき、フレームシーケンサ制御
論理により認識されたように、ビーム形成器は、この一
致に応答するか、または無視し、マスクデータにより決
定されたように、 ＴＧＣ機能の更新などの実時間機能
を実行する。リスクプロセッサは、ジャンプビットレジ
スタ１１４中のジャンプビッドのビットを選択するジャ
ンプマスクレジスタ１１８にジャンプマスクデータをロ
ードし、次のＰＲＩをジャンプアドレスレジスタ１０４
中の特定のブロックデータ開始アドレスに送る。リスク
プロセッサは、トリガパルスが発せられた時、該命令が
フレームシーケンス制御論理に送られ、停止、開始、境
界線上に停止、リセット、Ｍ−モ−ド更新、ＴＧＣ更新
などの命令を実行するトリガ制御レジスタ１２２に、実
時間命令をロードする。
【００５５】一旦ラインシーケンサが始動されると、フ
レームシーケンサは、リスクプロセッサからの命令のた
めに実時間命令レジスタ１２２をモニターし、ラインシ
ーケンサからのエンドオブライン(end-of-line)（ ＥＯ
Ｌ）信号の受信を待ち、フレームシ−ケンサに次のＰＲ
Ｉのためのフレーム制御データを検索させるか、取得を
停止させる。
【００５６】ライン、ＴＧＣ、アドレス、およびシリア
ルバスシーケンサの動作が図９に示されている。ライン
シーケンサ３３４は、 ２つの主要要素、ラインシーケ
ンサ制御論理１３０、およびライン信号レジスタ１３２
を有する。ラインシーケンサの目的は、ＰＲＩの全体的
なタイミングの制御に使用される信号を生成することで
ある。その動作の最初に、ラインシーケンサは、ライン
シーケンサ制御信号RFDVALNとRFZVALNに関するＲＦバス
限定語(qualifier)信号の遅延を制御するＲＦ信号遅延
ワードを読み込む。次いでラインシーケンサは、L−HOL
DOFFデータにより命令されたどの遅延期間をも待つ。遅
延期間に次いで、ラインシーケンサ制御論理１３０はラ
イン信号レジスタ、ＴＧＣシーケンサ、およびアドレス
シーケンサのためのＲＡＭデータアクセスの繰り返し周
期を始める。周期の間隔は図１７に示されている。周期
の最初のＬがラインシーケンサ制御論理が、ＲＡＭ３２
から２つの制御データワードを読み込む間隔を標識す
る。最初のワードは、ライン信号レジスタ３２に記憶し
たライン信号ワード ０である。ライン信号ワード０
は、 ＰＲＩのタイミングを管理する信号を含んでい
る。ライン信号ワード０のビット名称の例が、下表１に
示されている。次のメモリアドレスでライン信号ワード
０に続くのは、ライン信号ワード１で、それは次のライ
ン信号ワードの更新までの時間間隔を決定する制御信号
LSIGDURを含んでいる。
【００５７】ライン信号レジスタがロードされた後、ラ
イン信号ワード０のTGCSQEN信号が、ＴＧＣシーケンサ
３３６を可動化する。図１７のＷ間隔の間、ＴＧＣシー
ケンサはリスクプロセッサに、外部ＲＡＭ３２に新しい
ＴＧＣ曲線の入力を書き込む機会を与える。この特徴
が、能動型走査の間のＴＧＣ曲線の修正を可能にする。
ＴＧＣ利得制御ワードの最初の半分は、発信／受信エイ
シックの最初のＴＧＣ段階の利得を定義し、ＴＧＣ利得
制御ワードの第２の半分は第２のＴＧＣ段階の利得を定
義する。図１７のT間隔の間、ＴＧＣシーケンサは２つ
のディジタル・アナログ変換器３３８ａと３３８ｂに利
得制御ワードを書き込み、それは発信/受信エイシック
上にＴＧＣ増幅器の２つのバンクのための命令された制
御電圧を生成する。
【００５８】
【数６】
【００５９】シリアルバスシーケンサ３４０は、外部Ｒ
ＡＭ３２からアドレスシーケンサ３４２の制御下に制御
データをロードされる。シリアルバスシーケンサは、制
御データのパラレル・シリアル変換を行ない、レジスタ
発信／受信／受信エイシックのダブルバッファレジスタ
の保持(holding)レジスタにシリアル形式の結果を発信
する。ライン信号ワード０からのSERLD信号は、発信/受
信エイシックにも転送され、保持レジスタから発信/受
信エイシック上のワーキングレジスタに情報を転送させ
るために使用される。
【００６０】ADDSQEN信号はアドレスシーケンサ３４２
に命令し、図９のシーケンサの時間の大部分からなる図
１７のアドレスシーケンサ間隔Ａの間に、フロントエン
ドエイシック上の実時間レジスタ中に新制御データをロ
ードする。アドレスシーケンサは、ＲＡＭ３２中のデー
タ入力のシーケンスにアドレスするためにソースアドレ
スカウンタ１４４を使用しながら、内部アドレスバス１
４２によりレジスタにアドレスすることにより、これを
実行する。アドレスされたＲＡＭ位置のデータは、動的
焦点レジスタ３１４、３１４x、動的重みレジスタ３１
８、３１８x、および発信制御機構レジスタ３０２，３
０４，３０６，３０８，以下同様などのアドレスされた
レジスタにロードされる。このようにして、ビーム形成
器エイシック上の内部レジスタは、次のＰＲＩの発信と
受信用に調整される。
【００６１】PRIRSTN信号は、発信と受信の事象が標識
される時間標識である。TDEN信号は、発信制御回路のレ
ジスタに記憶された発信遅延と波形データと共に、発信
制御回路の活性化を管理し、所望の焦点合わせされた超
音波ビームを発信する。
【００６２】ライン信号レジスタの内容は、制御信号LS
IGDURにより決定される間隔でＰＲＩの間定期的に更新
される。ＰＲＩの終わりに、ライン信号レジスタ１３２
中のライン信号ワード０が、ライン終了信号EOLNをフレ
ームシーケンサに発行し、現在のＰＲＩの終点を標識
し、それが次のＰＲＩ用のフレームシ−ケンサにビーム
形成器の制御を戻す。シーケンサは、画像データの全フ
レームが取得されるまで（画像処理操作の場合）このよ
うに動作を続ける。
【００６３】図１０は、フロントエンドエイシック上の
８チャネルから遅延エコー値を結合して、コヒレントエ
コー試料を形成する加算ネットワーク３２０を説明す
る。加算器ネットワークは、加算器５５２の出力でのエ
イシック上に、全遅延エコーを加える。この加算器には
もう一つの加算器５５４が続き、もう一つのビーム形成
器エイシックからの加算エコーに加算される。この追加
加算器５５４が多数のフロントエンドエイシックが縦続
し、１６または３２チャネルビーム形成器などの、多数
のチャネルを有するビーム形成器の形成を可能にする。
例えば、８個のエイシックが連続し、６４チャネルビー
ム形成器を形成することができる。
【００６４】図１１は、フロントエンドエイシックの動
的焦点制御器３１４の一つの動作を説明する。動的焦点
制御器は、図１３にグラフで示されている、動的焦点遅
延変位の周知の指数計算式に従って、ディジタル遅延３
１２の時間遅延を制御する。曲線１５０が示すように、
各ディジタル遅延の遅延は、比較的高レベルで開始さ
れ、次いで時間と共に低下する。指数曲線１５０は、図
１３の横座標に沿って示されるように、多数の部分に円
により分割され、その間焦点は変化する。該曲線と部分
が示すように、エコーが大きい距離から受信されるに従
って、時間と共に焦点変化の割合は低下する。
【００６５】図１１の配置は、内部焦点データＲＡＭ１
５２に記憶された２つの値を、動的焦点制御器のエンコ
ーダとカウンタにロードすることにより、この機能を実
行する。これらの値の一つは、焦点曲線部分の長さを特
定し、そしてエンコーダ１５４と部分長さカウンタ１５
６の両方にロードされる。第２の値は、焦点比、部分間
の焦点更新回数を特定し、そしてエンコーダ１５４にロ
ードされる。エンコーダは、内部ＲＡＭ１５２により供
給された２つの値を使用して、更新間隔値、即ち焦点更
新の間の時間間隔、を作成する。更新間隔値は、焦点更
新カウンタにより連続的にカウントダウンされ、そして
カウンタのターミナルカウントで、焦点更新信号が作成
され、制御状態機器１６０に命令を発して焦点を更新す
る。次いで制御状態機器１６０は、サンプル状態機器に
命令を出し、サンプリング間隔の位相を調整し、次いで
サンプル状態機器１６２はクロック信号ＣＬＫ２に所望
の位相関係を有するサンプルパルスを発する。
【００６６】サンプリングパルスがその時の焦点部分の
間に作成されるにつれて（図１３を見よ）、部分長さカ
ウンタ１５６は、部分の持続時間をカウントしている。
部分長さカウンタが部分の末端に達するとき、それは焦
点更新カウンタに末端部分信号を出し、カウンタ１５８
に次の更新間隔をロードする。制御状態機器１６０は、
部分の末端を知らされ、アドレスカウンタ１５３も同様
で、それはそのカウントをインクリメントして、焦点デ
ータＲＡＭ１５２の次の位置を送り、次の焦点の部分の
値を作成する。
【００６７】リスクプロセッサにより与えられたサンプ
リング比は、制御状態機器１６０によりサンプリングパ
ルス比に要素化(factored)され、それは、名目サンプル
周波数に対する装置のマスタクロック周波数の比を示す
コードである。
【００６８】動的焦点制御器は、遅延カウンタ１６４に
よりカウントされたＰＲＩの開始で、初期遅延期間用
の、制御状態機器１６０の可動化入力上の信号により抑
制される。カウンタ１６４がこの初期遅延をカウントし
た後、制御状態機器１６０が可動化され、それは次に部
分長さカウンタ１５６と焦点更新カウンタ１５８を順次
可動化し、その時のＰＲＩ用のそれらの操作を開始す
る。
【００６９】動的重み制御器３１８の操作が図１２と１
５に示されている。遅延ディジタルエコー信号の出力動
作は、ライン信号ワード０中のシフトアウト可動化信号
ビットSOENの設定により開始される。SOEN信号は、図１
５のラインサンプルメモリ１９０の読出しアドレスカウ
ンタ１９４を活性化する。この図は、ディジタル遅延３
１２のために使用される二重ポートＲＡＭを説明してい
る。この例において、二重ポートＲＡＭは、受信エコー
信号の記憶アドレスのための連続アドレス指定の使用に
より、先入れ先出しのように動作する。受信エコーは、
記入アドレス(Write Address)カウンタ１９２をクロッ
クすることにより、メモリ１９０の連続的にアドレスさ
れた位置に記入される。記入増幅器(Write amplifier)
１９６のデータイン入力に送られたエコー信号は、記入
増幅器１９６が入力可動化信号により可動化されたと
き、記入アドレスカウンタ１９２によりアドレスされる
位置に書き込まれる。同様に、そしてもし望むなら同時
に、出力可動化信号をリードセンスアンプ１９８に送り
ながら、読出しアドレスカウンタ１９４をインクリメン
トすることにより、記憶されたエコー信号をそれらが受
信された順にメモリ１９０から読むことができる。
【００７０】SOEN信号の発生により、読出しアドレスカ
ウンタ１９４が活性化し、そしてサンプルアウトクロッ
クによりインクリメントされる。「重み遅延」期間と呼
ばれる、初期出力期間の間、読出しアドレスカウンタ１
９４は、データが加算のためにそこから取り出される開
始アドレスにインクリメントされる。この重み遅延期間
の間、出力可動化信号はメモリのために、センスアンプ
１９８を活性化しない。従って、メモリはこの時点では
エコーサンプルを出力しないで、そしてこの時点ではメ
モリの不活性出力状態により電力は浪費されない。
【００７１】前もって決められた重み遅延期間が終了
し、読出しアドレスカウンタ１９４が加算されるエコー
のシーケンスの所望の開始アドレスを指すとき、出力可
動化信号は、メモリセンスアンプ１９８を活性化し、エ
コー信号がメモリ１９０から読み出され、乗算器３１６
に送られる。これらのエコー信号は、重み遅延期間に次
ぐこれらの発生を理由として、図１２で「遅延試料」と
呼ばれる。同時に、試料アウトクロックパルスは、図１
２の試料カウンタ１７２に送られる。この試料アウトク
ロックは、図１２で、重み遅延期間に次ぐその発生を理
由として、遅延試料アウトクロックと呼ばれる。
【００７２】出力エコー試料のクロッキングは、試料カ
ウンタ１７２によりカウントされ、それは遅延試料の重
み付けが一定に保持される間隔をカウントする。試料カ
ウンタ１７２のカウントは、間隔長さレジスタ１７６に
より供給されるその時の間隔のカウントと比較される。
該間隔の間、重みデータテーブル１７８は乗算器３１６
用の重みを作成し、メモリ１９０により出力される試料
を重み付けする。比較器１７４が今の重み付け間隔の末
端を示す信号を作成するとき、比較器からの信号は、間
隔選択制御器１８２と重み選択制御器１８４に、新しい
間隔を選択させ、エコー信号を重み付けに使用するため
に、カウントし重み付けする。これが遅延試料を、新た
な重み付け間隔のための新しい重みに乗算させる。
【００７３】間隔選択制御器１８２と重み選択制御器１
８４は、新たな制御データがＲＡＭ３２からロードされ
るプログラム可能制御器である。比較器１７４がその時
の間隔の末端で信号を作成するとき、間隔選択制御器１
８２は、間隔選択制御器１８２の制御データに依存し
て、レジスタ１７６を新たな間隔長でインクリメントす
るか、またはその時の出力長さでレジスタ１７６を保持
する。その時のＰＲＩの終わりで、ラインシーケンサは
間隔長さレジスタ１７６をその開始間隔値にリセットす
る。重み選択制御器１８４は、重み選択データテーブル
１７８用のアドレスのシーケンスを通じて選択的にイン
クリメントするように同様に動作する。重み選択制御器
が新たなアドレスを作成するとき、新たなアドレスは重
みデータテーブル１７８に転送され、そしてデータテー
ブル中のアドレスされた位置の重み値は、エコー試料の
重み付けにその値を使用する乗算器３１６に転送され
る。重み選択制御器１８４からのアドレスは、マルチプ
レクサ １８６を通じて転送され、テストまたはキャリ
ブレーションシーケンスの間、「１」または「０」の重
みの作成を重みデータテーブル１７８に強制するのにも
使用される。
【００７４】図１２の配置により実行される重み付け関
数の例が図１４の曲線１８０に示されている。この曲線
が示すように、二重ポートＲＡＭメモリ１９０からのエ
コー値が作成されないので、初期重み遅延間隔１８３に
は、該配置による重みは作成されない。この初期間隔の
後、曲線は最初のレベル１８１へ、そして時間の進行と
共により大きな重みにインクリメントされる。同時に、
曲線１８０の水平階段レベルにより示される、重みが変
化しない間隔は、次第により長くなる。ゼロの重みも使
用され、そしてそれらの初期の使用は重み遅延間隔１８
３を効果的に増加させることが理解される。
【００７５】バックエンドエイシック５０は、リスクプ
ロセッサ５０２の位置であり、それは、携帯型超音波装
置の全ての動作のタイミングを調和させるのに使用され
る。リスクプロセッサは、エイシックの全ての他の主な
機能領域に接続されプロセスのタイミングを調和させ、
そして使用者が希望する種類の処理と表示を実施するの
に必要なデータをバッファおよびレジスタにロードす
る。リスクプロセッサの操作用プログラムデータは、リ
スクプロセッサによりアクセスされるプログラムメモリ
５２に記憶される。リスクプロセッサのタイミングは、
フロントエンドエイシック３０上のクロック発生器３５
０からのクロック信号により与えられる。リスクプロセ
ッサは、PCMCIA、および／または赤外線発信器インター
フェイスを通じて通信し、それによりプロセッサは、追
加プログラムデータにアクセスし、または画像情報を遠
隔発信することもできる。例えば、インターフェイスに
より、携帯型機器から遠隔地への超音波画像の発信のた
めに、遠隔測定リンクまたはモデムに接続することがで
きる。
【００７６】リスクプロセッサは、使用者制御７０によ
り使用者が実行する命令と入力による使用者の制御下に
操作される。制御機能、制御の種類、およびそれらの説
明を示すチャートが図１６に示されている。患者データ
入力、シネループ操作、および三次元画像再調査などの
多数の機能が、小さい携帯型装置上のキーやボタン制御
の数を最小限とするために、メニュー制御を通じて操作
されると理解される。装置をさらに簡単にするために、
多数の動作機能は特定診断への応用のために予めプログ
ラムされ、そして特定用途が選択されると、自動的に動
作する。例えば、Ｂモード画像処理の選択は、周波数混
合と深さ依存フィルタリングを自動的に実行し、他方ド
ップラー操作が選択されると、 ４乗算器フィルタがウ
ォールフィルタとして自動的に設定される。例えば、特
定臨床応用のメニュー選択は、ＴＧＣ制御特性、焦点域
などの特定特徴の設定を自動的に実施する。
【００７７】本発明はディジタルビーム形成器を持つ携
帯型超音波診断装置に関し、Ｂモードとドップラー画像
処理の両方を実行する携帯型超音波装置が与えられる。
機器は、エコー信号受信用アレー素子に接続する集積回
路トランシーバを有する、携帯型筐体に搭載された変換
器アレーを有する。ディジタルビーム形成器は携帯型筐
体に置かれ、アレー素子により受信されたエコー信号か
ら、超音波走査線を形成する。
【００７８】本発明の主たる態様を以下に示す。 １、筐体；前記筐体内に置かれ、音響窓を通じて患者に
アクセスするアレー変換器；前記筐体内に置かれ、該ア
レー変換器素子からのエコーを受信するための受信器手
段；および、前記筐体内に置かれ、そして該受信器手段
に接続し、該アレー変換器の前記素子により受信された
エコー信号をデジタル的に遅延させ、結合させて超音波
ビームを形成するディジタルビーム形成器からなる携帯
型超音波装置。２、該ディジタルビーム形成器が、該ア
レー変換器の素子から受信されたエコー信号をデジタル
的に遅延させるためのディジタル遅延装置を有する上記
１の携帯型超音波装置。３、該ディジタルビーム形成器
が、異なる変換器素子からエコー信号を受信するために
接続された多数のディジタル遅延装置を有し、そしてこ
こに前記ディジタル遅延装置が縦続で接続されて遅延エ
コー信号を加算する上記２の携帯型超音波装置。４、該
ディジタル遅延装置が、多数のディジタル先入れ先出し
レジスタから構成されている上記２の携帯型超音波装
置。５、該ディジタル遅延装置が、多数のディジタル記
憶装置から構成されている上記２の携帯型超音波装置。
６、該ディジタル記憶装置が、二重ポートランダムアク
セスメモリからなる上記５の携帯型超音波装置。７、該
受信エコー信号の該ディジタル記憶装置への記憶の開始
が延期され、初期遅延を与える上記２の携帯型超音波装
置。８、該ディジタルビーム形成器が、受信エコー信号
の動的焦点合わせを与える手段を有する上記１の携帯型
超音波装置。９、さらに受信エコー信号をディジタル試
料に変換するための多数のアナログ／ディジタル（Ａ／
Ｄ）変換器からなり、ここに該動的焦点合わせ手段が、
該Ａ／Ｄコンバータの信号サンプリング時間を制御する
手段からなる上記８の携帯型超音波装置。１０、該ディ
ジタルビーム形成器がさらに、受信エコー信号を、動的
受信開口の効果の関数として重み付けする手段からなる
上記１の携帯型超音波装置。１１、該ディジタルビーム
形成器が、多数のチャネルを有し、ここに各チャネルが
ディジタル遅延装置を有し、そしてここに、該重み付け
手段が各ディジタル遅延装置の出力に接続された乗算器
からなる上記１０の携帯型超音波装置。１２、該アレー
変換器が多数の発信開口を有し、その各々が、一群の隣
接している変換器素子から形成され、ここに該一群の該
隣接変換器素子の各素子が、前記多数の発信マルチプレ
クサの異なった一つに接続され、これにより一群の該変
換器が、超音波発信シーケンスの間、該多数の発信マル
チプレクサにより全て活性化される上記１の携帯型超音
波装置。１３、さらにそのそれぞれが多数の変換器素子
と該ビーム形成器の間を接続する多数の受信マルチプレ
クサからなり、ここに該受信マルチプレクサは、変換器
開口選択信号に応答し、該変換器素子の選択されたもの
により受信されたエコー信号を、該ビーム形成器に接続
して、超音波ビームに結合させる上記１の携帯型超音波
装置。１４、該アレー変換器が、多数の受信開口を有
し、そしてそのそれぞれが一群の隣接変換器素子により
形成され、ここに一群の該隣接変換器素子の各素子は、
前記多数の受信マルチプレクサの異なった一つに接続
し、これにより一群の変換器により受信されたエコー信
号が、超音波走査線の受信の間、該多数の受信マルチプ
レクサによって該ビーム形成器に全て接続される上記１
３の携帯型超音波装置。１５、該受信マルチプレクサ
が、折り畳み受信開口を形成するように接続されている
上記１３の携帯型超音波装置。１６、さらに、該アレー
変換器の該素子により受信されたエコー信号をフィルタ
処理するために接続された帯域通過フィルタ回路からな
る上記１３の携帯型超音波装置。１７、筐体； 該筐体
内に置かれ、音響窓を通じて患者にアクセスするアレー
変換器； 該筐体内の該アレー変換器のすぐ後ろに置か
れ、そして該アレー変換器の素子に接続し、該素子を活
性化して超音波を発信させ、該素子からエコーを受信す
るトランシーバ回路；および、該筐体内に配置され、該
トランシーバ回路に接続し、該アレー変換器による超音
波発信を制御し、遅延させ、そして該アレー変換器の該
素子により受信されたエコー信号を結合して超音波ビー
ムを形成するディジタルビーム形成器、からなる携帯型
超音波装置。１８、該アレー変換器が、カーブドリニア
アレイ変換器からなる上記１７の携帯型超音波装置。１
９、集積回路上に置かれた多数のA／D変換器；該集積回
路上に置かれ、そして該A／D変換器により作成された受
信ディジタル信号を接続する多数のディジタル遅延器；
および、該ディジタル遅延器からのディジタル信号を
結合するために接続する加算回路からなる超音波画像処
理装置用集積回路。２０、該集積回路がさらに、該 A／
D変換器の入力に接続された多数のアナログ入力ピン、
および該加算回路により作成されたディジタル信号が送
られる多数の出力ピンからなる上記１９の集積回路。２
１、該ディジタル遅延器が、多数のディジタル遅延ライ
ンからなる上記１９の集積回路。２２、該ディジタル遅
延ラインが、先入れ先出しレジスタからなる上記２１の
集積回路。２３、該ディジタル遅延ラインが、多数のラ
ンダムアクセスメモリからなる上記２１の集積回路。２
４、該ランダムアクセスメモリが、二重ポートＲＡＭか
らなる上記２３の集積回路。２５、アレー変換器； お
よび 該アレー変換器からの信号の受信のために接続さ
れた入力を有する多数のA／D変換器； 該Ａ／Ｄ変換器
により作成されたディジタル信号を受信するために接続
される多数のディジタル遅延器； および、該ディジタ
ル遅延器からのディジタル信号を結合するために接続さ
れた加算回路からなるビーム形成集積回路チップ； お
よび、該アレー変換器と該集積回路を収納するための筐
体からなる携帯型超音波画像処理装置 ２６、さらに、該アレー変換器からの信号を受信するた
めに接続された入力を有する多数のＡ／Ｄ変換器； 該
Ａ／Ｄ変換器により作成されたディジタル信号を受信す
るために接続された多数のディジタル遅延； および、
該ディジタル遅延器からのディジタル信号を結合するた
めに接続された加算回路を有し、該筐体に収納された第
２のビーム形成集積回路チップ；および該第二ビーム形
成集積回路チップの加算回路を、該第１と命名されたビ
ーム形成集積回路チップの加算回路に接続する相互結合
(interconnection)からなる上記２５の携帯型超音波画
像処理装置。２７、該ビーム形成集積回路チップが、単
位集積回路チップ上に製作された８個のＡ／Ｄ変換器と
８個のディジタル遅延器を有する上記２５の携帯型超音
波画像処理装置。２８、単位集積回路チップ上に製作さ
れた該ビーム形成集積回路チップが複数倍の、８個のＡ
／Ｄ変換器と８個のディジタル遅延器、を有する上記２
５の携帯型超音波画像処理装置。
【００７９】
【発明の効果】超音波装置の先進機能の多くを携帯型ユ
ニットに納めた診断用超音波装置を提供する。単一ユニ
ットとして、または一つは変換器、ビーム形成器および
画像プロセッサを含み、他方は表示装置と両ユニット電
源を含む２ユニットとして製造することができる。その
ような構成において、表示装置を有するユニットを超音
波画像を最適な状態で観察できるよう保持し、変換器／
プロセッサユニットを片手で操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 携帯型超音波装置の構成を説明するブロック
ダイヤグラムである。
【図２】 単一ユニットの本発明の携帯型超音波装置の
正面と側面図である。
【図３】 ２ユニット型装置の変換器ユニットの正面と
側面図である。
【図４】 ２ユニット筐体型装置の２つのユニットを説
明する。
【図５】 図１の装置の発信／受信エイシックの回路図
ダイアグラムである。
【図６】 図１の装置のフロントエンドエイシックのブ
ロックダイヤグラムである。
【図７】 発信／受信エイシックとフロントエンドエイ
シックにより実行される開口制御を説明する。
【図８】 図６のフロントエンドエイシックのフレー
ム、およびＲＦヘッダシーケンサのブロックダイヤグラ
ムである。
【図９】 図６のフロントエンドエイシックのライン、
ＴＧＣ、シリアルバス、および、アドレスシーケンサの
ブロックダイヤグラムである。
【図１０】 図６のフロントエンドエイシックのビーム
形成器チャネル用の加算ネットワークのブロックダイヤ
グラムである。
【図１１】 図６のフロントエンドエイシックの動的焦
点制御器の一つのブロックダイヤグラムである。
【図１２】 図６のフロントエンドエイシックの動的重
みコントローラの一つのブロックダイヤグラムである。
【図１３】 図１１の動的焦点制御器の説明に使用され
る、例示的な焦点制御曲線である。
【図１４】 図１２の動的重み制御器の説明に使用され
る例示的な重み関数曲線である。
【図１５】 本発明のビーム形成器の好適なデジタル遅
延器を説明する。
【図１６】 図１の超音波装置の使用者制御のチャート
図である。
【図１７】 図９におけるＲＡＭデータアクセスの繰り
返し周期間隔を示す。
【符号の説明】
１０・・・変換器アレー、２０・・・発信／受信エイシック、
３０・・・フロントエンドエイシック、３２・・・ＲＡＭ、４
０・・・ディジタル信号処理エイシック、４２・・・記憶装
置、５０・・・バックエンドエイシック、５２・・・プログラ
ムメモリ、５４・・・ビデオメモリ、５６・・・インタフェー
ス、６０・・・ＬＣＤ、７０・・・使用者制御、８０・・・電源
サブシステム、８１・・・下部セクション、８３・・・上部セ
クション、８４・・・開口、８８・・・バッテリーパック、１
０２・・・リスクバス、１０４・・・レジスタ，１０６・・・初
期アドレスレジスタ、１０８・・・フレームアドレスカウ
ンタ、１２２・・・実時間命令レジスタ、１３０・・・ライン
シ−ケンサ制御論理、１３２・・・信号レジスタ、１４２・
・・内部アドレスバス、１４４・・・ソースアドレスカウン
タ、１６４・・・遅延カウンタ、１９８・・・センスアンプ、
２２２・・・フィルタ回路、３１０・・・Ａ／Ｄ変換器、３１
２・・・ＦＩＦＯレジスタ、３１４・・・動的焦点レジスタ、
３１６・・・乗算器、３１８・・・動的重み制御器、３２０・・
・加算器、３３０・・・制御部、３３２・・・フレームシ−ケ
ンサ、３４２・・・アドレスシ−ケンサ、３３４・・・ライン
シ−ケンサ、３３６・・・ＴＧＣレジスタ、３３８・・・ディ
ジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）、３４０・・・シリアル
バスシ−ケンサ、３４２・・・アドレスシ−ケンサ、３５
０・・・クロック発生器、４０８，４１０・・・２：１発信マ
ルチプレクサ、４３０・・・制御レジスタ、５００・・・８チ
ャネルビーム形成器、５０２・・・リスクプロセッサ。
フロントページの続き (72)発明者 ブレーク・リトル アメリカ合衆国98021ワシントン州、ボゼ ル、第241ストリート、エス・イー、2505 番 (72)発明者 ジュスティン・カフリン アメリカ合衆国98105ワシントン州、シア トル、第52アベニュー、ノースイースト、 4557番 (72)発明者 スティーブン・ジー・ダニエルソン アメリカ合衆国98103ワシントン州、シア トル、コーリス・アベニュー、ノース、 7717番 (72)発明者 ローレン・プルグラス アメリカ合衆国98117ワシントン州、シア トル、第10アベニュー、ノースウェスト、 7720番

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 筐体； 前記筐体内に置かれ、音響窓を
    通じて患者にアクセスするアレー変換器； 前記筐体内
    に置かれ、該アレー変換器素子からのエコーを受信する
    ための受信器手段；および、前記筐体内に置かれ、そし
    て該受信器手段に接続し、該アレー変換器の前記素子に
    より受信されたエコー信号をデジタル的に遅延させ、結
    合させて超音波ビームを形成するディジタルビーム形成
    器； からなる携帯型超音波装置。
  2. 【請求項２】 該ディジタルビーム形成器が、該アレー
    変換器の素子から受信されたエコー信号をデジタル的に
    遅延させるためのディジタル遅延装置を有する請求項１
    の携帯型超音波装置。
  3. 【請求項３】 該ディジタルビーム形成器が、異なる変
    換器素子からエコー信号を受信するために接続された多
    数のディジタル遅延装置を有し、そしてここに前記ディ
    ジタル遅延装置が縦続で接続されて遅延エコー信号を加
    算する請求項２の携帯型超音波装置。
  4. 【請求項４】 該ディジタル遅延装置が、多数のディジ
    タル先入れ先出しレジスタから構成されている請求項２
    の携帯型超音波装置。
  5. 【請求項５】 該ディジタル遅延装置が、多数のディジ
    タル記憶装置から構成されている請求項２の携帯型超音
    波装置。
  6. 【請求項６】 該ディジタル記憶装置が、二重ポートラ
    ンダムアクセスメモリからなる請求項５の携帯型超音波
    装置。
  7. 【請求項７】 該受信エコー信号の該ディジタル記憶装
    置への記憶の開始が延期され、初期遅延を与える請求項
    ２の携帯型超音波装置。
  8. 【請求項８】 該ディジタルビーム形成器が、受信エコ
    ー信号の動的焦点合わせを与える手段を有する請求項１
    の携帯型超音波装置。
  9. 【請求項９】 さらに受信エコー信号をディジタル試料
    に変換するための多数のアナログ／ディジタル（Ａ／
    Ｄ）変換器からなり、ここに該動的焦点合わせ手段が、
    該Ａ／Ｄコンバータの信号サンプリング時間を制御する
    手段からなる請求項８の携帯型超音波装置。
  10. 【請求項１０】 該ディジタルビーム形成器がさらに、
    受信エコー信号を、動的受信開口の効果の関数として重
    み付けする手段からなる請求項１の携帯型超音波装置。
  11. 【請求項１１】 該ディジタルビーム形成器が、多数の
    チャネルを有し、ここに各チャネルがディジタル遅延装
    置を有し、そしてここに、該重み付け手段が各ディジタ
    ル遅延装置の出力に接続された乗算器からなる請求項１
    ０の携帯型超音波装置。
  12. 【請求項１２】 該アレー変換器が多数の発信開口を有
    し、その各々が、一群の隣接している変換器素子から形
    成され、ここに該一群の該隣接変換器素子の各素子が、
    前記多数の発信マルチプレクサの異なった一つに接続さ
    れ、これにより一群の該変換器が、超音波発信シーケン
    スの間、該多数の発信マルチプレクサにより全て活性化
    される請求項１の携帯型超音波装置。
  13. 【請求項１３】 さらにそのそれぞれが多数の変換器素
    子と該ビーム形成器の間を接続する多数の受信マルチプ
    レクサからなり、ここに該受信マルチプレクサは、変換
    器開口選択信号に応答し、該変換器素子の選択されたも
    のにより受信されたエコー信号を、該ビーム形成器に接
    続して、超音波ビームに結合させる請求項１の携帯型超
    音波装置。
  14. 【請求項１４】 該アレー変換器が、多数の受信開口を
    有し、そしてそのそれぞれが一群の隣接変換器素子によ
    り形成され、ここに一群の該隣接変換器素子の各素子
    は、前記多数の受信マルチプレクサの異なった一つに接
    続し、これにより一群の変換器により受信されたエコー
    信号が、超音波走査線の受信の間、該多数の受信マルチ
    プレクサによって該ビーム形成器に全て接続される請求
    項１３の携帯型超音波装置。
  15. 【請求項１５】 該受信マルチプレクサが、折り畳み受
    信開口を形成するように接続されている請求項１３の携
    帯型超音波装置。
  16. 【請求項１６】 さらに、該アレー変換器の該素子によ
    り受信されたエコー信号をフィルタ処理するために接続
    された帯域通過フィルタ回路からなる請求項１３の携帯
    型超音波装置。
  17. 【請求項１７】 筐体； 該筐体内に置かれ、音響窓を
    通じて患者にアクセスするアレー変換器； 該筐体内の
    該アレー変換器のすぐ後ろに置かれ、そして該アレー変
    換器の素子に接続し、該素子を活性化して超音波を発信
    させ、該素子からエコーを受信するトランシーバ回路；
    および、該筐体内に配置され、該トランシーバ回路に
    接続し、該アレー変換器による超音波発信を制御し、遅
    延させ、そして該アレー変換器の該素子により受信され
    たエコー信号を結合して超音波ビームを形成するディジ
    タルビーム形成器、からなる携帯型超音波装置。
  18. 【請求項１８】 該アレー変換器が、カーブドリニアア
    レイ変換器からなる請求項１７の携帯型超音波装置。
  19. 【請求項１９】 集積回路上に置かれた多数のA／D変換
    器；該集積回路上に置かれ、そして該A／D変換器により
    作成された受信ディジタル信号を接続する多数のディジ
    タル遅延器； および、該ディジタル遅延器からのディ
    ジタル信号を結合するために接続する加算回路からなる
    超音波画像処理装置用集積回路。
  20. 【請求項２０】 該集積回路がさらに、該 A／D変換器
    の入力に接続された多数のアナログ入力ピン、および該
    加算回路により作成されたディジタル信号が送られる多
    数の出力ピンからなる請求項１９の集積回路。
  21. 【請求項２１】 該ディジタル遅延器が、多数のディジ
    タル遅延ラインからなる請求項１９の集積回路。
  22. 【請求項２２】 該ディジタル遅延ラインが、先入れ先
    出しレジスタからなる請求項２１の集積回路。
  23. 【請求項２３】 該ディジタル遅延ラインが、多数のラ
    ンダムアクセスメモリからなる請求項２１の集積回路。
  24. 【請求項２４】 該ランダムアクセスメモリが、二重ポ
    ートＲＡＭからなる請求項２３の集積回路。
  25. 【請求項２５】 アレー変換器； および該アレー変換
    器からの信号の受信のために接続された入力を有する多
    数のA／D変換器； 該Ａ／Ｄ変換器により作成されたデ
    ィジタル信号を受信するために接続される多数のディジ
    タル遅延器； および、該ディジタル遅延器からのディ
    ジタル信号を結合するために接続された加算回路からな
    るビーム形成集積回路チップ； および、 該アレー変換器と該集積回路を収納するための筐体から
    なる携帯型超音波画像処理装置
  26. 【請求項２６】 さらに、該アレー変換器からの信号を
    受信するために接続された入力を有する多数のＡ／Ｄ変
    換器； 該Ａ／Ｄ変換器により作成されたディジタル信
    号を受信するために接続された多数のディジタル遅延；
    および、該ディジタル遅延器からのディジタル信号を
    結合するために接続された加算回路を有し、該筐体に収
    納された第２のビーム形成集積回路チップ；および該第
    二ビーム形成集積回路チップの加算回路を、該第１と命
    名されたビーム形成集積回路チップの加算回路に接続す
    る相互結合(interconnection)からなる請求項２５の携
    帯型超音波画像処理装置。
  27. 【請求項２７】 該ビーム形成集積回路チップが、単位
    集積回路チップ上に製作された８個のＡ／Ｄ変換器と８
    個のディジタル遅延器を有する請求項２５の携帯型超音
    波画像処理装置。
  28. 【請求項２８】 単位集積回路チップ上に製作された該
    ビーム形成集積回路チップが複数倍の、８個のＡ／Ｄ変
    換器と８個のディジタル遅延器、を有する請求項２５の
    携帯型超音波画像処理装置。
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