JP2015531642A - モバイル３ｄワイヤレス超音波画像取得装置及び超音波イメージングシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、３次元超音波イメージングシステム１０に関する。ワイヤレスの態様で互いに接続される超音波画像取得装置４６及びモバイルコンソール１８を有する。特に、超音波取得装置は、プローブハウジング２０及びトランスデューサアレイ３２をもつバッテリ駆動されるプローブ１４を有し、少なくともビームフォーマ３４及び信号プロセッサ３６を含む画像取得ハードウェアアセンブリ３７が、プローブハウジング１６内に位置する。これにより、低重量で柔軟性のある３次元超音波イメージングシステム１０が提供されることができる。

Description

本発明は、超音波イメージングシステムを形成するために、モバイルコンソールと共に使用される超音波画像取得装置に関する。更に、本発明は、例えば患者の身体内の解剖学的ビューのようなボリュームの画像を提供する超音波イメージングシステムに関する。

超音波イメージングシステムは、当分野において広く知られている。それらは、特に、患者の身体内のビューの解剖学的イメージングを提供するために使用される。患者の身体の２次元及び３次元イメージングは、いかなる外科的ステップも必要とすることなく患者の身体の一部をビューするために信頼できるツールを医療専門家に提供することが知られている。

３次元超音波イメージング又はボリュームイメージングにおいて、３次元画像の取得は、関心のあるボリュームをスライスする多くの２次元スキャンを実施することによって達成されることができる。それゆえ、互いに隣り合って位置する多数の２次元画像が取得される。適切な画像処理によって、関心ボリュームの３次元画像が、多数の２次元画像から構築されることができる。多数の２次元画像から得られる３次元情報は、超音波システムのユーザのためにディスプレイ上に適切な形で表示される。

更に、いわゆるライブの３次元イメージング又は４Ｄイメージングが、しばしば臨床アプリケーションにおいて使用される。ライブの３次元イメージングにおいて、ボリュームのリアルタイムビューが取得されることができ、これは、例えば拍動する心臓のような解剖学的部位の動いている部分をユーザがビューすることを可能にする。

超音波イメージングシステムは、特定のロケーションに固定されることができる完全なステーションであり、多くの場合、別のロケーションにおける柔軟性のある使用を提供するためにローラ上で移動可能である。超音波イメージングシステムは、超音波画像を取得するために必要なあらゆるコンポーネントを提供し、すなわち、入力装置、ディスプレイ装置、超音波イメージングシステムをランさせるために必要な任意のコンピュータハードウェア、及び超音波画像を取得し、レンダリングし及び表示するための特定のソフトウェアを提供する。更に、超音波イメージングシステムは、手動で又は自動的に患者の身体をスキャンするために１次元又は２次元トランスデューサアレイを担持する少なくとも１つのプローブを含む。３次元イメージングを提供するために、プローブは、３次元空間においてスキャンラインを電子的にステアリングするために２次元トランスデューサアレイを利用することができる。代替として、１次元トランスデューサアレイを使用して、アレイは、３次元空間のスキャンラインをステアリングするようにモータによって手動で又は自動的にスキャンされることもできる。

当然ながら、上述したようなあらゆるコンポーネントを含む充分にセットアップされた超音波イメージングシステムを提供することは、これらのシステムをかなり高価なものにするだけでなく、医療ロケーションにおいて移動させるのに大きく、重く及び不便にする。

更に、モバイルコンピュータの装置は、一般に知られており、ここ数年臨床アプリケーションを通じて広まっている。今日、移動電話、タブレット、パーソナルコンピュータ及びノートブックは、ほとんどすべての種類のアプリケーションを提供し、それらのロケーションに関係なくネットワークアクセスを提供するために使用される。これらのモバイルコンソールは、着実に向上するハードウェア性能レベル、使いやすいインタフェース、増大する解像度及び品質を伴うディスプレイを有する。

最近の開発は、このようなモバイル装置の機能を向上させている。

米国特許第6 440 072B1号明細書は、ポータブルコンピューティング装置に超音波検査データを伝送する医用超音波診断法イメージングシステム及び方法を開示する。超音波検査データは、医用超音波診断イメージングシステムから、パーソナルデジタルアシスタントのようなポータブルコンピューティング装置へ伝送される。超音波検査データは、ポータブルコンピューティング装置においてビューされることができ、又はレビューステーション若しくはレビュー用の別のポータブルコンピューティング装置へ更に伝送されることができる。ある好適な実施形態において、検査データは、超音波システムによる可読形式から、ポータブルコンピューティング装置又はレビューステーションによる可読形式に変換される。超音波検査データは、ワイヤード接続を使用して、又は赤外線通信リンクのようなワイヤレス技術を使用して伝送されることができる。好適な実施形態は、他の医療取得装置及び医療検査データと共に更に使用されることができる。検査データは、更に、医用超音波診断イメージングネットワークのような医用ネットワークから伝送されることができる。

費用、ポータビリテイ及び多目的機能の観点で超音波イメージングシステムを更に改善する必要がある。

本発明の目的は、改善された超音波画像取得装置及び改善された超音波イメージングシステムを提供することである。

本発明の第１の見地において、３次元超音波イメージングシステムを形成するためにモバイルコンソールと共に使用される３次元超音波画像取得装置が提供される。超音波画像取得装置は、超音波受信信号を供給するように構成されるトランスデューサアレイと、トランスデューサアレイを制御するように構成されるとともに、超音波受信信号を受け取り、画像信号を供給するように更に構成されるビームフォーマと、画像信号を受け取り、画像データを供給するように構成される信号プロセッサと、を有する画像取得ハードウェアアセンブリと、超音波画像取得装置とモバイルコンソールを接続するインタフェースと、を有する。

本発明の他の見地において、ボリュームの画像を提供する超音波イメージングシステムであって、超音波受信信号を供給するように構成されるトランスデューサアレイを有する超音波画像取得装置と、トランスデューサアレイを制御するように構成されるとともに、超音波受信信号を受け取り、画像信号を供給するように更に構成されるビームフォーマと、画像信号を受け取り、画像データを供給するように構成される信号プロセッサとを有する画像取得ハードウェアアセンブリと、を有し、超音波イメージングシステムは、ディスプレイ及び第２の入力装置を有するモバイルコンソールと、超音波画像取得装置をモバイルコンソールと接続するインタフェースとを有し、モバイルコンソール及び超音波画像取得装置が、インタフェースを介して接続される、超音波イメージングシステムが提供される。

本発明の基本的な考えは、モバイルコンソール又はホストディスプレイへの光ケーブル又はワイヤレス接続をもつ、３次元超音波イメージングの能力を備える超音波取得装置を提供することであり、モバイルコンソール自体は、超音波処理に特有のハードウェアを有しない。本発明は、超音波画像取得装置の３次元超音波取得ハードウェアのカプセル化に依存する。

ハンドヘルドの３次元超音波イメージング装置は、多くの診断アプリケーションに躍進をもたらすことができる。非常に軽量である可撓性のケーブル又はワイヤレス接続により、従来の３次元超音波スキャナの人間工学的な課題が解決されることができる。更に、モバイルコンソール又はホストデバイスがいかなる超音波処理特有のハードウェアも必要としないので、多様な一般的モバイルコンソール又はホストデバイスが超音波画像取得装置に適合性をもつ。従って、モバイルライブ３次元超音波イメージングが可能にされる。これは、モバイルコンソールの個別の使用モデルをカスタマイズし最適化する柔軟性をユーザに提供する。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項に規定される。

一実施形態において、３次元超音波画像取得装置は、プローブハウジングを有するポータブルプローブであり、トランスデューサアレイ及び画像取得ハードウェアアセンブリは、プローブハウジング内に位置する。これによって、いわゆる「スマート（高性能な）プローブ」が提供されることができる。すべての超音波処理特有のハードウェアコンポーネントはプローブハウジング内に位置する。更に、十分に機能する超音波イメージングシステムを完成させるためにモバイルコンソールとしてのオフザシェルフ（ＣＯＴＳ）装置が必要とされるだけである。プローブの全体の消費電力は５Ｗより小さくなりうる。プローブ重量は、２００ｇより軽くなりうる。それゆえ、プローブとして具体化された超音波取得装置を、ユーザのモバイルコンソールに接続することだけが必要な柔軟性のあるシステムが提供されることができる。特に、モバイルコンソールは、画像取得プロセスを命じるために使用されることができる。超音波画像取得装置を通じて取得される３次元画像は、モバイルコンソール上で、ライブでリアルタイムにビューされることができる。プローブにすべての超音波画像取得ハードウェアを提供することによって、インタフェースの帯域幅は、モバイルコンソールに対し画像データ及び表示データを送信するのに十分であればよい。それゆえ、単一画像が、モバイルコンソール上で記憶され表示されるために送信されることができるだけでなく、モバイルコンソールに対する画像データ及び／又は表示データのライブストリーミングが可能にされる。表示データは、ユーザにより選択されたゲインレベルのようなテキスト情報、又はステータスアイコンのようなグラフィックデータを含むことができる。

他の実施形態において、トランスデューサアレイは、フェーズドトランスデューサアレイであり、インタフェースは、ワイヤレスのインタフェースである。これによって、ワイヤレスの高性能なプローブが提供されることができる。ワイヤレスのプローブは、例えばタブレット又はスレートコンピュータのような、超音波機能のためのハードウェアカスタマイゼーションを含まない多様なオフザシェルフ（ＣＯＴＳ）コンピュータに接続することができる。これは、個別の使用モデルをカスタマイズし最適化する柔軟性をユーザに与える。それは更に、モバイルコンソールの大きさがプローブ及びケーブルのそれと同じくらいの小ささであるので、非常に小さいハンドヘルドサイズのモバイルコンソールの所望の人間工学にマッチする。そうでない場合、プローブに接続するケーブル用のコネクタの付加は、フォームファクタを拡張し、表示装置として動作するモバイルコンソール上に文字通りの引きずりをもたらす。ワイヤレスプローブにより、ハンドヘルドのコンソールは、スキャニング中、プローブケーブルからのわずかな引きがコンソールにタンブリングを送る恐れなしに、プローブから有利に物理的に隔てられることができ、例えば保持され、表面に配置され、又はポールに取り付けられる。

一実施形態において、３次元超音波画像取得装置は、画像データを受け取り、表示データを提供するように構成される画像プロセッサを更に有する。これによって、３次元超音波画像取得装置は、画像処理自体を提供することが可能にされる。従って、３次元画像をレンダリングするための重要なハードウェア資源を有していないモバイルコンソールであっても、３次元超音波画像取得装置と共に使用される適合性を有する。

他の実施形態において、超音波画像取得装置は更に、超音波画像取得装置に電力供給するバッテリを有する。これによって、超音波画像取得装置は、ポータブルでありながら十分に電力供給されることができる。この文脈における「バッテリ」の語は、特に一方向のエネルギーセル及び充電式蓄電池を含むいかなるタイプのバッテリも含む。

他の実施形態において、超音波画像取得装置は、少なくとも１つの主ビームフォーマ及び複数のマイクロビームフォーマを含む。これによって、マイクロビームフォーミング及びカスケードされたビームフォーミングの可能性が提供される。これによって、インタフェースを介して並列に提供される信号ラインの数が低減されることができる。

他の実施形態において、ワイヤレスインタフェースは、超広帯域送信技術を利用した送信を行うように構成される。これによって、ライブ３次元超音波イメージングにおいてモバイルコンソールを使用するのに十分な帯域幅が提供されることができる。超広帯域（ＵＷＢ）は、ラジオスペクトルの大部分を使用するショートレンジで広帯域の通信のために非常に低いエネルギーレベルで動作するラジオ技術である。拡散スペクトル技術と同様に、ＵＷＢ通信は、従来の狭帯域及び同じ周波数帯域で使用される搬送波と干渉しないやり方で送信する。しかしながら、拡散スペクトルとは異なり、超広帯域は、周波数ホッピング（ＦＨＳＳ）を用いない。超広帯域は、大きい帯域幅にわたって拡散される情報を送信する技術である。ＵＷＢは、放出される信号帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％より小さいものを越えるアンテナ又はインタフェースからの送信として規定されることができる。従って、パルスを利用するシステムは、−各々の送信されるパルスは、ＵＷＢ帯域幅（又は少なくとも５００ＭＨｚの狭周波数帯域搬送波の集まり；例えば直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を占有する−ＵＷＢスペクトルへのアクセスを得ることができる。パルス反復レートは、低く又は非常に高くなりうる。パルスベースのＵＷＢレーダー及びイメージングシステムは、（一般に毎秒１乃至１００メガパルスの範囲の）低い反復レートを使用する傾向がある。他方、通信システムは、（一般に毎秒１乃至２ギガパルスの範囲の）高い反復レートを支持し、こうして、ショートレンジのギガビット毎秒の通信システムを可能にする。パルスベースのＵＷＢシステムにおいて、各パルスは、深いフェージング及び符号間干渉を受けやすい搬送波ベースのシステムと異なり、全体のＵＷＢ帯域幅を占有する（従って、符号間干渉でなく、マルチパスフェージングに相対的に影響されない利益を得る）。従来の無線伝送とＵＷＢとの間の重要な違いは、従来のシステムが、電力レベル、周波数及び／又は正弦波のフェーズを変えることによって情報を送信することである。ＵＷＢ送信は、特定の時間間隔でラジオエネルギーを生成し大きい帯域幅を占有することによって情報を送信し、こうして、パルス位置又は時間変調を可能にする。情報は、パルスの極性、その振幅を符号化することによって、及び／又は直交パルスを使用することによって、ＵＷＢ信号（パルス）において変調される。ＵＷＢパルスは、時間変調又は位置変調をサポートするために相対的に低いパルスレートで散発的に送られることができるが、ＵＷＢパルス帯域幅の逆数までのレートで送られることができる。パルスＵＷＢシステムは、ＵＷＢパルス（連続するパルスＵＷＢ又はＣ−ＵＷＢ）の連続するストリームを使用して毎秒１．３ギガパルスを上回るチャネルパルスレートで実践され、６７５Ｍｂｉｔ／ｓを上回るフォワードエラーコレクションで符号化されるデータレートをサポートする。このようなパルスベースのＵＷＢ方法（パルスのバーストを使用する）は、代替ＰＨＹ層としてＵＷＢを提案するIEEE802.15.3aドラフト標準及びワーキンググループの基本である。パルスベースのＵＷＢの別のフィーチャは、パルスが非常に短い（５００ＭＨｚ幅のパルスの場合６０ｃｍより小さく、１．３ＧＨｚ帯域幅パルスの場合２３ｃｍより小さい）ことであり、従って、ほとんどの信号反射は、元のパルスに重ならず、狭帯域信号のマルチパスフェージングが存在しない。しかしながら、コーディング技法によって軽減されなければならない高速パルスシステムにおけるマルチパス伝搬及びパルス間干渉がある。ＵＷＢインタフェース及び標準に取り組んでいる現在のワーキンググループ及び企業は、WiMedia Alliance、Bluetooth SIG、Wireless USB、IEEE 802.15.3、IEEE 802.15.3a及びIEEE 802.15.4aである。

他の実施形態において、３次元超音波画像取得装置は、プローブ及び中間接続装置を有し、トランスデューサアレイは、プローブ内に位置する。特に、中間接続装置は、ポータブルな中間接続装置である。これによって、画像取得ハードウェアアセンブリが、すべての取得ハードウェアを含む中間ボックスとして形成されることができる中間接続装置に位置する他の実施形態が提供されることができる。中間接続装置は、上述したワイヤード又はワイヤレスのインタフェースによって、モバイルコンソールに接続することができる。これによって、プローブは、より低い重量で設計されることができ、例えば、中間接続装置は、良好なワイヤレス能力又はモバイルコンソール用のケーブル接続ポートへの容易なアクセスを提供する特定のロケーションに位置付けられることができる。

他の実施形態において、信号プロセッサ及びビームフォーマの主ビームフォーマは、中間接続装置に位置する。更に、ビームフォーマのマイクロビームフォーマは、プローブ内に位置する。更に、画像プロセッサは、中間接続装置内に位置することができる。好適には、プローブと中間接続装置との間の中間インタフェースは、５より多くの導体、好適には５０の導体及び電力ラインを有する。これによって、すでに知られているプローブは、このようなプローブのサイズ及び熱を最小限にしつつ、使用されることができる。

他の実施形態において、信号プロセッサは、中間接続装置内に位置する。更に、画像プロセッサは、中間接続装置内に位置することができる。更に、ビームフォーマは、プローブ内に位置する。言い換えると、マイクロビームフォーマ及びビームフォーマの主ビームフォーマは、プローブ内に位置する。好適には、プローブと中間接続装置との間の中間インタフェースは、５より多くの導体、好適には１０の導体及び電力ラインを有する。これによって、更にプローブのサイズが低減されることができる。熱を生成する画像プロセッサ機能及び信号プロセッサ機能は、中間接続装置においてなお実施されることができる。

他の実施形態において、信号プロセッサは、プローブ内に位置する。更に、ビームフォーマが、プローブ内に位置する。言い換えると、マイクロビームフォーマ及びビームフォーマの主ビームフォーマが、プローブ内に位置する。更に、画像プロセッサは、中間接続装置内に位置することもできる。好適には、プローブと中間接続装置との間で中間インタフェースは、６より少ない導体、好適には４の導体及び電力ラインを有する。代替として、中間インタフェースは、ワイヤレスの中間インタフェースでありうる。これによって、更にプローブのサイズが低減されることができる。回路によって消失される大部分の熱を生成する画像プロセッサ機能は、中間接続装置においてなお実施されることができる。

他の実施形態において、プローブ及び中間接続装置は、中間インタフェースを通じて接続され、中間インタフェースは、ワイヤレスの中間インタフェースである。これによって、十分な帯域幅が、マイクロビーム成形されるプローブでありうるプローブを、中間接続装置及びそのビームフォーマ又はマスタビームフォーマにそれぞれ接続するために提供されることができる。特に、中間接続装置に関連して使用されるプローブは、マイクロビーム成形されるプローブである。

他の実施形態において、超音波イメージングシステムは更に、ユーザが超音波画像取得装置に命令を出すことを可能にする第１の入力装置を有する。これによって、一実施形態において、取得プロセスを開始する又は止めるためのコマンドのような標準の超音波画像取得コマンドをユーザが与えることを可能にするために、ボタン又は同様のものが、超音波画像取得装置上に提供されることができる。同様に、ＬＥＤのような出力インジケータが、装置又はシステムのステータスを表示するために超音波画像取得装置に提供されることができる。

超音波イメージングシステムの一実施形態において、モバイルコンソールは、モバイルコンソールのディスプレイ上で表示データをビューするためのアプリケーションを記憶したメモリユニットを有する。これによって、一般的なモバイル装置は、単にモバイルコンソール上に表示ソフトウェア又はアプリケーション（app）を記憶するだけで、超音波用途に適応されることができる。これは、モバイルコンソールが、モバイルコンソールのディスプレイ上に画像取得装置から送信されたデータを表示することを可能にする。

他の実施形態において、モバイルコンソールは、モバイルコンソールを動作させるための中央処理ユニットと、信号プロセッサから画像データを受け取り、表示データを供給するように構成される画像プロセッサと、表示データを受け取り、画像を供給するように構成される表示ユニットと、を有する。これによって、十分なハードウェア資源を有することによって、例えば画像データを、表示データとして提供される３次元画像にレンダリングする処理のような特定の処理ステップが、その中央処理ユニットの代わりに又は中央処理ユニットに加えて、モバイルコンソール上の画像プロセッサによって実施されることができる。これによって、超音波画像取得装置の消費電力及び重量が更に低減されることができる。

他の実施形態において、超音波取得装置は、プローブハウジングを有するポータブルプローブであり、トランスデューサアレイ及び画像取得ハードウェアアセンブリは、プローブハウジング内に位置し、モバイルコンソールの重量は、ポータブルプローブの重量の４倍より小さい。これによって、モバイルコンソールとポータブルプローブとの間のワイヤレスインタフェースの使用により、ＣＯＴＳモバイルコンソールの使用が促進される。相対的に軽量なモバイルコンソールは、ポータブルプローブを使用している間又は接続ケーブルの重みによってモバイルコンソールが引っ張られる恐れなく、使用されることができる。

他の実施形態において、モバイルコンソールは、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、又はスマートフォン又はタブレットタイプのパーソナルコンピュータ（又はスレートコンピュータ）、又はクラムシェルタイプのパーソナルコンピュータ又は可変タイプパーソナルコンピュータ又はハイブリッドタイプパーソナルコンピュータである。スレートコンピュータは、専用キーボードのないタブレットコンピュータである。テキスト入力について、ユーザは、手書き文字認識、又はオンスクリーンキーボードのタッチ、又はワイヤレス接続又はＵＳＢ接続を通じて通常接続されることができる外部キーボードを使用することに依存することができる。コンバーチブルノートブックは、取り付けられたキーボードを有する基部本体を有する。それらは、現代のラップトップによく似ており、通常はスレートコンピュータより重く、より大きい。一般に、コンバーチブルの基部は、単一のジョイントでディスプレイに取り付けられ、それにより、スクリーンが、キーボードの上部で１８０度で回転し、折り畳まれることを可能にする。ハイブリッドタイプパーソナルコンピュータは、コンバーチブルタイプのパーソナルコンピュータのキーボードと同じように動作する、すなわち取り付けられるとき１８０°回転可能である着脱可能なキーボードを使用することによって、スレートコンピュータ及びコンバーチブルタイプのパーソナルコンピュータのフィーチャを共有する。これによって、モバイルコンソールは、任意のタイプの臨床従事者の多数において容易に利用可能なＣＯＴＳ装置として提供されることができる。

本発明のこれら及びその他の見地は、以下に記述される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明される。

超音波イメージングシステムの実施形態の概略図。 超音波イメージングシステム及び超音波画像取得装置の信号及びデータの処理を示す概略ブロック図。 トランスデューサアレイ及びビームフォーマに関する詳細図。 プローブとして具体化される超音波画像取得装置の概略図。 超音波イメージングシステムの実施形態の概略ブロック図。 超音波イメージングシステムの他の実施形態のブロック図。 超音波イメージングシステムの別の実施形態のブロック図。 超音波イメージングシステムの更に別の実施形態のブロック図。

図１は、超音波イメージングシステム１０を表示する。超音波イメージングシステム１０は、患者１２の身体の或る領域又はボリュームをスキャンするために使用される。

患者１２をスキャンするために、プローブ１４が提供されることができる。表示される実施形態において、プローブ１４は、モバイルコンソール１８に接続される。モバイルコンソール１８は、図１に示される実施形態においてワイヤレスの態様で形成されるインタフェース５０を通じてプローブ１４に接続される。更に、モバイルコンソール１８が、ＵＷＢ送信技術を使用してワイヤレスの態様でプローブ１４に接続されることが企図される。

モバイルコンソール１８は、第２の入力装置２８を有することができる。第２の入力装置２８は、入力機構を超音波イメージングシステム１０のユーザに提供するために、ボタン、キーパッド及び／又はタッチスクリーンを有することができる。付加的に又は代替として、ユーザが超音波イメージングシステム１０を制御することを可能にするために、他の機構が、第２の入力装置２８に存在してもよい。

更に、モバイルコンソール１８は、超音波イメージングシステム１０によって生成された表示データをユーザに対し表示するためのディスプレイ２６を有する。これによって、プローブ１４を通じてスキャンされる患者１２内のボリュームは、超音波イメージングシステム１０のユーザによって、モバイルコンソール１８上でビューされることができる。

「モバイルコンソール」１８は、ユーザによって保持されることができる任意のコンピュータハードウェア装置でありうる。特に、モバイルコンソール１８は、セルフォン、ＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）、クラムシェルタイプのパーソナルコンピュータ、タブレットタイプのパーソナルコンピュータ、コンバーチブルタイプのパーソナルコンピュータ、又はハイブリッドタイプパーソナルコンピュータでありうる。

図２ａは、３次元超音波イメージングシステム１０の一般的な動作を示すブロック図を示す。トランスデューサアレイ３２は、超音波信号を放出することにより、ボリューム３０からトランスデューサアレイ３２に戻る応答を生成する。以下に一層詳細に説明されるビームフォーマ３４は、トランスデューサアレイ３２を制御する。ビームフォーマ３４は、信号プロセッサ３６に画像信号を供給する。信号プロセッサ３６は、検出された音響データ、いわゆる画像データを生成する。画像プロセッサ４２は、画像データを、ディスプレイ２６に表示されるべき表示データに変換する。画像プロセッサ４２は、表示されるべきボリューム３０の２次元トモグラフィックスライスを準備することができ、又は画像データを、ディスプレイ２６に表示される３次元画像に変換し又はレンダリングすることができる。

最初に述べたように、３次元画像の取得は、ボリューム３０をスライスする多くの２次元スキャンを実施することによって達成されることができる。それゆえ、高さ変位又は回転変位を有して互いに隣り合う多数の２次元画像が取得される。例えばせん断ゆがみのような適切な画像処理によって、関心のあるボリュームの３次元画像が、多数の２次元画像から構築されることができる。複数の２次元平面が取得される場合、それらは、特定の臨床アプリケーションで重要な利点を有する「マルチプレーン」モードで、ディスプレイ上に並べて表示されることができる。例えば方形波パターンに配置された受信ラインの同時の４つ組をスキャンすることによってボクセルを取得する他の方法がある。４つの受信ラインは、単一の中心に配置された送信パルス遺伝子座からの同時のエコーを利用する。４つ組は、らせんを含む任意のシーケンス及びパターンで更に位置付けられることができる。

画像取得ハードウェアアセンブリ３１は、トランスデューサアレイ３２、ビームフォーマ３４及び信号プロセッサ３６によって形成されることができる。しかしながら、画像プロセッサは、画像取得ハードウェアアセンブリ３１の一部であってもよい。これは、いわゆる拡張された画像取得ハードウェアアセンブリ３８によって示されている。

概して、ビームフォーマ３２、信号プロセッサ３４及び／又は画像プロセッサは、アナログ又はデジタルで実現されるハードウェア装置であり、又は処理ユニット上でランされるソフトウェア実現でありうる。

図２ｂは、トランスデューサアレイ３２及びビームフォーマ３４の詳細図である。トランスデューサアレイ３２は、１次元又は２次元アレイにおいて配置される複数の音響素子の中で形成される。音響素子は、超音波信号を送信し、生成された応答を受信する。トランスデューサアレイ３２は、複数のサブアレイ３５、３５'を形成する何千もの音響素子３３を含むことができる。説明の目的で、単に２つのサブアレイだけが示されている。しかしながら、サブアレイの数は、２より大きくてよく、例えば８でもよい。音響素子３３は、例えば正方行列のような２次元アレイに配置されることができる。しかしながら、矩形、カーブした形、卵形又は円形のような異なる形状が使用されてもよく、その形状は、解析される対象及び臨床アプリケーションに主に依存する。

トランスデューサアレイ３２は、複数のマイクロビームフォーマ６２を有することができ、マイクロビームフォーマ６２は、音響素子を通じて音響パルスの送信及び受信の両方を制御し、サブアレイで合計された音響信号を形成するためにスキャンされた媒体によって生成される音響応答を組み合わせ、合計された音響信号は、トランスデューサアレイ３２から信号ラインを通じてビームフォーマ３４に伝送される。各グループが４つのマイクロビームフォーマ６２を含む２つのグループが示されている。しかしながら、各グループのマイクロビームフォーマ６２の数は、４とは異なるものでもよく、例えば８又は１６であってもよい。特に、各グループが１６のマイクロビームフォーマ６２を有する８つのグループが存在することができる。サブアレイ３５、３５'の中の各々の信号ラインは、１つのマイクロビームフォーマ６２から発し、サブアレイグループ出力を形成するように、サブアレイ３５、３５'の他の信号と結合される。サブアレイグループ出力は、後述されるように主ビームフォーマ６０に接続される。

ビームフォーミングの２つの主なフェーズ、すなわち送信フェーズ及び受信フェーズがある。送信中、音響パルスは、トランスデューサアレイ３２の音響素子から生成される。受信フェーズ中、ボリューム３０内のそれらのパルスからのエコーは、トランスデューサアレイ３２の音響素子によって受信され、増幅され、合成される。送信フェーズのビームフォーミングのために、送信遅延パルサが、遅延された高電圧のパルスを生成する。音響パルスは、音響素子によって送信される。音響パルスは、超音波スキャンされる媒体の３次元空間に焦点を生成するために、互いにタイミングを合わせられる。受信フェーズにおいて、直前に送信された音響パルスが、ボリューム３０の構造によってエコーされる。音響パルスが送信される時間と生成されたパルスが音響素子によって受信される時間との間に、いわゆるＴ／Ｒ（送信／受信）スイッチが、受信位置へスイッチを切り替える。身体上の多くのポイントからの音響パルスが、音響素子によって受信され、受信サンプラは、結果的に得られた音響波の周期的なサンプルを取得して、アナログサンプルを生成する。アナログサンプルは、受信遅延によって遅延される。受信遅延は、静的な遅延でありえ、これは、それらが音響受信中に変更されないことを意味する。受信遅延は、プログラム可能であってもよく、それによって、エコーが媒体に伝播するとき一定のアレイフォーカスを維持するように、受信フェーズの間に動的に変更されることができる。別々に遅延された受信信号は、合計器によって互いに合計され、合計後、可変利得増幅器が、時間利得補償を実施する。音響素子によって他の信号より遅い時間に受信される信号は、身体のより深い深さに対応しており、ゆえに減衰されるので、時間可変の利得が必要とされる。可変利得増幅器は、出力を増大することによってこの減衰を補償する。サブアレイで合計された音響信号は、信号ラインによって送信される。

それゆえ、トランスデューサアレイ３２は、サブアレイで合計された音響信号の複数を生成するために動的又静的なビームフォーミングを提供し、合計された音響信号の複数は、主ビームフォーマ６０において他の静的又は動的なビームフォーマによって受信される。主ビームフォーマ６０は、充分にビーム成形された画像信号の組を生成するために、静的又は動的なビームフォーミングを実施する。それゆえ、現在のアプリケーションにおいて、「ビームフォーマ」３４は、マイクロビームフォーマ６２及び主ビームフォーマ６０を含むいわゆるマスタビームフォーマを示す。それゆえ、１つの主ビームフォーマ６０は、複数のマイクロビームフォーマ６２をサブグループにグループ化する。これによって、ビームフォーマ３４から信号プロセッサ３６への信号の数が、大幅に低減されることができる。

カスケードされたビームフォーミングを有するこのようなトランスデューサアレイの例は、出願人によって市場に出されているＸ６−１又はＸ７−２タイププローブでありうる。

図３は、超音波画像取得装置４６が単にプローブ１４として具体化された実施形態を示す。プローブ１４は、トランスデューサアレイ３２、ビームフォーマ３４、信号プロセッサ３６、及び任意には画像プロセッサ４２であるすべての必要な超音波イメージングハードウェアを含むプローブハウジング１６を有する。更に、プローブハウジング１６は、例えば画像取得を制御するためにボタン２２を有する第１の入力装置２０を有することができる。更に、出力装置２２は、例えば１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）又は複数の照明若しくはＬＥＤ２２の形で、プローブに設けられることができる。プローブ１４は、インタフェース５０を通じてモバイルコンソール１８に接続される。図３に示される実施形態において、インタフェース５０はワイヤレス接続である。こうして、モバイルのライブ３次元超音波イメージングが可能にされる。これは、モバイルコンソール１８の個別の使用モデルをカスタマイズし最適化する柔軟性をユーザに提供する。

図４は、超音波イメージングシステム１０のさまざまなコンポーネント及び超音波イメージングシステム１０全体の中のそれらのロケーション及びインタラクションの例として概略ブロック図を示している。

すでに上述したように、超音波イメージングシステム１０は、患者１２のボリュームをスキャンするために使用される。ボリュームは、破線で概略的に図示されており、参照数字３０によって示されている。領域が、トランスデューサアレイ３２を担持するプローブ１４を通じて検査される。トランスデューサアレイ３２は、いかなる既知のタイプのものでもよい。それゆえ、トランスデューサアレイ３２は、機械的に又は電子的にスキャンされることができる１次元トランスデューサアレイ又は２次元トランスデューサアレイでありうる。トランスデューサアレイ３２は、超音波信号を電子信号に変換し、及びその逆を行う。

トランスデューサアレイ３２に命令を出すために、ビームフォーマ３４が存在し、ビームフォーマ３４は、トランスデューサアレイの電子及び／又は機械的スキャニング、並びに可能である場合に領域３０がスキャンラインに沿ってスキャンされる該スキャンラインの数、密度及び位置を制御するために使用される。更に、ビームフォーマの超音波画像信号を入力し、画像データを供給する信号プロセッサ３６が、提供されることができる。ビームフォーマ３４及び信号プロセッサ３６は一緒に、画像取得ハードウェアアセンブリ３１を形成することができる。

画像プロセッサ４２は、信号プロセッサ３６から画像データを受信し、ディスプレイ２６に表示データを供給する。ビームフォーマ３４、信号プロセッサ３６及び画像プロセッサ４２は、中央処理ユニット４７によってランされることができる。一実施形態において、信号プロセッサ３６及び／又は画像プロセッサ４２は、ソフトウェア実現されるタイプでありえ、プローブ１４の中央処理ユニット４７においてランされることができる。しかしながら、信号プロセッサ３６、ビームフォーマ３４及び画像プロセッサ４２のグループの１又は２が、ハードウェア実現されるタイプである場合もあり、個々の回路のロケーションは、好適には図４に示されている通りである。

従って、プローブ１４は、超音波画像取得ハードウェアアセンブリ３１の形ですべての必要な超音波取得ハードウェアを含む。画像プロセッサ４２のみが、プローブ１４内部においてオプションでありうる。代替として、画像プロセッサ４２は、モバイルコンソール及びその中央処理ユニット４０によって提供されることができる。それゆえ、図４の画像プロセッサ４２は、単に破線で示されている。画像プロセッサ４２がプローブ１４に存在しない場合、信号プロセッサ３６は、破線４３を通じて示されるように、モバイルコンソール１８の中央処理ユニット４０にこのデータを直接送る。更に、モバイルコンソール１８のこの中央処理ユニット４０に入れられるソフトウェア実現に代わって、画像プロセッサ４２は、モバイルコンソール１８において実現されるハードウェアであってもよい。ソフトウェア実現される画像プロセッサ４２は、更に、表示装置２６上に表示する表示データを提供するために、モバイルコンソールの中央処理ユニット４０上でランされるアプリケーション４４の一部でありうる。

しかしながら、画像プロセッサ４２がプローブにも存在する場合、拡張された画像取得ハードウェアアセンブリ３８が、プローブ１４に形成されることができる。プローブ１４は、プローブ１４の１又は複数の動作を制御する中央処理ユニット４７を含むことができる。それゆえ、信号プロセッサ３６及び／又は画像プロセッサ４２（存在する場合）は、ソフトウェア実現され、プローブ１４の中央処理ユニット４７においてランされる。しかしながら、信号プロセッサ３６及び／又は画像プロセッサ４２は、効率のために又は特定用途のセキュリティとして、プローブ１４において実現されるハードウェアであってもよい。プローブ１４の第１の入力装置２０は、任意の実施形態において、画像取得プロセスを始める及び止めるためのボタンのような画像取得プロセスの簡単な制御手段を提供するために使用されることができる。

図４から明らかなように、モバイルコンソール１８は、任意の特定の超音波画像取得ハードウェアを必要としない。第２の入力装置２８としての入力装置、ディスプレイ２６としてのディスプレイ及び中央処理ユニット４０としての中央処理ユニットは、オフザシェルフで入手可能である任意のモバイルコンソールにしばしば存在する。特定のソフトウェア又はアプリ４４は、モバイルコンソール１８上でダウンロード可能であり又は始動されることができ、ボリューム３０のレンダリングされた画像を含む表示データをビューするために中央処理ユニット４０上でランされることができる。モバイルコンソール１８に記憶されるオペレーティングシステムは、例えばWindowsオペレーティングシステム、Androidオペレーティングシステム又はiPhone iOSオペレーティングシステムでありうる。

一実施形態において、トランスデューサ３２は、電子的にスキャンされ、複数のチャネル信号にマイクロビーム成形される２次元フェイズドアレイマトリクスタイプのトランスデューサアレイであり、マイクロビーム成形されたチャネル信号は、プローブ１４内部で更にビーム成形され、復調される。次に、インタフェース５０のように、超広帯域（ＵＷＢ）インタフェースは、モバイルコンソール１８にプローブ１４を接続するために使用される。

図５は、超音波イメージングシステム１０の他の実施形態を示す。同様の素子は、同様の参照数字によって示され、再び説明されない。この実施形態は、モバイルコンソール１８が任意の超音波処理特有のハードウェアを含む必要がないという利点を提供する。再び、ディスプレイ２６、入力装置２８、及びアプリケーション４４がディスプレイ装置２６に表示データを表示するためにランされる中央処理ユニット４０が十分である。更に、インタフェース５０は、すでに上述したものでありえ、ケーブル接続され又はワイヤレスで実現されうる。

しかしながら、本実施形態では、画像取得装置４６が、単にプローブ１４において実現されるのではない。その代わりに、プローブは、トランスデューサアレイ３２、マイクロビームフォーマ６２、及び任意には第１の入力装置２０を保持する。更に、中間接続装置４８が、中間インタフェース５２を通じてプローブ１４と接続される画像取得装置４６の一部として提供される。特に、中間接続装置４８はポータブルでありうる。中間インタフェース５２は、ケーブル接続でありうる。しかしながら、好適には、中間インタフェース５２は、ワイヤレスでも実現される。この実施形態において、インタフェース５２がワイヤレスインタフェースである場合、ＵＷＢ技術が、トランスデューサ３２のマイクロビームフォーマ６２を主ビームフォーマ６０に接続するために使用されることもできる。中間インタフェースがケーブル接続される場合、インタフェース５２は、プローブ１４に電力供給するために電力ラインを更に含むことができ、中間接続装置４８は、中間接続装置４８及びトランスデューサアレイ３２の両方に電力供給するバッテリを有することができる。中間インタフェースがケーブル接続される場合、プローブ１４及び中間接続装置４８は各々が、バッテリによって電力供給される。その場合、同じバッテリが、中間接続装置４８及びプローブ１４の両方に電力を供給することもできる。図６は、図５と同様の他の実施形態を示す。同様の素子は、同様の参照数字によって示され、再び説明されない。この実施形態において、プローブ１４は、主ビームフォーマ６０及びゆえにビームフォーマ３４をも含む。これによって、プローブ１４のサイズが低減されることができる。信号プロセッサ３６は、中間接続装置４８に位置する。画像プロセッサ４２は、中間接続装置４８に位置することができる。代替として、画像プロセッサ４２は、モバイルコンソール１８に位置してもよい。

図７は、図６と同様の他の実施形態を示す。同様の素子は、同様の参照数字によって示され、再び説明されない。この実施形態において、プローブ１４は更に信号プロセッサ３６を含む。これによって、プローブのサイズが低減されることができる。その回路によって消失される大部分の熱を生成する画像プロセッサ４２は、中間接続装置４８になお位置することができる。

本発明は、図面及び上述の記述において詳しく図示され記述されるが、このような図示及び記述は、制限的なものではなく、説明的であり又は例示的なものとして考えられるべきである。本発明は、開示された実施形態に制限されない。開示された実施形態に対する他の変更が、図面、開示及び添付の請求項の検討から、当業者によって、請求項に記載の本発明を実施する際に理解され達成されることができる。

請求項において、「含む、有する（comprising）」という語は、他の構成要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数性を除外しない。単一の構成要素又は他のユニットは、請求項に列挙されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

コンピュータプログラムは、例えば他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体に記憶され／配布されることができるが、他の形式で、例えばインターネット又は他のワイヤード又はワイヤレス通信システムを通じて、配布されることもできる。

請求項におけるいかなる参照符号も、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

Claims (14)

1. ３次元超音波イメージングシステムを形成するためにモバイルコンソールと共に使用される３次元超音波画像取得装置であって、
   超音波受信信号を供給するトランスデューサアレイと、
   前記トランスデューサアレイを制御するとともに、前記超音波受信信号を受け取り、画像信号を供給するビームフォーマと、前記画像信号を受け取り、画像データを供給する信号プロセッサと、を有する画像取得ハードウェアアセンブリと、
   前記３次元超音波画像取得装置を前記モバイルコンソールと接続するためのインタフェースと、
   を有する３次元超音波画像取得装置。
2. 前記３次元超音波取得装置が、プローブハウジング有するポータブルプローブであり、前記トランスデューサアレイ及び前記画像取得ハードウェアアセンブリが、前記プローブハウジング内に位置する、請求項１に記載の３次元超音波画像取得装置。
3. 前記トランスデューサアレイがフェーズドトランスデューサアレイであり、前記インタフェースがワイヤレスインタフェースである、請求項１に記載の３次元超音波画像取得装置。
4. 前記３次元超音波画像取得装置が、前記画像データを受け取り、表示データを供給する画像プロセッサを更に有する、請求項１に記載の３次元超音波画像取得装置。
5. 前記３次元超音波画像取得装置は、前記３次元超音波画像取得装置に電力供給するバッテリを更に有する、請求項１に記載の３次元超音波画像取得装置。
6. 前記３次元超音波画像取得装置が、主ビームフォーマ及び複数のマイクロビームフォーマを有する、請求項１に記載の３次元超音波画像取得装置。
7. 前記ワイヤレスインタフェースが、超広帯域送信技術を利用して送信を行うように構成される、請求項３に記載の３次元超音波画像取得装置。
8. 前記３次元超音波画像取得装置が更に、ポータブルプローブ及び中間接続装置を有し、前記トランスデューサアレイが、前記ポータブルプローブ内に位置する、請求項１に記載の３次元超音波画像取得装置。
9. 前記ポータブルプローブ及び前記中間接続装置が中間インタフェースを通じて接続され、前記中間インタフェースが、ワイヤレスの中間インタフェースである、請求項８に記載の３次元超音波画像取得装置。
10. 前記３次元超音波画像取得装置は更に、ユーザが前記超音波イメージングシステムに命令を出すことを可能にする第１の入力装置を有する、請求項１に記載の３次元超音波画像取得装置。
11. ボリュームの３次元画像を提供する超音波イメージングシステムであって、
    請求項１に記載の３次元超音波画像取得装置と、
    モバイルコンソールと、
    を有し、前記モバイルコンソールが、ディスプレイ及び第２の入力装置を有し、前記モバイルコンソール及び前記超音波画像取得装置が、前記インタフェースを通じて接続される、超音波イメージングシステム。
12. 前記モバイルコンソールは、前記モバイルコンソールの前記ディスプレイ上で表示データをビューするためのアプリケーションを記憶するメモリユニットを有する、請求項１１に記載の超音波イメージングシステム。
13. 前記モバイルコンソールが、前記モバイルコンソールを動作させる中央処理ユニットと、前記信号プロセッサから画像データを受け取り、表示データを供給する画像プロセッサと、前記表示データを受け取り、画像を提供する表示ユニットと、を有する、請求項１１に記載の超音波イメージングシステム。
14. 前記３次元超音波画像取得装置が、プローブハウジングを有するポータブルプローブであり、前記トランスデューサアレイ及び前記画像取得ハードウェアアセンブリが、前記プローブハウジング内に位置し、前記モバイルコンソールの重量が、前記ポータブルプローブの重量の４倍より小さい、請求項１１に記載の超音波イメージングシステム。

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