JP7261871B2 - 超音波画像化装置 - Google Patents

Description

本開示は超音波画像化の分野に関し、より具体的には、複数の超音波トランスデューサと、これらの超音波トランスデューサを制御する電子回路とを備えた超音波画像化装置の提供を目的とする。

超音波画像化装置は従来、複数の超音波トランスデューサ、及び超音波トランスデューサに接続されている電子制御回路を備えている。動作中、トランスデューサ集合体が、所望の画像化対象の身体の前方に配置される。電子デバイスは、電気励起信号をトランスデューサに与えて、トランスデューサによって超音波を分析対象の身体に向かって送信させるように構成されている。トランスデューサによって送信される超音波は、分析対象の身体（身体の内部構造及び／又は表面構造）によって反射した後、トランスデューサに戻り、トランスデューサがその超音波を電気信号に変換する。電気応答信号を電子制御回路によって読み取り、電気応答信号から研究対象の身体に関する情報を導き出すために記憶して分析してもよい。

超音波トランスデューサは、二次元の画像取得装置の場合には線形アレイに配置されてもよく、三次元の画像取得装置の場合にはアレイに配置されてもよい。二次元の画像取得装置の場合、取得した画像は、一方では線形アレイに配置されたトランスデューサの整列軸芯によって、他方ではトランスデューサの送信方向によって定められた面での研究対象の身体の断面を表す。三次元の画像取得装置の場合、取得した画像は、アレイに配置されたトランスデューサの２つの整列方向とトランスデューサの送信方向とによって定められた体積を表す。

より具体的には、三次元の画像取得装置を本明細書では対象とする。このような画像取得装置では、超音波トランスデューサの数は非常に多い場合があり、典型的には数百から数千又はそれ以上である場合がある。このため、トランスデューサの電子制御回路の形成、及び／又は外部の処理システムへの取得したデータの送信に問題が生じる。

電子制御回路がトランスデューサの数より少ない数の送信及び／又は受信回路と、超音波画像の取得段階中に異なるトランスデューサが同一の送信及び／又は受信回路を共有するように制御される多重化回路とを備えている三次元の画像取得装置が既に提供されている。このため、電子制御回路の嵩を制限して、取得したデータの送信及び処理を容易にすることができる。しかしながら、特に装置のトランスデューサアレイと送信及び／又は受信回路との間のリンクの構成を制限する可能性があるため、既知の装置には限界がある。

実施形態の目的は、既知の装置の欠点の全て又は一部を克服する三次元の超音波画像取得装置を提供することである。

このために、実施形態は、複数の行及び複数の列のアレイに配置された複数の超音波トランスデューサを備えている超音波画像化装置であって、前記アレイは、隣り合うトランスデューサの複数のサブアレイに分割されており、前記サブアレイは複数の行及び複数の列を夫々有しており、前記超音波画像化装置は前記サブアレイ毎に、
－ １つの送信及び／又は受信回路と、
－ 前記サブアレイのトランスデューサのいずれか１つを前記サブアレイの前記送信及び／又は受信回路に連結するか、又は前記サブアレイの複数のトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に同時的に連結するように設定可能な結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路と
を備えており、
前記超音波画像化装置は、異なるサブアレイの結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を個々に制御するように適合された制御回路を更に備えていることを特徴とする超音波画像化装置を提供する。

実施形態によれば、前記制御回路は、超音波画像の取得段階中、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を制御して、同時的に、
－ 第１のサブアレイで、前記サブアレイの１つのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に連結し、
－ 第２のサブアレイで、前記サブアレイの複数のトランスデューサを前記サブアレイの前記送信及び／又は受信回路に連結する
ように構成されている。

実施形態によれば、前記制御回路は、超音波画像の取得段階中、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を制御して、各サブアレイで前記サブアレイの全てのトランスデューサを前記サブアレイの前記送信及び／又は受信回路に同時的に連結するように構成されている。

実施形態によれば、前記制御回路は、超音波画像の取得段階中、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を制御して、各サブアレイで前記サブアレイの全てのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に同時的に連結するように構成されている。

実施形態によれば、前記制御回路は、超音波画像の取得段階中、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を制御して、各サブアレイで連続的に、
－ 前記サブアレイの同一の列の全てのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に同時的に連結して、前記サブアレイの他のトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路から同時的に分離し、
－ 前記サブアレイの同一の行の全てのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に同時的に連結して、前記サブアレイの他のトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路から同時的に分離し、
－ 前記サブアレイの同一の対角線の全てのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に同時的に連結して、前記サブアレイの他のトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路から同時的に分離する
ように構成されている。

実施形態によれば、前記送信及び／又は受信回路は、送信回路及び受信回路を夫々有している。

実施形態によれば、前記サブアレイ毎に、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路は、１つの入力端子からｍ×ｎ個の出力端子への送信分配セレクタと、ｍ×ｎ個の入力端子から１つの出力端子への受信結合セレクタとを有しており、ｍ及びｎは、前記サブアレイの行数及び列数を夫々表す整数であり、
－ 前記送信分配セレクタの入力端子は、前記送信回路の出力端子に連結され、
－ 前記送信分配セレクタのｍ×ｎ個の出力端子は、前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに夫々連結され、
－ 前記受信結合セレクタのｍ×ｎ個の入力端子は、前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに夫々連結され、
－ 前記受信結合セレクタの出力端子は、前記受信回路の入力端子に連結されている。

実施形態によれば、各結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路で、前記送信分配セレクタのｍ×ｎ個の出力端子は、ｍ×ｎ個の送信スイッチによって前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに夫々連結され、前記受信結合セレクタのｍ×ｎ個の入力端子は、ｍ×ｎ個の受信スイッチによって前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに夫々連結される。

実施形態によれば、各結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路で、前記受信結合セレクタのｍ×ｎ個の入力端子は更に、ｍ×ｎ個の前置増幅器を介して前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに連結される。

実施形態によれば、前記制御回路は、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を制御して、超音波画像の取得段階中、各サブアレイで、超音波送信段階中に前記サブアレイの第１組の超音波トランスデューサを前記サブアレイの送信回路に連結し、その後の超音波受信段階中に前記サブアレイの、前記第１組とは異なる第２組の超音波トランスデューサを前記サブアレイの受信回路に連結するように構成されている。

前述及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明を限定するものではない実例として与えられる以下の特定の実施形態に詳細に記載されている。

実施形態に係る超音波画像取得装置の例を示す斜視略図である。 図１の超音波画像取得装置の構成例を示す図である。 図１の超音波画像取得装置の別の構成例を示す図である。 図１の超音波画像取得装置によって超音波画像を取得する方法の例を示す図である。 図１の超音波画像取得装置によって超音波画像を取得する方法の別の例を示す図である。 図１の超音波画像取得装置によって超音波画像を取得する方法の別の例を示す図である。 図１の超音波画像取得装置によって超音波画像を取得する方法の別の例を示す図である。 図１の超音波画像取得装置によって超音波画像を取得する方法の別の例を示す図である。 図１の超音波画像取得装置によって超音波画像を取得する方法の別の例を示す図である。 図１の超音波画像取得装置の実施形態を更に詳細に示す電気回路図である。

同様の特徴が、様々な図面で同様の参照符号によって示されている。特に、様々な実施形態で共通の構造的特徴及び／又は機能的特徴は同一の参照符号を有する場合があり、同一の構造特性、寸法特性及び材料特性を有する場合がある。

明瞭化のために、本明細書に記載されている実施形態の理解に有用なステップ及び要素のみが示されて詳細に記載されている。特に、記載された画像化装置の様々な可能な用途は詳述されておらず、記載された実施形態は超音波画像化装置の通常の用途と適合する。更に、制御回路によって超音波トランスデューサに与えられる電気励起信号の特性（周波数、形状、振幅など）は詳述されておらず、記載された実施形態は、対象とする用途、特に分析対象の身体の性質及び得たい情報のタイプに応じて選択されてもよい、超音波画像化システムで現在使用されている励起信号と適合する。同様に、分析対象の身体に関する有用な情報を取り出すために、超音波トランスデューサによって与えられて制御回路によって読まれる電気信号に対する様々な処理は詳述されておらず、記載された実施形態は、超音波画像化システムに現在使用されている処理と適合する。更に、記載された画像化装置の超音波トランスデューサ及び制御回路の形成は詳述されておらず、これらの要素の詳細な構造は、既知の超音波トランスデューサ及び電子回路の形成技術を用いた、本開示の指示に基づく当業者の技能の範囲内である。

特に指定されていない場合、共に接続された２つの要素を参照するとき、これは、導体以外のいかなる中間要素も無しの直接接続を表し、共に連結された２つの要素を参照するとき、これは、これら２つの要素が接続され得るか、又は一若しくは複数の他の要素を介して連結され得ることを表す。

図１は、実施形態に係る超音波画像取得装置の例を示す斜視略図である。

図１の超音波画像取得装置は、Ｍ行Ri及びＮ列Ciに配置された基本超音波トランスデューサ103 のアレイ100 を備えており、i は１～Ｍの範囲内の整数であり、j は１～Ｎの範囲内の整数であり、Ｍ及びＮは１より大きい整数である。図示されている例では、Ｍ＝Ｎ＝12である。言うまでもなく、記載された実施形態は、この特定の場合に限定されない。Ｍ及びＮの値は互いに異なってもよいことに特に注目すべきである。基本トランスデューサ103 は、例えば製造ばらつきの範囲内で全て同一である。トランスデューサ103 は、CMUT型のトランスデューサ（静電容量型超音波トランスデューサ）、圧電トランスデューサ、水晶トランスデューサ、又はあらゆる他のタイプの超音波トランスデューサであってもよい。

図１の実施形態では、アレイ100 は、隣り合うトランスデューサの複数のサブアレイ105 に分割されており、各サブアレイは複数行及び複数列を有している。隣り合うトランスデューサは、ここでは、サブアレイ105 毎にサブアレイのトランスデューサ103 が集まっており、つまり、別のサブアレイ105 のトランスデューサ103 がサブアレイの２つのトランスデューサ103 間に配置されていないことを意味する。言い換えれば、各サブアレイ105 は、アレイ100 の複数の連続する行Ri及び複数の連続する列Cjの集合体の交差部分に配置されている全てのトランスデューサ103 によって形成されている。図１の例では、サブアレイ105 は重なり合っておらず、すなわち、各トランスデューサ103 は装置の１つのサブアレイ105 に属している。サブアレイ105 の大きさは、例えば全て同一である。以下、ｍ及びｎは、各サブアレイ105 の行数及び列数を夫々示し、２以上の整数である。図示されている例では、ｍ＝ｎ＝２である。しかしながら、記載された実施形態は、この特定の場合に限定されない。ｍ及びｎの値は互いに異なってもよいことに特に注目すべきである。Ｍはｍの倍数であり、Ｎはｎの倍数であることが好ましい。従って、アレイ100 は、アレイに配置された(M/m) ×(N/n) 個のサブアレイ105 に分割されている。図１の例では、アレイ100 は、６×６個のサブアレイ105 に分割されている。

図１の装置は、アレイ100 のトランスデューサ103 に接続されている電子制御回路120 を更に備えている。電子制御回路120 は、アレイ100 のサブアレイ105 毎に、サブアレイ105 の複数のトランスデューサ103 に特に専用の１つの送信及び／又は受信回路123 と、サブアレイ105 のトランスデューサ103 のいずれか１つを送信及び／又は受信回路123 に連結するか又はサブアレイ105 の複数のトランスデューサ103 を送信及び／又は受信回路123 に同時的に連結するように設定可能な、サブアレイ105 の複数のトランスデューサ103 に特に専用の結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 とを有している。従って、電子制御回路120 は、例えば同一又は同様の(M/m) ×(N/n) 個の送信及び／又は受信回路123 と、例えば同一又は同様の(M/m) ×(N/n) 個の結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 とを有している。結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 は夫々、ｍ×ｎ個の入力から１つの出力への結合セレクタ、及び／又は１つの入力からｍ×ｎ個の出力への分配セレクタの均等物である。簡略化のために、１つの結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 が図１に示されている。

図１の例では、各トランスデューサ103 は、そのトランスデューサが属するサブアレイ105 に関連付けられた送信及び／又は受信回路123 のみに連結され得る。言い換えれば、結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 は、サブアレイ105 のトランスデューサ103 を、別のサブアレイ105 に関連付けられた送信及び／又は受信回路123 に連結することができず、異なるサブアレイ105 に属するトランスデューサ103 を共に連結することができない。

図１の例では、回路125 は、サブアレイ105 のｍ×ｎ個のトランスデューサ103 を同一の送信及び／又は受信回路123 に並列に夫々連結するｍ×ｎ個のスイッチSWk （ｋは１～ｍ×ｎの範囲内の整数である）の形態で概略的に示されている。従って、回路125 のスイッチSWk の内の１つがオンであるとき、対応するトランスデューサ103 は個々に励起されてもよく、及び／又は、送信及び／又は受信回路123 によって読み取られてもよい。この構成が図２に示されており、回路125 のスイッチSW2 のみがオンであることにより、サブアレイ105 の（図２に黒色で示されている）１つのトランスデューサ103 が起動する。

回路125 の複数のスイッチSWk が同時的にオンであるとき、対応するトランスデューサ103 は同時的に励起されてもよく、及び／又は送信及び／又は受信回路によって読み取られてもよく、ひいては、より大きなサイズの１つのトランスデューサとして共に機能してもよい。この構成が図３に示されており、回路125 の全てのスイッチSWk がオンであるため、サブアレイ105 の（図３に黒色で示されている）全てのトランスデューサ103 が同時的に起動する。

図１の実施形態では、(M/m) ×(N/n) 個の回路125 は個々に制御可能であることに注目すべきである。言い換えれば、超音波画像の取得段階で同時的に、異なるサブアレイ105 に関連付けられた結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 を異なるように設定してもよい。このために、電子制御回路120 は、異なる回路125 の（図１に詳細に示されていない）制御端子に連結された１つの制御回路CTRLを有してもよい。

図１の実施形態の利点は、結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 の配置、より具体的には結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を介して同一の送信及び／又は受信回路に連結された隣り合うトランスデューサの複数のサブアレイへのアレイ100 の分割により、分析対象の身体のタイプ及び／又は取得したいデータに応じて選択され得る超音波画像の取得の様々な方法を実行し得ることである。図１の装置によって超音波画像を取得する方法の例を図４から図９に関連して述べる。

図４は、図１の装置によって超音波画像を取得する方法の例を示す。図４の方法では、ｍ×ｎ個の部分画像の取得を連続的に行って、その後、取得したｍ×ｎ個の部分画像から最終画像を再構築する。部分画像を取得する毎に、各サブアレイ105 の１つのトランスデューサ103 が起動する。より具体的には、この例では、部分画像を取得する段階は、超音波を送信する段階、及び、その後の送信された超音波のエコーを受信する段階を夫々有する。送信段階中、各サブアレイ105 では、１つのトランスデューサ103 が、サブアレイ105 に関連付けられた回路123 に連結され、他のトランスデューサは回路123 から分離されている。その後、回路123 は、起動したトランスデューサ103 に電気励起信号を与えて、このトランスデューサのみによって超音波を送信させる。受信段階中、各サブアレイ105 では、この同一の１つのトランスデューサ103 がサブアレイ105 に関連付けられた回路123 に連結され、他のトランスデューサは回路123 から分離されている。その後、回路123 は、このトランスデューサのみが受信した超音波エコーを表す電気信号を読み取る。部分画像を新たに取得する毎に、結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 が、各サブアレイ105 のｍ×ｎ個のトランスデューサ103 を連続的に関与させるように再設定される。

図４には、この方法に係る超音波画像取得段階中の装置の回路125 の４つの連続的な設定に対応するアレイ100 の４つの図(A), (B), (C), (D)が例として示されている。図４及び以下の図５～９では、起動したトランスデューサ103 （すなわち、回路125 を介して送信及び／又は受信回路123 に連結されているトランスデューサ）が黒色で示されており、起動していないトランスデューサ103 （すなわち、回路125 によって送信及び／又は受信回路123 から分離しているトランスデューサ）が白色で示されている。図４に示されている例では、部分画像の各取得段階で回路125 が全て同一の方法で設定されること、すなわち、部分画像の各取得段階で、起動するトランスデューサの位置は装置の全てのサブアレイ105 で同一であることに注目すべきである。しかしながら、記載された実施形態は、この特定の場合に限定されない。

図４の取得方法の利点は、アレイの各トランスデューサ103 が取得段階中に個々に起動されて読み取られるので、高解像度の画像を得ることができるということである。

変形例として、部分画像を取得する毎に、送信段階中、各サブアレイ105 の全てのトランスデューサを起動してもよく、受信段階中、前述したように各サブアレイ105 の１つのトランスデューサを起動してもよい。このため、送信中により多くの機械的エネルギーを、分析する媒体に送ることができ、ひいては、アレイの各トランスデューサ103 が個々に読み取られるため、高解像度の利点を得ながら、画像の信号対ノイズ比を高めることができることが利点である。

図５は、図１の装置によって超音波画像を取得する方法の別の例を示す。図５の方法では、１つの取得段階を実行して、この取得段階の終わりに最終画像を生成する。取得段階中、各サブアレイ105 のｍ×ｎ個のトランスデューサ103 が同時的に起動する。より具体的には、この例では、取得段階は、超音波を送信する段階、及び、その後の送信された超音波のエコーを受信する段階を有する。送信段階中、各サブアレイ105 では、サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサ103 が、サブアレイ105 に関連付けられた回路123 に同時的に連結されている。その後、回路123 は、サブアレイの全てのトランスデューサ103 に電気励起信号を与えるので、これらのトランスデューサは同一の超音波を同時的に夫々送信する。受信段階中、各サブアレイ105 では、サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサ103 が、サブアレイ105 に関連付けられた回路123 に同時的に連結されている。その後、回路123 は、サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサ103 によって同時的に与えられる電気信号の合計を表す電気信号を読み取る。

図４の方法と比較して、図５の取得方法の利点は、（図４の例でのｍ×ｎ回の連続した超音波ショットと比較して）１回の超音波ショットで画像を得ることができることである。更に、取得中に送受信される超音波出力全体が、図４の方法の夫々の部分的な取得中に送受信される超音波出力全体より高く、これは、ある用途では有利な場合がある。しかしながら、図５の例では、アレイ100 が実際には、より大きなサイズの(M/m) ×(N/n) 個のトランスデューサのアレイのように使用されるので、これらの利点は最終画像の解像度を損なって得られる。

図６は、図１の装置によって超音波画像を取得する方法の別の例を示す。図６の方法では、１つの取得段階を実行して、この取得段階の終わりに最終画像を得る。取得段階中、各サブアレイ105 のｍ×ｎ個のトランスデューサ103 の一部又は全ての動作を停止する。起動したトランスデューサ103 は、不規則で散在した配置に従って、例えばランダム又は偽似ランダムな配置に従って分散している。言うまでもなく、起動したトランスデューサの分散は図６に示されている分散とは異なってもよい。このタイプの分散の利点は、１回の超音波ショットで、研究対象の比較的正確な画像を得ることができるということである。

図７は、図１の装置によって超音波画像を取得する方法の別の例を示す。図６の例と同様に、１つの取得段階を実行して、この取得段階の終わりに最終画像を得る。図６の方法との違いは、図７の例では、取得段階中にサブアレイ105 の（全てではなく）一部でサブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサ103 が全て同時的に起動することである。このため、図６の方法の利点を維持しながら、装置のある領域での強力な超音波出力の利点を得て、ひいては最終画像の信号対ノイズ比を高めることが可能になることが利点である。図７の例では、全てのトランスデューサが同時的に起動するサブアレイ105 が、不規則で散在した配置で、例えばランダムに又は擬似ランダムに配置されている。変形例として、全てのトランスデューサが同時的に起動するサブアレイ105 が、規則的な分散に従って、例えば図８に示されているようにアレイ100 の周縁領域に分散してもよい。

図９は、図１の装置によって超音波画像を取得する方法の別の例を示す。図９の方法では、３回の部分画像取得を連続的に行って、その後、取得した３つの部分画像から最終画像を再構築する。部分画像の第１の取得段階中、各サブアレイ105 では、サブアレイ105 の同一の列の全てのトランスデューサが同時的に起動し、サブアレイ105 の他の列のトランスデューサの動作を停止する。より具体的には、この例では部分画像の第１の取得段階中、アレイ100 に規則的に分散しているアレイ100 のN/n 列の全てのトランスデューサ103 は同時的に起動し、アレイ100 の他の列のトランスデューサの動作を停止する。部分画像の第２の取得段階中、各サブアレイ105 では、サブアレイ105 の同一の行の全てのトランスデューサが同時的に起動し、サブアレイ105 の他の行のトランスデューサの動作を停止する。より具体的には、この例では部分画像の第２の取得段階中、アレイ100 に規則的に分散しているアレイ100 のM/m 行の全てのトランスデューサ103 は同時的に起動し、アレイ100 の他の行のトランスデューサの動作を停止する。部分画像の第３の取得段階中、各サブアレイ105 では、サブアレイ105 の同一の対角線の全てのトランスデューサが同時的に起動し、サブアレイ105 の他のトランスデューサの動作を停止する。図９の例では、前の例のように２×２個のトランスデューサのサブアレイ105 ではなく、４×４個のトランスデューサ103 のサブアレイ 105 を対象としている点に注目すべきである。しかしながら、言うまでもなく図９の方法が、サブアレイ105 の大きさに関係なく適用されてもよい。

図１０は、図１の装置の実施形態を更に詳細に示す電気回路図である。図１０には、２×２個のトランスデューサ103 の１つのサブアレイ105 が示されており、更に、電子制御回路120 の結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 、関連する送信／受信回路123 及び制御回路CTRLが示されている。完全な電子制御回路120 を形成するために、回路125 及び回路123 は、アレイ100 のサブアレイ105 の数に応じて複製されてもよい。制御回路CTRLは、装置の全ての回路125 及び全ての回路123 に共通である。

各トランスデューサ103 は２つの電極E1及び電極E2を有している。適切な励起電圧が電極E1と電極E2との間に印加されると、トランスデューサは超音波を送信する。トランスデューサが所与の波長領域内の超音波を受信すると、トランスデューサは、受信した超音波を表す電圧をトランスデューサの電極E1及び電極E2間に与える。

各回路125 は、対応するサブアレイのトランスデューサ103 のｍ×ｎ個の電極E1に夫々連結、例えば接続されているｍ×ｎ個の端子ak（ｋは１～ｍ×ｎの範囲内の整数である）を有している。アレイ100 のトランスデューサ103 の電極E2は全て、電子制御回路120 のDCバイアス電圧Vbias を供給するための同一の端子ｂに連結、例えば接続されている。

この例では、各回路123 は送信回路152 及び受信回路154 を有している。

図示されている例では、各送信回路152 は１つのパルス発生器TXを有している。各パルス発生器TXは、論理制御信号を受信するように適合された入力ノードin_tx と、対応するサブアレイ105 のトランスデューサ103 に電気励起信号を供給するように適合された出力ノードout_txとを有している。この例では、パルス発生器TXの入力ノードin_tx に与えられる論理信号が第１の状態、例えば高状態にあるとき、パルス発生器TXは高レベル電圧HV+ を出力ノードout_txに印加し、パルス発生器TXの入力ノードin_tx に与えられる論理信号が第２の状態にあるとき、パルス発生器TXは低レベル電圧HV- を出力ノードout_txに印加する。例として、高レベル電圧HV+ 及び低レベル電圧HV- は夫々、装置のDCバイアス電圧Vbias に対して正及び負である。変形例として、電圧HV- はバイアス電圧Vbias と等しく、電圧HV+ はバイアス電圧Vbias に対して正である。パルス発生器TXの出力信号は、サブアレイ105 の一又は複数のトランスデューサ103 の励起信号に相当し、この励起信号は、超音波送信段階中に回路125 を介して起動する一又は複数のトランスデューサの一又は複数の電極E1に与えられてもよい。励起信号の電圧レベルは比較的高く、例えばピーク・トウ・ピーク（つまり低レベル電圧HV- と高レベル電圧HV+ との間）で10～50ボルト程度である。例として、電子制御回路120 は、例えば１～５ボルトの範囲内の、電子制御回路120 のより低い電源電圧（不図示）から、パルス発生器TXの電源電圧HV+ 及び場合によっては電源電圧HV- を生成することができるDC/DC 電圧変換器（不図示）を有してもよい。

制御回路CTRLは、様々なパルス発生器TXの入力ノードin_tx に連結、例えば接続されている出力端子を有している。制御回路CTRLは、論理制御シーケンスを様々なパルス発生器TXに与えるように適合されている。制御回路CTRLは、様々なパルス発生器TXを同時的に又は連続して個々に制御することを特に可能にする。制御回路CTRLは、例えばマイクロプロセッサ又はプログラマブル論理回路のタイプ（例えばFPGA）の一又は複数のデジタル処理又は調整回路（詳述せず）と、一又は複数のメモリ回路（詳述せず）とを有している。制御回路CTRLは、例えば様々な励起周波数に対応して、構想される用途に応じてユーザによって選択され得る複数の所定のトランスデューサ励起計画を記憶するように、例えば適合されている。

各受信回路154 は、超音波受信段階中に回路125 を介して起動するサブアレイ105 の超音波トランスデューサによって生成される電気応答信号の合計を表す電気信号を増幅してデジタル化するように適合されている。図１０の例では、各受信回路154 は、入力が受信回路154 の入力ノードin_rx に連結、例えば接続されている、好ましくは低雑音の増幅器156 と、入力が増幅器156 の出力に連結、例えば接続されており、出力が受信回路154 の（例えば、複数ビットの）出力ポートout_rxに連結、例えば接続されているアナログ／デジタル変換器ADC とを有している。受信回路154 の出力out_rxは、制御回路CTRLの入力ポートに連結、例えば接続されている。

実際、受信回路154 は、ここでは詳述されていない追加の要素、例えば、入力ノードin_rx と増幅器156 の入力との間のインピーダンス整合回路、増幅器156 の出力とADC 変換器の入力との間のゲイン調整回路、及び／又は増幅器156 の出力とADC 変換器の入力との間、例えばゲイン調整回路の出力とADC 変換器の入力との間のアンチエイリアシングアナログフィルタを有してもよい。送信回路152 及び受信回路154 の形成に関する更なる詳細については、例えば、本出願人によって既に出願されている国際公開第2018／127655号パンフレットを参照してもよい。

各回路125 は、超音波送信段階中に送信回路152 の出力ノードout_txをサブアレイ105 の一又は複数のトランスデューサ103 の電極E1に連結して、超音波受信段階中に受信回路154 の入力ノードin_rx をサブアレイ105 の一又は複数のトランスデューサ103 の電極E1に連結するように適合されている。

図１０の例では、各回路125 は分配セレクタ回路162 及び結合セレクタ回路164 を有している。分配セレクタ回路162 は、１つの入力端子e_txからｍ×ｎ個の出力端子sk_tx （ｋは１～ｍ×ｎの範囲内の整数である）への分配セレクタである。例として、分配セレクタ回路162 は、ｍ×ｎ個の出力端子sk_tx を入力端子e_txに並列に夫々連結する（図面に詳細に示されていない）個々に制御可能なｍ×ｎ個のスイッチを有している。結合セレクタ回路164 は、ｍ×ｎ個の入力端子ek_rx （ｋは１～ｍ×ｎの範囲内の整数である）から１つの出力端子s_rxへの結合セレクタである。例として、結合セレクタ回路164 は、ｍ×ｎ個の入力端子ek_rx を出力端子s_rxに並列に夫々連結する（図面に詳細に示されていない）個々に制御可能なｍ×ｎ個のスイッチを有している。分配セレクタ回路162 及び結合セレクタ回路164 は、制御回路CTRLの対応する出力端子に連結、例えば接続されている一又は複数の設定端子を夫々有している。

分配セレクタ162 の入力端子e_txは、送信回路152 の出力端子out_txに連結、例えば接続されている。結合セレクタ164 の出力端子s_rxは、受信回路154 の入力端子in_rx に連結、例えば接続されている。

図１０の例では、回路125 は、ｍ×ｎ個の端子akを分配セレクタ回路162 のｍ×ｎ個の出力端子sk_tx に夫々連結するｍ×ｎ個のスイッチSWk_tx（ｋは１～ｍ×ｎの範囲内の整数である）を更に有している。より具体的には、図示されている例では、サブアレイ105 のトランスデューサ103 毎に、対応するスイッチSWk_txは、トランスデューサの電極E1に連結された端子akに連結、例えば接続されている第１の導電端子と、分配セレクタ162 の同一のランクの出力端子sk_tx に連結、例えば接続されている第２の導電端子とを有している。スイッチSWk_txの機能は、送信経路での信号損失を回避するために、超音波信号の受信段階中に送信経路のトランスデューサを分離し得ることである。変形例として、図１０の例では、トランスデューサの分離及び送信経路が分配セレクタ回路162 によって既に確保され得るので、スイッチSWk_txを省略してもよい。この場合、ｍ×ｎ個の端子akは、分配セレクタ回路162 のｍ×ｎ個の出力端子sk_tx に直接接続されてもよい。

更に、図１０の例では、回路125 は、ｍ×ｎ個の端子akを結合セレクタ164 のｍ×ｎ個の入力端子ek_rx に夫々連結するｍ×ｎ個のスイッチSWk_rx（ｋは１～ｍ×ｎの範囲内の整数である）を有している。図示されている例では、回路125 は、端子akと端子ek_rx との間でｍ×ｎ個のスイッチSWk_rxと直列に夫々配置されたｍ×ｎ個の前置増幅器166_k （ｋは１～ｍ×ｎの範囲内の整数である）を更に有している。より具体的には、図示されている例では、サブアレイ105 のトランスデューサ103 毎に、対応するスイッチSWk_rxは、トランスデューサの電極E1に連結された端子akに連結、例えば接続されている第１の導電端子と、同一のランクｋの増幅器166_k の入力端子に連結、例えば接続されている第２の導電端子とを有している。更に、増幅器166_k は、結合セレクタ164 の同一のランクｋの入力端子ek_rx に連結、例えば接続されている出力端子を有している。図１０の例では、前置増幅器166_k は結合セレクタ回路164 の各入力ek_rx の上流側に設けられているので、結合セレクタ164 は、選択された入力端子ek_rx に印加される電圧の合計と等しい電圧を端子s_rxに与えるように適合された、複数の選択可能な入力を有する電圧加算器を更に有している。変形例として、前置増幅器166_k を省略してもよく、この場合、各スイッチSWk_rxの第２の導電端子は結合セレクタ164 の対応する入力端子ek_rx に直接連結される。この場合、結合セレクタ164 は、ｍ×ｎ個の入力端子ek_rx を出力端子s_rxに並列に夫々連結する個々に制御可能なｍ×ｎ個のスイッチのみから形成されてもよい。

図１０の例では、スイッチSWk_rxの役割は基本的に、送信段階中に受信経路、特に前置増幅器166_k 、結合セレクタ164 及び受信回路154 を保護することであることに注目すべきである。しかしながら、前置増幅器166_k （存在する場合）、結合セレクタ164 及び／又は受信回路154 の製造技術が、送信回路152 によって与えられる電圧レベル+HV 及び電圧レベル-HV と適合する場合、スイッチSWk_rxを省略してもよい。変形例として、スイッチSWk_rxは、高電圧信号を制限して低電圧信号のみ通すように適合された保護回路と取り替えられてもよい。例として、各保護回路は、逆並列（ヘッドトゥテール）で接続された２つのダイオードの集合体で形成されてもよく、集合体の第１の端子は対応する端子akに連結、例えば接続され、集合体の第２の端子は接地に連結、例えば接続される。

制御回路CTRLは、図面には示されていない制御リンクを介してスイッチSWk_rx及びスイッチSWk_txを制御するように適合されている。

例として、電子制御回路120 の様々な部品は、例えばCMOS技術で一又は複数の集積回路チップに一体化されてもよい。

図１０の装置は以下のように作動する。超音波送信段階中、制御回路CTRLは、各回路125 でスイッチSWk_txのオン及びスイッチSWk_rxのオフを制御し、分配セレクタ162 を更に制御して、起動したいトランスデューサ103 の電極E1を送信回路152 の出力端子out_txに連結し、サブアレイの他のトランスデューサの電極E1を端子out_txから分離する。超音波受信段階中、制御回路CTRLは、各回路125 でスイッチSWk_rxのオン及びスイッチSWk_txのオフを制御し、結合セレクタ164 を更に制御して、起動したい一又は複数のトランスデューサ103 の電極E1を受信回路154 の入力端子in_rx に連結し、サブアレイの他のトランスデューサの電極E1を入力端子in_rx から分離する。

（図示されていない）変形例として、送信回路152 は、低電圧送信信号を与える低電圧回路であり、回路125 は、端子sk_tx と端子akとの間にｍ×ｎ個のスイッチSWk_txと直列に夫々配置されたｍ×ｎ個の高電圧増幅回路（不図示）を有している。より具体的には、サブアレイ105 のトランスデューサ103 毎に、対応する増幅回路は、対応する端子sk_tx に連結、例えば接続されている入力端子と、同一のランクｋのスイッチSWk_txを介して対応する端子akに連結されている出力端子とを有してもよい。この構成の利点は、各サブアレイ105 で送信段階中に各トランスデューサ103 に供給される電力が、サブアレイで選択されるトランスデューサの数に関係なく同一であるということである。

様々な実施形態及び変形例が記載されている。当業者は、これらの実施形態のある特徴を組み合わせることができると理解し、他の変形例が当業者に容易に想起される。

特に、記載されている実施形態は、図１０に関連して記載されている電子制御回路120 、特に結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路125 の特定の実施形態に限定されない。

更に、超音波画像の取得段階中、装置の各サブアレイ105 でサブアレイの同一のトランスデューサが、超音波の送信中及びその後の送信された超音波のエコーの受信段階中に起動する制御方法の例のみが図４～９に関連して上述されているが、記載された実施形態は、この特定の場合に限定されない。従って、同一のサブアレイ105 で、送信段階中に起動するトランスデューサ103 の数が、受信段階中に起動するトランスデューサ103 の数と異なるように回路125 を制御する取得方法を、例えば提供してもよい。

更に、各サブアレイ105 でサブアレイのトランスデューサ103 が同一の送信回路152 及び同一の受信回路154 を結合セレクタ及び分配セレクタ回路125 を使用して共有する実施形態のみが上述されているが、記載された実施形態は、この特定の場合に限定されない。変形例として、各サブアレイ105 でサブアレイのトランスデューサ103 が自身の送信回路を夫々有し、回路125 を介して同一の受信回路を共有し、この場合、回路125 は結合セレクタ回路のみである装置が設けられてもよく、又は、各サブアレイ105 でサブアレイのトランスデューサが自身の受信回路を夫々有し、回路125 を介して同一の送信回路を共有し、この場合、回路125 は分配セレクタ回路のみである装置が設けられてもよい。

更に、記載された実施形態は、サブアレイ105 が全て同一の大きさを有する、上記に詳述された例に限定されない。変形例として、アレイ100 の個別のサブアレイ105 は異なる大きさ（すなわち、異なる行数及び／又は列数）を有してもよい。

Claims (9)

1. 複数の行及び複数の列のアレイに配置された複数の超音波トランスデューサを備えている超音波画像化装置であって、
   前記アレイは、隣り合うトランスデューサの複数のサブアレイに分割されており、前記サブアレイはｍ行及びｎ列を夫々有しており、ｍ及びｎは２以上の整数であり、前記超音波画像化装置は前記サブアレイ毎に、
   － １つの送信及び／又は受信回路と、
   － 前記サブアレイのトランスデューサのいずれか１つを前記サブアレイの前記送信及び／又は受信回路に連結するか、又は前記サブアレイの複数のトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に同時に連結するように設定可能な結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路と
   を備えており、
   前記超音波画像化装置は、異なるサブアレイの結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を個々に制御するように適合された制御回路を更に備えており、
   前記制御回路は、第１タイプの超音波画像の取得段階中、身体のｍ×ｎ個の部分画像を連続的に取得し、その後、取得したｍ×ｎ個の部分画像から画像を再構築するように構成されており、
   前記制御回路は、部分画像を取得する毎に各サブアレイで、前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサから選択された１つのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に連結し、部分画像の新たな取得毎に各サブアレイで選択されたトランスデューサを変更して各サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサを関与させるように構成されていることを特徴とする超音波画像化装置。
2. 前記制御回路は、第２タイプの超音波画像の取得段階中、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を制御して、同時に、
   － 第１のサブアレイで、前記サブアレイの１つのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に連結し、
   － 第２のサブアレイで、前記サブアレイの複数のトランスデューサを前記サブアレイの前記送信及び／又は受信回路に連結する
   ように更に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像化装置。
3. 前記制御回路は、第３タイプの超音波画像の取得段階中、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を制御して、各サブアレイで前記サブアレイの全てのトランスデューサを前記サブアレイの前記送信及び／又は受信回路に同時に連結するように更に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波画像化装置。
4. 前記制御回路は、第４タイプの超音波画像の取得段階中、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を制御して、各サブアレイで連続的に、
   － 前記サブアレイの同一の列の全てのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に同時に連結して、前記サブアレイの他のトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路から同時に分離し、
   － 前記サブアレイの同一の行の全てのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に同時に連結して、前記サブアレイの他のトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路から同時に分離し、
   － 前記サブアレイの同一の対角線の全てのトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路に同時に連結して、前記サブアレイの他のトランスデューサを前記サブアレイの送信及び／又は受信回路から同時に分離する
   ように更に構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の超音波画像化装置。
5. 前記送信及び／又は受信回路は、送信回路及び受信回路を夫々有していることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の超音波画像化装置。
6. 前記サブアレイ毎に、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路は、１つの入力端子からｍ×ｎ個の出力端子への送信分配セレクタと、ｍ×ｎ個の入力端子から１つの出力端子への受信結合セレクタとを有しており、
   － 前記送信分配セレクタの入力端子は、前記送信回路の出力端子に連結され、
   － 前記送信分配セレクタのｍ×ｎ個の出力端子は、前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに夫々連結され、
   － 前記受信結合セレクタのｍ×ｎ個の入力端子は、前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに夫々連結され、
   － 前記受信結合セレクタの出力端子は、前記受信回路の入力端子に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波画像化装置。
7. 各結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路で、前記送信分配セレクタのｍ×ｎ個の出力端子は、ｍ×ｎ個の送信スイッチによって前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに夫々連結され、前記受信結合セレクタのｍ×ｎ個の入力端子は、ｍ×ｎ個の受信スイッチによって前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに夫々連結されることを特徴とする請求項６に記載の超音波画像化装置。
8. 各結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路で、前記受信結合セレクタのｍ×ｎ個の入力端子は更に、ｍ×ｎ個の前置増幅器を介して前記サブアレイのｍ×ｎ個のトランスデューサに連結されることを特徴とする請求項７に記載の超音波画像化装置。
9. 前記制御回路は、前記結合セレクタ及び／又は分配セレクタ回路を制御して、超音波画像の取得段階中、各サブアレイで、超音波送信段階中に前記サブアレイの第１組の超音波トランスデューサを前記サブアレイの送信回路に連結し、その後の超音波受信段階中に前記サブアレイの、前記第１組とは異なる第２組の超音波トランスデューサを前記サブアレイの受信回路に連結するように構成されていることを特徴とする請求項５～８のいずれか１つに記載の超音波画像化装置。

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