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技術 汎用超音波装置並びに関係する装置及び方法

出願人 バタフライネットワーク,インコーポレイテッド
発明者 ロスバーグ,ジョナサン,エム.アリー,スーザン,エー.サンチェス,ネバダ,ジェイ.ラルストン,タイラー,エス.マクナルティ,クリストファートーマスザホリアン,ジェイム,スコットクリストマン,ポールフランシスデヨング,マシューファイフ,キース,ジー.
出願日 2017年6月19日 (2年10ヶ月経過) 出願番号 2018-566388
公開日 2019年8月29日 (8ヶ月経過) 公開番号 2019-523685
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 密封空洞 外部構成部品 製作工具 選択動作モード 曲線プロファイル モノリシックチップ アナログ回路網 外側ハウジング部分
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

さまざまなモードで動作するように構成可能な超音波装置が説明される。モードのうちの少なくともいくつかは、超音波信号の異なる周波数と関連付けられる。また、それぞれの複数の構成プロファイルと関連付けられた複数の動作モードで動作するように構成されたマルチモーダル超音波プローブと、手持マルチモーダル超音波プローブに結合され、ユーザによって選択される動作モードを示す入力を受け取ることに応えて、マルチモーダル超音波プローブを選択された動作モードで動作させるように構成されたコンピューティングデバイスとを含んだシステムも説明される。

概要

背景

[0004]超音波イメージングシステムは、通常、アナログケーブルによりホストに接続された超音波プローブを含む。超音波プローブは、超音波信号を発し、受信するためにホストによって制御される。受信された超音波信号は、超音波画像を生成するために処理される。

概要

さまざまなモードで動作するように構成可能な超音波装置が説明される。モードのうちの少なくともいくつかは、超音波信号の異なる周波数と関連付けられる。また、それぞれの複数の構成プロファイルと関連付けられた複数の動作モードで動作するように構成されたマルチモーダル超音波プローブと、手持マルチモーダル超音波プローブに結合され、ユーザによって選択される動作モードを示す入力を受け取ることに応えて、マルチモーダル超音波プローブを選択された動作モードで動作させるように構成されたコンピューティングデバイスとを含んだシステムも説明される。A

目的

[0008] いくつかの実施形態では、複数の超音波変換器及び制御回路網を含んだ超音波装置と、少なくとも1つのコンピュータハードウェアプロセッサ及び少なくとも1つのメモリを有するコンピューティングデバイスとを含んだシステムを対象とし、コンピューティングデバイスは、ディスプレイに及び超音波装置に通信で結合され、少なくとも1つのハードウェアプロセッサは、ディスプレイを介して、第1の動作モード及び第2の動作モードを含む超音波装置のためのそれぞれの複数の動作モードを表す複数のGUI要素を示すグラフィックユーザインタフェースGUI)を提示するように、GUIを介して第1の動作モード又は第2の動作モードのどちらかの選択を示す入力を受け取ることに応えて、超音波装置に選択された動作モードの表示を提供する

効果

実績

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請求項1

汎用超音波装置であって、各変換器容量性微細加工変換器(CMUT)を備える、超音波変換器アレイと、前記アレイの前記変換器の1つ以上と通信する波形発生器であって、前記1つ以上の変換器を通して通信される複数の波形を生じさせるように構成された前記波形発生器と、超音波変換器の前記アレイ及び前記波形発生器のうちの1つ以上と選択的に通信するためのコントローラであって、第1の周波数範囲で前記アレイを操作し、前記第1の周波数範囲とは異なる第2の周波数範囲で前記アレイを操作するように構成された前記コントローラとを備え、前記第1の周波数範囲及び前記第2の周波数範囲のそれぞれが異なる深度に達するように構成される汎用超音波装置。

請求項2

前記第1の周波数範囲及び前記第2の周波数範囲が重複する、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項3

前記第1の周波数範囲及び前記第2の周波数範囲が重複しない、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項4

前記第1の周波数範囲が約1〜5MHzの範囲内にあり、中心周波数が約3MHzである、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項5

被験者の中で10〜25cmのおおよその深度を貫通するための出力で前記第1の周波数範囲で前記アレイを操作することを備える、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項6

前記第1の周波数範囲が約5〜12MHzの範囲内にあり、中心周波数が約8MHzである、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項7

被験者の中で1〜10cmのおおよその深度を貫通するための出力で前記第1の周波数範囲で前記アレイを操作することを備える、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項8

前記コントローラが、動作の前記第1の周波数範囲及び前記第2の周波数範囲とは異なる動作の関連付けられた第3の周波数範囲を有する動作の第3のモードのために、第3の周波数範囲を定義する超音波変換器の前記アレイの超音波変換器の第3の集合を選択するようにさらに構成される、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項9

前記第1の周波数範囲が約1〜3MHzの前記範囲内にあり、前記第2の周波数範囲が約3〜7MHzの前記範囲内にあり、前記第3の周波数範囲が約7〜12MHzの前記範囲内にある、請求項8に記載の汎用超音波装置。

請求項10

前記第1の周波数範囲が約1〜5MHzであり、前記第2の周波数範囲が約3〜7MHzであり、前記第3の周波数範囲が約5〜10MHzである、請求項8に記載の汎用超音波装置。

請求項11

前記第1の周波数範囲及び前記第2の周波数範囲が、異なる仰角焦点範囲と関連付けられる、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項12

前記コントローラが、前記所望される生体内貫通深度の関数として前記第1の周波数範囲又は前記第2の周波数範囲のうちの1つを選択する、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項13

前記超音波装置がモノリシックチップセットを画定する、請求項1に記載の汎用超音波装置。

請求項14

それぞれが容量性微細加工超音波変換器(CMUT)を備える超音波変換器のアレイを備える超音波装置を操作する方法であって、超音波変換器の前記アレイの変換器の第1のグループで第1の波形を生成することと、第1の周波数範囲又は第2の周波数範囲のうちの1つで前記アレイを選択的に操作することと、を含み、超音波変換器の前記アレイがモノリシックデバイスを画定する、方法。

請求項15

変換器の第1のグループで第1の波形を生成し、変換器の第2のグループで第2の波形を生成することをさらに含む、請求項14に記載の方法。

請求項16

変換器の前記第1のグループ及び変換器の前記第2のグループが重複する、請求項15に記載の方法。

請求項17

変換器の前記第1のグループ及び変換器の前記第2のグループが重複しない、請求項15に記載の方法。

請求項18

前記第1の周波数範囲及び前記第2の周波数範囲が重複する、請求項14に記載の方法。

請求項19

前記第1の周波数範囲及び前記第2の周波数範囲が重複しない、請求項14に記載の方法。

請求項20

前記第1の周波数範囲が、約1〜5MHzの範囲内にあり、中心周波数が約3MHzである、請求項14に記載の方法。

請求項21

前記第1の周波数範囲が、被験者の中の約10〜25cmのおおよその深度を貫通するために動力を与えられる、請求項14に記載の方法。

請求項22

前記第1の周波数範囲が、約5〜12MHzの範囲内にあり、中心周波数が約8MHzである、請求項14に記載の方法。

請求項23

前記第1の周波数範囲が、被験者の中の約1〜10cmのおおよその深度を貫通するために動力を与えられる、請求項14に記載の方法。

請求項24

第3の周波数範囲で前記アレイを操作することをさらに含む、請求項14に記載の方法。

請求項25

前記第1の周波数範囲が約1〜3MHzであり、前記第2の周波数範囲が約3〜7MHzであり、前記第3の周波数範囲が約7〜12MHzである、請求項24に記載の方法。

請求項26

前記第1の周波数範囲が約1〜5MHzであり、前記第2の周波数範囲が約3〜7MHzであり、前記第3の周波数範囲が5〜10MHzである、請求項24に記載の方法。

請求項27

前記第1の周波数範囲及び前記第2の周波数範囲が、異なる仰角焦点領域との関連で使用される、請求項14に記載の方法。

請求項28

前記第1の周波数範囲又は前記第2の周波数範囲のうちの1つで前記アレイを選択的に操作することが、前記所望される生体内貫通深度の関数として前記第1の周波数範囲又は前記第2の周波数範囲を選択することを含む、請求項14に記載の方法。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
[0001] 本願は、代理人整理番号第B1348.70030US00号の下で2016年6月20日に出願された「UNIVERSAL ULTRASOUND DEVICE AND RELATEDAPPARATUS AND METHODS」と題する米国仮出願第62/352,337号の利益を合衆国法典第35巻第119条(e)の下で主張する、代理人整理番号第B1348.70030US01号の下で2017年1月25日に出願された「UNIVERSAL ULTRASOUND DEVICE AND RELATED APPARATUS AND METHODS」と題する米国出願第15/415,434号の利益を合衆国法典第35巻第120条の下で主張している一部継続出願であり、そのそれぞれは参照によりその全体として本明細書に援用される。

0002

[0002] また、本願は、参照によりその全体として本明細書に援用される、代理人整理番号第B1348.70030US00号の下で2016年6月20日に出願された「UNIVERSAL ULTRASOUND DEVICE AND RELATEDAPPARATUS AND METHODS」と題する米国仮出願第62/352,337号の利益を合衆国法典第35巻、第119条(e)の下で主張している出願でもある。

0003

[0003] 本願は、異なる深度被験者高分解能画像入手するために複数の異なる周波数範囲全体で動作できる超音波装置に関する。

背景技術

0004

[0004]超音波イメージングシステムは、通常、アナログケーブルによりホストに接続された超音波プローブを含む。超音波プローブは、超音波信号を発し、受信するためにホストによって制御される。受信された超音波信号は、超音波画像を生成するために処理される。

発明が解決しようとする課題

0005

[0005]半導体ダイを含んだ超音波プローブと、半導体ダイ上に統合された複数の超音波変換器であって、第1の周波数範囲と関連付けられた第1のモード及び第2の周波数範囲と関連付けられた第2のモードで動作するように構成され、第1の周波数範囲が、第2の周波数範囲と少なくとも部分的に重複していない該複数の超音波変換器と、第1のモードで超音波プローブを操作するための表示を受け取ることに応えて、第1の周波数範囲内周波数を有する超音波信号を生成及び/又は検出するために複数の超音波変換器を制御し、第2のモードで超音波プローブを操作するための表示を受け取ることに応えて、第2の周波数範囲内の周波数を有する超音波信号を生成及び/又は検出するために複数の超音波変換器を制御するように構成された制御回路網とを含んだ超音波装置を対象とする。

課題を解決するための手段

0006

[0006] いくつかの実施形態は、それぞれの複数の構成プロファイルと関連付けられた複数の動作モードで動作するように構成されたマルチモーダル超音波プローブ(例えば、手持マルチモーダル超音波プローブ)と、マルチモーダル超音波プローブに結合され、ユーザによって選択された動作モードを示す入力を受け取ることに応えて、選択された動作モードでマルチモーダル超音波プローブを動作させるように構成されたコンピューティングデバイス(例えば、モバイルコンピューティングデバイス)とを含んだシステムを対象とする。

0007

[0007] いくつかの実施形態は、それぞれの複数の構成プロファイルと関連付けられた複数の動作モードで動作するように構成されたマルチモーダル超音波プローブの動作を制御するための方法を対象とし、方法は、コンピューティングデバイスで、ユーザによって選択された動作モードを示す入力を受け取ることと、選択された動作モードと関連付けられた構成プロファイルによって指定されるパラメータ値を使用し、選択された動作モードでマルチモーダル超音波プローブを動作させることとを含む。

0008

[0008] いくつかの実施形態では、複数の超音波変換器及び制御回路網を含んだ超音波装置と、少なくとも1つのコンピュータハードウェアプロセッサ及び少なくとも1つのメモリを有するコンピューティングデバイスとを含んだシステムを対象とし、コンピューティングデバイスは、ディスプレイに及び超音波装置に通信で結合され、少なくとも1つのハードウェアプロセッサは、ディスプレイを介して、第1の動作モード及び第2の動作モードを含む超音波装置のためのそれぞれの複数の動作モードを表す複数のGUI要素を示すグラフィックユーザインタフェースGUI)を提示するように、GUIを介して第1の動作モード又は第2の動作モードのどちらかの選択を示す入力を受け取ることに応えて、超音波装置に選択された動作モードの表示を提供するように構成され、制御回路網は、第1の動作モードの表示を受け取ることに応えて、第1の動作モードと関連付けられたパラメータ値の第1の集合を指定する第1の構成プロファイルを入手し、第1の構成プロファイルを使用し、第1の動作モードで動作するために超音波装置を制御し、第2の動作モードの表示を受け取ることに応えて、第2の動作モードと関連付けられたパラメータ値の第2の集合を指定する第2の構成プロファイル入手し、パラメータ値の第2の集合がパラメータ値の第1の集合とは異なり、第2の構成プロファイルを使用し、第2の動作モードで動作するために超音波装置を制御するように構成される。

0009

[0009] いくつかの実施形態は、グラフィックユーザインタフェースを介して、第1の動作モード及び第2の動作モードを含んだ複数のモードで動作するように構成される超音波装置のために動作モードの選択を受け取ることと、第1の動作モードの選択を受け取ることに応えて、第1の動作モードと関連付けられたパラメータ値の第1の集合を指定する第1の構成プロファイルを入手することと、第1の構成プロファイルを使用し、第1の動作モードで動作するために超音波装置を制御し、第2の動作モードの選択を受け取ることに応えて、第2の動作モードと関連付けられたパラメータ値の第2の集合を指定する第2の構成プロファイルを入手することであって、パラメータ値の第2の集合がパラメータ値の第1の集合と異なる、入手することと、第2の構成プロファイルを使用し、第2の動作モードで動作するために超音波装置を制御することとを含んだ方法を対象とする。

0010

[0010] いくつかの実施形態は、それぞれの複数の構成プロファイルと関連付けられた複数の動作モードで動作するように構成された手持マルチモーダル超音波プローブを対象とし、手持超音波プローブは、複数の超音波変換器と、選択された動作モードの表示を受け取り、選択された動作モードと関連付けられた構成プロファイルにアクセスし、アクセスされた構成プロファイルで指定されるパラメータ値を使用し、選択された動作モードで動作するために手持マルチモーダル超音波プローブを制御するように構成された制御回路網とを含む。

0011

[0011] いくつかの実施形態は、第1の動作モード及び第2の動作モードを含んだ複数の動作モードで動作できる超音波装置を対象とし、超音波装置は、複数の超音波変換器と、選択された動作モードの表示を受け取り、選択動作モードが第1の動作モードであると判断することに応えて、第1の動作モードと関連付けられたパラメータ値の第1の集合を指定する第1の構成プロファイルを入手し、第1の構成プロファイルを使用し、第1の動作モードで動作するために超音波装置を制御し、第2の動作モードの表示を受け取ることに応えて、選択動作モードが第2の動作モードであると判断することに応えて、第2の動作モードと関連付けられたパラメータ値の第2の集合を指定する第2の構成プロファイルを入手し、パラメータ値の第2の集合がパラメータ値の第1の集合と異なり、第2の構成プロファイルを使用し、第2の動作モードで動作するために超音波装置を制御するように構成された制御回路網とを含む。

0012

[0012] いくつかの実施形態は、超音波装置に通信で結合されるモバイルコンピューティングデバイスを対象とし、モバイルコンピューティングデバイスは、少なくとも1つのコンピュータハードウェアプロセッサと、ディスプレイと、アプリケーションプログラムを記憶する少なくとも1つの非一過性コンピュータ可読記憶媒体とを含み、該アプリケーションプログラムは、少なくとも1つのコンピュータハードウェアプロセッサによって実行されるとき、少なくとも1つのコンピュータハードウェアプロセッサに、マルチモーダル超音波装置のためのそれぞれの複数の動作モードを表す複数のGUI要素を有するグラフィックユーザインタフェース(GUI)を生成させ、ディスプレイを介してGUIを提示させ、GUIを介して、複数の動作モードのうちの1つの選択を示すユーザ入力を受け取らせ、超音波装置に選択された動作モードの表示を提供させる。

0013

[0013] 開示された技術の多様な態様及び実施形態は、以下の図を参照して説明される。図が必ずしも原寸に比例して描かれていないことが理解されるべきである。複数の図に表示される品目は、それらが表示されるすべての図中で同じ参照番号によって示される。

図面の簡単な説明

0014

[0014]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、汎用超音波装置が、被験者を撮像するためにどのように使用され得るのかを示す図である。
[0015]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、汎用超音波装置の用例のブロック図である。
[0016]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、いくつかの実施形態で、汎用超音波装置の所与変換器素子のための送信(TX)回路網及び受信(RX)回路網が、素子付勢して超音波パルスを発するため又は変換器素子によって感知される超音波パルスを表す素子からの信号を受信し、処理するためのどちらかのためにどのようにして使用され得るのかを示すブロック図である。
[0017]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、汎用超音波装置の基板と統合された超音波変換器の例示的な配置を示す図である。
[0018]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、密封された空洞を有する基板と統合されたCMOSウェハを含んだデバイスの断面図である。
[0019]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだピルを示す図である。
[0019]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだピルを示す図である。
[0019]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだピルを示す図である。
[0019]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだピルを示す図である。
[0019]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだピルを示す図である。
[0019]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだピルを示す図である。
[0019]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだピルを示す図である。
[0019]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだピルを示す図である。
[0020]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブ及びディスプレイを含んだ手持デバイスを示す図である。
[0020]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブ及びディスプレイを含んだ手持デバイスを示す図である。
[0021]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだパッチを示す図である。
[0021]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだパッチを示す図である。
[0021]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだパッチを示す図である。
[0021]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだパッチを示す図である。
[0022]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、超音波プローブを含んだ手持プローブを示す図である。
[0023]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、汎用超音波装置が被験者を撮像するためにどのように使用され得るのかを示す別の図である。
[0024]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、汎用超音波装置を操作するための例示的なプロセスのフローチャートである。
[0025]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、ユーザが汎用超音波装置を動作するための動作モードを、それを通じて選択してよいグラフィックユーザインタフェースの例を示す図である。
[0026]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、ユーザが汎用超音波装置を動作するための動作モードを、それを通じて選択してよいグラフィックユーザインタフェースの追加の例を示す図である。
[0026]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、ユーザが汎用超音波装置を動作するための動作モードを、それを通じて選択してよいグラフィックユーザインタフェースの追加の例を示す図である。
[0027]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、汎用超音波装置の別の用例のブロック図である。
[0028]本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、ユーザがそれを通じて汎用超音波装置と対話し得るグラフィックユーザインタフェースの別の例を示す図である。
[0029]非限定的な実施形態に従って、本明細書に説明される種類の超音波装置を用いて生成され得る超音波ビーム形状の非限定例を示す図である。
[0029]非限定的な実施形態に従って、本明細書に説明される種類の超音波装置を用いて生成され得る超音波ビーム形状の非限定例を示す図である。
[0029]非限定的な実施形態に従って、本明細書に説明される種類の超音波装置を用いて生成され得る超音波ビーム形状の非限定例を示す図である。

実施例

0015

[0030] 本開示は、複数の異なる周波数範囲で被験者を撮像するように構成される「汎用」超音波装置の態様を説明する。汎用超音波装置は、複数の超音波変換器を含み、そのうちの少なくともいくつかは異なる周波数範囲で動作し、それによって異なる深度での被験者の医学関連の画像を生成するために単一の超音波装置の使用を可能にする。結果として、単一のデバイス(本明細書に説明される汎用超音波装置)は、現在は複数の従来の超音波プローブの使用を必要とする異なるイメージングタスクを実行するために、医療専門家又は他のユーザによって使用されてよい。

0016

[0031] いくつかの実施形態は、超音波プローブを含んだ超音波装置を対象とする。超音波プローブは、半導体ダイと、半導体ダイ上に統合された複数の超音波変換器であって、第1の周波数範囲と関連付けられた第1のモード及び第2の周波数範囲と関連付けられた第2のモードで動作するように構成され、第1の周波数範囲が第2の周波数範囲と少なくとも部分的に重複していない、該複数の超音波変換器と、制御回路網とを含む。制御回路網は、第1のモードで超音波プローブを操作するための表示を受け取ることに応えて、第1の周波数範囲内の周波数を有する超音波信号を生成及び/又は検出するために複数の超音波変換器を制御し、第2のモードで超音波プローブを操作するための表示を受け取ることに応えて、第2の周波数範囲内の周波数を有する超音波信号を生成及び/又は検出するために複数の超音波変換器を制御するように構成される。

0017

[0032] 発明者は、従来の超音波プローブが、超音波プローブのそれぞれがいくつかの医学関連の周波数範囲のうちのただ1つでしか動作しないため、制限されていることを認識している。例えば、他の従来のプローブが(例えば、胸部イメージング、血管イメージング、甲状腺イメージング、及び骨盤イメージング等の用途のために)3〜7MHzの範囲の周波数でしか動作しないのに対し、いくつかの従来の超音波プローブは、(例えば、産科イメージング、腹部イメージング、及び婦人科イメージング等の用途のために)1〜3MHzの範囲の周波数でしか動作しない。さらに他の従来の超音波プローブは、(例えば、筋骨格イメージング及び浅静脈イメージング及び質量イメージング等の用途のために)7〜15MHzの範囲の周波数でしか動作しない。より高い周波数の超音波信号は、より低い周波数の超音波信号よりも組織内でより早く減衰するので、より高い周波数でしか動作しない従来のプローブは、例えば中心線設置又は皮膚の真下に位置する表在的な塊の上述のイメージング等の用途のために浅い深度(例えば、5cm以下)で患者の画像を生成するために使用される。他方、より低い周波数でしか動作しない従来のプローブは、心臓イメージング及び腎臓イメージング等の用途のためにより大きい深度(例えば、10〜25cm)で患者の画像を生成するために使用される。結果として、医療専門家は、複数の異なるプローブを使用する必要があり、これは、それが異なる周波数範囲で動作するように構成される複数の異なるプローブを調達することを必要とするので、不便且つ高価である。

0018

[0033]対照的に、発明者によって開発され、本明細書に説明される汎用超音波装置は、複数の異なる医学関連周波数範囲で動作し、広範囲の深度で医学関連画像を形成するために十分に高い分解能で患者を撮像するように構成される。したがって、複数の従来の超音波プローブは、すべて本明細書に説明される単一の汎用超音波装置によって置き換えることができ、医療専門家又は他のユーザは、それぞれが限定された適用可能性を有する従来の多数の超音波プローブを使用する代わりに、複数のイメージングタスクを実行するために単一の汎用超音波プローブを使用し得る。

0019

[0034] したがって、いくつかの実施形態は、第1の周波数範囲と関連付けられた第1のモード、及び第1の種は数範囲と少なくとも部分的に重複していない第2の周波数範囲と関連付けられた第2のモードを含んだ多様なモードのそれぞれで動作するように構成された複数の超音波変換器を有する広帯域超音波プローブを提供する。多周波超音波プローブは、第1のモードで超音波プローブを操作するための表示を受け取ることに応えて、第1の周波数範囲内の周波数を有する超音波信号を生成する及び/又は検出すために複数の超音波変換器を制御し、第2のモードで超音波プローブを操作するための表示を受け取ることに応えて、第2の周波数範囲内の周波数を有する超音波信号を生成及び/又は検出するために複数の超音波変換器を制御するように構成される制御回路網をさらに含む。超音波変換器は、例えば単一の相補型金属酸化物半導体(CMOS)チップ等の単一の基板上に統合されてよい、又は(例えば図5G及び図5Hに示されるように)超音波プローブの中の複数のチップ上にあってよい。

0020

[0035] いくつかの実施形態では、第1の周波数範囲は、1〜5MHzの範囲の周波数を含んでよい。例えば、第1の周波数範囲は、1〜5MHzの範囲の中に(例えば、2〜5MHz、1〜4MHz、1〜3MHz、2〜5MHz、及び/又は3〜5MHzの範囲の中に)完全に含まれてよい。したがって、汎用超音波プローブの超音波変換器が第1の周波数範囲内の周波数を有する超音波信号を生成及び/又は検出するために操作されるとき、超音波変換器によって検出される超音波信号は、被験者の中の標的深度以下の被験者の画像を形成するために使用されてよく、標的深度は、10〜25cmの範囲に(例えば、10〜20cm、15〜25cm、10〜15cm、15〜20cm、及び/又は20〜25cmの中に)ある。

0021

[0036] いくつかの実施形態では、第2の周波数範囲は、5〜12MHzの範囲の中に(例えば、5〜10MHz、7〜12MHz、5〜7MHz、5〜9MHz、6〜8MHz、7〜10MHz、及び/又は6〜9MHzの範囲の中に)完全に含まれてよい。したがって、汎用超音波プローブの超音波変換器が、第2の周波数範囲内の周波数を有する超音波信号を生成及び/又は検出するために操作されるとき、超音波変換器によって検出される超音波信号は、被験者の中で標的深度以下の被験者の画像を形成するために使用されてよく、標的深度は1〜10cmの範囲に(例えば、1〜5cm、5〜10cm、3〜8cm、3〜6cm、及び/又は3〜5cmの範囲の中に)ある。

0022

[0037] いくつかの実施形態では、汎用超音波プローブの複数のモードは、組み合わされて少なくとも10MHz又は8〜15MHzの間に及ぶ。このため、汎用超音波プローブは、「広帯域」プローブ、(複数の周波数範囲モードを有する)マルチモーダルプローブ、及び/又は多周波プローブと呼ばれることがある。

0023

[0038]汎用超音波プローブは、2つのモードだけで動作することに制限されておらず、任意の適切な数のモード(例えば、3、4、5等)で動作してよく、モードのそれぞれがそれぞれの周波数範囲と関連付けられることが理解されるべきである。例えば、いくつかの実施形態では、汎用超音波プローブは、それぞれ第1の周波数範囲、第2の周波数範囲、及び第3の周波数範囲と関連付けられた第1のモード、第2のモード、及び第3のモードで動作してよい。第1の周波数範囲、第2の周波数範囲、及び第3の周波数範囲は、対ごとに互いと完全に重複しない、3つの範囲のいずれかの適切な集合であってよい。例えば、第1の周波数範囲は、1〜3MHzの範囲の中に完全に含まれてよく、第2の周波数範囲は、3〜7MHzの範囲の中に完全に含まれてよく、第3の周波数範囲は、7〜12MHzの範囲に完全に含まれてよい。別の例として、第1の周波数範囲は、1〜5MHzの範囲の中に完全に含まれてよく、第2の範囲は、3〜7MHzの範囲の中に完全に含まれてよく、第3の周波数範囲は、5〜10MHzの範囲の中に完全に含まれてよい。さらに、各モードは、異なる仰角(elevational)焦点領域、つまり仰角集束音響レンズを使用する、単一のIDアレイでは可能ではない特徴を有してもよい。また、各モードは、動作の頻度に基づいて要素の異なるピッチを有してもよい。異なるピッチは、例えば部分集合の選択及び変換器細胞組合せによって実装されてよい。

0024

[0039]周波数範囲の上記の例から理解され得るように、超音波プローブの動作モードは、いくつかの実施形態では少なくとも1MHzの周波数帯域幅と関連付けられてよい。本明細書に説明される技術の態様はこの点で制限されていないので、他の実施形態では、超音波プローブの動作モードは、少なくとも2MHz、少なくとも3MHz、又は少なくとも4MHz以上の帯域幅と関連付けられてよい。超音波プローブの変換器の少なくともいくつか、及びいくつかの実施形態では、各変換器は、異なる周波数範囲で動作してよいだけではなく、広帯域幅を有する特定の周波数範囲で(例えば、周波数範囲の中心周波数で)動作してよい。(例えば、ドップラーイメージングのための)他の実施形態では、超音波プローブの動作モードは、1MHzより狭い帯域幅に及んでよい。

0025

[0040] 説明されるように、本明細書に説明される種々の態様のうちの1つ以上に係る超音波装置は、ドップラーイメージングのために—つまり、ドップラーモードで—使用されてよい。超音波装置は、約1cm/秒から1m/秒の範囲又は任意の他の適切な範囲で速度を測定してよい。

0026

[0041] 特定のモードで動作するとき、プローブの超音波変換器は、(例えば、モードと関連付けられた周波数範囲の中心周波数であってよい)モードのためのピーク電力周波数で最大量の出力を有する超音波信号を生成してよい。例えば、1〜5MHzの周波数範囲と関連付けられたモードで動作するとき、超音波変換器は、3MHzで最大量の出力を有する超音波信号を生成するように構成されてよい。したがって、このモードのためのピーク電力周波数は、この例では3MHzである。別の例として、5〜9MHzの周波数範囲と関連付けられたモードで動作するとき、超音波変換器は、この例でピーク電力周波数である、7MHzの最大量の出力を有する超音波信号を生成するように構成されてよい。

0027

[0042]周波数範囲の上記例から理解され得るように、汎用超音波プローブは、第1のピーク電力周波数を有する第1の周波数範囲と関連付けられた第1のモード、及び第2のピーク電力周波数を有する第2の周波数範囲と関連付けられた第2のモードを含んだ複数のモードで動作するように構成されてよい。いくつかの例では、第1のピーク電力周波数と第2のピーク電力周波数の間の差異は、少なくとも閾値量(例えば、少なくとも1MHz、少なくとも2MHz、少なくとも3MHz、少なくとも4MHz、少なくとも5MHz等)である。

0028

[0043]周波数範囲で動作するとき、超音波変換器は、いくつかの実施形態では、動作周波数範囲の外の周波数で信号を生成してよいことが理解されるべきである。しかしながら、係る信号は、例えば、最大出力から3dB又は6dB下がる、範囲の中心周波数での信号が生成される最大出力の分数(例えば、1/2、1/3、1/5等)未満で生成されるであろう。

0029

[0044] 本明細書に説明される汎用超音波プローブは、患者の肝臓、腎臓、心臓、膀胱、甲状腺、頸動脈下肢静脈を撮像すること、及び中心線設置を実行することを含むが、これに限定されるものではない幅広い範囲の医療イメージングタスクのために使用されてよい。複数の従来の超音波プローブは、これらすべてのイメージングタスクを実行するために使用されなければならないであろう。対照的に、単一の汎用超音波プローブは、被験者が撮像されている対応する深度とともに表Iに示されるように、タスクごとに、タスクに適切な周波数範囲で動作することによってこれらすべてのタスクを実行するために使用され得る。

0030

[0045] 表1が、それぞれの深度及び周波数でのイメージングのためのいくつかの器官の非限定例を提供することが理解されるべきである。ただし、他の器官又は標的が、一覧表示される周波数範囲に対応してもよい。例えば、2〜5MHz範囲は、概して腹部の、骨盤の、及び胸部の超音波検査に使用されてよい。この周波数範囲の中の解剖学上の標的の追加の例は、胆嚢胆管脾臓消化管尿路、脾臓、副腎腹部大動脈鼠径部、腹部前壁腹膜、胸部、及び骨盤筋を含む。さらに、2〜5MHz範囲、又は3〜6MHz範囲は、概して例えば胎児のイメージング又は胎盤のイメージング等、産科に使用されてよい。さらに、7〜12MHzでは、表1に示されるもの以外の解剖学的な標的の例は、副甲状腺、胸部、陰嚢腱板、及び頭蓋外大脳の血管を含む。例のこのリストが非限定的であり、任意の適切な器官及び周波数範囲の組合せが本明細書で使用されてよいことが理解されるべきである。

0031

[0046]図1Aは、汎用超音波プローブが、異なる深度で被験者を撮像するために異なる周波数範囲と関連付けられた異なるモードでどのようにして動作し得るのかをさらに示す。図1Aに示すように、超音波プローブ100は、被験者101を撮像するために使用されている。第1の周波数範囲(例えば、1〜3MHz)と関連付けられた第1のモードで動作するとき、プローブ100内の超音波変換器は、被験者の皮膚から深度D2(例えば、15〜20cm)に位置する、P2とも名前が付けられた点109で又は点109の回りで被験者を撮像するように構成されてよい。第2の周波数範囲(例えば、6〜8MHz)と関連付けられた第2のモードで動作するとき、プローブ100内の超音波変換器は、被験者の皮膚から深度D1(例えば、1〜5cm)に位置する、P1とも名前が付けられた点107で又は点107の回りで被験者を撮像するように構成されてよい。いくつかの実施形態では、距離D2は、少なくとも閾値距離(例えば、少なくとも5cm、少なくとも7cm、3cmと7cmとの間、又は係る範囲の中の任意の範囲又は数)分距離D1よりも大きい。

0032

[0047]超音波プローブ100は、プローブ100によって収集されたデータを、追加の処理のために1つ以上の外部デバイスに送信するように構成されてよい。例えば、図1Aに示されるように、超音波プローブ100は、データを処理して、被験者101の画像111を生成し、ディスプレイに表示してよい、コンピューティングデバイス105(本非限定例ではラップトップ)に有線接続103を介してプローブ100によって収集されたデータを送信するように構成されてよい。

0033

[0048] 種々の要因が、異なり、且つ医学関連の周波数範囲と関連付けられた複数のモードで動作する汎用超音波プローブの能力に貢献する。1つの係る要因は、超音波変換器が容量性微細加工超音波変換器(CMUT)によって形成されてよく、いくつかの実施形態では、汎用超音波プローブの複数の超音波変換器の少なくともいくつか(及びいくつかの実施形態ではそれぞれ)が、折畳みモードで及び非折畳みモードで動作するように構成される点である。本明細書に説明されるように、「折畳みモード」は、CMUT超音波変換器膜のうちの少なくとも一部分が機械的に固定され、膜の少なくとも一部分が、電極と膜との間の変化する電圧差に基づいて自由に振動する動作モードを指す。折畳みモードで動作するとき、CMUT超音波変換器は、より高い周波数でより多くの出力を生成できる。複数の超音波変換器の非折畳みモードから折畳みモード(及びその逆)への切替え動作は、超音波プローブが、最高出力の超音波信号が発せられている周波数を変更できるようにする。

0034

[0049] したがって、いくつかの実施形態では、超音波プローブは、非折畳みモードでその変換器を操作することによって第1の周波数範囲(例えば、3MHzのピーク電力周波数を有する1〜5MHz)と関連付けられた第1のモードで動作し、折畳みモードでその変換器を操作することによって、第2の周波数範囲(例えば、7MHzのピーク電力周波数を有する5〜9Hz)と関連付けられた第2のモードで動作する。いくつかの実施形態では、超音波プローブは、第1のモード又は第2のモードのどちらかで動作するためにプローブを制御するように構成された制御回路網(例えば、図1Bに示される回路網108)を含み、この目的を達成するために、超音波変換器に適切な電圧印加して、超音波変換器を折畳みモードで又は非折畳みモードで動作させてよい。例えば、いくつかの実施形態では、制御回路網は、「折畳み」電圧と呼ばれることがある閾値電圧を超える変換器に電圧を印加することによってプローブ内の超音波変換器を折畳みモードで動作させるように構成される。折畳み電圧は、30〜110ボルトの範囲にあってよく、いくつかの実施形態では約50ボルトであってよい。いくつかの実施形態では、折畳みモード及び非折畳みモードでプローブの変換器を操作することは、プローブが複数の周波数範囲モードで動作するのに役立つ要因であってよいが、プローブがそうすることを可能にする他の要因(例えば、約1〜15MHzの広帯域信号振幅を可能にするアナログ受信機)があってもよいことに留意されたい。

0035

[0050]汎用超音波プローブが、異なり、且つ医学関連の周波数範囲と関連付けられた複数のモードで動作する能力に貢献する別の要因は、超音波変換器が、高周波数走査低周波数走査の両方に十分なピッチを有するアレイに配置されてよい点である。例えば、いくつかの実施形態では、超音波変換器のうちの少なくともいくつかは、プローブがエイリアシング影響を削減する(例えば、排除する)ために動作するように設計される最高の周波数に対応する波長の半分未満の距離でその最寄りの近傍から間隔を空けて置かれてよい。少なくともいくつかの及びいくつかの場合、それぞれのモード(複数可)は、動作の頻度に基づいて要素の異なるピッチを有してよい。異なるピッチは、部分集合の選択及びCMOS超音波変換器(CUT細胞の結合によって可能にされる。周波数のための十分なピッチは、概して約λとλ/4との間で間隔を置いて配置され、λは指定された周波数での波長である。例示的なピッチは、500ミクロン(μm)(非常に低い周波数)、200μm(中程度の周波数)、及び125μm(高周波数)を含んでよいが、これに限定されるものではない。また、特定の実施形態では、ピッチは、エイリアシングアーチファクト(例えば、約λ)を抑制するのに役立つ素子指向性のためにより広くされてよい。他のピッチも考えられるので、上記に示されたピッチは非限定的である。いくつかの実施形態では、ピッチは、セクタ走査のために変換器あたり(その範囲の中の任意の値を含んだ)約150〜250ミクロンの範囲内にあってよい。例えば、208ミクロンのピッチは、3.7MHzの動作に対応してよい。

0036

[0051]汎用超音波プローブが、異なり、且つ医学関連の周波数範囲と関連付けられた複数のモードで動作する能力に貢献する別の要因は、超音波変換器が、浅い走査と深い走査の両方を実行できるようにする(アレイの幅及び高さによって決定される)アパーチャを有するアレイで配置されてよい点である。例えば、各モードは、異なるアクティブなアパーチャを有してよい。総アパーチャは、任意の1つのプローブの適用空間カバーするために必要とされる最大視野を収容する。例は、アジマス方向で1cm、2cm、3cm、4cm、5cmの、及び仰角方向で1cm、2cm、3cm、4cm、5cmのすべての組合せを含む。

0037

[0052]汎用超音波プローブが、異なり、且つ医学関連の周波数範囲と関連付けられた複数のモードで動作する能力に貢献する別の要因は、CUT細胞サイズの選択である。CUT細胞をともにグループ化することは、指向性と感度の両方を高める。さらに、要素はサイズが固定したままであるので、指向性は周波数とともに高まる。したがって、より低い周波数のためにCUT細胞をともにグループ化することは、一貫した指向性を維持するためにより高い周波数のためにより少ないグループ化で平衡を保つことができる。

0038

[0053]汎用超音波プローブが、異なり、且つ医学関連の周波数範囲と関連付けられた複数のモードで動作する能力に貢献する別の要因は、複数の周波数範囲で動作できることに加えて、プローブ内の超音波変換器が、広帯域幅(例えば、少なくとも100KHz、少なくとも500KHz、少なくとも1MHz、少なくとも2MHz、少なくとも5MHz、少なくとも7MHz、少なくとも15MHz、少なくとも20MHz等)を有する低周波音響波形及び高周波の音響波形を生成できる点である。

0039

[0054]汎用超音波プローブが、異なり、且つ医学関連の周波数範囲と関連付けられた複数のモードで動作する能力に貢献する別の要因は、いくつかの実施形態では、プローブが、送信ビーム形成が、2〜35cmの範囲の深度を含んだ複数の深度で集束できるようにするプログラム可能遅延メッシュ回路網を含んでよい点である。プログラム可能遅延メッシュ回路網は、その内容が参照によりその全体として本明細書に援用される、本願の譲受人に譲渡される米国特許第9,229,097号にさらに記載される。

0040

[0055]汎用超音波プローブが、異なり、且つ医学関連の周波数範囲と関連付けられた複数のモードで動作する能力に貢献するさらに別の要因は、いくつかの実施形態では、プローブが、受信ビーム形成が、2〜35cmの範囲内の深度を含んだ複数の深度で集束できるようにする回路網を含んでよい点である。

0041

[0056] 例示的な一実施形態では、汎用超音波プローブは、52μのピッチで間隔を置いて配置され、約3cmx1.33cmのアレイアパーチャを有する、576x256の超音波変換器のアレイを含んでよい。変換器のうちの少なくともいくつかは、0.1〜1.12MHzの帯域幅を有する1〜15MHzの周波数範囲で動作する場合がある。別の例示的な実施形態では、汎用超音波プローブは、208μmで間隔を置いて配置され、約3cmx1.33cmのアレイアパーチャを有し、1.5〜5MHz及び5〜12MHzの周波数範囲で動作する、64x140の変換器のアレイを含んでよい。

0042

[0057] いくつかの実施形態では、汎用超音波プローブ(例えば、プローブ100)は、多数の物理的構成のうちのいずれかで実装されてよく、以下、つまりリニアプローブセクタプローブ、フェーズドアレイプローブ曲線プローブ、凸状プローブ、及び/又は3Dイメージングプローブのうちの2つ以上で撮像するときに使用されてよいモードで撮像を実行するために組み込まれた機能を有する。さらに、いくつかの実施形態では、超音波プローブは、手持デバイスで具体化されてよい。手持デバイスは、(例えば、図6Aから図6Bに示される)入手された画像を表示するための画面を含んでよい。さらに又は代わりに、手持デバイスは、追加の処理のために(例えば、1つ以上の超音波画像を形成するために)(無線接続又は有線接続を介して)外部デバイスにデータを送信するように構成されてよい。別の例として、いくつかの実施形態では、超音波プローブは、被験者によって飲み込まれ、ピルが被験者の消化器系を通って移動するにつれ被験者を撮像するように構成される(例えば図5Aから図5Hに示される)ピルで具体化されてよい。別の例として、いくつかの実施形態では、超音波プローブは、(例えば図7Aから図7Dに示されるように)被験者に固着されるように構成されたパッチで具体化されてよい。

0043

[0058] 追加の態様及び実施形態だけではなく、上述された態様及び実施形態も、さらに以下に説明される。これらの態様及び/又は実施形態は、本明細書に説明される技術はこの点で制限されていないので、個別に、すべてともに、又は2つ以上の任意の組合せで使用されてよい。

0044

[0059]図1Bは、本明細書に説明される技術の種々の態様を具体化するモノリシック超音波装置100の用例を示す。図示されるように、デバイス100は、1つ以上の変換器装置(例えば、アレイ)102、送信(TX)回路網104、受信(X)回路網106、タイミング及び制御回路108、信号調整処理回路110、電力管理回路118、及び/又は高密度焦点式超音波(HIFU)コントローラ120を含んでよい。示される実施形態では、示される素子のすべてが単一の半導体ダイ112に形成される。しかしながら、代替実施形態では、示される素子のうちの1つ以上が代わりに外部に位置してよいことが理解されるべきである。さらに、示される例はTX回路網104とRX回路網106の両方を示すが、代替実施形態では、TX回路網だけ又はRX回路網だけが利用されてよい。例えば、係る実施形態は、1つ以上の送信専用デバイス100が、音響信号を送信するために使用され1つ以上の受信専用デバイス100が、超音波で撮像されている被験者を通して送信された、又は超音波で撮像されている被験者に反射された音響信号を受信するために使用される。

0045

[0060] 示される構成部品のうちの1つ以上の間の通信は、多数の方法のいずれかで実行されてよいことが理解されるべきである。いくつかの実施形態では、例えば、統合ノースブリッジ(unified Northbridge)等によって利用されるバス等の1つ以上の高速バス(不図示)、又は任意の適切な結合された帯域幅(例えば、10Gbps、20Gbps、40Gbps、60Gbps、80Gbps、100Gbps、120Gbps、150Gbps、240Gbps)を有する1つ以上の高速シリアルリンク(例えば1Gbps、2.5Gbps、5Gbps、10Gbps、20Gbps)が、高速チップ内通信又は1つ以上の外部構成部品との通信を可能にするために使用されてよい。いくつかの実施形態では、外部構成部品との通信はアナログ信号を使用し、アナログ領域内にあってよい。

0046

[0061] 1つ以上の変換器アレイ102は、多数の形式のうちのいずれかをとってよく、本技術の態様は、任意の特定のタイプの又は任意の特定の配置の変換器細胞又は変換素子の使用を必ずしも必要としていない。実際に、本説明では用語「アレイ」が使用されるが、いくつかの実施形態では、変換器素子はアレイで構造化されていない場合があり、代わりになんらかの非アレイ様式で配置される場合があることが理解されるべきである。種々の実施形態では、アレイ102の変換器素子のそれぞれは、例えば1つ以上の容量性微細加工超音波変換器(CMUT)、1つ以上NCMOS超音波変換器(CUT)、1つ以上の圧電微細加工超音波変換器(PMUT)、1つ以上の広帯域結晶変換器、及び/又は1つ以上の他の適切な超音波変換器細胞を含んでよい。いくつかの実施形態では、変換器アレイ102の変換器素子は、TX回路網104及び/若しくはRX回路網106の電子機器と同じチップに形成されてよい、又は代わりにTX回路網104及び/若しくはRX回路網106を有するチップの上に統合されてよい。さらに他の実施形態では、変換器アレイ102は、TX回路網104、及び/又はRX回路網106の変換器素子は、複数のチップ上にタイル張りされてよい(tiled)。

0047

[0062]変換器アレイ102、TX回路網104、及びRX回路網106は、いくつかの実施形態では単一の超音波プローブに統合されてよい。いくつかの実施形態では、単一の超音波プローブは、図6Aから図6B、及び図8に関して以下に説明される手持プローブを含むが、これに限定されるものではない手持プローブであってよい。他の実施形態では、単一の超音波プローブは、患者に結合されてよいパッチで具体化されてよい。図7Aから図7Dは、係るパッチの非限定的な図示を示す。パッチは、追加の処理のために1つ以上の外部デバイスにパッチによって収集されたデータを無線で送信するように構成されてよい。他の実施形態では、単一の超音波プローブは、患者によって飲み込まれてよいピルで具体化されてよい。ピルは、追加の処理のために1つ以上の外部デバイスにピルの中の超音波プローブによって収集されたデータを送信するように構成されてよい。図5Aから図5Hは、係るピルの非限定例を示す。

0048

[0063] CUTは、例えば、CMOSウェハに形成された空洞を含んでよく、膜が空洞の上にあり、いくつかの実施形態では空洞を密封する。電極は、覆われた空洞構造から変換器細胞を作成するために提供されてよい。CMOSウェハは、変換器細胞が接続されてよい集積回路網を含んでよい。変換器細胞及びCMOSウェハは、モノリシックに統合されてよく、このようにして単一の基板(CMOSウェハ)に統合超音波変換器及び集積回路を形成する。係る実施形態は、以下の図4に関してさらに説明され、微細加工超音波変換器に関する追加の情報は、ともに本願の譲受人に譲渡され、その両方の内容がその全体として本明細書に参照により援用される、米国特許第9,067,779号及び米国特許出願広報第2016/0009544 A1号にも記載される場合がある。上記は、超音波変換器の一例に過ぎないことが理解されるべきである。いくつかの実施形態では、超音波変換器(例えば、CMUT)は、回路網を有する基板とは別個のウェハに形成されてよい。超音波変換器を有するウェハは、インターポーザ—、プリント基板(pcb)、特定用途向け集積回路ASIC)基板、アナログ回路網を有する基板、集積CMOS回路網を有する基板(CMOS基板)、又は電気機能性を有する任意の他の基板であってよい、電気基板接合されてよい。いくつかの実施形態では、超音波変換器はウェハに形成されない場合がある。例えば、広帯域結晶変換器は、適切な基板上に個別に設置され、電気基板に結合されてよい。追加の実施形態が考えられる。

0049

[0064] (含まれる場合)TX回路網104は、例えばイメージングのために使用される音響信号を生成するように、変換器アレイ(複数可)102の個々の素子、又は変換器アレイ(複数可)102の中の素子の1つ以上のグループを駆動するパルスを生成してよい。他方、RX回路網106は、音響信号が係る素子に作用するとき、変換器アレイ(複数可)102の個々の素子によって生成された電子信号を受信し、処理してよい。

0050

[0065] いくつかの実施形態では、タイミング及び制御回路108は、例えばデバイス100の他の素子の動作を同期させ、調整するために使用されるすべてのタイミング信号及び制御信号を生成することを担う場合がある。示されている例では、タイミング及び制御回路108は、入力ポート116に供給される単一のクロック信号CLKによって駆動される。クロック信号CLKは、例えばオンチップ回路構成部品のうちの1つ以上を駆動するために使用される高周波クロックであってよい。いくつかの実施形態では、クロック信号CLKは、例えば、信号調整/処理回路110内の高速シリアル出力装置(図1では不図示)を駆動するために使用される1.5625GHz若しくは2.5GHzクロック、又はダイ112で他のデジタル構成部品を駆動するために使用される20Mhz、40MHz、100MHz、200MHz、250MHz、500MHz、750MHz、又は1000MHzのクロックであってよく、タイミング及び制御クロック108は、ダイ112上の他の構成部品を駆動するために、必要に応じてクロックCLKを除算又は乗算してよい。他の実施形態では、(上記に参照されるもの等の)異なる周波数の2つ以上のクロックは、外部ソースからタイミング及び制御回路108に別々に供給されてよい。

0051

[0066]電力管理回路118は、例えば、1つ以上の入力電圧を外部ソースからチップの動作を実行するために必要とされる電圧に変換すること、及びそれ以外の場合、デバイス100の中での電力消費を管理することを担ってよい。いくつかの実施形態では、例えば、単一電圧(例えば、0.4V、0.9V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5V、12V、80V、100V、120V等)がチップに供給されてよく、電力管理回路118は、電荷ポンプ回路を使用し、又は何らかの他のDC対DC電圧変換機構によって、必要に応じてその電圧を上げ下げしてよい。他の実施形態では、複数の異なる電圧は、処理及び/又は他のオンチップ構成部品への分散のために電力管理回路118に別々に供給されてよい。

0052

[0067]図1Bに示されるように、いくつかの実施形態では、HIFUコントローラ120は、変換器アレイ(複数可)102の1つ以上の素子を介してHIFU信号の生成を可能にするように、ダイ112上に統合されてよい。他の実施形態では、変換器アレイ(複数可)02を駆動するためのHIFUコントローラは、外部に、又はデバイス100とは別個のデバイスの中にも位置してよい。すなわち、本開示の態様は、超音波イメージング機能を有する、及び超音波イメージング機能を有さない超音波オンチップ(ultrasound−on−a—chip)HIFUシステムの提供に関する。しかしながら、いくつかの実施形態は、HIFU機能を有さない場合があり、したがってHIFUコントローラ120を含まない場合がある。

0053

[0068] さらに、HIFUコントローラ120は、HIFU機能性を提供するそれらの実施形態の別個の回路網を表さない場合があることが理解されるべきである。例えば、いくつかの実施形態では、(HIFUコントローラ120以外の)図1Bの残りの回路網は、超音波イメージング機能性及び/又はHIFUを提供するために適切であってよく、つまりいくつかの実施形態では、同じ共用回路網が、イメージングシステムとして及び/又はHIFUのために操作されてよい。イメージング機能性が示されるのか、それともHIFU機能性が示されるのかは、システムに提供される電力に依存する場合がある。HIFUは、通常、超音波イメージングよりも高い電力で動作する。したがって、より高い電力レベル(又は電圧レベル)を提供することが、システムをHIFUのために動作させる場合があるのに対し、イメージング用途に適切な第1の電力レベル(又は電圧レベル)をシステムに提供することは、システムをイメージングシステムとして動作させる場合がある。係る電力管理は、いくつかの実施形態で外部制御回路網によって提供されてよい。

0054

[0069] 異なる電力レベルを使用することに加えて、イメージング用途及びHIFU用途は、異なる波形活用してよい。したがって、波形生成回路網は、イメージングシステム又はHIFUシステムのどちらかとしてシステムを操作するために適切な波形を提供するために使用されてよい。

0055

[0070] いくつかの実施形態では、システムはイメージングシステムと(例えば、画像誘導HIFUを提供できる)HIFUシステムの両方として動作してよい。いくつかの係る実施形態では、同じオンチップ回路網が、2つのモダリティの間で動作を制御するために使用される適切なタイミングシーケンスで、両方の機能を提供するために活用されてよい。

0056

[0071] 示されている例では、1つ以上の出力ポート114は、信号調整/処理回路110の1つ以上の構成部品によって生成された高速シリアルデータストリームを出力してよい。係るデータストリームは、例えば1つ以上のUSB2.0モジュール、3.0モジュール、及び3.1モジュール、並びに/又はダイ112上に統合される、1つ以上の1Gb/秒、10Gb/秒、40Gb/秒、又は100Gb/秒のイーサネットモジュールによって生成されてよい。いくつかの実施形態では、出力ポート114で作り出される信号ストリームは、2次元画像、3次元画像、及び/又は断層画像の生成及び/又は表示のためにコンピュータ、タブレット、又はスマートフォンに送ることができる。示される画像は、考えられる画像タイプの例にすぎないことが理解されるべきである。他の例は、1次元画像、0次元スペクトルドップラー画像、及び3Dを時間と結合する画像(時変3D画像)を含んだ時間的に変化する画像を含んでよい。画像形成機能が、信号調整/処理回路110に組み込まれる実施形態では、例えば、アプリケーションの実行に利用可能な限られた量の処理能力及びメモリしか有さないスマートフォン又はタブレット等の相対的に低電力のデバイスでも、出力ポート114からのシリアルデータストリームだけを使用し、画像を表示できる。上述されるように、デジタルデータストリームオフロードするためのオンチップアナログデジタル変換及び高速シリアルデータリンクの使用は、本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って「超音波オンチップ」解決策を容易にするのに役立つ特徴の1つである。

0057

[0072]図1A及び図1Bに示される装置等のデバイス100は、いくつかのイメージング用途及び/又は処理(例えば、HIFU)用途のいずれかで使用されてよく、本明細書に説明される特定の例は、制限的と見なされるべきではない。例えば、1つの例示的な実施態様では、CMUT素子のNxMの平面アレイ又は実質的に平面的なアレイを含んだ撮像装置は、それ自体、1つ以上の送信段階の間にアレイ(複数可)102内の素子のいくつか又はすべてを(ともに又は個別にのどちらかで)付勢し、1つ以上の受信段階の間にアレイ(複数可)102内の素子のいくつか又はすべてによって生成される信号を処理することによって、例えば人の腹部等の被験者の超音波画像を取得するために使用されてよく、これにより各受信段階の間、CMUT素子は、被験者によって反射される音響信号を検知する。他の実施態様では、アレイ(複数可)102の素子のいくつかは、音響信号を送信するためだけに使用されてよく、同じアレイ(複数可)102内の他の素子は、音響信号を受信するためだけに同時に使用されてよい。さらに、いくつかの実施態様では、単一の撮像装置は、個々のデバイスのPxQアレイ、又はCMUT素子の個々のNxM平面アレイのPxQアレイを含んでよく、構成部品は、単一のデバイス100内に又は単一のダイ112上に具体化できるよりも多い数のCMUT素子からデータを蓄積できるようにするために、並行して、順次、又は何らかの他のタイミング方式で操作できる。

0058

送信回路網及び受信回路網
[0073]図2は、いくつかの実施形態で、変換器素子204を付勢して超音波パルスを発するために、又は変換器素子204から、それによって感知される超音波パルスを表す信号を受信し、処理するためにのどちらかのために、所与の変換器素子204のためのTX回路網104及びRX回路網106がどのようにして使用されるのかを示すブロック図である。いくつかの実施態様では、TX回路網104は、「送信」段階の間に使用されてよく、RX回路網は、送信段階と重複しない「受信」段階の間に使用されてよい。上述されるように、いくつかの実施形態では、デバイス100は、代わりにTX回路網104だけ又はRX回路網106だけを利用してよく、本技術の態様は、両方の係るタイプの回路網の存在を必ずしも必要としない。種々の実施形態では、TX回路網104及び/又はRX回路網106は、単一変換器細胞(例えば、CUT又はCMUT)と関連付けられたTX回路及び/又はRX回路、単一の変換器素子204の中の2つ以上の変換器細胞のグループ、変換器細胞のグループを含んだ単一の変換器素子204、アレイ102の中の2つ以上の変換器素子204のグループ、又は変換器素子204のアレイ全体102を含んでよい。

0059

[0074]図2に示される例では、TX回路網104/RX回路網106は、アレイ(複数可)102内の変換器素子204ごとに別個のTX回路及び別個のRX回路を含むが、タイミング及び制御回路108及び信号調整/処理回路110のそれぞれの1つのインスタンスしかない。したがって、係る実施態様では、タイミング及び制御回路108は、ダイ112上のTX回路網104/RX回路網106のすべての動作を同期させ、調整することを担ってよく、信号調整/処理回路110は、ダイ112上のRX回路網106のすべてからの入力を処理することを担ってよい。他の実施形態では、タイミング及び制御回路108は、変換器素子204ごとに、又は変換器素子204のグループごとに複製されてよい。

0060

[0075]図2に示されるように、デバイス100内の種々のデジタル構成部品を駆動するためにクロック信号を生成及び/又は配布することに加えて、タイミング及び制御回路108は、TX回路網104の各TX回路の動作を有効にするために「TX有効化」信号又はRX回路網106の各RX回路の動作を有効にするために「RX有効化」信号のどちらかを出力してよい。図示される例では、RX回路網106内のスイッチ202は、TX回路網104の出力がRX回路網106を駆動するのを妨げるように、TX回路網104が有効化されている間、つねに開かれてよい。スイッチ202は、RX回路網106が、変換器素子204によって生成される信号を受信し、処理することができるように、RX回路網106の動作が有効化されるとき閉じられてよい。

0061

[0076] 図示されるように、それぞれの変換器素子204のためのTX回路網104は、波形発生器206とパルサ208の両方を含んでよい。波形発生器206は、例えば、パルサ208に、発生した波形に対応して、変換器素子204に駆動信号を出力させるように、パルサ208に印加される波形を生成することを担ってよい。

0062

[0077]図2に示される例では、それぞれの変換器素子204のためのRX回路網106は、アナログ処理ブロック210、アナログ/デジタル変換器ADC)212、及びデジタル処理ブロック214を含む。ADC212は、例えば5ビット、6ビット、7ビット、8ビット、10ビット、12ビット、又は14ビット、及び5MHz、20MHz、25MHz、40MHz、50MHz、又は80MHzのADCを含んでよい。ADCタイミングは、アプリケーション周波数のニーズに基づいたモードに対応するサンプルレートで実行するように調整されてよい。例えば、1.5MHzの音響信号は、20MHzの設定値で検出されてよい。より高いADCレー対より低いADCレートの選択は、それぞれ感度と、電力対より低いデータレートと、電力削減との間で平衡を提供する。したがって、より低いADCレートは、より速いパルス繰り返し周波数を促進し、特定のモードでの取得速率を高め、少なくともいくつかの実施形態では、浅いモードでの高分解能を可能にしつつも、メモリ要件及び処理要件を削減する。

0063

[0078]デジタル処理ブロック214での処理を経た後、(その数が、この例では、チップ上の変換器素子204の数に等しい)ダイ112上のRX回路のすべての出力は、信号調整/処理回路110内のマルチプレクサ(MUX)216に送られる。他の実施形態では、変換器素子の数は、RX回路の数よりも大きく、いくつかの変換器素子は、単一のRX回路に信号を提供する。MUX216は、RX回路からのデジタルデータを多重化し、MUX216の出力は、データが、例えば1つ以上の高速シリアル出力ポート114を介してダイ112から出力される前の最終的な処理のために、信号調整/処理回路110で多重化されたデジタル処理ブロック218に送られる。MUX216は任意選択であり、いくつかの実施形態では、並列信号処理が、例えば各RX回路の出力が適切な専用デジタル処理ブロックの中に送り込まれる場合に実行される。高速信号データポートは、ブロック間の若しくはブロックの中の任意のインタフェースチップ間の任意のインタフェース、及び/又はホストへの任意のインタフェースで提供されてよい。アナログ処理ブロック210及び/又はデジタル処理ブロック214内の種々の構成部品は、高速シリアルデータリンク又は別の方法でダイ112から出力される必要があるデータの量を削減してよい。いくつかの実施形態では、例えば、アナログ処理ブロック210及びデジタル処理ブロック214内の1つ以上の構成部品は、このようにしてRX回路網106が、改善された信号対雑音比(SNR)で、及び波形の多様性互換性のある方法で送信された及び/又は散乱した超音波圧力波を受け取ることを可能にするために役に立ってよい。係る素子の包含は、このようにしていくつかの実施形態で開示された「超音波オンチップ」解決策をさらに容易にする及び/又は強化してよい。

0064

[0079]アナログ処理ブロック210に任意選択で含まれてよい特定の構成部品が以下に説明されるが、係るアナログ構成部品に対するデジタル構成部品は、さらに又は代わりにデジタル処理ブロック214で利用されてよいことが理解されるべきである。逆も当てはまる。すなわち、デジタル処理ブロック214に任意選択で含まれてよい特定の構成部品が以下に説明されるが、係るデジタル構成部品に対するアナログ構成部品は、さらに又は代わりにアナログ処理ブロック210で利用されてよいことが理解されるべきである。

0065

超音波変換器のレイアウト
[0080]図3は、複数の超音波回路網モジュール304がその上に形成された超音波装置の基板302(例えば、半導体ダイ)を示す。図示されるように、超音波回路網モジュール304は、複数の超音波要素306を含んでよい。超音波要素306は、超音波変換器と呼ばれることもある複数の超音波変換器308を含んでよい。

0066

[0081] 示される実施形態では、基板302は、2つの行及び72の列を有するアレイとして配置された144のモジュールを含む。しかしながら、単一基板超音波装置の基板は、任意の適切な数の行及び列を有するモジュールの二次元アレイとして、又は任意の他の適切な方法で配置されてよい、任意の適切な数の超音波回路網モジュール(例えば、少なくとも2つのモジュール、少なくとも10のモジュール、少なくとも100のモジュール、少なくとも400のモジュール、少なくとも1000のモジュール、少なくとも5000のモジュール、少なくとも10,000のモジュール、少なくとも25,000のモジュール、少なくとも50,000のモジュール、少なくとも100,000のモジュール、少なくとも250,000のモジュール、少なくとも500,000のモジュール、2と100万の間のモジュール、又は任意の数若しくは係る範囲の中の数の範囲)を含んでよいことが理解されるべきである。

0067

[0082] 示される実施形態では、各超音波回路網モジュール304は、32の行及び2つの列を有するアレイとして配置された64の超音波素子を含む。しかしながら、超音波回路網モジュールが、任意の適切な数の行及び列を有する超音波素子の二次元アレイとして、又は任意の他の適切な方法で配置されてよい、任意の適切な数の超音波素子(例えば、1つの超音波素子、少なくとも2つの超音波素子、少なくとも4つの超音波素子、少なくとも8つの超音波素子、少なくとも16の超音波素子、少なくとも32の超音波素子、少なくとも64の超音波素子、少なくとも128の超音波素子、少なくとも256の超音波素子、少なくとも512の超音波素子、2と1024の間の素子、少なくとも2500の素子、少なくとも5000の素子、少なくとも10,000の素子、少なくとも20,000の素子、5000と15000の間の素子、8000と12000の間の素子、1000と20,000の間の素子、又は任意の数若しくは係る範囲の中の数の範囲)を含んでよいことが理解されるべきである。

0068

[0083] 示される実施形態では、各超音波素子306は、4つの行及び4つの列を有する二次元アレイとして配置された16の超音波変換器を含む。しかしながら、超音波素子が、任意の適切な数の行及び列(正方形又は矩形)を有する二次元アレイとして、又は任意の他の適切な方法で配置されてよい、任意の適切な数及び/又はグループの超音波変換器細胞(例えば、1つ、少なくとも2つ、4つ、少なくとも4つ、9つ、少なくとも9つ、少なくとも16、25、少なくとも25、少なくとも36、少なくとも49、少なくとも64、少なくとも81、少なくとも100、1と200の間、又は任意の数若しくは係る範囲の安価の数の範囲)を含んでよいことが理解されるべきである。さらに、変換器細胞は、例えば。円形楕円、正方形、六角形、又は他の規則正しい多角形若しくは不規則な多角形等の形状を含んでよい。

0069

[0084] 上述された構成部品(例えば、超音波送信ユニット、超音波素子、超音波変換器)のいずれかが、一次元アレイとして、二次元アレイとして、又は任意の他の適切な方法で配置されてよいことが理解されるべきである。

0070

[0085] いくつかの実施形態では、超音波回路網モジュールは、1つ以上の超音波素子に加えて回路網を含んでよい。例えば、超音波回路網モジュールは、1つ以上の波形発生器及び/又は任意の他の適切な回路網を含んでよい。

0071

[0086] いくつかの実施形態では、モジュール相互接続回路網は、基板302と統合され、超音波回路網モジュールを互いに接続して、データが超音波回路網モジュールの間で流れることを可能にするように構成されてよい。例えば、デバイスモジュール相互接続回路網は、隣接する超音波回路網モジュールの間の接続性を提供してよい。このようにして、超音波回路網モジュールは、デバイス上の1つ以上の他の超音波回路網モジュールにデータを提供する、及び/又はデバイス上の1つ以上の他の超音波回路網モジュールからデータを受け取るように構成されてよい。

0072

超音波変換器
[0087]汎用超音波プローブの超音波変換器は、多数の方法のいずれかで形成されてよく、いくつかの実施形態では、図4に関して説明されるように形成されてよい。

0073

[0088]図4は、本願の非限定的な実施形態に従って、密封された空洞を有する工学的基板と統合されたCMOSウェハを含んだ超音波装置の断面図である。デバイス400は、適切な方法で、及び例えば上記米国特許第9,067,779号に説明される方法を実施することによって形成されてよい。

0074

[0089]デバイス400は、CMOSウェハ404と統合された工学的基板402を含む。工学的基板402は、第1のシリコン素子層408と第2のシリコン素子層410との間に形成された複数の空洞406を含む。酸化ケイ素(SiO2)層412(例えば、ケイ素熱酸化によって形成された熱酸化ケイ素—酸化ケイ素)は、第1のシリコン素子層と第2のシリコン素子層408と410との間に形成されてよく、空洞406がその中に形成されている。この非限定例では、第1のシリコン素子層408は、下部電極として構成されてよく、第2のシリコン素子層410は、膜として構成されてよい。したがって、第1のシリコン素子層408、第2のシリコン素子層410、及び空洞406の組合せは、超音波変換器(例えば、CMUT)を形成してよく、そのうちの6つがこの非限定的断面図に示される。下部電極又は膜としての動作を容易にするために、第1のシリコン素子層408と第2のシリコン素子層410のうちの一方又は両方が導体として働くためにドープで処理されてよく、いくつかの場合には、高度にドープで処理されてよい(例えば、1015ドーパント/cm3以上のドーピング濃度を有する)。いくつかの実施形態では、形成された空洞を有する酸化ケイ素層412は、複数の絶縁層として形成されてよい。例えば、酸化ケイ素層412は、形成された空洞を有する第1の層、及び例えば畳込みモードの動作のための絶縁層としての空洞がない第2の連続層を含んでよい。

0075

[0090]工学的基板402は、さらに、工学的基板402を形成するために使用されるシリコンオンインシュレータSOI)ウェハのBOX層を表してよい、第2のシリコン素子層410の上部に酸化被膜414を含んでよい。酸化膜414は、いくつかの実施形態ではパッシベーション層として機能してよく、図示されるように、空洞406上では不在となるようにパターン化されてよい。接点424、及びパッシベーション層430は、工学的基板402に含まれてよい。パッシベーション層430は、1つ以上の接点へのアクセスを可能にするためにパターン化されてよく、任意の適切なパッシベーション材料から形成されてよい。いくつかの実施形態では、パッシベーション層430は、窒化ケイ素Si3N4から形成され、代替物も可能であるが、いくつかの実施形態では、SiO2及びSi3N4のスタックによって形成される。

0076

[0091]工学的基板402及びCMOSウェハ404は、接合点416a及び416bで互いに接合されてよい。接合点は、例えばCMOSウェハ404上の層との工学的基板402上の層の共晶接合によって形成された共晶接合点を表してよい、又は本明細書に説明される任意の他の適切な接合タイプであってよい(例えば、シリサイド接合又は熱圧着)。いくつかの実施形態では、接合点416a及び416bは、例えば金属から形成され、導電性であってよい。接合点416aは、いくつかの実施形態では接合点としてのみ機能してよく、いくつかの実施形態では、例えばデバイス400の超音波変換器を密封し、デバイスの信頼性を高めるためシールリングを形成してよい。いくつかの実施形態では、接合点416aは、工学的基板とCMOMSウェハとの間に電気的な接続も提供するシールリングを画定してよい。同様に、接合点416bは、例えば接合点としての機能を果たし、工学的基板402の超音波変換器とCMOSウェハ404のICとの間に電気的な接続も提供する、いくつかの実施形態では2つの目的を果たしてよい。工学的基板がCMOSウェハと接合されていないそれらの実施形態では、接合点416bは、工学的基板が接合される基板上のあらゆる電気的な構造に電気的な接続を提供してよい。

0077

[0092] CMOSウェハ404は、基層(例えば、バルクシリコンウェハ)418、絶縁層420(例えば、SiO2)、及び金属被覆422を含む。金属被覆422は、アルミニウム、銅、又は任意の他の適切な金属被覆材料から形成されてよく、CMOSウェハ内で形成された集積回路の少なくとも部分を表してよい。例えば、金属被覆422は、ルーティング層としての機能を果たしてよい、パターン化されて1つ以上の電極を形成してよい、又は他の機能のために使用されてよい。実際には、CMOSウェハ404は、複数の金属被覆層及び/又は後処理された再分散層を含んでよい、簡単にするために、単一の金属被覆だけが示されている。

0078

[0093]接合点416bは、CMOSウェハ404の金属被覆422と、工学的基板の第1のシリコン素子層408との間に電気的な接続を提供してよい。このようにして、CMOSウェハ404の集積回路網は、超音波変換器電極及び/又は工学的基板の膜と通信してよい(例えば、超音波変換器電極及び/又は工学的基板の膜に電気信号を送信及び/又は超音波変換器電極及び/又は工学的基板の膜から電気信号を受信してよい)。すべての実施形態がこのように限定されるわけではないが、示される実施形態では、別個の接合点416bは、各密封空洞に(したがって、超音波変換器ごとに)電気的な接続を提供するとして示される。例えば、いくつかの実施形態では、設けられる電気接点の数は、超音波変換器の数未満であってよい。

0079

[0094] 第2のシリコン素子層410によって表される超音波変換器膜への電気接点は、金属又は任意の他の適切な導電接点材料から形成されてよい接点424によってこの非限定例で提供される。いくつかの実施形態では、電気的接続は、接点424とCMOSウェハ上の接合パッド426との間に設けられてよい。例えば、ワイヤボンド425が設けられてよい、又は導電材料(例えば、金属)がデバイスの上面上に付着され、接点424から接合パッド426への導電性パスを形成するためにパターン化されてよい。しかしながら、接点424をCMOSウェハ404上のICに接続する代替の方法が使用されてよい。いくつかの実施形態では、(図4に示されていない)埋込みバイアが、第1のシリコン素子層408から第2のシリコン素子層410の底面に設けられてよく、このようにして第2のシリコン素子層410の上面での接点424のいかなる必要性も未然に防ぐ。係る実施形態では、適切な電気絶縁が、第1のシリコン素子層及び第2のシリコン素子層を電気的に短絡させることを避けるために任意の係るバイアに対して設けられてよい。

0080

[0095] また、デバイス400は、(本明細書で「超音波変換器素子」と呼ばれる)超音波変換器のグループ又は図4に示されるように、個別の超音波変換器を電気的に絶縁するように構成された分離構造(例えば、分離トレンチ)428を含む。分離構造428は、いくつかの実施形態では、絶縁材料充填される第1のシリコン素子層408を通るトレンチを含んでよい。代わりに、分離構造428は、適切なドーピングによって形成されてもよい。分離構造428は任意選択である。

0081

[0096]デバイス400の種々の特徴がここで注記される。例えば、工学的基板402及びCMOSウェハ404がモノリシックに統合され、このようにしてCMOS ICとの超音波変換器のモノリシック集積化を提供してよいことが理解されるべきである。示される実施形態では、超音波変換器は、CMOS ICに対して垂直に配置され(つまり、積み重ねられ)、これが超音波変換器及びCMOS ICを統合するために必要とされるチップ面積を削減することによってコンパクトな超音波装置の形成を容易にし得る。

0082

[0097] さらに、工学的基板402は、2つのシリコン層408及び410層しか含まず、空洞406がその間に形成されている。第1のシリコン素子層408及び第2のシリコン素子層410は薄くてよく、例えばそれぞれが、他の非限定例の中で、厚さ50ミクロン未満、厚さ30ミクロン未満、厚さ20ミクロン未満、厚さ10ミクロン未満、厚さ5ミクロン未満、厚さ3ミクロン未満、又は厚さ約2ミクロンである。いくつかの実施形態では、工学的基板の2つのウェハ(例えば、シリコン層408又はシリコン層410)のうちの1つが、振動を最小限に抑え、振動を防ぎ、又は必要とされない振動の周波数をデバイスの動作範囲外に移し、それにより干渉を防ぐほど十分に厚いことが好ましい。CMOSと統合された変換器の物理的スタックでの幾何学形状のモデリングにより、すべての層の厚さは、最小の干渉する振動で、変換器中心周波数及び帯域幅について最適化することができる。これは、変換器の工学的基板の層の厚さ及び特徴を変更すること、及びCMOSウェハ418の厚さを変更することを含んでよいが、これに限定されるものではない。また、これらの層の厚さは、市販されているウェハを使用し、アレイの領域全体均一性、したがってより厳しい周波数均一性を提供するためにも選ばれる。アレイは、基板が湾曲欠く場合があるという点で実質的には平坦であってよい。さらに、本明細書に説明されるように、湾曲した変換器アレイが通常使用される超音波イメージングモードを含んだ、複数の超音波イメージングモードが達成されてよい。基板の湾曲の欠如は、いくつかの実施形態で、例えば0.2cm、0.1cm以下の逸脱等、アレイ全体で5cm未満平面から逸脱する基板として定量化されてよい。

0083

[0098] したがって、工学的基板は薄くてよいが、工学的基板は、いくつかの実施形態では例えば少なくとも4ミクロン、いくつかの実施形態では少なくとも5ミクロン、いくつかの実施形態では少なくとも7ミクロン、いくつかの実施形態では少なくとも10ミクロン、又は必要とされない振動を防ぐための他の適切な厚さを有してよい。係る寸法は、小型デバイスを達成することに寄与し、シリコン貫通電極(TSV)を必要とすることなく、超音波変換器膜(例えば、第2のシリコン素子層410)へ電気的な接触を行うことを容易にしてよい。TSVは、通常、複雑であり、実装するのが高価であり、したがってTSVの使用を回避することは製造歩留まりを上昇させ、デバイス費用を削減する場合がある。さらに、TSVを形成することは、多くの民間の半導体鋳物工場による所有されていない特殊な製作工具を必要とし、したがって係る工具の必要を回避することは、デバイスを形成するためのサプライチェーンを改善することができ、TSVが使用される場合よりも係る工具をより商業的に実際的にする。

0084

[0099]図4に示される工学的工具402は、相対的に薄くてよく、例えば総厚さで100ミクロン未満、総厚さで50ミクロン未満、総厚さで30ミクロン未満、総厚さで20ミクロン未満、総厚さで10ミクロン未満、又は任意の他の適切な厚さである。係る薄い寸法の意義は、係る当初薄い寸法を有する層での、構造的完全性の欠如及び種々の種類の製作テップ(例えば、ウェハ接合、金属被覆、リソグラフィ、及びエッチング)を実行できないことを含む。したがって、係る薄い寸法が、プロセスシーケンスを介してデバイス400で達成され得ることは注目に値する。

0085

[0100] また、シリコン素子層408及び410は、単結晶シリコンから形成されてよい。単結晶シリコンの機械的特性及び電気的特性は、安定し、十分に理解されているので、係る材料の超音波変換器における(例えばCMUTの膜としての)使用は、超音波変換器の挙動の設計及び制御を容易にし得る。

0086

[0101] 一実施形態では、CMOSウェハ404と第1のシリコン素子層408の部分の間には、該2つがCMOSウェハ404の表面全体を覆う接着剤によるよりむしろ別個の接合点416bで接合されるので、隙間がある。この隙間の意義は、第1のシリコン素子層408が、それが十分に薄い場合には振動する場合があるという点である。係る振動は、望ましくない場合があり、第2のシリコン素子層410の所望される振動と対照的に、例えば必要とされない振動を表す。したがって、少なくともいくつかの実施形態では、第1のシリコン素子層408が振動を最小限に抑え、振動を回避し、又は任意の必要とされない振動の周波数をデバイスの動作周波数の範囲外に移すほど十分に厚いことが有益である。

0087

[0102]代替実施形態では、第1のシリコン素子層と第2のシリコン素子層408及び410の両方ともが振動することが望ましい場合がある。例えば、第1のシリコン素子層408及び第2のシリコン素子層410は、異なる共振周波数を示し、このようにして多周波装置を作り出すように構築されてよい。(いくつかの実施形態では高調波として関連付けられる場合がある)複数の共振周波数は、例えば超音波変換器の異なる動作状態で使用されてよい。例えば、第1のシリコン素子層408は、第2のシリコン素子層410の中心周波数の半分で共振するように構成されてよい。

0088

[0103] さらに別の実施形態では、シリコン素子層410と酸化ケイ素層412との間の接合の強度は、酸化ケイ素層412の中に形成された空洞406が、層410と412間の接合がより弱い場合に可能になるであろうよりも大きい直径を有することを可能にする。空洞の直径は、図4で「w」として示される。接合強度は、工学的基板402が、高温焼き鈍し(例えば1000℃)が後に続く、一方はシリコン素子層408を含み、他方はシリコン素子層410を含む2つのウェハの(例えば、約400℃未満の温度での)接合によって形成される製作プロセスを少なくとも部分的に使用することによって提供される。幅広い空洞を使用し、実装された超音波変換器は、ある特定の周波数で、より小さい直径を有する空洞を使用し、実装された超音波変換器による同じ特定の周波数で生成された超音波信号よりも多い出力を有する超音波信号を生成してよい。代わりに、より高い出力の超音波信号は、撮像されている被験者の中により深く浸透し、それによってより小さい空洞を有する超音波変換器で可能であるよりもより大きい深度で被験者の高分解能イメージングを可能にする。例えば、従来の超音波プローブは、高周波超音波信号(例えば、7〜12MHz範囲の周波数を有する信号)を使用して、撮像されている被験者の体内での高周波超音波信号の迅速な減衰に起因して浅い深度でのみであるが、高分解能画像を生成してよい。しかしながら、(例えば、層410と412との間の接合の強度により可能になる、より大きい直径を有する空洞の使用により可能になる)超音波プローブによって発せられる超音波信号の出力を増加させることは、超音波信号が、被験者により深く浸透して、従来の超音波プローブで以前可能であったよりもより大きい深度で被験者の高分解能画像を生じさせることを可能にする。

0089

[0104] さらに、より大きい直径空洞を使用し、形成された超音波変換器は、より小さい直径の空洞を有する超音波変換器よりもより低い周波数超音波信号を生成してよい。これは、超音波変換器がその全体で動作し得る周波数の範囲を拡張する。変換器上膜410の部分を選択的にエッチングし、薄くするために追加の技術が使用されてよい。これは、変換器膜でのばねの軟化を生じさせ、それにより中心周波数を下げる。これは、パターンの任意の組合せでアレイ内の変換器のすべて、いくつかで実施される場合がある、又はパターンの任意の組合せでアレイ内の変換器のどれでも実施されない場合がある。

0090

汎用超音波装置の形式
[0105] 汎用超音波装置は、例えば被験者により飲み込まれるピル又はスコープ若しくはカテーテルの端部に取り付けられるピル等の内部撮像装置の一部として、入手された画像を表示するために画面を含んだ手持デバイスの一部として、被験者に固着されるように構成されたパッチの一部として、又は手持プローブの一部としてを含んださまざまな物理的構成のいずれかで実装されてよい。

0091

[0106] いくつかの実施形態では、汎用超音波プローブは、被験者によって飲み込まれるピルで具体化されてよい。ピルが被験者を通って移動するにつれ、ピルの中の超音波プローブは、被験者を撮像し、ピルから受け取られたデータを処理し、被験者の1つ以上の画像を生成するための1つ以上の外部デバイスに入手されたデータを無線で送信してよい。例えば、図5Aに示されるように、ピル502は、デスクトップ、ラップトップ、手持コンピューティングデバイス、及び/又はピル502に対して外部の任意の他の装置であって、ピル502から受け取られたデータを処理するように構成されてよい外部デバイス500と(例えば、無線リンク501を介して)無線で通信するように構成されてよい。人は、ピル502を飲み込んでよく、ピル502が人の消化系を通って移動するにつれ、ピル502は、ピルの中から人を撮像し、ピルの中の超音波プローブによって入手されたデータを追加処理のために外部デバイス500に送信してよい。いくつかの実施形態では、ピル502は、オンボードメモリを含んでよく、ピル502は、データが、ピル502が人から出るとピル502から回収され得るように、オンボードメモリにデータを記憶してよい。

0092

[0107] いくつかの実施形態では、超音波プローブを含んだピルは、図5Bに示されるピル504の等角図によって示されるように、外側ケースの中に超音波プローブを入れることによって実装されてよい。図5Cは、電子アセンブリ及び電池の図を公開する図5Bに示されるピル504の断面図である。いくつかの実施形態では、超音波プローブを含んだピルは、図5Dに示されるピル506の等角図によって示されるように、外側ハウジングの中に超音波プローブを入れることによって実装されてよい。図5Eは、電子アセンブリ510cを入れるために使用される外側ハウジング部分510a及び510bを示す、図5Dに示されるピル506の分解図である。

0093

[0108] いくつかの実施形態では、ピルの一部として実装された超音波プローブは、1つ又は複数の超音波変換器(例えば、CMUT)アレイ、1つ以上の画像再構築チップ、FPGA、通信回路網、及び1つ以上の電池を含んでよい。例えば、図5Fに示されるように、ピル508aは、セクション508b及び508cに示される複数の超音波変換器アレイ、セクション508c及び508dに示される複数の画像再構築チップ、セクション508dに示されるWi−Fiチップ、及びセクション508d及び508eに示される電池を含んでよい。

0094

[0109]図5G及び図5Hは、図5Eに示される電子モジュール506cの物理的構成をさらに示す。図5G及び図5Hに示されるように、(他の実施形態ではより多くの又はより少ないCMUTアレイが使用されてよいが)電子モジュール506cは、4つのCMUTアレイ512、ボンドワイヤ封入剤514、(他の構成ではより多くの又はより少ない再構築チップが使用されてよいが)4つの画像再構築チップ516、フレックス回路518、Wi−Fiチップ520、FPGA522、及び電池524を含む。電池のそれぞれは、サイズ13 PR 48であってよい。電池のそれぞれは300mAh 1.4V電池であってよい。本明細書に説明される技術の態様はこの点で制限されていないので、他の電池が使用されてよい。

0095

[0110] いくつかの実施形態では、ピル内の超音波プローブの超音波変換器は、ピルの中のプローブの視界が360℃に等しい又は可能な限り360℃に近くなるように物理的に配置される。例えば、図5G及び図5Hに示されるように、4つのCMUTアレイのそれぞれは、ピルが結果的に約240度の視界又は160〜320度の範囲内の視界を有するように、約60度の視界(CMUTアレイの表面に垂直なベクトルの各側で30度)又は40〜80度の範囲内の視界を有してよい。いくつかの実施形態では、視界は、非限定例として、アレイの下では線形、プローブ空間の下では直線状、及び30度若しくは例えば15度と60度の間の任意の値、外へ台形であってよい。

0096

[0111] いくつかの実施形態では、汎用超音波プローブは、図6A及び図6Bに示される手持デバイス602で具体化されてよい。手持デバイス602は、被験者600に対して(又は近くに)保持され、被験者を撮像するために使用されてよい。手持デバイス602は、超音波プローブ(例えば、汎用超音波プローブ)及びいくつかの実施形態ではタッチスクリーンであってよいディスプレイ604を含んでよい。ディスプレイ604は、デバイス602の中の超音波プローブによって収集された超音波データを使用し、手持デバイス602の中で生成された被験者の画像を表示するように構成されてよい。

0097

[0112] いくつかの実施形態では、手持デバイス602は、聴診器に類似する方法で使用されてよい。医療専門家は、手持デバイス602を患者の体に沿った種々の位置に置いてよい。手持デバイス602の中の超音波プローブは、患者を撮像してよい。超音波プローブによって入手されたデータは処理され、患者の画像(複数可)を生成するために使用されてよく、該画像(複数可)はディスプレイ604を介して医療専門家に表示されてよい。したがって、医療専門家は、面倒であり、実際的ではない、複数の従来のプローブを持ち歩くよりむしろ、手持デバイスを(例えば、自分の首の回りで又はポケットの中で)持ち歩くことができるであろう。

0098

[0113] いくつかの実施形態では、汎用超音波プローブは、患者に結合されてよいパッチで具体化されてよい。例えば、図7A及び図7Bは、患者712に結合されたパッチ710を示す。パッチ710は、追加の処理のために1つ以上の外部デバイス(不図示)にパッチ710によって収集されたデータを例えば無線で送信するように構成されてよい。図解のために、パッチ710の上部ハウジングは透明で示されて、パッチの種々の内部構成部品の例示的な位置を示す。

0099

[0114]図7C及び図7Dは、パッチ710の分解図を示す。特に図7Cに示されるように、パッチ710は、上部ハウジング714、下部ハウジング716、及び回路基板718を含む。回路基板718は、例えばヒートシンク720、電池722、及び通信回路網724等の種々の構成部品を支持するように構成されてよい。一実施形態では、通信回路網724は、1つ以上の短距離通信又は長距離通信プラットフォームを含む。例示的な短距離通信プラットフォームは、Bluetooth(BT)、Bluetooth Low Energy(BLE)、Near−Field Communication(NFC)を含む。長距離通信プラットフォームは、Wi−Fi及びCellularを含む。図示されていないが、通信プラットフォームは、フロントエンド無線、アンテナ、及び補助装置(不図示)に無線信号を通信するように構成された他の処理回路網を含んでよい。無線信号は、パッチ710によって入手された超音波イメージング情報を含んでよい。

0100

[0115] 例示的な実施形態では、通信回路網は、IEEE 802.11及び他の一般的な基準に従って周期ビーコン信号を送信する。ビーコン信号は、BLE広告を含む場合がある。ビーコン信号つまりBLE広告を受信すると、補助装置(不図示)はパッチ710に応答してよい。すなわち、ビーコン信号に対する応答は、パッチ710と補助装置との間の通信ハンドシェークを開始してよい。

0101

[0116]補助装置は、ラップトップ、デスクトップ、スマートフォン、又は無線通信用に構成された他の装置を含んでよい。補助装置は、クラウド又はインターネット通信へのゲートウェイの機能を果たす。例示的な実施形態では、補助装置は、パッチ710に通信で結合し、パッチ710から超音波情報を周期的に受信する患者自身スマートデバイス(例えば、スマートフォン)を含んでよい。補助装置は、次いで外部ソースに受信された超音波情報を通信してよい。

0102

[0117]回路基板718は、通信回路網724を通じて通信を導くために1つ以上のコントローラを含んだ1つ以上の処理回路網を含んでよい。例えば、回路基板718は、1つ以上の補助装置と情報を通信するために、周期的に又は必要に応じて通信回路網を従事させてよい。超音波情報は、信号、及びパッチ710によって取り込まれる超音波画像を定義する情報を含んでよい。また、超音波情報は、補助装置からパッチ710に通信される制御パラメータを含んでもよい。制御パラメータは、パッチ710によって入手される超音波画像の範囲を決定してよい。

0103

[0118] 一実施形態では、補助装置は、パッチ710から受け取られる超音波情報を記憶してよい。別の実施形態では、補助装置は、別の局にパッチ710から受け取られた超音波情報を中継してよい。例えば、補助装置は、クラウドベースサーバに、パッチ710から受け取られた超音波情報を通信するためにWi−Fiを使用してよい。クラウドベースのサーバは、病院サーバ又は超音波イメージングを命令する医師アクセス可能なサーバであってよい。別の例示的な実施形態では、パッチ710は、補助装置がそこから超音波画像を構築し得るように、補助装置に十分な超音波情報を送信してよい。このようにして、通信帯域幅及び電力消費は、パッチ710で最小限に抑えられ得る。

0104

[0119] さらに別の実施形態では、補助装置は、パッチ710の動作を積極的に命令するために無線通信を通じて(つまり、通信回路網724を通して)パッチ710を従事させてよい。例えば、補助装置は、周期的な間隔で患者の超音波画像を生じさせるようにパッチ710に命令してよい。補助装置は、パッチ710によって撮影される超音波画像の深度を命令してよい。さらに別の例では、補助装置は、電池722で電力消費を保つようにパッチの動作の方法を制御してよい。パッチ710からの超音波情報の受信時、補助装置は、イメージングを止める、イメージング速度を高める、又は患者に若しくは第三者(例えば、医師若しくは救急隊員)に警報を通信するために動作してよい。

0105

[0120] 図7に関して説明された通信プラットフォームは、本明細書に開示される他のフォームファクタで実装されてもよいことに留意されたい。例えば、(制御回路網及び任意のインタフェースを含んだ)通信プラットフォームは、図5Aから図5Hに示されるように超音波ピルで実装されてよく、図6Aから図6Bに示される手持デバイスは、実装されてよく、又は手持プローブは、図8に示されるように実装されてよい。

0106

[0121]図7Cに示されるように、複数のスルーバイア726(例えば、銅)は、ヒートシンク720と1つ以上の画像再構築チップ(例えば、CMOS)(図7Cでは不図示)との間の熱接続のために使用されてよい。図7Cにさらに示されるように、パッチ710は、患者の皮膚だけではなくパッチハウジングのためにも接着面を提供する包帯728を含んでもよい。係る包帯728の1つの非限定例は、Tegaderm(商標)、3M Corporationから入手可能な透明な医療用包帯である。下部ハウジング716は、包帯728内の別の開口部732と一致する概して矩形形状の開口部730を含む。

0107

[0122]図7Dを参照すると、パッチ710の別の「ボトムアップの」分解図は、回路基板718上の超音波変換器の及び統合されたCMOSチップ(概して734によって示される)の位置を示す。変換器/CMOS734上に取り付けられた音響レンズ736は、開口部730、732を通って突出して、患者の皮膚と接触するように構成される。図7Aから図7Dの実施形態は、患者712にパッチ710を固着する手段として接着性の包帯728を示すが、他の固締装置も意図されることが理解される。例えば、ストラップ(不図示)は、適切な撮像位置にパッチ710を固定するために包帯728の代わりに(又は加えて)使用されてよい。

0108

[0123] いくつかの実施形態では、汎用超音波プローブは、図8に示される手持プローブ800で具体化されてよい。手持プローブ800は、追加処理のために1つ以上の外部ホストデバイス(図8では不図示)に、プローブ800によって収集されたデータを無線で送信するように構成されてよい。本明細書に説明される技術の態様はこの点で制限されていないので、他の実施形態では、手持プローブ800は、1つ以上の有線接続を使用し、1つ以上の外部デバイスに、プローブ800によって収集されたデータを送信するように構成されてよい。

0109

[0124] 本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態は、複数の動作モードのうちのいずれか1つで動作するように構成されてよい超音波装置に関する。動作モードのそれぞれは、超音波装置を操作するために使用される複数のパラメータ値を指定するそれぞれの構成プロファイルと関連付けられてよい。いくつかの実施形態では、超音波装置の動作モードは、例えば超音波装置に通信で結合されたモバイルコンピューティングデバイスによって提示されたグラフィックユーザインタフェースを介してユーザによって選択されてよい。代わりに、ユーザによって選択された動作モードの表示は、超音波装置に通信されてよく、超音波装置は、(1)選択された動作モードと関連付けられた構成プロファイルにアクセスし、(2)選択された動作モードで動作するためにアクセスされた構成プロファイルによって指定されたパラメータ値を使用してよい。

0110

[0125] したがって、いくつかの実施形態は、(1)複数の超音波変換器を有する超音波装置(例えば、手持超音波プローブ又はウェアラブル超音波プローブ)及び制御回路網、並びに(2)ユーザが(例えば、コンピューティングデバイスに結合される及び/又はコンピューティングデバイスと統合されたディスプレイを介してユーザに提示されるグラフィックユーザインタフェースを介して)超音波装置のための動作モードを選択できるようにし、選択された動作モードの表示を超音波装置に提供するコンピューティングデバイス(例えば、スマートフォン等のモバイルコンピューティングデバイス)を含んだシステムを提供する。同様に、超音波装置の制御回路網は(1)選択された動作モードの表示を受け取り、(2)第1の動作モードの表示を受け取ることに応えて、第1の動作モードと関連付けられたパラメータ値の第1の集合を指定する第1の構成プロファイルを入手し、第1の構成プロファイルを使用し、第1の動作モードで動作するために超音波装置を制御し、(3)第2の動作モードの表示を受け取ることに応えて、第2の動作モードと関連付けられたパラメータ値の第2の集合を指定する第2の構成プロファイルを入手し、第2の構成プロファイルを使用し、第2の動作モードで動作するために超音波装置を制御してよい。

0111

[0126] いくつかの実施形態では、異なる動作モードのための異なる構成プロファイルは、超音波装置を操作するために使用される1つ以上のパラメータのための異なるパラメータ値を含む。例えば、いくつかの実施形態では、異なる構成プロファイルは、異なるアジマスアパーチャ値、仰角アパーチャ値、アジマス焦点距離値仰角焦点距離値、変換器バイアス電圧値、送信ピークツーピーク電圧値送信中心周波数値、受信中心周波数値、極性値、ADCクロックレート値、デシメーションレート値、及び/又は受信持続時間値を指定してよい。例えば受信開始時刻受信オフセット、送信空間振幅、送信波形パルス反復間隔軸分解能焦点距離での方位分解能、焦点距離での仰角分解能、及び信号利得等の他のパラメータが、構成プロファイルで使用されてよいことが理解されるべきである。本明細書に説明される本技術の態様はこの点で制限されていないので、2つの異なる動作モードのための2つの異なる構成プロファイルが、任意の適切な数のパラメータ値(例えば、少なくとも1つのパラメータ値、少なくとも2つのパラメータ値、少なくとも5つのパラメータ値等)で異なってよいことが理解されるべきである。構成プロファイルは、上述されたパラメータ値及び/又は任意の他の適切なパラメータ値の1つ以上で異なってよい。異なる動作モードのためのパラメータ値の例は、以下の表2から表4に示される。表2から表4の行のそれぞれは、それぞれの動作モードと関連付けられた特定の構成プロファイルのための例示的なパラメータ値を示す。

0112

[0127] 一例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1のアジマスアパーチャ値を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1のアジマスアパーチャ値と異なる第2のアジマスアパーチャ値を指定してよい。別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1の仰角アパーチャ値を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1の仰角アパーチャ値とは異なる第2の仰角アパーチャ値を指定してよい。動作モードのためのアジマスアパーチャ値及び仰角アパーチャ値は、超音波プローブの変換器アレイのアクティブアパーチャのサイズを制御してよい。アレイの幅及び高さによって決定されるアレイの物理的なアパーチャは、特定の動作モードで使用されるアレイのアクティブアパーチャと異なってよい。実際に、変換器装置は、複数の考えられるアクティブアパーチャを提供するように構成されてよい。例えば、変換器のうちのいくつかだけが、超音波信号を送信/受信するために使用されてよく、これによりアレイのアクティブアパーチャはすべての超音波変換器が使用されると、アパーチャがなるであろうこととは異なる結果となる。いくつかの実施形態では、アジマスアパーチャ値及び仰角アパーチャ値は、変換器素子のどの部分集合が、超音波信号を送信/受信するために使用されるのかを決定するために使用されてよい。いくつかの実施形態では、アジマスアパーチャ値及び仰角アパーチャ値は、長さの関数として、それぞれアジマス及び仰角の向きで使用される変換器アレイの範囲を示してよい。

0113

[0128] 別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1のアジマス焦点距離値を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1のアジマス焦点距離値とは異なる第2のアジマス焦点距離値を指定してよい。別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1の仰角焦点距離値を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1の仰角焦点距離値とは異なる第2の仰角焦点距離値を指定してよい。アジマス及び仰角の焦点距離値は、二次元で独立して変換器アレイの焦点を制御するために使用されてよい。したがって、仰角及びアジマスの寸法には異なる焦点距離が選択されてよい。焦点は、独自に又はともにのどちらかで異なる動作モード間で変えられてよい。アジマス及び仰角の焦点距離値は、超音波プローブを操作して、アジマス及び仰角の焦点距離値によって定められた焦点を有するためにプログラム可能遅延メッシュ回路網を制御するために使用されてよい。

0114

[0129] 別の例として、第1の動作モードのための第1の構成ファイルは、(超音波プローブの1つ以上の超音波変換器全体で電圧を偏向させるために)第1のバイアス電圧値を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1のバイアス電圧値とは異なる第2のバイアス電圧値を指定してよい。本明細書に説明されるように、超音波変換器は、折畳みモード及び非折畳みモードで動作してよい。いくつかの実施形態では、1つ以上の超音波変換器全体での少なくとも1つの閾値バイアス電圧(「折畳み」電圧)の印加は、これらの変換器を折畳みモードで動作させてよい。

0115

[0130] 別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1の送信ピークツーピーク電圧値(例えば、送信波形を表す電気信号のための電圧値)を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1の送信ピークツーピーク電圧値とは異なる第2の送信ピークツーピーク電圧値を指定してよい。送信ピークツーピーク電圧値は、変換器ドライバのための振幅での(ボルトでの)ピークツーピーク電圧振幅を表してよい。異なるピークツーピーク電圧振幅は、異なる動作モードで使用されてよい。例えば、近視野イメージング用の動作モードは、近視野範囲内の受信機飽和するのを防ぐために(他の動作モードで使用される可能性があることよりも)小さいピークツーピーク電圧振幅を使用してよい。より高い電圧ピークツーピーク電圧振幅は、例えばより深いイメージングのために、組織ハーモニックの生成のために、又は発散波若しくは平面波を用いたイメージングのために使用されてよい。

0116

[0131] 別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1の送信中心周波数値(例えば、超音波変換器によって送信される超音波信号の中心周波数)を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1の送信中心周波数値とは異なる第2の送信中心周波数値を指定してよい。いくつかの実施形態では、第1の中心周波数と第2の中心周波数との間の差異は、少なくとも1MHz、少なくとも2MHz、5MHzと10MHzとの間であってよい。いくつかの実施形態では、第1の中心周波数値は、1〜5MHz範囲内にあってよく、第2の中心周波数値は、5〜9MHz範囲内にあってよい。いくつかの実施形態では、第1の中心周波数値は、2〜4MHz範囲内にあってよく、第2の中心周波数値は、6〜8MHz範囲内にあってよい。

0117

[0132] 別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1の受信中心周波数値(例えば、超音波変換器によって受信された超音波信号の中心周波数)を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1の受信中心周波数値とは異なる第2の受信中心周波数値を指定してよい。いくつかの実施形態では、構成プロファイルは、受信中心周波数値に等しい送信中心周波数値を指定してよい。他の実施形態では、構成プロファイルは、受信中心周波数値に等しくない送信中心周波数値を指定してよい。例えば、受信中心周波数値は、送信周波数値の倍数であってよい(例えば、高調波イメージングとの関連では、場合によっては、送信周波数値の2倍であってよい)。いくつかの実施形態では、変換器は、約5から15cmの範囲で(その範囲内の任意の値を含んだ)約0.1から1MPaの範囲内の種々の圧力を使用し、高調波イメージングを可能であってよい。圧力は、組織内で調和振動を引き起こしてよく、受信機は、高調波モードで信号を受信してよい、及び/又は基本周波数を除外してよい。

0118

[0133] 別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1の極性値を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1の受信中心周波数値とは異なる第2の極性値を指定してよい。いくつかの実施形態では、極性パラメータは、送信チェーンでパルサ(例えば、パルサ208)をユニポーラモードで操作するのか、それともバイポーラモードで操作するのかを示してよい。バイポーラモードでパルサを操作することは、それがいくつかの組織に対してはより低い第2の高調波ひずみを生じさせるので有利であってよい。他方、ユニポーラモードでパルサを操作することは、特定のバイアス電圧により大きい変換器音響出力を与えてよい。

0119

[0134] 別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1のADCクロックレート値(例えば、超音波装置で1つ以上のアナログ/デジタル変換器を操作するためのクロックレート)を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1のADCクロックレート値とは異なる第2のADCクロックレート値を指定してよい。ADCクロックレート値は、超音波プローブの受信回路網の1つ以上のADC(例えば、図2に示される受信回路網108のADC212部分)を操作するためのレートを設定するために使用されてよい。

0120

[0135] 別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1のデシメーションレート値を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1のデシメーションレートとは異なる第2のデシメーションレート値を指定してよい。いくつかの実施形態では、デシメーションレート値は、超音波プローブの受信回路網の1つ以上の構成部品によって実行されるデシメーションのレートを設定するために使用されてよい。デシメーションレート値及びADCクロックレート値は、ともに動作モードでの受信機の帯域幅を決定し、該帯域幅は、同様に動作モードの軸分解能を定義する。さらに、ADCレートとデシメーションレートの比率は、動作モードでの受信機の効果的なサンプリングレートを提供する。

0121

[0136] 別の例として、第1の動作モードのための第1の構成プロファイルは、第1の受信持続時間値を指定してよく、第2の動作モードのための第2の構成プロファイルは、第1の受信持続時間値とは異なる第2の受信持続時間値を指定してよい。受信持続時間値は、受信機がサンプルを取得する時間の長さを示す。

0122

[0137] いくつかの実施形態では、超音波プローブは、心臓イメージングのための動作モード、腹部イメージングのための動作モード、腎臓イメージングのための動作モード、肝臓イメージングのための動作モード、眼球イメージングのための動作モード、頸動脈を撮像するための動作モード、内部の大静脈を撮像するための動作モード、及び/又は小部分のイメージングのための動作モードで動作するように構成されてよい。いくつかの実施形態では、超音波プローブは、ユーザが複数の異なる種類のイメージングを実行するために単一の超音波プローブを使用し得るようにこれらの動作モードのうちの少なくともいくつか(例えば、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも5つ、すべて)で動作するように構成されてよい。これは、単一の超音波プローブが、従来、超音波プローブが、複数の異なる超音波プローブだけを使用することによって達成できるであろうイメージングタスクを実行できるようにする。

0123

[0138] いくつかの実施形態では、ユーザは、(有線接続又は無線接続を介して)超音波プローブに結合されたモバイルコンピューティングデバイス(例えば、スマートフォン)によって提示されるグラフィックユーザインタフェースを通して超音波プローブのための動作モードを選択してよい。例えば、グラフィックユーザインタフェースは、ユーザに(例えば図12A及び図12Bに示されるような)動作モードのメニューを提示してよく、ユーザは、(例えば、タッチスクリーン上をタップする、マウスクリックする等によって)グラフィックユーザインタフェース内の動作モードのうちの1つを選択してよい。同様に、モバイルコンピューティングデバイスは、超音波装置に選択された動作モードの表示を提供してよい。超音波装置は、選択された動作モードと関連付けられた構成プロファイルを(例えば、超音波装置上のメモリでそれにアクセスする、又はモバイルコンピューティングデバイスからそれを受け取ることによって)入手し、選択された動作モードで動作するためにその中で指定されたパラメータ値を使用してよい。

0124

[0139] いくつかの実施形態では、超音波装置は、モバイルコンピューティングデバイスに、特定の動作モードでの動作を通して入手されたデータを提供してよい。モバイルコンピューティングデバイスは、1つ以上の超音波画像を生成するために受け取られたデータを処理してよく、モバイルコンピューティングデバイスのディスプレイを通してユーザに生成された超音波画像(複数可)を提示してよい。

0125

[0140] いくつかの実施形態では、複数の超音波変換器は、複数の金属酸化物半導体(MOS)超音波変換器(例えば、CMOS超音波変換器)を含む。いくつかの実施形態では、MOS超音波変換器は、MOSウェハ内に形成された空洞を含んでよく、膜は空洞の上にあり、空洞を密封する。いくつかの実施形態では、複数の超音波変換器は、複数の微細加工超音波変換器(例えば、容量性微細加工超音波変換器)を含む。いくつかの実施形態では、複数の超音波変換器は、複数の圧電超音波変換器を含む。

0126

[0141] いくつかの実施形態では、動作モードの選択は、(例えば、有線接続を介して)超音波プローブに結合されたモバイルコンピューティングデバイスを通して手持超音波プローブに提供されてよい。他の実施形態では、動作モードの選択は、超音波プローブに直接的に提供されてよい。例えば、超音波プローブは、動作モードを選択するための機械的な制御機構(例えば、スイッチ、ボタンホイール等)を含んでよい。別の例として、超音波プローブは、(例えば、図6Aから図6Bに示される)ディスプレイを含み、ユーザがそれによって超音波プローブのための動作モードを選択してよいGUIをユーザに提示するためにディスプレイを使用してよい。

0127

[0142]図9は、本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、汎用超音波装置が被験者を撮像するためにどのように使用され得るのかを示す図である。特に、図9は、通信リンク912を介してコンピューティングデバイス904に通信で結合された超音波装置902を含んだ例示的な超音波システム900を示す。超音波装置902は、例が本明細書に示される複数の動作モードのいずれかで被験者901を撮像するために使用されてよい。

0128

[0143] いくつかの実施形態では、超音波装置902を操作するための動作モードは、コンピューティングデバイス904のユーザによって選択されてよい。例えば、示される実施形態では、コンピューティングデバイス904は、ディスプレイ906を含み、異なる動作モードのメニュー910を含んだグラフィックユーザインタフェースを、ディスプレイ906を介して提示するように構成される(追加の例は、図12Aから図12Bに示される)。グラフィックユーザインタフェースは、選択されてよい動作モードのそれぞれのためにGUI要素(例えば、アイコン、画像、テキスト等)を含んでよい。ユーザは、マウス、キーボード音声入力を使用し、又は任意の他の適切な方法で(ディスプレイがタッチスクリーンを含むとき)コンピューティングデバイスの画面をタップすることによって表示されたメニューオプションのうちの1つを選択してよい。ユーザの選択を受け取った後、コンピューティングデバイス904は、通信リンク912を介して超音波装置902に選択された動作モードの表示を提供してよい。

0129

[0144] いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス904から選択された動作モードの表示を受け取ることに応えて、超音波装置902は、動作モードと関連付けられた構成プロファイルにアクセスしてよい。構成プロファイルは、超音波プローブを選択された動作モードで機能するように構成するために使用される1つ以上のパラメータの値を指定してよい。係るパラメータ値の例は、本明細書に示される。

0130

[0145] いくつかの実施形態では、選択されたモードのための構成プロファイルは、超音波プローブ902基板上に(例えば、図13に示される構成プロファイルメモリ1302の中に)記憶されてよい。他の実施形態では、選択されたモードのための構成プロファイルは、コンピューティングデバイス904から超音波プローブに通信リンク912を介して提供されてよい。さらに他の実施形態では、構成モードのパラメータ値の1つ以上は、超音波プローブ基板上に記憶されてよく、構成モードの1つ以上の他のパラメータ値は、通信リンク912を介して、コンピューティングデバイス904から超音波プローブに提供されてよい。

0131

[0146] いくつかの実施形態では、特定の動作モードでの動作中に超音波装置902によって入手されたデータは、通信リンク912を介してコンピューティングデバイス904に提供されてよい。コンピューティングデバイス904は、1つ以上の超音波画像を生成し、ディスプレイ906(例えば、図14に示される)を介して生成された超音波画像(複数可)を表示してよい。

0132

[0147] いくつかの実施形態では、超音波プローブ902は、例えば図8に示される超音波プローブを含んだ、本明細書に説明される任意の適切なタイプの手持超音波プローブであってよい。いくつかの実施形態では、手持超音波プローブは、ディスプレイを含んでよく、例えば図6Aから図6Bに示される種類の超音波プローブであってよい(係る実施形態では、コンピューティングデバイス904によって実行される機能性のいくつか又はすべては、超音波プローブ基板上で実行されてよい)。他の実施形態では、超音波プローブ902は、ウェアラブル超音波プローブであってよく、例えば図7Aから図7Dに示されるパッチ等の皮膚取付け可能超音波パッチであってよい。

0133

[0148]図13は、いくつかの実施形態では超音波装置902のブロック図を示す。図13に示されるように、超音波装置902は、1つ以上の変換器装置(例えば、アレイ)102、送信(TX)回路網104、受信(RX)回路網106、タイミング及び制御回路108、信号調整/処理回路110、電力管理回路118、及び/又は高密度焦点式超音波(HIFU)コントローラ120を含んだ、図示され、図1Bに関して説明された構成部品を含んでよい。示される実施形態では、示される要素のすべてが単一の半導体ダイ112に形成される。しかしながら、代替実施形態では、示されている要素のうちの1つ以上が代わりに外部に位置してよいことが理解されるべきである。

0134

[0149] さらに、図13の実施形態に示されるように、超音波装置902は、それぞれ1つ以上の動作モードのために1つ以上の構成プロファイルを記憶してよい構成プロファイルメモリ1302を含んでよい。例えば、いくつかの実施形態では、構成プロファイルメモリ1302は、1つ以上の構成プロファイルのそれぞれにパラメータ値を記憶してよい。いくつかの実施形態では、制御回路網(例えば、回路網108)は、構成プロファイルメモリ1302内で、選択された構成プロファイルのためのパラメータ値にアクセスし、超音波プローブの1つ以上の他の構成部品(例えば、送信回路網、受信回路網、超音波回路網他)を、アクセスされたパラメータ値に従って動作するように構成されてよい。

0135

[0150] いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス904は、携帯装置であってよい。例えば、コンピューティングデバイス904は、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータ、又はラップトップであってよい。コンピューティングデバイス904は、任意の適切な種類であってよい、及び/又は通信装置904にとって外部のディスプレイに通信で結合されてよいディスプレイを含んでよい。他の実施形態では、コンピューティングデバイス904は、固定された装置(例えば、デスクトップコンピュータラックマウントコンピュータ等)であってよい。

0136

[0151] いくつかの実施形態では、通信リンク912は有線リンクであってよい。他の実施形態では、通信リンク912は、無線リンク(例えば、Bluetooth又はWi−Fi接続)であってよい。

0137

[0152]図10は、本明細書に説明される技術のいくつかの実施形態に従って、汎用超音波装置を操作するための例示的なプロセス1000のフローチャートである。例示的なプロセス1000は、任意の適切なデバイス(複数可)によって実行されてよく、例えば、図9に関して説明される超音波装置902及びコンピューティングデバイス904によって実行されてよい。別の例として、いくつかの実施形態では、超音波装置は、プロセス1000のすべての行為を実行してよい。

0138

[0153] プロセス1002は、複数の動作モードを示すグラフィックユーザインタフェース(GUI)がディスプレイに示される行為1002で開始する。ディスプレイは、超音波プローブに通信で結合されたコンピューティングデバイス(例えば、ディスプレイモバイルスマートフォン)の一部であってよい。GUIは、複数の動作モードのそれぞれについてGUI要素(例えば、アイコン、画像、テキスト部分、メニュー項目等)を含んでよい。いくつかの実施形態では、動作モードを表している各GUI要素は、(ディスプレイがタッチスクリーンであるとき)例えば指又はスタイラスでタップすること、及び/又はクリックすることによって、ユーザにより選択可能であってよい。さらに又は代わりに、本明細書に説明される技術の態様はこの点で制限されていないので、GUI要素は、キーボード入力及び/又は音声入力によって選択されてよい。

0139

[0154] いくつかの実施形態では、GUIは、コンピューティングデバイス上で実行中のアプリケーションプログラムによって生成されてよい。例えば、GUIは、モバイルスマートフォンで実行中のアプリケーションプログラム「アプリ」によって生成されてよい。アプリケーションプログラムは、GUIを生成し、表示するだけではなく、行為1004で、動作モードのユーザの選択を受け取り、行為1006で超音波装置にユーザの選択を提供するように構成されてよい。さらに、いくつかの実施形態では、アプリケーションプログラムは、超音波装置によって収取されたデータを受け取り、データを使用し、1つ以上の超音波画像を生成し、モバイルコンピューティングデバイスのディスプレイを使用し、生成された超音波画像(複数可)を表示するように構成されてよい。他の実施形態では、アプリケーションプログラムは、(超音波画像(複数可)自体を生成するよりむしろ)超音波装置の基板上に生成される超音波画像(複数可)を受け取り、それらを表示してよい。

0140

[0155]図11は、行為1002の一部として表示されてよい、例のGUI1100を示す。GUI1100は、異なる動作モードを表す、GUI要素1104、1106、1108、及び1110を含んだ第1の部分1102を含む。GUI1100は、4つの動作モードのメニューを示すが、GUIは任意の適切な数の動作モードを示してよいので、これは単に図解のためであり、制限としてではない。さらに、いくつかの実施形態では、GUIは、動作モードのいくつかを示し、ユーザが、例えばスクロールすること、又は任意の他の適切な方法でGUIをナビゲーションすることによって追加の動作モードを明らかにすることを可能にしてよい。また、例示的なGUI1100は、ユーザが、第1の部分1102に示される動作モードのいずれかを選択しないことを可能にする「取消しオプションに相当するGUI要素を示す第2の部分1112も含む。

0141

[0156]図12Aは、行為1002の一部として表示されてよい、別の例のGUI1202を示す。GUI1202は、それぞれ腹部イメージング、小部分イメージング、心臓イメージング、イメージング、及び眼球イメージングを実行するための動作モードにそれぞれ対応するGUI要素1204、1206、1208、1210、及び1212を含んだそれぞれの動作モードに対応する複数の選択可能なGUI要素を含む。「Shop Presets」GuI要素1214は、ユーザが、追加の動作モード(複数可)のために1つ以上の構成プロファイルを(例えば、購入によって)ダウンロードすることを可能にする。追加の構成プロファイルは、ダウンロードされた後、それらは超音波装置を制御して追加の動作モード(複数可)で動作するために使用されてよい。また、GUI1202は、ユーザがGUI1202に示される動作モードのいずれかを選択しないことを可能にしてよい「取消し」ボタンに対応するGUI要素1216も含む。

0142

[0157] さらに図12Aに示されるように、GUI1202は、強調表示された動作モードを示す動作モードインジケータ1218を含む。ユーザが(例えば、タッチスクリーンに沿ってスワイプする、マウス又はキーボード等を使用し、スクロールすることによって)異なる動作モードを通してスクロールするにつれ、異なる動作モードは、動作モードインジケータ1218によって強調表示されてよい。ユーザは(例えば、タップする、クリックする等によって)強調表示された動作モードを選択してよい。それに応じて、GUIは、ユーザに自分の選択の視覚的な確認を提供してよい。例えば、図12Bに示されるように、ユーザが心臓動作モードを選択した後、GUIは動作モードインジケータの色を変更することによってユーザの選択の視覚的な確認を提供する。動作モードインジケータが、着色されたボックス又はモードを識別するテキストを取り囲む他の形状によって実装される必要はないことが理解されるべきである。例えば、いくつかの実施形態では、動作モードインジケータは、テキストに下線を付ける、テキストのサイズを変更する、フォントサイズを変更する、テキストをイタリック体にする、及び/又は任意の適切な方法で提供されてよい。いくつかの実施形態では、動作モードインジケータは視覚的であってよいが、さらに他の実施形態では、動作モードインジケータは、(例えば、動作モードを示す記録された発話又は合成された発話の再生によって)音声インジケータとして提供されてよい。同様に、選択の視覚的な確認は、任意の適切な方法でユーザに提供されてよく、いくつかの実施形態では、音声確認は、視覚的な確認に加えて又は視覚的な確認の代わりに提供されてよい。

0143

[0158]GUIが、行為1002で表示された後、プロセス1000は、ユーザが動作モードのうちの1つを選択した結果として、動作モードのユーザの選択が(例えば、コンピューティングデバイス904によって)受け取られる行為1004に進む。説明されるように、ユーザは、タッチスクリーン、マウス、キーボード、音声入力、及び/又は任意の他の方法を使用することによって、GUIを通して動作モードのうちの1つを選択してよい。GUIは、ユーザに選択の視覚的な確認を与えてよい。

0144

[0159] 次に、プロセス1000は、選択された動作モードの表示が超音波装置に提供される行為1006に進む。例えば、選択された動作モードの表示は、コンピューティングデバイス904によって超音波装置902に提供されてよい。本技術の態様はこの点で制限されていないので、表示は、任意の適切なフォーマットで提供されてよい。いくつかの実施形態では、表示は、選択された動作モードと関連付けられた構成プロファイルの少なくとも一部分(例えばすべて)を含んでよい。例えば、表示は、選択された動作モードのための1つ以上のパラメータ値を含んでよい。ただし、他の実施形態では、表示は、選択された動作モードを識別する情報を含む場合があるが、モードのためのパラメータ値のいずれも含まない場合があり、該パラメータ値は、超音波装置基板上に記憶されてよい。

0145

[0160] 次に、行為1008で、超音波装置は、選択された動作モードのための構成プロファイルを入手する。いくつかの実施形態では、構成プロファイルは、超音波装置基板上の少なくとも1つのメモリに記憶されてよい(例えば、図13に示される構成プロファイルメモリ1302)。他の実施形態では、構成プロファイルのうちの少なくともいくつか(例えば、パラメータ値のうちの少なくともいくつか)が、外部デバイスから超音波プローブに提供されてよい(例えば、コンピューティングデバイス904は、選択された動作モードのための構成プロファイルの少なくともいくつか又はすべてを超音波プローブ902に送信してよい)。

0146

[0161] 次に、行為1010で、入手された構成プロファイルのパラメータ値は、選択されたモードで動作するように超音波装置を構成するために使用されてよい。この目的を達成するために、パラメータ値は、超音波装置の1つ以上の構成部品を構成するために使用されてよく、この目的を達成するために、1つ以上のレジスタ、メモリ等にロードされてよく、その場所から、それらは選択された動作モードでの動作の間、超音波プローブ回路網によって利用されてよい。

0147

[0162] 次に、行為1012で、超音波装置は、選択された動作モードのための構成プロファイルに指定されたパラメータ値を使用し、選択された動作モードで操作されてよい。例えば、いくつかの実施形態では、超音波装置の制御回路網(例えば、図13に示される制御回路網108)は、構成プロファイルに指定されたパラメータ値を使用し、超音波プローブの1つ以上の構成部品(例えば、波形発生器、プログラム可能遅延メッシュ回路網、送信回路網、受信回路網等)を制御してよい。

0148

[0163] 本明細書に説明されるように、超音波プローブによって入手されるデータは、超音波画像を生成するために処理されてよい。いくつかの実施形態では、超音波プローブによって入手されたデータは、コンピューティングデバイス(例えば、コンピューティングデバイス904)に提供され、1つ以上の超音波画像を生成するために処理されてよい。同様に、超音波画像(複数可)は、コンピューティングデバイスのディスプレイを通してユーザに提示されてよい。

0149

[0164]図14は、ユーザに1つ以上の超音波画像(例えば、単一超音波画像、超音波画像のシリーズ又は映画)を示すように構成されたグラフィックユーザインタフェース1400の例を示す。図14の例では、GUI1400は、画像部分1406の超音波画像を表示する。超音波画像に加えて、GUI1400は、例えばステータスバー1402、スケール1404、並びに選択可能なオプション1408、1410、及び1412等の他の構成部品を含んでよい。

0150

[0165] いくつかの実施形態では、ステータスバー1402は、例えば動作周波数及び/又は電池寿命インジケータ等の超音波装置の状態についての状態を表示してよい。いくつかの実施形態では、スケール1404は、画像部分1406のためのスケールを示してよい。スケール1404は、画像部分1406のためのスケールを示してよい。スケール1404は、画像部分1406での表示のための深度、サイズ、又は任意の他の適切なパラメータに相当してよい。いくつかの実施形態では、画像部分1406は、スケール1404なしに表示されてよい。

0151

[0166] いくつかの実施形態では、選択可能なオプション1408は、ユーザが、超音波装置の1つ以上の動作モードから選択された1つ以上のプリセット動作モードにアクセスできるようにしてよい。選択可能なオプション1410は、ユーザが、画像部分1406の静止画像を撮影できるようにしてよい。選択可能なオプション1412は、ユーザが画像部分1406のビデオを記録できるようにしてよい。選択可能なオプション1414は、ユーザが超音波装置の動作モードのいずれか又はすべてにアクセスできるようにしてよい。いくつかの実施形態では、選択可能なオプション1408、1410、1412、及び1414のうちのいずれか又はすべてが表示されてよく、一方、他の実施形態では、それらのうちのどれも表示されない場合がある。

0152

[0167] 上述されたように、いくつかの実施形態では、超音波プローブは、それぞれがそれぞれの構成プロファイルと関連付けられた複数の動作モードのうちの1つで操作されてよい。動作モードのための構成プロファイルは、動作モードで機能するために超音波プローブによって使用される1つ以上のパラメータ値を指定してよい。以下に示される表2から表4は、複数の例示的な動作モードのための構成プロファイルでのパラメータ値を示す。特定の構成プロファイルのためのパラメータ値は、3つすべての表全体での特定の行に示される(すべてのパラメータ値を示す単一の表は、提示を容易にするために3つの表に分割され、相互参照を簡略化するために最初の2つの列は各表で繰り返される)。したがって、表2から表4の各行は特定の動作モードのための構成プロファイルのパラメータ値を指定する。例えば、腹部イメージングのための動作モードのためのパラメータ値は、表2の第1の行、表3の第1の行、及び表4の第1の行で見つけられてよい。別の例として、甲状腺イメージング用の動作モードのためのパラメータ値は、表2の最後の行、表3の最後の行、及び表4の最後の行で見つけられてよい。

0153

[0168] 表2から表4から理解され得るように、いくつかのパラメータ値は複数のモードにわたって変化するが、異なるモードのためのすべての値が互いと異なるわけではないので、いくつかのパラメータ値は複数のモードで同じである場合がある。しかしながら、1つ以上のパラメータ値は、任意の2つの所与の動作モードに対して異なる。表2から表4に示される値は、考えられるパラメータの例であることが理解されるべきである。動作モードに適切な値の任意の範囲も可能であり、例えば、示されている値のいずれかの場合、+/−20%の範囲内の代替値が使用されてよい。

0154

[0169] 表2は、(1)送信中心周波数の値を示し、この例ではヘルツで指定される「TX周波数(Hz)」パラメータのためのパラメータ値、(2)変換器アレイによって使用される送信サイクルの数を示してよい「TX#サイクル」パラメータのパラメータ値、(3)アジマス焦点距離値を示してよく、この例ではメートルで指定される「TX Ax.Focus(m)」パラメータのパラメータ値、(4)仰角焦点距離値を示してよく、この例では、メートルで指定される「TX El.Focus(m)」パラメータのパラメータ値、(5)送信機アジマスのF番号を示してよい(及びアジマスアパーチャ値でアジマス焦点距離値を除算することによって入手されてよい)「TX Az.F#」パラメータのためのパラメータ値、(6)送信機仰角のF値を示してよい(及び、アジマスアパーチャ値で仰角焦点距離値を除算することによって入手されてよい)「TX El.F#」パラメータのためのパラメータ値、及び(7)アジマスアパーチャ値を示してよく、この例ではメートルで指定される「TX Ax.Aperture(m)」パラメータのためのパラメータ値を含んだ、複数の動作モードのためのパラメータ値を示す。いくつかの実施形態では、「TX Az.Aperture」パラメータは、1.8〜3.5cm(例えば、1.9〜3.4cm又は2.0〜3.3cm)の範囲を有してよい。また、表2は、簡単にするために表3で繰り返され、表3との関連でさらに以下に説明される「TX El.Aperture(m)」の列も含む。

0155

[0170] 表3は、(1)仰角アパーチャ値を示してよく、この例ではメートルで指定される「TX El.Aperture(m)」パラメータのためのパラメータ値。いくつかの実施形態では、1.5〜2.5cm(例えば、1.75〜2.25cm)を有する場合があるTX El.Apertureパラメータ、(2)変換器バイアス電圧値を示してよく、この例では、ボルトで指定される「Bias Voltage(V)」パラメータのためのパラメータ値、(3)送信ピークツーピーク電圧値を示してよく、この例ではボルトで指定される「TX Pk−Pk.Voltage(V)」のためのパラメータ値、及び(4)この例ではユニポーラ又はバイポーラのどちらかである極性値に対して示してよい「Bipolar?」パラメータのためのパラメータ値を含んだ複数の動作モードのための追加のパラメータ値を示す。

0156

[0171] 表4は、(1)受信中心周波数値を示してよく、この例ではヘルツで指定される「RX Frequency(Hz)」パラメータのためのパラメータ値、(2)ADCクロックレート値を示してよく、この例ではヘルツで指定される「ADC Rate(Hz)」パラメータのためのパラメータ値、(3)デシメーションレート値を示してよい「Decimation Rate」パラメータのパラメータ値、(4)受信機の帯域幅を示してよく、この例ではヘルツで指定される「Bandwidth(Hz)」パラメータのためのパラメータ値、(5)それぞれ動作周波数範囲の低いカットオフ及び高いカットオフを示し、この例ではヘルツで指定される「Low(Hz)」パラメータのための及び「High(Hz)」のためのパラメータのためのパラメータ値、(6)メートルで提供されてよい「RX Depth(m)」パラメータのパラメータ値、及び(7)受信機持続時間値を示してよく、この例ではマイクロ秒で示される「RX Duration(us)」パラメータのためのパラメータ値を含んだ、複数の動作モードのための追加のパラメータ値を示す。

0157

[0172] 上述されたように、少なくともいくつかの実施形態で、異なる分解能が達成されてよい、又は異なる動作モードを与えられてよい。例えば、表2から表4に反映される動作モードは、他の範囲だけではなく、その範囲内の任意の値も含んだ300μmと2,000μmとの間の範囲の軸分解能を提供してよい。同じ動作モードは、他の範囲だけではなく、その範囲の中の任意の値も含んだ、200μmと5,000μmとの間の焦点距離で方位分解能を提供してよい。同じ動作モードは、他の範囲だけではなく、その範囲内の任意の値も含んだ、300μmと7,000μmとの間の焦点距離での仰角分解能を提供してよい。非限定例として、第1の「腹部」モードは、約400μmの軸分解能、約2,000μmの方位分解能、及び約2,700μmの焦点距離での仰角分解能を提供してよい。対照的に、「interleave_cardiac_flow_color」モードは、約1,700μの軸分解能、約900μmの焦点距離での方位分解能、約7,000μmの焦点距離での仰角分解能を提供してよい。これらは、非限定例を表す。

0158

[0173] 説明されてきたように、本願の態様に係る超音波装置(例えば、プローブ)は、種々の関連付けられた周波数範囲及び深度を有する種々のモードで使用されてよい。したがって、本明細書の種々の態様に係る超音波装置は、異なる超音波ビームを生成するために使用されてよい。該点を示すために、種々の非限定例は、ここで図15から図17に関して説明される。本明細書に説明される超音波装置は、少なくともいくつかの実施形態では、通常、リニアプローブ、セクタプローブ、曲線(凸状)プローブ、及び機械的に走査された(移動された)プローブと関連付けられた2つ以上の超音波ビーム種類(例えば、ビーム形状)を生成してよい。少なくともいくつかの実施形態では、本願の態様に係る超音波プローブは、通常リニアプローブ、セクタプローブ、曲線プローブ、及び機械的に走査されたプローブのすべてと関連付けられた超音波ビームを生成してよい。

0159

[0174]図15は、本願の非制限実施形態に係る超音波プローブのビーム形状の一例を示す。図15に示されるように、超音波プローブは、変換器アレイ1500によって生成される直線ビーム形状1502を活用してよい。ビーム形状1502が、空間領域上で蓄積されたアジマス送信強度に基づいてよいことが理解され得る。複数の仰角送信角度及び/又は焦点距離を取得し、コヒーレントにそれらを合計することによって、アジマスビーム形状は効果的に狭いスライスになることができる。ビーム形状1502の中央部の深度は、使用されている周波数の減衰に基づいて適切である位置で固定されてよい。いくつかの実施形態では、直線ビーム形状1502は、3〜7MHz、5〜12MHz、又は7〜15MHzで使用されてよい。直線ビーム形状1502は、上昇する周波数でより高い分解能及びより浅いイメージングを提供してよい。

0160

[0175]図16は、非制限実施形態に係る超音波プローブのためのビーム形状の別の例を示す。図16に示されるように、超音波プローブは、変換器アレイ1500によって生成されるセクタビーム形状1602を活用してよい。ビーム形状1602は、空間領域上で蓄積されたアジマス送信強度に基づいてよいことが理解されるべきである。いくつかの実施形態では、セクタビーム形状1602は、1〜3MHz、2〜5MHz、又は3.6〜10MHzで使用されてよい。これらの周波数範囲は、例えば心臓イメージング、腹部イメージング、骨盤イメージング、又は胸部イメージングのために使用されてよい。いくつかの実施形態では、セクタビーム形状1602は、深部組織イメージングに適切であってよい。

0161

[0176]図17は、超音波プローブのためのビーム形状の別の例を示す。図17に示されるように、超音波プローブは、変換器アレイ1500によって生成された3Dビーム形状1702を活用してよい。ビーム形状1502は、空間領域上で蓄積されたアジマス送信強度に基づいてよいことが理解されるべきである。いくつかの実施形態では、3Dビーム形状1702は、3.5〜6.5MHz又は7.5〜11MHzで使用されてよい。いくつかの実施形態では、3Dビーム形状1702は、プローブを機械的に走査することなく、セクタプロファイル又は曲線プロファイルのどちらかを電子的に走査/掃引する結果であってよい。いくつかの実施形態では、3Dビーム形状1702は、3D体積イメージングに適切であってよい。

0162

[0177] 本願の少なくともいくつかの実施形態によれば、超音波プローブは、追加のビーム形状を潜在的に生成することだけではなく、図15から図17に示されるすべてのビーム形状を生成してもよい。例えば、変換器アレイ1500は、図15Aから図15Cに示されるすべてのビーム形状を生成してよい。さらに、本明細書に説明されるように、動作の種々のモード及び種々の関連付けられたビーム形状は、実質的に平坦な超音波変換器アレイを用いて生成されてよい。したがって、少なくともいくつかの実施形態では、通常、曲線変換器アレイと関連付けられるビーム形状は、代わりに実質的に平坦な超音波変換器装置で達成されてよい。

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