JP6726193B2 - 人または動物の内臓器官の監視装置およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、医療装置の分野に関する。具体的には、本発明は、人および動物の内臓器官の監視装置およびシステム、ならびに超音波と組み合わせた治療の分野に関する。

本発明を証明するために、産科の分野から具体的な例を提示しよう。妊娠中の胎児の福祉の問題は、母親がすでに胎動を感じている妊娠後期において特に広く普及している問題である。胎動が長期間ない場合、深刻な問題の前兆である可能性があり、あるいは単に胎動が自然に減った結果であるかもしれない。しかしながら、心配が生じたときに一日中、いつも母親がヘルスケアの専門家に相談することは不可能である。したがって、妊婦は、最寄りの病院の救急処置室へと不必要に足を運び、あるいは医者に電話をし、胎児に大事がないことを確認してもらい、または胎動を増すための人工的な手技を使用してもらうことが多い。さらに、（例えば）糖尿病または４０歳を超える女性は、多くの事例で危険にさらされている妊婦であるとみなされ、よって、過度な活動の結果として流産が起こる可能性がある憂慮すべき兆候がある場合、横になっているか、少なくとも活動を制限して家にいるように指示される。かかる状態にある女性には、何らかの良くない変化が起こっているように思われる場合に、手遅れにならない内に警告を受けるために、胎動のより綿密な監視が必要とされる。

大多数の事例では、胎動を感じないことが、胎児に何らかの問題があることを意味するものではないが、母親は非常に緊張し悩んだ後でなければ安心できない。胎児が動いていることを確かめる即座の方法は、超音波装置を使用することであり、これはすべての臨床施設とは言えないにしてもほとんどの場合に利用可能である。しかしながら、かかる装置は、数千ドル以上と同程度であり、高機能で高価である。したがって、一部の企業は、より安価なタイプのかかる超音波装置を販売しようと試みたが、結果は未だ法外に高価なものであり、その結果、かかる装置が必要とされるのは数か月間のみであることを特に考慮すれば、これを購入する余裕のある家庭は非常に少ない可能性がある。

胎児の鼓動の音を出力として提供するのみである単一要素に基づく単純なドップラー装置は、１００〜２００ＵＳＤの範囲のリーゾナブルな価格であるが、それらはいかなる胎動の兆候も提供することはできず、また胎児の画像を発生させることもできないため、実際の胎児の状態についての十分なレベルの情報を提供するものではない。

したがって、未来の母親がその未来の赤ちゃんの活動を視覚的に監視することを許容し得る手頃な解法を提供し、よって、上に述べた問題と関連する心配、費用および悩みを防ぐことが、非常に望ましいことは明らかである。

加えて、いくつかの他のパラメータを測定し、よって、患者の状態に関する意思決定者に対してより多くの情報を提供することが有益である場合がある。これらの他のパラメータを使用して、例えば、胎位、妊娠日（妊娠期間）を判定し、胎児の生存を確認し、子宮内対異所での胎児の位置を判定し、羊水の評価に対して、頸部に関する胎盤の位置を検査し、胎児の数（多胎児）を検査し、主な身体異常について検査し、胎児の成長（子宮内胎児発育遅延（ＩＵＧＲ）の証拠に対して）を評価し、かつ胎動および心拍、すなわち胎児の心臓活動を検査することができる。

本発明の目的は、当該技術分野の欠点を解消する、かかる低費用の解法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、医師が自身の事務所から在宅の妊婦の患者を監視することを可能にする低費用の解法を提供することである。

超音波臨床装置の操作には、専門知識が必要とされる。したがって、本発明の別の目的は、ヘルスケアの専門家ではない人が容易に操作できる解法を提供することである。

本発明の他の目的および利点は、本発明の実施形態の下記の事例的かつ非制限的な明細書を通して理解されるだろう。

本発明の第１の態様は、超音波システム用基体であって、基体が、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素と、１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲の信号を発生させることができる少なくとも１つの要素を有する超音波アレイとを備える。

本発明の第１の態様の基体の実施形態では、接続要素が、スマート装置を受容し、かつ位置付けるように適合された空隙を備える。本発明の第１の態様の基体の実施形態は、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器を備える。記憶要素は、スマート装置、基体、および基体から遠隔の位置のうちの少なくとも１つに提供される。

本発明の第１の態様の基体の実施形態では、超音波アレイを活性化するための電力が、基体内に配置された充電式電池およびＤＣ／ＤＣコンバータ、基体内に配置された充電式電池ならびに電力段および制御回路から構成されるスイッチング電源、ならびにスマート装置内の電池のうちの１つから供給される。本発明の第１の態様の基体の実施形態では、電子機器の一部または全部が、基体、スマート装置、およびウエハー技術を用いて超音波を生成する要素と一体的に生成された半導体層上のうちの少なくとも１つに配置される。

本発明の第１の態様の基体の実施形態では、超音波を生成する要素が、容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、圧電複合材料トランスデューサ、またはバルク圧電要素トランスデューサのうちの１つである。

本発明の第１の態様の基体の実施形態は、超音波アレイの動作を可能にし、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備える。

第２の実施形態では、本発明は、超音波システム用基体であって、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素と、異なる深度および角度で１つの軸に集束する直進ビームを生成し、その発散が角度および深度と共に増加する１Ｄ線形アレイの構成を有する超音波アレイとを備える。

本発明の第２の態様の基体の実施形態では、接続要素が、スマート装置を受容し、かつ位置付けるように適合された空隙を備える。本発明の第２の態様の基体の実施形態は、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器を備える。記憶要素は、スマート装置、基体、および基体から遠隔の位置のうちの少なくとも１つに提供される。

本発明の第２の態様の基体の実施形態では、超音波アレイを活性化するための電力が、基体内に配置された充電式電池およびＤＣ／ＤＣコンバータ、基体内に配置された充電式電池ならびに電力段および制御回路から構成されるスイッチング電源、ならびにスマート装置内の電池のうちの１つから供給される。本発明の第２の態様の基体の実施形態では、電子機器の一部または全部が、基体、スマート装置、およびウエハー技術を用いて超音波を生成する要素と一体的に生成された半導体層上のうちの少なくとも１つに配置される。

本発明の第２の態様の基体の実施形態では、超音波を生成する要素が、容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、圧電複合材料トランスデューサ、またはバルク圧電要素トランスデューサのうちの１つである。

本発明の第２の態様の基体の実施形態は、超音波アレイの動作を可能にし、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備える。

第３の態様では、本発明は、超音波システム用基体であって、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素と、球面または単一軸焦点を有する３次元の操舵能力を有する２Ｄ正方アレイの構成を有する超音波アレイとを備える。

本発明の第３の態様の基体の実施形態では、接続要素が、スマート装置を受容し、かつ位置付けるように適合された空隙を備える。本発明の第３の態様の基体の実施形態は、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合される。記憶要素は、スマート装置、基体、および基体から遠隔の位置のうちの少なくとも１つに提供される。

本発明の第３の態様の基体の実施形態では、超音波アレイを活性化するための電力が、基体内に配置された充電式電池およびＤＣ／ＤＣコンバータ、基体内に配置された充電式電池ならびに電力段および制御回路から構成されるスイッチング電源、ならびにスマート装置内の電池のうちの１つから供給される。本発明の第３の態様の基体の実施形態では、電子機器の一部または全部が、基体、スマート装置、ウエハー技術を用いて超音波を生成する要素と一体的に生成された半導体層上のうちの少なくとも１つに配置される。

本発明の第３の態様の基体の実施形態では、超音波を生成する要素が、容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、圧電複合材料トランスデューサ、またはバルク圧電要素トランスデューサのうちの１つである。

本発明の第３の態様の基体の実施形態は、超音波アレイの動作を可能にし、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備える。

第４の態様では、本発明は、超音波システム用基体であって、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素と、操舵能力を有し、かつ異なる深度および角度で１つの軸に集束する１．５Ｄ正方または矩形マトリクスアレイの構成を有する超音波アレイとを備える。

本発明の第４の態様の基体の実施形態では、接続要素が、スマート装置を受容し、かつ位置付けるように適合された空隙を備える。本発明の第４の態様の基体の実施形態は、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器を備える。記憶要素は、スマート装置、基体、および基体から遠隔の位置のうちの少なくとも１つに提供される。

本発明の第４の態様の基体の実施形態では、超音波アレイを活性化するための電力が、基体内に配置された充電式電池およびＤＣ／ＤＣコンバータ、基体内に配置された充電式電池ならびに電力段および制御回路から構成されるスイッチング電源、ならびにスマート装置内の電池のうちの１つから供給される。本発明の第４の態様の基体の実施形態では、電子機器の一部または全部が、基体、スマート装置、およびウエハー技術を用いて超音波を生成する要素と一体的に生成された半導体層上のうちの少なくとも１つに配置される。

本発明の第４の態様の基体の実施形態では、超音波を生成する要素が、容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、圧電複合材料トランスデューサ、またはバルク圧電要素トランスデューサのうちの１つである。

本発明の第４の態様の基体の実施形態は、超音波アレイの動作を可能にし、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備える。

第５の態様では、本発明は、超音波システム用基体であって、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素と、異なる深度で球面焦点を有する１Ｄ環状アレイの構成を有する超音波アレイとを備える。

本発明の第５の態様の基体の実施形態では、接続要素が、スマート装置を受容し、かつ位置付けるように適合された空隙を備える。本発明の第５の態様の基体の実施形態が、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器を備える。本発明の第５の態様の基体の実施形態では、記憶要素は、スマート装置、基体、および基体から遠隔の位置のうちの少なくとも１つに提供される。

本発明の第５の態様の基体の実施形態では、超音波アレイを活性化するための電力が、基体内に配置された充電式電池およびＤＣ／ＤＣコンバータ、基体内に配置された充電式電池ならびに電力段および制御回路から構成されるスイッチング電源、ならびにスマート装置内の電池のうちの１つから供給される。本発明の第５の態様の基体の実施形態では、電子機器の一部または全部が、基体、スマート装置、およびウエハー技術を用いて超音波を生成する要素と一体的に生成された半導体層上のうちの少なくとも１つに配置される。

本発明の第５の態様の基体の実施形態では、超音波を生成する要素が、容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、圧電複合材料トランスデューサ、またはバルク圧電要素トランスデューサのうちの１つである。

本発明の第５の態様の基体の実施形態は、超音波アレイの動作を可能にし、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備える。

第６の態様では、本発明は、超音波システム用基体であって、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素と、異なる深度および角度で操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する２Ｄ分割環状アレイの構成を有する超音波アレイとを備える。

本発明の第６の態様の基体の実施形態では、接続要素が、スマート装置を受容し、かつ位置付けるように適合された空隙を備える。本発明の第６の態様の基体の実施形態は、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器を備える。記憶要素は、スマート装置、基体、および基体から遠隔の位置のうちの少なくとも１つに提供される。

本発明の第６の態様の基体の実施形態では、超音波アレイを活性化するための電力が、基体内に配置された充電式電池およびＤＣ／ＤＣコンバータ、基体内に配置された充電式電池ならびに電力段および制御回路から構成されるスイッチング電源、ならびにスマート装置内の電池のうちの１つから供給される。本発明の第６の態様の基体の実施形態では、電子機器の一部または全部が、基体、スマート装置、およびウエハー技術を用いて超音波を生成する要素と一体的に生成された半導体層上のうちの少なくとも１つに配置される。

本発明の第６の態様の基体の実施形態では、超音波を生成する要素が、容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、圧電複合材料トランスデューサ、またはバルク圧電要素トランスデューサのうちの１つである。

本発明の第６の態様の基体の実施形態は、超音波アレイの動作を可能にし、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備える。

第７の態様では、本発明は、超音波システム用基体であって、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素と、操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する１Ｄ円形アレイの構成を有する超音波アレイとを備える。

本発明の第７の態様の基体の実施形態では、接続要素が、スマート装置を受容し、かつ位置付けるように適合された空隙を備える。本発明の第７の態様の基体の実施形態は、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器を備える。本発明の第７の態様の実施形態では、記憶要素は、スマート装置、基体、および基体から遠隔の位置のうちの少なくとも１つに提供される。

本発明の第７の態様の基体の実施形態では、超音波アレイを活性化するための電力が、基体内に配置された充電式電池およびＤＣ／ＤＣコンバータ、基体内に配置された充電式電池ならびに電力段および制御回路から構成されるスイッチング電源、ならびにスマート装置内の電池のうちの１つから供給される。本発明の第７の態様の基体の実施形態では、電子機器の一部または全部が、基体、スマート装置、およびウエハー技術を用いて超音波を生成する要素と一体的に生成された半導体層上のうちの少なくとも１つに配置される。

本発明の第７の態様の基体の実施形態では、超音波を生成する要素が、容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、圧電複合材料トランスデューサ、またはバルク圧電要素トランスデューサのうちの１つである。

本発明の第７の態様の基体の実施形態は、超音波アレイの動作を可能にし、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備える。

第８の態様では、本発明は、超音波撮像用システムであって、基体、スマート装置、超音波アレイ、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器、および超音波アレイの動作を可能にし、超音波画像に関連する信号を受信し、信号についての所望の動作を実行し、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備え、基体が、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素を備え、超音波アレイが、１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲の信号を発生させることができる少なくとも１つの要素を備える。

本発明の第８の態様のシステムの実施形態では、データ完全性、暗号化、および他のデータ活動が、移動体通信事業者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る。

本発明の第８の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、基体に配置される。本発明の第８の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、スマート装置上の既存のチップに実装される。

本発明の第８の態様のシステムの実施形態では、超音波画像に関連する信号を受信し、かつ所望の動作を実行するように適合されたソフトウエアの少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第８の態様のシステムの実施形態では、スマート装置が、インターネット、クラウド、または基体のうちの１つからダウンロードされたアプリケーションの形態の専用ソフトウエアを備える。

本発明の第８の態様のシステムの実施形態は、基体とスマート装置との間の双方向通信、およびシステムと外部位置との間の双方向通信のうちの少なくとも１つを可能にする通信部品を備える。本発明の第８の態様のシステムの実施形態では、通信部品の少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第８の態様のシステムの実施形態では、基体が、その固有の識別を提供し、それによって遠隔位置との安全な通信を可能にする内部コード（文字および数）を有する。本発明の第８の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、医師がスマート装置のアプリケーションの制御を引き継ぎ、画像および映像を記録し、システムから自身のコンピュータ、クラウド、または任意の他の所望の位置に送信することを可能にする。本発明の第８の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、システムを使用する患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを可能にする。

第９の態様では、本発明は、超音波撮像用システムであって、基体、スマート装置、超音波アレイ、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器、および超音波アレイの動作を可能にし、超音波画像に関連する信号を受信し、信号についての所望の動作を実行し、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備え、基体が、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素を備え、超音波アレイが、異なる深度および角度で１つの軸に集束する直進ビームを生成し、その発散が角度および深度と共に増加する１Ｄ線形アレイを備える。

本発明の第９の態様のシステムの実施形態では、データ完全性、暗号化、および他のデータ活動が、移動体通信事業者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る。

本発明の第９の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、基体に配置される。本発明の第９の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、スマート装置上の既存のチップに実装される。

本発明の第９の態様のシステムの実施形態では、超音波画像に関連する信号を受信し、かつ所望の動作を実行するように適合されたソフトウエアの少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第９の態様のシステムの実施形態では、スマート装置が、インターネット、クラウド、または基体のうちの１つからダウンロードされたアプリケーションの形態の専用ソフトウエアを備える。

本発明の第９の態様のシステムの実施形態は、基体とスマート装置との間の双方向通信、およびシステムと外部位置との間の双方向通信のうちの少なくとも１つを可能にする通信部品を備える。本発明の第９の態様のシステムの実施形態では、通信部品の少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第９の態様のシステムの実施形態では、基体が、その固有の識別を提供し、それによって遠隔位置との安全な通信を可能にする内部コード（文字および数）を有する。本発明の第９の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、医師がスマート装置のアプリケーションの制御を引き継ぎ、画像および映像を記録し、システムから自身のコンピュータ、クラウド、または任意の他の所望の位置に送信することを可能にする。本発明の第９の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、システムを使用する患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを可能にする。

第１０の態様では、本発明は、超音波撮像用システムであって、基体、スマート装置、超音波アレイ、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器、および超音波アレイの動作を可能にし、超音波画像に関連する信号を受信し、信号についての所望の動作を実行し、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備え、基体が、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素を備え、超音波アレイが、球面または単一軸焦点を有する３次元の操舵能力を有する２Ｄ正方アレイを備える。

本発明の第１０の態様のシステムの実施形態では、データ完全性、暗号化、および他のデータ活動が、移動体通信事業者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る。

本発明の第１０の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、基体に配置される。本発明の第１０の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、スマート装置上の既存のチップに実装される。

本発明の第１０の態様のシステムの実施形態では、超音波画像に関連する信号を受信し、かつ所望の動作を実行するように適合されたソフトウエアの少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１０の態様のシステムの実施形態では、スマート装置が、インターネット、クラウド、または基体のうちの１つからダウンロードされたアプリケーションの形態の専用ソフトウエアを備える。

本発明の第１０の態様のシステムの実施形態は、基体とスマート装置との間の双方向通信、およびシステムと外部位置との間の双方向通信のうちの少なくとも１つを可能にする通信部品を備える。本発明の第１０の態様のシステムの実施形態では、通信部品の少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１０の態様のシステムの実施形態では、基体が、その固有の識別を提供し、それによって遠隔位置との安全な通信を可能にする内部コード（文字および数）を有する。本発明の第１０の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、医師がスマート装置のアプリケーションの制御を引き継ぎ、画像および映像を記録し、システムから自身のコンピュータ、クラウド、または任意の他の所望の位置に送信することを可能にする。本発明の第１０の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、システムを使用する患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを可能にする。

第１１の態様では、本発明は、超音波撮像用システムであって、基体、スマート装置、超音波アレイ、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器、および超音波アレイの動作を可能にし、超音波画像に関連する信号を受信し、信号についての所望の動作を実行し、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備え、基体が、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素を備え、超音波アレイが、異なる深度および角度で１つの軸に集束する操舵能力を有する１．５Ｄ正方または矩形マトリクスアレイを備える。

本発明の第１１の態様のシステムの実施形態では、データ完全性、暗号化、および他のデータ活動が、移動体通信事業者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る。

本発明の第１１の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、基体に配置される。本発明の第１１の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、スマート装置上の既存のチップに実装される。

本発明の第１１の態様のシステムの実施形態では、超音波画像に関連する信号を受信し、かつ所望の動作を実行するように適合されたソフトウエアの少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１１の態様のシステムの実施形態では、スマート装置が、インターネット、クラウド、または基体のうちの１つからダウンロードされたアプリケーションの形態の専用ソフトウエアを備える。

本発明の第１１の態様のシステムの実施形態は、基体とスマート装置との間の双方向通信、およびシステムと外部位置との間の双方向通信のうちの少なくとも１つを可能にする通信部品を備える。本発明の第１１の態様のシステムの実施形態では、通信部品の少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１１の態様のシステムの実施形態では、基体が、その固有の識別を提供し、それによって遠隔位置との安全な通信を可能にする内部コード（文字および数）を有する。本発明の第１１の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、医師がスマート装置のアプリケーションの制御を引き継ぎ、画像および映像を記録し、システムから自身のコンピュータ、クラウド、または任意の他の所望の位置に送信することを可能にする。本発明の第１１の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、システムを使用する患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを可能にする。

第１２の態様では、本発明は、超音波撮像用システムであって、基体、スマート装置、超音波アレイ、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器、および超音波アレイの動作を可能にし、超音波画像に関連する信号を受信し、信号についての所望の動作を実行し、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備え、基体が、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素を備え、超音波アレイが、異なる深度の球面焦点を有する１Ｄ環状アレイを備える。

本発明の第１２の態様のシステムの実施形態では、データ完全性、暗号化、および他のデータ活動が、移動体通信事業者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る。

本発明の第１２の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、基体に配置される。本発明の第１２の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、スマート装置上の既存のチップに実装される。

本発明の第１２の態様のシステムの実施形態では、超音波画像に関連する信号を受信し、かつ所望の動作を実行するように適合されたソフトウエアの少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１２の態様のシステムの実施形態では、スマート装置が、インターネット、クラウド、または基体のうちの１つからダウンロードされたアプリケーションの形態の専用ソフトウエアを備える。

本発明の第１２の態様のシステムの実施形態は、基体とスマート装置との間の双方向通信、およびシステムと外部位置との間の双方向通信のうちの少なくとも１つを可能にする通信部品を備える。本発明の第１２の態様のシステムの実施形態では、通信部品の少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１２の態様のシステムの実施形態では、基体が、その固有の識別を提供し、それによって遠隔位置との安全な通信を可能にする内部コード（文字および数）を有する。本発明の第１２の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、医師がスマート装置のアプリケーションの制御を引き継ぎ、画像および映像を記録し、システムから自身のコンピュータ、クラウド、または任意の他の所望の位置に送信することを可能にする。本発明の第１２の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、システムを使用する患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを可能にする。

第１３の態様では、本発明は、超音波撮像用システムであって、基体、スマート装置、超音波アレイ、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器、および超音波アレイの動作を可能にし、超音波画像に関連する信号を受信し、信号についての所望の動作を実行し、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備え、基体が、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素を備え、超音波アレイが、異なる深度および角度での操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する２Ｄ分割環状アレイである。

本発明の第１３の態様のシステムの実施形態では、データ完全性、暗号化、および他のデータ活動が、移動体通信事業者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る。

本発明の第１３の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、基体に配置される。本発明の第１３の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、スマート装置上の既存のチップに実装される。

本発明の第１３の態様のシステムの実施形態では、超音波画像に関連する信号を受信し、かつ所望の動作を実行するように適合されたソフトウエアの少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１３の態様のシステムの実施形態では、スマート装置が、インターネット、クラウド、または基体のうちの１つからダウンロードされたアプリケーションの形態の専用ソフトウエアを備える。

本発明の第１３の態様のシステムの実施形態は、基体とスマート装置との間の双方向通信、およびシステムと外部位置との間の双方向通信のうちの少なくとも１つを可能にする通信部品を備える。本発明の第１３の態様のシステムの実施形態では、通信部品の少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１３の態様のシステムの実施形態では、基体が、その固有の識別を提供し、それによって遠隔位置との安全な通信を可能にする内部コード（文字および数）を有する。本発明の第１３の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、医師がスマート装置のアプリケーションの制御を引き継ぎ、画像および映像を記録し、システムから自身のコンピュータ、クラウド、または任意の他の所望の位置に送信することを可能にする。本発明の第１３の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、システムを使用する患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを可能にする。

第１４の態様では、本発明は、超音波撮像用システムであって、基体、スマート装置、超音波アレイ、超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器、および超音波アレイの動作を可能にし、超音波画像に関連する信号を受信し、信号についての所望の動作を実行し、かつ動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備え、基体が、基体にスマート装置を機械的および電気的に接続し、かつ基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするように適合された接続要素を備え、超音波アレイが、操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する１Ｄ円形アレイを備える。

本発明の第１４の態様のシステムの実施形態では、データ完全性、暗号化、および他のデータ活動が、移動体通信事業者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る。

本発明の第１４の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、基体に配置される。本発明の第１４の態様のシステムの実施形態では、超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、スマート装置上の既存のチップに実装される。

本発明の第１４の態様のシステムの実施形態では、超音波画像に関連する信号を受信し、かつ所望の動作を実行するように適合されたソフトウエアの少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１４の態様のシステムの実施形態では、スマート装置が、インターネット、クラウド、または基体のうちの１つからダウンロードされたアプリケーションの形態の専用ソフトウエアを備える。

本発明の第１４の態様のシステムの実施形態は、基体とスマート装置との間の双方向通信、およびシステムと外部位置との間の双方向通信のうちの少なくとも１つを可能にする通信部品を備える。本発明の第１４の態様のシステムの実施形態では、通信部品の少なくとも一部が、基体およびスマート装置のうちの少なくとも１つに配置される。本発明の第１４の態様のシステムの実施形態では、基体が、その固有の識別を提供し、それによって遠隔位置との安全な通信を可能にする内部コード（文字および数）を有する。本発明の第１４の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、医師がスマート装置のアプリケーションの制御を引き継ぎ、画像および映像を記録し、システムから自身のコンピュータ、クラウド、または任意の他の所望の位置に送信することを可能にする。本発明の第１４の態様のシステムの実施形態では、安全な通信により、システムを使用する患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを可能にする。

本発明の一実施形態によるシステムに対する基体の概略的な斜視図である。 図１の基体の底面図である。 基体に接続されたスマート装置を有する図１の基体の図である。 本発明による使用に好適な多様な超音波要素を概略的に図示している。 本発明による使用に好適な多様な超音波要素を概略的に図示している。 本発明による使用に好適な多様な超音波要素を概略的に図示している。 本発明による使用に好適な多様な超音波要素を概略的に図示している。 本発明による使用に好適な多様な超音波要素を概略的に図示している。 本発明による使用に好適な多様な超音波要素を概略的に図示している。 受信ビームフォーマの実施形態の処理ステップおよびサブブロックを示しているブロック図である。 本発明で使用され得る超音波システムの実施形態の構造を概略的に示しているブロック図である。 本発明で使用され得る超音波システムの別の実施形態の構造を概略的に示しているブロック図である。 本発明で使用され得る超音波システムの実施形態の構造を概略的に示しているブロック図である。 基体に完全に一体化されたＡＦＥを用いた本発明のシステムの実施形態を概略的に示している。 基体に完全に一体化されたＡＦＥを用いていない本発明のシステムの実施形態を概略的に示している。 １６個の要素から構成されたＰＭＵＴ超音波トランスデューサの概略的な斜視図である。 図１０Ａに示すトランスデューサの平面図である。 トランスデューサ要素を備える個々のＰＭＵＴ構造を記号的に示している図１０Ａに示すトランスデューサの一部の拡大図である。 図１０Ａのトランスデューサの要素のうちの４つに対する電気的な接続を示している。 原型トランスデューサの３２個の要素のうちの１つの要素に対する時間および周波数応答をそれぞれ示しているグラフである。 原型トランスデューサの３２個の要素のうちの１つの要素に対する時間および周波数応答をそれぞれ示しているグラフである。 ３２個の要素の原型トランスデューサの要素に対する感度のばらつきを示しているグラフである。 ソフトウエアベースの超音波システムの主なブロックを図示しているブロック図である。 システムのハードウエア部品間の主な相互作用を図示しているブロック図である。 Ｂモードおよびカラーフローソフトウエア処理の主なステップをそれぞれ図示しているブロック図である。 Ｂモードおよびカラーフローソフトウエア処理の主なステップをそれぞれ図示しているブロック図である。 本発明の基体の別の実施形態を概略的に示している。 本発明の基体の別の実施形態を概略的に示している。 本発明の基体の別の実施形態を概略的に示している。

本発明は、任意の好適なパーソナル通信装置を介して動作されるソフトウエアを有する超音波要素組立体の新規の構造の新規の組み合わせに基づいている。
好適なパーソナル通信装置には、例えば、市販のスマートフォン、またはＩＰＯＤ（登録商標）、ＭＰ４、もしくはＷＩ−ＦＩまたはＬＴＥ等の無線通信能力を有するアンドロイド装置等の携帯装置が含まれる。当然ながら、パーソナル通信装置は常に開発されており、将来開発され得る任意の好適な装置は、本発明との関わりにおいて有用であり、それは任意の特定の接続可能な装置に限定されるものではない。簡潔に表現するために、すべての好適な装置を、以後、併せて「スマート装置」と称する。

本発明のシステムは、スマート装置に対するドッキングステーションとして機能する基体を備える。基体には、スマート装置に基体を接続するのに好適な接続要素が提供される。基体は、下の本明細書により完全に記載されるように、スマート装置をその上側に挿入し得るソケットと、追加の電子機器と本質的に一体となっているその下側に配置された超音波トランスデューサ要素とを備える。

超音波組立体の構造が、任意の人が入手可能な本発明による基体およびスマート装置を備えるシステムを製造可能にする。発明者らは、超音波要素組立体を含む基体が数十ドルの範囲の費用であることを想定している。本発明のシステムのスマート装置は、大多数の人が所有している標準的なものであり、ある特定の実施形態では、例えば、下の本明細書に記載されるような本発明を実行することができる、インターネット、クラウド、または基体からダウンロードされ得るアプリケーションを介した、専用ソフトウエアの追加のみが必要とされるものである。

すでに述べたように、本発明は、任意の特定のスマート装置に限定されるものではない。例えば、本発明は、４Ｇ、４．５Ｇ、５Ｇ、６Ｇ、または他のセルラー通信能力等のより先進の世代を用いた装置と共に動作可能であろう。重要な要素は、例示されたｉＰｈｏｎｅ（登録商標）（多数の好適なスマート装置のうちの一例としてのみ提供される）の代わりに用いられ得る任意の装置が、専用ハードウエアの追加による改変を必要とすべきものではなく、また熟練の人員による操作を必要とすべきものでなく、すべての消費者が使用し得るものであるということである。

本明細書全体を通して、スマート装置の例として「スマート装置」または「スマートフォン」を参照するとき、入力を受信し、ソフトウエアを動作させ、必要に応じて、Ｗｉ−Ｆｉ、ＬＴＥ、Ｓ−ＵＭＴＳ、ＨＳＰＡ＋、高度な無線通信、有線通信、４Ｇ、４．５Ｇ、５Ｇ、６Ｇ等の携帯通信世代、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、セルラーネットワーク等の通信能力、および２つの独立した装置を接続する任意の通信プロトコルが提供される、各々すべての装置を含む、最広義の意味で解釈されるべきである。

胎児の監視を特に参照して本発明を図示しているが、これは、かかる使用に限定される意味を有するものではない。しかしながら同様に、異なる超音波装置を用い、本発明の同じ原則を使用して、他の医学的状態、例えば、肝臓、心臓血管系、および異常を測定し、かつ評価することが可能である。さらなる事例的な使用は、例えば、
Ａ．プラークと呼ばれる油性物質が頸動脈に増大したかどうかを示す頸動脈のドップラーである。頸動脈におけるプラークの増大は、頸動脈疾患と称される。頸動脈の二重走査は、心臓から首を通して脳へ血液を供給する動脈の血流を評価するために行われる一種の血管超音波研究である。頸動脈は２つあり、その各々がさらに２つ、右内頸動脈および右外頸動脈、ならびに左内頸動脈および左外頸動脈に分かれている。脳に供給する他の主な血管である椎骨脳底動脈系が、同様に研究される場合がある。

「二重の」という用語は、２つのモードの超音波、ドップラーおよびＢモードを使用している事実を指している。Ｂモードトランスデューサは、研究される頸動脈の画像を取得する。トランスデューサ内のドップラープローブが、血管内の血流の速度および方向を評価する。プローブ（トランスデューサとも称される）は、高頻度で超音波を送り出す。プローブが一定の位置および角度で頸動脈に配置されると、超音波が皮膚および他の体組織を通して血管へと移動し、波が血液細胞に反響する。トランスデューサは、反射された波を拾い上げ、それらを増幅器に送り、超音波を聞き取れるようにする。これらの音が無い、または弱々しい場合、血流障害を示している可能性がある。

Ｂ．静脈または動脈。静脈内の血栓（深部静脈血栓症またはＤＶＴ）が疑われる場合、通常、下肢静脈超音波が行われる。脚の静脈を圧迫し、血流を評価して静脈が詰まっていないことを確かめる。この検査はまた、慢性静脈不全、または腫れまたは浮腫を生じ得る静脈内の漏れ弁を探すために使用される。

特に血管内治療または外科手術を計画するために、末梢動脈障害（ＰＡＤ）を罹患した患者に、下肢動脈超音波が行われる場合がある。それはまた、手術後に再閉塞（「再狭窄」）の兆候に対するステントまたは移植片を監視するために使用される。カテーテル処置の後、血腫が発症した場合、動脈超音波がまた、鼠径部の動脈および静脈の完全性を検査するために使用される。

Ｃ．心臓病学（心臓または弁の視覚化）。経胸腔式エコー検査法（エコー）は、一種の心エコー図検査である。この種の検査は、患者の胸部にトランスデューサを配置することを伴う。本装置は、胸壁を通して心臓へと超音波を送る。本検査は、心臓の大きさおよび形状についての情報、および心室および弁がどのように働いているかについての情報を与える。エコーを使用して、幼児および子供の心臓の障害を検出することもできる。本検査はまた、以前の心臓発作による血流の低下または損傷に通常起因して収縮していない心筋の領域を特定することもできる。加えて、ドップラー超音波と称される一種のエコーは、心臓の室および弁を通る血流がどのように流れているかを示す。これを使用して心臓の弁または漏れ弁の任意の狭窄を検出し得る。エコーは、心臓内部の可能な血栓、心膜（心臓の周りの嚢）の水分蓄積、および大動脈の障害を検出し得る。大動脈は、心臓から体の臓器に酸素を豊富に含む血液を運搬する主な動脈である。

Ｄ．胸部。超音波検査を行って胸部に存在する異常を診断する。加えて、かかる検査により有益であり得るいくつかの症状がある。例えば、胸部の痛み、充血、腫れ等の根本原因の検出、乳房のしこりの内部の流体の存在または不存在の発見、固体および流体で満たされた嚢胞間の識別、高リスクの乳癌を罹患しており、ＭＲＩに好適でない女性に対する検査の実施、Ｘ線への曝露が薦められない妊娠中の、癌の転移の測定、および乳房生検または乳腺手術に対するガイドとしての超音波画像の使用である。胸部撮像の事例では、身体検査または患者自身が異常を感じた場合、超音波は、異常が固体（良性の線維腺腫または癌等）、または流体で満たされたもの（良性の嚢胞）であるかどうかを発見する最適な方法である。別の例は、触診可能な乳房のしこり（皮膚を通して感じられ得る乳房のしこり）を評価することである。

本発明による基体の例示的な実施形態を図１に示しており、全体として矢印１００で示している。本実施形態では、基体に、所与の寸法のスマート装置を収容するのに好適な空隙１０１が提供されている。しかしながら、他の実施形態では、この空隙は、基体およびスマート装置を単一ユニットとして移動させることを可能にするようにスマート装置および基体を利便性良く、可逆的かつ物理的に接続状態に保つのに好適な任意の他の接続および位置付け要素と置き換え可能である。図１の例示的な実施形態では、ソケット１０２は、コネクタ（図示しない）が配置される基体の下部に提供される。コネクタは、基体１００と併用して使用されるスマート装置のデータ入力ポートに対して基体に配置された超音波アレイの電子機器を電気的に接続するように構成される。コネクタは、例えば、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、サムスンギャラリー、ソニーエクスペリア等により使用されるＵＳＢコネクタ、またはファーウェイ、ノキア等の他の電話により使用される異なる種類のコネクタであり得る。

図２をこれより参照すると、図１の装置１００の底部が見える。装置１００の底外側面に、超音波トランスデューサ１０３が配置されている。下の明細書に記載されるように、超音波トランスデューサ１０３および超音波システムを動作させる電子機器の実施形態が、超音波トランスデューサ１０３とソケット１０２内のコネクタとの間に配置されている。図３は、基体１００内の空隙へと嵌合されるスマート装置１００、本例ではスマートフォンを示している。空隙の底のソケット内のコネクタは、基体１００内の電子機器とスマートフォン１０４との間に電気的な接続を提供する。さらに、コネクタおよび空隙の側が、スマート装置を基体に機械的に接続し、その結果、単一ユニットとして表面、例えば、人の腹部に渡って共に移動し得る。

本発明の基体の別の実施形態を、図１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃに概略的に示している。図１３Ａを参照すると、基体１３００は、図１、２および３に示す基体１００と本質的に同様である下部分を備える。本実施形態では、基体１３００は、下部分と一体的である平坦な垂直後壁１３０５を有する。上の明細書に記載した実施形態の事例のように、基体１３００は、スマート装置１３０４（図１３Ｂ参照）を挿入し得る空隙１３０２を備える。基体の底には、超音波アレイ１３０３がある。

図１３Ｃは、基体の内側に嵌合する「Ｔ」字形状のＰＣＢ１３０６を示している断面図である。コネクタ１３０７は、超音波アレイ１３０３とＰＣＢ１３０６に取り付けられた電子要素１３０９との間に直接接続を提供する。コネクタ１３０８は、とりわけ、空隙１３０２に挿入されたスマート装置（図示しない）間の機械的な接続、および超音波アレイ１３０３とスマートフォンとの間の直接の電気的な接続を提供する。

本発明をこれより、胎動および基体の第１の実施形態を参照して図示しよう。胎動を確認することを望む場合、スマート装置１０４（本例では、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標））を空隙１０１に挿入し、図３に図示するようなソケット１０２内のコネクタの手段により基体１００に連結する。スマート装置１０４は、以後、本明細書に記載される動作を行うソフトウエアを動作させ、かつ超音波トランスデューサによって集められたデータから作成された画像を表示するために使用される。

当然ながら、当業者が理解するように、上に記載した超音波トランスデューサ１０３は、すべての事例で、単一要素、要素のアレイ、線形アレイ、焦点アレイ、多次元アレイ、すなわち、１．５Ｄ、２Ｄ、および３Ｄアレイ等の、励起され、かつ圧力波を発生させる好適な要素と置換され得る。要素は、異なる形状を有する直線または曲線である場合があり、平面、凸面、または凹面に構築され得る。トランスデューサは、例えば、圧電、圧電複合材料、および既知の技術を用いた金属、例えば、ケイ素ベースの基体、ＣＭＵＴ（容量型微細加工超音波トランスデューサ）、ＰＭＵＴ（圧電型微細加工超音波トランスデューサ）、ＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）、およびＮＥＭＳ（ナノ電気機械システム）等の異なる材料から製造され得る。

胎動を監視する必要があるとき、スマートフォン３０１をオンにし、超音波ソフトウエアアプリケーションが、基体またはスマート装置により起動され、あるいは、ある特定の実施形態では、ソフトウエアの部品が、スマート装置の基体および部品に載置される。

基体３００をこれより妊婦の腹部に沿って移動させ、超音波システムにより生成された画像または映像を、視認し、かつ／または、場合によっては、医師または病院に送信するためにスマート装置内に保存する。本発明の実施形態では、本システムへの、かつ本システムからの通信は、基体３００に割り当てられた特殊なＩＰアドレスを介してであり得、またはスマート装置の携帯番号を使用することによってであり得る。したがって、医師は、異なる位置で画像を取得するために、一定の方向に基体を移動させるように患者に指示するために、例えば患者が聞くべき音声指示を送信するための通信チャネル（安全、または非安全な）を用いて、任意のＩＰ通信を介して基体に接触し得るか、または医師は、静止画もしくは映像ムービーを、ソケットから、例えば、カメラ付きＰＣもしくは携帯装置など、自身で制御した装置に送信し得る。当然ながら、任意の他の超音波処理と同様に、ゲル、水、または整合を改善するための好適な他の材料を、好ましくは、ノイズを低減し、かつ異なる体層間に良好な超音波伝播を提供するために、トランスデューサと皮膚の間に使用すべきである。

別の例示的な実施形態では、基体は、超音波トランスデューサの励起をサポートする（例えば）３．７Ｖ〜９Ｖまたは２０Ｖもしくは最大２００Ｖまでの電池電圧を変換する充電式電池およびＤＣ／ＤＣコンバータを含む。トランスデューサに電力を供給するための別の選択肢は、電力段および制御回路からなるスイッチング電源を使用することである。電力段は、超音波トランスデューサを作動させるために必要な電池の入力電圧から出力電圧への基本電力変換を行い、かつスイッチおよび出力フィルタを含む。電池は、使い捨て可能であり、または再充電可能であり得る。本発明の実施形態は、スマート装置の電池を使用している。電圧または電流（場合によっては）の変換は、当該技術分野においてよく知られている。例えば、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製のＴＬ４９７ＡＣＮ部品は、スマート装置からの入力電圧を超音波トランスデューサに必要とされる励起電圧に変換し得る。共通して使用される３つの基本スイッチング電源構成は、バック、ブースト、およびバックブーストであるが、それらは本議論の範囲を超えている。

一実施形態では、スマート装置がすべての処理能力を提供し、基体が超音波要素に対する電力を提供する。基体とスマート装置との間の通信は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等のよく知られているプロトコルによって行われる。別の実施形態では、基体は、エネルギーを保存するスーパーキャパシタ（またはウルトラキャパシタ）を含有し、このエネルギーは、超音波を生成する要素を励起するＤＣ／ＤＣコンバータを介して提供される。かかる要素は、ＰＺＴ、またはフィルム、ＰＶＤＦ、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＭＮ−ＸＸ、ＰＩＮ−ＰＭＴ−ＸＸ等の圧電材料を含む場合があり、ＸＸは、シリコン、金属、ＣＭＵＴ、ＭＥＭＳ、ＮＥＭＳ等の材料のいくつかの派生に対するものである。

超音波を生成する要素の製造は、切削形成または切断された結晶のように、純機械的であり得、次に、アレイへと、または容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、および全体的なアレイの要素を生成するための半導体技術を使用する同様の構成等のウエハー技術の使用によって組み立てられ得る。加えて、ウエハーベースの生成である構成により、信号の質を改善するための他の部品、例えば、シリコンウエハーに実装され、かつ低信号を増幅させ、またはアナログデジタルコンバータを実装させ、アナログの代わりに処理用デジタル信号を提供し、あるいはアナログデジタル回路または部品の混合を実装するために要素に接続された増幅器を追加することが可能である。

いったん女性の子宮に渡る走査を完了すると、スマート装置を基体から取り外すことができ、ソフトウエアを使用してスマート装置内に、またはスマート装置に対して提供され、記録された超音波画像または胎動の映像ムービーを形成する一連の画像をそのスクリーン上で見ることができる。スマート装置に通信能力が提供されている場合、かつ必要とみなされる場合、通信能力が基体に存在する本発明のある特定の実施形態のように、転送が実時間で影響を受けない限り、医師または他のヘルスケアの専門家が見るために記録された画像が送られ得る。この点において、本発明によると、基体および基体に接続されたスマート装置が通信能力を併せて有することで足りることを理解すべきである。したがって、例えば、スマート装置は、通信能力を有しないＭＰ４レコーダでもよいが、これらは基体に具現化され得る。反対に、本発明の別の実施形態では、基体は、任意の通信能力を有しなくてもよいが、スマート装置は、通信能力を有するスマートフォンでもよい。これらの事例の両方において、スマート装置および基体は、基体のソケット内のコネクタを介して互いに通信する。当然ながら、基体およびスマート装置の両方に通信能力を有し、かつ特定の関連動作に最適なものを使用することが可能である。本発明と併用して使用される映像形式は、例えば、標準的な映像形式、例えば、クイックタイム、ＷＭＶ、ＡＶＩ、ＦＬＶ、ＭＰ４、およびＤＩＣＯＭ等の任意の好適な形式であり得る。

超音波トランスデューサは、多様な構成を有する場合があり、その一部を図４Ａ〜図４Ｆに概略的に図示している。図４Ａは、異なる深度および角度で１つの軸に集束する直進ビーム、および角度および深度と共に増加する発散を生成する１Ｄ線形アレイを示している。図４Ｂは、球面または単一軸焦点を有する３次元での操舵能力を有する２Ｄ正方アレイを示している。図４Ｃは、操舵能力を有し、かつ異なる深度および角度で１つの軸に集束し、それによって歪みを低減する１．５Ｄ正方または矩形マトリクスアレイを示している。図４Ｄは、異なる深度で集束する球面を有する１Ｄ環状アレイを示している。このアレイは、操舵を有しない小さい反射体を検出するのに非常に良好である。図４Ｅは、異なる深度および角度で操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する２Ｄ分割環状アレイを示している。図４Ｆは、操縦能力を有する楕円形または球面ビームを生成する１Ｄ円形アレイを示している。各アレイは、スマート装置への異なる接続、および異なる励起信号を必要とするだろう。しかしながら、これは、ソフトウエアおよび処理部品によって達成される。

本発明の実施形態によると、単一要素またはアレイに対する超音波トランスデューサは、それを動作する電子機器と近接した位置関係で提供される。本発明の他の実施形態では、電子機器または電子機器の少なくとも一部は、スマート装置の一体的な部分である。本発明の一実施形態では、超音波アレイは、それを動作するのに必要なシステムの主な電子部も含有する半導体チップ上に一体的に製造される。本発明の別の実施形態では、超音波アレイは、半導体層から取り外されるが、好適なコネクタを介して半導体層に接続される。

ここで、「超音波」という用語は、広義の意味で理解されるべきである。アレイは、１つ以上の要素から構成され得、周波数の範囲は、特定のアプリケーションにより異なり、かつ１ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲にあり得、中心周波数は、診察の状況および種類によるが、他のアプリケーションに対して１〜３５ＭＨｚの範囲で容易に提供され得る。典型的な帯域幅は、アプリケーションに応じて、５００ＫＨｚ〜２７ＭＨｚで変化する可能性がある。また、アレイを全く含まない連続的な映像を発生させる電気モータの手段によって回転する圧電または圧電複合要素を構成することも可能である。かかる層状システムの製造は、例えば、２００９年３月２６日にＬｕらにより出願された米国特許出願第２００９／００８２６７３号の「Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｎｕｃｌｅａｒ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ，ｏｒ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｏｒ ｐｒｏｂｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ」に対して議論されるように、かつＤａｕｓｃｈら（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｔｉ．ｏｒｇ／ｐｕｂｓ／ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｒｅｖａｓｃｍｅｄ−ｖ１４ｐ１５７＿ｄｄａｕｓｃｈ．ｐｄｆ）によって議論されるように、当該技術分野において知られている。

超音波の基本原則
超音波装置は、音波の焦点ビームを体に送信し、かつ構造の画像を再構成するために反射された音波の強度および遅延の差を用いることによって、生体組織の画像を形成する。これは、通常、撮像される体に対して加圧されたプローブモジュールの端に載置される圧電（または、他の材料）ベースのトランスデューサアレイにより達成される。圧電トランスデューサ要素は、要素を振動させ、次に、送信された音響波を発生させる、高電圧の鼓動（＋／−５ＶＰＰ〜＋／−３００ＶＰＰ）によりシミュレートされる。アレイ内の要素は、通常、体内の所定の位置および距離で音響波の焦点ビームを生成するために互いに整列された位相である。これらの入射波が構造を通過し、組織の層間の音響インピーダンスの差により、トランスデューサに戻る反射を生じる。

音響波を送信した直後に、トランスデューサは、その役割を変更して検出器となり、反射された信号を拾い上げる。体の代表的な画像は、分析された領域の多数の走査線に沿って送波ビームを集束し、次に超音波装置のバックエンド電子機器にそれらを再組み立てして２Ｄ画像を形成することによって形成される。

送信電子機器または送波ビームフォーマは、正しい位相整合を有する画像範囲に渡って波を送信するとういう困難なタスクを有しているが、受信電子機器は、受信した音響反射を画像に組み立てるために複雑かつ高度に専有の義務を有する。受信電子機器または受波ビームフォーマは、個々の受信チャネルを正しく位相整合させて、正しい焦点深度を設定し、入りデータをフィルタ処理し、波形を復調し、次にすべてのチャネルを合計して走査線を形成しなければならない。このプロセスを各走査線に対して繰り返し、次に、すべての走査線を組み合わせ、補間し、かつフィルタ処理して最終的な画像を形成する。

構造
非常に高レベルで、超音波システムは、３つの異なる処理ブロック、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）、フロントエンド処理を有するビームフォーマ、およびバックエンドからなる。

アナログフロントエンド（ＡＦＥ）。ＡＦＥは、各２、４、８、１６、３２等のチャネル毎の完全に一体化された単一チップの形態で、またはチャネルカスタムソリューション毎のマルチチップ内に実装され得る超音波アプリケーションに対する高度に専門的なシステムである。大きなダイナミックレンジのトランスデューサ受信信号を処理するために、可変利得増幅器（ＶＧＡ）または時間利得補償器（ＴＧＣ）を使用して、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）のより小さいダイナミックレンジに対する信号をマッピングする。

ビームフォーマ。超音波ビームフォーマは、２つの部品からなる。走査線を開始させる責任を担い、かつ構造内の所望の焦点を設定するために時限パルス列をトランスデューサに発生させる送波ビームフォーマ（またはＴｘビームフォーマ）。アナログフロントエンドからエコー波形データを受信し、かつフィルタ処理、ウィンドウイング、加算、および復調を通して個々の走査線にデータを集める責任を担う受波ビームフォーマ（または、Ｒｘビームフォーマ）。２つのビームフォーマブロックは、時間同期され、かつタイミング、位置、および制御データを互いに連続的に受け渡す。

Ｔｘビームフォーマは、トランスデューサに対する高電圧パルスに外部から変換される時限デジタルパルス列を誘導し、かつ発生させる責任を担っている。所与の走査線に対する集束超音波ビームの要求された瞬間位置に基づいて、遅延を実時間で計算する。これは、Ｔｘビームフォーマの非常に小さいロジックリソースを必要とする極小ブロックである。それは、タイミング発生器およびパルス整形を含み、典型的に、外部ＤＡＣに平行なインターフェースを有する。

Ｒｘビームフォーマは、未処理のトランスデューサＲｘデータを解析して超音波走査線を抽出し、かつ組み立てる。それは、通常、ＦＰＧＡ（フイールドプログラム可能ゲートアレイ）またはＤＳＰ（デジタル信号処理）によって実行される。例示的な処理ステップおよびＲｘビームフォーマのサブブロックの要約を図５に示している。総和５１６までの各ステップをチャネル毎に実行し、残りのステップを走査線毎に実行する。これは、典型的な処理フローである。Ｒｘビームフォーマは、周波数ドメイン、時間ドメイン、または他の専有の方法で実行され得る。

図５に示すステップは、以下の通りである。
●データ捕捉５０２。入りＬＶＤＳデータを非直列化し、時計を同期し、かつ処理用データをバッファーに格納する。
●サンプル５０４。入りデータをオーバーサンプリングして、引き続きの遅延プロセスにおけるより良好な精度を可能にする。
●補間フィルタ５０６。遅延誤差をさらに拡大し、かつ調節することによって画像の精度を上げる助けとなる。
●遅延／焦点５０８。各チャネル上でデータを遅延させて、各トランスデューサ受信要素に対する焦点の位置を調節する。ここでのタイミングをＴｘビームフォーマと同期し、かつシステムユーザにより実時間で改変してビームおよび焦点を誘導し得る。
●ウィンドウイング／アポディゼーション５１０。ビーム応答で自然に生じる空間画像エコー（サイドローブ）を取り除く。
●対数圧縮５１２。画像処理および表示に対する受容可能なレベルにまでデータのダイナミックレンジを低減させる。
●復調５１４。復調は、エコーキャリア周波数範囲から最終的な走査線を抽出する。本プロセスには、エンベロープ検出、ダウンコンバージョン、デシメーション、フィルタ、および整合フィルタが含まれることが多い。エンベロープ検出に対してヒルベルト変換が典型的に使用される。
●総和５１６。すべてのチャネルを合算して最終的な走査線表示を作成する。

バックエンド処理。バックエンド処理ブロックには、典型的に、Ｂモード、Ｍモード、ドップラー、およびカラーフロー処理関数が含まれる。これらの関数は、同時に動作し、かつ多数の動作を同時に実行する。Ｂモード処理エンジンは、復調され、かつ圧縮された走査線を受信し、かつ補間およびグレースケールマッピングを使用して走査線から２Ｄグレースケール画像を形成する。Ｍモードは、データ点を時系列で比較して、動作、速度、およびソース内の動作の位置を特定する。ドップラーは、ドップラー特異的アナログフロントエンドからのデータを処理し、かつ正確な方向および速度情報を生成する。カラーフロー処理ブロックは、速度および方向を示す動作データに対するカラースケールをマッピングし、かつＢモード関数からのグレースケール画像上にそれを重ね合わせる。次に、バックエンドは、音波検査者および使用されるディスプレイの要件を満たすように画像をクリーニングし、かつ調節し、静止および映像出力を保存、表示、および送信する。多数の異なる改善手法を超音波システムに用いて、スペックルを低減し、焦点を改善し、かつコントラストおよびグレースケール深度を設定し得る。いくつかの例には、以下が含まれる。
●角度の合成−同じ焦点の異なる角度からの視野を比較して、加重和演に対してそれらを組み合わせることによってスペックル低減に対して使用される。各角度からの座標を対応付けるために２Ｄマトリクスによりデータを乗じることを必要とする。
●ウェーブレット分解−スペックルの低減に使用される。ウェーブレット分解は、信号の異なる周波数領域を評価し、かつダウンコンバージョンが必要とされるかどうかを判定する。
●異方性、バイラテラルフィルタ処理−スペックルの低減のため。
●ヒストグラム均等化−画像に対するバランスのとれたコントラストおよび品質を作成する。
●フレーム平滑化−隣接画素を平均化し、かつ調節することによって画像を平滑化するための処理に対してローパスフィルタを利用する。
●エッジ検出−ハイパス、ハイブースト、および派生等の鮮明化フィルタを使用して画像のぼやけを取り除く。

図６は、本発明で使用され得る超音波システムの実施形態の構造を概略的に示しているブロック図である。超音波システム６００は、トランスデューサ６０２、ＡＦＥ Ｔｘ６０４、ＡＦＥ Ｒｘ６０６、ビームフォーマフロントエンド６０８、ＳＤＲＡＭ６１０、バックエンド６１２、および周辺機器−ディスプレイ６１４、オーディオ６１６、ＨＤＤ６１８、ユーザ入力６２０、およびネットワーク６２２を備える。トランスデューサ６０２、ＡＦＥ Ｔｘ６０４、およびＡＦＥ Ｒｘ６０６は、アナログ処理を用いている。ビームフォーマフロントエンド６０８、ＳＤＲＡＭ６１０、およびバックエンド６１２は、デジタル処理を用いている。図６の矢印は、通信チャネル、およびブロック間の通信に使用され得るプロトコルの例を表している。それらは、６０４〜６０２アナログ信号、６０２〜６０６アナログ信号、６０８〜６０４パラレル、ＪＥＳＤ２０４Ｂ、ＳＰＩ、ＬＶＤＳ；６０６〜６０８ＬＶＤＳ、ＪＥＳＤ２０４Ｂ；６０８〜６０６ＳＰＩ；６１２〜６０８ＳＲＩＯ、ＰＣｌｅ、ＬＶＤＳ；６１０〜６１２および周辺機器ＤＤＲ２、ＤＤＲ３；６１２〜５１４ＤＶＩ、ＨＤＭＩ（登録商標）、ディスプレイポート；６１２〜６１６シリアルＰＷＭ、ＧＰＩＯ；６１２〜６１８ＳＡＴＡ；６１２〜６２０ＵＳＢ２．０；および６１２〜６２２イーサネット（登録商標）である。

図７は、本発明で使用され得る超音波システムの別の実施形態の構造を概略的に示しているブロック図である。本実施形態では、超音波システム７００は、プローブ７０２、電源７０４、ＨＶＳＷ（高電圧スイッチ）７０６、Ｔ／Ｒ（送信器／受信器）７０８、ＴＸ（送信器）７１０、ＡＴＧＣ（自動時間利得補償）７１２、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）７１４、ＣＰＵ（中央処理ユニット）７１６、ＤＤＲ（メモリ）７１８、フラッシュ（メモリ）７２０、ＵＳＢ−ＯＴＧ（ユニバーサルシリアルバスワンストゥープログラム）７２２、およびＬＣＤ（液晶高分子等の任意のディスプレイまたは同様のもの）７２４を備える。

図８は、本発明で使用され得る超音波システムの別の実施形態の構造を概略的に示しているブロック図である。本実施形態では、超音波システム８００は、プローブ８０２、電池電源８０４、Ｔ／Ｒ（送信器／受信器）スイッチ８０６、パルサー（高電圧および高速パルス生成器）８０８、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）８１０、ＦＰＧＡ（フイールドプログラム可能ゲートアレイ）８１２、およびスマート装置８１４を備える。

図９Ａは、基体に完全に一体化されたＡＦＥを用いる本発明のシステムの実施形態を概略的に示している。本実施形態では、基体９００が、電子回路９０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０４、および超音波トランスデューサ９０６を備える。電気回路９０２は、一体化されたマイクロ制御装置またはＣＰＵを有する１つのＦＰＧＡを備え、その両方が超音波システムのすべてのブロック、すなわち、アナログブロックエンドを含むすべてのアナログおよびデジタル部品（受信器、送信器、およびスイッチ）を実装する。これらの部品は、１つのＭｉｘ ＡＳＩＣまたは２つのチップとして実装される。本発明の一実施形態によると、トランスデューサ自体が、ＰＣＢの１つの層に構築され、かつＦＰＧＡまたはＣＰＵの第２の層に取り付けられたＦＰＧＡ部品回路にバイアスを通して接続される。スマート装置９０８は、ＣＰＵ９００、メモリ９１２、ＵＳＢ接続９１４、ディスプレイ９１６、周辺機器９１８、および電源９２０を備える。この完全に一体化されたＡＦＥにおいて、基体９００内のＶＧＡ／ＴＧＣは、バスを介したスマート装置９０８のロジック、例えば、直列周辺装置インターフェース（ＳＰＩ）インターフェースによって制御されるが、他のプロトコルを介して実装される場合もある。

別の実施形態では、ブロックのすべてが、携帯装置で利用可能ないくつかの既存のチップに実装される。ＡＦＥは、携帯装置の既存のＡＦＥを時間軸で使用することによって実装される。携帯処理装置は、いくつかのコアを含み、本実施形態は、外部アプリケーションに対する装置の製造によって設計された割り当てコア上でソフトウエアの大部分を実行する。かかる一実施形態は、電池および電圧を使用して携帯装置の既存の電池によりトランスデューサを励起し、かつ携帯装置のディスプレイを使用して画像または映像を表示する。したがって、本発明の本実施形態では、超音波を発生させる要素を除いて、すべての他の処理ブロック、回路またはチップが携帯装置内に存在し、よって、それらと共に機能し得る本発明の安価な装置を作成するように利用され得る。

図９Ｂは、基体内に完全に一体化されたＡＦＥを有しない解法の実施形態を概略的に示している。本システムでは、電子回路９０２が基体９２２から取り外され、かつスマート装置９２４内に配置される。本事例では、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）が、典型的に、ＶＧＡ／ＴＧＣを制御するアナログ波形を生成される可変利得を制御するロジックによって駆動される。ＡＤＣデータは、直列に変換され、かつＬＶＤＳ（低電圧差動信号）または同様の技術もしくは装置を介してデジタル処理装置に伝達される。

本装置の別の実施形態は、スマート装置に含まれたより先進のチップセットを使用し得る。本事例では、基体は、トランスデューサ、または超音波を送信する要素のアレイを含み、内臓器官から反射された圧力波を受信する作用も果たしている。チップセットは、離散的（１〜２つ以上のチップ）であり得、または携帯電話の既存のチップ内のＡＳＩＣによって実装され得る。例えば、既存のＡ／Ｄを使用して、１つまたは２つのコアが、処理装置およびアナログフロントエンドチップ等に存在する。ＤＣ／ＤＣを同じＡＳＩＣ内に実装できない場合、それは追加の部品となるだろう。このように、本システムの費用は、基体の費用にまで低減される。チップセットの実装が直接的である。（ａ）固定焦点、（ｂ）いくつかの焦点領域、（ｃ）動的合焦、および（ｄ）画素に基づく合焦等の異なる種類の合焦をサポートし得るようにビームフォーマを実装することが可能である。アナログフロントエンド（ＡＦＥ）がまた、ＡＳＩＣに実装され、または既存のハードウエア構造にＡＦＥの各機能を実装し、もしくはプロセスおよび異なる機能を管理するソフトウエアにそれを組み合わせることも可能である。

例えば、Ｑｕａｌｃｏｍｍ’ｓ ＳＡＮＰＤＲＡＧＯＮ ＭＳＭ８９６０処理装置およびチップセットが、多くの携帯スマートフォンで使用されている。この処理装置は、ビームフォーマに対する全体的な要件を一体化することができる。８９６０処理装置と通信する別のチップが、アナログフロントエンドを一体化することができる。加えて、より先進のハードウエア構造を使用し、かつ混合されたアナログ／デジタルＡＳＩＣにおける超音波に対する全体的な要件を実装することが可能である。これは、携帯電話のアンテナがまたＡＦＥを使用しているために可能である。

さらに、別の実施形態では、移動体通信事業者のサーバまたはクラウド内のソフトウエアとしてアプリケーションが保存されるだろう。企業間（ＢＴＢ）カスタマー、すなわち妊婦が、自身のスマート装置およびアプリケーションを使用することによってサービスを起動させ、かつスマート装置を収納する超音波トランスデューサを備える基体のみが必要であろう。データ（胎児の画像を含む）を表示し、または保存し、かつ操作者またはクラウドから病院／クリニックに送信することが可能である。すべてのデータ完全性、必要があれば暗号化、および他のデータ活動が、操作者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る。

任意の好適なクラウドサービス、例えば、外部ユーザがクラウドに接続し、かつアマゾンＳ３ ＡＰＩ等のファイルを保存することを可能にする既存のクラウドサービスを使用することが可能である。加えて、仮想サーバが、データマイニング等のデータのさらなる処理を可能にするアマゾン（または同様の）クラウドに実装され得る。安全な金融取引を取り扱い、かつクラウド内のすべての必要なデータを保存するためのクラウドサービスを使用することも可能である。別の実施形態は、例えば、マイクロソフトのＡｚｕｒｅ、Ｏｒａｃｋｅ、およびアマゾンのクラウドプラットフォームにより実行し得るように、任意の好適な通信プロトコルを介して基体をクラウドに直接接続する。

本発明の別の態様は、医師と基体を使用する患者との間の安全な通信に関する。本発明の一実施形態では、各基体が、その固有の識別を提供する内部コード（文字および数）を有する。Ｗｉ−Ｆｉまたは任意の他の通信ネットワーク上の仮想個人ネットワークと同様の安全な通信を作成することが可能である。このように、医師は、スマート装置のアプリケーションの制御を引き継ぐことができ、かつ画像または映像を記録し、システムから自身のコンピュータに、クラウドに、または任意の他の所望の位置に送信することができる。本通信は、片側または各側から秘密鍵または公開鍵を用いて暗号化される場合があり、あるいは代替的な安全対策が提供され得る。加えて、患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを望む事例では、同様の方法が適用され得る。

当業者に明らかなように、本発明のシステムはまた、基体またはスマート装置における胎児の心拍の画像および音の記録、および／または画像の表示ならびに音の展開（例えば、スマート装置のスピーカーまたは基体に提供されたスピーカー、もしくは遠隔スピーカーを使用して）を可能にし、よって一度に２つの目的を達成し得る。さらに、本発明は、一般人が高価な機器を取得する必要なく、胎動を監視することを可能にする。

図１０Ａは、１６個の要素から構成されたＰＭＵＴ超音波トランスデューサ１０００の概略的な斜視図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示すトランスデューサの平面図であり、図１０Ｃは、トランスデューサを備える個々のＰＭＵＴ構造を記号的に示しているトランスデューサ１０００の一部１００２の拡大図である。側面から見たとき、図１０Ｂの矢印Ａ−Ａによって示された方向では、トランスデューサ１０００は、凸状形状を有する。

図１０Ｄは、図１０Ａのトランスデューサの要素のうちの４つに対する電気的な接続を示している。本図では、ＰＭＵＴ要素１００８、ＰＭＵＴチップ１００４上の信号パッド１０１０およびグランド１０１２、ならびにＰＣＢ１００６上の信号パッド１０１６およびグランド１０１４が見える。ＰＭＵＴベースの要素の構造において、図１０Ｅのようにすべての要素に対して共通のグランドを用いるか、または各要素に対して個々のグランドを提供することが容易に可能であるかのいずれかの、信号およびグランドパッドを接続する２つの選択肢があることに留意されたい。

本発明の実行可能性を証明するために、トランスデューサの原型を構築した。トランスデューサは、図１０Ａ〜図１０Ｅに関して記載されたものと同様である。トランスデューサは、凸状基板のＰＭＵＴ要素が充填された３２個の同様の帯から構成される。トランスデューサは、３．５ＭＨＺ±１０％の中心周波数で動作する。トランスデューサは、０．５ｍｍのピッチ、１２ｍｍの仰角、８５ｍｍの仰角焦点、約８０％の帯域幅を有し、かつＳａｍｔｅｃ ＦＴＭＨ−１２０−０２−Ｆ−ＤＶ−ＥＳコネクタを有する。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、原型トランスデューサ内の３２個の要素のうちの１つの要素に対する時間および周波数応答をそれぞれ示しているグラフである。図１１Ｃは、３２個の要素の原型トランスデューサの要素に対する感度のばらつきを示しているグラフである。下記の３つの表は、これらの３つのグラフの特徴を要約している。

図１２Ａは、超音波トランスデューサを作動させるためのソフトウエアベースの超音波システムの主なブロックを図示しているブロック図である。図１２Ｂは、本システムのハードウエア部品間の主な相互作用を図示しているブロック図である。

Ｂモードに対して本発明のシステムにより実行されたソフトウエア処理を、これより記載しよう。しかしながら、信号処理における一部の変更を有する同様の提示が、Ｍモードおよびドップラーモードに当てはまる。図１２Ｃおよび図１２Ｄは、Ｂモードおよびカラーフローソフトウエア処理の主なステップをそれぞれ図示しているブロック図である。カラーフロー画像は、２Ｄ Ｂモード画像の上に重ねられた疑似カラーフロー画像からなる。したがって、超音波システムは、Ｂモードデータおよびカラーフローデータを同時に取得し、かつ処理する必要がある。

図１２Ｃを参照すると、Ｂモード撮像は、エンベロープ検出ブロック内の複合ベクトルのエンベロープをコンピュータ処理している。したがって、エンベロープのダイナミックレンジが、対数的に圧縮される。エンベロープ検出およびダイナミックレンジの圧縮が複数のベクトル上で動作してＢモードデータのフレームを作成する。空間フィルタ処理をフレーム上で実行してノイズを除去し、かつエッジを改善する。横方向および軸方向に８×８または１６×１６カーネルの２Ｄフィルタを含む空間フィルタを実装することが可能である。パーシスタンス処理は、ノイズおよびスペックルを低減する２つの連続して取得されたフレームによる時間的フィルタ処理を実行する。

図１２Ｄを参照すると、ラスターディスプレイのデカルト座標にフレームを変換する。カラーフロー処理に対する主なコンピュータ処理ブロックには、壁フィルタ、フロー自己相関、フロー逆正接、フロー電力推定、２Ｄ角度および直線フィルタ、および図ｄに示すようなパーシスタンスが含まれる。受信された超音波データは、移動する血液細胞により発生された所望の小さい信号に加えて、大きい不要なクラッター（静止／緩動組織、典型的には血管壁からの低周波数の反射）を含有している。壁フィルタを用いてクラッターを取り除く。ハイパスＦＩＲフィルタを使用して、復調された信号、ＩおよびＱからクラッターを軽減する。クラッターおよびフロー信号の特徴は走査される体の解剖学的領域に依存するため、タップの数およびこのフィルタのカットオフ周波数は、変化可能である必要がある。自己相関方法を使用して速度を推定する。集合体の自己相関の第１のラグの位相を使用してフロー速度を推定し得る。フロー自己相関およびフロー逆正接は、壁フィルタデータからのフロー速度を推定する。壁フィルタデータからのフロー電力も推定する。２Ｄフィルタ処理およびパーシスタンス処理によってノイズを低減する。２Ｄ直線フィルタは、例えば、軸方向および横方向に３×３であり得、２Ｄ角度フィルタは、例えば、７×７であり得る。パーシスタンスは、対応する出力画像に対して２つの連続して取得された速度または電力画像からの画素値の加重平均を生成する。走査変換ブロックは、Ｂモード、速度および電力データを極座標からラスターディスプレイに対するデカルト座標に変換する。

上の明細書で本発明を記載するのに使用された例は、家庭環境での専門家でない者による本発明のシステムの使用に関するが、本発明のシステムは、ヘルスケアの関係者がクリニックまたは病院の内外で使用するに非常に有用であり得ることは明らかである。上にすでに述べたように、本発明は、それらに限定されるものではないが、下記の分野における、異なる超音波周波数、要素の数、信号の種類、超音波ビームの形状での上に記載されたタイプの任意のシステムの使用を包含することを意図している。
ａ．麻酔学。超音波を一般に使用して、麻酔専門医（麻酔医）が局部麻酔液を神経近くに配置するとき注射針を誘導する。
ｂ．脈管学。脈管学では、デュプレックス超音波（ドップラーフロー測定と組み合わせたＢモード血管撮像）を日常的に使用して、体中の動脈および静脈疾患を診断する。
ｃ．心臓病学。心エコー検査は、心臓の一部の拡張ならびに心室および弁の機能等の診断に対する心臓病学において必須のツールである。
ｄ．救急医療。ポイントオブケア超音波は、外傷後の重度の腹腔内出血または心臓タンポナーデを評価するための外傷用超音波検査による集中的な評価（ＦＡＳＴ）試験を含めて、救急科において多くの用途を有する。救急科では、超音波を日常的に使用して、胆石または胆嚢炎を有し得る右上腹部痛のある患者のケアを促進している。
ｅ．消化器病学／結腸直腸手術。腹部超音波検査では、膵臓、大動脈、下大静脈、肝臓、胆嚢、胆管、腎臓、および脾臓等の腹部の固形臓器を撮像する。音波は、腸内のガスによって遮断され、かつ脂肪によって異なる程度に弱められるため、この領域の診断能力が限定されている。炎症がある場合（例えば、虫垂炎でのように）、時に虫垂が見える場合がある。経肛門超音波は、特に便失禁または排便障害等の肛門直腸症状の検査に使用される。超音波は、即時の肛囲生体構造を撮像し、かつ肛門括約筋の裂傷等の隠れた疾患を検出することが可能である。
ｆ．頭および首の手術／耳鼻咽喉学。甲状腺および副甲状腺、リンパ節、および唾液腺を含む首の大部分の構造は、特別な解剖学的詳細を有する高周波数超音波によって上手く視覚化される。超音波は、甲状腺の腫瘍および病変に対する好ましい撮像モダリティであり、超音波検査は、甲状腺癌を罹患している患者の評価、術前計画、および術後性の観察において非常に重要である。診断超音波および超音波ガイド下手技の助けにより、頭および首の多くの他の良性および悪性状態を評価し、かつ管理することが可能である。
ｇ．新生児学。大脳内の構造的異常、出血、脳室拡大または脳水腫、および無酸素症（脳室周囲白質軟化症）の基礎的な評価に対して。超音波は、これらが約１歳で完全に閉じ、かつ超音波を事実上通さない音響障壁を形成するまで、新生児の頭蓋の柔らかい部分（泉門）を通して実行され得る。頭蓋の超音波に対する大部分の共通部位は、大泉門である。泉門が小さいほど、写真の品質は悪くなる。
ｈ．神経学。頸動脈（頸動脈の超音波検査）および大脳内の動脈における血流および狭窄の評価に対して。
ｉ．産科。産科超音波検査は、胎児の成長を確認するために妊娠中によく使用される。
ｊ．眼科学。眼球超音波検査としても知られている目の超音波画像。
ｋ．肺臓学。気管支内超音波（ＥＢＵＳ）プローブは、標準的な可撓性内視鏡用プローブに適用され、かつ経気管支性刺吸引の前に、気管支内病変およびリンパ節の直接視覚化を可能にするために呼吸器科医により使用さる。その多くの使用の中でも特に、ＥＢＵＳは、大きな手術の必要なくリンパ節のサンプリングを可能にすることによって、肺癌の段階付けに役立っている。
ｌ．泌尿器学。例えば、患者の膀胱に溜まった流体の量を判定するため。骨盤超音波診断器では、骨盤領域の臓器を撮像する。これには、子宮および卵巣または膀胱が含まれる。男性には、時に、その膀胱、前立腺、またはその睾丸の健康を確認するために（例えば、副睾丸炎を睾丸捻転と区別するために）骨盤超音波診断器が与えられる。若い男性では、それは、根治率が高いが、健康および生殖能力を保つために治療しなければならない、より良性の睾丸腫瘍（精索静脈瘤または睾丸瘤）を睾丸癌と区別するために使用される。骨盤超音波検査を外部から、または内部から実行する２つの方法がある。内部の骨盤超音波診断器は、経膣で（女性では）、または経直腸的に（男性では）実行される。骨盤底の超音波撮像は、他の骨盤臓器を含む腹部構造の精確な関係に関する重要な診断情報を生成し得、かつそれは、骨盤脱、便尿失禁、および排便障害に関連する症状を有する患者を治療するための有用なヒントを示している。それを使用して、腎臓結石または腎臓結晶（腎石症）を診断し、より高い周波数で、それを治療する（粉砕する）。
ｍ．筋骨格。腱、筋肉、神経、靱帯、軟組織、および骨表面。
ｎ．心臓血管系。動脈の開存性および閉塞の可能性を動脈超音波検査で評価し、深部静脈血栓症を診断（血小板超音波検査）し、かつ静脈不全の程度および重症度を判定（静脈超音波検査）するため。

上のすべての明細書は、例示の目的のために与えられるものであり、いかなる方法でも本発明を限定することを意図するものではない。本発明は、スマートフォンまたは適合され得る他の情報端末等のスマート装置の種類に関わらず、また、超音波アレイまたは基体自体の形状、および／または任意のプロトコル形式での有線または無線通信の任意の形態における任意の変更に関わらず、上に記載した種類の任意の装置を含むことを意図している。

Claims (21)

1. 患者が容易に操作することができる超音波システム用基体であって、前記基体は、空隙と接続要素を備え、スマート装置を受容し、かつ位置付け、さらに前記基体に前記スマート装置と超音波アレイを機械的および電気的に接続するように適合されており、前記超音波アレイは＋／−５ＶＰＰ〜＋／−３００ＶＰＰの範囲の高電圧パルスによってシミュレートされた少なくとも１つのトランスデューサ要素を備えて当該少なくとも１つのトランスデューサ要素を振動させて１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲で音響波を発生するように構成され、
   前記スマート装置を前記基体に挿入し、かつ前記基体に機械的に接続するとき、前記基体および前記スマート装置を、患者が自身の内臓器官を検査し、測定し、または監視するために単一ユニットとして移動させることができ、
   前記超音波アレイは前記基体の底外側面に配置されている、ことを特徴とする基体。
2. 前記超音波アレイが、
   ａ）異なる深度および角度で１つの軸に集束する直進ビームを生成し、その発散が角度および深度と共に増加する１Ｄ線形アレイの構成、
   ｂ）球面または単一軸焦点を有する３次元での操舵能力を有する２Ｄ正方アレイの構成、
   ｃ）操舵能力を有し、かつ異なる深度および角度で１つの軸に集束する１．５Ｄ正方または矩形マトリクスアレイの構成、
   ｄ）異なる深度で球面焦点を有する１Ｄ環状アレイの構成、
   ｅ）異なる深度および角度で操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する２Ｄ分割環状アレイの構成、および
   ｆ）操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する１Ｄ円形アレイの構成、
   のうちの１つを有する、請求項１に記載の基体。
3. 前記超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器を備える、請求項１に記載の基体。
4. 前記記憶要素が、前記スマート装置、前記基体、および前記基体から遠隔の位置のうちの少なくとも１つに提供される、請求項３に記載の基体。
5. 前記超音波アレイを活性化するための電力が、前記基体内に配置された充電式電池およびＤＣ／ＤＣコンバータ、前記基体内に配置された充電式電池ならびに電力段および制御回路から構成されるスイッチング電源、ならびに前記スマート装置内の電池のうちの１つから供給される、請求項１に記載の基体。
6. 前記電子機器の一部または全部が、前記基体、前記スマート装置、およびウエハー技術を用いて超音波を生成する要素と一体的に生成された半導体層上のうちのすくなくとも１つに配置される、請求項３に記載の基体。
7. 超音波を生成する前記要素が、容量型微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電型微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、圧電複合材料トランスデューサ、またはバルク圧電要素トランスデューサのうちの１つである、請求項１に記載の基体。
8. 前記超音波アレイの動作を可能にし、かつ前記動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備える、請求項１に記載の基体。
9. 患者が容易に操作することができる超音波撮像用システムであって、基体、スマート装置、超音波アレイ、前記超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器、および前記超音波アレイの動作を可能にし、超音波画像に関連する信号を受信し、前記信号についての所望の動作を実行し、かつ前記動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備え、前記基体が、前記スマート装置を受容し、かつ位置付け、さらに前記基体に前記スマート装置を機械的および電気的に接続するように適合された空隙および接続要素を備え、前記超音波アレイは＋／−５ＶＰＰ〜＋／−３００ＶＰＰの範囲の高電圧パルスによってシミュレートされた少なくとも１つのトランスデューサ要素を備えて当該少なくとも１つのトランスデューサ要素を振動させて１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲で音響波を発生するように構成され、
   前記スマート装置を前記基体に挿入し、かつ前記基体に機械的に接続するとき、前記基体および前記スマート装置を、患者が自身の内臓器官を検査し、測定し、または監視するために単一ユニットとして移動させることができ、
   前記超音波アレイは前記基体の底外側面に配置されている、ことを特徴とするシステム。
10. 前記超音波アレイが、
    ａ）異なる深度および角度で１つの軸に集束する直進ビームを生成し、その発散が角度および深度と共に増加する１Ｄ線形アレイの構成、
    ｂ）球面または単一軸焦点を有する３次元での操舵能力を有する２Ｄ正方アレイの構成、
    ｃ）操舵能力を有し、かつ異なる深度および角度で１つの軸に集束する１．５Ｄ正方または矩形マトリクスアレイの構成、
    ｄ）異なる深度で球面焦点を有する１Ｄ環状アレイの構成、
    ｅ）異なる深度および角度で操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する２Ｄ分割環状アレイの構成、および
    ｆ）操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する１Ｄ円形アレイの構成、
    のうちの１つを有する、請求項９に記載のシステム。
11. データ完全性、暗号化、および他のデータ活動が、移動体通信事業者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る、請求項９に記載のシステム。
12. 超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、前記基体に配置される、請求項９に記載のシステム。
13. 超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、前記スマート装置上の既存のチップに実装される、請求項９に記載のシステム。
14. 超音波画像に関連する信号を受信し、かつ所望の動作を実行するように適合された前記ソフトウエアの少なくとも一部が、前記基体および前記スマート装置のうちの少なくとも１つに配置される、請求項９に記載のシステム。
15. 前記スマート装置が、インターネット、クラウド、または前記基体のうちの１つからダウンロードされたアプリケーションの形態で、前記システムの動作に関連する専用ソフトウエアを備える、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記基体と前記スマート装置との間の双方向通信、および前記システムと外部位置との間の双方向通信のうちの少なくとも１つを可能にする通信部品を備える、請求項９に記載のシステム。
17. 前記通信部品の少なくとも一部が、前記基体および前記スマート装置のうちの少なくとも１つに配置される、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記基体が、その固有の識別を提供し、それによって遠隔位置との安全な通信を可能にする内部コード（文字および数）を有する、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記安全な通信により、医師が前記スマート装置の前記アプリケーションの制御を引き継ぎ、画像および映像を記録し、かつ前記システムから自身のコンピュータ、クラウド、または任意の他の所望の位置に送信することを可能にする、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記安全な通信により、前記システムを使用する患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを可能にする、請求項１８に記載のシステム。
21. 患者が容易に操作することができる超音波システム用基体であって、前記基体が、
    ＋／−５ＶＰＰ〜＋／−３００ＶＰＰの範囲の高電圧パルスによってシミュレートされた少なくとも１つのトランスデューサ要素を備える超音波アレイであって、当該少なくとも１つのトランスデューサ要素を振動させて、１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲で音響波を発生するように構成された超音波アレイと、
    スマート装置を受容し、かつ位置付け、さらに前記基体に前記スマート装置を機械的に接続し、かつ前記スマート装置および前記基体の内側に嵌合する「Ｔ」字形状のＰＣＢ上に取付けられた電子部品に前記超音波アレイを電気的に接続するように適合された空隙および接続要素を備える下部分と、下部分と一体的である平坦な垂直後壁と、を備え、
    スマート装置を前記基体に挿入し、かつ前記基体に機械的に接続するとき、前記基体および前記スマート装置を、患者が自身の内臓器官を検査し、測定し、または監視するために単一ユニットとして移動させることができ、
    前記超音波アレイは前記基体の底外側面に配置されている、ことを特徴とする基体。