JP2002233529A - 超音波プローブ用の配線式周波数分割多重通信 - Google Patents

超音波プローブ用の配線式周波数分割多重通信

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波プローブ（１０）で使用する複数の同
軸ケーブル（１６）の数を減らす。 【解決手段】 プローブ内の個別の複数のアレイ素子
（１２）が発生させたアナログ出力信号を、プローブを
従来の信号処理及び画像化のための中央のホストコンピ
ュータまたはコンソールに接続させている単一の同軸ケ
ーブル上に周波数分割多重化することにより本システム
は動作する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、全般的には、超音
波イメージング・システムに関する。本発明は、詳細に
は、動いている流体や組織を画像化するための方法及び
装置に関する。
【０００２】
【本発明の背景】超音波イメージング・システムは、超
音波ビームを指向制御し集束させるために、医学的イメ
ージングによく利用されるような、超音波トランスジュ
ーサからなるアレイをプローブ内に含める必要がある。
各トランスジューサは、高周波信号を検査対象に送信
し、送信に続いてこの対象から反射された高周波エコー
信号を受信する。詳細には、それぞれの送信パルスは、
ホスト電子システムまたは画像コンソールに組み込んだ
送信ビーム形成器からプローブのトランスジューサに伝
送される。次いで、プローブのトランスジューサで検出
したエコー信号は、受信ビーム形成及び信号処理のため
にホスト電子システムまたは画像コンソールに伝送する
必要がある。高度な超大規模集積マイクロエレクトロニ
クス技法であっても、プローブ内に置くことができるの
は、システムの電子信号処理の全体のうち比較的小さい
一部分のみである。
【０００３】医用診断超音波プローブのトランスジュー
サ・アレイ内で同時に有効にできる素子の最大数は、過
去１５年で着実に増加してきている。３次元画像再構成
システムでは大きな２次元開口を使用するため、この傾
向は継続し、また実際に加速することもある。超音波プ
ローブの多数のトランスジューサ・アレイ素子の各々か
ら取得した検出エコー信号を主信号処理ユニットに伝達
するために別々の同軸ケーブルを使用する場合は、プロ
ーブに装着したケーブルの束が堅くなり、イメージング
用プローブの取り扱いが困難となる。概ね５００本のケ
ーブルを有するプローブが市販されているが、これらは
比較的扱いにくいとされている。一方、１２８本のケー
ブルを有するプローブでは超音波検査技師により不満な
くルーチンで使用されている。
【０００４】この問題は分かってから長い期間がたって
おり、この問題に対処するための幾つかの改良が提唱さ
れてきた。解決策の１つは、同軸ケーブルを光ファイバ
・ケーブルで置き換えた方法を開示している米国特許第
５，５６６，１３３号に提唱されている。光ファイバ・
ケーブルは柔軟性がより高いため、プローブ操作の容易
さを保持したままより多くの数の使用が可能である。し
かし、要求されるダイナミックレンジで信号を送信する
ためには、この方法ではディジタル光変調を使用する必
要があるが、一方ディジタル光変調にするとプローブ内
に各アレイ素子ごとに時間利得補償機能とアナログ対デ
ィジタル変換機能とを組み込むことが必要となる。これ
により、かなりの量の動作電力が必要となると共に、製
作費用がかなり大きくなりかねない。したがって、各ト
ランスジューサごとに１本の同軸ケーブルを組み込むこ
とを要しないで、プローブ内の多数のトランスジューサ
に対する検出エコー信号をホスト信号処理電子回路に伝
達することができるような技法が必要となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】周波数分割多重を使用し
て単一の同軸ケーブルによりアレイ内の複数の超音波ト
ランスジューサからの信号を伝達できるようにすること
により、プローブに組み込んだ多数の超音波トランスジ
ューサと超音波イメージング・システムの中央電子ユニ
ットまたはコンピュータとを同軸ケーブルにより連絡す
るのに必要なケーブルの数を、トランスジューサの数よ
り少なくすることができる。本発明により、例えば、１
０２４個の有効トランスジューサ（すなわち、素子）か
らなるアレイが発した信号を搬送するのに、例えば、１
２８本の同軸ケーブルからなるケーブル束を使用するこ
とが可能となる。この例では、有効アレイ素子数と同軸
ケーブル数の比は８：１である。この比を得るには、８
個の別々のアレイ素子を単一の同軸ケーブル上に周波数
分割多重化する必要があり、このためこの単一同軸撚り
線は比較的広い帯域幅を有することが必要となる。例え
ば、５ＭＨｚプローブからの素子出力データを８対１の
比で多重化するには、個々の同軸ケーブルに対して８０
ＭＨｚ以上の帯域幅（両側）が必要となる。これにより
個々の撚り線の口径を大きくする必要があり、また多重
化比とケーブル口径と同軸ケーブル束の柔軟性との間で
良好な兼ね合いを見い出さねばならなくなる。
【０００６】本発明の好ましい実施形態では、個々の信
号に対して異なる変調スキームを利用することができ
る。これらの方法の間で最終的にどの方法を選択するか
は、個々の同軸ケーブルの有効な周波数応答特性によっ
て決まる。好ましい実施の一形態によれば、ケーブルの
帯域幅が限られている場合は、単側波帯で搬送波抑圧の
振幅変調を使用して素子出力信号を有効帯域幅内に詰め
込むことができる。このためには信号を加算する前に、
鏡像スペクトルを除くように混合器の出力信号をフィル
タ処理することが必要となる。別の好ましい実施形態で
は、ケーブルの帯域幅が広い場合（すなわち、現在使用
中のケーブルと置き換えられるような帯域幅が広いケー
ブルを取得できる場合）には、両側波帯で搬送波抑圧の
振幅変調の使用が可能である。この方法では帯域幅の消
費は大きくなるが、これにより、周波数領域の鏡像を除
くためのフィルタ処理をせずに素子出力データをプロー
ブから中央電子処理ユニットまたはコンピュータまで伝
達することができる。フィルタ処理を要しない変調を実
現できると有利となるが、繰り返しになるが、これはケ
ーブルの帯域幅により決まるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】従来の超音波イメージング・シス
テムは、図１に示すように、別々に駆動される多数のト
ランスジューサ素子１２を有する超音波プローブ１０を
備えており、トランスジューサ素子１２の各々は、送信
器２２が発生させたパルス波形により付勢されたときに
超音波エネルギーのバーストを発生させる。検査中の物
体からトランスジューサ・アレイ１０に戻るように反射
された超音波エネルギーは各受信トランスジューサ素子
１２によって電気信号に変換され、１組の送受信切換え
（Ｔ／Ｒ）スイッチ２６を介して受信器２４へ別々の同
軸ケーブルを経由して伝達される。Ｔ／Ｒスイッチ２６
は典型的には、送信用電子回路が発生させる高電圧から
受信用電子回路を保護するダイオードである。送信信号
によりこれらのダイオードをオフにする、すなわち受信
器への信号を制限する。送信器２２及び受信器２４は、
オペレータからの命令に応答する走査制御器２８の制御
の下で動作する。送信器２２を一時的にオンにゲート制
御して各トランスジューサ素子１２を付勢し、各トラン
スジューサ素子１２が発生させたエコー信号を受信器２
４に印加して連続するエコー信号を収集することによ
り、完全な１回の走査（スキャン）が実行される。ある
チャンネルは、別のチャンネルが未だ送信を行っている
間に受信を開始することがある。受信器２４は各トラン
スジューサ素子からの別々のエコー信号を合成して単一
のエコー信号を作成し、この単一エコー信号を使用して
表示モニタ３０上の画像内で一本の走査線が作成され
る。
【０００８】送信器２２によりアレイのトランスジュー
サ素子１２を駆動させ発生した超音波エネルギーをビー
ムの形で導く（すなわち、方向制御する）。これを達成
させるには、相次ぐトランスジューサ素子１２に対して
それぞれのビーム形成器チャンネルを介して印加される
それぞれのパルス波形Ｗに送信器２２により時間遅延を
与えている。各チャンネルは、対応したそれぞれのパル
ス発生器（図示せず）を有している。パルス時間遅延を
従来の方式で適正に調整することにより、超音波ビーム
を軸上のトランスジューサ１４から角度θだけ離れるよ
うに指向させるか、及び／または固定の距離Ｒに集束さ
せることができる。セクタ走査は、相次ぐ励起で時間遅
延を累進的に変化させることにより実施する。したがっ
て、送信されたビームを一連の方向に方向制御するた
め、角θは一定増分で変更される。
【０００９】超音波エネルギーの各バーストにより発生
するエコー信号は、超音波ビームに沿った相次ぐ距離に
位置する物体から反射される。このエコー信号は各トラ
ンスジューサ素子１２によって別々に検知され、特定の
時点におけるエコー信号の大きさにより特定の距離にお
いて生じる反射の量が表される。しかし、反射点Ｐと各
トランスジューサ素子１２との間に伝搬経路の差がある
ため、これらのエコー信号は同時に検出されず、またこ
れらの大きさは等しくない。受信器２４はエコー信号を
別々に増幅し、これらの各々に適正な時間遅延を与え、
さらにこれらを加算して、角度θの方向を向いた超音波
ビームに沿った距離Ｒに位置する点Ｐから反射される全
超音波エネルギーを正確に示している単一のエコー信号
を提供している。
【００１０】各トランスジューサ素子１２に入射するエ
コーにより生成された電気信号を同時に加算するために
は、受信器２４の別々のビーム形成器チャンネルの各々
に時間遅延を導入する。受信に対するビーム時間遅延は
上述の送信遅延と同じ遅延である。しかし、各受信器チ
ャンネルの時間遅延はエコーを受信する間で絶えず変化
させ、エコー信号を発生させている距離Ｒの位置に受信
ビームを動的に集束させている。
【００１１】受信器２４は、走査制御器２８の指示の下
に、受信器２４の方向制御により送信器２２が方向制御
したビーム方向θを追尾できるように走査の間に遅延を
与えると共に、このビームに沿った点Ｐに動的に集束で
きるように適正な遅延及び位相シフトを与えている。し
たがって、超音波のパルス波形の各送信によって、その
大きさが超音波ビームに沿って位置する解剖構造からの
反射音波量を示している信号が収集される。
【００１２】検出器２５はデータ表示のために受信信号
を変換する。Ｂモード（グレイスケール）では、これ
は、エッジ強調や対数圧縮などの何らかの追加処理を伴
った信号包絡線となる。
【００１３】走査変換器／補間器３２は検出器２５から
表示データを受け取り、このデータを所望の表示画像に
変換する。詳細には、走査変換器は、音響画像データを
極座標（Ｒ−θ）セクター形式またはデカルト座標線形
フォーマットから適切なスケールとしたデカルト座標表
示画素データに、ビデオ速度で変換する。走査変換され
たこの音響データは、次いで表示モニタ３０上で表示す
るために出力され、表示モニタ３０は信号の包絡線の時
間変化する振幅をグレイスケールで画像化する。
【００１４】図２は、受信ビーム形成セクション３４
と、ビーム加算器３６と、信号処理装置３８とを備えた
受信器を表している。受信器２４の受信ビーム形成セク
ション３４は、別々のビーム形成器チャンネル３５を含
む。各ビーム形成器チャンネル３５はそれぞれの同軸ケ
ーブル１６を介してそれぞれのトランスジューサ素子か
らアナログ・エコー信号を受け取る。ビーム形成器制御
器５０は走査線及び送信焦点の数をチャンネル制御メモ
リ（図示せず）内のアドレスに変換している。走査制御
器２８（図１）及びビーム形成器制御器５０（図２）
は、システム・オペレータが制御するホストシステムに
より構成させる。ビーム形成器チャンネル３５の出力信
号はビーム加算器３６で加算される。
【００１５】図２に示す従来技術のシステムでは、１２
８個の有効トランスジューサ・アレイ素子を１２８本の
同軸ケーブルを介して１２８個の受信ビーム形成器チャ
ンネルにそれぞれ接続させている。したがって、各同軸
ケーブルは有効トランスジューサ・アレイ素子１個のみ
からの出力信号を搬送している。以下で開示する好まし
い実施形態では、各同軸ケーブルは複数の有効トランス
ジューサ・アレイ素子からの出力信号を搬送する。
【００１６】好ましい実施形態では、複数のトランスジ
ューサ・アレイ素子からの出力信号は、異なる中心周波
数を有するように周波数シフトさせている。次いで、周
波数シフトさせたこれらの出力信号は１つの振幅変調信
号に合成され、この振幅変調信号を単一の同軸ケーブル
を介して中央処理装置またはコンピュータに伝達する。
図３は、単側波帯で搬送波抑圧の振幅変調を使用した、
４：１の多重化比での周波数分割多重化アセンブリ用の
変調プランを表したものである。多重化比は別の値でも
同様に機能する。図３の左側には、４個のトランスジュ
ーサ素子に対する出力データのスペクトルを示しており
（周波数領域表示）、これらのスペクトルにはそれぞれ
１から４までの番号を付してある。垂直の線は周波数ゼ
ロを表しており、また逆Ｖ字形の各々は周波数からなる
１つのスペクトルを表している。４個のトランスジュー
サ素子のそれぞれからの出力信号は増幅され、帯域通過
または低域通過でフィルタ処理され、次いで単側波帯で
搬送波抑圧（ＳＳＢ−ＳＣ）の振幅変調を用いて変調さ
れ、単一の振幅変調信号が形成される。素子からの出力
信号を有効帯域幅内に詰め込むために、混合器（図示せ
ず）の出力信号は信号を加算する前に鏡像スペクトルを
除くようにフィルタ処理される。振幅変調された成分信
号は単一の同軸ケーブルで伝送するために加算される。
このＳＳＢ−ＳＣ信号のスペクトルは、図３の右側に示
してあり（周波数領域表示）、トランスジューサ素子１
〜４からのＳＳＢ−ＳＣ信号のそれぞれの逆Ｖ字形スペ
クトルにはそれぞれ１から４までの番号を付してある。
このスペクトル図では、それぞれのトランスジューサ素
子からの変調出力信号に対するそれぞれのスペクトルに
重複がないような理想的状況を図示している。
【００１７】図４は、両側波帯で搬送波抑圧（ＤＳＢ−
ＳＣ）の振幅変調を使用した、４：１の多重化比での周
波数分割多重化アセンブリ用の変調プランを表したもの
である。ＤＳＢ−ＳＣの振幅変調で必要となる帯域幅は
ＳＳＢ−ＳＣの振幅変調で必要となる帯域幅より広いた
め、ＤＳＢ−ＳＣ変調技法はケーブルの帯域幅がかなり
大きい場合にのみ使用することができる。図４の左側は
図３の左側と同じである。４個のトランスジューサ素子
１〜４の各々からの出力信号は、増幅され、帯域通過ま
たは低域通過でフィルタ処理され、次いで両側波帯で搬
送波抑圧（ＤＳＢ−ＳＣ）の振幅変調を用いて変調さ
れ、単一の振幅変調信号が形成される。ＳＳＢ−ＳＣを
使用する実施形態と異なり、ＤＳＢ−ＳＣの実施形態で
は、混合器の出力信号は信号を加算する前のフィルタ処
理は行わない。合成ＤＳＢ−ＳＣ信号のスペクトルを図
４の右側に示している（周波数領域表示）。
【００１８】ＳＳＢ−ＳＣの実施形態とＤＳＢ−ＳＣの
実施形態のいずれにおいても、各アレイ素子からの信号
は増幅し、帯域通過または低域通過でフィルタ処理し、
かつ単一の振幅変調信号を形成させるように変調させ
る。入力フィルタ処理は演算増幅器により実施すること
ができる、したがって、この処理はコンパクトであり必
要とするパワーは少ない。この混合処理は、その増幅が
時間変化しないように十分なダイナミックレンジにより
実施することができる。振幅変調された成分信号は単一
の同軸ケーブルで伝送するために加算される。受信した
信号は、ホスト電子回路の一部である受信器において等
化処理することができる。
【００１９】このスキームでは多数の信号を同じ周波数
に変調させるため、変調を単一の局部発振器を用いて実
施する場合にはパイロット・トーンを送信してチャンネ
ル間で共有させることができる（これは周波数分割多重
システムでは標準的な技法である）。搬送波周波数は同
じであるが供給先を別々のケーブル（及び、相当数の異
なる周波数分割多重化アセンブリ）としながら局部発振
器を複数の混合器間で共有させる場合では、周波数分割
多重化アセンブリを構成している各周波数に対するパイ
ロット・トーンからなる組に対して１本または複数本の
ケーブルを専用とさせることができる。これにより、搬
送波抑制信号を伝送する効率を保持しながら、これらの
トーンのうちの１つにより変調を受けた各成分信号ごと
に搬送波位相が受信器に供給されることになる。
【００２０】好ましい実施形態によるプローブを、２：
１の多重化スキームを図示している図５に示す。この
２：１の多重化スキームは説明を簡略とするために選ん
だものであることを理解されたい。多重化比は２：１を
超える（例えば、８：１とする）ことが好ましい。説明
を簡略とする同じ目的から、図５では４個のトランスジ
ューサ２、４、６及び８のみからなる組Ｍを示してい
る。トランスジューサ・アレイは４個の素子からなる多
数の組（例えば、４個の素子からなる２５６の組、すな
わち１０２４個の素子）を有することになることは明白
である。２：１の多重化スキームでは、４個のトランス
ジューサからなる各組からの出力信号は、Ｎ本すなわち
２本の同軸ケーブル７０及び７２を介して受信ビーム形
成器の４個の受信チャンネル（図５では図示せず）に伝
達される。この例において、トランスジューサ素子の総
数が１０２４個であれば、Ｍ×Ｎ＝１０２４となり、Ｎ
＝１０２４／２、すなわち５１２本の同軸ケーブルとな
る。しかし、８：１の多重化スキームを利用する場合
は、図５に示す配置の表示を、アレイのＭ＝１６個のト
ランスジューサ素子からなる各組からの出力信号がＮ＝
２本の同軸ケーブルに多重化されるように拡張する必要
があることは容易に理解できるであろう。この場合に
は、各加算器６４、６６は８個のトランスジューサ素子
からなるそれぞれの組からの出力信号を合成しており、
アレイ内のトランスジューサ素子の数はＭ×Ｎすなわち
１６個となるが、この後者の例では、Ｍ×Ｎ＝１０２４
であればＮ＝１０２４／８＝１２８本の同軸ケーブルと
なる。
【００２１】各トランスジューサ素子２、４、６及び８
からの出力信号はそれぞれの増幅器５２により増幅さ
れ、送信周波数を中心とするそれぞれの帯域通過フィル
タ５４により帯域通過フィルタ処理される。トランスジ
ューサ素子２及び６に由来する増幅及びフィルタ処理後
の出力信号の各々は、それぞれの混合器５６内で第１の
搬送波周波数ｆ1により変調を受ける。周波数ｆ1は、第
１の局部発振器（ＬＯ1）６０により混合器５６に提供
される。トランスジューサ素子４及び８に由来する増幅
及びフィルタ処理後の出力信号の各々は、それぞれの混
合器５６’内で第２の搬送波周波数ｆ2により変調を受
ける。周波数ｆ2は、第２の局部発振器（ＬＯ2）６２に
より混合器５６’に提供される。第１の搬送波周波数ｆ
1と混合させることにより得られる変調信号はそれぞれ
の低域通過フィルタ５８により低域通過フィルタ処理を
受け、一方、第２の搬送波周波数ｆ2と混合させること
により得られる変調信号はそれぞれの低域通過フィルタ
５８’により低域通過フィルタ処理を受ける。搬送波周
波数ｆ1と搬送波周波数ｆ2の差は、低域通過フィルタ５
８及び５８’の出力信号がほとんど重複しないように選
択する。次いで、これら重複のないフィルタ出力信号は
それぞれの加算器で合成させる。加算器６４はトランス
ジューサ２及び４の出力から供給される変調信号を加算
し、一方、加算器６６はトランスジューサ６及び８の出
力から供給される変調信号を加算する。
【００２２】加算器６４及び６６からの周波数分割多重
信号は第１及び第２のケーブル７０及び７２のそれぞれ
により、中央信号処理ユニットまたはコンピュータの受
信器に搬送される。局部発振器６０及び６２からの搬送
波周波数ｆ1及びｆ2はプローブ上の加算器６８で合成さ
れ、この合成した搬送波周波数は第３のケーブル７４を
介して送信され、これにより、これらの搬送波周波数の
うちの１つにより変調を受けた各成分信号ごとに搬送波
位相が受信器に供給される。
【００２３】図６は、同軸ケーブル７４を介して受信器
に伝達される信号からフィルタ８６及び８８を使用して
それぞれの搬送波周波数ｆ1及びｆ2を抽出しているよう
な受信器の好ましい実施の一形態を表したものである。
受信器はこれらの搬送波周波数を用いて、同軸ケーブル
７０及び７２を介して受信した周波数分割多重信号から
トランスジューサ素子の出力信号を再構成させる。再構
成したこれらのトランスジューサ素子出力信号はそれぞ
れの受信チャンネル８２に与えられ、受信チャンネル８
２によりビーム形成に必要な適当な時間遅延及び／また
は位相シフトが適用される。次いで、時間遅延／位相シ
フトされた信号はビーム加算器８４内で加算される。
【００２４】トランスジューサ素子２及び６（図５）か
らの信号は、その各々が低域通過フィルタ７６と、フィ
ルタ８６から搬送波周波数ｆ1を受け取る混合器７８
と、対応する従来の受信チャンネル８２に結合させた帯
域通過フィルタ８０と、を備えるそれぞれの回路を介し
て再構成される。同様に、トランスジューサ素子４及び
８（図５）からの信号は、その各々が低域通過フィルタ
７６’と、フィルタ８８から搬送波周波数ｆ2を受け取
る混合器７８’と、対応する従来の受信チャンネル８２
に結合させた帯域通過フィルタ８０と、を備えるそれぞ
れの回路を介して再構成される。
【００２５】混合器７８、７８’で広いダイナミックレ
ンジを得るためには、電界効果トランジスタ・ベースの
リング変調器を使用することが好ましい。これらのデバ
イスは通常のリング変調器と同様であり、ダイオードを
使用しており方形波搬送波を発生させる必要がある。さ
らに、各混合器への入力の位置で小さな変成器が必要と
なることがある。この混合器は方形波局部発振器６０、
６２（図５）を使用しているため、高調波により変調さ
れた入力データの鏡像を抑制するために低域通過フィル
タ５８、５８’（図５）が必要となるが、これらのフィ
ルタは、入力帯域通過フィルタと同様に、演算増幅器を
使用して実現することができる。
【００２６】本発明では、受信開口が送信開口と比べて
より大きいようなシステムを利用しており、単一の送信
ビームのボリュームを通じて複数の受信ビームを形成し
ているようなシステムから期待できる結果が得られる。
【００２７】周知の競合する設計に対する本発明の主た
る利点の１つは、プローブ内でアナログ対ディジタル変
換も時間変化する増幅も行う必要がないことである。こ
れにより、有効電子回路の組み込みを特徴とするプロー
ブを実現する際の主たる障害と見られる電力消費並びに
プローブの電子回路の複雑さが軽減される。
【００２８】本発明を一定の好ましい特徴についてのみ
図示し説明してきたが、当業者により多くの修正や変更
がなされるであろう。したがって、添付の特許請求の範
囲は、本発明の真の精神の範囲に属するこうした修正や
変更のすべてを包含させるように意図したものであるこ
とを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のリアルタイム超音波イメージング・シス
テム内の主要な機能サブシステムのブロック図である。
【図２】図１に示すシステムに対する典型的な１２８チ
ャンネル受信ビーム形成器のブロック図である。
【図３】単側波帯で搬送波抑圧の振幅変調に対する４：
１の多重化比での周波数分割多重化アセンブリに関する
本発明の好ましい実施の一形態による変調プランの周波
数領域図表である。
【図４】両側波帯で搬送波抑圧の振幅変調に対する４：
１の多重化比での周波数分割多重化アセンブリに関する
本発明の別の好ましい実施形態による変調プランの周波
数領域図表である。
【図５】本発明の好ましい実施形態による周波数分割多
重化のためのスキームのブロック図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による受信器のブロ
ック図である。
【符号の説明】
２、４、６、８ トランスジューサ素子 １０ トランスジューサ・アレイ、超音波プローブ １２ トランスジューサ素子 １４ 軸上のトランスジューサ １６ 同軸ケーブル ２２ 送信器 ２４ 受信器 ２５ 検出器 ２６ 送受信切換えスイッチ、Ｔ／Ｒスイッチ ２８ 走査制御器 ３０ 表示モニタ ３２ 走査変換器／補間器 ３４ 受信ビーム形成セクション ３５ ビーム形成器チャンネル ３６ ビーム加算器 ３８ 信号処理装置 ５０ ビーム形成器制御器 ５２ 増幅器 ５４ 帯域通過フィルタ ５６ 混合器 ５６’ 混合器 ５８ 低域通過フィルタ ５８’ 低域通過フィルタ ６０ 第１の局部発振器（ＬＯ1） ６２ 第２の局部発振器（ＬＯ2） ６４ 加算器 ６６ 加算器 ６８ 加算器 ７０及び７２ 同軸ケーブル ７４ 第３のケーブル ７６ 低域通過フィルタ ７６’ 低域通過フィルタ ７８ 混合器 ７８’ 混合器 ８０ 帯域通過フィルタ ８２ 受信チャンネル ８４ ビーム加算器 ８６ フィルタ ８８ フィルタ ｆ1 第１の搬送波周波数 ｆ2 第２の搬送波周波数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラルフ・トマス・ホクター アメリカ合衆国、ニューヨーク州、サラト ガ・スプリングス、ホライズン・ドライ ブ、４番 (72)発明者 リチャード・ルイ・フライ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、デラン ソン、スカイライン・ドライブ、7262番 (72)発明者 ブルーノ・ハンス・ハイデル アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボール ストン・レイク、ウエストサイド・ドライ ブ、64番 (72)発明者 ジョン・エリック・ハーシェイ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボール ストン・レイク、バインズ・ロード、４番 Ｆターム(参考） 4C301 AA02 BB02 BB23 CC02 DD01 DD06 EE15 EE17 EE18 GB02 HH01 HH25 HH37 HH38 HH46 HH48 JA01 JA17 JB29 JB32 JB35 JB38 JB50 JC01 JC08 LL04 5D019 BB17 FF02 FF04 5K022 AA03 AA12

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｍ及びＮを１を超える正の整数として、
    第１から第Ｎ番目までのケーブル（１６）と、第１から
    第（Ｍ×Ｎ）番目までの超音波トランスジューサ素子
    （１２）からなるアレイ（１０）と、Ｍ個のトランスジ
    ューサ素子からなるそれぞれの組からの出力信号を前記
    第１から第Ｎ番目までのケーブルのそれぞれ１本に多重
    化するための第１から第Ｎ番目までの周波数分割多重回
    路（５２、５４、５６、５８、６０、６４、６６）と、
    を備える超音波プローブ。
  2. 【請求項２】 前記第１の周波数分割多重回路が、 前記第１のトランスジューサ素子の出力信号から導出さ
    れる信号を受信するように接続した第１の入力と、第１
    の搬送波周波数を有する第１の波形を受信するように接
    続した第２の入力とを有する第１の混合器（５６）と、 前記第２のトランスジューサ素子の出力信号から導出さ
    れる信号を受信するように接続した第１の入力と、前記
    第１の搬送波周波数と異なる第２の搬送波周波数を有す
    る第２の波形を受信するように接続した第２の入力とを
    有する第２の混合器（５６）と、 前記第１及び第２の混合器のそれぞれの出力から導出さ
    れる第１及び第２の信号を加算するための第１の加算器
    （６４）と、を備えている、請求項１に記載のプロー
    ブ。
  3. 【請求項３】 前記第２の周波数分割多重回路が、 前記第３のトランスジューサ素子の出力信号から導出さ
    れる信号を受信するように接続した第１の入力と、前記
    第１の搬送波周波数を有する第３の波形を受信するよう
    に接続した第２の入力とを有する第３の混合器（５６）
    と、 前記第４のトランスジューサ素子の出力信号から導出さ
    れる信号を受信するように接続した第１の入力と、前記
    第２の搬送波周波数を有する第４の波形を受信するよう
    に接続した第２の入力とを有する第４の混合器と、 前記第３及び第４の混合器のそれぞれの出力から導出さ
    れる第３及び第４の信号を加算するための第２の加算器
    と、を備えている、請求項２に記載のプローブ。
  4. 【請求項４】 前記第１の周波数分割多重回路が、前記
    第１の波形を発生させる第１の局部発振器（６０）と、
    前記第２の波形を発生させる第２の局部発振器（６２）
    と、を備えている、請求項２に記載のプローブ。
  5. 【請求項５】 前記第１の周波数分割多重回路が、 前記第１のトランスジューサ素子と前記第１の混合器の
    間に電気的に結合させた第１の帯域通過フィルタ（５
    ４）と、 前記第２のトランスジューサ素子と前記第２の混合器の
    間に電気的に結合させた第２の帯域通過フィルタ（５
    ４）と、を備えている、請求項２に記載のプローブ。
  6. 【請求項６】 前記第１の周波数分割多重回路が、 前記第１の混合器と前記第１の加算器の間に電気的に結
    合させた第１の低域通過フィルタ（５８）と、 前記第２の混合器と前記第１の加算器の間に電気的に結
    合させた第２の低域通過フィルタ（５８’）と、を備え
    ている、請求項２に記載のプローブ。
  7. 【請求項７】 前記Ｎ個の周波数分割多重回路の各々が
    単側波帯で搬送波抑圧の振幅変調を実行するように適合
    されている、請求項１に記載のプローブ。
  8. 【請求項８】 前記Ｎ個の周波数分割多重回路の各々が
    両側波帯で搬送波抑圧の振幅変調を実行するように適合
    されている、請求項１に記載のプローブ。
  9. 【請求項９】 （Ｎ＋１）番目のケーブル（７４）と、
    前記第１の搬送波周波数を有する第５の波形を受信する
    第１の入力、前記第２の搬送波周波数を有する第６の波
    形を受信する第２の入力、及び前記（Ｎ＋１）番目のケ
    ーブルに接続した出力を有する第３の加算器（６８）
    と、をさらに備える請求項３に記載のプローブ。
  10. 【請求項１０】 前記第１及び第２の混合器の各々が電
    界効果トランジスタ・ベースのリング変調器を備える、
    請求項２に記載のプローブ。
  11. 【請求項１１】 生体組織から反射された音響データを
    収集するための方法であって、 複数のトランスジューサ素子の各素子の位置で、反射さ
    れた超音波エネルギーを電気的アナログ出力信号に変換
    するステップと、 前記複数のトランスジューサ素子からの前記アナログ出
    力信号を電気導体上に周波数分割多重化するステップ
    と、を含む方法。
  12. 【請求項１２】 周波数分割多重化する前記ステップ
    が、 前記トランスジューサ素子のうちの第１のトランスジュ
    ーサ素子の出力信号から導出した信号と、第１の搬送波
    周波数を有する第１の波形とを混合して第１の混合信号
    を形成するステップと、 前記トランスジューサ素子のうちの第２のトランスジュ
    ーサ素子の出力信号から導出した信号と、前記第１の搬
    送波周波数と異なる第２の搬送波周波数を有する第２の
    波形とを混合して第２の混合信号を形成するステップ
    と、 前記第１及び第２の混合信号を加算するステップと、を
    含む請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 周波数分割多重化する前記ステップが
    単側波帯で搬送波抑圧の振幅変調を含む、請求項１１に
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 周波数分割多重化する前記ステップが
    両側波帯で搬送波抑圧の振幅変調を含む、請求項１１に
    記載の方法。
  15. 【請求項１５】 生体組織から反射された音響データを
    収集するためのシステムであって、 反射された超音波エネルギーをその各々の位置で電気的
    アナログ出力信号に変換するための複数のトランスジュ
    ーサ素子（１２）と、 電気導体（７０）と、 前記複数のトランスジューサ素子からの前記アナログ出
    力信号を前記導体上に周波数分割多重化するための手段
    （５２、５４、５６、５８、６０、６２、６４）と、 前記周波数分割多重信号を受信するために前記導体と電
    気的に結合させた受信器（２４）と、を備えるシステ
    ム。
  16. 【請求項１６】 前記受信器が、 前記複数のトランスジューサ素子からの前記アナログ出
    力信号を再構成するための手段（７６、７６’、７８、
    ７８’、８０）と、 再構成した前記アナログ出力信号をビーム形成させるた
    めの受信ビーム形成器（８２、８４）と、を備える請求
    項１５に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】Ｍ及びＮを１を超える正の整数として、
    第１から第（Ｍ×Ｎ）番目までの超音波トランスジュー
    サ素子（１２）からなるアレイ（１０）と、 第１から第Ｎ番目までのケーブル（１６）と、 第１から第（Ｍ×Ｎ）番目までの変調信号を形成するた
    めに前記超音波トランスジューサ素子が発生させたアナ
    ログ出力信号から導出される信号をそれぞれ変調するた
    めの第１から第（Ｍ×Ｎ）番目までの多数の振幅変調器
    （５６、５６’）であって、Ｍ個のアナログ出力信号か
    らなる各組から導出される信号はそれぞれが互いに異な
    っている第１から第Ｍ番目までの多数の搬送波周波数の
    うちのそれぞれ１つにより変調を受けている、多数の振
    幅変調器（５６、５６’）と、 その各々がＭ個の変調信号を含むＮ組の前記変調信号の
    うちのそれぞれの１組を加算して、前記第１から第Ｎ番
    目までのケーブルにそれぞれ供給されるＮ個の周波数分
    割多重信号を形成させるための第１から第Ｎ番目までの
    多数の加算器（６４、６６）と、 第１から第（Ｍ×Ｎ）番目までの多数の復調回路（７
    ８、７８’）であって、Ｍ個の復調回路からなる各組
    は、前記Ｎ個の周波数分割多重信号の各々をＭ個の復調
    信号からなるそれぞれ１組に変換するために前記ケーブ
    ルのうちのそれぞれ別の１つに結合されている、多数の
    復調回路（７８、７８’）と、 前記第１から第（Ｍ×Ｎ）番目までの復調信号のそれぞ
    れを受信するための入力を有する第１から第（Ｍ×Ｎ）
    番目までの多数の受信チャンネル（８２）と、 前記受信チャンネルの出力信号を加算するためのビーム
    加算器（８４）と、 前記ビーム加算器の加算された出力信号の関数である１
    つの画像データを形成させるための信号処理装置（３
    ８）と、 前記画像データの関数である部分を有する画像を表示す
    るためのサブシステム（３０）と、を備える超音波イメ
    ージング・システム。
  18. 【請求項１８】 前記振幅変調器の各々が単側波帯で搬
    送波抑圧の振幅変調を実行するように適合されている、
    請求項１７に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 前記振幅変調器の各々が両側波帯で搬
    送波抑圧の振幅変調を実行するように適合されている、
    請求項１７に記載のシステム。
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