JP2005537081A - 最少数の接続線を介した遠隔操作のための超音波送受信機システム - Google Patents
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Abstract
Description
ューサアレイを有する音響ビーム形成回路、超音波トランスデューサアレイ、およびその組み合わせの設計において、1本の対線ケーブルまでの少数の電線を用いて超音波画像化または測定システムから操作することができる小型アセンブリに電子回路やトランスデューサ(単数または複数)を短距離で集積することを可能にすることに関する。
機器を接続する。画像化機器から離れたところにあるトランスデューサにこのように高い周波数を用いた場合、次のような実際問題が生じる。
1は増幅器入力の抵抗とともに、実際の超音波周波数範囲において高レベルの転送機能を提供すると同時に、送信期間中にアイソレーションダイオード142による負荷を制限するように設計される。ダイオードやトランジスタと比べた場合に、直列コンデンサにより受信機の入力保護を行う利点としては、コンデンサが受信信号に加える雑音は非常に少ないことがある。
は外側の範囲z=znおよびz=zfにおいてφmとなり、内側の素子の半径が次のように得られる。
特に、図2aの3つの素子からなるアレイの場合、本発明では3番目の素子203を、図中に215として示されるz2に含め、3番目の素子の焦点を式(6)に従って、図中に216として示されるF3のところに選択する。次に、3番目の素子の正面のレンズ/遅延線の材料206の厚さおよび曲率を幾何学的な光線−音響学に従って計算し、1)3番目の素子からF3までの伝搬時間が素子全体で一定となり、F3に焦点を得るとともに、2)3番目の素子からF3までの伝搬時間が1番目および2番目の素子上の全ての点からF3までの平均伝搬時間と等しく、1番目および2番目の素子の合成波と3番目の素子の波についてF3における同一の伝搬位相を得るようにする。能動開口全体からのビーム幅は線217のように深度z2を越えて広がる。
号によって能動的にオンまたはオフに切り換えられるスイッチ319および320を介して送信バッファ307に接続されることができ、送信選択回路321は、少なくとも1本の送信信号線322を介して超音波機器から操作される。よって、超音波機器からのシグナリングにより、本実施形態は、能動送信開口に関与する素子群を自由に選択して、選択可能な送信ビームフォーカスを提供することができる。
35および336は、送信線における高いAC電圧によって自動的にオンの低ACインピーダンスに、送信線における低レベルのAC電圧でオフの高ACインピーダンスに切り換えられる。よって、所与の実施形態では、2つのアレイ素子201および202が送信モードにおいて並列に結合され、上記の図2に関して説明した原理に従って、中程度の送信開口および幅で長い送信フォーカス範囲を与える。
ら与えられる。この場合、素子の電気インピーダンスは素子の面積に反比例して変化する。
Claims (37)
- 超音波測定器または画像化システムから最小組の線を介して遠隔動作する超音波パルスエコー送受信機システムであって、
−少なくとも1つの超音波トランスデューサ素子と、同トランスデューサ素子の近くに取り付けられ、受信機増幅器および送信スイッチを少なくとも備える電子回路と、からなる送受信システムと、
−バイアス線を介して前記超音波機器から供給される、該電子回路へのDCバイアス電圧と、
前記受信機増幅器の入力に電気的に接続され、同増幅器の入力は、トランスデューサ電極での大きなAC送信パルス電圧に耐えるように設計された、前記トランスデューサ素子と、
受信線を介し、他の電子回路をも介する可能性のある前記超音波機器に供給される前記受信機増幅器の出力と、
一方の端子は前記トランスデューサ素子のホット電極に接続され、他方の端子は、前記超音波機器からの高電圧ACパルスを送受信機の一部であるバッファ増幅器を介して供給する可能性のある送信線に接続され、前記トランスデューサから超音波パルスを送信する前記送信スイッチと、
からなる超音波パルスエコー送受信機システム。 - 前記受信線、前記バイアス線、および前記送信線のうち少なくとも2つは1本の線に接続および統合されて、前記送受信機を前記超音波機器に接続する線の本数を減らす請求項1に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 前記受信線、前記バイアス線、および前記送信線は1本の線に接続および統合されて、送受信機システムへの接地接続を含む1本の対線ケーブルを介して前記超音波機器から前記送受信機を操作できるようにする請求項2に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 前記送信スイッチは、前記送信線における高いAC電圧送信パルスにより低い直列ACインピーダンスに自動的に切り換わり、前記送信線における、規定レベルよりも低いAC信号レベルにより高いACインピーダンスに自動的に切り換わる少なくとも1つのダイオードを備える請求項1に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 前記送信スイッチはスイッチングトランジスタまたはダイオードを備え、切り換えは制御信号によって制御され、該スイッチ制御信号は、前記スイッチが送信期間中にオンとなり、受信期間中にオフとなるように選択される請求項1に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 前記送信スイッチ制御信号は前記送信線上の前記高電圧AC送信パルスから導出され、前記スイッチは、該送信パルスによって自動的にオンに設定され、前記受信期間中に自動的にオフに設定される請求項5に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 前記受信機増幅器が前記トランスデューサ電極における高いAC送信電圧に耐える能力は、前記増幅器の入力と直列のインピーダンスを有する回路によって得られる請求項1に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 前記直列回路はコンデンサである請求項7に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 前記直列回路は、バイアス電流によりback−to−back接続される2つのダイオードであり、前記トランスデューサにおける低レベルの信号に対して前記ダイオードのACインピーダンスは低くなり、前記トランスデューサにおける高レベルのAC信号に対して前記ダイオードのACインピーダンスは高くなる請求項7に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 前記直列回路は、スイッチングトランジスタまたはダイオードを備える受信機スイッチであり、切り換えは制御信号によって制御され、該スイッチ制御信号は、前記受信機スイッチが前記送信期間中にオフとなり、前記受信期間中にオンとなるように選択される請求項7に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 前記受信スイッチ制御電圧は前記高電圧送信パルスから導出され、前記受信スイッチは、前記送信パルスによって自動的にオフに切り換わり、前記受信期間中に自動的にオンに切り換わる請求項10に記載の超音波パルスエコー送受信機システム。
- 受信モードにおいて選択可能またはダイナミックなフォーカスを達成することが可能であり、超音波測定器または画像化システムから最小組の線を介して遠隔操作可能である超音波パルスエコーアレイ送受信機システムであって、
−それぞれ固定フォーカスを有するとともに固定信号遅延線に結合される複数の素子からなる超音波トランスデューサアレイと、該トランスデューサアレイの近くに取り付けられ、電子受信加算回路および少なくとも1つの電子受信フォーカススイッチを備える電子回路と、を備える送受信システムと、
−バイアス線を介して前記超音波機器から供給される、該電子回路へのDCバイアス電圧と、
前記加算回路に強固に結合され、少なくともいくつかのアレイ素子からの信号は、前置増幅器においてそれぞれの信号が増幅され、および/または前記電子回路の一部である電子遅延線においてそれぞれの信号が遅延された後で、制御可能な電子受信フォーカススイッチを介して前記加算回路に結合され、該加算回路からの信号は、受信線を介して前記超音波機器に送信されるフォーカスされた受信信号である、1つのアレイ素子からの信号と
−選択された素子群の前記加算回路への前記フォーカススイッチを閉じることにより、選択された能動開口および焦点深度を得るべく決定された、各素子のフォーカスおよび信号遅延と、からなり、
前記フォーカススイッチを或る順序で閉じて前記加算回路に接続される素子数を増やすことによって、能動受信開口および焦点深度を増大させる、
超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。 - 前記素子の信号遅延の少なくとも一部は前記素子の正面の音響経路の一部である音響遅延線によって得られ、該音響遅延線の材料は測定または画像化対象の波伝搬速度とは異なる波伝搬速度を有し、前記遅延線の材料の厚さが前記素子の信号遅延の少なくとも一部を決める請求項12に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記音響遅延線の材料の波速度は前記画像化対象の波速度よりも高く、前記音響遅延線の材料は、前記能動開口全体の前記超音波信号の正味アポダイゼーションを生成して、ビームのサイドローブを低減する吸収を有する請求項13に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 各素子の前記信号遅延は少なくとも部分的に、前記アレイ表面全体を機械的に形成する、例えば湾曲させることによって得られる請求項12に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記電子回路は、一方の端子が前記トランスデューサ素子のうちの少なくとも1つのホット電極に接続され、他方の端子が前記超音波機器からの高電圧AC送信パルスをおそらくは送受信機の一部である電子遅延線および/またはバッファ増幅器を介して供給する送信線に接続される少なくとも1つの電子送信スイッチを備え、該送信スイッチ回路は、送信期間中の低い直列の電気インピーダンスと受信期間中の高い電気インピーダンスの間で切り換えを行う能力を有する請求項12に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 少なくとも1つの電子送信スイッチは、前記送信線に高電圧のAC送信パルスがかかるとACインピーダンスを低い値に自動的に切り換え、前記送信線上のAC電圧が制限値未満に低下すると高いACインピーダンスに自動的に切り換わる能力を有する請求項16に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記送信スイッチのスイッチングコンポーネントは少なくとも1つのダイオードからなる請求項17に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 送信スイッチ制御電圧によって少なくとも1つの電子送信スイッチをオンまたはオフに切り換えることができる請求項16に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 制御電圧を有する前記送信スイッチのスイッチング素子は、ダイオードまたはスイッチングトランジスタからなる請求項19に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記電子回路は、一方の端子が少なくとも2つのトランスデューサ素子に接続され、他方の端子がおそらくは送受信機の一部である電子遅延線および/またはバッファ増幅器を介して同一の送信線に接続される少なくとも2つの送信スイッチを備え、前記送信スイッチの少なくとも1つは、制御電圧によってオンまたはオフに切り換えることができ、該送信
スイッチの制御電圧は、能動送信トランスデューサアレイ素子群を選択できるように選択可能であり、能動送信開口の幅および焦点深度を選択する請求項16に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。 - 前記受信フォーカススイッチは、選択的にオンに切り換えて受信開口およびフォーカスを選択することができ、送受信合成(combined transmit and receive)ビームにより前記
受信信号の規定された深度範囲において細い観察ビームを形成する請求項21に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。 - 各送受信合成フォーカスの前記受信信号を用いて、前記合成観察ビームが細い深度範囲において測定または画像化を行う請求項22に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記測定または画像は一連の深度範囲からなり、送信および受信フォーカスが各範囲の最小幅の観察ビームについて選択される請求項23に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記送信スイッチの制御電圧は順に選択され、第1の送信パルスについて、前記送信開口に対して焦点深度の短いトランスデューサ素子が選択され、連続する送信パルス組について、焦点のより深いより多くの数の素子が接続され、前記組の連続する送信パルス毎に能動送信開口および焦点深度を増大させる請求項21に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記送信期間中に前記送信線に接続されるアレイ素子の数が、前記超音波機器から前記送受信機への少なくとも1本の信号線を介したシグナリングにより制御される請求項21に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記受信加算回路に接続されるアレイ素子の数が、前記超音波機器から前記送受信機への少なくとも1本の信号線を介したシグナリングにより制御される請求項12に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 少なくとも1つの送信スイッチへの前記制御電圧は前記送信スイッチへの入力線における高電圧AC送信パルスから導出される請求項21に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記送信スイッチ制御電圧は、前記電子回路の送信スイッチ制御電圧シーケンサ回路部によって、前記送信線における高電圧AC送信パルスまたは前記超音波機器からの信号線上の特別なシグナリングにより生成される順に選択される請求項25に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記送信スイッチ制御電圧シーケンサは、前記送信線上の特別なシグナリング、例えば一定期間にわたる前記送信線の電圧レベルの変化によりリセットされる請求項29に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記電子回路はまた、前記受信フォーカススイッチを制御する受信タイミング回路を備え、該受信タイミング回路は、パルスの送信時に、また前記受信フォーカススイッチ上のパルス送信の切り換え後に時間順にリセットされ、前記パルス送信後に時間とともに能動受信開口および焦点深度を増大させて、前記受信ビームのダイナミックフォーカスを行う請求項12に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記バイアス線、前記受信線、前記送信線、および前記信号線のうち少なくとも2つを1本の線に接続および統合して、前記超音波機器と前記アレイ送受信機を接続する線の本数を減らす請求項12または21に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 前記バイアス線、前記受信線、前記送信線、および前記信号線を1本の線に接続および統合して、前記超音波機器と前記アレイ送受信機の間の接続に接地接続を含む1本の対線ケーブルを用いることができるようにする請求項12または21に記載の超音波パルスエコーアレイ送受信機システム。
- 細い通路を介して構造を画像化する超音波画像化器具であって、請求項1または12に記載の超音波送受信機システムが細長い挿入器具の先端に取り付けられるとともに、少数の線を介して超音波画像化システムに接続される超音波画像化器具。
- 前記細長い挿入器具の先端は該挿入器具の外側端部から操向可能(direction steerable
:方向ステアリング可能)である請求項34に記載の超音波画像化器具。 - 前記細長い挿入器具は、生体に挿入して該生体中の組織構造を画像化する器具である請求項34または35に記載の超音波画像化器具。
- 前記細長い挿入器具は、体内の血管または尿道あるいは他の細い通路の壁および周辺組織の超音波画像化のためのカテーテルである請求項36に記載の超音波画像化器具。
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