JP2021514222A - デジタル超音波ケーブル並びに関連するデバイス、システム及び方法 - Google Patents

Abstract

超音波画像デバイス、システム及び方法が提供される。一実施形態において、医療用超音波撮像システム１００は、ホストシステム１３０と通信している少なくとも１つのデータレーンを含む通信リンク１５０と、超音波撮像プローブ１１０とを備え、超音波撮像プローブは、複数のアナログ超音波エコーチャネル信号１６０を与えるように構成される超音波撮像コンポーネント１１２と、超音波撮像コンポーネント１１２に結合される複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１１６であって、複数のアナログ超音波エコーチャネル信号１６０に基づいて、チャネル化された超音波エコーデータストリーム１６２を生成するように構成される、複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、複数のＡＤＣ１１６に結合され、チャネル化された超音波エコーデータストリーム１６２をチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリーム１６４に多重化するように構成されるマルチプレクサ（ＭＵＸ）１１８と、ＭＵＸ１１８及び通信リンク１５０に結合される通信インターフェース１２２であって、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリーム１６４を含むデジタル信号をホストシステム１３０に送信するように構成される、通信インターフェース１２２とを備える。

Description

[0001] 本発明は、一般に、超音波撮像に関し、詳細には、デジタル超音波データストリームを、低コストで高速のデジタルマルチレーン通信リンクを介してトランスデューサプローブからホストシステムに搬送することに関する。

[0002] 超音波撮像システムは医療用撮像のために広く使用される。超音波撮像システムは通常、メイン処理システムとは別にトランスデューサプローブを備える。トランスデューサプローブは超音波トランスデューサ素子のアレイを備える。超音波トランスデューサ素子は、患者の人体を貫通する音波を送出し、音波が患者の人体内の組織及び／又は器官によって反射されるときにエコーを記録する。エコーのタイミング及び／又は強度が、患者の組織及び／又は器官のサイズ、形状及び質量を表す。従来、未処理のアナログ超音波エコー信号が、ケーブルを通して、トランスデューサプローブからメイン処理システムに渡される。場合によっては、アナログ超音波エコー信号は、メイン処理システムに転送する前に、トランスデューサプローブにおいてあらかじめ増幅される。メイン処理システムは、未処理のアナログ超音波エコー信号を処理して、表示するための画像信号を生成する。

[0003] メイン処理システムは通常、カート上に位置し、トランスデューサプローブは対象の生体構造上に配置される必要があるので、トランスデューサプローブをメイン処理システムに接続するケーブルは比較的長くなる可能性がある。さらに、ケーブルは、受信されたエコー信号を各超音波トランスデューサ素子からメイン処理システムに搬送することを要求されるので、ケーブルは複雑になる可能性があり、ケーブルのサイズ又は直径が大きくなる可能性がある。例えば、トランスデューサプローブは、それぞれが送信チャネル及び受信チャネルを形成する、１２８個のトランスデューサのアレイを備えることができる。チャネルごとに超音波エコー信号を転送するために、ケーブルは、約１２８本の導体又はワイヤを備えることを要求される。その場合、ケーブル内のワイヤ数が多くなる可能性があり、それゆえ、ケーブルが、超音波撮像システム内で最もコストが高いコンポーネントになる可能性がある。

[0004] 超音波システムケーブル内のワイヤ数を削減する１つの手法は、トランスデューサプローブ内に、アナログサブアレイ処理又はアナログ部分ビームフォーミングのための電子回路を備えることである。しかしながら、アナログ処理は、同時に形成することができる音響系統の数だけでなく、信号品質も制限する可能性がある。

[0005] アナログ処理の制限を克服する別の手法は、トランスデューサプローブ内に低電力アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を備え、トランスデューサプローブにおいてデジタル形式で最大ビームフォーミングを実行し、ビームフォーミングされた信号を、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ケーブルを用いてメイン処理システムに転送することである。しかしながら、ビームフォーミング回路は、システムのサーマルバジェットを超える大量の電力を消費する可能性がある。さらに、ビームフォーミング回路の適応性及び／又は能力は、トランスデューサプローブのサイズが小さいという制約に起因して制限される。

[0006] ケーブルのコストを削減し、複雑さを緩和し、及び／又はサイズを縮小する更に別の手法は、アナログ通信からデジタル通信に切り替えることである。例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）規格のような、標準的な通信プロトコルを用いて、少ない数のワイヤを介して、デジタル信号を送信することができる。しかしながら、現在のデジタル通信プロトコルは、高い画像品質及び高いフレーム速度を有する信号をサポートするだけの十分な帯域幅を有しない場合がある。例えば、高品質超音波撮像システムが、約１９２個のトランスデューサプローブを有するトランスデューサプローブを備える場合がある。各トランスデューサ素子が、アナログ超音波エコーチャネル信号を与える。デジタルリンクを介してアナログ超音波エコー信号を転送するために、トランスデューサプローブは、アナログ超音波エコーチャネル信号をデジタル信号にデジタル化するための約１９２個のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を備える。元の超音波エコー信号波形を表現するだけの十分な解像度を与えるために、トランスデューサプローブは、約４０メガヘルツ（ＭＨｚ）のサンプリング速度において約１４ビットのビット幅を有するデジタルサンプルを生成することができる高性能ＡＤＣを利用する。したがって、トランスデューサプローブとメイン処理システムとの間のデジタル通信リンクは、約１０７．５２ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）のデータ転送速度をサポートすることを要求される。

[0007] デジタル通信リンクにわたるデータ量を削減する更なる手法は、トランスデューサプローブにおいてビームフォーミングを実行することである。しかしながら、トランスデューサプローブにおけるビームフォーミングは通常、静的に構成され、それゆえ、メイン処理システムにおいてチャネルごとの超音波エコー信号を操作又は処理する適応性を制限するおそれがある。それにもかかわらず、ビームフォーミングされた信号は依然として高いデータ転送速度を要求する場合がある。例えば、約４０ＭＨｚのサンプリング速度において２４ビットサンプルを有する３２チャネルビームフォーミング済み出力は、約３０．７２Ｇｂｐｓのデータ転送速度を要求する。ＵＳＢバージョン３．０のような、現在の標準的な低コストインターフェースは、そのようなデータ転送速度の約１０分の１のデータ転送速度しかサポートすることができない。光通信リンクを用いて、必要なデータ転送速度を与えることはできるが、光通信はシステムから大量の電力を引き出し、それにより、システムがシステムサーマルバジェットを超えるおそれがある。

[0008] 既存の超音波撮像システムは、医療用撮像及び診断のために有用であること示してきたが、多数のトランスデューサ素子を用いて高いフレーム速度において高解像度画像を生成する高品質超音波撮像システムのコストを削減するための改善されたシステム及び技法が引き続き必要とされている。本開示の実施形態は、トランスデューサプローブからホストシステムにパーチャネルデジタル超音波エコーチャネル信号を転送するための機構を提供する。例えば、トランスデューサプローブは、トランスデューサ素子のアレイに結合される複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を備えることができる。トランスデューサ素子は、患者の人体を撮像するための超音波を放射し、超音波が患者の人体から反射されるのに応じて、エコーを受信することができる。エコーはアナログ信号である。ＡＤＣは、各トランスデューサ素子から受信されたアナログ超音波エコーチャネル信号からパーチャネルデジタル超音波エコー信号を生成することができる。パーチャネルデジタル超音波エコー信号は、アナログ超音波エコーチャネル信号の元のアナログ波形を表す。トランスデューサプローブは、複数のデータレーンを含むケーブルアセンブリを介して送信するために、複数のパーチャネルデジタル超音波エコーチャネル信号を多重化するための１つ以上のデジタルマルチプレクサ（ＭＵＸ）を備えることができる。複数のデータレーンは、１２ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）を超えるデータ転送速度を与えることができる。ホストシステムは、ビームフォーミング、信号処理、及び／又は画像表示のためのパーチャネルデジタル超音波エコーチャネル信号に関する画像処理を実行することができる。

[0009] 一実施形態において、医療用超音波撮像システムが、ホストシステムと通信している少なくとも１つのデータレーンを含む通信リンクと、超音波撮像プローブとを備え、超音波撮像プローブは、複数のアナログ超音波エコーチャネル信号を与えるように構成される超音波撮像コンポーネントと、超音波撮像コンポーネントに結合される複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）であって、複数のアナログ超音波エコーチャネル信号に基づいて、チャネル化された超音波エコーデータストリームを生成するように構成される、複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、複数のＡＤＣに結合され、チャネル化された超音波エコーデータストリームを、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するように構成されるマルチプレクサ（ＭＵＸ）と、ＭＵＸ及び通信リンクに結合される通信インターフェースであって、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号を少なくとも１つのデータレーンを介してホストシステムに送信するように構成される、通信インターフェースとを備える。

[0010] いくつかの実施形態において、超音波撮像コンポーネントは、トランスデューサ素子のアレイを備え、複数のＡＤＣはそれぞれ、トランスデューサ素子のうちの１つに結合され、対応するアナログ超音波エコーチャネル信号に基づいて、チャネル化された超音波エコーデータストリームのうちの１つのチャネルデータストリームを生成するように構成される。いくつかの実施形態において、ＭＵＸは、複数のＡＤＣのうちの第１のサブセットに結合され、対応するチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するように構成される第１のＭＵＸと、複数のＡＤＣのうちの第２のサブセットに結合され、対応するチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するように構成される第２のＭＵＸとを備え、通信インターフェースは、第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含む第１のデジタル信号を通信リンクの第１のデータレーンを介して、、第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含む第２のデジタル信号を通信リンクの第２のデータレーンを介して同時に送信するように更に構成される。いくつかの実施形態において、超音波撮像プローブは、生成されたチャネル化された超音波エコーデータストリームのデータサイズが、画像深度に関連付けられるしきい値を超えるか否かを判断するように構成される処理コンポーネントを更に備え、通信インターフェースは、その判断に基づいて、デジタル信号を送信するように更に構成される。いくつかの実施形態において、超音波撮像プローブは、ＭＵＸに結合され、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを符号化されたデータストリームに符号化するように構成される符号化器を更に備え、通信インターフェースは、符号化されたデータストリームを含むデジタル信号を少なくとも１つのデータレーンを介してホストシステムに送信することによってデジタル信号を送信するように更に構成される。いくつかの実施形態において、符号化されたデータストリームは、符号化されたデータストリームの先頭を指示する制御語を含む。いくつかの実施形態において、医療用超音波撮像システムはホストシステムを更に備え、ホストシステムは、通信リンクに結合された通信インターフェースであって、通信リンクから、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号を受信するように構成される通信インターフェースと、通信インターフェースに結合され、デジタル信号を復号化し、復号化されたデータストリームを生成するように構成される復号化器と、復号化器に結合され、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを、逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリームに逆多重化するように構成されるデマルチプレクサ（ＤｅＭＵＸ）とを備える。いくつかの実施形態において、ホストシステムの通信インターフェースは、復号化するために、受信されたデジタル信号からクロック信号を再生するように構成されるクロック再生コンポーネントを更に備える。いくつかの実施形態において、ホストシステムは、逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリームに基づいて、ビームフォーミング済み信号を生成するように構成されるビームフォーミングコンポーネントと、ビームフォーミングコンポーネントに結合され、ビームフォーミング済み信号に基づいて、画像信号を生成するように構成される信号処理コンポーネントと、画像信号を表示するように構成されるディスプレイとを更に備える。いくつかの実施形態において、超音波撮像プローブは、超音波撮像コンポーネント及び複数のＡＤＣに結合されるアナログビームフォーミングコンポーネントであって、アナログビームフォーミングコンポーネントは複数のアナログ超音波エコーチャネル信号に関する部分ビームフォーミングを実行するように構成される、アナログビームフォーミングコンポーネント、又は複数のＡＤＣ及びＭＵＸに結合されるデジタルビームフォーミングコンポーネントであって、デジタルビームフォーミングコンポーネントは、チャネル化された超音波エコーデータストリームに関する部分ビームフォーミングを実行するように構成される、デジタルビームフォーミングコンポーネントのうちの少なくとも一方を更に備える。いくつかの実施形態において、通信インターフェースは、デジタル信号に関する高周波プリエンファシス又は低周波ディエンファシスのうちの少なくとも一方を実行するように構成される信号調整コンポーネントを備える。いくつかの実施形態において、通信インターフェースは、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに基づいて、デジタル信号を生成するように構成される電流モードロジック（ＣＭＬ）コンポーネントを備える。いくつかの実施形態において、通信リンクは、複数のデータレーンを形成する複数のツイストペアを更に備え、通信リンクは、少なくとも１２ギガビット／秒のデータ転送速度を含む。いくつかの実施形態において、医療用超音波撮像システムは、通信リンクをホストシステムに結合するように構成される結合コンポーネントを更に備え、結合コンポーネントは、チャネル化された超音波エコーデータストリームに基づいて、ビームフォーミング済み信号を生成するように構成されるビームフォーミングコンポーネントを備える。

[0011] 一実施形態において、医療用超音波撮像の方法は、超音波撮像プローブの超音波撮像コンポーネントから、複数のアナログ超音波エコーチャネル信号を受信するステップと、複数のアナログ超音波エコーチャネル信号に基づいて、超音波撮像プローブの複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を介して、チャネル化された超音波エコーデータストリームを生成するステップと、超音波撮像プローブのマルチプレクサ（ＭＵＸ）を介して、チャネル化された超音波エコーデータストリームを、少なくとも１つのチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するステップと、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号を、通信リンクの少なくとも１つのデータレーンを介してホストシステムに送信するステップとを有する。

[0012] いくつかの実施形態において、多重化するステップは、複数のＡＤＣのうちの第１のサブセットに結合される第１のＭＵＸを介して、対応するチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するステップと、複数のＡＤＣのうちの第２のサブセットに結合される第２のＭＵＸを介して、対応するチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するステップとを有し、送信するステップは、通信リンクの第１のデータレーンを介して第１のデジタル信号を、通信リンクの第２のデータレーンを介して第２のデジタル信号を同時に送信するステップを有し、第１のデジタル信号は第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含み、第２のデジタル信号は第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含む。いくつかの実施形態において、方法は、生成されたチャネル化された超音波エコーデータストリームのデータサイズが、画像深度に関連付けられるしきい値を超えるか否かを判断するステップを更に有し、送信するステップは、判断するステップに基づいて、デジタル信号を送信するステップを有する。いくつかの実施形態において、方法は、超音波撮像プローブの符号化器を介して、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを、符号化されたデータストリームに符号化するステップを更に有し、送信するステップは、符号化されたデータストリームを含むデジタル信号を少なくとも１つのデータレーンを介してホストシステムに送信するステップを有する。いくつかの実施形態において、方法は、ホストシステムによって、通信リンクから、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号を受信するステップと、ホストシステムによって、デジタル信号を復号化されたデータストリームに復号化するステップと、ホストシステムによって、復号化されたデータストリームを、逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリームに逆多重化するステップとを更に有する。いくつかの実施形態において、方法は、ホストシステムによって、逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリームに基づいて、ビームフォーミング済み信号を生成するステップと、ホストシステムによって、ビームフォーミング済み信号に基づいて画像信号を生成するステップと、ホストシステムによって、画像信号を表示するステップとを更に有する。

[0013] 本開示の更なる態様、特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

[0014] 本開示の例示的な実施形態が添付の図面を参照しながら説明されることになる。

[0015] 本開示の態様による、超音波撮像システムの概略図である。 [0016] 本開示の態様による、超音波撮像システムのトランスデューサ部分を示す概略図である。 [0017] 本開示の態様による、超音波撮像システムのホスト部分を示す概略図である。 [0018] 本開示の態様による、ケーブル分散効果を示す周波数応答図である。 [0019] 本開示の態様による、例示的なプローブ回路を示す概略図である。 [0020] 本開示の態様による、ケーブルを介してのデジタル送信を示すタイミング図である。 [0021] 本開示の態様による、デジタルマルチレーン通信リンクを介しての送信を示すタイミング図である。 [0022] 本開示の態様による、例示的な逐次近似アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を示す概略図である。 [0023] 本開示の態様による、医療用超音波撮像方法のフロー図である。 [0024] 本開示の態様による、超音波撮像システムの概略図である。

[0025] 本開示の原理を理解するのを助長するために、ここで、図面に示される実施形態が参照されることになり、それを説明するために、特殊な用語が使用されることになる。それにもかかわらず、本開示の範囲に対する制限を意図していないことは理解されたい。本開示に関する当業者であれば一般に思い浮かぶような、説明されるデバイス、システム及び方法に対する任意の改変及び更なる変更、並びに本開示の原理の任意の更なる適用例が十分に考えられ、本開示の範囲に含まれる。詳細には、１つの実施形態に関して説明される特徴、コンポーネント及び／又はステップが、本開示の他の実施形態に関して説明される特徴、コンポーネント及び／又はステップと組み合わせられることが十分に考えられる。しかしながら、簡単にするために、これらの組み合わせの数多くの繰り返しは、個別には説明されない。

[0026] 図１は、本開示の態様による、超音波撮像システム１００の概略図である。システム１００は、患者の人体のあるエリア又はボリュームをスキャンするために使用される。システム１００は、通信インターフェース又はリンク１５０を介して、ホスト１３０と通信している超音波撮像プローブ１１０を備える。高いレベルにおいて、プローブ１１０は、解剖学的対象物１０５（例えば、患者の人体）に向かって超音波を放射し、対象物１０５から反射されるエコーを受信する。プローブ１１０は、処理及び画像表示のために、パーチャネルエコー信号をデジタル形式で、リンク１５０を介してホスト１３０に送信する。プローブ１１０は、患者の人体の内部又は外部に位置決めされる間に患者の種々の人体部分を撮像するために、任意の適切な形をとることができる。例えば、プローブ１１０は、カテーテル、経食道心エコー検査（ＴＥＥ）プローブ、腔内プローブ（ｅｎｄｏ−ｃａｖｉｔｙ ｐｒｏｂｅ）、ハンドヘルド超音波スキャナ、又はパッチベース超音波デバイスの形をとることができる。

[0027] プローブ１１０は、トランスデューサアレイ１１２と、複数のアナログフロントエンド（ＡＦＥ）１１４と、複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１１６と、複数のマルチプレクサ（ＭＵＸ）１１８と、複数の符号化器１２０と、通信インターフェース１２２とを備える。ホスト１３０は、表示ユニット１３２と、処理コンポーネント１３４と、複数のデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１３６と、複数の復号化器１３８と、通信インターフェース１４０とを備える。

[0028] トランスデューサアレイ１１２は、対象物１０５に向かって超音波信号を放射し、対象物１０５から反射してトランスデューサアレイ１１２に戻されるエコー信号を受信する。トランスデューサアレイ１１２は、１次元（１Ｄ）アレイ又は２次元（２Ｄ）アレイに配列される音響素子を備える。音響素子は、トランスデューサ素子と呼ばれる場合がある。各トランスデューサ素子は、対象物１０５に向かって超音波を放射することができ、超音波が対象物１０５から反射して戻されるのに応じてエコーを受信することができる。例えば、トランスデューサアレイ１１２は、Ｍ個の複数のアナログ超音波エコーチャネル信号１６０を生成する、Ｍ個の複数のトランスデューサ素子を備えることができる。いくつかの実施形態において、Ｍは約２、１６、６４、１２８、又は１９２以上とすることができる。

[0029] ＡＦＥ１１４は、Ｍ本の信号線を介して、トランスデューサアレイ１１２に結合される。各ＡＦＥ１１４は、トランスデューサアレイ１１２内の１つのトランスデューサ素子に結合される。ＡＦＥ１１４は、高電圧励起及び利得制御を与えるように構成される回路を備える。高電圧励起は、トランスデューサ素子において、超音波放射をトリガすることができる。利得制御は、受信されたエコーに対する低雑音前置増幅を与えることができる。

[0030] ＡＤＣ１１６は、Ｍ本の信号線を介して、ＡＦＥ１１４に結合される。各ＡＤＣ１１６は１つのＡＦＥ１１４に結合され、対応するアナログ超音波エコーチャネル信号１６０をデジタル超音波エコーチャネル信号１６２に変換するように構成される。いくつかの実施形態において、ＡＤＣ１１６は、逐次近似タイプＡＤＣである。逐次近似ＡＤＣアーキテクチャは、高性能及び低消費電力を提供することができ、それゆえ、プローブ１１０の全電力損失をプローブ１１０のサーマルバジェットの範囲内に入るように保持することができる。ＡＤＣ１１６は、Ｍ個の複数のデジタル超音波エコーチャネル信号１６２を生成することができる。各デジタル超音波エコーチャネル信号１６２は、対応するアナログ超音波エコーチャネル信号の波形を表すデジタルサンプルを含む。Ｍ個の複数のデジタル超音波エコーチャネル信号１６２は、パーチャネル超音波エコーデータストリーム又はチャネル化された超音波エコーデータストリームと呼ばれる場合がある。

[0031] ＭＵＸ１１８は、Ｍ本の信号線を介して、ＡＤＣ１１６に結合される。各ＭＵＸ１１８は、信号線の対応するサブセットを介して、ＡＤＣ１１６のサブセットに結合され、チャネル化された超音波エコーデータストリーム１６２の対応するサブセットを多重化するように構成される。一例として、ＡＤＣ１１６は、Ｌ個のサブセットにグループ分けされる。したがって、プローブ１１０は、Ｌ個の複数の多重化されたデータストリーム１６４を生成する、Ｌ個の複数のＭＵＸ１１８を備える。ＭＵＸ１１８は、デジタルＭＵＸであり、ハードウェアコンポーネント及びソフトウェアコンポーネントの組み合わせを用いて実現することができる。

[0032] 符号化器１２０は、Ｌ本の信号線を介して、ＭＵＸ１１８に結合される。各符号化器１２０は、１つのＭＵＸ１１８に結合され、対応する多重化されたデータストリーム１６４を符号化されたデータストリーム１１６に符号化するように構成される。符号化器１２０は、ハードウェアコンポーネント及びソフトウェアコンポーネントの組み合わせを用いて実現することができる。いくつかの実施形態において、符号化器１２０は、米国特許第４，４８６，７３９号に記述されるような、８ｂ１０ｂ符号化アルゴリズムを実施する。８ｂ１０ｂ符号化は、８ビット入力データユニットを１０ビット出力シンボルにマッピングする。８ｂ１０ｂ符号化は、符号化されたデータストリーム１６４内のビット遷移の数を最大化し、最小の直流（ＤＣ）成分を与えることができる。符号化器１２０は、Ｌ個の複数の符号化されたデータストリーム１６６を生成することができる。

[0033] 通信インターフェース１２２は、Ｌ本の信号線を介して、符号化器１２０に結合される。通信インターフェース１２２は、Ｌ個の符号化されたデータストリーム１６６を、通信リンク１５０を介してホスト１３０に送信するように構成される。通信インターフェース１２２は、通信リンク１５０を介して送信するために、符号化されたデータストリーム１６６を搬送するデジタル信号１６８を生成するように構成されるハードウェアコンポーネント及びソフトウェアコンポーネントの組み合わせを備える。通信リンク１５０は、本明細書において更に詳細に説明されるように、デジタル信号１６８をホスト１３０に転送するためのＬ個のデータレーンを含む。

[0034] ホスト１３０は、ワークステーション、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップ、タブレット、モバイルフォン又は患者モニタのような任意の適切なコンピューティング及び表示デバイスである。いくつかの実施形態において、ホスト１３０は、可動カート上に位置する。ホスト１３０において、通信インターフェース１４０は、通信リンク１５０から、デジタル信号１６８を受信する。通信インターフェース１４０は、ハードウェアコンポーネント及びソフトウェアコンポーネントの組み合わせを備える。通信インターフェースは、プローブ１１０内の通信インターフェース１２２に概ね類似である。

[0035] 復号化器１３８は、Ｌ本の信号線を介して、通信インターフェース１４０に結合される。各復号化器１３８は、データレーンのうちの１つからデジタル信号１６８を受信し、デジタル信号１６８に関する復号化を実行し、復号化されたデータストリーム１７０を再生するように構成される。復号化は、プローブ１１０の符号化器１２０によって使用される符号化アルゴリズムに従って（例えば、８ｂ１０ｂ符号化に従って）実行される。復号化器１３８は、ハードウェアコンポーネント及びソフトウェアコンポーネントの組み合わせを用いて実現することができる。復号化器１３８は、Ｌ個の複数の復号化されたデータストリーム１７０を生成することができる。

[0036] ＤＥＭＵＸ１３６は、Ｌ本の信号線を介して、復号化器１３８に結合される。各ＤＥＭＵＸ１３６は１つの復号化器１３８に結合され、対応する復号化されたデータストリーム１７０を、ＡＤＣ１１６の出力におけるパーチャネル超音波エコーデータストリームに対応する複数のデータストリーム１７２に逆多重化するように構成される。ＤＥＭＵＸ１３６は、Ｍ個の逆多重化された超音波エコーデータストリーム１７２を生成することができる。

[0037] 処理コンポーネント１３４は、Ｍ本の信号線を介して、ＤＥＭＵＸ１３６に結合される。処理コンポーネント１３４は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、コントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、別のハードウェアデバイス、ファームウェアデバイス、又はその任意の組み合わせを含む。処理コンポーネント１３４は、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、ＧＰＵ及びマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ以上のマイクロプロセッサ、又は任意の他のそのような構成として実現される場合もある。処理コンポーネント１３４は、逆多重化された超音波エコーデータストリーム１７２から画像信号１７４を生成し、及び／又は種々の診断手法のための画像処理及び画像解析を実行するように構成することができる。

[0038] 表示ユニット１３２は、処理コンポーネント１３４に結合される。表示ユニット１３２は、モニタ、タッチスクリーン又は任意の適切なディスプレイを含む。表示ユニット１３２は、処理コンポーネント１３４によって処理される画像及び／又は診断結果を表示するように構成される。ホスト１３０は、システム１００を制御するためのユーザ入力を受信するように構成されるキーボード、マウス、又は任意の適切なユーザ入力コンポーネントを更に備える。

[0039] 図１は、検出された超音波エコーデータストリームを表示するためにプローブ１１０からホスト１３０に転送するという状況において説明されるが、ホスト１３０は、本明細書において更に詳細に説明されるように、プローブ１１０を構成するための制御、例えば、トランスデューサアレイ１１２におけるトランスデューサ素子の励起を行うことができる。

[0040] 図２及び図３は合わせて、プローブ１１０からホスト１３０への送信経路及びホスト１３０からプローブ１１０への送信経路を含む、システム１００のより詳細な図を提供する。図２は、本開示の態様による、超音波撮像システム１００のトランスデューサ部分を示す概略図である。図２は、プローブ１１０内の内部コンポーネントのより詳細な図を提供する。図３は、本開示の態様による、超音波撮像システム１００のホスト部分を示す概略図である。図３は、ホスト１３０内の内部コンポーネントのより詳細な図を提供する。

[0041] 図２に示されるように、プローブ１１０は、クロック（ＣＬＫ）２１０と、Ｌ個の複数の位相同期ループ（ＰＬＬ）乗算器２２０と、Ｌ個の複数のシリアル化コンポーネント２３０と、復号化器２４０と、逆シリアル化コンポーネント２５０と、コネクタ２７０とを更に備える。通信インターフェース１２２は、Ｌ個の複数の送信機２６０と、受信機２６４と、クロック再生（ＣＬＫＲＥ）コンポーネント２６６とを備える。コネクタ２７０は、通信インターフェース１２２を通信リンク１５０に結合する。

[0042] 図３に示されるように、ホスト１３０は、コネクタ３１０と、Ｌ個の複数の逆シリアル化コンポーネント３３０と、シリアル化コンポーネント３４０と、符号化器３５０と、電源３８０とを更に備える。通信インターフェース１４０は、Ｌ個の受信機３２２と、送信機３２４と、Ｌ個の複数のＣＬＫＲＥコンポーネント３２６とを備える。処理コンポーネント１３４は、ビームフォーマ３６０と、信号処理コンポーネント３６２と、スキャンコンバータ３６４と、コントローラ３７０とを備える。電源３８０は、ホスト１３０及びプローブ１１０に電力を与える。

[0043] 図２及び図３に示されるように、通信リンク１５０は、信号をホスト１３０に送信するためのＬ個の複数のデータレーン２０４（例えば、２０４_（１）〜２０４_（Ｌ）として示される）、ホスト１３０から信号を受信するためのデータレーン２０６、及びホスト１３０内の電源３８０から電力を受けるための電力線２０８を備える。例えば、通信リンク１５０は、データレーン２０４及び２０６並びに電力線２０８を形成する、導体、ワイヤ又は低コストツイストペアを含むケーブルである。

[0044] プローブ１１０からホスト１３０への送信経路は、図２に示されるトランスデューサアレイ１１２において開始する。図示されるように、トランスデューサアレイ１１２は、それぞれがＡＦＥ１１４に接続する、Ｍ個の複数のトランスデューサ素子２０２を備える。トランスデューサ素子２０２は、２０２_（１）〜２０２_（Ｍ）として示される。

[0045] ＣＬＫ２１０は、プローブ１１０内のマスタークロックとして機能する。ＣＬＫ２１０は、ＡＦＥ１１４及びＡＤＣ１１６にクロック信号を与える。ＡＤＣ１１６は、４つのＡＤＣ１１６のグループにグループ分けされ、それゆえ、ＬはＭ／４である。いくつかの他の実施形態では、ＡＤＣ１１６は、２つ、８つ、又は８つより多くのグループにグループ分けされる。各ＭＵＸ１１８は、ＡＤＣ１１６の１つのグループに結合される。

[0046] 各シリアル化コンポーネント２３０は、符号化器１２０の出力に結合される。上記で説明されたように、符号化器１２０は、８ビット入力データを１０ビット出力シンボルに符号化する。シリアル化コンポーネント２３０は、出力シンボル（例えば、符号化されたデータストリーム１６６）を送信するためのビットストリームに変換する。

[0047] 各ＰＬＬ乗算器２２０は、ＣＬＫ２１０及びシリアル化コンポーネント２３０に結合される。ＰＬＬ乗算器２２０は、クロック信号の周波数を、シリアル化コンポーネント２３０を動作させるのに適した周波数に変換するように構成される。一例として、ＣＬＫ２１０は、約４０ＭＨｚのクロック周波数を与え、ＡＤＣ１１６は１２ビットＡＤＣである。符号化器１２０が、８ビットの入力ごとに１０ビットの出力を生成するとき、シリアル化コンポーネント２３０は、約２．４ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）のデータ速度において動作するように要求される。したがって、各ＰＬＬ乗算器２２０は、４０ＭＨｚクロック信号を、対応するシリアル化コンポーネント２３０を動作させるための２．４ＧＨｚクロック信号に変換する。

[0048] 各送信機２６０は１つのシリアル化コンポーネント２３０に結合される。送信機２６０は、通信リンク１５０をドライブするための回路を備える。送信機２６０は、符号化されたビットストリーム１６６を受信し、データレーン２０４を介して送信するために、符号化されたビットストリーム１６６を搬送するデジタル信号１６８を生成する。デジタル信号１６８は１６８_（１）〜１６８_（Ｌ）として示され、それぞれが符号化器１２０のうちの１つに対応する。デジタル信号１６８_（１）〜１６８_（Ｌ）の送信は、対応するデータレーン２０４_（１）〜２０４_（Ｌ）を介して同時に行われる。いくつかの実施形態において、送信機２６０は、本明細書において更に詳細に説明されるように、送信するための電流モードロジック（ＣＭＬ）物理レイヤを実現する。

[0049] 上記で説明された例を参照すると、ＣＬＫ２１０が４０ＭＨｚにおいて動作する場合、ＡＤＣ１１６は１２ビットサンプルを与え、ＡＤＣ１１６は４つのグループにグループ分けされる。トランスデューサアレイ１１２が１２８個（例えば、Ｍ＝１２８）のトランスデューサ素子２０２を備えるとき、通信リンク１５０は、それぞれが約２．４Ｇｂｐｓのデータ転送速度を有する３２個のデータレーンを含む。したがって、通信リンク１５０は、約７６．８Ｇｂｐｓのデータ転送速度を与える。

[0050] 図３に示されるように、ホストにおいて、受信機３２２は、通信リンク１５０のデータレーン２０４を介して、符号化済みのチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを搬送するデジタル信号１６８を受信する。各ＣＬＫＲＥコンポーネント３２６が、受信機３２２及び逆シリアル化コンポーネント３３０に結合される。ＣＬＫＲＥコンポーネント３２６は、受信されたデジタル信号１６８からクロック信号を再生し、対応する受信機３２２及び逆シリアル化コンポーネント３３０にクロック信号を与えるように構成される。受信機３２２は、対応するデータレーン２０４を介してプローブ１１０によって送信されたビットストリームを再生する。逆シリアル化コンポーネント３３０は、プローブ１１０の符号化器１２０によって生成された出力シンボルのビットサイズに基づいて、再生されたビットストリームをシンボルに変換する。例えば、符号化器１２０が８ｂ１０ｂ符号化を実施するとき、逆シリアル化コンポーネント３３０は、１０ビット単位でデータを形成する。したがって、各逆シリアル化コンポーネント３３０は、１０ビットデータのストリームを生成し、データストリームを、復号化するために対応する復号化器１３８に与える。

[0051] 復号化器１３８及びＤＥＭＵＸ１３６は、上記のように動作して、プローブ１１０において生成された、チャネル化された超音波エコーデータストリームを再生する。ビームフォーマ３６０は、超音波エコーチャネルデータストリーム１７２にタイミング遅延を適用し、異なるチャネルのタイミングを合わせるように構成され、タイミングを合わせた超音波エコーチャネルデータストリームを加算して、ビームフォーミング済み信号を生成する。信号処理コンポーネント３６２は、フィルタリング及び／又は直交復調を実行し、ビームフォーミング済み信号を調整するように構成される。信号処理コンポーネント３６２は、調整された信号に関する解析的検出及び／又は任意の画像処理技法を実行し、画像信号１７４を生成する。スキャンコンバータ３６４は、画像信号１７４を、例えば、表示ユニット１３２上に表示するための画像に変換するように構成される。コントローラ３７０は、ビームフォーマ３６０、信号処理コンポーネント３６２及び／又はスキャンコンバータ３６４の動作を制御する。

[0052] ホスト１３０からプローブ１１０への送信経路は、図３に示されるように、ホスト１３０のコントローラ３７０において開始する。コントローラ３７０は、トランスデューサアレイ１１２のトランスデューサ素子２０２を動作させる、例えば、超音波を放射するための制御データ３０２を更に生成する。ホストにおいて、符号化器３５０はコントローラに結合される。符号化器３５０は符号化器１２０に概ね類似である。例えば、符号化器３５０は、符号化器１２０と同じ符号化アルゴリズム（例えば、８ｂ１０ｂ符号化アルゴリズム）を用いて、制御データを符号化する。シリアル化コンポーネント３４０が送信機３２４に結合される。シリアル化コンポーネント３４０は、シリアル化コンポーネント２３０に概ね類似である。例えば、シリアル化コンポーネント３４０は、符号化された制御データストリームをビットストリームに変換する。送信機３２４は、送信機２６０に概ね類似である。例えば、送信機３２４は、データレーン２０６を介して送信するために、符号化された制御データビットストリームを搬送するデジタル信号を生成する。

[0053] プローブ１１０において、受信機２６４は、ホスト１３０から、符号化された制御データビットストリームを搬送するデジタル信号を受信する。ＣＬＫＲＥコンポーネント２６６が受信機２６４に結合される。受信機２６４は、受信機３２２に概ね類似である。ＣＬＫＲＥコンポーネント２６６は、ＣＬＫＲＥコンポーネント３２６に概ね類似である。例えば、ＣＬＫＲＥコンポーネント２６６は、受信されたデジタル信号からクロック信号を再生し、受信機２６４は、受信信号から、ホスト１３０によって送信されたビットストリームを再生する。逆シリアル化コンポーネント２５０が、受信機２６４及び復号化器２４０に結合される。逆シリアル化コンポーネント２５０は、逆シリアル化コンポーネント３３０に概ね類似である。復号化器２４０は、復号化器１３８に概ね類似である。例えば、逆シリアル化コンポーネント２５０は、ビットストリームをデータストリームに変換し、復号化器２４０は、復号化を実行し、ホスト１３０によって送信された制御データを再生する。復号化器２４０は、ＡＦＥ１１４に結合される。例えば、制御データは、トランスデューサ素子２０２において超音波放射をトリガするための励起情報を含む。

[0054] 明らかであるように、プローブ１１０にＡＤＣ１１６を備えることによって、処理の適応性を最大限にしながら、プローブ１１０からホスト１３０にパーチャネルデジタル超音波エコーデータチャネルを転送できるようになる。ＭＵＸ１１８及びパラレルマルチレーン通信リンク１５０の使用は、現時点で利用可能な標準的なデジタル通信プロトコル（例えば、ＵＳＢ３．０）より１桁高い高速データ転送速度を与える。

[0055] いくつかの実施形態において、通信リンク１５０上で要求される帯域幅は、ＡＥ１１４とＡＤＣ１１６との間にプローブ１１０のアナログサブアレイプロセッサを備えることによって削減することができる。サブアレイプロセッサは、部分ビームフォーミングを実行し、アナログ超音波エコーチャネル信号１６０のサブセットを合成することができる。部分ビームフォーミングは更に、プローブ１１０とホスト１３０との間の送信経路において要求される信号線（例えば、データレーン２０４）の数を削減することができるか、又はデータレーン２０４ごとの要求されるデータ転送速度を下げることができる。最大ビームフォーミングはホスト１３０において実行することができる。

[0056] いくつかの実施形態において、通信リンク１５０上で要求される帯域幅は、ＡＤＣ１１６とＭＵＸ１１８との間にプローブ１１０のデジタル部分ビームフォーマを備えることによって削減することができる。デジタル部分ビームフォーマは、部分ビームフォーミングを実行し、デジタル超音波エコーチャネルデータストリーム１６２のサブセットを合成することができる。そのような実施形態において、ＭＵＸ１１８は、符号化器１２０による符号化のために、部分ビームフォーミング済み超音波エコーデータストリームを多重化することができる。アナログ部分ビームフォーミングと同様に、デジタル部分ビームフォーミングは更に、プローブ１１０とホスト１３０との間の送信経路内で要求される信号線（例えば、データレーン２０４）の数を削減することができるか、又はデータレーン２０４ごとの要求されるデータ転送速度を下げることができる。最大ビームフォーミングはホスト１３０において実行することができる。

[0057] いくつかの実施形態において、通信リンク１５０上で要求される帯域幅は、上記のように、プローブ１１０において、アナログ部分ビームフォーマ及びデジタル部分ビームフォーマの両方を備えることによって削減することができる。

[0058] 図４は、本開示の態様による、ケーブル分散効果を示す周波数応答図４００である。図４において、ｘ軸はギガヘルツ（ＧＨｚ）単位の周波数を表し、ｙ軸はデシベル（ｄＢ）単位の振幅を表す。曲線４２０は、周波数の関数としての、ツイストペア（例えば、データレーン２０４及び２０６の場合に使用される）におけるケーブル損失を示す。明らかであるように、ケーブル損失は、周波数が増加するのに応じて増加する。損失は、高速送信を妨げる可能性がある。

[0059] 高速送信を提供するために、送信機（例えば、送信機２６０及び３２４）が、高周波プリエンファシスを実行する。曲線４１０は、高周波プリエンファシスを伴うケーブル周波数応答を示す。明らかであるように、高周波プリエンファシスは、例えば、２．６ＧＨｚまでの平坦な応答を与えることができ、２．６ＧＨｚにおいて約９ｄＢの利得４０２を有する。いくつかの実施形態において、送信機２６０及び３２４は、データレーン２０４及び２０６を介して高データ速度（例えば、２．４ｂｐｓ）の送信を可能にするために、曲線４１０に示されるような高周波プリエンファシスを実施するように構成することができる。高周波プリエンファシスを実施するための機構が、本明細書において更に詳細に説明される。

[0060] 図５は、本開示の態様による、例示的なプローブ回路５００を示す概略図である。回路５００は、プローブ１１０によって実現することができる。回路５００は、符号化器５１０と、ＭＵＸ５２０と、ＣＭＬコンポーネント５３０、５３６及び５３８と、ビット遷移検出器５４０と、ＰＬＬ周波数乗算器５５０とを備える。符号化器５１０は、符号化器１２０及び３５０に対応する。ＭＵＸ５２０は、シリアル化コンポーネント２３０及び３４０に対応する。ＰＬＬ周波数乗算器５５０は、ＰＬＬ乗算器２２０に対応する。ＣＭＬコンポーネント５３０、５３６及び５３８並びにビット遷移検出器５４０は、送信機２６０及び３２４に対応する送信機によって実現される。

[0061] 示されるように、符号化器５１０は、入力データストリーム５１２及びクロック信号５１４を受信する。入力データストリーム５１２は、ＭＵＸ１１８によって出力される多重化された超音波エコーデータストリーム１６４に対応する。符号化器５１０は、データストリーム５１２を８ビットごとに１０ビットシンボルに符号化し、符号化されたデータストリーム５１６（例えば、符号化されたデータストリーム１６６）を形成する。ＭＵＸ５２０は、データストリーム５１６をビットストリーム５２２にシリアル化する。

[0062] 上記で説明された例を参照すると、ＣＬＫ２１０が４０ＭＨｚにおいて動作する場合、ＡＤＣ１１６は１２ビットサンプルを与え、ＡＤＣ１１６は４つのグループにグループ分けされる。したがって、ビットストリーム５２２は、２．４Ｇｂｐｓシリアルビットストリームである。クロック信号５１４は２４０ＭＨｚクロック信号である。ＰＬＬ周波数乗算器５５０は、ＭＵＸ５２０を動作させるための２．４Ｇｂｐｓのクロック信号５０２を生成する。

[0063] ＰＬＬ周波数乗算器５５０は、検出器５５２と、ループフィルタ５５４と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、分周器５５８とを備える。検出器５５２は、位相検出器又は周波数検出器である。検出器５５２は、クロック信号５０２の周波数又は位相を分周器５５８によって出力された信号５０８と比較し、周波数差又は位相差を含む差分信号５０４を生成する。ループフィルタ５５４は、差分信号５０４から全ての望ましくない信号成分をフィルタリングにより除去し、フィルタリング済み信号５０６を生成する。ＶＣＯ５５６は、クロック信号（例えば、２．４ＧＨｚ）を生成し、フィルタリング済み信号５０６に基づいて調整を適用する。ＶＣＯ５５６は、クロック信号５０２をＭＵＸ５２０に与える。また、ＶＣＯ５５６は、クロック信号５０２を分周器５５８にも与える。分周器５５８は、クロック信号５０２の周波数を１０分の１に分周して、２４０ＭＨｚ信号５０８を与え、その信号は比較及び調整のために検出器５５２にフィードバックされる。

[0064] ＣＭＬコンポーネント５３０、５３６及び５３８は、差動電圧／電流コンバータを備える。上記のように、８ｂ１０ｂ符号化は、ビット遷移、例えば、１／０遷移又は０／１遷移の数を最大化する。ビット遷移の最大化は、受信機（例えば、受信機２６４及び３２２）におけるクロック再生を容易にすることができる。ビット遷移検出器５４０は、０から１への、又は１から０へのビット遷移を検出することができる。ＣＭＬコンポーネント５３０は、ビットストリーム５２２の送信のための差分信号対５６２（ＯｕｔＰ及びＯｕｔＮとして示される）を生成する。ＣＭＬコンポーネント５３６は、０／１ビット遷移後に各ビットを増幅し、ＣＭＬコンポーネント５３８は、１／０ビット遷移後に各ビットを増幅する。ＣＭＬコンポーネント５３０、５３６及び５３８は、抵抗器５３２（Ｒ１として示される）及び抵抗器５３４（Ｒ２として示される）を介して、電圧レール５６０（Ｖｉｎとして示される）に結合される。抵抗器５３２及び５３４は、約５０オームの抵抗を有し、それは、通信リンク１５０を形成するケーブルのインピーダンスに整合し、ケーブル反射を吸収する。

[0065] 図５は高周波プリエンファシスとの関連で説明されるが、回路５００は、代替的には、低周波ディエンファシスを与えるように構成される。例えば、ビット遷移検出器５４０を用いて、ビット遷移検出を実施する代わりに、低周波ディエンファシスのために、エッジ検出フィルタ（例えば、有限インパルス応答（ＦＩＲ））が使用される。

[0066] 図６は、本開示の態様による、ケーブルを介してのデジタル送信を示すタイミング図６００である。図６において、ｘ軸は何らかの一定の単位の時間を表し、ｙ軸は何らかの一定の単位の電圧レベルを表す。図６は、シリアルビットストリーム６１０及びシリアルビットストリーム６２０の送信を示す。シリアルビットストリーム６２０は、図４及び図５に関して上記で説明された高周波プリエンファシスを用いない場合のビットストリーム５２２に対応する。シリアルビットストリーム６１０は、高周波プリエンファシス後のビットストリーム５２２に対応する。

[0067] 図７は、本開示の態様による、デジタルマルチレーン通信リンク１５０を介しての送信を示すタイミング図７００である。図７において、ｘ軸は何らかの一定の単位の時間を表し、ｙ軸は、リンク１５０を介しての送信活動を表す。例えば、プローブ１１０は、カウンタ７３０を利用して、トランスデューサ素子２０２のトリガ又は励起、並びにリンク１５０を介しての符号化された超音波エコーチャネルデータストリーム１６６の送信を容易にする。カウンタ７３０は、０のカウンタ値から開始し、Ｐまでカウントアップする。ここで、Ｐは正の整数である。

[0068] Ｔ０として表されるような、時点７０２において、ホスト１３０は、データレーン２０６を介して、トランスデューサアレイ１１２を構成するための制御データストリーム７１０（例えば、制御データ３０２）をプローブ１１０に送信する。制御データストリーム７１０は、制御（ＣＴＲＬ）コード７１２で開始し、それにｎバイトの制御データ７１４が後続する。ＣＴＲＬコード７１２はＫ．２８．１コード系列のような固有識別子である。ＣＴＲＬコード７１２は、データストリーム送信の開始を示す。

[0069] Ｔ１として表されるような、時点７０４において、ｎバイトの制御データ７１４を受信すると、カウンタ７３０がＰ−１にカウントアップし、トランスデューサ素子２０２は、例えば、対象物１０５に向かって超音波を放射するようにトリガされる。値ｎは正の整数であり、あらかじめ決定される。トランスデューサ素子２０２は、対象物１０５によって反射される超音波のエコーを受信する。

[0070] 各チャネルからｍバイトの超音波エコーデータ（例えば、符号化済みのチャネル化された超音波エコーデータストリーム１６６）を受信すると、プローブ１１０は、チャネル化された超音波エコーデータストリーム７２０を、Ｌ個のデータレーン２０４を介してホスト１３０に送信する。値ｍは正の整数であり、所望の画像取得深度に基づいて決定される。各エコーデータストリーム７２０_（ｉ）が対応するデータレーン２０４_（ｉ）を介して送信される。ここで、ｉは１からＬまで変化する。図示されるように、プローブ１１０は、ＣＴＲＬコード７２２（例えば、Ｋ２８．１コード）と、後続のｍバイトの超音波エコーデータ７２４とを用いて、チャネル（ｉ）において各送信を開始する。

[0071] Ｔ２として表されるような、時点７０６において、チャネルごとのｍバイトの超音波エコーデータ７２４を転送した後に、ホスト１３０は、次の取得間隔において、次の制御データストリーム７１０を送信する。いくつかの実施形態において、ホスト１３０は、エコーデータストリーム７２０が受信されたのと同時に、次の取得間隔のための制御データストリームの送信を開始する。カウンタ７３０はカウントアップカウンタとして説明されるが、カウンタ７３０は、代替的には、カウントダウンカウンタとして構成されてもよい。

[0072] 図８は、本開示の態様による、例示的な逐次近似ＡＤＣ８００を示す概略図である。ＡＤＣ８００は、プローブ１１０のＡＤＣ１１６に対応する。ＡＤＣ８００は、トラックアンドホールドコンポーネント８１０と、逐次近似レジスタ（ＳＡＲ）論理コンポーネント８２０と、デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）８３０と、比較器８４０とを備える。ＡＤＣ８００は、アナログ信号８０１（例えば、アナログ超音波エコーチャネル信号）を受信する。トラックアンドホールドコンポーネント８１０は、アナログ信号８０１をサンプリングし、ある期間にわたってその値を保持し、サンプリングされた信号８０２を生成する。比較器８４０は、サンプリングされた信号８０２をＤＡＣ８３０の出力信号８０４と比較し、結果信号８０６をＳＡＲ論理コンポーネント８２０に出力する。ＳＡＲ論理コンポーネント８２０は、アナログ入力信号８０１のための近似デジタルコード８０３をＤＡＣ８３０に与える。ＤＡＣ８３０は、近似コードのアナログ信号８０４を比較器８４０に与える。

[0073] 一実施形態において、ＳＡＲ論理コンポーネント８２０は、近似コード８０３を初期化し、最上位ビット（ＭＳＢ）がデジタル１に設定される。コード８０３はＤＡＣ８３０に送り込まれる。ＤＡＣ８３０は、デジタルコード８０３と同等のアナログ信号８０４を生成し、アナログ信号８０４を比較器８４０に送り込む。アナログ入力信号８０２がアナログ信号８０４の電圧レベルを超えるとき、ＳＡＲ論理コンポーネント８２０は、ＭＳＢをデジタル０にリセットする。そうでない場合には、ＭＳＢはデジタル値１のままである。ＳＡＲ論理コンポーネント８２０は、ＭＳＢからＬＳＢまでの各ビットを検査するプロセスを繰り返す。ＳＡＲ論理コンポーネント８２０が全ビットの検査を完了するとき、結果として生成されるコード８０３が、アナログ入力信号８０１の電圧のデジタル近似である。

[0074] 図９は、本開示の態様による、医療用超音波撮像方法９００のフロー図である。方法９００のステップは、プローブ１１０のような超音波撮像プローブ及び／又はホスト１３０のようなホストのコンピューティングデバイス（例えば、プロセッサ、処理回路及び／又は他の適切なコンポーネント）によって実行することができる。方法９００は、図２〜図８に関して上記で説明されたように、プローブ１１０とホスト１３０との間でデータを転送するための類似の機構を利用する。例示されるように、方法９００は、いくつかの列挙されるステップを有するが、方法９００の実施形態は、列挙されるステップの前、後、及びその間に更なるステップを有する場合もある。いくつかの実施形態において、列挙されるステップのうちの１つ以上が省かれる場合があるか、又は異なる順序において実行される場合がある。

[0075] ステップ９１０において、方法９００は、超音波撮像プローブ（例えば、プローブ１１０）の超音波撮像コンポーネント（例えば、トランスデューサアレイ１１２）から複数のアナログ超音波エコーチャネル信号（例えば、アナログ超音波エコーチャネル信号）を受信するステップを有する。

[0076] ステップ９２０において、方法９００は、超音波撮像プローブの複数のＡＤＣ（例えば、ＡＤＣ１１６）によって、複数のアナログ超音波エコーチャネル信号に基づいて、チャネル化された超音波エコーデータストリーム（例えば、チャネル化された超音波エコーデータストリーム１６２）を生成するステップを有する。

[0077] ステップ９３０において、方法９００は、ＭＵＸ（例えば、ＭＵＸ１１８）によって、チャネル化された超音波エコーデータストリームを少なくとも１つのチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリーム（例えば、多重化されたデータストリーム１６４）に多重化するステップを有する。

[0078] ステップ９４０において、方法９００は、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号（例えば、デジタル信号１６８）をホストシステム（例えば、ホスト）に送信するステップを有する。

[0079] 一実施形態において、超音波撮像コンポーネントは、トランスデューサ素子（例えば、トランスデューサ素子２０２）のアレイを備える。複数のＡＤＣはそれぞれ、トランスデューサ素子のうちの１つに結合され、対応するアナログ超音波エコーチャネル信号に基づいて、チャネル化された超音波エコーデータストリームのうちの１つのチャネルデータストリームを生成するように構成される。

[0080] 一実施形態において、多重化するステップは、第１のＭＵＸ及び第２のＭＵＸを利用することができる。第１のＭＵＸは、複数のＡＤＣのうちの１つのサブセットに結合することができる。第２のＭＵＸは、複数のＡＤＣのうちの別のサブセットに結合することができる。第１のＭＵＸは、ＡＤＣの第１のサブセットからのチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化することができる。第２のＭＵＸは、ＡＤＣの第２のサブセットからの対応するチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化することができる。送信するステップは、通信リンクの第１のデータレーン（例えば、データレーン２０４_（１））を介して第１のデジタル信号（例えば、デジタル信号１６８_（１））を、そして、通信リンクの第２のデータレーン（例えば、データレーン２０４_（Ｌ））を介して第２のデジタル信号（例えば、デジタル信号１６８_（Ｌ））を同時に送信するステップを有することができ、第１のデジタル信号は第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含み、第２のデジタル信号は、第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含む。

[0081] 一実施形態において、方法９００は、生成されたチャネル化された超音波エコーデータストリームのデータサイズ（例えば、ｍ）が画像深度に関連付けられるしきい値を超えるか否かを判断するステップを更に有することができる。送信するステップは、その判断に基づく。

[0082] 一実施形態において、方法９００は、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを、超音波撮像プローブの符号化器（例えば、符号化器１２０）によって使用する符号化されたデータストリーム（例えば、符号化されたデータストリーム１６６）に符号化するステップを更に有することができる。送信するステップは、符号化されたデータストリームを含むデジタル信号を、少なくとも１つのデータレーンを介してホストシステムに送信するステップを有することができる。

[0083] 一実施形態において、ホストシステムは、通信リンクから、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号を受信することができる。ホストシステムは、デジタル信号を復号化されたデータストリーム（例えば、復号化されたデータストリーム１７０）に復号化することができる。ホストシステムは、復号化されたデータストリームを、逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリーム（例えば、データストリーム１７２）に逆多重化することができる。ホストシステムは、逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリームに基づいて、ビームフォーミング済み信号を生成することができる。ホストシステムは、ビームフォーミング済み信号に基づいて、画像信号を生成することができる。ホストシステムは、画像信号をディスプレイ（例えば、表示ユニット１３２）上に表示することができる。

[0084] 図１０は、本開示の態様による、超音波撮像システム１０００の概略図である。システム１０００は、システム１００に概ね類似であるが、ホスト１０３０に接続できる結合コンポーネント１０２０において、上記の少なくともいくつかのホスト処理機能を実施することができる。システム１０００は、ケーブル１０１０に結合されるプローブ１１０を備える。結合コンポーネント１０２０は、プローブ１１０の反対側の、ケーブル１０１０の端部に位置する。ケーブル１０１０は、データレーン２０４及び２０６に類似のデータレーンを形成する複数のツイストペアを備える。

[0085] 結合コンポーネント１０２０は、コネクタ、アダプタ又はドングルとすることができる。結合コンポーネント１０２０は、図１及び図３に関して上記で説明されたホスト１３０のコンポーネントのうちの少なくともいくつかを備えることができる。例えば、通信インターフェース１４０、復号化器１３８、ＤＥＭＵＸ１３６及び処理コンポーネント１３４は、結合コンポーネント１０２０内に存在することができる。結合コンポーネント１０２０は、表示及びユーザ制御のために、デジタルインターフェース１０３２を介してホスト１０３０に接続することができるか、又は差し込むことができる。処理コンポーネント１３４は、少なくとも何らかのビームフォーミングを実行することができ、ホスト１０３０は、更なるビームフォーミング、及び／又は任意の適切な信号処理機能、及び／又は画像処理機能を実行することができる。結合コンポーネント１０２０にビームフォーマを含むことにより、ビームフォーミングに関連付けられる熱出力をプローブ１１０から除去することができ、ＵＳＢインターフェースのような標準的なデジタルインターフェース（例えば、インターフェース１０３２）に結合コンポーネント１０２０を差し込むことができるように、データ速度を下げることができるようになる。いくつかの実施形態において、結合コンポーネント１０２０は、超音波エコーデータ及び／又はユーザ制御をホスト１０３０とワイヤレス通信するように構成されるワイヤレス通信コンポーネントを備えることができる。

[0086] 図示されるように、システム１０００は、結合コンポーネント１０２０を結合コンポーネント１０４０に置き換えることによって、異なるホスト１０５０として構成することができる。ホスト１０５０は、ホスト１０３０に概ね類似である。例えば、ホスト１０５０は、ワークステーション、ラップトップ、タブレット又はモバイルフォンである。結合コンポーネント１０４０は、結合コンポーネント１０２０に概ね類似である。例えば、結合コンポーネント１０４０は、結合コンポーネント１０２０に類似の機能コンポーネント（例えば、復号化器１３８、ＤＥＭＵＸ１３６及び処理コンポーネント１３４）を備えることができる。しかしながら、結合コンポーネント１０４０及びホスト１０５０は、デジタルインターフェース１０３２とは異なるデジタルインターフェース１０４２に結合される。例えば、デジタルインターフェース１０４２はＵＳＢ２．０／３．０／３．１インターフェースであり、デジタルインターフェース１０３２はイーサネットインターフェースである。

[0087] 本開示の態様はいくつかの利点を与えることができる。例えば、複数の高速シリアルデータストリームをパラレルに送信するためにケーブル束内に複数のワイヤを使用することにより、低コストの可撓性ケーブルを用いて、広いデジタル帯域幅を与えることができる。８ｂ１０ｂ符号化を使用することにより、ＰＬＬを用いて、受信されたデータビットストリームからクロックを再生できるようになり、これは、パラレルワイヤ間のデータスキューを補償する。さらに、８ｂ１０ｂ符号化は、最小限のオーバーヘッドでハンドシェーク（例えば、ＣＴＲＬコード７１２及び７２２）を提供することができる。高周波プリエンファシス又は低周波ディエンファシスの使用により、低コストケーブル内の周波数依存性損失を補償することができる。送信端及び受信端の両方において終端するＣＭＫインターフェースを使用することにより、ケーブル反射の影響を最小限に抑えることができる。取得間隔を計時するためにカウンタ（例えば、カウンタ７３０）を使用することにより、大量のデータバファリング又は複雑なハンドシェーキングを必要とすることなく、安定し、連続した超音波データストリームを与えることができ、それゆえ、待ち時間を短縮することができる。パーチャネルデジタル超音波エコー信号をホスト１３０に直接転送することにより、信号の処理に関する適応性を与えることができ、それゆえ、高い画像品質及びフレーム速度を与えることができる。ケーブル通信をＡＤＣと直接統合することにより、低い消費電力を保持することができる。低電力逐次近似タイプＡＤＣ（例えば、ＡＤＣ８００）を使用することにより、全電力損失をプローブ１１０のサーマルバジェット内に維持することができる。

[0088] 上記の装置、システム及び方法を種々のやり方において変更できることは当業者には認識されよう。したがって、本開示によって包含される実施形態が上記の特定の例示的な実施形態に限定されないことは、当業者には理解されよう。その関連において、例示的な実施形態が図示及び説明されてきたが、上述の開示において、広範な変更形態、変形形態及び代替形態が考えられる。本開示の範囲から逸脱することなく、上述の開示にそのような変更を加えることができることを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示と合致するようにして広く解釈されることが妥当である。

Claims (20)

1. ホストシステムと通信している少なくとも１つのデータレーンを含む通信リンクと、超音波撮像プローブとを備える、医療用超音波撮像システムであって、
   前記超音波撮像プローブは、
   複数のアナログ超音波エコーチャネル信号を与える超音波撮像コンポーネントと、
   前記超音波撮像コンポーネントに結合され、前記複数のアナログ超音波エコーチャネル信号に基づいて、チャネル化された超音波エコーデータストリームを生成する複数のアナログ／デジタルコンバータと、
   前記複数のアナログ／デジタルコンバータに結合され、前記チャネル化された超音波エコーデータストリームを、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するマルチプレクサと、
   前記マルチプレクサ及び通信リンクに結合される通信インターフェースとを備え、
   前記通信インターフェースは、前記チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号を少なくとも１つのデータレーンを介して前記ホストシステムに送信する、
   医療用超音波撮像システム。
2. 前記超音波撮像コンポーネントは、トランスデューサ素子のアレイを備え、前記複数のアナログ／デジタルコンバータはそれぞれ、前記トランスデューサ素子のうちの１つに結合され、対応するアナログ超音波エコーチャネル信号に基づいて、前記チャネル化された超音波エコーデータストリームのうちの１つのチャネルデータストリームを生成する、請求項１に記載の医療用超音波撮像システム。
3. 前記マルチプレクサは、前記複数のアナログ／デジタルコンバータのうちの第１のサブセットに結合され、対応するチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化する第１のマルチプレクサと、前記複数のアナログ／デジタルコンバータのうちの第２のサブセットに結合され、対応するチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化する第２のマルチプレクサとを備え、
   前記通信インターフェースは、第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含む第１のデジタル信号を通信リンクの第１のデータレーンを介して、第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含む第２のデジタル信号を通信リンクの第２のデータレーンを介して同時に送信する、請求項１に記載の医療用超音波撮像システム。
4. 前記超音波撮像プローブは、生成されチャネル化された超音波エコーデータストリームのデータサイズが、画像深度に関連付けられるしきい値を超えるか否かを判断する処理コンポーネントを更に備え、前記通信インターフェースは、その判断に基づいて、デジタル信号を送信する、請求項１に記載の医療用超音波撮像システム。
5. 前記超音波撮像プローブは、前記マルチプレクサに結合され、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを符号化されたデータストリームに符号化する符号化器を更に備え、前記通信インターフェースは、前記符号化されたデータストリームを含むデジタル信号を前記少なくとも１つのデータレーンを介して前記ホストシステムに送信することによって、前記デジタル信号を送信する、請求項１に記載の医療用超音波撮像システム。
6. 前記符号化されたデータストリームは、前記符号化されたデータストリームの先頭を指示する制御語を含む、請求項５に記載の医療用超音波撮像システム。
7. 前記医療用超音波撮像システムは前記ホストシステムを更に備え、
   前記ホストシステムは、前記通信リンクに結合された前記通信インターフェースであって、前記通信リンクから、チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号を受信する前記通信インターフェースと、
   前記通信インターフェースに結合され、前記デジタル信号を復号化し、復号化されたデータストリームを生成する復号化器と、
   前記復号化器に結合され、前記チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを、逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリームに逆多重化するデマルチプレクサとを備える、
   請求項５に記載の医療用超音波撮像システム。
8. 前記ホストシステムの前記通信インターフェースは、復号化するために、受信されたデジタル信号からクロック信号を再生するクロック再生コンポーネントを更に備える、請求項７に記載の医療用超音波撮像システム。
9. 前記ホストシステムは、逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリームに基づいて、ビームフォーミング済み信号を生成するビームフォーミングコンポーネントと、前記ビームフォーミングコンポーネントに結合され、前記ビームフォーミング済み信号に基づいて、画像信号を生成する信号処理コンポーネントと、前記画像信号を表示するディスプレイとを更に備える、請求項７に記載の医療用超音波撮像システム。
10. 前記超音波撮像プローブは、
    前記超音波撮像コンポーネント及び前記複数のアナログ／デジタルコンバータに結合されるアナログビームフォーミングコンポーネントであって、複数のアナログ超音波エコーチャネル信号に関する部分ビームフォーミングを実行する、アナログビームフォーミングコンポーネント、又は、
    前記複数のアナログ／デジタルコンバータ及び前記マルチプレクサに結合されるデジタルビームフォーミングコンポーネントであって、前記チャネル化された超音波エコーデータストリームに関する部分ビームフォーミングを実行する、デジタルビームフォーミングコンポーネント
    のうちの少なくとも一方を更に備える、請求項１に記載の医療用超音波撮像システム。
11. 前記通信インターフェースは、前記デジタル信号に関する高周波プリエンファシス又は低周波ディエンファシスのうちの少なくとも一方を実行する信号調整コンポーネントを備える、請求項１に記載の医療用超音波撮像システム。
12. 前記通信インターフェースは、前記チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに基づいて、前記デジタル信号を生成する電流モードロジックコンポーネントを備える、請求項１に記載の医療用超音波撮像システム。
13. 前記通信リンクは、複数のデータレーンを形成する複数のツイストペアを更に備え、前記通信リンクは、少なくとも１２ギガビット／秒のデータ転送速度を含む、請求項１に記載の医療用超音波撮像システム。
14. 前記医療用超音波撮像システムは、前記通信リンクを前記ホストシステムに結合する結合コンポーネントを更に備え、前記結合コンポーネントは、前記チャネル化された超音波エコーデータストリームに基づいて、ビームフォーミング済み信号を生成するビームフォーミングコンポーネントを備える、請求項１に記載の医療用超音波撮像システム。
15. 医療用超音波撮像の方法であって、前記方法は、
    超音波撮像プローブの超音波撮像コンポーネントから、複数のアナログ超音波エコーチャネル信号を受信するステップと、
    前記複数のアナログ超音波エコーチャネル信号に基づいて、前記超音波撮像プローブの複数のアナログ／デジタルコンバータを介して、チャネル化された超音波エコーデータストリームを生成するステップと、
    前記超音波撮像プローブのマルチプレクサを介して、前記チャネル化された超音波エコーデータストリームを、少なくとも１つのチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するステップと、
    前記チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号を、通信リンクの少なくとも１つのデータレーンを介してホストシステムに送信するステップとを、
    有する、方法。
16. 前記多重化するステップは、前記複数のアナログ／デジタルコンバータのうちの第１のサブセットに結合される第１のマルチプレクサを介して、対応するチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するステップと、前記複数のアナログ／デジタルコンバータのうちの第２のサブセットに結合される第２のマルチプレクサを介して、対応するチャネル化された超音波エコーデータストリームを、第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームに多重化するステップとを有し、
    前記送信するステップは、前記通信リンクの第１のデータレーンを介して第１のデジタル信号を、前記通信リンクの第２のデータレーンを介して第２のデジタル信号を同時に送信するステップを有し、
    前記第１のデジタル信号は前記第１のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含み、前記第２のデジタル信号は前記第２のチャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 生成されチャネル化された超音波エコーデータストリームのデータサイズが、画像深度に関連付けられるしきい値を超えるか否かを判断するステップを更に有し、
    前記送信するステップは、当該判断するステップに基づいて、前記デジタル信号を送信するステップを有する、請求項１５に記載の方法。
18. 前記超音波撮像プローブの符号化器を介して、前記チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを、符号化されたデータストリームに符号化するステップを更に有し、
    前記送信するステップは、前記符号化されたデータストリームを含むデジタル信号を前記少なくとも１つのデータレーンを介して前記ホストシステムに送信するステップを有する、請求項１５に記載の方法。
19. 前記ホストシステムによって、前記通信リンクから、前記チャネル化され多重化された超音波エコーデータストリームを含むデジタル信号を受信するステップと、
    前記ホストシステムによって、前記デジタル信号を復号化されたデータストリームに復号化するステップと、
    前記ホストシステムによって、前記復号化されたデータストリームを、逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリームに逆多重化するステップとを更に有する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ホストシステムによって、前記逆多重化されチャネル化された超音波エコーデータストリームに基づいて、ビームフォーミング済み信号を生成するステップと、
    前記ホストシステムによって、前記ビームフォーミング済み信号に基づいて画像信号を生成するステップと、
    前記ホストシステムによって、前記画像信号を表示するステップとを更に有する、請求項１９に記載の方法。

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