JPH10504479A

JPH10504479A - ２次元変換器集積回路

Info

Publication number: JPH10504479A
Application number: JP8505776A
Authority: JP
Inventors: ラサー，マーヴィン，イー．; バトラー，ニール，アール．
Original assignee: ロッキードマーティンアイアールイメージングシステムズ，インク．; ラサー，マーヴィン，イー．
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 1998-05-06
Also published as: EP0772417A4; WO1996003079A1; IL114635A0; US5483963A; EP0772417A1

Abstract

(57)【要約】超音波カメラ用データ取得及び表示装置（１０）は２次元超音波視野をスキャンする超音波スキャニングヘッド（６１）を含む。超音波スキャンヘッド（６１）からの超音波信号をデジタル化するタイミング及びデジタル化装置（１４）はデジタル化された出力を有する。インターフェース（１６）は、タイミング及びデジタル化装置（１４）と、図形エンジン（２４）及び第１及び第２のデジタルシグナルプロセッサ（２０、２２）との間に接続される。図形プロセッサ（２４）は図形データ線に接続される。また、本装置（１０）は、図形及びデジタルシグナルプロセッサ（２０、２２、２４）を制御する画像プロセッサ（２８）及びコンピュータコントローラ（１８）も含む。

Description

【発明の詳細な説明】２次元変換器集積回路本発明は、超音波画像化アレイ用信号処理集積回路に関し、特に、超音波変換器の２次元アレイから形成された超音波画像化アレイ用信号処理集積回路に関する。発明の背景超音波センサは、広範囲の用途、特に医療用画像化において、多年にわたり使用されてきた。単一素子及びリニアアレイとして製造されたセンサは、追加データを得るためにある種のスキャニングシステムと組み合わせられることがある。従来技術はいくつかの制限された２次元アレイを示しているが、変換器の完全封入式２次元アレイを組み込んだものはない。医療用画像化技術には、Ｂスキャン超音波、ＭＲ画像化、核医学、ＣＴ画像化及び制限されたＣスキャン技術が含まれる。最新技術は以下に簡単に説明される。通常Ｂスキャン超音波２次元横断面画像化用電子操作式リニア及びセクターアレイの使用は今や基礎のしっかりしたものになっている。このような方法は画像を作るために多くのパルス−エコー調査を必要とする。変換器は、多量の組織を掃引するために平面からはずれた方向に移動しなければならない。実験用モデルでは、平面からはずれた方向は機械的または電子的（２−Ｄ位相アレイ）技術を用いて自動的に掃引されるにすぎない。これは、連続する２次元（２−Ｄ）区域の比較的遅い増大を必要とし、時間的解像度の損失を伴う。心臓鼓動情報は典型的に失われる。より一般的には、音波記録器は、異なる方位に組織を掃引し、器官の模型、寸法及び構造を再構築する。したがって、従来のＢスキャン超音波は、一連の２−Ｄ薄片として解釈するのが難しい、曲がりくねったvasculature、でこぼこの腫瘍や障害、及び他の重要な構造の画像化には余り適さない。対照的に、Ｃスキャン画像化は、本発明で使用されるように、深さ時間ゲートを有し、１パルス−エコーシーケンスで体積を調査する。その結果は著しい速度改善になり、スキャニング音波記録器に余り依存せずに３次元（３−Ｄ）構造の評価をより直接的にする。ＭＲ画像化磁気共鳴（ＭＲ）画像化は、組織や血流の、高品質２−Ｄ横断面画像化、２− Ｄ画像のシーケンス及び新しいタイプの３−Ｄ画像化ができる。しかしながら、ＭＲスキャナーは、コストが高く、携帯できず、広範囲に利用できず、実時間画像を提供しない。さらに、ＭＲ磁石は直接干渉、いくつかの金属やワイヤの使用を制限し、また、金属破片が発見されるかもしれない場所では危険を招く。対照的に、安価な実時間Ｃスキャン超音波体積調査は、本発明で使用されるように、多くの指示のためにＭＲ画像化に勝る利点を提供することができる。核医学腎臓核スキャンは、現在、腎臓のかん流や活動を評価するために使用されている。その手順は遅くて費用がかかり、放射性の試剤を必要とする。存外、本発明は、腎臓核スキャンの欠点のない、３−Ｄ腎臓構造の実時間動的画像化を発生できる腎臓のＣスキャン画像化を使用する。ＣＴ画像化ＣＴ画像化は、身体の一連の２−Ｄ横断面画像を発生することができる。しかしながら、ＣＴ画像化は、制限しなければならないイオン化放射線を使用する。したがって、規則的なフォローアップ調査は制限される。ＣＴ機器は、一般に、高価で携帯できず、世界の多くの地域でアクセスできない。対照的に、本発明の超音波を用いたＣスキャン体積画像化の使用は、肝臓、腎臓、腹部及び身体の小部分の画像化においてＣＴにかなり勝る利点を提供することができる。ＣスキャンＣスキャン方法は、オーストリアのクレツテクニック(Kretztechnik) やドイツのトムテック(Tomtec)を含む。これらは、機械的スキャン技術に頼る３ −Ｄシステムを発展させた。機械的スキャンは、本発明で教示されるように、３ −Ｄ画像を電子的にスキャンする方法より遅くかつ複雑で、はるかに用途が少ない。デューク大学は、３次元画像化用の最初のマトリクスアレイ（通常２０× ２０や３２×３２）の１つを開発したと思われる。しかしながら、初期の設計は２．３ＭＨｚ以下の動作に制限され、送受信機能はアレイの３２素子のみに限られていた。これらの先立つ成果と対照的に、新規なセンサ設計の適用と低雑音アナログ及びデジタルＶＬＳＩ回路網の適用により、出願人は既に完全能動６４× ４２アレイプロトタイプを明示したが、３−Ｄ医療用超音波に必要なより高い周波数と解像度が実現可能になっている。最後に、機器コスト、忍耐強い準備時間、スキャン時間及び使用の容易さが核画像化、ＭＲＩ及びＣＴよりもＣスキャン技術にとってより良い状態または大きさに成りそうであることに注目すべきである。外傷ケアへの適用急性外傷及び長期にわたるケアの両方にとって重要な臨床状態は、３−Ｄ体積の安価な実時間Ｃスキャン画像化の広範囲に及ぶ使用から利益を得ることができる。安価で携帯用のＣスキャン画像化は、急性障害の早い評価に大きな威力を発揮することができる。Ｃスキャン画像化の体積スキャニング能力は、腹部位の出血の程度と場所の確認及び測定に理想的である。また、肝臓及び腎臓構造と、ドップラ処理の追加を伴う血流は、Ｂスキャン画像化と比較した場合、好適に、３次元構造の評価のために余り操作者に依存せずかつより丈夫な方法で容易に評価することができる。Ｃスキャン体積画像化は、腹部や手足や目の中の異物片の検出に理想的に適している。さらに、誘導されたバイオプシーは、腹部や手足や目の中の金属、ガラス及びプラスチック片のような異物の検出に理想的に適しているＣスキャン体積画像化の下に最も良く実行される。さらに、誘導されたバイオプシーは、位置測定及び透視の３次元的な仕事が従来のＢスキャン画像化による２次元画像化を使用して請け負うのがより困難なので、Ｃスキャン体積画像化の下に最も良く実行される。さらなる応用範囲は心臓内壁運動の予備評価である。例えば、急性心筋梗塞は異常な内壁運動を生じることがあり、これはＣスキャン画像化で容易に検出可能である。ドップラ処理により、Ｃスキャン体積画像化は、大動脈アーチ、下向きの大動脈、腹部の大動脈、腎臓の動脈、大腿部の動脈、頚動脈、肝臓の静脈、下方の大情脈、及びその他の生命に重要な導管の血流を迅速に評価することができる。重要な分岐点及び変態は３次元構造になっているので、Ｃスキャン画像化の体積画像化能力は、余り操作者に依存せずにより大きな診断上の信頼を提供するだろう。安価な実時間Ｃスキャン画像化は、急性障害の評価の分野に広範に使用することができる。この技術は、現場で生命徴候や基礎観察を調べることと、病院に戻ってＣＡＴスキャンを調べることの間の大きなギャップに橋渡しをすることができる。現場にもたらされたＣスキャン技術により、深部構造の評価能力は時間的に繰り上げられ、評価及び干渉をより早くすることができる。慢性ケアにおける応用誘導された手術法及びバイオプシー − 深部構造内の異物の除去や、障害及び腫瘍のバイオプシーは、ますます実時間Ｂスキャン超音波で誘導されている。しかしながら、２−Ｄ横断面の性質は、非常に細い針または套管針を画像化するための多くの試みを困惑させている。針が２−Ｄ画像化平面と密接に整列していなければ、限られた横断面のみが現われるだろう。この状態は、目標物とバイオプシー針の両方を目に見えるようにするために３−Ｄ画像化を必要とする。Ｃスキャン画像化はこの必要とされる３−Ｄ定位を提供し、障害や異物が正しく目標にされるのを保証することができる。腎臓かん流 − 種々の急性外傷及び慢性病状態や、移植拒絶のような他の情況は、腎臓かん流をあやうくして生命を脅かす結果を伴うことがある。色ドップラによる腎臓かん流の従来のＢスキャン評価は、多数の２−同断面評価を必要とする腎臓かん流の３−Ｄ構造で妨げられる。血流検出を強調するために超音波対比薬品が使用された場合は、その結果生じる短い流出曲線は、異なる２−Ｄ横断面が画像化されるにしたがってＢスキャンで評価するのが難しくなる。しかしながら、実時間Ｃスキャン体積画像化は、腎臓への音響生成対比薬品の完全な空間的及び時間的展開を捕捉することができ、超音波の診断上の効力に大きな飛躍を提供する。頚動脈評価 − 頚動脈は脳に血液を供給しているが、急性の出来事や慢性状態で危険にさらされることがある。内部管腔の念入りな評価を伴う頚動脈二機能の３−Ｄ構造のマッピングは、従来のＢスキャン画像化では時間がかかると共に操作者に非常に依存する。しかしながら、Ｃスキャン体積調査は、頚動脈二機能の早くて完全な透視を発生するだろう。この場合には、対比薬品の追加及び／または正確なＣスキャン体積画像化によるドップラ能力は、超音波の診断上の影響に速度、コスト及び信頼に関して大変革を起こすことができる。肝臓転移 − 癌治療では、肝臓内の腫瘍の成長または縮小を画像化して測定することが命にかかわるほど重要である。従来のＢスキャン超音波は、これを操作者介在だけで遂行し、腫瘍の“直径”を限定するのに用いられる“正確な”２ −Ｄ横断面を選択することができる。Ｃスキャン体積レンダリングは、正常な肝臓腺細胞組織内や、甲状腺及び胸のような他の柔らかい組織内の３−Ｄ腫瘍の正確で先入主のない、余り操作者に依存しない測定を作り出すのに必要とされる。発明の概要超音波カメラ用データ取得及び表示装置は、２次元の超音波視野をスキャンするための超音波スキャニングヘッドを含む。超音波スキャンヘッドからの超音波信号をデジタル化するタイミング及びデジタル化装置はデジタル化された出力を有する。タイミング及びデジタル化装置と図形エンジン及び第１及び第２のデジタルシグナルプロセッサの間にインターフェースが接続される。図形プロセッサは図形データ線に接続される。また、このシステムは、画像プロセッサと、図形プロセッサ及びデジタルシグナルプロセッサを制御するコンピュータコントローラを含む。本発明の一態様では、超音波入力回路は、バイアス電圧に接続されたダイオードを有する変換器からなるものが用いられる。バイアス電圧は変換器の第１の端子に接続され、ダイオードは変換器の第２の端子に接続される。バイアス電圧とプリアンプのエミッタ間には電流源が接続される。プリアンプのゲートは変換器の第２の端子に接続される。プリアンプのドレインには基準電圧源が接続され、プリアンプはデジタルコントローラの制御の下にスイッチングされる。デジタルコントローラは、少なくとも１つの集積コンデンサへのプリアンプソースの出力の少なくとも１期間をサンプリングすることができる。本発明の他の態様では、超音波入力回路は、プリアンプ出力を周期的間隔で個々にサンプリングするための複数の記憶素子を制御するシフトレジスタを含む。図面の簡単な説明本発明を説明するために、好適な実施例が添付図面を参照して以下に説明される。図１は、超音波変換器及び集積シグナルプロセッサの一部の等角図を示す。図２は、本発明のデータ取得及び表示装置のブロック図を示す。図３は、本発明の超音波画像化カメラの絵画図を示す。図４Ａ及び４Ｂは、本発明の処理エレクトロニクスの電子回路図を示す。図５は、本発明の超音波変換器アレイの走査電子顕微鏡図を示す。図６は、本発明から発生する超音波画像を示す。図７は、本発明にしたがって作られた６４×４２アレイの絵画図を示す。好適な実施例の詳細な説明まず図１を参照されたい。図１は、１２８×１２８アレイの一部として具身体化された本発明の音響アレイ１２を示す。各セラミック“ピーゼル(piezel)”４１、４３、４５、４７及び４９は、超音波変換材料からなり、インジウム隆起５２及び５３と同様のインジウム隆起を用いてＣＭＯＳＶＬＳＩ集積回路５４に接合されている。好適な一実施例では、ピーゼルは幅が１５０μｍになっている。音響アレイ１２は、ＰＺＴ検出器の網状アレイのバンプ接合によって、非冷却式熱電気焦平面アレイ用に本来設計された既存の集積回路に組み合わされている。各検出器は、約５ＭＨｚ超音波の半波長で分離され、信号対雑音特性を最大にするために１５ミルの厚さに設計されている。図５は、アレイ１２の走査顕微鏡図を示し、必要な分離を提供する素子間のソーカット網目を示している。超音波作像は、有力かつ非侵略的で診察に役立つツールである。実際問題として、その有効性は利用可能な変換器アレイの小寸法のために制限されていた。小さいアレイ寸法は、解像度と画像取得時間間の得失の比較を余儀なくさせる。非スキャン式リニアアレイはほぼ実時間作像を表示できるが、１次元の解像度に大きな不利を伴い、解釈するのが難しい作像を発生する。変換器アレイの限られた寸法の主要な理由は、関連エレクトロニクスを製作することの難しさにある。最新の集積回路技術は、変換器１２の２次元アレイの１素子で占められる領域内でこの回路５４を製作するのを可能にさせる。そこで、赤外線検出器のアレイ用に開発された既知のハイブリッド化技術を、エレクトロニクス集積回路５４に変換器アレイを接続するために好適に使用することができる。一実施例では、超音波スキャンヘッド６１は、同相及びクォドラチャ検出器及びプリアンプを備えた１２８×１２８素子２次元アレイからなる。この構成の利点は、３次元の高解像度、１パルスからの２次元Ｃスキャン作像、及び３次元作像の迅速な（すなわち１秒以下）取得を含む。処理エレクトロニクスは以下のものを含む。・パルス化されたドップラ測定量の同相及びクォドラチャ検出器の２セット・広範囲のビーム操作用受信移相器・送信ビーム形成用送信移相器・３次元及びパルス化ドップラ画像の実時間取得用高帯域幅読出し装置図１は、シリコン読出しＩＣ（ＲＯＩＣ）５４上にハイブリッドされた個別ピーゼル４１、４３、４５、４７及び４９を示す。ソーカット網目は、セラミック４８によって完全に作られ、一部の個所が第１の整合層４６の中へ入っている。ＰＺＴ層４８中をずっとカットすることによって、電気的及び機械的クロストークを実質的に消去し、受信データばかりでなく方向を持ったビームの解像度を改善することができる。また、ピーゼル４１、４３、４５、４７及び４９間に音響絶縁物として空気を使用することによって、音響クロストークをさらに相当減少させることができる。音響アレイ１２は、任意的に、外部整合層４４及び伝導性内部整合層４６を有する保護シール及びカバー４２を含む。整合層４４及び４６の使用によりセラミック検出器３９の音響インピーダンスを身体組織の音響インピーダンスと整合させることによって、変換器感度は非常に増大する。外部整合層４４は、変換器へのエネルギーの接続に適する音響インピーダンスを有する音響材料または複合材料から構成することができる。１／４波整合層を作るために、プラスチックまたはタングステンが詰められたアラルダイトが使用されている。ダブリュ・エム・マックデッケン(W.M.McDicken)による診断に役立つ超音波：計器の原理及び使用（１９９１）を参照されたい。内部整合層４６は、例えばＰＺＴ層４８との接触のために、金等の伝導身体からなるより薄い層を含むことができる。タイプ及び混合物タングステン−エポキシ樹脂ガラス（軽ホウケイ酸塩）アルミ−エポキシ樹脂アルミ−マグネシウム−エポキシ樹脂メロパスガラス玉及びエポキシ樹脂ガラス玉及びエポキシ樹脂（ＸＰ２４１３６）ルーサイト（ポリメチルメタクライアイアト(polymethylmethacryiate) ポリサルフォンポリカーボネート（レクサン）エポキシ樹脂１ポリスチレン（橋掛け型）ＴＰＸ（メチルプラテン）水ＰＴＶ８３０次に図２を参照すると、本発明の一実施例において具身体化されたものとしてデータ取得及び表示システム１０に用いられる超音波アレイが示されている。データ取得システム３６は、超音波スキャンヘッド６１に接続されると共に、商用デジタルテープレコーダ３０、ＳＶＧＡモニター３２及びＶＣＲ３４に接続されている。データ取得システム３６は、インターフェースボード１６にデータを供給するタイミング及びデジタル化ボード１４を含む。インターフェースボード１６はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）ボード２０にデータを送る。ＤＳＰボード２０はテキサスインストルメンツモデルＴＭＳ３２０−Ｃ３０デジタルシグナルプロセッサからなる。また、インターフェースボード１６は、同様にモデルＴＭＳ３２０−３０からなる第２の商用ＤＳＰボード２２から画像データを取得する。デジタルシグナルプロセッサ２０及び２２は周知の方法で互いにやり取りする。産業用パーソナルコンピュータ１８は、２つのＤＳＰボードと、一実施例では同様にテキサスインストルメンツ製のモデルＴＭＳ３４０２０とすることができる商用図形エンジン２４とを制御するために使用される。インターフェースボード１６は商用図形エンジン２４にデータを送る。商用図形エンジン２４は、ＳＶＧＡモニター３２と、ビデオカセットレコーダ３４にデータを送る商用ＶＧＡ対ＮＴＳＣボード２８にデータを送る。超音波スキャンヘッドはタイミングボード１４からタイミングデータを受け取り、デジタル化ボード１４へデータを送る。このデータは次にインターフェースボード１６に送られる。一実施例では、コンピュータ１８は、超音波スキャンヘッド６１に内蔵されている変換器ＩＣ５４を望ましい動作モードにプログラムし、１６，３８４アレイ素子からデータを取得する。オペレータ制御装置を使用して表示することができる３次元画像データベースを形成するために、多数のデータフレームを連結することができる。次に図３を参照すると、その集積音響整合層４２、４４及び４６を備えた超音波焦平面アレイ１２が、Ｉ／Ｏエレクトロニクス６２、６４及びコネクタ７０と共にプラスチックハウジング６８内に搭載されている。スキャンヘッドアセンブリ６１内に埋め込まれたセンサアレイインターフェースエレクトロニクス５４は、細長い１０フィートケーブルを介してデータ取得システム３６にデータを返送するばかりでなくアレイ１２を駆動するのに必要なバイアス、タイミング及びバッファエレクトロニクスを含む。したがって、本発明の装置は、最新技術に勝る相当な利点となる細長いケーブルの使用を許す。次に図４Ａを参照すると、センサアレイ１２用入力回路５４が示されている。ピーゼル変換器４１は、線８０によるゲート用入力パルス７８を有する理想コンデンサからなる。チップ基板７４はダイオード７６で絶縁されている。変換器４１は、マルチプレクサ回路７２への入力を供給するソースフォロワ８２を駆動する。ソースフォロワ８２はピーゼル４１の検出信号を供給する。各ピーゼルには同じ入力回路５４が備えられている。次に図４Ｂを参照すると、超音波変換器アレイ１２用の他の入力回路１００が示されている。各ピーゼル１１２は半導体基板５０内に含まれた関連入力回路を有する。この他の入力回路はデジタル的に制御され、タイミングが定められ、マルチプレクサ回路８６に第１乃至第４のサンプルホールド回路からの入力を供給するように設計されている。回路１００は、線９０より約５ボルトでバイアスされるプリアンプ９２を備えている。電流源９４は、プリアンプ９２の出力に同様に接続されている線９６に信号を供給する。プリアンプはピーゼル１１２からの信号を増幅する。変換器にはバイアス電圧１１０が供給されている。ピーゼル１１２の出力とバイアス電圧１１０間には負荷ダイオード１１４が接続されている。集積回路チップ基板１０８は電流源９４の片側に接続されている。サンプルホールドコンデンサ９８、１０２、１０４及び１０６は、スイッチ１１６、１１８、１２０及び１２２がデジタルコントローラ８４から受け取った制御信号に応答して閉じられた時に回路の種々のタイミング期間の間信号をサンプルホールドする。プリアンプ９２は、４つのサンプルホールドスイッチを駆動するためにピーゼル１１２インピーダンスをバッファする。負荷ダイオード１１４はプリアンプ９２入力のＤＣ電圧を制御する。制御及びタイミング回路は好適に連続してサンプルホールドを動作させる。マルチプレクサ８６は、１２８×１２８ピーゼルの各々の出力を多重化出力８８に多重化するために備えられている。本発明の好適な一実施例では、より高い総合データレートを考慮するために多数のサンプルホールド回路が備えられている。他の実施例では、送信電力必要条件を減少させるためにパルス圧縮伸長用交差相関回路をサンプルホールド回路の前に設けても良い。交差相関回路は２つの異なる信号を互いに乗算してその結果を平均する。信号の１つは他の信号に対して時間的に変化し、処理が繰り返される。これは非常に一般的なタイプの回路である。変換器信号は、通常小時間の間を除いてゼロになっている他の信号で乗算されるので、図４Ｂに示されるＳ／Ｈ回路はこの定義を満足している。基準信号のタイミングはある程度の範囲にわたって変化し、その結果は後続処理のために記録される。より一般的な交差相関器に伴う唯一の相違点は、異なる種類の基準信号、特にデジタル疑似ランダムシーケンス、を持つ能力である。これは、雑音が存在する場合に長く複雑な信号の存在を検出するための標準的な技術である。この用途では、この方法は、基準信号と受信信号が時間的に一致する時を除いて相関器の出力がほぼゼロになる螢光があるという利点を有する。時間解像度は信号の長さより非常に小さくすることができる。これは、信号エネルギーが同じ総合信号対雑音比に対してより低いピーク信号電力のために時間的に広がるのを考慮している。集積回路により、各変換器用の多数の交差相関器の製作はサンプルホールド回路よりほんのわずか面倒になるだけである。行なわれる計算の同等量は、並列動作するこれらの交差相関器が何千にもなることがあるので、かなり大きくすることができる。入力回路１００は、各アレイ素子からのパルスを検出し、外部回路にとってデジタル化するのに十分低いレートでマルチプレクサ回路で読み出すことができるまで、その結果をアナログ形式で蓄積する。この実施例では、デジタル制御及びタイミング回路８４は第１乃至第４のサンプルホールド回路を動作させる。デジタル制御及びタイミング回路８４は、例えば、各サンプルホールド回路を順番に動作させるために順次的に始めから終わりまでコントロールビットを記録するシフトレジスタからなる。例えば、超音波スキャンヘッド６１が５ＭＨｚレートで動作している場合は、ナイキストサンプリング基準を満足するために、アレイは１００ナノ秒間隔でサンプリングしなければならない。そこで、各サンプルホールド回路９８、１０２、１０４及び１０６は、コンピュータインターフェースが受け入れる用意がある時はいつでも、下流エレクトロニクス８９への出力のためにマルチプレクサ回路８６でアクセスされる。１つの変換器用の入力回路が示されているが、アレイの全変換器は同時にサンプリングされ、図４Ｂに示される回路は２次元アレイの各変換器のために二重にされていることがわかるだろう。また、使用されるサンプルホールド回路の数は、用途や他の下流処理構成要素の速度に依存して変えることができることもわかるだろう。標準的なＣＭＯＳ集積回路処理で利用可能な素子は、優れた信号対雑音比を伴う非常に低いレベルの信号を考慮して、ＰＺＴ変換器の特性に良好に整合される。本発明のいくつかの実施例では、二重ミキサーは、各パルスの同相及びクォドラチャ成分の検出を許すことによってデータレートを二重にするためのものである。本発明の他の実施例では、クワッドミキサーは、通常のエレクトロニクスフレーム時間より互いの間隔が近い２パルス間の位相シフトを測定することによってドップラ画像化を好適に勘酌することができることがもくろまれる。受信移相器は受信のためのビーム操作を許す。これは、画像化をもっとフレキシブルにしかつ変換器をより小さくするために、音響レンズの機能がソフトウェアで実行されるのを許す。焦点距離とアレイの全体角度は両方とも変更することができる。移相器はＣＭＯＳで容易に実行することができる。本発明の他の実施例では、入力回路は、サンプルホールド回路が後に続く多数の交差相関器を含むことができる。このオプションは特別なケースとして全てのミキサーオプションを含む。また、これは、特殊送信コードを復調したり外部処理負荷を減らしたりするのに使用することができる。交差相関器は、デジタル信号に従って変換器出力の符号を反対にし、次いでその出力を平均する調整器から構成される。デジタル信号が送信された信号と整合していれば、交差相関器出力は大きくなり、さもなければ小さくなる。これはレーダー及びソナーシステムでは標準的な技術である。本発明は、超音波変換器及びプリアンプを備えた単一集積回路上で全てが並列に動作する多数の相関器回路を含むことにある。受信移相器は受信信号に時間遅延を挿入する。完全な画像が外部処理で発生することになる場合は、広範囲の遅延の受信信号値が必要とされる。したがって、好適な受信移相方法は、ナイキスト基準を満足する間隔でサンプルを簡単に発生することにある。そこで、外部プロセッサは、所定の計算に必要な通りに、これらのサンプルを選択するかまたは実際のサンプル間に挿入する。送信移相器は余り必要なものではない。送信機は、焦点合わせの操作なしに、いつでも問題の全体積に簡単に送信することができる。集積回路からの超音波送信は通常使用される高電圧のため難しいだろうが、任意のビーム形状を形成する能力から利益を得ることができる。さらに、疑似ランダムシーケンス符号化または他の類似技術の使用は、必要な送信電力を劇的に減少させてより低い電圧動作を可能にする可能性を有している。このような構成では、送信回路は一般的に各変換器のための調整可能な移相を必要とする。これは、セル１つずつを基礎としてオンオフ切り換えできるフリップフロップのアレイで得ることができる。したがって、セルからセルへの遅延は１クロックサイクルのインクリメントで個別的に調整することができる。この種のプログラム可能なアレイを使用することによって、ほぼどんな望ましいパターンも得ることができる。フリップフロップは、正確なデジタル遅延を表わすので、疑似ランダムシーケンス等のどんなタイプの送信シーケンスもビームを形成するために利用することができる。集積回路読出しチップに搭載されたＰＺＴ変換器の４２×６４アレイからなる制限されたプロトタイプ装置は、図７に示されるように製作されて実演された。この装置は、必須のエレクトロニクスのほとんどがセンサ自身に内蔵されているので、全ての前の装置と劇的に異なる超音波センサ群のなかで最も重要なものである。最新集積回路技術は、必須の信号処理技術の全てをアレイの１つの素子の領域に等しい領域内にはめ込むのを許す。初めて２次元アレイを可能にすることに加えて、漂遊相互接続容量の消去は、変換器−エレクトロニクス組合せの感度を著しく増加させる。既存のＩＲカメラのタイミングエレクトロニクスを修正して、超音波画像に必要とされるように時間ゲート能力と超音波信号整流が組み入れられた。時間ゲートの解像度は１μｓに選択された。この時間ゲートを０．５μｓインクリメントで進めると、一連の相似の画像平面が、各々が他の上部に〜０．７５ｍｍだけ離れて発生した。実演は、水槽に発生源を配置し、センサアレイをゴム薄膜を介して水に結合した。焦点が合わされた線発生源は５．０ボルト、５ＭＨｚ、１μｓパルスで駆動され、２−Ｄ超音波アレイの前面で掃引された。次いで、この発生源は現場位置に保持され、時間ゲートは、第３の次元のデータ収集を説明するために３２μｓにわたってインクリメントされた。図６は画像の一例を示す。本発明の一実施例では、スキャンヘッド６１を操作して操作者に実時間画像を提供するために、携帯用データ取得及び表示システムが使用されている。即納背面ボードを有する商用パーソナルコンピュータ１８は信号処理及び画像表示機能を実行する。このシステムの特徴は以下を含む。・後続の画像解析及び画像取得のためにデジタル化スキャンデータを保存する８ｍｍデジタルレコーダ３０・記録インターフェースばかりでなく表示装置３２及びスキャンヘッド６１の制御のための対話メニュー駆動式ユーザーインターフェース・同相及びクォドラチャ画像フレームの迅速なフーリエ変換を実行して音響レンズを使用せずに音響画像を発生するデジタル信号処理ボード２０・再スライス、表面レンダリング、体積レンダリング等の画像表示技術を実行することができるデジタル信号処理ボード２２・スキャンヘッド６１を操作し、アナログスキャンヘッド出力をデジタル形式に変換するタイミング及びデジタル化ボード１４データ処理及び記録エレクトロニクスは、デジタルシングナルプロセッサ（ＤＳＰ）チップを内蔵する処理手段のホストとして動作する産業用ＰＣ互換性コンピュータからなる。タイミング及びデジタル化ボード１４は、スキャンヘッド６１をアナログ／デジタルコンバータと同期させるのに必要なシステムタイミング信号を発生する。デジタル化の後、センサ信号はインターフェースボード１６に転送される。このインターフェースボード１６はバッファとなると共に、ＤＳＰボードのうちの第１のボード２０で読出すデータをフォーマット化する。また、インターフェースボード１６は、第２のＤＳＰボード２２から処理済画像データを得て図形プロセッサ２４用のフォーマットにする。説明した全体システムは現行のＩＲ画像化システムに基づいている。このようなシステムでは、信号とセンサＩＣ用電源を適切に調整するためのインターフェースボードが必要である。このインターフェースボードは、典型的に、電源ろ波及び調整と、ＩＣからの高速アナログ出力をエレクトロニクスの他の部分へケーブルに沿って送るためのアナログバッファと、センサＩＣで必要な主タイミング信号を発生させるのに必要な前記クロックタイミング及び制御ロジックとを含む。タイミング及びデジタル化ボードは、センサ及びＤＳＰインターフェースを含む全体システム用のタイミングロジック信号を発生する。また、これは、センサ出力をデジタル化するアナログ／デジタルコンバータも含む。本発明の他の実施例では、これらの機能の大部分はセンサに組み込まれ、全体システムコストを減らしかつ性能を改善することができる。特に、超音波センサはセンサＩＣのデジタル化機能を含むことができる。第１のＤＳＰボード２０の主要機能は、デジタル化された超音波データの実時間高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行することにある。第２のＤＳＰボード２２は、ＦＦＴデータからメモリ２６内に３次元アレイを構築し、このデータを処理して表示用画像を形成する。画像の処理は、３次元場面内のどこでも２次元スライスの実時間観察を勘酌する。追加処理は、問題の領域または対象物の３次元観察を許すためにアレイ内の対象物のエッジ境界線の３次元マップを構築する。図形プロセッサ２４は、２次元または３次元形式のどちらかの画像データを受け入れて、縮尺を定めたり、回転させたり、色もしくはグレースケールを割り当てたり、高解像度カラーモニター３２への表示用図形フォーマットに画像データをフォーマット化したりすることができる。また、図形プロセッサは、画像を処理するために操作者のためのメニューのようなコンピュータ文書情報を結合するためにも用いられる。スケーリング、ズーミング、パンニング及び画像回転は、ユーザーが画像を見るために使用できる全ての特徴である。ＶＧＡ対ＮＴＳＣ回路手段２８は、標準的なビデオテープへの記録のための図形画像のテレビジョンフォーマットを好適に提供する。８ｍｍデジタルテープレコーダ３０は、解析のためのコンピュータ読出し可能な形式でデジタルデータを記録するために使用することができる。信号及び画像処理本発明の画像処理は、２−Ｄアレイ１２の独特の特徴を利用して位相異常やスペックルノイズの問題に取り組んでいる。両現象は、現行のＢスキャンシステムからの画像の品質に相当な影響を与えるが、３−Ｄ超音波に適した解像度には好意的なものである。画像品質への介在する均質でない組織の影響は多くの研究者によって研究されている。Ｘ線に含まれる放射線をイオン化するため、音響描画法は、音響描画画像が十分な解像度を提供した場合、多くのルーチン調査に用いられるべきえり抜きの画像化方法である。しかしながら、この解像度は、介在する組織の屈折率の空間的変化から生じる位相異常のため臨床スキャナーから入手できるとは思われない。組織を通過する際の位相異常から生じる解像度の損失に加えて、スペックルによる画像品質の損失がある。超音波に対して、画像は、その影響が実際上相当重要になる画像位相成分を含む。それは、多数のオーバーラップする点源間の干渉の現象の変換空間における物理的複製である。いくつかの環境、例えばホログラフィシステムでは、この画像成分は、画像システムを介する情報の有効な転送を表わすことができる。しかしながら、従来の音響描画システムでは、この位相情報は信号の検出すなわち整流の工程において失われる。位相成分の主要な影響は、画像上に、空間的に疑似ランダムかつ本質的に無意味な振幅変調、換言すれば一種のノイズ、を付加することである。画像化性能におけるコヒーレント放射線スペックルと呼ばれるこの現象の影響はひどくなることがある。位相異常補正−段階アレイシステムでは、焦点合わせや操作のために使用される電子的位相遅延も、変換器と問題の領域（ＲＯＩ）間の位相異常組織を補正するために使用することができる。このような補正は、焦点範囲内にある器官のより正確な画像を提供する。以前の研究者は、位相異常の有害な影響をある程度補正するために位相遅延を変更することができる技術を研究した。本発明は、コヒーレント光ビームの大気乱流補正のために開発されたコヒーレント適応型光技術（ＣＯＡＴ）と呼ばれる方法を使用する。検出器が目標の焦平面に配置され、変調強度が検出される。目標は通常身体の内側にあるので、検出器は送信機の近くに配置することができる。目標からのエネルギーは検出器内に反射され、目標と同じ変調強度を持つだろう。その結果生じる信号は、強度最大の方へチャンネルの平均位相を駆動するために用いられる情報を含んでいる。信号の位相制御は超音波システムにおける通常技術であり、最も良い例は、アレイに沿って位相を変化させることによるビーム操作である。スペックル減少−これは目標において散乱するものと１対１に対応しないので、スペックルは時々いらだたせる人工物であると考えられる。しかしながら、上述のように、スペックルは、有効な空間解像度を減らして目標検出能力を減少させる。スペックルノイズの振幅は、ちょうど、物理的に入手可能な空間解像度に対応する空間周波数において、本質的に高くなっている。この対立の解決は、音響描画認識の主要な問題の１つである。スペックルは、根本的に、画像化手順のコヒーレント性質から生じ、したがって、信号対雑音比を増加させるためのどんな技術もコヒーレンスの程度を減少させなければならない。最も直接的な方法は、スペックルの影響を視覚的に軽減または消去することである。我々の画像化方法は平面を横切る実時間画像を提供するので、今説明した方法もスペックル減少に適用することができるだろう。上記に説明したようにいったん異常補正が行なわれると、多数の反射の位相はフレーム時間（典型的には１／３０秒）より高いレートで変化し、その結果、フレーム期間にわたって、コヒーレンスは平均して破壊される。動作２次元アレイ１２は、完全な２次元画像を１個の超音波パルスから形成することができるいわゆる“Ｃスキャン”モードで動作することができる。多数のこのような画像は、種々の有効なフォーマットでデータを表示するためにコンピュータソフトウェアで容易に処理できる３次元データベースを作り出す。本発明は、標準的なＣＭＯＳ集積回路技術と互換性のある回路を使用している。現在リニアアレイと共に使用されている移相及びビーム形成戦略のほとんどは、実は移すことができない。互換性のある１つの技術は、ミキサーまたは位相感度検出器の使用である。この技術は周知であるが、集積回路実行のためのその利点は以前には認められていなかった。ミキサーはＩＣ上にほんのわずかの構成要素で実行でき、その出力を読出し時間まで小コンデンサに蓄積することができる。受信ビーム形成機能は、ミキサーの出力に基づく計算を使用して行なうことができ、それは文献で良く立証されている。原理的には、ミキサーで送信及び受信位相調整式アレイの両方を構成することが可能である。代わりになる得るものは、集積回路上の整合用相関フィルタと共に、非常に長い、特別に符号化されたパルスを使用することである。もっと良い従来の解決法は、単独の送信機を単に使用することである。送信機ビームは非常に精密に制御される必要がないので、非常に制限された移相または機械的スキャニングを使用することができる。集積回路電圧制限を克服する他の実施例は、送信用の単独の変換器を含む。この変換器は、画像にされるべき体積のいたる所に一様に超音波エネルギーを散乱させるように設計することができる。安全必要条件は全電力によるよりむしろエネルギー密度（ｗ/cm²）によるので、このような構成に起因するシステム感度においてせいぜい最小限度の不利になるだろう。また、通常接地される変換器電極に高電圧送信パルスを印加することによって、送信電圧制限を克服することも可能である。そして、集積回路は、送信パルスの間、受信信号が検出される他の電極を接地または他の一定電圧に維持する。これを行なうための回路は、高電圧定格を必要とせず、受信感度に与える影響が最小限度になるように設計することができる。変換器の全てが同時に脈動された場合は、超音波エネルギーは必ずしも有効な空間分布を持たなくても良い。変換器群に異なる送信パルスを印加することによって、エレクトロニクスの量をあまり増加させずに、制限されたビーム形成能力を得ることができる。圧電変換器は、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフッ化物）とＰＶＤＦを混合した共重合身体の特性と好適に結合することができる。これまで、これらの材料は、漂遊相互接続容量における信号損失により影響され易くさせる低い誘電率に起因して、超音波変換器として限られた用途を見出していた。さらに、これらの材料は、固い材料で裏打ちされた場合に最も良い性能を示す。固い裏打ちは、共振周波数をほぼ２の因数だけ低くするので、より少ない厚さの変換器を勘酌している。集積回路の下への減衰層の追加は、センサの不要な振動モードを最小にするのに役立つ。ポリマー変換器アレイと共に、このようなセンサは、前記の不要な応答を非常に低レベルにする。画像が本発明のセンサで形成されれば、超音波ビームの前の位相を変更することにより画像に改良を加えて異常やスペックルを軽減または消去することが実際的になる。本発明のセンサは、信号対雑音を改善するために短時間に多数のフレームにわたって積分することにより従来のＢスキャン作像で得ることができるより多くの素子／秒を表示することができる。利用可能な代りのものは、通常より高い周波数で働くことであり、また、再び多数のパルス化フレームにわたって積分することによって信号強度の関連損失を補正することである。より高い周波数で働くと、より高い解像度が得られる。本発明は、従来のＸ線画像化のやり方と類似のやり方で使用することができる。それは、身体を通過して、異なる通路を経験した減衰を示す画像を生じる。それは、Ｘ線で得られる情報と相関しており、該情報を補うことができる。マルチパスや散乱する放射線は、受信信号をゲートすることによって除去することができる。２−Ｄ超音波アレイでは、従来のＸ線画像化のと類似のやり方で超音波を使用することができる。それは、身体を通過して、異なる通路を経験した減衰を示す画像を生じる。このような方法は、Ｘ線で得られる情報と相関しており、該情報を補うことができる。ソフト組織インターフェースはＸ線からは入手できない情報を提供することができる。また、超音波反射画像化と比較した場合、ある角度でインターフェースに当たる放射線は、反射して戻ることはないが、送信時に見ることができる。本発明は、ここでは、特許法にしたがうように、また、当業者に新規な原理を適用するのに必要な情報を提供するために、さらに、要求される通りに前記の特殊化された構成要素を構築して使用するために、かなり詳細に説明された。しかしながら、本発明は本質的に異なる聞き及び装置でも実行でき、機器細部及び動作手順の両方に関して、本発明自体の範囲から逸脱することなく種々の変更をなすことができることを理解すべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年２月９日【補正内容】を送る。超音波スキャンヘッドはタイミングボード１４からタイミングデータを受け取り、デジタイジングボード１４へデータを送る。このデータは次にインターフェースボード１６に送られる。一実施例では、コンピュータ１８は、超音波スキャンヘッド６１に内蔵されている変換器ＩＣ５４を望ましい動作モードにプログラムし、１６，３８４アレイ素子からデータを取得する。オペレータ制御装置を使用して表示することができる３次元画像データベースを形成するために、多数のデータフレームを連結することができる。次に図３を参照すると、その集積音響整合層４２、４４及び４６を備えた超音波焦平面アレイ１２が、Ｉ／Ｏエレクトロニクス６２、６４及びコネクタ７０と共にプラスチックハウジング６８内に搭載されている。スキャンヘッドアセンブリ６１内に埋め込まれたセンサアレイインターフェースエレクトロニクス５４は、細長い１０フィートケーブルを介してデータ取得システム３６にデータを返送するばかりでなくアレイ１２を駆動するのに必要なバイアス、タイミング及びバッファエレクトロニクスを含む。したがって、本発明の装置は、最新技術に勝る相当な利点となる細長いケーブルの使用を許す。次に図４Ａを参照すると、センサアレイ１２用入力回路５４が示されている。ピーゼル変換器４１は、線８０によるゲート用入力パルス７８を有する理想コンデンサからなる。チップ基板７４はダイオード７６で絶縁されている。変換器４１は、マルチプレクサ回路への入力７２を供給するソースフォロワ８２を駆動する。ソースフォロワ８２はピーゼル４１の検出信号を供給する。各ピーゼルには同じ入力回路５４が備えられている。次に図４Ｂを参照すると、超音波変換器アレイ１２用の他の入力回路１００が示されている。各ピーゼル１１２は半導体基板５０内に含まれた関連入力回路を有する。１０．請求項９記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、さらに、データをビデオフォーマットに変換する手段（２８）であって、前記図形出力に接続されているビデオフォーマット手段（２８）を含むデータ取得及び表示装置。１１．請求項１０記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、超音波スキャニングヘッド（６１）はさらに網目状超音波アレイ（１２）を含むデータ取得及び表示装置。１２．請求項６記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、変換器（１１２）は圧電変換器（１１２）からなるデータ取得及び表示装置。１３．請求項１記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、超音波スキャニングヘッド（６１）はさらに網目状超音波アレイ（１２）を含むデータ取得及び表示装置。１４．(a) 箱（６８）に内蔵された処理エレクトロニクス（６２、６４）と、 (b) 前記箱（６８）に内蔵され、印刷回路ボード取付台により前記処理エレクトロニクス（６２、６４）に接続された圧電変換器（１１２）のアレイと、 (c) 搭載され、前記箱（６８）に内蔵されたソースホロワ回路（９４）であって、前記圧電変換器（１１２）のアレイにおける各アレイ（１１２）は、各変換器（１１２）の出力と集積回路基板（５０）間に接続された第１のダイオード（１１４）を含む前記ソースホロワ回路（９４）に接続され、前記ソースホロワ回路（９４）はゲートが各変換器（１１２）の出力に接続されたソースホロワトランジスタ（８２）を含み、前記ソースホロワトランジスタ（８２）は、そのエミッタがマルチプレクサ（７２９）に接続されると共に、そのソースが前記集積回路基板（５０）に接続されるソースホロワ回路（９４）と、 (d) 前記箱（６８）の中を通して図形処理装置（２８）に取り付けられ、遠隔コンピュータプロセッサ（１８）に接続された薄いケーブルとからなることを特徴とする超音波カメラ。１５．超音波入力回路（１００）であって、 (a) バイアス電圧の両端に接続されたダイオード（１１４）を備えた変換器（１１２）であって、前記バイアス電圧は変換器（１１２）の第１の端子に接続され、前記ダイオード（１１４）は変換器（１１２）の第２の端子に接続される変換器（１１２）と、 (b) 前記バイアス電圧とプリアンプ（９２）のエミッタ間に接続された電流源（９４）であって、前記プリアンプ（９２）のゲートは変換器（１１２）の第２の端子に接続される電流源（９２）と、 (c) 前記プリアンプ（９２）のドレインに接続された基準電源（９０）であって、プリアンプ（９２）はデジタルコントローラ（８４）の制御の下に切り換えられ、前記デジタルコントローラ（８４）は、前記プリアンプソース（９２）の出力の少なくとも１つの時間期間を少なくとも１つの積分コンデンサ（９８、１０２、１０４、１０６）へサンプリングすることができる基準電源（９０）とからなることを特徴とする超音波入力回路。１６．請求項１５記載の超音波入力回路（１００）において、変換器（１１２）は圧電変換器からなる超音波入力回路。１７．請求項１５記載の超音波入力回路（１００）において、さらに、積分コンデンサ（９８、１０２、１０４、１０６）で蓄積された信号を読出すように接続されたマルチプレクサ（８６）を含む超音波入力回路。１８．請求項１５記載の超音波入力回路（１００）において、デジタルコントローラ（８４）はシフトレジスタからなる超音波入力回路。１９．請求項１５記載の超音波入力回路（１００）において、デジタルコントローラ（８４）は、周期的間隔でプリアンプソース（９２）の出力を個別的にサンプリングするために複数の蓄積素子（９８、１０２、１０４、１０６）に接続される超音波入力回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ラサー，マーヴィン，イー. アメリカ合衆国．20854 メリーランド, ポトマック，ポストハウスコート 11109 (72)発明者バトラー，ニール，アール. アメリカ合衆国．01720 マサチューセッツ，アクトン，スクールストリート 144

Claims

【特許請求の範囲】１．超音波カメラ用データ取得及び表示装置（１０）であって、 (a) ２次元超音波視野をスキャンし、超音波信号を伝える超音波信号出力を有する超音波スキャニングヘッド手段（６１）と、 (b) 前記超音波スキャニングヘッド（６１）からの超音波信号をデジタル化し、デジタル化された出力を有するタイミング及びデジタル化装置（１４）であって、前記超音波信号出力に接続されるタイミング及びデジタル化装置（１４）と、 (c) 前記デジタル化信号の入力に接続された場合に、図形処理装置（２４）への前記デジタル化データをインターフェースするインターフェース手段（１６）であって、データ線と、画像データ線と、図形データ線とからなるインターフェース手段（１６）と、 (d) データを処理する第１のデジタル信号処理手段（２０）であって、前記データ線に接続されている第１のデジタル信号処理手段（２０）と、 (e) データを処理する第２のデジタル信号処理手段（２２）であって、画像データを前記インターフェース手段（１６）に供給する画像データ線に接続され、前記第１のデジタル信号処理手段（２０）と通信すると共に画像メモリデータ線を共有する第２のデジタル信号処理手段（２０）と、 (f) 画像データを図形処理する図形処理手段（２４）であって、図形データ線に接続され、図形出力を有する図形処理手段（２４）と、 (g) 画像データを蓄積する画像メモリ手段（２６）であって、画像メモリデータ線に接続されている画像メモリ手段（２６）と、 (h 前記図形処理手段（２４）、前記第１のデジタル信号処理手段（２０）及び第２のデジタル信号処理手段（２２）を制御するコンピュータコントローラ（１８）であって、前記図形処理手段と第１のパスを共有し、前記第１のデジタル信号処理手段（２０）及び第２のデジタル信号処理手段８２２）と第２のパスを共有するコンピュータコントローラ（１８）とからなることを特徴とするデータ取得及び表示装置。２．請求項１記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、第１のデジタル信号処理手段（２０）はデジタルテープ出力を含み、前記データ取得及び表示装置（１０）はさらに、前記デジタルテープ出力に接続されたデータを蓄積するデジタル蓄積手段（３０）を含むデータ取得及び表示装置。３．請求項２記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、デジタル記憶手段（３０）はデジタルテープレコーダからなるデータ取得及び表示装置。４．請求項１記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、さらに、図形データを観測するためのモニター手段（３２）であって、図形出力に接続されているモニター手段（３２）を含むデータ取得及び表示装置。５．請求項１記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、さらに、データをビデオフォーマットに変換する手段（２８）であって、前記図形出力に接続されているビデオフォーマット手段（２８）を含むデータ取得及び表示装置。６．請求項１記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、超音波スキャニングヘッド（６１）はさらに、 (a) 複数の超音波入力回路（５４、１００）を含み、各々の超音波入力回路（５４、１００）は、（ｉ）バイアス電圧の両端に接続されたダイオード（１１４）を備えた変換器（１１２）であって、前記バイアス電圧は変換器（１１２）の第１の端子に接続され、前記ダイオード（１１４）は変換器（１１２）の第２の端子に接続される変換器（１１２）と、（ii）前記バイアス電圧とプリアンプ（９２）のエミッタ間に接続された電流源（９４）であって、前記プリアンプ（９２）のゲートは変換器（１１２）の第２の端子に接続される電流源（９２）と、（iii）前記プリアンプ（９４）のドレインに接続された基準電源（９０）であって、プリアンプ（９４）はデジタルコントローラ（８４）の制御の下に切り換えられ、前記デジタルコントローラ（８４）は、前記プリアンプソース（９２）の出力の少なくとも１つの時間期間を少なくとも１つの積分コンデンサ（９８、１０２、１０４、１０６）へサンプリングすることができる基準電源（９０）とを含むデータ取得及び表示装置。７．請求項６記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、第１のデジタル信号処理手段（２０）はデジタルテープ出力を含み、前記データ取得及び表示装置はさらに、前記デジタルデータ出力に接続されたデータを蓄積するデジタル蓄積手段（３０）を含むデータ取得及び表示装置。８．請求項７記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、デジタル記憶手段（３０）はデジタルテープレコーダからなるデータ取得及び表示装置。９．請求項８記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、さらに、図形データを観測するためのモニター手段（３２）であって、図形出力に接続されているモニター手段（３２）を含むデータ取得及び表示装置。１０．請求項９記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、さらに、データをビデオフォーマットに変換する手段（２８）であって、前記図形出力に接続されているビデオフォーマット手段（２８）を含むデータ取得及び表示装置。１１．請求項１０記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、超音波スキャニングヘッド（６１）はさらに網目状超音波アレイ（１２）を含むデータ取得及び表示装置。１２．請求項６記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、変換器（１１２）は圧電変換器（１１２）からなるデータ取得及び表示装置。１３．請求項１記載のデータ取得及び表示装置（１０）において、超音波スキャニングヘッド（６１）はさらに網目状超音波アレイ（１２）を含むデータ取得及び表示装置。１４．(a) 箱（６８）に搭載され、印刷回路ボード取付台により処理エレクトロニクス（６２、６４）に接続された網目状超音波アレイ（１２）であって、前記箱（６８）に内蔵される網目状超音波アレイ（１２）と、 (b) 前記箱（６８）の中を通して図形処理装置（２８）に取り付けられ、遠隔コンピュータプロセッサ（１８）に接続された薄いケーブルとからなることを特徴とする超音波カメラ。１５．請求項１４記載の装置において、網目状超音波アレイ（１２）は、 (a) 圧電変換器（４１）のアレイであって、圧電変換器（４１）のアレイにおける各変換器（４１）は、各変換器（４１）の出力と集積回路基板（５０）間に接続された第１のダイオード（７６）を含むソースホロワ回路（８２）に接続される圧電変換器（４１）のアレイと、 (b) 前記ソースホロワ回路（８２）は、各変換器（４１）の出力にゲートが接続されたソースホロワトランジスタ（８２）を含み、前記ソースホロワトランジスタ（８２）は、そのエミッタがマルチプレクサ（７２）に接続されると共に、そのソースが前記集積回路基板（５０）に接続される、とからなる装置。１６．超音波入力回路（１００）であって、 (a) バイアス電圧の両端に接続されたダイオード（１１４）を備えた変換器（１１２）であって、前記バイアス電圧は変換器（１１２）の第１の端子に接続され、前記ダイオード（１１４）は変換器（１１２）の第２の端子に接続される変換器（１１２）と、 (b) 前記バイアス電圧とプリアンプ（９２）のエミッタ間に接続された電流源（９４）であって、前記プリアンプ（９２）のゲートは変換器（１１２）の第２の端子に接続される電流源（９２）と、 (c) 前記プリアンプ（９２）のドレインに接続された基準電源（９０）であって、プリアンプ（９２）はデジタルコントローラ（８４）の制御の下に切り換えられ、前記デジタルコントローラ（８４）は、前記プリアンプソース（９２）の出力の少なくとも１つの時間期間を少なくとも１つの積分コンデンサ（９８、１０２、１０４、１０６）へサンプリングすることができる基準電源（９０）とからなることを特徴とする超音波入力回路。１７．請求項１６記載の超音波入力回路（１００）において、変換器（１１２）は圧電変換器からなる超音波入力回路。１８．請求項１６記載の超音波入力回路（１００）において、さらに、積分コンデンサ（９８、１０２、１０４、１０６）で蓄積された信号を読出すように接続されたマルチプレクサ（８６）を含む超音波入力回路。１９．請求項１６記載の超音波入力回路（１００）において、デジタルコントローラ（８４）はシフトレジスタからなる超音波入力回路。２０．請求項１６記載の超音波入力回路（１００）において、デジタルコントローラ（８４）は、周期的間隔でプリアンプソース（９２）の出力を個別的にサンプリングするために複数の蓄積素子（９８、１０２、１０４、１０６）に接続される超音波入力回路。