JP5432467B2 - 超音波システム用の送受波回路 - Google Patents

Description

本発明は一般的には、超音波システムに関し、さらに具体的には、超音波システムの送受波回路に関する。

超音波イメージング・システムは、個別の超音波線（又はビーム）を取得することにより画像を形成する。従来の超音波イメージング・システムは超音波トランスデューサ素子のアレイを含んでおり、これらのトランスデューサ素子を用いて、超音波ビームを送波し、次いで被検体から反射したビームを受波する。かかる走査は一連の測定を含んでおり、測定では集束超音波が送波され、システムが短い時間間隔の後に受波モードに切り替わり、反射した超音波が受波され、ビーム形成されて、表示向けに処理される。

超音波撮像では、アレイは典型的には、１又は複数の横列を成して配列されて別個の電圧によって駆動される多数のトランスデューサ素子を有する。印加電圧の時間遅延（又は位相）及び振幅を選択することにより、所与の横列の個々のトランスデューサ素子を超音波を発生するように制御することができ、これらの超音波を結合して、好ましいベクトル方向に沿って走行しビームに沿って選択されたゾーンに集束された正味の超音波を形成する。

受波モードにおいて反射した音波を受波するためにトランスデューサ・プローブを用いる場合にも同じ原理が当てはまる。受波しているトランスデューサ素子において発生される電圧は、正味の信号が対象の単一の焦点ゾーンから反射された超音波を示すものとなるように加算される。送波モードの場合と同様に、この超音波エネルギの集束式受波は、受波している各々のトランスデューサ素子からの信号に対して別個の時間遅延（及び／又は位相シフト）並びにゲインを付与することにより達成される。

超音波トランスデューサ素子は典型的には、ハンド・ヘルド型トランスデューサ・プローブに配置されており、プローブは可撓性ケーブルによって、トランスデューサ信号を処理して超音波画像を形成する電子回路ユニットに接続される。トランスデューサ・プローブはまた、超音波送受回路を担持し得る。

送波回路は通例では、個々の超音波トランスデューサ素子を駆動するのに用いられる高電圧構成要素と、高電圧ドライバに送波信号を供給するのに用いられる低電圧高密度ディジタル論理回路とを含んでいる。高電圧ドライバは典型的には、約±１００ボルトまでの電圧で動作し、低電圧論理回路はトランジスタ−トランジスタ論理（ＴＴＬ）の場合には５ボルト程度の動作電圧を有する。高電圧ドライバは単品型（ディスクリート）の構成要素として作製されてもよいし、集積回路として作製されてもよく、また低電圧論理回路は別個の集積回路として作製されてもよいし、単一のチップにおいて高電圧回路と組み合わされていてもよい。

高電圧ドライバ及び低電圧論理回路を含む送波回路に加えて、トランスデューサのヘッドは、低雑音低電圧のアナログ受波回路を含み得る。低電圧受波回路は送波論理回路と同様に、典型的には５ボルト程度の動作電圧を有し、別個の集積回路であってもよいし、低電圧送波論理回路と共にモノリシック集積回路として作製されていてもよい。

送受波回路は２種の状態を有する。送波状態では、送受波回路は、高電圧送波パルスから受波回路を分離しつつ、超音波トランスデューサ素子に出力段トランジスタを接続する。受波状態では、送受波回路は、超音波トランスデューサ素子から出力段トランジスタを分離し、代わりにトランスデューサ素子に受波回路を接続する。
米国特許出願公開第２００７／００１６０２６号

殆どの超音波イメージング・システムでは、送受波回路はシステムに配設され、トランスデューサ素子は超音波プローブに配設される。統合性を高めるためには、送波器回路及び／又は受波回路もプローブに配設すると有利である。高電圧構成要素の存在のため、送受波回路によって要求される面積は大きい。送受波回路をプローブに収容するためには、処理チャネルの数を減少させることがしばしば要求される。しかしながら、処理チャネルの数を減少させると画質の劣化を招く。

従って、画質を保ちつつ低経費のコンパクトな送受波回路を提供することが必要とされている。

簡単に述べると、本発明の一実施形態によれば、超音波システムに用いられる送受波器が提供される。送受波器は、送波モード及び受波モードで動作するように構成されている。送受波器は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチと、高電圧スイッチ及び低電圧スイッチに結合された抵抗器とを含んでいる。

もう一つの実施形態では、対象を撮像する超音波システムが提供される。超音波システムは、超音波信号を送受するプローブと、対象の超音波画像を形成するように構成されている画像プロセッサとを含んでいる。プローブは、複数のトランスデューサと、送波モード及び受波モードで交互に動作するように構成されている複数の送受波器とを含んでいる。各々の送受波器スイッチが、高電圧スイッチと、低電圧スイッチと、高電圧スイッチ及び低電圧スイッチに結合された抵抗器とを含んでいる。

本発明のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を精読するとさらに十分に理解されよう。図面全体を通して類似の参照符号は類似の部材を表わす。

図１は、本発明の実施形態を適用可能な例示的な超音波システム１０の一実施形態のブロック図である。超音波システムは、取得サブシステム１２及び処理サブシステム１４を含んでいる。取得サブシステム１２は、トランスデューサ・アレイ１８（複数のトランスデューサ・アレイ素子１８Ａ〜１８Ｚを含む）と、送受波（Ｔ／Ｒ）スイッチ２０と、まとめて送受波器として公知の送波器２２及び受波器２４と、ビームフォーマ・システム２６とを含んでいる。処理サブシステム１４は、制御プロセッサ２８と、復調器３０と、撮像モード・プロセッサ３２と、スキャン・コンバータ３４と、表示プロセッサ３６とを含んでいる。表示プロセッサ３６はさらに、画像を表示するモニタ３８に結合されている。ユーザ・インタフェイス４０が表示モニタ３８と相互作用し、表示モニタ３８は表示プロセッサ３６と相互作用することができる。処理サブシステム１４はまた、ウェブ・サーバ４４及び遠隔接続インタフェイス４６を含む遠隔接続サブシステム４２にも結合され得る。処理サブシステム１４はさらに、超音波画像データを受け取るデータ保管庫４８にも結合され得る。データ保管庫は画像ワークステーション５０と相互作用する。

本書で用いられる「〜するように動作可能である」、及び「〜するように構成されている」等の表現は、要素同士の間に設けられて所載の効果を挙げるように各要素を協働させるハードウェア接続又はソフトウェア接続を指す。これらの用語はまた、所与の入力信号に応答して出力を供給する結果を齎すようにプログラムされているアナログ若しくはディジタル式のコンピュータ、又は特定応用向けのデバイス（特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）等）のような電気的要素の動作能力を指す場合もある。

これらのアーキテクチャ及びモジュールは、ディジタル信号プロセッサを有する回路基板のような専用ハードウェア要素であってもよいし、商用既製ＰＣのような汎用コンピュータ又はプロセッサで走行するソフトウェアであってもよい。様々なアーキテクチャ及びモジュールを、本発明の様々な実施形態に従って結合してもよいし、分離させてもよい。

図１をさらに詳細に参照すると、取得サブシステム１２において、トランスデューサ・アレイ１８は、撮像を受けている対象又は被検体（図示されていない）に接触する。トランスデューサ・アレイ１８は、送受波（Ｔ／Ｒ）スイッチ２０に結合されている。Ｔ／Ｒスイッチ２０は、送波器２２の出力及び受波器２４の入力に結合されている。従来の超音波システムでは、Ｔ／Ｒスイッチ２０は送波器２２と同期しており、送波に用いられる高電圧を超音波システムの敏感な増幅段から分離する。同様に、従来の超音波システムでは、送波器２２は、トランスデューサ又はトランスデューサ素子を励起させるための電圧を供給し、印加電圧の調節によって出力送波電力を制御する。図１を続けて参照すると、受波器２４の出力はビームフォーマ２６の入力となっている。ビームフォーマ２６はさらに、送波器２２の入力及び復調器３０の入力に結合されている。

処理サブシステム１４では、復調器３０の出力は撮像モード・プロセッサ３２の入力に結合されている。制御プロセッサは、撮像モード・プロセッサ３２、スキャン・コンバータ３４及び表示プロセッサ３６を連係させている。撮像モード・プロセッサ３２の出力は、スキャン・コンバータ３４の入力に結合されている。スキャン・コンバータ３４の出力は、表示プロセッサ３６の入力に結合されている。表示プロセッサ３６の出力は、モニタ３８に結合されている。

超音波システム１０は、対象又は被検体（図示されていない）の選択された領域に超音波エネルギを送波し、後方散乱したエコー信号を被検体から受け取って、画像を作成して表示するように処理する。超音波エネルギの送波ビームを発生するために、制御プロセッサ２８は、ビームフォーマ２６へ命令データを送って、トランスデューサ・アレイ１８の表面の所定の点から所望の操舵角で発する所望の形状のビームを作成するように送波パラメータを発生する。送波パラメータは、ビームフォーマ２６から送波器２２へ送られる。送波器２２は、送波パラメータを用いて送波信号を適正に符号化し、これらの送波信号はＴ／Ｒスイッチ２０を介してトランスデューサ・アレイ１８へ送られる。送波信号は、互いに対して所定のレベル及び時間遅延として設定されて、トランスデューサ・アレイ１８の個々のトランスデューサ素子へ供給される。送波信号はトランスデューサ素子を励起して、同じ時間遅延及びレベル関係を有する超音波を放出する。結果として、トランスデューサ・アレイ１８が例えば超音波ゲルを用いることにより被検体に音響的に結合されたときに、超音波エネルギの送波ビームが走査平面内で走査線に沿って被検体に形成される。この過程は電子式走査として公知である。尚、特記すべきこととして、装置２０、２２及び２４は各々、トランスデューサのアレイと相互作用する単一の装置として図示されている。実際には、各々のトランスデューサが固有の付設された送受波器を有する。

トランスデューサ・アレイ１８は双方向トランスデューサである。超音波が被検体の体内に送波されると、超音波は被検体の体内の組織及び血液標本に反射して後方散乱する。トランスデューサ・アレイ１８は、後方散乱したエコー信号が帰投したときの起点となった組織までの距離、及び後方散乱したエコー信号が帰投したときのトランスデューサ・アレイ１８の表面に関する角度に依存して、後方散乱したエコー信号を異なる時刻に受波する。トランスデューサ素子は、後方散乱したエコー信号に応答して、超音波エネルギを後方散乱したエコー信号から電気信号へ変換する。

受波された電気信号又は以下では「受波」電気信号と呼ばれる電気信号は、Ｔ／Ｒスイッチ２０を経由して受波器２４に達する。受波器２４は、受波信号を増幅すると共にディジタル化して、ゲイン補償のような他の作用を与える。ディジタル化された受波信号は、各々のトランスデューサ素子によって様々な時刻に受波された後方散乱した波に対応し、後方散乱した波の振幅及び到達時刻の情報を保存している。

ディジタル化された受波信号はビームフォーマ・システム２６へ送られる。制御プロセッサ２８は、ビームフォーマ・システム２６へ命令データを送る。ビームフォーマ・システム２６は、この命令データを用いて、走査線に沿って送波された前回の超音波ビームの操舵角に典型的には対応する操舵角を成してトランスデューサ・アレイ１８の表面の一点から発する受波ビームを形成する。

ビームフォーマ・システム２６は、制御プロセッサ２８からの命令データの命令に応じて時間遅延付与、振幅加重及び加算を実行することにより適当な受波信号に対して作用して、被検体内の走査平面において走査線に沿った標本容積に対応する受波ビーム信号を作成する。

受波されたビーム信号は処理サブシステム１４へ送られる。復調器３０が受波ビーム信号を復調して、走査平面の内部の標本容積に対応するＱ及びＩの復調後データ値の対を作成する。復調されたデータは、画像を形成するように構成されている撮像モード・プロセッサ３２へ伝達される。撮像モード・プロセッサ３２は、パラメータ推定手法を用いて、走査順フォーマットで復調されたデータから撮像パラメータ値を生成する。撮像パラメータは、例えばＢモード、Ｍモード、カラー速度モード、スペクトル・ドプラ・モード、及び組織速度撮像モードのような様々な可能な撮像モードに対応するパラメータを含み得る。これらの撮像パラメータ値は、スキャン・コンバータ３４へ渡される。スキャン・コンバータ３４は、走査順フォーマットから表示フォーマットへの変換を実行することにより、これらのパラメータ・データを処理する。この変換は、パラメータ・データに対して補間演算を実行して、表示ピクセル・データを表示フォーマットとして作成することを含んでいる。

スキャン・コンバータ（走査変換）を経たピクセル・データは、表示プロセッサ３６へ送られて、走査変換後のピクセル・データのあらゆる最終的な空間的フィルタ処理又は時間的フィルタ処理を実行して、走査変換後のピクセル・データに濃淡値又は色を適用し、またディジタル・ピクセル・データをモニタ３８での表示用のアナログ・データへ変換する。利用者４０は、モニタ３８に表示されたデータに基づいてビームフォーマ・システム２６と相互作用（対話）する。本書に記載される超音波システム１０は、例示的な目的のためのものであり、他の超音波システムを用い得ることを理解されたい。

本開示の目的のために、「低電圧」は一般に利用可能な「標準的な」半導体プロセスにおいて容易に具現化される任意の電圧レベルを意味するものとする。この電圧レベルは、２．５Ｖ〜５Ｖ（ＣＭＯＳの場合）から２５Ｖ〜３０Ｖ（ＢｉＣＭＯＳの場合）までの任意の値であってよい。対照的に、「高電圧」は、さらに特殊化された半導体プロセス及びデバイス構造（例えばＤＭＯＳＦＥＴ、絶縁体直装型シリコン（ＳＯＩ）、溝絶縁等）が用いられる場合に初めて接近可能となるような電圧レベルを意味する。従って、約３０Ｖから５００Ｖに到る任意の電圧レベルが「高電圧」と看做されるものとする。

本発明の実施形態では、図１の送受波スイッチ２０及び送波器２２、並びに対応する機能は、送波モード及び受波モードで動作するように構成されている送受波器によって置き換えられ、以下、このことについて図２を参照してさらに詳細に説明する。さらに、送受波器２０は、超音波システム１０が所期の応用について良好な画質を提供するように、十分に高い周波数で動作可能となるように設計される。

図２には、本発明の観点による送受波器２０を示す二つの回路図が示されている。図２（Ａ）は送受波器２０の第一の実施形態を示しており、この実施形態では、受波器２４からの受波信号が接地に対して低電圧にある一方で、送波制御信号５１は接地に対して高電圧にある。図２（Ｂ）は送受波器２０の第二の実施形態を示しており、この実施形態では、上と反対のことが言える。すなわち、受波信号が接地に対して高電圧にある一方、送波制御信号５１は接地に対して低電圧にある。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す各々の実施形態では、送受波器２０は、高電圧スイッチ５２、低電圧スイッチ５４及び抵抗器５６を含んでいる。送受波器２０は、送波モード及び受波モードで交互に動作するように構成されている。高電圧スイッチ及び低電圧スイッチは、ＭＯＳＦＥＴデバイスを含んでいてよい。

先ず図２（Ｂ）を参照すると、送波段階では、高電圧スイッチ５２が有効化（イネーブル）され、トランスデューサ５８の出力は接地にある。送波制御信号５１が「低」としてパルス駆動されると、高電圧スイッチ５２は無効化（ディスエーブル）され、トランスデューサ５８は抵抗器５６及び低電圧スイッチ５４を介して高電圧（「ＨＶ」）になるように充電される。受波器２４は「ＨＶ」にあるバイアスを受け、従って、低い相対電圧を有する。次いで、高電圧スイッチ５２は再び接地に戻るようにパルス駆動される。送波モード時には、低電圧送波制御信号５１は低電圧スイッチング網９２を通って、高電圧スイッチ５２への入力に到達する。送波制御信号５１が高パルスになると、高電圧スイッチ５２がオンになり、トランスデューサ５８負荷キャパシタンスから電流を引き出して、トランスデューサ５８を接地に向かって放電させる。送波制御信号が低い値に戻ると、高電圧スイッチ５２はオフになり、トランスデューサ負荷キャパシタンスは抵抗器５６及び低電圧スイッチ５４を介して高電圧値まで上昇する。

図２（Ａ）を参照すると、受波モード時には、高電圧スイッチ５２は無効化されて、低電圧スイッチ５４が高インピーダンスに設定され、これにより、受波ノード５７が「ＧＮＤ」にある弱いバイアスを受けることが可能になる。トランスデューサ５８からの反射したエコー信号又は受波信号は抵抗器５６を通って受波器へ到る。受波モードでは、トランスデューサからの信号は抵抗器５６を介して伝播し、次いで、浮動型低電圧スイッチング網９４へ帰投する。

尚、送受波器２０は１個のみの高電圧スイッチを要求するため、送受波器の全面積は実質的に小さくなることが認められよう。一つの特定的な実施形態では、送受波器の面積は、超音波システムに用いられている従来の送受波スイッチの寸法の四分の一になり得る。

所載の実施形態へのさらに他の適応構成も思量される。一実施形態では、図２の送受波器２０は、抵抗器５６の代わりに、常にオンになるようなバイアスを受けた高電圧スイッチを含む。もう一つの実施形態では、高電圧電源が受波段階時に接地まで低減されて電力を節減する。さらにもう一つの実施形態では、送受波器２０は多重レベル送波制御信号を用いることにより多重レベル送波器として運転され得る。

本発明の各実施形態では、送受波器は、超音波イメージング・システムの少なくとも１個のトランスデューサに結合されるように構成され、トランスデューサは、撮像時に超音波信号を受信して電気信号へ変換するように動作可能である。さらに、送波モードでは、送受波器は、超音波システムのトランスデューサへ電圧を伝えてこの電圧を制御するように動作し、受波モードでは、送受波器は、受波モード時の超音波システムの内部の高電圧を分離する送受波（Ｔ／Ｒ）スイッチとして動作する。

一実施形態では、送受波器２０は、構成変更自在型（reconfigurable）アレイを有する超音波システムに用いられるように構成される。構成変更自在型超音波アレイは、得られる素子の形状がビームの形状に適合し得るように、複数の群を成す小素子が動的に共に接続されることを可能にしたアレイである。アレイは、スイッチング網を用いて構成変更され得る。説明の目的のために、構成変更自在型アレイを容量型微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）に関して説明する。但し、本書に開示される本発明の各観点は、ｃＭＵＴを採用したプローブへの応用に限定されないことを理解されたい。例えば、他の実施形態は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）トランスデューサを採用し得る。

図３は、１個のｃＭＵＴトランスデューサ・セルの一実施形態の線図である。かかるｃＭＵＴトランスデューサ・セルのアレイが典型的には、多量のドープ剤を含むシリコン（従って半導体）ウェーハのような基材６０に作製される。各々のｃＭＵＴトランスデューサ・セル毎に、窒化ケイ素製であってよい薄膜又は隔膜６２が基材６０の上方に懸吊される。膜６２は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素製であってよい絶縁性支持材６６によって周辺で支持されている。膜６２と基材６０との間の空洞部６８には空気又はガスが充填されていてもよいし、空洞部６８が完全に又は部分的に排気されていてもよい。典型的には、ｃＭＵＴは、工程の許す限り完全に排気される。アルミニウム合金又は他の適当な伝導性物質のような伝導性物質のフィルム又は層が、膜６２側の電極７２を形成しており、伝導性物質製のもう１枚のフィルム又は層が、基材６０側の電極７０を形成している。代替的には、底部電極７０は、半導体基材６０の適当なドープによって形成されていてもよい。

二つの電極７０及び７２は、空洞部６８によって離隔されて、キャパシタンスを形成する。入射する音波信号が膜６２を振動させると、キャパシタンスの変化を付設された電子回路（図３には示していない）を用いて検出することができ、これにより、音波信号を電気信号へ変換する。反対に、電極の一方に印加されるＡＣ信号は、電極での電荷を変調し、これにより電極同士の間に容量性の力の変調が生じて、この変調が隔膜を移動させ、これにより音波信号を送波する。

典型的には、多数のセルは、これらのセルを電気的に接続することにより共にグループ化されて、さらに大きい小素子を形成し、これらの小素子は、所望の音響応答を保ちつつ個々の制御を有し得る。これらの小素子は、スイッチング網を用いて共に接続される。これらの素子は、スイッチング網の状態を変化させて、異なる小素子を互いに相互接続することにより構成変更され得る。但し、個々の小素子を構成変更して異なる小素子を形成することはできない。スイッチング網を用いて小素子を共に接続する態様について、以下でさらに詳細に説明する。

図４は、多数のセルを含むｃＭＵＴアレイの一実施形態のブロック図である。各々のセルには、それぞれ図２（Ａ）又は図２（Ｂ）でのように当該セルが高電圧Ｐデバイスを用いているか、又は高電圧Ｎデバイスを用いているかに基づいて、「Ｈｉ」又は「Ｌｏ」のいずれかがラベルされており、図２（Ａ）に示すような実施形態を「Ｈｉ」セルと呼び、図２（Ｂ）に示すような実施形態を「Ｌｏ」セルと呼ぶものとする。「Ｌｏ」セルは、スイッチング網８２を用いて共に結合されている。同様に、「Ｈｉ」セルもまた、スイッチング網８２を用いて共に結合されている。さらに他の実施形態では、図５に示すように、「Ｌｏ」セルの島が、接続を形成せずに「Ｈｉ」セルを通過する延長スイッチング経路８３を用いて互いに結合される。

図６は、セルを共に結合するように共有され得るスイッチング網の一実施形態の回路図である。送受波器８８はトランスデューサ８４に結合されており、送受波器９０はトランスデューサ８６に結合されている。これらの送受波器はまた、低電圧スイッチング網９２及び浮動型低電圧スイッチング網９４を用いて互いにに結合されている。浮動型低電圧スイッチング網９４は、「Ｈｉ」セルをｃＭＵＴアレイのその他の「Ｈｉ」セルに結合するのに用いられる。同様に、低電圧スイッチング網９２は、「Ｌｏ」セルをｃＭＵＴアレイのその他の「Ｌｏ」セルに結合するのに用いられる。さらに他の実施形態では、トランスデューサ及び送受波器は、二極送受波器回路を形成するように構成され、この場合には、各々の二極送受波器回路が、送受波器８８及び９０のような２基の送受波器に結合されてこれらの送受波器によって両側で駆動される単一のトランスデューサ、例えば８４又は８６を含んでいる。

図６に示す回路の動作は、次の通りである。すなわち、送波モード時に、全ての「Ｈｉ」セルが、回路の高電圧電源に対してバイアスされた送波制御信号を受信する。これらの信号は、低電圧スイッチを損傷することなく、浮動型低電圧スイッチ網９４を通過することが可能である。これにより、同様に作用する高電圧スイッチの約１０分の１の大きさの送波制御信号用低電圧スイッチの利用が可能になる。同時に、低電圧送波制御信号は、マトリクスの「Ｌｏ」セルについて低電圧スイッチング網９２を通過する。

「Ｌｏ」セルは図２（Ｂ）に示すような回路を含んでおり、「Ｈｉ」セルは図２（Ａ）に示すような回路を含んでいる。説明の目的で、以下、「Ｌｏ」セルの動作について説明する。図２及び図６を参照すると、低電圧送波制御信号５１は低電圧スイッチング網９２を通過して、高電圧スイッチ５２への入力へ至る。送波制御信号が高パルスになると、高電圧スイッチ５２がオンになることにより、トランスデューサ負荷キャパシタンスから電流を引き出して、トランスデューサを接地に向かって放電させる。制御信号が低い値に戻ると、高電圧スイッチ５２がオフになり、トランスデューサ負荷キャパシタンスが抵抗器５６及び低電圧スイッチ５４を介して高電圧値まで上昇する。

受波の場合には、トランスデューサからの信号は抵抗器５６を介して伝播し、次いで、浮動型低電圧スイッチング網９４へ帰投する。ここから、信号は、最終的に出力に達するまで「Ｌｏ」セルから「Ｌｏ」へ伝播する。

「Ｈｉ」セルの場合も同様に、送波制御信号及び受波信号は、これらの信号が各々、「Ｈｉ」網のみ又は「Ｌｏ」網のみを介して伝播するように分割される。このアーキテクチャは、内部に単一の高電圧スイッチのみを有すると共にスイッチング網として低電圧スイッチを用いた極めてコンパクトな送受波器を利用することを可能にし、これにより、全体として回路の寸法を小さくする。

送受波器に、信号の品質を高めるさらに他の適応構成を施すこともできる。さらに他の実施形態では、各々の送受波器が、送受波器の受波入力に結合された受波増幅器をさらに含むことができ、この場合には、信号が受波スイッチ網に入る前に、受波増幅器が受波信号をバッファし又は増幅する。さらにもう一つの実施形態では、各々の送受波器が、送受波器の送波制御入力に結合された制御信号復号器をさらに含むことができ、この場合には、信号が送波スイッチ網を出たときに、制御信号復号器が信号をバッファし又は復号する。

本書では発明の幾つかの特徴のみを図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は本発明の真意に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の実施形態を適用可能な超音波システムの実施形態の一例のブロック図である。 本発明の一観点に従って送受波器を具現化する一方法を示す回路図である。 本発明の一観点に従って送受波器を具現化する一方法を示す回路図である。 本発明の一観点に従って具現化された典型的なｃＭＵＴセルの断面図である。 多数のセルを含むｃＭＵＴアレイの一実施形態のブロック図である。 多数のセルを含むｃＭＵＴアレイの代替的な実施形態のブロック図である。 セルを共に結合するように共有され得るスイッチング網の一実施形態の回路図である。

符号の説明

１０ 超音波イメージング・システム
１２ 取得システム
１４ 処理サブシステム
１８ トランスデューサ
２０ 送受波器
２２ 送波器
２４ 受波器
２６ ビームフォーマ
３０ 復調器
３２ 撮像モード・プロセッサ
３４ スキャン・コンバータ
３６ 表示プロセッサ
３８ モニタ
４０ ユーザ・インタフェイス
４２ インタフェイス・サブシステム
４４ ウェブ・インタフェイス
４６ インタフェイス
４８ データ保管庫
５０ 撮像ワークステーション
５２ 高電圧（Ｈ／Ｖ）スイッチ
５４ 低電圧（Ｌ／Ｖ）スイッチ
５６ 抵抗器
５７ ノード
５８ トランスデューサ
５９ ノード
６０ 構成変更自在型トランスデューサ・アレイ
６２ 基材
６６ 支持材
６８ 空洞部
７０ 電極
７２ 電極
８２ スイッチング網
８３ スイッチング経路
８４ トランスデューサ
８６ トランスデューサ
８８ 送受波器
９０ 送受波器
９２ 低電圧スイッチング網
９４ 浮動型低電圧スイッチング網

Claims (8)

1. 超音波信号を送受するプローブ（１２）であって、
   超音波信号を受信して電気信号へ変換するトランスデューサ（１８）と、
   前記トランスデューサ（１８）に結合し、送波モード及び受波モードで交互に動作するように構成されている送受波器（２０）と、
   受波器（２４）と、
   を含み、
   前記送受波器（２０）は、
   高電圧スイッチ（５２）
   低電圧スイッチ（５４）と、
   前記高電圧スイッチ（５２）と前記低電圧スイッチ（５４）との間に結合されている抵抗器（５６）と
   第１のスイッチング網（９４）と、
   を備え、
   前記高電圧スイッチ（５２）は、オンの状態で前記トランスデューサ（１８）の出力を接地に接続し、
   前記低電圧スイッチ（５４）は、オンの状態で前記抵抗器（５６）を介して前記トランスデューサ（１８）を充電し、
   前記第１のスイッチング網（９４）が、
   送波制御信号（５１）が前記高電圧スイッチ（５２）をオンに切り替えることにより、前記トランスデューサ（１８）の充電電流を接地に向かって放電させる送波モードと、
   前記トランスデューサ（１８）からの信号は、前記抵抗器（５６）及び前記第１のスイッチング網（９４）を介して前記受波器（２４）に伝播する受波モードとを有する、
   プローブ（１２）。
2. 前記送受波器（２０）は、前記高電圧スイッチ（５２）のゲートに結合する第２のスイッチング網（９２）を備え、
   前記送波制御信号（５１）は、前記第２のスイッチング網（９２）を通過して、前記高電圧スイッチ（５２）の前記ゲートに入力される、請求項１に記載のプローブ（１２）。
3. 前記第２のスイッチング網（９２）の出力に結合された制御信号復号器を含み、前記送波制御信号（５１）が前記第２のスイッチング網（９２）を出たときに、前記制御信号復号器が前記送波制御信号（５１）をバッファし又は復号する、請求項２に記載のプローブ（１２）。
4. 複数のトランスデューサ素子を含むトランスデューサアレイを備え、
   前記第１のスイッチング網（９４）は、前記複数のトランスデューサ素子の内の「Ｈｉ」セルを他の「Ｈｉ」セルに動的に結合する浮動型低電圧スイッチング網（９４）であり、
   前記第２のスイッチング網（９２）は、前記複数のトランスデューサ素子の内の「Ｌｏ」セルを他の「Ｌｏ」セルに動的に結合する低電圧スイッチング網（９２）である、請求項２または３に記載のプローブ（１２）。
5. 前記送波制御信号（５１）は、接地に対して３０Ｖから５００Ｖに到る高電圧にある、請求項２乃至４のいずれかに記載のプローブ（１２）。
6. 前記送受波器の受波入力に結合された受波増幅器を含み、
   前記トランスデューサ（１８）からの前記信号が前記第１のスイッチング網（９４）に入る前に、前記受波増幅器が前記信号をバッファし又は増幅する、請求項１乃至５のいずれかに記載のプローブ（１２）。
7. 複数の容量型微細加工超音波トランスデューサ素子を含む構成変更自在型トランスデューサアレイを備える、請求項１乃至６のいずれかに記載のプローブ（１２）。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のプローブ（１２）と、
   対象の超音波画像を形成するように構成されている画像プロセッサ（１４）と
   を備えた対象を撮像する超音波システム（１０）。
   

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