(57)【要約】【課題】  利得を調節するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】  本システムはプローブ（１１）を含んでいる。プローブ（１１）は、ハウジング（３８）と、信号を受け取るように構成されているトランスデューサ素子（４０）と、ハウジング（３８）の内部に位置していて、ゼロ以外の傾斜を持つ関数に基づいて信号に与えられる利得を調節するように構成されている利得調節可能な増幅器（４６）とを含む。【選択図】        図２
2006061695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（３８）と、
信号を受け取るように構成されているトランスデューサ素子（４０）と、
前記ハウジング（３８）の内部に位置していて、ゼロ以外の傾斜を持つ関数に基づいて信号に与えられる利得を調節するように構成されている利得調節可能な増幅器（４６）と、
を含んでいるプローブ（１１）。
【請求項２】
前記利得調節可能な増幅器（４６）は、信号を増幅するように構成されている低ノイズ増幅器と、前記低ノイズ増幅器と並列に接続された固定帰還ループ（１２４）と、前記低ノイズ増幅器の入力及び出力に結合された調節可能な帰還ループ（１２８ ）とを含んでいる、請求項１記載のプローブ（１１）。
【請求項３】
前記利得調節可能な増幅器（４６）は、固定の利得を持つ低ノイズ増幅器と、前記固定の利得を調節するために使用される固定の帰還係数を持つ固定帰還ループ（１２２４）と、前記固定の利得を調節するために使用される調節可能な帰還係数を持つ調節可能な帰還ループ（１２８）とを含んでいる、請求項１記載のプローブ（１１）。
【請求項４】
前記利得調節可能な増幅器（４６）は、固定の利得を持つ低ノイズ増幅器と、前記プローブ（１１）が近距離場（８８）及び遠距離場（９０）の内の少なくとも一方からの信号を受け取るまで前記固定の利得を調節するために使用される調節可能な帰還係数を持つ調節可能な帰還ループ（１２８）とを含んでいる、請求項１記載のプローブ（１１）。
【請求項５】
前記利得調節可能な増幅器（４６）は、電圧制御型電圧源、電圧制御型電流源、電流制御型電流源及び電流制御型電圧源の内の少なくとも１つを持つ固定帰還ループ（１２４）を含んでいる、請求項１記載のプローブ（１１）。
【請求項６】
前記利得調節可能な増幅器（４６）は、調節可能な帰還ループ（１２８）と、前記調節可能な帰還ループ（１２８）の調節可能な帰還係数を調節するように構成されている制御器（１３４）とを含んでいる、請求項１記載のプローブ（１１）。
【請求項７】
前記利得調節可能な増幅器（４６）は、調節可能な帰還ループ（１２８）と、前記調節可能な帰還ループの調節可能な帰還係数を調節するように構成されている制御器（１３４）とを含んでおり、また、前記調節可能な帰還ループ（１２８）は、前記制御器（１３４）によって制御される調節可能な電圧制御型電圧源、調節可能な電圧制御型電流源、調節可能な電流制御型電流源及び調節可能な電流制御型電圧源の内の少なくとも１つを含んでいる、請求項１記載のプローブ（１１）。
【請求項８】
前記利得調節可能な増幅器は、固定帰還ループ（１２４）と、前記固定帰還ループ（１２４）の位相に比例する又は等しい又は比例しない位相を持つ調節可能な帰還ループ（１２８）とを含んでいる、請求項１記載のプローブ（１１）。
【請求項９】
ハウジング（３８）を持つ超音波プローブ（１１）と、
前記ハウジング（３８）内に位置していて、被検体からの反射エコー信号を受け取るように構成されているトランスデューサ素子（４０）と、
前記ハウジング（３８）内に位置していて、前記トランスデューサ素子（４０）に連絡するように構成されている増幅器（１２２）であって、前記トランスデューサ素子（４０）から入力信号を受け取り且つ該入力信号に基づいた増幅後の信号を出力するように構成されている増幅器（１２２）と、
前記増幅器（１２２）に接続されていて、前記増幅器（１２２）に帰還信号を供給するように構成されている調節可能な帰還ループ（１２８）であって、前記帰還信号が前記増幅後の信号に基づいて変化する、調節可能な帰還ループ（１２８）と、
を含んでいる超音波撮像システム（１０）。
【請求項１０】
前記調節可能な帰還ループ（１２８）は、前記被検体からの反射エコー信号を前記トランスデューサ素子（４０）で受け取っている時間部分の間、前記増幅器（１２２）から切り離される、請求項９記載の超音波撮像システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に云えば超音波プローブ内で利得を調節するためのシステム及び方法に関し、特に増幅器の利得を調節するためのシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像システムにおいては、超音波エネルギがトランスデューサによって被検体へ向けて送出される。被検体によって発生された超音波エコーがトランスデューサによって受け取られる。これらの超音波エコーは、被検体の画像を生成するために処理される。
【特許文献１】米国特許第６６２８１７０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、超音波エコーを近距離場から受け取ったとき、トランスデューサ素子に結合された回路が飽和することがあり、従って適切に機能しないことがある。回路が飽和した場合、画像を生成するために使用される情報が失われる。
【０００４】
その上、超音波撮像システム内の回路素子が電力を消費する。回路の飽和の可能性を低減し且つ同時に回路素子によって消費される電力量を制御することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、プローブを開示する。本プローブは、ハウジングと、信号を受け取るように構成されているトランスデューサ素子と、ハウジングの内部に位置していて、ゼロ以外の傾斜を持つ関数に基づいて信号に与えられる利得を調節するように構成されている利得調節可能な増幅器とを含む。
【０００６】
別の実施形態では、超音波撮像システムを開示する。本超音波撮像システムは、ハウジングを持つ超音波プローブと、ハウジング内に位置していて、被検体からの反射されたエコー信号を受け取るように構成されているトランスデューサ素子と、ハウジング内に位置していて、トランスデューサ素子に連絡するように構成されている増幅器とを含んでいる。増幅器は、トランスデューサ素子から入力信号を受け取り且つ該入力信号に基づいた増幅後の信号を出力するように構成されている。超音波撮像システムは更に、増幅器に接続されていて、増幅器に帰還信号を供給するように構成されている調節可能な帰還ループを含んでいる。帰還信号は増幅後の信号に基づいて変化する。
【０００７】
更に別の実施形態では、増幅器の利得を調節するための方法を開示する。本方法は、被検体から信号を受け取る段階と、利得に従って信号を増幅する段階と、近距離場から信号を受け取っている期間の間、利得を調節する段階とを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、利得を調節するためのシステム及び方法が実現される超音波撮像システム１０の一実施形態を示す。システム１０はプローブ１１を含んでいて、サブシステム１２に結合されている。サブシステム１２は、ビームフォーマ１３と、Ｂモード処理装置１４と、走査変換器及び表示制御装置（ＳＣＤＣ）１６と、カーネル（核部分）２０とを含んでいる。Ｂモード処理装置１４は検出器２１を含んでいる。カーネル２０は、オペレータ・インターフェース２２と、主制御装置２４と、走査制御シーケンサ２６とを含んでいる。主制御装置２４はシステムレベルの制御機能を実行する。主制御装置２４は、システム状態の変更と共に、オペレータ・インターフェース２２を介してのオペレータからの入力を受け取って、ビームフォーマ１３、Ｂモード処理装置１４、ＳＣＤＣ１６、走査制御シーケンサ２６及びプローブ１１に対して適切な変更を行う。
【０００９】
システム制御母線２８が、主制御装置２４からビームフォーマ１３、Ｂモード処理装置１４、ＳＣＤＣ１６及び走査制御シーケンサ２６へのインターフェースを構成する。走査制御シーケンサ２６は、音響ベクトル・レートで入力される実時間制御入力を、ビームフォーマ１３、Ｂモード処理装置１４及びＳＣＤＣ１６へ供給する。走査制御シーケンサ２６は、音響フレーム収集のために随意選択によりベクトル・シーケンス及び同期化を定めるように主制御装置２４によってプログラミングされる。走査制御シーケンサ２６は、走査制御母線３２を介して、オペレータによって規定されたベクトル・パラメータをビームフォーマ１３、Ｂモード処理装置１４及びＳＣＤＣ１６へ同時通報（ブロードキャスト）する。
【００１０】
主データ経路は、以下に述べる増幅後の電気信号をプローブ１１からビームフォーマ１３へ入力することから始まる。ビームフォーマ１３は増幅後の電気信号をディジタル・サンプルの流れに変換して、受信ビームを出力する。受信ビームは複素Ｉ，Ｑデータとして示されているが、一般的にＲＦ又は中間周波数データとすることもできる。
【００１１】
プローブ１１が部分開口ビームフォーマ１１８（図４）を含んでいる代替実施形態では、主データ経路は、増幅後の電気信号の一部分を部分開口ビームフォーマ１１８へ入力し且つ増幅後の電気信号の残りの部分をビームフォーマ１３へ入力することから始まる。ビームフォーマ１３及び部分開口ビームフォーマ１１８は増幅後の電気信号を変換して、受信ビームを出力する。
【００１２】
Ｉ，ＱデータはＢモード処理装置１４に入力される。Ｂモード処理装置１４はＩ，Ｑデータを対数増幅して、Ｉ，Ｑデータの包絡線を検出する。Ｂモード処理装置１４はＩ，Ｑデータを処理済みベクトル画像データとしてＳＣＤＣ１６へ出力する。ＳＣＤＣ１６は処理済みベクトル画像データを受け入れて、表示装置３６のスクリーン上に画像を表示するように表示装置３６に命令する。表示される画像の一例として２次元（２Ｄ）画像が挙げられ、２次元（２Ｄ）画像は、２Ｄ画像の画素の明るさに基づいて、ファントム又は人のような被検体の様々な部分を区別する。表示される画像の別の例は３次元（３Ｄ）画像である。表示装置３６の例としては、グレースケール・モニタ及びカラー・モニタが挙げられる。
【００１３】
代替実施形態では、超音波撮像システム１０は、基本モード、高調波モード、カラーフロー・モード、ＰＤＩモード、コントラスト・モード又はＢフロー・モードのような様々な走査モードで走査を行う。基本モードでは、画像は基本周波数のエコー信号から生成され、また、高調波モードでは、画像は高調波周波数のエコー信号から生成される。カラーフロー・モードでは、ドップラー処理装置（図示せず）がＢモード処理装置１４と並列に、又はＢモード処理装置１４の代わりに使用される。Ｉ，Ｑデータが、カラーフロー・モードのためのドップラー周波数偏移情報を抽出するためにドップラー処理装置に提供される。ドップラー処理装置は、被検体の内部の血液の流れの動きを推定するために速度、分散及びパワーのようなドップラー・パラメータを推定する。ドップラー・パラメータは、自己相関又は相互相関のような手順を使用して推定される。ＰＤＩモードでは、被検体の内部の血液の流れの動きを推定するためにパワーを使用する。コントラスト・モードでは、通常は気泡を含む造影剤を使用して、被検体の腫瘍と肝臓のような異なる解剖学的構造からの信号の間のコントラストを改善する。Ｂフロー・モードは被検体の内部の血液の流れを表す。
【００１４】
図２は一実施形態によるプローブ１１及びサブシステム１２のビームフォーマ１３を示す。プローブ１１はハウジング３８を有し、ハウジング３８には、トランスデューサ素子４０のアレイ（配列体）３９と、ダイオードのような複数の送受信切換え（Ｔ／Ｒ）スイッチ４４と、利得調節可能な増幅器（ＡＧＡ）４６とが含まれている。代替実施形態では、プローブ１１は５つ以上のトランスデューサ素子を含む。更に別の代替実施形態では、プローブ１１は１〜４つのトランスデューサ素子を含む。別の実施形態では、トランスデューサ素子４０の数がＡＧＡ４６の数と同じである。例えば、ハウジング３８が４つのトランスデューサ素子４０を含んでいる場合、ハウジング３８は４つのＡＧＡ４６を含む。別の例として、ハウジング３８が１つのトランスデューサ素子４０を含んでいる場合、ハウジング３８は１つのＡＧＡ４６を含む。更に別の代替実施形態では、トランスデューサ素子４０の数がＡＧＡ４６の数と異なる。例えば、ハウジング３８が４つのトランスデューサ素子４０を含んでいる場合、ハウジング３８は３つのＡＧＡ４６を含む。
【００１５】
代替実施形態では、プローブ１１は、ＡＧＡ４６とＴ／Ｒスイッチ４８との間に結合され且つビームフォーマ１３の機能と同様な機能を持つ部分開口ビームフォーマ１１８を含む。各々のＡＧＡ４６は部分開口ビームフォーマ１１８に直接結合され、部分開口ビームフォーマ１１８はＴ／Ｒスイッチ４８に直接結合される。一例として、ビームフォーマ１３によって実行される処理（以下に説明する）が、増幅後の電気信号の一部分については部分開口ビームフォーマ１１８によって実行され、そして増幅後の電気信号の残りの部分についての処理はビームフォーマ１３で実行される。主制御装置２４は部分開口ビームフォーマ１１８の機能を制御する。主制御装置２４は信号をプローブ１１へ連続的に供給し、これらの信号はプローブ１１内のＡＧＡ４６の利得を制御する。
【００１６】
ＡＧＡ４６はプローブ１１のハウジング３８の内部に位置する。ＡＧＡ４６は、複数のワイヤ４１及び４５とＴ／Ｒスイッチ４４とを介して、トランスデューサ素子４０に接続される。一例として、第１のＡＧＡ４６が、ワイヤ４１、Ｔ／Ｒスイッチ４４及びワイヤ４５を介して、トランスデューサ素子４０に接続され、また、第２のＡＧＡ４６が、ワイヤ４１、Ｔ／Ｒスイッチ４４及びワイヤ４５を介して、トランスデューサ素子４０に接続される。ワイヤ４１はトランスデューサ素子４０をＴ／Ｒスイッチ４４に結合し、ワイヤ４５はＴ／Ｒスイッチ４４をＡＧＡ４６に結合する。代替実施形態では、ハウジング３８は、ワイヤ４１、Ｔ／Ｒスイッチ４４及びワイヤ４５を介して１つのトランスデューサ素子４０に結合された１つのＡＧＡ４６を含む。ワイヤ４７がＡＧＡ４６をＴ／Ｒスイッチ４８に結合する。ハウジング３８は、多角形、四角、円錐形、矩形のような形状、並びに寸法を持つ。ビームフォーマ１３は、複数のＴ／Ｒスイッチ４８と、複数の送信集束遅延４９と、複数のパルサ５０と、複数の受信集束遅延８０と、複数の受信チャンネル８２と、１つの受信加算器８４とを含む。
【００１７】
各トランスデューサ素子４０は、ビームフォーマ１３によって生成されたパルス波形によって付勢されたとき、超音波エネルギのバーストを生成する。被検体がこの超音波エネルギを受けて、反射エコー信号を生成する。反射エコー信号は被検体から反射された超音波エネルギである。反射エコー信号は、近距離場８８に存在する被検体部分から反射された近距離場エコー信号と、遠距離場９０に存在する被検体部分から反射された遠距離場エコー信号とを含む。２．５ＭＨｚのような低周波数の超音波信号がトランスデューサ素子４０から送信される場合に、近距離場８８の一例はトランスデューサ素子４０から４ｃｍの範囲にわたる距離である。近距離場８８の別の例は、高周波数の超音波信号がトランスデューサ素子４０から送信される場合で、トランスデューサ素子４０からの距離が高周波数の変化に比例して減少する。更に別の例として、超音波エネルギがトランスデューサ素子４０から送出された後の数十マイクロ秒の間、反射エコー信号は近距離場８８から受信される。遠距離場９０の一例は、トランスデューサ素子４０から４ｃｍと１０ｃｍとの間の距離である。検査中の被検体からトランスデューサ・アレイ３９へ反射されて戻った反射エコー信号は、トランスデューサ素子４０によって電気信号に変換される。トランスデューサ素子４０からの電気信号出力はワイヤ４１、Ｔ／Ｒスイッチ４４及びワイヤ４５を介してＡＧＡ４６に印加され、ＡＧＡ４６は電気信号を増幅して、増幅後の電気信号を生成する。例えば、第１のトランスデューサ素子４０からの電気信号出力はワイヤ４１、Ｔ／Ｒスイッチ４４及びワイヤ４５を介して第１のＡＧＡ４６に印加され、また第２のトランスデューサ素子４０からの電気信号出力はワイヤ４１、Ｔ／Ｒスイッチ４４及びワイヤ４５を介して第２のＡＧＡ４６に印加される。ＡＧＡ４６からの増幅後の電気信号は一組の送受信切換え（Ｔ／Ｒ）スイッチ及びワイヤ４７を介してビームフォーマ１３で受信される。代替実施形態では、増幅後の電気信号は部分開口ビームフォーマ１１８及びビームフォーマ１３で受信される。Ｔ／Ｒスイッチ４８は典型的にはダイオードであり、ビームフォーマ１３によって生成された高電圧からビームフォーマ１３を保護する。
【００１８】
トランスデューサ素子４０によって生成された超音波エネルギが方向付けられ又はステアリングされてビームを形成するように、トランスデューサ素子４０はビームフォーマ１３によって駆動される。超音波エネルギのステアリングを行うために、各々のパルサ５０にそれぞれの送信集束時間遅延４９が与えられる。各パルサ５０はＴ／Ｒスイッチ４４及びＴ／Ｒスイッチ４８を介してそれぞれのトランスデューサ素子４０に接続される。一例として、送信集束時間遅延４９はルックアップ・テーブルから読み出される。送信集束時間遅延４９を適切に調節することによって、ステアリングされたビームはｙ軸から角度θだけ離れた方向に差し向けられ且つ距離Ｒの点Ｐに集束される。代替実施形態では、送信集束時間遅延４９を適切に調節することによって、ステアリングされたビームはｙ軸から角度θだけ離れた方向で且つ距離Ｒとｙ軸とによって形成される平面から角度φを成して差し向けられる。
【００１９】
反射エコー信号は、ステアリングされたビームに沿った相次ぐ距離に位置する解剖学的構造から反射された超音波エネルギの各々のバーストによって生成される。これらの反射エコー信号は各トランスデューサ素子４０によって別々に検知され、一時点における反射エコー信号の大きさのサンプルは或る距離において解剖学的構造から生じる反射量を表す。しかしながら、点Ｐと各トランスデューサ素子４０との間の伝播路の差に起因して、これらの反射エコー信号は同時に検出されず、またそれらの振幅も等しくない。ビームフォーマ１３は増幅後の電気信号の各々に時間遅延を与えて、遅延後の信号を生成し、そしてそれらの遅延後の信号を合算して、受信ビームの１つを構成する。この受信ビームは点Ｐから反射された超音波エネルギの合計量を正確に表す。ビームフォーマ１３は、それぞれの受信チャンネル８２にそれぞれの受信集束時間遅延８０を与えることによって、各々の増幅後の電気信号に時間遅延を与える。各受信チャンネル８２は、Ｔ／Ｒスイッチ４８、ワイヤ４７、ＡＧＡ４６、ワイヤ４５、Ｔ／Ｒスイッチ４４及びワイヤ４１を介してそれぞれのトランスデューサ素子４０に接続される。一例として、受信集束時間遅延８０はルックアップ・テーブルから読み出される。遅延後の信号はそれぞれの加算器８４で合算されて、受信ビームの１つを生成する。代替実施形態では、部分開口ビームフォーマ１１８が増幅後の電気信号の一部分を受け取り、且つビームフォーマ１３が増幅後の電気信号の残りの部分を受け取り、これらの部分開口ビームフォーマ１１８及びビームフォーマ１３が受信ビームを生成する。
【００２０】
Ｂモード処理装置１４に組み込まれている検出器２１は、ビームフォーマ１３から受信ビームを受け取る。代替実施形態では、検出器２１はビームフォーマ１３及び部分開口ビームフォーマ１１８から受信ビームを受け取る。Ｉ，Ｑデータは、距離Ｒ及び角度θの点Ｐから反射された反射エコー信号の同相成分及び直角位相成分を表す受信ビームの値であるＩ及びＱ値を含んでいる。検出器２１は大きさ（Ｉ２＋Ｑ２）１／２  を計算して、処理済みベクトル画像データを生成する。
【００２１】
ＳＣＤＣ１６はＢモード処理装置１４から処理済みベクトル画像データを受け取って、処理済みベクトル画像データを表示用の画像に変換する。具体的に述べると、ＳＣＤＣ１６内に位置する走査変換器（図示せず）が処理済みベクトル画像データを極座標型式からデカルト座標型式へ変換して、処理済みベクトル画像データを表示装置３６上に画像として表示する。表示装置３６は処理済みベクトル画像データの時間的に変化する振幅を画像化する。この代わりに処理済みベクトル画像データがデカルト座標型式である場合は、ＳＣＤＣ１６は処理済みベクトル画像データを拡縮して、拡縮後の処理済みベクトル画像データを生成し、この拡縮後の処理済みベクトル画像データを表示する。
【００２２】
図３は、被検体からの反射エコー信号を受け取るプローブ１０２のハウジング１００の一実施形態を示す。ハウジング１００は多角形のハウジングであって、表面１０４，１０６，１０８，１１０を含む４つの表面を有する。表面１０４及び１０８の各々は表面１０６と、０°よりも大きく且つ１８０°よりも小さい角度を形成する。トランスデューサ素子４０のアレイ１１２が表面１０４及び１０８の各々と、０°よりも大きく且つ１８０°よりも小さい角度を形成する。表面１１０はトランスデューサ素子４０の表面を含み且つ表面１１４の反対側に位置している。表面１１４にはＴ／Ｒスイッチ４４がワイヤ４１により結合されている。ＡＧＡ４６及びＴ／Ｒスイッチ４４が表面１０４、１０６、１０８及び１１０によって形成される容積内に囲まれている。
【００２３】
図４は、撮像対象の被検体からの反射エコー信号を受け取るプローブ１１７のハウジング１１６の一実施形態を示す。プローブ１１７はダイオードＤ１  ，Ｄ２  ，Ｄ３  ，Ｄ４  ，Ｄ５  ，Ｄ６  ，Ｄ７  ，Ｄ８  ，Ｄ９  ，Ｄ１０，Ｄ１１及びＤ１２と、コンデンサＣ１  ，Ｃ２  ，Ｃ３  ，Ｃ４  ，Ｃ５  ，Ｃ６  及びＣｓｈｕｎｔ  と、インダクタＬと、抵抗Ｒ及びＲｏｕｔと、ＡＧＡ４６と、トランスデューサ素子４０と、部分開口ビームフォーマ１１８とを含む。コンデンサＣｓｈｕｎｔ  は電圧Ｖ１  とダイオードＤ２  との間に結合される。ダイオードＤ１１は電圧Ｖ２  とコンデンサＣ２  との間に結合される。コンデンサＣ３  ，Ｃ４  ，Ｃ５  ，Ｃ６  の数はＡＧＡ４６の数と同じである。例えば、ハウジングが２つのＡＧＡ４６を含んでいる場合、コンデンサＣ３  及びＣ４  が２つのＡＧＡ４６に結合される。同様に、ハウジング内のダイオードＤ３  ，Ｄ４  ，Ｄ５  ，Ｄ６  ，Ｄ７  ，Ｄ８  ，Ｄ９  ，Ｄ１０の数はＡＧＡ４６の数に比例する。例えば、ハウジングが２つのＡＧＡ４６を含んでいる場合、ダイオードＤ３  及びＤ４  が２つのＡＧＡ４６の内の１つに結合され、ダイオードＤ５  及びＤ６  が２つのＡＧＡ４６の内の残りの１つに結合される。パルサ５０がダイオードＤ１  ，Ｄ２  ，Ｄ３  ，Ｄ４  ，Ｄ５  ，Ｄ６  ，Ｄ７  ，Ｄ８  ，Ｄ９  及びＤ１０を介してトランスデューサ素子４０に結合される。例えば、パルサ５０はダイオードＤ１  、Ｄ２  、Ｄ３  及びＤ４  を介してトランスデューサ素子４０に結合される。別の例として、パルサ５０はダイオードＤ１  、Ｄ２  、Ｄ５  及びＤ６  を介してトランスデューサ素子４０に結合される。
【００２４】
パルサ５０はワイヤ１１９及びダイオードＤ１  ，Ｄ２  ，Ｄ３  ，Ｄ４  ，Ｄ５  ，Ｄ６  ，Ｄ７  ，Ｄ８  ，Ｄ９  ，Ｄ１０を介してＡＧＡ４６に送信パルスを供給する。送信中、振幅の大きい送信パルスはダイオードＤ１  、Ｄ４  、Ｄ５  、Ｄ７  及びＤ９を短絡し、且つダイオードＤ２  、Ｄ３  、Ｄ６  、Ｄ８  及びＤ１０を開く。送信中、ＡＧＡ４６及び部分開口ビームフォーマ１１８はダイオードＤ１１，Ｄ１２及びコンデンサＣ２  によって送信パルスの高振幅から保護される。パルサ５０に与えられる送信集束時間遅延４９を適切に調節することによって、ステアリングされたビームが形成され、また超音波エネルギがトランスデューサ素子４０によって生成される。被検体が、トランスデューサ素子４０によって生成された超音波エネルギに基づいて反射エコー信号を生成する。受信の際、トランスデューサ素子４０は反射エコー信号を受け取って、電気信号を発生する。受信中、反射エコー信号の電圧が低いので、ダイオードＤ３  ，Ｄ４  ，Ｄ５  ，Ｄ６  ，Ｄ７  ，Ｄ８  ，Ｄ９  ，Ｄ１０は開路される。受信中、ダイオードＤ３  ，Ｄ４  ，Ｄ５  ，Ｄ６  ，Ｄ７  ，Ｄ８  ，Ｄ９  ，Ｄ１０が開路されているので、トランスデューサ素子４０は互いから隔離される。ＡＧＡ４６は、トランスデューサ素子４０によって発生された電気信号から増幅後の電気信号を生成する。部分開口ビームフォーマはＡＧＡ４６から増幅後の電気信号を受け取り、且つ増幅後の電気信号から受信ビームを生成する。部分開口ビームフォーマ１１８は、ＡＧＡ４６で生成された増幅後の電気信号にプログラム可能な時間遅延を与えることによって、受信ビームの１つを形成する。部分開口ビームフォーマ１１８はワイヤ１１９を介してサブシステム１２へ受信ビームを伝送する。
【００２５】
図５は、入力ＩＮでＴ／Ｒスイッチ４４に結合され且つ出力ＯＵＴでＴ／Ｒスイッチ４８に結合されたＡＧＡ１２０のの一実施形態を示す。ＡＧＡ１２０は、低ノイズ増幅器のような増幅器１２２と、固定帰還係数（ＦＦＦ）を持つ固定帰還ループ１２４と、調節可能な帰還ループ１２８とを含む。ＦＦＦは一定の値を持つ。調節可能な帰還ループ１２８は、調節可能な帰還係数（ＡＦＦ）と、スイッチ１３２と、制御装置１３４と、比較器１３６とを含む。代替実施形態では、ＡＧＡ１２０はスイッチ１３２及び比較器１３６を含まない。本書で用いるような制御装置は、当該技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路に制限されず、広義に処理装置、マイクロ制御装置、マイクロコンピュータ、プログラム可能な論理制御装置、特定用途向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を表す。
【００２６】
ＦＦＦの例として、インダクタ、コンデンサ、抵抗のような受動インピーダンス素子と、電圧制御型電圧源（ＶＣＶＳ）、電流制御型電圧源（ＣＣＶＳ）、電流制御型電流源（ＣＣＣＳ）、電圧制御型電流源（ＶＣＣＳ）のような能動素子と、このようなインダクタ、コンデンサ、抵抗、ＶＣＶＳ、ＣＣＶＳ、ＣＣＣＳ、ＶＣＣＳの組合せとが挙げられる。ＶＣＶＳの一例には電圧増幅器が含まれ、ＣＣＶＳの一例にはトランスインピーダンス増幅器が含まれ、ＣＣＣＳの一例には電流増幅器が含まれ、ＶＣＣＳの一例にはトランスコンダクタンス増幅器が含まれる。抵抗とコンデンサとの組合せの一例には、コンデンサと直列の抵抗が含まれる。抵抗とインダクタとの組合せの一例には、インダクタと直列の抵抗が含まれる。また、ＡＦＦの例として、調節可能な電圧利得増幅器のような調節可能なＶＣＶＳ、可変抵抗器又は可変トランスインピーダンス・セルのような調節可能なＣＣＶＳ、可変電流増幅器又は可変ギルバート・セルのような調節可能なＣＣＣＳ、可変トランスコンダクタンス増幅器のような調節可能なＶＣＣＳ、並びに、調節可能なＶＣＶＳ、調節可能なＣＣＶＳ、調節可能なＣＣＣＳ及び調節可能なＶＣＣＳの組合せが挙げられる。一例として、可変抵抗器、可変コンデンサ及び可変インダクタの組合せには、可変コンデンサ及び可変インダクタと直列の可変抵抗器が含まれる。
【００２７】
増幅器１２２の一例として、無限入力インピーダンスのような高入力インピーダンス及びゼロ出力インピーダンスのような低出力インピーダンスを持つ電圧増幅器が挙げられる。別の例として、増幅器１２２には、ゼロ入力インピーダンスのような低入力インピーダンス及び低出力インピーダンスを持つトランスインピーダンス増幅器が含まれる。更に別の例として、増幅器１２２には、高入力インピーダンス及び無限出力インピーダンスのような高出力インピーダンスを持つトランスアドミタンス増幅器が含まれる。別の例として、増幅器１２２には、低入力インピーダンス及び高出力インピーダンスを持つ電流増幅器が含まれる。別の例として、増幅器１２２には、規定の入力インピーダンス及び規定の出力インピーダンスを持つ電力増幅器が含まれる。規定の入力インピーダンスは低入力インピーダンスと高入力インピーダンスとの間の６０オームのような値である。規定の出力インピーダンスは低出力インピーダンスと高出力インピーダンスとの間の６０オームのような値である。更に別の例として、増幅器１２２には、低入力インピーダンス、規定の入力インピーダンス、高入力インピーダンス、低出力インピーダンス、規定の出力インピーダンス及び高出力インピーダンスの組合せが含まれる。一例として、増幅器１２２は低入力インピーダンス及び規定の出力インピーダンスを持つ。ＦＦＦは増幅器１２２と並列に結合され且つ入力ＩＮ及び出力ＯＵＴに結合される。ＡＦＦは出力ＯＵＴに結合され且つスイッチ１３２に結合され、スイッチ１３２は入力ＩＮに結合される。比較器１３６は制御装置１３４と直列に結合され且つスイッチ１３２に結合される。
【００２８】
増幅器１２２は和信号（以下に説明する）を受け取り、増幅器１２２の開ループ利得（固定利得と呼ばれる）に基づいて和信号を増幅して、出力ＯＵＴに増幅後の電気信号を生成する。ＦＦＦは、出力ＯＵＴからの増幅後の電気信号をサンプリングし、キャパシタンス、抵抗、インダクタンス及びトランスコンダクタンスのような値を適用するか、又はその代わりにキャパシタンス、抵抗、インダクタンス及びトランスコンダクタンスの組合せを適用することによって、増幅後の電気信号を修正して、接続点１４０に固定帰還信号を生成する。調節可能な帰還ループ１２８は、出力ＯＵＴからの増幅後の電気信号をサンプリングし、可変キャパシタンス、可変抵抗、可変インダクタンス及び可変トランスコンダクタンスのような値を適用するか、又はその代わりに可変キャパシタンス、可変抵抗、可変インダクタンス、可変トランスコンダクタンス、キャパシタンス、抵抗、インダクタンス及びトランスコンダクタンスの組合せを適用することによって、増幅後の電気信号を修正して、接続点１４０に調節可能な帰還信号を生成する。ここで、調節可能な帰還ループ１２８が、可変キャパシタンス、可変抵抗、可変インダクタンス及び可変トランスコンダクタンスのような少なくとも１つの調節可能な値を適用することによって、出力ＯＵＴでのサンプリングされた増幅後の電気信号を修正することに留意されたい。
【００２９】
トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取っているとき、制御装置１３４は、確率関数、正弦関数、余弦関数、正接関数、指数関数、一次関数、平方根関数及び対数関数を含む複数の関数の内の１つをＡＦＦに適用することによって、ＡＦＦの値を変更する。一例として、指数関数は、指数関数の全ての点に沿ってゼロより大きい数から１までに及ぶ傾斜を持つ。代替実施形態では、制御装置１３４は、複数の関数の組合せをＡＦＦに適用することによって、ＡＦＦの値を変更する。一例として、複数の関数の組合せは、一次関数と平方根関数との和である。別の例として、複数の関数の組合せには、時点Ａから時点Ｂまでの指数関数と時点Ｂから時点Ｃまでの一次関数との組合せが含まれる。別の例として、複数の関数の組合せには、時点Ａから時点Ｂまで０．５の傾斜を持ち且つ時点Ｂから時点Ｃまで１の傾斜を持つ関数が含まれる。別の例として、制御装置１３４は、メモリ（図示してない）内に記憶されているルックアップ・テーブル内の複数の関数の内の１つか又は関数の組合せをＡＦＦに適用する。別の代替実施形態では、制御装置１３４は、ＡＦＦの値を変更するために定数関数に沿った全ての点でゼロの傾斜を持つ定数関数を適用しない。例えば、制御装置１３４は、時点Ａから時点Ｂまで０．３の傾斜を持ち、時点Ｂから時点Ｃまでゼロの傾斜を持ち、且つ時点Ｃから時点Ｄまで０．２の傾斜を持つ非定数関数を適用する。
【００３０】
トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取っているとき、比較器１３６は、制御装置１３４から受け取った信号を基準信号と比較する。比較器１３６により、比較に基づいて、制御装置１３４から受け取った信号の振幅が基準信号の所定の振幅に少なくとも等しいと判定された場合、比較器１３６はスイッチ１３２を開くための信号をスイッチ１３２へ送らない。トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取っている期間の間、制御装置１３４から受け取った信号の振幅は基準信号の所定の振幅に少なくとも等しい。比較器１３６が制御装置１３４から受け取った信号の振幅を基準信号の所定の振幅と比較する前に、所定の振幅が記憶されている。トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取るとき、スイッチ１３２は閉じた状態に留まる。
【００３１】
スイッチ１３２が閉じているとき、入力ＩＮにおける電気信号、ＦＦＦからの固定帰還信号出力及びＡＦＦからの調節可能な帰還信号出力が接続点で合算されて和信号を生成し、この和信号は増幅器１２２に供給される。一実施形態では、調節可能な帰還ループ１２８からの調節可能な帰還信号出力は、固定帰還ループ１２４からの固定帰還信号出力と極性が反対である。代替実施形態では、調節可能な帰還ループ１２８からの調節可能な帰還信号出力は固定帰還ループ１２４からの固定帰還信号出力と同じ極性を持つ。
【００３２】
制御装置１３４は、トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取っている期間の間、複数の関数の内の１つか又は関数の組合せをＡＦＦに適用し続ける。一例として、制御装置１３４は、反射エコー信号が進行する距離に２を乗算し、次いでその結果を、反射エコー信号が進行する媒体中での反射エコー信号の速度で割り算することによって、トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取る期間を計算する。別の例として、制御装置１３４は、トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取る期間を計算せず、その期間は制御装置１３４に記憶されている。
【００３３】
トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取るとき、制御装置１３４は複数の関数の内の１つか又は関数の組合せをＡＦＦに適用することを中止する。トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取っているとき、比較器１３６は制御装置１３４から受け取った信号の振幅を基準信号の所定の振幅と比較する。比較器１３６により、比較に基づいて、制御装置１３４から受け取った信号の振幅が基準信号の所定の振幅よりも小さいと判定された場合、比較器１３６はスイッチ１３２を開くための信号をスイッチ１３２に供給する。トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取る期間の間、制御装置１３４から受け取った信号の振幅は基準信号の所定の振幅よりも小さい。別の例として、比較器１３６が制御装置１３４から受け取った信号の振幅は、ＡＦＦがほぼゼロに等しいか又はゼロに等しいときに、基準信号の所定の振幅よりも小さい 。
【００３４】
制御装置１３４は、トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取る期間の間、複数の関数の内の１つか又は関数の組合せをＡＦＦに適用することを中止する。一例として、制御装置１３４は、反射エコー信号が進行する距離に２を乗算し、次いでその結果を、反射エコー信号が進行する媒体中での反射エコー信号の速度で割り算することによって、トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取る期間を計算する。別の例として、制御装置１３４は、トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取る期間を計算せず、その期間は制御装置１３４に記憶されている。
【００３５】
代替実施形態では、制御装置１３４は、トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取る期間の間、複数の関数の内の１つか又は関数の組合せをＡＦＦに適用し続ける。比較器１３６は制御装置１３４から受け取った信号の振幅を基準信号の所定の振幅と比較する。トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取る期間の間、制御装置１３４から受け取った信号の振幅が基準信号の所定の振幅よりも小さい。トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取るとき、スイッチ１３２は閉じた状態に留まる。トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取るとき、制御装置１３４は複数の関数の内の１つか又は関数の組合せをＡＦＦに適用することを中止する。比較器１３６は制御装置１３４から受け取った信号の振幅を基準信号の所定の振幅と比較する。比較器１３６により、比較に基づいて、制御装置１３４から受け取った信号の振幅が基準信号の所定の振幅に少なくとも等しいと判定された場合、比較器１３６はスイッチ１３２を開くための信号をスイッチ１３２に供給する。トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取る期間の間、制御装置１３４から受け取った信号の振幅は基準信号の所定の振幅に少なくとも等しい。トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取る期間の間、制御装置１３４は複数の関数の内の１つか又は関数の組合せをＡＦＦに適用することを中止する。
【００３６】
更に別の代替実施形態では、トランスデューサ素子４０が近距離場８８及び遠距離場９０から反射エコー信号を受け取る期間の間、制御装置１３４は複数の関数の内の１つか又は関数の組合せをＡＦＦに適用し続ける。トランスデューサ素子４０が近距離場８８及び遠距離場９０から反射エコー信号を受け取るとき、スイッチ１３２は閉じた状態に留まる。
【００３７】
増幅器１２２で生成される出力のタイプはＡＦＦへの入力のタイプへ変換され、またＡＦＦからの出力のタイプは増幅器１２２への入力のタイプへ変換される。例えば、増幅器１２２がトランスアドミタンス増幅器である場合、電圧がトランスアドミタンス増幅器に入力されるとき、トランスアドミタンス増幅器は電流を出力する。また、増幅器１２２がトランスアドミタンス増幅器である場合、ＡＦＦは、増幅器１２２からの電流出力をサンプリングして、該電流を電圧へ変換する調節可能なＣＣＶＳを含み、該電圧は増幅器１２２に入力として供給される。別の例として、増幅器１２２がトランスインピーダンス増幅器である場合、電流がトランスインピーダンス増幅器に入力されるとき、トランスインピーダンス増幅器は電圧を出力する。また、増幅器１２２がトランスインピーダンス増幅器である場合、ＡＦＦは、増幅器１２２からの電圧出力をサンプリングして、該電圧を電流へ変換する調節可能なＶＣＣＳを含み、該電流は増幅器１２２に入力として供給される。更に別の例として、増幅器１２２を、電圧が増幅器１２２に入力されたときに電圧を出力する電圧増幅器とした場合、ＡＦＦは、増幅器１２２からの電圧出力をサンプリングして、電圧を出力する調節可能なＶＣＶＳである。別の例として、増幅器１２２を、電流が増幅器１２２に入力されたときに電流を出力する電流増幅器とした場合、ＡＦＦは、増幅器１２２からの電流出力をサンプリングして、電流を出力する調節可能なＣＣＣＳである。
【００３８】
ＡＦＦの位相はＦＦＦの位相に比例する。例えば、ＦＦＦの位相が−９０°である場合にＡＦＦの位相が−１８０°であり、そこでＦＦＦの位相が−７０°へ変化すると、ＡＦＦの位相は−１４０°へ変化する。更に別の例として、ＦＦＦの値が１／（２＊π＊ｊ＊０．５ピコファラッド＊ｆ）に等しい場合で、且つ接続点１４０と入力ＩＮとの間に配置された（図６に示す）インピーダンスＺＣＣの値が１／（２＊π＊ｊ＊１０ピコファラッド＊ｆ）に等しい場合、ＡＦＦは２＊π＊ｊ＊ｆに比例する値を持つ。ここで、ｆは周波数を表し、ｊは（−１）１／２  に等しく、＊は乗算を表す。代替実施形態では、ＡＦＦの位相はＦＦＦの位相に等しい。例えば、ＦＦＦの位相が−１０°である場合にＡＦＦの位相が−１０°であり、またＦＦＦの位相が−７０°へ変化すると、ＡＦＦの位相は−７０°へ変化する。更に別の代替実施形態では、ＡＦＦの位相はＦＦＦの位相に比例しない。例えば、ＦＦＦの位相が−２０°である場合にＡＦＦは−７０°の位相を持ち、そこでＦＦＦの位相が−７０°へ変化すると、ＡＦＦの位相は−１０°へ変化する。別の例として、ＦＦＦの位相が−２０°である場合にＡＦＦは−７０°の位相を持ち、そこでＦＦＦの位相が−６０°へ変化すると、ＡＦＦの位相は−７０°に留まる。
【００３９】
ＦＦＦの入力とＦＦＦの出力との間でＦＦＦによって与えられる位相シフトは、ＡＦＦの入力とＡＦＦの出力との間でＡＦＦによって与えられる位相シフトに比例する。例えば、ＦＦＦによる位相シフトが９０°である場合にＡＦＦによる位相シフトが２７０°であり、そこでＦＦＦによる位相シフトが３０°へ変化すると、ＡＦＦによる位相シフトは９０°へ変化する。代替実施形態では、ＡＦＦによって与えられる位相シフトは、ＦＦＦによって与えられる位相シフトに等しい。例えば、ＦＦＦによる位相シフトが９０°である場合にＡＦＦによる位相シフトが９０°であり、またＦＦＦによる位相シフトが３０°へ変化すると、ＡＦＦによる位相シフトは３０°へ変化する。更に別の代替実施形態では、ＡＦＦによって与えられる位相シフトは、ＦＦＦによって与えられる位相シフトに比例しない。例えば、ＦＦＦによる位相シフトが９０°である場合にＡＦＦによる位相シフトが２６０°であり、そこでＦＦＦによる位相シフトが３０°へ変化すると、ＡＦＦによる位相シフトは７０°へ変化する。別の例としてＦＦＦによる位相シフトが９０°である場合にＡＦＦによる位相シフトが２６０°であり、そこでＦＦＦによる位相シフトが３０°へ変化すると、ＡＦＦによる位相シフトは２６０°に留まる。
【００４０】
図６は、ＶＩＮでＴ／Ｒスイッチ４４に結合され且つＶＯＵＴでＴ／Ｒスイッチ４８に結合されるＡＧＡ１５０の一実施形態を示す。ＡＧＡ１５０は、トランスインピーダンス増幅器１５２と、インピーダンスＺＦＢを持つ固定帰還ループ１５４と、調節可能な帰還ループ１５６とを含む。調節可能な帰還ループ１５６は、可変トランスコンダクタンス・セル１５８と、スイッチ１３２と、制御装置１３４と、比較器１３６とを含んでいる。
【００４１】
固定帰還ループ１５４はトランスインピーダンス増幅器１５２と並列に結合され且つ接続点１６２及びＶＯＵＴに結合されている。可変トランスコンダクタンス・セル１５８はＶＯＵＴに結合され且つスイッチ１３２に結合されており、スイッチ１３２は接続点１６２に結合されている。トランスインピーダンス増幅器１５２は、キャパシタンスＣＬ  を持つコンデンサか又は抵抗器のような負荷１６６を介してアースに結合される。
【００４２】
トランスインピーダンス増幅器１５２は和信号を受け取って、該和信号をトランスインピーダンス増幅器１５２の固定の利得に基づいて増幅して、ＶＯＵＴに増幅後の電気信号を生成する。固定帰還ループ１５４はＶＯＵＴからの増幅後の電気信号をサンプリングし、インピーダンスＺＦＢを適用することによって増幅後の電気信号を修正し、接続点１６２に固定帰還信号を生成する。可変トランスコンダクタンス・セル１５８はＶＯＵＴからの増幅後の電気信号をサンプリングし、トランスコンダクタンスを適用することによって増幅後の電気信号を修正し、接続点１６２に調節可能な帰還信号を生成する。
【００４３】
トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取るとき、制御装置１３４は、複数の関数の内の１つか又は関数の組合せを適用することによって、可変トランスコンダクタンス・セル１５８のトランスコンダクタンスの値を変える。比較器１３６が制御装置１３４から受け取った信号を基準信号と比較する。比較器１３６により、比較に基づいて、制御装置１３４から受け取った信号の振幅が基準信号の所定の振幅に少なくとも等しいと判定された場合、比較器１３６はスイッチ１３２を開くための信号をスイッチ１３２へ送らない。トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取るとき、スイッチ１３２は閉じた状態に留まる。
【００４４】
スイッチ１３２が閉じているとき、ＶＩＮをインピーダンスＺＣＣで割り算することによって生成された電気信号、固定帰還ループ１５４からの固定帰還信号出力、及び可変トランスコンダクタンス・セル１５８からの調節可能な帰還信号出力が接続点１６２で合算されて、和信号が生成され、この和信号はトランスインピーダンス増幅器１５２に供給される。一実施形態では、トランスインピーダンス増幅器１５２が電圧増幅器と置換された場合、ＡＧＡ１５０はインピーダンスＺＣＣを含まない。代替実施形態では、可変トランスコンダクタンス・セル１５８からの調節可能な帰還信号出力は、固定帰還ループ１５４からの固定帰還信号出力とは極性が反対である。更に別の代替実施形態では、可変トランスコンダクタンス・セル１５８からの調節可能な帰還信号出力は、固定帰還ループ１５４からの固定帰還信号出力と極性が同じである。制御装置１３４は、トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取る期間の間、複数の関数の内の１つか又は関数の組合せを可変トランスコンダクタンス・セル１５８に適用し続ける。
【００４５】
トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取るとき、制御装置１３４は複数の関数の内の１つか又は関数の組合せを可変トランスコンダクタンス・セル１５８に適用するのを中止する。比較器１３６が制御装置１３４から受け取った信号の振幅を基準信号の所定の振幅と比較する。比較器１３６により、比較に基づいて、制御装置１３４から受け取った信号の振幅が基準信号の所定の振幅よりも小さいと判定された場合、比較器１３６はスイッチ１３２を開くための信号をスイッチ１３２に供給する。トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取る期間の間、制御装置１３４は複数の関数の内の１つか又は関数の組合せを可変トランスコンダクタンス・セル１５８に適用するのを中止する。
【００４６】
図７は、ＺＦＢ＝１／（２＊π＊ｊ＊０．５ピコファラッド＊ｆ）及びＺＣＣ＝１／（２＊π＊ｊ＊１０ピコファラッド＊ｆ）で、ＡＦＦが２＊π＊ｊ＊ｆに比例する値を持つ場合の、周波数に対するＡＧＡ１５０の伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）のグラフを示す。伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）は縦座標１８０で表し、周波数ｆは横座標１８２で表す。グラフは、伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）を計算することによって求められる。伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）は、接続点１６２にキルヒホッフの電流則を適用し且つＶＯＵＴ／ＶＩＮを求めることによって計算される。伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）は次式で表される。
【００４７】
H(i,f): ＝−ZＦＢ(f)[A(f)/[ZＦＢ(f)+GM(i,f)A(f)ZＣＣ(f)ZＦＢ(f)+ZＣＣ(f)+ZＣＣ(f)A(f)]]
．．．．．．（１）
ここで、Ａ（ｆ）はトランスインピーダンス増幅器１５２の固定の利得であり、ＧＭは可変トランスコンダクタンス・セル１５８のトランスコンダクタンスであり、ｉは可変トランスコンダクタンス・セル１５８を制御するための制御装置１３４からの電流入力である。制御装置１３４は、電流ｉを変更することによって、ＧＭを変更する。ＧＭが変化するとき、伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）は変化する。
【００４８】
曲線１８６は、可変トランスコンダクタンス・セル１５８のトランスコンダクタンスが０ジーメンスに等しいときの伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）を示す。また、曲線１８８は、可変トランスコンダクタンス・セル１５８のトランスコンダクタンスが１ピコジーメンスに等しいときの伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）を示す。更に、曲線１９０は、可変トランスコンダクタンス・セル１５８のトランスコンダクタンスが３ピコジーメンスに等しいときの伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）を示す。
【００４９】
図８は、ＡＦＦの値の関数として伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）を示すグラフである。グラフは３ＭＨｚような固定周波数で求めたものである。伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）は縦座標２００で表し、可変トランスコンダクタンス・セル１５８のトランスコンダクタンスは横座標２０２で表す。調節可能な帰還ループ１５６の伝達関数が電流ｉに比例する場合、固定周波数における伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）は電流ｉによって制御される。
【００５０】
利得を調節するためのシステム及び方法の技術的効果として、トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取るとき増幅器１２２が飽和するのを防止すること、及び最小量の電力を利用することが挙げられる。調節可能な帰還ループは、ＡＧＡ１２０の利得を制御することによって、増幅器１２２が飽和するのを防止する。ＡＧＡ１２０の利得を制御するには、増幅器１２２へ供給される和信号を制御する。増幅器１２２へ供給される和信号を制御するには、トランスデューサ素子４０が近距離場８８及び遠距離場９０の少なくとも一方から反射エコー信号を受け取るときに、複数の関数の内の１つか又は関数の組合せをＡＦＦに適用する。トランスデューサ素子４０が遠距離場９０から反射エコー信号を受け取るとき、比較器１３６がスイッチ１３２を開くので、最小量の電力が利用される。また、トランスデューサ素子４０が近距離場８８から反射エコー信号を受け取るときにＡＦＦによって消費される電力が、トランスデューサ素子４０によって生成される超音波エネルギの減衰量に比例するので、最小量の電力が利用される。ここで、ＡＧＡ１２０が、サブシステム１２以外のサブシステムに結合されるプローブ内で使用されことに留意されたい。
【００５１】
本発明を様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には本発明が特許請求の範囲に記載の精神及び範囲内で変更して実施できることが認められよう。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。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】利得を調節するためのシステム及び方法が実現される超音波撮像システムの一実施形態の略図である。
【図２】図１の超音波撮像システムと共に位置するトランスデューサ・アレイを含むプローブ及びサブシステムのビームフォーマの一実施形態を示す略図である。
【図３】図１の超音波撮像システムによって撮像される被検体からの反射されたエコー信号を受け取るプローブのハウジングの一実施形態を示す略図である。
【図４】図１の超音波撮像システムを使用して撮像される被検体からの反射されたエコー信号を受け取るプローブの一実施形態の回路図である。
【図５】図２のトランスデューサ・アレイに結合される利得調節可能な増幅器（ＡＧＡ）の一実施形態を示す略図である。
【図６】図２のトランスデューサ・アレイに結合されるＡＧＡの別の実施形態を示す略図である。
【図７】図６のＡＧＡの伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）を、ＡＧＡの調節可能な帰還ループにおけるトランスコンダクタンスの関数として示すグラフである。
【図８】特定の周波数における伝達関数Ｈ（ｉ，ｆ）を、図６のＡＧＡ内に位置するトランスコンダクタンス・セルのトランスコンダクタンスの関数として示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  超音波撮像システム
１１  プローブ
１２  サブシステム
２０  カーネル
３６  表示装置
３８  ハウジング
３９  トランスデューサ素子のアレイ
４０  トランスデューサ素子
４１、４５、４７  ワイヤ
４６  利得調節可能な増幅器
８８  近距離場
９０  遠距離場
１００  ハウジング
１０２  プローブ
１０４、１０６、１０８、１１０、１１４  表面
１１２  トランスデューサ素子のアレイ
１１６  ハウジング
１１７  プローブ
１１８  部分開口ビームフォーマ
１１９  ワイヤ
１２０  利得調節可能な増幅器
１２２  増幅器
１２４  固定利得帰還ループ
１２８  調節可能な帰還ループ
１３２  スイッチ
１４０  接続点
１５０  利得調節可能な増幅器
１５２  トランスインピーダンス増幅器
１５４  固定帰還ループ
１５６  調節可能な帰還ループ
１５８  可変トランスコンダクタンス・セル
１６２  接続点
１８０、２００  縦座標
１８２、２０２  横座標
１８６、１８８、１９０  曲線
【図１】
2006061695.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006061695.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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