特表 2023-541516 電力を超音波トランスデューサに供給するためのデバイスおよび同期方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-03

(54)【発明の名称】電力を超音波トランスデューサに供給するためのデバイスおよび同期方法

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/02 20060101AFI20230926BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20230926BHJP

   H03F 3/217 20060101ALI20230926BHJP

   A61B 8/00 20060101ALI20230926BHJP

【ＦＩ】

H03F1/02

H04R3/00 330

H03F3/217

A61B8/00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023506192

(86)(22)【出願日】2021-07-30

(85)【翻訳文提出日】2023-03-22

(86)【国際出願番号】 EP2021071505

(87)【国際公開番号】W WO2022023577

(87)【国際公開日】2022-02-03

(31)【優先権主張番号】2008137

(32)【優先日】2020-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520179305

【氏名又は名称】ユニヴェルシテ パリ－サクレー

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＰＡＲＩＳ－ＳＡＣＬＡＹ

(71)【出願人】

【識別番号】509025832

【氏名又は名称】サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィク

【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100139594

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健次郎

(72)【発明者】

【氏名】チャン，ミン

(72)【発明者】

【氏名】ラセル，ニコラ

【テーマコード（参考）】

4C601

5D019

5J500

【Ｆターム（参考）】

4C601EE15

4C601GB18

4C601GD04

4C601GD06

5D019AA21

5D019FF04

5J500AA01

5J500AA27

5J500AA41

5J500AA66

5J500AC36

5J500AF12

5J500AF17

5J500AF18

5J500AF20

5J500AH29

5J500AH33

5J500AH39

5J500AK00

5J500AK13

5J500AK33

5J500AM20

5J500AS15

5J500AT01

5J500WU02

(57)【要約】

本発明は、デジタルループによって制御される同期スイッチング容量を有する超音波トランスデューサを駆動し、かつ電力を超音波トランスデューサに供給するための方法および回路（１００）に関する。この回路（１００）は、マルチレベル正方形または長方形信号発生器（１０２）によって制御される電力インターフェース（１０６）を備える。このデバイスは、同調制御回路（１０９）によって制御され、トランスデューサを用いて決定された自然周波数を有する同調回路（１０４）を備える。典型的には、この同調は、入力に直列のインダクタ（Ｌ１）を備え、出力にトランスデューサ（３０２）と並列に取り付けられた制御接続（Ｋ１）のコンデンサ（Ｃ１）を備える。この接続（Ｋ１）は、前記インダクタ（Ｌ１）の入力（φ_１）と出力（φ_２）との間で検出される検出位相（Δφ_１２）差に従って制御される。この接続は、有利には、π／２に等しい位相差を提供するように制御される。本発明は、超音波素子、超音波ヘッド、ならびに超音波撮像および／または処理システム、特に医療にさらに関する。
要約：図２参照

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を超音波トランスデューサ（３０２）に供給するためのデバイス（１００）であって、デジタルインターフェース（１０８）によって制御されるマルチレベル正方形または長方形信号発生器（１０２）によって提供される駆動信号（ｓ_ｐ）、特にマルチレベル正方形または長方形信号を受信し、そして、設定点周波数（Ｆ３）の超音波（ＵＳ）を発生させるようにアナログ電力信号（ｓ_ａ、ｓ’_ａ）を前記超音波トランスデューサに提供するように構成された電力インターフェース（１０６）を備え、
前記電力インターフェース（１０６）と前記超音波トランスデューサ（３０２）との間に取り付けられた同調回路（１０４）をさらに備え、前記同調回路（１０４）は、同調制御回路（１０９）によって制御され、それにより前記トランスデューサおよび前記同調回路（１０４）によって形成されたアセンブリ（３０１）は、特に前記設定点周波数（Ｆ３）に同調される決定された共振周波数（Ｆ３_０）を有することを特徴とする、デバイス（１００）。

【請求項2】

前記同調回路（１０４）は、その入力側に直列に取り付けられたインダクタ（Ｌ１）を備え、その出力側に、前記トランスデューサ（３０２）と並列に取り付けられた制御接続（Ｋ１）のコンデンサ（Ｃ１）を備え、前記接続（Ｋ１）は、前記インダクタ（Ｌ１）の前記入力側および前記出力側でそれぞれ検出される入力位相（φ_１）と出力位相（φ_２）との間で検出される検出位相差（Δφ_１２）の関数として制御されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス（１００）。

【請求項3】

前記同調回路（１０４）は、前記検出位相差（Δφ_１２）が決定された設定点値（Δφ_ｃ）に到達することを確実にするように前記コンデンサ（Ｃ１）の前記接続（Ｋ１）を制御するように配置されたフィードバック回路（１０９）を備えることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス（１００）。

【請求項4】

前記コンデンサ（Ｃ１）の前記接続（Ｋ１）は、前記検出位相差（Δφ_１２）がπ／２に等しい同調値に到達するように制御されることを特徴とする、請求項３に記載のデバイス（１００）。

【請求項5】

前記コンデンサ（Ｃ１）の前記接続（Ｋ１）は、パルス幅変調で動作する同期信号（Ｍ２）によって制御される（１１５）ことを特徴とする、請求項２～４のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。

【請求項6】

前記駆動信号（ｓ_ｐ）を生成するために、以下のパラメータ：
前記駆動信号の周波数（Ｆ）、
前記駆動信号の振幅（Ａ）、
前記駆動信号の位相（φ）
の少なくとも１つの任意の組み合わせを提供し、
前記デバイス（１００）が受信する（５０４）命令データから前記パラメータを決定し、前記パラメータは、
前記トランスデューサによって放出される音響信号（ＵＳ）の周波数（Ｆ３）、
前記トランスデューサによって放出される音響信号（ＵＳ）の振幅（Ａ３）、
前記トランスデューサによって放出される音響信号（ＵＳ）の位相（φ３）
をそれぞれ表す、
デジタル制御インターフェース（１０８）をさらに備えることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。

【請求項7】

前記同調制御回路（１０９）、ならびに前記インダクタ（Ｌ１）の前記入力における前記アナログ電力信号（ｓ_ａ）、いわゆる一次供給信号の制御および生成回路（１０８、１０２、１０６）は、デジタル回路によって全体的または部分的に実行されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。

【請求項8】

部分的または全体的に、少なくとも１つの集積回路に、特に単独で、または他の電子構成要素に関連付けられて統合されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。

【請求項9】

少なくとも、
超音波トランスデューサ（３０２）と、
電力を前記少なくとも１つの超音波トランスデューサ（３０２）に供給するように配置された、請求項１～８のいずれか一項に記載の供給デバイス（１００）と
を備える、超音波デバイス（３００）。

【請求項10】

並列に配置および／または制御される、請求項９に記載のいくつかの超音波デバイス（３００_１～３００_ｎ）を備える、超音波ヘッド（４００）。

【請求項11】

請求項１０に記載の超音波ヘッド（４００）と、
前記超音波ヘッド（４００）の前記超音波デバイス（３００_１～３００_ｎ）用の少なくとも１つのデジタル制御装置（５０２）と
を備える、超音波システム（５００）。

【請求項12】

医療撮像および／または治療システムをもたらすように配置されることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム（５００）。

【請求項13】

設定点周波数（Ｆ３）の超音波を発生させるために、いわゆる二次電力供給信号（ｓ’_ａ）で電力を超音波トランスデューサ（３０２）に供給するための方法であって、
調整可能なインピーダンスを有する同調回路（１０４）を通して超音波トランスデューサ（３０２）に電力（ｓ’_ａ）供給するために使用されるアナログ電力信号、いわゆる一次電力供給信号（ｓ_ａ）を電力インターフェース（１０６）で生成するステップと、
その前記インピーダンスを変更するように前記同調回路（１０４）を制御し、それにより前記トランスデューサおよび前記同調回路（１０４）によって形成されたアセンブリ（３０１）が、特に前記設定点周波数（Ｆ３）に同調される決定された共振周波数（Ｆ３_０）を有するように同調回路（１０９）を制御するステップと
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項14】

前記同調回路（１０９）のインピーダンス変更は、前記トランスデューサと並列に取り付けられたコンデンサ（Ｃ１）の同期スイッチング（Ｋ１）によって実行されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記コンデンサ（Ｃ１）の前記スイッチング（Ｋ１）、ならびに前記電力インターフェース（１０６）と前記トランスデューサ（１０６）との間に直列に取り付けられたインダクタ（Ｌ１）の入力側および出力側でそれぞれ検出される、入力位相（φ_１）と出力位相（φ_２）との間の検出位相差（Δφ_１２）に関するフィードバック制御によって制御されることを特徴とする、請求項１３～１４のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デジタルループによって制御される同期スイッチング容量（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ）を有する超音波トランスデューサを駆動し、かつ超音波トランスデューサに供給を行うための方法および回路に関する。この回路は、マルチレベル正方形または長方形信号発生器によって制御される電力インターフェースを備える。このデバイスは、トランスデューサを用いて決定された自然周波数を有するように制御される同調回路を備える。

【0002】

典型的には、この同調回路は、入力に直列のインダクタを備え、出力にトランスデューサと並列に取り付けられた制御接続のコンデンサを備える。この接続は、前記インダクタの入力と出力との間で検出される位相差に従って制御される。この接続は、有利には、π／２に等しい位相差を提供するように制御される。

【0003】

本発明は、超音波素子、超音波ヘッド、ならびに超音波撮像および／または処理システム、特に医療にさらに関する。

【背景技術】

【0004】

超音波トランスデューサは、特に医療分野において、エコー検査、またはさらには超音波処置による撮像のためのエミッタおよびレシーバとして広く使用されている。これを行うために、複数のトランスデューサは、典型的には、撮像または処理される領域で集束超音波および高電力超音波を放出するために、「超音波ヘッド」とも呼ばれるマトリックスに配置される。各超音波トランスデューサには、所与の周波数の超音波信号を生成するように、前記周波数における正弦波信号が供給される。

【0005】

一般に、超音波ヘッドは、各超音波トランスデューサに対して、個々の制御チェーンを備える。このチェーンは、各トランスデューサごとに、前記トランスデューサによって放出される超音波信号の振幅、ならびにその周波数および位相を個々に変更することを可能にする。したがって、マトリックスの各トランスデューサによって送信される超音波の特性は、変更することができる。

【0006】

しかし、超音波トランスデューサ用の既知の制御チェーンは、効率が劣化している。さらに、既知の制御チェーンによって提供される正弦波制御信号は品質が悪く、超音波信号を劣化させる。最後に、既知の制御チェーンは、一般に嵩高く、エネルギーを消費する。

【0007】

本発明の１つの目的は、従来技術の欠点のすべてまたは一部、特に前述の欠点の少なくとも１つを克服することである。

【0008】

本発明の別の目的は、効率の点でより効率的である、電力を超音波トランスデューサに供給するためのデバイスを提案することである。

【0009】

本発明の別の目的は、より高品質の正弦波供給信号を提供する、電力を超音波トランスデューサに供給するためのデバイスを提案することである。

【0010】

本発明の別の目的は、嵩高くなく、より省エネルギーであり、かつ／または大量に製造するのがより容易である、電力を超音波トランスデューサに供給するためのデバイスを提案することである。

【0011】

本発明の別の目的は、各トランスデューサに供給される信号の振幅を変更することによって超音波信号の電力の変更を可能にする、電力を超音波トランスデューサに供給するためのデバイスを提案することである。

【0012】

本発明の別の目的は、各トランスデューサに供給される信号の周波数または位相を変更することによって焦点面の変更を可能にする、電力を超音波トランスデューサに供給するためのデバイスを提案することである。

【0013】

本発明の別の目的は、信号を超音波ヘッド内のより多くの超音波トランスデューサに供給することを可能にすることである。

【発明の概要】

【0014】

このために、本発明は、電力を超音波トランスデューサに供給するためのデバイスであって、デジタルインターフェースによって制御されるマルチレベル正方形または長方形信号発生器によって提供される駆動信号、特にマルチレベル正方形または長方形信号を受信し、設定点周波数の超音波を発生させるようにアナログ電力信号を前記超音波トランスデューサに提供するように構成された電力インターフェースを備える、デバイスを提案する。

【0015】

典型的には、電力インターフェースは、デジタル正方形または長方形マルチレベル信号発生器によって生成されたマルチレベル正方形または長方形信号の増幅を実行し、その増幅は、特に「Ｄ」級増幅器によって実行される。典型的には、供給デバイスは、マルチレベル正方形または長方形信号発生器を制御するデジタルインターフェースを備え、それによりマルチレベル正方形または長方形信号発生器は、送信される超音波の周波数、位相、および振幅をそれぞれ表す周波数、位相、および振幅を有するマルチレベル正方形または長方形信号を生成する。

【0016】

本発明によれば、供給デバイスは、インターフェースと超音波トランスデューサとの間に取り付けられた同調回路をさらに備え、この同調回路は、同調制御回路によって（好ましくはデジタル的に）制御され、それによりトランスデューサおよび前記同調回路によって形成されたアセンブリは、特に前記設定点周波数に同調される決定された共振周波数を有する。

【0017】

典型的には、同調回路内に、例えばトランスデューサに並列に取り付けられた接続可能または調整可能なコンデンサによるこのインピーダンス変更。典型的には、同調回路はまた、電力をトランスデューサに供給するアナログ電力信号が通過する、例えば直列に取り付けられたインダクタによって、アナログ電力信号の高調波をフィルタリングする。

【0018】

好ましくは、同調回路は、その入力側に直列に取り付けられたインダクタを備え、その出力側に、トランスデューサと並列に取り付けられた制御接続のコンデンサを備える。

【0019】

この接続は、前記インダクタの入力側および出力側で検出される入力位相と出力位相との間で検出される検出位相差の関数として制御される。

【0020】

より詳細には、同調回路は、検出位相差が決定された設定点値に到達することを確実にするようにコンデンサの接続を制御するように配置されたフィードバック回路を備える。

【0021】

好ましい実施形態では、フィードバック回路は、
出力位相を検出する同期抽出回路と、
特に電力インターフェースの入力の前、および例えばマルチレベル正方形または長方形信号発生器の後に入力位相を受信または検出し、入力位相を出力位相と比較してそこから検出位相差を引き出す位相比較器回路と、
前記検出位相差を前記設定点値と比較して補正回路を制御する加算回路と
を備え、
この補正回路は、出力同期回路を制御し、これにより、設定点値に検出位相差を設定および／または維持するために、制御された方式でコンデンサの接続の開閉をリアルタイムで制御する。

【0022】

典型的には、このフィードバック回路は、混合回路である同期抽出器を除いて、完全にデジタルまたはほぼデジタルである。

【0023】

有利な特定の特徴によれば、コンデンサの接続は、検出位相差がπ／２に等しい同調値に到達するように制御される。

【0024】

別の特定の特徴によれば、コンデンサの接続は、パルス幅変調（ＰＷＭ）で動作する同期信号によって制御される。

【0025】

好ましくは、供給デバイスは、駆動信号を生成するために、以下のパラメータ：
前記駆動信号の周波数、
前記駆動信号の振幅、
前記駆動信号の位相
の少なくとも１つの任意の組み合わせを提供し、
供給デバイスが受信する命令データから前記パラメータを決定し、前記パラメータは、
トランスデューサによって放出される音響信号の周波数、
トランスデューサによって放出される音響信号の振幅、
トランスデューサによって放出される音響信号の位相
をそれぞれ表す、
デジタル制御インターフェースをさらに備える。

【0026】

潜在的に、いくつかの電力供給デバイスは、同じデジタルインターフェースによって制御される。

【0027】

有利には、同調制御回路、ならびに一次供給信号と呼ばれるインダクタの入力におけるアナログ電力信号の制御および生成回路は、デジタル回路によって完全にまたは部分的に作製される。

【0028】

好ましくは、供給デバイスは、部分的または全体的に、少なくとも１つの集積回路に、特に単独で、または他の電子構成要素に関連付けられて統合される。

【0029】

別の態様によれば、本発明は、少なくとも、
超音波トランスデューサと、
信号を前記少なくとも１つの超音波トランスデューサに供給するように配置された、本明細書に開示されるような供給デバイスと
を備える、超音波デバイスを提案する。

【0030】

特定の特徴によれば、そのような超音波デバイスは、単一のトランスデューサと、それ自体がそれ自体のデジタルインターフェースを備える、単一の供給デバイスとを備えることができる。

【0031】

別の特定の特徴によれば、いくつかの供給デバイスは、同じデジタルインターフェースによって制御され、本発明は、共通のデジタルインターフェースを共有するいくつかの超音波デバイスを備えるいわゆる複合超音波デバイスを提案する。

【0032】

さらに別の態様によれば、本発明は、並列に配置および／または制御される、本明細書に記載のいくつかの超音波デバイスを備える、超音波ヘッドを提案する。

【0033】

本発明による超音波ヘッドでは、各超音波トランスデューサは、各超音波トランスデューサを個々に制御することができるように、専用の供給デバイスに関連付けられている。したがって、本発明による超音波ヘッドの各超音波トランスデューサによって生成される超音波の特性は、個々に変更することができる。

【0034】

特に、超音波ヘッドの各超音波トランスデューサによって放出される超音波の振幅、周波数、および位相は、個々に各超音波トランスデューサに対して変更することができる。

【0035】

本発明による超音波ヘッドは、医療撮像、特に超音波撮像に使用することができる。

【0036】

代替的または追加的に、本発明による超音波ヘッドは、医療治療に使用することができる。

【0037】

代替的または追加的に、本発明による超音波ヘッドは、審美的処置に使用することができる。

【0038】

代替的または追加的に、本発明による超音波ヘッドは、例えば品質管理の目的でワークピースを撮像するために、またはさらにはワークピースを処理するために使用することができる。

【0039】

別の態様によれば、本発明は、
本明細書に開示される超音波ヘッドと、
前記超音波ヘッドの超音波デバイス用の少なくとも１つのデジタル制御装置と
を備える、超音波システムを提案する。

【0040】

一実施形態によれば、本発明による超音波システムは、超音波ヘッドの少なくとも１つの、特に各々の超音波デバイスに対して、前記超音波デバイス専用の個々のデジタル制御装置を備えてもよい。

【0041】

この場合、超音波ヘッドの各超音波デバイスは、専用のデジタル制御装置から生成される超音波に関するデータを受信する。

【0042】

本発明によるシステムは、超音波撮像システムであってもよい。この場合、システムは、既知の方式で、超音波を処理して少なくとも１つの超音波画像を生成するための手段を備えてもよい。

【0043】

本発明によるシステムはまた、処置システムであってもよい。この場合、システムは、既知の方式で、放出された超音波を処理して処置を実行するための手段を備える。

【0044】

特定の好ましい特徴によれば、システムは、例えば腎結石の溶解のための医療撮像システムおよび／または医療治療システムをもたらすように配置される。

【0045】

本発明の別の態様によれば、本発明によるシステムの使用が医療撮像のために提案される。

【0046】

本発明の別の態様によれば、人間または動物の身体の少なくとも１つのゾーンの審美的処置のために、本発明によるシステムの使用が提案される。

【0047】

さらに別の態様によれば、本発明は、設定点周波数の超音波を発生させるために、いわゆる二次供給信号で超音波トランスデューサに供給を行うための方法であって、
調整可能なインピーダンスを有する、特に接続可能または調整可能なキャパシタンスを含む同調回路を通して超音波トランスデューサに供給を行うために使用されるアナログ電力信号、いわゆる一次供給信号を電力インターフェースで生成するステップと、
そのインピーダンスを変更するように前記同調回路を制御し、それによりトランスデューサおよび前記同調回路によって形成されたアセンブリが、特に前記設定点周波数に同調される決定された共振周波数を有するように同調回路を制御するステップと
を含むことを特徴とする、方法を提案する。

【0048】

典型的には、この方法は、本明細書に記載の電力供給デバイス、または超音波デバイス、または超音波ヘッド、または超音波システム内で実施される。

【0049】

１つの特徴によれば、同調回路の同調の変更は、トランスデューサと並列に取り付けられたコンデンサの同期スイッチングによって実行される。

【0050】

別の特定の特徴によれば、コンデンサのスイッチング、ならびに電力インターフェースとトランスデューサとの間に直列に取り付けられたインダクタの入力側および出力側で検出される、入力位相と出力位相との間で検出される検出位相差に関するフィードバック制御によって制御される。

【0051】

本発明は、特に超音波による医療処置のためにＭＲＩと互換性がなければならない装置において、トランスデューサのマトリックスを駆動する問題を解決するのに役立つ。

【0052】

本発明は、ＭＲＩの磁場と干渉しないデバイスを実現し、各トランスデューサの駆動信号の振幅、周波数、および位相を個々に制御することを可能にする。この個々の制御により、焦点を変更することが可能である。焦点を変更するためのこの能力は、移動部材に追従し、より大きな領域を処置することを可能にし、したがって医師の作業を容易にする。同期スイッチングキャパシタンスに基づくその同期スイッチングシステムによって、本発明は、高いエネルギー変換効率を提供し、同時にヘッドおよびシステム全体の寸法を縮小することを可能にし、これによりすべての結果として生じる利点を有するトランスデューサアレイ内の超音波送信素子の数を増加させることを可能にする。

【0053】

したがって、本発明は、ＭＲＩ装置において、独立して各トランスデューサを制御し、その振幅、周波数、および位相を制御することを可能にする。既存の解決策と比較して、これは、各トランスデューサの設定のより細かい制御を可能にすることができる。これにより、医師は、このタイプの処置のより正確な処理操作および場合によっては新たな使用を提供することが可能になる。より大きなサイズの腫瘍を処置するために、ＭＲＩによって制御される移動部材の監視またはより大きな領域の処置など、いくつかの目的が可能である。

【0054】

本発明は、主にデジタル回路に基づくアーキテクチャを使用することを可能にし、これによりシステムをより堅牢にし、開発および実装をより簡単にする。これにより、複雑で調整が困難なアナログ解決策と比較して、製造コストを削減することが可能になり得る。

【0055】

これにより、特に以下の選択肢が可能になる：
－実装が簡単であり、コストが削減され、高度な集積化の見通しを有し、かつ堅牢性が向上したデジタルファーストのアーキテクチャ
－トランスデューサごとの、制御信号の振幅、周波数、および位相の個々の制御
－振幅、周波数、および位相を設定することを可能にし、医師が焦点を調整することを可能にし、また、いつでも最適なエネルギー変換の効率を確実にするトランスデューサの自動調整、すなわち「自動同調」。
－周波数および／または位相の変化によって、深さおよび焦点を調整することによる、超音波信号の偏向の増加。
－焦点合わせの精度の向上。

【0056】

当然のことながら、本発明による方法は、方法に関して、上述した少なくとも１つの特性の任意の組み合わせを含むことができ、これは簡潔にするためにここでは繰り返さない。

【0057】

それらの可能な組み合わせのすべてに従って、本明細書に記載の異なる任意選択の特徴を組み込む、本発明の様々な実施形態が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0058】

他の特徴および利点は、完全に非限定的な実施形態の詳細な説明、および添付の図面から明らかになるであろう。

【図1】超音波トランスデューサの電力供給デバイスの非限定的な実施形態の概略図である。

【図2】図１の電力供給デバイスのより詳細な実施形態を示す図である。

【図3】図１の供給デバイスを含む、本発明による超音波デバイスの非限定的な実施形態の概略図である。

【図4】図３のデバイスの例示的な「ｎ」個のマトリックスを含む、本発明による超音波ヘッドの非限定的な実施形態の概略図である。

【図5】図４のヘッドを含む、本発明による超音波システムの非限定的な実施形態の概略図である。

【図6】複合サブアセンブリを有する図４のヘッドの変形例を含む、本発明による超音波システムの非限定的な実施形態の概略図である。

【0059】

以下に説明される実施形態は、決して限定的ではない。特に、この特徴の選択が技術的利点を与えるのに、または先行技術に関して本発明を区別するのに十分である場合、開示される他の特徴とは別に、以下に開示される特徴の選択のみを含む本発明の変形を想像することが可能である。この選択は、その部分だけで技術的利点を与えるのに、または先行技術に関して本発明を区別するのに十分である場合、構造上の詳細のない、または構造上の詳細の一部のみを有する、少なくとも１つの、好ましくは機能的な特徴を含む。

【0060】

図では、いくつかの図に共通する要素について同じ参照符号が使用されている。

【発明を実施するための形態】

【0061】

本発明は、特に医療処置の場面において、超音波トランスデューサを制御することを可能にする構造を提案する。

【0062】

トランスデューサ３０２_ｉは、典型的には、ｎ個のトランスデューサのマトリックスとして配置され、「ｉ」は、１～ｎの範囲である。

【0063】

それらの組み合わせは、高電力超音波を放出することを可能にし、これは、異なるトランスデューサを同時に、しかし互いに異なる位相で放出することによって集束させることができる。そのようなアーキテクチャでは、各トランスデューサ３０２はそれ自体の制御インターフェースを有し、したがって超音波デバイス３００（超音波デバイスとも呼ばれる）を形成する。これらの超音波デバイスは、超音波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ）（または超音波（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ））ヘッドを形成するアセンブリ４００内に個々の超音波素子を形成する。

【0064】

動作中の超音波システム５００内では、すべての超音波素子３００は、デジタルシステム５０２、一般に対話インターフェースに関連付けられたコンピュータによって制御され、医師が超音波の電力および焦点を設定することを可能にする。これらの設定は、振幅、周波数、および位相において、デジタルシステムによって超音波ヘッドの各素子の個別の制御に変換される。通信バス５０４を介して、これらの個々の制御の各々は、超音波ヘッド５００内の対応する超音波素子３００のデジタルインターフェース１０８に送られる。

【0065】

各超音波素子３００について、この構造は、「一次」供給信号として適格とすることができるアナログ電力信号「ｓ_ａ」によって超音波トランスデューサ３０２の制御および供給を同時に実行する。この一次信号ｓ_ａは電力インターフェース１０６によって生成され、電力インターフェース１０６は、正方形または長方形のマルチレベル長方形信号の発生器１０２から生じる駆動信号「ｓ_ｐ」を形成するデジタル信号によって制御される。

【0066】

デジタルマルチレベル正方形信号または長方形信号の発生器１０２の各々は、対応するデジタルインターフェース１０８によって、周波数「Ｆ１」、位相「φ１」、またはさらには振幅「Ａ１」で制御される。

【0067】

電力インターフェース１０６は、典型的には、「Ｈ」ハーフブリッジ、および／または「Ｄ」級増幅器である。典型的には、したがって電力インターフェース１０６は、同じ周波数Ｆ１および同じ位相φ１の一次マルチレベル正方形または長方形供給信号を放出する。

【0068】

超音波トランスデューサ３０２はインダクタＬ１と直列であり、これによりマルチレベル正方形または長方形信号の高調波をフィルタリングすることが可能になり、「二次」供給信号として適格であり得る正弦波信号「ｓ’_ａ」をトランスデューサ３０２の端子に供給する。コンデンサＣ１は、電子スイッチＫ１を使用してトランスデューサ３０２と並列に載置される。決定された時間の一部のみの間、典型的には電力インターフェース１０６から出る一次信号ｓ_ａの各周期の決定された部分の間にコンデンサＣ１を切り替えることによって、同調回路１０４のインピーダンスの変更が行われ、インダクタＬ１、コンデンサＣ１、およびトランスデューサ３０２によって形成されたアセンブリ３０１、すなわち「同調トランスデューサ」３０１として説明することができるアセンブリの共振点（すなわち、その共振周波数Ｆ３_０）を変位させることが可能になる。

【0069】

マルチレベル正方形または長方形信号発生器１０２、位相比較器１１２、設定点１１０ならびにその加算器１１３、補正器１１４、および出力同期段１１５は、好ましくは、全体がデジタル回路によってもたらされることに留意されたい。

【0070】

図３は、本発明による超音波デバイスの非限定的な例示的な実施形態の概略図である。図３に示す超音波デバイス３００は、本発明による供給デバイス、特に図１の供給デバイス１００によって電力供給される超音波トランスデューサ３０２を備える。

【0071】

図４は、本発明による超音波デバイスの非限定的な例示的な実施形態の概略図である。図４の超音波ヘッド４００は、並列に配置され、マトリックスを形成する「ｎ」個の超音波デバイス３００_１～３００_ｎを備える。

【0072】

超音波デバイス３００_１～３００_ｎの少なくとも２つは、互いに同じであっても異なっていてもよい。

【0073】

各超音波デバイス３００_ｉは、図３の超音波デバイス３００と同一であってもよく、下付き文字「ｉ」で終わる同じ参照符号を有するデバイス３００のすべての素子を備える。

【0074】

図５は、本発明による超音波システムの非限定的な例示的な実施形態の概略図である。

【0075】

図５の超音波システム５００は、例えば図４の超音波ヘッド４００などの本発明による超音波ヘッドを備える。

【0076】

超音波システム５００は、超音波ヘッド４００から各超音波デバイス３００_ｉに、特に前記超音波デバイスの制御インターフェース１０８_ｉに接続された、コンピュータまたはタブレットなどの制御装置５０２、より一般的には任意のコンピュータ装置をさらに備える。

【0077】

図示の例では、制御装置５０２は、デジタル通信５０４および有線通信５０４を介して各制御インターフェース１０８_ｉに接続される。あるいは、例として、各制御インターフェース１０８_ｉ、またはそれらの一部のみが、無線リンクを介して制御装置５０２と通信してもよい。

【0078】

制御装置５０２は、各超音波デバイス３００_ｉによって放出される超音波の周波数、位相、および／または振幅を変化させるために、他の超音波デバイス３００_ｉとは個々に独立して各超音波デバイス３００_ｉを制御することを可能にする。これにより、各超音波デバイス３００_ｉによって送信される各超音波の振幅、周波数、および位相を、簡単で動的かつ応答的に調整することが可能になる。したがって、典型的には、異なる素子３００_ｉについて、互いに異なるが互いに調節された位相、ならびに超音波デバイス３００_１～３００_ｎによって放出される超音波の振幅を制御することによって、焦点を簡単に、柔軟に、かつ応答的に調整することが可能である。

【0079】

例えば、本発明が医療撮像デバイス、またはさらには治療において実施される場合、したがって、例えば移動部材のリアルタイム監視を実行するために、ヘッド４００の波の焦点を迅速かつ正確に変更することが可能である。

【0080】

図６は、システム６００が複数の「ｎ」個の超音波複合デバイス３０６_１～３０６_ｎで構成されるヘッド４０６を有する、図５の変形例を示している。これらの複合超音波デバイス、例えば参照符号３０６_１１で示すものの各々において、同じ共通のインターフェース１０８_１は、各々が電力を単一のトランスデューサ３０２_１１～３０２_１ｍに供給する複数の「ｍ」個の供給デバイス１００_１１～１００_１ｍを制御する。同様に、ブロック３０６_ｎは、供給デバイス１００_ｎ１～１００_ｎｍのそれぞれトランスデューサ３０２_ｎ１～３０２_ｎｍを直接制御する単一のデジタルインターフェース１０８_ｎを備える。

【0081】

これにより、各々がマトリックスの「ｍ」個のトランスデューサのグループを直接制御することが可能なデジタルインターフェースブロック１０８１～１０８ｍをもたらすことが可能になる。

【0082】

そして、マトリックスは、「ｍ」個のトランスデューサの「ｎ」個のグループに関連付けられたｎ．ｍ個のトランスデューサからなる。この数「ｍ」は必ずしも一定ではなく、ヘッド内で一方のサブセット内から他方のサブセット内で可変であり得る。一般に、トランスデューサのこのグループ化は小さく、例えば２～１６である。

【0083】

したがって、例えば、ヘッド内のデジタルインターフェースにおける構成要素のコンパクトさおよび数を増加させることが可能である。デジタルインターフェースおよび「ｍ」個のトランスデューサを含むコンパクトで標準的なサブアセンブリを工業的に製造することも可能であり、その標準的なサブアセンブリ３０６は、異なるタイプのヘッドを製造するために異なる構成で使用される場合がある。

【0084】

当然のことながら、本発明は、ここで説明した例に限定されるものではなく、本発明の範囲を超えることなくこれらの例に対して多くの調整を行うことが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2023-07-03

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を超音波トランスデューサ（３０２）に供給するためのデバイス（１００）であって、デジタルインターフェース（１０８）によって制御されるマルチレベル正方形または長方形信号発生器（１０２）によって提供される駆動信号（ｓ_ｐ）、特にマルチレベル正方形または長方形信号を受信し、そして、設定点周波数（Ｆ３）の超音波（ＵＳ）を発生させるようにアナログ電力信号（ｓ_ａ、ｓ’_ａ）を前記超音波トランスデューサに提供するように構成された電力インターフェース（１０６）を備え、
前記電力インターフェース（１０６）と前記超音波トランスデューサ（３０２）との間に取り付けられた同調回路（１０４）をさらに備え、前記同調回路（１０４）は、同調制御回路（１０９）によって制御され、それにより前記トランスデューサおよび前記同調回路（１０４）によって形成されたアセンブリ（３０１）は、特に前記設定点周波数（Ｆ３）に同調される決定された共振周波数（Ｆ３_０）を有することを特徴とする、デバイス（１００）。

【請求項2】

前記同調回路（１０４）は、その入力側に直列に取り付けられたインダクタ（Ｌ１）を備え、その出力側に、前記トランスデューサ（３０２）と並列に取り付けられた制御接続（Ｋ１）のコンデンサ（Ｃ１）を備え、前記接続（Ｋ１）は、前記インダクタ（Ｌ１）の前記入力側および前記出力側でそれぞれ検出される入力位相（φ_１）と出力位相（φ_２）との間で検出される検出位相差（Δφ_１２）の関数として制御されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス（１００）。

【請求項3】

前記同調回路（１０４）は、前記検出位相差（Δφ_１２）が決定された設定点値（Δφ_ｃ）に到達することを確実にするように前記コンデンサ（Ｃ１）の前記接続（Ｋ１）を制御するように配置されたフィードバック回路（１０９）を備えることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス（１００）。

【請求項4】

前記コンデンサ（Ｃ１）の前記接続（Ｋ１）は、前記検出位相差（Δφ_１２）がπ／２に等しい同調値に到達するように制御されることを特徴とする、請求項３に記載のデバイス（１００）。

【請求項5】

前記コンデンサ（Ｃ１）の前記接続（Ｋ１）は、パルス幅変調で動作する同期信号（Ｍ２）によって制御される（１１５）ことを特徴とする、請求項２～４のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。

【請求項6】

前記駆動信号（ｓ_ｐ）を生成するために、以下のパラメータ：
前記駆動信号の周波数（Ｆ）、
前記駆動信号の振幅（Ａ）、
前記駆動信号の位相（φ）
の少なくとも１つの任意の組み合わせを提供し、
前記デバイス（１００）が受信する（５０４）命令データから前記パラメータを決定し、前記パラメータは、
前記トランスデューサによって放出される音響信号（ＵＳ）の周波数（Ｆ３）、
前記トランスデューサによって放出される音響信号（ＵＳ）の振幅（Ａ３）、
前記トランスデューサによって放出される音響信号（ＵＳ）の位相（φ３）
をそれぞれ表す、
デジタル制御インターフェース（１０８）をさらに備えることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。

【請求項7】

前記同調制御回路（１０９）、ならびに前記インダクタ（Ｌ１）の前記入力における前記アナログ電力信号（ｓ_ａ）、いわゆる一次供給信号の制御および生成回路（１０８、１０２、１０６）は、デジタル回路によって全体的または部分的に実行されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。

【請求項8】

部分的または全体的に、少なくとも１つの集積回路に、特に単独で、または他の電子構成要素に関連付けられて統合されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。

【請求項9】

少なくとも、
超音波トランスデューサ（３０２）と、
電力を前記少なくとも１つの超音波トランスデューサ（３０２）に供給するように配置された、請求項１～８のいずれか一項に記載の供給デバイス（１００）と
を備える、超音波デバイス（３００）。

【請求項10】

並列に配置および／または制御される、請求項９に記載のいくつかの超音波デバイス（３００_１～３００_ｎ）を備える、超音波ヘッド（４００）。

【請求項11】

請求項１０に記載の超音波ヘッド（４００）と、
前記超音波ヘッド（４００）の前記超音波デバイス（３００_１～３００_ｎ）用の少なくとも１つのデジタル制御装置（５０２）と
を備える、超音波システム（５００）。

【請求項12】

医療撮像および／または治療システムをもたらすように配置されることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム（５００）。

【請求項13】

設定点周波数（Ｆ３）の超音波を発生させるために、いわゆる二次電力供給信号（ｓ’_ａ）で電力を超音波トランスデューサ（３０２）に供給するための方法であって、
調整可能なインピーダンスを有する同調回路（１０４）を通して超音波トランスデューサ（３０２）に電力（ｓ’_ａ）供給するために使用されるアナログ電力信号、いわゆる一次電力供給信号（ｓ_ａ）を電力インターフェース（１０６）で生成するステップと、
その前記インピーダンスを変更するように前記同調回路（１０４）を制御し、それにより前記トランスデューサおよび前記同調回路（１０４）によって形成されたアセンブリ（３０１）が、特に前記設定点周波数（Ｆ３）に同調される決定された共振周波数（Ｆ３_０）を有するように同調回路（１０９）を制御するステップと
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項14】

前記同調回路（１０９）のインピーダンス変更は、前記トランスデューサと並列に取り付けられたコンデンサ（Ｃ１）の同期スイッチング（Ｋ１）によって実行されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記コンデンサ（Ｃ１）の前記スイッチング（Ｋ１）は、前記電力インターフェース（１０６）と前記トランスデューサ（３０２）との間に直列に取り付けられたインダクタ（Ｌ１）の入力側および出力側でそれぞれ検出される、入力位相（φ_１）と出力位相（φ_２）との間の検出位相差（Δφ_１２）に関するフィードバック制御によって制御されることを特徴とする、請求項１３～１４のいずれか一項に記載の方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0017】

典型的には、同調回路内に、例えばトランスデューサに並列に取り付けられた接続可能または調整可能なコンデンサによって実施されるこのインピーダンス変更。典型的には、同調回路はまた、電力をトランスデューサに供給するアナログ電力信号が通過する、例えば直列に取り付けられたインダクタによって、アナログ電力信号の高調波をフィルタリングする。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0050】

別の特定の特徴によれば、コンデンサのスイッチングは、電力インターフェースとトランスデューサとの間に直列に取り付けられたインダクタの入力側および出力側で検出される、入力位相と出力位相との間で検出される検出位相差に関するフィードバック制御によって制御される。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0080】

図６は、システム６００が複数の「ｎ」個の超音波複合デバイス３０６_１～３０６_ｎで構成されるヘッド４０６を有する、図５の変形例を示している。これらの複合超音波デバイス、例えば参照符号３０６_１１で示すものの各々において、同じ共通のインターフェース１０８_１は、各々が電力を単一のトランスデューサ３０２_１１～３０２_１ｍに供給する複数の「ｍ」個の供給デバイス１００_１１～１００_１ｍを制御する。同様に、ブロック３０６ｎは、それぞれトランスデューサ３０２ｎ１～３０２ｎｍの供給装置１００ｎ１～１００ｎｍを直接制御する単一のデジタルインターフェース１０８ｎを備える。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0081】

これにより、各々がマトリックスの「ｍ」個のトランスデューサのグループを直接制御することが可能なデジタルインターフェースブロック１０８ _１ ～１０８ _ｍ をもたらすことが可能になる。

【国際調査報告】