これらの高度に複雑な信号（IVUS超音波画像診断、ICE心内画像診断、および高精細（HD）内視鏡システムで使用されるものなど）を伝送するには、プローブのトランスデューサーから画像処理装置へと、極めて高感度なアナログ信号伝送が不可欠です。こうした信号の多くは5 MHzを超えて動作し、中には50 MHzを超えるものもあり、潜在的な異常を検出するための高解像度画像や、正確な診断・治療介入を支えるために必要とされます。しかし、高周波信号の伝送は減衰、インピーダンス不整合、位相歪み、電磁干渉などの影響を受けやすく、いずれも画像の鮮明さを損なう要因となります。ホッテンでは、先進的画像診断用プローブ向けの高周波 同軸ケーブルアセンブリ を製造しています。以下の4つのコア技術により、信頼性の高い信号伝送を実現し、高品質な診断画像をサポートします。
高度なイメージングプローブは、ケーブルに対して同時にいくつかの厳しい要求を課します。
このケーブルには、以下の信号伝送が求められる場合があります 微弱または高周波の信号を、小型・遮蔽済み・機械的に制約された経路を通じて伝送すること その際、所定の特性インピーダンスを維持し、減衰が小さく、位相特性が安定し、環境条件下でも信頼性の高い性能を発揮する必要があります。
したがって、このケーブルは、イメージング信号伝送経路全体の一部として設計される必要があります。
もし → プローブは、限られた物理的距離を経て微弱で高周波の信号を送信します
ならば → 導体損失、誘電体損失、およびケーブル全体の減衰を評価します
なぜなら → 伝送損失が比較的小さくても、受信側電子回路に届く信号レベルに影響を及ぼす可能性があります。
もし → イメージングシステムでは、特性インピーダンスが制御された信号経路が用いられます
ならば → 制御導体／誘電体の幾何形状およびケーブルとコネクタ間の接続部
なぜなら → インピーダンスの不連続性により、信号経路に反射が生じることがあります。
もし → フェーズドアレイ方式またはマルチエレメント方式の画像化では、複数のチャネルを同時に動作させる必要があります。
ならば → 位相マッチング、電気的長さの一貫性、およびチャネル間の構造を評価します。
なぜなら → 信号経路間の差異は、チャネル間のタイミング関係に影響を及ぼす可能性があります。
もし → プローブは、強い電磁ノイズ環境で動作します。
ならば → 個別のシールド性能および全体的なシールド性能、シールド終端部、およびグラウンド構造を評価します。
なぜなら → 外部からの干渉やチャネル間結合により、感度の高い画像化信号が劣化する可能性があります。
もし → プローブまたはケーブルは、通常の使用中に繰り返し移動されます。
ならば → rF性能に加え、柔軟性および機械的耐久性も併せて評価します。
なぜなら → 機械的動きによって物理信号構造が変化したり、端子部に応力が集中したりする可能性があります。
現行のホッテン社の技術資料では、IVUS（血管内超音波）、ICE（心内エコー）、内視鏡画像診断システムにおいて特に重要となる、誘電体損失、インピーダンス整合、位相安定性、シールド性能の4つの課題に焦点を当てています。
オーダーメイド 高周波同軸ケーブル ホッテン社は、用途に応じた信号特性および機械的要件に合わせて、最適なケーブル構造を開発できます。
完成品については、以下を参照 Rf同軸ケーブルアセンブリ .
信号減衰量 軸性ケーブル 皮膚効果およびケーブルの誘電体における信号損失の影響により、周波数に応じて変化します。20 MHzで従来のケーブルを通過する際、深部組織から得られる微弱な反射信号は、1.5 dB／mを超える信号減衰を受けることがあります。ホッテン社では、膨張性ポリテトラフルオロエチレン（e-PTFE）や、10 MHzにおける損失正接（tanδ）が0.0005未満の微多孔性ポリエチレンといった、先進的な低損失誘電体材料を採用しています。これらの材料により、IVUSおよび超音波プローブ用ケーブルにおいて、微弱な反射信号をノイズフロア以上に維持しつつ、30 MHzでの挿入損失を0.3 dB／m以下に抑えることが可能になります。特にe-PTFEの多孔質な微細構造においても、比誘電率は極めて安定しており、長時間のスキャン中に減衰量が変動することを防ぎます。これにより、画像解像度の向上および組織への透過性の改善が直接実現されます。
ケーブルの接続部、コネクタ界面、または製造ばらつきによる特性インピーダンスの不連続性は、ゴースト像やレンジサイドローブなどの画像アーティファクトを引き起こす可能性があります。当社では、ホッテン社特許のクローズドループ押出制御および時領域反射計（TDR）システムを用いて、すべての部品を検証しており、これによりインピーダンス公差を2％未満（医療画像用途では50オームを標称値とするケーブル）に抑えることが可能です。また、当社のICEカテーテルケーブルおよび内視鏡用イメージングハーネスにおいては、ケーブルとプローブ内部のフレキシブル回路との界面にも特に注力しています。当社では、インピーダンスの急激な変化を避けるため、ケーブルのインピーダンスに合わせてトランジション基板をカスタム設計しています。このインピーダンスの連続性により、疾患と誤認されがちなリングダウンアーティファクトを排除します。すべての測定結果において、全帯域でVSWRは1.2:1未満です。
フェーズドアレイまたはマルチエレメントイメージングプローブ内における複数の信号経路間の相対位相整合は、正確なビームフォーミングにとって極めて重要です。チャンネル間のケーブルの形状や材質が変化すると、信号の到達時刻に差が生じ、再構成画像が位置ずれしたりぼやけたりします。ホッテン社は、位相安定性を実現するために以下の3つの主要な手法を採用しています：（1）各製造ロットにおける高誘電率材料の均一性の確保、（2）マルチコアシャルケーブル束において信号経路長を高精度でマッチング（例：公差±1 mm以内）、（3）高密度ブレードシールドにより、曲げても静電容量を均一に保つこと。また、自動イメージングシステム向けロボティクスワイヤハーネスでは、位相ドリフトを引き起こす内部応力を除去するための熱均一化処理も行っています。これにより、10 MHzにおいて位相誤差が2°未満というコヒーレントなビームフォーミングが実現されます。
医療機器メーカー（OEM）による画像診断機器開発プロジェクトにおいて、高周波同軸ケーブルの選定は、「低損失同軸ケーブルが欲しい」という漠然とした依頼から始めるのではなく、まず 画像診断方式および信号要件を明確にすることから始めます。 単に「低損失同軸ケーブル」という依頼から始めるべきではありません。
実用的なエンジニアリング手順は以下の通りです：
画像化要件 → 周波数 → 信号レベル → 減衰 → インピーダンス → 位相／チャネル間マッチング → シールド → 機械的制約 → コネクタの接続部設計 → 検証
優先順位は、使用する画像化システムによって異なります。
異なる画像化システムでは、電気的要件が大きく異なる場合があります。
一般的な設計入力情報には以下が含まれます：
| 仕様 | 技術的課題 |
|---|---|
| イメージング技術 | IVUS／ICE／超音波／内視鏡／その他の医療画像化技術 |
| 周波数 | 動作周波数帯域は？ |
| 信号タイプ | RF／アナログ／高速デジタル／混合信号 |
| 信号振幅 | 受信パスの感度はどの程度か？ |
| チャネル数 | 必要な信号パス数は？ |
| インピーダンス | 必要な公称インピーダンスは？ |
| 減衰 | システムが許容できる最大ケーブル損失は？ |
| 容量 | ケーブルの静電容量はシステム上の制約になりますか？ |
| 相 | チャンネル間の位相整合は重要ですか？ |
| ケーブル長 | 必要な信号パス長は？ |
もし → システムは複数のイメージングチャンネルを用います
ならば → ケーブル構造を選定する前に、チャンネル間の電気的要件を明確にしてください
なぜなら → ケーブルは、単一の同軸チャンネルの仕様を満たすだけでなく、信号パス間の一貫性を保つ必要があります
ケーブルの「低損失」という表現は、絶対的なものではありません
減衰は以下の要因に依存する可能性があります：
もし → イメージングシステムは、定義された周波数帯域で動作します
ならば → 単一の周波数ではなく、その帯域全体にわたって減衰を評価します
なぜなら → 単一の減衰値では、ケーブルの動作周波数範囲全体における挙動を適切に表せない場合があります。
もし → 受信信号が非常に微弱です
ならば → プローブから受信電子回路までの総合的な損失予算を評価します
なぜなら → ケーブル損失は、トータルなシステム伝送経路の一部にすぎません。
現在のHOTTEN社の記事では、特に高周波イメージング用途において、誘電体の選択と減衰性能との関連性について言及しており、ePTFEなどの低損失誘電体材料についても解説しています。
誘電体は、絶縁機能以上の影響を及ぼします。
関連する特性には以下が含まれます：
もし → 減衰はシステムの主要な制約要因である
ならば → 低損失誘電体構造を評価する
なぜなら → 誘電体損失は、高周波伝送における総合的な損失に寄与する。
もし → 同一のケーブルは、繰り返しの曲げにも耐えられる必要がある
ならば → 誘電体構造と機械的柔軟性を併せて評価する
なぜなら → 電気的最適化と機械的最適化が、互いに矛盾する要求を生じさせることがある。
マイクロおよび超細径同軸構造では、これは自然に以下の項目につながる：
そして：
医療機器における信号品質を確保するマイクロコアキシャルケーブルの設計
ケーブルの公称インピーダンスは、設計の一部にすぎません。
実際の信号経路は次のようになります：
プローブ要素
→ケーブル
→終了
→コネクタ
→フレキシブル回路／プリント基板（PCB）
→撮像用電子回路
もし → ケーブル自体は指定されたインピーダンスを有していますが、コネクタ部の遷移は制御されていません。
ならば → 遷移全体を評価してください。
なぜなら → 局所的なインピーダンス不連続性により、信号反射が生じることがあります。
もし → ケーブルは内部のフレキシブル回路または遷移基板に接続されています。
ならば → ケーブルの制御された伝送構造を基準としてインターフェースを設計してください。
なぜなら → 遷移部における大きな形状変化により、局所的な整合不良が生じることがあります。
これは現在のホッテン社の記事において特に重要である。なぜなら、すでにケーブルと内部フレキシブル回路との間の急激な接続変化を回避するために、トランジション・ボードをカスタマイズ可能であると明記されているからだ。
関連する技術的基盤は以下のとおりである：
高周波ケーブルアセンブリにおけるケーブルの特性インピーダンスとは？ その重要性について
マルチエレメントおよびフェイズドアレイ方式のシステムでは、信号経路の長さをできるだけ一致させる必要がある。
関連する変数には以下のようなものがあります：
もし → ビームフォーミングや画像再構成のために複数のチャンネルが統合される
ならば → 各チャンネル間の電気的長さおよび位相の一貫性を評価する
なぜなら → 信号経路の差異によって、信号の到達タイミングが変化する可能性がある。
もし → このケーブルには、個別にシールドされた同軸チャンネルが多数含まれている
ならば → チャンネル間で制御ケーブルの構成を一貫して保つ
なぜなら → 幾何学的形状や材料にわずかな違いがあるだけで、チャンネル間のばらつきが生じる可能性があります。
現在のHOTTENの記事では、位相安定性のための信号経路長のマッチングと誘電体の一貫性について特に言及しています。
高度なイメージングプローブにおいては、シールドを以下の2つの観点から検討できます：
外部ノイズの遮断
であり、
チャンネル間の内部干渉防止
関連する検討事項には以下が含まれます：
| シールドの機能 | 技術的課題 |
|---|---|
| 外部EMIからの保護 | 外部干渉源にはどのようなものがありますか？ |
| チャネル絶縁 | チャンネル間のクロストークは問題になりますか？ |
| シールドカバー | どの程度のシールド効果が求められますか？ |
| シールドの連続性 | シールドパスを連続した状態で維持できますか？ |
| グラウンドリターン | シールド／リターンはどのように接続すべきですか？ |
| 柔軟性 | シールド構造は、繰り返しの動きに耐えられますか？ |
| 終了 | シールドは各インターフェースでどのように接続されていますか？ |
もし → 複数の感度の高いチャンネルが密に配置されている
ならば → 個別のチャンネルごとのシールド性能と、全体としてのシールド性能の両方を評価する
なぜなら → チャンネル間結合は、外部EMIとは別に制御する必要がある場合があります。
もし → プローブは、他のRF機器や電気外科機器の近傍で使用される。
ならば → 完全なシールドおよびアース構造を評価する。
なぜなら → 外部の電磁環境によって、干渉制御に関する追加要件が課される場合がある。
既存のホッテン社の技術資料では、特定のIVUSおよびICE用途向けに、多層シールドとストランデッド（より線）アースリターン構造が記述されている。
高度なイメージングプローブでは、内部空間が限られていることが多い。
これは、以下の要素間での設計上のトレードオフを生じる：
チャネル数
対.
ケーブル
対.
遮断
対.
柔軟性
対.
電気性能
もし → 有効な内部空間を増やさずにチャンネル数を増加させる
ならば → 高密度ケーブル構造を検討する
なぜなら → 従来型のケーブル構造では、確保可能な配線領域に収まらない場合がある。
もし → ケーブルの外径を小さくする必要があります
ならば → 導体サイズ、誘電体構造、シールド、およびチャンネル配置を総合的に評価してください
なぜなら → ある方向の寸法を縮小すると、電気的損失が増加したり、機械的耐久性が低下したりする可能性があります。
ホッテン社の現行超音波用ケーブル製品群には、高密度・マイクロ同軸構造をはじめとするカスタマイズ可能なケーブルが含まれており、チャンネル数、導体サイズ、被覆材などの異なる仕様に対応しています。
高周波イメージング用ケーブルは、使用中に繰り返し動く必要がある場合があります。
考えられる機械的影響には以下のようなものがあります：
もし → プローブ操作中にケーブルが繰り返し曲げられる
ならば → 代表的なフレックス試験の前後で関連するRF測定値を比較する
なぜなら → 機械的応力後も、電気的性能はアプリケーションの受入基準内に維持されるべきである。
もし → 不具合はコネクタ付近に集中している
ならば → ストレインリリーフ、端子部の形状、および局所的な曲げ半径を調査する
なぜなら → コネクタ部の接続遷移部では、局所的により高い機械的応力が発生する可能性がある。
以下に直接接続されます：
フレックスライフ試験が、医療用ケーブルアセンブリの反復曲げ後の性能維持にどう貢献するか
ケーブルは実際の画像診断システムに合わせて設計されるべきである。
もし → このケーブルは血管内画像診断システム内部で使用される
ならば → 小型構造、信号の整合性、シールド性能、電気的均一性、およびカテーテルシステムの機械的制約を優先します。
なぜなら → このケーブルは、極めて狭い空間に収容されたイメージング構造内にて動作します。
ホッテン社では現在、血管内超音波（IVUS）イメージング用途向けにカスタマイズ可能なケーブルソリューションを提供しており、超薄型ケーブル構造や、導体・絶縁材・シールド材の選択が可能な製品をラインナップしています。
参照 IVUSケーブル .
もし → このケーブルは心内イメージングシステムで使用されます。
ならば → 高周波伝送、インピーダンス変換、コンパクトな配線、および用途特化型の機械的要件を検討してください。
なぜなら → このケーブルは、小型のカテーテルベースイメージングシステムの一部です。
もし → このケーブルは、多チャンネル対応超音波プローブとイメージング電子回路を接続します。
ならば → チャンネル数、静電容量、インピーダンス、シールド性能、外径（OD）、柔軟性を総合的に検討してください。
なぜなら → 超音波プローブ用ケーブルは、高密度な信号配線と厳格な機械的制約を同時に満たす必要があります。
HOTTEN社は現在、132チャンネルの低容量構成を含む、高チャンネル数およびマイクロコアキシャル構造を備えた超音波プローブ用ケーブル構成を提供しています。
参照 超音波プローブケーブル .
もし → このケーブルは、小型内視鏡画像診断システムに統合されています。
ならば → 外径（OD）、柔軟性、減衰、シールド性能、端子処理およびコネクタ占有スペースを、総合的に評価してください。
なぜなら → 配線可能な空間が限られている一方で、ケーブルには繰り返しの動きが加わる可能性があります。
有効なRFQでは、以下の両方を明確に定義する必要があります。 電気性能 および 物理的統合要件 .
| カテゴリー | 推奨情報 |
|---|---|
| 画像システム | IVUS／ICE／超音波／内視鏡 |
| 周波数 | 動作範囲 |
| 信号タイプ | RF／アナログ／その他 |
| チャネル数 | 信号パス数 |
| インピーダンス | 公称値および許容差 |
| 減衰 | 許容最大損失 |
| リターンロス | 該当する場合は必要な制限値 |
| 相 | 該当する場合は、チャンネル間マッチング要件 |
| 容量 | 目標値／最大値 |
| ケーブル長 | 公称値＋許容差 |
| ケーブル | 許容最大寸法 |
| 指揮者 | 線径（AWG）／材質／構造 |
| ダイレクトリック | 材質／構造 |
| 遮断 | 個別／全体／多層構造 |
| 柔軟性 | 静的／動的 |
| 曲線半径 | 最低限必要な数値 |
| コネクタ | メーカー名／部品番号 |
| 終了 | はんだ付け／圧着／カスタム |
| 設置環境 | 温度／湿度／滅菌 |
| テスト | RF＋機械的＋環境的 |
| 生産 | 試作／試験生産／量産 |
もし → rFQには「高周波同軸ケーブル」としか記載されていない
ならば → 周波数、インピーダンス、減衰量、ケーブル長、コネクタ、外径、環境条件を追加してください
なぜなら → そうでないと、同じ一般的な記述を満たす異なるケーブル構造が複数存在し、システムレベルでの結果が異なってしまう可能性があります。
実用的なエンジニアリング手順は以下の通りです：
画像化要件
→周波数／帯域幅
→信号レベル
→チャネル数
→インピーダンス／静電容量
→減衰
→位相整合
→遮断
→ケーブル
→柔軟性
→コネクタ／接続部
→プロトタイプテスト
→機械的・環境的検証
→量産確認
高度な超音波プローブ向け：
チャンネル数が多い
→ 周波数帯域を定義
→ 許容される減衰量を決定
→ インピーダンスおよび静電容量の要件を設定する
→ ルーティング可能なスペースを決定
→ 導体および誘電体の構造を選定
→ シールド構造を定義
→ チャネルのマッチング要件を設定
→ コネクタ／フレキシブル回路間の接続構造を定義
→ 完成品アセンブリの検証
→ 代表的な機械的試験を実施
→ 量産時の一貫性を確認。
IVUSシステムの場合：
小型カテーテル
→ 使用可能なケーブル外径を定義
→ 電気的要件の設定
→ 信号伝送路長の定義
→ 超細線ケーブル構造の選定
→ シールドおよびリターン構造の制御
→ 終端処理の定義
→ 電気的検証の実施
→ 用途に応じた機械的検証の実施
医療機器における信号品質を確保するマイクロコアキシャルケーブルの設計
臨床機器における信号品質を確保する医療用ケーブルアセンブリの設計要素
フレックスライフ試験が、医療用ケーブルアセンブリの反復曲げ後の性能維持にどう貢献するか
高周波ケーブルアセンブリにおけるケーブルの特性インピーダンスとは？ その重要性について
RF同軸ケーブルアセンブリが高周波信号の信頼性を確保するためのインピーダンス制御と損失低減手法
低ノイズ医療用ケーブルアセンブリが、より正確な診断信号を実現する仕組み
一部の症例では、イメージングプローブに加えて、電気メスシステムや、シールドが不十分な同軸ケーブルでノイズを発生させることが知られているフルオロスコープなどの他の放射線技術が併用されます。そのほか、ケーブルの動きによって誘起される信号など、内部から発生するノイズも原因となることがあります。ホッテン社は、3層シールド構造を採用することで、お客様の機器を保護しています。具体的には、内層に帯電防止効果のある半導体層（摩擦帯電を抑制）、中間層に高密度編組の銀メッキ銅シールド（遮蔽効率95％、外部からの磁界干渉を低減）、外層にアルミ箔シールド（電界結合を100％遮断）を組み合わせています。また、IVUSおよびICE用血管内カテーテルケーブルにおいて、共通モード電流を低減するため、より線状のグラウンドリターン導体を採用しています。この結果、30MHzにおけるトランスファーインピーダンスは3 mΩ／m未満となり、高コントラストかつアーチファクトのないクリーンな画像を実現します。
高度なイメージングプローブは、クリアな信号を実現するだけでなく、誘電体材料の厳選、インピーダンス制御の適用、およびプローブの位相・シールド設計に至るまで、細心の注意を払って開発されています。高周波同軸ケーブルアセンブリは、超音波プローブ、ICEカテーテル、IVUSハーネス、内視鏡システムなどに採用され、プローブ先端における音響および光学信号の品質を保証します。当社では400種類以上のケーブルバリエーションを開発し、年間40ライン以上のケーブル生産ラインを稼働させ、イメージングシステムを支えるために1万メートル以上の製造能力を確保しています。これらの技術は、正確な臨床診断を可能にし、患者さんにとって優れた治療成績の実現に貢献しています。
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