CN112638278A - 超声波诊断装置及脉冲信号发送器 - Google Patents

Abstract

本发明提供超声波诊断装置及脉冲信号发送器。超声波诊断装置具备能够与超声波振子连接、且向超声波振子输出驱动信号的信号输出部，该超声波振子向被检测体发送基于驱动信号的超声波并生成基于从被检测体反射来的超声波的检测信号。信号输出部具有：多个脉冲器，其输出脉冲状的驱动信号，与超声波振子并联连接；以及缓冲器，其与脉冲器的输入侧连接，使向脉冲器输入的信号稳定。

Description

超声波诊断装置及脉冲信号发送器

技术领域

本发明涉及超声波诊断装置及脉冲信号发送器。

背景技术

以往，将医疗器具插入心脏等脏器或血管(以下，适当记为“脏器等”。)内，进行脏器等的治疗。这样的治疗一边使用脏器等的3维图像掌握脏器等的状态一边进行。例如专利文献1中公开了生成脏器等的3维图像的超声波诊断装置

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-64074号公报

发明内容

发明要解决的课题

为了对脏器等实施恰当的治疗，需要能够宽范围地观察脏器等的内部的超声波诊断装置。

本发明的目的在于，鉴于上述问题提供能够扩大能够观察的区域的超声波诊断装置及脉冲信号发送器。

用于解决课题的手段

作为本发明第1方案的超声波诊断装置具备信号输出部，该信号输出部能够与超声波振子连接，并向所述超声波振子输出驱动信号，其中，所述超声波振子向被检测体发送基于所述驱动信号的超声波并生成基于从所述被检测体反射来的超声波的检测信号，

所述信号输出部具有：多个脉冲器，其输出脉冲状的驱动信号，与所述超声波振子并联连接；以及缓冲器，其与所述脉冲器的输入侧连接，使向所述脉冲器输入的信号稳定。

作为本发明的1个实施方式，所述脉冲器包含开关元件，通过控制所述开关元件的通断来生成所述驱动信号。

作为本发明的1个实施方式，所述脉冲器至少包含第1脉冲器和第2脉冲器，所述第1脉冲器作为所述驱动信号将正的脉冲和负的脉冲以规定模式排列的第1脉冲列向所述超声波振子的第一端输出，所述第2脉冲器作为所述驱动信号将所述第1脉冲列中包含的脉冲被置换为相反符号的脉冲的第2脉冲列向所述超声波振子的第二端输出。

作为本发明的1个实施方式，所述超声波诊断装置还包括：驱动装置，其能够与所述超声波振子所连结的轴连接；以及控制装置，其控制所述驱动装置，所述驱动装置包括所述信号输出部、从所述超声波振子获取所述检测信号的信号获取部、以及驱动所述轴的驱动部。

作为本发明的1个实施方式，在所述超声波诊断装置的基础上，所述控制装置基于与输出所述驱动信号的定时对应而生成的触发信号，使所述信号输出部输出所述驱动信号的定时与所述信号获取部获取所述检测信号的定时同步，并生成基于所述检测信号的诊断图像。

作为本发明第2方案的脉冲信号发送器包括用于输出脉冲信号的信号输出部和控制所述信号输出部的控制部，在所述脉冲信号发送器中，所述信号输出部具有：多个脉冲器，其与所述脉冲信号的输出目标并联连接；以及缓冲器，其与所述脉冲器的输入侧连接，使向所述脉冲器输入的控制信号稳定。

发明效果

根据本发明的超声波诊断装置及脉冲信号发送器，能够观察的区域扩大。

附图说明

图1是示出一实施方式的超声波诊断装置的构成例的框图。

图2是示出一实施方式的超声波诊断装置的构成例的立体图。

图3是示出导管中收容的超声波检查器的构成例的剖视图。

图4是示出在心脏的内部插入有导管的状态的一例的图。

图5是示出信号输出部的构成的一例的框图。

图6是示出以电压波形表示的驱动信号的一例的曲线图。

图7是示出具备多个脉冲器的信号输出部的构成例的框图。

图8A是示出以包含正负反转后的脉冲的电压波形表示的驱动信号的例子(第1脉冲器的输出)的曲线图。

图8B是示出以包含正负反转后的脉冲的电压波形表示的驱动信号的例子(第2脉冲器的输出)的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。在各图中，以同一附图标记标注的构成要素相同或等同。

如图1及图2所示，本实施方式的超声波诊断装置1包括控制装置10和驱动装置20。超声波诊断装置1能够经由驱动装置20与超声波检查器30连接。以下，说明超声波诊断装置1与超声波检查器30连接的实施方式。超声波检查器30向被检测体70发送超声波，并获取基于从被检测体70反射来的超声波的检测信号。检测信号包含与被检测体70相关的信息。超声波诊断装置1获取超声波检查器30的检测信号。

控制装置10向驱动装置20输出触发信号。驱动装置20在获取到触发信号的定时使超声波检查器30获取检测信号。控制装置10通过驱动装置20获取超声波检查器30的检测信号。控制装置10使本机输出的触发信号与从超声波检查器30获取的检测信号同步，基于检测信号生成被检测体70的诊断图像。

触发信号也可以从控制装置10向超声波检查器30输出。触发信号也可以从驱动装置20输出。在驱动装置20输出触发信号的情况下，控制装置10使从驱动装置20获取到的触发信号与从超声波检查器30获取到的检测信号同步，并基于检测信号生成被检测体70的诊断图像。

控制装置10包括控制部11、显示部12及操作部13。驱动装置20包括驱动部21、信号输出部22及信号获取部23。驱动装置20也记为MDU(Motor Drive Unit：马达驱动单元)。

控制装置10也可以包括控制部11、显示部12、操作部13、信号输出部22、及信号获取部23。此时，驱动装置20具备驱动部21。

控制部11对控制装置10的各构成部及驱动装置20的各构成部进行控制。控制部11可以通过读取特定的程序来执行特定的功能。控制部11例如可以包含处理器。控制部11可以具有用于保存多种信息及程序的存储部。存储部例如可以包含半导体存储器。存储部可以与控制部11分体构成。另外，控制部11也可以输出触发信号。

显示部12显示由控制部11生成的信息。显示部12既可以显示诊断图像也可以显示与超声波诊断装置1的操作相关的信息。显示部12可以包含例如液晶显示器或有机EL(Electro-Luminescence：电致发光)显示器等显示设备。

操作部13受理由操作者进行的信息或指示等的输入，并将其向控制部11输出。操作部13可以包含例如键盘、鼠标、或触摸面板等输入设备。在操作部13包含触摸面板的情况下，触摸面板也可以与显示部12一体地构成。

如图3所示，超声波检查器30收容导管40中。医疗工作者等操作者将导管40插入血管中，从而超声波检查器30到达心脏等脏器或血管的内部。心脏等脏器或血管以下也记为“脏器等”。操作者手动操作超声波检查器30，观察脏器等的内部。超声波检查器30具有插入到脏器等的内部一侧的端部和进行操作的手部一侧的端部。插入一侧的端部也称为前端部。进行操作的手部一侧的端部也称为基端部。超声波检查器30与导管40也可以一体地构成为例如超声波导管。

超声波检查器30包括超声波振子31、轴32及管33。超声波振子31向被检测体70发送超声波，并接收从被检测体70反射来的超声波。轴32为具有挠性的线状部件。轴32以其前端部与超声波振子31连结，以基端部与驱动部21连结。管33为具有挠性的筒状的部件，覆盖轴32的周向。管33与轴32密合，因此能够不妨碍轴32的旋转及移动地相对于导管40在延伸方向上滑动。另外，为了使超声波检查器30的基端侧的手部的推入力容易向超声波检查器30的前端侧传递，管33的基端部比管33的前端部硬。

例如如图4所示，导管40可以插入作为被检测体70的心脏的内部。导管40穿过经由下腔静脉IVC插入于右心房RA的第1护套83而插入到右心房RA的内部。导管40也可以插入至上腔静脉SVC。另外，Brocken brough针80穿过经由下腔静脉IVC插入右心房RA的第2护套84而插入到右心房RA的内部。Brocken brough针80被用于贯穿隔离右心房RA与左心房LA的卵圆窝H而使右心房RA到左心房LA开通。超声波检查器30将与Brocken brough针80及左心房LA的内壁的状态相关的检测信号向信号获取部23输出。控制部11基于检测信号生成供操作者把握Brocken brough针80的位置及左心房LA的内壁的状态的诊断图像。

驱动部21对轴32进行驱动，从而使与轴32的前端部连结的超声波振子31沿着导管40的延伸方向移动或沿着导管40的周向旋转。驱动部21可以包含马达等驱动机构。驱动部21可以具备受理由操作者进行的操作输入的接口。超声波诊断装置1的操作者通过经由驱动部21来控制超声波振子31的位置及姿态，从而能够获得被检测体70的希望位置处的诊断图像。

信号输出部22输出用于向超声波振子31施加电压的信号。用于向超声波振子31施加电压的信号也称为驱动信号。信号输出部22通过在轴32内设置的信号线与超声波振子31电连接。如图5所示，信号输出部22包括作为可编程设备的一种的CPLD(ComplexProgrammable Logic Device：混合可编程逻辑设备)24和脉冲器26。例如，CPLD24为了向超声波振子31施加电压而输出多个控制信号(例如，数字信号)。

脉冲器26输出矩形波的脉冲信号。脉冲信号的电压大于控制信号的电压。脉冲器26具有从CPLD24获取控制信号的端子。从CPLD24获取控制信号的端子也称为信号输入端子(例如，数字信号输入端子)。脉冲器26包含开关元件，基于从CPLD24获取到的控制信号控制开关元件的通断。开关元件可以包含例如MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等半导体元件。脉冲器26可以通过控制开关元件的通断而变为不输出电压的截止状态、以及输出第1电压的第1状态及输出第2电压的第2状态中的某一种。第1电压可以是正的电压。第2电压可以是负的电压。第1电压的绝对值与第2电压的绝对值既可以相等也可以不同。脉冲器26可以包含生成第1电压及第2电压的恒压电路。脉冲器26也可以与外部的电源电路连接以从外部的电源电路获取第1电压及第2电压。

在脉冲器26向超声波振子31施加电压的情况下，电流从脉冲器26流向超声波振子31。例如在脉冲器26向超声波振子31施加第1电压的情况下，基于第1电压的施加的电流流向超声波振子31。超声波振子31可以是压电陶瓷等压电型。在超声波振子31为压电型的情况下，超声波振子31针对电压的施加主要作为电容性负载动作。超声波振子31越大，流向超声波振子31的电流越大。

脉冲器26具有多个数字信号输入端子。数字信号输入端子可以包含第1信号输入端子和第2信号输入端子。脉冲器26可以在第1信号输入端子获取到控制信号的情况下变为第1状态。脉冲器26可以在第2信号输入端子获取到控制信号的情况下变为第2状态。脉冲器26可以在第1信号输入端子及第2信号输入端子双方未获取到控制信号的情况下变为截止状态。脉冲器26可以通过第1信号输入端子、第2信号输入端子的高(High)与低(Low)的组合变为第1状态、第2状态、截止状态。信号输入端子可以还包含获取使能信号的使能端子。

CPLD24生成与各信号输入端子对应的控制信号并向各信号输入端子输出，以使脉冲器26变为希望的状态。CPLD24可以在从控制部11获取到触发信号的定时向脉冲器26输出控制信号。CPLD24通过控制向脉冲器26输出控制信号的定时来控制脉冲器26作为驱动信号输出的电压的波形。例如，CPLD24可以控制输出控制信号的定时，以使脉冲器26作为驱动信号输出猝发波。猝发波为具有将脉冲或正弦波等周期性波形连续输出的期间和不输出波形的期间的信号。驱动信号如图6所例示，可以包含5个正的脉冲和4个负的脉冲交替排列的脉冲列。包含这样的脉冲列的驱动信号也称为4.5波的猝发波。也就是说，脉冲器26可以输出脉冲状的驱动信号。图6中，横轴及纵轴分别表示时间及电压。驱动信号的正及负的振幅分别以+Vp及-Vp表示。驱动信号也可以是包含2组正负的脉冲的2个波的猝发波。驱动信号中包含的脉冲的数量不限于以上所述。驱动信号中包含的脉冲的数量越少，则从超声波振子31发送超声波的时间越短，诊断图像的分辨率越高。另外，驱动信号中包含的脉冲的数量越多，则从超声波振子31发送超声波的时间越长，检测信号的强度越高。

信号获取部23从超声波振子31获取检测信号。超声波振子31将检测到从被检测体70反射来的超声波的结果作为检测信号向信号获取部23输出。信号获取部23可以包含使信号增幅的放大器等增幅器。信号获取部23可以利用增幅器使从超声波振子31获取到的检测信号增幅，并向控制部11输出。

驱动装置20通过驱动部21控制超声波振子31的位置及角度并通过信号输出部22使超声波振子31发送超声波，从而能够对向被检测体70发送的超声波进行2维扫描。控制部11能够使从信号获取部23获取的检测信号与由驱动部21进行的超声波振子31的位置及角度的控制相关的信息同步，生成2维的诊断图像。

从信号输出部22输出的驱动信号于在信号线中传输的期间衰减。向超声波振子31传输的驱动信号的强度越大，则超声波振子31发送的超声波的强度越大。超声波的强度越大，则诊断图像中包含的被检测体70的观察范围越宽。

在本实施方式的超声波诊断装置1中，信号输出部22包含在驱动装置20中。另一方面，在比较例1的装置中，信号输出部22包含在控制装置10中。本实施方式的超声波诊断装置1与比较例1相比，能够缩短从信号输出部22到超声波振子31的信号线，减少驱动信号在从信号输出部22传输到超声波振子31的期间的衰减量。其结果，本实施方式的超声波诊断装置1能够增大从超声波振子31发送的超声波的强度，扩大诊断图像中包含的被检测体70的观察范围。也就是说，本实施方式的超声波诊断装置1通过驱动装置20具备信号输出部22而能够生成观察宽范围的诊断图像。

在本实施方式的超声波诊断装置1中，控制装置10与驱动装置20通过触发信号的收发而同步动作。通过采用这种方式，从而即使作为驱动信号的输出源的信号输出部22未包含在控制装置10中，控制装置10也能够使驱动信号输出的定时与获取检测信号的定时同步而生成诊断图像。

在本实施方式的超声波诊断装置1中，信号输出部22作为超声波振子31的驱动信号由脉冲器26生成基于开关元件的通断的矩形波的脉冲并输出。另一方面，在比较例2的装置中，信号输出部22输出包含正弦波等的模拟信号。生成模拟信号的电路容易比脉冲器26大。此外，需要对模拟信号进行增幅的电路。由此，与比较例2的装置中的信号输出部22相比，本实施方式的超声波诊断装置1的信号输出部22容易实现小型化。也就是说，本实施方式的超声波诊断装置1通过使得信号输出部22具备脉冲器26而能够使信号输出部22小型化。驱动装置20配置在被检者的附近，以能够由操作者在被检者的附近操作。另外，驱动装置20要求小型而操作者容易处理。根据本实施方式的超声波诊断装置1，能够在使驱动装置20小型化的同时将信号输出部22容纳在驱动装置20的内部。其结果，本实施方式的超声波诊断装置1能够减小驱动信号的衰减量，能够生成观察宽范围的诊断图像。

例如在被检测体70为心脏等脏器的情况下，要求生成更宽范围的诊断图像。超声波诊断装置1为了生成更宽范围的诊断图像，使从超声波检查器30发送的超声波到达更宽范围。超声波振子31可以为了使超声波到达宽范围而形成得很大。超声波振子31越大，则超声波振子31的驱动所需的电流越大。若超声波振子31增大，则存在超声波振子31的驱动所需的电流超过能够从1个脉冲器26稳定地输出的电流的情况。也就是说，若仅是从1个脉冲器26输出的驱动信号，则存在无法稳定地驱动超声波振子31的情况。

如图7所示，信号输出部22可以具备多个脉冲器26。多个脉冲器26可以包含第1脉冲器26a和第2脉冲器26b。第1脉冲器26a及第2脉冲器26b可以与超声波振子31并联连接。在该情况下，能够在维持从各脉冲器26向超声波振子31施加的电压的同时，减小从各脉冲器26流向超声波振子31的电流。通过采用这种方式，从而各脉冲器26流向超声波振子31的电流成为比各脉冲器26能够稳定地输出的电流低的值。其结果，即使在超声波振子31增大的情况下，信号输出部22也能够稳定地向超声波振子31输出电流。需要说明的是，控制部11与信号输出部22构成用于向作为输出目标的超声波振子31输出驱动信号(脉冲信号)的脉冲信号发送器。

信号输出部22可以在各脉冲器26的输入侧还具备缓冲器25。缓冲器25能够对因电路的电阻而降低的输入电压进行修正并输出。因此，缓冲器25将控制信号分支给各脉冲器26并均等地输出，使从CPLD24输出的控制信号稳定。从缓冲器25到各脉冲器26的控制信号的传递时间大致相同。通过采用这种方式，从而容易使得各脉冲器26输出驱动信号的定时同步。为了使得从缓冲器25到各脉冲器26的控制信号的传递时间大致相同，例如，可以使从缓冲器25到各脉冲器26的布线长度大致相同。另外，也可以在缓冲器25与各脉冲器26之间连接延迟电路。另外，信号输出部22也可以针对各脉冲器26分别具备缓冲器25。即使输入电流针对脉冲器26不足，也能够使从CPLD24输出的控制信号稳定。

信号输出部22可以在各脉冲器26的输出侧进一步具备输出电阻27。输出电阻27使各脉冲器26输出的电流的大小的差减小。也就是说，输出电阻27能够提高与超声波振子31并联连接的各脉冲器26流动的电流的均匀性。通过采用这种方式，从而在多个脉冲器26的任一者中，均能够使得流向超声波振子31的电流低于能够稳定地输出的电流。其结果，信号输出部22的稳定性提高。输出电阻27的电阻值可以适当设定。

本实施方式的超声波诊断装置1具备多个脉冲器26，从而即使在超声波振子31变大的情况下，也能够稳定地驱动超声波振子31。其结果，生成更宽范围的诊断图像。

超声波振子31可以在第一端与基准电位点连接，在第二端与脉冲器26连接。在该情况下，向超声波振子31施加的电压与从脉冲器26施加的驱动信号的电位和基准电位的电位差对应。超声波振子31可以在第一端与第1脉冲器26a连接并在第二端与第2脉冲器26b连接。在该情况下，向超声波振子31施加的电压与从第1脉冲器26a施加的驱动信号的电位和从第2脉冲器26b施加的驱动信号的电位的电位差对应。

在第1脉冲器26a及第2脉冲器26b分别与超声波振子31的第一端及第二端连接的情况下，第1脉冲器26a及第2脉冲器26b可以分别输出正负符号反转后的脉冲。例如，第1脉冲器26a及第2脉冲器26b可以分别输出由图8A及图8B中例示的电压波形表示的驱动信号。在图8A及图8B中，横轴及纵轴分别表示时间及电压。图8A中示出的电压波形包含5个正的脉冲与4个负的脉冲交替排列的第1脉冲列。也就是说，可以说第1脉冲列是正的脉冲与负的脉冲以规定模式排列的波形。图8B中示出的电压波形包含5个负的脉冲与4个正的脉冲交替排列的第2脉冲列。也就是说，可以说第2脉冲列是第1脉冲列中包含的脉冲被置换为相反符号的脉冲的波形。图8A及图8B中示出的脉冲的正及负的振幅分别以+Vp/2及-Vp/2表示。

在超声波振子31的两端被输入基于图8A及图8B中例示的电压波形的电压的情况下，向超声波振子31的两端施加的电压对应于图8A的电压波形与图8B的电压波形的电位差而以图6中示出的电压波形表示。图6中示出的电压波形的振幅的绝对值以Vp表示。另一方面，图8A及图8B中示出的电压波形的振幅的绝对值为Vp/2。也就是说，图8A及图8B中示出的电压波形合成的结果，生成图6中示出的电压波形。

像这样，通过合成各脉冲器26的输出，从而合成得到的输出电压大于各脉冲器26输出的电压。也就是说，可以减小各脉冲器26的输出。其结果，向各脉冲器26供给的电源电压降低。

本实施方式的超声波诊断装置1具备使正负符号反转并输出的至少2个脉冲器26，从而能够降低电源电压。其结果，能够使装置进一步小型化。

本发明不限定于上述实施方式中特定的构成，能够在不脱离权利要求书记载的发明的要旨的范围内实施多种变形。例如，各构成部、各步骤等中包含的功能等能够避免逻辑矛盾而重新构成，能够将多个构成部或步骤等组合为1个、或进行分割。

另外，本发明的包括控制部11和信号输出部22的脉冲信号发送器能够应用于超声波诊断装置1以外的装置。例如，该脉冲信号发送器能够取代超声波振子31应用于具有用于接受来自信号输出部22的脉冲信号以使电流流向生物体组织的电极的应用装置。在这样的应用装置中，也能够通过使得信号输出部22具备与作为脉冲信号的输出目标的电极并联连接的多个脉冲器26，从而在维持从各脉冲器26向电极施加的电压的同时，减小从各脉冲器26流向电极的电流。通过采用这种方式，从而各脉冲器26流向电极的电流成为低于各脉冲器26能够稳定地输出的电流的值。其结果，即使在电极被施加高电压的情况下，信号输出部22也能够稳定地向电极输出电流。需要说明的是，在这样的应用装置中，信号输出部22被组装在控制装置10中，并能够省略驱动装置20。

附图标记说明

1 超声波诊断装置

10 控制装置

11 控制部

12 显示部

13 操作部

20 驱动装置

21 驱动部

22 信号输出部

23 信号获取部

24 CPLD

25 缓冲器

26 脉冲器

27 输出电阻

30 超声波检查器

31 超声波振子

32 轴

33 管

40 导管

70 被检测体

80 Brocken brough针

83 第1护套

84 第2护套

RA、LA 右心房、左心房

IVC、SVC 下腔静脉、上腔静脉

H 卵圆窝

Claims (6)

1.一种超声波诊断装置，其特征在于，

具备信号输出部，该信号输出部能够与超声波振子连接，并向所述超声波振子输出驱动信号，其中，所述超声波振子向被检测体发送基于所述驱动信号的超声波，并生成基于从所述被检测体反射来的超声波的检测信号，

所述信号输出部具有：多个脉冲器，其输出脉冲状的驱动信号，与所述超声波振子并联连接；以及缓冲器，其与所述脉冲器的输入侧连接，使向所述脉冲器输入的信号稳定。

2.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，

所述脉冲器包含开关元件，通过控制所述开关元件的通断来生成所述驱动信号。

3.根据权利要求1或2所述的超声波诊断装置，其特征在于，

所述脉冲器至少包含第1脉冲器和第2脉冲器，

所述第1脉冲器作为所述驱动信号将正的脉冲和负的脉冲以规定模式排列的第1脉冲列向所述超声波振子的第一端输出，

所述第2脉冲器作为所述驱动信号将所述第1脉冲列中包含的脉冲被置换为相反符号的脉冲的第2脉冲列向所述超声波振子的第二端输出。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声波诊断装置，其特征在于，

还包括：驱动装置，其能够与所述超声波振子所连结的轴连接；以及控制装置，其控制所述驱动装置，

所述驱动装置包括所述信号输出部、从所述超声波振子获取所述检测信号的信号获取部、以及驱动所述轴的驱动部。

5.根据权利要求4所述的超声波诊断装置，其特征在于，

所述控制装置基于与输出所述驱动信号的定时对应而生成的触发信号，使所述信号输出部输出所述驱动信号的定时与所述信号获取部获取所述检测信号的定时同步，并生成基于所述检测信号的诊断图像。

6.一种脉冲信号发送器，其包括用于输出脉冲信号的信号输出部和控制所述信号输出部的控制部，所述脉冲信号发送器的特征在于，

所述信号输出部具有：多个脉冲器，其与所述脉冲信号的输出目标并联连接；以及缓冲器，其与所述脉冲器的输入侧连接，使向所述脉冲器输入的控制信号稳定。

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