CN115299982A - 超声波探头以及超声波诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供超声波探头以及超声波诊断装置，即使是同时使用具备缓冲器部的高压发送电路和低压发送电路的情况，也能抑制漏电流。超声波探头具备：高压发送电路，发送比较高的电压；低压发送电路，发送比较低的电压；和振子，被从所述高压发送电路和所述低压发送电路选择性地发送电压，超声波探头的特征在于，所述高压发送电路具有：电流源部，基于设定信号使输出的电流和引入的电流变化；缓冲器部，对应于所述电流源部输出的电流和引入的电流来驱动所述振子；和阻抗控制部，与所述缓冲器部的输入端和输出端连接。

Description

超声波探头以及超声波诊断装置

技术领域

本发明涉及医疗用的超声波探头以及超声波诊断装置，特别涉及驱动超声波探头的各振子的发送电路。

背景技术

超声波诊断装置是通过接收发送到被检测体的超声波的回波信号来对被检测体的断层图像、将血流分布图像化的多普勒图像进行摄像的装置。对于发送超声波的超声波探头的各振子，在断层图像的摄像时施加100V程度的比较高的电压，与此相对，在多普勒图像的摄像时连续施加数V程度的比较低的电压。此外，为了提高断层图像、多普勒图像的空间分辨率，需要使各振子的尺寸更小，并且需要将对各振子施加电压来单独进行驱动的放大电路小型化。

在专利文献1中公开了放大电路以及超声波探头，为了将放大电路小型化而具备：电流源部，基于设定信号来使输出的电流和引入的电流变化；和缓冲器部，对应于电流源部输出的电流和引入的电流来驱动振子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特许第6309093号公报

但在将专利文献1的放大电路作为断层图像的摄像用的高压发送电路并与高压发送电路分开地设置多普勒图像的摄像用的低压发送电路的情况下，有时会在缓冲器部产生漏电流。即，由于具备缓冲器部的高压发送电路的输出阻抗比较低，从而有时会相对于从低压发送电路发送的信号产生漏电流。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供即使是同时使用具备缓冲器部的高压发送电路和低压发送电路的情况也能抑制漏电流的超声波探头以及超声波诊断装置。

为了达成上述目的，本发明具备：高压发送电路，发送比较高的电压；低压发送电路，发送比较低的电压；和振子，被从所述高压发送电路和所述低压发送电路选择性地发送电压，所述超声波探头的特征在于，所述高压发送电路具有：电流源部，基于设定信号使输出的电流和引入的电流变化；缓冲器部，对应于所述电流源部输出的电流和引入的电流来驱动所述振子；和阻抗控制部，与所述缓冲器部的输入端和输出端连接。

此外，本发明是特征为具备所述超声波探头的超声波诊断装置。

发明效果

根据本发明，能提供即使是同时使用具备缓冲器部的高压发送电路和低压发送电路的情况也能抑制漏电流的超声波探头以及超声波诊断装置。

附图说明

图1是本发明的超声波诊断装置的整体结构图。

图2是本发明的超声波探头的结构图。

图3是本发明的超声波探头所具有的发送电路的结构图。

图4是表示发送电路之中的高压发送电路的具体例的图。

图5是表示振子控制组件之中的配置的一例的图。

图6是表示振子控制组件之中的配置的其他示例的图。

附图标记说明

1：发送电路、2：振子、3：布线、9：发送信号生成电路、10：高压发送电路、11：高压控制部、12：电平移位器、13：高压驱动器部、14：缓冲器部、15：阻抗控制部、16：低压发送电路、17：低压控制部、18：低压驱动器部、20、26：N型MOS晶体管、21、27、28：N型高压MOS晶体管、22、24：P型MOS晶体管、23、25、29：P型高压MOS晶体管、30、31：开关、32：电阻、40：高压开关、42、43：低压开关、91：可变延迟电路、100：超声波诊断装置、101：主体、102：显示部、103：控制部、104：超声波探头、105：电缆、106：控制IC、107：振子组件、110：振子控制组件、111：接收电路、115：行周边电路、116：列周边电路、117：行控制信号、118：列控制信号、120：存储器、121：设定信息

具体实施方式

以下按照附图来说明本发明的超声波诊断装置以及超声波探头的实施方式。另外，在用于说明实施方式的全部附图中，对相同构件原则上标注相同的附图标记，省略其重复的说明。

此外，为了方便，在有该需要时会分割成多个段落或实施方式来进行说明，但除了特别明示的情况以外，这些相互都不是无关的，处于一方是另一方的一部分或全部的变形例、详细情况、补充说明等的关系。此外，在以下的实施方式中，在提及要素的数等(包含个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明示的情况以及原理上明确限定于特定的数的情况等以外，都并不限定于该特定的数，可以是特定的数以上，也可以是以下。

进而，在以下的实施方式中，其构成要素(还包含要素步骤等)除了特别明示的情况以及原理上明确认为是必须的情况等以外，都不一定是必须的，这点不言自明。同样地，在以下的实施方式中，在提及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况以及原理上明确认为并非如此的情况等以外，都设为包含实质与该形状等近似或类似的情形等。这些方面关于上述数值以及范围也是同样的。

使用图1来说明本发明的超声波诊断装置100的一例。超声波诊断装置100是通过接收发送到被检测体的超声波的回波信号来对被检测体的断层图像、将血流分布图像化的多普勒图像进行摄像的装置，将超声波探头104和主体101通过电缆105电连接来构成。

超声波探头104是对被检测体发送超声波并接收来自被检测体的回波信号的装置，具有振子组件107和控制IC(Integrated Circuit，集成电路)106。控制IC106例如由一个半导体芯片构成。超声波探头104的详细结构使用图2后述。

主体101是对超声波探头104供给用于发送超声波的电力并且基于超声波探头104接收到的回波信号来生成断层图像、多普勒图像并进行显示的装置，具有控制部103和显示部102。控制部103具备CPU(Central Processor Unit，中央处理器)、DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)、存储装置、通信接口、用户界面等，控制对超声波探头供给的电力，或者基于回波信号生成断层图像等。显示部102例如是液晶显示器，显示由控制部103生成的断层图像等。断层图像等的摄像条件由操作者经由键盘、鼠标、显示于显示部102的触控面板等用户界面来设定。

使用图2来说明超声波探头104的一例。如前述那样，超声波探头104具有振子组件107和控制IC106。振子组件107具有：对被检测体发送超声波且接收来自被检测体的回波信号的多个振子2。多个振子2例如在行方向即X方向上排列m个，在列方向即Y方向上排列n个，设为n行m列的二维配置。

控制IC106具有多个振子控制组件110、行周边电路115、列周边电路116和存储器120。振子控制组件110与各个振子2通过布线3电连接，具有发送电路1、发送信号生成电路9、接收电路111和可变延迟电路91。

发送电路1是通过对振子2施加电压来驱动振子2以使其发送超声波的电路，对应于所摄像的图像来控制对振子2施加的电压。例如，在断层图像的摄像时，施加100V程度的比较高的电压，在多普勒图像的摄像时，连续施加数V程度的比较低的电压。发送电路1的详细结构使用图3后述。

发送信号生成电路9是控制发送电路1驱动振子2的定时的电路。例如，发送信号生成电路9对定时进行控制，以使得从多个振子2发送的超声波在被检测体内扫描重合的点。

接收电路111是将振子2接收到的回波信号放大的电路。可变延迟电路91是对回波信号设定与发送到被检测体的超声波所重合的点至各振子2的距离相应的延迟时间的电路。将设定了延迟时间的回波信号发送到控制部103，用在断层图像等的生成中。

行周边电路115通过n组行控制信号117以行为单位来控制各个振子控制组件110。此外，列周边电路116通过m组列控制信号118以列为单位来控制各个振子控制组件110。行控制信号117、列控制信号118包含用于选择特定的振子2的信号、用于确定各个振子2的延迟时间的信号等设定信号，作为设定信息121存放在存储器120中。

使用图3来说明发送电路1的一例。发送电路1具有高压发送电路10和低压发送电路16，对应于所摄像的图像来使高压发送电路10和低压发送电路16的任一者选择性地动作。

高压发送电路10是在断层图像的摄像时动作且对振子2施加比较高的电压的电路，具有高压控制部11、电平移位器12、高压驱动器部13、缓冲器部14和阻抗控制部15。高压控制部11按照从发送信号生成电路9发送的高压发送信号进行控制，生成发送给电平移位器12的信号。电平移位器12对从高压控制部11发送的信号的电压电平进行变换。高压驱动器部13将通过电平移位器12对电压电平进行了变换的信号经由缓冲器部14向振子2输出。

低压发送电路16是在多普勒图像的摄像时动作且对振子2施加比较低的电压的电路，具有低压控制部17和低压驱动器部18。低压控制部17按照从发送信号生成电路9发送的低压发送信号来生成发送给低压驱动器部18的信号。低压驱动器部18将从低压控制部17发送的信号向振子2输出。

如前述那样，对振子2连接高压发送电路10和低压发送电路16。由于具有缓冲器部14的高压发送电路10的输出阻抗比较低，因而有时会相对于从低压发送电路16发送的信号在缓冲器部14产生漏电流。因此，在图3的高压发送电路10设置与缓冲器部14的输入端和输出端连接的阻抗控制部15。通过在高压发送电路10设置阻抗控制部15，从而在输入输出成为相同电位的缓冲器部14抑制漏电流。另外，高压控制部11、电平移位器12和高压驱动器部13作为基于设定信号使输出的电流和引入的电流变化的可变电流源部起作用。

使用图4来说明具有高压控制部11、电平移位器12、高压驱动器部13、缓冲器部14、阻抗控制部15的高压发送电路10的具体例。

高压控制部11具有开关30和开关31。开关30在一端输入基准信号A，在另一端连接电平移位器12所具有的N型MOS晶体管20的栅极端子。开关31在一端输入基准信号B，在另一端连接电平移位器12所具有的P型MOS晶体管24的栅极端子。基准信号A和基准信号B例如是1V和VDD-1V。开关30和开关31的接通/断开通过从发送信号生成电路9发送的作为高压发送信号的控制信号A和控制信号B来分别控制。

电平移位器12具有N型MOS晶体管20、N型高压MOS晶体管21、P型MOS晶体管22、P型MOS晶体管24、P型高压MOS晶体管25、N型MOS晶体管26。

N型MOS晶体管20使栅极端子与开关30连接，使源极端子与接地电位连接，使漏极端子与N型高压MOS晶体管21的源极端子连接。N型高压MOS晶体管21在栅极端子输入偏置电压VbiasA，使源极端子与N型MOS晶体管20的漏极端子连接，使漏极端子与P型MOS晶体管22的漏极端子以及栅极端子连接。P型MOS晶体管22使漏极端子以及栅极端子与N型高压MOS晶体管21的漏极端子连接，使源极端子与作为高压的正侧布线的HVDD连接。

P型MOS晶体管24使栅极端子与开关31连接，使源极端子与作为低压的正侧布线的VDD连接，使漏极端子与P型高压MOS晶体管25的源极端子连接。P型高压MOS晶体管25在栅极端子输入偏置电压VbiasB，使源极端子与P型MOS晶体管24的漏极端子连接，使漏极端子与N型MOS晶体管26的漏极端子以及栅极端子连接。N型MOS晶体管26使漏极端子以及栅极端子与P型高压MOS晶体管25的漏极端子连接，使源极端子与作为高压的负侧布线的HVSS连接。

若开关30通过控制信号A成为接通，则对N型MOS晶体管20的栅极端子施加基准信号A，从N型MOS晶体管20的漏极端子流过与基准信号A相应的电流。在从N型MOS晶体管20的漏极端子流过电流时，经由N型高压MOS晶体管21对P型MOS晶体管22传输将控制信号A的电压电平进行了变换的信号。即，N型MOS晶体管20、N型高压MOS晶体管21、P型MOS晶体管22作为对将开关30接通/断开控制的控制信号A的电压电平进行变换的电平移位器12起作用。另外，P型MOS晶体管24、P型高压MOS晶体管25、N型MOS晶体管26也同样作为对将开关31接通/断开控制的控制信号B的电压电平进行变换的电平移位器12起作用。

高压驱动器部13具有P型高压MOS晶体管23和N型高压MOS晶体管27。P型高压MOS晶体管23在栅极端子被施加对控制信号A的电压电平进行了变换的信号，使源极端子与HVDD连接，使漏极端子与缓冲器部14的N型高压MOS晶体管28的栅极端子连接。N型高压MOS晶体管27在栅极端子被施加对控制信号B的电压电平进行了变换的信号，使源极端子与HVSS连接，使漏极端子与缓冲器部14的P型高压MOS晶体管29的栅极端子连接。

若对P型高压MOS晶体管23的栅极端子施加对控制信号A的电压电平进行了变换的信号，则从漏极端子流过与对栅极端子施加的电压相应的电流。即，P型高压MOS晶体管23作为输出对电压电平进行了变换的信号的高压驱动器部13起作用。另外，N型高压MOS晶体管27也同样地作为输出对电压电平进行了变换的信号的高压驱动器部13起作用。

缓冲器部14具有N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29。N型高压MOS晶体管28使栅极端子与P型高压MOS晶体管23的漏极端子连接，使漏极端子与HVDD连接，使源极端子与振子2连接。P型高压MOS晶体管29使栅极端子与N型高压MOS晶体管27的漏极端子连接，使漏极端子与HVSS连接，使源极端子与振子2连接。即，N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29的源极端子成为缓冲器部14的输出端。此外，将N型高压MOS晶体管28的栅极端子和P型高压MOS晶体管29的栅极端子连接而构成缓冲器部14的输入端。

从高压驱动器部13的P型高压MOS晶体管23和N型高压MOS晶体管27的漏极端子流过的电流使N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29的栅极端子的电压上升。若栅极端子的电压上升，则从N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29的源极端子输出与上升的电压同等电平的电压，通过从源极端子输出的电压来驱动振子2。即，N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29作为对应于具有高压控制部11、电平移位器12和高压驱动器部13的电流源部所输出或引入的电流来驱动振子2的缓冲器部14起作用。

阻抗控制部15例如由与缓冲器部14并联连接的电阻32构成。在图4所示的发送电路1中，在由低压发送电路16驱动振子2时，同振子2一起对高压发送电路10的输出端也从低压发送电路16施加电压，但在低压发送电路16的动作中，由于高压发送电路10是停止中，且高压驱动器部13是断开状态，因此能通过电阻32使缓冲器部14的输入端的过渡性的电压变化与输出端为相同电位。由此，N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29的栅极-源极间电压成为相同电位。其结果，能抑制在缓冲器部14产生的漏电流。另外，电阻32的电阻值优选与高压驱动器部13的输出阻抗相比充分低，且与N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29的漏极-源极间电阻为相同程度。

电阻32的电阻值Rzctl的合适的范围能根据两个制约条件来决定。第一个制约条件是电阻32不阻碍高压发送电路10的缓冲器部14所进行的振子2的驱动，即，使缓冲器部14的输入信号Vin与输出信号Vout的比即放大率An接近于1。缓冲器部14的放大率An用下式表征。

【数学式1】

在此，gm是N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29的跨导系数，ro是N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29的输出电阻。另外，N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29的跨导系数设为相同值。此外，N型高压MOS晶体管28和P型高压MOS晶体管29的输出电阻也设为相同值。

根据一般的半导体工艺，由于gm·ro＞1，因此，为了使放大率An接近于1，Rzctl为与ro相同程度以上即可。即，Rzctl≥ro成为第一个制约条件。

第二个制约条件是在从高压发送电路10的输出施加信号时，消除缓冲器部14的输出与输入的电位差。在高压驱动器部13的输出阻抗为Zout时，缓冲器部14的输入信号Vin与输出信号Vout的关系用下式表征。

【数学式2】

为了在上式中设为Vin/Vout＝1，使Zout＞＞Rzctl即可，其成为第二个制约条件。因而，根据两个制约条件，电阻32的电阻值Rzctl的合适的范围成为ro≤Rzctl＜＜Zout。在电阻值Rzctl为合适的范围时，高压发送电路10的动作不会被阻碍，能抑制缓冲器部14中的漏电流。

使用图5来说明振子控制组件110之中的配置的一例。在图5中，高压开关40配置于低压发送电路16以及接收电路111与振子2之间。高压开关40对应于高压发送电路10和低压发送电路16的动作被进行接通/断开控制。即，高压开关40在高压发送电路10的动作中成为断开，在低压发送电路16的动作中成为接通。通过这样的接通/断开控制，能防止由从高压发送电路10输出的比较高的电压导致的低压发送电路16以及接收电路111的破坏。

另外，使高压发送电路10和低压发送电路16通过从发送信号生成电路9发送的高压发送信号和低压发送信号来选择性地动作。此外，在低压发送电路16的动作中，接收电路111成为断开。进而，在回波信号的接收时，高压开关40成为接通，低压发送电路16成为断开。

使用图6来说明振子控制组件110之中的配置的其他示例。在图6中，对图5的配置追加低压开关42、低压开关43和钳位二极管44。低压开关42配置于高压开关40以及低压发送电路16与接收电路111之间。低压开关42在回波信号的接收时成为接通，在低压发送电路16的动作中成为断开。钳位二极管44连接在低压开关42与接收电路111之间。低压开关43使一端连接在高压开关40与低压开关42之间，使另一端与输出端连接。

通过低压开关42，能将接收电路111从低压发送电路16分离。进而，通过钳位二极管44，能抑制向接收电路111的过大输入。此外，通过低压开关43，能不经由接收电路111地输出回波信号。

以上说明的实施方式可以有各种变化。例如，前述的“比较低的电压”和“比较高的电压”不一定非要是数V和100V，只要“比较低的电压”＜“比较高的电压”即可。

Claims (8)

1.一种超声波探头，具备：

高压发送电路，发送比较高的电压；

低压发送电路，发送比较低的电压；和

振子，被从所述高压发送电路和所述低压发送电路选择性地发送电压，

所述超声波探头的特征在于，

所述高压发送电路具有：

电流源部，基于设定信号使输出的电流和引入的电流变化；

缓冲器部，对应于所述电流源部输出的电流和引入的电流来驱动所述振子；和

阻抗控制部，与所述缓冲器部的输入端和输出端连接。

2.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，

所述阻抗控制部是电阻。

3.根据权利要求2所述的超声波探头，其特征在于，

所述缓冲器部包含N型MOS晶体管和P型MOS晶体管，

在所述N型MOS晶体管和所述P型MOS晶体管的输出电阻为ro、所述电流源部的输出阻抗为Zout时，所述电阻的电阻值Rzctl是ro≤Rzctl＜＜Zout的范围。

4.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，

所述超声波探头还具备：

接收电路，将所述振子接收到的回波信号放大，

在所述振子与所述低压发送电路以及所述接收电路之间设置高压开关，

在从所述高压发送电路发送电压时，所述高压开关成为断开。

5.根据权利要求4所述的超声波探头，其特征在于，

在从所述低压发送电路发送电压时，所述高压开关成为接通，所述接收电路成为断开。

6.根据权利要求4所述的超声波探头，其特征在于，

在所述高压开关以及所述低压发送电路与所述接收电路之间设置低压开关，

在从所述低压发送电路发送电压时，所述低压开关成为断开。

7.一种超声波诊断装置，其特征在于，

具备权利要求1所述的超声波探头。

8.一种超声波探头，具备：

高压发送电路，发送比较高的电压；

低压发送电路，发送比较低的电压；

振子，被从所述高压发送电路和所述低压发送电路选择性地发送电压；和

接收电路，将所述振子接收到的回波信号放大，

所述超声波探头的特征在于，

在所述振子与所述低压发送电路以及所述接收电路之间设置高压开关，

在从所述高压发送电路发送电压时，所述高压开关成为断开。

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