CN1751662A - 超声波诊断装置 - Google Patents

Abstract

一种超声波诊断装置，具备多个压电振子、发送电路、以及接收电路。在接收电路中，设置了：放大所述接收信号的放大器；具有对于所述发送信号的振幅大、对于所述接收信号的振幅小的阻抗的振幅限制电路；以及切换将通过了所述振幅限制电路的所述接收信号引到所述放大器的通道，并且具有对于比所述发送信号的振幅小、比所述接收信号的振幅大的振幅的耐压特性的模拟开关。

Description

超声波诊断装置

技术领域

本发明涉及通过向被检体发送超声波信号、接收并解析反射波得到被检体内的信息的超声波诊断装置。

背景技术

超声波诊断装置是通过从内装在超声波探针(probe)中的压电振子向被检体内照射超声波脉冲，用压电振子接收在被检体内已产生的反射波并进行各种处理，得到被检体内的断层图像和血流信息等的生物体信息的装置。

图5是表示现有的超声波诊断装置的一例的构成图(例如参照日本特开平8-131440号公报)。

图5所示的现有的超声波诊断装置1是在装置主体2内设置接收电路3和发送电路4，在经由信号线5将接收电路3和发送电路4与共同的超声波探针6连接的构成。超声波探针6通常设置60个元件到200个元件左右的压电振子7而被构成。

在超声波探针6中，按照压电振子7的个数连接多个信号线5。即，各信号线5的一端分别与压电振子7连接，另一端分支并分别被引到接收电路3和发送电路4。

另外，在从超声波探针6一侧向接收电路4一侧已分支的各信号线5上，设置了耐高压开关7，并能从共同的发送电路4向多个压电振子7发送发送信号那样被构成。

同样地，在从超声波探针6一侧向接收电路3已分支的各信号线5上，设置了二极管开关8，二极管开关8的另一端分别与前置放大器9连接。而且，用共同的接收电路能接收来自多个压电振子7的接收信号那样被构成。

二极管开关8是在与二极管开关(SW)切换电路10连接，通过来自SW切换电路10的开关切换信号来切换二极管的基点(basis)状态并作为开关的构成。另外，在二极管开关8中设置了在过剩电流被流过的情况下将电流旁通到大地的旁通电容11。

此外，也有不设置耐高压开关8，将专用的接收电路3和发送电路4分别连接到每个压电振子7的构成的超声波诊断装置。

在图5所示的现有的超声波诊断装置1中，通过耐高压开关7的开闭来选择发送信号的通道和压电振子7，从发送电路4经由信号线5将发送信号作为电脉冲施加到超声波探针6内所选择的压电振子7。因此，压电振子7进行驱动，并向被检体发送超声波信号。此外，在被检体内反射波产生并再次由压电振子7接收，变换成电信号，作为接收信号给与接收电路3，在装置主体2中被接收。

此处，为了从压电振子7将充分的信号强度的超声波信号发送到被检体内并再次用压电振子7以充分的信号强度接收反射波，将发送信号做成振幅例如最大为数100Vpp、频率为1MHz～10数个MHz的信号，另一方面将压电振子7的振子阻抗数做成10Ω～数100Ω。就是说，为了在压电振子7中给与充分的振动能量，作为发送信号应投入必要的电源(power)。

通过这样的发送信号的条件，接收信号作为噪声电平为1～2nV/rtHz程度、振幅从噪声电平到数10mVpp程度的信号能够得到。

此外，在接收电路3中所接收的接收信号被引到二极管开关8。而且，开关切换信号从SW切换电路10被给与二极管开关8，通过二极管开关8的驱动而选择的通道的接收信号被给与前置放大器9。这样，被给与前置放大器9的接收信号被放大后被给与后级未图示的控制系统，并作为用于得到被检体内的构造和血流等的信息的原始数据。

就是说，图5所示的现有的超声波诊断装置1是通过对于振幅最大的发送信号由耐高压开关8、对于振幅小的接收信号由导通电阻小的二极管开关8分别切换并进行发送接收，使接收电路3和发送电路4的个数减少的构成。

图6是表示现有的超声波诊断装置的其它例的构成图。

图6所示的现有的超声波诊断装置1A是与图5所示的超声波诊断装置1相同，在装置主体2中设置接收电路3和发送电路4，再经由信号线将接收电路3和发送电路4与共同的超声波探针6连接的构成。

在超声波探针6中，按照压电振子7的个数连接多个信号线5。即，各信号线5的一端分别与压电振子7连接，另一端分支并分别被引到接收电路3和发送电路4。

另外，对于超声波探针6一侧的发送信号和接收信号，在共同的各信号线5上设置耐高压开关12，另一方面，在从超声波探针6一侧已分支到接收电路3一侧的各信号线5上设置了限幅器13。

对于图6所示的现有的超声波诊断装置1A，在发送信号和接收信号的通道选择中，通过对共同的耐高压开关12驱动，选择发送信号和接收信号。此外，发送信号从发送电路4经由耐高压开关12被给与压电振子7，另一方面，接收信号经由耐高压开关12和耐高压开关12和限幅器13从压电振子7被给与接收电路3内的前置放大器9。

这时，振幅大的发送信号被限幅器13限制成不流入前置放大器9一侧。

如图5、图6所示那样，现有的超声波诊断装置1、1A通过开关能够切换信号的通道那样被构成，并用比压电振子7的个数更少的接收电路3和发送电路4构成超声波诊断装置1、1A。

在这种情况下，对于开关要求低电容、低导通电阻、高截止-绝缘(高截止电阻)、短切换时间、与发送信号的接点和通过点的高耐压性、配置容易、小封装(高密度安装)以及廉价等特性。

但是，在具备了图5所示的二极管开关8的现有的超声波诊断装置1中，存在以下问题。

首先，第1，在现有的超声波诊断装置1中，花费切换时间这样的问题。在现有的超声波诊断装置1中，每个接收信号的通道对于二极管开关8必须有旁通电容11。假定没有设置旁通电容11，则通过发送信号和来自SW切换电路10的控制信号而峰值电流流过基底，有与误动作和向其它通道的噪声混入有关之虞。

因此，在现有的超声波诊断装置1中必须有旁通电容11，但是，例如在SW切换电路10的输出阻抗是10ohm，旁通电容11的电容是0.1μF的情况下，切换了二极管开关8时的时间常数变成10ohm×0.1μF＝10μsec。因此，实际上，在切换了二极管开关8的情况下，在返回到原始状态之前，必要的时间变成时间常数的大约10倍的100μsec程度。

但是，在接收通道数比在超声波探针6中所具备的压电振子7的个数少的情况下，顺次切换接收通道，实行扫描并生成图像，但例如在用67μsec(频率15KHz)程度接收接收信号的同时，在切换了接收通道后，就会用其它的接收通道接收接收信号。

就是说，接收通道的切换所需要的时间短是重要的，大约10μsec程度是实用水平。与此相对，在二极管开关8的接收通道的切换中，如果切换时间是100μsec，则花费时间过多，因此并不实用。

而且，如果接收通道的切换不充分，则二极管开关8的钳位电压和阻抗发生变动，尤其在通过基于接收信号的时间变动的图像处理而得到的多普勒图像中，将产生人为构造(artifact)，这是严重的问题。

第2，在现有的超声波诊断装置1中存在截止-绝缘(OFF-isolation)低劣的问题。

在现有的超声波诊断装置1中，在发送信号的电压变成比接地(GND)电平负一侧的情况下，例如在双极发送和负尖峰(undershoot)的情况下，二极管开关8变成导通。之后，如果发送信号的电压变成比GND电平正一侧，则在二极管开关8的逆恢复时间中使发送信号通过。

另外，即使没有发送信号的电压成为比GND电平负一侧的情况，在二极管开关8中也有寄生电容。发送信号的波形具有200V程度的大振幅和高速的上升沿和下降沿，因此，容易穿过二极管开关8。而且，如果发送信号穿过二极管开关8，则就变成前置放大器9的饱和和超声波图像中的人为构造(artifact)的产生要因。

第3，在现有的超声波诊断装置1中存在接收信号基点变动的问题。

二极管开关8在变成导通状态时，正向电压被施加到各二极管。在一般的二极管开关8中，为了变成导通状态有必要施加0.7V程度的电压。由于该特性，对于二极管开关8，在截止状态和导通状态下基点(basis)将会变动。

因此，在二极管开关8中，将电容插入接收信号线中，从而成为AC耦合。为了减小插入损耗，该AC耦合的电容有必要使用大容量的电容。

另外，如果在二极管开关8中所设置的电阻小，则将产生电流性噪声并作为NF(Noise Figure，噪声图形)将影响超声波图像，因此使用某种程度大的值的电阻。

因此，在切换了二极管开关8的截止状态和导通状态时的基点的恢复时间的时间常数变大，恢复时间变长。即，在二极管开关8已变成截止状态和导通状态的情况下，为了使基点恢复到原来的期待值，就必须通过从SW切换电路10经由比较大的值的各电阻、各二极管所供给的电流将AC耦合用的容量大的电容充电，因此在基点稳定以前需要长的时间。

另一方面，在对于图6所示的发送信号和接收信号已具备共同的高耐压开关12的现有的超声波诊断装置1A中，存在以下的问题。

首先，第1，在现有的超声波诊断装置1A中，对于用于切换接收信号和发送信号的高耐压开关12，存在由于高耐压截止-绝缘(OFF-isolation)和低导通电阻具有相反的特性而不能并存的问题。例如，能经得起振幅从200Vpp到300Vpp程度的发送信号的高耐压开关12，其导通电阻将从30Ω变大到50Ω。

第2，在现有的超声波诊断装置1A中，存在着耐高压开关12的输入输出端子电容大的问题。耐高压开关12的输入输出端子电容是40pp左右，成为悬挂在发送接收信号线上的电容负荷，因此作为NF的影响变大。

第3，在现有的超声波诊断装置1A中，存在由于耐高压开关12的开关噪声而在超声波图像中产生人为构造的问题。即，如果耐高压开关12的开关噪声加载在发送接收信号线上，则宛如发送信号那样使振子驱动，因此在超声波图像中将出现在与期待的定时不同的定时进行超声波发送那样的人为构造。

第4，在现有的超声波诊断装置1A中，在耐高压开关12的驱动中存在需要高电源电压的问题。即，在耐高压开关12的驱动中，有必要使振幅从200Vpp到300Vpp程度的发送信号通过，因此用于使耐高压开关12驱动的电源电压有必要比它大。因此，随着电源种类的增加，有关电源监视机构等的安全的设备成为必要，超声波诊断装置1A就会变得昂贵。

发明内容

本发明就是鉴于现有的问题而形成的，其目的在于提供通过具有更良好的特性的开关构成来切换在发送接收超声波的压电振子和接收电路之间所传送的接收信号的通道的超声波诊断装置。

涉及本发明的超声波诊断装置，为达到上述的目的，具备：向被检体发送超声波脉冲，并接收由所述脉冲产生的反射波的多个压电振子；分别将发送信号给与所述各压电振子并进行驱动的发送电路；以及分别接收来自所述各压电振子的接收信号的接收电路，在所述接收电路中，设置了：放大所述接收信号的放大器；具有对于所述发送信号的振幅而言大、对于所述接收信号的振幅而言小的阻抗的振幅限制电路；以及对将已通过了所述振幅限制电路的所述接收信号引到所述放大器的通道进行切换，而且具有对于比所述发送信号的振幅小、比所述接收信号的振幅大的振幅的耐压特性的模拟开关。

在这样的涉及本发明的超声波诊断装置中，能够通过具有更良好的特性的开关的构成来切换在发送接收超声波的压电振子和接收电路之间所传送的接收信号的通道。

附图说明

图1是表示涉及本发明的超声波诊断装置的第1实施例的构成图；

图2是表示图1所示的超声波诊断装置的限幅器的一个构成例的电路图；

图3是简化了包含图1所示的超声波诊断装置的接收电路的接收系统的等效电路模型的构成图；

图4是表示涉及本发明的超声波诊断装置的第2实施例的构成图；

图5是表示现有的超声波诊断装置的一例的构成图；以及

图6是表示现有的超声波诊断装置的其它例的构成图。

具体实施方式

参照附图说明关于涉及本发明的超声波诊断装置的实施例。

图1是表示涉及本发明的超声波诊断装置的第1实施例的构成图。超声波诊断装置20是在装置主体21中连接了超声波探针22的探针电缆23而被构成的。在装置主体21中，设置了发送电路24和接受电路25，发送电路24的输入一侧和接收电路25的输出一侧分别与未图示的控制系统连接。

超声波探针22通常具备从60个元件到200个元件程度的压电振子26(超声波振子)。各压电振子26分别与信号线27的一端连接，各信号线27的另一端分支，其一端被引到发送电路24，另一端被引到接收电路25。装置主体21和压电振子26之间的信号线27用绝缘体保护，形成探针电缆23。

超声波探针22具有：将通过各压电振子26从发送电路24接收的发送信号变换成超声波信号，并发送到未图示的被检体的功能；以及接收超声波信号反射到被检体内的脏器和血管等的器官后产生的反射波，并变换成电信号作为接收信号给与接收电路25的功能。

压电振子26做成例如振子阻抗数被设定为10Ω～数100Ω，能产生必要的振动能量，以便在1～22nV/rtHz程度上以从噪声电平到数10Vpp程度的充分的信号强度接收反射波。

发送电路24具有从各压电振子26将充分的信号强度的超声波信号发送到被检体内，再次为在压电振子26中以充分的信号强度接收反射波，将必要的振动energy经由各信号线27分别作为发送信号给与各压电镇子26的功能。

而且，发送电路24被构成为将振幅例如最大为数100Vpp、频率为1MHz～10数MHz的发送信号给与各压电振子。

接收电路25具有接收由超声波探针22的各压电振子26接收的接收信号，变换成规定的信号强度的数字信号后给与后级未图示的控制系统的功能。因此，接收电路25是从超声波探针22一侧串联连接作为放大接收信号的放大器的前置放大器28、ADC(模数转换器)29而被构成，ADC29与跟目的相应的未图示的控制系统连接。而且，被给与接收电路25的接收信号在前置放大器28中被放大后，在ADC29中被变换成数字信号并被给与后级的未图示的控制系统。

另外，为了超声波诊断装置20的小型化和简易化，通过共同的前置放大器28、ADC29以及后级的电路能处理从多个压电振子26接收的接收信号那样，在1个前置放大器28的输入一侧经由模拟开关30连接来自多个压电振子26的信号线27。

图1是表示来自2个压电振子26的各信号线27经由模拟开关30与共同的前置放大器28连接，通过模拟开关30切换被引到前置放大器28的2个接收信号的通道并进行选择的构成的例子。

模拟开关30至少具有对于比发送信号的振幅小、比接收信号的振幅大的振幅的耐压特性。就是说，模拟开关30使用经不住发送信号那样大的振幅，但对于像接收信号那样小的振幅能经得住的耐低压的模拟开关。具有这样的特性的模拟开关30最好例如能够用CMOS(互补型金属氧化半导体)开关构成。CMOS开关是将FET(场效应晶体管)开关作为P/N对象的开关，截止-绝缘良好，偏移(off-set)小，而且比较廉价。

另外，在模拟开关30的超声波探针22一侧的各信号线27上，分别设置了作为振幅限制电路的限幅器31。此外，在模拟开关30和前置放大器28之间设置了并联调谐电路32。

限幅器31具有对于从发送电路24应给与超声波探针22的各压电振子26的发送信号的振幅而言阻抗大、对于从各压电振子26应引到接收电路25内的前置放大器28的接收信号的振幅而言阻抗小的特性。而且，通过限幅器31被限制成在振幅大的发送信号和接收信号中超过一定的阈值的振幅的接收信号不能进入模拟开关30和前置放大器28一侧。

图2是表示图1所示的超声波诊断装置20的限幅器31的一个构成例的电路图。

如图那样，限幅器31例如由多个二极管和电阻等的电路要素构成。

限幅器31具备振幅依存性电路31a和钳位电路31b。振幅依赖性电路31a通过与钳位电路31b组合，从而对于发送信号阻抗大、另一方面对于接收信号阻抗小那样被构成。

振幅依存性电路31a被构成为4个二极管DH1、DH2、DL1、DL2被连接成桥状。即，2个二极管DH1、DH2在阳极一侧相互反向被连接，剩余的2个二极管DL1、DL2在阴极一侧相互反向被连接。此外，反向被连接的2组二极管DH1、DH2以及二极管DL1、DL2分别在阴极一侧和阳极一侧被连接。

在这些振幅依存性电路31a的4个二极管DH1、DH2、DL1、DL2中，使用能经受住发送信号的振幅电压的耐高压二极管。二极管DH1、DH2、DL1、DL2可根据想通过的信号的振幅能够用平面二极管和肖特基二极管(schottky diode)构成。

另外，在二极管DH1的阳极一侧和二极管DH2的阴极一侧之间连接第1基点电流供给电路31c。同样地，在二极管DL1的阴极一侧和二极管DL2的阳极一侧之间也连接第2基点电流供给电路31d。第1基点电流供给电路31c和第2基点电流供给电路31d分别在串联(DC)的电源电压Vp、Vn上串联连接电阻R1、R2，在电源电压Vp、Vn和电阻R1、R2之间分别并联设置旁通电容c1、c2。

如图2所示那样，第1基点电流供给电路31c的电阻R1一侧被连接在二极管DH1的阳极一侧和二极管DH2的阴极一侧之间，第2基点电流供给电路31d的电阻R2一侧被连接在二极管DL1的阴极一侧和二极管DL2的阳极一侧之间。

第1基点电流供给电路31c和笫2基点电流供给电路31d的电源电压Vp、Vn例如被设定为+5V、-5V这样的低电压的DC电压。而且，这样被构成的第1基点电流供给电路31c和第2基点电流供给电路31d具有分别向振幅依存性电路31a供给从二极管DH1、DH2、DL1、DL2的阳极一侧向阴极一侧的基点电流的功能。

即，在振幅依存性电路31a中，施加电源电压Vp、Vn，在各二极管DH1、DH2、DL1、DL2的正向供给由电阻R1、R2决定的基点电流。而且，通过向振幅依存性电路31a供给基点电流，从而能够将各二极管DH1、DH2、DL1、DL2的导通电阻抑制得小。

另外，二极管DH1、DH2的各阴极一侧和二极管DL1、DL2的各阳极一侧分别形成振幅依存性电路31a的输入一侧和输出一侧。而且，振幅依存性电路31a的输出一侧设置钳位电路31b。

钳位电路31b用相互反向并联连接并被接地的2个二极管D3、D4构成。在构成钳位电路31b的2个二极管D3、D4也能够用平面二极管和肖特基二极管构成。

另一方面，被设置在analog开关30和前置放大器28之间的并联调谐电路32，主要通过电感器构成，并具有对于某种已决定的频率的信号补偿由于负荷电容的NF的恶化的功能。

图3是简化了包含图1所示的超声波诊断装置20的接收电路25的接收系统的等效电路模型的构成图。

包含接收电路25的接收系统与图3所示的已简化的电路等效。即，接收系统与如下电路等效：在电压Vs的接收信号的输出上串联连接压电振子26的热噪声Et的发生源、相当于压电振子26的输出阻抗Rt的电阻、前置放大器28的电压性噪声Ena的发生源、前置放大器28的输入阻抗Ra的同时，分别并联连接在前置放大器28和压电振子26之间的负荷电容Cp和并联调谐电路的电感器Lp以及在前置放大器28内前置放大器28的电流性噪声Ina的发生源的电路。

如果依据该接收系统的模型，则作为输入到接收电路25的前置放大器28的总噪音的输入换算噪声Enin，如果将接收信号的角频率设定为ω，则能用式(1)表示。

Enin2＝Ena2·Rt2{ωCp-1/(ωLp)}2+{Ena2+(Ina·Rt)2+Et2}   (1)

就是说，并联调谐电路32如式(1)那样具有对角频率ω的接收信号设定电感器Lp，补偿负荷电容Cp的NF的恶化的功能。而且，能够按照成为NF的恶化的补偿对象的频率ω从多个电感器能选择适当的电感器Lp。

另一方面，在从超声波探针22一侧已分支到发送电路24一侧的信号线27上，设置了发送接收分离电路33。发送接收分离电路33具有从发送电路24一侧的信号线27上的电路电气分离接收电路25一侧的信号线27上的电路的功能。发送接收分离电路33例如能够相互反向地并联连接一对二极管而构成。在这种情况下，二极管的阻抗对于振幅从噪声电平到数10mVpp程度的接收信号是充分大，对于振幅大的发送信号变成导通状态。

这样，能够构成这样的发送接收分离电路33，即对于接收信号二极管的阻抗充分高，能够充分地忽视发送电路24一侧的负荷电容给与接收信号的影响，另一方面，发送信号经过二极管能够到达超声波探针22。

除了使用这样的二极管的构成外，发送接收分离电路33还能够使用将双极型晶体管的基极和集电极短路(short)的电路和将FET的栅极和漏极短路(short)的电路替代二极管以及像只在发送时间变成导通状态那样控制了的半导体开关构成。

接着，说明关于超声波诊断装置的作用。

首先，在接收电路25的限幅器31中，预先从第1基点电流供给电路31c和第2基点电流供给电路31d向各二极管DH1、DH2、DL1、DL2正方向供给基点电流。因此，各二极管DH1、DH2、DL1、DL2的导通电阻被抑制得小。而且，模拟开关130被驱动并选择引到前置放大器28的接收信号的通道。

另一方面，从未图示的控制系统将控制信号给与发送电路24，在发送电路24中，作为发送信号生成从数MHz到十数MHz、数百Vpp的电脉冲。在发送电路24中所生成的发送信号经由信号线27被引到发送接收分离电路33。发送信号的电压比构成发送接收分离电路33的二极管变成导通状态且变成低阻抗的电压大，因此能够通过二极管。

通过了发送接收分离电路33的发送信号到达接收电路25一侧的信号线27和发送电路24一侧的信号线27的汇合点，经由用于传送发送信号和接收信号的共同的信号线27被传送到超声波探针22一侧。

此处，在假定没有限幅器31的情况下，有发送信号电压被施加到接收电路25之虞。而且，假定发送信号的电压例如被施加到接收电路25的耐低压的模拟开关30和前置放大器28，则这些模拟开关30和前置放大器28将被破坏。

但是，发送信号的振幅大，因此使被设置在接收电路25一侧的限幅器31的二极管DH1、DH2、DL1、DL2的阻抗变大，并使之变成截止。即，如果将各二极管DH1、DH2、DL1、DL2的正向电压设定为±VF，则发送信号的电压大到±VF的范围外。因此，如果将发送信号输入到振幅依存性电路31a的输入一侧，则接收电路25通过钳位电路31b的各二极管D3、D4被钳位，因此各二极管D3、D4的阳极一侧的电位只上升到+2VF程度。同样地，各二极管D1、D2的阴极一侧的电位只下降到-2VF程度。

因此，由于发送信号而二极管DH1的阴极一侧的电位上升，如果二极管DH1的阴极一侧的电位超过+VF则在二极管DH1中不能施加充分的正向电压。因此，二极管DH1的阻抗就会急剧上升。这时，二极管DL2的阴极一侧的电位也上升，因此，在二极管DL2中也不能施加充分的正向电压。因此，二极管DL2的阻抗也会急剧上升。

相反，由于发送信号二极管DH1、DL2的阴极一侧的电位下降，如果二极管DH1、DL2的阴极一侧的电位未满-VF则在二极管DL1DH2中不能施加充分的正向电压。因此，二极管DL1、DH2的阻抗就会急剧上升。

其结果，发送信号不直接进入接收电路25的模拟开关30和前置放大器28而被衰减，因此模拟开关30和前置放大器28不会被破坏。就是说，即使具有超过发送信号那样的+VF的大振幅的信号输入到接收电路25，在限幅器31中也被限制到钳位电压程度。

但是，对接收电路25不给与坏影响的情况下被引到超声波探针22的发送信号被施加到压电振子26。压电振子26将作为从发送电路已接收的发送信号的电脉冲变换成超声波脉冲并发送到未图示的被检体内。于是，在被检体内产生反射波，在被检测体内产生的反射波由压电振子26接收并被变换成电信号。

在压电振子26中所得到的反射波的电信号变成振幅为数十mVp程度的接收信号，并经由信号线27被传送到接收电路25一侧。这时，接收信号是振幅从噪声电平到数10mVpp的信号，因此构成发送接收分离电路33的二极管的阻抗变得充分高。为此，发送电路24一侧的线路从接收电路25一侧的接收信号的传送线路被电气分离，发送电路24一侧的负荷电容给与接收信号的影响充分地被减小。

而且，发送信号被引到接收电路25，到达限幅器31的振幅依存性电路31a的输入一侧。

这时，从第1基点电流供给电路31c21和笫2基点电流供给电路31d22正向供给通过电阻RH、RL的作用各二极管DH1、DH2、DL1、DL2的导通电阻变得充分小那样的基点电流，因此到达了振幅依存性电路31a的输入一侧的接收信号经由导通电阻变得充分小的振幅依存性电路31a的各二极管DH1、DH2、DL1、DL2从振幅依存性电路31a的输出一侧被引到模拟开关30。

即，接收信号的电压是各二极管DH1、DH2、DL1、DL2的正向电压±VF或其以内的小振幅，因此各二极管DH1、DH2、DL1、DL2在维持正向的基点状态的同时使接收信号通过振幅依存性电路31a的输出一侧。通过了各二极管DH1、DH2、DL1、DL2的接收信号被引到钳位电路31b一侧，但钳位电路31b的各二极管D3、D4的阻抗对于电压在±VF或其以内的接收信号而言充分大，因此对接收信号没有影响。

为此，流过由模拟开关30选择的通道的振幅小的接收信号经由限幅器31被引到耐低压的模拟开关30。此外，接收信号经由模拟开关30被引到前置放大器28一侧，通过并联调谐电路32补偿负荷电容引起的NF的恶化。即，通过并联调谐电路32如式(1)那样设定与接收信号的角频率ω相应的电感器Lp，并补偿负荷电容Cp引起的NF的恶化。

而且，这样的并联调谐电路32的NF的恶化补偿后的接收信号在被引到前置放大器28并放大后，被给与ADC29。在ADC29中，接收信号被变换成数字信号并给与后级的未图示的控制系统。此外，在控制系统中，接收信号作为断层图像信息和血流信息的取得用的原始数据被利用。

以上那样的超声波诊断装置20是这样的构成，即，在接收电路25的前置放大器28的输入一侧设置对于像发送信号那样振幅大的信号而言阻抗大、对于像接收信号那样振幅小的信号而言阻抗小的特性的限幅器31，同时，在限幅器31和前置放大器28之间插入耐低压的模拟开关30，切换来自多个压电振子26的接收信号，并引到前置放大器28。

因此，如果依据超声波诊断装置20，则能够将前置放大器28以后的电路做成比压电振子26的个数少。而且，在发送电路24一例如果也做成通过开关切换发送信号的通道的构成，则能够使发送信号的通道数和接收信号的通道数独立并任意选择。另外，能够将与多个压电振子26对应的接收电路25和发送电路24的电路要素共同化，因此能够谋求超声波诊断装置20的小型化和制造成本的降低。

此外，在超声波诊断装置20中，采用在限幅器31的振幅限制后通过模拟开关30进行接收信号的切换的构成，因此模拟开关30不必使用经受住发送信号那样的耐高压的模拟开关，能够容易选择至少能够经受住接收信号的耐低压的模拟开关。而且，通过在接收信号的切换中使用这样的耐低压的模拟开关30，能够得到以下那样的特性。

首先，笫1，与使用了现有的耐高压开关的情况比较能够减小向模拟开关30的接收信号的输入输出电容。因此，能够谋求S/N恶化的降低。近几年来，通过在高速总线中能使用的总线开关技术的提高，开发出+5V单电源、±3.3V作为电源的干线-干线(レ-ルtoレ-ル)的低电容、而且低导通电阻的CMOS模拟开关30。

第2，与使用了现有的耐高压开关的情况比较能够减小模拟开关30的导通电阻。模拟开关30只要使经由限幅器31的充其量1.4Vpp程度的电压的接收信号通过，就不要求耐高压性。大量存在导通电阻为5Ω或其以下的低导通电阻的CMOS模拟开关30，因此容易取得。此外，模拟开关30中导通电阻的减小与S/N的恶化降低有关。

第3与使用了现有的二极管开关的情况比较能够使模拟开关30的截止-绝缘(高截止电阻性)提高。超声波诊断装置20的接收电路25用限幅器31限制接收信号的振幅，接着，用通过CMOS开关等的模拟开关30切换接收信号的通道这样的2级构成来采取isolation，因此发送信号不会与接收信号直接串扰(cross talk)，截止-绝缘良好。此外，当在模拟开关30中使用了CMOS开关的情况下，CMOS开关的截止-绝缘高到60dB的程度，因此，即使万一对于接收信号的通道没有被选择的压电振子26给与了发送信号，在超声波图像中也难以产生人为构造。

得到这样良好的截止-绝缘的结果，有可能分别单独任意地设定在超声波脉冲的发送中使用的压电振子26和在反射波的接收中使用的压电振子26，因此超声波探针22的发送口径不受接收口径的制约而能独立地设定。例如，从发送电路24将发送信号给与所有的压电振子26，另一方面，像通过模拟开关30切换接收电路25中的接收信号的通道那样进行构成，能够削减前置放大器28和ADC29等电路要素个数。如果这样进行构成，则不仅能够比使用昂贵的耐高压开关更廉价地制作超声波诊断装置20，而且能够扩大声场设计的自由度。

第4，通过使用模拟开关30切换接收信号的通道那样进行构成，与使用了现有的耐高压开关的情况比较，能够将耐低压的模拟开关30的切换时间缩短到30μsec。尤其，如果使用内装移位寄存器的CMOS模拟开关30，则在串行控制线路中能够切换接收信号的通道，因此能够使安装性提高。

此外，在图2所示的限幅器31中，也有可能电源电压Vp、Vn从Vp≥Vn变成Vp≤Vn那样进行切换并像现有的超声波诊断装置1那样构成二极管开关。但是，二极管开关的切换时间比模拟开关30长，因此不进行电源电压Vp、Vn的切换，就是说，不将限幅器31变成二极管开关，这一点是重要的。

第5，在超声波诊断装置20中，模拟开关30的导通电阻的位置比对于接收系统的负荷电容的位置更靠近前置放大器一侧，因此从NF的观点看是有利的。即，如果增加压电振子26一侧的阻抗，则在通过简化了接收系统的模型所得到的式(1)中，相当于增加了电阻Rt。

此处，在模拟开关30的导通电阻位于前置放大器28一侧的情况下，对于在前置放大器28的噪声来说模拟开关30的导通电阻的热电阻的影响作为2次方和起作用。就是说，在式(1)中相当于增加了前置放大器28的电压性噪声Ena。如果设定无论前置放大器28还是压电振子26都具有1nV/(Hz)1/2程度的噪声，则该噪声相当于60ohm(欧姆)的电阻所具有的热噪音。与这样的噪声比较，模拟开关30的导通电阻小到5Ω程度或其以下，因此如果采用2次方和，则变成4％程度，几乎没有影响。

但是，压电振子26的输出阻抗Rt的增加以单纯的和生效，因此增大为8％的程度。因此，可知模拟开关30的导通电阻的位置比对于接收系统的负荷电容的负荷位置更靠近前置放大器28的一侧从NF的观点看是有利的。

此外，在式(1)中，在变成ωCp-1/(ωLp)＝0的情况下，即如果通过并联调谐电路32的电感器Lp的设定消除负荷电容Cp的NF的恶化，则负荷电容Cp的NF的劣化变成不理想。但是，对每个接收信号的频率ω进行调谐的电感器Lp发生变化，因此在接收信号的频率ω具有某个频带的情况下，对于某1点的频率以外的频率的接收信号不能进行调谐，因此模拟开关30位于前置放大器28一侧比较好。

在这样的意义上，在超声波诊断装置20中，通过将模拟开关30配置在前置放大器28一侧，即使对于没有被调谐的频率在NF上也是有利的。

第6，通过使用模拟开关30，与使用了现有的耐高压开关的情况比较，超声波诊断装置20的接收电路25的小封装(高密度安装)化将变为可能。模拟开关30是耐低压的开关，因此不需要耐高压开关那样的耐压性，可使模拟开关30本身成为非常紧凑的构成。

另外，在模拟开关30的驱动中不需要高压电源，因此电源种类少，能够削减对于高压电源的电源监视电路等电路。此外，在前置放大器28和ADC29中外围部件多，接收电路25的的安装面积大，但通过模拟开关30，能减少前置放大器28以后的电路要素，并能够大幅度地缩小接收电路25的安装面积，可提供更紧凑的超声波诊断装置20。

第7，通过将模拟开关30设定为耐低压的模拟开关，与使用了现有的耐高压开关的情况比较，能够降低超声波诊断装置20的制造成本。对于超声波诊断装置20，在限幅器31中接收信号的振幅被抑制到1.4Vpp程度(在构成限幅器31的二极管是肖特基二极管的情况下是0.7Vpp程度)，因此模拟开关30可以是以使这些接收信号通过所需的电源工作的耐低压的模拟开关。

例如，即使考虑过冲(overshoot)，如果是±3.3V、±5V、单电源5V、单电源3.3V等电源，则是充分的，并能从正在流通的一般的数量多的模拟开关30进行选择。因此，模拟开关30本身能极为廉价地得到。此外，通过该模拟开关30能够削减占接收电路25的制造成本的大部分的前置放大器28和ADC29等电路要素的个数，因此能将超声波诊断装置20的制造成本变为廉价。

对于超声波诊断装置20，是将经由限幅器31除去了高电压成分的接收信号引到耐低压的模拟开关30并进行切换的构成，因此像现有的超声波诊断装置1、1A那样，没有必要将开关设为二极管开关8和耐高压开关12。从而，在超声波诊断装置20中，导通电阻和输入输出电容比耐高压开关更小、而且小型、并廉价的耐低压的模拟开关30构成接收电路25，因此通过接收信号的开关能够使S/N恶化减小。

图4是表示涉及本发明的超声波诊断装置20的第2实施例的构成图。

在如图4所示的超声波诊断装置20中，并联调谐电路32的配置和个数与图1所示的超声波诊断装置不同。关于其它的构成和作用实质上与图1所示的超声波诊断装置没有不同，因此关于同一的构成附加相同符号并省略说明。

在超声波诊断装置A的接收电路25中，并联调谐电路32在模拟开关30和限幅器31之间的各信号线27上个别地分别被设置。因此，在超声波诊断装置A的接收电路25中，在通过模拟开关30以前的各通道中，通过并联调谐电路32的电感器Lp进行接收信号的调谐，并补偿负荷电容Cps引起的NF的恶化。

为此，如果依据超声波诊断装置A，则与图1所示的超声波诊断装置相同，像现有的超声波诊断装置1、1A那样，没有必要将开关设为二极管开关8和耐高压开关12，能用导通电阻和输入电容小、而且小型、廉价的耐低压的模拟开关30构成接收电路25，因此能够减小接收信号的开关引起的S/N恶化。

另外，如图1所示的超声波诊断装置那样，如果做成模拟开关30的配置变成比并联调谐电路32的电感器Lp更靠近压电振子26一侧，则对于比模拟开关30更靠近压电振子26一侧的负荷电容Cp难以进行调谐，但模拟开关30的导通电阻小，因此对于在不需要进行更宽范围的调谐的频率从NF的观点看是有利的。而且，通过将并联调谐电路32共同化也能够削减个数。

与此相对，如图4所示的超声波诊断装置A那样，如果将并联调谐电路32配置在比模拟开关30更靠近限幅器31一侧，则在负荷电容Cp和并联调谐电路32之间不存在模拟开关30，因此在使狭窄频带的灵敏度做为问题的情况下，容易进行调谐，在被调谐的频率周围对于S/N有利。

另外，虽然不能削减并联调谐电路32的个数，但并联调谐电路32比前置放大器28和ADC29等电路要素廉价，通过模拟开关30的插入，能得到削减前置放大器28以后的接收信号的通道个数的效果，因此图4所示的超声波诊断装置A的构成被认为具有充分的意义。

Claims (4)

1、一种超声波诊断装置，其特征在于，具备：向被检体发送超声波脉冲，并接收由所述超声波脉冲产生的反射波的多个压电振子；分别将发送信号给与所述各压电振子并进行驱动的发送电路；分别接收来自所述各压电振子的接收信号的接收电路，

在所述接收电路中，设置了：放大所述接收信号的放大器；具有对于所述发送信号的振幅而言大、对于所述接收信号的振幅而言小的阻抗的振幅限制电路；以及对将通过了所述振幅限制电路的所述接收信号引到所述放大器的通道进行切换，并且具有对于比所述发送信号的振幅小、比所述接收信号的振幅大的振幅的耐压特性的模拟开关。

2、如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，用CMOS开关构成所述模拟开关。

3、如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，在所述模拟开关和所述放大器之间设置了并联调谐电路。

4、如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，在比模拟开关更靠近所述压电振子一侧设置了并联调谐电路。

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