JP2001137220A

JP2001137220A - 医用画像装置

Info

Publication number: JP2001137220A
Application number: JP31965799A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shibanuma; 浩幸芝沼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】アナログ信号処理基板の設計の自由度を増す
とともに、回路素子に熱ストレスを与えないようにす
る。【解決手段】マザーボード１０１の表面にアナログ信
号処理基板１０２とデジタル信号処理基板１０３が装着
され、これらにスイッチング電源から電源が供給される
ものにおいて、マザーボードの裏面に電源のスイッチン
グノイズ低減用回路を実装したレギュレータ基板１０６
を装着し、アナログ信号処理基板へはレギュレータ基板
を介してスイッチング電源からの電源を供給するように
した。よって、アナログ信号処理基板からＬＣフィルタ
や電圧レギュレータを除いたので、この基板の全てのス
ペースを本来のアナログ回路のために使用でき、基板の
設計を最適化できる。また基板上の回路部品への熱スト
レスを回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体から医用画
像を取得してモニタに表示することにより、診断などに
供する医用画像装置に係り、特にアナログ信号処理回路
の回路設計やアナログ信号処理基板の回路パターンの設
計の自由度を増すとともに、信頼性の向上を図った医用
画像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検体から医用画像を取得してモニタに
表示することにより、診断などに供する医用画像装置と
して、超音波診断画像装置、超音波内視鏡装置、電子内
視鏡装置、Ｘ線テレビ装置、Ｘ線ＣＴ装置、磁気共鳴イ
メージング装置（ＭＲＩ装置）などが良く知られてい
る。なかでも、超音波を利用して、生体の軟部組織の断
層像を得る超音波画像診断装置は、検査が無侵襲であ
り、リアルタイム表示が可能、装置が小形で安価、放射
線被曝がなく安全性が高いなどの特徴を有している。そ
こで先ず、本発明を適用するのに好適な、医用画像装置
の一例としての超音波画像診断装置の概要を説明する。
図５は、周知の超音波画像診断装置の外観を示した斜視
図である。超音波画像診断装置は、主要構成要素となる
各種回路基板や電源ユニットを収納した超音波画像診断
装置本体１、被検体へ超音波を送波するとともに被検体
の体内組織からの反射波を受波する超音波探触子２、超
音波探触子２で得られた信号に基づく被検体の断層像や
血流の状況など（以下、これらを超音波画像と称する）
を表示するモニタ３から成り、超音波画像診断装置本体
１の上部には操作卓４が設けれ、下部には移動を容易に
するためのキャスター５が備えられている。なお、被検
体へ超音波パルスを放射しその反射波を受ける超音波探
触子２には、圧電素子から成る多数の超音波振動子が配
列されていて、その超音波振動子を電子スイッチによっ
て高速に順次切換えることにより、リアルタイムに断層
像などを得てモニタ３に表示することができる。

【０００３】このような超音波画像診断装置の回路構成
は、例えば図６に示したブロック図のようになってい
る。すなわち、超音波探触子２から被検体Ｐへ放射する
超音波の送波を制御するとともに、超音波探触子２で受
波した体内組織からの反射波を処理して画像を形成する
送受波回路１１、送受波回路１１により形成された超音
波画像を映像信号に変換するデジタル・スキャン・コン
バータ回路（以下、ＤＳＣ回路と略称する）１２、ＤＳ
Ｃ回路１２により映像信号に変換された超音波画像を記
憶する収集画像記録メモリ１３、収集画像記録メモリ１
３に対する超音波画像の記憶制御などを行う画像収集回
路１４を有している。

【０００４】さらに、この超音波画像診断装置は、収集
画像記録メモリ１３に記憶された各超音波画像に基づい
て、例えば心臓の心室の容積を算出する演算部１５や、
収集画像記録メモリ１３に記憶された超音波画像の表示
を制御する記録画像表示回路１６、ＤＳＣ回路１２から
の超音波画像および記録画像表示回路１６からの超音波
画像を切換えてモニタ３へ出力する出力信号切換回路１
７を有している。なお、操作卓４はオペレータによっ
て、送受波回路１１をはじめ画像収集回路１４や演算部
１５の動作条件を適宜設定したり調整するために使用さ
れるもので、各種の操作キーやトラックボールあるいは
タッチパネルなどが備えられている。なお、上記の各構
成要素の内、送受波回路１１はアナログ回路部分であ
り、例えば５枚のアナログ信号処理基板上に回路部品が
実装されて構成されている。一方、送受波回路１１を除
く他の各構成要素はデジタル回路部分であり、例えば３
０枚のデジタル信号処理基板上に回路部品が実装されて
構成されている。

【０００５】ところで、超音波画像診断装置では、超音
波ドップラ法による血流イメージングが可能であり、駆
出量や心拍出量などの心機能計測などの種々の診断支援
機能の充実にも著しいものがある。しかし、機能を充実
させても装置を大型化させず逆により小型化させたいと
の要望が強く、このような要望に応えたり、また、変換
効率の面からも超音波画像診断装置には、電源ユニット
としてスイッチング電源が用いられている。このスイッ
チング電源は、半導体スイッチング素子のオン・オフ制
御によって方形波電圧を得、これを低域フィルタによっ
て平滑化して出力とするものであり、電力効率が高く、
小型軽量化が可能であるなどの利点がある。しかしその
反面、出力リップル電圧が大きく、これがスイッチング
ノイズとなって外部に悪影響を与えやすいなどの欠点も
有している。

【０００６】しかしながら超音波画像診断装置は、画像
によって病変などを診断するものであり、より鮮明な画
像を得ることが技術開発上の命題ともなっている。その
ため、超音波画像診断装置の特にアナログ信号処理回路
に供給する電源は、ノイズのないきれいな電源であるこ
とが要求される。なぜなら、アナログ信号処理回路では
例えば１〜１０ｍｖｐ−ｐ程度の微弱なアナログ信号を
取扱っているので、このような回路に供給される電源に
ノイズが乗っていると、そのノイズが回路を通過するア
ナログ信号に重畳されてしまい、画像にそのノイズが表
示されることとなって、画像を見にくいものにするから
である。

【０００７】そこで、図６には電源ユニットの図示を省
略したが、超音波診断装置本体１内に、商用電源を各回
路要素が必要とする例えば＋５ｖ、−５ｖ、＋１２ｖ、
−１２ｖなどの電圧に変換して供給するためのスイッチ
ング電源ユニットが収納されている。そして、アナログ
信号処理回路に供給される電源のスイッチングノイズを
軽減するために従来は、アナログ信号処理回路を実装し
ている各アナログ信号処理基板上に、ＬＣフィルタや例
えば三端子レギュレータのような電圧レギュレータなど
を実装して、ここに電源ユニットから供給される電源を
先ず通して、スイッチング電源特有のスイッチングノイ
ズを低減した後でアナログ回路電源として使用するよう
にしていた。或いはまた、マザーボード上にＬＣフィル
タや三端子レギュレータのような電圧レギュレータなど
を実装して、ここに電源ユニットから供給される電源を
先ず通して、スイッチング電源のスイッチングノイズを
低減した後で、アナログ信号処理基板へ回路電源として
供給するようにしていた。なお、デジタル信号処理回路
は、比較的ノイズに強いので、デジタル信号処理回路を
実装しているデジタル信号処理基板には、通常スイッチ
ング電源の出力をそのまま供給している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者のアナ
ログ信号処理基板上に、ＬＣフィルタや三端子レギュレ
ータのような電圧レギュレータなどを実装するものは、
アナログ信号処理基板の回路設計やパターン設計に好ま
しくない制約を与えたり、周辺の回路部品に対して熱ス
トレスを与えるという問題があった。すなわち、超音波
画像診断装置には通常複数枚のアナログ信号処理基板が
設けられる（勿論、デジタル信号処理基板も多数設けら
れている）ことになるが、１枚のアナログ信号処理基板
に流れる電流は数アンペアのオーダーとなる。そのた
め、スイッチング電源のスイッチングノイズを軽減する
ために設けるＬＣフィルタや電圧レギュレータは大型の
ものとなり、アナログ信号処理基板上に実装すべき本来
のアナログ信号処理回路の実装スペースを狭めることと
なって、回路設計や基板のパターン設計の自由度を制約
し、超音波画像診断装置の性能にも悪い影響を及ぼすこ
とになっていた。また、超音波画像診断装置において、
マザーボードに装着されるアナログ信号処理基板やデジ
タル信号処理基板の間隔は、装置のサイズから決まって
しまい、小型化の要請もあって十分な間隔を確保するの
が困難な状況となってている。しかしながら、電圧レギ
ュレータはかなり発熱するものなので、この熱が周辺の
回路部品に対して熱ストレスを与えることとなり、部品
の信頼性を低下させひいては装置自体の信頼性をも低下
せさることに繋がるという問題があった。

【０００９】一方、後者のマザーボード上にＬＣフィル
タや三端子レギュレータのような電圧レギュレータなど
を実装した場合には、装置のメンテナンスが非常に困難
となり、また、マザーボードのパターン設計に好ましく
ない制約を与えるという問題があった。すなわち、例え
ばマザーボード上の電圧レギュレータが故障したような
場合には、それを修理するためにはマザーボードを取り
外さなければならず、装置本体の構造とマザーボードの
機能上から、通常装置本体からマザーボードを取り外す
作業には、多大の時間と労力を要するものであった。ま
た、マザーボードのパターン設計においても、ＬＣフィ
ルタ回路や電圧レギュレータ回路を避けてパターン設計
をしなければならず、設計の自由度が極端に低下すると
ともに、パターン間のクロストークを生じさせる可能性
も増大し、そのため目標とする装置の性能が得られなく
惧れもあるという問題があった。本発明は、このような
問題を解決するためになされたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、マザーボードの一方の面
に、アナログ信号処理回路を実装したアナログ信号処理
基板およびデジタル信号処理回路を実装したデジタル信
号処理基板がコネクタを介して装着されており、両信号
処理基板にはスイッチング電源装置から電源が供給され
る医用画像装置において、前記マザーボードの他方の面
に、前記スイッチング電源のスイッチングノイズを低減
するための回路を実装したレギュレータ基板をコネクタ
を介して装着し、少なくとも前記アナログ信号処理基板
へはこのレギュレータ基板を介して前記スイッチング電
源からの電源を供給するようにしたことを特徴とするも
のである。これにより、アナログ信号処理基板にＬＣフ
ィルタおよび電圧レギュレータを実装する必要がなくな
り、この基板の全てのスペースを本来のアナログ信号処
理回路のために使用することができるので、アナログ信
号処理回路や基板パターンの設計を目標性能を満足させ
る最適なものとすることができる。また、発熱の大きな
部分を、マザーボードに基板が密に装着されている面の
反対側の面に設けたので、基板上の回路部品への熱スト
レスを回避することができる。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の医用画像装置において、前記レギュレータ基板
は、複数の前記アナログ信号処理基板に対して各別に設
けられていることを特徴とするものである。これによ
り、電圧レギュレータなどからの発熱量を分散すること
ができる。また、請求項３に記載の発明は、請求項１ま
たは請求項2のいずれか1項に記載の医用画像装置におい
て、前記レギュレータ基板は、前記アナログ信号処理基
板を装着した前記マザーボードの裏側の位置に装着され
ていることを特徴とするものである。これにより、アナ
ログ信号処理基板への電源供給ラインを短くすることが
でき、ノイズの影響を防止してアナログ信号処理回路の
動作を安定化し、良好な画像を得ることができる。

【００１２】さらに、請求項４に記載の発明は、請求項
１ないし請求項３のいずれか１項に記載の医用画像装置
において、前記マザーボードに前記アナログ信号処理基
板を装着するコネクタと、前記マザーボードにレギュレ
ータ基板を装着するコネクタとの電源供給用のピンが共
通であることを特徴とするものである。これにより、ス
イッチングノイズを低減した電源を、ケーブルを使用す
ることなく最短接続によってアナログ信号処理基板へ供
給することができる。よって、デジタル信号処理回路な
どで発生するノイズが、アナログ信号処理基板の電源ノ
イズとして重畳されることが防止できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る医用画像装置
の実施の形態について、図１ないし図４を参照して詳細
に説明する。なお、これらの図において、同一部分には
同一符号を付して示してある。

【００１４】図１、図２および図３は、本発明に係る医
用画像装置としての、例えば超音波診断装置本体１内へ
の各種回路基板の実装状況の一実施の形態を示したもの
で、図１はマザーボードに装着した回路基板の斜視図で
あり、図２は図１の矢視Ａ方向側面図、図３はレギュレ
ータ基板の背面側から見た斜視図である。すなわち、マ
ザーボード１０１の一方の面に、アナログ信号処理回路
を実装したアナログ信号処理基板１０２と、デジタル信
号処理回路を実装したデジタル信号処理基板１０３が、
それぞれコネクタ１０４（図２参照）を介して並列に多
数配置されて装着されている。なおここでは、５枚のア
ナログ信号処理基板１０２と、６枚のデジタル信号処理
基板１０３がマザーボード１０１に装着されたものが示
されているが、これは一例であり基板の枚数は特に問題
ではない。そして、マザーボード１０１の他方の面に
は、ＬＣフィルタや例えば三端子レギュレータのような
電圧レギュレータなどのノイズ低減回路用部品１０５を
実装したレギュレータ基板１０６がコネクタ１０７（図
２、図３参照）を介して装着されている。

【００１５】なお、レギュレータ基板１０６はマザーボ
ード１０１を間にしてアナログ信号処理基板１０２の装
着されている部分の反対側の面に、マザーボード１０１
に平行に装着されている。このレギュレータ基板１０６
は、図３に示すように一方の面に、ＬＣフィルタや電圧
レギュレータなどのノイズ低減のための回路部品１０５
が実装されるとともに、電源ユニット１０８からのケー
ブル１０９を接続する電源供給用コネクタ１１０が設け
られている。そして、他方の面に、マザーボード１０１
との接続用のコネクタ１０７が所望の数だけ設けられて
いる。

【００１６】ここで、各コネクタ１０４、１０７につい
て、１０４ａ、１０７ａはそれぞれプラグ（おす）側を
示し、１０４ｂ、１０７ｂはそれぞれレセプタクル（め
す）側を示している。そして、マザーボード１０１の一
方の面には、アナログ信号処理基板１０２を接続するた
めのプラグ１０４ａが、マザーボード１０１の他方の面
には、レギュレータ基板１０６を接続するためのプラグ
１０７ａが取付けられていて、このプラグ１０４ａを、
アナログ信号処理基板１０２に取付けられたレセプタク
ル１０４ｂに差し込み、プラグ１０７ａをレギュレータ
基板１０６に取付けられたレセプタクル１０７ｂに差し
込んで、各基板をマザーボード１０１に保持させるとと
もに電気的な接続がなされる。なお、電源ユニット１０
８からの接続ケーブル１０９もコネクタ１１０によって
レギュレータ基板１０６に接続される。ところで、マザ
ーボード１０１の裏面に装着するレギュレータ基板１０
６のコネクタ１０７（プラグ１０７ａ）の電源供給用の
ピンは、マザーボード１０１の表面に装着するアナログ
信号処理基板１０２のコネクタ１０４（プラグ１０４
ａ）の電源供給用のピンと共通になっており、レギュレ
ータ基板１０６からはこのピンを介してアナログ信号処
理基板１０２に電源を供給している。このように、基板
の表面側と裏面側とを接続するコネクタのピンを共通に
するコネクタの構造を、通常シュラウド構造と呼んでい
る。

【００１７】本発明の実施の形態では、１枚のレギュレ
ータ基板１０６に、５枚のアナログ信号処理基板１０２
用のノイズ低減回路用部品１０５がそれぞれ実装されて
おり、シュラウド構造となっているコネクタピンを介し
て各アナログ信号処理基板１０２へ電源を供給する構造
となっている。そのため、電源ラインを基板上を引き回
すことがなく、レギュレータ基板１０６から各アナログ
信号処理基板１０２へ直接最短距離で電源を供給するこ
とができるので、電源にノイズが乗ることを防止でき
る。なお、図４に示すように、レギュレータ基板１０６
を小型、小容量化し、１枚のアナログ信号処理基板１０
２に対してノイズ低減回路用部品１０５ａを実装した専
用の１枚のレギュレータ基板１０６ａを設けるようにし
てもよい。このようにすれば、電圧レギュレータなどか
らの発熱量を分散することができる。

【００１８】本発明は、上述の実施の形態に限定される
ものではなく、種々変形して実施できることは言うまで
もない。また、本発明が適用される医用画像装置は、超
音波画像診断装置に限ることなく、アナログ信号処理回
路にスイッチング電源から電源を供給している種々の装
置、例えば、超音波内視鏡装置、電子内視鏡装置、Ｘ線
テレビ装置、あるいは超音波治療装置などにも適用する
ことができる。

【００１９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、従来アナログ信号処理基板上に実装されていたＬ
Ｃフィルタや電圧レギュレータなどのノイズ低減回路
を、アナログ信号処理基板から除き、これらをレギュレ
ータ基板に実装するとともに、レギュレータ基板をマザ
ーボードのアナログ信号処理基板の装着側とは反対の面
に装着するようにしたので、アナログ信号処理基板のス
ペースを全て、本来のアナログ信号処理回路として使用
することができ、回路設計や基板のパターン設計などの
自由度が増し、目標性能を十分発揮できるように満足で
きるような最適な設計とすることができる。また、アナ
ログ信号処理基板上から、発熱の大きなＬＣフィルタや
電圧レギュレータなどのノイズ低減回路が除去されたこ
とに伴ない、アナログ信号処理基板上の回路部品へ与え
ていた熱ストレスが回避され、回路の動作を安定化して
信頼性も向上することができる。さらに、レギュレータ
基板からのスイッチングノイズを低減した電源を、ケー
ブルを使用することなく、最短接続によってアナログ信
号処理基板へ供給することができる。よって、主にデジ
タル信号処理基板で発生するデジタルスイッチングノイ
ズなどの装置内ノイズが、電源ケーブルに飛び込みそれ
がアナログ信号処理基板の電源ノイズとなる問題が回避
され、アナログ信号処理回路の動作を安定化し、画質を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る医用画像装置本体内におけるマ
ザーボードに装着した回路基板の実装状況の一実施の形
態を示した斜視図である。

【図２】図１の矢視Ａ方向側面図である。

【図３】レギュレータ基板の背面側から見た斜視図であ
る。

【図４】レギュレータ基板の他の実施の形態を示した斜
視図である。

【図５】周知の超音波画像診断装置の外観を示した斜視
図である。

【図６】従来の超音波画像診断装置の回路構成の一例を
示した系統図である。

【符号の説明】

１０１マザーボード１０２アナログ信号処理基板１０３デジタル信号処理基板１０４コネクタ１０５ノイズ低減回路用部品１０６レギュレータ基板１０７コネクタ１０８電源ユニット１０９ケーブル１１０電源供給用コネクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マザーボードの一方の面に、アナログ信
号処理回路を実装したアナログ信号処理基板およびデジ
タル信号処理回路を実装したデジタル信号処理基板がコ
ネクタを介して装着されており、両信号処理基板にはス
イッチング電源装置から電源が供給される医用画像装置
において、前記マザーボードの他方の面に、前記スイッ
チング電源のスイッチングノイズを低減するための回路
を実装したレギュレータ基板をコネクタを介して装着
し、少なくとも前記アナログ信号処理基板へはこのレギ
ュレータ基板を介して前記スイッチング電源からの電源
を供給するようにしたことを特徴とする医用画像装置。
【請求項２】前記レギュレータ基板は、複数の前記ア
ナログ信号処理基板に対して各別に設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の医用画像装置。
【請求項３】前記レギュレータ基板は、前記アナログ
信号処理基板を装着した前記マザーボードの裏側の位置
に装着されていることを特徴とする請求項１または請求
項2のいずれか1項に記載の医用画像装置。
【請求項４】前記マザーボードに前記アナログ信号処
理基板を装着するコネクタと、前記マザーボードに前記
レギュレータ基板を装着するコネクタとの電源供給用の
ピンが共通であることを特徴とする請求項１ないし請求
項３のいずれか１項に記載の医用画像装置。