JP2001292998A

JP2001292998A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2001292998A
Application number: JP2000110123A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Miyajima; 泰夫宮島; Ryoichi Kanda; 良一神田; Nobuyuki Iwama; 信行岩間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2001-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】高インピーダンストランスジューサを用い
て、低雑音で高画質の画像が得られる超音波診断装置を
提供すること。【解決手段】複数の超音波トランスジューサ１０１で
受波されたエコー信号が各別に導入されるバッファ１０
２と、このバッファの入力段に接続制御回路１０６によ
って接続が制御される負荷容量１０５とを超音波プロー
ブ１０内に設けたもの。これにより、高入力インピーダ
ンス、低出力インピーダンスで信号を伝送し、かつ、チ
ャンネル毎の容量のばらつきを補正することにより、低
雑音で高画質の画像を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置に
係り、特に、三次元走査を可能とするために、超音波ト
ランスジューサを二次元状に配列したいわゆる二次元ア
レイトランスジューサを有する超音波プローブを用いる
のに好適な超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元走査が可能な超音波診断装置は、
二次元アレイトランスジューサを使用して、超音波の送
信ビームを二つの軸方向に偏向させて送信し、それぞれ
送信方向と同じ２方向からの反射ビームを受信したり、
あるいは、一つの軸方向へ偏向させて超音波ビームを送
信し、同方向からの反射ビームを受波するとともに、他
の軸方向に開口を移動して、送信方向とは異なる開口方
向からの反射ビームを受波するようにして、２方向から
の反射ビームを受信する必要がある。二次元アレイトラ
ンスジューサは、電気信号を超音波に変換しまたは逆に
超音波を電気信号に変換するトランスジューサが、例え
ば図６（ａ）に示すように格子状に平面的に配列されて
形成されている。トランスジューサのインピーダンス
は、トランスジューサの厚み（この厚みによって共振周
波数が決まる）が同じであればその面積に依存して変わ
り、面積が広いほどインピーダンスは低くなり、逆に面
積が狭くなるほどインピーダンスは高くなる。すなわ
ち、図６（ａ）に示した二次元アレイトランスジューサ
１０１は、図６（ｂ）に示すような短冊状に多数配列し
た一般的なリニア走査型の一次元アレイトランスジュー
サ２０１を、アレイ方向に対して交叉する方向にさらに
細かく切ったような構造なので、そのインピーダンスは
一次元アレイトランスジューサ２０１に比べて高くなる
という特徴を有している。

【０００３】この二次元アレイトランスジューサ１０１
は、超音波プローブに設けられているものであり、超音
波プローブはケーブルを介して超音波診断装置本体に接
続される。しかし、高インピーダンスのトランスジュー
サに、超音波プローブのケーブルを直接接続すると、ケ
ーブルの浮遊容量が大きいために、受信感度が低下して
実用的でなくなるという問題が生ずる。そのため、ケー
ブルの受信端に共振用の回路素子を設けて、ケーブルの
浮遊容量の影響を低減したり、或いは、プローブ内に受
信バッファを挿入して、この受信バッファを介して信号
をケーブルに通すことにより、感度低下を軽減するよう
にした高インピーダンス超音波プローブの使用法が提案
されている。ところが、ケーブルの受信端に共振用の回
路素子を設けることにより、ケーブルの浮遊容量の影響
を低減しようとすると、帯域幅を狭めることとなる。ま
た、帯域幅を広くしようとすれば浮遊容量の低減効果が
低くなってしまうので、広帯域化と高感度化とを両立さ
せることができかった。そのため、高インピーダンスの
トランスジューサを有する超音波プローブを使用して、
高い性能の超音波診断装置を実用化するためには、超音
波プローブ内に受信バッファを設けることが技術的な課
題となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
プローブ内に受信バッファを設けたとしても、反射ビー
ムの受信時にトランスジューサ側から見た負荷は、受信
バッファの入力インピーダンスのみではなく、トランス
ジューサから受信バッファまでの配線で生ずる浮遊容量
なども含まれる。そのため、トランスジューサのインピ
ーダンスが高い場合には、この配線の浮遊容量の影響が
多大となり、受信バッファへ入力される信号電圧は、配
線の浮遊容量によるインピーダンスとトランスジューサ
のインピーダンスとの比によって分圧されてしまうとい
う問題がある。すなわち、反射ビームを受波することに
よりトランスジューサに発生する受信信号電圧と、これ
に伴ない受信バッファの入力として観測される信号電圧
の比Ｇ（分圧比Ｇ）は、次の（１）式で示される。Ｇ＝（Ｚｐ＋Ｚｒ）／（Ｚｏ＋Ｚｐ＋Ｚｒ） … （１）ここで、Ｚｏは、トランスジューサの出力インピーダン
スＺｐは、トランスジューサの並列インピーダンスＺｒは、配線に起因する並列インピーダンスである。

【０００５】ここで、通常の低いインピーダンスのトラ
ンスジューサを有する超音波プローブでは、トランスジ
ューサの並列インピーダンスＺｐが配線に起因する並列
インピーダンスＺｒに比べて低く（Ｚｐ≪Ｚｒ）、また
トランスジューサの出力インピーダンスＺｏも低いの
で、このとき分圧比Ｇは、（２）式のようになり、配線
などの影響はほとんど無視できる。Ｇ ≒ Ｚｐ／Ｚｐ ≒ １ … （２）しかし、二次元アレイトランスジューサのようにインピ
ーダンスが高い場合には、トランスジューサの並列イン
ピーダンスＺｐが高く、トランスジューサの出力インピ
ーダンスＺｏも高いので、配線に起因する並列インピー
ダンスＺｒの影響により、分圧比Ｇが小さくなる。すな
わち、Ｚｒ≫Ｚｐの関係が成立したり、Ｚｒ≪Ｚｏの関
係が成立する場合に分圧比Ｇは、（３）式のようにな
る。Ｇ ≒ Ｚｒ／Ｚｏ … （３）この式から分圧比Ｇが配線に起因する並列インピーダン
スＺｒに比例する状態となることが分かる。

【０００６】ところで、二次元アレイトランスジューサ
に接続される配線は、チャンネル毎に幾何学的な経路が
異なるために、この配線に起因する並列インピーダンス
Ｚｒが、チャンネル毎に大きくばらつくことが多い。特
に、高いインピーダンスのトランスジューサを有する超
音波プローブでは、配線に起因する並列インピーダンス
Ｚｒがばらつくと、チャンネル毎の分圧比Ｇがばらつく
こととなり、受信ビームの形状が所望の特性から乖離し
てしまい、サイドローブが大きくなって画質を低下させ
ることになるという問題がある。そのため、適当な補正
を与えることが不可欠となる。また、ビームフォーマに
チャンネル毎の振幅補正の機能をもたせた場合には、こ
のサイドローブの問題は一定範囲内で回避されるが、ば
らつきが大きすぎると振幅補正機能に対して過大な要求
を強いることにつながり、システム全体のノイズフロア
に対してトランスジューサからの信号源雑音が低下し
て、ＮＦ（noisefigure）が劣化してしまうことになる
という問題があった。本発明は、このような問題を解決
して、低雑音で高画質の超音波画像を得ることのできる
超音波診断装置を提供するためになされたものである。

【０００７】

【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、超音波プローブに設けら
れた超音波を送受波する複数の超音波トランスジューサ
と、この超音波トランスジューサで受波されたエコー信
号を受信する受信手段と、この受信手段で受信された受
信信号に所定の信号処理を施して所望の情報を得る信号
処理手段と、この信号処理手段で得られた情報に基づく
出力を表示する表示手段とを有する超音波診断装置にお
いて、前記超音波トランスジューサで受波されたエコー
信号が各別に導入されるバッファ手段と、このバッファ
手段の入力段に接続される容量性負荷手段とを具備し、
前記バッファ手段を介して前記受信手段へ前記エコー信
号を供給することを特徴とするものである。これによ
り、チャンネル毎の容量のばらつきを補正して、インピ
ーダンスの高い超音波プローブでも使用することのでき
る超音波診断装置が提供される。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の超音波診断装置において、前記バッファ手段の
入力段は電界効果トランジスタで構成され、その電界効
果トランジスタのゲートに前記エコー信号が導入される
ことを特徴とするものである。これにより、電界効果ト
ランジスタの特性を活用して、超音波プローブの入力イ
ンピーダンスを高く、かつ形状を小形化することができ
る。また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の
超音波診断装置において、前記バッファ手段の入力段電
界効果トランジスタのゲートには、能動回路で構成され
るゲートバイアス回路が接続されることを特徴とするも
のである。これにより、高インピーダンス化が実現され
る。また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の
超音波診断装置において、前記バッファ手段の入力段電
界効果トランジスタには、そのドレイン電流を制御する
ドレイン電流制御回路が接続されることを特徴とするも
のである。これにより、入力段電界効果トランジスタの
ドレイン電流を、増加させたり減少させるように制御す
ることにより、必要に応じて特性の改善を図ったり消費
電力を低減したり選択することができる。

【０００９】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
ないし請求項４のいずれか１項に記載の超音波診断装置
において、前記容量性負荷手段は、接続制御手段によっ
て前記バッファ手段の入力段への接続が制御されるもの
であることを特徴とするものである。これにより、チャ
ンネル毎に個別に容量性負荷の接続を制御することがで
き、チャンネル毎の分圧比のばらつきを少なくすること
ができる。また、請求項６に記載の発明は、請求項５に
記載の超音波診断装置において、前記接続制御手段は、
能動素子のバイアスを制御することにより、前記容量性
負荷手段の前記バッファ手段の入力段への接続を制御す
ることを特徴とするものである。これにより、能動素子
のバイアス制御に伴なうインピーダンス変化に加えて、
容量性負荷の接続を制御できるので、入力段を高インピ
ーダンスとしてチャンネル毎にきめ細かい制御が可能と
なる。また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の超音波診断装置において、前記接続制御手段による前
記容量性負荷手段の前記バッファ手段の入力段への接続
は、前記超音波トランスジューサから前記バッファ手段
までの浮遊容量を含むインピーダンスに基づき制御する
ものであることを特徴とするものである。これにより、
入力段を高インピーダンスとして、チャンネル毎により
きめ細かい制御が可能となる。また、請求項８に記載の
発明は、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載
の超音波診断装置において、前記接続制御手段は、前記
容量性負荷手段の前記バッファ手段の入力段への接続
を、２値的に制御するものであることを特徴とするもの
である。これにより、容量性負荷の接続制御を最も簡素
にすることができる。

【００１０】また、請求項９に記載の発明は、請求項２
ないし請求項８のいずれか１項に記載の超音波診断装置
において、前記バッファ手段と前記容量性負荷手段およ
び前記接続制御手段は、前記超音波プローブに設けられ
ていることを特徴とするものである。これにより、超音
波診断装置に接続するために、超音波プローブに備えら
れている容量の大きなケーブルの影響を軽減することが
できる。また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に
記載の超音波診断装置において、前記バッファ手段と前
記容量性負荷手段および前記接続制御手段は、同一パッ
ケージ内に複数チャンネル分が収納されていることを特
徴とするものである。これにより、超音波プローブを小
形化するとともに、その製造を容易にすることができ
る。さらに、請求項１１に記載の発明は、請求項１ない
し請求項１０のいずれか１項に記載の超音波診断装置に
おいて、前記超音波トランスジューサは、二次元状に配
列されていることを特徴とするものである。これによ
り、三次元走査が可能な超音波診断装置において、低雑
音で高画質な画像を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波診断装
置の一実施の形態について、図１ないし図５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。図１は、本発明に係る
超音波診断装置の一実施の形態の概略的な構成を示した
系統図である。超音波プローブ１０は、ケーブル１１を
介して超音波診断装置本体１２に、図示しないコネクタ
によって着脱自在に接続されるものであり、超音波診断
装置本体１２に設けられている送受信回路２０との間で
信号の授受を行っている。超音波プローブ１０には、後
述するが、多数のトランスジューサが二次元にアレイ状
に配列されており、各トランスジューサが送受信回路２
０によって選択的に駆動されて、被検体へ向けて発射す
る超音波ビームを、電子的に走査し、フォーカスさせあ
るいは開口が制御されるようになっている。なお、超音
波プローブ１０は、リニア走査型、セクタ走査型など各
種のものが使用できる。

【００１２】さて、送受信回路２０は図２に示すよう
に、発振器２１、遅延回路２２、パルス発生器２３、プ
リアンプ２４、加算器２５を有している。発振器２１は
トランスジューサを振動させる周波数（中心周波数ｆ
ｏ）すなわち、トランスジューサから発射される超音波
の周波数を決定するもので、その出力が遅延回路２２を
介してパルス発生器２３へ一定周期で供給される。この
周期の逆数が超音波ビームの繰り返し周波数（これをレ
ート周波数という）であり、このレート周波数で生ずる
パルス発生器２３からの駆動パルスが、超音波プローブ
１０の各トランスジューサに個別にまたは近隣グループ
単位に印加される。なお、遅延回路２２は異なる遅延時
間の多数の遅延線から成り、発振器２１の出力が所定の
遅延線を経て選択的にパルス発生器２３へ供給されるの
で、このパルス発生器２３からの出力パルスの印加され
たトランスジューサが駆動され、所望の方向へ超音波ビ
ームを送り出す。そして、パルス発生器２３へ供給され
る発振器２１からの出力信号の遅延時間を、遅延回路２
２によって適宜調整することにより、超音波プローブ１
０すなわちトランスジューサから発射される超音波ビー
ムの方向（すなわち、ラスタ方向）を変更することがで
きる。

【００１３】さて、超音波プローブ１０から被検体へ発
射された超音波ビームは、被検体の体内組織で反射さ
れ、その反射波は受信用のトランスジューサで受波され
て、微弱な電気信号に変換される。ただし、送信時と同
じトランスジューサで受波されてもよい。そして、この
トランスジューサで変換された微弱な電気信号は、プリ
アンプ２４で増幅された後遅延回路２２にて、受信指向
性を決めるために必要な例えば送信時と同じ時間の遅延
を受けて加算器２５へ供給されて加算される。図１に示
すように、送受信回路２０の後段には振幅検出器３０が
設けられている。従って、送受信回路２０の加算器２５
で加算されたエコー信号が振幅検出器３０に供給され、
ここで各ラスタ方向における超音波ビームの反射波の強
度が検出される。すなわち、振幅検出器３０では受信信
号の振幅から、各ラスタの輝度情報を得、これをＢモー
ド画像（断層像）の情報として、一旦データメモリ４０
に蓄える。

【００１４】一方、送受信回路２０の発振器２１と加算
器２５の出力が、血流情報検出器５０のドプラシフト検
出部５０ａに供給される。このドプラシフト検出部５０
ａは、直交検波方式によりドプラ偏移周波数を検出する
ための回路であって、図２に示されているように、第
１、第２の２つのミキサ５１ａ、５１ｂと、９０度移相
器５２および第１のミキサ５１ａと第２のミキサ５１ｂ
にそれぞれ対応する第１、第２の２つのローパスフィル
タ（ＬＰＦ）５３ａ、５３ｂを有している。そこで、第
１のミキサ５１ａでは、エコー信号である加算器２５の
出力と参照信号としての発振器２１との出力（中心周波
数ｆｏ）とが掛け合わされ、第２のミキサ５１ｂでは、
加算器２５の出力と発振器２１の出力を移相器５２で９
０度移相した参照信号とが掛け合わされる。従って、各
ミキサ５１ａ、５１ｂからは、偏移周波数成分をもった
ドプラ信号と高周波成分とが得られることとなる。そこ
で、各ミキサ５１ａ、５１ｂの出力をローパスフィルタ
５３ａ、５３ｂに通して高周波成分を除去することによ
り、偏移周波数成分を持ったドプラ信号のみを取り出
す。なお、このドプラ信号には、主に血球などの速い移
動体での反射により周波数偏移を受けた高周波成分と、
心臓壁などの遅い移動体での反射により周波数偏移を受
けた低周波成分とが含まれている。また、第１のミキサ
５１ａでは発振器２１の出力を直接加算器２５の出力に
掛け合わせ、第２のミキサ５１ｂでは、発振器２１の出
力を９０度移相して加算器２５の出力に掛け合わせてい
るので、その出力は位相が９０度異なったものとなる。
よって、第１のローパスフィルタ５３ａからはドプラ信
号のコサイン（ｃｏｓ）成分が得られ、第２のローパス
フィルタ５３ｂからはドプラ信号のサイン（ｓｉｎ）成
分が得られる。このように、ドプラ信号のコサイン成分
とサイン成分との２チャンネル分を得るようにしたの
は、ドプラ信号の極性も検出できるようにするためであ
る。

【００１５】さて、血流情報検出器５０にはＭＴＩ（Mo
ving Target Indicator）演算部５０ｂが備えられて
おり、ドプラシフト検出部５０ａの出力がこのＭＴＩ演
算部５０ｂに供給される。すなわち、ＭＴＩ演算部５０
ｂは血流などの速度や散乱パワーなどの情報を得るため
のものであり、図３に示すように、第１、第２のローパ
スフィルタ５３ａ、５３ｂの出力が各別に導入される第
１、第２の２つのアナログデジタル変換器（以下、Ａ／
Ｄ変換器と記す）５４ａ、５４ｂと、同じく第１、第２
のＭＴＩフィルタ５５ａ、５５ｂ、自己相関器５６、平
均速度演算回路５７、分散演算回路５８、パワー演算回
路５９を有している。ドプラシフト検出部５０ａのロー
パスフィルタ５３ａ、５３ｂを通して得られたドプラ信
号は、それぞれＡ／Ｄ変換器５４ａ、５４ｂに供給さ
れ、ここで１本の走査線に対して例えば０．５ｍｍ間隔
に相当する所定のサンプリング周波数に従ってサンプリ
ングして、デジタル信号に変換してから、ＭＴＩフィル
タ５５ａ、５５ｂへ送り込む。ＭＴＩフィルタ５４は、
ハイパスフィルタとして機能し、主に血流などの速い移
動体の反射により周波数偏移を受けた高周波成分（血流
成分）だけを通過させ、主に心臓壁などの遅い移動体で
の反射により周波数偏移を受けた低周波成分（クラッタ
成分）を除去するものである。よって、ＭＴＩフィルタ
５５ａ、５５ｂを通過して血流成分だけとなったドプラ
信号は、自己相関器５６によって周波数解析されて、血
球による偏移周波数が求められる。さらに、自己相関器
５６の出力は、それぞれ平均速度演算回路５７、分散演
算回路５８およびパワー演算回路５９に供給される。そ
して、それぞれ偏移周波数に基づいてサンプル点毎に演
算されて、平均速度演算回路５７では血流の平均速度が
求められ、また、分散演算回路５８では血流の速度分布
が求められ、さらに、パワー演算回路５９では、主に血
流量（血球個数）を反映しているパワー（これは、ドプ
ラ信号の振幅の二乗である）が求められる。これらは血
流情報画像（すなわち血流像）の信号であり、データメ
モリ４０に一旦蓄えられる。

【００１６】さて、データメモリ４０に一旦蓄えられて
いる上記の血流情報画像（すなわち血流像）の信号およ
びＢモード画像（断層像）の信号は、適宜のタイミング
で読み出され、デジタルスキャンコンバータ（Digital
Scan Converter：以下ＤＳＣと略称する）６０へ供
給される。ここで、血流情報検出器５０や振幅検出器３
０から得られる画像信号は、超音波走査に同期した信号
なので、これをテレビ走査方式の表示器１３に表示でき
るようにするために、ＤＳＣ６０によって標準のテレビ
走査に同期して読み出すことにより、走査方式を個別に
変換し、変換された形態情報画像の信号は画像メモリ７
０にＢモード画像の信号と血流情報画像の信号とが別々
に格納される。そして、画像メモリ７０に格納されてい
る画像信号は、適宜なフレームタイミングで各別に読み
出され、画像合成などがされて表示器１３に表示され
る。なお、図示は省略したが、超音波診断装置本体１２
には制御器や記憶装置が備えられており、制御器は本体
１２内に設けられている各構成機器を始めとして、超音
波プローブ１０を制御し、記憶装置には各種の制御デー
タなどが記憶されている。

【００１７】次に、本発明の主要構成要素である超音波
プローブ１０について、図４および図５を参照して説明
する。なお、これらの図において、黒丸印は電源側を表
し、白抜きの三角印は接地側を表している。図４は、本
発明の超音波診断装置で使用される超音波プローブ１０
の概略的な構成を示した系統図である。図６（ａ）にも
示したように、超音波プローブ１０には多数のトランス
ジューサ１０１が平面的に格子状（二次元状）に配列さ
れているが、図４には３個のトランスジューサ１０１
ｋ、１０１ｍ、１０１ｎのみが示されている。なお本実
施の形態では、送信用と受信用とにトランスジューサを
使い分けるものとし、トランスジューサ１０１ｋは送信
用であり、トランスジューサ１０１ｍ、１０１ｎは受信
用を示している。ここで、ｋ、ｍ、ｎなどはトランスジ
ューサ１０１に付随する回路（チャンネル）を、区分し
て説明するために便宜上付した符号であり、特に区分す
る必要のないときは符号ｋ、ｍ、ｎの付記は省略する。
送信用のトランスジューサ１０１ｋには、送受信回路２
０のパルス発生器２３からの駆動電気信号がケーブル１
１ｋを介して供給され、ここで音響信号に変換されて被
検体の生体内に超音波ビームとして発射される。そし
て、生体にて反射・散乱された超音波は受信用のトラン
スジューサ１０１ｍ、１０１ｎ等で受波されて電気信号
に変換され、バッファ１０２ｍ、１０２ｎで受信され
る。このバッファ１０２ｍ、１０２ｎの出力は、それぞ
れケーブル１１ｍ、１１ｎを介して送受信回路２０のプ
リアンプ２４へ供給される。

【００１８】バッファ１０２は、容量の大きいケーブル
１１の影響をなくし、高いインピーダンスのトランスジ
ューサ１０２での感度劣化・周波数特性劣化を低減する
ために設けられており、入力インピーダンスが高く出力
インピーダンスの低い信号を伝送する回路である。ただ
し、トランスジューサ１０１ｍ、１０１ｎからバッファ
１０２ｍ、１０２ｎの入力までの配線経路１０３ｍ、１
０３ｎには浮遊容量１０４ｍ、１０４ｎがそれぞれ存在
し、その値は配線経路１０３ｍ、１０３ｎ毎に異なる。
この浮遊容量１０４ｍ、１０４ｎの容量値のばらつきを
低減するために、別に負荷容量１０５ｍ、１０５ｎを用
意しておき、これを接続するかどうかを接続制御回路１
０６ｍ、１０６ｎによって制御する。すなわち、トラン
スジューサ１０１ｍの配線経路１０３ｍで浮遊容量が少
ないものとすれば、接続制御回路１０６ｍは負荷容量１
０５ｍを接続状態に制御し、トランスジューサ１０１ｎ
の配線経路１０３ｎで浮遊容量が多いものとすれば、接
続制御回路１０６ｎは負荷容量１０５ｎを非接続状態に
制御して、合計の容量のばらつきが少なくなるように制
御する。なおこの場合、負荷容量１０５ｍ、１０５ｎは
同じ値であってもよい。

【００１９】次に、バッファ１０２を実現する半導体集
積回路の一実施の形態について、図５を参照して説明す
る。なお、図５には多数の受信用トランスジューサ１０
１の内、ある１チャンネルのバッファ１０２についての
み示しているが、他のチャンネルのバッファ１０２も同
様に構成されている。そしてこれらバッファ１０２は、
超音波プローブを小形化し製造を容易にするために、数
１０チャンネル分を一つの半導体集積回路としてパッケ
ージされている。すなわちバッファ１０２は、入力イン
ピーダンスを高くするために、電界効果トランジスタ
（以下、ＦＥＴと称する。）Ｑ１を使用し、そのゲート
端子に信号が入力されるように、配線経路１０３を介し
てトランスジューサ１０１に接続されている。そして、
ＦＥＴＱ１のゲートのバイアス回路も高いインピーダン
スとするために、ＦＥＴＱ２によって構成されたバイア
ス回路が接続されている。さらに、ＦＥＴＱ１のドレイ
ン電流を制御するために、ソース端子にＦＥＴＱ３によ
る制御回路が接続され、ＦＥＴＱ１のソース端子がトラ
ンジスタ回路などで構成されている出力回路Ｔ１に接続
されている。なお、ＦＥＴＱ１のゲートのバイアス回路
を高いインピーダンスとするためには、ゲートに高い抵
抗値の抵抗器を並列接続してもよいが、半導体集積回路
の内部に高い抵抗値を実現することが困難な場合が多い
ので、この実施の形態では抵抗器ではなく、高いインピ
ーダンスを実現する能動素子として、ＦＥＴＱ２を使用
することによりバイアス回路を構成している。

【００２０】また、バッファの機能を実現する能動素子
としてのＦＥＴＱ１は、ドレイン電流を増大させるとゲ
ート電圧対ドレイン電流の変換率ｇｍが向上するが、消
費電力も増大する。そこで本実施の形態では、ＦＥＴＱ
１のドレイン電流をソース端子に接続したＦＥＴＱ３に
よって制御するようにしている。このＦＥＴＱ３により
ＦＥＴＱ１のドレイン電流を増加させて特性を改善する
か、ドレイン電流を減少させて消費電力を低減するか
は、動作状態や駆動素子による発熱量に応じて制御する
ことになる。そして、ＦＥＴＱ３のゲートバイアスは、
超音波診断装置本体１２の制御器などからのバイアス制
御（Bias CONT）信号によって制御される。なお、ＦＥ
ＴＱ１のドレイン電流を決定する回路を抵抗器で構成す
ると、ドレイン電流制御をした場合でもソースインピー
ダンスが固定となるために特性の改善が十分でない場合
があり、ＦＥＴＱ３のような能動素子によるドレイン電
流制御が良い改善を示すことが多い。また、この能動素
子によるドレイン電流制御にはいわゆるカレントミラー
負荷によるドレイン電流制御をすることも可能であり、
これにより制御が容易になる。

【００２１】さて、ＦＥＴＱ１のゲート端子には、ＦＥ
ＴＱ４による接続制御回路が接続されて、容量値Ｃ１の
負荷容量１０５の接続が制御されるようになっている。
そして、ＦＥＴＱ４の制御は、超音波診断装置本体１２
内の制御器により、記憶装置に各チャンネル毎に個別に
記録された接続制御情報を、超音波診断装置本体１２の
バスインターフェイス（BUS-IF）から、バッファ１０２
を構成する半導体集積回路に設けられているバスインタ
ーフェイス（BUS-IF）１０７を介して行われる。すなわ
ち、バスインターフェイス（BUS-IF）は、数１０チャン
ネル分のバッファ１０２を一つの半導体集積回路とした
パッケージ毎に、言い換えれば、パッケージの数だけ設
けられている。そして、このバッファ１０２を構成する
半導体集積回路のパッケージ内に、バスインターフェイ
ス（BUS-IF）１０７に接続された各チャンネル毎のレジ
スタ１０８が設けられている。従って、各チャンネル毎
に個別に記録された接続制御情報が、バスインターフェ
イス（BUS-IF）１０７を介して所定のレジスタ１０８へ
供給される。この情報は論理情報なので、これをレジス
タ１０８から取り出してアナログの接続制御情報に変換
するゲート制御（Gate-Cont）回路１０９が設けられて
いる。

【００２２】この接続制御情報は、受信用のトランスジ
ューサ１０１からバッファ１０２に至る配線経路１０３
毎に、事前に測定した浮遊容量１０４の容量値Ｃ０や、
配線パターンから決まる応答の分析に基づいて作成した
校正データであり、超音波診断装置本体１２内の図示し
ない記憶装置に格納されている。そして、超音波プロー
ブ１０を超音波診断装置本体１２に接続した時に、この
記憶装置に格納されているチャンネル毎の校正データ
は、超音波診断装置本体１２のBUS-IFから超音波プロー
ブ１０内のBUS-IF１０７を通じて、超音波プローブ１０
内の各レジスタ１０８に転送される。よって、この接続
制御情報は各バッファ１０２毎に設定され、この接続制
御情報に応じてＦＥＴＱ３のゲート電圧が制御されて、
負荷容量１０５への接続インピーダンスが制御される。
なお、負荷容量１０５の接続制御について最も簡素な制
御は、接続するかしないかすなわちＯＮ／ＯＦＦ制御を
行う場合であり、この場合は接続制御情報は二値的な情
報で良い。また、接続制御情報は、各チャンネル毎に必
要であり、これを別々に接続しようとすると、超音波プ
ローブ１０と超音波診断装置本体１２とを接続するケー
ブル１１の本数が増大して現実的ではない。そのため、
一般的なバスの概念で制御データを伝送することが現実
的となる。ただし、BUS-IFといえども接続線数の少ない
インターフェースが望ましく、例えばＩ^２Cバスのよう
な２線式インターフェースが好ましい。

【００２３】以上詳述したように、この実施の形態で
は、バッファ１０２を入力インピーダンスの高いＦＥＴ
Ｑ１で構成し、そのゲートバイアスをＦＥＴＱ２による
バイアス回路で与えるようにするとともに、初段のＦＥ
ＴＱ１のドレイン電流を、ＦＥＴＱ３で構成した能動負
荷で制御するようにした例で説明したが、これに限るこ
となく他の素子で構成する際にも同様の方法で低消費電
力で特性を確保することができる。また、負荷容量１０
５の接続は２値的な制御だけでなく多値的な制御が可能
であり、チャネル間の浮遊容量のばらつきが大きい場合
やダイナミックレンジに余裕の少ない場合には、負荷容
量１０５との接続インピーダンスを制御したり、複数の
負荷容量への接続を制御したり、微妙な容量制御には、
ＦＥＴやバラクタダイオードなどの能動素子のバイアス
を制御することにより、当該能動素子のインピーダンス
変化に加えて、負荷容量の接続を制御することもでき
る。さらに、本発明をトランスジューサを送信用と受信
用とに分けて使用する実施の形態について説明したが、
トランスジューサを送受信用に兼用する方式の超音波診
断装置にも適用することができる。また、トランスジュ
ーサを二次元的に配列した超音波プローブについて説明
したが、本発明は、トランスジューサが一次元的に配列
されている高いインピーダンスの超音波プローブにも適
用できることは言うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、超音波プローブ内にバッファを設けるとともに、
チャンネル毎に浮遊容量のばらつきを補正するようにし
たことにより、超音波プローブの容量の大きなケーブル
の影響をなくして、高いインピーダンスのトランスジュ
ーサの使用を可能とし、以って低雑音で高画質な画像を
得ることのできる超音波診断装置が提供される。また、
三次元走査が可能な超音波診断装置においても、低雑音
で高画質な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波診断装置の一実施の形態の
概略的な構成を示した系統図である。

【図２】図１に示した超音波診断装置が有する送受信回
路およびドプラシフト検出部の概略的な系統図である。

【図３】図１に示した超音波診断装置が有するＭＴＩ検
出部の概略的な系統図である。

【図４】本発明の超音波診断装置で使用される超音波プ
ローブの概略的な構成を示した系統図である。

【図５】本発明に係る超音波診断装置で使用される超音
波プローブに設けられるバッファを実現するための半導
体集積回路の一実施の形態を示した系統図である。

【図６】超音波プローブに設けられるトランスジューサ
の配列を説明するために示した説明図である。

【符号の説明】

１０超音波プローブ１１ケーブル１２超音波診断装置本体２０送受信回路３０振幅検出回路５０血流情報検出回路６０デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１０１トランスジューサ１０２バッファ１０４浮遊容量１０５負荷容量１０６接続制御回路Ｑ１〜Ｑ４ＦＥＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩間信行栃木県大田原市下石上1385番地株式会社東芝那須工場内Ｆターム(参考） 4C301 AA02 BB13 BB23 CC02 DD01 DD04 GA01 GB09 HH24 HH60 JA12 JA17 JB03 LL03 LL08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波プローブに設けられた超音波を送
受波する複数の超音波トランスジューサと、この超音波
トランスジューサで受波されたエコー信号を受信する受
信手段と、この受信手段で受信された受信信号に所定の
信号処理を施して所望の情報を得る信号処理手段と、こ
の信号処理手段で得られた情報に基づく出力を表示する
表示手段とを有する超音波診断装置において、前記超音
波トランスジューサで受波されたエコー信号が各別に導
入されるバッファ手段と、このバッファ手段の入力段に
接続される容量性負荷手段とを具備し、前記バッファ手
段を介して前記受信手段へ前記エコー信号を供給するこ
とを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】前記バッファ手段の入力段は電界効果ト
ランジスタで構成され、その電界効果トランジスタのゲ
ートに前記エコー信号が導入されることを特徴とする請
求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】前記バッファ手段の入力段電界効果トラ
ンジスタのゲートには、能動回路で構成されるゲートバ
イアス回路が接続されることを特徴とする請求項２に記
載の超音波診断装置。
【請求項４】前記バッファ手段の入力段電界効果トラ
ンジスタには、そのドレイン電流を制御するドレイン電
流制御回路が接続されることを特徴とする請求項２に記
載の超音波診断装置。
【請求項５】前記容量性負荷手段は、接続制御手段に
よって前記バッファ手段の入力段への接続が制御される
ものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４の
いずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項６】前記接続制御手段は、能動素子のバイア
スを制御することにより、前記容量性負荷手段の前記バ
ッファ手段の入力段への接続を制御することを特徴とす
る請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】前記接続制御手段による前記容量性負荷
手段の前記バッファ手段の入力段への接続は、前記超音
波トランスジューサから前記バッファ手段までの浮遊容
量を含むインピーダンスに基づき制御するものであるこ
とを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】前記接続制御手段は、前記容量性負荷手
段の前記バッファ手段の入力段への接続を、２値的に制
御するものであることを特徴とする請求項６または請求
項７のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項９】前記バッファ手段と前記容量性負荷手段
および前記接続制御手段は、前記超音波プローブに設け
られていることを特徴とする請求項２ないし請求項８の
いずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】前記バッファ手段と前記容量性負荷手
段および前記接続制御手段は、同一パッケージ内に複数
チャンネル分が収納されていることを特徴とする請求項
９に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】前記超音波トランスジューサは、二次
元状に配列されていることを特徴とする請求項１ないし
請求項１０のいずれか１項に記載の超音波診断装置。