JP2001333900A - 超音波診断装置のフロントエンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、超音波診断装置のフロントエン
ドに関し、受信信号におけるケーブルや高耐圧スイッチ
のロスの影響を小さくし、Ｓ／Ｎ比のよい信号を得るこ
とができる超音波診断装置のフロントエンドを提供する
こと。 【解決手段】 配列振動子１００ａ〜１００ｄおよび
診断装置本体を電気的に接続するケーブル１０１の後段
に、低入力インピーダンスのプリアンプ１０７ａ〜１０
７ｄを挿入することにより、ケーブル１０１および高耐
圧スイッチ等における受信信号のロス分を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波信号の送受に関
わる超音波診断装置のフロントエンドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、体内に超音波を送信し、受信した
信号を処理して画像を構成する超音波診断装置の原理は
公知とされているが、その送受信を行うフロントエンド
としては、例えば図９に示すようなものがある。

【０００３】図９は複数の振動子を用い、送受ビームの
偏向角を順次変化させることで２次元表示を行なう電子
セクタ走査方式のフロントエンドのブロック図である。

【０００４】図９において、被検体への超音波の送受信
を行う振動子１００ａ〜１００ｄは、ケーブル１０１を
介し、プローブと診断装置本体との脱着を行うプローブ
コネクタ１０２ａ〜１０２ｄと接続されている。また、
このプローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｄは、送信パル
スを発生する送信回路１０４ａ〜１０４ｄと送信パルス
の振幅を制限するリミッタ１０５ａ〜１０５ｄとにそれ
ぞれ接続されている。さらに、リミッタ１０５ａ〜１０
５ｄは、受信信号を増幅するためのプリアンプ１０６ａ
〜１０６ｄに接続されている。

【０００５】以上の構成における動作を説明する。送信
回路１０４ａ〜１０４ｄは、図示されない制御回路の出
力するタイミングをもとに、送信パルスを発生する。送
信パルスは、単極性、双極性の何れも用いられる。

【０００６】送信回路１０４ａ〜１０４ｄより発生した
送信パルスは、プローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｄお
よびケーブル１０１を介して伝達され、振動子１００ａ
〜１００ｄから図示されない体内に超音波が送信され
る。

【０００７】超音波パルスは体内の音響インピーダンス
の異なる部位で反射し、振動子１００ａ〜１００ｄで受
信される。ケーブル１０１、プローブコネクタ１０２ａ
〜１０２ｄを通過した受信信号は、リミッタ１０５ａ〜
１０５ｄを介してプリアンプ１０６ａ〜１０６ｄで増幅
される。プリアンプ１０６ａ〜１０６ｄの出力は、図示
されないビームフォーマにより遅延加算されるが、本発
明とは関係ないので説明を省略する。

【０００８】また、超音波診断装置のフロントエンドの
２次元走査の方法としては、上記の電子セクタ走査方式
のほかに、電子リニア走査方式がある。

【０００９】図１０は複数の振動子を用い、スイッチの
接続を変え開口位置を変化させることにより、走査位置
を変えて２次元情報を得る電子リニア走査方式のフロン
トエンドのブロック図である。

【００１０】図１０において、被検体への超音波の送受
信を行う振動子１００ａ〜１００ｈは、ケーブル１０１
を介してプローブと診断装置本体との脱着を行うプロー
ブコネクタ１０２ａ〜１０２ｈと接続されている。ま
た、このプローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｈは、振動
子１００ａ〜１００ｈのうちから使用する振動子を選択
するための高耐圧スイッチ１０３ａ〜１０３ｄに接続さ
れ、この高耐圧スイッチ１０３ａ〜１０３ｄは、送信パ
ルスを発生するための送信回路１０４ａ〜１０４ｄと送
信パルスの振幅を制限するリミッタ１０５ａ〜１０５ｄ
とにそれぞれ接続されている。さらに、リミッタ１０５
ａ〜１０５ｄは、受信信号を増幅するためのプリアンプ
１０６ａ〜１０６ｄに接続されている。

【００１１】以上の構成における動作を説明する。送信
回路１０４ａ〜１０４ｄは、図示されない制御回路の出
力するタイミングをもとに、送信パルスを発生する。送
信パルスは、単極性、双極性の何れも用いられる。

【００１２】送信回路１０４ａ〜１０４ｄより発生した
送信パルスは、高耐圧スイッチ１０３ａ〜１０３ｄによ
り選択された振動子にプローブコネクタ１０２ａ〜１０
２ｈおよびケーブル１０１を介して伝達され、振動子１
００ａ〜１００ｈのうちの選択されたものから図示され
ない体内に超音波が送信される。

【００１３】超音波パルスは体内の音響インピーダンス
の異なる部位で反射し、振動子で受信され、ケーブル１
０１、プローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｈ、高耐圧ス
イッチ１０３ａ〜１０３ｄを通過した受信信号は、リミ
ッタ１０５ａ〜１０５ｄを介してプリアンプ１０６ａ〜
１０６ｄで増幅される。

【００１４】プリアンプ１０６ａ〜１０６ｄの出力は、
図示されないビームフォーマにより遅延加算されるが、
本発明とは関係ないので説明を省略する。以上のような
従来方式におけるプリアンプには、エミッタ接地回路が
よく用いられる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、
振動子で受信した信号をケーブルや高耐圧スイッチやリ
ミッタなどを介してプリアンプで増幅しているため、ケ
ーブル、高耐圧スイッチ、リミッタで信号が減衰するた
め、Ｓ／Ｎ比が低下するという問題がある。

【００１６】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、受信信号におけるケーブルや高耐圧ス
イッチのロスの影響を小さくし、Ｓ／Ｎ比のよい信号を
得ることができる超音波診断装置のフロントエンドを提
供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波診断装置
のフロントエンドは、超音波の送受を行う配列振動子
と、前記配列振動子の駆動および受信信号の処理・表示
を行う診断装置本体と、前記配列振動子および診断装置
本体を電気的に接続するケーブルとを有する超音波診断
装置において、前記ケーブルの前記診断装置本体側端に
設けたベース接地回路による低入力インピーダンス増幅
器と、前記増幅器のベースに接続する第１のダイオード
と、前記増幅器のコレクタ−ベース間に接続する第２の
ダイオードと、前記増幅器の入出力間を接続するバイパ
ス回路と、を有している。この構成により、超音波の送
信時には、送信パルスはバイパス回路を通過し、超音波
の受信時には、振動子で受信された信号の大部分が増幅
器に入力することとなる。

【００１８】前記第１のダイオードに供給する電源にエ
ミッタフォロア増幅器を使用し、前記エミッタフォロア
増幅器のベースと前記低入力インピーダンス増幅器のコ
レクタ間を接続する第３のダイオードを有してもよい。
ここで、前記配列振動子の駆動を電子セクタ走査方式で
行ってもよいし、電子リニア走査方式で行ってもよい。

【００１９】また、本発明の超音波診断装置のフロント
エンドは、超音波の送受を行う配列振動子と、前記配列
振動子の駆動および受信信号の処理・表示を行う診断装
置本体と、前記配列振動子および診断装置本体を電気的
に接続するケーブルとを有する超音波診断装置におい
て、前記ケーブルと配列振動子との間に設けたエミッタ
フォロア回路による電流増幅器と、前記電流増幅器のエ
ミッタ−コレクタ間を接続する第１のダイオードと、前
記電流増幅器のコレクタに電流を供給するエミッタフォ
ロア増幅器と、前記エミッタフォロア増幅器のエミッタ
と前記電流増幅器間に接続される第２のダイオードと、
前記エミッタフォロア増幅器のベースと前記電流増幅器
のエミッタ間に接続される第３のダイオードと、前記電
流増幅器の入出力間に接続されるバイパス回路とを有し
ている。この構成により、超音波の送信時には、送信パ
ルスはバイパス回路を通過し、電流増幅器の端子間の電
位差は小さく、超音波の受信時には、振動子で受信され
た信号を電流増幅することとなる。

【００２０】ここで、前記配列振動子の駆動を電子セク
タ走査方式で行ってもよいし、電子リニア走査方式で行
ってもよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施について、図
面を参照して説明する。図１〜図３は、本発明に係る超
音波診断装置のフロントエンドの第１実施形態を示す図
であり、このフロントエンドは電子セクタ走査方式のフ
ロントエンドである。

【００２２】図１において、被検体への超音波の送受信
を行う振動子１００ａ〜１００ｄは、ケーブル１０１を
介してプローブと診断装置本体との脱着を行うプローブ
コネクタ１０２ａ〜１０２ｄに接続されている。また、
このプローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｄは、受信信号
を増幅するためのプリアンプ１０７ａ〜１０７ｄに接続
され、このプリアンプ１０７ａ〜１０７ｄは、送信パル
スを発生するための送信回路１０４ａ〜１０４ｄと送信
パルスの振幅を制限するリミッタ１０５ａ〜１０５ｄと
にそれぞれ接続されている。

【００２３】プリアンプ１０７ａ〜１０７ｄは、図２に
示すように、トランジスタＴｒ１、ダイオードＤｉ１〜
７、抵抗Ｒ１〜４により構成されている。また、送信回
路１０４ａ〜１０４ｄの出口には、図３に示すようなダ
イオードＤｉ８〜１１を配置した回路が設けられてい
る。

【００２４】以上の構成における動作を説明する。送信
時には、送信回路１０４ａ〜１０４ｄは、図示されない
制御回路の出力するタイミングをもとに、送信パルスを
発生する。本実施形態において送信パルスは、単極性
（正極性）が用いられる。送信回路の出口には図３のよ
うな回路が設けられているので、受信時には送信回路の
出力インピーダンスが高くなるようになっている。

【００２５】送信回路１０４ａ〜１０４ｄより発生した
送信パルスは、プリアンプ１０７ａ〜１０７ｄに入力さ
れる。送信パルスは図２の端子Ｊ１から入力され、正極
性であるから、Ｄｉ４〜６を通過して、端子Ｊ２から出
力され、振動子を駆動する。このとき、トランジスタＴ
ｒ１のコレクタ、エミッタには正極性パルスが入力さ
れ、また、ベースにもＤｉ２〜３によりコレクタよりも
約１．４Ｖ低い電圧で正極性パルスが入力される。この
ことによりＴｒ１の端子間の電位差は常に小さいため、
Ｔｒ１として高耐圧でない部品が使用できる。

【００２６】次に、受信時の動作について説明する。受
信時には、ベースの電位は＋ＶｂｂおよびＤｉ１による
電圧降下により決定される。Ｄｉ２〜７はすべてオフに
なる。すなわち、この回路はベース接地回路の増幅器と
して働く。Ｒ２は数十オーム程度の低い抵抗値であり、
ベース接地の入力インピーダンスも数オームであるか
ら、増幅器の入力インピーダンスは数十オーム程度の小
さい値である。このため、振動子で受信された信号の大
部分がプリアンプに入力されることになり、ケーブルで
のロスの割合が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が増大する。ま
た、従来例と比較して、リミッタが増幅器より後段にあ
るため、リミッタ回路における信号のロスの影響が小さ
くなる。

【００２７】なお、本実施形態においては、プローブコ
ネクタより後段、すなわち装置本体側にプリアンプを設
けたが、プローブコネクタの前段、コネクタホルダ内部
にプリアンプを設けることもできる。

【００２８】本実施形態の第１の他の態様としては、送
信パルスとして双極性の送信パルスを用いる。この場合
のプリアンプ１０７ａ〜１０７ｄの回路は図４に示すよ
うになる。図４に示すように、プリアンプ１０７ａ〜１
０７ｄは、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、ダイオードＤ
ｉ１〜９、抵抗Ｒ１〜５により構成されている。

【００２９】以上の構成における動作を説明する。送信
時には、送信パルスは図４の端子Ｊ１から入力される。
パルスの振幅が正方向のときは、図２と同様にＤｉ４〜
６を通過して、端子Ｊ２から出力され、振動子を駆動す
る。このとき、トランジスタＴｒ１のコレクタ、エミッ
タは正極性パルスが入力され、また、ベースもＤｉ２〜
３によりコレクタよりも約１．４Ｖ低い電圧で正極性パ
ルスが入力される。

【００３０】次に、送信パルスの振幅が負方向の場合に
は、端子Ｊ１より入力された送信パルスはＤｉ７を通過
して、振動子を駆動する。このとき、Ｄｉ８〜９がオン
することにより、Ｔｒ２のベース電圧が低くなるため、
連動してＴｒ２のエミッタの電圧も低くなり、Ｔｒ１の
ベースとＴｒ２のエミッタ間の電位は並行して動き、そ
の電位差は小さい。このことにより、Ｔｒ１の各端子間
の電位差は小さく、Ｔｒ１として高耐圧でない部品が使
用できる。

【００３１】次に、受信時の動作について説明する。受
信時には、ベースの電位は、＋ＶｂｂおよびＤｉ１によ
る電圧降下により決定される。Ｄｉ２〜９は、すべてオ
フになる。すなわち、この回路はベース接地回路の増幅
器として働く。Ｔｒ１のベースの電位はＴｒ２のベース
電位（＝＋Ｖａ）とＴｒ２のベース・エミッタ間の電圧
降下、および、Ｄｉ１による電圧降下で決定される。

【００３２】Ｒ２は数十オーム程度の低い抵抗値であ
り、ベース接地の入力インピーダンスは数オームである
から、増幅器の入力インピーダンスは数十オーム程度の
小さい値である。このため、振動子で受信された信号の
大半がプリアンプに流れ込むことになり、ケーブルでの
ロスの割合が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が増大する。

【００３３】また、従来例と比較して、リミッタが増幅
器より後段にあるため、リミッタ回路における信号のロ
スの影響が小さくなる。

【００３４】本実施形態の第２の他の態様としては、２
次元走査の方法として電子リニア走査方式を用いる。こ
の場合、超音波診断装置のフロントエンドは図５のよう
になる。

【００３５】図５において、被検体への超音波の送受信
を行う振動子１００ａ〜１００ｈは、ケーブル１０１を
介してプローブと診断装置本体との脱着を行うプローブ
コネクタ１０２ａ〜１０２ｈに接続されている。また、
このプローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｈは、受信信号
を増幅するためのプリアンプ１０７ａ〜１０７ｈに接続
され、プリアンプ１０７ａ〜１０７ｈは、開口位置の選
択を行なう高耐圧スイッチ１０３ａ〜１０３ｄに接続さ
れ、高耐圧スイッチ１０３ａ〜１０３ｄは、送信パルス
を発生するための送信回路１０４ａ〜１０４ｄと送信パ
ルスの振幅を制限するリミッタ１０５ａ〜１０５ｄとに
それぞれ接続されている。

【００３６】本他の態様の動作は、従来例の電子リニア
走査の場合と同一である。プリアンプ１０７ａ〜１０７
ｈの内部構成は本実施形態または第１の他の態様と同様
であり、単極性型、双極性型の何れも使用が可能であ
り、本実施形態または第１の他の態様と同様の効果が得
られるものである。

【００３７】次に、図６〜図７は、本発明に係る超音波
診断装置のフロントエンドの第２実施形態を示す図であ
り、このフロントエンドは電子セクタ走査方式のフロン
トエンドである。

【００３８】図６において、被検体への超音波の送受信
を行う振動子１００ａ〜１００ｄは、受信信号を増幅す
るためのプリアンプ１０８ａ〜１０８ｄに接続されてい
る。このプリアンプ１０８ａ〜１０８ｄは、ケーブル１
０１を介してプローブと診断装置本体との脱着を行うプ
ローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｄに接続され、プロー
ブコネクタ１０２ａ〜１０２ｄは送信パルスを発生する
ための送信回路１０４ａ〜１０４ｄと送信パルスの振幅
を制限するリミッタ１０５ａ〜１０５ｄとにそれぞれ接
続されている。

【００３９】プリアンプ１０８ａ〜１０８ｄは、図７に
示すように、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、ダイオード
Ｄｉ１〜１２、抵抗Ｒ１〜６により構成されている。

【００４０】以上の構成における動作を説明する。送信
時には、送信回路１０４ａ〜１０４ｄは、図示されない
制御回路の出力するタイミングをもとに、送信パルスを
発生する。本実施形態の場合、送信パルスは双極性が用
いられる。

【００４１】送信回路１０４ａ〜１０４ｄより発生した
送信パルスは、プローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｄお
よびケーブル１０１を通過し、プリアンプ１０８ａ〜１
０８ｄに入力される。

【００４２】送信パルスは図７の端子Ｊ１から入力され
る。送信パルスの正極性の部分はＤｉ３を通過して、端
子Ｊ２から振動子に入力される。このとき、Ｄｉ２がＯ
Ｎするため、Ｔｒ１のコレクタ電圧は、エミッタ電圧と
並行して上昇する。

【００４３】送信パルスの負極性の部分は、Ｄｉ４〜５
を通過する。このとき、Ｄｉ６〜１２はＯＮするので、
Ｔｒ２のベース電位は下がり、連動して、Ｔｒ２のエミ
ッタ電位も下がるため、Ｔｒ１のコレクタ電位も下降す
る。

【００４４】以上のような動作により、Ｔｒ１の端子間
の電位は並行して動くため、端子間の電位差は小さく、
Ｔｒ１として高耐圧でない部品が使用できる。

【００４５】次に、受信時の動作について説明する。受
信時には、Ｄｉ２〜１２はＯＦＦであり、Ｄｉ１３がＯ
Ｎされ、Ｔｒ１のコレクタには、Ｔｒ２より電流が供給
される。

【００４６】このことにより、図７の回路はエミッタフ
ォロア回路として働き、振動子からの受信信号を電流増
幅する。ケーブルを通過する前に信号を増幅するため
に、ケーブルによるロスの影響を小さくすることができ
る。

【００４７】また、この図７のプリアンプは前段にリミ
ッタを必要としないため、リミッタによる信号ロスもな
い。さらに、ケーブルにおいて、送信受信とも同一の伝
送線を用いることができ、ケーブル太さや、プローブコ
ネクタのピン数を低減することができる。

【００４８】本実施形態の他の態様としては、２次元走
査の方法として電子リニア走査方式を用いる。この場
合、超音波診断装置のフロントエンドは図８のようにな
る。

【００４９】図８において、被検体への超音波の送受信
を行う振動子１００ａ〜１００ｈは、受信信号を増幅す
るためのプリアンプ１０８ａ〜１０８ｈに接続されてい
る。このプリアンプ１０８ａ〜１０８ｈは、ケーブル１
０１を介してプローブと診断装置本体との脱着を行うプ
ローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｈに接続され、プロー
ブコネクタ１０２ａ〜１０２ｈは、開口位置の選択を行
う高耐圧スイッチ１０３ａ〜１０３ｄに接続されてい
る。そして、この高耐圧スイッチ１０３ａ〜１０３ｄは
送信パルスを発生するための送信回路１０４ａ〜１０４
ｄと送信パルスの振幅を制限するリミッタ１０５ａ〜１
０５ｄとにそれぞれ接続されている。

【００５０】本他の態様の動作は、従来例の電子リニア
走査の場合と同一である。プリアンプ１０８ａ〜１０８
ｈの内部構成は本実施形態と同様であり、本実施形態と
同様の効果が得られるものである。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明はケーブル
の本体側に低入力インピーダンスのプリアンプを設ける
ことにより、ケーブルにおける信号のロスを防ぎ、Ｓ／
Ｎ比を向上させるというすぐれた効果を有する超音波診
断装置のフロントエンドを提供することができるもので
ある。

【００５２】また、本発明は振動子とケーブルの間に双
極性の送信パルスを通過させることが可能なプリアンプ
を設けることにより、ケーブルや高耐圧スイッチによる
信号ロスの影響を防ぎ、Ｓ／Ｎ比を向上させるというす
ぐれた効果を有する。超音波診断装置のフロントエンド
を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波診断装置のフロントエンド
の第１実施形態を示すブロック図である。

【図２】そのプリアンプの回路図である。

【図３】その送信回路の出口に設けられる回路の回路図
である。

【図４】その第１の他の様態を示すプリアンプの回路図
である。

【図５】その第２の他の様態を示すブロック図である。

【図６】本発明に係る超音波診断装置のフロントエンド
の第２実施形態を示すブロック図である。

【図７】そのプリアンプの回路図である。

【図８】その他の様態を示すブロック図である。

【図９】従来の超音波診断装置の電子セクタ走査方式の
フロントエンドのブロック図である。

【図１０】従来の超音波診断装置の電子リニア走査方式
のフロントエンドのブロック図である。

【符号の説明】

１００ａ〜１００ｈ：振動子 １０１：ケーブル １０２ａ〜１０２ｈ：プローブコネクタ １０３ａ〜１０３ｄ：高耐圧スイッチ １０４ａ〜１０４ｄ：送信回路 １０５ａ〜１０５ｄ：リミッタ １０６ａ〜１０６ｄ：プリアンプ １０７ａ〜１０７ｈ：プリアンプ １０８ａ〜１０８ｄ：プリアンプ Ｔｒ１，Ｔｒ２：トランジスタ Ｄｉ１〜Ｄｉ１３：ダイオード Ｒ１〜Ｒ６：抵抗

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波の送受を行う配列振動子と、前記
   配列振動子の駆動および受信信号の処理・表示を行う診
   断装置本体と、前記配列振動子および診断装置本体を電
   気的に接続するケーブルとを有する超音波診断装置にお
   いて、 前記ケーブルの前記診断装置本体側端に設けたベース接
   地回路による低入力インピーダンス増幅器と、 前記増幅器のベースに接続する第１のダイオードと、 前記増幅器のコレクタ−ベース間に接続する第２のダイ
   オードと、 前記増幅器の入出力間を接続するバイパス回路とを有す
   ることを特徴とする超音波診断装置のフロントエンド。
2. 【請求項２】 前記第１のダイオードに供給する電源に
   エミッタフォロア増幅器を使用し、 前記エミッタフォロア増幅器のベースと前記低入力イン
   ピーダンス増幅器のコレクタ間を接続する第３のダイオ
   ードを有することを特徴とする請求項１記載の超音波診
   断装置のフロントエンド。
3. 【請求項３】 前記配列振動子の駆動を電子セクタ走査
   方式で行うことを特徴とする請求項１または請求項２記
   載の超音波診断装置のフロントエンド。
4. 【請求項４】 前記配列振動子の駆動を電子リニア走査
   方式で行うことを特徴とする請求項１または請求項２記
   載の超音波診断装置のフロントエンド。
5. 【請求項５】 超音波の送受を行う配列振動子と、前記
   配列振動子の駆動および受信信号の処理・表示を行う診
   断装置本体と、前記配列振動子および診断装置本体を電
   気的に接続するケーブルとを有する超音波診断装置にお
   いて、 前記ケーブルと配列振動子との間に設けたエミッタフォ
   ロア回路による電流増幅器と、 前記電流増幅器のエミッタ−コレクタ間を接続する第１
   のダイオードと、 前記電流増幅器のコレクタに電流を供給するエミッタフ
   ォロア増幅器と、 前記エミッタフォロア増幅器のエミッタと前記電流増幅
   器間に接続される第２のダイオードと、 前記エミッタフォロア増幅器のベースと前記電流増幅器
   のエミッタ間に接続される第３のダイオードと、 前記電流増幅器の入出力間に接続されるバイパス回路と
   を有することを特徴とする超音波診断装置のフロントエ
   ンド。
6. 【請求項６】 前記配列振動子の駆動を電子セクタ走査
   方式で行うことを特徴とする請求項５記載の超音波診断
   装置のフロントエンド。
7. 【請求項７】 前記配列振動子の駆動を電子リニア走査
   方式で行うことを特徴とする請求項５記載の超音波診断
   装置のフロントエンド。