JP2006087604A

JP2006087604A - 超音波診断装置

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Publication number: JP2006087604A
Application number: JP2004275686A
Authority: JP
Inventors: Wataru Kameishi; 渉亀石
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: JP4673596B2

Abstract

【課題】送信信号と受信信号とを適切に分離して、よりＳ／Ｎが高い受信信号を得ることが可能な超音波診断装置である。
【解決手段】超音波診断装置１０は、送信信号を超音波パルスに変換して被検体に送信するとともに反射波を受信して受信信号を生成する圧電振動子１４と、圧電振動子１４に送信信号を送信する送信回路１３と、圧電振動子１４から受信信号を受ける受信回路１２と、受信回路１２側に設けられ、送信信号に対してはインピーダンスが大きくなる一方、受信信号に対してはインピーダンスが小さくなる振幅依存性回路１９と、振幅依存性回路１９のインピーダンスが変化する振幅を決定するクランプ回路２０とを備える。そして、送信信号および受信信号の送受信帯域において十分にインピーダンスが大きいインダクタＬ３を振幅依存性回路１９に並列に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体に超音波信号を送信し、反射波を受信して解析することにより被検体内の情報を得る超音波診断装置に係り、特に、反射波を受信する受信回路にリミッタを設けてＳ／Ｎ比を改善した超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された圧電振動子から被検体内に超音波パルスを照射し、被検体内で生じた反射波を圧電振動子で受信して各種処理を行なうことにより被検体内の断層画像や血流情報等の生体情報を得る装置である。

図３は、従来の超音波診断装置の構成例で１チャンネル分を抜き出して示した図である（例えば特許文献１参照）。

従来の超音波診断装置１は、超音波プローブ２、受信回路３および送信回路４を備え、受信回路３および送信回路４は図示しない制御系と接続される。受信回路３および送信回路４は超音波プローブ２内の圧電振動子５と電気的に接続される。従って、圧電振動子５からの信号線６は分岐して一方は受信回路３に、他方は送信回路４に接続される構成となる。

尚、一般的な超音波診断装置では、超音波プローブ２内に複数の圧電振動子が備えられ、各圧電振動子の数に応じた数の送信回路および受信回路がスイッチ等を介して接続されるが、図３では簡単のため圧電振動子を１つとしている。

そして、送信回路４から圧電振動子５に電気パルスが印加され、圧電振動子５において電気パルスが超音波パルスに変換されて図示しない被検体内に送信される。さらに、被検体内で生じた反射波が圧電振動子５により受信され、電気信号に変換されて受信回路３に与えられる。受信回路３では、電気信号の増幅やデジタル化等の各種信号処理が行なわれ、各種信号処理後の電気信号は図示しない制御系に与えられて被検体の各種生体情報の元データとされる。

つまり超音波診断装置１では、超音波パルスを発生させるために電気パルスとして圧電振動子５に印加される送信信号と、圧電振動子５において反射波として受信される受信信号が共通の信号線６を介して伝送される。

送信回路４から圧電振動子５に与えられる送信信号は、反射波を十分な信号強度で受信するために、圧電振動子５に十分なパワーが投入されるような信号、例えば最大数１００Ｖｐｐで周波数が１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚの信号とされる。そして、このような送信信号の条件により、受信信号はノイズレベルが１〜２ｎＶ／ｒｔＨｚ程度で振幅がノイズレベルから数１０ｍＶｐｐ程度までの信号として得ることができる。

従って、受信信号に対して振幅が大きい送信信号が送信回路４から受信回路３に入らないような回路構成とする必要がある。そこで、受信回路３側の信号線６には、送信信号と受信信号とを分離するためのダイオードリミッタ７が設けられる。ダイオードリミッタ７は、互いに逆向きにアノード側で接続された２つのダイオードＤ１、Ｄ２を備える。各ダイオードＤ１、Ｄ２のアノード側には、抵抗Ｒ１を介して電源電圧Ｖｃｃ（＞０）が印加される一方、カソード側は、それぞれ抵抗Ｒ２、Ｒ３を介して接地される。

そして、振幅が大きい送信信号に対しては、ダイオードＤ１またはダイオードＤ２がＯＦＦ（高インピーダンス）になる一方、各ダイオードＤ１、Ｄ２ともに順バイアスされるような小振幅の受信信号に対しては、各ダイオードＤ１，Ｄ２が低インピーダンスになって、損失なく受信回路３に導かれるように構成される。

また、従来の超音波診断装置の別の構成例としては、リミッタを受信回路側に設けたものがある。

図４は、従来の超音波診断装置の別の構成例を示す図である。

図４に示す超音波診断装置１Ａでは、図３に示す超音波診断装置１と同様に、超音波プローブ２内の圧電振動子５に接続された信号線６が分岐して受信回路３および送信回路４と接続する構成であるが、リミッタ８が受信回路３側に設けられる。

リミッタ８は、複数のダイオードや抵抗等の回路要素により構成され、振幅依存性回路８ａとクランプ回路８ｂとを有する。振幅依存性回路８ａは、４つのダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２がブリッジ状に接続されて構成される。そして、２つのダイオードＤＨ１、ＤＨ２は互いにアノード側で逆向きに接続され、残りの２つのダイオードＤＬ１、ＤＬ２は互いにカソード側で逆向きに接続される。さらに、逆向きに接続された２組のダイオードＤＨ１、ＤＨ２およびダイオードＤＬ１、ＤＬ２は、それぞれのカソード側とアノード側とで接続される。

また、ダイオードＤＨ１、ＤＨ２のアノード側には、抵抗ＲＨを介して直列（ＤＣ）の電源電圧ＰＶが印加される。同様に、ダイオードＤＬ１、ＤＬ２のカソード側には、抵抗ＲＬを介してＤＣの電源電圧ＭＶが印加される。電源電圧ＰＶ、ＭＶは、例えば＋５Ｖ、−５Ｖといった低電圧のＤＣ電圧とされ、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２の順方向にバイアス電流を供給することができる。つまり、バイアス電流の供給により、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２のＯＮ抵抗を低減することができる。

そして、ダイオードＤＨ１、ＤＨ２の各カソード側およびダイオードＤＬ１、ＤＬ２の各アノード側はそれぞれ振幅依存性回路８ａの入力側および出力側を形成する。

さらに、振幅依存性回路８ａの出力側にクランプ回路８ｂが設けられる。クランプ回路８ｂは、互いに逆向きに並列接続して接地された２つのダイオードＤ３、Ｄ４で構成される。

そして、このように構成されたリミッタ８は、受信信号から一定の閾値外の高電圧および低電圧のノイズ成分を除去する機能を有する。すなわち、例えば各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２の順方向の電圧±ＶＦ以内の振幅の小さい受信信号が超音波プローブ２側から振幅依存性回路８ａの入力側に入力されて、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２に導かれると、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２は順方向のバイアス状態を維持しながら受信信号を受信回路３側に通過させる。

各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２を通過した受信信号は、クランプ回路８ｂ側に導かれるが、クランプ回路８ｂの各ダイオードＤ３、Ｄ４のインピーダンスが電圧が±ＶＦ以内の受信信号に対して十分大きいため受信信号には影響しない。このため、振幅の小さい受信信号は、リミッタ８を経由して受信回路３に導かれる。

一方、超音波プローブ２側から、電圧が±ＶＦの範囲外の振幅の大きい送信信号が振幅依存性回路８ａの入力側に入力すると、受信回路３がクランプ回路８ｂの各ダイオードＤ３、Ｄ４によりクランプされているため、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２のアノード側の電位は＋２ＶＦ程度までしか上がらない。同様に、各ダイオードＤＬ１、ＤＬ２のカソード側の電位は−２ＶＦ程度までしか下がらない。

このため、送信信号によりダイオードＤＨ１のカソード側における電位が上がり、ダイオードＤＨ１のカソード側の電位が＋ＶＦを超えるとダイオードＤＨ１に十分な順方向の電圧が印加されなくなる。従って、ダイオードＤＨ１のインピーダンスは急激に上昇することになる。このとき、ダイオードＤＬ２のカソード側における電位も上がるため、ダイオードＤＬ２にも十分な順方向の電圧が印加されなくなる。従って、ダイオードＤＬ２のインピーダンスも急激に上昇することになる。

逆に、送信信号によりダイオードＤＨ１、ＤＬ２のカソード側における電位が下がり、ダイオードＤＨ１、ＤＬ２のカソード側の電位が−ＶＦ未満となるとダイオードＤＬ１、ＤＨ２に十分な順方向の電圧が印加されなくなる。従って、ダイオードＤＬ１、ＤＨ２のインピーダンスは急激に上昇することになる。

この結果、振幅依存性回路８ａに電圧が＋ＶＦを超えるような振幅の大きい送信信号が入力したとしても、クランプ回路８ｂにおける各ダイオードＤ３、Ｄ４のクランプ電圧程度に制限することができる。また、リミッタ８により、受信信号からは高電圧成分が除去されて、十分に低電圧となって受信回路３に導かれる。
特開平８−１３１４４０号公報

図３に示す従来の超音波診断装置１では、圧電振動子５と受信回路３とを接続する信号線６に２つのダイオードＤ１、Ｄ２が挿入されているため、これらのＯＮ抵抗がＳ／Ｎ劣化の要因になるという問題がある。各ダイオードＤ１、Ｄ２のＯＮ抵抗の大きさは電源電圧Ｖｃｃと各抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって決定される順方向バイアス電流の大きさに依存する。各ダイオードＤ１、Ｄ２のＯＮ抵抗を小さくするためには、各抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を小さくする必要がある。

しかし、各抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を小さくすると、各抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の逆数の平方根に比例して電流性ノイズが増加し、Ｓ／Ｎを劣化させることになる。

また、図４に示す超音波診断装置１Ａでは、振幅依存性回路８ａの各ダイオードＤＨ１，ＤＨ２、ＤＬ１，ＤＬ２にバイアス電圧が印加されても、振幅依存性回路８ａの入力側および出力側のそれぞれの電位が略０Ｖになるように、各ダイオードＤＨ１，ＤＨ２、ＤＬ１，ＤＬ２の配置や向きが対称となるように設定されて振幅依存性回路８ａが構成されている。

しかし、超音波診断装置１Ａにおいても、各ダイオードＤＨ１，ＤＨ２、ＤＬ１，ＤＬ２のＯＮ抵抗が並列合成されてＳ／Ｎ劣化の要因となる。また、振幅依存性回路８ａにおけるバイアス電流を決めている抵抗ＲＨ，ＲＬは、電流性ノイズの抑制という観点から小さくすることが困難である。すなわち、各抵抗ＲＨ，ＲＬを小さくすると、電流性ノイズが増加し、Ｓ／Ｎの劣化に繋がる。

以上のように、従来のいずれの構成の超音波診断装置１、１Ａにおいても、受信信号のＳ／Ｎの改善が困難であり、より良好なＳ／Ｎの受信信号を得ることが可能な回路構成の考案が望まれる。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、送信信号と受信信号とを適切に分離して、よりＳ／Ｎが高い受信信号を得ることが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明に係る超音波診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、送信信号を超音波パルスに変換して被検体に送信するとともに反射波を受信して受信信号を生成する圧電振動子と、前記圧電振動子に前記送信信号を送信する送信回路と、前記圧電振動子から前記受信信号を受ける受信回路と、前記受信回路側に設けられ、前記送信信号に対してはインピーダンスが大きくなる一方、前記受信信号に対してはインピーダンスが小さくなる振幅依存性回路と、前記振幅依存性回路のインピーダンスが変化する振幅を決定するクランプ回路とを備え、前記送信信号および前記受信信号の送受信帯域において十分にインピーダンスが大きいインダクタを前記振幅依存性回路に並列接続したことを特徴とするものである。

また、本発明に係る超音波診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、送信信号を超音波パルスに変換して被検体に送信するとともに反射波を受信して受信信号を生成する圧電振動子と、前記圧電振動子に前記送信信号を送信する送信回路と、前記圧電振動子から前記受信信号を受ける受信回路と、前記受信回路側に設けられ、前記送信信号に対してはインピーダンスが大きくなる一方、前記受信信号に対してはインピーダンスが小さくなる振幅依存性回路と、前記振幅依存性回路のインピーダンスが変化する振幅を決定するクランプ回路とを備え、前記送信信号に対して十分にインピーダンスが大きい抵抗を前記振幅依存性回路に並列接続したことを特徴とするものである。

また、本発明に係る超音波診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、送信信号を超音波パルスに変換して被検体に送信するとともに反射波を受信して受信信号を生成する圧電振動子と、前記圧電振動子に前記送信信号を送信する送信回路と、前記圧電振動子から前記受信信号を受ける受信回路と、前記受信回路側に設けられ、前記送信信号に対してはインピーダンスが大きくなる一方、前記受信信号に対してはインピーダンスが小さくなる振幅依存性回路と、前記振幅依存性回路のインピーダンスが変化する振幅を決定するクランプ回路とを備え、前記振幅依存性回路をダイオードでブリッジ状に構成して前記受信信号の経路に交差してバイアス電流供給回路からバイアス電流を供給するようにし、かつ前記バイアス電流の供給ルートにインダクタを設けて構成したことを特徴とするものである。

本発明に係る超音波診断装置においては、送信信号と受信信号とを適切に分離して、よりＳ／Ｎが高い受信信号を得ることができる。

本発明に係る超音波診断装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る超音波診断装置の実施の形態を示す構成図である。

超音波診断装置１０は、超音波プローブ１１、受信回路１２および送信回路１３を備え、受信回路１２および送信回路１３は図示しない制御系と接続される。超音波プローブ１１は、単一あるいは複数の圧電振動子１４を備え、受信回路１２および送信回路１３は超音波プローブ１１のシールドケーブルＴ１によって保護された信号線１５を介して超音波プローブ１１内の圧電振動子１４と接続される。従って、圧電振動子１４と接続された信号線１５は分岐して一方は受信回路１２に、他方は送信回路１３に接続される構成となる。受信回路１２、送信回路１３および図示しない制御系は、装置本体１６内に収納される。

尚、一般的な超音波診断装置では、超音波プローブ１１内に複数の圧電振動子１４が備えられ、各圧電振動子１４の数に応じた数の送信回路１２および受信回路１３が接続されるが、図１では簡単のため単一の圧電振動子１４を抜き出して示している。

従って、超音波プローブ１１内に複数の圧電振動子１４が備えられる場合には、圧電振動子１４の数だけ信号線１５が存在することになる。この場合には、各圧電振動子１４に接続された複数の信号線１５が、多芯の一括シールドケーブルＴ１にまとめられる。図１では、単一の圧電振動子１４に対応する１ＣＨ分の回路構成のみ図示しており、ある圧電振動子１４に接続された１つの信号線１５のみ示されている。

送信回路１３は、送信信号として電気パルスを生成し、信号線１５を介して超音波プローブ１１内の圧電振動子１４内に印加する機能を有する。送信回路１３は、例えば送信用トランス駆動回路Ｖ１の出力側にトランスＫ１を接続して構成される。そして、送信用トランス駆動回路Ｖ１により出力された電気パルスをトランスＫ１で昇圧して送信信号として超音波プローブ１１内の圧電振動子１４内に印加するように構成される。

圧電振動子１４は、送信回路１３から受けた送信信号である電気パルスを超音波パルスに変換して図示しない被検体内に送信する機能と、被検体内において生じた反射波を受信して電気信号に変換し、受信信号として信号線１５を介して受信回路１２に与える機能とを有する。

受信回路１２は、入力インピーダンスＺＩＮ、プリアンプＸ１や図示しないＡ／Ｄ変換器等の回路を備え、圧電振動子１４から受けた受信信号の増幅やＡ／Ｄ変換等の各種信号処理を行なってデジタル信号としての反射波信号を生成し、後段の図示しない制御系に与える機能を有する。

さらに、超音波プローブ１１側の他端において分岐した信号線１５の送信回路１３側には、送受分離回路１７が設けられる。送受分離回路１７は、圧電振動子１４から信号線１５を介して受信回路１２に伝送される受信信号に対して、送信回路１３並びに送信回路１３側の信号線１５における容量性負荷等の影響を与えないように、送信回路１３側の線路を受信回路１２側における受信信号の伝送線路から電気的に分離する機能を有する。

送受分離回路１７は、例えばダイオードＤ５、Ｄ６を互いに逆向きに並列接続して構成される。受信信号は、振幅がノイズレベルから数１０ｍＶｐｐ程度までの信号であるため、送受分離回路１７を構成するダイオードＤ５、Ｄ６のインピーダンスが十分に高く、送信回路１３側の負荷が受信信号に与える影響が十分に低減される。一方、送信信号は、ダイオードＤ５、Ｄ６がＯＮ状態となり低インピーダンスになる電圧より大きいため、ダイオードＤ５、Ｄ６を通過して超音波プローブ１１内の圧電振動子１４に到達することができる。

さらにまた、超音波プローブ１１側の他端において分岐した信号線１５の受信回路１２側には、リミッタ１８が設けられる。リミッタ１８は、複数のダイオードや抵抗等の回路要素により構成される。

リミッタ１８は、振幅依存性回路１９とクランプ回路２０とを備える。振幅依存性回路１９はクランプ回路２０と組み合わされることにより、送信信号に対してはインピーダンスが大きくなる一方、受信信号に対してはインピーダンスが小さくなるように構成される。

振幅依存性回路１９は、４つのダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２がブリッジ状に接続されて構成される。すなわち、２つのダイオードＤＨ１、ＤＨ２は互いにアノード側で逆向きに接続され、残りの２つのダイオードＤＬ１、ＤＬ２は互いにカソード側で逆向きに接続される。さらに、逆向きに接続された２組のダイオードＤＨ１、ＤＨ２およびダイオードＤＬ１、ＤＬ２は、それぞれのカソード側とアノード側とで接続される。

また、ダイオードＤＨ１のアノード側とダイオードＤＨ２のカソード側との間には、第１のバイアス電流供給回路２１が接続される。同様に、ダイオードＤＬ１のカソード側とダイオードＤＬ２のアノード側との間にも第２のバイアス電流供給回路２２が接続される。第１のバイアス電流供給回路２１および第２のバイアス電流供給回路２２は、それぞれ直列（ＤＣ）の電源電圧ＰＶ、ＭＶに抵抗ＲＨ、ＲＬとインダクタＬ１，Ｌ２とを直列に接続して構成される。そして、例えば図１に示すように第１のバイアス電流供給回路２１のインダクタＬ１側が、ダイオードＤＨ１のアノード側とダイオードＤＨ２のカソード側との間に接続され、第２のバイアス電流供給回路２２のインダクタＬ２側が、ダイオードＤＬ１のカソード側とダイオードＤＬ２のアノード側との間に接続される。

第１のバイアス電流供給回路２１および第２のバイアス電流供給回路２２の電源電圧ＰＶ、ＭＶは、例えば＋５Ｖ、−５Ｖといった低電圧のＤＣ電圧とされる。そして、このように構成された第１のバイアス電流供給回路２１および第２のバイアス電流供給回路２２は、それぞれ振幅依存性回路１９にダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２のアノード側からカソード側に向かうバイアス電流を供給する機能を有する。

すなわち、振幅依存性回路１９には、抵抗ＲＨ、ＲＬおよびインダクタＬ１，Ｌ２を介してＤＣの電源電圧ＰＶ、ＭＶが印加され、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２の順方向にバイアス電流が供給される。そして、振幅依存性回路１９へのバイアス電流の供給により、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２のＯＮ抵抗を小さく抑えることができるように構成される。

一方、ダイオードＤＨ１、ＤＨ２の各カソード側およびダイオードＤＬ１、ＤＬ２の各アノード側はそれぞれ振幅依存性回路１９の入力側および出力側を形成する。そして、振幅依存性回路１９には、インダクタＬ３が並列接続される。すなわち、ダイオードＤＨ１のカソード側とダイオードＤＬ１のアノード側との間にインダクタＬ３の一端が接続され、ダイオードＤＨ２のカソード側とダイオードＤＬ２のアノード側との間にインダクタＬ３の他端が接続される。

振幅依存性回路１９に並列接続されるインダクタＬ３には、送信信号および受信信号の周波数帯域において十分にインピーダンスが大きいものが使用される。

さらに、振幅依存性回路１９の出力側には、クランプ回路２０が設けられる。クランプ回路２０は、互いに逆向きに並列接続して接地された２つのダイオードＤ３、Ｄ４で構成される。

次に、超音波診断装置１０の作用について説明する。

まず、第１のバイアス電流供給回路２１および第２のバイアス電流供給回路２２から、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２にバイアス電流が順方向に供給される。

一方、図示しない制御系から送信回路１３に制御信号が与えられ、送信回路１３において送信信号が生成される。すなわち、送信回路１３の送信用トランス駆動回路Ｖ１から数ＭＨｚから十数ＭＨｚの電気パルスが出力され、トランスＫ１で昇圧される。この結果、数百Ｖｐｐもの電気パルスが送信信号として生成される。

送信回路１３において生成された送信信号は、信号線１５を介して送受分離回路１７に導かれる。送信信号の電圧はダイオードＤ５、Ｄ６がＯＮ状態となり低インピーダンスになる電圧より大きいため、ダイオードＤ５、Ｄ６を通過することができる。

送受分離回路１７を通過した送信信号は、受信回路１２側の信号線１５と送信回路１３側の信号線１５との合流点に到達し、送信信号および受信信号を伝送するための共通の信号線１５を介して超音波プローブ１１側に伝送される。

ここで、仮にリミッタ１８がない場合、送信信号の電圧が受信回路１２に印加される恐れがある。そして、仮に送信信号の電圧が例えば受信回路１２のプリアンプＸ１に印加されると、プリアンプＸ１が破壊されてしまう。

しかし、送信信号は振幅が大きいため、受信回路１２側に設けられたリミッタ１８のダイオードＤＨ１，ＤＨ２，ＤＬ１，ＤＬ２のインピーダンスを大きくしてＯＦＦにさせる。すなわち、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２の順方向の電圧を±ＶＦとすると、送信信号の電圧は±ＶＦの範囲外と大きい。このため、送信信号が振幅依存性回路１９の入力側に入力すると、受信回路１２がクランプ回路２０の各ダイオードＤ３、Ｄ４によりクランプされているため、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２のアノード側の電位は＋２ＶＦ程度までしか上がらない。同様に、各ダイオードＤＬ１、ＤＬ２のカソード側の電位は−２ＶＦ程度までしか下がらない。

さらに、送信信号は周波数が数ＭＨｚから十数ＭＨｚと高く、送信信号の周波数では振幅依存性回路１９に並列接続されたインダクタＬ３のインピーダンスが十分に高くなる。この結果、送信信号は、直接受信回路１２のプリアンプＸ１に入ることなくアッテネート（減衰）されるため、プリアンプＸ１が破壊されることはない。

しかして、受信回路１２に悪影響を与えることなく超音波プローブ１１に導かれた送信信号は、圧電振動子１４に印加される。圧電振動子１４は、送信回路１３から受けた送信信号である電気パルスを超音波パルスに変換して図示しない被検体内に送信する。すると、被検体内において反射波が生じ、被検体内において生じた反射波は、圧電振動子１４により受信されて電気信号に変換される。

圧電振動子１４において得られた反射波の電気信号は、振幅が数十ｍＶｐ程度の受信信号となって、信号線１５を介してリミッタ１８側に伝送される。このとき、受信信号は、振幅がノイズレベルから数１０ｍＶｐｐ程度までの信号であるため、送受分離回路１７を構成するダイオードＤ５、Ｄ６のインピーダンスが十分に高くなる。このため、送信回路１３側の線路が受信回路１２側における受信信号の伝送線路から電気的に分離され、送信回路１３側の負荷が受信信号に与える影響が十分に低減される。

そして、送信信号は、受信回路１２側に分岐する信号線１５に導かれ、リミッタ１８の振幅依存性回路１９の入力側に到達する。

また、一方で第１のバイアス電流供給回路２１および第２のバイアス電流供給回路２２から、抵抗ＲＨ、ＲＬの作用により各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２のＯＮ抵抗が十分に小さくなるようなバイアス電流が順方向に供給されている。このとき、供給されるバイアス電流を増やすと、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２のＯＮ抵抗を、より小さくすることができる。

各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２に供給されるバイアス電流を増やすための方法としては、ＤＣ電源電圧ＰＶ、ＭＶ間における電圧を大きくする方法や、あるいは抵抗ＲＨ、ＲＬの値を小さくする方法がある。このため、例えばバイアス電流を供給するためのＤＣ電源電圧ＰＶ、ＭＶ間における電圧が大きく設定される。

このとき、バイアス電流の増加に伴って電流性ノイズが増大する恐れがあるが、抵抗ＲＨ、ＲＬに直列インダクタＬ１，Ｌ２を挿入することによって、電流性ノイズの増加が抑制される。この結果、バイアス電流に起因する電流性ノイズによる受信信号のＳ／Ｎへの影響が低減される。

また、振幅依存性回路１９と並列接続されたインダクタＬ３は、周波数の数ＭＨｚから十数ＭＨｚの受信信号に対しても送信信号と同様に高いインピーダンスとなる。従って、受信信号に対しては、振幅依存性回路１９のＯＮ抵抗が支配的となり、インダクタＬ３の影響はほとんど無視できることになる。

この結果、振幅依存性回路１９の入力側に到達した受信信号は、ＯＮ抵抗が十分に小さくなった振幅依存性回路１９の各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２を経由して振幅依存性回路１９の出力側から受信回路１２のプリアンプＸ１に導かれる。

すなわち、受信信号の電圧は、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２の順方向の電圧±ＶＦ以内の小さい振幅であるため、各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２は順方向のバイアス状態を維持しながら受信信号を振幅依存性回路１９の出力側に通過させる。各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２を通過した受信信号は、クランプ回路２０側に導かれるが、クランプ回路２０の各ダイオードＤ３、Ｄ４のインピーダンスは、電圧が±ＶＦ以内の受信信号に対して十分大きいため受信信号には影響しない。このため、振幅の小さい受信信号は、リミッタ１８を経由して受信回路１２に導かれる。

そして、このように受信回路１２に導かれた受信信号は、プリアンプＸ１や図示しないＡ／Ｄ変換器等の回路において増幅やＡ／Ｄ変換等の各種信号処理に施され、デジタル信号としての反射波信号に変換される。さらに、反射波信号は、後段の図示しない制御系に与えられ、断層画像情報や血流情報の取得用の元データとして利用される。

ところで、仮に振幅依存性回路１９にインダクタＬ３が並列接続されない場合には、送信信号の送信直後において、振幅依存性回路１９の入力側は、送信トランスでオーバーシュートあるいはアンダーシュートが発生し、すぐには各ダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２のＯＮ抵抗が小さくなるような受信状態には復帰しない。

アンダーシュートの場合、ダイオードＤＬ１が順方向にバイアスされないことにより、インピーダンスが増加する。ダイオードＤＬ１が順方向に正しくバイアスされる状態にするには、抵抗ＲＨおよびダイオードＤＨ１を経由して電源電圧ＰＶから電流を供給するか、あるいは送信回路１３の抵抗Ｒ１から電流を供給することが必要である。

従って、インダクタＬ３がない場合に振幅依存性回路１９を早く受信状態に復帰させるためには、電源電圧ＰＶから電流を供給する場合には、抵抗ＲＨの値を小さくすればよいが、受信時における電流性ノイズが大きくなるため、あまり小さくすることができない。また、送信回路１３の抵抗Ｒ１から電流を供給する場合には、抵抗Ｒ１の値を小さくすればよい。しかし、受信信号の受信時には、受信系が送受分離回路１７のダイオードＤ５、Ｄ６により分離されているため受信信号へのノイズには影響ないものの、送信用トランス駆動回路Ｖ１の負荷が重くなり消費電流による発熱等の問題が起こり得る。

このような背景から、抵抗ＲＨや抵抗Ｒ１の値はあまり小さい値にすることができず、結果として振幅依存性回路１９の受信状態への復帰時間が長くなってしまう。このため、振幅依存性回路１９に受信信号が通らない時間が長くなり、特に被検体の浅部における画像を得る場合において、十分な感度が得られないことになる。

しかし、超音波診断装置１０では、振幅依存性回路１９の入力側と出力側とをバイパスするようにインダクタＬ３が挿入されているため、アンダーシュートにより発生したバイアス点のずれを、インダクタＬ３およびダイオードＤ３を介してグランドから供給された電流により復帰させることができる。つまり、インダクタＬ３は送信信号および受信信号の周波数帯域（１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚ程度）ではインピーダンスが大きいが、アンダーシュートによるバイアス点のずれ（ＤＣから数百ｋＨｚ程度）に対しては、インピーダンスが小さい特性を持つため、振幅依存性回路１９の入力バイアスを、より素早く正常な受信状態に復帰させることができる。

また、オーバーシュートの場合についてもアンダーシュートの場合と極性が異なるのみであるため、アンダーシュートの場合と同様に、インダクタＬ３によって振幅依存性回路１９の入力バイアスを、より素早く正常な受信状態に復帰させることができる。

以上のような超音波診断装置１０によれば、送信信号が受信回路１２に入らないように受信回路１２側に設けられたリミッタ１８において、振幅依存性回路１９にバイアス電流を供給するための第１のバイアス電流供給回路２１および第２のバイアス電流供給回路２２に抵抗ＲＨ、ＲＬと直列にインダクタＬ１、Ｌ２を接続したことにより、バイアス電流による電流性ノイズを低減し、受信信号のＳ／Ｎを改善することができる。

また、リミッタ１８の振幅依存性回路１９と並列にインダクタＬ３を接続したため、Ｓ／Ｎを劣化させずに、受信信号の通過後におけるバイアス変動を早期に復帰させることができる。

振幅依存性回路１９を図１に示す回路構成としたが、信号の振幅に依存してインピーダンスが変化し、振幅の小さい受信信号を受信回路１２に通過させる一方、振幅の大きい送信信号の受信回路１２への到達を抑制できる回路構成であれば、他の回路構成であってもよい。振幅依存性回路１９を図１に示す回路構成以外の回路構成にしたとしても、インダクタＬ３を並列に接続すれば、バイアス変動を早期に復帰させることができる。

そして、特に振幅依存性回路１９をダイオードＤＨ１、ＤＨ２、ＤＬ１、ＤＬ２でブリッジ状に構成し、受信信号の経路に交差してバイアス電流供給回路２１、２２からバイアス電流を供給するようにした場合には、バイアス電流の供給ルートに少なくとも１つ以上のインダクタ（Ｌ１やＬ２）を設けることにより電流性ノイズを低減させることができる。この場合、バイアス電流供給回路２１、２２の回路構成は、図１に示す回路構成以外の回路構成としてもよい。従って、電流性ノイズは抵抗ＲＨ、ＲＬの熱雑音に起因するものに限らず、トランジスタ等の他の構成要素に起因するものであっても低減させることができる。

また、超音波診断装置１０の一部、例えば送受分離回路１７を省略して構成してもよい。逆に、複数の圧電振動子１４への送信信号や圧電振動子１４からの受信信号を切り換えるためのスイッチのように、必要に応じて各種回路を付加して構成してもよい。さらに、必要に応じて超音波診断装置１０の構成要素の一部を他の構成要素に置換してもよい。

特に振幅依存性回路１９に並列接続される回路は、インダクタＬ３のみとする場合に限らず、種々の変形が可能である。

図２は、図１に示す超音波診断装置１０の振幅依存性回路１９に並列接続される回路の変形例を示す図である。

例えば、図２（ａ）に示すように、振幅依存性回路１９に並列接続されたインダクタＬ３と直列に抵抗Ｒ３を接続してもよい。インダクタＬ３と直列に抵抗Ｒ３を接続すれば、ダンピングとして、過剰な電流が流れるのを防止することができる。

また図２（ｂ）に示すように、振幅依存性回路１９にインダクタＬ３とともに抵抗Ｒ３を並列接続してもよい。図２（ｂ）のように抵抗Ｒ３とインダクタＬ３とを並列接続した場合にも、抵抗Ｒ３とインダクタＬ３とを直列接続した場合と同様に、ダンピングとして働く。

さらに、図２（ｃ）に示すように、振幅依存性回路１９にインダクタＬ３の代わりに抵抗Ｒ３を並列接続しても、インダクタのようなインピーダンスの周波数特性はないものの送信信号を抑制しつつ、バイアス変動による過渡応答を早期に収束させて、受信信号のＳ／Ｎを向上させる効果を得ることができる。また、受信時は、ダイオードのＯＮ抵抗でバイパスされるため、比較的小さい抵抗値のものを選んでも受信信号には影響がなく、送信回路１３における駆動回路の消費電流が許容できれば同様な目的で使用可能である。

ただし、図２（ｃ）に示すように、振幅依存性回路１９に抵抗Ｒ３を並列接続した場合には、送信信号を抑制するために抵抗Ｒ３の値を大きくする必要がある。しかし、一方で、振幅依存性回路１９のバイアス変動を復帰させるには抵抗Ｒ３の値を小さくする必要がある。このため、送信信号の抑制効果とバイアス変動の復帰効果のいずれか一方の効果低減を甘受することが必要となる。

この点、図１、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように振幅依存性回路１９に抵抗Ｒ３ではなく、インダクタＬ３を並列接続すれば、送信信号の抑制効果とバイアス変動の復帰効果の双方を得ることができる。

本発明に係る超音波診断装置の実施の形態を示す構成図。図１に示す超音波診断装置の振幅依存性回路に並列接続される回路の変形例を示す図。従来の超音波診断装置の構成例で１チャンネル分を抜き出して示した図。従来の超音波診断装置の別の構成例を示す図。

符号の説明

１０超音波診断装置
１１超音波プローブ
１１ａシールドケーブル
１２受信回路
１３送信回路
１４圧電振動子
１５信号線
１６装置本体
１７送受分離回路
１８リミッタ
１９振幅依存性回路
２０クランプ回路
２１第１のバイアス電流供給回路
２２第２のバイアス電流供給回路

Claims

送信信号を超音波パルスに変換して被検体に送信するとともに反射波を受信して受信信号を生成する圧電振動子と、前記圧電振動子に前記送信信号を送信する送信回路と、前記圧電振動子から前記受信信号を受ける受信回路と、前記受信回路側に設けられ、前記送信信号に対してはインピーダンスが大きくなる一方、前記受信信号に対してはインピーダンスが小さくなる振幅依存性回路と、前記振幅依存性回路のインピーダンスが変化する振幅を決定するクランプ回路とを備え、前記送信信号および前記受信信号の送受信帯域において十分にインピーダンスが大きいインダクタを前記振幅依存性回路に並列接続したことを特徴とする超音波診断装置。
前記インダクタに抵抗を並列または直列に接続して設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
前記振幅依存性回路は、ダイオードでブリッジ状に構成してバイアス電流供給回路から前記受信信号の経路に交差してバイアス電流を供給するようにされ、かつ前記バイアス電流の供給ルートにインダクタを設けて構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
送信信号を超音波パルスに変換して被検体に送信するとともに反射波を受信して受信信号を生成する圧電振動子と、前記圧電振動子に前記送信信号を送信する送信回路と、前記圧電振動子から前記受信信号を受ける受信回路と、前記受信回路側に設けられ、前記送信信号に対してはインピーダンスが大きくなる一方、前記受信信号に対してはインピーダンスが小さくなる振幅依存性回路と、前記振幅依存性回路のインピーダンスが変化する振幅を決定するクランプ回路とを備え、前記送信信号に対して十分にインピーダンスが大きい抵抗を前記振幅依存性回路に並列接続したことを特徴とする超音波診断装置。
送信信号を超音波パルスに変換して被検体に送信するとともに反射波を受信して受信信号を生成する圧電振動子と、前記圧電振動子に前記送信信号を送信する送信回路と、前記圧電振動子から前記受信信号を受ける受信回路と、前記受信回路側に設けられ、前記送信信号に対してはインピーダンスが大きくなる一方、前記受信信号に対してはインピーダンスが小さくなる振幅依存性回路と、前記振幅依存性回路のインピーダンスが変化する振幅を決定するクランプ回路とを備え、前記振幅依存性回路をダイオードでブリッジ状に構成して前記受信信号の経路に交差してバイアス電流供給回路からバイアス電流を供給するようにし、かつ前記バイアス電流の供給ルートにインダクタを設けて構成したことを特徴とする超音波診断装置。