JP2007244687A

JP2007244687A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2007244687A
Application number: JP2006073218A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fukukita; 博福喜多; Hisashi Akiyama; 恒秋山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】ＴＲスイッチを低耐圧のＮＭＯＳトランジスタで構成することができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】レベルシフト回路１の出力はＰＭＯＳトランジスタ２のゲートに加えられる。ＰＭＯＳトランジスタ２のソースは高電圧電源ＨＶに接続され、ドレインは送受信号線を介して超音波振動子４に接続され、さらにＮＭＯＳトランジスタ３のドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ３のゲートは送信制御信号に接続され、ソースはプリアンプ７に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ３のソースはさらにダイオード５のアノードに接続され、ダイオード５のカソードはＮＭＯＳトランジスタ６のドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ６のゲートにはＴＲ制御信号が加えられ、ソースはＧＮＤに接地される。ダイオード５とＮＭＯＳトランジスタ６でＴＲスイッチを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリアンプの入力を保護するＴＲスイッチを有する超音波診断装置に関するものである。

従来の超音波診断装置は、高電圧の駆動回路出力と超音波振動子、および駆動回路出力とプリアンプの間にＴＲスイッチ（ｔｒａｎｓｍｉｔ−ｒｅｃｅｉｖｅｓｗｉｔｃｈ）が設けられていた。

図８は、超音波振動子２０を使用する従来の超音波診断装置１０の単純化されたブロック図である。従来の超音波診断装置１０は、低電圧送信回路１２およびプリアンプ１８を含む。低電圧送信回路１２およびプリアンプ１８は、約５ボルトの低電圧電源ＬＶとグラウンド（ＧＮＤ）間に接続される。

低電圧送信回路１２は、例えば、ライン２５経由で超音波画像システムの電子ユニットから制御信号を受け取り、ライン２６，２８経由で低電圧送信信号を出力する。プリアンプ１８には、超音波振動子２０によって受け取られた超音波エネルギーを表わす入力信号がライン１９経由で供給される。またプリアンプ１８は、処理した入力信号をライン２９経由で、超音波画像システムの電子ユニットあるいは他の回路に出力する。

また、超音波診断装置１０は、約２０−１００ボルトの高電源電圧ＨＶとグラウンド間に接続される高電圧駆動回路１４を含む。高電圧駆動回路１４は、ライン２６，２８経由で低電圧送信回路１２から受け取った信号に基づいて、ライン２２およびＴＲスイッチ１６経由で超音波振動子２０を駆動する。

さらに、超音波診断装置１０は、ライン２７で受け取った制御信号によって操作されるＴＲスイッチ１６を含む。ＴＲスイッチ１６を使用することにより、超音波診断装置１０は、１つの超音波振動子２０を使用して超音波エネルギーを送受信することができる（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第６３８０７６６号明細書（段落６の４０〜４５行、ＦＩＧ．１Ａ）

しかしながら、従来の超音波診断装置１０においては、高電圧駆動回路１４から供給される高電圧を超音波振動子２０に供給するため、ＴＲスイッチ１６は高耐圧の部品で構成する必要があった。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、ＴＲスイッチを低耐圧の回路部品で構成できる超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波診断装置は、ドレイン側に超音波振動子が接続される第一のＮＭＯＳトランジスタを含む駆動回路と、前記第一のＮＭＯＳトランジスタのソース側に設けられ、互いに並列接続されたプリアンプ及びＴＲスイッチと、を備え、前記ＴＲスイッチが、直列接続されたダイオードと第二のＮＭＯＳトランジスタとで構成されるものである。

上記構成によれば、ＴＲスイッチをダイオードと第二のＮＭＯＳトランジスタとを直列接続して構成することにより、ＴＲスイッチを低耐圧のＮＭＯＳトランジスタで構成することができる。また、ダイオードを用いてＴＲスイッチにより発生する超音波（ノイズ）の強度を低減できる。

また、本発明の超音波診断装置は、ドレイン側に第一の超音波振動子が接続される第一のＮＭＯＳトランジスタを含む第一の駆動回路と、ドレイン側に第二の超音波振動子が接続される第二のＮＭＯＳトランジスタを含む第二の駆動回路と、前記第一のＮＭＯＳトランジスタのソース側に設けられ、互いに並列接続された第一のプリアンプ及び第一のＴＲスイッチと、前記第二のＮＭＯＳトランジスタのソース側に設けられ、互いに並列接続された第二のプリアンプ及び第二のＴＲスイッチと、を備え、前記第一のＴＲスイッチが、ＴＲ制御信号が印加される端子を有し、前記第二のＴＲスイッチが、前記ＴＲ制御信号を遅延させた遅延ＴＲ制御信号が印加される端子を有するものである。

上記構成によれば、ＴＲスイッチを低耐圧のＮＭＯＳトランジスタで構成することができる。また、第一及び第二の超音波振動子をＴＲ制御信号及び遅延ＴＲ制御信号で駆動することにより、ＴＲスイッチにより発生する超音波（ノイズ）の指向方向を大きく偏向し、断層像の走査領域外とすることができる。

本発明の超音波診断装置によれば、ＴＲスイッチを低耐圧のＮＭＯＳトランジスタで構成することができる。

以下、本発明の実施の形態の超音波診断装置について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置を図１に示す。図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる超音波診断装置の要部構成例を示すブロック図である。図１に示す超音波診断装置は、超音波振動子４と、レベルシフト回路１、ＰＭＯＳトランジスタ２、ドレイン側に超音波振動子４が接続されるＮＭＯＳトランジスタ３を含む駆動回路と、ＮＭＯＳトランジスタ３のソース側に設けられ、互いに並列接続されたプリアンプ７及びＴＲスイッチと、を備え、ＴＲスイッチが、直列接続されたダイオード５とＮＭＯＳトランジスタ６とで構成される。

図１において、レベルシフト回路１には送信制御信号が加えられ、レベルシフト回路１の出力はＰＭＯＳトランジスタ２のゲートに加えられる。ＰＭＯＳトランジスタ２のソースは高電圧電源ＨＶに接続され、ドレインは送受信号線を介して超音波振動子４に接続され、さらにＮＭＯＳトランジスタ３のドレインに接続される。

ＮＭＯＳトランジスタ３のゲートは送信制御信号に接続され、ソースはプリアンプ７に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ３のソースはさらにダイオード５のアノードに接続され、ダイオード５のカソードはＮＭＯＳトランジスタ６のドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ６のゲートにはＴＲ制御信号が加えられ、ソースはＧＮＤに接地される。ダイオード５とＮＭＯＳトランジスタ６でＴＲスイッチを構成する。ＮＭＯＳトランジスタ３のソース側には、プリアンプ７とＴＲスイッチが互いに並列接続されて設けられる。

以上のように構成された超音波診断装置について、図２を用いてその動作を説明する。まず、受信期間においてＴＲ制御信号はＬレベルにあり、ＮＭＯＳトランジスタ６はオフであり、そのドレイン、ソース間には電位差Ｖ１を生じる。このときダイオード５には電流が流れないので電位差は生じない。この結果、低入力インピーダンスのプリアンプ７の入力の電位はＶ１となる。プリアンプ７としては例えばゲート接地回路が望ましい。また、この時、送信制御信号はＨレベルにあるので、ＮＭＯＳトランジスタ３はオンであり、電位Ｖ１は送受信号線電圧Ｖ３として超音波振動子４に加えられる。

次にタイミングＴ１以降は送信期間になり、ＴＲ制御信号はＨレベルになり、ＮＭＯＳトランジスタ６はオンとなり、そのドレイン、ソース間の電位差はほぼ零となる。一方、ダイオード５には電流が流れるので順方向電圧降下Ｖ２を生じる。この結果、プリアンプ７の入力の電位はＶ２となる。

また、この時、送信制御信号はＨレベルにあるので、ＮＭＯＳトランジスタ３はオンであり、電位Ｖ２は送受信号線電圧Ｖ４として超音波振動子４に加えられる。タイミングＴ１において振動子４の電位のレベルはＶ３からＶ４に変化し、その結果振動子４は微弱な超音波を発生する。

送信期間において送信制御信号はＨレベルからＬレベルに変化し、ＰＭＯＳトランジスタ２はオンし、ＮＭＯＳトランジスタ３はオフし、送受信号線電圧はＨＶに上昇し、次に、送信制御信号はＬレベルからＨレベルに変化し、ＰＭＯＳトランジスタ２はオフし、ＮＭＯＳトランジスタ３はオンし、送受信号線電圧はＶ４に降下し、このようにして送信パルスを発生する。

この送信パルスに対してタイミングＴ１において発生する微弱な超音波はノイズとして作用する。同様にしてタイミングＴ２においても微弱な超音波を発生しノイズとして作用する。以上の説明から明らかなように、ダイオード５の順方向電圧降下がある場合は、タイミングＴ１、Ｔ２における送信信号線電圧の変化はＶ４であるのに対し、ダイオード５がない場合には送信信号線電圧の変化はＶ３（＞Ｖ４）であり振動子４が発生するノイズとしての微弱な超音波のレベルが大となり望ましくない。

タイミングＴ２以降では、送信制御信号はＨレベルであり、ＮＭＯＳトランジスタ３はオン、ＴＲ制御信号はＬレベルでありＮＭＯＳトランジスタ６はオフであり、超音波振動子４の受信信号は送受信号線を介し、ＮＭＯＳトランジスタ３を通過してプリアンプ７へ入力される。ＮＭＯＳトランジスタ６にかかる電圧は最大でＶ１であり、プリアンプ７の入力インピーダンスが低いのでＶ１は小さな値となり低耐圧のＮＭＯＳトランジスタを用いることができる。

このように、本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置によれば、駆動回路がＮＭＯＳトランジスタで構成され、前記ＮＭＯＳトランジスタのドレインは超音波振動子を駆動し、前記ＮＭＯＳトランジスタのソース側にはプリアンプとＴＲスイッチとが互いに並列接続され、前記ＴＲスイッチは直列接続されたダイオードとＮＭＯＳトランジスタで構成されていることにより、ＴＲスイッチを低耐圧のＮＭＯＳトランジスタで構成することができ、かつダイオードを用いてＴＲスイッチにより発生するノイズとしての超音波の強度を低減できる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置を図３に示す。図３は、本発明の第２の実施の形態に係わる超音波診断装置の要部構成例を示すブロック図である。なお、図３において、第１の実施の形態で参照した図１と同じ構成および機能を有する部分については同一の符号または記号を付して説明を省略する。

図３に示す超音波診断装置は、超音波振動子４と、レベルシフト回路１、ＰＭＯＳトランジスタ２、ドレイン側に超音波振動子４が接続されるＮＭＯＳトランジスタ３を含む駆動回路と、ＮＭＯＳトランジスタ３のソース側に設けられ、互いに並列接続されたプリアンプ７及びＮＭＯＳトランジスタ６（ＴＲスイッチ）と、を含む回路を複数組備え、第一の組に属するＴＲスイッチが、ＴＲ制御信号が印加される端子を有し、第二の組に属するＴＲスイッチが、ＴＲ制御信号を遅延させた遅延ＴＲ制御信号が印加される端子を有するものである。

図３において、レベルシフト回路１１には送信制御信号Ｂが加えられ、レベルシフト回路１１の出力はＰＭＯＳトランジスタ２１のゲートに加えられる。ＰＭＯＳトランジスタ２１のソースは高電圧電源ＨＶに接続され、ドレインは送受信号線を介して超音波振動子４１に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ３１のドレインに接続される。

ＮＭＯＳトランジスタ３１のゲートは送信制御信号Ｂに接続され、ソースはプリアンプ７１に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ３１のソースはさらにＮＭＯＳトランジスタ６１のドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ６１のゲートには遅延ＴＲ制御信号が加えられ、ソースはＧＮＤに接地される。ＮＭＯＳトランジスタ６１によりＴＲスイッチを構成する。ＮＭＯＳトランジスタ６によるＴＲスイッチは第一の組に属し、ＮＭＯＳトランジスタ６１によるＴＲスイッチは第二の組に属する。遅延ＴＲ制御信号はＴＲ制御信号を遅延回路８１で遅延することにより得られる。

以上のように構成された超音波診断装置について、図４、図５を用いてその動作を説明する。まず、ＴＲ制御信号のタイミングＴ１において、振動子４は微弱な超音波を発生する。遅延ＴＲ制御信号のタイミングＴ３において、振動子４１はノイズとしての微弱な超音波を発生する。タイミングＴ１とタイミングＴ３の間には時間差ΔＴがある。

図５は、超音波をＺ方向の被検体に向けて放射する場合に、振動子４と振動子４１においてＴＲ制御信号により発生する超音波の指向方向を示す図である。図５に示すように振動子４と振動子４１の間隔がΔＬである場合、時間差ΔＴにより、上記したノイズとしての微弱な超音波を角度φ偏向することが可能になる。

この場合、被検体の音速をＣとすると、微弱な超音波の指向角度φは、Ｚ軸から、
φ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｃ・ΔＴ／ΔＬ）・・・式１
となる。扇形走査する場合、断層像の偏向角は通常＋／−４５度以内なので、角度φを４５度以上にすれば上記した微弱な超音波の影響を低減できる。

図６は、ＸＹ面内に配列された２次元配列振動子４２をＺ軸方向（被検体方向）から見た概略図である。図６において、２次元配列振動子４２において振動子４と振動子４１が示される。振動子４１と同様に斜線をつけた振動子の組はＹ軸方向に整列され、第二の組に属するＴＲスイッチに加えられるＴＲ遅延ＴＲ制御信号に基づいて動作する。一方、振動子４と同様に斜線をつけていない振動子の組は第一の組に属するＴＲスイッチに加えられるＴＲ制御信号に基づいて動作する。この結果、ノイズとしての微弱な超音波は整列方向と直交する矢印４３の方向に指向する。

図７は、ＸＹ面内に配列された２次元配列振動子４４をＺ軸方向（被検体方向）から見た概略図である。図７において、２次元配列振動子４４において振動子４と振動子４１が示される。振動子４１と同様に斜線をつけた振動子の組はＸＹ軸の中間方向に整列され、第二の組に属するＴＲスイッチに加えられる遅延ＴＲ制御信号に基づいて動作する。一方、振動子４と同様に斜線をつけていない振動子の組は、第一の組に属するＴＲスイッチに加えられるＴＲ制御信号に基づいて動作する。この結果、ノイズとしての微弱な超音波は整列方向と直交する矢印４５の方向、あるいは平行する矢印４６の方向に指向する。この様にして、２次元アレイの場合、タイミングＴ１、Ｔ３において発生する微弱な超音波の指向方向を制御することが可能になる。

以上のように、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置によれば、駆動回路がＮＭＯＳトランジスタで構成され、前記ＮＭＯＳトランジスタのドレインは超音波振動子を駆動し、前記ＮＭＯＳトランジスタのソース側にはプリアンプとＴＲスイッチとが互いに並列接続され、前記ＴＲスイッチはＮＭＯＳトランジスタで構成される。ここで、前記駆動回路と前記超音波振動子と前記プリアンプと前記ＴＲスイッチは、それぞれ複数個存在し、第一の組に属するＴＲスイッチにはＴＲ制御信号が加えられ、第二の組に属するＴＲスイッチには遅延ＴＲ制御信号が加えられる構成を有する。この構成により、ＴＲスイッチを低耐圧のＮＭＯＳトランジスタで構成することができ、かつＴＲスイッチにより発生するノイズとしての超音波の指向性を大きく偏向し、断層像の走査領域外とすることができる。

本発明は、ＴＲスイッチを低耐圧のＮＭＯＳトランジスタで構成することができる効果を有し、プリアンプの入力を保護するＴＲスイッチを有する超音波診断装置等に有用である。

本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の要部構成例を示すブロック図本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の要部構成例の動作説明のためのタイミング図本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の要部構成例を示すブロック図本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の要部構成例の動作説明のためのタイミング図本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の要部構成例の動作説明のための構成図本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の要部構成例の動作説明のための構成図本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の要部構成例の動作説明のための構成図従来の超音波診断装置の要部構成例を示すブロック図

符号の説明

１，１１レベルシフト回路
２，２１ＰＭＯＳトランジスタ
３，６，３１，６１ＮＭＯＳトランジスタ
４，２０，４１超音波振動子
５ダイオード
７，１８，７１プリアンプ
１０超音波診断装置
１２低電圧送信回路
１４高電圧駆動回路
１６ＴＲスイッチ
４２，４４２次元配列振動子
４３，４５，４６超音波の指向方向

Claims

ドレイン側に超音波振動子が接続される第一のＮＭＯＳトランジスタを含む駆動回路と、
前記第一のＮＭＯＳトランジスタのソース側に設けられ、互いに並列接続されたプリアンプ及びＴＲスイッチと、
を備え、
前記ＴＲスイッチは、直列接続されたダイオードと第二のＮＭＯＳトランジスタとで構成されるものである超音波診断装置。
ドレイン側に第一の超音波振動子が接続される第一のＮＭＯＳトランジスタを含む第一の駆動回路と、
ドレイン側に第二の超音波振動子が接続される第二のＮＭＯＳトランジスタを含む第二の駆動回路と、
前記第一のＮＭＯＳトランジスタのソース側に設けられ、互いに並列接続された第一のプリアンプ及び第一のＴＲスイッチと、
前記第二のＮＭＯＳトランジスタのソース側に設けられ、互いに並列接続された第二のプリアンプ及び第二のＴＲスイッチと、
を備え、
前記第一のＴＲスイッチは、ＴＲ制御信号が印加される端子を有し、
前記第二のＴＲスイッチは、前記ＴＲ制御信号を遅延させた遅延ＴＲ制御信号が印加される端子を有するものである超音波診断装置。