JP2007319286A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模を増大させることなく、超音波探触子の内部に受信信号増幅用のプリアンプを収容することを可能とする超音波診断装置を提供する。
【解決手段】プリアンプ２１の電源端子は、スイッチ２３及びスイッチ２４を介して電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓに接続される。スイッチ２３及びスイッチ２４は、プリアンプ２１の電源端子を電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓから電気的に切り離す高耐圧スイッチである。超音波の送信時には、スイッチ２３及びスイッチ２４は「オフ」となり、プリアンプ２１は電位不定状態となる。これにより、プリアンプ２１は送信信号から保護される。超音波の受信時には、スイッチ２３及びスイッチ２４は「オン」となり、通常のプリアンプとして動作して受信信号を増幅する。超音波探触子の内部にプリアンプを収容する際に、従来必要とされてきた送受分離回路が不要となり、経済的及び性能的に優れた超音波探触子を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波診断装置に関する。詳細には、少なくとも１つの超音波振動子を内蔵する超音波探触子と送信回路及び受信回路を内蔵する送受信機とがケーブルで接続される超音波診断装置に関する。

一般に、超音波診断装置は、超音波探触子（プローブ）と送受信機とがケーブルで接続されて構成される。超音波探触子は、複数の超音波振動子を有する。送受信機は、送信回路及び受信回路等を有する。送受信機には送受分離回路が設けられる。
送信回路は、高電圧交流信号である送信信号を発生する。送信信号は、ケーブルを介して超音波探触子に伝送される。超音波探触子の超音波振動子は、送信信号により励振して超音波を発生する。被検体内部で反射した超音波は、超音波探触子の超音波振動子により受信信号として受信される。受信信号は、ケーブルを介して伝送され、送受分離回路を経て受信回路に送られる。受信信号は、プリアンプにより増幅され、画像処理及び画像表示される。

受信信号は数１０〜数１００ｍＶ程度の微弱な信号である。従って、受信信号のＳ／Ｎ比は、ケーブルの容量に伴う損失や高電圧スイッチのオン抵抗の影響により悪化する。そこで、超音波探触子の内部にプリアンプを設けた超音波診断装置が提案されている（例えば、［特許文献１］参照。）。この超音波診断装置は、プリアンプによりケーブル伝送時の受信信号を増幅することにより、雑音を低減する。

特開昭６３−１７７８３９号公報

しかしながら、従来の超音波診断装置では、超音波探触子の内部にプリアンプと共に送受分離回路を設ける必要があるという問題点がある。
送信時及び受信時においてケーブルを共用するには、１つの超音波振動子につき、プリアンプの入力側及び出力側に少なくとも２つの送受分離保護回路が必要である。送信用及び受信用にそれぞれケーブルを設ける場合には、１つの超音波振動子につき１つの送受分離保護回路を超音波探触子の内部に設ける必要がある。これは、送信信号を阻止し受信信号のみを通過させて、高電圧の送信信号がプリアンプ等を破壊することを防止するためである。

送受分離回路は、逆並列接続されたダイオード及びリアクタンス素子により構成される。超音波探触子には、多数の超音波振動子が配列される。例えば、６０〜２００個の超音波振動子が一次元配列され、あるいは、数１００から数１０００個程度の超音波振動子が二次元配列される。超音波診断装置は、各超音波振動子をそれぞれ独立に制御及び駆動することにより超音波の送受信方向を高速で切り替える。従って、超音波探触子の内部にプリアンプを収容する場合には、数１００〜数１０００個の送受分離回路を超音波探触子の内部に設ける必要があり、回路規模が増大するという問題点がある。また、送受分離回路は、送信時における送信信号の損失原因や受信時のノイズ発生原因となり、画質劣化を引き起こすという問題点がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、回路規模を増大させることなく、超音波探触子の内部に受信信号増幅用のプリアンプを収容することを可能とする超音波診断装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために本発明は、被検体内に超音波を送受信する少なくとも１つの超音波振動子を備える超音波探触子と、前記超音波振動子に送信信号を供給する送信部と、前記超音波振動子からの受信信号を増幅する少なくとも１つのプリアンプを有する受信部と、前記受信部から出力される受信信号に基づいて超音波像を構成する画像処理部と、前記超音波像を表示する画像表示部と、を備える超音波診断装置であって、前記プリアンプの電源端子を開閉する少なくとも１つのスイッチを具備し、前記超音波の送信時に前記スイッチにより前記プリアンプの電源端子を開放することを特徴とする超音波診断装置である。

超音波診断装置は、受信信号を増幅するプリアンプの電源端子を開閉するスイッチを備える。スイッチは、プリアンプの電源端子を電源から電気的に切り離す高耐圧スイッチである。超音波の送信時には、スイッチは「オフ」となり、プリアンプは電位不定状態（フローティング）となる。これにより、プリアンプは送信信号から保護される。超音波の受信時には、スイッチは「オン」となり、通常のプリアンプとして動作して受信信号を増幅する。

これにより、超音波探触子の内部にプリアンプを収容する際に、従来必要とされてきた送受分離回路が不要となる。従って、回路規模の増大や送信信号の劣化や受信時のノイズ発生を抑制し、超音波画像の画質劣化を防止することができる。

また、複数のプリアンプの電源端子を同時に開閉する共通スイッチと、逆流防止用のダイオードをプリアンプの電源端子に設け、超音波の送信時に共通スイッチにより複数のプリアンプの電源端子を開放するようにしてもよい。
これにより、超音波振動子の数に関係なく高耐圧スイッチの部品点数を少なくすることができるので費用的負担を軽減することができる。

尚、プリアンプ及びスイッチ等については超音波探触子の内部に収容することが望ましい。
これにより、ケーブルの容量に伴う損失を防止して受信信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本発明によれば、回路規模を増大させることなく、超音波探触子の内部に受信信号増幅用のプリアンプを収容することを可能とする超音波診断装置を提供することができる。

以下添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、以下の説明及び添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

（１．第１の実施の形態）
最初に、図１及び図２を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置１について説明する。

（１−１．超音波診断装置１の構成）
図１は、超音波診断装置１の構成図である。
超音波診断装置１は、超音波探触子２と送受信機１０とがケーブル１１により接続されて構成される。超音波探触子２は、複数の超音波振動子９を有する。送受信機１０は、送信回路３、受信回路４、送受分離回路５、制御部６、画像処理部７、画像表示部８を有する。

送信回路３は各超音波振動子９に対応する複数の送信器を有する。各送信器は送信信号を増幅する送信アンプを有する。受信回路４は各超音波振動子９に対応する複数の受信器を有する。各受信器は受信信号を増幅するプリアンプを有する。送信回路３と受信回路４との接続点には送受分離回路５が設けられる。制御部６は送信回路３及び受信回路４に制御信号を送る装置である。
尚、図１では、受信回路４は送受信機１０に設けられるが、図２以降に示すように、受信信号増幅用のプリアンプ２１は超音波探触子２の内部に設けられる。

超音波診断装置１は、送信回路３から送受分離回路５を介して超音波探触子２に送信信号を送り、超音波探触子２から被検体内に超音波信号を照射する。超音波診断装置１は、超音波探触子２により被検体内で反射された超音波信号を受信し、送受分離回路５を介して受信回路４に送る。超音波診断装置１は、画像処理部７により超音波信号を画像処理し、画像表示部８により画像表示する。
尚、受信信号は、超音波探触子２の内部に設けられるプリアンプ２１により増幅された後、ケーブル１１を介して送受信機１０に伝送される。

（１−２．超音波探触子２の内部回路）
図２は、超音波探触子２の内部回路図である。
超音波振動子９とケーブル１１との間には、プリアンプ２１とＴＲスイッチ２２とが並列に接続される。プリアンプ２１は、受信信号の増幅回路である。ＴＲスイッチ２２は、微弱な受信信号を阻止して高電圧の送信信号のみを通過させる回路である。ＴＲスイッチ２２は、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２が逆並列に接続されて構成される。

プリアンプ２１の電源端子は、スイッチ２３及びスイッチ２４を介して電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓに接続される。スイッチ２３及びスイッチ２４は、プリアンプ２１の電源端子を電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓから電気的に切り離す高耐圧スイッチである。スイッチ２３及びスイッチ２４に関しては、例えば、ＰＭＯＳ（ＰチャネルＭＯＳトランジスタ）及びＮＭＯＳ（ＮチャネルＭＯＳトランジスタ）等のスイッチング素子を組み合わせて用いることができる。

（１−３．超音波探触子２の内部回路の動作）
図３は、スイッチ２３及びスイッチ２４の制御信号３１を示す図である。
（１−３−１．超音波送信時の動作）
超音波の送信期間３２では、スイッチ２３及びスイッチ２４には「ＯＦＦ」信号が入力され、スイッチ２３及びスイッチ２４は「オフ」になる。プリアンプ２１は、電源電位に対して電位不定状態（フローティング）となる。すなわち、プリアンプ２１全体に渡って電位差が生じていない状態となる。
送受信機１０からケーブル１１を介して送られた送信信号は、ＴＲスイッチ２２を経て超音波振動子９に入力され、超音波振動子９を励振させる。プリアンプ２１には、送信信号の高電圧が印加される。しかしながら、プリアンプ２１は、電位不定状態であるので、プリアンプ２１自体の電位が送信信号の電圧と共に変動する。従って、プリアンプ２１自体には電位差が生じることがないので、プリアンプ２１を保護することができる。

（１−３−２．超音波受信時の動作）
超音波の受信期間３３では、スイッチ２３及びスイッチ２４には「ＯＮ」信号が入力され、スイッチ２３及びスイッチ２４は「オン」になる。
超音波振動子９からの受信信号は、ＴＲスイッチ２２に阻止され、プリアンプ２１に入力される。受信信号は、プリアンプ２１により所定のゲインで増幅され、ケーブル１１を介して送受信機１０に伝送される。
尚、ＴＲスイッチ２２は、微弱な受信信号を阻止するだけでなく、ケーブル１１を介して伝送される送波信号ノイズがプリアンプ２１に入力されることを防止する役割も果たす。

（１−４．効果）
以上説明したように、第１の実施の形態では、プリアンプの電源端子を電源から電気的に切り離す高耐圧スイッチが設けられる。超音波の送信時に高耐圧スイッチは「オフ」となり、プリアンプは電位不定状態となる。これにより、プリアンプは送信信号から保護される。超音波の受信時には、高耐圧スイッチは「オン」となり、通常のプリアンプとして動作して受信信号を増幅する。
このように、超音波探触子２の内部回路に送受分離回路を設けることなくプリアンプを内蔵することができるので、回路規模の増大を抑制することができる。また、送受分離回路を設ける必要がないので、送信信号の劣化や受信時のノイズ発生を抑制し、超音波画像の画質劣化を防止することができる。これにより、経済的及び性能的に優れた超音波探触子を提供することができる。

（２．第２の実施の形態）
次に、図４を参照しながら、本発明の第２の実施の形態について説明する。

（２−１．超音波探触子２ａの内部回路）
図４は、超音波探触子２ａの内部回路図である。
第１の実施の形態の超音波探触子２は、１つの超音波振動子９を有するが、第２の実施の形態の超音波探触子２ａは、複数の超音波振動子９を有する。
複数の超音波振動子９は、それぞれ、個別の接続線により送受信機１０に接続される。ケーブル１１は、各接続線を束ねる。
プリアンプ２１は、超音波振動子９毎に設けられる。スイッチ２３ａ及びスイッチ２４ａは、各プリアンプ２１に対して個別に設けられる。
（２−２．超音波探触子２ａの内部回路の動作）
超音波の送信時には、スイッチ２３ａ及びスイッチ２４ａは「オフ」となり、プリアンプ２１は電位不定状態となる。これにより、プリアンプ２１は送信信号から保護される。超音波の受信時には、スイッチ２３ａ及びスイッチ２４ａは、「オン」となり、通常のプリアンプとして動作して受信信号を増幅する。

（２−３．効果）
以上説明したように、第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、超音波探触子が複数の超音波振動子を有する場合にも、超音波探触子の内部に送受分離回路を設けることなくプリアンプを収容することができる。

（３．第３の実施の形態）
次に、図５を参照しながら、本発明の第３の実施の形態について説明する。

（３−１．超音波探触子２ｂの内部回路）
図５は、超音波探触子２ｂの内部回路図である。
第２の実施の形態の超音波探触子２ａは、複数の超音波振動子９ごとにスイッチ２３ａ及びスイッチ２４ａを有するが、第３の実施の形態の超音波探触子２ｂは、共通スイッチ２３ｂ及び共通スイッチ２４ｂを複数のプリアンプ２１により共用する。また、各プリアンプ２１の電源端子と共通スイッチ２３ｂ及び共通スイッチ２４ｂとの間には、ダイオード２５及びダイオード２６が接続される。ダイオード２５及びダイオード２６は、逆流防止用の高耐圧ダイオードである。

（２−２．超音波探触子２ａの内部回路の動作）
超音波の送信時には、共通スイッチ２３ｂ及び共通スイッチ２４ｂは、超音波の送信時には「オフ」となり、プリアンプ２１を保護する。超音波の受信時には、共通スイッチ２３ｂ及び共通スイッチ２４ｂは、「オン」となり、通常のプリアンプとして動作して受信信号を増幅する。

超音波診断装置１は、超音波ビームを任意の点にフォーカスさせるため、各超音波振動子９及び各プリアンプ２１に対してそれぞれ位相が異なる送信信号が用いられる。各プリアンプ２１間には高い電位差が発生するが、ダイオード２５及びダイオード２６により電流の逆流が防止される。

（３−３．効果）
以上説明したように、第３の実施の形態においても第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、超音波振動子の数に関係なく高耐圧スイッチの部品点数を少なくすることができるので費用的負担を軽減することができる。

（４．その他）
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

超音波診断装置１の構成図 超音波探触子２の内部回路図 スイッチ２３及びスイッチ２４の制御信号３１を示す図 超音波探触子２ａの内部回路図 超音波探触子２ｂの内部回路図

符号の説明

１………超音波診断装置
２、２ａ、２ｂ………超音波探触子
３………送信回路
４………受信回路
５………送受分離回路
６………制御部
７………画像処理部
８………画像表示部
９………超音波振動子
１０………送受信機
１１………ケーブル
２１………プリアンプ
２２………ＴＲスイッチ
２３、２４、２３ａ、２４ａ、２３ｂ、２４ｂ………スイッチ
２５、２６………ダイオード（逆流防止用）
３１………制御信号
３２………送信期間
３３………受信期間
Ｄ１、Ｄ２………ダイオード
Ｖｄｄ、Ｖｓｓ………電源

Claims (3)

1. 被検体内に超音波を送受信する少なくとも１つの超音波振動子を備える超音波探触子と、前記超音波振動子に送信信号を供給する送信部と、前記超音波振動子からの受信信号を増幅する少なくとも１つのプリアンプを有する受信部と、前記受信部から出力される受信信号に基づいて超音波像を構成する画像処理部と、前記超音波像を表示する画像表示部と、を備える超音波診断装置であって、
   前記プリアンプの電源端子を開閉する少なくとも１つのスイッチを具備し、
   前記超音波の送信時に前記スイッチにより前記プリアンプの電源端子を開放することを特徴とする超音波診断装置。
2. 複数のプリアンプの電源端子を開閉する共通のスイッチと、
   前記プリアンプの電源端子に接続される逆流防止用のダイオードと、を具備し、
   前記超音波の送信時に前記共通のスイッチにより前記複数のプリアンプの電源端子を開放することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記プリアンプ及び前記スイッチは前記超音波探触子の内部に収容されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。

Images