JP2011087628A - Ultrasonic probe - Google Patents

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建一 中尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for improving a probe cable of an ultrasonic probe. <P>SOLUTION: An insertion part cable 14 and a connection part cable 16 are composed of, for example, coaxial cables, with different electric characteristics from each other. The resistance of the insertion part cable 14 is larger than that of the connection part cable 16. The characteristic impedance of the connection part cable 16 is larger than that of the insertion part cable 14. Further, the characteristic impedance of the connection part cable 16 is larger than the input impedance of a receiving circuit 22 connected to the connection part cable 16. As a result, excellent transmission characteristics of receiving signals can be acquired while thinning the insertion part cable 14. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波プローブに関し、特に、プローブケーブルの構成に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe, and more particularly to a configuration of a probe cable.

超音波プローブは、超音波を送受する振動素子とプローブケーブルを備えており、そして、プローブケーブルがコネクタ等を介して超音波診断装置の本体に接続される。振動素子から得られる微弱な超音波の受信信号は、プローブケーブルを介して本体内の受信回路に伝送される。   The ultrasonic probe includes a vibration element that transmits and receives an ultrasonic wave and a probe cable, and the probe cable is connected to the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus via a connector or the like. A weak ultrasonic wave reception signal obtained from the vibration element is transmitted to a reception circuit in the main body via a probe cable.

比較的太くて抵抗値の小さいプローブケーブルを利用することにより、微弱な受信信号の減衰を比較的小さくすることができる。しかし、振動素子の個数が多くなり、各振動素子ごとに比較的太いプローブケーブルを利用すると、プローブケーブル全体が非常に太くなり、例えば径食道プローブなどでは好ましくない。また、各振動素子ごとに比較的細いプローブケーブルを利用すると、プローブケーブルの抵抗値が比較的大きくなり、受信信号の減衰が比較的大きくなってしまう。   By using a probe cable that is relatively thick and has a small resistance value, attenuation of a weak received signal can be made relatively small. However, if the number of vibrating elements increases and a relatively thick probe cable is used for each vibrating element, the entire probe cable becomes very thick, which is not preferable for a diameter esophageal probe, for example. In addition, when a relatively thin probe cable is used for each vibration element, the resistance value of the probe cable becomes relatively large, and the attenuation of the received signal becomes relatively large.

ちなみに、特許文献1には、圧電振動子と受信回路との間において、ケーブルを利用してλ/4整合をとり、受信信号の感度低下を防止する旨の技術が記載されている。しかし特許文献1に記載された技術は、ケーブルの太さに関する問題を解決するものではない。   Incidentally, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228561 describes a technique for achieving a λ / 4 matching between a piezoelectric vibrator and a receiving circuit using a cable to prevent a decrease in sensitivity of a received signal. However, the technique described in Patent Document 1 does not solve the problem related to the thickness of the cable.

特開平6−30934号公報JP-A-6-30934

上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、超音波プローブのプローブケーブルについて研究開発を重ねてきた。   In view of the background art described above, the inventor of the present application has conducted research and development on a probe cable of an ultrasonic probe.

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、超音波プローブのプローブケーブルに関する改良技術を提供することにある。   The present invention has been made in the course of research and development, and an object thereof is to provide an improved technique related to a probe cable of an ultrasonic probe.

上記目的にかなう好適な超音波プローブは、超音波を送受する振動素子と、前記振動素子に接続された挿入部ケーブルと、前記挿入部ケーブルに接続された接続部ケーブルと、を有し、前記挿入部ケーブルは、その抵抗が前記接続部ケーブルの抵抗よりも大きい、ことを特徴とする。   An ultrasonic probe suitable for the above-described object includes a vibration element that transmits and receives ultrasonic waves, an insertion portion cable connected to the vibration element, and a connection portion cable connected to the insertion portion cable. The insertion portion cable has a resistance larger than that of the connection portion cable.

望ましい具体例において、前記接続部ケーブルは、その特性インピーダンスが前記挿入部ケーブルの特性インピーダンスよりも大きい、ことを特徴とする。   In a preferred embodiment, the connection cable has a characteristic impedance greater than that of the insertion cable.

望ましい具体例において、前記接続部ケーブルは、その特性インピーダンスが当該接続部ケーブルに接続される装置本体の入力インピーダンスよりも大きいことを特徴とする。   In a preferred embodiment, the connection cable has a characteristic impedance larger than an input impedance of a device body connected to the connection cable.

望ましい具体例において、前記超音波プローブは、前記振動素子と前記挿入部ケーブルが被検者の食道に挿入されて径食道プローブとして利用される、ことを特徴とする。   In a preferred embodiment, the ultrasonic probe is used as a radial esophageal probe by inserting the vibration element and the insertion portion cable into a subject's esophagus.

本発明により、超音波プローブのプローブケーブルに関する改良技術が提供される。   According to the present invention, an improved technique related to a probe cable of an ultrasonic probe is provided.

本発明の実施において好適な超音波プローブの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the suitable ultrasonic probe in implementation of this invention. 挿入部ケーブルと接続部ケーブルの電気的特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electrical property of an insertion part cable and a connection part cable. プローブケーブル内における信号の伝送特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of the signal in a probe cable.

以下に本発明の好適な実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

図1は、本発明の実施において好適な超音波プローブ10の全体構成を示す図である。超音波プローブ10は、振動素子12と挿入部ケーブル14と操作部15と接続部ケーブル16とコネクタ17を備えており、コネクタ17を介して超音波診断装置の本体20に接続される。   FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an ultrasonic probe 10 suitable for implementing the present invention. The ultrasonic probe 10 includes a vibration element 12, an insertion portion cable 14, an operation portion 15, a connection portion cable 16, and a connector 17, and is connected to the main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus via the connector 17.

振動素子12は、超音波を送受してそれにより得られた受信信号を出力する。挿入部ケーブル14は、一方端が振動素子12に接続されて他方端が操作部15に接続される。接続部ケーブル16は、一方端が操作部15に接続されて他方端がコネクタ17に接続される。   The vibration element 12 transmits and receives ultrasonic waves and outputs a reception signal obtained thereby. The insertion portion cable 14 has one end connected to the vibration element 12 and the other end connected to the operation portion 15. The connection cable 16 has one end connected to the operation unit 15 and the other end connected to the connector 17.

挿入部ケーブル14と接続部ケーブル16は、操作部15内で互いに電気的に接続される。また、接続部ケーブル16は、コネクタ17を介して、本体20内の受信回路22に電気的に接続される。そして、振動素子12から出力された超音波の受信信号が、挿入部ケーブル14と接続部ケーブル16を介して、受信回路22に伝送される。   The insertion portion cable 14 and the connection portion cable 16 are electrically connected to each other within the operation portion 15. The connection cable 16 is electrically connected to the receiving circuit 22 in the main body 20 via the connector 17. Then, the ultrasonic reception signal output from the vibration element 12 is transmitted to the reception circuit 22 via the insertion portion cable 14 and the connection portion cable 16.

図1の超音波プローブ10は、例えば、径食道プローブであり、検査者が操作部15を利用して挿入部ケーブル14の屈曲具合などを調整しつつ振動素子12と挿入部ケーブル14を被検者の食道に挿入する。   The ultrasonic probe 10 in FIG. 1 is, for example, a diameter esophageal probe, and the examiner examines the vibration element 12 and the insertion portion cable 14 while adjusting the bending state of the insertion portion cable 14 by using the operation portion 15. Into the person's esophagus.

本実施形態において、挿入部ケーブル14と接続部ケーブル16は、例えば共に同軸ケーブルで構成され、さらに、互いに異なる電気的特性を備える。まず、挿入部ケーブル14は、その抵抗が接続部ケーブル16の抵抗よりも大きい。また、接続部ケーブル16は、その特性インピーダンスが挿入部ケーブル14の特性インピーダンスよりも大きい。さらに、接続部ケーブル16の特性インピーダンスは、接続部ケーブル16に接続される受信回路22の入力インピーダンスよりも大きい。   In the present embodiment, the insertion portion cable 14 and the connection portion cable 16 are both configured as coaxial cables, for example, and have different electrical characteristics. First, the insertion cable 14 has a resistance greater than that of the connection cable 16. Further, the connection cable 16 has a characteristic impedance larger than that of the insertion cable 14. Further, the characteristic impedance of the connection cable 16 is larger than the input impedance of the receiving circuit 22 connected to the connection cable 16.

そこで、超音波プローブ10の電気的特性について以下に詳述する。なお、既に図1に示した部分(構成)については、以下の説明においても図1の符号を利用する。   Therefore, the electrical characteristics of the ultrasonic probe 10 will be described in detail below. In addition, about the part (structure) already shown in FIG. 1, the code | symbol of FIG. 1 is utilized also in the following description.

図2は、挿入部ケーブル14と接続部ケーブル16の電気的特性の一例を示す図である。挿入部ケーブル14は、例えば、長さが1mであり、単位長さ(1m)の抵抗値が60Ωであり、単位長さのインダクタンスが0.34μHであり、単位長さのキャパシタンスが95pFである。一方、接続部ケーブル16は、例えば、長さが2mであり、単位長さ(1m)の抵抗値が5Ωであり、単位長さのインダクタンスが0.34μHであり、単位長さのキャパシタンスが65pFである。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of electrical characteristics of the insertion portion cable 14 and the connection portion cable 16. For example, the insertion cable 14 has a length of 1 m, a resistance value of a unit length (1 m) is 60Ω, an inductance of the unit length is 0.34 μH, and a capacitance of the unit length is 95 pF. . On the other hand, the connection cable 16 has, for example, a length of 2 m, a resistance value of a unit length (1 m) of 5Ω, an inductance of a unit length of 0.34 μH, and a capacitance of a unit length of 65 pF. It is.

図2においては、電圧源V1と抵抗R1により、振動素子12の電気的特性が模擬されている。抵抗R1は、例えば1kΩである。また、抵抗R2により、受信回路22の入力インピーダンスが模擬されている。抵抗R2は、例えば60Ωである。   In FIG. 2, the electrical characteristics of the vibration element 12 are simulated by the voltage source V1 and the resistor R1. The resistor R1 is, for example, 1 kΩ. Further, the input impedance of the receiving circuit 22 is simulated by the resistor R2. The resistor R2 is, for example, 60Ω.

図2に示す電気的特性の経路において、入力端子INから出力端子OUTまで伝送される信号の伝送特性を示すと次のようになる。   The transmission characteristics of signals transmitted from the input terminal IN to the output terminal OUT in the electrical characteristic path shown in FIG. 2 are as follows.

図3は、プローブケーブル内における信号の伝送特性を示す図であり、図3の横軸は伝送される信号の周波数であり、図3の縦軸は伝送された信号の減衰量を示している。なお縦軸の減衰量は、特性102の低周波数部を基準とした相対値である。   FIG. 3 is a diagram illustrating signal transmission characteristics in the probe cable. The horizontal axis in FIG. 3 represents the frequency of the transmitted signal, and the vertical axis in FIG. 3 represents the attenuation of the transmitted signal. . The attenuation on the vertical axis is a relative value with the low frequency part of the characteristic 102 as a reference.

図3の特性100は、図2の入力端子INから出力端子OUTまで伝送される信号の伝送特性、つまり図1の超音波プローブ10の受信信号の伝送特性を示している。図3に示す特性100は、低周波数から10MHz程度まで、減衰が殆どなく平坦な特性となっている。そのため、例えば、5MHz程度の周波数の送信信号で振動素子12を駆動して超音波の受信信号(基本波)を得た場合に、その受信信号を殆ど減衰させることなく受信回路22まで伝送することができる。   A characteristic 100 in FIG. 3 indicates a transmission characteristic of a signal transmitted from the input terminal IN to the output terminal OUT in FIG. 2, that is, a transmission characteristic of a reception signal of the ultrasonic probe 10 in FIG. The characteristic 100 shown in FIG. 3 is a flat characteristic with almost no attenuation from a low frequency to about 10 MHz. Therefore, for example, when the vibration element 12 is driven by a transmission signal having a frequency of about 5 MHz to obtain an ultrasonic reception signal (fundamental wave), the reception signal is transmitted to the reception circuit 22 with almost no attenuation. Can do.

図3には、本実施形態に係る特性100に対する比較例として、破線で他の特性が示されている。   In FIG. 3, as a comparative example for the characteristic 100 according to the present embodiment, other characteristics are indicated by broken lines.

特性102は、挿入部ケーブル14と接続部ケーブル16に代えて、単位長さの抵抗値が5Ωの1本の太い同軸ケーブルを利用した場合の伝送特性である。抵抗値が小さいため特性102は10MHzを超える高域でも減衰が少ない。しかし、抵抗値を小さくするために太いケーブルを利用するため、振動素子が多数になるとプローブケーブル全体が非常に太くなり、例えば径食道プローブなどでは好ましくない。これに対し、本実施形態においては、挿入部ケーブル14の抵抗値が大きくてもよいため、挿入部ケーブル14として細い同軸ケーブルを利用することができ、振動素子を多数にした場合でもプローブケーブル全体を比較的細くすることができる。   A characteristic 102 is a transmission characteristic when one thick coaxial cable having a resistance value of 5Ω is used instead of the insertion section cable 14 and the connection section cable 16. Since the resistance value is small, the characteristic 102 is less attenuated even at a high frequency exceeding 10 MHz. However, since a thick cable is used to reduce the resistance value, if the number of vibrating elements is large, the entire probe cable becomes very thick, which is not preferable for a diameter esophageal probe, for example. On the other hand, in this embodiment, since the resistance value of the insertion portion cable 14 may be large, a thin coaxial cable can be used as the insertion portion cable 14, and the entire probe cable can be used even when a large number of vibration elements are used. Can be made relatively thin.

本実施形態において、振動素子12側から見ると、挿入部ケーブル14は、挿入部ケーブル14の特性インピーダンスよりも大きな接続部ケーブル16の特性インピーダンスで終端されているため、キャパシタのように見え、また、接続部ケーブル16は、接続部ケーブル16の特性インピーダンスよりも小さな受信回路22の入力インピーダンスで終端されているため、インダクタのように見える。これらキャパシタとインダクタの共振作用により、特性インピーダンスを整合させなくても、図3の特性100のように比較的平坦で減衰の少ない周波数特性が得られる。   In the present embodiment, when viewed from the vibration element 12 side, the insertion portion cable 14 is terminated with a characteristic impedance of the connection portion cable 16 that is larger than the characteristic impedance of the insertion portion cable 14, and thus looks like a capacitor. The connection cable 16 is terminated with an input impedance of the receiving circuit 22 smaller than the characteristic impedance of the connection cable 16 and thus looks like an inductor. Due to the resonant action of these capacitors and inductors, a frequency characteristic that is relatively flat and less attenuated can be obtained as shown by characteristic 100 in FIG. 3 without matching the characteristic impedance.

ちなみに、特性104は、挿入部ケーブル14と接続部ケーブル16の特性インピーダンスを整合させた場合の伝送特性である。例えば、周波数が10MHzの付近において、特性100よりも特性104の減衰が大きい。   Incidentally, the characteristic 104 is a transmission characteristic when the characteristic impedances of the insertion cable 14 and the connection cable 16 are matched. For example, the attenuation of the characteristic 104 is larger than that of the characteristic 100 in the vicinity of the frequency of 10 MHz.

また、特性106は、挿入部ケーブル14と接続部ケーブル16に代えて、単位長さの抵抗値が60Ωの1本の細い同軸ケーブルを利用した場合の伝送特性である。抵抗値が大きいため、低域においても減衰が比較的大きく、高域における減衰も非常に大きい。   The characteristic 106 is a transmission characteristic in the case where one thin coaxial cable having a resistance value of 60Ω is used instead of the insertion cable 14 and the connection cable 16. Since the resistance value is large, the attenuation is relatively large even in the low range, and the attenuation in the high range is also very large.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態によれば、挿入部ケーブル14を細くしつつ受信信号の良好な伝送特性を得ることが可能になる。   The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, according to the above-described embodiment, it is possible to obtain good transmission characteristics of the received signal while making the insertion cable 14 thinner.

なお、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。例えば、振動素子12と挿入部ケーブル14の間にアンプが挿入され、挿入部ケーブル14がそのアンプを介して振動素子12に接続されてもよい。   The above-described embodiments are merely examples in all respects, and do not limit the scope of the present invention. The present invention includes various modifications without departing from the essence thereof. For example, an amplifier may be inserted between the vibration element 12 and the insertion portion cable 14, and the insertion portion cable 14 may be connected to the vibration element 12 via the amplifier.

10 超音波プローブ、12 振動素子、14 挿入部ケーブル、15 操作部、16 接続部ケーブル、17 コネクタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic probe, 12 Vibration element, 14 Insertion part cable, 15 Operation part, 16 Connection part cable, 17 Connector.

Claims (4)

超音波を送受する振動素子と、
前記振動素子に接続された挿入部ケーブルと、
前記挿入部ケーブルに接続された接続部ケーブルと、
を有し、
前記挿入部ケーブルは、その抵抗が前記接続部ケーブルの抵抗よりも大きい、
ことを特徴とする超音波プローブ。
A vibration element for transmitting and receiving ultrasonic waves;
An insertion portion cable connected to the vibration element;
A connection cable connected to the insertion cable;
Have
The insertion portion cable has a resistance greater than that of the connection portion cable.
An ultrasonic probe characterized by that.
請求項1に記載の超音波プローブにおいて、
前記接続部ケーブルは、その特性インピーダンスが前記挿入部ケーブルの特性インピーダンスよりも大きい、
ことを特徴とする超音波プローブ。
The ultrasonic probe according to claim 1,
The connection cable has a characteristic impedance greater than that of the insertion cable,
An ultrasonic probe characterized by that.
請求項2に記載の超音波プローブにおいて、
前記接続部ケーブルは、その特性インピーダンスが当該接続部ケーブルに接続される装置本体の入力インピーダンスよりも大きい、
ことを特徴とする超音波プローブ。
The ultrasonic probe according to claim 2,
The connection cable has a characteristic impedance larger than the input impedance of the apparatus main body connected to the connection cable.
An ultrasonic probe characterized by that.
請求項1から3のいずれか1項に記載の超音波プローブにおいて、
前記振動素子と前記挿入部ケーブルが被検者の食道に挿入されて径食道プローブとして利用される、
ことを特徴とする超音波プローブ。
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 3,
The vibration element and the insertion portion cable are inserted into a subject's esophagus and used as a radial esophageal probe,
An ultrasonic probe characterized by that.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI634335B (en) * 2017-08-29 2018-09-01 旺矽科技股份有限公司 Coaxial probe structure

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