JP2645066B2 - Ultrasonic pulse drive circuit and ultrasonic calculus crushing device using the same - Google Patents

Ultrasonic pulse drive circuit and ultrasonic calculus crushing device using the same

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JP2645066B2
JP2645066B2 JP63076077A JP7607788A JP2645066B2 JP 2645066 B2 JP2645066 B2 JP 2645066B2 JP 63076077 A JP63076077 A JP 63076077A JP 7607788 A JP7607788 A JP 7607788A JP 2645066 B2 JP2645066 B2 JP 2645066B2
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ultrasonic
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聡 相田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明は、超音波振動子のエネルギーを用いて体外
より結石を破砕する超音波結石破砕装置及び超音波振動
子をパルス駆動する超音波パルス駆動回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an ultrasonic calculus crushing apparatus for crushing a calculus from outside the body using the energy of an ultrasonic vibrator and a pulsed ultrasonic vibrator. The present invention relates to an ultrasonic pulse driving circuit to be driven.

(従来の技術) 近年、超音波振動子から発生されるエネルギーにより
体内の結石を非接触に破砕する試みがなされている。こ
れは最近実用化されている放電による衝撃波エネルギー
を利用した結石破砕装置に代れるもので、装置の小型
化、低価格化、消耗品不要等の特徴で注目を集めてい
る。
(Prior Art) In recent years, attempts have been made to crush stones in a body in a non-contact manner by energy generated from an ultrasonic transducer. This is an alternative to the calculus crushing device utilizing the shock wave energy due to electric discharge, which has recently been put into practical use, and has attracted attention due to features such as miniaturization, low cost, and no need for consumables.

従来の超音波結石破砕装置の構造を第3図に示す。破
砕用トランスジューサ31は同一の球面を示す複数の振動
子群より成り、その中央に画像用の超音波プローブ32が
設置されている。通常は体表34越しに、画像用プローブ
32より得られる超音波画像により、結石33と破砕用エネ
ルギーの焦点とを一致させた後、複数の高電圧パルサ35
により駆動され破砕が行なわれる。
FIG. 3 shows the structure of a conventional ultrasonic calculus breaking device. The crushing transducer 31 is composed of a plurality of transducer groups each having the same spherical surface, and an ultrasonic probe 32 for imaging is provided at the center thereof. Normally, imaging probe over body surface 34
After matching the calculus 33 with the focus of the crushing energy by the ultrasonic image obtained from the
And crushing is performed.

この時超音波プローブ32は前後に移動が可能であり、
結石23が深い位置にあれば手前に引込み、逆に浅い位置
にあれば、超音波画像の画質をあげるため体表24に近づ
けて用いられる。
At this time, the ultrasonic probe 32 can move back and forth,
If the calculus 23 is at a deep position, the calculus 23 is retracted to the front. Conversely, if the calculus 23 is at a shallow position, the calculus 23 is used closer to the body surface 24 to improve the quality of the ultrasonic image.

一方、上記超音波圧電振動子を最も効率よく駆動し、
大出力を得る目的で回路を構成する場合、使用する圧電
振動子の共振周波数で、共振するように、圧電振動子の
容量に合せてインダクタンスを直列又は並列に接続する
方法が用いられる。第4図は、従来の超音波パルス駆動
回路の構成を示すもので、第5図(a)のようなゲート
波形がスイッチングトランジスタ42に加えられると、ス
イッチオンの間、インダクタンス42からスイッチングト
ランジスタ41のドレインソースを通して電流が流れ、オ
フと同時にインダクタンス42に逆起電力が生じ、第5図
(b)のように、インダクタンス42に加えられる直流電
圧VHよりも大きな電圧が発生する。その後ドレイン波形
は、インダクタンス42のLの値と、超音波振動子44に静
電容量の値で決まる共振周波数で減衰振動する。
On the other hand, the ultrasonic piezoelectric vibrator is most efficiently driven,
When a circuit is formed for the purpose of obtaining a large output, a method of connecting an inductance in series or parallel in accordance with the capacitance of the piezoelectric vibrator so as to resonate at the resonance frequency of the piezoelectric vibrator to be used is used. FIG. 4 shows the configuration of a conventional ultrasonic pulse drive circuit. When a gate waveform as shown in FIG. 5A is applied to the switching transistor 42, the switching transistor 41 is switched from the inductance 42 during the switch-on time. current flows through the drain-source of off-the counter electromotive force is generated in the inductance 42 at the same time, as in the FIG. 5 (b), a large voltage generated than the DC voltage V H applied to the inductance 42. Thereafter, the drain waveform attenuates and vibrates at a resonance frequency determined by the value of L of the inductance 42 and the value of the capacitance of the ultrasonic vibrator 44.

超音波振動子44とカップリングコンデンサ43を通って
スイッチングトランジスタ41を結ぶ配線は、一般にコネ
クタを用いた配線でなされており、コネクタの取付け忘
れ、断線、接触不良等により、スイッチングトランジス
タ42に過電圧が発生する恐れがある。すなわち回路は負
荷容量に依存して出力電圧が決定されるため無負荷状態
では、スイッチングトランジスタ41が破壊される程の過
電圧が発生するという問題があった。
The wiring that connects the switching transistor 41 through the ultrasonic transducer 44 and the coupling capacitor 43 is generally made using a connector, and an overvoltage is applied to the switching transistor 42 due to forgetting to install the connector, disconnection, poor contact, etc. May occur. That is, since the output voltage of the circuit is determined depending on the load capacity, there is a problem that in a no-load state, an overvoltage is generated such that the switching transistor 41 is destroyed.

(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は、超音波振動子を接続するコネクタの
付け忘れ、断線、及び接触不良で超子、過電圧を防止し
スイッチングトランジスタの破損を防ぐことのできる超
音波パルス駆動回路及びこれを用いた超音波結石破砕装
置を提供することにある。
(Problems to be Solved by the Invention) It is an object of the present invention to provide a supersonic transducer that can prevent a superconductor and an overvoltage from being caused by forgetting to attach a connector for connecting an ultrasonic vibrator, disconnection, and poor contact, thereby preventing damage to a switching transistor. An object of the present invention is to provide an ultrasonic pulse driving circuit and an ultrasonic calculus breaking device using the same.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、スイッチングトランジスタと、超音波振動
子に接続されるインダクタンスと、前記超音波振動子と
並列に接続される過電圧を吸収する手段とを有すること
を特徴とする超音波パルス駆動回路及びこれを用いた超
音波結石破砕装置を提供する。
[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention relates to a switching transistor, an inductance connected to an ultrasonic vibrator, and a means for absorbing an overvoltage connected in parallel with the ultrasonic vibrator. The present invention provides an ultrasonic pulse drive circuit characterized by having: and an ultrasonic calculus breaking device using the same.

(作用) 本発明によれば、コネクタの取付忘れ、断線、接触不
良等による無負荷状態の時に発生する過電圧を吸収し、
かつ、次回のパルス出力の発生を停止させることが可能
となる。
(Operation) According to the present invention, an overvoltage generated in a no-load state due to forgetting to attach a connector, disconnection, poor contact, or the like is absorbed,
In addition, it is possible to stop the generation of the next pulse output.

(実施例) 本発明の実施例を第1図に示す。(Example) An example of the present invention is shown in FIG.

本実施例においても破砕用トランスジューサ1は従来
例と同じに複数の超音波振動子により構成されており各
振動子はそれぞれ高電圧パルサ3により駆動される。破
砕用トランスジューサ1の中央部には画像用超音波プロ
ーブ2が設置されており従来例同様前後に移動可能で生
体内の超音波画像を抽出する。
Also in this embodiment, the crushing transducer 1 is composed of a plurality of ultrasonic transducers as in the conventional example, and each of the transducers is driven by the high-voltage pulser 3. An ultrasonic probe for image 2 is provided at the center of the crushing transducer 1 and is movable back and forth as in the conventional example, and extracts an ultrasonic image in a living body.

該プローブ2には歯車とポテンジョメータ等により構
成される位置検出回路4が接続され前記破砕用トランス
ジューサ1と前記プローブ2との相対位置に対応した信
号をコントローラ5に送る。該コントローラ5はA/D.CP
U等により構成(図示せず)されており例えばプローブ
2がAの位置では、位置検出回路4からの信号より幾何
焦点6から見てプローブ2の陰になる部分の振動子群1b
の位置を算出する。そして陰になった振動子群1bを駆動
する高電圧パルス3に対し、出力を0にする信号を送
る。これにより実際破砕エネルギーを放出する振動子は
1aの部分のみとなりプローブ2により反射される不要な
エネルギーはなくなる。このため他の正常組織への照射
を防ぐ事が出来、さらに過剰な出力を抑える事が可能と
なる。また、もしプローブ2がBの位置であれば破砕用
エネルギをほとんど防げないためすべての振動子群が同
様に駆動され最大のエネルギーで結石を破砕する事が出
来る。
The probe 2 is connected to a position detection circuit 4 composed of a gear, a potentiometer, and the like, and sends a signal corresponding to a relative position between the crushing transducer 1 and the probe 2 to a controller 5. The controller 5 is A / D.CP
For example, when the probe 2 is at the position A, the vibrator group 1b in a portion that is in the shade of the probe 2 when viewed from the geometric focus 6 based on a signal from the position detection circuit 4 when the probe 2 is at the position A.
Is calculated. Then, in response to the high voltage pulse 3 for driving the shaded vibrator group 1b, a signal for setting the output to 0 is sent. This makes the oscillator that actually releases the crushing energy
Only the portion 1a becomes unnecessary, and unnecessary energy reflected by the probe 2 disappears. For this reason, irradiation to other normal tissues can be prevented, and excessive output can be suppressed. Further, if the probe 2 is at the position B, almost no crushing energy can be prevented, so that all the vibrators are driven in the same manner, and calculus can be crushed with the maximum energy.

本実施例ではコントローラはon/off制御を行っている
が、もちろん強弱の中間値的な制御でもかまわない。ま
た超音波プローブの位置も中央以外でも同様の効果が得
られる。さらに、陰になる部分を出力をストップするだ
けでなく、他の出力を上げて焦点での圧力が一定になる
様にコントロールする事も可能である。
In this embodiment, the controller performs on / off control, but of course, control of intermediate values of high and low may be performed. The same effect can be obtained even when the position of the ultrasonic probe is other than the center. Further, it is possible not only to stop the output in the shaded portion but also to increase the other output and control the pressure at the focal point to be constant.

第2図は超音波振動子を駆動するパルス駆動回路を実
施例を示す回路構成図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of a pulse drive circuit for driving an ultrasonic transducer.

通常動作時には、従来例と同様、トリガ入力によりス
イッチングトランジスタ21がオンしている間、インダク
タンス22を通して、直流電圧源VHから電流が流れ込み、
瞬間的にスイッチングトランジスタ1をオフする事によ
り、インダクタンス22に逆起電力を生じさせ、高電圧パ
ルスを振動子24へ供給する。
During normal operation, similarly to the conventional example, while the switching transistor 21 is turned on by a trigger input, through inductance 22, current flows from the DC voltage source V H,
By turning off the switching transistor 1 instantaneously, a back electromotive force is generated in the inductance 22 and a high voltage pulse is supplied to the vibrator 24.

何らかの原因で振動子24への接続ケーブルが断線した
場合、出力が無負荷状態となり、スイッチングトランジ
スタ21がオフした瞬間に、スイッチングトランジスタ21
のドレイン端子に過電圧が発生しようとする。しかし、
過電圧吸収素子28により、瞬間的に過電圧が吸収され結
果として、スイッチングトランジスタ21が破壊されるよ
うな過電圧の発生が抑えられる。過電圧吸収素子28は、
微小な放電ギャップが用いられ、放電ギャップの間隔が
コントロールされており、スイッチングトランジスタ21
のドレイン耐電圧以内に設定されている。過電圧吸収素
子28が、放電作用により、過電圧を吸収すると、過電圧
吸収素子28,29は瞬間的に放電電流が流れる。この電流
を電流検出器29により検出しラッチ回路51でラッチす
る。このラッチ信号をゲート52に加える事により、次回
以降のトリガ入力を禁止し、過電圧の発生を抑えるもの
である。同時に、報知回路53によりこのパルス駆動回路
に断線の異常が発生した事を報知する。
If the connection cable to the vibrator 24 is broken for any reason, the output will be in a no-load state and the moment the switching transistor 21 is turned off,
An overvoltage is about to occur at the drain terminal. But,
The overvoltage absorbing element 28 instantaneously absorbs the overvoltage, and as a result, the occurrence of the overvoltage that destroys the switching transistor 21 is suppressed. The overvoltage absorbing element 28 is
A minute discharge gap is used, and the interval of the discharge gap is controlled.
Is set within the drain withstand voltage. When the overvoltage absorbing element 28 absorbs the overvoltage by the discharging action, a discharging current flows through the overvoltage absorbing elements 28 and 29 instantaneously. This current is detected by the current detector 29 and latched by the latch circuit 51. By applying this latch signal to the gate 52, the trigger input from the next time onward is prohibited, and the occurrence of overvoltage is suppressed. At the same time, the notification circuit 53 notifies the occurrence of disconnection abnormality in the pulse drive circuit.

この実施例では、スイッチングトランジスタは1ケで
示したが、出力電圧を大きく設定する為に、スイッチン
グトランジスタを2段もしくは3段に直列接続し、耐電
圧を大きくする事もできる。この場合は、過電圧吸収素
子の放電開始電圧をその分だけ大きく設定すれば良い。
In this embodiment, only one switching transistor is shown. However, in order to set a large output voltage, the switching transistors can be connected in series in two or three stages to increase the withstand voltage. In this case, the discharge starting voltage of the overvoltage absorbing element may be set higher by that amount.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、超音波振動子への接続コネクタの付
け忘れ、ケーブルの断線、接触不良により出力に過電圧
が発生し、出力段のスイッチングトランジスタを破壊す
る事がなく、安全で信頼性のあるパルス駆動回路が提供
できる。この方法は、超音波による結石破砕装置等でき
るだけ大きな電圧を必要とする回路に特に有効で、スイ
ッチングトランジスタの耐圧限界付近まで出力電圧を設
定しなければならない場合に用いる事ができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is safe and reliable because an overvoltage does not occur in the output due to forgetting to attach a connector to the ultrasonic vibrator, disconnection of the cable, or poor contact, and does not destroy the switching transistor in the output stage. A pulse drive circuit can be provided. This method is particularly effective for a circuit that requires a voltage as large as possible, such as a calculus breaking device using ultrasonic waves, and can be used when the output voltage must be set to near the withstand voltage limit of the switching transistor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例の構成図、第2図は本発明のパ
ルス駆動回路の構成図、第3図乃至第5図は従来例を示
す図である。 1……破砕用トランスジューサ、2……画像用超音波プ
ローブ、3……高電圧パルサ、4……位置検出回路、5
……コントローラ、6……焦点、21……スイッチングト
ランジスタ、22……インダクタンス、23……カップリン
グコンデンサ、24……超音波振動子、25……ダンピング
抵抗、26……バイアス回路、27……ゲート信号、28……
過電圧吸収素子、29……電流検出器。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a pulse drive circuit of the present invention, and FIGS. 3 to 5 are diagrams showing a conventional example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crushing transducer, 2 ... Ultrasonic probe for imaging, 3 ... High-voltage pulser, 4 ... Position detection circuit, 5
... Controller, 6 Focus, 21 Switching transistor, 22 Inductance, 23 Coupling capacitor, 24 Ultrasonic transducer, 25 Damping resistor, 26 Bias circuit, 27 Gate signal, 28 ……
Overvoltage absorption element, 29 …… Current detector.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】スイッチングトランジスタと、超音波振動
子に接続されるインダクタンスと、前記超音波振動子と
並列に接続される過電圧を吸収する手段とを有すること
を特徴とする超音波パルス駆動回路。
1. An ultrasonic pulse drive circuit comprising: a switching transistor; an inductance connected to the ultrasonic vibrator; and means for absorbing an overvoltage connected in parallel with the ultrasonic vibrator.
【請求項2】前記過電圧を吸収する手段に流れる電流を
検出し、前記スイッチングトランジスタを駆動させるト
リガ入力を禁止する手段を有することを特徴とする請求
項1記載の超音波パルス駆動回路。
2. The ultrasonic pulse driving circuit according to claim 1, further comprising means for detecting a current flowing through the means for absorbing the overvoltage and prohibiting a trigger input for driving the switching transistor.
【請求項3】前記過電圧を吸収する手段に流れる電流を
検出し、異常を報知する手段を有することを特徴とする
請求項1記載の超音波パルス駆動回路。
3. The ultrasonic pulse driving circuit according to claim 1, further comprising means for detecting a current flowing through the means for absorbing the overvoltage, and notifying an abnormality.
【請求項4】複数の超音波振動子よりなる破砕用トラン
スデューサと、この破砕用トランスデューサを駆動する
複数の超音波パルス駆動回路と、この破砕用トランスデ
ューサの内側に構成される画像用超音波プローブとを有
する超音波結石破砕装置において、 前記超音波パルス駆動回路は、スイッチングトランジス
タと、前記超音波振動子に接続されるインダクタンス
と、前記超音波振動子と並列に接続される過電圧を吸収
する手段とを有することを特徴とする超音波結石破砕装
置。
4. A crushing transducer comprising a plurality of ultrasonic transducers, a plurality of ultrasonic pulse driving circuits for driving the crushing transducer, and an image ultrasonic probe formed inside the crushing transducer. In the ultrasonic calculus crushing apparatus having the ultrasonic pulse driving circuit, a switching transistor, an inductance connected to the ultrasonic vibrator, and a means for absorbing overvoltage connected in parallel with the ultrasonic vibrator, An ultrasonic calculus breaking device characterized by having:
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