JP3296806B2

JP3296806B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3296806B2
Application number: JP35236799A
Authority: JP
Inventors: 博福喜多; 森雄西垣
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: JP2001161687A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置に
係わり、特に、被検体に超音波を送受信する振動子が、
長軸方向（走査方向）と短軸方向（レンズ方向）との２
次元に配列された探触子を用いた超音波診断装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、２次元に配列された振動子を用い
た超音波診断装置は特開平９−５２６号公報に記載され
たものが知られている。図８は従来のこの種の超音波診
断装置の構成を示しており、振動子Pi,jが短軸方向にＭ
行、長軸方向にＮ列（１≦ｉ≦Ｍ、この場合にはＭ＝
６、１≦ｊ≦Ｎ、この場合にはＮ＝１０）に配列されて
いる。第ｊ列の振動子には短軸開口制御回路210-jが接
続されている。各列の短軸開口制御回路210-jの構成は
同一である。第10列の振動子に対応する短軸開口制御回
路210-10は、プリアンプ200-ｋ（ｉ≦３の場合ｋ＝ｉ、
ｉ≧４の場合ｋ＝７−ｉ）と、スイッチ201-ｋと、ダイ
オード202-ｋと、保護回路203により構成される。短軸
開口制御回路210-10には、送信器204-10と、受信器205-
10が接続される。受信器205-1〜205-10の出力には受信
整相回路206が接続される。スイッチ201-ｋは受信の開
口を制御するためのものであり、近距離からのエコーに
対してはスイッチ201-3がオンとなり、ｉ=3,4の振動子
からの受信信号が受信器205-10に送られる。このため、
受信の短軸開口は狭く、短軸方向の分解能が高い。一
方、遠距離からのエコーに対してはすべてのスイッチ20
2-kがオンとなり、第10列のすべての振動子Pi,10からの
受信信号が受信器205-10に送られる。このため、受信の
開口は広がり、レンズによりビームが強く収束され分解
能が高い。他の列についても同ようにして開口が変化す
る。このようにして、近距離から遠距離まで高い分解能
の受信信号を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波診断装置においては、多数のプリアンプ200-
kと、スイッチ201-kを配列振動子の近くに配置する必要
が有り、このため探触子が大きく、重くなるという問題
を有していた。

【０００４】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、配列振動子と加算回路との間を、断面積の小さい細
いケーブルで接続することのできる小型で扱いやすい２
次元探触子を有する優れた超音波診断装置を提供するも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の超音波診断装置は、２次元に配列された振
動子と、前記配列された振動子の各振動子に接続された
分離素子およびリミッタと、前記分離素子に送信ケーブ
ルを介して接続され送信回路と、前記リミッタに受信ケ
ーブルを介して接続された電流入力かつ利得制御可能な
加算回路とを備え、前記送信ケーブルと受信ケーブルと
が装置本体に対しコネクタ結合されるコネクタボックス
に接続され、前記加算回路が前記コネクタボックスに収
納されていることを特徴とするものである。これによ
り、配列された振動子の出力を、受信ケーブルを介し
て、コネクタボックスに収納されたプリアンプにより効
率よく増幅し、利得制御および加算することにより、短
軸方向に開口制御することが可能であり、また細くて、
耐圧が低く、クロストークが多い受信ケーブルの利用が
可能であり、小型で高性能の２次元探触子を構成できる
こととなる。

【０００６】また、本発明の超音波診断装置は、前記加
算回路のアンプがベース接地アンプと、前記ベース接地
アンプのコネクタに接続されたトランジスタペアから構
成され、前記トランジスタペアの一方のトランジスタに
利得制御信号が入力され、他方のトランジスタのコネク
タ出力が加算されることを特徴とするものであり、アン
プを電流入力とすることにより受信ケーブルのクロスト
ークの影響受けずに受信信号を効率よく増幅し、利得制
御および加算することにより、短軸方向に開口制御する
ことができることとなる。

【０００７】また、本発明の超音波診断装置は、前記配
列された振動子の異なる列、かつ同一行の振動子に対応
するリミッタの出力群毎にマルチプレクサが接続され、
前記マルチプレクサの共通出力が前記受信ケーブルに接
続され、異なる行の振動子に対応するマルチプレクサの
制御信号が共通であることを特徴とするものであり、受
信ケーブルの本数を減らすことができ、小型で高性能の
２次元探触子を構成できることとなる。

【０００８】また、本発明の超音波診断装置は、前記配
列振動子の同一列の振動子からの前記受信ケーブルがシ
ールドを共有することを特徴とするものであり、受信ケ
ーブル全体の断面積を小さくすることができ、小型で高
性能の２次元探触子を構成できることとなる。

【０００９】また、本発明の超音波診断装置は、前記受
信ケーブルの断面が偏平であり、前記受信ケーブルの絶
縁層の厚みが前記送信ケーブルの絶縁層の厚みより小さ
いことを特徴とするものであり、受信ケーブル全体の断
面積を小さくすることができ、小型で高性能の２次元探
触子を構成できることとなる。

【００１０】また、本発明の超音波診断装置は、前記受
信ケーブルと前記送信ケーブルが一体構造を有する送受
信ケーブルを構成し、前記送受信ケーブルの断面が受信
ケーブル領域と送信ケーブル領域に分割されていること
を特徴とするものであり、偏平な受信ケーブルを束ねや
すくし、受信ケーブル全体の断面積を小さくすることが
でき、小型で高性能の２次元探触子を構成できることと
なる。

【００１１】また、本発明の超音波診断装置は、前記送
信ケーブル領域が前記送受信ケーブルの内側に配置され
ていることを特徴とするものであり、送信ケーブル領域
をケーブルのコア領域とみなすことにより、偏平な受信
ケーブルを束ねやすくし、受信ケーブル全体の断面積を
小さくすることができ、小型で高性能の２次元探触子を
構成できることとなる。

【００１２】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における
超音波診断装置の概略ブロック図を示す。図１におい
て、破線で囲まれた超音波探触子１は、超音波の送受信
を行うもので、短軸方向にＭ行、長軸方向にＮ列に配列
された振動子Pi,j（１≦ｉ≦Ｍ、この場合にはＭ＝６、
１≦ｊ≦Ｎ）および音響レンズ14と、振動子Pi,jに接続
された分離素子ID-k,j（ｉ≦３の場合ｋ＝ｉ、ｉ≧４の
場合ｋ＝Ｍ＋１−ｉ）およびリミッタLM-k,jとを有す
る。点線で囲まれたコネクタボックス13には、加算回路
6-jが収納されている。また、本体12には、送信回路8、
受信整相回路9、表示部10および短軸開口制御部11が収
納されている。本体12とコネクタボックス13はコネクタ
により接続されている。本体12の送信回路８からの駆動
パルスは、送信ケーブルTC-jと分離素子ID-k,jを介して
振動子Pi,jに供給される。従って、振動子Pi,jに対し、
駆動パルスは、短軸方向に関して、開口の中心部に対し
て対称に印加される。振動子Pi,jで得られた受信信号は
リミッタLM-k,jを通過し、受信ケーブルRC-jを介して加
算回路6-jに供給される。加算回路6-jにおいて、受信信
号の利得は利得制御信号GC-kにより制御される。利得制
御信号GC-kは短軸開口制御回路11が発生する。加算回路
6-jの出力は受信整相回路9で遅延合成される。受信整相
回路9の出力は表示部10に表示される。

【００１３】図２は分離素子ID-1,j〜ID-3,jと、リミッ
タLM-3,jと、加算回路6-jの詳細なブロック図である。
図３(a)は送信ケーブルTC-j、(b)は受信ケーブルRC-j、
(c)は送受信ケーブルの各断面図である。図４は加算回
路6-jの等価回路である。図５は加算回路6-jにおける利
得の例である。

【００１４】以上のように構成された超音波診断装置に
ついて、図１を用いてその動作を説明する。まず、送信
回路8は駆動パルスを発生する。送信ケーブルTC-jは数
十ボルト程度以上ある駆動パルスを伝送するため十分な
耐圧を有する。送信ケーブルTC-jを通過した駆動パルス
は、分離素子ID-k,jに印加される。

【００１５】図２に示すように、振動子Pi,jに接続され
る分離素子ID-k,jは、ダイオードDI-k(+)と、ダイオー
ドDI-k(-)と、抵抗RI-kから構成される。駆動パルス
は、ダイオードの順方向電圧より振幅が大きいので、分
離素子ID-k,jを通過して振動子Pi,jに印加される。抵抗
RI-kの値はRI-3＜RI-1のように選ばれ、配列された振動
子の行の中央部、この場合にはi=3、4に印加される駆動
パルスの電圧が行の辺縁部、i=1、6に印加される駆動パ
ルスの電圧より高くなるように選ばれる。このようにし
て配列の短軸方向の中央部で発生する超音波パルスの強
度を大きくすることが可能であり、短軸方向の超音波ビ
ームの指向性を改善することが可能である。以上のよう
にして探触子１から送出された超音波パルスは振動子P
i,jで受信される。振動子Pi,jで受信される受信信号の
振幅は、ダイオードの順方向電圧より小さいので分離素
子ID-k,jを通過せずにリミッタLM-k,jに印加される。リ
ミッタLM-k,jは直列抵抗RL-kとダイオードDL-k(+)とダ
イオードDL-k(-)により構成される。振動子Pi,jの受信
信号の振幅は、ダイオードの順方向電圧より小さいので
リミッタLM-k,jで振幅制限されることはない。リミッタ
LM-k,jを通過した受信信号は、受信ケーブルRC-jを介し
て加算回路6-jに印加される。受信ケーブルRC-jを通過
する信号の振幅はリミッタで制限されているので、受信
ケーブルRC-jの耐圧は低くすることができる。さらに、
加算回路6-jの入力インピーダンスを極めて低くしてい
るので、受信ケーブル間の信号の干渉を低く抑えること
ができる。このため受信ケーブルは同一列の振動子Pi,j
からの信号線のシールドを共通にすることが可能であ
り、受信ケーブル全体の断面積を小さくすることができ
る。

【００１６】図３(a)において、送信ケーブルTC-jは、
芯線の周りに厚みT1の絶縁体を有し、絶縁体をシールド
が包む。図３(b)において、受信ケーブルRC-jは、複数
の芯線の周りに厚みT2の絶縁体を有し、絶縁体の一方の
面にシールドが設けられている。受信ケーブルRC-jの各
芯線には、受信信号の信号線が接続され、シールドを共
通としている。また、絶縁体の厚みはT1＞T2であり、芯
線の一本あたりのケーブル断面積は、受信ケーブルRC-j
の方が送信ケーブルTC-jよりも小さい。図３(c)におい
て、送受信ケーブルは、コア領域に隣接して、送信ケー
ブル領域が設けられ、さらに、その外側に、受信ケーブ
ル領域が設けられている。受信ケーブルRC-jの断面は偏
平であるが、送信ケーブルTC-jの外側に位置させること
により、隙間無く束ねることが可能となる。

【００１７】振動子Pi,jからの信号は、入力インピーダ
ンスが極めて低い加算回路6-jを用いることにより、受
信ケーブルRC-jを介して伝送することができるので、図
１に示すように、加算回路6-jを、振動子Pi.jから離れ
たコネクタボックス13に収納することができる。また、
加算回路6-jにおいて、振動子Pi.jからの複数の信号は
一つの信号に加算されるので、信号線数が少なくなり、
本体12とコネクタボックス13を接続するコネクタのピン
数を削減することができる。

【００１８】図４は加算回路6-jの等価回路であり、同
一のアンプ-1〜アンプ-3により構成される。アンプ-3に
おいて、Tr3はベース接地回路を構成し、入力インピー
ダンスは極めて低い。Tr3のコレクタにはトランジスタ
ペアTr1とTr2が接続されている。TR2のコレクタには加
算抵抗R7が接続され、他のアンプ-1〜アンプ-2出力と加
算され、加算された出力は受信整相回路12へ接続され
る。TR1が不活性で、Tr2が活性の場合におけるアンプ-1
の利得は、リミッタLM-1の抵抗RL-1と加算抵抗Ｒ7の比
により決まる。各アンプ-kには、短軸開口制御回路11が
発生する制御信号-kが印加される。アンプ-3において、
Tr1に入力される制御信号-3が高レベルの場合、Tr1は活
性となり、Tr2は不活性となり、利得は低下する。制御
信号-1が低レベルになるに従い、Tr2は活性となり、加
算抵抗Ｒ7に出力が発生する。

【００１９】図５は加算回路の利得の時間依存である。
近距離ではアンプ-3の利得が高く、遠距離ではアンプ-2
とアンプ-1の利得が高くなる。すなわち近距離では行の
中央部に位置する振動子の利得が高く、短軸方向の開口
幅は狭いためスライス幅は狭い。遠距離では辺縁部に位
置する振動子のの利得も高くなり、短軸方向の開口幅が
広がるため、音響レンズ14などにより強い収束が可能と
なり、スライス幅は狭い。このようにして得られた加算
回路6-jの出力は受信整相回路9において長軸方向に関す
る遅延合成が行われる。このようにして近距離から遠距
離までスライス幅が狭い優れた超音波画像が得られる。

【００２０】以上のように、本実施の形態１によれば、
加算回路6における利得制御により、近距離では開口が
狭く細いビームを発生し、遠距離では開口が広く指向性
の高い、音響レンズ14による強く収束されたビームを発
生する超音波診断装置において、受信ケーブルに印加さ
れる電圧を、リミッタにより振幅制限し、探触子１から
の受信信号を断面積が小さい受信ケーブルを介し、電流
入力アンプを用いて加算することにより、加算回路6
を、配列振動子Pi,jから離れた位置にあるコネクタボッ
クス13に設けることが可能となり、探触子を小型軽量す
ることができる。

【００２１】（実施の形態２）図６は本発明の実施の形
態２における超音波診断装置の概略ブロック図を示す。
図６において、超音波探触子31は、超音波の送受信を行
うもので、短軸方向に３行、長軸方向に４列に配列され
た振動子Pi,j（１≦ｉ≦３、１≦ｊ≦４）と、振動子P
i,jに接続された分離素子ID-k,jおよびリミッタLM-k,j
と、マルチプレクサとしてのスイッチk,jj（jj＝mod(j+
1,2)+1）とを有する。点線で囲まれたコネクタボックス
33には、加算回路16-jが収納されている。また、本体32
には、送信回路18、受信整相回路19、表示部20、短軸開
口制御部21およびスイッチ走査回路34が収納されてい
る。本体32とコネクタボックス33はコネクタにより接続
されている。本体32の送信回路18からの駆動パルスは、
送信ケーブルTC-jと分離素子ID-k,j（ｉ≦２の場合ｋ＝
ｉ、ｉ≧３の場合ｋ＝４−ｉ）を介して振動子Pi,jに供
給される。従って、振動子Pi,jに対し、駆動パルスは、
短軸方向に関して、開口の中心部に対して対称に印加さ
れる。振動子Pi,jで得られた受信信号はリミッタLM-k,j
を通過し、スイッチk,jjを介し、さらに、受信ケーブル
RC-jを介して加算回路16-jに供給される。加算回路16-j
において、受信信号の利得は利得制御信号GC-kにより制
御される。利得制御信号GC-kは短軸開口制御回路21が発
生する。加算回路16-jの出力は受信整相回路19で遅延合
成される。受信整相回路19の出力は表示部20に表示され
る。

【００２２】以上のように構成された超音波診断装置に
ついて、図６を用いてその動作を説明する。まず、送信
回路18は駆動パルスを発生する。送信ケーブルTC-jは数
十ボルト程度以上ある駆動パルスを電送するため十分な
耐圧を有する。送信ケーブルTC-jを通過した駆動パルス
は、分離素子ID-k,jを通過して振動子Pi,jに印加され
る。分離素子ID-k,jが有する、直列抵抗の値は、配列の
短軸方向の中央部から出力される駆動パルスの強度が大
きくなるように選ぶことが可能であり、短軸方向の超音
波ビームの指向性を改善することが可能である。以上の
ようにして探触子3１から送出された超音波パルスは振
動子Pi,jで受信される。振動子Pi,jの受信信号は、分離
素子ID-k,jを通過せずにリミッタLM-k,jに印加される。
リミッタLM-k,jを通過した受信信号は、スイッチSW-k,j
jに供給される。スイッチスイッチSW-k,jjは2入力1出力
を有するので、図７に示すように、４個のスイッチSW-
k,jjにより４列 Pi,jの振動子から２列を選択するよう
な走査が可能である。スイッチSW-k,jjの動作は、スイ
ッチ走査回路34により制御される。スイッチSW-k,jjを
通過した信号は、受信ケーブルRC-jを介して加算回路16
-jに印加される。受信ケーブルRC-jを通過する信号の振
幅はリミッタLM-k,jで制限されるので、受信ケーブルRC
-jの耐圧は低くすることができる。さらに、加算回路16
-jの入力インピーダンスを極めて低くしているので、受
信ケーブル間の信号の干渉を低く抑えることができる。

【００２３】加算回路16-jの利得は、短軸開口制御回路
21により制御され、近距離では行の中央部に位置する振
動子の利得が高く、短軸方向の開口幅が狭いためスライ
ス幅は狭い。遠距離では辺縁部に位置する振動子の利得
も高いので、短軸方向の開口幅が広がり、音響レンズな
どにより強い収束が可能となり、スライス幅は狭い。こ
のようにして得られた加算回路16-jの出力は受信整相回
路19において長軸方向に関する遅延合成が行われ、この
結果、近距離から遠距離までスライス幅が狭い優れた超
音波画像が得られる。

【００２４】以上のように、本実施の形態２によれば、
リミッタを通過した受信信号に対して、マルチプレクサ
としてのスイッチk,jjにより受信信号を選択して信号の
数を減らした後、受信ケーブルRC-jを介して、コネクタ
ボックスに設けられた加算回路16-jに供給することによ
り、探触子とコネクタボックスとの間の受信ケーブルの
本数を減らすことが可能であり、探触子を扱いやすくす
ることができるすることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明は、２次元に配列さ
れた各振動子に分離素子とリミッタを設け、高インピー
ダンスの振動子出力を、電流入力かつ可変利得の加算回
路で受信するようにしたものであり、配列された振動子
からの受信信号を、リミッタにより振幅制限し、断面積
が小さい受信ケーブルを介して、電流入力アンプを有す
る加算回路において利得を制御しながら加算することに
より、加算回路を、配列振動子から離れた位置にあるコ
ネクタボックスに設けることが可能となり、探触子を小
型軽量することができる。また、配列された振動子と加
算回路との間を、フラットケーブル等の断面積が小さい
がクロストークの多いケーブルを用いても接続すること
が可能となり、小型で扱いやすい２次元探触子を有する
優れた超音波診断装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における超音波診断装置
の概略ブロック図

【図２】本発明の実施の形態１における分離素子とリミ
ッタと加算回路の動作説明のためのブロック図

【図３】（ａ）は本発明の実施の形態１における送信ケ
ーブルの断面図（ｂ）は本発明の実施の形態１における受信ケーブルの
断面図（ｃ）は本発明の実施の形態１における送受信ケーブル
の断面図

【図４】本発明の実施の形態１における加算回路の動作
説明のための等価回路図

【図５】本発明の実施の形態１における加算回路の利得
の時間依存を示す特性図

【図６】本発明の実施の形態２における超音波診断装置
の概略ブロック図

【図７】本発明の実施の形態２におけるスイッチの動作
を説明するための一覧図

【図８】従来の超音波診断装置の概略ブロック図

【符号の説明】

１探触子６加算回路８送信回路９受信整相回路１０表示部１１短軸開口制御回路１２本体１３コネクタボックス１４音響レンズ３１探触子１６加算回路１８送信回路１９受信整相回路２０表示部２１短軸開口制御回路３２本体３３コネクタボックス３４スイッチ走査回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−160535（ＪＰ，Ａ) 特開平２−203847（ＪＰ，Ａ) 特開平６−125910（ＪＰ，Ａ) 特開平８−626（ＪＰ，Ａ) 特開平10−48039（ＪＰ，Ａ) 特開平10−305032（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−53512（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元に配列された振動子と、前記配列
された振動子の各振動子に接続された分離素子およびリ
ミッタと、前記分離素子に送信ケーブルを介して接続さ
れた送信回路と、前記リミッタに受信ケーブルを介して
接続された電流入力かつ利得制御可能な加算回路とを備
え、前記送信ケーブルと受信ケーブルとが装置本体に対
しコネクタ結合されるコネクタボックスに接続され、前
記加算回路が前記コネクタボックスに収納されているこ
とを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】前記加算回路のアンプがベース接地アン
プと、前記ベース接地アンプのコネクタに接続されたト
ランジスタペアから構成され、前記トランジスタペアの
一方のトランジスタに利得制御信号が入力され、他方の
トランジスタのコネクタ出力が加算されることを特徴と
する請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】前記配列された振動子の異なる列、かつ
同一行の振動子に対応するリミッタの出力群毎にマルチ
プレクサが接続され、前記マルチプレクサの共通出力が
前記受信ケーブルに接続され、異なる行の振動子に対応
するマルチプレクサの制御信号が共通であることを特徴
とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項４】前記配列振動子の同一列の振動子からの
前記受信ケーブルがシールドを共有することを特徴とす
る請求項１から３のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項５】前記受信ケーブルの断面が偏平であり、
前記受信ケーブルの絶縁層の厚みが前記送信ケーブルの
絶縁層の厚みより小さいことを特徴とする請求項４記載
の超音波診断装置。
【請求項６】前記受信ケーブルと前記送信ケーブルが
一体構造を有する送受信ケーブルを構成し、前記送受信
ケーブルの断面が受信ケーブル領域と送信ケーブル領域
に分割されていることを特徴とする請求項５記載の超音
波診断装置。
【請求項７】前記送信ケーブル領域が前記送受信ケー
ブルの内側に配置されていることを特徴とする請求項６
記載の超音波診断装置。