JP3333030B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、簡単な低コストの構
成で漏れ電流を制限できるようにした超音波診断装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、医用機器においては種々の規定が
設けられており漏れ電流に関しては、ＢＦ形あるいはＣ
Ｆ形という分類がなされていて、これらは医用電気機器
安全通則ＩＥＣ６０１−１に定義がなされている。すな
わちＢＦ形機器とは、Ｆ形装着部（装着部が単一故障時
でも規定の漏れ電流を越えず、他の部分から切り離され
ている部分）を持ち、漏れ電流の規定値内である機器で
ある。また、ＣＦ形機器とは、Ｆ形装着部を持ち、漏れ
電流の規定値が心臓への適用を考慮されている機器であ
る。なお、ここで装着部とは、患者に意図的に接触させ
る機器の部分の全体を指している。

【０００３】次に、従来のＢＦ形及びＣＦ形の超音波診
断装置の患者及び術者を含む使用状態の概略構成を、図
７に基づいて説明する。超音波診断装置101 は、電源部
を形成する１次回路102 、１次回路102 と装着部104 及
び２次回路105 を分離する絶縁トランス103 、超音波を
送波及び受信し患者107 に接触あるいは挿入される装着
部104 、画像表示や装置の制御を行う２次回路105 、装
着部104 と２次回路105 を分離するアイソレーション回
路106 で構成されている。ここで回路の分離とは、信号
伝達を行いつつ、信号線とグランドを分離し、独立した
電源系統で動作することを意味する。そして超音波診断
装置101 は、検査を受ける患者107 と超音波診断装置10
1 を操作する術者108 とＶＴＲやモニタ等の外部機器10
9 に接続あるいは接触して使用されるようになってお
り、また患者107 には、心電計等の他医療機器110 が接
続されるようになっている。

【０００４】次に、このような構成の超音波診断装置の
使用状態において予想される患者107 へ流れ込む主な漏
れ電流について、図８を用いて説明する。第１の漏れ電
流ａは、超音波診断装置101 の１次回路102 等から絶縁
トランス103 →装着部104 →患者107 →大地（図示せ
ず）の経路で流れる漏れ電流である。ＢＦ／ＣＦ形の超
音波診断装置の場合は、絶縁トランス103 により１次回
路102 と装着部104 を分離（アイソレート）することに
より、この漏れ電流ａを制限している。第２の漏れ電流
ｂは、超音波診断装置101 に接続されている外部機器10
9 から、超音波診断装置101 の２次回路105 とアイソレ
ーション回路106 と装着部104 を経由して、患者107 に
流れる漏れ電流である。ＢＦ／ＣＦ形の超音波診断装置
の場合は、アイソレーション回路106 により２次回路10
5 と装着部104 を分離（アイソレート）することによ
り、この漏れ電流ｂを制限している。更に第３の漏れ電
流ｃは、他医療機器110 より患者107 を介して超音波診
断装置101 に流れる漏れ電流である。超音波診断装置10
1 がＢＦ／ＣＦ形の装置である場合は、他医療機器110
側の回路と超音波診断装置101 の装着部104 を絶縁トラ
ンス103 及びアイソレーション回路106 により分離し、
この漏れ電流ｃを制限している。

【０００５】次に、超音波診断装置の具体的な内部構成
を図９を用いて説明する。超音波診断装置201 は、超音
波診断装置本体202 と、先端に超音波振動子を持ち患者
と接触あるいは患者の体腔内に挿入される超音波プロー
ブ203 と、超音波断層像を表示するモニタや画像を記録
するＶＴＲやピデオプリンタ等の外部機器204 とで構成
される。診断装置本体202 は、商用電源205 と他の部分
への信号を分離する絶縁トランス206 と、超音波プロー
ブ203 を動作させるために必要な電圧をつくる患者回路
用電源207 と、超音波プローブ203 を駆動する送信信号
を発生する駆動回路やその受信信号を増幅する増幅器を
含んだ送受信回路208 と、送受信回路208 と後述の制御
部210 間の信号を分離するアイソレーション回路209
と、ビデオ信号処理回路やＤＳＣやメモリ等で構成され
装置の制御や画像表示を行う制御部210 と、制御部210
で必要な電圧を生成する２次回路用電源211 とで構成さ
れている。超音波プローブ203 は、診断装置本体202 の
送受信回路208 と図示しないコネクタにより接続され、
モニタやＶＴＲ等の外部機器204 は、診断装置本体202
の制御部210 と図示しないコネクタにより接続され、ま
た診断装置本体202 は商用電源205 に接続され、電力が
供給されるようになっている。そして商用電源205 から
絶縁トランス206 の１次側巻線までが１次回路221 を構
成しており、絶縁トランス206 の２次側の２次回路用巻
線と２次回路用電源211 と制御部210 とアイソレーショ
ン回路209 の２次回路側と制御部210 に接続される外部
機器204とが２次回路部222 を構成しており、絶縁トラ
ンス206 の２次側の患者回路巻線と患者回路用電源207
と送受信回路208 とアイソレーション回路209 の１次回
路側と超音波プローブ203 とが装着部223 を構成してい
る。

【０００６】次に、このような構成の超音波診断装置に
おいて、超音波断層像を得るまでの手順について説明す
る。超音波の送受信は、超音波プローブ203 の先端に設
けられた超音波振動子により行われる。超音波振動子の
駆動信号は、送受信回路208により生成され、その駆動
信号の制御は、制御部210 からのＴＴＬレベルの制御信
号により行われるが、制御部210 より出力される制御信
号は、アイソレーション回路209 に入力され、フォトカ
プラにより送受信回路208 側と分離（アイソレート）さ
れるようになっている。超音波振動子より得られた受信
信号は数MHz 程度の高周波信号であり、送受信回路208
内の増幅器により増幅された後に、アイソレーション回
路209 を経由して制御部210 に入力される。アイソレー
ション回路209 では、パルストランスにより送受信回路
208 と制御部210 を分離（アイソレート）すると共に、
送受信回路208 で得られた受信信号を制御部210 へ伝送
する。制御部210 に入力された受信信号は、Ａ／Ｄ変
換，補間処理，ＴＶ走査変換処理等が行われ、ビデオ信
号として出力され、モニタ等の外部機器204 で超音波断
層像を観測するようになっている。

【０００７】このように、従来のＢＦ形あるいはＣＦ形
の超音波診断装置においては、商用電源205 （１次回路
221 ）と患者回路用電源207 及び２次回路用電源211 を
絶縁トランス206 により分離（アイソレート）し、送受
信回路208 と制御部210 をアイソレーション回路209 に
より分離（アイソレート）することにより、ＢＦ形ある
いはＣＦ形を実現していた。

【０００８】また、上記ＢＦ形・ＣＦ形の超音波診断装
置の他の実現方法としては、超音波プローブ側で分離を
行う方法、すなわち患者に接触するプローブ部分の材質
を絶縁部材とし、漏れ電流の流出を防ぐ方法も行われて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波診断
装置側で回路間の分離を行いＢＦ形・ＣＦ形の装置を実
現した従来の超音波診断装置においては、受信信号のア
イソレートを行うアイソレーション回路を構成するパル
ストランス等の絶縁素子は、高周波（広帯域）で微小電
圧の受信信号を伝達するために、広帯域で減衰の少ない
素子が求められ、コストアップが生じる。特にアレイ形
振動子を用いた超音波プローブを接続する電子走査形超
音波診断装置の場合、超音波振動子の数が多いため、送
受信回路と制御部間の制御信号線が多くなり、したがっ
てアイソレーション回路で使用する絶縁素子の個数が増
大し、更にコストアップとなってしまう。また、アレイ
形振動子を備えた超音波プローブを用いた場合、振動子
を高速で切り替えて走査するため、アイソレーション回
路では高速の絶縁素子が必要となり、これによってもコ
ストアップが生じる。

【００１０】一方、超音波プローブ側で絶縁部材を用い
て分離をする場合は、絶縁部材が外部に露出しているた
め、外部からの裂傷や薬液等により絶縁性が劣化するお
それがある。しかしながら絶縁が劣化した場合、構造上
絶縁部材のみを交換することは困難であり、超音波プロ
ーブごと交換しなければならず、ユーザーにとって大き
な負担となる。

【００１１】本発明は、従来のＢＦ形あるいはＣＦ形の
超音波診断装置における上記問題点を解消するためにな
されたもので、コストの増大を招くことなく、且つ超音
波プローブの構造に依存することなく、超音波振動子の
高周波化にも容易に対応できるＢＦ形あるいはＣＦ形の
超音波診断装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【問題を解決するための手段及び作用】 上記問題点を
解決するため、本発明は、超音波振動子を駆動する手段
と、超音波振動子からの受信信号を処理し超音波画像を
得るための手段を有する超音波診断装置において、前記
超音波振動子の駆動手段と前記超音波画像を得るための
手段とこれらの手段を制御する制御手段とを同一の電源
系統として構成した内部回路と、電気的信号接続線によ
って前記超音波診断装置に接続される外部機器と前記内
部回路とを電気的に絶縁して相互に信号の伝達可能なア
イソレート手段と、外部よりの交流電源の入力部に接続
された１次巻線と、第１および第２の２次巻線を有する
と共に、前記１次巻線、第１および第２の２次巻線がそ
れぞれ互いに絶縁された絶縁トランスと、前記第１の２
次巻線に接続され、前記同一の電源系統として構成され
た前記内部回路および前記アイソレート手段の前記内部
回路との接続側回路に電力を供給する内部回路用電源
と、前記第２の２次巻線に接続され、前記アイソレート
手段の外部機器との接続回路に電力を供給するアイソレ
ート用電源とを設けるものである。

【００１３】このように構成した超音波診断装置におい
ては、制御手段を含む内部回路と電気的信号接続線によ
って超音波診断装置に接続される外部機器との間に、入
出力信号を分離するアイソレート手段を設けるようにし
ているので、該アイソレート手段はモニタやＶＴＲなど
の外部機器に対応できればよく、広帯域で高速な絶縁素
子を使用する必要がなくなり、安価にＢＦ形あるいはＣ
Ｆ形の漏れ電流を制限した超音波診断装置を容易に実現
することができる。また、アレイ形振動子を備えた超音
波プローブを用いた場合でも、アイソレート手段の絶縁
素子の個数を増やす必要がなく、簡単な構成のＢＦ形あ
るいはＣＦ形の超音波診断装置が得られる。

【００１４】

【実施例】次に実施例について説明する。まず図１に示
す概念図に基づいて本発明に係る超音波診断装置の基本
的な実施例について説明する。本発明に係る超音波診断
装置１は、電源部を形成する１次回路２と、１次回路２
から内部回路４への信号を分離する絶縁トランス３と、
超音波を患者に送波し受信する回路と画像表示や装置の
制御を行う制御回路を含んだ内部回路４と、内部回路４
とＶＴＲやモニタ等の外部機器６を分離（アイソレー
ト）するアイソレーション回路５とで構成される。そし
て、このように構成された超音波診断装置１は、検査を
受ける患者７と超音波診断装置１を操作する術者８とＶ
ＴＲやモニタ等の外部機器６に接続され、また患者７は
心電計等の他医療機器９に接続されるようになってい
る。

【００１５】次に、このように構成された超音波診断装
置における患者７を流れる主な漏れ電流について、図２
を用いて説明する。第１の漏れ電流ａは、超音波診断装
置１の１次回路２等から絶縁トランス３→内部回路４→
患者７→大地（図示せず）の経路で流れる漏れ電流であ
る。本発明において、絶縁トランス３により１次回路２
と内部回路４を分離（アイソレート）することにより、
この漏れ電流ａを制限している。第２の漏れ電流ｂは、
超音波診断装置１に接続されている外部機器６から超音
波診断装置１の内部回路４を経由して患者７に流れる漏
れ電流である。本発明においては、アイソレーション回
路５により内部回路４と外部機器６を分離（アイソレー
ト）することにより、この漏れ電流ｂを制限している。
第３の漏れ電流ｃは、他医療機器９より患者７を介して
超音波診断装置１に流れ込む漏れ電流であり、本発明に
おいては、他医療機器９と超音波診断装置１の内部回路
４を、絶縁トランス３及びアイソレーション回路５によ
り分離（アイソレート）することにより、この漏れ電流
ｃを制限している。

【００１６】このように本発明においては、絶縁トラン
ス３により１次回路（電源入力部）２と制御回路等を含
む内部回路４を分離し、更にアイソレーション回路５に
より制御回路等を含む内部回路４と超音波診断装置１に
接続される外部機器６を分離するように構成し、内部回
路４に装着部や制御回路を含ませ、装着部と制御回路間
にはアイソレーション回路を配置しないようにしてい
る。したがって、従来の超音波診断装置のように、装着
部と制御回路間の信号の分離が不要となる。すなわち高
速な振動子の切り換え信号や広帯域・微小な受信信号を
アイソレーション回路を用いて分離する必要がなく、外
部機器への高速で広帯域を必要としない信号の分離だけ
をアイソレーション回路を用いて行えばよく、また超音
波プローブの構造に依らず、容易に簡単な構成でＢＦ形
・ＣＦ形の超音波診断装置の実現が可能となる。

【００１７】次に、本発明の具体的な実施例を図３に基
づいて説明する。図３において、11は超音波診断装置全
体を示し、この超音波診断装置11は、超音波診断装置本
体12と、先端に超音波振動子を備え患者と接触あるいは
患者の体腔内に挿入される超音波プローブ13と、超音波
断層像を表示するモニタや画像を記録するＶＴＲやピデ
オプリンタ等の外部機器14とで構成されている。超音波
診断装置本体12は、商用電源と他の部分への信号を分離
する絶縁トランス15と、超音波プローブ13を動作させる
ために必要な電圧を形成する患者回路用電源16と、超音
波プローブ13を駆動する送信信号を発生する駆動回路や
受信信号を増幅する増幅器を含んだ送受信回路17と、ビ
デオ信号処理回路やＤＳＣやメモリ等で構成され装置の
制御や画像表示を行う制御部18と、制御部18と外部機器
14を分離するアイソレーション回路19と、アイソレーシ
ョン回路19に必要な電源を供給する２次回路用電源20と
により構成されている。そして超音波プローブ13は、超
音波診断装置本体12の送受信回路17と図示しないコネク
タにより接続され、モニタやＶＴＲ等の外部機器14は、
超音波診断装置本体12のアイソレーション回路19と図示
しないコネクタで接続される。また超音波診断装置本体
12は、商用電源に接続され、電力が供給されるようにな
っている。

【００１８】そして商用電源から絶縁トランス15の１次
側巻線までが、１次回路21（図１に示した１次回路２に
対応する）となる。また絶縁トランス15の２次側巻線、
２次回路用電源20、アイソレーション回路19の２次回路
側、及びそれに接続される外部機器14が２次回路部22を
構成し、絶縁トランス15の患者回路巻線、患者回路用電
源16、送受信回路17、制御部18、アイソレーション回路
19の１次回路側、及び超音波プローブ13が装着部23（図
１に示した内部回路４に対応する）を構成している。

【００１９】次にアイソレーション回路19に使用される
絶縁素子の構成例について説明する。図４に示す構成例
は、アイソレーション回路19の絶縁素子として高耐圧リ
レーを用いて構成したもので、制御部18からの信号を高
耐圧リレー31のコイル側に接続し、高耐圧リレー31のス
イッチ側を外部機器14の入力に接続する。図５に示す構
成例は、アイソレーション回路19の絶縁素子として高耐
圧フォトカプラを用いて構成したもので、制御部18から
の信号を高耐圧フォトカプラ41のＬＥＤ42側に接続し、
高耐圧フォトカプラ41のフォトダイオード43側を外部機
器14の入力に接続する。図６に示す構成例は、アイソレ
ーション回路19の絶縁素子として高耐圧パルストランス
を用いて構成したもので、制御部18からの信号を高耐圧
パルストランス51の１次巻線52に接続し、高耐圧パルス
トランス51の２次巻線53側を外部機器14の入力に接続
し、ビデオ信号等のアイソレートに使用するものであ
る。なお図４〜図６に示した構成例では、絶縁素子の入
力側を制御部18の出力と接続したものを示したが、絶縁
素子の入力側を外部機器14の出力と接続するように構成
してもよい。

【００２０】次に、このように構成した超音波診断装置
の動作について説明する。超音波の送受信は、超音波プ
ローブ13の先端に設けられた超音波振動子により行われ
る。超音波振動子の駆動信号は、送受信回路17により生
成され、その駆動信号の制御は、制御部18からのＴＴＬ
レベルの制御信号により行われる。超音波振動子より得
られる受信信号は、数MHz 程度の高周波信号であり、送
受信回路17内の増幅器により増幅され、制御部18に入力
される。制御部18に入力された受信信号は、Ａ／Ｄ変
換，補間処理，ＴＶ走査変換処理等が行われ、ビデオ信
号として出力される。制御部18から出力されたビデオ信
号は、アイソレーション回路19に入力され、パルストラ
ンス等の絶縁素子により外部機器14の信号線及びＧＮＤ
と分離され、外部機器14の例えばモニタ上に超音波像と
して表示される。

【００２１】次に、制御部18と外部機器14間の制御信号
の入出力について説明する。制御部18より外部機器14へ
出力する信号、例えばフリーズ／レリーズ信号は、アイ
ソレーション回路19に入力され、アイソレーション回路
19内のフォトカプラあるいはパルストランス等で分離さ
れ、外部機器14へ出力される。外部機器14から制御部18
への入力信号も同様に、アイソレーション回路19を介し
て信号の授受が行われる。そして前記アイソレーション
回路19により、外部機器14より制御部18等を含む内部回
路23へ流れ込む漏れ電流が制限されるようになってい
る。

【００２２】次に、本実施例における漏れ電流の制限に
ついて説明する。超音波診断装置本体12より超音波プロ
ーブ13を介して患者に流れる漏れ電流は、絶縁トランス
15により１次回路21と内部回路23とを分離（アイソレー
ト）することにより制限している。また外部機器14から
診断装置本体12及び超音波プローブ13を介して患者に流
れる漏れ電流は、アイソレーション回路19により内部回
路23と外部機器14を分離（アイソレート）することによ
り制限している。更に他医療機器９より患者７を介して
超音波プローブ13及び超音波診断装置本体12に流れる漏
れ電流は、絶縁トランス15及びアイソレーション回路19
により他医療機器９と超音波診断装置本体12の内部回路
23を分離（アイソレート）することにより制限してい
る。以上のように、本実施例では、絶縁トランス15とパ
ルストランスやフォトカプラを用いたアイソレーション
回路19により患者に流れる漏れ電流を制限している。

【００２３】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、制御手段を含む内部回路と電気的信号
接続線によって超音波診断装置に接続される外部機器と
の間に、入出力信号を分離するアイソレート手段を設け
るようにしているので、該アイソレート手段はモニタや
ＶＴＲなどの外部機器に対応できればよく、広帯域で高
速な絶縁素子を使用する必要がなくなり、安価にＢＦ形
あるいはＣＦ形の漏れ電流を制限した超音波診断装置を
容易に実現することができる。また、アレイ形振動子を
備えた超音波プローブを用いた場合でも、アイソレート
手段の絶縁素子の個数を増やす必要がなく、簡単な構成
のＢＦ形あるいはＣＦ形の超音波診断装置が得られる。
また超音波プローブに絶縁部材を設けてＢＦ形あるいは
ＣＦ形化を図っている超音波診断装置に対しても、簡単
な構成のアイソレート手段の追加のみで、容易に高信頼
性のＢＦ形あるいはＣＦ形の超音波診断装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波診断装置の基本的な実施例
を示す概念図である。

【図２】図１に示した基本的な実施例における漏れ電流
の制限を説明するための図である。

【図３】本発明の具体的な実施例を示す構成図である。

【図４】図３に示した実施例のアイソレーション回路を
構成する絶縁素子の構成例を示す図である。

【図５】同じく絶縁素子の他の構成例を示す図である。

【図６】同じく絶縁素子の更に他の構成例を示す図であ
る。

【図７】従来のＢＦ形あるいはＣＦ形の超音波診断装置
の概略構成を示すブロック図である。

【図８】図７に示した超音波診断装置における漏れ電流
を示す説明図である。

【図９】従来のＢＦ形あるいはＣＦ形の超音波診断装置
の具体的な構成例を示す図である。

【符号の説明】

１ 超音波診断装置 ２ １次回路 ３ 絶縁トランス ４ 内部回路 ５ アイソレーション回路 ６ 外部機器 ７ 患者 ８ 術者 ９ 他医療機器 11 超音波診断装置 12 超音波診断装置本体 13 超音波プローブ 14 外部機器 15 絶縁トランス 16 患者回路用電源 17 送受信回路 18 制御部 19 アイソレーション回路 20 ２次回路用電源 21 １次回路 22 ２次回路部 23 内部回路 31 高耐圧リレー 41 高耐圧フォトカプラ 51 高耐圧パルストランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−246938（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−176324（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−196644（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−136934（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−13829（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/12 A61B 1/00 - 1/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動子を駆動する手段と、超音波
   振動子からの受信信号を処理し超音波画像を得るための
   手段を有する超音波診断装置において、 前記超音波振動子の駆動手段と前記超音波画像を得るた
   めの手段とこれらの手段を制御する制御手段とを同一の
   電源系統として構成した内部回路と、 電気的信号接続線によって前記 超音波診断装置に接続さ
   れる外部機器と前記内部回路とを電気的に絶縁して相互
   に信号の伝達可能なアイソレート手段と、外部よりの交流電源の入力部に接続された１次巻線と、
   第１および第２の２次巻線を有すると共に、前記１次巻
   線、第１および第２の２次巻線がそれぞれ互いに絶縁さ
   れた絶縁トランスと、 前記第１の２次巻線に接続され、前記同一の電源系統と
   して構成された前記内部回路および前記アイソレート手
   段の前記内部回路との接続側回路に電力を供給する内部
   回路用電源と、 前記第２の２次巻線に接続され、前記アイソレート手段
   の外部機器との接続回路に電力を供給するアイソレート
   用電源と、 を有することを特徴とする超音波診断装置。