JP4167461B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に係り、特に両極性の駆動パルスを超音波振動子に印加する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、超音波振動子に駆動パルスを加えて、超音波を人体などの被検体内に照射し、その反射超音波を再び超音波振動子により受けて電気信号に変換し、表示することにより、体内の臓器位置などを知って診断に供するものである。
【０００３】
このような超音波診断装置において、超音波の感度の向上が、近年、ますます重要になってきている。この感度を上げるには良好な反射信号が得られればよいから、受信する信号のＳ／Ｎ比を改善するする方法と、送信パワーを大きくする方法に大別される。送信パワーを大きくすると、超音波振動子において発する熱が大きくなり、これを押える必要がある。また、超音波造影剤を用いて反射波を大きくし反射波の２次高調波を用いるハーモニック造影法が昨今注目されてきている。いずれにしても、単純な単極性パルスよりも、両極性パルスの方が送信効率を上げるためには有利である。
【０００４】
一方、超音波診断装置において、信号のＳ／Ｎ比を上げるためには、超音波振動子を信号源と見立てれば、この信号源の出力インピーダンスはできるだけ小さいほうが好ましい。なぜなら、出力インピーダンスが高いと超音波振動子と、これに接続されている送受信装置の電圧伝送経路上の分布容量の悪影響を受けて受信信号の損失が大きくなって、Ｓ／Ｎ比が低下するからである。
【０００５】
そこで、特公平６−９６００５に記載されているように、インピーダンス変換器を超音波振動子と送受信装置の間に接続した図３に示すような超音波診断装置が考えられた。同図において、振動子１と、送信回路、受信回路、信号処理回路及び表示装置を含む装置本体３の入力端の間に、送受信信号伝達手段２を備える。、この送受信信号伝達手段２は、トランジスタＴｒによるエミッタフォロワを構成している。送信時には、ダイオードＤ５を介して駆動パルスが振動子１に印加され超音波を送信するが、このときダイオードＤ１，Ｄ３はオフ状態となり、トランジスタＴｒが保護され、受信時には、トランジスタＴｒはオン状態となり、ダイオードＤ１は抵抗Ｒ１，Ｒ２に流れる電流によりまた、ダイオードＤ３はトランジスタＴｒのエミッタ電流により、順方向にバイアスされいずれもオン状態となり、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６はいずれもオフ状態となる。
【０００６】
この回路において正極性の高圧パルスが駆動パルスとして振動子１に印加されるときには、オフ状態となるダイオードＤ１，Ｄ３の逆耐圧を上げることにより、トランジスタＴｒを保護することが可能である。一方、負極性の高圧パルスが装置本体３から振動子１に印加されるときには、トランジスタＴｒのベース−エミッタ間電圧が順方向極性となり、ベース電流がエミッタ方向に流れることになる。したがって、これによってトランジスタＴｒのコレクタからエミッタに過大な電流が流れ込んでトランジスタＴｒが破壊してしまう。
【０００７】
結局、図３に示す回路構成では、両極性パルスを駆動パルスとする超音波診断装置に用いることは困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の超音波診断装置では駆動パルスとして両極性パルスを振動子に加えることが困難であるという問題があった。本発明は、このような従来の超音波診断装置の問題点に鑑みてなされたもので、両極性パルスを駆動パルスとして用いることが可能で、しかもＳ／Ｎ比の良い受信信号が得られる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によれば、超音波振動子と、この超音波振動子に印加する両極性の駆動パルスを発生すると共に前記超音波振動子により受信された反射信号を処理する送受信回路と、前記超音波振動子と前記送受信回路との間の信号伝送路に設けられ、前記超音波振動子から見た入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低いエミッタフォロワ回路によるインピーダンス変換回路と、このインピーダンス変換回路の前記トランジスタのコレクタに接続され、コレクタに流入する電流を制限する定電流回路とを有し、インピーダンス変換回路のトランジスタに過大電流が供給されることを防止することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
【００１０】
本発明の請求項２によれば、超音波振動子と、この超音波振動子に印加する両極性の駆動パルスを発生すると共に前記超音波振動子により受信された反射信号を処理する送受信回路と、前記超音波振動子と前記送受信回路との間の信号伝送路の振動子端に設けられ、前記超音波振動子にベースが接続され、前記送受信回路にエミッタが接続されるトランジスタと、このトランジスタの前記エミッタと前記送受信回路の入出力端子との間に接続される第１の抵抗と、前記送受信回路の入出力端子と所定電圧の電源との間に接続される第２の抵抗と、前記トランジスタのベース・エミッタに並列にかつ前記送受信回路からの駆動パルスを前記超音波振動子に送信する如く設けられる第１のダイオードと、前記駆動パルスの前記トランジスタへの回り込みを防止する前記第１のダイオードとは逆極性で並列に接続される第２、第３のダイオードとを具備して、前記振動子から見た入力インピーダンスが高く、前記送受信回路への出力インピーダンスが低いインピーダンス変換回路と、前記トランジスタのコレクタに接続される定電流回路とから成り、インピーダンス変換回路のトランジスタに過大電流が供給されることを防止することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
【００１１】
本発明の請求項３によれば、超音波診断装置のインピーダンス変換回路は、前記トランジスタのコレクタと前記送受信回路の入出力端子との間に直列接続され、分圧する一対の抵抗と、この一対の抵抗の分圧する接続点と前記トランジスタのベースとの間に、互いに逆向き並列に接続される一対のダイオードと、前記分圧する接続点と前記トランジスタのベースとの間に、前記一対のダイオードと並列に接続されるコイルとを有することを特徴とするものを提供する。
さらに、本発明の請求項４によれば、超音波診断装置のインピーダンス変換回路は、前記トランジスタのコレクタと前記送受信回路の入出力端子との間に接続されるツェナダイオードを更に有するを特徴とするものを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による超音波診断装置は、超音波振動子と送受信回路間に接続されるインピーダンス変換回路において、エミッタフォロワ回路のトランジスタのコレクタ電源を定電流源とすることにより、トランジスタへ過大電流が供給されることを防止する。
【００１３】
以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。本発明の一実施形態の超音波診断装置の構成例を図１に示す。Ｖｉは超音波振動子であり、このような超音波振動子が複数個整列されて超音波プローブを構成する。この超音波振動子Ｖｉと、これを駆動して超音波を送信し受信した反射超音波の電気信号を処理する送受信回路１１とがインピーダンス変換回路１３を介して接続されている。Ｃは、超音波振動子Ｖｉと送受信回路１１の間のケーブルなどにより生ずる浮遊容量を示す。
【００１４】
インピーダンス変換回路１３は、エミッタフォロワとして用いられるＮＰＮ型のトランジスタＱ１１と、このトランジスタＱ１１のベース−コレクタ間、ベース−エミッタ間に各々接続される抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と、上記トランジスタＱ１１のエミッタと送受信回路１１の入出力端子の間に接続される抵抗Ｒ１３と、送受信回路１１の入出力端子にアノードを接続されトランジスタＱ１１のベースにカソードを接続されたダイオードＤ１１と、このダイオードと逆向きに直列接続されたダイオードＤ１２，Ｄ１３と、送受信回路１１の入出力端子にアノードを接続されトランジスタＱ１１のコレクタにカソードを接続されたツェナダイオードＤ１４と、このツェナダイオードＤ１４のカソードにカソードを接続されたダイオードＤ１５と、このダイオードＤ１５のアノードに入出力端子を接続された定電流回路１５と、送受信回路１１の入出力端子に一端を接続された抵抗１４と、この抵抗の他端とアース間に接続された電圧源Ｅ１１とから成る。ダイオードＤ１５は駆動パルスの波高値より大きい耐電圧を有する高電圧素子である。
【００１５】
定電流回路１５は、上記ダイオードＤ１５のアノードにエミッタを接続されたトランジスタＱ１２と、アースされた電圧源Ｅ１２，Ｅ１３と、電圧源Ｅ１２とトランジスタＱ１２のコレクタ間及びベース間に各々接続された抵抗Ｒ１５，Ｒ１６と、電圧源Ｅ１３にカソードを接続されアノードをトランジスタＱ１２のエミッタに接続されたダイオードＤ１６と、トランジスタＱ１２のベースにアノードを接続されたダイオードＤ１７と、このダイオードのカソードにアノードを接続されカソードを電圧源Ｅ１３に接続されたダイオードＤ１８とから成る。トランジスタＱ１２のコレクタ電流は、このトランジスタのベース電位と抵抗Ｒ１５の値により決定される。
【００１６】
また送受信回路１１は、超音波振動子Ｖｉに印加する駆動パルスの基本となる基準クロックを発生する基準クロック発生器１６と、この基準クロック発生器１６の出力に基づいて超音波振動子Ｖｉに印加する両極性高電圧の駆動パルスを発生する両極性駆動パルス発生器１７と、超音波振動子Ｖｉにより受信した反射超音波から得た反射信号を増幅する前置増幅器１８と、この前置増幅器１８により増幅された反射信号に基づいて表示などを行うための信号処理を行う信号処理部１９とから成る。
【００１７】
次に、上記図１に示した構成の超音波診断装置の動作について説明する。まず、正極性の高電圧パルスが、両極性駆動パルス発生器１７から、インピーダンス変換回路１３に入力されたとする。このとき、正極性パルスはダイオードＤ１１を通過し、超音波振動子Ｖｉに印加され、超音波パルスが体内など被検体に放射される。超音波振動子Ｖｉに蓄えられた電荷はダイオードＤ１２，Ｄ１３を介して放電される。
【００１８】
ところで、駆動パルスの電位は、通常、数十〜百数ボルト程度であり、この駆動パルスが印加されるとき、定電流回路によるトランジスタＱ１１のエミッタとベースの間が逆バイアスされるので、トランジスタＱ１１はオフ状態となり、駆動パルスの立下り時には、ダイオードＤ１２，Ｄ１３を通過する。したがって、トランジスタＱ１１のベースとエミッタとの間には、ダイオードＤ１２，Ｄ１３の順方向電圧（約１．４Ｖ）以上印加されることはなく、トランジスタＱ１１が破損するようなことはない。
【００１９】
なお、ダイオードＤ１５は駆動パルスの波高値より大きい耐電圧を有しており、駆動パルスが定電流回路１５に流れ込むのを防止する役割を担っている。
【００２０】
次に、負極性の駆動パルスが、超音波振動子Ｖｉに加えられる場合について述べる。この場合、負極性パルスの立下り時には電圧はダイオードＤ１２，Ｄ１３を通過し、超音波振動子Ｖｉに加えられる。駆動パルスが負極性であるので、トランジスタＱ１１のベースーエミッタ間が順方向バイアスとなり、トランジスタＱ１１のコレクタからエミッタに電流が流れる。しかし、この電流の最大値は定電流回路１５により、例えば３ｍＡなどに電流が制限されるので、トランジスタＱ１１に過大な電流が流れ込むようなことがない。
【００２１】
なお、ツェナダイオードＤ１４は、トランジスタＱ１１のコレクタ−エミッタ間電圧が一定以上にならないように機能し、トランジスタＱ１１の破壊を防ぐために設けられている。
【００２２】
上述のような両極性の駆動パルスが超音波振動子Ｖｉに印加され、対応する反射超音波を超音波振動子Ｖｉが受信したときには、反射信号がインピーダンス変換回路１３に取り込まれる。駆動パルスが超音波振動子Ｖｉに印加されていない期間においては、定電流回路１５と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の値により、トランジスタＱ１１のバイアス電位が決まり、このトランジスタＱ１１はＡ級動作状態となる。すなわち、トランジスタＱ１１はエミッタフォロワとして動作するので、取り込まれた受信信号に応じてエミッタ電流が変化する。
【００２３】
ところで、エミッタフォロワの特徴は入力インピーダンスが例えば数十ＫΩ以上と高く、出力インピーダンスが例えば数〜数十Ωと低いことであり、また電圧利得はほぼ１であるが、電流利得は大きく、ベース−エミッタ間は同相の信号となる。
【００２４】
したがって、上述のエミッタ電流の変化は、出力電流の制限として働く抵抗Ｒ１３を通り、抵抗Ｒ１４によって電圧に変換され、ケーブル（図示せず）を介して送受信回路１１に伝送される。この反射信号は送受信回路１１の前置増幅器１８で増幅され、信号処理部１９において表示のために処理が行われる。
【００２５】
なお、上記実施形態において、反射電流を電圧に変える抵抗Ｒ１４はインピーダンス変換回路１３内に設けてあったが、送受信回路１１の例えば前置回路１８に設けることもできる。インピーダンス変換回路１３は通常、超音波振動子を収納する超音波プローブ内に設けることになるが、このように抵抗Ｒ１４及び電圧源Ｅ１１を送受信回路１１に設ければ、超音波プローブを小型化できる利点がある。
【００２６】
次に本発明の第２の実施形態の超音波診断装置について説明する。この実施形態の構成例を図２に示す。この実施形態では、上記図１に示した実施形態と、インピーダンス変換回路の構成が一部異なる。送受信回路２１、インピーダンス変換回路２３及び定電流回路２５の各部の番号は、図１における１０番代の番号の回路、ダイオード、抵抗に対応している。すなわち、定電流回路１５は、ダイオードＤ２５のアノードにエミッタを接続されたトランジスタＱ２２と、アースされた電圧源Ｅ２２，Ｅ２３と、電圧源Ｅ２２とトランジスタＱ２２のコレクタ間及びベース間に各々接続された抵抗Ｒ２５，Ｒ２６と、電圧源Ｅ２３にカソードを接続されアノードをトランジスタＱ２２のエミッタに接続されたダイオードＤ２６と、トランジスタＱ２２のベースにアノードを接続されたダイオードＤ２７と、このダイオードのカソードにアノードを接続されカソードを電圧源Ｅ２３に接続されたダイオードＤ２８とから成る。また、送受信回路２１は、超音波振動子Ｖｉに印加する駆動パルスの基本となる基準クロックを発生する基準クロック発生器２６と、この基準クロック発生器２６の出力に基づいて超音波振動子Ｖｉに印加する両極性高電圧の駆動パルスを発生する両極性駆動パルス発生器２７と、超音波振動子Ｖｉにより受信した反射超音波から得た反射信号を増幅する前置増幅器２８と、この前置増幅器２８により増幅された反射信号に基づいて表示などを行うための信号処理を行う信号処理部２９とから成る。
【００２７】
インピーダンス変換回路２３は、エミッタフォロワとして用いられるＮＰＮ型のトランジスタＱ２１と、このトランジスタＱ２１のベース−コレクタ間、ベース−エミッタ間に各々接続される抵抗Ｒ２１，Ｒ２２と、上記トランジスタＱ２１のエミッタと送受信回路２１の入出力端子の間に接続される抵抗Ｒ２３と、送受信回路２１の入出力端子にアノードを接続されトランジスタＱ２１のベースにカソードを接続されたダイオードＤ２１と、このダイオードと逆向きに直列接続されたダイオードＤ２２，Ｄ２３と、送受信回路２１の入出力端子にアノードを接続されトランジスタＱ２１のコレクタにカソードを接続されたツェナダイオードＤ２４と、このツェナダイオードＤ２４のカソードにカソードを接続されたダイオードＤ２５と、このダイオードＤ２５のアノードに入出力端子を接続された定電流回路２５と、送受信回路２１の入出力端子に一端を接続された抵抗２４と、この抵抗の他端とアース間に接続された電圧源Ｅ２１とから成る。
【００２８】
インピーダンス変換回路２３では、その他に、ダイオードＤ２５のカソードと送受信回路２１の入出力端子間に抵抗Ｒ２７，Ｒ２８が直列接続され、これら抵抗の接続点とダイオードＤ２５のカソード間にはコンデンサＣ２０が接続され、上記抵抗Ｒ２７，Ｒ２８の接続点とトランジスタＱ２１のベースの間には、互いに向きの異なるダイオードＤ２９，Ｄ３９と、コイルＬ２０が接続されている。
【００２９】
両極性駆動パルス発生器２７から正極性、負極性の駆動パルスが出力されるときは上記第１の実施形態と同様である。受信時には、所定の値を有するコイルＬ２０が超音波振動子Ｖｉが有する並列容量と共振することになる。
【００３０】
トランジスタＱ２１のベースにコイルＬ２０を追加すると、トランジスタＱ２１のベースバイアス電圧が最適動作点から外れてしまう。そこで、抵抗Ｒ２７，Ｒ２８の値を適切に選定することにより、トランジスタＱ２１のベースバイアス電圧を決定する。共振のＱを高く設定するためには抵抗Ｒ２７，Ｒ２８の値はできるだけ小さくすることが好ましいが、しかしこれらの抵抗値を小さくすると消費電力が増加するので、限界がある。この実施形態では、インピーダンスを下げるためにコンデンサＣ２０を設けている。
【００３１】
コイルＬ２０と並列に接続されているダイオードＤ２９，Ｄ３０は送信の駆動パルス印加時にコイルＬ２０に過大な電流が流れ、コイルが磁気飽和を起こすことを防止ためにある。すなわち、コイルＬ２０には、ダイオードＤ２９，Ｄ３０の順方向電圧以上の電圧が印加されないので、コイルＬ２０の磁気飽和を防ぐことができる。
【００３２】
本発明のこの実施形態によれば、コイルＬ２０と超音波振動子Ｖｉが有する並列容量が共振することになり、並列インピーダンスが上昇し超音波振動子Ｖｉから出力される電気信号の減衰を低減できる。したがって、この場合の超音波診断装置の反射信号の受信効率を改善できる利点がある。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、両極性パルスを駆動パルスとして用いることが可能で、しかもＳ／Ｎ比の良い受信信号が得られる超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成例を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成例を示す図。
【図３】従来の超音波診断装置の構成例を示す図。
【符号の説明】
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５，Ｒ２６，Ｒ２７，Ｒ２８・・・抵抗、
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７，Ｄ１８，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５，Ｄ２６，Ｄ２７，Ｄ２８，Ｄ２９，Ｄ３０・・・ダイオード
１１，２１・・・送受信回路、
１３，２３・・・インピーダンス変換回路、
１５，２５・・・定電流回路、
１６，２６・・・基準クロック発生器、
１７，２７・・・両極性駆動パルス発生器、
１８，２８・・・前置増幅器、
１９，２９・・・信号処理部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に係り、特に両極性の駆動パルスを超音波振動子に印加する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、超音波振動子に駆動パルスを加えて、超音波を人体などの被検体内に照射し、その反射超音波を再び超音波振動子により受けて電気信号に変換し、表示することにより、体内の臓器位置などを知って診断に供するものである。
【０００３】
このような超音波診断装置において、超音波の感度の向上が、近年、ますます重要になってきている。この感度を上げるには良好な反射信号が得られればよいから、受信する信号のＳ／Ｎ比を改善するする方法と、送信パワーを大きくする方法に大別される。送信パワーを大きくすると、超音波振動子において発する熱が大きくなり、これを押える必要がある。また、超音波造影剤を用いて反射波を大きくし反射波の２次高調波を用いるハーモニック造影法が昨今注目されてきている。いずれにしても、単純な単極性パルスよりも、両極性パルスの方が送信効率を上げるためには有利である。
【０００４】
一方、超音波診断装置において、信号のＳ／Ｎ比を上げるためには、超音波振動子を信号源と見立てれば、この信号源の出力インピーダンスはできるだけ小さいほうが好ましい。なぜなら、出力インピーダンスが高いと超音波振動子と、これに接続されている送受信装置の電圧伝送経路上の分布容量の悪影響を受けて受信信号の損失が大きくなって、Ｓ／Ｎ比が低下するからである。
【０００５】
そこで、特公平６−９６００５に記載されているように、インピーダンス変換器を超音波振動子と送受信装置の間に接続した図３に示すような超音波診断装置が考えられた。同図において、振動子１と、送信回路、受信回路、信号処理回路及び表示装置を含む装置本体３の入力端の間に、送受信信号伝達手段２を備える。、この送受信信号伝達手段２は、トランジスタＴｒによるエミッタフォロワを構成している。送信時には、ダイオードＤ５を介して駆動パルスが振動子１に印加され超音波を送信するが、このときダイオードＤ１，Ｄ３はオフ状態となり、トランジスタＴｒが保護され、受信時には、トランジスタＴｒはオン状態となり、ダイオードＤ１は抵抗Ｒ１，Ｒ２に流れる電流によりまた、ダイオードＤ３はトランジスタＴｒのエミッタ電流により、順方向にバイアスされいずれもオン状態となり、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６はいずれもオフ状態となる。
【０００６】
この回路において正極性の高圧パルスが駆動パルスとして振動子１に印加されるときには、オフ状態となるダイオードＤ１，Ｄ３の逆耐圧を上げることにより、トランジスタＴｒを保護することが可能である。一方、負極性の高圧パルスが装置本体３から振動子１に印加されるときには、トランジスタＴｒのベース−エミッタ間電圧が順方向極性となり、ベース電流がエミッタ方向に流れることになる。したがって、これによってトランジスタＴｒのコレクタからエミッタに過大な電流が流れ込んでトランジスタＴｒが破壊してしまう。
【０００７】
結局、図３に示す回路構成では、両極性パルスを駆動パルスとする超音波診断装置に用いることは困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の超音波診断装置では駆動パルスとして両極性パルスを振動子に加えることが困難であるという問題があった。本発明は、このような従来の超音波診断装置の問題点に鑑みてなされたもので、両極性パルスを駆動パルスとして用いることが可能で、しかもＳ／Ｎ比の良い受信信号が得られる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によれば、超音波振動子と、この超音波振動子に印加する両極性の駆動パルスを発生すると共に前記超音波振動子により受信された反射信号を処理する送受信回路と、前記超音波振動子と前記送受信回路との間の信号伝送路に設けられ、前記超音波振動子から見た入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低いエミッタフォロワ回路によるインピーダンス変換回路と、このインピーダンス変換回路の前記トランジスタのコレクタに接続され、コレクタに流入する電流を制限する定電流回路とを有し、インピーダンス変換回路のトランジスタに過大電流が供給されることを防止することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
【００１０】
本発明の請求項２によれば、超音波振動子と、この超音波振動子に印加する両極性の駆動パルスを発生すると共に前記超音波振動子により受信された反射信号を処理する送受信回路と、前記超音波振動子と前記送受信回路との間の信号伝送路の振動子端に設けられ、前記超音波振動子にベースが接続され、前記送受信回路にエミッタが接続されるトランジスタと、このトランジスタの前記エミッタと前記送受信回路の入出力端子との間に接続される第１の抵抗と、前記送受信回路の入出力端子と所定電圧の電源との間に接続される第２の抵抗と、前記トランジスタのベース・エミッタに並列にかつ前記送受信回路からの駆動パルスを前記超音波振動子に送信する如く設けられる第１のダイオードと、前記駆動パルスの前記トランジスタへの回り込みを防止する前記第１のダイオードとは逆極性で並列に接続される第２、第３のダイオードとを具備して、前記振動子から見た入力インピーダンスが高く、前記送受信回路への出力インピーダンスが低いインピーダンス変換回路と、前記トランジスタのコレクタに接続される定電流回路とから成り、インピーダンス変換回路のトランジスタに過大電流が供給されることを防止することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
【００１１】
本発明の請求項３によれば、超音波診断装置のインピーダンス変換回路は、前記トランジスタのコレクタと前記送受信回路の入出力端子との間に直列接続され、分圧する一対の抵抗と、この一対の抵抗の分圧する接続点と前記トランジスタのベースとの間に、互いに逆向き並列に接続される一対のダイオードと、前記分圧する接続点と前記トランジスタのベースとの間に、前記一対のダイオードと並列に接続されるコイルとを有することを特徴とするものを提供する。
さらに、本発明の請求項４によれば、超音波診断装置のインピーダンス変換回路は、前記トランジスタのコレクタと前記送受信回路の入出力端子との間に接続されるツェナダイオードを更に有するを特徴とするものを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による超音波診断装置は、超音波振動子と送受信回路間に接続されるインピーダンス変換回路において、エミッタフォロワ回路のトランジスタのコレクタ電源を定電流源とすることにより、トランジスタへ過大電流が供給されることを防止する。
【００１３】
以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。本発明の一実施形態の超音波診断装置の構成例を図１に示す。Ｖｉは超音波振動子であり、このような超音波振動子が複数個整列されて超音波プローブを構成する。この超音波振動子Ｖｉと、これを駆動して超音波を送信し受信した反射超音波の電気信号を処理する送受信回路１１とがインピーダンス変換回路１３を介して接続されている。Ｃは、超音波振動子Ｖｉと送受信回路１１の間のケーブルなどにより生ずる浮遊容量を示す。
【００１４】
インピーダンス変換回路１３は、エミッタフォロワとして用いられるＮＰＮ型のトランジスタＱ１１と、このトランジスタＱ１１のベース−コレクタ間、ベース−エミッタ間に各々接続される抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と、上記トランジスタＱ１１のエミッタと送受信回路１１の入出力端子の間に接続される抵抗Ｒ１３と、送受信回路１１の入出力端子にアノードを接続されトランジスタＱ１１のベースにカソードを接続されたダイオードＤ１１と、このダイオードと逆向きに直列接続されたダイオードＤ１２，Ｄ１３と、送受信回路１１の入出力端子にアノードを接続されトランジスタＱ１１のコレクタにカソードを接続されたツェナダイオードＤ１４と、このツェナダイオードＤ１４のカソードにカソードを接続されたダイオードＤ１５と、このダイオードＤ１５のアノードに入出力端子を接続された定電流回路１５と、送受信回路１１の入出力端子に一端を接続された抵抗１４と、この抵抗の他端とアース間に接続された電圧源Ｅ１１とから成る。ダイオードＤ１５は駆動パルスの波高値より大きい耐電圧を有する高電圧素子である。
【００１５】
定電流回路１５は、上記ダイオードＤ１５のアノードにエミッタを接続されたトランジスタＱ１２と、アースされた電圧源Ｅ１２，Ｅ１３と、電圧源Ｅ１２とトランジスタＱ１２のコレクタ間及びベース間に各々接続された抵抗Ｒ１５，Ｒ１６と、電圧源Ｅ１３にカソードを接続されアノードをトランジスタＱ１２のエミッタに接続されたダイオードＤ１６と、トランジスタＱ１２のベースにアノードを接続されたダイオードＤ１７と、このダイオードのカソードにアノードを接続されカソードを電圧源Ｅ１３に接続されたダイオードＤ１８とから成る。トランジスタＱ１２のコレクタ電流は、このトランジスタのベース電位と抵抗Ｒ１５の値により決定される。
【００１６】
また送受信回路１１は、超音波振動子Ｖｉに印加する駆動パルスの基本となる基準クロックを発生する基準クロック発生器１６と、この基準クロック発生器１６の出力に基づいて超音波振動子Ｖｉに印加する両極性高電圧の駆動パルスを発生する両極性駆動パルス発生器１７と、超音波振動子Ｖｉにより受信した反射超音波から得た反射信号を増幅する前置増幅器１８と、この前置増幅器１８により増幅された反射信号に基づいて表示などを行うための信号処理を行う信号処理部１９とから成る。
【００１７】
次に、上記図１に示した構成の超音波診断装置の動作について説明する。まず、正極性の高電圧パルスが、両極性駆動パルス発生器１７から、インピーダンス変換回路１３に入力されたとする。このとき、正極性パルスはダイオードＤ１１を通過し、超音波振動子Ｖｉに印加され、超音波パルスが体内など被検体に放射される。超音波振動子Ｖｉに蓄えられた電荷はダイオードＤ１２，Ｄ１３を介して放電される。
【００１８】
ところで、駆動パルスの電位は、通常、数十〜百数ボルト程度であり、この駆動パルスが印加されるとき、定電流回路によるトランジスタＱ１１のエミッタとベースの間が逆バイアスされるので、トランジスタＱ１１はオフ状態となり、駆動パルスの立下り時には、ダイオードＤ１２，Ｄ１３を通過する。したがって、トランジスタＱ１１のベースとエミッタとの間には、ダイオードＤ１２，Ｄ１３の順方向電圧（約１．４Ｖ）以上印加されることはなく、トランジスタＱ１１が破損するようなことはない。
【００１９】
なお、ダイオードＤ１５は駆動パルスの波高値より大きい耐電圧を有しており、駆動パルスが定電流回路１５に流れ込むのを防止する役割を担っている。
【００２０】
次に、負極性の駆動パルスが、超音波振動子Ｖｉに加えられる場合について述べる。この場合、負極性パルスの立下り時には電圧はダイオードＤ１２，Ｄ１３を通過し、超音波振動子Ｖｉに加えられる。駆動パルスが負極性であるので、トランジスタＱ１１のベースーエミッタ間が順方向バイアスとなり、トランジスタＱ１１のコレクタからエミッタに電流が流れる。しかし、この電流の最大値は定電流回路１５により、例えば３ｍＡなどに電流が制限されるので、トランジスタＱ１１に過大な電流が流れ込むようなことがない。
【００２１】
なお、ツェナダイオードＤ１４は、トランジスタＱ１１のコレクタ−エミッタ間電圧が一定以上にならないように機能し、トランジスタＱ１１の破壊を防ぐために設けられている。
【００２２】
上述のような両極性の駆動パルスが超音波振動子Ｖｉに印加され、対応する反射超音波を超音波振動子Ｖｉが受信したときには、反射信号がインピーダンス変換回路１３に取り込まれる。駆動パルスが超音波振動子Ｖｉに印加されていない期間においては、定電流回路１５と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の値により、トランジスタＱ１１のバイアス電位が決まり、このトランジスタＱ１１はＡ級動作状態となる。すなわち、トランジスタＱ１１はエミッタフォロワとして動作するので、取り込まれた受信信号に応じてエミッタ電流が変化する。
【００２３】
ところで、エミッタフォロワの特徴は入力インピーダンスが例えば数十ＫΩ以上と高く、出力インピーダンスが例えば数〜数十Ωと低いことであり、また電圧利得はほぼ１であるが、電流利得は大きく、ベース−エミッタ間は同相の信号となる。
【００２４】
したがって、上述のエミッタ電流の変化は、出力電流の制限として働く抵抗Ｒ１３を通り、抵抗Ｒ１４によって電圧に変換され、ケーブル（図示せず）を介して送受信回路１１に伝送される。この反射信号は送受信回路１１の前置増幅器１８で増幅され、信号処理部１９において表示のために処理が行われる。
【００２５】
なお、上記実施形態において、反射電流を電圧に変える抵抗Ｒ１４はインピーダンス変換回路１３内に設けてあったが、送受信回路１１の例えば前置回路１８に設けることもできる。インピーダンス変換回路１３は通常、超音波振動子を収納する超音波プローブ内に設けることになるが、このように抵抗Ｒ１４及び電圧源Ｅ１１を送受信回路１１に設ければ、超音波プローブを小型化できる利点がある。
【００２６】
次に本発明の第２の実施形態の超音波診断装置について説明する。この実施形態の構成例を図２に示す。この実施形態では、上記図１に示した実施形態と、インピーダンス変換回路の構成が一部異なる。送受信回路２１、インピーダンス変換回路２３及び定電流回路２５の各部の番号は、図１における１０番代の番号の回路、ダイオード、抵抗に対応している。すなわち、定電流回路１５は、ダイオードＤ２５のアノードにエミッタを接続されたトランジスタＱ２２と、アースされた電圧源Ｅ２２，Ｅ２３と、電圧源Ｅ２２とトランジスタＱ２２のコレクタ間及びベース間に各々接続された抵抗Ｒ２５，Ｒ２６と、電圧源Ｅ２３にカソードを接続されアノードをトランジスタＱ２２のエミッタに接続されたダイオードＤ２６と、トランジスタＱ２２のベースにアノードを接続されたダイオードＤ２７と、このダイオードのカソードにアノードを接続されカソードを電圧源Ｅ２３に接続されたダイオードＤ２８とから成る。また、送受信回路２１は、超音波振動子Ｖｉに印加する駆動パルスの基本となる基準クロックを発生する基準クロック発生器２６と、この基準クロック発生器２６の出力に基づいて超音波振動子Ｖｉに印加する両極性高電圧の駆動パルスを発生する両極性駆動パルス発生器２７と、超音波振動子Ｖｉにより受信した反射超音波から得た反射信号を増幅する前置増幅器２８と、この前置増幅器２８により増幅された反射信号に基づいて表示などを行うための信号処理を行う信号処理部２９とから成る。
【００２７】
インピーダンス変換回路２３は、エミッタフォロワとして用いられるＮＰＮ型のトランジスタＱ２１と、このトランジスタＱ２１のベース−コレクタ間、ベース−エミッタ間に各々接続される抵抗Ｒ２１，Ｒ２２と、上記トランジスタＱ２１のエミッタと送受信回路２１の入出力端子の間に接続される抵抗Ｒ２３と、送受信回路２１の入出力端子にアノードを接続されトランジスタＱ２１のベースにカソードを接続されたダイオードＤ２１と、このダイオードと逆向きに直列接続されたダイオードＤ２２，Ｄ２３と、送受信回路２１の入出力端子にアノードを接続されトランジスタＱ２１のコレクタにカソードを接続されたツェナダイオードＤ２４と、このツェナダイオードＤ２４のカソードにカソードを接続されたダイオードＤ２５と、このダイオードＤ２５のアノードに入出力端子を接続された定電流回路２５と、送受信回路２１の入出力端子に一端を接続された抵抗２４と、この抵抗の他端とアース間に接続された電圧源Ｅ２１とから成る。
【００２８】
インピーダンス変換回路２３では、その他に、ダイオードＤ２５のカソードと送受信回路２１の入出力端子間に抵抗Ｒ２７，Ｒ２８が直列接続され、これら抵抗の接続点とダイオードＤ２５のカソード間にはコンデンサＣ２０が接続され、上記抵抗Ｒ２７，Ｒ２８の接続点とトランジスタＱ２１のベースの間には、互いに向きの異なるダイオードＤ２９，Ｄ３９と、コイルＬ２０が接続されている。
【００２９】
両極性駆動パルス発生器２７から正極性、負極性の駆動パルスが出力されるときは上記第１の実施形態と同様である。受信時には、所定の値を有するコイルＬ２０が超音波振動子Ｖｉが有する並列容量と共振することになる。
【００３０】
トランジスタＱ２１のベースにコイルＬ２０を追加すると、トランジスタＱ２１のベースバイアス電圧が最適動作点から外れてしまう。そこで、抵抗Ｒ２７，Ｒ２８の値を適切に選定することにより、トランジスタＱ２１のベースバイアス電圧を決定する。共振のＱを高く設定するためには抵抗Ｒ２７，Ｒ２８の値はできるだけ小さくすることが好ましいが、しかしこれらの抵抗値を小さくすると消費電力が増加するので、限界がある。この実施形態では、インピーダンスを下げるためにコンデンサＣ２０を設けている。
【００３１】
コイルＬ２０と並列に接続されているダイオードＤ２９，Ｄ３０は送信の駆動パルス印加時にコイルＬ２０に過大な電流が流れ、コイルが磁気飽和を起こすことを防止ためにある。すなわち、コイルＬ２０には、ダイオードＤ２９，Ｄ３０の順方向電圧以上の電圧が印加されないので、コイルＬ２０の磁気飽和を防ぐことができる。
【００３２】
本発明のこの実施形態によれば、コイルＬ２０と超音波振動子Ｖｉが有する並列容量が共振することになり、並列インピーダンスが上昇し超音波振動子Ｖｉから出力される電気信号の減衰を低減できる。したがって、この場合の超音波診断装置の反射信号の受信効率を改善できる利点がある。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、両極性パルスを駆動パルスとして用いることが可能で、しかもＳ／Ｎ比の良い受信信号が得られる超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成例を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成例を示す図。
【図３】従来の超音波診断装置の構成例を示す図。
【符号の説明】
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５，Ｒ２６，Ｒ２７，Ｒ２８・・・抵抗、
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７，Ｄ１８，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５，Ｄ２６，Ｄ２７，Ｄ２８，Ｄ２９，Ｄ３０・・・ダイオード
１１，２１・・・送受信回路、
１３，２３・・・インピーダンス変換回路、
１５，２５・・・定電流回路、
１６，２６・・・基準クロック発生器、
１７，２７・・・両極性駆動パルス発生器、
１８，２８・・・前置増幅器、
１９，２９・・・信号処理部。
Claims (4)
- 超音波振動子と、
この超音波振動子に印加する両極性の駆動パルスを発生すると共に前記超音波振動子により受信された反射信号を処理する送受信回路と、
前記超音波振動子と前記送受信回路との間の信号伝送路に設けられ、前記超音波振動子から見た入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低いエミッタフォロワ回路によるインピーダンス変換回路と、
このインピーダンス変換回路の前記トランジスタのコレクタに接続され、コレクタに流入する電流を制限する定電流回路と、
を有し、インピーダンス変換回路のトランジスタに過大電流が供給されることを防止することを特徴とする超音波診断装置。 - 超音波振動子と、
この超音波振動子に印加する両極性の駆動パルスを発生すると共に前記超音波振動子により受信された反射信号を処理する送受信回路と、
前記超音波振動子と前記送受信回路との間の信号伝送路の振動子端に設けられ、前記超音波振動子にベースが接続され、前記送受信回路にエミッタが接続されるトランジスタと、このトランジスタの前記エミッタと前記送受信回路の入出力端子との間に接続される第１の抵抗と、前記送受信回路の入出力端子と所定電圧の電源との間に接続される第２の抵抗と、前記トランジスタのベース・エミッタに並列にかつ前記送受信回路からの駆動パルスを前記超音波振動子に送信する如く設けられる第１のダイオードと、前記駆動パルスの前記トランジスタへの回り込みを防止する前記第１のダイオードとは逆極性で並列に接続される第２、第３のダイオードとを具備して、前記振動子から見た入力インピーダンスが高く、前記送受信回路への出力インピーダンスが低いインピーダンス変換回路と、
前記トランジスタのコレクタに接続される定電流回路と、
から成り、インピーダンス変換回路のトランジスタに過大電流が供給されることを防止することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記インピーダンス変換回路は、
前記トランジスタのコレクタと前記送受信回路の入出力端子との間に直列接続され、分圧する一対の抵抗と、
この一対の抵抗の分圧する接続点と前記トランジスタのベースとの間に、互いに逆向き並列に接続される一対のダイオードと、
前記分圧する接続点と前記トランジスタのベースとの間に、前記一対のダイオードと並列に接続されるコイルとを有することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。 - 前記インピーダンス変換回路は、
前記トランジスタのコレクタと前記送受信回路の入出力端子との間に接続されるツェナダイオードを更に有することを特徴とする請求項2または３記載の超音波診断装置。
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