JP4176892B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて被検体の断層画像などをリアルタイムに観察することのできる超音波診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
種々の疾患を、患者に苦痛を与えずに早期に安全に発見して治療に結び付ける画像診断装置の最も一般的なものとして超音波診断装置が多く使用されている。超音波診断装置による診断領域は多岐にわたり、例えば、頭内血流、甲状せん、けい動脈、乳せん、心臓、肝臓、胆のう、すい臓、胃、子宮、卵巣、じん臓等々年々拡大されている。これら拡大する診断領域に対応するように、リニアプローブ、セクタプローブ、コンベックスプローブなどをはじめとして、用途に応じた超音波プローブが用意されており、超音波診断装置では複数の超音波プローブが使用できるようになっていて、個々の超音波プローブはコネクタを介して超音波診断装置本体に接続されている。
【0003】
図6は、リニアプローブを用いて、電子的に超音波ビームを走査するリニア電子スキャン方式の動作を説明するために示した図である。すなわち、超音波プローブには、N個の超音波振動子1が等間隔で並列に配置されており、各超音波振動子1にはスイッチ2を介して駆動信号3の信号源に接続されている。そして、スイッチ2を操作することによって、例えば5個の超音波振動子1で1ブロックを形成するようにし、1ブロックの超音波振動子1に同時に駆動信号3を印加し、さらに、超音波振動子1を順次1個ずつシフトさせるようにスイッチ2を順次切換えていく。すなわち、先ず1番目から5番目までの超音波振動子1に駆動信号3を印加するように、これに対応するスイッチ2をオンし(他のスイッチ2はオフ)、次に、2番目から6番目までの超音波振動子1に駆動信号3を印加するようにこれに対応するスイッチ2をオンし(他のスイッチ2はオフ)、以下順次3番目から7番目、4番目から8番目…n−4番目からn番目のように駆動信号3を印加する。このようにすると、5個単位で形成された超音波振動子1のブロックが、1ピッチずつずれながら次第に右方向へ移動して行くことになる。
【0004】
駆動信号3の印加された超音波振動子1は励振され、励振された各超音波振動子1から放射状に広がりをもった超音波が放射されるが、5個単位の超音波振動子1で形成されたブロックから同時に超音波が放射されるので、その中央位置の超音波ビームUBの強度が最大となる。すなわち、1番目から5番目までの超音波振動子1が励振された場合は、3番目の位置の超音波ビームUBの強度が最大となり、2番目から6番目までの超音波振動子1が励振された場合は、4番目の位置の超音波ビームUBの強度が最大となって、実質的に3番目の位置、4番目……n−2番目の位置の超音波振動子1から垂直方向へ順次超音波ビームUBが放射されて、次第に右方向へ移行していくことになる。このようにして、電子的に超音波ビームUBが走査される。
【0005】
なお、超音波振動子1を励振する駆動信号3としては、高圧パルスが使用され、この高圧パルスの超音波振動子1への印加を制御するスイッチ2としては、高圧スイッチング回路が使用される。図7は、従来から使用されている高圧スイッチング回路の一例を示した系統図であり、これについて説明する。すなわち、高圧スイッチング回路は、例えばFETから成るスイッチング素子4と、このスイッチング素子4に正の動作電圧Vpと負の動作電圧Vnとを切換えて印加する電圧切換器5と、この電圧切換器5を駆動するための駆動電圧Vdを、所定の信号Sigによってタイミングをはかって供給するタイミング回路6とから構成されており、ICで作られている。そして、スイッチング素子4の入力端子INには高圧パルス(駆動信号3と同等なので、以下符号3を付して説明する)が供給され、出力端子OUTは超音波振動子1に接続されている。なお、動作電圧Vp、Vnおよび駆動電圧Vdを含めて、スイッチング素子4を動作させるための作動電圧と称するものとする。
【0006】
図7は、タイミング回路6に所定の信号Sigが供給されており、従って、タイミング回路6から電圧切換器5へ駆動電圧Vdが供給され、電圧切換器5はスイッチング素子4へ正の動作電圧Vpを供給するように動作している状態を示している。そのため、スイッチング素子4はオン状態となって、入力端子INに供給された高圧パルス3が、出力端子OUTを経て超音波振動子1に印加されるので、超音波振動子1が励振されて超音波を発生させる。そして、タイミング回路6に供給されていた信号Sigがなくなると、タイミング回路6から電圧切換器5へ駆動電圧Vdが供給されなくなるので、電圧切換器5はスイッチング素子4へ負の動作電圧Vnを供給するようになる。そのため、スイッチング素子4はオフ状態となって、入力端子INに高圧パルス3が供給されても、出力端子OUTにこれが出力されることはなく、超音波振動子1から超音波が発生することはない。
【0007】
このような高圧スイッチング回路(スイッチ2と同等なので、以下符号2を付して説明する)によって、個々の超音波振動子1が選択的に励振されるように制御されている。なお、高圧パルス3のピーク値は例えば+160V程度なので、Vpは+180V、Vnは−10V、Vdは+15V程度に設定されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高圧スイッチング回路2は、超音波振動子1を選択的に励振させるために必要となるものであり、超音波振動子1と高圧パルス7を発生させるための高圧パルス発生器との間に設けらていればよい。従って種々の事情から、高圧スイッチング回路2を超音波プローブに設ける場合と、超音波診断装置本体に設ける場合とがある。
【0009】
ところが、高圧スイッチング回路2を超音波プローブ側に設けた場合には、超音波診断装置本体側から、高圧スイッチング回路2の動作電圧VpやVn、および駆動電圧Vdなどの作動電圧を、コネクタを介して超音波プローブ側に供給することが必要となる。そのとき、コネクタに接触不良があり、高圧スイッチング回路2に所定の電圧Vp、Vn、Vdが供給されないまま高圧パルス7が印加されると、超音波振動子1が励振されないばかりか、ラッチアップを起してスイッチング素子4を破壊してしまう恐れがあった。このように、超音波振動子1が励振されなければ、画像診断ができなくなるのは勿論のこと、スイッチング素子4が破壊すると超音波プローブが使用不能となるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、超音波を送受波する複数の超音波振動子およびこの超音波振動子を励振するための励振用パルスの印加を制御するスイッチング素子を有する超音波プローブと、前記スイッチング素子を介して前記超音波振動子に印加する励振用パルスを発生するパルス発生器および前記スイッチング素子を動作させるための作動電圧を供給する電源を有する超音波診断装置本体とから成り、この超音波診断装置本体に前記超音波プローブが着脱自在に接続される超音波診断装置において、前記スイッチング素子に供給される作動電圧を検出する検出手段を前記超音波プローブに設けたことを特徴とするものである。
【0011】
これにより、スイッチング素子に作動電圧が供給されているか否かが検出できるので、供給されていない場合には、すみやかにその原因を究明したり、他の超音波プローブの使用に切換えたりする対応をとることが可能となるとともに、スイッチング素子を破壊することも防止できる。
【0012】
また、請求項2に記載の発明は、前記検出手段によって、前記スイッチング素子に作動電圧が供給されていないことが検出されたときに、前記スイッチング素子への前記励振用パルスの供給を停止させるように制御する制御手段を具備することを特徴とするものである。
【0013】
これにより、スイッチング素子に作動電圧が供給されていない場合、強制的に励振用パルスの供給を停止させるので、スイッチング素子の破壊を確実に防止することができる。
【0014】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の超音波診断装置において、前記検出手段によって検出された、前記スイッチング素子に供給されている作動電圧の検出状況を表示する表示手段を具備することを特徴とするものである。
【0015】
これにより、スイッチング素子への作動電圧の供給状況が目視により確認できるので、作動電圧が供給されていない場合、よりすみやかにその原因を究明したり、他の超音波プローブの使用に切換えたりする対応をとることが可能となるとともに、スイッチング素子を破壊することも防止できる。
【0016】
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の超音波診断装置において、前記表示手段は、前記超音波プローブに設けられていることを特徴とするものである。
【0017】
これにより、実際に使用しようとしている超音波プローブに、スイッチング素子への作動電圧の供給状況が表示されるので、判断がより容易となる。
また、請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の超音波診断装置において、前記表示手段は、前記超音波診断装置本体の操作パネル部に設けられていることを特徴とするものである。
【0018】
これにより、操作中の操作パネル部に、スイッチング素子への作動電圧の供給状況が表示されるので、判断がより容易となり、対応もすみやかにとることができる。
【0019】
さらに、請求項6に記載の発明は、請求項3に記載の超音波診断装置において、前記表示手段は、前記超音波診断装置の画像表示用のモニタ上に表示されるものであることを特徴とするものである。
【0020】
これにより、超音波画像の表示されるモニタに、スイッチング素子への作動電圧の供給状況が表示されるので、目視により極めて容易に異常を確認することができ、判断がより容易となってすみやかに対応をとることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態について、図1ないし図5を参照して説明する。
図1は、本発明に係る超音波診断装置の一実施の形態を示した系統図であり、超音波診断装置本体11側と超音波プローブ12側を、コネクタ13を間にして左右に示している。そして、超音波プローブ12は超音波診断装置本体11に、コネクタ13を介して着脱自在に接続される。超音波診断装置本体11には、制御部14が設けられており、制御部14の制御の基で超音波振動子1を励振させるための励振用高圧パルス3を発生させる高圧パルス発生器15が設けられている。また、超音波診断装置本体11には、超音波プローブ12を介して送られてくる被検体からの反射信号を受けて増幅する増幅器16、増幅器16で増幅された反射信号が供給され、制御部14により設定された観察条件に基づいてズーミングなどの各種処理を施す信号処理回路17、および信号処理回路17で処理された信号を画像として表示するモニタ18が設けられている。さらに、超音波診断装置本体11には、電源19が設けられており、本体11内の必要な個所へ給電しているとともに、前述の高圧スイッチング回路2が必要とする作動電圧Vp、Vn、Vdも供給する。なお、超音波診断装置本体11には、キーボードなどを有する操作パネル部20が設けられており、操作者が操作パネル部20を操作して制御部14に対して制御指令を与えたり、患者情報などを入力することができるようになっている。
【0022】
一方、超音波プローブ12には、図6および図7に示して既に説明したN個の超音波振動子1と、この超音波振動子1にそれぞれ接続された高圧スイッチング回路2が設けられており、各高圧スイッチング回路2には、超音波振動子1を励振するための高圧パルス3を発生させる高圧パルス発生器15が、コネクタ13を介して接続される。また、高圧スイッチング回路2用の作動電圧Vp、VnおよびVdが、電源19からコネクタ13を介して供給される。さらに、作動電圧Vp、VnおよびVdが、超音波プローブ12側に正しく供給されているか否かを検出するための検出器21が、超音波プローブ12側に設けられており、この検出器21での作動電圧Vp、Vn、Vdの検出状態を表示する表示器22も設けられている。なお、検出器21の検出出力は、表示器22へ供給される他コネクタ13を介して、超音波診断装置本体11側の制御部14にも供給されている。
【0023】
検出器21の一実施の形態を、図2に系統図で示してある。すなわち、検出器21は、高圧スイッチング回路2の動作電圧VpとVn、および駆動電圧Vdを、コンパレータ23p、23n、23dを用いて基準電圧Eと比較するもので、電源19から供給される例えば+5Vの標準電圧から、抵抗器Z1およびツェナーダイオードZ2とによって基準電圧Eを得て、各コンパレータ23p、23n、23dへ供給し、この基準電圧Eと比較すべき動作電圧VpとVn、および駆動電圧Vdは、それぞれアッテネータ24p、24n、24dによって、基準電圧Eと同じ割合になる所定の電圧に変換した上で、各コンパレータ23p、23n、23dへ供給する。従って、基準電圧Eに対してアッテネータ24p、24n、24dによって変換された電圧の方が低ければ、該当するコンパレータ23p、23n、23dから、Hレベルの信号が出力され、その出力が検出信号として制御部14および表示器22へ供給される。ここで表示器22は、例えばLEDなどの発光体である。
【0024】
本発明の超音波診断装置は、上記のように構成されたものであり、次にその動作について説明する。
超音波診断装置本体11に超音波プローブ12がコネクタ13によって接続された状態で、通常は、高圧スイッチング回路2に所定の作動電圧Vp、Vn、Vdが供給されて、高圧パルス3によって超音波振動子1を選択的に励振させて、被検体へ超音波ビームUBを送波し、被検体からの反射波を同じ超音波振動子1で受けて、適宜処理することにより画像を形成してモニタ18に表示する。ところで、コネクタ13の接触不良などによって、超音波プローブ12側へ電源19から作動電圧Vp、Vn、Vdのいずれかが供給されていない場合には、検出器21の該当するコンパレータ23p、23n、23dのいずれかの出力がHレベルとなる。このHレベルの信号は、超音波プローブ12の表示器22に供給されて、LEDを発光させるなどにより警報表示するとともに、超音波診断装置本体11の制御部14へ供給される。この制御部14では、検出器21からのHレベルの信号を受けて、高圧パルス発生器15の動作を停止させて、高圧パルス3が高圧スイッチング回路2に印加されないようにする。このようにすることにより、高圧スイッチング回路2に所定の作動電圧Vp、Vn、Vdが供給されていないまま高圧パルス3が印加されるのを防止し、スイッチング素子4が破壊するのを防止することができる。
【0025】
なお、超音波プローブ12側に設けた表示器22は、図3に示すように超音波診断装置本体11側に設けてもよい。すなわち、制御部14へ供給される検出器21の出力を、制御部14を介して表示器22へ供給するようにしても同様の効果が得られる。ここで図3には、図1と同一部分には同一符号を付してあるので、その部分の説明は省略する。なお、この表示器22は、超音波診断装置本体11の操作パネル部20に設けてもよいし、制御部14を介してモニタ18に表示されるようにしてもよい。このモニタ18に表示する場合は、「作動電圧が供給されていません」のようなメッセージとして表示することができる。さらに表示器22は、超音波診断装置本体11側と超音波プローブ12側の両方に設けてもよい。
【0026】
また、検出器21の基準電圧Eの設定は、図4に示すようにボルテージリファレンス25のような半導体を用いておこなうようにしてもよい。なお図4において、図2と同一部分には同一符号を付してあるので、その部分の説明は省略する。
【0027】
さらに、検出器21において作動電圧Vp、Vn、Vdを基準電圧Eと比較することに代えて、図5に示すように、アッテネータ24p、24n、24dによって、所定の電圧に変換された作動電圧Vp、Vn、Vdを、ADコンバータ26p、26n、26dでデジタル信号に変換し、このデジタル信号を検出電圧判別回路27へ供給して、規定された電圧値を示すデジタル値と入力信号との差を判別するようにしてもよい。その結果、入力信号が規定電圧値よりも低ければ、所定の作動電圧Vp、Vn、Vdが超音波プローブ12側に供給されていないと判断して、判断結果を示す信号を制御部14および表示器22へ供給する。
【0028】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項1に記載の発明によれば、スイッチング素子に作動電圧が供給されているか否かが検出できるので、供給されていない場合には、すみやかにその原因を究明したり、他の超音波プローブの使用に切換えたりする対応をとることが可能となるとともに、スイッチング素子を破壊することも防止できる。
【0029】
また、請求項2に記載の発明によれば、スイッチング素子に作動電圧が供給されていない場合、強制的に励振用パルスの供給を停止させるので、スイッチング素子の破壊を確実に防止することができる。
【0030】
また、請求項3に記載の発明によれば、スイッチング素子への作動電圧の供給状況が、超音波診断装置を操作する操作者自身の目視により確認できるので、作動電圧が供給されていない場合、よりすみやかにその原因を究明したり、他の超音波プローブの使用に切換えたりする対応をとることが可能となるとともに、スイッチング素子を破壊することも防止できる。
【0031】
また、請求項4に記載の発明によれば、実際に使用しようとしている超音波プローブに、スイッチング素子への作動電圧の供給状況が表示されるので、操作者にとって判断がより容易となる。
【0032】
また、請求項5に記載の発明によれば、操作中の操作パネル部に、スイッチング素子への作動電圧の供給状況が表示されるので、操作者の判断がより容易となり、対応もすみやかにとることができる。
【0033】
また、請求項6に記載の発明によれば、超音波画像の表示されるモニタに、スイッチング素子への作動電圧の供給状況が表示されるので、超音波診断装置を操作する操作者自身の目視により極めて容易に異常を確認することができ、判断がより容易となってすみやかに対応をとることができる。その結果、スイッチング素子の破壊を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超音波診断装置の一実施の形態を示した系統図である。
【図2】本発明に使用される検出器の一実施の形態を示した系統図である。
【図3】本発明に係る超音波診断装置の他の実施の形態を示した系統図である。
【図4】本発明に使用される検出器の他の実施の形態を示した系統図である。
【図5】本発明に使用される検出器のさらに他の実施の形態を示した系統図である。
【図6】電子的に超音波ビームを走査するリニア電子スキャン方式の動作を説明するために示した説明図である。
【図7】従来から使用されている高圧スイッチング回路の一例を示した系統図である。
【符号の説明】
1 超音波振動子
2 スイッチング回路
3 高圧パルス
4 スイッチング素子
11 超音波診断装置本体
12 超音波プローブ
13 コネクタ
14 制御部
15 高圧パルス発生器
18 モニタ
19 電源
20 操作パネル部
21 検出器
22 表示器
Claims (6)
- 超音波を送受波する複数の超音波振動子およびこの超音波振動子を励振するための励振用パルスの印加を制御するスイッチング素子を有する超音波プローブと、前記スイッチング素子を介して前記超音波振動子に印加する励振用パルスを発生するパルス発生器および前記スイッチング素子を動作させるための作動電圧を供給する電源を有する超音波診断装置本体とから成り、この超音波診断装置本体に前記超音波プローブが着脱自在に接続される超音波診断装置において、前記スイッチング素子に供給される作動電圧を検出する検出手段を前記超音波プローブに設けたことを特徴とする超音波診断装置。
- 前記検出手段によって、前記スイッチング素子に作動電圧が供給されていないことが検出されたときに、前記スイッチング素子への前記励振用パルスの供給を停止させるように制御する制御手段を具備することを特徴とする超音波診断装置。
- 前記検出手段によって検出された、前記スイッチング素子に供給される作動電圧の検出状況を表示する表示手段を具備することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の超音波診断装置。
- 前記表示手段は、前記超音波プローブに設けられていることを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。
- 前記表示手段は、前記超音波診断装置本体の操作パネル部に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。
- 前記表示手段は、前記超音波診断装置の画像表示用のモニタ上に表示されるものであることを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。
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