JP4676392B2

JP4676392B2 - 超音波プローブ

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Publication number: JP4676392B2
Application number: JP2006190773A
Authority: JP
Inventors: 竹内　　秀樹
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: JP2008017937A

Description

本発明は超音波プローブに関し、特に、超音波診断装置本体に接続されて、生体の診断に使用される超音波プローブに関する。

超音波診断装置を用いて生体内を診断しようとする場合には、一般的に超音波プローブが使用される。超音波プローブは、超音波診断装置内で作られるパルス電圧信号によって超音波を発生する。そして、生体内で反射して戻ってきた反射波を電気信号に変換して受信信号を得ている。超音波プローブは、診断の目的に応じていくつもの種類が存在しており、その形状や走査方式についても様々な種類のものがある。幾つもの種類の超音波プローブが使用可能な場合には、診断の途中で、診断の目的に最適な超音波プローブを選択するためにプローブだけを交換することがある。超音波プローブの交換はコネクタの着脱によって行われ、すなわち、本体側と接続しあるいは取り外すことによって行われる。

特許文献１及び特許文献２には、超音波診断装置の本体の電源をＯＮしたままの状態で、超音波プローブの着脱を可能にするための技術が記されている。特許文献１では、超音波プローブへの電源供給を開始または停止するための手段として、超音波診断装置の本体側に手動のスイッチを備えることが示されている。特許文献２では、超音波診断装置の本体側ではなく、超音波プローブ側に手動のスイッチを備えることが示されている。これらの先行文献に示された技術は、いずれも、超音波プローブを着脱する者に、手動スイッチの操作を要求するものとなっており、必ず手動スイッチを操作しなければならない。

特開２００１−２９９７５９号公報特開２００２−１７７２２号公報

一般的には、超音波プローブのコネクタは、電気信号の受け渡しのために数十から数百個の接点群を備えている。超音波プローブが本体側に着脱される時には、コネクタの接点群の接触の順番または離脱の順番は不定である。つまり、微視的に見ると、複数の接点の中でどの接点が最初に接続され、どの接点が最後に接続されるのかは、プローブの着脱時には特定できない。

一方において、超音波プローブの中には、プローブ内に電子回路を内蔵しているものがある。電子回路を内臓するプローブは、その電子回路を動作させるために複数の電源を必要とする場合がある。それら複数の電源の電力供給ラインは、コネクタ接点群の一部に割り当てられ、電子回路で必要な電力は、本体側からプローブ側に供給される。

従って、接点群の着脱の順番が機械的に不定であると、電気的にも複数の電源がどのような順序で接続または遮断されるかを特定することはできない。それら複数の電源が全くのランダムな順番で供給されると、超音波プローブ内部の電子回路にストレスを与えることがある。場合によっては、その電子回路に不具合が生じる可能性がある。そのため、プローブを交換する場合には、本体側および超音波プローブの故障を未然に防止するために、本体の電源を遮断するか、あるいは超音波による信号の取り込みを一旦停止してフリーズ状態にすることが行われている。このように、現行の超音波プローブは、電気的な負荷がかからない状態を形成しないと、超音波プローブを着脱できないという使い勝手の悪さがあった。

本発明の目的は、複数の種類の電力供給を必要とする超音波プローブを着脱する場合において、プローブ内の電子回路に与える電気的ストレスを軽減できる超音波プローブを提供することである。

あるいは、本発明の他の目的は、超音波診断装置本体が電源オン状態であるか、あるいは電源オフ状態であるかを意識することなく着脱できる超音波プローブを提供することである。

本発明は、電源部を有する装置本体に対して着脱され、生体に対して超音波の送受信を行う超音波プローブにおいて、前記電源部における複数の電源から電力が供給される電子回路と、当該超音波プローブが前記装置本体に装着されるプローブ装着時に、規定の接続順序に従って前記電子回路に対して前記複数の電源からの複数の電源ラインを順次接続する接続シーケンス制御を実行し、当該超音波プローブが前記装置本体から取り外されるプローブ取外し時に、前記規定の接続順序に対する逆順序に従って前記電子回路に対して前記複数の電源ラインによる電力の供給を順次遮断する遮断シーケンス制御を実行するシーケンス制御回路と、を備え、前記シーケンス制御回路は、前記規定の接続順序において隣り合い、先に前記電子回路に接続される上位側電源ラインと、後に前記電子回路に接続される下位側電源ラインと、からなるラインペアごとに設けられ、前記上位側電源ライン上の検出点の電圧変化に基づいてそれぞれが動作する複数のリレー回路と、前記各検出点よりも前記電子回路側に接続され、前記遮断シーケンス制御を実行するために設けられた複数の充放電回路と、を備え、前記各リレー回路は、前記接続シーケンス制御において、前記プローブ装着時における前記検出点の電圧変化を検出して前記下位側電源ライン上の通電素子をオン動作させ、前記遮断シーケンス制御において、前記プローブ取り外し時における前記検出点の電圧変化を検出して前記下位側電源ライン上の通電素子をオフ動作させ、前記複数の電源ラインのうち前記通電素子および前記検出点の両者が設けられている電源ラインにおいては、前記検出点は前記導通素子よりも前記電子回路側に設けられ、前記各充放電回路は、前記各充放電回路が接続された電源ラインに設けられ、充放電を行うキャパシタと、前記各充放電回路が接続された電源ラインに設けられ、前記キャパシタから前記検出点側への放電を遮断するダイオードと、を備え、前記各キャパシタは、前記超音波プローブが装着されることにより充電を行い、前記逆順序に応じて定められた時定数で前記遮断シーケンス制御において前記電子回路に対する放電を行うことを特徴とする。

上記構成によれば、装置本体に接続される超音波プローブが、装置本体内の電源部から電力の供給を受ける場合において、電力の投入順番が不定であり任意の順番で投入されるような場合であっても、シーケンス制御回路によって装着時のシーケンス制御が実行されることにより、電源の接続順番を順序づけることができる。従って、プローブ装着時に電子回路に対して適した電源の接続順番を設定することができる。規定の順番に従って接続を行えるので、プローブ内の電子回路に電気的ストレスを与えることなく超音波プローブを装着することができる。あるいは、ユーザにとっては装置本体側の通電状態を意識することなく超音波プローブを装着できるので、装着時の煩雑さを解消することができる。

電源ラインは、例えば電力供給ケーブルやプリント基板上の銅箔パターンであり、電源から出力される電力を電子回路に伝達するための物的構成である。

望ましくは、前記シーケンス制御回路は、当該超音波プローブが前記装置本体から取り外されるプローブ取外し時に、規定の遮断順序に従って前記電子回路に対して電源からの電源ラインを順次遮断する遮断シーケンス制御を実行することを特徴とする。

上記構成によれば、超音波プローブを取り外す時に、装置本体側から供給される電源の切断順番が不定で規則性がない場合であっても、シーケンス制御回路によって遮断シーケンス制御が実行されて、電子回路に対する電源の遮断順番を順序づけることができる。従って、プローブ取外し時において、電子回路に対して適した電源の遮断順番を設定することができる。

望ましくは、前記規定の遮断順序は、前記規定の接続順序を正順序とした場合における逆順序であることを特徴とする。

上記構成によれば、プローブ取外し時における規定の遮断順序は、プローブ装着時における規定の接続順序を逆行する順番になる。通常、接続シーケンスによる電力供給の動作は、優先度の高い電源から接続される。そのために、遮断シーケンスにおいて、その逆の順番に電源を遮断していく動作は、優先度の低い順番に遮断していくことになるので電子回路を適正に動作させることができる。従って、プローブ取外し時に、複数の電源に対して優先順位を乱すことなく規則的な電源の遮断シーケンス制御を実行することができる。

望ましくは、前記正順序の関係において隣り合う上位側電源ラインと下位側電源ラインとからなるラインペアごとに設けられた通電制御回路が設けられ、前記通電制御回路は、前記プローブ装着時において、前記電子回路に対する前記上位側電源ラインの接続後に前記下位側電源ラインの接続をするように制御し、前記プローブ取外し時において、前記電子回路に対する前記下位側電源ラインの遮断後に前記上位側電源ラインへの通電が終了するように制御することを特徴とする。

上記構成によれば、電子回路に対して、上位側電源ラインによって電力が供給されている間において、下位側電源ラインによる電力の供給も行われる。すなわち、上位側電源ラインと下位側電源ラインとの間に優先順番が設けられ、その電源接続または遮断の順番は、上位側電源ラインと下位側電源ラインとの間をまたがって設置された通電制御回路の動作によって実行される。

望ましくは、前記正順序の関係において隣り合う上位側電源ラインと下位側電源ラインとからなるラインペアごとに設けられた通電制御回路が設けられ、前記通電制御回路は、前記上位側電源ライン上の検出点において、通電に伴う昇圧を検出して前記下位側電源ライン上の通電素子をオン動作させ、かつ、前記検出点において、遮断に伴う降圧を検出して前記下位側電源ライン上の通電素子をオフ動作させるリレー回路と、前記検出点よりも前記電子回路側に設けられ、前記検出点での降圧後において前記上位側電源ライン上から前記電子回路への電力供給を延長するバックアップ回路と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、リレー回路は、上位側電源ライン上の検出点における電圧印加のオン／オフ動作に応じて、下位側電源ラインの電力供給をオン／オフ動作で制御することができる。リレー回路は、下位側電源ラインの接続と遮断を制御するための通電素子を有しており、その通電素子は、電子回路への電力供給をオン／オフするための電気的なスイッチング機能を備えている。スイッチング機能を実現するための手段としては、半導体デバイスを用いた無接点タイプの手段であってよいし、機械的な接点を備えた有接点タイプの手段であってよい。

バックアップ回路は、例えば、切断に伴う上位側電源ラインの降圧を検出することに応じて、上位側電源ラインの電圧が即座に低下することを妨げる補充機能を備えている。例えば、プローブ取外し時に下位側電源ラインの切断が行われた場合には、リレー回路とバックアップ回路の協調動作によって、上位側電源ライン上から電子回路への電力供給が一時的に継続される。バックアップ回路は、電子回路への電力供給を延長するために、上位側電源ライン上の電圧の検出点の位置よりも電子回路側に近い位置に設けるのが好ましい。バックアップ回路は、例えば、受動的に電荷を蓄電する手段であってもよい。

望ましくは、複数の通電制御回路が設けられ、前記複数の通電制御回路が有する複数のバックアップ回路は、前記規定の遮断順序に応じて定められた時定数を有することを特徴とする。上記構成によれば、各々の通電制御回路に設けられる各々のバックアップ回路のもつ時定数は、プローブ取外し時に実行される規定の遮断順序に応じて、その時定数の値が定められる。

時定数は、過渡状態にある電気回路の応答性を示す時間の指標値である。延長される電力供給時間の長短は、時定数の値の大小に応じて定めることができる。従って、複数の時定数の関係は、電力の遮断順番が遅い方をより長くすることが望ましい。さらに望ましくは時定数を可変調整できる手段を有してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、複数の種類の電力供給を必要とする超音波プローブを着脱する場合において、プローブ内の電子回路に与える電気的ストレスを軽減できる超音波プローブを提供できる。あるいは、超音波診断装置本体が電源オン状態であるか、あるいは電源オフ状態であるかを意識することなく着脱できる超音波プローブを提供できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、超音波診断装置の要部構成を示したブロック図である。この超音波診断装置は、超音波プロ−ブ１０と、それが接続される超音波診断装置本体４０とで構成される。超音波プローブ１０は、コネクタボックス２０を有し、そのコネクタボックス２０はプラグコネクタ２２を有する。超音波診断装置本体４０には、レセプタクル２４が設けられている。図１においては、超音波プローブ１０のプラグコネクタ２２と、超音波診断装置本体４０のレセプタクル２４とが接続されている状態が模式的に示されている。

超音波プローブ１０の具体的な構成について記す。超音波プローブ１０は、プローブヘッド１２とコネクタボックス２０と双方を接続するプローブケーブル１８とを有する。プローブヘッド１２には、振動子１４とプリアンプ（図示せず）が内蔵されている。振動子１４は、複数の振動素子から成っており、各々が電気信号に応じて超音波を発信し、反射波を検出する。プリアンプは、振動素子が検出する微弱な信号を増幅する。コネクタボックス２０は、回路基板１６、シーケンス基板３０、プラグコネクタ２２等を有する。図１においては、回路基板１６をコネクタボックス２０の内部に設けてあるが、当然にプローブヘッド１２側に設けてもよい。

回路基板１６は、多層プリント基板上に構成された回路であり、ロジックＩＣ、ローノイズアンプ、可変ゲインアンプ等の電子デバイスが実装されている。回路基板１６は、超音波の送受信を行うために重要な機能を備えている。その機能とは、例えば、複数の送信信号の増幅機能であり、複数の受信信号の増幅機能であり、複数の振動素子間の遅延分布を制御して所望の形状の超音波ビームを形成するためのビームフォーミング機能である。このような機能を実現するために、回路基板には多数の能動素子および受動素子が用いられる。そして、そのような多数の素子を搭載した回路基板には、異なる電圧の複数の電源を供給することが不可欠になる。

シーケンス基板３０は、多層プリント基板上に構成された回路であり、回路基板１６に接続される電源を制御する機能を備える。シーケンス基板３０の機能説明は図２を用いて後述する。

プラグコネクタ２２は、超音波プローブ１０内の信号を外部の超音波装置と接続するためのコネクタである。プラグコネクタ２２は、超音波診断装置本体４０に設けてあるレセプタクル２４とかん合される。

超音波診断装置本体４０は、電源部２６を有し、その他、送受信部２８と信号処理部３２と画像形成部３５などを有する。電源部２６は、超音波診断装置内で必要な電力を供給するユニットであり、異なる電圧の複数の電力を供給する。送受信部２８は、送信遅延回路、検波回路、整相加算回路等を有する。信号処理部３２は、対数圧縮処理回路や受信ゲイン調整回路等を有する。画像形成部３５は、画像形成のためのデータを保存する画像メモリを有する。

電源部２６から印加される直流電圧は、本実施例においては３．３Ｖ、＋１５Ｖ、−１５Ｖであり、この他にも例えば２４Ｖの直流電圧等がある。これらは電圧によって主な用途が異なり、３．３Ｖはデジタルロジック回路の電源として、＋１５Ｖと−１５Ｖはローノイズアンプ等のアナログデバイスの電源として、２４Ｖは例えば本体の空冷ファン等の駆動電源として用いられる。本実施形態においては、３種類の電圧（３．３Ｖ、＋１５Ｖ、−１５Ｖ）が超音波プローブ１０に印加される。これら３種類の電源の電力供給の経路は、電源部２６から電力供給線３４Ａを経由し、レセプタクル２４とプラグコネクタ２２との双方の接点群を経て、シーケンス基板３０に入力され、電力供給線３４Ｂを通じて回路基板１６に電力供給される。なお、電圧レベルの基準となるＧＮＤ線も電力ラインとして含まれる。

プラグコネクタ２２の内部には、導電部品として百本以上のピンコンタクトが実装されている。レセプタクル２４の内部においても、導電部品のターミナルが、ピンコンタクトと同数だけ実装されている。ある１本のピンコンタクトと、それに対応する１本のターミナルが接触することによって１つの信号経路が形成され、プラグコネクタ２２側の接点群とレセプタクル２４側の接点群が全て接触することにより電力の供給と超音波信号の送受信が可能になる。

超音波信号の送信及び受信の処理は、以下の動作で行われる。まず、送受信部２８から、個々にタイミング制御された複数の送信信号が生成される。それらの送信信号は超音波プローブ１０内の回路基板１６に対して出力される。回路基板１６では、複数の送信信号に対して個々に振幅増幅が行われる。増幅された信号は、プローブケーブル１８を通じて個々の振動素子に対して信号を伝達する。振動子１４を構成する振動素子は、圧電効果によって超音波を送波し、送波の直後から反射波の受波を開始する。

振動子１４にて検出された受信信号は、プリアンプを経由し、回路基板１６に送られる。回路基板１６で振幅増幅された受信信号は、送受信部２８に伝達される。送受信部２８では、複数の受信信号の検波が行われる。さらに、複数の受信信号は整相加算されてエコー信号が形成される。エコー信号は、信号処理部３２に伝達されてダイナミックレンジ変換や画像の輝度補正やコントラスト調整等の処理が行われる。信号処理されたエコー信号群は、画像形成部３５において座標変換処理が行われ画像信号が形成される。画像信号は、画像形成部３５から次段の画像表示部へ送られて、超音波画像が表示される。

上述したように、超音波プローブ内の回路基板１６においては、超音波の送受信に伴って、互いに方向の異なる複数の送信信号と受信信号が交互に通過する構成になっている。その回路基板１６を動作させるためには複数の電源を必要とし、それらの複数の電源はシーケンス基板３０を通じて供給される。

図２には、超音波プローブ１０に内蔵されるシーケンス基板３０の回路図を示す。図２には、プラグコネクタ２２と回路基板１６も模式的に示してある。装置本体４０側に存在する電源部２６からの電力の供給方向は、電流の向きに関わらず、プラグコネクタ２２からシーケンス基板３０を経由し、回路基板１６に向かう方向となる。回路基板１６を適切に動作させるためには３種類の電源（３．３Ｖ電源、−１５Ｖ電源、＋１５Ｖ電源）を接続する必要がある。回路基板１６を安定して起動させるためには、ロジック回路の電源電圧である３．３Ｖを最初に印加することが好ましい。制御の基本的な役割を担うロジック回路の動作が安定すれば、そのロジック回路の指令に従って動作する他のデバイスへの指令電圧も安定するからである。指令電圧が安定した状態で、−１５Ｖと＋１５Ｖの電圧を印加することにより、回路基板１６の動作は全体として安定する。従って、３種類の電源の接続順番は、１番目が３．３Ｖ電源、２番目が−１５Ｖ電源、３番目が＋１５Ｖ電源という順番となる必要がある。

シーケンス基板３０は、２組の通電制御回路を有する。３．３Ｖの電源ラインと−１５Ｖの電源ラインとからなるラインペアに設けられた第１の通電制御回路は、リレー回路５４とバックアップ回路５６から構成される。−１５Ｖの電源ラインと＋１５Ｖの電源ラインとからなるラインペアに設けられた第２の通電制御回路は、リレー回路５２とバックアップ回路５８から構成される。リレー回路５４は、半導体リレーＲＹ２と抵抗Ｒ２を有し、バックアップ回路５６は、キャパシタＣ１とダイオードＤ１を有する。リレー回路５２は、半導体リレーＲＹ１と抵抗Ｒ１を有し、バックアップ回路５８は、キャパシタＣ２とダイオードＤ２を有する。

シーケンス基板３０は、３種類の電源ラインを有している。それら３種類の電源ラインは３．３Ｖ線（４２）、−１５Ｖ線（４４Ａ，４４Ｂ）、＋１５Ｖ線（４６Ａ、４６Ｂ）である。これらの電源の中で、３．３Ｖ線（４２）は最も上位の電源ラインとなる。そして、−１５Ｖ線（４４Ａ，４４Ｂ）が中位の電源ラインであり、＋１５Ｖ線（４６Ａ．４６Ｂ）が下位の電源ラインとなる。３．３Ｖ線（４２）は、その電源ライン上にダイオードＤ１を有しており、ダイオードＤ１よりプラグコネクタ２２の側には第１の電圧検出点５０が存在する。電圧検出点５０が存在する３．３Ｖ線（４２）は、抵抗Ｒ２と、半導体リレーＲＹ２内部のＬＥＤとを直列に経由して、ＧＮＤ線（４８）につながっている。

半導体リレーＲＹ２の接点は、プラグコネクタ２２側の−１５Ｖ線（４４Ａ）と、回路基板１６側の−１５Ｖ線（４４Ｂ）とを分割する位置に設けられている。中位の電源ラインである−１５Ｖ線（４４Ｂ）上には、第２の電圧検出点４９が存在する。電圧検出点４９は、抵抗Ｒ１と、半導体リレーＲＹ１内部のＬＥＤとを直列に経由して、ＧＮＤ線（４８）に接続されている。半導体リレーＲＹ１の接点は、プラグコネクタ２２側の＋１５Ｖ線（４６Ａ）と、回路基板１６側の＋１５Ｖ線（４６Ｂ）とを分割する位置に設けられている。−１５Ｖ線（４４Ｂ）上にはダイオードＤ２が備えられており、そのダイオードＤ２よりも回路基板１６側には、キャパシタＣ２が設けられている。キャパシタＣ２は、−１５Ｖ線（４４Ｂ）とＧＮＤの間に接続されている。ダイオードＤ１より回路基板１６側にはキャパシタＣ１が設けられており、キャパシタＣ１は３．３Ｖ線（４２）とＧＮＤの間に接続されている。シーケンス基板３０は、ＧＮＤ線（４８）も有しており、そのＧＮＤ線は、プラグコネクタ２２と回路基板１６との双方に電気的に接続されている。

シーケンス基板３０の動作を説明する。超音波プローブの装着によって、仮に、３つの電源が同時に投入されたとした場合の動作について記す。

３つの電源が同時に投入された場合には、３．３Ｖの電圧は、３．３Ｖ線（４２）を通じ、ダイオードＤ１を介して一番最初に回路基板１６に印加される。３．３Ｖの電圧印加に伴って、電圧検出点５０の電圧が昇圧するので半導体リレーＲＹ２内部のＬＥＤが発光する。半導体リレーＲＹ２の負荷接続部は、内部で光結合されているＭＯＳ＿ＦＥＴによって構成されており、ＬＥＤの発光に伴って導通部分が形成される。（半導体リレーには物理的な接点は存在しないが、便宜上、負荷接続部のことを接点と記している。）半導体リレーＲＹ２の接点が閉じると、−１５Ｖの負電圧はダイオードＤ２を介して回路基板１６に印加される。よって、回路基板１６にとっては、２番目に印加されるのが−１５Ｖの電圧になる。−１５Ｖの電圧印加に伴って、電圧検出点４９の電圧が低下するので、半導体リレーＲＹ１内部のＬＥＤが発光する。ＬＥＤの発光により半導体リレーＲＹ１の接点が閉じるので、＋１５Ｖの電圧が回路基板１６に印加される。回路基板１６にとっては、３番目に印加されるのが＋１５Ｖの電圧になる。従って、３つの電源が同時に投入された場合において、回路基板に対する電源の接続順番は、１番目が３．３Ｖ電源、２番目が−１５Ｖ電源、３番目が＋１５Ｖ電源と規定どおりの順番になる。

次に、プローブ装着時に、３つの電源の投入順番に時間差がある場合の動作を記す。電源の投入順番は、仮に、＋１５Ｖ電源、３．３Ｖ電源、−１５Ｖ電源の順番とする。その場合には、まず、＋１５Ｖの電源が投入されると、＋１５Ｖ線（４６Ａ）には電圧が印加される。しかし、半導体リレーＲＹ１の接点が開いているので回路基板１６には＋１５Ｖの電圧は印加されない。

＋１５Ｖ電源に続いて３．３Ｖの電源が投入されると、３．３Ｖ線（４２）を通じて、回路基板１６に３．３Ｖの電圧が印加される。よって、回路基板１６にとっては、３．３Ｖの電圧が最初に印加されることになる。３．３Ｖの電圧が印加されると、抵抗Ｒ２に電流が流れ、半導体リレーＲＹ２内部のＬＥＤが発光する。ＬＥＤの発光に伴って半導体リレーＲＹ２の接点が閉じる。しかし、−１５Ｖ線（４４Ａ）には、まだ−１５Ｖが印加されてないので回路基板１６には−１５Ｖは印加されない。

最後に−１５Ｖの電源が投入されると、−１５Ｖの電圧は、既に閉じている半導体リレーＲＹ２の接点を通じて、回路基板１６に印加される。回路基板１６にとっては、−１５Ｖの電圧が２番目に印加されることになる。−１５Ｖの印加によって電圧検出点４９の電圧が低下すると、抵抗Ｒ１に電流が流れ、半導体リレーＲＹ１内部のＬＥＤが発光する。半導体リレーＲＹ１の接点が閉じると、既に＋１５Ｖ線（４６Ａ）に印加されていた電圧が、＋１５Ｖ線（４６Ｂ）を通じて回路基板１６に印加される。よって、回路基板１６にとっては、＋１５Ｖの電圧は３番目になる。

このように、電源の投入順番が、＋１５Ｖ、３．３Ｖ、−１５Ｖであっても、回路基板１６に対しては、１番目が３．３Ｖ電源、２番目が−１５Ｖ電源、３番目が＋１５Ｖ電源という規定どおりの順番になる。この順番は、本実施例において３種類の電源がどのような順番で投入されたとしても、常に一定である。

今度は、プローブ取外し時の動作を記す。仮に、３つの電源が同時に切断される場合の動作について記す。３つの電源が同時に切断された場合には、２つの電圧検出点４９、５０の電圧は双方とも０Ｖになる。よって、２つの半導体リレーＲＹ１、ＲＹ２のＬＥＤはいずれも消灯し、それぞれの接点は開く。従って、＋１５Ｖの電圧は、電源の切断によって即座にその電圧が失われる。回路基板１６にとっては、＋１５Ｖ電圧が最初に遮断されることになる。

一方、３．３Ｖ線（４２）と−１５Ｖ線（４４Ｂ）においては、電源切断と同時に、各々のバックアップ回路５６、５８が作用する。バックアップ回路５６は、３．３Ｖの電力供給を一時的に継続するように作用する。ダイオードＤ１の作用によって、電流はプラグコネクタ２２側へは流れないため、キャパシタＣ１に蓄えられた電荷は、回路基板１６側に供給される。すなわち、回路基板１６に対してはキャパシタＣ１に蓄えられた電荷が補充的に供給されるので、３．３Ｖの電源が切断されても回路基板１６上の３．３Ｖの電圧は即座には０Ｖにならず、徐々に電圧が低下していくことになる。３．３Ｖの電圧低下の応答性の指標である時定数τ１は、キャパシタＣ１の静電容量と、回路基板１６の負荷の大きさ（入力インピーダンス）によって定まる。

同様に、バックアップ回路５８は、−１５Ｖの電力供給を一時的に継続するように作用する。ダイオードＤ２の作用によって、キャパシタＣ２に蓄えられた電荷は、回路基板１６側に供給される。−１５Ｖの電源が切断されても、回路基板１６上での−１５Ｖの電圧は即座に０Ｖにならず徐々に電圧が減衰していく。−１５Ｖの応答性の指標である時定数τ２は、キャパシタＣ２の静電容量と、回路基板１６の負荷の大きさ（入力インピーダンス）によって定まる。

２つのバックアップ回路の構成は、時定数τ１が時定数τ２より大きくなるように、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２の各々の静電容量を設定する。τ１＞τ２となるような構成にすることによって、３．３Ｖの電力は−１５Ｖの電力よりも長く延長して供給される。従って、回路基板１６にとっては−１５Ｖ電圧が２番目に遮断され、３．３Ｖ電圧が３番目に遮断されることになる。つまり、３つの電源が同時に切断されても、回路基板に対する電圧遮断の順番は、１番目が＋１５Ｖ電源、２番目が−１５Ｖ電源、３番目が３．３Ｖ電源と規定どおりの順番になる。

次に、プローブ取外し時に、３つの電源の遮断順番に時間差がある場合の動作を記す。電源の遮断順番は、仮に、−１５Ｖ、３．３Ｖ、＋１５Ｖの順番であるとする。まず、−１５Ｖの電源が切断されると、バックアップ回路５８が作用する。キャパシタＣ２に蓄えられた電荷は、ダイオードＤ２の作用により、回路基板１６側に放電される。すなわち、回路基板１６に対してはキャパシタＣ２に蓄えられた電荷が補充的に供給されるので、−１５Ｖ電源が遮断されても回路基板１６における−１５Ｖの電圧は即座には０Ｖにならず、徐々に電圧が減衰していくことになる。電圧減衰の応答性は時定数τ２で定められる。

また、−１５Ｖの電圧が失われると、半導体リレーＲＹ１内部のＬＥＤが消灯するので、半導体リレーＲＹ１の接点が開く。すると、回路基板１６において＋１５Ｖの電圧は即座に失われる。一方において−１５Ｖの電圧は、前述したようにバックアップ回路５８の作用によって即座には低下しない。従って、回路基板１６にとっては、最初に失われるのは＋１５Ｖの電圧であり、２番目が−１５Ｖの電圧ということになる。次に、３．３Ｖの電源が切断されると、バックアップ回路５６が作用する。３．３Ｖの電圧低下の応答性はτ１で定められる。従って、回路基板１６にとっては、３番目に失われるのは３．３Ｖの電圧になる。このように、電源の遮断順番が、−１５Ｖ、３．３Ｖ、＋１５Ｖであっても、回路基板に対する電源の遮断順序は、１番目が＋１５Ｖ、２番目が−１５Ｖ、３番目が３．３Ｖと規定どおりの順番で終了する。この順番は、本実施例において３種類の電源がどのような順番で遮断されたとしても、常に一定である。

上述したように、シーケンス基板３０はシンプルな構成でありながら、確実に電源の接続シーケンスと遮断シーケンスを実行することができる。

本実施形態においては、半導体リレーＲＹ１，ＲＹ２には、例えばフォトＭＯＳリレーやＭＯＳ＿ＦＥＴリレーを使用することができる。その他の手段としては、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）を用いてもよい。本実施形態においては無接点タイプのリレーを用いることが好ましいが、リレー特有のチャタリングが影響を及ぼさない範囲で、機械式の有接点リレーを用いてもよい。

時定数とキャパシタの静電容量の関係については、一般的には、キャパシタＣ１の静電容量Ｃ₁を、キャパシタＣ２の静電容量Ｃ₂よりも大きく設けることによって、電圧低下の時定数を長く設定できる。電圧低下を補う手段としてキャパシタ以外に蓄電池を用いてもよい。

ちなみに、本実施例においては、超音波プローブへの３．３Ｖ電圧が印加されることに伴って接続シーケンス制御が開始される。従って、プローブ装着時のみならず、プローブが予め接続された状態において本体の電源を入れた場合にも、接続シーケンス制御は実行される。

図３は、超音波プローブの着脱時における回路基板１６上での電圧の経時変化を示すグラフである。横軸は時間軸であり、プローブ装着時をスタート時点とした経過時間を示している。縦軸は電圧であり、回路基板１６上での３種類の電圧を示している。３．３Ｖ電源から供給される電圧の変化は、グラフ上で実線（符号６０）で示してある。−１５Ｖ電源から供給される電圧の変化を破線（符号６２）で示す。＋１５Ｖ電源から供給される電圧の変化を一点鎖線（符号６４）で示す。

プローブ装着時の電圧変化は、同グラフの時間軸の０秒の位置から示されている。グラフから分かるように、プローブ装着時には、１番目が３．３Ｖ、２番目が−１５Ｖ、３番目が＋１５Ｖという規定の順番で電圧が印加されている。

一方、プローブ取外し時の電圧変化は、同グラフの時間軸において０．１秒の位置から示されている。プローブ取外し時には、１番目が＋１５Ｖ、２番目が−１５Ｖ、３番目が３．３Ｖという規定の順番で電圧印加が終了していることが分かる。グラフ上には、３．３Ｖの電圧低下の過渡応答性を示す時定数τ１と、−１５Ｖの電圧消失の過渡応答性を示す時定数τ２とが示されている。ちなみに、各時定数τ１、τ２は、定常状態における電圧値を１００％とした場合に、その１／ｅ（約３７％）の電圧値に至るまでの時間として記してある。

本実施形態によれば、超音波プローブを着脱する時、本体側の電源を切ったり、フリーズ動作を行ったりする必要がないという利点がある。例えば、超音波プローブ本体に電源の接続と遮断を行うための手動スイッチを備えると、着脱時に手動スイッチを操作しなければならない。しかし、本実施形態においては、プローブ着脱時に特別な操作を必要としない。よって、プローブ着脱時にケアレスミスが発生する可能性は無く、超音波診断装置の本体の電源の状態を気にすることなくプローブ交換が行えるという利点がある。

また、本実施形態によれば、超音波プローブが装置本体に接続されたままの状態で、装置本体側の主電源をＯＮ／ＯＦＦする場合においても、シーケンス基板３０は所定の動作を実行する。主電源のＯＮ／ＯＦＦに伴う装置本体側における複数の電源の動作が装置本体側で決められてしまい、その電源の投入あるいは遮断の順番が、超音波プローブ側で要求される投入あるいは遮断の順番と異なる場合があったとしても、シーケンス基板３０の作用により、複数の電源に対する接続シーケンス制御及び遮断シーケンス制御が実行される。

また、超音波プローブが装置本体に接続されたまま、装置側から超音波プローブに供給される複数の電源のいずれかの電圧値が低下し、所定の電圧値に達しない状況が発生したとしても、シーケンス基板３０においては遮断シーケンス制御が実行される。従って、そのような不測の事態が発生したとしても、超音波プローブ本体は安全な方向に制御され、フェイルセーフ動作ができる。

また、当該超音波プローブが異なる機種の超音波診断装置本体との間において接続互換性がある場合には、その超音波プローブを共用として使用できる。本実施形態によれば、接続シーケンス制御と遮断シーケンス制御を実行するための構成が超音波プローブ側に備えられている。従って、その超音波プローブは、機種毎の電源の投入順番の違いがあったとしても、それに左右されずに、異なる機種の超音波診断装置本体に対して接続することができる。

また、本実施形態によれば、プローブにおいて必要な複数の値の異なる電圧として送れるので、プローブ内での電源消費量を少なくできる。すなわち、本実施形態においては、３種類の電圧（３．３Ｖ、＋１５Ｖ、−１５Ｖ）を超音波プローブに印加しているが、仮に、１種類の電源（例えば＋２４Ｖ電源）だけを供給したような場合には、超音波プローブ内部で、前記３種類の電圧を新たに生成する必要がある。その場合には、３種類の電圧を個別に生成する三端子レギュレータ等を採用し、２４Ｖ電圧を基にした電圧ドロップ回路を新たに設ける必要が生じてしまう。電圧変換のための電力損失は、半導体部品の発熱を伴ってしまう。結果として、１種類の電圧（２４Ｖ）だけを印加することは、電力効率の低下を引き起こし、かつ、コネクタボックス内部での発熱も引き起こす。このような問題点から翻って本実施形態を鑑みると、プローブ内での電力消費量を少なくできるという利点がある。また、コネクタボックス内の発熱を抑えることができるという利点がある。

本実施形態においては、３種類の電源を用いた電源の接続シーケンス及び遮断シーケンスを示した。なお、前述したリレー回路とバックアップ回路を１つずつ追加すれば、更に下位の電源ラインが１つ追加された場合であっても、所望の続シーケンス及び遮断シーケンスを実行できる。電源の数が５つ以上になっても同様に、規則性をもった接続と遮断のシーケンスを実行できる。

また、３種類の電源の電圧値は、３．３Ｖ電源、−１５Ｖ電源、＋１５Ｖ電源であったが、これらの電圧値は全くの例示であり、各々の電源の電圧値は任意で実施できる。抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値や、キャパシタＣ１，Ｃ２の静電容量を適宜最適化し、ダイオードＤ１，Ｄ２の極性を選択すればよい。

ちなみに、前述したシーケンス基板３０を、超音波プローブ側ではなく、超音波診断装置の本体側に設けることによっても、同様のシーケンス制御ができる。半導体リレー等の部品だけを本体側に設け、超音波プローブ側に残したシーケンス制御回路と機能を組み合わせることによっても、同様のシーケンス制御ができる。

超音波診断装置の要部構成を示したブロック図である。本発明の実施形態にかかる超音波プローブに内蔵されるシーケンス基板の回路図である。超音波プローブの着脱時の電圧の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１０超音波プローブ、１６回路基板、２０コネクタボックス、２２プラグコネクタ、２４レセプタクル、２６電源部、３０シーケンス基板、４２３．３Ｖ線、４４Ａ，４４Ｂ −１５Ｖ線、４６Ａ，４６Ｂ＋１５Ｖ線、４８ＧＮＤ線、４９，５０電圧検出点、５２，５４リレー回路、５６，５８バックアップ回路、Ｒ１，Ｒ２抵抗、ＲＹ１，ＲＹ２半導体リレー、Ｃ１，Ｃ２キャパシタ、Ｄ１，Ｄ２ダイオード。

Claims

電源部を有する装置本体に対して着脱され、生体に対して超音波の送受信を行う超音波プローブにおいて、
前記電源部における複数の電源から電力が供給される電子回路と、
当該超音波プローブが前記装置本体に装着されるプローブ装着時に、規定の接続順序に従って前記電子回路に対して前記複数の電源からの複数の電源ラインを順次接続する接続シーケンス制御を実行し、当該超音波プローブが前記装置本体から取り外されるプローブ取外し時に、前記規定の接続順序に対する逆順序に従って前記電子回路に対して前記複数の電源ラインによる電力の供給を順次遮断する遮断シーケンス制御を実行するシーケンス制御回路と、
を備え、
前記シーケンス制御回路は、
前記規定の接続順序において隣り合い、先に前記電子回路に接続される上位側電源ラインと、後に前記電子回路に接続される下位側電源ラインと、からなるラインペアごとに設けられ、前記上位側電源ライン上の検出点の電圧変化に基づいてそれぞれが動作する複数のリレー回路と、
前記各検出点よりも前記電子回路側に接続され、前記遮断シーケンス制御を実行するために設けられた複数の充放電回路と、
を備え、
前記各リレー回路は、前記接続シーケンス制御において、前記プローブ装着時における前記検出点の電圧変化を検出して前記下位側電源ライン上の通電素子をオン動作させ、前記遮断シーケンス制御において、前記プローブ取り外し時における前記検出点の電圧変化を検出して前記下位側電源ライン上の通電素子をオフ動作させ、
前記複数の電源ラインのうち前記通電素子および前記検出点の両者が設けられている電源ラインにおいては、前記検出点は前記導通素子よりも前記電子回路側に設けられ、
前記各充放電回路は、
前記各充放電回路が接続された電源ラインに設けられ、充放電を行うキャパシタと、
前記各充放電回路が接続された電源ラインに設けられ、前記キャパシタから前記検出点側への放電を遮断するダイオードと、を備え、
前記各キャパシタは、前記超音波プローブが装着されることにより充電を行い、前記逆順序に応じて定められた時定数で前記遮断シーケンス制御において前記電子回路に対する放電を行うことを特徴とする超音波プローブ。