JP5215794B2

JP5215794B2 - 超音波診断装置の送信回路

Info

Publication number: JP5215794B2
Application number: JP2008241329A
Authority: JP
Inventors: 建一中尾
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: JP2010069090A

Description

本発明は、超音波診断装置の送信回路に関する。

超音波診断装置の送受信回路において、送信回路と受信回路とを信号的に分離する回路構成が知られている。

図４は、従来の超音波診断装置の送信回路を示す図である。送信信号発生部１０は、超音波の送信信号を出力し、出力された送信信号がリニアアンプ２０において増幅処理され、増幅処理された送信信号が送受分離回路４０を通過して負荷５０である振動子に供給される。送受分離回路４０は、互いに逆向きに並列接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２により構成される。そして、ダイオードＤ１，Ｄ２の障壁電圧よりも小さい受信信号が送受分離回路４０により遮断されて受信回路に流れ、一方、ダイオードＤ１，Ｄ２の障壁電圧よりも大きい送信信号が送受分離回路４０を通過する。ところが、図４の回路構成においては、ダイオードＤ１，Ｄ２の障壁電圧の影響により、送受分離回路４０を通過する送信信号の波形が歪んでしまう。

図５は、従来における送信信号の歪みを説明するための図である。図５（ｃ）は、図４のｃ点における送信信号の波形を示している。リニアアンプ２０から出力された送信信号は、図５（ｃ）に示すように歪みが極めて小さい正弦波状の波形となっている。図５（ｄ）は、図４のｄ点における送信信号の波形を示している。送受分離回路４０を通過すると、ダイオードＤ１，Ｄ２の障壁電圧の分だけ出力振幅が低下し、図５（ｄ）に示すように正弦波状の波形が歪んでしまう。負荷としてプローブケーブルや振動子を考慮すると、図５（ｄ）の波形がさらに歪むことが予想される。

ちなみに、特許文献１には、リニアアンプが送信時にのみオンして受信時にはオフする場合に好適な送信回路の構成が記載されている。

特開２００４−２３００６９号公報

本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、超音波の送信信号の歪みを低減させることにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様の超音波診断装置の送信回路は、超音波の送信信号を発生する送信信号発生部と、送信信号を増幅する増幅処理部と、増幅された送信信号を通過させて受信信号を遮断する送受分離部と、を有し、前記増幅処理部は、入力された信号を線形的に増幅して出力するリニアアンプと、リニアアンプに接続される負帰還回路と、を備え、前記負帰還回路は、前記送受分離部に対応した特性の回路要素を含み、前記負帰還回路を介した負帰還の作用により、前記送受分離部を通過して出力される送信信号の歪みを低減させる、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記負帰還回路は、前記送受分離部に対応した特性の回路要素に加えて、当該送信回路の負荷に対応した特性の回路要素を含む、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記送受分離部は、互いに逆向きに並列接続された２つのダイオードにより構成され、前記負帰還回路は、前記送受分離部に対応した特性の回路要素として、当該２つのダイオードに等しい特性の互いに逆向きに並列接続された２つのダイオードを備える、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記負帰還回路は、当該送信回路の負荷に対応した特性の回路要素として、振動子に等しい特性の擬似負荷を備える、ことを特徴とする。

望ましい態様において、前記負帰還回路は、当該送信回路の負荷に対応した特性の回路要素として、プローブケーブルと振動子の組み合わせに等しい特性の擬似負荷を備える、ことを特徴とする。

本発明により、超音波の送信信号の歪みを低減させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の送信回路の好適な実施形態が示されており、図１はその回路構成図である。

送信信号発生部１０は、超音波の送信信号を出力する。本実施形態において、送信信号発生部１０から出力される送信信号の波形は正弦波である。リニアアンプ２０は、その正弦波の送信信号を線形的に増幅して出力する。そして、リニアアンプ２０から出力された送信信号が送受分離回路４０を通過して負荷５０である振動子に供給される。

送受分離回路４０は、互いに逆向きに並列接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２により構成される。そして、ダイオードＤ１，Ｄ２の障壁電圧よりも小さい受信信号が送受分離回路４０により遮断されて受信回路に流れ、一方、ダイオードＤ１，Ｄ２の障壁電圧よりも大きい送信信号が送受分離回路４０を通過する。

本実施形態においては、リニアアンプ２０に負帰還回路が接続されている。負帰還回路は、ダイオードＤ３，Ｄ４、擬似負荷３０、抵抗Ｒ１，Ｒ２により構成される。

ダイオードＤ３，Ｄ４は、送受分離回路４０のダイオードＤ１，Ｄ２に実質的に等しい特性の素子であり、例えば、ダイオードＤ１，Ｄ２と同品種の素子が望ましい。擬似負荷３０は、実際の負荷５０に対応した特性の回路要素である。実際の負荷５０は、例えばプローブケーブルと振動子の組み合わせであるため、擬似負荷３０は、プローブケーブルと振動子の組み合わせに等しい特性であることが望ましい。なお、擬似負荷３０が、振動子に等しい特性であってもよい。また、擬似負荷３０の具体的な回路構成としては、例えば抵抗とコンデンサを並列接続した構成などが可能である。

実際の負荷５０と擬似負荷３０をできる限り同じ特性とすることにより、送受分離回路４０のダイオードＤ１，Ｄ２に流れる電流と、負帰還回路のダイオードＤ３，Ｄ４に流れる電流をほぼ等しくすることができ、ダイオードＤ１，Ｄ２で発生する歪みとダイオードＤ３，Ｄ４で発生する歪みをほぼ等しくすることができる。その結果、リニアアンプ２０に接続された負帰還回路を介した負帰還の作用により、送受分離回路４０を通過して出力される送信信号の歪みを低減させることができる。

図２は、図１の送信回路における負帰還の作用を説明するための図である。図２（ａ）は、図１のａ点における送信信号の波形を示している。図１のリニアアンプ２０と負帰還回路で構成されるアンプのゲインは、ａ点を出力とした場合に、ダイオードＤ３，Ｄ４がオフ状態の時に非常に大きく（Ａ倍）、一方、ダイオードＤ３，Ｄ４がオン状態の時に小さく（Ｒ２／Ｒ１倍）なる。したがって、図１のａ点における信号の波形は、図２（ａ）に示すように、ダイオードＤ３，Ｄ４の障壁電圧分だけ大きくなる。

そして、図２（ａ）に示す波形が図１の送受分離回路４０を通過すると、ダイオードＤ１，Ｄ２の障壁電圧の分だけ出力振幅が低下し、図１のｂ点において、図２（ｂ）に示す送信信号の波形が得られる。つまり、ダイオードＤ３，Ｄ４による電圧の増加とダイオードＤ１，Ｄ２による電圧の減少とにより、障壁電圧の影響が打ち消されて、図２（ｂ）に示すような歪みの極めて少ない正弦波の送信信号が得られる。

なお、超音波診断装置では、負荷５０となるプローブが１種類に固定されず、異なる特性のものに取り替えられる場合もある。この場合には、負荷５０の特性の変更に合わせて擬似負荷３０を取り替える構成が望ましい。但し、回路規模の増大を抑えるために、例えば、代表的な擬似負荷３０を固定的に利用して、様々な特性のプローブに対応させてもよい。また、歪みの改善度を劣化させる可能性があるものの、擬似負荷３０を取り外した回路構成を利用してもよい。さらに、次のような変形例も可能である。

図３は、図１の送信回路の変形例を示す図である。図３においても、送信信号発生部１０から出力される送信信号の波形は正弦波であり、リニアアンプ２０は、その正弦波の送信信号を線形的に増幅して出力する。そして、リニアアンプ２０から出力された送信信号が送受分離回路４０を通過して負荷５０である振動子に供給される。

図３においては、帰還抵抗Ｒ３がリニアアンプ２０に接続されている。帰還抵抗Ｒ３の抵抗値を十分に大きく（例えば１０キロオーム等）でき、送信信号発生部１０から発生するノイズを十分に小さくできる場合などには、図３に示す比較的簡易な回路構成も好適である。図３の回路構成による歪み改善の原理は、図２を利用して説明した原理と同様である。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態やその変形例により、超音波の送信信号の歪みを低減させることができる。そのため、例えば、ハーモニックイメージングの性能向上などが期待できる。なお、上述した実施形態等は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

本発明に係る超音波診断装置の送信回路を示す図である。図１の送信回路における負帰還の作用を説明するための図である。図１の送信回路の変形例を示す図である。従来の超音波診断装置の送信回路を示す図である。従来における送信信号の歪みを説明するための図である。

符号の説明

１０送信信号発生部、２０リニアアンプ、３０擬似負荷、４０送受分離回路。

Claims

超音波の送信信号を発生する送信信号発生部と、
送信信号を増幅する増幅処理部と、
増幅された送信信号を通過させて受信信号を遮断する送受分離部と、
を有し、
前記増幅処理部は、
入力された信号を線形的に増幅して出力するリニアアンプと、
リニアアンプに接続される負帰還回路と、
を備え、
前記負帰還回路は、前記送受分離部に対応した特性の回路要素を含み、
前記負帰還回路を介した負帰還の作用により、前記送受分離部を通過して出力される送信信号の歪みを低減させる、
ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
請求項１に記載の送信回路において、
前記負帰還回路は、前記送受分離部に対応した特性の回路要素に加えて、当該送信回路の負荷に対応した特性の回路要素を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
請求項２に記載の送信回路において、
前記送受分離部は、互いに逆向きに並列接続された２つのダイオードにより構成され、
前記負帰還回路は、前記送受分離部に対応した特性の回路要素として、当該２つのダイオードに等しい特性の互いに逆向きに並列接続された２つのダイオードを備える、
ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
請求項２または３に記載の送信回路において、
前記負帰還回路は、当該送信回路の負荷に対応した特性の回路要素として、振動子に等しい特性の擬似負荷を備える、
ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
請求項２または３に記載の送信回路において、
前記負帰還回路は、当該送信回路の負荷に対応した特性の回路要素として、プローブケーブルと振動子の組み合わせに等しい特性の擬似負荷を備える、
ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。