JP5365142B2 - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探触子（プローブ）と超音波画像診断装置本体とがケーブルで接続されて成る超音波診断装置に関し、特に圧電素子の素子数増加に伴い、超音波探触子内に、送信時に前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路を設けるようにしたものにおいて、その送信時の発熱を低減させるための手法に関する。

被検体内に超音波を放射（送信）し、その反射エコーを受けて被検体内の検査を行う超音波画像診断装置は、医療分野において広く用いられている。そこで超音波の送受信を行う超音波探触子（プローブ）は、被検体に接して使用されるもので、トランスデューサ部、前記トランスデューサ部の圧電素子に接続されて電気信号処理を行う回路基板部、および前記回路基板部を超音波画像診断装置本体に電気的に接続するための多数の信号線を束ねたケーブル等を備えて構成され、ケーブルはコネクタによって前記超音波画像診断装置本体に着脱自在に接続されている。

前記トランスデューサ部は、超音波の送受信を行う前記圧電素子と、前記圧電素子の被検体側に設けられ、超音波を収束するための音響レンズと、前記圧電素子の被検体とは反対側に設けられ、不要な振動を吸収するためのバッキング材とを備えて構成される。一方、前記回路基板部は、圧電素子と超音波画像診断装置本体との間に位置し、その機能はシステムの構成によって異なるが、たとえば、受信のためには、圧電素子からの受信信号を受ける初段のアンプや、ケーブル整合のためのインピーダンス整合を行う回路を有する。また、前記回路基板部は、送信のためには、超音波画像診断装置本体からの指示に基づき、前記圧電素子に駆動パルスを印加する駆動回路を有する。このように構成されるトランスデューサ部および回路基板部は、シールド材で覆われ、筐体内に収納されている。

超音波の送信動作状態では、前記圧電素子は、前記駆動回路からの送信パルスが印加され、超音波振動を起す。この超音波振動は音響レンズに導かれ、そこから被検体内に放射（送信）される。しかしながら、この超音波振動の全てが被検体内に放射されるわけではなく、その一部はトランスデューサ部内で吸収され、熱に変わる。また、前記駆動回路でも電力が消費され、発熱源となっている。

そこで、このような問題を解決するための従来技術として、特許文献１が提案されている。この従来技術では、上述の超音波探触子のトランスデューサ部または回路基板部から発生する熱を、熱伝導手段を用いてケーブルに導くことで、被検体の接触面の温度上昇を抑えている。また、前記熱伝導手段として金属を用いたり、プローブ内に冷却用のヒートパイプを設けて、発熱を積極的にプローブ外部に逃がした例もある。

一方、特許文献２には、振動子部と回路基板部との間の熱抵抗を大きくし、回路基板部とケーブルとの間の熱抵抗を小さくすることで、回路基板部で発生した熱が振動子部に伝わらないようにして温度上昇を抑えた超音波プローブが提案されている。
特開平１０−９４５４０号公報 特開２００６−２５８９２号公報

上述の従来技術は、いずれも超音波探触子内で発生した熱を放散させる方法を示しているが、超音波探触子内での発熱自体を抑えるものではなく、対応に限界がある。このため、必要な超音波の放射パワーを確保できなかったり、連続運転時間に制限を設けたりする必要が生じることがある。また、超音波探触子内に冷却用のヒートパイプを設ける場合には、該超音波探触子の外形の増大や質量増、さらには外部の冷却装置に導く専用パイプを同軸ケーブルに併設することによって、手技操作が困難となったり、装置が高価になったりするという問題もある。

本発明の目的は、超音波探触子内での発熱を抑えることができる超音波画像診断装置を提供することである。

本発明の超音波画像診断装置は、超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続され、前記超音波探触子内に、被検体に対して超音波を送信する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えて構成される超音波画像診断装置において、前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部であって、前記超音波探触子の外部に引出されたダミー配線を備え、当該ダミー配線が前記充放電電流によって熱損失を発生するダミーロードを有し、前記圧電素子は、１次元または２次元アレイ状に複数配列され、前記ダミー配線は、複数の圧電素子に共通に設けられることを特徴とする。

上記の構成によれば、超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続されて成る超音波画像診断装置において、圧電素子の素子数増加に伴い、超音波探触子内に、送信時に前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路を設ける場合、前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部をダミー配線として一旦超音波探触子の外部に引出し、そのダミー配線がダミーロードを有し、当該ダミーロードが前記充放電電流によって熱損失を発生する。

したがって、前記駆動信号の矩形波状の駆動パルスによって圧電素子の静電容量に流れる前記充放電電流による損失（発熱）量において、駆動回路を構成するスイッチ素子のＯＮ抵抗や浮遊容量、および配線の抵抗や浮遊容量によるものに対して、新たに設けた前記ダミーロードによるものが相対的に大きな割合を占めるようになり、超音波探触子内での発熱自体を少なくすることができる。これによって、送信時に探触子内で生じる発熱の問題を抑え、必要な超音波の放射パワーを確保することができ、また連続運転を行うことができる。
また、上記の構成によれば、前記圧電素子が複数個１次元または２次元アレイ状に配列されて構成され、その圧電素子の他方の電極は個別電極とされるが、一方の電極が共通の前記ＧＮＤの電極となる場合に、前記ダミー配線をそのＧＮＤの電極に接続する。
したがって、ダミー配線を個別に設ける場合に比べて、超音波探触子外へ出る配線数を、並列素子数分の１に削減することができる。

さらにまた、本発明の超音波画像診断装置では、超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続され、前記超音波探触子内に、被検体に対して超音波を送信する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えて構成される超音波画像診断装置において、前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部であって、前記超音波探触子の外部に引出されたダミー配線を備え、当該ダミー配線が前記充放電電流によって熱損失を発生するダミーロードを有し、前記ダミーロードは、前記駆動回路内の前記圧電素子の他方端への電流経路よりも大きい抵抗値を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、前記ダミーロードが、前記駆動回路の出力抵抗などの前記圧電素子の他方端への電流経路よりも大きな抵抗値を有することで、前記電流経路内の素子よりも、該ダミーロードで発生する熱の方をより大きくすることができる。

また、本発明の超音波画像診断装置では、超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続され、前記超音波探触子内に、被検体に対して超音波を送信する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えて構成される超音波画像診断装置において、前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部であって、前記超音波探触子の外部に引出されたダミー配線を備え、当該ダミー配線が前記充放電電流によって熱損失を発生するダミーロードを有し、前記ダミーロードは、前記ダミー配線の分布抵抗から成り、前記圧電素子への前記駆動信号となる駆動パルスを作成するスイッチ素子のＯＮ抵抗より大きく、かつ前記圧電素子の静電容量との時定数が前記駆動パルスのパルス幅よりも短い値となる抵抗値であることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記ダミーロードを前記超音波探触子から引出されたダミー配線の分布抵抗で実現することで、特別に抵抗などのインピーダンス素子を設けることなく、前記ダミーロードを実現することができる。また、ダミーロードの抵抗値を、前記駆動回路内で前記圧電素子への前記駆動信号となる駆動パルスを作成するスイッチ素子のＯＮ抵抗より充分大きく、かつ前記圧電素子の静電容量との時定数が前記駆動パルスのパルス幅よりも充分短い値となる抵抗値に選ぶことで、前記圧電素子に与えられる前記駆動パルスの鈍りを抑えることができる。

さらにまた、本発明の超音波画像診断装置では、超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続され、前記超音波探触子内に、被検体に対して超音波を送信する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えて構成される超音波画像診断装置において、前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部であって、前記超音波探触子の外部に引出されたダミー配線を備え、当該ダミー配線が前記充放電電流によって熱損失を発生するダミーロードを有し、前記ダミーロードは、同軸ケーブルのシールド導体を含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、前記ダミーロードとして用いる前記ダミー配線の分布抵抗を、同軸ケーブルの外層側のシールド網線を含めて実現することで、放熱性を向上することができる。

また、本発明の超音波画像診断装置では、超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続され、前記超音波探触子内に、被検体に対して超音波を送信する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えて構成される超音波画像診断装置において、前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部であって、前記超音波探触子の外部に引出されたダミー配線を備え、当該ダミー配線が前記充放電電流によって熱損失を発生するダミーロードを有し、前記圧電素子は、被検体からの超音波の受信にも兼用され、当該受信時に、前記圧電素子の他方端を前記駆動回路から切離す第１のスイッチ素子および前記圧電素子の一方端を超音波探触子内のＧＮＤに接続する第２のスイッチ素子をさらに備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記圧電素子を超音波の受信に兼用するにあたって、受信時に、第１のスイッチ素子によって、前記圧電素子の他方端を前記駆動回路から切離すことで、該圧電素子での受信信号を高感度に受信することができる。また、前記受信時に、第２のスイッチ素子によって、前記圧電素子の一方端を超音波探触子内のＧＮＤに接続（短絡）することで、前記ダミー配線による迂回によることなく、ノイズの混入を抑えることができる。

本発明の超音波画像診断装置は、以上のように、超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続されて成る超音波画像診断装置において、圧電素子の素子数増加に伴い、超音波探触子内に、送信時に前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路を設ける場合、前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部をダミー配線として一旦超音波探触子の外部に引出すとともに、そのダミー配線がダミーロードを有し、前記駆動信号の矩形波状の駆動パルスによって圧電素子の静電容量に流れる充放電電流によって発生する損失（発熱）量の内、駆動回路を構成するスイッチ素子のＯＮ抵抗や浮遊容量、および配線の抵抗や浮遊容量によるものに対して、前記ダミーロードによるものが相対的に大きな割合を占めるようにして、超音波探触子内での発熱自体を少なくする。

それゆえ、送信時に探触子内で生じる発熱の問題を抑え、必要な超音波の放射パワーを確保することができ、また連続運転を行うことができる。

先ず、図９を参照して、超音波探触子における発熱動作を説明する。図９は、その発熱動作を説明するための一参考例のブロック図である。先ず、超音波画像診断装置本体１は、同軸ケーブル２を介して、超音波探触子３と接続される。超音波探触子３は、圧電素子４に、前記駆動回路であるパルサ５を備えて構成される。なお、この図９では、前記パルサ５は、圧電素子４の１素子分を示しており、通常は、１次元や２次元のアレイ状に配列される複数の圧電素子分の回路が、ＩＣ化されている。

前記パルサ５では、超音波画像診断装置本体１の電源６から同軸ケーブル２を介して与えられる電源電圧Ｖｐ間に、ｐｃｈエンハンスメントＭＯＳＦＥＴから成るスイッチ素子７と、ｎｃｈエンハンスメントＭＯＳＦＥＴから成るスイッチ素子８とが直列に接続され、それらの接続点間に前記圧電素子４の一方の電極が接続され、他方の電極はＧＮＤに接続されている。前記スイッチ素子７，８は、スイッチ駆動回路９からの、図１０で示すような、デッドオフタイムを有し、相反信号であるタイミング信号Ｖ１，Ｖ２によって、相補的にＯＮ／ＯＦＦ駆動される。前記スイッチ駆動回路９へは、超音波画像診断装置本体１内のＭＰＵ１０（マイクロプロセッサーユニット）から、同軸ケーブル２を通して、図１０で示すような送信パルスＶ０が送信され、これに応答して前記スイッチ駆動回路９は、前記タイミング信号Ｖ１，Ｖ２を作成し、前記スイッチ素子７，８の接続点からは、図１０で示すような、電源電圧ＶｐとＧＮＤ電位とに切替わる駆動パルスＶ３が作成され、圧電素子４に印加される。これによって、圧電素子４には、図１０で示すような超音波振動Ｕｓが発生する。このようなパルサ５は、圧電素子４毎に、または複数の圧電素子を分担するように、複数回路構成され、回路毎に微小な時間差（遅延時間）を与えられた送信パルスＶ０に応答して超音波を放射させることで、超音波を被検体内の所定の場所に集束させる送信ビームフォーミングを行えるようになっている。

以上のような超音波探触子３における送信時の消費電力は、駆動パルスＶ３の電圧（波高値Ｖｐ）と送信時間（駆動パルスＶ３の繰返し回数Ｎ）とによって決定される。その消費電力において、各圧電素子４から前記超音波振動Ｕｓとして出力されるエネルギー以外は、各パルサ５の消費電力であり、つまり各パルサ５の発熱に変わる。そのパルサ５での発熱は、具体的には、スイッチ素子７，８のスイッチング動作によって浮遊容量に流れる電流によるものや、ＯＮ抵抗によるもの、ならびにスイッチ駆動回路９におけるスイッチ素子７，８のＯＮ／ＯＦＦ動作のための電力によるもの、および該スイッチ駆動回路９内の配線や素子の浮遊容量、ＯＮ抵抗によるものが考えられる。

ここで、図１１には、前記１素子分の圧電素子４の等価回路を示す。トランスデューサ部内には、前述のように多数の圧電素子４がアレイ上に配置されている。これらの圧電素子４は、誘電体を主材料とする電子部品である。図１１において、Ｃｄは誘電体材料による静電容量、Ｃｍは機械系のコンプライアンス、Ｌｍは質量、Ｒｍは機械損失であり、前記トランスデューサ部はこのような電気等価回路で表すことが可能である。そして、パルサ５から、この圧電素子４の端子間に波高値Ｖｐの矩形波状の駆動パルスＶ３が印加されると、Ｃｍ、Ｌｍ、Ｒｍで共振し、静電容量Ｃｄは前記共振には寄与せず、パルサ５内の回路に、損失、すなわち発熱を生じるのみで、その発熱量は無視できない量となる。これは、駆動パルスＶ３を印加すると、そのＯＮ／ＯＦＦタイミングで、該静電容量Ｃｄに対して、図１０で示すような急激な充放電電流Ｉｃｄが流れることによるもので、この充放電電流Ｉｃｄは、パルサ５内の電流経路上の各抵抗成分（前記ＯＮ抵抗や配線抵抗等）によって消費される。

このため、前記電源６からパルサ５の電源ラインには、そのインピーダンスを低下させ、負荷（圧電素子４）に安定な電圧を供給させるためのコンデンサ１１が設けられており、前記充放電電流Ｉｃｄのような急激な変化の電流は、このコンデンサ１１によって供給される。すなわち、図１２には、前記充放電電流Ｉｃｄの電流経路を示し、充電時は、コンデンサ１１−スイッチ素子７−トランスデューサ（圧電素子４）−ＧＮＤ１−ＧＮＤ２−コンデンサ１１の経路となり、充電電流Ｉｃｄによる電力消費は、主にスイッチ素子７のＯＮ抵抗によってなされる。これに対して放電時は、トランスデューサ（圧電素子４）―スイッチ素子８−トランスデューサ（圧電素子４）の経路となり、放電電流Ｉｃｄによる電力消費は、主にスイッチ素子８のＯＮ抵抗によってなされる。

そして、全体の消費電力Ｐｃｄ（瞬時値）は、一般に下式で求まることが知られている。

Ｐｃｄ＝Ｃｄ・Ｖｐ^２・ｆ ・・・（１）
よって、トランスデューサ内の同時に使用する圧電素子４の数をＭ個とすると、全消費電力Ｐは、
Ｐ＝Ｍ・Ｐｃｄ＝Ｍ・Ｃｄ・Ｖｐ^２・ｆ ・・・（２）
となる。ここで、ｆは、単位時間当りの駆動パルスＶ３の繰返し回数で、たとえば１回の送受信に付き、放射超音波が被検体内の深さ１５ｃｍを往復する場合、被検体内の音速を１５４０ｍ／ｓとすれば、約２００μｓｅｃの時間を要し、繰返し周波数としては約５ｋＨｚ（＝ｆ）までとなる。

具体的な数値としては、１次元アレイのトランスデューサの一例として、Ｍ＝１２８個、Ｃｄ＝１００ｐＦ、Ｖｐ＝１００Ｖ、ｆ＝５ｋＨｚとすると、前記全消費電力Ｐは、
Ｐ＝１２８×１５０ｐＦ×１００Ｖ^２×５ｋＨｚ＝０．９６Ｗ
となり、１Ｗ程度の電力消費（発熱）となる。これが、パルス数の多いドップラ等の送信の場合や、連続送信のＣＷモードの場合には、繰返し周波数が増大するので、さらに問題となる。

一方、超音波画像診断装置の画像のＳ／Ｎを改善する手法の一例として、駆動パルスＶ３を増大させて、放射超音波のパワーを上げる手法があるが、放射超音波パワーを規制の範囲内で上げると、前記式２によって超音波探触子３内の発熱も大きくなり、その表面温度（特に音響レンズ部）が高くなり、被検体の接触面に過大な熱刺激を与えてしまうことになる。よって、表面温度が安全規制の範囲を越えないように温度上昇を抑えるために、送信パワーを調整するか、連続使用時間に制限を設ける必要がある。

［実施の形態１］
そこで、図１は、本発明の実施の一形態に係る超音波画像診断装置２２の外観構成を示す図である。この超音波画像診断装置２２は、図略の生体等の被検体に対して超音波探触子２１から超音波を送信し、前記被検体内で反射された超音波（エコー）を前記超音波探触子２１で受信し、その受信信号に基づいて、超音波画像診断装置本体２３が前記被検体の断層画像を再構成し、表示部２４に表示する。前記超音波探触子２１と超音波画像診断装置本体２３との間は、同軸ケーブル２５で接続されている。

図２は、前記超音波画像診断装置２２の一構成例を示すブロック図である。前記超音波探触子２１には、トランスデューサ（圧電素子３３）とともに、駆動回路であるパルサ３２ならびにバッファ回路３７およびビームフォーミング回路３８が内蔵されている。パルサ３２は、超音波画像診断装置本体２３側のＭＰＵ（マイクロプロセッサーユニット）３１からの送信パルスＶ０に応答して送信パルスＶ３を発生し、前記圧電素子３３に与える。送信ビームフォーマーとなる前記パルサ３２は、送受信制御部となる前記ＭＰＵ３１からの送信信号に応答して、スイッチ駆動回路３４が、各列の遅延時間の調整されたパルスを順次発生し、そのパルスがスイッチ素子３５，３６で増幅されて前記各圧電素子３３に与えられることで、被検体に対して、所望の深さや所望の走査位置に対応したフォーカルポイントに向けた送信ビームが生成される。

一方、前記被検体から来た超音波（反射波および高調波）は、前記圧電素子３３で受信され、バッファ回路３７でインピーダンス変換され、また必要に応じて増幅された後、受信ビームフォーマーとなるビームフォーミング回路３８に順次入力されて、各列の遅延回路３９で遅延時間が調整されて加算回路４０で整相加算され、前記送信ビームに対応した受信ビームが生成される。その受信ビームは、超音波画像診断装置本体２３側のデジタルシグナルプロセッサなどで実現される信号処理回路４１に入力されて被検体の断層画像が作成され、前記表示部２４によって画像表示される。

図３および図４は、前記超音波画像診断装置２２として用いられる超音波画像診断装置２２ａ，２２ｂの具体的構成を説明するためのブロック図であり、前述の図９に対応している。これらの図３および図４でも、前記パルサ３２は、圧電素子３３の１素子分を示しており、通常は、１次元や２次元のアレイ状に配列される複数の圧電素子分の回路が、ＩＣ化されている。また、本件明細書を通じて、圧電素子３３は、送受信兼用で説明しているけれども、送信用を大パワー送信が可能な無機圧電素子とし、受信用をハーモニックイメージングのための高調波を高感度に受信可能な有機圧電素子で構成するなどの、送受信で異なる圧電素子が用いられてもよい。その場合には、少なくとも送信用の構成に対して、本発明が実施される。

前記圧電素子３３の一方の電極はＧＮＤ１に接続され、他方の電極はパルサ３２に接続される。パルサ３２では、超音波画像診断装置本体２３の電源４２から同軸ケーブル２５ａ，２５ｂを介して与えられる電源電圧Ｖｐ間に、ｐｃｈエンハンスメントＭＯＳＦＥＴから成る前記スイッチ素子３５と、ｎｃｈエンハンスメントＭＯＳＦＥＴから成るスイッチ素子３６とが直列に接続され、それらの接続点間に前記圧電素子３３の他方の電極が接続される。前記スイッチ素子３５，３６は、スイッチ駆動回路３４からの、前述の図１０で示すような、デッドオフタイムを有し、相反信号であるタイミング信号Ｖ１，Ｖ２によって、相補的にＯＮ／ＯＦＦ駆動される。前記スイッチ駆動回路３４へは、超音波画像診断装置本体２３内のＭＰＵ３１から、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂを通して、前述の図１０で示すような送信パルスＶ０が送信され、これに応答して前記スイッチ駆動回路３４は、前記タイミング信号Ｖ１，Ｖ２を作成し、前記スイッチ素子３５，３６の接続点からは、前述の図１０で示すような、電源電圧ＶｐとＧＮＤ電位とに切替わる駆動パルスＶ３が作成され、圧電素子３３に印加される。これによって、圧電素子３３には、前述の図１０で示すような超音波振動Ｕｓが発生する。このようなパルサ３２は、圧電素子３３毎に、または複数の圧電素子を分担するように、複数回路構成され、回路毎に微小な時間差（遅延時間）を与えられた送信パルスＶ０に応答して超音波を放射させることで、超音波を被検体内の所定の場所に集束させる送信ビームフォーミングを行えるようになっている。また、前記電源４２からパルサ３２への電源ライン４６には、そのインピーダンスを低下させ、負荷（圧電素子３３）に安定な電圧を供給させるためのコンデンサ４３が設けられており、前記充放電電流Ｉｃｄのような急激な変化の電流は、このコンデンサ４３によって供給される。以上の構成は、前述の図９で示す超音波画像診断装置と同様である。

注目すべきは、本実施の形態では、圧電素子３３の一方の電極をＧＮＤに接続するにあたって、その配線が、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂ内のダミー配線４５によって一旦超音波探触子２１ａ，２１ｂ外に引出され、前記ダミー配線４５にはダミーロード４４を有することである。図３の同軸ケーブル２５ａと図４の同軸ケーブル２５ｂとでは、ＧＮＤへの引回しが異なり、図３の同軸ケーブル２５ａでは前記ダミー配線４５は、参照符号４５ａ，４５ｂで示すように往復して超音波探触子２１ａ内のＧＮＤ１に接続され、図４の同軸ケーブル２５ｂでは前記ダミー配線４５は往路だけで、復路は該同軸ケーブル２５ｂ内の他のＧＮＤ線４７が使用され、超音波探触子２１ｂ内のＧＮＤ３に接続される。そして、前記ダミーロード４４は、前記パルサ３２から圧電素子３３への電流経路内のスイッチ素子３５，３６よりも抵抗値が高く設定されている。

したがって、図３の超音波画像診断装置２２ａでは、前記圧電素子３３の充放電電流Ｉｃｄは、充電時には、コンデンサ４３−スイッチ素子３５−トランスデューサ（圧電素子３３）−ダミー配線４５ａ−ダミーロード４４−ダミー配線４５ｂ−ＧＮＤ１−ＧＮＤ２−コンデンサ４３の経路となり、充電電流Ｉｃｄによる電力消費は、前述のような抵抗値の差から、スイッチ素子３５のＯＮ抵抗よりも、主にダミーロード４４によってなされることになる。これに対して放電時は、トランスデューサ（圧電素子３３）―スイッチ素子３６−ダミー配線４５ｂ−ダミーロード４４−ダミー配線４５ａ−トランスデューサ（圧電素子３３）の経路となり、放電電流Ｉｃｄによる電力消費は、スイッチ素子３６のＯＮ抵抗よりも、主にダミーロード４４によってなされることになる。

また、図４の超音波画像診断装置２２ｂでは、前記圧電素子３３の充放電電流Ｉｃｄは、充電時には、コンデンサ４３−スイッチ素子３５−トランスデューサ（圧電素子３３）−ダミー配線４５−ダミーロード４４−ＧＮＤ線４７−ＧＮＤ３−ＧＮＤ２−コンデンサ４３の経路となる。これに対して放電時は、トランスデューサ（圧電素子３３）―スイッチ素子３６−ＧＮＤ１−ＧＮＤ３−ＧＮＤ線４７−ダミーロード４４−ダミー配線４５−トランスデューサ（圧電素子３３）の経路となる。

このように構成することで、矩形波状の駆動パルスＶ３によって圧電素子３３の静電容量Ｃｄに流れる充放電電流Ｉｃｄによる損失（発熱）量において、パルサ３２を構成するスイッチ素子３５，３６のＯＮ抵抗や浮遊容量、および配線の抵抗や浮遊容量によるものに対して、新たに設けた前記ダミーロード４４によるものが相対的に大きな割合を占めるようになり、超音波探触子２１ａ，２１ｂ内での発熱自体を少なくすることができる。これによって、送信時に超音波探触子２１ａ，２１ｂ内で生じる発熱の問題を抑え、必要な超音波の放射パワー、すなわちＳ／Ｎを確保することができ、また連続運転を行うことができる。

また、前記ダミーロード４４が、前記パルサ３２から圧電素子３３への電流経路内のスイッチ素子３５，３６よりも抵抗値が高く設定されていることで、これらのスイッチ素子３５，３６よりも、該ダミーロード４４で発生する熱の方をより大きくすることができる。

さらにまた、前記ダミーロード４４の抵抗値を、前記駆動パルスＶ３を作成するスイッチ素子３５，３６のＯＮ抵抗より充分大きく、かつ前記圧電素子３３の静電容量Ｃｄとの時定数が前記駆動パルスＶ３のパルス幅よりも充分短い値となるように設定することで、前記圧電素子３３に与えられる前記駆動パルスＶ３の鈍りを抑えることができる。

好ましくは、図５で示すように、トランスデューサ４９が、１次元または２次元アレイ状に配列された複数Ｎ個の圧電素子３３−１，３３−２，・・・，３３−Ｎから成る場合に、前記ダミーロード４４は、その複数の圧電素子３３−１〜３３−Ｎに共通に設けられる。すなわち、各圧電素子３３−１〜３３−Ｎの他方の電極は個別電極となって対応するパルサ３２にそれぞれ接続され、一方の電極が共通電極となり、前記ダミーロード４４がその共通電極に接続される。このように構成することで、ダミーロード４４を個別に設ける場合に比べて、超音波探触子２１ａ，２１ｂ外へ出る配線数を、並列素子数であるＮ分の１に削減することができる。

また好ましくは、ダミーロード４４を同軸ケーブル２５ａ，２５ｂ内に設けるにあたって、該ダミーロード４４を、前記ダミー配線４５ａ，４５ｂ；４５の分布抵抗で実現することで、特別に抵抗などのインピーダンス素子を設けることなく、前記ダミーロード４４を実現することができる。同軸ケーブル２５ａ，２５ｂは、配線長が決まれば、所望とするダミーロード４４の抵抗値から、前記分布抵抗の抵抗値を設計することは容易である。その場合、前記ダミーロード４４として用いる前記ダミー配線４５ａ，４５ｂ；４５の分布抵抗を、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂの外層側のシールド網線で実現することで、放熱性を向上することができる。

［実施の形態２］
図６および図７は、前記超音波画像診断装置２２として用いられる本発明の実施の他の形態に係る超音波画像診断装置５２ａ，５２ｂの具体的構成を説明するためのブロック図である。これらの超音波画像診断装置５２ａ，５２ｂは、前述の図３および図４で示す超音波画像診断装置２２ａ，２２ｂにそれぞれ類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、これらの超音波画像診断装置５２ａ，５２ｂでは、前記ダミーロード４４が、参照符号４４ａ，４４ｂで示すように、超音波画像診断装置本体５３ａ，５３ｂ内にも分散して設けられることである。したがって、同軸ケーブル５５ａ，５５ｂ内で、前記ダミー配線４５ａ，４５ｂ；４５は終端となっておらず、超音波画像診断装置本体５３ａ，５３ｂと接続される。

このようにダミーロード４４ａ，４４ｂを分散配置することで、特に超音波画像診断装置本体５３ａ，５３ｂ内に設けられるダミーロード４４ｂには、適宜ファンなどを設けて冷却することもでき、放熱の容量を増加することができる。

［実施の形態３］
図８は、本発明の実施のさらに他の形態に係る超音波探触子６１の具体的構成を説明するためのブロック図である。この超音波探触子６１は、前述の図３で示す超音波探触子２１ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この超音波探触子６１では、パルサ６２内に、受信時に前記圧電素子３３の他方端を前記スイッチ素子３５，３６から切離す第１のスイッチ素子６３が設けられるとともに、受信時に前記圧電素子３３の一方端を該超音波探触子内のＧＮＤ５に接続（短絡）する第２のスイッチ素子６５が設けられることである。また、送信時に受信側の構成を前記圧電素子３３から切離すスイッチ素子６４も設けられている。

したがって、受信時に、第１のスイッチ素子６３によって、前記スイッチ素子３５，３６からトランスデューサ（圧電素子３３）およびダミーロード４４；４４ａ，４４ｂに至る充放電経路を切離すことで、トランスデューサ（圧電素子３３）での受信信号を高感度に受信することができる。また、前記受信時に、第２のスイッチ素子６５によって、トランスデューサ（圧電素子３３）の共通電極を、該トランスデューサ（圧電素子３３）の近傍で接地（ＧＮＤ５）することで、ダミーロード４４；４４ａ，４４ｂをバイパスし、前記充放電経路に存在するノイズの影響を遮断でき、超音波画像診断装置本体２３；５３ａ，５３ｂに伝送する受信信号のＳＮ比を向上することができる。

ここで、特公平６−９６００９号公報には、受信回路内で発熱する部品（ホロワ回路のエミッタ抵抗）を本体側に設けることで、探触子側の発熱を抑える方法が示されているが、この先行技術は、元来設けられる部品の配置を見直したものであり、本願発明は、わざわざ別途にダミーロード４４；４４ａ，４４ｂを設けるようにしたものであり、両者は全く異なるものである。また、この先行技術は、受信回路で、発熱する部品を本体内に設けているのに対して、本願発明は、送信回路で、先ずダミーロード４４；４４ａを同軸ケーブル２５ａ，２５ｂ；５５ａ，５５ｂ内に設けている。

本発明の実施の一形態に係る超音波画像診断装置の外観構成を示す図である。 前記超音波画像診断装置の一構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の一形態に係る超音波画像診断装置の具体的構成を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の一形態に係る超音波画像診断装置の具体的構成を説明するためのブロック図である。 トランスデューサにおける圧電素子の回路図である。 本発明の実施の他の形態に係る超音波画像診断装置の具体的構成を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の他の形態に係る超音波画像診断装置の具体的構成を説明するためのブロック図である。 本発明の実施のさらに他の形態に係る超音波探触子の具体的構成を説明するためのブロック図である。 従来技術の超音波探触子の構成を説明するためのブロック図である。 超音波探触子の動作を説明するための波形図である。 １素子分の圧電素子の等価回路図である。 図１０で示す超音波探触子の圧電素子における充放電電流の電流経路図である。

符号の説明

２１；２１ａ，２１ｂ；６１ 超音波探触子
２２；２２ａ，２２ｂ；５２ａ，５２ｂ 超音波画像診断装置
２３；２３ａ，２３ｂ；５３ａ，５３ｂ 超音波画像診断装置本体
２４ 表示部
２５ａ，２５ｂ；５５ａ，５５ｂ 同軸ケーブル
３１ ＭＰＵ
３２，６２ パルサ
３３；３３−１〜３３−Ｎ 圧電素子
３４ スイッチ駆動回路
３５，３６ スイッチ素子
３７ バッファ回路
３８ ビームフォーミング回路
３９ 遅延回路
４１ 信号処理回路
４２ 電源
４３ コンデンサ
４４；４４ａ，４４ｂ ダミーロード
４５；４５ａ，４５ｂ ダミー配線
４９ トランスデューサ
６３，６４，６５ スイッチ素子

Claims (5)

1. 超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続され、前記超音波探触子内に、被検体に対して超音波を送信する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えて構成される超音波画像診断装置において、
   前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部であって、前記超音波探触子の外部に引出されたダミー配線を備え、当該ダミー配線が前記充放電電流によって熱損失を発生するダミーロードを有し、
   前記圧電素子は、１次元または２次元アレイ状に複数配列され、
   前記ダミー配線は、複数の圧電素子に共通に設けられることを特徴とする超音波画像診断装置。
2. 超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続され、前記超音波探触子内に、被検体に対して超音波を送信する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えて構成される超音波画像診断装置において、
   前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部であって、前記超音波探触子の外部に引出されたダミー配線を備え、当該ダミー配線が前記充放電電流によって熱損失を発生するダミーロードを有し、
   前記ダミーロードは、前記ダミー配線の分布抵抗から成り、前記圧電素子への前記駆動信号となる駆動パルスを作成するスイッチ素子のＯＮ抵抗より大きく、かつ前記圧電素子の静電容量との時定数が前記駆動パルスのパルス幅よりも短い値となる抵抗値であることを特徴とする超音波画像診断装置。
3. 超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続され、前記超音波探触子内に、被検体に対して超音波を送信する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えて構成される超音波画像診断装置において、
   前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部であって、前記超音波探触子の外部に引出されたダミー配線を備え、当該ダミー配線が前記充放電電流によって熱損失を発生するダミーロードを有し、
   前記ダミーロードは、同軸ケーブルのシールド導体を含むことを特徴とする超音波画像診断装置。
4. 超音波探触子と超音波画像診断装置本体とがケーブルを介して接続され、前記超音波探触子内に、被検体に対して超音波を送信する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えて構成される超音波画像診断装置において、
   前記圧電素子の一方端とＧＮＤとを接続し、前記圧電素子に対する充放電電流の経路となる配線の一部であって、前記超音波探触子の外部に引出されたダミー配線を備え、当該ダミー配線が前記充放電電流によって熱損失を発生するダミーロードを有し、
   前記圧電素子は、被検体からの超音波の受信にも兼用され、
   当該受信時に、前記圧電素子の他方端を前記駆動回路から切離す第１のスイッチ素子および前記圧電素子の一方端を超音波探触子内のＧＮＤに接続する第２のスイッチ素子をさらに備えることを特徴とする超音波画像診断装置。
5. 前記ダミーロードは、前記駆動回路内の前記圧電素子の他方端への電流経路よりも大きい抵抗値を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。
   

Images