JP5718152B2

JP5718152B2 - Ultrasonic probe, ultrasonic diagnostic equipment

Info

Publication number: JP5718152B2
Application number: JP2011115302A
Authority: JP
Inventors: 徹矢崎; 浅房　勝徳; 勝徳浅房; 健二麻殖生
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: JP2012239773A

Description

本発明は、両極性駆動パルスに対応可能なインピーダンス変換回路を有する超音波探触子等に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic probe or the like having an impedance conversion circuit that can handle bipolar drive pulses.

超音波診断装置は、送受信部や表示部などから構成される装置本体と、内部に超音波振動子がアレイ状に配置されている超音波探触子とが、ケーブルを介して接続される構成となっている。装置本体から送信される送信電気信号（駆動パルス信号とも言われる。）は、超音波振動子において超音波信号へと変換され、外部へと放射される。放射される超音波信号は、外部媒体において反射し、超音波振動子において受信され、再び電気信号へと変換される。この受信電気信号は、ケーブルを介して装置本体へと伝達され、信号処理された後、表示部において超音波画像として表示される。 The ultrasonic diagnostic apparatus has a configuration in which an apparatus main body including a transmission / reception unit, a display unit, and the like and an ultrasonic probe in which ultrasonic transducers are arranged in an array are connected via a cable. It has become. A transmission electrical signal (also referred to as a drive pulse signal) transmitted from the apparatus main body is converted into an ultrasonic signal by an ultrasonic transducer and radiated to the outside. The emitted ultrasonic signal is reflected by the external medium, received by the ultrasonic transducer, and converted into an electric signal again. The received electrical signal is transmitted to the apparatus main body via a cable, subjected to signal processing, and then displayed as an ultrasonic image on the display unit.

このような超音波診断装置において、外部媒体からの受信信号は非常に微弱であり、インピーダンスが比較的高い超音波振動子は、接続されたケーブルや装置本体受信部とのインピーダンスとの不整合によって信号が減衰し、Ｓ／Ｎが悪化することがある。そこで、特許文献１や特許文献２には、超音波振動子とケーブルや装置本体受信部とのインピーダンスのマッチングを取り、Ｓ／Ｎを改善するために、超音波探触子内部にインピーダンス変換回路が配置される超音波診断装置が開示されている。
特許文献１や特許文献２に開示されている超音波診断装置では、超音波探触子内部の超音波振動子とケーブル間に、高入力インピーダンス、低出力インピーダンスという回路特性を持つインピーダンス変換回路を設けることによって、インピーダンスを制御し、ケーブルや装置本体受信部のインピーダン不整合を低減し、Ｓ／Ｎを改善している。 In such an ultrasonic diagnostic apparatus, a received signal from an external medium is very weak, and an ultrasonic transducer having a relatively high impedance is caused by mismatching with the impedance of a connected cable or apparatus main body reception unit. The signal may attenuate and the S / N may deteriorate. Therefore, in Patent Document 1 and Patent Document 2, impedance matching circuits are provided inside the ultrasonic probe in order to perform impedance matching between the ultrasonic transducer, the cable, and the apparatus main body reception unit and to improve S / N. An ultrasonic diagnostic apparatus in which is arranged is disclosed.
In the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, an impedance conversion circuit having circuit characteristics of high input impedance and low output impedance is provided between an ultrasonic transducer and a cable inside the ultrasonic probe. By providing the impedance, impedance is controlled, impedance mismatch of the cable and the apparatus main body receiving unit is reduced, and S / N is improved.

また、近年の超音波診断装置において、パルスインバージョン造影法やハーモニック造影法などの様々な造影法が用いられるようになり、超音波振動子を駆動するためのパルス信号も、両極性の駆動パルスが必要とされている。この両極性の駆動パルス信号は、信号振幅が数十〜百数十ボルトの電圧が必要となる。そのため、インピーダンス変換回路の内部トランジスタに過電流が流れると、送信電圧と過電流によって発生する電力消費によって、発熱や内部トランジスタの破損という問題を引き起こす。そこで、特許文献３には、過電流による発熱を低減し、両極性駆動パルスに対応可能なインピーダンス変換回路を備える超音波診断装置が開示されている。
特許文献３に開示されている超音波診断装置では、インピーダンス変換回路をトランジスタのエミッタホロワによって構成し、トランジスタのコレクタに定電流源を接続することによって、負極性駆動パルスが印加されるときに発生する過電流を抑制し、両極性の駆動パルスにも対応する。 In recent ultrasonic diagnostic apparatuses, various imaging methods such as pulse inversion imaging and harmonic imaging have been used, and the pulse signal for driving the ultrasonic transducer is also a bipolar drive pulse. Is needed. This bipolar drive pulse signal requires a voltage with a signal amplitude of several tens to several hundreds of volts. Therefore, when an overcurrent flows through the internal transistor of the impedance conversion circuit, the power consumption generated by the transmission voltage and the overcurrent causes problems such as heat generation and damage to the internal transistor. Therefore, Patent Document 3 discloses an ultrasonic diagnostic apparatus including an impedance conversion circuit that can reduce heat generation due to overcurrent and can handle bipolar drive pulses.
In the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Patent Document 3, the impedance conversion circuit is configured by an emitter follower of a transistor, and a constant current source is connected to the collector of the transistor, thereby generating a negative polarity driving pulse. Overcurrent is suppressed, and bipolar drive pulses are also supported.

特開昭６３-８４５３１号公報JP-A-63-84531 特開平１１-１６９３６６号公報JP-A-11-169366 特開２００４-５７５２４号公報JP 2004-57524 A

しかしながら、特許文献３に開示されている超音波診断装置は、超音波探触子の回路規模が大きくなるという課題がある。なぜならば、特許文献３の超音波診断装置では、トランジスタのコレクタに、比較的体積が大きい回路素子である定電流源を接続し、過電流を抑制していて、この定電流回路は各インピーダンス変換回路に対して独立に配置する必要があり、共通化することができないからである。さらに、インピーダンス変換回路は、全ての超音波振動子に対して１対１に配置されるため、超音波振動子がアレイ状に複数配置される超音波探触子においては、各インピーダンス変換回路に含まれる１つの回路素子の大きさの違いによって、超音波探触子全体の回路規模が大きく異なることになる。
超音波探触子の回路規模が大きくなり、超音波探触子の体積が大きくなるということは、超音波探触子が重くなり、操作性が低下するなどの問題が発生する。 However, the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Patent Document 3 has a problem that the circuit scale of the ultrasonic probe becomes large. This is because, in the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Patent Document 3, a constant current source, which is a circuit element having a relatively large volume, is connected to the collector of the transistor to suppress overcurrent. This is because they must be arranged independently of the circuit and cannot be shared. Furthermore, since the impedance conversion circuits are arranged one-to-one with respect to all ultrasonic transducers, in an ultrasonic probe in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in an array, each impedance conversion circuit The circuit scale of the entire ultrasonic probe differs greatly depending on the difference in size of one circuit element included.
When the circuit scale of the ultrasonic probe is increased and the volume of the ultrasonic probe is increased, there are problems that the ultrasonic probe becomes heavier and the operability is lowered.

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、回路規模を大幅に増加させることなく、両極性駆動パルスに対応可能なインピーダンス変換回路のトランジスタにおいて発生する過電流を抑制することが可能な超音波探触子等を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to avoid the occurrence of an excess in a transistor of an impedance conversion circuit that can handle bipolar drive pulses without greatly increasing the circuit scale. An ultrasonic probe or the like capable of suppressing current is provided.

前述した目的を達成するために第１の発明は、超音波振動子と、トランジスタのエミッタホロワを有する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と第１電源間に接続される第１ダイオードと、前記トランジスタのベースと前記超音波振動子の間には、駆動パルスに対して、前記超音波振動子に印加された駆動パルスを増幅するための共振回路と、を備えたことを特徴とする超音波探触子である。 In order to achieve the above-described object, a first invention includes an ultrasonic transducer, an impedance conversion circuit having an emitter follower of a transistor, a first diode connected between a collector of the transistor and a first power supply, and the transistor An ultrasonic probe comprising a resonance circuit for amplifying the drive pulse applied to the ultrasonic transducer with respect to the drive pulse, between the base of the ultrasonic transducer and the ultrasonic transducer. It is a tentacle.

第２の発明は、超音波探触子と、装置本体部と、前記超音波探触子と前記装置本体部とを電気的に接続するケーブルとを具備する超音波診断装置であって、前記超音波探触子は、超音波振動子と、トランジスタのエミッタホロワを有する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と第１電源間に接続される第１ダイオードと、前記トランジスタのベースと前記超音波振動子の間には、駆動パルスに対して、前記超音波振動子に印加された駆動パルスを増幅するための共振回路と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置である。 The second invention is an ultrasonic diagnostic apparatus comprising an ultrasonic probe, an apparatus main body, and a cable for electrically connecting the ultrasonic probe and the apparatus main body, The ultrasonic probe includes an ultrasonic transducer, an impedance conversion circuit having a transistor emitter follower, a first diode connected between the collector of the transistor and a first power source, a base of the transistor, and the ultrasonic vibration. The ultrasonic diagnostic apparatus includes a resonance circuit for amplifying the drive pulse applied to the ultrasonic transducer with respect to the drive pulse.

本発明により、回路規模を大幅に増加させることなく、両極性駆動パルスに対応可能なインピーダンス変換回路のトランジスタにおいて発生する過電流を抑制することが可能な超音波探触子等を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic probe or the like that can suppress an overcurrent generated in a transistor of an impedance conversion circuit that can handle bipolar drive pulses without significantly increasing the circuit scale. it can.

超音波診断装置の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus 第１実施形態の回路構成図の一例An example of a circuit configuration diagram of the first embodiment インピーダンス変換回路の正極性駆動パルス信号の信号経路Signal path of positive polarity drive pulse signal of impedance conversion circuit インピーダンス変換回路の負極性駆動パルス信号の信号経路Signal path of negative polarity drive pulse signal of impedance conversion circuit インピーダンス変換回路の受信信号の信号経路Signal path of received signal of impedance conversion circuit 第１実施形態の効果を示す図The figure which shows the effect of 1st Embodiment 第２実施形態の回路構成図の一例An example of a circuit configuration diagram of the second embodiment 第３実施形態の回路構成図の一例Example of circuit configuration diagram of third embodiment 第４実施形態の回路構成図の一例Example of circuit configuration diagram of fourth embodiment 第５実施形態の回路構成図の一例Example of circuit configuration diagram of fifth embodiment

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
最初に、図１を参照しながら、全ての実施形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to all the embodiments will be described with reference to FIG.

図１に示すように、超音波診断装置は、装置本体部２０５と超音波探触子２０１とがケーブル２０４により接続されて構成される。超音波探触子２０１は、超音波振動子２０２とインピーダンス変換回路２０３等を備える。装置本体部２０５は、信号発生部２０７、駆動パルス発生部２０６、受信回路部２０８、信号処理部２０９、信号表示部２１０等を備える。 As shown in FIG. 1, the ultrasonic diagnostic apparatus is configured by connecting an apparatus main body 205 and an ultrasonic probe 201 by a cable 204. The ultrasonic probe 201 includes an ultrasonic transducer 202, an impedance conversion circuit 203, and the like. The apparatus main body 205 includes a signal generation unit 207, a drive pulse generation unit 206, a reception circuit unit 208, a signal processing unit 209, a signal display unit 210, and the like.

超音波探触子２０１内部の超音波振動子２０２は、アレイ化して配列され、各超音波振動子２０２に対して、インピーダンス変換回路２０３が接続されている。つまり、インピーダンス変換回路２０３は、全ての超音波振動子２０２に対して１対１に配置される。また、インピーダンス変換回路２０３は、高入力インピーダンス、低出力インピーダンスという回路特性を持つ。 The ultrasonic transducers 202 inside the ultrasonic probe 201 are arranged in an array, and an impedance conversion circuit 203 is connected to each ultrasonic transducer 202. That is, the impedance conversion circuit 203 is arranged one-to-one with respect to all the ultrasonic transducers 202. The impedance conversion circuit 203 has circuit characteristics of high input impedance and low output impedance.

装置本体部２０５では、信号発生部２０７が診断モードに合わせて信号を生成し、駆動パルス発生部２０６が信号を増幅し、ケーブル２０４を介して超音波探触子２０１へと駆動パルスを送信する。送信された駆動パルスは、インピーダンス変換回路２０３を通過して、超音波振動子２０２へと伝達される。このとき、インピーダンス変換回路２０３は、駆動パルスを通過させるだけであり、いわゆるインピーダンス変換機能の役割を果たさない。 In the apparatus main body 205, the signal generator 207 generates a signal in accordance with the diagnostic mode, the drive pulse generator 206 amplifies the signal, and transmits the drive pulse to the ultrasonic probe 201 via the cable 204. . The transmitted drive pulse passes through the impedance conversion circuit 203 and is transmitted to the ultrasonic transducer 202. At this time, the impedance conversion circuit 203 only passes the drive pulse and does not play a role of a so-called impedance conversion function.

超音波振動子２０２へと伝達された駆動パルス信号は、超音波信号に変換され、被検体に放射される。被検体において反射された超音波信号は、超音波振動子２０２によって再び受信され、電気信号へと変換される。変換された電気信号は、インピーダンス変換回路２０３に入力される。このとき、インピーダンス変換回路２０３は、インピーダンス変換機能の役割を果たし、電気信号を低インピーダンスとして出力する。インピーダンス変換回路２０３から出力された電気信号は、ケーブル２０４を介して、装置本体部２０５の受信回路部２０８へと伝達される。 The drive pulse signal transmitted to the ultrasonic transducer 202 is converted into an ultrasonic signal and emitted to the subject. The ultrasonic signal reflected from the subject is received again by the ultrasonic transducer 202 and converted into an electric signal. The converted electrical signal is input to the impedance conversion circuit 203. At this time, the impedance conversion circuit 203 plays a role of an impedance conversion function, and outputs an electric signal as a low impedance. The electrical signal output from the impedance conversion circuit 203 is transmitted to the reception circuit unit 208 of the apparatus main body unit 205 via the cable 204.

受信回路部２０８は、受信信号をディジタル信号に変換し、信号処理部２０９に出力する。信号処理部２０９は、信号を処理し、超音波画像として画像表示部２１０に表示する。 The receiving circuit unit 208 converts the received signal into a digital signal and outputs it to the signal processing unit 209. The signal processing unit 209 processes the signal and displays it as an ultrasonic image on the image display unit 210.

＜第１実施形態＞
図２〜図６を参照しながら、第１実施形態について説明する。
図２には、第１実施形態のインピーダンス変換回路の内部回路を含む回路図を図示している。図２では、超音波振動子２０２を除いた超音波探触子２０１の点線内の回路素子が、インピーダンス変換回路の内部回路に相当する。 <First Embodiment>
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a circuit diagram including an internal circuit of the impedance conversion circuit of the first embodiment. In FIG. 2, the circuit elements within the dotted line of the ultrasound probe 201 excluding the ultrasound transducer 202 correspond to the internal circuit of the impedance conversion circuit.

インピーダンス変換回路としては、高耐圧トランジスタ１０２（高耐圧バイポーラトランジスタ）のエミッタホロワ形式を採用する。これは、本発明がパルスインバージョン造影法やハーモニック造影法などの造影法を用いることを前提としており、バイアス電圧が大きい両極性の駆動パルスを必要とするからである。尚、駆動パルスのバイアス電圧の信号振幅は数十〜百数十ボルトであるから、高耐圧トランジスタ１０２は、少なくとも百数十ボルトの電圧に耐え得る。 As the impedance conversion circuit, an emitter follower type of a high voltage transistor 102 (high voltage bipolar transistor) is employed. This is because the present invention is based on the premise that an imaging method such as a pulse inversion imaging method or a harmonic imaging method is used, and requires bipolar drive pulses with a large bias voltage. Since the signal amplitude of the bias voltage of the drive pulse is several tens to several tens of volts, the high voltage transistor 102 can withstand a voltage of at least a few tens of volts.

高耐圧トランジスタ１０２のベースには、バイアス電圧を決めるための抵抗１０３がグランドに接続される。高耐圧トランジスタ１０２のコレクタには、高耐圧ダイオード１０６が電源ＶＣＣとの間に接続される。高耐圧トランジスタ１０２のエミッタと電源ＶＥＥの間には、動作電流を決める抵抗１０５と、出力インピーダンスを調整するための抵抗１０４とが直列に接続される。ここで、電源ＶＣＣはプラスの低圧電源であり、電源ＶＥＥはマイナスの低圧電源である。 A resistor 103 for determining a bias voltage is connected to the ground at the base of the high voltage transistor 102. A high breakdown voltage diode 106 is connected between the collector of the high breakdown voltage transistor 102 and the power supply VCC. Between the emitter of the high voltage transistor 102 and the power source VEE, a resistor 105 for determining an operating current and a resistor 104 for adjusting the output impedance are connected in series. Here, the power supply VCC is a positive low-voltage power supply, and the power supply VEE is a negative low-voltage power supply.

また、高耐圧トランジスタ１０２のベースと超音波振動子２０２の間には、コイル１０７が接続される。超音波振動子２０２と抵抗１０５の間には、ダイオード１０８ａ、１０９ａが直列に接続され、ダイオード１０８ａ、１０９ａと並列に向きの異なるダイオード１０８ｂ、１０９ｂが直列に接続される。ダイオード１０８ａと１０９ａの間、及び、１０８ｂと１０９ｂの間がコンデンサ１１０を介して接続される。そして、高耐圧トランジスタ１０２のベース、及び、ダイオード１０８ａと１０９ａの間が接続されている。 A coil 107 is connected between the base of the high voltage transistor 102 and the ultrasonic transducer 202. Between the ultrasonic transducer 202 and the resistor 105, diodes 108a and 109a are connected in series, and diodes 108b and 109b having different directions are connected in series with the diodes 108a and 109a. The diodes 108a and 109a and 108b and 109b are connected via a capacitor 110. The base of the high voltage transistor 102 and the diodes 108a and 109a are connected.

図３〜図５には、超音波診断装置の動作を説明する為に、正極性駆動パルス信号及び負極性駆動パルス信号の送信時、並びに信号の受信時の信号経路について図示されている。いずれも、太線として図示されている経路が、各信号経路である。 3 to 5 illustrate signal paths at the time of transmission of positive polarity drive pulse signals and negative polarity drive pulse signals and at the time of reception of signals in order to explain the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus. In both cases, the paths shown as bold lines are the signal paths.

最初に、正極性駆動パルス信号の送信時の動作について説明する。図３に示すように、装置本体部２０５から正極性駆動パルス信号が送信されると、ケーブル２０４を介して超音波振動子２０２に印加される。正極性駆動パルス信号はダイオード１０９ａを通過し、ダイオード１０８ａおよび並列に接続されたコイル１０７を通過して、超音波振動子２０２に印加される。このとき、電源ＶＣＣはプラス数ボルト程度となるため、高耐圧ダイオード１０６には逆バイアスが印加され、オフ状態になる。そのため、高耐圧トランジスタ１０２も電源から切り離され、オフ状態となる。また、高耐圧トランジスタ１０２のベースとエミッタ間には、逆バイアスが印加されるが、ダイオード１０９ａによって０．７ボルト程度に制限されるため、回路素子が破壊されるようなことはない。 Initially, the operation | movement at the time of transmission of a positive polarity drive pulse signal is demonstrated. As shown in FIG. 3, when a positive drive pulse signal is transmitted from the apparatus main body 205, it is applied to the ultrasonic transducer 202 via the cable 204. The positive drive pulse signal passes through the diode 109a, passes through the diode 108a and the coil 107 connected in parallel, and is applied to the ultrasonic transducer 202. At this time, since the power supply VCC is about plus several volts, a reverse bias is applied to the high breakdown voltage diode 106 and the power supply VCC is turned off. Therefore, the high voltage transistor 102 is also disconnected from the power source and is turned off. Further, although a reverse bias is applied between the base and emitter of the high voltage transistor 102, the circuit element is not destroyed because it is limited to about 0.7 volts by the diode 109a.

次に、負極性駆動パルス信号の送信時の動作について説明する。図４に示すように、装置本体部２０５から負極性駆動パルス信号が送信されると、ケーブル２０４を介して超音波振動子２０２に印加される。このとき、超音波振動子２０２からダイオード１０８ｂ、１０９ｂを通過して電荷が放電されるため、ダイオード１０９ｂと抵抗１０４の接続点（Ａ）は、超音波振動子２０２から１．４ボルト程度低い電位となる。一方、高耐圧トランジスタ１０２のベースには、コイル１０７を介して、超音波振動子からの電荷が流れ込むことになるが、コイル１０７とコンデンサ１１０が共振回路となり、駆動パルス信号を増幅する。つまり、この共振回路によって、超音波振動子２０２の電位より高耐圧トランジスタ１０２のベース電位を低くさせることができる。 Next, the operation at the time of transmitting the negative drive pulse signal will be described. As shown in FIG. 4, when a negative drive pulse signal is transmitted from the apparatus main body 205, it is applied to the ultrasonic transducer 202 via the cable 204. At this time, since the electric charges are discharged from the ultrasonic vibrator 202 through the diodes 108b and 109b, the connection point (A) between the diode 109b and the resistor 104 has a potential about 1.4 volts lower than the ultrasonic vibrator 202. It becomes. On the other hand, the electric charge from the ultrasonic vibrator flows into the base of the high breakdown voltage transistor 102 via the coil 107, but the coil 107 and the capacitor 110 serve as a resonance circuit to amplify the drive pulse signal. In other words, the base potential of the high voltage transistor 102 can be made lower than the potential of the ultrasonic transducer 202 by this resonance circuit.

そして、負極性駆動パルス信号によって高耐圧トランジスタ１０２において発生する過電流は、高耐圧トランジスタ１０２のベースと接続点（Ａ）の間の電位差に基づいて決まる。前述した通り、接続点（Ａ）は超音波振動子２０２から１．４ボルト程度低い電位となり、かつ超音波振動子２０２の電位より高耐圧トランジスタ１０２のベース電位も低くさせることができるので、高耐圧トランジスタ１０２のベースと接続点（Ａ）の間の電位差が小さくなる。従って、第１実施形態のインピーダンス変換回路では、負極性パルス信号の送信時に、高耐圧トランジスタ１０２において発生する過電流を抑制することが可能となる。 The overcurrent generated in the high breakdown voltage transistor 102 by the negative polarity drive pulse signal is determined based on the potential difference between the base of the high breakdown voltage transistor 102 and the connection point (A). As described above, the connection point (A) has a potential lower than the ultrasonic transducer 202 by about 1.4 volts, and the base potential of the high voltage transistor 102 can be made lower than the potential of the ultrasonic transducer 202. The potential difference between the base of the withstand voltage transistor 102 and the connection point (A) is reduced. Therefore, in the impedance conversion circuit of the first embodiment, it is possible to suppress an overcurrent generated in the high voltage transistor 102 during transmission of the negative pulse signal.

次に、被検体からの信号の受信時の動作について説明する。図５に示すように、被検体において反射された受信信号は、超音波振動子２０２によって再び受信され、インピーダンス変換回路に入力される。受信信号は数マイクロ〜数十ミリボルトと微弱であるため、ダイオード１０８ａ、１０９ａ、１０８ｂ、１０９ｂはオフ状態である。そのため、コンデンサ１１０及びコイル１０７は、共振回路として機能しない。 Next, the operation at the time of receiving a signal from the subject will be described. As shown in FIG. 5, the reception signal reflected by the subject is received again by the ultrasonic transducer 202 and input to the impedance conversion circuit. Since the received signal is as weak as several micro to several tens of millivolts, the diodes 108a, 109a, 108b, and 109b are in an off state. For this reason, the capacitor 110 and the coil 107 do not function as a resonance circuit.

そして、受信信号は、コイル１０７を介して、高入力インピーダンスを有する高耐圧トランジスタ１０２によって構成されるエミッタホロワに入力され、高耐圧トランジスタ１０２のエミッタ抵抗とインピーダンス調整用の抵抗１０４に基づいて決まるインピーダンスによって制御されて出力される。つまり、インピーダンス変換機能の役割を果たす。 The received signal is input to the emitter follower constituted by the high breakdown voltage transistor 102 having a high input impedance via the coil 107, and depends on the impedance determined based on the emitter resistance of the high breakdown voltage transistor 102 and the impedance adjusting resistor 104. Controlled and output. That is, it plays a role of impedance conversion function.

このとき、高耐圧トランジスタ１０２のベースに直列に接続されたコイル１０７は、超音波振動子２０２の容量との共振により、生体内において減衰した高周波成分を復元する役割を果たす。これによって、広い帯域幅のまま、受信信号を装置本体部２０５に送信することが可能となり、超音波画像の画質が向上する。 At this time, the coil 107 connected in series to the base of the high breakdown voltage transistor 102 plays a role of restoring a high-frequency component attenuated in the living body due to resonance with the capacitance of the ultrasonic transducer 202. As a result, it is possible to transmit the reception signal to the apparatus main body 205 with a wide bandwidth, and the image quality of the ultrasonic image is improved.

図６には、実施例１と公知例の比較を示している。図６は、両極性駆動パルスの電圧振幅［Ｖ（ボルト）］を横軸とし、過電流によって消費される電力量（消費電力）［ｍＷ（ミリワット）］を縦軸としたグラフである。公知例は、特許文献１（特開昭６３-８４５３１号公報）に開示されたインピーダンス変換回路を回路シミュレータによって解析した結果である。実施例１は、第１実施形態のインピーダンス変換回路を回路シミュレータによって解析した結果である。 FIG. 6 shows a comparison between Example 1 and a known example. FIG. 6 is a graph with the horizontal axis representing the voltage amplitude [V (volt)] of the bipolar drive pulse and the vertical axis representing the amount of power (power consumption) [mW (milliwatt)] consumed by the overcurrent. A known example is the result of analyzing the impedance conversion circuit disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-84531) with a circuit simulator. Example 1 is a result of analyzing the impedance conversion circuit of the first embodiment by a circuit simulator.

使用部品およびインピーダンス変換器の性能は同一の条件として、送信時間と受信時間の比は１／２５の場合の過渡解析を行った。 Transient analysis was performed when the performance of the parts used and the impedance converter were the same, and the ratio of transmission time to reception time was 1/25.

図６を見れば、実施例１（第１実施形態のインピーダンス変換回路）の消費電力は、公知例１（特許文献１のインピーダンス変換回路）の消費電力と比較して、大幅に低減されていることが分かる。 If FIG. 6 is seen, the power consumption of Example 1 (impedance conversion circuit of 1st Embodiment) will be reduced significantly compared with the power consumption of the well-known example 1 (impedance conversion circuit of patent document 1). I understand that.

以上、第１実施形態の超音波探触子２０１は、両極性駆動パルスに対応可能なインピーダンス変換回路２０３の高耐圧トランジスタ１０２において発生する過電流を抑制することが可能である。また、第１実施形態のインピーダンス変換回路２０３は、比較的体積が小さい回路素子であるコイル１０７とコンデンサ１１０から構成される共振回路によって過電流を抑制しているので、超音波探触子２０１全体の回路規模を大幅に増加させることもない。 As described above, the ultrasonic probe 201 according to the first embodiment can suppress the overcurrent generated in the high voltage transistor 102 of the impedance conversion circuit 203 capable of handling the bipolar drive pulse. Further, since the impedance conversion circuit 203 of the first embodiment suppresses overcurrent by a resonance circuit composed of the coil 107 and the capacitor 110 which are circuit elements having a relatively small volume, the ultrasonic probe 201 as a whole. This does not significantly increase the circuit scale.

＜第２実施形態＞
図７を参照しながら、第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。 Second Embodiment
The second embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図７に示すように、第２実施形態では、第１実施形態における動作電流を設定するための抵抗１０５と電源ＶＥＥの間に、高耐圧ダイオード１１１が接続されている。 As shown in FIG. 7, in the second embodiment, a high breakdown voltage diode 111 is connected between the resistor 105 for setting the operating current in the first embodiment and the power supply VEE.

負極性駆動パルス信号が送信されると、電源ＶＥＥは、マイナス数ボルト程度となるために、高耐圧ダイオード１１１には逆バイアスが印加され、オフ状態となり、抵抗１０５には電流が流れなくなる。そのため、抵抗１０５での発熱を低減することができる。 When the negative drive pulse signal is transmitted, the power source VEE becomes about minus several volts, so that a reverse bias is applied to the high voltage diode 111 and the power source VEE is turned off, and no current flows through the resistor 105. Therefore, heat generation at the resistor 105 can be reduced.

以上、第２実施形態の超音波探触子２０１は、第１実施形態の超音波探触子２０１と同様の効果がある。更に、抵抗１０５と電源ＶＥＥの間に高耐圧ダイオード１１１が接続されているので、更に発熱を抑えることが可能となる。 As described above, the ultrasonic probe 201 of the second embodiment has the same effect as the ultrasonic probe 201 of the first embodiment. Furthermore, since the high voltage diode 111 is connected between the resistor 105 and the power source VEE, it is possible to further suppress heat generation.

＜第３実施形態＞
図８を参照しながら、第３実施形態について説明する。以下、第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。 <Third Embodiment>
The third embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same components as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図８に示すように、第３実施形態では、第２実施形態における出力インピーダンスを調整するための抵抗１０４（図７参照）が、可変型抵抗器１１２となっている。 As shown in FIG. 8, in the third embodiment, the resistor 104 (see FIG. 7) for adjusting the output impedance in the second embodiment is a variable resistor 112.

超音波探触子２０１は、コネクタによってケーブル２０４と接続することも可能であり、ケーブル２０４と装置本体部２０５を変えずに、超音波探触子２０１のみ交換可能に構成することができる。また、ケーブル２０４のインピーダンスは、超音波探触子２０１ごとに異なることが多い。そこで、出力インピーダンスを制御する抵抗１０４を可変型抵抗器１１２にすることによって、超音波探触子２０１を交換し、ケーブル２０４のインピーダンスが変化しても、容易に出力インピーダンスの調整が可能となり、インピーダンス整合を保つことができる。 The ultrasonic probe 201 can also be connected to the cable 204 with a connector, and the ultrasonic probe 201 can be replaced without changing the cable 204 and the apparatus main body 205. In addition, the impedance of the cable 204 is often different for each ultrasonic probe 201. Therefore, by changing the resistor 104 for controlling the output impedance to the variable resistor 112, the output impedance can be easily adjusted even if the impedance of the cable 204 is changed by replacing the ultrasonic probe 201. Impedance matching can be maintained.

以上、第３実施形態の超音波探触子２０１は、第２実施形態の超音波探触子２０１と同様の効果がある。更に、ケーブル２０４のインピーダンスが変化しても、容易に出力インピーダンスの調整が可能となり、インピーダンス整合を保つことができる。 As described above, the ultrasonic probe 201 according to the third embodiment has the same effects as the ultrasonic probe 201 according to the second embodiment. Furthermore, even when the impedance of the cable 204 changes, the output impedance can be easily adjusted, and impedance matching can be maintained.

＜第４実施形態＞
図９を参照しながら、第４実施形態について説明する。以下、第３実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。 <Fourth embodiment>
The fourth embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same components as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図９に示すように、第４実施形態では、第３実施形態における動作電流を決定する抵抗１０５（図８参照）と発熱を低減する高耐圧ダイオード１１１（図８参照）が、ケーブル２０４を介して装置本体２０５側に配置されている。 As shown in FIG. 9, in the fourth embodiment, the resistor 105 (see FIG. 8) that determines the operating current in the third embodiment and the high-breakdown-voltage diode 111 (see FIG. 8) that reduces heat generation are connected via the cable 204. Are arranged on the apparatus main body 205 side.

抵抗１０５と高耐圧ダイオード１１１を、装置本体２０５側に配置することによって、超音波探触子２０１側において発生する発熱を低減できるとともに、超音波探触子２０１の回路規模が小さくなり、更なる小型化が可能となる。また、ケーブル２０４を介して、装置本体２０５側から超音波探触子２０１に供給していた電源ＶＥＥが必要なくなるため、ケーブル２０４内の配線本数を削減することができ、ケーブルの軽量化も可能となる。 By disposing the resistor 105 and the high-breakdown-voltage diode 111 on the apparatus main body 205 side, the heat generated on the ultrasonic probe 201 side can be reduced, and the circuit scale of the ultrasonic probe 201 is further reduced. Miniaturization is possible. In addition, since the power supply VEE supplied to the ultrasonic probe 201 from the apparatus main body 205 side via the cable 204 is not necessary, the number of wires in the cable 204 can be reduced, and the weight of the cable can be reduced. It becomes.

以上、第４実施形態の超音波診断装置は、第３実施形態の超音波診断装置と同様の効果がある。更に、超音波探触子２０１側の発熱を低減できるとともに、超音波探触子２０１の更なる小型化及びケーブルの軽量化も可能となる。 As described above, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the fourth embodiment has the same effects as the ultrasonic diagnostic apparatus according to the third embodiment. Furthermore, the heat generation on the ultrasonic probe 201 side can be reduced, and the ultrasonic probe 201 can be further reduced in size and the weight of the cable can be reduced.

＜第５実施形態＞
図１０を参照しながら、第５実施形態のインピーダンス変換回路について説明する。以下、第４実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。 <Fifth Embodiment>
The impedance conversion circuit according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１０に示すように、第５実施形態では、第４実施形態におけるケーブル２０４と装置本体２０５内に配置された動作電流を決定する抵抗１０５の間に、制御スイッチ２１１が接続されている。 As shown in FIG. 10, in the fifth embodiment, a control switch 211 is connected between the cable 204 in the fourth embodiment and a resistor 105 that determines an operating current disposed in the apparatus main body 205.

超音波探触子２０１には超音波振動子２０２がアレイ状に配置されているが、一般的に、同時に全ての超音波振動子２０２を動作させることは少ない。そのため、制御スイッチ２１１を設けて、動作していない超音波振動子２０２に接続されるインピーダンス変換回路２０３の制御スイッチ２１１をオフとすることによって、動作していない超音波振動子２０２に接続されるインピーダンス変換回路２０３には電流が流れなくなり、超音波探触子２０１の発熱を抑制することが可能となる。 Although the ultrasonic transducers 202 are arranged in an array on the ultrasonic probe 201, in general, it is rare that all the ultrasonic transducers 202 are operated simultaneously. Therefore, by providing the control switch 211 and turning off the control switch 211 of the impedance conversion circuit 203 connected to the ultrasonic transducer 202 that is not operating, the control switch 211 is connected to the ultrasonic transducer 202 that is not operating. No current flows through the impedance conversion circuit 203, and the heat generation of the ultrasonic probe 201 can be suppressed.

以上、第５実施形態の超音波診断装置は、第４実施形態の超音波診断装置と同様の効果がある。更に、動作していない超音波振動子２０２に接続されるインピーダンス変換回路２０３に電流が流れないようにして、超音波探触子２０１の発熱を抑制することが可能となる。 As described above, the ultrasonic diagnostic apparatus of the fifth embodiment has the same effects as the ultrasonic diagnostic apparatus of the fourth embodiment. Furthermore, it is possible to suppress the heat generation of the ultrasonic probe 201 by preventing current from flowing through the impedance conversion circuit 203 connected to the ultrasonic transducer 202 that is not operating.

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波探触子等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。たとえば、本例では二電源の例で示したが、電位の関係が同様であれば、単一電源でも実現可能である。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the ultrasonic probe and the like according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. For example, although an example of two power supplies is shown in the present example, a single power supply can be realized as long as the potential relationship is the same. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. Understood.

１０２………高耐圧トランジスタ
１０３、１０４、１０５………抵抗
１０６、１１１………高耐圧ダイオード
１０７………コイル
１０８ａ、１０８ｂ、１０９ａ、１０９ｂ………ダイオード
１１０………コンデンサ
１１２………可変抵抗
２０１………超音波探触子
２０２………超音波振動子
２０３………インピーダンス変換回路
２０４………ケーブル
２０５………装置本体
２０６………駆動パルス発生部
２０７………信号生成部
２０８………受信回路
２０９………信号処理部
２１０………画像表示部
２１１………制御スイッチ 102... High voltage transistor 103, 104, 105... Resistor 106, 111... High voltage diode 107... Coil 108 a, 108 b, 109 a, 109 b. Variable resistance 201 ......... Ultrasonic probe 202 ......... Ultrasonic transducer 203 ......... Impedance conversion circuit 204 ......... Cable 205 ......... Main body 206 ......... Drive pulse generator 207 ......... Signal Generation unit 208... Receiving circuit 209... Signal processing unit 210... Image display unit 211.

Claims

An ultrasonic transducer,
An impedance conversion circuit having a transistor emitter follower;
A first diode connected between the collector of the transistor and a first power source;
Between the base of the transistor and the ultrasonic transducer, a resonance circuit for amplifying the drive pulse applied to the ultrasonic transducer with respect to the drive pulse;
An ultrasonic probe characterized by comprising:

2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a first element for adjusting an output impedance and a second element for determining an operating current are connected to the emitter of the transistor.

Between the ultrasonic transducer and the second element, a second diode and a third diode for allowing a positive drive pulse to pass therethrough, and a fourth diode and a fifth diode for allowing a negative drive pulse to pass therethrough. Is connected,
A coil is connected between the base of the high voltage transistor and the ultrasonic transducer,
A capacitor is connected between the second diode and the third diode and between the fourth diode and the fifth diode,
A base of the transistor is connected between the second diode and the third diode,
The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the coil and the capacitor serve as the resonance circuit.

The ultrasonic probe according to claim 3, wherein a sixth diode is connected between the second element and the second power source.

The ultrasonic probe according to claim 3, wherein the first element is a variable resistor.

An ultrasonic diagnostic apparatus comprising an ultrasonic probe, a device main body, and a cable for electrically connecting the ultrasonic probe and the device main body,
The ultrasonic probe is
An ultrasonic transducer,
An impedance conversion circuit having a transistor emitter follower;
A first diode connected between the collector of the transistor and a first power source;
Between the base of the transistor and the ultrasonic transducer, a resonance circuit for amplifying the drive pulse applied to the ultrasonic transducer with respect to the drive pulse;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:

A first element for adjusting an output impedance is connected to the emitter of the transistor,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6, wherein a second element that determines an operating current is disposed in the apparatus main body.

Between the ultrasonic transducer and the second element, a second diode and a third diode for allowing a positive drive pulse to pass therethrough, and a fourth diode and a fifth diode for allowing a negative drive pulse to pass therethrough. Is connected,
A coil is connected between the base of the high voltage transistor and the ultrasonic transducer,
A capacitor is connected between the second diode and the third diode and between the fourth diode and the fifth diode,
A base of the transistor is connected between the second diode and the third diode,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 7, wherein the coil and the capacitor serve as the resonance circuit.

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 8, wherein a control switch is connected between the cable and the second element.