JPH01160535A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は被検体に向って送波された超音波の被検体より
の反射波に基づく受信信号を処理することにより、被検
体の診断に供する超音波診断装置に関する。

（従来の技術） 従来の超音波診断装置の主要部の回路図とその等価回路
図とを第３図＜ａ＞、＜ｂ＞にそれぞれ示す。

同図（ａ）に示すような超音波診断装置においては、超
音波の送受波を行う振動子１ａを有する超音波プローブ
１と、この超音波プローブ１の振動子１ａに印加される
送信信号（駆動パルスあるいは励振パルスとも称される
）を発生すると共に、振動子１ａからの受信信号（受信
エコー）を処理する送受信回路２とが、ケーブル（導電
線）３によって接続されている。尚、図中４は駆動パル
スを発生するバルサ、５は受信回路である。

ところで、受信状態時における振動子１ａは、超音波の
反射波を受波して電気信号に変換する働きをするため、
本体装置側からすれば一種の信号源と見ることができる
。電圧伝達経路における一般的原則からすれば信号損失
の見地より信号源側の出力インピーダンスは低い程よい
が、振動子１ａの出力インピーダンスは割合に高く、ま
た、途中の導電線３や送受信回路２におけるインピーダ
ンス、特に並列静電容置により受信信号が減衰する傾向
にある。この減衰は前記信号源側のインピーダンスと受
信側のインピーダンスとの比に左右される。

ここで、第３図（ｂ）に示すように、信号源の電圧をＶ
ｌ、Ｃ＝Ｃｐ　／ＣＣ／ＣＴＲとし、かつ、インダクタ
ンスＬが無いと仮定した場合の受信信号の電圧ｖ２の値
は、 ・・・■ で表され、上記０式からＣ１ωの値が大きい程受信信号
の電圧■２の値は小さくなることが解る。

ここで、前記Ｃｐは超音波プローブ１の静電容量成分、
Ｃｃはケーブル（導電線）３の静電容量成分、ＣＴＲは
本体装置側の静電容量成分、ＲＰは超音波プローブ１の
抵抗成分、ＲＴＲは本体装置側の抵抗成分を示す。

従って、この傾向は装置の高周波数化により更に顕著な
悪影響を与えることになる。

そこで従来、受信信号の減衰を改善するために次のよう
な方策が試みられている。すなわち、（１）導電線や送
受信回路の静電容量Ｃと、振動子の中心周波数ｆｏ＝１
／（２πＥ「σ）付近で並列共振させる場合のインダク
タンスしとを並列接続し、その周波数付近での減衰を無
くす方法、（′２Ｊ振動子と導電路との間にインピーダ
ンス変換器を設け、振動子から導電線と送受信回路側を
考慮したインピーダンスを高くしてその減衰を減少させ
る方法、（３）導電路や送受信回路の静電容ｉを減らす
方法、（４）振動子のインピーダンスを減らす方法等で
ある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記いづれの方法においても次のような
各問題点を有している。

前記（４）に示す方法は振動子の物理的サイズと素子材
料で決定されるので、任意にこれらを制御することがで
きない。上記（３）の場合には、多チャンネル化、高機
能化による送受信回路の複雑化及びこれに伴う高密度化
により静電容量が大きくなることはあっても減らずのは
困難である。上記（２）の場合には、新に開発する超音
波プローブには有効であるがその形状が大きくなり、さ
らに既存の超音波プローブには適用できない。上記（１
）の場合には、静電容量の決まった装置に用いる場合に
は有効ではあるが、静電容量の異なる他の装置にはイン
ダクタンスＬの値を変更する必要が生じて共通に使用で
きない。さらに、チャンネル毎にその静電容量値が異な
る場合等は不都合が生じる。特に静電容量が大きくなる
場合にはインダクタンスＬの値を小さくする必要を生じ
るが、この場合にはＱ値（尖鋭度）が大きくなって周波
数帯域が小さくなる。この結果、充分な信号を得ること
ができない等の種々の問題点を有していた。

そこで本発明は上記各問題点を解決し、超音波プローブ
から受信される信号の減衰を改善するとともに、すでに
用いられている超音波プローブを改造することなく共用
できる超音波診断装置の提供を目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するための本発明の構成は、超音波の
送受波を行う振動子と接続コネクタを設けた導電線とを
有する超音波プローブを介して、この超音波プローブに
駆動信号を送信するとともに、送波した超音波に基づく
受信信号を受信する送受信回路を本体装置内に備えた超
音波診断装置において、振動子の励振に供される送信信
号を低損失で通過させる送信信号通過手段と、振動子か
らの受信信号を高インピーダンスで取り込み、取り込ん
だ受信信号を低インピーダンスで出力するインピーダン
ス変換手段とを、前記導電線から送受信回路に至る経路
上に設けたものとしている。

（作　用） 上記構成を備えた本発明の作用は、超音波プローブの振
動子の励振に供される送信信号を低損失で通過させると
ともに、該振動子からの受信信号を高インピーダンスで
取り込み、取り込んだ受信信号を送受信回路に低インピ
ーダンスで出力すようにしている。

（実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図（ａ＞、（ｂ）は本発明の一実施例たる超音波診
断装置の主要部を示すそれぞれブロック図１回路図であ
り、１ａは前述した超音波プローブ１におる振動子、３
は一端を振動子１ａに接続され他端に後述する中継コネ
クタ１１との接続コネクタ３ａを設けたケーブル（導電
線）、１１は高電圧リミッタ６、インピーダンス変換手
段７及び送信信号通過手段たる送信パルス通過回路８を
内蔵した中継コネクタ、９は受信回路５及びパルサ４を
含む送受信回路１５を設けた本体装置である。尚、中継
コネクタ１１に設けられた接続コネクタ１１ａ、１１ｂ
のうち、１１ａは超音波プローブ側の接続コネクタ３ａ
と接続可能な接続コネクタ、１１ｂは本体装置側の接続
コネクタ９ａと接続可能な接続コネクタである。従って
、この中継コネクタ１１を介して超音波プローブ１と本
体装置９とが接続されるようにしている。また、この中
継コネクタ１１は超音波プローブ１側の接続コネクタ３
ａの規格と本体装置９側の接続コネクタ９ａの規格が一
致しない際に、その互換性を備えた変換コネクタとして
もよい。

ところで超音波プローブ１は複数の振動子１ａがアレイ
状に配列されて成るものであるが、第１図（ａ）、（ｂ
）においてはこのうちの１（［ｌｉｌのみを示している
。

前記高電圧リミッタ６は、一定レベル値以上の受信信号
をカットし、後段に接続されたインピーダンス変換手段
７に受信信号を送出するものである。

インピーダンス変換手段７は、振動子１ａから高電圧リ
ミッタ６を介して受信される受信信号を、高インピーダ
ンスで取り込み、取り込んだ受信信号を低インピーダン
スで出力する機能を有する。

前記送信信号通過手段たる送信信号通過回路８は、超音
波プローブ１における振動子１ａに対応して設けられた
ものであり、振動子１ａの励振に供される送信信号（駆
動パルス）を低損失で通過させる機能を有する。

第１図（ｂ）は同図（ａ）に示す各ブロックの回路図を
示す。

上述した機能を実現させるためには種々の回路構成が考
えられるが、本実施例においては高電圧リミッタ６はダ
イオードブリッジ回路１２及び抵抗ＲＡ、Ｒｅ、インピ
ーダンス変換回路７はトランジスタ１３．ダイオードＤ
Ｉ、抵抗ＲＥからなるエミッタフォロワ回路で構成され
、送信信号通過手段８はダイオードＤ２．Ｄ３．Ｄ４．
Ｄ５からそれぞれ構成されている。

すなわら上記構成では、振動子１ａよりの受信信号（受
信エコー）は高電圧リミッタ６をなすダイオードブリッ
ジ回路１２を介してトランジスタ１３のベースに伝達さ
れるようになっており、トランジスタ１３のエミッタ出
力はダイオードＤ１を介して本体装置９の送受信回路１
２に伝達されるようになっている。他方、送信信号はダ
イオードＤ２あるいはダイオードＤ３．Ｄ４．Ｄ５を介
して振動子１ａに印加されることになる。また、ダイオ
ードＤ１に接続された抵抗ＲＥはトランジスタ１３のエ
ミッタ電流を流すためのものである。

尚、前記本体装置９の構成については従来と同様である
ため、その詳細な説明を省略する。

以上の構成による実施例装置の作用、効果について説明
する。

〈送　信〉 本体装置９における送信回路、具体的にはパルサ４から
出力された駆動パルスは送信信号通過回路８をなすダイ
オードＤ２あるいはダイオードＤ３．Ｄ４．Ｄ５を介し
て振動子１ａに伝達される。この時、逆方向ダイオード
Ｄ１及びダイオードブリッジ１２がＯＦＦ状態となって
おり、インピーダンス変換回路７に駆動パルスは印加さ
れない。

これにより振動子１ａから超音波が送波される。

以上の送信動作において駆動パルスは正極性ならばダイ
オードＤ２を、負極性ならばダイオードＤ３．Ｄ４．Ｄ
５を順方向に通過して振動子１ａに印加されるため、駆
動パルス（送信信号）の損失は極めて少ない。

〈受　信〉 振動子１ａより送波された超音波の反射波は再び振動子
１ａにより受波され、この超音波受波による受信信号（
受信エコー）が高電圧リミッタ６゜インピーダンス変換
手段７に取り込まれる。すなわち、第１図（ｂ）におい
てダイオードブリッジ１２のバランスを調整した際に電
源電圧の正極側Ｖｃｃ＝＝−Ｖ圧（電源電圧の負極側）
とすると、図示Ａ点での電圧値ＶＡ、Ｂ点での電圧値Ｖ
ＢとＶｃｏ、ＶＥとの関係は、 ＶＡ　＝ＶＢ　＝　（Ｖ叩＋ＶＥ）／２＝Ｏボルト・・
・■ となる。従って、エミッタフォロワ回路の出力電圧ＶＥ
の値は、 ＶＥ　＝Ｖ＾−（ＶＢＥ−ＶＦ）師−１，４ボルト・・
・■ となる。

ここで、■８［はトランジスタ１３のペースエミッタ間
電圧値、ＶＦはダイオードＤ１の順方向降下電圧値を示
す。このことからダイオードＤ２は逆バイアスとなって
ＯＦＦ状態となる。

従って、駆動パルスが振動子１ａに印加されない期間に
おいては、トランジスタ１３はエミッタフォロワとして
動作し、取り込まれた受信信号に応じてエミッタ電流が
変化する。エミッタフォロワ（コレクタ接地）の特徴は
入力インピーダンスが高く（数十にΩ以上〉、出力イン
ピーダンスが低い（数〜数十Ω）ことである。尚、電圧
利得はほぼ１であるが電流利得が大きく、ベース・エミ
ッタ間は同相である。エミッタ電流の変化は抵抗ＲＥに
より電圧の変化に変換され、ケーブル３を介して本体装
置９に伝達される。低インピーダンスで伝達された受信
信号は本体装置９における送受信回路１５に取り込まれ
、信号処理回路（図示しない）における信号処理に供さ
れることになる。

信号処理は被検体の超音波像を形成する場合もあるが、
被検体の組織識別のための演算処理を行う場合もある。

以上の受信動作において、受信信号を低インピーダンス
で伝達するため、ケーブル３等の分布容量による悪影響
を受は難く、信号減衰（損失〉が極めて少ない。このた
め、高インピーダンスで受信信号を伝達する従来装置に
比べｔＳ／Ｎ比が向上する。また、本実施例では上述し
た各回路を中継コネクタ１１に内蔵させているので、特
定の装置に適合する共振タイプの超音波プローブを静電
容量の異なる他の装置に使用できることになる。

このことからすでに用いられている超音波プローブを何
ら改造等することなく有効に活用することができる。さ
らに、新規に回路設計を行う際にも超音波プローブ及び
送受信回路とのマツチングを考慮する必要がなく、設計
効率の向上を図ることができる。

尚、本発明は前記図示実施例に限定されず、その要旨の
範囲内で様々に変形実施が可能である。

上述した実施例ではインピーダンス変換手段。

高電圧リミッタ、送信信号通過手段は中ｗ、］ネクタ内
に設けたものを示したが、これに限らず第２図に示す構
成としたものであってもよい。尚、第２図において第１
図＜ａ）、（ｂ）で示すものと同等のものには同一の符
号を付してその説明を省略する。

第２図に示すインピーダンス変換手段７．高電圧リミッ
タ６、送信信号通過手段８かうなる回路１６は本体装置
９側の接続コネクタ９ａから送受信回路１５に至る経路
上に設けられているものである。この場合には超音波プ
ローブ１側の接続コネクタ３ａは本体装置９側の接続コ
ネクタ９ａに接続される。このような構成とした場合で
あっても前述した実施例と同様の効果を得ることができ
る。

ところで、上述した各インピーダンス変換手段。

高電圧リミッタ、送信信号通過手段は、ディスクリート
部品により構成したものでもよく、ＩＣ化したものでも
よい。特にＩＣ化した際には、これらを内蔵する中継コ
ネクタの小形化を図ることができる。また、負極性駆動
の場合はエミッタフォロワ回路をＰＮＰＩ−ランジスタ
にすればよい。さらに、正極性駆動、負極性駆動のいづ
れにおいてもＮＰＮ、ＰＮＰトランジスタをコンプリメ
ンタリ接続にすることにより対応することができる。

さらにまた、前記実施例では中継コネクタ内２本体装置
内に設けたものを説明したが、新たに開発する超音波プ
ローブ内に実装させるようにしても有効である。この場
合にも前記実施例と同様に超音波プローブ側の接続コネ
クタ内に上記各回路を内蔵させれば、該超音波プローブ
の大型化を回避することもできる。

尚、共振タイプではない超音波プローブであっても、回
路の静電容量の大きな装置に使用する際には受信信号の
減衰（損失）を最小値に押えることができるので、すで
に用いられている超音波プローブを有効に活用すること
ができる。

［発明の効果］ 以上詳述したような本発明によれば、超音波プローブか
ら受信、される信号の減衰を改善するとともに、すでに
用いられている足音波プローブを改造することな（共用
できる超音波診断装置の提供ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例たる超音波診
断装置の主要部のブロック図１回路図、第２図は本発明
の他の実施例たる超音波診断装置の主要部の回路図、第
３図（ａ＞、（ｂ）は従来の超音波診断装置の主要部の
それぞれブロック図。 等価回路図である。 １・・・超音波プローブ、　　１ａ・・・振動子、３・
・・導電線、 ３ａ、１１ａ、１１ｂ、　　９ａ・・・接続コネクタ、
７・・・インピーダンス変換手段、 ８・・・送信信号通過手段、９・・・本体装置、１１・
・・中継コネクタ、　　１５・・・送受信回路。 代理人　弁理士　則　　近　　点　　相同　　　　　近
　　藤　　　　　　猛

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波の送受波を行う振動子と接続コネクタを設
   けた導電線とを有する超音波プローブを介して、この超
   音波プローブに駆動信号を送信するとともに、送波した
   超音波に基づく受信信号を受信する送受信回路を本体装
   置内に備えた超音波診断装置において、振動子の励振に
   供される送信信号を低損失で通過させる送信信号通過手
   段と、振動子からの受信信号を高インピーダンスで取り
   込み、取り込んだ受信信号を低インピーダンスで出力す
   るインピーダンス変換手段とを、前記導電線から送受信
   回路に至る経路上に設けたことを特徴とする超音波診断
   装置。
2. （２）前記インピーダンス変換手段及び送信信号通過手
   段は、本体装置側の接続コネクタと超音波プローブ側の
   接続コネクタ間に介装する中継コネクタ内に設けたもの
   である特許請求の範囲第１項記載の超音波診断装置。
3. （３）前記インピーダンス変換手段及び送信信号通過手
   段は、本体装置側の接続コネクタから送受信回路側に設
   けられたものである特許請求の範囲第１項記載の超音波
   診断装置。