JPH02136134A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波を利用して被検体の診断部位について
断層像を得る超音波診断装置に関し、特に探触子の振動
子素子と送波パルス発生器との接続の切り換えを行う切
換スイッチにおける信号の洩れを少なくすることができ
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ｎは、第３図に示すように、それ
ぞ１し鴫の狭い複数の振動子素子１１，１□、・・・Ｉ
Ｔｌ、・・・、ｉｎ＋ｎが吸音材の上に隣接して配列さ
れ超音波を送受波する探触子２と、この探触子２内の各
振動子素子１．〜ｌｎ＋ｎに所定の遅延時間を与えて超
音波打ち出しの呼動パルスを印加するｎ個の送波パルス
発生）！：＋３．，３□、・・・＋３ｎと、縦形の電界
効果トランジスタ（以ｙｒＭｏｓｐＥ′１゛」と略称す
る）を逆直列接続して成る高ｔｊｔ圧アナログスイッチ
４１．４□、　−、４ｎ　、　−、４ｎ＋ｎを用い上記
探触子２の振動子素子１１〜１　ｎ＋ｎと送波パルス発
生器３．〜３ｎとの接続の切り換えを行う切換スイッチ
５とを有して成っていた。

上記の高！１を圧アナログスイッチ４．〜４ｎ＋ｎは。

［エレクトロニックデザインＪ　　（１９８３年１１月
２７日号）に記載されたものを超音波診断装置の切換ス
イッチ５に適用したもので、その内部構成は符号４１を
付して示す第一のｄ′６耐圧アナログスイッ、チの内部
回路図のようになっている。まず、ロジック入力端子Ｌ
ｉに印加した制御信号でＤＭ○Ｓ出力パイラテラルスイ
ッチ６を開閉するようになっている。すなわち、上記ロ
ジック入力端子Ｌ１からの制御（ｉｉ号はＯ〜５Ｖのレ
ベルにあるため、これをＱ、、Ｑ、、Ｑ、で示すＭＯＳ
　　ＦＥＴと抵抗Ｒ２とからなるレベルシフタ７により
高電圧＋Ｈ■１と−ＨＶ２とに電位を変化させて、　Ｑ
ｒ、とＱ７で示す縦形のＭＯＳ　　ＦＥＴからなるＤＭ
Ｏ５出力パイラテラルスイッチ６を開閉する。ここで、
上記ＤＭＯ５出力パイラテラルスイッチ６内のダイオー
ドＤ、はＱＧ、　Ｑ、のＭＯＳＦＥＴのゲートを過電圧
から保護するものであり、抵抗Ｒ３は過電流を制限する
ものである。また、符号り、及びＤ４は、それぞれＱ、
、　Ｑ、のＭＯＳＦＥＴのソースとドレイン間の寄生ダ
イオードである。これらのダイオードＤ、、　Ｄ、は、
上記Ｑ６．　Ｑ７のＭＯ８Ｆ　Ｅ　Ｔがオフのときは交
流の半波だけが通過するため、正負両極性の信号のアナ
ログスイッチでは第３図に示すようにＱ６とＱ７の二つ
のＭＯＳ　　ＦＥＴと従続接続して用いる。

このように構成された高耐圧アナログスイッチ４□、４
２．・・・、４ｎ＋ｎを動作させるには、Ｑ６とＱ７で
示すＭＯＳＦＥＴのゲートに対して十分高い電圧＋ＨＶ
８．−ＨＶ２を供給しなければならず、且つ上記Ｑ６と
Ｑ７で示すＭＯＳ　　ＦＥＴの信号電圧（送波パルス発
生器３□、３□、・・・、３ｎからの出力電圧）のレベ
ルによりこれらのゲート電圧が変化するためオン抵抗値
も変化することがあった。

従って、第３図に示すように、上記高ｒｔｈｔ圧アナロ
グスイッチ４□〜４ｎ＋ｎを超音波診断装置の切換スイ
ッチ５として使用するのは問題が生ずるものであった。

上記のような問題に対処して、縦形のＭＯＳＦＥＴを利
用した？：ＩＪ耐圧アナログスイッチとして、第４図に
示すように、二つのＭＯ８ＦＥＴ８ａ及び８ｂと、発光
ダイオード９及び光起電ダイオードアレイ１０からなり
入力端子からの制御信号に応じて光起電電流を発生する
入力部１１と、二つのダイオード１２ａ、１２ｂ及び四
端子サイリスタ１３からなり上記Ｍ　ＯＳ　　Ｆ　Ｅ　
Ｔ　８　ａ　、　８　ｂの復旧時に動作してゲートとソ
ース間を短絡しその復旧を早める制御部１４とからなる
スイッチ回路が提案されている（ＮＥＣ技報ＶｏＱ、４
１Ｎｏ　５　／　１９８８年第１５７頁）。このスイッ
チ回路は、二つのＭＯＳ　　ＦＥＴ８ａ、８ｂのゲート
とドレイン間の電位を、入力部１１の発光ダイオード９
と光起電ダイオードアレイ１０とによる光結合回路によ
って供給するようにしたものである。ここで、縦形のＭ
　ＯＳ　　Ｆ　Ｅ　Ｔ　８　ａ　、　８　ｂは、それぞ
れ寄生ダイオード１５ａ、１５ｂがあるので、交流のス
イッチとして用いるために図示のごとく二つが逆直列接
続されている。このような構成のスイッチ回路を用いる
ことにより、制御信号が入力端子に印加されると、発光
ダイオード９が光を発し、この光が光起電ダイオードア
レイ１０に入射して光起電′電流を発生し、Ｍ　ＯＳ　
　Ｆ　Ｅ　Ｔ　８　ａ　。

８ｂのゲート容撞を充電する。そして、この充電により
ゲート電圧が上昇して上記ＭＯ８ＦＥＴ８ａ、８ｂをオ
ンさせる。次に、上記入力端子から制御信号が除かれる
と、発光ダイオード９からの発光が止まると共に制御部
１４がスイッチ動作してＭＯＳ　　ＦＥＴ８ａ、８ｂの
ゲートとソース間を短絡することにより、ゲートの電荷
を放電させて」１記ＭＯ８ＦＥＴ８ａ、８ｂをオフさせ
る。

このように構成されたスイッチ回路を第３図に示す超音
波診断装置の切換スイッチ５の高耐圧アナログスイッチ
に適用すると、制御信号回路と探触子２の振動子素子１
□〜１ｎ＋ｎの回路は電気的に完全に分離され、制御信
号回路の接地電位の変動が雑音となって振動子素子１□
〜ｉ　ｎｕｎの回路に混入することがないので、有効で
ある。また、このスイッチ回路を用いた場合は、振動子
素子１１〜ｉ　ｎｕｎの回路の電位の大きさはＭ　ＯＳ
　　Ｆ　Ｅ　Ｔ　８　ａ　。

８ｂをオン、オフさせるゲートとソース間に影響を与え
ることがないため、上記ＭＯ５ＦＥＴ８ａ、８ｂのオン
抵抗がこの回路電位により変わることがなく、波形歪を
発生する要因とはならない。

〔発明が解決しようとする課題〕

ここで、第４図に示すような構成のスイッチ回路の等価
回路は第５図のように表現できる。すなわち、第４図に
示すＭＯＳ　　ＦＥＴ８ａ、８ｂ　（各々の寄生ダイオ
ード１５ａ、１５ｂを含む）はそれぞれスイッチＳ１．
Ｓ２と表現され、各ＭＯ３ＦＥＴ８ａ、８ｂのソース、
ドレイン間の静電容置はＣ０と表現されている。そして
、上記の静電界＋＃、ｃｏは、一般に、第６図に示すよ
うにソース、ドレイン間電圧（横軸参照）が小さいと極
端に大きくなる（縦軸参照）。このとき、交流の入力信
号があると、第４図に示す寄生ダイオード１５ａ、１５
ｂのいずれかが導通するため、第５図におけるスイッチ
Ｓ１またはＳ２のいずれかがオンした状態となる。従っ
て、対応部位の静電界ｈｋＣ０を介して信号が洩れるこ
ととなる。このことから、第１１図に示すスイッチ回路
を第３図に示す超音波診断装置の切換スイッチ５の高耐
圧アナログスイッチに用いた場合は、縦形のＭＯＳ　　
ＦＥＴ８ａ、８ｂをオン、オフするゲートとソース間の
電圧がそのＭＯＳ　　ＦＥＴ８ａ、８ｂの信号電圧によ
り影響を受けることがあったり、上記の静電界ｋｋ　ｃ
　ｏを介して信号の洩れが生じることがあｔた。そして
、この信号がそのチャンネルの送波パルス発生器３□、
３□、・・・、３ｎに流れ込んで、そのチャンネルから
も擬似的に送波している状態となり、所望の絞り込んだ
送波ビームよりも超音波ビームが広がったようになって
きれいな断層像が得られないことがあった。従って、超
音波診断装置の診断能が低下することがあった。

そこで、本発明は、このような問題点を解決することが
できる超音波診断装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明による超音波診断装
置は、複数の振動子素子が配列され超音波を送受波する
探触子と、この探触子内の各振動子素子に所定の遅延時
間を与えて超音波打ち出しの駆動パルスを印加する送波
パルス発生器と、縦形の電界効果トランジスタを逆直列
接続して成る高耐圧アナログスイッチを用い上記探触子
の振動子素子と送波パルス発生器との接続の切り換えを
行う切換スイッチとを有して成る超音波診断装置におい
て、上記切換スイッチは、上記高耐圧アナログスイッチ
を光結合回路にて制御すると共にその縦形の′電界効果
トランジスタの共通接続されたソースにオフ動作時に低
インピーダンス電源で逆バイアスするようにしたもので
ある。

〔作　用〕

このように構成された超音波診断装置αは、縦形のＭ　
ＯＳ　　Ｆ　Ｅ　Ｔを逆面列接ｓｒＡして成る高耐圧ア
ナログスイッチを光結合回路にて制御すると共に、その
ＭＯＳ　　ＦＥＴの共通接続されたソースにオフ動作時
に低インピーダンス電源で逆バイアスし、上記高耐圧ア
ナログスイッチを用いた切換スイッチにより探触子の振
動子素子と送波パルス発生器との接続の切り換えを行う
ように動作する。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明による超音波診断装置の実施例を示す回
路図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して
被検体の診断部位について断層像を得るもので、第１図
に示すように、探触子２と、送波パルス発生器３１，３
□、・・・、；３ｎと、切換スイッチ５とを有して成る
。

上記探触子２は、被検体の診断部位に対して超音波を送
受波するもので、例えば短冊状に形成された複数の振動
子素子１１，１□、・・・、１ｎ、・・ｉ　ｎｕｎが吸
音材の上に隣接して一列状に配列されている。送波パル
ス発生器３□〜３ｎは、上記探触子２内の各振動子素子
１１〜ｉ　ｎｕｎに所定の遅延時間を与えて超音波打ち
出しの駆動パルスを印加するもので、例えばｎ個設けら
れている。切換スイッチ５は、縦形のＭＯＳ　　ＦＥＴ
を逆直列接続して成る高耐圧アナログスイッチ１６□、
１６□。

・・、１６ｎ、・・・、１６ｒ＋＋ｎを用い上記探触子
２の振動子素子ｌ、〜１ｎ＋ｎと送波パルス発生器３１
〜３ｎとの接続の切り換えを行い１例えば電子リニア走
査を行うように制御するものである。

ここで、本発明においては、上記切換スイッチ５として
用いられる高耐圧アナログスイッチ１６〜１６ｎ＋ｎは
、符号１６□を付して示す第一の高耐圧アナログスイッ
チの内部回路図に示すような内部構成とされている。す
なわち、二つのＭＯ８Ｆ　Ｅ　Ｔ　８　ａ及び８ｂと、
発光ダイオード９及び光起電ダイオードアレイ１０から
なる第一の光結合回路を有し入力端子からの制御信号に
応じて光起ｎｆ、電流を発生する入力部１１と、二つの
ダイオード１２ａ、１２ｂ及び四端子サイリスタ１３か
らなり上記ＭＯ３ＦＥＴ８ａ、８ｂの復旧時に動作して
ゲートとソース間を短絡しその復旧を！’ｉＬめる制御
部１４と、入力端子からの制御（４号を取り込んで反転
するインバータ１７と、このインバータ１７を介して制
御信号を入力し光を発する発光ダイオード１８と、この
発光ダイオード１８が発する光を入射して光起電電流を
発生する光起電ダイオードアレイ１９と、上記発光ダイ
オード１８及び光起電ダイオードアレイ１９からなる第
二の光結合回路の動作により開閉する高耐圧Ｆ　Ｅ　Ｔ
２Ｏとから成っている。なお、この高耐圧ＦＥＴ２０に
流れる電流は非常に少ないので、縦形のＭＯＳＦＥＴを
用いる必要がなく、従って寄生ダ。

イオードのようなものが無い素子を用いることができる
。そして、このように構成された高耐圧アナログスイッ
チ１６１の等価回路は第２図のように表現できる。すな
わち、第１図に示すＭＯ３Ｆ　Ｅ　Ｔ８　ａ　、　８　
ｂ　（各々の寄生ダイオード１５ａ。

Ｌ５ｂを含む）はそれぞれスイッチＳ１．Ｓ２と表現さ
れると共に、各ＭＯ５ＦＥＴ８ａ、８ｂのソース、ドレ
イン間の静電容量はＣ０と表現され、さらに高耐圧Ｆ　
Ｅ　Ｔ２０はスイッチＳ、と表現される。

次に、上記のように構成された第１図に示す高耐圧アナ
ログスイッチ１６□〜１６ｎｔｎの動作について説明す
る。まず、制御信号が入力端子に印加されると、第一の
光結合回路の発光ダイオード９が光を発し、この光が光
起電ダイオードアレイ１０に入射して光起電電流を発生
し、ＭＯ３ＦＥＴ８ａ、８ｂのゲート容量を充電する。

そして。

この充電によりゲート電圧が上昇してＭＯＳ　　ＦＥＴ
８ａ、８ｂをオンさせる。これにより、送波パルス発生
器３０，３□、・・・と探触子２の振動子素７’ｌ、、
ｌ□、・・・とが接続され、上記送波パルス発生器３□
、３□、・・・からの睡動パルスが該当するチャンネル
の振動子素子１１，１□、・・・に印加され、その振動
子索子１□、１２．・・・から超音波が送波される。こ
のとき、上記入力端子からの制御（ｌｉ号はインバータ
１７により反転されるので、発光ダイオード１８及び光
起電ダイオードアレイ１９からなる第二の光結合回路は
動作せず、高耐圧Ｉ”　Ｅ　Ｔ２Ｏはオフとなる。

次に、上記入力端子から制御信号が除かれると、第一の
光結合回路の発光ダイオード９からの発光が止まり光起
電ダイオードアレイ１０には光が入射しないので、上記
光起電ダイオードアレイ１０は光起？１１電流を発生せ
ず、制御部１４がスイッチ動作してＭＯＳ　　ＦＥ　Ｔ
８　ａ　、　８　ｂのゲートとソー入間を短絡すること
により、ゲートの電荷を放′市させて上記ＭＯ５ＦＥＴ
８ａ、８ｂをオフさせる。これにより、送波パルス発生
器３□、３□。

・・・と探触子２の振動子素子１□、１□、・・・とが
遮断され、該当するチャンネルの振動子素子１８，１□
。

・・からの超音波の送波が停止される。このとき、上記
入力端子からの制御信号はインバータ１７により反転さ
れるので、第二の光結合回路の発光ダイオード１８に動
作信号が入力して光を発し、この光が光起電ダイオード
アレイ１９に入射して光起電電流を発生し、これにより
高耐圧ＦＥＴ２０はオンとなる。この結果、上記高耐圧
ＦＥＴ２０に供給されている負の十分高い直流電圧−■
が前記ＭＯ９ＦＥＴ８ａ、８ｂのソースに直接人力され
る。このため、上記Ｍ　ＯＳ　　Ｆ　Ｅ　Ｔ８　ａ　、
　８ｂのソース、ドレイン間の静電容ＪｔＣ，（寄生ダ
イオード１５ａ、１５ｂのジャンクション静屯容景も含
む）は、第６図に示した特性曲線において、ソース、ド
レイン間電圧が高い状態（例えば６０■）となりグラフ
上で例えば約１／８程度の非常に小さい値にまで減少さ
せることができる。また、このとき、ＭＯＳ　　ＦＥＴ
８ａ、８ｂの寄生ダイオード１５ａ、１５ｂは逆バイア
スされるので、この高耐圧アナログスイッチ１６□〜１
６ｎｔｎに交流が印加されても上記寄生ダイオード１５
ａ、１５ｂはオフする。従って、第２図に示す等両回路
において、スイッチＳ１及びＳ２はオフとなり、スイッ
チＳ、はオンしてそのオン抵抗ｒ、で接地された状態と
なる。このとき、ソース、ドレイン間の・静電８址Ｃ０
による洩れ信号は、上記スイッチＳ３のオン抵抗ｒ。を
介して接地される。このことから、本発明に係る高耐圧
アナログスイッチ１６１〜１６吋ｎを超音波診断装置の
切換スイッチ５に用いると、信号の洩れを少なくするこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されたので、縦形のＭＯＳ　
　ＦＥＴ８ａ、８ｂを逆直列接続して成る高耐圧アナロ
グスイッチ１６□〜１６ｎ＋ｎを第一の光結合回路にて
制御すると共に、そのＭＯＳ　　ＦＥＴ８ａ、８ｂの共
通接続されたソースにオフ動作時に低インピーダンス電
源で逆バイアスし、上記高耐圧アナログスイッチ１６１
〜１６ｎｔｎを用いた切換スイッチ５により探触子２の
振動子素子１〜ｉｎ＋ｎと送波パルス発生器３□〜３ｎ
との接続の切り換えを行うことができる。ここで、上記
第一の光結合回路による制御によりＭＯＳ　　ＦＥＴ８
ａ、８ｂをオフさせた場合は、第２図に示す等両回路に
おいて、スイッチＳ１及び８つはオフとなり、スイッチ
Ｓ、はオンしてそのオン抵抗ｒ。で接地され、上記ＭＯ
３ＦＥＴ８ａ、８ｂのソース、ドレイン間の静電界ｂｔ
　ｃ　ｏによる洩れ信号は上記スイッチＳ、のオン抵抗
ｒ。を介して接地される。

従って、本発明による超音波診断装置の切換スイッチ５
からの信号の洩れを少なくすることができる。このこと
から、探触子２から打ち出す超音波ビームは、所望の絞
り込んだ送波ビー１１が得られ。

リニア走査またはパイブレーン表示においてきれいな断
ノ１゛り像を描出することができる。従って、超音波診
断装置の診断能を向上することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による超音波診断装置の実施例を示す回
路図、第２図は本発明に係る高耐圧アナログスイッチの
等両回路を示す回路図、第３図は従来の超音波診断装置
を示す回路図、第４図は従来の光結合回路制御による縦
形のＭＯＳＦＥＴを利用した高耐圧アナログスイッチを
示す回路図、第５１１は第４図に示すスイッチ回路の等
両回路を示す回路図、第６図はＭＯＳＦＥＴのソース、
トレイン間電圧とソース、ドレイン間静電容量との関係
を示す特性曲線のグラフである。 １、〜１ｎ＋ｎ・・・振動子素子、　２・・・探触子、
　３〜３ｎ・・・送波パルス発生器、　５・・・切換ス
イッチ、　８ａ、８ｂ−ＭＯＳ　　ＦＥＴ、　９，１８
・・発光ダイオード、　１０．１９・・・光起電ダイオ
ードアレイ、　　１１・・・入力部、　　１４・・・制
御部。 １６、〜１６ｒ＋＋ｎ・・高耐圧アナログスイッチ、　
　１７・・・インバータ、　　２０・・・高耐圧ＦＥ　
Ｔ　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の振動子素子が配列され超音波を送受波する探触子
   と、この探触子内の各振動子素子に所定の遅延時間を与
   えて超音波打ち出しの駆動パルスを印加する送波パルス
   発生器と、縦形の電界効果トランジスタを逆直列接続し
   て成る高耐圧アナログスイッチを用い上記探触子の振動
   子素子と送波パルス発生器との接続の切り換えを行う切
   換スイッチとを有して成る超音波診断装置において、上
   記切換スイッチは、上記高耐圧アナログスイッチを光結
   合回路にて制御すると共にその縦形の電界効果トランジ
   スタの共通接続されたソースにオフ動作時に低インピー
   ダンス電源で逆バイアスするようにしたことを特徴とす
   る超音波診断装置。