JPH0538337A - 超音波断層装置の超音波送受信部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】超音波断層装置の超音波送受信部において、異
なる複数の送信信号を高速に切り換え、探触子内に多数
配列された個々の振動子素子に上記送信信号を与える。 【構成】超音波送受信部１０の内部に、同一回路構成の
二つの送信回路１１ａ，１１ｂを設け、これらの送信回
路１１ａ，１１ｂの出力ラインの各々には回路切換用の
ダイオードＤ₁，Ｄ₂を順方向に挿入し、このダイオード
Ｄ₁，Ｄ₂の接続点へノイズ除去回路１２を接続し、さら
にその出力側に探触子１の素子切換回路１３を接続す
る。そして、一方の送信回路１１ａには例えばパルス信
号送信用の数百Ｖの電源を接続し、他方の送信回路１１
ｂには連続波信号送信用の数十Ｖの電源を接続する。こ
れにより、異なる複数の送信信号の高速切換えが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波断層装置におい
て探触子からの超音波の送受信の制御及び信号処理を行
う超音波送受信部に関し、特に異なる複数の送信信号を
高速に切り換えて上記探触子の個々の振動子素子に与え
ることができる超音波送受信部に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波断層装置は、被検体に向け
て超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動し超
音波を打ち出すための送信信号を与えると共に上記探触
子で受信した超音波受信信号を入力して増幅し信号処理
を行う超音波送受信部と、この超音波送受信部からの信
号をディジタル化して記憶装置に書き込み及び読み出す
ディジタルスキャンコンバータと、このディジタルスキ
ャンコンバータの出力部でＤ／Ａ変換されたビデオ信号
を画像として表示する表示部とを有して成っていた。そ
して、上記探触子には、その内部に短冊状に形成された
多数の振動子素子が列状に並べられており、これらの各
振動子素子で超音波の送受信を行うようになっている。

【０００３】このような従来の超音波断層装置における
血流のドプラ計測においては、パルスドプラ法と、連続
波ドプラ法とが使用されている。上記パルスドプラ法
は、距離分解能が高いのでドプラサンプル点を被検体の
検査部位に正確に合わせることができるが、検出できる
最高の血流速度はパルス繰返し周波数によって制限さ
れ、高速血流が検出できない場合があった。一方、上記
連続波ドプラ法は、検出できる最高の血流速度には制限
がなくどのような高速血流でも検出できるが、距離分解
能が低いものであった。このため、従来から、上記のパ
ルスドプラ法と連続波ドプラ法とを検査状況に応じて使
い分けていた。

【０００４】ここで、上記連続波ドプラ法に用いる探触
子としては、数年前までは、送信用と受信用の振動子が
一つずつしかなく外観が鉛筆状とされた単片探触子しか
なく、この探触子では検査部位の断層像データは収集で
きないので、当該検査部位の断層像が見えないまま目隠
し状態で連続波ドプラ検査を行っていた。このような単
片探触子の問題点を解決するため、最近、ステアラブル
連続波ドプラ法が開発された。このステアラブル連続波
ドプラ法とは、検査部位について断層像データを収集す
るのと同一の探触子を使用し、得られた断層像で当該検
査部位を確認しながら、連続波ドプラ検査を行うもので
ある。

【０００５】このようなステアラブル連続波ドプラ法の
実施に使用される超音波断層装置の超音波送受信部は、
図３に示すように、パルス用送信回路３と、連続波用送
信回路４と、これらの送信回路３，４を切り換えるため
の切換スイッチＳＷ₁，ＳＷ₂と、ノイズ除去回路５と、
多数の振動子素子を配列して成る探触子１の上記各振動
子素子を順次切り換える素子切換回路６と、上記探触子
１で受信した超音波受信信号を増幅する初段増幅回路７
とを有して成っていた。なお、図４は、上記図３に示す
超音波送受信部２の内部回路を一部変形した例を示すブ
ロック図である。

【０００６】上記のように構成された超音波送受信部２
は、次のように動作する。まず、探触子１内の多数の振
動子素子を送信用素子群と受信用素子群とに分けてお
き、上記送信用素子群にパルス用送信回路３又は連続波
用送信回路４から位相の異なる送信信号を与えて超音波
を打ち出すと共に、その位相差を変えることで超音波送
信ビームの走査方向を変え、さらにこの超音波の送信と
同時に上記受信用素子群で受信を行うと共に、図示外の
整相回路でそれぞれの受信信号の遅延量を変えることで
超音波受信ビームの走査方向を変えるものである。すな
わち、断層像データを収集するためのパルス用送信回路
３からのパルス信号と、ステアラブル連続波ドプラのデ
ータを収集するための連続波用送信回路４からの連続波
信号とを、第一の切換スイッチＳＷ₁及び第二の切換ス
イッチＳＷ₂で切り換えることにより、図示外の表示部
に得られた断層像で検査部位を確認しながら、連続波ド
プラ検査を行うようになっていた。このとき、断層像デ
ータを収集するためのパルス信号は、通常は数百Ｖрр
の電圧であり、また、ステアラブル連続波ドプラのデー
タを収集するための連続波信号は、通常は数十Ｖррの
電圧である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の超音波送受信部２においては、パルス用送信回路３
からの数百Ｖррの電圧を有するパルス信号と、連続波
用送信回路４からの数十Ｖррの電圧を有する連続波信
号とを、メカニカルリレースイッチから成る第一及び第
二の切換スイッチＳＷ₁，ＳＷ₂で切り換えていたので、
上記のような高電圧の信号を高速に切り換えるのは難し
いものであった。この場合、ステアラブル連続波ドプラ
検査において検査部位の断層像の書き換えを行うとき
は、上記信号の切り換え時間が間に合わず、ステアラブ
ル連続波ドプラのデータの受信用素子群で断層像データ
を収集することになるので、ステアラブル連続波ドプラ
を行っていない場合に比べて、信号受信に携わる振動子
素子の数が約半分程度になってしまうことがあった。従
って、得られる断層像の感度が劣化すると共に、画質も
劣化するものであった。さらに、上記第一及び第二の切
換スイッチＳＷ₁，ＳＷ₂としてメカニカルリレースイッ
チを使用した場合は、超音波送受信部２の回路規模が大
きくなるものであった。

【０００８】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、異なる複数の送信信号を高速に切り換えて探触子
の個々の振動子素子に与えることができる超音波送受信
部を提供することを目的とする。

【０００９】

【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断層装置の超音波送受信部は、
複数の振動子素子を配列して成る探触子を駆動し超音波
を打ち出すための送信信号を与えると共に、上記探触子
で受信した超音波受信信号を入力して増幅し信号処理を
行う超音波断層装置の超音波送受信部において、その内
部には、同一回路構成の複数の送信回路を設けると共
に、これらの送信回路の切換えを行うダイオードを設
け、上記探触子の個々の振動子素子に異なる複数の送信
信号を高速に切り換えて与えることができるようにした
ものである。

【００１０】

【作用】このように構成された超音波送受信部は、その
内部に設けられた回路切換用のダイオードにより、同じ
く内部に設けられ同一回路構成の複数の送信回路の切換
えを高速に行い、探触子の個々の振動子素子に異なる複
数の送信信号を高速に切り換えて与えるように動作す
る。これにより、上記探触子において信号受信に携わる
振動子素子の数が減ることなく、得られる断層像の感度
を向上できると共に、画質も向上することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明による超音波送受信部の
実施例を示す回路図である。この超音波送受信部１０
は、超音波断層装置において、短冊状に形成された複数
の振動子素子８₁〜８ｎを列状に配列して成る探触子１
を駆動し超音波を打ち出すための送信信号を与えると共
に、上記探触子１で受信した超音波受信信号を入力して
増幅し信号処理を行うもので、二つの送信回路１１ａ，
１１ｂと、ノイズ除去回路１２と、素子切換回路１３
と、初段増幅回路１４とを有し、さらに回路切換用の二
つのダイオードＤ₁，Ｄ₂を備えて成る。

【００１２】上記二つの送信回路１１ａ，１１ｂは、探
触子１に対して送信信号としてのパルス信号又は連続波
信号を与えるもので、その内部構成は両者同一回路とさ
れ、それぞれＰチャンネルの電界効果型トランジスタＱ
₁，Ｑ₃と、Ｎチャンネルの電界効果型トランジスタ
Ｑ₂，Ｑ₄と、ダイオードＤ₃，Ｄ₄と、コンデンサＣ₁，
Ｃ₂と、抵抗Ｒ₁，Ｒ₃と、接地用の抵抗Ｒ₂，Ｒ₄とで構
成されている。ノイズ除去回路１２は、上述の第一の送
信回路１１ａ又は第二の送信回路１１ｂから漏れる微細
なノイズが後述の初段増幅回路１４内に入り込まないよ
うに除去するもので、逆並列接続された二つのダイオー
ドＤ₅，Ｄ₆と、接地用の抵抗Ｒ₅とから成り、上記二つ
のダイオードＤ₅，Ｄ₆は、ダイオードの順方向降下電圧
以下の信号をカットするように動作する。

【００１３】また、素子切換回路１３は、前記探触子１
内に多数配列された振動子素子８₁〜８ｎを順次切り換
えて送信信号を与えたり、受信信号を取り込むもので、
例えばメカニカルリレースイッチ１５₁〜１５ｎ又は電
子スイッチから成る。さらに、初段増幅回路１４は、上
記探触子１内の各振動子素子８₁〜８ｎで受信した超音
波受信信号を素子切換回路１３を介して入力し増幅する
もので、コンデンサＣ₃と、逆並列接続された二つのダ
イオードＤ₇，Ｄ₈と、アンプ１６とで構成されている。
上記コンデンサＣ₃は、この初段増幅回路１４を上記送
信回路１１ａ，１１ｂから分離するためのものであり、
二つのダイオードＤ₇，Ｄ₈は、ダイオードの順方向降下
電圧以上の信号をカットしてアンプ１６に過大信号が入
力しないようにするためのものである。

【００１４】ここで、本発明においては、前記第一の送
信回路１１ａをパルス信号の送信用とし、第二の送信回
路１１ｂを連続波信号の送信用とすると共に、各送信回
路１１ａ，１１ｂの出力側と前記ノイズ除去回路１２と
の間には、それぞれ送信回路１１ａ，１１ｂの高速切換
えを行う回路切換用のダイオードＤ₁，Ｄ₂が順方向に設
けられている。そして、例えば断層像、パルスドプラ像
又はカラードプラ像を撮影する場合は、第一のダイオー
ドＤ₁をＯＮして第一の送信回路１１ａを選択し、送信
信号としてパルス信号を使用し、これにより送信された
超音波は、被検体内で反射して送信したのと同一の振動
子素子８₁〜８ｎで受信される。また、例えばステアラ
ブル連続波ドプラ像を撮影する場合は、第二のダイオー
ドＤ₂をＯＮして第二の送信回路１１ｂを選択し、送信
信号として連続波信号を使用するようになっている。

【００１５】このような超音波送受信部１０内の送信回
路１１ａ，１１ｂの回路動作について、第一の送信回路
１１ａを例に上げて説明する。まず、送信回路１１ａの
入力端子１７ａに図２の（ａ）に示すような信号Ｓ₁が
入力すると、Ｐチャンネルの電界効果型トランジスタＱ
₁とＮチャンネルの電界効果型トランジスタＱ₂とが交互
にＯＮ，ＯＦＦ動作を行い、その出力側から図２の
（ｂ）に示すような送信信号Ｓ₂が出力される。この出
力された送信信号Ｓ₂は、＋Ｖ₁の正電圧を有し前記第一
のダイオードＤ₁の順方向電圧となるので、該第一のダ
イオードＤ₁はＯＮする。その後、上記送信信号Ｓ₂の立
ち下がりのときに、上記第一のダイオードＤ₁は逆バイ
アスとなるが、送信回路１１ａ内のダイオードＤ₃に逆
回復時間の長い（例えば数μs程度）ダイオードを使用
することにより、該送信信号Ｓ₂を通すことができる。
このとき、もし上記第一のダイオードＤ₁に逆回復時間
の短いダイオードを使用すると、上記送信信号Ｓ₂は変
形してしまう。なお、この第一のダイオードＤ₁には、
バイアス電圧は不要である。

【００１６】そして、この状態では、前述のように送信
信号Ｓ₂はプラスの信号なので、第二のダイオードＤ₂は
逆バイアス状態となりＯＦＦする。従って、第一の送信
回路１１ａから出力された上記送信信号Ｓ₂は、第二の
送信回路１１ｂの影響を受けることはない。このように
して出力された送信信号Ｓ₂が前記探触子１に対する超
音波送信信号であり、その内部の振動子素子８₁〜８ｎ
を駆動して超音波を発生させる。

【００１７】第二の送信回路１１ｂは、上記第一の送信
回路１１ａと全く同一の回路構成とされており、上記と
同様の回路動作をして、図２（ｃ）に示すような入力信
号Ｓ ₃を入力し、同図（ｄ）に示すような送信信号Ｓ₄を
出力する。そして、この状態では、上記送信信号Ｓ
₄は、図２（ｄ）に示すように、＋Ｖ₂の正電圧を有して
いるので、前記第一のダイオードＤ₁は逆バイアス状態
となりＯＦＦする。前記第一の送信回路１１ａと第二の
送信回路１１ｂとは、同時に使用して送信信号Ｓ₂とＳ₄
とを発生させることはないが、仮に誤って同時に動作し
たとしても、上述のように第一のダイオードＤ₁又は第
二のダイオードＤ₂のどちらかがＯＦＦするので、回路
が破壊することはない。そして、上記のようにして出力
された送信信号Ｓ₄は前記探触子１に対する超音波送信
信号となり、その内部の振動子素子８₁〜８ｎを駆動し
て超音波を発生させる。

【００１８】このように構成された超音波送受信部１０
において、例えば第一の送信回路１１ａをパルス信号送
信用としてその＋Ｖ₁を数百Ｖの電源に接続し、一方第
二の送信回路１１ｂを連続波信号送信用として＋Ｖ₂を
数十Ｖの電源に接続することで、パルス信号の送信と連
続波信号の送信とを高速に切り換えることが可能とな
り、ステアラブル連続波ドプラの検査において、ドプラ
像と断層像の書き換えが高速に行えることとなる。従っ
て、従来のように信号受信に携わる振動子素子の数を減
らすことなく、断層像の感度劣化と画質劣化を防止する
ことができ、診断能が向上すると共に、超音波断層装置
の操作性が良くなることから検査効率が向上する。

【００１９】なお、図１に示すように、探触子１内の各
振動子素子８₁〜８ｎには、それぞれインダクタＬ₁，
…，Ｌｎを並列に接続することがある。これは、上記イ
ンダクタＬ₁，…，Ｌｎと、振動子素子８₁，…，８ｎの
容量や回路の容量とを共振させることにより、感度を向
上させるために接続するものである。この場合、第一及
び第二の送信回路１１ａ，１１ｂの内部に、それぞれダ
イオードＤ₃，Ｄ₄を設けることにより、パルス信号の送
信信号は、図２の（ｅ）に示すような波形の送信信号Ｓ
₅となる。このときにおいても、パルス信号の送信と連
続波信号の送信とを高速に切り換えることは可能であ
る。

【００２０】また、図１に示す回路は、ステアラブル連
続波ドプラの検査における送信信号の高速切換えの回路
として使用するばかりでなく、例えばパルス信号同士又
は連続波信号同士を切り換えるようにしてもよい。さら
に、図１においては、送信回路は二つ（１１ａ，１１
ｂ）設けたものとして示したが、本発明はこれに限ら
ず、三つ以上の送信回路を設けてこれらを切り換えるよ
うにしてもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
超音波送受信部１０の内部に設けられた回路切換用のダ
イオードＤ₁，Ｄ₂により、同じく内部に設けられ同一回
路構成の複数の送信回路１１ａ，１１ｂの切換えを高速
に行い、探触子１の個々の振動子素子８₁，…，８ｎに
異なる複数の送信信号を高速に切り換えて与えることが
できる。従って、従来のように探触子１の振動子素子８
₁〜８ｎを送信用素子群と受信用素子群とに分けること
なく、全部の素子を用いて超音波の送受信を行うことが
できる。これにより、上記探触子１において信号受信に
携わる振動子素子８₁〜８ｎの数が減ることなく、得ら
れる断層像の感度を向上できると共に、画質も向上する
ことができる。さらに、超音波断層装置としての診断能
が向上すると共に、装置の操作性が良くなり検査効率が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による超音波断層装置の超音波送受信
部の実施例を示す回路図

【図２】 内部に設けられた送信回路の回路動作を説明
するための入力信号及び送信信号の波形図

【図３】 従来の超音波送受信部を示すブロック図

【図４】 従来の超音波送受信部の他の例を示すブロッ
ク図

【符号の説明】

１ 探触子 ８₁ 振動子素子 ８ｎ 振動子素子 １０ 超音波送受信部 １１ａ 送信回路 １１ｂ 送信回路 １２ ノイズ除去回路 １３ 素子切換回路 １４ 初段増幅回路 Ｄ₁ 回路切換用のダイオード Ｄ₂ 回路切換用のダイオード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の振動子素子を配列して成る探触子を
   駆動し超音波を打ち出すための送信信号を与えると共
   に、上記探触子で受信した超音波受信信号を入力して増
   幅し信号処理を行う超音波断層装置の超音波送受信部に
   おいて、その内部には、同一回路構成の複数の送信回路
   を設けると共に、これらの送信回路の切換えを行うダイ
   オードを設け、上記探触子の個々の振動子素子に異なる
   複数の送信信号を高速に切り換えて与えることができる
   ようにしたことを特徴とする超音波断層装置の超音波送
   受信部。