JPH06217980A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 体内に挿入されるプローブを小型化するとと
もに体内組織の断層画像を鮮明に得ることができる超音
波診断装置を提供する。 【構成】 プローブ２０には、送信高電圧パルスを振動
子２に供給するためのスイッチ回路２１と、振動子２の
近傍位置に配置されているプリアンプ１０と、プリアン
プ１０の前後にそれぞれ配置されている保護回路２２，
２３とが収容されている。スイッチ回路２１は直列接続
の２つのダイオード２１ａ，２１ｂを有し、各ダイオー
ド２１ａ，２１ｂによる閾値電圧は２×ＶF である。保
護回路２２は２つのダイオード２２ａ，２２ｂを有し、
各ダイオード２２ａ，２２ｂには直流電圧Ｖｃｃから厚
膜抵抗２２ｅを介してバイアス電流が供給されている。
各ダイオード２２ａ，２２ｂのバイアス状態における閾
値電圧は±ＶF である。保護回路２３は２つのダイオー
ド２３ａ，２３ｂを有し、各ダイオード２３ａ，２３ｂ
には厚膜抵抗２３ｅを介してバイアス電流が供給されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を体内組織に送
波し、この体内組織のインピーダンスの境界面からの反
射波を受波することによって体内組織の断層画像を得る
超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を体内組織に送波し、この体内組
織のインピーダンスの境界面からの反射波を受波するこ
とによって体内組織の断層画像を得る超音波診断装置
は、先端に振動子が設けられ、体内に挿入されるプロー
ブと、振動子を励振させるための高電圧パルスを生成
し、反射波による受信電圧信号から断層画像を生成する
観測装置とを備える。

【０００３】近年、この超音波診断装置においては、そ
のプローブから得られる受信電圧信号のＳ／Ｎ比を上げ
るために、プローブ先端の振動子近傍に電圧増幅用プリ
アンプを設けることが考えられている。

【０００４】このプリアンプが振動子近傍に配置されて
いる超音波診断装置は特開昭63-177839 号公報に開示さ
れている。

【０００５】この超音波診断装置として、図５に示すよ
うに、超音波の送受信を兼ねて行う少なくとも１つの振
動子２を収容しているプローブ１と、振動子２を励振さ
せるための高電圧パルスを生成し、振動子２が受波した
反射波によって生成された受信信号から断層画像を得る
観測装置３と、１つの振動子２毎に設けられ、振動子２
と観測装置３とを接続する送受信用の同軸ケーブル４と
を備えるものがある。

【０００６】観測装置３は、高電圧パルスを送信するた
めの送信アンプ５と、送信アンプ５の出力の通過を許可
し、微弱な受信信号を遮断するＴＲスイッチ６と、微弱
な受信号を増幅するプリアンプ７を有する。

【０００７】ＴＲスイッチ６は、並列に接続れている２
つのダイオード６ａ，６ｂから構成される。送信高電圧
パルスが正であるとき、ダイオード６ａを通過し、高電
圧パルスが負であるとき、ダイオード６ｂを通過する。
これに対し、微弱な受信号に対しダイオード６ａ，６ｂ
は動作をしない。

【０００８】プリアンプ７の入力側には、送信高電圧パ
ルスによってプリアンプ７が破壊されることを防止する
ためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）８が配置されてい
る。ＬＰＦ８は、直列に接続されている２つのコイル８
ａ，８ｂと、一端がコイル８ａとコイル８ｂとの間の位
置に接続され、他端が接地されているコンデンサ８ｃ
と、カソードがコイル８ａとコイル８ｂとの間の位置に
接続され、アノードが接地されているダイオード８ｄ
と、アノードがコイル８ａとコイル８ｂとの間の位置に
接続され、カソードが接地されているダイオード８ｅと
から構成される。

【０００９】ダイオード８ｄ，８ｅはダイオード６ａ，
６ｂと同様に、微弱な受信号に対し動作をしないが、入
力される高電圧パルスに対し導通する。このダイオード
８ｄ，８ｅの導通動作によってコンデンサ８ｃは短絡
し、ＬＰＦ８は動作をしない。よって、高電圧パルスが
プリアンプ７に印加されることはない。

【００１０】これに対し、プローブ１には、観測装置３
から同軸ケーブル４を介して送信された高電圧パルスの
みを振動子２に印加するためのＴＲスイッチ９と、振動
子２の近傍位置に配置され、振動子２からの受信信号を
増幅するプリアンプ１０と、振動子２への高電圧パルス
印加時にプリアンプ１０への入力電圧を制限し、受信信
号のみに同調する受信部保護回路１１と、振動子２への
高電圧パルス印加時にプリアンプ１０を保護する受信部
保護回路１３とが収容されている。

【００１１】ＴＲスイッチ９は、ＴＲ６と同様に、並列
に接続れている２つのダイオード９ａ，９ｂから構成さ
れる。ＴＲスイッチ９は送信高電圧パルスの通過を許可
し、微弱な受信号を遮断する。

【００１２】受信部保護回路１１は、振動子２への高電
圧パルス印加時にプリアンプ１０への入力電圧を制限す
るための２つのダイオード１１ａ，１１ｂと、コイル１
２ａとコンデンサ１２ｂとが互いに共働して形成し、受
信信号のみに同調する直列ＬＣ回路１２とを有する。各
ダイオード１１ａ，１１ｂは微弱な受信信号に対し不感
であるから、受信信号は直列ＬＣ回路１２を通過する。
これに対し、高電圧パルスは各ダイオード１１ａ，１１
ｂを通過するが、高インピーダンスのコイル１２ａによ
って高電圧パルスの通過は阻止される。

【００１３】受信部保護回路１３は、ＬＰＦ８と同様
に、２つのコイル１３ａ，１３ｂと、コンデンサ１３ｃ
と、２つのダイオード１３ｄ，ダイオード１３ｅとから
構成される。

【００１４】以上により、プローブ１と観測装置３とを
接続する同軸ケーブル４を送受信号の伝送に兼用すると
き、振動子２の近傍に配置されたプリアンプ１０の入出
力端には、受信部保護回路１１，１３によって観測装置
３から送信された高電圧パルスが印加されず、プリアン
プ１０の破壊が未然に防止される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この受信部保護回路１
１，１３では、送信高電圧パルスを減衰させることによ
って高電圧パルスがプリアンプ１０の入出力端に印加す
ることを防止しているが、、この受信部保護回路１１，
１３が収容されているプローブ１を体内に挿入すること
を考えると、受信部保護回路１１，１３の大きさを数ｍ
ｍ角に抑えることが必要があり、この受信部保護回路１
１，１３の製作にＩＣ技術が用いられる。

【００１６】しかし、受信部保護回路１１，１３にはリ
アクタンス回路が設けられているから、ＩＣ技術でこの
リアクタンス回路を形成することは難しく、さらにプロ
ーブ１を小型化することはできない。

【００１７】また、プリアンプ１０が飽和し、プリアン
プ１０の出力電圧がＴＲスイッチ９のダイオード９ｂの
閾値まで増大すると、プリアンプ１０の出力電圧はＴＲ
スイッチ９を経て再びプリアンプ１０に入力され、プリ
アンプ１０の発振が発生する。よって、プリアンプ１０
の発振に伴いプリアンプの出力電圧が安定せず、体内組
織の断層画像を鮮明に得ることができない。

【００１８】本発明は、体内に挿入されるプローブを小
型化するとともに体内組織の断層画像を鮮明に得ること
ができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、先端に少なく
とも１つの振動子が設けられているプローブを有し、前
記振動子で超音波を送受することによって体内の組織断
層画像を得る超音波診断装置において、前記プローブ内
の振動子近傍位置に配置され、前記振動子が超音波を受
波することによって得られる受信信号を増幅するプリア
ンプと、前記プリアンプの前後にそれぞれ配置され、バ
イアス直流電圧が印加されている複数のダイオードによ
って前記振動子を励振させるための送信信号を遮断しか
つ前記振動子からの受信信号を通過させる２つの保護回
路と、信号遮断レベルが前記保護回路のダイオードによ
る信号遮断レベルより大きく、前記送信信号を前記プリ
アンプの後の保護回路の出力端から前記振動子に導くた
めの少なくとも一つのダイオードを有するスイッチ回路
とを備える。

【００２０】

【作 用】本発明の超音波診断装置では、前記スイッチ
回路の信号遮断レベルが前記保護回路のダイオードによ
る信号遮断レベルより大きい。

【００２１】送信動作時、送信信号が前記プローブへ入
力される。送信信号の入力に伴い前記プリアンプの後に
位置する保護回路は逆方向にバイアスされ、送信信号の
通過を阻止する。これに対し、前記スイッチ回路のダイ
オードは順方向にバイアスされ、送信信号はスイッチ回
路を通過する。スイッチ回路を通過した送信信号は前記
振動子に印加される。

【００２２】送信信号のスイッチ回路の通過に伴い前記
プリアンプの前に位置する保護回路には送信信号が印加
されるが、プリアンプの後に位置する保護回路と同様
に、この保護回路は逆方向にバイアスされ、送信信号の
通過を阻止する。よって、前記プリアンプ入力端に送信
信号が印加されることはない。

【００２３】受信動作時、前記振動子は反射波を受波
し、この受波された反射波を電気的な受信信号に変換す
る。受信信号の電圧レベルは非常に微小であるから、受
信信号はバイアス電圧が印加されている保護回路を通過
することはできるが、受信信号のスイッチ回路の通過は
阻止される。

【００２４】

【実施例】以下に、本発明の超音波診断装置の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００２５】図１は本発明の超音波診断装置の一実施例
を示すブロック図である。

【００２６】超音波診断装置は、図１に示すように、超
音波の送受信を兼ねて行う少なくとも１つの振動子２を
収容しているプローブ２０と、振動子２を励振させるた
めの高電圧パルスを生成し、振動子２で受波された反射
波による受波電圧信号から断層画像を得る観測装置３
と、１つの振動子２毎に設けられ、振動子２と観測装置
３とを接続する送受信用の同軸ケーブル４とを備える。

【００２７】観測装置３は、高電圧パルスを送信するた
めの送信アンプ５と、送信アンプ５の出力の通過を許可
し、微弱な受信信号を遮断するＴＲスイッチ６と、微弱
な受信号を増幅するプリアンプ７を有する。

【００２８】ＴＲスイッチ６は、並列に接続れている２
つのダイオード６ａ，６ｂから構成される。送信高電圧
パルスが正であるとき、ダイオード６ａを通過し、高電
圧パルスが負であるとき、ダイオード６ｂを通過する。
これに対し、微弱な受信号に対しダイオード６ａ，６ｂ
は動作をしない。

【００２９】プリアンプ７の入力側には、送信高電圧パ
ルスによってプリアンプ７が破壊されることを防止する
ためのＬＰＦ８が配置されている。ＬＰＦ８は、直列に
接続されている２つのコイル８ａ，８ｂと、一端がコイ
ル８ａとコイル８ｂとの間の位置に接続され、他端が接
地されているコンデンサ８ｃと、カソードがコイル８ａ
とコイル８ｂとの間の位置に接続され、アノードが接地
されているダイオード８ｄと、アノードがコイル８ａと
コイル８ｂとの間の位置に接続され、カソードが接地さ
れているダイオード８ｅとから構成される。

【００３０】ダイオード８ｄ，８ｅはダイオード６ａ，
６ｂと同様に、微弱な受信号に対し動作をしないが、入
力される高電圧パルスに対し導通する。このダイオード
８ｄ，８ｅの導通動作によってコンデンサ８ｃは短絡
し、ＬＰＦ８は動作をしない。よって、高電圧パルスが
プリアンプ７に印加されることはない。

【００３１】これに対し、プローブ２０には、観測装置
３から同軸ケーブル４を介して送信された高電圧パルス
を振動子２に供給するためのスイッチ回路２１と、振動
子２の近傍位置に配置され、振動子２からの受信信号を
増幅するプリアンプ１０とが収容されている。プリアン
プ１０は高感度特性および広帯域特性を有する。

【００３２】スイッチ回路２１は、互いに直列に接続さ
れている２つのダイオード２１ａ，２１ｂを有する。ダ
イオード２１ａのカソードは振動子２に接続され、ダイ
オード２１ｂのアノードは同軸ケーブル４に接続されて
いる。スイッチ回路２１の各ダイオード２１ａ，２１ｂ
による閾値電圧は２×ＶF （ＶF は順方向電圧）であ
る。なお、この閾値電圧はダイオードの個数によって決
定される。

【００３３】プリアンプ１０の入力側と振動子２との間
には保護回路２２が設けられ、その出力側には保護回路
２３が設けられている。

【００３４】保護回路２２は２つのダイオード２２ａ，
２２ｂを有する。ダイオード２２ａのカソードはコンデ
ンサ２４を介して振動子２およびスイッチ回路２１に接
続されるとともに、抵抗２２ｃの一端に接続されてい
る。抵抗２２ｃの他端は接地されている。

【００３５】ダイオード２２ａのアノードはダイオード
２２ｂのアノードに接続されている。ダイオード２２ｂ
のカソードはコンデンサ２５を介してプリアンプ１０の
入力端に接続されるとともに、抵抗２２ｄの一端に接続
されている。抵抗２２ｄの他端は接地されている。

【００３６】ダイオード２２ａおよびダイオード２２ｂ
のアノードには、直流電圧Ｖｃｃから厚膜抵抗２２ｅを
介してバイアス電流が供給されている。各ダイオード２
２ａ，２２ｂのバイアスされている状態における閾値電
圧は±ＶF である。なお、この閾値電圧はダイオードの
個数によって決定される。

【００３７】保護回路２３は、２つのダイオード２３
ａ，２３ｂを有する。ダイオード２３ａのカソードはコ
ンデンサ２６を介してプリアンプ１０の出力端に接続さ
れるとともに、抵抗２３ｃの一端に接続されている。抵
抗２３ｃの他端は接地されている。

【００３８】ダイオード２３ａのアノードはダイオード
２３ｂのアノードに接続されている。ダイオード２３ｂ
のカソードはコンデンサ２７を介して同軸ケーブル４お
よびスイッチ回路２１に接続されるとともに、抵抗２３
ｄの一端に接続されている。抵抗２３ｄの他端は接地さ
れている。

【００３９】ダイオード２３ａおよびダイオード２３ｂ
のアノードには、直流電圧Ｖｃｃから厚膜抵抗２３ｅを
介してバイアス電流が供給されている。各ダイオード２
３ａ，２３ｂのバイアスされている状態における閾値電
圧は±ＶF である。なお、この閾値電圧はダイオードの
個数によって決定される。

【００４０】次の超音波診断装置の動作について図を参
照しながら説明する。図２は図１の超音波診断装置の送
信動作を説明するためのプローブ内の等価回路を示すブ
ロック図、図３は図１の超音波診断装置の受信動作を説
明するためのプローブ内の等価回路を示すブロック図で
ある。

【００４１】送信動作時、まず、図２に示すように、送
信高電圧パルス（約100 Ｖp-p 程度）が観測装置３から
同軸ケーブル４を介してプローブ１に入力される。

【００４２】送信高電圧パルスの入力に伴い保護回路２
３は逆方向にバイアスされ、送信高電圧パルスの通過を
阻止する。これに対し、スイッチ回路２１は順方向にバ
イアスされ、送信高電圧パルスはスイッチ回路２１を通
過する。スイッチ回路２１を通過した送信高電圧パルス
は振動子２に印加される。

【００４３】送信高電圧パルスのスイッチ回路２１の通
過に伴い保護回路２２には送信高電圧パルスが印加され
るが、保護回路２３と同様に、保護回路２２は逆方向に
バイアスされ、送信高電圧パルスの通過を阻止する。よ
って、プリアンプ１０の入力端に高電圧パルスが印加さ
れることはない。

【００４４】受信動作時、図３に示すように、振動子２
は反射波を受波し、この受波された反射波を電気的な受
信信号に変換する。受信信号の電圧レベルは非常に微小
（±数m Ｖp-p ）であるから、受信信号はバイアス電圧
Ｖccが印加されている保護回路２２のダイオード２２ａ
を通過することはできるが、受信号のスイッチ回路２１
の通過は阻止される。

【００４５】保護回路２２を通過した受信信号はプリア
ンプ１０で増幅され、その増幅された電圧レベルは数10
0mm Ｖp-p 程度に到達する。しかし、増幅された受信信
号の電圧レベルは数100mm Ｖp-p 程度であるから、その
増幅された受信信号がスイッチ回路２１を逆流せず、プ
リアンプ１０で増幅された受信信号は他の回路に漏洩す
ること無く同軸ケーブル４に伝達される。同軸ケーブル
４を伝達する受信号は観測装置３に入力され、観測装置
３はこれに入力された受信信号に対応する画像を形成す
る。

【００４６】よって、プリアンプ１０は保護回路２２，
２３で送信高電圧パルスから完全に保護され、送信、受
信を１本の同軸ケーブル４で行うことに起因するプリア
ンプ１０の破壊を未然に防止することができる。

【００４７】プリアンプ１０が飽和したとき、保護回路
２２の出力電圧はダイオード２２ａ，２２ｂによる閾値
値電圧±ＶF 以下であるから、この出力電圧はスイッチ
回路２１の閾値電圧２ＶF を超えられず、プリアンプ１
０の入力に出力からの信号が帰還されることはない。よ
って、プリアンプ１０が発振することはない。

【００４８】以上により、振動子２の近傍に配置された
プリアンプ１０を破壊することなく、１本の同軸ケーブ
ル４で観測装置３とプローブ２０との間の送受信信号の
伝送が可能になるとともにプリアンプ１０の安定な動作
を得ることができる。また、保護回路２２，２３にはイ
ンダクタンス成分の構成部品が使用されないから、回路
構成がＩＣ化に適し、プローブ２０をさらに小型化する
ことができる。

【００４９】なお、本実施例では、スイッチ回路２１と
保護回路２２との総合的な閾値をダイオードの個数によ
って設定しているが、保護回路のダイオードをショット
キバリアダイオードに変え、スイッチ回路２１のダイオ
ードを１つのｐｎ接合のシリコンダイオードで構成する
ことによって、スイッチ回路２１と保護回路２２との総
合的な閾値を変えることもできる。

【００５０】次に、他の超音波診断装置について図を参
照しながら説明する。図４は本発明の超音波診断装置の
他の実施例のプローブ内の主要部を示すブロック図であ
る。

【００５１】超音波診断装置は、図４に示すように、超
音波の送受信を兼ねて行う少なくとも１つの振動子２を
収容しているプローブと、振動子２を励振させるための
高電圧パルスを生成し、振動子２で受波された反射波に
よる受波電圧信号から断層画像を得る観測装置（図示せ
ず）と、１つの振動子２毎に設けられ、振動子２と観測
装置とを接続する送受信用の同軸ケーブル（図示せず）
とを備える。

【００５２】プローブには、振動子２の近傍位置に配置
され、振動子２からの受信信号を増幅するプリアンプ１
０が収容されている。プリアンプ１０は高感度特性およ
び広帯域特性を有する。

【００５３】プリアンプ１０の入力側と振動子２との間
には保護回路３０が設けられ、プリアンプ１０の出力側
には保護回路（図示せず）が設けられている。

【００５４】保護回路３０は２つのダイオード３０ａ，
３０ｂを有する。ダイオード３０ａのカソードはコンデ
ンサ２４を介して振動子２に接続されるとともに、定電
流回路３０ｃおよび定電流回路３０ｃに並列に配置され
ている厚膜抵抗３０ｄの一端に接続されている。厚膜抵
抗３０ｄの他端は接地され、厚膜抵抗３０ｄの抵抗値は
高い。

【００５５】ダイオード３０ａのアノードはダイオード
３０ｂのアノードに接続されている。ダイオード３０ｂ
のカソードはコンデンサ２５を介してプリアンプ１０の
入力端に接続されるとともに、定電流回路３０ｅおよび
定電流回路３０ｅに並列に配置されている厚膜抵抗３０
ｆの一端に接続されている。厚膜抵抗３０ｆの他端は接
地され、厚膜抵抗３０ｆの抵抗値は高い。

【００５６】ダイオード３０ａおよびダイオード３０ｂ
のアノードには、定電流回路３０ｇと定電流回路３０ｇ
に並列に配置されている厚膜抵抗３０ｈとが接続されて
いる。厚膜抵抗３０ｈは高い抵抗値を有する。定電流回
路３０ｇは直流電圧Ｖccを受け、一定のバイアス電流を
各ダイオード３０ｇ，３０ｈに供給している。この定電
流回路３０ｇが供給する電流値は定電流回路３０ｃ，３
０ｅのそれぞれに供給される電流値の２倍の値であり、
ダイオード３０ａ，３０ｂに印加されるバイアス電圧は
厚膜抵抗３０ｈの抵抗値によって決定される。

【００５７】この定電流回路３０ｇを使用することによ
って、振動子２から見たプリアンプ１０側のインピーダ
ンスは厚膜抵抗３０ｈによって決定される値になり、プ
リアンプ１０の入力インピーダンス（保護回路３０を含
む）を高い値に保持することができる。よって、送受信
の感度を低下させることなく、直流電圧Ｖccの電圧値を
低下させることができ、電源の小型化に伴うプローブの
小型化を図ることができる。

【００５８】なお、この定電流回路としては、公知のカ
レントミラー回路やＦＥＴのゲートとソースとを短絡し
て発生するＩｄｓｓ定電流をバイアス電流として使用す
る回路などがある。

【００５９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の超音波
診断装置によれば、体内に挿入されるプローブを小型化
するとともに体内組織の断層画像を鮮明に得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波診断装置の一実施例を示すブロ
ック図である。

【図２】図１の超音波診断装置の送信動作を説明するた
めのプローブ内の等価回路を示すブロック図である。

【図３】図１の超音波診断装置の受信動作を説明するた
めのプローブ内の等価回路を示すブロック図である。

【図４】本発明の超音波診断装置の他の実施例のプロー
ブ内の主要部を示すブロック図である。

【図５】従来の超音波診断装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

２ 振動子 １０ プリアンプ ２０ プローブ ２１ スイッチ回路 ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，３
０ａ，３０ｂ ダイオード ２２，２３，３０ 保護回路 ２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，３
０ｄ，３０ｆ，３０ｈ厚膜抵抗 ３０ｃ，３０ｅ，３０ｇ 定電流回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端に少なくとも１つの振動子が設けられ
   ているプローブを有し、前記振動子で超音波を送受する
   ことによって体内の組織断層画像を得る超音波診断装置
   において、 前記プローブ内の振動子近傍位置に配置され、前記振動
   子が超音波を受波することによって得られる受信信号を
   増幅するプリアンプと、 前記プリアンプの前後にそれぞれ配置され、バイアス直
   流電圧が印加されている複数のダイオードによって前記
   振動子を励振させるための送信信号を遮断しかつ前記振
   動子からの受信信号を通過させる２つの保護回路と、 信号遮断レベルが前記保護回路のダイオードによる信号
   遮断レベルより大きく、前記送信信号を前記プリアンプ
   の後の保護回路の出力端から前記振動子に導くための少
   なくとも一つのダイオードを有するスイッチ回路とを備
   えることを特徴とする超音波診断装置。