JPS58136336A - 超音波ｃｗドプラシステム - 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】 本発明は、高々１つのトランスデ、−サーヲ高々１回線
の同軸ケーブルなどＫて接続して運用する所の趨青波謂
ドプラシステムにＭｆる。

従東、血流針、胎児心拍検出器などの用に供される超音
波ＣＷドプツシステムにおいては、探触子として送波器
と受渡器が別々にもうけられたものを用い、装置の備に
ても送波キャリヤ発生器と反射波受信機とは別々にもう
けられていた。しかるに、このような方式は装置と探触
子との聞に２回線の独立したケーブルを必要として不便
であり、また探触子自体の構造も複雑かつ高価となる。

それ故に、ブリッジ又はハイプリ、トドランスなどを用
いて送受各エネルギーの流れを分離することにより高々
１枚の振動子と１本の同軸ケーブルにて送受機能を兼ね
行わしめんとする努力はすでＫなされている。たとえば
日本Ｍｌ学会第１１１？！１大会の演１１Ｎａ２−４−
１．同２−４−２などにみられ、この詳細は雑誌「医用
電子と生体工学」第１５巻第１号（１９７７）の９ペー
ジ以下に総集されている。また、Ｕ、８．Ｐａｔ、　４
．’０．１４，５２８などにおいても、趣旨は異にする
が同じ目的の例を見ることができる。

しかしながら、これらの方法はｉまり便利でない。何と
ならばブリ、ジの平衡条件がクリチカルであったり、ま
たそれを平衡せしめるための専用の電子回路システムが
必要だったりする。

それ故に１本発明においては、実に簡素な回路方式によ
り単一ケーブル単−擾動子方式の超音波謂ドプラシステ
ムを実現せんとするものである。

すなわち、本発明においては送波キャリヤ発生−として
いわゆるマージナル発振器（発振可能な限界近くで発振
している、特に外乱に対して敏感なる事を目的とした発
ｌＮ１１）を用い、トランスゲ１−サーを介して得られ
たドプラシフトを有するｙ耐波をこのマークナル発振器
の有する外乱拡大作用により増幅されたビートとして発
振タンク回路上の高周波電圧の中に検出する。しかしな
がら、マージナル発振器は自身が専ら不蜜定なることを
もって外乱に対する敏感さを得ているので、これを大局
的に安定化する方策を施さない限り使用に際して良好な
動作点を得るための調整がクリチカルにすぎて実用に耐
先ない。それ故に本発明においては十分敏感なマージナ
ル発振器を、検出せんとするドプラシフトの呈する周波
数帯域より下方の、直流に至る領域において発１［幅を
一定化する如きフィードバック（ムＬＣ）をかけること
Ｋよりその大局的動作点の恒常化を計りつつ使用する。

勿論この人ＬＣは、目的信号まで追従消去してしま５１
！早く応答してはならないが、またいわゆる発振を１硬
く”するような制御、すなわちループゲインがそれ自身
として調整されるのでなく、外からの制約条件、電源電
圧とか能動素子のクリ。

ピングレベルとかにより制約されるような制御であって
はならない。良好なマージナル状態とは、　　′□大き
な直線性を、すなわちダイナオ、クレンジを有する負性
抵抗主体が発擾夕／り回路Ｋまつわるあらゆるロスを１
帳消し圧しつつ、大局的にはあるレベルの発振強度にて
安定して、また目的信号に対してはよくその増幅作用を
及ぼして拡大追従する場合に実現せられる。それ故に＠
紀ＡＬＣは増幅手段のゲインないし発振ループ中のフィ
ードバック結合係数を増調性良く制御することによるの
が好ましく、また場合によっては目的とするタンク回路
のＱｏを多少ダンプしつつその値を制御することＫよっ
てもよい。しかるＫ　８／Ｈの良い（もしくはＣ／Ｎの
良い）マージナル状態の実現には、タンク回路のもとも
とのＱＯはできるだけ高い方がよい。しかし一方便用す
る探触子を介して最終的には目的領域とのエネルギーの
疎通の良さもまた大切であり、それ故に大局的に最適な
る結合状轢は良く知られているマツチング条件、すなわ
ちＲ５（信号源抵抗）＝ＲＬ（負荷抵抗）、言い換える
と使用するタンク回路のＱＬがＱｏの半分にみえるよう
な結合度が好ましい。

図は好適なる実施例たる本発明に成るマージナル発振器
型の単一振動子超音波ＣＷドブ２システムの一例を示す
圓賂図である。これにおいて、Ｃ１゜Ｃ２およびＴ１の
主巻線の成すタンク回路がくだんのタンク回路であり、
これに探触子ＴＤおよび発振トランジスタＱ１０ペース
が各別巻線にて結合され、また該トランジスタのコレク
タはタンク回路を直接ドライブする。

一方このタンク回路上の高周波振動はダイオードＤＩ、
０２により検波され、つづく平滑化回路および直流力、
ト回路を介し【、その振幅変調分の復調結果がＦ］ｅＴ
　ＱＢのゲートに導入される。Ｃ３は基底帯域（可聴周
波領域）の初段増幅器であり、そのドレ／からは図示せ
ぬドプラフィルタないし増幅器がつづく。

さらに一方この検波回路の検波結果の内直流および超低
周波領域の成分が、Ｒ９およびＣ１２による１次おくれ
要素を介してもう１個のＦＩＴ　Ｃ２のゲートに導入さ
れる。ここでＣ２は前記発振トランジスタＱ１の工きツ
タ抵抗の一部として効果し、Ｑ＋の与えるゲインを調節
する。すなわちＣ２のゲート電圧が負の領域（Ｃ２はデ
ィプレジ曹ン型Ｎチャンネルジャンクシ萱ンＦＩＴであ
る）において６深く”なるとそのドレン・ソース間の抵
抗値は増大し、Ｑ＋はエミ、り抵抗が増大してゲインが
落ちる。また逆にゲートバイアスが１浅く”なればドレ
ン・ソース間の抵抗は下り、Ｃ１゛のゲインは増大する
。それ故に、ここで構成されているフィードパ、クルー
プは発振レベルが増大せんとすると９１のゲインが下り
、また発振レベルが下ればＱ＋のゲインが上り、（Ｉｈ
とＤ２が負の倍圧整流回路を成すととに注目されたい）
、而して発振レベルは大局的に一定に保たれる。この一
定に保たれるべきレベルは、ＲＶ＋により調節された正
の電圧を用いて、Ｒｌｏを介してＣ２のゲートを少し１
引っばりあげ”ておくことＫより、さらに効果的に一定
化され、また所望の値に規定される。実用上はＲＶ、は
最も８／Ｎのよい良好なマージナリティーを実現しつつ
、発振レベルがひいては探触子ＴＤの駆動レベルが適度
の値になるように設定される。この例においては、探触
子ＴＤの端子において１〜１．５Ｖ　ｐ−ｐ　、またタ
ンク回路の高電位端（Ｑ＋のコレクタ）において８〜１
２　ｖＰ−Ｐ程度において最適条件が得られた。これは
このマージナル発振器の飽和レベルの約半分ないしＸ程
度に和尚する。また、これより高レベルにおいては、マ
ージナリティの減少、すなわち発振が１硬く”なること
Ｋより、感度、ＳＺＮともに低下するのが見られ、また
逆にこれより低いレベルにおいては発振出力の過少によ
り十分な密度の超音波エネルギーの照射が得られず、従
って反射波のレベルも低下し、やはり’ｆａｌｌｓ　８
／Ｎともに悪化した。

ここでＲ９（ＲＩＯも加味して）とｃ、２の成す１次お
くれ要素の時定数はかなり大切な設計ポイントであり、
これがおそすぎると動作点（良好なマージナリティー）
の維持が困難となり、逆にはやすぎるとドプラビートの
低域成分を殺す作用が生じ、また８／Ｎ（ないし発振の
Ｃ／Ｎ　）が悪化する。

而して、このような回路構成によるとドプラ信号領域で
の艮好なマージナリティーと定常キャリヤレベル（直流
的な）の安定性とが良く両立しつつ維持され、探触子Ｔ
Ｄの受は入れた反射波信号の内ドプラシフトを有する成
分が、このマージナリティにより拡大されたドプラピー
トとして検波され、初段増幅器Ｑ３を介して次段に向け
て出力される。

図示の回路を試作し、実用に供した所、分娩中の胎児の
心臓より得られるドプラ信号が、Ｃ５のドＬ／ンにおい
て約５０〜２００　ｍＶ　ｒｍｓ　Ｋて８／Ｎよく得ら
れた。また成人の心臓を胸等の正面から捕えた所、その
数倍の強い信号が得られた。

なお、図中ＴＩのコイルデータを示すと、これは直径１
インチ（２，５４ｅｍ−）のステアタイトのホビンに、
０．６〜０．８−程度のナイロン被覆鋼線を１６〜２４
を程度単層に整合巻きしたものを主巻線とし、その中央
部の上に重ねて外径１−程度の配線用ビニル被覆電線を
、探触子用にＳｔ１帰還用に２　ｔ。

それぞれ整えつつ巻いたものである。主巻線のインダク
タンスは約７μ”＋Ｑｏは約３００以上あった。

Ｃ１とＣ２Ｋ対爾してタンク回路を成すと約２．２〜５
．ＯＭＨｓＫ同関し得た。またＣ１はエアートリマー、
Ｃ２はディ、プマイカコンデンサで、その合成結果のＱ
ｏは２０００以上あり、簡単なＱメーターでは良く計測
し得なかった。なお実際の使用に轟ってはＣＩを調整し
て最高感度点に設定すると、発振周波数は約２．６５　
ＭＨＩで、これは次に述べる公称中心周波数が２．５　
Ｍ＆である所の探触子の並列共振点に大略一致する。

一方、探触子ＴＤは、摂動子としてたとえばＴＤＫ社の
Ｄ５１　ａ材より成る、直径２０ｍｍ、厚さ０．８４ｍ
ｍ　、公称共擾屑波数２４ｋｍｓの円板状の振動子を用
い、これをバッキングせずに、目的領域との音響学的イ
ンピーダンスマツチングのみを施して構成されたもので
ある。この場合、用造は循ドプラであるから、特に広帯
域化して距離分解能を向上させる必要はなく、むしろエ
ネルギー伝達効率を向上させることが肝要で、それ故に
バッキングはされず、表面に％波長板をおくととＫよる
マツチングのみがなされる。これは通常用いられる１双
子型”循ドプラ用探触子と同じ事情である。しかし単−
振動子であるから送受間のシールドは原理的に不要であ
る。それ故にこの探触子は従来のパルスエコー法用のバ
ッキング付のものよりも、またＣＷドグラ用の双子型の
ものよりもはるかに軽量で簡素な構造を有し、低いコス
トで、また必要ならば非常に偏平に製作され得る。軽量
偏平なることは、特に分娩時の胎児監視の用途において
有益である。

而してこの探触子ＴＤは゛高々１本の同釉ケーブル。

１．７Ｏ−２Ｖなどを介して前記回路に接続される。

以上の説明で明らかＫされた如く、本発明によれば、比
較的簡単な凹路により従来かえりみられなかりた単−擾
動子送受共用方式の超音波ドブクシステムが実用化され
、有益である。ここで勿論本発明の用途は生体検査用の
ドプラシステムに限ることはなく、工業用、淡・海水開
用などの同様あるいは類似のドプラシステムには等しく
応用し得るものである。また上記の説明に引用した実施
例は単に好ましい一例として示したまでで、その具体的
数値や回路が本発明の趣旨を直接拘束するものではない
。マージナル発優器の構成方法、特に該発振器からの１
復調出力”の抽出し方に関しては、この種の発振器にお
いては公知の如く、図の例の如く別途に検波器（ＤＩ　
、　Ｄ２　）をもうけて発振出力のレベルを監視すると
とＫよるのみならず、オートダイン検波回路に見られる
如く、発振素子の消費電流ないしは発振波形を整流する
ように働く所のベースないしゲートに生ずる自己ノ（イ
アス等に注目しても復調出力を抽出することができ、そ
のような方式によっても本発明を実施することができる
ことは経験者、ないし有識者においては自明のことであ
る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の好適なる一実施例を示す回路図であるＯ ＴＤ・・・トランステ、−サ、Ｔ１・・・トランス、Ｑ
＋・・・発振トランジスタ、Ｑ２．Ｑｓ・・・ＦＩＴ１
Ｒ＋〜Ｒ９・・・抵抗、Ｃ１〜Ｃｏ・・・コンデンサ、
ＤＩ　＊　Ｄ２・・・ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １つのタンク回路に１回線の結合関係を介して１個のト
   ランスデユーサ−が結合され、このトランスデユーサ−
   は目的領域に対して超音波的に結合され、また上記タン
   ク回路にはこれを肩＊ａ決定要素として発振する発振回
   路が結合され、かつ上記タンク回路上の高肩波損動のレ
   ベルを検出する手段がもうけられ、また上記のレベル検
   出手段に結合されて発秦憤度をほぼ予定された値に保つ
   如くに上記発振回路のループゲインを調節する手段がも
   うけられ、而して上記発振回路の供給する高肩波優動エ
   ネルギーがトランスデユーサ−を介して超音波エネルギ
   ーに変換され、而して目的領域ＫＭＭされ、また目的領
   域から帰投するドプラシフトを有する反射波が同じトラ
   ンスデユーサ−により受信され最終的に前記タンク回路
   上に増幅されたビートとして出現し、このドプラビート
   信号が基底帯域信号の形で、独立した検波話から、ある
   いは上記レベル検出手段もしくは発振用の能動手段の端
   子から抽出される如く構成されて成る趨青波謂ドプラシ
   ステム。