JPH02185238A - 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］ 本発明は超音波診断装置、特に前置増幅器を内蔵したプ
ローブが接続ケーブルを介して装置本体に接続された超
音波診断装置の信号伝送経路の改善に関する。

［従来の技術］ 超音波ビームを被検体内に送波して被検体内の組織の音
響インピーダンスの差から得られる反射エコーにより断
層画像を形成する超音波診断装置が周知であり、組織に
悪影響を及ぼすことなく内部観察ができる利点を有し、
人体の患部組織診断手段として非常に重要な役割を果た
している。

ところで、こうした超音波診断装置において鮮明で良質
な断層画像を得るための重要な条件として受信信号のＳ
／Ｎ比を十分に高く保持することが挙げられる。

このために、従来より種々の工夫がなされているが、特
に有効な手段として超音波プローブ内に前置増幅器を設
け、受信信号を超音波プローブ内で予め増幅した後に接
続ケーブルを介して装置本体側へ送出するという方法が
開発されている。

この手法によれば、超音波プローブと装置本体間の接続
ケーブルが持つ容量の影響で受信信号の特に高周波成分
が減衰してしまうことや、外来雑音の拾い込み等による
Ｓ／Ｎ比の劣化の防止が可能である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、こうしたプローブの前置増幅器内蔵とい
う方法を採用した場合、Ｓ／Ｎ比の劣化防止が可能とな
る反面、次のような弊害が伴う。

まず、能動素子である前置増幅器には専用の電力供給が
必要となるため、こうした構成をとった場合、電力供給
用導線と、信号送受信用すなわち振動子に駆動パルスを
印加するための導線と、前置増幅器によって増幅された
受信信号を装置本体側へ送出するための導線との少なく
とも計３種類の導線を配設しなければならない。

これは必然的に装置本体とプローブとを結ぶ接続ケーブ
ル直径の増大を招き、特に複数個の振動素子を配列した
アレイ型トランスデユーサを用いた場合など、ケーブル
の形状が非常に太くごつごつしたものとなってしまい、
超音波診断装置の性能を左右する重要な要素の１つであ
る操作性を著しく損なう結果となる。

こうした問題への対応策として超音波プローブ内に前置
増幅器への電力供給用専用バッテリを備えることも考え
られているが、これは直接的に超音波プローブ自体の大
型化を招くと共にバッテリの寿命による信頼性の低下と
いう不都合を避けられない。そして、これによって電力
供給用の導線は不要となるが、依然として送信及び受信
用の個別の導線が必須であるため、接続ケーブルの直径
減少に寄与するところは少なく、操作性の向上にはさほ
ど役立たない。

また、上述したような従来の装置構成では前置増幅器を
プローブ内に設けてとにがく受信信号のＳ／Ｎ比を向上
させて画像の鮮明度を優先させたい場合にはそれなりの
効果が得られる。しがし、超音波診断においてはその診
断対象部位あるいは状況によってこうした受信特性その
ものよりもプローブの小型化を優先させなければならな
いことも多いわけであり、こうした場合にはプローブ内
の構成は必然的に必要最小限の素子だけで済まさなけれ
ばならず、前置増幅器は装置本体側に置かれることとな
る。ところが、従来の装置構成ではこうした状況が考慮
されておらず、装置本体は前置増幅器内蔵型のプローブ
のみを対象とした構造であったためにプローブの種類ご
とに専用の装置本体を備えなければならず、装置本体の
汎用性が非常に低くなってしまうという問題があった。

発明の目的 本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は簡単な構成で受信信号のＳ／Ｎ比を十分に高く
確保しつつ超音波プローブと装置本体間のケーブル本数
を減少させて操作性を高め、更に前置増幅器内蔵型及び
非内蔵型双方のプローブ型式に対して装置本体が適合し
得る超音波診断装置を提供することにある。

［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は、送受信器を有し電
源に接続された装置本体と、振動子及び前置増幅器を内
蔵したプローブと、が接続ケーブルを介して駆動パルス
及び超音波エコー信号の授受を行い、所望の生体組織を
断層画像表示する超音波診断装置において、前記プロー
ブは送信時に装置本体から伝送される駆動パルスの前置
増幅器側への流入を阻止して振動子側にのみ供給させる
ために接続ケーブルと前置増幅器との間に介挿された駆
動パルス阻止用ダイオードと、超音波エコー信号を前置
増幅器側にのみ流入させるために接続ケーブルと振動子
との間に介挿されたエコー信号阻止用ダイオードと、を
含み、前記装置本体内の受信器には、前記前置増幅器に
対し並列カスケード方式で接続され、接続ケ、−プルを
介して送給される電圧−電流変換された受信信号を受け
とる増幅器が設けられ、装置本体−プローブ間の信号授
受及び装置本体から前置増幅器への電圧供給を単一の接
続ケーブルで共用可能に構成したことを特徴とする。

［作用］ 以上のように構成される本発明によれば、装置本体側か
ら出力される振動子駆動パルスは接続ケブルー前置増幅
器間に介挿された駆動パルス阻止用ダイオードによって
プローブに内蔵されている前置増幅器側に回り込むこと
なく全て振動子励振作用に供されることになる。

そして、被検体内の組織から反射してきた超音波エコー
信号は接続ケーブル−振動子間に介挿されたエコー信号
阻止ダイオードによって駆動パルス供給ラインを逆流し
て本体側に向かうことなく必ず前置増幅器を経て所定の
増幅作用を受けた後に接続ケーブルを介して装置本体内
の受信器に入力される。

そして、プローブに内蔵されている前置増幅器への電圧
供給が受信時に前記接続ケーブル及び駆動パルス阻止用
ダイオードを経て装置本体側の電源により行われる。

この結果、装置本体−プローブ間の駆動パルス及び超音
波エコー信号の授受及び装置本体から前置増幅器への電
圧供給は全て単一の接続ケーブルにより賄われ、最小か
つ簡単な構成によって高性能な超音波診断装置を得るこ
とが可能となる。

［実施例コ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

なお、図中、前記従来装置と同等の構成要素には同一符
号を付し、その説明は省略する。

第１図に本発明に係る超音波診断装置の回路構成例を示
す。

図において、超音波診断装置全体を装置本体、接続ケー
ブル及び超音波プローブに鎖線をもって大きく三分割し
て示し、各部内に含まれる素子の境界を明らかにしてる
。

本発明装置において特徴的なことは、装置本体−超音波
プローブ間における振動子駆動パルス及び超音波エコー
信号の授受及び超音波プローブに内蔵された前置増幅器
への電圧供給を単一の接続ケーブルをもって実行可能に
構成したことであり、これによってプローブ側に前置増
幅器を内蔵させることによる受信信号の高Ｓ／Ｎ比確保
と、接続ケーブルの径を最小に抑制して十分な柔軟性を
得ることとを両立させることができ、受信性能と操作性
とを兼ね備えた超音波診断装置を得ることが可能となる
。

装置本体１０は送信器１６及び受信器１８を含み、送信
器１６から出力される駆動パルスを接続ケーブル１２を
介して超音波プローブ１４内に送り込む。

超音波プローブ１４は送られてきた駆動パルスを超音波
に変換するための振動子２０及び該振動子２０を介して
入力される生体内からの超音波エコー信号を装置本体１
０側に送出する前に予め増幅作用を施して高いＳ／Ｎ比
を確保しておくための前置増幅器２２とを有する。前述
したように、この前置増幅器２２の作用によって生体か
ら反射してきた超音波エコー信号が伝送経路途中で減衰
や、ノイズ混入などによりそのＳ／Ｎ比が低下すること
を有効に回避可能である。

接続ケーブル１２を経て装置本体ｌｏ側に入った超音波
エコー信号は受信器１８へ入力し、所定の増幅作用を受
けた後、後段の画像表示処理部に出力される。

そして、本発明は装置本体１０と、前置増幅器２２を内
蔵した超音波プローブ１４とが単一の接続ケーブル１２
をもって信号の授受を行うことを特徴とし、後述するよ
うにこのための主要な役割を果す駆動パルス阻止用ダイ
オード２４及びエコー信号阻止用ダイオード２６とがそ
れぞれ接続ケーブル１２と前置増幅器２２との間及び接
続ケーブル１２と振動子２０との間に介挿されており、
また受信器１８の前段には送信時における駆動パルスの
受信器１８内への流入を遮断するための駆動パルス阻止
用ダイオード２８が配設されている。

次に動作を説明する。

まず、送信時において送信器１６内の送信用アンブ３０
に送信用トリガパルスＴｐが印加されると高電圧の駆動
パルス、図示例では立ち下がりパルスが該送信用アンプ
３０内に発生する。

送信用アンプ３０の後段にはその出力から直流部分を除
去するためのキャパシタンス３２が挿入されており、こ
の結果第２図のグラフに示すように、図のＡ点は一１０
０Ｖを超える負の電位に弓き込まれることとなる。

この時、それまで電源ＶＣＣからの十数ボルト程度の電
圧供給によってＡ点が保たれるとともにこれに伴って通
電状態にあった駆動パルス阻止用ダイオード２４及び２
８は瞬間的に非通電状態となる。これにより、前置増幅
器２２及び受信器１８への駆動パルスの流れ込みがさえ
ぎられ、トランジスタ３４及び３６は負の高電圧から保
護されることが理解される。

一方、エコー信号阻止用ダイオード２６のみが前記Ａ点
電位の急激な低下と同時に順方向バイアスとなって通電
し、この結果、送信用アンプ３０からの駆動パルスはケ
ーブル１２及びエコー信号阻止用ダイオード２６を経て
振動子２０の電極に印加され、圧電材の励振作用によっ
て超音波パルスビームに変換されて生体内に放射される
。

なお、図示例においては説明の便宜上単一の振動子に対
応する構成のみを抽出して描いている。

従って、複数個の振動素子からなるアレイ型トランスデ
ユーサのような場合には各素子について同一構成の回路
を並列接続すれば良いことになる。

前記振動子２０の励振時において、トランジスタ３４の
ゲートには抵抗Ｒ１を介して振動子２０の電圧が加えら
れることになるが、ダイオード４０及び４２によってそ
の順方向電圧（例えば０，７Ｖ程度）でクランプされる
ため、駆動パルスによってトランジスタ３４が破壊され
るようなことはない。

こうした各素子の作用によって送信動作が遂行されるわ
けであり、駆動パルスはその入力対象である振動子２０
のみの励振作用を果たし、他の素子への悪影響を及ぼす
ことなくその本来の機能を忠実に果たすことが理解され
る。

次に受信動作を説明する。

基本的に本実施例において、電源入力後上述した駆動パ
ルス送信時以外は全て受信状態にあると見なされ、この
時前置増幅器２２のトランジスタ３４に向けて装置本体
１０側の電源ｖｃｃから抵抗Ｒ４、接続ケーブル１２及
び駆動パルス阻止用ダイオード２４を通してバイアス電
流が供給されている。同様に、受信器１Ｂのトランジス
タ３６には抵抗Ｒ４及び駆動パルス阻止用ダイオード２
８を介してバイアス電流が供給されている。

既述のように、この受信状態時にＡ点は数ボルト前後の
直流正電位に保たれており、エコー信号阻止用ダイオー
ド２６は逆方向バイアスとなってオフ状態にある。

ここで、生体内における反射物体からの超音波エコー信
号は振動子２０で電圧変換を受けるわけであるが、この
受信超音波エコー信号電圧は前記数ボルト程度のＡ点電
位を超えてオフ状態にあるエコー信号阻止用ダイオード
２６を通電させるほどハイレベルではない。

従って、エコー信号阻止用ダイオード２６はこのエコー
信号電圧変換時にもオフ状態が持続し、受信信号電圧Ｖ
ｓはそのまま抵抗Ｒ１を介してトランジスタ３４のゲー
トに加えられることになる。

この結果、トランジスタ３４のドレインには次式で表さ
れる信号電流が流れ、この電流は接続ケーブル１２を通
して前記装置本体１０のＡ点へ流れ込む。

ｍ ｉｓ≠　　　　　　　　　　・Ｖｓ　　　　　　　　　
・・・　（１）１＋ｇｍ−Ｒ３ （ただし　ｇ、ｍ：トランジスタ３４の相互コンダクタ
ンス） 超音波エコー信号はＡ点からベース接地として機能して
いるトランジスタ３６のエミッタに入力することとなる
が、この時駆動パルス阻止用ダイオード２８の直列オン
抵抗成分も含めた該トランジスタ３６の入力インピーダ
ンスをＺ　１ｔｒ２とすれば、次の関係が存在する。

Ｉ　ＺＩｔｒ２１　＜（Ｒ４−（２） ここで、送信用アンプ３０は送信期間以外高イインピー
ダンス状態を持続し、受信には影響を与えないものとす
る。

この関係が保持されるならば、信号型？１ｙｔｉｓは全
てトランジスタ３６のエミッタに流入するものと考えら
れる。

トランジスタ３６は一種の電流−電圧変換器としての役
割を果たし、電流増幅率が十分に大きい場合にはエミッ
タ電流とコレクタ電流とはほぼ等しくなり、この結果コ
レクタ端子に現れる信号電圧ＶＯは Ｖｏヨｌｓ：Ｒ７ Ｉｎ−Ｒ７ −・　Ｖｓ １＋ｇ１Ｒ３・・・（３） と表される。

ここで、ＶＱ／Ｖｓを前置増幅器の電圧増幅率Ａｖと定
義すれば、 ｇｆｆｌ−Ｒ７ ｖ　　　− １＋ｇｆｆｌ　６　Ｒ３・・・（４） となる。更に、１〈〈ｇｍ−Ｒ３という条件の下では Ａν　１　　井 Ｒ３・・・（５） という簡単な式で表すことができる。

このように、本実施例によれば送信時における駆動パル
スは接続ケーブル１２と前置増幅器２２との間に介挿さ
れた駆動パルス阻止用ダイオード２４によって前置増幅
器２２内のトランジスタ３４への逆流流入による破壊を
招くことなく所望の供給対象である振動子２０のみに印
加され、また生体からの超音波エコー信号は接続ケーブ
ル１２と振動子２０との間に介設されたエコー信号阻止
用ダイオード２６によって必ず前置増幅器２２を、介し
て装置本体１０側に送り込まれることとなり、更に受信
期間中装置本体１０側の電源ＶＣＣから何ら問題なく接
続ケーブル１２を介して前置増幅器２２への電圧供給が
行われる。そして、更に駆動パルス阻止用ダイオード２
８の配設によって送信時における受信器１８のトランジ
スタ３６への駆動パルスの流入は確実に回避でき、単一
の接続ケーブル１２を（１）送信器１６から振動子２０
への駆動パルス供給、（２）振動子２０から受信器１８
への超音波エコー信号の伝送、（３）超音波プローブ１
４内の前置増幅器２２への装置本体１０の電［Ｖｃｃか
らの電圧供給、の三通りの機能目的を共用させることが
可能となる。

この結果、前置増幅器２２を超音波プローブ１４内に配
設することによる受信信号のＳ／Ｎ比の高レベル確保と
接続ケーブル１２を単一とすることによるプローブ１４
の操作性向上という従来対立していた両条件を効果的に
満たし得る超音波診断装置を実現し得る。

次に、本発明に係る超音波診断装置の第２実施例を第３
図を参照しつつ説明する。本実施例は前記第１実施例と
同一構成の装置本体１０を前置増幅器非内蔵型の超音波
プローブに接続した状態を示す。既に述べたように、体
腔内に超音波プローブを挿入しなければならない場合や
手術中の患部モニターの超音波プローブとしては受信性
能を差し置いてもとにかくプローブ自体の物理的スケー
ルを小型化することが第１条件となる。こうした状況の
下では当然プローブ内構成要素は必要最小限に絞られる
ためにプローブ内から前置増幅器は除去されることにな
る。

従来において、プローブ内に前置増幅器を埋設した構造
を取った場合には、それに対応して装置本体側を専用の
回路構成としなければならず、前置増幅器非内蔵型の超
音波プローブとの互換性はなく、プローブ毎に大型で高
価な装置本体が要求されるというのが実情であった。

本第２実施例はこうした課題を解決し、同一の装置本体
で前置増幅器内蔵型及び非内蔵型双方のプローブに対す
る汎用性を実現したものである。

従って、第３図に係る装置では装置本体１０側の回路が
前記第１図と同様であり、超音波プローブ１４内省構成
のみが異なっている。

この結果、送信時における動作は前記第１図の場合と変
わるところがないため、受信時における動作についての
み説明する。

ベース接地であるトランジスタ３６のインピーダンスＺ
　Ｉｔｒ２　　と振動子２０の等画信号源インピーダン
スＺｔｄがｌ　Ｚｔｄ　ｌ　＞＞　ｌ　Ｚ　１ｔｒ２な
る関係にあれば、振動子２０からの受信信号は電流ｉｓ
Ｏ形で全てＡ点に流れ込む。この時、トランジスタ３６
のコレクタ端子に現れる電圧ＶＤは ＶＯ−ｉ　　５−Ｒ７−（６） として表すことができる。この場合の電圧増幅率Ａｖは Ａｖ　　ｌ　井 ・・・　（７） ｄ である。

従って、上記（５）式と（７）式からＲ３たＺｄｌ　　
ｌとなるように前記第１図におけるＲ３を選んでおけば
、前置増幅器内蔵型及び非内蔵型プローブいずれの型式
に対しても信号の増幅率を一定に保持可能である。

第４図に本発明装置の第３実施例を示す。

本実施例において特徴的なことは、前記第１図における
抵抗Ｒ１の代わりにＣｉを振動子２０−トランジスタ３
４間に介設したコンデンサ結合としたことであり、これ
が特に送信時における駆動パルスのパワーが十分に大き
く、かつ前記第１図のように振動子２０−トランジスタ
３４間に比較的大きな抵抗を挿入しなくても振動子２０
を十分に励振可能である場合に受信性能面で効果を発揮
する。

第５図に本発明装置の第４実施例を示す。

本実施例において特徴的なことは、接続ケーブル１２と
受信器１８との間にコンデンサＣ３を介設して交流結合
としたことであり、これによって前記増幅器におけるト
ランジスタ３４に流すバイアス電流と装置本体側受信器
におけるトランジスタ３６の直流動作点をそれぞれ独立
に選ぶことが可能となり、回路設計が容易になる。

第６図に本発明装置の第５実施例を示す。

本実施例は正の駆動パルスによって振動子２０を励振す
ることを特徴とし、基本的な回路構成は前記第１図に係
る装置と同等である。従って作用効果は第１実施例と変
わるところはない。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、比較的簡単な構成
により単一の接続ケーブルをもって前置増幅器内蔵型超
音波プローブと装置本体との間で送受信信号の授受及び
装置本体からプローブ内の前置増幅器に対する電圧供給
を実現でき、操作性を損なうことなくＳ／Ｎ比の高い超
音波エコー信号を受信することができ、良質な画像を得
ることが可能である。

また、前置増幅器内蔵型及び非内蔵型両型式の超音波プ
ローブに対して同一の装置本体を適用することができ、
優れた汎用性を同時に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例を示す回路（１■成図
、 第２図は本発明装置における送受信信号電圧の時間変化
を示すグラフ図、 第３図は本発明装置の第２実施例を示す回路構成図、 第４図は本発明装置の第３実施例を示す回路構成図、 第５図は本発明装置の第４実施例を示す回路（１′４成
図、 第６図は本発明装置の第５実施例を示す回路構成図であ
る。 １０・・・装置本体 工２・・・接続ケーブル １４・・・超音波プローブ １６・・・送信器 １８・・・受信器 ２０・・・振動子 ２２・・・前置増幅器 ２４・・・駆動パルス阻止用ダイオード２６・ エコ 信号阻止用ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）送受信器を有し電源に接続された装置本体と、振
   動子及び前置増幅器を内蔵したプローブと、が接続ケー
   ブルを介して駆動パルス及び超音波エコー信号の授受を
   行い、所望の生体組織を断層画像表示する超音波診断装
   置において、 前記プローブは、 送信時に装置本体から伝送される駆動パルスの前置増幅
   器側への流入を阻止して振動子側にのみ供給させるため
   に接続ケーブルと前置増幅器との間に介挿された駆動パ
   ルス阻止用ダイオードと、超音波エコー信号を前置増幅
   器側にのみ流入させるために接続ケーブルと振動子との
   間に介挿されたエコー信号阻止用ダイオードと、を含み
   、前記装置本体内の受信器には、前記前置増幅器に並列
   カスケード方式で接続され、接続ケーブルを介して送給
   される電圧−電流変換された受信信号を受けとる増幅器
   が設けられ、装置本体−プローブ間の信号授受及び装置
   本体から前置増幅器への電圧供給を単一の接続ケーブル
   で共用可能に構成したことを特徴とする超音波診断装置
   。