JPH0248255B2 - - Google Patents

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JPH0248255B2
JPH0248255B2 JP58116393A JP11639383A JPH0248255B2 JP H0248255 B2 JPH0248255 B2 JP H0248255B2 JP 58116393 A JP58116393 A JP 58116393A JP 11639383 A JP11639383 A JP 11639383A JP H0248255 B2 JPH0248255 B2 JP H0248255B2
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JP
Japan
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circuit
cable
diode
drive
vibrator
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JP58116393A
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JPS607360A (ja
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Kenichi Nakamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS607360A publication Critical patent/JPS607360A/ja
Publication of JPH0248255B2 publication Critical patent/JPH0248255B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207Driving circuits
    • B06B1/0223Driving circuits for generating signals continuous in time

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は超音波診断装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景〕
超音波診断装置では、超音波映像情報を得るた
めに電気的な励振信号により超音波を発射し、被
検体からの反射波を受波して電気的な受信信号を
得る超音波振動子(以下振動子と称する)が用い
られる。
第1図は上記超音波診断装置における振動子と
これを駆動する送信回路との接続関係を示すもの
であり、1は送信回路、2は振動子、3は送信回
路1と振動子2とを電気的に接続するケーブルで
ある。第1図において送信回路1は使用周波数に
おける、振動子3とケーブルとのインピーダンス
の大小関係に応じ、共振駆動方式または非共振駆
動方式を採用して、振動子3からは効率良く超音
波を発射させ、そして振動子3で受信した反射波
のS/N(信号対雑音比)等の特性が低下しない
ようにしている。またこの場合、ケーブル2のイ
ンピーダンスは概ね浮遊容量成分であるのでコン
デンサ4を振動子3に並列接続したのと等価であ
り、振動子3は抵抗5とコンデンサ6とによる直
列回路と等価であるので、第1図は第2図に示す
ような等価回路であらわすことができる。
上記において、振動子3のインピーダンスZ1
ケーブル2のインピーダンスZ2よりも大きい場合
(Z1>Z2)は、ケーブル2の浮遊容量成分、即ち
コンデンサ4を共振させる共振駆動方式を採用す
る。この共振駆動方式では共振により振動子3を
駆動するため、効率良く大出力の超音波が得ら
れ、S/Nの良好な超音波送受波が行えるが、共
振を利用しているため発射超音波の周波数帯域は
狭くなる。
一方、振動子3のインピーダンスZ1がケーブル
2のインピーダンスZ2よりも小さい場合(Z1
Z2)は、非共振駆動方式を採用する。この非共振
駆動方式では共振を用いないで振動子3を励振す
るので振動子3は、振動周波数が共振周波数に限
られる共振駆動方式の場合と異なり広い帯域の周
波数成分を有する超音波が発射される。
したがつて、複数種類の振動子3の切換え使用
する超音波診断装置では、振動子3のインピーダ
ンスの大小にかかわらず使用可能な送信回路が望
まれる。
第3図は上述した送信回路の従来の一例を示す
ものである。非共振駆動の場合は、電源電圧+V
を抵抗8を介してコンデンサ7に与え、このコン
デンサ7を充電しておいて、スイツチ9を閉じる
ことにより、抵抗10の両端に第4図に示すよう
な立下りが急峻で立上りが指数関数的に上昇する
パルス波形を生じさせ、このパルス波形を振動子
3に与えて振動子3を駆動する。
また、共振駆動の場合には、第3図において、
抵抗10に対して並列にコイル11を挿入するこ
とにより、共振回路を形成し、共振により第4図
bに示すような時間の経過につれて振幅が漸次減
衰する波形を生じさせ、この波形を振動子3に与
えて振動子3を駆動する。
〔背景技術の問題点〕
ところで、第3図に示す送信回路1では、共振
駆動及び非共振駆動を行なうことが可能である
が、非共振駆動時の励振波形は、第4図aに示し
たようになる。即ち、この波形はスイツチ9を閉
じるので、立下りは急峻(立下りに要する時間を
t1とする)であるが、送信回路1に対して負荷で
あるケーブル2及び振動子3が容量性であるので
立上りは指数関数的に上昇し(立上りから立下り
までに要する時間;励振時間t2とする)てゆく。
このため、非共振駆動を行なうパルス波形の周波
数スペクトラムは第5図に示すように下に凸とな
るので、高周波数である程出力が低下する。ま
た、非共振駆動時の波形は、第4図aに示したよ
うに波形の立上りが指数関数的であるので、励振
時間t2は立下り時間t1よりも大幅に長い時間とな
つている。ところが、例えば、心臓等の血液の流
れをドツプラー効果を用いて測定する際等に用い
る連続的な励振パルス列により振動子3を励振す
るバースト駆動を行なおうとする場合に、上記第
4図aに示した波形を用いると、バースト駆動の
周期t3をあまり短くすることはできない。何故な
らば、この周期t3が励振時間t2より短かくなる
と、励振パルス列は互いに重なつてしまうからで
ある。したがつて、この場合は高周波のバースト
駆動が出来ないという不具合があつた。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に基づいてなされたもので、
その目的とするところは、非共振駆動時の広帯域
駆動及び高周波のバースト駆動が可能な超音波診
断装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、振動子を励振する励振信号を送信回
路からケーブルを介して振動子に与えて被検体に
対し超音波を送波し反射波を前記振動子で受波し
て電気的な受信信号を得て超音波映像情報を得る
超音波診断装置において、前記送信回路は、電源
と前記ケーブルとの間を開閉するものであつて、
前記電源と前記ケーブルとの間に第1のMOS
FETとこれのドレインまたはソースに直列に前
記電源に対して順バイアス状態の第1のダイオー
ドとを接続し且つゲートにコンデンサの一端を接
続してなる第1のスイツチング回路と、前記ケー
ブルの浮遊容量と振動子との並列回路の両端間を
開閉するものであつて、前記両端間に前記振動子
に蓄積した電荷に対して順バイアス状態の第2の
ダイオードとこれに直列に第2のMOS FETと
を接続し且つゲートに前記コンデンサの他端を接
続してなる第2のスイツチング回路と、前記第1
及び第2のスイツチング回路を交互に開閉動作さ
せるものであつて、前記第1のMOS FETとこ
れに対して相補的な前記第2のMOS FETとの
それぞれのゲートに駆動信号を出力する駆動回路
とを具備したことを特徴とするものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例は第7図を参照して説明
する。第7図において、12は例えば第8図に示
す矩形波状の駆動信号Aを出力端X、Yから出力
する駆動回路である。この駆動回路12の一方の
出力端Xは、Nチヤンネル形のパワーMOS
FET(電力用金属酸化膜電界効果トランジスタ;
以下FETと略称する)13のゲートに接続され
ている。また、上記出力端Xは、一端がPチヤン
ネル形のFET14のゲートに接続されたコンデ
ンサ15を介してPチヤンネル形のFET14の
ゲートに接続されている。駆動回路12の他方の
出力端Yは、接地されると共にFET13のソー
スに接続されている。そして駆動回路12の出力
端X−Y間には抵抗16が接続されている。
一方FET14のゲートとソースとの間には抵
抗17が接続され、上記ソースには電源電圧+
V0が印加されている。またFET14のドレイン
はダイオード18のアノードに接続され、このダ
イオード18のカソードは、ダイオード19のア
ノードに接続され、このダイオード19のカソー
ドはFET13のドレインに接続されている。従
つて上記においてNチヤンネル形のFET13と
Pチヤンネル形のFET14とはコンプリメンタ
リ回路を構成し、駆動回路12の駆動信号Aによ
りFET13,14が互い違いにオン−オフ駆動
される。上記において、FET14、コンデンサ
15、抵抗17及びダイオード18は第1のスイ
ツチング回路を構成し、FET13、抵抗16及
びダイオード19は第2のスイツチング回路を構
成している。そしてダイオード18とダイオード
19の接続点からは送信回路の一方の出力端Mが
導出され、FET13のソースからは送信回路の
他方の出力端Nが導出されている。また、この送
信回路の出力端M,N間には、共振駆動用として
スイツチ20とコイル21との直列回路が接続さ
れている。更に送信回路の出力端M,Nには浮遊
容量としてのコンデンサ4を有したケーブル2を
介して振動子3が接続されている。
次に上記の如く構成された本実施例の動作につ
いて述べる。先づ、非共振駆動について述べる。
即ち、駆動回路12から第8図に示す矩形波状の
駆動信号A、即ち低レベル電圧V1と高レベル電
圧V2からなる励振パルス列が出力されると、低
レベル電圧V1の区間K1では、FET13はオフと
なり、FET14はオンとなる。
従つて、FET14及びダイオード18による
順方向電圧降下を無視すると、電源電圧V0が、
FET14、ダイオード18を介して、送信回路
の出力端M,Nに出力される。即ち、第8図にお
ける送信信号Bは区間K1で電圧V0となる。次に、
駆動回路12出力の高レベル電圧V2区間K2では、
FET13はオンとなり、FET14はオフとなる。
従つて送信回路の出力端M,Nには電圧は現われ
ず、ケーブル2の浮遊容量であるコンデンサ4と
振動子3に蓄えられた電荷が、オン状態にある第
2のスイツチング回路を介して放電される。即
ち、第8図における送信信号Bは区間K2で電圧
零となる。更に区間K3では、駆動信号Aは低レ
ベル電圧V1であるので送信信号Bは電源電圧V0
が出力される。上記によれば、非共振駆動時に、
短形波の送信信号Bを出力することが可能とな
る。また第9図aに示すような矩形波は、その周
波数スペクトラムが第9図bに示すように上に凸
となるので、従来の第4図aに示す波形(周波数
スペクトラムは第5図に示す)と比較すると、周
波数の高い領域でも超音波の出力の減少は少な
く、広周波数帯域にて適用可能となる。またダイ
オード18は、第1のスイツチング回路の動作時
に順バイアス状態(オン動作)になり、第1のス
イツチング回路の非動作時に振動子3に蓄積した
電荷、反射超音波受信時に振動子3に得られる受
信信号に対してオフ動作になる。これにより
FET14のドレインに不要な電荷や電圧をかけ
ることなく、FET14の誤動作を防止する。
またダイオード19は、第2のスイツチング回
路の動作時に順バイアス状態になつて、前記振動
子3に蓄積した電荷を放電させ、第2のスイツチ
ング回路の非動作時に、受信時に振動子3に得ら
れる受信信号を直接、FET13のドレインにか
けないようにする。すなわち前記受信信号は、通
常数百mVであり、ダイオード18,19の障壁
電圧は、通常0.6V前後であることから、ダイオ
ード19がオンしなくなる。仮にダイオード19
がオンすると、せつかく振動子3に得た受信信号
がアースされてしまう。したがつて、本実施例に
よれば、FET13,14を誤動作させることな
く、送信回路の信頼性を向上でき、受信信号を効
率良く得ることができる。
更に駆動回路12から駆動信号Aを振動子3の
個有周波数の1/2周期よりも短かいパルス幅の矩
形波とすることが可能となり、この矩形波を有す
る周波数成分は振動子3の有する周波数成分を全
域でカバーするので、超音波診断における使用周
波数の広帯域化が可能となる。
また、送信信号Bは矩形波であり、パルス幅を
狭くすることも可能であることから、励振波形が
互いに重さならないように連続出力することが可
能となり、高周波のバースト駆動が実施できる。
また、上記バースト駆動時には、第9図aに示
す1つの矩形波の振幅H1時間T1に対し、第10
図a示す振幅H2(H1>H2)、時間T2(T1>T2)の
パルスを連続出力することにより(第10図aの
波形の周波数スペクトラムを第10図bに示す)
第9図aの信号出力と、第10図aの信号出力と
を振動子3の固有の周波数近傍において同一の励
振エネルギーとすることが可能であり、従つて第
1、第2のスイツチング回路におけるFET13,
14は低電圧をスイツチングする耐圧の低いもの
が使用出来て、低コスト化が可能となる。
一方、共振駆動を行なう場合は、スイツチ20
を閉じて送信回路の出力端M,Nにコイル21を
接続する。これによりコイル21とコンデンサ4
とは共振回路を形成する。そして駆動回路12か
らは低レベル電圧V1の駆動信号Aを第1、第2
のスイツチング回路に与える。これにより、第1
のスイツチング回路はオン、第2のスイツチング
回路はオフとなり、コンデンサ4とコイル21と
による共振回路により振動子3に対して励振信号
が与えられ振動子3の共振駆動が行なわれる。
本実施例では、第1、第2のスイツチング回路
において高周波帯域でのスイツチング機能を得る
ためにコンプリメンタリ構成のMOS FET13,
14を用いているが、上記素子に限定されるもの
ではなく、上記素子と同様に機能を呈する他の素
子及び回路を用いたものであつてもよい。この他
に、本発明では要旨を変更しない範囲で種々変形
して実施できる。
〔発明の効果〕
以上述べた本発明によれば、非共振駆動時に、
高周波の矩形波状の励振信号が得られるので、振
動子を広帯域の周波数で使用可能となり、また高
周波のバースト駆動も可能であつて、送信回路の
信頼性を向上し得る超音波診断装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は超音波診断装置における送信回路とケ
ーブルと振動子の接続関係を示す図、第2図は第
1図の電気的等価回路図、第3図は従来の超音波
診断装置の要部を示す回路図、第4図a,bは
夫々励振信号の波形図、第5図は第4図aに示す
波形の周波数スペクトラム、第6図は従来のバー
スト駆動時の問題点を説明するための波形図、第
7図は本発明の一実施例を示す回路図、第8図は
同実施例の動作を説明するための波形図、第9図
a、第10図a及び第9図b、第10図bは夫々
同実施例の作用を説明するための波形図及び周波
数スペクトラムである。 2……ケーブル、3……振動子、4……コンデ
ンサ、5……抵抗、6……コンデンサ、12……
駆動回路、13……Nチヤンネル形のパワー
MOS FET、14……Pチヤンネル形のパワー
MOS FET、15……コンデンサ、16,17
……抵抗、18,19……ダイオード、20……
スイツチ、21……コイル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 振動子を励振する励振信号を送信回路からケ
    ーブルを介して振動子に与えて被検体に対し超音
    波を送波し反射波を前記振動子で受波して電気的
    な受信信号を得て超音波映像情報を得る超音波診
    断装置において、前記送信回路は、電源と前記ケ
    ーブルとの間を開閉するものであつて、前記電源
    と前記ケーブルとの間に第1のMOS FETとこ
    れのドレインまたはソースに直列に前記電源に対
    して順バイアス状態の第1のダイオードとを接続
    し且つゲートにコンデンサの一端を接続してなる
    第1のスイツチング回路と、前記ケーブルの浮遊
    容量と振動子との並列回路の両端間を開閉するも
    のであつて、前記両端間に前記振動子に蓄積した
    電荷に対して順バイアス状態の第2のダイオード
    とこれに直列に第2のMOS FETとを接続し且
    つゲートに前記コンデンサの他端を接続してなる
    第2のスイツチング回路と、前記第1及び第2の
    スイツチング回路を交互に開閉動作させるもので
    あつて、前記第1のMOS FETとこれに対して
    相補的な前記第2のMOS FETとのそれぞれの
    ゲートに駆動信号を出力する駆動回路とを具備し
    たことを特徴とする超音波診断装置。
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