JPS622938A - 電子走査式超音波診断装置の振動子選択回路 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は電子走査式超音波診断装置の振動ｆ選択回路に
関するものである。

〔発明の技術的背景〕

電子走査式超音波診断装置では、例えばＮ個の超音波振
動子のうちＭｔ個の超音波振動子に高圧パルスを印加（
送信）して超音波を被検体内に送波し、Ｍ、１個の超音
波振動子により被検体内からの反射エニ１−を受波する
。ここで、Ｎ、　Ｍｔ、　Ｍｉはいずれも正の整数であ
り、かつ、Ｎ≧Ｍ１．、　ＭＲである。

ところで、リニア電子走査式の場合、通常Ｎ〉Ｍｔ　、
Ｍｉであり、Ｎ個中の超音波振動子から各ラスク毎に異
なるＭｔ　、ＭＲ個の超音波振動子を選び出し、超音波
の送受波を行なう。このため、超音波の送受信チャンネ
ル数は最大Ｎ個必要となる。

ここで、Ｎ個の超音波振動子のうちから適宜Ｍ個のチャ
ンネルを電子的に選択できるようにずれば回路規模が簡
略化されて便利ある。（ｉｌ　Ｌ、ＭはＭ、とＭＲのう
ちいずれか大きい方とする。

またセクタ電子走査式、リニアミート走査式、複合走査
式を問わず、１つの装置に蝮数の超音波プローブを接続
しておき、これらを電子的に切替えることができれば各
種の超音波画像を得る」−で大変有効である。

上述したような超音波振動イや超音波プローブの選択、
切替を行なう目的で高圧パルスの送信。

反射エコーの受信及びこれらの信号のオンオフ制御が可
能な振動子選択回路としての電子スイッチが用いられて
いる。この電子スイッチを高圧スイッチと指称する。

第３図にＮ個の超音波振動子５−１〜５−Ｎを用いたフ
ェイズｌ−アレイ型の超音波プローブ１と、Ｎ個の高圧
スイッチ６−１〜６−Ｎを用いた高圧スイッチ群２と、
Ｍ個のパル→Ｊ−７−１〜７−Ｍを用いた高圧送信部３
及びＭ個の受信器８−１〜８−Ｍを用いた受信部４から
なる送受信系９とにより構成した超音波診断装置のｒＩ
′ｉ回路構成例を示す。

この装置は超音波の送受信時にＮ個の高圧スイッチのう
ちＭ個の高圧スイッチ６−１〜６−Ｍをオンとしてバル
ー’Ｊ７−１〜７−Ｍからの高圧パルスをＮ個の超音波
振動子５−１〜５−ＮのうちＭ個のものに印加するとと
もに、反射工′：２−の受信時にはＭ　（ＩＩＩＩの超
音波振動子Ｑこより受波し電気信号に変換した各信号を
送信時に対応させたＭ個の高圧スイッチ６−１〜６−Ｍ
を介してＭ個の受信２３８〜１〜８−Ｍに入力するよう
にしたものである。

面、同図においてはＮ＝１２．Ｍ＝４の場合を示してい
る。

〔背景技術の問題点〕

上述したように高圧スイッチＩｔ装置の回路構成−１−
大変有効であるが、以下のような問題がある。

すなわち、第４図は従来の超音波診断装置の１つのチャ
ンネルの回路構成例を示すものであるが、この回路にお
ける高圧スイッチ６−１は、超音波振動子５−１とパル
サ７−１及び受信器８−１からなる送受信系９との間に
結合コンデンサ１０を介してダイオード１１を接続する
とともにこのダイオード１１０カソードと超音波振動子
５−１との間にバイアス抵抗Ｒ４を介してオンオフ制御
用のトランジスタＱ、を接続し、さらにダイオ−１゛１
１のアノード側に順バイアス抵抗Ｒ２を介して順バイア
ス電圧ＶＣ（＝１０〜１５Ｖ程度）を、ダイオード１１
のカソード側に高圧バイアス用抵抗Ｒ３を介して高圧パ
ルス電圧ＶＨ（＝　１００〜３００Ｖ程度）をそれぞれ
印加するように構成している。そして、超音波の送信時
にはトランジスタＱ、のベースバイアスを加えてこのト
ランジスタＱ１をオンにすることによりダイオード１１
を順バイアス状態にしてパルサ７〜１からの高圧パルス
を超音波振動子５−１に印加する一方、１−ランジスタ
Ｑｌ　のベースバイアスを停止トしてこのトランジスタ
Ｑ、をオフ状態にすることによりダイオード１１を逆バ
イアス状態にして高圧パルスの送信を遮断するようにし
ている。

また、反射エコーの受信時には、トランジスタＱ、をオ
ンにしてダイオード１１を順バイアス状態にしつつ超音
波振動子５−１からの信号の変化分を受信器８−１に取
り込む一方、１ランジスタＱ１をオフにしてダイオ−［
１１を逆バイアス状態にすることにより反射エコーによ
る信号の伝送を遮断するように１７でいる。

しかしながら、このような高圧スイッチ６−１を超音波
診断装置本体に組み込む場合は別として、超音波プロー
ブ１内にこの高圧スイッチ６−１を組み込む場合には高
圧バイアスを印加するための高圧配線が必要で、かつ、
超音波プローブ１に対しリーク電流防！トのための特別
の絶縁設計をすることが必要となり安全性の点で問題が
あるとともに、高圧バイアス電圧を常時スイッチに印加
しなければならないため余分な電力を消費するという問
題がある。

また、高圧スイッチ６−１として第５図に示すような回
路構成を有するものも知られている。

同図に示す高圧スイッチ６−１は、超音波振動子５−１
と送受信系９との間に２個のＦＥＴ１２Ａ。

１２Ｂを直列接続するとともに両Ｆ丁？、Ｔｌ２Ａ。

１２Ｂのソースの接続点とゲートの接続点との間にダイ
オード１３を接続し、さらに、両Ｆ　１７　Ｔｌ２Ａ、
１２Ｂのゲートに対しバイアス抵抗Ｒ４を介してオンオ
フ制御用のＦＥＴ１４を接続し、このＦＥＴ１４のソー
スに正の高圧バイアス電圧子■、＋Ａを、ドレインには
高圧バイアス抵抗Ｒ５を介して負の高圧バイアス電圧−
ＶＩＩＢを印加するように構成している。

この高圧スイッチ６−１は、ＦＥＴ１２Ａをオンオフさ
せることによりＦＥＴ１２Ａ、１２Ｂのゲート電位を変
化させ、ＦＥＴｌ２Ａ、１２Ｂをオン、オフさせ、これ
らがオンの時は超音波振動子５−１と送受信系９との間
の高圧パルス及び受信器ご１−に応じた信号の送受を行
なうことができるが、第４図に示すものと同様高圧バイ
アス電圧の常時印加が不可欠でやはり安全性及び消費電
力の点で問題がある。

（発明の目的］ 本発明は１−記事情に鑑みてなされたものであり、高圧
バイアス電圧の印加が不要で安全性及び消費電力の点で
優れた特性を有する振動子選択回路としての高圧スイッ
チを具備した超音波診断装置を提供することを目的とす
るものである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するだめの本発明の概要は、任意数の超
音波振動子を列設した超音波プローブと前記各超音波振
動子数よりも少ない個数で高圧パルスの送信及び受信器
′：１−による信号の受信を行なうパルサ及び受信器か
らなる送受信系との間に接続され、前記各超音波振動子
のうちから任意個数の送受信に関与する超音波振動子を
選択するようにした電子走査式超音波診断装置の振動子
選択回路において、該振動子選択回路は、高圧パルスお
よび受信エコーによる信号の伝送を行なうｌ・ランジス
タと、このｌ・ランジスタをオンオフ制御する制御用の
トランジスタと、直流低電圧のバイアス電圧源に接続さ
れ前記両１−ランジスタにバイアスを供給するバイアス
回路を用いて構成したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図を参照ｔ７て説明する。

尚、超音波診断装置自体の回路構成は第３図に示すもの
と同様であるためその詳細な説明は省略し、かつ、第１
図に示す回路において第３図に示ずものと同一の機能を
有するものには同一の符号を付Ｌ２て１チヤンネルのみ
について説明する。

第１図に示す高圧スイッチ６−１は、超音波振動子５−
１と送受信系９との間に結合コンデンサ１０を介してス
イッチング素子としてのトランジスタＱ２を接続し、か
つ、このトランジスタＱ２のベースにオンオフ制御卸用
のトランジスタ０．を接続するとともに、比較的低圧の
バイアス電圧Ｖｃ　　（＝１０〜１５　（Ｖ）程度）を
、コレクタバイアス回路Ｚｃを介してトランジスタＱ２
のコレクタにベースバイアス抵抗Ｒ１及びベースバイア
ス回路Ｚ８を介してトランジスタＱ２のベースにそれぞ
れ印加することにより構成している。尚、同図中ＲＥは
トランジスタＱ２のエミッタと接地間に接続した直流バ
イアス用の抵抗である。

次に上記構成の高圧スイッチ６−１を具備したチャンネ
ルの作用をベースバイアス回路ＺＢ及びコレクタバイア
ス回路Ｚｃが定抵抗の場合について説明する。

まず、送受信系９のパルサ３−１から超音波振動子５−
１に高圧パルスを送イ８する場合について説明する。

この場合の初期状態としてｌ・ランジスタＱ、はオフに
保たれているものとする。この時には、ベースバイアス
抵抗Ｒ７を通じてトランジスタＱ２にバイアスが印加さ
れｌ・ランジスＱ２はオン状態となっている。高圧パル
スの送信時、ｌ・ランジスタＱ２のエミッタ電位（０点
）はベース電位に対応しており、このベース電位はベー
スバイアス回路ＺＲによりこのトランジスタＱ２のコレ
クタ電位に対応して決定される。し７たがって、パルサ
３−１からの高圧パルスは結合コンデンサＩＯ。

トランジスタＱ２を経て超音波振動子５−１に供給され
る。

次に、所定のタイミングで１−ランジスタＱ１のベース
にベースハイアスを加え、このトランジスタＱ、をオン
してトランジスタＱｔのヘース電位をシャントする。こ
れによりトランジスタＱ２のエミッタ電位も接地電位と
なり、高圧パルスの伝送は遮断される。

この場合、トランジスタＱ、、Ｑ２には高圧パルスが印
加されるので、それぞれ■。ＥＩ　　Ｖｃａの耐圧値が
高圧パルスのピーク値よりも大きいものを予め選定して
おけばよい。

次に、受信エコーに基く信号を超音波振動子５−１から
受信器８−１に伝送する場合につい゛ζ説明する。

この場合にも初期状態としてトランジスタＱｌをオフに
し７ておくものとする。

このとき、トランジスタＱ２のベース回路が低インピー
ダンスのときはこのトランジスタ０２はベース接地回路
に近い動作をする。即ち、トランジスタＱ２にばコレク
タバイアス回路Ｚｃの作用によりエミッタ電流が流れて
いる。

ここで受信エコーによる超音波振動子５−１からの信号
がトランジスタＱ２に入力すると、エミッタ電流が変化
しこれによりトランジスタＱ２のコレクタ電位（Ａ点）
も変化してトランジスタＱ２ばオンとなり、受信した信
号は送受信系９内の受信器８−１に到達する。

また、トランジスタＱ２のベース回路が高インピーダン
スのときは、トランジスタＱ、のエミッタ側のインピー
ダンスも高くなり、受信した信号によるトランジスタＱ
、のエミッタ電位の変化はそのままコレクタ電位の変化
となり、これにより受信した信号は受信器８−１に到達
する。

一方、所定のタイミングでＩ・ランジスタＱ１をオンす
ると、トランジスタＱ２のベースはシャントされるため
このトランジスタＱ２はオフとなり受信した信号は遮断
される。

尚、以−１−の説明では１チャンネル分の送受信を行な
う場合について説明したが、実際の装置における振動子
選択回路ではチャンネル数に対応する数だ４ノの前記高
圧スイッチ６−１を用いて回路構成を行うことはいうま
でもない。以下に多チャンネルの回路構成らなる振動子
切替回路の一例を第２図を参照して説明する。同図に示
す振動子切替回路としての高圧スイッチ群２０は、上述
した第１図に示す高圧スイッチ６−１と略同様な回路構
成からなるＮ個の高圧スイッチ１６−１〜１６−Ｎを並
列接続することにより構成している。尚、この高圧スイ
ッチ群２０の各高圧スイッチ１６−１〜１６−Ｎにおい
て、第１図に示す高圧スイッチ６−１の各回路素子と同
一の機能を有するものには同一の符号を付しその詳細な
説明は省略する。

この高圧スイッチ群２０においては、各ベースバイアス
用回路Ｚ、としてキャパシタＣＢ　１〜０８Ｎをそれぞ
れ用いている。これは、各ベースバイアス用回路Ｚ、と
してそれぞれ抵抗を用いた場合には各高圧スイッチｌ　
６−１〜１６−ＮのそれぞれのＡ、〜ＡＮ点（各トラン
ジスタＱ２のコレクタ）の直流バイアスが各トランジス
タＱ２のオン時とオフ時で異なることから、これらが干
渉しないようにするためである。

また、各高圧スイッチ１６−１〜１６−ＮのＡ、〜ＡＮ
点に対し一個のコレクタバイアス用回路Ｚｃによりコレ
クタバイアスを与えるように横成している。これは、コ
レクタバイアス用回路Ｚｃも本来Ｎ個分必要であるが、
−上述したようにＡ、〜ＡＮ点と各トランジスタＱ２の
ベースとをキャパシタ結合としたことによりコレクタバ
イアス用回路Ｚ。を兼用できることによる。

尚、」二連したキャパシタＣＢＩ〜ＣＢ　Ｎとしては、
トランジスタＱ２のベース側入力抵抗ＲＢＩ１１とこの
トランジスタＱ２を通過する高圧パルス幅ｔｐ、ｌとか
らそのキャパシタＣ□〜ＣＥＮの値Ｃｎ　≧ｔ７／ＲＢ
ＩＮとなるように選べば良い。例えば、１Ｆ□＝２ｏｏ
ｎｓ、ＲＢＩＮ　＝４０　ｐＦとするとき、Ｃ６≧４０
ｐＦとすればよい。

また、コレクタバイアス用回路Ｚｃとしては、抵抗Ｒ６
で構成する場合のほか、例えばインダクタＬｃと抵抗Ｒ
６との直列回路としてもよい。

この場合には、各トランジスタＱ２の直流バイアスは抵
抗Ｒ６の値で定まるが、高周波的にはインダクタＩ−ゎ
により高インピーダンスとすることができ、ｉＥ抗Ｐｃ
の値が小さくても信号伝送の１１失を低減することがで
きる。

１−記構成の高圧スイッチ群２０は、Ｎ個の高圧スイッ
チ１６−１〜１６−Ｎの各トランジスタＱ、のうち（Ｎ
　−Ｍ）個分を常時オフとするよ・うに制御するととも
に、Ｍ個分のトランジスタ（′１１をオンオフすること
により、Ｎ個の超音波振動子５−１〜５−ＮからＭ個の
超音波振動子を選択して送受信系９との信号伝送に供す
ることができる。

また、この高圧スイッチ群２０は回路が簡略であり、通
常用いられているバイポーラトランジスタ技術で構成で
きる。そして、順バイアス電圧ＶＣとしては＋５（Ｖ）
程度り−えれば一１分に回路が動作するため、直流高電
圧のバイアス電圧が不要となり、この結果、消費電力の
低減と安全性の向−Ｆを図ることができる。特に、この
高圧スイッチ群２０を超音波プローブに内蔵した場合、
直流高電圧のバイアス電圧が不要であることは医用機器
として用いられる超音波プローブの性格からも大変望ま
しいものである。

さらに、この高圧スイッチ群２０は、ディスクリート部
品やハイブリッドＩＣでも構成でき、また特殊な製造プ
ロセスが不要であるためモノリシックＩＣ化にも適して
いる。特にモノリシックＩＣによるトランジスタのコレ
クタ容量Ｃ８ｂ　１．ｔ　数＋ｐＦとすることができる
ので１、二の二ルクタ容量Ｃ９゜を各高圧スイッチ１６
−１〜１６−ＮのキャパシタＣＢ　ｌ−ＣＢ　Ｎとして
回路構成することも可能でより回路の簡略化を図ること
ができるとともに、モノリシックＩＣ化により高圧スイ
ッチ群２０全体の小型化、低価格化及び高信頼化が可能
である。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、そ
の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、第１図に示す実施例では高圧パルスとして正極
性パルスを用いる場合について説明したが、負極性パル
スのときには各ｌ・ランジスタＱ、。

０□をＩ）　Ｎ　＋）型のものにすれば同様に実施でき
る。

また、波高値ＶＰＰの両極性パルスを用いる場合には、
トランジスタＱ、に適当なバイアスを与えてそのエミッ
タ電位をＶＰＰ／２に設定するようにすれば上述した実
施例と同様に実施できる。

〔発明の効果〕

以上詳ｉホした本発明によれば、高圧バイアス電位の印
加が不要で消費電力が少なく安全性に１）優れた電子走
査式超音波診断装置の振動子選択回路を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例回路を構成する高圧スイッチの
一例を示す回路図、第２図は第１図に示す高圧スイッチ
を用いた振動子選択回路を示す回路図、第３図は超音波
診断装置の構成例を示す回路図、第４図は従来の高圧ス
イッチの一例を示す回路図、第５図は従来の高圧スイッ
チの他側を示す回路構成図である。 ＱＩ・・・トランジスタ、Ｑ２・・・トランジスタ、１
・・・超音波プローブ、 ５−１〜５−Ｎ・・・超音波振動子、 ７−１〜７−Ｍ・・・パルサ、 ８−１〜８−Ｍ・・・受信器、 １６−１〜１６−Ｎ・・・高圧スイッチ、２０・・・高
圧スイッチ群。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 任意数の超音波振動子を列設した超音波プローブと前記
   各超音波振動子数よりも少ない個数で高圧パルスの送信
   及び受信エコーによる信号の受信を行なうパルサ及び受
   信器からなる送受信系との間に接続され、前記各超音波
   振動子のうちから任意個数の送受信に関与する超音波振
   動子を選択するようにした電子走査式超音波診断装置の
   振動子選択回路において、該振動子選択回路は、高圧パ
   ルスおよび受信エコーによる信号の伝送を行なうトラン
   ジスタと、このトランジスタをオンオフ制御する制御用
   のトランジスタと、直流低電圧のバイアス電圧源に接続
   され前記両トランジスタにバイアスを供給するバイアス
   回路を用いて構成したことを特徴とする電子走査式超音
   波診断装置の振動子選択回路。