JPH021247A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、被検体に向けて送波した超音波の該被検体よ
りの反射成分を収集して診断に供する超音波診断装置に
関する。

（従来の技術） 超音波診断装置においては、駆動パルス（励振パルスと
も称される）の印加により被検体に向けて超音波を送波
すると共に、該被検体よりの反射成分（超音波エコー）
を受波する超音波プローブが備えられている。

実際の超音波診断装置においては、タイプの異なる複数
の超音波プローブが用意され、診断対象部位や用途に応
じて適宜に使い分けられている。

複数の超音波振動子をアレイ状に配列して成り超音波の
電子スキャン（リニアスキャン、セクタスキャン）を可
能とする超音波プローブを備える超音波診断装置におい
ては、該プローブの超音波振動子への駆動パルス印加用
の複数の送信系チャンネルと、超音波エコー信号処理用
の複数の受信系チャンネルとを有して成る送受信回路が
設けられている。この送受信回路は電子スキャン用超音
波プローブ専用であり、当該プローブにおける超音波振
動子に対して入出力インピーダンス等が最適の値に設定
されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような超音波診断装置において、電子ス
キャン用超音波プローブとは別のプローブ例えばメカニ
カルスキャン用の超音波プローブを用いて被検体の超音
波情報を収集したい場合がある。メカニカルスキャン用
の超音波プローブとしては、リング状に形成された複数
の超音波振動子を同心円状に配列して成り、電子フォー
カシングを可能としたアニユラアレイ型と、円形状の１
個の超音波振動子を有して成るシングル型とが挙げられ
るが、いずれのプローブにおいても電子スキャン用超音
波プローブの振動子に比して振動子の面積が大きく、逆
にインピーダンスが小さい。

上記のように、送受信回路が電子スキャン用超音波プロ
ーブにおける振動子に対して最適設計されているため、
この送受信回路をそのまま使用して上記のメカニカルス
キャン用超音波プローブを駆動しても、負荷（超音波振
動子）駆動能力低下や受信系におけるＳ／Ｎ比低下によ
り被検体の超音波情報を高Ｓ／Ｎ比で収集することは困
難であり、どうしてもメカニカルスキャン用超音波プロ
ーブ専用の送受信回路を別に付加する必要がある。しか
し、メカニカルスキャン用超音波プローブ専用の送受信
回路を付加すると、装置の大型化及びコスト増大を招来
する。

そこで本発明は上記の欠点を除去するもので、電子スキ
ャン用超音波プローブの他に、メカニカルスキャン用超
音波プローブの如く超音波振動子の数が送受信回路のチ
ャンネル数より少ない超音波プローブの使用を可能とす
る超音波診断装置であって超音波情報のＳ／Ｎ比の向上
を図ったものを小型且つ低コストにて提供することを目
的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明に係る超音波診断装置
では、超音波振動子への駆動パルス印加用の複数の送信
系チャンネルと、超音波エコー信号処理用の複数の受信
系チャンネルとを有する送受信回路を備え、この送受信
回路のチャンネル数よりも少ない数の超音波振動子を有
して成る超音波プローブの使用を可能とする超音波診断
装置において、複数の送信系チャンネル出力端を前記超
音波プローブにおける超音波振動子に対して並列接続す
ることで該振動子の並列駆動を可能とする第１の手段と
、複数の受信系チャンネル入力端を前記超音波プローブ
における超音波振動子に対して並列接続することにより
同一の超音波エコー信号の複数チャンネルでの受信処理
を可能とする第２の手段との少なくともいずれかを備え
ている。

ここで、過電流に対する保護抵抗を送信系チャンネルに
対応して設けるようにするとよい。

（作　用） 前記第１の手段により、複数の送信系チャンネル出力端
を超音波振動子に対して並列接続した場合の等何回路を
第７図に示す。

同図において、■Ｐは各送信系チャンネル毎のパルサ出
力電圧（内部起電力と考えられる）であり、ＺＰはパル
サの出力インピーダンスであり、ＺＬは超音波振動子の
入力インピーダンスである。

ここで、パルサ１個の場合を想定すると、この場合の超
音波振動子の両端間電圧Ｖ’Ｌは、と表され、例えばＺ
Ｌ　＝ＺＰの条件下で、Ｖ’Ｌ＝ＶＰ　／２となる。

一方、第７図のようにＭ個（Ｍ＝２．　３．　４゜・・
・）のパルサが並列接続された場合、超音波振動子の両
端間電圧ＶＬは、 と表わされ、複数のＺＰの並列の条件下でＺＬ）ＺＰ／
Ｍが成立するから、ｖｔｎｌｖｐとなり、パルサの出力
インピーダンスＺＰによる電圧降下を無視することがで
きる。従って、複数の送信チャンネル出力端を超音波振
動子に対して並列接続した場合には、送信回路の負荷駆
動能力が向上する。このため、超音波の送信レベルが増
大し、受信レベル増大により超音波情報のＳ／Ｎ比が向
上する。

前記第２の手段により、複数の受信系チャンネル入力端
を超音波振動子に対して並列接続した場合の等何回路を
第８図に示す。同図においてＺｓは超音波振動子の出力
インピーダンスであり、Ｖｓは超音波振動子の出力信号
電圧（ノイズを含まない受信エコー）であり、ｖＮはノ
イズ電圧であり、ＡＭＰは各受信チャンネルにおけるプ
リアンプ（増幅度Ａｖ＝’Ｊ−とする）であり、ＡＤＤ
は加算器である。Ｖｓ、ＶＮが同時にＭ個（Ｍ＝２゜３
．４．・・・）のプリアンプ（ＡＭＰ）に同時に入力さ
れる。この場合、信号成分は互いに相関があるため、Ｍ
倍に加算されるが、プリアンプのノイズ成分は相関がな
いためｆｆ倍に加算されることになる。プリアンプ（Ａ
ＭＰ）９の入力換算ノイズＶｎｉが超音波振動子の出力
ノイズＶＮよりも大きいとき、出力電圧Ｖｏｕｔは、 Ｖｏｕｊ　＝Ｍ　（Ｖｓ　十Ｖ［）　＋、ｒ１１コＴ１
ゴと表わされる。従って、受信系におけるＳ／Ｎ比は、 Ｓ／Ｎ −Ｍ−Ｖｓ／　　Ｌ　　Ｎ　　＋（ＭＶｎｉｐとなり、
ＶＮ＜Ｖ旧のときに受信系におけるＳ／Ｎ比が改善され
ることになる。

ここで、複数のパルサ、複数のプリアンプ、加算器を含
んで成る送受信回路は、本来電子スキャン用超音波プロ
ーブ専用のものであり、新たに付加したものではない。

従って、本発明によれば、メカニカルスキャン用超音波
プローブの如く超音波振動子の数が送受信回路のチャン
ネル数より少ない超音波プローブの使用を可能とする超
音波診断装置を、小型且つ低コストにて提供できる。

尚、負荷（超音波振動子）駆動能力の向上又は受信系Ｓ
／Ｎ比の向上により、装置全体としての超音波情報のＳ
／Ｎ比の向上が可能となるから、上記第１．第２の手段
の双方を具備するのが理想的ではあるが、いずれか一方
を具備する場合でも本発明の目的を達成し得る。

（実施例） 以下、図面に示した実施例に基づき本発明を具体的に説
明する。

第１図は本発明の一実施例たる超音波診断装置のブロッ
ク図である。同図において、１ａはコネクタであり、超
音波プローブはこのコネクタ１ａにより装置本体に着脱
自在に結合される。２−１乃至２−ｍは超音波プローブ
における振動子の駆動タイミングを遅延させる送信遅延
部であり、３−１乃至３−ｍは該振動子の励振に供され
る駆動パルスを発生するパルサである。４は振動子の切
換え接続を行う高圧スイッチ群である。６−１乃至６−
ｍは、振動子から高圧スイッチ群４を介して入力される
超音波エコー信号（超音波情報）を増幅するプリアンプ
であり、７−１乃至７−ｍはこのプリアンプ６−１乃至
６−ｍの出力を遅延する受信遅延部であり、８はこの受
信遅延部７−１乃至７−ｍの出力を加算する加算器であ
る。また、９はこの加算器８の出力を取込み、エコー信
号の処理を行うエコー信号処理部であり、１０はフレー
ムメモリを中心に構成されたディジタルスキャンコンバ
ータであり、１１はこのディジタルスキャンコンバータ
１０の出力を可視化する表示部である。

尚、上記のパルサ３−１乃至３−ｍ、送信遅延部２−１
乃至２−ｍ、プリアンプ６−１乃至６−ｍ、受信遅延部
７−１乃至７−ｍ、加算器８を有して送受信回路１４が
形成される。

また、超音波プローブのタイプ識別のためのプローブ［
ＤはＣＰＵ１３によって認識されるようになっている。

ＣＰＵ１３は、機能的に送受信制御手段１２と駆動条件
設定手段１５とを有する。

送受信制御手段１２は、前記高圧スイッチ群４゜送信遅
延部２−１乃至２−ｍ、受信遅延部７−１乃至７−ｍ等
の動作制御を司るものである。駆動条件設定手段１３は
プローブＩＤ情報に基づいて超音波プローブのタイプを
認識し、当該認識結果に基づいて超音波プローブの駆動
条件設定を行うものである。

第２図は、電子スキャン用超音波プローブ１６がコネク
タｌａ、ｌｂ　（ｌａは装置本体側コネクタ、ｌｂはプ
ローブ側コネクタ）を介して装置本体に結合された状態
を示している。この超音波プローブ１６は、複数の振動
子１９をアレイ状に配列して成るもので、高圧スイッチ
群４における各スイッチの断続によってリニアスキャン
が可能となる。

第３図は、アニユラアレイ型のメカニカルセクタスキャ
ン用超音波プローブ１７がコネクタｌａ。

ｌｂ’を介して装置本体に結合された状態を示している
。この超音波プローブ１７はリング状に形成された複数
の超音波振動子１７を同心円状に配列して成るものであ
る。この超音波プローブ１７における超音波振動子２０
の数は、送受信回路１４のチャンネル数より少ない。プ
ローブ側コネクタｌｂ’　において４チヤンネル毎に並
列接続されており、これに対応して高圧スイッチ群４は
送受信制御手段１２の制御により４チャンネル単位で駆
動されるようになっている。つまり、この高圧スイッチ
群４のＯＮにより、４チャンネル分の送信系チャンネル
出力端（パルサ出力端を意味する）又は４チャンネル分
の受信系チャンネル入力端（プリアンプ出力端を意味す
る）が１個の超音波振動子２０に対して並列接続される
ことになる。

それ故に、本発明における第１．第２の手段は、第３図
の如（複数のコネクタピンが短絡結線されたプローブ側
コネクタｌｂ’　と高圧スイッチ群４によって実現され
る。

次に、上記のように構成された実施例装置の作用につい
て説明する。

装置本体に電子スキャン用超音波プローブ１６が装着さ
れた場合（第２図参照）　、ＣＰＵ１３における駆動条
件設定手段１５によって当該プローブ１６が認識され、
送受信制御手段１２の制御下でリニアスキャンが実行さ
れ、これにより得られた超音波情報がエコー信号処理部
９により処理され、ディジタルスキャンコンバータ１０
を介して表示部１１上に表示される。この場合の各部の
動作は従来装置と同様である。

次に、装置本体にメカニカルセクタスキャン用超音波プ
ローブ１７が装着された場合（第３図参照）、ＣＰＵ１
３における駆動条件設定手段１５によって当該プローブ
１７が認識され、送受信制御手段１２の制御下でメカニ
カルセクタスキャンが実行される。本実施例では、超音
波の送信において超音波プローブ１７の各超音波振動子
に対してパルサ３−１乃至３−ｍのうちの４個が並列接
続され、また、超音波の受信においてプリアンプ６−１
乃至６−ｍのうちの４個が並列接続される。

つまり、高圧スイッチ群４の作用によって送信系チャン
ネル出力端及び受信系チャンネル入力端がそれぞれ４チ
ャンネル単位で並列接続されるのである。これによれば
、送信時において各超音波振動子が４個の送信系チャン
ネルによって並列駆動され、また、受信時において同一
の超音波エコーが４個の受信系チャンネルで受信処理さ
れることになる。従って、既述した理由により、送信系
の負荷（超音波振動子）駆動能力が向上し、また、受信
系のＳ／Ｎ比が向上する。

尚、当該プローブ１７によるメカニカルセクタスキャン
において、送信遅延部２−１乃至２−ｍ及び受信遅延部
７−１乃至７−ｍの遅延時間は、それぞれ超音波振動子
に並列接続されるチャンネル毎に同一となる。

このように本実施例装置においては、高圧スイッチ群４
の作用により、複数のパルサ出力端の並列接続及び複数
のプリアンプ入力端の並列接続が行われるため、本来、
電子スキャン用超音波プローブ専用の送受信回路１４で
あるにもかかわらず、アニユラアレイ型に対する最適化
がなされ、良好な超音波情報の収集が可能となる。また
、アニユラアレイ型メカニカルセクタスキャン用超音波
プローブ専用の送受信回路を必要としないため、装置の
大型化、コスト上昇を回避できる。

次に、他の実施例について説明する。

上記実施例では、複数の送信系チャンネル出力端が同一
の超音波振動子に対して並列接続されるため、送信系チ
ャンネル間で遅延時間のばらつき、あるいは誤動作等が
あると、各送信系チャンネル出力端が短絡したのと等価
になり、過電流が流れるために回路破壊の虞れがある。

そこで、これを防止するため、第４図に示すように、送
信系チャンネルの過電流に対する保護抵抗２１を各チャ
ンネル対応して設けるとよい。この抵抗２１は、送信系
チャンネル出力端に対して直列となれば、いかなる箇所
に挿入接続してもよいが、他の超音波プローブ例えば電
子スキャン用超音波プローブ１６等の切換え使用を考慮
すれば（第２図参照）、第４図のように超音波プローブ
側、具体的にはプローブ側コネクタｌｂ’　内に配置す
るのがよい。このようにすれば、アニユラアレイ型のメ
カニカルセクタスキャン用超音波プローブ１７を使用す
る場合にのみ、保護抵抗２１が送信系チャンネル出力端
と直列に接続されることになり、他の超音波プローブ切
換え使用の場合の保護抵抗２１の関与を排除できる。

ここで保護抵抗２０の値は以下のように決定される。

第５図は第４図の構成において送信系チャンネル出力端
を超音波振動子に対して並列接続した場合の等何回路を
示している。ｖｐｔ乃至ＶＰＭは各送信系チャンネル毎
のパルス出力電圧、ＺＰはパルサの出力インピーダンス
、ＺＬは超音波振動子の入力インピーダンスである。

送信時の最大電流を■　　とし、保護抵抗２１ＡＸ の値をＲとし、送信パルスの電圧（波高）をＶＨとした
場合、 Ｒｏ央ｖ■／■ＭＡＸ Ｒｏ　＝Ｒ＋ＺＰ の関係よりＲを求めることができる。

例えば第６図に示すように、ＣＨＩ乃至ＣＨＭのうちＣ
ＨＩのみ遅延時間がずれた場合、他の送信系チャンネル
及び負荷ＺＬに対して、ＶＰＩにによる電流■１が流れ
る。この■１の最大値Ｉ　Ｉ　ＭＡＸ’よ１ 但し、Ｒｏ　＝ＺＰ　＋Ｒ となる。これより、 となり、この式を満すようにＲの値を決定すればよい。

但し、Ｒをあまり大きくすると、負荷駆動能力が大幅に
低下するので注意を要する。

このように保護抵抗２１を設けることにより、遅延回路
のばらつきや外乱ノイズによる誤動作等があった場合で
も、過電流が流れることがないから、回路の破壊が防止
される。また、保護抵抗２１の存在により負荷駆動能力
は上記実施例の場合よりも若干低下することになるが、
それでも、受信の場合にはこの保護抵抗２１をほとんど
無視することができ、複数の受信系チャンネル入力端を
超音波振動子に対して並列接続した場合のＳＺＮ比改善
については上記実施例の場合と同等であり、装置全体と
しての超音波情報のＳ／Ｎ比は、従来（こ比して向上す
ることになる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可
能であるのは言うまでもない。

例えば上記実施例ではアニユラアレイ型のメカニカルセ
クタスキャン用超音波プローブを用いる場合について説
明したが、通常の電子スキャン用超音波プローブの他に
、送受信回路１４におけるチャンネル数よりも少ない数
の超音波振動子を有して成る超音波プローブを用いる場
合の全てにおいて本発明を適用することができる。尚、
シングル型のメカニカルスキャン用超音波プローブのよ
うに送受信の遅延時間が不要な場合には、該遅延時間を
零に設定すればよい。

また、上記実施例ではプローブＩＤ情報に基づいて超音
波プローブの認識を行い、この認識結果に応じて高圧ス
イッチ群４の動作を制御するようにしたが、装置の操作
パネル上に超音波プローブのタイプに対応したスイッチ
を設け、このスイッチの操作によって駆動条件を設定す
るようにしてもよい。

更に、上記実施例では高圧スイッチ群４によって実現さ
れる第１．第２の手段の双方を備えたものについて説明
したが、いずれか一方の手段を省略してもよい。

そしてまた、高圧スイッチ群４を具備しない装置におい
ても本発明を適用することができる。すなわち、使用可
能プローブのうち超音波振動子数の最も多いプローブに
対応する送受信回路を有し、この回路において超音波送
受信の０Ｎ１０ＦＦ制御を行うようにした超音波診断装
置においても、超音波波振動子の並列駆動及び同一超音
波エコー信号の複数チャンネルでの受信処理を行うこと
ができ、従って、上記実施例と同様の効果を奏する。こ
の場合、本発明における第１．第２の手段は、第３図の
如（結線されたプローブ側コネクタと、前記送受信回路
の超音波送受信０Ｎ１０ＦＦ制御部とによって形成され
る。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、電子スキャン用超
音波プローブの他に、超音波振動子数が送受信回路のチ
ャンネル数より少ない超音波プローブの使用を可能とす
る超音波診断装置であって超音波情報のＳ／Ｎ比の向上
を図ったものを、小型且つ低コストにて提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図及び第３図は本実施例装置の主要部
の詳細な説明図、第４図は他の実施例の説明図、第５図
は第４図の構成の場合の等価回路図、第６図は送信パル
スのタイミング図、第７図及び第８図は本発明の原理説
明図である。 （１ｂ’、４）・・・第１の手段、第２の手段、１４・
・・送受信回路、 １９．２０・・・超音波振動子、 ２１・・・保護抵抗。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波振動子への駆動パルス印加用の複数の送信
   系チャンネルと、超音波エコー信号処理用の複数の受信
   系チャンネルとを有する送受信回路、及び、この送受信
   回路のチャンネル数よりも少ない数の超音波振動子を有
   して成る超音波プローブを備えた超音波診断装置におい
   て、複数の送信系チャンネル出力端を前記超音波プロー
   ブにおける超音波振動子に対して並列接続することで該
   振動子の並列駆動を可能とする第１の手段と、複数の受
   信系チャンネル入力端を前記超音波プローブにおける超
   音波振動子に対して並列接続することにより同一の超音
   波エコー信号の複数チャンネルでの受信処理を可能とす
   る第２の手段との少なくともいずれかを有することを特
   徴とする超音波診断装置。
2. （２）前記送信系チャンネルの過電流に対する保護抵抗
   を各送信系チャンネルに対応して設けた請求項１記載の
   超音波診断装置。
3. （３）前記保護抵抗を超音波プローブ側に設けた請求項
   ２記載の超音波診断装置。