JPS5869536A - Ultrasonic wave sending and receiving device - 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する分野］　　　　ゝ 本発明は超音波診断に使用される超音波診断装置の超音
波送受信器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention relates to an ultrasonic transmitter/receiver of an ultrasonic diagnostic apparatus used for ultrasonic diagnosis.

［従来技術の説明］ 超音波診断装置は超音波振動子、送信器、受信器、信号
制御部及び表示装置よりなるが良質な画像を得るために
は広帯域かつ高感度の送信器、超音波振動子、受信器が
要求される。このための送・受信器としては大別して２
つの方式がある。１つは超音波振動子と直列あるいは並
列にインダクタンスを配置し超音波振動子の電気的容量
とインダクタンスの作る共振回路の共振周波数を超音波
振動子の動作周波数と一致させ共振を利用して送信及び
受信を行なう方式、もう１つはインダクタンスを用いず
単極性の短かいパルスで超音波振動子を駆動し受信も電
気回路の共振現象は用いずに広帯域の受信方法をとる方
式である。上記のインダクタンスを用いる方式は共振方
式呼ばれこの方法は高感度が得られるが共振方式である
ため帯域がせまく、また、使用する超音波振動子の電気
的容量によってインダクタンスの値を変えなければなら
ないという欠点がある。一方、インダクタンスを用いず
単極性の短かいパルスを用いる方式は非共振方式と呼ば
れ、この方式は感度がやや低いという欠点はあるが、広
帯域でありかつ使用する超音波振動子の電気的容量に依
存しないため超音波振動子の互換性が良いという特徴が
ある。しかしながらこの非共振方式は単極性のパルス駆
動であるために低周波成分に大きなスペクトラム成分を
持つため、このパルスの繰り返し周期とその高調波にあ
たる周波数の可聴音が超音波振動子より発生する。この
可聴音そのものは診断情報に何ら影響を与えないが被検
者及び使用者に不必要な心理的効果を与える可能性のあ
る音であるため無くすることが望ましい。第１図ａ、ｂ
および第２図ａ、ｂはそれぞれ共振方式及び非共振方式
の場合の典型的な駆動電圧波形とそのスペク１〜ラムを
示したものである。共振波形１〔第１図（ａ）〕のスペ
クトラム２〔第１図（ｂ）〕に見られるように共振方式
は感度は高いが帯域が狭い。一方非共振駆動波形３〔第
２図〈ａ）〕のスペクトラム４〔第２図（ｂ）〕は極め
て広帯域であるが超音波の発生には必要のない低周波数
領域に大きなスペクトラム成分を持っている。この低周
波のスペク１〜ラムがあると超音波振動子はパルスの繰
り返し周期ごとにＪ駆動するためこの繰り返し周期とそ
の高調波に相当する可聴音が超音波振動子より発生する
。共振方式の場合は低周波数領域のスペクトラムが小さ
いために可聴音は発生しない。[Description of the prior art] Ultrasonic diagnostic equipment consists of an ultrasonic transducer, a transmitter, a receiver, a signal control unit, and a display device.In order to obtain high-quality images, a broadband and highly sensitive transmitter and ultrasonic vibration are required. child, receiver is required. There are two types of transmitters and receivers for this purpose:
There are two methods. One is to place an inductance in series or parallel with the ultrasonic transducer, match the resonant frequency of the resonant circuit created by the electrical capacity of the ultrasonic transducer and the inductance with the operating frequency of the ultrasonic transducer, and transmit using resonance. The other method is to drive an ultrasonic transducer with short unipolar pulses without using an inductance, and to use a broadband reception method without using the resonance phenomenon of an electric circuit. The above method using inductance is called the resonance method, and this method provides high sensitivity, but because it is a resonance method, the band is narrow, and the inductance value must be changed depending on the electrical capacity of the ultrasonic transducer used. There is a drawback. On the other hand, a method that uses unipolar short pulses without using inductance is called a non-resonant method, and although this method has the drawback of slightly low sensitivity, it has a wide band and the electrical capacity of the ultrasonic transducer used. It is characterized by good compatibility with ultrasonic transducers because it does not depend on However, since this non-resonant method uses a unipolar pulse drive, it has a large spectrum component in the low frequency component, so the ultrasonic transducer generates audible sound at a frequency corresponding to the repetition period of this pulse and its harmonics. Although this audible sound itself has no effect on diagnostic information, it is desirable to eliminate it because it is a sound that may have an unnecessary psychological effect on the subject and the user. Figure 1 a, b
FIGS. 2a and 2b show typical drive voltage waveforms and their spectra 1 to 1 in the case of a resonant type and a non-resonant type, respectively. As seen in spectrum 2 [FIG. 1(b)] of resonance waveform 1 [FIG. 1(a)], the resonance method has high sensitivity but a narrow band. On the other hand, spectrum 4 [Fig. 2 (b)] of non-resonant drive waveform 3 [Fig. 2 (a)] has an extremely wide band, but it has large spectral components in the low frequency region that is not necessary for ultrasonic generation. There is. When this low frequency spectrum 1 to ram exists, the ultrasonic transducer is driven by J at each repetition period of the pulse, so that an audible sound corresponding to this repetition period and its harmonics is generated from the ultrasonic vibrator. In the case of the resonance method, no audible sound is generated because the spectrum in the low frequency region is small.

［発明の目的］ 本発明の目的は超音波振動子と送信器との間に可聴周波
数を遮断し、超音波振動子の動作周波数領域は通過域と
なるフィルタを配＠することによって超音波振動子より
発生する可聴音を大幅に抑圧しかつ非共振方式の広帯域
性をそのまま生がした超音波送受信器を提供することに
ある。[Object of the Invention] The object of the present invention is to cut off audible frequencies between an ultrasonic transducer and a transmitter, and to dispose a filter that serves as a passband in the operating frequency region of the ultrasonic transducer. An object of the present invention is to provide an ultrasonic transmitter/receiver that greatly suppresses audible sounds generated by a transducer and maintains the broadband characteristics of a non-resonant method.

［発明の要約］ 本発明は超音波振動子と送信器との間に可聴周波数を遮
断し超音波探触子の動作周波数領域は通過域となるフィ
ルタを配置することによって超音波振動子の動作周波数
領域には影Ｗなく広帯域性を保ち、かつ可聴周波数領域
のスペクトラム成分を小さくして可聴音の発生を大幅に
抑圧した超音波送受信器を実現したものである。[Summary of the Invention] The present invention improves the operation of the ultrasonic transducer by disposing a filter between the ultrasonic transducer and the transmitter that blocks audio frequencies and has a passband for the operating frequency region of the ultrasonic probe. This realizes an ultrasonic transmitter/receiver that maintains broadband properties without any shadow W in the frequency domain, and reduces the spectrum components in the audible frequency domain to significantly suppress the generation of audible sounds.

［発明の構成及び作用の説明］ 第３図は本発明の一実施例における送・受信器の回路図
の一部を示したものである。この実施例ではフィルタと
して並列インダクタンス９を用いている。超音波振動子
５の駆動は次のように行なわれる。コンデンサＣＯ６に
充電された電荷はスイッヂング用トランジスタ７に加え
られたゲートパルス８によってトランジスタが導通状態
になると直ちに超音波振動子５を充電する。トランジス
タ７は掻く短時間で開放状態に戻るので超音波振動子５
の両端の電圧は超音波振動子５の容量Ｃｐ並列インダク
タンスＬ９及び並列抵抗Ｒ１０による並列共振回路で減
衰振動をおこす。この振動電圧によって超音波振動子５
が駆動され超音波が発生する。被検体より反射した超音
波は超音波振動子５によって受信され抵抗Ｒ１０及びイ
ンダクタンスし９が並列に負荷された前置増幅器１１を
通５− してイの後信号処理が行なわれる。超音波振動子５の両
端にお（）る駆動電圧波形の１例を示したのが第４図ａ
の１２である。インダクタンスＬ９の値は並列共振周波
数ｆｐ＝１／（２πＦロコ）が超音波振動子の動作周波
数（通常２〜１０ＭＨ７）より十分小さく、かつ可聴周
波数（通常２゜１〈ト１７以下）より１−分大きな値に
なるように設定しである。このようにインダクタンスを
選ぶと可聴周波数は遮断し、超音波振動子の動作周波数
領域は通過域となるフィルタとして働（。駆動電圧波形
１２のスペク１〜ラムを示したのが第４図すの実線１３
である。なおこの図の波線１４はインダクタンスを入れ
な′い場合のスペク１〜ラムである。[Description of structure and operation of the invention] FIG. 3 shows a part of a circuit diagram of a transmitter/receiver according to an embodiment of the invention. In this embodiment, a parallel inductance 9 is used as a filter. The ultrasonic transducer 5 is driven as follows. The charges stored in the capacitor CO6 immediately charge the ultrasonic transducer 5 when the switching transistor 7 becomes conductive due to the gate pulse 8 applied to the transistor. Since the transistor 7 returns to the open state in a short time, the ultrasonic transducer 5
The voltage across both ends of the ultrasonic transducer 5 causes damped vibration in a parallel resonant circuit formed by the capacitance Cp, the parallel inductance L9, and the parallel resistance R10. This vibration voltage causes the ultrasonic vibrator 5 to
is driven to generate ultrasonic waves. The ultrasonic wave reflected from the object is received by the ultrasonic transducer 5, passes through a preamplifier 11 loaded with a resistor R10 and an inductor 9 in parallel, and undergoes signal processing. Figure 4a shows an example of the driving voltage waveform at both ends of the ultrasonic transducer 5.
12. The value of the inductance L9 is such that the parallel resonance frequency fp = 1/(2πF loco) is sufficiently smaller than the operating frequency of the ultrasonic transducer (usually 2 to 10 MH7), and 1- Set it to a larger value. When the inductance is selected in this way, the audible frequency is cut off, and the operating frequency range of the ultrasonic transducer acts as a filter with a passband (Fig. 4 shows spectra 1 to ram of the drive voltage waveform 12). solid line 13
It is. Note that the wavy line 14 in this figure is the spectrum 1 to ram when no inductance is included.

この図に見られるようにインダンタンスを配置したこと
によって可聴周波数領域（この図のＯＭ　１−ｉｌ付近
）のスペクトラムは大略３ＱｄＢ小さくなりそれだ（プ
可聴音の発生が抑圧されている。一方、超音波振動子の
動作周波数（２ＭＨｚ以上）ではスペクトラムにインダ
クタンス挿入の影響が殆んどなく非共振方式の広帯域性
がそのまま維持され６− ている。本実施例では超音波振動子と並列にインダクタ
ンスのみが配置されているが抵抗をこのインダクタンス
と直列に配置することもできる。By arranging the inductance as seen in this figure, the spectrum in the audible frequency range (near OM 1-il in this figure) is reduced by approximately 3QdB (the generation of audible sound is suppressed.On the other hand, At the operating frequency of the ultrasonic transducer (2 MHz or higher), the spectrum is hardly affected by the insertion of the inductance, and the broadband property of the non-resonant method is maintained as it is.In this example, an inductance is inserted in parallel with the ultrasonic transducer. A resistor can also be placed in series with this inductance.

次に第５図は第２の実施例の構成を示したもので可聴周
波数遮断フィルターとして容量Ｃ１５、抵抗Ｒ１６のフ
ィルタ（ＣＲフィルタ）を用いたものである。この場合
、フィルターの遮断周波数は可聴周波数より十分大きく
、かつ超音波振動子の動作周波数よりは十分小さく選ん
である。第６図は可聴周波数遮断フィルタとしてインダ
クタンス、コンデンサ、抵抗の共振回路を用いた実施例
を示したものである。同図ａはフィルタとしてインダク
タンスＬ１７、コンデンサＣ１８、抵抗Ｒ１９の直列回
路を超音波振動子５と並列に配置したものでインダクタ
ンスＬ１容吊Ｃの直列共振周波数が可聴周波数となるよ
うに１−とＣの値が選んである。また抵抗Ｒ１９は共振
の尖鋭度（Ｑ）を制御づるために配置しである。また同
図すはインダクタンスＬ２０、コンデンサＣ２１、抵抗
Ｒ２２の並列回路を超音波振動子と送信器の間に直列に
配置したものでこの場合インダクタンス上１容量Ｃの並
列共振周波数が可聴周波数になるように選んである。Next, FIG. 5 shows the configuration of a second embodiment, in which a filter (CR filter) having a capacitor C15 and a resistor R16 is used as an audio frequency cutoff filter. In this case, the cutoff frequency of the filter is selected to be sufficiently higher than the audible frequency and sufficiently lower than the operating frequency of the ultrasonic transducer. FIG. 6 shows an embodiment using a resonant circuit of an inductance, a capacitor, and a resistor as an audio frequency cutoff filter. Figure a shows a filter in which a series circuit of an inductance L17, a capacitor C18, and a resistor R19 is arranged in parallel with the ultrasonic transducer 5. The value of is selected. Further, the resistor R19 is arranged to control the sharpness (Q) of resonance. The figure also shows a parallel circuit consisting of an inductance L20, a capacitor C21, and a resistor R22 arranged in series between the ultrasonic transducer and the transmitter. has been selected.

以上の実施例では送受信器を１個だ（プ示しであるが、
同様の送受信器を複数個用いて電気的に超音波ビームを
走査する電子走査型超音波診断装置へ適用できることは
自明である。In the above embodiment, there is only one transmitter/receiver (as shown in the illustration).
It is obvious that the present invention can be applied to an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus that electrically scans an ultrasonic beam using a plurality of similar transceivers.

「発明の詳細な説明］ 以上説明したように本発明によって超音波振動子より発
生する可聴音を大幅に抑圧できかつ非共振方式の広帯域
性をそのまま維持できる超音波送受信器を提供すること
ができる。"Detailed Description of the Invention" As explained above, the present invention makes it possible to provide an ultrasonic transceiver that can significantly suppress the audible sound generated by the ultrasonic transducer and maintain the broadband characteristics of the non-resonant method. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図、第２図は共振方式及び従来の非共振方式の駆動
波形図とスペクトラム図、第３図は本発明の一実施例の
回路図、第４図は同実施例の駆動波形図とスペクトラム
図、第５図、６図は本発明の他の実施例の回路図である
。 ６・・・・・・コンデンサ ７・・・・・・トランジスタ ９・・・・・・フィルタ用インダクタンス１０・・・・
・・抵抗 １１・・・・・・前置増幅器 代理人弁理士　則近憲佑（ほか１名） ９− 第１図 つ ０　］　２３４５６７８ 周波数（Ｍ７１ｚ） 第２図 へ　　　　　　　　ｂ ０１２３４５６７８ 周波数（Ｍｌ（ｚ） 第３図 第４図 ０１２３４５６７８ 周波数（ＭＪ（ｚ） 第５図 第６図　ａ １９２−Figures 1 and 2 are drive waveform diagrams and spectrum diagrams of the resonant method and the conventional non-resonant method, Figure 3 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and Figure 4 is a drive waveform diagram of the same embodiment. The spectrum diagrams and FIGS. 5 and 6 are circuit diagrams of other embodiments of the present invention. 6...Capacitor 7...Transistor 9...Filter inductance 10...
...Resistor 11...Preamplifier attorney Kensuke Norichika (and one other person) 9- Figure 1 0] 2345678 Frequency (M71z) Go to Figure 2 b 012345678 Frequency (Ml(z) ) Figure 3 Figure 4 012345678 Frequency (MJ(z) Figure 5 Figure 6 a 192-

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）超音波振動子を備え、超音波を送受波する非共振
方式の超音波送受信器において、前記超音波振動子に加
わる電圧波形のうち可聴周波数レベルを遮断もしくは減
じるフィルタを設け、前記超音波振動子より発生する可
聴音周波数レベルを遮断もしくは減じたことを特徴とす
る超音波送受信器。(1) In a non-resonant ultrasonic transceiver that includes an ultrasonic transducer and transmits and receives ultrasonic waves, a filter is provided to cut off or reduce the audible frequency level of the voltage waveform applied to the ultrasonic transducer, An ultrasonic transmitter/receiver characterized by blocking or reducing the audible sound frequency level generated by a sonic vibrator. （２）フィルタは超音波振動子と並列に設【プられたイ
ンダクタンスによって構成されることを特徴とする特ｆ
４請求の範囲第１項記載の超音波送受信器。(2) A special feature characterized in that the filter is constituted by an inductance placed in parallel with the ultrasonic transducer.
4. The ultrasonic transceiver according to claim 1.