(57)【要約】【課題】超音波診断装置において、振動素子と送受信部との間で送信信号を電圧信号として伝送し、受信信号を電流信号として入力し、これによって新しい伝送方式を実現する。【解決手段】伝送回路１６には正負対称性をもった一対の入出力トランジスタＱ１，Ｑ２が設けられる。それらのエミッタ共通接続点に信号線２０２が接続され、それらのベース共通接続点に送信信号が入力される。それらのトランジスタＱ１，Ｑ２のミラー効果を低減させるためのトランジスタＱ３，Ｑ４が設けられ、それらのトランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタ電流として受信信号が取り出される。トランジスタＱ１，Ｑ２は受信時にベース接地回路として機能し、送信時にコレクタ接地回路として機能する。【選択図】        図２
2005013403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波する送受波器と、
前記送受波器に対して信号線を介して接続された伝送回路と、
前記伝送回路に接続された送信部と、
前記伝送回路に接続された受信部と、
を含み、前記伝送回路は、送信時に、前記送信部からの送信信号を電圧信号として前記信号線を介して前記送受波器へ伝送し、受信時に、前記送受波器から前記信号線を介して伝送されてくる受信信号を電流信号として入力してその受信信号を前記受信部へ伝送することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記伝送回路は、正負対称性をもった一対の入出力トランジスタを有し、その一対の入出力トランジスタが相互に接続された入出力点に前記信号線が接続されたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記一対の入出力トランジスタは、送信時にコレクタ接地回路として動作し、受信時にベース接地回路として動作することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、
前記一対の入出力トランジスタにおける一方及び他方の入出力トランジスタのベース端子が共通接続されてベース共通接続点が構成され、そのベース共通接続点に前記送信部からの送信信号が与えられ、
前記一対の入出力トランジスタにおける一方及び他方の入出力トランジスタのエミッタ端子が共通接続されて前記入出力点としてのエミッタ共通接続点が構成され、そのエミッタ共通接続点に前記信号線が接続され、
前記一対の入出力トランジスタにおける一方及び他方の入出力トランジスタのコレクタ端子の電圧を正側及び負側の一定電圧に固定する一対の電圧設定回路が設けられ、前記一方及び他方の入出力トランジスタのコレクタ端子を通じて受信信号が取り出されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記一対の電圧設定回路は、一対の基準電源と、それらの一対の基準電源の電圧から前記正側及び負側の一定電圧を形成する回路と、を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置において、
前記信号線に伝送される送信信号の最大電圧は±２Ｖから±２０Ｖの範囲内であり、
前記送受波器を低電圧駆動することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
低インピーダンス型の振動素子に対して信号線を介して接続された伝送回路を含み、
前記伝送回路は、前記振動素子に対して前記信号線を介して送信信号を低電圧型の電圧信号として送出し、前記振動素子から前記信号線を介して受信信号を電流信号として入力することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、超音波診断装置における送信信号及び受信信号の伝送に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、送受波器としての振動素子、振動素子へ送信信号を供給する送信回路（送信部）、振動素子からの受信信号を処理する受信回路（受信部）、振動素子と送信回路及び受信回路との間に設けられた信号線、などを有する。
従来において、典型的には、送信信号及び受信信号とも電圧信号として伝送される。送信信号は例えば１００Ｖｐｐにも及ぶ高圧の電圧信号であるのに対し、受信信号は微弱な電圧信号である。一般に、送信信号及び受信信号は、送受兼用の振動素子については共通の信号線上に伝送される場合もあるし、送信専用素子及び受信専用素子については送信用信号線及び受信用信号線上に伝送される場合もある。いずれにしても、受信信号を電圧信号として信号線上に伝送する場合、その信号線が有するキャパシタ成分がその受信信号を減衰させる。
【０００３】
ところで、特許文献１には、振動素子からの受信信号が電圧信号から電流信号に変換され、その電流信号としての受信信号を信号線を介して装置本体の受信部へ伝送する技術が開示されている。受信部の入力段には、入力インピーダンスが実質的にゼロオームの回路が設けられ、これによって電流信号での受信信号の伝送が達成されている。このような構成によれば、理論上、信号線のキャパシタの影響を受けないで受信信号を伝送できるという顕著な利点がある。特許文献２には、超音波診断装置の信号伝送回路の一例が示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３６５１３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９０３２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１では電流信号としての受信信号の伝送に注目しており、送信信号の伝送、特に送受共通の信号線に電圧信号としての送信信号及び電流信号としての受信信号をともに流す技術については具体的に開示されていない。
【０００６】
本発明の目的は、送信信号及び受信信号の新しい伝送方式を実現することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、受信信号の伝送中における劣化を防止することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、振動素子の新しい駆動方式を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、超音波を送受波する送受波器と、前記送受波器に対して信号線を介して接続された伝送回路と、前記伝送回路に接続された送信部と、前記伝送回路に接続された受信部と、を含み、前記伝送回路は、送信時に、前記送信部からの送信信号を電圧信号として前記信号線を介して前記送受波器へ伝送し、受信時に、前記送受波器から前記信号線を介して伝送されてくる受信信号を電流信号として入力してその受信信号を前記受信部へ伝送することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、信号線には、電圧信号としての送信信号が伝送され、また電流信号としての受信信号が伝送される。伝送回路は、特に望ましい構成例では、送信時にパルサー回路として動作し、受信時にヘッドアンプ回路として動作する。伝送回路が送受信両方で機能を発揮するので、配置スペース面で有利である。伝送回路は、装置本体内、プローブ内、あるいは、プローブコネクタボックス内に配置される。
【００１１】
伝送回路の回路例としては、上記の機能を実現できる限りにおいて、多様な構成例をあげることができるが、受信信号をその劣化を防止しつつ電流信号として受け入れるため、信号線側から見て伝送回路の入力インピーダンスが理論的にゼロオームであるのが望ましい。個々の振動素子からの受信信号を各伝送回路で受け入れる場合においても、各伝送回路の入力インピーダンスが理論的にゼロオームであればクロストークの問題も軽減又は防止できる。また、伝送回路においてその入力段に電圧が発生しないので、その入力段を一対の入出力トランジスタなどで構成する場合に、それらの動作点が変動せず、原理的には、受信波形に歪みが生じない（あるいは発生し難い）という利点がある。また、振動素子を低電圧駆動できるように構成すれば、低電圧信号として送信信号を伝送できるので、伝送回路や送信回路などを高耐圧型にする必要がなくなり、また省電力の面でも有利であり、更に、任意波形送信のための回路構成として有利である。例えば、高周波モノシリック集積回路製造技術などを用いて伝送回路を製作することもできる。
【００１２】
送受波器は二次元アレイ振動子であるのが望ましく、基本的には、各振動素子ごとに１つの信号線及び１つの伝送回路が接続される。なお、１つの信号線に送信用振動素子及び受信用振動素子を接続することも可能である。各振動素子を積層素子として構成して好ましくは１０〜１０００Ωの低インピーダンス型とし、それを最高電圧が数Ｖ又は数十Ｖである低電圧型の送信信号で駆動するようにするのが望ましい。
【００１３】
望ましくは、前記伝送回路は、正負対称性をもった一対の入出力トランジスタを有し、その一対の入出力トランジスタが相互に接続された入出力点に前記信号線が接続される。また望ましくは、前記一対の入出力トランジスタは、送信時にコレクタ接地回路として動作し、受信時にベース接地回路として動作する。
【００１４】
上記構成によれば、受信時においては、ベース接地回路の特性を生かして入力インピーダンスを非常に小さくできる。送信時においては、コレクタ接地回路として出力インピーダンスを非常に低くできる。ベース接地回路を縦続接続（カスケード接続）した回路構成とすることにより、送信時及び受信時においてミラー効果を低減させて周波数特性を良好にできる。
【００１５】
望ましくは、前記一対の入出力トランジスタにおける一方及び他方の入出力トランジスタのベース端子が共通接続されてベース共通接続点が構成され、そのベース共通接続点に前記送信部からの送信信号が与えられ、前記一対の入出力トランジスタにおける一方及び他方の入出力トランジスタのエミッタ端子が共通接続されて前記入出力点としてのエミッタ共通接続点が構成され、そのエミッタ共通接続点に前記信号線が接続され、前記一対の入出力トランジスタにおける一方及び他方の入出力トランジスタのコレクタ端子の電圧を正側及び負側の一定電圧に固定する一対の電圧設定回路が設けられ、前記一方及び他方の入出力トランジスタのコレクタ端子を通じて受信信号が取り出される。
【００１６】
上記構成において、各入出力トランジスタのコレクタ電位は固定されている。
ベース共通接続点に送信信号が与えられると、対称性をもった各入出力トランジスタのベース電位が送信信号の正負の電圧に応じて変動し、エミッタ共通接続点の電位もそれに伴って変動する。その電圧変動が送信信号として信号線に伝送される。受信時には、入出力点（エミッタ共通接続点）に入力される電流の電流値の変動が各入出力トランジスタのコレクタ電流の電流値を変動させ、その変動が電流信号又は電圧信号として受信部へ伝送される。
【００１７】
望ましくは、前記一対の電圧設定回路は、一対の基準電源と、それらの一対の基準電源の電圧から前記正側及び負側の一定電圧を形成する回路と、を含む。ここで、入出力トランジスタのコレクタはベース接地構成を持つ電圧設定回路と縦続接続されている。これにより入出力トランジスタのミラー効果が著しく低減され、送受信時において周波数特性を改善させることができる。
【００１８】
望ましくは、前記信号線に伝送される送信信号の最大電圧は±２Ｖから±２０Ｖの範囲内であり、前記送受波器を低電圧駆動する。従来装置においては例えば１００Ｖ程度の電圧で振動素子が駆動されていたが、上記構成によれば、低電圧駆動がなされる。特に望ましくは、例えば、±４．５Ｖ、±９Ｖといった１桁台又は１桁台に近い電圧信号として送信信号が構成される。
【００１９】
（２）本発明は、低インピーダンス型の振動素子に対して信号線を介して接続された伝送回路を含み、前記伝送回路は、前記振動素子に対して前記信号線を介して送信信号を低電圧型の電圧信号として送出し、前記振動素子から前記信号線を介して受信信号を電流信号として入力することを特徴とする。
【００２０】
振動素子は、例えば、１００〜８００Ωの電気的なインピーダンスを有し、それが±２Ｖ〜±２０Ｖ程度の低い電圧で駆動される。その場合に、必要な音響パワーを発揮するために必要な電流が振動素子に流される。伝送回路にバイアス電流を定常的に流すこともできるが、必要な期間だけバイアス電流を流すようにしてもよい。
【００２１】
信号線と送信部及び受信部との間に伝送回路が設けられており、従来装置で見られるような受信部の入力段に存在するダイオードブリッジ回路などの送信信号遮断回路あるいは保護回路を不要にすることもできる。もちろん、保護をより万全にするために各種の保護回路を設けるようにしてもよい。
【００２２】
振動素子を信号線に対して実質的に直結するようにしてもよいし、振動素子側に、信号線を介して伝送されてきた送信信号をそのまま振動素子へ印加する回路、及び、振動素子からの微弱な電圧信号を電流信号に変換して信号線へ流す回路、などを設けるようにしてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の要部構成がブロック図として示されている。
【００２５】
アレイ振動子１０は、複数の振動素子１２によって構成される。具体的には、アレイ振動子１０は、数千個にも及ぶ多数の振動素子を縦横配列した２Ｄアレイ振動子であるのが望ましい。それらの複数の振動素子１２によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子的に二次元走査される。その電子走査方式の一例としては電子セクタ走査をあげることができる。各振動素子１２は本実施形態において低インピーダンス型とされており、例えばその電気的インピーダンスは数１００Ωである。そのような低インピーダンスを実現するために、振動素子に対する積層化などの公知の手法が施される。
【００２６】
伝送回路群１４は、複数の振動素子１２に対応して設けられた複数の伝送回路（パルサー兼ヘッドアンプ）１６で構成される。通常は、１つの振動素子１２ごとに１つの伝送回路１６が設けられるが、複数の振動素子のグルーピングなどの手法、あるいは、送受別の振動素子を利用する手法などが適用される場合には、複数の振動素子１２に対して、１つの伝送線及び１つの伝送回路が設けられる。
複数の伝送回路１６は、後に図２又は図３に示すような回路構成を有し、送信信号を低電圧型の電圧信号として伝送し、受信信号を電流信号として入力している。もちろん、１００Ｖ程度の電圧信号として送信信号を伝送するようにしてもよい。
【００２７】
送信回路群１８は、各伝送回路１６ごとに設けられた複数の送信回路２０によって構成され、受信回路群２２は、各伝送回路１６ごとに設けられた複数の受信回路２４によって構成される。各送信回路２０は、例えば、波形生成器、Ｄ／Ａ変換器、出力アンプなどを有する。各受信回路２４は、受信アンプ、Ａ／Ｄ変換器、遅延器などを有する。遅延処理後の各受信信号は加算部で加算される。これにより、いわゆる整相加算が実現される。なお、整相加算が数段階にわたって実行されてもよい。伝送回路１６から受信回路２４へ伝送される受信信号は電圧信号であるが、電流信号のまま伝送するようにしてもよい。整相加算後の受信信号は図示されていない信号処理回路、画像形成回路などへ送られる。
【００２８】
本実施形態において、各振動素子１２と各伝送回路１６との間に信号線が設けられているが、その部分がプローブケーブルに相当する（符号Ａ参照）。このように、信号線を送受兼用とすれば、送信専用素子及び受信専用素子が設けられる場合などにおいて、信号線の本数を削減できる利点がある。変形例としては、伝送回路群１４をプローブヘッド（プローブケース）内に収容させてもよいし、プローブケーブルの端部に存在するコネクタボックス内に収納させてもよいし、あるいは、装置本体内に収容させてもよい。また、場合によっては、符号Ｂに示す部分をプローブケーブルとし、プローブケース内に、アレイ振動子１０の他に、伝送回路群１４及び送信回路群１８を収容するようにしてもよい。
【００２９】
図２には、図１に示した伝送回路１６の構成例が示されている。なお、動作条件を定めるため各種の補助的な素子については図示省略されている。このことは後に図３に示す例についても同様である。また、以下に示す電圧値は一例であり、他の値を採用することも可能である。
【００３０】
図２において、振動素子１２には信号線２０２を介して伝送回路１６が接続されている。トランジスタＱ１，Ｑ２は、入出力トランジスタペアを構成する。それらは正負対称性をもった動作特性を有し、相補型ペアとして機能する。トランジスタＱ１は、正極側を担当し、トランジスタＱ２は負極側を担当する。なお、それらのトランジスタＱ１，Ｑ２のベース側から振動素子側を見た電圧利得はこの例において１対１である。
【００３１】
トランジスタＱ１，Ｑ２の各エミッタ端子は共通接続され、そのエミッタ共通端子にはこの例においてプローブケーブルを構成する信号線２０２が接続されている。トランジスタＱ１，Ｑ２のベース端子は共通接続され、そのベース共通端子に送信信号が電圧信号として与えられる。図中符号４０は送信信号が電圧信号として入力される端子を示している。その端子４０には出力インピーダンスの低い送信回路が接続され、つまり入出力トランジスタＱ１，Ｑ２のベース端子側が低インピーダンスとされている。よって、後述のように、受信時において、信号線２０２側から見て、入出力トランジスタＱ１，Ｑ２はベース接地回路として動作する。一方、送信信号の電圧が端子４０に印加されると、入出力トランジスタＱ１，Ｑ２がコレクタ接地回路として動作する。トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ端子の電圧は、一対の電圧形成回路によって固定的に設定される。その一対の電圧形成回路は、図２に示す例において、正負対称性をもった一対のトランジスタＱ３，Ｑ４及び一対の基準電源３６，３８によって構成される。各基準電源３６，３８の電圧は＋５Ｖ，−５Ｖである。ベース−エミッタ間の電圧降下により、トランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタ端子の電位（トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ端子の電位）１００，１０２は、それぞれ＋４．５Ｖ，−４．５Ｖである。トランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタ端子は、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して電源ライン（＋７Ｖ，−７Ｖ）３２，３４に接続されている。また、それらのコレクタ端子は、コンデンサＣ１，Ｃ２を介して端子４２に接続されている。この端子４２は、受信信号を後段の受信回路へ出力する端子である。
【００３２】
ちなみに、上記の電圧形成回路は、トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ端子の電位を固定的に設定するものであり、受信信号をトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ電流の変化として取り出すことが可能な限りにおいて、他の構成を採用することもできる。
【００３３】
図２に示す回路の動作を説明する。送信時において、トランジスタＱ１，Ｑ２はコレクタ接地回路として動作する。これにより、出力インピーダンスは非常に低くなり、且つ、十分に電流を供給することが可能である。トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタにはトランジスタＱ３，Ｑ４がベース接地として縦続接続されているため、Ｑ１，Ｑ２のミラー効果が低減され、周波数特性を良好にできる。端子４０に入力された送信信号の内で、正側成分がトランジスタＱ１のベースに入力され、そのエミッタ端子を介して信号線２０２へ出力される。端子４０に入力された送信信号の内で、負側成分がトランジスタＱ２のベースに供給され、そのトランジスタＱ２のエミッタ端子を介して信号線へ出力される。これによって、信号線には正負の両極性をもった電圧信号としての送信信号が伝送され、それが振動素子１２に供給される。その送信信号の最高電圧は、この例では、±４．５Ｖであり、低電圧信号によって振動素子１２が駆動される。もちろん、電圧信号としての送信信号の伝送及び電流信号としての受信信号の入力を行える限りにおいて、図２の回路構成を高電圧型とすることも可能である。なお、トランジスタＱ１，Ｑ２は線形動作するものである。
【００３４】
一方、受信時には、トランジスタＱ１，Ｑ２は端子４０が低インピーダンスとされていることからベース接地回路として動作し、それらの入力インピーダンスは非常に小さく、理論上はゼロオームである。よって、そこに理論上電圧は発生しない。このため、信号線２０２の容量成分による影響を排除でき、また、トランジスタＱ１，Ｑ２の動作点が変動することによる影響も除外できる。受信信号の電流値の変動によって、トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ電流、ひいては、トランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタ電流の値が変動し、その情報（つまり受信信号）がトランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタ端子から電流信号としてコンデンサＣ１，Ｃ２を介して端子４２から取り出される。なお、図２の回路例では、正負電源ライン３２，３４間にシリーズで接続された４つのトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に対して常にバイアス電流が流されているが、受信期間あるいバイアスが必要な期間のみ、バイアス電流を流すようにしてもよい。
【００３５】
図３には伝送回路１６の他の構成例が示されている。なお、図２に示した構成と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
図３において、トランジスタＱ１，Ｑ２は図２に示したものと同様に動作する。トランジスタＱ１，Ｑ２と電源ライン３２，３４との間には抵抗Ｒ３，Ｒ４が設けられ、それらのトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ端子から受信信号が取り出される。具体的には、それらの受信信号はコンデンサＣ３，Ｃ４を介して共通ライン２００へ与えられ、そこには、ベース接地されたトランジスタＱ５のエミッタ端子が接続されている。このトランジスタＱ５は、トランジスタＱ１，Ｑ２に対してミラー効果を低減させる働らきがあり、周波数特性が向上すると同時に、そのコレクタ端子から受信信号が取り出される。その端子が符号４２で示されている。なお、バイアス用の抵抗などは図示省略されている。
【００３７】
図４には、図２に示した回路にバイアス回路を付加したものが示されている。つまり、図２に示した回路に対して、トランジスタＱ６，Ｑ７及び抵抗Ｒ５，Ｒ６が付加されている。その基本的動作は図２に示した回路と同様である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、新しい信号伝送方式を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す伝送回路の一例を示す回路図である。
【図３】図１に示す伝送回路の他の例を示す回路図である。
【図４】バイアス回路を含む伝送回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１０  アレイ振動子、１２  振動素子、１６  伝送回路、２０  送信回路、２４  受信回路、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５  トランジスタ。
【図１】
2005013403.tif 000003
【図２】
2005013403.tif 000004
【図３】
2005013403.tif 000005
【図４】
2005013403.tif 000006