(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受を行う配列振動子と前記配列振動子の駆動および受信を電子セクタ走査で処理及び表示を行う診断装置本体と、前記配列振動子および前記診断装置本体を電気的に接続するケーブルとを有する超音波診断装置において、前記ケーブルの本体側端にベース接地回路による低入力インピーダンス増幅器と、送信時に前記増幅器をバイパスするための第１のダイオードで構成されたバイパス回路と、前記増幅器のベースの電圧を設定し逆電流を防止するための第２のダイオードと、前記第２のダイオードに接続し前記増幅器のベース電圧を保持するためのエミッタ接地回路と、前記エミッタ接地回路のベースおよびエミッタの電位を固定するためにベースと電圧源を接続する抵抗とを有し、前記ベースと電圧源を接続する抵抗にコンデンサを並列接続することを特徴とする超音波診断装置のフロントエンド。
【請求項２】
超音波の送受を行う配列振動子と前記配列振動子の駆動および受信を電子セクタ走査で処理及び表示を行う診断装置本体と、前記配列振動子および前記診断装置本体を電気的に接続するケーブルとを有する超音波診断装置において、前記ケーブルの本体側端にベース接地回路による低入力インピーダンス増幅器と、送信時に前記増幅器をバイパスするための第１のダイオードで構成されたバイパス回路と、前記増幅器のベースの電圧を設定し逆電流を防止するための第２のダイオードと、前記第２のダイオードに接続し前記増幅器のベース電圧を保持するためのエミッタ接地回路とを有し、前記エミッタ接地回路のベースおよびエミッタの電位を固定するために、抵抗を介して電圧源にそのベースが接続されるダーリントン接続されたトランジスタのエミッタが接続されることを特徴とする超音波診断装置のフロントエンド。
【請求項３】
超音波の送受を行う配列振動子と前記配列振動子の駆動および受信を電子セクタ走査で処理及び表示を行う診断装置本体と、前記配列振動子および前記診断装置本体を電気的に接続するケーブルとを有する超音波診断装置において、前記ケーブルの本体側端にベース接地回路による低入力インピーダンス増幅器と、送信時に前記増幅器をバイパスするための第１のダイオードで構成されたバイパス回路と、前記増幅器のベースの電圧を設定し逆電流を防止するための第２のダイオードと、前記第２のダイオードに接続し前記増幅器のベース電圧を保持するためのエミッタ接地回路と、前記エミッタ接地回路のベースおよびエミッタの電位を固定するためにベースと電圧源を接続する抵抗とを有し、前記エミッタ接地回路が２つのトランジスタのカスコード接続で構成されていることを特徴とする超音波診断装置のフロントエンド。
【請求項４】
前記カスコード接続されるトランジスタのベース電位を固定するために第２の電圧源を介して第２の抵抗が接続されると共に前記トランジスタのベース電位を送信パルスの負側に連動させるための第３のダイオードを設けたことを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置のフロントエンド。
【請求項５】
請求項２に記載のダーリントン接続のエミッタ接地回路を有する請求項１記載の超音波診断装置のフロントエンド。
【請求項６】
請求項３に記載のカスコード接続のエミッタ接地回路を有する請求項１記載の超音波診断装置のフロントエンド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波信号の送受に関わる超音波診断装置のフロントエンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、体内に超音波を送信し、体内からの反射により受信した信号を処理して画像を構成する超音波診断装置の原理は公知とされているが、その送受信を行うフロントエンドとしては、例えば図４に示すようなものがある。
【０００３】
図４は複数の振動子を用い、送受ビームの偏向角を順次変化させることで２次元表示を行う電子セクタ走査型のフロントエンドのブロック図である。
【０００４】
図４において、送信回路１０４ａ〜１０４ｄより発生した送信パルスは、プローブと装置本体との脱着を行うプローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｄ、およびケーブル１０１を通過し、非検体への超音波の送受を行う振動子１００ａ〜１００ｄを振動させ、図示されない体内に超音波が照射される。
【０００５】
体内で反射したエコー信号は、振動子１００ａ〜１００ｄで受信され、ケーブル１０１、プローブコネクタ１０２ａ〜１０２ｄ、リミッタ１０５ａ〜１０５ｄを通過し、プリアンプ１０６ａ〜１０６ｄにより増幅され、遅延加算、包絡線検波などの処理をされた後、図示されない表示手段に表示される。
【０００６】
この例においては、送信パルスでプリアンプ１０６ａ〜１０６ｄが破壊されるのを防ぐため、振幅制限を加えるリミッタ１０５ａ〜１０５ｄを用いているが、リミッタ１０５ａ〜１０５ｄの内部抵抗により信号をロスし、感度が落ちるという問題があった。
【０００７】
これを解決するために、例えば特開平１１−１６９３６６号公報に示されるような回路が提案されている。この回路は図５に示されるようにプリアンプ１０７ａ〜１０７ｄを振動子１００ａ〜１００ｄの直後に配置し、電流増幅を行うことで、感度の低下を防ぐものである。
【０００８】
図５に示されたプリアンプ１０７ａ〜１０７ｄの回路構成を図６に示す。図６においてプリアンプ回路は、エミッタ接地されたトランジスタ増幅回路（エミッタフォロア増幅回路）とこれをバイパスするダイオード群により構成されている。
【０００９】
図６において送信時は、ダイオードＤｉ２０１〜２０３によるバイパス回路を送信パルスが通過し、同時にトランジスタＴｒ２０１および周辺部品で構成されるエミッタフォロア増幅器はダイオードＤｉ２０５および数ｋΩの抵抗Ｒ２０４部分で回路を遮断し、増幅器全体の電位を送信パルスに連動させることで、回路の破損を防ぐ。
【００１０】
また図６において受信時は、ダイオードＤｉ２０１〜２０３によるバイパス回路はＯＦＦとなり、トランジスタＴｒ２０１および周辺部品で構成されるエミッタフォロア増幅器でエコー信号の電流増幅を行う。
【００１１】
この回路構成では感度の低下を防ぐため、振動子１００ａ〜１００ｄの直後にプリアンプ１０７ａ〜１０７ｄを配置させる必要があり、このためプローブホルダー内に置かなくてはならないという制約があった。
【００１２】
これに対し、図７のように超音波診断装置本体側にプリアンプを置く方式が提案されている。この方式におけるプリアンプは例えば図８のような回路構成になっている。図８の回路はトランジスタＴｒ１によるベース接地の増幅器であり、ベース電位をトランジスタＴｒ２によるエミッタフォロア増幅器により保持している。ダイオードＤｉ４〜７により送信パルスのためのバイパス回路が設けられていることは前記の従来例と同じである。
【００１３】
図８に示されたプリアンプの動作について説明する。送信パルスの正電圧がかかった場合はダイオードＤｉ１０、Ｄｉ１、Ｄｉ８〜９、抵抗Ｒ３、４部分で回路を遮断し、増幅器の電位を送信パルスに連動させる。送信パルスの負電圧がかかった場合には抵抗Ｒ１、３、４部分で回路を遮断する。トランジスタＴｒ１のベース電位はトランジスタＴｒ２により送信パルスに連動させ、また、ダイオードＤｉ１１によりトランジスタＴｒ１のベース＝エミッタの電位を連動させることでトランジスタＴｒ１の破壊を防ぐ。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上で述べたベース接地増幅器の従来例では、トランジスタＴｒ２によりトランジスタＴｒ１のベース電位を固定しているが、トランジスタＴｒ２には高電圧に対する耐性が要求される。
【００１５】
しかし、高耐圧のトランジスタは一般に利得帯域幅積ｆｔが低く、高い周波数での直流電流増幅率ｈｆｅの低下が大きい。そのため、トランジスタＴｒ１による増幅器の周波数特性が十分取れないという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点を解決するために、超音波診断装置のフロントエンドに使用されるプリアンプ回路を構成するベース接地増幅器のベース電位を安定させ、周波数特性を向上させる超音波診断装置のフロントエンドを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の発明は、超音波の送受を行う配列振動子と前記配列振動子の駆動および受信を電子セクタ走査で処理及び表示を行う診断装置本体と、前記配列振動子および前記診断装置本体を電気的に接続するケーブルとを有する超音波診断装置において、前記ケーブルの本体側端にベース接地回路による低入力インピーダンス増幅器と、送信時に前記増幅器をバイパスするための第１のダイオードで構成されたバイパス回路と、前記増幅器のベースの電圧を設定し逆電流を防止するための第２のダイオードと、前記第２のダイオードに接続し前記増幅器のベース電圧を保持するためのエミッタ接地回路と、前記エミッタ接地回路のベースおよびエミッタの電位を固定するためにベースと電圧源を接続する抵抗とを有し、前記ベースと電圧源を接続する抵抗にコンデンサを並列接続することを特徴とする超音波診断装置のフロントエンドとしたものであり、このような構成とすることにより、フロントエンドを構成するベース接地した低入力インピーダンス増幅器のベース電位を安定させ、周波数特性を向上させることができる。
【００１８】
また請求項２記載の発明は、超音波の送受を行う配列振動子と前記配列振動子の駆動および受信を電子セクタ走査で処理及び表示を行う診断装置本体と、前記配列振動子および前記診断装置本体を電気的に接続するケーブルとを有する超音波診断装置において、前記ケーブルの本体側端にベース接地回路による低入力インピーダンス増幅器と、送信時に前記増幅器をバイパスするための第１のダイオードで構成されたバイパス回路と、前記増幅器のベースの電圧を設定し逆電流を防止するための第２のダイオードと、前記第２のダイオードに接続し前記増幅器のベース電圧を保持するためのエミッタ接地回路とを有し、前記エミッタ接地回路のベースおよびエミッタの電位を固定するために、抵抗を介して電圧源にそのベースが接続されるダーリントン接続されたトランジスタのエミッタが接続されることを特徴とする超音波診断装置のフロントエンドとしたものであり、このような構成とすることにより、フロントエンドを構成するベース接地した低入力インピーダンス増幅器のベース電位を安定させ、周波数特性を向上させることができる。
【００１９】
また請求項３記載の発明は、超音波の送受を行う配列振動子と前記配列振動子の駆動および受信を電子セクタ走査で処理及び表示を行う診断装置本体と、前記配列振動子および前記診断装置本体を電気的に接続するケーブルとを有する超音波診断装置において、前記ケーブルの本体側端にベース接地回路による低入力インピーダンス増幅器と、送信時に前記増幅器をバイパスするための第１のダイオードで構成されたバイパス回路と、前記増幅器のベースの電圧を設定し逆電流を防止するための第２のダイオードと、前記第２のダイオードに接続し前記増幅器のベース電圧を保持するためのエミッタ接地回路と、前記エミッタ接地回路のベースおよびエミッタの電位を固定するためにベースと電圧源を接続する抵抗とを有し、前記エミッタ接地回路が２つのトランジスタのカスコード接続で構成されていることを特徴とする超音波診断装置のフロントエンドとしたものであり、このような構成とすることにより、フロントエンドを構成するベース接地した低入力インピーダンス増幅器のベース電位を安定させ、周波数特性を向上させることができる。
【００２０】
また請求項４記載の発明は、請求項３記載の超音波診断装置のフロントエンドにおいて前記カスコード接続されるトランジスタのベース電位を固定するために第２の電圧源を介して第２の抵抗が接続されると共に前記トランジスタベース電位を送信パルスの負側に連動させるための第３のダイオードを設けたことを特徴とするものであり、このような構成とすることにより、エミッタ接地トランジスタとして高耐圧が必要でなくなり、結果として汎用のトランジスタを使用することが可能になり利得帯域幅積ｆｔの高いトランジスタを用いることができる。
【００２１】
また請求項５記載の発明は、請求項１記載の超音波診断装置のフロントエンドにおいて請求項２に記載のダーリントン接続のエミッタ接地回路を有するようにしたものであり、このような構成とすることにより、フロントエンドを構成するベース接地した低入力インピーダンス増幅器のベース電位を安定させ、周波数特性を向上させることができる。
【００２２】
また請求項６記載の発明は、請求項１記載の超音波診断装置のフロントエンドにおいて請求項３に記載のカスコード接続のエミッタ接地回路を有するようにしたものであり、このような構成とすることにより、フロントエンドを構成するベース接地した低入力インピーダンス増幅器のベース電位を安定させ、周波数特性を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置のフロントエンドに使用されるプリアンプ回路の構成を示す図である。図８に示した従来のベース接地方式のプリアンプ回路の構成に対して、トランジスタＴｒ２のベースに接続する抵抗Ｒ５にコンデンサＣ２を並列接続したものである。
【００２５】
図１のプリアンプ回路の大部分は図８に示したプリアンプ回路と同様であって、低入力インピーダンス回路とするためにベース接地したトランジスタＴｒ１による増幅器を含み、そのベース電位をトランジスタＴｒ２によるエミッタフォロア増幅器（エミッタ接地した増幅回路）により保持している。トランジスタＴｒ１による増幅器のベースの電圧を設定し逆電流を防止するためのダイオードＤｉ１（請求項では第２のダイオードと呼んでいる）が接続されている。ダイオードＤｉ４〜７（請求項ではこれらを第１のダイオードと呼んでいる）によって送信パルスのためのバイパス回路を構成している。またトランジスタＴｒ２のベースとエミッタの電位を固定するためにベースと電圧源（Ｖａ）を接続する抵抗Ｒ５にコンデンサＣ２を並列接続している。
【００２６】
図１に示した本発明のプリアンプ回路の動作について説明する。送信パルスの正電圧がかかった場合はダイオードＤｉ１０、Ｄｉ１、Ｄｉ８〜９、抵抗Ｒ３、４部分でトランジスタＴｒ１の動作回路を遮断し、トランジスタＴｒ１による低入力インピーダンス増幅器の電位を送信パルスに連動させる。
【００２７】
送信パルスの負電圧がかかった場合には抵抗Ｒ１、３、４部分でトランジスタＴｒ１の動作回路を遮断する。トランジスタＴｒ１のベース電位はトランジスタＴｒ２により送信パルスに連動させ、また、ダイオードＤｉ１１によりトランジスタＴｒ１のベース＝エミッタの電位を連動させることでトランジスタＴｒ１の破壊を防ぐ。
【００２８】
そしてトランジスタＴｒ２のベースとエミッタの電位を固定するためにベースと電圧源（Ｖａ）を接続する抵抗Ｒ５にコンデンサＣ２を並列接続しているため、高い周波数においては、トランジスタＴｒ２のベース電位が固定されやすくなり、トランジスタＴｒ２のベース電位ならびにエミッタ電位が安定し、さらにトランジスタＴｒ１のベース電位も安定する。これによりトランジスタＴｒ１によるベース接地増幅器の周波数特性を向上させることができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置のフロントエンドに使用するプリアンプ回路の構成を示す図である。図８に示した従来のベース接地方式のプリアンプ回路の構成に対し、トランジスタＴｒ３を設けるとともにトランジスタＴｒ２との組み合わせによりダーリントン接続を実現したものである。
【００３０】
図２のプリアンプ回路の大部分は図８に示したプリアンプ回路と同様であって、低入力インピーダンス回路とするためにベース接地したトランジスタＴｒ１による増幅器を含み、そのベース電位をトランジスタＴｒ２によるエミッタフォロア増幅器（エミッタ接地した増幅回路）により保持している。トランジスタＴｒ１による増幅器のベースの電圧を設定し逆電流を防止するためのダイオードＤｉ１（請求項では第２のダイオードと呼んでいる）が接続されている。ダイオードＤｉ４〜７（請求項ではこれらを第１のダイオードと呼んでいる）によって送信パルスのためのバイパス回路を構成している。またトランジスタＴｒ２のベースとエミッタの電位を固定するために、抵抗Ｒ５を介して電圧源（Ｖａ）にそのベースが接続されるダーリントン接続されたトランジスタＴｒ３のエミッタが接続されている。
【００３１】
図２に示した本発明のプリアンプ回路の動作について説明する。送信パルスの正電圧がかかった場合はダイオードＤｉ１０、Ｄｉ１、Ｄｉ８〜９、抵抗Ｒ３、４部分でトランジスタＴｒ１の動作回路を遮断し、トランジスタＴｒ１による低入力インピーダンス増幅器の電位を送信パルスに連動させる。
【００３２】
送信パルスの負電圧がかかった場合には抵抗Ｒ１、３、４部分でトランジスタＴｒ１の動作回路を遮断する。トランジスタＴｒ１のベース電位はトランジスタＴｒ２により送信パルスに連動させ、また、ダイオードＤｉ１１によりトランジスタＴｒ１のベース＝エミッタの電位を連動させることでトランジスタＴｒ１の破壊を防ぐ。
【００３３】
そして上記のようにダーリントン接続を実現したことにより、トランジスタＴｒ２のベースとトランジスタＴｒ３のエミッタ間の直流電流増幅率ｈｆｅが改善され、このため、高い周波数において、トランジスタＴｒ２のベース電位がトランジスタＴｒ３のエミッタ電位の影響を受けにくくなり、これによりトランジスタＴｒ２のベース電位ならびにエミッタ電位が安定し、トランジスタＴｒ１のベース電位も安定する。
【００３４】
これによりトランジスタＴｒ１によるベース接地増幅器の周波数特性を向上させることができる。
【００３５】
なお本実施形態においても、第１の実施形態と同様、抵抗Ｒ５にコンデンサＣ２を並列接続するようにしてもよい。
【００３６】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置のフロントエンドに使用するプリアンプ回路の構成を示す図である。図８に示した従来のベース接地方式のプリアンプ回路の構成に対し、トランジスタＴｒ３及びトランジスタＴｒ３のベース電位を固定する抵抗Ｒ６並びにトランジスタＴｒ３のベース電位を送信パルス（の負側）に連動させるためのダイオードＤｉ１３、１４を設けるようにしたものである。またトランジスタＴｒ３とトランジスタＴｒ２との組み合わせがカスコード接続となるようにしている。
【００３７】
図３のプリアンプ回路の大部分は図８に示したプリアンプ回路と同様であって、低入力インピーダンス回路とするためにベース接地したトランジスタＴｒ１による増幅器を含み、そのベース電位をトランジスタＴｒ２によるエミッタフォロア増幅器（エミッタ接地した増幅回路）により保持している。トランジスタＴｒ１による増幅器のベースの電圧を設定し逆電流を防止するためのダイオードＤｉ１（請求項では第２のダイオードと呼んでいる）が接続されている。ダイオードＤｉ４〜７（請求項ではこれらを第１のダイオードと呼んでいる）によって送信パルスのためのバイパス回路を構成している。またトランジスタＴｒ２のベースとエミッタの電位を固定するためにベースと電圧源（Ｖａ）を接続する抵抗Ｒ５を接続している。
【００３８】
図３に示した本発明のプリアンプ回路の動作について説明する。送信パルスの正電圧がかかった場合はダイオードＤｉ１０、Ｄｉ１、Ｄｉ８〜１２、抵抗Ｒ３、４部分でトランジスタＴｒ１の動作回路を遮断し、トランジスタＴｒ１による低入力インピーダンス増幅器の電位を送信パルスに連動させる。
【００３９】
送信パルスの負電圧がかかった場合には抵抗Ｒ１、３、４部分でトランジスタＴｒ１の動作回路を遮断する。トランジスタＴｒ１のベース電位はトランジスタＴｒ２により送信パルスに連動させ、また、ダイオードＤｉ１１によりトランジスタＴｒ１のベース＝エミッタの電位を連動させることでトランジスタＴｒ１の破壊を防ぐ。
【００４０】
また上記したようにトランジスタＴｒ３及びトランジスタＴｒ３のベース電位を固定するために電圧源（Ｖｂ）（請求項では第２の電圧源と呼んでいる）を介して抵抗Ｒ６（請求項では第２の抵抗と呼んでいる）並びにトランジスタＴｒ３のベース電位を送信パルス（の負側）に連動させるためのダイオードＤｉ１３、１４（請求項では第３のダイオードと呼んでいる）を設け、またトランジスタＴｒ３とトランジスタＴｒ２との組み合わせをカスコード接続する回路構成とすることにより、トランジスタＴｒ２として高耐圧が必要でなくなり、結果として汎用のトランジスタを使用することが可能になり利得帯域幅積ｆｔの高いトランジスタを用いることができるようになる。
【００４１】
このため、高い周波数においてトランジスタＴｒ２のベース電位がエミッタ電位の変動の影響を受けにくくなり、トランジスタＴｒ２のベース電位ならびにエミッタ電位が安定し、トランジスタＴｒ１のベース電位も安定する。これによりトランジスタＴｒ１によるベース接地増幅器の周波数特性を向上させることができる。
【００４２】
なお本実施形態においても、第１の実施形態と同様、抵抗Ｒ５にコンデンサＣ２を並列接続するようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は上記実施の形態の説明から明らかなように、ベース接地増幅器のベース電圧を固定するエミッタ接地回路のベース電位を固定する抵抗にコンデンサを並列させることで、フロントエンドを構成するベース接地増幅器のベース電位を安定させ、周波数特性を向上させるという効果を有する。
【００４４】
また本発明は、エミッタ接地回路を２つのトランジスタのダーリントン接続あるいはカスコード接続にすることにより、フロントエンドを構成するベース接地増幅器のベース電位を安定させ、周波数特性を向上させるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置のプリアンプ回路の構成を示す図、
【図２】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置のプリアンプ回路の構成を示す図、
【図３】本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置のプリアンプ回路の構成を示す図、
【図４】第１の従来例における超音波診断装置のフロントエンドの構成を示すブロック図、
【図５】第２の従来例における超音波診断装置のフロントエンドの構成を示すブロック図、
【図６】第２の従来例における超音波診断装置のプリアンプ回路の構成を示す図、
【図７】第３の従来例における超音波診断装置のフロントエンドの構成を示すブロック図、
【図８】第３の従来例における超音波診断装置のプリアンプ回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００ａ〜１００ｄ  振動子
１０１  ケーブル
１０２ａ〜１０２ｄ  プローブコネクタ
１０４ａ〜１０４ｄ  送信回路
１０５ａ〜１０５ｄ  リミッタ
１０６ａ〜１０６ｄ  プリアンプ
１０７ａ〜１０７ｄ  プリアンプ
１０８ａ〜１０８ｄ  プリアンプ
Ｔｒ１〜Ｔｒ３  トランジスタ
Ｔｒ２０１  トランジスタ
Ｄｉ１〜Ｄｉ１４  ダイオード
Ｄｉ２０１〜Ｄｉ２０５  ダイオード
Ｒ１〜Ｒ５  抵抗
Ｒ２０１〜Ｒ２０４  抵抗
Ｃ１〜Ｃ２  コンデンサ
【図１】
0003744844.tif 000002
【図２】
0003744844.tif 000003
【図３】
0003744844.tif 000004
【図４】
0003744844.tif 000005
【図５】
0003744844.tif 000006
【図６】
0003744844.tif 000007
【図７】
0003744844.tif 000008
【図８】
0003744844.tif 000009