超音波プローブおよび超音波診断装置
【課題】 単極パルス駆動でありながら正負の対称性が良いバイポーラ波形を送信可能とする。
【解決手段】 電位点Ｐ１と超音波振動子７１の第１の電極７１ａとの間に介挿される第１のトランジスタ72-1と、電位点Ｐ１とは異なる電位を持つ電位点Ｐ２と第１の電極７１ａとの間に介挿される第２のトランジスタ72-2と、電位点Ｐ１と第２の電極７１ｂとの間に介挿される第３のトランジスタ72-3と、電位点Ｐ２と同じ電位を持つ電位点Ｐ３と第２の電極７１ｂとの間に介挿される第４のトランジスタ72-4とを備える。パルサ74-1，74-2は、第１の送信期間に第１および第４のトランジスタ72-1，72-4をＯＮし、第１の送信期間とは異なる第２の送信期間に第２および第３のトランジスタ72-2，72-3をＯＮする。
【解決手段】 電位点Ｐ１と超音波振動子７１の第１の電極７１ａとの間に介挿される第１のトランジスタ72-1と、電位点Ｐ１とは異なる電位を持つ電位点Ｐ２と第１の電極７１ａとの間に介挿される第２のトランジスタ72-2と、電位点Ｐ１と第２の電極７１ｂとの間に介挿される第３のトランジスタ72-3と、電位点Ｐ２と同じ電位を持つ電位点Ｐ３と第２の電極７１ｂとの間に介挿される第４のトランジスタ72-4とを備える。パルサ74-1，74-2は、第１の送信期間に第１および第４のトランジスタ72-1，72-4をＯＮし、第１の送信期間とは異なる第２の送信期間に第２および第３のトランジスタ72-2，72-3をＯＮする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信回路を内蔵する超音波プローブおよび超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置本体のチャンネル数（例えば128ch）より多い素子を持つ１．５次元アレイや２次元アレイ等を備えた超音波プローブが開発されている。
【０００３】
特許文献１には、超音波振動子を複数のサブアレイにグループ分けして信号処理する例が記載されている。
【０００４】
これらの超音波プローブでは、プローブハンドル部分に各振動子に対応した送信回路や受信回路を配置し、プローブハンドル内で複数のサブアレイにグループ分けして受信信号を束ね、超音波診断装置本体との接続信号数を増やさない工夫がされている。
【０００５】
例えば、３２００素子の２次元アレイプローブで、受信素子を２５素子を１つのグループにすると、１２８グループで３２００素子を制御でき、１２８チャネルの本体にそのまま接続できる。グループ内では受信ビームの方向にあわせて微小な遅延時間制御を行うことで、電子スキャンを行うことができる。
【０００６】
送信回路は、プローブハンドル内に備えた送信ビームフォーマで遅延時間を制御し、各素子毎に備えた送信回路で高電圧パルスを発生させる。装置本体から送信ビームフォーマへはシリアルバスを使うことで数本の制御線で遅延データや波形データを転送することができる。
【０００７】
ところで、このようにプローブハンドル内に送受信回路を備える超音波プローブは、超音波振動子の変換ロスによる発熱の他、電子回路自身の電力消費による発熱が避けられないため、これらの低減が要求される。また、プローブハンドルの大きさおよび重さも、長時間手に持って疲れないように小さく抑えることが要求される。このため、プローブ内の電子回路には小型・低電力の回路が用いられ、送信回路はシンプルな単極パルス駆動回路で構成されている。
【０００８】
一方、臨床的には分解能の良い高調波イメージングの要求が高く、パルスインバージョン映像法等の手法が好まれて用いられている。パルスインバージョン映像法は、１８０度位相をずらして２回送信し、これらの２回の送信に基づく２つのエコー信号を加算することによって、高調波成分のみを抽出して画像化する。
【０００９】
しかし単極パルス駆動回路では、一般にバイポーラ波形を出力することができないため、パルスインバージョン映像法のような手法が使えない。このため、送信回路を単極パルス駆動回路で構成した場合には、ハイパスフィルタで基本波を除去するフィルタ法を用いた高調波イメージングが使われる。フィルタ法では、送信の基本波が除去しきれず、パルスインバージョン映像法に比べて画質が劣る。
【００１０】
特許文献２には、超音波振動子の送信回路を接続した電極と反対側に受信回路を接続することで、単極パルス駆動回路でもパルスインバージョン影像法ができるようにする構成も提案されている。
【００１１】
しかしながら特許文献２の構成であると、ＰｃｈトランジスタとＮｃｈトランジスタとの特性差により、立上り時間および立下り時間が異なってしまうために、正負波形の対称性が悪いという不具合があった。
【特許文献１】特開２０００−３３０８７
【特許文献２】特開２００４−８９６９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のように従来は、単極パルス駆動を採用した場合には、バイポーラ波形が出力できないか、出力できるとしてもその波形の対称性が悪く、パルスインバージョン影像法により高画質な画像を得ることが困難であった。
【００１３】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、
単極パルス駆動でありながら正負の対称性が良いバイポーラ波形を送信できる超音波プローブおよび超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上の目的を達成するために本発明は、第１および第２の電極を有する超音波振動子と、第１の電位を持つ第１の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第１のスイッチング素子と、前記第１の電位とは異なる第２の電位を持つ第２の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第２のスイッチング素子と、前記第１の電位を持つ第３の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第３のスイッチング素子と、前記第２の電位を持つ第４の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第４のスイッチング素子と、第１の送信期間に前記第１および第４のスイッチング素子をＯＮし、前記第１の送信期間とは異なる第２の送信期間に前記第２および第３のスイッチング素子をＯＮする駆動手段とを備えて超音波プローブまたは超音波診断装置を構成した。
【００１５】
前記の目的を達成するために別の本発明の超音波プローブは、所定方向に超音波を放射するための超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波放射面に設けられる第１の電極と、前記超音波放射面と反対側の背面に設けられる第２の電極と、第１の電位点及び第２の電位点に対し、前記第１の電極と前記第２の電極を切り換えて接続するスイッチング手段とを備え、前記スイッチング手段は、前記第１の電位点が前記第１の電極と接続される時は前記第２の電位点を前記第２の電位点と接続し、前記第１の電位点が前記第２の電極と接続される時は前記第２の電位点を前記第１の電位点と接続することとした。
【００１６】
前記の目的を達成するために別の本発明の超音波診断装置は、所定方向に超音波を放射するための超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波放射面に設けられる第１の電極と、前記超音波放射面と反対側の背面に設けられる第２の電極と、第１の電位点及び第２の電位点に対し、前記第１の電極と前記第２の電極を切り換えて接続するスイッチング手段と、前記スイッチング手段を切り換えて前記超音波振動子を駆動させることにより、互いに極性の異なる複数回の超音波送受信を行うための送受信制御手段と、前記複数回の超音波送受信によってそれぞれ得られた複数の受信信号に基づいて、前記超音波送受信における超音波の基本波に対する高調波の受信信号成分を抽出する高調波信号抽出手段とを備えた。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、単極パルス駆動でありながら正負の対称性が良いバイポーラ波形を送信することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。
【００２０】
第１の実施形態に係る超音波診断装置は、装置本体１００および超音波プローブ２００を備える。
【００２１】
装置本体１００はさらに、システムコントローラ１、ビームフォーマ２、スキャンコンバータ３および表示装置４を含む。超音波プローブ２００はさらに、送信ビームフォーマ５、サブアレイビームフォーマ６および複数の振動子セット７を含む。
【００２２】
システムコントローラ１は、送信ビームフォーマ５に遅延データおよび送信波形データを転送する。送信ビームフォーマ５は、遅延データおよび送信波形データに基づいて、所要の著音波ビームを形成するように複数の振動子セット７のそれぞれを制御する。
【００２３】
サブアレイビームフォーマ６は、複数の振動子セット７のそれぞれから出力されるエコー信号を、複数の振動子セット７を複数にグループ分けして形成されたサブグループ内で微少遅延加算する。サブアレイビームフォーマ６は、サブグループ毎に得られる加算エコー信号をビームフォーマ２に送る。ビームフォーマ２は、サブグループ毎に得られる加算エコー信号の全てを遅延加算して、所要の受信ビームに関するエコー信号を得る。またビームフォーマ２は、パルスインバージョン映像法を適用するべきときには、上記のエコー信号から高調波成分を抽出する処理を行う。すなわちビームフォーマ２は、後述するように１８０度位相をずらした２回の送信に基づく２つのエコー信号を加算して基本波成分を相殺することによって、高調波成分を抽出する。スキャンコンバータ３は、ビームフォーマ２で得られたエコー信号を表示装置４での表示に適するデータに変換する。表示装置４は、スキャンコンバータ３で変換されたデータに基づいて超音波画像を表示する。
【００２４】
さて複数の振動子セット７は、いずれも同じ構成を持つ。すなわち振動子セット７は、超音波振動子７１、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4、パルサ74-1，74-2、第１乃至第４のダイオード73-1〜73-4および受信アンプ７５を含む。
【００２５】
超音波振動子７１は、第１および第２の電極７１ａ，７１ｂを含み、この電極間に印加される電圧の変化に応じて超音波を放出する。第１の電極７１ａは、超音波放射面側に位置し、第２の電極７１ｂは、超音波放射面と反対側の背面に位置する。複数の振動子セット７のそれぞれに含まれた超音波振動子７１が配列されて、１．５次元アレイまたは２次元アレイを形成している。
【００２６】
第１のトランジスタ72-1は、電圧がＶppである電位点Ｐ１と第１の電極７１ａとの間に介挿されている。第２のトランジスタ72-2は、グランド電位である電位点Ｐ２と第１の電極７１ａとの間に介挿されている。第３のトランジスタ72-3は、電位点Ｐ１と第２の電極７１ｂとの間に介挿されている。第４のトランジスタ72-4は、グランド電位である電位点Ｐ３と第２の電極７１ｂとの間に介挿されている。第１および第２のトランジスタ72-1，72-2のゲートは、パルサ74-1に接続される。第３および第４のトランジスタ72-3，72-4のゲートは、パルサ74-2に接続される。第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4としては、いずれも同種の素子を用いる。すなわち第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4は、いずれも同じ特性を持つ。ここでは、同型のｐチャネルトランジスタを採用している。
【００２７】
第１および第２のダイオード73-1，73-2は、ともに電位点Ｐ２と第２のトランジスタ72-2との間に介挿される。第１および第２のダイオード73-1，73-2は、互いに逆向きで並列している。第３および第４のダイオード73-3，73-4は、ともに電位点Ｐ３と第４のトランジスタ72-4との間に介挿される。第３および第４のダイオード73-3，73-4は、互いに逆向きで並列している。
【００２８】
パルサ74-1，74-2には、送信ビームフォーマ５から出力される制御信号が入力される。パルサ74-1は、上記の制御信号に基づいて、駆動信号Ｓ１，Ｓ２を第１および第２のダイオード73-1，73-2に送る。パルサ74-2は、上記の制御信号に基づいて、駆動信号Ｓ３，Ｓ４を第３および第４のダイオード73-3，73-4に送る。
【００２９】
受信アンプ７５は、差増増幅回路であって、２つの入力端子を備えている。一方の入力端子は、第２のトランジスタ72-2を介して第１の電極７１ａに接続されている。他方の入力端子は、第４のトランジスタ72-4を介して第２の電極７１ｂに接続されている。つまり受信アンプ７５には、超音波振動子７１が受信したエコー信号が、第２および第４のトランジスタ72-2，72-4を介して入力される。受信アンプ７５はこのエコー信号を増幅した上で、サブアレイビームフォーマ６へ送る。
【００３０】
次に以上のように構成された超音波診断装置の動作について説明する。なお、この超音波診断装置の動作において従来よりの動作と異なるのは、超音波送信の際の超音波振動子７１の駆動に関する動作であるので、以下ではこの点を中心として説明し、これ以外の動作の説明は省略する。
【００３１】
図２は１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャートである。
【００３２】
１回目の送信開始タイミングである時点ｔ１から時間Ｔに渡る期間Ｐａにおいて、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ１，Ｓ４をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ２，Ｓ３をローレベルとする。なお、時間Ｔは、１／２波長に相当する時間である。例えば２MHzの超音波振動子であれば、時間Ｔは２５０nsecとなる。そうすると、第１のトランジスタ72-1および第４のトランジスタ72-4がオン状態となる。このときには図３に示すように、パルス電流が電位点Ｐ１から第１のトランジスタ72-1、超音波振動子７１、第４のトランジスタ72-4および第４のダイオード73-4を通って電位点Ｐ３に流れ込む。
【００３３】
期間Ｐａが終了する時点ｔ２から時間Ｔに渡る期間Ｐｂにおいて、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ２，Ｓ３をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ１，Ｓ４をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第３のトランジスタ72-3がオン状態となる。このときには図４に示すように、パルス電流が電位点Ｐ１から第３のトランジスタ72-3、超音波振動子７１、第２のトランジスタ72-2および第１のダイオード73-1を通って電位点Ｐ２に流れ込む。
【００３４】
このように、期間Ｐａ，Ｐｂにおいては、ともに同じ電圧が超音波振動子７１に印加されるが、パルス電流の向きは逆になる。このため図２に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐａと期間Ｐｂとでその正負が逆になる。
【００３５】
音響出力を行わない期間Ｐｃ，Ｐｆにおいては、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ２，Ｓ４をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ１，Ｓ３をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第４のトランジスタ72-4がオン状態となる。このときには図５に示すように、超音波振動子７１が超音波エコーを受けて発生するエコー信号は、第２のトランジスタ72-2または第４のトランジスタ72-4を介して受信アンプ７５に入力される。第１乃至第４のダイオード73-1〜73-4は、高インピーダンスで超音波振動子７１からのエコー信号を受信アンプ７５に入力する。すなわち、第１乃至第４のダイオード73-1〜73-4は、Ｔ／Ｒスイッチの働きをする。
【００３６】
２回目の送信開始タイミングである時点ｔ３から時間Ｔに渡る期間Ｐｄにおいて、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ２，Ｓ３をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ１，Ｓ４をローレベルとする。従って、この期間Ｐｄにおける状態は、期間Ｐｂと同じである。
【００３７】
期間Ｐｄが終了する時点ｔ４から時間Ｔに渡る期間Ｐｅにおいて、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ１，Ｓ４をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ２，Ｓ３をローレベルとする。従って、この期間Ｐｅにおける状態は、期間Ｐａと同じである。このため図２に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐａ，Ｐｂと期間Ｐｄ，Ｐｅとで位相が１８０度反転する。
【００３８】
このように第１の実施形態によれば、パルサ74-1，74-2が出力する駆動信号Ｓ１〜Ｓ４はいずれも単極パルスでありながら、音響出力を図２に示すようなバイポーラ波形にすることができ、さらにそのバイポーラ波形の位相を１８０度反転させることができる。そして、位相が１８０度異なる波形のいずれを送信する場合でも、その波形の立ち上がりを作るトランジスタは同じ特性を持つため、両波形の対称性が優れている。
【００３９】
２回の送受信で高調波イメージングを行う映像法は、１８０度反転させたときの送信波形の対称性が画質性能に大きく影響する。このため、第１の実施形態の超音波診断装置によれば、高調波イメージングの画質を向上することができる。
【００４０】
さらに、例えば従来の単極パルサで送信電圧１００Ｖp-pを出力するためには、電源電圧１００Ｖが必要であるが、第１の実施形態では、電源電圧は５０Ｖで良い。また、両極パルサで同様に１００Ｖp-pを出力するには、＋５０Ｖおよび−５０Ｖの２種類の電圧源が必要であるが、本発明では＋５０Ｖの１種類の電圧源のみで良い。すなわち第１の実施形態によれば、電源回路の電圧出力が送信電圧のピーク値の１／２で良い。
【００４１】
さらに、送信電圧が１００Ｖp-pである場合、従来の単極パルサを作るためには、トランジスタの耐圧は１００Ｖ以上が必要であるが、第１の実施形態では第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4の耐圧は５０Ｖで良い。すなわち第１の実施形態によれば、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4の耐圧が送信電圧のピーク値の１／２で良い。電源電圧を１／２とすれば、電流も１／２となるので、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4としては、安価で小型な素子を使用できる。
【００４２】
なお、パルサ74-1，74-2が図６に示すように、１回目は駆動信号Ｓ１，Ｓ４をハイレベルとし、２回目は駆動信号Ｓ２，Ｓ３のみをハイレベルとすれば、１回目は正の１波、２回目は負の１波とした広帯域パルスを１８０度反転させて送信することが可能である。
【００４３】
また、パルサ74-1，74-2が図７に示すように、パルス幅変調したパルスを各駆動信号に生じさせるようにすれば、高調波を抑えた送信をしたり、送信チャンネル毎に関数を与えて送信ウェイティングをすることもできる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図８は第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。なお、図８において図１と同一部分は図示を省略するか、あるいは同一符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。なお、第２の実施形態に係る超音波診断装置が第１の実施形態と異なるのは、振動子セット７に代えて振動子セット８を備えている点であるので、図８では１つの振動子セット８の構成のみを示している。
【００４５】
振動子セット８は、超音波振動子７１、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4、パルサ74-1，74-2、第１および第２のダイオード73-1，73-2および受信アンプ７５を含む。
【００４６】
すなわち振動子セット８は、振動子セット７における第３および第４のダイオード73-3，73-4を省略し、第４のトランジスタ72-4を直接に電位点Ｐ３に接続している。
【００４７】
そして、受信アンプ７５の反転入力端子には受信アンプ７５の出力をフィードバックし、受信アンプ７５の非反転入力端子を第２のトランジスタ72-2を介して第１の電極７１ａに接続している。
【００４８】
振動子セット７をこのような構成の振動子セット８に変更しても、第１の実施形態で述べたような効果が同様に達成できる。
【００４９】
そして受信エコーの検出は、図８に示すように受信アンプ７５への片側入力によっても実現できる。
【００５０】
（第３の実施形態）
図９は第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。なお、図９において図１と同一部分は図示を省略するか、あるいは同一符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。なお、第３の実施形態に係る超音波診断装置が第１の実施形態と異なるのは、振動子セット７に代えて振動子セット９を備えている点であるので、図９では１つの振動子セット９の構成のみを示している。
【００５１】
振動子セット９は、超音波振動子７１、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4、パルサ74-1，74-2、第１乃至第２のダイオード73-1〜73-4、受信アンプ７５、コンデンサ91-1，91-2および抵抗器92-1，92-2を含む。
【００５２】
すなわち振動子セット９は、振動子セット７にコンデンサ91-1，91-2および抵抗器92-1，92-2を追加している。コンデンサ91-1，91-2は、第２および第４のダイオード72-2，72-4と受信アンプ７５の２つの入力端子との間にそれぞれ介挿されている。抵抗器92-1，92-2は、受信アンプ７５の２つの入力端子とグランド電位の電位点との間に介挿されている。
【００５３】
さらに振動子セット９においては、第１の電極７１ａが、第２のトランジスタ72-2と第１および第２のダイオード73-1，73-2を介して、電圧がＶnnである電位点Ｐ４に接続されている。第２の電極７１ｂも、第４のトランジスタ72-4と第３および第４のダイオード73-3，73-4を介して、電位点Ｐ４に接続されている。電圧Ｖnnは電圧Ｖppとは異なる値である。
【００５４】
このような構成であると、２種類の電圧源が必要にはなるが、それ以外は第１の実施形態で述べたような効果が同様に達成できる。
【００５５】
なお、エコー信号は、コンデンサ91-1および抵抗器92-1またはコンデンサ91-2および抵抗器92-2によって構成される交流カップリングを介して受信アンプ７５へと導かれる。
【００５６】
（第４の実施形態）
図１０は第４の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。なお、図１０において図１と同一部分は図示を省略するか、あるいは同一符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。なお、第４の実施形態に係る超音波診断装置が第１の実施形態と異なるのは、振動子セット７に代えて振動子セット１０を備えている点であるので、図１０では１つの振動子セット１０の構成のみを示している。
【００５７】
振動子セット１０は、超音波振動子７１、第１乃至第６のトランジスタ72-1〜72-6、第１乃至第２のダイオード73-1〜73-4、パルサ74-3，74-4および受信アンプ７５を含む。
【００５８】
すなわち振動子セット９は、振動子セット７に第５および第６のトランジスタ72-5，72-6を追加するとともに、パルサ74-1，74-2に代えてパルサ74-3，74-4を備えている。
【００５９】
第５のトランジスタ72-5は、電圧がＶnnである電位点Ｐ５と第１の電極７１ａとの間に介挿されている。第６のトランジスタ72-6は、電位点Ｐ５と第２電極７１ｂとの間に介挿されている。第１、第２および第５のトランジスタ72-1，72-2，72-5のゲートは、パルサ74-3に接続される。第３、第４および第６のトランジスタ72-3，72-4，72-6のゲートは、パルサ74-4に接続される。第５および第６のトランジスタ72-5，72-6としては、いずれも第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4と同種の素子を用いる。電圧Ｖnnは、電圧Ｖppとは逆極性である。
【００６０】
パルサ74-3，74-4には、送信ビームフォーマ５から出力される制御信号が入力される。パルサ74-3は、上記の制御信号に基づいて、駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ５を第１、第２および第５のダイオード73-1，73-2，73-5に送る。パルサ74-4は、上記の制御信号に基づいて、駆動信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６を第３、第４および第６のダイオード73-3，73-4，73-6に送る。
【００６１】
次に以上のように構成された超音波診断装置の動作について説明する。なお、この超音波診断装置の動作において従来よりの動作と異なるのは、超音波送信の際の超音波振動子７１の駆動に関する動作であるので、以下ではこの点を中心として説明し、これ以外の動作の説明は省略する。
【００６２】
図１１は１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャートである。
【００６３】
１回目の送信開始タイミングである時点ｔ１１から時間Ｔに渡る期間Ｐｇにおいて、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ１，Ｓ４をハイレベルとするとともに、その他の駆動信号Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６をローレベルとする。そうすると、第１のトランジスタ72-1および第４のトランジスタ72-4がオン状態となり、パルス電流が電位点Ｐ１から第１のトランジスタ72-1、超音波振動子７１、第４のトランジスタ72-4および第４のダイオード73-4を通って電位点Ｐ３に流れ込む。この様子は図３と同様である。
【００６４】
期間Ｐｇが終了する時点ｔ１２から時間Ｔに渡る期間Ｐｈにおいて、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ４，Ｓ５をハイレベルとするとともに、その他の駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ６をローレベルとする。そうすると、第４のトランジスタ72-4および第５のトランジスタ72-5がオン状態となり、パルス電流が電位点Ｐ５から第５のトランジスタ72-5、超音波振動子７１、第４のトランジスタ72-4および第４のダイオード73-4を通って電位点Ｐ３に流れ込む。
【００６５】
このように、期間Ｐｇ，Ｐｈにおいては、超音波振動子７１におけるパルス電流の向きは同じになるが、超音波振動子７１に印加される電圧は互いに逆極性になる。このため図１１に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐｇと期間Ｐｈとでその正負が逆になる。
【００６６】
音響出力を行わない期間Ｐｉ，Ｐｍにおいては、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ２，Ｓ４をハイレベルとし、その他の駆動信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第４のトランジスタ72-4がオン状態となる。この様子は図５と同様である。
【００６７】
２回目の送信開始タイミングである時点ｔ１３から時間Ｔに渡る期間Ｐｊにおいて、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ２，Ｓ３をハイレベルとし、その他の駆動信号Ｓ１，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第３のトランジスタ72-3がオン状態となり、パルス電流が電位点Ｐ１から第３のトランジスタ72-3、超音波振動子７１、第２のトランジスタ72-2および第１のダイオード73-1を通って電位点Ｐ２に流れ込む。この様子は図４と同様である。
【００６８】
期間Ｐｊが終了する時点ｔ１４から時間Ｔに渡る期間Ｐｋにおいて、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ２，Ｓ６をハイレベルとするとともに、その他の駆動信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第６のトランジスタ72-6がオン状態となり、パルス電流が電位点Ｐ５から第６のトランジスタ72-6、超音波振動子７１、第２のトランジスタ72-2および第１のダイオード73-1を通って電位点Ｐ２に流れ込む。
【００６９】
このように、期間Ｐｊ，Ｐｋにおいては、超音波振動子７１におけるパルス電流の向きは同じになるが、超音波振動子７１に印加される電圧は互いに逆極性になる。このため図１１に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐｊと期間Ｐｋとでその正負が逆になる。
【００７０】
そして、期間Ｐｊ，Ｐｋにおけるパルス電流の向きは、期間Ｐｇ，Ｐｈにおけるそれとは逆になり、印加される電圧の変化は同様になるので、図１１に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐｇ，Ｐｈと期間Ｐｊ，Ｐｋとで位相が１８０度反転する。
【００７１】
かくして第４の実施形態においても、パルサ74-3，74-4が出力する駆動信号Ｓ１〜Ｓ６はいずれも単極パルスでありながら、音響出力を図１１に示すようなバイポーラ波形にすることができ、さらにそのバイポーラ波形の位相を１８０度反転させることができる。そして、位相が１８０度異なる波形のいずれを送信する場合でも、その波形の立ち上がりを作るトランジスタは同じ特性を持つため、両波形の対称性が優れている。
【００７２】
以上の各実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
【００７３】
超音波プローブ２００に実装される回路の一部を装置本体１００の側に備えることも可能である。例えば、超音波振動子７１の両極から信号を引き出し本体に接続し、超音波振動子７１以外の全ての回路を装置本体１００の側に備えることも可能である。
【００７４】
第１および第３のトランジスタ72-1，72-3は、ともに電圧がＶppである別々の電位点に接続されても良い。第５および第６のトランジスタ72-5,72-6は、ともに電圧がＶnnである別々の電位点に接続されても良い。
【００７５】
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図２】第１の実施形態において１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャート。
【図３】図１に示す振動子セット７におけるパルス電流の経路を示す図。
【図４】図１に示す振動子セット７におけるパルス電流の経路を示す図。
【図５】図１に示す振動子セット７においてエコー信号が流れる経路を示す図。
【図６】第１の実施形態において１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスの変形例を示したタイミングチャート。
【図７】第１の実施形態において１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスの変形例を示したタイミングチャート。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図１１】第４の実施形態において１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャート。
【符号の説明】
【００７７】
１…システムコントローラ、２…ビームフォーマ、３…スキャンコンバータ、４…表示装置、５…送信ビームフォーマ、６…サブアレイビームフォーマ、７,８,９,１０…振動子セット、７１…超音波振動子、７１ａ…第１の電極、７１ｂ…第２の電極、72-1…第１のトランジスタ、72-2…第２のトランジスタ、72-3…第３のトランジスタ、72-4…第４のトランジスタ、72-5…第５のトランジスタ、72-6…第６のトランジスタ、73-1…第１のダイオード、73-2…第２のダイオード、73-3…第３のダイオード、73-4…第４のダイオード、74-1〜74-4…パルサ、７５…受信アンプ、91-1，91-2…コンデンサ、92-1，92-2…抵抗器、１００…装置本体、２００…超音波プローブ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５…電位点。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信回路を内蔵する超音波プローブおよび超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置本体のチャンネル数（例えば128ch）より多い素子を持つ１．５次元アレイや２次元アレイ等を備えた超音波プローブが開発されている。
【０００３】
特許文献１には、超音波振動子を複数のサブアレイにグループ分けして信号処理する例が記載されている。
【０００４】
これらの超音波プローブでは、プローブハンドル部分に各振動子に対応した送信回路や受信回路を配置し、プローブハンドル内で複数のサブアレイにグループ分けして受信信号を束ね、超音波診断装置本体との接続信号数を増やさない工夫がされている。
【０００５】
例えば、３２００素子の２次元アレイプローブで、受信素子を２５素子を１つのグループにすると、１２８グループで３２００素子を制御でき、１２８チャネルの本体にそのまま接続できる。グループ内では受信ビームの方向にあわせて微小な遅延時間制御を行うことで、電子スキャンを行うことができる。
【０００６】
送信回路は、プローブハンドル内に備えた送信ビームフォーマで遅延時間を制御し、各素子毎に備えた送信回路で高電圧パルスを発生させる。装置本体から送信ビームフォーマへはシリアルバスを使うことで数本の制御線で遅延データや波形データを転送することができる。
【０００７】
ところで、このようにプローブハンドル内に送受信回路を備える超音波プローブは、超音波振動子の変換ロスによる発熱の他、電子回路自身の電力消費による発熱が避けられないため、これらの低減が要求される。また、プローブハンドルの大きさおよび重さも、長時間手に持って疲れないように小さく抑えることが要求される。このため、プローブ内の電子回路には小型・低電力の回路が用いられ、送信回路はシンプルな単極パルス駆動回路で構成されている。
【０００８】
一方、臨床的には分解能の良い高調波イメージングの要求が高く、パルスインバージョン映像法等の手法が好まれて用いられている。パルスインバージョン映像法は、１８０度位相をずらして２回送信し、これらの２回の送信に基づく２つのエコー信号を加算することによって、高調波成分のみを抽出して画像化する。
【０００９】
しかし単極パルス駆動回路では、一般にバイポーラ波形を出力することができないため、パルスインバージョン映像法のような手法が使えない。このため、送信回路を単極パルス駆動回路で構成した場合には、ハイパスフィルタで基本波を除去するフィルタ法を用いた高調波イメージングが使われる。フィルタ法では、送信の基本波が除去しきれず、パルスインバージョン映像法に比べて画質が劣る。
【００１０】
特許文献２には、超音波振動子の送信回路を接続した電極と反対側に受信回路を接続することで、単極パルス駆動回路でもパルスインバージョン影像法ができるようにする構成も提案されている。
【００１１】
しかしながら特許文献２の構成であると、ＰｃｈトランジスタとＮｃｈトランジスタとの特性差により、立上り時間および立下り時間が異なってしまうために、正負波形の対称性が悪いという不具合があった。
【特許文献１】特開２０００−３３０８７
【特許文献２】特開２００４−８９６９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のように従来は、単極パルス駆動を採用した場合には、バイポーラ波形が出力できないか、出力できるとしてもその波形の対称性が悪く、パルスインバージョン影像法により高画質な画像を得ることが困難であった。
【００１３】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、
単極パルス駆動でありながら正負の対称性が良いバイポーラ波形を送信できる超音波プローブおよび超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上の目的を達成するために本発明は、第１および第２の電極を有する超音波振動子と、第１の電位を持つ第１の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第１のスイッチング素子と、前記第１の電位とは異なる第２の電位を持つ第２の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第２のスイッチング素子と、前記第１の電位を持つ第３の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第３のスイッチング素子と、前記第２の電位を持つ第４の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第４のスイッチング素子と、第１の送信期間に前記第１および第４のスイッチング素子をＯＮし、前記第１の送信期間とは異なる第２の送信期間に前記第２および第３のスイッチング素子をＯＮする駆動手段とを備えて超音波プローブまたは超音波診断装置を構成した。
【００１５】
前記の目的を達成するために別の本発明の超音波プローブは、所定方向に超音波を放射するための超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波放射面に設けられる第１の電極と、前記超音波放射面と反対側の背面に設けられる第２の電極と、第１の電位点及び第２の電位点に対し、前記第１の電極と前記第２の電極を切り換えて接続するスイッチング手段とを備え、前記スイッチング手段は、前記第１の電位点が前記第１の電極と接続される時は前記第２の電位点を前記第２の電位点と接続し、前記第１の電位点が前記第２の電極と接続される時は前記第２の電位点を前記第１の電位点と接続することとした。
【００１６】
前記の目的を達成するために別の本発明の超音波診断装置は、所定方向に超音波を放射するための超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波放射面に設けられる第１の電極と、前記超音波放射面と反対側の背面に設けられる第２の電極と、第１の電位点及び第２の電位点に対し、前記第１の電極と前記第２の電極を切り換えて接続するスイッチング手段と、前記スイッチング手段を切り換えて前記超音波振動子を駆動させることにより、互いに極性の異なる複数回の超音波送受信を行うための送受信制御手段と、前記複数回の超音波送受信によってそれぞれ得られた複数の受信信号に基づいて、前記超音波送受信における超音波の基本波に対する高調波の受信信号成分を抽出する高調波信号抽出手段とを備えた。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、単極パルス駆動でありながら正負の対称性が良いバイポーラ波形を送信することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。
【００２０】
第１の実施形態に係る超音波診断装置は、装置本体１００および超音波プローブ２００を備える。
【００２１】
装置本体１００はさらに、システムコントローラ１、ビームフォーマ２、スキャンコンバータ３および表示装置４を含む。超音波プローブ２００はさらに、送信ビームフォーマ５、サブアレイビームフォーマ６および複数の振動子セット７を含む。
【００２２】
システムコントローラ１は、送信ビームフォーマ５に遅延データおよび送信波形データを転送する。送信ビームフォーマ５は、遅延データおよび送信波形データに基づいて、所要の著音波ビームを形成するように複数の振動子セット７のそれぞれを制御する。
【００２３】
サブアレイビームフォーマ６は、複数の振動子セット７のそれぞれから出力されるエコー信号を、複数の振動子セット７を複数にグループ分けして形成されたサブグループ内で微少遅延加算する。サブアレイビームフォーマ６は、サブグループ毎に得られる加算エコー信号をビームフォーマ２に送る。ビームフォーマ２は、サブグループ毎に得られる加算エコー信号の全てを遅延加算して、所要の受信ビームに関するエコー信号を得る。またビームフォーマ２は、パルスインバージョン映像法を適用するべきときには、上記のエコー信号から高調波成分を抽出する処理を行う。すなわちビームフォーマ２は、後述するように１８０度位相をずらした２回の送信に基づく２つのエコー信号を加算して基本波成分を相殺することによって、高調波成分を抽出する。スキャンコンバータ３は、ビームフォーマ２で得られたエコー信号を表示装置４での表示に適するデータに変換する。表示装置４は、スキャンコンバータ３で変換されたデータに基づいて超音波画像を表示する。
【００２４】
さて複数の振動子セット７は、いずれも同じ構成を持つ。すなわち振動子セット７は、超音波振動子７１、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4、パルサ74-1，74-2、第１乃至第４のダイオード73-1〜73-4および受信アンプ７５を含む。
【００２５】
超音波振動子７１は、第１および第２の電極７１ａ，７１ｂを含み、この電極間に印加される電圧の変化に応じて超音波を放出する。第１の電極７１ａは、超音波放射面側に位置し、第２の電極７１ｂは、超音波放射面と反対側の背面に位置する。複数の振動子セット７のそれぞれに含まれた超音波振動子７１が配列されて、１．５次元アレイまたは２次元アレイを形成している。
【００２６】
第１のトランジスタ72-1は、電圧がＶppである電位点Ｐ１と第１の電極７１ａとの間に介挿されている。第２のトランジスタ72-2は、グランド電位である電位点Ｐ２と第１の電極７１ａとの間に介挿されている。第３のトランジスタ72-3は、電位点Ｐ１と第２の電極７１ｂとの間に介挿されている。第４のトランジスタ72-4は、グランド電位である電位点Ｐ３と第２の電極７１ｂとの間に介挿されている。第１および第２のトランジスタ72-1，72-2のゲートは、パルサ74-1に接続される。第３および第４のトランジスタ72-3，72-4のゲートは、パルサ74-2に接続される。第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4としては、いずれも同種の素子を用いる。すなわち第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4は、いずれも同じ特性を持つ。ここでは、同型のｐチャネルトランジスタを採用している。
【００２７】
第１および第２のダイオード73-1，73-2は、ともに電位点Ｐ２と第２のトランジスタ72-2との間に介挿される。第１および第２のダイオード73-1，73-2は、互いに逆向きで並列している。第３および第４のダイオード73-3，73-4は、ともに電位点Ｐ３と第４のトランジスタ72-4との間に介挿される。第３および第４のダイオード73-3，73-4は、互いに逆向きで並列している。
【００２８】
パルサ74-1，74-2には、送信ビームフォーマ５から出力される制御信号が入力される。パルサ74-1は、上記の制御信号に基づいて、駆動信号Ｓ１，Ｓ２を第１および第２のダイオード73-1，73-2に送る。パルサ74-2は、上記の制御信号に基づいて、駆動信号Ｓ３，Ｓ４を第３および第４のダイオード73-3，73-4に送る。
【００２９】
受信アンプ７５は、差増増幅回路であって、２つの入力端子を備えている。一方の入力端子は、第２のトランジスタ72-2を介して第１の電極７１ａに接続されている。他方の入力端子は、第４のトランジスタ72-4を介して第２の電極７１ｂに接続されている。つまり受信アンプ７５には、超音波振動子７１が受信したエコー信号が、第２および第４のトランジスタ72-2，72-4を介して入力される。受信アンプ７５はこのエコー信号を増幅した上で、サブアレイビームフォーマ６へ送る。
【００３０】
次に以上のように構成された超音波診断装置の動作について説明する。なお、この超音波診断装置の動作において従来よりの動作と異なるのは、超音波送信の際の超音波振動子７１の駆動に関する動作であるので、以下ではこの点を中心として説明し、これ以外の動作の説明は省略する。
【００３１】
図２は１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャートである。
【００３２】
１回目の送信開始タイミングである時点ｔ１から時間Ｔに渡る期間Ｐａにおいて、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ１，Ｓ４をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ２，Ｓ３をローレベルとする。なお、時間Ｔは、１／２波長に相当する時間である。例えば２MHzの超音波振動子であれば、時間Ｔは２５０nsecとなる。そうすると、第１のトランジスタ72-1および第４のトランジスタ72-4がオン状態となる。このときには図３に示すように、パルス電流が電位点Ｐ１から第１のトランジスタ72-1、超音波振動子７１、第４のトランジスタ72-4および第４のダイオード73-4を通って電位点Ｐ３に流れ込む。
【００３３】
期間Ｐａが終了する時点ｔ２から時間Ｔに渡る期間Ｐｂにおいて、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ２，Ｓ３をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ１，Ｓ４をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第３のトランジスタ72-3がオン状態となる。このときには図４に示すように、パルス電流が電位点Ｐ１から第３のトランジスタ72-3、超音波振動子７１、第２のトランジスタ72-2および第１のダイオード73-1を通って電位点Ｐ２に流れ込む。
【００３４】
このように、期間Ｐａ，Ｐｂにおいては、ともに同じ電圧が超音波振動子７１に印加されるが、パルス電流の向きは逆になる。このため図２に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐａと期間Ｐｂとでその正負が逆になる。
【００３５】
音響出力を行わない期間Ｐｃ，Ｐｆにおいては、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ２，Ｓ４をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ１，Ｓ３をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第４のトランジスタ72-4がオン状態となる。このときには図５に示すように、超音波振動子７１が超音波エコーを受けて発生するエコー信号は、第２のトランジスタ72-2または第４のトランジスタ72-4を介して受信アンプ７５に入力される。第１乃至第４のダイオード73-1〜73-4は、高インピーダンスで超音波振動子７１からのエコー信号を受信アンプ７５に入力する。すなわち、第１乃至第４のダイオード73-1〜73-4は、Ｔ／Ｒスイッチの働きをする。
【００３６】
２回目の送信開始タイミングである時点ｔ３から時間Ｔに渡る期間Ｐｄにおいて、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ２，Ｓ３をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ１，Ｓ４をローレベルとする。従って、この期間Ｐｄにおける状態は、期間Ｐｂと同じである。
【００３７】
期間Ｐｄが終了する時点ｔ４から時間Ｔに渡る期間Ｐｅにおいて、パルサ74-1，74-2は駆動信号Ｓ１，Ｓ４をハイレベルとするとともに、駆動信号Ｓ２，Ｓ３をローレベルとする。従って、この期間Ｐｅにおける状態は、期間Ｐａと同じである。このため図２に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐａ，Ｐｂと期間Ｐｄ，Ｐｅとで位相が１８０度反転する。
【００３８】
このように第１の実施形態によれば、パルサ74-1，74-2が出力する駆動信号Ｓ１〜Ｓ４はいずれも単極パルスでありながら、音響出力を図２に示すようなバイポーラ波形にすることができ、さらにそのバイポーラ波形の位相を１８０度反転させることができる。そして、位相が１８０度異なる波形のいずれを送信する場合でも、その波形の立ち上がりを作るトランジスタは同じ特性を持つため、両波形の対称性が優れている。
【００３９】
２回の送受信で高調波イメージングを行う映像法は、１８０度反転させたときの送信波形の対称性が画質性能に大きく影響する。このため、第１の実施形態の超音波診断装置によれば、高調波イメージングの画質を向上することができる。
【００４０】
さらに、例えば従来の単極パルサで送信電圧１００Ｖp-pを出力するためには、電源電圧１００Ｖが必要であるが、第１の実施形態では、電源電圧は５０Ｖで良い。また、両極パルサで同様に１００Ｖp-pを出力するには、＋５０Ｖおよび−５０Ｖの２種類の電圧源が必要であるが、本発明では＋５０Ｖの１種類の電圧源のみで良い。すなわち第１の実施形態によれば、電源回路の電圧出力が送信電圧のピーク値の１／２で良い。
【００４１】
さらに、送信電圧が１００Ｖp-pである場合、従来の単極パルサを作るためには、トランジスタの耐圧は１００Ｖ以上が必要であるが、第１の実施形態では第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4の耐圧は５０Ｖで良い。すなわち第１の実施形態によれば、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4の耐圧が送信電圧のピーク値の１／２で良い。電源電圧を１／２とすれば、電流も１／２となるので、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4としては、安価で小型な素子を使用できる。
【００４２】
なお、パルサ74-1，74-2が図６に示すように、１回目は駆動信号Ｓ１，Ｓ４をハイレベルとし、２回目は駆動信号Ｓ２，Ｓ３のみをハイレベルとすれば、１回目は正の１波、２回目は負の１波とした広帯域パルスを１８０度反転させて送信することが可能である。
【００４３】
また、パルサ74-1，74-2が図７に示すように、パルス幅変調したパルスを各駆動信号に生じさせるようにすれば、高調波を抑えた送信をしたり、送信チャンネル毎に関数を与えて送信ウェイティングをすることもできる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図８は第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。なお、図８において図１と同一部分は図示を省略するか、あるいは同一符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。なお、第２の実施形態に係る超音波診断装置が第１の実施形態と異なるのは、振動子セット７に代えて振動子セット８を備えている点であるので、図８では１つの振動子セット８の構成のみを示している。
【００４５】
振動子セット８は、超音波振動子７１、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4、パルサ74-1，74-2、第１および第２のダイオード73-1，73-2および受信アンプ７５を含む。
【００４６】
すなわち振動子セット８は、振動子セット７における第３および第４のダイオード73-3，73-4を省略し、第４のトランジスタ72-4を直接に電位点Ｐ３に接続している。
【００４７】
そして、受信アンプ７５の反転入力端子には受信アンプ７５の出力をフィードバックし、受信アンプ７５の非反転入力端子を第２のトランジスタ72-2を介して第１の電極７１ａに接続している。
【００４８】
振動子セット７をこのような構成の振動子セット８に変更しても、第１の実施形態で述べたような効果が同様に達成できる。
【００４９】
そして受信エコーの検出は、図８に示すように受信アンプ７５への片側入力によっても実現できる。
【００５０】
（第３の実施形態）
図９は第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。なお、図９において図１と同一部分は図示を省略するか、あるいは同一符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。なお、第３の実施形態に係る超音波診断装置が第１の実施形態と異なるのは、振動子セット７に代えて振動子セット９を備えている点であるので、図９では１つの振動子セット９の構成のみを示している。
【００５１】
振動子セット９は、超音波振動子７１、第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4、パルサ74-1，74-2、第１乃至第２のダイオード73-1〜73-4、受信アンプ７５、コンデンサ91-1，91-2および抵抗器92-1，92-2を含む。
【００５２】
すなわち振動子セット９は、振動子セット７にコンデンサ91-1，91-2および抵抗器92-1，92-2を追加している。コンデンサ91-1，91-2は、第２および第４のダイオード72-2，72-4と受信アンプ７５の２つの入力端子との間にそれぞれ介挿されている。抵抗器92-1，92-2は、受信アンプ７５の２つの入力端子とグランド電位の電位点との間に介挿されている。
【００５３】
さらに振動子セット９においては、第１の電極７１ａが、第２のトランジスタ72-2と第１および第２のダイオード73-1，73-2を介して、電圧がＶnnである電位点Ｐ４に接続されている。第２の電極７１ｂも、第４のトランジスタ72-4と第３および第４のダイオード73-3，73-4を介して、電位点Ｐ４に接続されている。電圧Ｖnnは電圧Ｖppとは異なる値である。
【００５４】
このような構成であると、２種類の電圧源が必要にはなるが、それ以外は第１の実施形態で述べたような効果が同様に達成できる。
【００５５】
なお、エコー信号は、コンデンサ91-1および抵抗器92-1またはコンデンサ91-2および抵抗器92-2によって構成される交流カップリングを介して受信アンプ７５へと導かれる。
【００５６】
（第４の実施形態）
図１０は第４の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。なお、図１０において図１と同一部分は図示を省略するか、あるいは同一符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。なお、第４の実施形態に係る超音波診断装置が第１の実施形態と異なるのは、振動子セット７に代えて振動子セット１０を備えている点であるので、図１０では１つの振動子セット１０の構成のみを示している。
【００５７】
振動子セット１０は、超音波振動子７１、第１乃至第６のトランジスタ72-1〜72-6、第１乃至第２のダイオード73-1〜73-4、パルサ74-3，74-4および受信アンプ７５を含む。
【００５８】
すなわち振動子セット９は、振動子セット７に第５および第６のトランジスタ72-5，72-6を追加するとともに、パルサ74-1，74-2に代えてパルサ74-3，74-4を備えている。
【００５９】
第５のトランジスタ72-5は、電圧がＶnnである電位点Ｐ５と第１の電極７１ａとの間に介挿されている。第６のトランジスタ72-6は、電位点Ｐ５と第２電極７１ｂとの間に介挿されている。第１、第２および第５のトランジスタ72-1，72-2，72-5のゲートは、パルサ74-3に接続される。第３、第４および第６のトランジスタ72-3，72-4，72-6のゲートは、パルサ74-4に接続される。第５および第６のトランジスタ72-5，72-6としては、いずれも第１乃至第４のトランジスタ72-1〜72-4と同種の素子を用いる。電圧Ｖnnは、電圧Ｖppとは逆極性である。
【００６０】
パルサ74-3，74-4には、送信ビームフォーマ５から出力される制御信号が入力される。パルサ74-3は、上記の制御信号に基づいて、駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ５を第１、第２および第５のダイオード73-1，73-2，73-5に送る。パルサ74-4は、上記の制御信号に基づいて、駆動信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６を第３、第４および第６のダイオード73-3，73-4，73-6に送る。
【００６１】
次に以上のように構成された超音波診断装置の動作について説明する。なお、この超音波診断装置の動作において従来よりの動作と異なるのは、超音波送信の際の超音波振動子７１の駆動に関する動作であるので、以下ではこの点を中心として説明し、これ以外の動作の説明は省略する。
【００６２】
図１１は１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャートである。
【００６３】
１回目の送信開始タイミングである時点ｔ１１から時間Ｔに渡る期間Ｐｇにおいて、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ１，Ｓ４をハイレベルとするとともに、その他の駆動信号Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６をローレベルとする。そうすると、第１のトランジスタ72-1および第４のトランジスタ72-4がオン状態となり、パルス電流が電位点Ｐ１から第１のトランジスタ72-1、超音波振動子７１、第４のトランジスタ72-4および第４のダイオード73-4を通って電位点Ｐ３に流れ込む。この様子は図３と同様である。
【００６４】
期間Ｐｇが終了する時点ｔ１２から時間Ｔに渡る期間Ｐｈにおいて、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ４，Ｓ５をハイレベルとするとともに、その他の駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ６をローレベルとする。そうすると、第４のトランジスタ72-4および第５のトランジスタ72-5がオン状態となり、パルス電流が電位点Ｐ５から第５のトランジスタ72-5、超音波振動子７１、第４のトランジスタ72-4および第４のダイオード73-4を通って電位点Ｐ３に流れ込む。
【００６５】
このように、期間Ｐｇ，Ｐｈにおいては、超音波振動子７１におけるパルス電流の向きは同じになるが、超音波振動子７１に印加される電圧は互いに逆極性になる。このため図１１に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐｇと期間Ｐｈとでその正負が逆になる。
【００６６】
音響出力を行わない期間Ｐｉ，Ｐｍにおいては、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ２，Ｓ４をハイレベルとし、その他の駆動信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第４のトランジスタ72-4がオン状態となる。この様子は図５と同様である。
【００６７】
２回目の送信開始タイミングである時点ｔ１３から時間Ｔに渡る期間Ｐｊにおいて、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ２，Ｓ３をハイレベルとし、その他の駆動信号Ｓ１，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第３のトランジスタ72-3がオン状態となり、パルス電流が電位点Ｐ１から第３のトランジスタ72-3、超音波振動子７１、第２のトランジスタ72-2および第１のダイオード73-1を通って電位点Ｐ２に流れ込む。この様子は図４と同様である。
【００６８】
期間Ｐｊが終了する時点ｔ１４から時間Ｔに渡る期間Ｐｋにおいて、パルサ74-3，74-4は駆動信号Ｓ２，Ｓ６をハイレベルとするとともに、その他の駆動信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５をローレベルとする。そうすると、第２のトランジスタ72-2および第６のトランジスタ72-6がオン状態となり、パルス電流が電位点Ｐ５から第６のトランジスタ72-6、超音波振動子７１、第２のトランジスタ72-2および第１のダイオード73-1を通って電位点Ｐ２に流れ込む。
【００６９】
このように、期間Ｐｊ，Ｐｋにおいては、超音波振動子７１におけるパルス電流の向きは同じになるが、超音波振動子７１に印加される電圧は互いに逆極性になる。このため図１１に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐｊと期間Ｐｋとでその正負が逆になる。
【００７０】
そして、期間Ｐｊ，Ｐｋにおけるパルス電流の向きは、期間Ｐｇ，Ｐｈにおけるそれとは逆になり、印加される電圧の変化は同様になるので、図１１に示す送信音圧の波形から分かるように、音響出力は期間Ｐｇ，Ｐｈと期間Ｐｊ，Ｐｋとで位相が１８０度反転する。
【００７１】
かくして第４の実施形態においても、パルサ74-3，74-4が出力する駆動信号Ｓ１〜Ｓ６はいずれも単極パルスでありながら、音響出力を図１１に示すようなバイポーラ波形にすることができ、さらにそのバイポーラ波形の位相を１８０度反転させることができる。そして、位相が１８０度異なる波形のいずれを送信する場合でも、その波形の立ち上がりを作るトランジスタは同じ特性を持つため、両波形の対称性が優れている。
【００７２】
以上の各実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
【００７３】
超音波プローブ２００に実装される回路の一部を装置本体１００の側に備えることも可能である。例えば、超音波振動子７１の両極から信号を引き出し本体に接続し、超音波振動子７１以外の全ての回路を装置本体１００の側に備えることも可能である。
【００７４】
第１および第３のトランジスタ72-1，72-3は、ともに電圧がＶppである別々の電位点に接続されても良い。第５および第６のトランジスタ72-5,72-6は、ともに電圧がＶnnである別々の電位点に接続されても良い。
【００７５】
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図２】第１の実施形態において１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャート。
【図３】図１に示す振動子セット７におけるパルス電流の経路を示す図。
【図４】図１に示す振動子セット７におけるパルス電流の経路を示す図。
【図５】図１に示す振動子セット７においてエコー信号が流れる経路を示す図。
【図６】第１の実施形態において１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスの変形例を示したタイミングチャート。
【図７】第１の実施形態において１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスの変形例を示したタイミングチャート。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図１１】第４の実施形態において１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャート。
【符号の説明】
【００７７】
１…システムコントローラ、２…ビームフォーマ、３…スキャンコンバータ、４…表示装置、５…送信ビームフォーマ、６…サブアレイビームフォーマ、７,８,９,１０…振動子セット、７１…超音波振動子、７１ａ…第１の電極、７１ｂ…第２の電極、72-1…第１のトランジスタ、72-2…第２のトランジスタ、72-3…第３のトランジスタ、72-4…第４のトランジスタ、72-5…第５のトランジスタ、72-6…第６のトランジスタ、73-1…第１のダイオード、73-2…第２のダイオード、73-3…第３のダイオード、73-4…第４のダイオード、74-1〜74-4…パルサ、７５…受信アンプ、91-1，91-2…コンデンサ、92-1，92-2…抵抗器、１００…装置本体、２００…超音波プローブ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５…電位点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の電極を有する超音波振動子と、
第１の電位を持つ第１の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第１のスイッチング素子と、
前記第１の電位とは異なる第２の電位を持つ第２の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第２のスイッチング素子と、
前記第１の電位を持つ第３の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第３のスイッチング素子と、
前記第２の電位を持つ第４の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第４のスイッチング素子と、
第１の送信期間に前記第１および第４のスイッチング素子をＯＮし、前記第１の送信期間とは異なる第２の送信期間に前記第２および第３のスイッチング素子をＯＮする駆動手段とを具備したことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
第１および第２の電極を有する超音波振動子と、
第１の電位を持つ第１の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第１のスイッチング素子と、
前記第１の電位とは異なる第２の電位を持つ第２の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第２のスイッチング素子と、
前記第１の電位を持つ第３の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第３のスイッチング素子と、
前記第２の電位を持つ第４の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第４のスイッチング素子と、
第１の送信期間に前記第１および第４のスイッチング素子をＯＮし、前記第１の送信期間とは異なる第２の送信期間に前記第２および第３のスイッチング素子をＯＮする駆動手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
２つの入力端子の一方が前記第２のスイッチング素子を介して前記第１の電極に接続され、前記２つの入力端子の他方が前記第４のスイッチング素子を介して前記第２の電極に接続された増幅器をさらに備え、
前記駆動手段は、受信期間に前記第２および第４のスイッチング素子をＯＮすることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記第１の電位とは逆極性の第３の電位を持つ第５の電位点と前記第１の電極との間に介挿された第５のスイッチング素子と、
前記第３の電位を持つ第６の電位点と前記第２の電極との間に介挿された第６のスイッチング素子とをさらに具備し、
かつ前記駆動手段は、前記第１および第２の送信期間とは異なる第３の送信期間に前記第４および第５のスイッチング素子をＯＮし、前記第１乃至第３の送信期間とは異なる第４の送信期間に前記第２および第６のスイッチング素子をＯＮすることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
第１および第２の交流カップリング回路と、
２つの入力端子の一方が前記第２のスイッチング素子および第１の交流カップリング回路を介して前記第１の電極に接続され、前記２つの入力端子の他方が前記第４のスイッチング素子および第２の交流カップリング回路を介して前記第２の電極に接続された増幅器とをさらに具備し、
前記駆動手段は、受信期間に前記第２および第４のスイッチング素子をＯＮすることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
互いに逆向きかつ並列で、前記第２のスイッチング素子と前記第２の電位点との間に介挿された第１および第２の整流素子と、
互いに逆向きかつ並列で、前記第４のスイッチング素子と前記第４の電位点との間に介挿された第３および第４の整流素子とをさらに具備したことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
所定方向に超音波を放射するための超音波振動子と、
前記超音波振動子の超音波放射面に設けられる第１の電極と、
前記超音波放射面と反対側の背面に設けられる第２の電極と、
第１の電位点及び第２の電位点に対し、前記第１の電極と前記第２の電極を切り換えて接続するスイッチング手段とを具備し、
前記スイッチング手段は、
前記第１の電位点が前記第１の電極と接続される時は前記第２の電位点を前記第２の電位点と接続し、前記第１の電位点が前記第２の電極と接続される時は前記第２の電位点を前記第１の電位点と接続することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
所定方向に超音波を放射するための超音波振動子と、
前記超音波振動子の超音波放射面に設けられる第１の電極と、
前記超音波放射面と反対側の背面に設けられる第２の電極と、
第１の電位点及び第２の電位点に対し、前記第１の電極と前記第２の電極を切り換えて接続するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段を切り換えて前記超音波振動子を駆動させることにより、互いに極性の異なる複数回の超音波送受信を行うための送受信制御手段と、
前記複数回の超音波送受信によってそれぞれ得られた複数の受信信号に基づいて、前記超音波送受信における超音波の基本波に対する高調波の受信信号成分を抽出する高調波信号抽出手段とを具備したことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１】
第１および第２の電極を有する超音波振動子と、
第１の電位を持つ第１の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第１のスイッチング素子と、
前記第１の電位とは異なる第２の電位を持つ第２の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第２のスイッチング素子と、
前記第１の電位を持つ第３の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第３のスイッチング素子と、
前記第２の電位を持つ第４の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第４のスイッチング素子と、
第１の送信期間に前記第１および第４のスイッチング素子をＯＮし、前記第１の送信期間とは異なる第２の送信期間に前記第２および第３のスイッチング素子をＯＮする駆動手段とを具備したことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
第１および第２の電極を有する超音波振動子と、
第１の電位を持つ第１の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第１のスイッチング素子と、
前記第１の電位とは異なる第２の電位を持つ第２の電位点と前記第１の電極との間に介挿される第２のスイッチング素子と、
前記第１の電位を持つ第３の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第３のスイッチング素子と、
前記第２の電位を持つ第４の電位点と前記第２の電極との間に介挿される第４のスイッチング素子と、
第１の送信期間に前記第１および第４のスイッチング素子をＯＮし、前記第１の送信期間とは異なる第２の送信期間に前記第２および第３のスイッチング素子をＯＮする駆動手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
２つの入力端子の一方が前記第２のスイッチング素子を介して前記第１の電極に接続され、前記２つの入力端子の他方が前記第４のスイッチング素子を介して前記第２の電極に接続された増幅器をさらに備え、
前記駆動手段は、受信期間に前記第２および第４のスイッチング素子をＯＮすることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記第１の電位とは逆極性の第３の電位を持つ第５の電位点と前記第１の電極との間に介挿された第５のスイッチング素子と、
前記第３の電位を持つ第６の電位点と前記第２の電極との間に介挿された第６のスイッチング素子とをさらに具備し、
かつ前記駆動手段は、前記第１および第２の送信期間とは異なる第３の送信期間に前記第４および第５のスイッチング素子をＯＮし、前記第１乃至第３の送信期間とは異なる第４の送信期間に前記第２および第６のスイッチング素子をＯＮすることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
第１および第２の交流カップリング回路と、
２つの入力端子の一方が前記第２のスイッチング素子および第１の交流カップリング回路を介して前記第１の電極に接続され、前記２つの入力端子の他方が前記第４のスイッチング素子および第２の交流カップリング回路を介して前記第２の電極に接続された増幅器とをさらに具備し、
前記駆動手段は、受信期間に前記第２および第４のスイッチング素子をＯＮすることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
互いに逆向きかつ並列で、前記第２のスイッチング素子と前記第２の電位点との間に介挿された第１および第２の整流素子と、
互いに逆向きかつ並列で、前記第４のスイッチング素子と前記第４の電位点との間に介挿された第３および第４の整流素子とをさらに具備したことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
所定方向に超音波を放射するための超音波振動子と、
前記超音波振動子の超音波放射面に設けられる第１の電極と、
前記超音波放射面と反対側の背面に設けられる第２の電極と、
第１の電位点及び第２の電位点に対し、前記第１の電極と前記第２の電極を切り換えて接続するスイッチング手段とを具備し、
前記スイッチング手段は、
前記第１の電位点が前記第１の電極と接続される時は前記第２の電位点を前記第２の電位点と接続し、前記第１の電位点が前記第２の電極と接続される時は前記第２の電位点を前記第１の電位点と接続することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
所定方向に超音波を放射するための超音波振動子と、
前記超音波振動子の超音波放射面に設けられる第１の電極と、
前記超音波放射面と反対側の背面に設けられる第２の電極と、
第１の電位点及び第２の電位点に対し、前記第１の電極と前記第２の電極を切り換えて接続するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段を切り換えて前記超音波振動子を駆動させることにより、互いに極性の異なる複数回の超音波送受信を行うための送受信制御手段と、
前記複数回の超音波送受信によってそれぞれ得られた複数の受信信号に基づいて、前記超音波送受信における超音波の基本波に対する高調波の受信信号成分を抽出する高調波信号抽出手段とを具備したことを特徴とする超音波プローブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１１７６６８（Ｐ２００７−１１７６６８Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１７６５１（Ｐ２００５−３１７６５１）
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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