超音波診断装置及び超音波診断装置用送信ユニット
【課題】駆動パルスにおける過渡応答の低減により良好な画像データを収集する。
【解決手段】超音波診断装置の送信部２１は、所定の遅延時間を有した駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２を生成する駆動制御信号生成部２１２と、前記駆動制御信号に従ってスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２を制御しパルストランスＰｔの１次側巻線Ｌ１に流れる電流の方向を交互に切り替えることによって２次側巻線Ｌ２に正の極性と負の極性を有したバイポーラ型の駆動パルスを発生する駆動パルス発生部２１３を備え、超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスＰｏ１及びＰｏ２とこの駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃによって構成される前記駆動制御信号に基づいて前記スイッチング回路を制御することにより過渡応答が低減された駆動パルスの発生を行なう。
【解決手段】超音波診断装置の送信部２１は、所定の遅延時間を有した駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２を生成する駆動制御信号生成部２１２と、前記駆動制御信号に従ってスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２を制御しパルストランスＰｔの１次側巻線Ｌ１に流れる電流の方向を交互に切り替えることによって２次側巻線Ｌ２に正の極性と負の極性を有したバイポーラ型の駆動パルスを発生する駆動パルス発生部２１３を備え、超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスＰｏ１及びＰｏ２とこの駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃによって構成される前記駆動制御信号に基づいて前記スイッチング回路を制御することにより過渡応答が低減された駆動パルスの発生を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置及び超音波診断装置用送信ユニットに係り、特に、バイポーラ型の駆動パルスを用いて振動素子の駆動を行なう超音波診断装置及び超音波診断装置用送信ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された振動素子から発生する超音波パルスを被検体内に放射し、生体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波を前記振動素子により受信して種々の生体情報を収集するものである。複数の振動素子に供給する駆動信号や前記振動素子から得られる受信信号の遅延時間を制御することにより超音波の送受信方向や集束点を電子的に制御することが可能な近年の超音波診断装置では、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの画像データを容易に観察することができるため、生体臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。
【０００３】
このような超音波診断装置を用いて被検体の画像データを生成する際、超音波プローブに設けられた振動素子を駆動して当該被検体の体内へ超音波パルスを放射するための駆動方法として、電子的なスイッチング回路を用いてパルストランスの１次側巻線に流れる電流の方向を交互に切り替えることにより２次側巻線に発生する正の極性と負の極性を有した駆動パルスを用いて振動素子を駆動するバイポーラ駆動法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図８は、バイポーラ型駆動パルスの発生を目的としてパルストランスＰｔとスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２とから構成された従来の駆動パルス発生部２１３ａの具体的な構成とこの駆動パルス発生部２１３ａに供給される駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２を示したものであり、この駆動パルス発生部２１３ａでは、図８に示すようにパルストランスＰｔを構成する１次側巻線Ｌ１の端部に接続されたスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２を駆動制御信号生成部２１２ａから供給される駆動制御信号Ｓ１及びＳ２に従って短絡あるいは開放することにより、１次側巻線Ｌ１のセンタータップに接続された直流電源Ｖｐから１次側巻線Ｌ１に流入する電流の方向が制御される。そして、１次側巻線Ｌ１に流れる電流に伴って２次側巻線Ｌ２の両端部に発生する高電圧の駆動パルスＰｘによって振動素子の駆動が行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８７６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のパルストランスＰｔを用いてバイポーラ型の駆動パルスＰｘを発生させる場合、図８に示すようにパルストランスＰｔの２次側巻線Ｌ２に発生する駆動パルスＰｘの後部において過渡応答成分ΔＰａが発生し、この過渡応答成分ΔＰａは、駆動制御信号Ｓ２の供給が終了する時刻ｔ３を起点とした期間Δτ１において持続する。そして、過渡応答成分ΔＰａを含む駆動パルスＰｘは、超音波プローブに設けられた振動素子に供給されて被検体の体内に超音波パルスが放射され、このとき体内から得られる超音波反射波は前記振動素子により電気的な受信信号に変換されて受信部に供給される。即ち、超音波プローブの振動素子から得られた受信信号は、駆動パルスＰｘの過渡応答成分ΔＰａに重畳された状態で受信部へ供給される。
【０００７】
一方、上述の受信部の前段には、この受信部を高電圧の駆動パルスＰｘから保護するために所定の閾値Ｖｓより大きな振幅を有したパルス成分を排除するリミッタ回路が設けられ、期間Δτ１において発生し閾値Ｖｓより大きな振幅を有する過渡応答成分ΔＰａとこの過渡応答成分ΔＰａに重畳した受信成分はリミッタ回路によって排除される。即ち、駆動パルスＰｘにおける過渡応答成分ΔＰａの発生により、その持続期間Δτ１に対応した超音波プローブから下式（１）で示される距離ΔＲまでの比較的広範囲な領域における画像データを収集することができないという問題点を有していた。
【数１】
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波プローブに設けられた振動素子を駆動して被検体に対し超音波パルスを放射する際、振動素子に供給される駆動パルスの過渡応答を低減することにより超音波プローブの近傍においても良好な画像データの収集が可能な超音波診断装置及び超音波診断装置用送信ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置用送信ユニットは、被検体の体内へ超音波パルスを放射するために超音波プローブに設けられた振動素子に対してバイポーラ型の駆動パルスを供給する超音波診断装置用送信ユニットにおいて、所定の送信遅延時間を有した駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成手段と、前記駆動制御信号に基づいて前記駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段とを備え、前記制御信号生成手段が生成する前記駆動制御信号は、前記超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスと前記駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスによって構成されることを特徴としている。
【００１０】
一方、請求項６に係る本発明の超音波診断装置は、超音波プローブに設けられた振動素子をバイポーラ型の駆動パルスを用いて駆動することにより被検体の体内へ超音波パルスを放射し、前記体内から得られる超音波反射波に基づいて画像データを生成する超音波診断装置であって、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載した超音波診断装置用送信ユニットによって生成された駆動パルスを用いて前記振動素子を駆動することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超音波プローブに設けられた振動素子を駆動して被検体に対し超音波パルスを放射する際、振動素子に供給される駆動パルスの過渡応答を低減することにより超音波プローブの近傍においても良好な画像データの収集が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】同実施例の超音波診断装置が備える送受信部の具体的な構成を示すブロック図。
【図３】本実施例の送信部が備える駆動パルス発生部の具体的な回路構成を示す図。
【図４】同実施例の受信部が備えるプリアンプの具体的な回路構成を示す図。
【図５】同実施例の送信部において発生する駆動パルスの過渡応答を説明するための図。
【図６】同実施例の超音波診断装置が備える受信信号処理部の具体的な構成を示すブロック図。
【図７】本実施例の駆動制御信号生成部が生成する駆動制御信号の変形例を示す図。
【図８】バイポーラ型駆動パルスの発生を目的とした従来の駆動パルス発生部の具体的な構成とこの駆動パルス発生部に供給される駆動制御信号を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１４】
以下に述べる本実施例の超音波診断装置が備える送信部は、所定の遅延時間を有した２チャンネルの駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部と、前記駆動制御信号に基づいてスイッチング回路を制御しパルストランスの１次側巻線に流れる電流の方向を交互に切り替えることによって前記パルストランスの２次側巻線に正の極性と負の極性を有したバイポーラ型の駆動パルスを発生する駆動パルス発生部を備え、前記駆動パルス発生部は、前記駆動制御信号生成部が生成した超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスとこの駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスによって構成される駆動制御信号に基づいてスイッチング回路を制御することにより過渡応答が低減された駆動パルスの発生を行なう。
【００１５】
尚、以下の実施例では、セクタ走査方式の超音波診断装置について述べるが、リニア走査方式やコンベックス走査方式等が適用された超音波診断装置であってもよい。
【００１６】
（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成につき図１乃至図６を用いて説明する。但し、図１は、超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２及び図６は、この超音波診断装置が備える送受信部及び受信信号処理部の具体的な構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示す本実施例の超音波診断装置１００は、被検体の診断対象部位を含む撮影領域に対して超音波パルス（送信超音波）を放射し前記診断対象部位から得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数個の振動素子を有した超音波プローブ３と、前記診断対象部位に対し送信超音波を放射するための駆動パルスを超音波プローブ３の前記振動素子に供給しこれらの振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号を処理して超音波データとしてのＢモードデータ及びカラードプラデータを生成する受信信号処理部４と、当該診断対象部位に対する超音波走査によって得られた上述の超音波データに基づいて画像データを生成する画像データ生成部５を備え、更に、画像データ生成部５によって生成された画像データを表示する表示部６と、被検体情報の入力、画像データ収集条件の設定、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部７と、送受信部２における送信遅延時間及び受信遅延時間を設定することにより当該診断対象部位に対する超音波走査を制御する走査制御部８と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部９を備えている。
【００１８】
以下に、本実施例の超音波診断装置１００が備えた各ユニットの具体的な構成とその機能について説明する。
【００１９】
図１の超音波プローブ３は、図示しないＮ個の振動素子をその先端部に有し、これら振動素子の各々は、Ｎチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部２の入出力端子に接続されている。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動パルス）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。
【００２０】
尚、以下では、説明を簡単にするために、超音波プローブ３に設けられたＮ個の振動素子を送信用振動素子及び受信用振動素子として用いる場合について述べる。即ち、Ｎ個からなる送信用振動素子の各々が、送受信部２から供給されるＮチャンネルの駆動パルスにより駆動されて被検体内に送信超音波を放射し、この送信超音波によって被検体内から得られる受信超音波は、受信用振動素子によってＮチャンネルの受信信号に変換される。
【００２１】
次に、図２に示す送受信部２は、当該被検体に対して送信超音波を放射するためのＮチャンネルからなる駆動パルスを超音波プローブ３の送信用振動素子に供給する送信部２１と、超音波プローブ３の受信用振動素子から得られたＮチャンネルの受信信号を整相加算（即ち、所定方向からの受信超音波に対応する受信信号の位相を合わせて加算合成）する受信部２２を備えている。
【００２２】
送信部２１は、送信遅延設定部２１１、駆動制御信号生成部２１２及び駆動パルス発生部２１３を備え、送信遅延設定部２１１は、走査制御部８から供給される走査制御信号に従い、送信超音波を所定の方向へ偏向するための偏向用遅延時間と所定の距離に集束させるための集束用遅延時間とに基づいた送信遅延時間を設定する。この場合の送信遅延時間は、送信振動素子数Ｎ、振動素子の配列間隔、送信方向及び送信焦点距離等によって一義的に決定され、例えば、図示しない演算回路を用いて算出してもよいが、ルックアップテーブルとして予め保管された各種遅延時間データの中から選択して用いてもよい。
【００２３】
一方、駆動制御信号生成部２１２は、送信遅延設定部２１１から供給される送信遅延時間の情報に基づき、夫々がＮチャンネルからなる駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２を生成して駆動パルス発生部２１３へ供給する。この場合、駆動制御信号Ｓｃ１は、送信超音波の放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための駆動制御パルス（以下では、基本駆動制御パルスと呼ぶ。）と駆動パルス発生部２１３が発生する駆動パルスの過渡応答を低減させるための駆動制御パルス（以下では、過渡応答低減用駆動制御パルスと呼ぶ。）によって構成され、駆動制御信号Ｓｃ２は、基本駆動制御パルスのみによって構成されるが、その詳細については後述する。
【００２４】
次に、駆動パルス発生部２１３の具体的な回路構成につき図３を用いて説明する。Ｎチャンネルから構成される駆動パルス発生器２１３の各々は、駆動制御信号生成部２１２から供給される駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２に基づいて超音波プローブ３に設けられた送信用振動素子を駆動するための駆動パルスを発生する機能を有し、図３に示すように２チャンネルのスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２とパルストランスＰｔを有している。そして、パルストランスＰｔを構成する１次側巻線Ｌ１のセンタータップｃｏは直流電源Ｖｐに接続され、１次側巻線Ｌ１の端子ｃ１はスイッチング回路Ｓｗ１の端子ｃ５に、又、１次側巻線Ｌ１の他の端子ｃ２はスイッチング回路Ｓｗ２の端子ｃ８に夫々接続されている。更に、パルストランスＰｔを構成する２次側巻線Ｌ２の端子ｃ３は超音波プローブ３に設けられた送信用振動素子及び受信部２２が有する後述のプリアンプ２２１に接続され、２次側巻線Ｌ２の他の端子ｃ４は接地されている。
【００２５】
一方、スイッチング回路Ｓｗ１の端子ｃ５及びスイッチング回路Ｓｗ２の端子ｃ８は、既に述べたように１次側巻線Ｌ１の端子ｃ１及び端子ｃ２に夫々接続され、スイッチング回路Ｓｗ１の端子ｃ６及びスイッチング回路Ｓｗ２の端子ｃ９は接地されている。又、スイッチング回路Ｓｗ１の制御用端子ｃ７及びスイッチング回路Ｓｗ２の制御用端子ｃ１０は、駆動制御信号生成部２１２の出力端子に接続されている。
【００２６】
即ち、駆動パルス発生部２１３のスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２は、駆動制御信号生成部２１２から自己の制御用端子ｃ７及びｃ１０へ供給される２チャンネルの駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２によってＯＮ（短絡）状態あるいはＯＦＦ（開放）状態が決定される。そして、駆動制御信号生成部２１２から供給される駆動制御信号Ｓｃ１の基本駆動制御パルスＰｏ１によりスイッチング回路Ｓｗ１が短絡状態となった場合、直流電源Ｖｐから第１の巻線Ｌ１及びスイッチング回路Ｓｗ１を介してパルス電流ｉ１が流れ、このパルス電流ｉ１に伴って第２の巻線Ｌ２の端子Ｃ３と端子Ｃ４との間には電圧Ｖｏ１の駆動パルスが出力される。
【００２７】
一方、駆動制御信号生成部２１２から供給される駆動制御信号Ｓｃ２の基本駆動制御パルスＰｏ２によりスイッチング回路Ｓｗ２が短絡状態となった場合、直流電源Ｖｐから第１の巻線Ｌ１及びスイッチング回路Ｓｗ２を介してパルス電流ｉ２が流れ、このパルス電流ｉ２に伴って第２の巻線Ｌ２の端子Ｃ３と端子Ｃ４の間には電圧Ｖｏ２（Ｖｏ２＝−Ｖｏ１）の駆動パルスが出力される。
【００２８】
尚、上述のスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２は、例えば、同じスイッチング特性を有したＮチャンネルのＦＥＴが用いられ、駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２が供給される期間において開放と短絡を交互に行なう。この場合、ＦＥＴのドレイン端子は、パルストランスＰｔの第１の巻線Ｌ１における端子ｃ１及び端子ｃ２に接続され、カソード端子は接地される。又、ＦＥＴのゲート端子は、駆動制御信号生成部２１２の出力端子に接続され、駆動制御信号生成部２１２からゲート端子に供給される駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２に基づいて各々のＦＥＴにおけるドレイン端子とカソード端子との開放／短絡が行なわれる。
【００２９】
図２へ戻って、送受信部２の受信部２２は、超音波プローブ３に設けられた受信用振動素子の各々に対応するＮチャンネルのプリアンプ２２１及びＡ／Ｄ変換器２２２と、整相加算部２２３を備えている。プリアンプ２２１は、超音波プローブ３の受信用振動素子から供給される受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保するためのものであり、その初段部には、送信部２１の駆動パルス発生部２１３が発生する大振幅の駆動パルスからプリアンプ２２１を保護するためのリミッタ回路が設けられている。そして、受信用振動素子によって得られたＮチャンネルの受信信号は、プリアンプ２２１において所定の大きさに増幅され、Ａ／Ｄ変換器２２２にてデジタル信号に変換された後整相加算部２２３へ供給される。
【００３０】
一方、整相加算部２２３は、図示しない受信遅延設定部と加算部を有し、受信遅延設定部は、Ａ／Ｄ変換器２２２においてデジタル信号に変換されたＮチャンネルの受信信号に対し所定方向に強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間と所定の深さからの受信超音波を集束するための集束用遅延時間に基づいた受信遅延時間を設定する。そして、加算部は、上述の受信遅延時間が与えられたＮチャンネルの受信信号を加算合成（整相加算）する。
【００３１】
図４は、プリアンプ２２１の具体的な回路構成を示したものであり、このプリアンプ２２１は、リミッタ回路２２１１と増幅回路２２１２を備えている。
【００３２】
リミッタ回路２２１ａは、例えば、図４に示すようにダイオードＤ１乃至Ｄ６と抵抗Ｒ１及びＲ２を用い、プリアンプ２２１の入力インピーダンスが駆動パルスのような大振幅の信号に対しては大きくなり、受信信号のような微小振幅の信号に対しては小さくなるように構成されている。
【００３３】
即ち、リミッタ回路２２１ａは、高電圧に耐え得るプレーナダイオードやショットキーダイオード等のダイオードＤ１乃至Ｄ４によって構成されるブリッジ回路ＢＲとダイオードＤ５及びＤ６によって構成されるクランプ回路ＣＬを有している。そして、ブリッジ回路ＢＲを構成するダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ３のアノードには、抵抗Ｒ１を介して正の直流電圧Ｖ３が印加され、同様にして、ダイオードＤ２のカソードとダイオードＤ４のカソードには抵抗Ｒ２を介して負の直流電圧Ｖ４（｜Ｖ４｜＝Ｖ３）が印加される。このような構成によりブリッジ回路ＢＲのダイオードＤ１乃至Ｄ４にバイアス電流を常時流すことにより微小振幅の信号（受信信号）に対するＯＮ抵抗を低くしている。
【００３４】
一方、方向が異なる２つのダイオードＤ５及びＤ６を並列接続して構成されるクランプ回路ＣＬの一方の端部（例えば、ダイオードＤ５のカソードとダイオードＤ６のアノードとの接続部）はブリッジ回路ＢＲの出力端子に接続され、他の端部（ダイオードＤ５のアノードとダイオードＤ６のカソードとの接続部）は接地される。
【００３５】
上述の構成により、プリアンプ２２１は、送信部２１の駆動パルス発生部２１３から供給される大振幅の駆動パルスに対して高入力インピーダンスを呈し、超音波プローブ３の振動素子から供給される微小振幅の受信信号に対して低入力インピーダンスを呈する。従って、ダイオードの閾値Ｖｓより大きな振幅を有する信号（駆動パルス）はクランプされ、この閾値Ｖｓより小さな振幅を有する信号（受信信号）はそのまま増幅回路２２１ｂへ供給されるため、駆動パルスによる増幅回路２２１ｂの破壊を防止することができる。
【００３６】
次に、送信部２１において発生する駆動パルスの過渡応答につき図５を用いて説明する。
【００３７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、送信部２１の送信遅延設定部２１１において設定された送信遅延時間Δτに基づいて駆動制御信号生成部２１２が生成した駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２を示しており、駆動制御信号生成部２１２の第１の出力端子からは、基準時刻ｔ０から送信遅延時間Δτだけ経過した時刻ｔ１において生成されたパルス幅τｏの基本駆動制御パルスＰｏ１と、時刻ｔ１から２τｏだけ経過した時刻ｔ３において生成されたパルス幅τｃ（τｃ＜τｏ）の過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃとからなる駆動制御信号Ｓｃ１が出力される。
【００３８】
一方、駆動制御信号生成部２１２の第２の出力端子からは、上述の時刻ｔ１からτｏだけ経過した時刻ｔ２において生成されたパルス幅τｏの基本駆動制御パルスＰｏ２を有する駆動制御信号Ｓｃ２が出力される。尚、上述の基本駆動制御パルスＰｏ１及びＰｏ２のパルス幅τｏは、超音波プローブ３に設けられた振動素子の共振周波数ｆｏに基づいて設定され、例えば、τｏ＝１／２ｆｏとなる。
【００３９】
次に、図５（ｃ）は、図５（ａ）の駆動制御信号Ｓｃ１及び図５（ｂ）の駆動制御信号Ｓｃ２が駆動パルス発生部２１３に設けられたスイッチング回路Ｓｗ１の制御用端子及びスイッチング回路Ｓｗ２の制御用端子に供給された場合にパルストランスＰｔの出力端（即ち、２次側巻線Ｌ２の両端部）から出力される駆動パルスＰｃｘを模式的に示している。この場合、図８において既に述べたように、パルス幅τｏを有した駆動制御信号Ｓｃ１の基本駆動制御パルスＰｏ１及び駆動制御信号Ｓｃ２の基本駆動制御パルスＰｏ２によって生成される駆動パルスＰｘには基本駆動制御パルスＰｏ２による駆動が終了する時刻ｔ３から比較的長い期間Δτ１において過渡応答成分が発生する。
【００４０】
しかしながら、本実施例のように、基本駆動制御パルスＰｏ２による駆動が終了する時刻ｔ３にてパルス幅τｃを有する過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃを用いた駆動パルス発生部２１３の駆動を行なうことにより、基本駆動制御パルスＰｏ１及びＰｏ２によって発生した過渡応答成分と過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃによって発生した過渡応答成分とが相殺し合う。このため、図５（ｃ）に示すように、過渡応答の期間が大幅に短縮された駆動パルスＰｃｘによって超音波プローブ３の振動素子を駆動することが可能となる。
【００４１】
図５（ｄ）は、このとき受信部２２のプリアンプ２２１から出力される受信信号Ｓｒを示したものであり、このプリアンプ２２１には、振動素子において検出された受信信号が図５（ｃ）の駆動パルスＰｃｘに重畳した状態で供給される。このため、リミッタ回路２２１１を有したプリアンプ２２１では、基本駆動制御パルスＰｏ２による駆動が終了する時刻ｔ３から駆動パルスＰｃｘの過渡応答成分が所定の閾値Ｖｓ以下に減衰する時刻ｔ４までの期間Δτ２において受信信号を受信することはできない。しかしながら、本実施例では、基本駆動制御パルスＰｏ１及びＰｏ２に過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃを追加して駆動パルス発生部２１３を駆動することにより駆動パルスＰｃｘの過渡応答期間は大幅に短縮されるため上述の受信信号が受信できない期間Δτ２は図８に示した期間Δτ１と比較して大幅に短縮され、従って、超音波プローブ３の近傍においても良好な画像データの収集が可能となる。
【００４２】
次に、図１に示した受信信号処理部４の具体的な構成につき図６のブロック図を用いて説明する。この受信信号処理部４は、受信部２２の整相加算部２２３から出力される整相加算後の受信信号を信号処理してＢモードデータを生成するＢモードデータ生成部４１と、前記受信信号を信号処理してカラードプラデータを生成するカラードプラデータ生成部４２を備えている。
【００４３】
Ｂモードデータ生成部４１は、受信部２２の整相加算部２２３から出力される受信信号の各々に対して包絡線検波を行なう包絡線検波器４１１と、包絡線検波後の受信信号に対する対数変換処理により小さな信号振幅を相対的に強調してＢモードデータを生成する対数変換器４１２を備えている。
【００４４】
一方、カラードプラデータ生成部４２は、π／２移相器４２１、ミキサ４２２−１及び４２２−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４２３−１及び４２３−２を備え、受信部２２の整相加算部２２３から出力される受信信号を直交位相検波して複素信号（Ｉ信号及びＱ信号）を生成する。
【００４５】
更に、カラードプラデータ生成部４２は、ドプラ信号記憶部４２４、ＭＴＩフィルタ４２５及び自己相関演算器４２６を備え、直交位相検波によって得られた複素信号は、ドプラ信号記憶部４２４に一旦保存される。一方、高域通過用デジタルフィルタであるＭＴＩフィルタ４２５は、ドプラ信号記憶部４２４に保存された上述の複素信号を読み出し、この複素信号に含まれた臓器の固定反射体あるいは臓器の呼吸性移動や拍動性移動等に起因するドプラ成分（クラッタ成分）を除去する。又、自己相関演算器４２６は、ＭＴＩフィルタ４２５によって抽出された血流情報のドプラ成分に対して自己相関値を算出し、更に、この自己相関値に基づいて血流の平均流速値、分散値、パワー値等を算出してカラードプラデータを生成する。
【００４６】
図１へ戻って、画像データ生成部５は、図示しないＢモード画像データ生成部とカラードプラ画像データ生成部を備え、前記Ｂモード画像データ生成部は、受信信号処理部４のＢモードデータ生成部４１が生成した時系列的なＢモードデータを超音波の送受信方向に対応させて順次保存することによりＢモード画像データを生成する。同様にして、前記カラードプラ画像データ生成部は、受信信号処理部４のカラードプラデータ生成部４２が生成した時系列的なカラードプラデータを順次保存することによりカラードプラ画像データを生成する。
【００４７】
一方、表示部６は、図示しない表示データ生成部、データ変換部及びモニタを備え、画像データ生成部５が生成したＢモード画像データやカラードプラ画像データを表示する。例えば、前記表示データ生成部は、画像データ生成部５のＢモード画像データ生成部が生成したＢモード画像データとカラードプラ画像データ生成部が生成したカラードプラ画像データを重畳し、更に被検体情報等の付帯情報を付加して表示データを生成する。そして、前記データ変換部は、前記表示データ生成部にて生成された表示データに対し各種の変換処理を行なって前記モニタに表示する。
【００４８】
入力部７は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、被検体情報の入力、超音波データ収集条件や画像データ生成条件の設定、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう。
【００４９】
走査制御部８は、当該被検体の診断対象部位を含む撮影領域に対し超音波走査を行なうための遅延時間制御を送信部２１の送信遅延設定部２１１及び受信部２２の整相加算部２２３に対して行なう。
【００５０】
一方、システム制御部９は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には、入力部７にて入力あるいは設定された上述の各種情報が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の入力情報や設定情報に基づいて超音波診断装置１００の各ユニットを統括的に制御し、当該被検体の診断対象部位に対する画像データの生成と表示を行なう。
【００５１】
以上述べた本実施例によれば、超音波プローブに設けられた振動素子を駆動して被検体に対し超音波パルスを放射する際、振動素子に供給される駆動パルスの過渡応答を低減することにより超音波プローブの近傍においても良好な画像データの収集が可能となる。このため、体表面の近傍に位置した診断対象部位に対する診断精度を向上させることができる。
【００５２】
特に、上述の実施例では、超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスとこの駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスによって構成される駆動制御信号に基づいて駆動パルスの生成を行なっているため、駆動パルス発生部の回路構成を複雑にすることなく駆動パルスの過渡応答を低減することができる。
【００５３】
又、パルストランスの１次側巻線に流れる電流の方向を２チャンネルからなる駆動制御信号を用いて制御することにより前記パルストランスの２次側巻線にバイポーラ型の駆動パルスを発生させる際、上述の駆動制御信号の何れか一方に過渡応答低減用駆動制御パルスを付加することにより駆動パルスの過渡応答が大幅に低減されたバイポーラ型の駆動パルスを発生させることができる。
【００５４】
更に、上述の実施例によれば、駆動パルスの過渡応答を低減することにより体表面近傍の診断対象部位を通常の超音波プローブを用いて観察することができる。即ち、浅部臓器の診断において従来行なわれてきた振動素子−体表面に対するカップリング媒質の挿入が不要となるため超音波プローブの操作性が改善され、更に、カップリング媒質中にて発生する多重反射や減衰が無くなるため良質な画像データの収集が可能となる
以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例では、セクタ走査方式の超音波診断装置１００について述べたが、リニア走査方式やコンベックス走査方式等が適用された超音波診断装置であってもよい。
【００５５】
又、超音波プローブ３に設けられた振動素子と送受信部２はＮチャンネルの多芯ケーブルによって接続される場合について述べたが、送受信部２を構成する全てのユニットあるいは一部のユニットは、振動素子と共に超音波プローブ３に内蔵されていても構わない。
【００５６】
更に、超音波データとして収集したＢモードデータ及びカラードプラデータに基づいて画像データを生成する場合について述べたが、Ｂモードデータあるいはカラードプラデータの何れか一方を用いて画像データを生成してもよく、他の超音波データを用いて画像データを生成してもよい。
【００５７】
一方、上述の実施例では、超音波プローブ３に設けられたＮ個の振動素子を送信用振動素子及び受信用振動素子として用いる場合について述べたが、Ｎ個の振動素子の中から送信専用振動素子、受信専用振動素子及び送受信兼用振動素子を選択して用いてもよい。この場合、送受信兼用振動素子へ供給する駆動パルスは上述の実施例に述べた方法によって生成されるが、送信専用振動素子あるいは受信専用振動素子へ供給する駆動パルスも同様の方法によって生成してもよい。特に、過渡応答が低減された駆動パルスを用いて送信専用振動素子及び送受信兼用振動素子を駆動することにより、画像データ全体の距離分解能を改善することができる。
【００５８】
又、上述の実施例における駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２の各々は、１つの基本駆動制御パルスを有する場合について述べたが複数の基本駆動制御パルスを有していてもよい。但し、図７（ａ）に示すように、駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２が同数の基本駆動制御パルスを有する場合、上述の実施例と同様にして駆動制御信号Ｓｃ２が有する最後の基本駆動制御パルスに後続して駆動制御信号Ｓｃ１が有する過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃが駆動パルス発生部２１３へ供給される。
【００５９】
一方、図７（ｂ）に示すように、駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２が異なる数の基本駆動制御パルスを有する場合（即ち、駆動制御信号Ｓｃ１が有する基本駆動制御パルスの数が駆動制御信号Ｓｃ２が有する基本駆動制御パルスの数より１つ多い場合）、駆動制御信号Ｓｃ１が有する最後の基本駆動制御パルスに後続して駆動制御信号Ｓｃ２が有する過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃが駆動パルス発生部２１３へ供給される。
【符号の説明】
【００６０】
２…送受信部
２１…送信部
２１１…送信遅延設定部
２１２…駆動制御信号生成部
２１３…駆動パルス発生部
２２…受信部
２２１…プリアンプ
２２１１…リミッタ回路
２２１２…増幅回路
２２２…Ａ／Ｄ変換器
２２３…整相加算部
３…超音波プローブ
４…受信信号処理部
４１…Ｂモードデータ生成部
４２…カラードプラデータ生成部
５…画像データ生成部
６…表示部
７…入力部
８…走査制御部
９…システム制御部
１００…超音波診断装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置及び超音波診断装置用送信ユニットに係り、特に、バイポーラ型の駆動パルスを用いて振動素子の駆動を行なう超音波診断装置及び超音波診断装置用送信ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された振動素子から発生する超音波パルスを被検体内に放射し、生体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波を前記振動素子により受信して種々の生体情報を収集するものである。複数の振動素子に供給する駆動信号や前記振動素子から得られる受信信号の遅延時間を制御することにより超音波の送受信方向や集束点を電子的に制御することが可能な近年の超音波診断装置では、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの画像データを容易に観察することができるため、生体臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。
【０００３】
このような超音波診断装置を用いて被検体の画像データを生成する際、超音波プローブに設けられた振動素子を駆動して当該被検体の体内へ超音波パルスを放射するための駆動方法として、電子的なスイッチング回路を用いてパルストランスの１次側巻線に流れる電流の方向を交互に切り替えることにより２次側巻線に発生する正の極性と負の極性を有した駆動パルスを用いて振動素子を駆動するバイポーラ駆動法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図８は、バイポーラ型駆動パルスの発生を目的としてパルストランスＰｔとスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２とから構成された従来の駆動パルス発生部２１３ａの具体的な構成とこの駆動パルス発生部２１３ａに供給される駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２を示したものであり、この駆動パルス発生部２１３ａでは、図８に示すようにパルストランスＰｔを構成する１次側巻線Ｌ１の端部に接続されたスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２を駆動制御信号生成部２１２ａから供給される駆動制御信号Ｓ１及びＳ２に従って短絡あるいは開放することにより、１次側巻線Ｌ１のセンタータップに接続された直流電源Ｖｐから１次側巻線Ｌ１に流入する電流の方向が制御される。そして、１次側巻線Ｌ１に流れる電流に伴って２次側巻線Ｌ２の両端部に発生する高電圧の駆動パルスＰｘによって振動素子の駆動が行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８７６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のパルストランスＰｔを用いてバイポーラ型の駆動パルスＰｘを発生させる場合、図８に示すようにパルストランスＰｔの２次側巻線Ｌ２に発生する駆動パルスＰｘの後部において過渡応答成分ΔＰａが発生し、この過渡応答成分ΔＰａは、駆動制御信号Ｓ２の供給が終了する時刻ｔ３を起点とした期間Δτ１において持続する。そして、過渡応答成分ΔＰａを含む駆動パルスＰｘは、超音波プローブに設けられた振動素子に供給されて被検体の体内に超音波パルスが放射され、このとき体内から得られる超音波反射波は前記振動素子により電気的な受信信号に変換されて受信部に供給される。即ち、超音波プローブの振動素子から得られた受信信号は、駆動パルスＰｘの過渡応答成分ΔＰａに重畳された状態で受信部へ供給される。
【０００７】
一方、上述の受信部の前段には、この受信部を高電圧の駆動パルスＰｘから保護するために所定の閾値Ｖｓより大きな振幅を有したパルス成分を排除するリミッタ回路が設けられ、期間Δτ１において発生し閾値Ｖｓより大きな振幅を有する過渡応答成分ΔＰａとこの過渡応答成分ΔＰａに重畳した受信成分はリミッタ回路によって排除される。即ち、駆動パルスＰｘにおける過渡応答成分ΔＰａの発生により、その持続期間Δτ１に対応した超音波プローブから下式（１）で示される距離ΔＲまでの比較的広範囲な領域における画像データを収集することができないという問題点を有していた。
【数１】
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波プローブに設けられた振動素子を駆動して被検体に対し超音波パルスを放射する際、振動素子に供給される駆動パルスの過渡応答を低減することにより超音波プローブの近傍においても良好な画像データの収集が可能な超音波診断装置及び超音波診断装置用送信ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置用送信ユニットは、被検体の体内へ超音波パルスを放射するために超音波プローブに設けられた振動素子に対してバイポーラ型の駆動パルスを供給する超音波診断装置用送信ユニットにおいて、所定の送信遅延時間を有した駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成手段と、前記駆動制御信号に基づいて前記駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段とを備え、前記制御信号生成手段が生成する前記駆動制御信号は、前記超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスと前記駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスによって構成されることを特徴としている。
【００１０】
一方、請求項６に係る本発明の超音波診断装置は、超音波プローブに設けられた振動素子をバイポーラ型の駆動パルスを用いて駆動することにより被検体の体内へ超音波パルスを放射し、前記体内から得られる超音波反射波に基づいて画像データを生成する超音波診断装置であって、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載した超音波診断装置用送信ユニットによって生成された駆動パルスを用いて前記振動素子を駆動することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超音波プローブに設けられた振動素子を駆動して被検体に対し超音波パルスを放射する際、振動素子に供給される駆動パルスの過渡応答を低減することにより超音波プローブの近傍においても良好な画像データの収集が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】同実施例の超音波診断装置が備える送受信部の具体的な構成を示すブロック図。
【図３】本実施例の送信部が備える駆動パルス発生部の具体的な回路構成を示す図。
【図４】同実施例の受信部が備えるプリアンプの具体的な回路構成を示す図。
【図５】同実施例の送信部において発生する駆動パルスの過渡応答を説明するための図。
【図６】同実施例の超音波診断装置が備える受信信号処理部の具体的な構成を示すブロック図。
【図７】本実施例の駆動制御信号生成部が生成する駆動制御信号の変形例を示す図。
【図８】バイポーラ型駆動パルスの発生を目的とした従来の駆動パルス発生部の具体的な構成とこの駆動パルス発生部に供給される駆動制御信号を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１４】
以下に述べる本実施例の超音波診断装置が備える送信部は、所定の遅延時間を有した２チャンネルの駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部と、前記駆動制御信号に基づいてスイッチング回路を制御しパルストランスの１次側巻線に流れる電流の方向を交互に切り替えることによって前記パルストランスの２次側巻線に正の極性と負の極性を有したバイポーラ型の駆動パルスを発生する駆動パルス発生部を備え、前記駆動パルス発生部は、前記駆動制御信号生成部が生成した超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスとこの駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスによって構成される駆動制御信号に基づいてスイッチング回路を制御することにより過渡応答が低減された駆動パルスの発生を行なう。
【００１５】
尚、以下の実施例では、セクタ走査方式の超音波診断装置について述べるが、リニア走査方式やコンベックス走査方式等が適用された超音波診断装置であってもよい。
【００１６】
（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成につき図１乃至図６を用いて説明する。但し、図１は、超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２及び図６は、この超音波診断装置が備える送受信部及び受信信号処理部の具体的な構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示す本実施例の超音波診断装置１００は、被検体の診断対象部位を含む撮影領域に対して超音波パルス（送信超音波）を放射し前記診断対象部位から得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数個の振動素子を有した超音波プローブ３と、前記診断対象部位に対し送信超音波を放射するための駆動パルスを超音波プローブ３の前記振動素子に供給しこれらの振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号を処理して超音波データとしてのＢモードデータ及びカラードプラデータを生成する受信信号処理部４と、当該診断対象部位に対する超音波走査によって得られた上述の超音波データに基づいて画像データを生成する画像データ生成部５を備え、更に、画像データ生成部５によって生成された画像データを表示する表示部６と、被検体情報の入力、画像データ収集条件の設定、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部７と、送受信部２における送信遅延時間及び受信遅延時間を設定することにより当該診断対象部位に対する超音波走査を制御する走査制御部８と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部９を備えている。
【００１８】
以下に、本実施例の超音波診断装置１００が備えた各ユニットの具体的な構成とその機能について説明する。
【００１９】
図１の超音波プローブ３は、図示しないＮ個の振動素子をその先端部に有し、これら振動素子の各々は、Ｎチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部２の入出力端子に接続されている。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動パルス）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。
【００２０】
尚、以下では、説明を簡単にするために、超音波プローブ３に設けられたＮ個の振動素子を送信用振動素子及び受信用振動素子として用いる場合について述べる。即ち、Ｎ個からなる送信用振動素子の各々が、送受信部２から供給されるＮチャンネルの駆動パルスにより駆動されて被検体内に送信超音波を放射し、この送信超音波によって被検体内から得られる受信超音波は、受信用振動素子によってＮチャンネルの受信信号に変換される。
【００２１】
次に、図２に示す送受信部２は、当該被検体に対して送信超音波を放射するためのＮチャンネルからなる駆動パルスを超音波プローブ３の送信用振動素子に供給する送信部２１と、超音波プローブ３の受信用振動素子から得られたＮチャンネルの受信信号を整相加算（即ち、所定方向からの受信超音波に対応する受信信号の位相を合わせて加算合成）する受信部２２を備えている。
【００２２】
送信部２１は、送信遅延設定部２１１、駆動制御信号生成部２１２及び駆動パルス発生部２１３を備え、送信遅延設定部２１１は、走査制御部８から供給される走査制御信号に従い、送信超音波を所定の方向へ偏向するための偏向用遅延時間と所定の距離に集束させるための集束用遅延時間とに基づいた送信遅延時間を設定する。この場合の送信遅延時間は、送信振動素子数Ｎ、振動素子の配列間隔、送信方向及び送信焦点距離等によって一義的に決定され、例えば、図示しない演算回路を用いて算出してもよいが、ルックアップテーブルとして予め保管された各種遅延時間データの中から選択して用いてもよい。
【００２３】
一方、駆動制御信号生成部２１２は、送信遅延設定部２１１から供給される送信遅延時間の情報に基づき、夫々がＮチャンネルからなる駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２を生成して駆動パルス発生部２１３へ供給する。この場合、駆動制御信号Ｓｃ１は、送信超音波の放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための駆動制御パルス（以下では、基本駆動制御パルスと呼ぶ。）と駆動パルス発生部２１３が発生する駆動パルスの過渡応答を低減させるための駆動制御パルス（以下では、過渡応答低減用駆動制御パルスと呼ぶ。）によって構成され、駆動制御信号Ｓｃ２は、基本駆動制御パルスのみによって構成されるが、その詳細については後述する。
【００２４】
次に、駆動パルス発生部２１３の具体的な回路構成につき図３を用いて説明する。Ｎチャンネルから構成される駆動パルス発生器２１３の各々は、駆動制御信号生成部２１２から供給される駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２に基づいて超音波プローブ３に設けられた送信用振動素子を駆動するための駆動パルスを発生する機能を有し、図３に示すように２チャンネルのスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２とパルストランスＰｔを有している。そして、パルストランスＰｔを構成する１次側巻線Ｌ１のセンタータップｃｏは直流電源Ｖｐに接続され、１次側巻線Ｌ１の端子ｃ１はスイッチング回路Ｓｗ１の端子ｃ５に、又、１次側巻線Ｌ１の他の端子ｃ２はスイッチング回路Ｓｗ２の端子ｃ８に夫々接続されている。更に、パルストランスＰｔを構成する２次側巻線Ｌ２の端子ｃ３は超音波プローブ３に設けられた送信用振動素子及び受信部２２が有する後述のプリアンプ２２１に接続され、２次側巻線Ｌ２の他の端子ｃ４は接地されている。
【００２５】
一方、スイッチング回路Ｓｗ１の端子ｃ５及びスイッチング回路Ｓｗ２の端子ｃ８は、既に述べたように１次側巻線Ｌ１の端子ｃ１及び端子ｃ２に夫々接続され、スイッチング回路Ｓｗ１の端子ｃ６及びスイッチング回路Ｓｗ２の端子ｃ９は接地されている。又、スイッチング回路Ｓｗ１の制御用端子ｃ７及びスイッチング回路Ｓｗ２の制御用端子ｃ１０は、駆動制御信号生成部２１２の出力端子に接続されている。
【００２６】
即ち、駆動パルス発生部２１３のスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２は、駆動制御信号生成部２１２から自己の制御用端子ｃ７及びｃ１０へ供給される２チャンネルの駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２によってＯＮ（短絡）状態あるいはＯＦＦ（開放）状態が決定される。そして、駆動制御信号生成部２１２から供給される駆動制御信号Ｓｃ１の基本駆動制御パルスＰｏ１によりスイッチング回路Ｓｗ１が短絡状態となった場合、直流電源Ｖｐから第１の巻線Ｌ１及びスイッチング回路Ｓｗ１を介してパルス電流ｉ１が流れ、このパルス電流ｉ１に伴って第２の巻線Ｌ２の端子Ｃ３と端子Ｃ４との間には電圧Ｖｏ１の駆動パルスが出力される。
【００２７】
一方、駆動制御信号生成部２１２から供給される駆動制御信号Ｓｃ２の基本駆動制御パルスＰｏ２によりスイッチング回路Ｓｗ２が短絡状態となった場合、直流電源Ｖｐから第１の巻線Ｌ１及びスイッチング回路Ｓｗ２を介してパルス電流ｉ２が流れ、このパルス電流ｉ２に伴って第２の巻線Ｌ２の端子Ｃ３と端子Ｃ４の間には電圧Ｖｏ２（Ｖｏ２＝−Ｖｏ１）の駆動パルスが出力される。
【００２８】
尚、上述のスイッチング回路Ｓｗ１及びＳｗ２は、例えば、同じスイッチング特性を有したＮチャンネルのＦＥＴが用いられ、駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２が供給される期間において開放と短絡を交互に行なう。この場合、ＦＥＴのドレイン端子は、パルストランスＰｔの第１の巻線Ｌ１における端子ｃ１及び端子ｃ２に接続され、カソード端子は接地される。又、ＦＥＴのゲート端子は、駆動制御信号生成部２１２の出力端子に接続され、駆動制御信号生成部２１２からゲート端子に供給される駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２に基づいて各々のＦＥＴにおけるドレイン端子とカソード端子との開放／短絡が行なわれる。
【００２９】
図２へ戻って、送受信部２の受信部２２は、超音波プローブ３に設けられた受信用振動素子の各々に対応するＮチャンネルのプリアンプ２２１及びＡ／Ｄ変換器２２２と、整相加算部２２３を備えている。プリアンプ２２１は、超音波プローブ３の受信用振動素子から供給される受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保するためのものであり、その初段部には、送信部２１の駆動パルス発生部２１３が発生する大振幅の駆動パルスからプリアンプ２２１を保護するためのリミッタ回路が設けられている。そして、受信用振動素子によって得られたＮチャンネルの受信信号は、プリアンプ２２１において所定の大きさに増幅され、Ａ／Ｄ変換器２２２にてデジタル信号に変換された後整相加算部２２３へ供給される。
【００３０】
一方、整相加算部２２３は、図示しない受信遅延設定部と加算部を有し、受信遅延設定部は、Ａ／Ｄ変換器２２２においてデジタル信号に変換されたＮチャンネルの受信信号に対し所定方向に強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間と所定の深さからの受信超音波を集束するための集束用遅延時間に基づいた受信遅延時間を設定する。そして、加算部は、上述の受信遅延時間が与えられたＮチャンネルの受信信号を加算合成（整相加算）する。
【００３１】
図４は、プリアンプ２２１の具体的な回路構成を示したものであり、このプリアンプ２２１は、リミッタ回路２２１１と増幅回路２２１２を備えている。
【００３２】
リミッタ回路２２１ａは、例えば、図４に示すようにダイオードＤ１乃至Ｄ６と抵抗Ｒ１及びＲ２を用い、プリアンプ２２１の入力インピーダンスが駆動パルスのような大振幅の信号に対しては大きくなり、受信信号のような微小振幅の信号に対しては小さくなるように構成されている。
【００３３】
即ち、リミッタ回路２２１ａは、高電圧に耐え得るプレーナダイオードやショットキーダイオード等のダイオードＤ１乃至Ｄ４によって構成されるブリッジ回路ＢＲとダイオードＤ５及びＤ６によって構成されるクランプ回路ＣＬを有している。そして、ブリッジ回路ＢＲを構成するダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ３のアノードには、抵抗Ｒ１を介して正の直流電圧Ｖ３が印加され、同様にして、ダイオードＤ２のカソードとダイオードＤ４のカソードには抵抗Ｒ２を介して負の直流電圧Ｖ４（｜Ｖ４｜＝Ｖ３）が印加される。このような構成によりブリッジ回路ＢＲのダイオードＤ１乃至Ｄ４にバイアス電流を常時流すことにより微小振幅の信号（受信信号）に対するＯＮ抵抗を低くしている。
【００３４】
一方、方向が異なる２つのダイオードＤ５及びＤ６を並列接続して構成されるクランプ回路ＣＬの一方の端部（例えば、ダイオードＤ５のカソードとダイオードＤ６のアノードとの接続部）はブリッジ回路ＢＲの出力端子に接続され、他の端部（ダイオードＤ５のアノードとダイオードＤ６のカソードとの接続部）は接地される。
【００３５】
上述の構成により、プリアンプ２２１は、送信部２１の駆動パルス発生部２１３から供給される大振幅の駆動パルスに対して高入力インピーダンスを呈し、超音波プローブ３の振動素子から供給される微小振幅の受信信号に対して低入力インピーダンスを呈する。従って、ダイオードの閾値Ｖｓより大きな振幅を有する信号（駆動パルス）はクランプされ、この閾値Ｖｓより小さな振幅を有する信号（受信信号）はそのまま増幅回路２２１ｂへ供給されるため、駆動パルスによる増幅回路２２１ｂの破壊を防止することができる。
【００３６】
次に、送信部２１において発生する駆動パルスの過渡応答につき図５を用いて説明する。
【００３７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、送信部２１の送信遅延設定部２１１において設定された送信遅延時間Δτに基づいて駆動制御信号生成部２１２が生成した駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２を示しており、駆動制御信号生成部２１２の第１の出力端子からは、基準時刻ｔ０から送信遅延時間Δτだけ経過した時刻ｔ１において生成されたパルス幅τｏの基本駆動制御パルスＰｏ１と、時刻ｔ１から２τｏだけ経過した時刻ｔ３において生成されたパルス幅τｃ（τｃ＜τｏ）の過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃとからなる駆動制御信号Ｓｃ１が出力される。
【００３８】
一方、駆動制御信号生成部２１２の第２の出力端子からは、上述の時刻ｔ１からτｏだけ経過した時刻ｔ２において生成されたパルス幅τｏの基本駆動制御パルスＰｏ２を有する駆動制御信号Ｓｃ２が出力される。尚、上述の基本駆動制御パルスＰｏ１及びＰｏ２のパルス幅τｏは、超音波プローブ３に設けられた振動素子の共振周波数ｆｏに基づいて設定され、例えば、τｏ＝１／２ｆｏとなる。
【００３９】
次に、図５（ｃ）は、図５（ａ）の駆動制御信号Ｓｃ１及び図５（ｂ）の駆動制御信号Ｓｃ２が駆動パルス発生部２１３に設けられたスイッチング回路Ｓｗ１の制御用端子及びスイッチング回路Ｓｗ２の制御用端子に供給された場合にパルストランスＰｔの出力端（即ち、２次側巻線Ｌ２の両端部）から出力される駆動パルスＰｃｘを模式的に示している。この場合、図８において既に述べたように、パルス幅τｏを有した駆動制御信号Ｓｃ１の基本駆動制御パルスＰｏ１及び駆動制御信号Ｓｃ２の基本駆動制御パルスＰｏ２によって生成される駆動パルスＰｘには基本駆動制御パルスＰｏ２による駆動が終了する時刻ｔ３から比較的長い期間Δτ１において過渡応答成分が発生する。
【００４０】
しかしながら、本実施例のように、基本駆動制御パルスＰｏ２による駆動が終了する時刻ｔ３にてパルス幅τｃを有する過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃを用いた駆動パルス発生部２１３の駆動を行なうことにより、基本駆動制御パルスＰｏ１及びＰｏ２によって発生した過渡応答成分と過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃによって発生した過渡応答成分とが相殺し合う。このため、図５（ｃ）に示すように、過渡応答の期間が大幅に短縮された駆動パルスＰｃｘによって超音波プローブ３の振動素子を駆動することが可能となる。
【００４１】
図５（ｄ）は、このとき受信部２２のプリアンプ２２１から出力される受信信号Ｓｒを示したものであり、このプリアンプ２２１には、振動素子において検出された受信信号が図５（ｃ）の駆動パルスＰｃｘに重畳した状態で供給される。このため、リミッタ回路２２１１を有したプリアンプ２２１では、基本駆動制御パルスＰｏ２による駆動が終了する時刻ｔ３から駆動パルスＰｃｘの過渡応答成分が所定の閾値Ｖｓ以下に減衰する時刻ｔ４までの期間Δτ２において受信信号を受信することはできない。しかしながら、本実施例では、基本駆動制御パルスＰｏ１及びＰｏ２に過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃを追加して駆動パルス発生部２１３を駆動することにより駆動パルスＰｃｘの過渡応答期間は大幅に短縮されるため上述の受信信号が受信できない期間Δτ２は図８に示した期間Δτ１と比較して大幅に短縮され、従って、超音波プローブ３の近傍においても良好な画像データの収集が可能となる。
【００４２】
次に、図１に示した受信信号処理部４の具体的な構成につき図６のブロック図を用いて説明する。この受信信号処理部４は、受信部２２の整相加算部２２３から出力される整相加算後の受信信号を信号処理してＢモードデータを生成するＢモードデータ生成部４１と、前記受信信号を信号処理してカラードプラデータを生成するカラードプラデータ生成部４２を備えている。
【００４３】
Ｂモードデータ生成部４１は、受信部２２の整相加算部２２３から出力される受信信号の各々に対して包絡線検波を行なう包絡線検波器４１１と、包絡線検波後の受信信号に対する対数変換処理により小さな信号振幅を相対的に強調してＢモードデータを生成する対数変換器４１２を備えている。
【００４４】
一方、カラードプラデータ生成部４２は、π／２移相器４２１、ミキサ４２２−１及び４２２−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４２３−１及び４２３−２を備え、受信部２２の整相加算部２２３から出力される受信信号を直交位相検波して複素信号（Ｉ信号及びＱ信号）を生成する。
【００４５】
更に、カラードプラデータ生成部４２は、ドプラ信号記憶部４２４、ＭＴＩフィルタ４２５及び自己相関演算器４２６を備え、直交位相検波によって得られた複素信号は、ドプラ信号記憶部４２４に一旦保存される。一方、高域通過用デジタルフィルタであるＭＴＩフィルタ４２５は、ドプラ信号記憶部４２４に保存された上述の複素信号を読み出し、この複素信号に含まれた臓器の固定反射体あるいは臓器の呼吸性移動や拍動性移動等に起因するドプラ成分（クラッタ成分）を除去する。又、自己相関演算器４２６は、ＭＴＩフィルタ４２５によって抽出された血流情報のドプラ成分に対して自己相関値を算出し、更に、この自己相関値に基づいて血流の平均流速値、分散値、パワー値等を算出してカラードプラデータを生成する。
【００４６】
図１へ戻って、画像データ生成部５は、図示しないＢモード画像データ生成部とカラードプラ画像データ生成部を備え、前記Ｂモード画像データ生成部は、受信信号処理部４のＢモードデータ生成部４１が生成した時系列的なＢモードデータを超音波の送受信方向に対応させて順次保存することによりＢモード画像データを生成する。同様にして、前記カラードプラ画像データ生成部は、受信信号処理部４のカラードプラデータ生成部４２が生成した時系列的なカラードプラデータを順次保存することによりカラードプラ画像データを生成する。
【００４７】
一方、表示部６は、図示しない表示データ生成部、データ変換部及びモニタを備え、画像データ生成部５が生成したＢモード画像データやカラードプラ画像データを表示する。例えば、前記表示データ生成部は、画像データ生成部５のＢモード画像データ生成部が生成したＢモード画像データとカラードプラ画像データ生成部が生成したカラードプラ画像データを重畳し、更に被検体情報等の付帯情報を付加して表示データを生成する。そして、前記データ変換部は、前記表示データ生成部にて生成された表示データに対し各種の変換処理を行なって前記モニタに表示する。
【００４８】
入力部７は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、被検体情報の入力、超音波データ収集条件や画像データ生成条件の設定、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう。
【００４９】
走査制御部８は、当該被検体の診断対象部位を含む撮影領域に対し超音波走査を行なうための遅延時間制御を送信部２１の送信遅延設定部２１１及び受信部２２の整相加算部２２３に対して行なう。
【００５０】
一方、システム制御部９は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には、入力部７にて入力あるいは設定された上述の各種情報が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の入力情報や設定情報に基づいて超音波診断装置１００の各ユニットを統括的に制御し、当該被検体の診断対象部位に対する画像データの生成と表示を行なう。
【００５１】
以上述べた本実施例によれば、超音波プローブに設けられた振動素子を駆動して被検体に対し超音波パルスを放射する際、振動素子に供給される駆動パルスの過渡応答を低減することにより超音波プローブの近傍においても良好な画像データの収集が可能となる。このため、体表面の近傍に位置した診断対象部位に対する診断精度を向上させることができる。
【００５２】
特に、上述の実施例では、超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスとこの駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスによって構成される駆動制御信号に基づいて駆動パルスの生成を行なっているため、駆動パルス発生部の回路構成を複雑にすることなく駆動パルスの過渡応答を低減することができる。
【００５３】
又、パルストランスの１次側巻線に流れる電流の方向を２チャンネルからなる駆動制御信号を用いて制御することにより前記パルストランスの２次側巻線にバイポーラ型の駆動パルスを発生させる際、上述の駆動制御信号の何れか一方に過渡応答低減用駆動制御パルスを付加することにより駆動パルスの過渡応答が大幅に低減されたバイポーラ型の駆動パルスを発生させることができる。
【００５４】
更に、上述の実施例によれば、駆動パルスの過渡応答を低減することにより体表面近傍の診断対象部位を通常の超音波プローブを用いて観察することができる。即ち、浅部臓器の診断において従来行なわれてきた振動素子−体表面に対するカップリング媒質の挿入が不要となるため超音波プローブの操作性が改善され、更に、カップリング媒質中にて発生する多重反射や減衰が無くなるため良質な画像データの収集が可能となる
以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例では、セクタ走査方式の超音波診断装置１００について述べたが、リニア走査方式やコンベックス走査方式等が適用された超音波診断装置であってもよい。
【００５５】
又、超音波プローブ３に設けられた振動素子と送受信部２はＮチャンネルの多芯ケーブルによって接続される場合について述べたが、送受信部２を構成する全てのユニットあるいは一部のユニットは、振動素子と共に超音波プローブ３に内蔵されていても構わない。
【００５６】
更に、超音波データとして収集したＢモードデータ及びカラードプラデータに基づいて画像データを生成する場合について述べたが、Ｂモードデータあるいはカラードプラデータの何れか一方を用いて画像データを生成してもよく、他の超音波データを用いて画像データを生成してもよい。
【００５７】
一方、上述の実施例では、超音波プローブ３に設けられたＮ個の振動素子を送信用振動素子及び受信用振動素子として用いる場合について述べたが、Ｎ個の振動素子の中から送信専用振動素子、受信専用振動素子及び送受信兼用振動素子を選択して用いてもよい。この場合、送受信兼用振動素子へ供給する駆動パルスは上述の実施例に述べた方法によって生成されるが、送信専用振動素子あるいは受信専用振動素子へ供給する駆動パルスも同様の方法によって生成してもよい。特に、過渡応答が低減された駆動パルスを用いて送信専用振動素子及び送受信兼用振動素子を駆動することにより、画像データ全体の距離分解能を改善することができる。
【００５８】
又、上述の実施例における駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２の各々は、１つの基本駆動制御パルスを有する場合について述べたが複数の基本駆動制御パルスを有していてもよい。但し、図７（ａ）に示すように、駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２が同数の基本駆動制御パルスを有する場合、上述の実施例と同様にして駆動制御信号Ｓｃ２が有する最後の基本駆動制御パルスに後続して駆動制御信号Ｓｃ１が有する過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃが駆動パルス発生部２１３へ供給される。
【００５９】
一方、図７（ｂ）に示すように、駆動制御信号Ｓｃ１及びＳｃ２が異なる数の基本駆動制御パルスを有する場合（即ち、駆動制御信号Ｓｃ１が有する基本駆動制御パルスの数が駆動制御信号Ｓｃ２が有する基本駆動制御パルスの数より１つ多い場合）、駆動制御信号Ｓｃ１が有する最後の基本駆動制御パルスに後続して駆動制御信号Ｓｃ２が有する過渡応答低減用駆動制御パルスＰｃが駆動パルス発生部２１３へ供給される。
【符号の説明】
【００６０】
２…送受信部
２１…送信部
２１１…送信遅延設定部
２１２…駆動制御信号生成部
２１３…駆動パルス発生部
２２…受信部
２２１…プリアンプ
２２１１…リミッタ回路
２２１２…増幅回路
２２２…Ａ／Ｄ変換器
２２３…整相加算部
３…超音波プローブ
４…受信信号処理部
４１…Ｂモードデータ生成部
４２…カラードプラデータ生成部
５…画像データ生成部
６…表示部
７…入力部
８…走査制御部
９…システム制御部
１００…超音波診断装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の体内へ超音波パルスを放射するために超音波プローブに設けられた振動素子に対してバイポーラ型の駆動パルスを供給する超音波診断装置用送信ユニットにおいて、
所定の送信遅延時間を有した駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成手段と、
前記駆動制御信号に基づいて前記駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段とを備え、
前記制御信号生成手段が生成する前記駆動制御信号は、前記超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスと前記駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスによって構成されることを特徴とする超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項２】
前記駆動制御信号を構成する前記過渡応答低減用駆動制御パルスのパルス幅は、前記基本駆動制御パルスのパルス幅より狭いことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項３】
前記駆動制御信号生成手段は、複数からなる前記基本駆動制御パルスに後続させて前記過渡応答低減用駆動制御パルスを生成することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項４】
前記駆動パルス発生手段は、パルストランスとこのパルストランスの１次側巻線の端部に接続された２つのスイッチング回路を有し、前記駆動制御信号生成手段が生成した前記駆動制御信号を前記スイッチング回路の各々へ交互に供給して前記１次側巻線の電流方向を切り替えることにより前記パルストランスの２次側巻線に前記バイポーラ型の駆動パルスを発生することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項５】
送信遅延設定手段を備え、前記送信遅延設定手段は、前記超音波パルスを所定の方向へ偏向するための偏向用遅延時間及び前記超音波パルスを所定の距離に集束させるための集束用遅延時間の少なくとも何れかに基づいた前記送信遅延時間を設定することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項６】
超音波プローブに設けられた振動素子をバイポーラ型の駆動パルスを用いて駆動することにより被検体の体内へ超音波パルスを放射し、前記体内から得られる超音波反射波に基づいて画像データを生成する超音波診断装置であって、
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載した超音波診断装置用送信ユニットによって生成された駆動パルスを用いて前記振動素子を駆動することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１】
被検体の体内へ超音波パルスを放射するために超音波プローブに設けられた振動素子に対してバイポーラ型の駆動パルスを供給する超音波診断装置用送信ユニットにおいて、
所定の送信遅延時間を有した駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成手段と、
前記駆動制御信号に基づいて前記駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段とを備え、
前記制御信号生成手段が生成する前記駆動制御信号は、前記超音波パルスの放射に直接寄与する駆動パルスを発生させるための基本駆動制御パルスと前記駆動パルスの過渡応答を低減させるための過渡応答低減用駆動制御パルスによって構成されることを特徴とする超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項２】
前記駆動制御信号を構成する前記過渡応答低減用駆動制御パルスのパルス幅は、前記基本駆動制御パルスのパルス幅より狭いことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項３】
前記駆動制御信号生成手段は、複数からなる前記基本駆動制御パルスに後続させて前記過渡応答低減用駆動制御パルスを生成することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項４】
前記駆動パルス発生手段は、パルストランスとこのパルストランスの１次側巻線の端部に接続された２つのスイッチング回路を有し、前記駆動制御信号生成手段が生成した前記駆動制御信号を前記スイッチング回路の各々へ交互に供給して前記１次側巻線の電流方向を切り替えることにより前記パルストランスの２次側巻線に前記バイポーラ型の駆動パルスを発生することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項５】
送信遅延設定手段を備え、前記送信遅延設定手段は、前記超音波パルスを所定の方向へ偏向するための偏向用遅延時間及び前記超音波パルスを所定の距離に集束させるための集束用遅延時間の少なくとも何れかに基づいた前記送信遅延時間を設定することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用送信ユニット。
【請求項６】
超音波プローブに設けられた振動素子をバイポーラ型の駆動パルスを用いて駆動することにより被検体の体内へ超音波パルスを放射し、前記体内から得られる超音波反射波に基づいて画像データを生成する超音波診断装置であって、
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載した超音波診断装置用送信ユニットによって生成された駆動パルスを用いて前記振動素子を駆動することを特徴とする超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１９４０４５（Ｐ２０１０−１９４０４５Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４１０９８（Ｐ２００９−４１０９８）
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【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２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【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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