CN103458795A - 超声波诊断装置 - Google Patents

Abstract

具备发送脉冲发生器和触发信号生成器，该发送脉冲发生器向超声波振子施加驱动脉冲输出信号并使超声波照射，触发信号生成器控制发送脉冲发生器并生成使驱动脉冲输出信号输出的触发信号，触发信号生成器在超声波振子的驱动期间结束后的规定的期间中，将多个用于进行使伴随驱动期间结束而产生的超声波振子输出信号的振幅逐渐衰减的控制的触发脉冲添加于触发信号。通过该结构，能够最小限度地保持电路部件的数量，并且抑制在过渡响应中的超声波振子的自由振动。

Description

超声波诊断装置

技术领域

本发明涉及用于医疗用诊断的超声波诊断装置，更详细地是，涉及在超声波诊断装置中生成用于向体内照射的超声波脉冲的技术。

背景技术

在医疗领域中，为了进行对象部位的图像诊断而使用超声波诊断装置。图14是表示超声波诊断装置的概略结构的框图。超声波振子1是相互变换超声波和电的部件，通过线缆2与超声波诊断装置本身的发送脉冲发生器3以及接收电路5连接。发送脉冲发生器3是用于通过线缆2将作为高电压电脉冲的驱动脉冲序列的驱动脉冲输出信号供给至超声波振子1的装置。驱动脉冲输出信号通过在触发信号生成器104中生成的触发信号控制发生定时。接收电路5放大通过超声波振子1对在体内反射的超声波进行电变换而得到的回波信号，并进行波束聚焦等。信号处理部6对接收电路5的输出信号进行信号处理，算出振幅信息或流程信息等。显示部7显示在信号处理部6中处理的图像、信息。

此外，虽然未图示，但该超声波诊断装置包含操作者用于操作超声波诊断装置的操作部、以及进行整体控制的控制部。

在该超声波诊断装置的结构中，从发送脉冲发生器3发生的驱动脉冲输出信号的波形有几种类型，根据能够输出哪个波形，决定发送脉冲发生器3的内部结构。

发送脉冲发生器3能够看做将作为来自触发信号生成器104的输出的触发信号变换为高电压电脉冲的驱动脉冲输出信号的一种放大器。超声波以外的用途的放大器一般使用线性放大器，但线性放大器存在在电路内部的耗电大、发热等的问题，因此在超声波诊断装置中仅有极少一部分使用。作为超声波诊断装置的发送脉冲发生器3，一般使用的是使用FET开关的电路。图2是使用FET开关的发送脉冲发生器3的概略电路图。图7是表示在图2的电路中的触发信号和驱动脉冲输出信号的时序图。

在使用FET开关的开关型电路中的驱动脉冲输出信号的波形，大致区分为仅具有正侧或负侧的振幅的单极波形、以及在正负双方具有振幅的双极波形。图2的结构是生成双极波形的类型，通过接通第1FET开关11，将向超声波振子1的线连接至正电压源，通过接通第2FET开关12，将向超声波振子1的线连接至负电压源。发送脉冲发生器3通过如图7那样交替接通第1FET开关11和第2FET开关12而发生驱动脉冲。

另一方面，关于单极波形，将输出与正电压源（或负电压源）连接，或通过将用于接地的两个FET开关交替接通，由此产生驱动脉冲输出信号。在图2的电路中，能够将负电压源接地，通过交替接通两个FET开关而生成单极类型的波形。

生成单极波形的发送脉冲发生器由于能够仅设为使第1触发信号与第2触发信号的接通断开反转而得到的信号，因此实质上仅需要触发信号是1个类型。因此能够变小电路规模，但因为生成的驱动脉冲输出信号的频率的选择范围狭窄等，最近的使用例变少。

另一方面，生成双极波形的发送脉冲发生器由与正电压源、负电压源连接的2个FET开关构成，因此在驱动脉冲输出信号的发生结束后，将两个FET开关设为断开以使不向超声波探头施加电压。此时，由于发送脉冲发生器的输出变为高阻抗，存在产生过渡的波形的问题。

图8A是表示将发送脉冲发生器3的输出开放的状态的驱动脉冲输出信号的图，在驱动期间结束后，由于在过渡现象期间中充电一点点泄露，电压逐渐接近接地电平。图8B是表示在发送脉冲发生器3上连接超声波振子1的状态下的驱动脉冲输出信号的图，由于超声波振子1变为一种共振电路，在驱动期间后，边振动边逐渐衰减。

为了抑制该过渡现象部分，提案了如图9A所示的结构（例如，参照专利文献1）。该结构在正电压源与负电压源之间对第1FET开关101、以及第2FET开关102进行串联连接，第1FET开关101和第2FET开关102的连接点与超声波振子1连接。该连接点与一方接地的第3FET开关103连接。

图9B是表示输入至各FET开关的触发信号和供给至超声波振子1的驱动脉冲输出信号的时序图。根据驱动脉冲输出信号可知，确认到对过渡现象具有某种程度的效果。但是，存在FET开关的数量及其控制信号增加这样的缺点。

此外，在驱动期间之后，通过从触发信号发生器使极短的触发信号发生，释放在驱动期间后积蓄的充电的方法也被公知（例如，参照专利文献2）。但是，根据如图10所示的该方法的时序图可知，过渡响应期间虽然减少但仍然残留，特别是连接超声波振子1时残留显著。

接着，说明使用通过体内的非线性传播发生的谐波的成像。使用谐波的成像，与通常的方法比较，能够使横方向上的分辨率提高。因此，能够在血管或心腔内那样的反射少的部位中观察来自周围的组织的影响少的图像。

在谐波成像中存在几个方法，例如通过对接收信号施加高通滤波器，去除基波成分而仅提取谐波成分的方法等被公知。

在用于超声波收发的超声波振子1中有收发效率高的部分（频带），该范围的带宽不宽，相对于超声波振子1的中心频率为70%（频带比）左右。在一般的收发中，在频带的大致中心进行收发，但在使用谐波的成像中，在发送时使用超声波振子1的频带的低频侧，在接收时使用超声波振子1的频带的高频侧。此外，谐波成像由于使用在体内发生的谐波进行成像，若驱动脉冲输出信号本身包含谐波则画质恶化。

超声波诊断装置有作为多普勒血流计或彩流血流影像装置的模式。由于多普勒血流计或彩流血流影像装置的原理或结构已经被公知，省略详细说明，有时也向同一方向收发多次超声波，提取接收信号中的相位变化部分，作为血流而显示。在多普勒血流计以及彩流血流影像装置中，将相位的变化量换算为流速，即使流速相同，若用于收发的频率不同，则相位的变化量改变。具体而言频率越高则相位的变化量越大。

进而，在使用10MHz左右的比较高的频率收发超声波的情况下，存在被检查者或检查部位的身体组织中散射大，只能得到噪音多的图像的情况。此时，通过使驱动脉冲输出信号的频率下降，能够使噪音减少。

相反，使用具有比较低的频带的超声波振子1，以使方位分辨率提高为目的，有时也通过提高驱动脉冲的频率，使从超声波振子1发生的超声波脉冲的频率比超声波振子1的中心频率高。即，不限于使用超声波振子1的中心频率。

如上述那样，在如图2所示的发送脉冲发生器3的情况下，若在驱动期间之后断开双方的FET开关，则所述那样的过渡响应（过渡响应期间）继续。该过渡响应如图11A～图11C所示，与驱动期间的频率（周期：TL>T0，TH<T0）无关，为超声波振子1的自由振动的周期T0、即频率变为超声波振子1的中心频率f0附近的频率。

图12A是驱动期间的频率，为如图11A那样是超声波振子1的自由振动的周期T0（频率：f0）的情况的频谱，成为单峰的特性。

对此，图12B是以如图11B那样比超声波振子1的自由振动的周期T0（频率f0）低的频率fL驱动的情况的频谱，除了驱动频率fL附近的成分之外还包含高频率成分。

相反，图12C是以如图11C那样比超声波振子1的自由振动的周期T0（频率f0）高的频率（fH）驱动的情况，除了驱动频率fH附近的成分之外还包含低频率成分。

特别是，在谐波成像中，驱动脉冲输出信号本身包含高频率的情况与画质的恶化相联系。此外，在多普勒血流计或彩流血流影像装置中，在驱动脉冲输出信号中包含高频率，导致在接收信号中也变得同样包含高频率，产生不能求得准确的血流速度的问题。

进而，使用比较高的频率进行发送的结果，在由于被检查者或检查部位而噪音多的情况下，即使使用比超声波振子的中心频率低的发送频率，由于上述那样的超声波振子1的过渡现象而包含高频率，因此还产生不能得到期望的效果的问题。

关于这些问题的现有的解决方法下述叙述。在如图9A所示的发送脉冲发生器3的情况下，虽然与FET开关为2个的结构相比确认到有效果，但由于与线缆和地连接的FET开关103的阻抗与超声波振子不同，存在不能期待足够的效果的问题。此外，在如图10所示的方式中不能期待足够的效果。

为了解决该问题，使用电感器的方法被公知（例如，参照专利文献3）。图13是表示使用该方法的超声波探测仪的结构的框图。通过在发送脉冲发生器114以及接收电路115与超声波振子111之间插入将电感器113与开关112并联的电路，改变电固有振动频率。发送时使用电感器113而降低固有振动频率，接收时通过接通开关112使电感器113无效。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：特开平11-342127号公报

专利文献2：特开平2002-315748号公报

专利文献3：特开平8-182680号公报

发明的概要

发明要解决的课题

但是，若是如图13所示的结构，除了开关或电感器的电路元件数量增加之外，产生由于在发送与接收的定时需要开关的切换而发生切换噪声的问题。

发明内容

本发明用于解决上述现有的问题，其目的在于，提供一种超声波诊断装置，将电路部件的数量保持在最小限度，并且通过抑制在过渡响应中超声波振子的自由振动，能够将振动的频率保持为稳定时的频率。

用于解决课题的手段

本发明的超声波诊断装置为了解决上述课题，其特征在于，具有：发送脉冲发生器，向超声波振子施加驱动脉冲输出信号并使超声波照射；以及触发信号生成器，生成控制所述发送脉冲发生器并使所述驱动脉冲输出信号输出的触发信号，所述触发信号生成器在所述超声波振子的驱动期间结束后的规定的期间中，将多个用于进行使伴随所述驱动期间结束而产生的超声波振子输出信号的振幅逐渐衰减的控制的触发脉冲添加于所述触发信号。

此外，其结构也可以是，所述触发脉冲在所述超声波振子的驱动期间结束后的规定期间中，在保持所述驱动期间中的驱动周期的状态下，使伴随所述驱动期间结束而产生的超声波振子输出信号的振幅逐渐衰减。

此外，其结构也可以是，所述触发脉冲在所述超声波振子的驱动期间结束后的规定期间中，通过设定脉冲开始点、脉冲宽度、脉冲数量、以及脉冲休止期间中的至少任一个，使伴随所述驱动期间结束而产生的超声波振子输出信号的振幅逐渐衰减。

此外，其结构也可以是，所述驱动脉冲输出信号具有正驱动脉冲与负驱动脉冲，所述发送脉冲发生器具有向所述超声波振子生成所述正驱动脉冲的第1开关、以及生成所述负驱动脉冲的第2开关。

此外，其结构也可以是，所述触发信号具有控制所述第1开关的第1触发信号以及控制所述第2开关的第2触发信号。

此外，其结构也可以是，所述触发信号在所述超声波振子的驱动期间结束后将所述第1开关和所述第2开关以所述驱动周期的1/2的周期交替接通，按每所述驱动周期的1/2的周期将所述接通状态的时间逐渐减少。

此外，其结构也可以是，所述触发信号在切换所述驱动期间的所述第1开关和所述第2开关的接通/断开的期间中，使所述第1开关与所述第2开关同时为断开状态。

此外，其结构也可以是，具有替换输入至所述第1开关和所述第2开关的所述第1触发信号和第2触发信号的开关机构，通过所述开关机构的控制进行反向脉冲谐波成像。

此外，其结构也可以是，所述第1触发信号和所述第2触发信号的接通/断开频率比所述超声波振子的中心频率低。此外，其结构也可以是，所述第1触发信号和所述第2触发信号的接通/断开频率比所述超声波振子的中心频率高。

发明效果

根据本发明，能够通过在驱动期间结束后施加对应于驱动期间的频率的脉冲，将电路元件数量保持在最小限度，并且抑制在过渡响应中的超声波振子的自由振动而将超声波的频率保持为稳定时的频率。其结果，能够描绘或计测良好的画质的超声波图像。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的超声波诊断装置的结构的框图。

图2是表示本发明的实施方式1的超声波诊断装置的发送脉冲发生器的结构的电路图。

图3是表示本发明的实施方式1的超声波诊断装置的动作的时序图。

图4是表示本发明的实施方式2的超声波诊断装置的动作的时序图。

图5是表示本发明的实施方式3的超声波诊断装置的发送脉冲发生器的结构的电路图。

图6是表示本发明的实施方式4的超声波诊断装置的动作的时序图。

图7是表示现有的超声波诊断装置的动作的时序图。

图8A是表示在现有的超声波诊断装置中使输出开放的状态的驱动脉冲输出信号的图。

图8B是表示在现有的超声波诊断装置中连接超声波振子的状态的驱动脉冲输出信号的图。

图9A是表示其他现有的超声波诊断装置中的发送脉冲发生器的结构的电路图。

图9B是表示其他现有的超声波诊断装置的动作的时序图。

图10是表示现有的超声波诊断装置的动作的时序图。

图11A是表示在现有的超声波诊断装置中的驱动脉冲的输出信号的图。

图11B是表示在现有的超声波诊断装置中的驱动脉冲的输出信号的图。

图11C是表示在现有的超声波诊断装置中的驱动脉冲的输出信号的图。

图12A是表示从超声波振子输出的超声波谱的图。

图12B是表示从超声波振子输出的包含低频成分的超声波谱的图。

图12C是表示从超声波振子输出的包含高频成分的超声波谱的图。

图13是表示现有的再其他超声波诊断装置的发送脉冲发生器的结构的电路图。

图14是表示现有的超声波诊断装置的结构的概略框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的超声波诊断装置的实施方式。

（实施方式1）

本发明的实施方式1的超声波诊断装置是如图1所示的结构，与现有的结构大致相同。触发信号生成部104以外的结构使用与图14相同的标记表示。即，发送脉冲发生器3如图2所示，在正电压源与负电压源之间串联连接第1FET开关11与第2FET开关12。向第1FET开关11输入第1触发信号，向第2FET开关12输入第2触发信号。第1FET开关11与第2FET开关12的连接点连接至超声波振子1。

本实施方式具有的特征在于，用于进行发送脉冲发生器3的转换而由触发信号生成器4生成的触发信号的定时。图3是表示本实施方式的超声波诊断装置的发送脉冲发生器3的输出信号（驱动脉冲输出信号）、触发信号、来自超声波振子1的输出信号（超声波振子输出信号）的时序图。时刻t1～t4是驱动期间，在时刻t4驱动期间结束。

在本实施方式中，作为驱动脉冲输出信号，使用具有比超声波振子1的固有振动的周期T0长的周期TL的信号。即，发送频率使用比超声波振子1的固有振动的频率f0低的信号。

驱动期间结束（时刻t4）后，基于触发信号生成器4保持的规定的数据，发生比TL/2短的脉冲作为第1触发信号、第2触发信号。此时，调整脉冲的开始点、脉冲长度、脉冲数量、其间的休止间隔，以使超声波振子输出信号在保持周期TL的状态下逐渐变小。

具体而言，触发信号生成器4在驱动期间正要结束的期间为第1触发信号接通且第2触发信号断开的情况下，在接着的TL/2期间中生成断开状态的第1触发信号、以及接通时间比TL/2短的第2触发信号。接着，按每个TL/2期间，第1触发信号与第2触发信号交替地重复接通与断开。此时，以接通时间逐渐变短的方式生成信号。另外，也可以使用时刻t4～t5的第2触发信号那样的多个脉冲。

通过基于这样的触发信号在发送脉冲发生器3中使驱动脉冲输出信号发生，超声波振子输出信号在保持周期TL的状态下振幅逐渐减少。因此，能够不发生无用的高频成分，得到高品质的谐波图像。即，在对血管内或心腔内的谐波成像中，能够描绘炫光少的良好的图像。

此外，即使在将该方法不用于谐波成像的情况下，能够通过低频率的收发得到声噪声小的信号，因此可得到高品质的超声波图像。

此外，能够在多普勒血流计或彩流血流影像装置中进行流速误差小的良好的计测。

此外，通过使用比振子的自由振动频率高的发送频率进行方位分辨率的良好的收发，能够得到横方向的恶化小的高品质的图像。

另外，在本实施方式中表示了以下结构：通过抑制FET开关的接通时间、即触发脉冲的宽度，控制为被照射的超声波信号是与驱动期间相同周期的信号且振幅逐渐变小。本实施方式不限定于该例，也可以设定脉冲开始点、脉冲宽度、脉冲数量、脉冲休止间隔，使得被照射的超声波信号是与驱动期间相同周期的信号且振幅逐渐变小。

（实施方式2）

本发明的实施方式2的超声波诊断装置是与实施方式1的超声波诊断装置相同的结构，其特征在于，触发信号的驱动定时不同。

在本发明的实施方式1中使用的超声波诊断装置的发送脉冲发生器，存在若在图2的发送脉冲发生器中双方的FET开关的接通状态重合则流过大电流的情况。

双方的FET开关同时变为接通状态的现象，由于先接通的FET开关断开的定时延迟，此外，后接通的FET开关接通的定时过早引起。

为了解决该问题，使用如图4那样的触发信号。即，将第1触发信号在第2触发信号接通的时刻t2稍前断开，设置第1触发信号与第2触发信号一起断开的状态。同样，将第2触发信号在第1触发信号接通的时刻t3稍前断开，设置第1触发信号与第2触发信号一起断开的状态。

通过这样向2个FET开关接通的定时的控制提供间隙，能够避免双方的FET开关同时变为接通状态。

另外，通过实施上述方案，也存在双方的FET开关变为断开的瞬间发生，但由于双方的FET开关同时变为断开基本不引起问题，所以不成为问题。

此外，如图4所示，驱动期间结束后，通过使用如图3所示的同样的触发信号，能够防止驱动期间中的频率以外的频率发生。

（实施方式3）

本发明的实施方式3的超声波诊断装置是实施方式1的超声波诊断装置的触发信号经过交叉点开关输入至FET开关的结构。

如实施方式1以及2那样，将超声波振子输出信号优化，即能够抑制自由振动。但是，在照射使相位互相反转的超声波的反向脉冲方式的谐波成像中，需要替换第1触发信号与第2触发信号，用于生成用于进行缓和控制等的触发信号的数据量变多。从而，发生需要大量未图示的存储器容量的问题。本实施方式为了解决该问题，使用如图5所示的交叉点开关（CPS）13。

从如图1所示的触发信号生成器4输出的第1触发信号与第2触发信号被输出至交叉点开关13。交叉点开关13内部的连接如图5所示。即，由2个1:2连接的开关构成，2个开关联动而动作。在2个开关连接至a侧的情况下，如通常那样第1触发信号输入至第1FET开关11，第2触发信号输入至第2FET开关12。与此相对，若2个开关连接至b侧，则第1触发信号输入至第2FET开关12，第2触发信号输入至第1FET开关11，因此输出极性反转的脉冲。

通过这样预先存储切换开关的连接的定时，不断将第1触发信号接通，并将第2触发信号断开，能够通过切换交叉点开关13而控制FET开关。从而，能够将2个触发信号通过交叉点开关13的切换得到同等的效果，因此用于控制的数据量为一半即可，能够削减存储器容量。

另外，驱动期间结束的控制通过进行控制以使接通状态的触发信号变为部分断开，能够进行与实施方式1、2相同的控制。

（实施方式4）

本发明的实施方式4的超声波诊断装置是与实施方式1的超声波诊断装置相同的结构，其特征在于，使用的驱动脉冲输出信号的频率、以及触发信号的驱动定时不同。即，使用周期比作为超声波振子1的固有振动周期T0短的TH的驱动脉冲输出信号。即，假设驱动脉冲输出信号的频率比超声波振子1的固有频率f0高。

图6是表示来自本实施方式的超声波诊断装置的发送脉冲发生器3的驱动脉冲输出信号、触发信号、来自超声波振子1的超声波振子输出信号的时序图。时刻t11～t14是驱动期间，在时刻t14驱动期间结束。驱动脉冲输出信号是来自发送脉冲发生器3的输出信号。超声波振子输出信号是从超声波振子1被输出的超声波信号。

在驱动期间结束（时刻t14）后，第1触发信号、第2触发信号发生比TH/2短的脉冲。此时，调整脉冲的开始点、脉冲长度、脉冲的数量、其间的休止间隔，使得超声波振子输出信号在保持周期TH的状态下逐渐变小。具体而言，在驱动期间正要结束的期间为第1触发信号接通且第2触发信号断开的情况下，发送脉冲发生器3在之后的TH/2期间中，生成断开状态的第1触发信号和接通时间比TH/2短的第2触发信号。然后，以按每个TH/2期间接通的信号在第1触发信号与第2触发信号中交替变化、且接通时间逐渐变短的方式生成信号。另外，也可以使用像时刻t14～t15的第2触发信号那样的多个脉冲。

通过这样使触发信号发生，超声波振子输出信号保持周期TH，振幅逐渐减少。因此，不发生比驱动期间的周期TH低的频率成分，能够保持与驱动时相同的频率，能够得到横分辨率优良的高质量的超声波图像。

工业实用性

本发明具有即使在驱动期间结束后也能够抑制照射驱动期间中的频率以外的频率的超声波的效果，特别是能够用于进行谐波成像的超声波诊断装置。

附图标记说明

1 超声波振子

2 线缆

3 发送脉冲发生器

4 触发信号生成器

5 接收电路

6 信号处理部

7 显示部

11 第1FET开关

12 第2FET开关

13 交叉点开关

Claims (10)

1.一种超声波诊断装置，其特征在于，具有：

发送脉冲发生器，向超声波振子施加驱动脉冲输出信号来使超声波振子照射超声波；以及

触发信号生成器，生成触发信号，该触发信号用于控制所述发送脉冲发生器以输出所述驱动脉冲输出信号；

所述触发信号生成器在所述超声波振子的驱动期间结束后的规定期间中，将多个触发脉冲添加于所述触发信号，该触发脉冲用于进行控制以使伴随所述驱动期间结束而产生的超声波振子输出信号的振幅逐渐衰减。

2.如权利要求1所述的超声波诊断装置，

所述触发脉冲为：在所述超声波振子的驱动期间结束后的规定期间中，将伴随所述驱动期间结束而产生的超声波振子输出信号保持为所述驱动期间中的驱动周期，并使该超声波振子输出信号的振幅逐渐衰减。

3.如权利要求1或2所述的超声波诊断装置，

所述触发脉冲为：在所述超声波振子的驱动期间结束后的规定期间中，设定脉冲开始点、脉冲宽度、脉冲数量以及脉冲休止期间中的至少任一个，从而使伴随所述驱动期间结束而产生的超声波振子输出信号的振幅逐渐衰减。

4.如权利要求1～3中任一项所述的超声波诊断装置，

所述驱动脉冲输出信号包括正驱动脉冲和负驱动脉冲，

所述发送脉冲发生器具有：

第1开关，向所述超声波振子生成所述正驱动脉冲；以及

第2开关，向所述超声波振子生成所述负驱动脉冲。

5.如权利要求4所述的超声波诊断装置，

所述触发信号包括控制所述第1开关的第1触发信号以及控制所述第2开关的第2触发信号。

6.如权利要求5所述的超声波诊断装置，

所述触发信号为：在所述超声波振子的驱动期间结束后以所述驱动周期的1/2周期使所述第1开关和所述第2开关交替成为接通状态，并按每所述驱动周期的1/2周期逐渐减少所述接通状态的时间。

7.如权利要求5所述的超声波诊断装置，

所述触发信号为：在所述驱动期间的所述第1开关和所述第2开关的接通、断开切换的期间中，使所述第1开关和所述第2开关同时为断开状态。

8.如权利要求5所述的超声波诊断装置，其特征在于，

该超声波诊断装置具有替换向所述第1开关和所述第2开关输入的所述第1触发信号和所述第2触发信号的开关机构，

通过所述开关机构的控制来进行反向脉冲谐波成像。

9.如权利要求5所述的超声波诊断装置，

所述第1触发信号和所述第2触发信号的接通、断开频率比所述超声波振子的中心频率低。

10.如权利要求5所述的超声波诊断装置，

所述第1触发信号和所述第2触发信号的接通、断开频率比所述超声波振子的中心频率高。

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