JP2004236869A - 超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波診断装置の電源の小型化および低消費電力化を実現すること。
【解決手段】送信用電源１４に対してチャージポンプ回路５０およびチャージポンプ回路６０を接続する。送信用電源１４のレギュレータによってチャージポンプ回路５０を駆動し、送信用電源１４が生成する正側の電圧＋ＨＶ１に対して高い正側バイアス電圧＋ＨＶ２を生成する。また、送信用電源１４のレギュレータによってチャージポンプ回路６０を駆動し、送信用電源１４が生成する負側の電圧−ＨＶ１に対して低い負側バイアス電圧−ＨＶ２を生成する。
【選択図】 図３
【解決手段】送信用電源１４に対してチャージポンプ回路５０およびチャージポンプ回路６０を接続する。送信用電源１４のレギュレータによってチャージポンプ回路５０を駆動し、送信用電源１４が生成する正側の電圧＋ＨＶ１に対して高い正側バイアス電圧＋ＨＶ２を生成する。また、送信用電源１４のレギュレータによってチャージポンプ回路６０を駆動し、送信用電源１４が生成する負側の電圧−ＨＶ１に対して低い負側バイアス電圧−ＨＶ２を生成する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波振動子から検査対象に超音波信号を送信し、当該超音波信号の反射波を受信して表示する超音波診断装置に関し、特に、小型で消費電力の小さい超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対象の検査部位に超音波プローブを当接して超音波を照射し、その反射波であるエコー信号を画像化することで対象の内部を撮像する超音波診断が広く用いられている。超音波は生体に対して無害であるため、超音波診断装置は、特に医療用として有用であり、生体内の異物の検出、外傷の度合いの判定、腫瘍の観察、胎児の観察などに用いられる。
【０００３】
近年、この超音波診断装置の小型化、軽量化が求められている。超音波診断装置全体を小型かつ軽量に構成することで、簡易に持ち運べる超音波診断装置が期待される。この超音波診断装置の小型化および軽量化において特に問題となるのは、電源部分である。超音波診断装置では超音波振動子に対する送信用電源の供給に加え、アナログスイッチに対するバイアス電源が必要であるため、これらの電源の小型化が工夫されてきた。
【０００４】
従来の電源の小型化の方法としては、アナログスイッチ用のバイアス電源から送信用電源を生成する方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３０６４７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の超音波診断装置では、送信用電源とバイアス電源との一体化によって装置の小型化が実現できたものの、大きな電力ロスが発生するという問題点があった。
【０００７】
すなわち、バイアス電源の電圧が送信用電源の電圧に比して大きいことが必要であるため、従来の超音波診断装置では、バイアス電源からドロップ回路（直流安定化電源回路）によって送信用電源を得るように構成していた。しかし、この構成では、送信用電源から超音波振動子に供給する電圧が低い場合にバイアス電源と送信用電源との電圧差が大きくなり、大きな電力ロスが発生する。
【０００８】
このような電力ロスの発生により、超音波振動子をバッテリで駆動する可搬型の超音波診断装置では、使用時間が短くなり、発熱が大きくなるという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、小型かつ低消費電力の電源を備えた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、第１の観点にかかる発明は、超音波振動子から検査対象に超音波信号を送信し、当該超音波信号の反射波を受信して表示する超音波診断装置であって、前記超音波信号の送信および前記反射波の受信をおこなう超音波振動子を切り替えるアナログスイッチと、前記超音波振動子に前記超音波信号を駆動させる送信回路に高電圧を供給する送信用電源と、前記送信用電源から、前記アナログスイッチ用のバイアス電源を生成するバイアス電源生成回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この第１の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、超音波信号の送信に用いる送信用電源からバイアス電源生成回路によってバイアス電源を生成し、アナログスイッチに供給するようにしているので、アナログスイッチのバイアス電圧のために独立した電源を設けることなく、電源を小型化することができる。
【００１２】
また、第２の観点にかかる発明は、第１の観点にかかる発明において、前記バイアス電源生成回路は、前記送信用電源の正側の電圧値に比して高い電圧値を出力する正側バイアス電源生成回路と、前記送信用電源の負側の電圧値に比して低い電圧を出力する負側バイアス電源生成回路とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この第２の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、正側バイアス電源回路によって送信用電源の正側の電圧値に比して高い電圧を生成し、負側バイアス電源回路によって送信用電源の負側の電圧値に比して低い電圧を生成するので、送信用電圧に対して十分な大きさのバイアス電圧を得ることができる。
【００１４】
また、第３の観点にかかる発明は、第１または第２の観点にかかる発明において、前記正側バイアス電源生成回路は、前記送信用電源の正側の電圧を基準とする正側チャージポンプ回路を備え、前記負側バイアス電源生成回路は、前記送信用電源の負側の電圧値を基準とする負側チャージポンプ回路を備え、前記バイアス電源生成回路は、前記正側チャージポンプ回路の出力と、前記負側チャージポンプ回路の出力とを前記アナログスイッチ用のバイアス電源として用いることを特徴とする。
【００１５】
この第３の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、送信用電源の正側の電圧を基準としたチャージポンプ回路によって送信用電源の正側の電圧に比して高い電圧を生成し、送信用電源の負側の電圧を基準としたチャージポンプ回路によって送信用電源の負側の電圧に比して低い電圧を生成しているので、簡易な構成でアナログスイッチ用のバイアス電源を得ることができるとともに、電源の消費電力を低減することができる。そのため、超音波診断装置全体を小型化し、消費電力の低減を実現できる。
【００１６】
また、第４の観点にかかる発明は、第１，第２または第３の観点にかかる発明において、前記送信用電源の電圧値を可変制御する送信電圧制御部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
この第４の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、送信電圧制御部によって送信用電圧を任意に制御可能であり、かつ送信用電圧を基準としてバイアス電圧を生成するため、電源の消費電力を最小限に抑えることができる。したがって、本発明をバッテリ駆動の超音波診断装置に適用することで、長時間使用可能な持ち運び用超音波診断装置を得ることができる。
【００１８】
また、第５の観点にかかる発明は、第３または第４の観点にかかる発明において、前記チャージポンプの駆動回路は、前記送信用電源内の駆動回路と共用されていることを特徴とする。
【００１９】
この第５の観点にかかる発明によれば、駆動回路を共通化することによって、小型化と高効率を実現でき、持ち運び用超音波診断装置に適している。
【００２０】
また、第６の観点にかかる発明は、第１〜５の観点にかかる発明において、前記送信用電源は、前記送信回路に供給する正側の電圧値を低下させる安定化電源回路と、前記送信回路に供給する負側の電圧値を上昇させる安定化電源回路を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この第６の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、送信用電源に電圧ドロップ回路を設けることで、送信用電圧におけるノイズを減少させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態にかかる超音波診断装置について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態にかかる超音波診断装置の概要構成を説明する説明図である。図１において、超音波診断装置１は、モニタ２、コントロールユニット３および超音波プローブ１８に接続される。ここで、モニタ２は、ＣＲＴモニタ、液晶モニタなど、任意のモニタを用いることができる。また、コントロールユニット３は、キーボードやマウスなどの汎用入力デバイスであってもよいし、専用のコンソールパネルを設けてもよい。
【００２４】
また、超音波診断装置１は、その内部に制御部１１、画像処理部１２、電源供給部１３、アナログスイッチ１６および送受信ビームフォーマ１７を備える。さらに、電源供給部１３は、その内部に送信用電源１４およびバイアス電源１５を有する。
【００２５】
この超音波診断装置１を用いて診断をおこなう場合、まず、送信用電源１４から送受信ビームフォーマ１７に送信用電源±ＨＶ１を供給する。送受信ビームフォーマ１７は、この送信用電源±ＨＶ１を用い、アナログスイッチ１６および接続ケーブル１９を介して接続された超音波プローブ１８内部の超音波振動子から超音波信号を送信する。その後、超音波振動子は、送信した超音波信号の反射波を受信し、接続ケーブル１９およびアナログスイッチ１６を介して送受信ビームフォーマに入力する。
【００２６】
送受信ビームフォーマ１７は、入力された反射波を画像処理部１２に送信し、画像処理部１２は、反射波をもとに超音波画像を作成する。その後、制御部１１は、コントロールユニット３からの入力をもとに画像処理部１２が作成した超音波画像をモニタ２に表示する。
【００２７】
アナログスイッチ１６は、送受信ビームフォーマ１７に接続する超音波振動子の切り替えをおこなう。アナログスイッチ１６による切り替えによって、超音波信号を送信する超音波振動子が選択されるので、アナログスイッチ１６を随時切り替えることで検査範囲をスキャンすることができる。
【００２８】
図２にアナログスイッチ１６の内部構成を示す。同図に示すように、アナログスイッチ１６は、その内部に複数のスイッチ１６ａを備えている。たとえば、送受信ビームフォーマ１７が６３チャンネルであり、超音波プローブ１８が１２４個の超音波振動子を有する場合、アナログスイッチ１６が有するスイッチ１６ａの個数は、１２４個となる。アナログスイッチ１６は、スイッチ１６ａのうち、どれをオンにするかによって、送受信ビームフォーマ１７に接続する超音波振動子を選択する。さらに、アナログスイッチ１６は、オンにするスイッチ１６ａの変更によって超音波信号を送信する超音波振動子を変更し、超音波のスキャンを実現する。
【００２９】
ところで、このアナログスイッチ１６に対しては、バイアス電源１５がバイアス電圧±ＨＶ２の供給をおこなう。このバイアス電圧±ＨＶ２は、送信用電源１４が出力する送信用電圧±ＨＶ１に対して上下に１０Ｖ〜２０Ｖ大きいことが望ましい。例えば、送信用電圧±ＨＶ１が−１００Ｖ〜＋１００Ｖである場合に、バイアス電圧±ＨＶ２を−１２０Ｖ〜＋１２０Ｖとする。
【００３０】
このようにバイアス電圧±ＨＶ２の振幅幅を送信用電圧±ＨＶ１の振幅幅に比して大きくするのは、バイアス電圧の低下によるアナログスイッチ１６のオン抵抗の増加を防止するためである。
【００３１】
つぎに、電源供給部１３の具体的な構成について説明する。図３は、図１に示した電源供給部１３の回路構成を示す図である。図３において、電源供給部１３は、送信用電源１４にチャージポンプ回路５０およびチャージポンプ回路６０を接続し、チャージポンプ回路５０，６０の出力をバイアス電源１５としている。
【００３２】
具体的には、送信用電源１４は、コンデンサ３１，３８，４０、ダイオード３３，３７，３９、抵抗３２およびコイル３４，３５，３６によってレギュレータ回路を形成し、直流電源Ｖ１から送信用電圧±ＨＶ１を出力するようにしている。
【００３３】
さらに、送信用電源１４は、トランジスタ４２、ＳＷ電源コントロールＩＣ４１、抵抗４３およびフィードバック回路４４によって制御される。より詳細には、送信用電圧＋ＨＶ１と比較用の電圧Ｖ３とをフィードバック回路４４に入力し、フィードバック回路４４は、送信用電圧＋ＨＶ１と比較用の電圧Ｖ３とをＳＷ電源コントロールＩＣ４１に入力する。
【００３４】
一方、ＳＷ電源コントロールＩＣ４１は、トランジスタ４２のスイッチング制御を行うことで、レギュレータ回路の動作を制御する。この時フィードバック回路４４から入力された送信用電圧＋ＨＶ１が比較用電圧Ｖ３の定数倍になるようにトランジスタ４２を制御することで、送信用電圧±ＨＶ１を所望の値に制御することができる。このように送信用電圧の値を制御可能とすることで、超音波振動子から送信される超音波信号の出力を最適な値に調節することが可能となる。
【００３５】
チャージポンプ回路５０は、コンデンサ５１，５４およびダイオード５２，５３によって形成する。このチャージポンプ回路５０は、レギュレータ回路とトランジスタ４２との間の点Ａに接続され、レギュレータ回路によって駆動されることで、送信用電圧＋ＨＶ１に比してさらに高い電圧を正側のバイアス電圧＋ＨＶ２として出力する。
【００３６】
同様に、チャージポンプ回路６０は、コンデンサ６１，６４およびダイオード６２，６３によって形成する。このチャージポンプ回路６０は、レギュレータ回路とトランジスタ４２との間の点Ａに接続され、レギュレータ回路によって駆動されることで、送信用電圧−ＨＶ１に比してさらに低い電圧を負側のバイアス電圧−ＨＶ２として出力する。
【００３７】
このように、送信用電源１４に対してチャージポンプ回路５０，６０を付加し、送信用電源１４内部のレギュレータによってチャージポンプ回路５０，６０を駆動させることで、送信用電圧＋ＨＶ１に比して高いバイアス電圧＋ＨＶ２と送信用電圧−ＨＶ１に比して低いバイアス電圧−ＨＶ２とを得ることができる。
【００３８】
ここで、バイアス電圧＋ＨＶ２は、送信用電圧＋ＨＶ１に対して１０Ｖ〜２０Ｖ高いことが望ましく、バイアス電圧−ＨＶ２は、送信用電圧−ＨＶ１に対して１０Ｖ〜２０Ｖ低いことが望ましい。したがって、送信用電圧±ＨＶ１に対する一段のチャージポンプ回路では所望のバイアス電圧が得られない場合には、チャージポンプ回路５０，６０に対してさらにチャージポンプ回路を接続した多段構成とすればよい。
【００３９】
チャージポンプ回路にさらにチャージポンプ回路を接続した多段構成の電源供給部１３の回路構成を図４に示す。図４に示した電源供給部では、チャージポンプ回路５０に対してさらにチャージポンプ回路５５を接続し、チャージポンプ回路６０にさらにチャージポンプ回路６５を接続している。
【００４０】
具体的には、チャージポンプ回路５５は、コンデンサ５６およびダイオード５７，５８によって形成され、バイアス電圧＋ＨＶ２に比してさらに高い電圧を正側のバイアス電圧＋ＨＶ３として出力する。また、チャージポンプ回路６５は、コンデンサ６６およびダイオード６７，６８によって形成され、バイアス電圧−ＨＶ２に比してさらに低い電圧を負側のバイアス電圧−ＨＶ３として出力する。
【００４１】
このように、チャージポンプ回路に対してさらにチャージポンプ回路を接続した多段構成のチャージポンプを用いることで、正側のバイアス電圧を所望の値まで引き上げるとともに、負側のバイアス電圧を所望の値まで引き下げることができる。
【００４２】
なお、図４ではチャージポンプを２段構成としているが、必要に応じてさらにチャージポンプ回路を付加するようにしてもよい。また、図４では、チャージポンプ回路５０，６０が出力するバイアス電圧±ＨＶ２と、チャージポンプ回路５５，６５が出力するバイアス電圧±ＨＶ３とをそれぞれ出力している。
【００４３】
したがって、図４に示した電源供給回路では、必要な電圧に応じて±ＨＶ２または±ＨＶ３のいずれか一方をバイアス電圧として使用することができる。このバイアス電圧の選択は、スイッチなどの任意の切り替え手段によって実現すればよい。また、常に±ＨＶ３の値をバイアス電圧として使用する場合は、切り替え手段や、±ＨＶ２の出力端子を設ける必要はない。
【００４４】
ところで、図３に示した電源供給回路では、レギュレータとトランジスタとの間である点Ａにチャージポンプ回路５０，６０を接続していたが、チャージポンプの接続位置はこの点Ａに限るものではない。
【００４５】
図５に電源供給回路の変形例を示す。同図では、チャージポンプ回路５０を送信用電源１４のコイル３５とダイオード３７との間の点Ｂに接続している。また、チャージポンプ回路６０を送信用電源１４のコイル３５とダイオード３９との間の点Ｃに接続している。
【００４６】
チャージポンプ回路５０を点Ｂに接続した場合においても、その出力＋ＨＶ２は、送信用電圧＋ＨＶに対して十分に高くなる。また、チャージポンプ回路６０を点Ｃに接続した場合においても、その出力−ＨＶ２は、送信用電圧−ＨＶ１に対して十分に低くなる。したがって、チャージポンプ回路５０，６０をいずれの点に接続するかは、回路全体の構成などを鑑み、自由に設計することができる。
【００４７】
つぎに、送信用電源１４の出力について説明する。送信用電源１４が出力する送信用電圧±ＨＶ１は、超音波振動子に供給され、超音波信号の送信に用いられるので、送信用電圧±ＨＶ１におけるノイズ除去が重要である。送信用電圧±ＨＶ１からノイズを除去するためには電圧ドロップ回路やフィルタ回路が必要となる。
【００４８】
図６に、送信用電源１４のノイズ除去に用いる回路例を示す。図６（ａ）は、ノイズ除去回路として電圧ドロップ回路を用いる場合の回路構成である。同図に示すように、電圧ドロップ回路７０は、トランジスタ７１およびフィードバック回路７２によって構成する。フィードバック回路７２は、電圧Ｖ４を参照してトランジスタ７１のスイッチング制御をおこない、電圧＋ＨＶ１の値を所定量だけ低下させて電圧＋ＨＶ１ａを出力する。同様の電圧ドロップ回路を電圧−ＨＶ１に対して接続し、電圧−ＨＶ１の値を所定量だけ上昇させて電圧−ＨＶ１ａを出力する。
【００４９】
この電圧＋ＨＶ１ａと電圧−ＨＶ１ａとを送受信ビームフォーマ１７に供給することで、電圧±ＨＶ１を供給する場合に比してノイズの小さな電源供給をおこなうことができる。なお、電圧＋ＨＶ１と電圧＋ＨＶ１ａとの差は、３Ｖ程度とするのが好ましい。
【００５０】
また、図６（ｂ）は、ノイズ除去回路としてフィルタ回路を用いる場合の回路構成である。同図に示すように、フィルタ回路７５は、コイル７６およびコンデンサ７７によって構成する。フィルタ回路７５は、電圧＋ＨＶ１から所定周波数のノイズを除去した電圧＋ＨＶ１ｂを出力する。同様のフィルタ回路を電圧−ＨＶ１に対して接続し、電圧−ＨＶ１から所定周波数のノイズを除去した電圧−ＨＶｂを出力する。
【００５１】
この電圧＋ＨＶ１ｂと電圧−ＨＶ１ｂとを送受信ビームフォーマ１７に供給することで、電圧±ＨＶ１を供給する場合に比してノイズの小さな電源供給をおこなうことができる。なお、フィルタ回路によって除去されるノイズの周波数は、コイル７６およびコンデンサ７７によって決定する。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態にかかる超音波診断装置では、送受信ビームフォーマ１７に供給するための送信用電源にチャージポンプ回路を接続し、チャージポンプ回路の出力をアナログスイッチ用のバイアス電源として用いるので、電源供給部を小型化するとともに消費電力を低減することができる。
【００５３】
また、正側のバイアス電圧を生成するためのチャージポンプ回路と、負側のバイアス電圧を生成するためのチャージポンプ回路は、それぞれコンデンサ２個とダイオード２個で実現できるので、簡易な構成で安価に電源供給部を構築することができる。チャージポンプの駆動回路は、独立に持っても良いが、送信用電源内のスイッチング駆動回路からの出力を用いることが可能である。さらに、チャージポンプの多段構成や、チャージポンプと送信用電源との接続点の変更を行うことで、自由度の高い回路設計を実現可能である。
【００５４】
また、低消費電力化により電源供給部からの発熱量を低減することができるので、大掛かりな冷却手段が不要となる。電源供給部の発熱量が大きい場合、強制空冷などの冷却手段が必要であったが、この冷却手段が不要となることで、超音波診断装置をさらに小型化することができる。
【００５５】
このように、電源供給部自体の小型化、低消費電力化に加え、冷却手段が不要となることで、超音波診断装置全体を小型化し、かつバッテリによる動作時間を延ばすことができるので、持ち運び可能な小型超音波診断装置を実現することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、アナログスイッチ１６を超音波診断装置１の内部に設ける構成としたが、アナログスイッチを超音波プローブの内部に設ける場合など、アナログスイッチの配置場所に制限を受けることなく本発明の利用が可能である。
【００５７】
また、本発明では、チャージポンプ回路を使用した。これは、チャージポンプに使用されるコンデンサは、小型トランスに比べて小型で安価であるためである。しかし、小型トランスを用いて送信用電源から、バイアス電源を構成する事によっても、本発明の基本的効果を得ることができる。
【００５８】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、超音波振動子に供給するための電圧を生成する送信用電源にチャージポンプ回路を接続し、チャージポンプ回路の出力をアナログスイッチ用のバイアス電源として用いるので、電源供給部を小型化するとともに消費電力を低減した超音波診断装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる超音波診断装置の概要構成を説明する説明図である。
【図２】図１に示したアナログスイッチの内部構成を示す図である。
【図３】図１に示した電源供給部の回路構成を示す図である。
【図４】チャージポンプ回路を多段構成とした電源供給部の回路構成を示す図である。
【図５】図３に示した電源供給回路の変形例を説明する図である。
【図６】送信用電源に用いるノイズ除去回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 超音波診断装置
２ モニタ
３ コントロールユニット
１１ 制御部
１２ 画像処理部
１３ 電源供給部
１４ 送信用電源
１５ バイアス電源
１６ アナログスイッチ
１６ａ スイッチ
１７ 送受信ビームフォーマ
１８ 超音波プローブ
１９ 接続ケーブル
３１，３８，４０，５１，５４，５６，６１，６４，６６，７７ コンデンサ
３３，３７，３９，５２，５３，５７，５８，６２，６３，６７，６８ ダイオード
３２，４３ 抵抗
３４，３５，３６，７６ コイル
５０，６０ チャージポンプ回路
４１ ＳＷ電源コントロールＩＣ
４２，７１ トランジスタ
４４，７２ フィードバック回路
７０ ドロップ回路
７５ フィルタ回路
ＨＶ１，ＨＶ１ａ，ＨＶ１ｂ 送信用電圧
ＨＶ２，ＨＶ３ バイアス電圧
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波振動子から検査対象に超音波信号を送信し、当該超音波信号の反射波を受信して表示する超音波診断装置に関し、特に、小型で消費電力の小さい超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対象の検査部位に超音波プローブを当接して超音波を照射し、その反射波であるエコー信号を画像化することで対象の内部を撮像する超音波診断が広く用いられている。超音波は生体に対して無害であるため、超音波診断装置は、特に医療用として有用であり、生体内の異物の検出、外傷の度合いの判定、腫瘍の観察、胎児の観察などに用いられる。
【０００３】
近年、この超音波診断装置の小型化、軽量化が求められている。超音波診断装置全体を小型かつ軽量に構成することで、簡易に持ち運べる超音波診断装置が期待される。この超音波診断装置の小型化および軽量化において特に問題となるのは、電源部分である。超音波診断装置では超音波振動子に対する送信用電源の供給に加え、アナログスイッチに対するバイアス電源が必要であるため、これらの電源の小型化が工夫されてきた。
【０００４】
従来の電源の小型化の方法としては、アナログスイッチ用のバイアス電源から送信用電源を生成する方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３０６４７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の超音波診断装置では、送信用電源とバイアス電源との一体化によって装置の小型化が実現できたものの、大きな電力ロスが発生するという問題点があった。
【０００７】
すなわち、バイアス電源の電圧が送信用電源の電圧に比して大きいことが必要であるため、従来の超音波診断装置では、バイアス電源からドロップ回路（直流安定化電源回路）によって送信用電源を得るように構成していた。しかし、この構成では、送信用電源から超音波振動子に供給する電圧が低い場合にバイアス電源と送信用電源との電圧差が大きくなり、大きな電力ロスが発生する。
【０００８】
このような電力ロスの発生により、超音波振動子をバッテリで駆動する可搬型の超音波診断装置では、使用時間が短くなり、発熱が大きくなるという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、小型かつ低消費電力の電源を備えた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、第１の観点にかかる発明は、超音波振動子から検査対象に超音波信号を送信し、当該超音波信号の反射波を受信して表示する超音波診断装置であって、前記超音波信号の送信および前記反射波の受信をおこなう超音波振動子を切り替えるアナログスイッチと、前記超音波振動子に前記超音波信号を駆動させる送信回路に高電圧を供給する送信用電源と、前記送信用電源から、前記アナログスイッチ用のバイアス電源を生成するバイアス電源生成回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この第１の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、超音波信号の送信に用いる送信用電源からバイアス電源生成回路によってバイアス電源を生成し、アナログスイッチに供給するようにしているので、アナログスイッチのバイアス電圧のために独立した電源を設けることなく、電源を小型化することができる。
【００１２】
また、第２の観点にかかる発明は、第１の観点にかかる発明において、前記バイアス電源生成回路は、前記送信用電源の正側の電圧値に比して高い電圧値を出力する正側バイアス電源生成回路と、前記送信用電源の負側の電圧値に比して低い電圧を出力する負側バイアス電源生成回路とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この第２の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、正側バイアス電源回路によって送信用電源の正側の電圧値に比して高い電圧を生成し、負側バイアス電源回路によって送信用電源の負側の電圧値に比して低い電圧を生成するので、送信用電圧に対して十分な大きさのバイアス電圧を得ることができる。
【００１４】
また、第３の観点にかかる発明は、第１または第２の観点にかかる発明において、前記正側バイアス電源生成回路は、前記送信用電源の正側の電圧を基準とする正側チャージポンプ回路を備え、前記負側バイアス電源生成回路は、前記送信用電源の負側の電圧値を基準とする負側チャージポンプ回路を備え、前記バイアス電源生成回路は、前記正側チャージポンプ回路の出力と、前記負側チャージポンプ回路の出力とを前記アナログスイッチ用のバイアス電源として用いることを特徴とする。
【００１５】
この第３の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、送信用電源の正側の電圧を基準としたチャージポンプ回路によって送信用電源の正側の電圧に比して高い電圧を生成し、送信用電源の負側の電圧を基準としたチャージポンプ回路によって送信用電源の負側の電圧に比して低い電圧を生成しているので、簡易な構成でアナログスイッチ用のバイアス電源を得ることができるとともに、電源の消費電力を低減することができる。そのため、超音波診断装置全体を小型化し、消費電力の低減を実現できる。
【００１６】
また、第４の観点にかかる発明は、第１，第２または第３の観点にかかる発明において、前記送信用電源の電圧値を可変制御する送信電圧制御部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
この第４の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、送信電圧制御部によって送信用電圧を任意に制御可能であり、かつ送信用電圧を基準としてバイアス電圧を生成するため、電源の消費電力を最小限に抑えることができる。したがって、本発明をバッテリ駆動の超音波診断装置に適用することで、長時間使用可能な持ち運び用超音波診断装置を得ることができる。
【００１８】
また、第５の観点にかかる発明は、第３または第４の観点にかかる発明において、前記チャージポンプの駆動回路は、前記送信用電源内の駆動回路と共用されていることを特徴とする。
【００１９】
この第５の観点にかかる発明によれば、駆動回路を共通化することによって、小型化と高効率を実現でき、持ち運び用超音波診断装置に適している。
【００２０】
また、第６の観点にかかる発明は、第１〜５の観点にかかる発明において、前記送信用電源は、前記送信回路に供給する正側の電圧値を低下させる安定化電源回路と、前記送信回路に供給する負側の電圧値を上昇させる安定化電源回路を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この第６の観点にかかる発明によれば、超音波診断装置は、送信用電源に電圧ドロップ回路を設けることで、送信用電圧におけるノイズを減少させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態にかかる超音波診断装置について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態にかかる超音波診断装置の概要構成を説明する説明図である。図１において、超音波診断装置１は、モニタ２、コントロールユニット３および超音波プローブ１８に接続される。ここで、モニタ２は、ＣＲＴモニタ、液晶モニタなど、任意のモニタを用いることができる。また、コントロールユニット３は、キーボードやマウスなどの汎用入力デバイスであってもよいし、専用のコンソールパネルを設けてもよい。
【００２４】
また、超音波診断装置１は、その内部に制御部１１、画像処理部１２、電源供給部１３、アナログスイッチ１６および送受信ビームフォーマ１７を備える。さらに、電源供給部１３は、その内部に送信用電源１４およびバイアス電源１５を有する。
【００２５】
この超音波診断装置１を用いて診断をおこなう場合、まず、送信用電源１４から送受信ビームフォーマ１７に送信用電源±ＨＶ１を供給する。送受信ビームフォーマ１７は、この送信用電源±ＨＶ１を用い、アナログスイッチ１６および接続ケーブル１９を介して接続された超音波プローブ１８内部の超音波振動子から超音波信号を送信する。その後、超音波振動子は、送信した超音波信号の反射波を受信し、接続ケーブル１９およびアナログスイッチ１６を介して送受信ビームフォーマに入力する。
【００２６】
送受信ビームフォーマ１７は、入力された反射波を画像処理部１２に送信し、画像処理部１２は、反射波をもとに超音波画像を作成する。その後、制御部１１は、コントロールユニット３からの入力をもとに画像処理部１２が作成した超音波画像をモニタ２に表示する。
【００２７】
アナログスイッチ１６は、送受信ビームフォーマ１７に接続する超音波振動子の切り替えをおこなう。アナログスイッチ１６による切り替えによって、超音波信号を送信する超音波振動子が選択されるので、アナログスイッチ１６を随時切り替えることで検査範囲をスキャンすることができる。
【００２８】
図２にアナログスイッチ１６の内部構成を示す。同図に示すように、アナログスイッチ１６は、その内部に複数のスイッチ１６ａを備えている。たとえば、送受信ビームフォーマ１７が６３チャンネルであり、超音波プローブ１８が１２４個の超音波振動子を有する場合、アナログスイッチ１６が有するスイッチ１６ａの個数は、１２４個となる。アナログスイッチ１６は、スイッチ１６ａのうち、どれをオンにするかによって、送受信ビームフォーマ１７に接続する超音波振動子を選択する。さらに、アナログスイッチ１６は、オンにするスイッチ１６ａの変更によって超音波信号を送信する超音波振動子を変更し、超音波のスキャンを実現する。
【００２９】
ところで、このアナログスイッチ１６に対しては、バイアス電源１５がバイアス電圧±ＨＶ２の供給をおこなう。このバイアス電圧±ＨＶ２は、送信用電源１４が出力する送信用電圧±ＨＶ１に対して上下に１０Ｖ〜２０Ｖ大きいことが望ましい。例えば、送信用電圧±ＨＶ１が−１００Ｖ〜＋１００Ｖである場合に、バイアス電圧±ＨＶ２を−１２０Ｖ〜＋１２０Ｖとする。
【００３０】
このようにバイアス電圧±ＨＶ２の振幅幅を送信用電圧±ＨＶ１の振幅幅に比して大きくするのは、バイアス電圧の低下によるアナログスイッチ１６のオン抵抗の増加を防止するためである。
【００３１】
つぎに、電源供給部１３の具体的な構成について説明する。図３は、図１に示した電源供給部１３の回路構成を示す図である。図３において、電源供給部１３は、送信用電源１４にチャージポンプ回路５０およびチャージポンプ回路６０を接続し、チャージポンプ回路５０，６０の出力をバイアス電源１５としている。
【００３２】
具体的には、送信用電源１４は、コンデンサ３１，３８，４０、ダイオード３３，３７，３９、抵抗３２およびコイル３４，３５，３６によってレギュレータ回路を形成し、直流電源Ｖ１から送信用電圧±ＨＶ１を出力するようにしている。
【００３３】
さらに、送信用電源１４は、トランジスタ４２、ＳＷ電源コントロールＩＣ４１、抵抗４３およびフィードバック回路４４によって制御される。より詳細には、送信用電圧＋ＨＶ１と比較用の電圧Ｖ３とをフィードバック回路４４に入力し、フィードバック回路４４は、送信用電圧＋ＨＶ１と比較用の電圧Ｖ３とをＳＷ電源コントロールＩＣ４１に入力する。
【００３４】
一方、ＳＷ電源コントロールＩＣ４１は、トランジスタ４２のスイッチング制御を行うことで、レギュレータ回路の動作を制御する。この時フィードバック回路４４から入力された送信用電圧＋ＨＶ１が比較用電圧Ｖ３の定数倍になるようにトランジスタ４２を制御することで、送信用電圧±ＨＶ１を所望の値に制御することができる。このように送信用電圧の値を制御可能とすることで、超音波振動子から送信される超音波信号の出力を最適な値に調節することが可能となる。
【００３５】
チャージポンプ回路５０は、コンデンサ５１，５４およびダイオード５２，５３によって形成する。このチャージポンプ回路５０は、レギュレータ回路とトランジスタ４２との間の点Ａに接続され、レギュレータ回路によって駆動されることで、送信用電圧＋ＨＶ１に比してさらに高い電圧を正側のバイアス電圧＋ＨＶ２として出力する。
【００３６】
同様に、チャージポンプ回路６０は、コンデンサ６１，６４およびダイオード６２，６３によって形成する。このチャージポンプ回路６０は、レギュレータ回路とトランジスタ４２との間の点Ａに接続され、レギュレータ回路によって駆動されることで、送信用電圧−ＨＶ１に比してさらに低い電圧を負側のバイアス電圧−ＨＶ２として出力する。
【００３７】
このように、送信用電源１４に対してチャージポンプ回路５０，６０を付加し、送信用電源１４内部のレギュレータによってチャージポンプ回路５０，６０を駆動させることで、送信用電圧＋ＨＶ１に比して高いバイアス電圧＋ＨＶ２と送信用電圧−ＨＶ１に比して低いバイアス電圧−ＨＶ２とを得ることができる。
【００３８】
ここで、バイアス電圧＋ＨＶ２は、送信用電圧＋ＨＶ１に対して１０Ｖ〜２０Ｖ高いことが望ましく、バイアス電圧−ＨＶ２は、送信用電圧−ＨＶ１に対して１０Ｖ〜２０Ｖ低いことが望ましい。したがって、送信用電圧±ＨＶ１に対する一段のチャージポンプ回路では所望のバイアス電圧が得られない場合には、チャージポンプ回路５０，６０に対してさらにチャージポンプ回路を接続した多段構成とすればよい。
【００３９】
チャージポンプ回路にさらにチャージポンプ回路を接続した多段構成の電源供給部１３の回路構成を図４に示す。図４に示した電源供給部では、チャージポンプ回路５０に対してさらにチャージポンプ回路５５を接続し、チャージポンプ回路６０にさらにチャージポンプ回路６５を接続している。
【００４０】
具体的には、チャージポンプ回路５５は、コンデンサ５６およびダイオード５７，５８によって形成され、バイアス電圧＋ＨＶ２に比してさらに高い電圧を正側のバイアス電圧＋ＨＶ３として出力する。また、チャージポンプ回路６５は、コンデンサ６６およびダイオード６７，６８によって形成され、バイアス電圧−ＨＶ２に比してさらに低い電圧を負側のバイアス電圧−ＨＶ３として出力する。
【００４１】
このように、チャージポンプ回路に対してさらにチャージポンプ回路を接続した多段構成のチャージポンプを用いることで、正側のバイアス電圧を所望の値まで引き上げるとともに、負側のバイアス電圧を所望の値まで引き下げることができる。
【００４２】
なお、図４ではチャージポンプを２段構成としているが、必要に応じてさらにチャージポンプ回路を付加するようにしてもよい。また、図４では、チャージポンプ回路５０，６０が出力するバイアス電圧±ＨＶ２と、チャージポンプ回路５５，６５が出力するバイアス電圧±ＨＶ３とをそれぞれ出力している。
【００４３】
したがって、図４に示した電源供給回路では、必要な電圧に応じて±ＨＶ２または±ＨＶ３のいずれか一方をバイアス電圧として使用することができる。このバイアス電圧の選択は、スイッチなどの任意の切り替え手段によって実現すればよい。また、常に±ＨＶ３の値をバイアス電圧として使用する場合は、切り替え手段や、±ＨＶ２の出力端子を設ける必要はない。
【００４４】
ところで、図３に示した電源供給回路では、レギュレータとトランジスタとの間である点Ａにチャージポンプ回路５０，６０を接続していたが、チャージポンプの接続位置はこの点Ａに限るものではない。
【００４５】
図５に電源供給回路の変形例を示す。同図では、チャージポンプ回路５０を送信用電源１４のコイル３５とダイオード３７との間の点Ｂに接続している。また、チャージポンプ回路６０を送信用電源１４のコイル３５とダイオード３９との間の点Ｃに接続している。
【００４６】
チャージポンプ回路５０を点Ｂに接続した場合においても、その出力＋ＨＶ２は、送信用電圧＋ＨＶに対して十分に高くなる。また、チャージポンプ回路６０を点Ｃに接続した場合においても、その出力−ＨＶ２は、送信用電圧−ＨＶ１に対して十分に低くなる。したがって、チャージポンプ回路５０，６０をいずれの点に接続するかは、回路全体の構成などを鑑み、自由に設計することができる。
【００４７】
つぎに、送信用電源１４の出力について説明する。送信用電源１４が出力する送信用電圧±ＨＶ１は、超音波振動子に供給され、超音波信号の送信に用いられるので、送信用電圧±ＨＶ１におけるノイズ除去が重要である。送信用電圧±ＨＶ１からノイズを除去するためには電圧ドロップ回路やフィルタ回路が必要となる。
【００４８】
図６に、送信用電源１４のノイズ除去に用いる回路例を示す。図６（ａ）は、ノイズ除去回路として電圧ドロップ回路を用いる場合の回路構成である。同図に示すように、電圧ドロップ回路７０は、トランジスタ７１およびフィードバック回路７２によって構成する。フィードバック回路７２は、電圧Ｖ４を参照してトランジスタ７１のスイッチング制御をおこない、電圧＋ＨＶ１の値を所定量だけ低下させて電圧＋ＨＶ１ａを出力する。同様の電圧ドロップ回路を電圧−ＨＶ１に対して接続し、電圧−ＨＶ１の値を所定量だけ上昇させて電圧−ＨＶ１ａを出力する。
【００４９】
この電圧＋ＨＶ１ａと電圧−ＨＶ１ａとを送受信ビームフォーマ１７に供給することで、電圧±ＨＶ１を供給する場合に比してノイズの小さな電源供給をおこなうことができる。なお、電圧＋ＨＶ１と電圧＋ＨＶ１ａとの差は、３Ｖ程度とするのが好ましい。
【００５０】
また、図６（ｂ）は、ノイズ除去回路としてフィルタ回路を用いる場合の回路構成である。同図に示すように、フィルタ回路７５は、コイル７６およびコンデンサ７７によって構成する。フィルタ回路７５は、電圧＋ＨＶ１から所定周波数のノイズを除去した電圧＋ＨＶ１ｂを出力する。同様のフィルタ回路を電圧−ＨＶ１に対して接続し、電圧−ＨＶ１から所定周波数のノイズを除去した電圧−ＨＶｂを出力する。
【００５１】
この電圧＋ＨＶ１ｂと電圧−ＨＶ１ｂとを送受信ビームフォーマ１７に供給することで、電圧±ＨＶ１を供給する場合に比してノイズの小さな電源供給をおこなうことができる。なお、フィルタ回路によって除去されるノイズの周波数は、コイル７６およびコンデンサ７７によって決定する。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態にかかる超音波診断装置では、送受信ビームフォーマ１７に供給するための送信用電源にチャージポンプ回路を接続し、チャージポンプ回路の出力をアナログスイッチ用のバイアス電源として用いるので、電源供給部を小型化するとともに消費電力を低減することができる。
【００５３】
また、正側のバイアス電圧を生成するためのチャージポンプ回路と、負側のバイアス電圧を生成するためのチャージポンプ回路は、それぞれコンデンサ２個とダイオード２個で実現できるので、簡易な構成で安価に電源供給部を構築することができる。チャージポンプの駆動回路は、独立に持っても良いが、送信用電源内のスイッチング駆動回路からの出力を用いることが可能である。さらに、チャージポンプの多段構成や、チャージポンプと送信用電源との接続点の変更を行うことで、自由度の高い回路設計を実現可能である。
【００５４】
また、低消費電力化により電源供給部からの発熱量を低減することができるので、大掛かりな冷却手段が不要となる。電源供給部の発熱量が大きい場合、強制空冷などの冷却手段が必要であったが、この冷却手段が不要となることで、超音波診断装置をさらに小型化することができる。
【００５５】
このように、電源供給部自体の小型化、低消費電力化に加え、冷却手段が不要となることで、超音波診断装置全体を小型化し、かつバッテリによる動作時間を延ばすことができるので、持ち運び可能な小型超音波診断装置を実現することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、アナログスイッチ１６を超音波診断装置１の内部に設ける構成としたが、アナログスイッチを超音波プローブの内部に設ける場合など、アナログスイッチの配置場所に制限を受けることなく本発明の利用が可能である。
【００５７】
また、本発明では、チャージポンプ回路を使用した。これは、チャージポンプに使用されるコンデンサは、小型トランスに比べて小型で安価であるためである。しかし、小型トランスを用いて送信用電源から、バイアス電源を構成する事によっても、本発明の基本的効果を得ることができる。
【００５８】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、超音波振動子に供給するための電圧を生成する送信用電源にチャージポンプ回路を接続し、チャージポンプ回路の出力をアナログスイッチ用のバイアス電源として用いるので、電源供給部を小型化するとともに消費電力を低減した超音波診断装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる超音波診断装置の概要構成を説明する説明図である。
【図２】図１に示したアナログスイッチの内部構成を示す図である。
【図３】図１に示した電源供給部の回路構成を示す図である。
【図４】チャージポンプ回路を多段構成とした電源供給部の回路構成を示す図である。
【図５】図３に示した電源供給回路の変形例を説明する図である。
【図６】送信用電源に用いるノイズ除去回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 超音波診断装置
２ モニタ
３ コントロールユニット
１１ 制御部
１２ 画像処理部
１３ 電源供給部
１４ 送信用電源
１５ バイアス電源
１６ アナログスイッチ
１６ａ スイッチ
１７ 送受信ビームフォーマ
１８ 超音波プローブ
１９ 接続ケーブル
３１，３８，４０，５１，５４，５６，６１，６４，６６，７７ コンデンサ
３３，３７，３９，５２，５３，５７，５８，６２，６３，６７，６８ ダイオード
３２，４３ 抵抗
３４，３５，３６，７６ コイル
５０，６０ チャージポンプ回路
４１ ＳＷ電源コントロールＩＣ
４２，７１ トランジスタ
４４，７２ フィードバック回路
７０ ドロップ回路
７５ フィルタ回路
ＨＶ１，ＨＶ１ａ，ＨＶ１ｂ 送信用電圧
ＨＶ２，ＨＶ３ バイアス電圧
Claims (6)
- 超音波振動子から検査対象に超音波信号を送信し、当該超音波信号の反射波を受信して表示する超音波診断装置であって、
前記超音波信号の送信および前記反射波の受信をおこなう超音波振動子を切り替えるアナログスイッチと、
前記超音波振動子に前記超音波信号を駆動させる送信回路に高電圧を供給する送信用電源と、
前記送信用電源から、前記アナログスイッチ用のバイアス電源を生成するバイアス電源生成回路と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記バイアス電源生成回路は、前記送信用電源の正側の電圧値に比して高い電圧値を出力する正側バイアス電源生成回路と、前記送信用電源の負側の電圧値に比して低い電圧を出力する負側バイアス電源生成回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
- 前記送信用電源から、前記バイアス電源を生成する回路は、チャージポンプであることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
- 前記送信用電源の電圧値を可変制御する送信電圧制御回路であることを特徴とする請求項１，２または３に記載の超音波診断装置。
- 前記チャージポンプの駆動回路は、前記送信用電源内の駆動回路と共用されていることを特徴とする請求項３または４に記載の超音波診断装置。
- 前記送信用電源は、前記送信回路に供給する正側の電圧値を低下安定させる安定化電源回路と、前記送信回路に供給する負側の電圧値を上昇安定させる安定化電源回路を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
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