JP2005152450A - Ultrasonic observation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体組織に超音波を送信し、その生体組織からの反射超音波を受信して生成された超音波受信信号により生体組織の断層画像化する超音波診断装置に関し、特に、超音波振動子を駆動制御して超音波を送信する超音波観測装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that transmits ultrasonic waves to a living tissue and receives a reflected ultrasonic wave from the living tissue to generate a tomographic image of the living tissue by using an ultrasonic reception signal generated. The present invention relates to an ultrasonic observation apparatus that transmits ultrasonic waves by controlling driving of a vibrator.
医療分野において、超音波を生体組織に送信し、生体組織により反射された反射超音波信号を用いて、生体組織の断層像を画像表示させる超音波診断装置が使用されている。この超音波診断装置としては、身体表面に超音波振動子を内蔵した超音波プローブを当接させて、身体内部の生体組織の断層画像を生成させる体外超音波診断装置、身体の体腔内に挿入する挿入部に超音波振動子を内蔵した超音波プローブを体腔内臓器壁に当接させて、体腔内から臓器の断層画像を生成させる体内超音波診断装置(以下、超音波プローブ装置と称する)、体腔内を観察する観察光学系を有する挿入部に超音波振動子を内蔵させた超音波内視鏡装置等がある。 In the medical field, an ultrasonic diagnostic apparatus that transmits ultrasonic waves to a living tissue and displays a tomographic image of the living tissue using a reflected ultrasonic signal reflected by the living tissue is used. As this ultrasonic diagnostic apparatus, an extracorporeal ultrasonic diagnostic apparatus that generates a tomographic image of a living tissue inside the body by contacting an ultrasonic probe with a built-in ultrasonic transducer on the surface of the body, inserted into the body cavity of the body An intracorporeal ultrasonic diagnostic apparatus (hereinafter referred to as an ultrasonic probe apparatus) that generates an tomographic image of an organ from within the body cavity by bringing an ultrasonic probe having a built-in ultrasonic transducer into contact with the organ wall in the body cavity. There is an ultrasonic endoscope apparatus in which an ultrasonic transducer is incorporated in an insertion portion having an observation optical system for observing the inside of a body cavity.
このような超音波診断装置の内、前記超音波プローブ装置と超音波内視鏡装置は、体腔内に挿入される挿入部先端に超音波振動子が配置されており、この超音波振動子を機械的に回転、または進退させることにより超音波を所定の範囲内に送信させ、その反射超音波を用いて画像化している。これにより、例えば、臓器の疾患部である腫瘍の発見と浸潤度合いが観察できる。 Among such ultrasonic diagnostic apparatuses, the ultrasonic probe apparatus and the ultrasonic endoscope apparatus have an ultrasonic vibrator disposed at the distal end of an insertion portion to be inserted into a body cavity. Ultrasonic waves are transmitted within a predetermined range by mechanically rotating or moving back and forth, and imaging is performed using the reflected ultrasonic waves. Thereby, for example, the discovery and the degree of infiltration of a tumor which is a diseased part of an organ can be observed.
又、前記超音波内視鏡装置と、超音波プローブ装置は、体腔内に超音波振動子を挿入するために、超音波振動子と観察を行う臓器の疾患部との距離を短くすることが可能である。これにより超音波断層画像の分解能が良好となり、疾患部の精査が可能となる。なお、分解能が良好な診断を行う為には、前記超音波振動子から臓器に送信する超音波は、7.5MHz,12MHz,20MHz等のように一般的な対外超音波診断装置に比して高い周波数が用いられている。 The ultrasonic endoscope apparatus and the ultrasonic probe apparatus may shorten the distance between the ultrasonic transducer and the diseased part of the organ to be observed in order to insert the ultrasonic transducer into the body cavity. Is possible. As a result, the resolution of the ultrasonic tomographic image becomes good, and the diseased part can be examined closely. In order to make a diagnosis with good resolution, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer to the organ is compared with a general external ultrasonic diagnostic apparatus such as 7.5 MHz, 12 MHz, 20 MHz, etc. High frequencies are used.
前述したように、超音波振動子と、観察対象の臓器との距離を短くし、かつ、超音波の周波数を高くすることにより超音波断層画像の距離分解能を良くすると共に、超音波周波数の帯域を広くすることも行われている。 As described above, the distance between the ultrasonic transducer and the organ to be observed is shortened and the ultrasonic frequency is increased to improve the distance resolution of the ultrasonic tomographic image, and the ultrasonic frequency band. It is also done to widen.
この高い周波数と広い帯域の超音波を発生させる為には、従来は、高電圧により動作する電界効果トランジスタ(以下、単にFETと称する)を用いて形成したスイッチング回路により生成した矩形状のパルスを超音波振動子に供給して超音波発振制御している。 In order to generate ultrasonic waves of this high frequency and wide band, conventionally, rectangular pulses generated by a switching circuit formed using a field effect transistor (hereinafter simply referred to as FET) operated by a high voltage are used. The ultrasonic oscillation is controlled by supplying the ultrasonic transducer.
また、前記超音波プローブ装置と、超音波内視鏡装置は、距離方向の分解能の向上だけではなく、方位方向の分解能の向上が要求されている。この方位方向の分解能の向上のために、近年、ティッシュ・ハーモニック・イメージング(以下、THIと称する)が用いられている。 Further, the ultrasonic probe apparatus and the ultrasonic endoscope apparatus are required not only to improve the resolution in the distance direction but also to improve the resolution in the azimuth direction. In recent years, tissue harmonic imaging (hereinafter referred to as THI) has been used to improve the resolution in the azimuth direction.
このTHIの原理は、照射した超音波が生体組織により、歪みが生じて高調波を発生させる。この高調波のみを取り出して映像化すると、方位分解能の改善された画像となる。この高調波のビーム形は、基本波のビーム形に対し鋭く、狭いことが知られており、高調波を取り出すことにより、THIを実現している。 The principle of this THI is that the irradiated ultrasonic waves are distorted by the living tissue and generate harmonics. When only the harmonics are extracted and converted into an image, an image with improved azimuth resolution is obtained. This harmonic beam shape is known to be sharper and narrower than the fundamental beam shape, and THI is realized by extracting the harmonic.
更に、体腔内からの超音波診断において、超音波振動子と観察臓器との近距離による精査だけではなく、超音波振動子から遠く離れ、超音波が届く遠点における超音波断層画像も観察できることの要求も根強くある。この理由は、大きな病変部に対しての診断、及び盲目的挿入操作における臓器に対する超音波振動子の位置確認のためである。つまり、体腔内から超音波を放射走査する際に、超音波が体腔内臓器のどこに放射走査しているか見当がつかない場合がある。従って、超音波観察部位の周辺臓器の超音波断層像が得られることにより、現在観察している観察部位像の位置を術者が認識できる必要がある。 Furthermore, in ultrasound diagnosis from inside the body cavity, it is possible to observe not only the close examination of the ultrasonic transducer and the observation organ but also the ultrasonic tomographic image at a far point where the ultrasonic wave reaches far from the ultrasonic transducer. There is a strong demand. The reason for this is to diagnose a large lesion and confirm the position of the ultrasonic transducer relative to the organ in the blind insertion operation. In other words, there is a case where it is difficult to determine where the ultrasonic wave is being scanned in the body cavity when performing the radiation scan of the ultrasonic wave from the body cavity. Accordingly, it is necessary for the operator to be able to recognize the position of the currently observed observation site image by obtaining an ultrasonic tomographic image of an organ around the ultrasonic observation site.
この要望に対する深速度を向上させる手段として、広帯域送信、パルス圧縮等のさまざまな手法が用いられている。広帯域送信とは、従来の超音波振動子よりも周波数帯域の広い超音波振動子を用い、周波数帯域の広い送信波を生成送信する。この広帯域送信により送信された広帯域周波数の超音波は、生体組織からの反射超音波である受信信号も周波数帯域の広い信号となる。この周波数帯域の広い受信信号を用いて、超音波振動子から近い部分である近点は、高い周波数の超音波断層像を生成し、超音波振動子から遠い部分である遠点は、低い周波数だけの超音波断層像を生成してモニターに表示する。これにより、超音波振動子から見て、近点の生体組織である浅部は分解能の良い超音波断層像とし、超音波振動子から見て遠点である深部は感度の良い超音波断層像としてモニターに表示することができる。 Various means such as broadband transmission and pulse compression are used as means for improving the deep speed in response to this demand. With broadband transmission, an ultrasonic transducer having a wider frequency band than that of a conventional ultrasonic transducer is used, and a transmission wave having a wider frequency band is generated and transmitted. The wideband frequency ultrasonic waves transmitted by this wideband transmission also become a signal having a wide frequency band as a reception signal which is a reflected ultrasonic wave from a living tissue. Using this received signal with a wide frequency band, a near point that is close to the ultrasonic transducer generates a high-frequency ultrasonic tomogram, and a far point that is far from the ultrasonic transducer is a low frequency. Only an ultrasonic tomogram is generated and displayed on the monitor. As a result, when viewed from the ultrasonic transducer, the shallow portion, which is the living tissue at the near point, is an ultrasonic tomographic image with good resolution, and the deep portion, which is the far point, when viewed from the ultrasonic transducer, is a sensitive ultrasonic tomographic image. Can be displayed on the monitor.
又、前記パルス圧縮は、チャープ波を用いた方法とコード化パルスを用いた方法の2つの方法がある。チャープ波を用いたパルス圧縮は、時間的に低い周波数から高い周波数へと周波数をスイープした送信波形の超音波を生成送信する。または、時間的に高い周波数から低い周波数へと周波数をスイープした送信波形の超音波を生成送信する。この周波数をスイープさせた送信波形の超音波が生体組織から反射された反射超音波の受信時には、送信波形とほぼ同等の参照波を用意し、その参照波と受信信号とによる相関処理である、いわゆる畳み込み演算処理を行う。この畳み込み演算処理により、時間的に圧縮されて分解能が向上し、またS/Nが向上する為、深速度が向上すると言う利点がある。しかしながら、サイドローブが残るという、欠点も有する。 The pulse compression includes two methods, a method using a chirp wave and a method using a coded pulse. In pulse compression using a chirp wave, an ultrasonic wave having a transmission waveform in which the frequency is swept from a low frequency to a high frequency is generated and transmitted. Alternatively, an ultrasonic wave having a transmission waveform in which the frequency is swept from a high frequency to a low frequency is generated and transmitted. At the time of reception of reflected ultrasonic waves in which the transmission waveform with the frequency swept is reflected from the living tissue, a reference wave that is substantially equivalent to the transmission waveform is prepared, and correlation processing is performed between the reference wave and the reception signal. A so-called convolution operation process is performed. This convolution calculation process has the advantage of improving the depth speed because it is temporally compressed to improve resolution and S / N. However, it also has the disadvantage that side lobes remain.
更に、コード化パルスを用いたパルス圧縮は、コード化の方法としてゴーレイコード等あるが、処理方法としては、上記チャープ波と同等であり、同じように、深達度の向上が図れるが、サイドローブの発生の問題が生じる。 Furthermore, pulse compression using coded pulses is Golay code or the like as a coding method, but the processing method is equivalent to the above chirp wave, and in the same way, the depth of penetration can be improved, The problem of the occurrence of side lobes arises.
このように、観察対象部位に対する走査させる超音波の送信方法に応じて、超音波振動子に供給する超音波発振信号を生成供給のための超音波送信回路が特許文献1に提案されている。
超音波内視鏡装置、または超音波プローブ装置は、先端に超音波振動子を内蔵した挿入部を体腔内に挿入し、その超音波振動子から体腔内臓器へと超音波を送信し、その反射超音波である受信信号により臓器の超音波断層像を生成表示し、その超音波断層像から臓器の疾患部の観察が行われている。 An ultrasonic endoscope device or an ultrasonic probe device inserts an insertion portion having a built-in ultrasonic transducer into a body cavity, transmits ultrasonic waves from the ultrasonic transducer to an organ in the body cavity, and An ultrasonic tomographic image of an organ is generated and displayed by a reception signal that is a reflected ultrasonic wave, and a diseased part of the organ is observed from the ultrasonic tomographic image.
この超音波内視鏡装置、または超音波プローブ装置により体腔内臓器に送信される超音波は、前述したように、観察部位である臓器と観察目的に応じて、短パルス送信モード、パルスを組み合わせた広帯域送信モード、THIによる基本波だけの送信モード、チャープ波を用いたパルス圧縮モード、コード化パルスを用いたパルス圧縮モード等の複数の送信モードに応じて超音波振動子を駆動制御する送信回路が用いられている。 As described above, the ultrasonic wave transmitted to the organ in the body cavity by this ultrasonic endoscope apparatus or ultrasonic probe apparatus is combined with the short pulse transmission mode and the pulse according to the organ to be observed and the observation purpose. Transmission that controls driving of an ultrasonic transducer according to multiple transmission modes such as a wideband transmission mode, a transmission mode using only a fundamental wave using THI, a pulse compression mode using a chirp wave, and a pulse compression mode using a coded pulse. A circuit is used.
この複数の送信モードに応じて、超音波振動子を駆動させる要望に対して、前記特許文献1に提案されているような送信回路において、FETにより構成されたスイッチング回路を用いて高電圧によるスイッチ制御では、対応が難しい状況となっている。例えば、THIにおいて要求される基本波だけの送信モードは、送信回路が短パルス送信モードに対応していると高調波も送信してしまいTHIが実現できない。この短パルス送信モードにおいて、THIを得るためには、同一観察部位に2度超音波を送信させる制御を行う必要があるが、挿入部先端に内蔵される超音波振動を機械的に回転、または進退させて超音波を走査させる機械的走査には不向きである。又、チャープ波によるパルス圧縮モードは、前記FETのスイッチングでは実現できず、FETによるスイッチング回路とは別にパワーアンプが必要となっている。
In response to the request to drive the ultrasonic transducer according to the plurality of transmission modes, in the transmission circuit as proposed in
このような課題を解決する手段として、高電圧FETスイッチング回路をパワーアンプに置き換えるという手段がある。しかしながら、パワーアンプに置き換えた場合、その消費電力は膨大であり、超音波振動子の機械的走査の場合100W級アンプが必要であり、実現が困難である。 As means for solving such a problem, there is means for replacing the high voltage FET switching circuit with a power amplifier. However, when replaced with a power amplifier, the power consumption is enormous, and in the case of mechanical scanning of an ultrasonic transducer, a 100 W class amplifier is necessary, which is difficult to realize.
また、このパワーアンプを搭載した場合、受信信号に与えるノイズの影響も大きい。特に、パルス波、チャープ波と時間的に大きく異なる信号を扱うため、時間的に長いチャープ波を考慮して、受信期間にノイズが混入しないよう対策すると、パルス波時にノイズが載ってしまい完全にノイズを除去しきれない問題がある。 In addition, when this power amplifier is mounted, the influence of noise on the received signal is great. In particular, in order to handle signals that are significantly different in time from pulse waves and chirp waves, taking into account long time chirp waves and taking measures to prevent noise from being mixed in during the reception period, noise will appear in the pulse wave and will be completely removed. There is a problem that noise cannot be removed.
本発明は、上記事情に鑑み、短パルス、THI、チャープ波のような任意な高電圧波形を発生することが可能であり、反射超音波の受信期間においては、ノイズを抑制し、S/Nの良い超音波画像が得られる超音波送信回路を提供すると共に、超音波振動子からの超音波出力波形を切り替える際、超音波画像の感度差が大きく異なることも無く、送信モードに応じた任意の波形に連動して、超音波振動子への出力波形の振幅値をコントロール可能とした超音波送信回路を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention can generate an arbitrary high voltage waveform such as a short pulse, THI, or chirp wave, suppresses noise during the reception period of reflected ultrasonic waves, and reduces S / N. In addition to providing an ultrasonic transmission circuit capable of obtaining a good ultrasonic image, when switching the ultrasonic output waveform from the ultrasonic transducer, there is no significant difference in sensitivity of the ultrasonic image, and an arbitrary transmission mode can be selected according to the transmission mode. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transmission circuit capable of controlling the amplitude value of the output waveform to the ultrasonic transducer in conjunction with the waveform.
本発明の超音波観測装置は、少なくとも一つの振動子を有する超音波振動子と、この超音波振動子を機械的に回転、もしくは進退走査させる超音波走査部とを有する超音波観測装置において、前記超音波振動子から任意波形の超音波信号を発振送信させるための任意波形信号を発生させる任意波形発生部と、この任意波形発生部からの任意波形信号を所定の値に増幅して、前記超音波振動子に供給する超音波増幅部と、前記超音波走査部からの超音波振動子の機械的回転、もしくは進退操作に同期した同期信号により、前記超音波増幅部を動作状態と非動作状態に制御し、動作状態開始から一定期間経過後に、前記任意波形発生部からの任意波形信号を入力増幅し、この任意波形信号の増幅出力終了と同時に前記超音波増幅部を非動作状態に制御するコントローラと、を具備することを特徴としている。 The ultrasonic observation apparatus of the present invention is an ultrasonic observation apparatus having an ultrasonic transducer having at least one transducer and an ultrasonic scanning unit that mechanically rotates or advances and retracts the ultrasonic transducer. An arbitrary waveform generator for generating an arbitrary waveform signal for oscillating and transmitting an ultrasonic signal of an arbitrary waveform from the ultrasonic transducer, and amplifying the arbitrary waveform signal from the arbitrary waveform generator to a predetermined value, The ultrasonic amplifying unit is supplied to the ultrasonic transducer, and the ultrasonic amplifying unit is activated and deactivated by a synchronization signal synchronized with the mechanical rotation or advance / retreat operation of the ultrasonic transducer from the ultrasonic scanning unit. After a certain period of time has elapsed since the start of the operation state, the arbitrary waveform signal from the arbitrary waveform generation unit is input and amplified, and at the same time as the amplification output of the arbitrary waveform signal ends, the ultrasonic amplification unit is put into a non-operation state Gosuru is characterized by comprising a controller.
本発明の超音波観測装置の前記超音波増幅部は、前記任意波形発生部からの任意波形信号に応じて、増幅度を切換可能とすることを特徴としている。 The ultrasonic amplification unit of the ultrasonic observation apparatus of the present invention is characterized in that the amplification degree can be switched in accordance with an arbitrary waveform signal from the arbitrary waveform generation unit.
本発明の超音波観測装置の前記任意波形発生部からは、前記超音波走査部からの同期信号に同期して、前記超音波増幅部に供給する任意波形信号を順次切換可能とすることを特徴としている。 The arbitrary waveform generator of the ultrasonic observation apparatus of the present invention is capable of sequentially switching the arbitrary waveform signal supplied to the ultrasonic amplifying unit in synchronization with the synchronization signal from the ultrasonic scanning unit. It is said.
本発明の超音波観測装置の前記コントローラは、前記超音波振動子、超音波断層画像の表示形態、操作卓からの入力情報により、前記任意波形発生部と前記超音波増幅部の駆動状態を制御可能とすることを特徴としている。 The controller of the ultrasonic observation apparatus of the present invention controls the driving state of the arbitrary waveform generation unit and the ultrasonic amplification unit based on the input information from the ultrasonic transducer, the display form of the ultrasonic tomographic image, and the console. It is characterized by making it possible.
本発明の超音波観測装置により、超音波振動子から送信する超音波の送信モードに応じた任意の波形の超音波生成送信が可能となり、かつ、パワーアンプの消費電力の削減が可能となり、近点及び遠点共にS/Nの良好な超音波画像が得られるようになる。 With the ultrasonic observation apparatus of the present invention, it is possible to generate and transmit an ultrasonic wave having an arbitrary waveform according to the transmission mode of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer, and to reduce the power consumption of the power amplifier. An ultrasonic image with a good S / N can be obtained at both the point and the far point.
本発明の超音波観測装置は、複数の超音波送信モードに応じた任意の送信波形の超音波出力を生成でき、その送信モードの送信波形の持続時間に応じて、任意にパワーアンプのイネーブル状態をコントロールすることが可能となり、超音波振動子の近点における観察部位のS/Nの良好な超音波画像が得られる。さらに、前記超音波送信モードに応じた任意の送信波形に適合させて、パワーアンプのイネーブル期間を最適制御できるために、消費電力を最小化させることが可能となり、パワーアンプの小型化も可能となった。 The ultrasonic observation apparatus of the present invention can generate an ultrasonic output of an arbitrary transmission waveform corresponding to a plurality of ultrasonic transmission modes, and arbitrarily enables the power amplifier according to the duration of the transmission waveform of the transmission mode. Can be controlled, and an ultrasonic image with a good S / N of the observation site at the near point of the ultrasonic transducer can be obtained. Furthermore, the power amplifier enable period can be optimally controlled by adapting to an arbitrary transmission waveform according to the ultrasonic transmission mode, so that power consumption can be minimized and the power amplifier can be miniaturized. became.
よって、消費電力が最少な小型化パワーアンプが実現でき、観察部位の浅部から深部まで分解能に優れ、高深速度な超音波画像による観察できる効果を有している。 Therefore, a miniaturized power amplifier that consumes the least amount of power can be realized, and it has an effect of being able to observe an ultrasonic image with excellent resolution from a shallow part to a deep part of an observation site and a high depth speed.
以下、本発明に係る超音波送信回路について、図面を用いて説明する。図1は本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路の全体構成を示すブロック図、図2は本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路に用いるパワーアンプの構成を示す接続図、図3は本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路に用いる可変アンプとパワーアンプの構成を示す接続図、図4は、本発明に係る超音波送信回路による超音波振動子の駆動制御動作を説明するタイミングチャート、図5は本発明に係る超音波送信回路の各種モードによる超音波振動子の駆動制御動作を説明するタイミングチャート、図6は本発明に係る超音波送信回路により超音波振動子から送信された短パルス送信と、バースト送信による超音波の受信信号から生成した超音波断層像のモニタ表示状態を説明する説明図、図7本発明に係る超音波送信回路により超音波振動子から送信された短パルス送信と、バースト送信による超音波の受信信号から生成した超音波断層像それぞれのモニタ表示状態を説明する説明図である。 Hereinafter, an ultrasonic transmission circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an ultrasonic transmission circuit in an ultrasonic observation apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a connection diagram showing the configuration of a power amplifier used in the ultrasonic transmission circuit in the ultrasonic observation apparatus according to the present invention. FIG. 3 is a connection diagram showing configurations of a variable amplifier and a power amplifier used in an ultrasonic transmission circuit in the ultrasonic observation apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating driving of an ultrasonic transducer by the ultrasonic transmission circuit according to the present invention. FIG. 5 is a timing chart for explaining the drive control operation of the ultrasonic transducer in various modes of the ultrasonic transmission circuit according to the present invention. FIG. 6 is a timing chart for explaining the control operation by the ultrasonic transmission circuit according to the present invention. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a monitor display state of an ultrasonic tomogram generated from a short pulse transmission transmitted from an acoustic transducer and an ultrasonic reception signal by burst transmission. A short pulse transmissions have been transmitted from the ultrasonic transducer by ultrasonic transmission circuit according an explanatory view for explaining an ultrasonic tomographic image each monitor display state generated from the received signal of the ultrasonic waves by burst transmission.
最初に、図1を用いて本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路の全体構成を説明する。この超音波送信回路は、波形メモリ11、シフトレジスタ12、デジタル/アナログ変換器(以下、単にD/A変換器と称する)13、可変アンプ14、パワーアンプ15、及びコントローラ16から構成されている。
First, the overall configuration of the ultrasonic transmission circuit in the ultrasonic observation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The ultrasonic transmission circuit includes a waveform memory 11, a shift register 12, a digital / analog converter (hereinafter simply referred to as a D / A converter) 13, a
波形メモリ11は、前述した複数の送信モードによる送信超音波波形のデータをデジタルデータとして格納しているメモリである。シフトレジスタ12は、前記波形メモリ11から所定のデジタルデータを読み出し、D/A変換器13へと出力する。D/A変換器13は、前記シフトレジスタ13から供給されたデジタルデータ、例えば、8bitのデジタルデータをアナログ信号に変換して、可変アンプ14へ供給する。可変アンプ14は、前記D/A変換器13から供給されたアナログ信号を所定の増幅度により増幅して、パワーアンプ15へ供給する。パワーアンプ15は、前記可変アンプ14から供給された増幅アナログ信号を、おおよそ50db増幅して図示していない超音波振動子に出力する。コントローラ16は、前記波形メモリ11、シフトレジスタ12、可変アンプ14、及びパワーアンプ15をそれぞれ駆動制御する。
The waveform memory 11 is a memory that stores transmission ultrasonic waveform data in a plurality of transmission modes described above as digital data. The shift register 12 reads predetermined digital data from the waveform memory 11 and outputs it to the D /
なお、前記波形メモリ11、シフトレジスタ12、及びD/A変換器13は、前述した複数の送信モードに応じた超音波を送信させるための任意波形発生部を構成している。
The waveform memory 11, the shift register 12, and the D /
前記コントローラ16には、図示していない超音波内視鏡の挿入部先端の超音波振動子、または超音波プローブ装置のプローブ先端に設けられている超音波振動子の機械的な回転、または進退走査に同期した同期信号であるA相信号と、前記超音波内視鏡装置、または超音波プローブ装置を識別を示す周波数コードが入力される。更に、術者が使用する超音波内視鏡装置、または超音波プロープ装置の識別を示す周波数コード信号、及びその他の超音波送信回路の駆動を制御する指示情報を図示しない操作卓からの信号が入力できるようになっている。
The
このコントローラ16は、入力されたA相信号と周波数コード信号を基に、前記波形メモリ11から読み出す波形データのアドレス設定、前記波形メモリ11からシフトレジスタ12による波形データの読み出しクロック生成、前記可変アンプ14の増幅度を設定するゲインコントロール信号、及び前記パワーアンプ15の前記可変アンプ14からのアナログ信号の供給を受けるイネーブル期間を制御するV_Gate信号を生成する。
The
この超音波送信回路のコントローラ16において生成される各種制御信号のタイミングについて、図4を用いて説明する。
図示していない超音波内視鏡装置及び超音波プローブ装置の超音波振動子の機械的な回転、または進退走査させる超音波操作部からのA相信号は、1回転につき、例えば、256パルス出力され、超音波振動子が6.67rpsにより回転しているとすると、A相のパルス間隔は、パルス間隔=1/6.67/256/2=293μsとなる。つまり、293μsに1回、超音波送信回路から超音波振動子に超音波送信信号が出力されて、超音波が発振送信される。
The timing of various control signals generated in the
An A-phase signal from an ultrasonic operation unit that performs mechanical rotation of an ultrasonic transducer of an ultrasonic endoscope apparatus and an ultrasonic probe apparatus (not shown) or scans back and forth is output, for example, 256 pulses per rotation. Assuming that the ultrasonic transducer is rotating at 6.67 rps, the pulse interval of the A phase is pulse interval = 1 / 6.67 / 256/2 = 293 μs. That is, an ultrasonic transmission signal is output from the ultrasonic transmission circuit to the ultrasonic transducer once every 293 μs, and the ultrasonic wave is oscillated and transmitted.
図4に示すクロック信号は、前記超音波送信回路のコントローラ16の駆動を制御するクロックであり、このクロック信号に同期して、前記アドレス信号、ゲインコントロール信号、V_Gate信号等の生成出力の制御が行われる。
The clock signal shown in FIG. 4 is a clock for controlling the driving of the
前記コントローラ16は、前記A相信号の立ち上がりと立下りエッジに同期して遅延ゲート信号を立ち上げる。この遅延ゲート信号は、立ち上がりから、図示していないカウンタで前記クロック信号を所定値カウントして、立ち下げるように制御されている。例えば、この遅延ゲート信号幅は、後述するパワーアンプ15のスタンバイ状態に要する時間だけカウントするように、本発明の実施形態の例では、3μsに設定されている。
The
次に、バイアスゲート信号は、前記遅延ゲート信号の立ち下がってから、後述する読み出しクロック信号が動作する間に立ち上がる。この遅延ゲート信号とバイアスゲート信号により、後述するパワーアンプ15のイネーブルをコントロールしている。なお、前記読み出しクロック信号は、入力された超音波内視鏡装置、または超音波プローブ装置を識別する前記コントローラ16に入力された周波数コード、及び操作卓から入力された識別周波数コードにより制御されると共に、この読み出しクロック信号のクロック数は、超音波振動子から出力される、超音波信号の持続期間により制御される。
Next, the bias gate signal rises during the operation of a read clock signal described later after the delay gate signal falls. The delay gate signal and the bias gate signal control the enable of the
V_Gate信号は、前記遅延ゲート信号とバイアスゲートを加算したパルス幅bを有しており、前記A相信号が入力されてから、読み出しクロック信号が終了するまでの間、ハイ(HIGH)となる。つまり、V_Gate信号のハイ期間は、前記超音波送信回路のパワーアンプ15をイネーブル状態とし、ロー(LOW)期間はディスイネーブル状態に制御する。
The V_Gate signal has a pulse width b obtained by adding the delay gate signal and the bias gate, and becomes high (HIGH) after the A-phase signal is input until the read clock signal ends. That is, the
Txトリガ信号は、前記遅延ゲート信号に同期して生成出力される。このTxトリガ信号は、図示していない、反射超音波信号を受信する際のデータの取り込みのタイミングをコントロールするものである。 The Tx trigger signal is generated and output in synchronization with the delay gate signal. This Tx trigger signal controls the timing of capturing data when receiving a reflected ultrasonic signal (not shown).
Tx信号は、前記読み出しクロック信号による制御の基において、前記波形メモリ11から前記シフトレジスタ12によって読み出された送信モードに応じた任意波形データを前記D/A変換器13においてデジタルデータからアナログ信号に変換された任意波形信号である。このTx信号は、前記可変アンプ14において増幅され、前記パワーアンプ15のイネーブル状態時に増幅され、約100Vp−p程度の電圧に変換されて超音波振動子へと出力される。
The Tx signal is obtained by converting the arbitrary waveform data corresponding to the transmission mode read from the waveform memory 11 by the shift register 12 from the digital data to the analog signal in the D /
次に、前記超音波送信回路のパワーアンプ15の構成について、図2を用いて説明する。前記可変アンプ14から供給されるTx信号は、入力端子Vinに入力される。入力端子Vinは、抵抗R1を介して接地電位に接続されると共に、コンデンサC2、インピーダンス整合器T1の1次側、コンデンサC1の直列接続を介して接地電位に接続されている。
Next, the configuration of the
前記インピーダンス整合器T1の2次側の一方端は、抵抗R2を介して接地電位に接続されると共に、ソースが互いに接続された差動形式のFETQ1の一方のゲートと、抵抗R4とコンデンサC3の直列接続を介して前記FETQ1の一方のドレインに接続されている。前記インピーダンス整合器T1の2次側の他方端は、抵抗R3を介して接地電位に接続されると共に、前記FETQ1の他方のゲートと、抵抗R7とコンデンサC4の直列接続を介して前記FETQ1の他方のドレインに接続されている。前記FETQ1の両ゲートの間には、抵抗R5と抵抗R6が直列接続され、この抵抗R5と抵抗R6の接続点には、前記V_Gate信号が供給されるV_Gate端子が接続されている。 One end of the secondary side of the impedance matching unit T1 is connected to the ground potential via the resistor R2, and one of the gates of the differential FETQ1 having the sources connected to each other, the resistor R4, and the capacitor C3. It is connected to one drain of the FET Q1 through a series connection. The other end of the secondary side of the impedance matching unit T1 is connected to a ground potential via a resistor R3, and the other end of the FET Q1 is connected to the other gate of the FET Q1 via a series connection of a resistor R7 and a capacitor C4. Connected to the drain. A resistor R5 and a resistor R6 are connected in series between both gates of the FET Q1, and a V_Gate terminal to which the V_Gate signal is supplied is connected to a connection point between the resistors R5 and R6.
前記FETQ1の両ドレイン間には、それぞれのドレインに駆動電源Vccからの駆動電源を分配供給するトランスT2が接続されている。このトランスT2の中間点には、駆動電源Vccが接続されると共に、コンデンサC5を介して接地電位に接続されている。更に、前記FETQ1の一方のドレインには、合成トランスT3の一方側とコンデンサC6の直列接続を介して接地電位に接続され、前記FETQ1の他方のドレインには、合成トランスT3の他方側とコンデンサC7の直列接続を介して位相分配器T4に接続されている。 Between both drains of the FET Q1, a transformer T2 that distributes and supplies drive power from the drive power supply Vcc is connected to each drain. A driving power source Vcc is connected to an intermediate point of the transformer T2, and is connected to a ground potential via a capacitor C5. Further, one drain of the FET Q1 is connected to the ground potential through a series connection of one side of the synthesis transformer T3 and the capacitor C6, and the other drain of the FET Q1 is connected to the other side of the synthesis transformer T3 and the capacitor C7. Are connected to the phase distributor T4 through a series connection.
つまり、前記FETQ1、抵抗R2,R3,R4,R,R6,R7、コンデンサC3,C4、トランスT2により増幅段15aが構成されている。前記入力端子Vinから供給されたTx信号は、前記インピーダンス整合器T1において、インピーダンス整合されて、このインピーダンス整合器T1の2次側から増幅段15aのFETQ1のそれぞれのゲートに位相が180゜異なるTx信号が入力される。 That is, the FET Q1, resistors R2, R3, R4, R, R6, R7, capacitors C3, C4, and transformer T2 constitute an amplification stage 15a. The Tx signal supplied from the input terminal Vin is impedance-matched in the impedance matching unit T1, and Tx is different in phase by 180 ° from the secondary side of the impedance matching unit T1 to each gate of the FET Q1 of the amplification stage 15a. A signal is input.
このFETQ1は、前記V_Gate端子から供給されたV_Gate信号により抵抗R5,R6に電流が流れ、この抵抗R5,R6の電流によりFETQ1のゲート電圧が与えられて動作を行う。すなわち、V_Gate信号がロー(0V)の場合、抵抗R5,R2と抵抗R6,R3に電流が流れず、ゲート電位が0VとなりFETQ1は動作しない。このFETQ1が動作しないと、このFETQ1に駆動電源Vccからの電流供給が行われないために、FETQ1における増幅動作は行われず、電流消費も生じない。 The FET Q1 operates by supplying a current to the resistors R5 and R6 by the V_Gate signal supplied from the V_Gate terminal, and applying the gate voltage of the FET Q1 by the currents of the resistors R5 and R6. That is, when the V_Gate signal is low (0 V), no current flows through the resistors R5 and R2 and the resistors R6 and R3, the gate potential becomes 0 V, and the FET Q1 does not operate. If the FET Q1 does not operate, no current is supplied to the FET Q1 from the drive power supply Vcc, so that the amplification operation in the FET Q1 is not performed and no current is consumed.
また、前記V_Gate端子のV_Gate信号がハイの場合は、前記FETQ1にゲート電圧が印加され、駆動電源Vccから電流供給されて、FETQ1が増幅動作を行い、前記インピーダンス整合器T1からの180゜位相の異なるそれぞれのTx信号を増幅する。本発明の実施形態において、この増幅段15aにおいて、約50dbのゲインが得られるように設定されている。 Further, when the V_Gate signal at the V_Gate terminal is high, a gate voltage is applied to the FET Q1, current is supplied from the driving power source Vcc, and the FET Q1 performs an amplification operation, and the 180 ° phase from the impedance matching unit T1. Each different Tx signal is amplified. In the embodiment of the present invention, the amplification stage 15a is set to obtain a gain of about 50 db.
前記増幅段15aのFETQ1により増幅された180゜位相の異なるTx信号は、前記FETQ1のそれぞれのドレインに接続された合成トランスT3により合成される。この合成されたTx信号は、位相分配器T4において、180゜位相の異なるTx信号を生成する。 The Tx signals different in phase by 180 ° amplified by the FET Q1 of the amplification stage 15a are synthesized by the synthesis transformer T3 connected to the respective drains of the FET Q1. The synthesized Tx signal generates Tx signals having a phase difference of 180 ° in the phase distributor T4.
この位相分配器T4の両出力端には、インピーダンス整合器T5,T6のそれぞれの1次側を介して接地電位に接続されている。このインピーダンス整合器T5の2次側には、FETQ2を主体として、前記増幅段15aと同じ構成の増幅段15bが設けられている。又、前記インピーダンス整合器T6の2次側には、FETQ3を主体として、前記増幅段15aと同じ構成の増幅段15cが設けられている。 Both output terminals of the phase distributor T4 are connected to the ground potential via the primary sides of the impedance matching units T5 and T6. On the secondary side of the impedance matching unit T5, an amplification stage 15b having the same configuration as that of the amplification stage 15a is provided with the FET Q2 as a main component. On the secondary side of the impedance matching unit T6, an amplification stage 15c having the same configuration as that of the amplification stage 15a is provided mainly with the FET Q3.
前記増幅段15bのインピーダンス整合器T5に入力されたTx信号は、2次側からそれぞれ180゜位相の異なるTx信号として出力され、前記V_Gate端子から供給されたV_Gate信号により抵抗R13,R8と抵抗R14,R9を介してバイアス電流が流れ、FETQ2のゲートに電圧が印加されると、FETQ2の動作点が設定される。この動作点が設定されると駆動電源VccからのトランスT7を介してFETQ2に駆動電流が供給されて、FETQ2のそれぞれのゲートに供給されたTx信号が所定の大きさの信号に増幅される。 The Tx signal input to the impedance matching unit T5 of the amplification stage 15b is output as a Tx signal having a phase difference of 180 ° from the secondary side, and the resistors R13 and R8 and the resistor R14 are received by the V_Gate signal supplied from the V_Gate terminal. , R9, a bias current flows, and when a voltage is applied to the gate of FET Q2, the operating point of FET Q2 is set. When this operating point is set, a drive current is supplied to the FET Q2 from the drive power supply Vcc via the transformer T7, and the Tx signal supplied to the respective gates of the FET Q2 is amplified to a signal having a predetermined magnitude.
前記増幅段15cのインピーダンス整合器T6に入力されたTx信号は、前記増幅段15bと同様な動作によりFETQ3により増幅される。この増幅段15b、15cの相違は、それぞれのインピーダンス整合器T5,T6に供給されるTx信号の位相が異なるだけである。 The Tx signal input to the impedance matching unit T6 of the amplification stage 15c is amplified by the FET Q3 by the same operation as that of the amplification stage 15b. The difference between the amplification stages 15b and 15c is only that the phases of the Tx signals supplied to the impedance matching units T5 and T6 are different.
つまり、この増幅段15b,15cは、前述した増幅段15aと同様に、V_Gate端子からV_Gate信号がハイ期間のみ駆動電源Vccが供給印加されて増幅動作し、このV_Gate信号がロー期間は駆動電源Vccが供給印加されず増幅動作が行われない。このために、FETQ2,FETQ3の非動作時には、消費電力をほとんど零にすることができる。 That is, the amplification stages 15b and 15c perform the amplification operation by supplying the drive power supply Vcc from the V_Gate terminal only during the high period of the V_Gate signal, as in the above-described amplification stage 15a, and the V_Gate signal is driven during the low period. Is not applied and no amplification operation is performed. For this reason, when the FETQ2 and FETQ3 are not operating, the power consumption can be made almost zero.
前記増幅段15bのFETQ2において、増幅されたそれぞれ位相の異なるTx信号は、合成トランスT9において合成されて、後述する位相分配加算器T11に出力する。前記増幅段15cのFETQ3において、増幅されたそれぞれ位相の異なるTx信号は、合成トランスT10において合成されて、後述する位相分配加算器T11に出力する。位相分配加算器T11は、前記増幅段15bの合成トランスT9と、前記増幅段15cの合成トランスT10からのそれぞれ位相の異なるTx信号を位相分配合成処理して、抵抗R20を介して、出力端子Voutから図示していない超音波振動子へと出力する。 In the FET Q2 of the amplification stage 15b, the amplified Tx signals having different phases are synthesized by the synthesis transformer T9 and output to the phase distribution adder T11 described later. In the FET Q3 of the amplification stage 15c, the amplified Tx signals having different phases are synthesized by the synthesis transformer T10 and output to the phase distribution adder T11 described later. The phase distribution adder T11 performs phase distribution combination processing on the Tx signals having different phases from the synthesis transformer T9 of the amplification stage 15b and the synthesis transformer T10 of the amplification stage 15c, and outputs the output terminal Vout via the resistor R20. To an ultrasonic transducer (not shown).
このようなパワーアンプ15を超音波送信回路に用いることにより、任意の波形の超音波振動子の発振制御信号を発生することが可能となる。また、V_Gate信号によりFETQ1,Q2,Q3のゲートバイアスを設定することにより、そのゲートバイアスによるイネーブル期間の間、任意波形の超音波振動子の発振制御信号を増幅出力させることができる。さらに、ディスイネーブルの間は超音波振動子の発振制御信号の増幅動作は停止されて、超音波振動子の発振制御信号の出力も停止される。
By using such a
これにより、前記パワーアンプ15のイネーブル状態とディスイネーブル状態を比較すると、イネーブル状態の期間を0.5μsと仮定すると、A相の繰り返し期間が293μsであることから、デューティーサイクルは0.177%となる。従って、前記パワーアンプ15の最大出力ワット数を100Wとした場合、デューティーサイクルが0.177%から平均電力は17.7W となり、パワーアンプ15を小型化できることになる。さらに、前記パワーアンプ15は、超音波振動子の発振制御信号の生成期間であるイネーブル期間のみ動作し、このイネーブル期間の超音波振動子の発振制御信号の送信終了直後からディイネーブル期間とすることができるために、ほとんどノイズも発生せず、超音波画像のS/N改善が可能となる。
Accordingly, when the enable state and the disable state of the
次に、前記超音波送信回路の可変アンプ14について、図3を用いて説明する。この可変アンプ14は、図中符号U1で示しており、前記D/A変換器13において、アナログ信号に変換されたTx信号を任意の増幅度の信号に増幅し、その増幅された信号を前記パワーアンプ15に供給する。増幅度のコントロールは、前記コントローラ16からのゲインコントロール信号により設定される。
Next, the
この可変アンプ15を設けることにより、パワーアンプ15を複雑にすることなく、又超音波振動子から送信された超音波の任意波形により超音波画像の感度が変化する場合に、例えば、操作卓から術者により入力され、コントローラ16からのゲインコントロール信号により超音波画像の表示輝度を一定にする制御も可能となる。
By providing the
次に、本発明の超音波送信回路の各種送信モードにおける動作タイミングについて、図5を用いて説明する。従来の超音波送信回路は、図5(a)に示すように、超音波振動子の回転、または進退走査に同期したA相信号の立ち上がりと立ち下がりに同期して、反射超音波を受信処理する超音波受信部における受信信号データの取り込みタイミング用のTxトリガ信号と、前記超音波送信回路における超音波振動子の駆動用のTxデータ信号とが生成されている。このために、Txデータ信号の送信終了後もパワーアンプは動作し続けるために、ノイズの影響を受けたり、及びパワーアンプの平均電流消費量も増大している。 Next, the operation timing in various transmission modes of the ultrasonic transmission circuit of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, the conventional ultrasonic transmission circuit receives reflected ultrasonic waves in synchronization with the rise and fall of the A-phase signal synchronized with the rotation of the ultrasonic transducer or the advance / retreat scanning. The Tx trigger signal for the reception timing of the received signal data in the ultrasonic receiving unit and the Tx data signal for driving the ultrasonic transducer in the ultrasonic transmission circuit are generated. For this reason, since the power amplifier continues to operate even after the transmission of the Tx data signal is completed, it is affected by noise and the average current consumption of the power amplifier is also increased.
これに対して、図5(b)に示すように、本発明の超音波送信回路は、超音波振動子を短パルスにより発振制御する場合は、前記コントローラ16からの短パルス送信モードにより設定されるV_Gate信号は、ハイ期間aに設定される。このV_Gate信号のハイ期間aの間は、前記パワーアンプ15が動作状態となる。このV_Gate信号の立ち上がりから所定時間dが経過した後にTxトリガ信号を立ち上がらせ、かつ、超音波振動子の発振駆動用のTx信号が送信される。前記V_Gate信号のロー期間は、前記パワーアンプ15が非動作状態となり、超音波振動子の発振駆動用のTx信号の送信も停止されてノイズの発生も防止できる。この結果、超音波振動子の近点の観察部位の超音波画像のS/Nも改善される。例えば、図7(a)に示す如く、4cmレンジでは、被検体の浅部を分解能良く観察したく、短パルスを発生させると、V_Gate信号は、図5(b)の期間aに設定されることから超音波振動子の近点のS/Nの良好な超音波画像の観察が可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the ultrasonic transmission circuit of the present invention is set by the short pulse transmission mode from the
次に、図5(c)に示すように、本発明の超音波送信回路は、超音波振動子をチャープ波により発振制御する場合は、前記コントローラ16からのチャープ波送信モードにより設定されるV_Gate信号は、ハイ期間bに設定される。このV_Gate信号のハイ期間bの間は、前記パワーアンプ15が動作状態となる。このV_Gate信号の立ち上がりから所定時間dが経過した後にTxトリガ信号を立ち上がらせ、かつ、超音波振動子の発振駆動用のTx信号が送信される。
Next, as shown in FIG. 5 (c), the ultrasonic transmission circuit of the present invention uses the V_Gate set by the chirp wave transmission mode from the
つまり、V_Gate信号のハイ期間bは、超音波振動子のチャープ波送信のデータの長さに合わせて可変させて、前記パワーアンプの動作状態期間を制御することにより、超音波振動子の駆動発振に必要なデータの送信が可能となり、前記V_Gate信号のハイ期間が終了直後に前記パワーアンプ15を非動作状態とする。これによりノイズの発生も防止でき、さらに、超音波振動子の近点の超音波画像のS/Nも改善される。例えば、図7(b)に示す如く、9cmのレンジでは、被検体の深部までを観察したく、チャープ波またはバースト波を発生させると、V_Gate信号は、図5(c)に示すように、期間bに供給されることからTx信号の持続時間は長くなる。これにより、超音波振動子の近点の観察部位のS/Nの良い超音波画像が観察することが可能となる。このように、超音波振動子の送信モードに応じて、かつ、駆動データの長さに応じて、V_Gate信号のハイ期間の長さを連動させることができるために、何時でもS/Nの良好な超音波断層像の観察が可能となる。
In other words, the high period b of the V_Gate signal is varied in accordance with the length of the chirp wave transmission data of the ultrasonic vibrator, and the operation state period of the power amplifier is controlled to thereby drive and oscillate the ultrasonic vibrator. The necessary data can be transmitted, and the
前記短パルスによる発振制御と、前記チャープ波による発振制御とを組み合わせて、図5(d)に示すように、超音波振動子の発振駆動制御の1音線毎に、短パルスと、チャープ波等のバースト送信とを交互に切換送信することも可能となる。これにより、短パルスによる画像に、バースト送信による画像を合成することにより、図6に示すように、短パルスによる超音波振動子から近点である観察部位の浅部の超音波画像は分解能が良好となり、バースト送信による超音波振動子の遠点である観察部位の深部の超音波画像は深達度が良好となる。 Combining the oscillation control by the short pulse and the oscillation control by the chirp wave, as shown in FIG. 5 (d), for each sound ray of the oscillation drive control of the ultrasonic transducer, the short pulse and the chirp wave It is also possible to alternately switch transmission with burst transmission such as. As a result, by synthesizing the image by the burst transmission with the image by the short pulse, as shown in FIG. 6, the ultrasonic image of the shallow part of the observation site that is the near point from the ultrasonic transducer by the short pulse has a resolution. The ultrasonic image of the deep part of the observation site, which is the far point of the ultrasonic transducer by burst transmission, has a good depth of penetration.
なお、このような短パルス送信と、チャープ波等のバースト送信を1音線毎に切換送信すると、送信音圧が異なるために、超音波画像の合成時に輝度が不連続になることがある。この輝度の不連続性を解決する方法として、Tx信号の最大振幅を制御する方法がある。 Note that when such short pulse transmission and burst transmission such as a chirp wave are switched and transmitted for each sound ray, the transmission sound pressure is different, so that the luminance may be discontinuous when the ultrasonic image is synthesized. As a method of solving this luminance discontinuity, there is a method of controlling the maximum amplitude of the Tx signal.
このTx信号の最大振幅の制御は、V_Gate信号の短パルスのハイ期間aとチャープ波のハイ期間bの長さに応じて、前記可変アンプ14の増幅度をコントロールする。この可変アンプ14の増幅度を前記V_Gate信号のハイ期間の長さに応じて制御することにより、合成生成される超音波像は、近点から遠点まで分解能が良好で、深達度のあるS/Nのよい画像を提供することが可能となる。
The control of the maximum amplitude of the Tx signal controls the amplification degree of the
以上説明したように、本発明の超音波観測装置は、複数の超音波送信モードに応じた任意の送信波形の超音波出力を生成でき、その送信モードの送信波形の持続時間に応じて、任意にパワーアンプのイネーブル状態をコントロールすることが可能となり、超音波振動子の近点における観察部位のS/Nの良好な超音波画像が得られる。さらに、前記超音波送信モードに応じた任意の送信波形に適合させて、パワーアンプのイネーブル期間を最適制御できるために、消費電力を最小化させることが可能となり、パワーアンプの小型化も可能となった。 As described above, the ultrasonic observation apparatus of the present invention can generate an ultrasonic output of an arbitrary transmission waveform corresponding to a plurality of ultrasonic transmission modes, and can be arbitrarily selected according to the duration of the transmission waveform of the transmission mode. In addition, it is possible to control the enable state of the power amplifier, and an ultrasonic image with a good S / N of the observation site near the ultrasonic transducer can be obtained. Furthermore, the power amplifier enable period can be optimally controlled by adapting to an arbitrary transmission waveform according to the ultrasonic transmission mode, so that power consumption can be minimized and the power amplifier can be miniaturized. became.
よって、消費電力が最少な小型化パワーアンプが実現でき、観察部位の浅部から深部まで分解能に優れ、高深速度な超音波画像による観察できる。 Therefore, a miniaturized power amplifier that consumes the least amount of power can be realized, and observation can be performed with an ultrasonic image having excellent resolution from a shallow part to a deep part of the observation site and a high depth speed.
[付記]
以上詳述した本発明の実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
[Appendix]
According to the embodiment of the present invention described in detail above, the following configuration can be obtained.
(付記1)
少なくとも一つの振動子を有する超音波振動子と、この超音波振動子を機械的に回転、もしくは進退走査させる超音波走査部とを有する超音波観測装置において、
上記超音波振動子から任意波形の超音波信号を発振送信させるための任意波形信号を発生させる任意波形発生部と、
この任意波形発生部からの任意波形信号を所定の値に増幅して、前記超音波振動子に供給する超音波増幅部と、
前記超音波走査部からの超音波振動子の機械的回転、もしくは進退操作に同期した同期信号により、前記超音波増幅部を動作状態と非動作状態に制御し、動作状態開始から一定期間経過後に、前記任意波形発生部からの任意波形信号を入力増幅し、この任意波形信号の増幅出力終了と同時に前記超音波増幅部を非動作状態に制御するコントローラと、
を具備することを特徴とした超音波観測装置。
(Appendix 1)
In an ultrasonic observation apparatus having an ultrasonic transducer having at least one transducer and an ultrasonic scanning unit that mechanically rotates or advances and retracts the ultrasonic transducer,
An arbitrary waveform generator for generating an arbitrary waveform signal for oscillating and transmitting an ultrasonic signal of an arbitrary waveform from the ultrasonic transducer;
Amplifying the arbitrary waveform signal from the arbitrary waveform generator to a predetermined value, and supplying the ultrasonic transducer to the ultrasonic transducer; and
The ultrasonic amplifying unit is controlled to an operating state and a non-operating state by a synchronization signal synchronized with mechanical rotation of the ultrasonic transducer from the ultrasonic scanning unit or advancing / retreating operation, and after a certain period of time has elapsed since the start of the operating state A controller that inputs and amplifies an arbitrary waveform signal from the arbitrary waveform generator, and controls the ultrasonic amplifier to a non-operation state simultaneously with completion of amplification output of the arbitrary waveform signal;
An ultrasonic observation apparatus comprising:
(付記2) 前記超音波増幅部は、前記任意波形発生部からの任意波形信号に応じて、増幅度を切換可能とすることを特徴とした付記1記載の超音波観測装置。
(Supplementary note 2) The ultrasonic observation apparatus according to
(付記3) 前記任意波形発生部からは、前記超音波走査部からの同期信号に同期して、前記超音波増幅部に供給する任意波形信号を順次切換可能とすることを特徴とした付記1記載の超音波観測装置。
(Additional remark 3) The arbitrary waveform signal supplied to the said ultrasonic amplification part can be sequentially switched from the said arbitrary waveform generation part synchronizing with the synchronizing signal from the said ultrasonic scanning part, The
(付記4) 前記コントローラは、前記超音波振動子、超音波断層画像の表示形態、操作卓からの入力情報により、前記任意波形発生部と前記超音波増幅部の駆動状態を制御可能とすることを特徴とした付記1乃至3のいずれかに記載の超音波観測装置。
(Additional remark 4) The said controller enables control of the drive state of the said arbitrary waveform generation part and the said ultrasonic amplification part by the input information from the said ultrasonic transducer | vibrator, the display form of an ultrasonic tomographic image, and a console. The ultrasonic observation apparatus according to any one of
(付記5) 前記超音波増幅部は、電界効果トランジスタにより構成され、この電界効果トランジスタのバイアス電圧の供給により、動作状態と非動作状態を制御を行うことを特徴とした付記1乃至4のいずれかに記載の超音波観測装置。
(Additional remark 5) Any of the
(付記6)
単一、もしくは、複数の振動子を有する超音波振動子と、前記超音波振動子を機械的に回転、もしくは進退させる超音波操作部を有する超音波観測装置において、
前記超音波操作部からの同期信号により、前記超音波振動子に電気パルスを印加する超音波増幅回路のFETにバイアス電圧を印加するバイアス印加手段と、 前記バイアス印加手段へのバイアス電圧を印加時に、前記同期信号からの一定期間後に、前記超音波増幅回路に任意波形を入力可能な任意波形発生部と、
前記超音波増幅回路からの任意波形を増幅出力後と同時に、前記バイアス印加手段を停止するコントローラと、
からなることを特徴とする超音波送信回路。
(Appendix 6)
In an ultrasonic observation apparatus having an ultrasonic transducer having a single or a plurality of transducers and an ultrasonic operation unit that mechanically rotates or advances and retracts the ultrasonic transducers,
A bias applying means for applying a bias voltage to the FET of the ultrasonic amplifier circuit for applying an electric pulse to the ultrasonic transducer by a synchronization signal from the ultrasonic operating section; and a bias voltage applied to the bias applying means at the time of application. An arbitrary waveform generator capable of inputting an arbitrary waveform to the ultrasonic amplifier circuit after a certain period from the synchronization signal;
A controller for stopping the bias applying means at the same time after amplifying and outputting an arbitrary waveform from the ultrasonic amplifier circuit;
An ultrasonic transmission circuit comprising:
(付記7) 前記超音波送信回路は、前記任意波形発生器の出力に従って、増幅度を切り換えることを特徴とする付記6記載の超音波送信回路。 (Additional remark 7) The said ultrasonic transmission circuit switches amplification degree according to the output of the said arbitrary waveform generator, The ultrasonic transmission circuit of Additional remark 6 characterized by the above-mentioned.
(付記8) 前記超音波送信回路は、同期信号に同期し、任意波形発生部からの任意波形を順次切り替えることを特徴とする付記6記載の超音波送信回路。 (Supplementary note 8) The ultrasonic transmission circuit according to supplementary note 6, wherein the ultrasonic transmission circuit sequentially switches an arbitrary waveform from an arbitrary waveform generation unit in synchronization with a synchronization signal.
(付記9) 前記任意波形発生器からの出力信号は、超音波振動子、及び、表示レンズ、操作卓からの信号により、パルス波形とバースト波に切り換えることを特徴とする付記6に記載の超音波送信回路。 (Supplementary note 9) The output signal from the arbitrary waveform generator is switched between a pulse waveform and a burst wave in accordance with signals from an ultrasonic transducer, a display lens, and a console. Sonic transmission circuit.
11 波形メモリ
12 シフトレジスタ
13 デジタル/アナログ変換器(D/A変換器)
14 可変アンプ
15 パワーアンプ
16 コントローラ
代理人 弁理士 伊藤 進
11 Waveform Memory 12
14
Claims (4)
上記超音波振動子から任意波形の超音波信号を発振送信させるための任意波形信号を発生させる任意波形発生部と、
この任意波形発生部からの任意波形信号を所定の値に増幅して、前記超音波振動子に供給する超音波増幅部と、
前記超音波走査部からの超音波振動子の機械的回転、もしくは進退操作に同期した同期信号により、前記超音波増幅部を動作状態と非動作状態に制御し、動作状態開始から一定期間経過後に、前記任意波形発生部からの任意波形信号を入力増幅し、この任意波形信号の増幅出力終了と同時に前記超音波増幅部を非動作状態に制御するコントローラと、
を具備することを特徴とした超音波観測装置。 In an ultrasonic observation apparatus having an ultrasonic transducer having at least one transducer and an ultrasonic scanning unit that mechanically rotates or advances and retracts the ultrasonic transducer,
An arbitrary waveform generator for generating an arbitrary waveform signal for oscillating and transmitting an ultrasonic signal of an arbitrary waveform from the ultrasonic transducer;
Amplifying the arbitrary waveform signal from the arbitrary waveform generator to a predetermined value, and supplying the ultrasonic transducer to the ultrasonic transducer; and
The ultrasonic amplifying unit is controlled to be in an operating state and a non-operating state by a synchronization signal synchronized with mechanical rotation of the ultrasonic transducer from the ultrasonic scanning unit or advancing / retreating operation, and after a certain period of time has elapsed since the start of the operating state. A controller that inputs and amplifies an arbitrary waveform signal from the arbitrary waveform generator, and controls the ultrasonic amplifier to a non-operation state simultaneously with completion of amplification output of the arbitrary waveform signal;
An ultrasonic observation apparatus comprising:
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