JP2007105237A

JP2007105237A - 超音波診断装置の送信回路

Info

Publication number: JP2007105237A
Application number: JP2005298941A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nakao; 建一中尾
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】両極性の駆動信号によって振動子を駆動する送信回路を提供する。
【解決手段】各波形発生器１２から、１本の信号線によって、各振動子３０に対応した片極性の送信波形パルスと送信終了パルスとが出力される。ブースター２２は、片極性の送信波形パルスとは極性が異なる逆片極性の送信波形パルスを生成する。逆片極性の送信波形パルスは、片極性の送信波形パルスの終了タイミングを開始タイミングとして送信終了パルスの開始タイミングを終了タイミングとするパルスである。ブースター２２は、片極性の送信波形パルスと逆片極性の送信波形パルスとから両極性駆動信号を生成する。そして、その両極性駆動信号によって各振動子３０が駆動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置の送信回路に関し、特に、両極性の駆動信号によって振動子を駆動する送信回路に関する。

被検体に対して超音波を送受波することにより被検体内の超音波画像を形成する超音波診断装置が知られている。超音波診断装置は、複数の振動子をプローブ内に備えており、これら複数の振動子を介して超音波の送受波を行っている。このため、例えば、超音波診断装置の装置本体内に設けられた送信回路から複数の振動子に対して駆動信号が供給され、各振動子が駆動信号に基づいて駆動して超音波が送波される。

超音波診断装置の送信回路の一例として、特許文献１には、制御器によって二つのスイッチが制御されることによって、トランスを介して振動子に駆動信号を供給する送信回路が開示されている（特許文献１第１図参照）。また、特許文献２には、各振動子ごとに設けられた駆動回路が、対応する振動子を駆動する構成を開示している。

特開２００２−３１５７４８号公報特開平９−３０４５１２号公報

振動子を駆動する駆動信号は、数十から数百ボルトの高電圧の信号である。このため、駆動信号を発生する駆動回路部分は、他の比較的低い電圧を取り扱う回路部分とは、回路的に隔離されているのが一般的である。例えば、駆動回路を構成するＩＣと、駆動回路を制御するＩＣが、別々のＩＣパッケージで構成される形態である。この形態では、駆動回路とそれを制御する回路との間に信号線が存在することになる。

例えば、特許文献１に記載された送信回路（特許文献１第１図参照）は、制御器によって二つのスイッチが制御されている。このため、制御器から二つのスイッチを制御するための信号線が必要となる。二つのスイッチは、各々、振動子を正極側と負極側に振動させるために設けられている。つまり、両極性に振動子を駆動させるために、二つのスイッチを制御する二つの制御信号線が設けられている。

従来、駆動信号を発生する駆動回路と駆動回路を制御する制御回路が別々に設けられ、さらに、両極性に振動子を駆動するためには、特許文献１に記載された回路のように、各振動子ごとに、二つの制御信号線で駆動回路と制御回路（制御器）を接続する必要があった。ところが、超音波診断装置においては、数百個もの振動子を取り扱う装置もあり、上述の従来の回路のように、各振動子ごとに二つの制御信号線を必要とする構成は、回路規模を増大させる点などにおいて問題があった。

本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、両極性の駆動信号によって振動子を駆動する改良された送信回路を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置の送信回路は、超音波を送波する複数の振動子を駆動する送信回路であって、各振動子に対応した片極性の送信波形パルスを出力する波形発生部と、前記片極性の送信波形パルスに対応した両極性駆動信号によって各振動子を駆動する振動子駆動部と、を有し、前記波形発生部は、各振動子ごとに１本の信号線によって、片極性の送信波形パルスと送信終了パルスとを前記振動子駆動部へ供給し、前記振動子駆動部は、各振動子ごとに、前記片極性の送信波形パルスと前記送信終了パルスとに基づいて両極性駆動信号を出力する、ことを特徴とする。

また、望ましい態様の送信回路において、前記振動子駆動部は、前記片極性の送信波形パルスとは極性が異なる逆片極性の送信波形パルスであって、前記片極性の送信波形パルスの終了タイミングを開始タイミングとして前記送信終了パルスの開始タイミングを終了タイミングとする逆片極性の送信波形パルスを生成し、前記片極性の送信波形パルスと逆片極性の送信波形パルスとから前記両極性駆動信号を生成する、ことを特徴とする。

本発明により、両極性の駆動信号によって振動子を駆動する改良された送信回路が提供される。これにより、例えば、送信回路の回路規模を小さくすることができる。また、例えば、送信回路の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の送信回路の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。

本実施形態の送信回路は、波形発生部１０および振動子駆動部２０を有しており、複数の振動子３０を駆動する回路である。複数の振動子３０は、例えば、一次元のアレイ振動子や二次元のアレイ振動子を構成する。振動子３０の数は、例えば、数十個から数百個である。本実施形態の送信回路は、各振動子３０を両極性駆動信号によって駆動する。つまり、電圧の正方向と負方向の両方に振動する駆動信号によって各振動子３０を駆動する。

波形発生部１０は、各振動子３０に対応した波形発生器１２を備えている。また、振動子駆動部２０は、各振動子３０に対応したブースター２２を備えている。各波形発生器１２は、対応する振動子３０の送信波形パルスを出力し、各ブースター２２は、対応する波形発生器１２から供給された送信波形パルスに基づいて両極性駆動信号を生成して対応する振動子３０を駆動する。これにより、各振動子３０から両極性駆動信号に対応した超音波パルスが送波される。

波形発生部１０は、デジタル信号を中心とした比較的低い電圧（例えば、数Ｖ）を扱うのに対し、振動子駆動部２０は、振動子３０を駆動するための比較的高い電圧（例えば、数十から数百Ｖ）を扱う。このように、取り扱う電圧（電力）の相違から、波形発生部１０と振動子駆動部２０は、回路的に隔離されることが望ましい。例えば、波形発生部１０と振動子駆動部２０は、別々のＩＣパッケージで構成される。

本実施形態においては、各波形発生器１２から各振動子３０に対応した片極性の送信波形パルスが１本の信号線によって出力され、そして、その片極性の送信波形パルスに基づいて各ブースター２２において両極性駆動信号が生成され、その両極性駆動信号によって各振動子３０が駆動される。

図２は、各ブースターの内部構成図である。図２を利用して、片極性の送信波形パルスから両極性駆動信号が生成されて振動子に出力されるまでの処理を説明する。なお、図２におけるＡ〜Ｅの各位置に対応する信号Ａ〜Ｅの波形が図３に示されている。図３を併用して、図２の回路の動作を説明する。

各ブースター（図１の符号２２）には、対応する波形発生器（図１の符号１２）から、１本の信号線を介して、片極性の送信波形パルスと送信終了パルスが供給される。つまり、図３に示すように、正極性矩形パルス（片極性の送信波形パルス）２４０と送信終了パルス２５０を含んだ信号Ａが、図２のＡの位置に供給される。正極性矩形パルス２４０と送信終了パルス２５０は、各々、０Ｖから５Ｖに立ち上がりそして５Ｖから０Ｖに立ち下がる信号である。また正極性矩形パルス２４０のパルス幅は、例えば、５０〜２００ｎｓであり、送信終了パルス２５０のパルス幅は、例えば、１０ｎｓである。

信号Ａの立ち上がりを入力トリガとすることにより、単安定マルチバイブレータ２０２の反転出力端子（図２のＢの位置）から信号Ｂが出力される。なお、信号Ｂの各パルスのパルス幅は、信号Ａの送信終了パルス２５０のパルス幅よりも広くする。信号Ｂの各パルスのパルス幅は、例えば、２０ｎｓである。

さらに、信号Ａおよび信号ＢをＡＮＤゲート２０４に入力させて信号Ｃを形成する。そして、立ち上がり検出回路２０８（後述する図４（Ｉ）参照）で信号Ａの立ち上がりを検出してセット・リセット・フリップフロップ２１０のリセット端子に入力する。また、立ち下がり検出回路２０６（後述する図４（ＩＩ）参照）で信号Ｃの立ち下がりを検出してセット・リセット・フリップフロップ２１０のセット端子に入力する。これにより、セット・リセット・フリップフロップ２１０の反転出力端子から信号Ｄが出力される。

このようにして生成される信号Ｄは、信号Ａの正極性矩形パルスとは逆極性の負極性矩形パルスとなる。

そして、信号ＡによってＦＥＴ２２０，２２２のスイッチング動作が制御され、また、信号ＤによってＦＥＴ２３０，２３２のスイッチング動作が制御されることにより、信号Ｅが出力される。ＦＥＴ２３０に接続される電源電圧ＶＬは、デジタル回路の電源電圧５Ｖであり、ＦＥＴ２２２，２３２に接続される電源電圧ＨＶは、送信用の高電圧であり、例えば５０Ｖである。つまり、ＦＥＴ２２２に＋５０Ｖ程度の正電圧が供給され、ＦＥＴ２３２に−５０Ｖ程度の負電圧が供給される。このため、＋５０Ｖ程度から−５０Ｖ程度に振幅が変化する駆動信号として信号Ｅが出力される。

図３に示すように、信号Ｅは、信号Ａの正極性矩形パルス２４０と信号Ｄの負極性矩形パルスに対応した両極性駆動信号（両極性矩形波信号）２６０に加えて、信号Ａの送信終了パルス２５０に対応した残存パルス２７０を含んでいる。両極性駆動信号２６０によって振動子（図１の符号３０）が駆動されて振動子から超音波パルスが送波される。一方、残存パルス２７０はそのパルス幅が、送信終了パルス２５０のパルス幅に対応して１０ｎｓ程度と小さいため、残存パルス２７０のエネルギーは小さい。このため、残存パルス２７０による超音波パルスへの影響は無視できる程度となる。

図４は、立ち上がり検出回路および立ち下がり検出回路を説明するための図である。図４（Ｉ）には、立ち上がり検出回路（図２の符号２０８）の回路構成とａ〜ｄの各位置における信号ａ〜ｄの波形が示されている。つまり、信号ａがインバータによって反転されて信号ｂとなり、ディレイ素子によって遅延された結果として信号ｃが形成され、さらに、信号ａと信号ｃがＡＮＤゲートに入力されて信号ｄが出力される。こうして、信号ａの立ち上がり検出結果として信号ｄが出力される。ちなみに、図２の回路においては、信号Ａが信号ａとして立ち上がり検出回路に入力される。

一方、図４（ＩＩ）には、立ち下がり検出回路（図２の符号２０６）の回路構成とａ〜ｄの各位置における信号ａ〜ｄの波形が示されている。つまり、信号ａがインバータによって反転されて信号ｂとなり、信号ａがディレイ素子によって遅延された結果として信号ｃが形成される。さらに、信号ｂと信号ｃがＡＮＤゲートに入力されて信号ｄが出力される。こうして、信号ａの立ち下がり検出結果として信号ｄが出力される。ちなみに、図２の回路においては、信号Ｃが信号ａとして立ち下がり検出回路に入力される。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、図１の送信回路では、各波形発生器１２から各振動子３０に対応した片極性の送信波形パルスが１本の信号線によって出力され、そして、各ブースター２２において両極性駆動信号が生成されている。このため、各波形発生器１２から２本の信号線によって各ブースター２２へ送信波形パルスや制御信号を供給する場合に比べて、送信回路の回路規模を小さくすることができる。特に、振動子３０の個数が数百個にも及ぶアレイ振動子では、各振動子３０ごとの信号線の減少が、送信回路全体の回路規模を大幅に縮小させることになる。

また例えば、波形発生部１０と振動子駆動部２０が、別々のＩＣパッケージで構成されている場合、波形発生部１０と振動子駆動部２０とを結ぶ信号線の数が減ることにより、信号線のはんだ不良などの可能性も低減されて信頼性が向上する。

本実施形態の送信回路は、例えば、超音波診断装置の装置本体内に形成されるが、送信回路の回路規模が縮小されることに伴い送信回路が小型化されるため、例えば、プローブ内に本実施形態の送信回路を形成してもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明に係る送信回路の全体構成を示すブロック図である。各ブースターの内部構成図である。信号Ａ〜Ｅの波形を示す図である。立ち上がり検出回路および立ち下がり検出回路を説明するための図である。

符号の説明

１０波形発生部、１２波形発生器、２０振動子駆動部、２２ブースター、３０振動子。

Claims

超音波を送波する複数の振動子を駆動する送信回路であって、
各振動子に対応した片極性の送信波形パルスを出力する波形発生部と、
前記片極性の送信波形パルスに対応した両極性駆動信号によって各振動子を駆動する振動子駆動部と、
を有し、
前記波形発生部は、各振動子ごとに１本の信号線によって、片極性の送信波形パルスと送信終了パルスとを前記振動子駆動部へ供給し、
前記振動子駆動部は、各振動子ごとに、前記片極性の送信波形パルスと前記送信終了パルスとに基づいて両極性駆動信号を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。
請求項１に記載の送信回路において、
前記振動子駆動部は、前記片極性の送信波形パルスとは極性が異なる逆片極性の送信波形パルスであって、前記片極性の送信波形パルスの終了タイミングを開始タイミングとして前記送信終了パルスの開始タイミングを終了タイミングとする逆片極性の送信波形パルスを生成し、前記片極性の送信波形パルスと逆片極性の送信波形パルスとから前記両極性駆動信号を生成する、
ことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。