JP2008011925A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断装置に係り、特に連続波送信部を有する超音波診断装置の電源部に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to a power supply unit of an ultrasonic diagnostic apparatus having a continuous wave transmission unit.
連続波(CW)ドプラ方式の送波部においては、図4に示すように、CW送波クロック発生器12にてCW送波信号を生成し、その生成されたCW送波信号はCW用送波回路11にて超音波探触子振動子へ送信される。CW用送波回路11に供給する電源電圧は、定電圧電源13から出力された電源によりCW用電圧回路100にて生成され、CW用送波回路11の+Vccに印加される。
In the continuous wave (CW) Doppler transmission unit, as shown in FIG. 4, a CW transmission signal is generated by a CW
CW送波信号の送波電圧は、CW用送波回路11の+Vccに印加される電源電圧によって決まる。即ち、送波電圧を大きくする必要があるときはCW用送波回路11の+Vccに印加する電源電圧を大きくし、小さくてもよい場合はCW用送波回路11の+Vccに印加する電源電圧を低く設定していた。
The transmission voltage of the CW transmission signal is determined by the power supply voltage applied to + Vcc of the
超音波探触子が超音波診断装置に接続されると、あらかじめ実測した超音波送波パワー規制値を超えない送波電圧設定を行う。一般的に、超音波送波パワーは同じ送波電圧設定でも超音波探触子の種類や送波周波数、送波チャンネル数により異なる。そのため、超音波送波パワー規制値を超えないように送波電圧を設定し、その設定された送波電圧となるような電源電圧をCW用電圧回路100にて生成している。
When the ultrasonic probe is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus, the transmission voltage is set so as not to exceed the ultrasonic transmission power regulation value measured in advance. In general, the ultrasonic wave transmission power differs depending on the type of ultrasonic probe, the transmission frequency, and the number of transmission channels even with the same transmission voltage setting. Therefore, the transmission voltage is set so as not to exceed the ultrasonic transmission power regulation value, and the power supply voltage that becomes the set transmission voltage is generated by the
CW用電圧回路100の従来例を図5に示す。これは、ドロッパー方式の電源回路101である。電源入力には定電圧電源13を使用する。そして、n種類の電源電圧を生成するためのn種類のドロッパー電源16を備え、超音波探触子の種類や送波周波数、送波チャンネル数に応じて、リレー15によりその中の一つを選択している。例えば、ある超音波探触子の送波条件において、n種類の電源電圧のうち、m(1<m<n)番目の電源電圧では超音波パワーをオーバーするが、1段階低いm―1番目の電源電圧では超音波パワー規制値以下を満たす場合には、m―1番目の電源電圧を選択する。
A conventional example of the
しかし、m番目の電源電圧による超音波パワー値とm―1番目のパワー値との差が少なくないため、m―1番目の電圧で送波した時のパワー値が超音波送波パワー規制値と一致するとは限らない。したがって多くの場合、超音波送波パワー規制値よりも若干のパワーロスが発生し、CWドプラの最大感度を得られていない。 However, since the difference between the ultrasonic power value by the mth power supply voltage and the m-1st power value is not small, the power value when the m-1st voltage is transmitted is the ultrasonic transmission power regulation value. Does not necessarily match. Accordingly, in many cases, a slight power loss occurs compared to the ultrasonic transmission power regulation value, and the maximum sensitivity of CW Doppler cannot be obtained.
それを改善するためには、電源電圧16の種類を増大し、現状ある電源電圧値を補間する電源電圧を追加し、より超音波送波パワー規制値に近いCWドプラの送波電圧値の選択ができるようにする必要がある。しかしながら、このような構成は一般に電源回路の部品点数の大幅な増大をもたらし、大型化・高価格化の要因になる。
In order to improve it, the type of the
上記問題点を解決するための別の従来例を図6に示す。これは、スイッチング方式の電源回路102であり、スイッチング素子Ql等の半導体素子を用いて入力電源を所定のデューティー比でオンオフ制御し、それを平滑化して所定の電源を生成するものである。この場合には、ドロッパー方式の電源回路101に比べて装置を小型化することができる。
FIG. 6 shows another conventional example for solving the above problem. This is a switching-type
しかし、図6に示すようなスイッチング電源をCWドプラの送波電源として用いると、発振回路19で発生させるスイッチングクロックのクロストークが電源ラインにもれ込み、超音波診断装置のモニタ画面上に表示された超音波診断画像にノイズが発生することがある。なお、このノイズは、スイッチング電源の周波数がCWドプラの帯域(2〜5MHz程度)内に入っている場合にモニタ画面上に発生する。
However, when a switching power supply as shown in FIG. 6 is used as a CW Doppler transmission power supply, the crosstalk of the switching clock generated by the
これに対応するため、スイッチング電源とフィルタとをシールド性を持つケースに一体的に組み付ける超音波観測装置(特許文献1)が提案されている。
しかしながら、上記特許文献1では以下のような欠点があった。特許文献1では、ノイズを防ぐための大規模なフィルタ20が依然として必要であること、また、スイッチング電源とフィルタとを組み付けるシールド性を持つケースが必要であることより、大型化・高価格化の要因となるという問題があった。
However,
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大規模なフィルタを用いずに超音波診断画像へのノイズを防止することができ、かつ供給する電源電圧を任意の電圧値に制御できるスイッチング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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, can prevent noise to an ultrasonic diagnostic image without using a large-scale filter, and can control a power supply voltage to be supplied to an arbitrary voltage value. An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus provided with a switching power supply.
前記課題を解決するために、請求項1に記載の超音波診断装置は、探触子振動子に連続波送信信号を出力する連続波送波部と、前記連続波送信信号の電圧を決めるために前記連続波送波部に所望の電源電圧を供給するスイッチング電源とを有する超音波診断装置において、前記スイッチング電源は、該スイッチング電源内のスイッチング素子をON/OFFするためのスイッチングクロックを発生するスイッチングクロック制御部を備え、前記スイッチングクロック制御部は、前記連続波送信信号の周波数の帯域外の周波数のスイッチングクロックを発生するとともに、前記スイッチングクロックのデューティー比を制御することを特徴としている。上記の超音波診断装置によれば、スイッチングクロック制御部において、連続波送信信号の周波数よりも高い周波数のスイッチングクロックを発生することにより超音波診断画像にノイズが発生しないようにし、スイッチングクロックのデューティー比を制御することにより連続波送波部に任意の電圧値の電源電圧を供給する。これにより、大規模なフィルタを用いずに超音波診断画像へのノイズを防止することができる。また、連続波送波部に供給する電源電圧を制御できる。
In order to solve the above problem, the ultrasonic diagnostic apparatus according to
請求項2に記載の超音波診断装置は、請求項1に記載の超音波診断装置において、前記スイッチング電源は定電圧電源と降圧チョッパー型の電源回路とを備え、前記降圧チョッパー型の電源回路は、前記スイッチングクロック制御部を有し、前記定電圧電源から入力された電源電圧を降圧して前記連続波送信部へ供給することを特徴としている。上記の超音波診断装置によれば、スイッチング電源は、定電圧電源から供給された電源電圧を降圧チョッパー型の電源回路で降圧して連続波送信部へ供給する。これにより、連続波送波部に供給する電源電圧を制御できる。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to
本発明によれば、大規模なフィルタを用いずに超音波診断画像へのノイズを防止することができ、かつ供給する電源電圧を任意の電圧値に制御できるスイッチング電源を備えた超音波診断装置を提供することができる。 According to the present invention, an ultrasonic diagnostic apparatus provided with a switching power supply that can prevent noise in an ultrasonic diagnostic image without using a large-scale filter and can control a supplied power supply voltage to an arbitrary voltage value. Can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に本発明に係る超音波診断装置のブロック図を示す。超音波診断装置は、主に、複数の振動素子で構成された超音波探触子の振動子1、超音波の送信方式を切り替える切り替えスイッチ2、振動子1に駆動信号を供給する送信部8、振動子1から出力される受信信号を処理する受信部9などで構成される。
FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. The ultrasonic diagnostic apparatus mainly includes an
振動子1は、主に送信用振動要素Tと受信用振動要素Rとで構成される。送信用振動要素Tから超音波が被検体へ送波され、送波された超音波が被検体内を伝播する過程で反射エコーが発生する。発生した反射エコーは、振動子1内に設けられた受信用振動要素Rにより受波されることによって受信信号に変換される。
The
送信部8は、主に、パルス超音波を送波するBモード用送波回路3と、連続波を送波するCWモード用送波回路4と、送波信号を生成する送波クロック発生器5で構成される。
The
送波クロック発生器5は、パルス超音波の送波信号を生成するクロック発生器と、連続波の送波信号を生成するクロック発生器とを備え、クロック発生器で生成された送波信号をBモード用送波回路3およびCWモード用送波回路4へ出力する。
The
Bモード用送波回路3は、送波クロック発生器5から出力されたパルス超音波の送波信号を、振動子1内に設けられた送信用振動要素Tへ送波する。
The B-
CWモード用送波回路4は、送波クロック発生器5から出力された連続波の送波信号を振動子1内に設けられた送信用振動要素Tへ送波する。
The CW mode transmission circuit 4 transmits the continuous wave transmission signal output from the
切り替えスイッチ2は、送信部8と振動子1との間に設けられている。切り替えスイッチ2をBモード用送波回路3とCWモード用送波回路4との間で切り替えることで、送信部8の送波方式をBモード方式またはCWドプラ方式に設定する。
The
受信部9は、受信信号を増幅するプリアンプ6と、プリアンプ6から出力された受信信号を処理する受信処理回路7とで構成される。受信部9は振動子1内に設けられた受信用振動要素Rから出力された受信信号を処理する。受信用振動要素Rから出力された受信信号はプリアンプ6で増幅され、その増幅された受信信号は受信処理回路7で処理され、超音波像(例えば断層像)が再構成される。
The reception unit 9 includes a
次に、CWドプラ方式の送信部について説明する。 Next, a CW Doppler transmission unit will be described.
図2は本発明に係る超音波診断機が有するCWドプラ用送波部とCWドプラ用送波部に電源を供給するスイッチング電源のブロック図および回路図である。 FIG. 2 is a block diagram and a circuit diagram of a CW Doppler transmission unit and a switching power supply for supplying power to the CW Doppler transmission unit of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
CWドプラ用送波部は、主に、CW送波信号を生成するCW送波クロック発生器12と超音波探触子振動子へCW送波信号を出力するCW用送波回路11とで構成される。また、スイッチング電源は、主に、定電圧電源13と定電圧電源13から供給された電源電圧を変換してCW用送波回路11に所定の電源電圧を供給するスイッチング電源回路103とで構成される。
The CW Doppler transmission unit mainly includes a CW
CW送波クロック発生器12は、CW送波信号である矩形波の連続信号を生成し、生成されたCW送波信号をCW用送波回路11に出力する。
The CW
CW用送波回路11は、CW送波クロック発生器12から入力されたCW送波信号によりON/OFFされ、CW送波信号を0〜+Vccの電圧で送波する。なお、CW送波信号の送波電圧はCW用送波回路11の+Vccに印加する電圧で決まる。通常、CWドプラ方式では5Vpp程度、2〜5MHz程度の信号が連続波にてCW用送波回路11から出力される。すなわち、CW用送波回路11の+Vccに印加される電圧は5V程度である。
The
スイッチング電源回路103は、チョッパー型の降圧回路であり、主に、スイッチング素子Q1、ダイオードD1、チョークコイルL1、コンデンサC1、およびスイッチング素子Q1をON/OFFするためのスイッチングクロックを発生するスイッチングクロック制御回路18から構成されている。スイッチング電源回路103は、定電圧電源13から供給された電源電圧を所定の電圧に降圧し、CW用送波回路11の+Vccに印加する。
The switching
スイッチングクロック制御回路18は、スイッチング素子Q1をON/OFFするスイッチングクロックを出力する。このスイッチングクロックによってスイッチング素子Q1がON/OFFされ、ON時には定電圧電源13からスイッチング素子Q1を介してチョークコイルL1に電流が流れ、OFF時にはダイオードD1からチョークコイルL1に電流が流れ、チョークコイルL1、コンデンサC1によって平滑される。この平滑化された直流電圧がスイッチング電源回路103からCW用送波回路11に供給される。なお、このスイッチングクロックの周波数およびデューティー比はスイッチングクロック制御回路18にて制御される。
The switching
次に、スイッチング電源回路103によって、CW用送波回路11の+Vccに印加する電圧を任意の電圧値に制御する方法について説明する。
Next, a method for controlling the voltage applied to + Vcc of the
図3に、このスイッチングクロックのクロックチャートを示す。繰り返し周期Tに対してON時間がTonの場合のスイッチング電源回路103の入力電圧をVinとすると、スイッチング電源回路103の出力電圧Voutは下記式にて表される。
FIG. 3 shows a clock chart of this switching clock. When the input voltage of the switching
Vout=Vin×(Ton/T)
例えば、定電圧電源13にて生成される電源を15V、T=150ns、Ton=50nsとすると、出力電圧Voutは
Vout=15V×(50ns/150ns)=5V
となる。
Vout = Vin × (Ton / T)
For example, if the power supply generated by the constant
Vout = 15V × (50ns / 150ns) = 5V
It becomes.
上記のように、スイッチングクロックのデューティー比を制御することで、スイッチング電源回路103からCW用送波回路11に供給される電圧値を所定の電圧に降圧、制御することができる。
As described above, by controlling the duty ratio of the switching clock, the voltage value supplied from the switching
次に、スイッチング電源回路103による超音波診断画像へのノイズを防止する方法について説明する。
Next, a method for preventing noise in the ultrasonic diagnostic image by the switching
また、スイッチングクロック制御回路18から出力しているクロック周波数fcは
fc=1/T
で表すことができる。クロック周波数fcがCWドプラ周波数帯域外になるように繰り返し周期Tを設定すれば、スイッチングクロックのクロストークによるノイズの影響を防ぐことができる。CWドプラの送波周波数は2〜5MHz程度であり、例えば送信周波数が2MHzの場合には、クロック周波数を送信周波数の帯域である送信周波数±100kHz以外の帯域外、すなわち2.1MHz以上および1.9MHz以下にすればよい。なお、1.9MHz以下のクロック周波数の場合には、その高調波が帯域内に入らない周波数とする。
The clock frequency fc output from the switching
fc = 1 / T
Can be expressed as If the repetition period T is set so that the clock frequency fc is outside the CW Doppler frequency band, the influence of noise due to the crosstalk of the switching clock can be prevented. The transmission frequency of the CW Doppler is about 2 to 5 MHz. For example, when the transmission frequency is 2 MHz, the clock frequency is outside the band other than the transmission frequency ± 100 kHz which is the band of the transmission frequency, that is, 2.1 MHz or higher and 1. What is necessary is just to make it 9 MHz or less. In the case of a clock frequency of 1.9 MHz or less, the frequency is set such that the harmonic does not fall within the band.
上記のように、スイッチングクロックのクロック周波数をCWドプラ周波数帯域外になるように設定することで、スイッチング電源回路103とCW用送波回路11との間にフィルタを入れない状態においても、超音波診断装置のモニタ画面上に表示される超音波診断画像にノイズが発生することを防ぐことができる。これにより、大規模なフィルタが必要なくなり、電源回路を小型化あるいは低価格化することができる。
As described above, by setting the clock frequency of the switching clock to be out of the CW Doppler frequency band, even when no filter is inserted between the switching
なお、本実施の形態では、CWドプラ方式の場合について説明したが、CWドプラ方式以外の場合においても、その送波周波数の帯域外にスイッチングクロックのクロック周波数を設定することで、本発明を用いることができる。 Although the case of the CW Doppler method has been described in this embodiment, the present invention is used by setting the clock frequency of the switching clock outside the transmission frequency band even in cases other than the CW Doppler method. be able to.
また、本実施の形態では、降圧チョッパー型のスイッチング電源回路を用いたが、降圧チョッパー型に限らず、昇圧チョッパー型など他の公知のスイッチング電源回路を用いることができる。 In this embodiment, the step-down chopper type switching power supply circuit is used. However, the present invention is not limited to the step-down chopper type, and other known switching power supply circuits such as a step-up chopper type can be used.
1:超音波探触子振動子、2:切り替えスイッチ、3:Bモード用送波回路、4:CWモード用送波回路、5:送波クロック発生器、6:プリアンプ、7:受信処理回路、8:送信部、9:受信部、11:CW用送波回路、12:CW送波クロック発生器、13:定電圧電源、18:スイッチングクロック制御回路、100:CW用電圧回路、101:ドロッパー方式の電源回路、102:スイッチング方式の電源回路、103:スイッチング電源回路 1: ultrasonic probe transducer, 2: changeover switch, 3: B mode transmission circuit, 4: CW mode transmission circuit, 5: transmission clock generator, 6: preamplifier, 7: reception processing circuit , 8: transmitting unit, 9: receiving unit, 11: CW transmitting circuit, 12: CW transmitting clock generator, 13: constant voltage power supply, 18: switching clock control circuit, 100: CW voltage circuit, 101: Dropper power supply circuit, 102: switching power supply circuit, 103: switching power supply circuit
Claims (2)
前記スイッチング電源は、該スイッチング電源内のスイッチング素子をON/OFFするためのスイッチングクロックを発生するスイッチングクロック制御部を備え、
前記スイッチングクロック制御部は、前記連続波送信信号の周波数の帯域外の周波数のスイッチングクロックを発生するとともに、前記スイッチングクロックのデューティー比を制御することを特徴とする超音波診断装置。 An ultrasonic diagnosis comprising: a continuous wave transmission unit that outputs a continuous wave transmission signal to a vibrator; and a switching power supply that supplies a desired power supply voltage to the continuous wave transmission unit in order to determine a voltage of the continuous wave transmission signal In the device
The switching power supply includes a switching clock control unit that generates a switching clock for turning ON / OFF a switching element in the switching power supply,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the switching clock control unit generates a switching clock having a frequency outside a frequency band of the continuous wave transmission signal and controls a duty ratio of the switching clock.
前記降圧チョッパー型の電源回路は、前記スイッチングクロック制御部を有し、前記定電圧電源から入力された電源電圧を降圧して前記連続波送信部へ供給することを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
The switching power supply includes a constant voltage power supply and a step-down chopper type power supply circuit,
The step-down chopper type power supply circuit includes the switching clock control unit, and steps down a power supply voltage input from the constant voltage power supply and supplies the stepped-down chopper type power supply circuit to the continuous wave transmission unit. Ultrasound diagnostic equipment.
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