JP2013188421A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波画像を劣化させることなく、エコー信号を増幅する増幅器の飽和を防止することが可能な超音波診断装置を提供すること。
【解決手段】超音波診断装置は、送信信号が超音波プローブを介して被検体に超音波信号を送信する送信部と、被検体内で反射されて得られた受信信号を処理する受信部を備える。受信部は、送信信号の受信部への回り込みを防止する送受分離のための送受切換えスイッチ部と、受信信号を増幅する増幅部と、送受切換えスイッチ部と増幅部の間に配置され、受信信号を減衰させる減衰部とを備える。減衰部は、送信終了直後から大振幅の信号を受信する近距離からの反射信号を減衰させ、信号振幅の小さい遠距離から信号を減衰させないように、受信時間の経過と共に減衰量を大から小へ変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置に関する。

医療用の超音波診断装置は、被検者の体表に当接させた超音波プローブから超音波を体内に送信すると共に、体内の音響インピーダンスの相違する各部位で反射された超音波信号を受信し、その信号を基に体内の情報を示す超音波画像を生成する装置であり、その高い安全性から種々の診断に利用されている。

図７に従来の超音波診断装置２００の概略構成を示す。超音波診断装置２００は、送信部（パルス発生部）２０１と、送受信切換えスイッチ部（以下、「ＴＲＳＷ」と呼ぶ。）２０２と、超音波プローブ２０３と、増幅部２０４、処理部２０５、表示部２０６とを備えている。送信部２０１から送信されるパルス信号（以下、「送信信号」と呼ぶ。）が超音波プローブ２０３に入力されると、超音波プローブ２０３に内蔵された図示しない超音波振動子が送信信号に応じた超音波を発生する。体内で反射された超音波は超音波振動子で受けて電気信号に変換され、その電気信号（以下、「エコー信号」と呼ぶ。）は、受信信号としてＴＲＳＷ２０２を介して増幅部２０４に入力され、所定の増幅率で増幅された後、処理部２０５で信号処理等が施され、これにより生成された超音波画像が表示部２０６に表示される。

ＴＲＳＷ２０２は、図８に示すようにダイオードブリッジ回路２１０とクランプ回路２２０を組み合わせて構成されている。ダイオードブリッジ回路２１０は、バイアス電源Ｖ１０、Ｖ１１と、それぞれバイアス電源Ｖ１０、Ｖ１１に接続されるバイアス抵抗器Ｒ１０、Ｒ１１と、ダイオードＤ１０〜Ｄ１３とを含んで構成されている。クランプ回路２２０は、接地され互いに極性が異なるダイオードＤ１４、Ｄ１５を含んで構成されている。

ダイオードブリッジ回路２１０では、送信部２０１からパルス信号が送信された場合、送信信号の振幅が大きい（例えば、数１０Ｖｐｐ以上）ので、高圧パルスが正のパルスであった場合にはダイオードＤ１０，Ｄ１３が逆バイアスでオフし、高圧パルスが負のパルスであった場合にはダイオードＤ１１，Ｄ１２が逆バイアスでオフする。このため、高圧パルスはダイオードブリッジ回路２１０とクランプ回路２２０で決まる振幅に制限され、そのまま通過することはない。つまり、送信時にはダイオードブリッジ回路２１０とクランプ回路２２０を組み合わせた振幅制限機能により増幅部２０４の入力は送信信号の高圧パルスから保護される。

一方、超音波プローブ２０３を介して受信されたエコー信号のように、入力信号の振幅が小さい時（例えば、数１００ｍＶｐｐ未満）には、入力信号はダイオードブリッジ回路２１０の抵抗器Ｒ１０、ダイオードＤ１０〜Ｄ１３、抵抗器Ｒ１１を経由して流れるバイアス電流よりも微弱であるため、ダイオードＤ１０〜Ｄ１３はオフしないので、入力信号はそのまま通過する。

ここで、エコー信号が、例えば体表面付近における近距離の反射エコーである場合、そのエコー信号の振幅は増幅部２０４の入力振幅の飽和レベルを超える程大きい。クランプ回路２２０は、送信信号やエコー信号の振幅が、例えば後段の増幅器の飽和レベルを超えるような過大振幅であるような場合に、増幅部２０４飽和してしまい、体表面付近の画像を正しく表示できなくなる。なお、ＴＲＳＷは上記の他にＦＥＴ等の半導体スイッチで構成することもできる。

特開２００６−６８０９０号公報

上記した従来技術では、エコー信号が体表面付近において反射されたものである場合に、入力されたエコー信号の内、所定電圧以上の信号部分をカットしていたため、増幅器の出力信号波形は歪んでしまう。このような歪んだ信号波形に基づいて表示部に表示された超音波診断画像は、不要なアーチファクトを含んでしまうので、体表面付近において反射されたエコー信号を正確に再現（描画）できない。

実施形態は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、エコー信号が体表面付近において反射されたものである場合にも、超音波画像を劣化させることなく、エコー信号を増幅する増幅器の飽和を防止することが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。

実施形態の超音波診断装置は、送信信号が超音波プローブを介して被検体に超音波信号を送信する送信部と、被検体内で反射されて得られた受信信号を処理する受信部を備える。受信部は、送信信号の受信部への回り込みを防止する送受分離のためのＴＲＳＷと、受信信号を増幅する増幅部と、ＴＲＳＷと増幅部の間に配置され、受信信号を減衰させる減衰部とを備える。減衰部は、送信終了直後から大振幅の信号を受信する近距離からの反射信号を減衰させ、信号振幅の小さい遠距離から信号を減衰させない様に、受信時間の経過と共に減衰量を大から小へ変化させる。

実施形態に係る超音波診断装置のブロック図である。 受信部の構成を示す図である。 減衰部が動作しているときのＴＲＳＷ前段の信号波形と減衰部前段における信号波形を示す図である。 減衰部が動作していないときのＴＲＳＷ前段の信号波形と減衰部前段における信号波形を示す図である。 バイアス制御部の構成を示す図である。 正極側における可変バイアス電源の供給を制御するのに用いられる制御データの一例を示す図である。 負極側における可変バイアス電源の供給を制御するのに用いられる制御データの一例を示す図である。 従来の超音波診断装置のブロック図である。 入力保護回路の構成を示す図である。

図１〜図５を参照して、実施形態に係る超音波診断装置１について説明する。図１は、実施形態に係る超音波診断装置のブロック図である。図２は、受信部の構成を示す図である。図３は、減衰部が動作しているときのＴＲＳＷ前段の信号波形と減衰部前段における信号波形を示す図である。図４は、減衰部が動作していないときのＴＲＳＷ前段の信号波形と減衰部前段における信号波形を示す図である。図５Ａは、正極側における可変バイアス電源の供給を制御するのに用いられる制御データの一例を示す図であり、減衰部のダイオードに供給されるバイアス電圧の時間変化を示した図である。図５Ｂは、負極側における可変バイアス電源の供給を制御するのに用いられる制御データの一例を示す図であり、減衰部のダイオードに供給されるバイアス電圧の時間変化を示した図である。

＜超音波診断装置の全体構成＞
図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波プローブ１５と、送信部（パルス発生部）１１と、受信部１２と、処理部２１と、バイアス制御部２３と、操作部２５と、表示部２７とを備えて構成されている。受信部１２は、受信チャンネルごとに設けられ、ＴＲＳＷ１３、減衰部１７及び増幅部１９を含んで構成されている。なお、受信部１２は受信チャンネル数と同じだけ設けられているが、説明の便宜上、図１には一つの受信部１２のみ示すこととし、説明も受信部１２を一つとして行うこととする。また、受信チャンネルの数は後述する超音波振動子の数と同じである。なお、応用例として、送信、受信チャンネルの数を超音波振動子の数よりも少ないチャンネル数として、アナログスイッチを組み合わせて、送受信チャンネルを切換えて全ての超音波振動子に接続できるような構成であってもよい。

超音波プローブ１５は、生体に対して超音波を送受波する、複数の振動素子によって構成されるアレイ状の超音波振動子を含んで構成される。なお、Ｒ１は、超音波プローブ１５を等価的に信号源Ｖｓとみなした場合の信号源インピーダンス（内部インピーダンス）である。

送信部１１は、送信信号（高圧パルス）を超音波プローブ１５に内蔵された図示しない超音波振動子に対して供給する。受信時において、超音波振動子から出力された受信信号は、ＴＲＳＷ１３を介して減衰部１７に入力される。

送信部１１からの送信信号が超音波プローブ１５に入力されると、超音波プローブ１５の超音波振動子が送信信号に応じた超音波を発生する。体内で反射された超音波は超音波振動子により電気信号に変換される。この電気信号（以下、「エコー信号」と呼ぶ。）は、受信信号としてＴＲＳＷ１３に入力される。ＴＲＳＷ１３に入力されたエコー信号は、減衰部１７を介して増幅部１９へ入力される。増幅部１９によって増幅されたエコー信号は、処理部２１へと送られ、そこで所定の信号処理等が行われることによって超音波画像が構成される。

取得された超音波画像データは図示しない表示制御部に入力され、表示部２７の画面上に表示可能な形式に変換される。そして超音波画像が表示部２７に表示される。なお、バイアス制御部２３は、減衰部１７に設けられた後述する可変バイアス電源によるバイアス電圧の供給を制御する（詳細は後述する）。

ＴＲＳＷ１３は、図２に示すようにダイオードブリッジ回路（高圧遮断用スイッチング回路）３１とクランプ回路（振幅制限回路）３４を組み合わせて構成されている。ダイオードブリッジ回路３１は、極性を同じにして直列に接続されたダイオードＤ１，Ｄ３の組み合わせと、同様に極性を同じにして直列に接続されたダイオードＤ２，Ｄ４の組み合わせとを並列に接続（いわゆるブリッジ接続）した構成となっている。

ダイオードＤ１，Ｄ２のアノード側には、バイアス電源Ｖ１に接続されるバイアス抵抗Ｒ３が接続されている。ダイオードＤ３，Ｄ４のカソード側には、バイアス電源Ｖ２に接続されるバイアス抵抗Ｒ４が接続されている。クランプ回路３４は、接地され互いに極性が異なるダイオードＤ５、Ｄ６を含んで構成されている。

減衰部１７は、信号線Ｌ１に接続された抵抗Ｒ５、ダイオードＤ７及び可変バイアス電源Ｖ３を含む第１の回路１７ａと、信号線Ｌ１に接続された抵抗Ｒ６、ダイオードＤ８及び可変バイアス電源Ｖ４を含む第２の回路１７ｂとを並列に接続して構成される。減衰部１７には、可変バイアス電源Ｖ３，Ｖ４におけるバイアス電圧を制御するバイアス制御部２３が接続されている。バイアス制御部２３の制御は操作部２５からの選択指示により予め設定された制御データ（後述する）に基づいて行われる。これについての詳細は後述する。

ダイオードＤ７のアノード側には可変バイアス電源Ｖ３が接続され、カソード側には抵抗Ｒ５が接続されている。ダイオードＤ８のカソード側には可変バイアス電源Ｖ４が接続され、アノード側には抵抗Ｒ６が接続されている。

増幅部１９は、増幅器（プリアンプ）４０を備えて構成され、入力されたエコー信号を所定の増幅率で増幅する。なお、Ｒ２は、増幅部１９の等価的な入力インピーダンス（抵抗）である。

処理部２１では、増幅されたエコー信号に公知の信号処理（例えば、Ａ／Ｄ変換処理、遅延加算処理等）を施し、これにより生成された超音波画像が表示部２７に表示される。

＜ＴＲＳＷ１３の動作＞
次に、ＴＲＳＷ１３の動作について、送信信号および受信信号のそれぞれの流れに沿って説明する。

送信部１１は、図示しない送信制御部から入力される所定の送信タイミング信号により高圧パルス波（以下、「送信信号」と呼ぶ。）を出力する。この送信信号は、超音波プローブ１５の超音波振動子を駆動する通常１００Ｖｐｐ程度の大振幅を有し、ＴＲＳＷ１３の入力を経由して超音波プローブ１５に送出される。この大振幅の送信信号は、超音波振動子に印加される。超音波振動子は送信信号の印加により励振し、超音波プローブ１５は超音波信号を放射する。

なお、上記した送信信号は、ＴＲＳＷ１３において振幅制限されるので、送信信号がそのまま増幅部１９側には印加されない。この原理は、前記従来例の説明部分ですでに上述しているのでここではその説明を省略する。

次に、超音波プローブ１５から放射された超音波信号が、被検体内部の生体組織により反射され、その反射されたエコー信号（受信信号）が再びこの超音波プローブ１５に受信される。

このエコー信号の信号レベルは通常数１０ｍＶｐｐ以下とＴＲＳＷのダイオードＤ５、Ｄ６の順方向電圧で制限される概略±０．７Vよりも非常に小さいため、エコー信号はそのままＴＲＳＷを通過する。通過したエコー信号は減衰部１７に入力される。

＜減衰部１７の動作＞
ダイオードＤ７の順方向電圧をＶｆとし、ダイオードＤ７のアノード側の電圧（可変バイアス電源Ｖ３のバイアス電圧）をｖ３とし、エコー信号受信時における受信部２の入力電圧（ＴＲＳＷ１３の入力電圧（ノードＰ１における電圧）を±Ｖｉｎとすると、ダイオードＤ７は−Ｖｉｎが到来したとき、以下の数式（１）の関係を満たしたときに導通する。
−Ｖｉｎ＋ｖ３≦Ｖｆ・・・・・・（１）

ダイオードＤ８の順方向電圧をＶｆとし、ダイオードＤ８のカソード側の電圧（可変バイアス電源Ｖ４のバイアス電圧）をｖ４とすると、ダイオードＤ８は、＋Ｖｉｎが到来したとき、以下の数式（２）の関係を満たしたときに導通する。ｖ４は通常−数１００ｍV程度の電圧を持つことでダイオードＤ５，Ｄ６の動作電圧よりも小さい電圧でＤ８をオンさせることが出来る。
Ｖｉｎ＋ｖ４＞Ｖｆ・・・・・・・（２）

ところで、エコー信号は、披検体を伝播するときに減衰の影響を受ける。つまり被検体表面からの深さが深いほど信号レベルの減衰量が増大していくことになる。従って、披検体表面付近において反射されたエコー信号と被検体表面から十数ｃｍ程度の深さまで行ったところで反射されたエコー信号とを比較すると、被検体表面付近において反射されたエコー信号の方が被検体表面から十数ｃｍ程度の深さまで行ったところで反射されたエコー信号よりも信号振幅（信号レベル）が遥かに大きい。

本発明では、被検体表面付近において反射されたエコー信号を受信した場合には、減衰部１７を動作させて、増幅部１９の入力電圧を減少させるように増幅部１９の前段における分圧比を変更する。一方、被検体表面から所定の深さまで行って反射された信号を受信した場合には、減衰部１７の動作を停止させて、ＴＲＳＷ１３に入力されたエコー信号をそのまま増幅部１９に入力するようにする。

まず、被検体表面付近で反射された信号を受信した場合における減衰部１７の動作について説明する。以下では、ダイオードＤ７，Ｄ８の順方向電圧Ｖｆを例えば０．７Ｖｐｐ、被検体表面付近において反射されたエコー信号Ｓ１（図３参照）のノードＰ１における電圧Ｖｉｎを、例えば２Ｖｐｐ（±１Ｖ）とし、可変バイアス電源Ｖ３のエコー信号Ｓ１受信直後におけるバイアス電圧ｖ３を、例えば０．４Ｖとし、可変バイアス電源Ｖ４のエコー信号Ｓ１受信直後におけるバイアス電圧ｖ４を、例えば−０．４Ｖとして説明する。

受信部２が、被検体表面付近において反射されたエコー信号Ｓ１を受信したとき、−Ｖｉｎが到来したとき、電圧Ｖｉｎ（＝−１Ｖ）、バイアス電圧ｖ３（＝０．４Ｖ）、ダイオードＤ７の順方向電圧Ｖｆ（０．７Ｖ）の関係が、上記した数式（１）のか関係を満たすので、ダイオードＤ７はオンする。同様に、＋Ｖｉｎが到来したとき、電圧Ｖｉｎ（＝＋１Ｖ）、バイアス電圧ｖ３（＝０．４Ｖ）、ダイオードD８の順方向電圧Ｖｆ（０．７Ｖ）の関係が、上記した数式（２）の関係を満たすので、Ｄ８はオンする。

ダイオードＤ７，Ｄ８がオンすると、減衰部１７の入力側のノードＰ２におけるエコー信号Ｓ２（図３参照）の電圧Ｖｏｕｔは、以下の数式（３）で求められる。
Ｖｏｕｔ＝Ｒｘ・Ｖｉｎ／（Ｒ１＋Ｒｘ）・・・・・（３）
なお、ダイオードＤ７，Ｄ８を理想的なスイッチと仮定している。実際にはダイオードＤ７，Ｄ８のオン抵抗が加味されることになるが、ダイオードＤ７，Ｄ８のオン抵抗よりも抵抗Ｒ５、Ｒ６の抵抗値が十分に大きければ概略上記（３）式が成り立つ。

ここで、Ｒｘは、以下の数式（４）で求められる。なお、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６は電圧Ｖｉｎに対し、半波ずつ効いてくるので抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６で１波長分（正負の両波）の働きをする。したがって、Ｒ５＝Ｒ６とすることで波形の対称性を確保させることができる。
Ｒｘ＝Ｒ２・Ｒ５／（Ｒ２＋Ｒ５）・・・・・・（４）

ここで、仮に抵抗Ｒ１，Ｒ２を２００Ω、抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６をそれぞれ５０Ωとすると、電圧Ｖｏｕｔについては、Ｖｏｕｔ＝０．１６７Ｖｉｎとなる。

したがって、体表面付近において反射されたエコー信号Ｓ１を受信した直後において、増幅部１９に入力されるエコー信号の振幅（信号電圧レベル）を低減させることができる。その様子を図３に示す。図３に示されたエコー信号Ｓ１，Ｓ２については、説明の便宜上、受信部１２を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が上記した値とは異なる値を用いている場合において、増幅部１９の前段に流れる信号である。

図３の例では、ノードＰ１におけるエコー信号Ｓ１の振幅は、±１．０Ｖであり、ノードＰ２におけるエコー信号Ｓ２の振幅は、±０．４Ｖ程度にまで小さくなっており、大振幅のエコー信号Ｓ１が受信部２に入力された場合にその振幅（信号電圧レベル）が増幅部１９の前段で低減されているのがわかる。なお、図３の例では、Ｖｏｕｔ＝０．４Ｖｉｎである。

その後、時間の経過にしたがって体表面付近からより深い位置にまで行って反射されたエコー信号が次々と受信される。ここで、増幅部１９を構成する増幅器４０を飽和させることがない程度にまでエコー信号の振幅が小さくなってきたら、バイアス電圧ｖ３，ｖ４の供給を停止し、ダイオードＤ７，Ｄ８をオフさせる。

ダイオードＤ７，Ｄ８がオフすると、減衰部１７の入力側のノードＰ２における電圧Ｖｏｕｔは、以下の数式（５）で求められる。
Ｖｏｕｔ＝Ｒ１・Ｖｉｎ／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・・・（５）

したがって、電圧Ｖｏｕｔについては、抵抗Ｒ１，Ｒ２を２００Ωとすると、Ｖｏｕｔ＝０．５Ｖｉｎとなる。このため、減衰部１７が動作を停止した後、超音波プローブ１５から出力されるエコー信号は、ほぼそのままの状態を維持しながら増幅部１９に入力される。この様子を図４に示す。信号Ｓ３は、増幅器４０を飽和させることがない程度にまで振幅（例えば、電圧４０ｍＶｐｐ）が小さくなった信号であり、信号Ｓ４は、ノードＰ２におけるエコー信号である。図４に示すように小振幅のエコー信号Ｓ３がＴＲＳＷ１３、減衰部１７を介してほぼそのままの状態で増幅部１９に入力されているのがわかる。つまり、小信号振幅の場合、減衰部１７はエコー信号に対して特性を劣化させるような影響を及ぼすことはない。

ここで、減衰部１７は、被検体表面付近から反射するエコー信号Ｓ１（Ｓ３）の振幅レベルに関連付けられ、送信信号の送信終了直後からの経過に伴って変化する複数の電圧波形情報に基づいて、送信終了直後から所定時間が経過するまで動作し、所定時間が経過した後に動作を停止するように動作する。ここで、所定時間とは送信終了直後からエコー信号の受信継続時間よりも短い時間で、送信直後から体表面付近の近距離エコー信号を受信している時間をいう。なお、送信部１１の送信時間と受信部１２の受信時間とを合わせて１周期となる。

具体的には、可変バイアス電源Ｖ３は、送信終了直後から所定時間が経過するまで正電位から零電位に向かってバイアス電圧をダイオードＤ７に供給し、所定時間が経過した後にダイオードＤ７への電圧供給を停止する。可変バイアス電源Ｖ４は、送信終了直後から所定時間が経過するまで負電位から零電位に向かってバイアス電圧をダイオードＤ８に供給し、所定時間が経過した後にダイオードＤ８への電圧供給を停止する。

＜バイアス電圧の制御＞
上記したバイアス電圧の供給制御は、バイアス制御部２３で行われる。このバイアス制御部２３は、図５に示すように制御部２３Ａと、記憶部２３Ｂとを備えて構成されている。記憶部２３Ｂには、例えば、図６Ａ及び図６Ｂに示すようなバイアス電圧波形が記憶されている。

制御部２３Ａは、操作部２５から設定されたバイアス制御モード指示に基づく制御モードを記憶部２３Ｂから読み出して、これに基づく制御信号を減衰部１７に入力するようになっている。

ここで、制御部２３Ａは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）又はＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）とを含んで構成されている。また、記憶部２３Ｂとしては、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ又はＨＤＤ等が挙げられる。

記憶部２３Ｂには、被検体表面付近から反射するエコー信号Ｓ１の振幅レベルに関連付けられ、送信信号の送信終了直後からの経過に伴って変化する複数のバイアス電圧波形情報（制御データ）が予め記憶されている。操作部２５を介してこの記憶部に記憶されている複数のバイアス電圧波形情報の中から最適の波形がユーザにより選択される。バイアス制御部２３は、ユーザにより選択されたバイアス電圧波形を決定し、決定されたバイアス電圧波形に基づいて減衰部１７に対するバイアス制御を実行する。なお、操作部２５としては、例えばキーボードや各種操作ボタン、トラックボール等が挙げられる。可変バイアス電源Ｖ３、Ｖ４のそれぞれは、決定された電圧波形情報にしたがってダイオードＤ７，Ｄ８にバイアス電圧を供給する。

バイアス制御部２３は、超音波の送受信周期と同期した周期で、超音波の送信終了直後から所定時間だけ供給され、操作部２５を介して選択・決定されたバイアス電圧波形に基づいてバイアス電圧を変化させるように可変バイアス電源Ｖ３、Ｖ４を制御する。

可変バイアス電源Ｖ３については、送信終了直後のバイアス電圧（正電圧）の値を最大（４００ｍＶ）とし、時間の経過と共にバイアス電圧の供給量が徐々に減少していく。その後、送信信号の超音波プローブ１５への供給停止直後から所定時間が経過すると、バイアス電圧の供給が停止される。バイアス制御部２３は、このバイアス電圧の供給量を、エコー信号（受信信号）のレベルに対応して変化させている。例えば、ノードＰ２における電圧Ｖｏｕｔが徐々に減少していく場合、その減少率に応じてバイアス電圧の供給量を変化させる。そして、ノードＰ２における電圧Ｖｏｕｔが増幅部１９の増幅器４０を飽和させない程度まで減少した場合に、バイアス電圧の供給を停止させる。

ここで、所定時間とは、送信終了直後からエコー信号の振幅レベルが増幅器４０を飽和させない程度まで減少するまでに要する時間である。この時間は、例えば、被検体の体型や検査環境（超音波プローブ種類や動作モード等）に応じて様々である。このため、あらかじめ様々な被検体の体型や検査環境の下で複数のバイアス電圧波形を確保しておくことが望ましい。ここで記載している「バイアス電圧（正電圧）の値を最大（４００ｍＶ）」は一例であり、増幅器１９の飽和レベルと入力信号レベル等の条件により適宜決められる。

可変バイアス電源Ｖ４については、送信終了直後のバイアス電圧（負電圧）の値を最大（−４００ｍＶ）とし、時間の経過と共にバイアス電圧の供給量が徐々に増加していく。その後、送信信号の超音波プローブ１５への供給停止直後から所定時間が経過すると、バイアス電圧の供給が停止される。バイアス制御部２３は、このバイアス電圧の供給量を、エコー信号（受信信号）のレベルに対応して変化させている。

なお、バイアス制御部２３では、可変バイアス電源Ｖ３で発生するバイアス電圧の最大値をダイオードＤ７の順方向電圧Ｖｆ未満とするように設定し、可変バイアス電源Ｖ４で発生するバイアス電圧の最大値をダイオードＤ８の順方向電圧未満とするように設定することが望ましい。

このように設定すれば、例えば、被検体表面から所定の深さで反射されたエコー信号（小振幅のエコー信号）が受信されたときでも、減衰部１７のダイオードＤ７，Ｄ８がオンすることはないので、小振幅のエコー信号の減衰停止を確実に行うことができる。

バイアス電圧を上記のように変化させることにより、振幅レベル（信号レベル）の高い被検体表面付近からのエコー信号については減衰部１７を通過する際に大きく減衰させ、信号レベルの低い深部領域からのエコー信号は信号強度を維持したまま減衰部１７を通過させることができる。

また、バイアス電圧を図６Ａ，図６Ｂのように変化させるための制御データは、例えば以下のような方法によって作成することができる。

制御データは、被検体から反射したエコー信号の信号レベル（被検体表面からの深さ）に応じて、増幅器１９のゲインを可変したり、ＡＤ変換後のデジタル信号のゲインを調整したりして作成される。この制御データは、増幅器１９の入力に換算した飽和レベルよりも大きな受信信号を減衰させるように構成される。制御データは、通常、超音波プローブの種類、動作モード（断層像を表示するＢモード、血流のドップラ信号を表示するドップラモード等）により切換えられる。

なお、上記した実施形態において、送信から受信までの帰投時間（被検体表面からの深さ）に応じて受信利得（受信ゲイン）を調整するＴＧＣ機能を上記した制御データ作成方法に連動させて制御データを作成してもよい。

ここで、ＴＧＣ機能を発揮させるために、タイムゲインコントロール（以下、「ＴＧＣ」と呼ぶ。）処理部（図示せず）及びＴＧＣ処理に関するＴＧＣデータを設定する設定部（図示せず）を減衰部１７の後段に設ける。このＴＧＣによる受信ゲイン調整を連動させることにより、作成する制御データの内容をより細かく設定することができ、結果として作成する制御データの種類を増加させることができる。

このようにして、送信終了直後からの経過時間に対応したバイアス電圧の値が決定する。バイアス制御部２３内の記憶部には上記のように得られたバイアス電圧波形が所定数予め記憶される。送信開始前に操作部２５を介して記憶部に記憶されている複数のバイアス電圧波形から所望のバイアス電圧波形が選択され、バイアス制御部２３は、選択されたバイアス電圧波形に基づいて可変バイアス電源Ｖ３，Ｖ４を制御する。

上記したバイアス電圧波形の一例を図６Ａ，図６Ｂに示す。図６Ａに示したバイアス電圧波形は、送信終了直後（Ｔ＝０）に４００ｍＶのバイアス電圧ｖ３をダイオードＤ７に供給し、５．０μｓｅｃ経過した時点でダイオードＤ７に供給するバイアス電圧ｖ３を２００ｍＶにまで減少し、１０．０μｓｅｃ経過した時点（上記説明の所定時間に相当）でダイオードＤ７へのバイアス電圧の供給を停止するような波形である。

図６Ｂに示したバイアス電圧波形は、送信終了直後（Ｔ＝０）に−４００ｍＶのバイアス電圧ｖ４をダイオードＤ８に供給し、５．０μｓｅｃ経過した時点でダイオードＤ８に供給するバイアス電圧ｖ４を−２００ｍＶにまで増加し、１０．０μｓｅｃ経過した時点（上記説明の所定時間に相当）でダイオードＤ８へのバイアス電圧の供給を停止するような波形である。

なお、図６Ａ，図６Ｂで、０．０μｓｅｃ〜１０，０μｓｅｃの期間において、ダイオードＤ７，Ｄ８は、信号の半波ごとに、概念的には、オンからオフまで動作することにより、その間のそれぞれの抵抗値がＲ５，Ｒ６に直列に入ることになる。

ＦＥＴ等を用いた半導体スイッチやダイオードスイッチ、メカニカルスイッチ等を利用すると、スイッチの切換え時に制御信号がエコー信号にクロストークすることによるスイッチングノイズがエコー信号に加算されてしまう。したがって減衰部１７のスイッチ制御を受信時間だけで制御する場合、仮に信号振幅が微小なタイミングであれば、スイッチングノイズが画像に表示されてしまう。一方、本実施形態では、ＦＥＴ等を用いた半導体スイッチを用いずに減衰部１７のスイッチ制御を行っているので、上記した問題点は生じない。

また、信号の半波ごとにオン／オフを制御する本発明の場合、減衰部１７をオン／オフするスイッチは必ずエコー信号振幅が大振幅の場合だけ動作し、その前記のスイッチングノイズは信号振幅に重畳するので、画像には表れない。

＜効果＞
本実施形態の超音波診断装置１は、正負両極性の送信信号が超音波プローブ１５を介して被検体内で反射されて得られた受信信号を処理する受信部２を備える。受信部２は、送信信号の受信部２への回り込みを防止するＴＲＳＷ１３と、受信信号を増幅する増幅部１９と、ＴＲＳＷ１３と増幅部１９の間に配置され、受信信号を減衰させる減衰部１７とを備える。減衰部１７は、送信終了直後から受信時間より短い所定時間を経るまで減衰量を大から小へ変化させる。

具体的には、減衰部１７は、第１の回路１７ａと第２の回路１７ｂを有して構成される。第１の回路１７ａは、直列接続されたダイオードＤ７と抵抗Ｒ５を含み、正電位から零電位に向かって変化するバイアス電圧ｖ３を発生する可変バイアス電源Ｖ３を備えて構成される。第２の回路１７ｂは、直列接続されたダイオードＤ８と抵抗Ｒ６を含み、負電位から零電位に向かって変化するバイアス電圧ｖ４を発生する可変バイアス電源Ｖ４を備えて構成される。

可変バイアス電源Ｖ３は、送信終了直後から所定時間が経過するまで正電位から零電位に向かってバイアス電圧をダイオードＤ７に供給し、所定時間が経過した後にダイオードＤ７へのバイアス電圧供給を停止する。可変バイアス電源Ｖ４は、送信終了直後から所定時間が経過するまで負電位から零電位に向かってバイアス電圧をダイオードＤ８に供給し、所定時間が経過した後にダイオードＤ８への電圧供給を停止する。

このように、被検体表面付近より深い位置において反射された振幅の小さいエコー信号を受信した場合には、減衰部１７を動作させずに、エコー信号をそのままの状態で増幅部１９に入力する。一方、被検体表面付近において反射された振幅の大きいエコー信号を受信した場合には、減衰部１７を動作させ、増幅部１９の前段における抵抗分圧比を小さくし、これによりエコー信号の振幅を減衰させる。

したがって、被検体表面付近において反射された振幅の大きいエコー信号が受信された場合でも、増幅部前段に至るまでに信号振幅が減衰され、結果として波形歪を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、被検体表面付近において反射されたエコー信号を増幅する増幅器の飽和を防止するとともに、表示部に表示させる超音波画像の画像品質の向上を図ることができる。

また、本実施形態の超音波診断装置１は、受信信号のレベルに関連付けられ、送信終了直後からの経過に伴って変化する複数の電圧波形情報を記憶する記憶部と、記憶部から選択された電圧波形情報に基づいて可変バイアス電源Ｖ３，Ｖ４に対して所定時間だけバイアス電圧を発生させるバイアス制御部２３とを備える。バイアス制御部２３は、予め記憶された関連付け情報の中から、可変バイアス電源Ｖ３，Ｖ４で発生させる電圧波形情報を操作部２５からの選択に応じてそれぞれ決定する。

このように、関連付け情報の中から適宜バイアス電圧波形のパターンを選択して決定できるので、例えば被験者の体型に応じて最適なバイアス電圧波形のパターンを選択することができる。したがって、被験者の体型にかかわらず常に正確な超音波画像を表示させることができる。

また、減衰部１７が動作したときの減衰比が既知であるので、例えばＡＤ変換後に振幅に応じた減衰比を補正することで元の信号をより正確に再現することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 超音波診断装置
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ 送受信切換えスイッチ部（ＴＲＳＷ）
１５ 超音波プローブ
１７ 減衰部
１９ 増幅部
２１ 処理部
２３ バイアス制御部
２３Ａ 制御部
２３Ｂ 記憶部
２５ 操作部
２７ 表示部

Claims (5)

1. 送信信号が超音波プローブを介して被検体内に超音波信号を送信する送信部と、被検体内で反射されて得られた受信信号を処理する受信部とを含む超音波診断装置であって、
   前記受信部は、
   前記送信信号の前記受信部への回り込みを防止する送受信分離のための送受信切換えスイッチ部と、
   前記受信信号を増幅する増幅部と、
   前記送受信切換えスイッチ部と前記増幅部の間に配置され、前記受信信号を減衰させる減衰部とを備え、
   前記減衰部は、送信終了直後から受信期間中の時間より短い所定時間を経るまで減衰量を大から小へ変化させる
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記減衰部は、直列接続された第１のダイオードと第２の抵抗を含み、正電位から零電位に向かって変化する電圧を発生する第１の電圧発生部を備えて構成された第１の回路と、直列接続された第２のダイオードと第２の抵抗を含み、負電位から零電位に向かって変化する電圧を発生する第２の電圧発生部を備えて構成された第２の回路とを有し、
   第１の電圧発生部は、送信終了直後から所定時間が経過するまで正電位から零電位に向かって電圧を第１のダイオードに供給し、所定時間が経過した後に第１のダイオードへの電圧供給を停止し、
   第２の電圧発生部は、送信開始から所定時間が経過するまで負電位から零電位に向かって電圧を第２のダイオードに供給し、前記所定時間が経過した後に第２のダイオードへの電圧供給を停止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記受信信号のレベルに関連付けられ、送信終了直後からの経過に伴って変化する複数の電圧波形情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部から選択された電圧波形情報に基づいて前記第１の電圧発生部及び前記第２の電圧発生部に対して前記所定時間だけ電圧を発生させる制御部とを備えた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記第１の電圧発生部で発生する最大電圧は前記第１のダイオードの順方向電圧未満であり、前記第２の電圧発生部で発生する最大電圧は前記第２のダイオードの順方向電圧未満である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波診断装置。
5. さらに、前記減衰部の後段に、送信から受信までの帰投時間に応じて受信利得を調整するタイムゲインコントロール処理部と、タイムゲインコントロール処理に関するタイムゲインコントロールデータを設定する設定部とを設け、
   前記第１の電圧発生部及び前記第２の電圧発生部で発生される電圧の波形は、前記電圧波形情報及び前記タイムゲインコントロールデータの設定情報に基づいて構成される
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の超音波診断装置。

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