JP2015119921A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波探触子へ送信する電圧を高い電圧からそれよりも低い電圧に切り換える際に、低い電圧に切り換える時間を短縮することができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波探触子２が接続可能に構成される超音波診断装置１であって、超音波探触子２から被検体に超音波を送信するための送信電気信号の供給を制御する送信部４と、超音波探触子２が受信した反射超音波に基づく受信信号を取得する受信部５と、送信部４に電圧を供給する送信電圧生成部１１と、制御部７とを備え、送信電圧生成部１１は制御部７により電気的接続が制御されるスイッチ９を介して接地電位と接続し、制御部７は所定時間が経過するまでスイッチをオン状態として送信電圧生成部１１と接地電位とを電気的に接続し、所定時間が経過するとスイッチをオフ状態として送信電圧生成部１１と接地電位との電気的接続を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療分野に用いられ、超音波探触子と接続可能な超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波探触子と接続し、超音波探触子内に設けられる超音波振動子に対して電圧を供給する。超音波振動子はこの電圧を受けて、超音波を被検体に対して送信し、その被検体により反射した反射超音波を受信する。超音波診断装置は、この反射超音波から得られる信号に基づいて被検体の断層画像を構成し、ディスプレイにその断層画像を表示する。ディスプレイに表示する画像として、Ｂモード、ＰＷＤ（Ｐｕｌｓｅ Ｗａｖｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ）モード、又はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）モードなど、表示画像のモード変更を行うことができる超音波診断装置が一般に知られている。この表示画像のモードにより、それぞれ超音波振動子に供給する電圧が異なり、超音波診断装置に備えられている電源が超音波探触子へ供給する電圧はモードにより適切な電圧に切り換えられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２５８８８９号公報

しかしながら、高い電圧を要するモードからそれよりも低い電圧を要するモードに切り換える際、その差分の電圧を放電して電圧を下げるために時間がかかり、迅速なモードの切換えができず使用者の迅速な診断の妨げとなっていた。

本発明の目的は、超音波探触子へ送信する電圧を高い電圧からそれよりも低い電圧に切り換える際に、低い電圧に切り換える時間を短縮することができるようにすることである。

そしてこの目的を達成するために本発明の超音波診断装置は、超音波探触子が接続可能に構成される超音波診断装置であって、前記超音波探触子から被検体に超音波を送信するための送信電気信号の供給を制御する送信部と、前記超音波探触子が受信した反射超音波に基づく受信信号を取得する受信部と、前記送信部に電圧を供給する送信電圧生成部と、制御部とを備え、前記送信電圧生成部は前記制御部により電気的接続が制御されるスイッチを介して接地電位と接続し、前記制御部は、所定時間が経過するまで前記スイッチをオン状態として前記送信電圧生成部と前記接地電位とを電気的に接続し、前記所定時間が経過すると前記スイッチをオフ状態として前記送信電圧生成部と前記接地電位との電気的接続を遮断する構成とし、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、例えば高い電圧を要するモードからそれよりも低い電圧を要するモードに切り換えた際に、所定時間が経過するまでスイッチをオン状態として送信電圧生成部と接地電位とを電気的に接続するため、送信電圧生成部に蓄積された電圧を接地電位にすばやく放電することが可能となり、低い電圧に切り換える時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態１における超音波診断装置の構成の一例を示す図 本発明の実施の形態１における超音波診断装置の回路の一例を示す図 本発明の実施の形態１における超音波診断装置の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における電圧の放電特性の一例を示す図 本発明の実施の形態１における電圧特性、スイッチの状態及び表示モードの関係の一例を示す図

以下に、本発明の超音波診断装置の一例を示す実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成の一例を示すブロック図である。なお、実線は信号線又は制御線であり、破線は電源供給線である。
本実施の形態の超音波診断装置１は、超音波探触子２及び電源プラグ３と接続可能に構成され、送信部４、受信部５、信号処理部６、制御部７、電源生成部８、放電スイッチ部９、放電部１０、送信電圧生成部１１、表示部１２、入力部１３、記憶部１４を備えている。

超音波診断装置１は、電源プラグ３を介して外部のＡＣ電源から電力が供給される。

超音波探触子２は、送信部４から受信する送信電気信号を超音波に変換し、超音波探触子２を接触させている被検体へ向かって超音波を送信する。そして超音波探触子２は、被検体により反射した反射超音波を受信し、この反射超音波を受信電気信号に変換してこの受信電気信号を受信部５へ送信する。

送信部４は、超音波探触子２と接続し、超音波探触子２から超音波を送信するための送信制御を行う送信制御信号を生成し、この送信制御信号に基づき生成した送信電気信号を超音波探触子に送信する送信処理を行う。送信部４は、パルサー及び送信ビームフォーマーなどから構成される。

受信部５は、超音波探触子２から受信した受信電気信号を増幅してＡ／Ｄ変換を行い、受信信号を生成する受信処理を行い、この受信信号を信号処理部６に送信する。受信部５は、増幅器、ＡＤコンバーター、及び受信ビームフォーマーなどから構成される。

信号処理部６は、受信部５から受信した受信信号に対して検波及びフィルタリング処理等を行い、表示部１２へ表示する画像を生成する。

電源生成部８は、デジタルアナログ変換回路を備え、電源プラグ３を介して外部のＡＣ電源から供給される電力をＡ／Ｄ変換し、送信部４、受信部５、信号処理部６、制御部７、放電スイッチ部９、送信電圧生成部１１に対して、各構成が動作可能となる電源電圧を生成し、供給する。

放電スイッチ部９は、例えばＦＥＴなどからなるスイッチ回路であり、放電部１０と接続し、制御部７の制御に従ってオン／オフの切り替えを行うスイッチを備える。スイッチのオン／オフを切り替えた場合の接続及び動作については後述する。

放電部１０は、接地電位を含む回路である。更に、例えば抵抗又はコンデンサ等の負荷を含んでいてもよい。抵抗又はコンデンサを含む場合、これらの負荷により電圧が消費される。

送信電圧生成部１１は、昇圧回路を備え、電源生成部８から供給された電圧を昇圧して送信電圧を生成し、送信部４へ供給する。

表示部１２は、信号処理部６が生成した画像を表示する。更に、入力部１３から入力される、超音波の送受信に関する設定又はモードの選択肢等を表示してもよい。

入力部１３はタッチパネル又はキーボードなどと接続し、表示部１２に表示する画像のモードの設定の入力を受け付けたり、画像のフリーズ又はフリーズの解除などの設定の入力を受け付けたりする。そしてその入力を制御部７へ送信する。画像のモードとしては、例えば、Ｂモード、Ｃモード、ＰＷＤモード、ＳＣＷ（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）モードなどがある。これら各画像のモードによって、電源生成部８が送信電圧生成部１１へ供給する電圧の値が異なる。

記憶部１４は制御部７と接続し、入力部１３から送信された設定などを記憶する。

制御部７は、各構成部の動作の制御を行う。
なお、送信部４及び受信部５の一部の機能は、超音波診断装置１内ではなく超音波探触子２内に設けていてもよい。また、表示部１２及び入力部１３は超音波診断装置１が備える構成ではなく、超音波診断装置１と接続可能な構成であってもよい。

送信部４、受信部５、信号処理部６、制御部７、電源生成部８、放電スイッチ部９、放電部１０、送信電圧生成部１１、及び記憶部１４の一部又は全部の機能は、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現することができる。これらの複数の機能を一つのチップとしてもよい。集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよいし、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等を利用してもよい。また、ソフトウェアにより実現してもよい。

ここで、放電スイッチ部９が備えるスイッチのオン／オフを切り替えた場合の接続について詳細に説明する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の回路の一部の例を示す図である。電源生成部８は送信電圧生成部１１と接続し、制御部７により制御される電圧を送信電圧生成部１１へ供給する。放電部１０は接地電位１５を含み、ここでは、図２に示すとおり抵抗及びコンデンサも備える。ここでは、放電スイッチ部９はＦＥＴである。放電スイッチ部９のスイッチがオン状態であるとき、図２において放電経路Ａとして示すように送信電圧生成部１１は放電部１０の抵抗を介して接地電位１５に電気的に接続する。放電スイッチ部９のスイッチがオフ状態であるときは、送信電圧生成部１１は接地電位１５には電気的に接続しない。なお、放電スイッチ部９は定常状態ではオフ状態となっており、制御部７の制御によりオン状態に切り替えられ、更にオン状態からオフ状態に切り替えられる。なお、放電部１０が備える抵抗又はコンデンサは、ある乗数の抵抗又はコンデンサを用いた構成としてもよい。

放電スイッチ部９のＦＥＴは、トランジスタ１６及び抵抗１７を備えており、図２においてフィードバック電流Ｂとして示すように、ソース電流をトランジスタ１６及び抵抗１７を介してゲートにフィードバックさせ、抵抗１７の定数により放電経路Ａに流れる電流値を決定し、定電流放電を行い、過大な電流を流さないようにしている。

以上に説明したような構成を用いて、超音波探触子２へ送信する電圧を所定の電圧からそれよりも低い電圧に切り換える際の動作について説明する。

図３は本発明の実施の形態１における超音波診断装置の制御部７の動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、表示部１２に表示する画像モードをＢモードからＳＣＷモードへ切り換える場合を例として説明するが、切り換えるモードはこれに限られず、超音波探触子２へ送信する電圧が高いモードからそれよりも低いモードへ変更する場合に適用できる。なお、表示部１２に表示する画像モードに限らず、表示部１２へ表示する画像を動画として表示していたモードから静止画として表示する、すなわち画像をフリーズする場合など、送信電圧生成部１１において生成する送信電圧を降下させる場合全てに適用できる。

制御部７は、入力部１３がモードの設定の入力を受け付けると、その入力されたモードの設定において、電源生成部８から送信電圧生成部１１へ供給すべき送信電圧を供給するよう制御し、送信電圧の値を記憶部１４へ記憶する。ここでは、一例として初めはＢモードの画像を表示する設定となっており、Ｂモードの画像を得るために必要な送信電圧を電源生成部８から送信電圧生成部１１へ供給するよう制御部７は電源生成部８を制御する。また、制御部７は現在の送信電圧の設定としてその送信電圧Ｖ１を記憶部１４に記憶している。なお、電源生成部８から送信電圧生成部１１へ供給する送信電圧Ｖ１は、送信電圧生成部１１により電圧Ｖαに昇圧され、送信部４へ供給される。このとき、放電スイッチ部９のスイッチはオフ状態となっている。

この状態で制御部７は入力部１３からモードの設定の変更、すなわち、ＳＣＷモードへの切り換えの入力を受け付けると（ステップＳ３０１）、制御部７はモード変更後の送信電圧の設定としてこのＳＣＷモードの画像を得るために必要な送信電圧Ｖ２を記憶部１４へ記憶し、送信電圧Ｖ２を電源生成部８から送信電圧生成部１１へ供給するよう制御部７は電源生成部８を制御し、更に、送信部４は超音波探触子２への送信電気信号の供給を停止する（ステップＳ３０２）。電源生成部８から送信電圧生成部１１へ供給する送信電圧Ｖ２は、送信電圧生成部１１により電圧Ｖβに昇圧され、送信部４へ供給されることとなるが、実際には、ステップＳ３０１においてモードの設定を変更する前に供給されていた電圧Ｖαから電圧Ｖβの値に収束するまでには一定の時間を要する。ステップＳ３０２において、送信部４が超音波探触子２への送信電気信号の供給を停止することにより、送信電圧生成部１１の電圧がＶαからＶβになるまで放電する間、超音波探触子２からの超音波の送信を停止し、不要な画像の生成及び出力を防止することができる。一方で、このように超音波の送信を停止すると、送信電圧生成部１１に印加されていた電圧Ｖαを放電する負荷がなくなるため、送信電圧生成部１１の昇圧回路に備えられているコンデンサ等に蓄積された電荷の放電に時間がかかることとなる。そこで、更に制御部７は次のようなステップを実施していく。

制御部７は、モードの設定の変更前の送信電圧Ｖ１と変更後の送信電圧Ｖ２の差分を算出し（ステップＳ３０３）、変更前の送信電圧Ｖ１が変更後の送信電圧Ｖ２より大きいか否かを判定する（ステップＳ３０４）。そして変更前の送信電圧Ｖ１のほうが変更後の送信電圧Ｖ２よりも小さい場合には、放電スイッチ部９のスイッチはオフ状態のままとしてステップＳ３０１へ戻る。変更前の送信電圧Ｖ１のほうが変更後の送信電圧Ｖ２よりも大きい場合には、ステップＳ３０５へ遷移する。なお、送信電圧生成部１１の電圧Ｖα及びＶβは送信電圧Ｖ１及びＶ２から一意に決定することができるため、ステップＳ３０３及びステップＳ３０４において送信電圧Ｖ１及びＶ２の代わりに送信電圧生成部１１の電圧Ｖα及びＶβを用いて計算、判定を行ってもよい。

ステップＳ３０５において、制御部７はステップＳ３０３において算出した変更前の送信電圧Ｖ１と変更後の送信電圧Ｖ２の電圧差から、送信電圧生成部１１に蓄積された電圧がＶαからＶβになるまで放電するために必要な放電時間を算出する。放電時間は、図４
に示すとおり、放電電圧と比例するため、算出式として比例式又は放電時間テーブルを予め記憶部１４に保存しておき、制御部７はこの比例式又は放電時間テーブルに基づいて放電時間を算出する。図４は本発明の実施の形態１に係る送信電圧生成部１１に蓄積された電圧の放電特性の一例を示す図である。縦軸は送信電圧生成部１１の電圧、横軸は時間を表す。電圧ＶαがＶβにまで放電されるのに（ｔβ−ｔα）だけ経過しており、この放電特性の直線の式を比例式として記憶部１４に保存しておいて制御部７が電圧ＶαからＶβまで放電するのにかかる時間を算出してもよいし、複数の所定の電圧を放電するために必要な経過時間を放電特性に基づいて算出して作成した放電時間テーブルを予め記憶部１４に保存しておき、制御部７が電圧ＶαがＶβにまで放電されるのに必要な経過時間をこの放電時間テーブルから読みだすようにしてもよい。

次に、制御部７は、放電スイッチ部９のスイッチがオン状態となるように制御する（ステップＳ３０６）。スイッチがオン状態となると、送信電圧生成部１１に蓄積されている電圧が、放電部１０が備える接地電位１５と接続し、送信電圧生成部１１に蓄積されている電圧は接地電位１５へ放電し、送信電圧生成部１１の電圧が低下する。更に、放電部１０が負荷を備える場合には、この負荷により送信電圧生成部１１に蓄積されている電圧が消費され、送信電圧生成部１１の電圧が低下する。

制御部７は、ステップＳ３０５において算出した放電時間が経過すると、ステップＳ３０８へと遷移し（ステップＳ３０７）、放電スイッチ部９のスイッチがオフ状態となるように制御する（ステップＳ３０８）。

送信電圧生成部１１は、送信電圧生成部１１の電圧がＶβまで下がったことを検出すると、制御部７に対して降圧信号を送信する。制御部７は、この降圧信号を受信するとステップＳ３１０へ遷移し（ステップＳ３０９）、ステップＳ３０２において停止していた送信部４から超音波探触子２への送信電気信号の供給を開始するよう制御する（ステップＳ３１０）。

ここで、ステップＳ３０１からステップＳ３１０を実施したときの、送信電圧生成部１１の電圧特性と、放電スイッチ部９の状態及び表示部１２に表示される画像のモードの関係の一例を示す図を図５に示す。図５は、縦軸が電圧、横軸が時間の送信電圧生成部１１の電圧特性を表すグラフであり、横軸の時間にあわせて、そのときのスイッチの状態及び表示部１２に表示される画像のモードが表されている。

図５に示すとおり、はじめ表示部１２に表示される画像のモードの設定はＢモードであり、このときの送信電圧生成部１１の電圧はＶαである。また、このときの放電スイッチ部９のスイッチはオフ状態となっている。表示する画像の設定についてＳＣＷモードへの変更が入力されると、ステップＳ３０２において説明したように送信部４から超音波探触子２への送信電気信号の送信が停止されるため、表示部１２に超音波診断画像は表示されない。また、ステップＳ３０６において説明したように放電スイッチ部９のスイッチはオン状態となる。送信電圧生成部１１の電圧がＶβとなると、ステップＳ３０８において説明したように放電スイッチ部９のスイッチがオフ状態となり、ステップＳ３１０において説明したように送信部４から超音波探触子２への送信電気信号の供給が再開するため、表示部１２にはＳＣＷモードの画像が表示される。

なお、ステップＳ３０５において放電時間を算出するために用いた放電時間テーブルは、過去に行った放電にかかった時間を測定して放電時間テーブルの値を補正するようにしてもよい。すなわち、制御部７は、ステップＳ３０９において送信電圧生成部１１からの降圧信号の受信を確認するが、放電スイッチ部９のスイッチをオン状態にしてからこの降圧信号を受信するまでの時間を測定し、その時間がステップＳ３０５において参照した放
電時間テーブルと差分があった場合には、放電時間テーブルをその差分を加算した値に補正して記憶部１４へ保存する。そして次回からステップＳ３０５の放電時間を算出する際には、この補正後の放電時間テーブルを用いる。

以上に説明したとおり、送信電圧生成部１１と接地電位１５との間に放電スイッチ部９を備え、送信電圧生成部１１の電圧を降下させる際にその降下させるのに必要な所定時間が経過するまで放電スイッチ部９のスイッチをオン状態として送信電圧生成部１１と接地電位１５とを電気的に接続し、所定時間が経過するとスイッチをオフ状態として送信電圧生成部１１と接地電位１５との電気的接続を遮断する構成とすることで、送信電圧生成部１１に蓄積された電圧を接地電位に放電することが可能となり、低い電圧へすばやく切り替えることができる。

（実施の形態１の変形例）
実施の形態１において、送信電圧生成部１１に蓄積された電圧の放電を行う際に、送信部４から超音波探触子２への送信電気信号の送信を停止していた。しかし、送信部４から超音波探触子２への送信電気信号の送信を停止しない構成としてもよい。すなわち、制御部７は、図３に示した動作フローのうち、ステップＳ３０２において、送信電気信号の送信の停止は行わず、これに伴い、ステップＳＳ３０９及びステップＳ３１０も省略する。このとき、ステップＳ３０５における放電時間の算出に際し、超音波探触子２からの超音波送信による放電と放電部１０による放電の両方を考慮して算出する必要がある。記憶部１４に予め保存される算出式は超音波探触子２からの超音波送信による放電量及び放電部１０による放電量を足し合わせた式とする。また、記憶部１４に放電時間テーブルを保存している場合は、この放電時間テーブルの、複数の所定の電圧を放電するために必要な経過時間について、放電部１０による放電量に超音波探触子２からの超音波送信による放電量を足し合わせて所定の電圧とし、必要な経過時間を算出したテーブルを保存する。

また、送信電圧生成部１１に蓄積された電圧の放電中は、制御部７は得られる超音波診断画像の表示部１２への表示は行うが、記憶部１４への画像データの保存は停止する。更に、制御部７は、放電中は放電開始直前の画像を表示部１２へ表示し続け、放電時間の経過後にリアルタイムの画像を表示するように制御してもよい。このようにすることで、表示部１２に電圧が変化している途中の画像が表示されることを防止することができる。

複数の表示モードを切り替えて使用できる超音波診断装置等に利用することができる。

１ 超音波診断装置
２ 超音波探触子
３ 電源プラグ
４ 送信部
５ 受信部
６ 信号処理部
７ 制御部
８ 電源生成部
９ 放電スイッチ部
１０ 放電部
１１ 送信電圧生成部
１２ 表示部
１３ 入力部
１４ 記憶部
１５ 接地電位
１６ トランジスタ
１７ 抵抗

Claims (6)

1. 超音波探触子が接続可能に構成される超音波診断装置であって、
   前記超音波探触子から被検体に超音波を送信するための送信電気信号の供給を制御する送信部と、
   前記超音波探触子が受信した反射超音波に基づく受信信号を取得する受信部と、
   前記送信部に電圧を供給する送信電圧生成部と、
   制御部とを備え、
   前記送信電圧生成部は前記制御部により電気的接続が制御されるスイッチを介して接地電位と接続し、
   前記制御部は、所定時間が経過するまで前記スイッチをオン状態として前記送信電圧生成部と前記接地電位とを電気的に接続し、前記所定時間が経過すると前記スイッチをオフ状態として前記送信電圧生成部と前記接地電位との電気的接続を遮断する超音波診断装置。
2. 前記送信電圧生成部が前記送信部へ供給する電圧を決定する設定の入力を受け付ける入力部を備え、
   前記制御部は前記設定の入力を受け付けた際に、前記入力を受けつける前の設定における前記送信部へ供給する第１の電圧のほうが前記受け付けた設定における前記送信部へ供給する第２の電圧よりも大きい場合に、前記スイッチを前記オン状態とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記制御部は前記第１の電圧と前記第２の電圧の差分を算出し、前記差分を放電するまでに要する時間を前記所定時間として算出し、前記スイッチの状態の切換えを制御する請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記送信電圧生成部は前記送信電圧生成部が前記第２の電圧となったときに降圧信号を前記制御部へ送信する請求項２又は３に記載の超音波診断装置。
5. 前記制御部が前記設定の入力を受け付けた際に、前記送信部は前記超音波探触子への前記送信電気信号の供給を停止し、前記制御部が前記降圧信号を受信すると前記送信部は前記超音波探触子への前記送信電気信号の供給を開始する請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記スイッチと前記接地電位との間に負荷が接続されている請求項１から５のいずれか一つに記載の超音波診断装置。

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