JP2018108142A - 超音波診断装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブに動作電源を供給するスイッチング電源が発生するノイズに起因して超音波画像に表れるアーチファクトを抑制する技術の提供。【解決手段】超音波診断装置１０Ａは、所与のスイッチング周期でスイッチング動作を行うスイッチング電源１００と、前記スイッチング電源１００を動作電源とする超音波トランスデューサー２４と、前記超音波トランスデューサー２４を制御する制御部３００Ａと、を備え、前記制御部３００Ａは、前記超音波の送信周期を前記スイッチング周期の整数倍に制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、超音波診断装置等に関する。

医療分野では、被検体に超音波を送受信することで非接触に被検体に関する診断を行う超音波診断装置が知られている。超音波診断装置では、微少な超音波の受信信号を大きく増幅する必要があるため、僅かなノイズでも診断に与える影響が大きい。このようなノイズの影響を抑制するため、引用文献１には、被検体の血流速度を計測する超音波診断装置（生体情報測定装置）においてノイズの影響を最小限とする技術が開示されている。係る装置では、ドップラー信号の周波数分布情報からエラーが発生した測定点を判別し、計測した血流速度のデータからその測定点でのデータを削除・補完することで、正確な血流速度の計測を実現している。

特開２００８−１１９１４号公報

近年、超音波診断装置では、装置の小型化に伴い、電源部の小型化・高効率化・低価格化を図るため、スイッチング電源が用いられることが多くなっている。スイッチング電源には高周波ノイズを発生するという弱点があり、このスイッチング電源が発生するノイズが超音波信号の受信信号に重畳することで、超音波診断画像で生成される超音波画像にアーチファクト（実際には存在しない虚像）が表れてしまうという問題があった。上述の特許文献１の技術は、被検体が意図せずに身体（指先など）を動かしてしまうために発生するノイズや、超音波プローブと被検体の皮膚面との間に生じる摩擦によるノイズといった、比較的発生頻度が少ないノイズを想定しており、エラー判定を行ってエラーが生じた場合にデータを補完する技術である。そのため、スイッチング電源のノイズのような高周波ノイズであり、且つ、定常的に発生し得るノイズに対しては上述の特許文献１の技術の適用は困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超音波診断装置において、超音波プローブに動作電源を供給するスイッチング電源が発生するノイズに起因して超音波画像に表れるアーチファクトを抑制し得る技術を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明は、所与のスイッチング周期でスイッチング動作を行うスイッチング電源と、前記スイッチング電源を動作電源とする超音波トランスデューサーと、前記超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記超音波の送信周期を前記スイッチング周期の整数倍に制御する、超音波診断装置である。

スイッチング電源に起因するノイズの発生タイミングは、受信信号においてほぼ一定周期で表れる。このため、第１の発明のように、超音波の送信周期をスイッチング周期の整数倍に制御することで、超音波の送信周期に対するスイッチング動作のタイミング（超音波の送信周期に対する位相とも言える）を一定とさせ、受信信号を処理した際の超音波画像に表れるアーチファクトを抑制することができる。特に、超音波画像の一種であるドップラー画像に好適である。

第２の発明は、第１の発明の超音波診断装置であって、前記スイッチング電源を複数備え、前記制御部は、前記超音波の送信周期を前記スイッチング電源それぞれのスイッチング周期の公倍数に制御する、超音波診断装置である。

第２の発明によれば、スイッチング電源を複数備える場合にも、超音波画像に表れるアーチファクトを抑制することができる。

第３の発明は、第１の発明の超音波診断装置であって、前記スイッチング電源を複数備え、前記スイッチング電源それぞれのスイッチング動作を、前記スイッチング周期が同じで且つ、異なる位相に制御する第１のスイッチング電源制御部、を備えた超音波診断装置である。

第３の発明によれば、受信信号に発生する複数のスイッチング電源それぞれに起因するノイズの発生タイミングが一致しないので、超音波画像に表れるアーチファクトを抑制することができる。特に、超音波画像の一種であるＢモード画像に好適である。

第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明の超音波診断装置であって、前記スイッチング動作を、前記スイッチング周期に係る高調波が前記超音波トランスデューサーの受信信号に基づく画像表示用周波数帯域の外となる前記スイッチング周期で制御する第２のスイッチング電源制御部、を備えた超音波診断装置である。

第４の発明によれば、スイッチング周期に係る高調波が、超音波画像の表示に用いられる受信信号の周波数帯域外となるので、スイッチング周期に係る高調波のノイズの影響を受けることが無く、超音波画像に表れるアーチファクトを抑制することができる。特に、超音波画像の一種であるＢモード画像に好適である。

第５の発明は、第１〜第４の何れの発明の超音波診断装置であって、前記制御部は、前記超音波の送受信を制御してＢモード画像を生成するＢモード処理と、前記超音波の送受信を制御してドップラー画像を生成するドップラー処理と、を実行可能であり、少なくとも前記ドップラー処理において前記超音波の送信周期を前記スイッチング周期の整数倍に制御する、超音波診断装置である。

第５の発明によれば、超音波画像の一種であるドップラー画像に表れるアーチファクトを抑制することができる。

第６の発明は、所与のスイッチング周期でスイッチング動作を行うスイッチング電源と、前記スイッチング電源を動作電源とする超音波トランスデューサーと、を備えた超音波診断装置の制御方法であって、前記超音波トランスデューサーによる超音波の送信周期を前記スイッチング周期の整数倍に制御することと、前記超音波トランスデューサーによる前記超音波の受信信号に基づいて画像を生成することと、を含む制御方法である。

第６の発明によれば、第１の発明と同様の効果を得ることができる制御方法を実現できる。

超音波診断装置の構成例。 超音波測定の説明図。 超音波測定における送信タイミングの説明図。 第１実施例における超音波診断装置の機能構成図。 第１実施例におけるドップラー用の駆動周期の説明図。 ドップラー用の駆動周期がスイッチング周期の整数倍とならない比較例。 スイッチング電源ノイズに起因するドップラー周波数の一例。 第２実施例における超音波診断装置の機能構成図。 第２実施例におけるドップラー用の駆動周期の説明図。 ドップラー用の駆動周期がスイッチング周期の整数倍とならない比較例。 スイッチング電源ノイズに起因するドップラー周波数の一例。 第３実施例における超音波診断装置の機能構成図。 第３実施例におけるドップラー用の駆動周期の説明図。 第４実施例における超音波診断装置の機能構成図。 スイッチング周期の説明図。 第４実施例におけるドップラー用の駆動周期の説明図。 Ｂモード画像に表れるアーチファクトの一例。

［装置構成］
図１は、本実施形態の超音波診断装置１０の構成例を示す図である。図１に示すように、超音波診断装置１０は、超音波プローブ２０と、処理装置３０とが、ケーブル３２によって電気的に接続されて構成される。この超音波診断装置１０は、被検体１に超音波を送受信して、被検体１の生体情報を表す超音波画像を生成・表示する装置である。図１では、超音波プローブ２０を被検体１の胸部に貼り付けた超音波診断装置１０の使用時の状態を示している。

超音波プローブ２０は、被検体１の皮膚に貼付される薄型のプローブであり、超音波を送受信する複数の超音波振動子をマトリクス状に配置した超音波アレイ部を有して構成される。超音波素子は、超音波と電気信号とを変換する超音波トランスデューサーを有して構成され、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの超音波パルスを送信するとともに、その反射波を受信する。診断に先立ち、超音波プローブ２０は、超音波アレイ部の送受信面が被検体１の皮膚に密着するように、被検体１の診断対象部位に貼付・固定される。

処理装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサー、ＩＣ（Integrated Circuit）メモリーやハードディスクといった記憶媒体、外部装置とのデータ通信を行う通信ＩＣ等を有している。また、処理装置３０は、診断結果や操作情報を画像表示するための手段と操作入力のための手段とを兼ねるタッチパネルを備えて構成することができ、更に、操作入力のためのキーボードやマウス等の各種装置を備えた構成としてもよい。ＣＰＵ等のプロセッサーは、主に制御部３００（図４，図８，図１２，図１４参照）として機能するものであり、記憶媒体に記憶されているプログラムを実行することにより、超音波診断装置１０を統合的に制御して、超音波プローブ２０を用いた診断の実行や診断結果の表示及び記憶といった各種機能を実現する。なお、後述の図４，図８，図１２，図１４では、送信回路２６と受信回路２８とが超音波プローブ２０内に搭載される構成を図示したが、処理装置３０（３０Ａ〜３０Ｄ）に搭載されることとしても良い。

［診断の概要］
超音波診断装置１０は、超音波プローブ２０を用いた超音波の送受信を行って、被検体１の診断対象部位の超音波画像を生成・表示する。具体的には、超音波画像として、診断対象部位の断層画像であるＢモード画像、及び、血流の平均流速や方向等の血流に係る情報や、心臓の弁等の動作部位に係る情報を示すドップラー画像を生成し、Ｂモード画像にドップラー画像を重ねて或いは並べて表示する。

図２は、超音波プローブ２０を被検体１の診断対象部位に貼付・固定して超音波測定している状態を簡略的に示している。図２は、被検体１の皮膚面からの深さ方向に沿った断面図である。図２に示すように、本実施形態では、入射角度を所定の角度ずつ変えながら、被検体１の体表面位置を起点とする複数の走査ラインに沿って超音波ビームを放射状に送受信して走査範囲３となる所定の角度範囲を扇形に走査する、いわゆるセクタースキャン方式で超音波測定を行う。

具体的には、走査ラインＬ１〜Ｌ７（図２では、理解を容易にするために走査ラインの間隔を広くして少ない本数で示しているが、実際には、走査ラインの間隔はもっと狭く設定され、走査ラインの本数は多数である）の順に、走査ラインＬ１〜Ｌ７に沿って超音波ビームを送受信する（走査する）ことで、走査範囲３である扇形状の範囲のＢモード画像と、このＢモード画像上に設定した関心領域５のドップラー画像とを生成する。

Ｂモード画像の生成用の受信信号（Ｂモード信号）を得るためには、１本の走査ラインについて１回の走査を行えば良いが、ドップラー画像の生成用の受信信号（ドップラー信号）を得るためには、１本の走査ラインについて連続的に複数回の走査を行って、それぞれの走査による複数のドップラー信号を取得する必要がある。図２では、走査ラインＬ１〜Ｌ７のそれぞれについて１回の走査を行うことで、Ｂモード信号を得るとともに、関心領域５を通る走査ラインＬ３，Ｌ４のそれぞれについて複数回の走査を行うことで、ドップラー信号を得ることになる。

図３は、図２に示した超音波測定における超音波ビームの送信タイミングを説明する図である。図３では、横軸を時刻として、超音波ビームを送信させるために超音波プローブに与える駆動パルスの発生タイミングを矩形波で示している。図３に示すように、走査ラインＬ１〜Ｌ７のそれぞれに順に駆動パルスを与えるが、Ｂモード用の走査のみを行う走査ラインについてはＢモード用の駆動バルスのみを与え、Ｂモード用の走査及びドップラー用の走査の両方を行う走査ラインについてはＢモード用の駆動パルスとドップラー用の駆動パルスを与える。より具体的には、Ｂモード用の走査については、各走査ラインに１回ずつ駆動パルスを発生させればよいため、駆動パルスの周期は周期Ｔｂとなる。ドップラー用の走査については、対象となる走査ライン（すなわち、関心領域５を通る走査ライン）についてのみ、Ｂモード用の走査を行った後に、続けて、周期Ｔｂより短い周期Ｔｄでドップラー用の駆動パルスを複数回発生させる。ドップラー用の駆動パルスは、１本の走査ラインについて複数回走査する必要があるため、同じ走査ラインに対して複数回発生させる。

Ｂモード用、及び、ドップラー用それぞれの駆動パルスの送信周期（駆動周期）Ｔｂ，Ｔｄは、少なくとも、次の条件を満たすように制御する必要がある。すなわち、ドップラー用の走査では、関心領域５からの反射波を受信できれば良いため、ドップラー用の駆動周期Ｔｄは、超音波の送信時点から、関心領域５の最も深い位置からの反射波を受信できる時間長とすれば良い。一方、Ｂモード用の走査では、ドップラー用の走査よりも深い位置（長い距離）からの反射波を受信する必要があるとともに、Ｂモード用の走査の間に、同一の走査ラインに対するドップラー用の走査を連続して複数回行うため、Ｂモード用の駆動周期Ｔｂは、ドップラー用の駆動周期Ｔｄにドップラー用の走査回数を乗じた時間長以上とする必要がある。

これらの駆動周期Ｔｂ，Ｔｄを如何に制御するかが本実施形態の大きな特徴の１つである。以下では、代表例として、駆動周期Ｔｂの制御について説明する。詳細には、上述の必要条件を満たした上で、更に、超音波プローブ２０の受信回路に動作電源を供給するスイッチング電源のスイッチング周期Ｔｓに応じて、ドップラー用の駆動周期Ｔｂを制御する超音波診断装置１０（１０Ａ〜１０Ｄ）の４つの実施例（第１〜第４実施例）を順に説明する。

［第１実施例］
＜機能構成＞
図４は、第１実施例における超音波診断装置１０Ａの機能構成を示すブロック図である。図４に示すように、超音波診断装置１０Ａは、超音波プローブ２０と、処理装置３０Ａとを備えて構成される。超音波プローブ２０は、超音波アレイ部２２と、送信回路２６と、受信回路２８とを有し、処理装置３０Ａは、受信回路用スイッチング電源１００と、操作入力部２０２と、画像表示部２０４と、制御部３００Ａと、記憶部４００と、を有して構成される。

超音波アレイ部２２は、被検体１に超音波を送信し、被検体１内からの反射波を受信する複数の超音波トランスデューサー２４（超音波振動子）をマトリクス状に配置して構成される。

送信回路２６は、送信タイミング制御部３０２Ａから入力される送信タイミング信号に従って、各超音波トランスデューサー２４を駆動するパルス電圧（駆動パルス）を生成する。その際、任意の位置に超音波を収束させるよう、駆動パルスの出力タイミングを遅延させる送信遅延処理を行って各超音波トランスデューサー２４へのパルス電圧の出力タイミングを調整する送信ビームフォーミング処理を行う。超音波の収束位置を走査ラインに沿って変化させることで、当該走査ラインに沿った超音波ビームの送信を実現することができる。

受信回路２８は、受信タイミング制御部３０４から入力される受信タイミングに従って、各超音波トランスデューサー２４で受信された反射波の信号を検出する。その際、受信信号に対する増幅処理やフィルター処理、Ａ／Ｄ変換処理のほか、各超音波トランスデューサー２４からの受信信号を整相処理して超音波トランスデューサー２４毎に受信信号を加算する受信ビームフォーミング処理を行う。これにより、所望の走査ラインの方向からの反射波の信号を抽出することができる。

受信回路用スイッチング電源１００は、受信回路２８に動作電源を供給するスイッチング電源である。受信回路２８は、この受信回路用スイッチング電源１００からの供給電源を動作電源とするともいえる。すなわち、受信回路用スイッチング電源１００は、入力された商用電源（交流電源）を平滑化した後、スイッチング電源制御部３０６Ａからのクロック信号ＣＬＫに従ったスイッチング周期Ｔｓでのスイッチング動作を行って一時的に高周波の交流に変換し、再び平滑化することで、受信回路２８の動作電圧となる所定の直流電圧を出力する。

操作入力部２０２は、オペレーターによる操作入力を受け付け、操作入力に応じた操作信号を制御部３００Ａに出力する。操作入力部２０２の機能は、例えば、ボタンやスイッチ、タッチパネル、トラックパッド、マウス、キーボード等によって実現することができる。

画像表示部２０４は、制御部３００Ａからの表示信号に応じた画像を表示する。画像表示部２０４の機能は、例えば、タッチパネルや液晶ディスプレイ等によって実現される。この画像表示部２０４によって、被検体１の診断対象部位の超音波画像（Ｂモード画像やドップラー画像）が表示される。

制御部３００Ａは、ＣＰＵやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＩＣメモリー等の電子部品によって実現される。制御部３００Ａは、各機能部との間でデータの入出力制御を行い、所定のプログラムやデータ、操作入力部２０２からの操作入力信号等に基づき各種の演算処理を実行するとともに、超音波アレイ部２２を制御し、被検体１の所定診断用の指標値を算出する。本実施形態では、制御部３００Ａは、送信タイミング制御部３０２Ａと、受信タイミング制御部３０４と、スイッチング電源制御部３０６Ａと、画像生成部３１０とを有する。なお、制御部３００Ａを構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで実現することとしても良い。

送信タイミング制御部３０２Ａは、送信回路２６に対して、超音波ビームの送信タイミングを指示する送信タイミング信号を出力する。すなわち、図３に示したように、１本の走査ラインにつき１回のＢモード用の走査を行うように、Ｂモード用の駆動周期Ｔｂで超音波ビームの送信を指示する送信タイミング信号を出力する。また、ドップラー用の走査の対象となる走査ライン（すなわち、関心領域５を通る走査ライン）については、所定回数のドップラー用の走査を行うように、Ｂモード用の送信タイミング信号の出力後に、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１で複数回の超音波ビームの送信を指示する送信タイミング信号を出力する。ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１は、上述した駆動周期Ｔｄの一例であり、この駆動周期Ｔｄ１の制御については後述する。

受信タイミング制御部３０４は、送信タイミング制御部３０２Ａによる超音波ビームの送信タイミングに応じて、受信回路２８による反射波の受信タイミングを指示する受信タイミング信号を出力する。

スイッチング電源制御部３０６Ａは、受信回路用スイッチング電源１００の供給電源が受信回路２８に応じた所定の動作電圧となるように、受信回路用スイッチング電源１００のスイッチング周期Ｔｓを指示するクロック信号ＣＬＫを出力する。

画像生成部３１０は、Ｂモード処理部３１２と、ドップラー処理部３１４と、画像処理部３１６とを有し、受信回路２８による受信信号に基づく超音波画像（Ｂモード画像やドップラー画像）を生成し、画像表示部２０４に表示させる。

Ｂモード処理部３１２は、受信回路２８から入力される受信信号に対するＢモード処理を行う。すなわち、走査ライン別に、走査ラインに沿った各サンプリング点の受信信号の強度（反射波の振幅）を輝度値に変換したＢモードデータを生成する。

ドップラー処理部３１４は、受信回路２８から入力される受信信号に対するドップラー処理を行う。すなわち、受信信号を、互いに位相が９０度異なる基準信号それぞれと合成し、ＬＰＦ（Low Pass Filter）で高周波成分（和の周波数成分）を除去することで直交位相検波し、得られた差の周波数成分の信号をＡ／Ｄ変換する。次いで、同一の走査ラインについての複数の受信信号から得られた差の周波数成分の信号から同一部位で経時的に変化する一連の信号を抽出し、ＭＴＩ（Moving Target Indication）フィルターによって固定又は動きが遅い反射体の反射成分を除去することで、ドップラー信号を得る。その後、ドップラー信号に対するＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理等を行ってドップラー周波数ｆｄを算出し、更に、走査ライン別に、走査ラインに沿った各サンプリング点の血流の平均流速や、流速の分散、パワー等の血流に関する情報を、ドップラーデータとして算出する。

画像処理部３１６は、Ｂモード処理部３１２によってＢモード処理されたＢモードデータに基づき、超音波画像であるＢモード画像を生成し、画像表示部２０４に表示させる。また、ドップラー処理部３１４によってドップラー処理されたドップラーデータに基づき、超音波画像であるドップラー画像を生成し、画像表示部２０４に表示させる。

記憶部４００Ａは、ＩＣメモリーやハードディスク、光学ディスク等の記憶媒体により実現され、超音波診断装置１０Ａが備える種々の機能を実現するためのプログラムや、当該プログラムの実行中に使用されるデータ等が予め記憶される、或いは、処理の都度一時的に記憶される。なお、制御部３００Ａと記憶部４００Ａとの接続は、装置内の内部バス回路による接続に限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等の通信で実現しても良い。その場合、記憶部４００Ａは、超音波診断装置１０Ａとは別の外部記憶装置により実現されるとしても良い。本実施形態では、記憶部４００Ａには、超音波診断プログラム４０２Ａが記憶されるとともに、画像処理部３１６が超音波画像を生成する際に使用するフレームメモリー４０４を有する。

制御部３００Ａは、超音波診断プログラム４０２Ａを読み出して実行することにより、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１を制御して超音波画像を生成する第１実施例の機能を実現する。なお、制御部３００Ａ内の各機能部を電子回路等のハードウェアで実現する場合には、当該機能部を実現させるためのプログラムの一部を省略することができる。

＜ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１の制御＞
図５は、第１実施例におけるドップラー用の駆動周期Ｔｄ１の制御を説明する図である。図５では、横軸を時刻として、送信回路２６が超音波トランスデューサー２４に出力する駆動パルスである送信駆動波形と、スイッチング電源ノイズの波形とを示している。スイッチング電源ノイズは、受信回路用スイッチング電源１００のスイッチング動作に起因して電源電圧に重畳するノイズ信号であり、主成分としてスイッチング周期Ｔｓのノイズ成分を含むとともに、その高周波成分もノイズとして含んでいる。そして、第１実施例におけるドップラー用の駆動周期Ｔｄ１は、式（１）に示すように、スイッチング周期Ｔｓの整数倍となるように制御する。式（１）中のｎは自然数である。
Ｔｄ１＝ｎ×Ｔｓ ・・・（１）

なお、図５では、理解を容易とするために、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１がスイッチング周期Ｔｓの２倍（ｎ＝２）の例を示しているが、実際には、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１はスイッチング周期Ｔｓの数十倍〜数百倍となる。

このように、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１をスイッチング周期Ｔｓの整数倍（ｎ倍）とすることで、スイッチング電源ノイズに起因するドップラー画像のアーチファクトを抑制することができる。詳細に説明する。図６は、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１´がスイッチング周期Ｔｓの整数倍とならない場合の例である。図６では、図５と同様に、横軸を時刻として、送信駆動波形と、スイッチング電源ノイズの波形とを示している。

ドップラー処理は、連続する複数回の走査（超音波ビームの送信）によって得られた受信信号の経時変化から、何らかの移動体の移動速度（例えば、被検体１内の血流速度）を求めるものである。このため、図６に示すように、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１´がスイッチング周期Ｔｓの整数倍（ｎ倍）とならない場合、スイッチング電源ノイズの波形においては、超音波ビームの送信タイミング（つまり、送信駆動波形における駆動パルスの送信タイミング）を基準としたノイズの発生タイミングが、時間経過に伴って、すなわち駆動周期Ｔｄ１´が進むに従って、徐々に変化（図６では右方向に移動）することになる。換言すると、駆動周期Ｔｄ１´に対するノイズの発生タイミング（位相とも言える）は一定ではない、ということもできる。

時間経過に伴って（駆動周期Ｔｄ１´が進むに従って）スイッチング電源ノイズの発生タイミングが変化する信号に対するドップラー処理を行うと、そのノイズの発生タイミングの変化が速度として検出される結果、本来計測したい被検体１内における移動体の移動速度の検出に影響を与えてしまうことになる。図７は、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１´をスイッチング周期Ｔｓの整数倍（ｎ倍）としない場合のスイッチング電源ノイズに起因して検出されるドップラー周波数のスペクトルの一例を示す図である。スイッチング電源ノイズに起因する何らかのドップラー周波数が検出されることが分かる。なお、スイッチング電源ノイズに起因して検出されるドップラー周波数は、時間経過（駆動周期Ｔｄ１´の進行）に伴うノイズの発生タイミングの変化量（移動量とも言える）によって決まり、そのパワーは、ノイズの大きさによって決まる。

しかし、第１実施例のように、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ１をスイッチング周期Ｔｓの整数倍（ｎ倍）とすることで、スイッチング電源ノイズの発生タイミングは、超音波ビームの送信タイミング（つまり、送信駆動波形における駆動パルスの送信タイミング）に対して常に一定のタイミングとなる。このため、ドップラー処理において、スイッチング電源ノイズに起因する速度が検出されなくなり、ドップラー画像のアーチファクトを抑制することができる。

［第２実施例］
次に、第２実施例を説明する。なお、第２実施例において、上述の第１実施例と同一の構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略或いは簡略する。

＜機能構成＞
図８は、第２実施例における超音波診断装置１０Ｂの機能構成図である。図８に示すように、超音波診断装置１０Ｂは、超音波プローブ２０と、処理装置３０Ｂとを備える。

処理装置３０Ｂは、操作入力部２０２と、画像表示部２０４と、制御部３００Ｂと、記憶部４００Ｂと、第１受信回路用スイッチング電源１００ａと、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂとを有して構成される。

第１受信回路用スイッチング電源１００ａ、及び、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂは、ともに、受信回路２８に動作電源を供給するスイッチング電源である。第１受信回路用スイッチング電源１００ａは、スイッチング電源制御部３０６Ｂからの第１クロック信号ＣＬＫ１に従ったスイッチング周期Ｔｓ１でのスイッチング動作を行い、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂは、スイッチング電源制御部３０６Ｂからの第２クロック信号ＣＬＫ２に従ったスイッチング周期Ｔｓ２でのスイッチング動作を行う。

制御部３００Ｂは、送信タイミング制御部３０２Ｂと、受信タイミング制御部３０４と、スイッチング電源制御部３０６Ｂと、画像生成部３１０とを有する。

送信タイミング制御部３０２Ｂは、送信回路２６に対して、図３に示したように、１本の走査ラインにつき１回のＢモード用の走査を行うように、Ｂモード用の駆動周期Ｔｂで超音波ビームの送信を指示する送信タイミング信号を出力する。また、ドップラー用の走査の対象となる走査ライン（すなわち、関心領域５を通る走査ライン）については、所定回数のドップラー用の走査を行うように、Ｂモード用の送信タイミング信号の出力後に、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ２で複数回の超音波ビームの送信を指示する送信タイミング信号を出力する。ドップラー用の駆動周期Ｔｄ２は、上述した駆動周期Ｔｄの一例であり、送信タイミング制御部３０２Ｂによる駆動周期Ｔｄ２の制御については後述する。

スイッチング電源制御部３０６Ｂは、第１受信回路用スイッチング電源１００ａのスイッチング周期Ｔｓを指示する第１クロック信号ＣＬＫ１を出力するとともに、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂのスイッチング周期Ｔｓを指示するクロック信号ＣＬＫ２を出力する。スイッチング電源制御部３０６Ｂは、第１クロック信号ＣＬＫ１、及び、第２クロック信号ＣＬＫ２を、周期及び位相が一致したクロック信号となるように制御して出力する。

記憶部４００Ｂには、超音波診断プログラム４０２Ｂが記憶される。制御部３００Ｂは、超音波診断プログラム４０２Ｂを読み出して実行することにより、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ２を制御して超音波画像を生成する第２実施例の機能を実現する。

＜ドップラー用の駆動周期Ｔｄ２の制御＞
図９は、第２実施例におけるドップラー用の駆動周期Ｔｄ２の制御を説明する図である。図９では、図５と同様に、横軸を時刻として、送信駆動波形と、第１スイッチング電源ノイズの波形と、第２スイッチング電源ノイズの波形とを示している。第１スイッチング電源ノイズは、第１受信回路用スイッチング電源１００ａのスイッチング動作に起因して電源電圧に重畳するノイズ信号であり、第２スイッチング電源ノイズは、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂのスイッチング動作に起因して電源電圧に重畳するノイズ信号である。

図９では、第１スイッチング電源ノイズ、及び、第２スイッチング電源ノイズが異なる性質のノイズである場合を示している。第１スイッチング電源ノイズは、高周波成分を比較的多く含むノイズであり、第２スイッチング電源は、全体的にスパイク状のノイズであり、高周波成分が比較的含まないノイズである。超音波の反射波の受信信号には、この２つの第１スイッチング電源ノイズ、及び、第２スイッチング電源ノイズが重畳する。

第２実施例では、第１受信回路用スイッチング電源１００ａ、及び第２受信回路用スイッチング電源１００ｂそれぞれのスイッチング周期Ｔｓ、及び、位相が一致しているとする。そして、第２実施例では、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ２は、次式（２）に示すように、スイッチング周期Ｔｓの整数倍となるように制御する。式（２）中のｎは自然数である。
Ｔｄ２＝ｎ×Ｔｓ ・・・（２）

なお、図９では、理解を容易とするために、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ２がスイッチング周期Ｔｓの２倍（ｎ＝２）の例を示しているが、実際には、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ２はスイッチング周期Ｔｓの数十倍〜数百倍となる。

以上のように、第２実施例では、スイッチング電源のスイッチング周期の整数数になるように超音波の駆動周期（送信周期）Ｔｄ２を制御する。これにより、上述の第１実施例と同様に、スイッチング電源ノイズに起因するドップラー画像のアーチファクトを抑制することができる。

比較例を参照して作用効果を詳細に説明する。図１０は、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ２´がスイッチング周期Ｔｓ１，Ｔｓ２の整数倍とならない場合の比較例である。図１０では、図９と同様に、横軸を時刻として、駆動周期Ｔｄ２´の送信駆動波形と、スイッチング周期Ｔｓ１の第１スイッチング電源ノイズの波形と、スイッチング周期Ｔｓ２の第２スイッチング電源ノイズの波形とを示している。

第１スイッチング電源ノイズのスイッチング周期Ｔｓ１と、第２スイッチング電源ノイズの周期Ｔｓ２とは一致せず、且つ、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ２´は、スイッチング周期Ｔｓ１，Ｔｓ２の何れの整数倍ともなっていない。従って、この２種類のスイッチング電源ノイズが重畳した受信信号に対するドップラー処理を行うと、それぞれのスイッチング周期Ｔｓ１，Ｔｓ２が異なることから、図１１のスペクトラムに示すように、スイッチング電源ノイズに起因するドップラー周波数として、異なる２種類のドップラー周波数が検出されることになる。

しかし、第２実施例のように、スイッチング電源制御部３０６Ｂが第１クロック信号ＣＬＫ１、及び、第２クロック信号ＣＬＫ２を、周期及び位相が一致したクロック信号として出力する。そして、送信タイミング制御部３０２Ｂが、スイッチング電源のスイッチング周期の整数倍になるように超音波の駆動周期（送信周期）Ｔｄ２を制御する。この結果、スイッチング電源ノイズの発生タイミングは、スイッチング電源が複数であっても、超音波ビームの送信タイミング（つまり、送信駆動波形における駆動パルスの送信タイミング）に対して常に一定のタイミングとなる。このため、ドップラー処理において、スイッチング電源ノイズに起因する速度が検出されなくなり、ドップラー画像のアーチファクトを抑制することができる。

なお、第２実施例では、スイッチング電源を２つとして説明したが、３つ以上であってもよい。その場合、各スイッチング電源のクロック信号の周期及び位相を一致させ、スイッチング電源のスイッチング周期の整数倍になるように超音波の駆動周期（送信周期）Ｔｄ２を制御すればよい。

［第３実施例］
次に、第３実施例を説明する。なお、第３実施例において、上述の第１，第２実施例と同一の構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略或いは簡略する。

＜機能構成＞
図１２は、第３実施例における超音波診断装置１０Ｃの機能構成図である。図１２に示すように、超音波診断装置１０Ｃは、超音波プローブ２０と、処理装置３０Ｃとを備える。

処理装置３０Ｃは、操作入力部２０２と、画像表示部２０４と、制御部３００Ｃと、記憶部４００Ｃと、第１受信回路用スイッチング電源１００ａと、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂとを有して構成される。

制御部３００Ｃは、送信タイミング制御部３０２Ｃと、受信タイミング制御部３０４と、スイッチング電源制御部３０６Ｃと、画像生成部３１０とを有する。

送信タイミング制御部３０２Ｃは、送信回路２６に対して、図３に示したように、１本の走査ラインにつき１回のＢモード用の走査を行うように、Ｂモード用の駆動周期Ｔｂで超音波ビームの送信を指示する送信タイミング信号を出力する。また、ドップラー用の走査の対象となる走査ライン（すなわち、関心領域５を通る走査ライン）については、所定回数のドップラー用の走査を行うように、Ｂモード用の送信タイミング信号の出力後に、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ３で複数回の超音波ビームの送信を指示する送信タイミング信号を出力する。ドップラー用の駆動周期Ｔｄ３は、上述した駆動周期Ｔｄの一例であり、送信タイミング制御部３０２Ｃによる駆動周期Ｔｄ３の制御については後述する。

スイッチング電源制御部３０６Ｃは、第１受信回路用スイッチング電源１００ａのスイッチング周期Ｔｓを指示する第１クロック信号ＣＬＫ１を出力するとともに、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂのスイッチング周期Ｔｓを指示するクロック信号ＣＬＫ２を出力する。スイッチング電源制御部３０６Ｃは、第１クロック信号ＣＬＫ１、及び、第２クロック信号ＣＬＫ２を、周期が異なるクロック信号となるように制御して出力する。

記憶部４００Ｃには、超音波診断プログラム４０２Ｃが記憶される。制御部３００Ｃは、超音波診断プログラム４０２Ｃを読み出して実行することにより、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ３を制御して超音波画像を生成する第３実施例の機能を実現する。

＜ドップラー用の駆動周期Ｔｄ３の制御＞
図１３は、第３実施例におけるドップラー用の駆動周期Ｔｄ３の制御を説明する図である。図１３では、図５と同様に、横軸を時刻として、送信駆動波形と、第１スイッチング電源ノイズの波形と、第２スイッチング電源ノイズの波形とを示している。第１スイッチング電源ノイズは、第１受信回路用スイッチング電源１００ａのスイッチング動作に起因して電源電圧に重畳するノイズ信号であり、第２スイッチング電源ノイズは、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂのスイッチング動作に起因して電源電圧に重畳するノイズ信号である。

第３実施例では、第１受信回路用スイッチング電源１００ａのスイッチング周期はＴｓ１、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂのスイッチング周期はＴｓ２であり、異なっている。そして、第３実施例では、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ３は、次式（３）に示すように、スイッチング周期Ｔｓ１，Ｔｓ２の公倍数となるように制御する。式（３）中のｎ，ｍは自然数である。
Ｔｄ３＝ｎ×Ｔｓ１＝ｍ×Ｔｓ２ ・・・（３）

なお、図１３では、理解を容易とするために、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ３がスイッチング周期Ｔｓ１の２倍（ｎ＝２）で且つ、スイッチング周期Ｔｓ２の３倍（ｍ＝３）の例を示しているが、実際には、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ３はスイッチング周期Ｔｓ１，Ｔｓ２の数十倍〜数百倍となる。

以上のように、第３実施例では、各スイッチング電源のスイッチング周期の公倍数になるように超音波の駆動周期（送信周期）Ｔｄ３を制御する。これにより、上述の第１，第２実施例と同様に、スイッチング電源ノイズに起因するドップラー画像のアーチファクトを抑制することができる。すなわち、ドップラー処理において、何れのスイッチング電源のノイズに起因する速度も検出されなくなり、ドップラー画像のアーチファクトを抑制することができる。

なお、第３実施例では、スイッチング電源を２つとして説明したが、３つ以上であってもよい。その場合、各スイッチング電源のクロック信号の周期の公倍数となるように、超音波の駆動周期（送信周期）Ｔｄ３を制御すればよい。

［第４実施例］
次に、第４実施例を説明する。なお、第４実施例において、上述の第１〜第３実施例と同一の構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略或いは簡略する。

＜機能構成＞
図１４は、第４実施例における超音波診断装置１０Ｄの機能構成図である。図１４に示すように、超音波診断装置１０Ｄは、超音波プローブ２０と、処理装置３０Ｄとを備える。

処理装置３０Ｄは、操作入力部２０２と、画像表示部２０４と、制御部３００Ｄと、記憶部４００Ｄと、第１受信回路用スイッチング電源１００ａと、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂとを有して構成される。

制御部３００Ｄは、送信タイミング制御部３０２Ｄと、受信タイミング制御部３０４と、スイッチング電源制御部３０６Ｄと、画像生成部３１０とを有する。

送信タイミング制御部３０２Ｄは、送信回路２６に対して、図５に示したように、１本の走査ラインにつき１回のＢモード用の走査を行うように、Ｂモード用の駆動周期Ｔｂで超音波ビームの送信を指示する送信タイミング信号を出力する。また、ドップラー用の走査の対象となる走査ライン（すなわち、関心領域５を通る走査ライン）については、所定回数のドップラー用の走査を行うように、Ｂモード用の送信タイミング信号の出力後に、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ４で複数回の超音波ビームの送信を指示する送信タイミング信号を出力する。ドップラー用の駆動周期Ｔｄ４は、上述した駆動周期Ｔｄの一例であり、送信タイミング制御部３０２Ｄによる駆動周期Ｔｄ４の制御については後述する。

スイッチング電源制御部３０６Ｄは、第１受信回路用スイッチング電源１００ａのスイッチング周期Ｔｓを指示する第１クロック信号ＣＬＫ１を出力するとともに、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂのスイッチング周期Ｔｓを指示するクロック信号ＣＬＫ２を出力する。スイッチング電源制御部３０６Ｄは、第１クロック信号ＣＬＫ１、及び、第２クロック信号ＣＬＫ２を、周期が一致するが位相が異なるクロック信号となるように制御して出力する。スイッチング電源制御部３０６Ｄが、第１のスイッチング電源制御部、及び、第２のスイッチング電源制御部に相当する。

また、スイッチング電源制御部３０６Ｄは、図１５に示すように、第１受信回路用スイッチング電源１００ａ、及び、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂのスイッチング周期Ｔｓを、そのスイッチング周期Ｔｓに係る高調波が、超音波トランスデューサー２４の受信信号に基づく画像表示用周波数帯域の外となるように制御する。第４実施例では、Ｂモード画像の画像表示帯域の外になるように制御することとする。

Ｂモード画像用の画像表示帯域とは、Ｂモード用の駆動パルスの送信周波数Ｆｄ（＝１／駆動周期Ｔｄ）を中心とする周波数帯域であって、Ｂモード処理において、送信した超音波の反射波として抽出する周波数帯域である。画像表示帯域外とする高調波としては、高調波成分の強さに応じて定めることができる。例えば、１１次高調波までが含まれないようにすると好適である。これにより、受信回路用スイッチング電源１００ａ，１００ｂのスイッチング動作に起因するノイズ成分が、Ｂモード処理に用いる受信信号の画像表示用信号成分に含まれなくなるため、Ｂモード画像に表れるアーチファクトを抑制することができる。

記憶部４００Ｄには、超音波診断プログラム４０２Ｄが記憶される。制御部３００Ｄは、超音波診断プログラム４０２Ｄを読み出して実行することにより、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ４を制御して超音波画像を生成する第４実施例の機能を実現する。

＜ドップラー用の駆動周期Ｔｄの制御＞
図１６は、第４実施例におけるドップラー用の駆動周期Ｔｄ４の制御を説明する図である。図１６では、図５と同様に、横軸を時刻として、送信駆動波形と、第１スイッチング電源ノイズの波形と、第２スイッチング電源ノイズの波形とを示している。第１スイッチング電源ノイズは、第１受信回路用スイッチング電源１００ａのスイッチング動作に起因して電源電圧に重畳するノイズ信号であり、第２スイッチング電源ノイズは、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂのスイッチング動作に起因して電源電圧に重畳するノイズ信号である。

第４実施例では、第１受信回路用スイッチング電源１００ａ、及び、第２受信回路用スイッチング電源１００ｂのスイッチング周期Ｔｓ２は一致しているが、位相が互いに異なっている。そして、第４実施例では、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ４は、次式（４）に示すように、スイッチング周期Ｔｓの整数倍となるように制御する。式（４）中のｎは自然数である。
Ｔｄ４＝ｎ×Ｔｓ ・・・（４）

なお、図１６では、理解を容易とするために、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ４がスイッチング周期Ｔｓの２倍（ｎ＝２）の例を示しているが、実際には、ドップラー用の駆動周期Ｔｄ３はスイッチング周期Ｔｓの数十倍〜数百倍となる。

以上のように、第４実施例では、スイッチング電源それぞれのスイッチング動作を、スイッチング周期が同じで且つ、異なる位相に制御するとともに、スイッチング周期の整数倍になるように超音波の駆動周期（送信周期）Ｔｄ４を制御する。これにより、上述の第１〜第３実施例と同様に、スイッチング電源ノイズに起因するドップラー画像のアーチファクトを抑制することができる。すなわち、ドップラー処理において、何れのスイッチング電源のノイズに起因する速度も検出されなくなり、ドップラー画像のアーチファクトを抑制することができる。

更に、第４実施例では、Ｂモード画像におけるアーチファクトも抑制することができる。第１〜第３実施例では、送信駆動波形における駆動パルスの発生タイミングを基準としたスイッチング電源ノイズの発生タイミングがずれないように制御していた。これにより、ドップラー画像におけるアーチファクトを抑制できるが、スイッチング電源ノイズそのものは抑制していなかった。このため、例えば、第２実施例のように、複数（２台）の受信回路用スイッチング電源１００のスイッチング周期Ｔｓ及び位相が一致する場合には、それぞれのノイズの発生タイミングがほぼ一致することから、そのタイミングで受信信号に重畳するノイズのパワーが増加し、図１７に示すように、扇形状のＢモード画像に、弧状の周期的なアーチファクトが表れる場合があった。

第４の実施例では、複数（２台）の受信回路用スイッチング電源１００それぞれのスイッチング周期Ｔｓの位相を異ならせるように制御する。この結果、受信信号に重畳するノイズのタイミングをずらすことができるため、スイッチング周期Ｔｓの位相を一致させる場合に比べて、Ｂモード画像に表れるアーチファクトを低減させることができる。

［作用効果］
上述したように、本実施形態によれば、超音波診断装置１０において、超音波プローブ２０の受信回路２８に動作電源を供給する受信回路用スイッチング電源１００のノイズに起因して超音波画像に表れるアーチファクトを抑制し得る技術を提供することができる。

なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

１…被検体、１０（１０Ａ〜１０Ｄ）…超音波診断装置、２０…超音波プローブ、２２…超音波アレイ部、２４…超音波トランスデューサー、２６…送信回路、２８…受信回路、３０（３０Ａ〜３０Ｄ）…処理装置、１００（１００ａ，１１０ｂ）…受信回路用スイッチング電源、２０２…操作入力部、２０４…画像表示部、３００（３００Ａ〜３００Ｄ）…制御部、３０２（３０２Ａ〜３０２Ｄ）…送信タイミング制御部、３０４…受信タイミング制御部、３０６（３０６Ａ〜３０６Ｄ）…スイッチング電源制御部、３１０…画像生成部、３１２…Ｂモード処理部、３１４…ドップラー処理部、３１６…画像処理部、４００（４００Ａ〜４００Ｄ）…記憶部、４０２（４０２Ａ〜４０２Ｄ）…超音波診断プログラム、４０４…フレームメモリー

Claims (6)

1. 所与のスイッチング周期でスイッチング動作を行うスイッチング電源と、
   前記スイッチング電源を動作電源とする超音波トランスデューサーと、
   前記超音波トランスデューサーを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記超音波の送信周期を前記スイッチング周期の整数倍に制御する、
   超音波診断装置。
2. 前記スイッチング電源を複数備え、
   前記制御部は、前記超音波の送信周期を、前記スイッチング電源それぞれのスイッチング周期の公倍数に制御する、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記スイッチング電源を複数備え、
   前記スイッチング電源それぞれのスイッチング動作を、前記スイッチング周期が同じで且つ、異なる位相に制御する第１のスイッチング電源制御部、
   を備えた請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記スイッチング動作を、前記スイッチング周期に係る高調波が前記超音波トランスデューサーの受信信号に基づく画像表示用周波数帯域の外となる前記スイッチング周期で制御する第２のスイッチング電源制御部、
   を備えた請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
5. 前記制御部は、
   前記超音波の送受信を制御してＢモード画像を生成するＢモード処理と、前記超音波の送受信を制御してドップラー画像を生成するドップラー処理と、を実行可能であり、
   少なくとも前記ドップラー処理において前記超音波の送信周期を前記スイッチング周期の整数倍に制御する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の超音波診断装置。
6. 所与のスイッチング周期でスイッチング動作を行うスイッチング電源と、前記スイッチング電源を動作電源とする超音波トランスデューサーと、を備えた超音波診断装置の制御方法であって、
   前記超音波トランスデューサーによる超音波の送信周期を前記スイッチング周期の整数倍に制御することと、
   前記超音波トランスデューサーによる前記超音波の受信信号に基づいて画像を生成することと、
   を含む制御方法。