JP3665408B2

JP3665408B2 - 駆動パルス発生装置

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Publication number: JP3665408B2
Application number: JP04390196A
Authority: JP
Inventors: 直久神山; 喜隆嶺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JPH09234202A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組織の血流パフュージョンの検出及びその定量評価を行うため、被検体に超音波造影剤を注入した状態で超音波スキャンを行う「ハーモニックエコー法」と呼ばれる撮像法の実施機能を持たせた超音波診断装置の駆動パルス発生装置に係り、とくに、このハーモニックエコー法の画質改善に本質的に効く送信超音波パルスの改善に関する。詳しくは、送信超音波パルスに含まれる非基本波成分（とくに、２次高周波成分）の除去に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波信号の送受により画像信号を得る超音波診断装置は、超音波信号の非侵襲性を利用して種々の態様で使用されている。この超音波診断装置の主流は、超音波パルス反射法を用いて生体の軟部組織の断層像を得るタイプである。この撮像法は無侵襲で組織の断層像を得るものであり、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴスキャナ、ＭＲＩ装置、および核医学診断装置など、ほかの医用モダリティに比べて、リアルタイム表示が可能、装置が小形で比較的安価、Ｘ線などの被曝が無い、超音波ドプラ法に拠り血流イメージングができるなど、多くの利点を有している。このため心臓、腹部、乳線、泌尿器、および産婦人科などの診断に好適になっている。とくに、超音波プローブを体表に当てるだけの簡単な操作により、心臓の拍動や胎児の動きがリアルタイムに観察でき、また被爆なども無いから何度も繰り返して検査でき、さらに装置をベッドサイドに移動させて容易に検査できるという利点も在る。
【０００３】
このような状況下において、近年、心臓や腹部臓器に対して超音波信号を用いた新しい検査法が開発されつつある。それは静脈から超音波造影剤を注入した状態で超音波スキャンを行い、その結果得られた画像から血流動態の評価を行うものである（例えば、米国特許第５，４１０，５１６号又は特許出願公表、平４−５０１５１８号参照）。静脈からの造影剤注入は動脈注入よりも侵襲性が低いので、この血流動態評価法が普及してきている。超音波造影剤としては、例えば、「用手的あるいはソニケータにより気泡の生成された５％ヒトアルブミン」が知られている。この造影剤の主成分は微小な気泡であり、この気泡が超音波信号の反射源となる。
【０００４】
さらに、近年では、超音波造影剤に因るコントラストエコーの増強効果を高める手法として「ハーモニックエコー法」が考えられている。ハーモニックエコー法は、造影剤の微小気泡がその弾性作用に因り音響的な非線形現象、すなわち送信基本周波数に対する非線形成分、とくに２次高調波（ハーモニクス）成分の反射エコー信号を発生し易いことを利用したもので、ハーモニクスを生じ難い体内の臓器との間で信号レベル上の差別化を図ることに基礎を置いている。
【０００５】
例えば、図１３、１４に示す如く、反射エコー信号には送信波の基本周波数成分（同図では２ＭＨｚ）と造影剤に因るハーモニクス成分（同図では４ＭＨｚおよび６ＭＨｚ）を含むので、その基本周波数成分をフィルタで除去した残りの信号を表示すれば、ハーモニクス成分、すなわち造影剤に因る増強程度を反映した画像が得られる。
【０００６】
このようにハーモニックエコー法を用いると、比較的少量の造影剤を投与するだけで、関心領域の造影剤の有無、すなわち血流パフュージョンを観測でき、診断に有用な情報が得られる。
【０００７】
ハーモニックエコー法を実施する従来の超音波診断装置に搭載されているパルサの例を図１５または図１６に示す。図１５（ａ）のパルサ回路ＰＣは１個のスイッチング回路Ｓ１を有し、同図（ｂ）に示すパルス信号により振動子ＶＤは自励振動を起こし、同図（ｃ）に示す波形の送信波を出力する。
【０００８】
一方、図１６（ａ）のパルサＰＣは２個のスイッチング回路Ｓ１、Ｓ２を備えている。これに対し、同図（ｂ）に示す２つのパルス信号に応答して、振動子ＶＤから出力される送信波の波形は同図（ｃ）に示すように単極性の矩形波に似たものとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のパルサ回路を使ってハーモニックエコー法を実施する場合、以下に述べる如く、不都合が生じる。
【００１０】
ハーモニックエコー法は、気泡の非線形振動に因って生じる高周波信号のみを映像化するものである。つまり図１３、１４の例で説明すると、例えば２ＭＨｚの単一周波数成分を持つパルスを送信し、その高周波成分（例えば４ＭＨｚ）を受信することが望ましい。
【００１１】
これに対し、前述した従来のパルサから出力される送信パルスは矩形波パルス群であり、この波形には本質的に高周波成分が多く含まれている。このことを前述した図１４に例えると、２ＭＨｚの送信波に４ＭＨｚの高周波成分が初めから含まれていることになる。このような送信波を照射すると、元来は非線形挙動を起こしにくい生体組織からのエコー信号にも当然ながら４ＭＨｚのエコー信号が含まれてしまう。したがって、このような事態の元で、ハーモニックエコー法により高周波成分を画像化しても、その信号が造影剤から発せられた高周波信号か、もともと送信波に含まれていた高周波成分かの判別ができない以上、ハーモニックエコー法の信頼性が損なわれてしまう。
【００１２】
このようにハーモニックエコー法においては、送信波に含まれる駆動周波数の非基本波成分（高周波成分）は一種のノイズ成分と見做すことができ、この成分を送信時に低減させておくことは画像に対する信頼性向上の面から非常に重要である。
【００１３】
ところで、駆動周波数の非基本波成分を含まない送信波を生成するには、次のような手法も考えられる。これはあくまで理想的な場合であるが、任意波形合成器（シンセサイザ）をパルサのパルス発生部として搭載し、正弦波パルスを発生させるようにすればよい。
【００１４】
しかしながら、パルサにて生成される信号は通常、超音波プローブを駆動するため、比較的高パワー（電流１［Ａ］以上、電圧１００［Ｖ］以上）であることが要求される。このため、従来の任意波形合成器およびリニアアンプの組み合わせで対応した場合、波形歪みなどを引き起こすことはほとんど確実である。波形歪みは言うまでもなく高周波成分を増大させる。加えて、従来はスイッチ回路により形成していたスイッチ部を任意波形合成器などに置き換えることは、回路が非常に複雑化し、大掛かりのものになってしまうとともに、製造コストも高くなってしまう。
【００１５】
本発明は、上述した不都合に鑑みてなされたもので、スイッチング素子を使って比較的簡単な回路構成ながら、送信超音波をつくり出す駆動パルス自体の高周波成分（非基本波成分）を低減させ、ハーモニックエコー法により得られる画質および信頼性の向上を図ることを、その目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成させるため、本発明に係る駆動パルス発生装置は、被検体に注入された超音波造影剤により非線形散乱されたエコー信号の非基本波成分の信号を用いて画像を得るハーモニックエコー法を実施する超音波診断装置に搭載され、かつ、この超音波診断装置の超音波プローブに搭載した振動子に前記駆動パルスを供給するように構成した装置であり、この装置は、少なくとも一方が複数の異なる電圧値を有するプラス電圧及びマイナス電圧が供給されるオン・オフ可能な複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路を備え、当該スイッチング回路の出力端を前記振動子に接続して当該スイッチング回路が発生した駆動パルスを負荷に供給するパルサと、前記駆動パルスの振幅電圧が時間軸方向において変化し且つ正負両極に変化するように前記複数のスイッチング素子をオン・オフ制御するパルサ制御手段と、を備えたこと主要なを特徴とする。
【００１７】
例えば、前記パルサの出力端と前記振動子との間に位置して前記駆動パルスの非基本波成分を抑制する抑制手段を設けることができる。この場合、例えば、前記非基本波成分は前記駆動パルスの基本波成分に対する高周波成分であり、前記抑制手段は前記高周波成分を除去又は抑制するフィルタである。
【００１８】
また、前記パルサ制御手段は、前記駆動パルスが時間的に等幅で正負両極に交互に変化する電圧波形であって、当該波形の電圧振幅が時間方向に変化するように前記スイッチング素子をオン・オフ制御する手段として形成してもよい。この構成において、前記プラス電圧及び前記マイナス電圧のそれぞれは、同極性において互いに異なる複数の電圧値であって、異極性同士で同一の絶対値を採る複数の電圧値を有し、前記パルサ制御手段は、前記駆動パルスが正負両極に交互に変化して呈する前記電圧波形のうちの１周期分を成す対毎のプラス側波形及びマイナス側の振幅絶対値が等しくなるように前記複数のスイッチング素子をオンオフ制御する手段としてもよい。
【００１９】
さらに上述した各種の構成において、一例として、前記スイッチング素子の数は４個以上の偶数値であり、この４個以上のスイッチング素子は、一端に前記プラス電圧が供給された複数のプラス側スイッチング素子と、一端に前記マイナス電圧が供給され且つ前記プラス側スイッチング素子のそれぞれの他端に各別に直列接続された複数のマイナス側スイッチング素子と、前記プラス側スイッチング素子それぞれと前記マイナス側スイッチング素子それぞれとの接続点が前記負荷に至るように構成してもよい。
【００２０】
また、前記パルサは、前記プラス側スイッチング素子それぞれと前記マイナス側スイッチング素子それぞれとの前記接続点に共通に一端が接続され且つ他端に前記アース電位が供給されたアース側スイッチング素子を備え、前記パルサ制御手段は、前記プラス側スイッチング素子およびマイナス側スイッチング素子がいずれもオフ状態のときに前記アース側スイッチング素子をオン状態に設定する手段を有することもできる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一つの実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。この実施形態に係る超音波診断装置は、心臓、とくに左心室系の筋肉への血流状態の診断情報をハーモニックエコー法により得て異常部位を同定する構成になっている。しかしながら、本発明の超音波診断装置は必ずしもそのような、心筋への血流状態を診断対象とする場合に限定されるものではない。
【００２８】
図１に示す超音波診断装置は、システム全体の制御中枢として機能する装置本体１１と、この装置本体１１に接続された心電計（ＥＣＧ）１２、超音波プローブ１３、及び操作ユニット１４とを備える。操作ユニット１４は、オペレータからの各種の指示、情報を装置本体１１に与えるもので、キーボード１４Ａのほか、ＲＯＩ（関心領域）の設定などを行うためのマウス１４Ｂ，トラックボール１４Ｃを有する。
【００２９】
超音波プローブ１３は、電気／機械可逆的変換素子としての圧電セラミックなどの圧電振動子を有する。複数の圧電振動子がアレイ状に配列されてプローブ先端に装備され、フェーズドアレイタイプのプローブ１３が構成されている。これにより、プローブ１３は装置本体１１から与えられるパルス駆動電圧を超音波パルス信号に変換して被検体内の所望方向に送信し、また被検体で反射してきた超音波エコー信号をこれに対応する電圧のエコー信号に変換する。
【００３０】
装置本体１１は図示の如く、プローブ１３に接続された超音波送信部２１および超音波受信部２２、この超音波受信部２２の出力側に順に置かれたＢＰＦ２４，レシーバ部２５、ＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）部２６、メモリ合成部２７、ならびに表示器２８を備える。この装置本体１１はさらに、心電計１２の出力側に順に接続されたアンプ３１および参照データメモリ３２を備える。ＤＳＣ部２６にはイメージメモリ２９が接続されている。装置本体１１はさらに、操作ユニット１４からの操作データを受けるＣＰＵ（中央処理装置）４１を備えるとともに、制御手段の一翼を担うトリガ信号発生器４２、タイミング信号発生器４３をも備える。
【００３１】
超音波送信部２１は、パルス発生器５１、送信遅延回路５２、およびハーモニックモード用パルサ５４を有する。ここで、「ハーモニックモード」は原理的にはＢモード法であるが、高調波成分を撮像の基礎に置くハーモニックエコー法を実施するモードであり、Ｂモード法によりグレイスケールの通常の断層像を得る「通常Ｂモード」とは区別する。
【００３２】
なお、本実施形態ではハーモニックモードの構成を説明するが、通常Ｂモードのスキャンを実施できるように、ハーモニックモード用パルサ５４に通常Ｂモード用パルサを併設し、それらのパルサと送信遅延回路５２との間を電子制御スイッチで切り換えるようにしてもよい。
【００３３】
パルス発生器５１は、タイミング信号発生器４３からの制御信号に応答して、ハーモニックモード用パルサ５４にその切換スイッチング素子数に等しい数の２値パルスから成る制御パルス列（例えば図３（ａ）、図５（ａ）参照）を発生する。つまり、制御信号に応じて、制御パルス列の各パルスのオン・オフタイミングにより決まる駆動（送信）周波数および波数が制御される。
【００３４】
この制御パルス列は、送信チャンネル数分に分配されて送信遅延回路５２に送られる。送信遅延回路５２には、タイミング信号発生器４３から遅延時間を決めるタイミング信号が送信チャンネル毎に供給されるようになっている。これにより、送信遅延回路５２は制御パルス列に指令遅延時間をチャンネル毎に付与する。遅延時間が付与された制御パルス列が送信チャンネル毎にハーモニックモード用パルサ５４に供給される。この結果、超音波プローブ１３から送信された超音波信号は被検体内でビーム状に集束されかつ送信指向性が指令スキャン方向に設定される。
【００３５】
ハーモニックモード用パルサ５４は、入力した制御パルス列の各制御パルスのオン・オフタイミングにて内蔵する複数のスイッチング素子をオンオフ制御し、駆動パルスを送信チャンネル毎に発生する。駆動パルスはプローブ１３の送信チャンネル毎の振動子に印加される。ハーモニックモード用パルサ５４はとくに本発明の要旨を成すもので、その構成および動作を後に詳述する。
【００３６】
超音波プローブ１３は、ハーモニックモード用パルサ５４からの駆動パルスで励磁されると、その複数の送信チャンネルの圧電振動子から超音波信号が被検体に向けて送信される。被検体内では前述した遅延時間にしたがってビームフォーミングがなされる。送信された超音波パルス信号は、被検体内の音響インピーダンスの不連続面で反射される。この反射超音波信号は再びプローブ１３で受信され、対応する電圧量のエコー信号に変換される。このエコー信号はプローブ１３から受信チャンネル毎に超音波受信部２２に取り込まれる。
【００３７】
超音波受信部２２は、その入力側から順に、プリアンプ６１、受信遅延回路６２、および加算器６３を備える。プリアンプ６１および受信遅延回路６２はそれぞれ、受信チャンネル分のアンプ回路または遅延回路を内蔵する。受信遅延回路６２の遅延時間は、所望の受信指向性に合わせてタイミング信号発生器４３からトリガ信号パターンとして与えられる。このため、エコー信号は、受信チャンネル毎に、プリアンプ６１で増幅され、受信遅延回路６２により遅延時間が与えられた後、加算器６３で加算される。この結果として、所望の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信ビームが計算上で形成される。送信指向性と受信指向性の総合により、送受信の総合的な超音波ビームが形成される。
【００３８】
加算器６３の出力端はハーモニック用帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ）２４を経由してレシーバ部２５に至り、さらにＤＳＣ部２６に至る。ＢＰＦ２４は整相加算（ビームフォーミング）されたエコー信号からハーモニックエコー法に必要な非線形成分（例えば２次高調波成分）のみを通過させるように通過帯域が設定されている。このＢＰＦはハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、又は帯域除去フィルタに置換し、非基本波成分のみを通過させるように帯域設定してもよい。
【００３９】
なお、ＢＰＦ２４と加算器６３の間に電子切換スイッチを介挿し、このスイッチを切り換えて、通常Ｂモードの場合、ＢＰＦ２４をバイパスするように構成すればよい。
【００４０】
レシーバ部２５は、図示しないが、対数増幅器、包絡線検波器、Ａ／Ｄ変換器を備える。これにより、受信指向性が与えられた方向のエコーデータがデジタル量で形成され、ＤＳＣ部２６に送られる。ＤＳＣ部２６はエコーデータのスキャン方式を超音波方式から標準ＴＶ方式に変換し、メモリ合成部２７に送る。ＤＳＣ部２６が出力するエコーデータは、フレーム毎にイメージメモリ２９に記憶される。
【００４１】
一方、心電計（ＥＣＧ）１２により検出された心電信号は、アンプ３１を介して参照データメモリ３２に送られる。参照データメモリ３２は心電信号に対応した心電波形などの参照データを生成し、この参照データを前記メモリ合成部２７に送る。
【００４２】
メモリ合成部２７は、ハーモニックモードの画像データを再構築するとともに、ＣＰＵ４１から送られてくる表示態様の制御信号に応じて画像データおよび参照データを１フレームの画像に合成する。このフレーム画像データは表示部２８により順次読み出される。表示部２８では、内蔵するＤ／Ａ変換器でアナログ量に変換し、ＴＶモニタに表示する。この結果、ハーモニックモードにより注入造影剤の空間分布がそれぞれビジュアルに表示される。なお、通常モードのスキャンを行う場合、通常モードおよびハーモニックモードの画像データを１フレームに合成し、これを表示するようにしてもよい。かかる合成態様としては両画像データを並べる、または重畳する態様が典型的である。通常Ｂモードの画像により、被検体の組織形状の空間的分布が表示される。
【００４３】
ＣＰＵ４１は、常時は所定のメインプログラムを実行しており、駆動パルスの周波数、波数、スキャン方向などを制御する信号をタイミング信号発生器４３に与える。これに並行して、ＣＰＵ４１は、トラックボール１４ＢなどからＲＯＩ設定の信号を受けたときは、ＲＯＩ（関心領域）に関するグラフィックデータをメモリ合成部２７に送り、表示画像に重畳させる処理を行う。さらに、ＣＰＵ４１はキーボード１４Ａなどから表示部２８のＴＶモニタでの表示態様が指令されたときは、その表示態様を指令する信号をメモリ合成部２７に送る。なお、操作ユニット１４に通常Ｂモード、ハーモニックモードの切換を指令するスイッチを設け、ＣＰＵ１４にモード切換制御を実施させてもよい。
【００４４】
タイミング信号発生器４３は、ＣＰＵ４１からの指令に基づいて、ハーモニックモードのスキャンに関わる遅延時間を送信遅延回路５２および受信遅延回路６２に送る。
【００４５】
ここで、前述したハーモニックモード用パルサ５４の送信チャンネル毎の構成及び動作を図２〜図６に基づき説明する。
【００４６】
最初に、図２、３を参照してその一例を説明する。このハーモニックモード用パルサ５４は図２に示すように、スイッチング特性の等しい３個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３を有する。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のそれぞれは２つの切換端と１つの制御端をする。第１、第２のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一方の切換端が互いに直列に接続され、第１のスイッチング素子Ｓ１の反対側切換端にはプラス電圧Ｖｐが印加され、もう一方の第２のスイッチング素子Ｓ２の反対側切換端にはマイナス電圧Ｖｎが印加されている。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の中間接続点は第３のスイッチング素子Ｓ３の一方の切換端および振動子ＶＤの一端に至る。スイッチング素子Ｓ３のもう一方の切換端および振動子ＶＤの他端のそれぞれはアースに至る。ここでは、プラス電圧Ｖｐとマイナス電圧Ｖｎの絶対値は等しく設定されている。
【００４７】
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のそれぞれの制御端には、送信遅延回路５２で遅延制御された図３（ａ）の制御パルス列（各パルスは時間的に当幅）が入力する。これにより、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は同図（ａ）の如くオン、オフ制御される。つまり、スイッチング素子Ｓ１がオンになると、プラス電圧Ｖｐで振動子ＶＤを励振させ、スイッチング素子Ｓ２がオン（オンの期間は素子Ｓ１と同じ）になると、マイナス電圧Ｖｎで振動子ＶＤを励振させる。残りのスイッチング素子Ｓ３は振動子ＶＤの振動振幅を零に保持するため、両方のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がいずれもオンにしない時期（オフの期間）にオンに設定する。この結果、振動子ＶＤの励起信号（図２のＡ点の電位）は同図（ｂ）の両極性の波形（正負の方向に等振幅、オン時間が等しい）で与えられる。
【００４８】
なお、必要に応じて、第３のスイッチング素子Ｓ３は設けない構成も可能である。
【００４９】
図４、５の例を説明する。この場合のハーモニックモード用パルサ５４は図２で示したスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に相当するスイッチング素子数の組を複数組に増加させたものである。図４には、６個の第１〜第６のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のそれぞれを図２と同様に接続したパルサ５４を示す。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の各一方の切換端が相互に、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の各一方の切換端が相互に、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の各一方の切換端が相互にそれぞれ接続されている。この内、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のそれぞれのもう一方の切換端には相互に値が異なるプラス電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３（Ｖｐ１＞Ｖｐ２＞Ｖｐ３）が印加され、またスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のそれぞれのもう一方の切換端には同様に相互に値が異なるマイナス電圧Ｖｎ１，Ｖｎ２，Ｖｎ３（Ｖｎ１＜Ｖｎ２＜Ｖｎ３）が印加されている。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の相互接続点、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の相互接続点、およびスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の相互接続点は、第７のスイッチング素子Ｓ７の一方の切換端および振動子ＶＤに接続されている。第７のスイッチング素子Ｓ７のもう一方の切換端はアースに接続される。なお、ここでは、｜Ｖｐ１｜＝｜Ｖｎ１｜、｜Ｖｐ２｜＝｜Ｖｎ２｜、｜Ｖｐ３｜＝｜Ｖｎ３｜である。また第１〜第７のスイッチング素子の特性は同じである。
【００５０】
第１〜第６のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のそれぞれは、送信遅延回路５２を通して、図５（ａ）の制御パルス列の各パルス（時間的に当幅）をその制御端に受ける。これにより、第１〜第６のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は同図（ａ）に示す如くオンオフ動作する。第７のスイッチング素子Ｓ７はスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のいずれをもオンに設定しない時期にてオンに切り換えられる。プラス電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３はＶｐ１＞Ｖｐ２＞Ｖｐ３に、マイナス電圧Ｖｎ１，Ｖｎ２，Ｖｎ３はＶｎ１＜Ｖｎ２＜Ｖｎ３に設定されているので、図５（ａ）のオンオフ制御により、図４中の点Ａの信号は図５（ｂ）で示す矩形波形となる。つまり、両極性（オン時間が等しい）で、かつ、正負方向の振幅値を同じに保持しながら、その信号値が徐々に大きくなり、そして徐々に小さくなる。
【００５１】
なお、第７のスイッチング素子Ｓ７は必要に応じて設けない構成も可能である。
【００５２】
模式的に表された図４のパルサ５４は、具体的には図６に示すように構成することができる。第１〜第７のスイッチング素子としてＣ級動作の電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられている。ＦＥＴの代わりに、バイポーラ型トランジスタを用いることもできる。図２のパルサも同様に具体化できる。
【００５３】
このように本実施形態の駆動パルス発生によれば、簡単なスイッチング素子
（回路）を送信チャンネル毎に複数個（少なくとも３個）も受けたパルサを備え、そのスイッチング素子を所望の周波数および端数に基づいてオンオフ制御するだけの比較的簡単な構成で済む。しかも、振動子を正負の極性方向に同振幅でかつ時間的にも等幅で駆動できる。つまり、前述した図１５（ｃ）、図１６（ｃ）の従来パルサで得られる駆動パルス波形に比べて、より正弦波に近い波形を得ることができる。したがって、従来パルサよりも、非基本波成分（高周波成分など）を各段に抑制した駆動パルスを発生させることができ、この駆動パルスで振動子を駆動できる。駆動パルス自体に含まれる非基本波成分が初めから低減されているため、送信波に非基本波成分（とくにパワーが最も大きい２次高調波）を含まないことが望ましいハーモニックエコー法をより好適に実施でき、画質を向上させて、微小血流の描出能を上げ、信頼性を高めることができる。
【００５４】
また、任意波形合成器とリニアアンプとを用いる必要も無いのでパルサ部分の回路規模をよりコンパクトに抑えることができる。
【００５５】
なお、この実施形態ではパルサに搭載するスイッチング素子の数を３個または７個の場合を例示したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、複数個であればよい。
【００５６】
またなお、スイッチング素子に与える電圧値（振幅制御値）は、正、負の一方のみの極性について、前述したように１つであっても、複数であってもよい。図７には、各一方の極性について、４個の振幅制御される電圧値（プラス側：Ｖp1＜Ｖp2＜Ｖp3＜Ｖp4、および、マイナス側：Ｖn1＞Ｖn2＞Ｖn3＞Ｖn4）を使った例を示す。
【００５７】
さらに、スイッチング素子に与える電圧値（振幅制御値）は任意に設定可能である。しかし、電圧値を正、負の一方のみの極性について複数個設定するようにした場合、その電圧値の設定の仕方をさらに改善することができる。その一例を図８に示す。電圧値は、本来の目的である２次高周波成分が最も低減するような組み合わせで設定することが望ましい。よく知られているように、有限長信号の周波数解析においては窓関数（データウインドウ）を掛けると、データの端部の不連続な立ち上がりに因って生じる高周波成分への「漏れ」を低減することができる。本発明においても、スイッチング素子により増幅された増幅電圧値がそれらの窓関数の包絡線を辿るように定めるとよい。窓関数としては種々のもの、例えばハミング窓、ブラックマン窓などが在る。図８にはＷｅｌｃｈ窓の包絡線に沿って２種の電圧値Ｖp1，Ｖp2の大きさを定めた例を示している。
【００５８】
さらに、本発明に係る別の実施の形態を図９〜図１２を参照して説明する。本実施形態は、かかる非基本波成分の除去能力を送信系全体として一層高めるようにしたものである。
【００５９】
図９に示すように、超音波送信部２１において、パルサ５４と超音波プローブ１３との間に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７０を介挿している。ＬＰＦ７０は、例えばＬＣ型の１次（または数次）のローパスフィルタであり、その遮断周波数はパルサ５４からの駆動パルスの基本波成分のみを通過させるように設定されている。なお、このＬＰＦ７０は、適宜な通過帯域を設定することで帯域通過型フィルタＢＰＦに置換してもよい。
【００６０】
このＬＰＦ７０を使った具体的な送信チャンネル毎の構成例を図１０に、その動作例を図１１（ａ）（ｂ）に示す。この構成例および動作例は前述した図４、図５（ａ）（ｂ）にそれぞれ相当するものである。つまり、ＬＰＦ７０の作用により、振動子出力（図１１中の点Ｂの信号変化）は図１１（ｂ）の実線図示のように、およそ正弦波状（各半周期の時間幅は同じ）に変化する。振幅値をプラス電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３およびマイナス電圧Ｖｎ１，Ｖｎ２，Ｖｎ３に応じて徐々に上昇させ、そして下降させていく波形となり、時間的に当幅な正弦波状の波形で振動子ＶＤが励振される。なお、図１２はフィルタ７０を介挿させたときの詳細回路を示す。
【００６１】
これにより、パルサ５４により除去しきれなかった非基本波成分（とくに高周波成分）を後段のＬＰＦ７０により更に除去することができる。これにより、送信系全体として非基本波成分に対する高い除去能力を発揮できる。
【００６２】
なお、パルサ５４は前記実施形態で説明した本発明を実施した構成を有するが、このパルサ５４を使わないで送信波の非基本波成分を本実施形態と同等に除去しようとすると、非常に高次のフィルタを使う必要がある。しかしながら、本実施形態によれば、パルサ５４で既に非基本波成分が良好に除去されているので、フィルタ７０は比較的低次の素子構成で済み、回路規模を大幅に縮小させ、コンパクトに構成できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パルサは比較的簡単なスイッチング素子（回路）を用いて非基本波成分（例えば２次高周波成分）を最初から大幅に除去した駆動パルスを発生させることができる。つまり、超音波プローブから被検体に送信される送信波に含まれる非基本波成分は大幅にレベル低下する。したがって、ハーモニックエコー法において、超音波造影剤の微小気泡により生成される高周波（非基本波）エコー成分を従来よりも高い感度で観測することができ、エコー像の画質を格段に向上させ、装置の信頼性を高めることができる。この画質向上により、従来法では組織のエコー信号に隠れて観測不可能であった心筋内血流パフュージョン、または肝臓実質の血流パフュージョンを容易に観測、診断することができるという優れた効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示す概略ブロック図。
【図２】パルサの基本形を示す模式的構成図。
【図３】図２のパルサにおける制御パルス列および駆動パルスの波形図。
【図４】パルサの別の例を示す模式的構成図。
【図５】図４のパルサにおける制御パルス列および駆動パルスの波形図。
【図６】図４のパルサの具体的構成を示す回路図。
【図７】パルサのスイッチング素子に与える異なる電圧値の例を説明する図。
【図８】電圧値を設定するための窓関数の一例を示す図。
【図９】別の実施形態に係る装置構成の一部を示す概略ブロック図。
【図１０】フィルタをパルサと振動子との間に介挿させた状態を示す回路図。
【図１１】フィルタの機能を説明するための制御パルス列および駆動パルスの波形図。
【図１２】フィルタを介挿させたときのパルサの回路図。
【図１３】ハーモニックエコー法の映像化の仕組みを説明する図。
【図１４】ハーモニックエコー法の映像化の仕組みを説明する図。
【図１５】従来のパルサの一例の構成および動作を説明する図。
【図１６】従来のパルサの別の例の構成および動作を説明する図。
【符号の説明】
１１装置本体
１３超音波プローブ
２１超音波送信部
２２超音波受信部
２５レシーバ部
２６ＤＳＣ
２７メモリ合成部
２８表示部
４１ＣＰＵ
４２トリガ信号発生器
４３タイミング信号発生器
５４ハーモニックモード用パルサ
７０ＬＰＦ
Ｓ１〜Ｓ７スイッチング素子
ＶＤ振動子

Claims

被検体に注入された超音波造影剤により非線形散乱されたエコー信号の非基本波成分の信号を用いて画像を得るハーモニックエコー法を実施する超音波診断装置に搭載され、かつ、この超音波診断装置の超音波プローブに搭載した振動子に前記駆動パルスを供給するように構成した駆動パルス発生装置において、
少なくとも一方が複数の異なる電圧値を有するプラス電圧及びマイナス電圧が供給されるオン・オフ可能な複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路を備え、当該スイッチング回路の出力端を前記振動子に接続して当該スイッチング回路が発生した駆動パルスを負荷に供給するパルサと、
前記駆動パルスの振幅電圧が時間軸方向において変化し且つ正負両極に変化するように前記複数のスイッチング素子をオン・オフ制御するパルサ制御手段と、を備えたことを特徴とする駆動パルス発生装置。
前記パルサの出力端と前記振動子との間に位置して前記駆動パルスの非基本波成分を抑制する抑制手段を設けた請求項１に記載の駆動パルス発生装置。
前記非基本波成分は前記駆動パルスの基本波成分に対する高周波成分であり、前記抑制手段は前記高周波成分を除去又は抑制するフィルタである請求項２に記載の駆動パルス発生装置。
前記パルサ制御手段は、前記駆動パルスが時間的に等幅で正負両極に交互に変化する電圧波形であって、当該波形の電圧振幅が時間方向に変化するように前記スイッチング素子をオン・オフ制御する手段である請求項１に記載の駆動パルス発生装置。
前記プラス電圧及び前記マイナス電圧のそれぞれは、同極性において互いに異なる複数の電圧値であって、異極性同士で同一の絶対値を採る複数の電圧値を有し、
前記パルサ制御手段は、前記駆動パルスが正負両極に交互に変化して呈する前記電圧波形のうちの１周期分を成す対毎のプラス側波形及びマイナス側の振幅絶対値が等しくなるように前記複数のスイッチング素子をオンオフ制御する手段である請求項４に記載の駆動パルス発生装置。
前記スイッチング素子の数は４個以上の偶数値であり、この４個以上のスイッチング素子は、一端に前記プラス電圧が供給された複数のプラス側スイッチング素子と、一端に前記マイナス電圧が供給され且つ前記プラス側スイッチング素子のそれぞれの他端に各別に直列接続された複数のマイナス側スイッチング素子と、前記プラス側スイッチング素子それぞれと前記マイナス側スイッチング素子それぞれとの接続点が前記負荷に至る請求項１〜５の何れか一項に記載の駆動パルス発生装置。
前記複数のスイッチング素子はそれぞれ制御パルスに応答してオン・オフする電子形スイッチング素子で構成され、
前記パルサ制御手段は、前記駆動パルスを前記パルサに発生させるようにタイミング制御された２値の時間的に等幅な前記制御パルスを生成し、この制御パルスを前記複数のスイッチング素子に供給する手段を有する請求項１〜５の何れか一項に記載の駆動パルス発生装置。
前記パルサ制御手段は、前記制御パルスを遅延させて前記パルサに与える手段を有する請求項７に記載の駆動パルス発生装置。
前記パルサは、前記プラス側スイッチング素子それぞれと前記マイナス側スイッチング素子それぞれとの前記接続点に共通に一端が接続され且つ他端に前記アース電位が供給されたアース側スイッチング素子を備え、
前記パルサ制御手段は、前記プラス側スイッチング素子およびマイナス側スイッチング素子がいずれもオフ状態のときに前記アース側スイッチング素子をオン状態に設定する手段を有する請求項６に記載の駆動パルス発生装置。