JP3746021B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配列振動子により送受信を行なう超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配列振動子を構成する複数の振動子を同時に用い、ビームの収束をおこなうフォーカシング技術は、現在では公知のものとなっている。
【０００３】
図８は、従来のリニア走査を行う超音波診断装置における送受信部の構成例を示すブロック図である（従来例１）。図８において、１は探触子で、配列された複数の振動子２〜１７を含む。１８〜３３は使用する開口を選択する高耐圧スイッチ、３４〜４１は送信パルスを発生する駆動回路（パルサ）、４２は駆動回路３４〜４１で発生するパルスのタイミングおよび幅を制御するトリガ発生器、４３〜５０は高圧パルスから受信回路を保護するリミタ、５１は受信信号を並び替えるクロスポイントスイッチ、５２〜５５は受信信号をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器、５６はディジタル変換されたデータを遅延加算するビームフォーマである。
【０００４】
このように構成された従来の超音波診断装置の動作については既に公知であり、説明は省くことにする。
【０００５】
配列振動子を用いた超音波診断装置は、複数の振動子を同時に駆動したり、受信信号を同時に処理する必要があるため、同時に使用する振動子の数に応じて、駆動回路、Ａ／Ｄ変換器、ビームフォーマが必要となり、装置の部品点数が多くなり、コストが高くなることが問題であった。
【０００６】
駆動回路の数の問題に対しては、特開昭６１−２８８８４５号公報に解決策が提案されている。以下で、上記公報に開示されている超音波診断装置について、図９を用いて説明する。
【０００７】
図９は、従来の超音波診断装置における送受信部の他の構成例を示すブロック図である（従来例２）。図９に示すように、駆動回路の数を半分にするとともに、ダイオード５８〜６５を用いて、振動子２〜１７のうち高耐圧スイッチ１８〜３３により選択された振動子を駆動する。ここで、駆動回路３４〜３７で発生するパルスは、正方向のユニポーラパルスとする。受信時には、ダイオード５８〜６５はＯＦＦとなり、リミタ４３〜５０にはそれぞれ別個の振動子で受信した受信信号が入力さる。このようにして、送信時には、１つの駆動回路で２つの振動子を駆動し、受信時には、各振動子ごとの受信信号を遅延加算することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示す従来例において、送信時に２つの振動子を同じ駆動回路で駆動することは、チャンネルピッチを２倍にするのと等価であり、振動子によっては、メインビームに近接してグレーティングローブが発生し、ビーム形状が劣化することがある。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、少ない送信回路構成で優れたビーム形状を実現し、高い画質が得られる超音波診断装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置は、アレイ状に配列された複数の振動子と、複数の振動子のうちそれぞれ隣り合う２つの振動子を駆動するためのバイポーラパルスを発生する複数の駆動回路と、複数の駆動回路から出力されるバイポーラパルスを駆動対象の振動子を選択する複数の切換手段（例えば、高耐圧スイッチ）と、振動子で受信した信号を遅延加算するビームフォーマと、複数の駆動回路のそれぞれの出力端子と複数の切換手段との間に接続され、隣り合う２つの振動子のうち一方の振動子を駆動するために、バイポーラパルスのうち正極性パルスを導通させる複数の第１のダイオードと、２つの振動子のうち他方の振動子を駆動するために、バイポーラパルスのうち負極性パルスを導通させる複数の第２のダイオードとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、同一の駆動回路からバイポーラパルスが供給される２つの振動子のうち、一方の振動子に対しては正極性パルスを導通させる第１のダイオードを設け、他方の振動子に対しては負極性パルスを導通させる第２のダイオードを設けることで、グレーティングローブを抑え、ビーム形状を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る超音波診断装置において、複数の駆動回路のそれぞれは、隣接する２つの振動子の駆動タイミングが重なった場合、一方の振動子の駆動タイミングを送信周波数の１周期分に相当する時間だけ遅らせるあるいは早くすることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、正極性パルスと負極性パルスのうち一方のタイミングをずらすことで、隣接する２つの振動子の駆動タイミングが重なることを回避することができる。
【００１４】
また、本発明に係る超音波診断装置において、複数の駆動回路のそれぞれは、正電源電圧を出力端子に導通または遮断し、バイポーラパルスのうち正極性パルスを選択出力する第１のスイッチと、負電源電圧を出力端子に導通または遮断し、バイポーラパルスのうち負極性パルスを選択出力する第２のスイッチと、第１のスイッチにより正極性パルスが選択出力される期間と、第２のスイッチにより負極性パルスが選択出力される期間との間で接地電位を出力端子に導通させる第３のスイッチとを備えることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、正極性パルスの発生期間と負極性パルスの発生期間との間に接地電位となる期間を設けることで、同一の駆動回路で駆動される２つの振動子間の干渉を防ぐことができ、ビーム形状を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る超音波診断装置において、複数の切換手段は、それぞれ複数の第１のダイオードからの正極性パルスが供給される複数の第１のパッケージと、それぞれ複数の第２のダイオードからの負極性パルスが供給される複数の第２のパッケージに実装されることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、正極性パルスと負極性パルスの振幅を大きくとることができ、結果としてＳ／Ｎ比が向上し、画質向上を実現することができる。
【００１８】
本発明に係る超音波診断装置はさらに、駆動回路の出力端子と第１のダイオードとの間に接続された第１のコンデンサと、駆動回路の出力端子と第２のダイオードとの間に接続された第２のコンデンサと、第１のコンデンサと第１のダイオードの共通接続部に一端が接続された第１の抵抗と、第２のコンデンサと第２のダイオードの共通接続部に一端が接続された第２の抵抗と、第１の抵抗の他端に正電源電圧あるいは接地電位を選択的に供給する第４のスイッチと、第２の抵抗の他端に負電源電圧あるいは接地電位を選択的に供給する第５のスイッチとを備えることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、チャンネルピッチの狭い振動子においては、一方の振動子に供給される駆動パルス対しては正電源電圧のバイアスを重畳し、他方の振動子に供給される駆動パルス対しては負電源電圧のバイアスを重畳することで、２つの振動子を同じユニポーラパルスで駆動することが可能となり、ビーム形状を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置における送受信部の一構成例を示すブロック図である。本実施形態と従来例２とが異なるのは、本実施形態では、駆動回路３４〜３７がバイポーラパルスを出力する点と、そのため駆動回路３４〜３７の出力端子に接続されたダイオード６６〜７３のうち、ダイオード６７、６９、７１、７３の極性が、従来例２のダイオード５９、６１、６３、６５の極性とは逆になっている点にある。その他の構成は、従来例２と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
図３Ａは、本実施形態における駆動回路３４の内部構成（他の駆動回路３５、３６、３７も同じ）を示す回路図であり、図３Ｂは、図３Ａの制御信号Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ３ｃおよび駆動回路３４から出力されるバイポーラパルスＳ２ａのタイミングチャートである。
【００２３】
図３Ａにおいて、スイッチＳＷ２００（第１のスイッチ）が正電源（＋Ｖ）と出力端子３４１との間に接続され、制御信号Ｓ３ａに応じて開閉動作する。また、スイッチＳＷ２０１（第２のスイッチ）が負電源（−Ｖ）と出力端子３４１との間に接続され、制御信号Ｓ３ａに応じて開閉動作する。さらに、スイッチＳＷ２０２（第３のスイッチ）が接地電位（ＧＮＤ）と出力端子３４１との間に接続され、制御信号３ｃに応じて開閉動作する。
【００２４】
図３Ｂに示すように、まず、制御信号Ｓ３ａに応じてスイッチＳＷ２００が導通し、出力端子３４１に正極性パルスが出力される。次に、スイッチＳＷ２００が遮断状態になると、制御信号Ｓ３ｃに応じてスイッチＳＷ２０２が導通し、接地電位ＧＮＤが出力端子３４１に出力される。次に、スイッチＳＷ２０２が遮断状態になると、制御信号Ｓ３ｂに応じてスイッチＳＷ２０１が導通し、出力端子３４１に負極性パルスが出力される。
【００２５】
このようにして、駆動回路３４から正極性パルス期間と負極性パルス期間との間に接地電位ＧＮＤとなる期間を有するバイポーラパルスＳ２ａが出力される。これにより、同一の駆動回路で駆動する２つの振動子間の干渉を防ぐことができる。
【００２６】
次に、このように構成された本実施形態の動作について、図２を用いて説明する。図２は、図１の駆動回路３４により振動子２、３を駆動する場合における各部信号のタイミングチャートである。
【００２７】
図２において、Ｓ２ａは駆動回路３４から出力されるバイポーラパルスである。バイポーラパルスＳ２ａのうち、正極性パルスがダイオード６６（第１のダイオード）を通過し、Ｓ２ｂとなる。振動子２は正極性パルスＳ２ｂで駆動され、振動子２から信号Ｓ２ｃが出力される。
【００２８】
また、バイポーラパルスＳ２ａのうち、負極性パルスがダイオード６７（第２のダイオード）を通過し、Ｓ２ｄとなる。振動子３は負極性パルスＳ２ｄで駆動され、振動子３から信号Ｓ２ｅが出力される。振動子３からの出力信号Ｓ２ｅは、振動子２からの出力信号Ｓ２ｃと比較して極性が逆である。振動子から出力される波形としては、この極性を考慮すると、信号Ｓ２ｆのような波形とみなすことができる。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、２つのユニポーラ出力の駆動回路を１つのバイポーラ出力の駆動回路として用いることができ、２つの振動子を独立したタイミングで駆動することができるので、グレーティングローブを抑え、少ない送信回路構成で優れたビーム形状を実現し、高い画質が得られる超音波診断装置を提供することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
同一の駆動回路により駆動される２つの振動子の駆動タイミングが重なった場合、同一の駆動回路でバイポーラパルスを発生することはできなくなる。この場合に、駆動回路において正極性パルスと負極性パルスのうち一方のタイミングを調整し、２つの振動子を駆動する方法を第２の実施形態として、図３を用いて説明する。
【００３１】
図４は、図１の駆動回路３４により振動子２、３を駆動するのに必要とされる各部信号のタイミングチャートである。図４において、Ｓ４ａは振動子２に要求されている出力信号、Ｓ４ｃは振動子３に要求されている出力信号である。振動子２から信号Ｓ４ａが出力されるためには、ダイオード６６から正極性パルスＳ４ｂが出力される必要があり、また、信号Ｓ４ｃを逆位相の信号Ｓ４ｄに換算すると、ダイオード６７から負極性パルスＳ４ｅが出力される必要がある。しかし、駆動回路３４からは、正極性パルスＳ４ｂと負極性パルスＳ４ｅを同時に出力することはできない。そこで、信号Ｓ４ｄの位相（タイミング）を３６０度（送信周波数の１周期）だけ変更して信号Ｓ４ｆとすることで、ダイオード６７からは負極性パルスＳ４ｇが出力されればよいことになる。よって、駆動回路３４に要求されるバイポーラパルスは、Ｓ４ｈのような正極性パルスと負極性パルスのタイミング関係になる。
【００３２】
このようにして、正極性パルスと負極性パルスのうち一方のタイミングをずらすことで、破綻なく、第１の実施形態を実現することができ、優れた形状のビームを実現できる。
【００３３】
なお、本実施形態では、負極性パルスＳ４ｅのタイミングを送信周波数の１周期分だけ遅らせて負極性パルスＳ４ｇとしたが、正極性パルス４ｂのタイミングを送信周波数の１周期分だけ早めてもよい。
【００３４】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置において、高耐圧スイッチの一般的なパッケージ例を示すブロック図である。一般に、高耐圧スイッチはいくつかの回路が１つのパッケージに実装されており、１つのパッケージの電源端子は共通となっている。ここでは、パッケージ７４、７５、７６、７７にそれぞれ４つの高耐圧スイッチ１８〜２１、２２〜２５、２６〜２９、３０〜３３が実装されている場合を想定している。図５においては、正極性パルスと負極性パルスを同一のパッケージに供給している。高耐圧スイッチの電源電圧には限界があるが、例えば駆動回路から出力されるバイポーラパルスの電圧レベルが−Ｖ〜＋Ｖであったとすると、高耐圧スイッチのマイナス電源は−Ｖ以下、プラス電源は＋Ｖ以上に設定しなければならない。高耐圧スイッチの電源電圧の上限値と下限値の範囲が狭ければ、正極性パルスと負極性パルスの振幅を小さくせざるを得なくなり、結果としてＳ／Ｎ比が低下し、画質劣化につながる。
【００３５】
そこで、図６のように、正極性パルスが供給される４つの高耐圧スイッチ１８、２０、２２、２４および２６、２８、３０、３２をそれぞれ１つのパッケージ７４および７６（第１のパッケージ）に実装し、負極性パルスが供給される４つの高耐圧スイッチ１９、２１、２３、２５および２７、２９、３１、３３をそれぞれ別々のパッケージ７５および７７（第２のパッケージ）に実装した。
【００３６】
この結果、正極性パルスが供給される高耐圧スイッチの電源は−０．５Ｖ〜＋１．５Ｖ、負極性パルスが供給される高耐圧スイッチの電源は−１．５Ｖ〜＋０．５Ｖとなり、正極性パルスと負極性パルスの振幅を大きくとることができ、結果としてＳ／Ｎ比が向上し、画質向上を実現することができる。
【００３７】
（第４の実施形態）
図７Ａは、本発明の第４の実施形態に係る超音波診断装置における駆動回路の出力端子に接続される回路の回路図である。図７Ａにおいて、駆動回路Ｐ１と、正極性パルスを導通させるダイオードＤ１（第１のダイオード）との間にはコンデンサＣ１（第１のコンデンサ）が接続され、駆動回路Ｐ１と、負極性パルスを導通させるダイオードＤ２（第２のダイオード）との間にはコンデンサＣ２（第２のコンデンサ）が接続されている。さらに、コンデンサＣ１とダイオードＤ１の共通接続部に抵抗Ｒ１（第１の抵抗）の一端が接続され、抵抗Ｒ１の他端はスイッチＳＷ１００（第４のスイッチ）を介して正電源（＋Ｖ）あるいは接地電位（ＧＮＤ）に接続される。また、コンデンサＣ２とダイオードＤ２の共通接続部に抵抗Ｒ２（第２の抵抗）の一端が接続され、抵抗Ｒ２の他端はスイッチＳＷ１０１（第５のスイッチ）を介して負電源（−Ｖ）あるいは接地電位（ＧＮＤ）に接続される。
【００３８】
次に、このように構成された回路の動作について、図７Ｂおよび図７Ｃを用いて説明する。駆動回路Ｐ１から出力されるバイポーラパルスのうち正極性パルスおよび負極性パルスでそれぞれの振動子を駆動する場合は、図７Ｃに示すように、スイッチＳＷ１００、ＳＷ１０１の共通接点はいずれもｂ接点側（接地電位ＧＮＤ）に接続され、正極性パルスである出力信号ＯＵＴ１および負極性パルスである出力信号ＯＵＴ２がそれぞれの振動子に送られる。
【００３９】
ところで、チャンネルピッチが狭い振動子を用いる場合もあり、この場合は、２つの隣り合った振動子を同じユニポーラパルスで駆動しても、グレーティングローブによるビーム形状の劣化が起きない。この場合には、ＳＷ１００、ＳＷ１０１の共通接点はａ接点側に接続される。この結果、図７Ｂに示すように、出力信号ＯＵＴ１は、正電源電圧＋Ｖのバイアスが重畳され、０〜＋２Ｖの振幅を有するユニポーラパルスとなり、出力信号ＯＵＴ２は、負電源電圧−Ｖのバイアスが重畳され、０〜−２Ｖの振幅を有するユニポーラパルスとなる。振動子に直流電圧（０）を与えても音に変換されないので、出力信号ＯＵＴ１、ＯＵＴ２はともに同じユニポーラパルスと見ることができる。
【００４０】
このようにして、チャンネルピッチの狭い振動子においては、２つの振動子を同じユニポーラパルスで駆動することが可能となり、ビーム形状を向上させることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バイポーラパルスを発生する１つの駆動回路１つにより、２つの振動子を独立に駆動することができ、ビーム形状を向上させ、高い画質が得られる超音波診断装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置における送受信部の一構成例を示すブロック図
【図２】 第１の実施形態における各部信号のタイミングチャート
【図３Ａ】 第１の実施形態における駆動回路の内部構成を示す回路図
【図３Ｂ】 図３Ａの駆動回路における各部信号のタイミングチャート
【図４】 本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の送受信部における各部信号のタイミングチャート
【図５】 本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の送受信部において、高耐圧スイッチの一般的なパッケージ例を示すブロック図
【図６】 第３の実施形態において、図５のパッケージ構成の変形例を示すブロック図
【図７Ａ】 本発明の第４の実施形態に係る超音波診断装置の送受信部における駆動回路の出力端子に接続される回路の回路図
【図７Ｂ】 図７ＡのスイッチＳＷ１００、ＳＷ１０１の共通接点が共にａ接点側に接続された場合の出力信号ＯＵＴ１、ＯＵＴ２のタイミングチャート
【図７Ｃ】 図７ＡのスイッチＳＷ１００、ＳＷ１０１の共通接点が共にｂ接点側に接続された場合の出力信号ＯＵＴ１、ＯＵＴ２のタイミングチャート
【図８】 従来例１としての超音波診断装置における送受信部の構成例を示すブロック図
【図９】 従来例２としての超音波診断装置における送受信部の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
１ 探触子
２〜１７ 振動子
１８〜３３ 高耐圧スイッチ
３４〜４１ 駆動回路
４２ トリガ発生器
４３〜５０ リミタ
５１ クロスポイントスイッチ
５２〜５５ Ａ／Ｄ変換器
５６ ビームフォーマ
５７ 制御器
５８〜７３ ダイオード
７４〜７７ 高耐圧スイッチのパッケージ
ＳＷ１００、ＳＷ１０１、ＳＷ２００、ＳＷ２０１、ＳＷ２０２ スイッチ
Ｐ１ 駆動回路
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗

Claims (5)

1. アレイ状に配列された複数の振動子と、
   前記複数の振動子のうちそれぞれ隣り合う２つの振動子を駆動するためのバイポーラパルスを発生する複数の駆動回路と、
   前記複数の駆動回路から出力されるバイポーラパルスを供給する駆動対象の振動子を選択する複数の切換手段と、
   前記振動子で受信した信号を遅延加算するビームフォーマと、
   前記複数の駆動回路のそれぞれの出力端子と前記複数の切換手段との間に接続され、前記隣り合う２つの振動子のうち一方の振動子を駆動するために、前記バイポーラパルスのうち正極性パルスを導通させる複数の第１のダイオードと、
   前記２つの振動子のうち他方の振動子を駆動するために、前記バイポーラパルスのうち負極性パルスを導通させる複数の第２のダイオードとを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記複数の駆動回路のそれぞれは、前記隣接する２つの振動子の駆動タイミングが重なった場合、一方の振動子の駆動タイミングを送信周波数の１周期分に相当する時間だけ遅らせるあるいは早くする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記複数の駆動回路のそれぞれは、
   正電源電圧を出力端子に導通または遮断し、前記バイポーラパルスのうち正極性パルスを選択出力する第１のスイッチと、
   負電源電圧を出力端子に導通または遮断し、前記バイポーラパルスのうち負極性パルスを選択出力する第２のスイッチと、
   前記第１のスイッチにより前記正極性パルスが選択出力される期間と、前記第２のスイッチにより前記負極性パルスが選択出力される期間との間で接地電位を出力端子に導通させる第３のスイッチとを備える請求項１または２記載の超音波診断装置。
4. 前記複数の切換手段は、それぞれ前記複数の第１のダイオードからの正極性パルスが供給される複数の第１のパッケージと、それぞれ前記複数の第２のダイオードからの負極性パルスが供給される複数の第２のパッケージに実装される請求項１から３のいずれか一項記載の超音波診断装置。
5. 前記超音波診断装置はさらに、
   前記駆動回路の出力端子と前記第１のダイオードとの間に接続された第１のコンデンサと、
   前記駆動回路の出力端子と前記第２のダイオードとの間に接続された第２のコンデンサと、
   前記第１のコンデンサと前記第１のダイオードの共通接続部に一端が接続された第１の抵抗と、
   前記第２のコンデンサと前記第２のダイオードの共通接続部に一端が接続された第２の抵抗と、
   前記第１の抵抗の他端に正電源電圧あるいは接地電位を選択的に供給する第４のスイッチと、
   前記第２の抵抗の他端に負電源電圧あるいは接地電位を選択的に供給する第５のスイッチとを備える請求項１から４のいずれか一項記載の超音波診断装置。

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