JP4657044B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置、特にパルスドプラ超音波診断装置の電源装置に関する。

パルスドプラ超音波診断装置は、超音波信号をパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）でパルス状に繰り返して送信し、受信信号をＰＲＦに同期してサンプリングしてドプラビート成分を検出することにより、血流速度パターンを検出して表示するように構成されている。ここで、ＰＲＦは、検出対象の深度に応じて設定され、比較的浅い位置を検出する場合には比較的高い周波数（例えば８ｋＨｚ）に設定され、比較的深い位置を検出する場合には比較的低い周波数（例えば４ｋＨｚ）に設定される。

また、パルスドプラ超音波診断装置のスイッチング電源装置では、商用電源を整流、平滑化した直流電圧を所望の電源電圧に応じたデューティ比のスイッチング周波数でスイッチングし、得られた交流電圧を整流、平滑化して所望の電源電圧を生成することが一般的である。ここで、電源装置のスイッチング周波数とＰＲＦが整数倍の関係にない場合には、画面上にノイズが現れるので、これを防止するために、下記の特許文献１には電源装置のスイッチング周波数をＰＲＦの整数倍になるように制御する方法が提案されている。
特開平５−１３０９９２号公報（要約書）

ところで、近年のスイッチング電源装置では、ＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility）対策として、スイッチング回路の後段に電圧共振型や電流共振型の共振回路を設けて不要な周波数を除去する共振型スイッチング電源が用いられている。しかしながら、このような共振型の構成では、スイッチング周波数と共振周波数により、画面上に表示される血流速度パターンにノイズが混入して誤診の危険性があるという問題点がある。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、共振回路を用いた場合に、スイッチング周波数と共振周波数により、画面上に表示される血流速度パターンに電源電圧によるノイズが混入することを防止することができるパルスドプラ超音波診断装置の電源装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、信号をパルス状に繰り返して送信し、受信信号を前記パルス状の信号に同期してサンプリングして前記信号の送信周波数と前記受信信号の周波数の差分であるドプラ偏移周波数を検出する測定手段の電源装置において、
交流電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、
前記整流された直流電圧を、所望の直流電源電圧に応じたデューティ比のスイッチング周波数でスイッチングしてパルス状の交流電圧を生成するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段により生成された交流電圧と共振する共振手段と、
前記共振手段により共振した交流電圧を変圧して整流して所望の電源電圧を生成する変圧整流手段と、
前記スイッチング手段の前記スイッチング周波数の整数倍と前記共振手段の共振周波数の整数倍が前記ドプラ偏移周波数の偏移領域外になるように制御する制御手段とを、
備えた構成とした。
この構成により、スイッチング周波数と共振周波数の正の整数倍がドプラ偏移周波数の偏移領域外になるように制御するので、共振回路を用いた場合に、スイッチング周波数と共振周波数により、画面上に表示される血流速度パターンに電源電圧によるノイズが混入することを防止することができる。

また、本発明は上記目的を達成するために、超音波信号をパルス状に繰り返して送信し、受信信号を前記パルス状の超音波信号に同期してサンプリングして前記超音波信号の送信周波数と前記受信信号の周波数の差分であるドプラ偏移周波数を検出するパルスドプラ超音波診断装置の電源装置において、
交流電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、
前記整流された直流電圧を、所望の直流電源電圧に応じたデューティ比のスイッチング周波数でスイッチングしてパルス状の交流電圧を生成するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段により生成された前記交流電圧と共振する共振手段と、
前記共振手段により共振した交流電圧を変圧して整流して所望の電源電圧を生成する変圧整流手段と、
前記スイッチング手段の前記スイッチング周波数の整数倍と前記共振手段の共振周波数の整数倍が前記ドプラ偏移周波数の偏移領域外になるように制御する制御手段とを、
備えた構成とした。
この構成により、スイッチング周波数と共振周波数の正の整数倍がドプラ偏移周波数の偏移領域外になるように制御するので、共振回路を用いた場合に、スイッチング周波数と共振周波数により、画面上に表示される血流速度パターンに電源電圧によるノイズが混入することを防止することができる。

また、本発明の電源装置において、前記共振手段が電流共振型の共振手段であることは本発明の好ましい態様である。

本発明によれば、共振回路を用いた場合であっても、スイッチング周波数と共振周波数により、画面上に表示される血流速度パターンに電源電圧によるノイズが混入することを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係るパルスドプラ超音波診断装置とその電源装置の一実施の形態を示すブロック図である。

図１において、超音波送信部１は、超音波駆動パルスを深度に応じたパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）で繰り返して発生してマルチプレクサ２を介してトランスジューサ３に出力し、トランスジューサ３は超音波駆動パルスにより振動して超音波を発生して被検体に照射し、被検体からの反射信号を受信してマルチプレクサ２、超音波受信部４を介してドプラ処理部５に出力する。ドプラ処理部５は受信信号をＰＲＦに同期してサンプリングしてドプラビート成分を検出することにより血流速度パターンを検出し、ＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）６はドプラ処理部５により検出された血流速度パターンを画像表示部７が表示可能な画像データに変換して画像表示部７に出力する。

上記の各ブロック１〜７に必要な電源電圧は共振型スイッチング電源１０から供給される。共振型スイッチング電源１０は一例としてハーフブリッジ形ＤＣ−ＤＣコンバータで構成され、入力電源としての交流電源を整流回路１１により整流し、かつ平滑化して直流電圧を生成し、整流回路１１により生成された直流電圧を、ＦＥＴなどのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を有するスイッチング回路１２により所望の電源電圧に応じたデューティ比のスイッチング周波数ｆd でスイッチングして交流電圧を生成し、スイッチング回路１２により生成された交流電圧を共振回路１３により共振周波数ｆr （＝ｆd ）で共振させ、共振回路１３により共振した交流電圧を、トランス及び整流・平滑化回路を有するコンバータ用トランス１４により出力電圧を変換する。

ここで、送信超音波の周波数ｆｃとこの周波数ｆｃに対応した検出範囲±Δｆとが成す範囲内で受信超音波の周波数の差分であるドプラ偏移周波数ｆe は、図２に示すように血流速度に応じてｆc−Δｆ〜ｆc＋Δｆの範囲で遷移する。したがって、スイッチング回路１２のスイッチング周波数ｆd ×Ｎ（Ｎは正の整数）と共振回路１３の共振周波数ｆr ×Ｎがｆc−Δｆ〜ｆc＋Δｆの範囲内であると、画像表示部７の画面上に表示される血流速度パターンにノイズが混入して誤診の危険性がある。そこで、本発明では、ドプラ偏移周波数ｆe の下限ｆc−Δｆより下側の周波数をｆs1とし、ドプラ偏移周波数ｆe の上限ｆc＋Δｆより上側の周波数をｆs2として、超音波送信部１のＰＲＦを切り替えるごとに、周波数設定部８がスイッチング回路１２のスイッチング周波数ｆd が
ｆs1＝ｆd×Ｎ＜ｆc−Δｆ
ｆs2＝ｆd×Ｎ＞ｆc＋Δｆ
になるように制御する。また、共振素子選択部９は共振回路１３の共振素子（後述）を選択して共振周波数ｆr ×Ｎも合わせて、ドプラ偏移周波数ｆe の偏移領域ｆc−Δｆ〜ｆc＋Δｆ外になるように変化させる。

図３（ａ）はドプラ診断画像の血流速度パターンのベースライン（速度＝０）が下、Δｆが上になるように表示した例を示し、図３（ｂ）は血流速度パターンのベースラインが中央、Δｆ／２、−Δｆ／２がそれぞれ上、下になるように表示した例を示し、図３（ｃ）は血流速度パターンのベースラインが上、−Δｆが下になるように表示した例を示す。いずれの場合にも、スイッチング周波数ｆd ×Ｎと共振周波数ｆr ×Ｎがドプラ偏移周波数ｆe の下限ｆc−Δｆより下側の周波数ｆs1になるように、かつドプラ偏移周波数ｆe の上限ｆc＋Δｆより上側の周波数ｆs2になるように制御するので、血流速度パターンにはノイズが混入しない。

ここで、共振回路１３が電流共振型の場合、図４（ａ）に示すようにスイッチング回路１２のスイッチングがオンのときに共振し、また、共振回路１３が電圧共振型の場合、図４（ｂ）に示すようにスイッチング回路１２のスイッチングがオフのときに共振するが、いずれの場合にも共振周波数ｆr は同じである。

図５は共振回路１３内の要部であるＬＣ回路部分を示し、インダクタンスＬ１、Ｌ２の並列回路とコンデンサＣ１、Ｃ２の並列回路を直列に接続してインダクタンスＬ１、Ｌ２の前段、コンデンサＣ１、Ｃ２の後段にそれぞれ半導体スイッチやリレーなどの切り替えスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を設けて共振周波数ｆr を変化させる。図５によれば、ＬＣ回路部分はスイッチＳ１〜Ｓ４を選択的にオン、オフにすることにより、Ｌ１＋Ｃ１のみ、Ｌ１＋Ｃ２のみ、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｃ１のみ、Ｌ１＋Ｃ１＋Ｃ２のみ、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｃ１＋Ｃ２などにより構成することができ、このため、共振周波数ｆr が可変の共振回路１３を構成することができる。
続いて、共振回路１３により共振した交流電圧を、トランス及び整流・平滑化回路を有するコンバータ用トランス１４により出力電圧を変換する。
以上のことより、任意のＰＲＦ及び送信周波数に対して、ドプラ偏移周波数ｆeを偏移領域外に設定でき、共振回路を用いた場合であっても、スイッチング周波数と共振周波数により、画面上に表示される血流速度パターンに電源電圧によるノイズが混入することを防止することができる。

本発明は、共振回路を用いた場合に、スイッチング周波数と共振周波数により、画面上に表示される血流速度パターンに電源電圧によるノイズが混入することを防止することができるという効果を有し、パルスドプラ超音波診断装置などに利用することができる。

本発明に係るパルスドプラ超音波診断装置とその電源装置の一実施の形態を示すブロック図 ドプラ偏移周波数の偏移領域とスイッチング周波数及び共振周波数の関係を示す説明図 血流速度パターンを示す説明図 （ａ）ベースラインが下の場合 （ｂ）ベースラインが中央の場合 （ｃ）ベースラインが上の場合 図１の共振回路の動作を示す説明図 （ａ）電流共振型の場合 （ｂ）電圧共振型の場合 図１の共振回路内の要部であるＬＣ回路部分を示すブロック図

符号の説明

８ 周波数設定部（制御手段）
９ 共振素子選択部
１０ 共振型スイッチング電源
１２ スイッチング回路（スイッチング手段）
１３ 共振回路（共振手段）
１４ コンバータ用トランス（変圧・整流・平滑化手段）

Claims (3)

1. 信号をパルス状に繰り返して送信し、受信信号を前記パルス状の信号に同期してサンプリングして前記信号の送信周波数と前記受信信号の周波数の差分であるドプラ偏移周波数を検出する測定手段の電源装置において、
   交流電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、
   前記整流された直流電圧を、所望の直流電源電圧に応じたデューティ比のスイッチング周波数でスイッチングしてパルス状の交流電圧を生成するスイッチング手段と、
   前記スイッチング手段により生成された交流電圧と共振する共振手段と、
   前記共振手段により共振した交流電圧を変圧して整流して所望の電源電圧を生成する変圧整流手段と、
   前記スイッチング手段の前記スイッチング周波数の整数倍と前記共振手段の共振周波数の整数倍が前記ドプラ偏移周波数の偏移領域外になるように制御する制御手段とを、
   備えたことを特徴とする電源装置。
2. 超音波信号をパルス状に繰り返して送信し、受信信号を前記パルス状の超音波信号に同期してサンプリングして前記超音波信号の送信周波数と前記受信信号の周波数の差分であるドプラ偏移周波数を検出するパルスドプラ超音波診断装置の電源装置において、
   交流電源を整流して直流電圧を生成する整流手段と、
   前記整流された直流電圧を、所望の直流電源電圧に応じたデューティ比のスイッチング周波数でスイッチングしてパルス状の交流電圧を生成するスイッチング手段と、
   前記スイッチング手段により生成された前記交流電圧と共振する共振手段と、
   前記共振手段により共振した交流電圧を変圧して整流して所望の電源電圧を生成する変圧整流手段と、
   前記スイッチング手段の前記スイッチング周波数の整数倍と前記共振手段の共振周波数の整数倍が前記ドプラ偏移周波数の偏移領域外になるように制御する制御手段とを、
   備えたことを特徴とするパルスドプラ超音波診断装置の電源装置。
3. 前記共振手段は電流共振型の共振手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。