JP5231921B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波振動子から送信される超音波の被検体での反射を利用して被検体を診断する超音波診断装置に関する。

ハーモニック（高調波）成分を画像化する超音波診断装置は従来より知られている。これは、生体からの反射超音波のうちで送信周波数の整数倍（通常は２倍）の周波数の成分を画像化に用いるものである。画像化のための高調波成分を得るために、同一方向に互いに位相を反転させた２回の送信を行う。そして、この２回の送信に関するそれぞれの反射波を互いに加算することにより基本波成分を相殺し、高調波成分を抽出する。

上記のような送信を行うためには、図６に示すような送信回路が従来より知られている。この送信回路には、巻き線方向が相異なる２つの１次巻き線と１つの２次巻き線とを備えたトランス１１が用いられている。そして、トランス１１の２つの１次巻き線を２つのトランジスタ１２，１３により選択的に通電させることにより、極性の異なるパルスを超音波振動子１４に供給することが可能である。そしてこのような極性の異なるパルスを組み合わせて超音波振動子１４に供給することにより、互いに位相が反転した２種類の超音波信号を送信することができる。
特開平７−３３６１９８号公報

しかしながら、超音波振動子を駆動するための信号の振幅は場合によっては±100Ｖに達するため、トランス１１での利得は大きいことが望ましい。一方で、超音波プローブは近年、多素子化が進んでおり、１９２個もの超音波振動子を備えるものも存在する。トランス１１は、超音波振動子と同数を備えなければならないため、大型化は避けなければならない。このため、トランス１１は小型でありながら利得が大きいことが期待されることになり、１次側の巻き数が非常に少なくなる。例えば、1次側の巻き線は、コアに対し１，２ターン程度となることもある。

このようなトランス１１は、巻き線精度が悪く、リークインダクタンスのばらつきが大きくなる。このため、２つの１次巻き線のそれぞれを同様に通電させても、２次側に励起されるパルスの立ち上がり特性および立下り特性に差が生じ、位相のみが互いに反転した２回の送信を行うことができない。このため、２回の送信に関するそれぞれの反射波を互いに加算しても、基本波成分を十分に相殺することができなくなってしまう。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、位相が互いに反転した２種類の超音波の波形の対称性を改善することにある。

本発明の第１の態様による超音波診断装置は、超音波振動子と、１つずつの１次側巻線および２次側巻線を有し、前記２次側巻線に誘起される電圧を前記超音波振動子に印加するトランスと、予め定められた時間変化のバイポーラ電流を前記一次側巻線に供給する供給手段とを備える。

本発明の第２の態様による超音波診断装置は、超音波振動子と、１つずつの１次側巻線および２次側巻線を有し、前記２次側巻線に誘起される電圧を前記超音波振動子に印加するトランスと、第１の時間変化のバイポーラ電流および前記第１の時間変化とは位相を反転させた第２の時間変化のバイポーラ電流とを時系列的に前記一次側巻線に供給する供給手段と、前記第１の時間変化のバイポーラ電流が前記１次側巻線に供給されたことに応じて前記超音波振動子から送信される超音波のエコーに応じて前記超音波振動子が出力するエコー信号と、前記第２の時間変化のバイポーラ電流が前記１次側巻線に供給されたことに応じて前記超音波振動子から送信される超音波のエコーに応じて前記超音波振動子が出力するエコーとを加算することによって前記エコー信号に含まれた高調波成分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された前記高調波成分に基づいて前記エコーの発生源を画像化する画像化手段とを備える。

本発明の第３の態様による超音波診断装置は、超音波振動子と、１つずつの１次側巻線および２次側巻線を有し、前記２次側巻線に誘起される電圧を前記超音波振動子に印加するトランスと、第１の電位の第１の電位点と前記１次側巻線の第１の端部との間に接続された第１のスイッチと、前記第１の電位よりも小さな第２の電位の第２の電位点と前記第１の端部との間に接続された第２のスイッチと、前記第１の電位の第３の電位点と前記１次側巻線の第２の端部との間に接続された第３のスイッチと、前記第３の電位の第４の電位点と前記第２の端部との間に接続された第４のスイッチと、前記第１および第４のスイッチが同時にオンし、また前記第２および第３のスイッチが同時にオンするように前記第１乃至第４のスイッチを駆動する駆動回路と、前記第１および第４のスイッチと前記第２および第３のスイッチとをオン／オフするパターンの位相を、第１の送信時と前記第１の送信時とは異なる第２の送信時とのそれぞれで反転させるように前記駆動回路を制御する制御手段とを備える。

本発明によれば、位相が互いに反転した２種類の超音波の波形の対称性が従来よりも改善する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態につき説明する。

図１は本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

図１に示す超音波診断装置は、診断装置本体１００および超音波プローブ２００を備える。

診断装置本体１００はさらに、システムコントローラ１、ビームフォーマ２、スキャンコンバータ３および表示装置４、送信ビームフォーマ５、複数の送信回路６、複数の受信回路８およびビームフォーマ９を含む。超音波プローブ２００はさらに、複数の超音波振動子７を含む。

システムコントローラ１は、送信ビームフォーマ５に遅延データおよび送信波形データを転送する。送信ビームフォーマ５は、遅延データおよび送信波形データに基づいて、所要の超音波ビームを形成するように複数の送信回路６のそれぞれを制御する。複数の送信回路６は、送信ビームフォーマ５の制御の下に複数の超音波振動子のそれぞれに送信信号を供給する。

複数の超音波振動子７は、複数の送信回路６からの送信信号の供給をそれぞれ受けて、この送信信号に応じた超音波を個別に放射する。複数の超音波振動子７は所定の配列で並べられていて、これら複数の超音波振動子７から個別に放射される超音波が合成されることによって所要の超音波ビームが形成される。複数の超音波振動子７は、上記の超音波ビームが音響インピーダンスの境界で反射されて生じた反射波が入射すると、この反射波に応じた電気的なエコー信号を出力する。

サブアレイビームフォーマ９は、複数の超音波振動子７のそれぞれから出力されるエコー信号を遅延加算して、所要の受信ビームに関するエコー信号を得る。またビームフォーマ２は、パルスインバージョン映像法を適用するべきときには、上記のエコー信号から高調波成分を抽出する処理を行う。すなわちビームフォーマ２は、後述するように１８０度位相をずらした２回の送信に基づく２つのエコー信号を加算して基本波成分を相殺することによって、高調波成分を抽出する。スキャンコンバータ３は、ビームフォーマ２で得られたエコー信号を表示装置４での表示に適するデータに変換する。これにより、表示装置４は、スキャンコンバータ３で変換されたデータに基づいて超音波画像を表示する。

さて複数の送信回路６は、いずれも同じ構成を持つ。図２は送信回路６の構成を示す図である。

図２に示すように送信回路６は、送信トランス６１、トランジスタ６２〜６５および制御回路６６を含む。

送信トランス６１は、１つずつの1次側巻線６１ａおよび２次側巻線６１ｂを備える。１次側巻線６１ａの一端は、トランジスタ６２を介して電圧がＶＰである電位点に接続されるとともに、トランジスタ６３を介して接地されている。１次側巻線６１ａの他端は、トランジスタ６４を介して電圧がＶＰである電位点に接続されるとともに、トランジスタ６５を介して接地されている。２次側巻線６１ｂは、一端が超音波振動子７に接続されるとともに、他端が接地されている。

トランジスタ６２〜６５は、制御回路６６から個別に供給される制御信号に応じて個別にＯＮ／ＯＦＦする。なおここでは、トランジスタ６２，６４としてはＰｃｈのＦＥＴ（field-effect transistor）を、かつトランジスタ６３，６５としてはＮｃｈのＦＥＴをそれぞれ用いている。ただしトランジスタ６２，６４は、トランジスタ６３，６５と同じ向きで配置したＮｃｈのＦＥＴに置き換えることも可能である。

制御回路６６は、送信ビームフォーマ５の制御の下に、所要波形の送信信号を２次側巻線６１ｂに励起するようにトランジスタ６２〜６５を制御する。

次に以上のように構成された超音波診断装置の動作について説明する。なお、この超音波診断装置の動作において従来よりの動作と異なるのは、超音波送信の際の超音波振動子７の駆動に関する動作であるので、以下ではこの点を中心として説明し、これ以外の動作の説明は省略する。

図３は１回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャートである。

１回目の送信開始タイミングである時点Ｔ１から時間ｔａに渡る期間Ｐ１において、制御回路６６はトランジスタ６２，６５をＯＮするとともに、トランジスタ６３，６４をＯＦＦする。そうすると、電流がトランジスタ６２、１次側巻線６１ａ、トランジスタ６５を通って図４に示す矢印Ａ１の方向に流れる。

期間Ｐ１が終了する時点を時点Ｔ２とすると、この時点Ｔ２から時間ｔｂが経過するまでの間には、制御回路６６はトランジスタ６２〜６５をいずれもＯＦＦする。

時点Ｔ２から時間ｔｂが経過した時点を時点Ｔ３とすると、この時点Ｔ３から時間ｔａが経過するまでの期間Ｐ２において、制御回路６６はトランジスタ６２，６５をＯＦＦするとともに、トランジスタ６３，６４をＯＮする。そうすると、電流がトランジスタ６４、１次側巻線６１ａ、トランジスタ６３を通って図５に示す矢印Ａ２の方向に流れる。

期間Ｐ２が終了する時点を時点Ｔ３とすると、この時点Ｔ３から２回目の送信開始タイミングである時点Ｔ５までの間には、制御回路６６はトランジスタ６２〜６５をいずれもＯＦＦする。

時点Ｔ５から時間ｔａに渡る期間Ｐ３において、制御回路６６はトランジスタ６２，６５をＯＦＦするとともに、トランジスタ６３，６４をＯＮする。そうすると、電流がトランジスタ６４、１次側巻線６１ａ、トランジスタ６３を通って図５に示す矢印Ａ２の方向に流れる。

期間Ｐ３が終了する時点を時点Ｔ６とすると、この時点Ｔ６から時間ｔｂが経過するまでの間には、制御回路６６はトランジスタ６２〜６５をいずれもＯＦＦする。

時点Ｔ６から時間ｔｂが経過した時点を時点Ｔ７とすると、この時点Ｔ７から時間ｔａが経過するまでの期間Ｐ４において、制御回路６６はトランジスタ６２，６５をＯＮするとともに、トランジスタ６３，６４をＯＦＦする。そうすると、電流がトランジスタ６２、１次側巻線６１ａ、トランジスタ６５を通って図５に示す矢印Ａ１の方向に流れる。

期間Ｐ４が終了する時点Ｔ８からは、制御回路６６はトランジスタ６２〜６５をいずれもＯＦＦする。

このようにして、期間Ｐ１，Ｐ４と期間Ｐ２，Ｐ３とでは、１次側巻線６１ａに全く逆向きの電流が生じるから、２次側巻線６１ｂに誘起される電圧は、期間Ｐ１，Ｐ４と期間Ｐ２，Ｐ３とで逆向きとなる。この結果、２次側巻線６１ｂから超音波振動子７へと供給される送信信号は、図３に示す波形となる。そして、期間Ｐ１〜Ｐ４のいずれの期間でも、電流が生じるのは共通の１次側巻線６１ａであって、かつ１次側巻線６１ａに印加されるのは電圧ＶＰで一定であるため、送信信号の振幅の絶対値は期間Ｐ１〜Ｐ４のいずれにおいても等しくなる。かくして、時点Ｔ１から時点Ｔ４までの１回目の送信時における送信信号の波形と、時点Ｔ５から時点Ｔ８までの２回目の送信時における送信信号の波形とでは、位相のみが互いに反転することになる。

このように本実施形態によれば、送信トランス６１のリークインダクタンスに影響されることなく、２回の送信波形の対称性を十分に確保することができる。この結果、これら２回の送信に応じてそれぞれ得られる２つのエコー信号を互いに加算することによって、基本波成分を十分に相殺して高調波成分を良好に抽出することが可能となる。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

診断装置本体１００に実装される回路の一部を超音波プローブ２００の側に備えることも可能である。例えば、送信回路６および受信回路８を超音波プローブ２００に備えても良い。さらには、送信回路６および受信回路８に加えて送信ビームフォーマ５を超音波プローブ２００に備えることも可能である。

トランジスタ６４，６５は、有意で、かつ電圧ＶＰとは異なる電圧の電位点に接続されていても良い。ただし、トランジスタ６４，６５がそれぞれ接続される電位点の電圧は互いに同一とする。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 図１中の送信回路６の構成を示す図。 １回目と２回目の送信で１８０度反転させた波形を送信するシーケンスを示したタイミングチャート。 図３中の期間Ｐ１，Ｐ４において１次側巻線６１ａに電流が生じる様子を示す図。 図３中の期間Ｐ２，Ｐ３において１次側巻線６１ａに電流が生じる様子を示す図。 送信回路の従来構成の一例を示す図。

符号の説明

１…システムコントローラ、２…ビームフォーマ、３…スキャンコンバータ、４…表示装置、５…送信ビームフォーマ、６…送信回路、７…超音波振動子、８…受信回路、６１…送信トランス、６１ａ…１次側巻線、６１ｂ…２次側巻線、６２〜６５…トランジスタ、６６…制御回路、１００…診断装置本体、２００…超音波プローブ。

Claims (4)

1. 超音波振動子と、
   １つずつの１次側巻線および２次側巻線を有し、前記２次側巻線に誘起される電圧を前記超音波振動子に印加するトランスと、
   予め定められた時間変化のバイポーラ電流を前記一次側巻線に供給する供給手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
2. 超音波振動子と、
   １つずつの１次側巻線および２次側巻線を有し、前記２次側巻線に誘起される電圧を前記超音波振動子に印加するトランスと、
   第１の時間変化のバイポーラ電流および前記第１の時間変化とは位相を反転させた第２の時間変化のバイポーラ電流とを時系列的に前記一次側巻線に供給する供給手段と、
   前記第１の時間変化のバイポーラ電流が前記１次側巻線に供給されたことに応じて前記超音波振動子から送信される超音波のエコーに応じて前記超音波振動子が出力するエコー信号と、前記第２の時間変化のバイポーラ電流が前記１次側巻線に供給されたことに応じて前記超音波振動子から送信される超音波のエコーに応じて前記超音波振動子が出力するエコーとを加算することによって前記エコー信号に含まれた高調波成分を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された前記高調波成分に基づいて前記エコーの発生源を画像化する画像化手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
3. 超音波振動子と、
   １つずつの１次側巻線および２次側巻線を有し、前記２次側巻線に誘起される電圧を前記超音波振動子に印加するトランスと、
   第１の電位の第１の電位点と前記１次側巻線の第１の端部との間に接続された第１のスイッチと、
   前記第１の電位よりも小さな第２の電位の第２の電位点と前記第１の端部との間に接続された第２のスイッチと、
   前記第１の電位の第３の電位点と前記１次側巻線の第２の端部との間に接続された第３のスイッチと、
   前記第３の電位の第４の電位点と前記第２の端部との間に接続された第４のスイッチと、
   前記第１および第４のスイッチが同時にオンし、また前記第２および第３のスイッチが同時にオンするように前記第１乃至第４のスイッチを駆動する駆動回路と、
   前記第１および第４のスイッチと前記第２および第３のスイッチとをオン／オフするパターンの位相を、第１の送信時と前記第１の送信時とは異なる第２の送信時とのそれぞれで反転させるように前記駆動回路を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
4. 前記第２の電位は、グラウンド電位であることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。

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