JP5238438B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

この発明は、被検体に超音波を送信し、被検体からの反射波に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置に関し、特に、超音波を送信する送信系に関する。

超音波診断装置においては、超音波画像の分解能や感度の向上を目的にして、超音波の送受信回路の開発が進められている。矩形状のパルス波を送信するだけでなく、２次高調波を抑えるためにガウス振幅変調されたサイン波の送信、複数の周波数を組み合わせた多周波の送信、及び、チャープ波の送信など、映像モードに応じて様々な送信が可能な任意波形送信回路が開発されている。

従来において、リニアアンプを備えた超音波診断装置が提案されている（例えば特許文献１）。リニアアンプは、バイアス電流を流すことで線形性を確保したり、高速動作させたりすることができる。従来技術に係る任意波形送信回路について図３を参照して説明する。図３は、送信回路を示すブロック図である。

図３に示す送信回路は、コンプリメンタリ増幅回路になっている。この送信回路は反転動作をし、入力電圧Ｖｉｎが入力されると、入力段トランジスタＭ１、Ｍ２から正負の信号がそれぞれ伝達され、バイアスゲートトランジスタＭ３、Ｍ４を経由して増幅段のトランジスタＭ５〜Ｍ８で増幅される。増幅された信号は、バッファ段のトランジスタＭ９、Ｍ１０から振動子アレイ２に供給される。

また、この送信回路は、バイアス電流を制御する手段を備えている。この送信回路は、ＶＰ、ＶＮの２電源で動作するため、バイアス制御電源も２種類設置されている。バイアスゲートトランジスタＭ３、Ｍ４のゲートに、それぞれ電圧ＶＧ１、ＶＧ２を発生する制御電源ＣＳ１、ＣＳ２を接続している。

電圧ＶＧ１、ＶＧ２は、波形送信期間（波形を出力している時間帯とその前後の所定時間）に、バイアス電流を流すように制御される。この送信回路は両極性であるため、バイアスゲートトランジスタＭ３は、Ｎ型チャンネルであり、バイアスゲートトランジスタＭ４は、Ｐ型チャンネルとなっている。また、電圧ＶＧ１、ＶＧ２は、逆の極性の電圧が与えられる。

上記送信回路の動作シーケンスを図４に示す。図４は、従来技術に係る送信回路の動作シーケンスを示すタイミングチャートである。図４のタイミングチャートには、制御電源ＣＳ１、ＣＳ２の発生電圧波形、バイアス電流、入力電圧Ｖｉｎ、及び出力電圧Ｖｏｕｔの波形が示されている。上記の送信回路では、送信信号を出力するときにのみバイアス電流を流すように、制御電源ＣＳ１、ＣＳ２の電圧ＶＧ１、ＶＧ２を、ＨｉｇｈとＬｏｗとに切り替えることで、送信信号を出力しないときには電流を流さないようにする。

具体的には、送信信号を出力する所定時間前にバイアス電流の供給が開始されるように、制御電源ＣＳ１、ＣＳ２の電圧ＶＧ１、ＶＧ２を、ＨｉｇｈとＬｏｗとに切り替える。そして、任意の波形が送信されてから所定時間が経過した後に、バイアス電流の供給が停止されるように、制御電源ＣＳ１、ＣＳ２の電圧ＶＧ１、ＶＧ２を、ＨｉｇｈとＬｏｗとに切り替える。

この送信回路は、バイアス電流が供給されることによりアクティブ状態になり、入力信号を増幅することが可能となる。しかしながら、電流を常時流し続けると、送信回路の消費電力が上昇するため、回路の温度が上昇する。超音波診断装置は、生体に超音波を所定の時間間隔でパルス送信することで、任意の深さからの反射波を受信する。送信信号が出力されている時間帯以外は、送信回路は停止状態になるため、バイアス電流の供給を停止することで送信回路自体の動作を停止させる。そのことにより、送信回路の消費電力の上昇を抑え、その結果、送信回路の温度上昇を抑えることが可能となる。

特開２０００−１５２９３０号公報

しかしながら、上記の送信回路においては、バイアス電流をＯＮ／ＯＦＦする際に、急激にバイアス電流がＯＮ／ＯＦＦされる。そのため、図６に示すように、バイアス電流をＯＮ／ＯＦＦする際に、グリッチノイズが発生してしまう。送信パルスによる生体の構造物からの反射波を検出するのが本来の動作であるが、図６に示すように、送信信号の手前、又は後ろに別の送信パルスが存在することになる。そのため、超音波画像の二重化が生じるおそれがある。また、映像化したい送信帯域とは別の送信帯域の周波数が検出されてしまい、その結果、分解能が低下するおそれがある。

特に、超音波造影剤を血管内に投与して、造影剤を壊さずに映像化するコントラスト映像モードのように低い送信電圧で出力する場合には、グリッチノイズは、送信電圧に対して無視できないほどの電圧レベルになる場合がある。その場合、グリッチノイズがアーチファクトとして、超音波画像に顕著に表れてしまうという問題がある。例えば、送信信号の電圧が数Ｖ程度のものである場合には、グリッチノイズは、その送信信号に対して無視できないほどの電圧レベルになってしまう。

この発明は上記の問題を解決するものであり、送信信号を増幅するためのバイアス電流のＯＮ／ＯＦＦに起因するノイズの影響を低減して、アーチファクトの影響を低減することが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、複数の振動子と、超音波を送受信する期間を示す同期信号を受けて、前記同期信号が示す時間から第１の時間ｔ１後に送信信号を出力する手段と、前記同期信号を受けて、前記複数の振動子に供給する出力電圧が閾値以上の場合に、前記第１の時間ｔ１の前であって前記同期信号が示す時間から第２の時間ｔ２が経過した時点で、前記送信信号を出力する時間間隔ΔＴ１を含む時間間隔ΔＴ２の間、バイアス電流を供給し、前記出力電圧が前記閾値未満の場合に、前記同期信号が示す時間より第３の時間ｔ３前の時点からバイアス電流を供給し続けるバイアス電流供給手段と、前記バイアス電流の供給を受けて、前記送信信号を前記出力電圧に増幅して前記複数の振動子に供給する増幅手段と、前記複数の振動子が受信した受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置である。

この発明によると、出力電圧の大きさに応じて、バイアス電流を供給するタイミングと供給を停止するタイミングとを制御することで、バイアス電流のＯＮ／ＯＦＦに起因するノイズの影響を低減して、アーチファクトの影響を低減することが可能となる。例えば、出力電圧が閾値未満の場合は、バイアス電流を供給し続けることで、バイアス電流のＯＮ／ＯＦＦに起因するノイズの発生を抑制することができる。そのことにより、ノイズの影響を受けやすい低電圧の信号を出力する場合であっても、ノイズの発生を抑制して、アーチファクトの発生を抑えた超音波画像を生成することが可能となる。

この発明の実施形態に係る超音波診断装置について図１を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。

この実施形態に係る超音波診断装置は、送受信部１、信号処理部１２、画像生成部１３、表示部１４、及び制御部１５を備えている。

（送受信部１）
送受信部１は、振動子アレイ２、Ｔ／Ｒスイッチ３、送信制御部４、送信モード制御部５、波形生成部６、バイアスゲート部７、遅延制御部８、ＤＡＣ９、送信パルス発生部１０、及び受信部１１を備えている。

（振動子アレイ２）
振動子アレイ２は、複数の超音波振動子が所定方向（走査方向）に１列に配置されている。または、複数の超音波振動子が２次元的に配置された振動子アレイ２を、超音波診断装置に設置しても良い。振動子アレイ２は、超音波の送信と受信とを切り替えるＴ／Ｒスイッチ３を経由して、受信部１１と送信パルス発生部１０とに接続されている。超音波振動子の素子数に応じて、複数チャンネルの送信回路と受信回路とが備えられ、チャンネル数は６４ｃｈ、１２８ｃｈ、又は２５６ｃｈなどの数になる。振動子アレイ２は、送信信号の出力電圧の供給を送信パルス発生部１０から受けて、被検体に超音波を送信する。また、振動子アレイ２は、被検体からの反射波を受信して、受信信号をＴ／Ｒスイッチ３を介して受信部１１に出力する。

（送信制御部４）
送信制御部４は、制御部１５から供給される送信パラメータを受けて、その送信パラメータを送信モード制御部５、波形生成部６、及び遅延制御部８に出力する。送信パラメータには、要求される超音波の送信信号の情報、超音波を送受信する期間を示す情報（同期信号）、送信信号を出力するタイミングを示す情報（第１の時間ｔ１）、送信信号を出力する時間間隔ΔＴ１を示す情報、バイアス電流を供給するタイミングを示す情報（第２の時間ｔ２、第３の時間ｔ３）、バイアス電流を供給する時間間隔ΔＴ２、及び、各送信チャンネルの遅延時間を示す情報が含まれている。送信信号の情報には、送信信号の周波数と振幅とを示す情報が含まれている。

制御部１５は、撮影モードごとに異なる送信パラメータを送信制御部４に出力する。例えば、超音波造影剤を用いたコントラスト撮影モードでは、送信信号を低電圧にする。コントラスト撮影モードで撮影を行う場合には、制御部１５は、コントラスト撮影モードに対応した送信パラメータを送信制御部４に出力する。また、別の撮影モードでは、高電圧の送信信号を送信した後、次の送受信においては、低電圧で送信信号を送信する。この撮影モードで撮影を行う場合には、制御部１５は、この撮影モードに対応した送信パラメータを送信制御部４に出力する。例えば、撮影モードごとに異なる送信パラメータを制御部１５に設定しておき、操作者が図示しない入力部によって撮影モードを選択すると、制御部１５は、操作者によって選択された撮影モードに対応する送信パラメータを送信制御部４に出力する。

（送信モード制御部５）
送信モード制御部５は、送信制御部４から供給される送信パラメータに含まれる送信信号に基づいて、送信パルス発生部１０に供給するバイアス電流の値を決定する。例えば、送信モード制御部５は、送信信号の周波数に基づいて、バイアス電流値を決定する。または、送信モード制御部５は、送信信号の振幅に基づいて、バイアス電流値を決定する。送信モード制御部５は、バイアス電流値をバイアスゲート部７に出力する。

（波形生成部６）
波形生成部６は、送信制御部４から供給される送信パラメータに含まれる送信信号に基づいて、送信波形データを生成して遅延制御部８に出力する。

（遅延制御部８）
遅延制御部８は、送信パラメータに含まれる送信信号を出力するタイミングを示す情報に従って、送信信号の出力のタイミングになると、波形生成部６にて生成された送信波形データをＤＡＣ９に出力する。送信信号を出力するタイミングは、送信パラメータに含まれる同期信号によって管理されている。遅延制御部８は、時間を計測するタイマーを有し、同期信号が示す時間から所定時間経過後（第１の時間ｔ１後）に送信波形データをＤＡＣ９に出力する。

被検体の体表から深い位置にある部位を撮影する場合、反射エコーが振動子アレイ２に返ってくる時間が長いため、超音波の送信間隔が長くなるように同期信号によって送信間隔を制御する。一方、被検体の体表に位置する部位を撮影する場合、反射エコーが振動子アレイ２に返ってくる時間が短いため、超音波の送信間隔が短くなるように同期信号によって送信間隔を制御する。

また、遅延制御部８は、送信信号を出力するタイミングを示す情報（同期信号）及び送信信号の情報に従って、送信信号を増幅するためのバイアス電流を供給するタイミング、及びバイアス電流を供給する時間の長さを制御する。バイアス電流の供給及びその供給の停止は、後述するバイアスゲート部７におけるバイアスゲートのＯＮ／ＯＦＦによって行われる。遅延制御部８は、送信信号を出力するタイミングを示す情報及び送信信号の情報に従って、バイアスゲートをＯＮする時間の長さ、バイアスゲートをＯＦＦする時間の長さ、及び、バイアスゲートをＯＮ／ＯＦＦするタイミングを決定し、バイアスゲート部７に、バイアスゲートをＯＮ／ＯＦＦする指示を与える。すなわち、遅延制御部８は、バイアス電流を流す時間の長さ、バイアス電流を流さない時間の長さ、及び、バイアス電流をＯＮ／ＯＦＦするタイミングを決定し、ＯＮ／ＯＦＦする指示をバイアスゲート部７に与える。具体的には、遅延制御部８は、送信信号を出力するタイミングを示す情報と、送信信号の電圧の大きさとによって、バイアスゲートをＯＮ／ＯＦＦするタイミングを決定する。

例えば、高電圧の送信信号を出力する場合、その出力のタイミングを示す同期信号が示す時間の後、第１の時間ｔ１（送信信号を出力するタイミング）の前であって、第２の時間ｔ２（バイアス電流を供給するタイミング）が経過した時点で、バイアスゲートがＯＮされてバイアス電流を流すように、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＮする指示をバイアスゲート部７に与える。具体的には、同期信号が示す時間から第２の時間ｔ２が経過した後、送信信号を出力する時間間隔ΔＴ１を含む時間間隔ΔＴ２の間、バイアスゲートがＯＮされてバイアス電流を流すように、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＮする指示をバイアスゲート部７に与える。そして、時間間隔ΔＴ２が経過すると、遅延制御部８は、バイアスゲートがＯＦＦされてバイアス電流が流れないように、バイアスゲートをＯＦＦする指示をバイアスゲート部７に与える。

また、低電圧の送信信号を出力する場合、その出力のタイミングを示す同期信号が示す時間より第３の時間ｔ３の前にバイアスゲートがＯＮされてバイアス電流を流すように、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＮする指示をバイアスゲート部７に与える。すなわち、遅延制御部８は、同期信号が示す時間の直前にバイアスゲートがＯＮされてバイアス電流を流すように、バイアスゲートをＯＮする指示をバイアスゲート部７に与える。低電圧の送信信号を出力する場合には、送信信号を出力した後でも、次の送信タイミングまでバイアスゲートをＯＮし続ける。すなわち、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＦＦする指示をバイアスゲート部７に与えず、バイアスゲート部７はバイアス電流を送信パルス発生部１０に与え続ける。

例えば、電圧の閾値を遅延制御部８に設定しておき、送信信号の電圧が閾値以上の場合、遅延制御部８は、高電圧の送信であると判断して、実際に送信される直前にバイアスゲートをＯＮさせ、送信信号が出力されるとバイアスゲートをＯＦＦさせる。一方、送信信号の電圧が閾値未満の場合、遅延制御部８は、低電圧の送信であると判断して、同期信号が示す時間の直前にバイアスゲートをＯＮさせ、バイアスゲートをＯＮの状態に維持させる。

１例として、送信信号の電圧が１００［Ｖ］の場合、遅延制御部８は、高電圧の送信であるとして、実際に送信される直前にバイアスゲートをＯＮさせ、送信信号が出力されるとバイアスゲートをＯＦＦさせる。一方、送信信号の電圧が５［Ｖ］の場合、遅延制御部８は、低電圧の送信であるとして、同期信号が示す時間の直前にバイアスゲートをＯＮさせ、バイアスゲートをＯＮの状態のまま維持させる。

（バイアスゲート部７）
バイアスゲート部７は、遅延制御部８から与えられるバイアスゲートをＯＮ／ＯＦＦするタイミングに従って、送信モード制御部５によって決定されたバイアス電流を送信パルス発生部１０に供給する。なお、バイアスゲート部７が、この発明の「バイアス電流供給手段」の１例に相当する。

（ＤＡＣ９）
ＤＡＣ９は、遅延制御部８から送信波形データを受けて、送信波形データをデジタル信号からアナログ信号に変換して送信パルス発生部１０に出力する。

（送信パルス発生部１０）
送信パルス発生部１０は、バイアスゲート部７からバイアス電流の供給を受けて、ＤＡＣ９から供給された送信信号の電圧（入力電圧Ｖｉｎ）を増幅する。そして、送信パルス発生部１０は、その増幅によって得られた送信信号の出力電圧ＶｏｕｔをＴ／Ｒスイッチ３を介して振動子アレイ２に供給する。なお、送信パルス発生部１０が、この発明の「増幅手段」の１例に相当する。

ここで、バイアスゲート部７及び送信パルス発生部１０の具体例について説明する。バイアスゲート部７及び送信パルス発生部１０は、１例として、図３に示す送信回路によって構成されている。図３に示す送信回路において、制御電源ＣＳ１、制御電源ＣＳ２、バイアスゲートトランジスタＭ３、及び、バイアスゲートトランジスタＭ４によって、バイアスゲート部７が構成されている。この構成によって、バイアスゲートのＯＮ／ＯＦＦを切り替えて、送信パルス発生部１０にバイアス電流を流す。また、バイアスゲートトランジスタＭ５〜Ｍ８によって、送信パルス発生部１０が構成されている。この構成によって、送信信号の入力電圧Ｖｉｎを増幅することで出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。

例えば、高電圧の送信信号を出力する場合、送信信号を出力する直前にバイアス電流の供給が開始されるように、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＮする指示をバイアスゲート部７に与える。バイアスゲート部７は、遅延制御部８からその指示を受けて、バイアス電流が供給されるように、制御電源ＣＳ１、ＣＳ２の電圧ＶＧ１、ＶＧ２を、ＨｉｇｈとＬｏｗとに切り替える。そして、送信信号が出力された後、バイアス電流の供給が停止されるように、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＦＦする指示をバイアスゲート部７に与える。バイアスゲート部７は、遅延制御部８からその指示を受けて、バイアス電流の供給が停止されるように、制御電源ＣＳ１、ＣＳ２の電圧ＶＧ１、ＶＧ２を、ＨｉｇｈとＬｏｗとに切り替える。

一方、低電圧の送信信号を出力する場合、その出力のタイミングを示す同期信号が示す時間の直前にバイアス電流が供給されるように、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＮする指示をバイアスゲート部７に与える。バイアスゲート部７は、遅延制御部８からその指示を受けて、バイアス電流が供給されるように、制御電源ＣＳ１、ＣＳ２の電圧ＶＧ１、ＶＧ２を、ＨｉｇｈとＬｏｗとに切り替える。そして、送信信号を出力した後でも、次の送信タイミングまでバイアス電流が供給されるように、電圧ＶＧ１、ＶＧ２の状態を維持する。これにより、バイアスゲート部７は、バイアス電流を送信パルス発生部１０に供給し続ける。すなわち、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＦＦする指示をバイアスゲート部７には与えず、バイアスゲート部７は、バイアス電流を送信パルス発生部１０に供給し続ける。

（受信部１１）
受信部１１は、図示しないプリアンプ、Ａ／Ｄ変換部、受信遅延部、及び加算部を備えている。プリアンプは、振動子アレイ２の各振動子から出力されるエコー信号を受信チャンネルごとに増幅する。Ａ／Ｄ変換部は、増幅されたエコー信号をＡ／Ｄ変換する。受信遅延部は、Ａ／Ｄ変換後のエコー信号に対して受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算部は、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。この加算により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。

（信号処理部１２）
信号処理部１２は、Ｂモード処理部、ドプラ処理部、及びカラーモード処理部を備えている。受信部１１から出力されたデータは、いずれかの処理部にて処理が施される。Ｂモード処理部はエコーの振幅情報の映像化を行い、エコー信号からＢモード超音波データを生成する。ドプラ処理部はドプラ偏移周波数成分を取り出し、更にＦＦＴ処理等を施して血流情報を有するデータを生成する。カラーモード処理部は、動いている血流情報の映像化を行い、カラー超音波データを生成する。血流情報には、速度、分散、パワー等の情報があり、血流情報は２値化情報として得られる。

（画像生成部１３）
画像生成部１３は、信号処理後のデータを、空間座標に基づいた座標系のデータに変換する（デジタルスキャンコンバージョン）。例えば、画像生成部１３は、Ｂモード処理部から出力された信号処理後のデータに対してスキャンコンバージョン処理を施すことで、被検体内の組織の形状を表すＢモード画像データを生成する。画像生成部１３は、Ｂモード画像データなどの超音波画像データを表示部１４に出力する。表示部１４は、Ｂモード画像データなどの超音波画像データに基づく画像を表示する。

次に、バイアス電流のＯＮ／ＯＦＦの制御について図２を参照して説明する。図２は、この発明の実施形態に係るバイアス電流のＯＮ／ＯＦＦ制御を説明するためのタイミングチャートである。

ここでは、同期信号１に応じて、例えば１００［Ｖ］の高電圧の送信信号を生成して出力し、同期信号１の後、同期信号２に応じて、例えば５［Ｖ］の低電圧の送信信号を生成して出力する場合について説明する。

同期信号１に対応する高電圧の送信信号を出力する場合、同期信号１が示す時間の後、第１の時間ｔ１（送信信号を出力するタイミング）の前であって、第２の時間ｔ２（バイアス電流を供給するタイミング）が経過した時点でバイアス電流が供給されるように、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＮする指示をバイアスゲート部７に与える。また、遅延制御部８は、同期信号１が示す時間の後、第１の時間ｔ１が経過すると送信波形データをＤＡＣ９に出力する。ＤＡＣ９は、送信波形データをデジタル信号からアナログ信号に変換して送信パルス発生部１０に出力する。バイアスゲート部７は、遅延制御部８から与えられた指示に従って、送信パルス発生部１０にバイアス電流を供給する。送信パルス発生部１０は、バイアスゲート部７からバイアス電流の供給を受けて、ＤＡＣ９から供給された送信信号の電圧（入力電圧Ｖｉｎ）を増幅することで、出力電圧Ｖｏｕｔを有する送信信号を生成する。そして、出力電圧Ｖｏｕｔを有する送信電圧は、Ｔ／Ｒスイッチ３を介して振動子アレイ２に供給される。高電圧の送信信号が出力されると、遅延制御部８は、バイアス電流の供給が停止されるように、バイアスゲートをＯＦＦする指示をバイアスゲート部７に与える。具体的には、第２の時間ｔ２から所定の時間間隔ΔＴ２が経過すると、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＦＦする指示をバイアスゲート部７に与える。バイアスゲート部７は、遅延制御部８から与えられた指示に従って、バイアス電流の供給を停止する。これにより、送信パルス発生部１０には、バイアス電流は供給されなくなる。

同期信号１の後、同期信号２に対応する低電圧の送信波形を出力する場合、同期信号２が示す時間より第３の時間ｔ３前の時点でバイアス電流が供給されるように、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＮする指示をバイアスゲート部７に与える。また、遅延制御部８は、同期信号２が示す時間の後、第１の時間ｔ１が経過すると送信波形データをＤＡＣ９に出力する。ＤＡＣ９は、送信波形データをデジタル信号からアナログ信号に変換して送信パルス発生部１０に出力する。バイアスゲート部７は、遅延制御部８から与えられた指示に従って、送信パルス発生部１０にバイアス電流を供給する。例えば、同期信号１に対応する超音波の送受信において受信が終了した時点（同期信号２が示す時間より第３の時間ｔ３前の時点）で、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＮする指示をバイアスゲート部７に与える。低電圧の送信信号を出力する場合、送信信号を出力した後でも、遅延制御部８は、バイアスゲートをＯＦＦする指示をバイアスゲート部７に与えない。これにより、バイアスゲート部７は、送信パルス発生部１０にバイアス電流を供給し続ける。同期信号２以降も引き続き低電圧の送信信号を出力する場合には、バイアスゲートをＯＦＦすることがないため、バイアス電流を供給し続け、この期間にグリッチノイズが発生することがない。

以上のように、高電圧の送信信号を出力する場合には、送信信号が出力されている時間間隔Δｔ１を含む時間間隔ΔＴ２のみにバイアス電流を供給し、それ以外の時間帯にはバイアス電流の供給を停止することで、送信回路の消費電力の上昇を抑えることが可能となる。送信信号を出力する前後の時間帯でバイアス電流のＯＮ／ＯＦＦを行うことで、送信信号の前後においてグリッチノイズが発生してしまうが、このグリッチノイズは、１００［Ｖ］程度の高電圧の送信信号に比べて電圧レベルが低い。そのため、グリッチノイズの影響を顕著に受けない超音波画像を生成することが可能となる。すなわち、グリッチノイズに起因するアーチファクトの影響を受けない超音波画像を生成することが可能となる。

一方、低電圧の送信信号を出力する場合には、バイアス電流を供給し続けてバイアス電流をＯＮ／ＯＦＦすることがないため、バイアス電流のＯＮ／ＯＦＦ動作に起因するグリッチノイズの発生を抑制することが可能となる。低電圧の送信信号を出力する場合、グリッチノイズは無視できない電圧レベルになるため、バイアス電流を供給し続けることで、グリッチノイズの発生を抑制することが可能となる。例えば、超音波造影剤を被検体内に投与して、造影剤を壊さずに映像化するコントラスト撮影モードにおいては、低電圧の送信信号を出力して撮影を行う。この実施形態では、バイアス電流のＯＮ／ＯＦＦ動作に起因するグリッチノイズの発生を抑制することが可能となるため、アーチファクトの発生を抑えて、感度の良いハーモニックイメージングを行うことが可能となる。

以上のように、この実施形態に係る超音波診断装置によると、高電圧の送信信号を出力する場合には、送信回路の消費電力を抑えつつグリッチノイズの影響を顕著に受けない超音波画像を生成することができる。また、低電圧の送信信号を出力する場合には、グリッチノイズの発生を抑制することで、アーチファクトの発生を抑制した超音波画像を生成することができる。

バイアスゲート部７及び送信パルス発生部１０は、図３に示す送信回路以外の送信回路によって構成しても良い。例えば、米国特許第６０２８４８４号に記載の電流出力型の送信回路によってバイアスゲート部７及び送信パルス発生部１０を構成しても良い。米国特許第６０２８４８４号に記載の送信回路を図５に示す。この送信回路について簡単に説明する。

図５に示す送信回路は、送信信号生成回路２２と、電流アンプ２４と、高電圧アンプ２６と、低電圧アンプ２８とを備えている。図５に示す送信回路において、パルスドプラ法（ＰＷ法）においては、電流アンプ２４と高電圧アンプ２６とが用いられ、連続波ドプラ法（ＣＷ法）においては、低電圧アンプ２８が用いられる。

スイッチアレイ４２は、複数の抵抗４４を介してトランジスタ４８、５０に接続されている。パルスドプラ法においては、電流アンプ２４、出力段５４、及びトランス５６の一部が用いられる。出力段５４とトランス５６の一部とによって高電圧アンプ２６が構成されている。一方、連続波ドプラ法においては、ダイオード５８とトランス５６の一部とが用いられる。

パルスドプラ法においては、トランジスタ５０のゲイン電圧は零に設定され、トランジスタ４８のゲイン電圧は数ボルトに設定され、電流はトランジスタ４８に供給される。一方、連続波ドプラ法においては、トランジスタ４８のゲイン電圧は零に設定され、トランジスタ５０のゲイン電圧は数ボルトに設定される。

電流アンプ２４は、トランジスタ６０と抵抗６２とによって構成され、パルスドプラ法においては、送信信号の電流は電流アンプ２４によって増幅される。電流アンプ２４からの出力は出力段５４に供給される。出力段５４は、例えば、２つのトランジスタ６６によって構成されている。バイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳがトランジスタ６６に供給される。

出力段５４から出力された送信信号はトランス５６に供給される。トランス５６は、パルスドプラ法用のコイル６８と、出力用のコイル７０と、連続波ドプラ法用のコイル７２とによって構成されている。トランス５６から出力された送信信号は、出力部７４から振動子アレイ２に供給される。

図５に示す電流出力型の送信回路の場合には、スイッチアレイ４２の選択スイッチの数を切り替えることで、送信信号がアナログ信号に変換されて増幅され、高電圧の送信信号として出力される。スイッチアレイ４２から流れる電流の合計がゲイン電圧Ｖ_ＧＡＩＮで増幅され、トランス５６経由で出力Ｖ_ｏｕｔとして出力される。この電流出力型の送信回路の場合には、ゲイン電圧Ｖ_ＧＡＩＮやスイッチアレイ４２に流す電流を切り替える部分をバイアスゲートとして用いることで、図３に示す送信回路と同様の動作をさせることができる。

また、バイアスゲート部７は、送信信号の周波数や振幅によってバイアス電流の値を変えても良い。送信回路はＦＥＴなどのトランジスタで構成されており、送信信号の周波数や振幅によって応答特性が異なる。バイアス電流が小さすぎると送信信号の歪みが大きくなり、また、周波数応答が遅くなるため高周波パルスに追従できなくなる。

この実施形態では、送信信号の周波数や振幅に応じてバイアス電流の値を変えることで、送信回路の消費電力を抑制する。

送信信号の周波数が低い場合は、バイアス電流値を小さくしても、歪みのない高電圧の送信信号を生成して出力することができる。そこで、この実施形態では、送信モード制御部５は、送信信号の周波数が低くなるにつれて、バイアス電流値を小さくする。バイアスゲート部７は、送信モード制御部５によって決定された電流値に従ってバイアス電流を送信パルス発生部１０に供給する。このように、送信信号の周波数が低い場合には、送信パルス発生部１０に供給するバイアス電流の値を小さくすることで、送信回路の消費電力を抑制することが可能となる。

例えば、周波数の閾値を送信モード制御部５に設定しておき、送信モード制御部５は、その閾値に従ってバイアス電流値を決定しても良い。具体的には、第１バイアス電流値と、第１バイアス電流値よりも値が小さい第２バイアス電流値とを、送信モード制御部５に設定しておく。そして、閾値未満となる周波数を有する送信信号を出力する場合には、送信モード制御部５は、値が小さい第２バイアス電流値を示す情報をバイアスゲート部７に出力する。バイアスゲート部７は、値が小さいバイアス電流を送信パルス発生部１０に供給する。

また、送信モード制御部５は、送信信号の周波数の高さに応じて、段階的にバイアス電流値を変えても良い。例えば、送信信号の周波数の高さに応じて、複数のバイアス電流値を送信モード制御部５に設定しておく。そして、送信モード制御部５は、送信信号の周波数の高さに対応するバイアス電流値を決定し、そのバイアス電流値を示す情報をバイアスゲート部７に出力する。これにより、バイアスゲート部７は、送信信号の周波数の高さに応じた電流値のバイアス電流を送信パルス発生部１０に供給する。

なお、高周波の送信信号と低周波の送信信号とを交互に送信する場合には、低周波の送信信号を送信するときにバイアス電流値を小さくし、高周波の送信信号を送信するときにバイアス電流値を大きくすれば良い。

また、低電圧の送信信号を出力する場合は、高電圧の送信信号と同じバイアス電流を供給しなくても、入力電圧Ｖｉｎを要求されている電圧に増幅することができる。そこで、この実施形態では、送信モード制御部５は、送信信号の電圧が低くなるにつれて、バイアス電流値を小さくする。バイアスゲート部７は、送信モード制御部５によって決定された値に従ってバイアス電流を送信パルス発生部１０に供給する。これにより、低電圧の送信信号を出力する場合には、送信パルス発生部１０に供給するバイアス電流を小さくすることで、送信回路の消費電力を抑制することが可能となる。

例えば、電圧の閾値を送信モード制御部５に設定しておき、送信モード制御部５は、その閾値に従ってバイアス電流値を決定しても良い。具体的には、第１バイアス電流値と、第１バイアス電流値よりも値が小さい第２バイアス電流値とを、送信モード制御部５に設定しておく。そして、閾値未満となる電圧を有する送信信号を出力する場合には、送信モード制御部５は、値が小さい第２バイアス電流値を示す情報をバイアスゲート部７に出力する。バイアスゲート部７は、値が小さいバイアス電流を送信パルス発生部１０に供給する。

また、送信モード制御部５は、送信信号の電圧の高さに応じて、段階的にバイアス電流値を変えても良い。例えば、送信信号の電圧の高さに応じて、複数のバイアス電流値を送信モード制御部５に設定しておく。そして、送信モード制御部５は、送信信号の電圧の高さに対応するバイアス電流値を決定し、そのバイアス電流値を示す情報をバイアスゲート部７に出力する。これにより、バイアスゲート部７は、送信信号の電圧の高さに応じた電流値のバイアス電流を送信パルス発生部１０に供給する。

なお、高電圧の送信信号と低電圧の送信信号とを交互に送信する場合には、低電圧の送信信号を送信するときにバイアス電流値を小さくし、高電圧の送信信号を送信するときにバイアス電流値を大きくすれば良い。また、送信信号の周波数と電圧とに応じて、バイアス電流値を変えても良い。

この発明の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。 この発明の実施形態に係るバイアス電流のＯＮ／ＯＦＦ制御を説明するためのタイミングチャートである。 送信回路を示すブロック図である。 従来技術に係る送信回路の動作シーケンスを示すタイミングチャートである。 送信回路を示すブロック図である。 従来技術に係る送信回路を動作させたときにおいて、バイアス電流をＯＮ／ＯＦＦしたときに発生するグリッチノイズの発生状況を説明するための図である。

符号の説明

１ 送受信部
２ 振動子アレイ
３ Ｔ／Ｒスイッチ
４ 送信制御部
５ 送信モード制御部
６ 波形生成部
７ バイアスゲート部
８ 遅延制御部
９ ＤＡＣ
１０ 送信パルス発生部
１１ 受信部
１２ 信号処理部
１３ 画像生成部
１４ 表示部
１５ 制御部

Claims (3)

1. 複数の振動子と、
   超音波を送受信する期間を示す同期信号を受けて、前記同期信号が示す時間から第１の時間ｔ１後に送信信号を出力する手段と、
   前記同期信号を受けて、前記複数の振動子に供給する出力電圧が閾値以上の場合に、前記第１の時間ｔ１の前であって前記同期信号が示す時間から第２の時間ｔ２が経過した時点で、前記送信信号を出力する時間間隔ΔＴ１を含む時間間隔ΔＴ２の間、バイアス電流を供給し、前記出力電圧が前記閾値未満の場合に、前記同期信号が示す時間より第３の時間ｔ３前の時点からバイアス電流を供給し続けるバイアス電流供給手段と、
   前記バイアス電流の供給を受けて、前記送信信号を前記出力電圧に増幅して前記複数の振動子に供給する増幅手段と、
   前記複数の振動子が受信した受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記バイアス電流供給手段は、前記出力電圧の大きさに応じて、前記バイアス電流の大きさを変えて供給することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記バイアス電流供給手段は、前記出力電圧の周波数に応じて、前記バイアス電流の大きさを変えて供給することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。

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