JP6158010B2 - 電源回路及び超音波画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波画像表示装置における電源回路の改良技術に関する。

超音波を送信して得られたエコー（echo）信号に基づく超音波画像を表示させる超音波画像表示装置が知られている。また、近年、この超音波画像表示装置における画像表示方法として、従来よりも大きなエネルギー（energy）の超音波を利用する方法が提案されている。例えば、ダイナミックエラストグラフィ（dynamic elastography）の呼ばれる方法がその一つである。この方法は、プッシュパルス（push pulse）と呼ばれる超音波を被検体に送信して、生体組織を変位させ、その後、ディテクトパルス（detect pulse）と呼ばれる超音波を断続的に送信して、変位した生体組織が元に戻るときに発生するせん断弾性波（shear wave）の伝搬速度を計測し、生体組織の硬さを求める方法である（例えば、特許文献１、要約，図９や、特許文献２、段落［０００４］等参照）。ディテクトパルスの送信には比較的小さなエネルギーで足りるが、プッシュパルスの送信には比較的大きなエネルギーを要する。

大きなエネルギーを要する超音波を送信するには、通常、プローブ（probe）の振動子の駆動パルスを送信する送信回路に大電力を供給する必要がある。そして、送信回路に大電力を供給するためには、一般的に、送信回路に電力を供給する電源回路を大規模化する必要がある。

特開２０１０−０６９２９５号公報 特開２０１２−１００９９７号公報

しかしながら、電源回路の大規模化は、部品コスト（cost）の増大を招くことになり、また、従来よりも設置スペース（space）の拡大が必要になる。設置スペースの拡大は、装置の小型化を困難にするだけでなく、装置内部の部品レイアウト（layout）を大幅に変更する必要があり、組立て工数の増大、デザインコスト（design
cost）の増大をも招くことなる。

このような事情により、超音波画像表示装置において、振動子に駆動パルスを送信する送信回路に電力を供給する電源回路の大規模化を抑えつつ、大電力を要する超音波の送信を可能にする技術が望まれている。

第１の観点の発明は、
超音波画像表示装置用の超音波を発生させる振動子に駆動パルスを送信する送信回路の電源回路であって、
可変電圧電源と、
前記可変電圧電源の出力端子を、定電流回路及びキャパシタ（capacitor）を含む蓄電回路を介して、前記送信回路の電源端子に接続する第１の電源ライン（line）と、
前記可変電圧電源の出力端子を、前記送信回路の電源端子に直接的に接続する第２の電源ラインと、
超音波の送信条件に基づいて、前記第１の電源ラインを用いて前記送信回路に電力を供給する第１のモード（mode）と、前記第２の電源ラインを用いて前記送信回路に電力を供給する第２のモードとの切換え制御を行う制御部と、を備えた電源回路を提供する。

第２の観点の発明は、
超音波画像表示装置用の超音波を発生させる振動子に駆動パルスを送信する送信回路の電源回路であって、
可変電圧電源と、
入力端子が前記可変電圧電源の出力端子に接続された定電流回路と、
前記定電流回路の出力端子と、前記可変電圧電源のグラウンド（ground）との間に接続されたキャパシタと、
前記定電流回路の出力端子と、前記送信回路の電源端子との間に接続された第１のスイッチ（switch）回路と、
前記可変電圧電源の出力端子と、前記送信回路の電源端子との間に接続された第２のスイッチ回路と、
超音波の送信条件に基づいて、前記第１のスイッチ回路がオン（on）し、かつ、前記第２のスイッチ回路がオフ（off）する第１のモードと、前記第１のスイッチ回路がオフし、かつ、前記第２のスイッチ回路がオンする第２のモードとの切換え制御を行う制御部と、を備えた電源回路を提供する。

第３の観点の発明は、
前記制御部が、前記第１のモードであるときに、前記送信回路の電源端子における電圧に基づいて、超音波のエネルギー（energy）が一定になるよう前記送信回路を制御する、上記第１の観点または第２の観点の電源回路を提供する。

第４の観点の発明は、
前記制御部が、前記第１のモードであるときに、前記送信回路から送信される駆動信号に基づいて、超音波のエネルギーが一定になるよう前記送信回路を制御する、上記第１の観点または第２の観点の電源回路を提供する。

第５の観点の発明は、
前記制御部が、前記駆動パルスにおける振幅及びパルス幅の少なくとも一つを調整することにより、超音波のエネルギーが一定になるよう、前記送信回路を制御する、上記第３の観点または第４の観点の電源回路を提供する。

第６の観点の発明は、
前記制御部が、前記可変電圧電源が連続的に供給できる電力を超える電力を要する第１の超音波を送信するときに、前記第１のモードを用いるよう制御する、上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の電源回路を提供する。

第７の観点の発明は、
前記第１の超音波が、せん断弾性波（shear wave）を発生させるプッシュパルス（push pulse）である、上記第６の観点の電源回路を提供する。

第８の観点の発明は、
前記制御部が、前記可変電圧電源が連続的に供給できる電力以下の電力を要する第２の超音波を送信するときに、前記第２のモードを用いるよう制御する、上記第６の観点または第７の観点の電源回路を提供する。

第９の観点の発明は、
前記キャパシタが、１ｍＦ（ミリファラド）以上、１００ｍＦ以下の容量を有する上記第１の観点から第８の観点のいずれか一つの観点の電源回路を提供する。

第１０の観点の発明は、
前記可変電圧電源が、正の電圧を出力する出力端子と、負の電圧を出力する出力端子とを有しており、
前記第１の電源ライン及び第２の電源ラインが、それぞれ、正の電圧用の電源ラインと負の電圧用の電源ラインとを有している、上記第１の観点の電源回路を提供する。

第１１の観点の発明は、
上記第１の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点の電源回路を備えた超音波画像表示装置を提供する。

上記観点の発明によれば、振動子に駆動パルスを送信する送信回路の電源回路において、大電力を要する超音波を送信するときには、充電されたキャパシタから送信回路に電力を供給することができ、電源回路の大規模化を抑えつつ、大電力を要する超音波の送信を可能にする。

発明の実施形態に係る超音波画像表示装置１００の構成を示す図である。 電源回路１の構成を示す図である。 電力供給モードが大電力モードであるときの電源回路１を示す図である。 電力供給モードが小電力モードであるときの電源回路１を示す図である。 電力供給モード及び駆動パルスの時間変化の例を示す図である。 大容量キャパシタの充電電圧及び駆動パルスの振幅に発生するドループ（droop）を説明するための図である。 駆動パルスの振幅に発生するドループの傾きが変化する事象を説明するための図である。 発明の実施形態における第一変形例を示す図である。 超音波のエネルギーを一定にするための駆動パルスの補正を説明するための図である。 発明の実施形態における第二変形例を示す図である。

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明は限定されない。

図１は、本実施形態に係る超音波画像表示装置１００の構成を示す図である。図１に示すように、超音波画像表示装置１００は、超音波プローブ１０１、送受信部（送信回路）１０２、電源回路（電源回路）１、超音波画像処理部１０３、表示制御部１０４、表示部１０５、操作部１０６及び制御部１０７を有している。

超音波プローブ１０１は、超音波の送受信を行う超音波振動子１０１ａが複数設けられている。この超音波振動子１０１ａに電圧パルス波である駆動パルスが印加されると、超音波が発生し、被検体に送信される。

送受信部１０２は、超音波振動子１０１ａに駆動パルスを送信する。また、送受信部１０２は、超音波のエコー信号の整相加算を行って音線毎のエコー信号を形成する。送受信部１０２は、正側電源端子と、負側電源端子と、グラウンド端子とを有している。送受信部１０２の正側電源端子は、電源回路１から出力された正の電圧が入力される。送受信部１０２の負側電源端子は、電源回路１から出力された負の電圧が入力される。送受信部１０２のグラウンド端子は、電源回路１の電源グラウンドと接続されている。

電源回路１は、超音波の送信エネルギーに用いられる正負の電圧を送受信部１０２に供給する。電源回路１の詳細については後述する。

超音波画像処理部１０３は、送受信部１０２からのエコー信号に対し、超音波画像を作成するための処理を行う。例えば、超音波画像処理部１０３は、対数圧縮処理、包絡線検波処理などからなるＢモード処理や、直交検波処理、フィルタ（filter）処理などからなるカラードプラ（color Doppler）処理などを行う。

表示制御部１０４は、超音波画像処理部１０３で処理された信号を、スキャンコンバータ（scan converter）によって走査変換して、超音波画像データ（data）を作成する。そして、表示制御部１０４は、超音波画像データに基づく超音波画像を表示部１０５に表示させる。

表示部１０５は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）などで構成される。

操作部１０６は、操作者が指示や情報を入力するためのキーボード（keyboard）及びポインティングデバイス（pointing device）（図示省略）などを含んで構成されている。

制御部１０７は、超音波画像が表示されるよう超音波画像表示装置１００の各部を制御する。制御部１０７は、操作者の操作に応じて超音波の送信条件を設定する。送信条件には、例えば、超音波振動子１０１ａに送信する駆動パルスを規定するパラメータ（parameter）、すなわち、駆動パルスの振幅やパルス幅、パルス繰返し周期などを決定する要素が含まれている。そして、設定された送信条件を電源制御部１１に送信する。この制御部１０７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が図示しない記憶部から所定のプログラム（program）を読み出して実行することにより実現させることができる。

次に、電源回路１について詳しく説明する。

図２は、電源回路１の構成を示す図である。図２に示すように、電源回路１は、可変電圧電源（可変電圧電源）２、正側定電流回路（定電流回路）３、正側大容量キャパシタ（キャパシタ）４、正側第１スイッチ回路（第１のスイッチ回路）５、正側第２スイッチ回路（第２のスイッチ回路）６、負側定電流回路（定電流回路）７、負側大容量キャパシタ（キャパシタ）８、負側第１スイッチ回路（第１のスイッチ回路）９、負側第２スイッチ回路（第２のスイッチ回路）１０及び電源制御部（制御部）１１を有している。

可変電圧電源２は、正の電圧＋ＨＶ及び負の電圧−ＨＶを出力する。可変電圧電源２は、正の電圧＋ＨＶを出力する正側出力端子と、負の電圧−ＨＶを出力する負側出力端子と、グラウンド端子とを有している。可変電圧電源２のグラウンド端子は、電源回路１のグラウンドに接続されている。可変電圧電源２は、電源制御部１１からの制御信号を受信して、これらの電圧を変化させる。本例では、±ＨＶは最大で±８０Ｖまで可変である。電源制御部１１は、制御部１０７から受信した超音波の送信条件に基づいて、正負の電圧±ＨＶを適正に調整すべく、可変電圧電源２に制御信号を送る。なお、この可変電圧電源２としては、例えば、特許文献、特開２０１２−１７０７９３公報にて提案されている電源回路を用いることができる。

正側定電流回路３は、正の電圧＋ＨＶが入力される入力端子と、定電流で電流を出力する出力端子とを有している。正側定電流回路３の入力端子は、可変電圧電源２の正側出力端子と接続されている。正側定電流回路３は、正側大容量キャパシタ４の充電電圧が＋ＨＶに到達するまで定電流で電流を出力し続ける。

正側大容量キャパシタ４は、プラス（plus）端子及びマイナス（minus）端子を有している。正側大容量キャパシタ４のプラス端子は、正側定電流回路３の出力端子と接続されており、正側大容量キャパシタ４のマイナス端子は、電源回路１のグラウンドに接続されている。

正側第１スイッチ回路５は、入力端子及び出力端子を有している。正側第１スイッチ回路５の入力端子は、正側定電流回路３の出力端子、すなわち正側大容量キャパシタ４のプラス端子と接続されている。正側第１スイッチ回路５の出力端子は、送受信部１０２の正側電源端子と接続されている。

正側第２スイッチ回路６は、入力端子及び出力端子を有している。正側第２スイッチ回路６の入力端子は、可変電圧電源２の正側出力端子と接続されている。正側第２スイッチ回路６の出力端子は、送受信部１０２の正側電源端子と接続されている。

負側定電流回路７は、負の電圧−ＨＶが入力される入力端子と、定電流で電流を出力する出力端子とを有している。負側定電流回路７の入力端子は、可変電圧電源２の負側出力端子と接続されている。負側定電流回路７は、負側大容量キャパシタ８の充電電圧が−ＨＶに到達するまで定電流で電流を出力し続ける。

負側大容量キャパシタ８は、プラス端子及びマイナス端子を有している。負側大容量キャパシタ８のマイナス端子は、負側定電流回路７の出力端子と接続されており、負側大容量キャパシタ８のプラス端子は、電源回路１のグラウンドに接続されている。

負側第１スイッチ回路９は、入力端子及び出力端子を有している。負側第１スイッチ回路９の入力端子は、負側定電流回路７の出力端子、すなわち負側大容量キャパシタ８のマイナス端子と接続されている。負側第１スイッチ回路９の出力端子は、送受信部１０２の負側電源端子と接続されている。

負側第２スイッチ回路１０は、入力端子及び出力端子を有している。負側第２スイッチ回路１０の入力端子は、可変電圧電源２の負側出力端子と接続されている。負側第２スイッチ回路１０の出力端子は、送受信部１０２の負側電源端子と接続されている。

正側大容量キャパシタ４及び負側大容量キャパシタ８は、それぞれ、例えば、複数の電解コンデンサの並列接続回路により構成されている。また、正側大容量キャパシタ４及び負側大容量キャパシタ８の容量は、実質的に互いに同じ容量であり、それぞれ、例えば、１ｍＦ〜１００ｍＦの所定の容量である。

正側第１スイッチ回路５、正側第２スイッチ回路６、負側第１スイッチ回路９及び負側第２スイッチ回路１０は、それぞれ、電源制御部１１からの制御を受けて、スイッチのオンオフを行う。また、正側第１スイッチ回路５、正側第２スイッチ回路６、負側第１スイッチ回路９及び負側第２スイッチ回路１０は、それぞれ、例えば、ダイオード（diode）、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect
Transistor）などのスイッチング（switching）素子により構成されている。

正側定電流回路３及び正側大容量キャパシタ４と、負側定電流回路７及び負側大容量キャパシタ８とは、それぞれ、蓄電回路を形成する。つまり、正側定電流回路３は、可変電圧電源２の正側出力端子から正側大容量キャパシタ４に電流を定電流で流し込む。正側定電流回路３は、大容量キャパシタ４のプラス端子の電圧が＋ＨＶに達したら電流を流すのを止め、正側大容量キャパシタ４の充電が完了する。同様に、負側定電流回路７も、正側定電流回路３と同様の動作が行われ、負側大容量キャパシタ８の充電も完了する。

なお、正側定電流回路３及び正側大容量キャパシタ４と、負側定電流回路７及び負側大容量キャパシタ８とは、発明における蓄電回路の一例である。また、可変電圧電源２の正側出力端子から、正側定電流回路３、正側大容量キャパシタ４、正側第１スイッチ回路５を介した、送受信部１０２の正側電源端子までの電源ラインと、可変電圧電源２の負側出力端子から、負側定電流回路７、負側大容量キャパシタ８、負側第１スイッチ回路９を介した、送受信部１０２の負側電源端子までの電源ラインとは、発明における第１の電源ラインの一例である。また、可変電圧電源２の正側出力端子から、正側第２スイッチ回路６を介した、送受信部１０２の正側電源端子までの電源ラインと、可変電圧電源２の負側出力端子から、負側第２スイッチ回路１０を介した、送受信部１０２の負側電源端子までの電源ラインとは、発明における第２の電源ラインの一例である。

電源制御部１１は、制御部１０７から超音波の送信条件を受信する。そして、電源制御部１１は、その送信条件に基づいて、電力供給モードの切換え制御と、可変電圧電源２の出力電圧±ＨＶの制御とを行う。電力供給モードの切換え制御は、正側第１スイッチ回路５、正側第２スイッチ回路６、負側第１スイッチ回路９及び負側第２スイッチ回路１０のオンオフ制御により行われる。この電源制御部１１は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプログラマブルＩＣ（programmable
Integrated Circuit）によって実現させることができる。

ここで、電力供給モードについて説明する。電力供給モードには、大電力モードと小電力モードの２種類がある。

大電力モードは、可変電圧電源２が連続的に供給できる電力を超える大電力を瞬間的に送受信部１０２に供給するときに用いられるモードである。言い換えると、電源制御部１１は、可変電圧電源２が連続的に供給できる電力を超える大電力を要する超音波を送信するときに、電力供給モードを大電力モードに設定する。

図３は、電力供給モードが大電力モードであるときの電源回路１を示す図である。電源制御部１１は、大電力モードを設定する場合、図３に示すように、正側第１スイッチ回路５及び負側第１スイッチ回路９がオンし、正側第２スイッチ回路６及び負側第２スイッチ回路１０がオフする第１の状態を取るよう制御する。つまり、大電力モードでは、送受信部１０２には、可変電圧電源２から、正側定電流回路３及び正側大容量キャパシタ４による蓄電回路と、負側定電流回路７及び負側大容量キャパシタ８による蓄電回路とを経て電力が供給される。これにより、送受信部１０２は、可変電圧電源２が連続的に供給できる電力を超えた大電力を要する駆動パルスを、比較的長いパルス繰返し周期で送信することができるようになる。例えば、被検体の生体組織にせん断弾性波（shear wave）いわゆる横波を発生させるプッシュパルスを送信するための駆動パルスは、振幅が１００Ｖｐｐ以上、パルス幅が３００μｓｅｃ以上になることがあり、従来の可変電圧電源では賄えない。しかし、プッシュパルスを一発送信した後は、通常、数百ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃ程度の休止時間を取ることができる。そのため、プッシュパルスを送信するための駆動パルスを、この大電力モードで送信することが可能である。

なお、大電力モードでは、可変電圧電源２の出力電圧±ＨＶは、極力大きな電圧、例えば、可変電圧電源２の最大出力電圧となるように制御されることが多い。

一方、小電力モードは、可変電圧電源２が連続的に供給できる電力以下の電力を送受信部１０２に供給するときに用いられるモードである。言い換えると、電源制御部１１は、可変電圧電源２が連続的に供給できる電力以下の小電力を要する超音波を送信するときに、電力供給モードを小電力モードに設定する。

図４は、電力供給モードが小電力モードであるときの電源回路１を示す図である。電源制御部１１は、小電力モードを設定する場合、図４に示すように、正側第１スイッチ回路５及び負側第１スイッチ回路９がオフし、正側第２スイッチ回路６及び負側第２スイッチ回路１０がオンする第２の状態を取るように制御する。つまり、小電力モードでは、可変電圧電源２と送受信部１０２とが直結され、送受信部１０２には、可変電圧電源２から定電流回路及び大容量キャパシタによる蓄電回路を介さずに直接的に電力が供給される。これにより、送受信部１０２は、可変電圧電源２が連続的に供給できる電力以下の電力を要する駆動パルスを、比較的短いパルス繰返し周期で送信することができる。また、送受信部１０２は、大容量キャパシタの充放電を待つことなく、可変電圧電源２から必要な電圧での電力の供給を瞬時に受けることができるようになり、駆動パルスの変更に瞬時に対応することができる。特に、ダイナミックエラストグラフィを行う場合には、大電力のプッシュパルスを送信した直後に、小電力のディテクトパルスを送信する必要があるため、このような電力の供給を瞬時に切り換えることができる機能は欠かせない。

以下、駆動パルスの例を参照しながら、電源回路１の動作について説明する。

図５は、電力供給モード及び駆動パルスの時間変化の例を示す図である。本例では、まず、大電力モードにて、せん断弾性波（shear wave）を発生させるプッシュパルスを単発的に被検体に送信する。そして、その直後に、小電力モードにて、そのせん断弾性波（shear wave）の伝搬速度を検出するためのディテクトパルスを複数回、繰り返し送信する。

まず、電源制御部１１は、電力供給モードを大電力モードに設定する制御を行う。すなわち、正側第１スイッチ回路５及び負側第１スイッチ回路９がオンし、正側第２スイッチ回路６及び負側第２スイッチ回路１０がオフする第１の状態になるよう、これらスイッチ回路を制御する。また、可変電圧電源２の出力電圧±ＨＶを、プッシュパルスの送信に最適な電圧、例えば±８０Ｖに設定する制御を行う。

電圧±ＨＶが±８０Ｖに設定されると、正側大容量キャパシタ４及び負側大容量キャパシタ８は、充電電圧が±８０Ｖに達するまで充電される。これにより、電源回路１の供給電圧±ＤＶは、徐々に大きくなり、±８０Ｖに到達する。なお、電源回路１の供給電圧±ＤＶは、送受信部１０２の電源端子における電圧でもあり、大電力モードのときには、正側大容量キャパシタ４及び負側大容量キャパシタ８の充電電圧でもある。

正側大容量キャパシタ４及び負側大容量キャパシタ８の充電が完了したら、電源制御部１１は、大電力を要するプッシュパルスの送信を指示する制御信号を、送受信部１０２に送信する。送受信部１０２は、これに応答して、正側大容量キャパシタ４及び負側大容量キャパシタ８に充電された電荷を用いて、プッシュパルスの駆動パルスＤＰｓｗを生成し送信する。超音波振動子１０１ａは、その駆動パルスにより駆動され、プッシュパルスを送信する。

プッシュパルスが送信された直後には、そのプッシュパルスによって被検体の生体組織に発生したせん断弾性波の伝搬速度を出するためのディテクトパルスを、比較的短いパルス繰返し周期ですぐに送信する必要がある。

そこで、電源制御部１１は、プッシュパルスが送信された直後に、電力供給モードを小電力モードに瞬時に切り換える制御を行う。すなわち、正側第１スイッチ回路５及び負側第１スイッチ回路９がオフし、正側第２スイッチ回路６及び負側第２スイッチ回路１０がオンする第２の状態になるよう、これらスイッチ回路を制御する。また、可変電圧電源２の出力電圧±ＨＶを、ディテクトパルスの送信に最適な電圧、例えば±１５Ｖに設定する制御を行う。

電源制御部１１は、ディテクトパルスの送信を指示する制御信号を、送受信部１０２に送信する。送受信部１０２は、これに応答して、可変電圧電源２から電力の供給を受けて複数のディテクトパルスを送信するための複数の駆動パルスＤＰｄｔを、比較的短いパルス繰返し周期、例えば数百μｓｅｃで生成し送信する。超音波振動子１０１ａは、その駆動パルスにより駆動され、複数のディテクトパルスを送信する。

以上、本実施形態によれば、電力供給モードが大電力モードであるときには、電源回路１を、定電流回路及３，７及び大容量キャパシタ４，８による蓄電回路を介して、送受信部１０２に接続するので、可変電圧電源２によって充電された大容量キャパシタ４，８から送受信部１０２へ電力の供給を行うことができ、その電源回路１の大規模化を抑えつつ、大電力を要する超音波の送信を行うことができる。

また、本実施形態によれば、電力供給モードが大電力モードから小電力モードに切り換わると、可変電圧電源２を、上記蓄電回路を介さずに、直接、送受信部１０２に接続するので、送受信部１０２に供給する電圧を、大電力を必要としない超音波の送信に適した電圧に瞬時に切り換えることができる。特に、本例では、大電力モードでのプッシュパルスの送信直後に、必要となるディテクトパルスの送信を瞬時に行うことができる。

ところで、本実施形態において、送受信部１０２は、大電力モードで駆動パルスを送信している間、充電された正側大容量キャパシタ４及び負側大容量キャパシタ８から電力の供給を受け続ける。そのため、大電力モードでは、駆動パルスを送信している最中に、正側大容量キャパシタ４及び負側大容量キャパシタ８に充電された電荷が減少し続け、これら大容量キャパシタの充電電圧の絶対値｜＋ＤＶ｜及び｜−ＤＶ｜は徐々に小さくなっていく。すなわち、電源回路１の供給電圧±ＤＶには、図６に示すように、電圧の絶対値が時間ｔの経過とともに徐々に０Ｖへと近づく変化、いわゆるドループ（droop）が発生する。また、送受信部１０２により送信される駆動パルスの振幅は、通常、送受信部１０２に供給される正負の電圧によって決定される。そのため、この電源回路１の供給電圧±ＤＶにおけるドループの発生に伴い、送受信部１０２から送信される駆動パルスの振幅も、図６に示すように、そのドループの曲線に沿うように小さくなっていく。

一方、大容量キャパシタの容量は、部品のばらつきにより、装置間でばらついたり、部品の劣化により時間の経過とともに少しずつ小さくなっていったりすることが考えられる。つまり、大電力モードで駆動パルスを送信したときの大容量キャパシタにおける充電電圧のドループの傾きは、装置間でばらついたり、時間の経過とともに変化したりする。また、超音波のエネルギーは、駆動パルスの振幅とパルス幅に依存すると考えられる。したがって、ドループの傾きがばらついたり変化したりすると、駆動パルスの振幅の時間変化が一定にならず、超音波のエネルギーが一定にならない。

例えば、大電力モードにおいて、図７（ａ）に示すようなプッシュパルスの駆動パルスＤＰｓｗ１を送信する場合を考える。この駆動パルスＤＰｓｗ１は、ドループの傾きがαであり、パルス幅がΔｔ１である。これが、大容量キャパシタの容量抜けにより、図７（ｂ）に示すような駆動パルスＤＰｓｗ２に変化したとする。この駆動パルスＤＰｓｗ２は、ドループの傾きがαよりきついβであり、パルス幅が駆動パルスＤＰｓｗ１と同じΔｔ１である。この場合、ドループの傾きがきつくなった分だけ、プッシュパルスのエネルギーが減ってしまう。

そこで、以下、この問題を解決するための変形例について説明する。

（第一変形例）
図８は、本実施形態における第一変形例を示す図である。図８に示すように、第一変形例では、電源回路１′は、正側第１抵抗２４と正側第２抵抗２５との直列回路、正側Ａ／Ｄ（analog-Digital）変換器２７、負側第１抵抗３１と負側第２抵抗３２との直列回路、及び負側Ａ／Ｄ変換器３４をさらに有している。

正側第１抵抗２４と正側第２抵抗２５との直列回路は、正側大容量キャパシタ４のプラス端子と電源グラウンドとの間に接続されている。正側Ａ／Ｄ変換器２７のアナログ入力端子は、正側第１抵抗２４と正側第２抵抗２５との接続点に接続されており、正側Ａ／Ｄ変換器２７のデジタル出力端子は、電源制御部１１に接続されている。同様に、負側第１抵抗３１と負側第２抵抗３２との直列回路は、負側大容量キャパシタ８のマイナス端子と電源グラウンドとの間に接続されている。負側Ａ／Ｄ変換器３４のアナログ入力端子は、負側第１抵抗３１と負側第２抵抗３２との接続点に接続されており、負側Ａ／Ｄ変換器３４のデジタル出力端子は、電源制御部１１に接続されている。つまり、正側大容量キャパシタ４及び負側大容量キャパシタ８の充電電圧であり、送受信部１０２の電源端子における電圧でもある、電源回路１′の供給電圧±ＤＶを、それぞれ、抵抗で分圧してＡ／Ｄ変換器でサンプリング（sampling）し、そのデータを電源制御部１１に送信するように構成されている。

電源制御部１１は、そのデータに基づいて、プッシュパルスのエネルギーが一定となるように、駆動パルスの振幅及びパルス幅の少なくとも一方を調整するよう、送受信部１０２を制御する。例えば、電源制御部１１は、上記データから駆動パルスの振幅のドループを予測し、駆動パルスの振幅×パルス幅の時間積分を表す特徴量を算出する。そして、その特徴量が常に一定になるように、駆動パルスの振幅及びパルス幅の少なくとも一方を補正する。例えば、図９（ａ）に示すように、ドループの傾きがαのとき、パルス幅をΔｔ１とする駆動パルスＤＰｓｗ１を送信するものとする。一方、ドループの傾きがαよりきついβである場合、図９（ｂ）に示すように、駆動パルスの振幅×パルス幅の時間積分が一定になるように、パルス幅をΔｔ１より長いΔｔ２にした駆動パルスＤＰｓｗ３を送信する。

このような第一変形例によれば、大容量キャパシタの容量のばらつきや劣化による変化によらず、プッシュパルスのエネルギーを一定にすることができる。

（第二変形例）
図１０は、本実施形態における第二変形例を示す図である。図１０に示すように、第二変形例では、電源回路１″は、正側第３スイッチ回路２１、正側半波整流回路２２、正側ローパスフィルタ（Low Pass Filter）回路２３、正側第１抵抗２４と正側第２抵抗２５との直列回路、正側Ａ／Ｄ変換器２７、負側第３スイッチ回路２８、負側半波整流回路２９、負側ローパスフィルタ回路３０、負側第１抵抗３１と負側第２抵抗３２との直列回路、負側Ａ／Ｄ変換器３４をさらに有している。

正側第３スイッチ回路２１の一端は、送受信部１０２における複数の出力端子うちの１チャネルと接続されている。正側第３スイッチ回路２１の他端は、正側半波整流回路２２の入力端子に接続されている。正側半波整流回路２２の出力端子は、正側ローパスフィルタ回路２３の入力端子と接続されている。正側第１抵抗２４と正側第２抵抗２５との直列回路は、正側ローパスフィルタ回路２３の出力端子と電源グラウンドとの間に接続されている。正側Ａ／Ｄ変換器２７のアナログ入力端子は、正側第１抵抗２４と正側第２抵抗２５との接続点に接続されており、正側Ａ／Ｄ変換器２７のデジタル出力端子は、電源制御部１１に接続されている。同様に、負側第３スイッチ回路２８の一端は、送受信部１０２における複数の出力端子うちの上記１チャネルとは別の１チャネルと接続されている。負側第３スイッチ回路２８の他端は、負側半波整流回路２９の入力端子に接続されている。負側半波整流回路２９の出力端子は、負側ローパスフィルタ回路３０の入力端子と接続されている。負側第１抵抗３１と負側第２抵抗３２との直列回路は、負側ローパスフィルタ回路３０の出力端子と電源グラウンドとの間に接続されている。負側Ａ／Ｄ変換器３４のアナログ入力端子は、負側第１抵抗と負側第２抵抗との接続点に接続されており、負側Ａ／Ｄ変換器３４のデジタル出力端子は、電源制御部１１に接続されている。つまり、必要に応じて、正側及び負側第３スイッチ回路の一方または両方をオンし、送信される駆動パルスの電圧を、正負の一方または両方について、半波整流し、ローパスフィルタで平滑化（積分）し、それを抵抗で分圧してＡ／Ｄ変換器でサンプリングし、そのデータを電源制御部１１に送信するように構成されている。

電源制御部１１は、そのデータに基づいて、プッシュパルスのエネルギーが一定となるように、駆動パルスの振幅及びパルス幅の少なくとも一方を調整するよう、送受信部１０２を制御する。例えば、電源制御部１１は、上記データから駆動パルスの振幅のドループを予測し、駆動パルスの振幅×パルス幅の時間積分が一定になるように、駆動パルスの振幅やパルス幅のいずれか一方または両方を制御する。

このような第二変形例によれば、第一変形例と同様に、大容量キャパシタの容量のばらつきや劣化による変化によらず、プッシュパルスのエネルギーを一定にすることができる。

なお、本実施形態では、大電力モードにおいて、せん断弾性波（shear wave）を発生させるためのプッシュパルスを送信する場合を例に説明しているが、もちろん、これに限定されない。

また、本実施形態では、電力供給モードを大電力モードから小電力モードに切り換える場合を例に説明しているが、もちろん、これに限定されない。大電力モードと小電力モードとのあらゆる組合せを想定することができる。

また、本実施形態では、送受信部１０２は、その電源として正負両方の電圧を用いる仕様であるが、その電源として正または負の電圧のみを用いる、いわゆる片電源の仕様であってもよい。この場合、電源回路１〜１″は、正側または負側の回路のみ有する構成とすることができる。

また、第一及び第二変形例においては、電源制御部１１は、電源回路１における正負両方の出力電圧、または、駆動パルスにおける正負両方の電圧に基づいて、駆動パルスの補正を行うべく、送受信部１０２を制御している。しかしながら、より簡易的には、電源回路１における正負のいずれか一方の出力電圧、または、駆動パルスにおける正負のいずれか一方の電圧に基づいて、駆動パルスの補正を行うべく、送受信部１０２を制御するようにしてもよい。この場合、正負の一方の電圧から他方の電圧を予測して、駆動パルスの補正をしてもよい。

１００ 超音波画像表示装置（超音波画像表示装置）
１０１ 超音波プローブ
１０１ａ 超音波振動子（振動子）
１０２ 送受信部（送信回路）
１０３ 超音波画像処理部
１０４ 表示制御部
１０５ 表示部
１０６ 操作部
１０７ 制御部
１，１′，１″ 電源回路（電源回路）
２ 可変電圧電源（可変電圧電源）
３ 正側定電流回路（定電流回路）
４ 正側大容量キャパシタ（キャパシタ）
５ 正側第１スイッチ回路（第１のスイッチ回路）
６ 正側第２スイッチ回路（第２のスイッチ回路）
７ 負側定電流回路（定電流回路）
８ 負側大容量キャパシタ（キャパシタ）
９ 負側第１スイッチ回路（第１のスイッチ回路）
１０ 負側第２スイッチ回路（第２のスイッチ回路）
１１ 電源制御部（制御部）
２１ 正側第３スイッチ回路
２２ 正側半波整流回路
２３ 正側ローパスフィルタ回路
２４ 正側第１抵抗
２５ 正側第２抵抗
２７ 正側Ａ／Ｄ変換器
２８ 負側第３スイッチ回路
２９ 負側半波整流回路
３０ 負側ローパスフィルタ回路
３１ 負側第１抵抗
３２ 負側第２抵抗
３４ 負側Ａ／Ｄ変換器

Claims (11)

1. 超音波画像表示装置用の超音波を発生させる振動子に駆動パルスを送信する送信回路の電源回路であって、
   可変電圧電源と、
   前記可変電圧電源の出力端子を、定電流回路及びキャパシタを含む蓄電回路を介して、前記送信回路の電源端子に接続する第１の電源ラインと、
   前記可変電圧電源の出力端子を、前記送信回路の電源端子に直接的に接続する第２の電源ラインと、
   超音波の送信条件に基づいて、前記第１の電源ラインを用いて前記送信回路に電力を供給する第１のモードと、前記第２の電源ラインを用いて前記送信回路に電力を供給する第２のモードとの切換え制御を行う制御部と、を備えた電源回路。
2. 超音波画像表示装置用の超音波を発生させる振動子に駆動パルスを送信する送信回路の電源回路であって、
   可変電圧電源と、
   入力端子が前記可変電圧電源の出力端子に接続された定電流回路と、
   前記定電流回路の出力端子と、前記可変電圧電源のグラウンドとの間に接続されたキャパシタと、
   前記定電流回路の出力端子と、前記送信回路の電源端子との間に接続された第１のスイッチ回路と、
   前記可変電圧電源の出力端子と、前記送信回路の電源端子との間に接続された第２のスイッチ回路と、
   超音波の送信条件に基づいて、前記第１のスイッチ回路がオンし、かつ、前記第２のスイッチ回路がオフする第１のモードと、前記第１のスイッチ回路がオフし、かつ、前記第２のスイッチ回路がオンする第２のモードとの切換え制御を行う制御部と、を備えた電源回路。
3. 前記制御部は、前記第１のモードであるときに、前記送信回路の電源端子における電圧に基づいて、超音波のエネルギーが一定になるよう前記送信回路を制御する、請求項１または請求項２に記載の電源回路。
4. 前記制御部は、前記第１のモードであるときに、前記送信回路から送信される駆動信号に基づいて、超音波のエネルギーが一定になるよう前記送信回路を制御する、請求項１または請求項２に記載の電源回路。
5. 前記制御部は、前記駆動パルスにおける振幅及びパルス幅の少なくとも一つを調整することにより、超音波のエネルギーが一定になるよう、前記送信回路を制御する、請求項３または請求項４に記載の電源回路。
6. 前記制御部は、前記可変電圧電源が連続的に供給できる電力を超える電力を要する第１の超音波を送信するときに、前記第１のモードを用いるよう制御する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電源回路。
7. 前記第１の超音波は、せん断弾性波（shear wave）を発生させるプッシュパルスである、請求項６に記載の電源回路。
8. 前記制御部は、前記可変電圧電源が連続的に供給できる電力以下の電力を要する第２の超音波を送信するときに、前記第２のモードを用いるよう制御する、請求項６または請求項７に記載の電源回路。
9. 前記キャパシタは、１ｍＦ以上、１００ｍＦ以下の容量を有する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電源回路。
10. 前記可変電圧電源は、正の電圧を出力する出力端子と、負の電圧を出力する出力端子とを有しており、
    前記第１の電源ライン及び第２の電源ラインは、それぞれ、正の電圧用の電源ラインと負の電圧用の電源ラインとを有している、請求項１に記載の電源回路。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の電源回路を備えた超音波画像表示装置。
    

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