JP6342227B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置に関する。

従来、被検体に超音波を送信し、被検体内の組織によって反射された反射波を受信し、受信した反射波に基づく受信信号（反射波信号）を画像化して表示する超音波診断装置がある。

例えば、従来の超音波診断装置では、１次側のコイルと２次側のコイルとが分離された変圧器（トランス）によって、受信信号を所定の昇圧比で昇圧させることによって、受信感度を良好にすることが行われる。なお、受信感度は、ＮＦ（Noise Figure；ノイズフィギュア）で示されることもある。

しかしながら、上述した従来の超音波診断装置では、１次側のコイルと２次側のコイルとが分離された変圧器に、大きなリーケージインダクタンスが発生してしまう場合がある。変圧器に大きなリーケージインダクタンスが発生すると、高周波の周波数特性（高周波特性）が悪化する場合がある。例えば、高周波の帯域が制限されてしまう場合がある。高周波の周波数特性が悪化した場合には、受信感度が悪化してしまう場合がある。

特開昭６３−３６１８号公報

本発明が解決しようとする課題は、受信感度の悪化を抑制することができる超音波診断装置を提供することである。

実施形態の超音波診断装置は、超音波プローブと、変圧回路と、制御信号送信回路とを備える。超音波プローブは、超音波を被検体に対して送信するとともに、前記被検体から反射した反射波を反射波信号に変換する。変圧回路は、複数の変圧比の中から、前記超音波プローブに関する情報に基づく制御信号に応じた変圧比で前記反射波信号を変圧する単巻変圧器を含む。制御信号送信回路は、前記超音波プローブの信号源インピーダンスに応じた前記制御信号を前記変圧回路に送信する。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示す図である。 図２は、図１に示すＴＲＳＷ及び変圧回路の構成の具体例について説明するための図である。 図３は、変圧回路に入力される制御信号の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る第１の変形例について説明するための図である。 図５は、第１の実施形態に係る第２の変形例について説明するための図である。 図６は、第２の実施形態に係る変圧回路の構成の一例を示す図である。 図７は、第３の実施形態に係る変圧回路の構成の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、超音波診断装置の各実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示す図である。

（超音波診断装置の構成例）
図１に示すように、超音波診断装置１は、送受信制御回路１１と、送信回路１２と、超音波プローブ１３と、ＴＲＳＷ（送受信切替スイッチ）１４と、受信回路１５と、信号処理回路１６と、モニタ１７と、制御信号送信回路１８と、操作受付部１９とを有する。

送受信制御回路１１は、送信回路１２及び受信回路１５が後述する動作を行うように、送信回路１２及び受信回路１５を制御する。

送信回路１２は、送受信制御回路１１による制御を受けて、送信信号（高圧パルス波）を超音波プローブ１３に内蔵された図示しない後述の振動子に対して供給する。例えば、送信回路１２は、ＴＲＳＷ１４を介して、送信信号を後述の振動子に対して供給する。例えば、送信信号は、超音波プローブ１３の後述の振動子を駆動する通常１００Ｖｐｐ程度の大振幅を有する。

超音波プローブ１３は、被検体に対して超音波を送信するとともに、被検体内の組織によって反射された反射波を受信する複数の振動素子を含む複数の振動子を有する。なお、複数の振動子は、例えば、アレイ状に配置されている。

送信回路１２からの送信信号が超音波プローブ１３に入力されると、超音波プローブ１３の振動子は、送信信号に応じた超音波を被検体に対して送信する。また、振動子は、被検体内で反射された反射波を受信し、受信した反射波を電気信号に変換する。そして、振動子は、この電気信号を、受信信号としてＴＲＳＷ１４に送信する。なお、受信信号は、反射波信号とも称される。

ＴＲＳＷ１４は、送信回路１２から送信された送信信号を振動子に対して送信する。また、ＴＲＳＷ１４は、超音波プローブ１３から送信された受信信号を受信回路１５に送信する。

受信回路１５は、受信チャンネルごとに設けられる。受信回路１５は、変圧回路２０と、増幅器２１と、遅延加算回路２２とを有する。なお、受信回路１５は受信チャンネル数と同じだけ設けられているが、説明の便宜上、図１には一つの受信回路１５のみ示すこととし、以下の説明も受信回路１５を一つとして行うこととする。また、受信チャンネルの数は後述する振動子の数と同じである。なお、他の例として、送信、受信チャンネルの数を振動子の数よりも少ないチャンネル数として、アナログスイッチを組み合わせて、送受信チャンネルを切換えて全ての振動子に接続できるような構成であってもよい。

変圧回路２０は、制御信号送信回路１８から送信された後述する制御信号に対応する変圧比で、ＴＲＳＷ１４から送信された受信信号を変圧する。そして、変圧回路２０は、変圧した受信信号を増幅器２１に送信する。

増幅器２１は、変圧回路２０から送信された受信信号を所定の増幅率で増幅する。そして、増幅器２１は、増幅した受信信号を遅延加算回路２２に送信する。例えば、増幅器２１は、受信信号を所定の増幅率で増幅するプリアンプである。

遅延加算回路２２は、受信信号が適切な指向性を実現するように受信信号に遅延を与えて加算する公知の遅延加算処理を受信信号に対して施す。例えば、遅延加算回路２２は、アナログ信号である受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換処理を受信信号に対して施し、デジタル信号に変換された受信信号に対して遅延加算処理を施す。そして、遅延加算回路２２は、遅延加算処理が施された受信信号を信号処理回路１６に送信する。

信号処理回路１６は、遅延加算回路２２から送信された受信信号に公知の各種の信号処理を施して、超音波画像を示す受信信号を生成する。そして、信号処理回路１６は、超音波画像を示す生成した受信信号をモニタ１７に送信する。

モニタ１７は、信号処理回路１６から送信された受信信号を受信すると、受信した受信信号が示す超音波画像を表示する。

制御信号送信回路１８は、操作受付部１９によって受け付けられたユーザにより指定された変圧比で受信信号を変圧するように変圧回路２０を制御するための制御信号を生成する。制御信号送信回路１８は、生成した制御信号を変圧回路２０に送信する。

操作受付部１９は、変圧回路２０により受信信号が変圧される際の変圧比の指定をユーザから受け付ける。ここで、ユーザは、変圧回路２０において変圧することが可能な変圧比の中から何れかの変圧比を指定する。操作受付部１９は、例えば、マウスやキーボードなどのユーザの操作を受け付けるデバイスを有する。

次に、ＴＲＳＷ１４及び変圧回路２０の構成の具体例について説明する。図２は、図１に示すＴＲＳＷ１４及び変圧回路２０の構成の具体例について説明するための図である。

図２の例では、超音波プローブ１３及び増幅器２１の等価回路も示されている。図２の例に示すように、超音波プローブ１３は、電圧Ｖｓの受信信号を出力する信号源１３ａに、信号源インピーダンス（内部インピーダンス）Ｒｓに相当する抵抗１３ｂを接続した回路と等価である。また、図２の例に示すように、増幅器２１は、増幅器２１の入力インピーダンスＲｉｎに相当する抵抗２１ａを有する回路と等価である。図２に示すように、超音波プローブ１３とＴＲＳＷ１４とはケーブル３０によって接続されている。

ＴＲＳＷ１４は、ダイオードブリッジ回路１４ａとクランプ回路１４ｂとを有する。ダイオードブリッジ回路１４ａは、バイアス電源Ｖ１０，Ｖ１１と、バイアス電源Ｖ１０に接続されるバイアス抵抗Ｒ１０と、バイアス電源Ｖ１１に接続されるバイアス抵抗Ｒ１１と、ダイオードＤ１０〜Ｄ１３とを有する。クランプ回路１４ｂは、互いに異なる極性が接続されたダイオードＤ１４、Ｄ１５を有する。クランプ回路１４ｂは、接地されている。図２の例では、ダイオードＤ１４は、受信信号が流れる伝送路にアノードが接続されるとともにカソードが接地されたダイオードである。また、ダイオードＤ１５は、受信信号が流れる伝送路にカソードが接続されるとともにアノードが接地されたダイオードである。

送信時にはダイオードブリッジ回路１４ａとクランプ回路１４ｂを組み合わせたＴＲＳＷ１４の振幅制限機能により変圧回路２０及び増幅器２１の入力は送信信号の高圧パルスから保護される。

一方、受信信号のように、振幅が小さい場合（例えば、数１００ｍＶｐｐ未満）には、受信信号はダイオードブリッジ回路１４ａのバイアス抵抗Ｒ１０、ダイオードＤ１０〜Ｄ１３、バイアス抵抗Ｒ１１を経由して流れるバイアス電流よりも微弱であるため、ダイオードＤ１０〜Ｄ１３がオフとならないので、受信信号はそのまま通過する。通過した受信信号は、変圧回路２０に入力される。例えば、ダイオードＤ１４，Ｄ１５の順方向電圧Ｖｆが、０．７Ｖである場合には、変圧回路２０に入力される受信信号の電圧は、最大１．４Ｖｐｐ程度までに制限される。

図２に示すように、変圧回路２０は、タップ付き単巻変圧器２０ａ（以下、単巻変圧器２０ａと称する）と、切替スイッチ２０ｂと、コイルＬ４と、コンデンサＣ２と、バイアス抵抗Ｒ２０とを有する。

単巻変圧器２０ａは、コイルＬ１とコイルＬ２とを有する。コイルＬ１とコイルＬ２とは、直列に接続されている。例えば、コイルＬ１の一端と、コイルＬ２の一端とが接続されている。コイルＬ１の他端は、受信信号が流れる伝送路に接続されている。コイルＬ２の他端は、コンデンサＣ２及びバイアス抵抗Ｒ２０に接続されている。

また、単巻変圧器２０ａは、コイルＬ１の一端とコイルＬ２の一端との間に設けられたタップ３１ａを有する。また、単巻変圧器２０ａは、コイルＬ１の他端側に設けられたタップ３１ｂを有する。

ここで、単巻変圧器２０ａにおいて発生するリーケージインダクタンスの大きさは、１次側のコイルと２次側のコイルとが分離された変圧器において発生するリーケージインダクタンスの大きさよりも小さい。これは、図２におけるコイルＬ１とコイルＬ２で昇圧する場合にだけ、コイルＬ１、Ｌ２間にリーケージインダクタンスが発生するが、昇圧しない場合にはコイルＬ１、Ｌ２は増幅器２１と並列に接続されるだけで、そのリーケージインダクタンスは等価回路上、受信信号を伝達する系に存在しないと考えられる。この結果、通常の１次側、２次側のコイルが分離された変圧器と比べてリーケージインダクタンスの影響を軽減できる。そのため、単巻変圧器２０ａは、高周波の周波数特性の悪化を抑制する。したがって、本実施形態によれば、受信感度の悪化を抑制することができる。

また、単巻変圧器２０ａは、１次側のコイルと２次側のコイルとが分離された変圧器よりもサイズが小さい。また、単巻変圧器２０ａは、１次側のコイルと２次側のコイルとが分離された変圧器よりも価格が低い。したがって、本実施形態によれば、受信回路１５の小型化及び低価格化を図ることができる。

切替スイッチ２０ｂは、ダイオードスイッチＤ１，Ｄ２を有する。ダイオードスイッチＤ１は、アノードがコイルＬ４に接続されるとともに、カソードがタップ３１ａに接続されている。また、ダイオードスイッチＤ２は、アノードがタップ３１ｂに接続されるとともに、カソードがコイルＬ４に接続されている。切替スイッチ２０ｂは、後述のバイアス電流の極性に応じて、ダイオードスイッチＤ１またはダイオードスイッチＤ２がオン（ＯＮ）となる。

なお、本実施形態では、単巻変圧器２０ａの入力側に、切替スイッチ２０ｂを設けている。これは、単巻変圧器２０ａの出力側に、切替スイッチ２０ｂを設けると、寄生容量が増加して高周波の周波数特性が悪化してしまうからである。単巻変圧器２０ａの出力側に寄生容量が存在すると、増幅器２１の入力インピーダンスＲｉｎは、「１／昇圧比」倍となり低下する。そして、寄生容量によるインピーダンスの影響も同様に「１／昇圧比」倍となる。高周波で寄生容量によるインピーダンスが小さくなるので、単巻変圧器２０ａによる昇圧効果が期待できる高周波プローブで性能が悪化することを抑制するために、本実施形態では、単巻変圧器２０ａの入力側に、切替スイッチ２０ｂを設けている。

また、切替スイッチ２０ｂに用いられる上述のダイオードスイッチＤ１，Ｄ２は、寄生容量が低いため、高周波特性の悪化を抑制することができる。なお、ダイオードスイッチＤ１，Ｄ２に代えて、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）やトランジスタを用いることもできる。

コイルＬ４は、ダイオードスイッチＤ１，Ｄ２をオンさせるためのバイアス電流を流すためのコイルである。コイルＬ４の一端が接地されるとともに、他端がダイオードスイッチＤ１のアノード及びダイオードスイッチＤ２のカソードに接続されている。コイルＬ４として、例えば、受信信号に対して減衰要素とならないような大きな値のインダクタンス値を有するコイルが用いられる。

コンデンサＣ２の一端はコイルＬ２の他端に接続されるとともに、コンデンサＣ２の他端は接地されている。

バイアス抵抗Ｒ２０の一端はコイルＬ２の他端に接続されるとともに、バイアス抵抗Ｒ２０の他端は制御信号送信回路１８に接続されている。なお、バイアス抵抗Ｒ２０と制御信号送信回路１８との間には、制御信号が入力される入力端子が設けられている。

次に、変圧回路２０の動作について説明する。図３は、変圧回路２０に入力される制御信号の一例を示す図である。図３に示すように、制御信号は、ダイオードスイッチＤ１をオンさせる場合には、電圧がマイナスの信号となり、ダイオードスイッチＤ２をオンさせる場合には、電圧がプラスの信号となる。以下の説明では、「電圧がマイナスの信号」のことを「マイナスの信号」と表記し、同様に、「電圧がプラスの信号」のことを「プラスの信号」と表記する。

例えば、制御信号送信回路１８は、受信信号を昇圧させない場合（ユーザにより指定された昇圧比が「１」の場合）には、プラスの信号を制御信号として変圧回路２０に送信する。プラスの信号が変圧回路２０に入力されると、すなわち、プラスの電圧が入力端子に印加されると、バイアス抵抗Ｒ２０、コイルＬ２、コイルＬ１、ダイオードスイッチＤ２及びコイルＬ４にバイアス電流が流れる。このようなバイアス電流によって、ダイオードスイッチＤ２がオンになる。ダイオードスイッチＤ２がオンになると、受信信号は、コイルＬ１及びコイルＬ２を印加して、昇圧比「（コイルＬ１の巻数＋コイルＬ２の巻数）／（コイルＬ１の巻数＋コイルＬ２の巻数）」＝「１」で昇圧される。そして、昇圧比「１」で昇圧された受信信号は、増幅器２１に送信される。すなわち、プラスの信号が変圧回路２０に入力されると、受信信号は、そのまま増幅器２１に送信される。なお、受信信号を昇圧させないことと、受信信号を昇圧比「１」で昇圧することとは、同義である。また、昇圧比は、変圧比の一例である。

一方、制御信号送信回路１８は、１より大きい昇圧比で受信信号を昇圧させる場合（例えば、ユーザにより指定された昇圧比が「（コイルＬ１の巻数＋コイルＬ２の巻数）／（コイルＬ２の巻数）」の場合）には、マイナスの信号を制御信号として変圧回路２０に送信する。マイナスの信号が変圧回路２０に入力されると、すなわち、マイナスの電圧が入力端子に印加されると、コイルＬ４から、ダイオードスイッチＤ１及びコイルＬ２を経由して、バイアス抵抗Ｒ２０までバイアス電流が流れる。このようなバイアス電流によって、ダイオードスイッチＤ１がオンになる。ダイオードスイッチＤ１がオンになると、受信信号は、コイルＬ２を印加して昇圧比「（コイルＬ１の巻数＋コイルＬ２の巻数）／（コイルＬ２の巻数）」で昇圧される。そして、昇圧比「（コイルＬ１の巻数＋コイルＬ２の巻数）／（コイルＬ２の巻数）」で昇圧された受信信号は、増幅器２１に送信される。すなわち、マイナスの信号が変圧回路２０に入力されると、受信信号は、１より大きい昇圧比で昇圧されて増幅器２１に送信される。

ここで、受信信号を増幅器２１に入力する前に昇圧させる理由の一例について説明する。例えば、昇圧比「１」で受信信号が昇圧される場合（すなわち、受信信号がそのまま増幅器２１に入力される場合）に、信号源１３ａにおける熱雑音をＶｎとし、増幅器２１における入力換算電圧ノイズをＥｎとすると、増幅器２１に入力されるトータルのノイズである入力換算ノイズＥｎｉｎは、次の式（１）で表される。ここで、以下の式では、説明の簡略化のために、増幅器のＩｎ（入力換算電流ノイズ）を省略している。

Ｅｎｉｎ＝（Ｖｎ^２＋Ｅｎ^２）^１／２・・・（１）

また、昇圧比「１」で受信信号が昇圧される場合のＮＦ（単位：ｄＢ）は、次の式（２）で表される。

ＮＦ＝２０×ｌｏｇ［（Ｖｎ^２＋Ｅｎ^２）^１／２／Ｖｎ］・・・（２）

次に、昇圧比「Ｋ」で受信信号が昇圧される場合に、増幅器２１に入力されるトータルのノイズである入力換算ノイズＥｎｉｎは、次の式（３）で表される。

Ｅｎｉｎ＝（（Ｋ×Ｖｎ）^２＋Ｅｎ^２）^１／２・・・（３）

そして、昇圧比「Ｋ」で受信信号が昇圧される場合のＮＦは、次の式（４）で表される。

ＮＦ＝２０×ｌｏｇ［（（Ｋ×Ｖｎ）^２＋Ｅｎ^２）^１／２／（Ｋ×Ｖｎ）］・・・（４）

ＮＦの値が０に近づくほど、受信感度が良好となる。式（２）が示すように、Ｖｎの値がＥｎの値に比べて小さくなるほど、ＮＦの値が大きくなる。ＮＦの値が大きくなるほど、受信感度が悪化することとなる。一方、式（４）に示すように、昇圧比「Ｋ」が１よりも大きく、昇圧比「Ｋ」で受信信号を昇圧させた場合には、昇圧比「１」の場合よりも、ＮＦの値が０に近づき、受信感度が改善されて良好となる。そこで、本実施形態に係る変圧回路２０は、ＮＦの値を０に近づけて受信感度を良好にさせるために、受信信号を昇圧する。実際には入力換算電流ノイズＩｎの影響で、変圧器による昇圧比には、受信感度改善の限界がある。

なお、超音波プローブ１３が、例えば７ＭＨｚ未満の周波数に対して対応可能なプローブ、いわゆる低周波プローブである場合には、高周波プローブの場合と比較して、信号源インピーダンスＲｓがさほど大きくない。また、Ｖｎの値は、信号源インピーダンスＲｓの大きさに比例して大きくなる。そのため、超音波プローブ１３が、低周波プローブである場合には、Ｖｎの値がＥｎの値に比べてさほど大きくない可能性が高い。この場合には受信感度改善はそれほど大きくない。

一方、超音波プローブ１３が、例えば、７ＭＨｚ以上の周波数に対して対応可能なプローブ、いわゆる高周波プローブである場合には、低周波プローブの場合と比較して、信号源インピーダンスＲｓが大きくなる。そのため、超音波プローブ１３が、高周波プローブである場合には、Ｖｎの値がＥｎの値に比べて大きくなる可能性が高くなる。したがって、超音波プローブ１３が高周波プローブである場合には、高い昇圧比で受信信号を昇圧し、低周波プローブである場合には、高周波プローブの場合よりも低い昇圧比で受信信号を昇圧するか、または、変圧回路２０に入力された受信信号をそのまま増幅器２１に送信すればよい。

以上、第１の実施形態に係る超音波診断装置１について説明した。上述したように、超音波診断装置１は、リーケージインダクタンスの大きさが小さい単巻変圧器２０ａを用いて、複数の昇圧比の中から、超音波プローブ１３に関する情報に基づく制御信号に応じた昇圧比で受信信号を変圧する。そのため、超音波診断装置１は、高周波の周波数特性の悪化を抑制する。したがって、超音波診断装置１によれば、受信感度の悪化を抑制することができる。

また、上述したように、本実施形態によれば、サイズが小さく価格が低い単巻変圧器２０ａを用いて受信信号を変圧するので、受信回路１５の小型化及び低価格化を図ることができる。

また、第１の実施形態に係る超音波診断装置１によれば、高周波の周波数特性の悪化が抑制されるので、超音波プローブ１３が高周波プローブであっても、画質の悪化が抑制された超音波画像を得ることができる。

なお、増幅器２１の入力インピーダンスＲｉｎは、昇圧比の２乗に比例して変化する。したがって、昇圧比に合わせて入力インピーダンスＲｉｎを切り替えることが好ましい。そのため、例えば、増幅器２１として、入力インピーダンスを切り替えることが可能な公知の増幅器を用いることが好ましい。

また、単巻変圧器２０ａが受信信号を制御信号に応じた昇圧比で昇圧する場合について例示したが、単巻変圧器２０ａが行う動作は、これに限られない。例えば、単巻変圧器２０ａは、同様の原理で、受信信号を制御信号に応じた降圧比で降圧することもできる。例えば、単巻変圧器２０ａは、入力換算ノイズＥｎｉｎが支配的な場合、受信信号を降圧することにより、信号源１３ａにおける熱雑音Ｖｎを大きくして、受信感度を改善することができる。なお、降圧比は、変圧比の一例である。

（第１の実施形態に係る第１の変形例）
なお、上述した第１の実施形態では、制御信号送信回路１８が、ユーザにより指定された昇圧比に対応する制御信号を変圧回路２０に送信する場合について例示した。しかしながら、制御信号送信回路１８は、超音波診断装置１に用いられている超音波プローブ１３の信号源インピーダンスに応じた制御信号を変圧回路２０に送信することもできる。そこで、このような実施形態を第１の実施形態に係る第１の変形例として、図４を用いて説明する。

図４は、第１の実施形態に係る第１の変形例について説明するための図である。第１の変形例では、制御信号送信回路１８は、図４に示すテーブル４０を保持している。テーブル４０は、「プローブＩＤ」及び「制御信号のレベル」の各項目を有する。

「プローブＩＤ」の項目には、超音波プローブ１３として用いられることが可能な超音波プローブのＩＤ（Identification）であるプローブＩＤが登録される。「制御信号のレベル」の項目には、同一レコードの「プローブＩＤ」の項目に登録されたプローブＩＤが示す超音波プローブの信号源インピーダンスが、所定の閾値よりも大きい場合には、変圧回路２０に送信する制御信号がマイナスの信号であることを示す「マイナス」が登録される。なお、変圧回路２０に送信する制御信号がマイナスの信号である場合には、受信信号が昇圧される。また、「制御信号のレベル」の項目には、同一レコードの「プローブＩＤ」の項目に登録されたプローブＩＤが示す超音波プローブの信号源インピーダンスが、所定の閾値以下である場合には、変圧回路２０に送信する制御信号がプラスの信号であることを示す「プラス」が登録される。なお、変圧回路２０に送信する制御信号がプラスの信号である場合には、変圧回路２０に入力された受信信号は、そのまま増幅器２１に送信される。

第１の変形例では、制御信号送信回路１８は、超音波診断装置１に用いられている超音波プローブ１３（ＴＲＳＷ１４に接続されている超音波プローブ１３）のプローブＩＤを特定する。プローブＩＤの特定方法の一例について説明すると、例えば、制御信号送信回路１８は、ケーブル３０を介して超音波プローブ１３に接続されており、超音波プローブ１３からプローブＩＤを取得することにより、プローブＩＤを特定する。そして、制御信号送信回路１８は、特定したプローブＩＤに対応する制御信号のレベルをテーブル４０から取得する。そして、制御信号送信回路１８は、「マイナス」を取得した場合には、マイナスの信号を制御信号として変圧回路２０に送信する。また、制御信号送信回路１８は、「プラス」を取得した場合には、プラスの信号を制御信号として変圧回路２０に送信する。

以上、第１の実施形態の第１の変形例に係る超音波診断装置１について説明した。上述したように、第１の変形例に係る超音波診断装置１は、超音波プローブ１３の信号源インピーダンスに適した昇圧比に対応する制御信号を変圧回路２０に送信する。例えば、超音波診断装置１は、１よりも大きい昇圧比で受信信号を昇圧することが好ましい場合には、１よりも大きい昇圧比に対応する制御信号を変圧回路２０に送信する。また、超音波診断装置１は、そのまま受信信号を変圧回路２０に送信することが好ましい場合には、昇圧比「１」に対応する制御信号を変圧回路２０に送信する。したがって、第１の変形例に係る超音波診断装置１によれば、ユーザが昇圧比を指定することなく、受信感度の悪化を抑制することができる。

（第１の実施形態に係る第２の変形例）
また、制御信号送信回路１８は、受信感度を優先するモード及び超音波画像の画質を優先するモードのうち、ユーザによって指定されたモードに応じた制御信号を変圧回路２０に送信することもできる。そこで、このような実施形態を第１の実施形態に係る第２の変形例として、図５を用いて説明する。

図５は、第１の実施形態に係る第２の変形例について説明するための図である。第２の変形例では、操作受付部１９は、モニタ１７に接続されている。そして、操作受付部１９は、図５の例に示すように、受信感度を優先するモード及び超音波画像の画質を優先するモードのうち何れかのモードを指定させることをユーザに促すためのメッセージ「モードを指定して下さい。」とともに、ユーザによって押下可能なボタン５０ａ，５０ｂをモニタ１７に表示させる。ボタン５０ａは、画質を優先するモードをユーザに指定させるためのボタンである。ボタン５０ｂは、受信感度を優先するモードをユーザに指定させるためのボタンである。そして、ボタン５０ａが押下された場合には、操作受付部１９は、画質を優先するモードが指定された旨を制御信号送信回路１８に通知する。一方、ボタン５０ｂが押下された場合には、操作受付部１９は、受信感度を優先するモードが指定された旨を制御信号送信回路１８に通知する。

受信感度を優先するモードが指定された旨が通知された場合には、受信感度を優先するモードが解除されるまで、制御信号送信回路１８は、上述の第１の実施形態と同様の処理を行う。すなわち、制御信号送信回路１８は、受信信号を昇圧させない場合（ユーザにより指定された昇圧比が「１」の場合）には、プラスの信号を制御信号として変圧回路２０に送信する。また、制御信号送信回路１８は、１より大きい昇圧比で受信信号を昇圧させる場合（例えば、ユーザにより指定された昇圧比が「（コイルＬ１の巻数＋コイルＬ２の巻数）／（コイルＬ２の巻数）」の場合）には、マイナスの信号を制御信号として変圧回路２０に送信する。

一方、画質を優先するモードが指定された旨が通知された場合には、画質を優先するモードが解除されるまで、制御信号送信回路１８は、昇圧比「１」に対応する制御信号を変圧回路２０に送信する。これにより、変圧回路２０に入力された受信信号がそのまま増幅器２１に送信されるので、増幅器２１での飽和の発生が抑制される。このため、超音波画像の画質が良好となる。

以上、第１の実施形態の第２の変形例に係る超音波診断装置１について説明した。上述したように、第２の変形例に係る超音波診断装置１は、受信信号に基づいた超音波画像の画質を優先するモードが指定された場合には、制御信号として、昇圧比「１」で受信信号を昇圧するための信号を変圧回路２０に送信する。すなわち、第２の変形例に係る超音波診断装置１は、制御信号として、受信信号を昇圧せずに出力するための信号を変圧回路２０に送信する。したがって、第２の変形例に係る超音波診断装置１によれば、受信信号に基づいた超音波画像の画質を優先するモードが指定された場合には、超音波画像の画質を良好にすることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る超音波診断装置について説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する場合がある。第２の実施形態に係る超音波診装置は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１と比して、変圧回路２０とは異なる変圧回路６０を有する点が異なる。

図６は、第２の実施形態に係る変圧回路の構成の一例を示す図である。図６に示すように、第２の実施形態に係る変圧回路６０は、変圧回路２０の構成に加えて、コンデンサＣ１及びリミッタ回路６１を有する。

リミッタ回路６１は、互いに異なる極性が接続されたダイオードＤ３、Ｄ４を有する。リミッタ回路６１は、接地されている。図６の例では、ダイオードＤ３は、受信信号が流れる伝送路にカソードが接続されるとともにアノードが接地されたダイオードである。また、ダイオードＤ４は、受信信号が流れる伝送路にアノードが接続されるとともにカソードが接地されたダイオードである。リミッタ回路６１は、振幅制限機能を有し、ダイオードＤ３，Ｄ４の順方向電圧Ｖｆの値に応じて、増幅器２１に入力される受信信号の振幅を制限する。例えば、ダイオードＤ３，Ｄ４の順方向電圧Ｖｆが、０．７Ｖである場合には、増幅器２１に入力される受信信号の電圧は、最大１．４Ｖｐｐ程度までに制限される。これにより、単巻変圧器２０ａによって昇圧された受信信号がそのまま増幅器２１に入力されて、増幅器２１において飽和が発生することを抑制することができる。また、増幅器２１において、飽和からの回復時間の増加を抑制することができる。

ここで、リミッタ回路６１を単巻変圧器２０ａの後段に設けただけでは、ダイオードＤ３，Ｄ４の順方向電圧Ｖｆにより、増幅器２１に入力される受信信号の正負（プラスとマイナス）の対称性が崩れてしまう。例えば、受信信号は、マイナス側にシフトしてしまう。これは、バイアス電流がコイルＬ４を流れると、コイルＬ４が有する小さな直列抵抗による電圧降下によって電圧が生じ、リミッタ回路６１にＤＣ電圧が発生することに起因する。そこで、受信信号の正負の対称性を良好にするために、第２の実施形態では、リミッタ回路６１の前段に、コンデンサＣ１が設けられている。コンデンサＣ１は、ＡＣ結合（交流結合）により、単巻変圧器２０ａとリミッタ回路６１とに接続されている。すなわち、コンデンサＣ１は、リミッタ回路６１が、受信信号が流れる伝送路に接続された位置よりも変圧回路２０側の受信信号が流れる伝送路の位置に設けられている。コンデンサＣ１は、リミッタ回路６１にＤＣ電圧が発生することを抑制する機能を有するので、リミッタ回路６１を通過する受信信号の正負の対称性を良好にすることができる。

以上、第２の実施形態について説明した。第２の実施形態によれば、リミッタ回路６１が振幅制限機能を有するので、増幅器２１において飽和が発生することを抑制することができる。また、増幅器２１において、飽和からの回復時間の増加を抑制することができる。

また、第２の実施形態によれば、リミッタ回路６１の前段にコンデンサＣ１が設けられているので、リミッタ回路６１を通過する受信信号の正負の対称性が良好になり、増幅器２１に入力される受信信号の正負の対称性を良好にすることができる。

また、第２の実施形態によれば、第１の実施形態に係る超音波診断装置１と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、受信信号を変圧する際の変圧比が２つである場合について説明したが、受信信号を変圧する際の変圧比を３つ以上とすることもできる。そこで、受信信号を変圧する際の変圧比が３つである実施形態を第３の実施形態として、図７を用いて説明する。なお、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する場合がある。第３の実施形態に係る超音波診装置は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１と比して、変圧回路２０とは異なる変圧回路７０を有する点が異なる。

図７は、第３の実施形態に係る変圧回路の構成の一例を示す図である。図７に示すように、第３の実施形態に係る変圧回路７０は、タップ付き単巻変圧器７０ａ（以下、単巻変圧器７０ａと称する）と、切替スイッチ７０ｂと、コイルＬ８〜Ｌ１０と、コンデンサＣ３〜Ｃ５と、バイアス抵抗Ｒ２〜Ｒ４と、リミッタ回路６１と、コンデンサＣ１とを有する。

単巻変圧器７０ａは、コイルＬ５〜Ｌ７を有する。コイルＬ５とコイルＬ６とコイルＬ７とは、直列に接続されている。例えば、コイルＬ５の一端と、コイルＬ６の一端とが接続されている。また、コイルＬ６の他端と、コイルＬ７の一端とが接続されている。コイルＬ５の他端は、受信信号が流れる伝送路に接続されている。コイルＬ７の他端は、接地されている。

また、単巻変圧器７０ａは、コイルＬ５の一端とコイルＬ６の一端との間に設けられたタップ７１ｂと、コイルＬ６の他端とコイルＬ７の一端との間に設けられたタップ７１ｃとを有する。また、単巻変圧器７０ａは、コイルＬ５の他端側に設けられたタップ７１ａを有する。

ここで、単巻変圧器７０ａにおいて発生するリーケージインダクタンスの大きさは、１次側のコイルと２次側のコイルとが分離された変圧器において発生するリーケージインダクタンスの大きさよりも小さい。これは、図７におけるコイルＬ５とコイルＬ６コイルＬ７で昇圧する場合にだけ、コイルＬ５、Ｌ６間やコイルＬ６、Ｌ７間にリーケージインダクタンスが発生するが、昇圧しない場合にはコイルＬ５、Ｌ６、Ｌ７は増幅器２１と並列に接続されるだけで、そのリーケージインダクタンスは等価回路上、受信信号を伝達する系に存在しないと考えられる。この結果、通常の１次側、２次側のコイルが分離された変圧器と比べてリーケージインダクタンスの影響を軽減できる。そのため、単巻変圧器７０ａは、高周波の周波数特性の悪化を抑制する。したがって、本実施形態によれば、受信感度の悪化を抑制することができる。

また、単巻変圧器７０ａは、１次側のコイルと２次側のコイルとが分離された変圧器よりもサイズが小さい。また、単巻変圧器７０ａは、１次側のコイルと２次側のコイルとが分離された変圧器よりも価格が低い。したがって、本実施形態によれば、小型化及び低価格化を図ることができる。

切替スイッチ７０ｂは、ダイオードスイッチＤ５〜Ｄ７を有する。ダイオードスイッチＤ５は、アノードがコンデンサＣ３及びバイアス抵抗Ｒ２に接続されるとともに、カソードがタップ７１ａに接続されている。また、ダイオードスイッチＤ６は、アノードがコンデンサＣ４及びバイアス抵抗Ｒ３に接続されるとともに、カソードがタップ７１ｂに接続されている。また、ダイオードスイッチＤ７は、アノードがコンデンサＣ５及びバイアス抵抗Ｒ４に接続されるとともに、カソードがタップ７１ｃに接続されている。切替スイッチ７０ｂは、バイアス電流の極性に応じて、ダイオードスイッチＤ５、ダイオードスイッチＤ６またはダイオードスイッチＤ７をオンさせる。

バイアス抵抗Ｒ２の一端は、ダイオードスイッチＤ５のアノードに接続されるとともに、バイアス抵抗Ｒ２の他端は、コイルＬ８に接続されている。また、バイアス抵抗Ｒ３の一端は、ダイオードスイッチＤ６のアノードに接続されるとともに、バイアス抵抗Ｒ３の他端は、コイルＬ９に接続されている。また、バイアス抵抗Ｒ４の一端は、ダイオードスイッチＤ７のアノードに接続されるとともに、バイアス抵抗Ｒ４の他端は、コイルＬ１０に接続されている。

コンデンサＣ３の一端は、ＴＲＳＷ１４に接続されるとともに、コンデンサＣ３の他端は、ダイオードスイッチＤ５のアノードに接続されている。また、コンデンサＣ４の一端は、ＴＲＳＷ１４に接続されるとともに、コンデンサＣ４の他端は、ダイオードスイッチＤ６のアノードに接続されている。また、コンデンサＣ５の一端は、ＴＲＳＷ１４に接続されるとともに、コンデンサＣ５の他端は、ダイオードスイッチＤ７のアノードに接続されている。

コイルＬ８〜Ｌ１０は、ダイオードスイッチＤ５〜Ｄ７をオンさせるためのバイアス電流を流すためのコイルである。コイルＬ８の一端は、バイアス抵抗Ｒ２の他端に接続されるとともに、コイルＬ８の他端は、制御信号送信回路１８に接続されている。また、コイルＬ９の一端は、バイアス抵抗Ｒ３の他端に接続されるとともに、コイルＬ９の他端は、制御信号送信回路１８に接続されている。また、コイルＬ１０の一端は、バイアス抵抗Ｒ４の他端に接続されるとともに、コイルＬ１０の他端は、制御信号送信回路１８に接続されている。なお、コイルＬ８と制御信号送信回路１８との間には、制御信号が入力される入力端子（第１の入力端子）が設けられている。また、コイルＬ９と制御信号送信回路１８との間には、制御信号が入力される入力端子（第２の入力端子）が設けられている。また、コイルＬ１０と制御信号送信回路１８との間には、制御信号が入力される入力端子（第３の入力端子）が設けられている。

次に、変圧回路７０の動作について説明する。例えば、ユーザにより昇圧比「１」（第１の昇圧比）が指定された場合には、制御信号送信回路１８は、プラスの信号を制御信号として第１の入力端子に入力するとともに、マイナスの信号を制御信号として第２の入力端子及び第３の入力端子に入力する。プラスの信号が第１の入力端子に入力され、マイナスの信号が第２の入力端子及び第３の入力端子に入力されると（すなわちプラスの電圧が第１の入力端子に印加され、マイナスの電圧が第２の入力端子及び第３の入力端子に印加されると）、コイルＬ８、バイアス抵抗Ｒ２、ダイオードスイッチＤ５及びコイルＬ５〜Ｌ７に、バイアス電流が流れる。このようなバイアス電流によって、ダイオードスイッチＤ５がオンになる。ダイオードスイッチＤ５がオンになると、受信信号は、コイルＬ５〜Ｌ７を印加して昇圧比「（コイルＬ５の巻数＋コイルＬ６の巻数＋コイルＬ７の巻数）／（コイルＬ５の巻数＋コイルＬ６の巻数＋コイルＬ７の巻数）」＝「１」で昇圧される。そして、第１の昇圧比で昇圧された受信信号は、増幅器２１に送信される。すなわち、受信信号は、そのまま増幅器２１に送信される。

また、ユーザにより昇圧比「（コイルＬ５の巻数＋コイルＬ６の巻数＋コイルＬ７の巻数）／（コイルＬ６の巻数＋コイルＬ７の巻数）」（第２の昇圧比）が指定された場合には、制御信号送信回路１８は、プラスの信号を制御信号として第２の入力端子に入力するとともに、マイナスの信号を制御信号として第１の入力端子及び第３の入力端子に入力する。プラスの信号が第２の入力端子に入力され、マイナスの信号が第１の入力端子及び第３の入力端子に入力されると（すなわちプラスの電圧が第２の入力端子に印加され、マイナスの電圧が第１の入力端子及び第３の入力端子に印加されると）、コイルＬ９、バイアス抵抗Ｒ３、ダイオードスイッチＤ６及びコイルＬ６，Ｌ７に、バイアス電流が流れる。このようなバイアス電流によって、ダイオードスイッチＤ６がオンになる。ダイオードスイッチＤ６がオンになると、受信信号は、コイルＬ６，Ｌ７を印加して第２の昇圧比で昇圧される。そして、昇圧された受信信号は、増幅器２１に送信される。

また、ユーザにより昇圧比「（コイルＬ５の巻数＋コイルＬ６の巻数＋コイルＬ７の巻数）／コイルＬ７の巻数」（第３の昇圧比）が指定された場合には、制御信号送信回路１８は、プラスの信号を制御信号として第３の入力端子に入力するとともに、マイナスの信号を制御信号として第１の入力端子及び第２の入力端子に入力する。プラスの信号が第３の入力端子に入力され、マイナスの信号が第１の入力端子及び第２の入力端子に入力されると（すなわちプラスの電圧が第３の入力端子に印加され、マイナスの電圧が第１の入力端子及び第２の入力端子に印加されると）、コイルＬ１０、バイアス抵抗Ｒ４、ダイオードスイッチＤ７及びコイルＬ７に、バイアス電流が流れる。このようなバイアス電流によって、ダイオードスイッチＤ７がオンになる。ダイオードスイッチＤ７がオンになると、受信信号は、コイルＬ７を印加して第３の昇圧比で昇圧される。そして、昇圧された受信信号は、増幅器２１に送信される。

以上、第３の実施形態について説明した。上述したように、第３の実施形態は、リーケージインダクタンスの大きさが小さい単巻変圧器７０ａを用いて、複数の変圧比の中から、超音波プローブに関する情報に基づく制御信号に応じた変圧比で受信信号を変圧する。そのため、第３の実施形態は、高周波の周波数特性の悪化を抑制する。したがって、第３の実施形態によれば、受信感度の悪化を抑制することができる。

また、上述したように、第３の実施形態によれば、サイズが小さく価格が低い単巻変圧器２０ａを用いて受信信号を変圧するので、小型化及び低価格化を図ることができる。

また、第３の実施形態によれば、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第３の実施形態では、受信信号を変圧する際の変圧比が３つである場合について説明したが、同様の方法で、超音波診断装置は、４つ以上の変圧比の中から制御信号に応じた何れかの変圧比で受信信号を変圧することもできる。

以上述べた少なくとも１つの実施形態の超音波診断装置によれば、受信感度の悪化を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 超音波診断装置
１３ 超音波プローブ
２０ａ 単巻変圧器

Claims (5)

1. 超音波を被検体に対して送信するとともに、前記被検体から反射した反射波を反射波信号に変換する超音波プローブと、
   複数の変圧比の中から、前記超音波プローブに関する情報に基づく制御信号に応じた変圧比で前記反射波信号を変圧する単巻変圧器を含む変圧回路と、
   前記超音波プローブの信号源インピーダンスに応じた前記制御信号を前記変圧回路に送信する制御信号送信回路と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記変圧回路により変圧された前記反射波信号の振幅の大きさを制限するリミッタ回路を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記リミッタ回路は、前記反射波信号が流れる伝送路に、カソードが接続されるとともにアノードが接地された第１のダイオードと、アノードが接続されるとともにカソードが接地された第２のダイオードとを含み、
   前記変圧回路は、更に、前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードが前記伝送路に接続された位置よりも前記変圧回路側の前記伝送路の位置に設けられたコンデンサを含むことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記制御信号送信回路は、前記反射波信号に基づいた画像の画質を優先するモードが指定された場合には、前記制御信号として、前記反射波信号を変圧せずに出力するための信号を前記変圧回路に送信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。
5. 前記超音波プローブは、７ＭＨｚ以上の周波数に対応可能な高周波プローブであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の超音波診断装置。

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