JP7362474B2 - 電圧出力装置、超音波診断装置、および超音波プローブ装置 - Google Patents

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、電圧出力回路、超音波診断装置、および超音波プローブに関する。

超音波プローブを含む超音波診断装置が知られている。例えばこの装置において、圧電振動子に対して所望の波形の電圧を印加することが望まれる。このための回路として、比較的自由に電圧波形を生成可能なリニアドライバーと、単純な矩形波を生成する矩形波パルサーが知られている。矩形波パルサーはリニアドライバーよりも安価なため普及しているが、出力する電圧の波形において、不要な成分が生じる場合があった。

特開２０１３－５２１５４号公報 特開２０１６－８６９５７号公報 特開２００７－１８５５２５号公報

本明細書等に開示の実施形態が解決しようとする課題は、出力する電圧の波形において、不要な成分が生じるのを抑制することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態の電圧出力回路は、第１電圧と、前記第１電圧とは異なる第２電圧とを出力端子から選択的に出力可能である。電圧出力回路は、第１回路と、第２回路とを持つ。第１回路は、前記第１電圧を供給する第１電源と、前記電圧出力回路が前記第１電圧を出力する場合に前記第１電源と前記出力端子とを導通させる第１スイッチとを持つ。第２回路は、カソードが前記出力端子に接続されアノードが前記第２電圧の供給源に接続された第１ダイオードと、アノードが前記第１ダイオードの前記カソードに接続されカソードが前記第２電圧の供給源に接続されたた第２ダイオードと、前記電圧出力回路が前記第２電圧を出力する場合に前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの双方に対して順バイアスを与えるバイアス付与部とを持つ。

第１の実施形態に係る超音波診断装置１の構成の一例を示す図。 第１の実施形態に係る矩形波パルサー１２０とＧＮＤシャント回路１３０の構成の一例を示す図。 一般的な整流ダイオードの静特性を示す図。 図２に示す構成において実現される、第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１、第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３、ダイオード１３３または１３８を流れる電流、出力電圧ＶＯＵＴの変化の一例を示す図。 ＧＮＤシャント回路１３０の電流ＩＦと放電電流Ｉｄおよび充電電流Ｉｃを示す図。 比較例の超音波診断装置における、第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１、第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３、ダイオード１３３または１３８を流れる電流、出力電圧ＶＯＵＴの変化の一例を示す図。 比較例のＧＮＤシャント回路１３０の電流ＩＦと放電電流Ｉｄおよび充電電流Ｉｃを示す図。 第２の実施形態に係る矩形波パルサー１２０とＧＮＤシャント回路１３０Ｂの構成の一例を示す図。 第３の実施形態に係る矩形波パルサー１２０とＧＮＤシャント回路１３０Ｃの構成の一例を示す図。 第４の実施形態に係る超音波診断装置１Ｄの構成の一例を示す図。 システム制御テーブル１６２Ａの内容の一例を示す図。 第５の実施形態に係る超音波診断装置１Ｅの構成の一例を示す図。

以下、図面を参照しながら、実施形態の電圧出力回路、超音波診断装置、および超音波プローブについて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の構成の一例を示す図である。超音波診断装置１は、例えば、超音波プローブ１０と、本体装置１００とを備える。本体装置１００は、ネットワークＮＷ、入力装置２００、およびモニタ２１０と有線または無線により接続される。ネットワークＮＷは、例えば、ＷＡＮ（Wide Area Network）やＬＡＮ（Local Area Network）、インターネット等を含む。

超音波プローブ１０は、被検体の身体に当接または近接させた状態で使用される。超音波プローブ１０は、被検体の身体に指向性を有する超音波を発信し、反射された超音波（反射波）を受信して、反射波に基づくエコー信号を本体装置１００に出力する。超音波プローブ１０は、複数の超音波振動子１２を備える。超音波振動子１２は、例えば圧電セラミックスである。超音波プローブ１０は、更に、超音波振動子１２のそれぞれに設けられる整合層、及び超音波振動子１２の後方（被検体と反対側）への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。超音波プローブ１０は、本体装置１００に対して着脱自在であってよい。複数の超音波振動子１２は、一列に、或いは二次元配列など任意の配列方法で超音波プローブ１０に配列される。

本体装置１００は、超音波プローブ１０から取得したエコー信号に基づいて、超音波画像を生成する。本体装置１００は、例えば、送信回路１１０と、受信回路１５０と、信号処理回路１６０と、記憶回路１６２と、通信インターフェース１６４と、入力インターフェース１６６と、処理回路１７０とを備える。

送信回路１１０は、処理回路１７０のシステム制御機能１７２によって制御される。送信回路１１０は、超音波プローブ１０に駆動信号（送信パルス）を供給する（電圧を印加する）。送信回路１１０は、例えば、トリガーコントローラ１１２と、矩形波パルサー１２０と、ＧＮＤシャント回路１３０とを備える。送信回路１１０は、例えば、出力端子から超音波プローブ１０ごとに分岐する線路を有し、発生させた駆動信号を、予め設定された（或いは動的に設定される）送信遅延時間の分、遅延回路によって遅延させた信号を、各超音波プローブ１０に供給する。これに代えて、送信回路１１０は、一以上の超音波プローブ１０の集合であるチャネルに対応した数の、少なくとも矩形波パルサー１２０およびＧＮＤシャント回路１３０を有してもよい。

トリガコントローラ１１２は、処理回路１７０等から供給されるクロック信号に基づくレート周波数で、駆動トリガ信号を繰り返し発生させる。

矩形波パルサー１２０は、トリガコントローラ１１２によって発生させられた駆動トリガ信号に基づくタイミングで駆動信号を生成し、超音波プローブ１０に供給する。矩形波パルサー１２０は、例えば、コンプリメンタリ構成の一対のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）と、各々のＭＯＳＦＥＴに直列に接続される分離用ダイオードとを含む。矩形波パルサー１２０の具体的態様については後述する。矩形波パルサー１２０は、「第１回路」の一例である。

ＧＮＤシャント回路１３０は、矩形波パルサー１２０の出力端子に接続され、あるタイミングにおいて、その出力端子の電圧を所望の電圧（例えばグランド電圧）にするための回路である。ＧＮＤシャント回路１３０の具体的態様については後述する。ＧＮＤシャント回路１３０は、「第２回路」の一例である。

受信回路１５０は、超音波プローブ１０から取得したエコー信号に対して各種処理を施し、受信信号を生成する。受信回路１５０は、例えば、チャネルごとに、送受信分離スイッチ（ＴＲＳＷ）１５２と、増幅器（ＡＭＰ）１５４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５６と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）１５８とを備える。ＴＲＳＷ１５２は、エコー信号を受信することが想定される期間において、エコー信号をＡＭＰ１５４に出力する状態に切り替わる。ＡＭＰ１５４は、エコー信号をチャンネル毎に増幅してゲイン補正処理を行なう。ＬＰＦ１５６は、ゲイン補正処理が行われたエコー信号に対して高周波除去処理を行う。ＡＤＣ１５８は、高周波除去処理が行われたエコー信号をデジタル信号（受信信号）に変換する。

信号処理回路１６０は、ハーモニックイメージングのための処理を行う。ハーモニックイメージングとは、発信される超音波のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数成分を画像化する手法である。ハーモニックイメージングにはパルスインバージョン法やフィルター法等が存在するが、以下の説明ではパルスインバージョン法が用いられるものとする。パルスインバージョン法とは、超音波の発信と受信を２回セットで行い、１回目の送信信号と２回目の送信信号の正負を逆にしておき、１回目のデジタル信号と２回目のデジタル信号を足し合わせることで基本波の成分を打ち消し、高調波を増幅しつつ取り出す手法である。信号処理回路１６０は、ハーモニックイメージングのための処理に加えて、包絡線検波処理、対数増幅処理、周波数解析処理、血流信号抽出処理、ドプラスペクトラム画像生成処理等を行ってもよい。信号処理回路１６０による処理結果は、記憶回路１６２に格納される。

記憶回路１６２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などのうち一部または全部を含む。記憶回路１６２は、処理回路１７０が実行するプログラムを予め格納しており、更に、本体装置１００の各部による処理結果を格納する。記憶回路１６２は、非一時的記憶媒体を含む。

通信インターフェース１６４は、ネットワークＮＷを介して外部装置２２０と接続され、外部装置２２０と通信する。外部装置２２０は、例えば、各種の医用画像のデータを管理するＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）のデータベース装置、医用画像が添付された電子カルテを管理する電子カルテシステムのデータベース装置等である。また、外部装置２２０は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置、及びＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、核医学診断装置、及びＸ線診断装置等、超音波診断装置１以外の医用画像診断装置であってもよい。なお、外部装置２２０との通信の規格は、例えば、ＤＩＣＯＭ（digital imaging and communication in medicine）である。

入力インターフェース１６６は、入力装置２００を介して、ユーザからの各種指示を受け付ける。入力装置２００は、例えば、マウス、キーボード、パネルスイッチ、スライダースイッチ、トラックボール、ロータリーエンコーダ、操作パネルおよびタッチコマンドスクリーン（ＴＣＳ）等である。入力インターフェース１６６は、入力装置２００から入力される操作指示を電気信号に変換し、内部バス等を介して電気信号を処理回路１７０等に出力する。入力インターフェース１６６は、前述したマウスやキーボード等の物理的な操作部品と接続されるものに限らず、超音波診断装置１とは別体に設けられた外部の入力機器から入力される操作指示に対応する電気信号を無線信号として取得するものであってもよい。

処理回路１７０は、例えば、システム制御機能１７２と、画像生成機能１７４とを備える。処理回路１７０は、例えば、ハードウェアプロセッサが記憶回路１６２に記憶されたプログラムを実行することにより、これらの機能を実現するものである。

ハードウェアプロセッサとは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit; ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device; ＳＰＬＤ）または複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device; ＣＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array; ＦＰＧＡ））などの回路（circutry）を意味する。記憶回路１６２にプログラムを記憶させる代わりに、ハードウェアプロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、ハードウェアプロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。ハードウェアプロセッサは、単一の回路として構成されるものに限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのハードウェアプロセッサとして構成され、各機能を実現するようにしてもよい。また、複数の構成要素を１つのハードウェアプロセッサに統合して各機能を実現するようにしてもよい。

システム制御機能１７２は、超音波診断装置１の入出力、及び超音波送受信等の基本動作を制御する。システム制御機能１７２は、クロック信号を送信回路１１０に供給したり、矩形波パルサー１２０に第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１および第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２を供給したり、ＧＮＤシャント回路１３０に第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３を供給する処理を行う。詳しくは、後述する。

画像生成機能１７４は、信号処理回路１６０による処理結果に基づいて、超音波画像データを生成する。例えば、画像生成機能１７４は、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用の超音波画像データを生成する。超音波画像データに基づく超音波画像は、例えば、モニタ２１０によって表示される。モニタ２１０は、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイである。画像生成機能１７４は、生成した超音波画像データに対し、更に、ダイナミックレンジ、輝度（ブライトネス）、コントラスト、γカーブ補正、及びＲＧＢ変換などの処理を実行してもよい。

図２は、第１の実施形態に係る矩形波パルサー１２０とＧＮＤシャント回路１３０の構成の一例を示す図である。

矩形波パルサー１２０は、正側駆動回路１２０Ｐと、負側駆動回路１２０Ｎとを備える。正側駆動回路１２０Ｐは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ１２１と、反転回路１２２と、ダイオード１２３とを備える。ＭＯＳＦＥＴ１２１のソースには、正側駆動電圧ＨＶＰが印加される。ＭＯＳＦＥＴ１２１のゲートは、反転回路１２２を介して、第１入力端子ＩＴ１が接続されている。第１入力端子ＩＴ１には、第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１２１のドレインは、ダイオード１２３のアノードに接続されている。ダイオード１２３のカソードは、送信回路１１０の（矩形波パルサー１２０の）出力端子ＯＴに接続されている。負側駆動回路１２０Ｎは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ１２６と、ダイオード１２８とを備える。ＭＯＳＦＥＴ１２６のソースには、負側駆動電圧ＨＶＮが印加される。ＭＯＳＦＥＴ１２６のゲートは、第２入力端子ＩＴ２に接続されている。第２入力端子ＩＴ２には、第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１２６のドレインは、ダイオード１２８のカソードに接続されている。ダイオード１２８のアノードは、送信回路１１０の出力端子ＯＴに接続されている。ダイオード１２３および１２８は、整流ダイオードである。

ＧＮＤシャント回路１３０は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ１３１と、反転回路１３２と、ダイオード１３３と、定電圧発生回路１３４と、ＭＯＳＦＥＴ１３６と、ダイオード１３８と、定電圧発生回路１３９とを備える。定電圧発生回路１３４および１３９は、例えば、ＬＤＯ（LowDropOut）であるが、これに限らず、継続的に定電圧を発生可能なものであれば、如何なるものでも構わない。ＭＯＳＦＥＴ１３１のゲートは、反転回路１３２を介して第３入力端子ＩＴ３に接続されている。第３入力端子ＩＴ３には、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１３１のソースは、定電圧発生回路１３４の正側に接続されている。定電圧発生回路１３４の負側は、グランド端子に接続されている。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３１のソースには、グランド電位プラス定電圧発生回路１３４の発生電圧Ｖ１（プラスＶ１）が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１３１のドレインは、ダイオード１３３のアノードに接続されている。ダイオード１３３のカソードは、送信回路１１０の出力端子ＯＴに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１３６のゲートは、第３入力端子ＩＴ３に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１３６のソースは、定電圧発生回路１３９の負側に接続されている。定電圧発生回路１３４の正側は、グランド端子に接続されている。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３６のドレインには、グランド電位マイナス定電圧発生回路１３９の発生電圧Ｖ２（マイナスＶ２）が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１３６のドレインは、ダイオード１３８のカソードに接続されている。ダイオード１３８のアノードは、送信回路１１０の出力端子ＯＴに接続されている。ダイオード１３３および１３８は、整流ダイオードである。

図３は、一般的な整流ダイオードの静特性を示す図である。図中の領域１は順方向バイアス電圧がＶＦ以下となり、整流ダイオードがあまり電流を流せない状態となる領域である。領域２は順方向バイアス電圧がＶＦ以上になり、整流ダイオードが急激に電流を流せる状態となる領域である。

ＧＮＤシャント回路１３０では、定電圧発生回路１３９によってＭＯＳＦＥＴ１３６のドレイン電圧はマイナスＶ２に維持されており、ダイオード１３８のアノード－カソード間電圧がＶ２となっている。電圧Ｖ２は、ダイオード１３８の順方向バイアス電圧ＶＦよりも若干大きい値（例えばＶＦの１倍～１．５倍程度）に設定されている。同様に、定電圧発生回路１３４によってＭＯＳＦＥＴ１３１のドレイン電圧はプラスＶ１に維持されており、ダイオード１３３のアノード－カソード間電圧がＶ１となっている。電圧Ｖ１は、ダイオード１３３の順方向バイアス電圧ＶＦよりも若干大きい値（例えばＶＦの１倍～１．５倍程度）に設定されている。このため、第１の実施形態のＧＮＤシャント回路１３０においては、ダイオード１３３とダイオード１３８は領域２で動作する。

電圧Ｖ１およびＶ２は、ＭＯＳＦＥＴ１３１、１３６がオン状態において送信回路１１０の出力電圧ＶＯＵＴがゼロ電位となるように予め設定される。ダイオード１３３および１３８の順方向バイアス電圧ＶＦが同じ電圧である場合、電圧Ｖ１とＶ２は同じ電圧であってよく、ダイオード１３３および１３８の順方向バイアス電圧ＶＦに差異がある場合は、電圧Ｖ１とＶ２を第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３の印加タイミングにおける送信回路１１０の出力電圧ＶＯＵＴがゼロ電位となるように調整される。

図４は、図２に示す構成において実現される、第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１、第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３、ダイオード１３３または１３８を流れる電流、出力電圧ＶＯＵＴの変化の一例を示す図である。第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１、第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２、および第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３は、例えば、システム制御機能１７２によって生成される。なお、図示する第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１と第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２のパターンはあくまで一例であり、任意に変更されてよい。

時刻ｔ１～ｔ４までの第１発信期間において、システム制御機能１７２は、第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１をＨｉｇｈ状態にし、次いで第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１をＬｏ状態にすると共に第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２をＨｉｇｈ状態にし、次いで第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２をＬｏ状態にすると共に第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１をＨｉｇｈ状態にする。

第１発信期間が終了する時刻ｔ４において、システム制御機能１７２は、第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１をＬｏ状態にする。システム制御機能１７２は、送信回路１１０の出力端子ＶＯＵＴをゼロ電位にするために、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３をＨｉｇｈ状態にする。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３１、１３６がオン状態となる。このとき、ダイオード１３３とダイオード１３８は図３のダイオードの静特性で示す領域２で動作するので、ＧＮＤシャント回路１３０において、グランド端子から定電圧発生回路１３４、ＭＯＳＦＥＴ１３１、ダイオード１３３、ダイオード１３８、ＭＯＳＦＥＴ１３６、定電圧発生回路１３９を介してグランド端子に十分な電流ＩＦが流れる状態になる。

図５は、ＧＮＤシャント回路１３０の電流ＩＦと放電電流Ｉｄおよび充電電流Ｉｃを示す図である。矢印の太さは電流量を示しており、放電電流Ｉｄおよび充電電流Ｉｃに対して、ＧＮＤシャント回路１３０の電流ＩＦが十分大きいことを示している。時刻ｔ４においては、放電電流Ｉｄが発生するため、放電について以下に説明する。超音波振動子１２に蓄えられた正の電荷をゼロにするするために、超音波振動子１２からダイオード１３８、ＭＯＳＦＥＴ１３６、定電圧発生回路１３９を介してグランド端子に放電電流Ｉｄが流れる。このとき放電経路には十分な電流ＩＦが流れているため、放電時間は短く、出力端子ＶＯＵＴを速やかにゼロ電位にすることが出来る。

図４に戻り、第１発信期間が終了し、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３が印加され終わった時刻ｔ５以降において、超音波診断装置１は、第１受信期間に移行する。第1受信期間において、超音波診断装置１は、被検体の体内で反射された超音波を受信し、記憶回路１６２に記憶させておく。

時刻ｔ６～ｔ９までの第２発信期間において、システム制御機能１７２は、第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２をＨｉｇｈ状態にし、次いで第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２をＬｏ状態にすると共に第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１をＨｉｇｈ状態にし、次いで第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１をＬｏ状態にすると共に第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２をＨｉｇｈ状態にする。

第２発信期間が終了する時刻ｔ９において、システム制御機能１７２は、第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１をＬｏ状態にする。システム制御機能１７２は、送信回路１１０の出力端子ＶＯＵＴをゼロ電位にするために、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３をＨｉｇｈ状態にする。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３１、１３６がオン状態となる。このとき、ダイオード１３３とダイオード１３８は図３のダイオードの静特性で示す領域２で動作するので、ＧＮＤシャント回路１３０において、グランド端子から定電圧発生回路１３４、ＭＯＳＦＥＴ１３１、ダイオード１３３、ダイオード１３８、ＭＯＳＦＥＴ１３６、定電圧発生回路１３９を介してグランド端子に十分な電流ＩＦが流れる状態になる。

再度図５を参照する。時刻ｔ９においては、充電電流Ｉｃが発生するため、充電について以下に説明する。超音波振動子１２に蓄えられた負の電荷をゼロにするために、グランド端子から定電圧発生回路１３４、ＭＯＳＦＥＴ１３１、ダイオード１３３を介して超音波振動子１２に充電電流Ｉｃが流れる。このとき充電経路には十分な電流ＩＦが流れているため、充電時間は短く、出力端子ＶＯＵＴを速やかにゼロ電位にすることが出来る。

第２発信期間が終了し、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３が印加され終わった時刻ｔ１０以降において、超音波診断装置１は、第２受信期間に移行する。第２受信期間において、超音波診断装置１は、被検体の体内で反射された超音波を受信し、記憶回路１６２に記憶させる。そして、信号処理回路１６０は、ハーモニックイメージングのための処理を行い、処理結果を記憶回路１６２に記憶させる。以下、第１発信期間、第１受信期間、第２発信期間、および第２受信期間を繰り返すことで、被検体の超音波画像が生成される。

以下、比較例の超音波診断装置との比較について説明する。比較例の超音波診断装置とは、第１実施形態の超音波診断装置１に対し、定電圧発生回路１３４および１３９を備えないものである。図６は、比較例の超音波診断装置における、第１トリガ信号Ｔｒｉｇ１、第２トリガ信号Ｔｒｉｇ２、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３、ダイオード１３３または１３８を流れる電流、出力電圧ＶＯＵＴの変化の一例を示す図である。比較例の超音波診断装置では、定電圧発生回路１３４および１３９を備えないことから、第１の実施形態とは異なり、時刻ｔ４と、時刻ｔ９におけるＧＮＤシャント回路１３０のダイオード１３３および１３８の動作領域は、図３のダイオードの静特性で示す領域１で動作しており、電流に制限がかかる領域である。

図７は、比較例のＧＮＤシャント回路１３０の電流ＩＦと放電電流Ｉｄおよび充電電流Ｉｃを示す図である。矢印の太さは電流量を示しており、放電電流Ｉｄおよび充電電流Ｉｃに対して、ＧＮＤシャント回路１３０の電流ＩＦが非常に小さいことを示している。時刻ｔ４において、超音波振動子１２に蓄えられた正の電荷をゼロにするために、超音波振動子１２からダイオード１３８、ＭＯＳＦＥＴ１３６を介してグランド端子に放電電流Ｉｄが流れる。時刻ｔ９において、超音波振動子１２に蓄えられた負の電荷をゼロにするために、グランド端子からダイオード１３３、ＭＯＳＦＥＴ１３１を介して超音波振動子１２に充電電流Ｉｃが流れる。

前述のとおり、この充放電経路は電流に制限がかかるため、充放電に時間がかかり、それが尾引き波形になってしまう。これに対し、実施形態の超音波診断装置１では、低電圧発生回路１３４および１２９を備えることで、充放電経路に電流制限かかからなくなるため、充放電時間が短くすることができ、尾引き波形の発生を抑制することができる。

以上説明した第１の実施形態によれば、上記した態様のＧＮＤシャント回路１３０を備えることにより、送信回路１１０の出力電圧ＶＯＵＴの波形において、不要な成分が生じるのを抑制することができる。この結果、超音波画像の画質が低下するのを抑制することができる。

なお、尾引き波形の発生は、充放電時間が原因であるため、正側駆動電圧ＨＶＰや負側駆動電圧ＨＶＮの大きさによらず一定である。そのため、正側駆動電圧ＨＶＰや負側駆動電圧ＨＶＮを大きくすれば、相対的に尾引き波形の影響が小さくなるため、画質の低下として現れる度合いが小さくなるものである。しかしながら、正側駆動電圧ＨＶＰや負側駆動電圧ＨＶＮを小さくすれば、相対的に尾引き波形の影響が大きくなり、画質の低下を招いてしまう。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態に係る矩形波パルサー１２０とＧＮＤシャント回路１３０Ｂの構成の一例を示す図である。ＧＮＤシャント回路１３０Ｂは、「第２回路」の他の一例である。すなわち、ＧＮＤシャント回路１３０Ｂは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ１３１と、反転回路１３２と、ダイオード１３３と、ツェナーダイオード１４０と、ＭＯＳＦＥＴ１３６と、ダイオード１３８と、ツェナーダイオード１４１とを備える。ＭＯＳＦＥＴ１３１のゲートは、反転回路１３２を介して第３入力端子ＩＴ３に接続されている。第３入力端子ＩＴ３には、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１３１のソースは、ツェナーダイオード１４０のアノードに接続されている。ツェナーダイオード１４０のカソードには、電源電圧ＡＶＤＤＰが印加される。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３１のソースには、電源電圧ＡＶＤＤＰマイナスツェナーダイオード１４０の降伏電圧が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１３１のドレインは、ダイオード１３３のアノードに接続されている。ダイオード１３３のカソードは、送信回路１１０の出力端子ＯＴに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１３６のゲートは、第３入力端子ＩＴ３に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１３６のソースは、ツェナーダイオード１４１のカソードに接続されている。ツェナーダイオード１４１のアノードには、電源電圧ＡＶＤＤＮが印加される。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３６のソースには、電源電圧ＡＶＤＤＮプラスツェナーダイオード１４１の降伏電圧が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１３６のドレインは、ダイオード１３８のカソードに接続されている。ダイオード１３８のアノードは、送信回路１１０の出力端子ＯＴに接続されている。ダイオード１３３および１３８は、整流ダイオードである。

以上説明した第２の実施形態によれば、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３が印加されるタイミングにおいて、ダイオード１３３および１３８のアノード－カソード間電圧が、順方向に電流が流れやすいように維持されるため、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について説明する。図９は、第３の実施形態に係る矩形波パルサー１２０とＧＮＤシャント回路１３０Ｃの構成の一例を示す図である。ＧＮＤシャント回路１３０Ｃは、「第２回路」の他の一例である。第３の実施形態に係るＧＮＤシャント回路１３０Ｃは、矩形波パルサー１２０と同様の構成を有する。ＧＮＤシャント回路１３０Ｃは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ１４２と、反転回路１４３と、ダイオード１４４と、ＭＯＳＦＥＴ１４５と、ダイオード１４６とを備える。ＭＯＳＦＥＴ１４２のソースには、正側駆動電圧ＨＶＰ－Ａが印加される。ＭＯＳＦＥＴ１４２のゲートは、反転回路１４３を介して、第４入力端子ＩＴ４が接続されている。第４入力端子ＩＴ４には、第４トリガ信号Ｔｒｉｇ４が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１４２のドレインは、ダイオード１４４のアノードに接続されている。ダイオード１４４のカソードは、送信回路１１０の（矩形波パルサー１２０の）出力端子ＯＴに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１４５のドレインには、負側駆動電圧ＨＶＮ－Ａが印加される。ＭＯＳＦＥＴ１４５のゲートは、第５入力端子ＩＴ５に接続されている。第５入力端子ＩＴ５には、第５トリガ信号Ｔｒｉｇ５が印加される。ＭＯＳＦＥＴ１４５のソースは、ダイオード１４６のカソードに接続されている。ダイオード１４６のアノードは、送信回路１１０の出力端子ＯＴに接続されている。ダイオード１２３および１２８は、整流ダイオードである。また、第３の実施形態において、矩形波パルサー１２０のＭＯＳＦＥＴ１２１のソースには、正側駆動電圧ＨＶＰ－Ｂが印加され、ＭＯＳＦＥＴ１２６のドレインには、負側駆動電圧ＨＶＮ－Ｂが印加される。

第３の実施形態に係るシステム制御機能１７２は、第１～第２の実施形態において第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３を印加するのと同じタイミングで、第４トリガ信号Ｔｒｉｇ４および第５トリガ信号Ｔｒｉｇ５をＨｉｇｈ状態にする。これによって、送信回路１１０の出力電圧ＶＯＵＴがグランド電位となり、超音波振動子１２に蓄えられた正または負の電荷を速やかにゼロにすることができる。

以上説明した第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。また、矩形波パルサー１２０とＧＮＤシャント回路１３０Ｃで部品を共通化することが可能となるため、製造コストを低減することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について説明する。図１０は、第４の実施形態に係る超音波診断装置１Ｄの構成の一例を示す図である。第４の実施形態において、超音波プローブ１０は、本体装置１００に対して着脱可能であり、異なる種別の超音波プローブ１０が選択的に使用される。超音波プローブ１０は、自身の種別（プローブ種別）を示す情報を装置内の記憶装置に保持しており、本体装置１００に装着されたときにプローブ種別１０Ａを本体装置１００に出力するように構成されている。

第４の実施形態に係るＧＮＤシャント回路１３０Ｄは、互いに形態、特性、構造などのうち一部または全部が異なる複数種類の回路を含み、それらを切り替えて動作することが可能である。図では、回路（Circuit）Ａ、回路Ｂ、回路Ｃ…と表記している。それぞれの回路は、例えば、第１～第３の実施形態として説明したいずれかのＧＮＤシャント回路であってもよいし、同様の特性を有する異なる態様の回路であってもよい。ＧＮＤシャント回路１３０Ｄは、「第２回路」の他の一例である。

第４の実施形態に係るシステム制御機能１７２は、超音波プローブ１０から取得したプローブ種別と、記憶回路１６２に格納されているシステム制御テーブル１６２Ａとに基づいて、少なくともＧＮＤシャント回路１３０Ｄの制御パターンを切り替える。

図１１は、システム制御テーブル１６２Ａの内容の一例を示す図である。システム制御テーブル１６２Ａは、例えば、プローブ種別に対して、選択されるＧＮＤシャント回路１３０Ｄの構成（上述した回路Ａ、回路Ｂ、回路Ｃのいずれか）、ＧＮＤシャント回路１３０Ｄに与えるバイアス電圧、ＧＮＤシャント回路１３０Ｄを動作させるシャント時間などの情報が対応付けられたものである。例えば第１実施形態の例では、バイアス電圧とは、定電圧発生回路１３４および１３９が発生させる電圧の大きさである。また、シャント時間とは、第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３をＨｉｇｈ状態にする時間の長さである。

システム制御機能１７２は、超音波プローブ１０からプローブ情報を取得すると、取得したプローブ情報に対応するレコードをシステム制御テーブル１６２Ａから読み出し、読み出したレコードに応じてＧＮＤシャント回路１３０Ｄを制御する。例えば、超音波プローブ１０からプローブ種別１０Ａとして「Ｔｙｐｅ３」を取得した場合、システム制御機能１７２は、ＧＮＤシャント回路１３０Ｄに含まれる複数の回路のうち回路Ｃ（Curcuit-C）を、バイアス電圧を０．５［Ｖ］、シャント時間を５０［ｎｓｅｃ］で動作させる。

第４の実施形態に係る本体装置１００は、装着された超音波プローブ１０の種類に応じてＧＮＤシャント回路１３０Ｄの構成、バイアス電圧、シャント時間などの動作パラメータを変更する（ＧＮＤシャント回路１３０Ｄを制御する制御内容を切り替える）ため、装着された超音波プローブ１０に適した制御を行うことができる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について説明する。図１２は、第５の実施形態に係る超音波診断装置１Ｅの構成の一例を示す図である。第５の実施形態において、超音波プローブ１０Ｅは、ＧＮＤシャント回路１４と、制御回路１６とを備える。また、本来装置１００Ｅの送信回路１１０はＧＮＤシャント回路を備えない。

ＧＮＤシャント回路１４は、例えば、第１から第３の実施形態の本体装置が備えるＧＮＤシャント回路（１３０、１３０Ｂ、１３０Ｃ）のいずれかと同様の構成を有する。制御回路１６は、トリガ信号（例えば第３トリガ信号Ｔｒｉｇ３を、ＧＮＤシャント回路１４に供給する。すなわち、第５の実施形態は、ＧＮＤシャント回路と、システム制御機能１７２のうち一部が、超音波プローブ１０Ｅに搭載されたものである。

係る構成によって、第５の実施形態に係る超音波診断装置１Ｅは、第１から第３の実施形態と同様の効果を奏することができる。また、超音波プローブ１０Ｅが自身に適したＧＮＤシャント回路１４を内蔵することで、本体装置１００Ｅにおいて特段の制御の切り換えを行う必要がなく、超音波プローブと本体装置の互換性を向上させることができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、第１電圧と、第１電圧とは異なる第２電圧とを出力端子から選択的に出力可能であり、第１電圧を供給する第１電源と、第１電圧を出力する場合に第１電源と出力端子とを導通させる第１スイッチとを備える第１回路と、カソードが出力端子に接続されアノードが第２電圧の供給源に接続された第１ダイオードと、アノードが第１ダイオードの前記カソードに接続されカソードが第２電圧の供給源に接続されたた第２ダイオードと、電圧出力回路が第２電圧を出力する場合に第１ダイオードと第２ダイオードの双方に対して順バイアスを与えるバイアス付与部とを持つことにより、不要な成分が生じるの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、１Ｄ、１Ｅ 超音波診断装置
１０、１０Ｅ 超音波プローブ
１４ ＧＮＤシャント回路
１６ 制御回路
１００、１００Ｅ 本体装置
１１０ 送信回路
１２０ 矩形波パルサー
１３０、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ ＧＮＤシャント回路

Claims (6)

1. 第１電圧と、前記第１電圧とは異なる第２電圧と、前記第１電圧とも前記第２電圧とも異なる第３電圧とを出力端子から選択的に出力可能な電圧出力回路であって、
   前記第１電圧を供給する第１電源と、前記電圧出力回路が前記第１電圧を出力する場合に前記第１電源と前記出力端子とを導通させる第１スイッチと、前記第３電圧を供給する第３電源と、前記電圧出力回路が前記第３電圧を出力する場合に前記第３電源と前記出力端子とを導通させる第２スイッチとを備える第１回路と、
   カソードが前記出力端子に接続されアノードが前記第２電圧の供給源に接続された第１ダイオードと、アノードが前記第１ダイオードの前記カソードに接続されカソードが前記第２電圧の供給源に接続された第２ダイオードと、前記電圧出力回路が前記第２電圧を出力する場合に前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの双方に対して順バイアスを与えるバイアス付与部とを備える第２回路と、
   前記第１スイッチをオンにすると共に前記第２スイッチをオフにする状態と、前記第１スイッチをオフにすると共に前記第２スイッチをオフにする状態とを交互に行った後、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオフにした状態で、所定期間、前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの双方に対して順バイアスを与える処理回路と、
   を備える電圧出力装置。
2. 前記バイアス付与部は、定電圧発生回路を含む、
   請求項１記載の電圧出力装置。
3. 前記バイアス付与部は、ツェナーダイオードと定電圧発生回路の組み合わせである、
   請求項１記載の電圧出力装置。
4. 前記第２回路は、第４電圧を供給する第４電源と、前記第４電源に接続された第４ダイオードと、前記電圧出力回路が前記第２電圧を出力する場合に前記第４ダイオードと前記出力端子とを導通させる第４スイッチと、前記第４電源とは異なる第５電源と、前記第５電源に接続された第５ダイオードと、前記電圧出力回路が前記第２電圧を出力する場合に前記第５ダイオードと前記出力端子とを導通させる第５スイッチとを備え、
   前記バイアス付与部は、前記第４電源、前記第４スイッチ、前記第５電源、および前記第５スイッチを含む、
   請求項１記載の電圧出力装置。
5. 請求項１から４のうちいずれか１項記載の電圧出力装置と、
   前記出力端子に接続された超音波振動子と、
   前記第１回路および前記第２回路のそれぞれを制御する処理回路と、
   を備える超音波診断装置。
6. 第１電圧と、前記第１電圧とは異なる第２電圧と、前記第１電圧とも前記第２電圧とも異なる第３電圧とを出力端子から選択的に出力可能な第１回路であって、前記第１電圧を供給する第１電源と、当該第１回路が前記第１電圧を出力する場合に前記第１電源と前記出力端子とを導通させる第１スイッチと、前記第３電圧を供給する第３電源と、当該第１回路が前記第３電圧を出力する場合に前記第３電源と前記出力端子とを導通させる第２スイッチとを備える第１回路に接続される超音波振動子と、
   カソードが前記出力端子に接続されアノードが前記第２電圧の供給源に接続された第１ダイオードと、アノードが前記第１ダイオードの前記カソードに接続されカソードが前記第２電圧の供給源に接続されたた第２ダイオードと、前記第１回路が前記第２電圧を出力する場合に前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの双方に対して順バイアスを与えるバイアス付与部とを備える第２回路と、
   前記第１スイッチをオンにすると共に前記第２スイッチをオフにする状態と、前記第１スイッチをオフにすると共に前記第２スイッチをオフにする状態とを交互に行った後、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオフにした状態で、所定期間、前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの双方に対して順バイアスを与える処理回路と、
   を備える超音波プローブ装置。

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