WO2006022106A1

WO2006022106A1 - 超音波診断装置

Info

Publication number: WO2006022106A1
Application number: PCT/JP2005/013586
Authority: WO
Inventors: Morio Nishigaki; Hiroshi Fukukita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2006-03-02
Also published as: US20070160540A1; DE112005000556B4; CN1917817A; JPWO2006022106A1; DE112005000556T5; JP4597993B2; US7699777B2; CN100512761C

Abstract

　振動子と、振動子にパルスを送信する送信パルス発生器と、送信パルス発生器に電力を供給する送信用電源と、送信用電源の電圧を安定させる出力側キャパシタ７とを備え、送信用電源が、定電圧を出力する複数のモード別電源１Ａ、１Ｂと、モード別電源と出力側キャパシタとの間に配置されたモード切り替えスイッチ６とを備え、送信用電源が、モード別電源に接続され電力を供給する電力供給用電源２と、一方の電極端子が電力供給用電源とモード別電源の接続点およびモード切り替えスイッチに接続され、他方の電極端子が接地された、出力側キャパシタより大容量の電力回生用キャパシタ４とをさらに備え、モード切り替えスイッチは、モード別電源に代えて、電力回生用キャパシタを出力側キャパシタに接続可能である。　出力側キャパシタに蓄えられていた電力を再利用し、電力消費量を少なくする超音波診断装置を提供する。

Description

明細書

超音波診断装置

技術分野

[0001] 本発明は、超音波振動子により超音波の送受信を行ない、体内の情報を得るための超音波診断装置の特に振動子を駆動する回路に関する。

背景技術

[0002] 配列振動子を用いて体内に超音波を送信し、その反射波を受信することで体内の 2次元情報を得る超音波診断装置の原理はすでに公知のものとなっている。

[0003] 配列振動子を用いてセクタ走査を行なう超音波診断装置の構成は、たとえば図 4のようになつている。図 4を用いて、セクタ走査を行なう超音波診断装置の動作を説明する。超音波を送受信する振動子 8— 1〜8— 8には、振動子 8— 1〜8— 8を駆動させる送信パルスを発生する送信パルス発生器 9 - 1〜9— 8が接続されてヽる。送信トリガ発生器 10は、超音波パルス発生器 9— 1〜9— 8が送信パルスを発生するためのトリガパルスを発生し、制御器 5は、送信トリガ発生器 10と送信用電源 11とを制御する。送信用電源 11は、送信パルス発生器 9 1〜9 8が発生する送信パルスの振幅を決定する電圧を送信パルス発生器 9— 1〜9— 8に供給する。出力側キャパシタ 7は、送信用電源 11の電圧を安定させるためのものである。

[0004] 受信アンプ 12— 1〜 12— 8は、超音波の反射波を受信した振動子 8— 1〜8— 8からの信号を適当に増幅する。ビーム形成器 13は、増幅された信号を遅延加算し、検波器 14は、その信号を検波する。走査変 (DSC) 15は検波された信号を走査変換し、表示器 16はその信号による画像を表示する。

[0005] 最近の超音波診断装置では、振幅情報を輝度に置き換えて表示する Bモード表示の他に血流情報をスペクトラムで表示するドプラモード、血流情報を色で表示する力ラーフローモードなどが 1つの装置で行なえるようになっており、走査ごとに異なるモード動作が行なえるようになって、る。

[0006] 分解能が重視される Bモードと比較して、カラーフローモードおよびドプラモードでは感度が重視される。このため Bモードでは 1パルスあたりの送信波形の波数は、カラ一フローモードまたはドプラモードでの送信波形の波数より少なくして診断することが多い。

[0007] 一方、体内に入射できる超音波の強度には規定があり、同じ振幅でも波数の多い場合には単位時間あたりのパワーが大きくなるため、振幅を小さく設定する必要がある。また、波数の少ない Bモードにおいて、 SZN比を向上させるためには、規定の許す範囲内で振幅を大きくする必要がある。

[0008] 従って、 Bモード、カラーフローモードおよびドプラモードを相互に高速で切り替えるためには、送信用電源 11の出力電圧を高速に変える必要がある。しかし、図 4に示したような 1つの送信用電源 11ですベての送信パルス発生器 9— 1〜 9— 8へ供給する方法では、供給電力量の多さから高速切り替えが難しいという問題がある。

[0009] この問題を解決するためには例えば、特許文献 1に記載されているように複数の電源を持ちスィッチにより供給する電源を切り替えて使用する方法がある。

[0010] 図 5Aは、特許文献 1に記載された超音波診断装置における送信用電源から送信パルス発生器（図示せず)へ至る構成を示すブロック図であり、図 5Bは送信用の電圧切り替えを示すタイミング図である。この超音波診断装置は、電力を供給するモード別電源 1A、 IBと、モード別電源 1A、 IBの電圧を制御する制御器 5と、モード別電源 1A、 IBの電圧を安定させる電源側キャパシタ 3A、 3Bと、モード別電源 1A、 IBを切り替えるモード切り替えスィッチ 18と、出力側キャパシタ 7とで構成されている。送信パルス発生時に送信パルス発生器にぉヽて急激な電力消費が発生し、モード切り替えスィッチ 18の内部抵抗がゼロでないため電圧降下が発生し、出力電圧が下がる。出力側キャパシタ 7は、その際の一時的な電源として用いられる。

[0011] 図 5Bにおける VBは、図 5Aに示す送信パルス発生器へ供給される出力電圧 VBである。 SW18は、モード切り替えスィッチ 18の接続状態を示す。 Outputは、送信パルス発生器から送信された振動子を駆動する送信パルスの電圧を示したものである。 Bモード用の Outputとして、振動子へ送信する振幅 VIの送信波形を発生させるとき（時刻 tl以前）には、モード切り替えスィッチ 18は a側に接続され、モード別電源 1 A力も電圧 VB1が供給される。つぎに、カラーフローモード用に振幅 VIより小さな振幅 V2の送信波形を発生させるとき（時刻 tl以降）には、モード切り替えスィッチ 18は b側に接続され、モード別電源 IBの出力電圧 VB2が供給され VBは VB2と等しくなる。この動作を繰り返すことで Bモード用の送信および受信とカラーフロー用の送信および受信を時分割で行なう。

特許文献 1：特開平 11 290321号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] 図 5Bのように複数個のモード別電源をスィッチで切り替えて電力を供給する場合、電圧 VB1から電圧 VB1より低い電圧 VB2に切り替えるときに出力側キャパシタ 7に蓄えられていた電力を捨てるために無効な電力消費が発生し、消費電力が増大して発熱量が多くなると、う問題がある。

[0013] 本発明はこれらの問題を解決し、出力側キャパシタに蓄えられた電力を再利用して電力消費量を少なくする超音波診断装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0014] 本発明の超音波診断装置は、超音波を送受信する複数の振動子と、前記振動子に超音波を送信させるためのパルスを発生する送信パルス発生器と、前記送信パルス発生器に電力を供給する送信用電源と、前記送信用電源の電圧を安定させる出力側キャパシタとを備え、前記送信用電源が、複数の信号処理モードのそれぞれに対応する電圧を出力する複数のモード別電源と、前記モード別電源の出力側に接続され電圧を安定させる電源側キャパシタと、前記モード別電源の出力側と前記出力側キャパシタとの間に配置され、前記送信パルス発生器に電力を供給する前記モード別電源を切り替えるモード切り替えスィッチとを備えた超音波診断装置において、前記送信用電源が、前記モード別電源の入力側に接続され電力を供給する電力供給用電源と、一方の電極端子が前記電力供給用電源と前記モード別電源の入力側の接続点および前記モード切り替えスィッチに接続され、他方の電極端子が接地された、前記出力側キャパシタより大容量の電力回生用キャパシタとをさらに備え、前記モード切り替えスィッチは、前記モード別電源の出力側に代えて、前記電力回生用キャパシタを前記出力側キャパシタに接続可能であることを特徴とする。この構成により、出力側キャパシタに充電された電力を、モード別電源の入力側に戻すことができ、電力消費を少なくすることができる。

[0015] また、複数の前記電力回生用キャパシタを有し、前記複数の電力回生用キャパシタを前記モード別電源に対して縦列に接続する状態と、前記複数の電力回生用キャパシタを前記モード切り替えスィッチに対して並列に接続する状態をとり得るように構成された前記電力回生用スィッチを備えた構成にすることもできる。

[0016] また、前記モード切り替えスィッチが前記出力側キャパシタを前記モード別電源の出力側に接続する際に、前記モード別電源および前記電源側キャパシタに対して、前記電力回生用スィッチを前記複数の電力回生用キャパシタが縦列となるように、前記電力回生用スィッチを接続制御する構成にすることもできる。

[0017] また、前記モード切り替えスィッチが前記出力側キャパシタを前記複数の電力回生用キャパシタに接続する際に、前記モード切り替えスィッチに対して、前記電力回生用スィッチを前記複数の電力回生用キャパシタが縦列となるように、前記電力回生用スィッチを接続制御する構成にすることもできる。

[0018] また、前記モード切り替えスィッチにフォトモスリレーを用いた構成にすることもできる。この構成により、スィッチにフォトモスリレーを用いることで、スィッチの内部抵抗を小さくし、モード別電源と送信パルス発生器間のキャパシタの容量を小さく設定することができ、電力消費を少なくすることができる。

[0019] また、前記モード切り替えスィッチに MEMSリレーを用いた構成にすることもできる。この構成により、スィッチに MEMSによるリレーを用いることで、スィッチの内部抵抗を小さくし、モード別電源と送信パルス発生器間のキャパシタの容量を少なく設定することができ、電力消費を少なくすることができる。

[0020] また、前記送信用電源に DC— DCコンバータを用いた構成にすることもできる。この構成により、昇圧あるいは降圧可能なモード別電源として DC— DCコンバータを用いることで効率の良い電圧変換を行なうことができ、電圧変換による電力消費を少なくすることがでさる。

発明の効果

[0021] 本発明の超音波診断装置は、送信パルス発生器の電力供給において Bモードと力ラーモードもしくはドプラモードの切り替え時に出力側キャパシタが蓄えた電力を電圧の低い電源に接続された電力回生用キャパシタに移動させることで電力の再利用ができ、消費電力を少なくすることができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1A]図 1Aは、本発明の第 1の実施の形態における超音波診断装置を構成する送信用電源部のブロック図である。

[図 1B]図 1Bは、図 1Aの超音波診断装置における複合モードでの動作を示すタイミング図である。

[図 2A]図 2Aは、本発明の第 2の実施の形態における超音波診断装置を構成する送信用電源部のブロック図である。

[図 2B]図 2Bは、図 2Aの超音波診断装置における複合モードでの動作を示すタイミング図である。

[図 3A]図 3Aは、本発明の第 2の実施の形態における別の超音波診断装置を構成する送信用電源部のブロック図である。

[図 3B]図 3Bは、図 3Aの超音波診断装置における複合モードでの動作を示すタイミング図である。

[図 4]図 4は、従来のセクタ走査型超音波診断装置のブロック図である。

[図 5A]図 5Aは、従来の超音波診断装置を構成する送信用電源部のブロック図である。

[図 5B]図 5Bは、図 5Aの超音波診断装置における複合モードでの動作を示すタイミング図である。

符号の説明

[0023] 1A、 1B、 1C、 ID モード別電源

2 電力供給用電源

3A、3B 電源側キャパシタ

4、 4A、 4B、 4C、 4D 電力回生用キャパシタ

5 制御器

6、 18 モード切り替えスィッチ

7 出力側キャパシタ 8— 1〜8— 8 振動子

9 1〜9 8 送信パルス発生器

10 送信トリガ発生器

11 送信用電源

12— 1〜12— 8 受信アンプ

13 ビーム形成器

14 検波器

15 走査変換器 (DSC)

16 表 ¾：

17Aゝ 17Bゝ 17C、 17Dゝ 17Eゝ 17F 電力回生用スィッチ

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明の実施の形態について、図 1を用いて説明する。

[0025] (第 1の実施の形態）

図 1Aは、本発明の第 1の実施の形態におけるセクタ走査の送信部の送信パルス発生器 9 1〜9 8 (図 4参照)へ電力を供給する送信用電源 11 (図 4参照)の構成を示した図である。送信用電源 11は、送信パルス発生器 9 1〜9 8へ電力を供給するモード別電源 1A、 IBと、モード別電源 1A、 IBに電力を供給する電力供給用電源 2と、モード別電源 1A、 IBの電圧を安定させるための電源側キャパシタ 3A、 3Bと、電力を回生するための電力回生用キャパシタ 4とを有する。モード別電源 1A、 IB はそれぞれ超音波診断装置の信号処理モード (例えば Bモード、カラーフローモード )に対応した電圧を発生する。さらに、送信パルス発生器 9— 1〜9— 8とモード別電源 1A、 IBおよび電力供給用電源 2のいずれかを接続するモード切り替えスィッチ 6 が設けられている。

[0026] また、制御器 5は、モード別電源 1A、 IBの電圧を制御する。出力側キャパシタ 7は、モード切り替えスィッチ 6の送信パルス発生器 9 1〜9 8側に配置され、送信パルス発生器 9 1〜9 8への電圧を安定にする。

[0027] ここで各モード別電源 1A、 IBおよび電力供給用電源 2の出力電圧 VB1、 VB2、 V B3は、 VB1 >VB2>VB3の関係になっている。超音波診断装置の電源が投入されたのち、制御器 5の制御により各モード別電源 1A、 IBおよび電力供給用電源 2の電圧が設定される。

[0028] つぎに、 Bモード走査とカラーフローモード走査を 1走査線ごとのような細かい時分割で切り替えを行なう場合の動作について、図 1Bを用いて説明する。この説明において Bモード時にはモード別電源 1A力カラーフローモード時にはモード別電源 1B が用いられるものとする。図 1Bにおける VBは、図 1Aの VB位置の電位、つまり送信パルス発生器 9— 1〜9— 8への出力電圧（出力側キャパシタ 7の電圧）を示し、 SW6 は、モード切り替えスィッチ 6の接続状態を示し、 Outputは、送信パルス発生器 9— 1〜9 8から送信された振動子を駆動する送信パルスの電圧を示している。

[0029] Bモード走査時（時刻 tl以前）において、モード切り替えスィッチ 6は端子 aに接続されており、モード別電源 1 Aおよび電源側キャパシタ 3A、出力側キャパシタ 7に蓄えられた電力を送信パルス発生器 9 1〜9 8へ供給し、送信パルス発生器 9 1〜9 8から振幅 VIの送信パルスを出力する。

[0030] Bモード用の送信パルスが出力された後（時刻 tl)、モード切り替えスィッチ 6は端子 cに切り替えられ、出力側キャパシタ 7に蓄えられた電力はモード切り替えスィッチ 6を経由して電力回生用キャパシタ 4に移動する。電力回生用キャパシタ 4の容量 C3 と出力側キャパシタ 7の容量 C4は C3 > >C4であり、従って出力側キャパシタ 7の電圧が大きく低下しても電力回生用キャパシタ 4の電圧はそれほど変化しない。

[0031] 出力側キャパシタ 7の電圧 VBが電圧 VB2まで下がってから（時刻 t2)、モード切り替えスィッチ 6は端子 bに切り替えられる。これにより出力側キャパシタ 7の電圧 VBは VB2と等しくなり、送信パルス発生器力振幅 V2のカラーフローモード用の送信パルスを発生する。

[0032] ここでモード別電源 1A、 IBは昇圧回路を含むもので、入力電圧より出力電圧を高く設定できる。このため、 VB1、 VB2より低い電圧 VB3力も VB1、 VB2を作り出すことができる。効率の点から見て、モード別電源 1A、 IBに含まれる昇圧回路にはスイツチング方式の DC— DCコンバータを用いるのがよい。

[0033] 送信ノルス発生器 9— 1〜9— 8がカラーフロー用の送信パルスを発生した後（時刻 t3)、モード切り替えスィッチ 6は再び端子 aに切り替えられて出力側キャパシタ 7は充電され、 VBの電圧は VB1となり、送信パルス発生器 9 1〜9 8は Bモード用の送信パルスを発生する。

[0034] 本実施の形態では、 Bモード時に蓄えられた出力側キャパシタ 7の電力を、電圧が低い電力供給用電源 2に接続された電力回生用キャパシタ 4に移動させ、昇圧回路を用いて Bモード、カラーモード用の電力として再利用するものである。これにより、モード間切り替え時における電力消費を小さく抑えることができる。

[0035] なお、モード切り替えスィッチ 6はフォトモスリレーもしくは MEMS (マイクロ.エレクト口'メカ-カル ·システム）を用いたリレーを用いると内部抵抗が少なくかつ高速な切り替えが可能である。

[0036] (第 2の実施の形態）

図 2Aは、本発明の第 2の実施の形態におけるセクタ走査の送信部の送信電源 11 ( 図 4参照）を示したブロック図である。本実施の形態は、第 1の実施の形態（図 1参照）と比較して、電力回生用キャパシタ 4が、 2つの電力回生用キャパシタ 4A、 4Bに置き換わり、モード切り替えスィッチ 6、モード別電源 1C、 IDおよび電力供給用電源 2を接続する電力回生用スィッチ 17A、 17B、 17Cが追加されている。また、モード別電源 1C、 IDは、昇圧式電源ではなぐ降圧式電源を用いる。また、図 2Aの VB4は、電力回生用スィッチ 17Aと電力回生用キャパシタ 4Bの間の電圧を示す。

[0037] 図 2Bは、送信パルスの発生と電力回生用スィッチ 17A、 17B、 17Cの切り替えタイミングを示すタイミング図である。 SW6、 SW17A、 SW17B、 SW17Cは、それぞれモード切り替えスィッチ 6、電力回生用スィッチ 17A、 17B、 17Cの接続状態を示す。

[0038] Bモード走査時（時刻 tl以前）において、モード切り替えスィッチ 6は端子 aに接続され、電力回生用スィッチ 17Aは ON状態にされ、電力回生用スィッチ 17Bは端子 bに接続され、電力回生用スィッチ 17Cは OFF状態にされている。そのため、電力回生用キャパシタ 4A、 4Bがモード別電源 1Cに対して縦列に接続され、 VB4は、キャパシタの端子間電圧の和の電圧となり、モード別電源 1C、 IDへ入力される。

[0039] 次に、 Bモード用の送信パルスが出力された後（時刻 tl)、モード切り替えスィッチ 6 は端子 c (電力回生用端子）に切り替えられ、電力回生用スィッチ 17Aは OFF状態にされ、電力回生用スィッチ 17Bは端子 aに切り替えられ、スィッチ 17Cは ON状態にされる。このため、 2つの電力回生用キャパシタ 4A、 4Bがモード切り替えスィッチ 6に対して並列に接続され、電力回生用キャパシタ 4A、 4Bにかかる電圧 VB4は、出力側キャパシタ 7の電圧 VBより低くなり、出力側キャパシタ 7の電荷は、電力回生用キヤパシタ 4A、 4Bへ移動し、出力側キャパシタ 7の電圧は、 VB2まで低下する。

[0040] 次に、出力側キャパシタ 7の電圧力VB2まで低下すると（時刻 t2)、モード切り替えスィッチ 6は端子 bに切り替えられ、電力回生用スィッチ 17Aは ON状態にされ、電力回生用スィッチ 17Bは端子 bに切り替えられ、電力回生用スィッチ 17Cは OFF状態にされる。このとき、電力回生用キャパシタ 4A、 4Bはモード別電源 IDに対して縦列に接続され、モード別電源に VB2より高い電圧が印加される。また、電圧 VB2を出力するモード別電源 1Dは、出力側キャパシタ 7と接続され、電圧 VB2の電力を送信パルス発生器 9 1〜9 8へ供給する。

[0041] 時刻 t3において、モード切り替えスィッチ 6は端子 aに接続され、 VBの電圧が電圧 VB1まで上昇する。

[0042] 以上のように、本実施の形態における超音波診断装置は、出力側キャパシタ 7と電力回生用キャパシタ 4A、 4Bを有し、モード切り替えスィッチ 6、 17A、 17B、 17Cにより接続を切り替えることで、出力側キャパシタ 7の電圧を設定するとともに、出力側キヤパシタ 7が放電する電力をモード別電源 1C、 IDへ戻す。このため、超音波診断装置は、消費電力を抑えることができる。

[0043] なお、本実施の形態では、電力回生用キャパシタは、 2個の場合を示した力 3個以上であってもよい。

[0044] また、図 3Aに示すように、電力供給用電源 2にモード別電源 1C、 IDが直接接続され、 2つの電力回生用キャパシタ 4C、 4Dおよび 3つの電力回生用スィッチ 17D、 17 E、 17Fを備えた構成にすることもできる。電力回生用スィッチ 17Dは、電力回生用キャパシタ 4C、 4Dとモード別電源 1C、 IDを接続し、電力回生用スィッチ 17Eは、電力回生用キャパシタ 4Cの一方の端子を接地する力否かのスイッチングを行なう。電力回生用スィッチ 17Dは、電力回生用キャパシタ 4Dを電力回生用キャパシタ 4Cのどちらかの端子に接続する。

[0045] 図 3Bは、送信パルスの発生と電力回生用スィッチ 17D、 17E、 17Fの切り替えタイミングを示すタイミング図であり、図 2Bのタイミングチャートに対して、 SW17A、 17B 、 17Cが SW (スィッチ） 17D、 17E、 17Fに置き換わっている。

[0046] この構成においても消費電力を低減することができる。

産業上の利用可能性

[0047] 本発明は、複数の信号処理モードを備え、出力側キャパシタに貯えた電力を再利用することにより、消費電力が小さぐ発熱量の少ない超音波診断装置として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 超音波を送受信する複数の振動子と、前記振動子に超音波を送信させるためのパルスを発生する送信パルス発生器と、前記送信パルス発生器に電力を供給する送信用電源と、前記送信用電源の電圧を安定させる出力側キャパシタとを備え、前記送信用電源が、複数の信号処理モードのそれぞれに対応する電圧を出力する複数のモード別電源と、前記モード別電源の出力側に接続され電圧を安定させる電源側キャパシタと、前記モード別電源の出力側と前記出力側キャパシタとの間に配置され、前記送信パルス発生器に電力を供給する前記モード別電源を切り替えるモード切り替えスィッチとを備えた超音波診断装置において、

前記送信用電源が、

前記モード別電源の入力側に接続され電力を供給する電力供給用電源と、一方の電極端子が前記電力供給用電源と前記モード別電源の入力側の接続点および前記モード切り替えスィッチに接続され、他方の電極端子が接地された、前記出力側キャパシタより大容量の電力回生用キャパシタとをさらに備え、

前記モード切り替えスィッチは、前記モード別電源の出力側に代えて、前記電力回生用キャパシタを前記出力側キャパシタに接続可能であることを特徴とする超音波診断装置。

[2] 複数の前記電力回生用キャパシタを有し、

前記複数の電力回生用キャパシタを前記モード別電源に対して縦列に接続する状態と、前記複数の電力回生用キャパシタを前記モード切り替えスィッチに対して並列に接続する状態をとり得るように構成された前記電力回生用スィッチを備えた請求項 1記載の超音波診断装置。

[3] 前記モード切り替えスィッチが前記出力側キャパシタを前記モード別電源の出力側に接続する際に、前記モード別電源および前記電源側キャパシタに対して、前記電力回生用スィッチを前記複数の電力回生用キャパシタが縦列となるように、前記電力回生用スィッチを接続制御する請求項 2記載の超音波診断装置。

[4] 前記モード切り替えスィッチが前記出力側キャパシタを前記複数の電力回生用キヤパシタに接続する際に、前記モード切り替えスィッチに対して、前記電力回生用スィツチを前記複数の電力回生用キャパシタが縦列となるように、前記電力回生用スイツチを接続制御する請求項 2または 3記載の超音波診断装置。

[5] 前記モード切り替えスィッチにフォトモスリレーを用いた請求項 1〜4のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

[6] 前記モード切り替えスィッチに MEMS (マイクロ 'エレクト口'メカ-カル 'システム）リレーを用いた請求項 1〜4の、ずれか一項に記載の超音波診断装置。

[7] 前記送信用電源に DC— DCコンバータを用いた請求項 1〜6のいずれか一項に記載の超音波診断装置。