(57)【要約】【課題】分散型電源システムを備えた超音波診断装置において、発熱を抑えつつ画像ノイズを低減する。【解決手段】超音波診断装置において、ＡＣ／ＤＣ電源３０と、クロック制御回路１０と、ＡＣ／ＤＣ電源３０から出力される直流電圧を所定の電圧に変換してクロック制御回路１０に供給するドロッパ型ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３と、クロック制御回路１０から出力されるクロック信号に同期してスイッチング動作を行い、ＡＣ／ＤＣ電源３０から出力される直流電圧を所定の電圧に変換してクロック制御回路１０以外の所定の回路に供給するスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３と、パルス繰り返し周波数を設定する設定手段と、スイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３に出力されるクロック信号が前記パルス繰り返し周波数の整数倍となるようにクロック制御回路１０を制御する制御手段２０とを設ける。【選択図】図２
2010213787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送受することにより該被検体内部の情報を取得して画像化する超音波診断装置であって、
a)バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源と、
b)所定のクロック信号を生成するクロック制御回路と、
c)前記バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して前記クロック制御回路に供給するドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータと、
d)前記クロック制御回路から出力されるクロック信号に同期してスイッチング動作を行うことにより、前記バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して前記クロック制御回路以外の所定の回路に供給するスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
e)超音波送受におけるパルス繰り返し周波数を設定するＰＲＦ設定手段と、
f)前記スイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータに出力されるクロック信号が前記ＰＲＦ設定手段で設定されたパルス繰り返し周波数の整数倍となるように前記クロック制御回路を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体に超音波を送受することにより該被検体内部の情報を取得して画像化する超音波診断装置であって、
a)バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源と、
b)所定のクロック信号を生成するクロック制御回路と、
c)所定の周波数でスイッチング動作を行うことにより、前記バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して前記クロック制御回路に供給する自励発振式のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
d)前記クロック制御回路から出力されるクロック信号に同期してスイッチング動作を行うことにより、前記バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して前記クロック制御回路に供給する他励発振式のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
e)前記クロック制御回路から出力されるクロック信号に同期してスイッチング動作を行うことにより、前記バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して前記クロック制御回路以外の所定の回路に供給するスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
f)超音波送受におけるパルス繰り返し周波数を設定するＰＲＦ設定手段と、
g)前記スイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータに出力されるクロック信号が前記ＰＲＦ設定手段で設定されたパルス繰り返し周波数の整数倍となるように前記クロック制御回路を制御する制御手段と、
を有し、
前記バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源からの電圧供給が開始された直後は、前記自励発振式のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータによって前記クロック制御回路に所定の直流電圧を供給し、その後、前記クロック制御回路によってクロック信号の生成が開始された後は、前記他励発振式のＤＣ／ＤＣコンバータに切り替えて前記クロック制御回路に所定の直流電圧を供給することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
前記ＡＣ／ＤＣ電源が、自励発振及び他励発振によるスイッチング動作が可能なスイッチング電源であり、電源が投入された直後は、自励発振によるスイッチング動作を行い、その後、前記クロック制御回路によってクロック信号の生成が開始された後は、該クロック信号に同期した他励発振によるスイッチング動作を行うものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関するものであり、特に、超音波診断装置の電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に、従来の超音波診断装置における一般的な電源システムの構成を示す。従来の電源システムでは、ＡＣ／ＤＣ電源８０によって商用交流を直流電圧に変換すると共に各回路の駆動に必要な複数種類の電圧+Vcc1、+Vcc2を生成し、これをケーブル等から成る伝送路８１を介して超音波診断装置内の各回路（図中のデバイスＡ〜Ｄ）に供給していた。このように、装置内で必要な全ての電圧を一つの電源によって生成して各部に供給する構成は集中型電源システムと呼ばれる。
【０００３】
こうした電源システムにおけるＡＣ／ＤＣ電源８０としては、装置の小型軽量化及びエネルギー効率の観点から、一般にスイッチング電源が用いられている。スイッチング電源は、入力された商用交流を一旦平滑化した後、高周波スイッチングによって所定のデューティー比でオン・オフし、その後、再び平滑化することによって所定の直流電圧を出力する。
【０００４】
しかしながら、このようなスイッチング電源には、高周波スイッチングによるノイズ発生の問題があるため、電源をシールドしたり電源の出力側にフィルタを設けたりする等の種々の対策が取られている。例えば、特許文献１では、パルスドプラ法等による超音波診断において、スイッチング電源におけるスイッチング周波数を超音波のパルス繰り返し周波数の整数倍にすることにより、画像上へのノイズの発生を低減できることが記載されている。
【０００５】
ところで、近年では、ＣＰＵやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array) 等のデジタルデバイスの高性能化に伴い、電源システムを上記従来の集中型電源システムから変更する必要が生じている。これは、各デバイスの駆動電圧が低電圧化・多様化し、且つ各デバイスの動作中の消費電力変化が大きいために、ケーブル、コネクタ、基板の導体パターン等の小さなインピーダンスによって電圧が変化し（図６参照）、各デバイスの動作に影響を及ぼすためである。
【０００６】
例えば、ＡＣ／ＤＣ電源と所定のデバイスの間のケーブルのインピーダンスやコネクタの接触抵抗等が合計で１００ｍΩであると仮定した場合に、前記デバイスの消費電流が２Ａ変化すると、その際の電圧降下は、２Ａ×０．１Ω＝０．２Ｖとなる。従って、該デバイスに供給する電圧が１．２Ｖであった場合には、約１６％もの電圧降下が生じることとなる。
【０００７】
そこで、近年では、図７に示すように、各デバイスＡ〜Ｄの近傍にＤＣ／ＤＣコンバータ９１〜９４を設け、ＡＣ／ＤＣ電源８０から供給される所定の大きさの直流電圧+VccをＤＣ／ＤＣコンバータ９１〜９４によって各デバイスＡ〜Ｄの駆動に必要な電圧+Vcc1〜+Vcc4に変換する方法が主流となっている。このように、各デバイスに必要な電圧を個々のデバイスの近傍で生成する構成は分散型電源システムと呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平5-130992号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＤＣ／ＤＣコンバータには、トランジスタ等による電圧降下を利用して電圧変換を行うドロッパ方式のものと、スイッチングによる電圧変換を行うスイッチング方式のものがあるが、上記のような分散型電源システムにおいて全ての電圧をドロッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバータで供給しようとするとドロッパによる発熱が問題となる。
【００１０】
そのため、分散型電源システムにおけるＤＣ／ＤＣコンバータとしては、一般にスイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータが採用される。しかしながら、この場合、各デバイスの近くでスイッチングが行われることとなるために、従来の集中型電源システムに比べてノイズの影響を受けやすくなる。例えば、デジタルビームフォーマを備えた超音波診断装置では、受信したエコー信号をアンプで増幅し、Ａ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換した後は、デジタルでの信号処理が行われる。そのため、アンプ、Ａ／Ｄコンバータ、及びＦＰＧＡ等のデジタル回路が同一の基板に混載される場合が多く、各回路に対応したＤＣ／ＤＣコンバータも同一基板に搭載される。このとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータとしてスイッチング方式のものを用いると、そのスイッチングノイズが同一基板上にあるアンプに回り込んで画像ノイズを発生しやすくなる。このようなスイッチングノイズによる画質の低下は特にドプラ法による撮像において顕著である。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、分散型電源システムを備えた超音波診断装置において、発熱を抑えつつ画像ノイズの発生を防止することのできる超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために成された本発明に係る超音波診断装置は、被検体に超音波を送受することにより該被検体内部の情報を取得して画像化する超音波診断装置であって、
a)バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源と、
b)所定のクロック信号を生成するクロック制御回路と、
c)前記バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して前記クロック制御回路に供給するドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータと、
d)前記クロック制御回路から出力されるクロック信号に同期してスイッチング動作を行うことにより、前記バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して前記クロック制御回路以外の所定の回路に供給するスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
e)超音波送受におけるパルス繰り返し周波数を設定するＰＲＦ設定手段と、
f)前記スイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータに出力されるクロック信号が前記ＰＲＦ設定手段で設定されたパルス繰り返し周波数の整数倍となるように前記クロック制御回路を制御する制御手段と、
を有することを特徴としている。
【００１３】
なお、前記ＰＲＦ設定手段は、例えばキーボードやトラックボール等の入力装置を備え、オペレータにパルス繰り返し周波数を直接入力させるものであってもよく、あるいは、オペレータが前記入力装置を用いて指定した撮像条件（撮像モードや視野深度等）から適当なパルス繰り返し周波数を装置側で決定し、それを以降の撮像で用いるパルス繰り返し周波数として設定するものであってもよい。また、予め所定の記憶装置に記憶されたパルス繰り返し周波数の設定値（例えば、前回の撮像で使用したパルス繰り返し周波数）を超音波診断装置の起動時等に装置側が自動的に読み出して以降の撮像で用いるパルス繰り返し周波数として設定するものなどとしてもよい。
【００１４】
上記構成から成る本発明の超音波診断装置では、電源が投入されて前記バッテリ又はＡＣ／ＤＣ電源からの電圧供給が開始されると、まず、ドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータが起動する。なお、この時点では、クロック信号が生成されていないため、スイッチング型のＤＣ／ＤＣコンバータは起動しない。その後、ドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータから所定の直流電圧が供給されてクロック制御回路が起動すると、該クロック制御回路で生成されたクロック信号がスイッチング型のＤＣ／ＤＣコンバータに入力される。これにより、スイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて該クロック信号に同期したスイッチング動作が開始され、所定の直流電圧が各回路に供給されて超音波診断装置全体が起動する。ここで、クロック制御回路からスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータに供給されるクロック信号は、ＰＲＦ設定手段で設定されたパルス繰り返し周波数の整数倍となるよう制御される。そのため、前記スイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータはＰＲＦの整数倍の周波数でスイッチング動作を行うこととなり、画像ノイズの発生が抑えられる。
【００１５】
なお、クロック制御回路以外の回路に電圧を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータは、必ずしも全てをスイッチング型とする必要はなく、消費電力が小さい回路に対してはドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータを設けるようにしてもよい。
【００１６】
また、上記本発明に係る超音波診断装置は、前記ＡＣ／ＤＣ電源が、自励発振及び他励発振によるスイッチング動作が可能なスイッチング電源であり、電源が投入された直後は、自励発振によるスイッチング動作を行い、その後、前記クロック制御回路によってクロック信号の生成が開始された後は、該クロック信号に同期した他励発振によるスイッチング動作を行うものとすることが望ましい。このような構成とすれば、スイッチングに起因する画像ノイズをより効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明に係る超音波診断装置によれば、分散型電源システムを備えた超音波診断装置において、スイッチングノイズによる画質の低下を防止することができる。また、ドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータの使用数が少なくて済むため、発熱を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に係る超音波診断装置の全体構成を示す外観図。
【図２】同実施例に係る超音波診断装置における電源システムを示すブロック図。
【図３】同実施例に係る超音波診断装置における電源システムの別の例を示すブロック図。
【図４】同実施例に係る超音波診断装置における電源システムの更に別の例を示すブロック図。
【図５】従来の集中型電源システムを示すブロック図。
【図６】伝送路のラインインピーダンスによる電圧の変動を説明する図。
【図７】従来の分散型電源システムを示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施例に係る超音波診断装置について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施例に係る超音波診断装置の全体構成を示す外観図である。
【００２０】
本実施例に係る超音波診断装置は、キャスタ１１０によって移動可能な本体１００と、本体１００の上部に設けられたディスプレイ２００及び操作卓３００と、コネクタ（図示略）を介して本体１００に着脱自在に接続される超音波プローブ４００とを備えている。
【００２１】
本体１００には電源装置１２０と制御・処理部１３０が内蔵されている。電源装置１２０は、コンセントプラグ１２１を介して取得された商用交流を所定の直流電圧に変換して上記各部に供給するものである。制御・処理部１３０は、上記各部の動作を制御すると共に、超音波の送受によって取得されたエコー信号から超音波画像を生成してディスプレイ２００上に表示するための一連の処理を行うものであり、例えば、超音波プローブ４００に送信パルスを印加する送信ビームフォーマや、超音波プローブ４００で受信されたエコー信号をデジタル信号に変換して整相加算する受信ビームフォーマ、該受信ビームフォーマからの出力信号に検波、対数圧縮、フィルタリング等の処理を施す信号処理部、及び該信号処理部からの出力信号に走査変換処理や補間処理等を行って超音波画像を生成するデジタルスキャンコンバータ等を機能的に含んでいる。こうした制御・処理部１３０の機能は、本体１００に内蔵された各種電子回路によって実現される。
【００２２】
図２は、本実施例に係る超音波診断装置の電源システムの概略構成を示すブロック図であり、上述の電源装置１２０と、制御・処理部１３０の一部を示したものである。本実施例に係る超音波診断装置は、１つのＡＣ／ＤＣ電源３０と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを含んだ分散型の電源システムをとっている。なお、ここでは簡略化のため、基板１４０上の２つのデバイス（クロック制御回路１０及び主制御回路２０）とそれらに対応したＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３、５１〜５３のみを図示しているが、実際には、超音波診断装置を構成する各機能ブロック（ＩＣチップ、アナログ回路、ディスプレイ等）の近傍にそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータが設けられる。
【００２３】
ＡＣ／ＤＣ電源３０は、コンセントプラグ１２１を介して供給された商用交流を直流に変換すると共に、該直流電圧を高周波スイッチングによって所定の電圧まで降下させるスイッチング方式の電源である。このＡＣ／ＤＣ電源３０から出力される直流電圧はケーブル、コネクタ、及び基板上のパターン等から成る伝送路１５０によって各種ＩＣ等を搭載した基板１４０へ供給される。なお、このＡＣ／ＤＣ電源３０は外部信号入力端子を有しており、自励発振によるスイッチングと、クロック制御回路１０からのクロック信号に従った他励発振によるスイッチングとを切り替えて実行することが可能である。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３、５１〜５３は、給電対象とするデバイス１０、２０と同一の基板１４０上に搭載され、ＡＣ／ＤＣ電源３０から供給された所定の直流電圧を各デバイスで要求される電圧に変換して該デバイスに供給する。図２の例において、主制御回路２０及びクロック制御回路１０を構成するデバイスはそれぞれ複数の駆動電圧+Vcc1、+Vcc2、+Vcc3を要求する。クロック制御回路１０の近傍にはドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３が設けられ、主制御回路２０の近傍には外部信号入力端子を備えた他励発振式（外部信号同期型）のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３が設けられている。なお、クロック制御回路１０以外のデバイスに電圧を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータとしては、電力の利用効率の点からスイッチング型のものを用いることが望ましいが、消費電力が少ない回路に対してはドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータを設けるようにしてもよい。
【００２５】
主制御回路２０は、超音波診断装置を構成する各デバイスの動作制御や各種情報処理を行うものであり、例えば、ＣＰＵ等で構成される。クロック制御回路１０は、図示しない水晶振動子等で生成される基本クロックから所定の周波数を有する１種類又は複数種類のクロック信号を生成し、制御・処理部１３０を構成する各デバイスに供給するものであり、例えば、ＦＰＧＡで構成される。
【００２６】
以下、本実施例に係る超音波診断装置の起動手順（起動シーケンス）について説明する。
【００２７】
まず、操作卓３００又は本体１００外部に設けられたスイッチ等をオペレータが押下することによって電源が投入されると、ＡＣ／ＤＣ電源３０が自励発振によるスイッチング動作を開始して所定の直流電圧+Vccを出力する。
【００２８】
この直流電圧+Vccは、ドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３と、スイッチング型のＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３に供給されるが、この時点ではクロック制御回路１０からのクロック信号が与えられていないため、スイッチング型のＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３は動作しない。従って、まずドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３のみが動作を開始し、ＡＣ／ＤＣ電源３０からの直流電圧+Vccを直流電圧+Vcc1、+Vcc2、+Vcc3に変換してクロック制御回路１０に供給する。
【００２９】
これにより、クロック制御回路１０が起動して予め定められた所定の周波数のクロック信号を生成し、該クロック信号がスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３及びＡＣ／ＤＣ電源３０に供給される。その結果、ＡＣ／ＤＣ電源３０は、自励発振から該クロック信号による他励発振に切り替えて引き続き直流電圧+Vccの供給を行う。また、スイッチング型のＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３は、前記クロック信号の入力を受けて該クロック信号に同期したスイッチング動作を開始し、ＡＣ／ＤＣ電源３０からの直流電圧+Vccを直流電圧+Vcc1、+Vcc2、+Vcc3に変換して主制御回路２０に供給する。
【００３０】
このとき、クロック制御回路１０からのクロック信号は図示していない他のデバイス近傍のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータにも供給される。これにより、本体１００の各部、操作卓３００、ディスプレイ２００、及び超音波プローブ４００へ所定の直流電圧が供給され、超音波診断装置全体が起動する。
【００３１】
その後、オペレータが操作卓３００を操作して撮像条件を決定すると、主制御回路２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３及びＡＣ／ＤＣ電源３０に与えられるクロック信号が前記撮像条件で規定されるパルス繰り返し周波数の整数倍となるようにクロック制御回路１０を制御する。
【００３２】
以上により、ドロッパ型ＤＣ／ＤＣコンバータを除いた電源システム全体が前記パルス繰り返し周波数の整数倍の周波数でスイッチング動作を行うこととなるため、電源のスイッチングに起因する画像ノイズの発生が抑えられ、ドプラ法による撮像においてもノイズの少ない鮮明な画像を得ることが可能となる。また、本実施例では、クロック制御回路１０、及び消費電力の少ない一部の回路のみにドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータを使用するため、発熱を最小限に抑えることができる。
【００３３】
なお、本発明はバッテリ駆動型の超音波診断装置にも適用可能である。このような場合の電源システムの構成例を図３に示す。この構成では、ＡＣ／ＤＣ電源３０に代わってバッテリ６０が設けられている点以外は、上記実施例とほぼ同様である。電源が投入されるとバッテリ６０から所定の直流電圧＋Vccが出力されて、まずドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３が動作を開始する。これにより、クロック制御回路１０からのクロック信号の出力が開始されると、スイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３が該クロック信号に同期したスイッチング動作を開始する。スイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１〜５３に与えられるクロック信号の周波数は、上記実施例と同様にパルス繰り返し周波数の整数倍となるように制御される。
【００３４】
なお、上記実施例ではドロッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３によってクロック制御回路１０で要求される各電圧+Vcc1、+Vcc2、+Vcc3を生成する構成としたが、このような構成の他に、例えば、図４に示すようにクロック制御回路１０に必要な電圧を供給するものとして自励発振式のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ７１ａ〜７３ａと他励発振式のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ７１ｂ〜７３ｂを設ける構成としてもよい。この場合、電源が投入されてＡＣ／ＤＣ電源３０又はバッテリからの電力供給が開始された直後は、前記自励発振式のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ７１ａ〜７３ａによってクロック制御回路１０に電圧+Vcc1、+Vcc2、+Vcc3が供給される。その後、クロック制御回路１０からのクロック信号の出力が開始された後は、自励発振式のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ７１ａ〜７３ａが動作を停止し、これに代わって他励発振式のスイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ７１ｂ〜７３ｂが前記クロック信号に同期したスイッチング動作を開始して、直流電圧+Vcc1、+Vcc2、+Vcc3をクロック制御回路１０に供給する。その他の動作は上記実施例と同様である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…クロック制御回路
２０…主制御回路
３０…ＡＣ／ＤＣ電源
４１〜４３…ドロッパ型ＤＣ／ＤＣコンバータ
５１〜５３…スイッチング型ＤＣ／ＤＣコンバータ
６０…バッテリ
１４０…基板
１５０…伝送路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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