(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原送信信号を増幅することで、超音波振動子のための駆動信号を生成するドライブ回路と、
前記原送信信号の波形を表す原送信信号波形データに対して前記原送信信号の増幅のために前記ドライブ回路に与えるべきバイアスを加えた結果であるバイアス加算済波形データ、を供給する供給手段と、
前記供給手段から供給される前記バイアス加算済波形データをアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換回路と、
を備え、
前記ドライブ回路は、前記デジタル・アナログ変換回路の出力するアナログ信号を増幅することにより、前記超音波振動子のための前記駆動信号を生成する、超音波診断装置の送信回路。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置の送信回路であって、
前記バイアス加算済波形データは、前記原送信信号の各信号極性の区間の信号部分に対し、それぞれ当該区間の信号極性と同じ極性で前記バイアスを加算した波形データである、
ことを特徴とする、超音波診断装置の送信回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波診断装置の送信回路であって、
前記供給手段は、
前記原送信信号波形データを生成する第１生成手段と、
前記ドライブ回路に与えるべき前記バイアスの波形を表すバイアス波形データを生成する第２生成手段と、
前記第１生成手段により生成された前記原送信信号波形データと前記第２生成手段により生成された前記バイアス波形データとを加算して前記バイアス加算済波形データを生成する加算器と、
を備え、
前記デジタル・アナログ変換回路は、前記加算器が出力する前記バイアス加算済波形データをアナログ信号に変換する、超音波診断装置の送信回路。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の超音波診断装置の送信回路であって、
前記供給手段は、
前記原送信信号波形データを生成する第１生成手段と、
前記第１生成手段により生成された前記原送信信号波形データを、前記ドライブ回路に与えるべき前記バイアスのレベルに応じて加工することで、前記バイアス加算済波形データを生成する波形加工回路と、
を備え、
前記デジタル・アナログ変換回路は、前記波形加工回路が出力する前記バイアス加算済波形データをアナログ信号に変換する、超音波診断装置の送信回路。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の超音波診断装置の送信回路であって、
前記供給手段は、
前記原送信信号の波形を表す原送信信号波形データに対して、前記原送信信号の増幅のために前記ドライブ回路に与えるべきバイアスを加えた結果であるバイアス加算済波形データ、を記憶する記憶手段、
を備え、
前記デジタル・アナログ変換回路は、前記記憶手段から読み出される前記バイアス加算済波形データをアナログ信号に変換する、超音波診断装置の送信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置の送信回路に関し、特に原送信信号を増幅するドライブ回路に対するバイアス印加のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置の送信回路は、送信信号を増幅回路（ドライブ回路）により電力増幅し、振動素子に供給することで振動素子を駆動する。このような電力増幅のための増幅回路として、従来、パルス波、サイン波、ガウシャン波等の任意の波形を忠実に線形増幅できる回路が提案されている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
増幅回路を所望の動作点で動作させるために、増幅回路にバイアスが印加される。超音波診断装置の場合、数百チャンネルという多数の振動素子を駆動するため、多数の増幅回路を有しているので、バイアス電流による電力消費や発熱が無視できない。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に記載される送信回路では、信号送信時にのみ増幅回路にバイアスを印加することで、非送信時の電力消費を低減している。すなわち、この送信回路は、増幅回路ごとにバイアスのオンオフ回路を備えるとともに、信号送信期間に応じてそれら各オンオフ回路のオンオフを制御する制御信号を発生する回路を備えている。
【０００５】
また、特許文献２に示される送信回路は、そのような制御信号は必要としないが、非送信時に増幅回路が消費するバイアス電流を少なくしようとすると、ドループ現象と呼ばれる出力振幅の減衰が生じるなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８５７６７６号明細書
【特許文献２】特開２００８−１８８３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、原送信信号を増幅するドライブ回路（増幅回路）に対するバイアスの印加を原送信信号の信号送信期間に限定することを、バイアスのオンオフ回路やオンオフ制御のための信号生成回路を用いずに実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの側面では、本発明に係る超音波診断装置の送信回路は、原送信信号を増幅することで、超音波振動子のための駆動信号を生成するドライブ回路と、前記原送信信号の波形を表す原送信信号波形データに対して前記原送信信号の増幅のために前記ドライブ回路に与えるべきバイアスを加えた結果であるバイアス加算済波形データ、を供給する供給手段と、前記供給手段から供給される前記バイアス加算済波形データをアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換回路と、を備え、前記ドライブ回路は、前記デジタル・アナログ変換回路の出力するアナログ信号を増幅することにより、前記超音波振動子のための前記駆動信号を生成する。
【０００９】
１つの態様では、前記バイアス加算済波形データは、前記原送信信号の各信号極性の区間の信号部分に対し、それぞれ当該区間の信号極性と同じ極性で前記バイアスを加算した波形データである。
【００１０】
別の態様では、前記供給手段は、前記原送信信号波形データを生成する第１生成手段と、前記ドライブ回路に与えるべき前記バイアスの波形を表すバイアス波形データを生成する第２生成手段と、前記第１生成手段により生成された前記原送信信号波形データと前記第２生成手段により生成された前記バイアス波形データとを加算して前記バイアス加算済波形データを生成する加算器と、を備え、前記デジタル・アナログ変換回路は、前記加算器が出力する前記バイアス加算済波形データをアナログ信号に変換する。
【００１１】
更に別の態様では、前記供給手段は、前記原送信信号波形データを生成する第１生成手段と、前記第１生成手段により生成された前記原送信信号波形データを、前記ドライブ回路に与えるべき前記バイアスのレベルに応じて加工することで、前記バイアス加算済波形データを生成する波形加工回路と、を備え、前記デジタル・アナログ変換回路は、前記波形加工回路が出力する前記バイアス加算済波形データをアナログ信号に変換する。
【００１２】
更に別の態様では、前記供給手段は、前記原送信信号の波形を表す原送信信号波形データに対して、前記原送信信号の増幅のために前記ドライブ回路に与えるべきバイアスを加えた結果であるバイアス加算済波形データ、を記憶する記憶手段、を備え、前記デジタル・アナログ変換回路は、前記記憶手段から読み出される前記バイアス加算済波形データをアナログ信号に変換する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、超音波診断装置の送信回路内のドライブ回路に対するバイアスの印加のための回路構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の超音波診断装置の送信回路の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】原送信信号の波形の一例を示す図である。
【図３】図２に例示した原送信信号に対応するバイアス波形の例を示す図である。
【図４】図２の原送信信号に図３のバイアスを加算したバイアス加算済波形の例を示す図である。
【図５】ドライブ回路（増幅回路）の一例を示す図である。
【図６】超音波診断装置の送信回路の別の例を示す機能ブロック図である。
【図７】超音波診断装置の送信回路の更に別の例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に、実施形態の超音波診断装置の送信回路の一例を示す。この例では、原送信波形メモリ１０ａには、振動素子２０−１〜２０−ｎ（ｎは超音波探触子が備える振動素子の個数、すなわちチャンネル数）（以下、振動素子２０と総称する）を駆動するための駆動信号である原送信信号の波形を表す原送信信号波形データが格納されている。
【００１６】
図２に、原送信波形メモリ１０ａに記憶される原送信信号波形１００の一例を示す。これは、ある振幅及び周期を持つ２周期分のサイン波の波形を示している。例えば、この２周期分の波形データを連続的に繰り返して出力することで、その振幅及び周期のＣＷ（連続波）のサイン波により振動素子２０を駆動することができる。このような連続波は、例えば連続波ドプラ法などに用いることができる。
【００１７】
なお、原送信波形メモリ１０ａには、異なる複数の原送信信号波形データが格納されていてもよい。例えば、パルス波、サイン波、ガウシャン波等といった様々な波形種類の原送信信号波形データを原送信波形メモリ１０ａに格納しておいてもよい。また、同じ波形種類（パルス波、サイン波、ガウシャン波などの種類）について、振幅又は周波数又はその両方が異なる複数の原送信信号波形データを格納しておいてもよい。また、１つの波形種類について、振幅又は周期又はその両方をパラメトリックに変更可能な波形データを１つだけ原送信波形メモリ１０ａに格納しておき、その波形データに対して振幅又は周期又はその両方を指定することで、所望の波形データを生成する構成でもよい。
【００１８】
また、原送信波形メモリ１０ａに記憶される波形データは、各時刻の電圧レベルを時系列的に並べたデータであってもよいし、このような電圧波形をパラメトリックに規定する関数や波形生成規則等のデータであってもよい。後者の場合は、記憶された原送信信号波形データ（関数等）と、ユーザが指定するパラメータ（例えば振幅や周期）とに応じて、原送信信号を表す時系列的な電圧レベルの系列を示すデジタルデータを生成する回路を、原送信波形メモリ１０ａと加算器１２の間に設ければよい。
【００１９】
原送信波形メモリ１０ａから出力すべき原送信信号波形データは、超音波診断装置の操作部に対するユーザの入力（例えばモード選択）や装着された超音波探触子の種類などに基づき、コントローラ３０が選択する。
【００２０】
バイアス波形メモリ１０ｂには、バイアス波形データが格納される。バイアス波形は、ドライブ（増幅）回路１８−１〜１８−ｎ（以下、ドライブ回路１８と総称する）に原送信信号を増幅させる際に、ドライブ回路１８に印加すべきバイアスの時間変化を表す波形である。バイアスは、ドライブ回路１８を所望の線形増幅領域にて使用するために印加する（言い換えればドライブ回路１８の動作点を規定する）直流電圧である。
【００２１】
図３に、図２の原送信信号波形１００に対応するバイアス波形１１０の例を示す。図３のバイアス波形１１０は、原送信信号波形１００の各信号極性（正又は負の極性）の範囲ごとに、それぞれ当該範囲の信号極性と同じ極性の、あらかじめ定められたバイアス電圧レベルを持つ信号波形である。すなわち、バイアス電圧レベルをＢＬ（正の値）とすると、バイアス波形は、原送信信号波形１００が正の範囲では＋ＢＬ、負の範囲では−ＢＬのレベルを持つ。このようなバイアス波形１１０を表すバイアス波形データが、バイアス波形メモリ１０ｂに格納されている。
【００２２】
図２は原送信信号波形がサイン波であったが、パルス波やガウシャン波などの他の波形であっても、同様に、バイアス波形は、原送信信号波形が正の範囲では＋ＢＬ、負の範囲では−ＢＬのレベルとなる波形とすればよい。
【００２３】
原送信波形メモリ１０ａに複数の原送信信号波形データが格納されている場合には、バイアス波形メモリ１０ｂにもそれら各原送信信号波形データに対応するバイアス波形データを格納しておけばよい。このように、原送信信号波形データごとにバイアス波形データを用意する代わりに、バイアス電圧レベル又は周期又はその両方をパラメトリックに変更可能なバイアス波形データを１つだけバイアス波形メモリ１０ｂに格納しておき、その波形データに対してバイアス電圧レベル又は周期又はその両方を指定することで、所望のバイアス波形データを生成する構成でもよい。また、バイアス波形の波形データも、原送信信号と同様、各時刻の電圧レベルを時系列的に並べたデータであってもよいし、このような電圧波形をパラメトリックに規定する関数や波形生成規則等のデータであってもよい。後者の場合は、記憶されたバイアス波形データ（関数等）と、ユーザが指定するパラメータ（例えばバイアス電圧レベルや周期）とに応じてバイアス波形を表す時系列的な電圧レベルの系列を示すデジタルデータを生成する回路を、バイアス波形メモリ１０ｂと加算器１２の間に設ければよい。
【００２４】
コントローラ３０は、原送信波形メモリ１０ａから出力すべき原送信信号波形を選択すると同時に、その原送信信号波形に対応するバイアス波形を選択し、バイアス波形メモリ１０ｂから出力させる。振動素子２０を連続波で駆動する場合、原送信波形メモリ１０ａから例えばサイン波の単位波形のデータを繰り返し出力させると共に、バイアス波形メモリ１０ｂからその単位波形のデータに対応するバイアス波形データを繰り返し出力させる。また、振動素子２０をパルス波で駆動する場合、パルス波を送信するタイミングに合わせて、原送信波形メモリ１０ａ及びバイアス波形メモリ１０ｂから、そのパルス波の波形データとこれに対応するバイアス波形データとを出力させればよい。
【００２５】
加算器１２は、コントローラ３０からの指示に応じて原送信波形メモリ１０ａ及びバイアス波形メモリ１０ｂから互いに同期して読み出される原送信信号波形データとバイアス波形データとを加算する。すなわち加算器１２は、同期している原送信信号波形データとバイアス波形データの、同じ時刻の信号レベルの値同士を加算する。この加算により、原送信信号波形データとバイアス波形データを加算したバイアス加算済波形データが生成される。
【００２６】
図４に、図２の原送信信号波形１００と図３のバイアス波形１１０を加算した結果であるバイアス加算済波形１２０の例を示す。このように、バイアス加算済波形は、原送信信号波形の正及び負の各極性の範囲の波形部分が、それぞれバイアス電圧レベル分だけ当該範囲の極性の方向にかさ上げされた波形となっている。
【００２７】
図１の例では、加算器１２から出力されたバイアス加算済波形データは、各チャンネルの遅延回路１４−１〜１４−ｎにそれぞれ入力される。各遅延回路１４−１〜１４−ｎは、入力されたバイアス加算済波形データを、それぞれ当該遅延回路自身のチャンネルに対応する遅延量だけ遅延させる。各遅延回路１４−１〜１４−ｎでそれぞれ遅延されたバイアス加算済波形データは、Ｄ／Ａ（デジタル・アナログ）変換回路１６−１〜１６−ｎ（以下、Ｄ／Ａ変換回路１６と総称する）によりそれぞれアナログ信号に変換される。このアナログ信号の電圧の時間変化が、バイアス加算済波形データの表す波形に対応する。
【００２８】
各Ｄ／Ａ変換回路１６−１〜１６−ｎから出力されたアナログ信号は、それぞれドライブ（増幅）回路１８−１〜１８−ｎにより電力増幅され、各振動素子２０−１〜２０−ｎに供給される。ドライブ回路１８は、入力される任意の波形をできるだけ忠実に増幅するために、後で説明するデジタル的なバイアス印加方式により、線形増幅可能な領域で使用される。
【００２９】
図５に、ドライブ回路１８の具体的な回路構成の一例を示す。この回路構成は、正及び負の各極性の入力信号をＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及びＱ２でそれぞれ増幅するプッシュプル回路構成である。図５の回路の入力端子にＤ／Ａ変換回路１６から出力されるアナログ信号が入力され、図５の回路の出力端子から出力された信号は振動素子２０に供給される。なお、このようなプッシュプル増幅回路構成は、超音波診断装置の送信回路の増幅回路の構成としてよく知られるものであるので、詳細な説明は省略する（特許文献２には類似の回路が示されている。また、特許文献１なども参照されたい）。
【００３０】
図５の回路構成では、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及びＱ２の入出力特性等のために、原送信波形をそのまま入力しても、クロスオーバー歪み等を生じる。この歪みをなくすために、従来は各ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及びＱ２にバイアス電圧を印加しており、特に特許文献１の回路では、実際に信号が送信される期間にのみバイアスを印加するための制御回路（バイアスのオンオフ回路やオンオフ制御のための信号生成回路など）を設けることで、低消費電力化及び発熱低減等を図っていた。
【００３１】
これに対し、図１の送信回路では、原送信信号波形のデジタルデータに対してバイアス波形のデジタルデータを加算することで、バイアス印加後の信号波形を表すデータ（バイアス加算済波形データ）を生成する。すなわち、この例では、バイアスをデジタル的に印加する。このバイアス加算済波形データをアナログ信号化してドライブ回路１８に供給することで、ドライブ回路１８内のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及びＱ２は、原送信信号波形が正及び負の極性を持つ区間では、バイアスが印加された状態となっており、適切な動作点で原送信信号波形を増幅することができる。これにより、ドライブ回路１８の出力は、クロスオーバー歪み等がない（又は低減された）、原送信信号波形に近い波形となる。
【００３２】
このように、図１の送信回路では、原送信信号が存在する期間（すなわち正又は負の極性の期間）のみバイアスを印加した状態とできるので、常にバイアスを印加する構成よりも、低消費電力化及び発熱低減が達成できる。
【００３３】
また、図１の送信回路では、デジタルデータの段階で原送信信号波形に対してバイアスを加算するので、多数のチャンネルに対して共通のバイアス波形メモリ１０ｂと加算器１２を設けるだけでよい。したがって、従来のように個々のチャンネルごとにバイアスのオンオフ回路やオンオフ制御のための信号生成回路を設ける構成よりも、回路構成を簡素にすることができる。
【００３４】
なお、図１の送信回路が、原送信信号波形をパラメトリックに規定する関数や波形生成規則等のデータから原送信信号を表す時系列的な電圧レベルの系列を示すデジタル波形データを生成するデジタル波形生成回路を備えている場合、原送信信号波形とバイアス波形のデジタル的な加算は、そのデジタル波形生成回路内の論理回路（例えば加算器）を用いて行ってもよい。従来の超音波診断装置の送信回路には、このようなデジタル波形生成回路を有するものもあるので、そのような送信回路の場合、この実施形態の回路構成を実現するのに、加算器１２を追加する必要はない。
【００３５】
次に、図６を参照して、送信回路の別の構成例について説明する。
【００３６】
図６の回路構成は、図１の例のバイアス波形メモリ１０ｂと加算器１２の代わりに、バイアスレベルメモリ１０ｃと波形加工回路１３を備える。その他の要素は図１の例と同様でよい。
【００３７】
バイアスレベルメモリ１０ｃは、ドライブ回路１８に印加すべきバイアスの電圧レベルＢＬ（正の値）を記憶している。波形加工回路１３は、原送信波形メモリ１０ａから供給される原送信信号波形データに対し、バイアスレベルメモリ１０ｃに記憶されたレベルＢＬのバイアスを反映させる波形加工処理を行う。この波形加工処理では、原送信信号波形が正の極性である区間は、原送信信号波形の信号レベルにＢＬを加算する。また、原送信信号波形が負の極性である区間は、原送信信号波形の信号レベルに−ＢＬを加算する。
【００３８】
図６の送信回路が、原送信信号波形をパラメトリックに規定する関数や波形生成規則等のデータから原送信信号を表す時系列的な電圧レベルの系列を示すデジタルデータを生成するデジタル波形生成回路を備えている場合、そのデジタル波形生成回路内の論理回路を用いて波形加工回路１３の機能を実現することもできる。この図６の例でも、図１の例と同様の効果が得られる。
【００３９】
次に、図７を参照して、送信回路の更に別の構成例について説明する。
【００４０】
図７の回路構成は、図１の例のバイアス波形メモリ１０ｂと加算器１２の代わりに、波形メモリ１０ｄを備える。その他の要素は図１の例と同様でよい。
【００４１】
波形メモリ１０ｄは、原送信信号波形データに対してバイアス波形データをデジタル的に加算したバイアス加算済波形データを記憶している。原送信信号波形データが複数存在する場合は、個々の原送信信号波形データに応じてバイアス加算済波形データがあらかじめ作成され、波形メモリ１０ｄに格納される。コントローラ３０は、ユーザからの指示等が示す原送信信号波形に対応するバイアス加算済波形データを波形メモリ１０ｄから出力させる。出力されたバイアス加算済波形データは、各遅延回路１４に供給される。この図７の例でも、図１の例と同様の効果が得られる。
【００４２】
以上に説明した送信回路の各例は、連続波ドプラ法、パルスドプラ法、血流カラーイメージング、Ｂモード、Ａモード、Ｍモードなど、様々な診断モードのための振動子駆動信号の生成に利用できる（ただし、これら全てに利用できる必要は必ずしもない）。
【００４３】
以上に説明した実施形態の送信回路の例は、あくまで例示的なものであり、この他にも様々な変形例が考えられる。
【００４４】
例えば、上述の例は、全てのチャンネル（振動素子）について、共通のバイアスを印加するものであったが、チャンネルごとに（例えば当該チャンネルのドライブ回路１８の特性に合わせて）個別にバイアスを印加することもできる。図１の構成を例にとれば、この変形例では、例えば加算器１２をチャンネルごとに設ければよい（あるいは、各チャンネルに個別に設けられたデジタル波形生成回路の加算器を利用すればよい）。そして、チャンネルごとの加算器に対して、共通の原送信信号波形データと、当該チャンネルに固有のバイアス波形データとを供給して加算させる。各チャンネルに固有のバイアスを規定する情報（バイアス波形データ又はバイアス電圧レベルなど）は、バイアス波形メモリ１０ｂやバイアスレベルメモリ１０ｃに記憶しておけばよい。また、図７の例では、チャンネルごとのバイアス加算済波形データを波形メモリ１０ｄに格納しておけばよい。
【００４５】
また、超音波診断装置のモードに応じてバイアス電圧レベルを変えてもよい。例えば、連続波の場合とパルス波の場合とでバイアス電圧レベルを変えるなどである。この場合、バイアス波形メモリ１０ｂやバイアスレベルメモリ１０ｃには、モードごとにバイアス波形データやバイアス電圧レベルが格納されており、コントローラ３０がモードに応じたバイアスを選択する。
【００４６】
また、図１，図６及び図７の例は、遅延回路１４、Ｄ／Ａ変換回路１６及びドライブ回路１８がチャンネルごとに１つずつ設けられる例であったが、これは一例に過ぎない。遅延回路１４、Ｄ／Ａ変換回路１６及びドライブ回路１８の中の１以上を複数チャンネルで共通化した場合でも、この実施形態の手法は適用可能である。
【００４７】
また、上述の例では、ドライブ回路１８として、正負両極性の増幅が可能なタイプのものを例示したが、正又は負の一方の極性のみを増幅するドライブ回路を用いる場合でも、この実施形態の手法は適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ａ  原送信波形メモリ、１０ｂ  バイアス波形メモリ、１２  加算器、１４−１〜１４−ｎ  遅延回路、１６−１〜１６−ｎ  Ｄ／Ａ変換回路、１８−１〜１８−ｎ  ドライブ回路、２０−１〜２０−ｎ  振動素子。
【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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