(57)【要約】      （修正有）【課題】デュアル３レベルパルサ回路を用いて５レベルパルサ回路と同等の性能を確保し、超音波画像の画質性能を向上させる。【解決手段】超音波診断装置の送信部は、レートパルスを発生するレートパルス発生部と、レートパルスに振動子毎に遅延時間を与える送信遅延部と、遅延されたレートパルスに同期して振動子各々を駆動するための電圧信号を発生するパルサ４９と、パルサ４９を制御するパルサ制御部４５とを有し、パルサ４９は、第１電位とアース電位との電位差を示す第１高電圧と絶対値が前記第１電位より高い第２電位とアース電位との電位差を示す第２高電圧とを発生する高電圧発生部７１と、第１電位と第２電位とアース電位との間で電位を相互に切り換え可能な複数のスイッチング素子とを有し、パルサ制御部４５は第２電位から第１電位へアース電位を経て電位を切り換えるために複数のスイッチング素子を制御する。【選択図】図４
2014028027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子を有する超音波プローブと、
前記振動子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、
前記振動子を介して前記被検体から超音波エコーを受信する受信部と、
前記受信部の出力に基づいて画像データを発生する画像発生部とを具備し、
前記送信部は、前記超音波の送信周期を決定するレートパルスを発生するレートパルス発生部と、前記レートパルスに前記振動子毎に遅延時間を与える送信遅延部と、前記遅延されたレートパルスに同期して、前記振動子各々を駆動するための電圧信号を発生するパルサと、前記電圧信号を発生させるために前記パルサを制御するパルサ制御部とを有し、
前記パルサは、第１電位とアース電位との電位差を示す第１高電圧と、絶対値が前記第１電位より高い第２電位と前記アース電位との電位差を示す第２高電圧とを発生する高電圧発生部と、前記第１電位と前記第２電位と前記アース電位との間で電位を相互に切り換え可能な複数のスイッチング素子とを有し、
前記パルサ制御部は、前記第２電位から前記第１電位へ前記アース電位を経て電位を切り換えるために、前記複数のスイッチング素子を制御すること、
を特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記パルサ制御部は、
前記第２電位から前記第１電位へ前記アース電位を経て電位を切り換えるとき、所定時間に亘って、前記アース電位のスイッチングに関するスイッチング素子をオンにすること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記パルサ制御部は、
前記送信遅延部から出力された送信波形データに基づいて、前記スイッチング素子を制御するための複数のスイッチングパルスを発生し、前記発生されたスイッチングパルスを前記スイッチング素子に出力すること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記パルサ制御部は、
前記送信遅延部から出力された送信波形データに基づいて、前記第２電位から前記第１電位に切り替える時点を特定し、前記特定された時点から所定時間に亘って、前記アース電位のスイッチングに関するスイッチング素子をオンにすること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
超音波診断装置に内蔵されたコンピュータに、
超音波の送信周期を決定するレートパルスを発生させるレートパルス発生機能と、
前記レートパルスに振動子毎に遅延時間を付与させる送信遅延機能と、
前記遅延されたレートパルスに同期して、前記振動子各々を駆動するための電圧信号を発生させる電圧信号発生機能と、
前記電圧信号を発生させるために、複数のスイッチング素子を制御するスイッチング制御機能とを実現させ、
前記スイッチング制御機能は、絶対値が第１電位より高い第２電位から前記第１電位へ前記第１、第２電位の基準となるアース電位を経て電位を切り換えるために、前記スイッチング素子を制御すること、
を実現させることを特徴とするスイッチング制御プログラム。
【請求項６】
超音波の送信周期を決定するレートパルスを発生することと、
前記レートパルスに前記振動子毎に遅延時間を与えることと、
前記遅延されたレートパルスに同期して前記振動子各々を駆動するための電圧信号を発生することと、
前記電圧信号を発生させるために、複数のスイッチング素子を制御することとを具備し、
前記スイッチング素子を制御することは、絶対値が第１電位より高い第２電位から前記第１電位へ前記第１、第２電位の基準となるアース電位を経て電位を切り換えるために、前記スイッチング素子を制御すること、
を特徴とするスイッチング制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、デュアル３レベルパルサを有する超音波診断装置と、デュアル３レベルパルサを制御するためのスイッチング制御プログラムおよびスイッチング制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブの振動子を駆動して超音波を発生させるためのパルサ（ｐｕｌｓｅｒ）回路を有する。通常、パルサ回路には、電圧レベルが３種類の３レベルパルサ回路が用いられている。また、２つのモード（Ｂモード及びドプラモード）を時分割走査する場合には、デュアルパルサ回路が用いられる。デュアルパルサ回路には、２種類の超音波送信用電源から印加される２種類の高電圧が印加される。
【０００３】
また、パルサ回路として、電圧レベルが５種類の５レベルパルサ回路が用いられることもある。５レベルパルサ回路を用いてチャンネルごとに送信振幅を制御することにより、疑似ガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）送信、送信アポダイゼイション（Ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）、2つの送信音場を重ね合わせた２方向同時送信（２ＴｘＢｅａｍｓ）および２焦点同時送信などが実施されている。
【０００４】
疑似ガウシアン送信、送信アポダイゼイション、２方向同時送信および２焦点同時送信などを実現するための５レベルパルサ回路の実現には、例えば、以下の３種類の方法が知られている。第１の方法は、５レベル専用回路またはリニアドライバ（高電圧ＤＡＣ）を（以下、５レベルパルサと呼ぶ）用いる方法である。このとき、５レベルパルサへの送信制御信号の入力本数は３本である。５レベルパルサからの出力は、正負４種類の高電圧（±２、±１）とゼロ電圧の５レベルである。
【０００５】
第２、第３の方法は、例えば図７に示すように、デュアル３レベルパルサ回路を用いる方法である。第２の方法は、デュアル３レベルパルサ回路の出力において、高電圧信号の加算回路を設ける方法である。第３の方法は、デュアル３レベルパルサ回路への送信制御信号の入力本数は４本である。
【０００６】
しかしながら、上記第１乃至第３の方法には、以下のような問題がある。第１、第２の方法においてはパルサ回路の規模が大きくなる。このため、多チャンネルの送信回路としての超音波診断装置への実装にあたり、コストの増大が問題となる。第３の方法においては、振動子へ印加される駆動電圧の変化において、過渡応答時間が長い問題がある。具体的には、例えば２種類の電圧Ｖ２、Ｖ１（Ｖ２＞Ｖ１）において、電圧の立下り（＋Ｖ２→＋Ｖ１）と立ち上がり（−Ｖ２→−Ｖ１）の時点で、図８に示すように、過渡応答時間の影響が駆動電圧波形に現れる。この問題を解決するためには、専用回路（例えば、Ａｃｔｉｖｅ  ＨＶ  Ｃｌａｍｐｅｒ）などが必要となり、回路規模が増大し、コストの増加を招く問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５２４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
目的は、デュアル３レベルパルサ回路を用いて５レベルパルサ回路と同等の性能を確保し、超音波画像の画質性能を向上させることが可能な超音波診断装置、デュアル３レベルパルサを制御するためのスイッチング制御プログラムおよびスイッチング制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態に係る超音波診断装置は、複数の振動子を有する超音波プローブと、前記振動子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、前記振動子を介して前記被検体から超音波エコーを受信する受信部と、前記受信部の出力に基づいて画像データを発生する画像発生部とを具備し、前記送信部は、前記超音波の送信周期を決定するレートパルスを発生するレートパルス発生部と、前記レートパルスに前記振動子毎に遅延時間を与える送信遅延部と、前記遅延されたレートパルスに同期して、前記振動子各々を駆動するための電圧信号を発生するパルサと、前記電圧信号を発生させるために前記パルサを制御するパルサ制御部とを有し、前記パルサは、第１電位とアース電位との電位差を示す第１高電圧と、絶対値が前記第１電位より高い第２電位と前記アース電位との電位差を示す第２高電圧とを発生する高電圧発生部と、前記第１電位と前記第２電位と前記アース電位との間で電位を相互に切り換え可能な複数のスイッチング素子とを有し、前記パルサ制御部は、前記第２電位から前記第１電位へ前記アース電位を経て電位を切り換えるために、前記複数のスイッチング素子を制御すること、を特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本実施形態に係り、送信部の構成の一例を示す構成図である。
【図３】図３は、本実施形態に係り、パルサ制御部の構成の一例を示す構成図である。
【図４】図４は、本実施形態に係り、パルサの構成の一例を示す構成図である。
【図５】図５は、本実施形態に係り、パルサ制御部からパルサへ出力される複数のスイッチングパルスを、パルサから出力される電圧信号とともに示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係り、電圧信号を発生する手順を示すフローチャートの一例を示す図である。
【図７】図７は、従来のデュアル３レベルパルサの回路構成を示す図である。
【図８】図８は、従来のデュアル３レベルパルサにおいて、スイッチングパルスのタイミングチャートを、駆動電圧における立ち上がりと立下りでの渡過応答時間とともに示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波診断装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の構成を示す図である。図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波プローブ１０、装置本体１１、モニタ１３、入力装置１５を有する。
【００１３】
超音波プローブ１０は、圧電セラミックス等の音響／電気可逆的変換素子としての複数の振動子を有する。複数の振動子は並列され、超音波プローブ１１の先端に装備される。
【００１４】
以下、説明を簡単にするために、一つの振動子が一チャンネルを構成するものとして説明する。複数の振動子は、後述する送信部２１の複数のパルサからそれぞれ供給される電圧信号に応答して超音波を発生する。複数の振動子各々は、被検体の生体組織で反射された超音波エコーの受信に応答して、エコー信号を発生する。なお、超音波プローブ１１は、複数の振動子を１次元上に配列させた１次元アレイプローブであってもよいし、複数の振動子を２次元上に配列させた２次元アレイプローブであってもよい。
【００１５】
装置本体１１は、送信部２１、受信部２３、Ｂモード処理部２５、ドプラ処理部２７、画像発生部２９、画像合成部３１、内部記憶装置３３、インターフェース部３５、制御プロセッサ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：以下、ＣＰＵと呼ぶ）３７を有する。
【００１６】
送信部２１は、図１には図示していないが、レートパルス発生部、送信遅延部、パルサ制御部、パルサを有する。図２は、送信部２１におけるレートパル発生部４１、送信遅延部４３、パルサ制御部４５、一つの振動子４７に接続されるパルサ４９を、ＣＰＵ３７とともに示す図である。
【００１７】
レートパルス発生部４１は、所定のレート周波数ｆｒＨｚ（周期：１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。発生されたレートパルスは、チャンネル数に分配され、送信遅延部４３に送られる。
【００１８】
送信遅延部４３は、複数のチャンネルごとに、送信超音波をビーム状に収束し、かつ送信指向性を決定するために必要な遅延時間（以下、送信遅延時間と呼ぶ）を、各レートパルスに与える。送信超音波の送信方向または送信遅延時間（以下、送信遅延パターンと呼ぶ）は、後述する内部記憶装置３３に記憶される。内部記憶装置３３に記憶された送信遅延パターンは、超音波の送信波形のデータ（以下、送信波形と呼ぶ）に従って、後述するＣＰＵ３７により超音波の送信時に参照される。
【００１９】
パルサ制御部４５は、送信遅延時間が与えられたレートパルスと、ＣＰＵ３７から読み出された送信波形とに基づいて、後述するパルサ４９における複数のスイッチング素子各々を制御するためのスイッチングパルスを発生する。パルサ制御部４５は、発生した複数のスイッチングパルスを、複数のスイッチング素子に出力する。以下、説明を具体的にするため、超音波の２方向同時送信を、本実施形態に適用した場合について説明する。なお、２焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、および送信アポダイゼイションを、本実施形態に適用してもよい。
【００２０】
図３は、パルサ制御部４５の構成の一例を示す構成図である。パルサ制御部４５は、複数のメモリ（以下、第１メモリ５１、第２メモリ５３と呼ぶ）と、第１メモリ５１、第２メモリ５３にそれぞれ接続される第１遅延部５５および第２遅延部５７と、加算部５９と、スイッチングパルス発生部６１とを有する。
【００２１】
第１、第２メモリ各々は、２方向同時送信において２方向にそれぞれ対応する複数の送信波形を記憶する。例えば、第１メモリ５１は、第１の方向に対応する送信波形（以下、第１送信波形と呼ぶ）を記憶する。第２メモリ５３は、第２の方向に対応する送信波形（以下、第２送信波形と呼ぶ）を記憶する。記憶される複数の送信波形は、後述するＣＰＵ３７から出力される。
【００２２】
第１遅延部５５は、送信遅延部４３により送信遅延が与えられたレートパルスに基づいて、第１送信波形を、遅延させる。第２遅延部５７は、送信遅延部４３により送信遅延が与えられたレートパルスに基づいて、第２送信波形を、遅延させる。遅延された第１、第２送信波形は、後述する加算部５９に出力される。
【００２３】
加算部５９は、遅延された第１、第２送信波形を加算することにより、加算した送信波形（以下、加算送信波形と呼ぶ）を発生する。加算部５９は、加算送信波形を、スイッチングパルス発生部６１に出力する。
【００２４】
スイッチングパルス発生部６１は、加算送信波形に基づいて、後述するパルサ４９に出力するための複数のスイッチングパルスを発生する。スイッチングパルス発生部６１は、発生した複数のスイッチングパルスを、後述するパルサ４９のスイッチング部における複数のスイッチング素子に出力する。
【００２５】
具体的には、スイッチングパルス発生部６１は、加算送信波形に基づいて、正の第２高電圧から正の第１高電圧に切り替える時点（以下、第１時点と呼ぶ）を特定する。スイッチングパルス発生部６１は、加算送信波形に基づいて、負の第２高電圧から負の第１高電圧に切り替える時点（以下、第２時点と呼ぶ）を特定する。正負の第１高電圧および正負の第２高電圧については後述する。なお、加算送信波形における第１時点と第２時点とは、第１時点と第２時点とにそれぞれ対応する２つの所定の閾値に基づいた判定により特定されてもよい。
【００２６】
第１高電圧とは、アース電位と第１電位との電位差を表す。第１高電圧（±Ｖ１）は、正負２種類の極性を有する。正の第１高電圧の絶対値（｜＋Ｖ１｜）は、負の第１高電圧の絶対値（｜−Ｖ１｜）に等しい（｜＋Ｖ１｜＝｜−Ｖ１｜）。第２高電圧とは、アース電位と第１電位との電位差を表す。第２高電圧（±Ｖ２）は、正負２種類の極性を有する。正の第２高電圧の絶対値（｜＋Ｖ２｜）は、負の第２高電圧の絶対値（｜−Ｖ２｜）に等しい（｜＋Ｖ２｜＝｜−Ｖ２｜）は等しい。
【００２７】
加えて、第２電位の絶対値は、第１電位の絶対値より大きいものとする。すなわち、第２高電圧（±Ｖ２）の絶対値は、第１高電圧（±Ｖ１）の絶対値より大きい（｜±Ｖ２｜＞｜±Ｖ１｜）。正負の第１高電圧は、後述する高電圧発生部における第１高電圧発生部で発生される。正負の第２高電圧は、後述する高電圧発生部の第２高電圧発生部で発生される。
【００２８】
スイッチングパルス発生部６１は、後述する内部記憶装置３３に記憶された第１の所定時間を、内部記憶装置３３から読み出す。スイッチングパルス発生部６１は、特定した第１時点から第１の所定時間に亘って、第１のグラウンドに接続されたスイッチング素子（以下、第１グラウンドスイッチと呼ぶ）をオンにするためのスイッチングパルス（以下、第１グラウンドスイッチングパルスと呼ぶ）を発生する。スイッチングパルス発生部６１は、第１グラウンドスイッチングパルス（以下、Ｇ１ＥＮと呼ぶ）を、第１グラウンドスイッチ（以下、ＧＳＷ１と呼ぶ）に出力する。
【００２９】
スイッチングパルス発生部６１は、後述する内部記憶装置３３に記憶された第２の所定時間を、内部記憶装置３３から読み出す。スイッチングパルス発生部６１は、特定した第２時点から第２の所定時間に亘って、第２のグラウンドに接続されたスイッチング素子（以下、第２グラウンドスイッチと呼ぶ）をオンにするためのスイッチングパルス（以下、第２グラウンドスイッチングパルスと呼ぶ）を発生する。スイッチングパルス発生部６１は、第２グラウンドスイッチングパルス（以下、Ｇ２ＥＮと呼ぶ）を、第２グラウンドスイッチ（以下、ＧＳＷ２と呼ぶ）に出力する。なお、第１の所定時間と第２の所定時間とは、同じ時間間隔であってもよい。
【００３０】
なお、上記説明において、グラウンドに節属されたスイッチング素子の数は２つとしたが、一つであってもよい。スイッチングパルス発生部６１は、特定した第１、第２時点からそれぞれ第１、第２の所定時間に亘って、グラウンドに接続されたスイッチング素子をオンにするためのスイッチングパルスを発生する。スイッチングパルス発生部６１は、発生したスイッチングパルスを、グラウンドに接続されたスイッチング素子に出力する。
【００３１】
スイッチングパルス発生部６１は、加算送信波形に基づいて、正の第１高電圧を振動子に印加する時間（以下、第１正電圧印加時間と呼ぶ）を特定する。スイッチングパルス発生部６１は、特定した第１正電圧印加時間に亘って、第１高電圧発生部の正側出力に接続されたスイッチング素子（以下、第１正側スイッチと呼ぶ）をオンにするためのスイッチングパルス（以下、第１正側スイッチングパルスと呼ぶ）を発生する。スイッチングパルス発生部６１は、第１正側スイッチングパルス（以下、ＨＶＰ１ＥＮと呼ぶ）を、第１正側スイッチ（以下、ＰＳＷ１と呼ぶ）に出力する。
【００３２】
スイッチングパルス発生部６１は、加算送信波形に基づいて、負の第１高電圧を振動子に印加する時間（以下、第１負電圧印加時間と呼ぶ）を特定する。スイッチングパルス発生部６１は、特定した第１負電圧印加時間に亘って、第１高電圧発生部の負側出力に接続されたスイッチング素子（以下、第１負側スイッチと呼ぶ）をオンにするためのスイッチングパルス（以下、第１負側スイッチングパルスと呼ぶ）を発生する。スイッチングパルス発生部６１は、第１負側スイッチングパルス（以下、ＨＶＮ１ＥＮと呼ぶ）を、第１負側スイッチ（以下、ＮＳＷ１と呼ぶ）に出力する。
【００３３】
スイッチングパルス発生部６１は、加算送信波形に基づいて、正の第２高電圧を振動子に印加する時間（以下、第２正電圧印加時間と呼ぶ）を特定する。スイッチングパルス発生部６１は、特定した第２正電圧印加時間に亘って、第２高電圧発生部の正側出力に接続されたスイッチング素子（以下、第２正側スイッチと呼ぶ）をオンにするためのスイッチングパルス（以下、第２正側スイッチングパルスと呼ぶ）を発生する。スイッチングパルス発生部６１は、第２正側スイッチングパルス（以下、ＨＶＰ２ＥＮと呼ぶ）を、第２正側スイッチ（以下、ＰＳＷ２と呼ぶ）に出力する。
【００３４】
スイッチングパルス発生部６１は、加算送信波形に基づいて、負の第２高電圧を振動子に印加する時間（以下、第２負電圧印加時間と呼ぶ）を特定する。スイッチングパルス発生部６１は、特定した第２負電圧印加時間に亘って、第２高電圧発生部の負側出力に接続されたスイッチング素子（以下、第２負側スイッチと呼ぶ）をオンにするためのスイッチングパルス（以下、第２負側スイッチングパルスと呼ぶ）を発生する。スイッチングパルス発生部６１は、第２負側スイッチングパルス（以下、ＨＶＮ２ＥＮと呼ぶ）を、第２負側スイッチ（以下、ＮＳＷ２と呼ぶ）に出力する。
【００３５】
パルサ４９は、パルサ制御部４５からの出力によるスイッチング制御により、振動子４７を駆動するための電圧信号を発生する。電圧信号の波形は、加算送信波形に対応する。これにより超音波ビームが被検体に送信される。パルサ４９は、出力電圧が３レベルのデュアルパルサとしての機能を有する。図４は、パルサ４９の構成の一例を示す図である。パルサ４９は、高電圧発生部７１とスイッチング部７３とを有する。
【００３６】
高電圧発生部７１は、第１高電圧発生部７１１と第２高電圧発生部７１３とを有する。第１高電圧発生部７１１の正側出力は、ＰＳＷ１に接続される。第１高電圧発生部７１１の負側出力は、ＮＳＷ１に接続される。第２高電圧発生部７１３の正側出力は、ＰＳＷ２に接続される。第２高電圧発生部７１３の負側出力は、ＮＳＷ２に接続される。ＧＳＷ１とＧＳＷ２とは、グラウンドに接続される。
【００３７】
スイッチング部７３は、複数のスイッチング素子（ＰＳＷ１、ＰＳＷ２、ＮＳＷ１、ＮＳＷ２、ＧＳＷ１、ＧＳＷ２）を有する。複数のスイッチング素子各々には、パルサ制御部４５で発生されたスイッチングパルスが入力される。具体的には、ＰＳＷ１のスイッチングは、ＨＶＰ１ＥＮの入力により制御される。ＰＳＷ２のスイッチングは、ＨＶＰ２ＥＮの入力により制御される。ＮＳＷ１のスイッチングは、ＨＶＮ１ＥＮの入力により制御される。ＮＳＷ２のスイッチングは、ＨＶＮ２ＥＮの入力により制御される。ＧＳＷ１のスイッチングは、Ｇ１ＥＮの入力により制御される。ＧＳＷ２のスイッチングは、Ｇ２ＥＮの入力により制御される。
【００３８】
図５は、パルサ制御部４５のスイッチングパルス発生部６１で発生された複数のスイッチングパルスを、パルサ４９から出力される電圧信号とともに示す図である。説明を簡単にするために、図５の電圧信号に対応する加算送信波形は、正弦波としている。
【００３９】
正の第１高電圧Ｐ１を時刻ｔ１で第１正電圧印加時間ｔｐ１に亘って振動子に印加するために、ＨＶＰ１ＥＮがＰＳＷ１に出力される。正の第２高電圧Ｐ２を時刻ｔ２で第２正電圧印加時間ｔｐ２に亘って振動子に印加するために、ＨＶＰ２ＥＮがＰＳＷ２に出力される。時刻ｔ３で第１の所定時間ｔｇ１に亘って振動子に対する電位をアース電位にするために、Ｇ１ＥＮがＧＳＷ１に出力される。正の第１高電圧Ｐ１を時刻ｔ４で第１正電圧印加時間ｔｐ１に亘って振動子に印加するために、ＨＶＰ１ＥＮがＰＳＷ１に出力される。
【００４０】
負の第１高電圧Ｎ１を時刻ｔ５で第１負電圧印加時間ｔｎ１に亘って振動子に印加するために、ＨＶＮ１ＥＮがＮＳＷ１に出力される。負の第２高電圧Ｎ２を時刻ｔ６で第２負電圧印加時間ｔｎ２に亘って振動子に印加するために、ＨＶＮ２ＥＮがＮＳＷ２に出力される。時刻ｔ７で第２の所定時間ｔｇ２に亘って振動子に対する電位をアース電位にするために、Ｇ２ＥＮがＧＳＷ２に出力される。負の第１高電圧Ｎ１を時刻ｔ８で第１負電圧印加時間ｔｎ１に亘って振動子に印加するために、ＨＶＮ１ＥＮがＮＳＷ１に出力される。
【００４１】
なお、第１の所定時間ｔｇ１と第２の所定時間ｔｇ２とは、第１正電圧印加時間ｔｐ１、第１負電圧印加時間ｔｎ１、第２正電圧印加時間ｔｐ２、第２負電圧印加時間ｔｎ２より短い時間間隔であってもよい。
【００４２】
受信部２３は、図示していないプリアンプ、アナログディジタル変換器、受信遅延回路、加算器を有する。プリアンプは、超音波プローブ１０を介して取り込まれた被検体からのエコー信号をチャンネル毎に増幅する。アナログディジタル変換器は、増幅したエコー信号を、アナログ信号からディジタル信号に変換する。受信遅延回路は、ディジタル信号に変換されたエコー信号に、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器は、受信遅延パターンに従って、ディジタル信号に変換された複数のエコー信号を加算する。この加算により受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。この送信指向性と受信指向性とにより超音波送受信の総合的な指向性が決定される（この指向性により、いわゆる「超音波走査線」が決まる）。
【００４３】
なお、受信部２３は、１回の超音波送信で複数の走査線上に生じたエコー信号を同時に受信する並列受信機能を有していてもよい。
【００４４】
Ｂモード処理部２５は、図示していない包絡線検波器、対数変換器を有する。包絡線検波器は、Ｂモード処理部２５への入力信号、即ち、受信部２３から出力されたディジタル信号に対して包絡線検波を実行する。対数変換器は、検波信号の振幅を対数変換して弱い信号を相対的に強調する。これらの処理により、Ｂモード処理部２５は、Ｂモードデータを発生する。Ｂモード処理部２５は、発生したＢモードデータを、後述する画像発生部２９に出力する。
【００４５】
ドプラ処理部２７は、図示していないドプラ信号発生部とカラードプラデータ生成部とを有する。ドプラ信号発生部は、図示していないミキサーと低域通過フィルタ（以下ＬＰＦ）を有する。ミキサーは、受信部２３から出力された信号に、送信周波数と同じ周波数ｆ０を有する基準信号を掛け合わせる。この掛け合わせにより、ドプラ偏移周波数ｆｄの成分の信号と（２ｆ０＋ｆｄ）の周波数成分を有する信号とが得られる。ＬＰＦは、ミキサーからの２種の周波数成分を有する信号のうち、高い周波数成分（２ｆ０＋ｆｄ）の信号を取り除く。ドプラ信号発生部は、高い周波数成分（２ｆ０＋ｆｄ）の信号を取り除くことにより、ドプラ偏移周波数ｆｄの成分を有するドプラ信号を発生する。なお、ドプラ信号発生部として、直交検波方式を採用することも可能である。
【００４６】
カラードプラデータ生成部は、２チャンネルから構成される図示していないアナログディジタル（以下Ａ／Ｄと呼ぶ）変換器、速度／分散／Ｐｏｗｅｒ演算部を有する。Ａ／Ｄ変換器は、ドプラ信号発生部のＬＰＦから出力されたドプラ信号、または、直交検波されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。速度／分散／Ｐｏｗｅｒ演算部は、図示していないＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）フィルタ、自己相関演算器を有する。
【００４７】
ＭＴＩフィルタは、Ａ／Ｄ変換器から出力されたドプラ信号に対して、臓器の呼吸性移動や拍動性移動などに起因するドプラ成分（クラッタ成分）を除去する。自己相関演算器は、ＭＴＩフィルタによって血流情報のみが抽出されたドプラ信号に対して、自己相関値を算出する。自己相関演算器は、算出された自己相関値に基づいて、血流の平均速度値および分散値等を算出する。カラードプラデータ生成部は、複数のドプラ信号に基づく血流の平均速度値や分散値等からカラードプラデータを生成する。以下、ドプラ信号発生部により発生されたドプラ信号とカラードプラデータ生成部で生成されたカラードプラデータとをまとめて、ドプラデータと呼ぶ。ドプラ処理部２７は、発生したドプラデータを、画像発生部２９に出力する。
【００４８】
画像発生部２９は、図示していないディジタルスキャンコンバータ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｃａｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下ＤＳＣと呼ぶ）を有する。画像発生部２９は、ＤＳＣに対して、座標変換処理（リサンプリング）を実行する。座標変換処理とは、例えば、ローデータからなる超音波スキャンの走査線信号列を、テレビなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換することである。ここで、ローデータとは、ドプラデータまたはＢモードデータのことである。画像発生部２９は、座標変換処理に続けて補間処理を、ＤＳＣに対して実行する。補間処理とは、隣り合う走査線信号列におけるローデータを用いて、走査線信号列間にデータを補間する処理である。
【００４９】
画像発生部２９は、ローデータに対して座標変換処理と補間処理とを実行することにより、表示画像としての超音波画像を発生する。なお、画像発生部２９は、発生した超音波画像に対応するデータ（以下、画像データと呼ぶ）を記憶する画像メモリを有していてもよい。画像発生部２９は、画像データを後述する画像合成部３１に出力する。以下、Ｂモードデータを用いて発生された超音波画像をＢモード画像と呼ぶ。また、ドプラデータを用いて発生された超音波画像をドプラ画像と呼ぶ。以下の説明において、Ｂモード画像およびドプラ画像をまとめて断層像と呼ぶ。
【００５０】
画像合成部３１は、超音波画像に、種々のパラメータの文字情報および目盛等を合成する。画像合成部３１は、合成された超音波画像をモニタ１３に出力する。なお、画像合成部３１は、図示していないシネメモリに記憶された画像を発生してもよい。この時、シネメモリに記憶された画像は、シネ表示（ループ再生）される。
【００５１】
内部記憶装置３３は、フォーカス深度の異なる複数の受信遅延パターンおよび複数の送信遅延パターン、送信条件（２方向同時送信、２焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、および送信アポダイゼイション、２部位ドプラモードにおけるサンンプリングゲートの設定など）、本超音波診断装置１の制御プログラム、診断プロトコル等の各種データ群、Ｂモード処理部２５およびドプラ処理部２７で発生されたローデータ、画像発生部２９で発生された超音波画像などを記憶する。
【００５２】
内部記憶装置３３は、複数の送信条件にそれぞれ対応する複数の送信波形のデータを記憶する。内部記憶装置３３は、第１、第２の所定時間を記憶する。閾値判定により第１、第２時点を特定する場合、内部記憶装置３３は、第１時点と第２時点とにそれぞれ対応する２つの所定の閾値を記憶する。なお、内部記憶装置３３は、複数の送信条件各々に対して、複数のスイッチング素子にそれぞれ対応する複数のスイッチングパターン（複数のスイッチングパルス）を記憶してもよい。内部記憶装置３３は、加算送信波形に関する複数のスイッチングパルスを発生するためのスイッチング制御プログラムなどを記憶してもよい。
【００５３】
インターフェース部３５は、入力装置１５、ネットワーク、図示していない外部記憶装置および生体信号計測部に関するインターフェースである。装置本体１１によって得られた超音波画像等のデータおよび解析結果等は、インターフェース部３５とネットワークとを介して他の装置に転送可能である。なお、インターフェース部３５は、ネットワークを介して、図示していない他の医用画像診断装置で取得された被検体に関する医用画像を、ダウンロードすることも可能である。
【００５４】
ＣＰＵ３７は、操作者により入力装置１５を介して入力されたＢモードとドプラモードとの選択、フレームレート、被走査深度、２方向同時送信、２焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、および送信アポダイゼイション、２部位ドプラモードにおけるサンンプリングゲートの設定などに基づいて、内部記憶装置３３に記憶された送信遅延パターン、受信遅延パターンと装置制御プログラムとを読み出し、これらに従って装置本体１１を制御する。
【００５５】
例えば、ＣＰＵ３７は、入力装置１５を介して入力された送信条件に基づいて、第１、第２送信波形を内部記億装置３３から読み出す。ＣＰＵ３７は、読み出した第１、第２送信波形を第１、第２メモリに記憶させる。次いで、ＣＰＵ３７は、第１、第２送信波形にそれぞれ対応する送信遅延パターンを内部記憶装置３３から読み出す。ＣＰＵ３７は、読み出した送信遅延パターンを送信遅延部４３に出力する。
【００５６】
なお、ＣＰＵ３７は、内部記憶装置３３に記憶されたスイッチング制御プログラムに応じて、パルサ制御部４５を制御することも可能である。具体的には、２方向同時送信、２焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、および送信アポダイゼイション、２部位ドプラモードにおけるサンンプリングゲートの設定などの送信条件が入力装置１５を介して入力されると、ＣＰＵ３７は、入力された送信条件に応じたスイッチング制御プログラムを、内部記憶装置３３から読み出す。ＣＰＵ３７は、読み出したスイッチング制御プログラムを、図示していないメモリ上に展開し、実行する。
【００５７】
モニタ１３は、画像合成部３１の出力に基づいて、Ｂモード画像およびドプラ画像などの超音波画像などを表示する。なお、モニタ１３は、表示された画像に対して、ブライトネス、コントラスト、ダイナミックレンジ、γ補正などの調整を実行してもよい。
【００５８】
入力装置１５は、インターフェース部３５に接続され操作者からの各種指示・命令・情報・選択・設定を装置本体１１に取り込む。入力装置１５は、図示していないトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等の入力デバイスを有する。入力デバイスは、表示画面上に表示されるカーソルの座標を検出し、検出した座標を後述するＣＰＵ３７に出力する。
【００５９】
なお、入力デバイスは、表示画面を覆うように設けられたタッチコマンドスクリーンでもよい。この場合、入力装置１５は、電磁誘導式、電磁歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標をＣＰＵ３７に出力する。また、操作者が入力装置１５の終了ボタンまたはフリーズボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、装置本体１１は一時停止状態となる。
【００６０】
（電圧信号発生機能）  
電圧信号発生機能とは、加算送信波形に基づいて、複数のスイッチングパルスを発生し、過渡応答時間を低減させた電圧信号を発生する機能である。以下、電圧信号発生機能に関する処理（以下、電圧信号発生処理と呼ぶ）を説明する。
【００６１】
図６は、電圧信号を発生する手順を示すフローチャートの一例を示す図である。以下の電圧信号発生処理は、２方向同時送信または２焦点同時送信に対応する説明であるが、疑似ガウシアン送信および送信アポダイゼイションにも適用可能である。
【００６２】
入力装置１５を介して、超音波の送信条件が入力される。入力された送信条件に基づいて、第１、第２送信波形が内部記憶装置３３から読み出される。第１、第２送信波形に従って、内部記憶装置３３から送信遅延パターンが読み出される。読み出された送信遅延パターンに従って、レートパルスに送信遅延が付与される送信遅延されたレートパルスに基づいて、第１、第２送信波形に対して、送信遅延が付与される（ステップＳａ１）。
【００６３】
送信遅延が付与された第１、第２送信波形を加算することにより、加算送信波形が発生される（ステップＳａ２）。加算送信波形に基づいて、第１、第２時点が特定される（ステップＳａ３）。送信加算波形に基づいて、第１、第２正側印加時間と第１、第２負側印加時間とが特定される。第１、第２の所定時間が内部記憶装置３３から読み出される。第１時点と第１の所定時間とに基づいてＧ１ＥＮが発生され、第２時点と第２の所定時間とに基づいてＧ２ＥＮが発生される（ステップＳａ４）。
【００６４】
加算送信波形と第１正電圧印加時間とに基づいてＨＶＰ１ＥＮが発生され、加算送信波形と第２正電圧印加時間とに基づいてＨＶＰ２ＥＮが発生される（ステップＳａ５）。加算送信波形と第１負電圧印加時間とに基づいてＨＶＮ１ＥＮが発生され、加算送信波形と第２負電圧印加時間とに基づいてＨＶＮ２ＥＮが発生される（ステップＳａ６）。
【００６５】
複数のスイッチングパルス（Ｇ１ＥＮ、Ｇ２ＥＮ、ＨＶＰ１ＥＮ、ＨＶＰ２ＥＮ、ＨＶＮ１ＥＮ、ＨＶＮ２ＥＮ）は、それぞれ対応する複数のスイッチング素子に出力される。複数のスイッチングパルスにより、複数のスイッチング素子のスイッチングが制御される（ステップＳａ７）。スイッチング制御により、加算送信波形に対応する電圧信号が発生される（ステップＳａ８）。
【００６６】
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。  
本超音波診断装置１によれば、回路規模の小さいデュアル３レベルパルサ回路を用いて、電圧遷移の境界部分において所定時間に亘ってゼロレベルの電圧にする制御を実行することができる。これにより、電圧信号において正の第２高電圧から正の第１高電圧への遷移（＋Ｖ２→＋Ｖ１）において、電圧の立下りの過渡応答時間を低減させることができる。加えて、電圧信号において負の第２高電圧から負の第１高電圧への遷移（−Ｖ２→−Ｖ１）において、電圧の立ち上がりの過渡応答時間を低減させることができる。
【００６７】
これらにより、本超音波診断装置１によれば、５レベルパルサ回路と同程度の性能を得ることができる。すなわち、超音波診断装置によれば、回路規模およびコストを増大させることなく、５レベルパルサ回路と同程度の性能、２方向同時送信、２焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、送信アポダイゼイションなどを実行することができる。以上のことから、本超音波診断装置１によれば、超音波画像の画質性能を向上させることができる。
【００６８】
加えて、実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。
【００６９】
かくして本超音波診断装置１によれば、回路規模およびコストを増大させずに、デュアル３レベルパルサ回路を用いて、５レベルパルサ回路と同等の性能を確保し、超音波画像の画質性能を向上させることが可能な超音波診断装置を提供することができる。
【００７０】
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
【符号の説明】
【００７１】
１…超音波診断装置、１０…超音波プローブ、１１…装置本体、１３…モニタ、１５…入力装置、２１…送信部、２３…受信部、２５…Ｂモード処理部、２７…ドプラ処理部、２９…画像発生部、３１…画像合成部、３３…内部記憶装置、３５…インターフェース部、３７…制御プロセッサ（ＣＰＵ）、４１…レートパルス発生部、４３…送信遅延部、４５…パルサ制御部、４７…振動子、４９…パルサ、５１…第１メモリ、５３…第２メモリ、５５…第１遅延部、５７…第２遅延部、５９…加算部、６１…スイッチングパルス発生部、７１…高電圧発生部、７３…スイッチング部、７１１…第１高電圧発生部、７１２…第２高電圧発生部、ＧＳＷ１…第１グラウンドスイッチ、ＧＳＷ２…第２グラウンドスイッチ、ＰＳＷ１…第１正側スイッチ、ＮＳＷ１…第１負側スイッチ、ＰＳＷ２…第２正側スイッチ、ＮＳＷ２…第２正側スイッチ、Ｇ１ＥＮ…第１グラウンドスイッチングパルス、Ｇ２ＥＮ…第２グラウンドスイッチングパルス、ＨＶＰ１ＥＮ…第１正側スイッチングパルス、ＨＶＮ１ＥＮ…第１負側スイッチングパルス、ＨＶＰ２ＥＮ…第２正側スイッチングパルス、ＨＶＮ２ＥＮ…第２負側スイッチングパルス、ｔｐ１…第１正電圧印加時間、ｔｐ２…第２正電圧印加時間、ｔｇ１…第１の所定時間、ｔｎ１…第１負電圧印加時間、ｔｎ２…第２負電圧印加時間、ｔｇ２…第２の所定時間
【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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【図８】
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