(57)【要約】【課題】超音波診断および超音波治療の双方を同一の回路により可能とし、超音波治療機能を備えた超音波診断装置を提供する。【解決手段】電池駆動可能な超音波診断装置において、探触子駆動回路１０として電流出力型増幅器を用い、同一の探触子駆動回路１０により超音波診断用の送信と治療用送信とを駆動する。そして、ＤＣ電源を搭載したカートと接続可能とし、カートと接続した際に、カートからＤＣ電源を供給可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池駆動可能な超音波診断装置において、
同一の探触子駆動回路により超音波診断用の送信と治療用送信とを駆動することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記探触子駆動回路を、電流出力型増幅器を用いて構成したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の超音波診断装置において、
前記電流出力型増幅器として、トランスを用いたものを用いたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２記載の超音波診断装置において、
前記電流出力型増幅器が、抵抗Ｒを介してアースされるトランジスタと、−入力端子が前記抵抗Ｒの一端に接続され、＋入力端子に入力電圧が印加され、出力端子が前記トランジスタのベースに接続されるオペアンプと、前記トランジスタに接続されるとともに出力負荷Ｒ０に接続されるカレントミラー回路とから構成されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１記載の超音波診断装置において、
ＤＣ電源を搭載したカートと接続可能とし、カートと接続した際に、カートからＤＣ電源を供給可能としたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項５記載の超音波診断装置において、
前記ＤＣ電源が、電池、または、商用電源または工業用電源から作成したＤＣ電源であることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項５記載の超音波診断装置において、
超音波診断装置に内蔵した電池とカートからのＤＣ電源とを切り替え可能としたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項５記載の超音波診断装置において、
超音波診断装置をカートに接続した際に、カートからのＤＣ電源に切り替わるように構成したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項５記載の超音波診断装置において、
カートから供給するＤＣ電源は２０V以下の低電圧で行うことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の焼勺などによる病変部位の治療を可能とする超音波治療機能を備えた超音波診断装置に関し、さらに、持ち運びが可能な構成をとり、ＤＣ供給可能なカートと接続可能とする超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、主には圧電材料にて構成され、直線状または特定の曲線状に多数配列された振動子に電気信号を印加し、送受波口径に対応したエレメント群を選び、順次それを走査しながら送受波を行う。そして、その反射波より様々な情報を取り出して、被検体内の情報を非侵襲に得ることで診断を行うものである。
【０００３】
近年では、特許文献１で開示されているように、その形状が例えばノートパソコン様で、重さも５ｋｇ前後であり、持ち運び可能なものも数多く見られる（以下、ポータブル超音波診断装置と記載）。本構成では、電源をつけたままで診断装置の移動が可能であり、電池駆動であるため、ＡＣ電源環境が無い、もしくは整っていない場所においても診断機能を発揮できるものである。
【０００４】
一方、このような持ち運び可能な診断装置においては、信号処理能力を初めとする様々な機能制限が成されることが多い。更に、その診断装置の持ち運び可能であるという大きさの特徴から、拡張性が乏しいのが一般的である。この課題に対して、例えば特許文献２に於いては、様々な拡張機能を具備したカート（DOCKING STATION）を用意しており、これと診断装置を接続して使用することが提案されている。
【０００５】
特許文献２では、DOCKING STATIONに接続することで、超音波診断装置としてのユーザーインターフェイスの使用効率向上を図り、計算処理に於いて、DOCKING STATION内にて搭載されている高速演算、大量データ処理可能な専用プロセッサを使用可能とするなどの発明を行っている。しかしながら、DOCKING STATIONと接続して超音波治療を行う拡張性をもたせた構成については開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−５７３７５号公報
【特許文献２】特表２００６−５１９６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来例にある電池駆動可能な超音波診断装置に於いて、超音波治療機能を具備した構成は開示されていない。その理由は、超音波診断と超音波治療に必要な送信出力信号に必要とされる条件と、必要な電流容量が大きく異なることが原因である。  
一般には、超音波診断に要求される送信出力信号は、その出力振幅は約100Ｖpp、波数は10波程度のパルス信号であるのに対し、超音波治療において必要とされる出力振幅値は、200Ｖpp以上であり、かつ連続波、もしくは、それに準じた波数の多い波形が要求される（米国特許第６９８０４１９号明細書参照）。そのために、超音波信号を生成する送信器で使用される回路構成も、一般にはその使用電源値、増幅方式は大きく異なるものが要求される。  
さらに、治療においては連続波、もしくはそれに順ずる出力が要求されることから、消費電流が大きくなる。このために、電池駆動のみに頼る、特許文献１、２などで開示されている従来のポータブル超音波診断装置の構成に於いては、治療を行うために十分な時間装置を駆動することができない。
【０００８】
本発明は、これらの課題を解決し、超音波診断および超音波治療の双方を同一の回路により可能とし、超音波治療機能を備えた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】
【０００９】
これらの課題を解決するために、本発明の超音波診断装置は、電池駆動可能な超音波診断装置において、同一の探触子駆動回路により超音波診断用の送信と治療用送信とを駆動することを特徴とするものである。  
そして、本発明において、前記探触子駆動回路を、電流出力型増幅器を用いて構成したことを特徴とするものである。  
本発明において、前記電流出力型増幅器としては、トランスを用いたものでよい。  
また、本発明において、前記電流出力型増幅器が、抵抗Ｒを介してアースされるトランジスタと、−入力端子が前記抵抗Ｒの一端に接続され、＋入力端子に入力電圧が印加され、出力端子が前記トランジスタのベースに接続されるオペアンプと、前記トランジスタに接続されるとともに前記トランジスタに流れる電流と同じ大きさの電流を出力負荷Ｒ０に供給するカレントミラー回路とから構成されるものでよい。
【００１０】
さらに、本発明の超音波診断装置は、ＤＣ電源を搭載したカートと接続可能とし、カートと接続した際に、カートからＤＣ電源を供給可能としたことを特徴とするものである。  本発明において、前記ＤＣ電源は、電池、または、商用電源または工業用電源から作成したＤＣ電源でよい。  
また、本発明において、超音波診断装置に内蔵した電池とカートからのＤＣ電源とを切り替え可能としてもよい。  
また、本発明において、超音波診断装置をカートに接続した際に、カートからのＤＣ電源に切り替わるように構成してもよい。  
さらに、本発明において、カートから供給するＤＣ電源は２０V以下の低電圧で行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電池駆動可能な超音波診断装置において、治療専用の送信回路の搭載の必要がなくなり、特別な付属回路の付与を不要とし、回路規模の増大を防ぎ、持ち運びを可能とする特徴を崩さずに、治療機能を具備した構成が可能となる。
【００１２】
また、本発明によれば、一般に大電流を消費する超音波治療装置においても、その電流供給基を、超音波診断装置本体に内蔵する電池だけに頼らず、カートにも委ねることができるために、より長時間の治療出力が可能となる。
【００１３】
さらに、ＤＣ駆動のみで治療機能を達成可能とするため、例えばＭＲＩ（核磁気共鳴画像化）などによる、強力磁場を用いた装置の影響を受け難い構成を可能とし、このため、ＭＲＩなどによる磁場を利用した様々な計測機能を具備した装置と共に、超音波治療機能を具備した超音波診断装置の使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電流出力型の超音波増幅器を示す図
【図２】本発明の超音波診断装置の全体構成を示すブロック図
【図３】実施例１の電流出力型の超音波増幅器を示す図
【図４】実施例１の信号生成部を示す図
【図５】トランス回路を説明する図
【図６】トランス回路を説明する図
【図７】トランス信号の取り出しを示す図
【図８】トランス巻線を示す図
【図９】実施例２の電流出力型の超音波増幅器を示す図
【図１０】実施例２の電流出力型の超音波増幅器を示す図
【図１１】実施例３の電源変更を示す図
【図１２】実施例４の電源変更を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１６】
図２に、本発明による超音波診断装置の全体構成のブロック図を示す。  
本回路構成は、被検体２の情報を、電池駆動可能な超音波診断装置１で収集可能な構成としている。  
超音波診断装置１は、電気信号と超音波信号を相互変換する、図示しない圧電素子に代表される振動子を複数配列してなる探触子３と、探触子３から送信された信号が、被検体２により反射され、返ってきた信号の増幅処理を行う超音波受波部４と、この信号を整相加算処理、γ処理、補間処理などを行う超音波画像構成部５と、これをモニタに表示するために座標変換などを行うＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）部６と、モニタを含む表示部７と、超音波送信波形の信号を生成し、これを任意の場所に収束させるための送信信号生成・整相部１１と、この信号を被検体２からの情報を得るために十分な超音波信号強度を、探触子３から出力するために増幅する超音波増幅部１０とから成る。
【００１７】
さらに、超音波診断装置１は電池駆動を可能とするために、その内部に電池１２と、これを各回路ブロック毎に必要な電圧まで昇圧し、電流を供給する電源昇圧部１３とからなる。電源昇圧部１３は、図２においては、超音波増幅部１０にのみ繋がっているが、この限りではなく、電圧が必要な箇所には全て接続され、電流を供給するものとする。  
一般に、電池１２で用意される電圧値と、超音波増幅部１０において必要とされる電圧値は大きく異なる。超音波増幅部１０において、必要とされる電圧値は電池１２の値から増幅を必要とするため、１３は電源昇圧部としているが、図示しない回路によっては、電池１２から供給される値よりも小さい値が必要とされる場合もある。その場合は、図示しない電源降圧部を介し、電池１２から電流が供給されるものとする。  
また、各回路部のタイミングを始め、信号増幅度などは、超音波診断装置１の使用者は、コントロールパネル９を介し、制御部８により制御を行うものとする。
【００１８】
また、カート１４は、超音波診断装置１と機械的、電気的に接続可能とする機能を持つ。さらに、カート１４にはＤＣ電源が搭載されており、ＤＣ電源の一例として搭載されている電池１５は、超音波診断装置１内の電池１２よりも、一般には電流容量が大きいものとし、直接電源昇圧部１３に電流を供給可能とする。さらには図示しない電源降圧部にも電流を供給できるものとする。ＤＣ電源としては、電池に限らず、商用電源または工業用電源から作成したＤＣ電源でも良い。  
超音波診断装置１をカート１４と接続した際には、超音波診断装置に内蔵した電池１２とカートからのＤＣ電源とを手動により切り替え可能としても良いし、また、自動的にカートからのＤＣ電源に切り替わるようにしても良い。
【実施例１】
【００１９】
図１に、本発明による超音波増幅部を示し、送信信号生成・整相部１１と、ここで制御された送信信号を増幅する超音波増幅部１０で構成されている。ここで、超音波増幅部は電流出力型増幅器を採用するものとし、例えばトランスによる昇圧機構を併せ持つものが考えられる。
【００２０】
電流出力型増幅器は、信号増幅器でありその出力が電流値で定義されるものである。よって、出力振幅値（電圧値）は、増幅器に接続される負荷により決定されることになる。出力電流がIoで決定される場合、負荷Rが増幅器の出力部に接続された場合、その出力振幅は、Io×R = IoR となる。よって、その出力振幅値は接続される負荷に依存することになる。
【００２１】
図1に示されるように、超音波増幅部１０は診断用の出力と治療用の出力を有し、治療用の出力を大きくすることにより、同一の超音波増幅部により診断用の送信と治療用の送信とを駆動する。
【００２２】
電流出力機能をもつ超音波増幅器は、たとえば図３に示すように、＋Vの電位を持つ電源５５と、送信信号生成・整相部１１と、電流制御部５８と、信号生成部５６と、トランス５７とで構成される。  
送信信号生成・整相部１１より、送信信号のタイミング、波数、振幅、包絡線形状などの諸パラメータが反映された信号が、信号生成部５６、電流制御部５８へそれぞれ印加される。タイミング、波数は、たとえば信号生成部５６へと印加されるクロック信号の入力タイミング、波数へと置き換えられる。また、振幅、包絡線形状は、たとえば、これに振幅が比例する信号として電流制御部５８へと印加される。
【００２３】
信号生成部５６は、たとえば図４に示すような構成であり、送信信号生成・整相部１１より出力されるクロック信号のタイミングに同期した信号がトランス５７の電源５５に繋がれた１次側に現れる。ただし、その振幅値や、包絡線形状は、電流制御部５０に印加された信号により決定され、クロック信号波形と、電流制御部５０の入力波形との積で決定される。トランスの２次側では、１次側で出力された信号が電磁結合により現れるが、その比率はトランス５７の巻線比により決定される。
【００２４】
トランスを用いた構成では、昇圧度をその巻線比で変更、選択が可能である。一般に、図５，６に示すようにトランスでは、一次側と二次側の巻線比を  Ｎ１：Ｎ２  、それぞれの出力電流、電圧を  Ｉ１、Ｉ２、  Ｖ１、Ｖ２と定義すると、それぞれの関係は、  
Ｖ１ ： Ｖ２ =  Ｎ１ ： Ｎ２  ＝  Ｉ２ ： Ｉ１      （式１）
となる。よって、二次側の巻線数を大きく取ると、一次側で必要とする電流量は増えることになるが、その電圧値を大きく取ることが可能となる。
【００２５】
前述のように、治療と診断で必要とする電圧出力値は異なるため、それぞれの用途に応じて、その出力取り出し口を変更可能とすれば、その他回路構成の変更無しに増幅度の変更が可能となる。  
具体的には、図７に示すように、例えばトランスの巻線比が  
一次側：二次側  ＝  Ｎ１：Ｎ２      （式２）
となるように、配置する。二次側は、その信号取り出し口を複数設けるためＮ２は、式３に示すように構成するとする。
【００２６】
Ｎ２  ＝  Ｎａ＋Ｎｂ＋Ｎｃ      （式３）
ここで、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃ  は巻数を示し、それぞれの比率は任意である。信号取り出し口はＮａ、Ｎｂ、Ｎｃそれぞれから取り出す構成とし、スイッチを用いて選択可能としている。  
式３ではＮ２を３種類の配線組み合わせで実現しているが、その限りではなく、複数の組み合わせが考えられる。
【００２７】
また、そのトランスへの実装方法は、具体的には、図８に示すように行うものとする。例えばトランスへの巻線比が全て同じものを複数用意し、これをトランスコアの同一箇所に巻くものとする。これにより、それぞれの巻線において、その結合係数は最大の構成を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００２８】
電流出力回路の他の例として、図９に示すオペアンプ61を使用した回路が考えられる。図において、トランジスタ62のエミッタは抵抗R63を介してアースされている。そして、オペアンプ61の−入力端子には、抵抗Rの一端が接続され、＋入力端子にはＶｉの電圧が印加され、また、その出力はトランジスタ62のベースに接続されている。
【００２９】
本回路の動作を以下に説明する。トランジスタ62のコレクタ電流をICとすると、トランジスタのhfeは大抵100以上あるので、ベース電流はコレクタ電流の1/100しか流れない。このため、エミッタに流れる電流IEはコレクタ電流ICとほぼ等しいと見なせる。  
電流IEは抵抗R63を通じてアースされるため、トランジスタ62のエミッタ部（オペアンプの−入力端子）にはIERの電圧が生じ、この電圧とオペアンプ61の＋入力端子の電圧Ｖｉが等しくなるように回路は動作する。  
すなわち、（式４）に示す如くである。  
Ｉｃ  ＝  Ｖｉ／Ｒ          （式４）
この回路にカレントミラー回路64を追加したものが、図１０となり、トランジスタ62に流れる電流Ｉｃと同じ大きさの電流Ｉが負荷Ｒo65に供給される。そして、出力負荷Ro65に流れる電流  Ｉ＝Ｖｉ／Ｒ  で決定される、負荷Roの両端電位差は  Ｖｏ＝ＲｏＩ  となり、ＶｉとRに依る電流値で決定される。
【実施例３】
【００３０】
本実施例は、カート１４に搭載されるDC電源として、電池１５に限らず、商用電源などから生成されるDC電源を用いることもできるようにしたものである。  
図１１には、超音波増幅部１０と、診断装置１内に実装される電池１２と、診断装置１内と接続されるカート１４などに実装される電池１５とで構成される超音波治療機能を具備した、超音波診断用送信図を示す。  
前述のように、超音波治療においては、その出力波形値が超音波診断機能のそれよりも一般には大きな値が要求される。そのために、超音波診断装置１を実装されている電池１２のみで使用した場合、治療に十分な機能提供が困難と成ることが考えられる。  
そこで、電池駆動が可能な超音波診断装置１において、カート１４と接続されて使用する場合を考慮し、カート１４の内部に、診断装置１内に実装されている電池１２よりも、容量の大きな電池１５を実装しておき、超音波診断装置１と、カート１４を接続して使用する場合に、カート１４内の電池１５の電気的接続端子が、超音波診断装置１内の電池１２の同端子と接続するように設計される。  
これにより、第一の実施例に示したように、超音波治療に十分な出力を可能とする、超音波診断用送信回路１０を具備する、電池駆動可能な超音波診断装置１において、超音波治療に対して十分な機能をもつ超音波診断装置１の提供を可能とする。また、本例においては、それぞれの電池により得られる電圧から、送信増幅部１０へ供給する電圧を作り出す電源昇圧部１３は、同一のものを使用するが、その限りではない。
【００３１】
さらに、本回路構成では電池１２と、電池１５の他に動力源として商用電源２０や、工業電源なども利用可能とする。商用電源２０などはAC−DCコンバータ１９により直流に変換される。内部電池１２、外部電池１５、商用電源から生成したDC電源などのうち、どの電源を使用するかは電源選択部１８により決定される。電源選択部１８は、制御部８により超音波診断装置１の使用者が選択可能とするが、電池１２，１５の残量から自動的にどれを使うか切り替えできる構成も可能である。  
以上により、超音波診断機能と、超音波治療機能用に独立した回路構成を持たずに、可搬性を損なわない、超音波診断装置１の構成が可能となる。
【実施例４】
【００３２】
図１２には、電池１２と、電池１５のそれぞれの出力電圧に対して、電源昇圧部を独立してもつ場合を示す。  
送信増幅部１０の構成は、上述したように１種類のものとするが、そこに接続される電源電圧の値が異なる場合である。超音波送信増幅部１０において、超音波診断と同治療それぞれに適した増幅部を持たせているが、それでも治療において、電源値が不十分と思われる場合、カート１４に内装される電池１５の電圧を昇圧する電圧昇圧部１６を具備する。  
送信増幅部１０において、どちらの電源を使用するかは、図２にしめすコントロールパネル９により、装置使用者が選択可能とし、制御部８によりスイッチ１７により選択される。
【００３３】
本発明において、カートから供給するＤＣ電源は２０Ｖ以下の低電圧で行うようにすればよい。  
ＩＥＣ  ６０６０１−１などの規格では、「ＤＣ３０Ｖ以上が高圧電源」とされ、設計する装置は高圧電源の入出力に対応した構造にする必要があるが、カートから供給するＤＣ電源は２０V以下の低電圧で行うことにより、これらの制限が無くなり、装置設計の自由度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１：超音波診断装置
２：被検体
３：探触子
４：超音波受波部
５：超音波画像構成部
６：ＤＳＣ
７：表示部
８：制御部
９：コントロールパネル
１０：超音波増幅部
１１：送信信号生成・整相部
１２：電池
１３：電源昇圧部
１４：カート
１５：電池
１６：電源昇圧部
１７：切換スイッチ
１８：電源選択部
１９：ＡＣ−ＤＣコンバータ
２０：商用電源
５５：電源
５６：信号生成部
５７：トランス
５８：電流制御部
６１：オペアンプ
６２：トランジスタ
６３：抵抗
６４：カレントミラー回路
６５：負荷抵抗。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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