(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源入力を駆動パルス信号に応じて変換して第１の出力信号を生成する第１のレギュレータ回路と、
前記第１のレギュレータ回路からの第１の出力信号を、所望の送信パルスの波高値に対応する第１の指示電圧信号に応じて変換して第２の出力信号を生成する第２のレギュレータ回路と、
前記第２のレギュレータ回路からの第２の出力信号を、超音波プローブを駆動するための送信パルスに変換する送信回路と、
前記送信回路に所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合、前記所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合に比して、前記第２のレギュレータ回路に関する前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との電位差が増加するための前記駆動パルス信号を生成する制御回路と、を具備し、
前記制御回路は、
前記所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合、所定のデューティ比を有する前記駆動パルス信号を生成する生成回路を有する、
超音波診断装置。
【請求項２】
電源入力を駆動パルス信号に応じて変換して第１の出力信号を生成する第１のレギュレータ回路と、
前記第１のレギュレータ回路からの第１の出力信号を、所望の送信パルスの波高値に対応する第１の指示電圧信号に応じて変換して第２の出力信号を生成する第２のレギュレータ回路と、
前記第２のレギュレータ回路からの第２の出力信号を、超音波プローブを駆動するための送信パルスに変換する送信回路と、
前記送信回路に所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合、前記所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合に比して、前記第２のレギュレータ回路に関する前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との電位差が増加するための前記駆動パルス信号を生成する制御回路と、を具備し、
前記所定の強度以上の送信パルスは、シェアウェイブのための送信パルス又は超音波造影剤に含まれる気泡の破壊のための送信パルスである、
超音波診断装置。
【請求項３】
電源入力を駆動パルス信号に応じて変換して第１の出力信号を生成する第１のレギュレータ回路と、
前記第１のレギュレータ回路からの第１の出力信号を、所望の送信パルスの波高値に対応する第１の指示電圧信号に応じて変換して第２の出力信号を生成する第２のレギュレータ回路と、
前記第２のレギュレータ回路からの第２の出力信号を、超音波プローブを駆動するための送信パルスに変換する送信回路と、
前記送信回路に所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合、前記所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合に比して、前記第２のレギュレータ回路に関する前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との電位差が増加するための前記駆動パルス信号を生成する制御回路と、を具備し、
前記第１のレギュレータ回路は、スイッチングレギュレータ回路であり、
前記第２のレギュレータ回路は、リニアレギュレータ回路である、
超音波診断装置。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記電位差を調節するための調節用電圧値を前記第１の指示電圧信号に加算して第２の指示電圧信号を生成する加算回路と、
前記第２の指示電圧信号と前記第１の出力信号との比較に基づいて前記駆動パルス信号を生成する生成回路と、を有し、
前記加算回路は、前記所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合、前記所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合に比して前記調節用電圧値を増加させる、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記加算回路は、前記所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合における前記第１の出力信号の電圧値が前記第２の出力信号の電圧値を下回らないように前記調節用電圧値を増加させる、請求項４記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合、所定のデューティ比を有する前記駆動パルス信号を生成する生成回路を有する、
請求項２又は３記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記制御回路は、
前記電位差を調節するための調節用電圧値を前記第１の指示電圧信号に加算して第２の指示電圧信号を生成する加算回路と、
前記所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合、前記第２の指示電圧信号と前記第１の出力信号とに基づくフィードバック制御により前記駆動パルス信号を生成し、前記所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合、前記所定の強度以上の送信パルスを生成指示後の所定の時間に限定して前記所定のデューティ比を有する前記駆動パルス信号を生成する生成回路とを有する、
請求項１又は６記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記所定の時間は、デューティ比が前記フィードバック制御により決定される場合においてデューティ比が初期値から目標値になるまでの時間に設定される、請求項７記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記生成回路は、前記第２のレギュレータ回路からの第２の出力信号の電流値が閾値に達した場合、前記所定のデューティ比を有する前記駆動パルス信号を生成する、請求項１又は６記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記所定の強度以上の送信パルスは、シェアウェイブのための送信パルス又は超音波造影剤に含まれる気泡の破壊のための送信パルスである、請求項１又は３記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記第１のレギュレータ回路は、スイッチングレギュレータ回路であり、
前記第２のレギュレータ回路は、リニアレギュレータ回路である、
請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された振動素子から発生する超音波パルス（送信超音波）を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる反射波（受信超音波）を上記振動素子により電気信号に変換して表示機器に表示する。
【０００３】
超音波プローブの各振動素子は各送信回路に接続されている。各送信回路は、直流電源からの出力の波高値に応じた送信パルスを生成する。送信パルスの波高値を任意に可変する必要性と送信パルスのばらつきを低減する必要性とのため、上記直流電源は、高効率化、小型化及び低価格化が可能なスイッチングレギュレータと当該スイッチングレギュレータからの出力を入力とするリニアレギュレータとにより構成される場合がある。
【０００４】
リニアレギュレータの入出力間の電位差は、ある出力電圧において、ある一意の値になるように設定及び制御される。通常の送信パルスの時間長は１０ｕｓ程度である。この場合、スイッチングレギュレータからの出力の低下は、一時的であるため、リニアレギュレータの入出力間の電位差を超えることはない。そのためリニアレギュレータの出力そのものが低下することは無い。
【０００５】
しかしながら、シェアウェイブエラストグラフィモード（以下、ＳＷＥモードと呼ぶ）では、送信パルスの時間長は、１０００ｕｓ程度になるため、スイッチングレギュレータの出力電圧の低下がリニアレギュレータの入出力間の電位差を超えてしまい、リニアレギュレータの出力そのものが低下してしまう。
【０００６】
リニアレギュレータの出力が低下すると送信パルスの強度が送信の途中で低下してしまう。送信パルスの強度がＭＩ値で制約されている場合において強度が送信途中で低下すると、本来送信可能なエネルギーを供給できないので、超音波診断装置の感度が低下してしまう。
【０００７】
スイッチングレギュレータの出力電圧の低下がリニアレギュレータの入出力間の電位差を超えることを回避するためにリニアレギュレータの入出力間の電位差を大きくした場合、ＳＷＥモード以外のリニアレギュレータの損失が大きくなり、直流電源の冷却のためのサイズやコストが増大してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態の目的は、冷却のためのサイズやコストを増大させることなく、送信電源からの出力電圧の降下を送信モードに依らずに防止可能な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】
【０００９】
本実施形態に係る超音波診断装置は、電源入力を駆動パルス信号に応じて変換して第１の出力信号を生成する第１のレギュレータ回路と、前記第１のレギュレータ回路からの第１の出力信号を、所望の送信パルスの波高値に対応する第１の指示電圧信号に応じて変換して第２の出力信号を生成する第２のレギュレータ回路と、前記第１のレギュレータ回路からの第２の出力信号を、超音波プローブを駆動するための送信パルスに変換する送信回路と、前記送信回路に所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合、前記所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合に比して、前記第２のレギュレータ回路に関する前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との電位差が増加するための前記駆動パルス信号を生成する制御回路と、を具備する。
【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図である。
【図２】図２は、図１の送信回路の構成を示す図である。
【図３】図３は、図１の送信回路による送信パルスの送信タイミングを示す図である。
【図４】図４は、図１の送信電源回路の構成を示す図である。
【図５】図５は、実施例１に係る送信電源回路と送信回路との通常モードにおけるタイミングチャートを示す図である。
【図６】図６は、通常モードにおける調節用電圧値のもとでの強パルスモードにおけるタイミングチャートを示す図である。
【図７】図７は、ＳＷＥモードにおける調節用電圧値のもとでの実施例１に係る送信電源回路１３と送信回路１５とのＳＷＥモードにおけるタイミングチャートを示す図である。
【図８】図８は、実施例２に係る送信電源回路の構成を示す図である。
【図９】図９は、実施例２に係るＳＷＥモードのタイミングチャートを示す図である。
【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。
【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３と装置本体５とを有している。
【００１３】
超音波プローブ３は、プローブヘッドを有している。プローブヘッドには、振動素子アレイが内蔵されている。振動素子アレイは、一次元状または二次元状に配列された複数の振動素子を有している。プローブヘッドの基部には、プローブケーブルの一端が取り付けられている。プローブケーブルの他端にはプローブコネクタが取り付けられている。プローブコネクタは装置本体５に装着される。プローブコネクタが装置本体５に装着されている状態において、超音波プローブ３と装置本体５との間で種々の電気信号の送受信が行われる。
【００１４】
振動素子は超音波の送受信を行う。具体的には、振動素子は、装置本体５からプローブケーブルを介して送信パルスの印加を受ける。送信パルスの印加を受けて振動素子は、超音波を送信し、被検体により反射された超音波を受信し、受信された超音波に応じたエコー信号を発生する。発生されたエコー信号は、プローブケーブルを介して装置本体５に供給される。エコー信号の振幅は、反射された不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、移動している血流や心臓壁等の移動体の表面で超音波が反射された場合、エコー信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向の速度成分に依存した周波数偏移を受ける。
【００１５】
装置本体５は、超音波プローブ３を制御し、超音波プローブ３からのエコー信号を信号処理するコンピュータ装置である。装置本体５は、具体的には、送信制御回路１１、送信電源回路１３、送信回路１５、受信回路１７、Ｂモード回路１９、ドプラモード回路２１、画像生成回路２３、画像処理回路２５、表示処理回路２７、表示機器２９、入力機器３１、主記憶回路３３及びシステム制御回路３５を備えている。送信制御回路１１、Ｂモード回路１９、ドプラモード回路２１、画像生成回路２３、画像処理回路２５、表示処理回路２７、表示機器２９、入力機器３１、主記憶回路３３及びシステム制御回路３５は、互いにバスを介して通信可能に接続されている。
【００１６】
送信制御回路１１は、送信回路１５と送信電源回路１３とを個別に制御する。例えば、送信制御回路１１は、所定の送信方向及び送信強度を有する送信超音波ビームを超音波プローブ３が送信するために送信回路１５に制御信号を供給する。また、送信制御回路１１は、所定の強度以上の送信パルスを生成させるスキャンモードを示す信号（以下、強パルスモード信号と呼ぶ）を送信電源回路１３に供給する。所定の強度以上の送信パルスは、例えば、シェアウェイブエラストグラフィモード（以下、ＳＷＥモードと呼ぶ）のための送信パルスや超音波造影剤に含まれる気泡の破壊のための送信パルス等が挙げられる。所定の強度の送信パルスは、Ｂモードのための送信パルスやドプラモードのための送信パルス等の、ＳＷＥモードのための送信パルスや超音波造影剤に含まれる気泡の破壊のための送信パルス等以外の送信パルスである。以下、所定の強度の送信パルスを送信するモードを通常モードと呼ぶことにする。
【００１７】
送信電源回路１３は、外部電源からの直流入力等の入力信号に基づいて、送信回路１５に供給する出力信号（以下、電源出力と呼ぶ）を生成する。送信電源回路１３は、強パルスモード信号の供給の有無に応じて電源出力の生成態様を切り替える。電源出力は、送信回路１５に供給される。
【００１８】
送信回路１５は、送信制御回路１１からの制御信号に従い、送信電源回路１３からの電源出力に基づいて送信パルスを生成する。生成された送信パルスは、駆動対象の振動素子に供給される。送信パルスを受けた振動素子は、送信パルスを受けて超音波を発生する。
【００１９】
図２は、送信回路１５の構成を示す図である。図３は、送信回路１５による送信パルスの送信タイミングを示す図である。図２に示すように、超音波診断装置には、Ｎ（整数）個の送信回路１５が設けられ、Ｎ個の送信回路１５は送信電源回路１３に接続されている。例えば、送信回路１５は送信チャンネル毎に設けられる。図３に示すように、送信回路１５は、送信制御回路１１による制御に従うタイミングで送信パルスを接続先の振動素子に送信する。
【００２０】
受信回路１７は、図示しないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、遅延回路、及び加算器等を有している。アンプ回路は、超音波プローブを介して取り込まれたエコー信号をチャネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅されたアナログのエコー信号をデジタルのエコー信号に変換する。遅延回路は、デジタル変換されたエコー信号に対し受信指向性を決定し、受信ダイナミックフォーカスを行うのに必要な遅延時間を与え、その後加算器において加算処理を行う。この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。
【００２１】
Ｂモード回路１９は、受信回路１７からのエコー信号に対数増幅や包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるＢモードデータを生成する。
【００２２】
ドプラモード回路２１は、受信回路１７からのエコー信号に自己相関演算を施し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度や分散、パワー等の血流情報の強度をカラーで表現するドプラデータを発生する。
【００２３】
画像生成回路２３は、Ｂモード回路１９又はドプラモード回路２１から受け取ったデータを用いて、超音波走査線により規定されるＲＡＷデータを生成する。画像生成回路２３は、ＲＡＷデータにＲＡＷ−ピクセル変換を施すことにより、２次元状に配列された複数のピクセルから構成される２次元画像データを生成する。あるいは、画像生成回路２３は、ＲＡＷデータにＲＡＷ−ボクセル変換を施すことにより、３次元状に配列された複数のボクセルから構成される３次元画像データを生成する。例えば、画像生成回路２３は、スキャンコンバータにより実現される。
【００２４】
画像処理回路２５は、画像生成回路２３により生成された２次元画像データ又は３次元画像データ等の画像データに各種の画像処理を施す。例えば、画像処理回路２５は、３次元画像データに対してボリュームレンダリング、多断面変換表示（ＭＰＲ：multi planar reconstruction）、最大値投影表示（ＭＩＰ：maximum intensity projection）等の画像処理を行い、２次元画像データを生成する。
【００２５】
表示処理回路２７は、画像生成回路２３又は画像処理回路２５により生成された画像データに対し、ダイナミックレンジ、輝度（ブライトネス）、コントラスト、γカーブ補正、ＲＧＢ変換等の各種の表示処理を実行する。
【００２６】
表示機器２９は、表示処理回路２７から供給された表示処理後の画像データを表示画像として表示する。表示機器２９としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。
【００２７】
入力機器３１は、ユーザからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力機器３１としては、キーボードやマウス、タッチパネル、トラックボール、各種スイッチ等が利用可能である。
【００２８】
主記憶回路３３は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ（solid state drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、主記憶回路３３は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。例えば、主記憶回路３３は、画像データや超音波スキャンの制御プログラム等を記憶する。
【００２９】
システム制御回路３５は、本実施形態に係る超音波診断装置の中枢として機能する。具体的には、システム制御回路３５は、主記憶回路３３に記憶されている制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従って超音波診断装置の各部を制御する。
【００３０】
なお、Ｂモード回路１９、ドプラモード回路２１、画像生成回路２３、画像処理回路２５、表示処理回路２７及びシステム制御回路３５は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（graphics processing unit）等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリ）とを有する。また、Ｂモード回路１９は、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）やフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Logic Device：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）により実現されても良い。上記処理装置は、上記記憶装置に保存されたプログラムを読み出して実行することで上記機能を実現する。なお、上記記憶装置にプログラムを保存する代わりに、上記処理装置の回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、上記処理装置は、当該回路内に組み込まれたプログラムを読み出して実行することで上記機能を実現する。
【００３１】
Ｂモード回路１９、ドプラモード回路２１、画像生成回路２３、画像処理回路２５、表示処理回路２７及びシステム制御回路３５は、単一の上記処理装置に組み込まれても良いし複数の上記処理装置に組み込まれても良い。また、Ｂモード回路１９、ドプラモード回路２１、画像生成回路２３、画像処理回路２５、表示処理回路２７及びシステム制御回路３５は、単一の基板に実装されても良いし複数の基板に実装されても良い。
【００３２】
次に、本実施形態に係る送信電源回路１３について実施例１と実施例２とに分けて説明する。
【００３３】
（実施例１）
図４は、実施例１に係る送信電源回路１３の構成を示す図である。図４に示すように、送信電源回路１３は、送信制御回路１１と送信回路１５とに接続されている。送信制御回路１１は、所望の送信パルスの波高値に対応する指示電圧信号と強パルスモード信号とを送信電源回路１３に供給する。送信電源回路１３は、外部電源等からの直流電源入力を、送信制御回路１１からの指示電圧信号に応じた波高値を有する電源出力（ＬＲ出力）に変換する。
【００３４】
具体的には、送信電源回路１３は、第１のレギュレータ回路５１、第２のレギュレータ回路５３及びレギュレータ制御回路５５を有する。第１のレギュレータ回路５１は、直流電源を、レギュレータ制御回路５５から供給される駆動パルス信号に従い出力信号を生成する。第１のレギュレータ回路５１は、具体的には、ＰＷＭ（pulse width modulation）により出力信号を生成する。そのため、レギュレータ制御回路５５からの駆動パルス信号をＰＷＭ駆動パルス信号と呼ぶことにする。第１のレギュレータ回路５１からの出力信号は、第２のレギュレータ回路５３に供給される。第２のレギュレータ回路５３は、第１のレギュレータ回路５１からの出力信号を、所望の送信パルスの波高値に対応する指示電圧信号に応じて変換して電源出力を生成する。電源出力は、送信回路１５に供給される。レギュレータ制御回路５５は、送信制御回路１１からの指示電圧信号に対応する送信パルスを生成するために第１のレギュレータ回路５１に供給すべきＰＷＭ駆動パルスを生成する。本実施形態においてレギュレータ制御回路５５は、送信回路１５に所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合（すなわち、送信制御回路１１から強パルスモード信号が供給された場合）、当該所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合（すなわち、送信制御回路１１から強パルスモード信号が供給されない場合）に比して、第２のレギュレータ回路５３の入出力間の電位差（すなわち、第１のレギュレータ回路５１からの出力信号と第２のレギュレータ回路５３からの出力信号との電位差）が増加するためのＰＷＭ駆動パルスを生成する。
【００３５】
第１のレギュレータ回路５１と第２のレギュレータ回路５３とは如何なるレギュレータでも良いが、第１のレギュレータ回路５１と第２のレギュレータ回路５３との組み合わせは、第１のレギュレータ回路５１として高効率化、小型化及び低価格化が可能なスイッチングレギュレータ回路５１、第２のレギュレータ回路５３としてリニアレギュレータ回路５３が好適である。以下、第１のレギュレータ回路５１はスイッチングレギュレータ回路５１であり、第２のレギュレータ回路５３はリニアレギュレータ回路５３であるとする。また、スイッチングレギュレータ回路５１からの出力信号をＳＲ出力と呼び、リニアレギュレータ回路５３からの出力信号をＬＲ出力と呼ぶことにする。
【００３６】
スイッチングレギュレータ回路５１は、駆動回路６１、ＰＷＭコンバータ６３及び平滑回路６５を有する。なお、スイッチングレギュレータ回路５１は、降圧型でも良いし昇圧型でも良い。駆動回路６１は、レギュレータ制御回路５５からのＰＷＭ駆動パルスに応じてＰＷＭコンバータ６３を駆動する。ＰＷＭコンバータ６３は、直流電源入力に基づいて、ＰＷＭ駆動パルスのパルス幅に応じたパルス幅を有する一連のパルス信号を生成する。具体的には、ＰＷＭコンバータ６３は、スイッチを有する。ＰＷＭコンバータ６３は、ＰＷＭ駆動パルスのパルス幅に応じたスイッチング周波数でスイッチングすることにより、直流電源入力をＰＷＭ駆動パルスのパルス幅に応じたパルス幅で繰り返し切り出し、当該パルス幅を有する一連のパルス信号を生成する。平滑回路６５は、インダクタとコンダクタとを有する回路である。平滑回路６５は、ＰＷＭコンバータ６３からのパルス信号を平滑化してＳＲ出力を生成する。ＳＲ信号は、リニアレギュレータ回路５３とレギュレータ制御回路５５とに供給される。また、ＳＲ出力の電圧の検出値を示すＳＲ出力電圧検出信号は、レギュレータ制御回路５５に供給される。
【００３７】
リニアレギュレータ回路５３は、Ｄ／Ａ変換回路６７とリニアレギュレータ６９とを有する。Ｄ／Ａ変換回路６７は、レギュレータ制御回路５５からの指示電圧信号をデジタルからアナログに変換する。リニアレギュレータ６９は、シャント型やシリーズ型でも良いし、三端子型やＬＤＯ型でも良く如何なる型のものでも良い。リニアレギュレータ６９は、平滑回路６５からのＳＲ出力を、指示電圧信号に応じた電圧値を有するＬＲ出力に変換する。リニアレギュレータ６９は、典型的には、リニアレギュレータ６９は、ＳＲ信号の電圧値を指示電圧信号に応じた電圧値まで負荷により降下させることによりＬＲ出力を生成する。すなわち、入力信号（ＳＲ出力）と出力信号（ＬＲ出力）との差が損失となり、この損失に起因してリニアレギュレータ６９に熱が発生する。ＬＲ出力は、送信回路１５に供給される。また、ＬＲ出力の電流の検出値を示すＬＲ出力電流検出信号と電圧の検出値を示すＬＲ出力電圧検出信号とは、レギュレータ制御回路５５に供給される。
【００３８】
レギュレータ制御回路５５は、設定回路７１、電位差加算回路７３、駆動パルス生成回路７５、マルチプレクサ７７、Ａ／Ｄ変換回路７９及び監視回路８１を有する。
【００３９】
設定回路７１は、送信制御回路１１からの指示電圧信号に基づいて、当該指示電圧信号に応じた送信パルスを送信回路１５が生成するためのＬＲ出力の設定電圧値に応じた指示電圧信号を生成する。生成された指示電圧信号は、リニアレギュレータ６９に供給される。
【００４０】
電位差加算回路７３は、送信制御回路１１からの指示電圧信号を入力とし駆動パルス生成用の指示電圧信号を生成する。電位差加算回路７３は、リニアレギュレータ６９の入出力間の電位差を調節するための電圧値を指示電圧信号に加算して駆動パルス生成用の指示電圧信号を生成する。生成された指示電圧信号は、駆動パルス生成回路７５に供給される。具体的には、電位差加算回路７３は、通常モードのための調節用電圧値とＳＷＥモードのための調節用電圧値とをメモリ等の記憶装置に記憶している。強パルスモードが供給された場合、電位差加算回路７３は、強パルスモードのための調節用電圧値を指示電圧信号に加算する。強パルスモードが供給されない場合、電位差加算回路７３は、通常モードのための調節用電圧値を指示電圧信号に加算する。
【００４１】
マルチプレクサ７７は、平滑回路６５からのＳＲ出力電圧検出信号と、リニアレギュレータ６９からのＬＲ出力電圧検出信号とＬＲ出力電流検出信号とをＡ／Ｄ変換回路７９に供給する。Ａ／Ｄ変換回路７９は、マルチプレクサ７７からのＳＲ出力電圧検出信号、ＬＲ出力電圧検出信号及びＬＲ出力電流検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。ＳＲ出力電圧検出信号、ＬＲ出力電圧検出信号及びＬＲ出力電流検出信号は、監視回路８１と駆動パルス生成回路７５とに供給される。監視回路８１は、ＳＲ出力電圧検出信号、ＬＲ出力電圧検出信号及びＬＲ出力電流検出信号を監視する。
【００４２】
駆動パルス生成回路７５は、電位差加算回路７３から駆動パルス生成用の指示電圧信号とＳＲ出信号又はＬＲ出力との比較に基づいてＰＷＭ駆動パルスを生成する。より詳細には、駆動パルス生成回路７５は、駆動パルス生成用の指示電圧信号を目標値とし、ＳＲ出力電圧検出信号、ＬＲ出力電圧検出信号及びＬＲ出力電流検出信号をフィードバックとするフィードバック制御によりＰＷＭ駆動パルスを生成する。駆動パルス生成回路７５は、具体的には、エラーアンプ、位相補償フィルタ及びＰＷＭパルス生成回路を有する。エラーアンプは、ＳＲ出力電圧検出信号又はＬＲ出力電圧検出信号と指示電圧信号とを比較する。位相補償フィルタは、エラーアンプの出力信号に位相補償を行う。ＰＷＭパルス生成回路は、位相補償がされた出力信号を、ＰＷＭ駆動パルスのパルス幅に変調することによりＰＷＭ駆動パルスを生成する。生成されたＰＷＭ駆動パルスは、駆動回路６１に供給される。
【００４３】
次に、送信電源回路１３の動作例について説明する。
【００４４】
図５は、実施例１に係る送信電源回路１３と送信回路１５との通常モードにおけるタイミングチャートを示す図である。なお、通常モードのための調節用電圧値を用いた場合におけるＰＭＷ駆動パルスの非変調時のＳＲ出力電圧の電圧値をＶｃと称し、ＬＲ出力電圧の電圧値をＶｏと称する。通常モードの場合、送信制御回路１１は、通常モード用の送信パルスを送信回路１５が生成するための指示電圧信号を電位差加算回路７３に供給する。また、送信制御回路１１は、ＳＷＥモード信号を供給しない。通常モードでの送信パルスの生成指示がなされた場合、すなわち、ＳＷＥモード信号が送信制御回路１１から供給されない場合、電位差加算回路７３は、送信制御回路１１からの指示電圧信号に通常モードのための調節用電圧値を加算して、駆動パルス生成用の指示電圧信号を生成する。通常モードのための調節用電圧値は、ＶｃとＶｏとの差分に対応する。
【００４５】
図５に示すように、駆動パルス生成回路７５は、フィードバック制御のもと、通常モード用の送信パルスを送信回路１５が生成するためのデューティ比を有するＰＷＭ駆動パルスを生成する。具体的には、駆動パルス生成回路７５は、ＰＷＭ駆動パルスのデューティ比を大きくする。なお、デューティ比は、ＰＷＭ駆動パルスのＯＦＦ信号のパルス幅に対するＯＮ信号のパルス幅の比、すなわち、ＯＮデューティ比を意味する。ＰＷＭ駆動パルスを受けたスイッチングレギュレータ回路５１はＳＲ出力を生成する。デューティ比が大きくなるにつれてＳＲ出力電圧が低下する。リニアレギュレータ回路５３は、ＳＲ出力に応じたＬＲ出力を生成する。ＳＲ出力電圧がＬＲ出力電圧を上回っている場合、リニアレギュレータ回路５３は、指示電圧信号に応じたＬＲ出力を生成することができる。なお、通常モードにおける送信パルスのパルス幅は、１０ｕｓ程度である。このため、通常モードにおいて送信パルスを生成する場合、ＳＲ出力電圧の降下が僅かであるため、ＳＲ出力電圧が降下してもＬＲ出力電圧Ｖｏを下回ることはない。また、ＳＲ出力電圧の降下が僅かであるため、電位差加算回路７３７３により指示電圧信号に加算される調節用電圧値（すなわち、ＶｃとＶｏとの差分）は比較的小さい値に設定される。
【００４６】
図６は、通常モードにおける調節用電圧値のもとでのＳＷＥモードにおけるタイミングチャートを示す図である。図６に示すように、駆動パルス生成回路７５は、フィードバック制御のもと、ＳＷＥモード用の送信パルスを生成回路が生成可能なデューティ比を有するＰＷＭ駆動パルスを生成する。具体的には、駆動パルス生成回路７５は、ＰＷＭ駆動パルスのデューティ比を大きくする。ＳＲ出力の生成に伴いＳＲ出力電圧Ｖｃが降下する。リニアレギュレータ回路５３は、送信パルスの生成期間において、スイッチングレギュレータ回路５１からのＳＲ出力に応じてＬＲ出力を生成する。ＬＲ出力電流が流れている期間において送信回路１５により送信パルスが生成される。ＳＷＥモードにおける送信パルスのパルス幅は、１０００ｕｓ程度である。このため、ＳＷＥモードにおいて送信パルスを生成する場合、ＳＲ出力電圧Ｖｃの降下が大きいため、通常モードと同じ調節用電圧値の場合、ＳＲ出力電圧ＶｃがＬＲ出力電圧Ｖｏを下回ってしまう。ＳＲ出力電圧ＶｃがＬＲ出力電圧Ｖｏを下回ると送信パルスの強度が低下してしまい、設定値に比して超音波の強度が低下してしまう。
【００４７】
ＳＷＥモードにおいてＳＲ出力電圧ＶｃがＬＲ出力電圧Ｖｏを下回ることを防止するため、本実施形態に係るレギュレータ制御回路５５は、通常モードに比してＳＷＥモードの調節用電圧値を増加させる。
【００４８】
図７は、ＳＷＥモードにおける調節用電圧値のもとでの実施例１に係る送信電源回路１３と送信回路１５とのＳＷＥモードにおけるタイミングチャートを示す図である。なお、ＳＷＥモードのための調節用電圧値を用いた場合におけるＰＭＷ駆動パルスの非変調時のＳＲ出力電圧の電圧値をＶｃ’と称する。ＳＷＥモードの場合、送信制御回路１１は、ＳＷＥモード用の送信パルスを送信回路１５が生成するための指示電圧信号を電位差加算回路７３に供給する。また、送信制御回路１１は、ＳＷＥモード信号を電位差加算回路７３に供給する。ＳＷＥモード信号が供給された場合、電位差加算回路７３は、送信制御回路１１からの指示電圧信号にＳＷＥモードのための調節用電圧値を加算して駆動パルス生成用の指示電圧信号を生成する。ＳＷＥモードのための調節用電圧値は、Ｖｃ’とＶｏとの差分に対応する。
【００４９】
ＳＷＥモードのための調節用電圧値は、ＳＲ出力電圧が最小値に達した場合であってもＬＲ出力電圧Ｖｏを上回る値に設定される。換言すれば、ＳＷＥモードのための調節用電圧値は、Ｖｃ’とＰＷＭ駆動パルスの変調時のＳＲ出力電圧の最低値との差分よりも大きい値に設定される。また、Ｖｃ’とＶｏとの差分が大きいとリニアレギュレータ６９による損失が大きいため、ＳＷＥモードのための調節用電圧値は、ＳＲ出力電圧の最小値がＶｏを上回り且つＶｏに近い値に設定されると良い。これにより、ＳＷＥモード時におけるリニアレギュレータ６９による損失を低減させることができる。具体的には、ＳＷＥモードのための調節用電圧値は、スイッチングレギュレータ回路５１とリニアレギュレータ回路５３との回路設計に基づいて決定される。あるいは、ＳＷＥモードのための調節用電圧値は、超音波プローブ３や開口チャンネル数、指示電圧信号の電圧値に応じて異なる値に設定されても良い。
【００５０】
駆動パルス生成回路７５は、フィードバック制御のもと、ＳＷＥモード用の送信パルスを生成回路が生成するためのデューティ比を有するＰＷＭ駆動パルスを生成する。具体的には、駆動パルス生成回路７５は、フィードバック制御のもと、ＰＷＭ駆動パルスのデューティ比を大きくする。典型的には、ＰＷＭ駆動パルスのデューティ比は略最大値まで拡大される。デューティ比が大きくなるにつれてスイッチングレギュレータ回路５１からのＳＲ出力電圧が低下する。しかしながら、指示電圧信号にＳＷＥモードのための調節用電圧値が加算されているので、ＳＲ出力電圧が低下してもＶｏを下回ることはない。そのため、図７に示すように、時間軸方向に関して矩形を有するような、一定の強度の送信パルスを生成することができる。
【００５１】
上記の通り、実施例１に係るレギュレータ制御回路５５は、ＳＷＥモードの場合、通常モードに比して大きい調節用電圧値を設定し、リニアレギュレータ回路５３の入出力間の電位差を拡大する。これにより、ＳＲ出力電圧が降下した場合であっても常にＬＲ出力電圧を上回ることができるので送信回路１５は、時間軸方向に関して矩形を有する送信パルスを生成することができる。そのため、ＳＷＥモードと通常モードとにおいて共通の調節用電圧値を用いる場合に比して、通常モードの場合における調節用電圧値を小さくすることができるので、リニアレギュレータ回路５３の冷却のためのサイズ及びコストを低減させることができる。
（実施例２）
実施例１において送信電源回路１３はフィードバック制御によりＰＷＭ駆動パルスのデューティ比を最大にしている。この場合、ＰＷＭ駆動パルスのデューティ比が最大値になるまでの遅延時間があるため、ＳＲ出力電圧とＬＲ出力電圧との電位差を大きくする必要があった。実施例２において送信電源回路１３はフィードバック制御によらずにＰＷＭ駆動パルスのデューティ比を最大にする。以下、実施例２に係る送信電源回路１３について説明する。なお以下の説明において、実施例１と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【００５２】
図８は、実施例２に係る送信電源回路１３の構成を示す図である。図８に示すように、送信電源回路１３は、送信制御回路１１と送信回路１５とに接続されている。送信制御回路１１は、指示電圧信号とＳＷＥモード信号とに加え、ＳＷＥモードの送信パルスに同期したＳＷＥ送信タイミング信号を送信電源回路１３に供給する。ＳＷＥ送信タイミング信号の信号長は、送信パルスの送信期間に一致する。ＳＷＥ送信タイミング信号の信号長は、予め設定される。
【００５３】
駆動パルス生成回路７５は、ＳＷＥ送信タイミング信号が供給されていない場合、フィードバック制御により駆動パルス信号を生成する。駆動パルス生成回路７５は、ＳＷＥ送信タイミング信号が供給された場合、フィードバック制御を停止し、所定のデューティ比を有する駆動パルス信号を強制的に生成する。所定のデューティ比は、フィードバック制御によりＰＷＭ駆動パルスのデューティ比が目標値に達するよりも短い時間で当該目標値に達することができる値に設定されると良い。所定のデューティ比は、例えば、略最大値に設定されると良い。以下、所定のデューティ比は最大値であるとする。なお、所定のデューティ比は必ずしも最大値に設定される必要なく、ＳＷＥモードにおける送信パルスの設定強度が比較的低い場合等、最大値よりも小さい値に設定されても良い。
【００５４】
図９は、実施例２に係るＳＷＥモードのタイミングチャートを示す図である。なお、実施例２においてＰＷＭ駆動パルスは、フィードバック制御に依らず、強制的にデューティ比を最大に固定することにより生成される。すなわち、図９に示すフィードバック制御ＰＷＭ駆動パルスは、デューティ比最大固定駆動パルスとの比較のために図示している。
【００５５】
実施例２において送信制御回路１１は、ＳＷＥモードの場合、指示電圧信号及びＳＷＥモード信号に加え、ＳＷＥ送信タイミング信号を電位差加算回路７３に供給する。図９に示すように、送信制御回路１１からＳＷＥ送信タイミングが供給されると、ＰＷＭ駆動パルス最大固定信号を一定期間に亘りアクティブに切り替える。レギュレータ制御回路５５は、ＰＷＭ駆動パルス最大固定信号がアクティブの期間、フィードバック制御を停止し、デューティ比を強制的に最大値に切り替えた状態でＰＷＭ駆動パルスを生成する。ＰＷＭ駆動パルス最大固定信号のアクティブの期間（最大保持時間）は、フィードバック制御によりＰＷＭ駆動パルスのデューティ比が最大値に達するまでの時間よりも短い時間に設定される。換言すれば、ＰＷＭ駆動パルス最大固定信号のアクティブの期間は、最大定格負荷において、ＰＷＭコンバータ６３出力電圧から導出されるＰＷＭ駆動パルスが最大になるまでの期間であれば十分である。ＰＷＭ駆動パルス最大固定信号のアクティブの期間は、実験的に定められる。
【００５６】
実施例２においてレギュレータ制御回路５５は、ＰＷＭ駆動パルス最大固定信号がアクティブの期間、フィードバック制御を停止し、デューティ比を強制的に最大値に切り替えた状態でＰＷＭ駆動パルスを生成される。ＳＲ出力の生成に伴いＳＲ出力電圧がＶｃ’から降下する。しかしながら、実施例２の場合、瞬時にＰＷＭ駆動パルスのデューティ比を最大にすることができるので、実施例１に比して、ＳＷＥモードにおける送信パルスの生成に伴うＳＲ出力電圧の降下が小さくて済む。そのため、実施例２に係るリニアレギュレータ回路５３の入出力間の電位差（すなわち、Ｖｃ’とＶｏとの差分）を実施例１に比して小さくすることができる。換言すれば、実施例２に係る調節用電圧値は、実施例１に係る調節用電圧値に比して、小さい値に設定することができる。これによりＳＲ出力電圧がＶｏを下回ることを防止し、時間軸方向に関して矩形を有するような、一定の強度の送信パルスを生成することができる。
【００５７】
上記の通り、実施例２に係るレギュレータ制御回路５５は、ＳＷＥモードの場合、ＰＷＭ駆動パルスのデューティ比を強制的に略最大値に切り替える。これにより、フィードバック制御によりデューティ比を略最大値まで上昇させる場合に比してＳＲ出力電圧の降下を低減することができるので、実施例２の場合、実施例１に比してリニアレギュレータ回路５３の入出力間の電位差を低減することができる。よって、リニアレギュレータ回路５３の冷却のためのサイズ及びコストを更に低減させることができる。
【００５８】
換言すれば、実施例１に係るリニアレギュレータ回路５３は、実施例２とは異なりＳＷＥ送信タイミング信号に同期してフィードバック制御の実行と停止とを切り替える仕組みなく、リニアレギュレータ回路５３の入出力間の電位差を低減することができる。すなわち、実施例１に係るリニアレギュレータ回路５３は、実施例２に比して回路設計を簡易にすることができる。
【００５９】
（変形例１）
上記の実施例２において通常モードとＳＷＥモードとにおいて調節用電圧値を異なる値に設定するものとした。しかしながら、通常モードとＳＷＥモードとで調節用電圧値を異なる値に設定しなくても、ＳＷＥモードにおいてＳＲ出力電圧がＬＥ出力電圧Ｖｏを下回らない場合のであれば、通常モードとＳＷＥモードとで調節用電圧値を共通にしても良い。
【００６０】
（変形例２）
上記の実施例２において駆動パルス生成回路７５は、ＳＷＥ送信タイミング信号に同期してデューティ比を所定のデューティ比（上記の説明における略最大値）に切り替えるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、駆動パルス生成回路７５は、ＳＷＥモード信号が供給された場合、フィードバック制御によりデューティ比を上昇させながら、ＬＲ出力電流の電流値をモニタリングする。そして駆動パルス生成回路７５は、ＬＲ出力電流の電流値が閾値を超えたことを契機としてフィードバック制御を停止し、デューティ比を略最大値等の所定のデューティ比に設定する。これにより、変形例２に係るレギュレータ制御回路５５は、実施例２に比して制御を簡易にすることができる。一方、実施例２に係るレギュレータ制御回路５５は、変形例２に比して、ＬＲ出力電流の電流値が閾値を超えることを待機することなく瞬時にデューティ比を切り替えることができる。よって、実施例２の場合、変形例２に比して、リニアレギュレータ６９の入出力間の電位差を低減することができる。
【００６１】
（総括）
上記の説明の通り、本実施形態に係る超音波診断装置は、第１のレギュレータ回路５１、第２のレギュレータ回路５３、送信回路１５及びレギュレータ制御回路５５を有する。第１のレギュレータ回路５１は、電源入力を駆動パルス信号に応じて変換して第１の出力信号を生成する。第２のレギュレータ回路５３は、第１のレギュレータ回路５１からの第１の出力信号を、所望の送信パルスの波高値に対応する第１の指示電圧信号に応じて変換して第２の出力信号を生成する。送信回路１５は、第２のレギュレータ回路５３からの第２の出力信号を、超音波プローブを駆動するための送信パルスに変換する。制御回路は、送信回路１５に所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合、所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合に比して、第２のレギュレータ回路５３に関する第１の出力信号と第２の出力信号との電位差が増加するための駆動パルス信号を生成する。
【００６２】
上記の構成により、第２のレギュレータ回路５３の入出力間の電位差を、所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合と所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合とで切り替えることができるので、所定の強度以下の送信パルスを生成させる場合において第２のレギュレータ回路５３の損失を抑制しつつ、所定の強度以上の送信パルスを生成させる場合において第２のレギュレータ回路５３への入力信号の電圧値が出力信号の設定電圧値を下回ることを防止することができる。
【００６３】
かくして、冷却のためのサイズやコストを増大させることなく、送信電源回路１３からの出力電圧の降下を送信モードに依らずに防止することが可能となる。また、送信パルスの送信途中における強度の低下を防止することができ、ひいては、超音波診断装置の感度の低減を防止することが可能となる。
【００６４】
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】
【００６５】
３…超音波プローブ、５…装置本体、１１…送信制御回路、１３…送信電源回路、１５…送信回路、１７…受信回路、１９…Ｂモード回路、２１…ドプラモード回路、２３…画像生成回路、２５…画像処理回路、２７…表示処理回路、２９…表示機器、３１…入力機器、３３…主記憶回路、３５…システム制御回路、５１…第１のレギュレータ回路（スイッチングレギュレータ回路）、５３…第２のレギュレータ回路（リニアレギュレータ回路）、５５…レギュレータ制御回路、６１…駆動回路、６３…ＰＷＭコンバータ、６５…平滑回路、６７…Ｄ／Ａ変換回路、６９…リニアレギュレータ、７１…設定回路、７３…電位差加算回路、７５…駆動パルス生成回路、７７…マルチプレクサ、７９…Ａ／Ｄ変換回路、８１…監視回路
【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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【図８】
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【図９】
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