(57)【要約】【課題】より簡素で安価な送信用電源を用いた磁束加算方式の送信回路を備えた超音波診断装置を提供することである。【解決手段】超音波診断装置は、被検体に超音波を送受する超音波振動子と、超音波振動子に印加される所定の電圧(2×TXV-TXV)の送信信号を生成する送信部と、超音波振動子による受信された受信信号に信号処理を施す信号処理部とを備える。送信部は、２次側ポールに対する巻線比が互いに異なる複数の１次側ポールT1, T2にそれぞれ電圧を印加し、２次側ポールに発生した電圧2×TXV, TXVの加減算により所定の電圧(2×TXV-TXV)の送信信号を生成するように構成される。【選択図】  図２
2008212541.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超音波振動子と、
前記超音波振動子に印加される所定の電圧の送信信号を生成する送信部と、
前記超音波振動子による受信された受信信号に信号処理を施す信号処理部とを備え、
前記送信部は、２次側ポールに対する巻線比が互いに異なる複数の１次側ポールにそれぞれ電圧を印加し、前記２次側ポールに発生した電圧の加減算により前記所定の電圧の送信信号を生成するように構成されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記送信部は、前記複数の１次側ポールの少なくとも１つに電圧を印加するために電流の吐き出し機能のみを有する電源を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記送信部は、前記複数の１次側ポールの少なくとも２つに共通の電圧を印加するための電源を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記送信部は、前記複数の１次側ポールの少なくとも１つに電圧を切換可能に印加する複数の電源を備え、前記２次側ポールに発生した電圧の加減算の他、単一の電源を用いて前記複数の１次側ポールの少なくとも１つに電圧を印加することにより前記２次側ポールに前記所定の電圧の送信信号を生成できるように構成したことを特徴とする請求項１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、被検体内に超音波を送受信することによって、被検体内の生体情報を取得する超音波診断装置に係り、特に超音波を送信するための磁束加算方式の送信回路を備えた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、被検体内に超音波を送受信することによって、被検体内の組織の断層像を無侵襲に得る画像診断装置である。この超音波診断装置において、送信される超音波の波形をガウス波形等の任意波形として生成することが可能な送信回路の１方式として磁束加算方式がある（例えば特許文献１参照）。磁束加算方式の送信回路は、トランスとFET(Field-Effect Transistor)等のスイッチング素子とを用いて構成される。
【０００３】
磁束加算方式の送信回路には、複数の１次側ポールと出力側を形成する単一の２次側ポールとを有するトランスおよび各１次側ポールに対応する送信用電源が設けられる。そして、磁束加算方式の送信回路では、各送信用電源からのそれぞれの電圧印加によって各１次側ポールで発生した磁束を共通の２次側ポールで加算することにより、異なる送信電圧レベルの送信パルスを発生させることができる。すなわち、磁束加算方式は、複数の送信用電源からの電圧を加減算することによって目的とする送信電圧レベルを生成する方式である。
【０００４】
図５は、従来の超音波診断装置における磁束加算方式の単純化した送信回路の構成を示す回路図、図６は、図５に示す従来の送信回路の等価回路を示す回路図である。
【０００５】
図５および図６は、３つの送信用電源TXV0, TXV1, TXV2を備えた送信回路の例を示している。この場合、磁束を加算または減算するためのトランスは１本の２次側ポールＡおよび３本の１次側ポールＢを備えることとなる。２次側ポールＡは、出力側を形成し、各１次側ポールＢはそれぞれ３つの送信用電源TXV0, TXV1, TXV2に対応している。
【０００６】
トランスの２次側ポールＡには、２次側巻線NTが巻き付けられる。２次側巻線NTの一端側には、超音波振動子Tが接続され、２次側巻線NTの他端側には、前置増幅器RXが接続される。また、トランスの各１次側ポールＢには、それぞれセンタータップ付きの励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bおよびセンタータップ付きの短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bが巻き付けられる。
【０００７】
そして、各送信用電源TXV0, TXV1, TXV2は、トランスの１次側ポールＢに巻かれた各励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bのセンタータップに、それぞれ接続される。また、各送信用電源TXV0, TXV1, TXV2の正極側にそれぞれ対応する各励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bの端部には、それぞれ正極性パルス発生用スイッチSW1, SW2, SW3が接続され、各送信用電源TXV0, TXV1, TXV2の負極側にそれぞれ対応する各励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bの端部には、それぞれ負極性パルス発生用スイッチSW4, SW5, SW6が接続される。一方、各短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bの両端は、短絡用巻線短絡スイッチSW7, SW8, SW9を介して電気的に開閉可能に接続される。
【０００８】
このように構成された送信回路において、正極性パルス発生用スイッチSW1, SW2, SW3を閉じることにより、各１次側ポールＢにおいて各送信用電源TXV0, TXV1, TXV2から正極性のパルスを発生させることができる。一方、負極性パルス発生用スイッチSW4, SW5, SW6を閉じることにより、各１次側ポールＢにおいて各送信用電源TXV0, TXV1, TXV2から負極性のパルスを発生させることができる。また、短絡用巻線短絡スイッチSW7, SW8, SW9を閉じると、短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bが短絡することとなる。この結果、短絡用巻線短絡スイッチSW7, SW8, SW9に対応する１次側ポールＢの励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bのセンタータップに接続される送信用電源TXV0, TXV1, TXV2を使用しない状態を実現することができる。
【０００９】
各１次側ポールＢ側において発生した正極性のパルスおよび負極性のパルスはトランスの２次側ポールＡにおいて磁束として加算され、２次側巻線NTから所定の送信電圧レベルの電気パルスが超音波振動子Tに印加される。これにより超音波振動子Tから目的とするエネルギを持った超音波が送信される。
【００１０】
従って、正極性パルス発生用スイッチSW1, SW2, SW3、負極性パルス発生用スイッチSW4, SW5, SW6および短絡用巻線短絡スイッチSW7, SW8, SW9の開閉は、送信用電源TXV0, TXV1, TXV2からの電圧の加減算として考えることができる。すなわち、正極性パルス発生用スイッチSW1, SW2, SW3を閉じることはそれぞれ送信用電源TXV0, TXV1, TXV2からの電圧を加算することに相等する。一方、負極性パルス発生用スイッチSW4, SW5, SW6を閉じることはそれぞれ送信用電源TXV0, TXV1, TXV2からの電圧を減算することに相等する。また、短絡用巻線短絡スイッチSW7, SW8, SW9を閉じることはそれぞれ送信用電源TXV0, TXV1, TXV2からの電圧をゼロにすることに相等する。
【００１１】
図７は、図５に示す従来の送信回路において、送信用電源TXV0, TXV1, TXV2からそれぞれ対応する１次側ポールＢに印加される電圧の比率が1:3:9である場合に２次側ポールＡ側に生成可能な送信電圧レベルを示す図である。
【００１２】
図７において、トランスの昇圧比は１としている。すなわち、１次側ポールＢの励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2B、短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bおよび２次側巻線NTの巻線数は同一であるものとする。また、図７において正極性パルス発生用スイッチSW1, SW2, SW3が閉じられた状態、すなわち送信用電源TXV0, TXV1, TXV2からの電圧をそれぞれ対応する励磁用巻線N0A, N1A, N2Aに印加して正極性パルスを発生させる場合を１と表記している。一方、負極性パルス発生用スイッチSW4, SW5, SW6が閉じられた状態、すなわち送信用電源TXV0, TXV1, TXV2からの電圧をそれぞれ対応する励磁用巻線N0B, N1B, N2Bに印加して負極性パルスを発生させる場合を−１と表記している。また、短絡用巻線短絡スイッチSW7, SW8, SW9が閉じられた状態、すなわち送信用電源TXV0, TXV1, TXV2からの電圧を出力電圧として実質的に利用しない場合を０と表記している。
【００１３】
また、左側の欄の送信電圧レベルは、２次側ポールＡ側に生成される送信電圧の比率を示している。
【００１４】
図７において、例えば、２次側ポールＡ側にレベル６の送信電圧を発生させる場合には、１次側ポールＢに印加される電圧の比率が1:3:9であるから+9-3+0=＋6という電圧の加減算を行えばよいことになる。そこで、正極性パルス発生用スイッチSW3を閉じると、送信用電源TXV2から比率が９の電圧が１次側ポールＢに印加され、２次側ポールＡにおいて1×9=+9に相当する電圧が送信電圧として加算される。また、負極性パルス発生用スイッチSW5を閉じると、送信用電源TXV1から比率が−３の電圧が１次側ポールＢに印加され、２次側ポールＡにおいて-1×3=-3に相当する電圧が送信電圧として加算、つまり3に相当する電圧が減算される。また、短絡用巻線短絡スイッチSW7を閉じると、送信用電源TXV0から比率１の電圧が１次側ポールＢに印加されないため、２次側ポールＡでは、0×1=0に相当する電圧が送信電圧として加算、つまり加算される電圧がゼロとなる。
【００１５】
このように送信用電源TXV0, TXV1, TXV2からそれぞれ対応する１次側ポールＢに３種類の電圧を印加し、２次側ポールＡ側にて電圧の加減算を行うことにより±13レベルの電圧を発生させることが可能となる。具体的には、送信用電源TXV0の出力電圧を2Vに設定すれば、送信用電源TXV1の出力電圧は6V、送信用電源TXV2の出力電圧は18Vとなるため、２次側ポールＡ側において±26Vの範囲の送信電圧を±13のレベルに量子化して発生させることができる。
【００１６】
また、１次側ポールＢの励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2B、短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2B、２次側巻線NTの巻線比を変えれば、任意の昇圧が可能である。
【００１７】
図８は、磁束加算方式により出力電圧として任意波形を発生させることが可能な従来の実用的な３電源の送信回路を示す図である。
【００１８】
図８に示すように、３つの送信用電源TXV0, TXV1, TXV2にそれぞれ２つの励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bが並列接続される。一方側の励磁用巻線N0A, N1A, N2Aは、それぞれ正極性パルス発生用スイッチとしての正極性パルス発生用FET QN0A, QN1A, QN2Aを介して接地される。他方側の励磁用巻線N0B, N1B, N2Bは、それぞれ負極性パルス発生用スイッチとしての負極性パルス発生用FET QN0B, QN1B, QN2Bを介して接地される。
【００１９】
また、３つの送信用電源TXV0, TXV1, TXV2にそれぞれ対応する２つの短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bが互いに直列接続される。一方側の短絡用巻線NZ0A, NZ1A, NZ2Aは短絡用巻線短絡スイッチとしての短絡用巻線制御用FET QZ0A, QZ1A, QZ2Aを介して接地される。他方側の短絡用巻線NZ0B, NZ1B, NZ2Bは短絡用巻線短絡スイッチとしての短絡用巻線制御用FET QZ0B, QZ1B, QZ2Bを介して接地される。
【００２０】
また、２次側巻線NTの一端側には、超音波振動子Tが接続され、２次側巻線NTの他端側には、前置増幅器RXが接続される。超音波振動子Tの他端は接地される。
【００２１】
尚、数MHzから10数MHzの超音波を発生可能とするため、スイッチング素子として高速スイッチングが可能なMOS (Metal-Oxide Semiconductor) FETを使用するのが妥当である。
【００２２】
また、励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bおよび短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bの巻数や構造を変えると、１次側ポールにおいてゼロ電圧を発生させる場合とある任意の電圧を発生させる場合とで、トランスの１次側と２次側間の結合係数等のパラメータが変化してしまう。従って、励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bおよび短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bの巻数および構造は同一とする必要がある。
【００２３】
加えて、１次側ポール間および同一の１次側ポールにおいて、それぞれ励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bおよび短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bのスイッチング動作のタイミング、すなわち、正極性パルス発生用FET QN0A, QN1A, QN2A、負極性パルス発生用FET QN0B, QN1B, QN2Bおよび短絡用巻線制御用FET QZ0A, QZ0B, QZ1A, QZ1B, QZ2A, QZ2BのON/OFFのタイミングは一致している必要がある。このため、全てのFET QN0A, QN1A, QN2A, QN0B, QN1B, QN2B, QZ0A, QZ0B, QZ1A, QZ1B, QZ2A, QZ2Bは同一品種とすることが望ましい。
【００２４】
尚、図８において短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bを短絡させるためのスイッチング素子として、２つのMOS FET QZ0A, QZ0B, QZ1A, QZ1B, QZ2A, QZ2Bを使用しているが、これは以下の理由によるものである。
【００２５】
図９は、図８に示す従来の送信回路に使用されるFETの寄生ダイオードの影響を説明する図である。尚、図９には、短絡用巻線NZ0A,NZ0Bのみ表示し、励磁用巻線は省略する。
【００２６】
仮に、図６に示す短絡用巻線短絡スイッチのように、MOS FETで構成される短絡用巻線制御用FET Q1を短絡用巻線NZ0A,NZ0Bに接続すると、励磁用巻線の励磁によって、Ａ点とＢ点との間に電位差が発生し得る。例えば、Ａ点の電圧がＢ点の電圧よりも高くなる。そして、Ａ点とＢ点との間に発生した電圧の大きさが短絡用巻線制御用FET Q1に存在する寄生ダイオードDの順方向電圧以上になると、短絡用巻線NZ0A,NZ0Bが短絡される。この結果、１次側ポールで発生する電圧はゼロとなってしまい、所望の電圧を発生することができなくなってしまう。
【００２７】
このようなMOS FETの寄生ダイオードの影響に起因する現象を防ぐため、図８に示すような２つのMOS FET QZ0A, QZ0B, QZ1A, QZ1B, QZ2A, QZ2Bを使用した回路を採用することが必要となる。
【００２８】
そして、以上のように説明した構成の送信回路を用いることにより、実用的な±13レベル、すなわちゼロレベルを基準とする２７レベルの電圧の超音波を送信することが可能となる。さらに、この送信回路を用いることにより、ガウス形状を有する送信波形を生成することができる。
【００２９】
また、超音波診断では、例えばＢモード像とカラーモード像のように異なる走査モードの画像を同時にモニタに表示させる場合がある。この場合、超音波診断装置は各走査モードを数100μsec程度の時間間隔で交互に切換えて動作する。この走査モードを切換えて超音波診断装置を動作させる場合に、各走査モード間において送信される超音波の波形の電圧レベルを大きく変化させることが要求される場合がある。例えば、送信超音波の電圧レベル比が１：２０となるように電圧レベルを変化させることが必要な場合がある。
【００３０】
しかし、短時間で出力電圧を大きく変化することが可能な送信用電源は、構造が複雑で高価である。そこで、例えばトランスに複数の１次側ポールを設け、各１次側ポールに印加される電圧を予め設定する技術が考案されている（例えば特許文献２参照）。この技術では、走査モードごとにそれぞれ使用される１次側ポールを変更することによって、出力電圧の変更を実現している。
【００３１】
すなわち図５に示すようにトランスの１次側ポールが３本である磁束加算方式の送信回路の場合、生成可能な電圧比の最大は１：１３である。しかし、通常の磁束加算方式の送信回路では、トランスの１次側ポールに複数の電源が接続されている。そこで、使用する電源を切換えることによって、例えば１：３：９の電圧比の出力電圧を磁束加算する磁束加算モードから１：２０：１の電圧比の出力電圧をそれぞれ１次側印加電圧として独立に使用し、各出力電圧の加減算しないモードに切換えられる。そして、走査モードに応じた電源を使用して送信パルスが生成される。
【特許文献１】特開２００５−２７８６６６号公報
【特許文献２】米国特許第6,050,954号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
しかしながら、従来の磁束加算方式の送信回路には、通常の電源装置としていられる電流の吐き出し機能のみを有する送信用電源を用いることができず、電流の吸込み機能も有する両極性の送信用電源を備える必要がある。これは、電圧の減算時に送信用電源に電流を吸い込ませる必要があるためである。
【００３３】
図１０は、従来の磁束加算方式の送信回路における電圧減算の原理を示す回路図である。
【００３４】
図１０は、磁束加算用のトランスの１次側ポールが２個の場合における送信回路の等価回路を示している。すなわち、２つのトランスT1, T2の１次側にそれぞれパルス発生用スイッチSW1, SW2を介して送信用電源TXV1, TXV2が接続される。また、一方のトランスT2の２次側には、負荷抵抗RLが接続される。
【００３５】
図１０において、２つのトランスT1, T2の２次側の極性は互いに異なる。すなわち、トランスT1, T2の各１次側に同じ極性のパルス信号を印加しても、トランスT1の２次側に発生する電圧TXV1は極性が反転する。この結果、負荷抵抗RLに印加されるパルス電圧は(TXV2-TXV1) となる。ここで、トランスT1, T2の１次側と２次側の電力収支を計算すると、トランスT1, T2の２次側が消費する電力P0は、式(1)のように示される。  
［数１］
P0=(TXV2-TXV1)×I   (1)
【００３６】
従って、トランスT1, T2の各１次側からそれぞれ出力される電力P1, P2はそれぞれ式(2-1)、式(2-2)のように求められる。  
［数２］
P1=-TXV1×I   (2-1)
P2= TXV2×I   (2-2)
【００３７】
式(2-1)から一方の送信用電源TXV1が電流を吸い込む必要があることが分かる。この送信用電源TXV1が吸い込むべき電流は送信用電源TXV2から出力されて送信用電源TXV1の回路内で消費される無駄な電流である。従って、送信用電源TXV1が電流を吸い込むことにより、超音波診断装置の消費電力が増加することになる。
【００３８】
また、従来の磁束加算方式の送信回路では、トランスの１次側の数だけ電圧の異なる複数の電源を送信用電源として設ける必要がある。例えば、±１３レベルの送信電圧を発生させる場合には、電流の吐き出し機能および吸込み機能の双方を有する３種類の送信電圧の送信用電源が必要となる。
【００３９】
このため、従来の磁束加算方式の送信回路では、送信用電源の回路構成が複雑で規模が大きくなり、消費電力およびコストが増加するという問題がある。
【００４０】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、より簡素で安価な送信用電源を用いた磁束加算方式の送信回路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】
【００４１】
本発明に係る超音波診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、被検体に超音波を送受する超音波振動子と、前記超音波振動子に印加される所定の電圧の送信信号を生成する送信部と、前記超音波振動子による受信された受信信号に信号処理を施す信号処理部とを備え、前記送信部は、２次側ポールに対する巻線比が互いに異なる複数の１次側ポールにそれぞれ電圧を印加し、前記２次側ポールに発生した電圧の加減算により前記所定の電圧の送信信号を生成するように構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００４２】
本発明に係る超音波診断装置においては、より簡素で安価な送信用電源を用いて磁束加算方式の送信回路を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明に係る超音波診断装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００４４】
図１は本発明に係る超音波診断装置の実施の形態を示す構成図である。
【００４５】
超音波診断装置１は、基準クロック発生部２、信号処理部３、送信部４、前置増幅器５および超音波振動子６を備えている。
【００４６】
基準クロック発生部２は、超音波を送信するタイミングを制御するための基準クロックを発生させて送信部４に与える機能を有する。
【００４７】
送信部４は、基準クロック発生部２から受けた基準クロックを用いて、送信信号（駆動パルスあるいは励振パルスとも称される）を生成する機能と、生成した送信信号を超音波振動子６に印加する機能とを有する。
【００４８】
超音波振動子６は、送信部４から所要の電圧の電気信号として印加された送信信号を超音波信号に変換して図示しない被検体に向けて送信する一方、被検体内で発生した超音波エコーを受信して、電気信号である受信信号として前置増幅器５に与える機能を有する。通常は、超音波の送受波を行う複数の超音波振動子６が図示しない超音波プローブ内に設けられる。
【００４９】
前置増幅器５は、超音波振動子６から受けた受信信号の電圧を増幅して信号処理部３に与える機能を有する。
【００５０】
信号処理部３は、前置増幅器５から受けた受信信号に対して信号処理を行うことにより画像データを生成し、生成した画像データを表示させる機能を有する。このため、信号処理部３には、画像表示部が備えられる。
【００５１】
一般的な超音波診断装置１では、基準クロック発生部２、信号処理部３、送信部４、前置増幅器５が図示しない装置本体を形成し、装置本体と超音波プローブとがケーブル（導線）によって接続される。
【００５２】
図２は、図１に示す送信部４の動作原理を説明する図である。
【００５３】
送信部４は、磁束加算方式の送信回路を備えている。磁束加算方式の送信回路には、複数の１次側ポールと出力側を形成する単一の２次側ポールとを有する磁束加算用のトランスが設けられる。そして、送信回路は、各１次側ポールで発生した磁束を共通の２次側ポールで加減算することにより、異なる送信電圧レベルの送信パルスを発生させることができるように構成されている。
【００５４】
図２は、磁束加算用のトランスの１次側ポールが２個の場合における送信回路の等価回路を示している。すなわち、２つのトランスT1, T2の１次側はそれぞれパルス発生用スイッチSW1, SW2を介して互いに接続され、２つのパルス発生用スイッチSW1, SW2の間に共通の送信用電源TXVが接続される。また、一方のトランスT2の２次側には負荷抵抗RLが接続される。
【００５５】
負荷抵抗RLが接続されていない側のトランスT1の１次側と２次側の巻線比は２：２であり、負荷抵抗RLが接続されている側のトランスT2の１次側と２次側の巻線比は１：２である。また、２つのトランスT1, T2の２次側の巻線比は２：２である。
【００５６】
図２に示す回路構成において、トランスT1, T2を用いて電圧の減算を行う場合には、同極性のパルス制御信号によってパルス発生用スイッチSW1, SW2がON状態となる。そうすると、負荷抵抗RLが接続されていない側のトランスT1の２次側にはパルス制御信号と極性が逆のパルスが出力される。このパルスの電圧振幅は送信用電源の電圧TXVとなる。一方、負荷抵抗RLが接続されている側のトランスT2の２次側にはパルス制御信号と同じ極性のパルスが出力される。このパルスの電圧振幅は送信用電源の電圧TXVの２倍となる。この結果、２次側の負荷抵抗RLに印加されるパルス電圧は(2×TXV-TXV)となる。
【００５７】
ここで、負荷抵抗RLを流れる電流をＩとすると、負荷抵抗RLが接続されていない側のトランスT1は、電流Ｉを吸い込むことになる。一方、負荷抵抗RLが接続されている側のトランスT2は、電流Ｉの２倍の電流2×Ｉを吐き出すことになる。しかし、２つのトランスT1, T2の１次側は接続されているため、負荷抵抗RLが接続されている側のトランスT2に供給される電流2×Ｉのうち半分の電流Ｉは、負荷抵抗RLが接続されていない側のトランスT1の１次側から負荷抵抗RLが接続されている側のトランスT2の１次側に還流する電流となる。
【００５８】
従って、図２に示す送信回路では、送信用電源TXVから供給すべき電流が負荷抵抗RLで消費される電流Ｉのみとなる。この結果、送信用電源TXVとして通常の吐き出し機能のみを有する電源を用いることが可能となる。また、図２に示す送信回路では、負荷抵抗RLで消費される電力以外の電力を送信用電源TXVから供給する必要がない。このため、送信回路の低消費電力化に繋げることができる。
【００５９】
図３は、図２に示す送信部４の動作原理を用いて構成した磁束加算方式の送信回路の等価回路図である。
【００６０】
図３に示す送信回路は、３つの送信用電源TXVからの出力電圧の加減算を行うことによって、±１３レベルの送信電圧を生成する場合のものである。
【００６１】
すなわち、送信回路は、３つの１次側ポール0, 1, 2と共通の２次側ポールを有するトランスを備えている。各１次側ポール0, 1, 2には、それぞれ同一の電圧を印加するための送信用電源TXVが設けられる。３つの１次側ポール0, 1, 2には、それぞれ互いに接続された２つのトランス１次側励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bが設けられる。そして、２つのトランス１次側励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bの間にそれぞれ送信用電源TXVが接続される。また、接続された２つのトランス１次側励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bの両端側は、それぞれトランス１次側励磁用巻線制御用FET QN0A, QN0B, QN1A, QN1B, QN2A, QN2Bを介して接地される。
【００６２】
そして、送信用電源TXV、トランス１次側励磁用巻線N0A, N0B, N1A, N1B, N2A, N2Bおよびトランス１次側励磁用巻線制御用FET QN0A, QN0B, QN1A, QN1B, QN2A, QN2Bによってトランスの１次側の励磁用回路が形成される。
【００６３】
また、３つの１次側ポール0, 1, 2には、それぞれ互いに接続された２つのトランス１次側短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bが設けられる。接続された２つのトランス１次側短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2Bの両端には、それぞれ抵抗R0A, R0B, R1A, R1B, R2A, R2Bが接続される。さらに、各抵抗R0A, R0B, R1A, R1B, R2A, R2Bの他端は、それぞれトランス１次側短絡用巻線制御用FET QZ0A, QZ0B, QZ1A, QZ1B, QZ2A, QZ2Bが接続される。
【００６４】
そして、トランス１次側短絡用巻線NZ0A, NZ0B, NZ1A, NZ1B, NZ2A, NZ2B、抵抗R0A, R0B, R1A, R1B, R2A, R2B、トランス１次側短絡用巻線制御用FET QZ0A, QZ0B, QZ1A, QZ1B, QZ2A, QZ2Bによってトランスの１次側の短絡用回路が形成される。
【００６５】
一方、２次側ポールには、トランス２次側巻線NTが設けられる。トランス２次側巻線NTの一端には、超音波振動子Tが接続され、他端には、信号処理部３の受信信号処理回路RXが接続される。
【００６６】
そして、トランスの１次側と２次側間における昇圧比をNとすると、１番目の１次側ポール0と２次側ポールとの巻線比は、励磁用巻線および短絡用巻線ともに１：１N、２番目の１次側ポール1と２次側ポールとの巻線比は、励磁用巻線および短絡用巻線ともに１：３N、３番目の１次側ポール1と２次側ポールとの巻線比は、励磁用巻線および短絡用巻線ともに１：９Nにそれぞれ設定される。
【００６７】
そうすると、図３に示す送信回路では、図８に示す従来の従来の磁束加算方式の送信回路において、３つの送信用電源TXV0, TXV1, TXV2の出力電圧比を１：３：９に設定した場合と同様の出力電圧を発生させることが可能となる。ただし、図３に示す送信回路には、単一の送信用電源TXVを設ければ十分であり、かつ送信用電源TXVは、少なくとも電流の吐き出し機能のみを備えていればよい。
【００６８】
尚、各抵抗R0A, R0B, R1A, R1B, R2A, R2Bは、トランスの１次側の励磁用回路と短絡用回路のインピーダンスを一致させるために設けられる。すなわち１次側ポール0, 1, 2の励磁用巻線と短絡用巻線の巻線数および構造を同一としているため、短絡用巻線側に出力インピーダンスを補正するための抵抗が付加される。
【００６９】
つまり以上の超音波診断装置１は、磁束加算方式の送信回路において、トランスの１次側巻線と２次側巻線の巻線比をポール毎に変え、２次側に発生した各々異なる電圧の加減算により任意波形の送信信号を生成できるようにしたものである。
【００７０】
このため超音波診断装置１によれば、送信回路に用いられる送信用電源を共通化することが可能となり回路の簡素化を実現することができる。また、送信用電源として電流の吐き出し機能のみを有する電源を用いることができる。さらに、送信用電源に吸い込まれる電流をゼロにすることができるため、送信回路における消費電力を低減させることが可能となる。この結果、従来の磁束加算方式の送信回路に比べて回路規模、消費電力およびコストを低減させることができる。
【００７１】
尚、上述した例では、トランスの１次側ポールが３本の場合について説明したが、１次側ポールの本数は３本に限定されるものではなく、必要に応じて増減することができる。
【００７２】
図４は、図１に示す送信部４の変形例の動作原理を説明する図である。
【００７３】
図４に示す送信部４Ａでは、図２に示す送信部４に対し、磁束加算用の送信用電源TXV0に加え、２つのトランスT1, T2の１次側にそれぞれパルス発生用スイッチSW3, SW4を介して互いに異なる出力電圧TXV1, TXV2の送信用電源TXV1, TXV2を接続した点が異なる。このように構成した送信部４Ａでは、図２に示す送信部４において生成可能な電圧の送信信号に加え、磁束加算用の送信用電源TXV0の出力電圧と異なる電圧TXV1, TXV2の印加によって送信信号を生成させることが可能である。
【００７４】
ここで超音波診断において、Ｂモード像とカラーモード像のように異なる走査モードの画像を同時にモニタに表示させる場合には、各走査モード間において送信される超音波送信パルスの波形の電圧レベルを大きく変化させることが要求される。これに対して、図４のような構成の送信部４Ａでは、送信パルスの電圧レベルを大きく変化させるという要求を満足させることが可能である。
【００７５】
すなわち、磁束加算により任意波形を生成する場合には、パルス制御信号０によって磁束加算用の送信用電源TXV0側に接続された２つのパルス発生用スイッチSW1, SW2のON/OFF状態が切換られる。これにより、磁束加算用の送信用電源TXV0のみを使用して任意波形を生成することができる。
【００７６】
一方、Ｂモード像とカラーモード像のように異なる走査モードの画像を同時にモニタに表示させる場合のように、磁束加算を行わない方が合理的な場合がある。この場合には、パルス発生用スイッチSW3をパルス制御信号１にて制御し、ON状態とすることによって負荷抵抗RLが接続されていない側のトランスT1に接続された送信用電源を用いて出力電圧TXV1の送信パルスを生成することができる。また、パルス発生用スイッチSW4をパルス制御信号２にて制御し、ON状態とすることによって負荷抵抗RLが接続されている側のトランスT2に接続された送信用電源を用いて出力電圧TXV2の送信パルスを生成することができる。ここで、各送信用電源の出力電圧TXV1, TXV2を所望の電圧に設定することによって、各走査モードにおいて所望の送信電圧レベルの送信パルスを生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の実施の形態を示す構成図。
【図２】図１に示す送信部の動作原理を説明する図。
【図３】図２に示す送信部の動作原理を用いて構成した磁束加算方式の送信回路の等価回路図。
【図４】図１に示す送信部の変形例の動作原理を説明する図。
【図５】従来の超音波診断装置における磁束加算方式の単純化した送信回路の構成を示す回路図。
【図６】図５に示す従来の送信回路の等価回路を示す回路図。
【図７】図５に示す従来の送信回路において、送信用電源からそれぞれ対応する１次側ポールに印加される電圧の比率が1:3:9である場合に２次側ポール側に生成可能な送信電圧レベルを示す図。
【図８】磁束加算方式により出力電圧として任意波形を発生させることが可能な従来の実用的な３電源の送信回路を示す図。
【図９】図８に示す従来の送信回路に使用されるFETの寄生ダイオードの影響を説明する図。
【図１０】従来の磁束加算方式の送信回路における電圧減算の原理を示す回路図。
【符号の説明】
【００７８】
１  超音波診断装置
２  基準クロック発生部
３  信号処理部
４、４Ａ  送信部
５  前置増幅器
６  超音波振動子
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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