(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の送信モードに応じた任意波形の超音波を発生させ、超音波振動子から近点と遠点の良好な超音波画像が得られる超音波観測装置を提供する。【解決手段】超音波振動子を機械的に回転・進退走査させる超音波走査部を有し、超音波振動子から任意波形の超音波信号を送信させる任意波形発生部と、この任意波形発生部からの任意波形信号を所定の値に増幅して、超音波振動子に供給する超音波増幅部１５と、超音波走査部からの同期信号により超音波増幅部１５を動作状態と非動作状態に制御するバイアスを生成するとともに、任意波形信号の増幅出力終了と同時に超音波増幅部１５非動作状態に制御するコントローラ１６を備えた超音波観測装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの振動子を有する超音波振動子と、この超音波振動子を機械的に回転、もしくは進退走査させる超音波走査部とを有する超音波観測装置において、
上記超音波振動子から任意波形の超音波信号を発振送信させるための任意波形信号を発生させる任意波形発生部と、
この任意波形発生部からの任意波形信号を所定の値に増幅して、前記超音波振動子に供給する超音波増幅部と、
前記超音波走査部からの超音波振動子の機械的回転、もしくは進退操作に同期した同期信号により、前記超音波増幅部を動作状態と非動作状態に制御し、動作状態開始から一定期間経過後に、前記任意波形発生部からの任意波形信号を入力増幅し、この任意波形信号の増幅出力終了と同時に前記超音波増幅部を非動作状態に制御するコントローラと、
を具備することを特徴とした超音波観測装置。
【請求項２】
前記超音波増幅部は、前記任意波形発生部からの任意波形信号に応じて、増幅度を切換可能とすることを特徴とした請求項１記載の超音波観測装置。
【請求項３】
前記任意波形発生部からは、前記超音波走査部からの同期信号に同期して、前記超音波増幅部に供給する任意波形信号を順次切換可能とすることを特徴とした請求項１記載の超音波観測装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記超音波振動子、超音波断層画像の表示形態、操作卓からの入力情報により、前記任意波形発生部と前記超音波増幅部の駆動状態を制御可能とすることを特徴とした請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織に超音波を送信し、その生体組織からの反射超音波を受信して生成された超音波受信信号により生体組織の断層画像化する超音波診断装置に関し、特に、超音波振動子を駆動制御して超音波を送信する超音波観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、超音波を生体組織に送信し、生体組織により反射された反射超音波信号を用いて、生体組織の断層像を画像表示させる超音波診断装置が使用されている。この超音波診断装置としては、身体表面に超音波振動子を内蔵した超音波プローブを当接させて、身体内部の生体組織の断層画像を生成させる体外超音波診断装置、身体の体腔内に挿入する挿入部に超音波振動子を内蔵した超音波プローブを体腔内臓器壁に当接させて、体腔内から臓器の断層画像を生成させる体内超音波診断装置（以下、超音波プローブ装置と称する）、体腔内を観察する観察光学系を有する挿入部に超音波振動子を内蔵させた超音波内視鏡装置等がある。
【０００３】
このような超音波診断装置の内、前記超音波プローブ装置と超音波内視鏡装置は、体腔内に挿入される挿入部先端に超音波振動子が配置されており、この超音波振動子を機械的に回転、または進退させることにより超音波を所定の範囲内に送信させ、その反射超音波を用いて画像化している。これにより、例えば、臓器の疾患部である腫瘍の発見と浸潤度合いが観察できる。
【０００４】
又、前記超音波内視鏡装置と、超音波プローブ装置は、体腔内に超音波振動子を挿入するために、超音波振動子と観察を行う臓器の疾患部との距離を短くすることが可能である。これにより超音波断層画像の分解能が良好となり、疾患部の精査が可能となる。なお、分解能が良好な診断を行う為には、前記超音波振動子から臓器に送信する超音波は、７．５ＭＨｚ，１２ＭＨｚ，２０ＭＨｚ等のように一般的な対外超音波診断装置に比して高い周波数が用いられている。
【０００５】
前述したように、超音波振動子と、観察対象の臓器との距離を短くし、かつ、超音波の周波数を高くすることにより超音波断層画像の距離分解能を良くすると共に、超音波周波数の帯域を広くすることも行われている。
【０００６】
この高い周波数と広い帯域の超音波を発生させる為には、従来は、高電圧により動作する電界効果トランジスタ（以下、単にＦＥＴと称する）を用いて形成したスイッチング回路により生成した矩形状のパルスを超音波振動子に供給して超音波発振制御している。
【０００７】
また、前記超音波プローブ装置と、超音波内視鏡装置は、距離方向の分解能の向上だけではなく、方位方向の分解能の向上が要求されている。この方位方向の分解能の向上のために、近年、ティッシュ・ハーモニック・イメージング（以下、ＴＨＩと称する）が用いられている。
【０００８】
このＴＨＩの原理は、照射した超音波が生体組織により、歪みが生じて高調波を発生させる。この高調波のみを取り出して映像化すると、方位分解能の改善された画像となる。この高調波のビーム形は、基本波のビーム形に対し鋭く、狭いことが知られており、高調波を取り出すことにより、ＴＨＩを実現している。
【０００９】
更に、体腔内からの超音波診断において、超音波振動子と観察臓器との近距離による精査だけではなく、超音波振動子から遠く離れ、超音波が届く遠点における超音波断層画像も観察できることの要求も根強くある。この理由は、大きな病変部に対しての診断、及び盲目的挿入操作における臓器に対する超音波振動子の位置確認のためである。つまり、体腔内から超音波を放射走査する際に、超音波が体腔内臓器のどこに放射走査しているか見当がつかない場合がある。従って、超音波観察部位の周辺臓器の超音波断層像が得られることにより、現在観察している観察部位像の位置を術者が認識できる必要がある。
【００１０】
この要望に対する深速度を向上させる手段として、広帯域送信、パルス圧縮等のさまざまな手法が用いられている。広帯域送信とは、従来の超音波振動子よりも周波数帯域の広い超音波振動子を用い、周波数帯域の広い送信波を生成送信する。この広帯域送信により送信された広帯域周波数の超音波は、生体組織からの反射超音波である受信信号も周波数帯域の広い信号となる。この周波数帯域の広い受信信号を用いて、超音波振動子から近い部分である近点は、高い周波数の超音波断層像を生成し、超音波振動子から遠い部分である遠点は、低い周波数だけの超音波断層像を生成してモニターに表示する。これにより、超音波振動子から見て、近点の生体組織である浅部は分解能の良い超音波断層像とし、超音波振動子から見て遠点である深部は感度の良い超音波断層像としてモニターに表示することができる。
【００１１】
又、前記パルス圧縮は、チャープ波を用いた方法とコード化パルスを用いた方法の２つの方法がある。チャープ波を用いたパルス圧縮は、時間的に低い周波数から高い周波数へと周波数をスイープした送信波形の超音波を生成送信する。または、時間的に高い周波数から低い周波数へと周波数をスイープした送信波形の超音波を生成送信する。この周波数をスイープさせた送信波形の超音波が生体組織から反射された反射超音波の受信時には、送信波形とほぼ同等の参照波を用意し、その参照波と受信信号とによる相関処理である、いわゆる畳み込み演算処理を行う。この畳み込み演算処理により、時間的に圧縮されて分解能が向上し、またＳ／Ｎが向上する為、深速度が向上すると言う利点がある。しかしながら、サイドローブが残るという、欠点も有する。
【００１２】
更に、コード化パルスを用いたパルス圧縮は、コード化の方法としてゴーレイコード等あるが、処理方法としては、上記チャープ波と同等であり、同じように、深達度の向上が図れるが、サイドローブの発生の問題が生じる。
【００１３】
このように、観察対象部位に対する走査させる超音波の送信方法に応じて、超音波振動子に供給する超音波発振信号を生成供給のための超音波送信回路が特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１５２９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
超音波内視鏡装置、または超音波プローブ装置は、先端に超音波振動子を内蔵した挿入部を体腔内に挿入し、その超音波振動子から体腔内臓器へと超音波を送信し、その反射超音波である受信信号により臓器の超音波断層像を生成表示し、その超音波断層像から臓器の疾患部の観察が行われている。
【００１５】
この超音波内視鏡装置、または超音波プローブ装置により体腔内臓器に送信される超音波は、前述したように、観察部位である臓器と観察目的に応じて、短パルス送信モード、パルスを組み合わせた広帯域送信モード、ＴＨＩによる基本波だけの送信モード、チャープ波を用いたパルス圧縮モード、コード化パルスを用いたパルス圧縮モード等の複数の送信モードに応じて超音波振動子を駆動制御する送信回路が用いられている。
【００１６】
この複数の送信モードに応じて、超音波振動子を駆動させる要望に対して、前記特許文献１に提案されているような送信回路において、ＦＥＴにより構成されたスイッチング回路を用いて高電圧によるスイッチ制御では、対応が難しい状況となっている。例えば、ＴＨＩにおいて要求される基本波だけの送信モードは、送信回路が短パルス送信モードに対応していると高調波も送信してしまいＴＨＩが実現できない。この短パルス送信モードにおいて、ＴＨＩを得るためには、同一観察部位に２度超音波を送信させる制御を行う必要があるが、挿入部先端に内蔵される超音波振動を機械的に回転、または進退させて超音波を走査させる機械的走査には不向きである。又、チャープ波によるパルス圧縮モードは、前記ＦＥＴのスイッチングでは実現できず、ＦＥＴによるスイッチング回路とは別にパワーアンプが必要となっている。
【００１７】
このような課題を解決する手段として、高電圧ＦＥＴスイッチング回路をパワーアンプに置き換えるという手段がある。しかしながら、パワーアンプに置き換えた場合、その消費電力は膨大であり、超音波振動子の機械的走査の場合１００Ｗ級アンプが必要であり、実現が困難である。
【００１８】
また、このパワーアンプを搭載した場合、受信信号に与えるノイズの影響も大きい。特に、パルス波、チャープ波と時間的に大きく異なる信号を扱うため、時間的に長いチャープ波を考慮して、受信期間にノイズが混入しないよう対策すると、パルス波時にノイズが載ってしまい完全にノイズを除去しきれない問題がある。
【００１９】
本発明は、上記事情に鑑み、短パルス、ＴＨＩ、チャープ波のような任意な高電圧波形を発生することが可能であり、反射超音波の受信期間においては、ノイズを抑制し、Ｓ／Ｎの良い超音波画像が得られる超音波送信回路を提供すると共に、超音波振動子からの超音波出力波形を切り替える際、超音波画像の感度差が大きく異なることも無く、送信モードに応じた任意の波形に連動して、超音波振動子への出力波形の振幅値をコントロール可能とした超音波送信回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の超音波観測装置は、少なくとも一つの振動子を有する超音波振動子と、この超音波振動子を機械的に回転、もしくは進退走査させる超音波走査部とを有する超音波観測装置において、前記超音波振動子から任意波形の超音波信号を発振送信させるための任意波形信号を発生させる任意波形発生部と、この任意波形発生部からの任意波形信号を所定の値に増幅して、前記超音波振動子に供給する超音波増幅部と、前記超音波走査部からの超音波振動子の機械的回転、もしくは進退操作に同期した同期信号により、前記超音波増幅部を動作状態と非動作状態に制御し、動作状態開始から一定期間経過後に、前記任意波形発生部からの任意波形信号を入力増幅し、この任意波形信号の増幅出力終了と同時に前記超音波増幅部を非動作状態に制御するコントローラと、を具備することを特徴としている。
【００２１】
本発明の超音波観測装置の前記超音波増幅部は、前記任意波形発生部からの任意波形信号に応じて、増幅度を切換可能とすることを特徴としている。
【００２２】
本発明の超音波観測装置の前記任意波形発生部からは、前記超音波走査部からの同期信号に同期して、前記超音波増幅部に供給する任意波形信号を順次切換可能とすることを特徴としている。
【００２３】
本発明の超音波観測装置の前記コントローラは、前記超音波振動子、超音波断層画像の表示形態、操作卓からの入力情報により、前記任意波形発生部と前記超音波増幅部の駆動状態を制御可能とすることを特徴としている。
【００２４】
本発明の超音波観測装置により、超音波振動子から送信する超音波の送信モードに応じた任意の波形の超音波生成送信が可能となり、かつ、パワーアンプの消費電力の削減が可能となり、近点及び遠点共にＳ／Ｎの良好な超音波画像が得られるようになる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の超音波観測装置は、複数の超音波送信モードに応じた任意の送信波形の超音波出力を生成でき、その送信モードの送信波形の持続時間に応じて、任意にパワーアンプのイネーブル状態をコントロールすることが可能となり、超音波振動子の近点における観察部位のＳ／Ｎの良好な超音波画像が得られる。さらに、前記超音波送信モードに応じた任意の送信波形に適合させて、パワーアンプのイネーブル期間を最適制御できるために、消費電力を最小化させることが可能となり、パワーアンプの小型化も可能となった。
【００２６】
よって、消費電力が最少な小型化パワーアンプが実現でき、観察部位の浅部から深部まで分解能に優れ、高深速度な超音波画像による観察できる効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る超音波送信回路について、図面を用いて説明する。図１は本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路の全体構成を示すブロック図、図２は本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路に用いるパワーアンプの構成を示す接続図、図３は本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路に用いる可変アンプとパワーアンプの構成を示す接続図、図４は、本発明に係る超音波送信回路による超音波振動子の駆動制御動作を説明するタイミングチャート、図５は本発明に係る超音波送信回路の各種モードによる超音波振動子の駆動制御動作を説明するタイミングチャート、図６は本発明に係る超音波送信回路により超音波振動子から送信された短パルス送信と、バースト送信による超音波の受信信号から生成した超音波断層像のモニタ表示状態を説明する説明図、図７本発明に係る超音波送信回路により超音波振動子から送信された短パルス送信と、バースト送信による超音波の受信信号から生成した超音波断層像それぞれのモニタ表示状態を説明する説明図である。
【００２８】
最初に、図１を用いて本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路の全体構成を説明する。この超音波送信回路は、波形メモリ１１、シフトレジスタ１２、デジタル／アナログ変換器（以下、単にＤ／Ａ変換器と称する）１３、可変アンプ１４、パワーアンプ１５、及びコントローラ１６から構成されている。
【００２９】
波形メモリ１１は、前述した複数の送信モードによる送信超音波波形のデータをデジタルデータとして格納しているメモリである。シフトレジスタ１２は、前記波形メモリ１１から所定のデジタルデータを読み出し、Ｄ／Ａ変換器１３へと出力する。Ｄ／Ａ変換器１３は、前記シフトレジスタ１３から供給されたデジタルデータ、例えば、８ｂｉｔのデジタルデータをアナログ信号に変換して、可変アンプ１４へ供給する。可変アンプ１４は、前記Ｄ／Ａ変換器１３から供給されたアナログ信号を所定の増幅度により増幅して、パワーアンプ１５へ供給する。パワーアンプ１５は、前記可変アンプ１４から供給された増幅アナログ信号を、おおよそ５０ｄｂ増幅して図示していない超音波振動子に出力する。コントローラ１６は、前記波形メモリ１１、シフトレジスタ１２、可変アンプ１４、及びパワーアンプ１５をそれぞれ駆動制御する。
【００３０】
なお、前記波形メモリ１１、シフトレジスタ１２、及びＤ／Ａ変換器１３は、前述した複数の送信モードに応じた超音波を送信させるための任意波形発生部を構成している。
【００３１】
前記コントローラ１６には、図示していない超音波内視鏡の挿入部先端の超音波振動子、または超音波プローブ装置のプローブ先端に設けられている超音波振動子の機械的な回転、または進退走査に同期した同期信号であるＡ相信号と、前記超音波内視鏡装置、または超音波プローブ装置を識別を示す周波数コードが入力される。更に、術者が使用する超音波内視鏡装置、または超音波プロープ装置の識別を示す周波数コード信号、及びその他の超音波送信回路の駆動を制御する指示情報を図示しない操作卓からの信号が入力できるようになっている。
【００３２】
このコントローラ１６は、入力されたＡ相信号と周波数コード信号を基に、前記波形メモリ１１から読み出す波形データのアドレス設定、前記波形メモリ１１からシフトレジスタ１２による波形データの読み出しクロック生成、前記可変アンプ１４の増幅度を設定するゲインコントロール信号、及び前記パワーアンプ１５の前記可変アンプ１４からのアナログ信号の供給を受けるイネーブル期間を制御するＶ＿Ｇａｔｅ信号を生成する。
【００３３】
この超音波送信回路のコントローラ１６において生成される各種制御信号のタイミングについて、図４を用いて説明する。  
図示していない超音波内視鏡装置及び超音波プローブ装置の超音波振動子の機械的な回転、または進退走査させる超音波操作部からのＡ相信号は、１回転につき、例えば、２５６パルス出力され、超音波振動子が６．６７ｒｐｓにより回転しているとすると、Ａ相のパルス間隔は、パルス間隔＝１／６．６７／２５６／２＝２９３μｓとなる。つまり、２９３μｓに１回、超音波送信回路から超音波振動子に超音波送信信号が出力されて、超音波が発振送信される。
【００３４】
図４に示すクロック信号は、前記超音波送信回路のコントローラ１６の駆動を制御するクロックであり、このクロック信号に同期して、前記アドレス信号、ゲインコントロール信号、Ｖ＿Ｇａｔｅ信号等の生成出力の制御が行われる。
【００３５】
前記コントローラ１６は、前記Ａ相信号の立ち上がりと立下りエッジに同期して遅延ゲート信号を立ち上げる。この遅延ゲート信号は、立ち上がりから、図示していないカウンタで前記クロック信号を所定値カウントして、立ち下げるように制御されている。例えば、この遅延ゲート信号幅は、後述するパワーアンプ１５のスタンバイ状態に要する時間だけカウントするように、本発明の実施形態の例では、３μｓに設定されている。
【００３６】
次に、バイアスゲート信号は、前記遅延ゲート信号の立ち下がってから、後述する読み出しクロック信号が動作する間に立ち上がる。この遅延ゲート信号とバイアスゲート信号により、後述するパワーアンプ１５のイネーブルをコントロールしている。なお、前記読み出しクロック信号は、入力された超音波内視鏡装置、または超音波プローブ装置を識別する前記コントローラ１６に入力された周波数コード、及び操作卓から入力された識別周波数コードにより制御されると共に、この読み出しクロック信号のクロック数は、超音波振動子から出力される、超音波信号の持続期間により制御される。
【００３７】
Ｖ＿Ｇａｔｅ信号は、前記遅延ゲート信号とバイアスゲートを加算したパルス幅ｂを有しており、前記Ａ相信号が入力されてから、読み出しクロック信号が終了するまでの間、ハイ（ＨＩＧＨ）となる。つまり、Ｖ＿Ｇａｔｅ信号のハイ期間は、前記超音波送信回路のパワーアンプ１５をイネーブル状態とし、ロー（ＬＯＷ）期間はディスイネーブル状態に制御する。
【００３８】
Ｔｘトリガ信号は、前記遅延ゲート信号に同期して生成出力される。このＴｘトリガ信号は、図示していない、反射超音波信号を受信する際のデータの取り込みのタイミングをコントロールするものである。
【００３９】
Ｔｘ信号は、前記読み出しクロック信号による制御の基において、前記波形メモリ１１から前記シフトレジスタ１２によって読み出された送信モードに応じた任意波形データを前記Ｄ／Ａ変換器１３においてデジタルデータからアナログ信号に変換された任意波形信号である。このＴｘ信号は、前記可変アンプ１４において増幅され、前記パワーアンプ１５のイネーブル状態時に増幅され、約１００Ｖｐ−ｐ程度の電圧に変換されて超音波振動子へと出力される。
【００４０】
次に、前記超音波送信回路のパワーアンプ１５の構成について、図２を用いて説明する。前記可変アンプ１４から供給されるＴｘ信号は、入力端子Ｖｉｎに入力される。入力端子Ｖｉｎは、抵抗Ｒ１を介して接地電位に接続されると共に、コンデンサＣ２、インピーダンス整合器Ｔ１の１次側、コンデンサＣ１の直列接続を介して接地電位に接続されている。
【００４１】
前記インピーダンス整合器Ｔ１の２次側の一方端は、抵抗Ｒ２を介して接地電位に接続されると共に、ソースが互いに接続された差動形式のＦＥＴＱ１の一方のゲートと、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３の直列接続を介して前記ＦＥＴＱ１の一方のドレインに接続されている。前記インピーダンス整合器Ｔ１の２次側の他方端は、抵抗Ｒ３を介して接地電位に接続されると共に、前記ＦＥＴＱ１の他方のゲートと、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ４の直列接続を介して前記ＦＥＴＱ１の他方のドレインに接続されている。前記ＦＥＴＱ１の両ゲートの間には、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６が直列接続され、この抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の接続点には、前記Ｖ＿Ｇａｔｅ信号が供給されるＶ＿Ｇａｔｅ端子が接続されている。
【００４２】
前記ＦＥＴＱ１の両ドレイン間には、それぞれのドレインに駆動電源Ｖｃｃからの駆動電源を分配供給するトランスＴ２が接続されている。このトランスＴ２の中間点には、駆動電源Ｖｃｃが接続されると共に、コンデンサＣ５を介して接地電位に接続されている。更に、前記ＦＥＴＱ１の一方のドレインには、合成トランスＴ３の一方側とコンデンサＣ６の直列接続を介して接地電位に接続され、前記ＦＥＴＱ１の他方のドレインには、合成トランスＴ３の他方側とコンデンサＣ７の直列接続を介して位相分配器Ｔ４に接続されている。
【００４３】
つまり、前記ＦＥＴＱ１、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ，Ｒ６，Ｒ７、コンデンサＣ３，Ｃ４、トランスＴ２により増幅段１５ａが構成されている。前記入力端子Ｖｉｎから供給されたＴｘ信号は、前記インピーダンス整合器Ｔ１において、インピーダンス整合されて、このインピーダンス整合器Ｔ１の２次側から増幅段１５ａのＦＥＴＱ１のそれぞれのゲートに位相が１８０゜異なるＴｘ信号が入力される。
【００４４】
このＦＥＴＱ１は、前記Ｖ＿Ｇａｔｅ端子から供給されたＶ＿Ｇａｔｅ信号により抵抗Ｒ５，Ｒ６に電流が流れ、この抵抗Ｒ５，Ｒ６の電流によりＦＥＴＱ１のゲート電圧が与えられて動作を行う。すなわち、Ｖ＿Ｇａｔｅ信号がロー（０Ｖ）の場合、抵抗Ｒ５，Ｒ２と抵抗Ｒ６，Ｒ３に電流が流れず、ゲート電位が０ＶとなりＦＥＴＱ１は動作しない。このＦＥＴＱ１が動作しないと、このＦＥＴＱ１に駆動電源Ｖｃｃからの電流供給が行われないために、ＦＥＴＱ１における増幅動作は行われず、電流消費も生じない。
【００４５】
また、前記Ｖ＿Ｇａｔｅ端子のＶ＿Ｇａｔｅ信号がハイの場合は、前記ＦＥＴＱ１にゲート電圧が印加され、駆動電源Ｖｃｃから電流供給されて、ＦＥＴＱ１が増幅動作を行い、前記インピーダンス整合器Ｔ１からの１８０゜位相の異なるそれぞれのＴｘ信号を増幅する。本発明の実施形態において、この増幅段１５ａにおいて、約５０ｄｂのゲインが得られるように設定されている。
【００４６】
前記増幅段１５ａのＦＥＴＱ１により増幅された１８０゜位相の異なるＴｘ信号は、前記ＦＥＴＱ１のそれぞれのドレインに接続された合成トランスＴ３により合成される。この合成されたＴｘ信号は、位相分配器Ｔ４において、１８０゜位相の異なるＴｘ信号を生成する。
【００４７】
この位相分配器Ｔ４の両出力端には、インピーダンス整合器Ｔ５，Ｔ６のそれぞれの１次側を介して接地電位に接続されている。このインピーダンス整合器Ｔ５の２次側には、ＦＥＴＱ２を主体として、前記増幅段１５ａと同じ構成の増幅段１５ｂが設けられている。又、前記インピーダンス整合器Ｔ６の２次側には、ＦＥＴＱ３を主体として、前記増幅段１５ａと同じ構成の増幅段１５ｃが設けられている。
【００４８】
前記増幅段１５ｂのインピーダンス整合器Ｔ５に入力されたＴｘ信号は、２次側からそれぞれ１８０゜位相の異なるＴｘ信号として出力され、前記Ｖ＿Ｇａｔｅ端子から供給されたＶ＿Ｇａｔｅ信号により抵抗Ｒ１３，Ｒ８と抵抗Ｒ１４，Ｒ９を介してバイアス電流が流れ、ＦＥＴＱ２のゲートに電圧が印加されると、ＦＥＴＱ２の動作点が設定される。この動作点が設定されると駆動電源ＶｃｃからのトランスＴ７を介してＦＥＴＱ２に駆動電流が供給されて、ＦＥＴＱ２のそれぞれのゲートに供給されたＴｘ信号が所定の大きさの信号に増幅される。
【００４９】
前記増幅段１５ｃのインピーダンス整合器Ｔ６に入力されたＴｘ信号は、前記増幅段１５ｂと同様な動作によりＦＥＴＱ３により増幅される。この増幅段１５ｂ、１５ｃの相違は、それぞれのインピーダンス整合器Ｔ５，Ｔ６に供給されるＴｘ信号の位相が異なるだけである。
【００５０】
つまり、この増幅段１５ｂ，１５ｃは、前述した増幅段１５ａと同様に、Ｖ＿Ｇａｔｅ端子からＶ＿Ｇａｔｅ信号がハイ期間のみ駆動電源Ｖｃｃが供給印加されて増幅動作し、このＶ＿Ｇａｔｅ信号がロー期間は駆動電源Ｖｃｃが供給印加されず増幅動作が行われない。このために、ＦＥＴＱ２，ＦＥＴＱ３の非動作時には、消費電力をほとんど零にすることができる。
【００５１】
前記増幅段１５ｂのＦＥＴＱ２において、増幅されたそれぞれ位相の異なるＴｘ信号は、合成トランスＴ９において合成されて、後述する位相分配加算器Ｔ１１に出力する。前記増幅段１５ｃのＦＥＴＱ３において、増幅されたそれぞれ位相の異なるＴｘ信号は、合成トランスＴ１０において合成されて、後述する位相分配加算器Ｔ１１に出力する。位相分配加算器Ｔ１１は、前記増幅段１５ｂの合成トランスＴ９と、前記増幅段１５ｃの合成トランスＴ１０からのそれぞれ位相の異なるＴｘ信号を位相分配合成処理して、抵抗Ｒ２０を介して、出力端子Ｖｏｕｔから図示していない超音波振動子へと出力する。
【００５２】
このようなパワーアンプ１５を超音波送信回路に用いることにより、任意の波形の超音波振動子の発振制御信号を発生することが可能となる。また、Ｖ＿Ｇａｔｅ信号によりＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のゲートバイアスを設定することにより、そのゲートバイアスによるイネーブル期間の間、任意波形の超音波振動子の発振制御信号を増幅出力させることができる。さらに、ディスイネーブルの間は超音波振動子の発振制御信号の増幅動作は停止されて、超音波振動子の発振制御信号の出力も停止される。
【００５３】
これにより、前記パワーアンプ１５のイネーブル状態とディスイネーブル状態を比較すると、イネーブル状態の期間を０．５μｓと仮定すると、Ａ相の繰り返し期間が２９３μｓであることから、デューティーサイクルは０．１７７％となる。従って、前記パワーアンプ１５の最大出力ワット数を１００Ｗとした場合、デューティーサイクルが０．１７７％から平均電力は１７．７Ｗ となり、パワーアンプ１５を小型化できることになる。さらに、前記パワーアンプ１５は、超音波振動子の発振制御信号の生成期間であるイネーブル期間のみ動作し、このイネーブル期間の超音波振動子の発振制御信号の送信終了直後からディイネーブル期間とすることができるために、ほとんどノイズも発生せず、超音波画像のＳ／Ｎ改善が可能となる。
【００５４】
次に、前記超音波送信回路の可変アンプ１４について、図３を用いて説明する。この可変アンプ１４は、図中符号Ｕ１で示しており、前記Ｄ／Ａ変換器１３において、アナログ信号に変換されたＴｘ信号を任意の増幅度の信号に増幅し、その増幅された信号を前記パワーアンプ１５に供給する。増幅度のコントロールは、前記コントローラ１６からのゲインコントロール信号により設定される。
【００５５】
この可変アンプ１５を設けることにより、パワーアンプ１５を複雑にすることなく、又超音波振動子から送信された超音波の任意波形により超音波画像の感度が変化する場合に、例えば、操作卓から術者により入力され、コントローラ１６からのゲインコントロール信号により超音波画像の表示輝度を一定にする制御も可能となる。
【００５６】
次に、本発明の超音波送信回路の各種送信モードにおける動作タイミングについて、図５を用いて説明する。従来の超音波送信回路は、図５（ａ）に示すように、超音波振動子の回転、または進退走査に同期したＡ相信号の立ち上がりと立ち下がりに同期して、反射超音波を受信処理する超音波受信部における受信信号データの取り込みタイミング用のＴｘトリガ信号と、前記超音波送信回路における超音波振動子の駆動用のＴｘデータ信号とが生成されている。このために、Ｔｘデータ信号の送信終了後もパワーアンプは動作し続けるために、ノイズの影響を受けたり、及びパワーアンプの平均電流消費量も増大している。
【００５７】
これに対して、図５（ｂ）に示すように、本発明の超音波送信回路は、超音波振動子を短パルスにより発振制御する場合は、前記コントローラ１６からの短パルス送信モードにより設定されるＶ＿Ｇａｔｅ信号は、ハイ期間ａに設定される。このＶ＿Ｇａｔｅ信号のハイ期間ａの間は、前記パワーアンプ１５が動作状態となる。このＶ＿Ｇａｔｅ信号の立ち上がりから所定時間ｄが経過した後にＴｘトリガ信号を立ち上がらせ、かつ、超音波振動子の発振駆動用のＴｘ信号が送信される。前記Ｖ＿Ｇａｔｅ信号のロー期間は、前記パワーアンプ１５が非動作状態となり、超音波振動子の発振駆動用のＴｘ信号の送信も停止されてノイズの発生も防止できる。この結果、超音波振動子の近点の観察部位の超音波画像のＳ／Ｎも改善される。例えば、図７（ａ）に示す如く、４ｃｍレンジでは、被検体の浅部を分解能良く観察したく、短パルスを発生させると、Ｖ＿Ｇａｔｅ信号は、図５（ｂ）の期間ａに設定されることから超音波振動子の近点のＳ／Ｎの良好な超音波画像の観察が可能となる。
【００５８】
次に、図５（ｃ）に示すように、本発明の超音波送信回路は、超音波振動子をチャープ波により発振制御する場合は、前記コントローラ１６からのチャープ波送信モードにより設定されるＶ＿Ｇａｔｅ信号は、ハイ期間ｂに設定される。このＶ＿Ｇａｔｅ信号のハイ期間ｂの間は、前記パワーアンプ１５が動作状態となる。このＶ＿Ｇａｔｅ信号の立ち上がりから所定時間ｄが経過した後にＴｘトリガ信号を立ち上がらせ、かつ、超音波振動子の発振駆動用のＴｘ信号が送信される。
【００５９】
つまり、Ｖ＿Ｇａｔｅ信号のハイ期間ｂは、超音波振動子のチャープ波送信のデータの長さに合わせて可変させて、前記パワーアンプの動作状態期間を制御することにより、超音波振動子の駆動発振に必要なデータの送信が可能となり、前記Ｖ＿Ｇａｔｅ信号のハイ期間が終了直後に前記パワーアンプ１５を非動作状態とする。これによりノイズの発生も防止でき、さらに、超音波振動子の近点の超音波画像のＳ／Ｎも改善される。例えば、図７（ｂ）に示す如く、９ｃｍのレンジでは、被検体の深部までを観察したく、チャープ波またはバースト波を発生させると、Ｖ＿Ｇａｔｅ信号は、図５（ｃ）に示すように、期間ｂに供給されることからＴｘ信号の持続時間は長くなる。これにより、超音波振動子の近点の観察部位のＳ／Ｎの良い超音波画像が観察することが可能となる。このように、超音波振動子の送信モードに応じて、かつ、駆動データの長さに応じて、Ｖ＿Ｇａｔｅ信号のハイ期間の長さを連動させることができるために、何時でもＳ／Ｎの良好な超音波断層像の観察が可能となる。
【００６０】
前記短パルスによる発振制御と、前記チャープ波による発振制御とを組み合わせて、図５（ｄ）に示すように、超音波振動子の発振駆動制御の１音線毎に、短パルスと、チャープ波等のバースト送信とを交互に切換送信することも可能となる。これにより、短パルスによる画像に、バースト送信による画像を合成することにより、図６に示すように、短パルスによる超音波振動子から近点である観察部位の浅部の超音波画像は分解能が良好となり、バースト送信による超音波振動子の遠点である観察部位の深部の超音波画像は深達度が良好となる。
【００６１】
なお、このような短パルス送信と、チャープ波等のバースト送信を１音線毎に切換送信すると、送信音圧が異なるために、超音波画像の合成時に輝度が不連続になることがある。この輝度の不連続性を解決する方法として、Ｔｘ信号の最大振幅を制御する方法がある。
【００６２】
このＴｘ信号の最大振幅の制御は、Ｖ＿Ｇａｔｅ信号の短パルスのハイ期間ａとチャープ波のハイ期間ｂの長さに応じて、前記可変アンプ１４の増幅度をコントロールする。この可変アンプ１４の増幅度を前記Ｖ＿Ｇａｔｅ信号のハイ期間の長さに応じて制御することにより、合成生成される超音波像は、近点から遠点まで分解能が良好で、深達度のあるＳ／Ｎのよい画像を提供することが可能となる。
【００６３】
以上説明したように、本発明の超音波観測装置は、複数の超音波送信モードに応じた任意の送信波形の超音波出力を生成でき、その送信モードの送信波形の持続時間に応じて、任意にパワーアンプのイネーブル状態をコントロールすることが可能となり、超音波振動子の近点における観察部位のＳ／Ｎの良好な超音波画像が得られる。さらに、前記超音波送信モードに応じた任意の送信波形に適合させて、パワーアンプのイネーブル期間を最適制御できるために、消費電力を最小化させることが可能となり、パワーアンプの小型化も可能となった。
【００６４】
よって、消費電力が最少な小型化パワーアンプが実現でき、観察部位の浅部から深部まで分解能に優れ、高深速度な超音波画像による観察できる。
【００６５】
［付記］
以上詳述した本発明の実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
【００６６】
（付記１）
少なくとも一つの振動子を有する超音波振動子と、この超音波振動子を機械的に回転、もしくは進退走査させる超音波走査部とを有する超音波観測装置において、
上記超音波振動子から任意波形の超音波信号を発振送信させるための任意波形信号を発生させる任意波形発生部と、
この任意波形発生部からの任意波形信号を所定の値に増幅して、前記超音波振動子に供給する超音波増幅部と、
前記超音波走査部からの超音波振動子の機械的回転、もしくは進退操作に同期した同期信号により、前記超音波増幅部を動作状態と非動作状態に制御し、動作状態開始から一定期間経過後に、前記任意波形発生部からの任意波形信号を入力増幅し、この任意波形信号の増幅出力終了と同時に前記超音波増幅部を非動作状態に制御するコントローラと、
を具備することを特徴とした超音波観測装置。
【００６７】
（付記２）  前記超音波増幅部は、前記任意波形発生部からの任意波形信号に応じて、増幅度を切換可能とすることを特徴とした付記１記載の超音波観測装置。
【００６８】
（付記３）  前記任意波形発生部からは、前記超音波走査部からの同期信号に同期して、前記超音波増幅部に供給する任意波形信号を順次切換可能とすることを特徴とした付記１記載の超音波観測装置。
【００６９】
（付記４）  前記コントローラは、前記超音波振動子、超音波断層画像の表示形態、操作卓からの入力情報により、前記任意波形発生部と前記超音波増幅部の駆動状態を制御可能とすることを特徴とした付記１乃至３のいずれかに記載の超音波観測装置。
【００７０】
（付記５）  前記超音波増幅部は、電界効果トランジスタにより構成され、この電界効果トランジスタのバイアス電圧の供給により、動作状態と非動作状態を制御を行うことを特徴とした付記１乃至４のいずれかに記載の超音波観測装置。
【００７１】
（付記６）
単一、もしくは、複数の振動子を有する超音波振動子と、前記超音波振動子を機械的に回転、もしくは進退させる超音波操作部を有する超音波観測装置において、
前記超音波操作部からの同期信号により、前記超音波振動子に電気パルスを印加する超音波増幅回路のＦＥＴにバイアス電圧を印加するバイアス印加手段と、  前記バイアス印加手段へのバイアス電圧を印加時に、前記同期信号からの一定期間後に、前記超音波増幅回路に任意波形を入力可能な任意波形発生部と、
前記超音波増幅回路からの任意波形を増幅出力後と同時に、前記バイアス印加手段を停止するコントローラと、
からなることを特徴とする超音波送信回路。
【００７２】
（付記７）  前記超音波送信回路は、前記任意波形発生器の出力に従って、増幅度を切り換えることを特徴とする付記６記載の超音波送信回路。
【００７３】
（付記８）  前記超音波送信回路は、同期信号に同期し、任意波形発生部からの任意波形を順次切り替えることを特徴とする付記６記載の超音波送信回路。
【００７４】
（付記９）  前記任意波形発生器からの出力信号は、超音波振動子、及び、表示レンズ、操作卓からの信号により、パルス波形とバースト波に切り換えることを特徴とする付記６に記載の超音波送信回路。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路の全体構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路に用いるパワーアンプの構成を示す接続図。
【図３】本発明に係る超音波観測装置における超音波送信回路に用いる可変アンプとパワーアンプの構成を示す接続図。
【図４】本発明に係る超音波送信回路による超音波振動子の駆動制御動作を説明するタイミングチャート。
【図５】本発明に係る超音波送信回路の各種モードによる超音波振動子の駆動制御動作を説明するタイミングチャート。
【図６】本発明に係る超音波送信回路により超音波振動子から送信された短パルス送信と、バースト送信による超音波の受信信号から生成した超音波断層像のモニタ表示状態を説明する説明図。
【図７】本発明に係る超音波送信回路により超音波振動子から送信された短パルス送信と、バースト送信による超音波の受信信号から生成した超音波断層像それぞれのモニタ表示状態を説明する説明図。
【符号の説明】
【００７６】
１１  波形メモリ
１２  シフトレジスタ
１３  デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）
１４  可変アンプ
１５  パワーアンプ
１６  コントローラ
代理人  弁理士  伊藤  進
【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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