(57)【要約】駆動波形の特性に影響を与えることなく、単一の電源部でモードごとに異なる駆動波形に対して所定の送信出力を過不足なく適切に制御できる、小型で安価な超音波診断装置を提供する。超音波を送信する超音波発生手段（１）と、超音波発生手段（１）の周波数帯域外の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段（１）を駆動する波形発生手段（２）と、波形発生手段（２）が発生する駆動波形の振幅を決定する１つの電源部（３）とを設けた。これにより、送出される超音波の音響出力が、送信振幅を可変することなく制御される。
2004110278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する超音波発生手段と、
デューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し前記超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、
前記波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えた超音波診断装置。
【請求項２】
前記波形発生手段は、
前記単一パルスまたは前記バースト状パルスを発生する基本波形発生手段と
前記基本波形発生手段がパルスを発生している期間はデューティ比が可変である連続矩形波を発生する変調波発生手段と
前記基本波形発生手段からの出力波形と前記変調波発生手段からの出力波形とを乗算して前記超音波発生手段への駆動波形のデューティ比を設定する乗算手段とを備えた請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
超音波を送信する超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の周波数帯域外の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し前記超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、
前記波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えた超音波診断装置。
【請求項４】
前記波形発生手段は、
前記単一パルスまたは前記バースト状パルスを発生する基本波形発生手段と
前記基本波形発生手段がパルスを発生している期間はデューティ比が可変である連続矩形波を発生する変調波発生手段と
前記基本波形発生手段からの出力波形と前記変調波発生手段からの出力波形とを乗算して前記超音波発生手段への駆動波形のデューティ比を設定する乗算手段とを備えた請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
超音波を送信する超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の周波数帯域外の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し前記超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、
送信毎のモード情報を発生するモード制御部と、
前記モード制御部からのモード情報に基づいて、前記波形発生手段が発生する駆動波形のパルス幅、波数、およびデューティ比を設定する波形制御部と、
前記波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えた超音波診断装置。
【請求項６】
前記波形発生手段は、
前記単一パルスまたは前記バースト状パルスを発生する基本波形発生手段と
前記基本波形発生手段がパルスを発生している期間はデューティ比が可変である連続矩形波を発生する変調波発生手段と
前記基本波形発生手段からの出力波形と前記変調波発生手段からの出力波形とを乗算して前記超音波発生手段への駆動波形のデューティ比を設定する乗算手段とを備えた請求項５記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、医用分野で用いられる超音波診断装置に関する。
【背景技術】  従来の超音波診断装置としては、特開２００１−０８７２６３号公報や特開平０８−２８０６７４号公報に記載されたものが知られている。
一般に超音波診断装置では、Ｂモード、Ｍモード、ドプラモード（以下、Ｄモードと称する）、カラーまたは２次元ドプラモード（以下、Ｃモード）と呼ばれるモードを単一または組み合わせて用いている。このとき、超音波発生手段が生体に接する部分の表面温度や超音波発生手段から生体への音響出力が所定のレベルを超えることが無いよう、送信出力が制御される。また、モードごとに決められた駆動波形の周波数、振幅、および波数を用いて送信が行われる。したがって、モードごとに異なる駆動波形に対して、所定の送信出力を過不足なく適切に制御している。
図７は、従来の超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。図７において、従来の超音波診断装置は、超音波を送信する超音波発生手段７１と、単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段７１を駆動する波形発生手段７２と、送信を行うモード情報を発生するモード制御部７５と、モード制御部７５からのモード情報に基づいて、波形発生手段７２が発生する駆動波形の振幅、波数、および電源電圧によって振幅を制御する波形制御部７４と、波形発生手段７２が発生する駆動波形の振幅を決定する電圧可変電源部７３とによって構成されている。
ここで、超音波診断装置の電圧可変電源部７３には、数十Ｖ〜から百Ｖを超える高電圧の電源が必要で、モードごと電圧を変化させるには数十μ秒で高速に応答がするものが要求される。このため、高速応答の回路を用いる方法、異なる電圧を発生する複数の電源を切り換える方法、あるいは、出力レベルの異なる波形発生手段を並列に複数設けてモード毎に使い分ける方法が用いられる。
しかしながら、上記従来の超音波診断装置においては、複数の電源や高速電源が用いられるため電源部が大型化することにより、高価かつ大型化し、ひいては信頼性も低下するという問題を有していた。
【発明の開示】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動波形の特性に影響を与えることなく、単一の電源部でモードごとに異なる駆動波形に対して所定の送信出力を過不足なく適切に制御できる、小型で安価な超音波診断装置を提供することにある。
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置の第１の態様は、超音波を送信する超音波発生手段と、デューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えたものである。
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置の第２の態様は、超音波を送信する超音波発生手段と、超音波発生手段の周波数帯域外の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えたものである。
上記の構成によれば、超音波発生手段から送出される超音波の音響出力を、送信振幅を可変することなく制御でき、かつ、デューティ比を変化させたことによる不要な高調波の増加が抑えられるため、無駄なエネルギの送出による音響出力の増加や表面温度の増加も抑えることができる。
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置の第３の態様は、超音波を送信する超音波発生手段と、超音波発生手段の周波数帯域外の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、送信毎のモード情報を発生するモード制御部と、モード制御部からのモード情報に基づいて、波形発生手段が発生する駆動波形のパルス幅、波数、およびデューティ比を設定する波形制御部と、波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えたものである。
この構成によれば、超音波発生手段から送出される超音波の音響出力を、モード毎に送信振幅を可変することなく制御できるため、デューティ比を変化させたことによる不要な二次高調波の増加を抑えることができる。これにより、無駄なエネルギの送出による音響出力の増加や表面温度の増加も抑えることができるだけでなく、モード毎の駆動波形の駆動振幅を同じにできるため、電源部としては複数かつ高速応答のものが不要となる。
また、本発明に係る超音波診断装置の第４の態様は、第１から第３の態様において、波形発生手段が、単一パルスまたはバースト状パルスを発生する基本波形発生手段と、基本波形発生手段がパルスを発生している期間は、デューティ比が可変である連続矩形波を発生する変調波発生手段と、基本波形発生手段からの出力波形と変調波発生手段からの出力波形とを乗算して、超音波発生手段への駆動波形のデューティ比を設定する乗算手段とを備えたものである。
この構成によれば、基本波形発生手段が発生した単一パルスまたはバースト状パルスと、変調波発生手段が発生したデューティ比可変の連続矩形波とを乗算手段で乗算するようにしたことで、複雑なロジック回路を用いずとも、既存の基本波形発生手段に変調波発生手段と乗算手段とを追加するだけで、簡単にデューティ比が可変である駆動波形を発生することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
図２は、本発明の実施の形態１における波形発生手段が発生する駆動波形と、その周波数スペクトラムおよび超音波発生手段の周波数特性との関係を示す図である。
図３は、可変周期ｔ２の設定が超音波発生手段の帯域内にある場合における、本発明の実施の形態１における波形発生手段が発生する駆動波形と、その周波数スペクトラムおよび超音波発生手段の周波数特性との関係を示す図である。
図４は、本発明の実施の形態２に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
図５は、本発明の実施の形態２に係る超音波診断装置における波形発生手段の内部構成例を示すブロック図である。
図６は、図５における各部信号の波形図である。
図７は、従来の超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
図１において、本実施の形態の超音波診断装置は、超音波を送信する超音波発生手段１と、超音波発生手段１の図２における周波数特性（Ｔ）の帯域外（（Ｔ）よりも高周波側）の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段１を駆動する波形発生手段２と、波形発生手段２が発生する駆動波形の振幅を決定する１つの電源部３とから構成される。
波形発生手段２は、トリガが入力されることによって超音波発生手段１を駆動する。また、電源部３は、一定電圧を波形発生手段２に与える。波形発生手段２が発生する駆動波形の振幅は電源部３からの電圧に連動する。波形発生手段２は、駆動波形のデューティ比を変えることで、後述するように超音波の出力を変化させることができる。
図２は、波形発生手段２が発生する駆動波形と、その周波数スペクトラムおよび超音波発生手段１の周波数特性との関係を示す図である。
図２において、波形Ｗ０、Ｗ１およびＷ２は、波形発生手段２が発生する駆動波形であり、それぞれデューティ比が１００％、６７％、３３％の例である（他の％でも同様）。また、曲線Ｓ０、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ、波形Ｗ０、Ｗ１およびＷ２に対応する周波数スペクトラム分布である。また、Ｔは超音波発生手段１の周波数特性である。
Ｗ０〜Ｗ２において、周期ｔ１は送信する超音波の周波数によって決めるもので、デューティ比が１００％、（すなわち可変しない場合）の駆動波形Ｗ０では、超音波発生手段１の周波数帯域（Ｔ）内に駆動波形のスペクトラム（ｆ１におけるＳ０）が収められる。周期ｔ２はデューティ比を可変する周期であり、これは超音波発生手段１の帯域外（Ｔより高周波側）の周波数となるように設定する。
図２から明らかなように、駆動波形Ｗ０〜Ｗ２の対応する周波数スペクトラムＳ０〜Ｓ２のうち、超音波発生手段１で超音波に変換される主周波数成分は周波数ｆ１をピークとする成分であり、デューティ比を設定することにより、電源部３の電圧を固定したまま、主周波数成分ｆ１の増減（図２のｆ１でのスペクトラム分布の高低）が可能となる。
なお、これは一般にはパルス幅変調による方法に相当するが、本実施の形態の特徴は、デューティ比の可変周期ｔ２の逆数を超音波発生手段１の帯域外の周波数に設定することにある。また、可変周期ｔ２が極端に短くても、本実施の形態による効果は得られるが、可変周期ｔ２を実現するための時間制御精度が高くなるため実現が困難となってくる。このため、本実施の形態による効果が容易に得られるためには、ｔ１／ｔ２が偶数で、かつ、ｔ１／ｔ２を４以上とするのが適切である（参照：図２（ｂ）、（ｅ）のｆ２でのスペクトラムが増加していない）。
図３は、図２で示した適切なデューティ比の可変周期から外れた不適切な例であるが、図２とは異なり可変周期ｔ２の設定が超音波発生手段１の帯域内にある場合を示しており、図２と同様に、波形発生手段２が発生する駆動波形と、その周波数スペクトラムおよび超音波発生手段１の周波数特性との関係を示す図である。
図３において、Ｗ０、ＷａおよびＷｂは、波形発生手段２が発生する駆動波形であり、それぞれデューティ比が１００％、６７％、３３％の例である。また、曲線Ｓ０、ＳａおよびＳｂは、それぞれ、波形Ｗ０、ＷａおよびＷｂに対応する周波数スペクトラム分布である。また、Ｔは超音波発生手段１の周波数特性である。
デューティの可変周期ｔ２を超音波発生手段１の帯域内の周波数に設定した場合、高調波成分ｆ２が超音波発生手段１の帯域内に現れ、デューティ比を減らしても高調波成分ｆ２による駆動が行われる（図３（ｅ）、（ｆ）のｆ２でのスペクトラムが高くなっている）ため、音響出力と発熱の発生を抑える効果が得られない。
以上のように、本実施の形態によれば、超音波発生手段から送出される超音波の音響出力を、送信振幅を可変することなく制御でき、かつ、デューティ比を変化させたことによる不要な高調波の増加が抑えられるため、無駄なエネルギの送出による音響出力の増加や表面温度の増加も抑えることができる。
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
図４において、波形発生手段２からの駆動波形のデューティ比を可変することで、音響出力を制御できる点は、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、さらに、モード制御部５が発生する現在のモード情報によって、波形制御部４は、現在のモード情報に対応したモード毎に決められた波形情報に応じた波形発生手段２が発生する駆動波形を決定する。
音響出力の上限は決められており、一般に分解能を重視するＢモードやＭモードでは、少ない波数で振幅のピークを高くしなければならない。ドプラ（２次元ドプラを含む）モードでは、感度を重視するため波数を増やす。モードによって波数が異なるとき音響出力を限られた範囲に制御する方法としては電源電圧を可変するれば可能であるが、超音波診断装置では、短い場合で数十μｓの間隔で音響パルスを送出し、複数のモードを同時に動作させる場合では、異なるモードの音響パルスを交互あるいは順番に送出するため、電源電圧が短時間に切り換えられることとなる。
しかし、本実施の形態では、電源電圧はモード毎に可変しない。モード制御部５は、現在の送信しようとしているモード情報を発生し、波形制御部４は、モードに対応する周期ｔ１、周期ｔ２、波数、デューティ比を保持している。従って、現在のモードに対応した波形情報が波形発生手段２へと伝えられ超音波発生手段１が駆動される。
以上のように、本実施の形態によれば、超音波発生手段から送出される超音波の音響出力を、モード毎に送信振幅を可変することなく制御できるため、デューティ比を変化させたことによる不要な二次高調波の増加を抑えることができる。これにより、無駄なエネルギの送出による音響出力の増加や表面温度の増加も抑えることができるだけでなく、モード毎の駆動波形の駆動振幅を同じにできるため、電源部としては複数かつ高速応答のものが不要となる。
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置における波形発生手段２の主に内部構成例を示すブロック図である。図５に示す波形発生手段２は、第１および第２の実施の形態に適用される。また、図６は、図５における各部信号の波形図である。
図５において、波形発生手段２は、基本波発生手段６と、変調波発生手段７と、乗算手段８と、駆動手段９とから構成される。
次に、このように構成された波形発生手段２の動作について、図５および図６を参照して説明する。
基本波形発生手段６と変調波発生手段７はトリガ波形Ａでトリガされ、両者から出力される波形は同期している。基本波形発生手段６は、超音波発生手段１を駆動する駆動波形Ｂを発生するもので、駆動波形Ｂは、周期ｔ１と波数の波形情報によって決定される。変調波発生手段７は、デューティ比を制御した波形Ｃを出力し、乗算手段８によって波形Ｂとの乗算を行って、波形Ｄのデューティ比を可変する。波形Ｃは、周期ｔ２とデューティ比によって決定され、波形Ｂの期間を全て含む長さとしている（ｔ３＜ｔ４）。なお、デジタル回路の場合は、排他的論理和や論理積などの回路を乗算手段８としてもよい。
本実施の形態における基本波形発生手段６は、従来の超音波診断装置にも含まれ、超音波発生手段１を駆動する波形発生以外に、超音波ビームの偏向や収束を行う。また、図５では、超音波発生手段１を高電圧で駆動する駆動手段９を含む複雑な構成となっているが、本実施の形態の実現には、従来の超音波診断装置に変調波発生手段７と乗算手段８だけを追加するだけでよい。
以上のように、本実施の形態によれば、基本波形発生手段が発生した単一パルスまたはバースト状パルスと、変調波発生手段が発生したデューティ比可変の連続矩形波とを乗算手段で乗算するようにしたことで、複雑なロジック回路を用いずとも、既存の基本波形発生手段に変調波発生手段と乗算手段とを追加するだけで、簡単にデューティ比が可変である駆動波形を発生することができる。
なお、上記第１から第３の実施の形態の何れの場合においても、単一極性の矩形パルス波形について例示および説明したが、本発明はこれに限定されず、正負両極性の矩形パルスにおいても応用可能である。
以上説明したように、本発明によれば、駆動波形の特性に影響を与えることなく、単一の電源部でモードごとに異なる駆動波形に対して所定の送信出力を過不足なく適切に制御できる、小型で安価な超音波診断装置を提供することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図１】
2004110278.tif 000003
【図２】
2004110278.tif 000004
【図３】
2004110278.tif 000005
【図４】
2004110278.tif 000006
【図５】
2004110278.tif 000007
【図６】
2004110278.tif 000008
【図７】
2004110278.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月16日(2005.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する超音波発生手段と、
デューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し前記超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、
前記波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えた超音波診断装置。
【請求項２】
前記波形発生手段は、
前記単一パルスまたは前記バースト状パルスを発生する基本波形発生手段と
前記基本波形発生手段がパルスを発生している期間はデューティ比が可変である連続矩形波を発生する変調波発生手段と
前記基本波形発生手段からの出力波形と前記変調波発生手段からの出力波形とを乗算して前記超音波発生手段への駆動波形のデューティ比を設定する乗算手段とを備えた
請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
超音波を送信する超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の周波数帯域外の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し前記超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、
前記波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えた超音波診断装置。
【請求項４】
前記波形発生手段は、
前記単一パルスまたは前記バースト状パルスを発生する基本波形発生手段と
前記基本波形発生手段がパルスを発生している期間はデューティ比が可変である連続矩形波を発生する変調波発生手段と
前記基本波形発生手段からの出力波形と前記変調波発生手段からの出力波形とを乗算して前記超音波発生手段への駆動波形のデューティ比を設定する乗算手段とを備えた請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
超音波を送信する超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の周波数帯域外の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し前記超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、
送信毎のモード情報を発生するモード制御部と、
前記モード制御部からのモード情報に基づいて、前記波形発生手段が発生する駆動波形のパルス幅、波数、およびデューティ比を設定する波形制御部と、
前記波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えた超音波診断装置。
【請求項６】
前記波形発生手段は、
前記単一パルスまたは前記バースト状パルスを発生する基本波形発生手段と
前記基本波形発生手段がパルスを発生している期間はデューティ比が可変である連続矩形波を発生する変調波発生手段と
前記基本波形発生手段からの出力波形と前記変調波発生手段からの出力波形とを乗算して前記超音波発生手段への駆動波形のデューティ比を設定する乗算手段とを備えた請求項５記載の超音波診断装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用分野で用いられる超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波診断装置としては、特許文献１や特許文献２に記載されたものが知られている。
【０００３】
一般に超音波診断装置では、Ｂモード、Ｍモード、ドプラモード（以下、Ｄモードと称する)、カラーまたは２次元ドプラモード（以下、Ｃモード)と呼ばれるモードを単一または組み合わせて用いている。このとき、超音波発生手段が生体に接する部分の表面温度や超音波発生手段から生体への音響出力が所定のレベルを超えることが無いよう、送信出力が制御される。また、モードごとに決められた駆動波形の周波数、振幅、および波数を用いて送信が行われる。したがって、モードごとに異なる駆動波形に対して、所定の送信出力を過不足なく適切に制御している。
【０００４】
図７は、従来の超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。図７において、従来の超音波診断装置は、超音波を送信する超音波発生手段７１と、単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段７１を駆動する波形発生手段７２と、送信を行うモード情報を発生するモード制御部７５と、モード制御部７５からのモード情報に基づいて、波形発生手段７２が発生する駆動波形の振幅、波数、および電源電圧によって振幅を制御する波形制御部７４と、波形発生手段７２が発生する駆動波形の振幅を決定する電圧可変電源部７３とによって構成されている。
【０００５】
ここで、超音波診断装置の電圧可変電源部７３には、数十Ｖ〜から百Ｖを超え
る高電圧の電源が必要で、モードごと電圧を変化させるには数十μ秒で高速に応答がするものが要求される。このため、高速応答の回路を用いる方法、異なる電圧を発生する複数の電源を切り換える方法、あるいは、出力レベルの異なる波形発生手段を並列に複数設けてモード毎に使い分ける方法が用いられる。
【特許文献１】特開２００１−０８７２６３号公報
【特許文献２】特開平０８−２８０６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の超音波診断装置においては、複数の電源や高速電源が用いられるため電源部が大型することにより、高価かつ大型化し、ひいては信頼性も低下するという問題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動波形の特性に影響を与えることなく、単一の電源部でモードごとに異なる駆動波形に対して所定の送信出力を過不足なく適切に制御できる、小型で安価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】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置の第１の態様は、超音波を送信する超音波発生手段と、デューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えたものである。
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置の第２の態様は、超音波を送信する超音波発生手段と、超音波発生手段の周波数帯域外の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えたものである。
【００１０】
上記の構成によれば、超音波発生手段から送出される超音波の音響出力を、送信振幅を可変することなく制御でき、かつ、デューティ比を変化させたことによる不要な高調波の増加が抑えられるため、無駄なエネルギの送出による音響出力の増加や表面温度の増加も抑えることができる。
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置の第３の態様は、超音波を送信する超音波発生手段と、超音波発生手段の周波数帯域外の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段を駆動する波形発生手段と、送信毎のモード情報を発生するモード制御部と、モード制御部からのモード情報に基づいて、波形発生手段が発生する駆動波形のパルス幅、波数、およびデューティ比を設定する波形制御部と、波形発生手段が発生する駆動波形の振幅を決定する電源部とを備えたものである。
【００１２】
この構成によれば、超音波発生手段から送出される超音波の音響出力を、モード毎に送信振幅を可変することなく制御できるため、デューティ比を変化させたことによる不要な二次高調波の増加を抑えることができる。これにより、無駄なエネルギの送出による音響出力の増加や表面温度の増加も抑えることができるだけでなく、モード毎の駆動波形の駆動振幅を同じにできるため、電源部としては複数かつ高速応答のものが不要となる。
【００１３】
また、本発明に係る超音波診断装置の第４の態様は、第１から第３の態様において、波形発生手段が、単一パルスまたはバースト状パルスを発生する基本波形発生手段と、基本波形発生手段がパルスを発生している期間は、デューティ比が可変である連続矩形波を発生する変調波発生手段と、基本波形発生手段からの出力波形と変調波発生手段からの出力波形とを乗算して、超音波発生手段への駆動波形のデューティ比を設定する乗算手段とを備えたものである。
【００１４】
この構成によれば、基本波形発生手段が発生した単一パルスまたはバースト状パルスと、変調波発生手段が発生したデューティ比可変の連続矩形波とを乗算手段で乗算するようにしたことで、複雑なロジック回路を用いずとも、既存の基本波形発生手段に変調波発生手段と乗算手段とを追加するだけで、簡単にデューティ比が可変である駆動波形を発生することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動波形の特性に影響を与えることなく、単一の電源部でモードごとに異なる駆動波形に対して所定の送信出力を過不足なく適切に制御できる、小型で安価な超音波診断装置を提供することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、本実施の形態の超音波診断装置は、超音波を送信する超音波発生手段１と、超音波発生手段１の図２における周波数特性（Ｔ）の帯域外（（Ｔ）よりも高周波側）の周波数に相当する周期の時間単位でデューティ比が可変である単一パルスまたはバースト状パルスを発生し超音波発生手段１を駆動する波形発生手段２と、波形発生手段２が発生する駆動波形の振幅を決定する１つの電源部３とから構成される。
【００１９】
波形発生手段２は、トリガが入力されることによって超音波発生手段１を駆動する。また、電源部３は、一定電圧を波形発生手段２に与える。波形発生手段２が発生する駆動波形の振幅は電源部３からの電圧に連動する。波形発生手段２は、駆動波形のデューティ比を変えることで、後述するように超音波の出力を変化させることができる。
【００２０】
図２は、波形発生手段２が発生する駆動波形と、その周波数スペクトラムおよび超音波発生手段１の周波数特性との関係を示す図である。
【００２１】
図２において、波形Ｗ０、Ｗ１およびＷ２は、波形発生手段２が発生する駆動波形であり、それぞれデューティ比が１００％、６７％、３３％の例である（他の％でも同様）。また、曲線Ｓ０、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ、波形Ｗ０、Ｗ１およびＷ２に対応する周波数スペクトラム分布である。また、Ｔは超音波発生手段１の周波数特性である。
【００２２】
Ｗ０〜Ｗ２において、周期ｔ１は送信する超音波の周波数によって決めるもので、デューティ比が１００％、（すなわち可変しない場合）の駆動波形Ｗ０では、超音波発生手段１の周波数帯域（Ｔ）内に駆動波形のスペクトラム（ｆ１におけるＳ０）が収められる。周期ｔ２はデューティ比を可変する周期であり、これは超音波発生手段１の帯域外（Ｔより高周波側）の周波数となるように設定する。
【００２３】
図２から明らかなように、駆動波形Ｗ０〜Ｗ２の対応する周波数スペクトラムＳ０〜Ｓ２のうち、超音波発生手段１で超音波に変換される主周波数成分は周波数ｆ１をピークとする成分であり、デューティ比を設定することにより、電源部３の電圧を固定したまま、主周波数成分ｆ１の増減（図２のｆ１でのスペクトラム分布の高低）が可能となる。
【００２４】
なお、これは一般にはパルス幅変調による方法に相当するが、本実施の形態の特徴は、デューティ比の可変周期ｔ２の逆数を超音波発生手段１の帯域外の周波数に設定することにある。また、可変周期ｔ２が極端に短くても、本実施の形態による効果は得られるが、可変周期ｔ２を実現するための時間制御精度が高くなるため実現が困難となってくる。このため、本実施の形態による効果が容易に得られるためには、ｔ１／ｔ２が偶数で、かつ、ｔ１／ｔ２を４以上とするのが適切である（参照：図２（ｂ）、（ｅ）のｆ２でのスペクトラムが増加していない）。
【００２５】
図３は、図２で示した適切なデューティ比の可変周期から外れた不適切な例であるが、図２とは異なり可変周期ｔ２の設定が超音波発生手段１の帯域内にある場合を示しており、図２と同様に、波形発生手段２が発生する駆動波形と、その周波数スペクトラムおよび超音波発生手段１の周波数特性との関係を示す図である。
【００２６】
図３において、Ｗ０、ＷａおよびＷｂは、波形発生手段２が発生する駆動波形であり、それぞれデューティ比が１００％、６７％、３３％の例である。また、曲線Ｓ０、ＳａおよびＳｂは、それぞれ、波形Ｗ０、ＷａおよびＷｂに対応する周波数スペクトラム分布である。また、Ｔは超音波発生手段１の周波数特性である。
【００２７】
デューティの可変周期ｔ２を超音波発生手段１の帯域内の周波数に設定した場合、高調波成分ｆ２が超音波発生手段１の帯域内に現れ、デューティ比を減らしても高調波成分ｆ２による駆動が行われる（図３（ｅ）、（ｆ）のｆ２でのスペクトラムが高くなっている）ため、音響出力と発熱の発生を抑える効果が得られない。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、超音波発生手段から送出される超音波の音響出力を、送信振幅を可変することなく制御でき、かつ、デューティ比を変化させたことによる不要な高調波の増加が抑えられるため、無駄なエネルギの送出による音響出力の増加や表面温度の増加も抑えることができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
【００３０】
図４において、波形発生手段２からの駆動波形のデューティ比を可変することで、音響出力を制御できる点は、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、さらに、モード制御部５が発生する現在のモード情報によって、波形制御部４は、現在のモード情報に対応したモード毎に決められた波形情報に応じた波形発生手段２が発生する駆動波形を決定する。
【００３１】
音響出力の上限は決められており、一般に分解能を重視するＢモードやＭモードでは、少ない波数で振幅のピークを高くしなければならない。ドプラ（２次元ドプラを含む）モードでは、感度を重視するため波数を増やす。モードによって波数が異なるとき音響出力を限られた範囲に制御する方法としては電源電圧を可変すれば可能であるが、超音波診断装置では、短い場合で数十μｓの間隔で音響パルスを送出し、複数のモードを同時に動作させる場合では、異なるモードの音響パルスを交互あるいは順番に送出するため、電源電圧が短時間に切り換えられることとなる。
【００３２】
しかし、本実施の形態では、電源電圧はモード毎に可変しない。モード制御部５は、現在の送信しようとしているモード情報を発生し、波形制御部４は、モードに対応する周期ｔ１、周期ｔ２、波数、デューティ比を保持している。従って、現在のモードに対応した波形情報が波形発生手段２へと伝えられ超音波発生手段１が駆動される。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、超音波発生手段から送出される超音波の音響出力を、モード毎に送信振幅を可変することなく制御できるため、デューティ比を変化させたことによる不要な二次高調波の増加を抑えることができる。これにより、無駄なエネルギの送出による音響出力の増加や表面温度の増加も抑えることができるだけでなく、モード毎の駆動波形の駆動振幅を同じにできるため、電源部としては複数かつ高速応答のものが不要となる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置における波形発生手段２の主に内部構成例を示すブロック図である。図５に示す波形発生手段２は、第１および第２の実施の形態に適用される。また、図６は、図５における各部信号の波形図である。
【００３５】
図５において、波形発生手段２は、基本波発生手段６と、変調波発生手段７と、乗算手段８と、駆動手段９とから構成される。
【００３６】
次に、このように構成された波形発生手段２の動作について、図５および図６を参照して説明する。
【００３７】
基本波形発生手段６と変調波発生手段７はトリガ波形Ａでトリガされ、両者から出力される波形は同期している。基本波形発生手段６は、超音波発生手段１を駆動する駆動波形Ｂを発生するもので、駆動波形Ｂは、周期ｔ１と波数の波形情報によって決定される。変調波発生手段７は、デューティ比を制御した波形Ｃを出力し、乗算手段８によって波形Ｂとの乗算を行って、波形Ｄのデューティ比を可変する。波形Ｃは、周期ｔ２とデューティ比によって決定され、波形Ｂの期間を全て含む長さとしている（ｔ３＜ｔ４）。なお、デジタル回路の場合は、排他的論理和や論理積などの回路を乗算手段８としてもよい。
【００３８】
本実施の形態における基本波形発生手段６は、従来の超音波診断装置にも含まれ、超音波発生手段１を駆動する波形発生以外に、超音波ビームの偏向や収束を行う。また、図５では、超音波発生手段１を高電圧で駆動する駆動手段９を含む複雑な構成となっているが、本実施の形態の実現には、従来の超音波診断装置に変調波発生手段７と乗算手段８だけを追加するだけでよい。
【００３９】
以上のように、本実施の形態によれば、基本波形発生手段が発生した単一パルスまたはバースト状パルスと、変調波発生手段が発生したデューティ比可変の連続矩形波とを乗算手段で乗算するようにしたことで、複雑なロジック回路を用いずとも、既存の基本波形発生手段に変調波発生手段と乗算手段とを追加するだけで、簡単にデューティ比が可変である駆動波形を発生することができる。
【００４０】
なお、上記第１から第３の実施の形態の何れの場合においても、単一極性の矩形パルス波形について例示および説明したが、本発明はこれに限定されず、正負両極性の矩形パルスにおいても応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における波形発生手段が発生する駆動波形と、その周波数スペクトラムおよび超音波発生手段の周波数特性との関係を示す図である。
【図３】可変周期ｔ２の設定が超音波発生手段の帯域内にある場合における、本発明の実施の形態１における波形発生手段が発生する駆動波形と、その周波数スペクトラムおよび超音波発生手段の周波数特性との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る超音波診断装置における波形発生手段の内部構成例を示すブロック図である。
【図６】図５における各部信号の波形図である。
【図７】従来の超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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