(57)【要約】【課題】超音波撮像装置の送受信に同期した必要なタイミングでのみ帰還を行い、駆動パルスを目的とする電圧に安定化させると共に確実に発振を防止する超音波撮像装置を実現する。【解決手段】コントローラ部１０８から、駆動パルスが送信されるタイミングでサンプリングパルスを発生し、帰還部４０は、サンプリングパルスが発生されたタイミングでのみ、増幅器２９の出力電圧を増幅器２９の入力部に帰還することとしているので、この帰還に起因する発振を防止すると共に、増幅器２９の出力電圧を目的とする電圧にすることを実現させる。【選択図】図３
2009050414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波パルスの送信を行う圧電素子が配列された探触子部と、
前記圧電素子に前記送信を行わせる駆動パルスを形成する送受信部と、
前記駆動パルスの形成を制御するコントローラ部と、
を備える超音波撮像装置であって、
前記送受信部は、前記駆動パルスを出力する増幅器、前記増幅器の入力部に前記増幅器の出力部の電気信号を帰還する帰還部および前記帰還をオンオフするスイッチ部を有し、
前記コントローラ部は、前記駆動パルスの形成を制御する送信制御情報に基づいて、前記スイッチ部のオンオフを制御することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
前記送信制御情報は、前記駆動パルスを形成するタイミングを示すタイミング情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項３】
前記コントローラ部は、前記タイミングに同期して、前記スイッチ部をオンにすることを特徴とする請求項２に記載の超音波撮像装置。
【請求項４】
前記送信制御情報は、前記駆動パルスが有する最大電圧の位置を示す最大電圧位置情報を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項５】
前記コントローラ部は、前記最大電圧位置情報が示す最大電圧位置で、前記スイッチ部をオンにすることを特徴とする請求項４に記載の超音波撮像装置。
【請求項６】
前記駆動パルスは、前記送信の後に、前記被検体から反射される反射超音波パルス列の受信を行わないダミーパルスであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項７】
前記帰還部は、前記増幅器の出力部の電気信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換部、前記ディジタル化された電気信号に基づいて前記電気信号の補正量を算定し、前記補正量に基づいて前記増幅器の入力情報を求める帰還演算部および前記入力情報をアナログ化して出力するＤ／Ａ変換部を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項８】
前記帰還部は、前記帰還の帰還利得を調整する利得調整手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
【請求項９】
前記スイッチ部は、前記Ａ／Ｄ変換部のディジタル化された電気信号を出力する出力部に、前記電気信号をサンプリングするサンプリング部を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の超音波撮像装置。
【請求項１０】
前記コントローラ部は、前記帰還がオンにされる際に、前記サンプリング部をサンプリング状態にすることを特徴とする請求項９に記載の超音波撮像装置。
【請求項１１】
前記スイッチ部は、前記出力部および前記Ａ／Ｄ変換部を接続する結線にアナログスイッチを備えることを特徴とする請求項７ないし１０に記載の超音波撮像装置。
【請求項１２】
前記コントローラ部は、前記帰還がオンにされる際に、前記アナログスイッチを電気的な接続状態にすることを特徴とする請求項１１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１３】
前記増幅器は、前記駆動パルスを生成するトランジスタおよび前記トランジスタに前記駆動パルスを生成させるドライバー回路を備えることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１４】
前記増幅器は、前記出力部の電気信号を検出する検出抵抗を備えることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１５】
前記帰還部は、前記電気信号の電圧を分圧する分圧器を備えることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１６】
前記送受信部は、前記増幅器の出力部および前記圧電素子を電気的に接続する回路にトランスを備えることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１７】
前記送受信部は、前記駆動パルスの正電圧部分および負電圧部分の波形が点対称の構造を有する際に、前記正電圧部分および前記負電圧部分を別個に形成する２系統の前記増幅器、前記帰還部および前記スイッチ部を備えることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１８】
前記送受信部は、前記２系統の増幅器の出力部および前記圧電素子を電気的に接続する回路にトランスを有し、前記増幅器が接続される前記トランスの一次側に、コイルの巻き方向が異なる２つのコイルを備えることを特徴とする請求項１７に記載の超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検体に超音波パルス（ｐｕｌｓｅ）の送信を行う探触子部と、この送信を行わせる駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）を形成する送受信部と、駆動パルスの形成を制御するコントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）部とを備える超音波撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像装置は、探触子部の圧電素子を駆動する駆動パルスを、送受信部の増幅器で発生させる。この増幅器では、負帰還が加えられ、圧電素子に印加される駆動パルスを目的とする電圧に安定させる。これにより、駆動パルスは、目的とする電圧に一致したものとなり、超音波撮像装置の画質も安定した出力が維持される。
【０００３】
一方、超音波撮像装置は、探触子部を被検体に密着させ、超音波パルスの送受信を行う。ここで、探触子部の圧電素子および駆動パルスを形成する送受信部の増幅器は、１ｍ程度の同軸ケーブル（ｃａｂｌｅ）により接続される。この同軸ケーブルは、湾曲等によりインピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）変化を生じ、増幅器の出力部にかかる負荷特性を変動させる要因となる。
【０００４】
また、超音波撮像装置では、高分解能を実現するために、圧電素子および増幅器の多チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）化が進んでいる。この多チャネル化では、数十〜百チャネル程度の圧電素子が、ほぼ同時に送受信される。これに伴い送受信部は、大きなスペース（ｓｐａｃｅ）を要するものとなり、高密度実装が必須となる。しかし、高密度実装では、チャネル相互の浮遊容量、浮遊インダクタンス（ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）等の効果が大きくなり、上述した負荷の変動と相俟って、増幅器の発振現象が生じ易くなる。
【０００５】
この発振現象を防止するために、例えば、帰還情報の連続的な負帰還の代わりに、帰還情報を間欠的にサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）し、間欠的な負帰還にすることが行われる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４―８９４６６号公報、（第１頁、第１図）
【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、上記背景技術によれば、発振は抑制されるものの、Ｂモード（ｍｏｄｅ）あるいはドップラモード（ｄｏｐｐｌｅｒ  ｍｏｄｅ）等の多様な撮像モードに対応して、適切な帰還を行うことは容易でない。すなわち、撮像モードごとに駆動パルスのタイミング（ｔｉｍｉｎｇ）は異なるものであり、これら駆動パルスごとに最適なタイミングで帰還を行う必要があった。
【０００７】
また、超音波撮像装置では、被検体に駆動パルスを繰り返し送信し、これら駆動パルスの間に存在する受信期間に画像情報を収集する。これら送受信の期間を考慮し、上述の様な間欠的な帰還を行うことは、一層確実な発振の防止と共に、安定した画質の取得を行うことができる。
【０００８】
これらのことから、超音波撮像装置の送受信に同期した必要なタイミングでのみ帰還を行い、駆動パルスを目的とする電圧に安定化させると共に確実に発振を防止する超音波撮像装置をいかに実現するかが重要となる。
【０００９】
この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、超音波撮像装置の送受信に同期した必要なタイミングでのみ帰還を行い、駆動パルスを目的とする電圧に安定化させると共に確実に発振を防止する超音波撮像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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、被検体に超音波パルスの送信を行う圧電素子が配列された探触子部と、前記圧電素子に前記送信を行わせる駆動パルスを形成する送受信部と、前記駆動パルスの形成を制御するコントローラ部とを備える超音波撮像装置であって、前記送受信部は、前記駆動パルスを出力する増幅器、前記増幅器の入力部に前記増幅器の出力部の電気信号を帰還する帰還部および前記帰還をオンオフするスイッチ部を有し、前記コントローラ部は、前記駆動パルスの形成を制御する送信制御情報に基づいて、前記スイッチ部のオンオフを制御することを特徴とする。
【００１１】
この第１の観点による発明では、送受信部は、駆動パルスを出力する増幅器、この増幅器の入力部に増幅器の出力部の電気信号を帰還する帰還部および帰還をオンオフするスイッチ部を有し、コントローラ部は、駆動パルスの形成を制御する送信制御情報に基づいて、スイッチ部のオンオフを制御する。
【００１２】
また、第２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１の観点に記載の超音波撮像装置であって、前記送信制御情報が、前記駆動パルスを形成するタイミングを示すタイミング情報を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２の観点に記載の超音波撮像装置において、前記コントローラ部が、前記タイミングに同期して、前記スイッチ部をオンにすることを特徴とする。
【００１４】
この第３の観点の発明では、駆動パルスの形成に同期して、スイッチ部をオンにし、出力電圧の帰還を行う。
【００１５】
また、第４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし３の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記送信制御情報が、前記駆動パルスが有する最大電圧の位置を示す最大電圧位置情報を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、第５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第４の観点に記載の超音波撮像装置において、前記コントローラ部が、前記最大電圧位置情報が示す最大電圧位置で、前記スイッチ部をオンにすることを特徴とする。
【００１７】
この第５の観点の発明では、最大電圧位置で帰還を行う。
【００１８】
また、第６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし５の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記駆動パルスが、前記送信の後に、前記被検体から反射される反射超音波パルス列の受信を行わないダミーパルスであることを特徴とする。
【００１９】
この第６の観点の発明では、撮像を行う前に、ダミーパルスにより、駆動パルスを目的の電圧に調整する。
【００２０】
また、第７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし６の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記帰還部が、前記増幅器の出力部の電気信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換部、前記ディジタル化された電気信号に基づいて前記電気信号の補正量を算定し、前記補正量に基づいて前記増幅器の入力情報を求める帰還演算部および前記入力情報をアナログ化して出力するＤ／Ａ変換部を備えることを特徴とする。
【００２１】
この第７の観点の発明では、帰還をディジタル信号に変換して行う。
【００２２】
また、第８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第７の観点に記載の超音波撮像装置において、前記帰還部が、前記帰還の帰還利得を調整する利得調整手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
この第８の観点の発明では、帰還利得の調整により、効率良く、しかも発振が起こらないようにする。
【００２４】
また、第９の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第７または８の観点に記載の超音波撮像装置において、前記スイッチ部が、前記Ａ／Ｄ変換部のディジタル化された電気信号を出力する出力部に、前記電気信号をサンプリングするサンプリング部を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、第１０の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第９の観点に記載の超音波撮像装置において、前記コントローラ部が、前記帰還がオンにされる際に、前記サンプリング部をサンプリング状態にすることを特徴とする。
【００２６】
この第１０の観点の発明では、サンプリング部に、帰還のオンオフ動作をさせる。
【００２７】
また、第１１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第７ないし１０の観点に記載の超音波撮像装置において、前記スイッチ部が、前記出力部および前記Ａ／Ｄ変換部を接続する結線にアナログスイッチを備えることを特徴とする。
【００２８】
また、第１２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１１の観点に記載の超音波撮像装置において、前記コントローラ部が、前記帰還がオンにされる際に、前記アナログスイッチを電気的な接続状態にすることを特徴とする。
【００２９】
この第１２の観点の発明では、アナログスイッチにより、帰還のオンオフを行う。
【００３０】
また、第１３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし１２の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記増幅器が、前記駆動パルスを生成するトランジスタおよび前記トランジスタに前記駆動パルスを生成させるドライバー回路を備えることを特徴とする。
【００３１】
この第１３の観点の発明では、増幅器を２段接続とし、安定して高出力の動作を行う。
【００３２】
また、第１４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし１３の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記増幅器が、前記出力部の電気信号を検出する検出抵抗を備えることを特徴とする。
【００３３】
この第１４の観点の発明では、駆動パルスの出力電圧に比例した電圧を検出する。
【００３４】
また、第１５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし１３の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記帰還部が、前記電気信号の電圧を分圧する分圧器を備えることを特徴とする。
【００３５】
この第１５の観点の発明では、検出抵抗を無くし、増幅器のドライバが有する負荷を軽減する。
【００３６】
また、第１６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし１５の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記送受信部が、前記増幅器の出力部および前記圧電素子を電気的に接続する回路にトランスを備えることを特徴とする。
【００３７】
この第１６の観点の発明では、圧電素子と増幅器を交流結合とする。
【００３８】
また、第１７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし１６の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記送受信部が、前記駆動パルスの正電圧部分および負電圧部分の波形が点対称の構造を有する際に、前記正電圧部分および前記負電圧部分を別個に形成する２系統の前記増幅器、前記帰還部および前記スイッチ部を備えることを特徴とする。
【００３９】
この第１７の観点の発明では、正および負電圧を有する両極性の駆動パルスを発生させる。
【００４０】
また、第１８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１７の観点に記載の超音波撮像装置において、前記送受信部が、前記２系統の増幅器の出力部および前記圧電素子を電気的に接続する回路にトランスを有し、前記増幅器が接続される前記トランスの一次側に、コイルの巻き方向が異なる２つのコイルを備えることを特徴とする。
【００４１】
この第１８の観点の発明では、両極性の駆動パルスを、正または負電圧の電源を用いて発生させる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、撮像モードの送受信に同期した最適なタイミングで帰還を行うこととしているので、増幅器の帰還部に起因する発振を、撮像モードにかかわらず、安定して確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる超音波撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
【００４４】
まず、本実施の形態１にかかる超音波撮像装置１００の全体構成について説明する。図１は、超音波撮像装置１００の全体構成を示すブロック（ｂｌｏｃｋ）図である。超音波撮像装置１００は、探触子部１０１、送受信部１０２、Ｂモード処理部１０３、ドップラ処理部１０９、シネメモリ（ｃｉｎｅ  ｍｅｍｏｒｙ）部１０４、画像表示制御部１０５、表示部１０６、入力部１０７およびコントローラ部１０８を備えている。
【００４５】
探触子部１０１は、超音波を送受信するための部分、つまり被検体の特定方向に超音波を照射し、被検体内部から都度反射された反射超音波パルス列を時系列的な音線として受信する。探触子部１０１は、超音波の照射位置を順次切り替える電子走査を行うための部分でもあり、探触子部１０１の内部には、圧電素子がアレイ（ａｒｒａｙ）状に配置されている。
【００４６】
送受信部１０２は、探触子部１０１と同軸ケーブルによって接続されており、探触子部１０１の圧電素子を駆動するための駆動パルスを発生する。送受信部１０２は、受信した反射超音波パルス列の電気信号の初段増幅も行う。
【００４７】
Ｂモード処理部１０３は、送受信部１０２で増幅された反射超音波パルス列の信号からＢモード画像をリアルタイム（ｒｅａｌ  ｔｉｍｅ）で生成する。具体的な処理内容は、受信した反射超音波パルス列の電気信号の遅延加算処理、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ／ｄｉｇｉｔａｌ）変換処理、変換した後のディジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）情報をＢモード画像情報として後述のシネメモリ部１０４に書き込む処理等である。
【００４８】
ドップラ処理部１０９は、送受信部１０２で初段増幅された反射超音波パルス列の電気信号から、位相変化情報を抽出し、リアルタイムで被検体内部の血流平均速度、パワー（ｐｏｗｅｒ）値、分散といった、ドップラ撮像領域に含まれる各撮像位置の血流情報を算出する。
【００４９】
シネメモリ部１０４は、画像メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）であり、Ｂモード処理部１０３で生成されたＢモード画像情報およびドップラ処理部１０９で生成された血流情報を保存する。
【００５０】
画像表示制御部１０５は、Ｂモード処理部１０３で生成されたＢモード画像情報またはドップラ処理部１０９で生成された血流情報等の表示フレームレート（ｆｒａｍｅ  ｒａｔｅ）変換を行い、さらに画像表示の形状や位置制御を行う。
【００５１】
表示部１０６は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）あるいはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等からなり、Ｂモード画像あるいはドップラ画像等の表示を行う。
【００５２】
入力部１０７は、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等からなり、オペレータ（ｏｐｅｒａｔｏｒ）により、操作入力信号が入力される。例えば、Ｂモードによる表示あるいはドップラ処理の表示を選択するための操作入力、あるいはドップラ処理を行うドップラ撮像領域の設定を入力する操作入力等の情報を、コントローラ部１０８に与える。
【００５３】
コントローラ部１０８は、入力部１０７から入力された操作入力信号および予め記憶したプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）やデータ（ｄａｔａ）に基づいて、上述した超音波撮像装置各部の動作を制御する。特に、コントローラ部１０８は、圧電素子を駆動する駆動パルスの送信を制御する送信制御情報を、送受信部１０２に入力する。
【００５４】
図２は、探触子部１０１、送受信部１０２およびＢモード処理部１０３の詳細を示すブロック図である。探触子部１０１は、アレイ状の圧電素子１０およびアナログマルチプレクサ（ａｎａｌｏｇ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）１１を含み、Ｂモード処理部１０３は、受信ビームフォーマ（ｂｅａｍ  ｆｏｒｍｅｒ）２１および送信ビームフォーマ２２を含む。アレイ状の圧電素子１０は、圧電素子を１次元配列したものである。
【００５５】
アナログマルチプレクサ１１は、高耐電圧のアナログ電子スイッチ（ｓｗｉｔｃｈ）で、圧電素子１０の圧電素子と一対一に接続される入出力端子および送受信部１０２と一対一に接続される入出力端子を有する。例えば、圧電素子の数が２５６チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）からなる圧電素子１０および送受信回路の数が６４チャネルからなる送受信部１０２の場合には、アナログマルチプレクサ１１は、探触子アレイと接続される側に２５６チャネルの接続端子を有し、送受信回路と接続される側には６４チャネルの接続端子を有する。
【００５６】
送受信部１０２は、圧電素子を駆動する駆動パルスを形成し、圧電素子で受信される反射超音波パルス列の初段増幅を行う部分である。送受信部１０２は、同様の送信回路２３および受信回路２４が、例えば６４チャネル独立に配列されたものである。送信ビームフォーマ２２は、コントローラ部１０８からの焦点深度情報に基づいて、電子フォーカス（ｆｏｃｕｓ）を行うために遅延されたトリガ（ｔｒｉｇｇｅｒ）信号を発生する。送受信部１０２の送信回路２３は、入力されたトリガ信号に同期して所定の駆動パルスを発生する。受信ビームフォーマ２１は、被検体の内部から反射された反射超音波パルス列に、チャネルごとに遅延を加え、加算の後に音線情報として画像表示制御部１０５に出力する。
【００５７】
図３は、送信回路２３の構成を示すブロック図である。送信回路２３は、トランス（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）２７、増幅器２９および帰還部４０を含む。そして、増幅器２９は、トランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３０およびドライバ（ｄｒｉｖｅｒ）３１を含み、帰還部４０は、検出抵抗３６、Ａ／Ｄ変換器３５、サンプリング回路３４、利得調整手段３７、帰還演算部３８および波形メモリ３９を含む。
【００５８】
トランス２７は、一次側がトランジスタ３０の出力、２次側が圧電素子１０に接続され、トランジスタ３０で形成された駆動パルスを圧電素子１０に印加する。
【００５９】
トランジスタ３０は、例えば１００Ｖ程度の高い耐電圧を有するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成され、ドレイン（ｄｒａｉｎ）端子がトランス２７の一次側に接続され、ソース（ｓｏｕｒｃｅ）端子が検出抵抗３６を介して接地される。トランジスタ３０のゲート（ｇａｔｅ）端子には、ドライバ３１の出力が入力され、トランジスタ３０が安定したスイッチングを行うようにされる。ドライバ３１は、トランジスタ３０と比較して、電流容量および耐電圧の小さなトランジスタである。
【００６０】
検出抵抗３６は、トランジスタ３０のソース端子および接地端子間に接続され、トランジスタ３０のドレイン端子およびソース端子間に流れる電流に比例する電圧を検出する。
【００６１】
Ａ／Ｄ変換器３５は、検出抵抗３６で検出された電圧を、アナログ信号からディジタル信号に変換する。なお、Ａ／Ｄ変換器３５は、所定の時間間隔、例えば駆動パルスのパルス幅よりも充分に短い時間間隔で、逐次Ａ／Ｄ変換を行う。
【００６２】
サンプリング回路３４は、Ａ／Ｄ変換器３５から出力されるディジタル信号を、コントローラ部１０８からの送信制御情報に同期してサンプリングするラッチ（ｌａｔｃｈ）回路である。
【００６３】
利得調整手段３７は、サンプリング回路３４でサンプリングされたディジタル信号に利得調整を行い、帰還演算部３８に出力する。帰還演算部３８は、利得調整されたディジタル信号を、目標とする参照電圧情報と比較し、補正電圧情報を算出する。ここで、補正量である補正電圧をΔＶ、利得をｋ、目標電圧をＶｒ、検出電圧をＶｄとすると、
【００６４】
ΔＶ＝ｋ（Ｖｄ−Ｖｒ）  ―――――――（１）
の関係を有する式（１）を用いて、補正電圧情報が求められる。なお、目標電圧Ｖｒおよび利得ｋは、コントローラ部１０８から撮像モードごとに設定される。目標電圧Ｖｒは、検出抵抗３６の値およびトランジスタ３０のドレイン―ソース間に流れる目標電流から算定され、利得ｋは、大きくすると帰還による補正効果が高くなるものの、発振が生じやすくなるので、実験的に発振が生じなくしかも補正効果もある値に決定される。
【００６５】
波形メモリ３９は、駆動パルスの波形が記憶されたメモリである。波形メモリ３９に記憶された駆動パルスは、送信ビームフォーマ２２からのトリガ信号に同期して、図示しないカウンタ（ｃｏｕｎｔｅｒ）等により順次読み出され、Ｄ／Ａ変換器３２に送信される。図４は、波形メモリ３９に記憶されるバースト（ｂｕｒｓｔ）波形の一例を、模式的に示した説明図である。横軸は、読み出される時間、縦軸は、駆動パルスの振幅の大きさＶｏを示す。バースト波形のパルス幅Ｔおよびパルス数は、使用される圧電素子１０の共振周波数および撮像モード等により異なり、コントローラ部１０８からの撮像モード情報あるいは圧電素子１０の共振周波数情報に基づいて、波形メモリ３９に存在する複数の波形の中から、最適なバースト波形が選択される。
【００６６】
帰還演算部３８は、上述した補正電圧情報ΔＶを用いて、波形メモリ３９に記憶される駆動パルス情報の振幅に補正を加える。例えば、波形メモリ３９に記憶される駆動パルス情報の振幅をＶｏとする場合に、
【００６７】
Ｖｏ＝Ｖｏ−ΔＶ
となる新たな振幅Ｖｏを有する駆動パルス情報に波形メモリ３９の情報を変更する。
【００６８】
Ｄ／Ａ変換器３２は、波形メモリ３９の駆動パルスに関するディジタル情報を、アナログ情報に変換し、増幅器２９のドライバ３１に入力する。
【００６９】
つぎに、コントローラ部１０８および帰還部４０の動作について説明する。図５は、コントローラ部１０８および帰還部４０の動作を示すフローチャート（ｆｌｏｗｃｈａｒｔ）である。まず、オペレータは、入力部１０７からＢモードあるいはドップラモード等の撮像モードを選択する（ステップＳ５０１）。これにより、コントローラ部１０８には、撮像モードおよび装着された探触子部１０１等に応じた送信制御情報を含む送受信制御情報を形成する。
【００７０】
コントローラ部１０８は、この送信制御情報を、送受信部１０２およびＢモード処理部１０３等に送信する。送受信部１０２に送信される送信制御情報は、波形メモリ３９に記憶される駆動パルスの選択情報を含み、例えば図４に示す様な駆動パルスが選択される。
【００７１】
また、コントローラ部１０８は、電子フォーカスを行う焦点深度位置情報が、入力部１０７から入力され、この焦点深度位置情報に基づいて、駆動パルスのチャネルごとの遅延時間情報を算定する。
【００７２】
遅延時間情報は、送信制御情報に含まれ、Ｂモード処理部１０３の送信ビームフォーマ２２に入力される。送信ビームフォーマ２２は、この遅延時間情報および駆動されるチャネル情報等に基づいて、コントローラ部１０８から繰り返し発生される送信起動パルス６１に同期して、送受信部１０２の各チャネルを起動するトリガ信号を発生する。
【００７３】
その後、コントローラ部１０８は、超音波パルスの送受信を指示する送信起動パルス６１を発生する（ステップＳ５０２）。この送信起動パルスは、送信ビームフォーマ２２に送信された後にトリガ信号を発生し、さらにこのトリガ信号は送信回路２３に送信され、増幅器２９の出力に、波形メモリ３９と同型の駆動パルスを発生させる。
【００７４】
図６（Ａ）は、コントローラ部１０８から発生される送信起動パルス６１を、横軸を時間軸として示した説明図である。図６（Ｂ）は、送信起動パルス６１に同期してトランジスタ３０のドレイン端子に出力される駆動パルス６２を、縦軸を電圧、横軸を図６（Ａ）と共通の時間軸として示した説明図である。駆動パルス６２は、送信ビームフォーマ２２で発生される、送信起動パルス６１から遅延時間τだけ遅延したトリガ信号に同期して発生される。駆動パルス６２は、波形メモリ３９に記憶された図４に示した様な形状の波形を有する。
【００７５】
その後、サンプリング回路３４は、コントローラ部１０８から入力されるサンプリングパルス６３に同期して、増幅器２９の出力部の電気信号であるトランジスタ３０が有するソース端子の電圧情報をサンプリングする（ステップＳ５０３）。図６（Ｃ）は、横軸を図６（Ａ）および（Ｂ）と共通の時間軸として、コントローラ部１０８からサンプリング回路３４に入力されるサンプリングパルス６３を示す説明図である。
【００７６】
サンプリングパルス６３は、送信ビームフォーマ２２に設定されるチャネルごとの遅延時間τおよび最大電圧位置情報である駆動パルス６２のパルス幅Ｔを考慮し、駆動パルス６２の最大出力電圧に対応する位置でサンプリングを行う。
【００７７】
すなわち、コントローラ部１０８は、遅延時間τおよびパルス幅Ｔの情報を用いて、Ｔ＞ｄとなる時間ｄを設定し、送信起動パルス６１に対してτ＋ｄだけ遅延した時間にサンプリングパルス６３を出力し、Ａ／Ｄ変換器３５のディジタル出力をサンプリングする。なお、時間ｄは、駆動パルス６２の最大出力電圧を正確に検出する時間に設定される。例えば、送信起動パルス６１の立ち上がり部分に波形のリンギング（ｒｉｎｇｉｎｇ）等が存在する場合には、時間ｄを長くし、リンギングが存在しない位置でサンプリングを行う。
【００７８】
その後、帰還部４０は、サンプリング回路３４で取得されたディジタル情報を、増幅器２９の入力部に帰還する（ステップＳ５０４）。この帰還では、利得調整手段３７に設定された利得ｋおよび帰還演算部３８の式（１）を用いた補正量の算定を行い、波形メモリ３９に記憶された駆動パルスの振幅情報を変更する。具体的には、サンプリングされた検出電圧Ｖｄと目標電圧Ｖｒとの差に比例する補正量である補正電圧ΔＶを算定し、波形メモリ３９に記憶された駆動パルスの振幅情報を変更する。そして、変更された波形メモリ３９の駆動パルス情報は、つぎの送信起動パルス６１に同期して、増幅器２９のドライバ３１に出力される。これにより、新たな振幅の駆動パルス６２が、増幅器２９の出力部に出力される。
【００７９】
なお、帰還は、増幅器２９に入力される電気信号が補正されれば良いので、波形メモリ３９に書き込まれた駆動パルス情報を変更することなく、Ｄ／Ａ変換器３２の参照電圧の増減等によって行うこともできる。
【００８０】
その後、コントローラ部１０８は、送信を継続するかどうかを判定し（ステップＳ５０５）、送信を継続する場合には（ステップＳ５０５肯定）、ステップＳ５０２に移行し、再度送信起動パルス６１を発生させる。なお、送信起動パルス６１が再度送信される迄は、サンプリングパルス６３の発生は行われず、従って駆動パルス６２の最高電圧出力の帰還は行われない。この様に帰還は、連続して行われるものではないので、発振は防止される。また、コントローラ部１０８は、送信を継続しない場合には（ステップＳ５０５否定）、本処理を終了する。
【００８１】
上述してきたように、本実施の形態１では、コントローラ部１０８から、駆動パルス６２が送信されるタイミングでサンプリングパルス６３を発生し、帰還部４０は、サンプリングパルス６３が発生されたタイミングでのみ、増幅器２９の出力電圧を増幅器２９の入力部に帰還することとしているので、この帰還に起因する発振を防止すると共に、増幅器２９の出力電圧を目的とする電圧にすることができる。
【００８２】
また、本実施の形態１では、送信起動パルス６１の後に、被検体から反射される反射超音波パルス列を受信し、Ｂモード画像として表示することとしたが、Ｂモード撮像を行う前に、ダミーパルス（ｄｕｍｍｙ  ｐｕｌｓｅ）として送信起動パルス６１の送信のみを行い、帰還により増幅器２９の出力電圧を目的とする電圧に調整し、その後Ｂモード撮像を行うようにすることもできる。
【００８３】
また、本実施の形態１では、Ｂモード撮像を行う場合の例を示したが、ドップラモードあるいはＢフローモード（Ｂｆｌｏｗ  ｍｏｄｅ）等の撮像モードでも全く同様に帰還のタイミングを制御し、発振のない安定した画像を取得することができる。
【００８４】
また、本実施の形態１では、検出抵抗３６に接続されたトランジスタ３０のソース端子から帰還電圧を検出することとしたが、検出抵抗３６を削除し、トランジスタ３０のドレイン端子から帰還電圧を検出することもできる。
【００８５】
図７は、トランジスタ３０のドレイン端子から帰還電圧を検出する送信回路７３の一例を示すブロック図である。送信回路７３は、トランス２７、増幅器２９および帰還部７０を含む。送信回路７３は、図３に示した送信回路２３に対応するものであり、増幅器２９およびトランス２７は、送信回路２３と全く同様である。また、帰還部７０は、送信回路２３が有する帰還部４０の検出抵抗３６の代わりに、分圧器７１およびキャパシター（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）７２を有する。
【００８６】
また、本実施の形態１では、増幅器２９の出力部の電圧をサンプリングするのは、一つの送信起動パルス６１に対して、一度だけとしたが、一つの送信起動パルス６１に対して、複数の駆動パルス６２が出力される場合には、駆動パルス６２ごとにサンプリングパルス６３を発生させ、複数回のサンプリングを行うこともできる。
（実施の形態２）
【００８７】
ところで、上記実施の形態１では、サンプリング回路３４のサンプリング動作により、帰還をオンにすることとしたが、トランジスタ３０のソース端子とＡ／Ｄ変換器３５との間にスイッチ（ｓｗｉｔｃｈ）を挿入し、このスイッチのオンオフ動作により、帰還をオンオフさせることもできる。これにより、帰還ループ（ｌｏｏｐ）がオフ状態にある場合の絶縁特性を、高いものにすることができ、ひいては帰還ループに起因する発振をより確実に防止することができる。
【００８８】
図８は、本実施の形態２にかかる送信回路８３の構成を示すブロック図である。送信回路８３は、トランス２７、増幅器２９および帰還部８０を含む。送信回路８３は、図３に示した送信回路２３に対応するものであり、増幅器２９およびトランス２７は、送信回路２３のものと全く同様である。また、帰還部８０は、帰還部４０の検出抵抗３６とＡ／Ｄ変換器３５の間に新たなスイッチ８１を付加したものである。
【００８９】
スイッチ８１は、アナログスイッチ（ａｎａｌｏｇ  ｓｗｉｔｃｈ）等で構成され、コントローラ部１０８からのオンオフ情報に基づいて、アナログスイッチの電気接続をオンオフする。なお、アナログスイッチは、入出力の端子間がオフの状態にある場合に数ＭΩの絶縁抵抗を有している。従って、スイッチ８１がオフ状態にある場合には、帰還ループの絶縁性が高いものとなり、帰還ループに起因する発信の防止を確実なものにすることができる。
【００９０】
なお、サンプリング回路３４、利得調整手段３７および帰還演算部３８は、半導体回路を用いて高密度に配線される。これらの素子間およびチャネル相互の間に存在する電気信号のアイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）は、上述したスイッチ８１の絶縁抵抗と比較して充分とは言えず、駆動パルス６２等の瞬時パルスによりリーク（ｌｅａｋ）電圧あるいはリーク電流が生じる。
【００９１】
コントローラ部１０８は、スイッチ８１のオンオフを、例えば図６（Ｂ）に示した駆動パルス６２に同期して行う。これにより、コントローラ部１０８は、サンプリング回路３４がサンプリングを行う場合にはスイッチ８１をオン状態とし、サンプリングを行わない場合にはスイッチ８１をオフ状態とし、増幅器２９の出力電圧が帰還ループにリークすることを確実に防止する。
【００９２】
上述してきたように、本実施の形態２では、スイッチ８１により、帰還ループを確実にオンオフすることとしているので、帰還ループに起因する発振を確実に防止すると共に、増幅器２９の出力部の瞬時的な変化あるいは外部から電気的なノイズ（ｎｏｉｓｅ）が帰還ループにリークすることを防止し、安定した動作を行うことができる。
（実施の形態３）
【００９３】
ところで、上記実施の形態１では、増幅器２９を一つ設け、正電圧の方向にのみ振幅を有する単極性の駆動パルス６２を発生させる場合を示したが、増幅器２９を２つ設け、正および負電圧の両方向に振幅を有する両極性の駆動パルスを発生させることもできる。
【００９４】
図９は、本実施の形態３にかかる送信回路９３の構成を示すブロック図である。送信回路９３は、２系統の２つの増幅器２９および帰還部４０、遅延部９４、並びに、トランス９７を含む。増幅器２９および帰還部４０は、図３に示したものと全く同様であるので説明を省略する。また、トランス９３は、トランス２７に対応するものであり、内部のコイル（ｃｏｉｌ）構成および配線がトランス２７と異なる。
【００９５】
トランス９７は、コイルの巻かれる方向が１８０度異なる２つのコイル９０および９１を、一次側に有する。これら２つのコイルは、一方の端子が共通の電圧電源ＶＤＤに接続され、もう一方の２つの端子が異なる増幅器２９の出力端子に電気的に接続される。また、１次側のコイル９０および９１は、２次側のコイル９２と磁気的に結合されている。これにより、一次側のコイル９０または９１に同一方向の電流が流される場合に、２次側コイル９２では、逆方向に流れる電流が誘起され、逆極性の駆動パルスが発生する。
【００９６】
遅延部９４は、送信ビームフォーマ２２から入力されるトリガ信号に対して、駆動パルス６２が有する周期の半分に当たる、位相が１８０度ずれたパルス幅Ｔだけ時差のあるトリガ信号を生成する。
【００９７】
図１０（Ａ）は、送信ビームフォーマ２２から帰還部４０に直接入力されるトリガ信号４１を示す説明図である。図１０（Ｂ）は、遅延部９４で生成されたトリガ信号４２を示す説明図である。トリガ信号４２は、遅延部９４により、トリガ信号４１に対して駆動パルス６２の半波長に当たる時間Ｔだけ遅延させられる。
【００９８】
図１０（Ｃ）は、送信回路９３により発生される両極性の駆動パルス４３を示す説明図である。駆動パルス４３の正電圧部分は、トリガ信号４１により形成され、駆動パルス４３の負電圧部分は、トリガ信号４２により形成される。
【００９９】
上述してきたように、本実施の形態３では、トランス９７の一次側に巻き方の異なる２つのコイル９０および９１を有し、この２つのコイルを、２つの帰還部４０および増幅器２９で、起動のタイミングをずらして起動することとしているので、正および負電圧の両極性の駆動パルス４３を発生することができる。
【０１００】
また、本実施の形態３では、送信回路９３に帰還部４０を２つ設けることとしたが、フィードバック（ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ）を行うこれら２つの帰還部４０は、Ａ／Ｄ変換器３５およびＤ／Ａ変換器３２を除いて、サンプリング回路３４、利得調整手段３７、帰還演算部３８および波形メモリ３９等のディジタル回路からなるので、メモリおよび演算処理部からなる一つの回路にまとめることもできる。
【０１０１】
また、本実施の形態１〜３では、トランジスタ３０としてＦＥＴを用いる場合を示したが、代わりにバイポーラ（ｂｉｐｏｌａ）型トランジスタ、ＣＭＯＳ型ＦＥＴ、バイポーラ型トランジスタおよびＦＥＴが共存するＩＧＢＴ、サイリスタ（ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】超音波撮像装置の探触子部、送受信部およびＢモード処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかる送信回路を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１にかかる波形メモリに記憶される駆動パルスの一例を示す説明図である。
【図５】実施の形態１にかかる送信回路の動作を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１にかかる帰還部のサンプリングタイミングを示す説明図である。
【図７】実施の形態１にかかる帰還で、出力部の電気信号を検出する別の形態を示す説明図である。
【図８】実施の形態２にかかる送信回路を示すブロック図である。
【図９】実施の形態３にかかる送信回路を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態３にかかる送信回路で発生される駆動パルスを示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  圧電素子
１１  アナログマルチプレクサ
２１  受信ビームフォーマ
２２  送信ビームフォーマ
２３、７３、８３、９３  送信回路
２４  受信回路
２７、９３，９７  トランス
２９  増幅器
３０  トランジスタ
３１  ドライバ
３２、３５  Ａ／Ｄ変換器
３４  サンプリング回路
３６  検出抵抗
３７  利得調整手段
３８  帰還演算部
３９  波形メモリ
４０、７０、８０  帰還部
４１、４２  トリガ信号
４３  駆動パルス
６１  送信起動パルス
６２  駆動パルス
６３  サンプリングパルス
７１  分圧器
７２  キャパシター
８１  スイッチ
９０、９１、９２  コイル
９４  遅延部
１００  超音波撮像装置
１０１  探触子部
１０２  送受信部
１０３  Ｂモード処理部
１０４  シネメモリ部
１０５  画像表示制御部
１０６  表示部
１０７  入力部
１０８  コントローラ部
１０９  ドップラ処理部
【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】
2009050414.tif 000008
【図７】
2009050414.tif 000009
【図８】
2009050414.tif 000010
【図９】
2009050414.tif 000011
【図１０】
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