| 【発明の名称】 |
超音波駆動回路 |
| 【発明者】 |
【氏名】吉村 武浩
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| 【要約】 |
【課題】超音波振動子を駆動する電気的な駆動パルスのパルス幅を理想的な状態に自動補正する。
【解決手段】超音波観測装置１内部の送信部２では、パルス発生回路３で生成した基準となる電気的パルスをパルス幅設定回路４で任意のパルス幅に設定し、パルスドライバ５、パルストランス６を経てパルスを規定電圧に増幅して出力する。送信部２の出力はパルス幅検出回路１０、パルス比較回路１１、パルス幅補正回路１２を介し、パルス幅設定回路４を制御するパルス幅制御回路１３にフィードバック接続され、パルス比較回路１１にはパルステーブル１４が接続されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 超音波振動子を駆動するための送信パルスを発生する発振手段と、前記発振手段から出力される前記送信パルスのパルス幅を可変するパルス幅可変手段と、前記超音波振動子に供給される前記パルス幅可変手段から出力される前記送信パルスに基づく駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するパルス幅検出手段と、前記パルス幅検出手段で得られた検出信号と所定の基準信号とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づき前記パルス幅可変手段を制御するパルス幅制御手段とを備えたことを特徴とする超音波駆動回路。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波駆動回路、更に詳しくは超音波駆動パルスのパルス幅制御部分に特徴のある超音波駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波観測装置は超音波内視鏡及び超音波プローブと接続して病変の深達度診断、臓器の実質診断等に用いられている。
【０００３】この超音波内視鏡及び超音波プローブの先端には超音波振動子が内蔵されており、超音波観測装置から送信される電気 的な駆動パルスは超音波振動子によって音響的な超音波パルスに変換され、体内組織に照射される。体内からはその反射波が返ってくるため、それを超音波振動子で電気的信号に変換し、信号処理等を行って超音波断層像として表示するような仕組みになっている。
【０００４】従来、この超音波振動子にはＰＺＴ（二成分系圧電セラミックスPb(Ti,Zr)O3の略）が使用されており、ＰＺＴ振動子の駆動にはその周波数帯域に促したパルス幅のパルスを単波或いは数波（バースト波）送信することによって行っていた。
【０００５】この理由として、ＰＺＴ振動子は信号帯域が非常に狭いため、図６に示すように、駆動のパルス幅を調整してその帯域を変化させたとしても（例えば駆動周波数帯域Ａから駆動周波数帯域Ｂ）、超音波内視鏡から照射される超音波パルスの周波数帯域はＰＺＴ振動子の帯域に依存したため、結局受信波形がほとんど変化せず、画像に大きな影響を及ぼさなかった。
【０００６】そうは言うももの、生体には固体差（例えば、脂肪量の差）や組織によって超音波の伝播特性が違うため、適切な診断を行おうとした場合、周波数の異なるＰＺＴ振動子を内蔵した数種類の超音波内視鏡および超音波プローブを関心領域の位置や組織によって使い分ける必要があった。
【０００７】このため、周波数の異なる各種超音波内視鏡および超音波プローブに応じて或る程度のパルス幅調整や波数変更をする必要はあったが、それらの調整・変更は必ずしも細かいものである必要はなかった。
【０００８】一方、近年になってから、複合圧電素子を使用した広帯域振動子が登場してからは、駆動回路側での駆動パルスの帯域が無視できなくなった。超音波振動子の帯域が大幅に広がったことで、超音波内視鏡から照射される超音波の帯域が、図７に示すように、その駆動パルスの帯域に大きく依存することになった。また、振動子の感度が向上したことで、いままでＰＺＴ振動子では逃していた微小な反射波を捉えることができるようになった。結果として、駆動パルスの幅や波数で画像そのものががらりと変ることになるため、駆動部においてもそのパルス幅(周波数帯域)や波数の設定を細かく変更できるように高速クロックや高速カウンタを使用してプログラマブルにディレイラインを設定する方法等がとられると同時に駆動回路はより複雑化し部品点数が増えた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記複合圧電素子を使用した広帯域振動子の駆動においては、送信波形が複雑な形となり、また部品の個体差や劣化、使用による内部温度上昇や外部の温度変化を受け易いことから送信波形(パルス幅)が理想状態から大きく外れる可能性が増大するといった問題がある。
【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波振動子を駆動する電気的な駆動パルスのパルス幅を理想的な状態に自動補正することのできる超音波駆動回路を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波駆動回路は、超音波振動子を駆動するための送信パルスを発生する発振手段と、前記発振手段から出力される前記送信パルスのパルス幅を可変するパルス幅可変手段と、前記超音波振動子に供給される前記パルス幅可変手段から出力される前記送信パルスに基づく駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するパルス幅検出手段と、前記パルス幅検出手段で得られた検出信号と所定の基準信号とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づき前記パルス幅可変手段を制御するパルス幅制御手段とを備えて構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１３】図１ないし図５は本発明の一実施の形態に係わり、図１は超音波観測装置の構成を示すブロック図、図２は図１のパルス幅設定回路の構成を示すブロック図、図３は図１のパルス幅検出回路の構成を示すブロック図、図４は図１の超音波観測装置の作用を説明する第１のタイミングチャート、図５は図１の超音波観測装置の作用を説明する第１のタイミングチャートである。
【００１４】（構成）図１に示すように、本実施の形態における超音波観測装置１内部の送信部２では、パルス発生回路３で生成した基準となる電気的パルスをパルス幅設定回路４で任意のパルス幅に設定し、パルスドライバ５、パルストランス６を経てパルスを規定電圧に増幅して出力する。前記送信部２より出力された送信パルスは、分岐回路７を介し超音波観測装置１から図示しないコネクタを介して超音波内視鏡８の先端に位置する超音波振動子９に印可され、超音波パルスとなって生体内に照射される。
【００１５】一方、送信部２の出力はパルス幅検出回路１０、パルス比較回路１１、パルス幅補正回路１２を介し、送信部２内のパルス幅設定回路４を制御するパルス幅制御回路１３にフィードバック接続され、パルス比較回路１１にはパルステーブル１４が接続されている。
【００１６】生体内からの反射エコーは超音波振動子９により電気信号に変換され分岐回路７を介してバッファ１５に受けた後、超音波画像処理回路１６においてＡ／Ｄ変換後に一端メモリに格納され座標変換した後、超音波画像を生成するといった公知の超音波画像処理が行われ、超音波画像をモニタ１７に表示するようになっている。
【００１７】パルス幅設定回路４は、図２に示すように、複数、例えば３つのプログラマブルアナログディレイライン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及びパルス合成回路２２で構成され、前記パルス発生回路３の出力はプログラマブルアナログディレイライン２１ａ，２１ｂ，２１ｃを介するか又は直接パルス合成回路２２に入力される。パルス幅制御回路１３はそれぞれのプログラマブルアナログディレイライン２１ａ，２１ｂ，２１ｃに接続され、前記プログラマブルアナログディレイライン２１ａ，２１ｂ，２１ｃのディレイ量を定めるデータを生成する。
【００１８】パルス幅検出回路１０は、図３に示すように、分圧抵抗２５で分圧し小さくなった信号をバッファ２６で受けた後、その出力パルスと遅延回路２７で遅延させたパルスとをＥｘ−ＯＲ２８で論理合成し、フリップフロップ２９に受け渡す。前記フリップフロップ２９はＥｘ−ＯＲ２８の出力パルスをパルス発生回路３内のＣＬＫ回路３０（図１参照）からのクロックで同期をとって出力する。
【００１９】（作用）以下、本実施の形態の作用について説明する。まず、駆動パルス生成の動作については、図４を参照して説明する。
【００２０】図４に示すＳ１は前記パルス生成回路３の出力パルスである。Ｓ２、Ｓ３及びＳ４は各個ディレイ量を設定された前記プログラマブルアナログディレイライン２１ａ，２１ｂ，２１ｃの出力パルスであり、Ｓ１に対して経時的に遅延を生じたパルスである（図２参照）。
【００２１】そして、パルス幅設定回路４のパルス合成回路２２では、Ｓ２をＮＯＴ回路（図示せず）で反転し、その反転したＳ２とＳ１とをＡＮＤ回路（図示せず）によって論理合成することによって、Ｓ５のごとく１波目のパルスを形成する。また、プログラマブルアナログディレイライン２１ｂ，２１ｃを通って遅延したパルス同士（ここではＳ３、Ｓ４）をＳ１、Ｓ２と同様に論理合成することにより、Ｓ６のごとく２波目のパルスを形成する。
【００２２】なお、パルス合成回路２２では、合成パルスそのものを遅延すると同時にそのパルス幅の変更も可能となる。
【００２３】そして、これらＳ５とＳ６とをＯＲ回路（図示せず）でＳ７のごとく合成することにより、数パルスのバースト波を形成し、送信パルスとして出力する。そして、この送信パルスを受け、パルスドライバ５、パルストランス６によりＳ８のような駆動パルスとなる（図１参照）。
【００２４】次に、パルス幅検出からパルス補正までの動作について図５を参照して説明する。ここで、図１及び図３の各部に現れるパルスを仮にＳ８からＳ１４とする。
【００２５】理想駆動パルスの立ち上がり及び立ち下がりのエッジを示すパルスデータＳ１３を前記パルステーブル１４に予め記録しておく。超音波振動子９に印可する駆動パルスがＳ８のごとくなった場合、Ｓ８は前記抵抗２５で分圧されバッファ２６を通過しＳ９のごとくなる。前記ＥＸ−ＯＲ２８ではＳ９と前記遅延回路２７で経時的に遅延したパルスＳ１０から駆動パルスの立ち上がり及び立ち下がりのエッジ情報を出力し、これを前記フリップフロップ２９でＳ１１のごとく前記ＣＬＫ回路３０のクロックＳ１２に同期した検出パルスとして前記パルス幅検出回路１０より前記パルス比較回路１１に出力される。
【００２６】前記パルス比較回路１１では、前記パルステーブル１４に予め保管されていた理想のパルスデータＳ１３をクロックＳ１２に同期させて読み出し、前記パルス幅検出回路１０の検出パルスＳ１１とパルスデータＳ１３と順次比較することで実際の駆動パルスと理想駆動パルスのパルス幅が比較される。
【００２７】そして、実際の駆動パルスと理想駆動パルスと異なっていた場合、すなわちパルス幅が異なっていた場合、前記パルス比較回路１１は、Ｓ１４のごとく時間差の分かる時間差パルスを前記パルス幅補正回路１２に送り、パルス幅補正回路１２で理想のパルスデータＳ１３との時間差データが演算され前記パルス幅制御回路１３に出力される。
【００２８】そして、前記パルス幅制御回路１３では、この時間差データに基づきパルス幅設定回路４のプログラマブルアナログディレイライン２１ａ，２１ｂ，２１ｃの遅延設定データを書換える。その結果、超音波振動子９を駆動する駆動パルスの幅がＳ８’のごとく補正され、より理想のパルスとして駆動できる。
【００２９】なお、図示はしないが、送信部２の周辺温度を検出する温度センサを設けると共に、パルステーブル１４に任意の温度における複数の理想駆動パルスのパルスデータＳ１３を予め格納することにより、パルス幅制御回路１３が温度センサの検出温度に応じたパルステーブル１４内のパルスデータＳ１３を取り込んで上記補正を行うようにしてもよく、送信部２の周辺温度によるパルス幅の影響をより正確に補正することが可能となる。
【００３０】（効果）以上説明したように、本実施の形態によれば以下のような効果が得られる。
【００３１】１、超音波振動子９の駆動パルスを常に理想的な状態の保つことができる。
【００３２】２、送信部２に繋がる超音波内視鏡８による駆動パルスへの影響を無くすことが可能となる。
【００３３】３、プログラマブルアナログディレイラインを使用したことでパルス幅の変更や補正がプログラムの変更のみで容易である。
【００３４】４、プログラマブルアナログディレイラインを使用したことで補正回路が比較的大規模にならない。
【００３５】５、プログラマブルアナログディレイラインを使用したことで数nsec〜数百nsec単位でパルス幅の補正が可能となる。
【００３６】［付記］
（付記項１） 超音波振動子を励振する超音波駆動回路に於いて、前記超音波振動子に印可する送信パルスのパルス幅を任意に可変できる送信部と、前記送信部に繋がり前記送信パルスのパルス幅を制御する信号を生成するパルス幅制御部と、前記送信部の出力に繋がり前記送信パルスのパルス幅を検出するパルス幅検出部と、理想的送信パルスのパルス幅データを複数保管したパルステーブルと、前記パルステーブルの前記パルス幅データと前記パルス幅検出部の出力とを経時的に比較するパルス比較部と、前記パルス比較部の出力から前記送信パルスを前記理想的送信パルスに補正する値を前記パルス幅制御部に算出するパルス幅補正部とを備えたことを特徴とする超音波駆動回路。
【００３７】（付記項２） 前記送信部は、前記パルス幅制御部により任意に遅延量を設定可能な複数のプログラマブルアナログディレイラインと、前記プログラマブルアナログディレイラインの出力を合成するパルス合成部とを備えたことを特徴とする付記項１に記載の超音波駆動回路。
【００３８】（付記項３） 超音波振動子を励振する超音波駆動回路に於いて、前記超音波振動子に印加する送信パルスのパルス幅を任意に可変できる送信部と、前記送信部に繋がり前記送信パルスのパルス幅を制御する信号を生成するパルス幅制御部と、前記送信部の温度を検出しその結果に対応する信号を出力する温度検出部と、任意温度による理想的送信パルスのパルス幅データを複数保管したパルステーブルと、前記温度検出部の出力に基づく前記パルステーブルの前記パルス幅データを引き出し前記パルス幅制御部に送出するパルス幅補正部とを備えたことを特徴とする超音波駆動回路。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超音波振動子を駆動する電気的な駆動パルスのパルス幅を理想的な状態に自動補正することができるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００３７６
【氏名又は名称】オリンパス光学工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年６月６日（２０００．６．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７６２３３
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 進
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３４６７９８（Ｐ２００１−３４６７９８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月１８日（２００１．１２．１８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１６９５９０（Ｐ２０００−１６９５９０） |
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