| 【発明の名称】 |
超音波診断装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】篠丸 英樹
|
| 【要約】 |
【課題】大規模なフィルタを用いずに超音波診断画像へのノイズを防止することができ、かつ供給する電源電圧を任意の電圧値に制御できるスイッチング電源を備えた超音波診断装置を提供する。
【構成】超音波診断装置は、探触子振動子に連続波（ＣＷ）送信信号を出力する連続波送波部と、前記連続波送信信号の電圧を決めるために前記連続波送波部に所望の電源電圧を供給するスイッチング電源とを有する。スイッチング電源は、定電圧電源と降圧チョッパー型の電源回路からなる。電源回路内のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチングクロックの周波数を連続波送信信号の周波数よりも高い周波数にすることで波診断画像にノイズが発生しないようにする。また、スイッチングクロックのデューティー比を制御することにより連続波送波部に任意の電圧値の電源電圧を供給する。これにより、連続波送波部に供給する電源電圧を微調整することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子に連続波送信信号を出力する連続波送波部と、前記連続波送信信号の電圧を決めるために前記連続波送波部に所望の電源電圧を供給するスイッチング電源とを有する超音波診断装置において、
前記スイッチング電源は、該スイッチング電源内のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチングクロックを発生するスイッチングクロック制御部を備え、
前記スイッチングクロック制御部は、前記連続波送信信号の周波数の帯域外の周波数のスイッチングクロックを発生するとともに、前記スイッチングクロックのデューティー比を制御することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記スイッチング電源は定電圧電源と降圧チョッパー型の電源回路とを備え、
前記降圧チョッパー型の電源回路は、前記スイッチングクロック制御部を有し、前記定電圧電源から入力された電源電圧を降圧して前記連続波送信部へ供給することを特徴とする請求項１に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、超音波診断装置に係り、特に連続波送信部を有する超音波診断装置の電源部に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続波（ＣＷ）ドプラ方式の送波部においては、図４に示すように、ＣＷ送波クロック発生器１２にてＣＷ送波信号を生成し、その生成されたＣＷ送波信号はＣＷ用送波回路１１にて超音波探触子振動子へ送信される。ＣＷ用送波回路１１に供給する電源電圧は、定電圧電源１３から出力された電源によりＣＷ用電圧回路１００にて生成され、ＣＷ用送波回路１１の＋Ｖｃｃに印加される。
【０００３】
ＣＷ送波信号の送波電圧は、ＣＷ用送波回路１１の＋Ｖｃｃに印加される電源電圧によって決まる。即ち、送波電圧を大きくする必要があるときはＣＷ用送波回路１１の＋Ｖｃｃに印加する電源電圧を大きくし、小さくてもよい場合はＣＷ用送波回路１１の＋Ｖｃｃに印加する電源電圧を低く設定していた。
【０００４】
超音波探触子が超音波診断装置に接続されると、あらかじめ実測した超音波送波パワー規制値を超えない送波電圧設定を行う。一般的に、超音波送波パワーは同じ送波電圧設定でも超音波探触子の種類や送波周波数、送波チャンネル数により異なる。そのため、超音波送波パワー規制値を超えないように送波電圧を設定し、その設定された送波電圧となるような電源電圧をＣＷ用電圧回路１００にて生成している。
【０００５】
ＣＷ用電圧回路１００の従来例を図５に示す。これは、ドロッパー方式の電源回路１０１である。電源入力には定電圧電源１３を使用する。そして、ｎ種類の電源電圧を生成するためのｎ種類のドロッパー電源１６を備え、超音波探触子の種類や送波周波数、送波チャンネル数に応じて、リレー１５によりその中の一つを選択している。例えば、ある超音波探触子の送波条件において、ｎ種類の電源電圧のうち、ｍ（１＜ｍ＜ｎ）番目の電源電圧では超音波パワーをオーバーするが、１段階低いｍ―１番目の電源電圧では超音波パワー規制値以下を満たす場合には、ｍ―１番目の電源電圧を選択する。
【０００６】
しかし、ｍ番目の電源電圧による超音波パワー値とｍ―１番目のパワー値との差が少なくないため、ｍ―１番目の電圧で送波した時のパワー値が超音波送波パワー規制値と一致するとは限らない。したがって多くの場合、超音波送波パワー規制値よりも若干のパワーロスが発生し、ＣＷドプラの最大感度を得られていない。
【０００７】
それを改善するためには、電源電圧１６の種類を増大し、現状ある電源電圧値を補間する電源電圧を追加し、より超音波送波パワー規制値に近いＣＷドプラの送波電圧値の選択ができるようにする必要がある。しかしながら、このような構成は一般に電源回路の部品点数の大幅な増大をもたらし、大型化・高価格化の要因になる。
【０００８】
上記問題点を解決するための別の従来例を図６に示す。これは、スイッチング方式の電源回路１０２であり、スイッチング素子Ｑｌ等の半導体素子を用いて入力電源を所定のデューティー比でオンオフ制御し、それを平滑化して所定の電源を生成するものである。この場合には、ドロッパー方式の電源回路１０１に比べて装置を小型化することができる。
【０００９】
しかし、図６に示すようなスイッチング電源をＣＷドプラの送波電源として用いると、発振回路１９で発生させるスイッチングクロックのクロストークが電源ラインにもれ込み、超音波診断装置のモニタ画面上に表示された超音波診断画像にノイズが発生することがある。なお、このノイズは、スイッチング電源の周波数がＣＷドプラの帯域（２〜５ＭＨｚ程度）内に入っている場合にモニタ画面上に発生する。
【００１０】
これに対応するため、スイッチング電源とフィルタとをシールド性を持つケースに一体的に組み付ける超音波観測装置（特許文献１）が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２１２１４１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１では以下のような欠点があった。特許文献１では、ノイズを防ぐための大規模なフィルタ２０が依然として必要であること、また、スイッチング電源とフィルタとを組み付けるシールド性を持つケースが必要であることより、大型化・高価格化の要因となるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大規模なフィルタを用いずに超音波診断画像へのノイズを防止することができ、かつ供給する電源電圧を任意の電圧値に制御できるスイッチング電源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】
【００１３】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の超音波診断装置は、探触子振動子に連続波送信信号を出力する連続波送波部と、前記連続波送信信号の電圧を決めるために前記連続波送波部に所望の電源電圧を供給するスイッチング電源とを有する超音波診断装置において、前記スイッチング電源は、該スイッチング電源内のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチングクロックを発生するスイッチングクロック制御部を備え、前記スイッチングクロック制御部は、前記連続波送信信号の周波数の帯域外の周波数のスイッチングクロックを発生するとともに、前記スイッチングクロックのデューティー比を制御することを特徴としている。上記の超音波診断装置によれば、スイッチングクロック制御部において、連続波送信信号の周波数よりも高い周波数のスイッチングクロックを発生することにより超音波診断画像にノイズが発生しないようにし、スイッチングクロックのデューティー比を制御することにより連続波送波部に任意の電圧値の電源電圧を供給する。これにより、大規模なフィルタを用いずに超音波診断画像へのノイズを防止することができる。また、連続波送波部に供給する電源電圧を制御できる。
【００１４】
請求項２に記載の超音波診断装置は、請求項１に記載の超音波診断装置において、前記スイッチング電源は定電圧電源と降圧チョッパー型の電源回路とを備え、前記降圧チョッパー型の電源回路は、前記スイッチングクロック制御部を有し、前記定電圧電源から入力された電源電圧を降圧して前記連続波送信部へ供給することを特徴としている。上記の超音波診断装置によれば、スイッチング電源は、定電圧電源から供給された電源電圧を降圧チョッパー型の電源回路で降圧して連続波送信部へ供給する。これにより、連続波送波部に供給する電源電圧を制御できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、大規模なフィルタを用いずに超音波診断画像へのノイズを防止することができ、かつ供給する電源電圧を任意の電圧値に制御できるスイッチング電源を備えた超音波診断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１に本発明に係る超音波診断装置のブロック図を示す。超音波診断装置は、主に、複数の振動素子で構成された超音波探触子の振動子１、超音波の送信方式を切り替える切り替えスイッチ２、振動子１に駆動信号を供給する送信部８、振動子１から出力される受信信号を処理する受信部９などで構成される。
【００１８】
振動子１は、主に送信用振動要素Ｔと受信用振動要素Ｒとで構成される。送信用振動要素Ｔから超音波が被検体へ送波され、送波された超音波が被検体内を伝播する過程で反射エコーが発生する。発生した反射エコーは、振動子１内に設けられた受信用振動要素Ｒにより受波されることによって受信信号に変換される。
【００１９】
送信部８は、主に、パルス超音波を送波するＢモード用送波回路３と、連続波を送波するＣＷモード用送波回路４と、送波信号を生成する送波クロック発生器５で構成される。
【００２０】
送波クロック発生器５は、パルス超音波の送波信号を生成するクロック発生器と、連続波の送波信号を生成するクロック発生器とを備え、クロック発生器で生成された送波信号をＢモード用送波回路３およびＣＷモード用送波回路４へ出力する。
【００２１】
Ｂモード用送波回路３は、送波クロック発生器５から出力されたパルス超音波の送波信号を、振動子１内に設けられた送信用振動要素Ｔへ送波する。
【００２２】
ＣＷモード用送波回路４は、送波クロック発生器５から出力された連続波の送波信号を振動子１内に設けられた送信用振動要素Ｔへ送波する。
【００２３】
切り替えスイッチ２は、送信部８と振動子１との間に設けられている。切り替えスイッチ２をＢモード用送波回路３とＣＷモード用送波回路４との間で切り替えることで、送信部８の送波方式をＢモード方式またはＣＷドプラ方式に設定する。
【００２４】
受信部９は、受信信号を増幅するプリアンプ６と、プリアンプ６から出力された受信信号を処理する受信処理回路７とで構成される。受信部９は振動子１内に設けられた受信用振動要素Ｒから出力された受信信号を処理する。受信用振動要素Ｒから出力された受信信号はプリアンプ６で増幅され、その増幅された受信信号は受信処理回路７で処理され、超音波像（例えば断層像）が再構成される。
【００２５】
次に、ＣＷドプラ方式の送信部について説明する。
【００２６】
図２は本発明に係る超音波診断機が有するＣＷドプラ用送波部とＣＷドプラ用送波部に電源を供給するスイッチング電源のブロック図および回路図である。
【００２７】
ＣＷドプラ用送波部は、主に、ＣＷ送波信号を生成するＣＷ送波クロック発生器１２と超音波探触子振動子へＣＷ送波信号を出力するＣＷ用送波回路１１とで構成される。また、スイッチング電源は、主に、定電圧電源１３と定電圧電源１３から供給された電源電圧を変換してＣＷ用送波回路１１に所定の電源電圧を供給するスイッチング電源回路１０３とで構成される。
【００２８】
ＣＷ送波クロック発生器１２は、ＣＷ送波信号である矩形波の連続信号を生成し、生成されたＣＷ送波信号をＣＷ用送波回路１１に出力する。
【００２９】
ＣＷ用送波回路１１は、ＣＷ送波クロック発生器１２から入力されたＣＷ送波信号によりＯＮ／ＯＦＦされ、ＣＷ送波信号を０〜＋Ｖｃｃの電圧で送波する。なお、ＣＷ送波信号の送波電圧はＣＷ用送波回路１１の＋Ｖｃｃに印加する電圧で決まる。通常、ＣＷドプラ方式では５Ｖｐｐ程度、２〜５ＭＨｚ程度の信号が連続波にてＣＷ用送波回路１１から出力される。すなわち、ＣＷ用送波回路１１の＋Ｖｃｃに印加される電圧は５Ｖ程度である。
【００３０】
スイッチング電源回路１０３は、チョッパー型の降圧回路であり、主に、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、チョークコイルＬ１、コンデンサＣ１、およびスイッチング素子Ｑ１をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチングクロックを発生するスイッチングクロック制御回路１８から構成されている。スイッチング電源回路１０３は、定電圧電源１３から供給された電源電圧を所定の電圧に降圧し、ＣＷ用送波回路１１の＋Ｖｃｃに印加する。
【００３１】
スイッチングクロック制御回路１８は、スイッチング素子Ｑ１をＯＮ／ＯＦＦするスイッチングクロックを出力する。このスイッチングクロックによってスイッチング素子Ｑ１がＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮ時には定電圧電源１３からスイッチング素子Ｑ１を介してチョークコイルＬ１に電流が流れ、ＯＦＦ時にはダイオードＤ１からチョークコイルＬ１に電流が流れ、チョークコイルＬ１、コンデンサＣ１によって平滑される。この平滑化された直流電圧がスイッチング電源回路１０３からＣＷ用送波回路１１に供給される。なお、このスイッチングクロックの周波数およびデューティー比はスイッチングクロック制御回路１８にて制御される。
【００３２】
次に、スイッチング電源回路１０３によって、ＣＷ用送波回路１１の＋Ｖｃｃに印加する電圧を任意の電圧値に制御する方法について説明する。
【００３３】
図３に、このスイッチングクロックのクロックチャートを示す。繰り返し周期Ｔに対してＯＮ時間がＴｏｎの場合のスイッチング電源回路１０３の入力電圧をＶｉｎとすると、スイッチング電源回路１０３の出力電圧Ｖｏｕｔは下記式にて表される。
【００３４】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×（Ｔｏｎ／Ｔ）
例えば、定電圧電源１３にて生成される電源を１５Ｖ、Ｔ＝１５０ｎｓ、Ｔｏｎ＝５０ｎｓとすると、出力電圧Ｖｏｕｔは
Ｖｏｕｔ＝１５Ｖ×（５０ｎｓ／１５０ｎｓ）＝５Ｖ
となる。
【００３５】
上記のように、スイッチングクロックのデューティー比を制御することで、スイッチング電源回路１０３からＣＷ用送波回路１１に供給される電圧値を所定の電圧に降圧、制御することができる。
【００３６】
次に、スイッチング電源回路１０３による超音波診断画像へのノイズを防止する方法について説明する。
【００３７】
また、スイッチングクロック制御回路１８から出力しているクロック周波数ｆｃは
ｆｃ＝１／Ｔ
で表すことができる。クロック周波数ｆｃがＣＷドプラ周波数帯域外になるように繰り返し周期Ｔを設定すれば、スイッチングクロックのクロストークによるノイズの影響を防ぐことができる。ＣＷドプラの送波周波数は２〜５ＭＨｚ程度であり、例えば送信周波数が２ＭＨｚの場合には、クロック周波数を送信周波数の帯域である送信周波数±１００ｋＨｚ以外の帯域外、すなわち２．１ＭＨｚ以上および１．９ＭＨｚ以下にすればよい。なお、１．９ＭＨｚ以下のクロック周波数の場合には、その高調波が帯域内に入らない周波数とする。
【００３８】
上記のように、スイッチングクロックのクロック周波数をＣＷドプラ周波数帯域外になるように設定することで、スイッチング電源回路１０３とＣＷ用送波回路１１との間にフィルタを入れない状態においても、超音波診断装置のモニタ画面上に表示される超音波診断画像にノイズが発生することを防ぐことができる。これにより、大規模なフィルタが必要なくなり、電源回路を小型化あるいは低価格化することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、ＣＷドプラ方式の場合について説明したが、ＣＷドプラ方式以外の場合においても、その送波周波数の帯域外にスイッチングクロックのクロック周波数を設定することで、本発明を用いることができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、降圧チョッパー型のスイッチング電源回路を用いたが、降圧チョッパー型に限らず、昇圧チョッパー型など他の公知のスイッチング電源回路を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明が適用された超音波診断装置のブロック図である。
【図２】上記超音波診断装置におけるＣＷドプラ用送波部とＣＷドプラ用送波部用電源のブロック図および回路図である。
【図３】上記超音波診断装置におけるＣＷドプラ用送波部用電源であるスイッチング電源を制御するスイッチングクロック制御回路の制御信号である。
【図４】従来の超音波診断装置におけるＣＷドプラ用送波部とＣＷドプラ用送波部用電源のブロック図である。
【図５】従来の超音波診断装置におけるＣＷドプラ用送波部用電源の回路図である。
【図６】従来の超音波診断装置におけるＣＷドプラ用送波部用電源の回路図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：超音波探触子振動子、２：切り替えスイッチ、３：Ｂモード用送波回路、４：ＣＷモード用送波回路、５：送波クロック発生器、６：プリアンプ、７：受信処理回路、８：送信部、９：受信部、１１：ＣＷ用送波回路、１２：ＣＷ送波クロック発生器、１３：定電圧電源、１８：スイッチングクロック制御回路、１００：ＣＷ用電圧回路、１０１：ドロッパー方式の電源回路、１０２：スイッチング方式の電源回路、１０３：スイッチング電源回路
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５３４９８
【氏名又は名称】株式会社日立メディコ
|
| 【出願日】 |
平成１８年７月３日（２００６．７．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３１１６
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
|
| 【公開番号】 |
特開２００８−１１９２５（Ｐ２００８−１１９２５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年１月２４日（２００８．１．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−１８３７４７（Ｐ２００６−１８３７４７） |
|