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技術 超音波診断装置

出願人 株式会社日立製作所
発明者 矢崎徹西元琢真
出願日 2018年3月23日 (2年11ヶ月経過) 出願番号 2018-057097
公開日 2019年10月3日 (1年4ヶ月経過) 公開番号 2019-166141
状態 特許登録済
技術分野 超音波診断装置
主要キーワード パルス送信回路 メインフレーム内 駆動信号値 対称波形 正負非対称 フィードバック効果 医療診断装置 同一電源
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

半導体プロセスバラつきに対して振動子駆動電流が一定となる超音波診断装置を提供する。

解決手段

振動子と、駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号に応じた駆動電流を出力し、振動子を駆動する送信回路と、を備える超音波診断装置であって、送信回路は、低電圧トランジスタ高電圧トランジスタとのカレントミラーから成り、振動子に高電圧トランジスタが接続される振動子駆動部と、振動子駆動部の低電圧トランジスタに駆動信号に応じた動作電流を供給する電流源から構成され、駆動信号生成部は、振動子駆動部と同じ構成である送信回路駆動部レプリカと、送信回路駆動部レプリカの高電圧トランジスタに流れる電流を検出し、電流を一定に制御するフィードバック制御部と、を備えている。

概要

背景

超音波診断装置では、Tissue Harmonic Imaging(THI)と呼ばれる生体内で発生する歪成分を画像化する撮像方法があり、通常のBrightness(B)モード撮像と比較し、高調波成分を利用するため、基本波で発生するサイドローブアーチファクトなどの影響を低減でき、高画質化が可能となる。THIには、生体内で発生した2次歪成分のみをフィルタで取り出すフィルタ法と、正負対称波を加算して基本波成分を取り除くパルスインバージョン法の2つの方法がある。フィルタ法は送受信1回で撮像可能であるが、基本波成分と高調波成分を分離する必要があるため狭帯域送信波形が必要となり、空間分解能が低下する。一方、パルスインバージョン法は撮像に送受信2回必要であるが、基本波成分と高調波成分の分離が不要となるため、広帯域な送信が可能で空間分解能が向上することが知られており、昨今の超音波診断装置ではパルスインバージョン法を用いたTHIが主流となりつつある。

概要

半導体プロセスバラつきに対して振動子駆動電流が一定となる超音波診断装置を提供する。振動子と、駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号に応じた駆動電流を出力し、振動子を駆動する送信回路と、を備える超音波診断装置であって、送信回路は、低電圧トランジスタ高電圧トランジスタとのカレントミラーから成り、振動子に高電圧トランジスタが接続される振動子駆動部と、振動子駆動部の低電圧トランジスタに駆動信号に応じた動作電流を供給する電流源から構成され、駆動信号生成部は、振動子駆動部と同じ構成である送信回路駆動部レプリカと、送信回路駆動部レプリカの高電圧トランジスタに流れる電流を検出し、電流を一定に制御するフィードバック制御部と、を備えている。

目的

本発明は、半導体プロセスバラつきに対して振動子の駆動電流が一定となる超音波診断装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

振動子と、駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に応じた駆動電流を出力し、前記振動子を駆動する送信回路と、を備える超音波診断装置であって、前記送信回路は、低電圧トランジスタ高電圧トランジスタとのカレントミラーから成り、前記振動子に前記高電圧トランジスタが接続される振動子駆動部と、前記振動子駆動部の低電圧トランジスタに前記駆動信号に応じた動作電流を供給する電流源から構成され、前記駆動信号生成部は、前記振動子駆動部と同じ構成である送信回路駆動部レプリカと、前記送信回路駆動部レプリカの高電圧トランジスタに流れる電流を検出し、前記電流を一定に制御するフィードバック制御部と、を備え、前記送信回路駆動部レプリカの低電圧トランジスタに動作電流を供給する電流源へ前記フィードバック制御部から印加する信号を、前記駆動信号として、前記振動子駆動部の低電圧トランジスタに動作電流を供給する電流源へ供給する超音波診断装置。

請求項2

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記電流源を、前記駆動信号を電流に変えるトランジスタで構成し、当該トランジスタのゲート端子に、制御信号により前記駆動信号の入力をオンオフするスイッチ手段を設け、前記駆動信号および前記制御信号に基づいて送信信号を生成することを特徴とする超音波診断装置。

請求項3

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記送信回路の、低電圧トランジスタと高電圧トランジスタとのカレントミラーと、前記送信回路駆動部レプリカの、低電圧トランジスタと高電圧トランジスタとのカレントミラーに、同一の電源電圧を印加したことを特徴とする超音波診断装置。

請求項4

請求項3に記載の超音波診断装置において、前記送信回路の低電圧トランジスタ、および前記送信回路駆動部レプリカの低電圧トランジスタに、それぞれ高電圧トランジスタを直列接続したことを特徴とする超音波診断装置。

請求項5

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記フィードバック制御部を、基準電圧を生成する基準電圧生成部と、前記送信回路駆動部レプリカの高電圧トランジスタに流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出した電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、前記基準電圧生成部で生成した基準電圧と、前記電流電圧変換部で変換した電圧とを比較し、差分を検出する差分検出部と、前記差分を電流に変換し、前記送信回路駆動部レプリカの低電圧トランジスタに供給する電圧電流変換部と、で構成したことを特徴とする超音波診断装置。

請求項6

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記駆動信号生成部が複数の送信回路に共通に設けられていることを特徴とする超音波診断装置。

請求項7

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記送信回路と前記駆動信号生成部とは、同一の半導体上に形成されていることを特徴とする超音波診断装置。

請求項8

請求項1に記載の超音波診断装置において前記振動子駆動部を、PMOSトランジスタから成る正側駆動部とNMOSトランジスタから成る負側駆動部で構成し、前記振動子に正負の異なる駆動電流を供給可能にし、駆動電流を一定化する前記駆動信号生成部を、前記正側駆動部および負側駆動部のそれぞれに配置したことを特徴とする超音波診断装置。

請求項9

請求項8に記載の超音波診断装置において、前記振動子駆動部は、正負に交互に反転する駆動電流を前記振動子に供給し、前記振動子は、交互に反転する超音波を送信することを特徴とする超音波診断装置。

請求項10

請求項9に記載の超音波診断装置において、超音波の対称波形を交互に送信し、受信波形加算することで、基本波成分を除去することを特徴とする超音波診断装置。

請求項11

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記振動子が超音波プローブ内に配置され、前記送信回路および前記駆動信号生成部が、メインフレーム内に配置され、前記超音波プローブと前記メインフレームケーブルで接続してなることを特徴とする超音波診断装置。

請求項12

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記振動子、前記送信回路および前記駆動信号生成部が超音波プローブ内に配置されてなることを特徴とする超音波診断装置。

請求項13

請求項12に記載の超音波診断装置において、M×N個の2次元配列された振動子と、それぞれの前記振動子に対応する、送信回路を含むM×N個のアナログフロントエンド回路と、複数の送信回路に駆動信号を供給する駆動信号生成部を備えることを特徴とする超音波診断装置。

請求項14

請求項13に記載の超音波診断装置において、前記M×N個のアナログフロントエンド回路と前記駆動信号生成部とが、同一の半導体上に形成されていることを特徴とする超音波診断装置。

請求項15

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記送信回路の送信動作と、前記駆動信号生成部のキャリブレーション動作を同期して行い、前記駆動信号生成部を送信区間のみ動作させることを特徴とする超音波診断装置。

技術分野

0001

本発明は、超音波診断装置に関する。

背景技術

0002

超音波診断装置では、Tissue Harmonic Imaging(THI)と呼ばれる生体内で発生する歪成分を画像化する撮像方法があり、通常のBrightness(B)モード撮像と比較し、高調波成分を利用するため、基本波で発生するサイドローブアーチファクトなどの影響を低減でき、高画質化が可能となる。THIには、生体内で発生した2次歪成分のみをフィルタで取り出すフィルタ法と、正負対称波を加算して基本波成分を取り除くパルスインバージョン法の2つの方法がある。フィルタ法は送受信1回で撮像可能であるが、基本波成分と高調波成分を分離する必要があるため狭帯域送信波形が必要となり、空間分解能が低下する。一方、パルスインバージョン法は撮像に送受信2回必要であるが、基本波成分と高調波成分の分離が不要となるため、広帯域な送信が可能で空間分解能が向上することが知られており、昨今の超音波診断装置ではパルスインバージョン法を用いたTHIが主流となりつつある。

先行技術

0003

国際公開第2016/114018号

発明が解決しようとする課題

0004

パルスインバージョン法を用いたTHIで重要となるのが、送信波形の正負対称性である。正負送受信信号を加算するため、送信波形の立ち上がり立ち下りが異なると、加算後打消し残りが発生し画像劣化を招く。特に、High/Lowの離散信号を発生させるパルス送信回路では、トランジスタ極性が異なるPMOSトランジスタNMOSトランジスタを使用して離散信号を生成するために、半導体のプロセスバラつき正負非対称となることが知られている。

0005

特許文献1では、低電圧トランジスタ高電圧トランジスタで構成された送信回路駆動部に対して、同一構成のレプリカを用意し、そこに流れる電流の和を一定にすることによってプロセスバラつきに対して、駆動電流を一定にする技術が述べられている。しかしながら、特許文献1ではレプリカ部の低電圧トランジスタと高電圧トランジスタの電流の合計は一定になるが、半導体プロセスバラつきにより低電圧トランジスタと高電圧トランジスタに流れる電流比ミラー比)が変動するため、送信回路駆動部の高電圧トランジスタに流れる電流、つまり駆動電流が一定にならず、高精度に正負対称な波形を形成することが困難であった。

0006

そこで本発明は、半導体プロセスバラつきに対して振動子の駆動電流が一定となる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

0007

上記課題を解決するための、本発明の「超音波診断装置」の一例を挙げるならば、
振動子と、駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に応じた駆動電流を出力し、前記振動子を駆動する送信回路と、を備える超音波診断装置であって、
前記送信回路は、低電圧トランジスタと高電圧トランジスタとのカレントミラーから成り、前記振動子に前記高電圧トランジスタが接続される振動子駆動部と、前記振動子駆動部の低電圧トランジスタに前記駆動信号に応じた動作電流を供給する電流源から構成され、
前記駆動信号生成部は、前記振動子駆動部と同じ構成である送信回路駆動部レプリカと、前記送信回路駆動部レプリカの高電圧トランジスタに流れる電流を検出し、前記電流を一定に制御するフィードバック制御部と、を備え、
前記送信回路駆動部レプリカの低電圧トランジスタに動作電流を供給する電流源へ前記フィードバック制御部から印加する信号を、前記駆動信号として、前記振動子駆動部の低電圧トランジスタに動作電流を供給する電流源へ供給する超音波診断装置。

発明の効果

0008

本発明によれば、半導体プロセスバラつきに対して振動子の駆動電流を一定に保つことができる。

0009

上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の実施例1に係る駆動信号生成部と送信回路のブロック構成図である。
図1の詳細回路図の一例である。
図1の送信回路の制御信号と送信波形を示した図である。
実施例1の超音波診断装置の構成例を示した図である。
本発明の実施例2に係る駆動信号生成部と送信回路のブロック構成図である。
図5の詳細回路図の一例である。
図5の送信回路の制御信号と送信波形を示した図である。
(a)は駆動信号生成部無しの場合の、また(b)は駆動信号生成部有りの場合の、パルスインバージョンの送信波形と残差成分を示した図である。
本発明の実施例3に係る、超音波診断装置の構成例を示した図である。
本発明の実施例4に係る、超音波診断装置の構成例を示した図である。
図10の送信回路の構成例を示した図である。
本発明の実施例5に係る、超音波診断装置の構成例を示した図である。
図12の超音波診断装置の動作モードと消費電力を示した図である。

0011

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

0012

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

0013

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

0014

超音波診断装置は、非侵襲かつリアルタイムに観察することができる医療診断装置として広く利用されている。さらに、近年においては、従来の2次元画像に加え、3次元立体画像なども表示できるようになり用途は拡大の一途をたどっている。一方、画質についてはX線CT(Computed Tomography)装置やMRI(Magnetic Resonance Imaging)装置と比較すると低解像度のため、従来にも増した高画質化が求められている。以下では、本発明を、超音波診断装置に適用した例について説明する。

0015

図1は、本発明の実施例1に係る駆動信号生成部と送信回路を示したブロック構成図である。振動子8を駆動する送信回路102内部の駆動部7は、駆動信号生成部9から供給された駆動信号に応じた駆動電流を出力し、振動子8を駆動する。このとき、送信回路102には制御信号が入力され、この制御信号により駆動信号がオンオフされることで出力に駆動電流が流れ、High、Lowの信号を生成することが可能となる。

0016

駆動信号生成部9は基準電圧生成部1、差分検出部2、電圧電流変換部3、送信回路駆動部レプリカ4、電流検出部5、電流電圧変換部6で構成される。差分検出部2、電圧電流変換部3、送信回路駆動部レプリカ4、電流検出部5、電流電圧変換部6はフィードバック制御部を構成しており、差分検出部2の出力電圧は電圧電流変換部3で電流に変換され、送信回路駆動部レプリカ4へと伝達される。送信回路駆動部レプリカ4で、送信回路駆動部7と同様に駆動電流を発生させ、電流検出部5を介して、電流電圧変換部6で電圧信号に再び変換され、差分検出部2へと戻される。このとき、フィードバック効果により、最終的には差分検出部2の入力には基準電圧と等しい電圧が入力されることとなる。つまり電流電圧変換部6の出力電圧と基準電圧生成部1の基準電圧が等しいことを意味する。電流電圧変換部6への電流は、電流検出部5から伝達された駆動電流であるため、駆動電流は一定値となる。この駆動電流を発生するための電流は電圧電流変換部3の出力電流であり、この電流を駆動信号として送信回路102に入力することで、送信回路102から出力される駆動電流を一定に保つことができる。

0017

図2に、具体的な構成例を示す。送信回路102は、駆動信号を電流に変えるNMOSトランジスタ19と、駆動信号を制御信号によってオン、オフするスイッチ18と、駆動部7と、負荷抵抗20で構成される。駆動部7は、高電圧電源VDD1を印加するためにNMOSトランジスタ保護用レベルシフトである高電圧NMOSトランジスタ15と、低電圧PMOSトランジスタ16と高電圧PMOSトランジスタ17とのカレントミラーで構成される。駆動信号を電流に変えるNMOSトランジスタ19は、低電圧PMOSトランジスタ16に駆動電流に応じた動作電流を流す電流源ということができる。

0018

駆動信号生成部9については、基準電圧生成部1は抵抗10と電流源11で構成される。差分検出部2はOPAMP13で構成され、OPAMP13の出力は電圧電流変換部3に接続されている。電圧電流変換部3は、NMOSトランジスタ14でOPAMP13からの出力電圧を電流に変換し、駆動部レプリカ4に入力する。駆動部レプリカ4から出力された駆動電流は、NMOSトランジスタ21、22のカレントミラーで構成される電流検出部5から出力される。この電流が、電流電圧変換部6である抵抗12で再び電圧に変換され、差分検出部2に入力される。NMOSトランジスタ14は、送信回路駆動部レプリカ4の低電圧PMOSトランジスタ16に動作電流を流す電流源ということができる。

0019

さらに詳細動作について説明する。OPAMP13のマイナス端子は電流源11と電源VDDに接続された抵抗10の片側に接続され、プラス端子は電源VDDに接続された抵抗12の片側端子と電流検出部5のNMOSトランジスタ22のドレイン端子に接続されている。このとき、OPAMP13のマイナス端子の電圧をVoとし、初期状態でOPAMP13のプラス端子は、NMOSトランジスタ22の電流がゼロとすると、VDDとなる。OPAMP13の出力はHighとなり、NMOSトランジスタ14がオンするため、NMOSトランジスタ14のドレイン端子からは電流Icが供給され、駆動部レプリカ4へと入力される。駆動部レプリカ4の出力からはIDRIVE’が出力され、電流検出部5へ入力される。電流検出部5のNMOSトランジスタ21と22はミラー比N:1のカレントミラーであり、NMOSトランジスタ22のドレイン端子からはIDRIVE’/Nの電流が電流電圧変換部6である抵抗12へと印加される。このとき、一連の動作は負帰還動作するため、OPAMP13のプラス端子とマイナス端子は同電位になるように自動で制御される。つまり、OPAMP13のプラス端子はVoとなる。抵抗10と抵抗12の抵抗値が等しいものとすると、NMOSトランジスタ22のドレインからは、電流源11と等しいIbが供給されることとなる。電流検出部5のNMOSトランジスタのカレントミラー比はN:1であるため、IDRIVE’は式(1)のようになる。
[式1]
IDRIVE’=Ib/N (1)

0020

このとき、駆動部レプリカ4の低電圧トランジスタ16と高電圧トランジスタ17のミラー比をMとすると、NMOSトランジスタ14から駆動部レプリカ4のPMOSトランジスタ16に供給される電流は式(2)となる。
[式2]
Ic=IDRIVE’/M=Ib/(N×M) (2)

0021

送信回路102のNMOSトランジスタ19には、スイッチ18がオン時には駆動信号生成部9のNMOSトランジスタ14と同じ電位が駆動信号として、ゲート端子に入力される。そのため、NMOSトランジスタ14のドレイン端子からは駆動信号生成部9の駆動部レプリカ4に入力されるIcと同じ電流が、送信回路駆動部7にも入力されることになる。送信回路駆動部7も駆動部レプリカ4と同一の低電圧PMOSトランジスタ16と高電圧PMOSトランジスタ17で構成されるため、ミラー比はMとなり、IDRIVEは式(3)となる。
[式3]
IDRIVE=M×Ic=Ib/N (3)

0022

つまり、電流源11の電流値Ibと電流検出部5のミラー比のみで駆動電流が決まることとなり、プロセスバラつきなどで駆動部レプリカ4の低電圧PMOSトランジスタ16と高電圧PMOSトランジスタ17のミラー比Mが変動しても、駆動電流IDRIVEは一定となる。

0023

このとき、駆動部レプリカ4と駆動部7は同一電源VDD1が印加されており、高電圧NMOSトランジスタ15があることで、高電圧が印加できるため駆動電圧電圧依存による変化も抑制できる。

0024

駆動電流はNMOSトランジスタ21と22のミラー比N又は電流源11の電流値Ibを変更することで調整できるが、抵抗12と抵抗10の抵抗比を調整してもよい。

0025

本実施例の制御動作図3に示す。制御信号はスイッチ18に入力される信号であり、Low(L)ではスイッチがオフして、NMOSトランジスタ19のゲート端子をGNDに、High(H)ではスイッチをオンして、ゲート端子を駆動信号生成部9から出力される駆動電圧に接続する。駆動電圧に接続されたNMOSトランジスタ19は駆動部7の高電圧PMOSトランジスタ17から駆動電流IDRIVEを出力し、負荷抵抗20と振動子8に印加する。駆動電流の大部分は振動子8に流れることとなる。駆動電流の印加と共に、出力電圧Voutは上昇し、VDD1付近まで上昇すると駆動部7の高電圧PMOSトランジスタ17は線形領域となるため負荷抵抗への電流供給のみが行われる。一方、制御信号がLとなった場合、Icがゼロになり駆動電流IDRIVEはゼロとなる。そのため、振動子8に充電された電荷は負荷抵抗20により放電され出力電圧はゼロになる。これにより超音波送信信号を生成することができる。本実施例では、高電圧PMOSトランジスタ17から出力する駆動電流IDRIVEが一定となるため、出力電圧Voutの傾きが一定となる。

0026

本実施例の駆動信号生成部9と送信回路102を超音波診断装置300に適用した構成例を、図4に示す。制御部101からの駆動信号制御信号は駆動信号生成部9に伝送されて、駆動信号値を決定する。送信制御信号は送信回路102に伝送され、スイッチのオン、オフにより送信信号を形成する。送信回路102から出力された送信信号は超音波振動子103で超音波信号に変換されて生体照射される。生体からの反射信号は再び超音波振動子103で受信され、電気信号へと変換され、送受分離部104、受信回路105、画像処理部106で信号処理されて、表示部103で超音波画像として表示される。このとき、送信回路102、送受分離部104、受信回路105は複数の超音波振動子103と同じ数が配置される。駆動信号生成部9は、複数の送信回路102に対して共通に一つのみ配置してもよい。複数の送信回路102と駆動信号生成部9は、同一の半導体上に形成してもよい。

0027

低電圧トランジスタと高電圧トランジスタとは半導体の製造プロセスが異なるためバラツキが大きくなるが、本実施例によれば、低電圧トランジスタと高電圧トランジスタの半導体プロセス変動に対して超音波振動子の駆動電流が一定となる超音波診断装置が提供できる。

0028

本発明の実施例2を、図5に示す。実施例2は、振動子8に正負に反転する駆動電流を供給できるようにしたものである。送信回路102は正側の駆動部7aと負側の駆動部7bを備え、正側駆動部7aには正電源VDD1、制御信号aと駆動信号aが、負側駆動部7bには負電源VDD2、制御信号bと駆動信号bが入力されている。駆動信号a,bはそれぞれ駆動信号生成部9a、9bで生成される。送信回路102の駆動部7a,7bの出力は互いに振動子8に接続されている。

0029

図6は、図5の内部構成図である。正側の駆動信号aを生成する駆動信号生成部9aおよび正側駆動部7aは、実施例1で説明したものである。負側の駆動信号bを生成する駆動信号生成部9bは、実施例1と同様に差分検出部2bのマイナス端子に、電流源33の基準電流Ibと抵抗34で発生する基準電圧Vobと同電位になるように、PMOSトランジスタ31から抵抗23に流れる電流がフィードバック制御により自動で調整される。抵抗34と抵抗23が等しいとすると、抵抗23に流れる電流はIbとなり、負側電流検出部5bのカレントミラー比を1:Nとすると、負側送信回路レプリカ部4bの高電圧NMOSトランジスタ28に流れる電流はIb/Nとなる。負側送信回路レプリカ部4bの低電圧NMOSトランジスタ27と高電圧NMOSトランジスタ28のカレントミラー比をMbとすると、低電圧NMOSトランジスタ27のドレインにはIb/(N×Mb)が流れることになり、正側と同様にこの電流を流すPMOSトランジスタ25のゲート電位が駆動信号bとなるため、送信回路102の負側駆動部7bにはIb/Nの駆動電流IDRIVE2が流れることになる。この駆動電流は、正側と同じようにPMOSトランジスタ31と32のカレントミラー比Nで決まるため、半導体のプロセス変動に影響されない。

0030

続いて、図6の動作について、図7を用いて説明する。制御信号のオン、オフによって駆動電流IDRIVE1、IDRIVE2が流れることは実施例1の説明と同様である。実施例1との差は、出力がVDD1,VDD2,ゼロの3値出力可能となる点である。図7(a)では、最初に制御信号aがHighとなり、ゼロから出力はVDD1となる。続いて、制御信号aがLowになり、制御信号bがHighとなる。ことのき、出力はVDD1からVDD2に遷移する。その後、制御信号a、制御信号b共にLowとなると出力はゼロとなる。図7(b)では制御信号aと制御信号bが逆になり、出力も反転する。この対称波形を交互に送信し、受信波形を加算することで基本波成分を除去可能となる。なお例えば、VDD1は+50V、VDD2は−50V、電流源33や電流検出部5bに加えるVDDは+5Vとすることができる。

0031

図8に、パルスインバージョンの概念図を示す。図8(a)は駆動信号生成部が無く、半導体プロセスのばらつきにより正側駆動電流が負側駆動電流より小さくなったときの送信波形と加算後の残差成分を示す。正側駆動電流が小さくなり、立ち上がり時間が遅くなると残差成分が残り、これが診断画像劣化に繋がる。一方、図5の駆動信号生成部9a,9bにより駆動電流を生成した場合には、駆動電流が一定化されるため、図8(b)に示すように、正負対称な送信波形となり、残差成分が無くなる。これにより超音波画像の高画質化が実現可能となる。

0032

本発明の実施例3を、図9に示す。実施例3は、本発明の超音波診断装置への適用例である。超音波診断装置300は、メインフレーム201と、ケーブル202を介して接続された超音波プローブ203と、画像表示部107で構成される。超音波プローブ203には超音波振動子103が配置され、メインフレーム201内部に配置された送信回路102と超音波振動子103はケーブル202内部の配線を介して接続されている。このとき、送信回路102や駆動信号生成部9はメインフレーム201内部に配置される。超音波振動子103、送信回路102は複数個配置されてもよい。

0033

本発明の実施例4を、図10に示す。実施例4は、本発明の超音波診断装置への第2の適用例である。超音波診断装置300は、メインフレーム201と、ケーブル202を介して接続された超音波プローブ203と、画像表示部107で構成される。超音波プローブ203には超音波振動子103、送信回路102、駆動信号生成部9が配置される。

0034

このとき、超音波プローブ203に配置された超音波振動子103が、M×N個の2次元配列に並べられている。図11に示すように、超音波振動子103のそれぞれにアナログフロントエンド回路41が接続され、送信および受信のタイミングを調整することで、3次元の超音波画像が取得可能である。アナログフロントエンド回路41は、超音波振動子103のそれぞれに対応して、送信回路102および受信回路105を含んで構成されている。M×N個のアナログフロントエンド回路41は同一の半導体上に形成され、図示しない遅延制御部、振幅電圧生成部と共にビームフォーマーIC40として集積化される。このとき、図11に示すように、駆動信号生成部9はM×N個のアナログフロントエンド回路41の2次元配列の外部に配置され、複数個の送信回路102に共通に駆動信号を供給する。このとき、駆動信号は同一配線で集積回路上に配線して送ってもよいし、一度電流に変換し、電流で送った後に再び駆動信号に戻して送信回路102に入力してもよい。

0035

本発明の実施例5の超音波診断装置を、図12に示す。実施例5は、駆動信号生成部9の動作を送信回路102の動作に同期させたものである。

実施例

0036

図13の動作モードの図に示すように、超音波診断装置においては、送信回路を動作させ超音波を送信する送信区間TXと反射した超音波を受信する受信区間RXとを交互に繰り返して超音波画像を生成する。本実施例では、駆動信号生成部9に回路をON・OFFする動作制御信号を入力する。駆動信号生成部9は、ONの動作制御信号が入った場合にのみ動作(キャリブレーション動作)を行い、OFFの場合は動作を停止する。図13に示すように、駆動信号生成部9のキャリブレーション動作を送信回路102の動作と同期させ、駆動信号生成部9の動作を送信区間TXのみとすることにより、駆動信号生成部9の平均電力下がり消費電力を低減することができる。

0037

1基準電圧生成部
2差分検出部
3電圧電流変換部
4送信回路駆動部レプリカ
5電流検出部
6電流電圧変換部
7 送信回路駆動部
8振動子
9駆動信号生成部
10,12抵抗
11定電流源
13 OPAMP
14,19トランジスタ
15高電圧トランジスタ
16低電圧トランジスタ
17 高電圧トランジスタ
18 スイッチ
20負荷抵抗
21,22 トランジスタ
40ビームフォーマーIC
41アナログフロントエンド回路
101 制御部
102 送信回路
103超音波振動子
104送受分離部
105受信回路
106画像処理部
107 表示部
201メインフレーム
202ケーブル
203超音波プローブ
300 超音波診断装置

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