JPH09234202A

JPH09234202A - 駆動パルス発生装置および超音波診断装置ならびに駆動パルス発生方法

Info

Publication number: JPH09234202A
Application number: JP8043901A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Kamiyama; 直久神山; Yoshitaka Mine; 喜隆嶺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-09
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JP3665408B2

Abstract

(57)【要約】【課題】通常の電子スイッチング素子を使って比較的簡
単な回路構成ながら、送信超音波をつくり出す駆動パル
ス自体の高周波成分を低減させ、ハーモニックエコー法
により得られる画質および信頼性の向上を図る。【解決手段】異なる電圧値Ｖｐ，Ｖｎ，ＧＮＤが個別に
供給された３個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３を備えた
パルサ５４と、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３をオンオフ
制御することで前記異なる電圧値Ｖｐ，Ｖｎ，ＧＮＤに
基づき、正負方向の等振幅でかつ時間的に等幅な波形の
駆動パルスをパルサ５４に発生させる手段（タイミング
信号発生器４３、パルス発生器５１）とを備える。第１
のスイッチング素子Ｓ１にはプラス電圧値Ｖｐが、第２
のスイッチング素子Ｓ２にはマイナス電圧値Ｖｎが、第
３のスイッチング素子Ｓ３にはアース電位ＧＮＤがそれ
ぞれ供給されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、組織の血流パフュ
ージョンの検出及びその定量評価を行うため、被検体に
超音波造影剤を注入した状態で超音波スキャンを行う
「ハーモニックエコー法」と呼ばれる撮像法の実施機能
を持たせた超音波診断装置に係り、とくに、このハーモ
ニックエコー法の画質改善に本質的に効く送信超音波パ
ルスの改善に関する。詳しくは、送信超音波パルスに含
まれる非基本波成分（とくに、２次高周波成分）の除去
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波信号の送受により画像信号を得る
超音波診断装置は、超音波信号の非侵襲性を利用して種
々の態様で使用されている。この超音波診断装置の主流
は、超音波パルス反射法を用いて生体の軟部組織の断層
像を得るタイプである。この撮像法は無侵襲で組織の断
層像を得るものであり、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴスキャ
ナ、ＭＲＩ装置、および核医学診断装置など、ほかの医
用モダリティに比べて、リアルタイム表示が可能、装置
が小形で比較的安価、Ｘ線などの被曝が無い、超音波ド
プラ法に拠り血流イメージングができるなど、多くの利
点を有している。このため心臓、腹部、乳線、泌尿器、
および産婦人科などの診断に好適になっている。とく
に、超音波プローブを体表に当てるだけの簡単な操作に
より、心臓の拍動や胎児の動きがリアルタイムに観察で
き、また被爆なども無いから何度も繰り返して検査で
き、さらに装置をベッドサイドに移動させて容易に検査
できるという利点も在る。

【０００３】このような状況下において、近年、心臓や
腹部臓器に対して超音波信号を用いた新しい検査法が開
発されつつある。それは静脈から超音波造影剤を注入し
た状態で超音波スキャンを行い、その結果得られた画像
から血流動態の評価を行うものである（例えば、米国特
許第５，４１０，５１６号又は特許出願公表、平４−５
０１５１８号参照）。静脈からの造影剤注入は動脈注入
よりも侵襲性が低いので、この血流動態評価法が普及し
てきている。超音波造影剤としては、例えば、「用手的
あるいはソニケータにより気泡の生成された５％ヒトア
ルブミン」が知られている。この造影剤の主成分は微小
な気泡であり、この気泡が超音波信号の反射源となる。

【０００４】さらに、近年では、超音波造影剤に因るコ
ントラストエコーの増強効果を高める手法として「ハー
モニックエコー法」が考えられている。ハーモニックエ
コー法は、造影剤の微小気泡がその弾性作用に因り音響
的な非線形現象、すなわち送信基本周波数に対する非線
形成分、とくに２次高調波（ハーモニクス）成分の反射
エコー信号を発生し易いことを利用したもので、ハーモ
ニクスを生じ難い体内の臓器との間で信号レベル上の差
別化を図ることに基礎を置いている。

【０００５】例えば、図１３、１４に示す如く、反射エ
コー信号には送信波の基本周波数成分（同図では２ＭＨ
ｚ）と造影剤に因るハーモニクス成分（同図では４ＭＨ
ｚおよび６ＭＨｚ）を含むので、その基本周波数成分を
フィルタで除去した残りの信号を表示すれば、ハーモニ
クス成分、すなわち造影剤に因る増強程度を反映した画
像が得られる。

【０００６】このようにハーモニックエコー法を用いる
と、比較的少量の造影剤を投与するだけで、関心領域の
造影剤の有無、すなわち血流パフュージョンを観測で
き、診断に有用な情報が得られる。

【０００７】ハーモニックエコー法を実施する従来の超
音波診断装置に搭載されているパルサの例を図１５また
は図１６に示す。図１５（ａ）のパルサ回路ＰＣは１個
のスイッチング回路Ｓ１を有し、同図（ｂ）に示すパル
ス信号により振動子ＶＤは自励振動を起こし、同図
（ｃ）に示す波形の送信波を出力する。

【０００８】一方、図１６（ａ）のパルサＰＣは２個の
スイッチング回路Ｓ１、Ｓ２を備えている。これに対
し、同図（ｂ）に示す２つのパルス信号に応答して、振
動子ＶＤから出力される送信波の波形は同図（ｃ）に示
すように単極性の矩形波に似たものとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のパルサ回路を使ってハーモニックエコー法を実
施する場合、以下に述べる如く、不都合が生じる。

【００１０】ハーモニックエコー法は、気泡の非線形振
動に因って生じる高周波信号のみを映像化するものであ
る。つまり図１３、１４の例で説明すると、例えば２Ｍ
Ｈｚの単一周波数成分を持つパルスを送信し、その高周
波成分（例えば４ＭＨｚ）を受信することが望ましい。

【００１１】これに対し、前述した従来のパルサから出
力される送信パルスは矩形波パルス群であり、この波形
には本質的に高周波成分が多く含まれている。このこと
を前述した図１４に例えると、２ＭＨｚの送信波に４Ｍ
Ｈｚの高周波成分が初めから含まれていることになる。
このような送信波を照射すると、元来は非線形挙動を起
こしにくい生体組織からのエコー信号にも当然ながら４
ＭＨｚのエコー信号が含まれてしまう。したがって、こ
のような事態の元で、ハーモニックエコー法により高周
波成分を画像化しても、その信号が造影剤から発せられ
た高周波信号か、もともと送信波に含まれていた高周波
成分かの判別ができない以上、ハーモニックエコー法の
信頼性が損なわれてしまう。

【００１２】このようにハーモニックエコー法において
は、送信波に含まれる駆動周波数の非基本波成分（高周
波成分）は一種のノイズ成分と見做すことができ、この
成分を送信時に低減させておくことは画像に対する信頼
性向上の面から非常に重要である。

【００１３】ところで、駆動周波数の非基本波成分を含
まない送信波を生成するには、次のような手法も考えら
れる。これはあくまで理想的な場合であるが、任意波形
合成器（シンセサイザ）をパルサのパルス発生部として
搭載し、正弦波パルスを発生させるようにすればよい。

【００１４】しかしながら、パルサにて生成される信号
は通常、超音波プローブを駆動するため、比較的高パワ
ー（電流１［Ａ］以上、電圧１００［Ｖ］以上）である
ことが要求される。このため、従来の任意波形合成器お
よびリニアアンプの組み合わせで対応した場合、波形歪
みなどを引き起こすことはほとんど確実である。波形歪
みは言うまでもなく高周波成分を増大させる。加えて、
従来はスイッチ回路により形成していたスイッチ部を任
意波形合成器などに置き換えることは、回路が非常に複
雑化し、大掛かりのものになってしまうとともに、製造
コストも高くなってしまう。

【００１５】本発明は、上述した不都合に鑑みてなされ
たもので、従来から使用されているスイッチング素子を
使って比較的簡単な回路構成ながら、送信超音波をつく
り出す駆動パルス自体の高周波成分（非基本波成分）を
低減させ、ハーモニックエコー法により得られる画質お
よび信頼性の向上を図ることを、その目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、本発明に係る駆動パルス発生装置は、プラス電圧値
およびマイナス電圧値を含む異なる電圧値のそれぞれが
各別に供給された複数のスイッチング素子を備えたパル
サと、複数のスイッチング素子をオンオフ制御すること
で前記異なる電圧値に基づき少なくとも時間的に等幅な
波形の駆動パルスを前記パルサに発生させるパルサ制御
手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１７】例えば、前記複数のスイッチング素子は、
一端に前記プラス電圧値が供給されたプラス側スイッチ
ング素子と、一端に前記マイナス電圧値が供給されかつ
前記プラス側スイッチング素子の他端に直列接続された
マイナス側スイッチング素子とを有し、前記プラス側ス
イッチング素子および前記マイナス側スイッチング素子
の接続点が前記パルサの負荷に至る。

【００１８】好適には、前記異なる電圧値はアース電位
を含む。その場合、例えば、前記スイッチング素子の数
は３個である。３個のスイッチング素子は、一端に前記
プラス電圧値が供給されたプラス側スイッチング素子
と、一端に前記マイナス電圧値が供給されかつ前記プラ
ス側スイッチング素子の他端に直列接続されたマイナス
側スイッチング素子と、前記プラス側スイッチング素子
と前記マイナス側スイッチング素子との接続点に一端が
接続されかつ他端に前記アース電位が供給されたアース
側スイッチング素子とから成り、前記接続点が前記パル
サの負荷に至る。

【００１９】また例えば、前記スイッチング素子の数は
奇数値の５個以上である。この５個以上のスイッチング
素子は、一端に前記プラス電圧値が供給された複数のプ
ラス側スイッチング素子と、一端に前記マイナス電圧値
が供給され且つ前記プラス側スイッチング素子のそれぞ
れの他端に各別に直列接続された複数のマイナス側スイ
ッチング素子と、前記プラス側スイッチング素子それぞ
れと前記マイナス側スイッチング素子それぞれとの接続
点に共通に一端が接続され且つ他端に前記アース電位が
供給されたアース側スイッチング素子とを備え、前記接
続点が前記パルサの負荷に至る。好適には、前記複数の
プラス側スイッチング素子に供給される前記プラス電圧
値はスイッチング素子毎に異なるプラス電圧値であり、
前記複数のマイナス側スイッチング素子に供給される前
記マイナス電圧値はスイッチング素子毎に異なるマイナ
ス電圧値である。

【００２０】好適には、前記パルサ制御手段は、前記駆
動パルスを前記パルサに発生させるようにタイミング制
御された２値の時間的に等幅な制御パルスを生成する手
段を有する。この手段ととともに、前記制御パルスを遅
延させて前記パルサに与える手段とを備えてもよい。

【００２１】例えば、前記スイッチング素子は前記制御
パルスを制御端子に受けてオン・オフ可能な電子形スイ
ッチング素子である。

【００２２】好適には、前記パルサ制御手段は、前記プ
ラス側スイッチング素子およびマイナス側スイッチング
素子がいずれもオフ状態のときに前記アース側スイッチ
ング素子をオン状態に設定する前記制御パルスを生成す
る手段である。

【００２３】また本発明の超音波診断装置は、電気信号
と超音波信号とを双方向に変換する超音波振動子と、こ
の振動子に電気量の駆動パルスを与える駆動パルス発生
装置とを備える。さらに前記駆動パルス発生装置は、プ
ラス電圧値およびマイナス電圧値を含む異なる電圧値の
それぞれが各別に供給された複数のスイッチング素子を
備えたパルサと、前記複数のスイッチング素子をオンオ
フ制御することで前記異なる電圧値に基づき少なくとも
時間的に等幅な波形の駆動パルスを前記パルサに発生さ
せるパルサ制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００２４】前記超音波振動子と前記駆動パルス発生装
置との間に、この駆動パルス発生装置から与えられる前
記駆動パルスの非基本波成分（例えば２次高調波成分）
を抑制するフィルタなどの抑制手段を介挿してもよい。

【００２５】この超音波診断装置は、被検体に注入され
た超音波造影剤により非線形散乱された前記駆動パルス
の基本波成分に対する非基本波成分のエコー信号を前記
超音波振動子を介して受信して処理する受信処理手段を
備える。

【００２６】さらに本発明に係る駆動パルス発生方法
は、プラス電圧値およびマイナス電圧値を含む異なる電
圧値のそれぞれが各別に供給された複数のスイッチング
素子をパルサに備え、前記複数のスイッチング素子をオ
ンオフ制御することで前記異なる電圧値に基づき少なく
とも時間的に等幅な波形の駆動パルスを前記パルサの負
荷に供給させる。前記複数のスイッチング素子のオンオ
フを、前記駆動パルスの基本波成分に対する非基本波成
分が低減するように設定した窓関数の包絡線を前記駆動
パルスの振幅が辿るように順次制御することを特徴とす
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一つの実施の形
態を図１〜図６を参照して説明する。この実施形態に係
る超音波診断装置は、心臓、とくに左心室系の筋肉への
血流状態の診断情報をハーモニックエコー法により得て
異常部位を同定する構成になっている。しかしながら、
本発明の超音波診断装置は必ずしもそのような、心筋へ
の血流状態を診断対象とする場合に限定されるものでは
ない。

【００２８】図１に示す超音波診断装置は、システム全
体の制御中枢として機能する装置本体１１と、この装置
本体１１に接続された心電計（ＥＣＧ）１２、超音波プ
ローブ１３、及び操作ユニット１４とを備える。操作ユ
ニット１４は、オペレータからの各種の指示、情報を装
置本体１１に与えるもので、キーボード１４Ａのほか、
ＲＯＩ（関心領域）の設定などを行うためのマウス１４
Ｂ，トラックボール１４Ｃを有する。

【００２９】超音波プローブ１３は、電気／機械可逆的
変換素子としての圧電セラミックなどの圧電振動子を有
する。複数の圧電振動子がアレイ状に配列されてプロー
ブ先端に装備され、フェーズドアレイタイプのプローブ
１３が構成されている。これにより、プローブ１３は装
置本体１１から与えられるパルス駆動電圧を超音波パル
ス信号に変換して被検体内の所望方向に送信し、また被
検体で反射してきた超音波エコー信号をこれに対応する
電圧のエコー信号に変換する。

【００３０】装置本体１１は図示の如く、プローブ１３
に接続された超音波送信部２１および超音波受信部２
２、この超音波受信部２２の出力側に順に置かれたＢＰ
Ｆ２４，レシーバ部２５、ＤＳＣ（デジタル・スキャン
・コンバータ）部２６、メモリ合成部２７、ならびに表
示器２８を備える。この装置本体１１はさらに、心電計
１２の出力側に順に接続されたアンプ３１および参照デ
ータメモリ３２を備える。ＤＳＣ部２６にはイメージメ
モリ２９が接続されている。装置本体１１はさらに、操
作ユニット１４からの操作データを受けるＣＰＵ（中央
処理装置）４１を備えるとともに、制御手段の一翼を担
うトリガ信号発生器４２、タイミング信号発生器４３を
も備える。

【００３１】超音波送信部２１は、パルス発生器５１、
送信遅延回路５２、およびハーモニックモード用パルサ
５４を有する。ここで、「ハーモニックモード」は原理
的にはＢモード法であるが、高調波成分を撮像の基礎に
置くハーモニックエコー法を実施するモードであり、Ｂ
モード法によりグレイスケールの通常の断層像を得る
「通常Ｂモード」とは区別する。

【００３２】なお、本実施形態ではハーモニックモード
の構成を説明するが、通常モードのスキャンを実施でき
るように、ハーモニックモード用パルサ５４に通常モー
ド用パルサを併設し、それらのパルサと送信遅延回路５
２との間を電子制御スイッチで切り換えるようにしても
よい。

【００３３】パルス発生器５１は、タイミング信号発生
器４３からの制御信号に応答して、ハーモニックモード
用パルサ５４にその切換スイッチング素子数に等しい数
の２値パルスから成る制御パルス列（例えば図３
（ａ）、図５（ａ）参照）を発生する。つまり、制御信
号に応じて、制御パルス列の各パルスのオン・オフタイ
ミングにより決まる駆動（送信）周波数および波数が制
御される。

【００３４】この制御パルス列は、送信チャンネル数分
に分配されて送信遅延回路５２に送られる。送信遅延回
路５２には、タイミング信号発生器４３から遅延時間を
決めるタイミング信号が送信チャンネル毎に供給される
ようになっている。これにより、送信遅延回路５２は制
御パルス列に指令遅延時間をチャンネル毎に付与する。
遅延時間が付与された制御パルス列が送信チャンネル毎
にハーモニックモード用パルサ５４に供給される。この
結果、超音波プローブ１３から送信された超音波信号は
被検体内でビーム状に集束されかつ送信指向性が指令ス
キャン方向に設定される。

【００３５】ハーモニックモード用パルサ５４は、入力
した制御パルス列の各制御パルスのオン・オフタイミン
グにて内蔵する複数のスイッチング素子をオンオフ制御
し、駆動パルスを送信チャンネル毎に発生する。駆動パ
ルスはプローブ１３の送信チャンネル毎の振動子に印加
される。ハーモニックモード用パルサ５４はとくに本発
明の要旨を成すもので、その構成および動作を後に詳述
する。

【００３６】超音波プローブ１３は、ハーモニックモー
ド用パルサ５４からの駆動パルスで励磁されると、その
複数の送信チャンネルの圧電振動子から超音波信号が被
検体に向けて送信される。被検体内では前述した遅延時
間にしたがってビームフォーミングがなされる。送信さ
れた超音波パルス信号は、被検体内の音響インピーダン
スの不連続面で反射される。この反射超音波信号は再び
プローブ１３で受信され、対応する電圧量のエコー信号
に変換される。このエコー信号はプローブ１３から受信
チャンネル毎に超音波受信部２２に取り込まれる。

【００３７】超音波受信部２２は、その入力側から順
に、プリアンプ６１、受信遅延回路６２、および加算器
６３を備える。プリアンプ６１および受信遅延回路６２
はそれぞれ、受信チャンネル分のアンプ回路または遅延
回路を内蔵する。受信遅延回路６２の遅延時間は、所望
の受信指向性に合わせてタイミング信号発生器４３から
トリガ信号パターンとして与えられる。このため、エコ
ー信号は、受信チャンネル毎に、プリアンプ６１で増幅
され、受信遅延回路６２により遅延時間が与えられた
後、加算器６３で加算される。この結果として、所望の
受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受
信ビームが計算上で形成される。送信指向性と受信指向
性の総合により、送受信の総合的な超音波ビームが形成
される。

【００３８】加算器６３の出力端はハーモニック用帯域
通過型フィルタ（ＢＰＦ）２４を経由してレシーバ部２
５に至り、さらにＤＳＣ部２６に至る。ＢＰＦ２４は整
相加算（ビームフォーミング）されたエコー信号からハ
ーモニックエコー法に必要な非線形成分（例えば２次高
調波成分）のみを通過させるように通過帯域が設定され
ている。このＢＰＦはハイパスフィルタ、ローパスフィ
ルタ、又は帯域除去フィルタに置換し、非基本波成分の
みを通過させるように帯域設定してもよい。

【００３９】なお、ＢＰＦ２４と加算器６３の間に電子
切換スイッチを介挿し、このスイッチを切り換えて、通
常モードの場合、ＢＰＦ２４をバイパスするように構成
すればよい。

【００４０】レシーバ部２５は、図示しないが、対数増
幅器、包絡線検波器、Ａ／Ｄ変換器を備える。これによ
り、受信指向性が与えられた方向のエコーデータがデジ
タル量で形成され、ＤＳＣ部２６に送られる。ＤＳＣ部
２６はエコーデータのスキャン方式を超音波方式から標
準ＴＶ方式に変換し、メモリ合成部２７に送る。ＤＳＣ
部２６が出力するエコーデータは、フレーム毎にイメー
ジメモリ２９に記憶される。

【００４１】一方、心電計（ＥＣＧ）１２により検出さ
れた心電信号は、アンプ３１を介して参照データメモリ
３２に送られる。参照データメモリ３２は心電信号に対
応した心電波形などの参照データを生成し、この参照デ
ータを前記メモリ合成部２７に送る。

【００４２】メモリ合成部２７は、ハーモニックモード
の画像データを再構築するとともに、ＣＰＵ４１から送
られてくる表示態様の制御信号に応じて画像データおよ
び参照データを１フレームの画像に合成する。このフレ
ーム画像データは表示部２８により順次読み出される。
表示部２８では、内蔵するＤ／Ａ変換器でアナログ量に
変換し、ＴＶモニタに表示する。この結果、ハーモニッ
クモードにより注入造影剤の空間分布がそれぞれビジュ
アルに表示される。なお、通常モードのスキャンを行う
場合、通常モードおよびハーモニックモードの画像デー
タを１フレームに合成し、これを表示するようにしても
よい。かかる合成態様としては両画像データを並べる、
または重畳する態様が典型的である。通常Ｂモードの画
像により、被検体の組織形状の空間的分布が表示され
る。

【００４３】ＣＰＵ４１は、常時は所定のメインプログ
ラムを実行しており、駆動パルスの周波数、波数、スキ
ャン方向などを制御する信号をタイミング信号発生器４
３に与える。これに並行して、ＣＰＵ４１は、トラック
ボール１４ＢなどからＲＯＩ設定の信号を受けたとき
は、ＲＯＩ（関心領域）に関するグラフィックデータを
メモリ合成部２７に送り、表示画像に重畳させる処理を
行う。さらに、ＣＰＵ４１はキーボード１４Ａなどから
表示部２８のＴＶモニタでの表示態様が指令されたとき
は、その表示態様を指令する信号をメモリ合成部２７に
送る。なお、操作ユニット１４に通常モード、ハーモニ
ックモードの切換を指令するスイッチを設け、ＣＰＵ１
４にモード切換制御を実施させてもよい。

【００４４】タイミング信号発生器４３は、ＣＰＵ４１
からの指令に基づいて、ハーモニックモードのスキャン
に関わる遅延時間を送信遅延回路５２および受信遅延回
路６２に送る。

【００４５】ここで、前述したハーモニックモード用パ
ルサ５４の送信チャンネル毎の構成及び動作を図２〜図
６に基づき説明する。

【００４６】最初に、図２、３を参照してその一例を説
明する。このハーモニックモード用パルサ５４は図２に
示すように、スイッチング特性の等しい３個のスイッチ
ング素子Ｓ１〜Ｓ３を有する。スイッチング素子Ｓ１〜
Ｓ３のそれぞれは２つの切換端と１つの制御端をする。
第１、第２のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一方の切換
端が互いに直列に接続され、第１のスイッチング素子Ｓ
１の反対側切換端にはプラス電圧Ｖｐが印加され、もう
一方の第２のスイッチング素子Ｓ２の反対側切換端には
マイナス電圧Ｖｎが印加されている。スイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２の中間接続点は第３のスイッチング素子Ｓ３
の一方の切換端および振動子ＶＤの一端に至る。スイッ
チング素子Ｓ３のもう一方の切換端および振動子ＶＤの
他端のそれぞれはアースに至る。ここでは、プラス電圧
Ｖｐとマイナス電圧Ｖｎの絶対値は等しく設定されてい
る。

【００４７】スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のそれぞれの
制御端には、送信遅延回路５２で遅延制御された図３
（ａ）の制御パルス列（各パルスは時間的に当幅）が入
力する。これにより、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は同
図（ａ）の如くオン、オフ制御される。つまり、スイッ
チング素子Ｓ１がオンになると、プラス電圧Ｖｐで振動
子ＶＤを励振させ、スイッチング素子Ｓ２がオン（オン
の期間は素子Ｓ１と同じ）になると、マイナス電圧Ｖｎ
で振動子ＶＤを励振させる。残りのスイッチング素子Ｓ
３は振動子ＶＤの振動振幅を零に保持するため、両方の
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がいずれもオンにしない時
期（オフの期間）にオンに設定する。この結果、振動子
ＶＤの励起信号（図２のＡ点の電位）は同図（ｂ）の両
極性の波形（正負の方向に等振幅、オン時間が等しい）
で与えられる。

【００４８】なお、必要に応じて、第３のスイッチング
素子Ｓ３は設けない構成も可能である。

【００４９】図４、５の例を説明する。この場合のハー
モニックモード用パルサ５４は図２で示したスイッチン
グ素子Ｓ１，Ｓ２に相当するスイッチング素子数の組を
複数組に増加させたものである。図４には、６個の第１
〜第６のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のそれぞれを図２
と同様に接続したパルサ５４を示す。スイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２の各一方の切換端が相互に、スイッチング素
子Ｓ３，Ｓ４の各一方の切換端が相互に、スイッチング
素子Ｓ５，Ｓ６の各一方の切換端が相互にそれぞれ接続
されている。この内、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ
５のそれぞれのもう一方の切換端には相互に値が異なる
プラス電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３（Ｖｐ１＞Ｖｐ２＞
Ｖｐ３）が印加され、またスイッチング素子Ｓ２，Ｓ
４，Ｓ６のそれぞれのもう一方の切換端には同様に相互
に値が異なるマイナス電圧Ｖｎ１，Ｖｎ２，Ｖｎ３（Ｖ
ｎ１＜Ｖｎ２＜Ｖｎ３）が印加されている。スイッチン
グ素子Ｓ１，Ｓ２の相互接続点、スイッチング素子Ｓ
３，Ｓ４の相互接続点、およびスイッチング素子Ｓ５，
Ｓ６の相互接続点は、第７のスイッチング素子Ｓ７の一
方の切換端および振動子ＶＤに接続されている。第７の
スイッチング素子Ｓ７のもう一方の切換端はアースに接
続される。なお、ここでは、｜Ｖｐ１｜＝｜Ｖｎ１｜、
｜Ｖｐ２｜＝｜Ｖｎ２｜、｜Ｖｐ３｜＝｜Ｖｎ３｜であ
る。また第１〜第７のスイッチング素子の特性は同じで
ある。

【００５０】第１〜第６のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６
のそれぞれは、送信遅延回路５２を通して、図５（ａ）
の制御パルス列の各パルス（時間的に当幅）をその制御
端に受ける。これにより、第１〜第６のスイッチング素
子Ｓ１〜Ｓ６は同図（ａ）に示す如くオンオフ動作す
る。第７のスイッチング素子Ｓ７はスイッチング素子Ｓ
１〜Ｓ６のいずれをもオンに設定しない時期にてオンに
切り換えられる。プラス電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３は
Ｖｐ１＞Ｖｐ２＞Ｖｐ３に、マイナス電圧Ｖｎ１，Ｖｎ
２，Ｖｎ３はＶｎ１＜Ｖｎ２＜Ｖｎ３に設定されている
ので、図５（ａ）のオンオフ制御により、図４中の点Ａ
の信号は図５（ｂ）で示す矩形波形となる。つまり、両
極性（オン時間が等しい）で、かつ、正負方向の振幅値
を同じに保持しながら、その信号値が徐々に大きくな
り、そして徐々に小さくなる。

【００５１】なお、第７のスイッチング素子Ｓ７は必要
に応じて設けない構成も可能である。

【００５２】模式的に表された図４のパルサ５４は、具
体的には図６に示すように構成することができる。第１
〜第７のスイッチング素子としてＣ級動作の電解効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）が用いられている。ＦＥＴの代わ
りに、バイポーラ型トランジスタを用いることもでき
る。図２のパルサも同様に具体化できる。

【００５３】このように本実施形態の駆動パルス発生に
よれば、簡単なスイッチング素子（回路）を送信チャン
ネル毎に複数個（少なくとも３個）も受けたパルサを備
え、そのスイッチング素子を所望の周波数および端数に
基づいてオンオフ制御するだけの比較的簡単な構成で済
む。しかも、振動子を正負の極性方向に同振幅でかつ時
間的にも等幅で駆動できる。つまり、前述した図１５
（ｃ）、図１６（ｃ）の従来パルサで得られる駆動パル
ス波形に比べて、より正弦波に近い波形を得ることがで
きる。したがって、従来パルサよりも、非基本波成分
（高周波成分など）を各段に抑制した駆動パルスを発生
させることができ、この駆動パルスで振動子を駆動でき
る。駆動パルス自体に含まれる非基本波成分が初めから
低減されているため、送信波に非基本波成分（とくにパ
ワーが最も大きい２次高調波）を含まないことが望まし
いハーモニックエコー法をより好適に実施でき、画質を
向上させて、微小血流の描出能を上げ、信頼性を高める
ことができる。

【００５４】また、任意波形合成器とリニアアンプとを
用いる必要も無いのでパルサ部分の回路規模をよりコン
パクトに抑えることができる。

【００５５】なお、この実施形態ではパルサに搭載する
スイッチング素子の数を３個または７個の場合を例示し
たが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではな
く、複数個であればよい。

【００５６】またなお、スイッチング素子に与える電圧
値（振幅制御値）は、正、負の一方の極性について、前
述したように１つであっても、複数であってもよい。図
７には、一方の極性について、４個の振幅制御される電
圧値（プラス側：Ｖp1＜Ｖp2＜Ｖp3＜Ｖp4、および、マ
イナス側：Ｖn1＞Ｖn2＞Ｖn3＞Ｖn4）を使った例を示
す。

【００５７】さらに、スイッチング素子に与える電圧値
（振幅制御値）は任意に設定可能である。しかし、電圧
値を正、負の一方の極性について複数個設定するように
した場合、その電圧値の設定の仕方をさらに改善するこ
とができる。その一例を図８に示す。電圧値は、本来の
目的である２次高周波成分が最も低減するような組み合
わせで設定することが望ましい。よく知られているよう
に、有限長信号の周波数解析においては窓関数（データ
ウインドウ）を掛けると、データの端部の不連続な立上
がりに因って生じる高周波成分への「漏れ」を低減する
ことができる。本発明においても、スイッチング素子に
より増幅された増幅電圧値がそれらの窓関数の包絡線を
辿るように定めるとよい。窓関数としては種々のもの、
例えばハミング窓、ブラックマン窓などが在る。図８に
はＷｅｌｃｈ窓の包絡線に沿って沿って２種の電圧値Ｖ
p1，Ｖp2の大きさを定めた例を示している。

【００５８】さらに、本発明に係る別の実施の形態を図
９〜図１２を参照して説明する。本実施形態は、かかる
基本波成分の除去能力を送信系全体として一層高めるよ
うにしたものである。

【００５９】図９に示すように、超音波送信部２１にお
いて、パルサ５４と超音波プローブ１３との間に、ロー
パスフィルタ（ＬＰＦ）７０を介挿している。ＬＰＦ７
０は、例えばＬＣ型の１次（または数次）のローパルス
フィルタであり、その遮断周波数はパルサ５４からの駆
動パルスの基本波成分のみを通過させるように設定され
ている。なお、このＬＰＦ７０は、適宜な通過帯域を設
定することで帯域通過型フィルタＢＰＦに置換してもよ
い。

【００６０】このＬＰＦ７０を使った具体的な送信チャ
ンネル毎の構成例を図１０に、その動作例を図１１
（ａ）（ｂ）に示す。この構成例および動作例は前述し
た図４、図５（ａ）（ｂ）にそれぞれ相当するものであ
る。つまり、ＬＰＦ７０の作用により、振動子出力（図
１１中の点Ｂの信号変化）は図１１（ｂ）の実線図示の
ように、およそ正弦波状（各半周期の時間幅は同じ）に
変化する。振幅値をプラス電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３
およびマイナス電圧Ｖｎ１，Ｖｎ２，Ｖｎ３に応じて徐
々に上昇させ、そして下降させていく波形となり、時間
的に当幅な正弦波状の波形で振動子ＶＤが励振される。
なお、図１２はフィルタ７０を介挿させたときの詳細回
路を示す。

【００６１】これにより、パルサ５４により除去しきれ
なかった非基本波成分（とくに高周波成分）を後段のＬ
ＰＦ７０により更に除去することができる。これによ
り、送信系全体として非基本波成分に対する高い除去能
力を発揮できる。

【００６２】なお、パルサ５４は前記実施形態で説明し
た本発明を実施した構成を有するが、このパルサ５４を
使わないで送信波の非基本波成分を本実施形態と同等に
除去しようとすると、非常に高次のフィルタを使う必要
がある。しかしながら、本実施形態によれば、パルサ５
４で既に非基本波成分が良好に除去されているので、フ
ィルタ７０は比較的低次の素子構成で済み、回路規模を
大幅に縮小させ、コンパクトに構成できる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
異なる電圧値が個別に供給された複数のスイッチング素
子をパルサに備え、この複数のスイッチング素子をオン
オフ制御することで、その異なる電圧値に基づき少なく
とも時間的に等幅な波形の駆動パルスをパルサに発生さ
せるようにすることを主要部としたため、パルサは比較
的簡単なスイッチング素子（回路）を用いて非基本波成
分（例えば２次高周波成分）を最初から大幅に除去した
駆動パルスを発生させることができる。つまり、超音波
プローブから被検体に送信される送信波に含まれる非基
本波成分は大幅にレベル低下する。したがって、ハーモ
ニックエコー法において、超音波造影剤の微小気泡によ
り生成される高周波（非基本波）エコー成分を従来より
も高い感度で観測することができ、エコー像の画質を格
段に向上させ、装置の信頼性を高めることができる。こ
の画質向上により、従来法では組織のエコー信号に隠れ
て観測不可能であった心筋内血流パフュージョン、また
は肝臓実質の血流パフュージョンを容易に観測、診断す
ることができるという優れた効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る超音波診断装置の全体
構成を示す概略ブロック図。

【図２】パルサの基本形を示す模式的構成図。

【図３】図２のパルサにおける制御パルス列および駆動
パルスの波形図。

【図４】パルサの別の例を示す模式的構成図。

【図５】図４のパルサにおける制御パルス列および駆動
パルスの波形図。

【図６】図４のパルサの具体的構成を示す回路図。

【図７】パルサのスイッチング素子に与える異なる電圧
値の例を説明する図。

【図８】電圧値を設定するための窓関数の一例を示す
図。

【図９】別の実施形態に係る装置構成の一部を示す概略
ブロック図。

【図１０】フィルタをパルサと振動子との間に介挿させ
た状態を示す回路図。

【図１１】フィルタの機能を説明するための制御パルス
列および駆動パルスの波形図。

【図１２】フィルタを介挿させたときのパルサの回路
図。

【図１３】ハーモニックエコー法の映像化の仕組みを説
明する図。

【図１４】ハーモニックエコー法の映像化の仕組みを説
明する図。

【図１５】従来のパルサの一例の構成および動作を説明
する図。

【図１６】従来のパルサの別の例の構成および動作を説
明する図。

【符号の説明】

１１装置本体１３超音波プローブ２１超音波送信部２２超音波受信部２５レシーバ部２６ＤＳＣ２７メモリ合成部２８表示部４１ＣＰＵ４２トリガ信号発生器４３タイミング信号発生器５４ハーモニックモード用パルサ７０ＬＰＦＳ１〜Ｓ７スイッチング素子ＶＤ振動子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラス電圧値およびマイナス電圧値を含
む異なる電圧値のそれぞれが各別に供給された複数のス
イッチング素子を備えたパルサと、前記複数のスイッチ
ング素子をオンオフ制御することで前記異なる電圧値に
基づき少なくとも時間的に等幅な波形の駆動パルスを前
記パルサに発生させるパルサ制御手段と、を備えたこと
を特徴とする駆動パルス発生装置。
【請求項２】前記複数のスイッチング素子は、一端に
前記プラス電圧値が供給されたプラス側スイッチング素
子と、一端に前記マイナス電圧値が供給されかつ前記プ
ラス側スイッチング素子の他端に直列接続されたマイナ
ス側スイッチング素子とを有し、前記プラス側スイッチ
ング素子および前記マイナス側スイッチング素子の接続
点が前記パルサの負荷に至る請求項１記載の駆動パルス
発生装置。
【請求項３】前記異なる電圧値はアース電位を含む請
求項１記載の駆動パルス発生装置。
【請求項４】前記スイッチング素子の数は３個であ
り、この３個のスイッチング素子は、一端に前記プラス
電圧値が供給されたプラス側スイッチング素子と、一端
に前記マイナス電圧値が供給されかつ前記プラス側スイ
ッチング素子の他端に直列接続されたマイナス側スイッ
チング素子と、前記プラス側スイッチング素子と前記マ
イナス側スイッチング素子との接続点に一端が接続され
かつ他端に前記アース電位が供給されたアース側スイッ
チング素子とから成り、前記接続点が前記パルサの負荷
に至る請求項３記載の駆動パルス発生装置。
【請求項５】前記スイッチング素子の数は奇数値の５
個以上であり、この５個以上のスイッチング素子は、一
端に前記プラス電圧値が供給された複数のプラス側スイ
ッチング素子と、一端に前記マイナス電圧値が供給され
且つ前記プラス側スイッチング素子のそれぞれの他端に
各別に直列接続された複数のマイナス側スイッチング素
子と、前記プラス側スイッチング素子それぞれと前記マ
イナス側スイッチング素子それぞれとの接続点に共通に
一端が接続され且つ他端に前記アース電位が供給された
アース側スイッチング素子とを備え、前記接続点が前記
パルサの負荷に至る請求項３記載の駆動パルス発生装
置。
【請求項６】前記複数のプラス側スイッチング素子に
供給される前記プラス電圧値はスイッチング素子毎に異
なるプラス電圧値であり、前記複数のマイナス側スイッ
チング素子に供給される前記マイナス電圧値はスイッチ
ング素子毎に異なるマイナス電圧値である請求項５記載
の駆動パルス発生装置。
【請求項７】前記パルサ制御手段は、前記駆動パルス
を前記パルサに発生させるようにタイミング制御された
２値の時間的に等幅な制御パルスを生成する手段を有す
る請求項１乃至６のいずれか一項に記載の駆動パルス発
生装置。
【請求項８】前記パルサ制御手段は、前記駆動パルス
を前記パルサに発生させるようにタイミング制御された
２値の時間的に等幅な制御パルスを生成する手段と、前
記制御パルスを遅延させて前記パルサに与える手段とを
有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の駆動パル
ス発生装置。
【請求項９】前記スイッチング素子は前記制御パルス
を制御端子に受けてオン・オフ可能な電子形スイッチン
グ素子である請求項７または８記載の駆動パルス発生装
置。
【請求項１０】前記パルサ制御手段は、前記プラス側
スイッチング素子およびマイナス側スイッチング素子が
いずれもオフ状態のときに前記アース側スイッチング素
子をオン状態に設定する前記制御パルスを生成する手段
である請求項４乃至９のいずれか一項に記載の駆動パル
ス発生装置。
【請求項１１】電気信号と超音波信号とを双方向に変
換する超音波振動子と、この振動子に電気量の駆動パル
スを与える駆動パルス発生装置とを備えた超音波診断装
置において、前記駆動パルス発生装置は、プラス電圧値およびマイナ
ス電圧値を含む異なる電圧値のそれぞれが各別に供給さ
れた複数のスイッチング素子を備えたパルサと、前記複
数のスイッチング素子をオンオフ制御することで前記異
なる電圧値に基づき少なくとも時間的に等幅な波形の駆
動パルスを前記パルサに発生させるパルサ制御手段とを
備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】前記超音波振動子と前記駆動パルス発
生装置との間に、この駆動パルス発生装置から与えられ
る前記駆動パルスの非基本波成分を抑制する抑制手段を
介挿した請求項１１記載の超音波診断装置。
【請求項１３】前記抑制手段は、前記非基本波成分と
しての高周波成分を除去するフィルタである請求項１２
記載の超音波診断装置。
【請求項１４】被検体に注入された超音波造影剤によ
り非線形散乱された前記駆動パルスの基本波成分に対す
る非基本波成分のエコー信号を前記超音波振動子を介し
て受信して処理する受信処理手段を備える請求項１１記
載の超音波診断装置。
【請求項１５】プラス電圧値およびマイナス電圧値を
含む異なる電圧値のそれぞれが各別に供給された複数の
スイッチング素子をパルサに備え、前記複数のスイッチ
ング素子をオンオフ制御することで前記異なる電圧値に
基づき少なくとも時間的に等幅な波形の駆動パルスを前
記パルサの負荷に供給させる駆動パルス発生方法であっ
て、前記複数のスイッチング素子のオンオフを、前記駆動パ
ルスの基本波成分に対する非基本波成分が低減するよう
に設定した窓関数の包絡線を前記駆動パルスの振幅が辿
るように順次制御することを特徴とした駆動パルス発生
方法。