特開 2024-77886 スイッチ制御装置、超音波プローブ、超音波診断装置、およびスイッチ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024077886

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】スイッチ制御装置、超音波プローブ、超音波診断装置、およびスイッチ制御方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20240603BHJP

【ＦＩ】

A61B8/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190100

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】芝沼 浩幸

(72)【発明者】

【氏名】長野 玄

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 翔平

(72)【発明者】

【氏名】大橋 穣

(72)【発明者】

【氏名】中沢 尚之

【テーマコード（参考）】

4C601

【Ｆターム（参考）】

4C601DE08

4C601EE02

4C601HH01

(57)【要約】

【課題】超音波プローブまたは超音波診断装置が有するＴＲスイッチで発生するスイッチングノイズを低減する。
【解決手段】一実施形態に係るスイッチ制御装置は、第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路と、制御回路とを備える。第１スイッチング回路は、一端が超音波振動子に接続され、他端が超音波信号の受信回路に接続される。第２スイッチング回路は、一端が前記超音波振動子に接続され、他端が超音波信号の前記受信回路に接続されるとともに、前記第１スイッチング回路と並列に接続される。制御回路は、前記第１スイッチング回路の切り替えによって生じる第１スイッチングノイズと、前記第２スイッチング回路の切り替えによって生じる第２スイッチングノイズが互いに逆位相となるように、前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路とを制御する。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端が超音波振動子に接続され、他端が超音波信号の受信回路に接続される第１スイッチング回路と、
一端が前記超音波振動子に接続され、他端が超音波信号の前記受信回路に接続されるとともに、前記第１スイッチング回路と並列に接続される第２スイッチング回路と、
前記第１スイッチング回路の切り替えによって生じる第１スイッチングノイズと、前記第２スイッチング回路の切り替えによって生じる第２スイッチングノイズが互いに逆位相となるように、前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路とを制御する制御回路と、
を備えるスイッチ制御装置。

【請求項2】

前記第１スイッチング回路は、直列接続された２つのＮＭＯＳＦＥＴ（n-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）を第１スイッチング素子として有し、
前記第２スイッチング回路は、直列接続された２つのＰＭＯＳＦＥＴ（p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）を第２スイッチング素子として有する、
請求項１に記載のスイッチ制御装置。

【請求項3】

前記制御回路は、
第１送信期間から第１受信期間に切り替えるときには、前記第１スイッチング素子をオフからオンに切り替える一方、前記第２スイッチング素子はオフの状態を維持し、
前記第１受信期間に続く第２送信期間から第２受信期間に切り替えるときには、前記第２スイッチング素子をオフからオンに切り替える一方、前記第１スイッチング素子はオフの状態を維持するように、
前記第１および第２スイッチング回路を制御する、
請求項２に記載のスイッチ制御装置。

【請求項4】

前記第１受信期間に発生する前記第１スイッチングノイズと、前記第２受信期間に発生する前記第２スイッチングノイズは、前記第１受信期間に対応する第１受信信号と、前記第２受信期間に対応する第２受信信号とが前記受信回路で加算処理されることによって、互いにキャンセルされる、
請求項３に記載のスイッチ制御装置。

【請求項5】

前記受信回路での前記加算処理は、パルスサブトラクション撮像法に対応する信号処理である、
請求項４に記載のスイッチ制御装置。

【請求項6】

前記第１および第２スイッチング回路が前記超音波振動子に接続される前記一端には、送信用の超音波パルスを生成するパルサ回路、がさらに接続される、
請求項１に記載のスイッチ制御装置。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のスイッチ制御装置、
を備えた超音波プローブ。

【請求項8】

請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のスイッチ制御装置、
を備えた超音波診断装置。

【請求項9】

一端が超音波振動子に接続され、他端が超音波信号の受信回路に接続される第１スイッチング回路をオフにし、
一端が前記超音波振動子に接続され、他端が超音波信号の前記受信回路に接続されるとともに、前記第１スイッチング回路と並列に接続される第２スイッチング回路をオフにし、
前記超音波振動子に第１送信パルスを印加し、
前記第１スイッチング回路をオンにして、前記第１送信パルスに応じて反射される第１受信信号を受信し、
前記第１スイッチング回路をオフにし、
前記超音波振動子に第２送信パルスを印加し、
前記第２スイッチング回路をオンにして、前記第２送信パルスに応じて反射される第２受信信号を受信し、
前記第１受信信号と、前記第２受信信号とを加算処理する、
スイッチ制御方法。

【請求項10】

前記第１スイッチング回路は、直列接続された２つのＮＭＯＳＦＥＴ（n-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）をスイッチング素子として有し、
前記第２スイッチング回路は、直列接続された２つのＰＭＯＳＦＥＴ（p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）をスイッチング素子として有する、
請求項９に記載のスイッチ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書および図面に開示の実施形態は、スイッチ制御装置、超音波プローブ、超音波診断装置、およびスイッチ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された超音波振動子から発生する超音波パルスや超音波連続波を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生じる超音波反射を超音波振動子により電気信号に変換して、被検体内の情報を非侵襲的に収集するものである。超音波診断装置を用いた医療検査は、超音波プローブを体表に接触させる操作によって、被検体内部の断層画像や３次元画像などの医用画像を容易に生成し、収集することができるため、臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。

【0003】

超音波の送信に超音波パルスを用いる場合、送信時においては、送信回路から出力される送信パルス信号が超音波プローブの超音波振動子に供給され、受信時においては、超音波振動子で変換された受信信号が受信回路に供給される。

【0004】

送信パルス信号が受信回路に回り込むと、受信回路に損傷を与える恐れがある。これを防ぐため、通常、超音波振動子と受信回路との間に送受切換スイッチが設けられている。送受切換スイッチは、ＴＲスイッチとも呼ばれる。

【0005】

ＴＲスイッチは、受信期間中はオンとなって超音波振動子で受信した受信信号を受信回路に供給する一方、送信期間中はオフとなって、送信パルス信号の受信回路への回り込みを遮断することで受信回路を保護している。

【0006】

ＴＲスイッチとしては、回路構成が簡素であるとの観点や、集積回路化が容易であるとの観点から、半導体のスイッチ素子、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）をスイッチ素子とする能動制御ＴＲスイッチが用いられることが多い。

【0007】

ＭＯＳＦＥＴをスイッチ素子とする能動制御ＴＲスイッチでは、クロックフィードスルーやチャネルチャージインジェクションと呼ばれる現象によって、スイッチのオン／オフ時にスイッチングノイズが発生することが知られている。

【0008】

一方、超音波診断装置の撮像法の１つに組織ハーモニック撮像法があり、さらにこの組織ハーモニック撮像法の１つに、パルスサブトラクション法あるいはパルスインバージョン法と呼ばれる撮像法がある。

【0009】

パルスサブトラクション法では、たとえば、同一方向に極性あるいは位相の異なる超音波パルスを複数送信し、それぞれの送信に対応する受信信号を加算する処理が行われる。この撮像法では、解像度が高く、かつ、アーティファクトの少ない画像が得られるものの、上述したスイッチングノイズが、同位相で加算されることになる。このため、パルスサブトラクション法を用いない他の撮像法に比べ、スイッチングノイズの振幅が大きくなってしまい画質が劣化してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１７－０５１４０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本明細書および図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の１つは、超音波プローブまたは超音波診断装置が有するＴＲスイッチ回路で発生するスイッチングノイズを低減することである。ただし、本明細書および図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限らない。後述する各実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。

【課題を解決するための手段】

【0012】

一実施形態に係るスイッチ制御装置は、第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路と、制御回路とを備える。第１スイッチング回路は、一端が超音波振動子に接続され、他端が超音波信号の受信回路に接続される。第２スイッチング回路は、一端が前記超音波振動子に接続され、他端が超音波信号の前記受信回路に接続されるとともに、前記第１スイッチング回路と並列に接続される。制御回路は、前記第１スイッチング回路の切り替えによって生じる第１スイッチングノイズと、前記第２スイッチング回路の切り替えによって生じる第２スイッチングノイズが互いに逆位相となるように、前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路とを制御する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係る超音波診断装置の外観の一例を示す斜視図。

【図2】実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示すブロック図。

【図3】振動子回路の回路構成例を示すブロック図。

【図4】実施形態に係るＴＲスイッチ回路の回路構成例を示す図。

【図5】ＴＲスイッチ回路の動作を説明するタイミングチャート。

【図6】パルスサブトラクション法におけるエコー信号の振る舞いを模式的に示す図。

【図7】パルスサブトラクション法におけるスイッチングノイズの振る舞いを模式的に示す図。

【図8】実施形態に係るスイッチ制御方法の処理例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態を添付図面にもとづいて説明する。
（超音波診断装置）
図１は、実施形態に係る超音波診断装置１の外観の一例を示す斜視図である。図１に示すように、超音波診断装置１は、装置本体１０と超音波プローブ２０を備えている。装置本体１０は、キャスタ付きの本体ケースに収納される各種回路（図２参照）の他、ディスプレイ１１０およびユーザインタフェース１２０を備えている。

【0015】

ディスプレイ１１０は、装置本体１０の各種回路で生成された超音波画像や各種データを表示する。ディスプレイ１１０は、たとえば、液晶ディスプレイパネルや、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルを備えて構成される。

【0016】

ユーザインタフェース１２０は、ユーザ操作によって、ユーザが各種のデータや情報を装置本体１０に入力する、あるいは、各種の動作モードを装置本体１０に設定するデバイスである。ユーザインタフェース１２０は、たとえば、操作パネル１２１とタッチパネル１２２の２つのデバイス（図２参照）を備えて構成されている。

【0017】

操作パネル１２１は、たとえば、トラックボール、各種のスイッチ、ダイアル等の操作デバイスが配置されており、これらの操作デバイスをユーザが操作することにより、各種のデータや情報を装置本体１０に入力することができる。

【0018】

一方、タッチパネル１２２は、液晶パネル等のディスプレイパネルにタッチスクリーンが重ねられて構成される表示兼入力デバイスである。ユーザは、ディスプレイパネルの表示にしたがってタッチスクリーンに触れる、または、押下することにより、各種のデータや情報を装置本体１０に入力することができる。

【0019】

図２は、実施形態に係る超音波診断装置１の構成例を示すブロック図である。超音波診断装置１は、装置本体１０と、装置本体１０に接続される少なくとも１つの超音波プローブ２０とを備えている。超音波プローブ２０は、超音波振動子２１０が列アレイ状に配列された１次元プローブ（１Ｄプローブ）でもよいし、超音波振動子２１０が面アレイ状に配列された２次元プローブ（２Ｄプローブ）でもよい。

【0020】

装置本体１０は、図２に示すように、送受信回路３０、Ｂモード処理回路１３０、ドプラ処理回路１４０、制御回路１５０、画像生成回路１６０、フレームメモリ１７０、ディスプレイ１１０、および、操作パネル１２１とタッチパネル１２２とを含むユーザインタフェース１２０を有する。

【0021】

送受信回路３０は、送信回路３１と受信回路３２を備えている（図３参照）。送信時においては、超音波プローブ２０が有する多数の超音波振動子２１０のそれぞれに対して、超音波パルスを発生するためのパルス信号を供給する。一方、受信時においては、送受信回路３０は、超音波プローブ２０の各超音波振動子２１０から出力される受信信号をデジタル信号に変換し、デジタル化された各受信信号を重み付け加算して、受信ビームを形成する。また、送受信回路３０は、たとえば制御回路１５０からの制御信号にもとづいて受信ビームの方向を走査する。

【0022】

Ｂモード処理回路１３０は、ビーム形成された受信信号に対して、対数検波処理等を施し、走査方向の情報を用いてＢモード画像を生成する。また、ドプラ処理回路１４０は、ビーム形成された受信信号に対して、相関処理やフーリエ変換等の信号処理を施し、走査方向の情報にもとづいてカラードプラモード画像やパルスドプラモード信号を生成する。

【0023】

制御回路１５０は、送信や受信の走査制御を含めた超音波診断装置１全体の制御を行うほか、図５－７を用いて後述するようにＴＲスイッチに対するスイッチング制御も行っている。

【0024】

画像生成回路１６０は、Ｂモード画像やカラードプラモード画像をディスプレイ１１０に表示するための表示用画像に変換するほか、表示用画像に各種の補助情報を付加する処理などを行う。フレームメモリ１７０は、所定のフレームレートで生成される表示用画像を、フレーム画像として逐次記録していくための記録媒体である。

【0025】

上述した送受信回路３０、Ｂモード処理回路１３０、ドプラ処理回路１４０、制御回路１５０、および画像生成回路１６０は、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）やＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）等のハードウェアで構成してもよいし、たとえば、ＣＰＵや専用または汎用のプロセッサを備える回路で構成してもよい。

【0026】

プロセッサを備える回路でこれらの回路を構成する場合は、図示しない記憶回路に記憶した各種のプログラムを実行することによって、各回路の所定の機能をソフトウェア処理によって実現することができる。また、１つの回路に１つまたは複数のプロセッサを備える構成でもよいし、複数の回路の機能を１つのプロセッサで実現する構成でもよい。また、上記の各回路の各種の機能を、プロセッサとプログラムによるソフトウェア処理と、ハードウェア処理とを組み合わせて実現することもできる。

【0027】

図３は、振動子回路２００の回路構成例を示すブロック図である。図３に示すように、超音波診断装置１は、複数（たとえば１２８素子～２５６素子）の振動子回路２００を有する。

【0028】

それぞれの振動子回路２００は、超音波振動子２１０、ＴＲスイッチ回路２３０、スイッチ制御回路２４０、パルサ回路２５０、およびプリアンプ（前置増幅回路）２６０を有する。ＴＲスイッチ回路２３０とスイッチ制御回路２４０とで、スイッチ制御装置２２０を構成している。スイッチ制御回路２４０は、特許請求の範囲の記載における制御回路の一例である。

【0029】

各パルサ回路２５０は配線２０１を介して送受信回路３０の送信回路３１に接続され、各プリアンプ２６０は配線２０２を介して送受信回路３０の受信回路３２に接続され、各スイッチ制御回路２４０は配線２０３を介して制御回路１５０に接続されている。

【0030】

送信時において、送信回路３１は、Ｂモード、カラードプラモード、パルスドプラモードなどの動作モードに応じたＰＲＦ（pulse repetition frequency）に対応するレートパルスを発生するとともに、送信ビームの方向や集束位置に応じて超音波振動子２１０ごとに定まる遅延時間をレートパルスに付与する。そして、送信回路３１は、超音波振動子２１０ごとに異なる遅延時間で遅延されたレートパルスを、配線２０１を介して、各振動子回路２００のパルサ回路２５０に分配する。

【0031】

パルサ回路２５０は、レートパルスに同期させて所定の送信波形を有する送信パルスを生成し、超音波プローブ２０の超音波振動子２１０に供給する。超音波振動子２１０は、電気信号である送信パルスを超音波信号に変換して、被検体に送信する。

【0032】

なお、送信回路３１は、超音波振動子２１０ごとに異なる遅延時間で遅延された送信パルス信号を生成し、パルサ回路２５０が、配線２０１を介して分配された送信パルス信号を所定の電圧に増幅して超音波振動子２１０に供給するようにしてもよい。

【0033】

一方、受信時においては、被検体の体内から反射された超音波信号は、それぞれの超音波振動子２１０において電気信号に変換されて受信信号となる。これらの受信信号は、ＴＲスイッチ回路２３０を経由したのち、各プリアンプ２６０で増幅され、配線２０２によって受信回路３２に集められる。

【0034】

受信回路３２は、各受信信号をデジタル信号に変換し、デジタル化された各受信信号を重み付け加算することによって、受信ビームを形成する。ここで、重み付け加算の重みは、形成される受信ビームの走査方向や、受信ビームの焦点位置等によって定まる。

【0035】

図２および図３では、送受信回路３０および振動子回路２００が超音波診断装置１の装置本体１０に含まれる構成としているが、送受信回路３０および振動子回路２００の全部または一部は、超音波プローブ２０に含まれてもよい。

【0036】

（スイッチ制御装置）
図３に示したスイッチ制御装置２２０のＴＲスイッチ回路２３０は、パルサ回路２５０で生成あるいは増幅した送信パルスが、プリアンプ２６０に漏れ込むことを防止するために設けられる回路である。送信時に、プリアンプ２６０への送信パルスの流入をＴＲスイッチ回路２３０によって遮断することにより、プリアンプ２６０の損傷や性能劣化を防止することができる。

【0037】

ＴＲスイッチ回路２３０としては、前述したように、回路構成が簡素であるとの観点や、集積回路化が容易であるとの観点から、半導体のスイッチ素子、たとえば、ＭＯＳＦＥＴをスイッチ素子とする能動制御ＴＲスイッチが用いられることが多い。ＭＯＳＦＥＴをスイッチ素子とする能動制御ＴＲスイッチでは、クロックフィードスルーやチャネルチャージインジェクションと呼ばれる現象によって、スイッチのオン／オフ時に、スイッチングノイズが発生することも知られている。

【0038】

また、超音波診断装置の撮像法としてパルスサブトラクション法（あるいは、パルスインバージョン法）と呼ばれるハーモニック撮像法を撮像モードとして選択した場合に、上述したスイッチングノイズが顕著になることも知られている。本実施形態に係るＴＲスイッチ回路２３０は、スイッチングノイズが画質に与える影響を抑制するように構成される。

【0039】

図４は、実施形態に係るＴＲスイッチ回路２３０の回路構成例を示す図である。図４に示すように、ＴＲスイッチ回路２３０は、第１スイッチング回路２３１と、第２スイッチング回路２３２とを有する。

【0040】

図４に示すように、第１スイッチング回路２３１は、たとえば２つのＮＭＯＳＦＥＴ（n-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）（Ｑ１）およびＮＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）が直列接続されて構成される。また、第２スイッチング回路２３２は、たとえば２つのＰＭＯＳＦＥＴ（p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）（Ｑ３）およびＰＭＯＳＦＥＴ（Ｑ４）が直列接続されて構成される。

【0041】

第１スイッチング回路２３１の一端（たとえば、図４の左側の端部）は、超音波振動子２１０に接続され、他端（たとえば、図４の右側の端部）は、プリアンプ２６０（即ち、受信回路側）に接続される。そして、第２スイッチング回路２３２は、第１スイッチング回路２３１に対して並列に接続されている。つまり、第２スイッチング回路２３２は、第１スイッチング回路２３１と同様に、一端が超音波振動子２１０に接続され、他端がプリアンプ２６０（即ち、受信回路側）に接続されている。

【0042】

なお、図４において、「超音波振動子側」と記載している左側の端部を、プリアンプ２６０（受信回路側）に接続し、「プリアンプ側」と記載している右側の端部を超音波振動子２１０に接続してもよい。

【0043】

図４において、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、ＮＭＯＳＦＥＴとＰＭＯＳＦＥＴを適切に動作させるためのバイアス電圧を与えるための抵抗である。

【0044】

第１スイッチング回路２３１の２つのＮＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）およびＮＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）のそれぞれのソースは抵抗Ｒ１を介してグランド（ＧＮＤ）に接続され、それぞれのゲートには、スイッチ制御回路２４０から出力されるスイッチ制御信号（１）が印加される。

【0045】

一方、第２スイッチング回路２３２の２つのＰＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）およびＰＭＯＳＦＥＴ（Ｑ４）のそれぞれのソースは抵抗Ｒ３を介して電源電圧Ｖｄｄ（正の電圧Ｖｄｄ）に接続され、それぞれのゲートには、スイッチ制御回路２４０から出力されるスイッチ制御信号（２）が印加される。

【0046】

図５は、ＴＲスイッチ回路２３０の動作を説明するタイミングチャートである。図５には、パルスサブトラクション法におけるＴＲスイッチ回路２３０の動作の一例を示した。パルスサブトラクション法では、送信パルスを同一方向に２回続けて送信し、それぞれの送信に対応する２つの受信信号を加算する処理を行う。

【0047】

図５（ａ）は、送信パルスの発生を示すタイミングチャートである。第１送信期間において第１送信パルスが送信され、第２送信期間において第２送信パルスが送信される。パルスサブトラクション撮像法では、図５（ａ）に示したように、第１送信パルスと第２送信パルスでは、互いに位相が反転した信号が送信される。

【0048】

図５（ｂ）は、スイッチ制御信号（１）と、第１スイッチング回路２３１におけるＮＭＯＳＦＥＴのオン、オフ状態を示すタイミングチャートである。第１スイッチング回路２３１における２つのＮＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１とＱ２）のオン、オフ状態は、同一となるよう制御される。

【0049】

図５（ｃ）は、スイッチ制御信号（２）と、第２スイッチング回路２３２におけるＰＭＯＳＦＥＴのオン、オフ状態を示すタイミングチャートである。第２スイッチング回路２３２における２つのＰＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３とＱ４）のオン、オフ状態も、同一となるよう制御される。

【0050】

第１送信期間では、スイッチ制御信号（１）はＧＮＤレベルに設定され、スイッチ制御信号（２）は正の電圧Ｖｄｄに設定される。この設定により、第１送信期間では、第１スイッチング回路２３１の２つのＮＭＯＳＦＥＴと第２スイッチング回路２３２の２つのＰＭＯＳＦＥＴは、どちらもオフの状態となる。このため、第１送信期間では、ＴＲスイッチ回路２３０のすべてのスイッチング素子がオフとなることにより、送信回路３１が配線２０１およびパルサ回路２５０を介して超音波振動子２１０に印加する送信パルス（図３参照）が超音波振動子２１０側の一端（図４参照）から受信回路３２に流入することを防ぐことができる。

【0051】

第１送信期間に続く第１受信期間では、第１スイッチング回路２３１のＮＭＯＳＦＥＴは、スイッチ制御信号（１）によりＧＮＤレベルから正の電圧Ｖｄｄに変化してオンとなる。一方、第２スイッチング回路２３２のＰＭＯＳＦＥＴは、スイッチ制御信号（２）により正の電圧Ｖｄｄが維持されてオフの状態が維持される。このため、第１受信期間における受信信号は、第１スイッチング回路２３１を経由して受信される。

【0052】

第１受信期間に続く第２送信期間では、第１スイッチング回路２３１のＮＭＯＳＦＥＴは、スイッチ制御信号（１）によりＶｄｄレベルからＧＮＤレベルに変化してオフとなる。一方、第２スイッチング回路２３２のＰＭＯＳＦＥＴは、引き続きスイッチ制御信号（２）により正の電圧Ｖｄｄが維持されてオフの状態が維持される。このため、第２送信期間では、第１送信期間と同様に、第１スイッチング回路２３１のＮＭＯＳＦＥＴと、第２スイッチング回路２３２のＰＭＯＳＦＥＴはどちらもオフの状態となる。つまり、第２送信期間でも、ＴＲスイッチ回路２３０のすべてのスイッチング素子がオフとなり、受信回路３２が送信信号から遮断される。

【0053】

第２送信期間に続く第２受信期間では、第１スイッチング回路２３１のＮＭＯＳＦＥＴは、スイッチ制御信号（１）によりＧＮＤレベルが維持されてオフの状態が維持される。一方、第２スイッチング回路２３２のＰＭＯＳＦＥＴは、スイッチ制御信号（２）により正の電圧ＶｄｄからＧＮＤレベルに変化してオンの状態になる。このため、第２受信期間における受信信号は、第１受信期間とは異なり、第２スイッチング回路２３２を経由して受信されることになる。

【0054】

図６は、上述したＴＲスイッチ回路２３０の動作の下での、パルスサブトラクション法における所望の受信信号（エコー信号）の振る舞いを模式的に示す図である。

【0055】

図６（ａ）は、図５（ａ）と同じ図である。図６（ｂ）は、被検体の体内の所定の深度の組織から反射された受信信号の波形を模式的に示す図である。パルスサブトラクション法は受信信号の非線形成分、すなわち高調波成分を抽出して画像化する撮像法である。図６（ｂ）では、説明の便宜上、受信信号の波形歪を誇張して表現している。

【0056】

図６（ｃ）に示すように、第１受信期間の受信信号における基本波成分と、第２受信期間の受信信号における基本波成分の位相は、互いに逆位相となる。これに対して、第１受信期間の受信信号における高調波成分（たとえば、第２高調波成分）と、第２受信期間の受信信号における高調波成分（たとえば、第２高調波成分）の位相は互いに同位相となる。パルスサブトラクション法では、この性質を利用して、第１受信期間の受信信号と第２受信期間の受信信号とを加算処理することにより、基本波成分をキャンセルし、高調波成分を増強させ、受信信号から高調波成分のみを抽出している。そして、抽出した高周波成分を用いた画像化処理により、高解像度で、かつ、サイドローブからの不要波の影響が低減された高品質の画像の生成が可能となっている。

【0057】

図７は、上述したＴＲスイッチ回路２３０の動作の下での、パルスサブトラクション法におけるスイッチングノイズ（即ち、不要信号）の振る舞いを模式的に示す図である。

【0058】

図７（ａ）は、図５（ｂ）と同じ図であり、第１スイッチング回路２３１におけるスイッチ制御信号（１）とオン、オフ状態とを示すタイミングチャートである。

【0059】

図７（ｂ）は、第１受信期間に発生するスイッチングノイズ（第１スイッチングノイズ）の振る舞いを模式的に示した図である。前述したように、第１送信期間から第１受信期間に移行するとき、スイッチ制御信号（１）により第１スイッチング回路２３１はＧＮＤレベルからＶｄｄレベルに遷移する。このとき、ＮＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１およびＱ２）のゲート電圧は正方向に変化する。この過渡的な電圧変化が、ＮＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１およびＱ２）のゲート端子からソース端子やドレイン端子にカップリングし、これがスイッチングノイズとなる。この場合、スイッチノイズ（第１スイッチングノイズ）の形状は、スイッチ制御信号（１）の立ち上がり直後から上昇してその後下降し、上に凸の形状を示す。また、場合によっては、図に例示したように、所定の短期間の間、減衰振動を示す。

【0060】

一方、図７（ｃ）は、図５（ｃ）と同じ図であり、第２スイッチング回路２３２におけるスイッチ制御信号（２）とオン、オフ状態とを示すタイミングチャートである。

【0061】

そして、図７（ｄ）は、第２受信期間に発生するスイッチングノイズ（第２スイッチングノイズ）の振る舞いを模式的に示した図である。第２送信期間から第２受信期間に移行するとき、スイッチ制御信号（２）により第２スイッチング回路２３２はＶｄｄレベルからＧＮＤレベルに遷移する。このとき、第１スイッチング回路２３１のスイッチ制御信号（１）とは逆に、ＰＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３およびＱ４）のゲート電圧は負方向に変化する。この過渡的な電圧変化が、ＰＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３およびＱ４）のゲート端子からソース端子やドレイン端子にカップリングし、これがスイッチングノイズとなる。この場合、スイッチノイズ（第２スイッチングノイズ）の形状は、スイッチ制御信号（２）の立ち下がり直後から下降してその後上昇し、下に凸の形状を示す。また、第１スイッチングノイズと同様に、場合によっては、所定の短期間の間、減衰振動を示す。

【0062】

スイッチ制御信号（１）の立ち上がりスピードと、スイッチ制御信号（２）の立ち上がりスピードとを同一にし、かつ、ＮＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１およびＱ２）とＰＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３およびＱ４）のゲート－ソース間静電容量、および、ゲート－ドレイン間静電容量を同一にすることで、第１スイッチングノイズの波形と第２スイッチングノイズの波形を、正負のみが反転された同一形状のノイズ波形にすることができる。言い換えれば、第１スイッチングノイズと第２スイッチングノイズは、互いに逆位相の同一波形となる。

【0063】

説明の便宜上、図６ではエコー信号のみを図示し、図７ではスイッチングノイズのみを図示しているが、実際には、エコー信号とスイッチングノイズとは互いに重なっており、また、これらは、パルスサブトラクション法の下で同じ処理に供されることになる。

【0064】

したがって、パルスサブトラクション法の下では、第１スイッチングノイズと、これと逆位相の第２スイッチングノイズとが加算されるため、加算処理後において、これらのスイッチングノイズは互いにキャンセルされゼロとなる。また、第１スイッチングノイズの波形と、これと逆位相の第２スイッチングノイズの波形の形状が完全には一致しなくとも、加算処理後において、スイッチングノイズを大幅に減少させることができる。

【0065】

従来は、第２スイッチング回路２３２に相当する回路がなく、第１スイッチング回路２３１に相当する回路のみでＴＲスイッチ回路を構成していた。この場合、第１受信期間で発生する第１スイッチングノイズと、第２受信期間で発生する第２スイッチングノイズは、形状のみならず、位相も極性も同一となってしまう。このため、パルスサブトラクション法の下で両者を加算すると、スイッチングノイズの振幅が加算前の２倍程度にまで増加されてしまう。

【0066】

これに対して、ＴＲスイッチ回路２３０では、上述したように、スイッチングノイズをゼロにする、あるいは、大幅に減少させることが可能となる。

【0067】

図８は、実施形態に係るスイッチ制御方法の処理例を示すフローチャートである。この手順は、図５（ａ）に示す第１送信期間の開始とともにスタートとなる。

【0068】

まず、ステップＳＴ１００において、スイッチ制御回路２４０は第１スイッチング回路２３１をオフにする。同様に、ステップＳＴ１０１において、スイッチ制御回路２４０は第１スイッチング回路２３１と並列に接続された第２スイッチング回路２３２もオフにする。

【0069】

次に、ステップＳＴ１０２において、送信回路３１は、配線２０１およびパルサ回路２５０を介して超音波振動子２１０に第１送信パルスを印加する。そして、ステップＳＴ１０３において、スイッチ制御回路２４０は、第１スイッチング回路２３１をオンにしつつ第２スイッチング回路２３２をオフの状態で維持する。この結果、第１送信パルスに応じて反射された第１受信信号は、第１スイッチング回路２３１を経由して受信される。

【0070】

次に、ステップＳＴ１０４において、スイッチ制御回路２４０は第１スイッチング回路を２３１オフにし、ステップＳＴ１０５において、送信回路３１は配線２０１およびパルサ回路２５０を介して超音波振動子２１０に第２送信パルスを印加する。そして、ステップＳＴ１０６において、スイッチ制御回路２４０は第２スイッチング回路をオンにする。この結果、第２送信パルスに応じて反射される第２受信信号は、第２スイッチング回路２３２を経由して受信される。最後に、ステップＳＴ１０７で、第１受信信号と第２受信信号とが加算される。

【0071】

以上説明してきたように、実施形態に係るスイッチ制御装置２２０によれば、超音波プローブ２０または超音波診断装置１が有するＴＲスイッチ回路２３０で発生するスイッチングノイズを低減することができる。

【0072】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0073】

１ 超音波診断装置
１０ 装置本体
２０ プローブ
３０ 送受信回路
２１０ 超音波振動子
２２０ スイッチ制御装置
２３０ ＴＲスイッチ回路
２３１ 第１スイッチング回路
２３２ 第２スイッチング回路
２４０ スイッチ制御回路
２５０ パルサ回路
２６０ プリアンプ
Ｑ１、Ｑ２ ＮＭＯＳＦＥＴ
Ｑ３、Ｑ４ ＰＭＯＳＦＥＴ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】