JP2000279413A - 体腔内超音波診断装置 - Google Patents
体腔内超音波診断装置Info
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Abstract
に最適な画像を得ることができる体腔内超音波診断装置
を提供する。 【解決手段】 被検体から反射して得られた受信信号を
A−D変換するA−D変換部60と、デジタルデータを
書き込み・読み出し可能な時間軸伸長部70と、読み出
されたデジタルデータを圧縮するデータ圧縮部80と、
圧縮されたデータを書き込む大容量記憶装置部90と、
圧縮データを読み出して解凍するデータ解凍部100
と、解凍されたデータをD−A変換するD−A変換部1
10とを備え、D−A変換部110のアナログ出力をフ
ィルタ処理、対数変換、検波、A−D変換してデジタル
スキャンコンバータ210に入力することにより、診断
に最適な画像を表示する。
Description
装置に関し、特に、保存したデータを用いて診断に最適
な画像を得ることが可能な体腔内超音波診断装置に関す
る。
は、体腔内超音波診断装置が使用されている。
は、血管内及び脈管内に挿入するカテーテルの先端に装
着されている超音波振動子から超音波を送波し、被検体
内の反射体で反射されたエコーを前記超音波振動子で受
波し、増幅・検波等の処理を行った後に、画像としてC
RT等の表示器に表示する。
用いた診断では、超音波カテーテルを体腔内に挿入し、
超音波カテーテルを引き抜いていく際等に超音波画像を
ビデオカセットレコーダに録画している。そして、術後
において、録画した超音波画像を再生することにより、
詳しい診断を行っている。
た従来の体腔内超音波診断装置を用いた診断において、
術者は、患者の体内に異物であるカテーテルを挿入して
いる時間を短くしたいという要望と、診断に最適な画像
を得るための画像の調整時間を長くとりたいという相反
する希望を持っている。このような希望を両立させるこ
とは困難であり、実際には、ある程度の画像の調整時間
をとることで妥協することになる。
ダを用いて録画されるので、術後に、ダイナミックレン
ジ、ガンマ補正、STC等の画像調整を行ったり、フィ
ルタ特性等の回路特性を変えた画像を得ることができな
い。
は困難であり、より診断に適した画像を得ることが可能
な体腔内超音波診断装置の開発が望まれていた。
のであり、得られた受信信号をデジタルデータとして保
存することにより、術後においても信号処理を可能とし
て、診断に最適な画像を得ることができる体腔内超音波
診断装置を提供することを目的とする。
断装置は、カテーテルに内蔵された超音波振動子を励振
させて被検体に超音波を送波し、該被検体から反射して
得られた受信信号をA−D変換するA−D変換部と、該
A−D変換部により得られたデータを書き込み可能で、
かつ書き込み時よりも低い周波数で該データを読み出し
可能な時間軸伸長部と、該時間軸伸長部から読み出され
たデータを圧縮するデータ圧縮部と、該データ圧縮部に
より圧縮されたデータを書き込む大容量記憶装置部と、
該大容量記憶装置部に保存された圧縮データを読み出し
て解凍するデータ解凍部と、該データ解凍部により解凍
されたデータをD−A変換するD−A変換部とを備え、
該D−A変換部のアナログ出力をフィルタ処理、対数変
換、検波、A−D変換してデジタルスキャンコンバータ
に入力することにより、診断に最適な画像を表示するこ
とを特徴とするものである。
前記D−A変換部を省略して、前記データ解凍部により
解凍されたデジタル出力をフィルタ処理、対数変換して
デジタルスキャンコンバータに入力することにより、診
断に最適な画像を表示するように構成してもよい。
は、前記大容量記憶装置部との間でデータの書き込みお
よび読み出しが可能な大容量リムーバブルメディアを接
続可能とすることが好ましい。
おいて、前記D−A変換部からアナログ出力された信号
は、NTSC規格またはPAL規格の少なくとも一方に
準拠していることが好ましい。
を用いて、受信したRF(radio frequen
cy)信号(以下、RF信号と記す)をデジタルデータ
として保存することが可能であることを説明する。 体
腔内超音波診断装置のRF信号の周波数は10〜40M
Hzと高いので、高速A−D変換後、単純にハードディ
スク記憶装置(以下、HDと略記する)に書き込むため
には、HDのデータ転送速度が追いつかない。
度である施術時間の情報を書き込むにはHDでも容量が
足りないという理由から、単純にデータをHDに保存す
ることはできない。
合、音線と音線との時間差が10μsオーダ(例えば、
約60μs)であるのに対して、必要なデータ数は数1
000個(例えば、2000個)であり、データを高速
でメモリに書き込むとともに、低速で読み出すことによ
り、HDに書き込む速度は問題とならなくなる。
ため、1フレーム中の複数音線間で圧縮することが可能
である(空間圧縮)。
信号の2次元データは、ある1フレームという基準のコ
マを決めると、その前後の数コマを基準のコマとの動き
の差分という形で圧縮することが可能であることから
(時間圧縮)、本発明に係る体腔内超音波診断装置によ
れば、RF信号を大容量記憶装置部に保存することが可
能となる。
て、高速A−D変換したときのサンプリング周波数より
も低い周波数でD−A変換され、フィルタ処理、対数変
換、検波が行われた後、A−D変換されてデジタルスキ
ャンコンバータ(以下、DSCと略記する)に入力する
か、または、直接デジタルデータのままフィルタ処理、
対数変換が行われてDSCに入力され、画像表示を行う
ことができる。
係る体腔内超音波診断装置の実施形態を、具体的な実施
例に基づいて説明する。
超音波診断装置の実施例1の概略ブロック図を示す。
図1に示すように、送信部20が超音波振動子30を駆
動し、被検体から反射して得られた受信信号をプリアン
プ40が増幅して、フィルタ処理、対数変換、検波を行
ってDSC210に入力し、画像表示を行う点において
は、従来の体腔内超音波診断装置と同様である。
は、以下の2点である。
を介して、プリアンプ40の出力を高速A−D変換部6
0に入力して処理を行う部分があることである。
0,130、対数変換部140,150、検波部16
0,170、A−D変換部180,190を2系統備え
ており、DSC210への入力をマルチプレクサ200
(以下、MPXと略記する)により切り替えることによ
り、リアルタイムの画像表示を行うか、大容量記憶装置
部90に保存されたデータを読み出して画像表示を行う
かを選択する点である。
は、リアルタイムで画像を表示しながら、高速A−D変
換部60以降で処理を行うことが可能である。すなわ
ち、リアルタイムで画像を表示する場合には、第1フィ
ルタ部120、第1対数変換部140、第1検波部16
0、第1A−D変換部180を使用して、フィルタ処
理、対数変換、検波、A−D変換を行い、MPX20
0、DSC210を介してCRT220により画像表示
を行う。一方、保存されたデータを読み出して画像を表
示する場合には、第2フィルタ部130、第2対数変換
部150、第2検波部170、第2A−D変換部190
を使用して、フィルタ処理、対数変換、検波、A−D変
換を行い、MPX200、DSC210を介してCRT
220により画像表示を行う。
高速A−D変換部60により得られたデータを書き込み
可能で、かつ書き込み時よりも低い周波数で該データを
読み出し可能な時間軸伸長部70と、時間軸伸長部70
から読み出されたデータを圧縮するデータ圧縮部80
と、データ圧縮部80により圧縮されたデータを書き込
む大容量記憶装置部90と、大容量記憶装置部90に保
存された圧縮データを読み出して解凍するデータ解凍部
100と、データ解凍部100により解凍されたデータ
をD−A変換するD−A変換部110とを備えている。
−D変換用IC62…を備えており、時間軸伸長部70
は、各A−D変換用IC62に対応させて、それぞれ複
数のFIFOメモリ72…を備えている。
合を例に挙げて説明する。
影響を考えると、表示深度は半径5mmが適当である。
生体内での音速を1530m/sとすると、1回の送受
信のライン(以下、音線と呼ぶ)のレコード長は、 5(mm)×2/1530(m/s)=6.54(μ
s) となる。
リング周波数はその8倍の240MHzとすれば、1本
の音線のデータ数は、 6.54(μs)×240(MHz)=1570(wo
rd) となる。
は60dB程度必要なので、原信号であるRF信号をA
−D変換する場合も、60dB以上のダイナミックレン
ジが求められる。現在、市販されているA−D変換用I
Cでは10ビットの製品があり、この場合、ダイナミッ
クレンジは、 20log210 =60.2dB となり、要求を満たす。
の最高サンプリング周波数は100MHz(例えば、A
D9070:アナログデバイセズ社)であるので、要求
の240MHzを実現するためにA−D変換用IC62
を4個使用して、各A−D変換用IC62のサンプリン
グ周波数を60MHzとする。このとき、各ICのサン
プリングクロックは4相クロックである。なお、A−D
変換されたデータを書き込むためのメモリは、画像用の
FIFOメモリ72とする。
モリ72は、最小クロックサイクル:30ns、ビット
構成:256kword×8bitのものがある(例え
ば、MN4777AS:松下電器)。
ットなので、下位8ビット、上位2ビットに分けて使用
することにする。60MHzの書き込みクロックについ
ては、このままでは速度が追いつかないので、前述の下
位8ビット分、上位2ビット分の各々に2個割り当て
て、分周した30MHzの2相クロックを使用すること
にして対応することができる。すなわち、4個のA−D
変換用IC62のそれぞれに、4個のFIFOメモリ7
2が接続されることになる。この構成の場合、時間軸伸
張部70(FIFOメモリ72の16個分)に書き込む
ことができるデータは、256(kword)×2×4
=2048(kword)となる。
程度であるので、ここでは後の説明が簡単になるように
525本とすると、1本の音線のデータ数が1570
(word)であるから、1画面あたりのデータは、 1570(word)×525=824(kword)
[10(bit)×824(kword)=8.24
(Mbit)] であり、前述の2048kwordならば2画面分のデ
ータを書き込むことができる。
2は、書き込みと読み出しを独立して行うことができる
ので、1画面分のデータを書き込みつつ、1コマ前の1
画面分のデータを読み出すことができる(書き込みと読
み出しを独立に行うことができないFIFOメモリ72
の場合は2系統用意すればよい)。
nsのクロックで行うことができるので、1画面分のデ
ータの読み出しには、 30(ns)×824(kword)=24.72(m
s) かかることとなる(前述の構成であれば、FIFOメモ
リ72はクロックが4系統独立なので、読み出す側のク
ロックサイクルが速ければ1/4程度の6msにするこ
とも可能である)。
レームレートが適当なので、33ms(フレーム間隔)
である。したがって、高速A−D変換を240MHzで
行い、データの読み出しを33MHz(30ns周期)
で行うという時間軸伸長が可能である。
容量記憶装置であるHDに書き込む。現在市販されてい
るHDは、3.5インチ型HDの上位機種の場合、平均
的な値として、回転数7200rpm、線記録密度12
0kBPI、最高データ転送速度120Mbit/sで
ある。
るデータは、 120(Mbit/s)×33(ms)=120(Mb
it)/30=4(Mbit) となる。
8.24Mbitなので、1/2以下に圧縮することが
必要であることがわかる。
磁性材料に依存し、現行のHDに使用されている磁性材
料でも、回転数を上げるなどの改良で、200Mbit
/sまでは対応できる。
は、「転送可能にするため圧縮が必要」ではなくなる可
能性が高い(記憶容量を小さくしたいという点では圧縮
の有用性は変わらない)。
る画像圧縮と同様の技術が使用できる。
利用した情報圧縮方法 (b)画面内の空間上の相関を利用した離散コサイン変
換(以下DCT)を使った情報圧縮方法 等がある。
it/sを1/25に圧縮して4Mbit/sとするこ
とができる。
bit/s) となるので、2.5倍程度の違いであり、原理的に可能
である。
画面分のデータを持っているので、前述した(b)に相
当する画面内での情報圧縮は可能であり、(a)を実現
するためには複数の画面分のFIFOメモリ72を持て
ば良い。圧縮は、高速のCPUやDSP(デジタル・シ
グナル・プロセッサ)による計算、または専用の装置を
用いることにより実現することができる。
ビットレートは、 247(Mbit/s)/3=82(Mbit/s) となり、HDの転送速度で十分である。
程度であり、その間のデータの量を計算すると、 82(Mbit/s)×60(s)×15(min)=
72.1(Gbit)=9.01(GB) となる。
大容量のものは4.2GBであり、画像に使用されるシ
ステムでは16GBまで拡張可能なものが多い。したが
って、HDの容量を16GBとすると、15分間分のデ
ータをHDに書き込むことは可能である。
きくなり、容量が増えた場合、リアルタイムには圧縮を
行わず、そのまま垂れ流しで書き込みを行って、施術後
に時間をかけて圧縮を行う方法も可能である。その場
合、装置構成が単純になるという利点と、リアルタイム
処理ではないので圧縮方式の選択肢が増え、LHA方式
のような可逆圧縮を行なうことができるという利点があ
る。
得られるので、次回の施術までにHDの容量を確保する
ために、データをCD−R、MO、DVD−RAM等の
大容量リムーバブルメディアに書き込む必要がある。
量は、例えば、 CD−R : 640MB MO : 2.6GB(max) DVD−RAM : 5.2GB(max) となっている。したがって、各リムーバブルメディア1
枚では容量が足りない。これに対する対応策としては、 (イ)DVD−RAMなら2枚というように単純に複数
枚使用する (ロ)9.01GbyteのデータをHDに書き込む場
合のデータの圧縮はリアルタイムで行う必要があった
が、一度、HDに書き込んだデータを圧縮する場合はリ
アルタイム性は要求されないので、時間をかけてMO等
のメディア1枚に収まるように再度圧縮する 等がある。ここで(ロ)の圧縮は、CPU、DSP等に
よって行われる。
されたデータを使用して、画像を構築(再生)する際
は、HDに書き込まれ(前述の(ロ)のように再度圧縮
をかけている場合は解凍して書き込む)、一度解凍され
てD−A変換される。D−A変換時のクロックは、高速
A−D変換時のクロックである必要はない。たとえば、
前述した例では、フレーム周期33msに対し525本
の音線があるので、1音線あたり、 1/30/525=63.5(μs) となり、データ書き込み時のレコード長6.54μsの
約10倍であるから、クロックも10倍遅くすることが
できる。
40MHzを30MHzにする場合を考える。したがっ
て、原信号の周波数の30MHzも1/8の3.75M
Hzになる。これは、元の周波数30MHzと比較し
て、アナログ的にかなり扱いやすい周波数である。
を、フィルタ処理、対数変換、検波(ここでは包路線検
波を想定している。以後も同様)を行ってDSC210
に入力し、画像を表示する。フィルタ特性を変えた画像
を得るためには、特性の異なるフィルタを数種類用意し
切り替えれば良い。
とって説明を行ったが、15MHzで表示深度10mm
であれば、サンプリング周波数を120MHzにするの
と同様の構成で良い。すなわち、扱う周波数の上限で高
速A−D変換のクロックが決まり、そのクロックで時間
軸伸長部70(FIFOメモリ72)の容量が決まる。
扱う周波数が上限より低いときは、クロックを落として
時間軸伸長部70の容量で信号のレコード長が間に合う
ようにすれば良い。
および、モータの回転角と送受信のタイミングについて
は触れなかったが、本実施例においても従来と同様の設
計で済むことは明らかである。
断装置の実施例2は、解凍されたデータをD−A変換す
ることなく、デジタルのままフィルタ処理、対数変換、
検波を行ってDSC210に入力し、画像を表示するも
のである。
230の概略ブロック図を示す。なお、図2に示す実施
例2において、前述した実施例1と同様の機能を有する
部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
波診断装置230では、上述した実施例1の体腔内超音
波診断装置10と比較して、データ解凍部100により
解凍したデータをD−A変換するためのD−A変換部1
10と、フィルタ処理、対数変換、検波されたデータを
A−D変換するための第2A−D変換部190が省略さ
れている点が異なっている。
は、原信号の周波数が30MHzから3.75MHzに
低くなっているので、この信号のフィルタは一般的なデ
ジタルフィルタ(CPU、DSP等で実現可能)を使用
することができ、過渡特性の向上、発振の防止等の効果
が得られる。また、対数変換もCPU、DSP等で実現
可能であり変換の直線性が向上する。また、検波もCP
U、DSP等で実現可能であり、過渡特性が向上する。
断装置の実施例3は、時間軸伸長部70から読み出され
たデータをD−A変換して得られたアナログ信号が、画
像の規格であるNTSC規格またはPAL規格に準拠し
ている。すなわち、図3に示すようにRF信号の波形を
時間軸伸長し、そのレベルは、画像の輝度レベル(NT
SC規格なら1Vpp内)に合わせて出力する。また、
音線を画像の走査線に対応させる。
線と1:1の対応を付けることができる。この場合、圧
縮のハード、ソフトに市販の画像圧縮ボード(例:MP
EGボード)を流用できるという利点がある。
ける場合(空間圧縮)、NTSC規格の場合は画像の構
築がインタレース走査なので、単純に順番どおり対応さ
せると、1本目と2本目の間に264本目の走査線があ
るというように、相関が小さくなる。より効率よく圧縮
を行うには、以下のような対応付けをする必要がある。
その場合、バッファメモリが必要となる。
ば、被検体から反射して得られた画像信号をデジタルデ
ータとして保存することによって、術後においても信号
処理を行うことが可能となり、診断に最適な画像を得る
ことができる。
際に、D−A変換およびA−D変換を行うことなくデジ
タルデータのまま使用することにより、ノイズの混入を
防止することができるとともに、装置構成を簡略なもの
とすることができる。
可能とし、この大容量リムーバブルメデイアに画像デー
タを保存することにより、より大容量の画像を記録する
ことができる。
力することにより、装置の汎用性を高めることができ
る。
ブロック図である。
ブロック図である。
て出力される信号の説明図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 カテーテルに内蔵された超音波振動子を
励振させて被検体に超音波を送波し、該被検体から反射
して得られた受信信号をA−D変換するA−D変換部
と、 該A−D変換部により得られたデータを書き込み可能
で、かつ書き込み時よりも低い周波数で該データを読み
出し可能な時間軸伸長部と、 該時間軸伸長部から読み出されたデータを圧縮するデー
タ圧縮部と、 該データ圧縮部により圧縮されたデータを書き込む大容
量記憶装置部と、 該大容量記憶装置部に保存された圧縮データを読み出し
て解凍するデータ解凍部と、 該データ解凍部により解凍されたデータをD−A変換す
るD−A変換部とを備え、 該D−A変換部のアナログ出力をフィルタ処理、対数変
換、検波、A−D変換してデジタルスキャンコンバータ
に入力することにより、診断に最適な画像を表示するこ
とを特徴とする体腔内超音波診断装置。 - 【請求項2】 カテーテルに内蔵された超音波振動子を
励振させて被検体に超音波を送波し、該被検体から反射
して得られた受信信号をA−D変換するA−D変換部
と、 該A−D変換部により得られたデータを書き込み可能
で、かつ書き込み時よりも低い周波数で該データを読み
出し可能な時間軸伸長部と、 該時間軸伸長部から読み出されたデータを圧縮するデー
タ圧縮部と、 該データ圧縮部により圧縮されたデータを書き込む大容
量記憶装置部と、 該大容量記憶装置部に保存された圧縮データを読み出し
て解凍するデータ解凍部とを備え、 該データ解凍部により解凍されたデジタル出力をフィル
タ処理、対数変換してデジタルスキャンコンバータに入
力することにより、診断に最適な画像を表示することを
特徴とする体腔内超音波診断装置。 - 【請求項3】 前記大容量記憶装置部との間でデータの
書き込みおよび読み出しが可能な大容量リムーバブルメ
ディアを接続可能なことを特徴とする請求項1または2
記載の体腔内超音波診断装置。 - 【請求項4】前記D−A変換部からアナログ出力された
信号は、NTSC規格またはPAL規格の少なくとも一
方に準拠していることを特徴とする請求項1〜3のうち
いずれか1項記載の体腔内超音波診断装置。
Priority Applications (5)
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