JP2002526143A - ハンドヘルド超音波診断装置 - Google Patents

ハンドヘルド超音波診断装置

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JP2002526143A JP2000573268A JP2000573268A JP2002526143A JP 2002526143 A JP2002526143 A JP 2002526143A JP 2000573268 A JP2000573268 A JP 2000573268A JP 2000573268 A JP2000573268 A JP 2000573268A JP 2002526143 A JP2002526143 A JP 2002526143A
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エイチ． ジェフリ ジョーンズ
アール． テレンス ドハーティ
エス． ローレン プフルグラス
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ソノサイト インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 Ｂモード画像処理とドップラー画像処理の両方を行う携帯式のハンドヘルド超音波装置（８７）であって、エコー信号を受信するために、トランスデューサ・アレイ（１０）の素子に接続された集積回路送受信器を備えた、ハンドヘルドのエンクロージャー内に搭載されたトランスデューサ・アレイ（１０）を内蔵している。デジタル信号処理回路（４０）は、多重焦点ゾーンからの走査線の集め、合成開口の形成、深度依存フィルター処理、スペックル低減、フラッシュ抑制、フレーム均等処理などの最新機能に加えて、Ｂモードとドップラーの両方の推定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本出願は、１９９７年５月２７日に出願された、出願番号０８／８６３，９３
７及び１９９７年４月３日に出願された、出願番号０８／８２６，５４３の一部
継続出願であり、またこれらにおける優先権の特典を主張するものである。この
２件の出願の全面開示は参考資料として添付してある。
【０００２】
【技術分野】
この発明は、医療用超音波診断装置に関し、特に、完全統合型ハンドヘルド超
音波診断装置に関する。
【０００３】
【背景技術】
よく知られているように、既存の超音波診断システムは大型で複雑な装置であ
る。現在、使用されている高級の超音波システムは、その重量が数百ポンドにも
なるために、移動用のカートが装備されている。従来、本発明の譲受人であるア
ドバンスド・テクノロジー・ラボラトリー・インコーポレーテッドが製造したＡ
ＤＲ４０００型の超音波システムみたいの超音波システムは、小型でほぼパソコ
ンサイズのデスクトップ式であった。しかしながら、このような装置には、現在
使用されている高級の超音波システムに備わっている例えばカラードップラー画
像処理や３Ｄディスプレイ機能などの最新機能の多くが欠如している。超音波シ
ステムの高性能化が進むにつれ、その体積も大きくなるのである。
【０００４】 しかしながら、デジタル電子分野の絶え間ない高密度化に伴い、超音波システ
ムが、初期のころの機種よりも、さらなる小型化が可能になる時期が予見できる
ほどになっている。医者は、電気かみそりのサイズを有するハンドヘルド超音波
走査ヘッドを用いて診察することに慣れている。その使い慣れた走査ヘッドを勘
案して、超音波システム全体を走査ヘッドサイズのユニットに凝縮することが望
ましい。さらに、このような超音波装置には、既存の高性能超音波システムが持
つ多くの機能、例えばスペックル低減、カラードップラー処理及び３Ｄ画像処理
などの機能を、できる限り備えていることが望ましい。
【０００５】
【発明の開示】
本発明の原理にしたがった診断超音波装置は、ハンドヘルドユニットに、高級
の超音波システムが有する機能の多くを備えるように構成されている。これらの
高級システム機能は、グレースケール信号のみならずまたドップラー信号に対し
て処理を実行できるデジタル信号プロセッサによって提供される。このような信
号処理には、合成開口形成、多重焦点ゾーン画像処理、フレーム均等処理、深度
依存フィルタ処理及びスペックル低減などの最新機能に加えて、フィルタ処理、
圧縮、フラッシュ抑制及びマッピングなどの付随機能も含まれる。好適な実施例
の一例において、前記デジタル信号プロセッサが一枚の集積回路チップ上に形成
されるようになっている。このような高性能の超音波装置を、５ポンド以下の軽
量でハンドヘルドユニットとして製造することが可能である。
【０００６】
【発明を実施するための最良の形態】
まず、図１に示すのは、本発明のハンドヘルド超音波システムの構造である。
単に、集積回路及び超音波技術の効率的な利用、また、機能及び特性の賢明な選
択により、超音波システム全体を単一のハンドヘルドユニットにまとめることが
可能となる。トランスデューサ・アレイ１０は、そのソリッド状態、電子制御能
力、可変開口（アパーチュア）、画像処理性能及び信頼性のために、使用されて
いる。トランスデューサ・アレイ１０には、平面式線形アレイあるいは曲面式線
形アレイのいずれかを採用してもよい。好適な実施例の一例において、前記アレ
イは、広範囲のセクター走査域を提供する曲面式アレイである。この好適な実施
例においては、位相アレイなどの平面式アレイを操作するのみならずまたその平
面式アレイの焦点を合わせるための十分な遅延機能が備わっている一方で、曲面
式アレイの幾何学的曲率によってビーム形成器（ビーム・フォーマ）における操
作遅延要件が低下する。アレイの素子が、トランスデューサ素子を駆動し、かつ
、その素子によって受信されたエコー信号を受信する機能を有する、送信／受信
ＡＳＩＣ２０に接続されている。送信／受信ＡＳＩＣ２０は、アレイ１０の能動
送信／受信開口及び受信されたエコー信号のゲインをも制御する。この送信／受
信ＡＳＩＣが、好ましくは、トランスデューサ素子に非常に接近した所で配置さ
れ、また好ましくは、同じエンクロージャにおいてトランスデューサのすぐ後ろ
側に配置される。前記送信／受信ＡＳＩＣの好適な実施例の一例が、米国特許出
願番号［ＡＴＬ−１５２］を有し、かつ、ハンドヘルド超音波診断装置用の超音
波アレイ・トランスデューサ・トランシーバと題した出願に、詳細に説明されて
いる。
【０００７】 前記送信／受信ＡＳＩＣ２０に受信されたエコー信号は、隣接したフロントエ
ンドＡＳＩＣ３０へ送られ、そこで各トランスデューサ素子からのエコー信号が
コヒーレント（干渉性）走査線信号にビーム形成（ビームフォーム）される。前
記フロントエンドＡＳＩＣ３０は、送信／受信ＡＳＩＣのための制御信号によっ
て、送信波形タイミング、開口及び超音波ビームの焦点合わせをも制御している
。図示した実施例において、前記フロントエンドＡＳＩＣ３０は、別の複数のＡ
ＳＩＣへのタイミング信号及び時間ゲイン制御を提供する。電力及びバッテリー
管理サブシステム８０が、前記トランスデューサ・アレイに印加された電力を監
視・制御するようにしているので、その結果、患者に印加される音響エネルギー
を制御し、また前記ユニットの電力消費を最小限度にすることにもなる。メモリ
ー・デバイス３２は、前記フロントエンドＡＳＩＣ３０に接続されており、ビー
ム形成器に使用されるデータを記憶する。前記フロントエンドＡＳＩＣの好適な
実施例の一例が、米国特許申請番号［ＡＴＬ−１５３］を有し、かつ、デジタル
式ビーム形成器を有するハンドヘルド超音波診断装置と題した出願に、詳細に説
明されている。
【０００８】 ビーム形成された走査線信号は、前記フロントエンドＡＳＩＣ３０から前記デ
ジタル信号処理ＡＳＩＣ４０へ送られる。前記デジタル信号処理ＡＳＩＣ４０は
、前記走査線信号をフィルタで処理し、それから、処理した走査線信号をＢモー
ド信号か、ドップラー信号か、あるいはその両方の信号として処理する。また、
前記の好適な実施例において、前記ＡＳＩＣ４０は、以下のようにより詳細に説
明する、合成開口（アパーチュア）形成、周波数倍加（コンパウンド）、パワー
・ドップラー（カラーパワー血管造影）処理などのドップラー処理及びスペック
ル低減を含むいくつかの最新機能をも備えている。
【０００９】 その後、前記超音波Ｂモード及びドップラー情報が、走査変換及び映像出力信
号を生成するために、隣接したバック・エンドＡＳＩＣ５０へ送られる。メモリ
ー・デバイス４２は、三次元パワー・ドップラー（３Ｄ ＣＰＡ）画像処理に使
用される記憶データを提供するために、前記バック・エンドＡＳＩＣ５０と接続
されている。前記バック・エンドＡＳＩＣは、文字または数字を用いて表した情
報、例えば時間、日付及び患者の身分証明などの情報をもディスプレイ上に表示
させる。グラフィックス・プロセッサは、例えば深度、焦点マーカ及びカーソル
などの情報を用いて、超音波画像に重ね合わせさせる。超音波画像のフレームが
、前記バック・エンドＡＳＩＣ５０に接続されている映像メモリー５４に記憶さ
れているので、ライブ・シネループ（登録商標）のリアルタイム・シーケンス方
式を用いて、超音波画像のフレームを再現・再生することが可能となる。映像情
報は、ＮＴＳＣ及びＰＡＬテレビジョン・フォーマットと、ＬＣＤディスプレー
６０あるいは映像モニター用のＲＧＢドライブ信号とを含むいくつかのフォーマ
ットの映像出力形式にて再現できる。
【００１０】 前記バック・エンドＡＳＩＣ５０は、超音波システム用の中央プロセッサであ
るＲＩＳＣ（縮小命令セット・コントローラ）プロセッサ５０２をも備えている
。このＲＩＳＣプロセッサは、ハンドヘルドユニット全体の処理及び制御機能を
制御するまたは同期させるために、前記フロント・エンドＡＳＩＣにも前記デジ
タル信号処理ＡＳＩＣにも接続されている。プログラム・メモリー５２は、ユニ
ットを操作・制御するための前記ＲＩＳＣプロセッサに使用されるプログラム・
データを記憶するために、前記バック・エンドＡＳＩＣ５０に接続されている。
前記バック。前記バック・エンドＡＳＩＣ５０が、赤外線送信器あるいはＰＣＭ
ＣＩＡインタフェース５６を用いて構成されたデータ・ポートにも接続されてい
る。このインタフェースは、別のモジュール及び機能を搭載すること、あるいは
、ハンドヘルド超音波ユニットとの通信を可能にする。前記インターフェース５
６をモデム、あるいは、遠隔地との間に超音波情報を送受信するための通信リン
クに接続させることが可能である。前記インターフェースは、例えば超音波情報
解析パッケージなどの新しい機能性をユニットに追加するために、別のデータ記
憶デバイスを受け入れることが可能である。
【００１１】 前記ＲＩＳＣプロセッサが、ハンドヘルド超音波システムの操作を管理・制御
するためのユーザ入力を受信するために、前記ユニットのユーザ・コントロール
７０にも接続されている。
【００１２】 好適な実施例の一例において、ハンドヘルド超音波システム用の電力は、充電
可能なバッテリーによって供給されている。バッテリーからの電力が、蓄電され
、そして、前記電力サブシステム８０から前記ユニットの複数部品へ供給される
。前記電力サブシステム８０は、バッテリーの低電圧を、前記トランスデューサ
・アレイ１０の前記素子を駆動するために、送信／受信ＡＳＩＣ２０に印加され
る、より高い電圧に変換するためのＤＣコンバータを備えている。
【００１３】 図２ａ及び図２ｂは、図１の前記超音波システムを収容するためのワンピース
・ユニット８７を説明する。図２ａに示された前記ユニットの正面は、前記ＬＣ
Ｄディスプレイ６０を含む上側部分８３を備えている。下側部分８１は、８６で
指示された前記ユーザ・コントローラを備えている。前記ユーザ・コントローラ
によって、ユーザは、前記ユニットの電源をオン・オフにすることが可能であり
、また、例えば前記モード（Ｂモードあるいはドップラー）、カラードップラー
セクターあるいはフレーム・レートなどの作動特性と、例えば三次元表示などの
特別機能とを選択することも可能である。前記ユーザ・コントローラによっては
、時間、日付及び患者のデータを入力することも可能である。十字として示され
た４方向制御ボタンは、スクリーン上のカーソルを操作する、あるいはユーザ・
メニューから機能を選択するために、ジョイスティックとして操作される。複数
方向におけるカーソル及び他の制御を提供するために、代わりになるべきものと
して、マウス・ボールあるいはトラック・パッドを用いることができる。前記コ
ントロールのいくつかのボタン及びスイッチは、例えば画像を静止させる機能、
前記シネループ・メモリーに画像シーケンスを記憶する機能、前記シネループ・
メモリーから画像シーケンスを再生する機能などの特定機能に対応している。
【００１４】 前記ユニット８７の底部は、前記曲面式トランスデューサ・アレイ１０の前記
開口８４である。使用時には、患者を走査するために、前記トランスデューサ開
口を患者に向けて持たされると、その超音波画像が前記ＬＣＤディスプレイ６０
に表示される。
【００１５】 図２ｂは前記ユニット８７の側面図であり、前記ユニットの奥行きを示してい
る。前記ユニットの寸法は、およそ高さが２０．３ｃｍで、幅が１１．４ｃｍで
、奥行きが４．５ｃｍである。本ユニットは、重量が５ポンド以下である単一の
パッケージにおいて、曲面式アレイ・トランスデューサ・プローブを備えた、完
全な操作が可能である、超音波システムの全ての素子を包含する。この重量の大
部分は、前記ユニットの内部に収容されているバッテリーが占めている。
【００１６】 図３及び図４は、前記超音波システムが２つの分離したセクションに収容され
ている第２のパッケージの配置を説明する。下側ユニット８１は、前記トランス
デューサ・アレイと、映像信号出力へ接続された電子機器と、前記ユーザ・コン
トローラとを備えている。図３ａに示されたこの下側ユニットの底部には、目に
つきやすいようにした前記曲面式トランスデューサ・アレイ開口を備えている。
この下側セクションは、図３ｂの側面図に示されている。この下側セクションの
寸法は、およそ、高さが１１．４ｃｍで、幅が９．８ｃｍで、奥行きが２．５ｃ
ｍである。このユニットは、従来型の超音波走査ヘッドとほぼ同じ重量を有する
。図４に示すように、この下側セクションが、ケーブル９０によって、上側セク
ション８３に接続されている。前記上側セクション８３は、ＬＣＤディスプレイ
８２とバッテリー・パック８８とを備えている。前記ケーブル９０を介して、前
記下側ユニット８１からの映像信号が、表示するために前記上側ユニットに送信
され、また、このケーブル９０を介して、前記バッテリー・パック８８からの電
力が、前記下側ユニットに供給される。この２部分からなるユニットは、観察す
るために、都合のよい固定した位置に、前記上側ユニットを構えると同時に、ユ
ーザが、従来型の走査ヘッドの操作方法で患者の上に覆った前記トランスデュー
サ８４と、前記下側ユニットとを操作することが可能であるため、優れたもので
ある。前記バッテリー・パックを前記上側ユニットに配置することにより、前記
下側ユニットは軽量化され、患者の身体の上での操作が容易となる。
【００１７】 システムについて他のパッケージの配置も、いうまでもなく可能である。例え
ば、前記フロント・エンドＡＳＩＣの前記ビーム形成器を、異なるアレイ・トラ
ンスデューサに接続可能にすることを含めて、前記フロント・エンドＡＳＩＣ３
０と、前記デジタル信号処理ＡＳＩＣ４０と、前記バック・エンドＡＳＩＣ５０
とを、共通のエンクロージャ内に配置することが可能である。このような配置に
より、異なる診断画像処理過程において、前記デジタル・ビーム形成器、デジタ
ル・フィルタ及び画像プロセッサと共に、異なるトランスデューサを使用するこ
とが可能となる。ディスプレイが前記三つのＡＳＩＣと同じエンクロージャ内に
配置されることが可能であり、あるいは前記バック・エンドＡＳＩＣの前記出力
が、別途のディスプレイ装置に接続されることも可能である。代わりになるべき
ものとして、前記トランスデューサ・アレイ１０と、送信／受信ＡＳＩＣ２０と
、フロント・エンドＡＳＩＣ３０とを、前記トランスデューサ・エンクロジャー
内に配置し、かつ、バッテリー及びディスプレイ・ユニットにおいてシステムの
均衡状態がとれるようにする方法がある。図４の配置を、トランスデューサ・ア
レイを有するユニットに配置された超音波ＡＳＩＣと共に、ユーザ・コントロー
ルを、ディスプレイ及びバッテリー・パック・ユニットの上に、配置し直すよう
に、変えることが可能である。
【００１８】 図５は、前記デジタル信号処理ＡＳＩＣ４０を示す詳細なブロック図である。
前記フロント・エンドＡＳＩＣ３０からの走査線信号が、正規化回路４１０に送
られ、そして、受信された開口変量用の信号を正規化するために、そこで正規化
回路４１０に送られた走査線信号に、係数メモリー４０８から供給された可変係
数を掛けるようにする。トランスデューサが浅い深度からの走査線に沿って信号
を受信する場合には、例えば４つあるいは８つのトランスデューサ素子を有する
比較的に小さな開口が、エコー信号を受信するために使用される。走査線に沿っ
て受信深度が増加すると共に、開口も徐々に増加し、それで、最大深度において
、フルで３２個の素子を有する開口が使用される。前記正規化回路４１０は、こ
の開口変量効果用の信号を正規化するために、受信された走査線信号に、開口変
量の範囲を超えた適切な係数、例えば４あるいは８という係数を掛けるようにす
る。
【００１９】 生体組織及び臓器の構造画像を形成するために、前記超音波システムを前記Ｂ
モードで作動させる場合に、前記デジタル信号プロセッサは、図６のフローチャ
ートに示されるように作動する。正規化されたエコー信号は、図５に示された２
つの経路を経て進むようになり、その経路の一方が４倍乗算器フィルタ４１２に
接続されており、その経路の他方がマルチプレクサー４２２を経由して第２の４
倍乗算器フィルタ４１４に接続されている。各乗算器フィルタは、ＦＩＲ（有限
インパルス応答）フィルタとして機能するための乗算器と累算器とを備えている
。走査線エコー信号が、乗算器へ順次にシフトされ、そして、乗算器へシフトさ
れた走査線エコー信号に前記係数メモリー４０８から供与された係数を掛けるよ
うになり、その積が乗算器の出力部の累算器で累積される。Ｉ及びＱの直角位相
信号の検出のための準備として、前記フィルタ４１２用の係数は、エコー信号に
コサイン関数を掛けるように選択され、また、前記フィルタ４１４用の係数は、
エコー信号にサイン関数を掛けるように選択される。前記４倍乗算器フィルタは
、前記乗算器への入力速度よりも低い速度で、累積された信号を生成するように
しているので、その結果、間引き帯域フィルタ処理が行われることになる。信号
の帯域幅がディスプレイ・モニターの表示帯域幅を超えた場合には、エイリアシ
ング状態が原因で、画像線にちらつきが生じる。前記間引きフィルタ処理は、信
号の帯域幅及びデータ速度を、モニターの表示帯域幅に合わせるように、縮小す
るように、設計されている。一連の入力信号及び係数を乗算器に利用させ、また
、中間積を累積することにより、フィルタの有効長さを増加することができる。
例えば、入力信号１−８が、第４乗算器によって順次に重み付けされ、その積が
第４累算器で累積されることができる；入力信号３−１０が、第３乗算器によっ
て重み付けされ、その積が第３累算器で累積されることができる；入力信号５−
１２が、第２乗算器によって重み付けされ、その積が第２累算器で累積されるこ
とができる；入力信号７−１４が、第１乗算器によって重み付けされ、その積が
第１累算器で累積されることができる。その結果、データ速度が２分され、また
、各乗算器及び各累算器が、それぞれ８タップ・フィルタとして効果的に操作さ
れる。よって、フィルタのタップの有効数は、乗算器の数（本例では４である）
と間引き率（本例では２である）の積であることが分かる。
【００２０】 加えて、前記フィルタの帯域制限効果により、前記フィルタは、ｒ．ｆ．ノイ
ズ及び量子ノイズを低減する。Ｉ及びＱのエコー信号サンプルは、フィルタ４１
２及び４１４の出力において生成され、必要であれば、ゲイン段階４１６及び４
１８の乗算器によって増幅され、それから、ｒ．ｆ．メモリー４２０に記憶され
る。前記Ｑ信号サンプルは、マルチプレクサー４２６を経由してｒ．ｆ．メモリ
ーに送られる。
【００２１】 合成開口画像が形成される場合に、全開口の一部分からの部分的に合計された
走査線が、分離パルス伝送に従って得られ、それから、全開口走査線を形成する
ために結合される。２つのパルス伝送から合成開口が形成される場合に、開口の
最初の半分の走査線からのＩ及びＱのサンプルが、開口の他方の半分の走査線か
らのＩ及びＱのサンプルが受信されるまで、ｒ．ｆ．メモリー４２０にずっと記
憶されている。開口の他方の半分からのサンプルが受信されると、加算器４２４
によって、受信されたサンプルが、それらの空間的な対応するサンプルと結合さ
れる。ｒ．ｆ．メモリーの容量が、走査線信号サンプルを記憶するのに必要なメ
モリー容量を低減する、間引きフィルタ処理をした後の開口信号を記憶するだけ
の最小限に維持される。
【００２２】 全開口用のＩ及びＱサンプルが形成された後に、エコー・サンプルが、加算器
４２４から検出圧縮回路４２８へと送られる。この回路は、（Ｉ２+Ｑ２）１/２ という式のエンビロープ検出を行うためのＣＯＲＤＩＣプロセッサを形成するた
めの２個のシフト・レジスタと１個の乗算器とを備えている。詳細は、例えば、
「ＣＯＲＤＩＣ三角法による演算技法、バイ ジェイ．イー．ボルダー、ＩＲＥ
トランス． オン エレクトロ・コンピュータ、（１９５９年９月）」を参照
する。検出された信号は圧縮され、それから、ディスプレイ階調の望ましい範囲
に検出された信号をマップさせるようにスケールの調整が行われる。
【００２３】 検出及び圧縮マッピング処理の後に、グレー・スケール信号は、ＦＩＲフィル
タ４３２によって低域通過フィルタ処理が行われ、それから、画像フレーム・メ
モリー４３０に記憶される。選択された走査モードが単一伝送焦点を利用する場
合には、グレー・スケール信号が、走査変換のために、バック・エンドＡＳＩＣ
５０に転送られる。ＡＳＩＣ４０から出力される前に、グレー・スケール信号が
、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ４３６によって、フレーム均等処理さ
れることができる。前記無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ４３６は、画像
フレーム・メモリー４３０をフレーム・バッファとして利用し、また、 Ｆout＝（１−α）Fout−１+αFnew＝Fout−１+α（Fnew −Fout−１） という式のフレーム・ツー・フレーム均等処理を行うための１個の乗算器と２個
の加算器とを結合する。αが乗算器の係数である。もし、係数が二進数（例えば
、０．５、０．２５、０．１２５）であれば、Fｏｕｔが加算−シフト−加算操
作によって得られることができる。
【００２４】 多重焦点ゾーンが使用される場合には、受信された各走査線セグメントが、全
ディスプレイ深度からの走査線セグメントが受信されるまで、ｒ．ｆ．メモリー
４２０にずっと記憶される。好ましくは、１つの完全焦点ゾーン用の走査線セグ
メントは、他の焦点ゾーンからの走査線セグメントを送受信する前に、得られる
。１本の走査線用の全てのセグメントが得られた後に、各完全な走査線が、ｒ．
ｆ．メモリーから読み出され、より鮮明で雑音成分のない（アーチファクト・フ
リー）画像を形成するために、セグメント間の境界の平滑化を行う機能を有する
、前記ＦＩＲフィルタ４３２によってフィルタ処理される。
【００２５】 多重焦点ゾーンと合成開口との両方の機能が使用される場合には、開口の両方
の半分の走査線セグメントが、完全焦点ゾーンによって受信され、ｒ．ｆ．メモ
リー４２０において集められる。そして、他の焦点ゾーンからの対応する走査線
セグメントが受信され、この受信された走査線セグメントが、最初受信された焦
点ゾーンからのセグメントと一緒に結合される。それから、完成した走査線が、
セグメント間の境界の平滑化を行うために、ＦＩＲフィルタ４３２によってフィ
ルタ処理される。
【００２６】 ユーザは、例えば深度依存フィルタ処理機能、あるいは、例えば米国特許番号
Ｐａｔ．４，５６１，０１９に記載の周波数倍加技術などによるスペックル低減
機能といった確かな画像強調特徴を用いて、グレー・スケール画像を処理するよ
うに選択することができる。これらの自由選択の処理技術は、別途の走査線信号
の帯域フィルタとしてのフィルタ４１２及び４１４の使用、また、直角位相検出
方法よりもむしろ絶対値検出方法を、必要とする。深度依存フィルタ処理に関し
ては、フィルタ４１２のみならずまたフィルタ４１４において、受信されたエコ
ー信号がコサイン関数に掛けられ、しかし、一方のフィルタが高い通過帯域にお
いて出力信号を生成し、また、他方のフィルタが低い通過帯域において出力信号
を生成することができるように選択された係数も必要となる。この２つのフィル
タによって生成された出力信号は、Ｉ１＝ｈ１（ｔ）cosωHt とＩ2＝ｈ2（ｔ）
cosωLtで表される。これらの２つの出力信号は、それぞれ、ゲイン段階４１６
及び４１８において、時間可変ゲイン制御余関数によって増幅される。高周波通
過帯域信号I1は、最初に高度に増幅されるため、走査線に沿って増加する深度か
らエコー信号が受信されるにつれ、ゲインが低下する。補完関係で、低周波通過
帯域信号I２は、最初に低位にいるため、高周波ゲインがロール・オフされるに
つれ、深度に比例して増幅される。その結果、浅い深度における信号は、比較的
に高い通過帯域を表し、また、より深い深度からの信号は、前記より深い深度で
の高周波ノイズを低減することができる、比較的に低い通過帯域を通過するよう
になる。回路４２８のＣＯＲＤＩＣプロセッサにおける検出は、Ｉ１とＩ２を平
方してその平方値の和を算定するようにした絶対値検出によって、行われる。信
号が合計された後に、信号が、所望のグレー・スケール・マッピング特性が得ら
れるまでに、ログ圧縮される。代わりになるべきものとして、別途の通過帯域を
通過した信号が、加算器４２４によって合計され、それから、検出圧縮回路４２
８において絶対値検出によって検出されてから、マッピングされるようにしても
良い。
【００２７】 周波数倍加によるスペックル低減を提供するために、同じプロセッサを利用す
ることができる。フィルタ４１２及び４１４の一方の係数は、高周波通過帯域に
よって受信された信号をフィルタ処理できるように選択され、また、他方のフィ
ルタの係数は、連続的な低周波通過帯域によって受信された信号をフィルタ処理
できるように選択される。ゲイン段階４１６及び４１８の係数は、前記２つの通
過帯域の応答を均等化できるように選択される。前記高周波通過帯域及び前記低
周波通過帯域の信号は、検出圧縮回路へ送られ、そこで、それぞれ、上述したよ
うな絶対値検出により別々に検出され、それから、検出された信号は、所望のグ
レー・スケール・マッピング特性が得られるまでに、ログ圧縮され、そして、空
間的なベースで合計される。
【００２８】 図５は、図７のフローチャートと共に、パワー・ドップラー（ＣＰＡ）ディス
プレイ用のドップラー・エコー信号の処理を示す。各走査線ベクトルが、ベクト
ルに沿ってドップラー情報の群を集めるために、繰り返して例えば８回走査され
る。エコー信号の受信された各走査線は、正規化回路４１０によって正規化され
、また、フィルタ４１２において、間引き帯域通過フィルタ処理が行われる。群
の各走査線信号は、１つの完全な群が累積されてでき上がるまでに、ｒ．ｆ．メ
モリー４２０にずっと記憶されている。各群の走査線信号が、マルチプレクサ４
２２を介して、４倍乗算器４１４へ送られる。４倍乗算器４１４は、マトリック
ス・フィルタ処理を通じて、ウォール・フィルタ処理及びドップラー・パワーの
推定を行う。ウォールフィルタ処理は、適切な乗算器の係数を選択することによ
って行われ、また、マトリックス・フィルタ処理は、下記のマトリックスを使用
する。 ここで、ｘ１…ｘｎは走査線の群からの空間的に配列され信号であり、ｙ１…
ｙｎは出力ドップラーの値である。好適な実施形態の一例において、４倍乗算器
フィルタが、マトリックス・フィルタ処理用に使用され、また、そのフィルタ処
理は、逐次に徐々に増加していく方式で行われる。中間積が上述したように累積
され、その結果、フィルタの長さを拡張することができる。例えば、４倍乗算器
フィルタを用いて上記のマトリックスを処理する際に、最初に、中間積a１１ｘ
１+ a１２ｘ２+ a１３ｘ３+ a１４ｘ４が形成され、それから、累算器において
合計される。その後、積a１５ｘ５+ a１６ｘ６+ a１７ｘ７+ a１８ｘ８が乗算器
によって形成され、それから、累算器において、予め算出された中間積と一緒に
合計される。このように、中間積を累積することにより、４倍乗算器及び累算器
を、利用できる最大処理時間内にのみ限って、所望の任意の長さを有するフィル
タに拡張することができる。ドップラー値は、ゲイン段階４１８とマルチプレク
サ４２６を経由して検出圧縮回路４２８へ送られ、そこで、走査線に沿って各エ
コー信号の位置でのドップラー信号の振幅が、下記の式で表す絶対値検出によっ
て検出される。 検出圧縮回路４２８のＣＯＲＤＩＣプロセッサを使用することによって、ドッ
プラー値ｙが、圧縮されまた調整される。
【００２９】 いったん、ドップラー信号の振幅の値が、検出され、また、ＦＩＲフィルタ４
３２によってフィルタ処理されたら、結果としての値が空間的に記憶され、また
、画像クラッタは、表示された信号におけるラーガ・フレーム・ツー・フレーム
変動を除去する機能を有するフラッシュ抑制プロセッサ４３４によって、取り除
かれる。フラッシュ抑制プロセッサ４３４は、周知のいくらかのフラッシュ抑制
技術のいずれか、例えば米国特許番号Ｐａｔ．５，１９７，４７７に記載のフレ
ーム・ツー・フレーム比較及び除去、あるいはノッチ・フィルタ処理技術を利用
することができる。フラッシュ抑制処理の好適な技術の一例としては、米国特許
出願番号０８／６７２，７８２の明細書に詳細に記述されている、最小−最大（
ミニマム−マキシマム）フィルタ処理技術である。
【００３０】 画像フレーム・メモリー４３０は、グレー・スケール・フレーム、または、パ
ワー・ドップラー・フレームのいずれかを記憶することが可能である。各フレー
ムが、上述したように逐点ベースでのフレーム均等処理を行うＩＩＲフィルタ４
３６によって、一時的にフィルタ処理されることができる。その後、一時的にフ
ィルタ処理された画像情報は、走査変換及び表示のために、バック・エンドＡＳ
ＩＣ５０に送られる。
【００３１】 Ｂモード（２次元）エコー及びドップラーの処理のために、デジタル信号処理
ＡＳＩＣ４０の操作順序は、図６と図７のフローチャートに、それぞれ概略的に
示されている。なお、図６及び図７に示された、各フローチャート・ブロックに
おける番号が、ＡＳＩＣのブロック図である図５における、番号付けられている
プロセッサに対応するようになっている。
【００３２】 デジタル信号処理ＡＳＩＣ４０の画像フレーム・メモリー４３０は、バック・
エンドＡＳＩＣ５０のフレーム・バッファ・メモリーと、共通した構造及び実行
技術を共有する。このようなＡＳＩＣの構成及び密度における共通性及び最終的
な効率を利用するために、画像フレーム・メモリー４３０、またはその関連した
フラッシュ抑制プロセッサ４３４、及びＩＩＲフィルタ４３６が、バック・エン
ドＡＳＩＣ５０に配置されることが可能であり、その結果、ＦＩＲフィルタ４３
２の出力において、デジタル信号処理ＡＳＩＣとバック・エンドＡＳＩＣとを分
割することができる。従って、図５に示されたＦＩＲフィルタ４３２の出力に至
るまでのデジタル信号処理機能、あるいは、図５に示された全ての機能は、上記
のような分割選択または他の集積回路配置に関する考慮次第で、単一の集積回路
チップ上に実現されることができる。
【００３３】 前記バック・エンドＡＳＩＣ５０は、ハンドヘルド超音波システムの全ての操
作のタイミングを調整するのに使用される、ＲＩＳＣプロセッサ５０２を内蔵し
ている。ＲＩＳＣプロセッサは、処理タイミングを調整し、かつ、ユーザが望ん
でいる処理を実行して表示するのに必要なデータを、バッファー及びレジスタに
ロードするために、ＡＳＩＣの他の全ての主要な機能エリアに接続されている。
ＲＩＳＣプロセッサの操作用のプログラム・データは、ＲＩＳＣプロセッサから
アクセス可能なプログラム・メモリー５２に記憶されている。ＲＩＳＣプロセッ
サ用のタイミングは、フロント・エンドＡＳＩＣ３０に配置されたクロック発生
器からのクロック信号によって提供される。また、ＲＩＳＣプロセッサは、別の
プログラム・データへのアクセスあるいは画像情報を遠隔伝送することができる
、ＰＣＭＣＩＡ及び／又は赤外線伝送インターフェイスを介して通信をする。例
えば、このインターフェイスは、ハンドヘルド・ユニットから遠隔地まで、超音
波画像を伝送するための遠隔測定法用リンクあるいはモデムに接続されることが
可能である。
【００３４】 前記ＲＩＳＣプロセッサは、ユーザの制御の下で、ユーザがユーザ・コントロ
ーラ７０を用いて作成したコマンド及び入力データによって操作される。図８は
、制御機能、制御タイプ、及びそれらの説明を示す図表である。例えば、患者デ
ータの入力、シネループ操作、及び３Ｄ表示などの複数機能が、小型ハンドヘル
ド・ユニットの制御キーあるいは制御ボタンの数を最小限にするために、メニュ
制御を通して実行されることは言うまでもない。前記ユニットをより単純化する
ために、いくつかの操作機能が、特定用途診断用のために、前もってプログラム
され、そして、その特定用途が選択される際に、自動的に動作するようにしても
構わない。Ｂモード画像を選択することによって、例えば、デジタル信号処理用
ＡＳＩＣ４０での周波数倍加及び深度依存フィルタ処理が、自動的に呼び出され
、一方、ドップラー操作が選択されると、４倍乗算器フィルタをＤＳＰ ＡＳＩ
Ｃ上のウォール・フィルタとして自動的にセットアップするようにすることが可
能である。また、例えば、特定臨床用途のメニュを選択することによって、ＴＧ
Ｃ制御特性や焦点ゾーンなどの特定の特性設定が自動的に行われるようにするこ
とが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のハンドヘルド超音波システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 図２ａと図２ｂは、単一のユニットに実装された本発明のハンドヘルド超音波
システムの、正面図と側面図である。
【図３】 図３ａと図３ｂは、本発明のツー・ユニット型の超音波システムにおけるトラ
ンスデューサ・ユニットの、正面図と側面図である。
【図４】 ツー・ユニットに実装された本発明のハンドヘルド超音波システムの、２つの
ユニットを示す図である。
【図５】 図１の超音波システムのデジタル信号処理ＡＳＩＣのブロック図である。
【図６】 デジタル信号処理ＡＳＩＣによる、Ｂモード処理のフローチャートである。
【図７】 デジタル信号処理ＡＳＩＣによる、ドップラー処理のフローチャートである。
【図８】 図１の超音波システムのユーザーの制御を示すチャートである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年９月１８日（２０００．９．１８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【請求項１】 トランスデューサと、ビーム・フォーマと、画像プロセッサと、
デジタル信号プロセッサとを有するハンドヘルド超音波装置であって、 前記デジタル信号プロセッサは Ｂモード信号をフィルタ処理するためのデジタル式Ｂモードフィルタと、 ドップラー信号をフィルタ処理するためのデジタル式ドップラーフィルタと、 Ｂモード信号検出及びマッピング回路と、 ドップラー信号推定回路と を備えていることを特徴とするハンドヘルド超音波装置。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年８月２１日（２００１．８．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【請求項１】 トランスデューサと、ビーム・フォーマと、画像プロセッサと、 デジタル信号プロセッサとを有するハンドヘルド超音波装置であって、 前記デジタル信号プロセッサは Ｂモード信号をフィルタ処理するためのデジタル式Ｂモードフィルタと、 ドップラー信号をフィルタ処理するためのデジタル式ドップラーフィルタと、 Ｂモード信号検出及びマッピング回路と、 ドップラー信号推定回路と を備えてい ることを特徴とするハンドヘルド超音波装置。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年９月２６日（２００１．９．２６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ドハーティ アール． テレンス アメリカ合衆国 ワシントン州 98296 スノホミシャ 64番 ドライブ エスイー 13707 (72)発明者 プフルグラス エス． ローレン アメリカ合衆国 ワシントン州 98117 シアトル 10番 アベニュー エヌダブル ユー 7220 Ｆターム(参考） 4C301 AA02 BB22 CC02 DD02 EE04 EE05 EE07 EE11 GB03 HH33 HH43 JB02 JB35 JB38 JC05 KK09 KK21 LL07

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｂモード信号をフィルタ処理するためのデジタル式Ｂモードフィ
    ルタと、 ドップラー信号をフィルタ処理するためのデジタル式ドップラーフィルタと、 Ｂモード信号検出及びマッピング回路と、 ドップラー信号推定回路と を備えるデジタル信号プロセッサ を有することを特徴とするハンドヘルド超音波装置。
  2. 【請求項２】 前記デジタル式フィルタと、前記Ｂモード信号検出及びマッピン
    グ回路と、前記ドップラー信号推定回路とが、デジタル信号処理集積回路チップ
    上に配置されている請求項1に記載のハンドヘルド超音波装置。
  3. 【請求項３】 前記デジタル信号プロセッサの共通素子が、ドップラー信号のド
    ップラー処理に利用されると共に、Ｂモード信号のＢモード処理にも利用される
    請求項1に記載のハンドヘルド超音波装置。
  4. 【請求項４】 前記共通素子が前記デジタル式フィルタ回路の素子を包含する請
    求項３に記載のハンドヘルド超音波装置。
  5. 【請求項５】 前記デジタル信号プロセッサが、Ｂモード信号用の帯域フィルタ
    、またはドップラー信号用の高域通過フィルタとして動作するデジタル式フィル
    タを包含する請求項４に記載のハンドヘルド超音波装置。
  6. 【請求項６】 前記デジタル信号プロセッサが、Ｂモード信号用の帯域フィルタ
    、またはドップラー信号用のウォール・フィルタとして動作するデジタル式フィ
    ルタを包含する請求項４に記載のハンドヘルド超音波装置。
  7. 【請求項７】 前記デジタル信号プロセッサが、トランスデューサ開口における
    変動を正規化するための正規化回路をさらに包含する請求項１に記載のハンドヘ
    ルド超音波装置。
  8. 【請求項８】 前記デジタル信号プロセッサが、合成開口を形成するための手段
    をさらに包含する請求項１に記載のハンドヘルド超音波装置。
  9. 【請求項９】 前記デジタル信号プロセッサが、深度依存フィルタをさらに包含
    する請求項１に記載のハンドヘルド超音波装置。
  10. 【請求項１０】 前記デジタル信号プロセッサが、スペックル低減回路をさらに
    包含する請求項１に記載のハンドヘルド超音波装置。
  11. 【請求項１１】 前記デジタル信号プロセッサが、ドップラー信号用のフラッシ
    ュ抑制回路をさらに包含する請求項１に記載のハンドヘルド超音波装置。
  12. 【請求項１２】 前記デジタル信号プロセッサが、多重焦点ゾーンから走査線を
    集めるための手段をさらに包含する請求項１に記載のハンドヘルド超音波装置。
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