JP2004267301A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波動画像をＭＰＥＧ２などのＧＯＰ単位で圧縮・符号化する方式により符号化して伝送または蓄積する際に、伝送速度や蓄積速度によって診断に支障をきたすことがないように改善する。
【解決手段】プローブ２１、超音波送受信部１１および信号処理部１２によって得た超音波動画像をＭＰＥＧエンコーダ１４によって圧縮・符号化し、ネットワーク５０を介してリモート部３０に送り、ＭＰＥＧ２デコーダ３２で復元・復号化してモニター装置４１で表示するとともに、リモート部３０の伝送速度測定部３５でネットワーク５０の伝送速度を測定し、エンコード設定判定部３４がその測定された速度に見合った適切なエンコードパラメータのキーボード４２からの入力を許容し、設定されたエンコードパラメータを本体部１０に送ってエンコード設定処理部１６を介してＭＰＥＧ２エンコーダ１４の設定を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医学的な診断に用いられる超音波診断装置に関し、とくに撮影した超音波動画像のデジタルストレージへの保存やネットワークを介した伝送を行う場合などに超音波動画像を圧縮・符号化する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、超音波ビームを被検体（被診察者の身体）内に入射し、その反射波を受波することによって身体内の断層像を得たり、ドプラ現象を利用して血流などの速度を表す画像を描出したりするものであり、医学的診断用途に広く普及している。得られた画像（超音波動画像）をデジタルストレージデバイスに記録・保存したり、ネットワークを介して伝送したりする際に圧縮することが行われている。
【０００３】
ところで、ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）の世界では、動画像のデジタル保存が急速に拡がりつつあり、記録容量を低減する目的でＭＰＥＧなどの圧縮方式を用いている。また、ネットワークを介して画像を転送する場合もＭＰＥＧなどの圧縮方式を用いている。このＭＰＥＧ方式では、さまざまな転送速度に対応できるよう、ビットレート、画素数などのパラメータの調整ができるようになっており、ＭＰＥＧ２などの動画像圧縮方式では、基準となるフレームと時間軸方向の予測的圧縮を用いた予測フレームからなるＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅ）単位で圧縮される。比較的よく用いられるのは、図３（ａ）に示すように１５フレーム単位でＩ−Ｂ−Ｂ−Ｐ−Ｂ−Ｂ−Ｐ−Ｂ−Ｂ−Ｐ−Ｂ−Ｂ−Ｐ−Ｂ−Ｂ（Ｉ：基準フレーム、Ｂ：過去と未来の２つのフレームから双方向のフレーム間予測を行い、差分を符号化したフレーム、Ｐ：過去のフレームから片方向のフレーム間予測を行い、差分を符号化したフレーム）の構成である。
【０００４】
そこで、超音波診断装置においても、超音波動画像の伝送・蓄積のためにこれらの圧縮方式が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波診断装置の動画像を単にＭＰＥＧ２などの方式で圧縮するだけでは、診断に支障をきたすような復元画像しか得られない場合がある。ＧＯＰ単位で圧縮する場合、ストレージデバイスが低速であるときやネットワークで十分な速度が得られないときは、転送が間に合わず、受信側やストレージデバイス側でデータの欠落を生じる。ＧＯＰのごく一部でもデータが欠けると、とくに基準フレームのデータが欠けるような場合、ＧＯＰ内の全フレーム画像のデータが失われることなり、診断能力が著しく低下した動画像の記録ないしネットワーク上での転送しかできないことになる。
【０００６】
この発明は、上記に鑑み、超音波動画像をＭＰＥＧ２などのＧＯＰ単位で圧縮・符号化する方式により符号化して伝送または蓄積する際に、伝送速度や蓄積速度によって診断に支障をきたすことがないように改善した、超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明による超音波診断装置においては、超音波プローブと、該超音波プローブを介して超音波の送信および受信を行う超音波送受信部と、該受信超音波信号を処理して超音波画像を構成する信号処理部と、該信号処理部から順次得られた超音波動画像を圧縮・符号化するエンコード手段と、該エンコード手段における、圧縮の単位となるフレーム群について、群を構成するフレーム数、フレーム構成、間引き、連続伝送保証単位、ビットレート、画素数の各パラメータの少なくとも１つを設定するエンコード設定手段とが備えられることが特徴となっている。
【０００８】
超音波動画像の符号化データの出力先、たとえばデジタルストレージデバイスやネットワークなどの通信網を含めたリモート側の装置などへの伝送速度が十分でない場合に、圧縮の単位となるフレーム群について、群を構成するフレーム数、フレーム構成、間引き、連続伝送保証単位、ビットレート、画素数の各パラメータの少なくとも１つを設定することができるため、その速度の下で診断に支障のないような動画像が得られるような、適切なエンコード設定が可能となる。
【０００９】
請求項２記載の超音波診断装置においては、請求項１の構成に加えて、超音波動画像の符号化データの出力先の伝送速度を計測する手段と、計測された速度に応じてエンコードの設定パラメータを制御する手段とが備えられることが特徴となっている。
【００１０】
ここで超音波動画像の符号化データの出力先の伝送速度とは広い意味であり、たとえばデジタルストレージデバイスの記録速度を含めたこれらデバイスへの伝送速度や、ネットワークなどの通信網を介してリモート側の装置などへ送る場合のネットワークなどでの伝送速度を含めた実質的な伝送速度、あるいは通信パケットのロス率やジッタなどを意味する。この伝送速度が計測され、それに応じてエンコードの設定パラメータが制御されるので、その伝送速度の下で最適なエンコードのパラメータ設定が可能となる。
【００１１】
請求項３記載の超音波診断装置においては、請求項１の構成に加えて、超音波動画像を撮影する対象の動きを表す生体信号を検出する検出手段と、該生体信号に基づき該撮影対象の少なくとも１周期分の動画像が欠けることなく連続的にエンコードされるようエンコードの設定パラメータを制御する手段とが備えられることが特徴となっている。
【００１２】
超音波動画像を撮影する対象の動きを表す生体信号が検出されるので、この生体信号からその撮影対象の運動周期を捉えることができる。そのため、この周期に応じて、少なくとも１周期分の動画像が欠けることなく連続的にエンコードされるようエンコードの設定パラメータを制御することが可能となる。つまり、たとえば、間引く場合でも、その１周期の中では間引かずに連続的にエンコードし、その１周期が終わった後間引くというように設定するようにすれば、その符号化データを復号化することによって１周期分の超音波動画像を復元・表示することができ、適切な診断を行うことに役立てることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の実施の形態を示す。この図１に示す実施の形態では、超音波診断装置は、本体部１０とリモート部３０とに別れて構成されており、ネットワーク５０を介して相互に接続されている。本体部１０には、超音波プローブ２１と生体信号検出器２２とが接続されている。超音波プローブ２１は被検体（被検者の腹部などの身体）にあてられるもので、超音波振動子を有し、超音波ビームの身体内への送信と身体内部からの反射波の受信を行う。本体装置１０内の超音波送受信部１１は、超音波プローブ２１からの超音波の送信と、超音波プローブ２１での超音波の受信を制御し、たとえば電子的な制御で送信および受信超音波の指向角度を制御して超音波ビームのセクタスキャン（扇形スキャン）などを行う。
【００１４】
セクタスキャンを行なった場合、扇形の超音波画像がつぎつぎに得られることになる。この動画像がフレームごとに順次ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）１３によって、扇型スキャンの画像から通常の走査線による画像に変換され、ＭＰＥＧ２エンコーダ１４によってフレームごとに順次圧縮・符号化される。符号化された画像データはネットワークアダプタ１７を介してネットワーク５０に送られ、リモート部３０のネットワークアダプタ３１によって受信されることになる。
【００１５】
ＭＰＥＧ２エンコーダ１４はたとえば図３の（ａ）に示すように１５フレームのＧＯＰ単位で圧縮・符号化を行っており、そのエンコードの設定がエンコード設定処理部１６によって制御される。
【００１６】
リモート部３０では、受信された画像データのデコードがＭＰＥＧ２デコーダ３２によって行われて、圧縮の復元および復号化がなされ、表示処理部３３を経てモニター装置４１に送られる。これにより、圧縮の復元および復号化された動画像がリモート側のモニター装置４１で観察可能となる。
【００１７】
リモート部３０にはさらにエンコード設定判定部３４が備えられており、キーボード４２からの入力によってエンコード設定の管理ができるようになっている。また、伝送速度測定部３５も備えられ、これによって測定されたネットワーク５０の伝送速度情報がエンコード設定判定部３４に送られる。エンコード設定判定部３４は、キーボード４２からの入力と伝送速度測定部３５からの伝送速度情報とに応じて、本体部１０での動画像のエンコード設定情報の生成を行う。これにより、ＧＯＰを構成するフレーム数、フレーム構成、間引き、連続伝送保証単位、ビットレート、画素数などのパラメータの設定情報が生成されてネットワークアダプタ３１を介してネットワーク５０に送られる。本体部１０のネットワークアダプタ１７がこのエンコード設定情報を受信すると、エンコード設定処理部１６にこれを送り、このエンコード設定処理部１６によってＭＰＥＧ２エンコーダ１４でのエンコードの設定がなされる。
【００１８】
そこで、リモート側のユーザによるキーボード４２の操作によって、エンコードの設定を直接・任意に行うことができる。エンコード設定判定部３４は、入力された伝送速度情報を参照することによりその設定が適切であるかどうかを判定し、不適切な設定がなされないようにしたり、あるいは伝送速度情報により各パラメータの組み合わせが限定されるため、その組み合わせのパターンをメニューとして提示してユーザに切り換え・選択させるようにする。伝送速度が十分に速い場合には、図３の（ａ）のような１５フレームのＧＯＰ単位でのＭＰＥＧ２エンコードを行っても、同図（ｂ）のようにネットワーク５０においてこれらＧＯＰ単位での転送が順次なされ、リモート側では同図（ｃ）に示すようにＧＯＰ単位でのデコードが可能となる。
【００１９】
超音波診断装置の本体部１０に接続された生体信号検出器２２はたとえば心電計などである。ここでは心電計が用いられているものとすると、図２の（ａ）で示すような、被検体（被検者）の心電信号（心電波形）が得られる。本体部１０に設けられた心拍計測部１５がこの心電波形から心拍（心電周期）を計測する。なお、心拍計測部１５は、信号処理部１２で生成されたドプラ信号などから心拍を計測することもできる。
【００２０】
つぎにエンコードの各パラメータ設定について説明する。伝送速度が低い場合には、図３のようにすべてのＧＯＰについて伝送を行おうとすると、リモート側でデータの欠落が生じてしまい、ＧＯＰ内の全フレーム画像についてのデータが失われることも生じる。そこで、このような場合には、まず、ＧＯＰを構成するフレーム数を削減するよう設定を切り換える。極端な場合にはＧＯＰを構成するフレームを１フレームだけとして、データ欠落に対する耐性を強化し、ＧＯＰ全体が失われることを防止する。また、すべてのＧＯＰを伝送するのではなく、いくつかのＧＯＰを間引く（ＧＯＰ単位での間引き）ことにより、間引かず伝送するＧＯＰについてはＧＯＰ内のすべてのフレームの伝送を保証する。たとえば３つのＧＯＰごとに１つのＧＯＰのみを送信することで、通信負荷を軽減する。このようなＧＯＰ内フレーム数削減やＧＯＰ単位の間引きによって、フレームの喪失を最小限にとどめることができる。
【００２１】
連続伝送保証単位がたとえば４ＧＯＰに設定されたときは、４つのＧＯＰが連続して確実に伝送されるよう処理される。１つのＧＯＰが図３に示すように０．５秒である場合に、リモート側の診断者が２秒間はフレーム欠落のない動画像を見たいときなどに設定する。ビットレートは伝送速度に応じて定められる。キーボード４２の手動操作で定められたり、あるいは伝側速度測定部３５およびエンコード設定判定部３４によって自動で定められる。画像を構成する画素数も、伝送速度に応じて定められ、伝送速度が遅いときは少なくすることで通信負荷を軽減する。この画素数の設定もビットレートと同様に手動または自動で定めることができる。
【００２２】
これらエンコードの各パラメータの設定は、先に述べたように、ユーザの自由に任せることもできるが、エンコード設定判別部３４が、伝送速度測定部３５からの伝送速度情報に応じた適切ないくつかのパラメータ組み合わせパターンを作成して、そのパターンの中からユーザが選択・切り換えできるようにしておくことが便宜である。たとえば、心臓のように動きの激しい臓器の動画像の場合は、ＧＯＰの間引きを行うと動きの滑らかさが失われるので、ＧＯＰの間引きは少なくし、画素数を落とす方がよい。また、腎臓のようにほとんど動きのない臓器の場合は、ＧＯＰの間引きを大きくしても問題がないため、ＧＯＰの間引きを大きくし代わりに画素数を大きくして分解度を高めた方がよい。このような診断領域に応じたパターンの選択が容易にできる。
【００２３】
さらに臓器の運動周期に合わせて少なくとも１周期の間は連続伝送が保証されるようにすることもできる。生体信号検出器２２は、その臓器の動きの周期をとらえるための生体信号を得るものである。ここでは、心臓の１周期（１心拍）の動きを動画で観察するものとしている。心電波形は図２（ａ）で示すようなものであって、この場合たとえば１心拍が０．８秒であり、図２の（ｂ）に示すように１ＧＯＰのエンコードが０．５秒ごとに順次行われているとする。伝送速度が遅い場合には、連続した２つのＧＯＰの連続伝送が保証されれば１心拍の動きが観察できる。
【００２４】
そこで、この例ではデータ伝送は図２の（ｃ）に示すように、ＧＯＰｎを本来の時間の２倍かけて伝送した後ＧＯＰｎ＋１を同じく２倍の時間かけて伝送する。その後、ＧＯＰｎ＋２、ＧＯＰｎ＋３は省いて間引くこととし、引き続いてＧＯＰｎ＋４とＧＯＰｎ＋５を順次それぞれ２倍の時間をかけて伝送する。このように２つのＧＯＰを連続して転送した後、つぎの２つのＧＯＰは間引いて、その後の２つのＧＯＰを連続して送るということを繰り返す。リモート側では、図２の（ｄ）に示すように、転送されたＧＯＰｎとＧＯＰｎ＋１とを順次デコードして１５フレームずつの画像を再現し、これを元のフレームレートで表示する。つまり１秒分（３０フレーム）の動画像が表示される。この同じ１秒分の動画像をつぎの１秒の間も繰り返して表示し、この間につぎのＧＯＰｎ＋４とＧＯＰｎ＋５の伝送を待ち、これらが送られてきてデコードされたら、同様にＧＯＰｎ＋４とＧＯＰｎ＋５の３０フレームの動画像を１秒間表示するとともにつぎの１秒もＧＯＰｎ＋４とＧＯＰｎ＋５の３０フレームの動画像を繰り返し表示する。このような表示がリモート側のモニター装置４１でなされるので、リモート側の診断者は少なくとも１心拍の動きが連続的に表示されている心臓の動画像を観察でき、的確な診断を下すことができる。ＧＯＰの間引きによる支障はほとんどない。
【００２５】
なお、上記では、リモート側でのみキーボード４２の操作などによってＭＰＥＧ２エンコードのパラメータ設定を行うようにしたが、本体側でも同様の設定ができるよう構成することも可能である。また、動画像の圧縮・符号化方式としてＭＰＥＧ２を採用しているが、これに限らないことももちろんである。さらに、ハードウェア的な構成で説明したが、各処理部などはソフトウェアで実現することもできるし、具体的な構成は上記に限定されない。ネットワークを介してリモート側に超音波動画像データを伝送する場合について説明したが、超音波動画像データをデジタルストレージデバイスに記録・蓄積する場合も同様である。その場合は、記録速度に応じてＧＯＰを構成するフレーム数、フレーム構成、間引き、連続記録保証単位、ビットレート、画素数などのパラメータが設定されることになる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の超音波診断装置によれば、ネットワークでの伝送速度が遅い場合やストレージデバイスでの記録速度が遅い場合でも、動画像のフレーム消失による不都合を最小限に抑え、診断の妨げにならないよう圧縮・符号化して伝送したり記録したりすることができ、遠隔地での超音波動画像による診断やストレージデバイスからの再生動画像による診断の能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図。
【図２】同実施形態での動作を説明するためのタイムチャート。
【図３】伝送速度が高い場合の動作を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１０ 超音波診断装置の本体部
１１ 超音波送受信部
１２ 信号処理部
１３ ＤＳＣ処理部
１４ ＭＰＥＧ２エンコーダ
１５ 心拍計測部
１６ エンコード設定処理部
１７、３１ ネットワークアダプタ
２１ 超音波プローブ
２２ 生体信号検出器
３０ 超音波診断装置のリモート部
３２ ＭＰＥＧ２デコーダ
３３ 表示処理部
３４ エンコード設定判定部
３５ 伝送速度測定部
４１ モニター装置
４２ キーボード
５０ ネットワーク

Claims (3)

1. 超音波プローブと、該超音波プローブを介して超音波の送信および受信を行う超音波送受信部と、該受信超音波信号を処理して超音波画像を構成する信号処理部と、該信号処理部から順次得られた超音波動画像を圧縮・符号化するエンコード手段と、該エンコード手段における、圧縮の単位となるフレーム群について、群を構成するフレーム数、フレーム構成、間引き、連続伝送保証単位、ビットレート、画素数の各パラメータの少なくとも１つを設定するエンコード設定手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 超音波動画像の符号化データの出力先の伝送速度を計測する手段と、計測された速度に応じてエンコードの設定パラメータを制御する手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 超音波動画像を撮影する対象の動きを表す生体信号を検出する検出手段と、該生体信号に基づき該撮影対象の少なくとも１周期分の動画像が欠けることなく連続的にエンコードされるようエンコードの設定パラメータを制御する手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

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