JP2010184117A - 超音波診断装置および超音波診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バックエンド部におけるコストの低減を図りつつ、画質向上及び柔軟な拡張性を備える超音波診断装置等を提供する。
【解決手段】音線データに対して、(１)断層像または血流像、(２)同一音線位置における断層像または血流像の時間変移像、(３)ドプラスペクトラム像、(４)断層像又は血流像に係るボリュームデータによって表現される対象物の３次元表現画像、(５)断層像又は血流像に係るボリュームデータによって表現される対象物を平面で切断した断面画像のうち少なくとも二種以上の表示データを生成する２次元描画モジュール５５と、音線データ又はボリュームデータを記憶するシネメモリ５３と、シネメモリの記憶領域を管理するシネメモリ管理モジュール５２とを備え、シネメモリ管理モジュール５２は、生成される表示データの種類に応じて、表示データの生成に必要なメモリ量の記憶領域を確保する。
【選択図】図８

Description

本発明は、超音波診断装置の探触子を介して得られたエコー信号に対する信号処理技術に関し、特に上記エコー信号に基づいて生成された音線データに関するデータ処理技術及び音線データから表示用データへのデータ変換技術に関する。

非侵襲かつリアルタイムで被検体の観測が可能である超音波診断装置は、医療分野においては欠かせない存在になりつつある。最近は、より一層高機能化が図られる一方、低コスト化のための検討がなされている。

低コスト化のための検討例としては、超音波診断装置における音線データを生成する信号処理部を、パーソナルコンピュータ等で実行可能なソフトウェアによって実現する超音波診断装置が提案されている（例えば、特許文献1参照）。

図１０は、従来の超音波診断装置１００の機能構成を示すブロック図である。図１０に示されるように、超音波診断装置１００は、全体制御部７１、信号処理部７２、音線データ管理部７３、音線データ記憶部７４、２次元表示制御部７５、表示部７６、３次元表示制御部７７及び３次元データ記憶部７８を備えている。

全体制御部７１は、超音波診断装置１００の全体の動作を制御する機能単位であり、例えばＲＯＭやＲＡＭを備えるマイクロコンピュータである。

信号処理部７２は、探触子を介して受信したエコー信号に対して整相加算およびフィルタ処理を行って、断層情報を表す音線データを生成する。

音線データ管理部７３は、信号処理部７２において生成された音線データについて音線データ記憶部７４への書き込み／読み出しを制御すると共に、生成された音線データを２次元表示制御部７５に送信する。

音線データ記憶部７４は、音線データ管理部７３の指示によって音線データを記憶する記憶装置であり、例えばＲＡＭである。

２次元表示制御部７５は、音線データ管理部７３から送信された音線データを受信し、この音線データに対して２次元座標変換処理および補間処理を行って表示データを生成する。さらに、２次元表示制御部７５は、生成した表示データを表示部７６及び３次元表示制御部７７に送信する。

表示部７６は、２次元表示制御部７５又は３次元表示制御部７７から出力された表示データに基づいて、断層像等をモニタ（例えば、ＣＲＴ：図示せず。）に表示する。

３次元表示制御部７７は、２次元表示制御部７５から送信された表示データを取り込み、ボリュームデータの生成およびボリュームデータを表現する画像（以下「３次元画像」と記す。）データの生成を行う。

３次元データ記憶部７８は、例えばＲＡＭであり、３次元表示制御部７７において生成されたボリュームデータを記憶する。

次に、超音波診断装置１００における動作を代表的な動作モード毎に分類して説明する。さらに、各動作モードについては、ライブモードとシネモードの２つのモードに分けて説明する。ここで、「ライブモード」とは、探触子を介して受信したエコー信号から音線データを生成（さらに、この生成された音線データを音線データ記憶部７４に格納する。）して断層像等の表示をリアルタイムで行うモードをいい、「シネモード」とは、上記ライブモードにおいて格納された音線データを音線データ記憶部７４から読み出して断層像等の表示を行うモードをいう。

（Ｂモード）
Ｂモードは、反射波の強さを輝度で表示するモードである。

Ｂモードのライブモードでは、探触子から受信したエコー信号を処理してリアルタイムでＢモード像を表示部７６に表示する。

Ｂモードにおけるライブモードの動作は、以下の通りである。

探触子を介して受信したエコー信号に対して、信号処理部７２において整相加算およびフィルタ処理を施して、断層情報を表す音線データを生成する。生成された音線データは、音線データ管理部７３を介して音線データ記憶部７４に記憶されると共に、２次元表示制御部７５に送信される。

２次元表示制御部７５は、音線データに対して２次元座標変換処理および補間処理を施してＢモード像を表示させるための表示データを生成し、表示部７６に送信する。表示部７６は、２次元表示制御部７５から受信した表示データに基づいてＢモード像を表示する。

一方、Ｂモードにおけるシネモードでは、上記ライブモードにおいて記憶された音線データを音線データ記憶部７４から読み出し、上記ライブモードの場合と同様に、Ｂモード像を表示部７６に表示する。

Ｂモードのシネモードの動作は、以下の通りである。

音線データ管理部７３は、音線データ記憶部７４に記憶された音線データを読み出して２次元表示制御部７５に送信する。なお、２次元表示制御部７５および表示部７６の動作は、上記Ｂモードにおけるライブモードと同様である。

（カラーモード）
カラーモードは、血流像（血流速の高低を複数の色で表した断層画像）を表示するモード（「カラーフローモード」ともいう。）である。そのライブモードでは、探触子から受信したエコー信号を処理してリアルタイムに血流像（「カラーモード像」ともいう。）を生成し、これを表示部７６に表示する。

カラーモードにおけるライブモードの動作は、以下の通りである。

探触子を介して受信したエコー信号に対して、信号処理部７２において整相加算およびフィルタ処理、周波数解析処理を施して、血流情報を表す音線データを生成する。生成された音線データは、音線データ管理部７３を介して音線データ記憶部７４に記憶されると共に、２次元表示制御部７５に送信される。

２次元表示制御部７５は、音線データに対して２次元座標変換処理および補間処理を施してカラーモード像を表示させるための表示データを生成し、この表示データを表示部７６に送信する。

一方、カラーモードのシネモードでは、上記ライブモードで記憶された音線データを読み出し、上記ライブモードと同様に、生成した表示データに基づいてカラーモード像を表示部７６に表示する。

カラーモードにおけるシネモードの動作は、以下の通りである。

最初に、音線データ管理部７３は、音線データ記憶部７４に記憶されている音線データ
を読み出して２次元表示制御部７５に送信する。ここで、２次元表示制御部７５および表示部７６の動作は、上記ライブモードの場合と同様である。

なお、カラーモード時は、同時にＢモードにおける処理も並行して実行し、カラーモード像をＢモード像に重畳して表示するのが一般的である。

（Ｍモード）
Ｍモードは、同一音線位置における断層情報の時間変移像を表示部７６に表示するモードである。

Ｍモードにおけるライブモードでは、探触子から受信したエコー信号を処理してリアルタイムにＭモード像を生成し、このＭモード像を表示部７６に表示する。

Ｍモードにおけるライブモードの動作は、以下の通りである。

最初に、探触子を介して受信したエコー信号に対し、信号処理部７２において整相加算およびフィルタ処理を施して音線データを生成する。

次に、生成された音線データは、音線データ管理部７３を介して音線データ記憶部７４に記憶されると共に、２次元表示制御部７５に送信される。

２次元表示制御部７５は、音線データに対して、２次元座標変換処理および補間処理を施してＭモード像を表示させるための表示データ、即ち同一音線位置における断層音線情報を時系列の順に並べた表示データを生成し、表示部７６に送信する。表示部７６は、生成された表示データに基づいてＭモード像の表示を行う。

一方、Ｍモードにおけるシネモードでは、上記ライブモードにおいて記憶された音線データを読み出して表示データを生成して表示部７６に送信する。表示部７６は、受信した表示データに基づいてＭモード像を表示する。

Ｍモードにおけるシネモードの動作は、以下の通りである。

最初に、音線データ管理部７３は、音線データ記憶部７４に記憶された音線データを読み出して２次元表示制御部７５に送信する。

なお、２次元表示制御部７５及び表示部７６の動作は、上記Ｍモードにおけるライブモードと同様である。

（カラーＭモード）
カラーＭモードは、同一音線位置における血流情報の時間変移像を表示するモードである。カラーＭモードにおけるライブモードでは、探触子から受信したエコー信号を処理してリアルタイムにカラーＭモード像を表示部７６に表示する。

カラーＭモードにおけるライブモードの動作は、以下の通りである。

最初に、探触子を介して受信したエコー信号に対して信号処理部７２において整相加算およびフィルタ処理、周波数解析処理を施し、血流情報を表す音線データを生成する。

生成された音線データは、音線データ管理部７３を介して音線データ記憶部７４に記憶されると共に、２次元表示制御部７５に送信される。

２次元表示制御部７５は、音線データに対して２次元座標変換処理および補間処理を施してカラーＭモード像を表示させるための表示データ、すなわち同一音線位置における血流音線情報を時系列の順に並べた表示データを生成し、表示部７６に送信する。

一方、カラーＭモードにおけるシネモードでは、上記ライブモードで記憶された音線データを読み出して表示データを生成し、この表示データに基づいてカラーＭモード像を表
示部７６に表示する。

カラーＭモードにおけるシネモードの動作は、以下の通りである。

最初に、音線データ記憶部７４に記憶された血流情報を表す音線データを音線データ管理部７３が読み出して２次元表示制御部７５に送信する。

なお、２次元表示制御部７５及び表示部７６の動作は、上記ライブモードの場合と同様である。なお、カラーＭモード時は、同時にＭモードの処理も並行して実行し、表示部７６においては、カラーＭモード像をＭモード像に重畳して表示するのが一般的である。

（ドプラモード）
ドプラモードは、同一音線位置におけるドプラスペクトラムの時間変移像を表示するモードである。

ドプラモードのライブモードでは、探触子から受信したエコー信号を処理してリアルタイムにドプラモード像を表示部７６に表示する。

ドプラモードにおけるライブモードの動作は、以下の通りである。

最初に、探触子を介して受信した信号に対し、信号処理部７２において整相加算およびフィルタ処理、フーリエ解析処理を施し、ドプラスペクトラム情報を表す音線データを生成する。

次に、生成された音線データは、音線データ管理部７３を通じて音線データ記憶部７４に記憶されると共に、２次元表示制御部７５に送信される。

２次元表示制御部７５は、音線データに対して２次元座標変換処理および補間処理を施してドプラモード像を表示させるための表示データ、即ち同一音線位置におけるドプラスペクトラム音線情報を時系列の順に並べた表示データを生成し、表示部７６に送信する。

一方、ドプラモードにおけるシネモードでは、上記ライブモードで記憶された音線データを読み出して表示データを生成し、この表示データに基づくドプラモード像を表示部７６に表示する。

ドプラモードにおけるシネモードの動作は、以下の通りである。

音線データ記憶部７４に記憶されたドプラスペクトラム情報を表す音線データを音線データ管理部７３が読み出して２次元表示制御部７５に送信する。なお、２次元表示制御部７５及び表示部７６の動作は、上記ドプラモードにおけるライブモードと同様である。

（３Ｄライブモード）
３Ｄライブモードは、３Ｄ探触子から受信したエコー信号のリアルタイムな処理による断層像の生成と、ボリュームデータセットとなる複数の断層像群を用いたボリューム生成とレンダリング処理による３次元画像の生成とを同時に行い、断層像と３次元画像を同時に表示部７６に表示するモードである。

３Ｄライブモードの動作は、以下の通りである。

探触子を介して受信したエコー信号に対し、信号処理部７２において整相加算およびフィルタ処理を施して音線データを生成する。生成された音線データは、音線データ管理部７３を通じて２次元表示制御部７５に送信される。

２次元表示制御部７５は、音線データから２次元座標変換処理および補間処理を行って表示データを生成し、表示部７６および３次元表示制御部７７に表示データを送信する。

３次元表示制御部７７は、表示データを取り込み、３次元データ記憶部７８上にてボリュームデータを生成する。この後、３次元表示制御部７７は、ボリュームレンダリングにより３次元画像データを生成して表示部７６に送信する。

最後に、表示部７６において、断層像および３次元画像データが同時に表示される。

（ＭＰＲ(Multi Planner Reconstruction)モード）
ＭＰＲモードは、３Ｄライブモードで生成した３次元データ記憶部７８上のボリュームデータを任意の視点から３次元画像として、または断面画像として観察する表示モードである。

ＭＰＲモードにおける動作は、以下の通りである。

最初に、３次元データ記憶部７８上のボリュームデータを用いて、全体制御部７１から与えられる視線方向に基づいて３次元表示制御部７７がボリュームレンダリングを行い、３次元画像データを生成して表示部７６に引き渡す。

次に、３次元データ記憶部７８上のボリュームデータを用いて、全体制御部７１から与えられる所定の平面でボリュームを切断した断面画像データを３次元表示制御部７７が生成し、表示部７６に送信する。

最後に、表示部７６において、３次元画像データ及び断面画像データに基づいた表示がなされる。

なお、詳細な説明は省略するが、ＭＰＲモードでは、ボリュームデータの一部を削除する操作も可能であり、そのときは削除された部分以外のボリュームデータに対して３次元画像や断面画像の生成と表示を行う。

特開平１１−３２９号公報

従来の超音波診断装置の構成をおおまかに分割すると、探触子から受信したエコー信号に対して整相加算およびフィルタ処理を施して音線データを生成する信号処理部、信号処理部から出力される音線データを記憶し、この音線データを読み出して表示を行うバックエンド部の二つに分割できる。

図１０において、バックエンド部に含まれる機能単位は、音線データ管理部７３、音線データ記憶部７４、２次元表示制御部７５、表示部７６、３次元表示制御部７７及び３次元データ記憶部７８である。

以下、従来の超音波診断装置１００におけるバックエンド部７９における課題を具体的に説明する。

超音波診断装置１００が出力する２次元断層像の画質には、信号処理部の処理アルゴリズムだけでなくバックエンド部おける処理アルゴリズムも大きく影響する。特に、音線データから表示データに変換する過程において必要となる座標変換における補間処理やフレーム補間処理は、断層像等の画質に大きく影響する。

例えば、２次元表示制御部７５では、超音波診断装置に接続される探触子の物理形状に基づいて表示部７６における表示領域への座標変換が必要となるが、コンベックス探触子又はセクタ探触子等では、極−直交座標変換を必要とする。この座標変換の際、元データとなる音線データは直交座標の格子上にのらない。このため、直交座標上の表示データを補間処理によって求める必要がでてくる。

この補間処理アルゴリズムには、線形補間法やアップサンプリングフィルタ法など様々な補間法が存在するが、それぞれ長所、短所をもっている。

線形補間法の場合は演算コストを必要としないが、画質的にはあまり良好でなく、アップサンプリングフィルタ法では、フィルタタップ数に応じて演算コストが増加するが線形補間法より画質が向上するといった具合である。

従って、装置のハードウェアリソースの範囲内でこれを有効に活用して可能な限り良い画質を実現するには、探触子の物理形状および信号処理部から出力される断層データのフレームレートなどに応じて、補間処理アルゴリズムを動的に変更可能にすることで断層像の画質の最適化を行うべきである。しかし、従来の構成ではこういった機能は固定処理を実行する機能ブロックとして実装されており、上記のような処理を行うことは困難である。

超音波診断装置が出力する３次元画像の画質についても２次元断層像の画質のときと同様に、バックエンド部おける処理アルゴリズムが大きく影響する。３次元画像生成処理はボリューム生成と生成したボリュームをレンダリングする二つの過程を必要とする。この生成処理やレンダリング処理については、３次元表示制御部７７で行っている。

ボリューム生成については２次元断層像の画質時に述べたものと同様の課題であるので説明を省略する。

ボリュームレンダリング処理は、非常に大容量のボリュームについて演算処理を行うため、常に画質に関わるレンダリングアルゴリズムと処理時間との兼ね合いが必要不可欠である。

もう一つの課題として、従来の超音波診断装置のバックエンド部における機能ブロック分割が挙げられる。

図１１は、音線データ管理部７３、音線データ記憶部７４のより詳細な機能構成を示す図である。

図１１に示されるように、各動作モード用に別個の機能ブロックが用意されており、音線データ管理部７３は、Ｂモード音線データ管理部７３ａ、カラーモード音線データ管理部７３ｂ、Ｍモード音線データ管理部７３ｃ、カラーＭモード音線データ管理部７３ｄ、ドプラモード音線データ管理部７３ｅを備え、音線データ記憶部７４は、Ｂモード音線データ記憶部７４ａ、カラーモード音線データ記憶部７４ｂ、Ｍモード音線データ記憶部７４ｃ、カラーＭモード音線データ記憶部７４ｄ、ドプラモード音線データ記憶部７４ｅを備える。

ここで、Ｂモードの場合を考えると、音線データ記憶部７４に含まれるブロックのうち、Ｂモード音線データ記憶部７４ａだけが使用され、その他のブロックは使用されない。

また、カラーモードでは、Ｂモード音線データ記憶部７４ａとカラーモード音線データ記憶部７４ｂの２ブロックだけが使用される。その他の動作モードについても同様である。

また、音線データ記憶部７４の利用状況だけでなく、超音波診断装置の動作モードによっては３次元データ記憶部７８の利用状況も異なる。例えば、Ｂモード像のみを表示する場合は、３次元データ記憶部７８はまったく利用されないことになる。

さらに、２次元表示制御部７５、３次元表示制御部７７における座標変換は本質的には同様のものであるが、現状では別の機能ブロックとして実装されている。

このように、従来の超音波診断装置のバックエンド部の機能ブロック分割では、非常に無駄が多く、結果としてコストが増大する大きな要因となっている。

上記の特許文献１では、パーソナルコンピュータと信号処理を実行するソフトウェアとから構成される超音波診断装置が記述されている。さらに、特許文献１では、上記超音波装置において、ＣＰＵ性能を向上させたより高性能なＣＰＵに置き換えるだけで信号処理の高速化を図ることができることや、ソフトウェアをオブジェクト指向で実装しマルチタスク処理することにより複数の機能モジュールを多重処理し得ることについて述べられている。

しかし、上記の課題は解決されておらず、ソフトウェアで超音波診断装置を構成することによる利点を活かしきれていない。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、バックエンド部におけるコストの低減を図りつつ、画質向上及び柔軟な拡張性を備える超音波診断装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、探触子を介して得られた超音波のエコー信号に基づいて音線データを生成する音線データ生成手段と、前記生成された音線データに対して、(１)断層像または血流像、(２)同一音線位置における断層像または血流像の時間変移像、(３)ドプラスペクトラム像、(４)断層像又は血流像に係るボリュームデータによって表現される対象物の３次元表現画像、(５)断層像又は血流像に係るボリュームデータによって表現される対象物を平面で切断した断面画像のうち少なくとも二種以上の表示データを生成する表示データ生成手段と、前記生成された表示データに基づいて被検体内の状態を表現する画像を表示する表示手段と、前記音線データ又は前記ボリュームデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶領域を管理する記憶領域管理手段とを備え、前記記憶領域管理手段は、前記表示データ生成手段によって生成される表示データの種類に応じて、前記表示データの生成に必要なメモリ量の記憶領域を確保することを特徴とする。

これにより、従来の超音波診断装置におけるバックエンド部の機能を、リソースを有効に活用しつつ実現することが可能となるため、装置の低コスト化を実現すると共にリソースの許す限り高画質な画像を得ることが可能になる。

さらに、本発明は、上記超音波診断装置や上記断層画像処理装置の特徴的な機能構成をステップとする超音波診断方法や断層画像処理方法として実現したり、それらの方法のステップをすべて含むプログラムとして実現することもできる。そして、そのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。

以上のように、本発明により、音線データの単位時間当たりの生成量又は表示ステップに表示される被検体内の状態を表現する画像の単位時間当たりの表示フレーム数に応じて
、被検体内の状態を表現する画像の画質を変更し、リソースを有効に活用してリソースの許す限り高画質な画像を得ることができる。

具体的には、２次元ＤＳＣ処理における補間アルゴリズムや、フレーム残像処理の要否や重み付け加算の割合、フレーム補間処理の要否や生成するフレーム数を、柔軟に変更することにより、高画質化を実現できる。

また、３次元画像の画質についても、３次元ＤＳＣ処理の補間アルゴリズムや、ボリュームレンダリングのサンプルピッチ、補間アルゴリズム、レンダリングアルゴリズムを、柔軟に変更することにより、高画質化を実現できる。

最後に、超音波診断装置のバックエンド部における機能ブロック分割については、２次元ＤＳＣ処理および３次元ＤＳＣ処理ともにホストプロセッサにて実施される。また、超音波診断装置の動作モードによって異なる音線データの管理およびボリュームデータの管理についてもホストプロセッサおよびその主記憶上で行うため、機能的にも簡素でかつ低コストなシステムの構築が可能となる。

以上により、本発明の実用的効果は大きいと考える。

本発明に係る超音波診断装置の外観図である。 実施の形態１及び実施の形態２における超音波診断装置の構成概略図である。 実施の形態１におけるバックエンド部のソフトウェア機能の概略図である。 実施の形態１におけるバックエンド部の動作の流れを示す全体フローである。 実施の形態１おける２次元描画モジュールのＢモードにおけるフローチャートである。 （ａ）は、最近傍補間法を用いて補間を行う場合の補間の概要を示す図である。（ｂ）は、線形補間法を用いて補間を行う場合の補間の概要を示す図である。（ｃ）は、アップサンプリングフィルタ法を用いて補間を行う場合の補間の概要を示す図である。 実施の形態１おける２次元描画モジュールのＭモードにおける動作の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２におけるバックエンド部のソフトウェア機能の概略図である。 実施の形態２おける３次元処理モジュールの処理の流れを示すフローチャートである。 従来の超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。 従来の音線データ管理部及び音線データ記憶部の機能構成図である。

以下、本発明に係る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。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る超音波診断装置１０の外観図である。また、図２は、本実施の形態における超音波診断装置１０の機能構成を示すブロック図である。図２に示されるように、超音波診断装置１０は、信号処理部１１、全体制御部１２、ホストメモリ１３、表示部１４及び入力部１６を備えている。なお、上記全体制御部１２、ホストメモリ１３及び表示部１４はバックエンド部１５を構成する。

ここで、「バックエンド部」とは、生成された音線データに対して画像処理を施す機能単位をいう（この場合、探触子を介して得られたエコー信号に基づいて音線データを生成するまでの機能単位を「フロントエンド部」という。）。

信号処理部１１は、探触子から受信したエコー信号に対して整相加算およびフィルタ処理を施して音線データを生成する。

全体制御部１２は、超音波診断装置１０全体を制御する機能単位であり、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ等を備えるマイクロコンピュータである。この場合、バックエンド部１５の各機能は、全体制御部１２で実行される制御プログラムに基づいて実行される。また、この場合、ホストメモリ１３は、マイクロコンピュータの主記憶又はその一部であってもよい。

さらに、全体制御部１２は、音線データに対して座標変換処理、補間処理、フレーム補間処理、フレーム残像処理、表示色変換処理等を行って表示データに変換する「音線データ−表示データ変換処理」を行うと共に、信号処理部１１から出力される音線データをホストメモリ１３に記憶する。

ホストメモリ１３は、全体制御部１２の指示により、信号処理部１１から出力される音線データを記憶する。さらに、ホストメモリ１３は、全体制御部１２において実行される「音線データ−表示データ変換処理」に必要となるワークエリアを提供する。入力部１６は、ユーザからの操作を受け付ける機能単位であり、例えばキーボードやスイッチ等である。

なお、図２に示す超音波診断装置１０は、一般的なパーソナルコンピュータの拡張スロットに、信号処理部１１を実現した拡張カードを増設する形態で構成してもよい。

図３は、上記図２におけるバックエンド部１５の機能を実現するソフトウェア構成を示すブロック図である。図３に示すように、バックエンド部１５は、Ｉ／Ｏモジュール２１、シネメモリ管理モジュール２２、再生モジュール２４、２次元描画モジュール２５の各ソフトウェア機能を備える（上記Ｉ／Ｏモジュール２１〜２次元描画モジュール２５の各機能については、各種表示モードと対応づけながら後述する。）。この場合、シネメモリ管理モジュール２２は、シネメモリ２３に対して音線データの書き込み／読み出しを行う。

次に、上記図２のバックエンド部１５の動作について、超音波診断装置１０の表示モードと関連させながら説明する。図４は、バックエンド部１５の動作の流れを示す全体フローである。

最初に、全体制御部１２は、ユーザから表示モードの設定がなされているか否かを確認し、設定がなされている場合は（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、その設定に応じて（Ｓ３０２）、Ｂモード表示処理（Ｓ３０３）、カラーモード表示処理（Ｓ３０４）、Ｍモード表示処理（Ｓ３０５）、からーＭモード表示処理（Ｓ３０６）及びドプラモード表示処理（Ｓ３０７）のうち、何れかの処理を超音波診断装置１０による診断が終了するまで繰り返す（Ｓ３０１〜Ｓ３０８）。

以下、バックエンド部１５における各表示モード（さらに、ライブモードおよびシネモード）の機能及び動作について説明する。

（Ｂモード）
Ｂモードにおけるライブモードでの動作は、以下の通りである。

Ｉ／Ｏモジュール２１は、信号処理部１１から音線データを取得し、シネメモリ管理モジュール２２を介してホストメモリ１３内のシネメモリ２３に音線データを記憶する。さらに、Ｉ／Ｏモジュール２１は、Ｂモード像のフレームを構成する音線データのグルーピングを行い、フレーム単位で２次元描画モジュール２５に音線データを渡す。

シネメモリ管理モジュール２２は、動作モードに応じたシネメモリをホストメモリ１３上に確保することと、確保したシネメモリ２３に対する入出力操作を実施するモジュールである。

２次元描画モジュール２５は、周期的に起動され、Ｉ／Ｏモジュール２１から渡された音線データに対して２次元ＤＳＣ(Digital Scan Convert)処理を行って表示データに変換して表示部１４に送信する。

ここで、「２次元ＤＳＣ処理」とは、座標変換処理、補間処理、フレーム補間処理、フレーム残像処理、表示色変換処理などの処理から成る、断層画像を生成するための一連の処理をいう。

最後に表示部１４は、２次元描画モジュール２５から受信した表示データに基づいてディスプレイにＢモード像を表示する。

一方、Ｂモードにおけるシネモードでの動作は、以下の通りである。

再生モジュール２４は、シネメモリ管理モジュール２２を介して、ライブモード時にシネメモリ２３に記憶された音線データを読み出す。そして、再生モジュール２４は、Ｂモ
ード像のフレームを構成する音線データのグルーピングを行い、フレーム単位で２次元描画モジュール２５に音線データを渡す。

この再生モジュール２４は、周期的に起動され、この起動周期を可変にすることでＢモード像の再生速度を任意に変更することが可能となる。

２次元描画モジュール２５及び表示部１４の動作は、上記Ｂモードにおけるライブモードと同様である。

なお、２次元描画モジュール２５は、上述したように、信号処理部１１から出力される音線データの取得レート（フレームレート）や２次元描画モジュール２５自身が表示データを表示部１４に送信する表示レートに応じて、補間処理のアルゴリズムやフレーム補間処理の動作などを柔軟に変更可能である。ここで、２次元描画モジュール２５の動作について、フローチャートを用いてより詳細に説明する。

図５は、Ｂモード表示モードにおける２次元描画モジュール２５の動作の流れを示すフローチャートである。

まず、２次元描画モジュール２５は、周期的にＢモード像のフレームを構成する音線データを読み込む（Ｓ４０１）。なおここで、図示はしていないが、信号処理部１１の生成する音線データのフレームレートが低い場合には、音線データが渡される間隔が長くなるため、これに合わせて音線データを読み込むレートを下げる(間隔を長くする)こともできる。結果として、表示部１４における表示データの更新レート(単位時間当たりの表示フ
レーム数)を下げ、全体制御部１２に係る２次元描画モジュール２５の負荷を低下させる
ことができる。

次に、２次元描画モジュール２５は、探触子の物理構造および音線データのスキャン方法を調べ、これらに適する座標変換アルゴリズムを選択する（Ｓ４０２）。例えば、セクタ・コンベックス型探触子の場合は「極−直交座標変換処理」、リニア型探触子の場合は「直交−直交座標変換処理」を選択する。

次に、２次元描画モジュール２５は、表示部１４における表示データの更新レートに基づいて、２次元ＤＳＣ処理のための補間アルゴリズムを選択する（Ｓ４０３）。補間アルゴリズムの選択を行う際の基準としては、選択候補となる補間アルゴリズムの処理周期が表示データの更新周期以下であるようにし、これに全体制御部１２におけるＣＰＵ占有率を考慮する。そして、この選択条件を満たす補間アルゴリズムのうち、最も高画質となる補間アルゴリズムを選択する。

上述したように、表示データの更新レートは、音線データのフレームレートに応じて決定することもできるので、補間アルゴリズムは音線データのフレームレートに応じて選択すると考えることもできる。

補間アルゴリズムとしては、例えば、最近傍補間法、線形補間法、アップサンプリングフィルタ法などがあるが、その他の補間方法を利用してもよい。

因みに、各補間アルゴリズムの処理時間を比較すると、
最近傍補間法 ＜ 線形補間法 ＜ アップサンプリングフィルタ法 (１)
という関係となり、アップサンプリングフィルタ法が最も高画質であるが、反面処理の負荷が最も大きくなる。ここで、上記の各補間方法の概要について説明する。

図６（ａ）〜（ｃ）は、上記の各補間方法によって補間を行う場合の各補間の概要を説明するための図である。なお、図６（ａ）〜（ｃ）では、補間の対象として、任意の位置（便宜上、ここでは、任意のｘ座標における位置とする。）の輝度の値を補間する例が示されている。また、上記図６（ａ）〜（ｃ）における黒点"●"は、補間処理を行う際に使用するデータ（元データ）を表す。

図６（ａ）は、最近傍補間法を用いて補間を行う場合、図６（ｂ）は、線形補間法を用いて補間を行う場合、図６（ｃ）は、最アップサンプリングフィルタ法を用いて補間を行う場合の、それぞれの補間の概要を示している。図６（ａ）に示す最近傍補間法を用いた場合は、Ｐ1の位置で輝度が急激に変化するため、画像としては滑らかさの欠けた不連続な画像となる。また、図６（ｂ）に示す線形傍補間法を用いた場合は、Ｐ2の付近では比較的滑らかな画像が得られるが、Ｐ3の位置では、いわゆるエッジが立った画像となる。さらに、図６（ｃ）に示すアップサンプリングフィルタ法を用いた場合は、連続性のある滑らかな補間を行うため、全体的に違和感のない自然な画像が得られる。

そして、２次元描画モジュール２５は、選択された座標変換アルゴリズム及び補間アルゴリズムを用いて、２次元ＤＳＣ処理を実行し、表示データを生成する（Ｓ４０４ａ、４０４ｂ又は４０４ｃ）。

次に、２次元描画モジュール２５は、表示データの残像処理を施す（Ｓ４０５）。この残像処理とは、現在のＢモード像データと過去のＢモード像データとを重み付け加算すること（ＩＩＲフィルタ処理）をいい、単一フレームのみに発生するスパイクノイズを低減させる効果があり、見た目においてもざらつき感の少ない画像が得られる。

但し、表示部１４における表示データの更新レートが低い場合は、長い期間のＢモード像中の動きが重なって表示されてしまい、却って対象物の視認性を低下させる場合がある。よって、２次元描画モジュール２５は、表示部１４における表示データの更新レートに応じて、残像処理の要否と、残像処理を施す場合は重み付け加算の割合を決定する。

さらに、２次元描画モジュール２５は、現在のＢモード像データと過去のＢモード像データの間のＢモード像データをフレーム補間を用いて新たに生成する（Ｓ４０６）。このフレーム補間は、表示部１４における表示データの更新レートが低い場合、表示されるＢモード像がコマ送り状の表示になるのを抑制し、スムーズに見せる効果がある。よって、２次元描画モジュール２５は、表示部１４における表示データの更新レートに応じて、フレーム補間の要否の選択と、フレーム補間を行う場合は補間して生成するフレーム数の決定を行う。

ここで、フレーム残像処理及びフレーム補間処理において、表示データの更新レートに応じて決定するということは、音線データのフレームレートに応じて決定すると考えることもできることは、上記の補間アルゴリズムの場合と同様である。

最後に、２次元描画モジュール２５は、表示色変換処理を行う（Ｓ４０７）。表示色変換処理では、表示部１４に接続されるディスプレイの表示特性と整合させるガンマ補正又は、Ｂモード像のコントラスト改善、カラーマップの適用などを行う。そして、表示データ（Ｂモード像）を表示部１４に転送する（Ｓ４０８）。

本超音波診断装置１０における診断を継続する間、以上の処理を繰り返す（Ｓ４０１〜Ｓ４０９）。

なお、以上では座標変換処理後にフレーム補間処理とフレーム残像処理とを行う場合について説明したが、これらの処理は座標変換処理前の音線データに対して実行することもできる。詳細な説明は省略する。

ここで、探触子による超音波エコーの送受信について考察すると、探触子から送信された超音波エコーが被検体内で反射し探触子によって受信されるまでには、超音波エコーが被検体内を伝達する速度と被検体内で反射した部位の深さに応じた時間がかかる。すなわ
ち、１本の音線データ当たり、被検体内をスキャンする深さに応じた時間がかかる。

そして、１フレーム分をスキャンするには、１フレームを構成する音線データの本数分だけの時間がかかることになり、１フレームを構成する音線データの本数は、フレームの幅と音線データの密度によって決まる。

以上より、上記の補間アルゴリズムの選択（Ｓ４０３）、フレーム残像処理の要否や重み付け加算の割合の決定（Ｓ４０５）、フレーム補間処理の要否や生成するフレーム数の決定（Ｓ４０６）は、被検体をスキャンする際の深さ及び幅及び密度によるとみなすこともできる。

上記の処理において、補間アルゴリズムの選択（Ｓ４０３）、フレーム残像処理の要否の決定（Ｓ４０５）、フレーム補間処理の要否や生成するフレーム数の決定（Ｓ４０６）は、それぞれ単独に行うだけでなく、連携して動作させてもよい。即ち、これらの機能をすべて単一のプロセッサで実行しなければならない場合において、断層データのフレームレートが非常に早いため、表示データの更新レートを早くしなければならないときは、補間アルゴリズムとして最近傍補間法を選択することが考えられるが、フレーム残像処理やフレーム補間処理を実行すると全体制御部１２の処理性能が不足する場合も考えられる。このような場合には、フレーム残像処理やフレーム補間処理を省略したり、フレーム補間処理で生成するフレーム数を減少させることとする。

（カラーモード）
カラーモードのライブモードの動作は、以下の通りである。

Ｉ／Ｏモジュール２１は、信号処理部１１から血流情報を表す音線データを取得し、シネメモリ管理モジュール２２を用いてシネメモリ２３に音線データを記憶する。そして、カラーモード像のフレームを構成する音線データのグルーピングを行い、フレーム単位で２次元描画モジュール２５に音線データを渡す。

２次元描画モジュール２５は、周期的に起動され、Ｉ／Ｏモジュール２１から渡された音線データに対して２次元ＤＳＣ処理を行って表示データに変換して表示部１４に送信する。

カラーモードにおける２次元ＤＳＣ処理には、座標変換処理、補間処理、フレーム補間処理、フレーム残像処理及び表示色変換処理などの処理が含まれる。

最後に、表示部１４は、ディスプレイにカラーモード像を表示する。

また、カラーモードのシネモードの動作は、以下の通りである。

再生モジュール２４は、シネメモリ管理モジュール２２を用いてシネメモリ２３にライブモード時に記憶された血流情報を表す音線データを読み出す。そして、カラーモード像のフレームを構成する音線データのグルーピングを行い、フレーム単位で２次元描画モジュール２５に音線データを渡す。

この再生モジュール２４は、周期的に起動され、この起動周期を可変にすることでカラーモード像の再生速度を任意に変更することが可能となる。

２次元描画モジュール２５及び表示部１４の動作は、上記カラーモードにおけるライブモードと同様である。

なお、カラーモード時は、同時にＢモードの処理を行い、表示部１４においてカラーモード像をＢモード像に重畳して表示するのが一般的である。

ここで、２次元描画モジュール２５が、信号処理部１１から出力される血流情報を表す
音線データの取得レート（フレームレート）や２次元描画モジュール２５自身が表示データを表示部１４に送信する表示レートに応じて、補間処理のアルゴリズムやフレーム補間処理の動作などを柔軟に変更できることは、Ｂモードと同様である。

（Ｍモード）
Ｍモードにおけるライブモードの動作は、以下の通りである。

Ｉ／Ｏモジュール２１は、信号処理部１１から同一音線位置の断層情報を表す音線データを取得し、シネメモリ管理モジュール２２を用いてシネメモリ２３に音線データを記憶する。そして、音線データを２次元描画モジュールに渡す。

２次元描画モジュール２５は、このモードでは１画面分の音線データのための領域を固定的に保持している。

２次元描画モジュール２５は、周期的に起動され、保持している音線データ領域において、前回の書き込み領域の次の領域にＩ／Ｏモジュールから渡された音線データを書き込む。そして、保持している音線データに対して２次元ＤＳＣ処理を行って表示データに変換した後に、表示部１４に転送する。

Ｍモードにおける２次元ＤＳＣ処理には、座標変換処理、補間処理、表示色変換処理などの処理が含まれる。最後に、表示部１４はディスプレイにＭモード像を表示する。

一方、Ｍモードにおけるシネモードの動作は、以下の通りである。

再生モジュール２４は、シネメモリ管理モジュール２２を介してシネメモリ２３からライブモード時に記憶された音線データを読み出す。そして、音線データを２次元描画モジュールに渡す。

再生モジュール２４は、周期的に起動され、この起動周期を可変にすることでＭモード像の再生掃引速度を任意に変更することが可能となる。

２次元描画モジュール２５及び表示部１４の動作は、上記Ｍモードにおけるライブモードと同様である。

ここで、２次元描画モジュール２５は、上記Ｂモードと同様に、信号処理部１１から出力される同一音線位置における音線データの取得レート（掃引速度）や２次元描画モジュール２５自身が表示データを表示部１４に送信する表示レートに応じて、補間処理のアルゴリズムなどを柔軟に変更することが可能である。そこで、Ｍモードにおける２次元描画モジュール２５の動作について、フローチャートを用いてより詳細に説明する。

図７は、Ｍモードにおける２次元描画モジュール２５の動作の流れを示すフローチャートである。

まず、２次元描画モジュール２５は、周期的にＭモード像を構成する音線データを読み込む（Ｓ５０１）。なおここで、図示はしていないが、信号処理部１１の生成する音線データのレートが遅い場合、即ちＭモード像の掃引速度が遅い場合には、音線データが渡される間隔が長くなるため、これに合わせて音線データを読み込むレートを下げる(間隔を
長くする)ことができるが、これは、Ｂモードの場合と同様である。

次に、２次元描画モジュール２５は、座標変換アルゴリズムとして直交−直交変換処理を選択する（Ｓ５０２）。Ｍモードにおいては、常に直交−直交座標変換処理が実行される。

次に、２次元描画モジュール２５は、表示部１４における表示データの更新レートに基づいて、２次元ＤＳＣ処理の補間アルゴリズムを選択する（Ｓ５０３）。補間アルゴリズ
ムを選択する基準としては、選択候補となる補間アルゴリズムの処理時間が表示データの更新周期以下であるようにし、これに全体制御部１２におけるＣＰＵ占有率を考慮する。この選択条件を満たす補間アルゴリズムのうち最も高画質な補間アルゴリズムを選択する。

上述したように、表示データの更新レートは、Ｍモード像の掃引速度に応じて決定することもできるので、補間アルゴリズムはＭモード像の掃引速度に応じて選択すると考えることもできる。

補間アルゴリズムとしては、最近傍補間法（Ｓ５０４ａ）、線形補間法（Ｓ５０４ｂ）、アップサンプリングフィルタ法（Ｓ５０４ｃ）などがあるが、その他の補間方法を用いてもよい。

最後に、２次元描画モジュール２５は、表示色変換処理を実行する（Ｓ５０５）。表示色変換処理は、表示部１４に接続されるディスプレイの表示特性と整合させるガンマ補正又は、Ｍモード像のコントラスト改善、カラーマップの適用などを行う処理である。この後、２次元描画モジュール２５は、表示データ（Ｍモード像）を表示部１４に転送する（Ｓ５０６）。

そして、Ｍモードにおける診断が継続する場合は、上記の処理が繰り返される（Ｓ５０１〜Ｓ５０７）。

（カラーＭモード）
カラーＭモードにおけるライブモードの動作は、以下の通りである。

Ｉ／Ｏモジュール２１は、信号処理部１１から同一音線位置の血流情報を表す音線データを取得し、シネメモリ管理モジュール２２を用いてシネメモリ２３に音線データを記憶する。そして、音線データを２次元描画モジュールに渡す。

２次元描画モジュール２５は、このモードでは１画面分の音線データのための領域を固定的に保持している。

２次元描画モジュール２５は、周期的に起動され、保持している音線データ領域において、前回の書き込み領域の次の領域にＩ／Ｏモジュールから渡された音線データを書き込む。そして、保持している音線データに対して２次元ＤＳＣ処理を行って表示データに変換した後に、表示部１４に転送する。ここで、２次元ＤＳＣ処理とは、座標変換処理、補間処理、表示色変換処理などの一連の処理をいう。

最後に表示部１４は、ディスプレイにカラーＭモード像を表示する。

また、カラーＭモードにおけるシネモードの動作は、以下の通りである。

再生モジュール２４は、シネメモリ管理モジュール２２を用いてシネメモリ２３にライブモード時に記憶された血流情報を表す音線データを読み出す。そして、音線データを２次元描画モジュールに渡す。

再生モジュール２４は、周期的に起動され、この起動周期を可変にすることでカラーＭモード像の再生掃引速度を任意に変更することが可能となる。２次元描画モジュール２５及び表示部１４の動作は、上記カラーＭモードにおけるライブモードと同様である。

なお、カラーＭモード時は、同時に上記Ｍモードの処理を行い、表示部１４においてカラーＭモード像をＭモード像に重畳して表示するのが一般的である。

ここで、２次元描画モジュール２５が、信号処理部１１から出力される血流情報を表す音線データの取得レート（掃引速度）や２次元描画モジュール２５自身が表示データを表
示部１４に送信する表示レートに応じて、補間処理のアルゴリズムなどを柔軟に変更できることは、Ｍモードと同様である。

（ドプラモード）
ドプラモードのライブモードの動作は、以下の通りである。

Ｉ／Ｏモジュール２１は、信号処理部１１からドプラスペクトラム情報を表す音線データを取得し、シネメモリ管理モジュール２２を用いてシネメモリ２３に音線データを記憶する。そして、音線データを２次元描画モジュールに渡す。

２次元描画モジュール２５は、このモードでは１画面分の音線データのための領域を固定的に保持している。

２次元描画モジュール２５は、周期的に起動され、保持している音線データ領域において、前回の書き込み領域の次の領域にＩ／Ｏモジュールから渡された音線データを書き込む。そして、保持している音線データに対して２次元ＤＳＣ処理を行って表示データに変換した後に、表示部１４に転送する。

ドプラモードにおける２次元ＤＳＣ処理には、座標変換処理、補間処理、表示色変換処理などの処理が含まれる。

最後に、表示部１４は、ディスプレイにドプラモード像を表示する。

一方、ドプラモードのシネモードの動作は、以下の通りである。

再生モジュール２４は、シネメモリ管理モジュール２２を用いてシネメモリ２３にライブモード時に記憶されたドプラスペクトラム情報を表す音線データを読み出す。そして、音線データを２次元描画モジュールに渡す。

再生モジュール２４は、周期的に起動され、この起動周期を可変にすることでドプラモード像の再生掃引速度を任意に変更することが可能となる。２次元描画モジュール２５及び表示部１４の動作は、上記ドプラモードにおけるライブモードと同様である。

ここで、２次元描画モジュール２５が、信号処理部１１から出力されるドプラスペクトラム情報を表す音線データの取得レート（掃引速度）や２次元描画モジュール２５自身が表示データを表示部１４に送信する表示レートに応じて、補間処理のアルゴリズムなどを柔軟に変更できることは、上記Ｍモードと同様である。

以上、各動作モードにおいて全体制御部１２で実行されるソフトウェアの機能とその動作について述べたが、ある動作モードでは使用されるが他の動作モードでは使用されない機能ブロックが存在する。

例えば、何れの動作モードにおいてもライブモードでは、Ｉ／Ｏモジュール２
１が使用されて再生モジュール２４は使用されないが、シネモードでは、Ｉ／Ｏモジュール２１は使用されずに再生モジュール２４が使用される。

また、２次元描画モジュール２５におけるフレーム残像処理やフレーム補間処理を行う機能ブロックは、Ｂモードやカラーモードでは使用されるが、その他の動作モードでは使用されない。

従来の超音波診断装置１００のように、各機能ブロックが別個に実装されている場合は、使用されない機能ブロックは無駄になるが、これら複数の機能ブロックを全体制御部１２の単一のプロセッサで実行するように構成し、プロセッサの処理を動作している機能ブロックにだけ充てるように構成することによって、無駄を省き、全体制御部１２の処理能力を有効に活用することができる。

ところで、これまで各動作モードが単独で動作する場合についてのみ述べてきたが、ＢモードとＭモード、カラーモードとドプラモードというように複数の動作モードを組み合わせて同時に処理し、表示部１４に二つ以上の画像を並べて表示させることも可能である。このような場合、例えばＢモードとＭモードの組み合わせでは、一般的にＢモード像の表示更新レートよりもＭモード像の表示更新レートの方が、表示の有用性において重要である。

よって、Ｂモードの処理とＭモードの処理を全体制御部１２の単一のプロセッサで実行させる場合で、２次元描画モジュール２５でＢモード像とＭモード像の表示データを生成する際に、プロセッサの処理能力が不足する場合は、例えばＢモードの処理はＭモードの処理の倍の周期で実行するようにしてもよい。このように構成することにより、全体制御部１２の処理能力の範囲内で、できる限り有用な表示を行うことができる。

最後に、シネメモリ管理モジュール２２による、ホストメモリ１３にシネメモリ２３の領域を確保する方法について述べる。

Ｂモード、Ｍモード、ドプラモードにおいては、シネメモリ２３には各々Ｂモード、Ｍモード、ドプラモードの音線データだけが記憶される。

一方、カラーモードやカラーＭモードでは、シネメモリ２３にＢモードの音線データとカラーモードの音線データの両方、または、Ｍモードの音線データとカラーＭモードの音線データの両方が記憶される。

また、ＢモードとＭモードなど、複数の動作モードを組み合わせて同時に処理する場合には、その複数の動作モードに応じた種類数の音線データがシネメモリ２３に記憶される。

このように、超音波診断装置の動作モードによってシネメモリ２３の利用状況はまちまちであるが、全体制御部１２がシネメモリ管理モジュール２２によって超音波診断装置の動作モードに応じてホストメモリ１３にシネメモリ２３を動的に確保することにより、使用されていない動作モードに対応するメモリ領域を無駄にすることなく、シネメモリ２３として利用可能なホストメモリ１３の領域をすべて有効に活用することができる。

以上のように、超音波診断装置を構成することにより、２次元ＤＳＣ処理において、補間処理アルゴリズムやフレーム補間処理などを柔軟に変更することが可能となり、リソースを有効に活用してリソースの許す限り高画質な画像を得ることができる。

また、シネメモリ領域を動的に確保することにより、ホストメモリの領域を有効に活用できるので、システムのコストを低減することができる。

（実施の形態２）
上記実施の形態１の超音波診断装置１０が２次元の断層像の表示を可能にしたのに対し、本実施の形態における超音波診断装置２０は、被検体内の状態を３次元で表現した画像の表示を可能にする。なお、本実施の形態における超音波診断装置２０の構成は、上記実施の形態１における超音波診断装置１０と略同じであるので、異なる機能構成について説明し、共通する機能構成については説明を省略する。また、本実施の形態における超音波診断装置２０のバックエンド部の機能は、上記実施の形態１と同様に、全体制御部３２（後述の図８参照。）において実行されるソフトウェアとして実現している。

図８は、本実施の形態における全体制御部３２において実行されるソフトウェア機能の
構成を示すブロック図である。図８に示すように、バックエンド部は、Ｉ／Ｏモジュール５１、シネメモリ管理モジュール５２、シネメモリ５３、３次元処理モジュール５４、２次元描画モジュール５５を備える。

次に、本実施の形態における全体制御部３２において実行されるソフトウェアの機能と動作について、超音波診断装置２０の動作モード別に説明する。

（３Ｄライブモード）
Ｉ／Ｏモジュール５１は、信号処理部１１からの音線データを取得し、シネメモリ管理モジュール５２を介してシネメモリ５３に音線データを記憶する。そして、断層像のフレームを構成する音線データのグルーピングを行い、フレーム単位で２次元描画モジュール５５に音線データを渡す。

また、Ｉ／Ｏモジュールによって、ボリュームを構成する複数の断層データ群の取得が完了すると、３次元処理モジュール５４は、ボリュームを構成する音線データに対して３次元ＤＳＣ処理（座標変換処理、補間処理など）を行ってボリュームデータに変換する。そして、３次元処理モジュール５４は、ボリュームデータに対してボリュームレンダリング処理を施すことで３次元画像データ（ボリュームを表現する画像データ）を生成し、２次元描画モジュール５５に３次元画像データを渡す。

なお、３次元ＤＳＣ処理で生成されたボリュームデータは、シネメモリ管理モジュール５２を介してシネメモリ５３に記憶され、最後の一つがＭＰＲモードで使用するために保持される。

２次元描画モジュール５５は、周期的に起動され、断層像フレームの音線データ又は３次元処理モジュール５４にて生成された３次元画像データに対して２次元ＤＳＣ処理を行って表示データに変換したのちに、表示部１４に表示データを転送する。

３Ｄライブモードにおける２次元ＤＳＣ処理には、座標変換処理、補間処理、フレーム補間処理、フレーム残像処理、表示色変換処理などの処理が含まれる。

最後に表示部１４は、ディスプレイに断層像と３次元画像データを表示する。

なお、シネメモリ管理モジュール５２は、動作モードに応じたシネメモリ量をホストメモリ１３上に確保し、確保したシネメモリ５３に対する入出力操作を実施する。

ここで、３次元処理モジュール５４の動作は、上述したように、信号処理部１１から出力されるボリュームを構成する音線データの取得レート（ボリュームレート）や取得量（ボリュームを構成するデータサイズ）に応じて、柔軟に変更できなければならない。

以下で、３次元処理モジュール５４の動作について、フローチャートを用いてより詳細に説明する。図９は、３Ｄライブモードにおける３次元処理モジュール５４の動作の流れを示すフローチャートである。

最初に、３次元処理モジュール５４は、Ｉ／Ｏモジュールによってボリュームを構成する複数の断層データ群の取得が完了すると（Ｓ６０１）、座標変換アルゴリズムを選択し、ボリュームサイズを決定する（Ｓ６０２）。例えば、セクタ・コンベックス型探触子を機械的に揺動させる３Ｄ探触子の場合は極−直交座標変換処理を選択し、２Ｄフェーズドアレイ型３Ｄ探触子の場合は直交−直交座標変換処理を選択する。

次に、３次元処理モジュール５４は、ボリュームレート及びボリュームを構成するデータサイズに基づいて３次元ＤＳＣ処理の補間アルゴリズムを選択する（Ｓ６０３）。補間アルゴリズムを選択する基準としては、選択候補となる補間アルゴリズムの処理時間が信
号処理部１１におけるボリューム取得周期以下であるようにし、これに全体制御部３２におけるＣＰＵ占有率を考慮する。そして、上記の選択条件を満たす補間アルゴリズムのうち最も高画質な補間アルゴリズムを選択する。補間アルゴリズムとしては、最近傍補間法、線形補間法、アップサンプリングフィルタ法などがあるが、これら以外の補間方法を用いてもよい。

そして、選択・決定された座標変換アルゴリズム、ボリュームサイズ及び補間アルゴリズムを用いて、３次元ＤＳＣ処理を実行し、ボリュームデータを生成する（Ｓ６０４ａ、６０４ｂ又は６０４ｃ）。

次に、３次元処理モジュール５４は、ボリュームレート及びボリュームサイズに応じてボリュームレンダリングのサンプルピッチを決定する（Ｓ６０５）。サンプルピッチは、レンダリング処理時間と画質に密接に関係しており、サンプルピッチを大きくすることで処理時間を短縮することができるが画質が低下する。

サンプルピッチを選択する基準としては、選択候補となるサンプルピッチにおけるレンダリング処理時間が信号処理部１１におけるボリューム取得周期以下であるようにし、これに全体制御部３２におけるＣＰＵ占有率を考慮する。この選択条件を満たすサンプルピッチのうち最も小さい値を選択する。

次に、３次元処理モジュール５４は、ボリュームレート及びボリュームサイズに基づいてボリュームレンダリングにおけるサンプル値の補間アルゴリズムを選択する（Ｓ６０６）。なお、補間アルゴリズムの選択については、３次元ＤＳＣ処理と同様であるので、これについての説明は省略する。

次に、３Ｄ表示モードにより、レンダリングアルゴリズムを決定する（Ｓ６０７）。レンダリングアルゴリズムとしては、レイキャスティングレンダリング法、ＭＩＰ(Maximum/Minimum Intensity Projection)レンダリング法などがあるが、これらに限定するものではなく、その他のレンダリング方法を利用することとしてもよい。

そして、このとき、３次元処理モジュール５４は、ボリュームレート及びボリュームサイズに応じて、アルゴリズムの動作を変更する。例えば、ボリュームレンダリングにおいては生成される３次元画像の画質を向上させる技法として、拡散反射シェーディングやデプスシェーディングなどが存在するが、これらを適用すると処理の負荷は増える。そこで、３次元処理モジュール５４は、レンダリング処理時間が信号処理部１１におけるボリューム取得周期以下であるようにし、これに全体制御部３２におけるＣＰＵ占有率を考慮し、この制約の中で適用する技法の取捨を行う。

次に、３次元処理モジュール５４は、以上で選択・決定されたサンプルピッチ、補間アルゴリズム、レンダリングアルゴリズムによって、ボリュームレンダリングを実行し、３次元画像データを生成する（Ｓ６０８）。

最後に、３次元処理モジュール５４は、生成した３次元画像データを２次元描画モジュール５５に転送する（Ｓ６０９）。以上、３Ｄライブモードによる診断が継続する間、上記処理を繰り返す（Ｓ６０１〜Ｓ６１０）。

なお、２次元ＤＳＣ処理と３次元ＤＳＣ処理は、共通の処理を多く含むので、モジュールを共用させることが可能である。これはソフトウェアの柔軟性により容易に実装することができ、同等の機能ブロックを重複して実装してしまうという無駄を省くことができる。

なお、ボリュームレンダリングによる３次元画像の代わりに、ボリュームデータを特定の平面で切断した断層画像を生成して表示する構成にしてもよい。この場合においても、ボリュームレートに応じて断面画像を生成する際のサンプルピッチやサンプル値の補間アルゴリズムを決定することができるが、詳細な説明は割愛する。

ここで、探触子による超音波エコーの送受信について考察すると、ボリュームを構成する１断層データをスキャンするには、実施の形態１において述べたように被検体をスキャンする際の深さ及び幅及び密度に応じた時間がかかる。そして、セクタ・コンベックス型探触子を機械的に揺動させる３Ｄ探触子の場合、探触子が１遥動する時間は遥動角度と遥動速度によって決まり、探触子が１遥動する時間だけ断層データのスキャンが続けられ、これらがボリュームを構成する断層データ群となる。

以上より、信号処理部１１から出力されるボリュームを構成する音線データの取得レート（ボリュームレート）や取得量（ボリュームを構成するデータサイズ）は、被検体をスキャンする際の深さ及び幅及び密度と探触子の遥動角度と遥動速度によるとみなすことができる。ひいては、上記の３次元ＤＳＣ処理の補間アルゴリズムの選択（Ｓ６０３）、ボリュームレンダリングのサンプルピッチの決定（Ｓ６０５）、補間アルゴリズムの選択（Ｓ６０６）、レンダリングアルゴリズムの選択（Ｓ６０７）は、被検体をスキャンする際の深さ及び幅及び密度と探触子の遥動角度と遥動速度によるとみなすこともできる。

（ＭＰＲ(Multi Plannar Reconstruction)モード）：
ＭＰＲモードに遷移した場合、シネメモリ５３には３Ｄライブモードで生成されたボリュームデータが保持されている。

３次元処理モジュール５４は、ＭＰＲモードに遷移したときや、ユーザの操作によりボリュームデータを観察する視線方向や切断面が変更されたときなど、３次元画像や断面画像を更新する必要のあるときに実行される。

最初に、３次元処理モジュール５４は、シネメモリ管理モジュール５２を介してシネメモリ５３からボリュームデータを読み込み、ボリュームレンダリング処理による３次元画像データ（ボリュームを表現する２次元画像データ）の生成や断面画像の生成を行い、２次元描画モジュール５５に転送する。

なお、２次元描画モジュール５５は、周期的に起動され、３次元画像データ又は断面画像データに対して２次元ＤＳＣ処理を行って表示データに変換したのちに、表示部１４に表示データを転送する。

最後に、表示部１４は、ディスプレイに３次元画像データならびに断面画像データを表示する。

ＭＰＲモードにおいては、３次元画像や断面画像の画質、又は更新レスポンスのどちらかを優先させて、ボリュームレンダリングや断面画像生成におけるサンプルピッチの決定とサンプル値の補間アルゴリズムの選択並びにレンダリングアルゴリズムの変更を行う。

最後に、シネメモリ管理モジュール５２によるシネメモリ５３の領域のホストメモリ１３にシネメモリ５３の領域を確保する方法について述べる。

３Ｄライブモードにおいては、シネメモリ５３を断層情報の音線データを記憶する領域とボリュームデータを格納する領域に分割して確保し、管理する。一方、ＭＰＲモードにおいては、ボリュームデータを格納する領域とボリュームデータの切除処理などに使用するワーク領域に分割して確保し、管理する。このようにシネメモリ管理モジュール５２は、動作モードに応じて最適なメモリ管理を行う。

以上のように、本実施の形態に係る超音波診断装置を用いることにより、３次元ＤＳＣ処理における補間処理のアルゴリズム、ならびにボリュームレンダリングにおける補間処理やレンダリングのアルゴリズムなどを柔軟に変更することが可能となり、リソースを有効に活用してリソースの許す限り高画質な画像を得ることができる。

また、実施の形態１と同様、シネメモリ領域を動的に確保することにより、ホストメモリの領域を有効に活用できるので、システムのコストを低減することもできる。

なお、以上の記述においては実施の形態１及び実施の形態２ともに、本発明が効果を発揮する最も好適な構成として、バックエンド部１５の各機能を全体制御部１２で実行されるソフトウェアとして実装する構成について述べたが、本発明はこれに限るものではない。

例えば２次元ＤＳＣ処理部をハードウェアで実装した場合、実装によっては補間アルゴリズムの違いによって処理のスループットが異なることも考えられ、この場合、本発明を適用することができる。

以上のように、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、本発明は上記で述べた機能構成に限定されない。

本発明にかかる超音波診断装置およびその方法は、超音波診断装置におけるバックエンド部の機能の多様化に柔軟かつ容易に対応することが可能な超音波診断装置等として有用であり、また、人体に限らず動物や品物等について、非侵襲かつ非破壊で検査などが可能な超音波診断装置等に適している。

１０ 超音波診断装置
１１ 信号処理部
１２ 全体制御部
１３ ホストメモリ
１４ 表示部
１５ バックエンド部
１６ 入力部
２０ 超音波診断装置
２１ Ｉ／Ｏモジュール
２２ シネメモリ管理モジュール
２３ シネメモリ
２４ 再生モジュール
２５ 次元描画モジュール
３２ 全体制御部
５１ Ｉ／Ｏモジュール
５２ シネメモリ管理モジュール
５３ シネメモリ
５４ 次元処理モジュール
５５ 次元描画モジュール
７１ 全体制御部
７２ 信号処理部
７３ 音線データ管理部
７３ａ Ｂモード音線データ管理部
７３ｂ カラーモード音線データ管理部
７３ｃ Ｍモード音線データ管理部
７３ｄ カラーＭモード音線データ管理部
７３ｅ ドプラモード音線データ管理部
７４ 音線データ記憶部
７４ａ Ｂモード音線データ記憶部
７４ｂ カラーモード音線データ記憶部
７４ｃ Ｍモード音線データ記憶部
７４ｄ カラーＭモード音線データ記憶部
７４ｅ ドプラモード音線データ記憶部
７５ 次元表示制御部
７６ 表示部
７７ 次元表示制御部
７８ 次元データ記憶部
７９ バックエンド部
１００ 超音波診断装置

Claims (3)

1. 探触子を介して得られた超音波のエコー信号に基づいて音線データを生成する音線データ生成手段と、
   前記生成された音線データに対して、
   (１)断層像または血流像、
   (２)同一音線位置における断層像または血流像の時間変移像、
   (３)ドプラスペクトラム像、
   (４)断層像又は血流像に係るボリュームデータによって表現される対象物の３次元表現画像、
   (５)断層像又は血流像に係るボリュームデータによって表現される対象物を平面で切断した断面画像
   のうち少なくとも二種以上の表示データを生成する表示データ生成手段と、
   前記生成された表示データに基づいて被検体内の状態を表現する画像を表示する表示手段と、
   前記音線データ又は前記ボリュームデータを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段の記憶領域を管理する記憶領域管理手段と、
   を備え、
   前記記憶領域管理手段は、
   前記表示データ生成手段によって生成される表示データの種類に応じて、前記表示データの生成に必要なメモリ量の記憶領域を確保する
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 探触子を介して得られた超音波のエコー信号に基づいて音線データを生成する音線データ生成ステップと、
   前記生成された音線データに対して、
   (１)断層像または血流像、
   (２)同一音線位置における断層像または血流像の時間変移像、
   (３)ドプラスペクトラム像、
   (４)断層像又は血流像に係るボリュームデータによって表現される対象物の３次元表現画像、
   (５)断層像又は血流像に係るボリュームデータによって表現される対象物を平面で切断した断面画像
   のうち少なくとも二種以上の表示データを生成する表示データ生成ステップと、
   前記生成された表示データに基づいて被検体内の状態を表現する画像を表示する表示ステップと、
   前記音線データ又は前記ボリュームデータを記憶手段に記憶させる記憶ステップと、
   前記記憶手段の記憶領域を管理する記憶領域管理ステップと、
   を含み、
   前記記憶領域管理ステップでは、
   前記表示データ生成ステップによって生成される表示データの種類に応じて、前記表示データの生成に必要なメモリ量の記憶領域を確保する
   ことを特徴とする超音波診断方法。
3. 請求項２記載の超音波診断方法に含まれるステップをコンピュータに実行させる
   ことを特徴とするプログラム。

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