JP2854267B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置に関
し、特にＢモード断層像やドプラ断層像等の二次元断層
像をリアルタイム表示する超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｂモード断層像やドプラ断層像等といっ
た二次元断層像（以下、断層像と略す）をリアルタイム
で表示する超音波診断装置は、生体の様々な部位の診断
のために広く利用されている。

【０００３】超音波診断装置の多くは、断層像の表示と
同時にその断層像のフレームレートを表示する機能を有
している。ここでいうフレームレートとは、ＣＲＴ画面
の表示におけるフレームレートではなく、超音波ビーム
の走査により単位時間（１秒間）当たりに作成される断
層像の枚数（フレーム数）のことをいう。このフレーム
レートは、超音波ビーム走査によって１フレームの断層
像を形成するのに要する時間（完像時間という）にほぼ
反比例する。超音波診断装置において断層像と同時にフ
レームレートが表示されるのは、次のような理由からで
ある。

【０００４】断層像の形成は超音波ビームを順次走査し
ていくことによって行うため、１フレーム内でも、各走
査線（ここでは、超音波ビーム走査の走査線、すなわち
超音波ビームの送信方向に沿った画素を連ねた線のこと
をいう）はそれぞれ少しずつ異なった時刻の情報を示し
ている。従って、厳密にいえば、超音波診断装置で断層
像は、各瞬間の生体の実際の断面の様子から少しずれて
いることになる。特に、心臓のように動きの速い部位を
診断する場合において完像時間が長く（すなわちフレー
ムレートが小さく）なった場合には、このような実際の
断面と断層像とのずれが大きくなり問題となる。そし
て、このフレームレートは、探触子や表示モード（Ｂモ
ード、ドプラ断層モード等）、診断距離等の診断時の設
定条件を変えると変わってしまうので、正確な診断を行
うためには、診断者は、表示されている断層像が実際の
断面状態からどの程度ずれているのかということについ
て常に注意を払っている必要がある。そこで、超音波診
断装置においては、表示中の断層像のフレームレートを
求め、これを断層像のずれの程度を示す情報として診断
者に提供することが一般的に行われている。

【０００５】このフレームレートを求める方法の一つ
は、フレームレートに影響を与える診断設定条件から演
算によりソフトウエア的にフレームレートを求めるとい
う方法である。フレームレートは１フレームの完像時間
にほぼ反比例し、その完像時間は基本的には１フレーム
の画像を形成するのに必要な超音波ビームの送信回数に
超音波ビームの送信間隔を掛ければ求められる。そし
て、この送信回数や送信間隔は、探触子の種類や表示モ
ード、診断距離等と言った診断時の設定条件から定ま
る。従って、この方法では、それら診断設定条件から送
信回数や送信間隔を求め、それらに基づき演算によって
フレームレートを求める。

【０００６】この方法は、原理的にどのような場合にで
もフレームレートを求めることができる強力な方法であ
る。そして、実際にこの方法は、探触子の種類が少なく
表示モードもＢモードに限るといったような、診断設定
条件が比較的単純な超音波診断装置の場合には、極めて
簡単にソフトウエアとして実現できる。

【０００７】しかしながら、近年の超音波診断装置は、
多種類の探触子に対応可能となり、また表示モードにつ
いても、Ｂモード表示に対して所望の範囲にのみドプラ
断層像を重畳して表示したり、このような重畳表示と同
時にＭモード表示やドプラスペクトルを表示したりとい
ったように複雑な表示設定が可能となっており、診断設
定条件の自由度が極めて高くなっている。このため、こ
のような複雑な診断設定条件の組み合わせに対応したフ
レームレート計算用のプログラムを作成するのは、超音
波診断装置のソフトウエアを設計する上で大きな負担と
なっている。

【０００８】そこで、診断設定条件の自由度の高い超音
波診断装置では、もう一つの手法として、ハードウエア
的にフレームレートを求める手法が採られることが多
い。この手法では、フレーム開始パルスの間隔をカウン
タで計測し、この間隔からフレームレートを求める。フ
レーム開始パルスとは、超音波診断装置の制御部から発
せられる制御信号の一つであり、１フレームの開始を示
す信号である。超音波診断装置は、このフレーム開始パ
ルスに基づいてフレーム切換え時の超音波ビームや画面
表示の走査の切換えタイミングの制御を行う。

【０００９】図３は、この方法を実現する構成の要部を
示す概略図である。図３において、時間計測部１０は、
図示しないクロック発生回路から与えられる計測クロッ
クをカウントすることにより時間計測を行う。時間計測
部１０は、図示しない制御部からフレーム開始パルスが
入力されると計測クロックのカウントを開始する。そし
て、時間計測部１０は、次のフレーム開始パルスが入力
されると超音波診断装置のＣＰＵに対して割込信号を発
する。ＣＰＵは、この割込信号を受け取ると、それら両
フレーム開始パルス間に時間計測部１０がカウントした
計測クロックのカウント値を読み出す。そして、カウン
ト値の読出しが終了すると、時間計測部１０は、カウン
ト値をクリアして再び計測クロックのカウントを開始す
る。

【００１０】このようにしてＣＰＵが読み出した時間計
測部１０のカウント値は、１フレームの完像時間を示し
ている。ＣＰＵは、１秒をこのカウント値が示す時間で
割ることによりフレームレートを求める。なお、超音波
ビームの送信タイミングを指示する送信パルス、フレー
ム開始パルスの関係を示すタイムチャートを図４に示
す。図４において、送信パルスのチャートに示された
「ｓ」の文字は、送信パルスのうちフレームの開始のも
のを示している。制御部からは、このフレーム開始と同
期して、フレーム開始パルスが発せられる。時間計測部
１０は、フレーム開始パルスが入力されると同時に計測
クロックのカウントを開始し、次のフレーム開始パルス
が入力されるまでのカウント値を求める。

【００１１】また、時間計測部１０のカウント値は、計
測クロックとフレーム開始パルスの立上がりの時間的ず
れやジッタ等に起因して±１の誤差を生じる場合があ
る。そこで、従来はこのようなカウント値の誤差による
フレームレートのゆらぎを防止するため、ＣＰＵにて複
数回分のカウント値の平均値を求め、この平均値に基づ
きフレームレートを求めていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したカウンタ
を利用したフレームレートを求める手法の場合、フレー
ム開始パルス毎に時間計測部１０からＣＰＵへの割込み
が発生する。例えば、近年の超音波診断装置では、診断
時の設定条件によっては、フレームレートが１００フレ
ーム／秒以上となることもあり、この場合のＣＰＵへの
割込みの間隔は１０ｍｓ以下となる。ところが、制御や
画像処理のために複雑な演算処理を高速に行う必要があ
る超音波診断装置のＣＰＵに対してそのような頻繁に割
込みが行われることは、装置全体の処理効率からみて好
ましくない。このため、従来は、制御や画像処理を行う
主たるＣＰＵの他に、フレームレート演算のための専用
ＣＰＵを設けることにより、主たるＣＰＵの負担を軽減
するという手段を採っていたが、これは超音波診断装置
のコストアップにつながっていた。

【００１３】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、フレームレート演算のための専
用ＣＰＵを用いずに超音波診断装置のＣＰＵ自体でフレ
ームレートを求める場合において、そのＣＰＵの処理効
率を低下させずにフレームレートを求めることができる
超音波診断装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明に係る超音波診断装置は、超音波断層像の
フレームの開始を示すフレーム開始パルスを所定の分周
数にて分周する分周回路と、分周回路から出力される分
周パルスの時間間隔を計測する時間計測部と、を有し、
時間計測部で求められた時間間隔に基づき超音波断層像
のフレームレートを求めることを特徴とする。

【００１５】また、本発明に係る超音波診断装置は、上
記構成において、更に前記分周回路の分周数を当該超音
波診断装置の診断設定条件に応じて自動的に適切な値に
設定する分周数設定手段を設けたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明に係る超音波診断装置において、分周回
路はフレーム開始パルスを所定の分周数にて分周するの
で、分周回路から出力される分周パルスの時間間隔はフ
レーム開始パルスの時間間隔の分周数倍となる。そし
て、時間計測部は、この分周パルスの時間間隔を計測す
る。従って、時間計測部の計測結果は、フレーム開始パ
ルスの時間間隔を直接に時間計測部で計測する場合の分
周数倍となり、この結果時間計測部の計測結果の出力周
期も大きくなる。このため、超音波診断装置のＣＰＵが
直接に時間計測部の測定結果を読み出して演算を行う構
成としても、ＣＰＵの処理効率を大幅に低下させること
はない。

【００１７】また、本発明では、分周数設定手段によっ
て、表示モードや診断距離等の診断設定条件に対応し
て、自動的に適切な分周数を設定する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係る超音波診断装置の一実施
例を図面に基づいて説明する。

【００１９】図１は、本発明に係る超音波診断装置の要
部を示すブロック図である。図１に示す構成において、
時間計測部１０は、図３に示した従来の構成のものと同
様、計測クロックの数をカウントすることにより連続し
た２つのパルス入力の時間間隔を求めるものである。こ
の実施例が図３の従来構成と異なる点は、時間計測部１
０にフレーム開始パルスを直接入力するのではなく、分
周回路１２にてフレーム開始パルスを分周し、その分周
されたパルス（分周パルス）を入力する点である。

【００２０】本実施例においては、超音波診断装置の制
御部から与えられるフレーム開始パルスは、分周回路１
２に入力される。分周回路１２は、この入力パルスを、
あらかじめ設定された分周数（例えば１６）にて分周し
て出力する。分周回路１２としては、例えばプリセット
機能を有するダウンカウンタを用いることができる。す
なわち、分周回路１２には所定の分周数がプリセット値
として設定されており、分周回路１２は、そのプリセッ
ト値をカウント値の初期値とし、フレーム開始パルスが
入力されるごとにカウント値を１ずつデクリメントして
いく。このようにして、カウント値が０になると、分周
回路１２は分周パルスを出力し、この後カウント値をプ
リセット値に戻して次のダウンカウント動作に備える。

【００２１】なお、本実施例では、分周回路１２におけ
る分周数の設定値はＣＰＵからの指令により変更可能と
なっているが、この点については後に詳述する。

【００２２】このようにして分周回路１２から出力され
た分周パルスは、時間計測部１０に入力される。時間計
測部１０は、カウント値０からスタートし、分周回路１
２からの分周パルスの入力をトリガとして計測クロック
のカウントを開始する。計測クロックは、超音波診断装
置の制御のタイミングを取るための１０ｋＨｚ程度のク
ロックであり、ＣＰＵの基本クロックを分周することに
よって発生させる。

【００２３】その後、時間計測部１０は、次の分周パル
スが入力されるまでの間、図示しない計測クロック発生
回路から計測クロックが入力される毎にカウント値を１
ずつインクリメントする。そして、次の分周パルスが入
力されると、時間計測部１０は、図示しないＣＰＵに対
して、カウント結果が出たことを示す割込信号を出力す
る。

【００２４】これを受けてＣＰＵは、その時の時間計測
部１０のカウント値を読み出しに行く。そして、カウン
ト値の読出しが終了すると、時間計測部１０は、カウン
ト値をクリアして再び計測クロックのカウントを行う。

【００２５】図２は、個々の超音波ビームの送信タイミ
ングを指示する送信パルス、分周回路１２に入力される
フレーム開始パルス、分周回路１２から出力される分周
パルスの関係の一例を示すタイムチャートである。図２
は、分周数をｎとした場合を示している。図２では、便
宜上、最初のフレーム開始パルスに番号「０」を付し、
以下「１」、「２」、…「ｎ」といった具合に、０番目
のパルスを起点とした各パルスの順番を示す番号を付し
ている。

【００２６】図２から分かるように、分周回路１２は、
フレーム開始パルス「０」と同時に分周パルスを発す
る。同時に分周回路１２は、カウント値を分周数ｎにプ
リセットし、ダウンカウントを開始する。以下、フレー
ム開始パルスが順次入力されるごとに、分周回路１２は
カウント値を１ずつデクリメントしていく。そして、ｎ
番目のフレーム開始パルスが入力されると分周回路１２
のカウント値が０になり、この結果分周回路１２から分
周パルスが発せられる。時間計測部１０は、最初の分周
パルスと同時に計測クロックのカウントを開始し、次の
分周パルスが入力されるとＣＰＵに割込信号を発し、カ
ウント結果を伝送する。

【００２７】なお、図２の例において、ｎ番目のフレー
ム開始パルスは、それまで計測クロックのカウント周期
の終了を示すと共に、次の計測クロックカウント周期の
開始を示す（その意味で、ｎ番目のフレーム開始パルス
は、次のカウント周期の０番目のフレーム開始パルスで
もある）。従って、時間計測部１０は、ＣＰＵからのカ
ウント値の読出しが終了すると、カウント値をクリアし
て（０にして）再び計測クロックのカウントを開始す
る。

【００２８】このようにして時間計測部１０にて求めら
れたカウント値は、分周数個分のフレームの完像時間を
示している。ＣＰＵは、このカウント値を時間（秒単
位）に換算したのち、分周数で割ることにより１フレー
ムの完像時間を求め、１秒をこの１フレームの完像時間
で割ることによりフレームレートを算出する。

【００２９】以上説明した本実施例の構成によれば、フ
レーム開始パルスを分周回路１２にて分周して時間計測
部１０の入力パルスとしたため、ＣＰＵが時間計測部１
０のカウント結果を読み出す周期が、図３の従来装置の
場合の分周数倍と長くなる。このため、超音波診断装置
のＣＰＵ自体が直接に時間計測部１０の測定結果を読み
出してフレームレート演算を行う構成としても、そのＣ
ＰＵの処理効率を大幅に低下させることはない。

【００３０】更に、本実施例では、時間計測部１０のカ
ウント結果に基づいてＣＰＵで求められる１フレームの
完像時間は、既に分周数個分のフレームの完像時間の平
均値となっている。従って、本実施例で求められるフレ
ームレートは、自動的に複数のフレームについての平均
値となっている。よって、本実施例によれば、ジッタ等
に起因するカウント値の誤差ゆらぎが自動的に抑制され
ている。

【００３１】次に、前述したＣＰＵによる分周回路１２
の分周数の設定について説明する。本実施例は、分周数
が固定値であっても効果は得られるのであるが、フレー
ムレートは超音波診断装置の診断設定条件によって非常
に広い範囲で変化するので、固定値のままでは、例えば
フレームレートが極めて低くなった場合にはフレームレ
ートの算出に長い時間がかかってしまうことも考えられ
る。逆に、フレームレートが極めて高くなると、その固
定値の分周数では分周が足りず、時間計測部１０の割込
みが頻繁になってＣＰＵの負担となることも考えられ
る。そこで、本実施例では、診断設定条件に合わせて分
周数をきめ細かく調整することにより、どのような場合
にも適切にフレームレートを求められるようにしてい
る。

【００３２】例えば、電子走査型の探触子の場合には、
フレームレートは通常３０フレーム／秒程度であるが、
診断距離が小さくなったりドプラ断層表示の範囲が狭く
なったりした場合には１００フレーム／秒を越えること
もある。逆に、機械走査式のセクタ走査探触子では５フ
レーム／秒程度とフレームレートが非常に低くなる。従
って、本実施例では、超音波診断装置に設定された診断
設定条件が、フレームレートが高くなるような設定の場
合には分周数を大きな値とし、逆にフレームレートが低
くなるような設定の場合には分周数を小さな値とするこ
とにより、ＣＰＵの負担とフレームレート表示の時間遅
れとのバランスをとっている。分周回路１２に対するこ
の分周数の設定はＣＰＵが行う。

【００３３】フレームレートに影響を与える診断設定条
件としては、例えば探触子の種類、診断距離、表示モー
ド等がある。探触子の種類は、前述したように電子走査
と機械走査とでフレームレートに大きな差異をもたらす
し、同じ電子走査型の探触子同士でも、種類によって振
動子エレメント数の差等により１フレームの走査線数に
差が出るため、フレームレートに差が生じる。また、診
断距離と超音波ビーム（パルス）の送信間隔とはほぼ反
比例の関係にあるので、診断距離の変更はフレームレー
トを変化させる。また、表示モードについては、ドプラ
断層像のデータを得るには１走査線につき複数回（１０
回程度）の超音波ビームの送信が必要となり、Ｂモード
に比べて１走査線分のデータを得るのに要する時間が長
くなるので、同じ探触子を用いる場合でもドプラ断層像
表示を行う領域の大きさを変化させるとフレームレート
も変化する。

【００３４】従って、本実施例の超音波診断装置では、
探触子の交換や表示モードの切換え等の操作によりこの
ような診断設定条件が変更されると、ＣＰＵが新たな診
断設定条件に適した分周数を求め、これを分周回路１２
に設定する。適切な分周数を求める方法としては、あら
かじめ診断設定条件と適切な分周数との関係を示したテ
ーブルを作成して超音波診断装置に備えておき、診断設
定条件の設定が変更されると新たな設定に対応する分周
数をそのテーブルから読み出す等の方法がある。

【００３５】なお、分周数を診断設定条件から自動的に
求めるだけでなく、ユーザの入力により変更可能な構成
とすることもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フレーム開始パルスを分周した分周パルスを時間計測の
トリガとして用いることにより、時間計測の結果を出力
する周期が大きくなるため、超音波診断装置のＣＰＵで
その計測結果を処理する構成としても、ＣＰＵの処理効
率にあまり悪影響を与えない。従って、フレームレート
計算用の専用ＣＰＵを設ける必要がなくなり、超音波診
断装置のコストダウンを図ることができる。また、本発
明の構成によって求められるフレームレートは、自動的
に複数のフレームについての平均値となっているので、
カウント値の誤差によるフレームレートのゆらぎを自動
的に抑制することができる。

【００３７】また、本発明では、超音波診断装置の診断
設定条件に対する適切な分周数を分周数設定手段によっ
て自動的に求め、これを分周回路に設定する構成とした
ため、どのような場合にもＣＰＵに対する負荷が大きく
なり過ぎないように調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る超音波診断装置の要部の構成を
示す概略図である。

【図２】 実施例の構成における送信パルス、フレーム
開始パルス、分周パルスの関係を示すタイムチャートで
ある。

【図３】 従来の超音波診断装置におけるフレームレー
ト算出のためのハードウエア構成を示す概略図である。

【図４】 従来例における送信パルス、フレーム開始パ
ルスの関係を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１０ 時間計測部、１２ 分周回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波断層像のフレームの開始を示すフ
   レーム開始パルスを所定の分周数にて分周する分周回路
   と、 分周回路から出力される分周パルスの時間間隔を計測す
   る時間計測部と、 を有し、時間計測部で求められた時間間隔に基づき超音
   波断層像のフレームレートを求めることを特徴とする超
   音波診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波診断装置におい
   て、更に前記分周回路の分周数を当該超音波診断装置の
   診断設定条件に応じて自動的に適切な値に設定する分周
   数設定手段を設けたことを特徴とする超音波診断装置。