JP3052149B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波を利用して被検体の診断部位、例え
ば血管や心臓等の運動部位についてその動きの成分を抽
出して表示し得る超音波診断装置に関し、特に上記運動
部位の動きが速いもの或いは遅いものでも観察し易い状
態で表示することができる超音波診断装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の超音波診断装置は、特開昭62−189054
号公報に記載されているように、被検体に超音波を送信
及び受信する超音波送受信手段（探触子及び超音波送受
信部）と、この超音波送受信手段からの反射エコー信号
を用いて運動部位を含む被検体内の断層像データを所定
周期で繰り返して得る断層走査手段と、この断層走査手
段によって得た時系列の画像間で引き算を行ってそれら
の差分画像データを生成する手段（差分処理器）と、こ
の差分画像データ生成手段からの差分画像データを表示
する画像表示手段（テレビモニタ）とを有して成ってい
た。

そして、上記断層走査手段により超音波送受信手段か
らの反射エコー信号を用いて運動部位を含む被検体内の
断層像データを所定周期で繰り返して得、差分画像デー
タ生成手段で上記断層走査手段によって得た時系列の画
像間で引き算を行ってそれらの差分画像データを生成
し、この差分画像データを画像表示手段に表示してい
た。

この場合、上記時系列の画像において前回走査時の画
像と今回走査時の画像とを取り込んだ時間経過の間に、
被検体内の運動部位が動くと、その動いた部分について
は前回画像と今回画像との間で画像データに差が生じ、
静止部分については両画像間で画像データは同一であり
差分データは零となり、運動部位のみが画像表示され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような従来の超音波診断装置において
は、時相の異なる２枚の完成した断層像を取り出し、こ
れらの間で差分演算をして差分画像データを生成し、差
分画像を表示していたので、その差分時間は断層像取込
みのフレームレートに依存するものであった。すなわ
ち、上記フレームレートを30フレーム／秒と仮定した場
合には、前記特開昭62−189054号公報に記載の技術で
は、隣接する画像同士で差分演算を行うためその差分時
間は約33msとなる。そして、上記差分演算を行う画像間
隔は、被検体について一連の検査画像を収集する間、予
め設定された値に固定されていた。

しかし、差分演算を行う画像間隔が固定されている
（即ち、常に隣接する画像同士で差分演算をする）と、
動きの速い運動部位についてはその変化量が大きいので
差分画像として表示され、その運動状態を観察すること
ができるが、動きの遅い運動部位についてはその変化量
が小さいので差分画像として残るものはほとんど無く、
その運動状態を観察することができないものであった。

このような問題に対して、本願出願人等が先に出願し
た特願平１−258352号の明細書に記載したように、収集
した一連の断層像を第１画像、第２画像、…第ｍ画像、
第（ｍ＋１）画像、…第2m画像、…第ｎ画像という具合
に番号付けしたときに、これらの断層像間で差分画像を
生成するのに、隣接する画像同士で差分を行うのではな
く、第１画像と第ｍ画像、第ｍ画像と第2m画像、第2m画
像と第3m画像、…のようにｍ枚毎に画像を選択して差分
を行う手法もある。しかし、この場合は、断層像のフレ
ームレートに対し差分画像のフレームレートが低下して
しまい、得られた差分画像を表示したときにちらつきが
生じ、かつリアルタイム性が損なわれるという問題が新
たに生ずるものであった。

そこで、本発明は、このような問題点を解決し、動き
が速いもの或いは遅いものでも観察し易い状態で表示す
ることができると共に、差分画像のフレームレートを低
下させることがない超音波診断装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明による超音波診断
装置は、被検体に超音波を送信及び受信する超音波送受
信手段と、この超音波送受信手段からの反射エコー信号
を用いて運動部位を含む被検体内の断層像データを所定
周期で繰り返して得る断層走査手段と、この断層走査手
段によって得た時系列の２画像間で引き算を行ってそれ
らの差分画像データを生成する手段と、この差分画像デ
ータ生成手段からの差分画像データを表示する画像表示
手段とを有する超音波診断装置において、上記差分画像
データ生成手段へ供給する２画像の画像間隔を検査対象
の運動部位の動きの速さに応じて実時間で任意に可変設
定する差分画像間隔設定手段と、この差分画像間隔設定
手段の出力信号により設定された画像間隔を有するいず
れか二つの断層像データを選択すると共にこの選択され
た二つの断層像データの双方が上記画像間隔を有してそ
れぞれ時系列に並び順次連続した断層像フレームとなる
ように指定する画像選択手段とを設け、上記差分画像デ
ータ生成手段は該画像選択手段で選択指定されたそれぞ
れ時系列に並ぶ二つの断層像データ間で順次引き算を行
うものである。

〔作 用〕

このように構成された超音波診断装置は、差分画像間
隔設定手段により、差分画像データ生成手段へ供給する
２画像の画像間隔を検査対象の運動部位の動きの速さに
応じて実時間で任意に可変設定し、画像選択手段によ
り、上記差分画像間隔設定手段の出力信号により設定さ
れた画像間隔を有するいずれか二つの断層像データを選
択すると共にこの選択された二つの断層像データの双方
が上記画像間隔を有してそれぞれ時系列に並び順次連続
した断層像フレームとなるように指定し、上記差分画像
データ生成手段は該画像選択手段で選択指定されたそれ
ぞれ時系列に並ぶ二つの断層像データ間で順次引き算を
行うように動作する。

これにより、被検体について一連の検査画像を収集す
る間においても、操作者が差分演算の画像間隔を運動部
位の動きに応じて任意に変更することができ、上記運動
部位の動きが速いもの或いは遅いものでも観察し易い状
態で表示することができる。そして、上記画像選択手段
により選択される画像の双方が設定された画像間隔を有
する断層像を順次連続的に使用するように選択して行く
ので、差分画像のフレームレートとして断層像のフレー
ムレートを維持することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本発明による超音波診断装置の実施例を示す
ブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利
用して被検体の診断部位、特に血管や心臓等の運動部位
についてその動きの成分を抽出して表示し得るもので、
図に示すように、探触子１と、超音波送受信回路２と、
ディジタルスキャンコンバータ（以下「DSC」と略称す
る）３と、引算器４と、D/A変換器５と、画像表示器６
と、コントローラ７とを有し、さらに差分画像間隔設定
器８と、切換器９とを備えて成る。

上記探触子１は、機械的又は電子的にビーム走査を行
って被検体に超音波を送信及び受信するもので、図示省
略したがその中には、超音波の発生源であると共に反射
エコーを受信する振動子が内蔵されている。超音波送受
信回路２は、上記探触子１に対して駆動パルスを送出し
て超音波を発生させると共に受信した反射エコーの信号
を処理するもので、図示省略したがその中には、送波パ
ルサ、送波遅延回路、受波増幅器、受波遅延回路及び加
算器、検波回路等が内蔵されている。そして、これら探
触子１と超音波送受信回路２とで超音波送受信手段を構
成しており、上記探触子１で超音波ビームを被検体の体
内へ送受信を繰り返しながら一定方向に走査させること
により、またその走査を所定周期で繰り返し、経時的に
断層像を得るようになっている。

DSC3は、上記超音波送受信回路２から出力される反射
エコー信号を用いて運動部位を含む被検体内の断層像デ
ータを超音波送波周期で得ると共に、このデータを表示
するためテレビ同期で読み出すもので、上記超音波送受
信回路２からの反射エコー信号をディジタル信号に変換
するA/D変換器10と、このA/D変換器10から出力されるデ
ィジタル信号を超音波ビームの１走査線または複数の走
査線ごとにラインメモリに書込み及び読出しを繰り返し
て後述の画像メモリ12へ送出するバッファメモリ11と、
このバッファメモリ11から出力される画像データを１フ
レーム分ずつ記憶可能で例えば半導体メモリから成る複
数の画像メモリ12とから成る。なお、このDSC3は、従来
の超音波診断装置におけるものとは異なり、画像メモリ
12から二つの画像を同時に出力できるように構成されて
いる。

引算器４は、上記DSC3によって得た時系列の断層像間
で引き算を行ってそれらの差分画像データを生成する手
段となるもので、上記画像メモリ12から出力される２フ
レームの断層像データ同士を画素アドレスを対応させて
引き算し、差分データを出力するようになっており、例
えば上記入力した２フレームの断層像の輝度データを対
応させその差を差分データとして出力するような演算プ
ログラムが書き込まれた演算RAMから成る。なお、この
引算器４は、通常の加算器を用いてもよい。

D/A変換器５は、上記引算器４から出力される差分画
像データを入力してアナログ信号に変換するものであ
る。また、画像表示器６は、上記D/A変換器５から出力
されるビデオ信号を入力して画像表示するもので、例え
ばテレビモニタから成る。そして、これらD/A変換器５
と画像表示器６とで、画像表示手段を構成している。

さらに、コントローラ７は、上記各構成要素の全体の
動作を制御するもので、例えばCPUから成り、上記探触
子１及び超音波送受信回路２に対し断層走査をさせるも
のである。

ここで、本発明においては、上記コントローラ７に差
分画像間隔設定器８が接続されると共に、DSC3の出力側
にて引算器４の前段には切換器９が設けられ、上記引算
器４は該切換器９で選択指定されたそれぞれ時系列に並
ぶ二つの断層像データ間で順次引き算を行うようにされ
ている。上記差分画像間隔設定器８は、前記引算器４へ
供給する２画像の画像間隔を検査対象の運動部位の動き
の速さに応じて実時間で任意に可変設定する手段となる
もので、例えば第２図に示すように回転型のボリウム13
から成り、コントローラ７に複数の画像メモリ12から画
像データを読み出すフレーム間隔数“N"を指定する信号
を送出するようになっている。なお、第２図において、
符号14は上記回転型のボリウム13を操作して任意に設定
した画像メモリ12上のフレーム間隔の数値を表示する表
示器を示し、符号15は上記設定されたフレーム間隔数に
おける時間差を表示する表示器を示している。

また、切換器９は、上記差分画像間隔設定器８の出力
信号により設定された画像間隔を有するいずれか二つの
断層像データを選択すると共にこの選択された二つの断
層像データの双方が上記画像間隔を有してそれぞれ時系
列に並び順次連続した断層像フレームとなるように指定
する画像選択手段となるもので、上記差分画像間隔設定
器８で設定された画像間隔数の信号により、複数の画像
メモリ12のうちからいずれか２個の画像メモリを選択し
て切り換え、上記設定された画像間隔を有する１組の断
層像データを指定すると共にこの１組の断層像データの
双方が上記画像間隔を有してそれぞれ時系列に並び順次
連続した断層像フレームとなるように指定するようにな
っており、上記差分画像間隔設定器８からの間隔信号を
コントローラ７を介して入力するようになっている。

すなわち、第３図に示すように、上記コントローラ７
は、カウンタ16と、デコーダ17と、制御回路18とを有
し、上記カウンタ16でテレビ表示の垂直同期信号VDを計
数してこの垂直同期信号ごとに複数の画像メモリ12に画
像データを書き込み及び読み出すタイミングを作り、デ
コーダ17は上記カウンタ16からの例えば３ビットの出力
信号を入力して８通り（Y₁〜Y₈）の組み合わせを作り、
このデコーダ17からの８通りの信号により例えば８個の
フレームメモリ12₁〜12₈から成る画像メモリ12に対して
画像データの書込みと読出しを順次制御し、さらに制御
回路18により前記差分画像間隔設定器８からの間隔信号
を上記切換器９に送出するようになっている。

次に、このように構成された超音波診断装置の動作に
ついて説明する。まず、探触子１からの超音波ビームの
送受信により超音波送受信回路２から出力されたエコー
信号（アナログ信号）は、DSC3内のA/D変換器10でディ
ジタル信号に変換されバッファメモリ11へ出力される。
バッファメモリ11は、複数のラインメモリから成り、コ
ントローラ７によって超音波送受波方向が変化する度に
交互に切り換えて書込みと読出しが制御され、順次入力
する各超音波受信ビーム毎にディジタルエコー信号を画
像メモリ12へ出力する。この画像メモリ12へ入力したエ
コー信号は、コントローラ７の制御信号により例えば第
３図に示す第一のフレームメモリ12₁へ順次超音波ビー
ム毎にそれらの送受波方向を対応させて、第１画像とな
る１枚の超音波断層像を形成するように書き込まれる。

次に、探触子１は、超音波送受信回路２及びコントロ
ーラ７の制御で１画像分の超音波走査が終了すると、再
び送受波方向を初期方向へ戻し、送受波を繰り返すと共
に、送受波方向を各送受波毎に順次変更して走査を行
う。したがって、エコー信号も上記と同様に、A/D変換
器10によりA/D変換され、バッファメモリ11を介して画
像メモリ12へ出力される。画像メモリ12は、今回の走査
によって取り込まれたエコー信号を第３図に示す第二の
フレームメモリ12₂へ書き込むようにコントローラ７に
よって制御される。第二のフレームメモリ12₂へのデー
タ書込みが超音波走査の進行とともに終了すると、第２
画像が形成される。

さらに、探触子１は、その後も引き続いて断層走査を
行っており、引き続いて第３画像を取り込み、エコー信
号はA/D変換器10によりA/D変換されてバッファメモリ11
を介して画像メモリ12の第三のフレームメモリ12₃へ順
次書き込まれる。そして、第３画像が形成される。以
後、上記の動作を順次繰り返し、第３図に示す例におい
ては、第八のフレームメモリ12₈に第８画像が形成され
て書き込まれるまで同様に進む。

このような状態で、被検体の検査対象の運動部位の動
きの速さに応じて、差分画像間隔設定器８により適当な
画像間隔を設定する。すなわち、第２図に示す回転型の
ボリウム13を操作して画像メモリ12上のフレーム間隔数
“N"を例えば１枚とびの“2"と設定する。このとき、一
方の表示器14には上記フレーム間隔を示す数値“2"が表
示され、他方の表示器15には例えば断層像の取込みフレ
ームレートを30フレーム／秒（フレーム間隔33ms）とし
たときには上記数値“2"に対応するフレーム間隔の時間
差を示す数値“66"が表示される。

すると、上記設定された画像間隔を示す信号がコント
ローラ７を介して切換器９へ入力し、この切換器９によ
り画像メモリ12のうちからいずれか２個のフレームメモ
リが選択して切り換えられ、二つの画像データが順次読
み出される。そして、この読み出された二つの画像デー
タは、次の引算器４へ入力して差分がとられ、差分画像
データが生成される。

次に、本発明が特徴とする差分画像データの生成状態
を第４図を参照して説明する。いま、第３図に示す第一
のフレームメモリ12₁には画像Ａが書き込まれ、第二の
フレームメモリ12₂には画像Ｂが書き込まれ、第三のフ
レームメモリ12₃には画像Ｃが書き込まれ、…、第八の
フレームメモリ12₈には画像Ｈが書き込まれているとす
る。上記のように、引算器４で差分をとる画像間隔数
“N"は“2"であるので、１回目の差分においては、マス
ク像が第１画像のＡで変位像が第３画像のＣとなり、差
分画像はＡ−Ｃとなる。次に、２回目の差分において
は、マスク像が第１画像Ａに続いて得られた第２画像の
Ｂで変位像が第４画像のＤとなり、差分画像はＢ−Ｄと
なる。以下、同様に動作して、８回目の差分において
は、マスク像がＨで変位像がＢとなり、差分画像はＨ−
Ｂとなる。そして、９回目の差分において、最初の１回
目の差分と同じ状態に戻り、以下これを順次繰り返す。

上述の他に、変形例として、画像メモリ12へ第１画像
Ａから第３画像Ｃまで書き込まれたタイミングで差分画
像の生成を開始するようにしてもよいし、差分演算はＣ
−A,D−Ｂのように第４図とは逆に行ってもよい。な
お、第４図のマスク像に対して画像間隔数“N"を“1"と
して実施すると、従来の隣接画像間で差分演算を行うも
のとなることは明らかである。

その後、上記引算器４から出力された各差分画像デー
タは、D/A変換器５へ入力してアナログビデオ信号に変
換され、画像表示器６に入力して差分画像として表示さ
れる。この場合、上記画像表示器６に表示される差分画
像の状態を観察しながら、検査対象の運動部位の動きの
速さに応じて差分画像間隔設定器８を適宜操作し、差分
画像生成に供する画像を指定しその運動状態がよく見え
る画像間隔に設定すればよい。

本実施例によれば、差分画像間隔が任意に設定できる
ので、臓器の運動速度が速いもの、或いは遅いもののど
ちらにも対応できると共に、差分画像のフレームレート
としては断層像のフレームレートそのものが維持され
る。従って、差分間隔を変更しても差分画像のちらつき
は防止できる。

第５図は本発明の第二の実施例を示すブロック図であ
る。この実施例は、第１図における画像メモリ12の代わ
りにシネメモリ19を設けたもので、この場合は、スキャ
ンコンバータ23が引算器４とD/A変換器５との間に設け
られている。ここで、上記シネメモリ19は、第６図に示
すように、超音波操走査線１本分の超音波走査線データ
を書き込むラインメモリ20をｎ個有し、これらのライン
メモリ20に超音波走査線データを書き込み及び読み出す
ときの制御をするアドレスゲート21及びデータゲート22
を有して成る。

そして、第５図に示すA/D変換器10により超音波走査
線１本分のエコー信号をA/D変換した後、そのデータを
シネメモリ19内のラインメモリ20へ超音波走査線毎に書
き込む。その後、差分演算のため上記ラインメモリ20か
ら超音波走査線データを読み出すときは、差分画像間隔
設定器８からの間隔信号により切換器９から出力される
ゲート制御信号によって、アドレスゲート21とデータゲ
ート22の差分対象画像となる２画面分のゲートだけを開
き、その超音波走査線データを読み出す。これらの超音
波走査線データは、その後引算器４へ入力し、ここで差
分をとった後にスキャンコンバータ23へ送出する。スキ
ャンコンバータ23は、順次入力する超音波走査線毎の差
分データを１フレーム分の画像構成として、次のD/A変
換器５へ送出するように動作する。

この実施例の場合は、シネメモリ19が超音波走査線１
本分のデータを書き込むラインメモリ20から成っている
ので、テレビフレームの同期時間以下で１フレームを構
成することができる。例えば、超音波走査線数が40本、
エコー信号表示深度が10cmとした場合、生体内の音速が
1500m/s程度であることを考慮すると、超音波断層像の
１枚は約6msで得られ、表示信号系がNTSC方式のテレビ
フレーム同期時間であり約33ms毎の時相であるにもかか
わらず、33msより小さい差分時間でより細かな差分画像
をリアルタイムで表示することができる。また、この実
施例では、断層像１フレーム分のシネメモリ19への書き
込みの超音波走査線数を自由に変更できるため、差分画
像間隔を一定にして断層像のフレームレイトを変化させ
ることができる。さらに、断層像の画像領域を超音波走
査線単位で選択できるので、所望の診断領域のみを差分
画像として表示することもできる。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されたので、差分画像間隔
設定手段により、差分画像データ生成手段へ供給する２
画像の画像間隔を検査対象の運動部位の動きの速さに応
じて実時間で任意に可変設定し、画像選択手段により、
上記差分画像間隔設定手段の出力信号により設定された
画像間隔を有するいずれか二つの断層像データを選択す
ると共にこの選択された二つの断層像データの双方が上
記画像間隔を有してそれぞれ時系列に並び順次連続した
断層像フレームとなるように指定し、上記差分画像デー
タ生成手段は該画像選択手段で選択指定されたそれぞれ
時系列に並ぶ二つの断層像データ間で順次引き算を行う
ことができる。

これにより、被検体について一連の検査画像を収集す
る間においても、操作者が差分演算の画像間隔を運動部
位の動きに応じて任意に変更することができ、上記運動
部位の動きが速いもの或いは遅いものでも観察し易い状
態で表示することができる。そして、上記画像選択手段
により選択される画像の双方が設定された画像間隔を有
する断層像を順次連続的に使用するように選択して行く
ので、差分画像のフレームレートとして断層像のフレー
ムレートを維持することができる。すなわち、差分画像
間隔を変えてもフレームレートは低下することがないの
で、表示された差分画像のちらつきを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波診断装置の実施例を示すブ
ロック図、第２図は差分画像間隔設定器の外観例を示す
説明図、第３図はコントローラの内部構成例を示す回路
図、第４図は引算器による差分演算の一例を示す説明
図、第５図は本発明の第二の実施例を示すブロック図、
第６図はシネメモリの内部構成例を示すブロック図であ
る。 １……探触子、２……超音波送受信回路、３……DSC、
４……引算器、５……D/A変換器、６……画像表示器、
７……コントローラ、８……差分画像間隔設定器、９…
…切換器、10……A/D変換器、11……バッファメモリ、1
2……画像メモリ、19……シネメモリ、23……スキャン
コンバータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 謙 兵庫県宝塚市千種１丁目１番地の15 (56)参考文献 特開 昭59−77841（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−193654（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体に超音波を送信及び受信する超音波
   送受信手段と、この超音波送受信手段からの反射エコー
   信号を用いて運動部位を含む被検体内の断層像データを
   所定周期で繰り返して得る断層走査手段と、この断層走
   査手段によって得た時系列の２画像間で引き算を行って
   それらの差分画像データを生成する手段と、この差分画
   像データ生成手段からの差分画像データを表示する画像
   表示手段とを有する超音波診断装置において、上記差分
   画像データ生成手段へ供給する２画像の画像間隔を検査
   対象の運動部位の動きの速さに応じて実時間で任意に可
   変設定する差分画像間隔設定手段と、この差分画像間隔
   設定手段の出力信号により設定された画像間隔を有する
   いずれか二つの断層像データを選択すると共にこの選択
   された二つの断層像データの双方が上記画像間隔を有し
   てそれぞれ時系列に並び順次連続した断層像フレームと
   なるように指定する画像選択手段とを設け、上記差分画
   像データ生成手段は該画像選択手段で選択指定されたそ
   れぞれ時系列に並ぶ二つの断層像データ間で順次引き算
   を行うことを特徴とする超音波診断装置。