JP3967149B2

JP3967149B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3967149B2
Application number: JP2002050159A
Authority: JP
Inventors: 俊昭藤木
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP2003245278A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に超音波診断装置のシステムアーキテクチャーに関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
超音波診断装置は、ビーム処理部、走査変換部、画像処理部などの複数の処理部によって構成される。それらの処理部は、受信信号の処理の流れに沿って専用のバスによって相互に個別的に接続される。また、それらの処理部を制御するためにホストＣＰＵと各処理部との間には専用の制御バスが設けられる。
【０００３】
近時、超音波診断装置の高機能化を背景として、超音波診断装置に搭載される処理部の個数が増大している。同様に、デジタル信号処理の増加は、各処理部が搭載されたバックプレーン上における信号ライン数の増大をもたらしている。また、仕様変更に伴って、システムを再設計する必要性が頻繁に生じているという事情もある。
【０００４】
以上のように、従来における装置構成では、機能増加や仕様変更などに柔軟に対応できないという問題がある。特に、データ量や転送レートの増大がその問題に拍車をかけている。
【０００５】
本発明の目的は、超音波診断装置の設計負担を軽減し、装置構成の変更にも柔軟に対応できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の処理モジュールと、前記複数の処理モジュールが共通接続された少なくとも１系統の内部バスと、を含み、前記複数の処理モジュール間では、前記内部バスを介して、超音波データを含む第１データブロック及び制御データを含む第２データブロックが転送され、前記複数の処理モジュールには、前記超音波データを段階的に処理する複数の超音波データ処理モジュールと、ホストＣＰＵを備え、前記超音波データのソフトウエア処理を実行する機能と、前記制御データを他のモジュールへ与える機能と、を有するホストモジュールと、が含まれ、前記ホストＣＰＵと前記内部バスとの間には前記内部バス上のデータブロック転送を調停するバスブリッジ回路が設けられ、前記バスブリッジ回路によって前記ホストＣＰＵが前記内部バスから切り離されて超音波データ処理モジュール間で前記内部バスを介して前記第１データブロックが転送され、超音波データ処理モジュール間で前記第１データブロックが転送されていないときに前記ホストモジュールから特定の超音波データ処理モジュールへ前記第２データブロックが転送される、ことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、複数の処理モジュールが共通の内部バスを介して相互に接続され（多対多の伝送がなされ）、つまり、その内部バスを介して、第１データブロックや第２データブロックの転送がなされる。つまり、超音波データと制御データとが同じ内部バスを利用して授受される。各処理モジュールは、望ましくは、バックプレーンボード上に搭載されるモジュールボードとして構成され、その場合に、バックプレーンボード上には上記内部バスが配設される。
【０００８】
上記構成では同じ内部バスによって超音波データ及び制御データが伝送される。よって、本発明によれば、モジュール数の増減によっても基本的に同じ内部バスをそのまま利用できるので、設計変更が容易である。ちなみに、内部バスとしては、コンピュータにおいて用いられている各種の汎用バスを用いるのが望ましい。
【０００９】
望ましくは、前記第１及び第２データブロックはＤＭＡ（ダイレクト・メモリ・アクセス）転送される。これは、ホストＣＰＵを経由させずに各データをバースト転送するものである。内部バスの使用競合を避けるために、バス制御を行う回路などを別途設けるのが望ましい。この場合、複雑なバス制御（アービトレーション）を汎用バスブリッジに委ねれば、超音波診断装置の設計者は各処理部の設計に専念できることになる。ＤＭＡ転送によって特定の処理モジュール間において内部バスが占有されている場合においても、一般に、バスブリッジによってホストＣＰＵが内部バスから切り離されたため、ホストＣＰＵの負荷とならない。ＤＭＡ転送に当たっては、転送元の処理モジュールがイニシエーターとなり、データブロック単位でデータ転送がなされる。
【００１０】
望ましくは、超音波データは超音波ビーム単位又は表示ライン単位で転送される。
【００１１】
望ましくは、前記第１データブロックには、前記超音波データの他にアトリビュートが含まれ、前記アトリビュートには、フレームの識別子と、超音波ビーム識別子又は表示ライン識別子とが含まれる。
【００１２】
望ましくは、前記内部バスとして複数系統の内部バスが設けられ、前記超音波データの種別に応じて内部バスが使い分けられる。望ましくは、前記内部バスとして第１内部バスと第２内部バスとが設けられ、前記第１内部バスはビーム処理前データの転送用として用いられ、前記第２内部バスはビーム処理後データ及びイメージデータの転送用として用いられる。
【００１３】
望ましくは、前記複数の処理モジュールにはホストＣＰＵを備えたホストモジュールが含まれ、前記ホストモジュールが超音波データのソフトウエア処理を実行する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１は装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１において、内部バスとしてのバス１２には、複数のモジュール１４〜２６が接続されている。図１に示す例では、バス１２に対して、メモリモジュール１４、ビーム処理モジュール１６、ビーム処理モジュール１８、走査変換モジュール２０、走査変換モジュール２２、画像処理モジュール２４及びホストモジュール２６が接続されている。以下に詳述するように超音波データが段階的に処理される。
【００１７】
内部バス１２は、超音波診断装置におけるバックプレーンボード上に形成され、また各モジュール１４〜２６はそれぞれモジュールボード（基板）を構成する。
【００１８】
上記のバス１２は、本実施形態においてコンピュータなどにおいて用いられている高速の汎用バスが利用されている。具体的には、例えばコンパクトＰＣＩバスが用いられている。図１に示す例では、１つのバス１２が示されているが、後に図４を用いて説明するように、伝送するデータの種別に応じて複数のバスを設けるようにしてもよい。
【００１９】
図１において、プローブ１０は超音波の送受波を行う超音波探触子である。そのプローブ１０には複数の振動素子からなるアレイ振動子が設けられている。そのアレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームが電子走査される。この超音波ビームの形成及び電子走査のために、図示されていない送信モジュール及び受信モジュールが設けられている。送信モジュールは送信ビームフォーマーとして機能し、複数の振動素子に対して駆動信号を供給する。受信モジュールは受信ビームフォーマーとして機能し、複数の振動素子からの受信信号に対して整相加算処理を行う。ちなみに、その受信モジュールには各チャンネルごとに設けられたＡ／Ｄ変換器なども搭載されている。
【００２０】
図１に示されるメモリモジュールは、上記の整相加算後の受信信号を格納し、その受信信号を後続するモジュールへ転送する。具体的には、メモリモジュール１４は、ビームメモリ１４Ａと出力部１４Ｃとを有している。ビームメモリ１４Ａは１本の超音波ビームを単位として受信信号（すなわちエコーデータ）を格納するメモリである。このビームメモリ１４Ａには１つの超音波ビームに相当する受信信号だけが格納されてもよいし、例えば１フレーム分の受信信号が格納されてもよい。出力部１４Ｃはビームメモリ１４Ａ上の受信信号（ビーム処理前データ）を後続の所定のモジュールへＤＭＡ転送するための回路である。
【００２１】
ここで図２を用いて各モジュール間において転送されるデータブロック６０について説明する。データブロック６０は、大別して、超音波データを転送するためのデータブロックと、制御データを転送するためのデータブロックとに分けられる。いずれにしても、データブロック６０は、図２に示されるようにアトリビュート６４及びデータ６６からなる。もちろん、このデータ構造は一例である。
【００２２】
アトリビュート６４は、例えば、データ種別、フレーム識別子、ビーム識別子、フレーム同期情報、データサイズなどといった属性情報である。もちろん、このアトリビュート６４は、データ６６の内容に応じて設定されるものである。データ６６は、超音波データ及び制御データに大別され、超音波データである場合には、ビーム処理前データ、ビーム処理後データ又はイメージデータである。ビーム処理前データは、後述するビーム処理を行う前のデータであり、ビーム処理後データは、ビーム処理を行った後の走査変換前データであり、イメージデータは走査変換によって形成されたイメージデータである。
【００２３】
このように、図１に示した各モジュール間においては、データブロック単位でデータの転送が行われる。したがって、上述したメモリモジュール１４から例えばビーム処理モジュール１６，１８へデータブロックが転送される場合には、ビーム処理前データに対してアトリビュート等の必要なデータが付加され、これによってデータブロックが構成され、そのデータブロックがバースト転送されることになる。
【００２４】
ビーム処理モジュール１６は、エコー処理部１６Ａ、入力部１６Ｂ及び出力部１６Ｃによって構成される。エコー処理部１６Ａは、例えばＢモード画像を形成するために必要な各種の処理、例えば、検波、対数圧縮処理などを実行する。入力部１６Ｂ及び出力部１６Ｃは、データブロックのＤＭＡ転送を行うために必要なユニットである。このビーム処理モジュール１６においては、ＤＭＡ転送されたデータブロックが入力部１６Ｂによって受信され、そのデータブロック中のビーム処理前データがエコー処理部１６Ａによって処理され、その処理後のデータすなわちビーム処理後データが出力部１６Ｃによってデータブロックとして再構成され、そのデータブロックが例えば後段の走査変換モジュール２０などにＤＭＡ転送される。以上の処理の基本的な流れは各モジュールにおいて同様である。
【００２５】
ビーム処理モジュール１８は、ドプラ処理部１８Ａ、入力部１８Ｂ及び出力部１８Ｃによって構成される。ドプラ処理部１８Ａは、直交検波回路及び自己相関回路などを有し、カラードプラ画像を形成するために必要な処理が実行される。入力部１８Ｂ及び出力部１８Ｃは、他のモジュールとの間でデータブロックをＤＭＡ転送するための回路である。
【００２６】
走査変換モジュール２０は、走査変換部２０Ａ、入力部２０Ｂ及び出力部２０Ｃによって構成される。走査変換部２０Ａは、Ｂモード画像を形成するために必要な座標変換や補間処理などを実行する。入力部２０Ｂ及び出力部２０Ｃは他のモジュールとの間でデータブロックをＤＭＡ転送するための回路である。
【００２７】
走査変換モジュール２２は、走査変換部２２Ａ、入力部２２Ｂ及び出力部２２Ｃによって構成される。走査変換部２２Ａは、カラードプラ画像を形成するための座標変換や補間処理などを実行する。入力部２２Ｂ及び出力部２２Ｃは他のモジュールとの間でデータブロックのＤＭＡ転送を行うための回路である。
【００２８】
画像処理モジュール２４は、画像処理部２４Ａ、入力部２４Ｂ及び出力部２４Ｃを有する。画像処理部２４Ａは、Ｂモード画像にカラードプラ画像を合成する処理や、各種の画像処理を実行する。入力部２４Ｂ及び出力部２４Ｃはデータブロックを他のモジュールとの間でＤＭＡ転送するための回路である。画像処理モジュール２４には、画像処理の結果として得られる表示画像を表示する表示装置が接続されている。
【００２９】
ホストモジュール２６は、ホストＣＰＵ３２とバスブリッジ回路３４とを有する。ホストＣＰＵ３２は、各処理部の動作制御を行うとともに、超音波データについて必要なソフトウエア処理を実行する。例えば、特定の画像処理をハードウエア処理ではなくソフトウエア処理させる場合には、当該処理を行うためにイメージデータがホストＣＰＵ３２へわたされ、その結果が画像処理モジュール２４へ戻される。
【００３０】
バスブリッジ回路３４は、バス１２におけるデータ転送を制御する回路である。例えばデータブロックが特定のモジュールから他の特定のモジュールにＤＭＡ転送されている場合には、バスブリッジ回路３４によってバス１２からホストＣＰＵ３２が切り離される。また、このバスブリッジ回路３４によって、ＤＭＡ転送が競合しないように転送の調停が図られている。外部記憶装置３０は、ホストモジュール２６に接続されており、この外部記憶装置３０上には必要なプログラムやデータなどが格納される。またホストＣＰＵによって画像処理が行われた場合にはその処理結果である画像データを外部記憶装置３０に格納するようにしてもよい。この外部記憶装置３０は通常のコンピュータなどに搭載されている外部記憶と同様の機能を発揮する。その外部記憶装置３０としては例えばハードディスク装置などをあげることができる。
【００３１】
以上の説明では、特に超音波データの転送について説明したが、ホストＣＰＵ３２から各モジュールに対してパラメータ値を与える場合や、一方のモジュールから他方のモジュールへ必要な制御情報をわたす場合には、図２に示した制御データを含むデータブロックがＤＭＡ転送される。ちなみに、最初に各モジュールについてのレジスタ設定などが完了すると、その後、その設定値をリアルタイムで変更させることはあまりないため、制御データを含むデータブロックのＤＭＡ転送はそれほど多くはない。すなわち、リアルタイム処理動作中においては、バス１２を超音波データの転送に十分に振り向けることができる。
【００３２】
一例をあげると、上記のビーム処理前データの転送に必要なレートは８ＭＢ／ｓであり、上記のビーム処理後データの転送に必要なレートは２ＭＢ／ｓであり、イメージデータの転送に必要なレートは８ＭＢ／ｓである。これに対して、上記のバス１２が例えば汎用高速バスであるコンパクトＰＣＩバスなどによって構成されるならば、そのバスは最大１３３ＭＢ／ｓの転送能力を有しているため、バス調停などにあたって必要なオーバーヘッド時間などを考慮したとしても、１本のバスによって十分に各データの転送を行える。
【００３３】
図３には、バス１２に接続されているモジュール１４〜２４の基本的な構成が示されている。モジュール４０は、上記のように、処理部４２と、入力部４４及び出力部４６とによって構成され、それらの入力部４４及び出力部４６は図示のような構成を有する。すなわち、バス１２にはバスインターフェース５６が接続され、バスインターフェース５６と処理部４２との間には、データ入力側に入力部用メモリ４８及び入力部用レジスタ５０が設けられ、データ出力側に出力部用メモリ５２及び出力部用レジスタ５４が設けられる。入力部用メモリ４８，出力部用メモリ５２はそれぞれ超音波データを格納するための記憶部であり、入力部用レジスタ５０，出力部用レジスタ５４は制御情報としてのパラメータ値などを格納する記憶部である。ＤＭＡ制御部５８は、処理部４２の制御の下、上述したデータブロックを構成してそれをＤＭＡ転送するための回路である。もちろん、図３に示した構成は一例であって、他の構成を採用することができる。
【００３４】
図４には、他の実施形態に係る超音波診断装置の構成が示されている。ここで、モジュール６４〜７４は、図１に示したモジュール１４〜２４に相当する。また図４に示すホストモジュール７６は、図１に示したホストモジュール２６に相当する。
【００３５】
図４に示す構成例では、ビーム処理モジュール６６から走査変換モジュール７２までの各モジュールに対して第１バス６０及び第２バス６２の両者が接続されている。また、メモリモジュール６４は第１バス６０に接続されており、画像処理モジュール７４は第２バス６２に接続されている。さらに、ホストモジュール７６には２つのバス６０，６２が接続されている。
【００３６】
第１バス６０及び第２バス６２は例えば上記のＰＣＩバスなどによって構成される。第１バス６０はビーム処理前データを転送するために利用され、第２バス６２は主としてビーム処理後データ及びイメージデータを転送するために利用される。ちなみに制御データについては、第１バス６０及び第２バス６２のいずれか又は両方がその転送に利用される。
【００３７】
ホストモジュール７６は、第１バス６０用の第１バスブリッジ８０と第２バス６２用の第２バスブリッジ７８とを有しており、それらはホストＣＰＵ８２によって制御される。なお、ホストモジュール７６には外部記憶装置８６が接続され、画像処理モジュール７４には表示装置８４が接続されている。
【００３８】
図４に示す構成では、メモリモジュール６４から出力されるビーム処理前データを含むデータブロックは、第１バス６０を経由して例えばビーム処理モジュール６６へ転送される。そして、そのビーム処理モジュール６６において生成されたビーム処理後データを含むデータブロックは、第２バス６２を介して例えば走査変換モジュール７０へ転送される。そして、その走査変換モジュール７０にて生成されたイメージデータを含むデータブロックは画像処理部モジュール７４へ第２バス６２を介して転送される。
【００３９】
以上のように、データの種別に応じて第１バス６０及び第２バス６２の２つが使い分けられているため、より大量のデータを取り扱うことが可能となる。例えば超音波三次元画像などを形成する場合、三次元エコーデータ取込空間内において取り込まれた大量のデータを処理する必要があり、また多方向同時受信などを行う場合にも同様に大量のデータ処理の必要があるが、図４に示す構成例によれば、データ伝送ラインを２系統用意したために、余裕あるデータ転送を実現することが可能となる。図４に示した構成においても各バス６０，６２は共通のバスを構成しているため、装置の設計変更などの自由度は高められている。
【００４０】
図１において、あるモジュールから次のモジュールへＤＭＡ転送を行う場合には、上述したように所定のデータ単位（１レコード単位）でデータ転送が行われるアトリビュート６４にはデータサイズなどの情報も格納され、データブロックを受け取ったモジュール側ではそのような情報を参照することによりＤＭＡ転送の終了を知ることができる。もちろん他の方法によってデータの転送終了などが判定されるようにしてもよい。いずれにしても、アトリビュート６４にフレーム識別子及びビームあるいはラインの識別子の情報を書き込んでおくことにより、各データブロックがバラバラに転送されても、それらを再構成することが可能であり、非同期転送を行いつつも、同期転送を行った場合と同様の結果を得ることが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超音波診断装置の設計負担を軽減でき、また装置構成の変更にもフレキシブルに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】データブロックの構成を示す概念図である。
【図３】モジュールの基本構成を説明するためのブロック図である。
【図４】他の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロックである。
【符号の説明】
１０プローブ、１２バス、１４メモリモジュール、１６ビーム処理モジュール、１８ビーム処理モジュール、２０走査変換モジュール、２２走査変換モジュール、２４画像処理モジュール、２６ホストモジュール。

Claims

複数の処理モジュールと、
前記複数の処理モジュールが共通接続された少なくとも１系統の内部バスと、
を含み、
前記複数の処理モジュール間では、前記内部バスを介して、超音波データを含む第１データブロック及び制御データを含む第２データブロックが転送され、
前記複数の処理モジュールには、
前記超音波データを段階的に処理する複数の超音波データ処理モジュールと、
ホストＣＰＵを備え、前記超音波データのソフトウエア処理を実行する機能と、前記制御データを他のモジュールへ与える機能と、を有するホストモジュールと、が含まれ、
前記ホストＣＰＵと前記内部バスとの間には前記内部バス上のデータブロック転送を調停するバスブリッジ回路が設けられ、
前記バスブリッジ回路によって前記ホストＣＰＵが前記内部バスから切り離されて超音波データ処理モジュール間で前記内部バスを介して前記第１データブロックが転送され、
超音波データ処理モジュール間で前記第１データブロックが転送されていないときに前記ホストモジュールから特定の超音波データ処理モジュールへ前記第２データブロックが転送される、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記第１及び第２データブロックはＤＭＡ転送されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記超音波データは超音波ビーム単位又は表示ライン単位で転送されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項３記載の装置において、
前記第１データブロックには、前記超音波データの他にアトリビュートが含まれ、
前記アトリビュートには、フレームの識別子と、超音波ビーム識別子又は表示ライン識別子とが含まれることを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記内部バスとして複数系統の内部バスが設けられ、
前記超音波データの種別に応じて内部バスが使い分けられることを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記内部バスとして第１内部バスと第２内部バスとが設けられ、
前記第１内部バスはビーム処理前データの転送用として用いられ、
前記第２内部バスはビーム処理後データ及びイメージデータの転送用として用いられることを特徴とする超音波診断装置。