JP4533478B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体の断面を超音波で走査して得られる受信信号に含まれる位相情報と振幅情報との少なくとも一方に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られている超音波診断装置は、信号処理や画像処理の内容に応じて分割された複数のユニットから構成されているのが一般的である。これらのユニットは、信号処理や画像処理の流れに沿った順序で接続されている。
【０００３】
ユニット間のインターフェースは、ユニットの接続順序に応じた固定的なものが装備されており、あるユニットは、インターフェースを介してリアルタイムで入力される画像信号等を所定のタイミング信号に従って処理し、その処理結果を次段のユニットに出力する。このようにして従来の超音波診断装置では、一連の処理がパイプライン的に行われる。
【０００４】
図６は、従来の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【０００５】
同図に示すように、この超音波診断装置は、超音波プローブ１００，レートパルス発生回路１０１，送信制御回路１０２，受信制御回路１０３，レシーバ１０４，ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）１０５，エンコーダ１０６，モニタ１０７，血流解析ユニット１０８，ＣＰＵ１０９の複数のユニットにより構成されている。
【０００６】
図示しない操作パネル等によりオペレータが超音波スキャンのための所定の操作入力を行うと、ＣＰＵ１０９はこの操作入力を処理し、超音波スキャンに必要なパラメータを各ユニットに設定する。この設定に従って、まずレートパルス発生回路１０１は、超音波送受信のための基本信号（レートパルス）を生成する。送信制御回路１０２は、この基本信号に基づく超音波パルスを発生するように超音波プローブ１００を駆動する。これにより超音波プローブ１００から超音波パルスが被検体に向けて送信される。
【０００７】
超音波プローブ１００は、送信した超音波パルスの反射波を受信する。受信制御回路１０３は、超音波プローブ１００が受信した信号をレシーバ１０４及び血流解析ユニット１０８に出力する。図７に示すように、ビームフォーマーと呼ばれる受信制御回路１０３は、超音波プローブ１００からの受波信号を増幅するプリアンプ１１０と、該増幅された電気信号をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）１１１と、ＡＤＣ１１１から得られたデジタル信号を遅延処理する遅延回路１１２と、各遅延回路１１２からの出力を加算する加算器１１３と、により構成されており、超音波プローブ１００の各超音波振動素子に対応して所定の遅延量が与えられた受信信号から所定の指向特性が与えられた超音波受信信号が得られる。
【０００８】
レシーバ１０４は受信信号に対し直交検波，包絡線検波，フィルタ処理，およびエッジ強調などの所要の信号処理を施し、その信号処理結果、例えばＢモード画像信号を次段のＤＳＣ１０５に出力する。
【０００９】
血流解析ユニット１０８は、ＭＴＩフィルタ処理や自己相関処理等の信号処理によって流速，パワー，又は分散などの２次元の血流信号を生成する。また、血流解析ユニット１０８内に設けられているＦＦＴユニットは流速分布を算出する。これら血流解析ユニット１０８による信号処理結果は、ＤＳＣ１０５に送られるとともに同ＤＳＣ１０５においてレシーバ１０４から出力されるＢモード画像信号に重畳され、２次元画像に展開される。この２次元画像はエンコーダ１０６によりＴＶモニタ等で表示可能なビデオ信号に変換されたのち、モニタ１０７によって表示される。
【００１０】
上述した従来の超音波診断装置には、以下のような問題点がある。
【００１１】
（１）超音波スキャン，信号処理，表示処理といった一連の処理が密に結合しており、上述したようにパイプライン的に行われる。このため、新たな機能を追加して性能の向上を図ることが困難である。
【００１２】
（２）インターフェース規約に制限されてユニット構成が固定的であり、装置のサイズ縮小やコスト低減が行いにくい。
【００１３】
（３）ユニット間のデータフローも固定的であり、各ユニットから任意にデータを取り出すことが困難である。超音波スキャンによって得られた信号や画像を表すデータは、その処理過程において各々のユニット内のメモリに分散的に蓄えられる。通常の画像表示ではない特別の処理のためにユニットから所望のデータを取り出すには、通常の画像表示のための信号線とは別に、例えばＣＰＵからの読み出しのための信号線を別途設けることが必要となる。なお、各ユニットのメモリに信号や画像が分散することは、装置コスト低減の観点からも好ましくない。
【００１４】
（４）特定のユニットに例えば故障などが発生した場合、ユニット自体を交換しない限り、そのユニットによる機能（例えば血流解析ユニットによる血流表示）を提供できない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、その目的は、汎用的なデータ伝送路を介して相互に接続された複数のユニット間において自由度の高いデータフローを実現できる超音波診断装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は以下のように構成されている。
【００２４】
（１）本発明の超音波診断装置は、被検体に超音波を送信するとともにその反射波を受波し、該反射波の受波信号を出力する複数の超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記超音波プローブから出力された信号に遅延加算処理をする遅延加算回路を備えた受信制御手段と、前記受信制御手段の出力に基づいてＢモード画像信号を生成するレシーバ回路と、前記受信制御手段の出力に基づいてＣＦＭデータを生成するＣＦＭ処理回路と、各種の演算処理を行う演算処理回路であって、且つ、前記ＣＦＭ処理回路が故障した際に前記受信制御手段の出力に基づいてＣＦＭデータを生成する演算処理回路と、前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、および演算処理回路に接続され、前記受信制御手段の出力、Ｂモード画像信号、ＣＦＭデータを前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間で転送するバスと、前記前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間のデータフローを制御する制御手段と、を具備し、前記演算処理回路は、フラッシュエコー処理、カラードプラにおける加速度パラメータの算出処理、パラメータ画像処理、弾性イメージング処理、近距離固定ノイズ除去処理、周波数依存性減衰イメージング処理のうちの少なくとも一つの処理を行い、前記パラメータ画像処理において、前記演算処理回路は、前記受信制御手段からの出力に関心領域を設定して信号帯域の積分値を求め、前記レシーバ回路に前記積分値のフィルタ処理を行わせるために、該積分値を前記演算処理回路から前記バスを通じて前記レシーバ回路に送ることを特徴とする。
【００２６】
（２）本発明の超音波診断装置は、被検体に超音波を送信するとともにその反射波を受波し、該反射波の受波信号を出力する複数の超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記超音波プローブから出力された信号に遅延加算処理をする遅延加算回路を備えた受信制御手段と、前記受信制御手段の出力に基づいてＢモード画像信号を生成するレシーバ回路と、前記受信制御手段の出力に基づいてＣＦＭデータを生成するＣＦＭ処理回路と、各種の演算処理を行う演算処理回路であって、且つ、前記レシーバ回路が故障した際に前記受信制御手段の出力に基づいてＢモード画像信号を生成する演算処理回路と、前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、および演算処理回路に接続され、前記受信制御手段の出力、Ｂモード画像信号、ＣＦＭデータを前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間で転送するバスと、前記前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間のデータフローを制御する制御手段と、を具備し、前記演算処理回路は、フラッシュエコー処理、カラードプラにおける加速度パラメータの算出処理、パラメータ画像処理、弾性イメージング処理、近距離固定ノイズ除去処理、周波数依存性減衰イメージング処理のうちの少なくとも一つの処理を行い、前記パラメータ画像処理において、前記演算処理回路は、前記受信制御手段からの出力に関心領域を設定して信号帯域の積分値を求め、前記レシーバ回路に前記積分値のフィルタ処理を行わせるために、該積分値を前記演算処理回路から前記バスを通じて前記レシーバ回路に送ることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、この超音波診断装置は、超音波プローブ１，レートパルス発生ユニット２，送信制御ユニット３，受信制御ユニット４，ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）ユニット５，エンコーダ６，モニタ７，レシーバユニット８，血流解析ユニット９，ＣＰＵユニット１０の複数のユニットにより構成されている。個々のユニット自体の基本機能は従来技術のものと同様である。
【００３３】
超音波プローブ１は、被検体に超音波を送波するとともにその反射波を受波し、該反射波の電気信号を出力する。
【００３４】
受信制御ユニット４は、超音波プローブ１が受波した反射波の電気信号に基づくＲＦデータを生成するビームフォーマユニットとして設けられており、超音波振動子の各チャネルに対応するプリアンプ、Ａ／Ｄコンバータ、及び遅延回路と、各遅延回路から出力された信号を加算する加算器とからなる。ＲＦデータは、超音波送信周波数による変調を受けた信号、あるいは、超音波受信参照周波数で直交検波を行った後の出力信号である。ＲＦデータのビット幅は１６〜１８ビットである。帯域幅は、使用される超音波プローブや超音波送信周波数に応じて異なるが、通常、２〜１０ＭＨｚ程度である。
【００３５】
レシーバユニット８は、受信制御ユニット４から出力されたＲＦデータに包絡線検波を行い、組織形態情報画像（Ｂモード画像）用の信号を生成するユニットである。レシーバユニット８は、包絡線検波を行う包絡線検波回路を備えている。包絡線検波処理では、ビームフォーマから出力されたＲＦ信号を包絡線検波し、この検波信号に対数圧縮処理した８〜１２ビットのデータを出力する。
【００３６】
血流解析ユニット９は、直交検波回路、ＦＦＴ回路、ＣＦＭ回路を備えている。直交検波回路は、ミキサ、フェーズシフタ、及びローパスフィルタ等を備えており、ＲＦデータに直交検波処理を施し、複素表現の検波信号としてそれぞれ１６ビットのＩ(In phase)信号及びＱ(Quadrature phase)信号を求めて出力する。
【００３７】
ＦＦＴ回路は、Ｉ信号、Ｑ信号を周波数解析（ＦＦＴ）処理することによりＦＦＴデータを生成する。このＦＦＴデータは血流信号のパワーと方向を表す信号であって、そのビット幅は１６ビットである。所定のＦＦＴ条件に応じて、周波数分解能を規定する３２〜５１２サンプルが用いられる。
【００３８】
ＣＦＭ回路は、Ｉ信号、Ｑ信号に対し自己相関演算法を適用し、血流等の移動物体の速度、パワー、または分散を示すＣＦＭデータを生成する。ここで、パワーデータは、速度／分散と同時に演算されるものと、パワードプラ法により演算されるものとに大別される。パワードプラ法は、通常、血流方向を識別できないが、自己相関演算後の、符号を用いた方向付きパワードプラ法も知られている。
【００３９】
カラーデータのビット幅は通常８ビットであるが、パワーデータでは１６ビットとする場合もある。速度などの方向を示すデータには、符号の１ビットが割り当てられるのが一般的である。
【００４０】
ＤＳＣユニット５は、画像データを生成するスキャンコンバータユニットである。画像データは、検波データ、ＦＦＴデータ、又はＣＦＭデータがスキャンコンバータにより画像変換処理されて得られるデータである。これらのデータは、通常、５１２×５１２ピクセルの画像データに変換される。データ幅は８〜１２ビットである。
【００４１】
上述したビームフォーマユニット、レシーバユニット、血流解析ユニット、およびスキャンコンバータユニットがバス１に接続されており、上記ＲＦデータ、検波データ、ドプラデータ及び画像データが各ユニット間で転送されるものとなっている。そして、各ユニット間におけるデータフローがＣＰＵユニット１０により制御される。
【００４２】
データ伝送路としてのバス１は、特定のシステム（ＣＰＵ）に依存しない汎用的なバス、例えばＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）規格のバスである。なお、本発明がこのＰＣＩバスのみに限定されないことは言うまでも無い。
【００４３】
超音波スキャンによって得られたデータは、全てバス１を経由してユニット間を転送される。このため、バス上における異種のデータ転送が同時に起こりコンフリクトが発生することの無いよう、バス１にはアービトレーションを行う調停回路（アービター；不図示）が設けられる。また、バス１は所要のデータ転送を賄うことができる程度の高いデータ転送レートを有しており、データ幅よりも広いバス幅を有する。あるいは、バス１はデータ収集レートよりも高速なクロックで動作する。
【００４４】
ここで、バス１とローカルバスとの具体的な接続に関する実施形態について説明する。
【００４５】
図２は、図１に示した回路構成における、バス１とローカルバスとの接続構成を示すブロック図である。同図に示すように、バス１は、ブリッジ２０を介してローカルバス３０と接続されている。このローカルバス３０には、信号処理ユニットとしてＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）ユニット２２と、処理データを一時的に記憶するメモリユニット２１と、ローカルバス３０のアクセス権の調停を行うコントローラユニット２３が接続されている。ブリッジ２０は、バス１（ここではＰＣＩバス）とローカルバス３０とのプロトコル変換を行う。
【００４６】
さて、バス１に接続された各ユニットは、バス１上におけるユニット間のデータフロー情報及びデータ処理情報が記述されたヘッダ情報を付加して他のユニットにデータを転送するデータ転送手段を備えている。
【００４７】
データフロー情報は、バス１上におけるユニット間のデータの流れを表す情報である。具体的には、あるユニット（例えばＣＰＵ）が所定のユニットに対し処理を指示し、その結果をさらに別のユニットに送るような場合に利用される、ユニットのアドレス情報やバッファサイズ情報である。尚、バッファサイズ情報とは、転送される制御データと実データのサイズを示す情報である。このデータフロー情報のフォーマット（データ構造）は任意であるが、バス１に接続されるユニット間で統一されていることが望ましい。
【００４８】
データ処理情報は、そのユニットがデータをどのように処理すれば良いかを表す情報である。データ処理情報のフォーマットも任意であり、また、バス１に接続されるユニット間で統一されていることが望ましい。
【００４９】
各ユニットは、このようなデータ転送手段に加え、他のユニットから転送されて来たデータに付加されたヘッダ情報を参照し、そのデータ処理情報に基づいて当該データを処理するデータ処理手段を備える。
【００５０】
以上のように構成された本実施形態の動作を説明する。
【００５１】
まず、バス１におけるデータ転送制御のための初期設定が行われる。この初期設定は本実施形態の超音波診断装置の電源投入時、又は装置のシステム再設定時において行われる。この初期設定において、ＣＰＵユニット１０は、バス１に接続されている全てのユニットに対し、データ転送先のアドレス情報及びバッファサイズ情報を設定する。各ユニットは、バス１上の任意のアドレスにマッピングされ、自ユニットからの出力データの転送先アドレスが与えられることになる。
【００５２】
そして、ＣＰＵユニット１０からの制御により、レートパルス発生ユニット２は、超音波送受信のための基本信号（レートパルス）を生成する。送信制御ユニット３は、この基本信号に基づく超音波パルスを発生するように超音波プローブ１を駆動する。これにより超音波プローブ１から超音波パルスが被検体に向けて送信される。
【００５３】
また超音波プローブ１は、先に送信された超音波パルスの反射波を受信する。ここで、受信制御ユニット４は、超音波プローブ１が受波した反射波の電気信号に基づくＲＦデータを生成し、該ＲＦデータをバス１を介してレシーバユニット８に転送する。すなわち、受信制御ユニット４は、データフロー情報にレシーバユニット８のアドレスを指定し、このヘッダ情報をＲＦデータに付加してレシーバユニット８に転送する。これにより、レシーバユニット８はＢモード表示のために必要なＲＦデータを取得する。また、受信制御ユニット４は、データフロー情報に血流解析ユニット９のアドレスを指定し、このヘッダ情報をＲＦデータに付加して血流解析ユニット９に転送する。これにより、血流解析ユニット９は、血流解析のためのデータを取得する。
【００５４】
レシーバユニット８は、送られてきたＲＦデータに対し、包絡線検波，フィルタ処理，およびエッジ強調など、Ｂモード表示のための所要の信号処理を施して検波データを得、これをバス１を介してＤＳＣユニット５に転送する。
【００５５】
一方、血流解析ユニット９は、２次元の血流信号の生成のための流速，パワー，又は分散などのＣＦＭデータを、ＭＴＩフィルタ処理や自己相関処理等の信号処理によって生成する。また、ＦＦＴユニットは流速分布を算出する。ＣＦＭデータ及びＦＦＴデータは、バス１を介してＤＳＣユニット５に転送され、ここでレシーバユニット８から転送されたＢモード画像信号に重畳され、２次元画像に展開される。この２次元画像はエンコーダ６によりＴＶモニタ等で表示可能なＳＶＧＡやＮＴＳＣなどの規格に準拠した信号に変換されたのち、モニタ７によって表示される。なお、ＬＣＤなどのディジタル信号インターフェースが設けられていても良い。
【００５６】
このような本実施形態の超音波診断装置によれば、次のような機能が実現可能となる。
【００５７】
（１）システムメモリを利用したイメージメモリ機能
超音波スキャン時に収集された、例えばレシーバユニット８からの出力信号等のデータや、このデータに基づいてＤＳＣユニット５により生成された超音波画像の画像データ等を、バス１を介してＣＰＵユニット１０が管理するシステムメモリ（不図示）に転送することで以下に述べるような種々の機能が実現可能となる。
【００５８】
［再処理］
超音波データ又は画像データを記憶するシステムメモリから特定の記憶データを読み出してユニットに転送し、前回とは異なるパラメータを与えて画像処理等を再度行なわせるといったことが可能になる。なお、前回と同一のパラメータを与えて再処理（単なる再生）を行わせても良いことは勿論である。
【００５９】
より具体的には、カラーデータ演算のためのＲＦデータをＣＰＵユニット１０に取り込みながらパワードプラモードの演算を行って血流画像を表示させる。例えばフリーズ後に、パワーではなく速度／分散モードで再演算を行わせることで、異なるパラメータによる血流画像を表示させることができる。あるいは、カラー演算としてＦＦＴ法を適用することも考えられる。
【００６０】
［演算処理ユニット共有］
共通する処理は、バス上に接続される演算処理ユニット又はＣＰＵにより一括して行わせることができるようになる。
【００６１】
例えば、以下（Ａ）と（Ｂ）の両者は、同一の演算処理ユニット又はＣＰＵにより処理させることが可能となる。
【００６２】
（Ａ）フラッシュエコーイメージング(Flash Echo Imaging)法
超音波造影剤は、生体内にて高強度の超音波パルスにより破壊される。フラッシュエコーイメージング法では、弱強度の超音波パルスを用いた場合の超音波スキャンにより得られた画像信号と、高強度の超音波パルスを用いた場合の超音波スキャンにより得られた画像信号との差分を求め、超音波造影剤が蓄積された部位のみを画像化する。
【００６３】
具体的には、ＤＳＣユニット５のメモリに記憶された造影剤の泡破壊前の超音波画像と泡破壊後の超音波画像とをバス１を介して読み出し、これらの画像間で減算処理をし、その結果をＤＳＣユニット５に送る。
【００６４】
（Ｂ）カラードプラ法における加速度パラメータ算出
カラー演算結果により得られた現在の速度データと１フレーム前の速度データとの差分を求め、加速度パラメータを算出する。
【００６５】
具体的には、血流解析ユニット９からバス１を介して送られてきた時相の異なるＣＦＭデータについて差分処理をし、加速度パラメータを求めてＤＳＣユニット５に送る。
【００６６】
［血流解析ユニットをＣＰＵで代替］
超音波スキャン時において、得られたデータをシステムメモリに転送し、このデータを参照して血流解析ユニット９が担うＣＦＭ（カラーフローマッピング）演算及びＦＦＴ演算（周波数解析演算）をＣＰＵユニット１０が行い、その演算結果をバス１を介して次段のユニット（例えばＤＳＣユニット５）に転送するといった処理が可能になる。これにより血流解析ユニット９をＣＰＵユニット１０で代替して血流データを表示させることが可能となる。
【００６７】
また、超音波スキャン時においては血流データを表示せず（あるいは低フレームレートで表示）、例えば表示フリーズをオペレータが指示した時点で初めてＣＰＵユニット１０がシステムメモリからデータを参照して上記ＣＦＭ演算を行い、血流データを高速に表示する（又は高フレームレートで表示）といった処理も実現可能になる。これにより、ＣＰＵユニット１０に対する負荷を適切に分散させることができ、装置を安定して動作させることができる。なお、上記ＣＦＭ演算のみならず、ＦＦＴ演算についても同様である。
【００６８】
ＣＰＵユニット１０により代替可能であるのは血流解析ユニット９のみではない。例えば、システムメモリに転送されたデータをＣＰＵユニット１０が参照し、表示処理のための演算を行うことで、ＤＳＣユニット５の機能をＣＰＵユニット１０に代替させても良い。
【００６９】
［データ間引き］
上述したようなイメージメモリ機能を実施するにあたっては、所要の画質が得られることを条件に、超音波ラスタ１ライン分のデータ量が常に一定あるいはそれ以下となるようデータの「間引き」を行うことで、バス１への負荷を軽減することが好ましい。
【００７０】
（２）ハードウェア構成を容易に変更する機能
［ユニットの追加及びアップグレード（刷新）］
システムの機能追加に伴うユニットの追加やアップグレードは、インターフェースが統一であるため容易である。
【００７１】
受信制御ユニット４（ビームフォーマユニット）から出力されるＲＦデータを、レシーバユニット８（検波ユニット）により処理される前にバス１を介して取り出し、追加的な演算ユニットに供給して処理することが有用である。
【００７２】
［パラメータ画像表示］
バス１に追加される演算ユニット（ＣＰＵユニット１０により代替しても良い）により、ＲＦデータに対して所定のＲＯＩ(Region Of Interest)を設定し、このＲＯＩ内に含まれる信号帯域の積分値(Integrated backscatter)を算出する。ＲＯＩを移動し、ビームの各深さにおいて求めた積分値をＤＳＣユニット５に転送し画像化する。ノイズ低減のためにフィルタ処理が必要とされる場合は、求めた積分値を検波ユニットであるレシーバユニット８に転送し、このレシーバユニット８によってフィルタ処理を行わせる事が可能である。この場合は包絡線検波、対数圧縮演算等は不要であるからヘッダ情報にこれらの処理を行わない旨の設定を行う必要がある。レシーバユニット８によりフィルタ処理が施された積分値は、ＤＳＣユニット５に転送し、画像化する。
【００７３】
［弾性イメージング］
組織を押圧した前後のデータの相互補間を計算することにより組織の弾性（弾性パラメータ）を求め、これをＤＳＣユニット５に転送して画像化することで弾性パラメータ画像を得ることもできる。フィルタ処理によるノイズ低減が必要とされる場合は上記と同様である。
【００７４】
この処理はＲＦデータに基づいて行われ、ＣＰＵユニット１０で弾性イメージング処理を行った後、その処理結果をＤＳＣユニット５に送る。
【００７５】
［周波数依存性減衰イメージング］
生体組織内において、超音波信号の強度は信号周波数が高くなるにつれて減衰量が大きくなる。また、疾患により軟部組織が硬化した場合についても減衰量は大きくなる。例えばゼロクロス法を適用し、ＲＦデータがゼロを通過する回数を深さ毎に計測する。これにより超音波信号の平均周波数を推定して２次元画像化する。得られた画像は周波数依存性の減衰を視覚的に表す。ゼロクロス法以外にも、ＦＦＴによりスペクトラムの傾きを算出する方法も適用可能である。
【００７６】
この処理はＲＦデータに基づいて行われ、ＣＰＵユニット１０で周波数依存性減衰イメージング処理を行った後、その処理結果をＤＳＣユニット５に送る。
【００７７】
［近距離固定ノイズ除去］
セクタ電子走査型の超音波プローブを用いて例えば心臓をイメージングする場合、肋骨やプローブハウジングなどで多重反射が起こり、プローブ近傍に固定ノイズが発生する場合がある。このノイズはＤＣ成分に近いため、ＲＦデータをフレーム方向に低域除去フィルタ処理することでこれを除去できる。このノイズ除去処理を前処理として行ったのち、通常のイメージング処理を行わせることにより、高画質の画像を提供できる。なお、このノイズ除去処理は腹部のイメージングには不要である。
【００７８】
この処理はＲＦデータに基づいて行われ、ＣＰＵユニット１０で低域除去フィルタ処理を行った後、その処理結果をレシーバユニット８に送る。レシーバユニット８は、その低域除去後の信号に包絡線検波処理をしてＤＳＣユニット５に送る。
【００７９】
なお、従来の装置はユニットの接続順序は固定であることについては既に述べたが、本発明の超音波診断装置では、複数のユニットがバス１に接続され、データフロー情報に基づくデータ転送が行われるので、ユニットの接続順序は任意であり、個々のユニットによる処理の順序等を容易に変更できる。
【００８０】
［故障時］
電源投入時やユーザからの指示によって行われる故障診断処理の結果に応じて、ハードウェア構成（ここではユニットの接続構成）を動的に変更することができるようになる。例えば、従来の装置であれば、特定のユニットが故障した場合、超音波診断装置が全く使用不能になってしまうが、本発明の超音波診断装置では、バス１に接続されている所定のユニットを切り離すことでハードウェア構成を動的に変更できる。これにより、装置が提供する一部の機能が制限されるものの装置全体が使用不能とはなることを回避できる。また、故障したユニットを上述したように他のユニット（例えばＣＰＵユニット１０）に代替させても良い。この場合、故障したユニットのデータ転送先のアドレスを動的に変更すれば良い。
【００８１】
以上説明したように、第１実施形態によれば、汎用的なＰＣＩバスを介して相互に接続された複数のユニット間において自由度の高いデータフローを実現できる。
【００８２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００８３】
上述した第１実施形態の超音波診断装置は、単一のバスに対してユニットがバス接続されたものであった。第２実施形態の超音波診断装置は、２つのバスに対してユニットがバス接続されており、この点において第１実施形態とは構成が異なっている。
【００８４】
図３は、第２実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、この超音波診断装置は、第１実施形態と同様のユニットを有しているが、受信制御ユニット４，ＤＳＣユニット５，レシーバユニット８，血流解析ユニット９，及びＣＰＵユニット１０がバス１に接続され、且つ受信制御ユニット４を除くＤＳＣユニット５，レシーバユニット８，血流解析ユニット９，及びＣＰＵユニット１０はバス２に接続されている。
【００８５】
データ転送路としてのバス１及びバス２は、同一のバス規格に準拠したものでも良いし、あるいは両者のバス規格が異なっていても良い。
【００８６】
本実施形態の超音波診断装置によれば、バス１とバス２との間で、バス負荷を動的に分散するようなデータフローを実現可能となる。あるいは、バス１とバス２の用途を限定するような固定的なバス構成としても良い。この場合、例えばバス１を種々のユニット間のデータ転送に用い、バス２をＤＳＣユニット５からエンコーダ６へのデータ転送のみに用いるようにする。
【００８７】
バス１とバス２との間で、バス負荷を動的に分散するようなデータフローは、例えば次のようなものである。
【００８８】
まずＢモード表示のみを行う場合の超音波スキャン時において、血流解析ユニット９はアイドル状態である。ＣＰＵユニット１０は、受信制御ユニット４からの出力をバス１を介してレシーバユニット８に転送させ、さらにレシーバユニット８からの出力をバス１を介してＤＳＣユニット５に転送させる。ＤＳＣユニット５からの出力はバス２を介してエンコーダ６に転送させる。
【００８９】
Ｂモード表示において、超音波画像表示のフレームレートは高いので、ＤＳＣユニット５からエンコーダ６へのデータ転送量は大きくなる。そこで、バス２への負荷をバス１に分散させる。
【００９０】
一方、血流解析表示（カラースキャン）時には、フレームレートが小となり、血流解析ユニット９のデータ転送が頻繁となる。そこで、レシーバユニット８からの出力を血流解析ユニット９に転送する場合はバス１を介して行い、レシーバユニット８からＤＳＣユニット５へのデータ転送にはバス２を介して行うようにし、バス１への負荷をバス２に分散させる。数回同じ位置をスキャンすることで血流データを得る血流解析ユニット９からの出力は入力に比してデータ量が小さくなるため、血流解析ユニット９からＤＳＣユニット５へのデータ転送にはバス１を用いても良い。ＤＳＣユニット５からの出力はバス２を介してエンコーダ６に転送される。
【００９１】
ここで、バス１，２とローカルバス３０との具体的な接続に関する実施形態について説明する。
【００９２】
図４は、図３に示した回路構成における、バス１，２とローカルバス３０との接続構成を示すブロック図である。同図に示すように、ブリッジ２０を介してバス１がローカルバス３０と接続されており、ブリッジ２４を介してバス２がローカルバス３０と接続されている。
【００９３】
ローカルバス３０には、信号処理ユニットとしてＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）２２と、処理データを一時的に記憶するメモリ２１と、ローカルバス３０のアクセス権の調停を行うコントローラ２３とが接続されている。ブリッジ２０は、バス１（ここではＰＣＩバス）とローカルバス３０とのプロトコル変換を行う。
【００９４】
図５は第２実施形態の変形例に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【００９５】
同図に示すように、ブリッジユニット４０を介してバス１とバス２を接続することで、論理的に単一のバス（論理バス）を構成しても良い。この場合、物理バスであるバス１，バス２の各々は、データ転送を独立して行える。
【００９６】
以上説明したような第２実施形態の超音波診断装置によれば、第１実施形態と同等の機能を実現可能である上、バス負荷を適切に分散させることでバス上のデータ転送の安定化を図ることができる。
【００９７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。例えば、上述した超音波診断装置のユニット構成はあくまで一例であり、例えば、上述した以外のユニットが付加されているもの、あるいは上述したいずれかのユニットを具備しないもの、など、上述のユニット構成とは異なる超音波診断装置としても本発明は実施可能である。
【００９８】
上述の実施形態では、受信制御ユニット４から各ユニットにＲＦデータを送る構成となっていたが、受信制御ユニット４に直交検波回路を設けて、受信制御ユニット４から各ユニットにＩ信号及びＱ信号を送る構成としても良い。この場合、レシーバユニット８はＩ信号及びＱ信号から包絡線検波信号を求めて出力し、血流解析ユニット９のＦＦＴ回路及びＣＦＭ回路はこのＩ信号及びＱ信号に基づいてそれぞれの処理を行う。これにより、レシーバユニット８の検波処理を簡略にでき、また、血流解析ユニット９の検波回路を無くすことができるので、装置全体としての構成を簡略化できる。また、受信制御ユニット４にて所定のデータ間引き処理を行うことで、ＲＦデータよりもデータ量が少ないＩ信号及びＱ信号を得ることも可能である。この場合、転送データ量が少なくなるのでバス１の負荷を軽減できる。
【００９９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、汎用的なデータ伝送路を介して相互に接続された複数のユニット間において自由度の高いデータフローを実現する超音波診断装置を提供できる。このような本発明の超音波診断装置は、装置コストの低減や装置サイズの縮小などの改良性に優れ、また拡張性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図、
【図２】バス１とローカルバスとの接続構成を示すブロック図、
【図３】本発明の第２実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図、
【図４】バス１，２とローカルバスとの接続構成を示すブロック図、
【図５】本発明の第２実施形態の変形例に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図、
【図６】従来の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図。
【図７】従来の超音波診断装置の受信制御回路の概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１…超音波プローブ
２…レートパルス発生ユニット
３…送信制御ユニット
４…受信制御ユニット
５…デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）ユニット
６…エンコーダ
７…モニタ
８…レシーバユニット
９…血流解析ユニット
１０…ＣＰＵユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体の断面を超音波で走査して得られる受信信号に含まれる位相情報と振幅情報との少なくとも一方に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られている超音波診断装置は、信号処理や画像処理の内容に応じて分割された複数のユニットから構成されているのが一般的である。これらのユニットは、信号処理や画像処理の流れに沿った順序で接続されている。
【０００３】
ユニット間のインターフェースは、ユニットの接続順序に応じた固定的なものが装備されており、あるユニットは、インターフェースを介してリアルタイムで入力される画像信号等を所定のタイミング信号に従って処理し、その処理結果を次段のユニットに出力する。このようにして従来の超音波診断装置では、一連の処理がパイプライン的に行われる。
【０００４】
図６は、従来の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【０００５】
同図に示すように、この超音波診断装置は、超音波プローブ１００，レートパルス発生回路１０１，送信制御回路１０２，受信制御回路１０３，レシーバ１０４，ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）１０５，エンコーダ１０６，モニタ１０７，血流解析ユニット１０８，ＣＰＵ１０９の複数のユニットにより構成されている。
【０００６】
図示しない操作パネル等によりオペレータが超音波スキャンのための所定の操作入力を行うと、ＣＰＵ１０９はこの操作入力を処理し、超音波スキャンに必要なパラメータを各ユニットに設定する。この設定に従って、まずレートパルス発生回路１０１は、超音波送受信のための基本信号（レートパルス）を生成する。送信制御回路１０２は、この基本信号に基づく超音波パルスを発生するように超音波プローブ１００を駆動する。これにより超音波プローブ１００から超音波パルスが被検体に向けて送信される。
【０００７】
超音波プローブ１００は、送信した超音波パルスの反射波を受信する。受信制御回路１０３は、超音波プローブ１００が受信した信号をレシーバ１０４及び血流解析ユニット１０８に出力する。図７に示すように、ビームフォーマーと呼ばれる受信制御回路１０３は、超音波プローブ１００からの受波信号を増幅するプリアンプ１１０と、該増幅された電気信号をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）１１１と、ＡＤＣ１１１から得られたデジタル信号を遅延処理する遅延回路１１２と、各遅延回路１１２からの出力を加算する加算器１１３と、により構成されており、超音波プローブ１００の各超音波振動素子に対応して所定の遅延量が与えられた受信信号から所定の指向特性が与えられた超音波受信信号が得られる。
【０００８】
レシーバ１０４は受信信号に対し直交検波，包絡線検波，フィルタ処理，およびエッジ強調などの所要の信号処理を施し、その信号処理結果、例えばＢモード画像信号を次段のＤＳＣ１０５に出力する。
【０００９】
血流解析ユニット１０８は、ＭＴＩフィルタ処理や自己相関処理等の信号処理によって流速，パワー，又は分散などの２次元の血流信号を生成する。また、血流解析ユニット１０８内に設けられているＦＦＴユニットは流速分布を算出する。これら血流解析ユニット１０８による信号処理結果は、ＤＳＣ１０５に送られるとともに同ＤＳＣ１０５においてレシーバ１０４から出力されるＢモード画像信号に重畳され、２次元画像に展開される。この２次元画像はエンコーダ１０６によりＴＶモニタ等で表示可能なビデオ信号に変換されたのち、モニタ１０７によって表示される。
【００１０】
上述した従来の超音波診断装置には、以下のような問題点がある。
【００１１】
（１）超音波スキャン，信号処理，表示処理といった一連の処理が密に結合しており、上述したようにパイプライン的に行われる。このため、新たな機能を追加して性能の向上を図ることが困難である。
【００１２】
（２）インターフェース規約に制限されてユニット構成が固定的であり、装置のサイズ縮小やコスト低減が行いにくい。
【００１３】
（３）ユニット間のデータフローも固定的であり、各ユニットから任意にデータを取り出すことが困難である。超音波スキャンによって得られた信号や画像を表すデータは、その処理過程において各々のユニット内のメモリに分散的に蓄えられる。通常の画像表示ではない特別の処理のためにユニットから所望のデータを取り出すには、通常の画像表示のための信号線とは別に、例えばＣＰＵからの読み出しのための信号線を別途設けることが必要となる。なお、各ユニットのメモリに信号や画像が分散することは、装置コスト低減の観点からも好ましくない。
【００１４】
（４）特定のユニットに例えば故障などが発生した場合、ユニット自体を交換しない限り、そのユニットによる機能（例えば血流解析ユニットによる血流表示）を提供できない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、その目的は、汎用的なデータ伝送路を介して相互に接続された複数のユニット間において自由度の高いデータフローを実現できる超音波診断装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は以下のように構成されている。
【００２４】
（１）本発明の超音波診断装置は、被検体に超音波を送信するとともにその反射波を受波し、該反射波の受波信号を出力する複数の超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記超音波プローブから出力された信号に遅延加算処理をする遅延加算回路を備えた受信制御手段と、前記受信制御手段の出力に基づいてＢモード画像信号を生成するレシーバ回路と、前記受信制御手段の出力に基づいてＣＦＭデータを生成するＣＦＭ処理回路と、各種の演算処理を行う演算処理回路であって、且つ、前記ＣＦＭ処理回路が故障した際に前記受信制御手段の出力に基づいてＣＦＭデータを生成する演算処理回路と、前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、および演算処理回路に接続され、前記受信制御手段の出力、Ｂモード画像信号、ＣＦＭデータを前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間で転送するバスと、前記前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間のデータフローを制御する制御手段と、を具備し、前記演算処理回路は、フラッシュエコー処理、カラードプラにおける加速度パラメータの算出処理、パラメータ画像処理、弾性イメージング処理、近距離固定ノイズ除去処理、周波数依存性減衰イメージング処理のうちの少なくとも一つの処理を行い、前記パラメータ画像処理において、前記演算処理回路は、前記受信制御手段からの出力に関心領域を設定して信号帯域の積分値を求め、前記レシーバ回路に前記積分値のフィルタ処理を行わせるために、該積分値を前記演算処理回路から前記バスを通じて前記レシーバ回路に送ることを特徴とする。
【００２６】
（２）本発明の超音波診断装置は、被検体に超音波を送信するとともにその反射波を受波し、該反射波の受波信号を出力する複数の超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記超音波プローブから出力された信号に遅延加算処理をする遅延加算回路を備えた受信制御手段と、前記受信制御手段の出力に基づいてＢモード画像信号を生成するレシーバ回路と、前記受信制御手段の出力に基づいてＣＦＭデータを生成するＣＦＭ処理回路と、各種の演算処理を行う演算処理回路であって、且つ、前記レシーバ回路が故障した際に前記受信制御手段の出力に基づいてＢモード画像信号を生成する演算処理回路と、前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、および演算処理回路に接続され、前記受信制御手段の出力、Ｂモード画像信号、ＣＦＭデータを前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間で転送するバスと、前記前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間のデータフローを制御する制御手段と、を具備し、前記演算処理回路は、フラッシュエコー処理、カラードプラにおける加速度パラメータの算出処理、パラメータ画像処理、弾性イメージング処理、近距離固定ノイズ除去処理、周波数依存性減衰イメージング処理のうちの少なくとも一つの処理を行い、前記パラメータ画像処理において、前記演算処理回路は、前記受信制御手段からの出力に関心領域を設定して信号帯域の積分値を求め、前記レシーバ回路に前記積分値のフィルタ処理を行わせるために、該積分値を前記演算処理回路から前記バスを通じて前記レシーバ回路に送ることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、この超音波診断装置は、超音波プローブ１，レートパルス発生ユニット２，送信制御ユニット３，受信制御ユニット４，ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）ユニット５，エンコーダ６，モニタ７，レシーバユニット８，血流解析ユニット９，ＣＰＵユニット１０の複数のユニットにより構成されている。個々のユニット自体の基本機能は従来技術のものと同様である。
【００３３】
超音波プローブ１は、被検体に超音波を送波するとともにその反射波を受波し、該反射波の電気信号を出力する。
【００３４】
受信制御ユニット４は、超音波プローブ１が受波した反射波の電気信号に基づくＲＦデータを生成するビームフォーマユニットとして設けられており、超音波振動子の各チャネルに対応するプリアンプ、Ａ／Ｄコンバータ、及び遅延回路と、各遅延回路から出力された信号を加算する加算器とからなる。ＲＦデータは、超音波送信周波数による変調を受けた信号、あるいは、超音波受信参照周波数で直交検波を行った後の出力信号である。ＲＦデータのビット幅は１６〜１８ビットである。帯域幅は、使用される超音波プローブや超音波送信周波数に応じて異なるが、通常、２〜１０ＭＨｚ程度である。
【００３５】
レシーバユニット８は、受信制御ユニット４から出力されたＲＦデータに包絡線検波を行い、組織形態情報画像（Ｂモード画像）用の信号を生成するユニットである。レシーバユニット８は、包絡線検波を行う包絡線検波回路を備えている。包絡線検波処理では、ビームフォーマから出力されたＲＦ信号を包絡線検波し、この検波信号に対数圧縮処理した８〜１２ビットのデータを出力する。
【００３６】
血流解析ユニット９は、直交検波回路、ＦＦＴ回路、ＣＦＭ回路を備えている。直交検波回路は、ミキサ、フェーズシフタ、及びローパスフィルタ等を備えており、ＲＦデータに直交検波処理を施し、複素表現の検波信号としてそれぞれ１６ビットのＩ(In phase)信号及びＱ(Quadrature phase)信号を求めて出力する。
【００３７】
ＦＦＴ回路は、Ｉ信号、Ｑ信号を周波数解析（ＦＦＴ）処理することによりＦＦＴデータを生成する。このＦＦＴデータは血流信号のパワーと方向を表す信号であって、そのビット幅は１６ビットである。所定のＦＦＴ条件に応じて、周波数分解能を規定する３２〜５１２サンプルが用いられる。
【００３８】
ＣＦＭ回路は、Ｉ信号、Ｑ信号に対し自己相関演算法を適用し、血流等の移動物体の速度、パワー、または分散を示すＣＦＭデータを生成する。ここで、パワーデータは、速度／分散と同時に演算されるものと、パワードプラ法により演算されるものとに大別される。パワードプラ法は、通常、血流方向を識別できないが、自己相関演算後の、符号を用いた方向付きパワードプラ法も知られている。
【００３９】
カラーデータのビット幅は通常８ビットであるが、パワーデータでは１６ビットとする場合もある。速度などの方向を示すデータには、符号の１ビットが割り当てられるのが一般的である。
【００４０】
ＤＳＣユニット５は、画像データを生成するスキャンコンバータユニットである。画像データは、検波データ、ＦＦＴデータ、又はＣＦＭデータがスキャンコンバータにより画像変換処理されて得られるデータである。これらのデータは、通常、５１２×５１２ピクセルの画像データに変換される。データ幅は８〜１２ビットである。
【００４１】
上述したビームフォーマユニット、レシーバユニット、血流解析ユニット、およびスキャンコンバータユニットがバス１に接続されており、上記ＲＦデータ、検波データ、ドプラデータ及び画像データが各ユニット間で転送されるものとなっている。そして、各ユニット間におけるデータフローがＣＰＵユニット１０により制御される。
【００４２】
データ伝送路としてのバス１は、特定のシステム（ＣＰＵ）に依存しない汎用的なバス、例えばＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）規格のバスである。なお、本発明がこのＰＣＩバスのみに限定されないことは言うまでも無い。
【００４３】
超音波スキャンによって得られたデータは、全てバス１を経由してユニット間を転送される。このため、バス上における異種のデータ転送が同時に起こりコンフリクトが発生することの無いよう、バス１にはアービトレーションを行う調停回路（アービター；不図示）が設けられる。また、バス１は所要のデータ転送を賄うことができる程度の高いデータ転送レートを有しており、データ幅よりも広いバス幅を有する。あるいは、バス１はデータ収集レートよりも高速なクロックで動作する。
【００４４】
ここで、バス１とローカルバスとの具体的な接続に関する実施形態について説明する。
【００４５】
図２は、図１に示した回路構成における、バス１とローカルバスとの接続構成を示すブロック図である。同図に示すように、バス１は、ブリッジ２０を介してローカルバス３０と接続されている。このローカルバス３０には、信号処理ユニットとしてＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）ユニット２２と、処理データを一時的に記憶するメモリユニット２１と、ローカルバス３０のアクセス権の調停を行うコントローラユニット２３が接続されている。ブリッジ２０は、バス１（ここではＰＣＩバス）とローカルバス３０とのプロトコル変換を行う。
【００４６】
さて、バス１に接続された各ユニットは、バス１上におけるユニット間のデータフロー情報及びデータ処理情報が記述されたヘッダ情報を付加して他のユニットにデータを転送するデータ転送手段を備えている。
【００４７】
データフロー情報は、バス１上におけるユニット間のデータの流れを表す情報である。具体的には、あるユニット（例えばＣＰＵ）が所定のユニットに対し処理を指示し、その結果をさらに別のユニットに送るような場合に利用される、ユニットのアドレス情報やバッファサイズ情報である。尚、バッファサイズ情報とは、転送される制御データと実データのサイズを示す情報である。このデータフロー情報のフォーマット（データ構造）は任意であるが、バス１に接続されるユニット間で統一されていることが望ましい。
【００４８】
データ処理情報は、そのユニットがデータをどのように処理すれば良いかを表す情報である。データ処理情報のフォーマットも任意であり、また、バス１に接続されるユニット間で統一されていることが望ましい。
【００４９】
各ユニットは、このようなデータ転送手段に加え、他のユニットから転送されて来たデータに付加されたヘッダ情報を参照し、そのデータ処理情報に基づいて当該データを処理するデータ処理手段を備える。
【００５０】
以上のように構成された本実施形態の動作を説明する。
【００５１】
まず、バス１におけるデータ転送制御のための初期設定が行われる。この初期設定は本実施形態の超音波診断装置の電源投入時、又は装置のシステム再設定時において行われる。この初期設定において、ＣＰＵユニット１０は、バス１に接続されている全てのユニットに対し、データ転送先のアドレス情報及びバッファサイズ情報を設定する。各ユニットは、バス１上の任意のアドレスにマッピングされ、自ユニットからの出力データの転送先アドレスが与えられることになる。
【００５２】
そして、ＣＰＵユニット１０からの制御により、レートパルス発生ユニット２は、超音波送受信のための基本信号（レートパルス）を生成する。送信制御ユニット３は、この基本信号に基づく超音波パルスを発生するように超音波プローブ１を駆動する。これにより超音波プローブ１から超音波パルスが被検体に向けて送信される。
【００５３】
また超音波プローブ１は、先に送信された超音波パルスの反射波を受信する。ここで、受信制御ユニット４は、超音波プローブ１が受波した反射波の電気信号に基づくＲＦデータを生成し、該ＲＦデータをバス１を介してレシーバユニット８に転送する。すなわち、受信制御ユニット４は、データフロー情報にレシーバユニット８のアドレスを指定し、このヘッダ情報をＲＦデータに付加してレシーバユニット８に転送する。これにより、レシーバユニット８はＢモード表示のために必要なＲＦデータを取得する。また、受信制御ユニット４は、データフロー情報に血流解析ユニット９のアドレスを指定し、このヘッダ情報をＲＦデータに付加して血流解析ユニット９に転送する。これにより、血流解析ユニット９は、血流解析のためのデータを取得する。
【００５４】
レシーバユニット８は、送られてきたＲＦデータに対し、包絡線検波，フィルタ処理，およびエッジ強調など、Ｂモード表示のための所要の信号処理を施して検波データを得、これをバス１を介してＤＳＣユニット５に転送する。
【００５５】
一方、血流解析ユニット９は、２次元の血流信号の生成のための流速，パワー，又は分散などのＣＦＭデータを、ＭＴＩフィルタ処理や自己相関処理等の信号処理によって生成する。また、ＦＦＴユニットは流速分布を算出する。ＣＦＭデータ及びＦＦＴデータは、バス１を介してＤＳＣユニット５に転送され、ここでレシーバユニット８から転送されたＢモード画像信号に重畳され、２次元画像に展開される。この２次元画像はエンコーダ６によりＴＶモニタ等で表示可能なＳＶＧＡやＮＴＳＣなどの規格に準拠した信号に変換されたのち、モニタ７によって表示される。なお、ＬＣＤなどのディジタル信号インターフェースが設けられていても良い。
【００５６】
このような本実施形態の超音波診断装置によれば、次のような機能が実現可能となる。
【００５７】
（１）システムメモリを利用したイメージメモリ機能
超音波スキャン時に収集された、例えばレシーバユニット８からの出力信号等のデータや、このデータに基づいてＤＳＣユニット５により生成された超音波画像の画像データ等を、バス１を介してＣＰＵユニット１０が管理するシステムメモリ（不図示）に転送することで以下に述べるような種々の機能が実現可能となる。
【００５８】
［再処理］
超音波データ又は画像データを記憶するシステムメモリから特定の記憶データを読み出してユニットに転送し、前回とは異なるパラメータを与えて画像処理等を再度行なわせるといったことが可能になる。なお、前回と同一のパラメータを与えて再処理（単なる再生）を行わせても良いことは勿論である。
【００５９】
より具体的には、カラーデータ演算のためのＲＦデータをＣＰＵユニット１０に取り込みながらパワードプラモードの演算を行って血流画像を表示させる。例えばフリーズ後に、パワーではなく速度／分散モードで再演算を行わせることで、異なるパラメータによる血流画像を表示させることができる。あるいは、カラー演算としてＦＦＴ法を適用することも考えられる。
【００６０】
［演算処理ユニット共有］
共通する処理は、バス上に接続される演算処理ユニット又はＣＰＵにより一括して行わせることができるようになる。
【００６１】
例えば、以下（Ａ）と（Ｂ）の両者は、同一の演算処理ユニット又はＣＰＵにより処理させることが可能となる。
【００６２】
（Ａ）フラッシュエコーイメージング(Flash Echo Imaging)法
超音波造影剤は、生体内にて高強度の超音波パルスにより破壊される。フラッシュエコーイメージング法では、弱強度の超音波パルスを用いた場合の超音波スキャンにより得られた画像信号と、高強度の超音波パルスを用いた場合の超音波スキャンにより得られた画像信号との差分を求め、超音波造影剤が蓄積された部位のみを画像化する。
【００６３】
具体的には、ＤＳＣユニット５のメモリに記憶された造影剤の泡破壊前の超音波画像と泡破壊後の超音波画像とをバス１を介して読み出し、これらの画像間で減算処理をし、その結果をＤＳＣユニット５に送る。
【００６４】
（Ｂ）カラードプラ法における加速度パラメータ算出
カラー演算結果により得られた現在の速度データと１フレーム前の速度データとの差分を求め、加速度パラメータを算出する。
【００６５】
具体的には、血流解析ユニット９からバス１を介して送られてきた時相の異なるＣＦＭデータについて差分処理をし、加速度パラメータを求めてＤＳＣユニット５に送る。
【００６６】
［血流解析ユニットをＣＰＵで代替］
超音波スキャン時において、得られたデータをシステムメモリに転送し、このデータを参照して血流解析ユニット９が担うＣＦＭ（カラーフローマッピング）演算及びＦＦＴ演算（周波数解析演算）をＣＰＵユニット１０が行い、その演算結果をバス１を介して次段のユニット（例えばＤＳＣユニット５）に転送するといった処理が可能になる。これにより血流解析ユニット９をＣＰＵユニット１０で代替して血流データを表示させることが可能となる。
【００６７】
また、超音波スキャン時においては血流データを表示せず（あるいは低フレームレートで表示）、例えば表示フリーズをオペレータが指示した時点で初めてＣＰＵユニット１０がシステムメモリからデータを参照して上記ＣＦＭ演算を行い、血流データを高速に表示する（又は高フレームレートで表示）といった処理も実現可能になる。これにより、ＣＰＵユニット１０に対する負荷を適切に分散させることができ、装置を安定して動作させることができる。なお、上記ＣＦＭ演算のみならず、ＦＦＴ演算についても同様である。
【００６８】
ＣＰＵユニット１０により代替可能であるのは血流解析ユニット９のみではない。例えば、システムメモリに転送されたデータをＣＰＵユニット１０が参照し、表示処理のための演算を行うことで、ＤＳＣユニット５の機能をＣＰＵユニット１０に代替させても良い。
【００６９】
［データ間引き］
上述したようなイメージメモリ機能を実施するにあたっては、所要の画質が得られることを条件に、超音波ラスタ１ライン分のデータ量が常に一定あるいはそれ以下となるようデータの「間引き」を行うことで、バス１への負荷を軽減することが好ましい。
【００７０】
（２）ハードウェア構成を容易に変更する機能
［ユニットの追加及びアップグレード（刷新）］
システムの機能追加に伴うユニットの追加やアップグレードは、インターフェースが統一であるため容易である。
【００７１】
受信制御ユニット４（ビームフォーマユニット）から出力されるＲＦデータを、レシーバユニット８（検波ユニット）により処理される前にバス１を介して取り出し、追加的な演算ユニットに供給して処理することが有用である。
【００７２】
［パラメータ画像表示］
バス１に追加される演算ユニット（ＣＰＵユニット１０により代替しても良い）により、ＲＦデータに対して所定のＲＯＩ(Region Of Interest)を設定し、このＲＯＩ内に含まれる信号帯域の積分値(Integrated backscatter)を算出する。ＲＯＩを移動し、ビームの各深さにおいて求めた積分値をＤＳＣユニット５に転送し画像化する。ノイズ低減のためにフィルタ処理が必要とされる場合は、求めた積分値を検波ユニットであるレシーバユニット８に転送し、このレシーバユニット８によってフィルタ処理を行わせる事が可能である。この場合は包絡線検波、対数圧縮演算等は不要であるからヘッダ情報にこれらの処理を行わない旨の設定を行う必要がある。レシーバユニット８によりフィルタ処理が施された積分値は、ＤＳＣユニット５に転送し、画像化する。
【００７３】
［弾性イメージング］
組織を押圧した前後のデータの相互補間を計算することにより組織の弾性（弾性パラメータ）を求め、これをＤＳＣユニット５に転送して画像化することで弾性パラメータ画像を得ることもできる。フィルタ処理によるノイズ低減が必要とされる場合は上記と同様である。
【００７４】
この処理はＲＦデータに基づいて行われ、ＣＰＵユニット１０で弾性イメージング処理を行った後、その処理結果をＤＳＣユニット５に送る。
【００７５】
［周波数依存性減衰イメージング］
生体組織内において、超音波信号の強度は信号周波数が高くなるにつれて減衰量が大きくなる。また、疾患により軟部組織が硬化した場合についても減衰量は大きくなる。例えばゼロクロス法を適用し、ＲＦデータがゼロを通過する回数を深さ毎に計測する。これにより超音波信号の平均周波数を推定して２次元画像化する。得られた画像は周波数依存性の減衰を視覚的に表す。ゼロクロス法以外にも、ＦＦＴによりスペクトラムの傾きを算出する方法も適用可能である。
【００７６】
この処理はＲＦデータに基づいて行われ、ＣＰＵユニット１０で周波数依存性減衰イメージング処理を行った後、その処理結果をＤＳＣユニット５に送る。
【００７７】
［近距離固定ノイズ除去］
セクタ電子走査型の超音波プローブを用いて例えば心臓をイメージングする場合、肋骨やプローブハウジングなどで多重反射が起こり、プローブ近傍に固定ノイズが発生する場合がある。このノイズはＤＣ成分に近いため、ＲＦデータをフレーム方向に低域除去フィルタ処理することでこれを除去できる。このノイズ除去処理を前処理として行ったのち、通常のイメージング処理を行わせることにより、高画質の画像を提供できる。なお、このノイズ除去処理は腹部のイメージングには不要である。
【００７８】
この処理はＲＦデータに基づいて行われ、ＣＰＵユニット１０で低域除去フィルタ処理を行った後、その処理結果をレシーバユニット８に送る。レシーバユニット８は、その低域除去後の信号に包絡線検波処理をしてＤＳＣユニット５に送る。
【００７９】
なお、従来の装置はユニットの接続順序は固定であることについては既に述べたが、本発明の超音波診断装置では、複数のユニットがバス１に接続され、データフロー情報に基づくデータ転送が行われるので、ユニットの接続順序は任意であり、個々のユニットによる処理の順序等を容易に変更できる。
【００８０】
［故障時］
電源投入時やユーザからの指示によって行われる故障診断処理の結果に応じて、ハードウェア構成（ここではユニットの接続構成）を動的に変更することができるようになる。例えば、従来の装置であれば、特定のユニットが故障した場合、超音波診断装置が全く使用不能になってしまうが、本発明の超音波診断装置では、バス１に接続されている所定のユニットを切り離すことでハードウェア構成を動的に変更できる。これにより、装置が提供する一部の機能が制限されるものの装置全体が使用不能とはなることを回避できる。また、故障したユニットを上述したように他のユニット（例えばＣＰＵユニット１０）に代替させても良い。この場合、故障したユニットのデータ転送先のアドレスを動的に変更すれば良い。
【００８１】
以上説明したように、第１実施形態によれば、汎用的なＰＣＩバスを介して相互に接続された複数のユニット間において自由度の高いデータフローを実現できる。
【００８２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００８３】
上述した第１実施形態の超音波診断装置は、単一のバスに対してユニットがバス接続されたものであった。第２実施形態の超音波診断装置は、２つのバスに対してユニットがバス接続されており、この点において第１実施形態とは構成が異なっている。
【００８４】
図３は、第２実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、この超音波診断装置は、第１実施形態と同様のユニットを有しているが、受信制御ユニット４，ＤＳＣユニット５，レシーバユニット８，血流解析ユニット９，及びＣＰＵユニット１０がバス１に接続され、且つ受信制御ユニット４を除くＤＳＣユニット５，レシーバユニット８，血流解析ユニット９，及びＣＰＵユニット１０はバス２に接続されている。
【００８５】
データ転送路としてのバス１及びバス２は、同一のバス規格に準拠したものでも良いし、あるいは両者のバス規格が異なっていても良い。
【００８６】
本実施形態の超音波診断装置によれば、バス１とバス２との間で、バス負荷を動的に分散するようなデータフローを実現可能となる。あるいは、バス１とバス２の用途を限定するような固定的なバス構成としても良い。この場合、例えばバス１を種々のユニット間のデータ転送に用い、バス２をＤＳＣユニット５からエンコーダ６へのデータ転送のみに用いるようにする。
【００８７】
バス１とバス２との間で、バス負荷を動的に分散するようなデータフローは、例えば次のようなものである。
【００８８】
まずＢモード表示のみを行う場合の超音波スキャン時において、血流解析ユニット９はアイドル状態である。ＣＰＵユニット１０は、受信制御ユニット４からの出力をバス１を介してレシーバユニット８に転送させ、さらにレシーバユニット８からの出力をバス１を介してＤＳＣユニット５に転送させる。ＤＳＣユニット５からの出力はバス２を介してエンコーダ６に転送させる。
【００８９】
Ｂモード表示において、超音波画像表示のフレームレートは高いので、ＤＳＣユニット５からエンコーダ６へのデータ転送量は大きくなる。そこで、バス２への負荷をバス１に分散させる。
【００９０】
一方、血流解析表示（カラースキャン）時には、フレームレートが小となり、血流解析ユニット９のデータ転送が頻繁となる。そこで、レシーバユニット８からの出力を血流解析ユニット９に転送する場合はバス１を介して行い、レシーバユニット８からＤＳＣユニット５へのデータ転送にはバス２を介して行うようにし、バス１への負荷をバス２に分散させる。数回同じ位置をスキャンすることで血流データを得る血流解析ユニット９からの出力は入力に比してデータ量が小さくなるため、血流解析ユニット９からＤＳＣユニット５へのデータ転送にはバス１を用いても良い。ＤＳＣユニット５からの出力はバス２を介してエンコーダ６に転送される。
【００９１】
ここで、バス１，２とローカルバス３０との具体的な接続に関する実施形態について説明する。
【００９２】
図４は、図３に示した回路構成における、バス１，２とローカルバス３０との接続構成を示すブロック図である。同図に示すように、ブリッジ２０を介してバス１がローカルバス３０と接続されており、ブリッジ２４を介してバス２がローカルバス３０と接続されている。
【００９３】
ローカルバス３０には、信号処理ユニットとしてＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）２２と、処理データを一時的に記憶するメモリ２１と、ローカルバス３０のアクセス権の調停を行うコントローラ２３とが接続されている。ブリッジ２０は、バス１（ここではＰＣＩバス）とローカルバス３０とのプロトコル変換を行う。
【００９４】
図５は第２実施形態の変形例に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【００９５】
同図に示すように、ブリッジユニット４０を介してバス１とバス２を接続することで、論理的に単一のバス（論理バス）を構成しても良い。この場合、物理バスであるバス１，バス２の各々は、データ転送を独立して行える。
【００９６】
以上説明したような第２実施形態の超音波診断装置によれば、第１実施形態と同等の機能を実現可能である上、バス負荷を適切に分散させることでバス上のデータ転送の安定化を図ることができる。
【００９７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。例えば、上述した超音波診断装置のユニット構成はあくまで一例であり、例えば、上述した以外のユニットが付加されているもの、あるいは上述したいずれかのユニットを具備しないもの、など、上述のユニット構成とは異なる超音波診断装置としても本発明は実施可能である。
【００９８】
上述の実施形態では、受信制御ユニット４から各ユニットにＲＦデータを送る構成となっていたが、受信制御ユニット４に直交検波回路を設けて、受信制御ユニット４から各ユニットにＩ信号及びＱ信号を送る構成としても良い。この場合、レシーバユニット８はＩ信号及びＱ信号から包絡線検波信号を求めて出力し、血流解析ユニット９のＦＦＴ回路及びＣＦＭ回路はこのＩ信号及びＱ信号に基づいてそれぞれの処理を行う。これにより、レシーバユニット８の検波処理を簡略にでき、また、血流解析ユニット９の検波回路を無くすことができるので、装置全体としての構成を簡略化できる。また、受信制御ユニット４にて所定のデータ間引き処理を行うことで、ＲＦデータよりもデータ量が少ないＩ信号及びＱ信号を得ることも可能である。この場合、転送データ量が少なくなるのでバス１の負荷を軽減できる。
【００９９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、汎用的なデータ伝送路を介して相互に接続された複数のユニット間において自由度の高いデータフローを実現する超音波診断装置を提供できる。このような本発明の超音波診断装置は、装置コストの低減や装置サイズの縮小などの改良性に優れ、また拡張性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図、
【図２】バス１とローカルバスとの接続構成を示すブロック図、
【図３】本発明の第２実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図、
【図４】バス１，２とローカルバスとの接続構成を示すブロック図、
【図５】本発明の第２実施形態の変形例に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図、
【図６】従来の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図。
【図７】従来の超音波診断装置の受信制御回路の概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１…超音波プローブ
２…レートパルス発生ユニット
３…送信制御ユニット
４…受信制御ユニット
５…デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）ユニット
６…エンコーダ
７…モニタ
８…レシーバユニット
９…血流解析ユニット
１０…ＣＰＵユニット
Claims (2)
- 被検体に超音波を送信するとともにその反射波を受波し、該反射波の受波信号を出力する複数の超音波振動子を備えた超音波プローブと、
前記超音波プローブから出力された信号に遅延加算処理をする遅延加算回路を備えた受信制御手段と、
前記受信制御手段の出力に基づいてＢモード画像信号を生成するレシーバ回路と、
前記受信制御手段の出力に基づいてＣＦＭデータを生成するＣＦＭ処理回路と、
各種の演算処理を行う演算処理回路であって、且つ、前記ＣＦＭ処理回路が故障した際に前記受信制御手段の出力に基づいてＣＦＭデータを生成する演算処理回路と、
前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、および演算処理回路に接続され、前記受信制御手段の出力、Ｂモード画像信号、ＣＦＭデータを前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間で転送するバスと、
前記前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間のデータフローを制御する制御手段と、
を具備し、
前記演算処理回路は、フラッシュエコー処理、カラードプラにおける加速度パラメータの算出処理、パラメータ画像処理、弾性イメージング処理、近距離固定ノイズ除去処理、周波数依存性減衰イメージング処理のうちの少なくとも一つの処理を行い、
前記パラメータ画像処理において、前記演算処理回路は、前記受信制御手段からの出力に関心領域を設定して信号帯域の積分値を求め、前記レシーバ回路に前記積分値のフィルタ処理を行わせるために、該積分値を前記演算処理回路から前記バスを通じて前記レシーバ回路に送ることを特徴とする超音波診断装置。 - 被検体に超音波を送信するとともにその反射波を受波し、該反射波の受波信号を出力する複数の超音波振動子を備えた超音波プローブと、
前記超音波プローブから出力された信号に遅延加算処理をする遅延加算回路を備えた受信制御手段と、
前記受信制御手段の出力に基づいてＢモード画像信号を生成するレシーバ回路と、
前記受信制御手段の出力に基づいてＣＦＭデータを生成するＣＦＭ処理回路と、
各種の演算処理を行う演算処理回路であって、且つ、前記レシーバ回路が故障した際に前記受信制御手段の出力に基づいてＢモード画像信号を生成する演算処理回路と、
前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、および演算処理回路に接続され、前記受信制御手段の出力、Ｂモード画像信号、ＣＦＭデータを前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間で転送するバスと、
前記前記受信制御手段、レシーバ回路、ＣＦＭ処理回路、演算処理回路の間のデータフローを制御する制御手段と、
を具備し、
前記演算処理回路は、フラッシュエコー処理、カラードプラにおける加速度パラメータの算出処理、パラメータ画像処理、弾性イメージング処理、近距離固定ノイズ除去処理、周波数依存性減衰イメージング処理のうちの少なくとも一つの処理を行い、
前記パラメータ画像処理において、前記演算処理回路は、前記受信制御手段からの出力に関心領域を設定して信号帯域の積分値を求め、前記レシーバ回路に前記積分値のフィルタ処理を行わせるために、該積分値を前記演算処理回路から前記バスを通じて前記レシーバ回路に送ることを特徴とする超音波診断装置。
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