JP4578136B2

JP4578136B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP4578136B2
Application number: JP2004112284A
Authority: JP
Inventors: 成昭岩間; 智花阪; 勝末宗
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2024-04-06
Also published as: JP2005296059A

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、動画像を表示するのに好適な技術に関する。

超音波診断装置は、探触子を介して被検体に超音波を照射すると共に、被検体から発生する反射エコー信号を受信し、受信した反射エコー信号に基づき超音波像データ（例えば、Ｂモード像データ、Ｍモード像データ）を再構成して表示部に表示する。

このような超音波診断装置においては、リアルタイムに次々に撮像される超音波像データを記憶部（例えば、ハードディスク）に記憶し、記憶された複数の超音波像データを順に読み出して比較的高い表示レート（例えば、３０フレーム／秒）で表示させることにより、撮像部位の動き（例えば、心臓の動き）に追従した動画像を再生することが行われる（例えば、特許文献１）。
特開２００２−０９５６４０号公報

ところで、動画像を表示させる処理は、例えばコンピュータを用いて行うのが一般的であるが、コンピュータでは、記憶部の読出し速度や、記憶部から表示部へのデータ転送バス容量、或いは、記憶部や表示部を制御するＣＰＵの処理能力などに起因して、動画再生能力が制限されることがある。その場合、特許文献１のように、超音波像データ群を比較的高い表示レートで表示させようとすると、いくつかの超音波像データが欠落する、いわゆるドロップフレームが生じることがある。その結果、例えば動画像が一時的に停止するなど、視認性を損なう場合がある。

本発明は、動画像の視認性が損なわれるのを防止できる超音波診断装置を実現することにある。

上記課題を解決するため、本発明の超音波診断装置は、被検体との間で超音波を送受する探触子に駆動信号を出力すると共に探触子から出力される反射エコー信号を受信する送受信部と、該送受信部から出力される反射エコー信号に基づき複数の超音波像データを再構成する画像処理部と、再構成された超音波像データ群を記憶する画像メモリと、記憶された超音波像データ群を動画像として再生させる動画処理部とを備え、動画処理部は、超音波像データ群の１画像あたりのデータサイズ、超音波像データ群を表示部に表示させる表示レート、超音波像データ群を表示部に表示させる表示時間、前記超音波像データ群のデータ圧縮率の少なくとも１つを動画データ因子として設定する設定手段と、設定手段により設定された動画データ因子に基づき、動画像の推定処理負荷を予想する手段と、推定処理負荷と動画像処理部の再生能力とを比較する手段と、比較した結果により、動画処理部の再生能力の範囲内となるように設定された動画データ因子のうちの所望の因子を除く因子を可変して超音波像データ群を動画記憶部に記憶させる記憶制御手段を有し、動画記憶部から超音波像データ群を読み出して表示部に表示させることを特徴とする。

すなわち、動画再生能力は、ＣＰＵの使用率、データ転送バス容量、記憶部の読出し速度などの装置の処理能力により制限される。その動画再生能力を超えて動画像を表示させようとするとドロップフレームが生じる。そこで、ドロップフレームが生じた時の動画再生能力を、そのときの動画データ因子（例えば、超音波像データ群の１画像あたりのデータサイズ、超音波像データ群を表示部に表示させる表示レート、超音波像データ群を表示部に表示させる表示時間、超音波像データ群のデータ圧縮率）に関連付けて計測する。

そして、計測した動画再生能力よりも超音波像データ群の動画像の再生処理の負荷が小さくなるように、画像メモリの超音波像データ群を読み出して動画記憶部に記録するに際して、その超音波像データ群の動画データ因子を可変する。これにより、超音波像データ群の動画像の再生処理は、動画再生能力を超えないように制限されることになるから、動画再生中のドロップフレームの発生を抑制することができる。

ところで、一般に、超音波診断においては、撮像部位が動きを伴うときは、その動きに追従するように画像の表示レートを高くするのが望ましい。一方、動きをあまり伴わないときは、表示レートよりも表示画像の鮮明度を高くするのが望ましい。そこで、上述の記憶制御手段により、撮像部位の特性に応じて、超音波像データ群の動画データ因子に優先順位を付与し、超音波像データ群の動画データ因子が設定手段の動画データ因子よりも大きいとき、優先順位が低い順に超音波像データ群の動画データ因子を設定範囲で小さくすることができる。

例えば、動きを伴う部位（例えば、心臓や血管などの循環器系）を撮像するときは、表示レートを比較的高く維持しつつ超音波像データを圧縮することにより、心臓の動きに追従した動画像を表示できる。一方、動きをあまり伴わない部位（例えば、腹部に生じた肝臓癌など）を撮像するときには、例えば超音波像データを圧縮せずに表示レートを低くすることにより、表示画像にボケなどが生じることを抑制でき、撮像部位の微細構造を視認することが容易になる。なお、データ圧縮率とは、圧縮後の画像データ量を原画像の画像データ量で除した割合である。

また、撮像部位が動きを伴うか否かについては、操作者が入力設定すればよいが、自動判定することもできる。例えば、送受信部から時間的にずれて出力される各反射エコー信号の相関値や、時間的にずれて撮像された各超音波像データの輝度の相関値を求める。求めた相関値が閾値を一定時間超えるとき、撮像部位が動きを伴う部位であると判定し、相関値が閾値よりも小さいときは、動きをほとんど伴わない部位であると判定することができる。

本発明によれば、動画像の視認性が損なわれるのを防止できる超音波診断装置を実現することができる。

（第１の実施形態）本発明を適用した超音波診断装置の第１の実施形態について図１及び図３を参照して説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置の構成図である。

図１に示すように、超音波診断装置は、超音波像データを取得する撮像処理系と、取得された超音波像データ群を動画像として再生する表示処理系に大別される。撮像処理系は、被検体との間で超音波を送受する探触子１０に駆動信号を出力すると共に探触子１０から出力される反射エコー信号を受信する送受信部１２と、送受信部１２から時間的にずれて出力される反射エコー信号に基づき複数の超音波像データ（例えば、Ｂモード像データ、Ｍモード像データ）を再構成する画像処理部１４と、再構成された超音波像データ群を記憶する画像メモリ１６を備えている。なお、送受信部１２、画像処理部１４、画像メモリ１６を制御する制御部１７を有している。

表示処理系は、画像メモリ１６に記憶された超音波像データ群を動画像として表示させる動画処理部１８を備えている。動画処理部１８は、画像メモリ１６から超音波像データ群を読出し、読み出した超音波像データをデータ転送バス２０を介して表示部２２に出力する。表示部２２は、動画処理部１８から出力される超音波像データ群を一時的に記憶するビデオメモリ２４と、ビデオメモリ２４の超音波像データ群を表示するディスプレイ２６を有している。なお、ディスプレイ２６は、操作パネル３６を介して入力されたパラメータやコメントなどの文字やグラフィックスも表示する。また、動画処理部１８、表示部２２などにデータ転送バス２０を介して制御指令を出力するＣＰＵ（Central Control Unit）２８を有している。

本発明の特徴に係る動画処理部１８は、動画再生能力を支配する動画データ因子を設定する設定手段としての設定処理手段３０と、設定処理手段３０により設定された動画データ因子に基づき、画像メモリ１６から出力される超音波像データ群の動画データ因子を可変して動画記憶手段３２に記憶させる記憶制御手段３４を有している。また、動画処理部１８に、キーボードやポインティングディバイスを有する操作パネル３６が接続されている。ここで、動画データ因子とは、例えば、超音波像データ群の１画像あたりのデータサイズ（バイト）、超音波像データ群を表示部２２に表示させる表示レート（フレーム／秒）、超音波像データ群を表示部２２に表示させる表示時間（秒）、超音波像データ群のデータ圧縮率（％）である。データサイズは、１画像の幅（ピクセル）と高さ（ピクセル）と色深度（バイト／ピクセル）を乗算したものである。データ圧縮率とは、圧縮された圧縮後の画像データ量を原画像の画像データ量で除した割合である。要するに、動画データ因子としては、超音波像データ群の動画再生の処理負荷に影響を与えるパラメータを用いればよい。

なお、記憶制御手段３４は、画像処理部１４から出力される超音波像データを動画記憶手段３２に記憶させるようにしてもよい。動画記憶手段３２としては、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Access Memory）を用いてもよいし、ハードディスクやＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどを用いてもよい。また、制御部１７とＣＰＵ２８を１つの制御手段として構成してもよい。また、説明の便宜上、動画記憶手段３２を動画処理部１８に有した構成を説明するが、画像メモリ１６やビデオメモリ２４の記憶領域の一部として確保してもよい。また、圧縮方式としてＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）を用いることにより、データ圧縮率を例えば２．５〜１０％にしてもよいし、ＭＰＥＧ(Moving Picture Experts Group)など他の圧縮方式を用いてもよい。

このように構成される超音波診断装置の基本動作について説明する。被検体に探触子１０を接触させる。次いで、制御部１７の指令に応じて、送受信部１２から探触子１０に駆動信号が供給される。これによって、探触子１０から撮像部位（例えば、心臓）に超音波が送波される。撮像部位により反射された超音波は、探触子１０に反射エコー信号として受波される。受波された反射エコー信号は、送受信部１２によりアナログディジタル変換や整相加算処理が施される。送受信部１２から出力された１次元の反射エコー信号に基づいて、画像処理部１４により２次元の超音波像データが再構成される。再構成された超音波像データは、画像メモリ１６に記憶される。このような動画が所定間隔で繰り返されることにより、時間的にずれて撮像された複数の超音波像データが画像メモリ１６に記憶される。そして、画像メモリ１６から超音波像データ群が、動画処理部１８により読み出されて表示部２２に順次出力されることによって、撮像部位の動画像が表示部２２に再生される。

ここで、本発明の動画処理部１８の制御について図２を参照して説明する。図２は、動画処理部１８の制御を示すフローチャートである。まず、本発明の制御を行う前に、画像メモリ１６に記憶された超音波像データ群を表示部２２に動画像として表示させる。表示された動画像が一時的に停止するなど、いくつかの超音波像データが欠落するドロップフレームが発生したとき、そのときの表示処理系の動画再生能力Ａを自動又は操作パネル３６を介して動画データ因子Ｓに関連付けて計測する。動画データ因子Ｓとは、超音波像データ群の１画像あたりのデータ表示サイズ（バイト）、超音波像データ群を表示部２２に表示させる表示レート（フレーム／秒）、超音波像データ群を表示部２２に表示させる表示時間（秒）、超音波像データ群のデータ圧縮率（％）である。計測された動画再生能力Ａは、例えばファイルサイズ上限値として数値化されて記憶制御手段３４に保持される。このファイルサイズ上限値は、各動画データ因子Ｓを乗算することにより求められる。要するに、動画再生能力を客観的に判断可能に数値化すればよい。

一方、操作者により操作パネル３６を介して記録条件（以下、動画データ因子Ｔという。）が入力され、入力された動画データ因子Ｔが設定処理手段３０により設定される。例えば、画像メモリ１６の超音波像データ群を動画記憶手段３２に記憶するに際して、心臓の撮像に適するように、超音波像データ群の１画像あたりのデータ記録サイズ（バイト）、記録レート（例えば、６〜３０フレーム／秒）、記録時間（例えば、１〜１２０秒）、データ圧縮率（例えば、２．５〜１０％）が入力設定される。ここで、動画データ因子Ｔのデータ記録サイズは動画データ因子Ｓのデータ表示サイズに対応し、同様に、記録レートは表示レートに対応し、記録時間は表示時間に対応する。なお、操作パネル３６を介して入力設定するに際しては、ディスプレイ２６にＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することにより、インタラクティブに設定してもよい。

図２に示すように、本発明の制御が開始されると、設定処理手段３０により設定された動画データ因子Ｔ（データ記憶サイズ、記憶レート、記憶時間、データ圧縮率）が読み出される（Ｓ１０２）。読み出された動画データ因子Ｔに基づいて、推定処理負荷Ｂが例えば予想ファイルサイズとして数値化される（Ｓ１０４）。この予想ファイルサイズは、各動画データ因子Ｔを乗算することにより求められる。要するに、推定処理負荷Ｂを客観的に判断可能に数値化すればよい。次いで、推定処理負荷Ｂの妥当性が判断される（Ｓ１０６）。例えば、推定処理負荷Ｂと動画再生能力Ａを比較することにより、推定処理負荷Ｂが動画再生能力Ａを超過しているとき、図３に示すようなメッセージが表示される（Ｓ１０８）。メッセージが表示されると、操作者は操作パネル３６を介して所定の動画データ因子Ｔを可変する（Ｓ１１０）。例えば、心臓の動きに追従した動画像を表示させるために、記憶レートを比較的高く（例えば、３０フレーム／秒）維持しつつ、記録時間を短くしたりデータ圧縮率を悪くしたりする。このようなＳ１０２〜Ｓ１１０の処理が繰り返されることにより、Ｓ１０６の処理で推定処理負荷Ｂが動画再生能力Ａよりも小さいと判定されることになる。そのように判定されたとき、画像メモリ１６の超音波像データ群が、そのときの動画データ因子Ｔに従って動画記憶手段３２に記憶される。

操作パネル３６から動画再生指令が入力されると、ＣＰＵ２８を専有する他のタスクに優先させて動画再生処理が実行される。動画再生処理が実行されると、動画処理部１８により、動画記憶手段３２の超音波像データ群が撮像時間を昇順にして順に読み出される。読み出された超音波像データ群は、データ転送バス２０を介してビデオメモリ２４に一時的に記憶された後、ディスプレイ２６に動画像として再生される。

また、動画再生処理が実行されてからの経過時間を計時し、計時された時間が動画データ因子Ｔの記録時間に達したとき、最終フレームの超音波像データが表示されたとして動画再生処理を終了する。なお、最終フレームに相当する時間を計時することに代えて、最終フレームにマーカ（例えば、フレーム番号）を付与することにより、そのマーカを検出した時に動画再生処理を終了させることもできる。再生中の超音波像データのフレーム番号は、動画データ因子Ｔの記憶レートと再生開始からの経過時間を乗算することにより求めればよい。

一般に、動画再生能力は、ＣＰＵの使用率、データ転送バス容量、記憶部の読出し速度などの装置の処理能力により制限される。その動画再生能力を超えて動画像を表示させようとするとドロップフレームが生じる。この点、本実施形態では、装置の動画再生能力Ａが動画データ因子Ｓに関連付けて予め計測される。そして、計測された動画再生能力Ａよりも推定処理負荷Ｂが小さくなるように、画像メモリ１６の超音波像データ群を読み出して動画記憶手段３２に記録するに際して、その画像データ群の動画データ因子Ｔが可変される。したがって、本実施形態によれば、超音波像データ群の動画再生の推定処理負荷Ｂは、動画再生能力Ａを超えないように制限されることになるから、動画再生中のドロップフレームの発生を抑制することができる。その結果、再生される動画は、例えば心臓の動きに安定かつスムースに追従したものとなり、動画像の視認性が損なわれるのを防止できる。

また、Ｓ１１０の処理では、ディスプレイ２６に表示された超音波像データに関心領域を操作パネル３６を介して指定することにより、データ記憶サイズを小さくしてもよい。これにより、画像メモリ１６の超音波像データは、関心領域に対応するデータに限定されて動画記憶手段３２に記憶されることになるから、推定処理負荷Ｂを小さくすることができる。また、動画データ因子Ｔを小さく可変する例を説明したが、推定処理負荷Ｂが動画再生能力Ａよりも小さいときは、動画データ因子Ｔを大きくしてもよい。これにより、例えば心臓の動きにより追従した視認性のよい動画像を表示できる。

（第２の実施形態）本発明を適用した超音波診断装置の第２の実施形態について説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、Ｓ１１０の処理で操作者が任意の動画データ因子Ｔを可変することに代えて、予め設定された優先順位が低い動画データ因子Ｔから順に可変することにある。したがって、第１の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点について説明する。

例えば、動きを伴う部位（例えば、心臓や血管などの循環器系）を撮像するときは、記憶レートの優先順位を最も高く設定すると共に、他の動画データ因子Ｔ（例えば、データ圧縮率や記録時間）の優先順位を適宜低く設定する。一方、動きをほとんど伴わない部位（例えば、腹部に生じた肝臓癌）を撮像するときは、データ圧縮率の優先順位を最も高く設定すると共に、他の動画データ因子Ｔの優先順位を適宜低く設定する。なお、優先順位は、操作者により操作パネル３６を介して設定される。要するに、撮像部位の特性に応じて動画データ因子Ｔに優先順位を付与すればよい。

このように設定された動画データ因子Ｔの優先順位は、Ｓ１０８の処理により図３のメッセージと共に表示される。表示された優先順位を参照することにより、操作者は、操作パネル３６を介して優先順位が低く設定された動画データ因子Ｔから順に小さくする。また、操作者が手段で動画データ因子Ｔを可変することに代えて、優先順位が低い順に動画データ因子Ｔを設定範囲で自動的に小さくしてもよい。

本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、動きを伴う部位を撮像するとき、その動きに追従した動画像を表示できる。また、動きを伴わない部位を撮像するときは、表示画像にボケなどが生じることを抑制でき、撮像部位の微細構造を視認することが容易になる。

（第３の実施形態）本発明を適用した超音波診断装置の第３の実施形態について説明する。本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、動画データ因子Ｔの優先順位を操作パネル３６を介して設定することに代えて、優先順位を自動的に設定することにある。したがって、第１及び第２の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点について説明する。

例えば、動画処理部１８に、撮像部位が動きを伴う部位か否かについて判定する撮像部位判定手段を備える。まず、撮像部位判定手段により画像メモリ１６から各超音波像データが読み出される。読み出された各超音波像データの輝度の相関値が求められる。求められた相関値が一定時間を越えて閾値を越えているとき、撮像部位は動きを伴う部位であると判定される。また、相関値が閾値よりも小さいとき、撮像部位は動きをほとんど伴わない部位であると判定される。

撮像部位が動きを伴う部位であると判定されたときは、例えば記憶レートの優先順位が最も高く設定されると共に、他の動画データ因子Ｔ（例えば、データ圧縮率や記録時間）の優先順位が予め決められた順に低く設定される。また、撮像部位が動きをほとんど伴わない部位であると判定されたときは、例えばデータ圧縮率の優先順位が最も高く設定されると共に、他の動画データ因子Ｔの優先順位が予め決められた順に低く設定される。要するに、撮像部位の特性に応じて動画データ因子Ｔに自動的に優先順位が付与される。

そして、第２の実施形態と同様な処理をするに際して、推定処理負荷Ｂが動画再生能力Ａを超過しているとき、優先順位が低い順に動画データ因子Ｔが自動的に設定範囲で小さくされる。これにより、第２の実施形態による効果に加えて、装置の使い勝手を向上させることができる。

なお、本実施形態では、撮像部位の特性を判定するのに超音波像データの輝度相関を用いたが、送受信部１２から時間的にずれて出力される反射エコー信号の強度相関や波形相関などを用いることもできる。また、撮像部位判定手段については、動画処理部１８に配置することに限らず、任意の位置に配置させることができる。

以上、第１乃至第３の実施形態に基づいて本発明を説明したが、これに限られるものではない。例えば、撮像処理系として超音波撮像のほか、磁気共鳴撮像やＸ線ＣＴ撮像により取得された診断画像データ群を動画像として表示させる場合にも本発明を適用することができる。要するに、取得された診断画像データ群を動画再生用として記憶する際に、その診断画像データ群の動画再生の処理負荷を制限できれば、いずれの形態のものにも適用することができる。

また、画像メモリ１６の超音波像データ群を動画記憶手段３２に記憶するに際して、予め計測した心電情報（例えば、心電波形や心時相データ）を関連付けて記憶させてもよい。これにより、例えば心臓の拡張末期から次の拡張末期までの間の超音波像データ群に制限して動画像を再生できる。

また、コンピュータの性能（例えば、記憶部の読出し速度や、データ転送バス容量、ＣＰＵの処理能力が向上）が向上したときでも、例えば動きを伴う部位を撮像する場合においては、撮像部位の動きに一層追従した動画像が望まれることから、本発明を適用することができる。

本発明を適用した一実施形態の超音波診断装置の構成図である。図１の動画処理部の処理を示すフローチャートである。図２のＳ１０８の処理で表示されるメッセージの表示例である。

符号の説明

１０探触子
１２送受信部
１４画像処理部
１６画像メモリ
１８動画処理部
２２表示部
２４ビデオメモリ
２６ディスプレイ
３２動画記憶手段
３４記憶制御手段
３０設定処理手段

Claims

被検体との間で超音波を送受する探触子に駆動信号を出力すると共に前記探触子から出力される反射エコー信号を受信する送受信部と、
該送受信部から出力される反射エコー信号に基づき複数の超音波像データを再構成する画像処理部と、
再構成された超音波像データ群を記憶する画像メモリと、
記憶された超音波像データ群を動画像として再生させる動画処理部とを備え、
前記動画処理部は、
前記超音波像データ群の１画像あたりのデータサイズ、前記超音波像データ群を表示部に表示させる表示レート、前記超音波像データ群を前記表示部に表示させる表示時間、前記超音波像データ群のデータ圧縮率の少なくとも１つを動画データ因子として設定する設定手段と、
該設定手段により設定された前記動画データ因子に基づき、前記動画像の推定処理負荷を予想する手段と、
前記推定処理負荷と動画像処理部の再生能力とを比較する手段と、
前記比較した結果により、前記動画処理部の再生能力の範囲内となるように設定された前記動画データ因子のうちの所望の因子を除く因子を可変して該超音波像データ群を動画記憶部に記憶させる記憶制御手段を有し、
前記動画記憶部から前記超音波像データ群を読み出して表示部に表示させることを特徴とする超音波診断装置。
前記記憶制御手段は、撮像部位の特性に応じて、前記超音波像データ群の動画データ因子に優先順位を付与し、前記超音波像データ群の動画データ因子が前記設定手段の動画データ因子よりも大きいとき、前記優先順位が低い順に前記超音波像データ群の動画データ因子を設定範囲で小さくすることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。