JP5566300B2 - 超音波診断装置、超音波診断装置の信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、特に、被検体からの反射エコー信号に信号処理を施して超音波画像データに変換するデータ変換部の処理効率の向上技術に関する。

超音波診断装置は、超音波探触子により被検体内部に超音波を送信し、被検体内部からの反射エコー信号を受信して、例えば被検体の撮像部位の断層像(Bモード像)、撮像部位の時間変化像(Mモード像)、被検体の血流速度等に応じて得られるドプラ像など様々な超音波画像を生成して診断用に表示する。

また、超音波診断装置は、例えばBモード像を単体で表示するBモード，Bモード像とMモード像を並列処理により生成して同一画面に表示するB/Mモード，Bモード像とドプラ像を並列処理により生成して同一画面に表示するB/Dモードなど多くの撮像モードを有している。

複数の超音波画像を並列に処理して生成表示する場合、例えば特許文献1に記載されているように、メモリやデジタルスキャンコンバータ(DSC)などのデータ処理系統を並列に複数設けて、これらで信号処理を行なうことが知られている。

特開平8-252253号公報

ところで、特許文献1の技術は、超音波画像を生成表示する過程における処理レートが異なる複数の信号処理を実行するプロセッサの処理効率を向上させることについては考慮されていない。

すなわち、超音波診断装置における信号処理は、エコーデータに対する超音波走査処理(例えば対数圧縮処理など)と、超音波走査処理がなされたデータに対するTV走査処理(表示モニタの方式に座標変換する走査変換処理など)が存在し、超音波走査処理のレートとTV走査処理のレートが異なる場合がある。

この場合に、処理レートが異なる信号処理を同一のプロセッサで実行しようとすると、処理レートの相違に起因してプロセッサの処理のロスが発生するため、処理効率の観点から好ましくない。

そこで本発明は、処理レートが異なる複数の信号処理を実行する超音波診断装置におけるプロセッサの処理効率を向上させることを課題とする。

本発明の超音波診断装置は、被検体に超音波ビームを送信するとともに被検体からの反射エコー信号を受信する超音波探触子と、超音波探触子に超音波ビームを送信させる駆動信号を供給するビーム形成部と、反射エコー信号をデジタル化して得られたエコーデータに複数の信号処理を施して超音波画像データへ変換するデータ変換部と、変換された超音波画像データに基づく超音波画像を表示する表示部とを備えて構成される。

特に、上記課題を解決するため、前記データ変換部は、前記複数の信号処理のうち処理レートが異なる信号処理を割り当てる複数のプロセッサを有して構成されることを特徴としている。

本発明の超音波診断装置の信号処理方法は、超音波探触子が被検体に超音波ビームを送信するとともに前記被検体からの反射エコー信号を受信するステップと、ビーム形成部が該超音波探触子に前記超音波ビームを送信させる駆動信号を供給するステップと、データ変換部が前記反射エコー信号をデジタル化して得られたエコーデータに複数の信号処理を施して超音波画像データへ変換するステップと、表示部が前記変換された超音波画像データに基づく超音波画像を表示するステップとを備えた超音波診断装置の信号処理方法であって、前記データ変換部が前記複数の信号処理のうち処理レートが異なる信号処理を割り当てる複数のプロセッサを有し、前記複数の信号処理のうち処理レートが異なる信号処理を割り当てるプロセッサを前記複数のプロセッサから決定するステップをさらに含む。

これによれば、エコーデータに対する超音波走査処理(対数圧縮処理など)と、超音波走査処理がなされたデータに対するTV走査処理(表示モニタの方式に座標変換する走査変換処理など)との処理レートが互いに異なっていたとしても、超音波走査処理とTV走査処理を別々のプロセッサに割り当てて演算を行なうことができる。その結果、各プロセッサは同一の処理レートの信号処理を順次実行し、例えばパイプライン方式で処理レートの異なる信号処理を並列に高速に実行することができるので、処理効率を向上させることができる。

また、データ変換部は、超音波画像の複数の撮像モードから選択された撮像モードに応じて、複数のプロセッサのうち選択された撮像モードで行われる信号処理に割り当てるプロセッサの数を決定することができる。

つまり、データ変換部は、例えばユーザによって撮像モードが選択されたら、選択された撮像モードに対応して設定されている信号処理の内容にしたがって必要なプロセッサの数を決定する。ここで、プロセッサの数は、選択された撮像モードで必要な信号処理に処理レートが異なるものがいくつあるかによって定めることができる。データ変換部は、複数のプロセッサの中から決定されたプロセッサの数を適宜選択して、各信号処理に割り当てる。

例えば、Bモード像の撮像モードが選択された場合には、処理レートが異なる信号処理が超音波走査処理とTV走査処理の2つあるので、プロセッサを2つ使用して各信号処理に割り当てることができる。また、例えばB/Mモードが選択された場合は、Bモード像、Mモード像のそれぞれについて処理レートが異なる信号処理が2つあるので、プロセッサを4つ使用して各信号処理に割り当てることができる。B/Dモードが選択された場合も同様にプロセッサを4つ使用して各信号処理に割り当てることができる。

また、データ変換部は、被検体に送信する超音波ビームのビーム種ごとに複数のプロセッサの割り当てを異ならせることができる。つまり、生成表示する超音波画像ごとに被検体に送信する超音波ビームのビーム種が異なり、また各超音波ビームによる反射エコー信号に対する信号処理の処理レートが異なるため別々のプロセッサに割り当てて処理させることにより、プロセッサを効率よく使用することができる。

本発明によれば、処理レートが異なる複数の信号処理を並列して実行する超音波診断装置におけるプロセッサの処理効率を向上させることができる。

本発明を適用してなる超音波診断装置の構成を示すブロック図 超音波診断装置のBモード像とMモード像の相違を説明する図 超音波診断装置で使用される超音波ビームの種類の一例を示す図 Bモード像の生成表示におけるプロセッサの割り当ての一例を示す図 Bモード像の生成表示の過程での各プロセッサの具体的な処理内容を示す図 各プロセッサのデータ処理の実行サイクルを示すタイムチャート Bモード像とドプラ像を並列に生成表示するB/Dモードにおけるプロセッサの割り当ての一例を示す図 Bモード像及びドプラ像の生成表示の過程での各プロセッサの具体的な処理内容を示す図 各プロセッサのデータ処理の実行サイクルを示すタイムチャート Bモード像とドプラ像を並列に生成表示するB/Dモードにおけるプロセッサの割り当ての変形例を示す図 Bモード像とMモード像を並列に生成表示するB/Mモードにおけるプロセッサの割り当ての一例を示す図 Bモード像とMモード像を並列に生成表示するB/Mモードにおけるプロセッサの割り当ての変形例を示す図 Bモード像とカラー像を並列に生成表示するカラーフローモードにおけるプロセッサの割り当ての一例を示す図 Bモード像とカラー像を並列に生成表示するカラーフローモードにおけるプロセッサの割り当ての一例を示す図

以下、本発明を適用してなる超音波診断装置の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図1は本発明を適用してなる超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本発明の超音波診断装置10は、被検体に超音波ビームを送信するとともに、被検体からの反射エコー信号を受信する超音波探触子12(PROBE)と、超音波探触子12の送信/受信を切り替える送受信切替部14(PRB)と、超音波探触子12に超音波ビームを送信させるための信号を供給するビーム形成部16(DBF)と、被検体からの反射エコー信号をデジタル化したエコーデータに複数の信号処理を施して超音波画像データへ変換するデータ変換部20と、データ変換部20で変換された超音波画像データに基づく超音波画像などを記憶するビデオメモリ22と、ビデオメモリ22に記憶された超音波画像などを表示する表示部24などを備えて構成される。

また、超音波画像データの撮像モードデータをエコーデータに設定する設定部26(CONSOLE)と、撮像モードデータとエコーデータとを付帯してデータセットを生成し、データセットをデータ変換部20にデータ転送したり、データ変換部20を制御して、データセット中の撮像モードデータを解析させ、その解析された撮像モードデータによりデータセット中のエコーデータを超音波画像データへ変換させる制御部28(CONT)を備えている。

超音波探触子12(PROBE)は、振動子が超音波探触子の長軸方向に1〜mチャンネル分配列される。ここで、短軸方向にもk個に切断されて1〜kチャンネル分配列されている場合、短軸方向の各振動子(1〜kチャンネル)に与える遅延時間を変えることにより、短軸方向にも送波や受波のビームフォーカスが可能になっている。また、短軸方向の各振動子に与える超音波送信信号の振幅を変えることにより送波重み付けがされ、短軸方向の各振動子からの超音波受信信号の増幅度又は減衰度を変えることにより受波重み付けがされるようになっている。さらに、短軸方向のそれぞれの振動子をオン、オフすることにより、口径制御ができるようになっている。

なお、この超音波探触子12は、圧電素子により振動子が形成されるものがある。また、超音波探触子12として、cMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer：IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Contr. Vol45 pp.678-690 May 1998等)
と呼ばれる半導体により振動子が形成されるものを適用することもできる。

送受信切替部14は、超音波探触子12に送信信号を供給するとともに受信した反射エコー信号を処理するインターフェースの役割を果たしている。また、送受信切替部14には、被検体に送信された超音波ビームに対する被検体内からの反射エコー信号を受信し生体情報を収集する受波回路の機能を有する。

ビーム形成部16は、超音波探触子12を制御して超音波ビームの打ち出しをさせる送波回路であり、超音波探触子12の複数の振動子を駆動する超音波パルスの送信タイミングを制御して、被検体内に設定される焦点に向けて超音波ビームを形成するようになっている。また、超音波探触子の振動子の配列方向に電子的に超音波ビームを走査するようになっている。

データ変換部20は、送受信切替部14で受信された後、増幅などの受信処理、A/D変換、複数の振動子間の位相を揃えて加算する処理などが行なわれたエコーデータに対して後述する各種の信号処理を行なって超音波断層像データに変換するものであり、順次入力されるエコーデータに基づいて超音波画像を形成する。超音波画像には、Aモード像、Bモード像、カラーフローマッピング(C)モード像、ドプラ(D)モード像、弾性(エラスト)(E)モード像、Mモード像、主に被検体の体表に沿って連続して配置されるBモード像を再構成して得られる3次元超音波画像などがある。

ビデオメモリ22は、データ変換部20によって形成された超音波画像と、患者情報やボディマーク情報などの文字やグラフィック情報、設定部26のグラフィック情報を合成して記憶するものである。制御部28は、どのような表示フォーマットで表示するかを選択制御する表示制御部の機能も有している。

表示部24は、ビデオメモリ22に記憶された超音波画像を表示するもので、例えばCRTモニタあるいは液晶モニタからなる。表示部24は超音波画像が表示されて操作者によって診断可能な画像が表示されればよいのであって、アナログ出力、デジタル出力の何れのものであっても本発明に適用することができる。

設定部26は、操作者が操作卓上のキーボードやトラックボールを用いて所望の撮像モード、患者情報、撮像位置などの各種パラメータを入力するものである。

制御部28は、設定部26によって入力された各種パラメータに基づき送受信切替部14、ビーム形成部16、データ変換部20をそれぞれ機能させるように制御する制御用コンピューターシステムである。

図1に示すように、データ変換部20は、複数のプロセッサ20a〜20hと、プロセッサ20a〜20hを一括で制御するプロセッサ制御部20iと、送受信切替部14を介して送られるエコーデータを記録する内部メモリ20j(MEMORY)と、プロセッサ20a〜20h，プロセッサ制御部20i，内部メモリ20j間で相互にデータを通信可能な内部データ転送バス20kを備えている。

内部メモリ20jは、制御部28(CONT)から転送されるデータを受けて記憶するものである。プロセッサ制御部20iは、内部データ転送バス20kを介して接続されるプロセッサ20a〜20hを制御するものである。その制御の具体例は、内部メモリ20jに記憶されるデータやパラメータを解析し、プロセッサ20a〜20hに処理プログラムを割り当てて、内部メモリ20jに記憶されるデータから超音波画像を得る。

データ変換部20は、例えばCELLなど単一のパッケージ内に複数のプロセッサコアを有するアーキテクチャが標準化されたマルチプロセッサを適用することができる。CELLとは、Cell Broadband Engine(登録商標)の略記で、株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント等によって開発されたマイクロプロセッサである。CELLを用いる場合、プロセッサ20a〜20hはSPE(Synergistic Processor Element)、プロセッサ制御部20iはPPE(PowerPC Processor Element)、内部データ転送バス20kはEIB(Element Interconnect Bus)として構成される。

なお、超音波診断装置においては、装置の小型化に寄与するデータ処理部の回路規模の縮小という要求がある一方で、装置の高機能化に寄与するデータ処理部のデータ演算処理の高速化の要求があり、互いがトレードオフとなる技術課題が依然として存在しているが、このような単一パッケージのマルチプロセッサを採用することで回路規模の縮小とデータ演算処理の高速化に寄与することができる。また、プロセッサの数は図1において例として8個としているが、プロセッサの処理能力によって任意に設定できるため、任意の自然数の個数であってもよい。

ところで、超音波診断装置は、超音波画像を生成表示する過程において処理レートが異なる複数の信号処理を実行する必要が生じる場合がある。図2は例えば生成表示する超音波画像の相違に起因する処理レートの違いの一例として、超音波診断装置のBモード像とMモード像の相違を説明する図である。図2(a)のBモード像は超音波ビームを2次元的にスキャンして画像化した2次元画像である。図2(b)のMモード像は超音波ビームを固定し、経時的に表示してできた画像である。

図2(a)に示すようにBモード像は一般に超音波ビーム数本から数百本で一つの画像が構成され、この画像の単位をフレームとするとフレーム単位で更新されるのに対して図2(b)に示すようにMモード像は随時更新される。超音波診断装置はBモード像とMモード像を同一画面上に同時に表示することが可能で、このときBモード像とMモード像は非同期に表示更新される。このように超音波画像ごとに画像生成のためのデータ入力のレートが違っていたり、生成画像の出力レートが異なっていたりして処理レートが異なる場合がある。Bモード像とMモード像に限らず以下に示すような生成表示する超音波画像に対応するビーム種ごとに処理レートが異なる場合がある。

図3は超音波診断装置で使用される超音波ビームの種類(ビーム種)の一例を示す図である。超音波ビームは主に2D画像用と時系列画像用に分けられる。2D画像用は白黒B像用ビーム、カラードプラB像用ビーム、組織弾性像用ビームなどがあり、時系列画像用は白黒M像用ビーム、カラードプラ像用ビーム、ドプラ像用ビームなどがある。また、例えばバイプレーンモードといわれる超音波診断装置の撮像モードではBW_B1ビーム,BW_B2ビームのように白黒B像用ビームが2種類必要である。他の超音波ビーム種類でも同様にバイプレーンモードにより2種類以上のビームが必要になる。

図3の例では超音波診断装置は12種類の超音波ビームが必要となり、超音波ビーム1種につき、1つのプロセッサを割り当てることを考えると、これだけで12のプロセッサが必要になってしまう。しかし一般に、12種類の超音波ビームを同時に必要とする超音波診断装置の撮像モードはない。実際の超音波診断装置では撮像モード毎に使用するビーム種は限定されていることから、撮像モード毎に構成を変更すれば、より少ないプロセッサの数で超音波診断装置を実現することができる。

また、仮に複数の超音波画像を並列して生成表示しない場合、例えばBモード像を単体で生成表示する場合にも処理レートが異なる信号処理を行なう必要が生じる場合がある。
すなわち、Bモード像を生成表示するためには、エコーデータに対する超音波走査処理(例えば対数圧縮処理など)と、超音波走査処理がなされたデータに対するTV走査処理(表示モニタの方式に座標変換する走査変換処理など)が必要であるが、この超音波走査処理のレートとTV走査処理のレートが異なる場合がある。

以上のように、処理レートが異なる複数の信号処理を必要とする超音波診断装置において、これらの信号処理を同一のプロセッサで実行しようとすると、処理レートの相違に起因してプロセッサの処理のロスが発生するため、処理効率の観点から好ましくない。

そこで、本実施形態の超音波診断装置は、データ変換部20が上述のように複数のプロセッサを有して構成されており、複数の信号処理のうち処理レートが異なる信号処理を別々のプロセッサに割り当てて演算を行なうことを特徴としている。以下、この点を具体的な実施例を用いて説明する。

図4はBモード像の生成表示におけるプロセッサの割り当ての一例を示す図である。図4に示すように、Bモード像の生成表示には、超音波走査レート処理とTV走査レート処理の2つが処理レートの異なる信号処理として存在する。そこで、超音波走査レート処理にプロセッサ20a(BM1)を割り当て、TV走査レート処理にプロセッサ20b(BM2)を割り当てている。なお、割り当てはプロセッサ20a，20bに限られず、プロセッサ制御部20iによってプロセッサ20a〜20hの中から処理余裕のあるプロセッサが任意に必要な数選択されて割り当てがなされる。

図5は、Bモード像の生成表示の過程での各プロセッサの具体的な処理内容を示す図であり、図6は、各プロセッサのデータ処理の実行サイクルを示すタイムチャートである。

図5に示すように、Bモード像の生成表示までに必要な処理は、対数圧縮処理、パーシスタンス処理、エンハンス処理、走査変換処理、ガンマ補正処理、データ転送処理からおおよそなる。

対数圧縮処理は、例えば2の20乗もある超音波受信信号のダイナミックレンジを比較的小さい回路上のダイナミックレンジ、実質的にはモニタのダイナミックレンジに圧縮する。パーシスタンス処理は、対数圧縮処理後の画素に対してモニタ上の同じ位置に表示されるデータ同士を加算平均する。エンハンス処理は、パーシスタンス処理後の画素に対して画素間の境界が鮮明になるようにエッジ強調する。

走査変換処理は、エンハンス処理後の画素を超音波ビームの走査から表示モニタの走査へ座標変換する。ガンマ補正処理は、走査変換処理後の画素に対し、画素の定義域と値域を決めるガンマ曲線で表示階調を補正する。データ転送処理は、ガンマ補正処理後の画像(Bモード像)をビデオメモリ22に送り出す。

これらの処理は、対数圧縮処理、パーシスタンス処理、エンハンス処理からなる超音波走査処理と、走査変換処理、ガンマ補正処理、データ転送処理からなるTV走査処理に分けることができる。つまり、BM1には超音波走査処理を割り当て、BM2にはTV走査処理を割り当てる。これにより、超音波走査処理で逐次更新されるBモード像のデータに対してTV走査処理をパイプライン方式で並列処理することができる。

図6に示すように、まず、プロセッサ20a(BM1)は最初の演算実行サイクル(第1サイクル)で処理対象のエコーデータであるRFB1について超音波走査処理を行う。

次の演算実行サイクル(第2サイクル)で、プロセッサ20b(BM2)はRFB1についてTV走査処理を行い、RFB1に対するBモード像データ(BMD1)を生成してビデオメモリ22へ出力する。同じパイプライン演算の実行サイクルで、プロセッサ20a(BM1)はRFB1の次のエコーデータであるRFB2について超音波走査処理を行う。

次の演算実行サイクル(第3サイクル)で、ビデオメモリ22はBMD1を表示部24に表示する。同じパイプライン演算の実行サイクルで、プロセッサ20b(BM2)はRFB2についてTV走査処理を行い、RFB2に対するBモード像データ(BMD2)を生成してビデオメモリ22へ出力する。また同じパイプライン演算の実行サイクルで、プロセッサ20a(BM1)はRFB2の次のエコーデータであるRFB3について超音波走査処理を行う。

次の演算実行サイクル(第4サイクル)で、ビデオメモリ22はBMD2を表示部24に表示する。同じパイプライン演算の実行サイクルで、プロセッサ20b(BM2)はRFB3についてTV走査処理を行い、RFB3に対するBモード像データ(BMD3)をビデオメモリ22へ出力する。また同じパイプライン演算の実行サイクルで、プロセッサ20a(BM1)はRFB3の次のエコーデータであるRFB4について超音波走査処理を行う。

以降、このような3段で構成されるパイプライン方式の並列演算は、RFBn(nは自然数)に対するBモード像データ(BMDn)が表示部24に表示するまで繰り返される。

以上、本実施例は、エコーデータに対する超音波走査処理(対数圧縮処理，パーシスタンス処理，エンハンス処理)と、超音波走査処理がなされたデータに対するTV走査処理(走査変換処理，ガンマ補正処理、データ転送処理)との処理レートが互いに異なっていたとしても、超音波走査処理とTV走査処理を別々のプロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)に割り当てて演算を行なっている。したがって、プロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)はそれぞれ同一の処理レートの信号処理を順次実行することができるので、従来の異なる処理レートの信号処理で必要であった時分割処理等が不要となり、その結果、処理のロスが防止される。

また、プロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)を用いて処理レートの異なる超音波走査処理とTV走査処理をパイプライン方式で並列に高速に実行することができるので、データ変換部20の処理効率を向上させることができる。

図7はBモード像とドプラ像を並列に生成表示するB/Dモードにおけるプロセッサの割り当ての一例を示す図である。例えばBモードからB/Dモードに切り替える場合、Bモードで使用していたプロセッサ20a、20bの割り当てを一旦解除し、また、Bモード処理で確保していたメモリ20jのメモリ領域も一旦、開放する。そして、新たにB/Dモードの動作を行うため、プロセッサを再割り当てし、B/Dモードで使用するメモリ領域を確保しなおす。ここで、データ変換部20は、選択された撮像モード(B/Dモード)に応じて、プロセッサ20a〜20hのうち選択された撮像モードで行われる信号処理に割り当てるプロセッサの数を決定する。本実施例では、B/Dモードで必要な信号処理に処理レートが異なるものが4つあるので、4つのプロセッサが信号処理に割り当てられる。

本実施例は、Bモード像とドプラ像が交互に計測される場合で、それぞれの各モードのデータを仕分けるDEMUX処理と並列してBモード像とドプラ像にそれぞれ2つずつプロセッサに割り当て、各プロセッサがBモード像とドプラ像を画像化するまでの一例を示すものである。

図7に示すように、B/Dモードにおいては、Bモード像とドプラ像のそれぞれについて超音波走査レート処理とTV走査レート処理の2つが処理レートの異なる信号処理として存在する。そこで、Bモード像の超音波走査レート処理にプロセッサ20a(BM1)を割り当て、Bモード像のTV走査レート処理にプロセッサ20b(BM2)を割り当てている。また、ドプラ像の超音波走査レート処理にプロセッサ20c(DM1)を割り当て、ドプラ像のTV走査レート処理にプロセッサ20d(DM2)を割り当てている。

図8は、Bモード像及びドプラ像の生成表示の過程での各プロセッサの具体的な処理内容を示す図であり、図9は、各プロセッサのデータ処理の実行サイクルを示すタイムチャートである。

図8におけるB-DEMUX処理は、処理対象のエコーデータがBモードであるかを判定し、その判定に基づいて処理対象エコーデータをプロセッサ20aに取り込む。D-DEMUX処理は、処理対象のエコーデータがDモードであるかを判定し、その判定に基づいて処理対象エコーデータをプロセッサ20cに取り込む。エコーデータの判定は、エコーデータに付随して設定されているビーム種を示すデータをデータ変換部20が解析することにより行うことができる。

Bモード像の生成表示までに必要な処理について、第1実施例と同様である部分についての説明は省略し、相違する部分のみ説明する。Bモード像のTV走査処理には、ガンマ補正処理とデータ転送処理との間に合成処理が挿入される。合成処理は、後に説明するドプラ像のTV走査処理後のデータとBモード像を合成するものである。また、データ転送処理は、合成処理後の画像(Bモード像とドプラ像の合成画像)をビデオメモリ22に送り出すこととなる。

ドプラ像の生成表示までに必要な処理は、サンプルゲート(SG)設定処理、リサンプル処理、高速フーリエ変換(FFT)処理、加算平均処理、対数圧縮処理、記憶処理、走査変換処理、ガンマ補正処理からおおよそなる。

SG設定処理は、被検体の超音波Bモード像上で所望の血流速診断部位にSGを設定する。リサンプル処理は、後段のフーリエ変換で演算するサンプル点を補間して求める。FFT処理は、リサンプル処理によって補間されたサンプル点について周波数分析を行い、心筋などの運動速度の遅い反射体からの比較的低周波のクラッタ成分を除去し、比較的高周波の血流成分を抽出する。加算平均処理は、FFT処理によって抽出した血流成分についていわゆるサンプル点毎の相関値を得る。対数圧縮処理は、加算平均処理結果のダイナミックレンジを実質的にはモニタのダイナミックレンジに圧縮する。

記憶処理は、対数圧縮処理した結果を内部メモリ20jに記憶する。走査変換処理は、内部メモリ20jに記憶された画素を超音波ビームの走査から表示モニタの走査へ座標変換する。ガンマ補正処理は、走査変換処理後の画素に対し、画素の定義域と値域を決めるガンマ曲線で表示階調を補正し、Bモード像の合成処理に出力する。

これらのドプラ像の生成表示に必要な処理は、SG設定処理、リサンプル処理、高速フーリエ変換(FFT)処理、加算平均処理、対数圧縮処理からなる超音波走査処理と、記憶処理、走査変換処理、ガンマ補正処理からなるTV走査処理に分けることができる。つまり、DM1には超音波走査処理を割り当て、DM2にはTV走査処理を割り当てる。これにより、超音波走査処理で逐次更新されるドプラ像のデータに対してTV走査処理をパイプライン方式で並列処理することができる。

図9に示すように、まず、最初の演算実行サイクル(第1サイクル)で、プロセッサ20a(BM1)は最初の処理対象のエコーデータであるRFB1についてデータ取り込み処理を行い、RFB1について超音波走査処理(Bモード)を行う。同じパイプライン演算の実行サイクルで、プロセッサ20c(DM1)は処理対象のエコーデータであるRFD1についてデータ取り込み処理を行い、RFD1について超音波走査処理(Dモード)を行う。

次の演算実行サイクル(第2サイクル)で、プロセッサ20d(DM2)はRFD1についてTV走査処理(Dモード)を行い、RFD1に対するドプラ像データ(DMD1)を生成する。プロセッサ20b(BM2)はRFB1についてTV走査処理を行い、RFB1に対するBモード像データ(BMD1)を生成し、ドプラ像データ(DMD1)と合成する。また、プロセッサ20b(BM2)は、Bモード像データ(BMD1)、ドプラ像データ(DMD1)、及び合成像をビデオメモリ22に送り出す。同じパイプライン演算の実行サイクルで、プロセッサ20a(BM1)はRFB2について超音波走査処理(Bモード)を行い、プロセッサ20c(DM1)はRFD2について超音波走査処理(Dモード)を行う。

次の演算実行サイクル(第3サイクル)で、ビデオメモリ22はBモード像データ(BMD1)、ドプラ像データ(DMD1)、及び合成像のうち設定された画像を表示部24に表示する。また同じパイプライン演算の実行サイクルで、プロセッサ20d(DM2)はRFD2についてTV走査処理(Dモード)を行い、RFD2に対するドプラ像データ(DMD2)を生成する。プロセッサ20b(BM2)はRFB2についてTV走査処理を行い、RFB2に対するBモード像データ(BMD2)を生成し、ドプラ像データ(DMD2)と合成する。また、プロセッサ20b(BM2)は、Bモード像データ(BMD2)、ドプラ像データ(DMD2)、及び合成像をビデオメモリ22に送り出す。同じパイプライン演算の実行サイクルで、プロセッサ20a(BM1)はRFB3について超音波走査処理(Bモード)を行い、プロセッサ20c(DM1)はRFD3について超音波走査処理(Dモード)を行う。

以降、このような5段で構成されるパイプライン方式の並列演算は、RFBn(nは自然数)に対するBモード像データ(BMDn)、RFDn(nは自然数)に対するドプラ像データ(DMDn)、及びBMDnとDMDnとの合成像が表示部24に表示するまで繰り返される。

以上、本実施例は、Bモード像とドプラ像のそれぞれについて、エコーデータに対する超音波走査処理と、超音波走査処理がなされたデータに対するTV走査処理を別々のプロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)，20c(DM1)，20d(DM2)に割り当てて演算を行なっている。その結果、プロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)，20c(DM1)，20d(DM2)はそれぞれ同一の処理レートの信号処理を順次実行することができるので、処理のロスが防止される。

また、プロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)，20c(DM1)，20d(DM2)を用いて処理レートの異なる超音波走査処理とTV走査処理をパイプライン方式で並列に高速に実行することができるので、データ変換部20の処理効率を向上させることができる。

なお、図10は本実施例の変形の一例を示す図である。例えば1つのプロセッサの処理能力が大きい場合、図10に示すように、Bモード像に対するTV走査処理とドプラ像に対するTV走査処理を1つのプロセッサ20bに割り当てても良い。すなわち、Bモード像とドプラ像はそれぞれ超音波走査処理は処理レートが異なるので別々のプロセッサ20a、20cを割り当てる一方、両画像のTV走査処理は処理レートが同じでありプロセッサの処理能力に余裕があればプロセッサ20bに共通に割り当てることもできる。

図11はBモード像とMモード像を並列に生成表示するB/Mモードにおけるプロセッサの割り当ての一例を示す図である。例えばB/DモードからB/Mモードに切り替える場合、B/Dモードで使用していたプロセッサ20a〜20dの割り当てを一旦解除し、また、B/Dモード処理で確保していたメモリ20jのメモリ領域も一旦、開放する。そして、新たにB/Mモードの動作を行うため、プロセッサを再割り当てし、B/Mモードで使用するメモリ領域を確保しなおす。ここで、データ変換部20は、選択された撮像モード(B/Mモード)に応じて、プロセッサ20a〜20hのうち選択された撮像モードで行われる信号処理に割り当てるプロセッサの数を決定する。本実施例では、B/Mモードで必要な信号処理に処理レートが異なるものが4つあるので、4つのプロセッサが信号処理に割り当てられる。

本実施例は、Bモード像とMモード像が交互に計測される場合で、それぞれの各モードのデータを仕分けるDEMUX処理と並列してBモード像とMモード像にそれぞれ2つずつプロセッサに割り当て、各プロセッサがBモード像とMモード像を画像化するまでの一例を示すものである。

図11に示すように、B/Mモードにおいては、第2実施例と同様にBモード像とMモード像のそれぞれについて超音波走査レート処理とTV走査レート処理の2つが処理レートの異なる信号処理として存在する。そこで、Bモード像の超音波走査レート処理にプロセッサ20a(BM1)を割り当て、Bモード像のTV走査レート処理にプロセッサ20b(BM2)を割り当てている。また、Mモード像の超音波走査レート処理にプロセッサ20c(MM1)を割り当て、Mモード像のTV走査レート処理にプロセッサ20d(MM2)を割り当てている。

本実施例は、プロセッサ20c，20dにおいてMモード像の生成表示に必要な処理が行なわれる点以外は、第2実施例と同様にして、各プロセッサのデータ処理が実行される。すなわち、Bモード像とMモード像のそれぞれについて、エコーデータに対する超音波走査処理と、超音波走査処理がなされたデータに対するTV走査処理が別々のプロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)，20c(MM1)，20d(MM2)に割り当てられて演算が行われる。その結果、プロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)，20c(MM1)，20d(MM2)はそれぞれ同一の処理レートの信号処理を順次実行することができるので、処理のロスが防止される。

また、プロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)，20c(MM1)，20d(MM2)を用いて処理レートの異なる超音波走査処理とTV走査処理をパイプライン方式で並列に高速に実行することができるので、データ変換部20の処理効率を向上させることができる。

なお、図12は本実施例の変形の一例を示す図である。例えば1つのプロセッサの処理能力が大きい場合、図12に示すように、Bモード像に対するTV走査処理とMモード像に対するTV走査処理を1つのプロセッサ20bに割り当てても良い。すなわち、Bモード像とMモード像はそれぞれ超音波走査処理は処理レートが異なるので別々のプロセッサ20a、20cを割り当てる一方、両画像のTV走査処理は処理レートが同じでありプロセッサの処理能力に余裕があればプロセッサ20bに共通に割り当てることもできる。

図13はBモード像とカラー像を並列に生成表示するカラーフローモードにおけるプロセッサの割り当ての一例を示す図である。例えばB/Mモードからカラーフローモードに切り替える場合、B/Mモードで使用していたプロセッサ20a〜20dの割り当てを一旦解除し、また、B/Mモード処理で確保していたメモリ20jのメモリ領域も一旦、開放する。そして、新たにカラーフローモードの動作を行うため、プロセッサを再割り当てし、カラーフローモードで使用するメモリ領域を確保しなおす。ここで、データ変換部20は、選択された撮像モード(カラーフローモード)に応じて、プロセッサ20a〜20hのうち選択された撮像モードで行われる信号処理に割り当てるプロセッサの数を決定する。本実施例では、カラーフローモードで必要な信号処理に処理レートが異なるものが4つあるので、4つのプロセッサが信号処理に割り当てられる。

本実施例は、Bモード像とカラー像が交互に計測される場合で、それぞれの各モードのデータを仕分けるDEMUX処理と並列してBモード像とカラー像にそれぞれ2つずつプロセッサに割り当て、各プロセッサがBモード像とカラー像を画像化するまでの一例を示すものである。

図13に示すように、カラーフローモードにおいては、第2実施例と同様にBモード像とカラー像のそれぞれについて超音波走査レート処理とTV走査レート処理の2つが処理レートの異なる信号処理として存在する。そこで、Bモード像の超音波走査レート処理にプロセッサ20a(BM1)を割り当て、Bモード像のTV走査レート処理にプロセッサ20b(BM2)を割り当てている。また、カラー像の超音波走査レート処理にプロセッサ20c(CM1)を割り当て、カラー像のTV走査レート処理にプロセッサ20d(CM2)を割り当てている。

本実施例は、プロセッサ20c，20dにおいてカラー像の生成表示に必要な処理が行なわれる点以外は、第2実施例と同様にして、各プロセッサのデータ処理が実行される。
すなわち、Bモード像とカラー像のそれぞれについて、エコーデータに対する超音波走査処理と、超音波走査処理がなされたデータに対するTV走査処理が別々のプロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)，20c(CM1)，20d(CM2)に割り当てられて演算が行われる。その結果、プロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)，20c(CM1)，20d(CM2)はそれぞれ同一の処理レートの信号処理を順次実行することができるので、処理のロスが防止される。

また、プロセッサ20a(BM1)，20b(BM2)，20c(CM1)，20d(CM2)を用いて処理レートの異なる超音波走査処理とTV走査処理をパイプライン方式で並列に高速に実行することができるので、データ変換部20の処理効率を向上させることができる。

なお、図14は本実施例の変形の一例を示す図である。例えば1つのプロセッサの処理能力が大きい場合、図12に示すように、Bモード像に対する超音波走査処理とカラー像に対する超音波走査処理の処理レートが同じであればこれらの処理を1つのプロセッサ20aに割り当てても良い。また、Bモード像に対するTV走査処理とカラー像に対するTV走査処理の処理レートが同じであればこれらを1つのプロセッサ20bに割り当てても良い。

以上、本実実施形態の超音波診断装置によれば、超音波診断装置の様々な撮像モードにおける様々な超音波ビーム種の違いに起因するエコーデータの信号処理の処理レートの相違、エコーデータの超音波走査処理とTV走査処理に起因する処理レートの相違に対して、処理レートが異なる信号処理を別々のプロセッサに割り当てて演算を行なうことにより、各プロセッサは同一の処理レートの信号処理を順次実行でき、かつパイプライン方式で処理レートの異なる信号処理を並列に高速に実行することができるので、プロセッサの処理効率を向上させることができる。

また、撮像モードに応じて使用するプロセッサの数、プロセッサの処理内容決定、メモリ領域の再割り当てを行うことで、資源の限られたマルチプロセッサシステムを効率よく使用してプロセッサの処理効率を向上させることができる。
また、添付図面を参照して、本発明に係る超音波診断装置等の好適ないくつかの実施例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

10 超音波診断装置、12 超音波探触子、14 送受信切替部、16 ビーム形成部、20 データ変換部、20a〜20h プロセッサ、24 表示部

Claims (6)

1. 被検体に超音波ビームを送信するとともに前記被検体からの反射エコー信号を受信する超音波探触子と、該超音波探触子に前記超音波ビームを送信させる駆動信号を供給するビーム形成部と、前記反射エコー信号をデジタル化して得られたエコーデータに複数の信号処理を施して超音波画像データへ変換するデータ変換部と、前記変換された超音波画像データに基づく超音波画像を表示する表示部とを備えた超音波診断装置であって、
   前記データ変換部は、前記複数の信号処理のうち処理レートが異なる信号処理を割り当てる複数のプロセッサを有し、撮像モードが決まると、その撮像モードでの前記複数の信号処理の処理レートに応じて、前記複数のプロセッサそれぞれに信号処理を割りあてることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記データ変換部は、前記複数の信号処理のうち処理レートが異なる信号処理を割り当てるプロセッサの数を決定することを特徴とする請求項1の超音波診断装置。
3. 前記データ変換部は、前記超音波画像の複数の撮像モードから選択された撮像モードに応じて、前記複数のプロセッサのうち前記選択された撮像モードで行われる信号処理に割り当てるプロセッサの数を決定する請求項2の超音波診断装置。
4. 前記データ変換部は、前記被検体に送信する超音波ビームのビーム種ごとに前記複数のプロセッサの割り当てを異ならせる請求項1の超音波診断装置。
5. 前記データ変換部は、データ入力レートの異なる2種以上のビーム種による画像を同一画面上に表示するため、及び、超音波の走査のための処理と、前記超音波の走査のための処理と処理レートが異なり、超音波走査がなされたデータに対するTV走査のための処理をパイプライン処理により連ねて行うために少なくとも3種類以上の処理レートが異なる信号処理を割りあてるプロセッサを少なくとも3個以上有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。
6. 超音波探触子が被検体に超音波ビームを送信するとともに前記被検体からの反射エコー信号を受信するステップと、ビーム形成部が該超音波探触子に前記超音波ビームを送信させる駆動信号を供給するステップと、データ変換部が前記反射エコー信号をデジタル化して得られたエコーデータに複数の信号処理を施して超音波画像データへ変換するステップと、表示部が前記変換された超音波画像データに基づく超音波画像を表示するステップとを備えた超音波診断装置の信号処理方法であって、
   前記データ変換部が前記複数の信号処理のうち処理レートが異なる信号処理を割り当てる複数のプロセッサを有し、撮像モードが決まると、その撮像モードでの前記複数の信号処理の処理レートに応じて、前記複数の信号処理のうち処理レートが異なる信号処理を割り当てるプロセッサを前記複数のプロセッサから決定するステップをさらに含むことを特徴とする超音波診断装置の信号処理方法。

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