JP5653057B2 - 測定装置 - Google Patents
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Description
な適応型信号処理は、空間解像度(特に方位方向の解像度)を向上させる効果がある。
タル信号を用いて生成された画像と、を切り替えて表示する。
また、本発明の別の態様に係る測定装置は、被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、前記信号変換部から前記演算手段に転送される前記デジタル信号のデータ量を削減するデータ間引き手段と、前記画像情報を基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、を有し、前記データ間引き手段は、第1データ削減処理と、前記第1データ削減処理とはデータ削減量の異なる第2データ削減処理と、を実行し、前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1データ削減処理後のデジタル信号を用いて生成された画像内に、前記第2データ削減処理後のデジタル信号を用いて生成された画像の一部を表示する。
また、本発明の別の態様に係る測定装置は、被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、アナログ信号からデジタル信号に変換する際のサンプリング周波数を前記信号変換部に指示する指示信号を生成する生成器と、前記画像情報に基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、を有し、前記生成器は、第1サンプリング周波数と、前記第1サンプリング周波数とは異なる第2サンプリング周波数と、を前記信号変換部に指示し、前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像と、第2サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像と、を切り替えて表示する。
また、本発明の別の態様に係る測定装置は、被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、アナログ信号からデジタル信号に変換する際のサンプリング周波数を前記信号変換部に指示する指示信号を生成する生成器と、前記画像情報に基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、を有し、前記生成器は、第1サンプリング周波数と、前記第1サンプリング周波数とは異なる第2サンプリング周波数と、を前記信号変換部に指示し、前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1サ
ンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像と、第2サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像と、を同じ画面内に表示する。
また、本発明の別の態様に係る測定装置は、被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、アナログ信号からデジタル信号に変換する際のサンプリング周波数を前記信号変換部に指示する指示信号を生成する生成器と、前記画像情報に基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、を有し、前記生成器は、第1サンプリング周波数と、前記第1サンプリング周波数とは異なる第2サンプリング周波数と、を前記信号変換部に指示し、前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像内に、第2サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像の一部を表示する。
まず、図2に示した従来の超音波診断装置(測定装置)の構成を示すブロック図を用いて一般的な超音波診断装置の内部構成について説明する。超音波診断装置は、超音波探触子10と、入力操作部1、送受信制御部2、送信部3、信号変換部としての受信部4、位相整合演算部5、信号処理部6、スキャンコンバータ7、画像データ記憶部8、画像表示部9で内部が構成されている。
トランスデューサから出力されたアナログ信号である受信信号(Rx−in)100のそれぞれについて、まず初めにLNA(Low Noise Amplifier)31を使って受信信号をアナログ増幅する。その後に、TGC(time gain compensation:時間利得補償)増幅器32において更にアナログ増幅する。このアナログ増幅処理によって受信信号のレベルがA/Dコンバータの入力信号レベルに整合される。TGC増幅器32から出力された増幅後のアナログ信号は、AAF(Anti Alias Filter)33によって折り返し雑音の除去を目的としたLPF(Low Pass Filter)処理が施される。更にA/Dコンバータ34によってアナログ信号がデジタル変換され、12ビットのデジタル信号が50MHzのサンプリング周波数で生成される。この12ビットのデジタル信号は、各チャンネルについて生成されるので、ここでは全64チャンネルのデジタル信号が生成される。したがってデジタル信号であるエコー検出データ101の転送量をビットレートの単位であるbps(bit per
sec)で表すと、
12bit×50MHz×64ch=38.4Gbps
となる。
In First Out)35に記憶されている複数チャンネルのエコー検出データ101に所望のフォーカス遅延を与えた後に加算処理を行う。これにより、所望の走査線に沿った超音波情報を表す位相整合データ102が生成される。ここでは、位相整合演算部5における、シフトレジスタ遅延線、デジタル微小遅延器、加算演算器などは、FPGAなどを使ったハードウエアブロックで構成される。ただし位相整合演算部5を、CPU(central processing unit:中央演算装置)とソフトウェア、又は、これらの組み合わせによって構成してもよい。
26bit×50MHz=1.3Gbps
となる。入出力のビットレート比としては1/30程度の圧縮が成されている。
層画像として表示される。なお、超音波探触子を平面的に操作することで2次元画像データから3次元画像データを生成して、3次元画像として表示することも可能である。
次に、本発明の第1の実施形態に係る超音波診断装置を図1に示す。図2の従来の一般的な超音波診断装置が有する位相整合演算部5と信号処理部6の代わりに、データ間引き手段としてのデータ間引き処理部11と、演算手段としての演算処理部12を備えているところが異なっている。
較するとデータ間引き処理部11では受信フォーカス処理が必要なくなることから重み付けデータ105が不要となるので、FIFO段出力に繋がる重み付け用の乗算器が不要となる。それに伴い、隣接チャンネルの加算器のビット数も削減され、2チャンネル分を加算した場合は13ビット、4チャンネル分を加算した場合は14ビットのデータとなる。演算処理部12に出力する演算データ103をビットレートで表すと、(1)データを間引かない場合、(2)2チャンネル分をまとめる場合、(3)4チャンネル分をまとめる場合でそれぞれ以下のようになる。
(1) 64ch×12bit×50MHz=38.4Gbps
(2) 32ch×13bit×50MHz=20.8Gbps
(3) 16ch×14bit×50MHz=11.2Gbps
第1の実施形態では、隣接チャンネルの加算による間引き処理について説明したが、第2実施の形態ではサンプリング周波数の制御による間引き処理について以下に説明する。なお、データ間引き処理部11以外の構成は第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
る。
(A)50MHz :12bit×64ch×50MHz =38.4Gbps
(B)25MHz :12bit×64ch×25MHz =19.2Gbps
(C)16.7MHz:12bit×64ch×16.7MHz=12.8Gbps
(D)12.5MHz:12bit×64ch×12.5MHz= 9.6Gbps
サンプリング周波数を50MHzとするときは間引き処理が行われていないので、ビットレートが最大となる。サンプリング周波数を25MHz、16.7MHz、12.5MHzとする場合のビットレートは、それぞれ、最大値の1/2,1/3,1/4となる。
また、サンプリング周波数は、エコー検出データ101のサンプリング周波数(ここでは50MHz)の整数分の1とする必要はなく、非整数分周器を利用して非整数分の1(たとえば、1/2.5の20MHz)としても構わない。
の位相差を検出し、VCO(電圧によって周波数を変化させる発振器)や回路のループを制御
することで、正確に同期した周波数の信号を発振することができるデバイスである。このデバイスに周波数設定値を与えることで、例えばサンプリング周波数を25〜50MHzの範囲内において数Hz単位で設定することが出来るようになるので、演算データ103のビットレートを動的に可変制御することが可能となる。
データ間引き処理については上記実施例1、2の手法に限定されるものではなく、エコー検出データ101の下位ビットを足切りする(ビット数を減らす)ことで間引きすることも可能である。例えば12ビットのエコー検出データ101を11ビットに削減した場合のビットレートは以下のようになる。
他にもデータ間引き処理部11でデータ圧縮処理を行い、演算処理部12で伸張処理を行う等の方法も十分有効である。また、隣接チャネル間のデータをまとめる手法(第1の実施形態)、サンプリング周波数を小さくする手法(第2の実施形態)、下位ビットを落とす手法、データ圧縮を行う方法のうちから任意の2個以上の手法を組み合わせて利用することも有効である。
本発明の第1、第2の実施の形態では、DCMP法および空間平均法を使用した画像化を行う処理について説明したが、操作者によっては適応型信号処理を用いない従来の超音波診断装置(図2、図3)による位相整合演算による画像の方が見やすいと思う場合も考えられる。すなわち、解像度の高い画像ではなく見慣れた画質のままで見た方が臓器の異常を発見しやすいと感じる操作者がいることも予想される。どちらの画像処理を使って見た方が良いかは、実際の画像で比較しないと解らない部分が多いので、本実施形態に係る超音波診断装置では2種類以上の画像処理方法を用いた画像を画面上に表示する。
くなり、画像診断の正確性を向上させることが可能となる。
8 画像表示部
10 超音波探触子
11 データ間引き処理部
12 演算処理部
Claims (12)
- 被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、
前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、
前記信号変換部から前記演算手段に転送される前記デジタル信号のデータ量を削減するデータ間引き手段と、
前記画像情報に基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、
を有し、
前記データ間引き手段は、第1データ削減処理と、前記第1データ削減処理とはデータ削減量の異なる第2データ削減処理と、を実行し、
前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1データ削減処理後のデジタル信号を用いて生成された画像と、前記第2データ削減処理後のデジタル信号を用いて生成された画像と、を切り替えて表示することを特徴とする測定装置。 - 被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、
前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、
前記信号変換部から前記演算手段に転送される前記デジタル信号のデータ量を削減するデータ間引き手段と、
前記画像情報に基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、
を有し、
前記データ間引き手段は、第1データ削減処理と、前記第1データ削減処理とはデータ削減量の異なる第2データ削減処理と、を実行し、
前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1データ削減処理後のデジタル信号を用いて生成された画像と、前記第2データ削減処理後のデジタル信号を用いて生
成された画像と、を同じ画面内に表示することを特徴とする測定装置。 - 被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、
前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、
前記信号変換部から前記演算手段に転送される前記デジタル信号のデータ量を削減するデータ間引き手段と、
前記画像情報を基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、
を有し、
前記データ間引き手段は、第1データ削減処理と、前記第1データ削減処理とはデータ削減量の異なる第2データ削減処理と、を実行し、
前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1データ削減処理後のデジタル信号を用いて生成された画像内に、前記第2データ削減処理後のデジタル信号を用いて生成された画像の一部を表示することを特徴とする測定装置。 - 前記データ間引き手段は、前記第1及び第2データ削減処理を含むデータ削減量の異なる複数のデータ間引き処理を実行可能であり、
データ間引き手段が行うデータ間引き処理を選択可能な選択手段をさらに有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の測定装置。 - 前記データ間引き手段は、隣接した超音波変換素子間のデジタル信号を加算することでデータ量の間引きを行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記データ間引き手段は、前記デジタル信号のサンプリング周波数を小さくしてデータ量の間引きを行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記演算手段は、間引きされたデータに補間処理を行うことを特徴とする請求項6に記載の測定装置。
- 前記データ間引き手段が行う前記第1及び第2データ削減処理のうち一方は、データ削減量が0であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の測定装置。
- 被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、
前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、
アナログ信号からデジタル信号に変換する際のサンプリング周波数を前記信号変換部に指示する指示信号を生成する生成器と、
前記画像情報に基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、
を有し、
前記生成器は、第1サンプリング周波数と、前記第1サンプリング周波数とは異なる第2サンプリング周波数と、を前記信号変換部に指示し、
前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像と、第2サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像と、を切り替えて表示することを特徴とする測定装置。 - 被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、
前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、
アナログ信号からデジタル信号に変換する際のサンプリング周波数を前記信号変換部に指示する指示信号を生成する生成器と、
前記画像情報に基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、
を有し、
前記生成器は、第1サンプリング周波数と、前記第1サンプリング周波数とは異なる第2サンプリング周波数と、を前記信号変換部に指示し、
前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像と、第2サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像と、を同じ画面内に表示することを特徴とする測定装置。 - 被検体内を伝播してきた超音波を複数の超音波変換素子で受信することにより得られたアナログ信号を用いて被検体内の画像データを生成する測定装置であって、
前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記デジタル信号に基づいて相関行列の演算を伴う適応型信号処理を行い、画像情報を生成する演算手段と、
アナログ信号からデジタル信号に変換する際のサンプリング周波数を前記信号変換部に指示する指示信号を生成する生成器と、
前記画像情報に基づく画像を表示部に表示するための制御を行うコンバーターと、
を有し、
前記生成器は、第1サンプリング周波数と、前記第1サンプリング周波数とは異なる第2サンプリング周波数と、を前記信号変換部に指示し、
前記コンバーターは、操作者からの指示に基づき、前記第1サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像内に、第2サンプリング周波数に基づくデジタル信号を用いて生成された画像の一部を表示することを特徴とする測定装置。 - 前記生成器が行う前記第1及び第2サンプリング周波数による指示のうち一方は、データ削減量が0であることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の測定装置。
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