JP5769678B2

JP5769678B2 - 超音波診断装置および超音波画像生成方法

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Publication number: JP5769678B2
Application number: JP2012181612A
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Inventors: 佐藤　良彰; 良彰佐藤
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Description

この発明は、超音波診断装置および超音波画像生成方法に係り、特に、超音波プローブおよび装置本体の各部に電力を供給するバッテリを有する超音波診断装置に関する。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

このような超音波診断では、例えばＢモード検査、Ｍモード検査、ＣＦモード検査およびＰＷモード検査などの様々な種類の検査が行われている。近年では、これらの検査に対応した超音波診断装置にＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはプロセッサを搭載することで小型化を実現し、例えば携帯型の超音波診断装置に応用されている。しかしながら、これらの様々な検査を１台の装置で実施するためには、信号処理や画像処理などにおいて多くの演算が要求されるため、処理速度が低下することが問題となっている。

そこで、処理速度を向上させる技術として、例えば特許文献１に開示されているように、信号処理等において多数の演算コアを用いて並列演算を行う超音波診断装置が提案されている。

特開２００６−１７４９０２号公報

特許文献１の装置では、測定領域を走査ライン方向に複数の領域に分割し、それぞれの領域に演算コアを割り当てることにより走査ライン方向の画像処理を並列的に行うため、処理速度を向上させることが可能となる。
しかしながら、例えばＢモード検査、ＣＦモード検査およびＰＷモード検査といった複数の検査を同時に実施するなど、近年の複雑化する超音波診断では処理速度のさらなる向上が求められている。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、超音波画像の生成に伴う処理速度を向上させることができる超音波診断装置および超音波画像生成方法を提供することを目的とする。

この発明に係る超音波診断装置は、被検体に向けて超音波ビームが送信または照射光が照射されることにより被検体から生じた超音波をアレイトランスデューサで受信し、前記アレイトランスデューサから出力された受信信号を処理することで得られる素子データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、予め設定された複数の検査モードのうち超音波診断を実行する少なくとも１つの検査モードを選択するための操作部と、それぞれ１フレーム分の素子データが書き込まれる２つ以上のバッファメモリと、それぞれ複数の演算コアを含む複数の演算ブロックからなり、各バッファメモリから読み出した１フレーム分の素子データを前記複数の演算ブロックの前記複数の演算コアがそれぞれ処理して画像信号を生成するための信号処理部と、前記操作部により選択された少なくとも１つの検査モードの信号処理を検査モード毎に前記複数の演算ブロックに割り当て、前記２つ以上のバッファメモリに対してフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しを交互に行わせると共に、前記信号処理部に読み出された検査モード毎の１フレーム分の素子データをその検査モードの信号処理が割り当てられた前記演算ブロックの前記複数の演算コアに処理させる制御部とを備え、前記制御部は、前記操作部により選択された検査モードがＢモードを含む場合に、測定領域を走査方向に分割すると共に深さ方向に分割して、前記複数の演算ブロックのうちＢモードの信号処理が割り当てられた前記演算ブロックに含まれる前記演算コアの個数に応じた数の分割領域を形成し、１つの分割領域に１つの前記演算コアを割り当てるものである。

ここで、前記制御部は、Ｂモード処理時に、複数の走査ライン単位で前記複数の演算ブロックを割り当てることができる。
また、前記制御部は、前記複数の演算ブロックをＣＦモード処理とＢモード処理に割り当てることもできる。また、前記制御部は、前記複数の演算ブロックをＣＦモード処理とＰＷモード処理とＢモード処理に割り当てることもできる。また、前記制御部は、前記複数の演算ブロックをＣＦモード処理とＰＷモード処理とＢモード処理とＭモード処理に割り当てることもできる。

また、前記制御部は、Ｂモード処理時に、各演算ブロックに割り当てられた前記複数の走査ラインをステアリングさせつつ超音波の送受信を行わせるように送受信回路を制御すると共に、ブロック毎に空間コンパウンドの処理を実行させることができる。
また、前記複数の演算ブロックは、それぞれ特殊関数演算器を有し、前記制御部は、ＣＦモード処理における周波数解析を各演算ブロック内に配置された前記特殊関数演算器により実行させるのが好ましい。

この発明に係る超音波画像生成方法は、被検体に向けて超音波ビームが送信または照射光が照射されることにより被検体から生じた超音波をアレイトランスデューサで受信し、前記アレイトランスデューサから出力された受信信号を処理することで得られる素子データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、予め設定された複数の検査モードのうち超音波診断を実行する少なくとも１つの検査モードを選択し、選択された少なくとも１つの検査モードの信号処理を検査モード毎に複数の演算ブロックに割り当て、２つ以上のバッファメモリに対してフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しを交互に行わせ、各バッファメモリから順次読み出した検査モード毎の１フレーム分の素子データをその検査モードの信号処理が割り当てられた演算ブロックの複数の演算コアに処理させて検査モード毎の画像信号を生成し、選択された検査モードがＢモードを含む場合に、測定領域を走査方向に分割すると共に深さ方向に分割して、前記複数の演算ブロックのうちＢモードに割り当てられた前記演算ブロックが有する前記演算コアの個数に応じた数の分割領域を形成し、１つの分割領域に１つの前記演算コアを割り当てるものである。

この発明によれば、２つのバッファメモリに対してフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しを交互に行わせると共に、読み出された１フレーム分の素子データを複数の演算ブロックに割り当てて処理させるので、超音波画像の生成に伴う処理速度を向上させることが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。データＩＦ部、ＢＬＩＦ部および素子メモリの構成を示すブロック図である。実施の形態１における動作を示すフローチャートである。Ｂモード検査における測定領域を模式的に示す図である。素子メモリに格納されたＢモード用素子データを模式的に示す図である。Ｂモード検査における測定領域とＣＦモード検査における関心領域を模式的に示す図である。素子メモリに格納されたＢモード用素子データとＣＦモード用素子データを模式的に示す図である。ＣＦモード用素子データの信号処理の様子を模式的に示す図である。Ｂモード画像、ＣＦモード画像およびＰＷモード画像が同時に表示された様子を示す図である。２つのバッファメモリに対する素子データの書き込みと読み出しの様子を示すタイミングチャートである。空間コンパウンド処理における複数の走査ラインに対する複数のブロックの割り当てを示す図である。実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、探触子１を備え、この探触子１にマルチプレクサ２を介して送信回路３および受信回路４が接続されている。受信回路４には、Ａ／Ｄコンバータ５、データインターフェース（ＩＦ）部６、ブロックインターフェース（ＢＬＩＦ）部７、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）８、表示部９が順次接続され、データＩＦ部６に素子メモリ１０が接続されると共にＢＬＩＦ部７に信号処理部１１とシネメモリ１２が接続されている。
また、送信回路３、受信回路４、Ａ／Ｄコンバータ５、ＢＬＩＦ部７にＣＰＵ１３が接続されている。さらに、ＣＰＵ１３には、操作部１４と電源／バッテリ部１５がそれぞれ接続されている。

探触子１は、複数のトランスデューサ素子が１次元又は２次元に配列されたアレイトランスデューサを有している。これらのトランスデューサ素子は、それぞれ送信回路３からマルチプレクサ２を介して供給される送信パルスに従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各トランスデューサ素子は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。

そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

マルチプレクサ２は、１送信に使用されるトランスデューサ素子を選択し、送信タイミングに合わせてこれらの素子を送信回路３に接続すると共に受信タイミングに合わせてこれらの素子を受信回路４に接続する。
送信回路３は、例えば、複数のパルサを含んでおり、ＣＰＵ１３からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、探触子１の複数のアレイトランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの送信パルスの遅延量を調節して複数のアレイトランスデューサに供給する。
受信回路４は、ＣＰＵ１３からの制御信号に基づいて、アレイトランスデューサの各素子から送信される受信信号を増幅する。

Ａ／Ｄコンバータ５は、ＣＰＵ１３からの制御信号に基づいて、受信回路４で増幅された受信信号をＡ／Ｄ変換して素子データを生成する。データＩＦ部６は、ＣＰＵ１３による制御の下で、Ａ／Ｄコンバータ５と素子メモリ１０の間または素子メモリ１０とＢＬＩＦ部７の間をそれぞれ連絡する。素子メモリ１０は、Ａ／Ｄコンバータ５で生成された素子データをデータＩＦ部６を介して順次格納する。ＢＬＩＦ部７は、ＣＰＵ１３による制御の下で、信号処理部１１とデータＩＦ部６、シネメモリ１２またはＤＳＣ８との間をそれぞれ連絡する。
信号処理部１１は、ＢＬＩＦ部７に対してそれぞれ並列に接続された複数のブロック（ＢＬ０〜ＢＬｍ）からなり、各ブロックにはＢＬＩＦ部７と接続されたブロックコントローラ（ＢＬＣ）１７を備え、このＢＬＣ１７に複数の演算コア（ＣＯ０〜ＣＯｎ）１８とＳＦＵ（Super Function Unit；特殊関数演算器）１９が接続されている。信号処理部１１は、超音波エコーの焦点が絞りこまれた走査ライン信号（音線信号）の生成を行うもので、測定領域における複数の走査ラインを各ブロックがそれぞれ分担して生成を行う。複数の演算コア１８は、ＢＬＣ１７による制御の下で、それぞれ素子データを整相加算する。また、ＳＦＵ１９は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）および三角関数等の演算を行う。ＢＬＣ１７は、複数の演算コア１８およびＳＦＵ１９による演算を制御することにより、各ブロックにおける走査ライン信号の生成を制御する。

ＤＳＣ８は、信号処理部１１で生成された走査ライン信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。
表示部９は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、ＤＳＣ８により生成された画像信号に基づいて超音波診断画像を表示する。
ＣＰＵ１３は、操作者により操作部１４から入力された指令に基づいて超音波診断装置各部の制御を行う。

操作部１４は、操作者が入力操作を行うためのもので、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等から形成することができる。
電源／バッテリ部１５は、電力を超音波診断装置の各部へ供給する。

なお、本発明における制御部はＣＰＵ１３および各ブロックのＢＬＣ１７により構成される。

次に、データＩＦ部６、ＢＬＩＦ部７および素子メモリ１０の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、素子メモリ１０は、それぞれ１フレーム分の素子データが書き込まれる２つのバッファメモリ２１ａおよび２１ｂを有する。また、素子メモリ１０に接続されたデータＩＦ部６は、バッファメモリ２１ａに接続された切り換えスイッチ２２ａと、バッファメモリ２１ｂに接続された切り換えスイッチ２２ｂを有し、この切り換えスイッチ２２ａおよび２２ｂがＡ／Ｄコンバータ５に接続されると共にＢＬＩＦ部７に備えられたＢＵＳセレクタ２３に接続されている。また、ＢＵＳセレクタ２３には、信号処理部１１の各ブロック、シネメモリ１２およびＤＳＣ８がそれぞれ接続されている。さらに、ＢＬＩＦ部７は、ＢＵＳコントローラ２４を有し、このＢＵＳコントローラ２４がＢＵＳセレクタ２３、切り換えスイッチ２２ａおよび２２ｂ、ＣＰＵ１３にそれぞれ接続されている。
切り換えスイッチ２２ａおよび２２ｂは、それぞれ一対の入力端子ａおよびｂに対して１つの出力端子ｃを有する２：１の切り換えスイッチであり、入力端子ａがＡ／Ｄコンバータ５に接続されると共に入力端子ｂがＢＵＳセレクタ２３に接続され、出力端子ｃが素子メモリ１０内の対応するバッファメモリ２１ａおよび２１ｂに接続されている。このような構成により、入力端子ａが出力端子ｃに接続されたときには、Ａ／Ｄコンバータ５から素子データがバッファメモリ２１ａまたは２１ｂに書き込まれ、入力端子ｂが出力端子ｃに接続されたときには、素子データをバッファメモリ２１ａまたは２１ｂから信号処理部１１へ読み出すことができる。
切り換えスイッチ２２ａおよび２２ｂの切り換えは、ＢＵＳコントローラ２４からの制御信号に基づいて１フレーム周期で行われる。例えば、ＢＵＳコントローラ２４から１フレーム周期で制御信号が出力され、その制御信号が切り換えスイッチ２２ａに入力されると共に反転した制御信号がスイッチ２２ｂに入力される。これにより、切り換えスイッチ２２ａおよび２２ｂは、出力端子ｃに対する入力端子ａまたはｂとの接続が互いに逆側になると共にその接続が１フレーム周期で切り換えられる。このため、バッファメモリ２１ａおよび２１ｂに対してフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しを交互に行わせることができる。
素子メモリ１０から読み出された素子データは、ＢＵＳセレクタ２３を介して信号処理部１１の各ブロックへ出力される。

次に、図３のフローチャートを参照して、実施の形態１の動作について説明する。
まず、ステップＳ１の検査情報入力モードで、操作部１４から患者情報および検査オーダーを含む検査情報が入力されると、ＣＰＵ１３は、ステップＳ２で、オペレータによる検査開始の指示を待つ。検査開始の指示が操作部１４により入力されると、ＣＰＵ１３は、ステップＳ３に進んで検査モードを実行した後、ステップＳ４で、オペレータによる検査終了の指示を待つ。検査を終了する旨の指示が入力されると、そのまま一連の検査処理を終了し、一方、検査を終了しないで続行する旨の指示が入力されると、ステップＳ１に戻って、再び検査情報の入力を受け付ける。

なお、ステップＳ３の検査モードにおいては、Ｂモード、ＣＦモード、ＰＷモード、Ｍモード等の予め設定された複数の検査モードのうちのいずれか１つ、あるいは２つ以上のモードを選択して超音波診断を実行することができる。すなわち、ＣＰＵ１３は、ステップＳ１で入力された検査情報によりいずれの検査モードが指定されたかを確認し、ステップＳ１１で、Ｂモードが指定されたことを確認すると、ステップＳ１２に進んでＢモードの検査を実施する。

具体的には、図４に示すように、探触子１のアレイトランスデューサから、例えば１送信につき１６素子を用いてＢモード用超音波ビームを被検体に向けて順次送信し、所定の測定領域Ｆからの超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換することでＢモード用素子データが得られる。この時、Ｂモード用超音波ビームは、測定領域Ｆを深さ方向に、例えば５０分割したそれぞれの深さ位置にフォーカス点Ｐ０〜Ｐ４９が設定され、このフォーカス点Ｐ０〜Ｐ４９をそれぞれ有する走査ラインＬ０〜Ｌｎが形成されるように各素子から順次送受信される。図５に示すように、測定領域Ｆの各フォーカス点に対応して得られるＢモード用素子データｅ０〜ｅ１５は、素子メモリ１０内に１フレーム毎に順次保存される。

素子メモリ１０に保存されたＢモード用素子データは、走査方向に分割して信号処理部１１の各ブロックに入力され、それぞれ分担して処理される。例えば、信号処理部１１が５つのブロック（ＢＬ１〜ＢＬ５）からなると共に各ブロックの演算コア１８が５０のＣＯ０〜ＣＯ４９からなる場合には、各ブロックのＢＬＣ１７が、測定領域Ｆを走査方向に５分割（領域Ｂ）すると共に深さ方向に５０分割した２５０の分割領域Ｒを形成し、５つの各領域Ｂに含まれるＢモード用素子データ（走査ラインｎ／５本分のＢモード用素子データ）をＢＬ１〜ＢＬ５の各ブロックにそれぞれ入力すると共に、入力された各領域Ｂについて１つの分割領域Ｒに各ブロックの１つの演算コア１８を割り当てる。この時、測定領域Ｆは、各領域Ｂにおいて深さ方向に連続する５０個の分割領域Ｒにそれぞれフォーカス点Ｐ０〜Ｐ４９が含まれるように、深さ方向へ５０分割されている。すなわち、フォーカス点は、各ブロックに設置された演算コア１８の数に応じて設定される。

このようにして各分割領域Ｒにそれぞれ割り当てられた複数の演算コア１８は、各ブロックにおいてＢモード用素子データの信号処理を深さ方向に並列的に行うと共に複数のブロックにおいてＢモード用素子データの信号処理を走査方向に並列的に行う。具体的には、各ブロックの５０個の演算コア１８が、それぞれ割り当てられた分割領域Ｒ内の各フォーカス点についてＢモード用素子データの整相加算を深さ方向に並列的に行う。同様の処理が複数のブロックにより走査方向に並列的に行われる。そして、各演算コア１８により整相加算されたＢモード用素子データは、各ブロックのＢＬＣ１７により整合加算される。

このように、測定領域Ｆを走査方向に５分割すると共に深さ方向に５０分割した２５０の分割領域Ｒがそれぞれ並列的に整相加算されるため、信号処理の速度を向上させることができる。すなわち、走査ライン数をｎおよびフォーカス点数をＳとすると、１フレーム毎にｎ×Ｓ点を順次信号処理するのに比べ、ｎ／５本の走査ラインに含まれるフォーカス点数を５０分割したｎ×Ｓ／２５０点を１フレーム毎に順次信号処理すればよく、１フレームの素子データが信号処理される時間を１／２５０に短縮することができる。

続いて、ステップＳ１３で、ＣＦモードが指定されたことを確認すると、ステップＳ１４に進んでＣＦモードの検査を実施する。
例えば、ＢモードとＣＦモードが指定された場合には、Ｂモード用超音波ビームとＣＦモード用超音波ビームがそれぞれ被検体に向けて送受信される。ＣＦモード用超音波ビームを送受信する際には、図６に示すように、オペレータにより測定領域Ｆの所定の位置に関心領域ＲＯＩが設定され、探触子１のアレイトランスデューサからＣＦモード用超音波ビームがＲＯＩに向けて送信されると共にＲＯＩからの超音波エコーを受信することによりＣＦモード用素子データが得られる。この時、ＣＦモード用超音波ビームは、ＲＯＩにおいて、それぞれパケット数をｍとしたｋ本の走査ラインＣ１〜Ｃｋを形成するように各素子から送受信される。なお、Ｂモード用超音波ビームは、ステップＳ１２と同様にして送受信され、Ｂモード用素子データが得られる。得られたＣＦモード用およびＢモード用の素子データは、図７に示すように、素子メモリ１０内にフレーム毎に順次保存される。

素子メモリ１０に保存されたＢモード用素子データは、走査ライン方向に４分割して信号処理部１１のＢＬ１〜ＢＬ４にそれぞれ入力され、ステップＳ１２と同様にして、それぞれ深さ方向に５０分割した分割領域Ｒを各ブロックのＣＯ０〜ＣＯ４９により分担して処理される。このように、測定領域Ｆを走査方向に４分割すると共に深さ方向に５０分割した２００の分割領域Ｒがそれぞれ並列的に整相加算されるため、走査ライン数をｎおよびフォーカス点数をＳとすると、１フレーム毎にｎ×Ｓ点を順次信号処理するのに比べ、１フレームの素子データが信号処理される時間を１／２００に短縮することができる。

一方、素子メモリ１０に保存されたＣＦモード用素子データは、ＢＬ５のＢＬＣ１７によりＢＬ５に入力され、ＣＯ０〜ＣＯ４９の各演算コア１８によりｋ／５０本の走査ライン毎に分担して処理される。すなわち、各演算コア１８は、図８に示すように、ｋ／５０本の各走査ラインについてパケット毎に位相整合を行うことで、ｍ本のパケットラインＣＰ１〜ＣＰｍを走査ライン毎に生成する。このようにして、複数の演算コア１８により、走査ラインＣ１〜ＣｋのそれぞれについてパケットラインＣＰ１〜ＣＰｍが生成され、生成されたパケットラインＣＰ１〜ＣＰｍが、ＳＦＵ１９によりパケット方向、すなわち同一深さ方向に自己相関処理またはＦＦＴ処理されることで、ＣＦモード処理における周波数解析が実行される。
このように、Ｂモード用およびＣＦモード用の素子データを複数のブロックで分担して並列的に信号処理することで処理速度を向上させることができる。また、ＳＦＵ１９によるＦＦＴ処理では、フレームレートを維持しつつサンプル点を増やして処理することができるため、ドプラー性能を向上させることができる。さらに、処理速度の向上に伴ってＣＦモードの信号処理に余剰時間が生じた場合には、パケット数を増やすことができ、ドプラー性能をさらに向上させることができる。

続いて、ステップＳ１５で、ＰＷモードが指定されたことを確認すると、ステップＳ１６に進んでＰＷモードを実施する。
例えば、Ｂモード、ＣＦモードおよびＰＷモードが指定された場合には、Ｂモード用超音波ビーム、ＣＦモード用超音波ビームおよびＰＷモード用超音波ビームがそれぞれ被検体に向けて送受信され、Ｂモード用素子データ、ＣＦモード用素子データおよびＰＷモード用素子データがそれぞれ得られる。なお、Ｂモード用超音波ビームについてはステップＳ１２と同様にして、ＣＦモード用超音波ビームについてはステップＳ１４と同様にして、それぞれ送受信される。得られたＢモード用、ＣＦモード用およびＰＷモード用の素子データは、素子メモリ１０内にフレーム毎に順次保存される。

素子メモリ１０に保存されたＢモード用素子データは、走査ライン方向に３分割して信号処理部１１のＢＬ１〜ＢＬ３にそれぞれ入力され、ステップＳ１２と同様にして、それぞれ深さ方向に５０分割した分割領域Ｒを各ブロックのＣＯ０〜ＣＯ４９により分担して処理される。このように、測定領域Ｆを走査方向に３分割すると共に深さ方向に５０分割した１５０の分割領域Ｒがそれぞれ並列的に整相加算されるため、走査ライン数をｎおよびフォーカス点数をＳとすると、１フレーム毎にｎ×Ｓ点を順次信号処理するのに比べ、１フレームの素子データが信号処理される時間を１／１５０に短縮することができる。

一方、素子メモリ１０に保存されたＣＦモード用素子データは、ＢＬ４のＢＬＣ１７によりＢＬ４に入力され、ステップＳ１４と同様にして、ＣＯ０〜ＣＯ４９の各演算コア１８により分担して処理される。
また、素子メモリ１０に保存されたＰＷモード用素子データは、ＢＬ５のＢＬＣ１７によりＢＬ５に入力され、ＣＯ０〜ＣＯ４９の各演算コア１８により分担して処理されると共にＳＦＵ１９によりＦＦＴ処理される。この時、ＢＬ５は図示しないキャッシュメモリを備え、このキャッシュメモリに素子メモリ１０から読み出されたＰＷ用素子データを保持することで、各演算コア１８は素子データを繰り返し処理することもできる。
このように、Ｂモード用、ＣＦモード用およびＰＷモード用の素子データを複数のブロックで分担して並列的に信号処理することで処理速度を向上させることができる。

続いて、ステップＳ１７で、Ｍモードが指定されたことを確認すると、ステップＳ１８に進んでＭモードの検査を実施する。一般的には実現されていないが、本願により次のような動作が可能になる。
例えばＢモード、ＣＦモード、ＰＷモードおよびＭモードが指定された場合には、超音波ビームが送受信され、各モード用の素子データが素子メモリ１０内にフレーム毎に順次保存される。
素子メモリ１０に保存されたＢモード用素子データは、走査ライン方向に２分割して信号処理部１１のＢＬ１〜ＢＬ２にそれぞれ入力され、ステップＳ１２と同様にして、それぞれ深さ方向に分担して処理される。このように、測定領域Ｆを走査方向に２分割すると共に深さ方向に５０分割した１００の分割領域Ｒがそれぞれ並列的に整相加算されるため、走査ライン数をｎおよびフォーカス点数をＳとすると、１フレーム毎にｎ×Ｓ点を順次信号処理するのに比べ、１フレームの素子データが信号処理される時間を１／１００に短縮することができる。
一方、素子メモリ１０に保存されたＣＦモード用、ＰＷモード用およびＭモード用の素子データは、ＢＬ３〜ＢＬ５の各ブロックにそれぞれ入力され、各ブロックの５０個の演算コア１８によりそれぞれ分担して処理される。
このように、Ｂモード用、ＣＦモード用、ＰＷモード用およびＭモード用の素子データを複数のブロックで分担して並列的に信号処理することで処理速度を向上させることができる。

上記のように、各検査モードの素子データの信号処理が、信号処理部１１により分担して行われ、ＢＬＩＦ部７のＢＵＳセレクタ２３を介してＤＳＣ８に出力されて画像信号に変換される。変換された画像信号が表示部９に出力されることで超音波診断画像が表示される。
例えば、ステップＳ１６において、Ｂモード、ＣＦモードおよびＰＷモードが指定された場合には、図９に示すように、Ｂモード画像、ＣＦモード画像およびＰＷモード画像がそれぞれ同時に表示される。このように、複数の画像を同時に表示する場合には、演算量が増加するためフレームレートの低下が問題となるが、上記のように各モードの信号処理を複数のブロックで分担して並列的に行うことで一定のフレームレートを保つことができる。

ここで、上記のステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６およびＳ１８における検査では、素子メモリ１０の２つのバッファメモリ２１ａおよび２１ｂに対して、超音波ビームを送受信して得られた素子データの書き込みと読み出しがフレーム単位で交互に行われている。
例えば、Ｂモード検査では、図１０に示すように、送信回路３から探触子１の複数のアレイトランスデューサへ、フレーム周期に対してｎ回の送信パルスが送信され、複数のアレイトランスデューサにより超音波ビームの送受信が行われる。この受信信号をＡ／Ｄ変換して得られた素子データが、素子メモリ１０のバッファメモリ２１ａおよび２１ｂにフレーム単位で交互に書き込まれる。

すなわち、フレームＦ１の超音波ビームが送受信される時間Ｔ１〜Ｔ２では、図２に示すように、切り換えスイッチ２２ａによりＡ／Ｄコンバータ５とバッファメモリ２１ａとが接続され、フレームＦ１の素子データがバッファメモリ２１ａに書き込まれる。続いて、フレームＦ２の超音波ビームが送受信される時間Ｔ２〜Ｔ３では、切り換えスイッチ２２ｂによりＡ／Ｄコンバータ５とバッファメモリ２１ｂが接続されると共に、切り換えスイッチ２２ａによりバッファメモリ２１ａと信号処理部１１がＢＵＳセレクタ２３を介して接続される。これにより、フレームＦ２の素子データがバッファメモリ２１ｂに書き込まれると共に、フレームＦ１の素子データがバッファメモリ２１ａから読み出されて信号処理部１１に出力される。さらに、フレームＦ３の超音波ビームが送受信される時間Ｔ３〜Ｔ４では、切り換えスイッチ２２ａによりＡ／Ｄコンバータ５とバッファメモリ２１ａが接続されると共に、切り換えスイッチ２２ｂによりバッファメモリ２１ｂと信号処理部１１がＢＵＳセレクタ２３を介して接続される。これにより、フレームＦ３の素子データがバッファメモリ２１ａに書き込まれると共に、フレームＦ２の素子データがバッファメモリ２１ｂから読み出されて信号処理部１１に出力される。
このように、切り換えスイッチ２２ａおよび２２ｂをフレーム周期で切り換えることで、バッファメモリ２１ａおよび２１ｂに対してフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しが交互に行われ、素子メモリ１０に対する素子データの書き込みと読み出しを並列して行うことができ、時間の損失を抑制することができる。

このようにして各検査モードが実施され、ステップＳ１９で、今回の検査情報に基づく検査の終了を確認したところで、ステップＳ４へ進む。
本実施の形態によれば、Ｂモード検査において、素子データの信号処理を深さ方向および走査方向にそれぞれ並列的に行うため、信号処理の速度を向上させることができる。また、複数の検査モードの信号処理を検査モード毎に各ブロックに割り当てることにより並列的に行うと共に、各検査モードの信号処理を複数の演算コア１８で分担して並列的に行うため、信号処理の速度を向上させることができる。さらに、素子メモリ１０に対する素子データの書き込みと読み出しを並列的に行うため、素子データが信号処理部１１へ順次入力され、信号処理を円滑に進めることができる。

なお、上記のステップＳ１２におけるＢモードの検査では、図１１に示すように、各ブロックに割り当てられた複数の走査ラインをステアリングさせつつ超音波の送受信を行わせるように送受信回路を制御すると共に、ブロック毎に空間コンパウンドの処理を実行させることもできる。すなわち、測定領域Ｆに対し、超音波ビームをステアリングさせつつ送受信して得られた素子データが、ステップＳ１２と同様にして、走査ライン方向に５分割されて各ブロックに入力され、各ブロックにおいて深さ方向に５０分割された各分割領域Ｒが複数の演算コア１８により信号処理される。
このように、素子データを走査方向および深さ方向に並列的に信号処理することで、空間コンパウンドの処理速度を向上させることができる。さらに、処理速度の向上に伴って空間コンパウンドの信号処理に余剰時間が生じた場合には、走査ライン数を増やすことができ、空間コンパウンドによる情報量をさらに向上させることができる。

また、上記の実施の形態では、素子メモリ１０が有する２つのバッファメモリ２１ａおよび２１ｂに対してフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しが交互に行われていたが、複数のバッファメモリ２１ａ、２１ｂ、・・・、２１ｉを備えてフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しを順次行うこともできる。例えば、フレームＦ１の超音波ビームが送受信されてフレームＦ１の素子データがバッファメモリ２１ａに書き込まれた後、フレームＦ２の超音波ビームが送受信されるとバッファメモリ２１ｂにフレームＦ２の素子データが書き込まれると共にバッファメモリ２１ａからフレームＦ１の素子データが信号処理部１１に読み出される。続いて、フレームＦ３の超音波ビームが送受信される時間では、バッファメモリ２１ｃにフレームＦ３の素子データが書き込まれると共にバッファメモリ２１ｂからフレームＦ２の素子データが信号処理部１１に読み出される。このようにして、複数のバッファメモリ２１ａ、２１ｂ、・・・、２１ｉに対してフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しを順次行わせると共に、信号処理部１１に読み出された１フレーム分の素子データを複数の演算ブロックに順次割り当てて複数の演算コア１８にそれぞれ処理させることができる。

実施の形態２
図１２に、実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示す。この超音波診断装置は、光音響効果を利用して被検体Ｓ内を画像化する、いわゆる光音響イメージング（ＰＡＩ：Photoacoustic Imaging）を行うためのもので、図１に示した実施の形態１における超音波診断装置において、ＣＰＵ１３に光照射部３１が新たに接続されている。
光照射部３１は、互いに異なる波長を有する複数の照射光Ｌを被検体Ｓに向けて順次照射するもので、半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、固体レーザ、ガスレーザ等から構成することができる。光照射部３１は、例えば、パルスレーザ光を照射光Ｌとして用い、パルス毎に順次波長を切り換えながら被検体Ｓに向けてパルスレーザ光を照射することができる。

光音響イメージングを行う際には、ＣＰＵ１３は、光照射部３１を制御して光照射部３１から被検体Ｓに向けて照射光Ｌを照射する。光照射部３１から照射された照射光Ｌが、被検体Ｓ内の所定の生体組織Ｖに照射されると、生体組織Ｖは照射光Ｌの光エネルギーを吸収することにより弾性波である光音響波Ｕ（超音波）を放出する。
例えば、光照射部３１から約７５０ｎｍの波長を有する照射光Ｌと、約８００ｎｍの波長を有する照射光Ｌを順次被検体Ｓに照射する。ここで、ヒトの動脈に多く含まれる酸素化ヘモグロビン(酸素と結合したヘモグロビン:oxy-Hb)は、波長８００ｎｍの照射光Ｌよりも波長７５０ｎｍの照射光Ｌに対して、高い分子吸収係数を有する。一方、静脈に多く含まれる脱酸素化ヘモグロビン（酸素と結合していないヘモグロビンdeoxy-Hb)は、波長８００ｎｍの照射光Ｌよりも波長７５０ｎｍの照射光Ｌに対して、低い分子吸収係数を有する。このため、動脈および静脈に波長８００ｎｍの照射光Ｌおよび波長７５０ｎｍの照射光Ｌをそれぞれ照射すると、動脈および静脈の分子吸収係数に応じた強度の光音響波Ｕがそれぞれ放出されることになる。

このようにして、例えば動脈または静脈から放出された光音響波Ｕは、実施の形態１と同様にして、探触子１に配列されたアレイトランスデューサにより受信され、その受信信号が素子データとして１フレーム毎に素子メモリ１０内の２つのバッファメモリに順次書き込まれる。２つのバッファメモリでは、素子データの書き込みと読み出しがフレーム単位で順次行われ、バッファメモリから読み出された素子データは信号処理部１１の各ブロックに入力される。信号処理部１１の各ブロックでは、複数の演算コア１８が生体組織Ｖからの受信信号の強度の違いに基づいて素子データをそれぞれ分担して信号処理することにより画像信号が生成され、この画像信号に基づいて生体組織Ｖを画像化した光音響画像（超音波画像）が生成される。
なお、光音響画像は、探触子１から超音波を送受信して得られた超音波画像と共に表示するのが好ましく、ＣＰＵ１３は送信回路３と光照射部３１をそれぞれ制御して探触子１からの超音波の送信と光照射部３１からの照射光Ｌの照射とを順次行うことにより、超音波画像と光音響画像を同時に表示させることができる。ＣＰＵ１３は、例えば、超音波画像を１０フレーム生成する間に光音響画像を１フレーム生成するように送信回路３と光照射部３１の制御を行うのが好ましい。

本実施の形態によれば、超音波画像に加えて光音響画像を生成するため多面的に被検体を観察することができ、詳細な診断を行うことができる。

１探触子、２マルチプレクサ、３送信回路、４受信回路、５Ａ／Ｄ、６データＩＦ部、７ＢＬＩＦ部、８ＤＳＣ、９表示部、１０素子メモリ、１１信号処理部、１２シネメモリ、１３ＣＰＵ、１４操作部、１５電源／バッテリ部、１７ＢＬＣ、１８演算コア、１９ＳＦＵ、２１ａ，２１ｂバッファメモリ、２２ａ，２２ｂ切り換えスイッチ、２３ＢＵＳセレクタ、２４ＢＵＳコントローラ、３１光照射部、Ｆ測定領域、Ｒ分割領域、Ｂ領域、Ｌ照射光、Ｕ光音響波、Ｖ生体組織。

Claims

被検体に向けて超音波ビームが送信または照射光が照射されることにより被検体から生じた超音波をアレイトランスデューサで受信し、前記アレイトランスデューサから出力された受信信号を処理することで得られる素子データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
予め設定された複数の検査モードのうち超音波診断を実行する少なくとも１つの検査モードを選択するための操作部と、
それぞれ１フレーム分の素子データが書き込まれる２つ以上のバッファメモリと、
それぞれ複数の演算コアを含む複数の演算ブロックからなり、各バッファメモリから読み出した１フレーム分の素子データを前記複数の演算ブロックの前記複数の演算コアがそれぞれ処理して画像信号を生成するための信号処理部と、
前記操作部により選択された少なくとも１つの検査モードの信号処理を検査モード毎に前記複数の演算ブロックに割り当て、前記２つ以上のバッファメモリに対してフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しを交互に行わせると共に、前記信号処理部に読み出された検査モード毎の１フレーム分の素子データをその検査モードの信号処理が割り当てられた前記演算ブロックの前記複数の演算コアに処理させる制御部と
を備え、
前記制御部は、前記操作部により選択された検査モードがＢモードを含む場合に、測定領域を走査方向に分割すると共に深さ方向に分割して、前記複数の演算ブロックのうちＢモードの信号処理が割り当てられた前記演算ブロックに含まれる前記演算コアの個数に応じた数の分割領域を形成し、１つの分割領域に１つの前記演算コアを割り当てることを特徴とする超音波診断装置。
前記制御部は、Ｂモード処理時に、複数の走査ライン単位で前記複数の演算ブロックを割り当てる請求項１に記載の超音波診断装置。
前記制御部は、前記複数の演算ブロックをＣＦモード処理とＢモード処理に割り当てる請求項１または２に記載の超音波診断装置。
前記制御部は、前記複数の演算ブロックをＣＦモード処理とＰＷモード処理とＢモード処理に割り当てる請求項１または２に記載の超音波診断装置。
前記制御部は、前記複数の演算ブロックをＣＦモード処理とＰＷモード処理とＢモード処理とＭモード処理に割り当てる請求項１または２に記載の超音波診断装置。
前記制御部は、Ｂモード処理時に、各演算ブロックに割り当てられた前記複数の走査ラインをステアリングさせつつ超音波の送受信を行わせるように送受信回路を制御すると共に、ブロック毎に空間コンパウンドの処理を実行させる請求項２に記載の超音波診断装置。
前記複数の演算ブロックは、それぞれ特殊関数演算器を有し、
前記制御部は、ＣＦモード処理における周波数解析を各演算ブロック内に配置された前記特殊関数演算器により実行させる請求項３〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
被検体に向けて超音波ビームが送信または照射光が照射されることにより被検体から生じた超音波をアレイトランスデューサで受信し、前記アレイトランスデューサから出力された受信信号を処理することで得られる素子データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
予め設定された複数の検査モードのうち超音波診断を実行する少なくとも１つの検査モードを選択し、
選択された少なくとも１つの検査モードの信号処理を検査モード毎に複数の演算ブロックに割り当て、
２つ以上のバッファメモリに対してフレーム単位で素子データの書き込みと読み出しを交互に行わせ、
各バッファメモリから順次読み出した検査モード毎の１フレーム分の素子データをその検査モードの信号処理が割り当てられた演算ブロックの複数の演算コアに処理させて検査モード毎の画像信号を生成し、
選択された検査モードがＢモードを含む場合に、測定領域を走査方向に分割すると共に深さ方向に分割して、前記複数の演算ブロックのうちＢモードに割り当てられた前記演算ブロックが有する前記演算コアの個数に応じた数の分割領域を形成し、１つの分割領域に１つの前記演算コアを割り当てる
ことを特徴とする超音波画像生成方法。