JP5827847B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、特に画像表示技術に関する。

医療画像診断に用いられる超音波診断装置は、生体の軟部組織の断層像や生体内を流れる血流像等をほぼリアルタイムでモニタに表示して観察できるため、医療の分野で広く用いられている。この超音波診断装置に関する表示技術の一例として、特許文献１には、ハードウェアで得た超音波画像を、主にＰＣ（パーソナルコンピュータ）からなる画像処理装置へ転送し、その超音波画像の付帯情報（例えば患者の氏名情報、日付情報）を描出したキャラクタ画像と、上述の超音波画像１０１と、を合成した合成画像をモニタに表示する超音波画像システムが開示されている。

特開２００２―２９１７３９号公報

超音波画像とキャラクタ画像の画像バッファサイズやファイル形式が異なる場合、特許文献１の超音波画像システムでは、画像の合成処理に先立ち、画像処理装置にて画像バッファサイズやファイル形式を変換するためのデータコピーが発生し、コピー処理により合成処理に要する時間が遅延し、フレームレートが下り、超音波診断装置の特徴であるリアルタイム性を損なう可能性があるという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、超音波画像とキャラクタ画像とを合成して表示する際の処理速度を向上し、超音波診断装置のフレームレートの低下を抑制する超音波診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、被検体に超音波を送信し、反射波を受信して反射エコー信号を生成する超音波探触子と、前記反射エコー信号に基づいて超音波画像を形成する超音波画像構成部と、前記超音波画像の付帯情報を描出したキャラクタ画像を構成するキャラクタ画像構成部と、前記超音波画像と前記キャラクタ画像とを合成した合成画像を生成する画像合成部と、前記超音波画像及び前記キャラクタ画像の一方の画像の画像サイズを他方の画像の画像サイズに変換する処理、及び、前記超音波画像及び前記キャラクタ画像の一方の画像のファイル形式を他方の画像のファイル形式に変換する処理、の少なくとも一つを行い、変換処理後の画像の画像データを前記画像合成部に転送する画像変換転送部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、超音波画像とキャラクタ画像とを合成する際に生じるデータコピー回数が減少することで、合成処理にかかる時間が短縮され、フレームレートの低減を抑制する超音波診断装置を提供することができる。

超音波画像とキャラクタ画像との合成処理の概念を示す説明図 超音波診断装置の概略構成を示す機能ブロック図 超音波診断装置のハードウェア構成を示すブロック図 第一実施形態に係る処理内容を示す説明図 第二実施形態に係る処理内容を示す説明図 第三実施形態に係る処理内容を示す説明図

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。同一機能を有する構成及び同一の処理内容の手順には同一符号を付し、その説明の繰り返しを省略する。まず、図１に基づいて、本実施形態に係る超音波画像とキャラクタ画像との合成処理の概念について説明する。図１は、超音波画像とキャラクタ画像との合成処理の概念を示す説明図である。

図１の超音波画像１０１は、超音波診断装置により生成した超音波ビームを電子的に走査することによって２次元の走査（２次元データ取込領域）あるいは３次元の走査（３次元データ取込領域）を行い、これらの走査のデータを基に生成された画像である。また、キャラクタ画像１０２は、超音波画像１０１の付帯情報、例えば被検体の氏名、性別などを示す文字情報（キャラクタ情報）や、超音波画像１０１上の部位を測定するスケールを含む図形情報等を用いて、これらの付帯情報を描出した画像である。キャラクタ画像１０２は、パーソナルコンピュータ等のハードウェアと、画像作成プログラムと、の組み合わせからなる画像処理装置により構成される。そして、画像処理装置において、キャラクタ画像１０２と超音波画像１０１とを合成処理し、超音波診断画像（合成画像ともいう）１０３を生成、表示する。

次に図２に基づいて、本実施形態に係る超音波診断装置の概略構成について説明する。図２は、超音波診断装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

超音波診断装置２００は、被検体（図示しない）に超音波を送信し、反射波を受信して得られた反射エコー信号を用いて診断部位の２次元超音波画像、３次元超音波画像、或いは各種ドプラ画像を構成して表示するものである。

この超音波診断装置２００は、図２に示すように、探触子２０１と、送受信部２０２と、超音波画像構成部２０３と、画像変換転送部２０４と、キャラクタ画像構成部２０５と、画像合成部２０６と、表示部２０７と、を備える。

探触子２０１は、圧電体で代表される振動子素子をアレイ状に配列して構成され、被検体に当接させて超音波の送信をするとともに、被検体内で反射した反射波を受信して反射エコー信号を生成する。

送受信部２０２は、超音波を発生するためのパルス状の電気信号を発生し、探触子２０１に送信する送信制御処理、及び探触子２０１で受信した反射波に基づく反射エコー信号を増幅・デジタル化し、反射エコー信号に所望の位置と各素子位置との距離の差に応じた時間をずらして加算する（遅延量を付与する）、いわゆる電子フォーカスを行って受信信号を生成する。

超音波画像構成部２０３は、受信信号から２次元超音波画像、３次元超音波画像、或いは各種ドプラ画像を生成し超音波画像１０１を生成する。

画像変換転送部２０４は、超音波画像１０１を、キャラクタ画像１０２との合成処理に適した画像サイズ及び／又はファイル形式に変換すると同時に画像合成部２０６へのＤＭＡ転送（ＤＭＡ：Direct Memory Accessの略）を実行する。この処理内容の詳細は後述する。なお、本実施形態では、画像サイズのことを特に画像バッファサイズと記載するが、画像合成部２０６における作業領域上での画像サイズと同義であれば、画像サイズの名称は画像バッファサイズに限定されない。

キャラクタ画像構成部２０５は、超音波画像１０１の付帯情報からなるキャラクタ画像１０２を構成する。

画像合成部２０６は、画像変換転送部２０４からＤＭＡ転送されてくる超音波画像１０１とキャラクタ画像構成部２０５で構成されるキャラクタ画像１０２とをソフトウェアを用いて合成し、超音波診断画像（合成画像）１０３を生成する。

表示部２０７は、超音波診断画像（合成画像）１０３を表示する。

次に図３に基づいて、本実施形態に係る超音波診断装置のハードウェア構成について説明する。図３は、超音波診断装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

超音波診断装置２００は、主に、探触子２０１と、探触子２０１から送られた反射エコー信号のデジタル化処理及びデジタル整相処理を行うフロントエンド３０１と、超音波画像１０１を構成するバックエンド３１０と、キャラクタ画像１０２及び超音波診断画像（合成画像）１０３を構成するＰＣユニット（ＰＣ：Personal Computerの略）３２０と、超音波診断画像１０３の出力先となるモニタ３３０や外部デバイス３３１と、を備える。

バックエンド３１０は、フロントエンド３０１から送られた超音波信号を基に超音波画像１０１を構成するセル（ＣＥＬＬ）基板３１１と、超音波画像１０１を一時的に記憶するバッファ３１２と、バッファ３１２からＰＣユニット３２０へのＤＭＡ転送を行う転送ユニット３１３と、を備える。

ＰＣユニット３２０は、メインメモリ３２１と、キャラクタ画像１０２の構成及び超音波診断画像１０３の合成を行うＧＰＵ（Graphics Processing Unitの略）３２２と、を備える。

セル（ＣＥＬＬ）基板３１１で生成された超音波画像１０１は、バッファ３１２に一時的に記憶される。転送ユニット３１３は、バッファ３１２に記憶された超音波画像１０１を、ＧＰＵ３２２の作業領域であるメインメモリ３２１にＤＭＡ転送するが、このとき、超音波画像１０１の画像バッファサイズ及びファイル形式を、キャラクタ画像１０２の画像バッファサイズ及びファイル形式に変換したものをＤＭＡ転送、すなわち、メインメモリ３２１上に書き込む。よって、転送ユニット３１３は、画像のバッファサイズ及びファイル形式の変換と、転送とを同時に実行することができる。メインメモリ３２１上には、キャラクタ画像１０２の画像バッファサイズ及びファイル形式と同じ超音波画像１０１のデータが書き込まれているので、これを用いてＧＰＵ３２２は、変換後の超音波画像１０１とキャラクタ画像１０２との合成処理を実行する。これにより、合成処理の段階でＧＰＵ３２２が、超音波画像１０１の画像バッファサイズやファイル形式をキャラクタ画像１０２の画像バッファサイズやファイル形式に変換する必要がなく、これに要するデータコピーが発生しなくなる。

なお、図３のフロントエンド３０１は、図２における送受信部２０２に相当し、セル（ＣＥＬＬ）基板３１１は、超音波画像構成部２０３に相当する。また、バッファ３１２、転送ユニット３１３、メインメモリ３２１は、画像変換転送部２０４に相当する。ＧＰＵ３２２は、キャラクタ画像構成部２０５及び画像合成部２０６に相当する。更に、モニタ３３０は、表示部２０７に含まれるが、これら図３に示すハードウェア構成は一例に過ぎず、図２に示す機能を実現できるものであれば、さまざまな変更仕様が有りうる。例えば、転送ユニット３１３は、ＰＣユニット３２０側に実装し、転送ユニット３１３がバッファ３１２上のデータを読出し、画像のバッファサイズ及びファイル形式の変換を行い、変換後の画像データをメインメモリ３２１に書き込むように構成しても良い。

以下、画像バッファサイズ及びファイル形式の変換処理について説明する。

＜第一実施形態＞
第一実施形態は、画像バッファサイズの変換をＤＭＡ転送と同時に実行する実施形態である。以下、図４に基づいて、第一実施形態について説明する。図４は、第一実施形態に係る処理内容を示す説明図である。

図４に示すように、超音波画像構成部２０３にて構成される超音波画像１０１の画像バッファサイズが８００×６００ピクセルであり、キャラクタ画像構成部２０５にて構成されるキャラクタ画像１０２の画像バッファサイズが１０２４×１０２４ピクセルであるとする。この場合、画像合成部２０６で２つの画像を合成するためには、両画像の画像バッファサイズが一致することが必要となる。

そこで本実施形態では、超音波画像１０１を画像合成部２０６へＤＭＡ転送する際に、単なるデータコピーをせず、画像変換転送部２０４が、超音波画像１０１の画像データの各行１０１ａのデータ列の末尾に、超音波画像１０１とキャラクタ画像１０２との画像バッファサイズの差分である２２４（１０２４−８００）ピクセル分の空領域１０１ｂを付加してＤＭＡ転送を行い、画像合成部２０６には、各行が１０２４ピクセル長のデータ１０１ｃを転送する。（メインメモリ３２１にデータ１０１ｃを書き込む。）

本実施形態によれば、ＤＭＡ転送と画像バッファサイズの変換とを同時に実行することにより、画像バッファサイズの変換のためのデータコピーが不要となる。

上記では、キャラクタ画像１０２の画像バッファサイズを基準とし、超音波画像１０１の画像バッファサイズの変換処理を行ったが、超音波画像１０１を基準にしてもよい。この場合、キャラクタ画像構成部２０５が１０２４×１０２４ピクセルのキャラクタ画像１０２を構成し、図示しないバッファに一時的に記憶しておく。そして、画像変換転送部２０４が、そのバッファから画像合成部２０６の作業領域にキャラクタ画像１０２を転送する際に、超音波画像１０１の画像バッファサイズに合うように、１０２４×１０２４ピクセルの画像データを８００×６００に圧縮（間引いて）転送する。

＜第二実施形態＞
第二実施形態は、画像のファイル形式（バイト数）の変換をＤＭＡ転送と同時に実行する実施形態である。以下、図５に基づいて、第二実施形態について説明する。図５は、第二実施形態に係る処理を示す説明図である。

図５に示すように、超音波画像構成部２０３にて構成される超音波画像１０１のファイル形式が４bytes（ＸＲＧＢ）のビットマップファイル（１ピクセルの色を４bytes（＝32bits）で構成し、０（Ｘ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色は、１バイト（８ビット列）を用いた０〜１２７階調の色データからなる：データ列１０１ｐ参照）であるのに対して、キャラクタ画像構成部２０５にて構成されるキャラクタ画像１０２のファイル形式が３bytes（=24bits）であり、ＲＧＢで構成されたビットマップファイル（データ列１０２ｐ参照）であるとする。この場合、画像合成部２０６で２つの画像を合成するためには、超音波画像１０１又はキャラクタ画像１０２のどちらか一方の画像のファイル形式を、他方の画像のファイル形式に変換する必要がある。なお、図５のデータ列１０１ｐ、１０２ｐの一つの四角は１byte（=８bits）を示している。

そこで、画像変換転送部２０４は、超音波画像１０１を画像合成部２０６へＤＭＡ転送する際に、単なるデータコピーをせず、超音波画像１０１の画像データ１０１ｄの１ピクセルデータであるＸＲＧＢの各バイト列から、Ｘに対応する１byte分のデータを間引いて画像合成部２０６にＤＭＡ転送する。（メインメモリ３２１には、データ列１０１ｅが書き込まれる。）これにより、ＤＭＡ転送と同時に、ファイル形式の変換も実行する。

本実施形態によれば、ＤＭＡ転送とファイル形式の変換とを同時に実行することにより、ファイル形式の変換のためのデータコピーが不要となり、超音波診断画像１０３のフレームレートを向上させることができる。

上記では、キャラクタ画像１０２のファイル形式を基準とし、超音波画像１０１のファイル形式の変換処理を行ったが、超音波画像１０１を基準にしてもよい。この場合、キャラクタ画像構成部２０５がＲＧＢを示す３bytesのキャラクタ画像１０２を構成し、図示しないバッファに一時的に記憶しておく。そして、画像変換転送部２０４が、そのバッファから画像合成部２０６の作業領域にキャラクタ画像１０２を転送する際に、列の先頭に、０（Ｘ）の１byteを付加して転送する。

＜第三実施形態＞
第三実施形態は、画像バッファサイズ及びファイル形式の変換を、ＤＭＡ転送と同時に実行する実施形態である。以下、図６に基づいて、第三実施形態について説明する。図６は、第三実施形態に係る処理を示す説明図である。

図６に示すように、超音波画像構成部２０３にて構成される超音波画像１０１の画像バッファサイズが８００×６００ピクセルであり、ファイル形式が４bytes（ＸＲＧＢ）のビットマップファイル（データ列１０１ｐ参照）であるのに対して、キャラクタ画像構成部２０５にて構成されるキャラクタ画像１０２の画像バッファサイズが１０２４×１０２４ピクセルであり、ファイル形式が３bytes（ＲＧＢ）のビットマップファイル（データ列１０２ｐ参照）であるとする。この場合、画像合成部２０６で２つの画像を合成するためには、超音波画像１０１又はキャラクタ画像１０２のどちらか一方の画像バッファサイズ及びファイル形式を、他方の画像の画像バッファサイズ及びファイル形式に変換する必要がある。

そこで、画像変換転送部２０４は、超音波画像１０１のデータ列１０１ｆの１ピクセルデータ（データ列１０１ｐ参照）であるＸＲＧＢからＸの１byteを飛ばす（間引く）とともに、１byte飛ばした後のデータ列１０１ｇの末尾に、両画像のバッファサイズの差分である２２４ピクセル分の空領域１０１ｈを付加して、画像合成部２０６にＤＭＡ転送を行う。（メインメモリ３２１には、データ列１０１ｉが書き込まれる。）

本実施形態によれば、画像バッファサイズの変換及びのファイル形式の変換のために必要な２回分のデータコピーを発生させることなく、画像変換転送部２０４から画像合成部２０６への１回のデータコピーだけ、画像バッファサイズ及ファイル形式の変換とＤＭＡ転送とが実行でき、超音波診断画像２００のフレームレートを向上することができる。

上記では、キャラクタ画像１０２を基準とし、超音波画像１０１の画像バッファサイズ及びファイル形式の変換処理を行ったが、超音波画像１０１を基準にしてもよい。この場合、キャラクタ画像１０２を図示しないバッファに一時的に記憶しておき、画像変換転送部２０４がそのバッファからキャラクタ画像１０２を読み出して、キャラクタ画像１０２の１ピクセル分、ＲＧＢを示す３bytesのbyte列の先頭に、０（Ｘ）の１byteを付加するとともに、画像バッファサイズを８００×６００ピクセルに圧縮して画像合成部２０６の作業領域にＤＭＡ転送することで、上記と同様、ファイル形式及び画像バッファサイズの変換のためのデータコピーが不要となる。

上記実施形態中のバッファサイズ、バイト（bytes）数は一例にすぎず、これらに限定されない。また、超音波画像１０１及びキャラクタ画像１０２のバッファサイズ、バイト数の大小関係も上記に限定されない。

１０１：超音波画像、１０２：キャラクタ画像、１０３：超音波診断画像、２００：超音波診断装置

Claims (5)

1. 被検体に超音波を送信し、反射波を受信して反射エコー信号を生成する超音波探触子と、
   前記反射エコー信号に基づいて超音波画像を形成する超音波画像構成部と、
   前記超音波画像の付帯情報を描出したキャラクタ画像を構成するキャラクタ画像構成部と、
   前記超音波画像と前記キャラクタ画像とを合成した合成画像を生成する画像合成部と、
   前記超音波画像及び前記キャラクタ画像の一方の画像のファイル形式を他方の画像のファイル形式に変換する処理と、前記超音波画像及び／又は前記キャラクタ画像の画像データの前記画像合成部への転送とを同時に行う画像変換転送部と、
   を備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記画像変換転送部は、ＤＭＡ（ダイレクトメモリアクセス）転送を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記画像変換転送部は、ファイル形式を変換する処理とともに、前記超音波画像及び前記キャラクタ画像の一方の画像の画像サイズを他方の画像の画像サイズに変換する処理を行い、前記画像サイズを変換する処理において、前記一方の画像の画像サイズが前記他方の画像の画像サイズよりも小さい場合に、前記一方の画像の画像データの末尾に、前記他方の画像の画像サイズ及び前記一方の画像サイズの差分量の空領域データを付加して、前記画像合成部に前記一方の画像の画像データを転送する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記画像変換転送部は、前記一方の画像の画像データの１ピクセルに対応するバイト数が、前記他方の画像の画像データの１ピクセルに対応するバイト数よりも大きい場合に、前記一方の画像の画像データの各ピクセルに対応するバイト列から前記他方の画像の画像データの各ピクセルに対応するバイト列に含まれないデータを間引いて、前記画像合成部に前記一方の画像の画像データを転送する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
5. 前記一方の画像は前記超音波画像であり、前記他方の画像は前記キャラクタ画像である、
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の超音波診断装置。