JPH0282960A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、被検体に放射状に超音波ビームを送受信して
１ｑられた反射データを画像表示に供する超音波診断装
置に関する。

（従来の技術） 例えばメカニカルセクタ超音波診断装置は、第７図に示
すように、超音波振動子（以下型に撮動子と称する）１
をＣを支点としてθ方向に回転しながら往復を行って超
音波ビームＡ、Ｂを被検体に対して送受してエコーデー
タを得るものである。このように振動子１を回転しなが
ら超音波ビームの送受を行う場合、送信ビームは短時間
で発射されるので略直線とみなぜるが、受信ビームは発
射時と異なった回転位置にある撮動子１によって受信さ
れるので曲線となりこの度合は深い位置から反射される
受信ビーム程著しくなる。第８図はこの様子を示すもの
で、Ｔｃは往時の送信ビーム、ＲＧは往時の受信ビーム
、Ｔｃは復時の送信ビーム、Ｒｃは復時の受信ビームを
示している。

また、メカニカルセクタ走査を行う場合の送信ビームの
中心点と受信ビームの中心軸とは一致せず、この場合の
送受の音場ＤＴＲは第９図のように送信の音場ＤＴと受
信の音場ＤＲの掛算によって表され、略両者の中間に位
置される。従ってこの音場特性に基いて第８図でＴＲＧ
が往時の送受ビーム、ＴＲｃが復時の送受ビームとして
表される。尚、縦軸は音圧、横軸は回転角度である。一
方、電子セクタ走査を行う場合は第１０図に示すように
送信ビームＢＴと受信ビームＢＲとの中心軸は一致して
いる。

このためメカニカルセクタ走査を行う場合のエコーデー
タの表示は、第９図の音場特性に基いて曲線の受信ビー
ムを、往時の送受ビームＴＲｅと復時の送受ビームＴＲ
ｃとの中間位置を通過する直線１と仮定して行うように
している。

またこのような超音波診断装置で得られたエコーデータ
をＴＶ等のデイスプレィに表示するには、第６図のよう
に振動子１によってセクタ状にビームを送受して得られ
る距離方向の１次元画像データをＡ／Ｄ変換器２を介し
てディジタル信号に変換した後、一方の高速バッファメ
モリ３Ａに格納すると共に他方の高速バッフ７メモリ３
Ｂに格納されている前回のデータを読出し、Ｘ、Ｙ座標
で表示される２次元マトリックス構造を持つ画像メモリ
（フレームメモリ）４に書込み、このフレームメモリ４
内に格納された画像データ５を読出してデイスプレィに
表示するようになっている。

この場合高速バッファメモリ３から読出したデータをフ
レームメモリ４に書込むには、予めバッフ７メモリ３に
フレームメモリ４の１画素に相当した周期でサンプリン
グされて書込まれているデータをビームの中心点からの
距離に応じて読出して、書込むことが行われている。

（発明が解決しようとする課題） ところで従来の超音波診断装置では、実際の受信ビーム
は曲線なのにこれを直線と仮定してエコーデータの表示
を行っているので、診断対象物の形が歪んだり往復セク
タ走査での位置がゆれるようになるため、診断能が低下
するという問題がある。また往復スキャンで超音波ラス
タの軌線が異なるので、それに沿って書込んだ際にデー
タの書込みが行われない空画素が生じてくると、時相の
異なる画像が混在してしまうという問題もある。

本発明は以上のような事情に対処してなされたもので、
空画素を発生することなく曲線の受信ビームに沿ってデ
ータの門込みが行われるようにした超音波診断装置を提
供することを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、バッファ記憶手段
へのデータ格納を画像記憶手段における１画素よりも細
かくサンプリングして格納し、画像記憶手段に書込むべ
きデータのアドレスをビームの始点座標を基にＹ方向に
常に一定値を累積加算すると共にＸ方向にその都度異な
る値を累積加算するようにして演算するようにしたもの
である。

（作　用） ２次元のフレームメモリに書込むべきデータのアドレス
を、ビームの始点座標を基にＹ方向に常に一定値をまた
Ｘ方向にその都度異なる値を累積加算することにより、
ビームの中心点から曲線の受信ビームに沿ったアドレス
を設定することができるようになる。また細かくサンプ
リングしたデータがバッフ７メモリに格納される。これ
によりフレームメモリに対して曲線の受信ビームに沿っ
て細かい位置精度でデータの書込みを行うことができる
。

（実施例） 先ず本発明の原理を第２図及び第３図を用いて説明する
。

従来は第２図に示す様に画素Ｐを通るビームＢＭをほぼ
画素間隔でサンプル点（図示大きな黒丸）を決め、その
データを画素中心部の書込み点（図示白丸）に書込む様
にしていたが、本発明ではサンプル点に更に細かくした
追加サンプル点（図示小さな黒丸）を設け、ビームの出
発点が画素Ｐの中心位置迄の距離と同一の距離にあるサ
ンプル点のデータを基にフィルタ演算を行い、その結果
によって前記画素の中心（白丸）を埋める様にしている
。この場合のフィルタ演算は次式（１）によって行われ
る。

上記（１）式から明らかな様に、フィルタ演算を決定す
るのはフィルタ関数ｈ（ｘ）の形と、たたみ込みの範囲
Ｎである。この場合、フィルタ関数は設計法に応じて無
数に変化するものであるから特定されず任意に決めるこ
とができ、また、たたみ込みの範囲Ｎもスキャン及びハ
ード構成の規模に応じて無限に変化できるものであるか
ら任意に決められる。以上のことを第３図をを参照して
説明する。同図において例えば画素Ｐ２　、　Ｐ３　、
　Ｐ４はビームが通らない範囲である。この場合には各
画素の中心点０２．０３．０４のそれぞれビーム発生点
からの距離に対応する円弧Ｌ２　、　Ｌ３　。

Ｌ４を引き、各ラインと交差する隣接ビームＢＭｎとＢ
Ｍｎ−ｔの交点に位置するサンプル点３２゜３２’　、
Ｓ３　、Ｓ３’　、３４．３４’の各組み合わせによる
データを基にフィルタ演算を行い、その結果を各画素の
中心位置０２．０３．０＋に書込むようにしている。同
様にしてビームが通過する画素Ｐ１についても同様に同
一円弧Ｌ１上のサンプル点３１　、　Ｓｔ　’のデータ
を基にして中心位置０１に書込む。又、更に外のビーム
例えばＢＭｎ−ｔ・・・及びＢＭｎ−ｚ・・・のサンプ
ル点データ演算を行ってもよい。

ここで、上記フィルタ演算の基になるサンプル点の選択
原理について第４図を参照して説明する。

隣接するビームＢＭｎとＢ　Ｍ　ｎ−１の間隔をＬとし
、書込み目的画素をＰ３とし、その中心位置を０３とし
、この０３を通る水平線とビームＢＭｎの交点に位置す
るサンプル点Ｓａ迄の距離をｘＢとし、中心位置０３か
らビーム８Ｍｎ上に引いた垂線の交点に位置するサンプ
ル点を８３とし、ビームの偏向角をθとすると、ビーム
ＭＢｎ上のサンプル点Ｓｏから他のサンプル点Ｓ３迄の
距離ｒＢは次式（２）によって求められる。

ｒＢ＝Ｘａ　・Ｓｉｎθ　　　　　　　　−（２）尚、
サンプル点ＳｏはＸ方向の累積加算によって求められる
座標であり、図示のｒは半径方向の累積加算によって求
められる半径である。

上記（２）式によって求められたｒ３に前記ｒを加える
ことによってサンプル点Ｓ３の位置を知ることができる
。

同様にして隣接するビームＢ　Ｍ　ｎ−ｔのサンプル点
Ｓ３’を求め、両者のデータを基にフィルタ演算を行い
、その結果を画素Ｐ３の中心０３に書込む。

この場合のフィルタ係数は前記ＸＢとＬを入力すること
によって書込み点と隣りのビームとの位置関係が分るの
でそれとフィルタ特性を与えることによって決定できる
。これによって、データと係数が出力できるので両者を
基に、たたみ込み演算を行いその出力を対象とする画素
に書込むことができるわけである。

また、本発明では空画素が生じないようにするため、全
画素を埋めるような処理を行っている。

これを第５図を参照して説明する。ここではｎ木目のビ
ームＢＭｎとｎ−１木目のビームＢＭ旧の間の全てを埋
める場合について説明する。

先ず、ベクトル発生部を２系統用意しておき、Ｙ方向は
＋１ずつ加算し、Ｘ方向はＹが１ずつ変化する毎に異な
る成る値を加算することでアドレスを発生する。例えば
Ｙ方向が２ステツプ（１十１）変化する場合、Ｘ方向が
△Ｘ１　、Δｘ２の２ステツプ変化するとすると、これ
らΔＸ１゜ΔＸ２はΔＸｘ　＞Δｘ２又はΔＸ１くΔｘ
２の関係に設定される。この点従来においては、これら
Ｘ方向の変化分はすべて同一値ΔＸに設定されている。

ＹアドレスＹ、ＸアドレスＸｎ、Ｘｎ−ｔを演算した後
、Ｘｎ　−Ｘｎ−ｔの演算を行い字画素数を計算する。

そして、（Ｙ、Ｘｎ　＞に書込みを行った後、Ｘｎに＋
１し、（Ｙ、Ｘｎ＋１）に書込みを行う。

この動作をＸｎ−Ｘｎ−を回行った後、新しいアドレス
を Ｙｎ　、　ｍ　＝　Ｙｎ　、　ｍ−ｔ＋１Ｘｎ　　、ｍ
−Ｘ口　２．＋ΔＸｎ＊ｍ４Ｘ　ｒＨ＊　ｍ　＝　Ｘ　
ｎ−ｔ　＃　ｌ１１−１＋ΔＸｒ）Ｉｓ　Ｉｆ）１（但
し、ｎはｎ番目のビームを示し、ｍは１ずつ増加する値
である。） として発生し、上記の動作を繰り返すことによって第５
図の如くビームで囲まれた範囲の画素１乃至３６全てを
埋めることができる。

次に前記原理を実現するための一実施例回路を第１図に
示して説明する。

この回路は、反射超音波エコー信号をディジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ＞１２と、走査されるビ
ームのディジタルデータをスイッチＳＷ１を介してそれ
ぞれ１ライン毎に格納する複数の高、速バッフ７メモリ
１３Ａ乃至１３Ｎを備えた高速バッファメモリ群１３と
、各高速バッファメモリからスイッチＳＷ２を介して読
出されるデータにフィルタ演算のための係数を掛ける複
数のフィルタ演算器１５Ａ乃至１５Ｎを備えたフィルタ
演算器群１５と、各フィルタ演算器１５Ａ乃至１５Ｎの
出力を加算する加算器１６と、この加算器１６の出力を
格納し１フレ一ム分の画像データを作成するフレームメ
モリ１４とを有する。このフレームメモリ１４へのデー
タ書込み時のアドレスは次に述べる各回路からの信号に
よって選択される。

即ち、各回路の基本クロックを発生するクロックジェネ
レータと、このクロックジェネレータ１７のクロック信
号ＣＫ１を＋１ずつカウントしてＹアドレス選択信号を
出力するＹアドレス用カウンタ１８と、同じくクロック
信号ＣＫ１を入力し、Ｙアドレス用カウンタ１８の出力
と何番目かのラスターかを入力して、ΔＸｎ　、ｍを出
力するΔＸｎ　、ｍ発生回路３０の出力を累積加算する
Ｘアドレス（ｎ）用累積加算器１９及びクロックジェネ
レータ１７からの２つのクロック信号のうち第１のクロ
ック信号ＣＫ１をクリア信号として第２のクロック信号
ＣＫ２を＋１ずつカンウドして＋αとなる出力を発生す
るカウンタ２２と、このカウンタ２２の出力＋αと前記
Ｘアドレス用累積加算器１９からの出力ΔＸとを加算し
てＸ方向選択信号を出力する加算器２１とによって構成
され、Ｘ、Ｙアドレスが選択されるようになっている。

ここで、ΔＸｎ　、ｍ発生回路３０は実際にはＲＯＭ、
ＲＡＭにデータを拡納しておくかビームの方程式からΔ
Ｘｎを発生させる関数を発生する回路等によって構成さ
れる。また、Ｘアドレス用累積加算器は２系統を有し、
前述のｎ番目のビーム用のビーム用の累積加算器の他に
、その１本手前ｎ−１番目のビーム用累積加算器２０が
あり、これは前記クロック信号ＣＫ１とｎ−１番目のビ
ームの単位選択信号ΔＸｒ）−１との累積加算を行うよ
うになっている。これは次に説明するように前述の第４
図の計算を実現するために設けられたものである。

即ち、２つのＸアドレス累積加算器１９．２０の出力を
引算する引算器２３を設けて第４図に示したような隣接
する２本のビーム８ＭｎとＢＭｎ−ｔに交差する目的画
素Ｐ３の中心０３を通る線の距離りを求め、この出力り
を後述するフィルタ演算器１５のパラメータとして入力
すると共に、次段の比較器２４に出力している。比較器
２４では前記距１ｉ１ｔＬと前記＋１カウンタ２２の出
力子αとが比較され、両者が一致したときの出力により
クロックジェネレータ１７にクリア信号を出力するよう
になっている。この結果、Ｘアドレスは距離りを限度と
して順次選択されるが、クリアされると再び基の位置に
戻って次のＹアドレス選択信号との関係でアドレス選択
が行われるようになる。また、前記＋１カウンタ２２か
らの出力子αは前記Ｘアドレス（ｎ）用累積加算器１９
の出力と共に加算器２５に導かれ、この加算器２５から
前記第４図に示したビームＭＢｎのサンプル点Ｓｏから
目的画素Ｐ３の中心０３迄の距離ｘＢが出力される。こ
の出力ＸＢはビーム偏向角θと共にＸＹ−Ｒθ変換器２
６に入力され、この変換器２６によって第４図における
基準サンプル点Ｓｏから目的サンプル点Ｓ３迄の距＠ｒ
ｓ　　（ｓｉｎθ・ＸＢ）が算出される。

高速バッファ１３Ａ乃至１３Ｎは次に述べる様な信号に
よってアドレスが選択される。先ず前記クロックジェネ
レータ１７からのクロック信号ＣＫ１とサンプリング間
隔信号Δｒとを累積加算することによって第４図に示し
た半径信号ｒを出力する高速バッファアドレス選択用累
積加算器２７と、この累積加算器２７からの出力信号ｒ
と前記ＸＹ−Ｒθ変換器２６からの出力信号ｒＢとを加
算する加算器２８を備え、この加算器２８の出力に基づ
いてサンプル点Ｓ３が選択されることになる。尚、サン
プリング間隔Δｒは従来の数十分の１の細かさに設定し
である。

一方、フィルタ演算器１５（例えば１５Ｎ）は前記引算
器２３の出力信号り、前記加算器２５の出力信号ＸＢ、
フィルタ特性を３人力とする係数決定回路１５ａと、こ
れによって決定されたフィルタ係数と前記スイッチＳＷ
２を介して得られるデータとを乗算する乗算器（たたみ
込み演算部）１５ｂとによって構成され、選択されたサ
ンプル点についてのフィルタ演算が行われるようになっ
ている。

以上の如く構成された回路の動作は前記原理説明中に述
べたので、以下その概要動作のみを説明する。

フレームメモリ（ＦＭ＞１４へデータを書込む際にＹア
ドレス用カウンタ１８の出力と、Ｘアドレス用カウンタ
１９及び加算器２１の出力によりＸ、Ｙアドレスを選択
する。このとき、２系統有するＸアドレス用累積加算器
１９．２０の出力の差を引算器２３によって求め距離り
内の空画素が全て埋まる迄Ｘアドレスに順次１を加えて
行く。

そして、Ｘアドレスを決定する度に加算器２５によって
求めた値ｘＢと角度θに基づいてＸＹ−Ｒθ変換器２６
により値ｒＢを求め、この結果と半径ｒとを加算器２８
によって加算して、加算結果を高速バッファアドレス選
択信号とすることにより目的画素の書込み点と同じ半径
上にあるサンプルデータを周囲の数本（少なくとも２本
）の高速バッファメモリから読出しフィルタ演算を行う
。

フィルタ係数は前記値ＸＢ、Ｌを入力することによって
目的の書込み点と隣のビームとの位置関係が分るので、
その値とフィルタ特性とを与えることによって決定する
ことができる。このフィルタ係数とデータとを基にたた
み込み演算を行い、演算結果を目的画素の中心点に書込
む。その俊Ｘアドレスに＋１を行い、２本のビームに挟
まれた水平方向の空画素を埋めて行く。距離りだけ繰り
返した復、次に垂直方向下段の空画素を埋める動作に移
行する。以上のようにして２本のビームに囲まれた範囲
の画素を全て埋める。

ここで前記ΔＸｎ　、ｍの与え方によってどのような曲
線のベクタ（ビーム）でも発生可能であり、メカニカル
セクタ超音波診断装置特有の曲線の受信ビームに対処さ
せることができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、バッファメモリに格
納すべきデータをフレームメモリの１画素周期の数分の
１に設定し、またフレームメモリにおけるデータ書込み
アドレスを曲線の受信ビームに沿って設定することがで
きるので、空画素を生じさせることがなくなりまた診断
対象物の形が歪んだり往復セクタ走査での位置のゆれが
小さくなるため診断能を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例ブロック図、第２図乃至第５
図は本発明の詳細な説明するための説明図、第６図は従
来の超音波診断装置の概要ブロック図、第７図及び第８
図はメカニカルセクタ走査の説明図、第９図はメカニカ
ルセクタ走査の音場特性図、第１０図は電子セクタ走査
の説明図である。 １・・・超音波プローブ（ＷＸ動子）、ＢＭ・・・ビー
ム、１２・・・Ａ／Ｄ変換器、 １３・・・高速バッファメモリ群、 １４・・・フレームメモリ、 １５・・・フィルタ演算器群、１６・・・加算器、１７
・・・クロックジェネレータ、 １８・・・Ｙアドレス用カウンタ、 １９．２０．２７・・・アドレス用累積加算器、１５ａ
・・・フィルタ係数決定回路、 １５ｂ・・・乗算機、ＳＷｔ　、５Ｗ２３０・・・ΔＸ
ｎ　、ｍ発生回路。 ・・・スイッチ、 第 第 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射状に超音波ビームを送受信し、得られた反射
   データを高速バッファ記憶手段を介してＸ、Ｙ方向の２
   次元の画像記憶手段に格納し、画像記憶手段に格納され
   たデータを画像表示に供する超音波診断装置において、
   高速バッファ記憶手段へのデータ格納の際に画像記憶手
   段における１画素よりも細かいサンプリングを行つて格
   納する手段と、画像記憶手段の格納目的画素近傍の複数
   のビームにおける前記目的画素を同一距離にあるサンプ
   ル点のデータを基にフィルタ演算を行う手段と、画像記
   憶手段におけるビームの始点座標を基にＸ、Ｙ方向に所
   定の値の累積加算を行って書込みアドレスを演算するア
   ドレス発生手段と、前記フィルタ演算の結果を前記アド
   レスの目的画素内に格納する処理を行い、同様な処理を
   繰り返してビーム間に位置する全画素内にデータを格納
   する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）アドレス発生手段がＹ方向に常に一定値を累積加
   算すると共に、Ｘ方向にその都度異なる値を累積加算す
   る請求項１記載の超音波診断装置。