JPH08112285A - 運動臓器観測用超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】診断画像フレームメモリの書替速度が早い心臓
等の短周期で変形運動する臓器のリアルタイム観測可能
な超音波診断装置を実現する。 【構成】デジタルスキャンコンバータ方式の超音波診断
装置におけるエコーデータバッファ５を、診断画像フレ
ームメモリ７の画素データを求める演算に用いるサンプ
リングデータの数に等しい数に分離してサンプリング相
対位置によってアドレスを付与するメモリからなるメモ
リバンク構成とし、各メモリバンク51乃至54には音場走
査におけるサンプリング相対位置が同等のサンプリング
データを格納し、診断画像フレームメモリの画素データ
を求める演算のステップでは、演算に用いるサンプリン
グデータが、分離して設けられた各メモリバンクから同
時に読み出されるようにして超音波診断装置を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波診断装置、なかん
づく短い周期で変形運動する心臓などの臓器の観測を目
的とする診断画像画面の更新を早くした超音波診断装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波で人体内を音場走査し、音響密度
の異なる臓器部分で反射されたエコー超音波をサンプリ
ングして、人体の断層映像得る超音波診断装置の従来技
術による構成例を図２に示し、図２によって従来技術を
説明する。図２に例示の構成の超音波診断装置は、方位
を変えて超音波を放射できる超音波プローブ１で患者の
検査対象部位を音場走査して得られるエコー超音波信号
を２のフロントエンドで増巾し、一定距離相当毎にサン
プリングしてＡ／Ｄ変換部４でデジタルデータに変換
し、一旦メモリであるエコーデータバッファ５に格納す
る。この過程において、走査制御部３はフロントエンド
２を通じて超音波プローブ１からの超音波放射方向と、
超音波振動子の励振およびエコー超音波の受信増巾の機
能の切替えを制御する。

【０００３】ところで、超音波の放射方向を替える音場
走査によって得られる超音波エコーのサンプリングデー
タは、音場走査の音線の方向にそって一定の距離毎に得
られ、サンプリングデータをそのまま記録するエコーデ
ータバッファ５には、音線にそって一定間隔で分布する
データの集まりとして格納される。一方、図２に例示の
超音波診断装置の表示部は、表示デバイス10の表示画面
を描かれる画像の分解能を維持するに必要な縦横の小領
域としての画素に区分し、区分された画面に描かれる画
像の画面各位置に対応する画素の輝度情報の一画面分を
随時書込み形のメモリであるフレームメモリ７に記録し
ておき、表示制御部８がフレームメモリ７の記録データ
を順次読出してＤ／Ａ変換部11でビデオ信号に変換し、
このビデオ信号によって表示デバイスとしてのＣＲＴ10
に画像を描くラスタ走査リフレッシュ方式となってい
る。

【０００４】上記のラスタ走査リフレッシュ方式の表示
装置の表示画面における画素は、画面左上隅から水平に
右下隅に向けて折返し配列されているものとしているの
で、診断画像フレームメモリ７に格納の画素データは画
面走査の順に配列されている必要がある。図３に、超音
波プローブ１にセクタ・コンベックス形のプローブを使
用した時に得られるエコー超音波のサンプリングデータ
と表示画面上の画素の関係を模式図的に示す。図３にお
いて格子状に並んでいるのはフレームメモリの画素であ
り、扇状に広がる線が超音波の音線を表し、音線上の●
印はサンプリングされたエコー超音波データを表す。

【０００５】上記のような音場走査によって得られた順
序でエコーデータバッファ５に格納されたエコー超音波
データもとに、診断画像フレームメモリ７に書込む画素
データを生成するとき、診断画像フレームメモリの二次
元空間内に音線上のエコー源位置を模擬するように演算
処理が行われる。走査制御部４は、エコーデータバッフ
ァに格納データのフレームメモリ画素データへの上記の
変換書替え処理を書込アドレス発生部31を通じて実行し
ている。

【０００６】上記の変換書替え処理は、エコーデータバ
ッファ５に格納の複数の音線上にある複数のデータを用
いる補間演算によって行われる。これは、図３の模式図
に示されているように極座標的な走査を行う音場走査に
よって得られるデータ面密度か場所の関数となっている
エコーデータバッファ５に格納のデータを、フレームメ
モリの均等データ面密度の直交座標系に向けて補間また
は間引を伴う表現形式の変換を行わなければならないか
らである。

【０００７】図３の例では、隣合う二本の音線上のサン
プリングデータから相互に最も近い位置にある４点のサ
ンプリングデータを抽出し、この４点に囲まれる範囲内
の画素データを、抽出したデータをもとに４点からの距
離によって補間演算して定めている。たとえば画素位置
座標（ｉ，ｊ）のＡ点の画素のデータは、Ａ点を囲む音
線２と音線３上の最近隣の４点のサンプリングデータｂ
22，ｄ22，ａ32，ｃ32をもととする補間演算によって定
められる。

【０００８】以上に説明の構成の超音波診断装置におけ
る画面変化速度は、診断画像フレームメモリ７の書替え
速度であるフレームレートに依存するので、短い周期で
変形運動する心臓などの臓器の観測を目的とする超音波
診断装置では、心臓の変形運動に追随可能な１秒間に30
ないし60の高いフレームレートが必要とされる。ところ
で、診断画像表示画面を横 600ドット，縦 400ドットの
画素で構成する場合、１画面を構成する１フレームの全
画素数は 600×400 の２４万画素となり、上記に説明の
２音線上の４点のデータをもとにする補間演算によって
１点の画素データを定める表示装置では、１フレームの
書替えに１フレームの全画素数の４倍の96万データをエ
コーデータバッファ５から読出して補間演算部６に転送
する処理を必要とする。したがって、１秒間に60のフレ
ームレートで診断画像フレームメモリの書替えを行うに
は、１秒間に６千万データ（60×96万）の桁の大量のデ
ータ読出転送の能力が求められることとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般に、大容量の記憶
容量を要する診断画像フレームメモリなどに利用される
記憶容量当りの単価が比較的安価なＭＯＳ形ダイナミッ
クＲＡＭなどのメモリに対するデータ書込読出しのアク
セス時間は、演算処理部における単位処理時間に比べ２
桁以上遅い。このため、フレームメモリラスタ走査方式
の従来技術による表示装置における画像変化速度は、画
像データにかかわるメモリへのアクセス時間によって律
速されることとなる。特に、フレームメモリ１画素のデ
ータを生成する演算に必要な複数データをエコーデータ
バッファから読出して補間演算部に転送するステップが
最大量のデータアクセスを必要とすることから、この過
程がフレームメモリの更新周期を制約し、心臓などの運
動のリアルタイム観測が可能な超音波診断装置の実現を
困難にしている。

【００１０】本発明は、上記従来技術による超音波診断
装置における診断画像フレームメモリ書替えにかかわる
問題点に鑑みなされたものであり、診断画像フレームメ
モリの書替速度の早い回路を提供して短周期で変形運動
する臓器のリアルタイム観測可能な超音波診断装置を実
現することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明ではデジタルスキャンコンバータ方式の超音波診
断装置におけるエコーデータバッファを、診断画像フレ
ームメモリの画素データを求める演算に用いるサンプリ
ングデータの数に等しい数に分離してサンプリング相対
位置によってアドレスを付与するメモリからなるメモリ
バンク構成とし、各メモリバンクには音場走査における
サンプリング相対位置が同等のサンプリングデータを格
納し、診断画像フレームメモリの画素データを求める演
算のステップでは、演算に用いるサンプリングデータ
が、分離して設けられた各メモリバンクから同時に読み
出されるようにして高速画像超音波診断装置を構成す
る。

【００１２】

【作用】分離された各メモリバンクには、診断画像フレ
ームメモリの画素データを求める演算に用いる個別のサ
ンプリングデータが音場走査におけるサンプリング相対
位置が同等のサンプリングデータとしてそれぞれ別のメ
モリバンクに格納しているので、診断画像フレームメモ
リの画素データを求める演算のステップでは、演算に用
いるサンプリングデータを分離して設けた各メモリバン
クから同時に読み出して処理する。

【００１３】

【実施例】図１に、本発明にもとづいて診断画像フレー
ムメモリデータ書替え部を構成した超音波診断装置の１
実施例の表示部を中心とするブロック構成図を示し、こ
の図によって本発明を説明する。図１において、従来技
術の説明に用いた図２におけると同等に機能する構成要
素には同一の符号を付してあるので、その説明は省略す
る。

【００１４】図１の装置においては、超音波ブローブ１
で検出されたエコーデータを一時格納するエコーデータ
バッファ５を、補間演算において基準点として用いる音
場走査サンプリング点の数に等しい複数の個別に書込み
読出し可能なメモリ51ないし54を並列に配置したメモリ
バンク構成とし、フレームメモリの１画素の補間演算に
用いる複数のエコーデータが、分割されたメモリバンク
の各々に別々に格納されるように走査制御部４がアドレ
ス発生部41を通じてアドレスを生成する。

【００１５】上記のエコーデータの格納メモリバンクの
割り付けとアドレス付与の方法について、補間演算に用
いる基準点の数を４点とする図３の場合を例に以下に説
明する。まず、メモリバンクの区分とアドレスの割付に
ついて説明する。音場走査によって得られる各音線には
走査の順序に対応の音線番号ｉを付して区別する。そし
て、音線番号が奇数と偶数の２本の音線を対とし、音線
上のサンプリング点に音源Ｓから近い順にａ，ｂ，ｃ，
ｄの位置符号を繰返して付与し、音線番号ｉと繰返し回
数ｊとを位置符号の添字としてａijのように付す。

【００１６】上記のようにサンプリング点の符号を定
め、位置符号が同じサンプリングデータは位置符号の大
文字の符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを与えたメモリバンクに添字
の配列順をアドレスとして格納するものとすると、各メ
モリバンクには、位置符号が同一のサンプリングデータ
が走査によって得られた順序に従い下記のように格納さ
れる。

【００１７】 メモリバンクＡ； ａ11，ａ12，〜 ａ31，ａ32，〜
ａn1，ａn2，〜 メモリバンクＢ； ｂ21，ｂ22，〜 ｂ41，ｂ42，〜 メモリバンクＣ； ｃ11，ｃ12，〜 ｃ31，ｃ32，〜 メモリバンクＤ； ｄ21，ｄ22，〜 ｄ41，ｄ42，〜 上記の各メモリバンクＡ，Ｂ，Ｃ，ＤへのＡ／Ｄ変換器
出力データの振分書込みは、走査制御部４が超音波プロ
ーブによる走査順位に関連させてＡ／Ｄ変換器３の出力
順序を監視し、サンプリング順位に対応するメモリバン
クのゲートを開くようにすればよい。

【００１８】次に、エコーデータバッファのメモリバン
クのデータを読み取って補間演算処理して診断画像フレ
ームメモリに書き込むステップについて説明する。超音
波プローブ１による音場走査の音線の方向とデータのサ
ンプリング位置とは、観測にあたって選定した観測条件
と設定したパラメータによって定まっている。それゆ
え、表示装置画面の画素位置と音場走査サンプリング点
の座標位置とを関連させる関数関係もあらかじめ定めら
れ、画素位置座標（ｉ，ｊ）で表されるＡ点の画素デー
タを求める補間演算に必要な４点の音線サンプリングデ
ータのアドレスａ32，ｂ22，ｃ32，ｄ22などは、上記の
関数関係によって求めることが可能である。

【００１９】この関数関係を用いる座標（ｉ，ｊ）の画
素データの値を定める４点のサンプリングデータの格納
アドレスを求める計算が書込みアドレス発生部41で実行
され、４点のアドレスはサンプリング相対位置で区分さ
れたメモリバンクのそれぞれに対応して定まるので、そ
れぞれのメモリバンクから補間演算に用いるサンプリン
グデータを同時に読出すことができる。このように４区
分されたメモリバンクそれぞれから同時に読み出された
音線サンプリングデータは同時に補間演算部６に転送さ
れ、この転送データをもとに補間演算が行われて画素座
標（ｉ，ｊ）のＡ点に対応の画素データが定まり、診断
画像フレームメモリに書き込まれる。

【００２０】上記のように、音線データバッファを補間
演算に用いる４サンプリングデータ別に４バンク構成に
しておくと、４つのデータを同時に読み出し転送が可能
となり、一つのデータフッファにデータを書込む従来方
式に比べて４倍の早さでのデータ読出し転送が可能とな
る。上記によって診断画像フレームメモリに書込まれた
画素データは従来技術による装置と同様、表示制御部８
の制御のもとに順次読み出されてＤ／Ａ変換されてビデ
オ信号を生成し表示デバイス10に診断画像が描画され
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明による超音波診断装置の表示部で
は、音線データから画素データを補間演算によって求め
るため音線データを格納するメモリを、音線データから
画素データを求める補間演算に用いる音線サンプリング
位置区分に対応する複数のメモリバンク構成とすること
により補間演算に必要な複数データの同時読出しが可能
となり、補間演算を終えた画素データの診断画像メモリ
への書込速度が単一バッファ構成の従来技術の装置にお
けるより並列配置のメモリバンク数倍早くなるので早い
周期で変形運動する臓器のリアルタイム観測が可能にな
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＤＳＣ方式超音波診断装置のブロ
ック図

【図２】従来技術によるＤＳＣ方式超音波診断装置のブ
ロック図

【図３】本発明におけるデジタルスキャンコンバータの
作用の説明図

【符号の説明】

１ 超音波プローブ ２ フロントエンド ３ Ａ／Ｄ変換部 ４ 走査制御部 41 書込みアドレス発生部 ５ エコーデータバッファ 51 メモリバンクＡ 52 メモリバンクＢ 53 メモリバンクＣ 54 メモリバンクＤ ６ 補間演算部 ７ 診断画像フレームメモリ ８ 表示制御部 81 読出しアドレス発生部 82 ドットクロック ９ Ｄ／Ａ変換部 10 表示デバイス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音場走査によって得られた超音波エコーの
   サンプリングデータをエコーデータバッファに一時記憶
   し、診断画像を構成する画素データをエコーデータバッ
   ファに記憶のサンプリングデータをもとに演算によって
   求めて診断画像フレームメモリに書込み、診断画像フレ
   ームメモリに格納の画素データを順次繰返して読み出し
   て表示デバイスに診断画像を描画するデジタルスキャン
   コンバータ方式の超音波診断装置において、 エコーデータバッファを、診断画像フレームメモリの画
   素データを求める演算に用いるサンプリングデータの数
   に等しい数に分離され、サンプリング相対位置によって
   アドレスが付与されるメモリからなるメモリバンク構成
   とし、 各メモリバンクには、音場走査におけるサンプリング相
   対位置が同等のサンプリングデータを格納し、診断画像
   フレームメモリの画素データを求める演算のステップで
   は、演算に用いるサンプリングデータが、分離して設け
   られた各メモリバンクから同時に読み出されるようにし
   たことを特徴とする運動臓器観測用超音波診断装置。