JPH1057375A - 携帯型超音波診断装置 - Google Patents

携帯型超音波診断装置

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JPH1057375A
JPH1057375A JP9185976A JP18597697A JPH1057375A JP H1057375 A JPH1057375 A JP H1057375A JP 9185976 A JP9185976 A JP 9185976A JP 18597697 A JP18597697 A JP 18597697A JP H1057375 A JPH1057375 A JP H1057375A
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JP
Japan
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image
asic
scan
array
portable ultrasonic
Prior art date
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Pending
Application number
JP9185976A
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English (en)
Inventor
Lauren S Pflugrath
ロ−レン・エス・プルグラス
Jacques Souquet
ジャック・ス−ク
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Advanced Technology Laboratories Inc
Original Assignee
Advanced Technology Laboratories Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 アレー変換器；および該アレー変換器素
子が受信したエコー信号を遅延し結合するビーム形成器
からなる携帯型超音波装置であって、該アレー変換器と
該ビーム形成器が同一容器に収納されていることを特徴
とする携帯型超音波装置。 【効果】 Ｂモードとドップラー画像処理の両方を実施
可能であって、好適例ではアレー変換器、ディジタルビ
ーム形成器、ディジタルフィルターおよび画像処理器
を、４．５ｋｇあるいはそれ以下の重量の一つまたは二
つ以上の容器に収納することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は医療用超音波装置に
関し、特に完全集積携帯型(fully integrated hand hel
d)超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、現代の超音波診断装置は
大きく、複雑な装置である。今日の高級な超音波装置
は、移動可能なようにカ−トに乗せられているといって
も、まだ数百キログラム(数百ポンド）という重量を有
している。過去に、本出願人である、アドバンスト・テ
クノロジ−・ラボラトリ−ズ・インコ−ポレイテッドが
製造したＡＤＲ４０００のような超音波装置は、より小
型で、ほぼパ−ソナル・コンピュ−タ−並みの大きさの
卓上用装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような機
械は色ドップラ−画像処理や三次元表示機能など、多く
の現在の進歩した高級超音波装置の特徴を欠いていた。
超音波装置の高度化につれて、それらは嵩高くなってき
た。しかし、ディジタル電子機器の絶えざる高密度化に
従って、超音波装置を初期の装置よりもずっと小さく小
型化できることを予見できる時代となっている。医師は
電気カミソリ程の大きさの携帯型超音波走査ヘッドでい
つも診察している。慣れた走査ヘッドと同様、超音波装
置全体を走査ヘッドの大きさに小型化できることが望ま
しい。さらにこのような超音波装置が、スペックル除
去、色ドップラ−、三次元画像処理機能など今日の高度
な超音波装置の特徴をできるだけ多数保持することが望
まれる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、携帯型
小型ユニットに高級超音波装置の多くの特徴を有する超
音波診断装置が提供される。その機器は単一ユニットと
して製造することができるが、好適例では二つのユニッ
ト、即ち一つのユニットは変換器、ビ−ム形成器および
画像処理装置、そして他方のユニットは、表示装置と両
ユニットの電源で構成される。このような構成では、超
音波画像が最も見やすい位置に後者ユニットを置き、ま
たは置きながら、二つのユニット間のケ−ブルが、映像
を表示ユニット上に表示させた状態で、変換器/処理装
置ユニットを片手で操作することが可能である。このケ
−ブルはまた表示ユニットから変換器／処理器ユニット
に電源を提供する。
【０００５】好適例では、変換器から映像出力まで、超
音波装置は、四種類の用途特定集積回路(application s
pecific integrated circuit)（以下「ＡＳＩＣ」とい
う）により製造される：即ち、アレ−変換器の素子に接
続する、発信／受信ＡＳＩＣ、発信と受信ビ−ム形成を
実施、制御するフロントエンドＡＳＩＣ、ろ過など、超
音波信号を処理するディジタル信号処理ＡＳＩＣ、そし
て、処理した超音波信号を受信し、超音波画像デ−タを
作成する、バックエンド(back end)ＡＳＩＣである。画
像は、通常のモニタ−または液晶表示装置（ＬＣＤ）の
いずれかで表示することができる。ＡＳＩＣで構成され
てはいるが、コネクタやケ−ブルに従来起因する問題を
除去するため、ユニットの電子機器は、単一印刷回路基
板上に組み立ててもよい。この高度な超音波装置は、
２．２〜２．３ｋｇ(five pounds)以下の重量の携帯型
装置として製造することができる。
【０００６】図１は本発明の携帯型超音波装置の構成の
ブロックダイヤグラムである。図２ａ、２ｂは、単一ユ
ニットに収納された本発明の携帯型超音波装置の正面図
と側面図である。図３ａと３ｂは、本発明の二ユニット
携帯型超音波装置の変換器ユニットの正面図と側面図で
ある。図４は二ユニット容器による本発明の携帯型超音
波装置の二つのユニットを示す。図５は図１の超音波装
置の発信／受信ＡＳＩＣの説明図である。図６は図１の
超音波装置のフロントエンドＡＳＩＣのブロックダイヤ
グラムである。図７は発信／受信ＡＳＩＣとフロントエ
ンドＡＳＩＣにより作動する開口制御を示す。図８は図
１の超音波装置のディジタル信号処理ＡＳＩＣのブロッ
クダイヤグラムである。図９はフラッシュ除去のための
最小−最大フィルタ(min−max filter)を示す。図１０
ａ〜１０ｃはフラッシュ除去処理器の作動を説明する波
形である。図１１はディジタル信号処理ＡＳＩＣによる
Ｂモ−ド処理のフロ−チャ−トである。図１２はディジ
タル信号処理ＡＳＩＣによるドップラ−処理のフロ−チ
ャ−トである。図１３は図１の超音波装置のバックエン
ドＡＳＩＣのブロックダイヤグラムである。図１４は本
発明によるＲθ走査変換方法の説明図である。図１５は
走査変換器による走査線内挿方法を説明している。図１
６は本発明による走査変換のさらなる説明である。図１
７ａと１７ｂはＢモ−ドとドップラ−との結合画像を説
明している。図１８は、Ｂモ−ドとドップラ−を結合し
た走査線を説明している。図１９と２０は二次元画像フ
レ−ムを使用した三次元透視図を説明している。図２１
は三次元画像処理の間のフレ−ムバッファメモリの区画
化(partitioning)を説明している。図２２は図１の超音
波装置の使用者制御のチャ−トである。
【０００７】
【発明の実施の形態】まず図１は、本発明の携帯型(han
d held)超音波装置の構成を示している。機能と特性の
慎重な選択と集積回路と超音波技術の効率的な使用によ
ってのみ単一の携帯型ユニット中への全超音波装置の収
納が可能となる。変換器アレ−１０がその固体(solid s
tate)電子制御能力、可変開口、画像処理能力および信
頼性のために使用される。平面または曲線線形アレ−の
いずれかを使用することができるが、好適例では、アレ
−は広範囲セクタ−走査場(a broad sector scanning f
ield)を可能とする曲線アレ−である。好適例ではフェ
−ズドアレ−などの平面アレ−の操作と焦点合わせの双
方をするための十分な遅延能力が与えられているが、曲
線アレ−の幾何学的曲率はビ−ム形成器での遅延の必要
性を減らす。アレ−の素子は、変換器素子を駆動し、素
子が受信したエコ−を受ける発信／受信ＡＳＩＣ２０に
接続する。発信／受信ＡＳＩＣ３０もアレ−１０の発
信、受信開口と受信エコ−信号の利得(gain)を制御す
る。発信／受信ＡＳＩＣは変換器素子から数インチ（数
センチメ−トル）以内の場所に、好ましくは同じ容器内
で、ちょうど変換器の後に位置させることが好ましい。
【０００８】発信／受信ＡＳＩＣ２０で受信されたエコ
−は、隣接するフロントエンドＡＳＩＣ３０に転送さ
れ、そこで個々の変換器素子からのエコ−をビ−ム形成
し、走査線信号にする。このフロントエンドＡＳＩＣ３
０は発信波形、タイミング、開口および焦点合わせも制
御する。説明例ではフロントエンドＡＳＩＣ３０は、そ
の他のＡＳＩＣ、時間利得制御、そしてモニタ−に対し
てタイミング信号を発し、そして変換器アレ−に与えら
れる電力を制御し、これにより患者に負荷される音響エ
ネルギ−を制御し、装置の電力消費を極少化する。記憶
装置３２はフロントエンドＡＳＩＣ３０に接続し、ビ−
ム形成器で使用されるデ−タを記憶する。
【０００９】ビ−ム形成された走査線信号はフロントエ
ンドＡＳＩＣ３０から隣接するディジタル信号処理ＡＳ
ＩＣ４０に転送される。このディジタル信号処理ＡＳＩ
Ｃ４０は走査線信号をろ過し、好適例では、合成開口形
成、周波数混合、パワ−ドップラ−（色パワ−脈管(ang
io)）処理などのドップラ−処理、そしてスペックル除
去を含むいくつかの先進的処理方法も提供する。
【００１０】超音波Ｂモ−ドとドップラ−情報は次いで
走査変換と映像出力信号形成のために隣接するバックエ
ンドＡＳＩＣ５０に送られる。記憶装置４２はバックエ
ンドＡＳＩＣ５０に接続し、三次元パワ−ドップラ−
（３Ｄ ＣＰＡ）画像処理に使用される記憶装置とな
る。このバックエンドＡＳＩＣも、時間、日付、患者識
別番号などの文字数字情報を表示に加える。グラフィッ
クス(graphics)処理器は、超音波画像に、深さ、焦点標
識、カ−ソルなどの情報を重ねる。超音波画像のフレ−
ムはバックエンドＡＳＩＣ５０に接続する映像記憶装置
５４に記憶され、それらは呼び出され、そして一連の生
の(live)シネル−プ（Ｃｉｎｅｌｏｏｐ）（商標）実時
間再表示を行う。映像情報としては、ＮＴＳＣおよびＰ
ＡＬテレビジョン方式およびＬＣＤ表示装置６０または
映像モニタ−用ＲＧＢドライブ信号など、いくつかの方
式(format)による映像出力が利用可能である。
【００１１】このバックエンドＡＳＩＣ５０も超音波装
置用中央処理装置、ＲＩＳＣ(reduced instruction set
controller)処理装置を有する。このＲＩＳＣ処理装置
は、フロントエンドとディジタル信号処理の両ＡＳＩＣ
に接続し、該携帯型装置全体の処理と制御機能を制御し
同期させる。プログラム記憶装置５２はバックエンドＡ
ＳＩＣ５０に接続し、該装置の操作、制御に、ＲＩＳＣ
処理装置が使用するプログラムデ−タを記憶する。この
バックエンドＡＳＩＣ５０もＰＣＭＣＩＡインタ−フェ
イス５６と表示されているデ−タポ−トに接続する。こ
のインタ−フェイスは携帯型超音波装置に、他のモジュ
−ルや機能の接続を可能とする。このインタ−フェイス
５６はモデム、通信リンク(link)と接続し、超音波情報
を発信し、遠隔地からの超音波情報を受信することを可
能とする。このインタ−フェイスは超音波情報解析機器
などの新機能を該装置に追加するために、他のデ−タ記
憶装置と接続することを可能とする。
【００１２】このＲＩＳＣ処理装置は、携帯型超音波装
置の操作を指示し制御するための使用者の入力を可能と
する、装置の使用者制御７０にも接続する。
【００１３】具体例中の、携帯型超音波装置の電源は、
再充電可能な電池により提供される。電池電力は保存さ
れ、電力サブシステム８０から該装置の機器に供給され
る。この電力サブシステム８０は、低電池電圧を、変換
器アレ−１０の素子を駆動するのに発信／受信ＡＳＩＣ
２０に必要な高電圧に変換するＤＣ変換器を有する。
【００１４】図２ａと２ｂは図１の超音波装置を収納す
る一体装置８０を示す。この装置の前面を、ＬＣＤ表示
装置６０を有する上部８３と共に、図２ａに示す。下部
８１は８６に示すように、使用者制御部を有する。この
使用者制御部は使用者が、装置電源をオン、オフし、モ
−ド（Ｂモ−ド若しくはドップラ−）、色ドップラ−セ
クタ−、フレ−ム速度などの操作や、三次元表示などの
特別な機能の選択を可能にする。使用者制御部からも時
間、日付、患者デ−タの入力が可能である。十字印で示
された四方向制御は、スクリ−ン上のカ−ソルを操作
し、または使用者メニュ−から機能を選択するためのジ
ョイスティック(joystick)として機能する。希望によ
り、カ−ソルや他の制御を多方向に動かすためにマウス
ボ−ルやトラックパッドを使用してもよい。制御のいく
つかのボタンやスイッチが、画像停止(freeze)、シネル
−プメモリからの一連画像の記憶、再表示など特定機能
のために割り当てられている。
【００１５】装置８０の底部は、曲線変換器アレ−１０
の開口(aperture)８４である。使用時、変換器開口は患
者に当てられ、患者を走査し、超音波画像がＬＣＤ表示
装置６０上に表示される。
【００１６】図２ｂは装置の奥行きを示す装置８０の側
面図である。この装置は約２０．３ｃｍの高さ、１１．
４ｃｍの幅、４．５ｃｍの奥行きである。この装置は５
ポンド（２．２５ｋｇ）以下の重さの単一形態で、曲線
アレ−変換器プロ−ブを有する全ての操作が可能な超音
波装置の全要素を含んでいる。この重さの主要部分は装
置内に収納された電池が占めている。
【００１７】図３と図４は、二つに分かれた部分に超音
波装置が収納された第二の収納容器の形態を示してい
る。下部８１は、変換器アレ−、映像信号出力に至るま
での電子機器、そして使用者制御を有する。図３ａに、
底部に見える曲線変換器アレ−開口と共に、この下部を
示す。図３ｂに下部の側面図を示す。この下部は、約１
１．４ｃｍの高さ、９．８ｃｍの幅、２．５ｃｍの奥行
きを有する。この装置は従来の超音波走査ヘッドとほぼ
等しい重量を有する。この下部は図４に示すように上部
８３とケ−ブル９０で接続する。上部８３はＬＣＤ表示
装置８２と電池パック８８を有する。ケ−ブル９０は下
部８１からの表示用映像信号を上部ユニットに転送し、
そして電池パック８８から下部ユニットに電力を供給す
る。この二つの部分ユニットは、観察に都合の良い一定
の場所に上部を置いたまま、使用者が患者に対して従来
の走査ヘッドの要領で、下部と変換器８４を操作するこ
とができるので、便利である。上部に電池パックを置く
ことにより、下部が軽量化され、患者身体に対して容易
に操作をすることができる。
【００１８】他の装置収納形態は容易に想到可能であろ
う。例えば、フロントエンドＡＳＩＣのビ−ム形成器
を、異なるアレ−変換器に接続可能な状態として、フロ
ントエンドＡＳＩＣ３０、ディジタル信号処理ＡＳＩＣ
４０、そしてバックエンドＡＳＩＣ５０を、共通容器内
に収納することができる。これにより異なる診断画像処
理用に、ディジタルビ−ム形成器、ディジタルフィル
タ、そして画像処理装置と共に、種々の変換器の使用が
可能となる。表示装置は三つのＡＳＩＣと同じ容器に収
納可能であり、またはバックエンドＡＳＩＣの出力を、
別の表示装置に接続することもできる。
【００１９】図５は、発信／受信ＡＳＩＣ２０をより詳
細に示している。このＡＳＩＣは１６の部分(section)
からなり、その各々は、アレ−１０の６つの変換器素子
に接続する。図示された部分２０ａは図の左端の端子
で、素子１，１７，３３，４９，６５、８１に接続す
る。部分当たり６素子なので、全ＡＳＩＣは９６素子変
換器として作動する。各部分を８素子で作動する形態と
することもでき、例えばこの場合には、ＡＳＩＣは１２
８素子変換器を制御することとなる。走査線の超音波パ
ルスの発信前に、フロントエンドＡＳＩＣ３０からのデ
−タの連続流れ(serial stream)は、図の右端の発信デ
−タ入力とＣｌｋ端末で発信開口選択論理２０６に入力
される。この発信開口選択論理２０６はこのデ−タを使
用して、マルチプレクサ・スイッチを、特定の走査線用
に活性化する変換器素子用の、３：１発信多重通信回路
２０８と２１０に切り替える。例えば、発信される次の
走査線は、素子１−３２からなる発信開口を有するであ
ろう。これには、発信多重通信回路２０８は、素子１端
末にパルサ−２０２を接続するスイッチを閉じ、そして
発信多重通信回路２１０は、素子１７端末にパルサ−２
０４を接続するスイッチを閉じることを必要とする。同
様に、ＡＳＩＣの他の１５の部分の発信多重通信回路
は、パルサ−を素子端末２−１６と１８−３２に接続す
る。
【００２０】接続された素子１と１７が活性化される
時、フロントエンドＡＳＩＣにより信号１入力と信号２
入力端末に、パルサ−２０２と２０４の駆動信号が送ら
れる。単極パルサ−においては、駆動信号がこれらの端
末に入力され、次いで可動化(enable)１と可動化２端末
に入力された信号により、適切な時期にパルサ−が可動
化される。必要により、相補波形が対となる端末に適切
な時期に入力される。これらの駆動信号は、パルサ−入
力に論理レベル信号として入力され、次いで多重通信回
路２０８と２１０に入力された高電圧ＨＶの入力によ
り、高電圧駆動波形に転換される。パルサ−と多重通信
回路機能を単一ユニットとして製作することも可能であ
り、これにより該多重通信回路の各スイッチは効率的に
高電圧パルサ−となる。言い換えると、これは各多重通
信回路が３つの分離して制御されるパルサ−からなるこ
とを意味する。必要により、発信多重通信回路の入力の
二つのパルサ−を削除し、発信多重通信回路の出力の六
つのパルサ−により置き換えることができるが、説明例
では都合良く、ただ二つの低電圧パルサ−のみを必要と
する。素子１−３２の開口の例を続けると、もし素子１
が開口の周縁にあり、素子１７が開口のより中心にある
とすると、素子１は、素子１７よりも先にパルス発信さ
れ、焦点合わせされた発信超音波波形を作成する。
【００２１】走査線の発信前に、フロントエンドＡＳＩ
Ｃからのディジタルデ−タの流れは、論理２１４に接続
するＣｌｋ端末と受信デ−タ入力から受信開口選択論理
２１４に送られる。受信開口選択論理は、適正な受信開
口になるように、６：１受信多重通信回路２１２と１：
８受信多重通信回路２１８中のスイッチを閉じる。発信
開口選択論理と同様に、受信開口選択論理は、ＡＳＩＣ
がその時の走査線からのエコ−を受信している間にも、
次の走査線用のデ−タを受信可能なように、バッファ記
憶装置を有する。説明例では、１：８受信多重通信回路
２１８の出力の８本のデ−タバスラインにより示される
１６素子組合せ受信開口用に設計されている。６：１受
信多重通信回路２１２への入力は、部分２０１に向かう
６素子端末に接続し、多重通信回路入力での発信／受信
ネットワ−クの統合(integration)により、高駆動電圧
から保護されている。受信開口選択論理２１４は、多重
通信回路２１２の入力の一つを多重通信回路出力に接続
し、選択された素子からの受信信号は第一時間利得制御
（ＴＧＣ）増幅器２１６に転送される。このＴＧＣ増幅
器の利得は、ＡＳＩＣのＴＧＣ制御端末に送られる制御
信号により制御される。増幅器２１６の増幅率は、常法
により超音波エコ−の受信深さが増すにつれて増大す
る。増幅されたエコ−信号は、次いで１：８受信多重通
信回路２１８のスイッチングにより、デ−タバスライン
２２０の一つに送られる。
【００２２】それぞれのデ−タバスライン２２０は、Ａ
ＳＩＣの全ての１：８受信多重通信回路の同じ対応する
出力に接続する。多重通信回路２１８の出力は、１−８
に番号付けされている。各１：８受信多重通信回路の出
力１はデ−タラインの同一のものに接続し；各１：８受
信多重通信回路の出力２はデ−タラインの他の一つに接
続し；以下同様である。好適例の装置では、変換器に直
交して発信される走査線の１６素子組合せ開口を使用す
る。これは、開口の２素子が操作の同一受信位相にある
ことを意味し；受信開口の１６素子は、対となって８受
信位相を有することとなる。例えば、もし受信走査線が
素子１−１６の開口の中心に位置しているとすると、素
子１と１６は同一受信タイミングとなる。素子１が受信
したエコ−は多重通信回路２１２を通じて転送され、Ｔ
ＧＣ増幅器２１６により増幅され、多重通信回路２１８
を通じて転送され、そして多重通信回路２１８の出力８
で電流(current)出力が形成される。同時に、素子１６
が受信したエコ−は、ＡＳＩＣの他の部分の多重通信回
路を通じて転送され、同様に他のＴＧＣ増幅器で増幅さ
れ、そして他の１：８受信多重通信回路の出力８での電
流出力が形成される。これらの２つの電流は組合せ開口
のおかげで、同位相化され、受信多重通信回路の出力８
に接続するデ−タライン上で結合される。
【００２３】各デ−タラインの電流はろ過され、２２２
で示されるようなフィルタネットワ−クにより電圧に変
換される。好適例では、フィルタネットワ−ク２２２は
ＡＳＩＣ端末の外部にあって接続されているので、その
構成要素、従ってそのフィルタ特性は容易に選択、変更
が可能である。このフィルタ特性は変換器の通過帯域(p
assband)に適合するように選択された帯域通過(bandpas
s)となる。３．５ＭＨｚ変換器の場合には、通過帯域は
例えば、１．５から５．５ＭＨｚの幅である。フィルタ
は、フィルタインピ−ダンスを通じて電源に接続し、電
流信号を単一電圧に変換する。この電圧は他の(または
同じ)ＡＳＩＣ端末を通じ、該ＡＳＩＣに再入力され、
第二のＴＧＣ増幅器２２４の入力に送られる。二つのＴ
ＧＣ増幅器の使用により二つの縦続(cascaded)増幅器の
広いダイナミックレンジにわたる操作が可能となる。説
明例では、単一ＴＧＣ制御が、両方のＴＧＣ増幅器２１
６と２２４に対して、同一の制御特性を使用するが、二
つの増幅器に独立した異なるＴＧＣ特性を適用すること
も可能である。増幅されたエコ−信号はＡＳＩＣの最終
出力端末に送られ、そこでそれらは帯域通過フィルタ２
２６でろ過され、フロントエンドＡＳＩＣ上のビ−ム形
成器の入力でアナログからディジタル（Ａ／Ｄ）変換器
に送られる。
【００２４】発信／受信ＡＳＩＣ２０の各部分は別々の
ＡＳＩＣ中に収納しても、いくつかの部分を同じＡＳＩ
Ｃ上に統合し、結合してもよい。しかし全１６部分を単
一ＡＳＩＣチップ(chip)に統合するのが好ましい。
【００２５】従って、好適例では、発信／受信ＡＳＩＣ
２０は９６素子変換器アレ−と共に動作し、３２素子発
信開口と１６素子組合せ受信開口を使用する。以下に論
ずるように、合成開口を使用することで、装置は発信と
受信の両方に３２素子開口となる。
【００２６】図６にフロントエンドＡＳＩＣ３０の詳細
を示す。この図はフロントエンドＡＳＩＣ３０の一つの
部分(section)３０ａを示している。フロントエンドＡ
ＳＩＣには８個の同様の部分があり、発信／受信ＡＳＩ
Ｃ２０からの８個の出力のビ−ム形成を可能とする。各
エコ−信号出力はＡ／Ｄ変換器３１０の入力に送られ、
そこでエコ−信号はディジタルデ−タに変換される。各
素子（または組合せ開口中の素子のそれぞれの対）から
のディジタルデ−タはクロック信号Ａ／ＤＣｌｋによ
り、第一入力第一出力（ＦＩＦＯ）レジスタ３１２に移
される(shifted)。クロック信号の開始を遅らせる動的
焦点時期調整回路３１４によりＡ／ＤＣｌｋ信号が与え
られ、初期遅延を与え、次いで信号サンプリング時間を
制御して、受信エコ−信号の動的焦点合わせを行う。Ｆ
ＩＦＯレジスタ３１２の長さは、初期遅延、変換器中心
周波数、開口の大きさ、アレ−の曲率、そしてビ−ム操
作の必要性により決定される。より高い中心周波数と曲
線アレ−は遅延の必要性を、従って例えば、ＦＩＦＯレ
ジスタの長さの必要性を減じる。ＦＩＦＯレジスタ３１
２からの遅延エコ−信号は乗算器(multiplier)３１６に
送られ、そこでエコ−信号は動的重みレジスタ３１８に
記憶された動的重み付け値により重み付けされる。この
動的重み値は、動的受信開口の効果を考慮したエコ−情
報に規格化するためにエコ−信号を重み付けするのであ
るが、ここに該開口はエコ−が走査線方向により深い所
から受信されるにつれて、外側の素子が加わることによ
り拡大する。遅延され重み付けされたエコ−信号は次い
で、加算回路(summing circuit)３２０により、適切に
遅延され重み付けされた他の素子からのエコ−信号、そ
して縦続接続されたその他の遅延段階からのエコ−信号
と加算される。同期オ−バ−フロ−ビットと共に、ビ−
ム形成されたエコ−信号がＲＦデ−タバスの出力走査線
デ−タとして形成される。それぞれの一連の走査線に伴
って、エコ−信号が、ＡＳＩＣのＲＦヘッダ−シ−ケン
サにより与えられる情報を識別し、それは作成している
走査線デ−タの種類を特定する。このＲＦヘッダは、例
えば、走査線がＢモ−ドエコ−デ−タか、またはドップ
ラ−デ−タかを特定する。
【００２７】必要に応じ、他のディジタル記憶装置をビ
−ム形成器に遅延を与えるのに使用することができる。
受信ディジタルエコ−試料の記憶に、二重ポ−ト(dual
ported)ランダム・アクセス・メモリを使用することが
でき、それは適宜または連続的にメモリから読み出さ
れ、変換器素子からの信号に、所望の遅延を与える。
【００２８】フロントエンドＡＳＩＣの各部分３０ａ
は、アレ−の四つの変換器素子の発信制御回路３０２−
３０８を有する。従って８個の部分は、同時にアレ−の
３２素子の発信制御となり、これにより最大発信開口が
決まる。発信制御回路は、所望の発信周波数の波形を形
成し、パルサ−を適切な時点で活性化させる信号を発し
て、所望の深さに焦点合わせされた発信音響信号を作成
する。
【００２９】フロントエンドＡＳＩＣは発信と受信機能
用の総括制御をする共通制御部３３０を有する。この制
御部３３０はバックエンドＡＳＩＣに位置するＲＩＳＣ
処理器に制御され、ＲＩＳＣ処理器の制御下でデ−タを
受信する。この特定の画像フレ−ム用のデ−タテ−ブル
はランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３２に記憶さ
れ、ＲＩＳＣ処理器の命令で、制御部３３０に入力(loa
d)される。この制御部３３０は、一連の発信、受信機能
用の多数のシ−ケンサを有する。このフレ−ムシ−ケン
サ３３２は、他のシ−ケンサにより使用される、作成し
ようとする画像フレ−ムの方式を識別するための情報を
作成する。このフレ−ムシ−ケンサは、例えば、次のフ
レ−ムを、４個のドップラ−走査線群の間に挿入された
Ｂモ−ド走査線として特定し、そして一連の走査線の順
番を、全ての奇数番号走査線に全ての偶数走査線が続く
ようにするデ−タを記憶する。この情報はラインシ−ケ
ンサ３３４に与えられ、それは正しい順に発信され、受
信される走査線を制御する。新走査線を準備するため
に、該ラインシ−ケンサは、所望の順番のＴＧＣ制御デ
−タを作成するようＴＧＣシ−ケンサ３３６を制御す
る。ＴＧＣシ−ケンサからのＴＧＣ制御デ−タは、ディ
ジタルからアナログ変換器（ＤＡＣ）３３８により電圧
信号に変換され、発信／受信ＡＳＩＣ２０のＴＧＣ制御
入力端末に送られる。ラインシ−ケンサ３３４も連続バ
スシ−ケンサ３４０(serial bus sequencer)を制御し、
それは発信／受信ＡＳＩＣ上の発信と受信開口選択論理
回路２０６と２１４用の連続デ−タを連続バス(serial
bus)上に作成する。受信／発信（ＲＴ）レジスタロ−ダ
３４２は、開口選択論理回路２０６と２１４、発信制御
回路３０２−３０８、動的焦点時間調整回路３１４およ
び動的重み付けレジスタ３１８を含む、両ＡＳＩＣ上の
種々のレジスタへの、新走査線用のデ−タ転送を制御す
る。実時間機能を実行する全レジスタは二重にバッファ
されている。上述のように、種々のレジスタがバッファ
され、制御デ−タは連続バスに置かれ、制御デ−タが使
用される走査線に先立つラインの間に種々のレジスタに
転送される。
【００３０】フロントエンドＡＳＩＣ３０は電流モニタ
−回路３４６を有し、それはＡ／Ｄ変換器３４８を通
じ、ＨＶバス上の電流をサンプリングし測定する。この
電流モニタ−は、もしも過剰電流値が検知されたとき、
高電圧供給を低下させるか完全に切断することにより患
者の安全を確保し、患者を変換器の過熱または許容範囲
を越えた高い音響出力レベルから保護する。
【００３１】フロントエンドＡＳＩＣはその制御部中
に、装置の全動作を同期する多数の同期クロック信号を
作成するクロック作成器３５０を有する。近接した装置
機器間の干渉とクロスト−ク(crosstalk)を防止するた
めに、走査線発信周波数は、映像出力信号周波数に同期
され、一つの周波数の倍音(harmonics)が他方の妨害成
分を生じさせないようにする。結晶発信器（示されてい
ない）がフロントエンドＡＳＩＣ３０に接続し、装置の
全てのクロック信号の元となる６０ＭＨｚ等の基本高周
波数を生じさせる。
【００３２】曲線アレ−の３２素子からなる合成組合せ
開口の走査線を作成する発信／受信ＡＳＩＣとフロント
エンドＡＳＩＣ２０と３０の動作を、図７を参照しつつ
説明する。この図において、複数のＡＳＩＣが、曲線ア
レ−１０の２５から３２、そして１から２４に番号付け
された３２素子からなる変換器の開口を制御している。
全開口の走査線情報を収集するには、全３２素子の二つ
の発信シ−ケンスを必要とする。発信のために、ライン
シ−ケンサ３３４、連続バスシ−ケンサ３４０、ＲＴレ
ジスタロ−ダ３４２が、フロントエンドＡＳＩＣ上の３
２発信制御器と１６発信開口選択論理回路２０６中に、
適当な発信多重通信回路（ｍｕｘ）デ−タを転送(load)
する。開口選択論理回路が次いで３２発信多重通信回路
を制御し、所望の発信開口である、２５−３２そして１
−２４に番号付けされた素子に、パルサ−を接続する。
パルサ−は発信制御回路によりパルス発信し、図７中、
点Ｆに焦点合わせされた音響波を生じさせる。
【００３３】第一のパルス発信後、１−１６と番号付け
された中央部分の素子がエコ−を受信し、その時、それ
らは１６の６：１受信多重通信回路と１：８受信多重通
信回路により、８つの出力デ−タラインに送られる。１
６の受信信号は、初期ＴＧＣ増幅器を通るとき、別々の
ものとして示され、そのうちの８個が図７中２１６’で
示されるように、列として示されている。同様の位相の
信号は次いで、組合せ開口の性質上、対にされ、そこで
ラインの対がビ−ム形成器遅延ラインの入力で一緒にさ
れ、そのうちの４個が３７０で示されている。図示した
例において、走査線３６０は素子８と９の間のアレ−開
口の中心から延びている。これは、素子８と９が受信し
たエコ−信号が、同位相にあり、結合可能であることを
意味している。同様に、対の素子７と１０、対の素子６
と１１そして対の素子５と１２が受信するエコ−も結合
可能である。従って、第一の発信パルスの後、素子１−
１６が受信するエコ−は、八つの遅延ＦＩＦＯにより遅
延され、加算回路３２０により加算される。この半開口
は次いで他の半開口の受信のために記憶される。
【００３４】他の音響パルスが開口の全３２素子から発
信される。この第二のパルスの後、受信多重通信回路が
素子２５−３２と１７−２４からのエコ−をビ−ム形成
器に転送する。組合せ開口の対称性により、素子３２か
らのエコ−は素子１７からのエコ−と対にされ、両者は
結合される。同時に、素子３１からのエコ−は素子１８
からのエコ−と対にされ、最も横方向の対となる素子２
５と２４まで以下同様である。
【００３５】１６の受信エコ−は、組合せ開口により八
つの信号に対に組み合わされ、八つの遅延ＦＩＦＯによ
り適宜遅延され、加算され、走査線の第二の半開口が形
成される。二つの半開口はここで該二つのシ−ケンスの
走査線に沿ったエコ−成分の位置の関数として加算され
る。従って、開口の内側の１６素子から、次いで外側の
１６素子から別個に受信したエコ−を、結合して全開口
が形成される。両受信時間の間、ＴＧＣ制御の同一状態
を維持することにより、正確にビ−ム形成された合成開
口信号が作成される。動的重み付けと動的焦点合わせ
は、二つのシ−ケンス間における受信素子の開口位置の
相違により、二つの受信シ−ケンスに各別に作用する。
二つのシ−ケンスの間における、ＦＩＦＯにより与えら
れる遅延は、それぞれのシ−ケンスの、受信素子の開口
内での位置の相違により、相違する。
【００３６】図８は、ディジタル信号処理ＡＳＩＣ４０
のブロックダイヤグラムを示す。フロントエンドＡＳＩ
Ｃ３０からの走査線信号は、正規化(normalization)回
路に送られ、そこでこれらに係数メモリ(coefficient m
emory)４０８により与えられる可変係数が積算され、受
信信号を開口変化に関して正規化する。走査線に沿っ
て、変換器が浅い部位からの信号を受信しているとき、
４または８変換器素子など、比較的小さな開口が、エコ
−信号の受信に使用される。走査線に沿って受信深さが
大きくなるにつれて、開口は徐々に大きくなり、最深部
で全３２素子開口が使用される。正規化回路は、開口変
化の範囲について、係数４または８などの適正な係数を
受信走査線信号に積算し、この開口変化効果を除くため
に信号を正規化する。
【００３７】超音波装置がＢモ−ドで運転され、組織や
器官の構造画像を形成するとき、ディジタル信号処理器
は、図１１のフロ−チャ−トで示すように操作される。
正規化されたエコ−信号は、図８の二つのバスをたど
り、その一つは、四つの乗算フィルタ４１２に送られ、
他方はマルチプレクサ(multiplexer)４２２により、第
二の四つの乗算フィルタ４１４に送られる。それぞれの
乗算フィルタは、ＦＩＲ(finite impulse response)フ
ィルタとして動作する累算器と乗算器を有する。走査線
エコ−信号は、連続的に累算器に送られ、係数メモリ４
０８により与えられる係数を乗じられ、その計算値は乗
算器の出力で累算器に記憶される。フィルタ４１２の係
数は、コサイン関数によりエコ−信号に乗算するように
選択され、フィルタ４１４の係数は、サイン関数により
エコ−信号に乗算されるように選択され、ＩとＱ直交(q
uadrature)信号検知が準備される。四つの乗算フィルタ
が、乗算器への入力速度よりも低速で累算信号を作成
し、これによりデシメイション(decimation)帯域通過フ
ィルタ処理を実施する。信号帯域幅が表示モニタ−の表
示帯域幅を越えるときは、画像線にエイリアシング(ali
asing)状態によるちらつき(flicker)が発生する。この
デシメイションフィルタ処理は、モニタ−の表示帯域幅
に合うように、デ−タ速度と共に信号帯域幅を減少させ
るように設計される。乗算器に連続的に入力信号と係数
を送り、中間計算値を累積することにより、フィルタの
有効長さを増加させることができる。例えば、入力信号
１−８は第四の乗算器により連続的に重み付けされ、こ
の計算値を第四の累算器に記憶させ；入力信号３−１０
は、第三の乗算器で重み付けされ、その計算値は第三の
累算器に記憶させ、入力信号５−１２は第二の乗算器に
より連続的に重み付けされ、この計算値は第二の累算器
に記憶され；入力信号７−１４は、第一の乗算器で重み
付けされ、その計算値は第一の累算器に記憶される。こ
れによりデ−タ速度は半減し、各乗算器と累算器は効率
的に８タップフィルタとして動作する。従ってフィルタ
のタップの実効的な数は、乗算器の数（この例では４）
と減速比（この例では２）の積である。
【００３８】さらに、このフィルタはｒ．ｆ．ノイズと
量子化(quantization)ノイズをその帯域限定効果により
除去する。ＩとＱエコ−信号試料は、フィルタ４１２と
４１４の出力で作成され、所望により、利得段階４１６
と４１８の乗算器により増幅され、次いでｒ．ｆ．メモ
リ４２０に記憶される。Ｑ試料は乗算器４２６により
ｒ．ｆ．メモリに送られる。
【００３９】合成開口画像が形成されるとき、開口の第
一の半分の走査線からのＩとＱ試料（上記図７の検討参
照）は、他の開口半分からのＩとＱ試料が受信されるま
で、ｒ．ｆ．メモリに記憶される。開口の第二の半分か
らの試料が受信されると共に、それらは加算器４２４に
より、それらが空間的に対応する相手と結合される。こ
のメモリの容量は、デシメイションフィルタ処理後の開
口信号を記憶することにより最少に保たれ、それは走査
線信号試料の記憶に必要なメモリ容量を減少させる。
【００４０】全開口のＩとＱ試料が形成された後、エコ
−試料は加算器４２４から、検知と圧縮回路４２８に送
られる。この回路は、（Ｉ2＋Ｑ2）1/2の形の包絡線検
知(envelope detection)を実施するためのＣＯＲＤＩＣ
処理器を形成するよう配置された一つの乗算器と二つの
シフトレジスタ(shift register)を有する。例えば、ボ
ルダ−のＣＯＲＤＩＣ三角関数計算技術(J.E. Volder,
IRE Trans. on Elect.Computers, (Sept. 1959))を参照
せよ。検知信号は圧縮され、表示グレ−レベル(gray le
vel)の所望の範囲に検知信号をマッピングするために基
準化される(scaled)。
【００４１】検知と圧縮マッピングの後、グレ−スケ−
ル信号はＦＩＲフィルタ４３２で低域通過ろ過され、画
像フレ−ムメモリ４３０に記憶される。もしも選択走査
モ−ドが単一発信焦点を利用するならば、グレ−スケ−
ル信号は走査変換のためにバックエンドＡＳＩＣ５０に
送られる。ＡＳＩＣ４０を出る前に、このグレ−スケ−
ル信号は、フレ−ムバッファとして画像フレ−ムメモリ
４３０を使用する無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィル
タ４３６によりフレ−ム平均され、一つの乗算器と二つ
の加算器がまとめられ(incorporate)、下式のフレ−ム
−フレ−ム平均が実施される。
【００４２】 Ｆout＝（１−α）Ｆout-1＋αＦnew＝Ｆ
out-1＋α（Ｆnew−Ｆout-1）
【００４３】ここに乗算係数はαである。もしも係数が
二進数(例えば、０．５，０．２５、 ０．１２５)の場
合、Ｆoutがアド−シフト−アド(add−shift−add)操作
で得られる。
【００４４】もし多重焦点ゾ−ンが使用されると、各受
信走査線セグメント(segment) は、全表示深さからの走
査線セグメントが受信されるまで、ｒ．ｆ．メモリ４２
０に記憶される。好ましくは一つの完全な焦点ゾ−ンの
走査線セグメントが、他の焦点ゾ−ンからの発信と受信
セグメントの前に取得される。走査線の全セグメントが
得られたとき、それぞれの全走査線が、メモリから呼び
出され、ＦＩＲフィルタ４３２でろ過され、セグメント
間の境界が平滑化(smooth)され、より好適で虚像のない
画像とされる。
【００４５】もし多重ゾ−ン焦点合わせと合成開口の両
方が使用されると、開口の両半分の走査線セグメント
が、全焦点ゾ−ンにわたって受信され、ｒ．ｆ．メモリ
４２０で組み合わされる。次いで対応する走査線セグメ
ントが、他の焦点ゾ−ンから受信され第一の受信焦点ゾ
−ンからのセグメントと合体される。次いで全走査線が
ＦＩＲフィルタ４３２によりろ過され、両セグメント間
の境界が平滑化される。
【００４６】使用者は、米国特許第４，５６１，０１９
号に記載されている周波数複合技術などの雑音除去また
は深さ依存ろ過などの画像改良方法による、グレ−スケ
−ル画像の処理を選択することができる。これらの選択
的な処理技術は、直角位相検知よりも絶対値検知と走査
線信号の別個の帯域ろ過のために、フィルタ４１２と４
１４の使用を必要とする。深さ依存ろ過の場合、受信エ
コ−信号には４１２と４１４の両フィルタ中でコサイン
関数が乗ぜられるが、一つのフィルタが高通過帯域の出
力信号を作成し、他方が低通過帯域出力信号を作成する
ように、係数が選択される。二つのフィルタにより作成
された出力信号は、下式で表わされる。
【００４７】Ｉ1＝ｈ1（ｔ）COSωHｔ および Ｉ2＝
ｈ2（ｔ）COSωLｔ
【００４８】これらの二つの出力信号は、相補時間変化
利得制御機能(complementary timevarying gain contro
l function)により、利得段階４１６と４１８で増幅さ
れる。高周波数通過帯域信号Ｉ1は最初には強く増幅さ
れており、次に走査線に沿ってより深い部位からのエコ
−信号が受信されるにつれて、利得は減じられる。相補
的に、低周波数通過帯域信号Ｉ2は、当初低レベルであ
り、次いで高周波数利得が低下するにつれ、深さと共に
大きくなるように増幅される。従って、浅い位置での信
号は、相対的に高い通過帯域を示し、より深い位置から
の信号は、より深い位置での高周波数雑音を減少させる
相対的に低通過帯域を通る。回路４２８のＣＯＲＤＩＣ
処理装置での検知は、Ｉ1とＩ2を２乗し、次いでその結
果を加算することによる絶対値検知により実施される。
加算の後、信号は所望のグレ−スケ−ルマッピング方法
に対数圧縮(log compress)される。所望により、分けら
れた通過帯域を通過した信号は、加算器４２４で加算さ
れ、次いで検知と圧縮回路４２８中で絶対値検知により
検知され、マッピングされる。
【００４９】周波数混合(compounding)による雑音(spec
kle)除去に、同じ処理器を使用することができる。フィ
ルタ４１２，４１４の内の一つの係数は、高周波数通過
帯域により受信信号をろ過するように選択され、他方の
フィルタの係数は、連続した低周波数通過帯域により受
信信号をろ過するように選択される。利得段階４１６，
４１８の係数は、二つの通過帯域の応答が等しくなるよ
うに選択される。高および低通過帯域の信号は、検知と
圧縮回路に転送され、そこでは通過帯域は上述したよう
に絶対値検知により独立に検知され、次いで検知信号は
所望のグレ−スケ−ルマッピング特性に対数圧縮され、
空間基準で合計される。
【００５０】パワ−ドップラ−（ＣＰＡ）表示用のドッ
プラ−エコ−信号の処理が、図１２のフロ−チャ−トと
共に図８に示されている。各走査線ベクトルは、ベクト
ルに沿ってドップラ−情報の集合を作るために例えば８
回繰り返し走査される。エコ−信号の各受信走査線は、
正規化回路４１０で正規化され、フィルタ４１２でデシ
メイション帯域通過ろ過される。集合の各走査線は、完
全な集合が蓄積されるまで、ｒ．ｆ．メモリ４２０に記
憶される。各集合の走査線は、マルチプレクサ４２２に
より、四つの乗算フィルタ４１４に転送され、そこでは
ウォ−ルフィルタ処理と行列フィルタ処理によるドップ
ラ−パワ−の計算が行われる。ウォ−ルフィルタ処理
は、適当な乗算係数を選択することにより実施され、そ
して行列フィルタ処理は下式により表わされる。
【００５１】
【数１】
【００５２】ここにｘ1・・・ｘnは走査線の集合から空
間的に配列された信号であり、ｙ1・・・ｙnは出力ドッ
プラ−値である。好適例では、行列フィルタ処理のため
に四つの乗算フィルタが使用され、ろ過は連続的にそし
て順次実施される。中間の計算値は上述のように蓄積さ
れ、これによりフィルタ長を延長する。例えば、四つの
乗算フィルタで上記行列式を処理するのに、中間計算値
【００５３】ａ11ｘ1＋ａ12ｘ2＋ａ13ｘ3＋ａ14ｘ4
【００５４】がまず形成され、記憶装置中に貯えられ
る。次いで下記計算値
【００５５】ａ15ｘ5＋ａ16ｘ6＋ａ17ｘ7＋ａ18ｘ8
【００５６】が乗算器により形成され、先に計算された
中間計算値と共に記憶装置に貯えられる。このようにし
て中間計算値を貯えることにより、四つの乗算器と記憶
装置は、いかなる希望する長さのフィルタにも延長する
ことができ、利用可能な最大処理時間によってのみ制限
される。ドップラ−値は、利得段階４１８とマルチプレ
クサ４２６を通じて、検知と圧縮回路４２８に転送さ
れ、そこでは走査線に沿ってそれぞれのエコ−位置での
ドップラ−信号振幅が下式で表わされる絶対値検知によ
り検知される。
【００５７】
【数２】
【００５８】ドップラ−値ｙは次いで検知と圧縮回路４
２８のＣＯＲＤＩＣ処理器を使用して圧縮され、基準化
される。
【００５９】一旦ドップラ−信号振幅値が検知され、Ｆ
ＩＲフィルタ４３２によりろ過されると、その計算値は
空間的に記憶され、画像クラッタはフラッシュ除去(fla
sh suppression)処理器４３４により除去され、表示信
号中の大きなフレ−ム間変化(frame to frame variatio
n)をなくす。フラッシュ除去処理のための好適技術は、
図９のフラッシュ除去処理器の詳細図中に示す、最小−
最大ろ過(min−max filtering)である。形態フィルタリ
ングの一種である、最小−最大ろ過は、一連のドップラ
−画像フレ−ムからの時間信号上で実施される。図９
は、フレ−ムＦn-1で特定される処理されるフレ−ムと
共に、ある試料容積位置での時間デ−タの処理を説明し
ている。新しいフレ−ムＦnからのドップラ−信号が受
信されると、それは先のフレ−ムＦn-1の値と対比さ
れ、二つのうち最小の値が最小値選択器６３０により選
択される。この最小値Ｍｉｎ1は、Ｍｉｎ1（Ｆn，
Ｆn-1）と表示される。この最小値Ｍｉｎ1は、画像バッ
ファＡに記憶されている先に選択された最小値Ｍｉｎ2
（Ｆn-1，Ｆn-2）と対比され、二つのうちの最大値が最
大値選択器６３６により選択される。従って選択器６３
６は最小−最大値(min−maxvalue)と表示される二つの
最小値のうちの最大値を選択する。この最小−最大値は
減算器６３８によりその時のフレ−ムＦn-1のドップラ
−信号値から減じられる。対比器(comparator)６４０は
この差を信号偏位(excursion)しきい値Ｔと対比する。
もしもこの差がしきい値Ｔを越えたときは、対比器６４
０はその時のフレ−ムのドップラ−信号値として最小−
最大値を作成する。もしもこの差がしきい値Ｔを越えな
い場合は、その時のフレ−ム値Ｆn-1が使用される。こ
の選択がなされたとき、Ｍｉｎ1値が画像バッファＡ中
の先のＭｉｎ2値に算入され、新フレ−ム値Ｆnが画像バ
ッファＢに算入され、そしてこの工程が現フレ−ム中の
他の試料容積位置について、そして次のフレ−ムへと繰
り返される。
【００６０】この処理は、ある試料容積位置から時間毎
に受信されるドップラ−信号値の以下に示すシ−ケンス
（Ｉ）を考えることで理解できるであろう。
【００６１】 ０，１，２，１５，７，４，８，５，７，２５，８ （１） ここに最初の値０はフレ−ムＦnの値であり、第二の値
１はフレ−ムＦn-1の値である。隣り合う対の値が二つ
のうちの最小値を求めるために比べられ、次の最小値の
シ−ケンス（２）が得られる：
【００６２】 ０，１，２，１５，７，４，８，５，７，２５，８ （１） ０，１， ２，７，４，４，５，５， ７，８ （２）
【００６３】これはシ−ケンス（１）の最初の二つの値
０と１は、０の最小値を有し、その値がシ−ケンス
（２）の最初の値となることを示している。シ−ケンス
（１）の第２と第３の値１と２は、１の最小値を有し、
シ−ケンス（２）中第２の値となる。シ−ケンス（１）
の第３と第４の値２と１５は、最小値２を有し、最小値
シ−ケンス（２）の第３の値となる。次に最小値シ−ケ
ンス（２）中の連続する値が対比され、最小−最大値シ
−ケンス（３）に示すように、二つのうちの最大値が決
められる：
【００６４】 ０，１，２，１５，７，４，８，５，７，２５，８ （１） ０，１， ２，７，４，４，５，５， ７，８ （２） １，２， ７，７，４，５，５，７， ８ （３）
【００６５】従って最小値シ−ケンスの最初の二つの値
０と１は、最大値１を有し、最小−最大値シ−ケンス
（３）中の最初の値となる。最小値１と２は最大値２を
有し、最小値２と７は最大値７を有し、以下同様であ
る。
【００６６】最小−最大値シ−ケンス（３）から、第一
のシ−ケンスの第４、第７、第１０番目の値の突然の偏
り、１５，８と２５が、最小−最大値シ−ケンスでは除
去されていることが分かる。具体例では、現在値と最小
−最大値の差がしきい値と対比され、もしこの差がしき
い値を越える場合には最小−最大値が使用される。この
数値例において、この違いが第一と第三のシ−ケンスの
違いである。もしも使用されるしきい値が、例えば６な
らば、偏り１５と２５のそれぞれは処理器出力において
最小−最大値と置換されるであろう。当初の値が他の全
ての場合に使用される。
【００６７】上述した最小−最大値処理は、予想される
範囲内の信号変化においては、受信ドップラ−信号に追
随するが、図１０に示すように最小−最大値で置換し
て、突然の信号の偏りを平滑化する。図１０ａはドップ
ラ−画像中のある位置での信号値のシ−ケンス６５０を
示す。シ−ケンス６５０には突然の偏り６４２，６４
４，６４６が混入しており、それらはフラッシュ（走査
ヘッドの動き）やその他の雑音源に起因する虚像とな
る。図９の最小−最大フィルタは、これらの不要な偏り
を、図１０ｂ中の不要な偏りの下、折れ線信号シ−ケン
ス６５０に示すように、最小−最大値で置き換える。不
要な偏りが最小−最大値で置き換えられると、表示用に
処理される信号レベルシ−ケンス６５０は、図１０ｃの
ようになる。最小−最大処理の利点は、正の偏りにのみ
働くことである。ドップラ−パワ−の局部的時間変化を
表わす局部的山と谷を、このろ過技術は保存する。
【００６８】画像フレ−ムメモリ４３０は、グレ−スケ
−ルフレ−ムと、パワ−ドップラ−フレ−ムのいずれか
を記憶することができる。各フレ−ムはＩＩＲフィルタ
４３６で時間ろ過され(temporally filtered)、上述の
ように点対点基準(point−by−point basis)でフレ−ム
平均化を行う。次に時間ろ過された画像情報は走査変換
と表示のためにバックエンドＡＳＩＣ５０に送られる。
【００６９】Ｂモ−ド（二次元）エコ−およびドップラ
−処理用にディジタル信号処理ＡＳＩＣ４０を操作する
シ−ケンスが、図１１と１２のフロ−チャ−トでそれぞ
れ示されている。図１１と１２の各フロ−チャ−トブロ
ック中の数字は、図８のＡＳＩＣブロックダイヤグラム
中の処理装置の数字に対応する。
【００７０】ディジタル信号処理ＡＳＩＣの画像フレ−
ムメモリ４３０は、以下に述べるバックエンドＡＳＩＣ
のフレ−ムバッファメモリと、共通の構成と実行技術を
分け合っている。ＡＳＩＣ製造と密度における、この共
通性とその結果としての効率性を利用して、画像フレ−
ムメモリ４３０とその関連フラッシュ低減処理器４３４
とＩＩＲフィルタ４３６は、バックエンドＡＳＩＣ５０
上に置くことができ、これによりディジタル信号処理Ａ
ＳＩＣとバックエンドＡＳＩＣを、ＦＩＲフィルタ４３
２の出力で区分けする。
【００７１】図１３に、バックエンドＡＳＩＣ５０のブ
ロックダイヤグラムを示す。ディジタル信号処理ＡＳＩ
Ｃ４０により作成された処理されたＢモ−ド走査線は、
走査変換のために二つの連続する走査線を記憶するバッ
ファ５１０に転送される。集積回路領域、要求電力、走
査変換機能に必要な放熱を、経済的に処理するために、
アドレッシング用累算器と加算器のみを必要とする単純
変換技術と直接線形内挿アルゴリズムが採用される。図
１に示す曲線アレ−変換器１０を使用する場合、図１４
に示す走査セクタ−５６０は、以下のようにして走査変
換される。図１４において、セクタ−５６０の放射(rad
ial)走査線は、図１３のフレ−ムバッファメモリ５３０
のｘ，ｙ座標に変換され、その境界は図１４のＤxとＤy
で規定される。ベクトルＶでその一つが示されているセ
クタ−５６０の放射走査線は、実質的な頂点５６４から
発せられる。曲線アレ−では実質的頂点と皮膚線（変換
器の位置）５６２の間にデ−タ点はないが、フェ−ズド
アレ−走査ヘッドでは頂点はＤx，Ｄy画像領域に存在す
るであろう。リニアアレ−の場合、頂点はなく、平行走
査線と内挿線が単にフレ−ムバッファメモリ５３０内に
記憶される。以下の例は、走査変換用アレ−の中でも最
も複雑な、曲線アレ−１０の走査変換を説明している。
この例により、その他のアレ−方式(format)における走
査変換も明らかになるであろう。
【００７２】図１４において、走査線は極座標Ｒ，θで
規定され、それは表示スクリ−ンのＸs，Ｙs座標に変換
される。極座標は頂点５６４に原点を有し、一方スクリ
−ン座標は表示域の上方中央に原点（０，０）を有す
る。スクリ−ン座標原点は、頂点からｙ方向に距離ｙ0
のずれがあり、Ｄx，Ｄy画像領域の上方中央にある。曲
線アレ−の場合、各ベクトルＶの曲率セグメントＲocの
初期半径に沿って正確なデ−タ点は存在しない。初期距
離Ｒoc（それは皮膚線５６２の下である）を越えると、
正しいエコ−デ−タが存在し、走査変換メモリ５３０中
の適切なアドレスにおかれる。例えば、図１４中、ベク
トルＶの末端の点(dot)は、極座標Ｒ，θを有し、それ
はスクリ−ン座標Ｘs，Ｙsに変換され、走査変換メモリ
のそのアドレスに置かれる。
【００７３】走査変換の前に、二線バッファ５１０に記
憶された二つの走査線が、多数の挿入走査線を内挿する
のに使用される。図１５に示された線形内挿式 αＬ1＋（１−α）Ｌ2 が満足な結果を与えることが見出された。好ましい計算
式は、 Ｌ2＋α（Ｌ1−Ｌ2） であり、一つの乗数のみを必要とする。図１５の例にお
いては、七つの走査線が、受信走査線Ｌ1とＬ2の各対の
間で内挿されている。例示された走査線Ｌ1は、セクタ
−５６０の半径境界にある。この境界走査線から半径方
向に外に（図中左に）向かう内挿された走査線は、図１
５中走査線Ｌ1の左に示されるように、７／８，３／
４，５／８，１／２，３／８，１／４そして１／８の重
みで走査線Ｌ1上のデ−タ値を重み付けすることにより
得られる。走査線対の間で、内挿された走査線は、７／
８Ｌ1＋１／８Ｌ2，３／４Ｌ1＋１／４Ｌ2以下同様とい
う重み付け値で示されるように両Ｌ1とＬ2の組み合わせ
で重み付けされる。内挿は、Ｒ 1など、走査線に沿った
デ−タ値を取り、それを７／８など、重み付け係数で重
み付けし、次いでそれを次の走査線から、相補的重み付
けされた、空間的に対応するデ−タ点Ｒ1に加算するこ
とにより実施される。このようにして内挿は最後まで走
査線に沿って実施され、次いで次の走査線が内挿され
る。内挿走査線が作成されると、それらは直ちにフレ−
ムバッファメモリ５３０に記憶される。
【００７４】図１３は、線内挿器(line interpolator)
５１２がバッファされた走査線を使用して内挿走査線を
作成する間、二つの走査線Ｌ1とＬ2を保持する二線バッ
ファ５１０を示す。内挿処理のための重みは、走査変換
制御器５２０の線内挿重み付け記憶器５２２により与え
られる。介在内挿線が作成されたとき、二線バッファ５
１０中の最も古い走査線が、新たな隣接走査線に置き換
えられる。バッファ５１０中の二走査線を記憶する位置
は、順次更新されるので、保持された走査線用に使用さ
れた重みは単に逆順で次の間隔に使用される。図１５に
おいて、例えば、走査線Ｌ2は１／８から７／８まで増
加する重みで線Ｌ1とＬ2の間の間隔で重み付けされるこ
とが分かる。線Ｌ1が次の線Ｌ3で置換された後、走査線
Ｌ2は次の間隔で７／８から１／８まで減少する逆順に
重み付けされる。これがバッファ５１０中ある領域から
次の領域へと保持された走査線を動かす必要をなくし；
最も古い走査線の新しいものへの置換を必要とするのみ
である。
【００７５】受信走査線は、走査線シ−ケンス中の適切
な時に、変化することなく、線内挿器５１２を通過する
こととなる。
【００７６】線内挿器５１２の出力で走査線が作成され
ると、それらのデ−タ値は次のようにフレ−ムバッファ
メモリ５３０中の記憶位置に走査変換される。放射走査
線の極座標は下式により、メモリ５３０の直角座標と関
係する：
【００７７】ｘ＝Ｒsinθ および ｙ＝Ｒcosθ ここにＲは図１４中、ｙ軸に関し、角θで延びるベクト
ルに沿った半径距離である。Ｒについて解き、次いでそ
の解を式中のＲと置換し、ｘが得られる。
【００７８】Ｒ＝ｙ／cosθ および ｘ＝ｙtanθ これらの式は、Ｒ，ｘs、およびｙs累算器中の値の増分
に使用され、単純走査変換アドレシングを与える。
【００７９】線内挿器が走査線を出力し始めると、走査
線に沿った選択されたＲアドレスからの走査線デ−タ
は、ｘs、ｙsアドレスでフレ−ムバッファメモリ５３０
に記憶される。デ−タ記憶は、記憶領域Ｄx，Ｄyの第一
列（ｙ＝１）から開始され、順次メモリの下の列に進
む。従ってｙs累算器(accumulator)は単に１から始まる
整数値を累算する。Ｒ累算器はｙ0cosθの値に初期化さ
れ、それは図１４のメモリの第一列に配列される走査線
の頂点から、走査線の試料までの第一走査線アドレスと
する。メモリ５３０のＸsアドレスはｙ0ｔａｎθの値に
初期化され、それは図１４中、Ｒ，θベクトルＶと交差
するメモリの第一列に沿った点となる。初期化値である
ｙ0値は初期化記憶器５２６により与えられる。
【００８０】これらの開始アドレス値から、線内挿器５
１２をアドレスするＲ累算器は、次に記憶される一つの
Ｒ，θ走査線値から、定数１／cosθずつ順次増加す
る。フレ−ムバッファメモリ５３０をアドレスするｙs
累算器は、整数値で増加し、メモリ５３０のｘs累算器
は、定数１／tanθずつで区分され、フレ−ムバッファ
メモリのそれぞれ新たな記憶アドレスに移っていく。
【００８１】走査変換処理にはさらに二つの段階が含ま
れる。一つは変換器アレ−の曲率半径ＲOCを計算する走
査線の定数に対するＲアドレスの点検(check)である。
図１４に示すように、セクタ−５６０の最も外側の境界
にある走査線は、Ｄx，Ｄy表示領域の最上列から始まる
が、曲線アレ−の他の全ての走査線は、アレ−の曲率に
よりこの最上部の下から始まる。これを計算するため
に、曲率に基くずれがＲアドレスの単位で各走査線につ
いて計算される。Ｒアドレス累算器がその初期Ｒアドレ
スを計算して行くと、それらは計算されたＲOCのずれと
対比される。Ｒアドレス累算器が作成するＲアドレス
は、ＲOCを越える第一のＲアドレスまで無視され、その
点から、走査線のデ−タ値が、メモリ５３０に記憶され
る。
【００８２】走査線デ−タ値がメモリ５３０の選択され
たアドレス位置に書き込まれる前に実施される他の一つ
の段階は、デ−タ値が選択されたアドレス位置に先に書
き込まれているか否かをチェックすることである。フレ
−ムバッファメモリ中のアドレス位置に対応するビット
ｂeのワンビットマップが、各画像フレ−ムの走査変換
に使用される。メモリ中のある位置に新しいデ−タ値が
書き込まれる時、そのアドレス位置に対応するビットｂ
eがセットされ、そのフレ−ム用のメモリ中にデ−タ値
が入力されたことを示す。もしそのフレ−ム中の他の走
査線の走査変換が同じメモリ位置をアドレスするなら
ば、ｂeビットは、デ−タ値が既にそのフレ−ムのその
位置に入力されていることを、書き込み制御器５２８に
知らせる。これにより使用者または走査制御の設計者が
選択したプロトコルに従って、書き込み制御器に新デ−
タ値の入力を、キャンセルさせるか、または先に記憶さ
れているデ−タ値に上書きさせる。走査変換器は先に入
力したデ−タ値を新デ−タ値と置換するプロトコルを利
用することも、または最初のデ−タ値のみを入力し、後
の全てのデ−タ値を無視することもできる。他の一つの
プロトコルは、走査線が画像の周辺から中心へと進むと
き、旧デ−タ値を新デ−タ値に上書きし、次いで見出さ
れた最初の値を入力し、画像の中心から周辺に進む走査
線用の後の値を拒絶することである。好適例において
は、このプロトコルは単に、各メモリ位置に最初のデ−
タ値を入力し、その位置を新デ−タ値で上書きしようと
する後の試みを無視することである。
【００８３】全走査線がメモリ５３０に書き込まれたと
き、ｂeビットのマップは全てのものを包含する。次の
画像フレ−ムの間、これらのビットは新フレ−ムのデ−
タ値がメモリの記憶位置に書き込まれるにつれて、ゼロ
に置き換えられて行く。従って、フレ−ム間でｂeビッ
トマップをリセットする必要はない；相補(complementa
ry)ｂeビット値が続く画像フレ−ムのデ−タ入力値をマ
ッピングするのに使用される。
【００８４】走査変換処理の操作が図１６に示されてお
り、そこでは二走査線ベクトルＶθ0とＶθ45が曲線変
換器アレ−１０から延びているのが分かる。ブロックの
マトリックスが走査変換器バッファメモリ５３０中のメ
モリ位置を空間的表示により示されている。走査線Ｖθ
0はアレ−の中心から延長し、メモリマトリックスと直
交し、角度θ＝０°で延びて特定される。走査線デ−タ
試料が上記のようにディジタル信号処理ＡＳＩＣ４０で
帯域制限されたとき、走査線ベクトルに沿って検知され
た試料は、メモリ５３０の列(column)に連続したメモリ
位置に順次収納される。これが連続するｙアドレス２か
ら６で、連続する走査線Ｒの値Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5およ
びＲ6により示されている。もしも走査線デ−タが表示
装置の帯域幅と適合するように帯域制限されていないな
らば、多数の中間試料がＲアドレス累算器５２４が列か
ら列に順次移動するときに無視されてしまう。従って走
査線デ−タは、もしその処理中に基準化されていないな
らば、走査変換の間に基準化される。
【００８５】他の走査線ベクトルＶθ45が、最初のベク
トルに対して４５°の角度で延びている。この配置のた
め、走査線ベクトルに沿ってメモリマトリックス中のブ
ロック(位置)よりも多数の試料があることが分かる。メ
モリマトリックスの列は図中に示された走査線間隔の２
から６までのｙの整数値でアドレスされている。メモリ
のｘアドレスは、走査線角のタンジェントtan45°を使
用して各列ｙのｙtanθの定数で増加する。これは図に
示すＶθ45走査線の部分として７から１１までの一連の
ｘアドレスとなる。走査線に沿ったこのＲアドレスは上
記したように定数ｙ／cosθで増加し、端数部分(fracti
onal)量は切り捨てられ、黒丸で示された選択Ｒアドレ
スを与える。Ｒ4値は使用されず、Ｒ5とＲ6のＲ値は
７，２と８，３のｘ、ｙアドレスに記憶されることが分
かる。Ｒ7値は無視され、次の三つのＲ値Ｒ8，Ｒ9そし
てＲ10が、行４，５そして６に記憶される。次のＲ値Ｒ
11は走査線値が次の列に記憶される前に無視される。Ｒ
値の端数部分の切り捨てにより、走査変換器メモリ中の
それぞれの位置の、最も正確な走査線Ｒ値、即ち一画素
の許容範囲内のもの、が選択されていることが分かる。
【００８６】フレ−ムバッファメモリ５３０の各メモリ
位置には、受信または内挿超音波走査線からのデ−タ値
と二つの付加ビットが記憶される。これらの付加ビット
のうち、一つは白と黒、または色デ−タ値のいずれかの
記憶デ−タ値を特定するために使われ；０はデ−タ値を
白黒の画素として特定し、１はデ−タ値を色画素として
特定する。このビットが色画素として設定されるとき、
その画素のデ−タ値は色マップ検索テ−ブル５３２にア
クセスし、表示用の適切な赤（Ｒ），緑（Ｇ）、青
（Ｂ）信号値を選択する。０値はグレ−レベル画素とし
てのデ−タ値の表示となる。第二の付加ビットは、上記
したように、各画像フレ−ムのメモリ中のデ−タ値の入
力状態(entries)をマップするｂeビットである。このｂ
eビットは、書き込み制御回路５２８により判読され、
走査変換器が使用するプロトコルに基いて新デ−タ値を
メモリに書き込むべきか否かを決定する。
【００８７】バッファメモリ５３０中の走査変換された
フレ−ムは、フレ−ムが集められた後、メモリから読み
込まれる。色画素は、色マップ検索テ−ブル５３２中の
Ｒ，Ｇ、Ｂ値を検索し、それは映像処理器５５０に送ら
れる。グレ−スケ−ル画素は直接映像処理器に送られ
る。映像処理器では、超音波画像はグラフィックオ−バ
−レイ(overlay)バッファ５４０からのグラフィックス
が重ね書きされる。このグラフィック情報は、時間、日
付、患者情報、基準標識(scale marker)、ドップラ−ウ
ィンドウ外周(outlines)、カ−ソル、その他の使用者に
有用なグラフィック情報からなっている。次に超音波画
像とそのグラフィック情報は、表示用の出力信号とな
る。ＮＴＳＣビデオ方式、ＰＡＬ方式、ＲＧＢ方式な
ど、種々の出力信号方式が可能である。出力信号は、映
像処理器５５０のディジタル−アナログ変換器出力で作
成され、基底帯域(baseband)または変調搬送波(modulat
ed carrier)信号である。この信号は、装置自身のＬＣ
Ｄ表示器６０に表示されるか、または出力端末で分離外
部モニタ−用に作成される。この装置は、記憶と再生用
に使用者が設計した実時間画像シ−ケンスのシネル−プ
(Cineloop)記憶と再生用の映像メモリ５５２を有する。
【００８８】携帯型装置が作成した超音波画像は、Ｂモ
−ドグレ−スケ−ル画像、パワ−ドップラ−画像、グレ
−スケ−ルとパワ−ドップラ−画像情報の結合、三次元
パワ−ドップラ−画像などである。グレ−スケ−ルとパ
ワ−ドップラ−の結合画像が作成されるとき、使用者
は、パワ−ドップラ−信号が収集され表示される全セク
タ−内の部分セクタ−(subsector)ウィンドウを指定す
る。このような部分セクタ−が図１７に、セクタ−６０
０中の影付けされた部分セクタ−として示されている。
部分セクタ−６０２ａは図１７ａに示すように、セクタ
−６００の上から下まで完全に延長していてもよく、そ
の場合部分セクタ−走査線は、パワ−ドップラ−線であ
り、そして６０４に示される一群の線など、部分セクタ
−６０２ａの両側の走査線は、グレ−スケ−ル線として
作成される。好適例においては、パワ−ドップラ−部分
セクタ−ウィンドウの高さも使用者が制御可能であり、
図１７ｂの部分セクタ−６０２ｂに示されるように、グ
レ−スケ−ル画像情報で部分セクタ−の全周を囲んでも
よい。さらにパワ−ドップラ−情報は部分セクタ−ウィ
ンドウの領域でＢモ−ドグレ−スケ−ル情報と一体化さ
れる。これが図１３を参照しつつ図１８に示されてい
る。部分セクタ−領域のパワ−ドップラ−情報の走査線
が受信されると、パワ−ドップラ−信号が３Ｄパワ−ド
ップラ−メモリ５０２に記憶される。部分セクタ−に重
なるＢモ−ドデ−タの走査線が受信されるとき、これら
の走査線は混合(blending)回路５０４に送られる。空間
的に一致するパワ−ドップラ−信号は同時に混合回路に
転送され、パワ−ドップラ−とグレ−スケ−ル情報の両
方の混合である走査線デ−タが該デ−タの混合により生
成される。二つのこのように受信され、混合された走査
線が図１８中走査線θiとθi+1として示されている。こ
れらの線が示すように、各線の上(top)（近接領域）部
分６１０と、各線の下(lower)(遠隔領域)部分６１２は
グレ−スケ−ルデ−タのみからなっている。各受信線の
中間部分６１４では、グレ−スケ−ルとパワ−ドップラ
−情報が両方混合されている。例えばもしもパワ−ドッ
プラ−情報が一様な赤い色で表示され、グレ−スケ−ル
情報が異なる明度レベルで表示されるとしたとき、これ
ら二種類の情報の混合は明るい赤色、暗い赤色、明るい
ピンク色、その他の赤色と明度レベルの計測された変化
の組み合わせとなる。受信走査線情報が混合されると、
中間走査線の内挿と走査変換をするために二線バッファ
５１０に、混合線が送られる。内挿走査線６２０のよう
に、内挿された線が図１５に示すようにして二つの受信
走査線の中間に作成される。従って、線が走査変換さ
れ、互いに隣接して表示されるとき、各線の混合領域で
は、パワ−ドップラ−部分セクタ−６０２で検出された
身体領域の血流と組織構造の両方の情報が搬送される。
【００８９】一つの画像境界の改良は無意味である。ド
ップラ−走査線情報がグレ−スケ−ル走査線情報に重ね
られるとき、画像領域を正確に満たすためには、ドップ
ラ−情報領域の始まりは最後のグレ−スケ−ル線の上部
に重ねられるべきである。ドップラ−走査線領域が完了
すると、最後のドップラ−走査線が画像のグレ−スケ−
ル部分の残りの最初の走査線と重ねられる。
【００９０】本発明の携帯型超音波装置は三次元投影画
像方式のパワ−ドップラ−画像を与えることもできる。
三次元表示には、一連の空間的に連続し、ほぼ平行なパ
ワ−ドップラ−画像フレ−ムが走査され、そして受信さ
れた走査線は３Ｄパワ−ドップラ−メモリ５０２に記憶
される。シ−ケンス中のフレ−ムは、内挿走査線と共に
走査変換画像に相当量の記憶領域を必要とするため、個
々に走査変換され、記憶されることはない。その代わり
に、一連のフレ−ムの走査線は、三次元投影画像のそれ
ぞれの視角について連続的に走査変換される。それぞれ
のフレ−ムが走査変換されると、それは直ちに三次元表
示される。受信走査線のフレ−ムは、連続的に走査変換
され、少しずつ異なる視角の三次元画像が作成され、一
または二以上のその軸の周囲を回転しているように見え
る身体の立体的三次元画像を与える。
【００９１】例として、六個の平行な画像フレ−ムが、
ｚ方向に少しずつ深くなるように得られたとする。図１
９は図の中に延びるｚ方向に平行に並べられたときのこ
れらの画像フレ−ムを示している。従って画像フレ−ム
は一番上の画像フレ−ム７００のみが見えるように完全
に重なっており；その他の画像フレ−ム７０２−７１０
は画像フレ−ム７００の下に並んでいる。各画像フレ−
ムは画像セクタ−７１２を含み、その一つが図１９の上
に見ることができる。
【００９２】図１９の画像フレ−ム７００−７１０が、
図２０に示すように図形中心ｙ軸に対して回転するとす
る。見えないフレ−ム７０２−７１０の端が回転により
見え始める。この回転は、回転方向ｚθにｚ軸における
配置を動かす。本発明の携帯型超音波装置においては、
三次元投影画像ではこの回転画像の組が形成され、観察
者はあたかも観察窓７２０を通じ、視角７２２から画像
平面を観察しているように投影される。セクタ−７１２
は図２０中のセクタ−７１２に示されるように、回転す
るとそのｘ方向に圧縮され、米国特許第５，４８５，８
４２号の走査変換技術を三次元表示の作成に採用するこ
とを可能とする。本発明によると、累算器中のアドレス
定数の効率的累算により平面フレ−ムデ−タをアドレス
することにより、三次元表示をすることができる。
【００９３】説明を簡略にするために、三次元処理の一
例をｙ軸回りの回転について見る。これは、画像フレ−
ムの組が角θ、即ちｙθ＝ｙで回転したとき、走査変換
画像が同じｙの行の係数を有することを意味している。
その他の係数は下記行列式で表わされる。
【００９４】
【数３】
【００９５】式中、ｚθとｘθはθ回転係数系における
ｘとｙの係数であり、ｚはシ−ケンス中の画像フレ−ム
の数であり、ｘcθは観察ウィンドウ７２０中の画像フ
レ−ムの組の画像中心であり、ｘcdは特定の画像フレ−
ムの中心(centroid)である。ｘについて解くと下式が与
えられる。
【００９６】
【数４】
【００９７】この中で後の三項は三次元投影用のｘアド
レスを初期化するために使用される定数である。
【００９８】ドップラ−画像フレ−ムからの受信走査線
は、先に述べたように走査変換され、この走査変換され
内挿された平面画像は、三次元投影画像を記憶する３Ｄ
バッファ中に移される。走査変換画像中の画素は、列
毎、画素毎に処理され、三次元画像表示中のそれらの位
置にドップラ−値が算出される。平面画像と３Ｄバッフ
ァの両方の列は、画像列１、画像列２、以下同様に順次
処理するために整数を単に累算するｙアドレス累算器に
より順次アドレスされる。３Ｄバッファのｘアドレス
は、シ−ケンス１、２、３、以下同様に計数するカウン
タにより整数の形でそれぞれの列毎に増加する。
【００９９】平面画像のｘアドレスは、式（５）の後の
三つの定数項により形成される初期値から開始される。
３Ｄバッファのそれぞれの投影画像は、異なる投影角θ
を示し、従ってtanθの一定値が計算され、投影画像処
理用に使用される。３Ｄ画像中心ｘCθの中央は、ある
３Ｄ投影画像シ−ケンスについて既知の定数であり、そ
して各平面画像ｘcdの中心は各平面画像について一定で
ある。従って、（５）式より、平面画像変換用のｘアド
レスは下式から開始される。
【０１００】
【数５】
【０１０１】ある平面画像とある観察角θにおけるｘ
init値が計算され記憶され、そして平面画像の各列ｙの
最初のｘアドレス位置を初期化するために使用される。
先のアドレスに１／cosθの定数値を加え、平面画像の
各アドレス値を三次元投影画像の各列の連続ｘアドレス
位置に再配置することによりこの初期ｘアドレスから連
続したアドレスが作成される。各列が終了すると、ｙ列
アドレスが１だけ増加し、平面画像のｘアドレスがｘ
initに再初期化され、そしてこの処理が、全画像が投影
画像に再配置されるまで、平面画像の各列について連続
して実施される。
【０１０２】一つの平面画像が投影画像に再配置された
後、ｚtanθの値が次のｚ値に加えられる。従って一連
のｚtanθ値はtanθから２tanθ、３tanθ、以下同様に
一連の平面画像について進行する。それぞれの新ｚtan
値は、式（６）に従って連続的に次の平面画像の新ｘ
init値の計算に使用される。
【０１０３】平面画像情報を投影画像に関係付ける多数
の方法がある。一つの技術は、最大強度技術であり、こ
の技術では、もし先の平面画像からの値が、投影画像位
置に既に記憶されている場合には、同じ位置に記憶され
る次の値が、先に記憶された値と対比される。次に二つ
の値のうちの大きい方が記憶される。従って投影画像
は、作成された投影画像中の各位置での最大強度が形成
する画像となる。
【０１０４】投影画像に半透明的特性を与える第二の結
合技術は、平均化(averaging)技術である。ある投影画
像位置におけるそれぞれの新たな値は、先にその位置に
記憶された値と平均化され、形成された画像は最大強度
のものではなく、平面画像の組全体を通じての平均値の
画像となる。平面画像処理が、組の前の画像から進行す
るか、後の画像から進行するかによって、投影画像は観
察者に最も近い平面画像により重み付けされるか、また
は観察者から最も遠い平面画像により重み付けされる
か、またはその値は観察ウィンドウ７２０からそれらの
ｚ値の距離に従って重み付けされる。観察者により選択
される技術は一つの個人的好みの問題である。
【０１０５】以上の三次元表示技術は受信走査線のみを
記憶することにより有効にメモリを消費する。それぞれ
の投影画像が形成される毎に内挿が実施されるので、全
内挿画像の組にメモリを消費する必要がない。本発明技
術はそれぞれの投影画像用に定数値でアドレス累算器で
単純に累算することによる、効率的なアドレス方法を利
用している。
【０１０６】本発明の三次元画像処理の好ましい方法
は、図２１に示すようにメモリを四区画に分割すること
によりフレ−ムバッファメモリ５３０を効率的に使用す
る方法である。例えば受信走査線の最初のフレ−ムは、
Ｂ１で特定されるメモリ領域に内挿され、走査変換され
る。領域Ｂ１の走査変換された最初の平面画像はＡ１で
特定されるメモリ領域に三次元投影係数として再配置さ
れる。この最初の平面画像の三次元投影が実施されてい
る間に、受信走査線の第二のフレ−ムが、Ｂ２の記憶領
域に内挿され、走査変換される。次いで、領域Ｂ２中の
走査変換された第二の平面画像が領域Ａ１中の投影係数
として投影される一方、受信走査線の第三フレ−ムがＢ
１メモリ領域に走査変換される。メモリ領域Ｂ１とＢ２
は、Ａ１領域に全投影画像が形成されるまで連続する画
像フレ−ムにより交互に使用される。
【０１０７】Ａ１中の投影画像は次いで映像表示用に線
毎に読み出される。Ａ１投影画像が読み出されると、メ
モリ領域Ｂ１とＢ２は再度交互に受信フレ−ムを走査変
換し、次の観察角θの第二の投影画像がＡ２のメモリ領
域に集められる。第一の投影画像がＡ１のメモリ領域か
ら表示され、そして次の投影角の第二の投影画像がＡ２
のメモリ領域に全て集められ、第二の投影画像が領域Ａ
２から読み出され、表示される。この処理が領域Ｂ１と
Ｂ２について続けられて受信フレ−ムを走査変換し、Ａ
１メモリ領域における第三の投影角で第三の投影画像を
形成する。従って、バッファメモリの四分割の全てが相
互関連して使用され、観察者の前でｙ軸について回転し
て見える三次元投影を効率的に作成する。
【０１０８】二軸について同時に回転させるためには、
中間座標系θから最終座標系ψに座標を回転させるた
め、平面画像の第二の投影が実施されなければならな
い。例えば平面画像の組がｙ軸の周囲を角θだけ回転し
た後、画像座標をｘ軸に対して角ψ回転させることで、
二回目の変換が行われる。第二の座標変換ｘψは、ｘθ
と等しく設定され、行列式（５）の値ｚはｚθに設定さ
れ、そして行列式の左辺のｚθはｚψに設定される。行
列式をｙについて解き、第二の座標変換を、二回回転座
標値について実施する。各投影画像における各平面画像
に必要な第二の座標変換は、三次元表示の作成に要する
時間を増加させる。
【０１０９】各平面画像中のセクタ−７１２領域の外の
画素の座標変換を実施する必要はないと理解される。セ
クタ−領域は各走査変換画像について同一であって、各
画像について既知の座標を占めることから、セクタ−領
域内の画像情報の変換と投影のみで処理速度を向上させ
ることが可能である。
【０１１０】バックエンドＡＳＩＣ５０はＲＩＳＣ処理
器５００の位置であり、それは携帯型超音波装置の全て
の動作のタイミングを合わせるのに使用される。ＲＩＳ
Ｃ処理器はＡＳＩＣのその他全ての主要な機能領域に接
続し、処理のタイミングを合わせ、そしてバッファとレ
ジスタに使用者が希望する処理や表示方式の実行に必要
なデ−タを転送(load)する。ＲＩＳＣ処理器の動作用プ
ログラムデ−タは、ＲＩＳＣ処理器がアクセスするプロ
グラムメモリ５２に記憶されている。ＲＩＳＣ処理器の
タイミングはフロントエンドＡＳＩＣ３０上のクロック
発生器からのクロック信号により与えられる。このＲＩ
ＳＣ処理器もＰＣＭＣＩＡインタ−フェイスにより接続
され、これにより処理器は追加プログラムデ−タにアク
セスし、または画像情報を遠隔地に発信することができ
る。このＰＣＭＣＩＡインタ−フェイスは、携帯型装置
から、例えば遠隔地に超音波画像を発信するために、遠
隔通信リンクまたはモデムに接続可能である。
【０１１１】このＲＩＳＣ処理器は、使用者制御７０上
に使用者が作成する命令(command)と入力(entry)によ
り、使用者の制御下で動作する。図２２は制御機能、制
御方式とそれらの説明を記載したチャ−トを示してい
る。患者デ−タ入力、シネル−プ動作、３Ｄ観測などの
多数の機能はメニュ−制御により操作され、小型の携帯
型装置上のキ−やボタン制御の数を最少にしている。さ
らに装置を簡単にするために、多数の動作機能が特定の
診断方法に対して予めプログラム化され、そしてある特
定の方法が選択されると自動的に機能する。Ｂモ−ド画
像処理を選択すると、自動的に例えば、周波数混合と深
さ依存ろ過が呼び出され、一方ドップラ−処理が選択さ
れると、四乗算器フィルタ−がウォ−ルフィルタ−とし
て自動的に設定(set up)される。特定の診察方法のメニ
ュ−選択をすると、自動的に例えばＴＧＣ制御特性、焦
点ゾ−ンなどの特定の特性が設定される。
【０１１２】
【発明の効果】本発明の携帯型超音波診断装置を要約す
ると、Ｂモ−ドとドップラ−画像処理の両方を実施する
携帯用装置であって、好適例ではアレ−変換器、ディジ
タルビ−ム形成器、ディジタルフィルタ−および画像処
理器を、１０ポンド（４．５ｋｇ）あるいはそれ以下の
重さの一つまたは二つ以上の容器に収納することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の携帯型超音波装置の構成のブロック
ダイヤグラムである。
【図２】 図２ａ、２ｂは、単一ユニットに収納された
本発明の携帯型超音波装置の正面図と側面図である。
【図３】 図３ａと３ｂは、本発明の二ユニット携帯型
超音波装置の変換器ユニットの正面図と側面図である。
【図４】 二ユニット容器による本発明の携帯型超音波
装置の二つのユニットを示す。
【図５】 図１の超音波装置の発信／受信ＡＳＩＣの説
明図である。
【図６】 図１の超音波装置のフロントエンドＡＳＩＣ
のブロックダイヤグラムである。
【図７】 発信／受信ＡＳＩＣとフロントエンドＡＳＩ
Ｃにより作動する開口制御を示す。
【図８】 図１の超音波装置のディジタル信号処理ＡＳ
ＩＣのブロックダイヤグラムである。
【図９】 フラッシュ除去のための最小−最大フィルタ
(min−max filter)を示す。
【図１０】 図１０ａ〜１０ｃはフラッシュ除去処理器
の作動を説明する波形である。
【図１１】 ディジタル信号処理ＡＳＩＣによるＢモ−
ド処理のフロ−チャ−トである。
【図１２】 ディジタル信号処理ＡＳＩＣによるドップ
ラ−処理のフロ−チャ−トである。
【図１３】 図１の超音波装置のバックエンドＡＳＩＣ
のブロックダイヤグラムである。
【図１４】 本発明によるＲθ走査変換方法の説明図で
ある。
【図１５】 走査変換器による走査線内挿方法を説明し
ている。
【図１６】 本発明による走査変換のさらなる説明であ
る。
【図１７】 図１７ａと１７ｂはＢモ−ドとドップラ−
との結合画像を説明している。
【図１８】 Ｂモ−ドとドップラ−を結合した走査線を
説明している。
【図１９】 二次元画像フレ−ムを使用した三次元透視
図を説明している。
【図２０】 二次元画像フレ−ムを使用した三次元透視
図を説明している。
【図２１】 三次元画像処理の間のフレ−ムバッファメ
モリの区画化(partitioning)を説明している。
【図２２】 図１の超音波装置の使用者制御のチャ−ト
である。
【符号の説明】
１０・・・変換器アレ−、２０・・・発信／受信ＡＳＩＣ、３
０・・・フロントエンドＡＳＩＣ、４０・・・ディジタル信号
処理ＡＳＩＣ、４２・・・記憶装置、５０・・・バックエンド
ＡＳＩＣ、５２・・・プログラム記憶装置、５６・・・ＰＣＭ
ＣＩＡインタ−フェイス、６０・・・ＬＣＤ表示装置、７
０・・・使用者制御、８０・・・装置、８１・・・下部、８３・・・
上部、８４・・・開口、２０２、２０４・・・パルサ−、２０
６・・・発信開口選択論理、２０８、２１０・・・発信多重通
信回路、２１４・・・受信開口選択論理、２１６・・・ＴＧＣ
増幅器、２１８・・・受信多重通信回路、２２０・・・デ−タ
バスライン、３１２・・・ＦＩＦＯレジスタ、３３０・・・共
通制御部、３３８・・・ＤＡＣ、３４０・・・連続バスシ−ケ
ンサ、４０８・・・係数メモリ、４１０・・・正規化回路、４
１２、４１４・・・フィルタ、４２０・・・ｒ．ｆ．メモリ、
４２２・・・マルチプレクサ、４３０・・・画像フレ−ムメモ
リ、４３２・・・ＦＩＲフィルタ、４３６・・・ＩＩＲフィル
タ、５００・・・ＲＩＳＣ処理器、５０２・・・３Ｄパワ−ド
ップラ−メモリ、５１０・・・バッファ、５１２・・・線内挿
器、５２８・・・書き込み制御器、５３０・・・フレ−ムバッ
ファメモリ、５３２・・・色マップ検索テ−ブル、５５０・
・・映像処理器、６３６・・・最大値選択器、６４０・・・対比
器
フロントページの続き (72)発明者 ロ−レン・エス・プルグラス アメリカ合衆国98117ワシントン州、シア トル、第10アベニュ−・ノ−スウエスト 7720番 (72)発明者 ジャック・ス−ク アメリカ合衆国98027ワシントン州、イサ カ、第230プレ−ス・サウスイ−スト 3813番

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アレ−変換器；および該アレ−変換器の
    素子が受信したエコ−信号を遅延し結合するビ−ム形成
    器からなる携帯型超音波装置であって、該アレ−変換器
    と該ビ−ム形成器が共通の容器に収納されていることを
    特徴とする携帯型超音波装置。
  2. 【請求項２】 該アレ−変換器がリニアアレ−であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の携帯型超音波装置。
  3. 【請求項３】 該アレ−変換器が曲線線形アレ−である
    ことを特徴とする請求項１に記載の携帯型超音波装置。
  4. 【請求項４】 該ビ−ム形成器がディジタルエコ−信号
    を遅延し結合するディジタルビ−ム形成器であることを
    特徴とする請求項１に記載の携帯型超音波装置。
  5. 【請求項５】 アレ−変換器；および該アレ−変換器の
    素子が受信したエコ−信号を遅延し結合するビ−ム形成
    器からなる携帯型超音波装置であって、該アレ−変換器
    と該ビ−ム形成器が、４．５ｋｇ（１０ポンド）以下の
    重量の１または２以上の容器に収納されていることを特
    徴とする携帯型超音波装置。
  6. 【請求項６】 さらに該ビ−ム形成器の出力に接続し、
    該ビ−ム形成器と同一容器に収納されているディジタル
    フィルタからなることを特徴とする請求項５に記載の携
    帯型超音波装置。
  7. 【請求項７】 さらに該ディジタルフィルタの出力に接
    続し、該ディジタルフィルタと同一容器に収納されてい
    る画像処理器からなることを特徴とする請求項５に記載
    の携帯型超音波装置。
  8. 【請求項８】 さらに該画像処理器の出力に接続する画
    像表示装置からなることを特徴とする請求項７に記載の
    携帯型超音波装置。
  9. 【請求項９】 該ビ−ム形成器、該ディジタルフィル
    タ、および該画像処理器が第一の容器に収納され、そし
    て該画像表示装置が第二の容器に収納されていることを
    特徴とする請求項８に記載の携帯型超音波装置。
  10. 【請求項１０】 該ビ−ム形成器が、ディジタルエコ−
    信号を遅延し結合するディジタルビ−ム形成器であるこ
    とを特徴とする請求項５に記載の携帯型超音波装置。
  11. 【請求項１１】 さらに該ディジタルビ−ム形成器と同
    一容器に収納されている画像処理器とディジタルフィル
    タからなることを特徴とする請求項１０に記載の携帯型
    超音波装置。
  12. 【請求項１２】 該画像処理器がディジタル走査変換
    器を有することを特徴とする請求項１１に記載の携帯型
    超音波装置。
  13. 【請求項１３】 変換器； Ｂモ−ド信号処理器； お
    よび、ドップラ−信号処理器からなる携帯型超音波装置
    であって、該Ｂモ−ド信号処理器と該ドップラ−信号処
    理器が同一携帯型容器に収納されていることを特徴とす
    る携帯型超音波装置。
  14. 【請求項１４】 共通携帯型容器が、４．５ｋｇ（１０
    ポンド）以下の重量であることを特徴とする請求項１３
    に記載の携帯型超音波装置。
  15. 【請求項１５】 さらに該共通携帯型容器に収納された
    ディジタルビ−ム形成器からなることを特徴とする請求
    項１４に記載の携帯型超音波装置。
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