JPS58121941A - 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】 ■２発明の背景 Ａ、技術分野 本発明は超音波診断装置、とくに、１つのフレームに含
まれる複数の画素のそれぞれを表わす画素データを含む
画像信号によって静止画像を表示する超音波診断装置に
関するＯ Ｂ、先行技術とその問題点 このような超音波診断装置は多く使用されているが、リ
アルタイム方式の超音波診断装置は、たとえば心臓や母
体中の胎児などの生体の一部を実時間で観察できる特長
がある。このような動画像を表示する装置には、おる時
点における瞬時の生体情報を得るために扱者の意志で動
画を静止させるいわゆる「フリーズ」機能を有するもの
がある。ある時点の動画像を直接フリーズさせることに
よって形成した静止画像は一般に、動画像よシ画質が劣
る印象を与える。通常、標準テレビヅヨン方式では毎秒
３０フレームの速度で画像か表示される。この動画を静
止させる場合、ある時点における１つのフレームに含ま
れる各画素の画素データをメモリに一時的に蓄積し、こ
れを繰返し読み出して１フレームの静止画面として再生
する方法がとられる。したがって視覚の性質にもよるが
、一般に動画の１フレ一ム分から静止画として得られる
情報量より毎秒３０フレームに速度で得られる情報量の
方が多いので、動画像ではたとえは超音波診断による断
層面などの画像の境界領域が動くことによって視覚的に
識別し易くなる。また静止画像ではランダムな雑音成分
も固定されてしまうので、視覚的に目立った印象を受け
る。

このような動画像から得られる静止画像の画質を改善す
る方法として、たとえば、被検体の同一部分を超音波に
て複数回走査して得られた画像信号をそれぞれフレーム
対応に設けたメモリに蓄積し、再生時にこれらのメモリ
から読み出して加算する超音波診断装置が提案されてい
る（特開昭５５−４５４２２）。この装置では加算の対
象となるフレームの数だけフレームメモリを必賛とし、
装置構成が複雑化する。他の提案によれは、同一目標の
映像をひきつづいて複数フレーム採取し、これらを時間
的に積分して静止ｉｉｉ＊表示を得るにあたって、入出
力画像信号の差を指定の桁数だけ下位桁方向ヘシフトさ
せる超音波映像装置がある（４？開昭５５−１４５４８
９）。

したがってこの下位桁シフトによって積分後ノ画素デー
タの最下位の数ビットが欠落するビット落ちの可能性が
生ずる。この他に、アナログ素子を用いて画像信号の積
分を行なツ超音波受信装置の提案（特開昭５６−２１０
７９）がある、アナログ素子はディノタル素子はど多数
の有効桁数をとれないので画像信号の精度を上げること
ができない。したがってディジタル処理になじまない限
定された用途に適している。

■０発明の目的 したがって本発明は、このような従来技術の欠点を解消
し、動画像のフリーズによシ形成した静止画像の画質が
改善された超音波診断装置を提供することにある。

あわせて本発明は、簡略な装置構成の静止画像表示手段
を設けた超音波診断装置を提供することを企図し２てい
る。

このような目的は次のような本発明による超音波診断装
置によって実現される。すなわちこの装置は、１フレ一
ム分の画素データを各画素に対応する記憶位置に蓄積す
る配憶手段と、１つのフレームにおける画素データが到
来するごとに、この到来した画素データの画素に対応す
る記憶手段の記憶位置に蓄積され友画素データに、該到
来した画素データを加算する加算手段と、加算手段によ
る画素データの加算を、選択した数の一連のフレームに
ついて行なわせる制御手段と、加算手段による画素デー
タの加算が一連のフレームについて終了すると、記憶手
段に蓄積された画素データを順次読み出して静止画像表
示のための直列画像信号とする読出し手段とを首むもの
である。

前述の読出し手段は、記憶手段から読み出した画素デー
タを前記選択した数で割算することによって直列画像信
号を形成する割算手段を含んでもよい。

本発明の１つの態様によれは、加算手段は、１つのフレ
ームにおける画素データが到来するごとに、記憶手段か
らこの到来した画素データの画素に対応する記憶位置に
蓄積された画素データを読み出して一時的に保持する保
持手段を含み、制御手段は、保持手段に保持された画素
データと前記到来したデータが加算手段によって加算さ
れると、加算結果を記憶手段における対応する記憶位置
に蓄積させる。

１　　ま九、制御手段は、前記選択した数を手動設定す
る手段を含んでもよい。

このように本発明によれば、一連の各フレームにおける
対応する画素の画素データを加算平均して１フレームの
静止画像を形成している。

したがって雑音に埋もれている周期的な信号は、加算平
均によって静止画像の画像信号として抽出される。加算
回数すなわち加算平均に使用する一連のフレームの数を
Ｆ（自然数）とすると、雑音はｌ／）／ｙに平均化され
る。すなわち加算回数の平方根に比例して信号対雑音比
が改善される。

■９発明の詳細な説明 次に添付図面を参照して本発明による超音波診断装置を
畦細に説明する。

第１図は本発明による超音波診断装置の実施例を示す・
ブロック図である。同図において、画像信号を入力とす
るアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２が設けら
れ、これは入力端子１０からたとえはテレビジョン信号
などのラスタ走査型直列画像信号を受信し、２Ｎレベル
（Ｎは自然数）の対応するディジタル８号（Ｎビット）
に変換し、これを出力１蟲に出力する・出力１４は加算
器１６にその一方の入力として接続され、加算器１６の
他方の入力はラッチ２０の出力１ｇ（Ｎ＋ｎビ、ト、ｎ
は自然数）に接続されている。加算器１６は両人力１４
および１８を加算してその加算結果を出力２２ＣＮ＋ｎ
ピ、ト）に発生する回路である。

加算器１６の出力ｚ２は画像メモリ２４のデータ入力に
接続され、画像メモリ２４はたとえは１フレ一ム分の画
素の画像データを各画素に対応するアドレスに蓄積する
ことのできる、たとえば半導体メモリなどのランダムア
クセスメモリである。この実施例において、ｌフレーム
がたとえは５１２Ｘ１１４個の画素からなるとすると・
メモリ２４はＮ　十ｎビットの記憶位置（アドレス）を
５１２Ｘ１１４個有するものである。

画像メモリ？４のＮ　＋　ｎビットのデータ出力２８は
、一方ではデータセレクタ２８の入力に接続され、他方
ではう、チ２０の入力に接続されている。ラッチｚＯは
メモリ２４から読み出されたＮ＋ｎビットの画像データ
を一時的に蓄積して加算器１６の入力１８へ供給するレ
ソスタである。またデータセレクタ２８は、画像メモリ
２４の出力２６から読み出した画像データを制御人力３
０のデータセレクト信号に応じてｍビ、ト（ｍはｎ以下
の自然数）仕上位桁のデータを選択するようにした２ｍ
の割算回路である。

その割算結果（Ｎビット）は出力３２に出力され、これ
はディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ　）変換器３４に供給
される。Ｄ／Ａ変換器１４は割算結果であるディジタル
信号をアナログ信号に変換して出力３６に出力する。

画像メモリ２４の読出し／１込みアドレスはメモリアド
レスカウンタ３８で指定され、リード４０を介してメモ
リ２４に供給される。−これらの各回路の動作は制御回
路４２Ｉによって制御される。制御回路４２は、入力端
子ｌ・で受信する画像信号の垂直（ト）および水平■同
期信号をそれぞれの入力端子４４および４６で受け、こ
れに応動して各制御信号４８．ＩＯ。

！！！、５４．Ｊ！６．６８および３０を出力する制御
論理回路である。マイクロプロセッサによって実現して
もよい。

信号４８はＡ／Ｄ変換パルスであり、入力端子４６上に
現われる１つの水平同期信号に同期して５１２個のパル
スがＡ／Ｄ変換器１２に供給される。これは、この実施
例では１枚の画面すなわちフレームが１１４本の水平走
査ａ　（Ｈ）からなシ、１本の水平赤青１（ＩＨ）は５
１２個の画素を含むとしているためである。Ａ／Ｄ変換
器１２はとのＡ／Ｄ変換パルスに応動して入力端子１０
のアナログ画像信号をそのレベルに対応するディジタル
信号に変換し、加算器１−の入力１４に供給する。

信号６０ｔｉラツチノ臂ルヌであシ、同じく水平周期信
号に同期して前述のＡ／Ｄ変換Ａ／ルスと同じタイミン
グでラッチｚＯの端子りに供給される。ラッチ３ｏ旨こ
のラッチノ９ルスに応動して画像メモリ？４の出力デー
タを一時的に蓄積する。信号Ｓ２はラッチ２０の状態を
クリアするためのラッチクリア信号であシ、ラッチ２゜
の端子Ｃに供給される。

信号６４は、信号４８のＡ／Ｄ変換ノ４ルスごとにこれ
に対して所定の位相で出力されるｉｉｒ＊メモリ２４の
書込み／４’ルスであり、画像メモリ２４には入力２２
の画像データがこの書込みパルスに応動して蓄積される
。その蓄積位置はライン４０で接続されたメモリアドレ
スカウンタ３Ｂで指定されるが、カウンタ３８の指示す
るアドレスすなわち計数値は、制御回路４雪から加えら
れるアドレス歩進パルス信号ｓ−によって歩進する。ア
ドレス歩道パルス信号１１６は、やは多信号４８のＡ／
Ｄ変換パルスごとにこれに対して所定の位相で発生する
。カウンタ３８は制御回路４２から供給されるリセット
信号Ｓ８によってクリアされる。

このように制御回路４２は、入力端子４４および４６に
それぞれ与えられる垂直および水平同期信号に同期して
様々なタイミングでこれらの制御信号を発生するが、こ
のような制御動作は、キーなどのスイッチからなるフリ
ーズスイッチＦＺおよびロータリスイッチ６２によって
外部から制御することができる。フリーズスイッチＦＺ
はライン６４および６６によって制御回路４２に接続さ
れ、後述のようにこのスイッチＦＺを閉じることによっ
て制御回路４２が起動され、本装置は画像のフリーズ動
作を開始する。またロータリスイッチ６２は図示のよう
に、ライン４６８および接点７０−１．７０−２゜７０
−３．・・・＋　７０−　ｎを有し、後述のようにフリ
ーズ画面に使用するフレームの数をｎ者択−で指定でき
る機能を有する。

本発明によれに、ある瞬時における動画を静止すなわち
フリーズして表示する静止画像の品質を向上させるため
、すなわち信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を改善するために、
フリーズ指示後、指定の枚数のフレームについて各フレ
ームの対応する画素の画像信号の平均値を算出し、この
平均値によって静止画面を形成する・このフリーズ動作
を手動操作にて指示するスイッチがスイッチＦＺであり
、平均値算出に使用するフレーム数を設定するスイッチ
がロータリスイッチ＠Ｂでｈる。ロータリスイッチはこ
のフレーム数を２．４，８．・・・＋　２”のうちから
択一的に選択することができる。

■１発明の具体的作用 このようなフリーズ動作Ｆｉ第１図に示す装置では次の
ようにして行なわれる。これを第２ム因および第２Ｂ図
に示す制御回路４２の動作フロー図を参照して説明する
。

まず制御回路４２はフリーズ画面ッｆＦＺＣ）閉成を検
出すると（ステップＺｏｏ、第２Ａ図）、制御信号５８
．５１および３ｏを出方して、それぞれメモリアドレス
カウンタ３８をクリアし、ラッチ２０をクリアし、デー
メセレクメ２８をロータリスイッチ６２で設定され良値
に応じてセットする（同１０２）。

ところで木製ｇｔはたとえば、毎秒３ｏフレーム、１フ
レーム２フイールドの飛越し走査方式が採用されている
と仮定する。まず最初のフレーム（Ｄ第１フィールド（
相対的に第１フィールドと考えてよい）に対応する垂直
同期信号が入力部子４４に到来しく同１Ｏ４）、最初の
水平走査線（ＩＨ）に対応する水平同期信号が端子盛・
に入力されると（同１０６）、制御回路４ｚは前述の５
１２個のＡ／Ｄ変換パルス４８を順次送出する。Ａ／Ｄ
変換器１２はこの・セルスに応動して入力端子１０の画
像信号をそのレベルに対応するＮビットのディノタル信
号に順次変換して出力１４に出力する。このときラッチ
２０は制御回路４２からラッチ１４ルス６０が与えられ
ないので、加算器１６の他方の入力１８はナル（ｎｕｌ
ｌ）である。したがって加算器１６の出力２ｚにはＡ／
Ｄ変換器１２の出力１４からの画像データがそのまま出
力される。

一方、画像メモリ２４の書込み制御入力５４には制御回
路４２から前述の誉込みパルスが供給される。このＡｌ
ｌススＡ／Ｄ変換パルス４８４　に同期して所定の位相
で供給される。また、メモリ２４に画像データを蓄積す
る記憶位置は、ライン４０を介してメモリアドレスカウ
ンタ３Ｂで指定されるが、カウンタ３８は、制御回路４
２から与えられる歩進パルス５８によって歩進する。こ
の歩進ノ々ルスもＡ／Ｄ変換パルス４８に同期して所定
の位相で供給される。そこで加算器１６から出力２２さ
れた画像データは、書込み・臂ルス６４に応じてメモリ
アドレスカウンタ３８で指定される記憶位置に各画素ご
とに順次蓄積される。たとえば、最初の水平走査線の最
初の画素のデータはメモリ２４の０番地に蓄積され（同
１０８）、次にカウンタ３８を１だけ歩進させて（同１
１◎）次の画素のデータが１番地に格納される。これを
繰シ返して最初の水平走査ｉｌ／ＩＨ）についてメモリ
２４へのデータ蓄積が完了する（同１１２）。

次に水平同期信号が端子４６に到来すると（同１０＠）
、２番目の水平走査線についてこれを繰シ返えし、５７
本の水平走査線についてこの動作を繰シ返えすと、１フ
イ一ルド分の画素についての画像データがメモリ？４の
画素対応の記憶位置に蓄積されたことになる（同ｌ口）
。

以上の動作を最初のフレームの第２フイールドについて
も繰シ返えすと、画像メモリ２４にはｌフレーム分の画
素の画像データが完全に蓄積される（同１１ｇ）。

ｌフレーム分の蓄積が完了すると制御回路４ｚは制御信
号５８を送出してアドレスカウンタ３８をクリアすると
ともに（ステップ１２０゜第２Ｂ図）、フレーム数の計
数を１だけ進める（同１２２）。

次に、垂直および水平同期信号の到来に応動して（同１
２４，１２６）制御回路４ｚは第２フレームについても
前述と同様の動作を行なうが、第２フレーム以降のフレ
ームについては次の点で多少相違する。すなわち、第２
フレーム以降の動作では、Ａ／Ｄ変換パルス４８に同期
して前述のラッチノ臂ルスＳＯがラッチ２０に供給され
、これによってラッチ２０はメモリアドレスカウンタ３
８で指定された番地の画像データを読み出ｉ、て一時蓄
積する（同１ｚｓ）ｏう、チ２０に一時蓄積された画像
データは加算器１６の一方の入力１８に入力され、その
ときＡ／Ｄ変換器１２から加算器１６の他方の入力に供
給されている画像データと加算器１６によって加算され
、これが出力２２に供給される。

この出力２ｚに現われる加算結果か第１フレームの場合
と同じように、アドレスカウンタ３８でそのとき指定さ
れているメモリ２４の番地、すなわちラッチ２０が読み
出した画像データの画素に対応する番地へ蓄積される（
同１３０）・たとえは、第２フレーム第１フイールドの
最初の水平走査線の最初の画素に対応する画像データが
加算器１６の入力１４にＡ／Ｄ変換器１２から与えられ
たとする。このときアドレスカウンタ３８はメモリ？４
のθ番地を指しているので、ラッチ２０がう、チｉ４ル
ス５Ｇで付勢されるとメモリ２４の０番地の画像データ
を読み出して取シ込む。この画像データは前述のように
最初のフレームの対応する画素の画像データである。ラ
ッチ２０にラッチされた画像データは加算器１６の入力
１８に入力され、入力ｌ４の画像データと加算されて出
力２ｚに出力される。カウンタ３８はこのと＠０１１地
を指定したままであるので、この加算結果は書込みノや
ルス５４によって再びメモリ２４のＯ番地に格納される
。勿論、メモリ２４はＯ番地に蓄積された前の画像デー
タにこの加算結果を上省きするので、前のデータは消失
する。次にアドレスカウンタ２４は１だけ歩進しく同１
　！１１１　）、同じ水平走査線における次の画素につ
いて同様の動作を行ない、メモリ２４の１番地に蓄積さ
れている画像データと画像信号入力端子１Ｇに与えられ
た２番目の画素の画像データとが加算され、１番地に蓄
積される。以下、順次各フレームについてこの動作を繰
シ返えし、制御回路。

４ｚはこのように加算、蓄積を行なったフレームの数カ
ローメリスイ、チ藝２で設定された数−に一致すると次
のフリーズ表示動作に移行する（同１　ｓ　４　）。

この状態では画像メモリ？４の各記憶位置には、各フレ
ームにおける対応する画素の画像データを、フリーズ指
示した時点以降の一連の設定した枚数のフレームについ
て積算した積算データが蓄積されていることになる。

フリーズ表示動作では、制御回路４ｚは制御信号Ｓ８を
出力してメモリアドレスカウンタ３８をリセットし、ア
ドレス歩進パルスＳ・が順次供給される。このときメモ
リ書込み／４ルスＳ４が供給されないので、画像メモリ
３４は読出しモードにあシ、アドレスカウンタ３８で指
・定された番地の画像データ、すなわち積算データを出
力雪・に順次読み出す（同１４Ｇ）。データセレクメは
、制御回路４２からの制御信号３０によってｍビット下
位桁にシフトする、すなわち上位桁ｍビットを選択する
ように設定されているので、入力２６に受信した積算デ
ータの上位からｍビットを出力３２に出力する（同１４
２）。したがって出力３２の画像データは積算データを
２ｍで割算したものになる。Ｄ／Ａ変換器３４はこの割
算結果を対応するアナログ信号に変換して直列画像信号
として出力端子３６に出力する。

制御回路４２は１つの画素についてメモリ２４から画像
データを読み出すと、アドレスカウンタ３８を１つだけ
歩進させ（同１４４）、次の画素の画像データを読み出
しては以上の動作を繰り返えす。これを１フレ一ム分の
画素について行なうと（同１４６）、画像信号出力端子
３６には１フレ一ム分の直列画像信号が形成される。

これかられかるように、端子３６に出力される画像信号
は、スイッチＦＺを操作して後２ｎ１枚の一連のフレー
ムについて対応する画素の画像データを積算して２１で
割った画像、すなわち２°枚の一連のフレームについて
対応する画素の画像データの算術平均値である。したが
って理論的にはＳ　／　Ｎ比がｍ倍改善された画像信号
が出力端子３６に得られ、これによって静止画像を表示
すると、評価し得るほど良好な画質が得られる。

画像メモＩＪ２４は、Ａ／Ｄ変換器１２の変換レベル数
がＮ、各画素ごとの最大積算回数すなわちフレーム数が
２　であるから、１画素当シＮ＋ｎビットの記憶容量で
足シる。したがって従来の方式のように、１画素当ｆｉ
Ｎピットの記憶容量の画像メモリを２枚設ける心機はな
い。

なおデータセレクメ２８は必らずし４設けなくてもよい
。たとえはローメリスイッチ−３を設けないでフリーズ
に使用するフレーム数が所定の値に固定されている場合
は、画像メモリ２４から読み出した画像信号を直接Ｄ／
Ａ変換器３４に入力し、変換器３４に設定した適当なレ
ベル（すなわち利得）でアナログ画像信号を出力端子３
・に出力するように構成することができる。また、フリ
ーズに使用するフレーム数を可変とする場合には、Ｄ／
Ａ変換器３４の出力段の利得がフレーム数に応じて可変
となるように構成してもよい。

画像信号出力端子３＠の外側に、たとえば隘極線管（Ｃ
ＲＴ　）などの静止画像をソフトコピーとして表示する
光示装置ｓＯを接続する場合には、別にリフレッシュメ
モリを設けてもよいが、画像メモリ２４をリフレッシュ
メモリとして使用してもよい。その場合にはたとえば毎
秒３０フレームの速度で画像メモリ２４から画像データ
が繰返し読み出される。

■１発明の具体的効果 このように本発明による超音波診断装置は静止画像の画
質が改善されるため、効果的に使用することができる。

画面のフリーズは複数のフレーム間の平均値を算出する
ことで画質を改善しているため、比較的動きの遅い画像
、たとえば腹部や産婦人科関係の静止画像のフリーズに
顕著な画質の改善が認められる。またフリーズ時の画像
データの積算は、各画素ごとに画像メーモリから読み出
した従前の画像データに新しい画像データを加算して再
び画像メモリに格納す１　る動作を時系列的にワン・ア
ット・ア・タイムで行なっているので、画像メモリの記
憶容量は１フレ一ム分おれば十分である。従来技術と比
較して少ない画像メモリで実現できるので、装置価格も
低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波診断装置の実施例を示すブ
ロック図、 第２Ａ図および第２Ｂ図は第１図に示す制御回路の動作
説明に使用する動作フロー図である。 生簀部分の符号の説明 １６・・・加算器、２ｏ・・・ラッチ、２４・−・画像
メモリ、２８・・・デー汐セレクタ、３８・・・メモリ
アドレスカウンタ、４２・・・制御回路、６２・・・ａ
　−汐すスイッチ。 第２Ａ図 第２Ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　１つの７レームにｔ′すれる複数の画素のそれぞ
   れを表わす画素データを含む直列画像信号によって静止
   画像を表示する超音波診断装置において、該ｉｔは、 ｌフレーム分の画素データを各画素に対応する記憶位１
   ｉＫ蓄積する記憶手段と、 １つのフレームにおける画素データが到来することに、
   核到来した画素データの画素に対応する前記記憶手段の
   記憶位置に蓄積された画素データに、骸到来した画素デ
   ータを加算する加算手段と、 該加算手段によるＦｊ＆素データの加算を、選択した数
   の一連のフレームについて行なわせる制御手段と、 前記加算手段による画素データの加算が前記一連のフレ
   ームについて終了すると、前記記憶手段に蓄積された画
   素データを順次読み出して静止画像表示のための直列画
   像信号とする読出し手段とを宮むことを特徴とする超音
   波診断装置。 乙　前記読出し手段は、前記記憶手段から読み出した画
   素データを前記選択した数で割算することによって直列
   画像信号を形成する割算手段を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の超音波診断装置。 ３、　前記加算手段は、１つのフレームにおける画素デ
   ータが到来するごとに、前記記憶手段から該到来した画
   像データの１ｉｉｉｉ素に対応する記憶位置に蓄積され
   た画素データを読み出して一時的に保持する保持手段を
   含み、前記制御手段は、該保持手段に保持された画素デ
   ータと前記到来したデータが前記加算手段によって加算
   されると、加算結果を前記配憶手段における対応する記
   憶位置に蓄積させることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２］Ｊ記載の超音波診断装置・ ４、前記制御手段は、前記選択した数を手動設定する手
   段を宮むことを特徴とする特！！′１″請求の°範曲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の超音波診断装置。