WO2010055819A1 - 超音波診断装置及び超音波画像生成方法 - Google Patents

超音波診断装置及び超音波画像生成方法 Download PDF

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    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8979—Combined Doppler and pulse-echo imaging systems

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus and an ultrasonic image generation method, and more particularly to an improvement of a data conversion unit that performs arithmetic processing for converting a reflected echo signal into an ultrasonic image.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus has a function of measuring an ultrasonic tomographic image (B mode image) of a subject. For example, when measuring a tomographic image of the heart, it also has a function of measuring a time-varying image (M mode) showing the motion of the heart wall. Furthermore, the present invention is not limited thereto, and a function of generating an elastic image based on measurement data of a tomographic image is also provided.
  • DSC digital scan converters
  • RF data processing for converting RF data (or RF frame data) obtained by digitizing a reflected echo signal into RF data suitable for reconstruction of an ultrasonic image
  • Display image data processing for converting RF data into ultrasound image data suitable for display on a display unit is known to have a variable data processing amount or a different processing cycle depending on the ultrasound measurement mode.
  • a cine memory having a capacity capable of storing a plurality of RF data is provided between the RF data processing and the display image data processing, and the RF data processing side does not worry about timing, and the processing result is stored in the cine memory.
  • the display image data processing side can read out the processing result of the RF data from the cine memory at an arbitrary timing and perform processing.
  • a plurality of large-capacity memories such as cine memories are required between data processing with different processing cycles. Therefore, there is a problem that the scale of the memory must be increased.
  • Such a problem is a problem that occurs not only when a series of different data processing is executed by different hardware, but also when executed by different software threads.
  • a combination of the RF data processing that converts RF data suitable for reconstruction of the ultrasound image exemplified above and the display image processing that converts the RF data into ultrasound image data suitable for display on the display unit The same applies to a case where a plurality of ultrasonic measurement modes that require related data processing with different processing cycles are executed in parallel.
  • the problem to be solved by the present invention is that, when a series of a plurality of data processes are processed by different processors, it is not necessary to adjust the processing cycle and adjust the processing timing between the processors.
  • the present invention provides ultrasonic image data using an ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves to and from a subject, and RF data based on reflected echo signals received from the subject.
  • the present invention is directed to an ultrasonic diagnostic apparatus that includes a data conversion unit that generates an image and a display unit that displays an ultrasonic image based on the ultrasonic image data generated by the data conversion unit.
  • a data conversion unit that generates ultrasonic image data using RF data based on a reflected echo signal received from a subject includes a plurality of processors that perform a series of data processing related to an ultrasonic measurement mode, and the processing result
  • Each processor performs a process assigned to itself in response to a write request of its own processor, writes a processing result to the buffer memory, and in response to a read request of another processor, The processing result written in the buffer memory is read.
  • the data conversion unit includes a memory that stores the input RF data, a plurality of processors, a control processor that controls the plurality of processors, a buffer memory, and an internal bus that connects them.
  • the buffer memory has a plurality of internal buffers set corresponding to each processor, each internal buffer has a plurality of memory areas, and the control processor
  • a series of data processing related to the ultrasonic measurement mode based on the RF data stored in the memory is controlled so as to be distributed to a plurality of processors, and each internal buffer is allocated in association with each processor,
  • Each of the processors has the internal buffer allocated to it in response to a write request for the processing result of its own processor.
  • the processing result is written by designating one of the plurality of memory areas in the buffer, and after the write release request of the own processor is inputted, the processing result written in the memory area is sent to another processor.
  • a read permission is issued in response to a read request.
  • each processor that provides a buffer memory having a plurality of internal buffers set corresponding to each processor, divides each internal buffer into a plurality of memory areas, and distributes and executes a series of data processing
  • the result can be written to any one of a plurality of memory areas corresponding to the upstream processor regardless of the processing cycle and processing timing of the downstream processor in the series of data processing.
  • the downstream processor reads from the memory area in which the processing result of the upstream processor is written at any timing regardless of the processing cycle or processing timing of the upstream processor and executes its own processing. Can do. Thereby, when a series of a plurality of data processes are distributed and processed in different processors, it is possible to eliminate the need for harmonization of processing cycles and adjustment of processing timing among the processors.
  • each processor designates and writes a memory area other than the memory area where the reading of the other processor is continued when there is a request for writing the processing result of its own processor.
  • the processing cycle of the downstream processor in the series of processing is long and the processing cycle of the upstream processor is short, the next processing result of the upstream processor is written before the reading of the downstream processor is completed. There may be a request.
  • by specifying and writing a memory area other than the memory area being read out it is possible to eliminate the need for harmonization of processing cycles and adjustment of processing timing between processors. In this case, it is necessary to set three or more memory areas corresponding to each processor.
  • the processing cycle of the upstream processor is long and the processing cycle of the downstream processor is short, the contents of one memory area in which the processing results of the upstream processor are written are continued twice. Can be read and used. However, when a request to write the processing result of the upstream processor is issued during reading, the memory area other than the memory area being read is designated and written in the same manner as described above.
  • the number of memory areas corresponding to the upstream processor may be two.
  • the processing steps of the RF data are divided and executed by two processors.
  • the processing cycle of the downstream processor is different from that of the downstream processor, it is necessary to set three or more memory areas, which departs from the gist of the present invention. is not.
  • each processor when there are a plurality of memory areas in which the processing results of the respective processors are written, each processor specifies a memory area in which the latest processing results are written and responds to a read request from another processor. It is preferable to give read permission. As a result, the downstream processor can execute data processing based on the latest processing result, so that real-time performance can be ensured.
  • the present invention further includes a control unit that controls the beam forming unit and the transmission / reception switching unit, and the control unit transmits a measurement mode code representing the ultrasonic measurement mode input from the input unit to the reflected echo.
  • the control processor adds the signal to the memory of the data converter, and the control processor performs a plurality of the series of data processing based on the measurement mode code added to the reflected echo signal and stored in the memory. Can be distributed to the processors. Thereby, the data conversion process can be automatically executed in correspondence with the ultrasonic measurement mode.
  • FIG. 2 is a flowchart of processing operations of the control processor of FIG. 1 embodiment.
  • 2 is a flowchart of Example 1 in which B-mode image processing is executed by two processors using the embodiment of FIG. 4 is an example of an operation timing chart of the embodiment 1 in FIG. 6 is another example of the operation timing chart of the embodiment 1 of FIG.
  • FIG. 8 is a block configuration diagram of a modified example of the embodiment of FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart of Example 2 in which processing for B-mode image and D-mode measurement is executed by four processors using the embodiment of FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention is set for each ultrasonic measurement mode in the ultrasonic measurement unit 10 and RF data that is ultrasonic measurement data measured by the ultrasonic measurement unit 10.
  • a data conversion unit 20 that generates a series of predetermined data processing to generate ultrasonic image data
  • a video memory 22 that stores ultrasonic image data converted by the data conversion unit 20, and a video memory 22
  • a display unit 24 for displaying an ultrasonic image or the like.
  • the ultrasonic measurement unit 10 has a configuration necessary for performing known ultrasonic measurement.
  • the ultrasonic measurement unit 10 transmits an ultrasonic beam to the subject and receives a reflected echo signal from the subject.
  • the ultrasonic probe 12 (PROBE), the transmission / reception switching unit 14 (PRB) for switching transmission / reception of the ultrasonic probe 12, and a signal for causing the ultrasonic probe 12 to transmit an ultrasonic beam are supplied.
  • a beam forming unit 16 (DBF).
  • a setting unit 17 CONSOLE
  • CONT control unit 18 for controlling the transmission / reception switching unit 14 and the beam forming unit 16 according to the ultrasonic measurement mode set by the setting unit 17. ).
  • the host computer 19 is connected to the transmission / reception switching unit 14 via the control unit 18 according to the ultrasonic measurement mode input from the setting unit 17.
  • the beam forming unit 16 can be controlled.
  • the host computer 19 can control the data conversion unit 20 via the control unit 18.
  • transducers are arranged for 1 to m channels in the long axis direction of the ultrasonic probe.
  • the minor axis direction can be changed by changing the delay time given to each transducer (1 to k channels) in the minor axis direction.
  • transmission weighting is performed by changing the amplitude of the ultrasonic transmission signal applied to each transducer in the short axis direction, and by changing the amplification or attenuation of the ultrasonic reception signal from each transducer in the short axis direction Receive weighting is applied.
  • the aperture control can be performed by turning on and off each vibrator in the short axis direction.
  • the transducer of the ultrasonic probe 12 is formed by a piezoelectric element, and cMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer: IEEE Trans. Ultrason.Ferroelect. Freq. Contr. Vol45 pp.678-690 May 1998 etc.)
  • cMUT Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer: IEEE Trans. Ultrason.Ferroelect. Freq. Contr. Vol45 pp.678-690 May 1998 etc.
  • a semiconductor formed by a so-called semiconductor can be used.
  • the transmission / reception switching unit 14 serves as an interface for generating a digitized RF data by supplying a transmission signal to the ultrasonic probe 12 and processing a received reflected echo signal.
  • the transmission / reception switching unit 14 generates digitized RF data by performing reception processing such as amplification, A / D conversion, and processing to add the same phase between multiple transducers. It has the function to do.
  • the transmission / reception switching unit 14 has a function of a receiving circuit that collects biological information by receiving a reflected echo signal from the inside of the subject with respect to the ultrasonic beam transmitted to the subject.
  • the beam forming unit 16 is a transmission circuit that controls the ultrasonic probe 12 to emit an ultrasonic beam, and determines the transmission timing of ultrasonic pulses that drive the plurality of transducers of the ultrasonic probe 12.
  • the ultrasonic beam is formed to be controlled to a focal point set in the subject. Further, the ultrasonic beam is electronically scanned in the arrangement direction of the transducers of the ultrasonic probe.
  • the setting unit 17 is used by the operator to input various parameters such as a desired ultrasonic measurement mode, patient information, and imaging position using a keyboard or trackball on the console.
  • the control unit 18 is a control computer system that controls the transmission / reception switching unit 14, the beam forming unit 16, and the data conversion unit 20 to function based on various parameters input by the setting unit 17.
  • the control unit 18 is configured to transfer the RF data output from the transmission / reception switching unit 14 to the data conversion unit 20.
  • the measurement mode code representing the ultrasonic measurement mode input from the setting unit 17 is attached to the RF data and transferred to the data conversion unit 20.
  • the data conversion unit 20 includes a plurality of processors 20a to 20h, a control processor 20i that collectively controls the processors 20a to 20h, a memory 20j (MEMORY) that stores RF data transferred from the control unit 18, and a buffer memory It is formed with 20m. Further, an internal bus 20k capable of communicating data among these processors 20a to 20h, control processor 20i, memory 20j, and buffer memory 20m is provided.
  • the buffer memory 20m has a plurality of internal buffers a to h set in correspondence with the plurality of processors 20a to 20h, respectively.
  • Each of the internal buffers a to h is formed with a plurality (three in the illustrated example) of memory areas, but the number of memory areas is not limited to this, and it is sufficient that there are at least two or more.
  • the control processor 20i controls the processors 20a to 20h connected via the internal bus 20k. That is, the RF data stored in the memory 20j is controlled so that a series of data processing related to the ultrasonic measurement mode is distributed to one or more of the processors 20a to 20h. For example, the measurement mode code attached to the RF data stored in the memory 20j is analyzed, and a series of data processing processing programs related to the ultrasonic measurement mode are assigned to one or more of the processors 20a to 20h. Also, the internal buffers a to h are allocated in association with the processors 20a to 20h.
  • Fig. 2 shows the processing flowchart of the control processor 20i.
  • the control processor 20i receives the measurement mode code attached to the RF data from the control unit 18 and stored in the memory 20j (S101), and reads the processing configuration text corresponding to the measurement mode code from the buffer memory 20m (S102).
  • this processing configuration text a plurality of processing programs are set in correspondence with various ultrasonic measurement modes, and a procedure for determining the processors 20a to 20h to which the execution of these processing programs is assigned is set. Further, necessary buffer memory including the internal buffers a to h is secured according to the setting of the processing configuration text (S103). Next, the secured internal buffers a to h are linked to the processors 20a to 20h (S104). Then, a processing program is assigned to each of the processors 20a to 20h and initialized (S105), and the processing is executed (S106).
  • the most upstream processors 20a to 20h in a series of data processing read and process the RF data stored in the memory 20j according to the assigned processing program. Based on the processing result, the downstream processors 20a to 20h execute data processing in accordance with the assigned processing program, and the most downstream processors 20a to 20h generate ultrasonic image data, and the video memory 22 To output.
  • Ultrasonic measurement modes include A mode image, B mode image, color flow mapping (C) mode image, Doppler (D) mode image, elasticity (elast) (E) mode image, M mode image, etc.
  • the ultrasonic measurement mode is widely known.
  • an ultrasonic measurement mode is known in which a three-dimensional ultrasonic image is reconstructed based on a plurality of B-mode images continuously measured along the body surface of the subject.
  • CELL is an abbreviation for Cell Broadband Engine (registered trademark) and is a microprocessor developed by Sony Computer Entertainment Inc.
  • the processors 20a to 20h are configured as SPE (Synergistic Processor Processor Element)
  • the control processor 20i is configured as PPE (PowerPC Processor Processor Element)
  • the internal bus 20k is configured as EIB (Element Interconnector Bus).
  • the video memory 22 synthesizes and stores the ultrasonic image formed by the data conversion unit 20, characters and graphic information such as patient information and body mark information, and graphic information of the setting unit 17.
  • the control unit 18 also has a display control unit function for selecting and controlling what display format is used for display.
  • the display unit 24 displays an ultrasonic image stored in the video memory 22, and is composed of, for example, a CRT monitor or a liquid crystal monitor.
  • the display unit 24 only needs to display an ultrasonic image and display an image that can be diagnosed by the operator, and any one of analog output and digital output can be applied to the present invention.
  • the number of processors 20a-20h is eight as an example in FIG. 1, but can be set arbitrarily according to the processing capability of the processor, and may be any natural number.
  • FIG. 3 shows a flowchart of data processing in the data conversion unit 20 that forms a B-mode image, which is a typical example of the ultrasonic measurement mode.
  • a description will be given assuming that a series of data processing is performed by assigning to two processors 20a and 20b in order to perform high-speed image processing of a B-mode image. That is, based on the RF frame data measured by the ultrasonic measurement unit 10 and stored in the memory 20j, RF frame data processing for converting the RF frame data suitable for reconstruction of the B-mode image and displaying the RF frame data are displayed.
  • the display image data processing for converting into B-mode image data suitable for display on the screen has a different processing cycle.
  • the control processor 20i analyzes the measurement mode code attached to the RF frame data and stored in the memory 20j, and recognizes that it is a B-mode image reconstruction process. Then, the control processor 20i assigns the RF frame data processing BM1 to the processor 20a and performs display image data to the processor 20b as shown in FIG. Allocate process BM2. The control processor 20i sets the internal buffer a for writing the processing result of BM1 to the processor 20a, and sets the processor 20b to read the processing result written to the internal buffer a and perform the processing of BM2. Further, the processing result of BM2 of the processor 20b is set to be output to the video memory 22.
  • a series of data processing necessary until B-mode image generation includes, for example, logarithmic compression processing S1, persistence processing S2, RF frame data processing BM1 including enhancement processing S4, scan conversion processing S12,
  • the display image data process BM2 includes a gamma correction process S14 and a data transfer process S15.
  • the logarithmic compression process S1 is a process for compressing the dynamic range of RF frame data, for example, which is 2 to the 20th power, into a dynamic range on a relatively small circuit. In the case of the present embodiment, compression is performed to the dynamic range of the display unit 24.
  • the persistence process S2 is a process of averaging the RF frame data displayed on the same pixel on the display unit 24 with respect to the RF frame data after the logarithmic compression process S1.
  • the enhancement processing S4 is processing for edge enhancement so that the boundary between pixels becomes clear with respect to the RF frame data after the persistence processing S2.
  • Scan conversion process S12 is a process for converting the coordinates of the enhanced pixel from the scan of the ultrasonic beam to the scan of the display monitor.
  • the gamma correction process S14 is a process of correcting the display gradation for the pixel after the scan conversion process S12 with a gamma curve that determines the definition area and the value area of the pixel.
  • the data transfer process S15 is a process of transferring the image (B mode image) after the gamma correction process S14 to the video memory 22.
  • data processing is executed at the frame rate of the RF frame data.
  • data processing is executed at the display update cycle (video rate) of the display unit 24. Since the frame rate and the video rate are generally different, their data processing (update) timings are different.
  • the display image data processing BM2 when processing a series of a plurality of data processes distributed to different processors, the processing cycles are harmonized and the processing timing is adjusted between the processors. A description will be given of making the process unnecessary. That is, the display image data processing BM2 always sends the latest ultrasonic image data to the display unit 24 via the video memory 22 without performing a waiting process for synchronization between the RF frame data processing BM1 and the display image data processing BM2. The reason why the output can be displayed will be described.
  • the buffer memory 20m of this embodiment has internal buffers a to h corresponding to the respective processors 20a to 20h, and each of the internal buffers a to h has a plurality of memory areas of the same size (3 in this embodiment). One) is formed.
  • the three memory areas of this embodiment are managed in use by the processors 20a to 20h.
  • the use states of the three memory areas are divided into three: “read preparation memory” Mready, “read designation memory” Mread, and “write designation memory” Mwrite.
  • the internal memory of each internal buffer a to h is called “0”, “1”,..., “Mnum-1”, respectively.
  • the start address of each memory area is indicated.
  • Mwrite (Mwrite + 1)% Mnum (1)
  • “%” in the expression (1) is an operator indicating a remainder.
  • Equation (1) is calculated again based on the obtained Mwrite, the address of the obtained Mwrite memory area is designated, and the result is returned to the requesting processor 20a.
  • the processor 20a stores the processing result in the memory area of the designated address at the end of the processing of the enhancement processing S4. Further, in this embodiment, after storing the processing result of the enhancement processing S4 in the memory area of the internal buffer a, the same processing result is stored in the cine memory set in the memory 20j in step S5 of FIG. Yes. However, the process of step S5 can be omitted. When the enhancement process S4 or the write process in step S5 is completed, the processor 20a outputs a “write release request” to the control processor 20i in step S6.
  • the processor 20a switches the state of the memory area where the write process is completed to “read ready memory” Mready according to the following equation (2).
  • Mready Mwrite (2)
  • the processor 20a sets the “read preparation memory” Mready state to “read designation memory” according to the following equation (3). Rewrite to Mread, specify the address, and return to the requesting processor 20b.
  • the processor 20b reads the latest processing result from the memory area of the designated address, and executes the scan conversion process S12. When the scan conversion process S12 ends, the processor 20b outputs a “read release request” to the processor 20a. In response to this, the processor 20a initializes the “read designation memory” Mread by the following equation (4).
  • each processor 20a can continue to write the latest processing result alternately in the other two memory areas while the other processor is performing the reading process.
  • the latest memory area updated last is operated so as to be read.
  • FIG. 4 shows an execution cycle of data processing when the frame rate clock that is the operation cycle of the RF frame data processing BM1 is faster than the video rate clock that is the operation cycle of the display image data processing BM2.
  • FIG. 5 shows an execution cycle of data processing when the frame rate clock that is the operation cycle of the RF frame data processing BM1 is slower than the video rate clock that is the operation cycle of the display image data processing BM2.
  • the RF frame data processing BM1 executed by the processor 20a issues a write request when the logarithmic compression S1 and the persistence processing S2 are finished for the first processing target RF data RF1 (step S3).
  • the address of the “write designation memory” is designated by the management function of the internal buffer a of the processor 20a.
  • enhancement processing S4 is performed, and the RF data RFD1 as a result of the processing is stored in the designated memory area.
  • the enhancement process S4 is completed, the RF data stored in the memory area is stored in the cine memory (S5). Then, a “write release request” is output.
  • the management function of the internal buffer a of the processor 20a changes the state “2” of the write-designated memory region to the state “0” of the “read-ready memory” for the currently written memory region.
  • the RF frame data processing BM1 executes the processing of the next processing target RF data, and the RF data RFD2 of the processing result is not the “reading preparation memory” state “0”, but the “write designation memory” state “2” Is stored in the memory area specified by the address in ".” That is, RF data RFD1 and RF data RFD2 are written in separate memory areas.
  • frame data processing is sequentially executed according to the frame rate and written to a designated memory area.
  • the display image data processing BM2 of the processor 20b is activated at a video rate sufficiently low with respect to the frame rate of BM1, and before the display image data processing BM2 starts processing based on the RF data RFD1, the RF data RFD2 processing has also been completed.
  • the processor 20a specifies and reads the memory area of the state “1” in which the latest RF data RFD2 of the processor 20b is stored. Allow.
  • the display image data processing BM2 performs scan conversion, gamma correction, and data transfer processing on the acquired RFD2, and outputs B-mode image data to the video memory 22. That is, the display image data processing BM2 processes RF2 without performing processing for RF1. Further, the memory area designated by the “read request” is not overwritten by the process BM1 of the processor 20a until the “read release request” is issued.
  • the memory area is specified by the address of each memory area.
  • the present invention is not limited to this, and it is possible to create a link list of handles and instance names of each memory area and use them instead. .
  • the RF frame data processing BM1 executed by the processor 20a issues a write request when the logarithmic compression S1 and the persistence processing S2 are finished for the first processing target RF data RF1 (S3).
  • the RF data RFD1 of the processing result of the enhancement process S4 is stored in the memory area in which the address of “write specified memory area” is specified.
  • the RF data stored in the memory area is stored in the cine memory (S5), and a “write release request” is output.
  • the process BM2 of the processor 20b is activated at a video rate that is sufficiently faster than the frame rate that is the operation cycle of the process BM1 of the processor 20a. Therefore, before the process BM1 of the processor 20a finishes the process BM2 of the processor 20b, a “read request” is made to the processor 20a a plurality of times. At this time, the processor 20a sets the “latest update buffer” to the state “0” in the memory area storing the RF1 in response to the “write release request” issued when the processing of the RF data RF1 is completed.
  • the memory area of the reading destination indicates a memory area different from the memory area storing the RF1.
  • the process BM1 of the processor 20a does not read the contents of the memory area being processed.
  • the frame rate, which is the operation cycle of BM1 is slower than the video rate, which is the operation cycle of BM2, and the display unit needs to display the same data multiple times, it will end without displaying the image being processed. Only the latest acquired data that has been processed can be displayed.
  • the RF frame data processing BM1 operates at a frame rate. However, if the scanning range of the ultrasonic wave is narrow, the performance of the display unit 24 and the speed that can be visually recognized by human eyes are exceeded. Collect RF frame data from the subject. Also, the frame rate becomes slow as long as the ultrasonic scanning range is wide. In this embodiment, since this is temporarily stored in the cine memory in step S5, all the RF frame data acquired from the subject after the processing of the RF frame data can be reproduced slowly again. Yes, it is possible to observe in detail even the lesions of the fine parts that could not be seen.
  • the contents of the data processing allocated to the processors 20a to 20h can be stored in the buffer memory 20m as “processing configuration text”, but the present invention is not limited to this, and the memory 20j “Processing configuration text” may be stored.
  • These data processing lists include, for example, the processing order and processing contents shown in FIG. 2, and include a processor configuration that uses two processors 20a and 20b to transfer data from BM1 to BM2. This information is independent for each diagnostic mode of the ultrasonic diagnostic apparatus such as B mode, Doppler mode, etc., and is selected by the user via the setting unit 17, and the input ultrasonic measurement mode is the control unit 18 and the control processor. Necessary information is transferred to 20i.
  • the control processor 20i reads the processing contents and the processor configuration corresponding to the ultrasonic measurement mode from the buffer memory 20m, and actually assigns the processing to the processors 20a to 20h, so that the ultrasonic diagnostic apparatus such as the B mode or the Doppler mode can be used. Different functions are realized for each ultrasonic measurement mode.
  • the buffer memory 20m is separated from the processors 20a to 20h and connected to the internal bus 20k.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. You may provide integrally in the inside of 20h.
  • FIG. 7 a series of data processing including data processing for imaging a B-mode image in the ultrasonic measurement mode and Doppler mode (D mode) processing in the ultrasonic measurement mode is executed in parallel by the data conversion unit 20.
  • 2 shows a flowchart of Embodiment 2.
  • the four data processing BM1, BM2, DM1 and DM2 can be operated in parallel using the processors 20c and 20d.
  • this embodiment can also be realized by mounting four software threads in place of the processors 20a, b, c, and d.
  • the user performs switching between the ultrasonic measurement mode for measuring the B-mode image and the ultrasonic measurement mode for performing Doppler processing via the setting unit 17.
  • the data conversion unit 20 receives the Doppler mode code transferred from the control unit 18 by the control processor 20i, reads the designated Doppler mode processing contents and processor configuration from the buffer memory 20m, and actually processes the processing to the processors 20a to 20d. Make an assignment.
  • the Doppler mode is selected, four processors 20a to 20d are used, and different processing contents of BM1, BM2, DM1, and DM2 are assigned to each.
  • the video rate processing thread of the B mode image shown in BM2 executed by the processor 20b and the video rate processing thread of the Doppler mode shown in DM2 executed by the processor 20d are synchronized with the refresh rate (image update cycle) of the video memory. And operate at the same timing. Then, the output image of DM2 and the output image of BM2 are combined in the combining process S31 and output to the video memory 22.
  • DM1 is a Doppler mode ultrasonic synchronization processing thread, which is a thread that performs processing in an ultrasonic beam unit cycle, the operation cycle is Lpre (times / 1 data unit), and the DM2 operation cycle is Lpost (cycles).
  • the number of memory areas Mnum_dm of the internal buffers a to d of the buffer memory 20m needs to be prepared as Lpre / Lpost.
  • the number Mnum_dm of the memory areas of these internal buffers a to h is stored as a processing configuration text in the memory 20j as with the processing contents.
  • B-mode image processing BM1 and BM2 is the same as FIG. 3 except for the BM2 synthesis processing S31.
  • the DM mode D1 is a well-known data process, and includes a sample gate (SG) setting process S41, a resample process S42, an FFT process S43, an averaging process S44, a logarithmic compression process S46, and a cine memory transfer process S47.
  • the write request S45 is provided before the logarithmic compression processing S46, and the write release request S48 is output after the cine memory transfer processing S47 is completed.
  • DM mode D2 includes a time series conversion process S52 and a scan conversion process S54, and outputs a read request S51 before the start of the time series conversion process S52 and stores the logarithm stored in the memory area of the internal buffer.
  • the processing result of the compression processing S46 is read out.
  • a read cancellation request is output (S53), and the memory area is released.
  • a composite image with the B mode image is generated in the composite process S31 of the B mode process BM2.
  • a buffer memory having a plurality of internal buffers set corresponding to each processor is provided, each internal buffer is divided into a plurality of memory areas, and a series of data processing is distributed.
  • the processing result of each processor to be executed is written to one of a plurality of memory areas corresponding to the upstream processor at any timing regardless of the processing cycle and processing timing of the downstream processor in the series of data processing. It becomes possible.
  • the downstream processor reads from the memory area in which the processing result of the upstream processor is written at any timing regardless of the processing cycle or processing timing of the upstream processor and executes its own processing. Can do. Thereby, when a series of a plurality of data processes are distributed and processed in different processors, it is possible to eliminate the need for harmonization of processing cycles and adjustment of processing timing among the processors.

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Abstract

　一連の複数のデータ処理を別々のプロセッサにて処理するに際し、各プロセッサ間の処理周期の調和及び処理タイミングの調整を不要とする。本発明は、被検体から受信された反射エコー信号に基づくRFデータを用いて超音波画像データを生成するデータ変換部20は、超音波計測モードに係る一連のデータ処理を行なう複数のプロセッサ20a～20hと、該処理結果を記憶するバッファメモリ20mとを有し、各プロセッサ20a～20hは、自己のプロセッサの書込み要求に応じて自己に割り付けられた処理を行い、処理結果をバッファメモリ20mに書き込み、他のプロセッサの読出し要求に応じて、バッファメモリ20mに書込まれた処理結果を読出す。

Description

超音波診断装置及び超音波画像生成方法
　本発明は、超音波診断装置及び超音波画像生成方法に係り、特に、反射エコー信号から超音波画像へ変換する演算処理を行うデータ変換部の改良に関する。
　超音波診断装置は、被検体の超音波の断層像(Bモード像)を計測する機能を備えている。また、例えば心臓の断層像を計測しているときに、心臓の壁の動きを示す時間変化画像(Mモード)を計測する機能も備えている。さらに、これらに限らず、断層像の計測データに基づいて弾性画像を生成する機能も備えている。
　これらの複数の機能を実現するために、各機能に適した複数の計測モードを並列に実行するとともに、各機能に対応して計測された反射エコー信号から超音波画像を生成して表示部に表示するために、デジタルスキャンコンバータ(DSC)と呼ばれるデータ変換部を複数設けて、各機能に対応した超音波画像データを生成することが提案されている(例えば、特許文献1)。
特許第3612358号公報
　しかし、特許文献1では、異なるデータ処理間の処理周期の調和や処理タイミングの調整については配慮されていない。つまり、一連の異なるデータ処理間の処理タイミングの組合せは、異なるデータ処理の内容やデータ処理手順により種々に変わることから、一連の異なるデータ処理間の組み合わせごとに異なる方法で処理周期の調和や処理タイミングの調整をしなければならない。
　すなわち、例えば、DSC等のデータ変換部においては、反射エコー信号をデジタル化したRFデータ(又は、RFフレームデータ)を超音波画像の再構成に適したRFデータに変換するRFデータ処理と、そのRFデータを表示部に表示するのに適した超音波画像データに変換する表示画像データ処理は、超音波計測モードに応じてデータ処理量が変動したり、処理周期が異なることが知られている。
　したがって、これらのRFデータ処理と表示画像処理を別々のハードウェアで行わせるようにすると、それらの処理周期が異なるために、別々のハードウェア間で処理周期を調和させたり、処理タイミングを調整しなければならないという問題がある。
　このような問題に対応するため、例えば、RFデータ処理と表示画像データ処理の間にRFデータを複数保存できる容量のシネメモリを設け、RFデータ処理側はタイミングを気にすることなくシネメモリに処理結果を書き込み、表示画像データ処理側は任意のタイミングでシネメモリからRFデータの処理結果を読み出して処理を行うことができる。しかし、このような仕組みを用いて一連の異なるデータ処理の処理周期を調和させたり、処理タイミングを調整するようにすると、処理周期の異なるデータ処理間にシネメモリのごとく大容量のメモリが複数必要になり、メモリの規模が大きくならざるを得ないという問題がある。
　このような問題は、一連の異なるデータ処理を別々のハードウェアで実行させる場合に限らず、異なるソフトウェアスレッドで行う場合にも起きる問題である。また、上で例示した超音波画像の再構成に適したRFデータに変換するRFデータ処理と、そのRFデータを表示部に表示するのに適した超音波画像データに変換する表示画像処理の組合せに限らず、処理周期が異なる関連したデータ処理が必要となる複数の超音波計測モードを並列に実行する場合も同様である。
　本発明が解決しようとする課題は、一連の複数のデータ処理を別々のプロセッサに処理するに際し、それらのプロセッサ間における処理周期の調和及び処理タイミングの調整を不要とすることにある。
　上記課題を解決するため、本発明は、被検体との間で超音波を送受する超音波探触子と、前記被検体から受信された反射エコー信号に基づくRFデータを用いて超音波画像データを生成するデータ変換部と、該データ変換部で生成された超音波画像データに基づく超音波画像を表示する表示部とを備えてなる超音波診断装置を対象とする。
　特に、被検体から受信された反射エコー信号に基づくRFデータを用いて超音波画像データを生成するデータ変換部は、超音波計測モードに係る一連のデータ処理を行なう複数のプロセッサと、該処理結果を記憶するバッファメモリとを有し、各プロセッサは、自己のプロセッサの書込み要求に応じて自己に割り付けられた処理を行い、処理結果をバッファメモリに書き込み、他のプロセッサの読出し要求に応じて、バッファメモリに書込まれた処理結果を読出す。
　詳細には、前記データ変換部は、入力される前記RFデータを記憶するメモリと、複数のプロセッサと、該複数のプロセッサを制御する制御プロセッサと、バッファメモリと、これらを接続する内部バスを備えたマルチプロセッサで形成され、前記バッファメモリは、前記各プロセッサに対応させて設定された複数の内部バッファを有し、各内部バッファは複数のメモリ領域を有して形成され、前記制御プロセッサは、前記メモリ内に記憶された前記RFデータ基づいて超音波計測モードに係る一連のデータ処理を複数のプロセッサに分散させて行なわせるように制御するとともに、各内部バッファを各プロセッサに対応付けて割り付け、前記各プロセッサは、自己のプロセッサの処理結果の書込み要求に応じて自己に割り付けられた前記内部バッファ内の前記複数のメモリ領域の1つを指定して該処理結果を書き込ませ、自己のプロセッサの書込み解除要求が入力された後、該メモリ領域に書込まれた処理結果を他のプロセッサの読出し要求に応じて読出許可を出すことを特徴とする。
　このように、各プロセッサに対応させて設定された複数の内部バッファを有するバッファメモリを設け、各内部バッファを複数のメモリ領域に区分し、一連のデータ処理を分散して実行する各プロセッサの処理結果を、一連のデータ処理の下流側のプロセッサの処理周期や処理タイミングにかかわらず、上流側のプロセッサに対応する複数のメモリ領域の1つに任意のタイミングで書き込むことが可能になる。また、下流側のプロセッサは、上流側のプロセッサの処理結果が書き込まれたメモリ領域から、上流側のプロセッサの処理周期や処理タイミングにかかわらず、任意のタイミングで読み出して自己の処理を実行することができる。これにより、一連の複数のデータ処理を別々のプロセッサに分散して処理するに際し、それらのプロセッサ間における処理周期の調和及び処理タイミングの調整を不要とすることができる。
　この場合において、各プロセッサは、自己のプロセッサの処理結果の書込み要求があったとき、他のプロセッサの読出しが継続しているメモリ領域以外のメモリ領域を指定して書き込ませることが好ましい。つまり、一連の処理の下流側のプロセッサの処理周期が長く、上流側のプロセッサの処理周期が短い場合、下流側のプロセッサの読出しが完了しないうちに、上流側のプロセッサの次の処理結果の書込み要求が出る場合がある。この場合は、読み出されているメモリ領域以外のメモリ領域を指定して書き込ませることにより、プロセッサ間における処理周期の調和及び処理タイミングの調整を不要とすることができる。この場合、各プロセッサに対応するメモリ領域は、3つ以上設定する必要がある。
　また、これとは逆に、上流側のプロセッサの処理周期が長く、下流側のプロセッサの処理周期が短い場合は、上流側のプロセッサの処理結果を書き込んだ1つのメモリ領域の内容を2度続けて読み出して利用することができる。但し、読出し中に上流側のプロセッサの処理結果の書込み要求が出された場合は、読み出されているメモリ領域以外のメモリ領域を指定して書き込ませることは上記と同様である。
　なお、本発明の例外的な場合として、上流側と下流側のプロセッサの処理周期が同一の場合は、上流側のプロセッサに対応するメモリ領域は2つでもよい。このような例は、例えば、RFデータの処理ステップを2つのプロセッサに分けて実行させる場合がある。しかし、この場合であっても、下流側のプロセッサのさらに下流側のプロセッサとの処理周期が異なる場合は、3つ以上のメモリ領域を設定する必要があるから、本発明の主旨を逸脱するものではない。
　さらに、本発明においては、各プロセッサは、自己のプロセッサの処理結果が書き込まれたメモリ領域が複数ある場合、最新の処理結果が書き込まれたメモリ領域を指定して他のプロセッサの読出し要求に応じて読出許可を出すことが好ましい。これにより、下流側のプロセッサは、最新の処理結果に基づいてデータ処理を実行できるので、リアルタイム性を確保できる。
　また、本発明は、さらに、前記ビーム形成部と前記送受信切替部を制御する制御部を備え、該制御部は、入力部から入力される前記超音波計測モードを表す計測モードコードを前記反射エコー信号に付加して前記データ変換部の前記メモリに転送し、前記制御プロセッサは、前記反射エコー信号に付加して前記メモリに記憶された前記計測モードコードに基づいて、前記一連のデータ処理を複数のプロセッサに分散させて行なわせることができる。これにより、超音波計測モードに対応させて自動的にデータ変換処理を実行することができる。
　本発明によれば、一連の複数のデータ処理を別々のプロセッサに処理するに際し、それらのプロセッサ間における処理周期の調和及び処理タイミングの調整を不要とすることができる。
本発明の超音波診断装置の一実施形態のブロック構成図である。 図1実施形態の制御プロセッサの処理動作のフレーチャートである。 図1の実施形態を用いてBモード像処理を2つのプロセッサにより実行させる実施例1のフローチャートである。 図3の実施例1の動作タイミングチャートの一例である。 図3の実施例1の動作タイミングチャートの他の一例である。 図1の実施形態の変形例のブロック構成図である。 図1の実施形態を用いてBモード像とDモード計測の処理を4つのプロセッサにより実行させる実施例2のフローチャートである。
　以下、本発明を適用してなる超音波診断装置の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。
　図1は、本発明を適用してなる超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本発明の超音波診断装置は、超音波計測部10と、超音波計測部10で計測された超音波計測データであるRFデータに、超音波計測モードごとに設定される一連の所定のデータ処理を施して、超音波画像データを生成するデータ変換部20と、データ変換部20で変換された超音波画像データを記憶するビデオメモリ22と、ビデオメモリ22に記憶された超音波画像などを表示する表示部24などを備えて構成される。
　超音波計測部10は、周知の超音波計測を行なうのに必要な構成を備えており、図示例では、被検体に超音波ビームを送信するとともに、被検体からの反射エコー信号を受信する超音波探触子12(PROBE)と、超音波探触子12の送信／受信を切り替える送受信切替部14(PRB)と、超音波探触子12に超音波ビームを送信させるための信号を供給するビーム形成部16(DBF)とを備えて構成される。さらに、超音波計測モードなどを設定する設定部17(CONSOLE)と、設定部17により設定される超音波計測モードに応じて、送受信切替部14とビーム形成部16を制御する制御部18(CONT)を備えている。また、設定部17により入力設定される各所の情報はホストコンピュータ19に入力され、ホストコンピュータ19は設定部17から入力された超音波計測モードに応じて制御部18を介して送受信切替部14とビーム形成部16を制御することができるようになっている。さらに、ホストコンピュータ19は制御部18を介してデータ変換部20を制御することができるようになっている。
　超音波探触子12(PROBE)は、振動子が超音波探触子の長軸方向に1～mチャンネル分配列される。ここで、短軸方向にもk個に切断されて1～kチャンネル分配列されている場合、短軸方向の各振動子(1～kチャンネル)に与える遅延時間を変えることにより、短軸方向にも送波や受波のビームフォーカスが可能になっている。また、短軸方向の各振動子に与える超音波送信信号の振幅を変えることにより送波重み付けがされ、短軸方向の各振動子からの超音波受信信号の増幅度又は減衰度を変えることにより受波重み付けがされるようになっている。さらに、短軸方向のそれぞれの振動子をオン、オフすることにより、口径制御ができるようになっている。
　また、超音波探触子12の振動子は、圧電素子により形成される他、cMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer：IEEE Trans. Ultrason.Ferroelect. Freq. Contr. Vol45 pp.678-690 May 1998等)と呼ばれる半導体により形成されるものを適用することができる。
　送受信切替部14は、超音波探触子12に送信信号を供給するとともに受信した反射エコー信号を処理してデジタル化したRFデータを生成するインターフェースの役割を果たしている。つまり、送受信切替部14は、受信した反射エコー信号を増幅などの受信処理、A/D変換、複数の振動子間の位相を揃えて加算する処理などを行なって、デジタル化したRFデータを生成する機能を有する。また、送受信切替部14には、被検体に送信された超音波ビームに対する被検体内からの反射エコー信号を受信して生体情報を収集する受波回路の機能を有する。
　ビーム形成部16は、超音波探触子12を制御して超音波ビームの打ち出しをさせる送波回路であり、超音波探触子12の複数の振動子を駆動する超音波パルスの送信タイミングを制御して、被検体内に設定される焦点に向けて超音波ビームを形成するようになっている。また、超音波探触子の振動子の配列方向に電子的に超音波ビームを走査するようになっている。
　設定部17は、操作者が操作卓上のキーボードやトラックボールを用いて所望の超音波計測モード、患者情報、撮像位置などの各種パラメータを入力するものである。
　制御部18は、設定部17によって入力された各種パラメータに基づき送受信切替部14、ビーム形成部16、データ変換部20をそれぞれ機能させるように制御する制御用コンピューターシステムである。また、制御部18は、送受信切替部14から出力されるRFデータをデータ変換部20に転送するようになっている。このとき、設定部17から入力された超音波計測モードを表す計測モードコードを、RFデータに付帯させてデータ変換部20に転送するようになっている。
　データ変換部20は、複数のプロセッサ20a～20hと、プロセッサ20a～20hを一括で制御する制御プロセッサ20iと、制御部18から転送されてくるRFデータを記憶するメモリ20j(MEMORY)と、バッファメモリ20mを備えて形成されている。また、これらのプロセッサ20a～20h，制御プロセッサ20i，メモリ20j、バッファメモリ20m間で相互にデータを通信可能な内部バス20kを備えている。
　バッファメモリ20mは、複数のプロセッサ20a～20hにそれぞれ対応させて設定された複数の内部バッファa～hを有して形成されている。各内部バッファa～hは、それぞれ複数(図示例では、3つ)のメモリ領域を有して形成されているが、メモリ領域の数はこれに限られず、少なくとも2つ以上有ればよい。
　制御プロセッサ20iは、内部バス20kを介して接続されるプロセッサ20a～20hを制御するものである。つまり、メモリ20j内に記憶されたRFデータについて、超音波計測モードに係る一連のデータ処理をプロセッサ20a～20hの一又は複数に分散させて行なわせるように制御するようになっている。例えば、メモリ20jに記憶されるRFデータに付帯された計測モードコードを解析し、超音波計測モードに係る一連のデータ処理の処理プログラムをプロセッサ20a～20hの一又は複数に割り当てる。また、各内部バッファa～hを各プロセッサ20a～20hに対応付けて割り付ける。
　図2に、制御プロセッサ20iの処理フローチャートを示す。制御プロセッサ20iは、制御部18からRFデータに付帯させてメモリ20jに格納された計測モードコードを受け取り(S101)、計測モードコードに対応した処理構成テキストをバッファメモリ20mから読み出す(S102)。この処理構成テキストは、各種の超音波計測モードに対応させて複数の処理プログラムが設定され、それらの処理プログラムの実行を割り付ける各プロセッサ20a～20hを決める手順が設定されている。また、処理構成テキストの設定に従って、内部バッファa～hを含めて必要なバッファメモリを確保する(S103)。次いで、確保した内部バッファa～hを各プロセッサ20a～20hに結びつける(S104)。そして、各プロセッサ20a～20hに処理プログラムを割り付けて初期化し(S105)、処理を実行させる(S106)。
　一連のデータ処理の最上流側のプロセッサ20a～20hは、割当てられた処理プログラムに従って、メモリ20jに記憶されるRFデータ読み出してデータ処理を行う。その処理結果に基づいて、下流側のプロセッサ20a～20hは、割当てられた処理プログラムに従ってデータ処理を実行し、最下流側のプロセッサ20a～20hは、超音波画像データを生成して、ビデオメモリ22に出力するようになっている。
　なお、超音波計測モードには、Aモード像、Bモード像、カラーフローマッピング(C)モード像、ドプラ(D)モード像、弾性(エラスト)(E)モード像、Mモード像、等の種々の超音波計測モードが広く知られている。また、被検体の体表に沿って連続して計測される複数のBモード像に基づいて3次元超音波画像を再構成する超音波計測モードが知られている。
　ここで、データ変換部20には、例えばCELLなど単一のパッケージ内に複数のプロセッサコアを有するアーキテクチャが標準化されたマルチプロセッサを適用することができる。CELLとは、Cell Broadband Engine(登録商標)の略記で、株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント等によって開発されたマイクロプロセッサである。CELLを用いる場合、プロセッサ20a～20hはSPE(Synergistic Processor Element)、制御プロセッサ20iはPPE(PowerPC Processor Element)、内部バス20kはEＩB(Element Interconnect Bus)として構成される。
　一方、ビデオメモリ22は、データ変換部20によって形成された超音波画像と、患者情報やボディマーク情報などの文字やグラフィック情報、設定部17のグラフィック情報を合成して記憶するものである。制御部18は、どのような表示フォーマットで表示するかを選択制御する表示制御部の機能も有している。
　表示部24は、ビデオメモリ22に記憶された超音波画像を表示するもので、例えばCRTモニタあるいは液晶モニタからなる。表示部24は超音波画像が表示されて操作者によって診断可能な画像が表示されればよいのであって、アナログ出力、デジタル出力の何れのものであっても本発明に適用することができる。
　なお、超音波診断装置においては、装置の小型化に寄与するデータ処理の回路規模の縮小という要求がある一方で、装置の高機能化に寄与するデータ処理の高速化の要求があり、互いがトレードオフとなる技術課題が存在しているが、本実施形態の単一パッケージのマルチプロセッサを採用することで回路規模の縮小とデータ処理の高速化に寄与することができる。なお、プロセッサ20a－20hの数は、図1において例として8個としているが、プロセッサの処理能力によって任意に設定できるため、任意の自然数の個数であってもよい。
　以下、図1の超音波診断装置のデータ変換部20の詳細な構成及び動作について、具体的な超音波計測モードに係る一連のデータ処理の実施例に基づいて説明する。
　図3に、超音波計測モードの代表的な例であるBモード像を画像化するデータ変換部20におけるデータ処理のフローチャートを示す。本実施例では、Bモード像の画像処理を高速に行うため、一連のデータ処理をプロセッサ20aとプロセッサ20bの2つに割り当てて行なうものとして説明する。すなわち、超音波計測部10で計測されメモリ20jに格納されたRFフレームデータに基づいて、Bモード像の再構成に適したRFフレームデータに変換するRFフレームデータ処理と、そのRFフレームデータを表示部に表示するのに適したBモード画像データに変換する表示画像データ処理は処理周期が異なる。
　そこで、制御プロセッサ20iは、RFフレームデータに付帯してメモリ20jに格納された計測モードコードを解析し、Bモード像の再構成処理であることを認識する。そして、制御プロセッサ20iは、Bモード像生成までの具体的な処理をパイプライン方式で行うために、図3に示すように、プロセッサ20aにRFフレームデータ処理BM1を割当て、プロセッサ20bに表示画像データ処理BM2を割当てる。また、制御プロセッサ20iは、プロセッサ20aにBM1の処理結果を書き込む内部バッファaを設定し、プロセッサ20bには内部バッファaに書き込まれた処理結果を読み出してBM2の処理を行わせるように設定する。また、プロセッサ20bのBM2の処理結果をビデオメモリ22に出力するように設定する。
　図3に示すように、Bモード像生成までに必要な一連のデータ処理は、例えば、対数圧縮処理S1、パーシスタンス処理S2、エンハンス処理S4を含むRFフレームデータ処理BM1と、走査変換処理S12、ガンマ補正処理S14、データ転送処理S15を含む表示画像データ処理BM2から構成される。対数圧縮処理S1は、例えば、2の20乗もあるRFフレームデータのダイナミックレンジを、比較的小さい回路上のダイナミックレンジに圧縮する処理である。本実施例の場合は、表示部24のダイナミックレンジに圧縮する。パーシスタンス処理S2は、対数圧縮処理S1後のRFフレームデータに対して表示部24上の同じ画素に表示されるRFフレームデータ同士を加算平均する処理である。
エンハンス処理S4は、パーシスタンス処理S2後のRFフレームデータに対して画素間の境界が鮮明になるようにエッジ強調する処理である。
　走査変換処理S12は、エンハンス処理後の画素を超音波ビームの走査から表示モニタの走査へ座標変換する処理である。ガンマ補正処理S14は、走査変換処理S12後の画素に対し、画素の定義域と値域を決めるガンマ曲線で表示階調を補正する処理である。データ転送処理S15は、ガンマ補正処理S14後の画像(Bモード像)をビデオメモリ22に転送する処理である。
　ここで、RFフレームデータ処理BM1では、データ処理をRFフレームデータのフレームレートで実行する。一方、表示画像データ処理BM2では、データ処理を表示部24の表示更新周期(ビデオレート)で実行する。フレームレートとビデオレートは一般に異なることから、それらのデータ処理(更新)のタイミングはそれぞれ異なったものとなる。
　ここで、本実施例の特徴部であるバッファメモリ20mを用いて、一連の複数のデータ処理を別々のプロセッサに分散して処理するに際し、それらのプロセッサ間における処理周期の調和及び処理タイミングの調整を不要とすることについて説明する。つまり、RFフレームデータ処理BM1と表示画像データ処理BM2を同期のための待ち処理を行うことなく、表示画像データ処理BM2は常に最新の超音波画像データを、ビデオメモリ22を介して表示部24に出力表示させることができる理由について説明する。
　本実施例のバッファメモリ20mは、各プロセッサ20a～20hに対応させて、それぞれ内部バッファa～hを有し、各内部バッファa～hは同じ大きさのメモリ領域を複数(本実施例では3つ)有して形成されている。本実施例の3つのメモリ領域は、各プロセッサ20a～20hで使用状態が管理されている。ここで、3つのメモリ領域の使用状態は、「読み出し準備メモリ」Mready、「読み出し指定メモリ」Mread、「書き込み指定メモリ」Mwriteの3つに分けられる。メモリ領域の数をMnum (本実施例では、3)とした場合、各内部バッファa～hの内部のメモリは、それぞれ「0」、「1」、・・・、「Mnum－1」と呼称され、各メモリ領域の先頭アドレスを示すものとする。ここで、読み出し準備状態のメモリはメモリ「Mready」で記述することができる。例えば、「読み出し準備メモリ」がMready＝0の場合、Mnum個存在するメモリ領域のうちメモリ領域「0」が読み出し準備状態にあることを示す。また、Mread＝1、Mwrite＝2であれば、メモリ領域「1」が読み出し指定状態、メモリ領域「2」が書き込み指定状態であることを認識している。また、各メモリ領域の初期状態においては、全て使用不可を示す「－1」に初期化されているものとする。
　プロセッサ20aは、図3に示すように、RFフレームデータ処理BM1のS3においてプロセッサ20aから「書き込み要求」が出されると、(1)式に基づいて、書き込み先の「書き込み指定メモリ」Mwriteを決める。
　　　　Mwrite＝(Mwrite＋1)% Mnum　　　　　　　　　　　　(1)
　ここで、(1)式の「%」は剰余を示す演算子である。
　式(1)で求めたMwriteが「読み出し指定メモリ」Mreadであった場合は、現在、表示画像データ処理BM2がそのメモリ領域の内容を読み出していることを意味し、読み出し中に書き込みをすると、表示画像データ処理BM2が誤った処理をすることになる。そこで、Mreadのメモリ領域を、「書き込み指定メモリ」に指定することはできない。この場合は、求めたMwriteに基づいて式(1)を再度演算し、求めたMwriteのメモリ領域のアドレスを指定して、要求元のプロセッサ20aに返す。
　これにより、プロセッサ20aはエンハンス処理S4の処理の終了に合せて処理結果を指定されたアドレスのメモリ領域に格納する。また、本実施例では、エンハンス処理S4の処理結果を内部バッファaのメモリ領域に格納した後、図2のステップS5において同一の処理結果を、メモリ20jに設定されたシネメモリに格納するようにしている。しかし、ステップS5の処理は省略することができる。そして、エンハンス処理S4又はステップS5の書き込み処理が終了したとき、プロセッサ20aはステップS6で、「書込み解除要求」を制御プロセッサ20iに出力する。
　プロセッサ20aは、「書込み解除要求」が入力されると、次式(2)により、書き込み処理が終了したメモリ領域の状態を、「読み出し準備メモリ」Mreadyに切り換える。
　　　　Mready＝Mwrite　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)
　一方、プロセッサ20aは、表示画像データ処理BM2のステップS11において、プロセッサ20bから「読み出し要求」が入力されると、次式(3)により、「読み出し準備メモリ」Mreadyの状態を「読み出し指定メモリ」Mreadに書き換えて、そのアドレスを指定して要求元のプロセッサ20bに戻す。
　　　　Mread＝Mready　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)
　これに応答して、プロセッサ20bは指定されたアドレスのメモリ領域から最新の処理結果を読み出して、走査変換処理S12を実行する。そして、走査変換処理S12が終了したら、プロセッサ20bは「読み出し解除要求」をプロセッサ20aに出力する。これに応答して、プロセッサ20aは、次式(4)により、「読み出し指定メモリ」Mreadを初期化する。
　　　　Mread＝－1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4)
　このように内部バッファaを管理することにより、各プロセッサ20aは他のプロセッサにより読み出し処理が行われている間、他の2つのメモリ領域に交互に最新の処理結果を書き込み続けることができる。また、新たに読み出し処理が発生したときは、最後に更新された最新のメモリ領域の内容を読み出させるように動作する。
　上記の実施例1のRFフレームデータ処理BM1と表示画像データ処理BM2の関連動作について、図4、図5に示した具体的なタイムチャート例を用いて説明する。図4は、RFフレームデータ処理BM1の動作サイクルであるフレームレートクロックが、表示画像データ処理BM2の動作サイクルであるビデオレートクロックよりも速いときのデータ処理の実行サイクルを示している。一方、図5は、RFフレームデータ処理BM1の動作サイクルであるフレームレートクロックが、表示画像データ処理BM2の動作サイクルであるビデオレートクロックよりも遅いときのデータ処理の実行サイクルを示している。
　図4に示すように、プロセッサ20aで実行するRFフレームデータ処理BM1は、最初の処理対象のRFデータRF1について対数圧縮S1とパーシスタンス処理S2を終了したときに書込み要求を出す(ステップS3)。これにより、プロセッサ20aの内部バッファaの管理機能により、「書き込み指定メモリ」のアドレスが指定される。次いで、エンハンス処理S4を行い、その処理結果のRFデータRFD1を指定されたメモリ領域に格納する。エンハンス処理S4を終了すると、メモリ領域に格納したRFデータをシネメモリに格納する(S5)。そして、「書き込み解除要求」を出力する。これに応答して、プロセッサ20aの内部バッファaの管理機能は、今回書き込んだメモリ領域を書き込み指定メモリ領域の状態「2」を、「読み出し準備メモリ」の状態「0」に変える。そして、RFフレームデータ処理BM1は次の処理対象のRFデータの処理を実行し、その処理結果のRFデータRFD2を「読み出し準備メモリ」の状態「0」でない、「書き込み指定メモリ」の状態「2」にあるアドレスで指定されたメモリ領域に格納する。つまり、RFデータRFD1とRFデータRFD2を別々のメモリ領域に書き込む。同様にして、フレームレートに従ってフレームデータの処理を順次実行し、指定されるメモリ領域に書き込む。
　一方、プロセッサ20bの表示画像データ処理BM2は、BM1のフレームレートに対して充分に遅いビデオレートで起動しており、表示画像データ処理BM2がRFデータRFD1に基づく処理を開始する前に、RFデータRFD2の処理も完了している。表示画像データ処理BM2の処理開始タイミングにおいて、「読み出し要求」が発生すると(S11)、プロセッサ20aはプロセッサ20bの最新のRFデータRFD2が格納されている状態「1」のメモリ領域を指定して読み出しを許可する。これにより、表示画像データ処理BM2は、取得したRFD2について走査変換、ガンマ補正、データ転送処理を行い、Bモード像データをビデオメモリ22へ出力する。すなわち、表示画像データ処理BM2は、RF1に対する処理を行わず、RF2を処理することになる。また、「読み出し要求」によって指定されたメモリ領域は、「読み出し解除要求」を発行するまでプロセッサ20aの処理BM1よって上書きされることは発生しない。
　図4のように、BM1の動作サイクルであるフレームレートがBM2の動作サイクルであるビデオレートに対して速く、表示部に全ての処理データを表示できない場合、画像の上書きが行われることなく最新の取得データのみを表示することができ、時相遅れのない超音波画像を表示できる。なお、上記の説明では、各メモリ領域のアドレスによりメモリ領域を指定したが、これに限らず、各メモリ領域のハンドルやインスタンス名のリンクリストを作成して、代わりに使用することも可能である。
　図3に示すように、プロセッサ20aで実行するRFフレームデータ処理BM1は、最初の処理対象のRFデータRF1について対数圧縮S1とパーシスタンス処理S2を終了したときに書込み要求を出し(S3)、「書き込み指定メモリ領域」のアドレスが指定されたメモリ領域に、エンハンス処理S4の処理結果のRFデータRFD1を格納する。エンハンス処理S4を終了すると、メモリ領域に格納したRFデータをシネメモリに格納して(S5)、「書き込み解除要求」を出力する。
　プロセッサ20bの処理BM2は、プロセッサ20aの処理BM1の動作サイクルであるフレームレートに対して充分に速いビデオレートで起動している。したがって、プロセッサ20aの処理BM1がプロセッサ20bの処理BM2の処理を終了する前に、複数回、プロセッサ20aに対して「読み出し要求」を行うことになる。このとき、プロセッサ20aはRFデータRF1の処理を完了した際に発行された「書き込み解除要求」により、「最新更新バッファ」をRF1が格納されたメモリ領域を状態「0」としている。
　したがって、プロセッサ20aの処理BM1が、RF2の処理結果を格納するために発行した「書き込み要求」により、読み出し先のメモリ領域はRF1を格納したメモリ領域とは異なるメモリ領域を指している。これにより、プロセッサ20bの処理BM2が何度「読み出し要求」を行ったとしても、プロセッサ20aの処理BM1が処理中のメモリ領域の内容を読み出すことはない。つまり、BM1の動作サイクルであるフレームレートが、BM2の動作サイクルであるビデオレートに対して遅く、表示部が複数回同じデータを表示する必要がある場合、処理中の画像を表示することなく最後に処理の完了した最新の取得データのみを表示することができる。
　また、上で説明したように、RFフレームデータ処理BM1は、フレームレートで動作するが、超音波の走査範囲が狭ければ表示部24の性能や人の目の視認できる限界を超える速さで被検体よりRFフレームデータを収集する。また、超音波の走査範囲が広ければ限りなくフレームレートはゆっくりとなる。本実施例では、これをステップS5で、一旦シネメモリに保存するようにしているから、RFフレームデータの処理終了後に被検体より取得したRFフレームデータの全てを、再度ゆっくりと再生することが可能であり、視認できなかった細かい部位の病変まで詳細に観察可能である。
　図1に示した実施形態において、プロセッサ20a～20hに割り当てられるデータ処理の内容は、「処理構成テキスト」としてバッファメモリ20mに格納することができるが、本発明はこれに限られず、メモリ20jに「処理構成テキスト」を格納するようにしてもよい。これらのデータ処理のリストには、例えば図2に示す処理の順序と処理内容が含まれ、2つのプロセッサ20a，20bを用い、BM1からBM2へデータを転送するプロセ
ッサ構成が含まれる。この情報はBモード、ドプラモードなど超音波診断装置の持つ診断モード毎に独立であり、設定部17を介して使用者が選択を行い、入力された超音波計測モードは制御部18及び制御プロセッサ20iにそれぞれ必要な情報が転送される。制御プロセッサ20iは、バッファメモリ20mから超音波計測モードに対応した処理内容とプロセッサ構成を読み出し、実際にプロセッサ20a～20hに処理の割り当てを行うことで，Bモード、ドプラモードなど超音波診断装置の持つ超音波計測モード毎に異なる機能を実現する。
　図1の実施形態では、バッファメモリ20mを各プロセッサ20a～20hと切り離して内部バス20kに接続する構成を採用したが、本発明はこれに限らず、図6に示すように、各プロセッサ20a～20hの内部に一体的に設けてもよい。
　図7に、超音波計測モードのBモード像を画像化するデータ処理と、超音波計測モードのドプラモード(Dモード)処理を含む一連のデータ処理を、データ変換部20で並列して実行する実施例2のフローチャートを示す。本実施例を実行するためには、実施例1のプロセッサ20a，bに加えて、プロセッサ20ｃ，ｄを用いて4つのデータ処理BM1，BM2，DM1，DM2が並列に動作できる構成となっている。なお、本実施例は、前述したように、プロセッサ20a，b、ｃ，ｄに代えて、4つのソフトウェアスレッドを実装しても実現できる。
　本実施例において、Bモード像を計測する超音波計測モードと、ドプラ処理を行う超音波計測モードの切り替えは、ユーザが設定部17を介して行なう。データ変換部20は、制御部18から転送されたドプラモードコードを制御プロセッサ20iで受け取り、バッファメモリ20mから指定されたドプラモードの処理内容とプロセッサ構成を読み出し、実際にプロセッサ20a～ｄに処理の割り当てを行う。ドプラモードが選択された場合にはプロセッサ20a～ｄの4つを用い，それぞれにBM1、BM2、DM1、DM2の異なる処理内容の割り当てを行う。
　ここで、プロセッサ20bで実行するBM2に示すBモード像のビデオレート処理スレッドと、プロセッサ20ｄで実行するDM2に示すドプラモードのビデオレート処理スレッドは、ビデオメモリのリフレッシュレート(画像更新周期)に同期して同一タイミングで動作する。そして、DM2の出力画像とBM2の出力画像を合成処理S31で合成して、ビデオメモリ22に出力するになっている。ここで、DM1は、ドプラモード超音波同期処理スレッドであり、超音波ビーム単位の周期で処理を行うスレッドで動作周期がLpre(回／1データ単位)であり、DM2の動作周期がLpost(回／1データ単位)だとすれば、バッファメモリ20mの内部バッファa～ｄのメモリ領域の数Mnum_dmは、Lpre／Lpost個用意する必要がある。これらの内部バッファa～hのメモリ領域の数Mnum_dmは、処理内容と同じくメモリ20j中に処理構成テキストとして格納されている。
　図7において、Bモード像処理のBM1，BM2は、BM2の合成処理S31を除いて、図3と同一である。Dモード処理のDM1は、周知のデータ処理であり、サンプルゲート(SＧ)設定処理S41，リサンプル処理S42，ＦＦＴ処理S43，加算平均処理S44，対数圧縮処理S46，シネメモリ転送処理S47を含んで構成され、対数圧縮処理S46の前に書込み要求S45を設け、シネメモリ転送処理S47の処理終了後に、書込み解除要求S48を出力するようになっている。
　Dモード処理のDM2は、時系列変換処理S52と走査変換処理S54を含んで構成され、時系列変換処理S52の開始前に読み出し要求S51を出力して内部バッファのメモリ領域に格納されている対数圧縮処理S46の処理結果を読み出すようになっている。そして、時系列変換処理S52が終了したら、読み出し解除要求を出力して(S53)、そのメモリ領域を開放する。走査変換処理S54の処理結果は、Bモード処理BM2の合成処理S31においてBモード像との合成画像が生成されるようになっている。
　以上説明したように、実施例2によっても、各プロセッサに対応させて設定された複数の内部バッファを有するバッファメモリを設け、各内部バッファを複数のメモリ領域に区分し、一連のデータ処理を分散して実行する各プロセッサの処理結果を、一連のデータ処理の下流側のプロセッサの処理周期や処理タイミングにかかわらず、上流側のプロセッサに対応する複数のメモリ領域の1つに任意のタイミングで書き込むことが可能になる。また、下流側のプロセッサは、上流側のプロセッサの処理結果が書き込まれたメモリ領域から、上流側のプロセッサの処理周期や処理タイミングにかかわらず、任意のタイミングで読み出して自己の処理を実行することができる。これにより、一連の複数のデータ処理を別々のプロセッサに分散して処理するに際し、それらのプロセッサ間における処理周期の調和及び処理タイミングの調整を不要とすることができる。
　10　超音波計測部、14　送受信切替部、16　ビーム形成部、17　設定部、18　制御部、19　ホストコンピュータ、20　データ変換部、20a～20h　プロセッサ、20i　制御プロセッサ、20j　メモリ、20m　バッファメモリ。a～h　内部バッファ

Claims (10)

  1. 　被検体との間で超音波を送受する超音波探触子と、前記被検体から受信された反射エコー信号に基づくRFデータを用いて超音波画像データを生成するデータ変換部と、該データ変換部で生成された超音波画像データに基づく超音波画像を表示する表示部とを備えてなる超音波診断装置において、
    　前記データ変換部は、超音波計測モードに係る一連のデータ処理を行なう複数のプロセッサと、該処理結果を記憶するバッファメモリとを有し、
    　各プロセッサは、自己のプロセッサの書込み要求に応じて自己に割り付けられた処理を行い、前記処理結果を前記バッファメモリに書き込み、他のプロセッサの読出し要求に応じて、前記バッファメモリに書込まれた処理結果を読出すことを特徴とする超音波診断装置。
  2. 　前記データ変換部は、さらに、入力される前記RFデータを記憶するメモリと、該複数のプロセッサを制御する制御プロセッサとを有し、前記制御プロセッサは、前記メモリ内に記憶された前記RFデータ基づいて超音波計測モードに係る一連のデータ処理を複数のプロセッサに行なわせるように制御することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
  3. 　前記バッファメモリは、複数の内部バッファを有し、前記各内部バッファは、前記各プロセッサに対応付けて割り付けられていることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
  4. 　前記各内部バッファは、複数のメモリ領域を有して形成されていることを特徴とする請求項3記載の超音波診断装置。
  5. 　前記各プロセッサは、自己のプロセッサの処理結果の書込み要求に応じて自己に割り付けられた前記内部バッファ内の前記複数のメモリ領域の1つを指定して該処理結果を書き込ませ、自己のプロセッサの書込み解除要求が入力された後、該メモリ領域に書込まれた処理結果を他のプロセッサの読出し要求に応じて読出許可を出すことを特徴とする請求項4記載の超音波診断装置。
  6. 　前記各プロセッサは、自己のプロセッサの処理結果の書込み要求が有ったとき、他のプロセッサの読出しが継続しているメモリ領域以外のメモリ領域を指定して書き込ませることを特徴とする請求項4記載の超音波診断装置。
  7. 　前記各プロセッサは、自己の前記プロセッサの処理結果が書き込まれた前記メモリ領域が複数ある場合、最新の処理結果が書き込まれたメモリ領域を指定して他のプロセッサの読出し要求に応じて読出許可を出すことを特徴とする請求項4記載の超音波診断装置。
  8. 　前記各プロセッサは、複数のデータ処理を並列に動作することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
  9. 　さらに、該超音波探触子を駆動して前記被検体に超音波ビームを送波する送信信号を形成するビーム形成部と該ビーム形成部の送信信号を前記超音波探触子に供給するとともに、前記超音波探触子により受信される反射エコー信号を受信処理する送受信切替部を制御する制御部を備え、
    　該制御部は、入力部から入力される前記超音波計測モードを表す計測モードコードを前記RFデータに付加して前記データ変換部の前記メモリに転送し、
    　前記制御プロセッサは、前記反射エコー信号に付加して前記メモリに記憶された前記計測モードコードに基づいて、前記一連のデータ処理を複数のプロセッサに分散させて行なわせることを特徴とする請求項2記載の超音波診断装置。
  10. 　反射エコー信号に基づくRFデータを用いて超音波画像データを生成するステップと、超音波画像データに基づく超音波画像を表示するステップとを含む超音波画像生成方法において、
    　前記超音波画像データを生成するステップは、超音波計測モードに係る一連のデータ処理を行なう複数のプロセッサが自己のプロセッサの書込み要求に応じて自己に割り付けられた処理を行うステップと、処理結果をバッファメモリに書き込むステップと、他のプロセッサの読出し要求に応じて、バッファメモリに書込まれた処理結果を読出すステップとを有していることを特徴とする超音波画像生成方法。
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