JPH08164137A - 高フレームレート超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】診断画像フレームメモリの書替速度が早い心臓
等の短周期で変形運動する臓器のリアルタイム観測可能
な超音波診断装置を実現する。 【構成】デジタルスキャンコンバータ方式の超音波診断
装置を、音場の走査制御部４の管理のもとに診断画像フ
レームメモリ７の書換え画素範囲を選択するフィールド
切換え回路と、選択された書換え対象範囲の画素データ
を求める演算に用いるサンプリングデータをエコーデー
タバッファ５から選択抽出するアドレス抽出部43と、演
算によって求めた画素データを格納する診断画像フレー
ムメモリのアドレスをフィールド切換え回路の指令のも
とに生成する書込みアドレス発生部44と、によって構成
し、音場走査に対応して表示画面上の画素配列から均等
に分布するように選択した１／２の画素を交互に書き換
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

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

【０００３】ところで、超音波の放射方向を替える音場
走査によって得られる超音波エコーのサンプリングデー
タは、音場走査の音線の方向にそって一定の距離毎に得
られ、サンプリングデータをそのまま記録するエコーデ
ータバッファ５には、音線にそって一定間隔で分布する
データの集まりとして格納される。一方、図４に例示の
超音波診断装置の表示部は、表示デイバイス10の表示画
面を描かれる画像の分解能を維持するに必要な縦横の小
領域としての画素に区分し、区分された画面に描かれる
画像の画面各位置に対応する画素の輝度情報の一画面分
を随時書込み形のメモリであるフレームメモリ７に記録
しておき、表示制御部８がフレームメモリ７の記録デー
タを順次読出してＤ／Ａ変換部９でビデオ信号に変換
し、このビデオ信号によって表示デイバイス10に画像を
描くラスタ走査リフレッシュ方式となっている。

【０００４】上記のラスタ走査リフレッシュ方式の表示
装置の表示画面における画素は、画面左上隅から水平に
右下隅に向けて折返し配列されているものとしているの
で、診断画像フレームメモリ７に格納の画素データは画
面走査の順に配列されている必要がある。図５に、超音
波プローブ１にセクタ・コンベックス形のプローブを使
用した時に得られるエコー超音波のサンプリングデータ
と表示画面上の画素の関係を模式図的に示す。図５にお
いて格子状に並んでいるのはフレームメモリの画素であ
り、扇状に広がる線が超音波の音線を表し、音線上の●
印はサンプリングされたエコー超音波データを表す。

【０００５】上記のような音場走査によって得られた順
序でエコーデータバッファ５に格納されたエコー超音波
データもとに、診断画像フレームメモリ７に書込む画素
データを生成するとき、診断画像フレームメモリの二次
元空間内に音線上のエコー源位置を模擬するように演算
処理が行われる。走査制御部４は、エコーデータバッフ
ァに格納データのフレームメモリ画素データへの上記の
変換書替え処理を書込アドレス発生部41を通じて実行し
ている。

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

【０００７】図５の例では、隣合う二本の音線上のサン
プリングデータから相互に最も近い位置にある４点のサ
ンプリングデータを抽出し、この４点に囲まれる範囲内
の画素データを、抽出したデータをもとに４点からの距
離によって補間演算して定めている。たとえば画素位置
座標（ｉ，ｊ）のＡ点の画素のデータは、Ａ点を囲む音
線２と音線３上の最近隣の４点のサンプリングデータｂ
22，ｄ22，ａ32，ｃ32をもととする補間演算によって定
められる。

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

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般に、大容量の記憶
容量を要する診断画像フレームメモリなどに利用される
記憶容量当りの単価が比較的安価なＭＯＳ形ダイナミッ
クＲＡＭなどのメモリに対するデータ書込読出しのアク
セス時間は、演算処理部における単位処理時間に比べ２
桁以上遅い。このため、フレームメモリラスタ走査方式
の従来技術による表示装置における画像変化速度は、画
像データにかかわるメモリへのアクセス時間によって律
速されることとなる。特に、フレームメモリ７の１画素
のデータを生成する演算に必要な複数データをエコーデ
ータバッファから読出して補間演算部に転送するステッ
プが最大量のデータアクセスを必要とすることから、こ
の過程がフレームメモリの更新周期を制約し、心臓など
の運動のリアルタイム観測が可能な超音波診断装置の実
現を困難にしている。

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

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明では診断画像を表示する診断画像フレームメモリ
の各画素データの時間変化率が小さいことに着目し、音
場走査に対応して診断画像フレームメモリを書換えると
き、全ての画素データを一斉に書き換えるのではなく、
画素データ格納全領域のうち、飛び越し走査で交互に走
査対象となる範囲に対応する１／２づつの領域を、書換
え画素範囲として表示デイバイス画面の画素配列上で均
等に分布するようにエコーデータバッファから選択抽出
して診断画像フレームメモリに書き込む手段を設けてデ
ジタルスキャンコンバータ方式の超音波診断装置を構成
する。

【００１２】

【作用】診断画像フレームメモリの１回の書換え処理の
対象画素範囲として、表示画面上の画素配列から均等に
分布するように１／２の画素の範囲を選択し、引き続く
書換え処理においては残りの１／２の画素の範囲を選択
し、選択された範囲に格納の画素データが飛び越し走査
に対応して交互に書き換える。

【００１３】

【実施例】図１に、本発明による超音波診断装置の１実
施例のブロック構成図を示し、図２に、フィールド切り
換回路が表示デイバイス画面上の画素配列を一行おきに
交互に選択するものである場合の診断画像フレームメモ
リの書換えの様子を例示し、これらの図によって本発明
を説明する。

【００１４】図２は、本発明による超音波診断装置にお
いて、超音波プローブ１にセクタ・コンベックス形のプ
ローブを用いて音場走査したときに得られるエコー超音
波のサンプリングデータと、表示画面上の画素の関係を
示す図であり、同図の（ａ）と（ｂ）とに、引き続く２
回の音場走査に対応して書換えられる画素の配列が○印
によって示されている。

【００１５】この図に示されているように本発明による
超音波診断装置においては、診断画像フレームメモリの
書換えは、表示画面を構成する画素配列を１行おきに１
／２づつを交互に書き換えることとしており、図１は、
この書換えを実行する超音波診断装置の診断画像フレー
ムメモリデータ書換え部を中心とするブロック構成図で
ある。なお、図１において、従来技術の説明に用いた図
４におけると同等に機能する構成要素には同一の符号を
付してあるので、その説明は省略する。

【００１６】図１において、42は音場の走査制御部４の
管理のもとに診断画像フレームメモリ７の書換え画素範
囲を選択するフィールド切換え回路であり、43は選択さ
れた書換え対象範囲の画素データを求める演算に用いる
サンプリングデータをエコーデータバッファ５から選択
抽出するアドレス抽出部である。そして、44は補間演算
部６における演算によって求めた画素データを格納する
診断画像フレームメモリのアドレスをフィールド切換え
回路42の指令のもとに生成する書込みアドレス発生部で
ある。

【００１７】以上のように超音波診断装置を構成する
と、音場走査の各回毎に表示画面上の画素配列の１行お
きの画素の行が交互に書き換えられるので、１回に書き
換えられえる画素の数は、表示画面を構成する全画素の
１／２となり全画素を書換える場合に比べ１／２の時間
で書換え処理が可能になる。一方、フレームメモリの書
換え周期に対比し比較的短周期で変形運動する臓器とい
えども運動に伴う変位は連続的であるから、この臓器の
診断画像を表示する診断画像フレームメモリの各画素デ
ータの時間変化率も僅少な値となる。それゆえ、音場走
査によって捉えた臓器の像を、補間演算によって二次元
空間に配列された診断画像フレームメモリの各画素への
書換え変換を実行するとき、画素配列の一行おきの画素
データを音場走査毎に書き換えるようにしても、これに
よって得られる診断画像フレームメモリは忠実に音場走
査をフォローして画素データを書換えた場合と実質的に
同等な時間的に連続した内容となって、表示デバイスの
画面上には診断画像フレームメモリの全画素の同時書換
えを行う場合と同等の運動画像が表示されることとな
る。

【００１８】つづいて図３に本発明の他の実施例を示し
てこれを説明する。この図３においても、従来技術の説
明に用いた図４および上記の実施例の説明に用いた図１
におけると同等に機能する構成要素には同一の符号を付
してあるので、その説明は省略する。図３において、フ
ィールド切換え回路42が走査制御部４の指令にもとづい
て表示デイバイス画面上の画素配列のアドレス要素を一
行おきに交互に選択指定し、指定の画素の値の計算に必
要なエコー超音波データをアドレス抽出部43を通じてエ
コーデータバッファ５から抽出して補間演算部６に引き
渡すので、補間演算部６からは、フィールド切換え回路
42の画面走査順序に対応して画素デ─タが出力される。
そこで、診断画像フレームメモリ７を、それぞれ分離さ
れた一連の系列をなすアドレスが付与された２群のＲＡ
ＭからなるＡフレームメモリとＢフレームメモリとによ
って構成し、フィールド切換え回路42の交互のアドレス
要素選択指定に対応して２群のＲＡＭの一方を活性とす
る書込切換え回路45を介して診断画像フレームメモリ７
を接続すると、フレームメモリＡ及びＢのそれぞれに
は、表示デイバイス画面上の画素配列の一行おきに対応
の１群をなす画素データが連続して格納される。

【００１９】一方、表示側を制御する表示制御部８は、
互いに補間関係にある２フィールドを画像要素を重ねて
構成される１フレムの画像を表示デバイス10の画面に飛
越し走査によって描くものとし、読出切換え回路83を通
じて診断画像フレームメモリ７のＡ及びＢフレームメモ
リのそれぞれに格納の画素データを画面の飛越し走査に
同期するように読みだしてＤ／Ａ変換部９に向けて転送
し、Ｄ／Ａ変換部９でアナログビデオ信号に変換され、
この飛越し走査ビデオ信号によって表示デイバイス10に
診断画像が描かれる。

【００２０】

【発明の効果】本発明による超音波診断装置の表示部で
は、音場走査に対応して診断画像フレームメモリを書換
えるとき、表示画面上の画素配列から均等に分布するよ
うに選択した１／２の画素が交互に書き換えられるが、
連続変形運動する診断画像を表示する診断画像フレーム
メモリの各画素データの時間変化率は小さいので、音場
走査毎に診断画像フレームメモリの全ての画素データを
一斉に書き換えた場合と実質的に同等な運動画像が１／
２の画素書き換え時間によって表示されることとなり、
短周期で変形運動する臓器のリアルタイム観測可能な高
フレームレートの超音波診断装置の実現が可能になると
いう効果が得られる。

【００２１】また、フィールド切り換え回路が表示デイ
バイス画面上の画素配列を一行おきに交互に選択するも
のであり、診断画像フレームメモリがフィールド切換え
回路の交互の選択に対応して２区分された個別のフレー
ムメモリからなる超音波診断装置では、それぞれのフレ
ームメモリへの画素データの書き換えは、フィールド切
換え回路の選択に対応して連続する順配列で行えばよい
のでアドレス生成部と各フレームメモリとを簡素に構成
することができ、一方、表示制御部は、互いに補間関係
にある画像要素を診断画像フレームメモリの２区分され
たそれぞれのフレームメモリから交互に連続して読みだ
して飛越し走査によって表示デバイスの画面上に重ねて
描くので、読みだしアドレス生成部を簡素に構成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波診断装置のブロック図

【図２】本発明における音場走査とフィールド選択の作
用の説明図

【図３】本発明の他の実施例の超音波診断装置のブロッ
ク図

【図４】従来技術によるＤＳＣ方式超音波診断装置のブ
ロック図

【図５】デジタルスキャンコンバータの作用の説明図

【符号の説明】

１ 超音波プローブ ２ フロントエンド ３ Ａ／Ｄ変換部 ４ 走査制御部 42 フィールド切換え回路 43 アドレス抽出部 44 書込みアドレス発生部 45 書込切換え回路 ５ エコーデータバッファ ６ 補間演算部 ７ 診断画像フレームメモリ 71 Ａフレーム 72 Ｂフレーム ８ 表示制御部 82 ドットクロック ９ Ｄ／Ａ変換部 10 表示デバイス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音場走査によって得られた超音波エコーの
   サンプリングデータをエコーデータバッファに一時記憶
   し、診断画像を構成する画素データをエコーデータバッ
   ファに記憶のサンプリングデータをもとに演算によって
   求めて診断画像フレームメモリに書込み、診断画像フレ
   ームメモリに格納の画素データを飛び越し走査によって
   繰返して読み出して表示デイバイスに診断画像を描画す
   るデジタルスキャンコンバータ方式の超音波診断装置で
   あって、 診断画像フレームメモリの画素データ格納全領域のう
   ち、飛び越し走査各回の対象範囲に対応する１／２づつ
   の領域を、交互に書換え画素範囲として表示デイバイス
   画面の画素配列上で均等に分布するようにエコーデータ
   バッファから選択抽出して診断画像フレームメモリに書
   き込む手段を備えたことを特徴とする高フレームレート
   超音波診断装置。