JPH11329A5 - - Google Patents

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【書類名】明細書
【発明の名称】超音波診断画像処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波エコー信号を取得し、ディジタルレイライン信号を作成する、超音波プローブが脱着自在に接続されたビーム形成器；
該ビーム形成器に結合され、該ディジタルレイライン信号の信号処理及び表示処理を両方とも実施する中央処理装置（ＣＰＵ）；および、
処理されたレイライン信号を受信するために結合された超音波画像表示用表示装置、
を有する超音波診断画像処理装置。
【請求項２】
該信号処理が、二次元（２Ｄ）またはドップラー超音波画像信号処理を含み、そして該表示処理が走査変換を含み、
該信号処理及び該表示処理が両方とも該ＣＰＵの制御下で、ソフトウエアにより実行される
請求項１に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項３】
該２Ｄ超音波画像信号処理が、フィルタ処理及び振幅検知機能を含み、そして該ドップラー超音波画像信号処理が、ドップラー信号推定機能を含む請求項２に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項４】
超音波エコー信号を取得し、ディジタルレイライン信号を作成する、超音波プローブが脱着自在に接続されたビーム形成器；
該ディジタルレイライン信号の受信のために結合され、表示用に該ディジタルレイライン信号の信号処理及び表示処理をするソフトウエアの実行をする中央処理装置（ＣＰＵ）を有するパーソナルコンピュータプラットフォーム；および、
超音波画像表示用に、処理されたレイライン信号の受信のために結合された表示装置、
を有するパーソナルコンピュータアーキテクチャを有する超音波診断画像処理装置。
【請求項５】
該ソフトウエアが、二次元（２Ｄ）またはドップラー超音波信号処理を実施する請求項４に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項６】
該２Ｄ超音波画像信号処理ソフトウエアが、フィルタ処理及び振幅検知機能を実行し、そして該ドップラー超音波画像信号処理ソフトウエアが、ドップラー信号推定機能を実行する請求項５に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項７】
該表示処理ソフトウエアが走査変換を実行する請求項４に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項８】
超音波アレープローブ；
中央処理装置（ＣＰＵ）を有するパーソナルコンピュータプラットフォームであって、
そして、該中央処理装置に結合され、該超音波アレープローブにより受信されたエコー信号に応答してディジタルレイライン信号を作成するビーム形成器手段；
該ディジタルレイライン信号の、二次元（２Ｄ）処理またはドップラー処理を実行するための信号処理ソフトウエア；
該ディジタルレイライン信号の表示処理を実行するための表示処理ソフトウエア；および、
ラスタ表示信号を作成するための手段、
を有する該パーソナルコンピュータプラットフォーム、並びに
超音波画像表示のためにラスタ表示信号を受信する、該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合された表示装置、
を有する超音波診断画像処理装置。
【請求項９】
該パーソナルコンピュータプラットフォームが、該ＣＰＵ及びディジタルメモリを有するマザーボードを有する請求項８に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項１０】
該パーソナルコンピュータプラットフォームが拡張バスを有し、該ビーム形成器手段が該拡張バスに結合される、請求項８に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項１１】
該信号処理ソフトウエアおよび該表示処理ソフトウエアが、該ＣＰＵにより実行される請求項８に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項１２】
該パーソナルコンピュータプラットフォームが拡張バスを有し、該信号処理ソフトウエアが、該拡張バスに結合されたディジタル信号処理拡張カード上で実行される請求項８に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項１３】
該パーソナルコンピュータプラットフォームが拡張バスを有し、該ラスタ表示信号を作成する手段が、該拡張バスに結合されたビデオ拡張カードを有する請求項８に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項１４】
超音波アレープローブ；
中央処理装置（ＣＰＵ）、および該ＣＰＵに結合された拡張バスを有するパーソナルコンピュータプラットフォームであって、
該拡張バスに結合され、該超音波アレープローブにより受信されたエコー信号に応答してディジタルレイライン信号を作成するビーム形成器手段；
該ＣＰＵの制御下で実行され、該ディジタルレイライン信号の信号処理および表示処理を実施するソフトウエア、
を有する該パーソナルコンピュータプラットフォーム；および
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、超音波画像表示用に処理されたディジタルレイライン信号に応答する表示装置
を有する超音波診断画像処理装置。
【請求項１５】
さらに該ディジタルレイライン信号を記憶するディジタルメモリを有し、該ソフトウエアが、該ＣＰＵの制御下で処理するために、該ディジタルレイライン信号にアクセスする請求項１４に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項１６】
該ソフトウエアが、メモリからディジタルレイライン信号にアクセスする手段と、該ディジタルレイライン信号の信号処理を実施する手段と、そして処理されたディジタルレイライン信号をメモリに記憶する手段とを有する請求項１５に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項１７】
該信号処理ソフトウエアが、二次元（２Ｄ）超音波信号処理ソフトウエアまたは超音波ドップラー信号処理ソフトウエアを有する請求項１６に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項１８】
該表示処理ソフトウエアが、メモリから該ディジタルレイライン信号にアクセスする手段と、該ディジタルレイライン信号の走査変換を実行する手段と、そして走査変換されたディジタルレイライン信号をメモリに記憶する手段とを有し、
該表示装置が、超音波画像表示のために、該走査変換されたディジタルレイライン信号に応答する
請求項１６に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項１９】
さらに該拡張バスに結合されたディジタル信号処理拡張カードを有し、
該ソフトウエアがさらに、該ディジタル信号処理拡張カード上で、該ディジタルレイライン信号の信号処理を実行するための手段を有する
請求項１６に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項２０】
超音波診断画像を最高フレーム表示速度で作成するパーソナルコンピュータを基礎とするアーキテクチャを有する超音波診断画像処理装置であって、
超音波画像処理プローブ；
該超音波画像処理プローブに接続可能なパーソナルコンピュータプラットフォームであって、
超音波診断画像信号処理ソフトウエアを記憶するメモリ手段；
そして超音波診断画像信号を処理するソフトウエアを実行する、交換可能な中央処理装置（ＣＰＵ）
を有する該パーソナルコンピュータプラットフォーム；および
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、該最高フレーム表示速度で超音波診断画像を表示する表示装置を有し、
該最高フレーム表示速度が該ＣＰＵの交換により変化する、
該超音波診断画像処理装置。
【請求項２１】
該ソフトウエアが、二次元（２Ｄ）超音波信号処理または超音波ドップラー信号処理を実施する手段、そして走査変換を実施する手段を有する請求項２０に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項２２】
超音波画像処理プローブ；
該超音波画像処理プローブに接続可能な超音波画像信号処理器であって、
オブジェクト指向超音波診断画像処理ソフトウエアを記憶するメモリ手段；および
該オブジェクト指向超音波診断画像処理ソフトウエアを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）
を有する該超音波画像信号処理器；並びに、
該超音波画像信号処理器に結合され、超音波診断画像を表示する表示装置
を有する超音波診断画像処理装置。
【請求項２３】
該超音波画像信号処理器が、パーソナルコンピュータプラットフォームを有する請求項２２に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項２４】
該オブジェクト指向超音波診断画像処理ソフトウエアが、
取得された超音波画像データに関連付けられた取得オブジェクト；
信号処理された超音波画像データと関連付けられた推定オブジェクト；および
走査変換された超音波画像データと関連付けられたラスタ画像オブジェクト
を有する、請求項２２に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項２５】
該取得オブジェクトが、ビーム形成されたＲＦ超音波画像データと関連付けられた請求項２４に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項２６】
該推定オブジェクトが、二次元（２Ｄ）またはドップラー処理された超音波画像データと関連付けられている請求項２４に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項２７】
該オブジェクト指向ソフトウエアが、二次元（２Ｄ）超音波データと関連付けられている２Ｄオブジェクト、およびドップラー超音波データと関連付けられているドップラーオブジェクトを有する、請求項２４に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項２８】
該オブジェクト指向超音波診断画像処理ソフトウエアが、超音波データの組と関連付けられた多数のデータオブジェクトを有し、該データオブジェクトが該関連付けられた超音波データの組の特性を規定する属性を有することを特徴とする請求項２２に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項２９】
該オブジェクトがさらに、それらが関連付けられた超音波画像データの特性を規定する属性を有する、請求項２４に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項３０】
該ソフトウエアがさらに、
関連付けられた取得オブジェクトの属性に従って取得された超音波画像データを処理する取得タスク；
関連付けられた推定オブジェクトの属性に従って超音波画像データを処理する信号処理タスク；
関連付けられたラスタ画像オブジェクトの属性に従って、超音波画像データを処理する表示タスク
を有する請求項２９に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項３１】
超音波画像処理プローブ；
該プローブに結合され、該プローブから受信したエコー信号に応答してディジタルレイライン信号を作成するビーム形成器；
該ビーム形成器に結合され、該ディジタルレイライン信号を記憶するデュアルポートメモリ；
該デュアルポートメモリに結合され、該ディジタルレイライン信号を処理して超音波診断画像信号を作成するパーソナルコンピュータプラットフォーム；および
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、超音波診断画像を表示する表示装置、
を有するパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項３２】
さらに、該パーソナルコンピュータプラットフォーム及び該表示装置に結合され、該超音波診断画像信号を記憶するデュアルポートメモリを有する請求項３１に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項３３】
超音波画像処理プローブ；
該プローブに結合され、該プローブから受信したエコー信号に応答してディジタルエコー信号を作成する手段；
該ディジタルエコー信号を作成する手段に結合され、該ディジタルエコー信号を処理して超音波診断画像信号を作成するパーソナルコンピュータプラットフォーム；および、
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、超音波診断画像を表示する表示装置
を有するパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項３４】
該パーソナルコンピュータプラットフォームが、中央処理装置（ＣＰＵ）、ディジタル信号処理器、および該ＣＰＵと該ディジタル信号処理器との両方からアクセスされるデュアルポートメモリを有する請求項３３に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項３５】
該パーソナルコンピュータプラットフォームが、一連のディジタル超音波画像データの組を記憶する、複合画像メモリを有する、請求項３３に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項３６】
該ディジタルエコー信号を作成する手段が、ビーム形成器を有し、該ビーム形成器により作成された一連のディジタル超音波画像データの組を記憶する該複合画像メモリが結合される請求項３５に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項３７】
該パーソナルコンピュータプラットフォームがさらに、ディジタルエコー信号処理ソフトウエアを有し、該ソフトウエアの制御下で、該パーソナルコンピュータプラットフォームにより処理された一連のディジタル超音波画像データの組を記憶する該複合画像メモリが結合される、請求項３５に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項３８】
該パーソナルコンピュータプラットフォームが、中央処理装置（ＣＰＵ）と、該ＣＰＵの制御下で動作され、二次元（２Ｄ）およびドップラー信号処理を同時に実行するディジタル信号処理器とを有する請求項３３に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項３９】
該パーソナルコンピュータプラットフォームがさらに、拡張バスを有し、該ディジタル信号処理器が該拡張バスに結合され、そして該ＣＰＵが２Ｄ信号処理を実行する間に、該ディジタル信号処理器がドップラー信号処理を実行する、請求項３８に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項４０】
該ディジタルエコー信号を作成する手段が、２Ｄ及びドップラーディジタルエコーデータの組を作成するビーム形成器を有し、該パーソナルコンピュータプラットフォームがさらに、２Ｄディジタルエコーデータの組を処理する前に、ドップラーディジタルエコーデータの組を優先的に信号処理するソフトウエアを有する、請求項３９に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項４１】
該パーソナルコンピュータプラットフォームがさらに、ドップラー及び２Ｄディジタルエコーデータの組を走査変換するソフトウエアを有し、該走査変換ソフトウエアが、ある超音波画像用のドップラーディジタルエコーデータの組を走査変換する前に、該ある超音波画像用の２Ｄディジタルエコーデータを優先的に走査変換する請求項４０に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項４２】
さらに、該パーソナルコンピュータプラットフォームのキーボード入力に結合された使用者インターフェイスを有する、請求項３３に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項４３】
さらに、該パーソナルコンピュータプラットフォームのマウス入力に結合されたトラックボール制御を有し、該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合された使用者インターフェイスを有する請求項３３に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項４４】
さらに、該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、該表示された超音波診断画像のパラメータを制御する複数の制御装置を有する使用者インターフェイスを有し、
該制御装置が、該パラメータを予め決められた変化の単位で、増量または減量させる増加／減少制御器である、
請求項３３に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項４５】
該制御装置がパドルスイッチを有する請求項４４に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項４６】
該制御装置がソフトキーを有する請求項４４に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項４７】
超音波画像処理プローブ；
該プローブに結合され、該プローブから受信されたエコー信号の直交サンプリングに応答して、ディジタル超音波ドップラー信号を作成するビーム形成器；
該ビーム形成器に結合され、該ディジタル超音波ドップラー信号を処理し、超音波診断画像信号を作成するパーソナルコンピュータプラットフォーム；および、
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、超音波診断画像を表示する表示装置
を有するパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項４８】
超音波二次元（２Ｄ）またはドップラーエコー信号を取得し、一つの画像データの組を共に形成するディジタル２Ｄまたはドップラーレイライン信号のグループを作成する、着脱可能に超音波プローブが接続されるビーム形成器；
該ディジタルレイライン信号のグループを受信するために結合され、表示のために該ディジタルレイライン信号を信号処理し、そして表示処理するソフトウエアを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）を有するパーソナルコンピュータプラットフォーム；および
処理されたレイライン信号を受信するために結合された２Ｄまたはドップラー超音波画像表示用の表示装置
を有し、
一つのグループのレイライン信号の数が、２Ｄまたはドップラーレイライン信号の該グループを取得し、作成するのに該ビーム形成器により必要とされる時間と、２Ｄまたはドップラーレイライン信号の該グループを処理する該ソフトウエアにより使用される時間との間の調和を図るよう選択される
ことを特徴とするパーソナルコンピュータアーキテクチャを有する超音波診断画像処理装置。
【請求項４９】
超音波画像処理プローブ；
定期的に超音波パルスを発信するよう該プローブを制御し、該プローブから受信されたエコー信号に応答してディジタルレイライン信号を作成する該プローブに結合されたビーム形成器；
該ビーム形成器に結合され、該ディジタルレイライン信号を処理し、超音波診断画像信号を作成するソフトウエアを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）を有するパーソナルコンピュータプラットフォーム；および
超音波診断画像を表示するために該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合された表示装置
を有するパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置であって、
該パーソナルコンピュータプラットフォームがさらに、該ディジタルレイライン信号を処理する時間を監視するモニタを有し、
該超音波パルスの定期的発信が、該監視に応答して調整される
ことを特徴とする、超音波診断画像処理装置。
【請求項５０】
超音波画像処理プローブ；
該プローブに結合され、該プローブから受信したエコー信号に応答して時間分割ディジタルエコー信号を作成する手段；
該ディジタルエコー信号を作成する手段に結合され、時間分割された超音波診断画像信号を作成するために該ディジタルエコー信号を処理するパーソナルコンピュータプラットフォーム；
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、時間分割超音波情報の超音波診断画像を表示する表示装置
を有するパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置であって、
該時間分割された超音波情報の超音波診断画像が、古い情報が新しい情報に順次置換される掃引表示である
ことを特徴とする超音波診断画像処理装置。
【請求項５１】
該掃引表示がＭ−モード表示である請求項５０に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項５２】
該掃引表示がスペクトルドップラー表示である請求項５０に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項５３】
該時間分割ディジタルエコー信号を作成する手段がさらに時間交互配置ディジタル２Ｄエコー信号の作成手段を有し、
該パーソナルコンピュータプラットフォームがさらに該２Ｄエコー信号を処理して２Ｄ超音波診断画像データを作成するソフトウエアを有し；
該表示装置がさらに２Ｄ超音波診断画像と時間分割超音波診断情報の掃引表示とを同時に表示する手段を有する
ことを特徴とする請求項５０に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項５４】
超音波画像処理プローブ；
該プローブに結合され、各ディジタルエコー信号の組が画像フレーム用の取得データを有する、複数のディジタルエコー信号の組を第一の速度で作成する手段；
該ディジタルエコー信号を作成する手段に結合され、該ディジタルエコー信号の組を表示処理し、超音波診断画像データの組を第二の速度で作成するパーソナルコンピュータプラットフォーム；および
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、超音波診断画像を表示する表示装置
を有するパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置であって、
該第一の速度は該第二の速度よりも大きい
ことを特徴とする超音波診断画像処理装置。
【請求項５５】
該第一の速度と該第二の速度との間の不一致が、該パーソナルコンピュータプラットフォームが一組の該ディジタルエコー信号の該表示処理の実行に使用する時間の関数であることを特徴とする、請求項５４に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項５６】
さらに該ディジタルエコー信号の組を作成する手段により作成された該ディジタルエコー信号の組のシーケンスを記憶する画像データメモリを有し、
さらに超音波画像シーケンスとして表示するために該記憶されたシーケンスを表示処理する手段を有する
請求項５４に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項５７】
該ディジタルエコー信号の組を作成する手段により作成された取得データの組を記憶するために、該画像データメモリが結合されている請求項５６に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項５８】
該パーソナルコンピュータプラットフォームがさらに、該取得データの組を超音波信号処理し、それぞれが超音波画像に対応する、処理されたデータの組を作成するソフトウエアを有し、
一連の該処理されたデータの組を記憶するために該画像データメモリが結合されている
請求項５６に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項５９】
該第二の速度よりも大きい速度で、該処理されたデータの組が作成される請求項５８に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項６０】
超音波画像処理プローブ；
該プローブに結合され、該プローブから受信したエコー信号に応答してディジタルエコー信号を作成する手段；
該ディジタルエコー信号を作成する手段に結合され、ディジタルエコー信号を表示処理し、超音波診断画像信号を作成するソフトウエアを有するパーソナルコンピュータプラットフォーム；
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合された、超音波診断画像を表示する表示装置
を有するパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置であって、
該表示処理ソフトウエアが、希望する画像方式に該ディジタルエコー信号を走査変換する手段、および該ディジタルエコー信号を希望する表示値の範囲にマッピングする手段を有する
該超音波診断画像処理装置。
【請求項６１】
超音波画像処理プローブ；
該超音波画像処理プローブに接続可能であるパーソナルコンピュータプラットフォームであって、
超音波診断画像信号処理ソフトウエアを記憶するメモリ手段；
超音波診断画像信号処理を実行するソフトウエアタスクを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）；および
時間交互配置の方法で該ＣＰＵにより該ソフトウエアタスクの実行をスケジュールする多重タスク処理スケジューラ
を有する該パーソナルコンピュータプラットフォーム；並びに
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、超音波診断画像を表示する表示装置、
を有するパーソナルコンピュータを基礎とするアーキテクチャを有する超音波診断画像処理装置。
【請求項６２】
該多重タスク処理スケジューラが、該ＣＰＵによる該ソフトウエアタスクの実行をスケジュールする、イベントの発生に応答することを特徴とする請求項６１に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項６３】
該イベントに、ソフトウエアタスクによる処理用超音波データの準備状態が含まれることを特徴とする請求項６２に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項６４】
該多重タスク処理スケジューラがさらに、イベントの発生に応答し、現在実行しているソフトウエアタスクの実行に割り込み、該イベントに応答するソフトウエアタスクを実行する請求項６２に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項６５】
該多重タスク処理スケジューラが、予め定められた時間量子の後、実行中のソフトウエアタスクの実行に割り込む請求項６１に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項６６】
該イベントに応答用の予め定められた優先順位が割り当てられており、そして該多重タスク処理スケジューラが、該優先順位を考慮して実行するソフトウエアタスクをスケジュールする請求項６２に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項６７】
多数のイベントに共通の優先順位が割り当てられており、そして該多重タスク処理スケジューラが、時間交互配置方式で共通の優先順位のイベントに応答するタスクを実行する請求項６６に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項６８】
該多重タスク処理スケジューラが、予め定められた実行時間量子の後ソフトウエアタスクの実行に割り込み、共通優先順位のイベントに応答し、該ＣＰＵによる実行を待っている他のソフトウエアタスクを実行することを特徴とする、請求項６７に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項６９】
超音波診断画像信号処理を実行する該ソフトウエアタスクが、超音波表示処理を実行するソフトウエアタスクを含むことを特徴とする請求項６８に記載の超音波診断画像処理装置。
【請求項７０】
超音波画像処理プローブ；
該画像処理プローブからのエコー信号を受信するために結合され、該エコー信号をディジタル処理して、超音波診断画像信号を作成するパーソナルコンピュータプラットフォームであって、それ自身の表示処理器を有する該パーソナルコンピュータプラットフォーム；
該パーソナルコンピュータプラットフォームに結合され、超音波診断画像を表示する表示装置
を有するパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項７１】
該パーソナルコンピュータプラットフォームがさらに、グラフィックまたは英数字表示情報を処理するソフトウエアを有し；
該それ自身の表示処理器が、グラフィックまたは英数字表示を形成する該ソフトウエアに応答し；
そして該表示装置が、超音波診断画像と共に該グラフィックまたは英数字表示を表示する
ことを特徴とする請求項７０に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【請求項７２】
該パーソナルコンピュータプラットフォームがさらに、グラフィックまたは英数字表示情報を処理するソフトウエアを有し、
該それ自身の表示処理器が、超音波診断画像と結合してグラフィックまたは英数字表示を形成する該ソフトウエアに応答する
請求項７０に記載のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波診断画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波画像処理装置に関し、特にパーソナルコンピュータプラットフォーム用に設計された超音波診断画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
初期の超音波装置は関単な実験室用の装置であった。圧電変換素子結晶は、変換機を作動させる波形形成器回路に、そしてエコーを受信し結晶が受信したエコーを増幅する増幅回路に、ワイヤーで接続していた。受信エコーはオシロスコープのスクリーン上に、エコーの中の一本の走査線の掃引を開始させ、エコーが形成された部分の深さの決定を、研究者に可能にした。
【０００３】
しかしながら、単走査線エコーは、極めて制限された表示であるので、二次元画像処理装置の発達が図られた。多数の隣接する走査線で領域を走査する最も簡単な方法は結晶を動かすことであるから、機械的走査を制御し、走査の動きを走査線の位置座標の走査に変換する回路を有する機械的セクター走査装置がやがて開発された。連続的に形成された走査線を同時に表示するために、長時間持続する燐光(phosphors)を発する蓄積管（storage tube）が使用された。
【０００４】
機械的走査装置につきものの信頼性の問題から、このような機構をなくそうということとなり、リニアアレー変換器が使用され始めた。リニアアレーは装置に他の回路、アレーの異なる素子を増幅器に順次接続するためのスイッチング回路、または各変換器素子用の個々の増幅器の急増、のいずれかを必要とした。後者のアプローチは、演算増幅器などのマイクロエレクトロニクスの発展に大きく助けられた。二次元表示用蓄積管は、希望する（表示）方式(format)で画像を形成し、表示画像を記憶することができるディジタル走査変換器の発達により使用されなくなった。
【０００５】
この新たな超音波装置用回路の絶え間ない発展と、新たなそして種々の回路技術の急増の期待通りの連続に、超音波装置の製造会社は明白に反応した。即ちモジュール方式である。回路が別々のモジュールに収納されているので、これらモジュールを、より進歩した新モジュールが使用可能になると同時に、それらに容易に置き換えることができ、そして新たな異なる機能を有するモジュールを、既存の装置のモジュールに接続することができた。１９７０年代半ばまでに、ほとんどの会社が、アドバンスト・テクノロジー・ラボラトリーズ、インコーポレイテッドのマークIII(Mark
III)超音波心臓診断装置に代表されるように、その製品をモジュール化してしまった。このマークIII超音波装置は、車輪のついた４８．３ｃｍ（１９インチ）の棚の上に載せられた３または４個のモジュールからなっていた。典型的な構成では、マークIII装置は、パルスエコーモジュール、ＤＳＣ（ディジタル走査変換器）モジュール、ビデオ表示モジュール、および帯形記録計モジュールからなっていた。マークIII装置は、現在の超音波装置に、今でも典型的な機能の配置を有していた。パルスエコーモジュールは、発信を制御し、種々の走査方式（例えば、Ｍ−モード，Ａーモードまたはセクター走査など）用の超音波プローブによる受信に応答する「フロントエンド」モジュールであった。ＤＳＣモジュールは、Ｍ−モード、Ａーモード、ドップラー、または二次元画像処理用に、信号の前処理とディジタル走査変換を実施する「バックエンド」モジュールであった。作成された画像は、ビデオ表示モジュール上に実時間で表示するか、帯形記録計モジュールに記録した。各モジュールは、モジュールの機能を調整しあるいは変化させるために、モジュール前面にそれ自身の制御器とノブの組を有していた。装置は、４８．３ｃｍ（１９インチ）の棚にモジュールを置き換えまたは加えることにより、新たなまたは異なる機能に性能向上することができた。
【０００６】
１９８０年代には新たな革新がモジュール方式に見られ、独自の印刷回路基板としてのモジュールの構成であり、その全ては共通のバックプレーンボード(backplane
board)を有するカードケージ(card cage)に接続していた。バックプレーンボードは、モジュールの必要な相互接続を行い、全モジュール用の単一制御パネルにケーブルで接続していた。ディジタルエレクトロニクスの発達は、モジュールの複雑化と高度化を加速し、モジュールは多数のマイクロプロセッサが置かれるようになり、各モジュールは独自の特別な目的を持ったプロセッサの性挌を有するようになった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者はこの革新を観察してきて、このハードウエアアーキテクチャ、モジュール方式の本質は、現実には大きく先細りになっていることに気付いた。これらの装置を取り扱うとき、モジュールの印刷回路基盤が容易に取り除かれ、同じ新たなボードで置き換えることができるのはその通りであるが、あたかもそれらは、特定装置の固定部品であるかのように、設計と性能向上を目的とするモジュール方式は、しばしば多数のモジュールの変更を必要とする。特に、種々のモジュールのソフトウエアはしばしば複雑に絡み合い、注意深く制御しなければならない。異なる変換器素子数の新たなプローブを加えることは、例えば、素子からの信号を発信し受信し、新たな数の素子からのビームを形成するためのビーム形成器への、そしてプローブからの新たな数のビームを処理し、表示用の画像に新たな数の走査線の走査変換をするための、他のモジュールへの変更を必要とするであろう。各モジュール用のソフトウエアは通常非常に緊密に連携して修正されなければならない。この一つのプローブの追加は、実質的に全装置にわたる、一連の変更を要し、そのそれぞれは以前の装置の機能になされる変更に依存し、かつ相互の関連を必要とする。そしてもし次の変更が、これらの変更の一つを妨害するならば、新プローブの操作の全てのつながりが混乱する。
【０００８】
超音波装置設計の、この従来からの知識には問題があると考え、本発明者はこのような集積した特別なプロセッサとモジュールを置くことは、超音波装置には必要ないと考えた。本発明者は、実時間の現代の超音波画像処理装置の全ての機能を実施するのに必要な純粋な演算能力のレベルを試算した。発明者は、約２００MIPS（秒当り百万演算）の処理能力（又はバンド幅）を有するプロセッサは、通常の超音波装置に必要な全ての信号と表示処理を実施することができることを見出した。サンマイクロシステムズ、ディジタル・イクイップメント・コーポレイション、ヒューレット−パッカード及びシリコーン・グラフィックスインコーポレイテッドなどの会社からの多くの現在の主なワークステーションは、このレベルの処理能力を有する。しかしさらによりはっきりと、インテルのペンティアムチップやモトローラのパワーピーシーチップなどの高速中央処理装置(CPUs)を使用する消費者市場のパーソナルコンピュータも、現在このレベルの能力に近づいているか、若しくは既に到達している。このことは、市場で入手可能な、そのオープンアーキテクチャを有するワークステーションまたはパソコン(PC)を、もし全てでないにしても、ほとんどの超音波装置の機能に使用する可能性を開くものである。現代の超音波機器における、装置制御器の典型的な機能であるが、走査を始める前にモジュールを単に調整し、走査の間使用者制御を受動的に監視するのに対して、高機能ワークステーションまたはパソコンは、高品質超音波画像の形成および表示に必要なエコー信号の全ての処理を実施すると共に、全ての装置制御機能を実施することができる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、パーソナルコンピュータを利用した超音波装置が提供される。パソコンまたはワークステーションのＣＰＵが、画像形成用の超音波エコーの、全部ではなくてもほとんどの処理に使用される。好適例では、パソコンの拡張スロットがビーム形成器カード、ビデオカード、ディジタル信号処理カード、そしてネットワークカードなどの形態で、機能設定に使用される。拡張カードは、ホームパーソナルコンピュータでするように、ＣＰＵと接続することによりパソコンのＣＰＵの能力を拡大する。そして、ホームパーソナルコンピュータのように、装置の全ての操作が実質的に、ＣＰＵの制御下でソフトウエアにより実施される。本発明の好適例によると、ＣＰＵへのアクセスを競っている優先順位を付けられた多数のタスク(task)の間でＣＰＵの時間を区切り割り当てる多重タスク処理スケジューラによりＣＰＵは作動する。このスケジューラは、実時間イベントが生じると、ＣＰＵが実行するタスクの時間を割り振りし、タスクが実行される時間間隔を調整し、超音波データの流れが連続的に処理され、表示されるように、要求される機能の間で使用可能な処理能力をバランスさせる。このソフトウエアを基礎とする装置設計の好ましい設計思想(architecture)は、オブジェクト指向設計であり、そこではソフトウエアのタスクは、それらに与えられたいかなるオブジェクトデータの組の要求をも識別する能力と、柔軟に遂行していく能力、およびそれらの独立性を保証する、カプセル化された形態で、分割して設計され修正される。これがモジュール化ハードウエアを基礎とする設計思想の発展で失われたモジュール方式の利益と品質保証を与える。
【００１０】
本発明のパソコンまたはワークステーションを基礎とするソフトウエアアーキテクチャは、ハードウエアを基礎とする設計に対し、ワークステーションとパソコンの、向上を続ける処理能力に対応することができるという圧倒的な利点がある。超音波装置の性能は、装置の全処理能力により制限される。本発明の具体例において、実質的に全ての操作の処理能力は、ただ一つの要素、即ちＣＰＵの能力により決定される。従って本発明の超音波装置の実質的に全ての機能は、一つの装置部品、ＣＰＵチップを置換することによって増強し向上させることができる。超音波装置はより高速にそしてより強力になり、このただ一つの要素の簡単な置換により、またはせいぜい新マザーボードとＣＰＵにソフトウエアのアーキテクチャを移植することにより、向上した機能と多用途が可能となる。超音波産業における性能向上は、コンピューター産業におけるワークステーションおよびパソコンの自然な変革により自動的に行われる。
【００１１】
図１は先行技術の典型的なモジュール方式ハードウエアを基礎とする超音波装置のブロックダイヤグラムである。図２は本発明のパーソナルコンピュータ超音波装置のアーキテクチャのブロックダイヤグラムである。図３は本発明のパーソナルコンピュータ超音波装置のアーキテクチャのより詳細なブロックダイヤグラムである。図４は本発明の構成具体例のマザーボードと拡張カードの平面図である。図５は本発明のパーソナルコンピュータ超音波装置のソフトウエアアーキテクチャとハードウエア構成の両方のブロックダイヤグラムである。図６は本発明の好適例におけるオブジェクト指向ソフトウエア設計の三つの典型的オブジェクトである。図７と８は装置初期化の間の本発明の好適例の動作を説明するフローチャートである。図９と１０は超音波画像処理の間の本発明の好適例の動作を説明するフローチャートである。図１１は、図９と図１０のフローチャートに関連して実施される色流れ画像処理(color
flow imaging)の説明である。図１２は本発明の構成具体例におけるビーム形成器シーケンサのブロックダイヤグラムである。図１３は図９と図１０のフローチャートに関連して実施される２ＤとＭ−モード画像同時処理の説明図である。図１４は本発明のパーソナルコンピュータ超音波装置の第２の具体例のソフトウエアアーキテクチャとハードウエア構成の両方のブロックダイヤグラムである。
【００１２】
先行技術の典型的な超音波装置においては、超音波エコーは一連の直列に接続された、特定目的を有する回路により処理される。エコーが受信されると、それらは直ちにそして連続的に処理され表示される。アナログ装置においては、アナログエコー信号は受信と同時に直ちにそして連続的に処理しなければならないため、走査と処理は同期して行われる。一旦超音波パルスが発信されると、受信器はエコーが受信されると、エコー信号を完全にそして連続的に処理するよう、直ちに反応しなければならないのであるから、受信器の速度を決めるものは発信器である。典型的な先行技術装置においては、超音波装置の特定機能を実行するモジュールは、中央制御器の指示の下に互いに接続し、超音波エコーを処理する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、典型的モジュール方式ハードウエアを基礎とする超音波装置のアーキテクチャを示す。リニアアレー変換器１０などの超音波プローブは、プローブによる発信と受信を制御するビーム形成器モジュール２０のコネクタ１２に接続する。ビーム形成器モジュール２０は、増幅や帯域通過ろ過などの信号前処理のために、ＲＦ(radio
frequency)信号処理モジュール３０に転送される受信超音波エコーのビーム(または走査線もしくはレイライン(raylines))を形成する。ＲＦ信号は次いでバス１４によりエコー検知モジュール２４、ドップラーモジュール２６、および色流れモジュール２８に送られる。もしもエコーを処理して二次元（２ＤまたはＢモードまたはグレースケール）画像を形成しようとするならば、エコー検知モジュール２４が活性化されて、エコーを検知し、処理して２Ｄエコー信号を形成する。もしもエコーを処理して、スペクトル若しくは音響ドップラー表示を形成しようとするならば、エコーを処理してドップラー信号推定値およびスピーカー５２用の変調された音響信号を形成する。もしもエコーを処理して色流れドップラー表示の色要素を形成しようとするならば、エコーは色流れモジュール６４によりドップラー処理される。モジュール２４，２６または２８で処理された信号は、バス１６を通じて転送され、適当な画像形成モジュールにより画像処理される。エコー検知モジュール２４からの２Ｄ信号は、走査変換器モジュール３０により希望の画像方式に変換しても、Ｍモードモジュール３２によりＭモード表示に変換してもよい。Ｍモードモジュールは、ドップラーモジュール２６により作成された信号の、スペクトル表示の形成に使用することもでき、さもなければ別の特別なスペクトル表示モジュールに送ることもできる。色流れモジュール２８とエコー検知モジュール２４からの信号は、走査変換器モジュール３０に送られ、それらが結合されて希望する方式の色流れ画像を形成する。シネループ(商標)メモリ−３４は、ビデオループ(loop)または実時間またはスローモーション画像系列として後に再表示するために、一連の前走査変換または後走査変換画像を記憶する。
【００１４】
走査変換器モジュール、Ｍモードモジュール、またはシネループメモリ−により作成された画像は、バス１８によりビデオ処理器モジュールに送られ、画像表示器５０が必要とする形式のビデオ出力信号が作成される。超音波画像には患者の氏名、使用者により画像上に記されたスケールマーカーまたは測定値などの英数字または画像情報が重ねられる。この画像情報は、バス１８を通じてグラフィックスモジュール４２によりビデオ処理器モジュール４０に送られ、そこで表示器５０上の超音波画像と結合され、表示される。
【００１５】
図１の装置の各モジュールは、制御バス６４により各モジュールと接続している装置制御器６０の制御下で動作する。この装置制御器は通常、使用者制御６２と各装置モジュールの間のインターフェイスを多少越える程度のものであるから、装置制御器なる語は実際のものよりも多少大きな目的のものとなっている。例えば、使用者が制御器を操作して、プローブと特別な画像処理方式を選択すると、装置制御器が応答して、プローブの操作に必要なデータをロード(load)するようビーム形成器に命令し、そして使用者が希望する超音波情報の処理と表示に備えるようその他のモジュールに命令する。一旦モジュールが適正に初期化されると、装置制御器は通常、使用者制御からの新たな命令を待って不活性状態となる。これは、それぞれのモジュールはモジュールの機能に基づくそれ自身のマイクロプロセッサで、独立に動作するユニットであるからである。通常各モジュールは一つまたはそれ以上の独立した印刷回路基板からなっている。装置制御器６０は、使用者制御の監視専用であり、時々モジュールへの新設定インストラクションに介入する程度であって、それ自身は一つの超音波エコー信号も処理することはない。
【００１６】
モジュール方式ハードウエアアーキテクチャの一つの限界は、一連のモジュールの動作が、系列中の最も遅いモジュールの速度と等しくなってしまうことである。従って、各モジュールを可能な最高速でその目的とする機能を実行するよう設計する必要が常に存在するのである。特に、モジュールが入力されたデータで混乱することがないように、各連続するモジュールが、その機能をより高速に、少なくとも前のモジュールに劣らない速度で実行できることが好ましい。系列中、中間のまたは後のモジュールが、データの流れに追いついていけなくなったとき、そことその後のモジュールではデータが滞留し、あふれ、データの組は不完全なものとなるか、同期が取れなくなるか、または装置がクラッシュする。これらの要素は各モジュールが、多数の、多分何ダースもの高速マイクロプロセッサで設計されていることに起因する。典型的高性能超音波装置は通常、何種類かのモジュール機能専用の２０個単位とまでは言わないが、数ダースのマイクロプロセッサが備えているほどの高性能計算能力を有する。この大きな計算能力は、動作のほとんどのモードでは、必要な処理モジュールと、それらの能力の一部を使用するのみで、全てを一時に使用することは、ないとは言えないが希である。
【００１７】
本発明により構成された超音波装置のブロックダイヤグラムを図２に示す。この図が示すように、超音波装置の中心部分はパーソナルコンピュータプラットフォーム７０である。ここで使用される、パーソナルコンピュータなる語は、開放そして専有、双方のアーキテクチャを有するワークステーションおよびパーソナルコンピュータプラットフォームを意味している。図１に示すように、超音波プローブは、超音波を発信し、超音波エコーを受信し、それらはビーム形成器２０によりレイライン（rayline）が形成される。このレイラインはメモリ７２に記憶され、パーソナルコンピュータ７０はそれらにアクセスする。走査線は使用者制御パネル６２の設定により命令されたように、パーソナルコンピュータにより処理され、そして生成した画像は表示装置５０に表示するために送られる。従って、ビーム形成器により形成されたレイライン信号を処理し、ビデオ画像信号に変換するのに必要な全ての処理は、パーソナルコンピュータ７０により実行される。
【００１８】
ディスクドライブ、プリンタ、ＶＣＲ、モデム、ネットワークリンクなどの多数の補助的周辺機器が、標準的パーソナルコンピュータバスとコネクタに接続される。可聴ドップラー信号は、通常パソコンの聞き慣れた音響や音調を響かせるパーソナルコンピュータの標準スピーカー５２を鳴らす組み込み（built-in）音響回路により作成される。
【００１９】
ビーム形成をパーソナルコンピュータ７０上で実施することも本発明の範囲内である。本発明の好適具体的では、パソコンの標準拡張機能としてビーム形成器を含むことが理解されるであろう。パーソナルコンピュータチップが進歩し、さらに性能向上するにつれて、パソコン上のソフトウエアが完全にビーム形成を実行することが好ましいであろう。しかしながら、図２に示すように、ビーム形成が非同期拡張機能として実行されるときに、今日の各種の代表的パソコンプラットフォームが、本発明に適していることが見出された。非同期拡張機能として動作することにより、ビーム形成器はパソコンのＣＰＵへのアクセスを待つ必要なく、実時間で操作するよう正確に時間合わせされる。このアーキテクチャは、今日のビーム形成器の、パーソナルコンピュータ超音波装置のアーキテクチャへの適合も可能とし、好都合なことに多数の現代の超音波プロ−ブが必要とする高電圧源も包含する。
【００２０】
図３は本発明のパーソナルコンピュータを基礎とする超音波装置の、より詳細なブロックダイヤグラムである。この図は、パーソナルコンピュータの拡張バスの適切な使用により、超音波装置の全機能が、今日の標準的なパーソナルコンピュータアーキテクチャで実行されることを示している。装置の中心は、ＣＰＵ８２を有するパーソナルコンピュータのマザーボード８０である。マザーボード８０上にあるのは、システムメモリ８４、超音波装置が実時間でその機能を実行することを可能とする高速ＲＡＭである。超音波装置制御パネル６２は、「ＫＢ Ｉｎ」と標識されたパソコンの標準キーボード入力に接続する。ハードディスクドライブ１０２はパソコンのスカジ(SCSI)バス１０６に接続し、プリンタ１０４はパソコンのパラレルポート１０８に接続する。
【００２１】
パーソナルコンピュータは、共通拡張バスに接続するマザーボード上の、多数の拡張スロットを有するようになった。良く知られているように、パソコンのアーキテクチャと直ちに適合する追加もしくは改良能力を付与するために、これらのスロットに印刷回路拡張カードを差し込むことができる。モニター、スピーカー、電話線などに接続するためにパソコンのケースの開口を通じて、ビデオカード、サウンドカード、モデムカード、ネットワークカード、その他の拡張カードを拡張スロットに差し込み、アクセスすることができる。図３の具体例は、超音波装置に好適な標準的パソコンに能力を追加することで、パソコンのこのアーキテクチャを活用している。拡張バスを通じてこれらの機能を接続することにより、追加機能は、パソコンと超音波装置アーキテクチャに直ちに適合する。図３の例において、ディジタルビーム形成器９０、ＤＳＰ(digital
signal processor)カード９２、ビデオカード９４、及びネットワークカード９６が、マザーボード８０の拡張バスに接続している。これらのカードは、超音波装置のパソコンアーキテクチャと直接適合する追加超音波機能を付与する。
【００２２】
従って、図３の超音波装置は実質的に、事務机上もしくは家庭に見られる当たり前のパーソナルコンピュータのアーキテクチャと同一である。図３の構成は、標準的デスクトップのケースを有するパソコンと類似する、デスクトップ超音波機器に理想的である。しかし本発明は、印刷回路基板の配置を、上から直角に観察している図４の平面図のもののような、種々の物理的構成に応用可能である。この配置は、現在の典型的超音波装置の形状要素に適合し、現在入手可能な超音波ビーム形成器ボードを有効に使用している。パソコンマザーボード８０は、そのＣＰＵ８２とシステムメモリ８４と共に図中右に示されている。フロッピーディスクドライブ１１０は、マザーボードの標準ディスク制御器コネクタ１０５に接続し、ハードディスクドライブ１０２と光ディスク１１２は、マザーボードのスカジバス１０６に接続する。ハードディスクドライブ１０２は、超音波アプリケーション、異なるプローブ(scanheads)用のデータテーブル、解析と報告プログラムを保持し、光ディスクドライブは、他の装置やワークステーションに次に移植される超音波画像のライブラリーの記憶に使用される。超音波装置の制御パネル６２はケーブル１１４により、マザーボードのマウス入力にケーブル１１６により接続するトラックボール制御６６と共に、マザーボード８０のキーボード入力に接続する。
【００２３】
拡張バスボード１２０はマザーボードの拡張バスソケット８６’の一つに挿入されている。この拡張バスボード１２０は、既存のビーム形成器ボードへの接続を可能とするために、空間を空けて配置されている多数の拡張バスソケット１２２に、マザーボードの拡張バスを延長する。この実例のビーム形成器は、拡張バスボード１２０に接続する三つのボード、ビーム形成器制御器ボード１３０および二つのビーム形成器チャネルボード１３２、を有する。拡張バスボードに向き合うビーム形成器ボードの端に接続するのは、走査ヘッドを超音波機器に接続する二つの走査ヘッド接続器１４２を載せる走査ヘッド接続器ボード１４０である。高電圧調整器ボード１３４は、走査ヘッド接続器ボード１４０に接続し、走査ヘッドの圧電素子を駆動するのに必要な電圧を供給する。走査ヘッド接続器ボードは、拡張バスボード上の二つのソケットに対している二つの空のソケット１３６を有し、それらは追加チャネルボードを有するビーム形成器の拡張に利用することができる。
【００２４】
また、拡張バスボードの拡張バスに接続するのは、ＤＳＰカード９２、ネットワークカード９６およびビデオカード９４である。ビデオカード９４は、ケーブル５４を通じ、装置の表示器５０とＶＣＲ５２にビデオ出力信号を送る。これらの型の汎用拡張カードは、現在市場から入手可能であり、これらの目的に適合している。しかしながら、装置設計者は、超音波用途に特別に設計された特別目的のカードの設計を一つの選択枝として希望するであろう。例えば、超音波装置は世界的に販売され、種々のビデオ規格の装置で操作する必要があるから、本発明者は、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ，飛び越し(interlaced)、非飛び越し(noninterlaced)、そしてＶＨＳおよびＳＶＨＳのＶＣＲなどの種々の方式のビデオ信号を形成するために特別に設計されたビデオカードの使用を選択する。特別に設計されたビデオカードは、これらのそれぞれの方式のビデオ信号を送るコネクタを有する。
【００２５】
図４の配置は、典型的超音波装置の架台に容易に載せることができ、現存するビーム形成器ボード設計を利用している。先行技術の典型的なハ−ドウエアを基礎とする超音波装置アーキテクチャと相違して、本発明のパソコンを基礎とする超音波装置は、超音波機器に必要な操作と処理の実行をソフトウエアに広く依存している。この装置のソフトウエアは、超音波画像データを処理し表示するために、ＣＰＵ上で実行される種々の「タスク」(tasks)により構成されている。
【００２６】
図５は本発明の第一の例のハ−ドウエアとソフトウエアの相互関係を説明している。制御パネル６２と拡張バス８６により拡張カード９０−９６が接続したマザーボードとＣＰＵ１８０が、図の下部に示されている。図の中央には、種々のメモリ領域に論理的に区画分けされている、システムメモリ１８４がある。右側には多重タスク処理スケジューラ２００により全て操作される五つの主なソフトウエアのタスクが示されている。この多重タスク処理スケジューラが、超音波装置の実時間処理能力を可能としている。
【００２７】
この多重タスク処理スケジューラ２００は、どのタスクが、いつＣＰＵを使用するかを決めるソフトウエアプログラムである。このソフトウエアタスクは、イベント(event)とデータにより駆動され、イベントが生じたとき、またはデータが処理を必要とするとき、ＣＰＵへのアクセスを要求する。好適例では、装置のハ−ドウエア要素が、通常イベントが生じたとき割り込みを発生させる。ソフトウエアタスクは通常それらがデータ処理を必要とするとき、多重タスク処理スケジューラに信号を送る。多重タスク処理スケジューラはこれらの要求に優先順位基準で応答する。構成例では、多重タスク処理スケジューラ２００は、最低優先順位−１２８から最高優先順位＋１２８までの２５６の優先順位を有する。優先順位の中央値はゼロである。あるタスクがＣＰＵへのアクセスを要求するとき、多重タスク処理スケジューラは要求の優先順位と、現在実行中のタスクの優先順位、そして現在ＣＰＵへのアクセスを待っているものの優先順位を考慮して、要求を許可する。ＣＰＵへのアクセスが、量子(quantum)と呼ばれる時間間隔単位で多重タスク処理スケジューラにより許可される。
【００２８】
装置中でタスクは三つの可能な状態を有する。スリーピングタスクは、現在実行されていないタスクであって、イベントが生じるのを待っている状態である。その他の可能な状態にない全てのタスクは、スリーピング状態であり、何かのイベントの発生を待っている。準備タスク(ready
task)は現在実行されていないが、ＣＰＵの使用を待っているタスクである。あるタスクは、それが待っている処理用の新たなデータの到着などのイベントが発生したときに、準備状態となる。そのようなイベントが発生したとき、タスクはＣＰＵを走らせる準備状態となる。準備タスクは、まだＣＰＵにアクセスしていないもの、またはもしその現在のイベント用に前にアクセスしたが、まだそのタスクを終了していないものである。
【００２９】
ランニングタスクは現在ＣＰＵを使用しているものである。それは三つのでき事の一つが発生するまで仕事を続ける。その第一は、より高い優先順位のタスクが準備状態となったときである。この場合、多重タスク処理スケジューラは現在のタスクを入れ替え、より高い優先順位のタスクの処理を開始させる。第二の可能性は、処理中のタスクがイベントからの入力を、それが必要とする点に達したときである。ランニングタスクがこの点に達すると、スリープ状態となり、イベントを待つ。第三は、ランニングタスクが全量子時間、ＣＰＵを占有してしまった時である。多重タスク処理スケジューラはＣＰＵの時間管理者であり、各量子時間が経過した後、それ自身の割り込みを自動的に発生させる。ランニングタスクがもしその時点で終了していないとき、多重タスク処理スケジューラがタスクに割り込み、同じ優先順位の他のタスクがＣＰＵへのアクセスを待っているか調べる。もし存在する場合には、多重タスク処理スケジューラは、他のタスクにＣＰＵへのアクセスを許可し、割り込まれたタスクは準備状態に入る。ＣＰＵは同じ優先順位のタスクの処理を、ラウンドロビン(round-robin)方式で続け、それらの各々が必要とする処理が完了するまで交互に処理していく。多重タスク処理スケジューラは、スリーピングにあるタスクとランニングまたは準備状態のタスクのリストを管理する。多重タスク処理スケジューラは、これらのリストに従って、そして種々のタスクの優先順位および時間量子の消費に従って、ＣＰＵにより実行されるタスクの時間割り当てをする。
【００３０】
次は同じ優先順位のタスクの交互時間配置処理は、本発明の他の側面を示しており、それは可能なだけ多数のタスクに同じ優先順位を割り振ることが望ましい点である。多数のゼロ優先順位（この例では平均的優先順位）のタスクが準備状態にあるとき、それらは全てのタスクが完了するまでラウンドロビン方式で実行される。この実行中に、他のゼロ優先順位タスクを準備状態にするイベントが発生したとき、多重タスク処理スケジューラは、直ちに現在処理中のタスクの実行を中断し、ＣＰＵにアクセスする次のタスクとして、新たに準備状態となったタスクを割り振る。この操作により、この新たに準備状態となったタスクは、直ちにＣＰＵにアクセスでき、最近発生したイベントへの応答を実行する。
【００３１】
簡単な例が、どのようにして、この設計理念が超音波装置の実時間処理能力を維持するかを説明する。構成例において、マザーボードは時間経過を計測する実時間クロックを有する。装置の表示器は日付、時間、分、秒を表示する。当然、この時間表示を不規則な間隔でなく、一定の秒単位の増加により変化させるのが好ましい。これは構成例において、実時間クロックに１秒経過する毎に注釈タスク(Annotation
Task)に割り込みを送らせることで実現される。次にこの注釈タスクは、このイベントの処理の準備状態となり、多重タスク処理スケジューラはＣＰＵにアクセスさせる次のタスクとして注釈タスクを割り振る。注釈タスクは表示スクリーン上の表示数字を更新する操作を行い、次の表示フレームの表示スクリーンでは新たな時間が表示される。作業者にとっては、表示時間は、秒の単位で時間を刻んでいるように見える。
【００３２】
注釈タスクが表示数字を更新した後、その操作は終了する。多重タスク処理スケジューラは、リスト上の次の準備タスクにＣＰＵへのアクセスを許可し、注釈タスクは、次のイベントを待ってスリープ状態に戻る。図５に説明するタスクは、この例における超音波信号、画像、および表示処理の中核である。制御超音波タスク２１０は制御パネルを管理し、装置全体の動作を監督する。制御超音波タスクは、装置制御への使用者の変更に応答し、使用者の命令に対応して装置による新たな、または修正操作を設定する。制御超音波タスクは以下に論ずるように、装置機能の変化が有効に設定されていることを確認し、装置の他のタスクとの間の競合(dispute)や衝突(conflict)を回避する。
【００３３】
取得タスク２１２はＲＦメモリ中に記憶する超音波データの取得操作を行う。取得タスクは、通常システムメモリ１８４のＲＦメモリ領域中の予め定められた位置に記憶されるレイラインデータを作成するディジタルビーム形成器９０の指示と制御を通じてその機能を実行する。取得タスクは、ネットワークカード９６を通じてネットワーク上で超音波データを取得し、そのデータをＲＦメモリに記憶することによってなど、他の方法でその機能を実行することもできる。
【００３４】
信号処理タスク２１４は、ＣＰＵにより実行され、取得タスクで取得された超音波データを処理する。これにはろ過、増幅、検知、およびドップラー周波数推定などの機能が含まれる。図５の例において、信号処理タスクは、パーソナルコンピュータのＣＰＵでデータを処理し、またはサブタスクとして処理するためにＤＳＰカード９２にデータを送ることができる。処理にＣＰＵを使用するとき、信号処理タスクはＲＦメモリからのデータにアクセスし、適切にそのデータを処理し、そして処理したデータ（ここに「推定データ(estimate
data)」という）をシネループメモリに記憶する。ＤＳＰカードでデータを処理するとき、信号処理タスクはデータを、そこからデータがＤＳＰカードによりアクセスされ、処理され、ＤＳＰメモリ領域に戻される、ＤＳＰメモリ領域にデータを送る。信号処理タスクは次いで推定データをシネループメモリに移動させる。
【００３５】
表示タスク２１６はＣＰＵにより実行され、信号処理タスクが作成した推定データをビデオ表示用ラスタデータに変換する。表示タスクはシネループメモリからＲーθデータにアクセスすることにより、セクタ画像用に走査変換を実行し、そして処理データを希望する画像方式に変換する。推定データは表示タスクにより、セクタ、リニア、またはスクロールまたは掃引時間表示（scrolling
or swept temporal displays）など、いかなる希望する画像方式によっても表示することができる。表示タスクはシネループメモリに記憶されている推定データを操作し、システムメモリの表示メモリ領域に、その処理の結果を記憶する。表示メモリ領域に記憶されたラスタデータは次いで、ビデオカード９４に自動的にそして連続的に読み込まれ、種々のビデオ標準のビデオ出力信号を作成する。
【００３６】
注釈タスク２０２は、上述したように、患者名、時間、日付、装置情報、カーソル、ポインタ、深さ標識、ＴＧＣ曲線、および計測などの英数字およびグラフィカル情報の、超音波装置の表示器への表示を制御する。パーソナルコンピュータは特にこのような表示情報用に設計されているので、本発明の構成例は、パソコンの当初から所有する、英数字とグラフィカル情報の表示装置を使用することにより、この事実を利用している。この当初から所有する表示装置は、不透明表示領域中に、英数字とグラフィカル表示情報を含み、残りの領域は透明に表示させる表示オーバレイ(overlay)を作成する。表示オーバレイはビデオカード９４に送られ、そこで表示メモリからの超音波画像と重ねられ、超音波画像とその関連するグラフィカルおよび英数字情報の両方からなる複合表示を形成する。使用者にとっては、この装置はただ一つの統合視覚表示を与える。もし希望するなら、超音波画像を、パソコンの本来有する表示装置に表示させることもでき、許容しうる診断画像品質が得られるよう、十分な数の色と暗い陰が与えられる。
【００３７】
種々のタスクがデータ駆動であり、タスクは、タスクが必要とするデータが使用可能になったときにのみ、実行される。他の全ての時、タスクはスリープ状態で、それらを準備状態にし、多重タスク処理スケジューラによりＣＰＵ上で実行するのにスケジュールされるようにするイベントまたはデータを待っている。示されていない他のタスクも装置により実行される。例えば、ドップラー音響タスクは、ドップラー推定データを操作し、マザーボードが本来所有するサウンドポートを通じ、再生用のドップラーサウンドを作成する。種々の解析と報告タスクは、ＯＢ／ＧＹＮ測定と解析、および例えば心臓病学者用の診断報告の作成、などの機能を実施する。
【００３８】
システムメモリ１８４は物理的にマザーボード上に置かれ、もしくは物理的に区画分けされて装置の異なる領域に置かれる。好適例では、図５中点線で拡張カードにつながる３つのメモリ領域は、速度と効率向上のためにデュアルポートメモリとされ、関連する拡張カード上に物理的に置かれている。これが例えばディジタルビーム形成器９０が、実時間で受信すると共に、メモリにＲＦ超音波データを連続的に書き込むことを可能にし、そして信号処理タスクが定期的に、そして非同期的に、ＲＦ超音波データを同時に読み、そして処理することを可能にする。同様に、信号処理タスクは、新ＲＦデータをＤＳＰメモリ領域に送る一方、ＤＳＰカードはデータを処理し、推定データをＤＳＰメモリに戻す。デュアルポートの表示メモリは、表示タスクが表示メモリの一区画中の表示用画像を形成することを可能にする一方、ビデオカードは表示メモリの他の区画に前に形成された画像を読み込み、表示する。このメモリの物理的区画分けは、パソコンのアーキテクチャの何らかの制限によって必要となるわけではない。本発明の構成例は、４０メガバイトのシステムメモリを必要とするのみであり、ゆうに現代のパーソナルコンピュータおよびワークステーションの１２８メガバイトまたはそれ以上の拡張ＲＡＭの容量の範囲内である。この構成例では３２ビットメモリアドレシング(addressing)を利用している。これがシステムメモリの（２ギガバイトまでの）大きな拡張を可能とする。装置中の各メモリ配置は、それ自身の特定のアドレスを持ち、もし望むならば、種々の実行タスクの間で、全システムメモリの再区画分けを許容する。
【００３９】
本発明例の好ましいソフトウエア構造は、「オブジェクト指向設計(object
oriented design)」として知られているものに基礎を置いている。従来の超音波におけるソフトウエア面の検討は通常、手続型プログラミングを採用し、そこではソフトウエアの機能は、ルーティンそしてサブルーティンに分割され、それらはある特定の操作の実行が必要になったとき、呼び出される。超音波データの処理が実行されると、その処理の結果および次の工程への指示が、システムを通じて送られる。ハ−ドウエアモジュールは、それらが設計された処理を実行し、もしあるモジュールが代替処理が可能ならば、それが実行すべき工程に関する指示を受ける。
【００４０】
オブジェクト指向設計は概念として、そして操作として異なるアプローチである。オブジェクト指向設計においては、ソフトウエアの機能は、オブジェクトとして分類され、定義される。これらのオブジェクトは独立しており、自己充足的である。それぞれのオブジェクトはカプセル化されており、即ちその目的を達成するのに必要な全ての能力を、それ自身の中に含んでいることを意味している。各オブジェクトは、そのオブジェクト以外の何も外部に依存することなく独立に機能することができる。
【００４１】
好適例において、それぞれの超音波データの組がオブジェクトとして定義される。この設計において、各オブジェクト指向タスクは、オブジェクトデータを受信し、それについて何をすべきか判断する責任がある。簡単な比較がこれらの相違を説明する。従来の超音波装置においては、ドップラーレイラインは、ＲＦ信号処理モジュールが作成し、「これが集合当たり１２本のラインを有する、１０から１７までのレイ(ray)のドップラーラインの集合である。ｘｙｚのフィルタ特性でこれらのラインをウォールフィルタろ過し、ウォールフィルタされたラインのフラッシュの抑制を実施し、次いで各レイライン上の５０試料容積についてドップラー周波数を推定せよ。」という指示と共にドップラーモジュールに送られる。本発明のオブジェクト指向設計においては、ビーム形成器によるドップラーレイラインデータの作成が、取得タスクに「新データへの用意完了」という信号処理タスクへの信号を送らせる。事実いかなる種類のレイラインデータが取得されようと、これが取得タスクが送る唯一の信号である。さらに、これがシステム中で超音波画像処理の間に、一つのタスクから他のタスクに送られる唯一のメッセージである。
【００４２】
この簡単なメッセージシステムには三つの目立った副産物がある。一つは、それに与えられたデータに対し、何をすることが必要なのかを判断することが、各タスクの責務であることである。後述するように、カプセル化のオブジェクト指向設計の特性とオブジェクトの属性がこれを可能にする。他の副産物は、タスクが実行可能な機能に本来、限界がないことである。タスクは、単に「新データへの用意完了。」という、何の処理または実行制限ないメッセージを受けるので、新機能について将来タスクの質向上もしくは改良の能力は、メッセージシステムにより制限を受けない。第三の副産物は、タスクは何であれそれ自身処理が必要なものを実施するためにカプセル化されていなければならないので、装置の他の構成要素やソフトウエアへの、壊れがちな連携あるいは依存がありえないことである。このように自己充足的であることは、一旦タスクもしくはオブジェクトが設計され、作成され、試験されてしまうと、後のある時点で装置のその他のある部分の修正や変更によっても「破壊(broken)」されないことである。このことは、本来的により安定で信頼性あるソフトウエアアーキテクチャとなる。
【００４３】
図６は本発明の好適例における超音波画像形成に使用されるデータオブジェクトの三つの分類、取得(Acquisition)オブジェクト、推定(Estimate)オブジェクト、およびラスタ画像（RasterImage）オブジェクト、を説明する。それぞれのオブジェクトは、その特定のオブジェクトの多数の属性(attribute)を有し、それらはそれぞれのオブジェクト分類名の下に列挙されている。この属性にはオブジェクトに関連するデータの特徴が挙げられ、それらは特定のデータの組を十分に定義し記述する。超音波装置内のタスクは、データをどのように処理し表示するかを、属性に基礎を置いて決定する。
【００４４】
この例の第一のデータオブジェクトである取得オブジェクトには、取得データの組の属性が列挙されている。取得オブジェクトは通常取得タスクにより作成され、管理される。最初の属性、データの型（DataType）、は、データの組を２Ｄ（グレースケールまたはＢモ−ド）またはドップラーデータとして定義する。フレーム時間(FramePeriod)属性は、全画像フレームが取得されるまでの時間間隔を定義する。第一レイ角度(FrstRayAngle)属性は、画像の第一のレイラインの傾き角度を定義する。これは、例えばセクタ走査の第一のラインが４５゜の角度であり、もしくはリニア走査の第一のラインが０゜であるということである。第一試料オフセット(FrstSmpleOffst)属性は、レイライン上の最初の試料位置とセクタの頂点または走査ヘッド表面の間の、時間または距離間隔を定義する。試料数(NumSamples)属性は、レイライン上の試料の数を定義し、ＰＲＩ数(NumPRI)属性は、データがドップラーデータのとき、ドップラー集合のラインの数、またはデータがＭ−モ−ドデータであるとき、Ｍ−モ−ドラインを形成する平均化された２Ｄラインの数を定義する。
【００４５】
リスト(List)属性は、データの組が包含するレイラインの数などの、特定のデータの組に特有の情報の記録(records)を示す。これらの記録は、現在のデータの組を、例えば、画像のレイライン１６−３２からなる、と定義する。タスクＰｔｒ(TaskPtr)属性は普通の一連の操作と相違するタスクを指示するために使用される。例えば、普通は取得オブジェクトデータは画像処理において、次のステップとして信号処理タスクに送られる。しかしながらもし使用者が、そのデータの組をいかなる中間処理もしないで、ハードディスクまたは他の記憶メディアに記憶するために送りたいならば、タスクＰｔｒ属性は次の工程としてデータ記憶タスクを指示する。同様にもし推定データの組が走査変換または表示なしで直接ディスクに記憶しようとする場合には、推定オブジェクトのタスクＰｔｒ属性は、データ記憶タスクを指示し、これにより表示タスクへのアクセスを防止する。
【００４６】
タスクＰｔｒ属性は完全にオブジェクトの再指令にも使用される。例えば、タスクＰｔｒは、取得オブジェクトから表示タスクに指示することができ、信号処理前にＲＦデータの組を、表示タスクに走査変換させる。走査変換されたＲＦデータは、直ちに信号処理タスクにより処理され、表示され、または記憶され、後に処理して表示することができる。図１４の例と関連して後述するように、この多用途性は、同じデータの組を多数の方法で処理することを可能にする。
【００４７】
試料時間(SamplePeriod)は、超音波データ取得と信号処理の速度調整に使用される属性である。信号処理タスクが取得データの組を処理するとき、取得データの一つの試料の処理に要した平均的な時間を、定期的に計算する。この計算値は、推定オブジェクトの試料時間属性に置かれ、定期的に制御超音波タスクにより監視(monitor)される。取得タスクは、超音波データ試料を取得する平均時間について同じ計算を実施し、それは取得タスクの同じ属性に置かれ、また制御超音波タスクにより監視される。もし推定オブジェクトの試料時間が、取得オブジェクトの時間より長くなってきたことに、制御超音波タスクが気付いた場合には、制御超音波タスクは、信号処理タスクが処理可能なデータよりも早い速度で、新たな超音波データでＲＦメモリが満たされつつあると結論するであろう。そうすると、制御超音波タスクは取得オブジェクトに、新たなより長い試料時間値を使用するよう命令し、それにより取得タスクは、ビーム形成器に命令し、その発信パルス（ＰＲＩ）の速度を落とさせる。取得データ速度はこれにより低下し、ＲＦメモリ中の未処理データが、新たな超音波データにより書き換えられるのを防止する。これによりＲＦメモリに割り当てられる必要なメモリ量を減らすことが可能となる。
【００４８】
フラグ(Flags)属性は、他のタスクが修正することができる取得オブジェクト中の他の唯一の属性である。このフラグ属性は、関連データの組が信号処理の準備が整ったときに設定される、１またはそれ以上のビットを含んでいる。信号処理タスクが、取得オブジェクトを検査するとき、このビットまたは複数のビットが設定されているかどうかを見て確認し、オブジェクトのデータの組が処理を必要とするか否かを判断する。もしフラグビットがセットされている場合には、信号処理タスクはデータを処理し、そして処理が完了すると、信号処理タスクはフラグビットをリセットする。ビーム形成器は、新データをＲＦメモリに書き込むときは、連続的に旧データを上書きする。その前に、ビーム形成器は、上書きされるデータのフラグビットがリセットされているか否かを見て確認する。もしフラグビットがリセットされていないならば、ビーム形成器はデータが処理されていないことを知り、そしてＲＦメモリの該領域が利用可能となるのを待たなければならない。
【００４９】
取得オブジェクトリンク(AcqObjectLink)属性は、後述するように、現在の画像処理操作のために、複数の取得オブジェクトをリンクする手段を提供する。その他の取得オブジェクトの属性は自ずから明らかであり、装置設計者が採用するであろういくつかの属性の例を示すにすぎない。オブジェクトに使用される属性には制限はない。
【００５０】
同様に、推定オブジェクトは、信号処理タスクが作成した推定データの組に関する属性を有する。後述するように、取得オブジェクト(AcqObject)属性は、信号処理されるべきデータの組を特定する取得オブジェクトへの指示標識である。取得オブジェクトと推定オブジェクトの属性を使用して、信号処理タスクは必要な処理の種類を判断することができる。もし取得オブジェクトの点検で、データの組が２Ｄデータであることが分かった場合には、例えば（データ型(DataType)属性から）、信号処理タスクは２Ｄ処理を実行しなければならないことを知る。推定オブジェクトのＢＰフィルタ(BPFiltering)属性を参照することにより、信号処理タスクはその処理において採用すべき帯域通過フィルタの種類を知る。もし信号処理タスクが、データ型(DataType)がドップラーデータであることが分かると、それは、各集合についてドップラー周波数推定に使用するデータのラインの数を信号処理タスクに知らせるＮｕｍＰＲＩ属性により、ドップラー処理を実行しなければならないことを知る。推定オブジェクトのドップラー推定型(DoppEstType)属性は、信号処理タスクがドップラーパワー推定またはドップラー周波数推定を実施するよう誘導する。ＢｕｆＳｔａｒｔおよびＢｕｆＳｉｚｅ属性は、シネループメモリのその位置と推定データの組の大きさを特定する。フラグ、リスト、試料時間、およびタスクＰｔｒ属性は、上述した取得オブジェクトの場合と同じ目的を果たす。その他の属性は装置設計者が採用する代表的な属性の例である。
【００５１】
最後に、ラスタ画像オブジェクトは、表示タスクが描写する画像の特性を特定する。第一の属性、推定オブジェクト(EstimateObject)は、描写される推定データの組について、推定オブジェクトに指示を返す。パレット(Palette)属性は、２Ｄ画像のグレースケールマップまたは色彩表示における色スペクトルを定義する。スケール(Scale)属性は、使用する画像の縮尺を定義し、オリエンテ−ション(Orientation)属性は、例えば上下逆にまたは右を上にした画像を描写するよう表示タスクに伝える。ＲＩＯ＿Ｘ，ＲＩＯ＿Ｙ，ＶｉｅｗＨｅｉｇｈｔ，およびＶｉｅｗＷｉｄｔｈ，などの他の属性は、表示スクリーン上の画像表示窓(window)の位置および大きさ、およびその表示窓の中の画像を描写する場所を定義する。ラスタ画像オブジェクトも、他のオブジェクトの多数の一般的目的の属性を採用することができる。例えば、タスクＰｔｒは、三次元データの組が、三次元画像の描写に連続的に使用されるとき、表示タスクを繰り返して指示するのに使用される。
【００５２】
図７と８を参照すると、とのようにしてオブジェクト指向ソフトウエアアーキテクチャが超音波画像処理の実行用に設定されているかを説明するフローチャートが示されている。図７は処理開始時のソフトウエアタスクとオブジェクトの相互作用を説明し、そして図８は各タスクの左に書かれた各タスクを開始させるイベントを含む、一連のタスクのフローチャートである。
【００５３】
この例では、超音波装置の使用者は、異なる走査ヘッド、３ＭＨｚ走査ヘッドでの画像処理の開始を希望していると想定して始めている。使用者による新走査ヘッドの選択は、図８のステップ２５２で示されるように、多重タスク処理スケジューラによる、制御超音波タスクのスケジュール作成と、実行(running)により応答されるイベントである。制御超音波タスク２１０は、取得タスク２１２に３ＭＨｚ走査ヘッドからのデータ用に取得オブジェクトを設定するように指示する。取得タスクは制御超音波タスクからの、このメッセージを受けると同時にスケジュールし、ステップ２５４に示すように、そのオブジェクトライブラリ機能にアクセスする。超音波装置は、取得ライブラリ、信号処理ライブラリ、および表示ライブラリに区画分けされた図７に示すデータオブジェクトのソフトウエアライブラリ２２０を有する。このライブラリは、ライブラリの規模、システムメモリの利用可能性とコスト、および新走査処理の設定に要求される時間を考慮したうえで、ハードディスク１０２またはシステムメモリに記憶される。取得タスクのライブラリ機能は、取得ライブラリから、３ＭＨｚ走査ヘッド用の取得オブジェクトまたは複数のオブジェクト（後述するように）を選択する。標準化された取得オブジェクトはライブラリから得ることができ、特に３ＭＨｚ走査ヘッド用に、ライブラリ機能により修正されるが、特に３ＭＨｚ走査ヘッド用に、先にライブラリに用意され、記憶されている取得オブジェクトを使用することにより、より大きな速度とより簡単な処理が可能となる。
【００５４】
適切な取得オブジェクトが設定された後、取得タスクは、後の表示用に、取得オブジェクト名と走査ヘッドの識別名を、制御超音波タスクに返答する。制御超音波タスクはスケジュールされ、ステップ２５６に示すように、新たな取得オブジェクト用の推定オブジェクトの設定を、信号処理タスクに指示することにより、このイベントに反応する。同様に信号処理タスク２１４はスケジュールされ、信号処理ライブラリから適当な推定オブジェクトを選択するためにそのライブラリ機能にアクセスする。このライブラリ機能は、ステップ２５８に示すように、推定オブジェクトを立ち上げ、それを新たな取得オブジェクトと結合させ、新たな推定オブジェクトの名で制御超音波タスクに応答する。制御超音波タスクはこの応答に従って、再度スケジュールされ、起動し、ステップ２６０に示すように、新たな推定オブジェクト用のラスタ画像オブジェクトを立ち上げるよう表示タスクに指示する。同様に表示タスク２１６はスケジュールされ、起動して、ステップ２６２に示すように、そのライブラリ機能にアクセスし、適切なラスタ画像オブジェクトを打ち上げ、それを信号処理タスクにより作成された推定オブジェクトにリンクする。ラスタ画像オブジェクトが立ち上がると、表示タスクは、その完了の応答を制御超音波タスクに送る。全てのオブジェクトが作成され適切にリンクされると、制御超音波タスクは、システム表示器上に３ＭＨｚ走査ヘッドの存在を表示するよう、注釈タスクに命令を送る。これで使用者は、選択した３ＭＨｚ走査ヘッドがいよいよ操作可能で、走査準備が完了したことを知る。
【００５５】
図９と１０に移ると、上記のようにして選択された３ＭＨｚ走査ヘッドでの画像処理の間、どのようにして超音波システムが機能するかを説明するフローチャートが示されている。二つの例が提示され、その第一の例は、図１１のスクリーン表示器３００に描かれている、色流れ画像処理の実施である。スクリーン表示器３００は、３ＭＨｚ曲線アレー走査ヘッドにより得られた血管３０６の２Ｄ画像３０２を表示する。色ボックス３０４は、２Ｄ画像の中央に囲まれており、そこでは、血管３０６の陰影領域(shaded
area)で示されるように、血流速度が色で示される。深さスケール３１０、色スケールバー３１２、患者名（「ＩＤ」）、日付、時刻、および走査ヘッドＩＤや色ＰＲＩなどの走査処理のパラメータを含む、多数の英数字とグラフィカル表示がスクリーン上に示されている。
【００５６】
図９と１０において、超音波画像処理は、ステップ２７２で制御超音波タスク２１０により指示された取得タスク２１２から始まり、色流れ画像の取得を開始する。取得タスクはＣＰＵへのアクセスを開始し、希望する超音波画像データ取得のための一連の制御により、ビーム形成器制御器１３０中のシ−ケンサ３５０を、もし前にそれがなされていないならば立ち上げる。図１２にブロックダイヤグラム形式で示されているビーム形成器シ−ケンサ３５０は、ビーム形成器９０の動作を制御する一連の動作を実施する状態機器(state
machine)である。計算を実行し、処理の決定をするコンピュータやプロセッサと対照的に、この状態機器は単に、予め命令された一組の指示を実行する。ビーム形成器制御器のこの一組の指示とは、走査ヘッド素子を順次パルス発振させて超音波ビームを発信し、受信し、ビーム発信から戻ったエコーを採取(Sampling)し、遅延し、そして個々の素子の信号試料を合計し、焦点合わせされ、誘導された受信信号を形成し、受信信号をＲＦメモリの予め定められた位置に記憶し、そして予め定められた信号データの組の取得後割り込みを発生させることである。割り込みは好ましくは、実質的に均一な時間の信号処理を必要とするデータの組の記憶後に、生じるようにプログラムされており、システム内に円滑な処理されたデータの流れを与える。これが、１６本の２Ｄレイラインの各群の後、そして例えば集合当たり１０本のラインのドップラー集合の各対の後に発生する割り込みとなる。
【００５７】
ビーム形成器制御器用の望ましい一連の指示は、システムメモリまたはハードディスク記憶装置からの指示データテーブルとして取得タスクによりアクセスされ、そして順次、ビーム形成器制御器のメモリ３５２に記憶される。立ち上げの間、アドレスカウンタ３５４の三状態制御ライン(tri-state
control line)ＴＳが切り替えられ、カウンタ出力を高インピーダンス状態とし、三状態ドライバ３５６が低インピーダンス状態に切り替えられ、メモリ３５２の読み書き(read/write)制御ラインが書き状態に切り替えられ、指示データがデータ入力バス(Data In bus)からメモリ３５２のデータラインに送られ、一方メモリ位置がアドレス(Adrs)バスによってアドレスされる。アドレスバスが漸増して一連のメモリ位置をアドレスすると、データ入力バス上の指示が、アドレスされたメモリ位置に記憶される。一連の指示がメモリ３５２に記憶された後、三状態ドライバ３５６は高インピーダンス状態に切り替えられ、アドレスカウンタ上のＴＳ制御ラインは低インピーダンス状態に切り替えられ、そしてクロック信号ＣＬＫが取得開始でアドレスカウンタ３５４に送られ、一連の指示によりメモリ３５２を順番に並ばせる。この指示は、メモリのデータラインとビーム形成器制御ライン上で連続的に作成され、希望する一連の操作により、ビーム形成器に至る(step)。シーケンス中の最後の指示が実行され、全画像のレイラインの取得が完了した後、アドレスカウンタがリセットされ、このシーケンスが再度開始され、他の画像が取得される。従って、ビーム形成器はＣＰＵに対して連続的にそして非同期的に動作し、連続的に実時間超音波データを取得し、それは受信と共にＲＦメモリに記憶される。
【００５８】
取得タスクがビーム形成器シ−ケンサを立ち上げ、取得を開始した後、それはスリープ状態となる一方、ビーム形成器はレイラインデータを取得、形成し、そのデータをステップ２９０に示すように、ＲＦメモリに記憶する。図１１を見ると、この例において、ビーム形成器はカッコＡ−Ａの間の画像の深さにわたる３２本の２Ｄレイラインを取得することで、左から画像領域３０２の走査を開始することが前提となっている。さらに、ビーム形成器制御器は１６本の２Ｄレイラインのデータの取得後、割り込みが生じるようプログラムされていることが前提となっている。この割り込みが、ステップ２７４に示すように取得タスクを起動し、該タスクは多重タスク処理スケジューラによりスケジュールされ、ＣＰＵ上で起動し、信号処理タスクに「データの準備完了」の信号を送る。この信号を送った後、信号処理タスクの準備が完了し、スケジュールされ、ステップ２７６でＣＰＵにアクセスすると、取得タスクはスリープ状態に戻る。
【００５９】
ビーム形成器が走査シーケンスを続けると、信号処理タスクが、ＣＰＵ上で起動し、その推定オブジェクトが指示する、取得オブジェクトの属性をチェックすることで、該タスクが開始される。このようにして、データの組は２Ｄデータ用であるという事実を含む、最近作成された取得データの組の特性に関する情報を得て、信号処理タスクはその関連付けされた推定オブジェクトの属性に従ってデータの処理を開始する。２Ｄオブジェクトデータ用に、推定オブジェクトは、標準化(scaling)、帯域通過ろ過、および振幅検知を実施する。本発明のソフトウエアアーキテクチャにおいて、スケーリングは、信号値を積算し、桁送りし(shifting)、または連続的に合計することによりなされる。帯域通過ろ過は、連続データ試料の積算と加算操作により、希望するフィルタ特性を与えるＦＩＲフィルタ機能により動作する。振幅検知ソフトウエアは、ＩとＱの直交位相データ試料の二乗の二乗根を取ることによりなされる。フレーム平均化は、連続する画像データの組の対応するデータ値の平均を計算することにより実施される。このようにして、超音波画像データの処理が容易に、ソフトウエア環境の中で実行される。
【００６０】
信号処理タスクが取得データの組を処理して行くと、得られた推定データを、バフ開始(BusStart)属性により与えられた開始アドレスで始まるシネループメモリに蓄える。この例において、第一取得データの組が完全に処理されたとき、シネループメモリに蓄えられた１６本のレイラインのＲ−θ推定データがある。信号処理タスクは、ステップ２７６に示すように、取得オブジェクトのフラグビットをリセットし、その関連データの組が処理され、ビーム形成器により上書きしてもよいことを表示する。信号処理タスクは次に、ＡｃｑＯｂｊｅｃｔＬｉｎｋをチェックし、他の取得オブジェクトが最初のものにリンクされているか否かを調査する。この場合には、画像のドップラーデータ用の第二の取得オブジェクトが存在する。信号処理タスクがこの時点で第二の取得オブジェクトに問い合わせると、それはフラグビットがセットされていない、従って第二の取得オブジェクトと関連する新たなデータがないことを知る。その仕事がやがて完了すると、信号処理タスクは、その次の呼び出しを待ってスリープ状態に戻る。
【００６１】
この例において、次の１６本の２Ｄレイラインのデータの組用の、図１０のステップ２７４と２７６が繰り返されときに、次の呼び出しが来る。その後この例において、６４本のレイラインの幅の色流れボックス３０４がある、画像中央部分の走査を、ビーム形成器が開始する。色流れボックス表示はドップラーと２Ｄ情報の両方からなっている。好適例において、ドップラー処理されるレイラインが、本発明者の米国特許第５，５４４，６５５号に記載されているようにして、戻りエコー情報の直交座標サンプリングにより得られる。直交座標サンプリングにより、受信エコー信号は、対照ドップラー波形の９０゜位相変量(increments)で、ディジタルビーム形成器のアナログ／ディジタル変換器によりサンプリングされる。有限処理バンド幅を有するパソコンを基礎とする超音波装置の利点である、後の位相シフトまたは位相シフトろ過の必要なしに、上述したように直角位相サンプリングは、効率的にドップラー処理と２Ｄ振幅検知用に必要なＩおよびＱ関係のディジタル信号試料を作成する。
【００６２】
ビーム形成器シーケンサの制御シーケンスが、ドップラー集合と２Ｄレイラインの取得を、時間交互配置により開始する。ドップラー集合は典型的には、レイラインに沿った８から１６の試料のラインからなっている。例えばビーム形成器は、それぞれ１０ラインからなる二つの集合を取得することができ、次に二つの集合の処理の準備完了という信号を出すために割り込みを作成する。このドップラー集合の対に、次に集合データとして同じ位置からの、二つの２Ｄレイラインが続く。６４個のドップラー集合と２Ｄレイラインが取得されるまで、ビーム形成器は、色流れボックス内にドップラー集合と２Ｄレイラインの、交互配置された対の作成を続ける。この例におけるビーム形成器は、次に２Ｄレイラインの走査に戻り、全画像について全部で１２８レイラインあるうちの、１６レイラインの二つの群中の画像の右側を走査する。好適例では、ドップラーデータと２Ｄデータは、図９の区画分けされたＲＦメモリ４１２に示すような、ＲＦメモリの異なる区画に記憶され、そして上記ＲＦメモリ４１２に示すように、各データの種類が、それ自身の取得オブジェクトと関連付けされる。
【００６３】
好適例では、２Ｄ取得データの処理は、信号処理タスクによりＣＰＵ上で実行される。取得データは、ＲＦメモリから読み出され、処理され、そして得られた推定データはシネループメモリに記憶される。取得データと同様に、推定データは図９に示すように、一つは２Ｄ推定データ、他方は画像のドップラー推定データとして、シネループメモリ４１４の異なる区画に記憶され、それぞれのデータの組はそれ自身の推定オブジェクトと関連付けされる。ドップラー信号処理は、説明例においてＤＳＰカード９２上で実行される。信号処理タスクが、処理可能なデータがドップラー集合データであると判断したとき、必要な処理用のＤＳＰカードを準備し、ドップラー取得データの組をＤＳＰメモリに移し、次いでＤＳＰカードがデータの処理を開始するよう命令する。ＤＳＰカードがデータ処理を終了したとき、ドップラー推定データをＤＳＰメモリに戻し、信号処理タスクにその終了を割り込みにより知らせ、信号処理タスクはシネループメモリのドップラー区画にドップラー推定データを記憶することで応答する。好適例では、信号処理タスクは、２Ｄ取得オブジェクトをチェックする前に、ドップラー取得オブジェクトのフラグビットを調べる。このようにして、信号処理タスクは、処理可能ドップラーデータをＤＳＰカードに渡すことができ、そこでその処理が行われ、一方信号処理タスクは、パソコンのＣＰＵ上で処理可能な２Ｄデータを取得し、処理する。信号処理タスクがその２Ｄ信号処理を完了する前に、もしＤＳＰカードがそのドップラー信号処理を完了するならば、ＤＳＰカードからの割り込みが該タスクの２Ｄ処理に割り込んで、シネループメモリの適切な位置にドップラー推定データを記憶させる。
【００６４】
ステップ２７８に示すように、そのフレームの最後の信号処理タスクが実行されるまで、ビーム形成器による超音波データの連続取得と、信号処理タスクによるその処理が、一つの画像について続く。このステップは、このタスクが推定データ処理可能信号の表示タスクへの送付により完了することを除いて、ステップ２７６のものと同一である。表示タスクは多重タスク処理スケジューラによりスケジュールされ、ＣＰＵ上で動作する。表示タスクは推定オブジェクトの属性の調査（check）により開始される。それが２Ｄ推定オブジェクトの属性を調査した後、第二の推定オブジェクトへのリンクを知らせ、ドップラー推定オブジェクトの属性を調査する。これらの特性およびそれらがリンクするラスタ画像オブジェクトの特性から、表示タスクは実施すべき画像表示の種類を決定する。二つの種類の推定データが、表示メモリの異なる区画にある別個の２Ｄと色ドップラー画像を描写する一方、この例において２Ｄとドップラー推定データの組が色流れ画像を形成するために、表示メモリ領域４１６中に共に送られる。
【００６５】
表示タスクは、２Ｄ推定データをラスタデータに走査変換することにより、２Ｄ画像を与える。走査変換は、計算によりまたはルックアップテーブルにより実施することができ、さらに希望するグレースケールまたは色マッピング機能を実施するデータのスケーリング(scaling)が含まれる。走査変換は通常、受信試料間の計算データ値の計算結果を含み、またはラスタデータの完全に計算された組の計算結果からなってもよい。いずれの場合にも格子の左側上辺角の推定データ点から決まるｎ掛けるｍ変換格子(grid)が各推定データ値について形成される。ｎ掛けるｍ格子は、例えば、４掛ける４格子であってもよい。格子の各四辺形は、従属推定データ値と隣接値に適用されるときの、その四辺形についてのラスタデータ値の計算に使用される変換ファクタを有する。この変換ファクタは、希望する計算値のグレースケールマッピング用のスケーリングファクタを含む。格子とその変換ファクタは、各推定データ値について繰り返され、全ての推定データ値について（４掛ける４格子で）１６計算値までの計算を要する。使用された計算値は、必要なラスタデータアレー中の位置に対応するデータである。表示タスクが、全ての２Ｄ推定データ値から、グレースケールラスタデータアレーの計算を完了すると、それは２Ｄ推定オブジェクトのフラグビットをリセットし、推定データが新たなデータで上書きするのを許容し、全てのリンクされたデータの組について推定オブジェクト属性を調査する。
【００６６】
この例において、ドップラー推定データの第二の推定オブジェクトに表示タスクが指示される。表示タスクは次に、希望する色マッピングに使用されるスケーリングファクタを用いてであるが、２Ｄデータについて使用されるのと同じ表示処理を使用して、同じ画像領域内の色流れ情報を与える。もし望むなら、表示タスクは、色流れデータの試料容積サイズの大きさに従って、異なる格子グリッドを採用することもできる。例えば２掛ける２格子を大試料容積サイズについて使用することができる。
【００６７】
表示タスクが色画像を与えるにつれて、それは先に形成されたラスタデータアレー中の２Ｄの値を選択的に置換する。色描写は、色流れボックス３０４の領域でのみ実施され、その位置と大きさは、ドップラーラスタ画像オブジェクトの属性により特定される。もし表示タスクがゼロ値または２Ｄラスタデータアレー中に予め定められたしきい値以下の値を発見すると、その位置に正確なドップラー値が作成されているのか否かを検査する。もし作成されている場合には、表示タスクは、ドップラーラスタデータ値を有するその位置に２Ｄ値を上書きする。表示タスクはこのようにして、色流れラスタデータ値を有するラスタデータアレーの色流れボックス領域を満たして行く。
【００６８】
表示タスクがラスタデータアレーにドップラー推定データを付与し終わったとき、ドップラー推定オブジェクトのフラグビットをリセットし、ドップラー推定データが記憶されていたシネループメモリの領域を解放する信号を発する。完成されたラスタデータアレーはビデオカード９４による表示が可能な状態にある。ステップ２８０の終端に示すように、表示タスクはビデオカードに、新たな画像の準備が整った旨の信号を発する。この時ビデオカードは、表示メモリの他の領域に先に与えられたラスタデータの画像を表示している。ビデオカードが、この先の画像の最後のラスタラインの表示を完了したとき、２９４に示すように、新たなラスタデータを容認し、新たに完成された画像からのラスタラインの表示に切り替える。先の画像のラスタデータが占めていた表示メモリ領域は、表示タスクによる他の新たな画像の作成に利用可能である。表示メモリはデュアルポートメモリなので、ビデオカードは希望するビデオ表示速度で一つの画像からラスタデータを連続的に読み出すことができ、一方表示タスクは同じメモリの他の領域の新たな画像を作成することができる。
【００６９】
この画像取得、処理、および表示作成が行われている間、注釈タスクは、患者ＩＤ、日付、時刻、走査パラメータ、ＰＲＦ、色バー３１２、および深さスケール１０を含む、図１１に示すような画像の英数字およびグラフィカル情報のスクリーンオーバーレイ(overlay)を作成する。スクリーンオーバーレイはビデオカードにより超音波画像と結合され、完成された画像は希望するメディア（例えば、モニタ、ＶＣＲ、ネットワーク、プリンタ、その他）に送られ、表示される。
【００７０】
表示タスクが一つの画像を作成する間、ビーム形成器９０は、取得データの取得を続け、それをＲＦメモリに記憶し、そして信号処理タスクは取得データの処理を続け、推定データをシネループメモリに記憶する。これらの定期的タスクは、多重タスク処理スケジューラが調整し、取得そして信号処理タスクが準備状態になるとスケジュールしてＣＰＵ上で動作させる。従って、ＣＰＵ使用の表示タスクの量子時間は、他の二つのタスクと注釈タスクに割り当てられたＣＰＵ量子時間により、定期的に割り込まれる。表示タスクが一つの画像作成を終了したとき、通常推定データの組が、他の新たな画像として描写される準備状態となっている。ＣＰＵはこのようにして、連続的に一連の実時間超音波画像を作成していく。
【００７１】
第一の例を続けると、本発明構成例の制御パネル６２は、装置使用者により走査パラメータの変更に使用される多数のパドルスイッチを有する。使用者が一方向にパドルスイッチを押すとき、対応するパラメータが１ずつ変化し、パドルスイッチが他方向に押されると、パラメータは反対方向に変化する。これらパドルスイッチの一つは、画像の深さ（範囲）を変更するために使用される。このスイッチがある方向に押されると、その範囲は予め定められた増分で減少し、そして他の方向にそれが押されると、その範囲はその増分で増加する。使用者は増分を、希望する値、例えば１ｃｍ、２ｃｍ、５ｃｍまたはその他の値にプリセットすることができる。この構成例は、可能な最大範囲でこのような増加／減少制御を使用しており、以下に論ずるように、それが他の技術に優るＣＰＵ利用の効率性、およびこれらの属性を所有するオブジェクトによる装置属性の一点(single
point)制御を可能にする。
【００７２】
使用者が装置で走査し、画像の範囲をより深い部分に変更することを望むとしよう。使用者はこれを、範囲パドルスイッチを「増加」方向に押すことにより実施する。直ちに表示スクリーン上の画像が変化する。画像そのものは同じ大きさであるが、画像の深さが増大したのであるから、画像はさらに体内のより深い領域のものとなる。範囲スケール３１０が変化し、画像化されている新たな深さを示す。超音波装置はこれを以下の順序で実施する。制御超音波タスク２１０が、制御パネル６２からの割り込みに応答し、スケジュールされ、そしてＣＰＵにアクセスし、そして走査範囲を増大する指示がなされていることを知る。制御超音波タスクは図９に示すように、取得タスクに「範囲増大」なる命令を送る。
【００７３】
取得タスクは命令を受け、スケジュールされ、そしてＣＰＵにアクセスし、まず範囲を増大できるか否かを調べる。もし、走査ヘッドが既にその極大領域で走査しているために、増大できないときは、制御超音波タスクに「実施不能」なるメッセージを送り返す。すると制御超音波タスクは何もしないで、装置をその極大領域で動作するよう放置するか、または注釈タスクに、範囲は既にその極大の位置にあるというメッセージをスクリーンに表示するように命令を送る。しかしもし取得タスクが、範囲の増大が可能と判断するならば、取得オブジェクトの必要な属性の変更のためにライブラリ機能にアクセスする。ライブラリ機能は、もし発信と受信時期が、近接しすぎているためより深い範囲が不可能な場合には、属性制御発信間隔（ＰＲＩ）を変化させなければならないであろう。もし時間に関しては大きな深度からのエコーの受信が可能なときは、レイラインに沿って採取された試料の数であってエコー試料がより深いところから取得されるにつれて増加する、試料数(NumSamples)など、受信属性のみを変更しなければならないであろう。適切な変化が取得オブジェクトになされたとき、取得タスクは、ビーム形成器シ−ケンサ３５０に新たな命令シーケンスを送り、新たなオブジェクトを実行する。好適例において、ビーム形成器シ−ケンサは二重にバッファされており、ビーム形成器がその時のシーケンスにより制御され続ける一方、新たな一連の命令が、ビーム形成器制御器に送られることが可能となる。
【００７４】
取得オブジェクトが修正された後、取得タスクは制御超音波タスクに新たな範囲を送り、取得オブジェクトのフラグをオブジェクトが修正されたことを示すよう設定する。次に信号処理タスクがスケジュールされ、ＣＰＵにアクセスし、それは取得オブジェクトが変更され、その推定オブジェクトの属性に正しく適合したことを示すフラグを観察する。信号処理タスクは、例えば、各レイラインに沿ってより多くの試料があり、ＭｍＰｅｒＣｏｌ属性の値が増加したのを観察する。次に信号処理タスクは推定オブジェクトのフラグを、オブジェクトが修正されたことを示すように設定し、そして他のタスクが知る必要のある全ての属性を制御超音波タスクに戻す。
【００７５】
次に、表示タスクがスケジュールされ、ＣＰＵにアクセスしたとき、それは同様に推定オブジェクトの修正されたフラグを観察し、そのラスタ画像オブジェクトの属性を適切なものに変える。表示タスクは、例えば、それが同じ表示領域についてより深い部分の画像を与えなければならないと判断し、ＭｍＰｅｒＰｉｘｅｌ属性値を増加させる。画像が作成されたとき、表示タスクは新たなＭｍＰｅｒＰｉｘｅｌと他の修正された属性を制御超音波タスクに戻す。
【００７６】
制御超音波タスクがスケジュールされ、ＣＰＵにアクセスし、必要な全てのオブジェクトの変更が完了したことを知る。グラフィックオーバーレイスクリーンを、増加した深さパラメータ用の新たな深度スケール３１０に修正するための命令が、注釈タスクに送られる。こうして、図１０のステップが新たなデータオブジェクトによって開始される。新たなビーム形成器制御シーケンスのビーム形成器制御器のバッファへの移動の完了後、ビーム形成器制御器３５０は直ちに新たな命令シーケンスに切り替え、新たなシーケンスに従ってＲＦデータの取得および記憶を始める。部分的に完了された取得データの組はいずれも廃棄され、それらのＲＦメモリ領域は新たなデータの組による上書きに使用可能となる。対応するデータの組が進行するにつれて、修正されたオブジェクトが使用され始め、やがて新たな深さでの最初の画像のラスタデータアレーを作成していく。上記のようにして、ビデオカードによる古い画像表示の完成で新たな画像への切り替えが生じる。
【００７７】
図１１は、超音波画像３０２の下の三つの「ソフトキー」３２０，３２２、および３２４を示す。ソフトキーは、注釈タスクにより表示され、制御パネル６２上の表示スクリーンの下に位置するハードキーの列と共に物理的に整列する。図において、第二と第三のソフトキー３２２と３２４は、「Ｐｅｒｓｉｓ↑」と「Ｐｅｒｓｉｓ↓」と標識され、使用者が残光(persistence)として知られる表示特性を増加することを可能とする。米国特許第５，２１５，０９４号に記載されているように、残光パラメータは、急速に生じた流れの変化を、実時間表示中に持続させることを可能にし、診療医がより容易にそれらを識別できるようにする。本発明の構成例において、画像残光の変化は、適当なソフトキーの下のハードキーを押すことにより可能である。制御パネル６２（図５参照）上のハードキー３２２’を押すと、ソフトキー３２２が点滅し、画像の残光特性が上がる。この変更は全て信号処理タスクにより実施されるので、制御超音波タスクは、スケジュールされ、ＣＰＵにアクセスし、そして図９に示すように、信号処理タスクに「残光増加」なるメッセージを送ることでハードキーに応答する。信号処理タスクは、そのドップラー推定オブジェクトの残光属性を増加させ、新たな残光レベル（または、もし残光が既に最高レベルにある場合には、「不能(failed)」という信号）を制御超音波タスクに送り返すことで応答する。次いで、信号処理タスクは、次の取得データの組を新たな残光の設定に従って処理する。取得オブジェクトとラスタ画像オブジェクトは、変化に無関係であり、それについて知る理由はない。それらは信号処理の変更に無関係に、データ取得と画像作成をそのまま続ける。
【００７８】
構成例において、定量的走査パラメータとして、スクリーン上に残光を表示することが決定された。これが、命令交換の複雑さを増加させる。即ち定量化された値は、推定オブジェクト属性として記憶されなければならず、値は制御超音波タスクに戻され、走査パラメータのスクリーン表示の変更のために、注釈タスクに送られる。このアプローチは、残光の値の所有主体を一つ、この例において、推定オブジェクトに保つという利益がある。この情報はオブジェクト中に属性と方法として保持されるので、制御超音波タスクは、現在の値または残光の限界を知る必要はない。構成例は、走査と装置パラメータの変更への増加／減少アプローチを使用する方針を非常にはっきりと明白に示しているので、値と限界は、変更される属性を所有するオブジェクトにより管理されることが可能である。
【００７９】
本発明の動作の第二の例は、図１３の表示３５０によって示されている。これは、Ｍ−ラインの掃引(sweeping)表示器３６０の上に示されている実時間２Ｄ画像３５２を有する、Ｍ−モード表示である。掃引表示のＭ−ラインは使用者により２Ｄ画像上に置かれたカーソル３５４に沿って時間経過に従って得られる。Ｍ−モード表示は先の例において図７，８、９および１０に示された同じ処理シーケンスに従って作成される。
【００８０】
装置設定（図７と８）は前記のようにして行われる。２Ｄ取得オブジェクトは２Ｄ画像用に設定され、それは先の例で実施されたように行われる。２Ｄ取得オブジェクトは、今度はＭ−モード取得オブジェクトとリンクする。Ｍ−モード取得オブジェクトは、Ｍ−モード用レイラインが取得される時間間隔および表示用の一つのＭ−ラインを形成するために平均化される、取得されたレイラインの数などの特性を定義する属性を有する。同様に、二つの推定オブジェクトがあり、一つは２Ｄ取得データ用であり、他方はＭ−モード取得データ用であり、そして二つのラスタ画像オブジェクトがあり、一つは上部表示領域に２Ｄ画像を与えるためであり、他方は下部表示領域にＭ−モード表示を与えるためである。
【００８１】
オブジェクトデータの実行は、ドップラーオブジェクトがＭ−モードオブジェクトで置き換えられていることを除いて、図９および１０に記載されているように進行する。ビーム形成器は、２Ｄラインと時間交互配置されたＭ−ライン、表示掃引速度を考慮して決定される間隔、および実時間で一つの表示Ｍ−ラインを形成するために平均化される取得ラインの数を取得するようプログラムされている。先のように、二つの取得データの組は、別個のデータの組としてＲＦメモリ中に記憶される。Ｍ−モードデータの組は、基本的に時間２Ｄデータであるので、信号処理タスクはＤＳＰカードによってではなく、ＣＰＵ上でＭ−モード取得データを処理する。しかしながら、もし２ＤとＭ−モードデータの同時処理を望む場合には、ＤＳＰカードは利用可能な選択枝である。二つの推定データの組は、シネループメモリに記憶され、別個に表示タスクにより画像化される。
【００８２】
Ｍ−モードデータをスクロール表示とすることが可能であり、そうするとラインは右から左にスクリーンを横切って進行するように現われ、そして先のラインが左から消えたとき、新たなＭ−ラインが表示器の右側に連続的に追加される。しかしながら、本発明者はパーソナルコンピュータ環境における、その処理上の利益のために、掃引表示器を採用した。Ｍ−モード表示器３６０の例において、Ｍ−ライン３６２が最初に表示され、そして新たなＭ−ラインが順次その右に表示されて行くがスクリーン上に動かずに残っている。Ｍ−ラインがディスプレイの右側まで満たすと、次のＭ−ラインが左に現われはじめ、ディスプレイの右に向かって満たし続け、やがて図１３に示すように、最も古いＭ−ラインがライン３６２であり、最新のものがライン３６４である点に到達する。新たなＭ−ラインが加わると、それらはＭ−ライン３６４の右に現われ、やがてＭ−ライン３６２に到達し、そして次いで最も古いＭ−ラインを上書きする。
【００８３】
掃引表示の利点は、Ｍ−ラインはスクロール表示のように時間経過と共に異なるスクリーン位置に現れず、画像中で静止していることである。この副産物は、新たなＭ−モードラインの描写は、ディスプレイ上の最も古いＭ−ライン上に新たなＭ−ラインを単に描くことにより実施できることである。これは全Ｍ−ラインを再描写するよりも相当程度早く、そしてパソコンを基礎とする超音波装置にとって特に、描写時間、従って表示タスクによるＣＰＵの利用がずっと少ない点である。走査が停止するとき、全Ｍ−モード表示が再書き込みされ、最新のＭ−ラインを右寄せ(right
justify)する。このようにして、記憶され印刷された表示中の全ての不連続が除去される。
【００８４】
本発明の構成例において、多重タスク処理およびオブジェクト指向設計アプローチは、ソフトウエア設計者とプログラマーに、設計と実行ソフトウエアの変更に、相当な許容度を与える。多重タスク処理スケジューラは、ソフトウエアを実行させ、分割された時間断片の時間交互配置を実施するので、タスクの実行時間にほとんど関係しないで新たな処理余力により、各ソフトウエアタスクを修正したり、増加させることができる。これは多重タスク処理スケジューラが、実時間イベントの発生に応答し、異なるタスクを時間交互配置することにより、実時間装置の性能を維持するためである。タスクの延長は、タスクを完遂するのに、より多くの時間量子を必要とすることを意味するが、この変化は装置を弱らせたり破壊せず、それはタスクがその中でその機能を完遂する固定最大時間ウィンドウに限定されているかのようである。本発明の例において、多重タスク処理スケジューラは単に、タスクの完遂のためにより多くの量子をスケジュールすることにより、延長されたタスクに対応し、そして該装置は実行を続ける。わずかな、またはかなりの数のＣＰＵ時間量子によるタスクの延長は、装置全体の動作を遅くするが、それは通常使用者が感知できない程度である。
【００８５】
この多重タスク適用の利益は、ソフトウエア設計者に相当程度の独立性を許す。取得タスク設計者は、例えば、彼らがしようとしている変更および二つのグループの設計が協調できるか否かに関して、信号処理タスク設計者と常に相談する必要はない。この自由はオブジェクト指向設計アプローチによりさらに増大し、そこではいずれのグループも、他方により課される制限による制約をほとんど受けない。各グループは、それが何と仕事をしているか、データオブジェクトを有するデータの組、および「データの用意完了」なるメッセージを知っているが、それ以上には何も知らない。各グループはそれが受けたデータの組にどのように応答することを望むか、そしてそれらをどのように処理することを望むかを決定する大きな自由度を持っている。オブジェクト指向設計のタスクとオブジェクトは、本質的にカプセル化されているから、各グループはあるデータの組を処理するその命令に対し資源（resource）採用は自由であり、他のタスクによるその資源と動作に対する外部からの制約の影響を受けないことを知っている。イベント駆動多重タスク環境とデータ駆動オブジェクト指向環境は結合して、より効率的でより高い品質の作動と性能を提供する。
【００８６】
しかしながら、資源はいかなる環境においても無限ではなく、パーソナルコンピュータ超音波装置において注意深く使用すべき有限の資源は、ＣＰＵの処理能力である。本発明者は、パソコンの「バンド幅(bandwidth)」と呼ばれる、この処理能力の使用を監視する。特に、画像処理の間種々のタスクが利用するバンド幅は、データ取得速度、表示フレーム速度などの性能要素を測るために監視される。本発明者は、その構成例において、表示タスクが、進行中基準で使用可能なバンド幅の７０−８０％、信号処理タスクが約１５％、そして他の全てのタスクが残りを使用していることを見出した。取得タスクは、ビーム形成器をプログラミングせずまたは制御変化に応答しないとき、バンド幅のわずかな割合を利用するに過ぎない。即ちその通常の機能は単に取得データを処理可能な信号処理タスクを知らせるに過ぎないからである。
【００８７】
装置のバンド幅は有限の資源であるから、本発明者は構成例において、バンド幅の利用が密になってきたときは、優先度を採用する。ただ二次元の画像処理が実施されているとき、装置中の全てのタスクは、＋１０の優先度を有する信号処理タスクを除き、ゼロの優先度が割り当てられている。これは、信号処理タスクが新たな取得データの組の処理の準備状態になったときは、ＣＰＵへのアクセスを待っている準備中のタスクのリストが割り込まれることを意味している。信号処理へのこの高位の優先度は、全てのレイラインの群が処理され、どのレイラインも失われないことを保証する。装置が同時に二次元画像処理とＭ−モード表示を実施しているとき、Ｍ−モードの表示タスクの優先度はゼロに設定され、２Ｄの表示タスクの優先度は−２に設定される。これは、スクロールしているＭ−モードラインは実時間で作成されなければならないので、各新たなＭ−モードラインのデータが作成されると、その処理のために、２Ｄ走査変換は割り込まれることを確実にする。同様の優先度状態がスクローリングスペクトルドップラー表示においても生じる。
【００８８】
信号処理タスクへのより高い優先度の使用は、全取得データが処理され、シネループメモリに記憶されることを保証する。しかしながら、それは全ての記憶された推定データの組が、画像として表示タスクにより表示されるであろうことを保証するわけではない。信号処理タスクがより複雑に、そして高度化するにつれて、そのバンド幅への要求は表示タスクが利用可能なバンド幅を減少させ、その結果、表示フレーム速度を低下させ、表示タスクにより跳び越される推定データの組の発生させる。
【００８９】
この事象は、構成例において、推定データ記憶用シネループメモリの使用により説明される。信号処理タスクが表示用の新たな推定データの組を形成するとき、それは装置中のポインタを変化させて、新たなデータの組を最新の推定データの組として指定する。表示タスクが推定データの組の表示を完了したとき、それは最新の推定データの組を次に表示されるものとして指定する。表示タスクは最新のデータの表示に焦点を絞っているので、合間に形成されたどの推定データの組も表示されないまま放置される。これは例えば、秒当り６０フレームの取得速度でのシネループメモリへの推定データの記憶において、秒当り３０フレームの表示速度であるからこれらのフレームの半分が表示されるに過ぎない結果となる。
【００９０】
しかし非表示推定データの組は失われたわけではなく、やがて後の多数のフレームで上書きされるまでシネループメモリ中に順に残っている。従って、シネループメモリは、シネループメモリの全長にわたり、全ての表示され、そして非表示のＲ−θ推定データの組の一連の画像ファイルを保持している。これが、使用者が高フレーム速度でのデータ分析を必要とする診断状況が発生したときはいつでも、実時間表示停止することを可能にする。もし例えば使用者が、胎児の心臓を観察しており、そしてその速い心臓鼓動のより詳細な表示を望む場合、使用者は実時間表示を凍結させ（freeze）、シネループメモリからＲ−θフレームを再生し、それは表示タスクのより遅い動きの表示フレーム速度で再生、表示される。実時間凍結で、取得タスクと信号処理タスクはもはや新たなデータの取得と処理のために呼び出されないので、表示のフレーム速度は実際増加する。代わりに表示タスクがＣＰＵに独占的にアクセスするので、最高の装置フレーム速度が可能となる。実時間で表示されなかったフレームも含めて、全てのシネループメモリに記憶されているフレームは、より高いフレーム速度で、またはスローモーションで再生することができ、医者が秒当り６０フレームの速度で取得された画像から、胎児の心臓の急速な鼓動を細かに詳細を観察することができる。一連の画像はシネループメモリに存在するので、異なる速度で繰り返し再生することができ、医者がはっきりした診断をすることを可能にする。
【００９１】
本発明の第二の具体例が図１４に示され、さらにパーソナルコンピュータを基礎とする超音波装置の診察能力が改良されている。図５の例と比較して、図１４の例では、ＲＦメモリがデュアルポートシネループメモリとなるようにシステムメモリ３８４を構成しており、多数の取得したＲＦデータの組を連続的に記憶することができる。信号処理タスクが推定データの組を記憶するメモリ、即ち推定データメモリは、推定データの限られた数のフレームの容量に対応してより小さい。この例は、図５の例と同様に作動するが、困難な診察条件の場合に顕著な相違がある。先に検討した胎児の心臓の例において、実時間画像の凍結は、シネループＲＦメモリに記憶した画像データを、シーケンス中の全画像の表示により再生することを可能とする。シネループＲＦメモリに記憶されたデータは未処理データであるから、表示のフレーム速度は先の例のフレーム速度のように速くはない；即ち二つのタスクが交互にシネループＲＦ画像データを処理し表示するので、表示タスクは、信号処理タスクとＣＰＵを分け合うからであり、この状態は信号処理にＤＳＰカードを、表示処理にＣＰＵを使用することにより改善される。しかし先のように、シネループＲＦメモリ中の全データの組が処理され表示されるので、医者は秒当り６０フレームの速度で取得した画像を再度観察することができる。
【００９２】
第二の例には新たな利益があり、それはシネループＲＦメモリに記憶されたＲＦデータの組は未処理であるという事実に起因する。これが医者が実時間画像処理を凍結し、記憶されたデータを何度も何度もその都度異なる処理技術を使用して再生することを可能とする。もし医者が、例えば、実時間で胎児の心臓の色流れ画像中に血流の乱れの一瞬の変化を見出したと考えたならば、医者は実時間表示を凍結し、シネループＲＦメモリに記憶された画像データを、今回は該乱流状態をより観察しやすい残光設定で再生することができる。もし選択した残光設定が有効でなかった場合には、医者は画像データを異なる持続設定で、再度再生することができる。医者はまた、完全に異なる処理で一連の画像を再生することができる、例えば、医者は色流れ画像ではなく、米国特許［出願Ｓer．Ｎｏ０８／６５５，３９１］に記載されているようなパワーモーション画像（商標）で再生し、胎児の心臓の組織の動きの微妙な変化を強調することができる。選択により、データの組は、グレースケールやドップラー画像ではなく、組織特性処理により作成されたパラメータのマップとして再生することができる。シネループＲＦデータの組は、ディスク、ＶＣＲ、またはネットワークを通じ、いつか将来、医者に利用可能な処理技術により、数週間または数ヶ月後に再生するために記憶することさえも可能である。
【００９３】
しかし多分、パーソナルコンピュータを基礎とする超音波装置アーキテクチャの最も大きな利益は、科学技術はパソコンチップの進化の波にのっているため、どの今日の性能の交換条件も一時的なものであるということが確実な点である。超音波装置の設計者は生来、かれらに与えられた道具の中で最も高性能なものを得ようと望む。１００ＭＨｚペンティアムチップなどのＣＰＵを使用するパーソナルコンピュータを基礎とする超音波装置を考えると、装置設計者は将来の発展のための予備のバンド幅を所有しないことが既定条件であるが、直ちに最高性能のプロセッサの全バンド幅を利用するであろう。装置が進化し、ソフトウエアタスクが装置バンド幅をより必要とするようになると、その挙動は遅くなるが、実質的に全ての装置の機能を向上させる手近で容易な解決策は：１００ＭＨｚチップを外し、２００ＭＨｚチップに交換することである。突如、全ての挙動が向上し、フレーム速度は劇的に速くなり、予備的バンド幅が生じる。現在、さらなる向上を設計し実行することができ、まださらなるパソコンチップ性能の向上が、将来さらに多くのバンド幅を与えるであろうと知って設計者は安心する。
【００９４】
構成例はコンピュータチップの進化における、これらの前進を利用して最適に設計されている。ＣＰＵは娘ボード上のソケットに挿し込まれ、娘ボードはさらにマザーボードの接続装置に載せられている。同様の意味で、性能は娘ボード上のＣＰＵチップを置きかえることにより改良することができることが予測される。これがもはや実際的でないことが分かったならば、娘ボードを新たな娘ボードと、そしてより高性能のＣＰＵに交換することができる。そして勿論、全てのパソコンのプラットフォーム−−マザーボード、娘ボード、ＣＰＵおよびオペレーティングシステム−−を取り除くことができるので、新たなプラットフォームに移植されたオペレーティングソフトウエア、拡張バスカード１２０に接続する新たなマザーボードで、パーソナルコンピュータ技術の最新の進歩の利益に与ることができる。
【００９５】
市場から入手可能なパソコンとワークステーションのＣＰＵチップのバンド幅が確実に増加するにつれて、図３の具体例のある進化が必ず発生するであろう。ドップラーと２Ｄ信号処理が共にＣＰＵにより実行されると、ＤＳＰカード９２が消え去るであろう。ビーム形成器のディジタル機能をＤＳＰカード上で使用するソフトウエアにより、さらにやがてはマザーボードそれ自身により実行されるようになると、ビーム形成器も次第に消えて行くであろう。やがて、伝統的ビーム形成器の唯一の痕跡は、アナログ／ディジタル変換器に通じる受信器部品と高電圧ドライバのみとなるであろう。簡単にいえば、超音波装置は、可能な最大範囲でディジタル機能を採用し、その全てはパソコン上のソフトウエアが実行することとなろう。
【００９６】
本発明を要約すると、本発明によりディジタルエコー信号を処理し、表示用超音波画像信号を作成するパーソナルコンピュータプラットフォームを有する超音波診断画像処理装置が提供される。パーソナルコンピュータプラットフォームの拡張バス構造は、ビーム形成器カード、ディジタル信号処理カード、ビデオカード、そしてネットワークカードなど超音波装置に必要、または望まれる補助的処理器に対応する。好ましい例において、拡張バスに接続するビーム形成器により作成されたディジタル信号試料は、パーソナルコンピュータプラットフォームのＣＰＵにより実行されるソフトウエアにより、表示用に処理される。パーソナルコンピュータを基礎とする超音波装置用の、好適なソフトウエアアーキテクチャは、多重オブジェクト指向ソフトウエアタスクからなり、実時間で処理し、効率的で強健なオペレーティングシステムを多重処理する。全超音波装置の性能向上は、より高性能のＣＰＵへのＣＰＵの単なる交換で実施でき、従ってパーソナルコンピュータＣＰＵ技術の進歩と共に常に超音波装置の性能向上を図ることができる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明においては、パーソナルコンピュータを基礎とする超音波装置用のソフトウエアアーキテクチャを採用することで、多重オブジェクト指向ソフトウエアタスクを、実時間で処理することができ、データをメモリに蓄積保存しておくことにより、データを有効活用することができる。また強健なオペレーティングシステムにより多重タスク処理スケジューラを利用して大量のデータの組を効率的に多重処理することができる。全超音波装置の性能向上は、新開発のより高性能のＣＰＵへのＣＰＵの単なる交換で実施でき、従ってパーソナルコンピュータＣＰＵ技術の進歩と共に常に超音波装置の性能向上を容易に図ることができることから、ハードウエア面からの制約から解放されて性能向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
先行技術であるモジュール方式ハードウエアを基礎とする超音波装置のブロックダイヤグラムである。
【図２】
本発明のパーソナルコンピュータ超音波装置のアーキテクチャのブロックダイヤグラムである。
【図３】
本発明の超音波装置のアーキテクチャのより詳細なブロックダイヤグラムである。
【図４】
本発明のマザーボードと拡張カードの平面図である。
【図５】
本発明の超音波装置のソフトウエアアーキテクチャとハードウエア構成の両方のブロックダイヤグラムである。
【図６】
本発明のオブジェクト指向ソフトウエア設計の三つの典型的オブジェクトの例である。
【図７】
装置初期化の間の動作例を説明するフローチャートである。
【図８】
装置初期化の間の動作例を説明するフローチャートである。
【図９】
超音波画像処理の間の本発明の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】
超音波画像処理の間の本発明の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】
図９と図１０のフローチャートに関連して実施される色流れ画像処理の説明である。
【図１２】
本発明のビーム形成器シーケンサのブロックダイヤグラムである。
【図１３】
図９と図１０のフローチャートに関連して実施される２ＤとＭ−モード画像同時処理の説明図である。
【図１４】
本発明の超音波装置の第２の具体例のソフトウエアアーキテクチャとハードウエア構成の両方のブロックダイヤグラムである。
【符号の説明】
１０・・・リニアアレー変換器、１４、１６、１８・・・バス、２０・・・ビーム形成器、２４・・・エコー検知モジュール、２６・・・ドップラーモジュール、２８・・・色流れモジュール、３０・・・ＲＦ信号処理モジュール、３２・・・Ｍモードモジュール、３４・・・シネループメモリ、４０・・・ビデオ処理器モジュール、４２・・・グラフィックモジュール、５０・・・画像表示装置、５２・・・スピーカー、６０・・・装置制御器、６２・・・使用者制御、６４・・・制御バス、７０・・・パーソナルコンピュータプラットフォーム、８０・・・マザーボード、８２・・・ＣＰＵ、８４・・・システムメモリ、８６・・・拡張バス、９０・・・ディジタルビーム形成器、９２・・・ＤＳＰカード、９４・・・ビデオカード、９６・・・ネットワークカード、１０２・・・ハードディスク、１０４・・・プリンタ、１０６・・・スカジバス、１０８・・・パラレルポート、１１０・・・フロッピーディスクドライブ、１１２・・・光ディスク、１１４・・・ケーブル、１２０・・・拡張バスボード、１２２・・・拡張バスソケット、１３２・・・ビーム形成器チャネルボード、１３６・・・ソケット、１４０・・・走査ヘッド接続器ボード、１４２・・・走査ヘッド接続器、１８０・・・ＣＰＵ、１８４・・・システムメモリ、２００・・・多重タスク処理スケジューラ、３１０・・・深さスケール、３１２・・・色スケールバー、３２０，３２２，３２４・・・ソフトキー、３５２・・・メモリ、３５４・・・アドレスカウンタ、３５６・・・三状態ドライバ。