【手続補正書】
【提出日】平成15年11月12日(2003.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して超音波を送信すると共に受信した反射エコー信号を処理する超音波送受信部と、この超音波送受信部からの反射エコー信号を時系列に記憶するラスタメモリと、このラスタメモリから出力されたラスタデータを補間するデータ補間手段と、このデータ補間手段で補間されたデータを書き込んで画像データを構成するフレームメモリと、このフレームメモリから出力される画像データを画像として表示する画像表示手段と、上記各構成要素を制御する制御手段と、を備えて成ることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
上記ラスタメモリから出力されたラスタデータをデータ補間手段で補間するのに必要な方位及び深度方向の二次元ビームパターンデータを保存し出力するビームパターン記憶手段を設け、上記制御手段の制御により上記ビームパターン記憶手段からの二次元ビームパターンデータを用いて上記データ補間手段による補間演算を行わせるようにしたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して被検体内の診断部位について断層像や血流像を得て表示する超音波診断装置に関し、特に画像表示のためのデータ補間をするのに超音波ビーム形状に即した補間を行って断層像や血流像を描出することができる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の超音波診断装置は、探触子の駆動により被検体内に超音波を送受信して得た反射エコー信号を処理し、この処理された反射エコー信号を用いて運動組織を含む被検体内の断層像データを所定周期で繰り返して得て、この得られた断層像データを画像として画像表示手段に表示するようになっていた。
【０００３】
そして、このような超音波診断装置において、被検体内の断層像や血流像を超音波を用いてリアルタイムで画像表示するには、Ｂモード表示やドプラモード表示等が知られているが、ラスタ間隔や１ラスタのサンプリング間隔が粗い場合には、データを補間して描出している。従来からのデータ補間としては、線形補間や、サンプリング関数を用いた補間がある。
【０００４】
すなわち、上記線形補間やサンプリング関数を用いた補間においては、図５に示すように、まず求めたい点Ｘを定め、この点Ｘの周辺のすでにサンプルデータのある２点Ａ，Ｂないしは数点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて線形関数又はサンプリング関数を用いて補間し、求めたい点Ｘの値を求めていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波診断装置におけるデータ補間による画像表示においては、本来はデータの無い点を、線形関数又はサンプリング関数などの理想的な関数で補間できると仮定しているため、実際の超音波ビーム形状に即した忠実な断層像を描出することができないことがあった。すなわち、上記の補間によって本来存在しない像などの虚像を発生させることがあった。このことから、診断が正確に行えない場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、隣合うラスタ間や１ラスタ内の隣合うサンプル点間を補間するために線形関数やサンプリング関数等の理想的な関数を用いることなく超音波ビーム形状に即した補間を行って断層像や血流像を描出することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波診断装置は、被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して超音波を送信すると共に受信した反射エコー信号を処理する超音波送受信部と、この超音波送受信部からの反射エコー信号を時系列に記憶するラスタメモリと、このラスタメモリから出力されたラスタデータを補間するデータ補間手段と、このデータ補間手段で補間されたデータを書き込んで画像データを構成するフレームメモリと、このフレームメモリから出力される画像データを画像として表示する画像表示手段と、上記各構成要素を制御する制御手段と、を備えて成るものである。
また、上記ラスタメモリから出力されたラスタデータをデータ補間手段で補間するのに必要な方位及び深度方向の二次元ビームパターンデータを保存し出力するビームパターン記憶手段を設け、上記制御手段の制御により上記ビームパターン記憶手段からの二次元ビームパターンデータを用いて上記データ補間手段による補間演算を行わせるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体内の診断部位について断層像や血流像を得て表示するもので、図１に示すように、探触子１と、送波回路２と、受信回路３と、ビデオ信号処理回路４と、Ａ／Ｄ変換器９と、ラスタメモリ１０と、補間計算機１２と、フレームメモリ１３と、Ｄ／Ａ変換器６と、テレビモニタ７と、コントローラ１５とを有し、更にビームパターンメモリ８とを備えて成る。
【０００９】
上記探触子１は、機械的又は電子的にビーム走査を行って被検体内に超音波を送信及び受信するもので、図示省略したが、その中には超音波の発生源であると共に被検体内からの反射エコーを受信する振動子が内蔵されている。
【００１０】
送波回路２は、上記探触子１を駆動して超音波を発生させるための送波パルスを生成すると共に、内蔵された送波整相回路により送信する超音波の収束点を或る深さに設定するものである。また、受信回路３は、上記探触子１で受信した反射エコー信号について所定のゲインで増幅すると共に、内蔵の受波整相回路により位相制御して一点又は複数点或いは連続した収束点に対して超音波ビームを形成するものである。さらに、ビデオ信号処理回路４は、上記受信回路３からの受信信号を入力して、ゲイン補正、ログ圧縮、検波、輪郭強調、フィルタ処理等の信号処理を行うものである。そして、これら送波回路２と受信回路３とビデオ信号処理回路４とで、上記探触子１を駆動して超音波を送信すると共に受信した反射エコー信号を処理する超音波送受信部を構成しており、上記探触子１により超音波ビームを被検体の体内で一定方向に走査することにより、１枚の断層像を得るようになっている。
【００１１】
上記Ａ／Ｄ変換器９は、ビデオ信号処理回路４からの反射エコー信号をディジタル信号に変換するものである。ラスタメモリ１０は、上記Ａ／Ｄ変換器９でディジタル化した反射エコー信号（以下「ラスタデータ」という）を時系列に記憶するものである。また、上記送波回路２及びＡ／Ｄ変換器９に接続された超音波送波同期回路１１は、上記ラスタメモリ１０にラスタデータを書き込む際の書き込みタイミングを発生するものである。そして、このＡ／Ｄ変換器９とラスタメモリ１０と超音波送波同期回路１１とで、上記超音波送受信部からの反射エコー信号を用いて運動組織を含む被検体内の断層像データを所定周期で繰り返して得る断層走査手段を構成している。
【００１２】
補間計算機１２は、上記断層走査手段で得られた断層像データを補間するデータ補間手段となるもので、上記ラスタメモリ１０から出力されたラスタデータを直接補間して後述のフレームメモリ１３へ送るようになっている。
【００１３】
フレームメモリ１３は、上記補間計算機１２で補間され出力されたデータを入力して書き込むと共に、読み出すものである。また、このフレームメモリ１３に接続されたテレビ同期回路１４は、該フレームメモリ１３から断層像データを読み出す際の読み出しタイミングを発生するものである。そして、このフレームメモリ１３とテレビ同期回路１４とで、上記データ補間手段で補間されたデータを断層像データとして記憶し読み出す画像データ構成手段を構成している。なお、コントローラ１５は、上記各構成要素の動作を制御する制御手段となるものである。
【００１４】
Ｄ／Ａ変換器６は、上記フレームメモリ１３から出力される画像データをアナログ信号に変換するものである。また、テレビモニタ７は、上記Ｄ／Ａ変換器６からのアナログビデオ信号を入力して画像として表示するものである。そして、このＤ／Ａ変換器６とテレビモニタ７とで、上記ＤＳＣ５からの画像データを表示する画像表示手段を構成している。このように構成された超音波診断装置により、上記ラスタメモリ１０から出力されたラスタデータを補間計算機１２で直接補間して断層像や血流像を描出することができる。
【００１５】
また、本発明においては、上記補間計算機１２に対し、ビームパターンメモリ８が接続されている。このビームパターンメモリ８は、上記ラスタメモリ１０から出力されたラスタデータを補間計算機１２で補間するのに必要な方位及び深度方向の二次元ビームパターンデータを保存し出力するビームパターン記憶手段となるもので、上記補間計算機１２に対して補間計算に必要な方位及び深度方向の二次元ビームパターンデータを保存しつつ出力するようになっている。そして、上記ビームパターンメモリ８には、コントローラ１５が接続されており、このコントローラ１５の制御により上記ビームパターンメモリ８からの二次元ビームパターンデータを用いて補間計算機１２によるデータ補間演算を行わせるようになっている。
【００１６】
上記コントローラ１５は、ビームパターンメモリ８から補間計算機１２へビームパターンデータを送り出すタイミングを決定しており、上記ラスタメモリ１０から出力するスキャンデータと、上記ビームパターンメモリ８から出力するビームパターンデータとを適切なタイミングで読み出して補間計算機１２へ送り出し、この補間計算機１２を動作させて補間計算を行わせた後、その計算結果を断層像データとしてフレームメモリ１３に書き込むタイミングを決定する手段となるものである。
【００１７】
次に、このように構成された超音波診断装置の動作について説明する。まず、図１に示す探触子１を被検体の診断部位に対応する位置に当接し、該診断部位に向けて超音波を送信する。このとき、上記探触子１から送信する超音波は、送波回路２内の送波整相回路によって上記診断部位において細いビーム又は適切な広がりをもったビームとして形成される。次に、この送信された超音波ビームは被検体内の診断部位に当たって反射し、この反射エコーは上記探触子１によって受信され、受信回路３内の受波整相回路で受信ビームが形成される。このような状態で上記探触子１からは所定周期で超音波送受波方向を順次変更して超音波の送受信を繰り返し、診断部位の走査を行う。上記受信回路３から出力された受信ビームデータは、ビデオ信号処理回路４へ入力し、このビデオ信号処理回路４で所要の信号処理を受けた後、反射エコー信号として出力される。
【００１８】
次に、上記ビデオ信号処理回路４から出力された反射エコー信号は、Ａ／Ｄ変換器９に入力してディジタル信号に変換される。そして、このディジタル信号に変換された反射エコー信号は、複数の受信ビームを記憶できるラスタメモリ１０に入力し、超音波受波方向が変化する度に、コントローラ１５の制御によりラスタメモリ１０のアドレスを順次切り換えて書き込みと読み出しが行われ、順次入力する受信ビーム毎にラスタデータとして補間計算機１２へ送られる。この補間計算機１２へ入力されたラスタデータは、少なくとも２本以上の受信ビームからなる。
【００１９】
次に、補間計算機１２は、上記ラスタメモリ１０からのラスタデータと、ビームパターンメモリ８からコントローラ１５の制御に基づいて読み出した方位及び深度方向の二次元ビームパターンデータとを入力し、これらのデータをもとに補間計算を行う。そして、この補間計算の結果をコントローラ１５の制御によりフレームメモリ１３へ送る。次に、フレームメモリ１３は、入力した補間計算機１２の計算結果をコントローラ１５の制御によってメモリ内の所定のアドレスに順次記憶して行き、１枚の断層像となる画像データを構成する。その後、テレビ同期回路１４より発生される読み出しタイミングにより上記フレームメモリ１３から順次断層像データを読み出して出力する。
【００２０】
次に、上記フレームメモリ１３から出力された断層像データは、Ｄ／Ａ変換器６でアナログ信号に変換され、テレビモニタ７へ送出される。これにより、上記テレビモニタ７に被検体の診断部位の断層像が表示される。
【００２１】
ここで、上記補間計算機１２の動作について、図２〜図４を参照して詳しく説明する。まず、コントローラ１５は、フレームメモリ１３に書き込むべき断層像データについて、その断層像データの中の一点のデータを図２に示すようにフレームメモリ１３のアドレスＰとして求め、このアドレスＰを補間計算機１２に送る。すると、補間計算機１２は、上記コントローラ１５から送られてきたアドレスＰを、図３に示すように、ラスタメモリ１０上の仮想アドレスＱに変換する。このとき、上記仮想アドレスＱはラスタメモリ１０内の各ラスタ上のアドレスになっているとは限らず、大抵はラスタメモリ１０に記憶している隣合うラスタデータの間のアドレスになるので、このようなアドレス点は補間して求めればよい。
【００２２】
さらに、補間計算機１２は、図３に示すラスタメモリ１０上にて仮想アドレスＱの周辺に存在する実データのある四つのアドレス点Ｑ0，Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3を求め、この四つのアドレス点Ｑ0〜Ｑ3に格納されている値（ラスタデータ）Ｉ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3を該ラスタメモリ１０から読み出す。このアドレスを求める動作から上記ラスタメモリ１０からの値の読み出し動作までの一連の作業と同時平行して、上記補間計算機１２は、上記の仮想アドレスＱとラスタメモリ１０上の四つのアドレス点Ｑ0，Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3とから、図４に示すように、ビームパターンメモリ８上の読み出すべきデータを記憶しているアドレスＲ0，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3を求め、このアドレスＲ0〜Ｒ3のビームパターンデータＪ0，Ｊ1，Ｊ2，Ｊ3をビームパターンメモリ８から読み出す。
【００２３】
次に、このビームパターンメモリ８から読み出したビームパターンデータＪ0 ，Ｊ1，Ｊ2，Ｊ3に対して、図３に示すラスタメモリ１０から読み出したラスタデータＩ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3でそれぞれ重み付けを行った後に加算してから、この加算後のデータＩを図２に示すフレームメモリ１３の該当するアドレスＰに書き込む。この重み付け及び加算の計算は、次の式（１）に示すように行う。
Ｉ＝Ｉ0×Ｊ0＋Ｉ1×Ｊ1＋Ｉ2×Ｊ2＋Ｉ3×Ｊ3  …（１）
このとき、ビームパターンメモリ８には予めビームパターンデータを必要にして十分なサンプリング間隔でサンプルしたものを記憶させておく。さらに、ラスタメモリ１０にも必要且つ十分なサンプリング間隔でサンプルしたラスタデータを記憶させておけばよい。これにより、従来のように線形関数やサンプリング関数等の理想的な関数を用いることなく、超音波ビーム形状に即した補間を行うことができる。
【００２４】
以上のような図２に示すフレームメモリ１３内の一点Ｐのデータについて求める動作を、順次フレームメモリ１３上のアドレスを変化させて１枚の断層像を構成するように、補間計算機１２はデータ補間演算を行う。このとき、図３に示すように、四つのアドレス点Ｑ0〜Ｑ3だけのラスタデータＩ0〜Ｉ3では十分に精度の良い補間計算結果が得られない場合には、更にその外側の複数点のラスタデータを用いて同様の補間計算を行えばよい。なお、この場合は、ビームパターンメモリ８には、より外側のラスタアドレスに相当するだけの幅のビームパターンデータを記憶しておく必要がある。
【００２５】
また、ラスタメモリ１０内のラスタデータのサンプリング間隔が補間の必要が無いほど細かくて隣合うラスタ間の補間だけで断層像を構成するのに十分な場合には、図３に示す仮想アドレスＱの周辺にある四つのアドレス点Ｑ0〜Ｑ3ではなく、上記仮想アドレスＱに隣接するラスタ上の例えば二点を求め、図４に示すビームパターンメモリ８上においても同様に二点を求めればよく、補間計算機１２の計算量、ビームパターンメモリ８の容量を共に少なくすることができる。
【００２６】
なお、図示は省略したが、補間計算機１２のラスタメモリ１０側の入力部に該ラスタメモリ１０からのデータを記憶する第一の記憶手段として高速のＲＡＭを設けると共に、上記補間計算機１２のビームパターンメモリ８側の入力部に該ビームパターンメモリ８からのデータを記憶する第二の記憶手段として高速のＲＡＭを設け、上記第一の記憶手段のデータをもとに補間計算を行う際に第二の記憶手段に記憶されたビームパターンデータを常に参照することができるようにしてもよい。この場合は、補間について高速処理ができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、超音波送受信部により得た反射エコー信号をラスタメモリで時系列に記憶し、このラスタメモリから出力されたラスタデータをデータ補間手段により補間し、このデータ補間手段で補間されたデータをフレームメモリに書き込んで画像データを構成し、このフレームメモリから出力される画像データを画像表示手段に画像として表示することができる。これにより、上記ラスタメモリから出力されたラスタデータをデータ補間手段で直接補間して断層像や血流像を描出することができる。
また、請求項２に係る発明によれば、ビームパターン記憶手段により、ラスタメモリから出力されたラスタデータをデータ補間手段で補間するのに必要な方位及び深度方向の二次元ビームパターンデータを保存しておき、制御手段の制御により上記ビームパターン記憶手段からの二次元ビームパターンデータを用いて上記データ補間手段による補間演算を行わせることができる。これにより、隣合うラスタ間や１ラスタ内の隣合うサンプル点間を補間するために線形関数やサンプリング関数等の理想的な関数を用いることなく、超音波ビーム形状に即した補間を行って断層像や血流像を描出することができる。従って、従来の超音波診断装置に比し、実際の超音波ビーム形状に即した忠実な断層像を描出することができ、補間によって本来存在しない像などの虚像を発生させることを防止できる。このことから、診断が正確且つ容易に行えるようになる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
１…探触子
２…送波回路
３…受信回路
４…ビデオ信号処理回路
６…Ｄ／Ａ変換器
７…テレビモニタ
８…ビームパターンメモリ
９…Ａ／Ｄ変換器
１０…ラスタメモリ
１１…超音波送波同期回路
１２…補間計算機
１３…フレームメモリ
１４…テレビ同期回路
１５…コントローラ


【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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