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【発明の名称】 超音波診断装置
【発明者】 【氏名】二村 友章

【氏名】伊藤 博巳
【要約】 【課題】生体信号に同期して画像の取込みを行う超音波診断装置において、その同期精度を向上する。

【解決手段】ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）３２には、３つのフレームメモリ３４，３６，３８が設けられる。それらのフレームメモリを順番に利用してデータの書き込み及びデータの読み出しが行われる。データの書き込みは送受波フレームレートに従って実行され、データの読み出しは表示フレームレートに従って実行される。データの書き込み時に、ｎ番目のフレームについてのデータの書き込み途中でＲ波パルスが発生すると、同じフレームメモリを再度利用してｎ＋１番目のフレームについてのデータの書き込みが行われる。データの読み出し時においてｎ番目のフレームについてのデータの読み出しが完了した時点でｎ＋１番目のフレームについてのデータの書き込みがまだ完了していない場合には、ｎ番目のフレームについてのデータが再度読み出される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 生体信号を計測する生体信号計測手段と、前記生体信号に同期したトリガ信号を生成するトリガ信号生成手段と、前記トリガ信号に同期して、送受波フレームレートでデータを取り込む送受信手段と、前記データの書き込み及び読み出しが順番に行われる３つ以上のフレームメモリで構成されたメモリ部と、前記メモリ部におけるフレームメモリを順番に選択し、選択されたフレームメモリにデータを書き込む手段であって、前記トリガ信号に同期して前記送受波フレームレートでデータを書き込む書き込み制御手段と、前記メモリ部におけるデータの書き込みが完了したフレームメモリを順次選択し、選択されたフレームメモリからデータを読み出す手段であって、表示フレームレートでデータを読み出す読み出し制御手段と、前記読み出されたデータが表示フレームレートで表示される表示手段と、を含み、前記書き込み制御手段は、ｎ番目のフレームについてのデータの書き込み途中で前記トリガ信号が入力された場合に、同じフレームメモリを再度利用してｎ＋１番目のフレームについてのデータの書き込みを行い、前記読み出し制御手段は、ｎ番目のフレームについてのデータの読み出しが完了した時点でｎ＋１番目のフレームについてのデータの書き込みがまだ完了していない場合には、ｎ番目のフレームについてのデータを再度読み出すことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記生体信号は心電信号であり、その所定時相に同期させて前記トリガ信号が生成されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】 請求項１記載の装置において、前記トリガ信号によって特定される所定時相のフレームを表す同期フラグを生成する同期フラグ手段と、前記同期フラグによって特定される所定時相のフレームについてのデータがいずれかのフレームメモリに書き込まれる場合に、そのデータとともに前記同期フラグを同じフレームメモリに書き込む同期フラグ書き込み手段と、前記フレームメモリからエコーデータが読み出される場合に、それに付随して書き込まれた同期フラグを読み出す同期フラグ読み出し手段と、を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置に関し、特に生体信号に同期して画像を形成する機能を備えた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３には従来の超音波診断装置の構成の一例が例示されている。プローブ１０は、超音波の送受波を行う超音波探触子である。送受信部１２は、プローブ１０に対して送信信号を供給するとともにプローブ１０からの受信信号（エコーデータ）を処理（増幅、検波、Ａ／Ｄ変換など）する手段である。この例において、表示フレーム内で時相のずれが発生しないようにするために送受波フレームレートは表示フレームレートに一致させる設定がなされており、具体的には、送受信部１２は垂直同期信号１０８に同期させてプローブ１０での送受波を実行している。送受信部１２で処理されたエコーデータ１００は、ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）１４へ送出される。
【０００３】一方、心電計測ユニット１３には、生体信号としての心電信号１０２が入力されている。心電計測ユニット１３は、心電信号における特定の時相（この例ではＲ波）を認識し、それに同期したＲ波パルス１０４を生成している。送受信部１２は、Ｒ波パルスの発生後、最初の垂直同期信号１０８が発生したタイミングで同期フラグ１０６Ａを生成し、それをエコーデータ１００とともにＤＳＣ１４に送出している。
【０００４】ＤＳＣ１４は、座標変換機能、補間機能、フレームレート変換機能などを有する。図３の例において、ＤＳＣ１４は、２つのフレームメモリ１６、１８及びメモリ制御部２０を含む。メモリ制御部２０は２つのフレームメモリ１６、１８に対してデータの書き込み及び読み出しを制御する手段であり、２つのフレームメモリを交互に使用して、一方でデータの書き込みを行っている間に他方でデータの読み出しを行う制御を実行している。なお、同期フラグ１０６Ａは、エコーデータとともにフレームメモリに格納されまた読み出されている。読み出し後の同期フラグが図において１０６Ｂで示されている。
【０００５】表示処理部２１は、画像合成処理、Ｄ／Ａ変換処理などを実行する手段であり、表示処理後のデータが表示部２２に送られ、その表示部２２に超音波画像が表示フレームレートに従って表示される。ちなみに、表示処理部２１において、入力されるすべてのフレームついて処理を行わせてもよいが、同期フラグ１０６Ｂを基準として特定される１又は複数のフレームのみが周期的に画像表示されるように処理を行わせてもよい。なお、心電計測ユニット１３において心電波形信号が生成される場合、その心電波形信号はＤＳＣ１４を介して表示処理部２１に送られ、そこで画像合成がなされる。
【０００６】３Ｄ画像構築システム２４は、三次元領域で取得されたエコーデータに基づいて三次元超音波画像を形成する手段であり、その３Ｄ画像構築システム２４には特定時相のフレームのエコーデータ１００、垂直同期信号１０８及び同期フラグ１０６Ｂが送られている。３Ｄ画像構築システム２４においては、同期フラグ１０６Ｂで特定されるフレームを先頭とする１又は複数のフレームのエコーデータを取り込み、それらを利用して三次元超音波画像を構成する。
【０００７】図４には、図３に示した従来装置における動作がタイミングチャートとして示されている。この従来装置においては、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、垂直同期信号１０８に同期して、エコーデータ（及び同期フラグ）の書き込み及び読み出しが行われる。その場合、２つのフレームメモリ１６、１８に対応した２つのプレーン（記憶プレーン）が交互に利用される。このように表示フレームレートに同期させてデータの書き込み及び読み出しを行うのは、１つの表示フレーム内に送受波フレーム間の継目が現れないようにするためである。
【０００８】（Ａ）に示すＲ波パルスが生成されると、その次に発生する垂直同期信号１０８のタイミングで、（Ｄ）に示す同期フラグＡが生成され、その同期フラグＡがエコーデータとともに一旦いずれかのフレームメモリに格納される。そして、（Ｆ）に示すように、エコーデータの読み出し時に同期フラグＢも併せて読み出される。その同期フラグを利用して（Ｇ）に示すように特定時相の１又は複数のフレームが例えば三次元画像形成（又は二次元画像表示）で利用されることになる。
【０００９】上記のような動作によれば、心臓の各周期において例えば拡張末期の１又は数フレームの画像を取り込むことが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、上記従来装置においては、Ｒ波に同期した画像表示あるいは画像収集を行えるものの、表示フレームレートに送受波フレームレートが支配され、送受波フレームレートを独立して設定できないという問題があった。また、図４に示されるように、Ｒ波パルスが生じてから垂直同期信号が発生しないとフレームの取り込みが行われないために、その間、最大で例えば３３ｍｓｅｃの時間遅れが発生し（表示フレームレートが３０Ｈｚの場合）、所望タイミングからフレーム取得のタイミングまでの時間が無視できない場合があるという問題があった。
【００１１】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、生体信号に同期してデータの取り込みを行う場合に、生体信号に基づくトリガの発生からデータが取り込まれるまでのタイムラグをできる限り短くすることにある。
【００１２】本発明の他の目的は、送受波フレームレートが表示フレームレートに対して独立に設定できるようにすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、生体信号を計測する生体信号計測手段と、前記生体信号に同期したトリガ信号を生成するトリガ信号生成手段と、前記トリガ信号に同期して、送受波フレームレートでデータを取り込む送受信手段と、前記データの書き込み及び読み出しが順番に行われる３つ以上のフレームメモリで構成されたメモリ部と、前記メモリ部におけるフレームメモリを順番に選択し、選択されたフレームメモリにデータを書き込む手段であって、前記トリガ信号に同期して前記送受波フレームレートでデータを書き込む書き込み制御手段と、前記メモリ部におけるデータの書き込みが完了したフレームメモリを順次選択し、選択されたフレームメモリからデータを読み出す手段であって、表示フレームレートでデータを読み出す読み出し制御手段と、前記読み出されたデータが表示フレームレートで表示される表示手段と、を含み、前記書き込み制御手段は、ｎ番目のフレームについてのデータの書き込み途中で前記トリガ信号が入力された場合に、同じフレームメモリを再度利用してｎ＋１番目のフレームについてのデータの書き込みを行い、前記読み出し制御手段は、ｎ番目のフレームについてデータの読み出しが完了した時点でｎ＋１番目のフレームについてのデータの書き込みがまだ完了していない場合には、ｎ番目のフレームについてのデータを再度読み出すことを特徴とする。
【００１４】上記構成によれば、メモリ部に３つ以上のフレームメモリが設けられ、それらを順番に利用してデータの書き込み及び読み出しが行われる。この場合に、生体信号に基づくトリガ信号が生成されると、それに即応して、その時点で書き込みに使用されていた（書き込み途中の）フレームメモリが開放され、次のフレームのデータが当該フレームメモリに格納される。すなわち、フレームメモリへのデータの書き込みはトリガ信号をリセット信号として送受波フレームレートに従って実行され、表示フレームレートとは関係なくデータの書き込みが実行される。このため、データの読み出し時に次のフレームについての書き込みが完了していない事態が想定され、そのような場合には同じフレームのデータが繰り返し読み出される。３つ以上のフレームレートを前提として、以上のような制御を行うことにより、送受波フレームレートを表示フレームレートとは独立設定可能である。なお、上記制御によれば、データの読み出しは表示フレームレートに同期しているため表示フレーム内に継目が発生することもない。フレームメモリは上記の制御を実現すること及び装置コストを考えると、３つ設けるのが望ましい。
【００１５】本発明の好適な態様では、前記生体信号は心電信号であり、その所定時相に同期させて前記トリガ信号が生成される。
【００１６】本発明の好適な態様では、前記トリガ信号によって特定される特定時相のフレームを表す同期フラグを生成する同期フラグ手段と、前記同期フラグによって特定される特定時相のフレームについてのデータがいずれかのフレームメモリに書き込まれる場合に、そのデータとともに前記同期フラグを同じフレームメモリに書き込む同期フラグ書き込み手段と、前記フレームメモリからエコーデータが読み出される場合に、それに付随して書き込まれた同期フラグが読み出される同期フラグ読み出し手段と、を含むことを特徴とする。
【００１７】上記構成によれば、フレームのエコーデータとともに当該フレームが取込先頭を示す同期フラグも格納されるため、データの書き込み及び読み出しが非同期であっても特定フレームを確実に識別可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。なお、図１において、図３に示した構成と同様の構成には同一符号を付している。
【００２０】プローブ１０は、超音波の送受波を行う超音波探触子であり、そのプローブ１０内には複数の振動素子からなるアレイ振動子が設けられている。そのアレイ振動子を電子走査することによって超音波ビームが走査され、これによって二次元の走査面が形成される。ここで、その走査面形成に係る送受波フレームレートは、ユーザーにより設定された診断深さや走査範囲などの各種のパラメータに従って設定される。表示フレーム内で発生する画像の時相ずれを排除する必要がある従来装置においては、送受波フレーレートを表示フレームレートに同期させる制御が行われていたが、本実施形態に係る装置によれば、表示フレームレートに対して送受波フレームレートを非同期で設定することが可能である。
【００２１】送受信部１２はプローブ１０に対して送信信号を供給し、またプローブ１０からの受信信号を処理する手段である。その処理には、増幅、検波及びＡ／Ｄ変換などの各処理が含まれる。この処理によって生成されたエコーデータ１００はＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）３２に送られる。
【００２２】生体ユニット１３には生体信号としての心電信号１０２が入力されている。この心電信号１０２は生体に装着された心電センサからの出力信号であり、生体ユニット１３においてはその心電信号１０２に基づいてＲ波パルス１０４が生成されている。すなわち、心電信号１０２における特定時相、すなわちＲ波が特定され、そのＲ波を示すパルスがＲ波パルス１０４として出力されている。これは、例えば心臓などの臓器を画像表示させる場合において、特定時相の画像を周期的に繰り返し表示させたりそのような周期的な画像を利用して三次元画像を形成するために行われるものである。
【００２３】送受信部１２においては、Ｒ波パルス１０４が入力されると、そのＲ波パルス１０４に同期した超音波の送受波制御を実行すると共に、Ｒ波パルス１０４が発生した直後に形成されるフレームを表す同期フラグ１０６Ａを生成している。すなわち、あるフレームについての送受波が実行されている最中において、Ｒ波パルス１０４が生成されると、そのパルスの入力によって送受波が中断され、新たなフレームの送受波が実行される。
【００２４】ＤＳＣ３２は、エコーデータについての座標変換機能、補間機能、フレームレート変換機能などの各種の機能を有する手段である。本実施形態においてＤＳＣ３２は３つのフレームメモリ３４，３６，３８を有している。各フレームメモリ３４，３６，３８はそれぞれプレーン１、プレーン２、プレーン３の記憶エリアを持っている。メモリ制御部４０は、それらのフレームメモリ３４，３６，３８についてのデータの書き込み及び読み出しを制御する手段である。ここで、後に詳述するようにデータの書き込みは送受波フレームレートに従って行われ、一方、データの読み出しは表示フレームレートに従って行われている。すなわち、データの書き込み及び読み出しは非同期で実行されている。つまり、このような制御を実現するためにフレームメモリが３つ設けられている。もちろん、例えば他の画像処理などを実行する場合には３つ以上のフレームメモリを設けてもよい。
【００２５】メモリ制御部４０は、データの書き込みを行う場合に、３つのフレームメモリの内から各メモリを順番に選択し、その選択されたフレームメモリにデータを書き込んでいる。この場合において、データの書き込み途中でＲ波パルス１０４が発生すると、書き込み途中にあるフレームメモリの内容が結果としてリセットされ、次の新しいフレームのエコーデータが当該フレームメモリに書き込まれる。その後はＲ波パルス１０４に従う送受波フレームレートでエコーデータの書き込みが実行される。
【００２６】その一方、データの読み出し時において、通常の場合は、データの書き込みが完了したフレームメモリから順次データが読み出されるが、次のフレームメモリからのデータを読み出そうとした時に当該次のフレームメモリに対するデータの書き込みが完了していない場合にはその一つ前のフレームメモリから同じフレームのデータを再度読み出す制御が実行されている。すなわち、上述したように、送受波フレームレートを表示フレームレートと非同期にしたことから、このようなデータの再読み出しによってフレームの欠落を防止するものである。
【００２７】なお、フレームメモリからエコーデータが読み出される場合、その同一のフレームメモリに格納された同期フラグも併せて読み出される。その読み出し後の同期フラグが図において符号１０６Ｂで示されている。
【００２８】表示処理部２１では、垂直同期信号１０８が生成されており、その垂直同期信号１０８はＤＳＣ３２に送られると共に３Ｄ画像構築システム２４へも送られている。ＤＳＣ３２では、その垂直同期信号１０８が各フレームについてのデータの読み出し時に同期信号として利用される。
【００２９】表示処理部２１は画像合成機能やＤ／Ａ変換機能などを有している。その表示処理部２１にはＤＳＣ３２から読み出されたエコーデータ１００及び同期フラグ１０６Ｂが入力されている。表示処理部２１においては、表示部２２に連続的に画像表示を行わせる場合には、ＤＳＣ３２から出力される各フレームのエコーデータを表示部２２に送出している。一方、特定時相のフレームのみを表示させる場合には、同期フラグ１０６Ｂで特定されるフレームを先頭とした１又は複数のフレームについてだけ処理を行って、その１又は複数のフレームについてのみ画像表示を行わせている。
【００３０】このことは３Ｄ画像構築システム２４においても同様であり、当該システムにおいては必要に応じて、同期フラグ１０６Ｂで特定される１又は複数のフレームを利用して三次元超音波画像の処理がなされている。
【００３１】上述のような処理によれば、例えば心臓の各周期ごとに特定時相の１又は複数のフレームを繰り返し画像表示あるいは画像形成でき、特に本実施形態においては同期精度が極めて高められているため、各周期ごとに表示させるフレームの時相を高精度に合致させることが可能となる。したがって、例えば心臓内の弁を画像表示させる場合において、その弁の最大に開いた状態を繰り返し観測することができ、従来のように表示される弁の位置すなわち表示される時相が周期的に異なってしまうという問題に対処することが可能となる。
【００３２】図２には、図１に示した装置の動作がタイミングチャートとして示されている。
【００３３】（Ｃ）に示されるように、データの書き込みは送受波フレームレートに従って行われる。一方、（Ｅ）に示されるように、データの読み出しは（Ｂ）に示す垂直同期信号を同期して実行される。ここで、（Ａ）に示すＲ波パルスが発生すると、（Ｃ）に示すように、あるフレームメモリに対するデータの書き込みは停止され、当該フレームメモリに対して次のフレームのデータの書き込みが即時に実行開始されることになる。その一方、（Ｄ）に示すように同期フラグＡが生成される。そして、Ｒ波パルスの発生以降においてはそのＲ波パルスをトリガとする送受波フレームレートに同期して各フレームのデータが各フレームメモリに順次書き込まれる。
【００３４】一方、読み出し時においては、（Ｅ）に示すように、あるフレームのエコーデータの読み出しが完了した後に次のフレームのエコーデータの読み出しを行おうとした際に、その読み出しを行うべきフレームメモリがデータの書き込み完了前の状態にあれば、元のフレームメモリからのエコーデータの読み出しを再度実行する。図２においては、プレーン１からのデータの読み出しが２回実行されている。その後、当該次のフレームについてのデータの書き込みが完了しその後に当該次のフレームのエコーデータが読み出されることになる。（Ｆ）に示すように、その読み出しと平行して同期フラグＢが読み出されている。
【００３５】（Ｇ）に示されるように、表示処理部２１に対し３Ｄ画像構築システム２４においては、同期フラグＢに従って１又は複数のフレームのデータを取込む。
【００３６】図１の実施形態においては、理論上は、書込みのＲ波パルスからフレームメモリにデータを書き込み始めるまでの時間遅延はゼロであるが、実際の回路では、Ｒ波パルスが入力された段階で送受信部がビームを送受信していると、その終了を待ってからフレームメモリにデータを書き込むための送受信動作（リセット動作）に入るため、そこで時間遅延が発生し、さらにその他の部分で多少の遅延が生じる。しかし、実測の結果最大でも時間遅延は２ｍｓｅｃとわずかである。すなわち、前記したが表示フレームレートに同期してフレームの取込を行っている従来装置では、表示フレームレートが３０Ｈｚの場合最大で３３ｍｓｅｃとフレーム単位の時間遅延が生じていたが、表示フレームレートと非同期でフレームの取込を行う本発明により最大でも２ｍｓｅｃとビーム単位の時間遅延となり、従来装置に比べてその時間的な遅れを大幅に削減可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、生体信号に同期してデータの取込みを行う場合に、生体信号に基づくトリガの発生からデータが取り込まれるまでのタイムラグを大幅に削減可能である。また、送受波フレームレートを表示フレームレートに対して独立に設定可能である。
【出願人】 【識別番号】３９００２９７９１
【氏名又は名称】アロカ株式会社
【出願日】 平成１０年８月２８日（１９９８．８．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
【公開番号】 特開２０００−７０２６６（Ｐ２０００−７０２６６Ａ）
【公開日】 平成１２年３月７日（２０００．３．７）
【出願番号】 特願平１０−２４３５１７