JP5048175B2

JP5048175B2 - 同時並列にコンピュータ命令を実行する超音波システム

Info

Publication number: JP5048175B2
Application number: JP37549099A
Authority: JP
Inventors: イゴール・カッツマン; メナチェム・ハルマン; イヴジェニイ・ドラプキン
Original assignee: ジーイーウルトラサウンドイスラエルリミテッド
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2000189422A; EP1016875A3; US6139498A; EP1016875A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には超音波システム、特に少なくとも１つのプロセッサに命令し、１クロックサイクルの間に同時に複数の超音波データ・ポイントに対する並列算術命令あるいは並列論理命令を実行させる超音波診断システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波システムは、放射線分野において、人体のさまざまな部位、たとえば心臓、胎児、動脈、各種臓器などを検査するために、内科医により長年用いられてきている。超音波システムは、通常フロント・エンド・サブシステムおよびバック・エンド・サブシステムという２つの主要なサブシステムを備える。フロント・エンド・サブシステムは患者の体内の関心領域をスキャンするため、１つまたは複数の超音波プローブを含む。従来のフロント・エンド・サブシステムではまた、超音波信号を患者の体内に送信し、体内からの超音波エコー信号を獲得するためのビーム形成ハードウェア・ユニットを含む。フロント・エンド・サブシステムは、この獲得したエコー信号に対して信号処理を実行するバック・エンド・サブシステムにこの獲得したエコー信号を渡す。バック・エンド・サブシステムは、処理済みのエコー信号をＣＲＴ上に表示できる形式に変換し、このエコー信号を、グラフ、２次元画像、３次元画像、解剖学的構造の白黒画像（Ｂモード画像）、移動する組織や移動する体液のカラー画像などの所望の形式で表示する。
【０００３】
従来では、超音波システムのフロント・エンド・セクションおよびバック・エンド・セクションは、それぞれがあらかじめ決まった専用の超音波演算を実行する複数のハードウェア・ボードを利用したハードウェア集中様式で製造されていた。従来の超音波システムでは、専用ハードウェア・ボードを取り入れることにより信号処理が実行でき、また別々の専用ハードウェア・ボードを用意することによってスキャン・コンバージョンを実行していた。スキャン・コンバージョンには、受信データをビーム座標空間（通常は極座標形式）からデカルト座標空間に変換する役目などがある。さらに、従来の超音波システムでは、さまざまな専用ハードウェア・ボードを制御するため、別に中央処理装置が必要であった。この中央処理装置では、信号処理やスキャン・コンバージョン演算は実行していなかった。というより、この中央処理装置では、たとえば初めにシステムを起動させたときにハードウェア・ボードを設定するためのセットアップや、システム操作の全体にわたる専用ハードウェア・ボードの管理など、主にシステム制御演算を実行していた。
【０００４】
ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を利用し、信号処理およびスキャン・コンバージョンを実行させる超音波システムが、提唱されている。１つまたは複数のＤＳＰが協調して信号処理を実行する。信号処理専用のＤＳＰは、１つまたは複数のプリント回路基板上に１つの組にして収容してある。プリント回路基板の別の組上に収容された、ＤＳＰの別の組に対しては、スキャン・コンバージョンを実行させるようにプログラムする。しかし、ＤＳＰを用いるシステムであっても、ＤＳＰの組のそれぞれは、特定の処理演算専用である。したがって、ドップラー信号処理を実行するように設定されたＤＳＰは、スキャン・コンバージョンを実行することはできない。さらに、ＤＳＰを利用する超音波システムでは、システム制御を維持するため、引き続き別に中央演算処理装置が必要である。
【０００５】
つい最近、１９９０年の初頭に、本出願の譲受人はパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）のアーキテクチャに基づいた超音波システムを導入した。この超音波システムは、ＥＳＩ５０００^TMおよびＳｙｎｅｒｇｙ^TMという商標、商品名で呼ばれるものである。ＥＳＩ５０００^TM超音波システムおよびＳｙｎｅｒｇｙ^TM超音波システムは、信号処理用のＤＳＰボードと、超音波システム全般の動作を制御する中央処理装置とを備えていた。パーソナル・コンピュータの中央処理装置は、セットアップの操作の実行およびＤＳＰボードの制御に用いられていた。Ｓｙｎｅｒｇｙ^TMシステム内の中央演算処理装置では、カラー・ドップラー画像に対する極座標からデカルト座標へのスキャン・コンバージョンも実行していた。さらに、ＥＳＩ５０００^TMシステムおよびＳｙｎｅｒｇｙ^TMシステムは、ビーム形成ハードウェアを別に有するフロント・エンド・サブシステムを利用していた。
【０００６】
しかし、従来の超音波システムには限界があった。特に、従来の超音波システムでは、データを逐次処理するためには個々にプロセッサ、すなわちＤＳＰが必要である。従来の超音波システムでは、プロセッサすなわちＤＳＰは、たとえば、スキャン・コンバージョン演算を実行するための専用のものである。この専用のプロセッサすなわちＤＳＰによって、患者のスキャンに関する一連のデータ・サンプルを受け取る。また別の専用のプロセッサすなわちＣＰＵは、一連の算術演算を実行し、超音波データ・サンプルを（患者をスキャンする時点で使用される）極座標系から（画像情報の表示に使用される）デカルト座標系に変換する。従来では、専用のプロセッサすなわちＣＰＵに、スキャン・コンバージョンで必要となる算術演算を、逐次方式で実行させていた。データ・サンプルを逐次処理するため、システム動作速度が減少し、また全体の超音波処理シーケンス内に「ボトルネック」ができてしまう。このため、逐次処理方式は、従来の超音波システムの性能に対する１つの限界となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の困難を克服するよう改良した超音波システムに対する要求は依然として存在する。本発明の１つの目的はこの要求に応えることである。
【０００８】
本発明の目的は処理速度を向上させた超音波システムを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、スキャン・コンバージョン、ビーム形成、信号処理、ベクトル処理、２次元画像とカラー画像の混成、３次元ボリューム・レンダリング、カラーしきい値演算などの超音波演算を実行させるために、特定用途向けのプロセッサすなわちＤＳＰを必要としない超音波システムを提供することである。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、常用のマルチ・プロセッサ・セットを利用し、スキャン・コンバージョン、ビーム形成、信号処理、ベクトル処理、混成、ボリューム・レンダリングなど、従来であれば専用のＤＳＰや専用のハードウェア・ボードによって行っていた超音波演算を実行させることが可能である、パーソナル・コンピュータを利用した高速の超音波システムを提供することである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、超音波処理演算におけるボトルネックを最小限とした超音波システムを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、スキャン・コンバージョン、信号処理、ビーム形成、２次元画像とカラー画像の混成、３次元ボリューム・レンダリング、カラーしきい値演算などの処理中に、複数のデータ・ポイントに対する並列算術命令および並列論理命令を、単一のＣＰＵで実行する能力を有する超音波システムを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、各種の超音波処理演算ごとに別のプロセッサやＤＳＰを必要としない超音波システムを提供することである。
【００１４】
この結果として、本発明の目的は、単一プロセッサをさまざまな演算に活用するために、動作時に異なるデータ形式に対しリアル・タイムで対応するようにプロセッサを再設定する能力を有する超音波システムを提供することである。
【００１５】
この結果として、本発明の別の目的は、複数のデータ・セットに対する並列算術命令や並列論理命令を実行する時点で、異なるデータ形式に対しリアル・タイムで対応するようにプロセッサを再設定する能力を有する超音波システムを提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、プロセッサが受け取ったデータ形式が、連続する並列算術命令または並列論理命令の間で異なる場合に、複数の超音波データ・ポイントに対する並列算術演算命令を実行することができるプロセッサを少なくとも１個有する超音波システムを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のこれらの目的並びにその他の目的は、フロント・エンド・サブシステムおよびバック・エンド・サブシステムを備える超音波システムによって提供できる。フロント・エンド・サブシステムは、超音波信号を関心領域に送信し、関心領域からのエコー信号を受信する。バック・エンド・サブシステムは、フロント・エンド・サブシステムからのエコー信号を表すデータ・サンプルの処理を行う。バック・エンド・サブシステムは、データ・サンプルを処理し、関心領域の超音波画像を作成するため、少なくとも１個のマイクロプロセッサを含む。このマイクロプロセッサは、複数のレジスタを有し、またその少なくとも１つには同時に少なくとも２つのデータ・サンプルが格納される。このプロセッサは、１つのレジスタ内の少なくとも２つの超音波データ・サンプルに対して、並列に共通の算術演算命令あるいは論理演算命令を実行する。各レジスタを、いくつかのデータ形式のうちの１つを格納するように設定することができる。データ形式としては、たとえば、８ビットのデータ・サンプル８個、１６ビットのデータ・サンプル４個、あるいは３２ビットのデータ・サンプル２個などの形式がある。さらに要すれば、レジスタのサイズは、大きくしたり、小さくしたりすることも可能である。レジスタを大きくすると性能およびデータの並列処理が向上する。
【００１８】
実施の態様では、本超音波システムは、スキャン・コンバージョンを実行するように設定された、第１のレジスタと第２のレジスタを含む。第１のレジスタは、極座標系に従って配置された、関心領域のセクタ・スキャンにより獲得したエコー信号を表す、少なくとも２つの極座標データ・サンプルを同時に格納する。第２のレジスタは、第１のレジスタ内に格納されたこの２つのデータ・サンプルに対応する、少なくとも２つの数値係数を同時に格納する。並列共通算術演算命令の実行中に、プロセッサは、第１のレジスタと第２のレジスタ内にある対応するデータ・サンプルと係数を個々に乗算し、さらにデカルト座標パターン内に配置された画像上に表示されるピクセルに対応するデカルト座標のデータ・サンプルを作成するようにこの並列乗算の積の合計を求める。
【００１９】
別の実施の態様では、本超音波システムは、並列算術演算命令を実行し、カラー・ドップラー信号処理などの自己相関演算が実行されるようにマイクロプロセッサを構成する。自己相関演算の実行のため、マイクロプロセッサは先ず、連続したいくつかの送信の間で、同一の物理的箇所から受信したエコー信号を表す複数のデータ・セットを同時に格納するように、内部レジスタを設定する。第２のレジスタ内のデータ・セットが、第１のレジスタ内に格納された同じ超音波データ・セットと位置に関してシフトが加えられているという点を除けば、この内部レジスタの各々には、同一のデータが格納される。並列共通算術演算命令の実行中に、マイクロプロセッサは、自己相関演算の一部として、第１のレジスタおよび第２のレジスタ内のデータ・セットを乗算し、この乗算の積を合計する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の好ましい実施形態による超音波システム１０である。この超音波システム１０は、ユーザ・インタフェース１２と、少なくともプローブ１４に出力を供給するための（図示しない）音響出力ユニットを有するフロント・エンド・サブシステム１５と、ディスプレイ１６と、バック・エンド・サブシステム２０とを含む。バック・エンド・サブシステムは、パーソナル・コンピュータ内に実装されることがある。さらに要すれば、フロント・エンド・サブシステム１５は（図示しない）ビーム形成装置を含むことがある。別法として、このビーム形成装置は、フロント・エンド・サブシステム１５から分離され、バック・エンド・サブシステム２０内のソフトウェア内に実装することもある。ユーザ・インタフェース１２により、ユーザは患者情報の入力、操作モードの選択およびパラメータの選択を介して、超音波システム１０との対話が可能となる。プローブ１４は、患者体内の関心領域へ超音波信号を送信し、またこの関心領域からの超音波信号を受信する。送信された超音波信号は、結合されて関心領域を形成するベクトルすなわちスキャン・ラインに沿って焦点ゾーンに向けて収束するように制御される。送信された超音波信号は、操作モードおよびユーザの選択したパラメータに基づき、ビーム形成装置により収束並びに制御される。プローブ１４は関心領域からのエコー信号を受信する。超音波システムは、このエコー信号に対し信号強度情報、ドップラー情報などの有無を検査することがある。フロント・エンド・サブシステム１５は、関心領域の各フレームすなわち各スキャンに対するエコー信号を表す超音波データ・セットを収集する。フロント・エンド・サブシステム１５は、このデータ・サンプルの組をバック・エンド・サブシステム２０に渡し、ここでこのデータ・セットはメモリ２４内に格納され、後に超音波診断画像情報を提示するための処理を受ける。例示の目的でのみ示すと、このデータ・セットは、エコー信号をディジタル表記したものであることがある。
【００２１】
データ・サンプル、データ・セットおよびディジタル・エコー信号のことを、本明細書では全般にわたってまとめて「データ・ポイント」と呼ぶ。
【００２２】
バック・エンド・サブシステム２０は、少なくとも１つのＣＰＵ２２、シネ・ループ・メモリ２４およびメモリ２６を含む。メモリ２６は、（図示しない）アキュミュレータ・バッファおよび（図示しない）画像ポート・メモリを含むように構成されることがある。アキュミュレータ・バッファおよび画像ポート・メモリを省き、フロント・エンド・サブシステム１５からのデータ・セット、あるいは表示用のデータ・セットの格納専用のセグメントを含むようにメモリ２６を構成することがある。
【００２３】
ＣＰＵ２２は、プロセッサが並列共通算術演算命令あるいは論理演算命令（ＰＣＩ）を少なくとも２つのデータ値に対して実行することが可能であるように構成したレジスタ２８および３０を有する従来タイプのプロセッサである。ＣＰＵ２２はレジスタ２８あるいは３０を１つまたは複数有することがある。例示の目的でのみ示すと、並列共通算術演算命令をサポートするアーキテクチャを有するプロセッサのひとつのタイプは、ＩｎｔｅｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの商標であるマルチメディア・エクステンション（ＭＭＸ^TM）の商標名で呼ばれるものである。ＭＭＸ^TM機能は、ＩｎｔｅｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより提供されるＰｅｎｔｉｕｍ^TMプロセッサやＰｅｎｔｉｕｍ／ＩＩ^TMプロセッサなどのプロセッサにより与えられる。ＰＣＩ機能によって、ＣＰＵは、Ｐｅｎｔｉｕｍ^TMプロセッサおよびＰｅｎｔｉｕｍＰｒｏ^TMプロセッサによって提供される「対複数データ単一命令」機能（ＳＩＭＤ^TM機能）などの並列同時算術演算命令や論理演算命令を実行できる。論理演算命令の例としては、ＥＱＵＡＬ、ＮＯＴＥＱＵＡＬ、ＧＲＥＡＴＥＲＴＨＡＮなどがある。ＰＣＩ機能を有するプロセッサは通常、異なるデータ形式を収容するよう設定できる、マルチビット・レジスタ（すなわち、６４ビット・レジスタ８個からなるセット）を含む。たとえば、マルチビット・レジスタは、各々が６４ビットのカッドワードの１語を収容するように設定されることがある。別法としては、レジスタの各々を、３２ビットのダブルワードを２語、１６ビットワードを４語、あるいは８ビットのバイトを８個収容するように設定することがある。
【００２４】
ＰＣＩ機能によってプロセッサは、複数のデータ値に対して並列に（すなわち、同時に）算術演算命令を実行することが可能となる。たとえば、ＰＣＩ機能を持つプロセッサでは、レジスタに格納された１つのグループのデータ値に対して、単一クロック・サイクルの間に複数の加算命令、減算命令あるいは乗算命令を実行することができる。例示の目的でのみ示すと、「ＰＭＵＬＷｒ１ｒ２」などの命令により、プロセッサに対して、プロセッサ内の２個のＰＣＩレジスタの各々に、１６ビットワードを４語保持させる構成をとるように命令する。データ・サンプルは、ＰＣＩレジスタｒ１およびｒ２の１６ビットワードの４つの部分内に入れられ、単一クロック・サイクルの間に、ＰＭＵＬ命令に従った所望の方式でレジスタｒ１およびｒ２の内容に対して乗算および加算が施される。
【００２５】
図２に、超音波処理の間に、ＣＰＵ２２のＰＣＩレジスタ２８および３０を利用して、本発明の好ましい実施形態によるバック・エンド・サブシステム２０が実行する処理シーケンスを示す。ステップ５０の先頭において、超音波演算に先立ち、ＣＰＵ２２はレジスタ２８および３０を設定する。レジスタ２８および３０は、ＣＰＵ２２が実行しようとする超音波演算に従った所望のデータ形式を収容するように設定される。たとえば、レジスタ２８および３０が６４ビット・レジスタである場合、設定ステップ５０には、レジスタ２８および３０の各々を６４ビットのカッドワードの１語、３２ビットのダブルワードの２語、１６ビットワードの４語、あるいは８ビットのバイトワードの８語を収容させる設定が含まれる。次に、バック・エンド・サブシステム２０は、ＰＣＩレジスタ２８および３０に入れる（ステップ５２）ための一組の超音波データ・サンプルをメモリ２６から収集する。ステップ５４では、バック・エンド・サブシステム２０は、ＰＣＩレジスタ２８および３０に一組の超音波データ・サンプルを入れる。ステップ５６では、ＣＰＵ２２がＰＣＩレジスタ２８および３０内に格納された超音波データ・サンプルに対して並列共通算術演算命令を実行する。ステップ５８では、バック・エンド・サブシステム２０は、超音波データ・サンプルに対するこの並列共通算術演算命令結果をＰＣＩレジスタ２８および３０からアンパックすなわち取り出す。＆
【００２６】
次に、図１ないし図３に関連させて、本発明の好ましい実施形態による超音波演算の一例を示す。この例では、超音波システム１０が、ＣＰＵ２２のＰＣＩレジスタ２８および３０を利用してスキャン・コンバージョン演算を実行する。
【００２７】
図３では、セクタ・スキャン１００の一部は、ビデオ・ディスプレイ内のピクセル・サブセットと重ね合わされている。セクタ・スキャン１００は、複数のビームすなわちスキャン・ライン１０２〜１０５を備える。ビームすなわちスキャン・ライン１０２〜１０５の各々は、プローブ１４から送信されるエネルギーを、所望の制御角度と所望の焦点深度で、収束させ制御することによって作成される。ビームすなわちスキャン・ライン１０２〜１０５の各々は、複数の焦点ゾーンに分割され、このゾーンから超音波データ・サンプル１１０〜１１３など１つまたは複数のデータ・サンプルが収集される。データ・サンプル１１０〜１１３の各々は、セクタ・スキャン１００の関心領域内部のデータ・サンプル１１０〜１１３のゾーン周辺から反射した一組のエコー信号で得た振幅情報および位相情報によって特定される。このエコー信号はディジタル化され、データ・セットが作成される。このデータ・セットは信号処理され、データ・サンプルが形成される。
【００２８】
スキャン・ライン１０２〜１０５の各々の内部のデータ・サンプル１１０〜１１３は、トランスデューサ・プローブ１４の表面位置を原点とする極座標系内に配置される。データ・サンプル１１０〜１１３の各々は、制御角度とトランスデューサ・プローブ１４からの距離に基づいてセクタ・スキャン１００の空間内で固有の位置を占める。ディスプレイからのピクセル・サブセット１０１は、セクタ・スキャン１００上に重ね合わされ、ＣＰＵ２２が実行したスキャン・コンバージョン演算を表示する。ピクセル・サブセット１０１は、デカルト座標系の水平軸および垂直軸に沿って配置されるピクセルＰ１〜Ｐ６を含む。
【００２９】
動作中に、フロント・エンド・サブシステム１５は、スキャン・ライン１０３〜１０４からデータ・サンプルＳ１〜Ｓ４を収集し、このデータ・サンプルＳ１〜Ｓ４をバック・エンド・サブシステム２０に渡す。このデータ・サンプルＳ１〜Ｓ４は、メモリ２６内に格納される。このデータ・サンプルＳ１〜Ｓ４は、スキャン・コンバージョン演算によって結合され、ピクセルＰ２に対する単一のデータ値が生成され、これをディスプレイ１６上に表示する。図３に示すように、ピクセルＰ２は、データ・サンプルＳ１〜Ｓ４から水平距離および垂直距離１３０〜１３７だけ離されている。たとえば、ピクセルＰ２は、データ・サンプルＳ４から水平距離１３１および垂直距離１３２離れた位置である。また、ピクセルＰ２は、データ・サンプルＳ１から水平距離１３５および垂直距離１３６離れた位置である。データ・サンプルＳ１〜Ｓ４の値によりピクセルＰ２の値が受ける影響の程度はさまざまである。距離１３０〜１３７により、データ・サンプルＳ１〜Ｓ４がピクセルＰ２の値の大きさに及ぼす影響の程度が決定される。たとえば、ピクセルＰ２がデータ・サンプルＳ１よりもデータ・サンプルＳ４に近い場合、データ・サンプルＳ４の大きさがピクセルＰ２の値に及ぼす影響がより大きくなる。ピクセルＰ２の値を計算するため、スキャン・コンバージョン中に、次式により、サンプルＳ１〜Ｓ４の各々に係数Ｃ１〜Ｃ４を乗算し、その積の合計を求める。
Ｐ２＝Ｓ１＊Ｃ１＋Ｓ２＊Ｃ２＋Ｓ３＊Ｃ３＋Ｓ４＊Ｃ４
この係数Ｃ１〜Ｃ４は、４個のデータ・サンプルＳ１〜Ｓ４よりなる対応する組に対するピクセルＰ２の位置に基づき、処理に先立って決定される。
【００３０】
スキャン・コンバージョン演算中は、バック・エンド・サブシステム２０により、ＰＣＩレジスタ２８および３０を、少なくとも４個の別個のデータ・サンプルに対して同時に演算ができるように設定しておく。例示の目的でのみ示すと、データ・サンプルＳ１〜Ｓ４の各々を１６ビットワード１語とし、ＰＣＩレジスタ２８および３０の各々を６４ビット・レジスタとすることがある。バック・エンド・サブシステム２０により、１６ビットワードを４語収容するようにレジスタ２８および３０を設定する（図２のステップ５０参照）。ステップ５２では、バック・エンド・サブシステム２０は、メモリからのデータ・サンプルＳ１〜Ｓ４と、対応する係数Ｃ１〜Ｃ４の組とを収集する。ＣＰＵ２２は、図１に示すように、データ・サンプルＳ１〜Ｓ４をＰＣＩレジスタ２８に順次入れる。ＣＰＵ２２はまた、これと対応する係数Ｃ１〜Ｃ４をＰＣＩレジスタ３０に入れる。ステップ５６では、ＣＰＵ２２は、上記の式によってデータ・サンプルＳ１〜Ｓ４および係数Ｃ１〜Ｃ４に対して同時に並列共通算術演算命令を実行しピクセルＰ２の値を生成する。上記の式に示した算術演算は、単一クロック・サイクル内で実行されピクセルＰ２が形成される。ＣＰＵ２２は（ステップ５８において）ピクセルの値Ｐ２を取り出し、表示メモリ内にピクセルＰ２を格納する。
【００３１】
任意選択で、ＣＰＵ２２を、カラー・ドップラー画像作成法の一部として超音波自己相関演算を実行するように構成することができる。ＣＰＵ２２にスキャン・コンバージョンおよび自己相関演算の両方を実行させることもできる。自己相関演算については、図４および図５に関連させて、以下に記載する。図４に、ＣＰＵ２２が超音波処理と関連して自己相関関数を実行するように構成され、かつ動作する、本発明による実施の別の形態を示す。図５では、自己相関を実施するためにバック・エンド・サブシステム２０が従う処理シーケンスをフローチャートで示してある。
【００３２】
カラー・ドップラー画像作成の間に、超音波システム１０は、スキャン・エリア内の単一の物理的位置から複数のデータ・サンプルを獲得する。たとえば、カラー・ドップラー画像作成を実行するため、トランスデューサ１４は、複数の超音波信号を位置１１８に収束するように送信する。トランスデューサ１４は、位置１１８から同数のエコー信号を収集し、このエコー信号をディジタル化する。
【００３３】
図４は、ＣＰＵ２２内のＰＣＩレジスタ２０１〜２０５からなるブロック２００を示したものである。ディジタル・エコー信号の各々が、８ビットの値１個である場合、レジスタ２０１〜２０５の各々は、８ビット・データ値２０８を別々に最大８個まで収容できるように設定する。例示の目的でのみ示すと、焦点ゾーン１２０内の位置１１８（図３参照）でのカラー・ドップラー画像作成のため、超音波システム１０は自己相関関数を実行することがある。位置１１８に対するカラー・ドップラーを特定するため、バック・エンド・サブシステム２０は、位置１１８から受信したディジタル・エコー信号の各々に対して自己相関を実行する必要がある。バック・エンド・サブシステム２０は、本例に対する図４の参照符号Ｅ１〜Ｅ４で示す複数のディジタル・エコー信号を受け取る。
【００３４】
自己相関を実行するため、バック・エンド・サブシステム２０は先ず、図５のステップ７０で、ＰＣＩレジスタ２０１〜２０５の設定を行う。次に、バック・エンド・サブシステム２０は、１組のディジタル・エコー信号Ｅ１〜Ｅ４（図５のステップ７２参照）を収集する。ＣＰＵ２２は、レジスタ２０１〜２０５内に、このディジタル・エコー信号Ｅ１〜Ｅ４からなる並列のセットを格納する。このディジタル・エコー信号Ｅ１〜Ｅ４のセットの各々は、レジスタ２０１〜２０５内で、図４に示すような千鳥状に、すなわち漸増型に位置を占める（ステップ７４）。ステップ７６では、複数組のディジタル・エコー信号Ｅ１〜Ｅ４を、図４に示すような千鳥状にＰＣＩレジスタ２０１〜２０５内に入れる。ディジタル・エコー信号Ｅ１〜Ｅ４は、レジスタ２０１〜２０５をすべて埋め尽くさない場合もある。したがって、図４に「０」で示すように、レジスタ２０１〜２０５の各々の内部で、ディジタル・エコー信号Ｅ１〜Ｅ４の前方および後方に、データ値が入れられない場合がある。
【００３５】
ステップ７８では、ＣＰＵ２２は、ディジタル・エコー信号Ｅ１〜Ｅ４からなるこの組に対して並列共通算術演算命令を実行する。たとえば、レジスタ２０１および２０２の対応する要素を乗算し、この積を合計する（すなわち、Ｅ₁・ｎｉｌ＋Ｅ₂・Ｅ₁＋Ｅ₃・Ｅ₂＋Ｅ₄・Ｅ₃＋ｎｉｌ・Ｅ₄を求める）。ＣＰＵ２２がディジタル・エコー信号Ｅ１〜Ｅ４からなる組に対する並列共通算術演算命令を実行し終わると、ステップ８０で、この算術演算の結果をＣＰＵ２２から取り出す。この演算をディジタル・エコー信号１２２の各々の組に対して繰り返し実行する。次に、バック・エンド・サブシステム２０は、レジスタ２０１〜２０５から取り出した結果を分析し、後段の超音波診断画像演算に利用するため、位置１１８に対応するカラー・ドップラー画像を特定する。
【００３６】
図６および図７は、ＣＰＵ２２が白黒２次元画像（Ｂモード）とカラー・ドップラー画像の間で並列混成演算を実行するように構成した、別の実施の形態を示す。図６は、超音波システムによってスキャンした患者のある部位の白黒２次元画像を表すセクタ・スキャン画像３００である。図６の例では、動脈３０２がセクタ・スキャン画像３００の矩形の関心領域３０４内で分岐しているように図示してある。セクタ・スキャン画像３００は、超音波システムが受信したエコー信号の振幅に基づいたグレースケール・ピクセル値からなる白黒画像として提示される。関心領域３０４内のこのグレースケール・ピクセル値は、カラー・ドップラー画像作成法において通常用いられるように、修正あるいは置換されて、組織の動きおよび／または血流に関し、その方向と速度とを示す色として示される。
【００３７】
図７に、２次元白黒セクタ・スキャン画像３００およびカラー・ドップラー画像を領域３０４内に同時に表示させる（以下「混成」という）ために、ＣＰＵ２２が実行する処理シーケンスを示す。
【００３８】
図７に、混成演算に関連したＣＰＵ２２が従う処理シーケンスを示す。先ずステップ３１０において、ＣＰＵ２２によりＰＣＩレジスタ２８および３０は、複数のデータ・ポイントに対する複数のグレースケールおよびカラー・ドップラー・ピクセル値に関し、並列共通論理演算命令を実行できるように設定される。たとえば、ＰＣＩレジスタ２８および３０が６４ビット・レジスタである場合、ＣＰＵ２２は、ステップ３１０で、これらのレジスタがそれぞれ、８個の８ビット・ピクセル値を受け取れるように設定することがある。グレースケール・ピクセル値は、Ｂモード２次元画像内の白黒の点に対するグレースケール・レベルを表す。カラー・ドップラー・ピクセル値は、関心領域３０４で表示しようとするカラー・ピクセルの赤、緑、青の各成分を意味している。ステップ３１２では、ＣＰＵは複数のデータ・ポイントに対して、グレースケール・ピクセル値の組と、これと対応するカラー・ドップラー・ピクセル値の組とを収集する。たとえば、８個のデータ・ポイントを同時に処理しようとする場合、ステップ３１２で、ＣＰＵは、８個のグレースケール・ピクセル値と、これと対応する８個のカラー・ドップラー・ピクセル値とを収集する。
【００３９】
ステップ３１４では、ＣＰＵは、ステップ３１２で収集したグレースケール・ピクセル値およびカラー・ドップラー・ピクセル値をＰＣＩレジスタ２８および３０内に入れる。たとえば、第１のレジスタが８個のグレースケール・ピクセル値を収容し、他方第２のレジスタが８個のカラー・ドップラー・ピクセル値を収容することがある。ステップ３１６では、ＣＰＵは、第１および第２のＰＣＩレジスタ２８および３０内のピクセル値に対して論理命令を実行する。上記のように、ＣＰＵは、Ｂモード情報とカラー・ドップラー情報を結合すなわち混成させるため、ＰＣＩレジスタ２８および３０内に入れられた各ピクセル値に対して同じ論理命令を並列に実行する。
【００４０】
ピクセル値に対する白黒のＢモード・データおよびカラー・ドップラー・データを結合させるための混成方式がいくつか存在する。例示の目的でのみ示すと、その一方式では、関心領域内の各点に対するグレースケール・ピクセル値とカラー・ドップラー・ピクセル値の強度値を論理的に比較する。より大きな強度値を持つピクセルを表示することがある。たとえば、ステップ３１６で、グレースケール・ピクセルの各強度値を、対応するカラー・ドップラー・ピクセルの強度値と比較する。グレースケール・ピクセル値がカラー・ドップラー・ピクセルの強度値より大であるとき、ＣＰＵ２２はそのグレースケール・ピクセル値を表示させることがある。別法として、カラー・ドップラー・ピクセルの強度値がグレースケール・ピクセルの強度値を超える場合、ＣＰＵ２２はそのカラー・ドップラー・ピクセル値を表示させることがある。論理比較が完了すると、ＣＰＵ２２はレジスタ２８および３０のうちの１つに、同時比較の各々に対応して、論理値０および論理値１（すなわちｙｅｓあるいはｎｏ）を格納する。論理値０あるいは論理値１により、対応するデータ・ポイントに対して表示しようとするのが、グレースケール・ピクセル値であるのか、カラー・ドップラー・ピクセル値であるのかが指定される。ステップ３１６で、並列共通論理演算命令が完了すると、ステップ３１８で、グレースケール・ピクセル値とカラー・ドップラー・ピクセル値のどちらを表示するのかを指定するため、比較の結果が取り出すされる。この選択は並列マスキング演算として実行される。
【００４１】
さらに要すれば、比較に先立って、グレースケール・ピクセル値および／またはカラー・ドップラー・ピクセル値に目盛係数を乗算することがある。たとえば、表示の前に、カラー・ドップラー・ピクセル値をグレースケール・ピクセル値の２倍の大きさにする必要があることがある。
【００４２】
図６および図７に関する上記の混成方式は、各ピクセルに対してグレースケール値とカラー・ドップラー値のうちの１つを表示するだけのものである。別法として、グレースケール情報とカラー・ドップラー情報を結合して、修正ピクセル値を作成する混成方式が用いられることがある。この別法の混成方式では、グレースケール情報をカラー情報で希釈させる。各グレースケール・ピクセル／カラー・ドップラー・ピクセル値は、赤、緑、青の色成分に対応する３個の個別の成分を含み、総体としてグレースケール値のレベルあるいはカラー・ドップラー値の色を規定することがある。たとえば、極めて明るいグレースケール値では、小さいが同じ強度を持つ赤、緑、青の色成分を含むことがある。赤色のピクセル値では、赤成分が極めて大きく、他方青色成分および緑成分はゼロである。この別法の混成方式では、各グレースケール／カラー・ドップラー・ピクセル値に対する赤、緑、青の色成分を算術的に結合し、この結果を表示させるための修正ピクセル値を作成する。この別法の混成方式では、図７の各ステップが繰り返される。ただしステップ３１６内では、並列共通命令を修正し（論理演算ではなく）、対応するグレースケールおよびカラー・ピクセル値の赤、緑、青の色成分を算術的に結合する（すなわち、乗算、加算などの）算術演算をさせる。
【００４３】
別法としては、カラー・ドップラー情報をしきい値と比較し、このしきい値を超えない情報はすべて削除する方式である、しきい値法が用いられることがある。ステップ３１２で第１のＰＣＩレジスタにグレースケール値ではなくしきい値を入れるという点を除き、このしきい値法は図７の各ステップに従う。ステップ３１６では、第１のＰＣＩレジスタ内のしきい値と第２のＰＣＩレジスタ内のカラー・ドップラー・ピクセル値を比較する。カラー・ドップラー・ピクセル値が対応するしきい値を超える場合には、このカラー・ドップラー・ピクセル値は、表示されるか、あるいはグレースケール情報と結合させる上記した第１および第２の混成方式に関連して利用される。
【００４４】
本発明の要素、実施の形態および応用例を具体的に示し、説明してきたが、当業者により、特に上記の教示の下に、修正が可能であることから、本発明は勿論これに限定するものでないことを理解されたい。したがって、ここに記載した各請求項の意図は、本発明の精神および範囲内にあるこれらの態様を取り込んだこれらの修正に及ぶものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による超音波システムを表す図である。
【図２】複数の超音波データ・サンプルに対し並列共通算術命令を実行するため、本発明の好ましい実施形態による超音波システムが実行する処理シーケンスの一例を表す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による超音波システムが実行するスキャン・コンバージョンに関連する、デカルト座標ピクセル・アレイの一部と重なり合った極座標セクタ・スキャンの一部を表す図である。
【図４】自己相関演算を実行する、本発明の好ましい実施形態による超音波システムのプロセッサ内のレジスタ・ブロックを表す図である。
【図５】自己相関演算を実行する、本発明の好ましい実施形態による超音波システムが実行する処理シーケンスを表す図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による、カラー・ドップラー関心領域と混成させた２次元セクタ・スキャン画像を表す図である。
【図７】２次元グレースケール画像とカラー・ドップラー画像の混成を実行する、本発明の好ましい実施形態による超音波システムが実行する処理シーケンスを表す図である。
【符号の説明】
１０超音波システム
１２ユーザ・インタフェース
１４プローブ、トランスデューサ
１５フロント・エンド・サブシステム
１６ディスプレイ
２０バック・エンド・サブシステム
２２ＣＰＵ
２４シネ・ループ・メモリ、メモリ
２６メモリ
２８レジスタ
３０レジスタ
１００セクタ・スキャン
１０１ピクセル・サブセット
１０２〜１０５ビーム、スキャン・ライン
１１０〜１１３データ・サンプル
１１８位置
１２０焦点ゾーン
１３０〜１３７水平距離および垂直距離
２００ＰＣＩレジスタ２０１〜２０５からなるブロック
２０１〜２０５レジスタ
２０８８ビット・データ値
３００セクション・スキャン画像、セクタ・スキャン画像
３０２動脈
３０４関心領域

Claims

患者体内の関心領域に超音波信号を送信し、前記関心領域からのエコー信号を受信するためのフロント・エンド・サブシステム（１５）と、
エコー信号を表す超音波データ・ポイントを前記フロント・エンド・サブシステム（１５）から受け取るバック・エンド・サブシステム（２０）であって、前記超音波データ・ポイントを処理し前記関心領域の超音波画像を作成するための単一のマイクロプロセッサ（２２）を有するバック・エンド・サブシステム（２０）とを具備する超音波診断シス(１０)において、
前記単一のマイクロプロセッサ（２２）が、第１及び第２のＰＣＩレジスタ（２８、３０）を備え、
前記第１及び第２のＰＣＩレジスタ（２８、３０）が前記単一のマイクロプロセッサ（２２）によりスキャン・コンバージョンを実行するように設定されたとき、前記単一のマイクロプロセッサ（２２）が、
少なくとも２つの超音波データ・ポイント（Ｓ１−Ｓ４）を同時に保持する前記第１のＰＣＩ(並列共通インストラクション）レジスタ（２８）と、
前記少なくとも２つの超音波データ・ポイント（Ｓ１−Ｓ４）に対応した少なくとも２つの係数（Ｃ１−Ｃ４）を同時に保持する前記第２のＰＣＩレジスタ（３０）とを備え、
前記単一のマイクロプロセッサ（２２）が、前記第１のＰＣＩレジスタ（２８）を用いて、前記少なくとも２つの超音波データ・ポイント（Ｓ１−Ｓ４）と前記対応する係数（Ｃ１−Ｃ４）に対して共通の算術演算命令を並列に実行すると共に、前記少なくとも２つの超音波データ・ポイント（Ｓ１−Ｓ４）対し並列共通スキャン・コンバージョン演算を施して、１つのクロック時間内に超音波データポイントを極座標形式からデカルト座標形式に変換し、
前記第１のＰＣＩレジスタ（２８）を含む複数のレジスタが前記単一のマイクロプロセッサ（２２）により自己相関演算を実行するように設定されたとき、前記単一のマイクロプロセッサ（２２）が、カラー・ドップラー信号処理の間に、前記第１のＰＣＩレジスタ（２８）内の前記少なくとも２つの超音波データ・ポイント（Ｅ１−Ｅ４）に対して並列自己相関演算（７２，７４，７６，７８，８０）を実行することを特徴とする超音波診断システム。
前記単一のマイクロプロセッサ（２２）の前記第１のＰＣＩレジスタ（２８）が、前記並列共通スキャン・コンバージョン演算と前記並列共通ドップラー信号処理演算を各々実行する時に超音波データ・ポイントの異なる第１及び第２のデータ形式を格納されるように設定されており、前記第１及び第２のデータ形式は、８ビット・データ・ポイント８個、１６ビット・データ・ポイント４個および３２ビット・データ・ポイント２個という少なくとも３つのデータ形式のうちから選択されている請求項１に記載の超音波診断システム。
前記単一のマイクロプロセッサ（２２）が、極座標内に配置された超音波データ・ポイントをデカルト座標内に配置された超音波表示ピクセル値（Ｐ１−Ｐ６）に変換するスキャン・コンバージョン演算（５２，５４，５６，５８を実行することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断システム。
前記単一のマイクロプロセッサが、並列混成演算（３１２，３１４，３１６，３１８）を実行し、２次元画像（３００）とカラー画像（３０４）を混成させる請求項１に記載の超音波診断システム。
前記単一のマイクロプロセッサが、前記２次元画像（３００）とカラー画像（３０４）の論理比較（３１６）に基づき前記混成演算（３１２，３１４，３１６，３１８）を実行する請求項１に記載の超音波診断システム。
前記単一のマイクロプロセッサが、カラー画像に対して並列しきい値演算（３１６）を実行する請求項１に記載の超音波診断システム。