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 - Google Patents
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Description
【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、ESI5000TMおよびSynergyTMという商標、商品名で呼ばれるものである。ESI5000TM超音波システムおよびSynergyTM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。SynergyTM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、ESI5000TMシステムおよびSynergyTM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、Intel Corporationの商標であるマルチメディア・エクステンション(MMXTM)の商標名で呼ばれるものである。MMXTM機能は、Intel Corporationより提供されるPentiumTMプロセッサやPentium/IITM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、PentiumTMプロセッサおよびPentium ProTM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(SIMDTM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、NOT EQUAL、GREATER THAN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、「PMUL W r1 r2」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
22 CPU
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
200 PCIレジスタ201〜205からなるブロック
201〜205 レジスタ
208 8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 (6)
- 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。
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