JP3544722B2 - Ultrasound diagnostic equipment - Google Patents

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JP3544722B2
JP3544722B2 JP31310294A JP31310294A JP3544722B2 JP 3544722 B2 JP3544722 B2 JP 3544722B2 JP 31310294 A JP31310294 A JP 31310294A JP 31310294 A JP31310294 A JP 31310294A JP 3544722 B2 JP3544722 B2 JP 3544722B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、被検体の2次元領域を超音波で走査し、得られた受信信号を検波して組織断層像を生成する超音波診断装置に係り、特に、正常心筋と差別して梗塞心筋を画像化する新規な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波は、音響インピーダンスが異なる2つの媒質の境界で反射、屈折を繰り返しながら伝搬する。反射強度は2つの媒質の音響インピーダンスの差に依存する。超音波イメージングは反射信号の振幅を輝度変換して表示するもので、反射信号の振幅が小さい、つまり音響インピーダンスの差が小さいと2つの媒質間で輝度変化(濃度変化)が小さくなり、したがってこのような音響インピーダンスの差が小さい2つの媒質を超音波断層像上で識別する精度は、診断医師の知識や経験に依存する場合が多く、客観性に乏しい。
【0003】
このようなケースは例えば心筋梗塞の超音波診断に当て嵌まる。つまり、梗塞心筋と正常心筋との音響インピーダンスの差は小さく、両者を超音波断層像上で識別することは困難であり且つ客観性に乏しい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、正常心筋と差別して梗塞心筋を特徴的に画像化することのできる超音波診断装置を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1局面は、被検体の2次元又は3次元領域を超音波で走査することにより、1フレーム分の受信信号を繰り返し得、この受信信号を検波することにより画像を生成する超音波診断装置において、第1フレームの第1局所領域内の受信信号と、前記第1フレームと走査タイミングの異なる第2フレーム内における前記第1局所領域に対して空間的に近傍する複数の第2局所領域内の受信信号各々との間で相互相関係数を計算し、前記計算した相互相関係数の中の最大値を用いて前記第1局所領域に関する前記第2局所領域に対する類似性を表す特徴量を定義し、前記第1局所領域の位置を変えながら前記特徴量の2次元分布を生成する特徴量2次元分布生成手段と、前記2次元分布を特徴量画像として表示する表示手段とを具備する。
本発明の第2局面は、被検体の2次元又は3次元領域を超音波で走査することにより、1フレーム分の受信信号を繰り返し得、この受信信号を検波することにより画像を生成する超音波診断装置において、第1フレームの第1局所領域内の受信信号と、前記第1フレームと走査タイミングの異なる第2フレーム内における前記第1局所領域に対して空間的に近傍する複数の第2局所領域内の受信信号各々との間での信号差分の絶対値の総和を計算し、前記計算した総和の中の最小値を用いて前記第1局所領域に関する前記第2局所領域に対する類似性を表す特徴量を定義し、前記第1局所領域の位置を変えながら前記特徴量の2次元分布を生成する特徴量2次元分布生成手段と、前記2次元分布を特徴量画像として表示する表示手段とを具備することを特徴とする。
【0006】
【作用】
本発明によれば、正常心筋の周期的な収縮に従って、組織が変型しないで単に位置が変化(転移)する梗塞部分を、第1フレームの第1局所領域内の受信信号と第2フレームの第2局所領域内の受信信号との間の類似性を高いとして、とらえることができる。
【0007】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。なお、ここでは心臓診断に好適な浅部視野が狭く深部視野の広いセクタ電子走査法が採用されるものとして説明するが、被検体の2次元領域を走査可能であれば、リニア電子走査法やコンベックス電子走査法さらに他の走査法であってもかまわない。
音響信号と電気信号とを可逆的に変換する複数の振動子を配列したセクタ走査用の振動子アレイを先端に装備してなる超音波プローブ1は、送信時には送信系2に接続され、受信時には受信系3に接続される。送信系2は、クロック発生器、レートパルス発生器、振動子毎(チャンネル毎)に設けられた遅延回路、振動子毎(チャンネル毎)に設けられたパルサから構成される。クロック発生器から発生するクロックパルスはレートパルス発生器で例えば5KHzのレートパルスに分周される。このレートパルスは分配され各遅延回路を介してパルサに送られる。各遅延回路は、超音波をビーム状に集束し且つこの超音波ビームの方向(走査線方向または方位方向と呼ばれる)を決定するのに必要な遅延時間をレートパルスに与える。パルサはレートパルスを受けたタイミングで、対応する振動子にパルス電圧を印加する。これによりプローブ1から超音波パルスが遅延時間に応じた方位方向に発射される。被検体内の音響インピーダンスの境界で反射した反射波は、プローブ1の各振動子で電気信号に変換され、受信器3で取り込まれる。
【0008】
受信系3としては、特公平6−14934号に示されているようなディジタルビームフォーマ方式が好例として挙げられ、前置増幅器、アナログディジタル変換器、ディジタル遅延回路、加算器から構成される。各振動子からのアナログの受信信号は、前置増幅器で増幅された後、アナログディジタル変換器でディジタル信号に変換され、ディジタル遅延回路に送られ、そこで受信指向性を得るために、送信時とは逆の遅延時間をチャンネル毎に与えられ、さらに加算器で加算される。この加算ディジタル信号を以下、RF受信信号と称する。上述した送受信時の遅延時間制御を超音波パルスの繰り返し毎に順次変化させることにより、被検体の2次元領域をセクタ走査して、1フレーム分のRF受信信号群を得ることができる。さらに、このようなセクタ走査を繰り返すことにより、RF受信信号群を繰り返し得ることができる。
【0009】
受信系3からの出力は、信号処理部4で検波され、さらにダイナミックレンジを実質的に拡大する対数増幅にかけられる。これによりBモード画像(組織断層像)データが生成される。このBモード画像データはディジタルスキャンコンバータ(DSC)5を介して表示器6に送られ、アナログに変換された後、ビジュアルなBモード画像として濃淡表示される。
【0010】
また、受信系3からの出力は、特徴量画像生成部7に送られる。特徴量画像生成部7は、走査タイミングが異なり、且つ心拍時相の異なる2フレームのRF受信信号群を用いて、心筋の梗塞程度に応じて値が変化する特徴量の2次元分布(特徴量画像)を生成することができるように構成される。この特徴量画像データは表示器6に送られ、アナログに変換された後、ビジュアルな特徴量画像として濃淡またはカラー表示される。
【0011】
図2は特徴量画像生成部7のブロック図である。フレームメモリ11は、一連のセクタ走査の繰り返しにより得られた時間的に連続する複数フレーム分のRF受信信号群を記憶できる容量を有している。また、フレームメモリ11には2つの出力ポートが設けられている。一方の出力ポートには、第1フレームのRF受信信号群が装填され、他方の出力ポートには、第1フレームと心拍時相の異なる、例えば第1フレームから1フレーム分遅れた第2フレームのRF受信信号群が装填される。
【0012】
例えば複数フレーム分のRF受信信号群はフレーム単位でフレーム番号nで管理される。フレーム番号nは、走査順序にしたがって連番として付される。同様に、DSC5では画像はフレーム番号Nで管理される。フレーム番号nとフレーム番号Nとは対応させておく。表示器6に表示された特定の画像を図示しない入力器を介してオペレータが指定すると、当該特定の画像のフレーム番号Nに対応する第1フレームとしてのフレーム番号nのRF受信信号群が一方の出力ポートに装填され、第2フレームとしてのフレーム番号n+1のRF受信信号群が他方の出力ポートに装填される。このようにオペレータは、特徴量画像を作成するための心拍時相を、当該所望とする心拍時相の画像を指定することで特定することが可能となる。
【0013】
一方の出力ポートからは所定のサイズの局所領域(カーネルROIという)内のRF受信信号群が、また他方の出力ポートからは同じサイズであって、カーネルROIの近傍の局所領域(オブジェクトROIという)内のRF受信信号群がそれぞれ特徴量演算部12に取り込まれる。特徴量演算部12は、両RF受信信号群どうしの類似性を表す特徴量、例えば相互相関係数を計算する。特徴量演算部12は、カーネルROIの位置を固定したままで、オブジェクトROIの位置を所定の範囲のサーチROI内で転移しながら、特徴量の計算を繰り返す。これにより、或る位置のカーネルROIに対して、複数の特徴量が計算され、特徴量演算部12はこれら複数の特徴量の中から最大値(または最小値)を選択し、この選択した最大値を当該カーネルROIに対応する特徴量として認識する。特徴量演算部12は、カーネルROIの位置を変えながら、このような特徴量の計算を繰り返す。これにより、特徴量の2次元分布、つまり特徴量画像データが得られる。この特徴量画像データはディジタルスキャンコンバータ(DSC)13を介して表示器6に送られ、アナログに変換された後、ビジュアルな特徴量画像として濃淡またはカラー表示される。
【0014】
なお、制御系10は、1フレーム分の特徴量画像データの生成処理及びそのDSC13への格納が終了して特徴量画像の表示が可能となったとき、特徴量画像表示が可能となった旨のメッセージをDSC13を介して表示器6に表示させるようにすることが好ましい。このメッセージが表示された後、図示しない入力器を介してオペレータが特徴量画像を表示させるための指示をしたとき、制御系10は、これを受けてDSC13から特徴量画像データを表示器6に読み出させ表示させる。
【0015】
図3はDSC13のブロック図である。特徴量演算部12で求められた特徴量画像データは、輝度変換部14、座標変換部15、フレームメモリ16を介して適当な例えばオペレータに指定されたタイミングでディジタルビデオ信号として表示器6に送られる。輝度変換部14は、特徴量を輝度データ(またはRGB色相データ)に変換するものであり、例えば、入力を特徴量とし、出力を輝度としたROMで構成される。この特徴量と輝度の対応関係(いわゆる設定)は割り付けテーブルに纏められて輝度変換部14に記憶される。輝度変換部14は、図5に示すような設定の異なる複数種類のテーブルを装備し、オペレータの指定により任意のテーブルを選択可能に構成されていることが好ましい。図5(a)は輝度変換の設定を示し、図5(b)は色相変換の設定を示している。座標変換部15は、特徴量が表現されている座標系(θ,d)を、表示器6に応じた適当な座標系、例えば直交座標系(x,y)に変換する。θとは超音波ビームの振り角,dは深さを示している。なお、DSC13では特徴量の空間的な補間を実行することが好ましい。
【0016】
図4は特徴量画像の生成過程の概略的説明図である。上述したように特徴量とは、心筋の梗塞程度を数値化した梗塞心筋を正常心筋と差別化可能な計算値である。例えば、特徴量が大きいほど梗塞程度が強く、特徴量が小さいほど正常に近くなることを意味する。ところで、梗塞心筋は、正常心筋に対して収縮率が小さく、心臓の拍動に関係なく、その部分の組織が固形化(梗塞)している。したがって、梗塞部分は、正常心筋の周期的な収縮に従って、単に位置が変化(転移)するのみである。本発明はこの点に着目したものであり、つまり、第1フレームの梗塞心筋部分と、その部分が転移した第2フレームの梗塞心筋部分とは、組織変化が少ないので、その部分内のRF受信信号群の分布は両フレーム間で非常に類似(酷似)し、このRF受信信号群どうしの類似性を数値化したものが特徴量として与えられる。しかし、梗塞心筋部分はどの位置に転移するか不明であるのが問題である。この問題は後述するように、カーネルROIの位置を固定したままで、オブジェクトROIの位置をサーチROI内で転移しながら、その各位置で特徴量を計算し、複数の特徴量の中の最大値を当該カーネルROIに対応する特徴量として決定する、つまり梗塞心筋部分が転移する可能性のある広い範囲でオブジェクトROIを移動して特徴量をサーチすることで解決する。以下に特徴量画像の生成過程を具体的に説明する。
【0017】
図4(a)に示すように、走査タイミングが異なり、且つ心拍時相の異なる2フレームのRF受信信号群、好ましくはBモード像を観察しながらオペレータにより指定されたフレーム番号nの第1フレームのRF受信信号群と、第1フレームから1フレーム分遅れたフレーム番号n+1の第2フレームのRF受信信号群とから、特徴量画像が生成される。
【0018】
まず、図4(b),(c),(d)を参照して、或るカーネルROI(中心点(xm,ym,n ))の特徴量を求める手順を説明する。フレームメモリ11の一方の出力ポートからは第1フレームのカーネルROI内のRF受信信号群が、また他方の出力ポートからは、カーネルROIの近傍の第2フレームのオブジェクトROI内のRF受信信号群が、特徴量演算部12に取り込まれる。両RF受信信号群の分布の類似性(特徴量)が、例えば相互相関係数として計算される。特徴量の計算方法の詳細は後述する。このカーネルROIの位置を固定したままで、オブジェクトROIの位置をサーチROI内で転移し、この特徴量を計算する。さらに、オブジェクトROIの位置を転移し、同様に特徴量を計算する。このようにオブジェクトROIをサーチROI内で転移しながら、カーネルROIの位置が同じで、オブジェクトROIの位置が異なる複数の特徴量を求める。これら複数の特徴量の中の最大値(または最小値)が、当該カーネルROIに対応する特徴量として認識され、この最大値に当該カーネルROIの中心点の位置情報が与えられる。
【0019】
そして、カーネルROIを例えば中心点(xm+1,ym+1,n )に移動し、同様に特徴量を求める。カーネルROIの位置を変えながら、その各位置で特徴量を求める。これにより、特徴量の2次元分布、つまり特徴量画像が求められる。
【0020】
こうして求められた特徴量画像は、DSC13の輝度変換部14、座標変換部15、フレームメモリ16を順に介して、適当な例えばオペレータに指定されたタイミングでディジタルビデオ信号として表示器6に送られ、図6(a)に示すようにBモード画像と並列に、または図6(b)に示すようにBモード画像に重ね合わして表示される。
【0021】
次に特徴量の計算方法を説明する。特徴量の計算方式としては、2つの方式を提供する。特徴量演算部12を両方式実行可能に構成して、オペレータの指示で選択的に使用するようにしてもよいし、予め一方の方式を固定的に採用してもよい。第1の方式は特徴量として相互相関係数を計算する方式であり、第2の方式は特徴量として両フレームのカーネルとROIオブジェクトROI間での差分の絶対値の総和を計算する方式である。
【0022】
さらに、第1の方式として、直接法と2次元フーリエ変換法とが提供される。直接法は相互相関係数の一般式(定義式)に基づいて計算するものであり、2次元フーリエ変換法は相互相関関数が原関数のパワースペクトラムのフーリエ逆変換であるというウィナー・ヒンチンの定理を利用して計算するものである。
【0023】
図7は第1の方式の全体の流れの説明図である。c(x,y)が求める相互相関係数分布である。c(x,y)は複素信号なので、最終的に画像化するには絶対値処理が必要である。ここで、演算点X,Yループのステップ(カーネルROIの転移ピッチ)は、図8に示したカーネルROI(オブジェクトROIに同じ)のサイズの縦横(rx、ry)に対して、それぞれ1/4程度とすることは、c(x,y)の誤差が許容範囲に収まり、且つ計算時間の短縮化という観点から好ましい。この場合、計算しなかったc(x,y)は、補間する。
【0024】
図9は直接法の計算手順の説明図であり、図10は2次元フーリエ変換法の計算手順の説明図である。なお、前提条件として図8のように定義する。 c はc の複素共役、 cc(τx,τy)は相互相関係数、csumは相互相関係数の x=τx 、 y=τy の要素値、ccとcsumは複素信号とする。
【0025】
図11は第2の方式の説明図である。或るカーネルROI(中心点(x,y) )に対してオブジェクトROIをサーチROI内で移動しながら各位置で、対応位置間での差分の総和の絶対値ε(xi,yj) 、及びこのε(xi,yj) のカーネルROI内の総和に対する比率ε´(xi,yj) を計算し、ε´(xi,yj) の最小値(または最大値)を当該カーネルROI(中心点(x,y) )における特徴量とする。このような計算をカーネルROIを転移しながら繰り返すことにより特徴量の2次元分布を生成する。
【0026】
上述したように本実施例によると、心筋の変形の程度を、心時相の異なる2フレームを用いて各フレームの局所領域内のRF受信信号の分布間での類似度(特徴量)として定量化(数値化)して、梗塞心筋を客観的に画像化できる。しかも、この類似度は、サーチ領域をサーチするので、梗塞心筋の転移を追従できる。
【0027】
本実施例は、次のように変形可能であり、上述の説明では2次元の局所領域間のRF受信信号の分布に基づいて類似性を見たものであるが、これを1次元追加して3次元の局所領域間での類似性に発展させたものである。これは、RF受信信号の位置情報に奥行き情報を加えることで、容易に実現できる。つまり、図12に示すように、図1の構成にプローブ1の位置を検出する位置検出器20を追加し、特徴量画像生成部7にこのプローブ1の位置情報を奥行き情報として与えることで、プローブ1を例えば平行移動しながら得られる多段層のRF受信信号群を1つの3次元データとして取り扱うことが可能となる。図13に、3次元画像処理を施したBモード画像と並列に表示した3次元の特徴量画像の一例を示す。この変型例によれば、不明な梗塞心筋の3次元的な転移を捕捉可能である。
本発明はその要旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施可能である。なお上述ではBモード、カラーフローマッピングにも適用可能である。
【0028】
【発明の効果】
本発明は、被検体の2次元領域を超音波で走査することにより、1フレーム分の受信信号を繰り返し得、この受信信号を検波することにより画像を生成する超音波診断装置において、第1フレームの第1局所領域内の受信信号と、前記第1フレームと走査タイミングの異なる第2フレームの第2局所領域内の受信信号との間の類似性を表す特徴量の2次元分布を生成する特徴量2次元分布生成手段と、前記2次元分布を特徴量画像として表示する表示手段とを具備し、正常心筋の周期的な収縮に従って、組織が変型しないで単に位置が変化(転移)する梗塞部分を、第1フレームの第1局所領域内の受信信号と第2フレームの第2局所領域内の受信信号との間の類似性を高いとして、とらえることができるので、正常心筋と差別して梗塞心筋を特徴的に画像化することのできる超音波診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超音波診断装置の一実施例の構成を示すブロック図。
【図2】図1の特徴量画像生成部のブロック図。
【図3】図2のDSCのブロック図。
【図4】特徴量画像の生成過程の概略的説明図。
【図5】輝度及び色相変換の設定変化を示す図。
【図6】特徴量画像の表示例を示す図。
【図7】特徴量を求める第1の方式の説明図。
【図8】相互相関係数計算に使われるパラメータの説明図。
【図9】相互相関係数を計算する直接法の計算手順の説明図。
【図10】相互相関係数を計算する2次元フーリエ変換法の計算手順の説明図。
【図11】特徴量を求める第2の方式の説明図。
【図12】本発明の超音波診断装置の変型例の構成を示すブロック図。
【図13】変型例による特徴量画像の表示例を示す図。
【符号の説明】
1…超音波プローブ、 2…送信系、
3…受信系、 4…信号処理部、
5…DSC、 6…表示器、
7…特徴量画像生成部。
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that scans a two-dimensional region of a subject with an ultrasonic wave, detects an obtained received signal, and generates a tissue tomographic image, and in particular, discriminates an infarcted myocardium from a normal myocardium. It relates to a new technology for imaging.
[0002]
[Prior art]
Ultrasonic waves propagate while repeating reflection and refraction at the boundary between two media having different acoustic impedances. The reflection intensity depends on the difference in acoustic impedance between the two media. Ultrasound imaging is a method in which the amplitude of a reflected signal is converted into brightness and displayed. If the amplitude of the reflected signal is small, that is, if the difference in acoustic impedance is small, the change in brightness (density change) between the two media is small. The accuracy of identifying two media having a small difference in acoustic impedance on an ultrasonic tomographic image often depends on the knowledge and experience of a diagnostic physician, and is poor in objectivity.
[0003]
Such a case applies, for example, to an ultrasound diagnosis of myocardial infarction. That is, the difference in acoustic impedance between the infarcted myocardium and the normal myocardium is small, and it is difficult to discriminate both on an ultrasonic tomographic image and the objectivity is poor.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of characteristically imaging an infarcted myocardium differently from a normal myocardium.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, an ultrasonic wave that scans a two-dimensional or three-dimensional region of a subject with an ultrasonic wave to repeatedly receive one frame of a received signal, and generates an image by detecting the received signal. In the diagnostic apparatus, a received signal in a first local area of a first frame and a plurality of second local areas spatially adjacent to the first local area in a second frame different in scanning timing from the first frame. A feature that calculates a cross-correlation coefficient between each of the received signals in the region, and indicates a similarity of the first local region to the second local region using a maximum value of the calculated cross-correlation coefficients. A feature quantity two-dimensional distribution generating means for defining a quantity and generating a two-dimensional distribution of the feature quantity while changing the position of the first local region; and a display means for displaying the two-dimensional distribution as a feature quantity image. Do
According to a second aspect of the present invention, an ultrasonic wave that scans a two-dimensional or three-dimensional region of a subject with an ultrasonic wave to repeatedly receive one frame of a received signal, and generates an image by detecting the received signal. In the diagnostic apparatus, a received signal in a first local area of a first frame and a plurality of second local areas spatially adjacent to the first local area in a second frame different in scanning timing from the first frame. Calculating the sum of the absolute values of the signal differences between each of the received signals in the area, and expressing the similarity of the first local area to the second local area using the minimum value of the calculated sums A feature quantity two-dimensional distribution generating means for defining a feature quantity and generating a two-dimensional distribution of the feature quantity while changing the position of the first local region; and a display means for displaying the two-dimensional distribution as a feature quantity image. Preparation And wherein the Rukoto.
[0006]
[Action]
According to the present invention, an infarct portion whose position is simply changed (metastasis) without deforming the tissue in accordance with the periodic contraction of the normal myocardium is defined by the received signal in the first local region of the first frame and the infarct portion of the second frame. The similarity between the received signals in the two local regions can be regarded as high.
[0007]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a description will be given assuming that a sector electronic scanning method having a narrow shallow visual field and a wide deep visual field, which is suitable for cardiac diagnosis, is employed. However, if a two-dimensional area of a subject can be scanned, a linear electronic scanning method or the like may be used. A convex electronic scanning method or another scanning method may be used.
An ultrasonic probe 1 equipped with a vibrator array for sector scanning in which a plurality of vibrators for reversibly converting an acoustic signal and an electric signal are arranged is connected to a transmission system 2 at the time of transmission, and is connected to a transmission system 2 at the time of reception. Connected to receiving system 3. The transmission system 2 includes a clock generator, a rate pulse generator, a delay circuit provided for each transducer (for each channel), and a pulsar provided for each transducer (for each channel). The clock pulse generated from the clock generator is frequency-divided by a rate pulse generator into, for example, a 5 KHz rate pulse. This rate pulse is distributed and sent to the pulser via each delay circuit. Each delay circuit gives the rate pulse the delay time necessary to focus the ultrasound in a beam and determine the direction of the ultrasound beam (called the scan line direction or azimuth direction). The pulser applies a pulse voltage to the corresponding vibrator at the timing of receiving the rate pulse. As a result, an ultrasonic pulse is emitted from the probe 1 in the azimuth direction corresponding to the delay time. The reflected wave reflected at the boundary of the acoustic impedance in the subject is converted into an electric signal by each transducer of the probe 1 and captured by the receiver 3.
[0008]
A good example of the receiving system 3 is a digital beamformer system as disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-14934, which comprises a preamplifier, an analog-to-digital converter, a digital delay circuit, and an adder. The analog reception signal from each transducer is amplified by a preamplifier, converted to a digital signal by an analog-to-digital converter, sent to a digital delay circuit, and used to obtain reception directivity. Is given a reverse delay time for each channel, and further added by an adder. This added digital signal is hereinafter referred to as an RF reception signal. By sequentially changing the above-described transmission / reception delay time control for each repetition of the ultrasonic pulse, a two-dimensional area of the subject can be scanned by the sector to obtain an RF reception signal group for one frame. Further, by repeating such a sector scan, an RF reception signal group can be repeatedly obtained.
[0009]
The output from the receiving system 3 is detected by the signal processing unit 4 and further subjected to logarithmic amplification that substantially expands the dynamic range. As a result, B-mode image (tissue tomographic image) data is generated. The B-mode image data is sent to a display 6 via a digital scan converter (DSC) 5 and is converted into an analog signal.
[0010]
The output from the receiving system 3 is sent to the feature image generating unit 7. The feature amount image generating unit 7 uses a two-frame RF reception signal group having different scan timings and different heartbeat time phases to use a two-dimensional distribution of feature amounts (feature amounts) whose values change according to the degree of myocardial infarction. Image). This feature amount image data is sent to the display 6 and converted into an analog signal, and then displayed as a light and shade or color display as a visual feature amount image.
[0011]
FIG. 2 is a block diagram of the feature image generating unit 7. The frame memory 11 has a capacity capable of storing a plurality of temporally continuous RF reception signal groups obtained by repeating a series of sector scans. The frame memory 11 is provided with two output ports. One output port is loaded with a group of RF reception signals of the first frame, and the other output port is provided with a second frame having a different heartbeat time phase from the first frame, for example, a second frame delayed by one frame from the first frame. An RF reception signal group is loaded.
[0012]
For example, a group of RF reception signals for a plurality of frames is managed by a frame number n in frame units. The frame number n is assigned as a serial number according to the scanning order. Similarly, in the DSC 5, the image is managed by the frame number N. The frame number n and the frame number N are associated with each other. When the operator designates a specific image displayed on the display 6 via an input device (not shown), the RF reception signal group of the frame number n as the first frame corresponding to the frame number N of the specific image is changed to one of the two. The RF reception signal group of the frame number n + 1 as the second frame is loaded on the output port, and loaded on the other output port. In this way, the operator can specify the heartbeat time phase for creating the feature quantity image by specifying the image of the desired heartbeat time phase.
[0013]
From one output port, a group of RF reception signals in a local area of a predetermined size (referred to as a kernel ROI), and from the other output port, a local area (referred to as an object ROI) near the kernel ROI having the same size. Are received by the feature value calculation unit 12. The feature value calculation unit 12 calculates a feature value indicating the similarity between the two RF reception signal groups, for example, a cross-correlation coefficient. The feature amount calculation unit 12 repeats the calculation of the feature amount while shifting the position of the object ROI within the search ROI within a predetermined range while keeping the position of the kernel ROI fixed. As a result, a plurality of feature values are calculated for the kernel ROI at a certain position, and the feature value calculation unit 12 selects the maximum value (or the minimum value) from the plurality of feature values, and selects the selected maximum value. The value is recognized as a feature value corresponding to the kernel ROI. The feature value calculation unit 12 repeats such calculation of the feature value while changing the position of the kernel ROI. Thereby, a two-dimensional distribution of the feature amount, that is, feature amount image data is obtained. This feature amount image data is sent to the display 6 via a digital scan converter (DSC) 13, converted into analog, and then displayed as a grayscale or color image as a visual feature amount image.
[0014]
Note that the control system 10 indicates that the feature amount image can be displayed when the feature amount image data for one frame has been generated and stored in the DSC 13 and the feature amount image can be displayed. Is preferably displayed on the display 6 via the DSC 13. After this message is displayed, when the operator gives an instruction to display the feature amount image via an input device (not shown), the control system 10 receives the message and sends the feature amount image data from the DSC 13 to the display 6. Read and display.
[0015]
FIG. 3 is a block diagram of the DSC 13. The feature amount image data obtained by the feature amount calculation unit 12 is transmitted to the display 6 as a digital video signal at an appropriate timing designated by, for example, an operator via the luminance conversion unit 14, the coordinate conversion unit 15, and the frame memory 16. Can be The luminance conversion unit 14 converts the characteristic amount into luminance data (or RGB hue data), and includes, for example, a ROM in which the input is the characteristic amount and the output is the luminance. The correspondence between the feature amount and the luminance (so-called setting) is summarized in an allocation table and stored in the luminance conversion unit 14. It is preferable that the brightness conversion unit 14 be provided with a plurality of types of tables having different settings as shown in FIG. 5 and to be able to select an arbitrary table by an operator's specification. FIG. 5A shows settings for luminance conversion, and FIG. 5B shows settings for hue conversion. The coordinate conversion unit 15 converts the coordinate system (θ, d) representing the feature amount into an appropriate coordinate system corresponding to the display 6, for example, a rectangular coordinate system (x, y). θ indicates the swing angle of the ultrasonic beam, and d indicates the depth. It is preferable that the DSC 13 performs spatial interpolation of the feature amount.
[0016]
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of the generation process of the feature amount image. As described above, the feature amount is a calculated value that can differentiate an infarcted myocardium obtained by quantifying the degree of myocardial infarction from a normal myocardium. For example, it means that the degree of infarction is stronger as the feature amount is larger, and it is closer to normal as the feature amount is smaller. By the way, the infarcted myocardium has a smaller contraction rate than the normal myocardium, and the tissue in that part is solidified (infarcted) regardless of the heart beat. Therefore, the position of the infarct portion simply changes (metastasis) in accordance with the periodic contraction of the normal myocardium. The present invention focuses on this point. That is, since the infarcted myocardial portion of the first frame and the infarcted myocardial portion of the second frame to which the portion has metastasized have little tissue change, the RF reception within that portion is not performed. The distribution of the signal group is very similar (very similar) between the two frames, and the quantification of the similarity between the RF reception signal groups is given as a feature amount. However, it is unclear where the infarcted myocardium metastasizes. As will be described later, while the position of the kernel ROI is fixed and the position of the object ROI is shifted in the search ROI, the feature amount is calculated at each position, and the maximum value among the plurality of feature amounts is calculated. Is determined as a feature amount corresponding to the kernel ROI, that is, the object ROI is moved over a wide range in which the infarcted myocardial portion may metastasize to search for the feature amount. Hereinafter, the generation process of the feature image will be specifically described.
[0017]
As shown in FIG. 4A, the first frame of the frame number n designated by the operator while observing the RF reception signal group of two frames having different scanning timings and different heartbeat time phases, preferably a B-mode image. , And the RF reception signal group of the second frame of frame number n + 1 delayed by one frame from the first frame, a feature image is generated.
[0018]
First, with reference to FIGS. 4B, 4C, and 4D, a procedure for obtaining a feature amount of a certain kernel ROI (center point (xm, ym, n)) will be described. From one output port of the frame memory 11, a group of RF reception signals in the kernel ROI of the first frame is received, and from the other output port, a group of RF reception signals in the object ROI of the second frame near the kernel ROI. Are taken into the feature value calculation unit 12. The similarity (feature amount) of the distribution of both RF reception signal groups is calculated, for example, as a cross-correlation coefficient. Details of the method of calculating the feature amount will be described later. With the position of the kernel ROI fixed, the position of the object ROI is transferred within the search ROI, and the feature amount is calculated. Further, the position of the object ROI is shifted, and the feature amount is calculated in the same manner. As described above, while the object ROI is transferred within the search ROI, a plurality of feature amounts having the same kernel ROI position and different object ROI positions are obtained. The maximum value (or the minimum value) of the plurality of feature values is recognized as the feature value corresponding to the kernel ROI, and the maximum value is given the position information of the center point of the kernel ROI.
[0019]
Then, the kernel ROI is moved to, for example, the center point (xm + 1, ym + 1, n), and the feature amount is similarly obtained. While changing the position of the kernel ROI, a feature amount is obtained at each position. Thus, a two-dimensional distribution of the feature amount, that is, a feature amount image is obtained.
[0020]
The feature amount image obtained in this manner is sent to the display 6 as a digital video signal at an appropriate timing, for example, at the timing designated by an operator via the luminance conversion unit 14, the coordinate conversion unit 15, and the frame memory 16 of the DSC 13 in order. The image is displayed in parallel with the B-mode image as shown in FIG. 6A or superimposed on the B-mode image as shown in FIG. 6B.
[0021]
Next, a method of calculating the feature amount will be described. Two methods are provided for calculating the feature amount. The feature amount calculation unit 12 may be configured to be able to execute both methods, and may be selectively used in accordance with an operator's instruction, or one of the methods may be fixedly adopted in advance. The first method is a method of calculating a cross-correlation coefficient as a feature value, and the second method is a method of calculating a sum of absolute values of differences between a kernel of both frames and a ROI object ROI as a feature value. .
[0022]
Further, as a first method, a direct method and a two-dimensional Fourier transform method are provided. The direct method is calculated based on a general expression (definition expression) of the cross-correlation coefficient, and the two-dimensional Fourier transform method is the Wiener-Hinchin theorem that the cross-correlation function is the inverse Fourier transform of the power spectrum of the original function. Is calculated by using.
[0023]
FIG. 7 is an explanatory diagram of the overall flow of the first method. c (x, y) is the cross-correlation coefficient distribution to be obtained. Since c (x, y) is a complex signal, absolute value processing is required for ultimate imaging. Here, the step (transition pitch of the kernel ROI) of the operation point X and Y loops is 1/4 of the vertical and horizontal (rx, ry) of the size of the kernel ROI (same as the object ROI) shown in FIG. It is preferable from the viewpoint that the error of c (x, y) falls within an allowable range and the calculation time is shortened. In this case, c (x, y) not calculated is interpolated.
[0024]
FIG. 9 is an explanatory view of the calculation procedure of the direct method, and FIG. 10 is an explanatory view of the calculation procedure of the two-dimensional Fourier transform method. Note that the precondition is defined as shown in FIG. * C is the complex conjugate of c, cc (τx, τy) is the cross-correlation coefficient, csum is the element value of x = τx, y = τy of the cross-correlation coefficient, and cc and csum are complex signals.
[0025]
FIG. 11 is an explanatory diagram of the second method. While moving the object ROI within the search ROI with respect to a certain kernel ROI (center point (x, y)), at each position, the absolute value ε (xi, yj) of the sum of the differences between the corresponding positions, and The ratio ε ′ (xi, yj) of ε (xi, yj) to the sum in the kernel ROI is calculated, and the minimum value (or maximum value) of ε ′ (xi, yj) is calculated as the kernel ROI (center point (x, y) The feature amount in the above ()). By repeating such calculation while transferring the kernel ROI, a two-dimensional distribution of the feature amount is generated.
[0026]
As described above, according to the present embodiment, the degree of myocardial deformation is quantified as the similarity (feature amount) between the distributions of the RF reception signals in the local region of each frame using two frames with different cardiac phases. The infarcted myocardium can be objectively imaged. Moreover, since the similarity searches the search area, the metastasis of the infarcted myocardium can be followed.
[0027]
The present embodiment can be modified as follows. In the above description, similarity is observed based on the distribution of RF reception signals between two-dimensional local regions. It is developed into similarity between three-dimensional local regions. This can be easily realized by adding depth information to the position information of the RF reception signal. That is, as shown in FIG. 12, a position detector 20 for detecting the position of the probe 1 is added to the configuration of FIG. 1, and the position information of the probe 1 is given to the feature amount image generation unit 7 as depth information. For example, a multi-layer RF reception signal group obtained while moving the probe 1 in parallel can be handled as one three-dimensional data. FIG. 13 shows an example of a three-dimensional feature image displayed in parallel with the B-mode image subjected to the three-dimensional image processing. According to this modified example, unknown three-dimensional metastasis of infarcted myocardium can be captured.
The present invention can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention. Note that the above description is also applicable to B mode and color flow mapping.
[0028]
【The invention's effect】
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that repeatedly obtains one frame of a received signal by scanning a two-dimensional region of a subject with an ultrasonic wave, and generates an image by detecting the received signal. Generating a two-dimensional distribution of a feature representing the similarity between the received signal in the first local region of the second frame and the received signal in the second local region of the second frame having a different scanning timing from the first frame. Infarct portion comprising a volume two-dimensional distribution generating means and a display means for displaying the two-dimensional distribution as a feature image, wherein the position is simply changed (metastasis) without deforming the tissue according to the periodic contraction of the normal myocardium Can be regarded as having high similarity between the received signal in the first local region of the first frame and the received signal in the second local region of the second frame. Myocardium It can provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of characteristically imaging.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a feature image generating unit of FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram of the DSC shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic explanatory view of a generation process of a feature image.
FIG. 5 is a diagram showing setting changes of luminance and hue conversion.
FIG. 6 is a view showing a display example of a feature image.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a first method for obtaining a feature amount.
FIG. 8 is an explanatory diagram of parameters used for calculating a cross-correlation coefficient.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a calculation procedure of a direct method for calculating a cross-correlation coefficient.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a calculation procedure of a two-dimensional Fourier transform method for calculating a cross-correlation coefficient.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a second method for obtaining a feature amount.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a modified example of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a display example of a feature amount image according to a modified example.
[Explanation of symbols]
1. Ultrasonic probe, 2. Transmission system,
3 ... Reception system 4 ... Signal processing unit
5 ... DSC, 6 ... Display,
7 ... Feature amount image generation unit.

Claims (3)

被検体の2次元又は3次元領域を超音波で走査することにより、1フレーム分の受信信号を繰り返し得、この受信信号を検波することにより画像を生成する超音波診断装置において、
第1フレームの第1局所領域内の受信信号と、前記第1フレームと走査タイミングの異なる第2フレーム内における前記第1局所領域に対して空間的に近傍する複数の第2局所領域内の受信信号各々との間で相互相関係数を計算し、前記計算した相互相関係数の中の最大値を用いて前記第1局所領域に関する前記第2局所領域に対する類似性を表す特徴量を定義し、前記第1局所領域の位置を変えながら前記特徴量の2次元分布を生成する特徴量2次元分布生成手段と、
前記2次元分布を特徴量画像として表示する表示手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
By scanning a two-dimensional or three-dimensional region of a subject with ultrasonic waves, a received signal for one frame is repeatedly obtained, and an ultrasonic diagnostic apparatus that generates an image by detecting the received signals is provided.
Received signals in a first local area of a first frame and receptions in a plurality of second local areas spatially adjacent to the first local area in a second frame different in scanning timing from the first frame. A cross-correlation coefficient is calculated between each of the signals, and a feature value indicating similarity of the first local region to the second local region is defined using a maximum value of the calculated cross-correlation coefficients. A feature amount two-dimensional distribution generating unit configured to generate a two-dimensional distribution of the feature amount while changing a position of the first local region;
Display means for displaying the two-dimensional distribution as a feature image.
被検体の2次元又は3次元領域を超音波で走査することにより、1フレーム分の受信信号を繰り返し得、この受信信号を検波することにより画像を生成する超音波診断装置において、
第1フレームの第1局所領域内の受信信号と、前記第1フレームと走査タイミングの異なる第2フレーム内における前記第1局所領域に対して空間的に近傍する複数の第2局所領域内の受信信号各々との間での信号差分の絶対値の総和を計算し、前記計算した総和の中の最小値を用いて前記第1局所領域に関する前記第2局所領域に対する類似性を表す特徴量を定義し、前記第1局所領域の位置を変えながら前記特徴量の2次元分布を生成する特徴量2次元分布生成手段と、
前記2次元分布を特徴量画像として表示する表示手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
By scanning a two-dimensional or three-dimensional region of a subject with ultrasonic waves, a received signal for one frame is repeatedly obtained, and an ultrasonic diagnostic apparatus that generates an image by detecting the received signals is provided.
Received signals in a first local area of a first frame and receptions in a plurality of second local areas spatially adjacent to the first local area in a second frame different in scanning timing from the first frame. The sum of the absolute values of the signal differences between the signals and each of the signals is calculated, and a feature value representing the similarity of the first local region to the second local region is defined using the minimum value of the calculated sum. A feature amount two-dimensional distribution generating unit configured to generate a two-dimensional distribution of the feature amount while changing a position of the first local region;
Display means for displaying the two-dimensional distribution as a feature image.
前記表示手段は前記2次元分布を輝度変換処理と色相変換処理の一方を介して表示することを特徴とする請求項1又は2記載の超音波診断装置。The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the display unit displays the two-dimensional distribution via one of a luminance conversion process and a hue conversion process.
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