DE4137688C2 - Ultraschallbild-Analysiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallbild- Analysiervorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen, aus der US 4 982 339 bekannten Art.

Es ist bekannt, daß ein Ultraschall-Diagnosesystem dazu geeignet ist, auf der Basis einer von einem zu untersuchenden Teil (wie z. B. einem erkrankten Körperteil) erhaltenen Ultraschall-Schichtbild-Information die Eigenschaften der Gewebe zu bestimmen und ein durch Krebs oder dergleichen geschädigtes Teil als Farbbild auf einem Bildschirm oder dergleichen darzustellen, um somit eine Diagnose zu ermöglichen. Ferner wurde eine Vielzahl von Vorschlägen unterbreitet, die Diagnoseverfahren betreffen, die mit einem derartigen System durchgeführt werden können.

Die US 4,855,911 beschreibt eine Ultraschall- Gewebecharakterisierung, bei der folgendes Diagnoseverfahren verwendet wird. In einem Ultraschall-Diagnosesystem wird eine "Streuer-Anzahl-Dichte" (Scatterer Number Density, SND) berechnet, indem die Summe von Streuungskomponenten eines Gewebes gebildet und mit vorbestimmten Parametern verglichen wird. Auf diese Weise können die Eigenschaften des Gewebes bestimmt werden.

Die US 4,817,015 beschreibt ferner einen Hochgeschwindigkeits- Strukturdiskriminator für die Ultraschallabbildung, der bei folgendem Ultraschall-Diagnoseverfahren zur Bestimmung von Gewebeeigenschaften Anwendung findet. Zuerst wird in einem zu untersuchenden Teil ein interessierender Bereich festgelegt und anschließend eine Abnormität der Gewebeeigenschaften auf der Grundlage von zwei derjenigen vier Parameter bestimmt, die einen Wert b, der das Quadrat des Mittelwertes der Intensitäten der vom interessierenden Bereich reflektierten Echos wiedergibt, einen Wert t, der die Summe eines Gesamtdurchschnitts der Rückstreuung wiedergibt, einen d- Balken des Rauschleistungsspektrums und einen integrierten Wert p der Differenz, der durch Subtraktion einer Gauss′schen Rauschkomponente vom d-Balken des Rauschleistungsspektrums erhalten wird, einschließen.

In den letzten Jahren wurden in Verbindung mit dem Fortschritt der Computerbildverarbeitung verschiedene Anstrengungen im Hinblick auf Ultraschall-Diagnosesysteme unternommen, um eine Strukturanalyse für eine quantitative Diagnose unter Verwendung einer endoskopischen Ultrasonographie bereitzustellen und um somit die Zuverlässigkeit der Diagnoseergebnisse zu verbessern. Ein Beispiel für eine derartige Analyse ist in dem japanischen Dokument: "Quantitative Diagnosis Employing Texture Analysis over Ultrasonic-Endoscopic Image (First Report)" in GASTRORENTEROL. ENDOSC. 32: 1363-1368, 1990, beschrieben. Bei der vorstehend erwähnten endoskopischen Ultrasonographie wird eine Vorrichtung verwendet, die beispielsweise das Innere eines Verdauungskanals mittels einer Ultraschallsonde abtastet, die einen Ultraschallwandler aufweist. Auf diese Weise wird ein Ultraschallbild erzeugt, das eine Diagnose eines erkrankten Teils ermöglicht. Ein Beispiel eines konventionellen Ultraschall-Diagnosesystems, das von einer derartigen Strukturanalyse Gebrauch macht, wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 15 und folgende beschrieben.

Wie anhand des Blockdiagramms in Fig. 15 ersichtlich, bildet eine Ultraschall-Beobachtungseinrichtung 1 einen zu untersuchenden Teil mittels einer Ultraschallwelle ab und erzeugt ein Schnittbild von dem zu untersuchenden Teil, das auf einer aus einem TV-Monitor bestehenden Anzeige 2 wiedergegeben wird. Ein Signal, das von der Ultraschall- Beobachtungseinrichtung 1 der Anzeige 2 zugeführt wird, (oder alternativ ein von einem nicht dargestellten Videorecorder ausgegebene Signal) wird ebenso in eine Bildverarbeitungseinheit 3 eingegeben, wo es mit Hilfe eines A/D-Wandlers 4 in ein Digitalsignal umgewandelt und in einen Bildspeicher 5 eingeschrieben wird. Wie aus Fig. 16 ersichtlich, weist der Bildspeicher eine Vielzahl von Bildelementen, beispielsweise 640×512 Bildelemente, auf, innerhalb derer ein interessierender Bereich 5A festgelegt wird. Dieser interessierende Bereich 5A besteht beispielsweise aus 9×9 Bildelementen, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist. Ein vom interessierenden Bereich 5A abgeleitetes Signal wird in einen Kennwert-Rechenabschnitt 6 eingegeben, der charakteristische Werte des Bildes berechnet.

Diese Strukturanalyse wird als Mittel zum Berechnen dieser charakteristischen Werte verwendet. Eine solche Strukturanalyse ist für sich bereits bekannt, wie dies beispielsweise in "Fundamentals of Image Recognition (II)" ("Grundprinzipien der Bilderkennung"), ein japanisches Dokument veröffentlicht von Ohm-sha, Seiten 195 bis 200 beschrieben ist, und schließt verschiedene Verfahren, wie z. B. ein Verfahren unter Verwendung von Dichte-Zusammenauftritt- Matrizen (Density Co-Occurrence Matrices), ein Dichtepegel- Differenzverfahren, ein Dichtepegel-Lauflängenverfahren und ein Leistungsspektrumverfahren ein.

Die Strukturanalysemethode, die von Dichte-Zusammenauftritt- Matritzen Gebrauch macht, beruht im wesentlichen auf der Auswertung einer zweidimensionalen, kombinierten Wahrscheinlichkeits-Dichtefunktion f (i, j | d, Θ), die die Wahrscheinlichkeit dafür anzeigt, daß ein Bildelement, das von einem anderen Bildelement mit einem Dichtewert i um eine Wegstrecke d in der Richtung Θ versetzt ist, einen Dichtewert j aufweist. Somit drücken die Dichte-Zusammenauftritt-Matritzen die Funktion f (i, j | d, Θ) bezüglich jedes (d, Θ) in Form von Matrizen aus, wobei i und j die Position einer Zeile bzw. die Position einer Spalte anzeigen. Normalerweise werden als effektive charakteristische Werte die durch die folgenden Formeln (1) bis (5) bestimmten Parameter verwendet:

• (i) Energie
• (ii) Entropie (Informationsgehalt)
• (iii) Korrelation
• (iv) örtliche Homogenität
• (v) Trägheit

In den obigen Formeln stellt SΘ(i, j|d) ein Element in der Zeile i und der Spalte j einer Matrix SΘ(d) dar, während NG die Anzahl von Dichtepegeln des Bildes wiedergibt. Die durchschnittlichen Dichten Vx und Vy wie auch die Nenner σx und σy sind durch folgende Formeln (6a) bis (6d) bestimmt:

Die Dichtepegel-Lauflängenmethode stellt eine Methode dar, von der dann wirkungsvoll Gebrauch gemacht werden kann, falls der relevante Gegenstand von einer bestimmten Art, wie z. B. ein Streifenmuster ist, dessen Bild wirkungsvoll mittels Lauflängencodierung analysiert werden kann. Ein Dichtepegellauf stellt einen Satz von Bildelementen dar, die linear benachbart zueinander angeordnet sind und den gleichen Dichtewert aufweisen und dessen Länge durch die Anzahl von Bildelementen bestimmt ist, die in dem Dichtepegellauf enthalten sind. Wird eine Berechnung im Hinblick darauf durchgeführt, wie oft ein Lauf mit einem Dichtewert i und einer Länge j in der Θ-Richtung des Bildes auftritt, das bearbeitet wird, und wird angenommen, daß eine Dichtepegel- Laufmatrix R(Θ) eine Matrix darstellt, die die Ergebnisse der Berechnung in bezug auf jede Richtung Θ wiedergibt, so wird die Dichtepegel-Laufmatrix R(Θ) durch folgende Formel ausgedrückt, wobei r (i, j | Θ) ein Matrixelement darstellt:

R (Θ) = [r (i, j | Θ)]

Unter Verwendung von R (Θ) werden die folgenden charakteristischen Werte als Parameter definiert.

• (vi) Kurzlaufbetonung
• (vii) Langlaufbetonung
• (viii) Pegelverteilung der Anordnung
• (ix) Lauflängenverteilung
• (x) Lauf-Prozentsatz

wobei NG die Anzahl der Dichtepegel, NR die Anzahl der Lauflängen in der Matrix R(Θ), TR die Gesamtanzahl der Läufe in Richtung Θ, gezählt ohne Berücksichtigung der Länge und des Dichtewertes, und TP die Gesamtanzahl der Bildelemente des Bildes darstellt.

Die obige Beschreibung betrifft die Strukturanalyse. Wie aus Fig. 15 ersichtlich, werden die Werte, die unter Verwendung der obigen Parameter berechnet wurden, mit Hilfe eines Ermittlungsabschnitts 8 mit Schwellwerten α und β verglichen, die über eine Tastatur 9 oder einen Steuerball 10 in einen Steuerabschnitt 7 der Bildverarbeitungseinheit 3 eingegeben werden. Liegen die berechneten Werte zwischen den Schwellwerten a und ß, so arbeitet ein Anzeigesteuerabschnitt 11 für die Farbwiedergabe eines dem interessierenden Bereich 5A entsprechenden Bildteils derart, daß die Werte mittels eines D/A-Wandlers 12 umgewandelt, mit einem Synchronisiersignal (nachfolgend kurz als SYNC-Signal bezeichnet) von einem TV-SYNC-Signal-Erzeugungsabschnitt 13 mit Hilfe eines Mischers 14 gemischt und auf einem TV-Monitor 15 angezeigt werden. Zur Bearbeitung des gesamten Bildes wird der interessierende Bereich 5A nach oben und unten sowie nach rechts und links bewegt. Der zu bearbeitende Bereich kann über die Tastatur 9 oder den Steuerball 10 festgelegt werden. Soll beispielsweise das Innere einer Körperhöhle unter Verwendung des Ultraschall-Endoskops betrachtet werden, so wird gleichzeitig auf dem Bildschirm des TV-Monitors eine Körpermarkierung angezeigt, die aus einem Bild besteht, das den Magen, den Zwölffingerdarm oder dergleichen verdeutlicht, so daß die Beobachtungsposition angezeigt wird.

Ehe eine derartige Bildanalyse mit einer Ultraschallbild- Analysiervorrichtung durchgeführt wird, betrachtet der Beobachter ein Schnittbild eines Teils (der Gegenstand der Betrachtung) auf dem Monitor 2. Zu diesem Zeitpunkt stellt der Beobachter auf manuellem Wege die Dichte, die Schärfe und die Helligkeit des Bildes so ein, daß die Beobachtung mit dem Auge erleichtert wird. Diese Einstellung wurde bisher mittels einer in der Ultraschall-Beobachtungseinrichtung 1 enthaltenen Justier- bzw. Abgleichschaltung zum Einstellen der Verstärkung, des Kontrastes und der Empfindlichkeitszeitsteuerung des Ausgangssignals vorgenommen, das zum Endoskop übertragen bzw. von diesem empfangen werden soll.

Bei dieser konventionellen Bildanalysiervorrichtung werden beim Berechnen der Parameter für jeden durch die Daten auf dem relevanten Bild bestimmten, interessierenden Bereich eine bestimmte feste Größe und eine bestimmte feste Gestalt für den interessierenden Bereich verwendet. Ferner werden die Positionen der interessierenden Bereiche zum Zeitpunkt der Berechnung abgetastet, indem eine Abtastung in horizontaler und vertikaler Richtung auf einer Bildebene vorgenommen wird. Außerdem werden die Parameter nicht speziell entsprechend den unterschiedlichen Positionen der interessierenden Bereiche geändert.

Bei diesem konventionellen Bildprozessor mit der vorstehend beschriebenen Funktion wurden die Parameter für die Bildanalyse bisher von der Bedienungsperson eingestellt. Das heißt, es ist erforderlich, daß die Parameter für die Berechnung der charakteristischen Werte bei der Bildanalyse entsprechend dem zu untersuchenden Organ oder Körperteil oder den Meßbedingungen, unter denen die Beobachtungseinrichtung die Beobachtung vornimmt (z. B. dem Typ der Ultraschallsonde und der Abtastmethode), geeignet geändert werden. Somit weist dieser konventionelle Bildprozessor insoweit Nachteile auf, daß es Schwierigkeiten bereitet, die Parameter geeignet einzustellen, falls die Bedienungsperson keine ausreichende Erfahrung und kein technisches Gefühl hat.

Wird andererseits bei einer Ultraschall- Beobachtungseinrichtung als Ultraschallsonde eine Sonde 16 verwendet, die eine mecha-radiale Abtastung vornimmt, wie in Fig. 18 gezeigt, so wird die Ultraschallsonde 16 um einen zentralen Punkt O gedreht, wobei infolge dieser Drehung Schichtbilddaten in den Richtungen Z, in den sich die Ultraschallwelle ausbreitet, erhalten werden. Diese Ultraschallsonde 16 ist am vorderseitigen Ende eines flexiblen Schaftes 17 befestigt. Stellt die Sonde einen Typ mit elektronisch-radialer Abtastung dar, so sind am vorderen Ende kreisförmig Schwingungselemente angeordnet, die so elektrisch geschaltet werden, daß, ähnlich wie bei dem Typ mit mecha­ radialer Abtastung, Bilddaten erhalten werden, die den Zustand eines Teils des Beobachtungsobjekts in den Ultraschallwellenausbreitungsrichtungen Z wiedergeben.

Wird ein Schichtbild von der Beobachtungseinrichtung erhalten, so nimmt die Erfassungsbreite mit einer Zunahme des Abstandes zwischen der Ultraschallsonde 16 und dem zu beobachtenden Teil zu (d. h. die Position des Beobachtungsgegenstandes rückt relativ weiter von der Sonde weg), wodurch sich eine Verringerung der Auflösung ergibt. Wie ferner aus Fig. 19 ersichtlich, steht der Strahldurchmesser B in einer bestimmten Beziehung zum Abstand in der Ultraschallwellen- Ausbreitungsrichtung Z, so daß der Strahldurchmesser B mit einer Zunahme des Abstandes größer wird (d. h. der Strahldurchmesser B nimmt an Stellen, die weiter von der Sonde 16 weg liegen, größere Werte an). Aufgrund dessen ist die Auflösung an peripheren Stellen geringer als an zentralen Stellen. Die Ausgangsgröße |P (f)|, die von der räumlichen Frequenzcharakteristik der Ultraschallsonde 16 beeinflußt wird, zeigt, falls die Erfassungsposition nahe liegt, eine gute Charakteristik in einem relativ breiten Bereich bezüglich der Bezugsfrequenz f₀, wie dies in Fig. 20 gezeigt ist, während bei entfernter Erfassungsposition im Hochfrequenzbereich eine hohe Dämpfung auftritt, wie dies in Fig. 21 dargestellt ist. Somit besteht das Risiko, daß die Auflösung an den peripheren Stellen vermindert ist.

Angesichts dieser Risiken weist das konventionelle System andere Nachteile auf. Wie vorstehend erläutert, sind bei der Berechnung der Parameter die Größe und die Form jedes interessierenden Bereichs festgelegt und die Position der interessierenden Bereiche wird in horizontaler und vertikaler Richtung auf einer Bildebene abgetastet. Daraus ergeben sich in der Auflösung variierende Bilddaten, die der gleichen Bearbeitung unterliegen. Demzufolge schließt der Berechnungsvorgang unausweichlich unnötige Berechnungen ein, so daß das System in bezug auf die erforderliche Rechenzeit und den Genauigkeitsgrad nachteilig ist. Da ferner die Auflösung an den der Ultraschallsonde 16 nahegelegenen Stellen hoch ist, wird die Ultraschallsonde in eine Position gebracht, die nahe dem zu beobachtenden Teil liegt. Das konventionelle System nimmt jedoch die gleiche Bearbeitung ungeachtet des Sondenabstandes vor, so daß sich ein geringer Genauigkeitsgrad ergibt.

Wird die Struktur der Gewebe des beobachteten Teils bestimmt, so werden jene berechneten Parameter, wie z. B. die oben erwähnte Kurzlaufbetonung und die Langlaufbetonung, die zwischen vorbestimmten Schwellenwerten liegen, als charakteristische Werte verwendet, d. h. die Gewebestruktur wird aus einer Kombination dieser Parameter bestimmt. Bei diesem konventionellen System findet weder das Beitragsverhältnis der Parameter bezüglich der Berechnung deren Schwellenwerte, deren Kombinationen und der darauf beruhenden Bestimmung Berücksichtigung, noch findet bei der Verwendung der Formeln eine Information im Hinblick auf den zwischen Ultraschallsonde 16 und dem Objektteil vorliegenden Abstand Berücksichtigung. Demzufolge ist es schwierig, eine korrekte Bestimmung und eine geeignete Verarbeitung in bezug auf alle Bereiche der Bilddaten, die unterschiedliche Auflösungsgrade aufweisen, zu realisieren.

Ehe eine Bildanalyse bei einer konventionellen Bildanalysevorrichtung vorgenommen wird, wird, wie vorstehend erwähnt, die Verstärkung, der Kontrast sowie die Empfindlichkeitszeitsteuerung des zum Endoskop übertragenen bzw. von diesem empfangenen Ausgangssignals von der Bedienungsperson (die die Dichte usw. des Bildes festlegt) über eine in der Ultraschall-Beobachtungseinrichtung 1 enthaltenen Abgleich- bzw. Einstellschaltung einjustiert. Da diese Bildeinstellung leicht von der Empfindung der einzelnen Bedienungspersonen beeinflußt wird, ist die Einstellung nicht immer für die Bildverarbeitung, wie z. B. die Strukturanalyse, die der Einstellung nachfolgt, optimal.

Aus der US 4 811 740 ist ein Ultraschall-Diagnosegerät bekannt, an das eine Abtastsonde angeschlossen werden kann. Diese Sonde weist eine Speichereinrichtung auf, in der eine Vielzahl von Parametern abgespeichert werden kann, die dem Typ der Sonde entsprechen.

Aus der eingangs erwähnten US 4 982 339 ist eine Ultraschallbild-Analysiervorrichtung bekannt, bei der mittels eines Wandlers ein Ultraschallbild erzeugt und dieses in einem Speicher abgespeichert wird. Mit Hilfe einer Bildanalyse- Steuereinrichtung wird ein interessierender Bereich des Bildes festgelegt. Dieser Bildbereich wird anschließend in einer Kenn­ wert-Recheneinrichtung analysiert. Diese Analysiervorrichtung ist jedoch in bezug auf die Verwendung eines bestimmten Wandlers und die Untersuchung eines bestimmten Organs festgelegt und er­ fordert Bedienungspersonen mit großer Erfahrung, damit keine Meßungenauigkeiten das Analyseergebnis negativ beeinflussen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallbild- Analysiervorrichtung vorzuschlagen, die trotz variierender Meßumgebung, beispielsweise infolge der Verwendung unterschied­ licher Ultraschall-Beobachtungseinrichtungen, und trotz Untersu­ chung unterschiedlicher Organe bzw. Körperteile eine exakte Dia­ gnose ermöglichen kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit Hilfe der im Patentanspruch 1 verdeutlichten Erfindung kön­ nen somit die charakteristischen Werte bei einer Bildanalyse mit einem höheren Genauigkeits- und Leistungsgrad berechnet werden. Ferner können die für die Bildanalyse erforderlichen Parameter, die bisher manuell und willkürlich eingestellt wurden, nunmehr beispielsweise entsprechend dem Organ, einer Körpermarkierung und der Art der verwendeten Ultraschall-Beobachtungseinrichtung automatisch eingestellt werden. Demzufolge kann eine optimale Bildanalyse und somit eine genaue Diagnose durchgeführt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeisspiels einer Ultraschallbild-Analysiervorrichtung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Ultraschallbild-Analysiervorrichtung,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer Ultraschallbild-Analysiervorrichtung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Abtastung der interessierenden Bereiche auf einer Analyse- Prozeßebene mittels der Ultraschallbild- Analysiervorrichtung in Fig. 3;

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung jedes interessierenden Bereiches während des Bildanalyseprozesses mit der Ultraschallbild-Analysiervorrichtung in Fig. 3;

Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Abtastung der interessierenden Bereiche auf einer Analyse- Prozeßebene mittels einer Modifikation einer Bildanalyse-Steuereinrichtung der Ultraschallbild- Analysiervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung jedes interessierenden Bereiches für die Bildanalyse mittels der in Fig. 6 gezeigten Modifikation;

Fig. 8 ein Diagramm zur Darstellung der Abtastung der interessierenden Bereiche auf einer Analyse- Prozeßebene mittels einer anderen Modifikation einer Bildanalyse-Steuereinrichtung der Ultraschallbild- Analysiervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 ein Diagramm zur Darstellung der Abtastung der interessierenden Bereiche auf einer Analyse- Prozeßebene mittels einer weiteren Modifikation einer Bildanalyse-Steuereinrichtung der Ultraschallbild- Analysiervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels einer Ultraschall-Beobachtungseinrichtung;

Fig. 11 ein Blockdiagramm eines fünften Ausführungsbeispiels einer Ultraschall-Beobachtungseinrichtung;

Fig. 12 ein Blockdiagramm eines sechsten Ausführungsbeispiels einer Ultraschall-Beobachtungseinrichtung;

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines siebten Ausführungsbeispiels einer Ultraschall-Beobachtungseinrichtung;

Fig. 14 ein Blockdiagramm eines achten Ausführungsbeispiels einer Ultraschall-Beobachtungseinrichtung;

Fig. 15 ein Blockdiagramm einer konventionellen Ultraschallbild-Analysiervorrichtung;

Fig. 16 ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für die Anordnung der Bildelemente bei einem Bildspeicher;

Fig. 17 ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für die Anordnung der Bildelemente in einem interessierenden Bereich;

Fig. 18 eine perspektivische Ansicht einer Ultraschallsonde für radiale Abtastung, wobei die Sonde in die in Fig. 15 gezeigte Ultraschallbild-Analysiervorrichtung eingebaut ist;

Fig. 19 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Änderung der Breite des von der Ultraschallsonde in Fig. 18 ausgesandten Strahls;

Fig. 20 ein Diagramm zur Verdeutlichung der räumlichen Frequenzcharakteristik eines Ausgangssignals der in Fig. 18 gezeigten Ultraschallsonde bei geringem Abstand zum Objekt; und

Fig. 21 ein Diagramm zur Verdeutlichung der räumlichen Frequenzcharakteristik eines Ausgangssignals der in Fig. 18 gezeigten Ultraschallsonde bei großem Abstand zum Objekt.

Fig. 1 verdeutlicht ein erstes Ausführungsbeispiel. Ein Ultraschall-Endoskop 21, das als Ultraschall- Beobachtungseinrichtung dient, schließt eine Ultraschallsonde 21A ein, die einen Ultraschallwandler aufweist. Dieser Ultraschallsonde 21A wird von einer Sende-/Empfangsschaltung 22 eine Erregungsspannung angelegt, so daß sich auf der Seite des Körperhohlraumes (Gegenstand der Untersuchung) z. B. in einem erkrankten Teil des Magens eine Ultraschallwelle ausbreitet. Eine vom zu untersuchenden Gegenstand reflektierte Welle wird vom Ultraschallwandler empfangen und als entsprechendes Signal in die Sende-/Empfangsschaltung 22 eingegeben, wodurch die Signalwelle unter Einstellung der Verstärkung und des Kontrastes verstärkt und dann erfaßt wird.

Anschließend wird das aus dieser Erfassung (Gleichrichtung) resultierende Ausgangssignal mit Hilfe eines A/D-Wandlers 23 in ein Digitalsignal umgewandelt. Nachdem das Digitalsignal einer Interpolation und ähnlichen Prozessen unterworfen wurde, werden die Daten des Digitalsignals in einen Bildspeicher 24 eingeschrieben, der als Bildinformations-Speichereinrichtung dient. Ein Ausgangssignal des Bildspeichers 24 wird über eine Anzeigesteuerschaltung 25 und einen D/A-Wandler 26 einem Mischer 27 zugeführt, wo dieses dann mit einem von einer TV- SYNC- Signal-Erzeugungsschaltung 28 stammenden Synchronisiersignal gemischt wird. Das Ausgangssignal des Mischers 27 wird anschließend auf einem TV-Monitor 29 wiedergegeben. Gleichzeitig mit dem aus dem Bildspeicher 24 ausgelesenen Bild wird auf dem Monitor 29 eine Körpermarkierung bzw. ein Körpersymbol wiedergegeben, die bzw. das den betrachteten Teil wiedergibt.

Ein derartiges Körpersymbol wird von einer Körpersymbol- Erzeugungsschaltung 30 erzeugt, die als Körpersymbol- Anzeigeeinrichtung dient, und dem Bild aus dem Bildspeicher 24 mittels der Anzeigesteuerschaltung 25 überlagert wird. Ein auf einer Frontplatte vorgesehener Steuerschalter 31 ermöglicht die Körpersymbolauswahl.

Die Bilddaten des Bildspeichers 24 werden auch einer Kennwert- Rechenschaltunq 32 zugeführt, die als Einrichtung zum Berechnen der charakteristischen Werte dient. Nachdem die Rechenschaltung 32 die charakteristischen Werte unter Verwendung eines der eingangs beschriebenen Strukturanalyseverfahren berechnet hat, vergleicht eine Ermittlungsschaltung 33 jeden dieser Werte mit einem bereits festgesetzten und über eine Steuerschaltung 34 in die Ermittlungsschaltung 33 eingegebenen Schwellenwert. Anschließend werden verschiedene Teile der Daten, die Unterschieden hinsichtlich der Gewebeeigenschaften entsprechen, mit Hilfe der Anzeigesteuerschaltung 25 gefärbt. Die farbigen Bilddaten werden dann auf dem TV-Monitor 29 wiedergegeben.

Wie eingangs beschrieben, ist es erforderlich, daß die Parameter, die zur Berechnung der charakteristischen Werte verwendet werden, entsprechend dem zu beobachtenden Teil, dem Organ und anderer Faktoren variiert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher eine Parameter-Speicherschaltung 35 vorgesehen, die als Parameter-Speichereinrichtung dient, um eine Vielzahl von Parametern entsprechend den auf dem TV- Monitor 29 wiedergebbaren Körpersymbolen speichern zu können, wobei optimale Parameter mit Hilfe der Steuerschaltung 34, die als Bildanalyse-Steuereinrichtung dient, automatisch ausgewählt und festgelegt werden können. Die Steuerschaltung 34 tastet eine Ebene des Beobachtungsbildes ab und berechnet die Parameterwerte bezüglich jedes der spezifizierten, interessierenden Bereiche, um somit die charakteristischen Werte zu berechnen.

Wird im einzelnen eines der Körpersymbole über den auf der Frontplatte vorgesehenen Schalter 31 ausgewählt, so bewirkt die Steuerschaltung 34, daß gleichzeitig bestimmte Parameter, die dem Organ entsprechen, das durch das ausgewählte Körpersymbol dargestellt wird, unter den in der Parameter- Speicherschaltung 35 abgespeicherten Parametern ausgewählt werden. Diese ausgewählten Parameter werden bei der Berechnung der charakteristischen Werte mittels der Kennwert- Rechenschaltung 32 verwendet.

Demzufolge kann bei diesem Ausführungsbeispiel das Festlegen der für den zu beobachtenden Teil optimalen Parameter automatisch und sehr einfach erfolgen, indem lediglich ein bestimmtes Körpersymbol festgelegt wird. Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die für den zu beobachtenden Teil optimalen Parameter hauptsächlich in Übereinstimmung mit einem bestimmten Körpersymbol festgelegt werden, kann ebenso eine Ultraschallbild-Analysiervorrichtung vorgesehen werden, bei der, wie später beschrieben wird, entweder Parameter, die Bedingungen entsprechen, die sich von denen unterscheiden, die durch den zu beobachtenden Teil bestimmt sind (z. B. die Meßumgebung, die die Meßbedingungen der Beobachtungseinrichtung bestimmt und den Typ sowie die Abtastmethode der Ultraschallsonde oder die Informationen über die Auflösung oder dergleichen einschließt), automatisch ausgewählt werden oder durch manuelles Eingeben derartiger Informationen z. B. über den Steuerschalter 31 festgelegt werden, so daß die Vorrichtung exaktere charakteristische Werte berechnen kann. Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Größe und die Form der interessierenden Bereiche wie bei der konventionellen Vorrichtung festgelegt sein können und die Abtastrichtung der interessierenden Bereiche derart gewählt werden kann, daß die Abtastung auf der Bildebene in horizontaler und vertikaler Richtung erfolgt, können die Abtastrichtung, die Größe und Form der interessierenden Bereiche in Übereinstimmung mit der verwendeten Ultraschallsonde bestimmt werden, wie dies später beim dritten Ausführungsbeispiel und dessen Modifikationen beschrieben wird.

Fig. 2 stellt ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Ultraschallbild- Analysiervorrichtung dar. Diese zweite Ausführungsbeispiel ist so ausgelegt, daß der Typ des Ultraschall-Endoskops, das als zugeordnete Ultraschall-Beobachtungseinrichtung dient, z. B. durch Unterscheiden der in dem Endoskop vorgesehenen Ultraschallsonde unterschieden werden kann und daß auf der Basis eines von dieser Unterscheidung herrührenden Ausgangssignals die Parameter entsprechend dem Sondentyp automatisch festgelegt werden können.

Wie aus Fig. 2 im einzelnen ersichtlich, ist eine Endoskop- Identifizierungsschaltung 36 vorgesehen, die als Endoskop- Identifizierungseinrichtung zum Identifizieren des Typs des verwendeten Ultraschall-Endoskops 21 dient. Außerdem ist eine Vielzahl von Parametern, die verschiedenen Typen von Endoskopen entsprechen, bereits in der Parameter- Speicherschaltung 35 abgespeichert. Der übrige Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels ist exakt der gleiche wie der des ersten Ausführungsbeispiels.

Bei der Ultraschallbild-Analysiervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, die den oben beschriebenen Aufbau aufweist, wird der Typ des Endoskops 21 (in diesem Fall der Typ der Ultraschallsonde 21A) mittels der Endoskop- Identifizierungsschaltung 36 identifiziert, wobei ein Signal, das diese Identifizierung anzeigt, über die Steuerschaltung 34 der Parameter-Speicherschaltung 35 zugeführt wird, so daß dem Typ des Endoskops entsprechende Parameter ausgewählt werden können. Die ausgewählten Parameter werden in die Kennwert- Rechenschaltung 32 eingegeben.

Demzufolge können bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Endoskop- Identifizierungsschaltung 36 Parameter automatisch festgelegt werden, die dem benutzten Endoskop entsprechen, so daß eine optimale Bildanalyse durchgeführt werden kann. Die bereits in der Parameter-Speicherschaltung 35 abgespeicherten Parameter können Parameter darstellen, die Organen oder Körperteilen entsprechen, die mit dem Endoskop betrachtet werden können. Ferner kann ein Körpersymbol automatisch entsprechend dem Typ des Endoskops ausgewählt werden.

Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann die Ultraschallbild- Analysiervorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel in der folgenden Art und Weise modifiziert werden. Die Ergebnisse der in der Kennwert-Rechenschaltung 32 (Fig. 1 oder Fig. 2) ausgeführten Berechnung werden mit Parametern in der Parameter-Speicherschaltung 35 verglichen, die die Charakteristika verschiedener Organe anzeigen, und es werden Parameter, die zur Bestimmung der Gewebeeigenschaften des Organs geeignet sind, von der Parameter-Speicherschaltung 35 ausgewählt.

Ferner können die Ergebnisse, die unter Verwendung der Parameter erfaßt werden, die die Charakteristika verschiedener Organe anzeigen, auf dem gleichen Bildschirm dargestellt werden. Die Parameter, die die Charakteristika der verschiedenen Organe anzeigen, können sukzessive geschaltet und die Erfassung kann in bezug auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Organen durchgeführt werden. Die Parameter können in Übereinstimmung mit dem geschädigten Teil, dessen Untersuchung erwünscht ist, geändert werden. Die Empfindlichkeitszeitsteuerung, der Verstärkungsfaktor und der Kontrast des empfangenen Signals kann automatisch entsprechend dem Organ, dem geschädigten Teil, dem Endoskoptyp, dem Körpersymbol und/oder den Parametern festgelegt werden.

Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel einer Ultraschallbild-Analysiervorrichtung beschrieben. Diese Ultraschallbild-Analysiervorrichtung entspricht der Ultraschallbild-Analysiervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels insoweit, daß eine Ultraschallsonde verwendet wird, ein Bild eines beobachteten Teils mittels Strukturanalyse analysiert wird und die charakteristischen Werte des Bildes berechnet werden. Jedoch unterscheidet sich das dritte Ausführungsbeispiel gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Berechnung unter Verwendung der Parameter in bezug auf jeden der interessierenden Bereiche, deren Größe und Form festliegt, durchgeführt wird und die interessierenden Bereiche durch Abtasten der Bildebene in horizontaler und vertikaler Richtung abgetastet werden, dahingehend, daß bei der Durchführung der Berechnung der Parameter, die Größe und Form der interessierenden Bereiche geeignet variiert werden und die Position der interessierenden Bereiche dadurch abgetastet wird, indem eine Abtastung längs konzentrischer Kreise auf der Bildebene erfolgt.

Der Aufbau der Bildanalysiervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfaßt im wesentlichen, wie aus Fig. 3 ersichtlich, eine Ultraschall-Beobachtungseinrichtung 41, einen der Beobachtungseinrichtung 41 zugeordneten Monitor 42, eine Bearbeitungseinheit 43, eine Tastatur 49 sowie einen Steuerball 50, über die spezielle Werte betreffend die interessierenden Bereiche, die Parameter und dergleichen eingegeben werden, und einen Monitor 55 am Ausgang der Bearbeitungseinheit 43.

Die Ultraschall-Beobachtungseinrichtung 41 weist eine Ultraschallsonde 16 auf, die z. B. in einen Körperkanal oder einen Körperhohlraum zur Durchführung einer radialen Abtastung eingeführt wird, so wie dies allgemein in Fig. 18 verdeutlicht ist. Die Bearbeitungseinheit 43 umfaßt verschiedene Komponenten, deren Betrieb von einer Steuerschaltung 47 gesteuert wird. Die Bearbeitungseinheit 43 empfängt das Ausgangssignal der Beobachtungseinrichtung 41, führt eine Strukturanalyse auf der Basis der Daten des Ausgangssignals durch und liefert die Analyseergebnisse an den Farbmonitor 55.

Das aus der Beobachtung resultierende Ausgangssignal der Beobachtungseinrichtung 41 wird mittels eines A/D-Wandlers 44 in ein Digitalsignal umgewandelt. Das Ausgangssignal des A/D- Wandlers 44 wird einem Bildspeicher 45 (der als eine Bildinformationsspeichereinrichtung dient) eingegeben, wo dieses in Form von Bilddaten gespeichert wird. Eine Kennwert- Rechenschaltung 46 liest Bilddaten von einem Bereich aus, der dem speziellen interessierenden Bereich entspricht, der bereits von einer Steuerschaltung 47, die als Bildanalyse- Steuereinrichtung dient, spezifiziert wurde, und die Kennwert- Rechenschaltung 46, die als Einrichtung zum Berechnen der charakteristischen Werte dient, berechnet die Werte der Parameter, die bereits von der Steuerschaltung 47 ausgewählt wurden, unter Verwendung der Rechenformeln, die z. B. die Kurzlaufbetonung und die Langlaufbetonung betreffen und eingangs erläutert wurden, so daß die charakteristischen Werte berechnet werden können.

Nachfolgend unterzieht eine Ermittlungsschaltung 48 die charakteristischen Werte einem bestimmten Ermittlungsprozeß, und zwar unter Verwendung der Schwellenwerte α und β, die als Ermittlungsbezug dienen, der getrennt von der Ermittlungsschaltung 48 festgesetzt wird. Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Ermittlung werden die Eigenschaften wie auch die Gewebestruktur eines beobachteten Teils bestimmt, so daß eine Diagnose durch Festlegen der Art der Schädigung gegeben werden kann. Die Ermittlungsergebnisse werden einer Anzeigesteuerschaltung 51 zugeführt. Die Anzeigesteuerschaltung 51 überlagert die Ergebnisse der Bildanalyse dem vom Bildspeicher 45 ausgegebenen Bild. Ein D/A-Wandler 52 wandelt das Ausgangssignal der Anzeigesteuerschaltung 51 in ein Analogsignal um. Dieses Analogsignal wird mit einem Signal von einer SYNC-Signal- Erzeugungsschaltung 53 durch eine Misch- und Verstärkungsschaltung 54 gemischt. Das Ausgangssignal dieser Misch- und Verstärkungsschaltung 54 wird dem Farbmonitor 55 zugeführt, der die Ergebnisse der Bildanalyse in Farbe anzeigt.

Fig. 4 verdeutlicht einen Zustand der Abtastung der interessierenden Bereiche auf einer Bildebene Ga während der Bildverarbeitung durch die Ultraschallbild- Analysiervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels. Auf der in Fig. 4 gezeigten Bildebene Ga wird davon ausgegangen, daß sich die Ultraschallsonde 16 um ein Zentrum O dreht. Die bei der durch die Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels durchgeführten Strukturanalyse verwendeten interessierenden Bereiche stellen Bereiche bzw. Flächen dar, die um das Zentrum O herum auf kreisförmigen Bögen Ca angeordnet sind, die voneinander mit einer im wesentlichen konstanten Breite Ta in den radialen Richtungen versetzt sind, die mit den Ausbreitungsrichtungen Z der Ultraschallwelle übereinstimmen. Jeder Bereich stellt eine im wesentlichen rechteckige Fläche dar, deren Umfangsabmessung auf eine bestimmte Breite festgelegt ist. Die Größe jedes interessierenden Bereichs (Ra1, Ra2, . . . ) wird z. B. so festgesetzt, daß diese ausreicht, um eine Fläche Ra mit 11 × 11 Bildelementen definieren zu können, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.

Die Werte der Parameter werden auf folgende Art und Weise berechnet. Die Berechnung bezüglich der spezifizierten, interessierenden Bereiche beginnt an einer Stelle im Zentrum der Bildebene. Eine sequentielle Parameterwertberechnung wird durchgeführt, während einige der interessierenden Bereiche sequentiell längs eines ersten Umfangskreises abgetastet werden, der mit einem ersten Radius beschrieben ist (d. h. der Bereich von momentanem Interesse wird bewegt), wobei der Bewegungsbetrag etwa der Umfangsabmessung eines Bildelementes entspricht. Beispielsweise findet bei dem in Fig. 4 dargestellten Fall eine sequentielle Abtastbewegung von einem Bereich Ra1 zu einem nachfolgenden Bereich Ra1′ statt. Ist die Abtastbewegung bezüglich des ersten Umfangskreises abgeschlossen, so wird der Radius um eine Schrittweite (d. h. um die radiale Breite Ta) vergrößert und die Parameterwertberechnung wird bezüglich der interessierenden Bereiche auf den nachfolgenden Umfangskreis durchgeführt. Die Parameter für die interessierenden Bereiche (z. B. Ra1, Ra2 und Ra3), die auf dem gleichen, vom Zentrum O entfernten Radius liegen, werden zwischen den interessierenden Bereichen nicht variiert. Im Hinblick auf interessierende Bereiche (z. B. Ra4, Ra5 usw.), die auf Radien liegen, die einen anderen Abstand vom Zentrum O aufweisen, werden jedoch die Werte unter Verwendung von Parametern berechnet, die entsprechend der Auflösung der Meßdaten variiert werden.

Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Radius nach Beendigung der Bereichsabtastung bezüglich eines Umfangskreises um eine Schrittweite (Ta) vergrößert wird, kann der Radius auch um ein Bildelement (z. B. von Ra5 auf Ra5′) vergrößert werden. Auf diese Weise können die Parameterwerte noch genauer berechnet werden. Im peripheren Bereich ist es nicht immer erforderlich, eine Parameterwertberechnung durchzuführen.

Es gibt verschiedene mögliche Verfahren zum Variieren der Parameter, wie z. B. das Variieren der Schwellenwerte zur Bestimmung der charakteristischen Werte, das Variieren des Verhältnisses, bei dem Parameter zur Bestimmung der Eigenschaften des beobachteten Teils kombiniert werden, oder das Variieren der Parameterberechnungsformeln für sich.

Wie vorstehend beschrieben, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Berechnung mit der Bearbeitung eines zentralen Teils der Bildebene begonnen, wo die Auflösung hoch ist, während der periphere Teil, der von geringer Bedeutung für die Diagnose ist, innerhalb einer so kurz wie möglich gehaltenen Zeitperiode bearbeitet wird. Auf diese Weise kann die Bildfrequenz gesteigert werden. Da ferner die Parameter entsprechend dem Abstand vom Zentrum variiert werden, wird die Berechnung wenig durch Änderungen der Auflösung, den Rauschabstand und die Empfindlichkeitszeitsteuerung beeinflußt.

Fig. 6 zeigt interessierende Bereiche (Rb1, Rb2 und Rb3) auf einer Bildebene Gb, die durch eine Modifikation der Bildanalyse-Steuereinrichtung der Ultraschallbild- Analysiervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bearbeitet wird. Eine Ultraschallbild-Analysiervorrichtung, bei der die Modifikation Anwendung findet, weist den gleichen Aufbau wie die in Fig. 3 gezeigte Ultraschallbild- Analysiervorrichtung (drittes Ausführungsbeispiel) auf.

Bei dieser Modifikation stellen die interessierenden Bereiche Flächen dar, deren Form definiert wird durch:

• (i) Kreisbögen Cb, die zueinander mit einer konstanten radialen Breite Tb versetzt sind, und
• (ii) einen Einheitssektorwinkel Θb, der dem radialen Abtastvorgang der Ultraschallsonde 16 entspricht. Das Zentrum O der Kreisbögen Cb stimmt mit der Position der Ultraschallsonde 16 überein. Fig. 7 zeigt einen interessierenden Bereich Rb im vergrößerten Maßstab; d. h. der interessierende Bereich Rb hat eine fächer- bzw. flügelförmige Gestalt und schließt eine Vielzahl von Bildelementen P ein.

Während der Strukturanalyse wird bei der Abtastung der interessierenden Bereiche zum Zwecke der Parameterwertberechnung die Abtastung zuerst von einer inneren Position längs des gleichen Umfangskreises und dann zu den Positionen auf den äußeren Umfangskreisen hin vorgenommen.

Da bei dieser Modifikation jeder interessierende Bereich eine fächerförmige Einheit darstellt, ermöglicht diese im Vergleich zu der des dritten Ausführungsbeispiels eine bessere Übereinstimmung bezüglich der Variationen der Auflösung in den Richtungen Z, in denen sich die Ultraschallwelle von der Ultraschallsonde 16 fortpflanzt. Dies ist dadurch begründet, daß die interessierenden Bereiche auf den inneren Umfangskreisen mit hoher Auflösung kleinere Abmessungen aufweisen und die interessierenden Bereiche auf den äußeren Umfangskreisen mit geringer Auflösung große Abmessungen aufweisen. Demzufolge kann die Genauigkeit der Analyse weiter gesteigert werden, und auch die für die Beobachtung erforderliche Zeitperiode verkürzt werden. Die Bereichsabtastung kann auch von einer Position ab einem äußeren Umfangskreis durchgeführt werden.

Fig. 8 zeigt interessierende Bereiche (Rc1, Rc2, Rc3 und Rc4) auf einer Bildebene Gc, die durch eine zweite Modifikation der Bildanalyse- Steuereinrichtung der Ultraschallbild- Analysiervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bearbeitet wird. Eine Ultraschallbild-Analysiervorrichtung, bei der die zweite Modifikation Verwendung findet, weist den gleichen Aufbau wie die in Fig. 3 gezeigte Ultraschallbild- Analysiervorrichtung (drittes Ausführungsbeispiel) auf.

Bei dieser Modifikation ist die Form der interessierenden Bereiche ähnlich der beim dritten Ausführungsbeispiel, d. h. es liegt eine rechteckige Form vor, die von Teilen zweier benachbarter Kreisbögen Cc definiert wird, die um das Drehzentrum O der Ultraschallsonde 16 beschrieben werden.

Jedoch unterscheidet sich diese Modifikation dadurch, daß die radiale Breite Tc zwischen zwei benachbarten Kreisbögen Cc mit einer Abnahme des Abstandes der Kreisbögen Cc vom Zentrum O reduziert wird, wobei die Umfangsbreite der interessierenden Bereiche mit einer Abnahme des Abstandes vom Zentrum O ebenfalls abnimmt. Demzufolge weisen die interessierenden Bereiche an den zum Außenumfang hin verschobenen Positionen größere Flächen auf.

Bei der Abtastung der interessierenden Bereiche werden somit diejenigen Bereiche, die sich auf den inneren Umfangskreisen befinden und kleinere rechteckige Flächen aufweisen, unter kleineren Bewegungsbeträgen abgetastet, wodurch die Genauigkeit der Analyse zunimmt. Im Gegensatz dazu wird der Abtast-Bewegungsbetrag an äußeren Stellen vergrößert, so daß die Genauigkeit der Erfassung entsprechend den Änderungen der Auflösungsgrade usw. verringert wird. Auf diese Weise kann eine Bildanalyse durchgeführt werden, die nur eine geringfügige Verringerung der Bildfrequenz zur Folge hat.

Die Fig. 9 zeigt interessierende Bereiche (Rd1, Rd2 und Rd3) auf einer Bildebene Gd, die durch eine dritte Modifikation der Bildanalyse-Steuereinrichtung der Ultraschallbild- Analysiervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bearbeitet wird. Bei dieser Modifikation ist die Form der interessierenden Bereiche ähnlich der beim dritten Ausführungsbeispiel, d. h. es liegt eine rechteckige Form vor, die von Teilen zweier benachbarter Kreisbögen Cd definiert wird, die um das Drehzentrum O der Ultraschallsonde 16 beschrieben werden. Jedoch unterscheidet sich diese Modifikation dadurch, daß die radiale Breite Td zwischen zwei benachbarten Kreisbögen Cd mit einer Zunahme des Abstandes der Kreisbögen Cd vom Drehzentrum O abnimmt, wobei die Umfangsbreite der interessierenden Bereiche mit einer Zunahme des Abstandes vom Zentrum O ebenfalls abnimmt. Demzufolge weisen die interessierenden Bereiche an den zum Außenumfang hin verschobenen Positionen kleinere Flächen auf.

Beim Abtasten der interessierenden Bereiche werden somit diejenigen Bereiche, die sich auf den inneren Umfangskreisen befinden und eine größere rechteckige Fläche aufweisen, unter kleineren Bewegungsbeträgen (d. h. von einem Bereich Rd1 zu einem nachfolgenden Bereich Rd1′) abgetastet, wodurch die Genauigkeit der Analyse innerhalb eines relativ weiten Bereichs zunimmt. Im Gegensatz dazu wird der Abtast- Bewegungsbetrag an äußeren Stellen vergrößert, wodurch die Genauigkeit der Erfassung entsprechend den Änderungen der Auflösungsgrade usw. verringert wird, so daß eine effiziente Analyse möglich ist.

Obwohl bei den in Fig. 6, Fig. 8 und Fig. 9 gezeigten Modifikationen die Form der interessierenden Bereiche entsprechend den Ausbreitungsrichtungen der Ultraschallwelle variiert wird, können die Parameter gleichzeitig variiert werden, wodurch die Genauigkeit der Analyse weiter gesteigert werden kann. Alternativ kann die Form der interessierenden Bereiche unverändert bleiben, während nur die Parameter variiert werden. Ferner kann die Abtastung auch dadurch erfolgen, daß zuerst die Bewegung der interessierenden Bereiche in den Ausbreitungsrichtungen der Ultraschallwelle durchgeführt wird und diese anschließend in Umfangsrichtungen bewegt werden.

Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm einer Ultraschall- Beobachtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Diese Ultraschall-Beobachtungseinrichtung stellt eine Einrichtung dar, mit der Bildinformationen eines beobachteten Teils auf einem Monitor wiedergegeben und mit der ebenso Bildinformationen z. B. der Kennwert-Rechenschaltung 32 (die in der Ultraschallbild-Analysiervorrichtung des in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels enthalten ist) oder der Kennwert-Rechenschaltung 46 (die in der Ultraschallbild- Analysiervorrichtung des in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiels enthalten ist), für eine Bildanalyse zugeführt werden können.

Wie in Fig. 10 gezeigt, umfaßt die Ultraschall- Beobachtungseinrichtung ein Ultraschall-Endoskop 61, das als endoskopische Ultrasonographie-Einrichtung dient, und einen Bildspeicher 66, der als Bildinformationsspeichereinrichtung dient und ein Schichtbild vom Ultraschall-Endoskop 61 speichert. Die Bildinformationen eines beobachteten Teils werden an einen Videomonitor 74 zum Zwecke der Betrachtung wie auch an eine Bilddaten-Ausgangsklemme 75 zum Zwecke der Bildanalyse ausgegeben.

Bei der Ultraschall-Beobachtungseinrichtung wird im einzelnen eine Erregerspannung an die mit einem Ultraschallwandler ausgestattete Ultraschallsonde des Ultraschall-Endoskops 61 über eine Sende-/Empfangsschaltung 62 angelegt, so daß ein Ultraschallstrahl erzeugt wird. Dieser Strahl wird auf das Untersuchungsobjekt gerichtet, während die vom Untersuchungsobjekt reflektierte Welle von der Ultraschallsonde empfangen wird. Das eine tomographische Beobachtung wiedergebende Ausgangssignal der Sonde wird über die Sende-/Empfangsschaltung 62 einer Einstellschaltung 63 für die Verstärkung, den Kontrast und die Empfindlichkeitszeitsteuerung zugeführt, die ihrerseits von einer Steuerschaltung 73 angesteuert wird. Diese Einstellschaltung 63 führt über die Steuerschaltung 73 die Einstellung der Verstärkung, des Kontrastes und der Empfindlichkeitszeitsteuerung des Ausgangssignals der Sonde entsprechend der vom Beobachter über eine Frontplatte 76 eingegebenen Spezifikation durch. Das Ausgangssignal der Einstellschaltung 63 wird von einer Erfassungsschaltung (Gleichrichterschaltung) 64 erfaßt, mittels eines A/D-Wandlers 65 in ein Digitalsignal umgewandelt und nach einer Interpolation oder dergleichen in dem Bildspeicher 66 abgespeichert. Während der Betrachtung eines tomographischen Bildes bzw. Schichtbildes werden die Bilddaten vom Bildspeicher 66 mittels eines D/A-Wandlers 67 in ein analoges Bildsignal umgewandelt, das zusammen mit dem Ausgangssignal einer Video-SYNC-Signal-Erzeugungsschaltung 71 in einer Mischschaltung 68 gemischt wird. Das Ausgangssignal der Mischschaltung 68 wird einem externen Videomonitor 74 zugeführt.

Die Ultraschall-Beobachtungseinrichtung schließt ferner eine Datenumwandlungsschaltung 69 ein, die als Einrichtung zum Ausgeben eines Signals für die Signalanalyse dient. Diese Datenumwandlungsschaltung 69 unterzieht die vom Bildspeicher 66 gelieferten Bilddaten einem Datenumwandlungsprozeß, bei dem die Größen, die als Folge der Einstellung der Verstärkung, des Kontrastes und der Empfindlichkeitszeitsteuerung durch die Einstellschaltung 63 geändert wurden, wieder auf ihre ursprünglichen Werte auf der Grundlage eines Befehls von der Steuerschaltung 73 gesetzt werden. Die oben erwähnten ursprünglichen Werte stellen Werte dar, die Bilddaten wiedergeben, die entsprechend bestimmten Verstärkungs-, Kontrast- und Empfindlichkeitszeitsteuerungswerten abgeglichen sind, die vorher derart bestimmt wurden, daß die Genauigkeit der Analyse während der Bildverarbeitung zum Bearbeiten der dem beobachtenden Teil entsprechenden Bilddaten gesteigert wird. Die drei Arten von Werten, die den Verstärkungswert, den Kontrastwert und den Empfindlichkeitszeitsteuerungswert einschließen, sind so beschaffen, daß entsprechend den Analysebedingungen und dergleichen entweder einer dieser Werte ausgewählt oder zwei oder mehrere dieser Werte zusammen kombiniert werden können. Diese Umwandlung stellt eine Digitalsignalverarbeitung dar.

Anschließend wird das umgewandelte Signal mittels eines D/A- Wandlers 70 in ein Analogsignal übergeführt und mit einem SYNC-Signal von einer SYNC-Signal-Erzeugungsschaltung 71 in einer Mischschaltung 72 gemischt. Das sich ergebende Bildsignal wird der Ausgangsklemme 75 zugeführt, die für eine externe Bildanalysiervorrichtung, wie z. B. eine der vorstehend beschriebenen, zur Durchführung einer Strukturanalyse, wie oben beschrieben, vorgesehen ist. Das Bildsignal, dessen Verstärkung, Kontrast und Empfindlichkeitszeitsteuerung mittels der Einstellschaltung 63 eingestellt wurde, wird über den D/A-Wandler 67 und die Mischschaltung 68 dem externen Videomonitor 74 zugeführt.

Wie vorstehend erläutert, können bei diesem Ausführungsbeispiel selbst dann, wenn der Beobachter Änderungen bezüglich der Verstärkung, des Kontrastes und der Empfindlichkeitszeitsteuerung beim Ausgangssignal der Beobachtungseinrichtung für die Betrachtung des Bildes vorgenommen hat, Bilddaten zum Zeitpunkt der Ausgabe an die zugeordnete Bildanalysiervorrichtung in einem Zustand an der Ausgangsklemme 75 abgegriffen werden, der dem Zustand vor den Änderungen seitens des Beobachters entspricht. Somit kann eine Ultraschall-Beobachtungseinrichtung für eine Bildanalyse vorgesehen werden, die Bilddaten abgibt, die für die Bildanalyse vorteilhaft sind, keine Gefahr für eine Verringerung der Genauigkeit der Analyse darstellen und eine hochpräzise Reproduzierbarkeit aufweisen. Die durch die Datenumwandlungsschaltung 69 durchgeführte Umwandlung muß nicht den Zustand vor der Einstellung seitens der Einstellschaltung 63 wieder herstellen, sondern kann statt dessen eine derartige Umwandlung vorsehen, daß stets bestimmte feste Werte erhalten werden, die für die Bildanalyse geeignet sind.

Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm einer Ultraschall- Beobachtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. Diese Beobachtungseinrichtung unterscheidet sich von der des vierten Ausführungsbeispiels in folgenden Punkten: Bilddaten, die nach Änderungen des Sondenausgangssignals in bezug auf die Verstärkung, den Kontrast und die Empfindlichkeitszeitsteuerung in den Bildspeicher 66 eingespeichert wurden, werden einem D/A-Wandler 70 zugeführt, der die Daten einer Digital-/Analogumwandlung unterzieht. Das resultierende Analogsignal wird einer Korrekturschaltung 78 für die Verstärkung, den Kontrast und die Empfindlichkeitszeitsteuerung zugeführt, die als Einrichtung zum Ausgeben eines für die Bildanalyse geeigneten Bildsignals dient. Diese Korrekturschaltung 78 führt aufgrund eines Befehls seitens der Steuerschaltung 73 eine Datenumwandlung durch, die ähnlich der beim vierten Ausführungsbeispiel ist, wodurch die Verstärkung, der Kontrast und die Empfindlichkeitszeitsteuerung um die gleichen Beträge korrigiert werden, die durch die Änderungen seitens der Einstellschaltung 63 vorgenommen wurden, so daß die ursprünglichen Werte wieder hergestellt werden. Die übrige Schaltungsanordnung des fünften Ausführungsbeispiels entspricht der des vierten Ausführungsbeispiels.

Das fünfte Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Einstellschaltung 63 als auch die Korrekturschaltung 78 einen analogen Prozeß durchführen, so daß Korrekturfehler kaum auftreten.

Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm einer Ultraschall- Beobachtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel. Diese Beobachtungseinrichtung unterscheidet sich von der des vierten Ausführungsbeispiels dadurch, daß unabhängig voneinander eine Signalleitung für Bildwiedergabeprozesse und eine Signalleitung für die Bearbeitung eines zu analysierenden Bildes vorgesehen sind. Die Signalleitung für die Bildwiedergabe entspricht der Signalleitung des vierten Ausführungsbeispiels. Wie aus Fig. 12 ersichtlich, schließt die Signalleitung für die Bearbeitung des zu analysierenden Bildes eine Einstellschaltung 81 für die Verstärkung, den Kontrast und die Empfindlichkeitszeitsteuerung ein, die vom Beobachter nicht einjustiert werden kann und die Schnittbilddaten von der Sende-/Empfangsschaltung verarbeitet. Das Ausgangssignal der Einstellschaltung 81 wird ähnlich wie das der Einstellschaltung 63 in der Signalleitung für die Bildwiedergabe von einer Erfassungs- bzw. Gleichrichtungsschaltung 82 erfaßt, mittels eines A/D-Wandlers 83 einer Analog-Digitalumwandlung unterzogen und nach Durchführung einer Interpolation oder dergleichen in einem Bildspeicher 84 gespeichert. Während der Bearbeitung der Bildanalysedaten werden die Bilddaten vom Bildspeicher 84 mittels eines D/A-Wandlers 70 einer Digital-Analogumwandlung unterzogen. Anschließend werden die Daten mit dem Ausgangssignal einer Video-SYNC-Signal-Erzeugungsschaltung 71 in einer Mischschaltung 72 gemischt und daraufhin als Bilddaten für die Analyse an eine Ausgangsklemme 75 angelegt, die für eine externe Bildanalysiervorrichtung vorgesehen ist.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel unabhängig eine Signalleitung für die Bearbeitung eines zu analysierenden Bildes vorgesehen ist, können stets Bilddaten erhalten werden, die sich von den Bilddaten unterscheiden, die vom Beobachter zum Zwecke der Beobachtung abgeglichen wurden, und die für die Bildanalyse vorteilhaft sind.

Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm einer Ultraschall- Beobachtungseinrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel. Diese Beobachtungseinrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die in Fig. 13 gezeigte Einrichtung eine Schnittstellenschaltung 94 einschließt, die eine Verbindung mit einer Bildanalysiervorrichtung herstellt, und daß von der Bildanalysiervorrichtung ein Verstärkungs-, Kontrast- und Empfindlichkeitszeitsteuerungs-Steuersignal an eine Steuerschaltung 90 gegeben wird. Infolge dieser Anordnung ist es möglich, daß eine Einstellschaltung 63 für die Verstärkung, den Kontrast und die Empfindlichkeitszeitsteuerung auf der Grundlage des Steuersignals arbeitet, um somit Bilddaten zur Verwendung bei der Bildanalyse auszugeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Meßabschnitt ein Ultraschall- Endoskop 96 auf. Ferner wird ein Videoausgangssignal einer Mischschaltung 72 mittels Verstärkungsschaltungen 92 und 93 verstärkt, wobei die verstärkten Ausgangssignale einem Monitor bzw. einer Ausgangsklemme 75 für die Bildanalyse zugeführt werden. Die Schnittstellenschaltung 94 ermöglicht eine Kommunikation mit einer externen Bildanalysiervorrichtung über eine Eingangs-/Ausgangsschaltung 95.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Verstärkung, der Kontrast sowie die Empfindlichkeitszeitsteuerung eines Bilddatensignals zur Verwendung bei der Bildanalyse stets durch eine externe Bildanalysiervorrichtung gesteuert werden, kann eine Bildanalyse mit einem hohen Genauigkeitsgrad durchgeführt werden. Die Schnittstellenschaltung 94 kann auch in der externen Bildanalysiervorrichtung vorgesehen werden.

Fig. 14 zeigt ein Blockdiagramm einer Ultraschall- Beobachtungseinrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel. Diese Beobachtungseinrichtung unterscheidet sich von der Einrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel dadurch, daß eine Bildspeicher-Schnittstellenschaltung 97 für die zugeordnete Bildanalysiervorrichtung vorgesehen ist, so daß Bilddaten für die Bildanalyse direkt als Digitalsignal von einem Bildspeicher 66 der Beobachtungseinrichtung der Bildanalysiervorrichtung zugeführt werden können. Die Beobachtungseinrichtung schließt ebenso eine Eingangs-/ Ausgangsschaltung 98 für die Bildspeicher- Schnittstellenschaltung 97 ein. Bei der in Fig. 14 gezeigten Einrichtung werden ein Signal, das die Verstärkung, den Kontrast und die Empfindlichkeitszeitsteuerung auf Werte steuert, die für eine Bildanalyse geeignet sind, und ähnliche Signale von der Bildanalysiervorrichtung über eine Schnittstellenschaltung 94 einer Steuerschaltung 90 zugeführt, so daß auf der Grundlage des Steuersignals eine Einstellschaltung 63 für die Verstärkung, den Kontrast und die Empfindlichkeitszeitsteuerung betrieben werden kann. Die Steuerschaltung 90 steuert ebenso die Datenein- bzw. -ausgabe, wie auch die Adresseneingabe bezüglich des Bildspeichers 66. Bei diesem Ausführungsbeispiel können Daten vom Bildspeicher 66 ausgegeben werden, während diese in Form eines Digitalsignals vorliegen, so daß die Analyse mit hohem Genauigkeitsgrad ohne die Gefahr einer Verschlechterung des Signals durchgeführt werden kann.

Bei dem vierten bis achten Ausführungsbeispiel stellen jeweils die in dem Bildspeicher 66 oder 84 abgespeicherten Daten Bildinformationen für die Analyse dar. Jedoch sind die Vorrichtungen, bei denen die Erfindung Anwendung finden kann, nicht auf jene beschränkt, die für eine Bearbeitung der Bildinformation ausgelegt sind, sondern schließen selbstverständlich Vorrichtungen ein, die für eine Bearbeitung von Digitalinformationen zur Verwendung bei einer "im-Bild"- (in-frame)-Analyse ausgelegt sind.

Claims (9)

1. Ultraschallbild-Analysiervorrichtung für ein Ultraschall-Diagnosesystem, mit

• - einer Bildinformations-Speichereinrichtung (24) zur Eingabe von durch einen Abtastvorgang mittels einer Ultraschall-Beobachtungseinrichtung (21) erhaltenen Bildinformationen einem beobachteten Teils und zum Speichern dieser Bildinformationen,
• - einer Bildanalyse-Steuereinrichtung (34), mit der die interessierenden Bereiche (5A) auf einer Ebene des Bildes des zu beobachtenden Teils bestimmt werden, und
• - einer Kennwert-Recheneinrichtung (32), die charakteristische, auf die Struktur und Eigenschaften des zu beobachtenden Teils hinweisende Werte bezüglich jedes der interessierenden Bereiche berechnet,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine Parameter-Speichereinrichtung (35) zum Speichern einer Vielzahl von Parametern für die Bildanalyse vorgesehen ist, die der Meßumgebung der Ultraschall- Beobachtungseinrichtung (21) und/oder dem zu beobachtenden Teil zugeordnet ist,
• - daß die Bildanalyse-Steuereinrichtung (34) unter der Vielzahl von automatisch oder manuell spezifizierten Parametern jene automatisch auswählt, die für die betreffende Meßumgebung und/oder das zu beobachtende Teil bestimmt sind, und zur Durchführung der Bildanalyse die Parameter und/oder die interessierenden Bereiche (Ra1 bis Ra5, Rb1 bis Rb3, Rc1 bis Rc4, Rd1, Rd2) entsprechend den Ausbreitungsrichtungen der Ultraschallwelle der Ultraschall-Beobachtungseinrichtung (21) variiert, und
• - daß die Kennwert-Recheneinrichtung (32) die charakteristischen Werte unter Verwendung der ausgewählten Parameter berechnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßumgebung durch die Ultraschallsonde (21A) eines Ultraschall-Endoskops bestimmt ist, die in der Ultraschall- Beobachtungseinrichtung (21) verwendet wird und die einzugebenden Bildinformationen erzeugt, wobei die Sonde den Typ des Ultraschall-Endoskops bestimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endoskop-Identifizierungseinrichtung (36) zum automatischen Identifizieren des Typs des Ultraschall- Endoskops vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu beobachtende Teil ein Körperteil und/oder ein Körperorgan ist, das über eine Körpersymbol- Anzeigeeinrichtung (29) angezeigt wird und bereits aufgrund der Anzeige auf der Körpersymbol-Anzeigeeinrichtung (29) bestimmt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildinformations-Speichereinrichtung (24) Informationen über das durch eine radiale Abtastung mit der Ultraschallsonde (21A) erzeugte Bild des zu beobachtenden Teils abspeichert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die interessierenden Bereiche (Ra1 bis Ra5, Rb1 bis Rb3, Rc1 bis Rc4, Rd1, Rd2) von der Bildanalyse- Steuereinrichtung (47) derart gesteuert werden, daß die Größe und/oder die Form der interessierenden Bereiche in den radialen Richtungen der mit der Sonde (16) vorgenommenen radialen Abtastung variiert werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildanalyse-Steuereinrichtung (34, 47) die interessierenden Bereiche (Ra1 bis Ra5, Rb1 bis Rb3, Rc1 bis Rc4, Rd1, Rd2) auf der Ebene (Ga, Gb, Gc) des Beobachtungsbildes in der Richtung abtastet, die der Richtung der radialen Abtastung mit der Sonde (16) entspricht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß die Bildanalyse-Steuereinrichtung (34, 47) die interessierenden Bereiche (Ra1 bis Ra5, Rb1 bis Rb3, Rc1 bis Rc4, Rd1, Rd2) derart abtastet, daß der Bewegungsbetrag pro Parameterberechnung entsprechend den Ausbreitungs­ richtungen der Ultraschallwelle der Sonde (16) variiert wird.