JP2000300561A - イメージング・システム - Google Patents

イメージング・システム

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JP2000300561A
JP2000300561A JP11338995A JP33899599A JP2000300561A JP 2000300561 A JP2000300561 A JP 2000300561A JP 11338995 A JP11338995 A JP 11338995A JP 33899599 A JP33899599 A JP 33899599A JP 2000300561 A JP2000300561 A JP 2000300561A
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Gregory R Bashford
グレゴリー・アール・バッシュフォード
Edward Dean Nonnweiler
エドワード・ディーン・ノンウェラー
David D Becker
デビッド・ディー・ベッカー
David John Muzilla
デビッド・ジョン・ムジーラ
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General Electric Co
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    • G06T5/20—Image enhancement or restoration using local operators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
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    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 適応型空間フィルタを有する超音波イメージ
ング・システムを提供する。 【解決手段】 適応型空間フィルタ（２６）のフィルタ
係数が、特定の画像パラメータ・サンプルについて、ゼ
ロ又はゼロに近い値を持つ隣接の画像パラメータ・サン
プルの数を計数することにより決定される。データ・ウ
ィンドウにおいてゼロ又はゼロに近い値の数が所定の閾
値よりも大きい場合、このウィンドウ内のデータは通過
する、即ちフィルタ処理されない。このフィルタは、他
の空間フィルタに対して２つの利点がある。第一は、ゼ
ロ又はゼロに近い隣接値のみを持つ画像パラメータ・デ
ータ・サンプル（即ち、孤立した「点ノイズ」）が広が
らないことである。第二は、血管におけるカラーのエッ
ジのような境界（周囲の区域が黒である場所、即ちその
カラー画像パラメータ値がゼロ又はゼロに近い場所）が
従来のフィルタにおけるほどには平滑化されず、エッジ
の鮮鋭性が保存されることである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的には超音波散
乱体のイメージングに関する。具体的には、本発明は、
最終的な超音波画像を平滑化するために画像パラメータ
・データをフィルタ処理する方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】優れた医療診断用超音波イメージング・
システムには、広範なイメージング・モードが必要であ
る。これらのモードは臨床診断に用いられる主なイメー
ジング・モードであり、それらにはカラー・フロー・ド
プラ及びＢモードが含まれている。Ｂモードでは、この
ような超音波イメージング・システムは、ピクセルの輝
度がエコー反射の強度に基づいて定められている組織の
２次元画像を作成する。代替的に、カラー・フロー・イ
メージング・モードでは、体液（例えば、血液）又は組
織の運動をイメージングすることができる。ドプラ効果
を用いた心臓及び血管中の血流の測定は周知である。組
織又は血液から後方散乱体の速度を測定するために、後
方散乱した超音波の位相シフトを用いることができる。
ドプラ・シフトを異なる色を用いて表示して、流れの速
度及び方向を表すこともできる。
【０００３】Ｂモード及びカラー・フロー超音波イメー
ジングでは、最終画像を平滑化するために、得られたデ
ータを２次元で低域通過フィルタ処理することがしばし
ば望ましい。空間フィルタの利用が知られており、空間
フィルタは、通常、フィルタの「カーネル（核）」を得
られたデータの全体にわたって２次元で「スライド」さ
せることにより実現されている。フィルタ・カーネルの
位置に対応しているデータがデータ・「ウィンドウ」と
なる。データ・ウィンドウの中心の値は、「考察対象
（under consideration ）」となる。カーネルは、フィ
ルタ係数の行列で構成されている。各々の位置におい
て、データ・ウィンドウとフィルタ係数との点逐一の積
(point-by-point product)を加算して新たな値を求め、
これを考察対象の値と置き換える。場合によっては、デ
ータを「通過させる」、即ちデータを変更しないでおく
ことが望ましいこともある。
【０００４】音波データを低域通過フィルタ処理するの
に空間フィルタを用いることに伴う問題点は、低レベル
のノイズもまた平滑化されてしまうことである。この結
果、孤立したノイズ・サンプルが２次元で広がり、スク
リーン上に好ましくない「ブロッブ（blob、斑点）」を
残す。この問題は、適応型空間フィルタ(adaptive spat
ial filter) 、即ち、得られるデータの変化によってフ
ィルタ係数が決定されるようなフィルタを用いることに
より軽減することが出来る。公知の適応型空間フィルタ
の１つは、平滑量を音波データの振幅の関数として制御
する。このフィルタの欠点は、フィルタ処理される値の
周囲のデータ、具体的には、各々のサンプルが有してい
るゼロでない隣接点の数が無視されることである。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、適応型空間フィルタを有し、
そのフィルタ係数が、特定の画像パラメータ・サンプル
について、ゼロ又はゼロに近い値を持つ隣接の画像パラ
メータ・サンプルの数を計数することにより決定される
ような超音波イメージング・システムである。あるデー
タ・ウィンドウ内のゼロ又はゼロに近い値の数が所定の
閾値よりも大きいならば、このウィンドウ内のデータは
通過し、フィルタ処理されない。このフィルタは、他の
空間フィルタに対して２つの利点を有している。第一
に、ゼロ又はゼロに近い隣接値のみを有している画像パ
ラメータ・データ・サンプル（即ち、孤立した「点ノイ
ズ」）が広がらないことである。第二に、血管における
カラーのエッジのような境界（周囲の区域が黒である、
即ち、カラー画像パラメータ値がゼロ又はゼロに近い場
合）が従来のフィルタにおけるほどには平滑化されず、
エッジの鮮鋭性が保存されることである。
【０００６】本発明の方法は、信号処理系におけるフィ
ルタ処理ブロックとして実現される。このフィルタは、
カラー・フロー・イメージング及び／又はＢモード・イ
メージングに用いることができる。カラー・フロー・デ
ータ及びＢモード・データの両方について、音波データ
から画像パラメータが抽出された後にフィルタを実現す
る。好ましい実施例では、フィルタは、画像パラメータ
・データが検出後（Ｂモード）又は推定後（カラー・フ
ロー・モード）且つ走査変換の前で従来のライン・メモ
リ又はフレーム・メモリにある間に、該画像パラメータ
・データに対して作用する。Ｂモード画像の場合には、
パラメータは包絡線の大きさであり、カラー画像の場合
には、パラメータは速度、分散及びパワーのうちの１つ
又はこれらの組み合わせである。代替的には、走査変換
の後にフィルタを実現することもできる。更に、本発明
のフィルタは、信号処理系のハードウェアとして実現し
てもよいし、或いはホスト・コンピュータ又は専用のプ
ロセッサのソフトウェアとして実現してもよい。
【０００７】
【好適実施態様の説明】図１に、従来の超音波イメージ
ング・システムの１つを概略的に示す。データの主経路
は、トランスデューサ２からビームフォーマ・ボード４
へのアナログＲＦ入力で開始する。ビームフォーマ・ボ
ード４は、送信ビーム形成及び受信ビーム形成を受け持
つ。ビームフォーマの信号入力は、トランスデューサ素
子からの低レベルのアナログＲＦ信号である。ビームフ
ォーマ・ボード４は、ビームフォーマ、復調器及びフィ
ルタを含んでいて、取得されたデータ・サンプルから形
成される同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）の２つの加算さ
れたディジタル・ベースバンド受信ビームを出力する。
これらのデータ・サンプルは、送信されたビームのそれ
ぞれの焦点ゾーンからの反射された超音波から導き出さ
れている。Ｉ及びＱのデータはＦＩＲ（有限インパルス
応答）フィルタへ送られ、ＦＩＲフィルタは、送信波形
の基本周波数ｆ0 又は基本周波数の高調波もしくは低調
波周波数を中心とする周波数帯域を通過させるようにフ
ィルタ係数でプログラムされている。
【０００８】フィルタから出力された画像データは、中
央プロセッサ・サブシステムへ送られ、ここで、取得モ
ードに従って処理されて、処理済ベクトル・データとし
て出力される。典型的には、中央プロセッサ・サブシス
テムは、カラー・フロー・プロセッサ６と、Ｂモード・
プロセッサ８とを含んでいる。代替的には、ディジタル
信号プロセッサ又はこのようなプロセッサから成るアレ
イを、両方のモードの信号を処理するようにプログラム
してもよい。
【０００９】Ｂモード・プロセッサ８は、ビームフォー
マ・ボード４からのＩ及びＱのベースバンド・データを
対数圧縮された形態の信号包絡線へ変換する。Ｂモード
機能は、信号の包絡線の時間変化する振幅をグレイ・ス
ケールとして画像化する。ベースバンド信号の包絡線
は、Ｉ及びＱが表しているベクトルの大きさである。Ｉ
及びＱの位相角は、Ｂモード表示には用いられない。信
号の大きさは、これら直交する成分の平方和の平方根、
即ち（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 である。Ｂモード強度データ
は、スキャン・コンバータ１０へ出力される。本発明は
また、ＲＦ信号を同相成分及び直角位相成分へ変換する
中間工程を経ずにＲＦ信号の包絡線を検出するシステム
にも応用することができる。
【００１０】スキャン・コンバータ１０は、処理済Ｂモ
ード強度データを受け取り、必要に応じて補間を行うと
共に、この強度データをビデオ表示用のＸＹフォーマッ
トへ変換する。走査変換（スキャン・コンバート）され
たフレームはビデオ・プロセッサ１２へ渡され、ビデオ
・プロセッサ１２はビデオ・データをビデオ表示用のグ
レイ・スケール・マップへ写像（マッピング）する。従
来の超音波イメージング・システムは典型的には多様な
グレイ・マップを用いており、これらのグレイ・マップ
は、生の画像データから表示用グレイ・レベルへの単純
な伝達関数である。次いで、これらのグレイ・スケール
画像フレームは表示モニタ１４へ送られて表示される。
【００１１】モニタ１４によって表示されるＢモード画
像は、画像フレームを成すデータから形成されており、
画像フレームにおいて、各々のデータは、表示装置にお
けるそれぞれのピクセルの強度又は輝度を示している。
１つの画像フレームは、例えば、２５６×２５６のデー
タ配列を含むことができ、各々の強度データは、ピクセ
ル輝度を示す８ビットの二進数である。各々のピクセル
は、照会用の超音波パルスに応答したそれぞれのサンプ
ル・ボリュームの後方散乱体断面積と用いられているグ
レイ・マップとの関数である強度値を有している。表示
画像は、イメージングされている人体を通る平面内で組
織及び／又は血流を表すセクタ走査となる。
【００１２】イメージング平面内での血液速度の実時間
２次元画像を形成するためには、カラー・フロー・プロ
セッサ６が用いられる。血管及び心腔等の内部から反射
した音波の周波数は、血球の速度に比例してシフトし、
トランスデューサの方へ近付く血球では正にシフトし、
遠ざかる血球では負にシフトする。血液の速度は、特定
のレンジ・ゲートにおいてファイアリングから次のファ
イアリングまでの位相シフトを測定することにより算出
される。画像内で１つのレンジ・ゲートにおいてドプラ
・スペクトルを測定する代替法としては、各々のベクト
ルに沿って多数のベクトル位置及び多数のレンジ・ゲー
トから平均血液速度を算出し、この情報から２次元画像
を形成する。カラー・フロー・プロセッサ６は、ビーム
フォーマ・ボード４から加算された左右の複素Ｉ／Ｑデ
ータを受け取り、このデータを処理して、操作者が画定
した領域内のすべてのサンプル・ボリュームについて平
均血液速度、分散（血流の乱れを表す）及び正規化前の
全パワーを算出する。
【００１３】ドプラ超音波の主な利点の１つは、血管内
の血流の非侵襲的且つ定量的な測定を行えることであ
る。音波照射ビームと流れ軸との間の角度をθとする
と、速度ベクトルの大きさを次の標準ドプラ方程式によ
って決定することができる。
【００１４】 ｖ＝ｃｆd ／（２ｆ0 ｃｏｓθ） （１） ここで、ｃは血液内での音速であり、ｆ0 は送信周波数
であり、ｆd は、後方散乱した超音波信号における運動
誘起されたドプラ周波数シフトである。
【００１５】カラー・フロー推定値（速度、分散及びパ
ワー）がスキャン・コンバータ１０へ送られ、スキャン
・コンバータ１０はカラー・フロー画像データをビデオ
表示用のＸＹフォーマットへ変換する。その走査変換さ
れたフレームはビデオ・プロセッサ１２へ渡される。ビ
デオ・プロセッサ１２は、基本的には、ビデオ・データ
をビデオ表示用の表示カラー・マップへ写像する。次い
で、そのカラー・フロー画像フレームはビデオ・モニタ
１４へ送られて表示される。典型的には、速度又はパワ
ーのいずれかが単独で表示されるか、或いは速度がパワ
ー又は乱れのいずれかと組み合わされて表示される。
【００１６】スキャン・コンバータ１０は、カラー・フ
ロー・プロセッサ及びＢモード・プロセッサから処理済
のディジタル・データを受け取った後に、カラー・フロ
ー・データ及びＢモード・データを極座標（Ｒ−θ）セ
クタ・フォーマット又はデカルト座標リニア・フォーマ
ットから適当に拡縮されたデカルト座標の表示ピクセル
・データへ座標変換を行い、この変換後のデータをＸＹ
表示メモリ（図示されていない）に記憶させる。典型的
には、カラー・フロー・モードは、何百もの隣接したサ
ンプル・ボリュームのすべてを、白黒の解剖学的構造の
Ｂモード画像の上に重ね合わせ且つ色符号化して同時に
表示して、各々のサンプル・ボリュームの速度を表現す
る。
【００１７】表示したい画像が１つのＢモード・フレー
ムと１つのカラー・フロー・フレームとの組み合わせで
ある場合、両方のフレームをビデオ・プロセッサ１２へ
渡すと、ビデオ・プロセッサ１２はＢモード・データを
グレイ・マップへ写像すると共にカラー・フロー・デー
タをカラー・マップへ写像してビデオ表示する。最終的
な表示画像では、カラーのピクセル・データがグレイ・
スケールのピクセル・データの上に重畳される。
【００１８】カラー・フロー・データ及び／又はＢモー
ド・データの相次ぐフレームは、先入れ先出し方式でシ
ネ・メモリ１６に記憶される。記憶は連続的であっても
よいし、外部のトリガ事象の結果として行ってもよい。
シネ・メモリ１６は、バックグラウンドで稼働する循環
的な画像バッファの様なものであり、実時間でユーザに
対して表示されている画像データを取り込む。利用者が
オペレータ・インタフェイス（図示されていない）上の
適当な装置の操作によってシステムをフリーズさせたと
き、利用者は、シネ・メモリに以前に取り込まれている
画像データを見ることができるようになる。
【００１９】システム制御はホスト・コンピュータ（即
ち、マスタ・コントローラ）１８に集中化されており、
ホスト・コンピュータ１８は、オペレータ・インタフェ
イス（例えば、制御パネル）を介して操作者の入力を受
け取って、様々なサブシステムを制御する。ホスト・コ
ンピュータ１８は、システム・レベルの制御作用を実行
する。ホスト・コンピュータ１８は、オペレータ・イン
タフェイスを介して操作者からの入力と共にシステム状
態の変更（例えば、モードの変更）を受け取って、適当
なシステム変更を行う。システム制御バス（図示されて
いない）が、ホスト・コンピュータからサブシステムへ
のインタフェイスを提供している。スキャン・コントロ
ーラ（図示していない）が、様々なサブシステムへ実時
間（音波ベクトル・レート）の制御入力を供給する。ス
キャン・コントローラは、音波フレーム取得用のベクト
ル・シーケンス及び同期選択肢についてホスト・コンピ
ュータによってプログラムされている。このように、ス
キャン・コントローラは、ビーム分布及びビーム密度を
制御し、ホスト・コンピュータによって定義されたこれ
らのビーム・パラメータをスキャン制御バス（図示して
いない）を介して各サブシステムへ伝達する。
【００２０】図２に示す本発明の第１の好ましい実施例
によれば、Ｂモード強度データは、走査変換の前に適応
型フィルタを通過する。図２でわかるように、Ｉ成分及
びＱ成分は、ビームフォーマ・ボードからＢモード・プ
ロセッサ８へ入力される。Ｂモード・プロセッサは、量
（Ｉ2 ＋Ｑ2 ）1/2 を算出することによりビーム加算後
の受信信号の包絡線を形成する包絡線検波器２０を含ん
でいる。信号の包絡線は、対数圧縮（ブロック２２）等
の何らかの更なるＢモード処理を施されてＢモード強度
（即ち、包絡線の大きさ）データを形成し、Ｂモード・
ライン／フレーム・メモリ２４へ出力される。次いで、
Ｂモード強度データは、低域通過（平滑化）を行うよう
に動作するフィルタ・カーネルｋf を持つ適応型空間フ
ィルタ２６を通過する。適応型空間フィルタ２６は、Ｂ
モード信号処理系において実現されるとき、所定の数よ
りも少ない数のゼロ又はゼロに近い値を持つＢモード強
度データ・ウィンドウについてのみ作用するようにプロ
グラムされる。
【００２１】図１を参照して説明すると、カラー・フロ
ー・イメージングの基本的な信号処理系は超音波トラン
スデューサ・アレイ２を含んでおり、超音波トランスデ
ューサ・アレイ２は、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）
で繰り返しファイアリングされる長さＰのトーン・バー
ストを含むパルス・シーケンスを送信するように起動さ
れる。反射されＲＦ信号は、トランスデューサ素子によ
って検出されて、ブロック４のビームフォーマ内のそれ
ぞれの受信チャネルによって受信される。ビームフォー
マは、遅延後のチャネル・データを加算して、ビーム加
算された信号を出力する。この信号はブロック４の復調
器によって復調されて、同相及び直角位相（Ｉ／Ｑ）信
号成分を形成する。図３を参照して説明すると、Ｉ／Ｑ
信号成分はコーナ・ターナ・メモリ（corner turner me
mory）２８に記憶される。コーナ・ターナ・メモリ２８
の目的は、インタリーブされている可能性のあるファイ
アリングからのデータに対してバッファ作用を行い、ま
た所与のレンジ・セルにおけるファイアリング間に跨が
る各点のベクトルとしてデータを出力することである。
データは「高速」形態で受信され、即ち、各回のファイ
アリング毎に（ベクトルに沿って）レンジを連続的に下
降しながら受信される。コーナ・ターナ・メモリからの
出力は、「低速」形態に並べ換えられており、即ち、各
々のレンジ・セル毎にファイアリング順に並べ換えられ
ている。結果として得られる「低速」Ｉ／Ｑ信号サンプ
ルはそれぞれのウォール・フィルタ３０に送られ、ウォ
ール・フィルタ３０は、静止した組織又は極めて低速で
運動する組織に対応するあらゆるクラッタ（clutter ）
を除去する。次いで、これらのフィルタ処理後の出力は
パラメータ推定器３２へ供給され、パラメータ推定器３
２は、レンジ・セルの情報を中間的な自己相関パラメー
タＮ、Ｄ及びＲ（０）へ変換する。Ｎ及びＤはそれぞ
れ、次に示すように自己相関方程式の分子及び分母であ
る。
【００２２】
【数１】 ここで、Ｉi 及びＱi は、ファイアリングｉについての
復調後のベースバンド入力データであり、Ｍはパケット
内のファイアリングの数である。Ｒ（０）は、次のよう
に、１つのパケット内でのファイアリングの数にわたる
有限の和として近似される。
【００２３】
【数２】 ブロック３２に組み込まれているプロセッサが、各々の
レンジ・セル毎にＮ及びＤを大きさ及び位相へ変換す
る。用いられる式は次の通りである。
【００２４】 ｜Ｒ（Ｔ）｜＝（Ｎ2 ＋Ｄ2 ）1/2 （５） φ（Ｒ（Ｔ））＝ｔａｎ-1（Ｎ／Ｄ） （６） パラメータ推定器３２は、大きさ及び位相の各値を処理
して、パワー、速度及び乱れの推定値を生じる。位相
は、後に示すように速度に比例した平均ドプラ周波数を
算出するのに用いられ、Ｒ（０）及び｜Ｒ（Ｔ）｜（大
きさ）は、乱れを推定するのに用いられる。
【００２５】ヘルツ単位での平均ドプラ周波数は、Ｎ及
びＤの位相並びにパルス繰り返し時間Ｔから得られる。
【００２６】
【数３】 平均速度は、式（１）を用いて算出される。乱れは、平
均ドプラ周波数の分散の２次級数展開として時間領域に
おいて算出することができる。乱れの時間領域表現は、
ゼロ遅延（zero-lag）及び１遅延（one-lag ）の自己相
関関数、即ちＲ（０）及びＲ（Ｔ）をそれぞれ算出する
ことを含んでいる。正確な自己相関関数は、パケット内
のファイアリングの数について既知のデータにわたる有
限の和によって近似される。
【００２７】 σ2 ＝［２／（２πＴ）2 ］［１−｛｜Ｒ（Ｔ）｜／Ｒ（０）｝］ （８） 平均値信号φ（Ｒ（Ｔ））は、流動している反射体の平
均ドプラ周波数シフトの推定値であり、従って平均血流
速度に比例している。分散信号σ2 は、ベースバンド・
エコー信号の流れ信号成分の周波数拡散を示している。
この値は、流れの乱れを示している。というのは、定常
的な流れは極めて狭い範囲の速度を有しているが、乱れ
のある流れは多くの速度の混合であるからである。流動
している反射体からの信号の強さを示すために、信号Ｒ
（０）が、ドプラ・シフトした流れの信号における反射
のパワーの量を示している。
【００２８】カラー・フロー推定値は、カラー・ライン
／フレーム・メモリ３４へ出力される。次いで、カラー
・フロー・データは適応型空間フィルタ２６に送られ
る。この適応型空間フィルタ２６は、前に図２のＢモー
ド信号処理系に関連して述べたのと同じ機能を有する。
適応型空間フィルタ２６は、カラー・フロー信号処理鎖
において実現されるときには、所定の数よりも少ない数
のゼロ又はゼロに近い値を持っている速度、パワー又は
乱れ（分散）の各データ・ウィンドウについてのみ作用
するようにプログラムされている。
【００２９】図２及び図３に示す好ましい実施例によれ
ば、適応型空間フィルタ２６は先ず、データ・ウィンド
ウ内のゼロ又はゼロに近い画像パラメータ値の数を計数
する。「ゼロに近い」という値は、予め定義される。例
えば、８ビットの強度値については、−３≦ｘ≦３の強
度値を「ゼロに近い」と考えることができる。このゼロ
（又はゼロに近い）値の数が、所定の規則に従ってフィ
ルタ係数を決定する。単純な例は、プログラム可能な閾
値を上回る数のゼロを含んでいるデータを通過させると
いうものである。より複雑な例は、ゼロでないデータ点
の数が増加するにつれて、より大きく平滑化を行うとい
うものである。
【００３０】前者の例の具体例として、次に与えられる
フィルタ・カーネル（ｋf ）及び画像パラメータ・デー
タ（Ａ）を考察する。
【００３１】
【数４】 フィルタ・カーネルｋf は、低域通過（平滑化）を行う
ように作用する３×３のカーネルである。行列Ａは、画
像パラメータ・データを表しており、孤立した３つの点
（画像パラメータ値１、２及び３を持っている点）を含
んでいると共に、右下の隅にエッジを表す画像パラメー
タ値を含んでいる。ここでの例のみの目的として、適応
型フィルタが、５個よりも少ない数のゼロを持つデータ
・ウィンドウについてのみ作用し、他のデータ・ウィン
ドウは通過させる、即ちフィルタ処理を行わないよう
に、プログラムされていると仮定する。また、ここでの
例のみの目的として、ゼロを持つ値のみが「ゼロに近
い」値として計数されるものと仮定する。
【００３２】フィルタ処理は、フィルタ・カーネルを左
上の隅に配置することにより進行し、ｋf がこの位置の
画像パラメータ・データを確保するようにすると、次の
データ・ウィンドウが形成される。
【００３３】
【数５】 このウィンドウには８個のゼロがあるので、考察対象の
値、即ち「３」はフィルタ処理を施されないで通過を許
される。フィルタ・カーネルを更に下方向に「スライ
ド」させると、行列内の孤立した値「１」の上に来て、
次のデータ・ウィンドウを与える。
【００３４】
【数６】 このウィンドウにも８個のゼロがあるので、考察対象の
値、即ち「１」はフィルタ処理を施されないで通過を許
される。フィルタ・カーネルがスライドして孤立した３
つのサンプルのいずれの上に来たときにも同様のことが
生ずる。この手法は、孤立したノイズが画像の全体に広
がるのを防止する。広がると、孤立したノイズの寸法が
表示画面上で増大してしまう。
【００３５】次に、フィルタ・カーネルが右下の隅のデ
ータ・エッジに近付くときの例を考察する。例えば、１
つの点において、フィルタは次のデータ・ウィンドウの
上に来る。
【００３６】
【数７】 ここには６個のゼロがあるので、考察対象の値、即ち
「０」はやはり保存される。保存されない場合には、考
察対象は、フィルタ・カーネルとデータ・ウィンドウと
の点逐一の積の和で置き換えられ、この場合には「３／
８」の値を持つようになる。エッジに隣接したゼロに対
して空間フィルタを適用する効果は、エッジを隣接する
ゼロに「拡散」させることである。しかしながら、フィ
ルタがもう１サンプル分、下方向にスライドすると、フ
ィルタは次のデータ・ウィンドウの上に来る。
【００３７】
【数８】 このウィンドウは３個のゼロしか有していないので、考
察対象の値、即ち「１」は「１７／１６」で置き換えら
れる。この例では、エッジの境界は、位置については変
更されないで、振幅が僅かに変更されたのみである。フ
ィルタ・カーネルがゼロでないデータを有する領域に更
に移動するにつれて、これらの領域にはゼロが存在して
いないので、フィルタは必ず適用されることになる。
【００３８】本発明は、超音波イメージング・システム
での利用に限定されているわけではなく、任意の形式の
画像パラメータ値から成るフレームを空間的にフィルタ
処理するために用いることができ、これらのイメージン
グ・データを取得するのに用いられているモードには拘
わらない。
【００３９】以上に述べた好ましい実施例は、説明の目
的で開示された。本発明の概念の変形及び改変は、当業
者には容易に想到されよう。例えば、本発明は、３×３
のフィルタ・カーネルを持つ適応型フィルタに限定され
ているわけではなく、任意のサイズ及び構成を持つフィ
ルタ・カーネルに拡張することができる。これらのよう
なすべての変形及び改変は、特許請求の範囲に包含され
るものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例が用いられる一般的な
超音波イメージング・システムの概略ブロック図であ
る。
【図２】本発明の好ましい一実施例によるＢモード信号
処理系の概略ブロック図である。
【図３】本発明のもう１つの好ましい実施例によるカラ
ー・フロー信号処理系の概略ブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード・ディーン・ノンウェラー アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ミル ウオーキー、ウエスト・ホープ・アヴェニ ュー、8913番 (72)発明者 デビッド・ディー・ベッカー アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ミル ウオーキー、ノース・レイク・ドライブ、 9733番 (72)発明者 デビッド・ジョン・ムジーラ アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ムク ォナゴ、イーグル・レイク・アヴェニュ ー、216番

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一フレームの画像パラメータ値を記憶す
    るメモリと、 前記フレームをカバーする多数の同じ構成を持つ重なり
    合ったデータ・ウィンドウのうち、所定の閾値よりも小
    さい画像パラメータ値が所定の数よりも少なく含まれて
    いるデータ・ウィンドウのみをフィルタ処理するように
    適応化されている空間フィルタと、 前記フレームのフィルタ処理された画像パラメータ値か
    ら導出される画像信号を表示する表示装置とを備えてい
    ることを特徴とするイメージング・システム。
  2. 【請求項２】 前記画像パラメータは超音波Ｂモード強
    度データである請求項１に記載のイメージング・システ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記画像パラメータは超音波速度データ
    である請求項１に記載のイメージング・システム。
  4. 【請求項４】 前記画像パラメータは超音波パワー・デ
    ータである請求項１に記載のイメージング・システム。
  5. 【請求項５】 前記画像パラメータは超音波乱れデータ
    である請求項１に記載のイメージング・システム。
  6. 【請求項６】 多数のトランスデューサ素子を含んでい
    る超音波トランスデューサ・アレイと、 一連の送信ファイアリングの際に、選択されたトランス
    デューサ素子をパルス駆動する送信ビームフォーマと、 前記トランスデューサ・アレイ内の選択されたトランス
    デューサ素子に結合されていて、各回の送信ファイアリ
    ングに続いてそれぞれの受信信号を取得する受信ビーム
    フォーマと、 前記受信信号から前記フレームの画像パラメータ値を形
    成するようにプログラムされている信号プロセッサと、 表示のために前記フレームの画像パラメータ値を前記画
    像信号へ変換するスキャン・コンバータと、を更に含ん
    でいる請求項１に記載のイメージング・システム。
  7. 【請求項７】 前記空間フィルタは、前記フレームの画
    像パラメータ値を低域通過フィルタ処理するように設計
    されている請求項１に記載のイメージング・システム。
  8. 【請求項８】 一フレームの画像パラメータ値を記憶す
    るメモリと、次の工程、すなわち、（ａ）所定の構成を
    持つ前記画像パラメータ値の配列を含んでいるデータ・
    ウィンドウを形成する工程と、（ｂ）前記データ・ウィ
    ンドウ内の前記画像パラメータ値のうち、所定の閾値よ
    りも小さい値を持つ画像パラメータ値の数を決定する工
    程と、（ｃ）該数が所定の数よりも小さい場合、前記デ
    ータ・ウィンドウと、フィルタ係数の配列を含んでいる
    フィルタ・カーネルとの点逐一の積を形成する工程と、
    （ｄ）前記データ・ウィンドウ内の前記画像パラメータ
    値の１つを前記フレーム内の前記積で置き換える工程
    と、（ｅ）前記数が前記所定の数よりも小さくない場
    合、前記データ・ウィンドウの前記画像パラメータ値を
    変更なしに通過させる工程と、（ｆ）前記所定の構成を
    持つ前記画像パラメータ値の他の配列を含んでいる重な
    り合った各データ・ウィンドウについて前記工程（ａ）
    〜工程（ｅ）を繰り返して、フィルタ処理された画像パ
    ラメータ値のフレームを形成する工程とを実行するよう
    にプログラムされているフィルタと、 前記フレームのフィルタ処理された画像パラメータ値か
    ら導出される画像を表示する表示装置と、を備えている
    ことを特徴とするイメージング・システム。
  9. 【請求項９】 前記画像パラメータは超音波データであ
    る請求項８に記載のイメージング・システム。
  10. 【請求項１０】 多数のトランスデューサ素子を含んで
    いる超音波トランスデューサ・アレイと、 一連の送信ファイアリングの際に、選択されたトランス
    デューサ素子をパルス駆動する送信ビームフォーマと、 前記トランスデューサ・アレイ内の選択されたトランス
    デューサ素子に結合されていて、各回の送信ファイアリ
    ングに続いてそれぞれの受信信号を取得する受信ビーム
    フォーマと、 前記受信信号から前記フレームの画像パラメータ値を形
    成するようにプログラムされている信号プロセッサと、 表示のために前記フレームの画像パラメータ値を前記画
    像信号へ変換するスキャン・コンバータと、を更に含ん
    でいる請求項９に記載のイメージング・システム。
  11. 【請求項１１】 前記フィルタ係数は、前記フレームの
    画像パラメータ値を低域通過フィルタ処理するように選
    択されている請求項８に記載のイメージング・システ
    ム。
  12. 【請求項１２】 一フレームの画像パラメータ値を記憶
    するメモリと、 前記フレームの画像パラメータ値をカバーする重なり合
    ったデータ・ウィンドウを形成する手段であって、各々
    のデータ・ウィンドウが、所定の構成を持つ前記画像パ
    ラメータ値の配列を含むようにした手段と、 各々のデータ・ウィンドウ内の前記画像パラメータ値の
    うち、所定の値の閾値よりも小さい値を持つ画像パラメ
    ータ値の数を決定する手段と、 各々のデータ・ウィンドウと、フィルタ係数の配列を含
    んでいるフィルタ・カーネルとのそれぞれの点逐一の積
    を形成する手段と、 前記のそれぞれのデータ・ウィンドウ内の前記画像パラ
    メータ値の１つを前記フレーム内の前記それぞれの積で
    置き換える手段と、 前記のそれぞれのデータ・ウィンドウ内の画像パラメー
    タ値のそれぞれの前記数が所定の数よりも小さい場合に
    のみ、各々のデータ・ウィンドウについて前記積を形成
    する手段及び前記置き換える手段を作動して、一フレー
    ムのフィルタ処理された画像パラメータ値を形成する手
    段と、 前記フレームのフィルタ処理された画像パラメータ値か
    ら導出される画像を表示する表示装置と、を備えている
    ことを特徴とするイメージング・システム。
  13. 【請求項１３】 前記画像パラメータは超音波データで
    ある請求項１２に記載のイメージング・システム。
  14. 【請求項１４】 前記フィルタ係数は、前記フレームの
    画像パラメータ値を低域通過フィルタ処理するように選
    択されている請求項１２に記載のイメージング・システ
    ム。
  15. 【請求項１５】 一フレームの画像パラメータ値であっ
    て、該フレームの画像パラメータ値が所定の構成を持つ
    重なり合ったデータ・ウィンドウとして配列されるとき
    に、該データ・ウィンドウのうち少なくともいくつかの
    データ・ウィンドウが、所定の閾値よりも小さい画像パ
    ラメータ値を所定の数以上持っているという性質を有し
    ている当該一フレームの画像パラメータ値を記憶する工
    程と、 前記所定の閾値よりも小さい画像パラメータ値が前記所
    定の数よりも少なく含まれているデータ・ウィンドウの
    みをフィルタ処理する工程と、 前記フレームのフィルタ処理された画像パラメータ値か
    ら導出される画像信号を表示する工程と、を有する、画
    像パラメータ・データを表示する方法。
  16. 【請求項１６】 前記画像パラメータは超音波データで
    ある請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記フィルタ処理する工程は、前記フ
    レームの画像パラメータ値を低域通過フィルタ処理する
    請求項１５に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 （ａ）一フレームの画像パラメータ値
    であって、該フレームの画像パラメータ値が所定の構成
    を持つ重なり合ったデータ・ウィンドウとして配列され
    るときに、該データ・ウィンドウのうち少なくともいく
    つかのデータ・ウィンドウが、所定の閾値よりも小さい
    画像パラメータ値を所定の数以上持っているという性質
    を有している当該一フレームの画像パラメータ値を記憶
    する工程と、 （ｂ）前記所定の構成を持つ前記画像パラメータ値の配
    列を含んでいるデータ・ウィンドウを形成する工程と、 （ｃ）前記データ・ウィンドウ内の前記画像パラメータ
    値のうち、前記所定の閾値よりも小さい値を持つ画像パ
    ラメータ値の数を決定する工程と、 （ｄ）前記数が所定の数の閾値よりも小さい場合、前記
    データ・ウィンドウと、フィルタ係数の配列を含んでい
    るフィルタ・カーネルとの点逐一の積を形成する工程
    と、 （ｅ）前記データ・ウィンドウ内の前記画像パラメータ
    値の１つを前記フレーム内の前記積で置き換える工程
    と、 （ｆ）前記数が前記所定の数の閾値よりも小さくない場
    合、前記データ・ウィンドウの前記画像パラメータ値を
    変更なしに通過させる工程と、 （ｇ）前記画像パラメータ値の他の配列を含んでいる各
    データ・ウィンドウについて前記工程（ｂ）〜工程
    （ｆ）を繰り返して、一フレームのフィルタ処理された
    画像パラメータ値を形成する工程と、 （ｈ）前記フレームのフィルタ処理された画像パラメー
    タ値から導出される画像を表示する工程と、を有する、
    画像パラメータ・データを表示する方法。
  19. 【請求項１９】 多数のトランスデューサ素子を含んで
    いる超音波トランスデューサ・アレイと、 走査平面内の異なる送信焦点ゾーンに集束されている一
    連の送信ファイアリングの際に、選択されたトランスデ
    ューサ素子をパルス駆動する送信ビームフォーマと、 前記トランスデューサ・アレイ内の選択されたトランス
    デューサ素子に結合されており、前記それぞれの送信フ
    ァイアリングに続いてそれぞれの受信信号を取得する受
    信ビームフォーマと、 前記受信信号から画像パラメータ値のフレームを取得す
    るようにプログラムされている信号プロセッサと、 前記画像パラメータ値のフレームを記憶するメモリと、 前記フレームを網羅する同じ構成を持つ重なり合った多
    数のデータ・ウィンドウのうち、所定の閾値よりも小さ
    い画像パラメータ値が所定の数よりも少なく含まれてい
    るデータ・ウィンドウのみをフィルタ処理するように適
    応化されている低域通過空間フィルタと、 前記フレームのフィルタ処理された画像パラメータ値か
    ら導出される画像信号を表示する表示装置と、を備えて
    いることを特徴とする超音波イメージング・システム。
  20. 【請求項２０】 一フレームの画像パラメータ値であっ
    て、該フレームの画像パラメータ値が所定の構成を持つ
    重なり合ったデータ・ウィンドウとして配列されるとき
    に、該データ・ウィンドウのうち少なくともいくつかの
    データ・ウィンドウが、所定の閾値よりも小さい画像パ
    ラメータ値を所定の数以上持っているという性質を有し
    ている当該一フレームの画像パラメータ値を記憶する工
    程と、 前記所定の閾値よりも小さい画像パラメータ値が前記所
    定の数よりも少なく含まれているデータ・ウィンドウの
    みをフィルタ処理する工程と、を有する、画像パラメー
    タ・データを空間的にフィルタ処理する方法。
JP11338995A 1998-12-01 1999-11-30 イメージング・システム Withdrawn JP2000300561A (ja)

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