JP2006043457A - 超音波システムを制御する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波システム（３００）を制御するための方法及びシステムを提供する。
【解決手段】 本方法は、超音波システムから受け取った画像データを処理して、時間利得補償補正曲線を求める段階（２０２）であって、画像データが内部時間利得補償される段階を含んでいる。本方法は更に、時間利得補償補正曲線及びユーザ入力パラメータを使用して画像データを処理する段階（２０４）を含んでいる。ユーザ入力パラメータには、ユーザ規定の時間利得補償パラメータ及びユーザ規定のダイナミックレンジ・パラメータの内の少なくとも一方が含まれている。
【選択図】 図２

Description

本発明は一般的に云えば超音波システムに関し、より具体的には時間利得補償（ＴＧＣ）を使用しての超音波システムの制御に関するものである。

超音波は相異なる層の組織を通って進行するにつれて、この波の振幅は減衰により減少する。このようなエネルギ損失は組織の減衰係数と超音波の周波数とに比例する。更に、このようなエネルギ損失はまた、超音波が進行する距離にも比例する。従って、身体内のより深い組織から受け取るエコーは、相対的に身体の表面に近い方にある同様な組織から受け取るエコーよりも低いエネルギを有する。例えば、輝度モード（Ｂモード）グレースケール撮像手法では、受け取ったエコーの振幅は画像を形成するために使用される。Ｂモード画像内の画素の輝度は対応するエコーの強度を表す。ところでトランスデューサに対する位置に関係なく、同様な組織は同様な輝度で表示することがしばしば望ましい。そこでＢモード画像処理において、身体内の組織による減衰を補償して画像全体にわたって組織の輝度を均等化するために、ＴＧＣがしばしば用いられている。
米国特許第６１２０４４６号

トランスデューサに対する組織の位置に関係なく、同様な組織について輝度に影響を及ぼす因子が幾つかある。組織の減衰係数は解剖学的構造及び身体タイプ（特に病気を持つ身体）により変化し、また超音波が身体内を進行する音波経路はしばしば予測できないので、身体の中を進行しているときに超音波が受ける正確な減衰量を予測することは困難である。減衰によるエネルギ損失を補償するため、既知の超音波システムでは通常、内部ＴＧＣ曲線と外部ＴＧＣ摺動ポットとの組合せを用いている。内部ＴＧＣ曲線は所定の値によって定められ、典型的には、所与の超音波システム設定では固定されている。これらの所定の値は、例えば、取得した画像データについての統計的分析を使用して算出するか、或いは平均的な身体タイプから経験的に算出することができる。もし臨床走査の際に患者の身体タイプが平均的な身体タイプとは非常に異なっていると、内部ＴＧＣは組織による減衰を適切に補償しない。その結果、表示された画像内に不均一な輝度又はバンディング・アーティファクト(banding artifact)が生じることがある。従って、このバンディングを是正及び／又は最小にするために外部ＴＧＣ摺動ポットの手動調節が実行される。しかしながら、このような調節は通常不正確であり且つ時間がかかる。例えば、このような調節は人の介在を必要とするので、エラーがより生じ易い。

バンディング・アーティファクトは更に、画像を形成するために複数の焦点区域が使用されるときに目に見えることがある。焦点区域は、身体内の、送出された超音波が集束される場所である。各焦点区域は、該焦点区域に送出されたエネルギがその範囲にわたって最良の画像を生成する対応する焦点領域を有する。典型的には、異なる焦点領域について異なる波形及び周波数の超音波が使用される。超音波画像を得るには、各焦点領域に一つずつ焦点区域を対応させて、複数の焦点領域を組み合わせる。各焦点区域には、身体内で差別的に減衰する傾向がある異なる超音波を使用することができる。従って、２つ以上の焦点領域が一緒に接合されるとき、それらの領域の境界は明確であって、画像内にバンディング・アーティファクトとして目に見えることがある。

模範的な実施形態では、超音波システムを制御するための方法を提供する。本方法は、超音波システムから受け取った画像データを処理して、時間利得補償補正曲線を求める段階であって、画像データが内部時間利得補償される段階を含んでいる。本方法は更に、時間利得補償補正曲線及びユーザ入力パラメータを使用して画像データを処理する段階を含んでいる。ユーザ入力パラメータには、ユーザ規定の時間利得補償パラメータ及びユーザ規定のダイナミックレンジ・パラメータの内の少なくとも一方が含まれている。

別の模範的な実施形態では、超音波システムを提供する。本超音波システムは、走査を実行して画像データを取得するプローブと、画像データを処理して、内部時間利得補償された画像データを求める内部ＴＧＣユニットとを含んでいる。本超音波システムは更にプロセッサを含み、該プロセッサは、先ず、内部時間利得補償された画像データを処理するように構成されている。プロセッサは更に、受け取った画像データに時間利得補償補正曲線を適用するように構成されている。プロセッサはまた、ユーザ入力パラメータを使用して、前記処理後の画像データについて時間利得補償を行うように構成されている。ユーザ入力パラメータには、ユーザ規定の時間利得補償パラメータ及びユーザ規定のダイナミックレンジ・パラメータの内の少なくとも一方が含まれている。

内部時間利得補償された画像データを自動的に処理してＴＧＣ補正曲線を作成するようにした様々な実施形態の超音波システム及びその制御方法が提供される。更に、ユーザ要求のＴＧＣ曲線の適用が行われる。また、遠距離場のノイズの抑制及びシネ・ループ再生の際のＴＧＣ曲線補正も提供される。

図１は、典型的なＴＧＣ曲線を使用するように構成されている超音波システム１００を例示するブロック図である。超音波システム１００は、送信波形ユニット１０２と、送信ビームフォーマ・ユニット１０４と、パルサー・ユニット１０６と、送受信切換えスイッチ（以後、ＴＲスイッチと呼ぶ）ユニット１０８と、トランスデューサ・アレイ１１０と、ＲＦ増幅器ユニット１１２と、受信ビームフォーマ・ユニット１１４と、復調器ユニット１１６と、総合ＴＧＣユニット１１８と、振幅検出ユニット１２０と、画像接合ユニット１２２と、走査変換及び画像表示（ＳＣＩＤ）ユニット１２４とを含んでいる。

様々な実施形態では、トランスデューサ・アレイ１１０は、複数の別々に駆動されるトランスデューサ素子を含んでおり、その各々の素子はパルサー・ユニット１０６内の１つのパルサーによって励振されたとき超音波のバーストを生成する。方向付けし集束した超音波ビームを送信するため、トランスデューサ内の各素子に印加される波形は適切な時間遅延を含んでいる。この時間遅延は送信ビームフォーマ・ユニット１０４によって与えられ、送信ビームフォーマ・ユニット１０４内では、送信波形ユニット１０２によって発生された電子的波形が、超音波ビーム位置、超音波走査のための焦点位置及びトランスデューサ・アレイ１１０内でのトランスデューサ素子の位置に基づいて、適切な時間遅延を受ける。

パルサー・ユニット１０６内の各パルサーは、ＴＲスイッチ・ユニット１０８内の送受信切換え（ＴＲ）スイッチを介してそれぞれのトランスデューサ素子に結合される。様々な実施形態では、ＴＲスイッチは、ＲＦ増幅器ユニット１１２のような受信用電子装置を、パルサー・ユニット１０６のような送信用電子装置によって発生された高電圧から保護するダイオードである。超音波ビームに沿った相次ぐ距離に位置する物体から反射されたエコー信号が、トランスデューサ・アレイ１１０内の各素子によって別々に検知されて、電気信号へ変換される。これらの電気信号はＴＲスイッチ・ユニット１０８を介してＲＦ増幅器１１２に別々に供給される。特定の時点におけるエコー信号振幅のサンプルが特定の距離において生じる反射量を表す。反射点と各トランスデューサ素子との間の伝播路の差に起因して、これらのエコー信号は同時に検出されず、またそれらの振幅は等しくない。様々な実施形態では、ＲＦ増幅器ユニット１１２は別々のエコー信号を増幅する。受信ビームフォーマ・ユニット１１４は各エコー信号に適切な時間遅延を適用する。その後、受信ビームフォーマ・ユニット１１４は遅延後のエコー信号を合算して、超音波ビームに沿った特定の距離に位置する特定点から反射された全超音波エネルギを表すＲＦエコー信号を構成する。様々な実施形態では、受信ビームフォーマ１１４で使用される時間遅延は、専用のハードウエアを使用して実時間で計算されるか、又はルックアップ・テーブルから決定される。ＲＦエコー信号は次いで、復調器ユニット１１６に供給されて、ベースバンド信号へ変換される。

総合ＴＧＣユニット１１８は、ＲＦ増幅器ユニット１１２で及び復調器ユニット１１６で時間利得補償を実行する。実行される時間利得補償は、内部ＴＧＣ曲線（例えば、所定の設定及び／又はパラメータ）と外部ＴＧＣ曲線（例えば、ユーザ規定の設定及びパラメータ）の両方を含んでいる。更に、振幅検出ユニット１２０は、時間利得補償後のベースバンド信号を画像信号へ変換する。様々な焦点領域に対応する画像信号が、画像接合ユニット１２２によって、一緒に接合又は組み合わされて、完全な画像を形成する。この完全な画像は、表示装置（図示せず）上に最終的な走査画像を表示するためにＳＣＩＤユニット１２４によって処理される。

図２は、本発明の模範的な実施形態に従って超音波システムを制御する方法を例示する流れ図である。段階２０２で、超音波システムから受け取った画像データを処理して、時間利得補償補正曲線を求める。画像データはまた内部時間利得補償される。様々な実施形態では、このデータについて使用される内部ＴＧＣ曲線は実時間で算出される。模範的な実施形態では、内部ＴＧＣ曲線は、所与の超音波システム設定、例えば、用途、周波数及び焦点区域の場所に基づいて、ルックアップ・テーブルから求められる。様々な実施形態では、内部時間利得補償された画像データは、振幅検出を行うように処理される。更に、この振幅検出された画像データは、時間利得補償補正曲線を求めるための処理の前に、組み合わされる（例えば、一緒に接合される）。

段階２０４で、時間利得補償補正曲線及びユーザ入力パラメータを使用して画像データを処理する。様々な実施形態では、ユーザ入力パラメータには、ユーザ規定の時間利得補償パラメータ及びユーザ規定のダイナミックレンジ・パラメータの内の少なくとも一方が含まれている。

ユーザ規定の時間利得補償パラメータは画像データに適用される外部時間利得補償を表す。様々な実施形態では、ユーザ規定の時間利得補償パラメータは、超音波システムの利得ノブ値及びＴＧＣ摺動ポット位置に基づいて算出される。利得ノブ値は画像の全体の輝度（明るさ）を調節するのに対し、ＴＧＣ摺動ポット位置は画像の一部分の輝度に垂直方向に影響を及ぼす。ＴＧＣ摺動ポットの使用により、ユーザは更に、距離に起因する信号の減衰を補償して、画像全体にわたって平均して一様な輝度を達成するように制御を行える。

様々な実施形態では、画像データはＳＣＩＤのようなスクリーン上での表示のために対数圧縮される。模範的な実施形態では、対数圧縮は、時間利得補償補正曲線を用いて処理する前の画像データについて実行される。別の実施形態では、対数圧縮は、ユーザ入力パラメータを用いて処理した後の画像データについて実行される。

様々な実施形態では、ユーザ規定のダイナミックレンジ・パラメータは、超音波走査画像で表示するのが望ましい、検出したエコーの振幅及び／又はパワーの最大値と最小値との比である。従って、このパラメータは、超音波システムによって表示すべき画像データの範囲を特定するために使用される。

様々な実施形態では、ユーザ規定の時間利得補償パラメータ（１つ又は複数）を使用して画像データを処理する前に、画像データを記憶する。更に、ユーザ規定の時間利得補償パラメータ（１つ又は複数）もまた記憶する。従って、走査の結果は、記憶されたユーザ規定の時間利得補償パラメータ（１つ又は複数）を使用して画像データを処理した後で、将来に観察することができる。更に、様々な実施形態では、記憶された画像データは新しいユーザ規定の時間利得補償パラメータを使用して処理される。これによって、走査時にユーザ規定の時間利得補償パラメータを設定する際に人為的なエラーがあれば、それは将来的に補正することが可能である。

図３は、本発明の模範的な実施形態に従ってＴＧＣを実施する超音波システム３００を例示するブロック図である。超音波システム３００は、送信波形ユニット１０２と、送信ビームフォーマ・ユニット１０４と、パルサー・ユニット１０６と、ＴＲスイッチ・ユニット１０８と、トランスデューサ・アレイ１１０と、ＲＦ増幅器ユニット１１２と、受信ビームフォーマ・ユニット１１４と、復調器ユニット１１６と、振幅検出ユニット１２０と、画像接合ユニット１２２と、走査変換及び画像表示（ＳＣＩＤ）ユニット１２４と、内部ＴＧＣユニット３０２と、ＴＧＣ補正ユニット３０４と、外部ＴＧＣユニット３０６と、ユーザ・ダイナミックレンジ・ユニット３０８と、利得クランプ・ユニット３１０とを含んでいる。

内部ＴＧＣユニット３０２はＲＦ増幅器ユニット１１２と復調器ユニット１１６とにおいて内部時間利得補償を実行させる。更に、ＴＧＣ補正ユニット３０４は、画像接合ユニット１２２から得られた完全な画像を処理して、時間利得補償補正曲線を作成する。模範的な実施形態では、ＴＧＣ補正ユニット３０４の作動はユーザ入力によって制御される。このようなユーザ入力は、これに限定されないが、例えば、指定されたボタンを押すことを含む。別の模範的な実施形態では、ＴＧＣ補正ユニット３０４の作動はシステム制御装置によって制御される。作動時、ＴＧＣ補正ユニット３０４は、画像接合ユニット１２２から出力された画像データを処理して、時間利得補償補正曲線（以後、「TGC＿correction 」とも呼ぶ）を作成する。時間利得補償補正曲線は、それが画像接合ユニット１２２からの画像データ出力を処理するために使用される場合、画像全体における組織の輝度が一様になるように作成される。

その後、外部ＴＧＣユニット３０６が、外部時間利得補償曲線（以後、「user＿requested＿TGC」とも呼ぶ）を使用して、ＴＧＣ補正ユニット３０４の画像データ出力を処理する。ＴＧＣ補正ユニット３０４及び外部ＴＧＣユニット３０６によって実行される処理は、図７を参照して後でより詳しく説明する。外部ＴＧＣユニット３０６の画像データ出力はユーザ・ダイナミックレンジ・ユニット３０８に供給され、ユーザ・ダイナミックレンジ・ユニット３０８はユーザ規定のダイナミックレンジ・パラメータに従って超音波システムによって表示すべき画像データの範囲を特定する。更に、利得クランプ・ユニット３１０が利得のクランプを行って、遠距離場におけるノイズの抑圧及び完全な画像における滑らかなフェーディングを行うようにする。利得クランプ・ユニット３１０によって実行される処理は、図６を参照して後でより詳しく説明する。利得クランプ・ユニット３１０による処理の後、画像はＳＣＩＤユニット１２４に供給されて、最終的な走査画像が表示される。

本発明の様々な実施形態では、画像接合ユニット１２２から得られた完全な画像は、更なる処理を行うことなく（例えば、外部ＴＧＣ曲線又は時間利得補償曲線を適用することなく）記憶ユニット３１２に記憶させることができる。記憶ユニット３１２はまた、記憶された走査データに関連したユーザ入力パラメータを記憶する。記憶された完全な画像及びユーザ入力パラメータは後で処理することができる。本発明の模範的な実施形態では、記憶された完全な画像は、走査時に規定されていなかった新しい一組のユーザ入力パラメータを使用して、処理することができる。

動作について説明すると、データがＴＧＣ補正ユニット３０４によって処理された後に、「user＿requested＿TGC」が適用される。ＴＧＣ摺動ポットの不適切な位置決めによってバンディング・アーティファクトが惹起されることがあるので、内部ＴＧＣとユーザ要求のＴＧＣとの分離によりこのようなバンディングが低減される。その理由は、外部ＴＧＣが既知であり、且つ前に述べたようにＴＧＣ補正ユニット３０４において補正することが可能であるからである。

様々な実施形態では、ＴＧＣ補正ユニット３０４は、図８を参照して後で説明するように２段の画像処理で構成することができる。

図４は、本発明の模範的な実施形態に従って超音波画像４００を１つ以上のセルに分割する模範的な例を示すブロック図である。動作中、ＴＧＣ補正ユニット３０４は一フレームの画像データを中央部分４０２と２つに縁部分４０４とに分割し、それらは画像頂部４０６及び画像底部４０８を持つ。該一フレームの画像データは、第１の焦点区域４１０及び第２の焦点区域４１２に対応する２つの焦点領域から一緒に接合され又は組み合わされたものである。焦点区域４１０及び４１２は重ね継ぎ位置４１４で一緒に接合される。更に、中央部分４０２は９つのセル、すなわち、セル１〜セル９に分割される。模範的な実施形態では、各セルは横方向に沿って同じ幅又は同じ数の画素を持つ。しかしながら、軸方向に沿って異なる高さ又は異なる数の画素を持つ異なるセルを設けることができる。例えば、セルの高さはそのセルの中心と最も近い重ね継ぎ位置との間の距離に基づいて定めることができる。セル３、セル４及びセル５のような重ね継ぎ位置に近いセルは、セル２、セル７及びセル８のような重ね継ぎ位置から離れたセルよりも高さが低い。セルのこの高さは内部ＴＧＣ曲線に基づいて決定することができる。一実施形態では、各セルの高さは、内部ＴＧＣ曲線がそのセル内でほぼ一定になるように選択される。

ＴＧＣ補正曲線を算出する方法を例示するため、以下に述べるように、中央部分４０２のみを使用する。しかしながら、その方法はまた、縁部分４０４について及び画像内で横方向におけるＴＧＣ補正のために適用可能であることに留意されたい。

図５は、本発明の模範的な実施形態に従って一フレームの画像データについてＴＧＣ補正曲線を算出する方法を例示する流れ図である。詳しく述べると、段階５０２において、該一フレームの画像データ内の各セルについて「cellPos 」値及び「cellVal 」値を算出する。模範的な実施形態では、「cellPos 」はセルの中心位置であり、次式
cellPos ＝（（Left＋Right）/２，（Top＋Bottom）/２）） （１）
のように算出される。ここで、「Left」、「Right 」、「Top 」及び「Bottom」は、セル内の最も左側、最も右側、最も上側、及び最も下側の画素の位置をそれぞれ表す。

「cellVal 」はセルの知覚された組織強度値を規定する。従って、セルが暗い領域、組織領域及び明るい領域で構成されている場合は、セル内の組織領域のデータのみが「cellVal 」を算出するために使用される。本発明の様々な実施形態では、「cellVal 」は次のようにして算出される。

先ず、画像データの平均値を次式
imgMean ＝mean(ImageData) （２）
のように算出する。ここで、「ImageData 」は、処理している画像内の画素の強度値を表す。画素の強度値は、その画素についての内部ＴＧＣ値と同じ画素についての音波エコーの振幅との積の自乗として定義される。

次いで、「ImageData 」について標準偏差を次式
imgStd ＝std(ImageData) （３）
のように算出する。ここで、「std( )」は標準偏差関数を表す。

その後、組織の画素強度の上限及び下限を次式
tissUpp ＝min(imgMean＋kupp＊imgStd，Xupp) （４）
tissLow ＝max(imgMean＋klow＊imgStd，Xlow) （５）
のように定義する。ここで、「kupp」、「klow」、「Xupp」及び「Xlow」は、経験的に導き出された定数である。これらの定数は、「ImageData 」のヒストグラムと走査において観察された「ImageData 」を表すグラフとの関係を分析することによって求められる。これらの定数は通常、走査の用途（例えば、腹部の走査、頸動脈の走査、等々）によって変化する。

最終的に、「cellVal 」は、「tissUpp 」と「tissLow 」との間の全ての画素強度値の中央値として算出される。具体的には、
cellVal ＝median(tissLow＜cellData＜tissUpp) （６）
と表される。

「cellVal 」の様々な他の定義を希望により又は必要に応じて使用することができる。例えば、「cellVal 」は、「tissUpp 」と「tissLow 」との間の全ての画素強度値の平均値として算出することが可能である。

段階５０４で、フレーム内の各セルのタイプを決定する。詳しく述べると、段階５０４で、各セルについて、セルが組織のセルであるか又は非組織（暗い領域又は明るい領域）のセルであるかの判定を行う。本発明の様々な実施形態では、この判定は次式
tissPixelCounts ＞k＊non＿tissPixelCounts （７）
を使用して実行される。ここで、「tissPixelCounts 」は「tissLow 」と「tissUpp 」との間にある画素値を持つセル内の画素の数であり、また「non＿tissPixelCounts」は「tissLow 」よりも低い画素値又は「tissUpp 」よりも大きい画素値を持つセル内の画素の数であり、またｋは経験に基づいた定数である。様々な実施形態では、ｋは、セル・データを表すグラフとセル統計値との間の関係を分析することによって経験則に基づいて求められる。様々な実施形態では、ｋは１に等しいか又は１よりも大きい。

或るセルについて式（７）が真であれば、そのセルは組織セルとして識別される。或るセルについて式（７）が真で無い場合、そのセルは非組織セルとして識別される。この処理はフレーム内の各セルについて繰り返される。

その後、段階５０６で、その画像データのフレームが空白のスクリーンを表しているかどうか判定する。模範的な実施形態では、これを行うのに２つの判断基準が使用される。第１の判断基準は、フレームが空白のスクリーンであるためには「imgMean 」が閾値よりも小さくなければならないことである。第２の判断基準は、式（７）に関して述べた方法を使用して、画像の最上部及び最下部のセル（例えば、図４中のセル１及びセル９）を除く全てのセルが、非組織セルである必要があることである。段階５０６でフレームが空白のスクリーンであると判定された場合、段階５０８で、そのフレームについてのＴＧＣ補正曲線をゼロに設定して、本方法を終了する。

しかしながら、段階５０６でセルが空白でないと識別された場合は、段階５１０において、段階５０８で識別された組織セルを使用して、そのフレームについてＴＧＣ補正曲線を算出する。本発明の様々な実施形態では、ＴＧＣ曲線は次式
TGC＿cellCmp ＝imgNormCurve−cellVal （８）
を用いて算出される。ここで、「TGC＿cellCmp」はｄＢ単位で表したＴＧＣ補正曲線であり、また「imgNormCurve」は、フレーム全体にわたって理想的な画像輝度を生じさせる、ｄＢ単位で表した輝度曲線である。式（６）で定義された「cellVal 」はまたｄＢ単位に変換することができる。

次いでＴＧＣ補正曲線（TGC＿cellCmp）を補間又は補外することにより、軸方向に沿って画像データを補償する「TGC＿pixelCmp 」曲線を生成する。本発明の様々な実施形態では、「TGC＿pixelCmp 」は、フレーム相互間での補正の変動を低減するために以前のフレームについての複数のＴＧＣ補正曲線にわたって平均化される。

「TGC＿pixelCmp 」を使用して元の画像データを処理することにより、ＴＧＣ補正ユニット３０４の出力に次の式を持つ処理後の画像データを得る。

newImgVal(i,:)＝orgImgVal(i,:)＋TGC＿pixelCmp(i)
−user＿requested＿TGC１(i) （９）
ここで、「user＿requested＿TGC１」は、ＴＧＣ補正ユニット３０４が作動された時における「user＿requested＿TGC」の値である。また、「orgImgVal(i,:)」は同じ軸方向位置ｉを持つ一列の元の画像データ（ｄＢ単位）であり、「newImgVal(i,:)」は同じ軸方向位置ｉを持つ一列の処理後の画像データ（ｄＢ単位）であり、「user＿requested＿TGC」はＴＧＣ摺動ポット及び利得ノブ値（ｄＢ単位）の和である。

ＴＧＣ補正により画像全体にわたって画像の輝度が一様になるので、遠距離場におけるノイズ・レベルが増大することがある。遠距離場におけるノイズを制御するため、利得クランプ・ユニット３１０は、画像上で遠距離場のノイズが検出されたときに利得をクランプする。より詳しく述べると、利得クランプ・ユニット３１０は、幾つかのその後のフレームを使用して、局部分散「var(i,j)」を算出する。ここで、ｉ及びｊは画像内の画素の位置である。或る画像について、ｉは１から「nsamples」まで定めることができる。ここで、「nsamples」は画像内の軸方向に沿ったサンプルの数である。同様に、ｊは１から「nvectors」まで定めることができる。

任意のサンプル線「nval」について、平均分散がノイズ閾値よりも大きい場合、すなわち、「aveVari(i＝nval)＞varNoise」である場合、ノイズは「nval」の軸方向画素位置において検出されるように決定される。ノイズが深さにつれて増大すると共に、エコー信号の強度が減衰により深さにつれて小さくなるので、一旦ノイズが検出されると、高い信号対ノイズ比（ＳＮＲ）領域と低いＳＮＲ領域との間の遷移が滑らかになるように局部利得が徐々に低減される。

図６は、本発明の模範的な実施形態に従った利得クランプ・ユニット３１０（図３に示す）による処理前と処理後との画像信号の平均グレー・レベルを例示するグラフである。グラフは、画像上の平均グレー・レベルを走査の深さに対して示したものである。クランプ前の平均グレー・レベル６０２は、利得クランプ・ユニット３１０による利得クランプ作用を適用する前の画像信号を表す。また、クランプ後の平均グレー・レベル６０４は、利得クランプ・ユニット３１０による利得クランプ作用を適用した後に得られる画像信号を表す。クランプ前の平均グレー・レベル６０２は走査の全深さ範囲にわたって一様により高くなっており、これはクランプ作用が無いことを表す。グラフはまた、ノイズが検出される深さ６０６を示している。利得クランプ・ユニット３１０は、深さ６０６の後、画像信号を減衰させる。減衰量は深さ６０８まで直線的に増大する。深さ６０８を越えると、画像信号は一様に減衰させられる。このようなクランプ作用により、高ＳＮＲ領域と低ＳＮＲ領域との間の遷移が滑らかになり、その結果、表示のための滑らかな画像が得られる。

本発明の様々な実施形態では、最もノイズの影響を受けやすい画像部分のみがノイズ検出のために検査される。例えば、ノイズが主に遠距離場に存在しているとき画像は下から上へ処理することができる。別の実施形態では、ノイズ検出は、各ベクトル毎の代わりに、数個のベクトル毎に（例えば、３つのベクトル毎に）行う。

図７は、本発明の模範的な実施形態に従ったシネ・ループ機能性を例示する流れ図である。段階７０２で、生のＤＩＣＯＭファイルを呼び出して、記憶ユニット３１２に記憶された生の画像データを得る。次いで段階７０４で、ユーザ入力（例えば、指定されたボタンを押すこと）に基づいて生の画像データについてＴＧＣ補正が必要とされているかどうかの判定を行う。段階７０４でＴＧＣ補正が必要とされていると判定された場合は、段階７０６でＴＧＣ補正曲線を算出する。この曲線を算出する方法は図５を参照して説明した。その後、段階７０８で、（TGC＿correction −user＿requested＿TGC１）を適用することによって画像データを時間利得補償する。ここで、「user＿requested＿TGC１」は、ＴＧＣ補正ユニット３０４を作動した時点における「user＿requested＿TGC」に等しい。ユーザがＴＧＣ補正ユニット３０４の作動後にユーザ入力パラメータを変更しない（例えば、利得ノブ値及びＴＧＣ摺動ポット位置に対して何ら変更を行わない）場合は、「user＿requested＿TGC」は「user＿requested＿TGC１」に等しい。ＴＧＣ補正ユニット３０４の出力の画像データに外部ＴＧＣを適用すると、結果として外部ＴＧＣユニット３０６の出力の画像の全体において組織の輝度が一様になる。ユーザがＴＧＣ補正ユニット３０４の作動後に「user＿requested＿TGC」を修正した場合、外部ＴＧＣユニット３０６の出力の画像は、画像の体裁についてのユーザの好みを反映する。ＴＧＣ補正ユニット３０４がユーザによって又は超音波システムのシステム制御装置によって作動されない場合は、「TGC＿correction 」はゼロに等しい。ＴＧＣ補正ユニット３０４によって画像データに対して何らＴＧＣ補正が適用されない。「user＿requested＿TGC」は外部ＴＧＣユニット３０６によって画像データに適用される。

その後、段階７１０で、「user＿requested＿TGC」を画像データに適用する。これに続いて、段階７１２で、「user＿dynamic＿range」を適用する。段階７１４で、図６に関して説明したように利得クランプを行う。最後に、段階７１６で、走査変換を行って、画像を表示する。

本発明の様々な実施形態では、「user＿requested＿TGC」及び「user＿dynamic＿range」は、生データＤＩＣＯＭファイルに保存されているデータから得られたユーザ入力パラメータである。本発明の模範的な実施形態では、これらのパラメータは、生のデータの再生を実行する超音波システムから得られる。ユーザ入力パラメータは、ユーザによる利得ノブ、ＴＧＣ摺動ポット及びダイナミックレンジの手動調節によって、或いはボタン又は他の手段の押し下げに応答してシステムにより実行されるこれらのパラメータの自動調節によって、得ることができる。例えば、画像が次のユーザ入力値、すなわち、３０ｄＢの利得ノブ値、０ｄＢのＴＧＣ摺動ポット値及び６３ｄＢのダイナミックレンジで保存されている場合、シネ・ループ再生の際に、ユーザは次の新しい一組のユーザ入力値、すなわち、３５ｄＢの利得ノブ値、０ｄＢのＴＧＣ摺動ポット値及び７２ｄＢのダイナミックレンジで画像を再生することが可能である。ユーザ入力値のこのような変更は或る特定の解剖学的構造又は病理状態を視覚化するのに役立つことがある。この機能により、例えば、医師及び超音波技師の両者に、画像を取得又は保存した後で診断に役立つように画像品質を微調整する機会が与えられる。

図８は、本発明の模範的な実施形態に従ってバンディング・アーティファクトを防止するための方法を例示する流れ図である。段階８０２で、重ね継ぎ位置におけるバンディング・アーティファクトを検出して調節する。重ね継ぎ位置におけるバンディング・アーティファクトを検出するために様々な画像処理方法を使用することができる。このような方法の１つを図９を参照して説明する。更に、重ね継ぎ位置におけるバンディング・アーティファクトを調節する一方法を図１０を参照して説明する。段階８０４において、段階８０２で得られた画像データが、完全な画像について自動化ＴＧＣを実行するために１つ以上のセルに分割される。画像の各セルは、ＴＧＣ補正曲線を得るために独立に処理される。

図９は、本発明の模範的な実施形態に従って重ね継ぎ位置におけるバンディング・アーティファクトを検出するために画像データを複数のセルに分割する模範的な例を示す。図は、複数対の上側及び下側セルに分割された重ね継ぎ位置近くの画像データを示している。セル内の各画素に関連した画像データを閾値「tissUpp＿band 」及び「tissLower＿band 」と比較し、そして下記の式を使用して「cellＶal＿band 」を算出する。

tissUpp＿band ＝min(imgMean＋kupp＿bnd＊imgStd，Xupp) （１０）
tissLow＿band ＝max(imgMean＋klow＿bnd＊imgStd，Xlow) （１１）
cellＶal＿band ＝median(tissLow＿band＜cellData＜tissUpp＿band) （１２）
ここで、「kupp＿bnd 」及び「klow＿bnd 」は経験に基づいた整数定数であり、典型的には２及び３の値を持つ。

セル内の画素の数が式（７）を満足している場合、そのセルが組織セルとして分類される。もし一対の隣り合う上側及び下側セル内の両方のセルが組織セルである場合は、２つの「cellVal＿band 」の間の差を算出し且つ他の適格の組織セルにわたって平均化して、次式を使用して「valDelta」を求める。

valDelta ＝mean(uppCell＿band(i)−lowerCell＿band(i)) （１３）
ここで、「i」は組織セル対についての指数である。

「valDelta」がゼロに等しくない場合、バンディング・アーティファクトが重ね継ぎ位置において検出される。その後、補償曲線が、図１０を参照して説明するように画像データに適用される。

図１０は、本発明の模範的な実施形態に従って重ね継ぎ位置におけるバンディング・アーティファクトを調節する例を示すグラフである。このグラフは、超音波画像の深さに対してバンド補正曲線を描いたものである。ゼロより大きいバンド補正曲線の値は画像データの増幅を表し、またゼロより低いバンド補正曲線の値は画像データの減衰を表す。図は２つの重ね継ぎ位置、すなわち、「重ね継ぎ位置１」及び「重ね継ぎ位置２」を持つ画像を示している。「重ね継ぎ位置１」において、式（１３）を使用して「valDelta」が「valDelta＿sp１」として求められる。ここで、「valDelta＿sp１」はゼロより大きい。従って、次式を使用して、深さｄ１及び深さｄ２が算出される。

ｄ１＝ｋ１＊（重ね継ぎ位置１） （１４）
ｄ２＝（重ね継ぎ位置１）＋ｋ２＊（（重ね継ぎ位置２）−（重ね継ぎ位置１））
（１５）
ここで、ｋ１，ｋ２は０．５に等しいか又は０．５未満の定数である。ｄ１，ｄ２の計算法は、重ね継ぎ位置においてバンド補正が必要とされる全ての他の重ね継ぎ位置に適用される。その後、画像についてのバンド補正値は、ｄ１における「０」から重ね継ぎ位置１における「−０．５＊valDelta＿sp１」までの減衰を線形補間することによって求められる。更に、グラフ内の重ね継ぎ位置１より右側の画像データの利得は、重ね継ぎ位置１における「０．５＊valDelta＿sp１」からｄ２における「０」まで補間される。

同様な手順が重ね継ぎ位置２について繰り返えされる。しかしながら、「valDelta＿sp２」はゼロより低いので、重ね継ぎ位置２より左側の画像は増幅され、また重ね継ぎ位置２より右側の画像は減衰させられる。

本発明の様々な模範的な実施形態では、１つ又は複数のプロセッサを超音波システム３００内のコンピュータの部分として用いることができる。コンピュータは、演算機械、入力装置、表示装置、及び（例えば、インターネットにアクセスするための）インターフェースを含むことができる。コンピュータはマイクロプロセッサを含むことができる。マイクロプロセッサは通信母線に接続することができる。コンピュータはまたメモリも含むことができる。メモリには、等速呼出しメモリ（ＲＡＭ）及び読出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。コンピュータは更に記憶装置を含むことができ、記憶装置はハードディスク駆動装置、又はフレキシブルディスク駆動装置、光ディスク駆動装置などのような着脱可能記憶媒体駆動装置とすることができる。記憶装置はまた、コンピュータ・プログラムや他の命令をコンピュータ・システムにロードするための他の同様な手段とすることも可能である。

コンピュータは一組の命令を実行して、本書で述べたように処理を行う。コンピュータは、１つ又は複数の記憶素子に格納されている一組の命令を実行して、本書で述べたように入力データを処理する。記憶素子はまた、希望通りに又は必要に応じてデータ又は他の情報を格納することができる。記憶素子は情報源又は処理機械内の物理的メモリ素子の形態であってよい。

一組の命令は、本発明の様々な実施形態の処理のような特定の動作を行うように処理機械に命令する様々な指令を含むことができる。一組の命令はソフトウエア・プログラムの形態にすることができる。ソフトウエアは、システム・ソフトウエア又はアプリケーション・ソフトウエアのような様々な形態にすることができる。更に、ソフトウエアは、別々のプログラムの集合、大きなプログラムの中のプログラム・モジュール、又はプログラム・モジュールの一部分の形態にすることができる。ソフトウエアはまた、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュラー・プログラミングを含むことができる。処理機械による入力データの処理は、本書で述べたように、ユーザの指令に応答するもの、又は前の処理の結果に応答するもの、又は別の処理機械によってなされる要求に応答するものとすることができる。

本発明の様々な実施形態は、２次元、３次元及び４次元超音波画像におけるバンディング・アーティファクトの問題を低減する。超音波システムに使用されるプローブは、１次元プローブ（トランスデューサ素子が一列状態に配列されている）か、２次元プローブ（トランスデューサ素子がマトリクス状態に配列されている）か、又は機械的位置決め装置を備えた１次元プローブのいずれかとすることが可能である。更に、本発明の様々な実施形態では、走査を実行して記憶させた後で超音波走査についてのユーザ入力パラメータを適用するための方法及びシステムを提供する。更に、本発明の様々な実施形態では、遠距離場におけるノイズを抑制するために利得をクランプするための方法及びシステムを提供する。

本書で述べた方法及びシステムの技術的効果は、画像データに外部ＴＧＣ曲線及び内部ＴＧＣ曲線を別々に適用することによって、走査を実行して記憶させた後で超音波走査についてのユーザ入力パラメータを調節し得ることである。本書で述べた方法及びシステムの別の技術的効果は、１つ又は複数の焦点区域を持つ超音波画像におけるバンディングを低減することである。焦点区域が１つの場合、これを達成するには、画像を複数のセルに分割する。焦点区域が複数ある場合、これを達成するには、（１）重ね継ぎ位置におけるバンドを検出して補正し、及び／又は（２）画像を、重ね継ぎ位置に近い方のセルの高さが一層小さくなるように異なる高さの複数のセルに分割することによって、画像を処理する。本書で述べた方法及びシステムの別の技術的効果は、遠距離場におけるノイズを抑圧することである。これは、利得クランプ作用を使用することによって行われる。

本発明を様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には本発明が特許請求の範囲に記載の精神及び範囲内で変更して実施できることが認められよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

典型的な時間利得補償（ＴＧＣ）曲線を使用するように構成されている超音波システムを例示するブロック図である。 本発明の模範的な実施形態に従って超音波システムを制御する方法を例示する流れ図である。 本発明の模範的な実施形態に従ってＴＧＣを実施する超音波システムを例示するブロック図である。 本発明の模範的な実施形態に従って超音波画像を複数のセルに分割する模範的な例を示すブロック図である。 本発明の模範的な実施形態に従って一フレームの画像データについてＴＧＣ補正曲線を算出する方法を例示する流れ図である。 本発明の模範的な実施形態に従った利得クランプ・ユニットによる処理前と処理後との画像信号の平均グレー・レベルを例示するグラフである。 本発明の模範的な実施形態に従ったシネ・ループ機能を例示する流れ図である。 本発明の模範的な実施形態に従ってバンディング・アーティファクトを防止するための方法を例示する流れ図である。 本発明の模範的な実施形態に従って重ね継ぎ位置におけるバンディング・アーティファクトを検出するために画像データを複数のセルに分割する模範的な例を示す略図である。 本発明の模範的な実施形態に従って重ね継ぎ位置におけるバンディング・アーティファクトを調節する例を示すグラフである。

符号の説明

１００ 超音波システム
１１０ トランスデューサ・アレイ
３００ 超音波システム
４００ 超音波画像
４０２ 中央部分
４０４ 縁部分
４０６ 画像頂部
４０８ 画像底部
４１０ 第１の焦点区域
４１２ 第２の焦点区域
４１４ 重ね継ぎ位置
６０２ クランプ前の平均グレー・レベル
６０４ クランプ後の平均グレー・レベル
６０６ ノイズが検出される深さ
６０８ 深さ

Claims (10)

1. 超音波システムから受け取った画像データを処理して、時間利得補償補正曲線を求める段階（２０２）であって、画像データが内部時間利得補償される段階（２０２）と、
   時間利得補償補正曲線及びユーザ入力パラメータを使用して画像データを処理する段階（２０４）であって、前記ユーザ入力パラメータには、ユーザ規定の時間利得補償パラメータ及びユーザ規定のダイナミックレンジ・パラメータの内の少なくとも一方が含まれている段階（２０４）と、
   を含んでいる、超音波システム（３００）を制御するための方法。
2. 更に、前記処理後の画像データを記憶した後でユーザ入力パラメータにより処理する段階を含んでいる請求項１記載の方法。
3. 更に、前記処理後の画像データに関連したユーザ入力パラメータを記憶する段階を含んでいる請求項２記載の方法。
4. 更に、前記記憶された画像データに関連した前記記憶されたユーザ入力パラメータとは異なるユーザ入力パラメータを使用して、前記記憶された画像データを処理する段階を含んでいる請求項３記載の方法。
5. 更に、ユーザ入力パラメータを使用して前記時間利得補償された画像データを処理する前に時間利得補償補正を実行する段階を含んでいる請求項１記載の方法。
6. 時間利得補償補正を実行する前記段階は、１つ又は複数の画像フレームによって規定された画像データを、画像データの画素の数に対応する複数のセルに分割する段階を含んでいる、請求項５記載の方法。
7. 表示される画像が少なくとも２つの焦点区域を有し、また画素の数によって規定されているセルの内の少なくとも２つのセルの寸法が異なっている、請求項６記載の方法。
8. 更に、組織からの画像データに対応するセルと非組織からの画像データに対応するセルとを判別するために上側組織限界及び下組織限界を規定する段階を含んでいる請求項６記載の方法。
9. 受け取った画像データについて振幅検出を行う段階と、
   前記振幅検出を行った後に少なくとも１つのフレームの画像データを処理して、時間利得補償補正曲線を決定する段階（２０２）と、
   前記画像データに時間利得補償補正を適用する段階（２０４）と、
   ａ）ユーザ規定の時間利得補償パラメータ及びｂ）ユーザ規定のダイナミックレンジの内の少なくとも一方を前記補正後の画像データに適用する段階と、
   を含んでいる、超音波システム（３００）を制御するための方法。
10. 走査を実行して画像データを取得するプローブと、
    前記プローブによって受け取ったエコーを処理して、内部時間利得補償された画像データを求める内部ＴＧＣユニット（３０２）と、
    先ず前記内部時間利得補償された画像データを処理して時間利得補償補正曲線を求め、受け取った画像データに前記時間利得補償補正曲線を適用するように構成されているプロセッサ（３０２，３０４，３０６）であって、更に、ユーザ規定の時間利得補償パラメータ及びユーザ規定のダイナミックレンジ・パラメータの内の少なくとも一方を含むユーザ入力パラメータを使用して、前記処理後の画像データについて時間利得補償を実行するように構成されているプロセッサ（３０２，３０４，３０６）と、
    を有している超音波システム（３００）。

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