JP2006271557A

JP2006271557A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2006271557A
Application number: JP2005093035A
Authority: JP
Inventors: Hideki Okazaki; 秀樹岡崎
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】ノイズの効果的な除去と画像のボケの減少とを両立させるようフレーム相関演算を行う。【解決手段】プローブ１１、送受信ビームフォーマ１２、信号処理部１３、表示画像データ生成部１４および画像表示部１７を備える。表示画像データ生成部１４において、ＤＳＣ１５からフレーム相関処理部１６に入力される現フレームの画像データに乗算器２２で係数αを乗じた後加算器２４に送って、フレームメモリ２１から読み出した画像データに乗算器２３で係数（１−α）を乗じたものと対応する画素ごとに加算し、その加算後の画像データを画像表示部１７に出力するとともにフレームメモリ２１に書き込む。比較器２５で現フレームの画像データとフレームメモリ２１からの画像データとを比較しその大きい方の画素値を選択器２６で選ぶようにし、この大きい方の画素値に応じて係数発生器２７が係数α、（１−α）を発生する。【選択図】図１

Description

この発明は、超音波を被検体内に入射しその反射波を受信することによって被検体内の特定断層面での２次元画像を得る超音波診断装置に関し、とくにその２次元画像のノイズ低減のためにフレーム相関演算を行う超音波診断装置の改良に関する。

超音波診断装置は、被検体（患者の身体など）表面にプローブを接触させ、このプローブより発生した超音波ビームを被検体内に入射し、その反射波を受波することにより、その深さ方向（超音波ビームに沿った方向）での反射係数の分布を測定するもので、超音波ビームを特定の断層面に沿った方向にたとえば扇型にスキャン（セクタスキャン）することによってその断層面での２次元画像（超音波断層像）を得る。通常、このスキャンを繰り返し、超音波断層像をつぎつぎにリアルタイムで得る。

この２次元超音波画像のノイズ低減のため、たとえば下記の特許文献１などで示されているように、下記のような画像フレーム間の相関演算を行うことが知られている。Ｑｎ＝α×Ｄｎ＋（１−α）Ｑｎ−１ここで、Ｄｎは現在入力されたフレームデータ、Ｑｎはフレーム相関演算によって現在出力されるフレームデータ、Ｑｎ−１は１フレーム前に出力されたフレームデータ（メモリなどによって保持されている）である。αは重み付け係数であって、０＜α≦１の範囲の値を持つ定数である。この定数αはユーザの操作によってその値を変えることができるようにされる。動きが速い画像を追従性良好に観察したい場合になどでは、α＝１としてフレーム相関演算を行わないようにし、逆に動きのあまりない画像で、スペックル等のノイズを十分に減少させたい場合にはα値を小さくする。αの値としては、たとえばα＝１、0.75、0.66、0.5、0.4というような値をあらかじめ用意しておき、それらの値を操作によって切り換え、得られた超音波画像に適合するような最適なα値とするようにしている。下記の特許文献１では、このα値をさらにきめ細かく設定することができるようにしている。
特開平９−１０８２２５号公報

しかしながら、このようなフレーム相関演算では、ノイズ除去と画像のボケとはトレードオフの関係になるという基本的な問題がある。ノイズを効果的に除去するためにはα値を小さくすればよいが、そうすると以前のフレーム画像がより含まれるようになるため、動きのある場合にはボケた画像となってしまう。逆にボケが少なくなるようにα値を大きくすれば、今度はノイズを効果的に除去することができない。

この発明は、ノイズの効果的な除去と画像のボケの減少とを両立させながらフレーム相関演算を行うよう改善した超音波診断装置を提供することを課題とする。

上記の目的を達成するため、この発明による超音波診断装置においては、被検体に接触させられる超音波送受信手段と、該超音波送受信手段による送受超音波ビームのスキャンを繰り返すことにより２次元画像データを順次得る手段と、１フレームの２次元画像データを格納するフレームメモリ手段、このフレームメモリ手段に格納された２次元画像データを読み出して現フレームの２次元画像データとの間の相関演算を行いその演算結果を出力するとともに上記のフレームメモリ手段に書き込む演算手段および２次元画像データを構成する各データの大きさに応じて相関演算の係数を定める係数発生手段を含むフレーム相関処理手段と、該フレーム相関処理結果として出力される２次元画像データが入力される画像表示手段とが備えられることが特徴となっている。

フレーム相関演算を行う際、２次元画像データを構成する各データの大きさに応じて、その各データについての相関演算の係数が変化させられる。一般に、超音波画像においてデータの大きい部分は反射強度が大きく、ノイズが少ない。逆にデータの小さい部分はエコーが小さく、それから得たデータには多くのノイズが含まれてしまうものである。このようにデータの大きい部分では元来Ｓ／Ｎに優れ、データの小さい部分ではＳ／Ｎが悪いので、データの大きい部分ではノイズ低減のためのフレーム相関演算を行う必要はあまりなく、データの小さい部分では動きによる画像のボケよりもノイズ低減を優先させるべきであることが分る。データの大きさに応じて相関演算の係数が変化させられるので、このような１つの画像内の各部での特質に応じた最適なノイズ低減のためのフレーム相関演算を行うことができ、優れた超音波画像を表示することができる。

つぎに、この発明を実施した超音波診断装置について図面を参照して説明する。

図１において、プローブ１１は、被検体の表面に接触させて被検体内に超音波ビームを入射するとともにその反射超音波ビームを受波するもので、多数の超音波振動子（圧電素子）が配列されている。送受信ビームフォーマ１２は、各振動子を５Ｍｚ程度の中心周波数の駆動信号でパルス状に駆動するとともにそのパルスタイミングの遅延制御を行い、かつ各振動子からの受信信号の遅延時間を制御する。

各振動子ごとに駆動パルスの遅延時間をコントロールし、各振動子からの超音波発生タイミングを少しずつずらし、これによって、それらの合成波が所望の方向と焦点とを持つような一つの超音波ビームを形成する。また、これらの振動子は反射波の受波によって電気的な受信信号を生じ、これら各受信信号を送波時と同様に各振動子ごとにコントロールされた遅延時間で遅延した上で合成することによって、所望の方向および焦点を持つような一つのビーム状の超音波が受波されたときに相当する受信信号を得る。このような送受波超音波ビームの制御により断層面をたとえば扇型に超音波ビームでスキャンするセクタスキャンを行うことができる。受信信号は、この送受信ビームフォーマ１２内に備えられたＡ／Ｄ変換器（図示しない）でデジタル信号に変換される。

この受信信号は信号処理部１３に入力され、ゲイン調整処理、直交検波処理、フィルタ処理、Ｌｏｇ圧縮処理、ダイナミックレンジ調整処理、エンハンス処理などを受ける。その後、表示画像データ生成部１４へと送られる。

この表示画像データ生成部１４は、取得された超音波データをスキャンした断層面上に配置することにより構成される画像データを生成するもので、ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）１５、フレーム相関処理部１６、および図では省略しているが補間画像データ生成処理部、ポストプロセス処理部などを備える。

フレーム相関処理部１６では、ＤＳＣ１５から順次フレームごとに入力される画像データを、それ以前のフレームデータとの相関をとるよう処理する。あるフレーム（ｎ番目のフレーム）で画像データが入力されてきたとき、その画像データの各画素の値に乗算器２２で係数αを乗じて加算器２４に送り、フレームメモリ２１から読み出した画像データの各画素の値に係数（１−α）を乗じたものと、対応する画素の間で加算を行って画像表示部１７に出力するとともにフレームメモリ２１に書き込む。したがってｎ番目フレームでは、フレームメモリ２１にはその一つ前のフレーム（ｎ−１番目のフレーム）において加算器２４から出力された画像データが格納されていることになる。これにより、上記で述べたような画像フレーム間の相関演算を行うことができる。すなわち、Ｄｎをｎ番目フレームで入力された画像データ、Ｑｎはｎ番目フレームにおいて加算器２４から出力される画像データ、Ｑｎ−１はｎ−１番目フレームにおいて加算器２４から出力される画像データとすると、下記の演算が行われたことになる。Ｑｎ＝α×Ｄｎ＋（１−α）Ｑｎ−１ここで、αは重み付け係数であって、０＜α≦１の範囲の値を持つ定数である。

ここでは、係数αの値は画素値ごとにダイナミックに変化させられる。現在入力されたフレーム画像の各画素値と、フレームメモリ２１から読み出された画像の各画素値とが対応するもの同士で比較され、その比較結果が選択器２６に与えられて、両者のうちの大きいものが選択され、その大きい方の画素値（これをＡｍａｘとする）が係数発生器２７に与えられる。係数発生器２７は、入力された画素値Ａｍａｘに対応する係数αを発生し、係数αを乗算器２２に、係数（１−α）を乗算器に、それぞれ与える。

αの値はＡｍａｘに応じて連続的に変化するものとすることもできるが、ここでは以下に示すようにいくつかの相関モードに応じて離散的な値をとるよう構成している。相関モード１３２≦Ａｍａｘ……………………α＝１１６≦Ａｍａｘ＜３２……………α＝０．９８≦Ａｍａｘ＜１６……………α＝０．８４≦Ａｍａｘ＜８………………α＝０．７Ａｍａｘ＜４………………α＝０．６相関モード２６４≦Ａｍａｘ……………………α＝１３２≦Ａｍａｘ＜６４……………α＝０．９１６≦Ａｍａｘ＜３２……………α＝０．８８≦Ａｍａｘ＜１６……………α＝０．７４≦Ａｍａｘ＜８………………α＝０．６Ａｍａｘ＜４………………α＝０．５相関モード３１２８≦Ａｍａｘ……………………α＝１６４≦Ａｍａｘ＜１２８…………α＝０．９３２≦Ａｍａｘ＜６４……………α＝０．８１６≦Ａｍａｘ＜３２……………α＝０．７８≦Ａｍａｘ＜１６……………α＝０．６４≦Ａｍａｘ＜８………………α＝０．５Ａｍａｘ＜４………………α＝０．４相関モード４１２８≦Ａｍａｘ……………………α＝０．９６４≦Ａｍａｘ＜１２８…………α＝０．８３２≦Ａｍａｘ＜６４……………α＝０．７１６≦Ａｍａｘ＜３２……………α＝０．６８≦Ａｍａｘ＜１６……………α＝０．５４≦Ａｍａｘ＜８………………α＝０．４Ａｍａｘ＜４………………α＝０．３

これらの相関モードは、ユーザが操作部１９を
操作することによって任意に切り換えることができるようになっている。操作部１９を操作するとその操作入力が制御部１８に与えられ、制御部１８から相関モードを指示する制御信号が係数発生器２７に送られる。なお、制御部１８は、送受信ビームフォーマ１２、信号処理部１３等、他の各部へ制御信号を与えてそれらを制御する。また操作部１９も相関モードに関する操作だけでなく、超音波撮像モードやスキャンの種類（セクタスキャンやリニアスキャンなど）の設定・選択、あるいは種々のパラメータの設定などに用いる。制御部１８はこうした操作・設定に応じた動作が行われるよう全体の制御を行う。

上記のように指示された相関モードに応じて係数αを発生する係数発生器２７については詳しく説明しないが、たとえば比較器や乗算器、加算器などを組み合わせた演算ロジックにより構成することが可能である。またＲＡＭなどのメモリを使用して構成することもできる。

概して、画素値が大きいということは、超音波エコーレベルが大きく、ノイズが少ない。逆に画素値が小さいということは超音波エコーレベルが小さくてノイズが多い。つまり超音波画像において画素値が大きい部分はもともと比較的にＳ／Ｎが良好で、ノイズ低減のためのフレーム相関処理の必要性は低い。これに対して画素値の小さい部分はもともと比較的にＳ／Ｎが悪く、フレーム相関処理によってノイズを低減する必要がある。

上記のように係数αを画素値Ａｍａｘに応じて変化させているので、もともとＳ／Ｎが良好な部分では係数αを大きくして以前のフレームのデータ割合を少なくし、画像の動きによるボケを抑えるようにしており、これにより動きによるボケのないＳ／Ｎの優れた画像を得ることができる。またＳ／Ｎが悪い部分では、係数αを小さくして以前のフレームのデータ割合を増加させているので、動きによるボケの影響を犠牲にしてＳ／Ｎを向上させて画質を高めるようにすることができる。このように画像内の各部の特質に合わせたフレーム相関処理を行って、全体として画質の向上した超音波画像を得るようにしている。これにより画像表示部１７において優れた超音波画像を表示することができる。

なお、上記は一つの実施例に関する説明であって、具体的な構成などは発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能であることはもちろんである。たとえばここでは現フレーム画像データＤｎと前フレームの出力画像データＱｎ−１とを比較し、その大きい方の画素値Ａｍａｘで係数αを定めるものとしたが、いずれか一方の画素値を用いて係数αを求めるよう構成することもできる。フレーム相関処理部１６を、フレームメモリ２１、乗算器２２、２３、加算器２４、比較器２５、選択器２６、係数発生器２７で構成するというようにハードウェア的に構成するものとして説明したが、もちろん、これらをソフトウェア的に構成することも可能である。また、上記では、フレーム相関処理は、ＤＳＣ１５から出力される画像データに対して行うようにしているが、ＤＳＣ以前の段階で、たとえば超音波エコーデータの生データの段階で、フレーム間の相関処理として行うこともできる。この場合は、フレーム相関処理後の画像データをＤＳＣ１５等に通した上で、画像表示部１７に送ることになる。そのためフレーム相関処理を信号処理部１３内で行うようにすることもできる。

この発明によれば、画像内の各部の特質に対応したフレーム相関処理を行い、全体として画質の向上した超音波画像を得ることができる超音波診断装置を実現することができる。

この発明の一実施例にかかる超音波診断装置のブロック図。

符号の説明

１１…………プローブ１２…………送受信ビームフォーマ１３…………信号処理部１４…………表示画像データ生成部１５…………デジタルスキャンコンバータ１６…………フレーム相関処理部１７…………画像表示部１８…………制御部１９…………操作部２１…………フレームメモリ２２、２３…乗算器２４…………加算器２５…………比較器２６…………選択器２７…………係数発生器

Claims

被検体に接触させられる超音波送受信手段と、該超音波送受信手段による送受超音波ビームのスキャンを繰り返すことにより２次元画像データを順次得る手段と、１フレームの２次元画像データを格納するフレームメモリ手段、このフレームメモリ手段に格納された２次元画像データを読み出して現フレームの２次元画像データとの間の相関演算を行いその演算結果を出力するとともに上記のフレームメモリ手段に書き込む演算手段および２次元画像データを構成する各データの大きさに応じて相関演算の係数を定める係数発生手段を含むフレーム相関処理手段と、該フレーム相関処理結果として出力される２次元画像データが入力される画像表示手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。