JP2007007412A - 利得の動き適合を行なう超音波画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の動きの影響を受けない超音波画像処理装置を提供することである。
【解決手段】プローブ（１０２）と、該プローブに接続された超音波画像処理装置（１０８）とを有する超音波画像化装置（１００）であって、前記超音波画像処理装置は対象物（１０６）の動きの変化速度の示度（１０４）を受信する形式の超音波画像化装置において、
前記利得は、対象物（１０６）の動きの変化速度に相応して少なくとも部分的に調整され、出力装置（１１２）が前記超音波画像処理装置（１０８）に接続されている、ことを特徴とする超音波画像化装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブと、該プローブに接続された超音波画像処理装置とを有する超音波画像化装置であって、前記超音波画像処理装置は、対象物の動きの変化速度の示度を受信し、利得を調整する形式の超音波画像化装置に関する。

「画像化」とは、１つまたは複数の興味対象物の視覚的フィーチャをキャプチャする処理に関する。「超音波画像化」とは、音響信号の処理を含む画像処理に関するものであり、音響信号は１つまたは複数の興味対象物により反射されるか、またはこれを通過する。超音波画像化技術を使用する医学専門家は典型的には画像を診断目的に使用する。

典型的な超音波画像処理装置では、超音波の形態で組織に送信される音響信号から超音波画像が、興味対象物からの音響信号の反射および／または透過から生じた信号を処理することにより形成される。音響信号を受信する装置はトランスデューサを有する。トランスデューサは典型的には音響信号を受信し、この音響信号を処理のために電気信号に変換する。音響信号は、例えば興味対象物からの伝搬距離および／または種々の組織での伝搬深度に基づき大きく変化する。

本発明の課題は、対象物の動きの影響を受けない超音波画像化装置を提供することである。

この課題は本発明により冒頭に述べた装置において、前記利得は、対象物の動きの変化速度に相応して少なくとも部分的に調整され、出力装置が前記超音波画像処理装置に接続されているように構成して解決される。

以下に実施例を説明する。実施例が例として図示されており、類似の参照符号は類似の要素を示す。

超音波装置では、共通の画像化モードとしてグレースケール、ドップラー、および／または静脈／動脈モードがある。一般的にグレースケールモードは音響信号のバーストを使用し、ドップラーモードは周波数シフト原理を使用し、静脈／動脈モードはグレースケールモードとドップラーモードの両方を使用する。

特定の状況に依存して、興味対象物は必ずしも静止しておらず、または規則的に運動するのではなく、位置を少なくとも部分的に不規則に変化する（例えば胎児の運動）。このことは画像品質に影響を及ぼす。さらに技術者が別の興味対象物を画像化するためにトランスデューサを新たな位置へ移動することがある。これも画像品質に影響を及ぼす。すなわち音響信号における不規則変化または突然の変化は画像品質の改善および／または最適化を困難にする。相応にして音響信号における変化、例えば動きは生じる画像に影響を及ぼすことがある。

図面を参照すると、図１は超音波画像化診断装置の実施例の概略図である。超音波画像化装置１００は種々の要素、例えばプローブ１０２を有し、このプローブは超音波画像信号１０４を送信および受信することができる。この実施例で、プローブ１０２は診断目的のために対象物１０６に直接向けられている。さらにプローブ１０２は超音波画像処理装置１０８に接続されている。この実施例で、超音波画像処理装置１０８はとりわけ利得コントロールブロック１１０を有する。さらに超音波画像処理装置１０８は出力装置１１２に接続されており、ここで超音波画像１１３が表示される。

実施例を説明するために図１で対象物１０６は、種々の組織層の後方に配置されており、例えば胎児による不規則な運動を受ける。プローブ１０２は、種々の形式の測定可能信号を別の信号形式に変換することのできるいずれかの形式のプローブとすることができる。例えばトランスデューサは、位相アレイを形成する表面エリアに配置することのできる単一の変換要素または複数の個別変換要素であり、この表面エリアで変換要素は独立して超音波画像信号の一部を送信し、受信された超音波画像信号の一部を受信することができる。図１の実施例でプローブ１０２は、対象物１０６に超音波画像信号１０４を送信することにより対象物１０６を「アクティブ走査」するように構成されている。従ってこの実施例でプローブ１０２は対象物１０６からエネルギー（例えば反射された超音波画像信号１０４）を受信することができる。相応にしてプローブ１０２は、超音波画像信号１０４の形成および受信を促進するために圧電材料を含むことができる。しかしこれはプローブの単なる例であり、請求される対象はこれに限定されるものではない。

図１を参照すると、出力装置１１２は超音波画像を表示する表示装置、音を出力するオーディオ装置等を有することができる。さらに出力装置１１２はデータを受信および記憶する装置を有することができる。さらに詳細に述べるように、出力装置１１２は対象物１０６を表す超音波画像１１３を観察者（図示せず）に提示する。
図２は、図１の実施例の詳細を示す。図２を参照すると、利得コントロールブロック１１０は利得を調整するための種々の要素を有する。これにより超音波画像１１３の品質を、対象物１０６の動きの変化速度に基づいて調整する。図２に示すように、利得コントロールブロック１１０はプロセッサ２０２およびフィルタ２０４を有する。さらに１つの実施例では、利得は自動的に調整される。すなわち動きの比較的大きな変化のようなトリガイベントによりプロセッサは相応に利得を調整する。

図１を再び参照すると、プローブ１０２は超音波画像処理装置１０８と接続部１１４を介して接続されている。さらに出力装置１１２は超音波画像処理装置１０８と接続部１１６を介して接続されている。しかし接続部１１４と１１６は、ケーブル、バス、ワイヤレス接続等のいずれの形式でも良い。

この関連で利得は信号強度の相対的上昇を参照し、その原因が送信電力、増幅率、電圧、電流等であることには関係ない。さらに利得は例えばデシベル（ｄＢ）で表現することができる。本発明の対象を説明するために、利得は上記の信号の一部またはすべてを調整し、超音波画像の発生を促進するものであるとする。しかし超音波画像処理装置１０８の利得には、（ａ）所定エリアの超音波画像に影響を及ぼす局所的利得、（ｂ）超音波画像全体に影響を及ぼす非局所的利得、および／またはそれらの組み合わせがある。

前に述べたように、プローブ１０２は超音波画像信号１０４を送信および受信することができる。相応にして図２で、超音波画像処理装置１０８はトランスミッタ／レシーバ（ＴＸ／ＲＸ）スイッチ２０６を有し、これはプローブ１０２と電気的に接続されている。ＴＸ側に超音波画像処理装置１０８は、ＴＸビーム形成要素２０８を有し、これはＴＸ増幅器２１０と電気的に接続されている。ＴＸ増幅器はさらに電気的にＴＸ／ＲＸスイッチ２０６と接続されている。ＲＸ側では、ＴＸ／ＲＸスイッチ２０６はＲＸ増幅器２１２と電気的に接続されている。ＲＸ増幅器２１２は電気的にＡＤ変換器２１４と接続されており、ＡＤ変換器はさらにＲＸビーム形成要素２１６と接続されている。図２に示すように、超音波画像処理装置１０８はビーム形成コントローラ２１８を有し、このビーム形成コントローラ２１８は１つの実施例ではＴＸビーム形成要素２０８およびＲＸビーム形成要素２１６とそれぞれ接続されている。図２に示した実施例では、プロセッサ２０２とフィルタ２０４を有する利得コントロールブロック１１０がＲＸビーム形成要素２１６および超音波画像処理装置１０８の他の種々の要素と電気的に接続されている。利得コントロールブロック１１０は、超音波画像処理装置１０８のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）装置の一部として実現されている。さらに択一的実施例では、フィルタ２０４をプロセッサ２０２の要素として含めることができる。さらに１つの実施例では利得コントロールブロック１１０が１つまたは複数のフィルタを有する。

図２で、ＴＸ／ＲＸスイッチ２０６、ＴＸビーム形成要素２０８、ＴＸ増幅器２１０、ＲＸ側増幅器２１２、ＡＤ変換器２１４、ＲＸビーム形成要素２１６、および／またはビーム形成コントローラ２１８は超音波画像処理装置のいずれかの形式の要素を有することができる。例えばＴＸ／ＲＸスイッチ２０６はプローブ１０２へのおよび／またはからのＴＸ／ＲＸを促進するスイッチング要素を有することができる。さらにＴＸ／ＲＸスイッチ２０６はマルチプレクサ（ＭＵＸ）を含むことができる。ＭＵＸは、超音波画像信号１０４のステアリングを促進する多重送信機能を実現するために使用することができる。ここでステアリングとは、ラインに沿って指向された入射ビームエネルギーを使用し、空を掃引するレーダのようにビームを後方および前方に掃引し、または同時に送信信号および／または受信信号を促進し、２つまたはそれ以上の信号をコンポジット信号に結合することを言う。ビーム形成要素２０８と２１６は、ビームをフォーカシングする要素、チャネルを遅延する要素を有する。ＴＸ増幅器およびＲＸ増幅器２１０と２１２は、種々の増幅要素を有することができ、例えばＲＸ増幅器２１２は時間利得補償（ＴＧＣ）増幅器を有することができる。この増幅器は超音波画像１１３（図１）の品質コントロールをすることができる。

続いて図２を参照すると、利得コントロールブロック１１０のプロセッサ２０２はプローブ１０２を介して、対象物１０６の動き変化速度の示度を受信する。対象物の動き変化は例えば胎児の突然の運動、またはプローブが新たな個所に突然移動されたときに生じ、その変化速度を実施例では利得調整の信号に使用する。対象物が静止状態から運動したり、定常的運動状態からさらに高速または低速の運動をしたりする場合のいずれの変化も択一的実施例では利得調整信号に使用することができる。相応にしてこの実施例で、示度は動き変化速度を含む。動き変化に応答して、プロセッサ２０２は、出力装置１１２に供給される超音波画像１１３に対する利得を調整する（両者とも図１に示されている）。この調整は、この実施例では対象物１０６の動き変化速度に基づいて行なわれる。さらに１つの実施例では、利得は対象物１０６の動き変化速度に実質的に、または少なくとも部分的に相応するよう調整される。

１つの実施例では、プロセッサ２０２は利得を、フィルタ２０４の係数を変化することによって調整する。ここではフィルタ２０４の係数が、動きの瞬時変化に関連して利得を調整するように変化される。例えばフィルタ２０４の係数は、以前の動き変化のために以前に調整された利得の平均に相応して利得を調整するように変化することができる。この平均は例えば、利得における以前の１０の調整である。

相応にして超音波画像処理装置の利得は動き変化の量に基づいて調整することができる。この調整は、対象物の動きが比較的小さく変化することは利得の比較的小さな調整に相当し、対象物の動きが比較的大きく変化することは利得の比較的大きな調整に相当するように行なわれる。さらに実施例では、この利得調整の速度は対象物の動きの変化速度に実質的に相当するか、または少なくとも部分的に相当するように行なわれる。例えば対象物の動きの変化速度が大きければ、利得調整の速度も大きく、動きの変化速度が小さければ、利得調整の速度も小さい。

フィルタ２０４は、現在公知の、またはＤＳＰシステムで将来開発されるフィルタを含みことができる。相応に１つの実施例では、フィルタ２０４は無限パルス応答（ＩＩＲ）フィルタとすることができる。択一的に１つの実施例では、フィルタ２０４は有限パルス応答（ＦＩＲ）フィルタとすることができる。しかし請求される本発明の対象はこれに限定されるものではない。

図１と２は特定の実施例を示す。しかし当業者であれば、ここに示した要素を含まない実施例またはここに示さない要素を含む実施例も可能である。さらに種々の要素が省略および／または簡素化されている。従って説明する要素は、超音波画像処理装置に含まれる種々異なる要素の単なる例であり、本発明の対象ではない。

図３は、利得調整処理を行なう実施例のフローチャートである。図示の実施例では、図１の利得コントロールブロック１１０がフローチャ―ト３００の実現手段を有する。例えば利得コントロールブロック１１０は、種々のイベント通知サービスが使用可能なシステム環境で実現されるように構成することができる。しかし利得コントロールブロック１１０は複数のプログラムアプローチを有することもできる。

図３に示すように、対象物の動き変化速度の示度が、ブロック３０２により示されるように受信される。前に説明したように、対象物１０６の動きの変化速度はプローブ１０２を介して受信される。とりわけプローブ１０２は動きの変化速度を、超音波画像信号１０４の送信および／または受信によって検知する。

ブロック３０４で利得は、受信された動きの変化速度に基づいて調整される。特定の実施例では、利得は対象物１０６の動き変化速度に実質的に、または少なくとも部分的に相応するよう調整される。前に説明したように、利得調整は少なくとも部分的にプロセッサ２０２によって、フィルタ２０４の係数を変更することによりコントロールされる。前に説明したように１つの実施例では、対象物の動きの変化速度が高ければ、利得調整の速度も高く、その反対も新である。しかし本発明の対象はこれに限定されるものではない。

図４は、利得調整処理を行なう別の実施例のフローチャートである。ここでも図示の実施例では、図１の利得コントロールブロック１１０がフローチャ―ト４００の実現手段を有する。例えば利得コントロールブロック１１０は、種々のイベント通知サービスが使用可能なシステム環境で実現されるように構成することができる。しかし利得コントロールブロック１１０は複数のプログラムアプローチを有することもできる。

図４に示すように、利得コントロールブロック１１０は、ブロック４０２により示されるように画像フレームを受信する。画像フレームは、例えば出力装置１１２に画像１１３として供給されるように処理される。ブロック４０４で画像フレームはさらに、対象物の動きの変化速度の示度が受信されたか否かを決定するように処理される。特定の実施例では、画像フレームはセグメント化され、分析されるように処理される。これにより対象物の動き検出および生じた画像変化の検出が促進される。対象物の動き変化速度の示度が受信されたことが決定されると、動きの変化速度がブロック４０６で決定される。次にブロック４０８で前に説明したように、利得は動きの変化速度に少なくとも部分的に基づいて調整される。ここでは例えば利得は、プロセッサ２０２によりフィルタ２０４の係数を、動きの変化速度に少なくとも部分的に相応して変更することによって調整される。ブロック４１２で利得調整は、出力装置１１２に表示される画像１１３に適用される。

特定の実施例で、ブロック４０４で対象物の動き変化速度の示度が受信されなければ（すなわち画像フレームのセグメントおよび分析が対象物の画像に動きおよび／または変化を検知しない）、利得コントロールブロック１１０は利得をブロック４１０に従い供給し、この利得が相応に適用される。

図５Ａ〜５Ｃは、動き変化速度に基づく利得調整の例を示す線図であり、ここで利得は対象物の動きの変化速度に相応して少なくとも部分的に調整される。実施例を説明するために、対象物は心臓を含み、特定の実施例でグラフィック表示は６０の画像フレームからなる全心拍周期のサンプリングを含む。図５Ａは、種々異なる画像フレームを累積したグラフィック表示であり、図５Ｂは、従来のように決定された利得の相応のグラフィック表示であり、図５Ｃは、動きの変化速度に基づいた利得調整を示す相応のグラフィック表示である。図５Ｃでは、利得は対象物の動きの速度変化に少なくとも部分的に相応して調整される。

図５Ｂを参照すると、利得は従来のように公知の組織均等化法（ＴＥＱ）により決定される。１つの実施例で、ＴＥＱ法のような利得調整法では、図５Ｃに示すようなグラフィック表示が得られるように信号がフィルタリングされる。グラフィック表示間の関係性は次の関係により計算することができる。累積的画像フレーム：

ここで和は１つの画像フレーム内のすべてのピクセルにわたるものであり、Ｂは２進画像でのピクセル値０または１であり、ｋは画像フレームの番号である。

各ピクセルに対する利得の二乗和により与えられる全体的利得調整の尺度は次式のとおりである：

平坦化された利得（すなわち調整された利得）は特定の実施例ではフィルタ、有利にはＩＩＲフィルタを使用して得られる。ここでポールの位置は累積差に適合される：

ここで

ただし、Ｃ_０は一定である。
相応にして調整利得は次式により定義される：

もう一度、図５Ａ−Ｃを参照すると、グラフィック表示は上記の数式に関連することができ、図５ＡはＣとフレーム番号を、図５ＢはＧとフレーム番号を、そして図５ＣはＳとフレーム番号を示す。

図６は、一般的なハードウエアシステムの実施例を示す。しかし本発明の対象はこれに限定されるものではない。図示の実施例でハードウエアシステム６００はプロセッサ２０２を有し、プロセッサは高速バス６０５と接続されている。この高速バスは入出力（Ｉ／Ｏ）バス６１５とバスブリッジ６３０を介して接続されている。一時メモリ６２０が高速バス６０５と接続されている。さらにフィルタ２０４が高速バス６０５に接続されているが、フィルタ２０４は前に述べたようにプロセッサ２０２に命令セットの一部として含むこともできる。恒久的メモリ６４０がＩ／Ｏバス６１５と接続されている。Ｉ／Ｏデバイス６５０がＩ／Ｏバス６１５と接続されている。１つの実施例でＩ／Ｏデバイス６５０は表示装置１１２（図１に図示）を有し、および／または他の種々のＩ／Ｏデバイスはキーボード、外部ネットワークインタフェース等である。前に述べたように、画像データは恒久的メモリ６４０に記憶される。画像データは表示装置１１２に出力するか、または択一的に後での検索のために記憶される。

所定の実施例は付加的要素を含み、上記の要素すべてを必要とせず、および／または１つまたは複数の要素を組み合わせる。例えば一時メモリ６２０はプロセッサ２０２を有するオンチップメモリとすることができる。択一的に恒久的メモリ６４０を省略することができ、および／または一時メモリ６２０を電気的に消去可能なプログラミング可能読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）により置換することができる。この場合、ソフトウエアルーチンはＥＥＰＲＯＭから実行される。いくつかの実施例はシングルバスを使用し、このシングルバスにすべての要素が接続されている。また別の実施例は１つまたは複数の付加的バスおよび／またはバスブリッジを有し、これらに種々の付加的要素を接続することができる。同様に種々の択一的内部ネットワークを使用することができる。これには例えばメモリコントローラハブおよび／またはＩ／Ｏコントローラハブを有する高速システムバスに基づく内部ネットワークが含まれる。付加的要素は、付加的プロセッサ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、付加的メモリ、および／または関連分野で公知の他の周辺要素を含むことができる。

上に説明した種々の機能および／または動作は、広い範囲のハードウエアシステムを使用して実現することができる。１つの実施例では、機能は命令および／またはルーチンとして実現され、これはハードウエアシステム内にあるプロセッサ２０２のような実行ユニットによって実行される。このマシン実行可能命令は、いずれかのアクセス可能媒体を使用して記憶することができる。このアクセス可能媒体はマシン読み出し可能記憶媒体であり、メモリ６２０および６４０（図６に図示）のような内部メモリおよび種々の外部および／またはリモートメモリを含む。この外部および／またはリモートメモリは、ハードディスク、フロッピー、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、レーザディスク、フラッシュメモリ、ネットワークサーバ等を含む。１つの実施例でこれらのソフトウエアルーチンは、Ｃ、Ｃ＋またはＣ＋＋のようなプログラミング言語で書かれている。しかしこれらのルーチンは他の種々のプログラミング言語により実現することもできる。

択一的実施例で、実施例の種々の機能および／または動作は離散的ハードウエアおよび／またはファームウエアで実現することができる。例えばアプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）を、上記の機能によりプログラミングすることができる。別の実施例では、１つまたは複数の上記機能が、上記のシステムに挿入することのできる付加的回路ボード上のＡＳＩＣに実現されている。別の実施例では、１つまたは複数のプログラム可能ゲートアレイ（ＰＧＡ）が上記の機能および／または動作の実現のために使用される。別の実施例では、ハードウエアおよび／またはソフトウエアの組み合わせが上記の機能および／または動作の実現のために使用される。

図１は、超音波画像化診断装置の実施例の概略図である。 図２は、図１の実施例の詳細を示す。 図３は、処理実施例のフローチャートである。 図４は、利得調整処理を行なう別の実施例のフローチャートである。 図５Ａ〜５Ｃは、動き変化速度に基づく利得調整の例を示す線図であり、ここで利得は対象物の動きの変化速度に相応して調整される。 図６は、一般的なハードウエアシステムの実施例の概略図である。

Claims (9)

1. プローブ（１０２）と、該プローブに接続された超音波画像処理装置（１０８）とを有する超音波画像化装置（１００）であって、
   前記超音波画像処理装置は、対象物（１０６）の動きの変化速度の示度（１０４）を受信し、利得を調整する形式の超音波画像化装置において、
   前記利得は、対象物（１０６）の動きの変化速度に相応して少なくとも部分的に調整され、出力装置（１１２）が前記超音波画像処理装置（１０８）に接続されている、ことを特徴とする超音波画像化装置。
2. 請求項１記載の超音波画像化装置（１００）であって、
   前記プローブ（１０２）はトランスデューサを有する装置。
3. 請求項１記載の超音波画像化装置（１００）であって、
   前記プローブは、対象物（１０６）をアクティブ走査するように構成されている装置。
4. 請求項１記載の装置（１００）であって、
   前記超音波画像処理装置（１０８）は、アナログ信号を受信し、アナログ信号をデジタル信号に変換する装置。
5. 請求項１記載の超音波画像化装置（１００）であって、
   前記超音波画像処理装置（１０８）は利得コントロールブロック（１１０）を有する装置。
6. 請求項５記載の超音波画像化装置（１００）であって、
   前記利得コントロールブロック（１１０）は１つまたは複数のプロセッサ（２０２）を有する装置。
7. 請求項５記載の超音波画像化装置（１００）であって、
   前記利得コントロールブロック（１１０）は１つまたは複数のフィルタ（２０４）を有する装置。
8. 請求項７記載の超音波画像化装置（１００）であって、
   １つまたは複数のフィルタ（２０４）は１つまたは複数の無限パルス応答（ＩＩＲ）フィルタを有する装置。
9. 請求項１記載の超音波画像化装置（１００）であって、
   前記超音波画像処理装置（１０８）は、画像フレームを受信し、該画像フレームを処理し、前記対象物の動きの変化速度の示度が受信されたか否かを、少なくとも部分的に前記画像フレームに基づいて決定し、前記調整された利得を前記出力装置に表示される表示画像に適用する装置。

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