JP2010046128A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】煩雑な操作をすることなく、操作者の好みに適合する画質で画像を表示できる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】本発明の超音波診断装置は、生体の組織へ超音波を送信し、超音波が生体の組織で反射する反射波を受信する超音波プローブと、反射波に基づいて組織に設定された複数の測定対象位置の変位量をそれぞれ演算し、組織の断層画像の画像フレームを構築する画像構築部と、画像フレームを表示する表示部と、パラメータテーブルを保持する記憶部であって、パラメータテーブルは少なくとも１つのパラメータを含むパラメータセットを複数含んでおり、各パラメータセットの少なくとも１つのパラメータによって画像フレームの画質が決定される、記憶部と、外部からの指示を受け取る操作部と、操作部において指示を受ける度に、異なるパラメータセットに基づいて画像フレームの画質を調整する処理部とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波診断装置における画像表示技術に関する。より具体的には、本発明は、超音波診断装置の断層画像を調整する技術に関する。

超音波診断装置は、体内組織の断層画像を表示する際に利用される機器である。断層画像は、超音波プローブから送信され、体内組織で反射された超音波に基づいて生成される。

超音波プローブの位置変化や被験者が動くことにより、超音波画像（断層画像）の表示のされ方は刻々変化する。そのため、たとえば断層画像の輝度を低減させ、または向上させる等の処理、いわゆる最適化処理を行って、画像の見え方を調整する処理が必要とされる。画質の調整は、種々の画質調整パラメータを変更することによって実現される。

超音波診断装置において、画質調整パラメータを自動的に調整する技術として特許文献１や特許文献２に記載の方法が提案されている。

特許文献１では、超音波診断装置は、画像フレームを規則的なカーネルのグリッドに分割し、各カーネルの平均ピクセル強度とノイズモデルとを用いて、予測された平均ノイズレベルを比較する。装置は、平均ノイズレベルよりも所定の量だけ大きい平均ピクセル強度を有するカーネルを選択し、これらのカーネルの平均ピクセル強度の平均値を求める。これにより、ピクセル強度の行・列平均が算出される。この平均値と基準値との差分を補正値として、画質を調整している。また装置は、選択されなかったカーネルの数が限界閾値よりも小さい各行・各列についてはノイズを抑制するようにゲインを調節している。

特許文献２では、超音波診断装置は、画像の深度毎の信号強度の平均を求め、これを規格化した規格化平均値と基準値との差を補正値として採用する。また、深度毎の信号強度の分散値が基準値よりも大きい場合は重みを１とし、基準値よりも小さい場合は重みを１以下として、補正値に対して重み付けを行っている。
特開２０００−１９７６３７号公報 特開２００５−１５２４２２号公報

画質調整後の超音波画像は、常に最適な画質であるということはできない。一般に「最適」は操作者の好みに依るところが大きく、一意に定義できるものではないためである。例えば診断上不要な情報であるノイズ成分を多く含む画像を嫌う操作者は、診断に必要な生体組織の画像が見えなくなる直前まで画像のゲインを落とすことでノイズを低減させた画像を好む傾向にある。逆に、生体組織の画像をはっきり視認することを重視する操作者は例えノイズ成分が多くなっても高ゲインの画像を好む傾向にある。

したがって、仮に上記特許文献１および２に記載の方法によって画質を調整したとしても、調整後の画像が任意の操作者の好みに適合していない可能性がある。

本発明は従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は操作者が煩雑な操作をすることなく操作者の好みに適合する画質で画像を表示できる超音波診断装置を提供することである。

本発明による超音波診断装置は、生体の組織へ超音波を送信し、前記超音波が前記生体の組織において反射する反射波を受信する超音波プローブと、前記反射波に基づいて、前記組織の断層画像の画像フレームを構築する画像構築部と、前記画像フレームを表示する表示部と、パラメータテーブルを保持する記憶部であって、前記パラメータテーブルは少なくとも１つのパラメータを含むパラメータセットを複数含んでおり、各パラメータセットの前記少なくとも１つのパラメータによって前記画像フレームの画質が決定される、記憶部と、外部からの指示を受け取る操作部と、前記操作部において前記指示を受け取る度に、異なるパラメータセットに基づいて前記画像フレームの画質を調整する処理部とを備えている。

前記パラメータテーブルには、前記複数のパラメータセットが所定の順序で格納されており、前記処理部は、前記操作部において前記指示を受ける度に、前記パラメータテーブルから前記所定の順序にしたがってパラメータセットを読み出し、前記画像フレームの画質を調整してもよい。

前記パラメータテーブルには、第１パラメータセットおよび第２パラメータセットが順に格納されており、前記処理部が前記第２パラメータセットに基づいて前記画像フレームの画質を調整した後、所定期間内に前記操作部において前記指示を受けなかったときは、前記処理部は、前記第２パラメータセットの順序が前記第１パラメータセットの前になるよう、前記第２パラメータセットの順序を変更してもよい。

前記記憶部は、前記画像フレームの明度に関する画質を決定するパラメータを、前記少なくとも１つのパラメータとして保持してもよい。

前記操作部は、ハードウェアとして実装されたボタン、または、前記表示部に表示されたボタンであってもよい。

本発明によれば、操作者からの指示を受ける度に、異なる画質を調整するための異なるパラメータセットに基づいて画像フレームの画質を調整する。表示された画像フレームの画質が自分の好みに合わない場合には、操作者は指示を再度入力することにより、さらに異なる画質で画像フレームを確認することができる。この結果、操作者は自分の好みに適合する、または好みに最も近い画質の画像フレームを確認できる。

また、操作部をハードウェアまたはソフトウェアによって実装されたボタンとすることで、操作者は、煩雑な操作をすることなく上述の指示を入力することができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明による超音波診断装置の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態による超音波診断装置１００の外観を示す。超音波診断装置１００は、超音波プローブ１０１を用いて体内組織の断層像を画像フレームとしてモニタ１０８にリアルタイムに表示する。その際、超音波診断装置１００に設けられた種々のボタン、たとえば操作パネルのボタン１０９を用いて画質調整の操作等が行われる。

図２は、本実施形態による超音波診断装置１００の内部構成例を示すブロック図である。

超音波診断装置１００は、超音波プローブ１０１と、ＡＤ変換器１０２と、ビームフォーマ１０３と、検波部１０４と、画像構築部１０５と、フレームメモリ１０６と、プロセッサ１０７と、モニタ１０８と、画質調整ボタン１０９とを備えている。

超音波プローブ１０１は、上述したとおり、超音波ビームの送受信を行う。

ＡＤ変換器１０２は、受信した超音波反射波をデジタル信号に変換する。ビームフォーマ１０３はＡＤ変換された超音波反射波の遅延合成を行う。検波部１０４は、遅延合成された超音波エコー信号を包絡線検波する。

画像構築部１０５は、検波された超音波エコー信号に対して信号処理を施し組織の断層画像フレームを構築する。

フレームメモリ１０６は、断層画像の画像フレームを蓄積する。蓄積量は、すべての断層画像フレームであってもよいし、所定時間または所定枚数であってもよい。

プロセッサ１０７は、いわゆる中央演算処理部（ＣＰＵ）である。プロセッサ１０７は、入出力コントローラ（Ｉ／Ｏ）１１０と、コア１１１と、レジスタ群１１２とを有している。コア１１１は、演算回路および制御回路を含んでいる。Ｉ／Ｏ１１０は、コア１１１の演算回路および制御回路（図示せず）において必要とされるデータを、バス（図示せず）を介して受信し、演算回路および制御回路によって生成されたデータ（命令）を送信する。また、レジスタ群１１２は、コア１１１の演算回路および制御回路の処理に必要な初期データや中間データを保持している。

さらにレジスタ群１１２は、画像フレームの画質を決定するパラメータ（画質調整パラメータ）を格納したパラメータテーブル（後述の図４）を格納している。プロセッサ１０７は、超音波断層画像表示中の操作者の画質調整ボタン１０９の押下に応答して、レジスタ群１１２に保持された画質調整パラメータを読み出し、コア１１１に出力する。コア１１１は画質調整パラメータを適用して画像処理を行う。この結果、超音波断層画像の画質が調整される。画質の調整に関する処理については、後に図４から６を参照しながら詳述する。

モニタ１０８は断層画像を表示する。また、画質調整ボタン１０９は、ハードウェアとして実装されたボタンであり、操作者が押下したときに、画質の調整を指示する信号をプロセッサ１０７に伝達する。

次に、超音波診断装置１００の動作を説明する。

図３は、超音波診断装置１００の動作の手順を示すフローチャートである。操作者が、超音波プローブ１０１を被験者の体表２に密着させると、以下の処理が行われる。

まず、ステップＳ７１において、超音波診断装置１００は超音波プローブ１０１で超音波を発生させ、体組織内部へ超音波（音響線）を送信する。

ステップＳ７２において、超音波診断装置１００は、超音波プローブ１０１によって反射波を検出すると、得られた超音波エコー信号に対して、画像表示のための信号処理を行う。

より詳細には以下のとおりである。超音波プローブ１０１によって送信された超音波ビームは生体内で反射され、超音波プローブ１０１によって受信される。ＡＤ変換器１０２は受信された超音波反射波に対応するアナログ信号をデジタル信号に変換し、ビームフォーマ１０３はその超音波反射波を遅延合成する。

検波部１０４は包絡線検波によって受信信号中の送信波（キャリア）成分を除去し、超音波エコー信号として画像構築部１０５に出力する。

画像構築部１０５は入力された超音波エコー信号に対してフィルタ処理、トータルゲイン適用処理、ＴＧＣ適用処理、ＬＧＣ適用処理、フレームゲイン適用処理、走査線変換（スキャンコンバート）等を施して超音波断層画像フレームを構築する。

ステップＳ７３において、モニタ１０８は、超音波断層画像フレームを表示する。同時に、超音波断層画像フレームのデータはフレームメモリ１０６に格納される。

ステップＳ７４において、プロセッサ１０７のコア１１１は、画質調整ボタンが押下されたか否かを判定する。実際には、コア１１１は、画質調整ボタン１０９が操作者によって押下されたときに生成される画質の調整を指示する信号を受信したか否かによって、上述の判定を行う。押下されたと判定されたときには処理はステップＳ７５に進み、押下されていないと判定されたときには処理はステップＳ７１に戻る。またステップＳ７４の実行に伴って、インデックスカウンタｉが１に設定される。

ステップＳ７５において、プロセッサ１０７のコア１１１は、レジスタ群１１２の１または複数のレジスタに格納されている複数のパラメータセットのうち、インデックスカウンタｉの値に対応するパラメータセット１を読み出す。ここで、「パラメータセット」とは、表示されている画像フレームの画質を調整するために利用されるパラメータの組を意味している。

なお本実施形態において、「画質を調整する」とは、パラメータセットに含まれるパラメータを利用して画質を変更することを意味している。少なくとも１つのパラメータセットを適用することによって、当初表示されていた画像フレームの画質が調整される。操作者は自分の好みの画質で画像フレームが表示されたとき、自らには最適化された画像フレームで体内組織を確認することができる。

図４は、インデックスカウンタｉ（ｉ＝１〜５）の各値に対応するパラメータセットを格納したパラメータテーブルのデータ構造を示している。インデックスカウンタｉ（ｉ＝１〜５）の各値に対応して、パラメータＡ，Ｂ，Ｃの各値が規定されている。なお、各パラメータセットを構成するパラメータの値は固定されていてもよいし、操作者によって設定されてもよい。

ここで、ＴＧＣ（ｔｉｍｅ ｇａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）を調整するためのパラメータセットの例を説明する。

ＴＧＣとは、画像フレーム内における画像の明度のばらつきを調整するための制御をいう。超音波を利用すると、表皮から浅い位置よりも深い位置の方が反射波は減衰するため、深い位置の画像が暗くなる傾向にある。そのため、本実施形態による超音波診断装置１００では、表皮２からの深度をたとえば７段階に分け、その各々について画像の明度を調整することが可能である。これにより、深度別のゲインコントロールが可能となり、浅い位置であっても深い位置であっても、操作者の好みに応じた明度に調整された画像フレームを表示できる。たとえば、すべての深度で均一な明度の画像フレームを表示することもできるし、体内組織が存在する深度においてより明るい明度で画像フレームを表示することもできる。

本実施形態におけるＴＧＣの調整方法では、まず画像フレーム中の表皮２からの深度ごとに輝度値の平均値を算出し、求めた平均値が予め設定した基準値Ｓｔｄになるような各深度のＴＧＣを深度ごとに決定している。

また、深度ごとに輝度値の標準偏差を算出し、標準偏差が閾値Ｔｈよりも小さい場合にはノイズと判定し抑制値ＲをＴＧＣ値から差し引くことなども考え得る。

ある深度の画像フレームに対して適用されるパラメータセットとして、図４に示すインデックス１のパラメータＡ１，Ｂ１，Ｃ１に、上述した、ある基準値Ｓｔｄ、閾値Ｔｈおよび抑制値Ｒを対応付ける。さらに、図４に示すインデックス２のパラメータＡ２，Ｂ２，Ｃ２に対し、インデックス１のパラメータセットとは異なるパラメータセットを対応付ける。

このようなパラメータセットに基づいて得られるＴＧＣ値が、たとえばインデックス値に対応して徐々に大きくなるよう、各パラメータセットをパラメータテーブルに記述すればよい。この結果、ある深度において、インデックス１〜５に対応する各パラメータセットが規定され、その各々によって画像フレームを調整することにより、異なる画質の画像フレームを得ることができる。すべての深度において操作者の好みに適合する画質に調整するために、深度ごとに図４に示すパラメータテーブルを設けてもよい。

なお、上述の例では、パラメータセットは、基準値Ｓｔｄ、閾値Ｔｈおよび抑制値Ｒの各々に対応する数値であるとして説明したが、広義には評価関数、最適化アルゴリズムなども含んでいるとする。

再び図３を参照する。ステップＳ７６において、プロセッサ１０７は図４のインデックス１の各パラメータを用いて画像フレームの画質を調整する。なお、実際の調整処理はプロセッサ１０７が行ってもよいし、画像構築部１０５が行ってもよい。後者の例では、プロセッサ１０７は各パラメータを画像構築部１０５に直接設定してもよいし、各パラメータに基づく演算を行って演算結果を画像構築部１０５に設定してもよい。画像構築部１０５は、設定された各パラメータまたはデータに基づいて画像フレームを再構築する。上述した例では、パラメータとして与えられた基準値Ｓｔｄ、閾値Ｔｈおよび抑制値Ｒを用いて画像のＴＧＣを再計算する。モニタ１０８は、画質が調整された画像フレームを表示する。

次のステップＳ７７では、プロセッサ１０７は、画質調整ボタン１０９がＴ秒以内に押下されたか否かを判定する。押下されなかったときは、処理はステップＳ７８に進み、Ｔ秒以内に押下されたときは、処理はステップＳ７５に戻る。

上述のステップＳ７７によって把握できることは、画質調整ボタン１０９が再度押下されたときには、操作者は、画質を調整した後の画像フレームに対して、操作者はさらに画質を調整したいと考えていることである。一方、画質調整ボタン１０９が再度押下されなかったときには、操作者は、画質を調整した後の画像フレームに満足しているということである。

そこで、画質調整ボタン１０９の押下後にステップＳ７５の処理を再度実行する前に、インデックスカウンタｉは＋１だけインクリメントされる。これにより、ステップＳ７５において先に適用されたパラメータセットとは異なるパラメータセットが次の処理において適用され、異なる画質で画像フレームが表示されることになる。なお、最大インデックス番号（図４の例ではインデックス番号５）に至った場合は、その次はインデックス１が適用される。

一方、画質調整ボタン１０９が押下されなかったときに実行されるステップＳ７８では、プロセッサ１０７のコア１１１は、現在適用されているパラメータセットのインデックス番号を「１」に変更する。その理由は、現在適用されているパラメータセットが、操作者が最も好むパラメータ群であると判断されるためである。

図５は、インデックス番号３に対応付けられていたパラメータセットが、インデックス番号１に変更された例を示している。当初のインデックス番号１および２の各パラメータセットは、順にインデックス番号２および３に繰り下げられているが、インデックス番号１および３を相互に入れ替えてもよい。

このように、現在適用されているパラメータセットのインデックス番号を「１」に変更することにより、処理が再度ステップＳ７１から実行される次回以降に操作者が画質調整ボタン１０９を押下すると、当該パラメータセットが最初に適用されることになる。なお、パラメータ確定待ち時間Ｔは予め任意の時間に設定可能である。

なお、上述のパラメータテーブルではインデックスを１〜５までとしたが、これは一例である。インデックスの数は複数であれば任意である。

図６は、プロセッサ１０７の内部状態の遷移を示している。上述の図３に示すステップＳ７１〜Ｓ７４の実行中は、プロセッサ１０７は初期状態にある。そして画質調整ボタン１０９が押下されると、プロセッサ１０７はパラメータ選択状態２０２に遷移する。パラメータ選択状態２０２は、ステップＳ７５からステップＳ７７まで継続する。

画像が再構築されて再度提示された後、画質調整ボタン１０９がＴ秒以内に押下されなかったときは、ステップＳ７８が実行され、プロセッサ１０７は初期状態２０１に戻る。

上述の説明では、パラメータテーブル（図４）は、プロセッサ１０７内のレジスタ群１１２に保持されている例を説明した。しかしながら、パラメータテーブル（図４）は、レジスタ群１１２のほか、プロセッサ１０７内部のキャッシュメモリ、外部の汎用メモリ、ハードディスク（いずれも図示せず）等の記憶部に保持されていてもよい。

また、パラメータセットが、パラメータＡ、ＢおよびＣの３種類のパラメータで構成されているとしたが、パラメータセットを構成するパラメータの種類は任意である。１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。

本実施形態においては、操作者が画質を調整することを指示するための操作手段は、ハードウェアとしての画質調整ボタン１０９を想定していた。しかしながら、これは一例である。他の例として、モニタ１０８をタッチパネル化し、モニタ１０８にソフトウェア的に画質調整ボタン１０９を表示してもよい。このときは、モニタ１０８に表示された画質調整ボタン１０９が、操作手段となる。このとき、画質調整ボタン１０９の表示位置に対応するタッチパネル部分も操作手段に含めてもよい。または、モニタ１０８に、画質調整ボタン１０９に対応するダイアログボックスを表示し、マウスやキーボードを操作することによって選択可能にしてもよい。このときは、マウスやキーボードも操作手段として含めてもよい。

なお、図３に示すフローチャートを用いて説明した処理は、プロセッサ１０７に実行されるコンピュータプログラムとして実現され得る。そのようなコンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録されて製品として市場に流通され、または、インターネット等の電気通信回線を通じて伝送される。超音波診断装置１００のプロセッサ１０７は、当該コンピュータプログラムを実行可能な汎用のプロセッサ（半導体回路）として実現される。または、そのようなコンピュータプログラムとプロセッサ１０７とが一体化された専用プロセッサとして実現される。

本発明にかかる超音波診断装置は、被検体の断層画像の画質（たとえば輝度値（明るさ））を調整するにあたり、画質が異なる断層画像を切り替えて表示することが可能である。操作者にとって最適な画質で画像を確認できるため、有用である。

本発明の実施形態による超音波診断装置１００の外観を示す図である。 本発明の実施形態による超音波診断装置１００の内部構成例を示すブロック図である。 超音波診断装置１００の動作の手順を示すフローチャートである。 インデックスカウンタｉ（ｉ＝１〜５）の各値に対応するパラメータセットを格納したパラメータテーブルを示す図である。 インデックス番号３に対応付けられていたパラメータセットが、インデックス番号１に変更された例を示す図である。 プロセッサ１０７の内部状態の遷移図である。

符号の説明

１００ 超音波診断装置
１０１ 超音波プローブ
１０２ ＡＤ変換器
１０３ ビームフォーマ
１０４ 検波部
１０５ 画像構築部
１０６ フレームメモリ
１０７ プロセッサ
１０８ モニタ
１０９ 画質調整ボタン
１１０ Ｉ／Ｏ
１１１ コア
１１２ レジスタ群
２０１ 初期状態
２０２ パラメータ選択状態

Claims (5)

1. 生体の組織へ超音波を送信し、前記超音波が前記生体の組織において反射する反射波を受信する超音波プローブと、
   前記反射波に基づいて、前記組織の断層画像の画像フレームを構築する画像構築部と、
   前記画像フレームを表示する表示部と、
   パラメータテーブルを保持する記憶部であって、前記パラメータテーブルは少なくとも１つのパラメータを含むパラメータセットを複数含んでおり、各パラメータセットの前記少なくとも１つのパラメータによって前記画像フレームの画質が決定される、記憶部と、
   外部からの指示を受け取る操作部と、
   前記操作部において前記指示を受け取る度に、異なるパラメータセットに基づいて前記画像フレームの画質を調整する処理部と
   を備えた、超音波診断装置。
2. 前記パラメータテーブルには、前記複数のパラメータセットが所定の順序で格納されており、
   前記処理部は、前記操作部において前記指示を受ける度に、前記パラメータテーブルから前記所定の順序にしたがってパラメータセットを読み出し、前記画像フレームの画質を調整する、請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記パラメータテーブルには、第１パラメータセットおよび第２パラメータセットが順に格納されており、
   前記処理部が前記第２パラメータセットに基づいて前記画像フレームの画質を調整した後、所定期間内に前記操作部において前記指示を受けなかったときは、前記処理部は、前記第２パラメータセットの順序が前記第１パラメータセットの前になるよう、前記第２パラメータセットの順序を変更する、請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記記憶部は、前記画像フレームの明度に関する画質を決定するパラメータを、前記少なくとも１つのパラメータとして保持する、請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記操作部は、ハードウェアとして実装されたボタン、または、前記表示部に表示されたボタンである、請求項１に記載の超音波診断装置。

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