JP2010068987A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者が煩雑な操作をすることなく、適切なゲインレベルの断層画像を得ることのできる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】ゲインコントロール部１０７は、断層画像フレームの各画素の輝度情報に基づいて、各画素の輝度に対するオフセット値によるオフセットパターンを少なくとも１つ生成するオフセットパターン生成部１０７ｄと、オフセットパターンに基づいて、断層画像フレーム全体に用いられる１つのオフセット値からなるトータルゲイン、断層画像フレームの深度方向に用いられるオフセット値を有する深度方向ゲイン、断層画像フレームの走査方向に用いられるオフセット値を有する走査方向ゲイン、および断層画像フレームの各画素に用いられるオフセット値を有するフレームゲインのうちの少なくとも１つを決定し、決定した少なくとも１つに基づき設定ゲインを決定するゲイン決定部１０７ｃとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に断層画像を表示する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波を被検体に照射し、そのエコー信号に含まれる情報を解析することにより、被検体内を観察する。従来から広く用いられている超音波診断装置は、エコー信号の強度を対応する画素の輝度に変換することにより、被検体の構造を断層画像として取得する。これにより、被検体の内部の構造を知ることができる。

一般に、被検体内を超音波が伝搬してゆくにつれて超音波は減衰する。このため、被検体内部から得られる反射波の強度は一般に低下する。また、超音波を走査させて二次元の断層画像を得る場合、被検体と探触子との接触状態などによって走査により得られる反射波の強度が変化することがある。このような反射強度の変化は反射波に基づく受信信号の検出感度の低下を引き起こす。

特許文献１および特許文献２は、このような検出感度の変化を補正するために、深度方向の感度補正機能であるＤＧＣ（Ｄｅｐｔｈ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）や走査（横）方向の感度補正機能であるＬＧＣ（Ｌａｔｅｒａｌ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）の補正値を調整する技術を提案している。

具体的には、特許文献１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、各々のカーネルの平均ピクセル強度とノイズモデルを用いて予測された平均ノイズレベルを比較し、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とによって、ピクセル強度の行・列平均を算出し、この平均値と基準値との差分を補正値とする技術を開示している。また、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々の行・列についてはノイズを抑制するようにゲイン調節を行うことを開示している。

特許文献２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する技術を開示している。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以下とすることで補正値に対して重み付けを行うことを開示している。
特開２０００−１９７６３７号公報 特開２００５−１５２４２２号公報

特許文献１および２に開示された方法では、ノイズ判定のための指標値としてピクセル強度や分散値を用いる。しかし、これらの方法を用いた場合、生体深部における送信波の減衰に起因するピクセル強度の低下や肝臓内部のような分散値が低い非ノイズ画像等を正確に識別することが困難である。

また、特許文献１および２に開示された方法は、ゲインレベルの均等化とノイズの抑制に対しては効果的であるが、例えば頸動脈診断における血管壁のような注目部位を他の領域よりもゲインレベルを上げることで見やすくするといった、画像内の組織構造成分の強調には適していない。

さらに、特許文献１および２に開示された方法は、ＤＧＣやＬＧＣを用いて画像のゲイン補正を行っているため、補正単位は深度もしくは走査線単位であり、心臓の心室内や腹部の血管内のような二次元に広がる一部の領域のみのゲインレベルを補正するといった細かいゲイン調整ができないという問題がある。

本発明は、このような従来技術の課題を解決し、操作者が煩雑な操作をすることなく、適切なゲインレベルの断層画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波診断装置は、被検体を所定の期間ごとに超音波ビームで走査するように探触子を駆動する送信部と、前記超音波ビームが前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子によって受信し、前記所定の期間ごとに受信信号を生成する受信部と、前記受信信号の強度に基づく輝度情報によって構成される断層画像フレームを所定の期間ごとに生成し、生成した断層画像フレームの輝度を設定ゲインにより調整する画像構築部と、前記設定ゲインを生成するゲインコントロール部と、前記輝度が調整された断層画像フレームを表示する表示部とを備え、前記ゲインコントロール部は、記断層画像フレームの各画素の輝度情報に基づいて、前記各画素の輝度に対するオフセット値によるオフセットパターンを少なくとも１つ生成するオフセットパターン生成部と、前記オフセットパターンに基づいて、前記断層画像フレーム全体に用いられる１つのオフセット値からなるトータルゲイン、前記断層画像フレームの深度方向に用いられるオフセット値を有する深度方向ゲイン、前記断層画像フレームの走査方向に用いられるオフセット値を有する走査方向ゲイン、および前記断層画像フレームの各画素に用いられるオフセット値を有するフレームゲインのうちの少なくとも１つを決定し、決定した少なくとも１つに基づき前記設定ゲインを決定するゲイン決定部とを有する。

ある好ましい実施形態において、前記ゲインコントロール部は、操作者の指令に基づき前記設定ゲインを生成する。これにより、操作者は煩雑な操作を行うことなく所望のタイミングで最適なゲインレベルの断層画像を得ることができる。

ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、前記生成する断層画像フレームの数を計測するカウンタをさらに備え、前記ゲインコントロール部は、前記生成する断層画像フレームの数に基づいて、前記設定ゲインを生成する。これにより、操作者はゲイン調整に関する一切の操作を行うことなく最適なゲインレベルの断層画像を得ることができる。

ある好ましい実施形態において、前記オフセットパターン生成部は、前記断層画像フレームの輝度レベルを均等にする均等化オフセットパターンを生成する均等化オフセットパターン生成部と、前記断層画像フレーム中の組織を強調し、かつ、ノイズ成分を抑制する強調・抑制オフセットパターンを生成する強調・抑制オフセットパターン生成部とを含み、前記オフセットパターンは、前記均等化オフセットパターンおよび前記強調・抑制オフセットパターンの少なくとも一方である。これにより、画像のゲインレベルを均等にしつつ、ノイズを抑制し、組織構造物を見やすくすることができる。

ある好ましい実施形態において、前記均等化オフセットパターン生成部は、断層画像フレームを複数のサブエリアに分割し、前記サブエリアの平均輝度を算出し、前記サブエリアの平均輝度と基準輝度との輝度差を算出し、前記輝度差に掛け合わせる調整値を決定し、前記輝度差と前記調整値とを乗算して得られた結果を前記サブエリアのオフセット値とし、前記サブエリアのオフセット値に基づいて前記断層画像フレームの全画素に対応するオフセット値含む前記均等化オフセットパターンを算出する。これにより、画像全体のコントラストを保ちつつゲインレベルを均等化することができる。

ある好ましい実施形態において、前記基準輝度は前記断層画像フレーム全体の平均輝度である。これにより、輝度調整後の前記断層画像フレーム全体のゲインレベルが調整前の断層画像フレーム全体のゲインレベルと大きく変わることのない画像を得ることができる。

ある好ましい実施形態において、前記調整値は前記サブエリアの輝度値ヒストグラムおよび画像フレーム全体の輝度値ヒストグラムに基づいて決定される。これにより、サブエリアを低輝度領域、中輝度領域、高輝度領域に分割することができ、中輝度領域のゲインレベルのみを重点的に均等化することができる。

ある好ましい実施形態において、前記強調・抑制オフセットパターンの生成部は、前記断層画像フレームをサブエリアに分割し、前記サブエリアの特徴量を算出し、前記特徴量を正規化し、前記正規化された特徴量をオフセット値に変換し、前記サブエリアのオフセット値に基づいて前記断層画像フレームの全画素に対応するオフセット値を含む前記強調・抑制オフセットパターンを算出する。これにより、画像のノイズレベルを抑制し、組織構造物のゲインレベルを高くすることができる。

ある好ましい実施形態において、前記特徴量が前記サブエリアの輝度値の平均値および標準偏差の関数である。これにより、画像中のノイズ成分や組織構造物成分を的確に識別することができる。

ある好ましい実施形態において、前記トータルゲインの１つのオフセット値は前記オフセットパターンの全画素の平均値である。これにより、最適なトータルゲインを決定することができる。

ある好ましい実施形態において、前記ゲイン決定部は、前記オフセットパターンの同一深度の画素におけるオフセット値の平均値を計算し、前記平均値を前記深度方向において平滑化することによって前記深度方向ゲインを算出する。これにより最適な深度方向ゲインを決定することができる。

ある好ましい実施形態において、前記ゲイン決定部は、前記オフセットパターンの同一走査線上の画素におけるオフセット値の平均値を計算し、前記平均値を前記走査方向において平滑化することによって前記走査線向ゲインを算出する。これにより、最適な操作方向ゲインを決定することができる。

ある好ましい実施形態において、前記ゲインコントロール部は、前記設定ゲインを生成する頻度を前記断層画像フレームが生成されるフレームレートに基づいて決定する。これにより、フレームレートが変更されても常に最適なオフセットパターン算出頻度を保持することができる。

ある好ましい実施形態において、前記ゲインコントロール部はオフセットパターンを複数生成し、前記生成する断層画像フレームの数に基づいて、各オフセットパターンの生成頻度を設定する。これにより、ゲイン決定部の能力と最適化精度のトレードオフの調整をより細かく行うことができる。

本発明の超音波診断装置によれば、超音波の送受信によって得られた断層画像のデータをゲインコントロール部が２次元的にデータ処理することによって見やすい画像が得られるように輝度を調整するための設定ゲインを自動的に生成する。したがって、操作者が煩雑な操作をすることなく見やすい輝度の断層画像を得ることができる。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明による超音波診断装置の一実施形態を示すブロック図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態の超音波診断装置は、送信部１１２、受信部１０２、ビームフォーマ１０３、検波部１０４、画像構築部１０５、フレームメモリ１０６、ゲインコントロール部１０７および表示部１０８を備える。また、これら各部を制御する制御部１１５を含んでいる。制御部１１５には、キーボードやトラックボール、スイッチ、ボタンといったユーザーインターフェースとなる入力部１１１が接続されており、操作者が入力部１１１を介して制御部１１５に指令を入力することにより、制御部１１５が超音波診断装置の各部を制御する。制御部１１５はマイクロコンピュータなどによって構成される。また、ビームフォーマ１０３、検波部１０４、画像構築部１０５、フレームメモリ１０６およびゲインコントロール部１０７は以下で詳細に説明するような機能を有しているが、これら各部の機能は、ソフトウエアにより実現されていてもよい。この場合、制御部１１５を構成するマイクロコンピュータがソフトウエアを実行してもいし、ソフトウエアを実行する別のマイクロコンピュータなどを超音波診断装置が備えていてもよい。

超音波診断装置には、探触子１０１が接続される。探触子１０１は汎用のものを用いることができ、本実施形態の超音波診断装置が探触子１０１を備えていてもよい。二次元の断層画像を得ることができるように、探触子１０１は、ステアリング機能を有しているか、または、２次元または３次元アレイプローブであることが好ましい。

送信部１１２は、制御部１１５の制御に基づき、駆動信号を生成し、探触子１０１へ出力する。探触子１０１は、複数の圧電体振動子を含み、駆動信号の印加によって各圧電体振動子が振動し、超音波ビームを生成する。生成した超音波ビームは、被検体へ向けて送信される。所定の期間ごとに超音波ビームによって被検体が走査されるように探触子１０１は駆動される。

被検体において反射した超音波ビームはエコーとして探触子１０１へ戻る。探触子１０１の各圧電体振動子は受信したエコーを逐次電気信号に変換する。

受信部１０３はアンプおよびＡ／Ｄコンバータを含み、探触子１０１からの電気信号を逐次増幅して受信信号を生成する。生成した受信信号はＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換される。つまり、超音波が被検体を走査する所定の期間ごとに受信信号が得られる。

ビームフォーマ１０３は、各圧電体振動子による受信信号の遅延合成を行う。これにより、被検体を走査するように送信された超音波ビームの各音響線に対応するエコーによる受信信号が得られる。検波部１０４は、受信信号を包絡線検波し、受信信号の強度情報を生成する。

画像構築部１０５は、受信信号の強度情報を受け取り、フィルタ処理を施した後、受信信号の強度情報に基づいて、断層画像フレームを構成する各画素の輝度情報を生成する。生成した断層画像フレームの輝度情報はフレームメモリ１０６へ出力され、フレームメモリ１０６に記憶される。これらの処理はリアルタイムで行われる。つまり、超音波が被検体を走査する所定の期間ごとにこれらの処理が行われる。

また、以下において詳細に説明するように、ゲインコントロール部１０７が決定した設定ゲインを受け取り、設定ゲインに基づいて断層画像フレームの輝度を調整する。さらに、調整された輝度による断層画像フレームのデータを走査線変換（スキャンコンバート）し、表示部１０８へ出力する。表示部１０８は、断層画像フレームのデータを表示する。

ゲインコントロール部１０７は、操作者が入力部１１１を操作することにより、または、入力部１１１への指令に基づく制御部１１５の制御により、フレームメモリ１０６に記憶された断層画像フレームの各画素の輝度情報に基づいて、断層画像フレームがより見易くなるように断層画像の輝度を調節する設定ゲインを決定する。図１（ｂ）はゲインコントロール部１０７の機能を示すブロック図である。図１（ｂ）に示すように、ゲインコントロール部１０７は、均等化オフセットパターン生成部１０７ａと強調・抑制オフセットパターン生成部１０７ｂとを含むオフセットパターン生成部１０７ｄおよびゲイン決定部１０７ｃを含む。

図２は、ゲインコントロール部１０７の動作を説明するフローチャートである。オフセットパターン生成部１０７ｄは、ステップ２０１に示すように、フレームメモリ１０６に記憶された断層画像フレームの各画素の輝度情報を読み出す。次にステップ２０２に示すように、断層画像フレームの各画素の輝度情報に基づいて各画素の輝度に対するオフセット値によって構成されるオフセットパターンを少なくとも１つ生成する。このオフセットパターンは二次元のデータであり、断層画像フレーム全体に適用されるデータである。より好ましくは、均等化オフセットパターン生成部１０７ａおよび強調・抑制オフセットパターン生成部１０７ｂがそれぞれ均等化オフセットパターンおよび強調・抑制オフセットパターンを生成する。均等化オフセットパターンは断層画像フレームの輝度レベルを全体的に均等にする作用を有する。強調・抑制オフセットパターンは、断層画像フレームの構造物成分を強調し、また、ノイズ成分を抑制する作用を有する。

ステップ２０３に示すように、ゲイン決定部１０７ｃは、オフセットパターンから、トータルゲイン、深度方向ゲイン、走査方向ゲインおよびフレームゲインのうちの少なくとも１つを決定し、決定した少なくとも１つに基づき生成した設定ゲインを画像構築部１０５へ出力する。ステップ２０４に示すように、画像構築部１０５はこの設定ゲインを受け取り、断層画像フレームに設定する。これにより、断層画像フレームの輝度が調整される。トータルゲインは、断層画像フレーム全体に用いられる１つのオフセット値からなる。深度方向ゲインおよび深度方向ゲインは、それぞれ断層画像フレームの深度方向および走査方向に用いられるオフセット値からなる。また、フレームゲインは、断層画像フレームの各画素に用いられるオフセット値からなる。

このようにして決定された設定ゲインに基づき、画像構築部１０５は、設定ゲインが更新されるまで同じゲインを用いて所定の期間ごとに生成される断層画像フレームの輝度を調整する。設定ゲインは操作者が入力部１１１に指令を与えることによって更新される。

次に、ゲインコントロール部１０７の動作およびゲインコントロール部１０７が生成する設定ゲインを図２に示したステップごとに詳細に説明する。

１．断層画像フレーム取得（ステップ２０１）
前述したように、ゲインコントロール部１０７は、操作者による入力部１１１からの指令によって、フレームメモリ１０６に記憶された断層画像フレームの各画素の輝度情報を読み出す。ゲインコントロール部１０７は、以下の処理に適するように、断層画像フレームの輝度情報に含まれる雑音の低減や画像中の線やエッジの強調などを行う空間フィルタ等を読み出した断層画像フレームの輝度情報に施してもよい。

２．オフセットパターン生成（ステップ２０２）
図３はステップ２０２におけるオフセットパターン生成の手順を示すフローチャートである。ゲインコントロール部１０７の均等化オフセットパターン生成部１０７ａは、ステップ群３０１に示す手順によって断層画像フレームの各画素の輝度情報から均等化オフセットパターンを生成し、強調・抑制オフセットパターン生成部１０７ｂは、ステップ群３０２に示す手順によって、断層画像フレームの各画素の輝度情報から強調・抑制オフセットパターンを生成する。これらの２つのステップはゲインコントロール部の処理能力に応じて同時に並行して行ってもよいし、逐次行ってもよい。逐次処理を行う場合には、いずれのオフセットパターンを先に生成してもよい。

まず、均等化オフセットパターンを生成する手順を説明する（ステップ群３０１）。

図４に示すように、取得した断層画像フレーム１０は、音響線１３を持つ超音波ビームを走査させることによって得られており、各音響線１３上には、複数の測定点（点で示している）が所定の間隔で設定されている。断層画像フレーム１０を構成する音響線の数をｉとし、各音響線１３上に設定された測定点の数をｊとすれば、断層画像フレーム１０はｉ×ｊの画素によって構成される。図３のステップ３２１に示すように、まず取得した断層画像フレームをＭ１×Ｎ１の画素を含むサブエリア１１に分割する。Ｍ１、Ｎ１はあらかじめ任意の値（Ｍ１≦ｉ、Ｎ１≦ｊ）に設定しておくことが可能である。また、サブエリア同士は一部が重なっていてもよく、たとえば、サブエリア１１とサブエリア１２とを設定してもよい。

次にステップ３２２に示すように、分割した全てのサブエリア１１について、サブエリア内の画素の平均輝度を算出する。

続いて、ステップ３２３に示すように、全てのサブエリアの調整係数を算出する。調整係数の決定方法を図５に示す。まず、断層画像フレームの全画素の輝度の平均値μ、および標準偏差σを求める。全画素の輝度のヒストグラムが図５の上のグラフのように得られるとした場合、輝度に応じて図５の下のグラフに示すように調整係数ｇ（ｘ）を決定する。具体的には、μ−ｒ_m1×σ以上μ＋ｒ_m2×σ以下の輝度に対して調整係数１を決定し、μ−ｒ_l×σ以下およびμ＋ｒ_h×σ以上の輝度に対して調整係数ｖ_lおよびｖ_hをそれぞれ決定する。また、μ−ｒ_l×σ以上μ−ｒ_m1×σ以下の輝度に対しては、輝度に応じてｖ_lから１までの調整係数を決定する。同様に、μ＋ｒ_m2×σ以上μ＋ｒ_h×σ以下の輝度に対しては、輝度に応じて１からｖ_hまでの調整係数を決定する。係数ｒ_l、ｒ_m1、ｒ_m2、ｒ_h、ｖ_l、ｖ_hはあらかじめ任意の値に設定しておくことが可能であり、被検体の診断部位やプローブの種類ごとに変更してもよい。

次にステップ３２４に示すように、以下の式１にしたがって全てのサブエリアの最適オフセット値を算出する。

式１および図５から分かるようにサブエリアの平均輝度μ_m,nが断層画像フレームの全画素の輝度の平均値μと等しい場合にはオフセット値Offset[m,n]はゼロとなる。また、サブエリアの平均輝度μ_m,nが断層画像フレームの全画素の輝度の平均値μから大きく離れている場合、つまり、著しく輝度が高い（明るい）場合や輝度が低い（暗い）場合には、調整係数ｇ（ｘ）がｖ_lまたはｖ_hとなり、小さな値となる。したがって、式１に示すオフセット値は、サブエリアの平均輝度μ_m,nが低い部分や高い部分のでは小さくなる。このため、生成したオフセット値を断層画像フレームに適用することにより、著しく暗い分および明るい部分の諧調差が小さくなり、平均的な明るさの部分の諧調差が強調される。

次に、ステップ３２５に示すように、オフセット値をサブエリアの中心点にプロットし、隣り合うサブエリアの中心点との間を線形補間によって補間することによって画像フレームの各画素に対応するオフセット値を算出する。図６に示すように、Offset[m,n] とOffset[m+1,n]とから、サブエリア１１（ｍ，ｎ）の中心とサブエリア１１（ｍ＋１，ｎ）の中心とを結ぶ直線上に位置する画素の位置のオフセット値を線形補間によって求める。同様にOffset[m,n+1] とOffset[m+1,n+1]とからサブエリア１１（ｍ，ｎ+1）の中心とサブエリア１１（ｍ＋１，ｎ＋１）の中心とを結ぶ直線上に位置する画素の位置のオフセット値を線形補間によって求める。その後、補間によって求めた値を用いて、サブエリア１１（ｍ，ｎ）の中心、サブエリア１１（ｍ＋１，ｎ）の中心、サブエリア１１（ｍ＋１，ｎ）の中心およびサブエリア１１（ｍ＋１，ｎ＋１）の中心で囲まれる画素の位置におけるオフセット値を求めることができる。このようにして、断層画像フレームの全画素におけるオフセット値が求められる。このオフセット値を均等化オフセットパターンと呼ぶ。

次に、強調・抑制オフセットパターンを生成する手順を説明する（ステップ群３０２）。まず、ステップ３４１に示すように、均等化オフセットパターンの生成手順と同様にしてサブエリア１１を設定する。次にステップ３４２に示すように、分割した各サブエリア１１において、平均輝度Meanおよび輝度の標準偏差StdDevを求め、特徴量Ｆｖを式２に従って算出する。

べき乗係数ｖは予め任意の値に設定しておくことが可能である。サブエリア１１に組織の境界が含まれる場合には組織の境界での超音波の反射が強くなるため輝度が高くなり、また輝度の分散、つまり、標準偏差が大きくなる。このため、特徴量Fvも大きくなる。一方、サブエリア１１に血流部分が含まれている場合には、超音波の反射が弱くなるため、輝度が低く、輝度の標準偏差も小さくなる。サブエリア１１にノイズ成分が多く含まれる場合も同様の傾向を示す。したがって、特徴量Ｆｖとして平均輝度および輝度の標準偏差の関数を用い、サブエリア１１の特徴量を評価することによって、サブエリア１１のノイズや、組織の境界があるかどうかを評価できる。

次にステップ３４３に示すように、式３にしたがって特徴量Ｆｖを正規化する。

正規化した特長量Ｎｏｒｍ（Ｆｖ）をたとえば図７に示す変換曲線を用いてオフセット値に変換する。変換曲線は予め任意の形状に設定しておくことが可能であり、診断部位やプローブの種類ごとに変更することなども可能である。図７に示す変換曲線において、正規化した特長量Ｎｏｒｍ（Ｆｖ）が小さい領域においてオフセット値が小さく、かつ、大きく変化する。サブエリア１１の正規化した特長量Ｎｏｒｍ（Ｆｖ）が小さいということは超音波の反射が弱い、あるいは、ノイズ成分を多く含むということであるため、このようなサブエリア１１に適用するオフセット値は小さくし、断層画像における輝度をできるだけ低くすることによって、ノイズの影響を除去することができる。一方、サブエリア１１の正規化した特長量Ｎｏｒｍ（Ｆｖ）が大きいということは、超音波の反射が強いということであるから、あまりオフセット値を大きくして輝度を強調する必要はない。

次に、ステップ３４５に示すように、オフセット値をサブエリアの中心点にプロットし、隣り合うサブエリアの中心点との間を線形補間によって補間することによって画像フレームの各画素に対応するオフセット値を算出する。これは図６を参照して説明した方法によって求めることができる。これにより、断層画像フレームの全画素におけるオフセット値が求められる。このオフセット値を強調・抑制オフセットパターンと呼ぶ。

次に、ステップ３６１で示すように、求めた均等化オフセットパターンと強調・抑制オフセットパターンを式４にしたがって合成する。重み係数Ｃ１、Ｃ２は予め任意の値に設定しておくことが可能である。

３．ゲイン算出（ステップ２０３）
図８はオフセットパターンからゲインを算出する手順を示すフローチャートである。ステップ１１０１に示すように、ゲイン決定部１０７ｃは、式５にしたがってオフセットパターンからトータルゲインBaseGainを算出する。トータルゲインBaseGainは断層画像フレームの各画素に適用される１つのオフセット値である。

続いて、ステップ１１０２に示すように、式６にしたがって深度方向ゲインDgcValue[ｙ]を算出する。この深度方向ゲインDgcValue[ｙ]は深さ方向に配列されたオフセット値からなる数例であり、各音響線上に位置する画素に対して共通に適用される。その後、ステップ１１０３に示すように、深度方向ゲインDgcValue[ｙ]に低域通過フィルタ処理を施すことにより、深度方向ゲインDgcValue[ｙ]を平滑化する。なお、本実施例では深度方向ゲインDgcValue[ｙ]の平滑化に低域通過フィルタを用いているが、メジアンフィルタ等の非線形フィルタ等を用いてもよい。

このような手順によって、ゲインコントロール部１０７で求められた深度方向ゲインDgcValue[ｙ]は、設定ゲインとして画像構築部１０５へ出力される。画像構築部１０５は、受け取った深度方向ゲインDgcValue[ｙ]を用いて断層画像フレームの輝度を調整し、表示部１０８へ出力する。

なお、本実施形態では、トータルゲインおよび深度方向ゲインを求めているが、同様の手順によって走査方向ゲインを求めてもよい。また、断層画像フレームの各画素に用いられるオフセット値を有するフレームゲインを求めてもよい。

本実施形態の超音波診断装置によれば、超音波の送受信によって得られた断層画像のデータをゲインコントロール部１０７が２次元的にデータ処理することによって見やすい画像が得られるように輝度を調整するためのゲインを自動的に生成することができる。したがって、操作者が煩雑な操作をすることなく見やすい輝度の断層画像を得ることができる。

また、本実施形態の超音波診断装置によれば、断層画像を見やすい均一な明るさにするための輝度調整を行うオフセットパターンの生成と、断層画像に生じているノイズを除去し、組織の形状をより分かり易くするためのオフセットパターンの生成とを独立して行う。このため、これら２つの異なる目的に対して最適な輝度調整を行うことができる。

（第２の実施の形態）
図９は、本発明による超音波診断装置の第２の実施形態を示すブロック図である。本実施形態の超音波診断装置はカウンタ１４０１を備えており、カウンタ１４０１が生成される画像フレームの数を計測し、ゲインコントロール部１４０２はカウンタ１４０１の計測数に応じてゲインを生成する点で第１の実施形態と異なる。本実施形態の超音波診断装置のこのほかの構成要素は第１の実施形態の構成要素と同じである。

画像構築部１０５は生成した画像フレームをフレームメモリ１０６に出力し、また、カウンタ１４０１が計測しているカウンタ値を、画像フレームが生成されるたびに１つ増加させる。

ゲインコントロール部１４０２はカウンタ１４０１のカウンタ値を参照し、カウント値が予め設定された値Ｎに達した場合には、第１の実施形態で説明したように、フレームメモリ１０６から断層画像フレームを読み出して設定ゲインを算出する。また、カウンタ１４０１をリセットする。ゲインコントロール部１４０２が生成したゲインは画像構築部１０５へ出力される。画像構築部１０５は、受け取ったゲインを用いて断層画像フレームの輝度を調整し、表示部１０８へ出力する。この場合、第１の実施形態と同様、均等化オフセットパターンおよび強調・抑制オフセットパターンを生成し、設定ゲインを決定してもよいし、カウンタ値に基づいて、均等化オフセットパターンおよび強調・抑制オフセットパターンを生成する頻度を異ならせてもよい。

値Ｎを大きく設定すると、ゲインコントロール部１４０２がゲインを生成する頻度が減少するため、ゲインコントロール部１４０２の負荷は小さくなるが、断層画像の輝度調整精度は悪くなる。一方値Ｎを小さく設定すると、ゲインの生成頻度が増加するために断層画像の輝度調整精度は高くなるが、ゲインコントロール部１４０２の負荷は増大する。したがって、ゲインコントロール部１４０２、あるいは、ゲインコントロール部１４０２の機能を実現するソフトウエアを実行するプロセッサの能力や要求される断層画像の精度に応じてＮの値を決定することが望ましい。Ｎの値を固定値ではなく、断層画像フレームのレートに基づく可変値に設定してもよい。

なお、上記第１および第２の実施形態では、均等化オフセットパターンおよび強調・抑制オフセットパターンの両方を生成していたが、被検体の特性を考慮していずれか一方のみを求めオフセットを生成してもよい。

また、上記第１および第２の実施形態では、超音波診断装置は断層画像を表示する機能のみを備えているが、血流の分布や血流の特性、被検体組織の弾性特性などを計測する機能を備えていてもよい。

本発明は被検体の断層画像を表示する超音波診断装置に好適に用いられ、断層画像とともに、血流の分布や血流の特性、被検体組織の弾性特性などを計測する超音波診断装置にも好適に用いられる。

（ａ）は本発明による超音波診断装置の第１の実施形態を示すブロック図であり、（ｂ）は、ゲインコントロール部のブロック図である。 ゲインコントロール部の動作を説明するフローチャートである。 オフセットパターン生成部の動作を説明するフローチャートである。 断層画像フレームに設定するサブエリアを説明する図である。 サブエリアの平均輝度から調整計数を決定する方法を説明する図である。 サブエリアの値から各画素の位置における補間値を求める方法を説明する図である。 正規化された特徴量からオフセット値を決定する方法を説明する図である。 オフセットパターンからゲインを算出する手順を示すフローチャートである。 本発明による超音波診断装置の第２の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 探触子
１０２ 受信部
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、１４０２ ゲイン設定部
１０８ 表示部
１１１ 入力部
１４０１ カウンタ

Claims (14)

1. 被検体を所定の期間ごとに超音波ビームで走査するように探触子を駆動する送信部と、
   前記超音波ビームが前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子によって受信し、前記所定の期間ごとに受信信号を生成する受信部と、
   前記受信信号の強度に基づく輝度情報によって構成される断層画像フレームを所定の期間ごとに生成し、生成した断層画像フレームの輝度を設定ゲインにより調整する画像構築部と、
   前記設定ゲインを生成するゲインコントロール部と、
   前記輝度が調整された断層画像フレームを表示する表示部と、
   を備え、
   前記ゲインコントロール部は、
   前記断層画像フレームの各画素の輝度情報に基づいて、前記各画素の輝度に対するオフセット値によるオフセットパターンを少なくとも１つ生成するオフセットパターン生成部と、
   前記オフセットパターンに基づいて、前記断層画像フレーム全体に用いられる１つのオフセット値からなるトータルゲイン、前記断層画像フレームの深度方向に用いられるオフセット値を有する深度方向ゲイン、前記断層画像フレームの走査方向に用いられるオフセット値を有する走査方向ゲイン、および前記断層画像フレームの各画素に用いられるオフセット値を有するフレームゲインのうちの少なくとも１つを決定し、決定した少なくとも１つに基づき前記設定ゲインを決定するゲイン決定部と、
   を有する超音波診断装置。
2. 前記ゲインコントロール部は、操作者の指令に基づき前記設定ゲインを生成する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記生成した断層画像フレームの数を計測するカウンタをさらに備え、
   前記ゲインコントロール部は、前記生成する断層画像フレームの数に基づいて、前記設定ゲインを生成する請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記オフセットパターン生成部は、
   前記断層画像フレームの輝度レベルを均等にする均等化オフセットパターンを生成する均等化オフセットパターン生成部と、
   前記断層画像フレーム中の組織を強調し、かつ、ノイズ成分を抑制する強調・抑制オフセットパターンを生成する強調・抑制オフセットパターン生成部と
   を含み、
   前記オフセットパターンは、前記均等化オフセットパターンおよび前記強調・抑制オフセットパターンの少なくとも一方である請求項１から３のいずれかに記載の超音波診断装置。
5. 前記均等化オフセットパターン生成部は、
   前記断層画像フレームを複数のサブエリアに分割し、
   前記サブエリアの平均輝度を算出し、
   前記サブエリアの平均輝度と基準輝度との輝度差を算出し、
   前記輝度差に掛け合わせる調整値を決定し、
   前記輝度差と前記調整値とを乗算して得られた結果を前記サブエリアのオフセット値とし、
   前記サブエリアのオフセット値に基づいて前記断層画像フレームの全画素に対応するオフセット値含む前記均等化オフセットパターンを算出する請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記基準輝度は前記断層画像フレーム全体の平均輝度である請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記調整値は前記サブエリアの輝度値ヒストグラムおよび前記画像フレーム全体の輝度値ヒストグラムに基づいて決定される請求項５に記載の超音波診断装置。
8. 前記強調・抑制オフセットパターンの生成部は、
   前記断層画像フレームをサブエリアに分割し、
   前記サブエリアの特徴量を算出し、
   前記特徴量を正規化し、
   前記正規化された特徴量をオフセット値に変換し、
   前記サブエリアのオフセット値に基づいて前記断層画像フレームの全画素に対応するオフセット値を含む前記強調・抑制オフセットパターンを算出する請求項４に記載の超音波診断装置。
9. 前記特徴量が前記サブエリアの輝度値の平均値および標準偏差の関数である請求項５に記載の超音波診断装置。
10. 前記トータルゲインの１つのオフセット値は前記オフセットパターンの全画素の平均値である請求項１から３のいずれかに記載の超音波診断装置。
11. 前記ゲイン決定部は、前記オフセットパターンの同一深度の画素におけるオフセット値の平均値を計算し、
    前記平均値を前記深度方向において平滑化することによって前記深度方向ゲインを算出する請求項１から３のいずれかに記載の超音波診断装置。
12. 前記ゲイン決定部は、前記オフセットパターンの同一走査線上の画素におけるオフセット値の平均値を計算し、
    前記平均値を前記走査方向において平滑化することによって前記走査線向ゲインを算出する請求項１から３のいずれかに記載の超音波診断装置。
13. 前記ゲインコントロール部は、前記設定ゲインを生成する頻度を前記断層画像フレームが生成されるフレームレートに基づいて決定する請求項３に記載の超音波診断装置。
14. 前記ゲインコントロール部はオフセットパターンを複数生成し、前記生成する断層画像フレームの数に基づいて、各オフセットパターンの生成頻度を設定する請求項３に記載の超音波診断装置。

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