JP2014195512A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波画像のブレを抑制しつつ同一組織について輝度値をほぼ均一に保つことができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】画像生成部１０で生成された所定の画像フレームの輝度値から過去の画像フレームの輝度値を差し引いて画素毎に輝度値の差分ΔＩを算出したフレーム相関処理部７は、輝度値の差分ΔＩが予め定められた負の閾値Ｔ２より小さくなるほど、または、輝度値の差分ΔＩが予め定められた正の閾値Ｔ１より大きくなるほど所定の画像フレームの重みαを大きく変化させ、且つ、所定の画像フレームの重みαの原点からの変化量が負の閾値Ｔ２より小さな領域Ｌ３と比べて正の閾値Ｔ１より大きな領域Ｌ１において小さくなるように所定の画像フレームの重みαを設定し、所定の画像フレームと過去の画像フレームを重み付け加算する。
【選択図】図１

Description

この発明は、超音波診断装置に係り、特に、超音波画像にフレーム相関処理を施す超音波診断装置に関する。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。通常、この種の超音波診断装置は、超音波探触子から被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを超音波探触子で受信して、その受信信号を電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

一般に、超音波画像を生成する際には、ノイズを低減すると共に画像を滑らかにするために、フレーム相関処理が行われている。例えば、ＩＩＲフィルタ（Infinite Impulse Response Filter）やＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）などを用いて、現在の画像フレームに対して過去の画像フレームを重み付け加算することによりフレーム相関処理が行われる。
ここで、超音波画像の画像フレーム間で対象が変位している場合、例えば、操作者が超音波探触子を移動させている場合や、心臓などの動きを有する対象を観察する場合には、現在の画像フレームと過去の画像フレームとの間で対象が異なる位置に存在するため、フレーム相関処理を施した超音波画像にブレが生じるといった問題があった。図７に、画像フレーム間で対象が変位している超音波画像にフレーム相関処理を施した一例を示す。このように、超音波画像の全体にブレが生じ、特に、血管内腔Ｓなどの低輝度な組織では、過去の画像フレームにおいて血管壁Ｗなどの高輝度な組織が存在していた部分Ｐにブレが顕著に表れてしまう。

そこで、例えば、特許文献１には、画像フレーム間における対象の変位に起因したブレを抑制しつつフレーム相関処理を行う超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置では、図８に示すように、現在の画像フレームと過去の画像フレームとの輝度値の差ΔＩを画素毎に算出し、その輝度値の差ΔＩの絶対値が予め定められた閾値Ｔよりも大きい部分については、画像フレーム間における対象の変位に起因した輝度の変化であると判断して、現在の画像フレームの重みαを急激に正側に大きく変化させる。一方、輝度値の差ΔＩの絶対値が閾値Ｔよりも小さい部分については、ノイズに起因した輝度値の変化であると判断して、過去の画像フレームに基づいた通常の平滑化処理が施される。これにより、過去の画像フレームとの間で対象の変位が生じている部分には現在の画像フレームの輝度を大きく反映させると共に、ノイズが生じている部分には過去の画像フレームとの間で平滑化処理が施されるため、図９に示すように、超音波画像のブレを抑制しつつノイズが除去された超音波画像を生成することができる。

特開２００２−３４９８４号公報

しかしながら、画像フレーム間の輝度値の差ΔＩにおいて正負の符号が考慮されていないため、図９のように血管壁Ｗの周囲に血管壁Ｗと同等の輝度値を有する甲状腺Ｇなどの組織が存在する場合に、輝度値の差ΔＩが負になる部分については明瞭な超音波画像を生成することができるものの、輝度値の差ΔＩが正になる部分において輝度が不均一になる部分Ｒが生じてしまうといった問題があった。

すなわち、血管壁Ｗや甲状腺Ｇが存在していた位置に血管内腔Ｓが移動した場合（輝度値の差ΔＩが負になる場合）には、輝度値の差ΔＩの絶対値はいずれも閾値Ｔより大きくなるため、フレーム相関処理では現在の画像フレームにおける血管内腔Ｓの輝度が一様に大きく反映される。これにより、血管内腔Ｓにおける画像のブレを抑制することができる。
一方、図１０に示すように、血管内腔Ｓと甲状腺Ｇの両者が存在していた部分にわたって血管壁Ｗが移動した場合（輝度値の差ΔＩが正になる場合）には、血管壁Ｗと血管内腔Ｓとの輝度値の差は大きいのに対し、血管壁Ｗと甲状腺Ｇとの輝度値の差は小さいため、血管壁Ｗの輝度値との差分を算出すると、輝度値の差ΔＩの絶対値が閾値Ｔより大きい部分Ｗａと閾値Ｔより小さい部分Ｗｂがそれぞれ表れることになる。このため、血管内腔Ｓが位置していた部分Ｗａについては現在の画像フレームにおける血管壁Ｗの輝度が大きく反映されるのに対し、甲状腺Ｇが位置していた部分Ｗｂについては過去の画像フレームとの間で平滑化処理が施されるため、フレーム相関処理後の超音波画像には、血管壁Ｗの輝度値が不均一な部分Ｒ、いわゆるぎらつきが発生してしまう。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、超音波画像のブレを抑制しつつ同一組織の輝度値をほぼ均一に保つことができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

この発明に係る超音波診断装置は、超音波探触子から被検体内の対象に向けて超音波ビームの送受信を行い、超音波探触子から出力される受信信号に基づいて超音波画像を順次生成すると共に生成された所定の画像フレームに対して過去の画像フレームに基づく画像処理を施す超音波診断装置であって、受信信号に基づいて超音波画像をフレーム毎に順次生成する画像生成部と、画像生成部で生成された所定の画像フレームの輝度値から過去の画像フレームの輝度値を差し引いて画素毎に輝度値の差分を算出し、輝度値の差分に応じて過去の画像フレームに対する所定の画像フレームの重みをそれぞれ設定して、所定の画像フレームと過去の画像フレームを重み付け加算するフレーム相関処理部とを備え、フレーム相関処理部は、輝度値の差分が予め定められた負の閾値より小さくなるほど、または、輝度値の差分が予め定められた正の閾値より大きくなるほど所定の画像フレームの重みを大きく変化させ、且つ、所定の画像フレームの重みの原点からの変化量を負の閾値より小さな領域と比べて正の閾値より大きな領域において小さくするものである。

ここで、正の閾値と負の閾値は、ノイズに起因した輝度値の変化を示す領域と、過去の画像フレームからの対象の変位に起因した輝度値の変化を示す領域との境界部分に定めることができる。

また、フレーム相関処理部は、正の閾値より大きな領域において、過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる超音波画像のブレを抑制しつつ同一対象の輝度値を均一に保つように、所定の画像フレームの重みを変化させるのが好ましい。また、フレーム相関処理部は、負の閾値より小さな領域において、過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる超音波画像のブレを抑制するように、所定の画像フレームの重みを変化させるのが好ましい。
さらに、フレーム相関処理部は、正の閾値と負の閾値の間の領域において、所定の画像フレームの重みを、ノイズを抑制するような値で一定に保つのが好ましい。

また、正の閾値と負の閾値は、絶対値が同じ値となるように定められ、フレーム相関処理部は、正の閾値より大きな領域と負の閾値より小さな領域において所定の画像フレームの重みを直線的に変化させ、且つ、その変化の傾きを負の閾値より小さな領域と比べて正の閾値より大きな領域において緩やかにすることができる。

また、過去の画像フレームは、所定の画像フレームとフレーム相関処理する前段階において、過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理を施された画像フレームを用いることができる。また、過去の画像フレームは、所定の画像フレームとフレーム相関処理する前段階において、過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施されていない画像フレームを用いることもできる。
また、過去の画像フレームは、所定の画像フレームとフレーム相関処理する前段階において、過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施された画像フレームと、過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施されていない画像フレームとを含むこともできる。

この発明に係る超音波診断装置は、超音波探触子から被検体内の対象に向けて超音波ビームの送受信を行い、超音波探触子から出力される受信信号に基づいて超音波画像を順次生成すると共に生成された所定の画像フレームに対して過去の画像フレームに基づく画像処理を施す超音波診断装置であって、受信信号に基づいて超音波画像をフレーム毎に順次生成する画像生成部と、画像生成部で生成された所定の画像フレームの輝度値から過去の画像フレームの輝度値を差し引いて画素毎に輝度値の差分を算出し、輝度値の差分に応じて過去の画像フレームに対する所定の画像フレームの重みをそれぞれ設定して、所定の画像フレームと過去の画像フレームを重み付け加算するフレーム相関処理部とを備え、フレーム相関処理部は、輝度値の差分が予め定められた負の閾値より小さくなるほど、または、輝度値の差分が予め定められた正の閾値より大きくなるほど所定の画像フレームの重みを大きく変化させ、且つ、所定の画像フレームの重みの原点からの変化量を負の閾値より小さな領域と比べて正の閾値より大きな領域において大きくするものである。

この発明によれば、所定の画像フレームと過去の画像フレームの輝度値の差分に応じて所定の画像フレームの重みを設定する際に所定の画像フレームの重みの原点からの変化量を負の閾値より小さな領域と比べて正の閾値より大きな領域において小さくするので、超音波画像のブレを抑制しつつ同一組織の輝度値をほぼ均一に保つことが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 輝度値の差分に対する現在の画像フレームの重みと過去の画像フレームの重みの分布を示すグラフである。 画像フレーム間で血管壁が変位する様子を示す図である。 実施の形態１に係る超音波診断装置を用いて超音波画像にフレーム相関処理を施した実施例を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る超音波診断装置において用いられる、輝度値の差分に対する現在の画像フレームの重みと過去の画像フレームの重みの分布を示すグラフである。 実施の形態２に係る超音波診断装置において用いられる、輝度値の差分に対する現在の画像フレームの重みと過去の画像フレームの重みの分布を示すグラフである。 従来例において、フレーム相関処理を施した超音波画像を示す図である。 従来例において、輝度値の差分に対する現在の画像フレームの重みと過去の画像フレームの重みの分布を示すグラフである。 図８に示す重みの分布に従ってフレーム相関処理を施した超音波画像を示す図である。 画像フレーム間で血管壁が変位する様子を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波探触子１を備え、この超音波探触子１に送信回路２と受信回路３がそれぞれ接続されている。受信回路３には信号処理部４が接続され、この信号処理部４にＤＳＣ（Digital Scan Converter）５、画像処理部６、フレーム相関処理部７、表示制御部８および表示部９が順次接続されている。そして、信号処理部４、ＤＳＣ５および画像処理部６により、画像生成部１０が形成されている。
また、受信回路３と信号処理部４には受信データメモリ１１が接続されると共に、画像処理部６とフレーム相関処理部７には画像メモリ１２が接続されている。さらに、送信回路２、受信回路３、信号処理部４、ＤＳＣ５、画像処理部６、フレーム相関処理部７および表示制御部８には制御部１３が接続され、この制御部１３に操作部１４と格納部１５がそれぞれ接続されている。

超音波探触子１は、複数のトランスデューサ素子が１次元又は２次元に配列されたアレイトランスデューサを有している。これらのトランスデューサ素子は、それぞれ送信回路２から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各トランスデューサ素子は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

送信回路２は、例えば、複数のパルサを含んでおり、制御部１３からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、超音波探触子１のアレイトランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成するように、それぞれの駆動信号の遅延量を調節してアレイトランスデューサに供給する。
受信回路３は、超音波探触子１のアレイトランスデューサから得られた受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換した後、制御部１３からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づいて設定される音速または音速の分布に従い、各受信信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波探触子１で受信した超音波エコーの焦点が絞り込まれたサンプルデータ（音線信号）が生成される。

信号処理部４は、受信回路３で生成されたサンプルデータに対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像データを生成する。
ＤＳＣ５は、信号処理部４で生成されたＢモード画像データを通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像データに変換（ラスター変換）する。
画像処理部６は、ＤＳＣ５から入力されるＢモード画像データに階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像データをフレーム相関処理部７に出力すると共にＢモード画像データをフレーム毎に画像メモリ１２に格納する。
フレーム相関処理部７は、画像メモリ１２に格納された過去の画像フレームのＢモード画像データを読み出して、現在の画像フレームの輝度値から過去の画像フレームの輝度値を差し引いて画素毎に輝度値の差分を算出する。そして、算出された輝度値の差分に応じて過去の画像フレームに対する現在の画像フレームの重みを画素毎に設定し、現在の画像フレームと過去の画像フレームを重み付け加算することにより、フレーム相関処理を施したＢモード画像データを生成する。

表示制御部８は、フレーム相関処理部７から入力されたＢモード画像データに基づいて、表示部９に超音波診断画像を表示させる。
表示部９は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部８の制御の下で、超音波診断画像を表示する。

操作部１４は、操作者が入力操作を行うためのもので、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等から形成することができる。
格納部１５は、動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＳＤカード、ＣＦカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。

制御部１３は、操作者により操作部１４から入力された各種の指令信号等に基づいて、超音波診断装置内の各部の制御を行うものである。
なお、信号処理部４、ＤＳＣ５、画像処理部６、フレーム相関処理部７および表示制御部８は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。

次に、フレーム相関処理部７において超音波画像に施されるフレーム相関処理について詳細に説明する。
フレーム相関処理は、現在の画像フレームを過去の画像フレームとの相関に基づいて平滑化処理することにより、フレーム間で不均一に発生する熱雑音などのノイズを低減するために行われ、例えば、現在の画像フレームと１つ前の過去の画像フレームとの間でフレーム相関処理を施して超音波画像（相関処理画像）Ｐを生成する場合には、Ｐ＝α×Ｆ_ｎ＋β×Ｆ_ｎ−１で表すことができる。なお、Ｆ_ｎは現在の画像フレーム、Ｆ_ｎ−１は１つ前の画像フレームをそれぞれ示している。また、αおよびβはそれぞれ相関係数（重み）を示し、α＋β＝１で表すことができる。

ここで、相関係数αおよびβの値は、図２に示すように、現在の画像フレームの輝度値から過去の画像フレームの輝度値を差し引いて画素毎に算出された輝度値の差分ΔＩに応じて変化されるものである。具体的には、輝度値の差分ΔＩに対して、正の側と負の側にそれぞれ正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２が予め定められている。この正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２は、フレーム相関処理の目的に応じて定められるもので、例えば、熱雑音などのノイズに起因した輝度値の変化を示す領域と、過去の画像フレームからの対象の変位に起因した輝度値の変化を示す領域との境界部分に定めることができる。すなわち、ノイズに起因して生じた輝度値の差は、正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２で挟まれた領域Ｌ１に含まれ、対象の変位に起因して生じた輝度値の差は、正の閾値Ｔ１より大きな領域Ｌ２と負の閾値Ｔ２より小さな領域Ｌ３にそれぞれ含まれることになる。ここでは、正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２は、絶対値が同じ値となるように定められているものとする。

フレーム相関処理部７は、正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２の間の領域Ｌ１においては、現在の画像フレームの重みαと過去の画像フレームの重みβを、ノイズを抑制するような値で一定に保っている。これにより、輝度値の差分ΔＩが領域Ｌ１に位置する画素については、過去の画像フレームの輝度値に基づく平滑化処理が施され、ノイズを除去することができる。

一方、フレーム相関処理部７は、輝度値の差分ΔＩが正の閾値Ｔ１より大きな領域Ｌ２と、負の閾値Ｔ２より小さな領域Ｌ３において、輝度値の差分ΔＩが負の閾値Ｔ２より小さくなるほど現在の画像フレームの重みαが急激に大きくなるように直線的に変化させると共に、輝度の差分ΔＩが正の閾値Ｔ１より大きくなるほど現在の画像フレームの重みαが大きくなるように直線的に変化させる。この時、現在の画像フレームの重みαを変化させる傾きは、負の閾値Ｔ２より小さな領域Ｌ３と比べて、正の閾値Ｔ１より大きな領域Ｌ２において穏やかとなるように設定されている。すなわち、現在の画像フレームの重みαの原点Ｏからの変化量は、負の閾値Ｔ２より小さな領域Ｌ３と比べて、正の閾値Ｔ１より大きな領域Ｌ２において小さくなるように設定されている。ここで、原点Ｏは、輝度値の差ΔＩの座標軸と重みαおよびβの座標軸が互いにゼロを示す点である。

ここで、フレーム相関処理部７は、負の閾値Ｔ２より小さな領域Ｌ３において、過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる超音波画像のブレを抑制するように、現在の画像フレームの重みαを急激に大きくなるように変化させている。なお、領域Ｌ３における重みαの変化量（傾き）と重みβの変化量は、画像フレーム間における対象の移動速度、すなわちフレームレートや被検体内における対象の移動速度などに基づいて設定することができる。
また、フレーム相関処理部７は、正の閾値Ｔ１より大きな領域Ｌ２において、過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる超音波画像のブレを抑制しつつ同一対象の輝度を均一に保つように、現在の画像フレームの重みαを領域Ｌ３に対して緩やかに変化させている。なお、領域Ｌ２における重みαの変化量と重みβの変化量は、画像フレーム間における対象の移動速度および超音波画像における輝度の分布などに基づいて設定することができる。

なお、正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２は、ノイズに起因した輝度値の変化を示す領域と、過去の画像フレームからの対象の変位に起因した輝度値の変化を示す領域とを明確に分ける境界部分に設定する必要はなく、ノイズに起因した輝度値の変化を示す領域内、あるいは、過去の画像フレームからの対象の変位に起因した輝度値の変化を示す領域内にある程度侵すように定めてもよい。例えば、甲状腺Ｇが存在していた位置に血管壁Ｗが移動した際に生じる輝度値の差ΔＩは領域Ｌ１内に存在し、且つ、血管内腔Ｓが存在していた位置に血管壁Ｗが移動した際に生じる輝度値の差ΔＩは領域Ｌ２に存在するように、正の閾値Ｔ１を定めることができる。

次に、この実施の形態１の動作について説明する。
まず、送信回路２からの駆動信号に従って、超音波探触子１から被検体内の対象に向けて超音波ビームが発せられる。超音波ビームは、被検体内を伝搬して被検体内の対象により超音波エコーとして反射され、この超音波エコーが超音波探触子１で受信される。超音波エコーが超音波探触子１で受信されると、超音波探触子１から受信信号が受信回路３に出力され、受信回路３は入力された受信信号に基づいてサンプルデータを生成する。続いて、サンプルデータが画像生成部１０に出力されて、画像生成部１０がサンプルデータに基づいて画像データを順次生成する。そして、生成された画像データは、画像処理部１０により画像メモリ１２にフレーム毎に格納されると共にフレーム相関処理部７に出力される。

フレーム相関処理部７は、画像メモリ１２に格納された画像データを読み出し、現在の画像フレームの輝度値から過去の画像フレームの輝度値を差し引いた輝度値の差分ΔＩを画素毎に算出する。そして、算出された輝度値の差分ΔＩに応じて現在の画像フレームの重みαと過去の画像フレームの重みβをそれぞれ設定して、現在の画像フレームと過去の画像フレームを重み付け加算することにより、超音波画像にフレーム相関処理を施す。
例えば、過去の画像フレームと現在の画像フレームとの間で対象がほとんど変位していない部分、あるいは、図３に示すように甲状腺Ｇが存在していた位置に同様の輝度値を有する血管壁Ｗが移動した部分Ｒ１など、現在の画像フレームと過去の画像フレームとの間で輝度値の差ΔＩが小さい部分（例えば、輝度値の差ΔＩが−２０ｄＢから２０ｄＢの範囲内となる部分）については、正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２の間の領域Ｌ１で設定された重みαおよびβによりフレーム相関処理が施される。これにより、画像フレーム間で発生したノイズを除くことができる。

また、現在の画像フレームと過去の画像フレームとの間で輝度値の差ΔＩが負の閾値Ｔ２より小さな領域Ｌ３に含まれる部分、例えば、高輝度な甲状腺Ｇが存在していた位置に低輝度な血管内腔Ｓが移動した部分Ｒ２、あるいは、高輝度な血管壁Ｗが存在していた位置に低輝度な血管内腔Ｓが移動した部分Ｒ３など（例えば、輝度値の差ΔＩが−２０ｄＢより小さい部分）は、領域Ｌ３において設定された重みαおよびβによりフレーム相関処理が施される。このとき、領域Ｌ３では、重みαが急激に大きく変化されると共に重みβが急激に小さく変化されているため、現在の画像フレームの輝度が大きく反映される。すなわち、血管内腔Ｓなどの低輝度な部分が移動した画素については、その血管内腔Ｓの輝度がそのまま反映される。このため、フレーム相関処理後の血管内腔Ｓの輝度が、過去の画像フレームの甲状腺Ｇや血管壁Ｗの輝度で損なわれることはなく、過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる画像のブレを抑制することができる。

さらに、現在の画像フレームと過去の画像フレームとの間で輝度値の差ΔＩが正の閾値Ｔ１より大きな領域Ｌ２に含まれる部分、例えば、血管内腔Ｓが存在していた位置に血管壁Ｗが移動した部分Ｒ４、あるいは、血管内腔Ｓが存在していた位置に甲状腺Ｇが移動した部分Ｒ５など（例えば、輝度値の差ΔＩが２０ｄＢより大きい部分）は、領域Ｌ２において設定された重みαおよびβによりフレーム相関処理が施される。このとき、領域Ｌ２では、領域Ｌ３と比べて、重みαが正側に緩やかに変化されると共に重みβが負側に緩やかに変化されているため、過去の画像フレームにおいて互いに異なる輝度を有する部分、例えば低輝度な血管内腔Ｓと高輝度な甲状腺Ｇをある程度等しい重みβで反映することができる。このため、血管内腔Ｓと甲状腺Ｇが存在していた部位にわたって高輝度な血管壁Ｗが移動した場合でも、血管壁Ｗを全体的にある程度等しい重みでフレーム相関処理することができ、高輝度な同一対象の輝度を均一に保つことができる。また、血管壁Ｗなどの高輝度な部分は画像のブレが発生しにくいため、領域Ｌ２のように重みαおよびβの変化量を緩やかに設定しても充分にブレを除くことができる。

このようにして、フレーム相関処理が施された超音波画像は、フレーム相関処理部７から表示制御部８に出力され、表示部９に表示される。
本実施の形態によれば、現在の画像フレームと過去の画像フレームの輝度値の差分に応じた重みで画素毎にフレーム相関処理を行うため、ノイズを除去すると共に、超音波画像のブレを抑制しつつ同一対象の輝度を均一に保つことができる。このため、例えば、操作者が超音波探触子を移動させている場合でも、超音波画像全体のブレを抑制しつつ、血管壁Ｗや甲状腺Ｇにおける輝度を一定に保つことができ、超音波画像の観察が輝度のぎらつきによって阻害されるのを抑制することができる。

実際に、図２に示したグラフに従って、フレーム相関処理を施した実施例を図４に示す。図８に示したグラフに従って、フレーム相関処理を施した図９の比較例では、血管壁Ｗにおいて輝度が不均一な領域Ｒが生じているのに対し、図４の実施例では、その領域Ｒの輝度が均一化されており、血管壁Ｗの輝度が全体的にほぼ一定に保たれていることがわかる。また、図４では、画像フレーム間における対象の変位に起因して生じる画像のブレが抑制されており、特に、血管内腔Ｓではブレがほとんど観察されない。さらに、熱雑音などに起因するノイズも除去されていることがわかる。このことから、本発明により、ノイズを除去すると共に、画像のブレを抑制しつつ同一対象の輝度を均一に保つことができた。

なお、上記の実施の形態では、正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２を絶対値が同じ値となるように設定すると共に現在の画像フレームの重みαを変化させる傾きを領域Ｌ３に比べて領域Ｌ２において緩やかになるように設定したが、現在の画像フレームの重みαの原点Ｏからの変化量が領域Ｌ３に比べて領域Ｌ２において小さければよく、これに限られるものではない。
例えば、図５に示すように、正の閾値Ｔ１に対して負の閾値Ｔ２を原点Ｏに近づけると共に、領域Ｌ２と領域Ｌ３における重みαおよびβを同じ変化量（傾き）で変化させることができる。このように、負の閾値Ｔ２を原点Ｏに近づけることにより、重みαおよびβを変化させる開始位置を領域Ｌ２と比べて領域Ｌ３において原点Ｏに近い位置に設定することができる。このため、領域Ｌ２と領域Ｌ３において重みαおよびβを同じ変化量で変化させても、重みαおよびβの原点Ｏからの変化量は、領域Ｌ３に比べて領域Ｌ２において小さくすることができ、上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記の実施の形態では、現在の画像フレームと１つ前の過去の画像フレームとの間でフレーム相関処理を施したが、現在の画像フレームとの間でフレーム相関処理を施すことができればよく、これに限られるものではない。例えば、現在の画像フレームと複数の過去の画像フレームとの間でフレーム相関処理を施すことができる。また、現在の画像フレームと、数フレーム離れた過去の画像フレーム（例えば、３つ前の過去の画像フレーム）との間でフレーム相関処理を施すこともできる。

また、過去の画像フレームとしては、現在の画像フレームとフレーム相関処理する前段階において、過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間で既にフレーム相関処理が施されているものを用いることができ、例えばＩＩＲフィルタを用いて現在の画像フレームとの間でフレーム相関処理を行うことができる。また、過去の画像フレームは、現在の画像フレームとフレーム相関処理する前段階において、過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施されていないものを用いることができ、例えばＦＩＲフィルタを用いて現在の画像フレームとの間でフレーム相関処理を行うことができる。さらに、過去の画像フレームは、現在の画像フレームとフレーム相関処理する前段階において、過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施された画像フレームと、過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施されていない画像フレームの両者を含むものを用いることもできる。
また、現在の画像フレームとしては、画像メモリ１２に格納された所定の画像フレームを用いることができ、この所定の画像フレームより以前の画像フレームが過去の画像フレームとして用いられる。

また、上記の実施の形態では、フレーム相関処理部７は、領域Ｌ２およびＬ３において、現在の画像フレームの重みαを直線的に変化させていたが、輝度値の差分ΔＩが負の閾値Ｔ２より小さくなるほど重みαを大きく変化させると共に輝度値の差分ΔＩが正の閾値Ｔ１より大きくなるほど重みαを大きく変化させ、且つ、重みαの原点Ｏからの変化量を領域Ｌ３と比べて領域Ｌ２において小さくできればよく、これに限られるものではない。例えば、重みαを段階的に大きく変化させてもよく、重みαを曲線的に大きく変化させてもよい。

実施の形態２
実施の形態１では、同一対象の輝度を均一に保つために、現在の画像フレームの重みαの原点Ｏからの変化量が領域Ｌ３と比べて領域Ｌ２において小さくなるように重みαを変化させていたが、重みαの原点Ｏからの変化量が領域Ｌ３と比べて領域Ｌ２において大きくなるように重みαを変化させることにより、同一対象の輝度を高めて強調することもできる。
これにより、心臓などの動きの速い組織を観察する超音波画像において、ノイズを除去すると共に、弁や心壁などの高輝度な部分のブレを抑制しつつその位置を明瞭に観察することができる。

例えば、図６に示すように、正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２が絶対値が同じ値となるようにそれぞれ定められ、現在の画像フレームの重みαと過去の画像フレームの重みβが、正の閾値Ｔ１と負の閾値Ｔ２の間の領域Ｌ１において、ノイズを抑制するような値で一定に保たれている。これにより、輝度値の差分ΔＩが領域Ｌ１に位置する画素については、過去の画像フレームの輝度値に基づいて平滑化処理を施して、ノイズを除くことができる。

また、輝度値の差分ΔＩが正の閾値Ｔ１より大きな領域Ｌ２と、負の閾値Ｔ２より小さな領域Ｌ３において、輝度値の差分ΔＩが負の閾値Ｔ２より小さくなるほど現在の画像フレームの重みαが大きくなるように直線的に変化させると共に、輝度の差分ΔＩが正の閾値Ｔ１より大きくなるほど現在の画像フレームの重みαが急激に大きくなるように直線的に変化させる。この時、現在の画像フレームの重みαを変化させる傾きは、領域Ｌ３と比べて領域Ｌ２において急になるように設定されている。すなわち、現在の画像フレームの重みαの原点Ｏからの変化量は、領域Ｌ３と比べて領域Ｌ２において大きくなるように設定されている。

ここで、負の閾値Ｔ２より小さな領域Ｌ３では、過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる超音波画像のブレを抑制するように、現在の画像フレームの重みαを大きく変化させている。これにより、例えば、心壁などの高輝度な部分が存在していた位置に、心臓の内腔などの低輝度な部分が移動した画素については、現在の画像フレームの輝度を大きく反映させることができ、フレーム相関処理後の低輝度な部分が、過去の画像フレームの高輝度な部分に損なわれず、過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる画像のブレを抑制することができる。

また、正の閾値Ｔ１より大きな領域Ｌ２では、過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる超音波画像のブレを抑制しつつ同一対象の輝度を強調するように、現在の画像フレームの重みαを領域Ｌ３に対して急激に大きく変化させている。これにより、例えば、心臓の内腔などの低輝度な部分が存在していた位置に、弁や心壁などの高輝度な部分が移動した場合でも、その画素について現在の画像フレームの輝度（弁や心壁などの輝度）を大きく反映させることができ、フレーム相関処理後の高輝度な部分は、過去の画像フレームの低輝度な部分との間でほとんど平滑化されず、その輝度を保つことができる。これにより、過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる画像のブレを抑制しつつその対象を強調することができる。

本実施の形態によれば、現在の画像フレームと過去の画像フレームの輝度値の差分に応じた重みで画素毎にフレーム相関処理を行うことにより、ノイズを除去すると共に、超音波画像のブレを抑制しつつ同一対象を強調することができる。このため、例えば、心臓などの動きが速い組織を観察する場合でも、心臓の内腔に発生するブレを抑制しつつ、弁や心壁の輝度を強調することができ、動きの速い組織を詳細に観察することができる。

１ 超音波探触子、２ 送信回路、３ 受信回路、４ 信号処理部、５ ＤＳＣ、６ 画像処理部、７ フレーム相関処理部、８ 表示制御部、９ 表示部、１０ 画像生成部、１１ 受信データメモリ、１２ 画像メモリ、１３ 制御部、１４ 操作部、１５ 格納部、α 現在の画像フレームの重み、β 過去の画像フレームの重み、ΔＩ 輝度値の差分、Ｔ１ 正の閾値、Ｔ２ 負の閾値、Ｌ１〜Ｌ３ 領域、Ｗ 血管壁、Ｓ 血管内腔、Ｇ 甲状腺。

Claims (10)

1. 超音波探触子から被検体内の対象に向けて超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力される受信信号に基づいて超音波画像を順次生成すると共に生成された所定の画像フレームに対して過去の画像フレームに基づく画像処理を施す超音波診断装置であって、
   前記受信信号に基づいて超音波画像をフレーム毎に順次生成する画像生成部と、
   前記画像生成部で生成された所定の画像フレームの輝度値から過去の画像フレームの輝度値を差し引いて画素毎に輝度値の差分を算出し、前記輝度値の差分に応じて前記過去の画像フレームに対する前記所定の画像フレームの重みをそれぞれ設定して、前記所定の画像フレームと前記過去の画像フレームを重み付け加算するフレーム相関処理部と
   を備え、
   前記フレーム相関処理部は、前記輝度値の差分が予め定められた負の閾値より小さくなるほど、または、前記輝度値の差分が予め定められた正の閾値より大きくなるほど前記所定の画像フレームの重みを大きく変化させ、且つ、前記所定の画像フレームの重みの原点からの変化量を前記負の閾値より小さな領域と比べて前記正の閾値より大きな領域において小さくすることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記正の閾値と前記負の閾値は、ノイズに起因した輝度値の変化を示す領域と、前記過去の画像フレームからの対象の変位に起因した輝度値の変化を示す領域との境界部分に定められる請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記フレーム相関処理部は、前記正の閾値より大きな領域において、前記過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる超音波画像のブレを抑制しつつ同一対象の輝度値を均一に保つように、前記所定の画像フレームの重みを変化させる請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記フレーム相関処理部は、前記負の閾値より小さな領域において、前記過去の画像フレームからの対象の変位に起因して生じる超音波画像のブレを抑制するように、前記所定の画像フレームの重みを変化させる請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
5. 前記フレーム相関処理部は、前記正の閾値と前記負の閾値の間の領域において、前記所定の画像フレームの重みを、ノイズを抑制するような値で一定に保つ請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
6. 前記正の閾値と前記負の閾値は、絶対値が同じ値となるように定められ、
   前記フレーム相関処理部は、前記正の閾値より大きな領域と前記負の閾値より小さな領域において前記所定の画像フレームの重みを直線的に変化させ、且つ、その変化の傾きを前記負の閾値より小さな領域と比べて前記正の閾値より大きな領域において緩やかにする請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記過去の画像フレームは、前記所定の画像フレームとフレーム相関処理する前段階において、前記過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施された画像フレームである請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
8. 前記過去の画像フレームは、前記所定の画像フレームとフレーム相関処理する前段階において、前記過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施されていない画像フレームである請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
9. 前記過去の画像フレームは、前記所定の画像フレームとフレーム相関処理する前段階において、前記過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施された画像フレームと、前記過去の画像フレームより以前の画像フレームとの間でフレーム相関処理が施されていない画像フレームとを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
10. 超音波探触子から被検体内の対象に向けて超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力される受信信号に基づいて超音波画像を順次生成すると共に生成された所定の画像フレームに対して過去の画像フレームに基づく画像処理を施す超音波診断装置であって、
    前記受信信号に基づいて超音波画像をフレーム毎に順次生成する画像生成部と、
    前記画像生成部で生成された所定の画像フレームの輝度値から過去の画像フレームの輝度値を差し引いて画素毎に輝度値の差分を算出し、前記輝度値の差分に応じて前記過去の画像フレームに対する前記所定の画像フレームの重みをそれぞれ設定して、前記所定の画像フレームと前記過去の画像フレームを重み付け加算するフレーム相関処理部と
    を備え、
    前記フレーム相関処理部は、前記輝度値の差分が予め定められた負の閾値より小さくなるほど、または、前記輝度値の差分が予め定められた正の閾値より大きくなるほど前記所定の画像フレームの重みを大きく変化させ、且つ、前記所定の画像フレームの重みの原点からの変化量を前記負の閾値より小さな領域と比べて前記正の閾値より大きな領域において大きくすることを特徴とする超音波診断装置。