JP2015188516A - Ultrasonic diagnostic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、超音波画像を高密度化する技術に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to a technique for increasing the density of an ultrasonic image.
超音波診断装置を利用することにより、例えば運動する組織等の動画像をリアルタイムで得て診断を行うことができる。また、超音波ビームを立体的に走査して三次元空間内からエコーデータを得ることにより、組織等を立体的に表現した三次元の超音波画像を形成することもできる。特に、近年における心臓等の診断や治療において超音波診断装置は極めて重要な医療機器である。 By using an ultrasonic diagnostic apparatus, for example, a moving image of a moving tissue or the like can be obtained in real time for diagnosis. In addition, a three-dimensional ultrasonic image in which a tissue or the like is three-dimensionally expressed can be formed by three-dimensionally scanning an ultrasonic beam and obtaining echo data from within the three-dimensional space. In particular, an ultrasonic diagnostic apparatus is an extremely important medical device in recent diagnosis and treatment of the heart and the like.
心臓等の診断に限らず、一般的に、超音波診断装置において得られる超音波画像の画質は良好であることが望ましい。超音波画像の画質を向上させる具体策として、超音波画像を高密度化する技術が提案されている。 In general, it is desirable that the image quality of an ultrasonic image obtained by an ultrasonic diagnostic apparatus is good, not limited to diagnosis of the heart or the like. As a specific measure for improving the image quality of an ultrasonic image, a technique for increasing the density of the ultrasonic image has been proposed.
例えば、特許文献1には、前フレーム上の注目画素ごとに前フレームと現フレームとの間においてパターンマッチング処理を実行し、現フレームを構成していた原始的画素群と注目画素ごとにパターンマッチング処理により定義された追加的画素群とに基づいて、現フレームを高密度化する技術が記載されている。 For example, in Patent Document 1, pattern matching processing is executed between the previous frame and the current frame for each pixel of interest on the previous frame, and pattern matching is performed for each primitive pixel and the pixel of interest that formed the current frame. Techniques for densifying the current frame based on additional pixel groups defined by processing are described.
また、特許文献2には、フレーム内において第1画素列と第2画素列と第3画素列を定義し、第1画素列上の注目画素ごとに、第1画素列と第2画素列との間でパターンマッチング処理を実行し、注目画素についての第2画素列上のマッピングアドレスを演算し、さらに、第3画素列上の注目画素ごとに、第3画素列と第2画素列との間でパターンマッチング処理を実行し、注目画素についての第2画素列上のマッピングアドレスを演算し、そして、複数の注目画素が有する画素値とマッピングアドレスを利用して、第2画素列を高密度化する技術が記載されている。 In Patent Document 2, the first pixel column, the second pixel column, and the third pixel column are defined in the frame, and for each pixel of interest on the first pixel column, the first pixel column, the second pixel column, The pattern matching process is performed between the pixels, the mapping address on the second pixel column for the target pixel is calculated, and for each target pixel on the third pixel column, the third pixel column and the second pixel column Pattern matching processing is performed between them, a mapping address on the second pixel column for the target pixel is calculated, and the second pixel column is densely formed using the pixel values and mapping addresses of the plurality of target pixels. The technology to be converted is described.
特許文献1,2に記載された技術を利用することにより、例えば、高フレームレートで得られる低密度画像を高密度化することが可能になる。 By using the techniques described in Patent Documents 1 and 2, for example, it is possible to increase the density of a low-density image obtained at a high frame rate.
上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、超音波画像を高密度化する改良技術について研究開発を重ねてきた。特に、複数フレームの超音波画像に関するフレーム方向における高密度化に注目した。 In view of the background art described above, the inventor of the present application has conducted research and development on improved techniques for increasing the density of ultrasonic images. In particular, we focused on increasing the density in the frame direction for ultrasonic images of multiple frames.
本発明は、上述した研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、複数フレームの超音波画像をフレーム方向に高密度化する技術を提供することにある。 The present invention has been made in the process of research and development described above, and an object of the present invention is to provide a technique for increasing the density of ultrasonic images of a plurality of frames in the frame direction.
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受するプローブと、プローブを制御して超音波ビームを走査する送受信部と、超音波ビームを走査することにより得られる複数フレームのフレームデータを高密度化する高密度化処理部と、高密度化されたフレームデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、を有し、前記高密度化処理部は、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータをフレーム方向に高密度化する、ことを特徴とする。 An ultrasonic diagnostic apparatus suitable for the above object includes a probe for transmitting / receiving ultrasonic waves, a transmission / reception unit for controlling the probe to scan an ultrasonic beam, and a plurality of frames of frame data obtained by scanning the ultrasonic beam. A densification processing unit that densifies the image and an image forming unit that forms an ultrasonic image based on the densified frame data. The densification processing unit includes data in each frame. By obtaining data corresponding to between frames based on the above, the frame data of a plurality of frames is densified in the frame direction.
上記構成において、超音波を送受するプローブは、例えば、コンベックス走査型やセクタ走査型やリニア走査型、二次元画像(断層画像)用や三次元画像用等、診断用途等に応じた様々なタイプのものを利用することができる。そして、プローブを制御して超音波ビームを走査することにより、複数フレームのフレームデータが得られる。 In the above configuration, the probe for transmitting and receiving ultrasonic waves has various types according to diagnostic applications such as convex scanning type, sector scanning type, linear scanning type, two-dimensional image (tomographic image), three-dimensional image, etc. Can be used. A plurality of frames of frame data can be obtained by scanning the ultrasonic beam while controlling the probe.
各フレーム内において、特に、超音波ビームの深さ方向については、浅部(プローブに近い側)から深部(プローブから遠い側)に亘って、超音波の受信信号を連続的に得ることができるため、比較的高密度に並ぶデータを得ることができる。例えば、1本の超音波ビームに沿って数千個のデータからなるラインデータを得ることができ、数千個のラインデータをそのまま利用して各フレームが形成されてもよいし、数千個のラインデータをリサンプリング(デシメンション)して得られる数百個のデータを利用して各フレームが形成されてもよい。そして、走査面内において超音波ビームを走査することにより、例えば方位方向に沿って超音波ビームの位置(角度)を段階的にずらしつつ複数の超音波ビームを次々に形成することにより、走査面に対応した各フレーム内においてラインデータが収集される。 Within each frame, in particular, with respect to the depth direction of the ultrasonic beam, it is possible to continuously obtain ultrasonic reception signals from the shallow part (the side closer to the probe) to the deep part (the side far from the probe). Therefore, data arranged at a relatively high density can be obtained. For example, it is possible to obtain line data consisting of thousands of data along one ultrasonic beam, and each frame may be formed by using thousands of line data as they are, or thousands of pieces of data may be formed. Each frame may be formed using hundreds of pieces of data obtained by resampling (decimation) the line data. Then, by scanning the ultrasonic beam within the scanning surface, for example, by sequentially forming the position (angle) of the ultrasonic beam along the azimuth direction while forming a plurality of ultrasonic beams one after another, the scanning surface Line data is collected in each frame corresponding to.
さらに、例えば、三次元空間内においてフレーム位置をずらしつつ複数フレームが形成される。または、二次元平面内においてフレーム位置を実質的に固定しつつ複数の時相に亘って複数フレームが形成される。ところが、一般的に、各フレーム内において比較的高密度にラインデータが得られているのに比べて、複数フレームのフレーム方向におけるデータ密度(フレーム密度)は、低密度になる傾向にある。つまり、各フレーム内におけるデータと、フレーム方向に並ぶデータとでは、データ密度が互いに異なる傾向にある。 Further, for example, a plurality of frames are formed while shifting the frame position in the three-dimensional space. Alternatively, a plurality of frames are formed over a plurality of time phases while substantially fixing the frame position in the two-dimensional plane. However, in general, the data density (frame density) in the frame direction of a plurality of frames tends to be lower than line data obtained at a relatively high density in each frame. That is, the data density tends to be different between the data in each frame and the data arranged in the frame direction.
上記装置によれば、各フレーム内のデータとフレーム方向に並ぶデータの粗密関係を利用した超音波画像の高密度化が実現される。つまり、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータがフレーム方向に高密度化される。 According to the above-described apparatus, it is possible to increase the density of ultrasonic images using the density relationship between the data in each frame and the data arranged in the frame direction. That is, by obtaining data corresponding to each frame based on the data in each frame, the frame data of a plurality of frames is densified in the frame direction.
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、複数フレームのフレームデータ内において、フレーム方向に対応したテンプレートを配置し、各フレーム内でウィンドウを移動させてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づいて当該テンプレート内のフレーム間に対応したデータを得る、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the densification processing unit arranges a template corresponding to a frame direction in frame data of a plurality of frames, and moves a window in each frame to search for a window that matches the template. Based on the data in the window that matches the template, data corresponding to the frames in the template is obtained.
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、テンプレート内のデータとウィンドウ内のデータに基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the densification processing unit searches for a window that matches the template by pattern matching based on data in the template and data in the window.
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、テンプレート内のデータと当該テンプレート内のデータ間隔でウィンドウ内から選択されるデータとに基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the densification processing unit searches for a window that matches the template by pattern matching based on data in the template and data selected from the window at a data interval in the template. It is characterized by.
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づく高密度化データを、当該テンプレート内においてフレーム方向に並ぶ複数データのデータ間に挿入する、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the densification processing unit inserts densified data based on data in a window that matches a template between data of a plurality of data arranged in the frame direction in the template. To do.
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、超音波ビームの深さ方向に対応したウィンドウを設定する、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the densification processing unit sets a window corresponding to the depth direction of the ultrasonic beam.
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、実空間におけるサイズが互いに等しくなるようにテンプレートとウィンドウを設定する、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the densification processing unit sets the template and the window so that the sizes in the real space are equal to each other.
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、超音波ビームを走査することにより得られるオリジナルフレームのフレームデータ内において、互いに異なる複数位置にテンプレートを配置し、各位置においてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートを配置した複数位置においてフレーム間に対応したデータを得る、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the densification processing unit arranges templates at a plurality of different positions in the frame data of the original frame obtained by scanning the ultrasonic beam, and sets windows that match the template at each position. By searching, data corresponding to between frames is obtained at a plurality of positions where the template is arranged.
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、テンプレートを配置した複数位置において得られるフレーム間に対応したデータに基づいて挿入フレームを形成し、オリジナルフレームのフレーム間に挿入フレームを挿入することにより、フレームデータのフレーム密度を高める、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the densification processing unit forms an insertion frame based on data corresponding to frames obtained at a plurality of positions where templates are arranged, and inserts the insertion frame between frames of the original frame. The frame density of the frame data is increased.
本発明により、複数フレームの超音波画像をフレーム方向に高密度化する技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、各フレーム内のデータとフレーム方向に並ぶデータの粗密関係を利用した超音波画像の高密度化が実現される。つまり、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータがフレーム方向に高密度化される。 The present invention provides a technique for increasing the density of a plurality of frames of ultrasonic images in the frame direction. For example, according to a preferred aspect of the present invention, it is possible to increase the density of ultrasonic images using the density relationship between the data in each frame and the data arranged in the frame direction. That is, by obtaining data corresponding to each frame based on the data in each frame, the frame data of a plurality of frames is densified in the frame direction.
図1は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。プローブ10は超音波を送受する超音波探触子である。例えば、コンベックス走査型やセクタ走査型やリニア走査型、二次元画像(断層画像)用や三次元画像用等の各種の超音波探触子を診断用途等に応じてプローブ10として利用することができる。
FIG. 1 is a functional block diagram showing an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus suitable for implementing the present invention. The
送受信部12は、プローブ10が備える複数の振動素子を送信制御して送信ビームを形成し、送信ビームを診断領域内で走査する。また、送受信部12は、複数の振動素子から得られる複数の受信信号を整相加算処理するなどして受信ビームを形成し、診断領域内の全域から受信ビーム信号を収集する。つまり、送受信部12は、ビームフォーマの機能を備えている。また、収集された受信ビーム信号(RF信号)は、検波処理等の受信信号処理を施される。これにより、各受信ビームごとにその受信ビームに沿って得られるラインデータが高密度化処理部20へ送られる。
The transmission /
高密度化処理部20は、超音波ビーム(送信ビームと受信ビーム)を走査することにより得られる複数フレームのフレームデータを高密度化する。高密度化処理部20は、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータをフレーム方向に高密度化する。つまり、フレームデータのフレーム密度が高められる。高密度化処理部20における具体的な処理については後に詳述する。
The
デジタルスキャンコンバータ(DSC)30は、高密度化処理部20において高密度化されたフレームデータに対して座標変換処理等を施す。デジタルスキャンコンバータ30は、例えば、超音波ビームの走査に対応した走査座標系で得られたフレームデータから、各フレームごとに座標変換処理や補間処理等を行って、表示座標系に対応したフレームデータを得る。
The digital scan converter (DSC) 30 performs a coordinate conversion process or the like on the frame data densified by the
画像形成部40は、デジタルスキャンコンバータ30から得られるフレームデータ、つまり、高密度化されて表示座標系に変換された複数フレームのフレームデータに基づいて超音波画像を形成する。例えば、診断対象を含む三次元空間内から立体的に得られる複数フレームのフレームデータに基づいて、診断対象を立体的に映し出した三次元の超音波画像が形成される。また例えば、診断対象から複数時相に亘って得られる複数フレームのフレームデータに基づいて、診断対象を動的に映し出した動画の超音波画像が形成される。
The
画像形成部40において形成された超音波画像は、必要に応じてグラフィックデータ等が合成され、表示部42に表示される。そして、制御部50は、図1の超音波診断装置内を全体的に制御する。
The ultrasonic image formed in the
図1において、高密度化処理部20は、デジタルスキャンコンバータ30の前段に配置されているが、高密度化処理部20は、デジタルスキャンコンバータ30の後段に配置されてもよい。その場合には、送受信部12から得られる複数フレームのフレームデータがデジタルスキャンコンバータ30において表示座標系に変換され、表示座標系に変換された複数フレームのフレームデータが、高密度化処理部20によりフレーム方向に高密度化され、高密度化された表示座標系に対応した複数フレームのフレームデータに基づいて、画像形成部40が超音波画像を形成する。
In FIG. 1, the
なお、図1に示す構成(各機能ブロック)のうち、送受信部12と高密度化処理部20とDSC30と画像形成部40は、それぞれ、例えばプロセッサや電子回路等のハードウェアを利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。表示部42の好適な具体例は例えば液晶ディスプレイ等である。そして、制御部50は、例えば、CPUやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、CPUやプロセッサの動作を規定するソフトウェア(プログラム)との協働により実現することができる。
In the configuration (functional blocks) shown in FIG. 1, the transmission /
図1の超音波診断装置の全体構成は以上のとおりである。次に、当該超音波診断装置における高密度化処理について説明する。なお、図1に示した構成(ブロック)については以下の説明において図1の符号を利用する。 The overall configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1 is as described above. Next, the densification process in the ultrasonic diagnostic apparatus will be described. In addition, about the structure (block) shown in FIG. 1, the code | symbol of FIG. 1 is utilized in the following description.
図2は、高密度化されるフレームデータの具体例を示す図である。図2には、超音波ビームを走査することにより得られる複数フレームのフレームデータについての具体例が図示されている。 FIG. 2 is a diagram illustrating a specific example of frame data to be densified. FIG. 2 shows a specific example of frame data of a plurality of frames obtained by scanning an ultrasonic beam.
例えば、深さ方向rに沿って形成される超音波ビームを方位方向θに電子的に走査することにより各フレームが形成され、各フレームをフレーム方向に電子的または機械的に移動させつつ立体的に超音波ビームを走査することにより、三次元空間内から立体的に複数フレームのフレームデータを得ることができる。この場合のフレーム方向は、各フレームが移動する空間的な方向(例えば方向φ)となる。ちなみに、超音波ビームの走査に対応した例えばrθφ座標系で得られたフレームデータは、デジタルスキャンコンバータ30において、表示に適した例えばxyz直交座標系のフレームデータに座標変換される。
For example, each frame is formed by electronically scanning an ultrasonic beam formed along the depth direction r in the azimuth direction θ, and three-dimensionally moving each frame electronically or mechanically in the frame direction. By scanning the ultrasonic beam, the frame data of a plurality of frames can be obtained three-dimensionally from within the three-dimensional space. The frame direction in this case is a spatial direction (for example, direction φ) in which each frame moves. Incidentally, the frame data obtained by, for example, the rθφ coordinate system corresponding to the scanning of the ultrasonic beam is coordinate-converted by the
また、深さ方向rに沿って形成される超音波ビームを方位方向θに電子的に走査して各時相ごとに各フレームを形成し、各フレームの位置をそのままとして複数時相に亘って超音波ビームを走査することにより、複数時相に対応した複数フレームのフレームデータを得ることができる。この場合のフレーム方向は、各フレームが得られた時相を示す時間方向となる。ちなみに、超音波ビームの走査に対応した例えばrθ座標系で得られた各フレームのデータは、デジタルスキャンコンバータ30において、表示に適した例えばxy直交座標系のデータに座標変換される。
Further, an ultrasonic beam formed along the depth direction r is electronically scanned in the azimuth direction θ to form each frame for each time phase, and the position of each frame is left as it is over a plurality of time phases. By scanning the ultrasonic beam, frame data of a plurality of frames corresponding to a plurality of time phases can be obtained. The frame direction in this case is a time direction indicating a time phase at which each frame is obtained. Incidentally, the data of each frame obtained by, for example, the rθ coordinate system corresponding to the scanning of the ultrasonic beam is coordinate-converted by the
各フレームは、深さ方向rと方位方向θに沿って二次元的に配列される複数のラインデータで構成される。ラインデータは、超音波ビームの深さ方向rに沿って収集される。深さ方向rについては、浅部(プローブ10に近い側)から深部(プローブ10から遠い側)に亘って、超音波の受信信号を連続的に得ることができるため、比較的高密度に並ぶラインデータを得ることができる。例えば、1本の超音波ビームに沿って数千個のラインデータを得ることができ、数千個のラインデータをそのまま利用してもよいし、数千個のラインデータをリサンプリング(デシメンション)して得られる数百個のラインデータを利用してもよい。 Each frame is composed of a plurality of line data arranged two-dimensionally along the depth direction r and the azimuth direction θ. Line data is collected along the depth direction r of the ultrasonic beam. Regarding the depth direction r, since ultrasonic reception signals can be continuously obtained from the shallow part (side closer to the probe 10) to the deep part (side far from the probe 10), they are arranged at a relatively high density. Line data can be obtained. For example, thousands of line data can be obtained along one ultrasonic beam, and thousands of line data can be used as they are, or thousands of line data can be resampled (decimation). Hundreds of line data obtained by the above method may be used.
そして、方位方向θに超音波ビームが走査され、超音波ビームの角度や位置を段階的にずらしつつ複数の超音波ビームが次々に形成される。各フレームごとに、例えば数十から百本程度の超音波ビームが形成され、二次元的に複数のラインデータが収集される。 Then, the ultrasonic beam is scanned in the azimuth direction θ, and a plurality of ultrasonic beams are formed one after another while gradually shifting the angle and position of the ultrasonic beam. For each frame, for example, about several tens to one hundred ultrasonic beams are formed, and a plurality of line data are collected two-dimensionally.
さらに、例えば、三次元空間内においてフレーム位置をずらしつつ複数フレームが形成され、三次元的に複数のラインデータが収集されてフレームデータが構成される。又は、二次元平面内においてフレーム位置を固定しつつ複数時相に亘って複数フレームが形成され、二次元平面内において複数時相に亘って複数のラインデータが収集されてフレームデータが構成される。なお、三次元空間内から立体的に得られるフレームデータは、ボリュームデータと呼ばれ、さらに、複数時相に亘ってボリュームデータを得ることにより、三次元の動画による超音波画像を形成することも可能になる。 Further, for example, a plurality of frames are formed while shifting the frame position in a three-dimensional space, and a plurality of line data is collected three-dimensionally to constitute frame data. Alternatively, a plurality of frames are formed over a plurality of time phases while fixing the frame position in the two-dimensional plane, and a plurality of line data are collected over a plurality of time phases in the two-dimensional plane to form frame data. . Note that the frame data obtained three-dimensionally from within the three-dimensional space is called volume data, and furthermore, by obtaining volume data over a plurality of time phases, an ultrasonic image based on a three-dimensional moving image may be formed. It becomes possible.
ところが、ボリュームデータを得るには、超音波ビームを立体的に走査して多数のラインデータを収集する必要があり、データの収集時間が長くなるため、ボリュームレート(単位時間あたりのボリューム数)に係る問題が懸念される。 However, in order to obtain volume data, it is necessary to collect a lot of line data by three-dimensionally scanning an ultrasonic beam, and the data collection time becomes long. Therefore, the volume rate (number of volumes per unit time) is increased. There are concerns about such problems.
例えば、ボリュームレートを維持しつつ、各フレーム内におけるライン密度(各フレームを構成するラインデータの密度)を高めるためには、フレーム方向におけるフレーム密度(単位長さあたりのフレーム数)を低くする必要がある。また、ボリュームレートを維持しつつ、フレーム密度を高めるためにはライン密度を低くする必要がある。つまり、ボリュームレートを維持する場合に、ライン密度とフレーム密度は、互いにトレードオフの関係にある。一般的には、電子走査により各フレーム内において比較的高密度にラインデータが得られているため、ライン密度を高密度に維持して電子走査面の画質が重視され、フレーム密度が低密度となる傾向にある。 For example, in order to increase the line density in each frame (the density of line data constituting each frame) while maintaining the volume rate, it is necessary to reduce the frame density (the number of frames per unit length) in the frame direction. There is. In order to increase the frame density while maintaining the volume rate, it is necessary to reduce the line density. That is, when maintaining the volume rate, the line density and the frame density are in a trade-off relationship with each other. In general, line data is obtained at a relatively high density in each frame by electronic scanning. Therefore, the line density is maintained at a high density and the image quality of the electronic scanning surface is emphasized, and the frame density is low. Tend to be.
そこで、高密度化処理部20は、各フレームを構成する比較的高密度なデータ(ラインデータ)に基づいて、フレーム間に対応したデータを得ることにより、比較的低密度なフレーム方向のフレーム密度を高める。高密度化処理部30は、複数フレームのフレームデータ内において、フレーム方向に対応したテンプレートを配置し、各フレーム内でウィンドウを移動させてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づいてテンプレート内のフレーム間に対応したデータを得て、フレームデータをフレーム方向に高密度化する。
Therefore, the high-
図3は、フレーム方向の高密度化を説明するための図であり、テンプレートとウィンドウを利用した探索の具体例を示している。図3には、フレームF1〜F6を含む複数フレームのフレームデータと、それら複数フレームのフレームデータ内に配置されるテンプレートTと、各フレーム内において移動して探索に利用されるウィンドウIが図示されている。 FIG. 3 is a diagram for explaining an increase in density in the frame direction, and shows a specific example of a search using a template and a window. FIG. 3 illustrates frame data of a plurality of frames including frames F1 to F6, a template T arranged in the frame data of the plurality of frames, and a window I that is used for searching by moving in each frame. ing.
図3に示す具体例において、テンプレートTは、複数フレームの配列方向であるフレーム方向に伸長された1次元形状である。フレームデータの中でフレーム方向に沿って並ぶデータをフレーム方向データとすると、図3のテンプレートT内には、6枚のフレームF1〜F6に属する6個のデータT1〜T6からなるフレーム方向データが含まれている。 In the specific example shown in FIG. 3, the template T has a one-dimensional shape extended in the frame direction, which is the arrangement direction of a plurality of frames. Assuming that the data arranged along the frame direction in the frame data is the frame direction data, the frame direction data including the six data T1 to T6 belonging to the six frames F1 to F6 is included in the template T in FIG. include.
なお、テンプレートTは、フレーム方向に対応した形体(形状や伸長方向)であることが望ましいものの、必ずしもフレーム方向に平行でなくてもよい。例えば、フレーム方向に対して斜めに傾いたテンプレートTが設定されてもよい。また、テンプレートTは、1次元形状に限らず、2次元形状(矩形その他の多角形、円形や楕円形など)であってもよいし、3次元形状のテンプレートTが利用されてもよい。 Note that the template T is preferably a shape (shape or extension direction) corresponding to the frame direction, but it is not necessarily parallel to the frame direction. For example, a template T inclined obliquely with respect to the frame direction may be set. Further, the template T is not limited to a one-dimensional shape, and may be a two-dimensional shape (rectangular or other polygonal shape, circular shape, elliptical shape, or the like), or a three-dimensional shape template T may be used.
また、図3に示す具体例において、ウィンドウIは、超音波ビームの深さ方向rに伸長された1次元形状である。各フレームを構成するデータのうち、深さ方向rに沿って並ぶデータを深度方向データとすると、図3のウィンドウI内には、6個のデータS31〜S36(又はデータS41〜S46)を含む深度方向データが含まれている。 In the specific example shown in FIG. 3, the window I has a one-dimensional shape extended in the depth direction r of the ultrasonic beam. Of the data constituting each frame, if the data arranged along the depth direction r is the depth direction data, the window I in FIG. 3 includes six pieces of data S31 to S36 (or data S41 to S46). Depth direction data is included.
なお、ウィンドウIは、深さ方向rに対応した形体(形状や伸長方向)であることが望ましいものの、必ずしも深さ方向rに平行でなくてもよい。例えば、深さ方向rに対して斜めに傾いたウィンドウIが設定されてもよい。また、方位方向θに対応したウィンドウIが設定されてもよい。例えば、方位方向θに平行なウィンドウIや方位方向θに対して斜めに傾いたウィンドウIが設定されてもよい。さらに、ウィンドウIは、1次元形状に限らず、2次元形状(矩形その他の多角形、円形や楕円形など)であってもよいし、3次元形状のウィンドウIが利用されてもよい。 Note that the window I is preferably a shape (shape or extension direction) corresponding to the depth direction r, but it is not necessarily parallel to the depth direction r. For example, a window I inclined obliquely with respect to the depth direction r may be set. A window I corresponding to the azimuth direction θ may be set. For example, a window I parallel to the azimuth direction θ or a window I inclined obliquely with respect to the azimuth direction θ may be set. Further, the window I is not limited to a one-dimensional shape, and may be a two-dimensional shape (rectangular or other polygonal shape, circular or elliptical shape), or a three-dimensional window I may be used.
そして、テンプレートTとウィンドウIは、互いに伸長方向が異なっているものの、互いに同一の形状であることが望ましい。また、テンプレートT内のデータの間隔と、ウィンドウI内において選択されるデータの間隔は、実空間上において互いに等しいことが望ましい。 The template T and the window I preferably have the same shape, although the extension directions are different from each other. Further, it is desirable that the data interval in the template T and the data interval selected in the window I are equal to each other in the real space.
高密度化処理部20は、ウィンドウIの探索領域を設定し、探索領域となる各フレーム内においてウィンドウIを移動させて、テンプレートTに適合するウィンドウIを探索する。高密度化処理部20は、例えば、テンプレートTに対応したフレームを基準として探索領域を設定することが望ましい。図3に示す具体例において、テンプレートTは、フレームF3とフレームF4の間に挿入されるフレームF3´に対応している。そこで、高密度化処理部20は、例えば、テンプレートTに対応したフレームF3´に隣接するフレームF3とフレームF4を探索領域とする。そして、高密度化処理部30は、フレームF3内とフレームF4内においてウィンドウIを移動させて、テンプレートTに適合するウィンドウIを探索する。
The
なお、探索領域は、テンプレートTに対応したフレームに隣接するフレームのみに限定されない。例えば、テンプレートTに対応したフレームから、数フレーム離れたフレームまでを探索領域としてもよい。また、複数フレームのフレームデータによりボリュームデータが構成され、複数時相に亘ってボリュームデータが得られる場合には、テンプレートTが配置された時相のボリュームデータに含まれる1つ以上のフレームに加えて、他の時相、例えば隣接する時相のボリュームデータに含まれる1つ以上のフレームが、探索領域とされてもよい。 The search area is not limited to only a frame adjacent to the frame corresponding to the template T. For example, the search area may be from a frame corresponding to the template T to a frame several frames away. In addition, when volume data is composed of frame data of a plurality of frames and volume data can be obtained over a plurality of time phases, in addition to one or more frames included in the volume data of the time phase where the template T is arranged. Thus, one or more frames included in volume data of another time phase, for example, an adjacent time phase, may be set as the search area.
高密度化処理部20は、テンプレートTを配置してウィンドウIの探索領域を設定すると、テンプレートTに属するデータ(フレーム方向データ)とウィンドウIに属するデータ(深度方向データ)との間のパターンマッチングにより、テンプレートTに適合するウィンドウIを探索する。高密度化処理部20は、テンプレートT内のデータと、テンプレートT内のデータ間隔でウィンドウI内から選択されるデータとの間の類似度に基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する。
When the template T is arranged and the search area of the window I is set, the high-
例えば、図3に示す具体例において、テンプレートTとフレームF4内のウィンドウIとの間における類似度は、テンプレートTに属する6個のデータT1〜T6と、それら6個のデータT1〜T6と実空間内において同じ間隔でウィンドウI内から選択される6個のデータS41〜S46との間において評価される。 For example, in the specific example shown in FIG. 3, the similarity between the template T and the window I in the frame F4 has six data T1 to T6 belonging to the template T, the six data T1 to T6, and the actual data. Evaluation is performed between six pieces of data S41 to S46 selected from the window I at the same interval in the space.
図4は、類似度の評価を説明するための図であり、図4には、テンプレートTとウィンドウIの具体例が図示されている。類似度の評価においては、例えば、数1式に示す輝度差二乗和(SSD)や数2式に示す輝度差絶対和(SAD)などを代表とする類似度の演算を利用することができる。 FIG. 4 is a diagram for explaining the evaluation of the degree of similarity. FIG. 4 shows specific examples of the template T and the window I. In the evaluation of the similarity, for example, a similarity calculation represented by the sum of squares of luminance difference (SSD) shown in Formula 1 or the absolute sum of brightness differences (SAD) shown in Formula 2 can be used.
なお、図1の超音波診断装置は、例えば、深さに応じたゲイン調整(STC等)や、方位方向のゲイン調整(ANGLEGAIN等)により、超音波画像内のゲインを局所的に調整することができる。そのため、パターンマッチングにおいては、明るさ(輝度の大きさ)にロバストな評価値を利用することが望ましい。そこで、その評価値として、次式に示すZSAD(Zero-mean Sum of Absolute Difference)を定義し、高密度化処理部20は、パターンマッチングにおいて次式のZSADを利用して類似度を演算してもよい。
In addition, the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1 adjusts the gain in an ultrasonic image locally by gain adjustment (STC etc.) according to depth, or gain adjustment (ANGLEGAIN etc.) of an azimuth | direction direction, for example. Can do. Therefore, in pattern matching, it is desirable to use an evaluation value that is robust to brightness (luminance magnitude). Therefore, ZSAD (Zero-mean Sum of Absolute Difference) shown in the following equation is defined as the evaluation value, and the
図4に示す符号は、数1式から数3式における変数に対応している。例えば、LとMとNは、テンプレートTのサイズを示している。Lは、テンプレートTのフレーム方向の大きさ、つまりフレーム方向に並ぶデータ数を示している。Mは、テンプレートTの方位方向の大きさ、つまり方位方向に並ぶデータ数を示している。そして、Nは、テンプレートTの深度方向の大きさ、つまり深度方向に並ぶデータ数を示している。図4に示す具体例では、L=4,M=1,N=1である。 The symbols shown in FIG. 4 correspond to the variables in Equation 1 to Equation 3. For example, L, M, and N indicate the size of the template T. L indicates the size of the template T in the frame direction, that is, the number of data arranged in the frame direction. M indicates the size of the template T in the azimuth direction, that is, the number of data arranged in the azimuth direction. N indicates the size of the template T in the depth direction, that is, the number of data arranged in the depth direction. In the specific example shown in FIG. 4, L = 4, M = 1, and N = 1.
T(i+p,j+q,k+r)は、テンプレートT内の各データ(各画素)の値(画素値)を示しており、i+pは方位方向の座標、j+qは深度方向の座標、k+rはフレーム方向の座標(フレーム番号)である。 T (i + p, j + q, k + r) indicates the value (pixel value) of each data (each pixel) in the template T, i + p is the azimuth direction coordinate, j + q is the depth direction coordinate, and k + r is the frame direction. Coordinates (frame number).
また、I(a+p,b+d・r,c+q)は、ウィンドウI内の各データ(各画素)の値(画素値)を示しており、a+pは方位方向の座標、b+d・rは深度方向の座標であり、c+qはフレーム方向の座標(フレーム番号)である。ウィンドウI内においては、テンプレートT内のフレーム方向のデータ間隔で深度方向の各データが選択される。その選択におけるデータ間隔がdであり、ウィンドウI内から、深さ方向に沿って並ぶd個のデータごとに1つのデータが選択される。 Further, I (a + p, b + d · r, c + q) indicates the value (pixel value) of each data (each pixel) in the window I, a + p is the azimuth direction coordinate, and b + d · r is the depth direction coordinate. And c + q is a frame direction coordinate (frame number). In the window I, each data in the depth direction is selected at a data interval in the frame direction in the template T. The data interval in the selection is d, and one data is selected from the window I for every d pieces of data arranged along the depth direction.
なお、図4と数1式から数3式において、フレーム数(複数フレームの総数)はDであり、各フレーム内におけるライン数(各フレームを構成するライン総数)はWであり、各フレーム内の1ラインあたりのデータ数(1ラインを構成するデータ総数)はHである。 In FIG. 4 and Equations 1 to 3, the number of frames (total number of plural frames) is D, the number of lines in each frame (total number of lines constituting each frame) is W, and The number of data per line (the total number of data constituting one line) is H.
図3に戻り、パターンマッチングにおいては、探索領域となる各フレーム内で、ウィンドウIを深さ方向rに沿って段階的に移動しつつ、例えば深さ方向rに沿って高密度に並ぶデータの1つ分ずつウィンドウIを移動しつつ、各位置において、ウィンドウIとテンプレートTとの間で、例えば数1式から数3式のいずれかにより、類似度の評価値が算出される。さらに、方位方向θに沿って超音波ビームの1本分だけ位置をずらして、深さ方向rに沿ってウィンドウIを移動しつつ、各位置において類似度の評価値が算出される。なお、ウィンドウIは、深さ方向rに沿って数データ間隔で、方位方向θに沿って数ビーム間隔で、段階的に移動させてもよい。 Returning to FIG. 3, in pattern matching, while moving the window I stepwise along the depth direction r within each frame serving as a search region, for example, the data lined up in high density along the depth direction r While moving the window I one by one, at each position, the evaluation value of the similarity is calculated between the window I and the template T by, for example, any one of the equations (1) to (3). Furthermore, the position is shifted by one ultrasonic beam along the azimuth direction θ and the window I is moved along the depth direction r, and an evaluation value of similarity is calculated at each position. Note that the window I may be moved stepwise along the depth direction r at several data intervals and along the azimuth direction θ at several beam intervals.
こうして、探索領域となる1つ以上のフレーム内の全域に亘ってウィンドウIを移動させつつ、各位置において類似度の評価値が算出される。なお、各フレーム内の一部が探索領域とされてもよい。そして、探索領域内において、例えば、類似度の評価値が最小値となる位置におけるウィンドウIが、テンプレートTに適合するウィンドウIとされる。 In this way, the evaluation value of the similarity is calculated at each position while moving the window I over the entire area in one or more frames serving as search areas. A part of each frame may be a search area. In the search area, for example, the window I at the position where the evaluation value of the similarity is the minimum value is set as the window I that matches the template T.
なお、各フレームを構成するデータ(深さ方向rに並ぶラインデータ)は、デシメンション(リサンプリング)前後のいずれでもよい。デシメンション前であればデータが多数であるためパターンマッチングの精度が高まり、デシメンション後であればデータが間引かれているためパターンマッチングの演算負荷を軽減できる。 Data constituting each frame (line data arranged in the depth direction r) may be before or after the decimation (resampling). Since there is a large amount of data before decimation, the accuracy of pattern matching is increased, and after decimation, data is thinned out, so that the calculation load of pattern matching can be reduced.
テンプレートTに適合するウィンドウIが探索されると、そのウィンドウIから得られる高密度化データにより、テンプレートT内のデータが高密度化される。図3に示す具体例においては、テンプレートTに適合するウィンドウIとして、フレームF4のウィンドウIが選択され、そのウィンドウI内から得られるデータSRが高密度化データとなり、テンプレートTのデータT3とデータT4の間に挿入される。つまり、フレームF3´のデータとして、高密度化データであるデータSRが挿入される。 When the window I matching the template T is searched, the data in the template T is densified by the densified data obtained from the window I. In the specific example shown in FIG. 3, the window I of the frame F4 is selected as the window I that matches the template T, and the data SR obtained from the window I becomes the densified data, and the data T3 and data of the template T Inserted between T4. That is, data SR that is high-density data is inserted as data of frame F3 ′.
テンプレートTに適合するウィンドウIは、探索領域内において、例えば数1式から数3式のいずれかの評価値が最小となるウィンドウIであり、テンプレートTに最も類似した画像部分である。テンプレートTはフレーム方向に対応し、ウィンドウIは深さ方向r(方位方向θでもよい)に対応しており、互いに対応する方向が異なるものの、テンプレートTとそれに適合するウィンドウIは最も類似した画像部分であり、超音波の音響的な振る舞いや組織の性状等が互いに酷似している可能性が極めて高い。 The window I that conforms to the template T is the window I in which the evaluation value of any one of the equations (1) to (3) is minimum in the search region, and is the image portion most similar to the template T. The template T corresponds to the frame direction, and the window I corresponds to the depth direction r (which may be the azimuth direction θ). Although the directions corresponding to each other are different, the template T and the window I matching it are the most similar images. It is very likely that the acoustic behavior of the ultrasonic waves and the tissue properties are very similar to each other.
そこで、図3に示す具体例のように、テンプレートTに適合するウィンドウIから得られるデータSRが高密度化データとされ、テンプレートTのフレーム方向に並ぶデータの隙間に挿入される。なお、ウィンドウI内における高密度化データの位置と、テンプレートT内における高密度化データの挿入位置は、互いに等しいことが望ましい。例えば図3に示す具体例のように、ウィンドウIの中心から得られた高密度化データがテンプレートTの中心に挿入されることが望ましい。なお、ウィンドウIの中心以外のデータの中から高密度化データが選択されてもよい。また、ウィンドウI内のデータに基づいた演算により高密度化データが算出されてもよい。 Therefore, as in the specific example shown in FIG. 3, the data SR obtained from the window I that matches the template T is used as the densified data, and is inserted into the gap between the data arranged in the frame direction of the template T. It is desirable that the position of the high density data in the window I and the insertion position of the high density data in the template T are equal to each other. For example, as in the specific example shown in FIG. 3, it is desirable that the densified data obtained from the center of the window I is inserted into the center of the template T. Note that the high-density data may be selected from data other than the center of the window I. Further, the densified data may be calculated by calculation based on the data in the window I.
図5は、高密度化データの算出例を示す図である。図5には、テンプレートT内の輝度パターン(画素値70,80,75,50)と、ウィンドウI内の輝度パターン(画素値100,110,105,80)の具体例が図示されている。 FIG. 5 is a diagram illustrating a calculation example of the densified data. FIG. 5 shows specific examples of the luminance pattern (pixel values 70, 80, 75, 50) in the template T and the luminance pattern (pixel values 100, 110, 105, 80) in the window I.
図5に示す具体例において数2式のSADを利用するとRSAD=120となる。これに対し、図5に示す具体例において、数3式のZSADを利用するとRZSAD=0となり、図5のテンプレートTに適合するウィンドウIとして、図5のウィンドウIが選出される可能性が高まる。つまり、数3式のZSADを利用することにより、例えばゲイン調整等がある場合においても、輝度パターンからゲイン調整等による全体的な(平均的な)変動成分を差し引いて類似度を評価することができ、パターンマッチングの精度が高められる。 In the specific example shown in FIG. 5, R SAD = 120 when the SAD of Formula 2 is used. On the other hand, in the specific example shown in FIG. 5, if ZSAD of Formula 3 is used, R ZSAD = 0, and there is a possibility that the window I in FIG. 5 is selected as the window I that matches the template T in FIG. Rise. That is, by using the ZSAD of Formula 3, even when there is gain adjustment, for example, the similarity can be evaluated by subtracting the overall (average) fluctuation component due to gain adjustment etc. from the luminance pattern. The pattern matching accuracy can be improved.
また、図5に示す具体例において、ウィンドウI内の画素D(画素値D)をテンプレートT内の画素間(フレーム間)に挿入して画素D´(画素値D)とする場合には、次式に基づいて画素値が決定される。 In the specific example shown in FIG. 5, when the pixel D (pixel value D) in the window I is inserted between the pixels in the template T (between frames) to be the pixel D ′ (pixel value D), A pixel value is determined based on the following equation.
図3に戻り、高密度化処理部20は、テンプレートT、つまりフレームF3´に対応したテンプレートTを、深さ方向rと方位方向θに移動させることにより、フレームF3´の全域に亘って複数位置にテンプレートTを配置し、各位置においてテンプレートTに適合するウィンドウIを探索する。これにより、複数位置においてテンプレートTに挿入する高密度化データを決定し、フレームF3´のデータを形成する。さらに、高密度化処理部20は、図3に示すフレームF1´,F2´,F4´,F5´,・・・についても、各フレームごとにそのフレームの全域に亘って複数位置にテンプレートTを配置し、各位置においてテンプレートTに適合するウィンドウIを探索することにより、複数位置においてテンプレートTに挿入する高密度化データを決定し、各フレームのデータを形成する。
Returning to FIG. 3, the
こうして、例えば、図3に示す具体例のように、超音波の送受により得られた当初の複数フレームF1〜F6(オリジナルフレーム)に、パターンマッチングに基づいて得られた複数フレームF1´〜F5´(挿入フレーム)が挿入され、複数フレームからなるフレームデータのフレーム密度が高められる。つまり、フレームデータがフレーム方向に高密度化される。 Thus, for example, as in the specific example shown in FIG. 3, a plurality of frames F1 ′ to F5 ′ obtained based on pattern matching are added to the initial plurality of frames F1 to F6 (original frames) obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves. (Inserted frame) is inserted, and the frame density of frame data composed of a plurality of frames is increased. That is, the frame data is densified in the frame direction.
図6は、フレーム方向における高密度化の具体例1を説明するための図である。図6に示す具体例1は、複数フレームのフレームデータから、高密度化されたボリュームデータを形成する例である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a specific example 1 of increasing the density in the frame direction. Specific example 1 shown in FIG. 6 is an example in which high-density volume data is formed from frame data of a plurality of frames.
図6において、フレームF1〜F6を含む複数フレームのオリジナルフレームは、超音波を送受して得られた高密度化処理前のフレームデータである。オリジナルフレームのフレームデータは、例えば1ボリュームごとに3Dメモリ等に記憶される。そして、オリジナルフレームのフレームデータから、図3を利用して説明した処理により、高密度化処理部20が、フレームF1´〜F5´の挿入フレームを形成する。
In FIG. 6, a plurality of original frames including frames F <b> 1 to F <b> 6 are frame data before densification processing obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves. The frame data of the original frame is stored in a 3D memory or the like for each volume, for example. Then, from the frame data of the original frame, the
さらに、高密度化処理部20は、オリジナルフレームと挿入フレームを合成して、高密度化されたボリュームデータを形成する。例えば、図6に示すように、フレームF1とフレームF2の間にフレームF1´が挿入され、フレームF2とフレームF3の間にフレームF2´が挿入され、フレームF3とフレームF4の間にフレームF3´が挿入され、フレームF4とフレームF5の間にフレームF4´が挿入され、フレームF5とフレームF6の間にフレームF5´が挿入されて、高密度化されたボリュームデータが形成される。
Further, the
図7は、フレーム方向における高密度化の具体例2を説明するための図である。図7に示す具体例2は、複数時相に対応した複数フレームのフレームデータから、二次元超音波画像の動画(例えばリアルタイムのBモード画像)を形成する例である。 FIG. 7 is a diagram for explaining a specific example 2 of high density in the frame direction. Specific example 2 shown in FIG. 7 is an example in which a moving image (for example, a real-time B-mode image) of a two-dimensional ultrasonic image is formed from frame data of a plurality of frames corresponding to a plurality of time phases.
図7において、フレームF1〜F6を含む複数フレームのオリジナルフレームは、超音波を送受して得られた高密度化処理前のフレームデータである。例えば、時相の古い方(過去)から、フレームF1,フレームF2,フレームF3,・・・の順に、各時相ごとに各フレームが生成される。次々に生成されたフレームは、一時的に、フレームバッファに記憶される。例えば、少なくとも探索領域(図3)として必要な複数のフレームが、フレームバッファに一時的に記憶される。 In FIG. 7, a plurality of original frames including frames F <b> 1 to F <b> 6 are frame data before densification processing obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves. For example, each frame is generated for each time phase in the order of frame F1, frame F2, frame F3,. The frames generated one after another are temporarily stored in the frame buffer. For example, a plurality of frames necessary as at least a search area (FIG. 3) are temporarily stored in the frame buffer.
そして、次々にフレームバッファに記憶されるオリジナルフレームのフレームデータから、図3を利用して説明した処理により、高密度化処理部20がフレームF1´〜F5´の挿入フレームを次々に形成する。
Then, from the frame data of the original frames stored in the frame buffer one after another, the
さらに、高密度化処理部20は、セレクタにより、オリジナルフレームの各フレームと挿入フレームの各フレームを時相順に交互に選択して、フレーム方向つまり時相方向に高密度化されたフレームデータを出力する。例えば、図7に示すようにフレームF1,フレームF1´,フレームF2,フレームF2´,フレームF3,フレームF3´,・・・の順に各フレームが出力される。これにより、オリジナルフレームのみの場合のフレームレートよりも、フレームレートが高められる。
Further, the
以上に説明したように、オリジナルフレームに挿入フレームを挿入することにより、フレームデータがフレーム方向に高密度化される。その際に、オリジナルフレームと挿入フレームは、画質等において大きく相違しないことが望ましい。そこで、図1の超音波診断装置は、オリジナルフレームに対する各種処理と同等な処理を挿入フレームに対して実行する。 As described above, by inserting the insertion frame into the original frame, the frame data is densified in the frame direction. At that time, it is desirable that the original frame and the inserted frame are not greatly different in image quality and the like. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1 performs processing equivalent to various processing on the original frame on the insertion frame.
図8は、オリジナルフレームに対する各種処理を説明するための図である。図8には、オリジナルフレームの各フレームを構成するラインデータに対する各種処理が図示されている。なお、図8に示す各種処理は、例えば、送受信部12または高密度化処理部20が実行する。
FIG. 8 is a diagram for explaining various processes for the original frame. FIG. 8 shows various processes for line data constituting each frame of the original frame. The various processes shown in FIG. 8 are executed by, for example, the transmission /
(A)は、送受信部12において得られるオリジナルのラインデータを示している。(A)に示すオリジナルのラインデータは、超音波ビーム(受信ビーム)1本分のデータであり、例えば数百から数千個程度のサンプリングデータで構成される。
(A) shows the original line data obtained in the transmission /
図1の超音波診断装置は、オリジナルのラインデータに対して、深さ方向rのフィルタ処理を施す。例えば、深さ方向rに並ぶいくつかのサンプリングデータを対象としたFIRフィルタ処理が施される。図8の(A)には、フィルタ処理の具体例として、n個(nは自然数)のサンプリングデータを対象としたnTap(タップ)FIRフィルタが図示されている。例えば、深さ方向rに沿ってnTapFIRフィルタのウィンドウ(n個分のデータ範囲)を1データずつシフトさせながら、次々にフィルタ処理後のデータを得ることにより、(B)に示すフィルタ後のラインデータが得られる。 The ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1 performs filtering in the depth direction r on the original line data. For example, FIR filter processing is performed on some sampling data arranged in the depth direction r. FIG. 8A shows an nTap (tap) FIR filter for n sampling data (n is a natural number) as a specific example of the filter processing. For example, the filtered line shown in (B) is obtained by sequentially obtaining the data after filtering while shifting the window (n data range) of the nTapFIR filter one by one along the depth direction r. Data is obtained.
図1の超音波診断装置は、図8の(B)に示すフィルタ後のラインデータをリサンプリング処理して、(C)に示すリサンプリング後のラインデータを得る。例えば、深さ方向rに並ぶフィルタ後のラインデータから、数データ間隔でサンプリングデータが抽出されて、リサンプリング後のラインデータが得られる。 The ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1 performs re-sampling processing on the filtered line data shown in FIG. 8B to obtain the re-sampled line data shown in FIG. For example, sampling data is extracted at several data intervals from filtered line data arranged in the depth direction r, and line data after resampling is obtained.
なお、nTapFIRフィルタを数データずつシフトさせてフィルタ処理後のデータを得ることにより、(A)に示すオリジナルのラインデータから、直接的に、(C)に示すリサンプリング後のラインデータを得るようにしてもよい。 It should be noted that by shifting the nTapFIR filter several data at a time and obtaining the filtered data, the resampled line data shown in (C) is obtained directly from the original line data shown in (A). It may be.
図1の超音波診断装置は、図8の(C)に示すリサンプリング後のラインデータ、つまり(C´)に示すラインデータにより構成される複数フレームのフレームデータをオリジナルフレームとする。そして、そのオリジナルフレームから、図3を利用して説明したパターンマッチング処理により、挿入フレームを形成する。図1の超音波診断装置は、形成された挿入フレームに対して、以下に説明する深さ方向rのフィルタ処理を施す。 The ultrasound diagnostic apparatus in FIG. 1 uses, as an original frame, frame data of a plurality of frames constituted by the line data after resampling shown in (C) of FIG. 8, that is, the line data shown in (C ′). Then, an insertion frame is formed from the original frame by the pattern matching process described with reference to FIG. The ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1 performs a filtering process in the depth direction r described below on the formed insertion frame.
図9は、挿入フレームに対する深さ方向のフィルタ処理を説明するための図である。図9には、1つの(1枚の)挿入フレームが示されている。つまり、超音波ビームの深さ方向rと超音波ビームの方位方向θが示されており、深さ方向rに沿って並ぶ複数の白丸印(塗り潰されていない丸印)が、パターンマッチング処理(図3)により得られたデータ(高密度化データ)である。 FIG. 9 is a diagram for explaining the filtering process in the depth direction for the insertion frame. FIG. 9 shows one (one) insertion frame. That is, the depth direction r of the ultrasonic beam and the azimuth direction θ of the ultrasonic beam are shown, and a plurality of white circles (unfilled circles) arranged along the depth direction r are subjected to pattern matching processing ( This is the data (densified data) obtained by FIG.
図1の超音波診断装置は、図9の挿入フレームを構成する高密度化データ(白丸)に対して、図8のオリジナルラインデータに対する深さ方向rのフィルタ処理と同程度のフィルタ処理を施す。同程度とは、例えば、実空間内におけるフィルタの長さ(データ数)が互いに同じ又は実質的に同じであり、各データに対する重みづけ(フィルタ係数)が互いに同じ又は実質的に同じである場合などである。 The ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1 performs a filtering process similar to the filtering process in the depth direction r on the original line data in FIG. 8 on the densified data (white circles) constituting the insertion frame in FIG. . The same level means, for example, that the lengths of filters (number of data) in real space are the same or substantially the same, and the weights (filter coefficients) for each data are the same or substantially the same. Etc.
具体的には、オリジナルラインデータに対して図8(A)に示すnTapFIRフィルタが利用された場合に、挿入フレームの高密度化データに対して、図9に示すように、3個のデータを対象とした3Tap(タップ)FIRフィルタが施される。図8(A)に示すnTapFIRフィルタは、フィルタの長さがnデータであり、実空間内における長さが、図8(C)における3個のデータ(例えばR1〜R3)に相当する。そこで、図9に示す挿入フレームの高密度化データに対して、オリジナルラインデータの3個に相当する長さの3TapFIRフィルタが適用される。 Specifically, when the nTapFIR filter shown in FIG. 8A is used for the original line data, three pieces of data are added to the densified data of the inserted frame as shown in FIG. The target 3Tap (tap) FIR filter is applied. In the nTapFIR filter shown in FIG. 8A, the length of the filter is n data, and the length in the real space corresponds to the three pieces of data (for example, R1 to R3) in FIG. 8C. Therefore, a 3TapFIR filter having a length corresponding to three pieces of original line data is applied to the densified data of the inserted frame shown in FIG.
また、例えば、nTapFIRフィルタ(図8)の先頭データの係数と中心データの係数と最終データの係数を、必要に応じて規格化処理して、3TapFIRフィルタ(図9)の先頭データの係数と中心データの係数と最終データの係数とする。 Further, for example, the coefficient of the top data of the nTapFIR filter (FIG. 8), the coefficient of the center data, and the coefficient of the final data are normalized as necessary, and the coefficient and center of the top data of the 3TapFIR filter (FIG. 9) are processed. Data coefficient and final data coefficient.
なお、上述したフィルタの長さや重みづけは1つの具体例であり、フィルタの長さや重みづけは上記具体例に限定されない。また、ユーザがフィルタの長さや重みづけを調整できる構成としてもよい。 The filter lengths and weights described above are one specific example, and the filter lengths and weights are not limited to the above specific examples. Moreover, it is good also as a structure which a user can adjust the length and weight of a filter.
次に、高密度化処理部20の変形例について説明する。高密度化処理部20は、フィルタ処理後のデータに基づいてパターンマッチングを行ってもよい。
Next, a modification of the
図10は、高密度化処理部20における処理の変形例を説明するための図である。図10に示す変形例において、高密度化処理部20は、図1の送受信部12から得られるラインデータに対して、ノイズ除去または平滑化のためのフィルタ処理を施す(S21)。これにより、パターンマッチングにおいて悪影響を与えるノイズが除去される。
FIG. 10 is a diagram for explaining a modification of the processing in the
続いて、高密度化処理部20は、ノイズが除去されたラインデータで構成されるオリジナルフレームのフレームデータ内において、テンプレートTとウィンドウIを設定してパターンマッチング処理を行う(S22,図3参照)。これにより、挿入フレームを構成するデータが選出される。
Subsequently, the
そして、高密度化処理部20は、送受信部12から得られるラインデータで構成されるオリジナルフレームのフレームデータ内に、S22で選出されたデータの位置に該当する送受信部12からのラインデータを高密度化データとして挿入して、フレームデータを高密度化する(S23,図5参照)。高密度化されたフレームデータは、図1のデジタルスキャンコンバータ(DSC)30に出力される。
Then, the
図10に示す変形例では、S21においてフィルタ処理を施されたラインデータに基づいて、S22においてパターンマッチングにより挿入フレームを構成するデータが選出されるため、ノイズに伴うパターンマッチングの精度の低下を抑制できる。また、S23においては、送受信部12から得られるラインデータ、つまりS21のフィルタ処理前の当初のラインデータに基づいて、フレームデータが高密度化されるため、当初のラインデータを尊重した高密度化が実現できる。
In the modification shown in FIG. 10, since the data constituting the insertion frame is selected by pattern matching in S22 based on the line data that has been subjected to the filter processing in S21, the deterioration of pattern matching accuracy due to noise is suppressed. it can. In S23, since the frame data is densified based on the line data obtained from the transmission /
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above is only a mere illustration in all the points, and does not limit the scope of the present invention. The present invention includes various modifications without departing from the essence thereof.
10 プローブ、12 送受信部、20 高密度化処理部、30 デジタルスキャンコンバータ(DSC)、40 画像形成部、42 表示部、50 制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
プローブを制御して超音波ビームを走査する送受信部と、
超音波ビームを走査することにより得られる複数フレームのフレームデータを高密度化する高密度化処理部と、
高密度化されたフレームデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
を有し、
前記高密度化処理部は、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータをフレーム方向に高密度化する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 A probe for transmitting and receiving ultrasound,
A transceiver for controlling the probe and scanning the ultrasonic beam;
A densification processing unit for densifying frame data of a plurality of frames obtained by scanning an ultrasonic beam;
An image forming unit that forms an ultrasonic image based on the densified frame data;
Have
The densification processing unit obtains data corresponding to the frames based on the data in each frame, thereby densifying the frame data of a plurality of frames in the frame direction.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記高密度化処理部は、複数フレームのフレームデータ内において、フレーム方向に対応したテンプレートを配置し、各フレーム内でウィンドウを移動させてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づいて当該テンプレート内のフレーム間に対応したデータを得る、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The densification processing unit arranges a template corresponding to the frame direction in frame data of a plurality of frames, and moves the window in each frame to search for a window that matches the template, thereby matching the template. Based on the data in the window, data corresponding to the frames in the template is obtained.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記高密度化処理部は、テンプレート内のデータとウィンドウ内のデータに基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2,
The densification processing unit searches for a window that matches the template by pattern matching based on the data in the template and the data in the window.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記高密度化処理部は、テンプレート内のデータと当該テンプレート内のデータ間隔でウィンドウ内から選択されるデータとに基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3.
The densification processing unit searches for a window that matches the template by pattern matching based on data in the template and data selected from within the window at a data interval in the template.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記高密度化処理部は、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づく高密度化データを、当該テンプレート内においてフレーム方向に並ぶ複数データのデータ間に挿入する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 2 to 4,
The densification processing unit inserts densified data based on data in a window that conforms to the template between a plurality of data arranged in the frame direction in the template.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記高密度化処理部は、超音波ビームの深さ方向に対応したウィンドウを設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 2 to 5,
The densification processing unit sets a window corresponding to the depth direction of the ultrasonic beam.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記高密度化処理部は、実空間におけるサイズが互いに等しくなるようにテンプレートとウィンドウを設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 2 to 6,
The densification processing unit sets a template and a window so that sizes in real space are equal to each other.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記高密度化処理部は、超音波ビームを走査することにより得られるオリジナルフレームのフレームデータ内において、互いに異なる複数位置にテンプレートを配置し、各位置においてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートを配置した複数位置においてフレーム間に対応したデータを得る、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 2 to 7,
The densification processing unit arranges templates at a plurality of positions different from each other in the frame data of the original frame obtained by scanning the ultrasonic beam, and searches for a window that matches the template at each position. Get data corresponding to the frame at multiple locations where the template is placed.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記高密度化処理部は、テンプレートを配置した複数位置において得られるフレーム間に対応したデータに基づいて挿入フレームを形成し、オリジナルフレームのフレーム間に挿入フレームを挿入することにより、フレームデータのフレーム密度を高める、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 8,
The densification processing unit forms an insertion frame based on data corresponding to frames obtained at a plurality of positions where templates are arranged, and inserts the insertion frame between frames of the original frame, thereby Increase density,
An ultrasonic diagnostic apparatus.
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