JP2016016282A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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改良技術を提供する。【解決手段】補間処理部２６は、超音波の受信信号に基づいて得られる複数フレームのフレームデータをフレーム方向に補間処理する。精細化処理部２８は、複数フレームと交わる各処理面において補間処理後のフレームデータを精細化処理する。補間処理部２６によるフレーム方向の補間処理と、精細化処理部２８による複数の処理面における精細化処理により、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。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、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技術に関する。

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。

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（特許文献１，２参照）。

また、超音波画像に限らず一般的な画像において、画像を精細化して画質を向上させる技術として、例えばＩＢＰ（Iterative Back Projection）等の技術が提案されている（非特許文献１参照）。

特開２０１２−１０５７５０号公報 特開２０１２−１０５７５１号公報

MICHAL IRANI and SHMUEL PELEG,「Improving Resolution by Image Registration」,GRAPHICAL MODELS AND IMAGE PROCESSING,Vol.53,No.3,May,pp.231-239,1991

上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、超音波画像の画質を向上させる技術について研究開発を重ねてきた。特に、複数フレームのフレームデータをフレーム方向に高密度化する技術に注目した。

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、複数フレームのフレームデータをフレーム方向に高密度化する改良技術を提供することにある。

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、プローブを送信制御して超音波の受信信号を得る送受信部と、超音波の受信信号に基づいて得られる複数フレームのフレームデータをフレーム方向に補間処理する補間処理部と、複数フレームと交わる各処理面において補間処理後のフレームデータを精細化処理する精細化処理部と、を有し、フレーム方向の補間処理と複数の処理面における精細化処理により、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。

上記装置において、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。複数フレームのフレームデータは、例えば、各フレームの位置を移動させながら得られる立体的なデータ（ボリュームデータ）を構成してもよいし、所望の断面における複数時相（複数フレーム）の動画データを構成してもよい。

送受信部は、例えば、超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）を走査して超音波の受信信号を得る。なお、送受信部は、例えば、送信開口合成等の技術を利用して超音波の受信信号を得てもよい。補間処理部は、例えば互いに隣接するフレーム間に補間データを挿入することにより、フレームデータをフレーム方向に補間処理する。例えば、線形補間等により補間データを得ることができるものの、他の公知の技術により補間処理が実現されてもよい。

精細化処理が行われる各処理面は、例えば、フレーム方向に配列された複数フレームに対して実質的に直交する面であることが望ましいものの、複数フレームに対して斜めに交わる面であってもよい。また、各処理面は、平面であることが望ましいものの、変形例として曲面等が利用されてもよい。なお、各処理面には、超音波の受信信号に基づいて得られた当初のフレームデータと補間処理により得られた補間データが混在することが望ましい。そして、精細化処理部は、各処理面において、例えば当初のフレームデータと補間処理により得られた補間データにより構成される補間処理後のフレームデータを精細化処理する。精細化処理においては、例えば、ＩＢＰ（Iterative Back Projection）等を利用することが望ましいものの、他の公知の技術が利用されてもよい。

上記装置によれば、フレーム方向の補間処理と複数の処理面における精細化処理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ができる。

望ましい具体例において、前記精細化処理部は、複数フレームのフレーム方向に広がる面を前記各処理面とする、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記精細化処理部は、複数フレームのフレーム方向と各フレームの深さ方向に広がる面を前記各処理面とする、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記精細化処理部は、前記各処理面における精細化処理において、補間処理後のフレームデータに対応した対象画像を高精細化することにより高精細画像を得る、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記精細化処理部は、高精細画像を劣化させた劣化画像と対象画像との比較に基づいて高精細画像を更新することにより対象画像を高精細化する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記補間処理部は、フレーム方向の補間処理において、フレーム間に補間データを挿入することによりフレームデータのフレーム数を増加させる、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、前記補間処理に先だって、フレームデータ内において構造物の繋がりを検出して構造物の繋がりを強化する前処理を実行することを特徴とする。

望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、前記補間処理後のフレームデータ内において構造物の繋がりを検出して構造物の繋がりを強化する前処理を実行してから当該フレームデータを精細化処理する、ことを特徴とする。

また、上記目的にかなう好適な超音波画像処理装置は、超音波を送受して得られた複数フレームのフレームデータをフレーム方向に補間処理する補間処理部と、複数フレームと交わる各処理面において補間処理後のフレームデータを精細化処理する精細化処理部と、を有し、フレーム方向の補間処理と複数の処理面における精細化処理により、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。

上記超音波画像処理装置は、例えば、コンピュータにより実現することができる。つまり、超音波を送受して得られた複数フレームのフレームデータをフレーム方向に補間処理する補間処理機能と、複数フレームと交わる各処理面において補間処理後のフレームデータを精細化処理する精細化処理機能と、フレーム方向の補間処理と複数の処理面における精細化処理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機能をコンピュータに実現させるプログラムにより、コンピュータを上記超音波画像処理装置として機能させることができる。なお、そのプログラムは、例えば、ディスクやメモリなどのコンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶され、その記憶媒体を介してコンピュータに提供されてもよいし、インターネットなどの電気通信回線を介してコンピュータに提供されてもよい。

本発明により、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改良技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、フレーム方向の補間処理と複数の処理面における精細化処理により、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ができる。

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図である。 高密度化ブロックにおける処理の具体例１を説明するための図である。 前処理部における前処理の具体例を説明するための図である。 補間処理部における補間処理の具体例を説明するための図である。 精細化処理部における精細化処理の具体例を説明するための図である。 精細化処理の具体例であるＩＢＰ処理を説明するための図である。 シグモイド曲線の具体例を示す図である。 高密度化ブロックにおける処理の具体例２を説明するための図である。 高密度化ブロックにおける処理の具体例３を説明するための図である。 補間処理部における補間処理の具体例を説明するための図である。 前処理部における前処理の具体例を説明するための図である。 精細化処理部における精細化処理の具体例を説明するための図である。

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。

送受信部１２は、送信ビームフォーマおよび受信ビームフォーマとしての機能を備えている。つまり、送受信部１２は、プローブ１０が備える複数の振動素子の各々に対して送信信号を出力することにより送信ビームを形成し、さらに、複数の振動素子から得られる複数の受波信号に対して整相加算処理などを施して受信ビームを形成する。これにより、超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）が走査面内において走査され、各受信ビームごとに超音波の受信信号が形成される。超音波の受信信号（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対応したラインデータが得られる。

送受信部１２は、例えば、走査面の位置を移動させながら立体的な走査を行う。これにより、各走査面ごとに複数のラインデータからなるフレームデータが得られる。つまり、複数の走査面に対応した複数フレームのフレームデータが得られる。また、送受信部１２は、例えば、所望の断面（固定的な断面であることが望ましい）において二次元的な走査を繰り返してもよい。これにより、各時相ごとに複数のラインデータからなるフレームデータが得られる。つまり、複数の時相に対応した複数フレームのフレームデータが得られる。複数フレームのフレームデータは、高密度化ブロック２０に送られる。

高密度化ブロック２０は、フレームバッファ２２と前処理部２４と補間処理部２６と精細化処理部２８で構成され、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。高密度化ブロック２０における処理の具体例については後に詳述する。

デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３０は、高密度化ブロック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に対して、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。

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、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。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。

なお、図１において、高密度化ブロック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、高密度化ブロック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、高密度化ブロック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。

制御部５０は、図１に示す超音波診断装置内を全体的に制御する。図１の超音波診断装置は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、タッチパネル、その他のスイッチ類等の操作デバイスを備えていることが望ましい。そして、制御部５０による全体的な制御には、操作デバイス等を介してユーザから受け付けた指示も反映される。

図１に示す構成（符号を付された各部）のうち、送受信部１２，前処理部２４，補間処理部２６，精細化処理部２８，デジタルスキャンコンバータ３０，画像形成部４０の各部は、例えば電気電子回路やプロセッサ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。また、上記各部に対応した機能が、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されてもよい。

フレームバッファ２２は、例えば、半導体メモリやハードディスク等の記憶デバイスで実現することができ、表示部４２の好適な具体例は、液晶ディスプレイ等である。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。

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（符号を付した各部）については、以下の説明において図１の符号を利用する。

図２は、高密度化ブロック２０における処理の具体例１を説明するための図である。図２には、高密度化ブロック２０を構成するフレームバッファ２２と前処理部２４と補間処理部２６と精細化処理部２８が示されている。また、図２には、高密度化ブロック２０内の各処理段階におけるフレームデータの具体例が図示されている。

図２におけるフレームデータは、診断領域内において超音波を立体的に送受して得られる三次元データ（ボリュームデータ）である。つまり、送受信部１２が走査面の位置を移動させながら立体的な走査を行い、これにより、１つのボリュームを構成する複数フレームのフレームデータが入力フレームデータＦｎとして、フレームバッファ２２に記憶される。

図２において、複数フレームのフレームデータは、サンプル方向とライン方向とフレーム方向によって表現される座標系において処理される。サンプル方向は、超音波が送受される深さ方向に対応しており、１ライン分のラインデータの配列方向である。ライン方向は、複数ラインの配列方向であり、フレーム方向は、複数フレームの配列方向である。

例えば、サンプル方向に沿うように超音波ビームが形成され、その超音波ビームがライン方向に移動するように電子的に走査されることにより、１フレームを構成する複数のラインデータ、つまり１フレーム分のフレームデータが得られる。さらに、例えば、電子的または機械的な走査によりフレーム方向にフレームを移動させつつフレームデータが収集され、１つのボリュームを構成する複数フレームのフレームデータが得られる。

図２において、フレームバッファ２２に記憶される１ボリューム分の入力フレームデータＦｎは、フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＮのＮ枚（Ｎは自然数）のフレームで構成されている。

前処理部２４は、補間処理部２６における補間処理と精細化処理部２８における精細化処理に先だって、補間処理や精細化処理を好適に行うための前処理を行う。前処理は、フレーム方向に配列された複数フレームと交わる各処理面ＰＳにおいて行われる。図２において、各処理面ＰＳは、サンプル方向とフレーム方向に広がる平面であり、ライン方向に例えば等間隔に複数の処理面ＰＳが配列される。前処理部２４は、各処理面ＰＳごとに、フレームデータに基づいて得られる画像内において構造物の繋がりを検出し、構造物の繋がりを強化する前処理を実行する。

図３は、前処理部２４における前処理の具体例を説明するための図である。図３には、各処理面ＰＳ内のフレームデータに対する前処理の具体例（例えば「ｐｒｅＡＩＰ処理」と称する）が示されている。

図３において、前処理前の各処理面ＰＳは、入力フレームデータＦｎ（フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＮ）の各フレームに属するフレームデータで構成される。各処理面ＰＳ内におけるフレームデータは、例えば、当該処理面ＰＳの位置に対応した１ライン分のラインデータである。

図３には、１枚の処理面ＰＳのみを代表的に図示しているが、処理面ＰＳは、ライン方向に複数枚に亘って配列される（図２参照）。例えば、ライン方向に並ぶ複数ライン（複数の超音波ビームライン）の各々に対応するように複数の処理面ＰＳが配列され、各処理面ＰＳごとに前処理が実行される。

前処理部２４は、各処理面ＰＳ内において、入力フレームデータＦｎに対して前処理を実行する。例えば、図３に示すように、対象データ（処理対象となるフレームデータ）を中心として、方向１〜方向４の４方向において、各方向ごとに５個のフレームデータに関する分散値（輝度の分散値）が算出される。そして、分散値が最小となる方向が特定され、特定された方向における５個のフレームデータの平均値（輝度の平均値）が対象データの処理後のデータとされる。なお、方向の総数は４方向以外（例えば２方向，８方向など）も可能であり、各方向のデータ総数も５個以外（例えば３個，７個，９個など）とされてもよい。また、平均値に代えて重みづけ加算処理等により得られた値が利用されてもよい。

前処理部２４は、複数の処理面ＰＳについて、各処理面ＰＳごとに、前処理前の複数のフレームデータ（望ましくは全てのフレームデータ）の各々を対象データとして前処理を実行し、前処理後のフレームデータＦｎ´を得る。これにより、例えば図３に示すように、各処理面ＰＳ内における前処理後のフレームデータＦｎ´（フレームＦ１´，Ｆ２´，・・・，ＦＮ´）が得られる。

一般に、組織等の構造物の表面では、表面の接線方向における輝度の分散が最少となる傾向にある。そのため、前処理により、輝度の分散が最小となる方向を特定して、その方向における平均値を得ることにより、ノイズ等を抑制しつつ構造物の繋がりを維持または強調した画像を得ることが可能になる。なお、前処理の前に、入力フレームデータＦｎに対して平滑化フィルタ処理等を施し、前処理に悪影響を及ぼすノイズ等を予め除去しておくことが望ましい。

図２に戻り、補間処理部２６は、前処理部２４において前処理を施された複数フレームのフレームデータをフレーム方向に補間処理する。補間処理部２６は、前処理後のフレームデータＦｎ´（フレームＦ１´，Ｆ２´，・・・，ＦＮ´）に対して、補間処理により得られる補間データをフレーム間に挿入することによりフレーム数を増加させ、補間処理後のフレームデータＦｍを得る。補間処理後のフレームデータＦｍは、フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＭのＭ枚（ＭはＮより大きい自然数）のフレームで構成されている。

図４は、補間処理部２６における補間処理の具体例を説明するための図である。図４には、フレームデータに対する補間処理が、各処理面ＰＳ（図２，図３参照）に対応した断面内において図示されている。

図４において、補間処理前のフレームデータＦｎ´（フレームＦ１´，Ｆ２´，・・・，ＦＮ´）は、前処理後のフレームデータＦｎ´（図３）である。補間処理部２６は、補間処理前のフレームデータＦｎ´に対して、例えば線形補間処理により得られる補間データをフレーム間に挿入することにより、補間処理後のフレームデータＦｍ（フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＭ）を得る。例えば、補間処理前におけるフレームＦ１´のフレームデータとフレームＦ２´のフレームデータの間に、補間データとして、それら２つのフレームデータの中間値（輝度の中間値）が挿入される。

補間処理部２６は、補間処理前の全てのフレームＦ１´，Ｆ２´，・・・，ＦＮ´について、２つのフレームのフレームデータ間に補間データを挿入し、補間処理後のフレームデータＦｍ（フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＭ）を得る。

なお、補間データは、２つのフレームデータの中間値に限定されない。例えば、補間データが挿入される位置の近傍における２つ以上のフレームデータを参照して、補間データのデータ値が決定されてもよい。また、補間データは、その近傍のフレームデータを参照して得られることが望ましいものの、近傍のフレームデータを参照せずに例えば一定値（例えば一定輝度）の補間データがフレーム間に挿入されてもよい。さらに、フレーム間に２枚以上のフレームデータ（補間データ）が挿入されてもよい。

図２に戻り、精細化処理部２８は、補間処理部２６において補間処理された複数フレームのフレームデータを精細化処理する。精細化処理は、フレーム方向に配列された複数フレームと交わる各処理面ＰＳにおいて行われる。図２において、各処理面ＰＳは、サンプル方向とフレーム方向に広がる平面であり、ライン方向に例えば等間隔に複数の処理面ＰＳが配列される。精細化処理部２８は、各処理面ＰＳにおいて補間処理後のフレームデータを精細化処理する。

図５は、精細化処理部２８における精細化処理の具体例を説明するための図である。図５には、各処理面ＰＳ内のフレームデータに対する精細化処理の具体例が示されている。

図５において、精細化処理前のフレームデータＦｍ（フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＭ）は、補間処理後のフレームデータＦｍ（図４）である。精細化処理部２８は、各処理面ＰＳ内において、精細化処理前のフレームデータＦｍを、例えばＩＢＰ処理により高精細化することにより、精細化処理後のフレームデータＦｍ´（フレームＦ１´，Ｆ２´，・・・，ＦＭ´）を得る。精細化処理部２８は、複数の処理面ＰＳにおいて、望ましくは全ての処理面ＰＳにおいて、各処理面ＰＳごとに例えばＩＢＰ処理によりフレームデータを高精細化する。

図６は、精細化処理の具体例であるＩＢＰ処理を説明するための図である。精細化処理部２８は、複数の処理面ＰＳ（図２，図５参照）において、望ましくは全ての処理面ＰＳにおいて、各処理面ＰＳごとにＩＢＰ（Iterative Back Projection）処理を行ってフレームデータを高精細化する。

まず、Ｓ１（ステップ１）において、各処理面ＰＳにおける補間処理後のフレームデータＦｍが対象画像とされる。また、Ｓ２（ステップ２）において、対象画像が仮の高精細画像とされる。

次に、Ｓ３（ステップ３）において、高精細画像から推定劣化画像が形成される。例えば、高精細画像に対して、BlurKernel等の劣化処理用カーネルを作用させて、推定劣化画像が形成される。BlurKernelは、例えば１次元又は２次元のガウシアン(Gaussin)関数で構成され、高精細画像を構成する複数のフレームデータ、望ましくは全てのフレームデータに対して、ガウシアン関数を作用させることにより、高精細画像よりも劣化した（ボケた）推定劣化画像が形成される。

そして、Ｓ４（ステップ４）において、対象画像と推定劣化画像が比較され、対象画像と推定劣化画像の差分（差分画像）が導出される。さらに、導出された差分（差分画像）に対して、Ｓ５（ステップ５）において、ＢＰＫ（Back Projection Kernel）を作用させ、必要に応じて係数αを乗算することにより、更新成分が生成され、高精細画像と更新成分が合成（例えば加算）されて高精細画像が更新される。

Ｓ３からＳ５の処理は、終了条件が満たされるまで繰り返される。終了条件としては、例えば、対象画像と推定劣化画像との差分（誤差）が十分に小さいと判断された場合、定められた回数（例えば５回）の繰り返しが終了した場合、などが好適である。

こうして、Ｓ６（ステップ６）において、各処理面ＰＳごとに終了条件を満たして高精細画像の更新が終了すると、終了時点における更新結果が各処理面ＰＳの高精細画像とされる。

図６を利用して説明したＩＢＰ処理では、画像内における構造物のエッジが強調されるとともに、画像内におけるばらつきも強調されてしまう。そのため、画像内におけるばらつきを抑えつつ、構造物のエッジを強調するために、Ｓ５において、差分画像に対してＢＰＫ（Back Projection Kernel）を作用させている。ＢＰＫとしては、例えば、ガウシアンフィルタ、バイラテラルフィルタ、シグモイド関数等が好適である。

ガウシアンフィルタは、例えば数１式のガウス関数に従った重み付け平滑化フィルタである。フィルタの中央に近いほど大きな重みが付けられ、単純な平均化フィルタに比べ、より滑らかで自然な平滑化効果が期待できる。対象画像と推定劣化画像との差分画像に対してガウシアンフィルタを施すことにより、ばらつきに関する加算量が抑えられ、ばらつきの強調が抑制される。

なお、数１式におけるσは分散であり、ガウス関数の幅に相当する。σの値が大きいほど平滑化効果は大きくなるが平滑化に伴うボケも顕著になるため、σの値は適宜に設定されることが望ましい。

バイラテラルフィルタは、例えば数２式の関数に従った重み付けフィルタである。バイラテラルフィルタは、エッジを鈍らせずにノイズを平滑化するために、注目画素からの距離に応じた重み付けに加えて、注目画素の画素値とその周辺画素の画素値の差に応じて、ガウス分布に従った重み付けによる平均化を行う。ガウシアンフィルタは画像に依存しないフィルタであるのに対し、バイラテラルフィルタは、画像の画素値（輝度値）分布に適応したフィルタである。対象画像と推定劣化画像との差分画像に対してバイラテラルフィルタを施すことにより、構造物のエッジ強調成分等を維持しつつ、ばらつきに関する加算量を選択的に抑えることが可能になる。

なお、数２式におけるσ₁とσ₂は、それぞれ、空間方向と画素値方向の重みを表し、Ｋは正規化ファクタである。バイラテラルフィルタは、画素値の勾配も考慮しており、周辺画素の画素値と注目画素の画素値との差が大きい場合に、フィルタの重み係数が０（ゼロ）に近づく。そのため、注目画素に近い画素値を持つ周辺画素のみを利用して平滑化処理が行われ、エッジのボケをできる限り抑えることが可能になる。

シグモイド関数は、例えば数３式により表現される。また、数４式には、シグモイド関数を応用した関数が示されている。対象画像と推定劣化画像との差分画像に対して、数３式または数４式の関数を作用させて、更新画像（高精細画像）への加算量を制御するようにしてもよい。例えば、加算量が大きい場合に加算量が抑制され、加算量が小さい場合に加算量が増加される。

図７は、シグモイド曲線の具体例を示す図であり、図７には、数４式の関数に対応した曲線が図示されている。数４式におけるａはゲインと呼ばれ、ａ（ゲイン）の大きさに応じて、図７における曲線のゼロクロス付近における勾配を制御することができる。また、数４式において、Ｋの大きさに応じてＳ（ｕ）の最大値と最小値が制御される。

なお、シグモイド関数を利用せずに、閾値により更新画像（高精細画像）への加算量を制御するようにしてもよい。例えば、加算量が閾値未満の場合には加算を行い、加算量が閾値以上の場合には加算を行わないようにしてもよい。

図２に戻り、精細化処理部２８は、複数の処理面ＰＳにおいて、望ましくは全ての処理面ＰＳにおいて、各処理面ＰＳごとにＩＢＰ処理（図６参照）により高精細画像を得る。そして、各処理面ＰＳにおいて高精細画像を構成するフレームデータＦｍ´（図５）が複数の処理面ＰＳに亘って集められ、精細化処理後のフレームデータＦｍ´とされる。

精細化処理後のフレームデータＦｍ´は、入力フレームデータＦｎよりも、フレーム数が多く、フレーム方向に高密度化されている。また精細化処理後のフレームデータＦｍ´は、補間処理後のフレームデータＦｍよりも、精細化処理により高精細化されている。つまり、図２の具体例１により、フレーム方向において高密度且つ高精細なフレームデータを得ることが可能になり、画像形成部４０において、高密度且つ高精細な三次元超音波画像、例えばボリュームレンダリング画像等を形成することが可能になる。

図８は、高密度化ブロック２０における処理の具体例２を説明するための図である。図８の具体例２は、断層画像（例えばＢモード画像）の動画に対して好適である。例えば、送受信部１２が、所望の断面において二次元的な走査を繰り返すことにより、図８のフレームデータ、つまり、複数の時相に対応した複数フレームのフレームデータが得られる。送受信部１２は、複数の時相に亘って各時相ごとに各フレームデータを次々に出力する。

図８においても、図２の場合と同様に、複数フレームのフレームデータは、サンプル方向とライン方向とフレーム方向によって表現される座標系において処理される。サンプル方向は、超音波が送受される深さ方向に対応しており、１ライン分のラインデータの配列方向である。ライン方向は、複数ラインの配列方向であり、フレーム方向は、複数フレームの配列方向である。なお、図８において、フレーム方向は、時相の方向つまり時間軸に対応している。

図８において、フレームバッファ２２には、例えば連続する５フレーム分のフレームデータが入力フレームデータＦｎとして記憶される。なお、４フレーム以下または６フレーム以上の複数フレームがフレームバッファ２２に記憶されてもよい。

前処理部２４は、フレームバッファ２２から得られる入力フレームデータＦｎに対し、前処理（図３参照）を行う。これにより、各処理面ＰＳ内における前処理後のフレームデータＦｎ´が得られる。

補間処理部２６は、前処理後のフレームデータＦｎ´に対して、補間処理（図４参照）を行う。これにより、補間処理後のフレームデータＦｍが得られる。

精細化処理部２８は、補間処理後のフレームデータＦｍに対して、精細化処理（図５，図６参照）を行う。これにより、精細化処理後のフレームデータＦｍ´が得られる。

フレームバッファ２２には、連続する５フレーム分のフレームデータが次々に入力フレームデータＦｎとして記憶され、フレームバッファ２２に次々に記憶される入力フレームデータＦｎが、前処理部２４と補間処理部２６と精細化処理部２８において処理される。

精細化処理後のフレームデータＦｍ´は、入力フレームデータＦｎよりも、フレーム数が多く、フレーム方向につまり時間軸方向に高密度化されている。また、精細化処理後のフレームデータＦｍ´は、補間処理後のフレームデータＦｍよりも、精細化処理により高精細化されている。つまり、図８の具体例２により、フレーム方向において高密度且つ高精細なフレームデータを得ることが可能になり、画像形成部４０において、例えば高フレームレートで高精細なＢモード画像を形成することが可能になる。

図９は、高密度化ブロック２０における処理の具体例３を説明するための図である。図９には、高密度化ブロック２０を構成するフレームバッファ２２と補間処理部２６と前処理部２４と精細化処理部２８が示されている。図２，図８の具体例１，２と異なり、図９の具体例３においては、補間処理部２６が補間処理を行った後に前処理部２４が前処理を行う。

また、図９には、高密度化ブロック２０内の各処理段階におけるフレームデータの具体例が図示されている。図９におけるフレームデータは、診断領域内において超音波を立体的に送受して得られる三次元データ（ボリュームデータ）を構成する複数フレームのフレームデータ（図２参照）であってもよいし、所望の断面において二次元的な走査を繰り返すことにより得られる複数の時相に対応した複数フレームのフレームデータ（図８参照）であってもよい。

図９において、フレームバッファ２２に記憶される入力フレームデータＦｎは、フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＮのＮ枚（Ｎは自然数）のフレームで構成されている。補間処理部２６は、フレームバッファ２２から得られる入力フレームデータＦｎをフレーム方向に補間処理する。補間処理部２６は、入力フレームデータＦｎ（フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＮ）に対して、補間処理により得られる補間データをフレーム間に挿入することによりフレーム数を増加させ、補間処理後のフレームデータＦｍを得る。補間処理後のフレームデータＦｍは、フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＭのＭ枚（ＭはＮより大きい自然数）のフレームで構成されている。

図１０は、補間処理部２６における補間処理の具体例を説明するための図である。図１０には、フレームデータに対する補間処理が、各処理面ＰＳ（図９参照）に対応した断面内において図示されている。各処理面ＰＳは、サンプル方向とフレーム方向に広がる平面であり、ライン方向に例えば等間隔に複数の処理面ＰＳが配列される。

図１０において、補間処理前のフレームデータＦｎは、入力フレームデータＦｎ（フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＮ）である。補間処理部２６は、補間処理前のフレームデータＦｎに対して、例えば線形補間処理により得られる補間データをフレーム間に挿入することにより、補間処理後のフレームデータＦｍ（フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＭ）を得る。例えば、補間処理前におけるフレームＦ１のフレームデータとフレームＦ２のフレームデータの間に、補間データとして、それら２つのフレームデータの中間値（輝度の中間値）が挿入される。

補間処理部２６は、補間処理前の全てのフレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＮについて、２つのフレームのフレームデータ間に補間データを挿入し、補間処理後のフレームデータＦｍ（フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＭ）を得る。

なお、補間データは、２つのフレームデータの中間値に限定されない。例えば、補間データが挿入される位置の近傍における２つ以上のフレームデータを参照して、補間データのデータ値が決定されてもよい。また、補間データは、その近傍のフレームデータを参照して得られることが望ましいものの、近傍のフレームデータを参照せずに例えば一定値（例えば一定輝度）の補間データがフレーム間に挿入されてもよい。さらに、フレーム間に２枚以上のフレームデータ（補間データ）が挿入されてもよい。

図９に戻り、前処理部２４は、補間処理部２６において補間処理された複数フレームのフレームデータに対して前処理を行う。前処理部２４は、精細化処理部２８における精細化処理に先だって、精細化処理を好適に行うための前処理を行う。前処理は、フレーム方向に配列された複数フレームと交わる各処理面ＰＳにおいて行われる。図９において、各処理面ＰＳは、サンプル方向とフレーム方向に広がる平面であり、ライン方向に例えば等間隔に複数の処理面ＰＳが配列される。前処理部２４は、各処理面ＰＳごとに、補間処理後のフレームデータに基づいて得られる画像内において構造物の繋がりを検出し、構造物の繋がりを強化する前処理を実行する。

図１１は、前処理部２４における前処理の具体例を説明するための図である。図１１には、各処理面ＰＳ内の補間処理後のフレームデータに対する前処理の具体例（例えば「ｐｒｅＡＩＰ処理」と称する）が示されている。

図１１において、前処理前の各処理面ＰＳは、補間処理後のフレームデータＦｍ（フレームＦ１，Ｆ２，・・・，ＦＭ）の各フレームに属するフレームデータで構成される。各処理面ＰＳ内におけるフレームデータは、例えば、当該処理面ＰＳの位置に対応した１ライン分のラインデータ（補間処理により得られたラインデータを含む）である。

図１１には、１枚の処理面ＰＳのみを代表的に図示しているが、処理面ＰＳは、ライン方向に複数枚に亘って配列される（図９参照）。例えば、ライン方向に並ぶ複数ライン（複数の超音波ビームライン）の各々に対応するように複数の処理面ＰＳが配列され、各処理面ＰＳごとに前処理が実行される。

前処理部２４は、各処理面ＰＳ内において、補間処理後のフレームデータＦｍに対して前処理を実行する。例えば、図１１に示すように、対象データ（処理対象となるフレームデータ）を中心として、方向１〜方向４の４方向において、各方向ごとに５個のフレームデータに関する分散値（輝度の分散値）が算出される。そして、分散値が最小となる方向が特定され、特定された方向における５個のフレームデータの平均値（輝度の平均値）が対象データの処理後のデータとされる。なお、方向の総数は４方向以外（例えば２方向，８方向など）も可能であり、各方向のデータ総数も５個以外（例えば３個，７個，９個など）とされてもよい。また、平均値に代えて重みづけ加算処理等により得られた値が利用されてもよい。

前処理部２４は、複数の処理面ＰＳについて、各処理面ＰＳごとに、前処理前の複数のフレームデータ（望ましくは全てのフレームデータ）の各々を対象データとして前処理を実行し、前処理後のフレームデータＦｍ´を得る。これにより、例えば図１１に示すように各処理面ＰＳ内における前処理後のフレームデータＦｍ´（フレームＦ１´，Ｆ２´，・・・，ＦＭ´）が得られる。

一般に、組織等の構造物の表面では、表面の接線方向における輝度の分散が最少となる傾向にある。そのため、前処理により、輝度の分散が最小となる方向を特定して、その方向における平均値を得ることにより、ノイズ等を抑制しつつ構造物の繋がりを維持または強調した画像を得ることが可能になる。なお、前処理の前に、補間処理後のフレームデータＦｍに対して平滑化フィルタ処理等を施し、前処理に悪影響を及ぼすノイズ等を予め除去しておくことが望ましい。

図９に戻り、精細化処理部２８は、補間処理部２６において補間処理されて前処理部２４において前処理された複数フレームのフレームデータを精細化処理する。精細化処理はフレーム方向に配列された複数フレームと交わる各処理面ＰＳにおいて行われる。図９において、各処理面ＰＳは、サンプル方向とフレーム方向に広がる平面であり、ライン方向に例えば等間隔に複数の処理面ＰＳが配列される。精細化処理部２８は、各処理面ＰＳにおいて補間処理後のフレームデータを精細化処理する。

図１２は、精細化処理部２８における精細化処理の具体例を説明するための図である。図１２には、各処理面ＰＳ内のフレームデータに対する精細化処理の具体例が示されている。

図１２において、精細化処理前のフレームデータＦｍ´（フレームＦ１´，Ｆ２´，・・・，ＦＭ´）は、補間処理部２６において補間処理されて前処理部２４において前処理されたフレームデータＦｍ´（図１１）である。精細化処理部２８は、各処理面ＰＳ内において、精細化処理前のフレームデータＦｍ´を、例えばＩＢＰ処理（図６参照）により高精細化することにより、精細化処理後のフレームデータＦｍ´´（フレームＦ１´´，Ｆ２´´，・・・，ＦＭ´´）を得る。精細化処理部２８は、複数の処理面ＰＳにおいて望ましくは全ての処理面ＰＳにおいて、各処理面ＰＳごとに、例えば図６を利用して詳述したＩＢＰ処理により、フレームデータを高精細化する。

図９に戻り、精細化処理部２８は、複数の処理面ＰＳにおいて、望ましくは全ての処理面ＰＳにおいて、各処理面ＰＳごとにＩＢＰ処理（図６参照）により高精細画像を得る。そして、各処理面ＰＳにおいて高精細画像を構成するフレームデータＦｍ´´（図１２）が、複数の処理面ＰＳに亘って集められ、精細化処理後のフレームデータＦｍ´´とされる。

精細化処理後のフレームデータＦｍ´´は、入力フレームデータＦｎよりも、フレーム数が多く、フレーム方向に高密度化されている。また、精細化処理後のフレームデータＦｍ´´は、補間処理後のフレームデータＦｍよりも、精細化処理により高精細化されている。つまり、図９の具体例３により、フレーム方向において高密度且つ高精細なフレームデータを得ることが可能になる。これにより、画像形成部４０において、高密度且つ高精細な三次元超音波画像、例えばボリュームレンダリング画像等を形成することが可能になる。また、画像形成部４０において、例えば高フレームレートで高精細なＢモード画像を形成することが可能になる。

また、図９の具体例３のように、補間処理後に前処理を行うことにより、補間処理後においてフレーム数が増加したフレームデータに繋がりを持たせることが可能になり、例えば、補間処理前に前処理を行う場合に比べて、画像形成部４０において得られる超音波画像の画質が向上する。

以上、本発明の実施において好適な超音波診断装置について説明したが、例えば、図１に示した前処理部２４と補間処理部２６と精細化処理部２８のうちの少なくとも一つをコンピュータにより実現し、そのコンピュータを超音波画像処理装置として機能させてもよい。

なお、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。

１０ プローブ、１２ 送受信部、２２ フレームバッファ、２４ 前処理部、２６ 補間処理部、２８ 精細化処理部、３０ デジタルスキャンコンバータ、４０ 画像形成部、４２ 表示部、５０ 制御部。

Claims (9)

1. 超音波を送受するプローブと、
   プローブを送信制御して超音波の受信信号を得る送受信部と、
   超音波の受信信号に基づいて得られる複数フレームのフレームデータをフレーム方向に補間処理する補間処理部と、
   複数フレームと交わる各処理面において補間処理後のフレームデータを精細化処理する精細化処理部と、
   を有し、
   フレーム方向の補間処理と複数の処理面における精細化処理により、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。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記精細化処理部は、複数フレームのフレーム方向に広がる面を前記各処理面とする、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２に記載の超音波診断装置において、
   前記精細化処理部は、複数フレームのフレーム方向と各フレームの深さ方向に広がる面を前記各処理面とする、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記精細化処理部は、前記各処理面における精細化処理において、補間処理後のフレームデータに対応した対象画像を高精細化することにより高精細画像を得る、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項４に記載の超音波診断装置において、
   前記精細化処理部は、高精細画像を劣化させた劣化画像と対象画像との比較に基づいて高精細画像を更新することにより対象画像を高精細化する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記補間処理部は、フレーム方向の補間処理において、フレーム間に補間データを挿入することによりフレームデータのフレーム数を増加させる、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記補間処理に先だって、フレームデータ内において構造物の繋がりを検出して構造物の繋がりを強化する前処理を実行する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記補間処理後のフレームデータ内において構造物の繋がりを検出して構造物の繋がりを強化する前処理を実行してから当該フレームデータを精細化処理する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
9. 超音波を送受して得られた複数フレームのフレームデータをフレーム方向に補間処理する補間処理部と、
   複数フレームと交わる各処理面において補間処理後のフレームデータを精細化処理する精細化処理部と、
   を有し、
   フレーム方向の補間処理と複数の処理面における精細化処理により、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画像処理装置。

Images