JP3121703B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JP3121703B2
JP3121703B2 JP05022757A JP2275793A JP3121703B2 JP 3121703 B2 JP3121703 B2 JP 3121703B2 JP 05022757 A JP05022757 A JP 05022757A JP 2275793 A JP2275793 A JP 2275793A JP 3121703 B2 JP3121703 B2 JP 3121703B2
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大 森田
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ジーイー横河メディカルシステム株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音波診断装置に関し、
更に詳しくは音線密度及び音線方向を調整できるように
した超音波診断装置に関する。超音波診断装置は、被検
体にプローブより超音波を当て、被検体からの反射エコ
ー信号を検出して画像処理し、表示部に表示するように
した装置である。X線診断装置等のように、患部に悪影
響を与えるおそれがないこと等から、例えば妊婦の診断
等に用いられている。
【0002】
【従来の技術】図5は超音波診断装置の従来構成例を示
すブロック図である。プローブ1が被検体2に当接され
た状態で、N個の遅延素子よりなる送信ビームフォーマ
3はプローブ1内の対応する振動子を超音波駆動する。
つまり、指定された送信フォーカス及び音線(音線ビー
ムの中心をなぞった線)密度,音線方向に音線をつくる
ために、各振動子エレメントに与える駆動波形の遅延時
間(ディレイタイム)を調整し、各振動子エレメントを
駆動する。ここでの駆動方式としては、例えばセクタス
キャン方式が用いられる。被検体2内に照射された超音
波は、被検体内の音響インピーダンスが異なる部分より
反射エコーを生じさせる。
【0003】この反射エコー信号は、N個の振動子によ
り受信される。そして、プローブ1で受信された反射エ
コー信号は、受信ビームフォーマ4で各振動子毎に遅延
される。つまり、受信ビームフォーマ4は、プローブ1
からの受信エコーに対して、各振動子エレメント毎に遅
延時間を調整して、所望の受信フォーカス,受信音線方
向,音線密度になるように動作する。そして、各振動子
毎に遅延時間を異ならしめることにより、各振動子の出
力の位相を一致させることができるようになる。
【0004】このようにして、各振動子出力の加算結果
は、LOG圧縮回路(図示せず)に入って、対数圧縮さ
れる。このLOG圧縮回路の出力は、続く検波回路(図
示せず)に入り、該検波回路により信号成分のみが抽出
される。これら回路は、受信ビームフォーマ4内のプリ
プロセスとして実行される。
【0005】抽出された信号成分は、A/D変換器5に
よりディジタルデータに変換され、フレームメモリ6に
音響フレーム単位で記憶される。フレームメモリ6に記
憶された反射エコー信号は、DSC(ディジタル・スキ
ャン・コンバータ)と称される表示画面対応のメモリ7
入り、該DSC7により音響フレームから表示フレーム
への変換が行われ、このDSC7の内容は、表示部であ
るCRT8に常時表示される。この結果、被検体2の反
射エコー信号はリアルタイムでCRT8に表示されるこ
とになる。
【0006】ところで、スキャン方式の超音波診断装置
における走査間隔或いは音線方向は、システム自体のパ
ラメータ、例えばイメージ領域(FOV)に連動して変
化させたり、又はユーザが直接設定するようになってい
る。従って、装置自体が予め固定値として持っている走
査間隔或いは音線方向の中から選択するものである。
【0007】このような方法をとった場合、送信周波
数,フォーカス,送信開口及びウェイティング(重みづ
け),プローブ,FOVウインドウの位置及び大きさの
全ての組み合わせについて最適な走査間隔のデータテー
ブルを持つか、或いは画像の劣化を許容しつつ、走査間
隔をある程度固定とする必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の装置
は、以下に示すような問題がある。音線密度が十分に高
い状態でのあるROI(関心)領域のエコー分布(スキ
ャン方向)が図6の(a)で与えられるものとする。実
際のシステムでは、フレームレートをある程度確保する
ために、(a)に対して音線を間引くので、音線密度が
粗くなる。
【0009】音線密度が粗くなった場合には、(b)に
示すようなスキャン方向のサンプリングとなり、実際の
(a)に示すような画像を表現できなくなる。これは一
種のエリアジング(像欠け)となり、プローブとROI
ターゲットの相対位置が少しでもずれると、エリアジン
グが起きているサンプルデータと同じく短い周期で画像
がちらついてしまう。
【0010】また、音線が均一でない場合、(c)に示
すようなスキャン方向のサンプリングとなる。(c)で
は、サンプリング間隔が一定していない。システム側で
は、得られたデータに対し、音線が均一であるとしてD
SC等にマッピングするため、結果的に表示される画像
は、(d)に示すようにスキャン方向に対してブロッキ
ー(ある種の歪のある)なものとなってしまい、ターゲ
ットに対して歪んだ画像を表示することになってしま
う。
【0011】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであって、表示される画像がちらついたり、歪ん
だりすることのない超音波診断装置を提供することを目
的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
本発明は、被検体にプローブより超音波を当て、被検体
からの反射エコー信号を検出して画像処理し、表示部に
表示するようにした超音波診断装置において、隣あった
音線の反射エコー信号同士の相関をとり、その相関結果
により送信ビームフォーマ又は受信ビームフォーマを制
御するようにしたことを特徴としている。
【0013】
【作用】隣あった音線の反射エコー信号同士の相関をと
り、その相関結果に応じて送信ビームフォーマ及び受信
ビームフォーマを制御する。例えば、反射エコー信号同
士の相関係数の平均を求め、その平均値を基に送信ビー
ムフォーマ及び受信ビームフォーマの音線密度を制御
し、或いは反射エコー信号同士の相関係数のばらつきを
求め、そのばらつきを基に送信ビームフォーマ又は受信
ビームフォーマの音線方向を制御するようにする。この
ような構成をとることにより、音線密度及び音線方向
(微少角セクタ)が最適な値になるように制御すること
ができ、従って表示される画像がちらついたり、歪んだ
りすることのない超音波診断装置を提供することができ
る。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は本発明の一実施例を示す構成ブロッ
ク図である。図5と同一のものは、同一の符号を付して
示す。図において、10は指定されたROIに対応した
フレームメモリ6に記憶された画像データを読み出し
て、隣合う音線の反射エコー信号同士の相関係数を演算
する相関係数演算部である。
【0015】11は該相関係数演算部10の出力を受け
て相関係数の平均値が第1の基準閾値TH1よりもどれ
だけ離れているかを判定する第1の閾値判断部、12は
相関係数演算部10の出力を受けて、相関係数のばらつ
きが第2の基準閾値TH2よりもどれだけ離れているか
を判断する第2の閾値判断部である。13は前記第1及
び第2の閾値判断部11,12の出力を受けて、送信ビ
ームフォーマ3及び受信ビームフォーマ4の音線密度及
び音線方向(微少角セクタ)を制御する音線密度/音線
方向制御部である。このように構成された装置の動作を
説明すれば、以下のとおりである。
【0016】図2は装置の動作の概要説明図である。検
波された後の画像データをフレームメモリ6に記憶させ
ておき、隣接音線同士の相関係数を演算する。演算した
相関係数の平均値が(c)に示すように第1の基準閾値
TH1よりも小さい場合には、音線密度が低いことにな
るので、音線密度を上げて基準閾値TH1に一番近づく
まで音線密度を自動調整する。
【0017】次に、必要な領域に相当する音線の相関係
数のばらつきが、ある決められた一定の範囲TH2以内
に納まるかどうかチェックする。ここで、この一定の範
囲を第2の基準閾値とする。相関係数のばらつきが、
(a)に示すようにTH2以内におさまらない場合に
は、音線方向のばらつきが大きいことになるので、微少
角セクタ角度を増減させて、ばらつきが一定範囲TH2
内に納まるように微少角セクタ角度を自動調整する。
【0018】(b)はこのようにして、音線密度及び音
線方向を調整した結果、最適な状態に納まるようになっ
た相関係数のモードを示している。相関係数の平均値
は、ほぼ第1の基準閾値TH1と同じレベルにあり、そ
のばらつきも第2の基準閾値TH2以内に収まってい
る。
【0019】次に、図1の装置の動作について説明す
る。プローブ1が被検体2に当接された状態で、N個の
遅延素子よりなる送信ビームフォーマ3はプローブ1内
の対応する振動子を超音波駆動する。つまり、指定され
た送信フォーカス及び音線密度,音線方向に音線をつく
るために、各振動子エレメントに与える駆動波形の遅延
時間(ディレイタイム)を調整し、各振動子エレメント
を駆動する。ここでの駆動方式としては、例えばセクタ
スキャン方式が用いられる。被検体2内に照射された超
音波は、被検体内の音響インピーダンスが異なる部分よ
り反射エコーを生じさせる。
【0020】この反射エコー信号は、N個の振動子によ
り受信される。そして、プローブ1で受信された反射エ
コー信号は、受信ビームフォーマ4で各振動子毎に遅延
される。つまり、受信ビームフォーマ4は、プローブ1
からの受信エコーに対して、各振動子エレメント毎に遅
延時間を調整して、所望の受信フォーカス,受信音線方
向,音線密度になるように動作する。そして、各振動子
毎に遅延時間を異ならしめることにより、各振動子の出
力の位相を一致させることができるようになる。
【0021】このようにして、各振動子出力の加算結果
は、LOG圧縮回路(図示せず)に入って、対数圧縮さ
れる。このLOG圧縮回路の出力は、続く検波回路(図
示せず)に入り、該検波回路により信号成分のみが抽出
される。これら回路は、受信ビームフォーマ4内のプリ
プロセスとして実行される。
【0022】抽出された信号成分は、A/D変換器5に
よりディジタルデータに変換され、フレームメモリ6に
音響フレーム単位で記憶される。フレームメモリ6に記
憶された反射エコー信号は、DSC(ディジタル・スキ
ャン・コンバータ)と称される表示画面対応のメモリ7
入り、該DSC7により音響フレームから表示フレーム
への変換が行われ、このDSC7の内容は、表示部であ
るCRT8に常時表示される。この結果、被検体2の反
射エコー信号はリアルタイムでCRT8に表示されるこ
とになる。
【0023】ここで、相関係数演算部10の動作につい
て説明する。ROI設定に対応するフレームメモリ6の
データを読み込む。ここで、ROI設定はユーザ設定と
してもよいし、FOV全領域或いはFOVの中心等、シ
ステムが自動設定するようにしすることもできる。
【0024】今、図3に示すデータが読み込まれたもの
とする。音線nとn+1より相関係数Cnを演算する。
次に、音線n+1とn+2から相関係数Cn+1を演算
する。このような演算操作をCn〜Cm−1まで全て計
算する。
【0025】ここでデータを(x1 ,y1 ),(x2 ,
y2 )…(xn ,yn )とし、それぞれの平均値を
【0026】
【数1】
【0027】とし、分散をsx 2 ,sy 2 とした時、x
とyの相関係数Cxyは次式で表される。
【0028】
【数2】
【0029】このようにして計算された結果は、第1及
び第2の閾値判断部11,12に渡される。ここで、A
/D変換器5でA/D変換されるデータ自身に、音線方
向或いは深さ方向にタイムゲイン調整(TGC),感度
補正(STC)やその他のゲイン(輝度)補正がある場
合には、相関係数演算が不正確なものとなるため、演算
の前に予め逆補正を行うようにする。
【0030】第1の閾値判断部11は、相関係数演算部
10で演算された相関係数Cn〜Cm−1までのデータ
を受けとって、次式により相関係数の平均値を演算す
る。
【0031】
【数3】
【0032】この平均値は、予め設定された第1の基準
閾値TH1(図2参照)と比較され、その差を演算して
音線密度/音線方向制御部13に渡す。第2の閾値判断
部12は、相関係数演算部10で演算された相関係数C
n〜Cm−1までのデータを受けとって、分布のばらつ
きを示す量、例えば最大値と最小値或いは標準偏差を演
算する。演算された結果と、予め設定された第2の基準
閾値TH2とが比較され、その差を演算して音線密度/
音線方向制御部13に渡す。
【0033】音線密度/音線方向制御部13は、第1及
び第2の閾値判断部11,12の出力を受けて、音線方
向及び音線方向をどの程度補正したらよいかを判断す
る。演算アルゴリズム自体は、システム,プローブ,設
定により異なるものであるが、例えば以下のようなアル
ゴリズムが用いられる。 相関係数平均値<第1の閾値TH1の時 音線密度を上げる。
【0034】この場合、音線密度が粗くて相関が小さい
時に、音線密度を上げて相関を大きくすることにより、
画質が向上する。 相関係数平均値=第1の閾値TH1の時 現状維持する。 相関係数平均値>第1の閾値TH1の時 音線密度を下げる。
【0035】この場合、相関が十分大きい時は、必要以
上に音線密度が高い場合であるので、音線密度を閾値程
度まで下げることにより、フレームレートが向上する。 相関係数の分布<第2の閾値TH2の時 現状維持する。 相関係数の分布=第2の閾値TH2の時 現状維持する。 相関係数の分布>第2の閾値TH2の時 音線方向を変更する。
【0036】この場合、相関係数に大きなばらつきがあ
る時は、音線間隔が一定でない時なので、音線間隔が一
定となる方向にそれぞれの音線方向を変更することによ
り、画質が向上する。
【0037】ここで、の音線方向の変更とは、図4に
示すように音線の広がった部分については縮める方向
に、音線の狭い部分については広げる方向に音線の方向
を変更することをいう。
【0038】音線密度/音線方向制御部13は、このよ
うにして音線密度及び音線方向の状態を認識し、その認
識結果に応じて、送信ビームフォーマ3及び受信ビーム
フォーマ4に制御信号を与え、音線密度及び微少角セク
タ角度の変更制御を行う。このような制御を行う結果、
音線密度及び音線方向は最適な値に設定され、表示され
る画像がちらついたり、歪んだりすることのない超音波
診断装置を提供することができる。
【0039】前述の実施例では、隣合った音線同士の相
関として、相関係数を求める場合について説明したが、
本発明はこれに限るものではなく、他の相関要素、例え
ば相関関数等を用いることができる。又、実施例では送
信ビームフォーマと受信ビームフォーマの双方を変更し
ているが、ばらつきによる方向の変更はどちらか一方を
変更するようにしても効果がある。
【0040】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば表示される画像がちらついたり、歪んだりするこ
とのない超音波診断装置を提供することができ、実用上
の効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。
【図2】装置の動作の概要説明図である。
【図3】相関係数の説明図である。
【図4】音線変更の説明図である。
【図5】超音波診断装置の従来構成例を示すブロック図
である。
【図6】従来装置の問題点の説明図である。
【符号の説明】
1 プローブ 2 被検体 3 送信ビームフォーマ 4 受信ビームフォーマ 5 A/D変換器 6 フレームメモリ 7 DSC 8 CRT 10 相関係数演算部 11 第1の閾値判断部 12 第2の閾値判断部 13 音線密度/音線方向制御部

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体にプローブより超音波を当て、被
    検体からの反射エコー信号を検出して画像処理し、表示
    部に表示するようにした超音波診断装置であって、 隣合った音線の反射エコー信号同士についてのみ相関を
    とり、その相関結果により送信ビームフォーマ又は受信
    ビームフォーマを制御するようにしたことを特徴とする
    超音波診断装置。
  2. 【請求項2】 被検体にプローブより超音波を当て、被
    検体からの反射エコー信号を検出して画像処理し、表示
    部に表示するとともに、隣合った音線の反射エコー信号
    同士の相関をとり、その相関結果により送信ビームフォ
    ーマ又は受信ビームフォーマを制御するようにした超音
    波診断装置であって、 前記隣り合った音線の反射エコー信号同士の相関係数に
    ついての平均を求め、その平均値を基に送信ビームフォ
    ーマ及び受信ビームフォーマの音線密度を制御するよう
    にしたことを特徴とする超音波診断装置。
  3. 【請求項3】 前記相関係数の平均値を予め設定されて
    いる第1の基準閾値と比較し、 相関係数平均値が基準閾値よりも小さい場合には、音線
    密度を上げる方向に制御するようにしたことを特徴とす
    る請求項2記載の超音波診断装置。
  4. 【請求項4】 前記相関係数の平均値を予め設定されて
    いる第1の基準閾値と比較し、 相関係数平均値が基準閾値よりも大きい場合には、音線
    密度を下げる方向に制御するようにしたことを特徴とす
    る請求項2記載の超音波診断装置。
  5. 【請求項5】 被検体にプローブより超音波を当て、被
    検体からの反射エコー信号を検出して画像処理し、表示
    部に表示するとともに、隣合った音線の反射エコー信号
    同士の相関をとり、その相関結果により送信ビームフォ
    ーマ又は受信ビームフォーマを制御するようにした超音
    波診断装置であって、 前記隣り合った音線の反射エコー信号同士の相関係数に
    ついてのばらつきを求め、そのばらつきを基に送信ビー
    ムフォーマ又は受信ビームフォーマの音線方向を制御す
    るようにしたことを特徴とする超音波診断装置。
  6. 【請求項6】 前記相関係数のばらつきを予め設定され
    ている第2の基準閾値と比較し、 相関係数のばらつきが基準閾値よりも大きい場合には、
    音線方向を変更するようにしたことを特徴とする請求項
    5記載の超音波診断装置。
  7. 【請求項7】 被検体にプローブより超音波を当て、被
    検体からの反射エコー信号を検出して画像処理し、表示
    部に表示するとともに、隣合った音線の反射エコー信号
    同士の相関をとり、その相関結果により送信ビームフォ
    ーマ又は受信ビームフォーマを制御するようにした超音
    波診断装置であって、 前記隣り合った音線の反射エコー信号同士の相関係数に
    ついての平均及びばらつきを求め、これら求めた結果に
    応じて送信ビームフォーマ又は受信ビームフォーマの音
    線密度及び音線方向を制御するようにしたことを特徴と
    する超音波診断装置。
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