JP3300196B2 - 超音波診断装置及びビーム補間方法 - Google Patents

超音波診断装置及びビーム補間方法

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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及びビー
ム補間方法に関し、特に隣接する2つの超音波ビームの
間に擬似ビームを補間生成する装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超音波診断装置においては、超音波ビー
ムが電子的に走査され、これによって二次元データ取り
込み領域が形成される。電子走査手法としては、いわゆ
るリニア走査やセクタ走査が周知である。
【0003】図6にはセクタ走査により形成される扇状
の二次元データ取り込み領域(走査面)10が示されて
いる。この二次元データ取り込み領域10は、超音波ビ
ームを円弧状に走査することにより形成される。従っ
て、かかる領域10において超音波探触子に近い方では
データ密度が密となる一方、超音波探触子から遠い方で
はデータ密度が粗になる。
【0004】断層画像等の超音波画像の形成に当たって
は、一定の画素密度が必要とされ、また、超音波画像を
ズーム機能を利用して拡大表示する場合にも、それ相当
の画素密度が必要となる。このため、特に超音波探触子
から遠い方で画素密度が不足することになる。それゆ
え、本来的には走査面内の超音波ビームの本数をできる
限り増やすべきであるが、そのようにするとフレームレ
ートが落ちてリアルタイム性が低下する。超音波画像を
形成する際には、いわゆるDSC(デジタル・スキャン
・コンバータ)において一般的なリニア補間処理が実行
されるが、超音波ビーム間隔が広すぎると、その処理が
困難になると共に装置構成が複雑化する。
【0005】この問題を解消するため、従来の超音波診
断装置では、図6に示すように、隣接する2つの超音波
ビーム12及び14の間に擬似ビーム16を生成し、こ
れによって見掛け上データの密度を向上させている。具
体的には、同一深さの2つのエコーデータの値Zn ,Z
n+1 を参照し、その相加平均(Zn +Zn+1 )/2をそ
れらの中間の補間データの値Zとする演算を各深さにつ
いて行い、これによって擬似ビーム16を生成してい
る。もちろん、このようなビーム補間は、各超音波ビー
ム間において実行される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波画像
においては、いわゆる横流れ現象が見られる。この現象
は、サイドローブ(不要輻射)等が主原因と考えられる
が、上述のビーム補間もその原因あるいは強調要因とな
っていると思われる。すなわち、従来、擬似ビームを構
成する補間データは、その両隣のエコーデータの単なる
相加平均として定義されているため、超音波画像におい
てエッジ部分が横方向(セクタ走査では厳密には円弧方
向)に引き伸ばされ、ひいては画像全体が横方向に若干
ぼけたような画像となる。図6に示すように、特に、セ
クタ走査では超音波探触子から遠い方でその横流れ現象
が際立って生じることになる。
【0007】このため、そのような横流れ現象を強調し
ない、あるいは従来よりも横流れ現象を軽減できる擬似
ビーム生成方法が要望されている。
【0008】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、横流れを強調しないで擬似ビ
ームを生成できる超音波診断装置及びビーム補間方法を
提供することを目的とする。
【0009】また、本発明は、擬似ビームの生成を簡易
な構成で実現して装置の簡略化及び実時間性の維持を図
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、隣接する2つの超音波ビー
ム上の同一深さの2つのエコーデータの間に補間データ
を生成して前記2つの超音波ビーム間に擬似ビームを形
成する超音波診断装置であって、前記2つのエコーデー
タの差に基づいて前記隣接する2つの超音波ビームの間
に生成する補間データの値を決定する補間値決定手段を
含み、この補間値決定手段は、前記2つのエコーデータ
の差が小さいほど、前記補間データの値を前記2つのエ
コーデータの平均値に近付け、前記2つのエコーデータ
の差が大きいほど、前記補間データの値を前記2つのエ
コーデータの内で値が低い方に近付けることを特徴とす
る。
【0011】請求項2記載の発明は、前記補間値決定手
段は、単一のテーブルで構成されることを特徴とする。
【0012】請求項3記載の発明は、隣接する2つの超
音波ビーム上の同一深さの2つのエコーデータを抽出す
る抽出工程と、前記2つのエコーデータの差の絶対値を
相関度合いとして求める相関度合い演算工程と、前記2
つのエコーデータの平均値を補間上限値として設定し、
前記2つのエコーデータの内で値が低い方のエコーデー
タを基礎として補間下限値を設定し、前記2つのエコー
データの相関度合いに応じて、前記補間上限値と前記補
間下限値との間において補間データの値を決定する補間
値決定工程と、を含み、前記隣接する2つの超音波ビー
ムの間に前記補間データで構成される擬似ビームを生成
することを特徴とする。
【0013】請求項4記載の発明は、隣接する2つの超
音波ビーム上の同一深さの2つのエコーデータをZn
びZn+1 とし、求める補間データZが取り得る最大値を
MAXとし、基礎相関値をα0 とした場合、補間データZ
を、 Z=(Zn +Zn+1 )×0.5 −(Zn −Zn+1 2 ×
(0.5 −α0 )/MAX により演算し、これにより求められる補間データによっ
て、前記隣接する2つの超音波ビームの間に擬似ビーム
を生成することを特徴とする。
【0014】請求項5記載の発明は、前記補間データZ
の演算式を単一のテーブルに格納して補間データZを演
算することを特徴とする。
【0015】
【作用】上記構成によれば、補間値決定手段によって、
隣接する2つの超音波ビーム上の同一深さの2つのエコ
ーデータの値を基礎として、その2つのエコーデータの
中間に生成される補間データの値が決定される。その場
合、補間値決定手段は、2つのエコーデータの差が小さ
いほど、補間データの値を2つのエコーデータの平均値
に近付け、一方、2つのエコーデータの差が大きいほ
ど、補間データの値を2つのエコーデータの内で値が低
い方に近付ける。
【0016】すなわち、本発明では、横流れ現象を抑制
するために、2つのエコーデータの相関度合いが高い場
合(差が小さい場合)には、組織の連続性があるとみな
して補間データの値を従来同様の相加平均値に近付け、
それとは逆に、2つのエコーデータの相関度合いが低い
場合(差が大きい場合)には、組織の連続性がないとみ
なして補間データの値を値が低い方のエコーデータに近
付ける。つまり、相関度合いが低い場合には横流れが強
調されやすいために、敢えて補間データの値を低く抑え
込んで、かかる横流れを見掛け上抑制するものである。
従来では、相関度合いが低い場合でも補間データの値が
単に相加平均値とされ、値が大きいエコーデータの影響
も均等に反映されていたが、本発明では、そのような場
合には補間データの値を低く抑えて横流れの強調を回避
できる。
【0017】図1には、本発明の作用が概念的に図示さ
れている。同図において、上段の(A)は従来例におけ
る作用を示しており、下段の(B)は本発明の作用を示
している。また、各段において左側には2つのエコーデ
ータZn 及びZn+1 の相関度合いが低い場合が示され、
右側には2つのエコーデータZn 及びZn+1 の相関度合
いが高い場合が示されている。
【0018】図1に示されるように、特に相関度合いが
低い場合には、本発明では従来よりも補間データの値Z
を積極的に低く抑えることができるので、補間による横
流れ現象の強調を低減できることが理解される。もちろ
ん、相関度合いが高い場合には、補間データの値Zが従
来のように相加平均値(Zn +Zn+1 )/2に近付くの
で補間自体の効果を十分に発揮できる。相関度合いをど
の程度補間処理に反映させるかは、超音波画像の性質な
どの諸条件に応じて適宜定めればよい。
【0019】本発明において、補間データの値の決定を
行う回路を単一のテーブルとすることもでき、その場合
には、例えば、
【数1】 Z=(Zn +Zn+1 )×0.5 −(Zn −Zn+1 2 ×(0.5 −α0 )/MAX …(1式) を実行するテーブルを用意すればよい。ここで、MAX は
補間データZが取り得る最大値であり画素輝度の最大値
に相当する。α0 は基礎相関値であり、エコーデータの
差がMAX となった場合においても、高い方のエコーデー
タの値を若干考慮するためのものである。
【0020】以下に、上記の1式を説明する。まず、D
IFを隣接する2つのエコーデータの値Zn ,Zn+1
差の絶対値として便宜上定義する(DIF=0〜1.
0)。
【数2】 DIF=|Zn −Zn+1 |/MAX …(2式) そして、相関値αを次のように定義する(α=α0
0.5)。
【0021】
【数3】 α=0.5−DIF×(0.5−α0 ) …(3式) つまり、DIFが0(Zn =Zn+1 )となる場合には最
も相関度合いが高いとして相関値(各エコーデータが補
間値に及ぼす寄与度合い、重み付け値に相当する)に
0.5が設定されるようにし、DIFが1.0(例え
ば、Zn =0,Zn+ 1 =MAX )となる場合には最も相関
度合いが低いとして相関値αにα0 が設定されるように
する。ここで、α0 としては例えば0.125、すなわ
ち最も相関度合いが高い時の相関値0.5の1/4を設
定する。
【0022】この相関値αを用いて補間データの値Zは
以下のように決定される。
【0023】
【数4】[Zn ≧Zn+1 の場合] Z=Zn ×α+Zn+1 ×(1.0−α) …(4式)
【数5】[Zn <Zn+1 の場合] Z=Zn ×(1.0−α)+Zn+1 ×α …(5式) そして、上述の式を1つの式にまとめたのが1式であ
る。つまり、相関度合いが高いほど従来同様の相加平均
に近付き、相関度合いが低いほど2つのエコーデータの
内で低い値に近付く。ただし、α0 がゼロでなければ、
補間データの値(補間値)は、値が低い方のエコーデー
タに一致することはない。
【0024】本発明によれば、例えば高輝度で孤立して
いるエコーが補間によって横方向に流れて見える現象を
抑制でき、生体内の構造にできる限り忠実な超音波画像
を形成して超音波診断の精度を向上できる。
【0025】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。
【0026】図2には、本発明に係る超音波診断装置の
好適な実施例が示されており、図2はそのブロック図で
ある。図2において、探触子20によって超音波ビーム
が形成され、その超音波ビームが例えばセクタ走査され
ることにより二次元データ取り込み領域が形成される。
探触子20から出力された受信信号は送受信部22を介
してA/D変換器24においてデジタル信号に変換され
た後、その受信信号がDSC(デジタル・スキャン・コ
ンバータ)26に送られる。すなわち、このDSC26
には、図6に示した走査面10内のエコー情報が入力さ
れる。
【0027】一方、A/D変換器24から出力された受
信信号は、ラインメモリ28に一旦記憶される。そし
て、その出力はビーム間補間部30に送られると共に、
ラインメモリ32に送られる。これらのラインメモリ2
8,32は、超音波ビーム1本分に相当するエコーデー
タを格納するものであり、疑似ビーム形成のために隣接
する2つの超音波ビームのエコーデータが格納される。
すなわち、ビーム間補間部には、隣接する2つのエコー
データZn とZn+1 が順次入力される。ビーム間補間部
には基礎補間値としてα0 が入力される。ビーム間補間
部30は、隣接する2つのエコーデータの中間に補間デ
ータを生成するため上述した1式を実行するものであ
り、それにより求められた補間データZがDSC26に
送られる。
【0028】DSC26は、ビーム間補間部30の作用
によって形成された疑似ビームをそれの両隣の超音波ビ
ームの間に挿入して図6に示したような断層画像を形成
する。その場合、必要があれば従来同様の画素補間処理
を行う。なお、このDSC26は、極座標から直交座標
への変換機能も有する。表示器34においては形成され
た超音波画像が画像表示される。
【0029】図3には、ビーム間補間部30の作用がフ
ローチャートとして示されている。もちろん、本実施例
においてはビーム間補間部30では上述した1式が実行
されるが、図3にはそのビーム間補間部30の作用を具
体的に説明するため1式の内容が便宜上分割して示され
ている。S101においては、隣接する2つの超音波ビ
ーム状の各エコーデータが取り込まれる。そして、S1
02では同一深さの2つのエコーデータZn とZn+1
が特定される。S103では、上述した2式が実行さ
れ、さらにS104では上述した3式が実行される。こ
れにより相関値αが演算される。相関値αは相関度合い
を示す指標となるものである。
【0030】S105では、2つのエコーデータの大小
が判定され、エコーデータZn がZn+1 よりも小さい場
合にはS106が実行され上述した5式が実行される。
一方、エコーデータZn がエコーデータZn+1 と同じか
あるいはそれよりも大きいと判断される場合、S107
が実行され上述した4式が実行される。
【0031】S108では演算されたZが一旦格納さ
れ、ここにおいて疑似ビーム上の各エコーデータが揃え
られる。S109では、全ての深さについて補間値が決
定されたか否かが判断され、次の深さについて補間値を
求める場合にはS102からの各工程が実行される。
【0032】図4には、基礎補間値α0 =0.125と
した場合におけるDIFと補間値αとの関係が示されて
いる。図4に示されるように、例えば、DIFすなわち
2つのエコーデータの差の絶対値が64である場合、補
間値αとして0.4が設定される。
【0033】図5には、図4のような条件の下における
n とZn+1 とから求められるZの値が示されている。
図示されるように、Zn が0の場合、Zn+1 の値が10
0数10程度でZの値が極大となり、Zn の値が増加す
るに従ってその極大が上の方に移行している。このよう
な特性により横流れを防止しつつ効果的な補間を実行す
ることができる。もちろん、基礎補間値α0 としては
0.125以外の値も取り得るが、実験したところで
は、0.125近傍に基礎補間値を設定するのが望まし
い。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
横流れの強調を回避しつつ疑似ビームを生成できる。ま
た本発明によればそのような疑似ビームの生成を簡易な
構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の補間データの生成と本発明における補
間データの生成とを対比する説明図である。
【図2】本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示す
ブロック図である。
【図3】 ビーム間補間部の処理内容を分解的に示すフ
ローチャートである。
【図4】 DIFと補間値αとの関係を示す特性図であ
る。
【図5】 隣接する2つのエコーデータと補間値との関
係を示す特性図である。
【図6】 擬似ビームを示す説明図である。
【符号の説明】
12,14超音波ビーム、16 疑似ビーム、26 D
SC、28 ラインメモリ、30 ビーム間補間部、3
2 ラインメモリ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 8/00 - 8/15

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 隣接する2つの超音波ビーム上の同一深
    さの2つのエコーデータの間に補間データを生成して前
    記2つの超音波ビーム間に擬似ビームを形成する超音波
    診断装置であって、 前記2つのエコーデータの差に基づいて前記隣接する2
    つの超音波ビームの間に生成する補間データの値を決定
    する補間値決定手段を含み、 この補間値決定手段は、 前記2つのエコーデータの差が小さいほど、前記補間デ
    ータの値を前記2つのエコーデータの平均値に近付け、 前記2つのエコーデータの差が大きいほど、前記補間デ
    ータの値を前記2つのエコーデータの内で値が低い方に
    近付けることを特徴とする超音波診断装置。
  2. 【請求項2】 前記補間値決定手段は、単一のテーブル
    で構成されることを特徴とする請求項1記載の超音波診
    断装置。
  3. 【請求項3】 隣接する2つの超音波ビーム上の同一深
    さの2つのエコーデータを抽出する抽出工程と、 前記2つのエコーデータの差の絶対値を相関度合いとし
    て求める相関度合い演算工程と、 前記2つのエコーデータの平均値を補間上限値として設
    定し、前記2つのエコーデータの内で値が低い方のエコ
    ーデータを基礎として補間下限値を設定し、前記2つの
    エコーデータの相関度合いに応じて、前記補間上限値と
    前記補間下限値との間において補間データの値を決定す
    る補間値決定工程と、 を含み、 前記隣接する2つの超音波ビームの間に前記補間データ
    で構成される擬似ビームを生成することを特徴とする超
    音波診断装置におけるビーム補間方法。
  4. 【請求項4】 隣接する2つの超音波ビーム上の同一深
    さの2つのエコーデータをZn 及びZn+1 とし、求める
    補間データZが取り得る最大値をMAX とし、基礎相関値
    をα0 とした場合、補間データZを、 Z=(Zn +Zn+1 )×0.5 −(Zn −Zn+1 2 ×
    (0.5 −α0 )/MAX により演算し、 これにより求められる補間データによって、前記隣接す
    る2つの超音波ビームの間に擬似ビームを生成すること
    を特徴とする超音波診断装置におけるビーム補間方法。
  5. 【請求項5】 前記補間データZの演算式を単一のテー
    ブルに格納して補間データZを演算することを特徴とす
    る超音波診断装置におけるビーム補間方法。
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