JP3732613B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内への超音波の送信とその被検体内で反射して戻ってきた超音波の受信とを繰り返すことにより順次連なる複数フレームの画像データを得てそれらの画像データに基づく動画像を表示する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人間の病気の診断を目的とした超音波診断装置が広く用いられている。
図７は、超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。このブロック図を参照して超音波診断装置の概要について説明する。
【０００３】
以下、各部の作用ないし機能の説明はあとにまわし、先ずは、この超音波診断装置の構成について説明する。
この超音波診断装置の本体部１０は、大別して、制御部１００、アナログ処理部２００、ディジタルスキャンコンバータ部３００、ドプラ処理部４００、表示制御部５００、生体信号アンプ部６００から構成されている。制御部１００は、ＣＰＵ部１０１とビームスキャン制御部１０２とからなり、ＣＰＵ部１０１には、操作パネル７０１、一体的に構成されたタッチパネル７０２とＥＬ表示器７０３、およびフロッピィディスク装置７０４が接続されている。
【０００４】
また、アナログ処理部２００は、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、ビームフォーマ部２０３、コントロールインターフェイス部２０４、アナログ信号処理部２０５、およびドプラシグナル処理部２０６から構成されており、コントロールインターフェイス部２０４と、送受信部２０１、受信ディレ制御部２０２、およびドプラシグナル処理部２０６は、制御ライン２０７で結ばれている。また、コントロールインターフェイス部２０４とアナログ信号処理部２０５は制御ライン２０８で結ばれており、さらに、受信ディレイ制御部２０２とビームフォーマ部２０３は制御ライン２０９で結ばれている。アナログ処理部２００を構成する送受信部２０１には、超音波プローブ２０が、着脱自在に、ここでは最大４本まで接続される。
【０００５】
また、ディジタルスキャンコンバータ部３００には、白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３が備えられている。
また、ドプラ処理部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１とカラードプラ解析部４０２が備えられている。
【０００６】
さらに、表示制御部５００は、ここでは１つのブロックで示されており、この表示制御部５００には、プリンタ７０５、ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）７０６、観察用テレビモニタ７０７、およびスピーカ７０８が接続されている。
また、生体信号アンプ部６００も、表示制御部５００と同様、ここでは１つのブロックで示されており、この生体信号アンプ部６００には、ＥＣＧ電極ユニット７０９、心音マイク７１０、および脈波用トランスデューサ７１１が接続されている。
【０００７】
さらに、この超音波診断装置には、電源部８００が備えられている。この電源部８００は、商用電源に接続され、この超音波診断装置各部に必要な電力を供給する。
また、本体部１０は、ＣＰＵバス９０１を有しており、このＣＰＵバス９０１は、制御部１００を構成するＣＰＵ部１０１およびビームスキャン制御部１０２と、アナログ処理部２００を構成するコントロールインターフェイス部２０４と、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３と、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１およびカラードプラ解析部４０２と、さらに画像表示部５００とを接続している。また、この本体部１０は、エコーバス９０２を有しており、このエコーバス９０２は、アナログ処理部２００を構成するアナログ信号処理部２０５で生成される画像データを、ディジタルスキャンコンバータ部３００に供給する。また、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１およびカラードプラ解析部４０２で生成されたデータも、エコーバス９０２を経由してディジタルスキャンコンバータ部３００に供給される。さらに、この本体部１０は、ビデオバス９０３を有しており、このビデオバス９０３は、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３のいずれかで生成されたビデオ信号を表示制御部５００に伝達する。
【０００８】
操作パネル７０１は、配列された多数のキーを備えたキーボード等から成り、この操作パネル７０１を操作するとその操作情報がＣＰＵ部１０１で検知され、その操作情報に応じた指令が、その指令に応じて、ビームスキャン制御部１０２、コントロールインターフェイス部２０４、ディジタルスキャンコンバータ部３００、ドプラ処理部４００、あるいは表示制御部５００に伝達される。
【０００９】
ＥＬ表示部７０３は、液晶表示画面を有し、また、ＣＰＵ部１０１は、そのＥＬ表示部７０３の液晶表示画面に表示するＥＬ用線画を作成するＥＬ用線画作成部を兼ねており、そのＣＰＵ部１０１で生成されたＥＬ用線画がＥＬ表示部７０３の液晶表示画面上に表示される。そのＥＬ表示部７０３の液晶表示画面上にはタッチパネル７０２が備えられており、そのタッチパネル７０２に指で触れるとそのタッチパネル７０２上の指で触れた位置をあらわす位置情報がＣＰＵ部１０１に伝達される。このタッチパネル７０２およびＥＬ表示器７０３は、例えば、操作パネル７０１の操作により、この超音波診断装置に、ある１つのモードに関するパラメータを設定する旨指示すると、ＣＰＵ１０１により、その１つのモード用に設定すべき多数のパラメータ一覧がＥＬ表示部７０３に表示され、タッチパネル７０２を指で触れて所望のパラメータを設定するなど、この超音波診断装置への各種の指示を入力し易いように構成されたものである。
【００１０】
フロッピィディスク装置７０４は、図示しないフロッピィディスクが装脱自在に装填され、その装填されたフロッピィディスクをアクセスする装置であって、ＣＰＵ部１０１により、オペレータが操作パネル７０１やタッチパネル７０２の操作により行なった指示がそのフロッピィディスク装置７０４に装填されたフロッピィディスクに書き込まれ、この超音波診断装置への電源投入時、あるいは操作パネル７０１の操作により初期状態へのリセットが指示された時に、そのフロッピィディスク装置７０４に装填されたフロッピィディスクからそこに書き込まれている各種の指示情報がＣＰＵ部１０１に入力され、ＣＰＵ部１０１は、その指示情報に応じて各部を初期状態に設定する。これは、この超音波診断装置を稼働させるにあたって必要となる、操作パネル７０１やタッチパネル７０２から設定すべきパラメータ等が多数存在し、例えば電源投入のたびにそれら多数のパラメータ等を設定し直すのは極めて大変であり、このためフロッピィディスクに初期状態のパラメータ等を書き込んでおいて、電源投入時や初期状態へのリセットが指示された時には、そのフロッピィディスクに書き込まれているパラメータ等を読み込んでそれらのパラメータ等に応じて各部を設定することにより、パラメータ等の設定効率化を図るというものである。
【００１１】
制御部１００を構成するＣＰＵ部１０１は、上述のように、主としてマン・マシンインターフェイスの役割りを担っているのに対し、同じく制御部１００を構成するビームスキャン制御部１０２は、主として、この超音波診断装置による超音波の送受信のタイミング等、リアルタイム性が要求される制御を担当している。この超音波診断装置で超音波の送受信を行なう時には、ビームスキャン制御部１０２からＣＰＵバス９０１を経由してアナログ処理部２００のコントロールインターフェイス部２０４に、このアナログ処理部２００を構成する各部を制御する制御信号が伝達され、このコントロールインターフェイス部２０４は、制御ライン２０７を経由して、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、およびドプラシグナル処理部２０６を制御し、また、このコントロールインターフェイス部２０４は制御ライン２０８を介して、アナログ信号処理部２０５を制御し、さらに受信ディレイ制御部２０２は、コントロールインターフェイス部２０４の制御を受けて、制御ライン２０９を介してビームフォーマ部２０３を制御する。
【００１２】
送受信部２０１には、超音波プローブ２０が接続されている。この超音波プローブには、例えばリニア走査型超音波プローブ、コンベックス走査型超音波プローブ、セクタ走査型超音波プローブ、また特殊な超音波プローブとしては、体腔内に挿入されるタイプの超音波プローブ、さらには、これら各種の超音波プローブについて、使用される超音波の周波数の相違による種別等、多種類の超音波プローブが存在する。超音波プローブを本体部１０に装着するにはコネクタ（図示せず）が用いられるが、本体部１０側には超音波プローブを接続するためのコネクタが４個取り付けられており、前述したように、多種類の超音波プローブのうち最大４本まで同時装着が可能である。超音波プローブを本体部１０に装着すると、どの種類の超音波プローブが装着されたかをあらわす情報が本体部１０で認識できるように構成されており、その情報は、制御ライン２０７、コントロールインターフェイス部２０４、およびＣＰＵバス９０１を経由してＣＰＵ部１０１に伝えられる。一方、操作パネル７０１からは、この超音波診断装置を使用するにあたり、今回、本体部１０側の４つのコネクタのうちのどのコネクタに接続された超音波プローブを使用するか指示が入力される。その指示は、ＣＰＵバス９０１、コントロールインターフェイス部２０４、制御ライン２０７を経由して送受信部２０に伝達され、送受信部２０１は、そのように指示された超音波プローブ２０に対し、以下に説明するように高電圧パルスを送信して超音波を送信し、その超音波プローブで受信された信号を受け取る。ここでは、図７に１つだけ示す超音波プローブ２０が超音波送受信のために選択されたものとする。
【００１３】
超音波プローブ２０の先端には、複数の超音波振動子２１が配列されており、超音波の送受信にあたっては、被検体（特に人体）１の体表に超音波振動子２１があてがわれる。その状態で、送受信部２０１から複数の超音波振動子２１それぞれに向けて超音波送信用の各高電圧パルスが印加される。複数の超音波振動子２１それぞれに印加される各高電圧パルスは、コントロールインターフェイス部２０４の制御により相対的な時間差が調整されており、これら相対的な時間差がどのように調整されるかに応じて、これら複数の超音波振動子１１から、被検体１の内部に延びる複数の走査線２のうちのいずれか一本の走査線に沿って、被検体内部の所定深さ位置に焦点が結ばれた超音波パルスビームが送信される。この超音波パルスビームは被検体１の内部を進む間にその１本の走査線上の各点で反射して超音波プローブ２０に戻り、その反射超音波が複数の超音波振動子２１で受信される。この受信により得られた複数の信号は、送受信部２０１に入力されて送受信部２０１に備えられた複数のプリアンプ（図示せず）でそれぞれ増幅されてビームフォーマ部２０３に入力される。このビームフォーマ部２０３には、多数の中間タップを備えたアナログ遅延線（図示せず）が備えられており、受信ディレイ制御部２０２の制御により、送受信部２０１から送られてきた複数の信号がアナログ遅延線のどの中間タップから入力されるかが切り換えられ、これにより、それら複数の信号が相対的に遅延されるとともに互いに電流加算される。ここで、それら複数の信号に関する相対的な遅延パターンを制御することにより、超音波送信時の走査線と同一の走査線に沿う方向の反射超音波が強調され、かつ被検体１の内部の所定深さ位置に焦点が結ばれた、いわゆる受信ビームが形成される。ここで、超音波は、被検体１内部を、信号処理の速度と比べてゆっくりと進むため、１本の走査線に沿う反射超音波を受信している途中で被検体内のより深い位置に焦点を順次移動させる、いわゆるダイナミックフォーカスを実現することもでき、この場合、超音波パルスビーム１回の送信に対応する１回の受信の間であっても、その途中で時間的に順次に、受信ディレイ制御部２０２により、各超音波振動子で得られた各信号が入力される、アナログ遅延線の各タップが切り換えられる。
【００１４】
尚、上記説明では、超音波振動子２１には高電圧パルスを与え、超音波パルスビームを送信する旨説明したが、この場合、前述したように超音波は信号処理速度と比べるとゆっくりと被検体内を進むため、超音波振動子２１に高電圧パルスを印加した時点を起点とし、超音波振動子２１で反射超音波を受信する時点までの時間により、その時点で得られた信号が被検体内のどの深さ位置で反射した反射超音波に対応する信号であるかを知ることができる。すなわち、送信される超音波がパルス状のものであることにより、被検体の深さ方向に分解能を持つことになる。通常は、このように、超音波振動子２１には高電圧パルスが印加されるが、特殊な場合には、被検体内の深さ方向に分解能を持たないことを許容し、超音波振動子２１に連続的に繰り返す高電圧パルス列信号を印加して被検体内に連続波としての超音波ビームを送信することもある。
【００１５】
ただし、以下においても、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１の説明の際に連続波に言及する場合を除き、パルス状の超音波ビームを送信するものとして説明する。
送受信部２０１およびビームフォーマ部２０３は、以上のようにして、被検体１内部の複数の走査線２のそれぞれに沿って順次に超音波パルスビームの送信と受信とを繰り返し、これにより生成される各走査線に沿う受信ビームをあらわす信号が順次アナログ信号処理部２０５に入力される。このアナログ信号処理部２０５では、入力された信号が対数圧縮され、検波され、さらに、操作パネル７０１からの、被検体１内部のどの深さ領域までの画像を表示するかという指定（つまり被検体内部の浅い領域のみの画像を表示すればよいのか、あるいはどの程度深い領域までの画像を表示する必要があるかという指定）に応じたフィルタリング処理等が施され、さらにＡ／Ｄ変換部によりディジタルの画像データに変換される。このアナログ信号処理部２０５から出力された画像データは、エコーバス９０２を経由して、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１に入力される。この白黒用スキャンコンバータ３０１では、入力された画像データが表示用のビデオ信号に変換され、その表示用のビデオ信号がビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力される。この表示制御部５００は、複数の走査線２で規定される被検体断層面内の超音波反射強度分布によるＢモード像を観察用テレビモニタ７０７に表示する。その際、必要に応じて、操作パネル７０１か入力された患者名や撮影年月日、撮影条件等も、そのＢモード像に重畳されて表示される。このＢモード像として、被検体１内部が動いている様子をあらわす動画像を表示することもでき、あるいは、ある時点における静止画像を表示することもでき、さらには、生体信号アンプ部６００からの同期信号に基づいて、人体の心臓の動きに同期した、その心臓の動きの、ある位相における画像を表示することもできる。
【００１６】
生体信号アンプ部６００には、被検体（人体）１の心電波形を得るためのＥＣＧ電極ユニット７０９、心音をピックアップする心音マイク７１０、人体の脈をとらえる脈波用トランスデューサ７１１が接続されており、生体信号アンプ部６００では、これらのうちのいずれか１つもしくは複数のセンサに基づいて同期信号が生成され、表示制御部５００に送られる。
【００１７】
また表示制御部５００には、観察用テレビモニタ７０７のほか、プリンタ７０５、ＶＴＲ７０６が接続されており、表示制御部５００は、オペレータからの指示に応じて、観察用テレビモニタ７０７に表示された画像をプリンタ７０５ないしはＶＴＲ７０６に出力する。
再度、アナログ処理部２００の説明から始める。
【００１８】
被検体内部に延びるある一本の走査線上の超音波反射情報の時間変化を知ろうとするときは、オペレータからの指示に応じて、その関心のある一本の走査線に沿って超音波が繰り返し送受信され、その１本の走査線に沿う被検体の受信ビームをあらわすデータがエコーバス９０２を経由してスクロール用スキャンコンバータ３０３に入力される。このスクロール用スキャンコンバータ３０３は、縦方向にその１本の走査線に沿う被検体の深さ方向の超音波反射強度分布、横軸が時間軸からなり時間軸方向にスクロールする画像（Ｍモード像）をあらわすビデオ信号が生成され、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力され、例えば観察用テレビモニタ７０７に、そのビデオ信号に基づく画像が表示される。
【００１９】
尚、表示制御部５００は、白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像をあらわすビデオ信号とスクロール用スキャンコンバータ３０３から送られてきたＭモード像をあらわすビデオ信号とを横に並べる機能や、Ｂモード像に、後述するカラーモード像を重畳する機能も有しており、観察用テレビモニタ７０７には、オペレータからの指示に応じて、複数の画像が並べて表示され、あるいは複数の画像が重畳して表示される。
【００２０】
もう一度、アナログ処理部２００の説明に戻る。
アナログ処理部２００を構成するドプラシグナル処理部２０６は、被検体１内部の血流分布や、ある一点、ないしある１本の走査線上の血流速度を求めるための構成要素であり、このドプラシグナル処理部２０６では、ビームフォーマ部２０３で生成された受信ビームをあらわす信号に、いわゆる直交検波が施され、さらにＡ／Ｄ変換によりディジタルデータに変換される。ドプラシグナル処理部２０６から出力された直交検波後のデータは、ドプラ処理部４００に入力される。ドプラ処理部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１とカラードプラ解析部４０２とが備えられており、ここでは、ドプラシグナル処理部２０６から出力されたデータは、カラードプラ解析部４０２に入力されるものとする。カラードプラ解析部４０２では、各走査線それぞれに沿って例えば８回ずつ超音波送受信を行なったときのデータに基づく自己相関演算により、オペレータにより指定された、Ｂモード画像上の関心領域（ＲＯＩ）内の血流分布をあらわすデータが求められる。ＲＯＩ内の血流分布をあらわすデータは、エコーバス９０２を経由してカラー用スキャンコンバータ３０２に入力される。このカラー用スキャンコンバータ３０２では、そのＲＯＩ内の血流分布をあらわすデータが表示に適したビデオ信号に変換され、そのビデオ信号は、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力される。表示制御部５００では、白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像上のＲＯＩに、例えば超音波プローブ２０に近づく方向の血流を赤、遠ざかる方向の血流を青、それらの輝度で血流速度をあらわしたカラーモード像を重畳して、観察用テレビモニタ７０７に表示する。これにより、そのＲＯＩ内の血流分布の概要を把握することができる。
【００２１】
ここで、オペレータにより、そのＲＯＩ内のある１点もしくはある１本の走査線上の血流を詳細に観察する旨の要求が入力されると、今度は送受信部２０１により、その一点を通る一本の走査線、もしくはその関心のある１本の走査線に沿う方向に多数回超音波の送受信が繰り返され、それにより得られた信号に基づいてドプラシグナル処理部２０６で生成されたデータが、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１に入力される。被検体内のある一点の血流に関心があるときは、被検体内にはパルス状の超音波ビームが送信され、ある１本の走査線上の血流情報が平均化されることを許容しＳ／Ｎの良い血流情報を得たいときは、被検体内には連続波としての超音波ビームが送信される。
【００２２】
パルス／連続波ドプラ解析部４０１では、ある１点もしくはある１本の走査線について多数回超音波送受信を行なうことにより得られたデータに基づくＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算により、その一点の血流情報あるいはその一本の走査線上の平均的な血流情報が得られる。このパルス／連続波ドプラ解析部４０１で得られた血流情報をあらわすデータは、エコーバス９０２を経由して、スクロール用スキャンコンバータ３０３に入力され、スクロールスキャンコンバータ３０３では、縦軸が血流速度、横軸が時間軸からなり時間軸方向にスクロールする画像をあらわすビデオ信号が生成される。このビデオ信号は、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力され、観察用テレビモニタ７０７上に、例えば白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像と並べられて表示される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
超音波診断装置は、被検体内で反射して超音波振動子２１に戻ってきた微弱な超音波を受信し微弱な信号を得てその微弱な信号を大きく増幅するため熱雑音が大きく、また、超音波振動子２１に戻ってきた超音波には被検体内で複雑に多重反射した超音波成分等も混入しており、これも雑音として強く作用し、何らの処理も施さない場合、これらの雑音に起因して、各画素の画素値がフレーム毎に激しく変動する、極めて大きなノイズを含む断層像となってしまう。
【００２４】
このため、図７に示すディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１の前段側に、複数フレームに跨る平均化処理を各画素毎に行なうことを基本とする画像処理回路を備え、アナログ信号処理部２０５から出力されエコーバス９０２を経由してきた画像データを先ずその画像処理回路に入力して平均化処理を行ない、その平均化処理により得られた画像データ（平均化画像データ）を白黒用スキャンコンバータ３０１に入力することが行なわれている。
【００２５】
複数フレームに跨る平均化処理を行なうと、熱雑音は本来ランダムなノイズであるためその平均化処理により低減される。また多重反射等に起因する雑音は、被検体内や被検体体表にあてがわれた超音波プローブが完全に静止していると仮定したときは、フレーム間平均によっては低減されないが、実際には被検体（人体）内は絶えず動いており、また被検体体表にあてがわれた超音波プローブも、オペレータが手で持って固定していてもわずかな動きがあり、これらのわずかな動きにより、多重反射等に起因する雑音もフレーム毎に変化し、したがって多重反射等に起因する雑音もフレーム間平均により低減される。
【００２６】
図８は、複数フレームに跨って平均化処理を行なう従来の画像処理回路の一構成例を示すブロック図である。
図８に示す画像処理回路は、平均化処理を行なう平均演算部４１、画像データを記憶する記憶部４２、画像データを入力するデータ入力端子４３、係数選択信号（後述する）を入力する係数入力端子４４、および平均化処理後の画像データ（平均化画像データ）を出力するデータ出力端子４５からなり、さらに、平均演算部４１は、係数選択器４１１、２つの乗算器４１２，４１３、および加算器４１４から構成されている。
【００２７】
乗算器４１２には、アナログ信号処理部２０５（図７参照）から、エコーバス９０２およびデータ入力端子４３を経由して画像データＡ（Ｋ，Ｉ）が順次入力される。ここで、Ｋは画像フレーム番号を表わし、Ｉは、１枚の画像内の画素の番号をあらわしている。すなわち画像データＡ（Ｋ，Ｉ）は、フレーム番号Ｋの画像のＩ番目の画素の画像データである。このような画像データが、画素番号Ｉがインクリメントされる方向に一画素分ずつ順次入力され、１枚の画像（１フレーム分）の画像データの入力が終了すると次のフレームの画像の画像データが同様にして入力される。
【００２８】
また、係数選択器４１１には、図７に示す制御部１００から、ＣＰＵバス９０１および係数入力端子４４を経由して、以下に説明する重み付け平均演算を行なう際の重み係数を選択するための係数選択信号が入力され、係数選択器４１１は、その入力された係数選択信号に応じて選択された重みＰ（０≦Ｐ≦１）、および重み１−Ｐを、それぞれ乗算器４１３および乗算器４１２に入力する。
【００２９】
また、記憶部４２には、直前のフレームＫ−１に関し、以下に説明する重み付け平均演算を行なった結果の平均化画像データＢ（Ｋ−１，Ｉ）が既に記憶されており、この記憶部４２から１フレーム前の平均化画像データＢ（Ｋ−１，Ｉ）が読み出されて乗算器４１３に入力される。
２つの乗算器４１２，４１３のうち、一方の乗算器４１２では、アナログ信号処理部２０５から送られてきた新たなフレームＫの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）に、係数選択器４１１から送られてきた重み１−Ｐが乗算されて、その乗算結果（１−Ｐ）・Ａ（Ｋ，Ｉ）が加算器４１３に送られ、もう一方の乗算器４１３では、記憶部４２から読み出された１フレーム前の平均化画像データＢ（Ｋ−１，Ｉ）に、係数選択器４１１から送られてきた重み係数Ｐが乗算されて、その乗算結果Ｐ・Ｂ（Ｋ−１，Ｉ）が加算器４１４に送られる。加算器４１４では、２つの加算器４１２，４１３から送られてきた２つの乗算結果（１−Ｐ）・Ａ（Ｋ，Ｉ），Ｐ・Ｂ（Ｋ−１，Ｉ）を加算して、平均化画像データ
Ｂ（Ｋ，Ｉ）＝（１−Ｐ）・Ａ（Ｋ，Ｉ）＋Ｐ・Ｂ（Ｋ−１，Ｉ）……（１）
を生成し、図７に示す白黒用スキャンコンバータ３０１に送る。これにより、最終的には、観察用テレビモニタ７０７に、この平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）に基づく画像が表示される。
【００３０】
さらに、この平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）は、次のフレームＫ＋１の重み付け平均演算に用いるために、記憶部４２に送られてその記憶部４２に記憶される。
ここで、（１）式は、ＩＩＲフィルタによるフィルタリング処理である無限インパルス応答を示し、一度入力された画像は、フレームが進むにつれ、順次、（Ｉ−Ｐ），Ｐ（Ｉ−Ｐ），Ｐ2 （Ｉ−Ｐ），……の割合で残像が残る。
【００３１】
画像が動かない場合は重み係数Ｐを１に近づけることにより各フレーム毎に激しく変動するノイズ等が抑えられ鮮明な画像を得ることができるが、被検体内部に動きがあるとその部分では残像が強くあらわれ、動きに対する画像の追随性が極めて劣化し、画質がむしろ悪化してしまう結果となる。これとは逆に重み係数Ｐを０に近づけると残像があらわれにくくなり被検体内の動きに対する画像の追随性は高まるものの、この重み付け平均演算のそもそもの目的であるノイズの低減に対する効果が損なわれてしまう結果となる。
【００３２】
これを改善するために、重み係数Ｐを、固定値ではなく、各画素毎に適応的に変化させる手法が提案されているが、それのみではノイズの低減と動きに対する追随性という相反する双方の要請を高いレベルで満足させるには限界がある。
また、特許第２５２３５９４号掲載公報には、各画素毎に、前フレームよりも後続フレームの方が輝度が減少する場合には、その画素について（１）式に示す平均化処理を行ない、前フレームよりも後続フレームの方が輝度が増す場合には、その画素については平均化処理を行なわずその後続フレームの画素値をそのまま出力する画像処理が開示されている。すなわちこれは、画素値の変化の方向に応じて平均化処理を行なうか行なわないかを各画素毎に切り換えるというものである。しかしながら、この場合、被検体内の動きのある部分の残像を抑えることはできず、ノイズの低減効果も不十分である。
【００３３】
本発明は、上記事情に鑑み、ノイズの低減を図るとともに動きに対する追随性も良好な画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の超音波診断装置は、被検体内への超音波の送信とその被検体内で反射して戻ってきた超音波の受信とを繰り返すことにより順次連なる複数フレームの画像データを得てそれらの画像データに基づく動画像を表示する超音波診断装置において、
上記動画像をそれぞれが１以上の画素からなる複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎に独立に、直前のフレームの画像データと新たなフレームの画像データとの間の平均化演算を行なう第１のフィルタと、直前のフレームの画像データを用いて既に行なわれた平均化演算により生成された平均化画像データと新たなフレームの画像データとの間の平均化演算を行なう第２のフィルタとを有し、第１のフィルタによる平均化演算処理と第２のフィルタによる平均化演算処理を、複数フレームに跨る、上記各画像部分毎の画像データの値の変化に応じて、上記各画像部分毎に切り換えることを特徴とする。
【００３５】
従来の提案による平均化演算処理は、図８に示すように、出力される画像データと、次のフレームの平均演算に用いるために記憶する画像データが同一であるため、重み係数を例えば各画素毎に適応的に変更しても、あるいは、輝度の変化の方向に応じて平均化処理を行なうか行なわないかを切り換えても、ノイズの低減と被検体の動きへの追随性との双方を満足するには大きな限界があった。本発明は、複数フレームに跨る、各画像部分毎の画像データの値の変化に応じて、各画像部分毎に、直前のフレームと新たなフレームとの２つのフレームのみの画像データの間の平均化演算を行なう第１のフィルタ、すなわち最小構成のＦＩＲフィルタによる平均化演算処理と、従来例と同様なＩＩＲ型のフィルタリング処理を行なう第２のフィルタによる平均化演算処理とを切り換えるものであり、被検体の動きのある部分については最小構成のＦＩＲフィルタを用いることにより被検体の動きに対する画像の追随性が高められ、被検体の動きの小さい部分については、ＩＩＲフィルタを用いることによりノイズを大きく低減することができる。
ここで、本発明の超音波診断装置は、より具体的には、（１）画像処理部、および（２）画像表示部を備えた構成とすることができる。
【００３６】
ここで、上記（１）の画像処理部は、
（１＿１）１フレーム分の画像データを記憶する記憶部
（１＿２）記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとを取り込み、平均化演算を行なうことにより、平均化画像データを生成する平均演算部
（１＿３）平均演算部で生成された平均化画像データと新たなフレームの画像データとを取り込み、所定のデータ選択信号に応じて、１フレーム分の画像をそれぞれが１以上の画素からなる複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎に、取り込まれた両画像データの中からいずれか一方の画像データを選択して記憶部に送るデータ選択部
（１＿４）記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの少なくとも一方の画像データを取り込み、所定の第１の生成基準に基づいて上記データ選択信号を生成してデータ選択部に送る選択制御部
を有する。
【００３７】
上記の「動画像をそれぞれが１以上の画素からなる複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎」とは、典型的には、「各画素毎」であるが、１画素毎である必要はなく、複数画素毎であってもよいことを意味している。
また、上記（２）の画像表示部は、上記（１＿２）の平均演算部で生成された平均化画像データに基づく画像を表示するものである。
【００３８】
上記（１＿１）〜（１＿４）からなる画像処理部を備えた構成の場合、前述した第１のフィルタと第２のフィルタとで、上記（１＿１）の記憶部と上記（１＿２）の平均演算部を共有できるので、前述した目的を小規模な回路で実現することができる。
ここで、上記（１＿４）の選択制御部は、上記（１＿１）の記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとの双方の画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、この選択制御部に取り込まれた新たなフレームの画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データから、記憶部から読み出されてこの選択制御部に取り込まれた画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データを減じた各差分データが、所定の第１のしきい値未満であるか否かに応じて、データ選択部に取り込まれた両画像データのうちの、それぞれ上記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データをその各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成して上記データ選択部に送るものであってもよく、
あるいは、上記（１＿４）の選択制御部は、上記（１＿１）の記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとの双方の画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、記憶部から読み出されてこの選択制御部に取り込まれた画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データから、この選択制御部に取り込まれた新たなフレームの画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データを減じた各差分データが、所定の第２のしきい値未満であるか否かに応じて、データ選択部に取り込まれた両画像データのうちの、それぞれ上記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データを各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成して上記データ選択部に送るものであってもよい。
【００３９】
あるいは、上記（１＿４）の選択制御部は、上記（１＿１）の記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの、少なくとも、上記（１＿２）の記憶部から読み出された画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、記憶部から読み出されてこの選択制御部に取り込まれた画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データが所定の第３のしきい値未満であるか否かに応じて、データ選択部に取り込まれた画像データのうちの、それぞれ、平均化画像データ、あるいは新たなフレームの画像データを各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成してデータ選択部に送るものであってもよく、
さらには上記（１＿４）の選択制御部は、上記（１＿１）の記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの、少なくとも、新たなフレームの画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、この選択制御部に取り込まれた新たなフレームの画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データが所定の第４のしきい値未満であるか否かに応じて、上記データ選択部に取り込まれた画像データのうちの、それぞれ上記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データを各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成してデータ選択部に送るものであってもよい。 また、上記本発明の超音波診断装置において、上記（１＿２）の平均演算部は、その平均演算部に取り込まれた両画像データの、対応する画素どうしの重み付け平均演算を行なうものであることが好ましい。
【００４０】
重み付け平均演算を行なうに当たって、上記（１＿４）の選択制御部が、上記データ選択信号を生成するとともに、所定の第２の生成基準に基づいて、その重み付け平均演算における重み係数を各画像部分毎に選択する係数選択信号を生成して平均演算部に送るものであり、
平均演算部が、選択制御部から送られてきた係数選択信号に基づいて各画像部分毎に重み係数を選択しながら重み付け平均演算を行なうものであってもよい。
【００４１】
各画像部分毎に重み係数を選択しながら重み付け平均演算を行なう場合、上記（１＿４）の選択制御部が、記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとの双方の画像データを取り込むものであって、その選択制御部が、その選択制御部に取り込まれた新たな画像データのうちの各画像部分に対応する画像データと、記憶部から読み出されてその選択制御部に取り込まれた画像データのうちの各画像部分に対応する画像データとが離れた値であるほど、各画像部分毎に、記憶部から読み出された画像データの重みとしてより小さな重みを選択するとともに新たなフレームの画像データの重みとしてより大きな重みを選択する係数選択信号を生成して平均演算部に送るものであることが好ましく、
その場合に、上記（１＿４）の選択制御部が、その選択制御部に取り込まれた新たな画像データのうちの各画像部分に対応する画像データから、記憶部から読み出されて選択制御部に取り込まれた画像データのうちの各画像部分に対応する画像データを減じることにより得られる差分の絶対値が同一の場合であっても、その差分が負である場合、その差分が正である場合に比べ、その差分の絶対値が大きくなるほど、記憶部から読み出された画像データの重みをより速やかに小さな重みに変更するとともに新たなフレームの画像データの重みをより速やかに大きな重みに変更するように各画像部分毎に重み係数を選択する係数選択信号を生成して平均演算部に送るものであることがさらに好ましい。
【００４２】
また、各画像部分毎に重み係数を選択しながら重み付け平均演算を行なうにあたり上記（１＿４）の選択制御部が、記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの、少なくとも、記憶部から読み出された画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、記憶部から読み出されて選択制御部に取り込まれた画像データのうちの各画像部分に対応する画像データが大きな値であるほど、各画像部分毎に、記憶部から読み出された画像データの重みとしてより小さな重みを選択するとともに新たなフレームの画像データの重みとしてより大きな重みを選択する係数選択信号を生成して平均演算部に送るものであることも好ましい形態である。
【００４３】
本発明においては、上記のように、次のフレームの平均演算に用いる画像データを、各画像部分毎に、平均演算処理前の画像データと平均演算処理後の平均化画像データとの中から選択されるが、このような二種類の画像データの、各画像部分毎の切り換えに加え、さらに重み係数を調整すると、平均化の度合が変化し、一層の高画質の画像を得ることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の超音波診断装置の、画像処理部の一実施形態である画像処理回路を示すブロック図である。尚、超音波診断装置の全体構成については、図７を参照して既に説明済みであり、したがってここでは全体構成についての重複説明は省略し、必要に応じて図７を参照する。本実施形態の画像処理回路は、図８に示す従来の画像処理回路に代わり、図７に示す白黒用スキャンコンバータ３０１の前段側に配置される。また、この図１に示す画像処理回路は、本発明のフィルタの一実施形態にも相当する。尚、この図１、および後述する図２において、図８に示す従来例における構成要素と同一の構成要素には図８において付した符号と同一の符号を付して示し、相違点を中心に説明する。
【００４７】
図１に示す実施形態では、平均演算部４１は、図８を参照して説明した平均演算部４１と同一の内部構成を備えており、この平均演算部４１では、新たなフレームＫの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）と、記憶部４２から読み出された画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）が重み付け加算され
Ｂ（Ｋ，Ｉ）＝（１−Ｐ）・Ａ（Ｋ，Ｉ）＋Ｐ・Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）……（２）
なる平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）が生成される。平均演算部４１で得られた平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）は、図７に示す白黒用スキャンコンバータ３０１を経由し表示制御部５００に送られて画像表示用に用いられる。
【００４８】
図１に示す実施形態においては、図８に示す画像処理回路における平均演算部４１、記憶部４２、データ入力端子４３、係数入力端子４４、およびデータ出力端子４５の他に、選択制御部４６およびデータ選択部４７を備えている。選択制御部４６は、例えば、２つの画像データの差分を求める減算器と、その差分を所定のしきい値と比較する比較器とで構成される。また、データ選択部４７は、入力された２つの画像データの中から各画素毎にいずれか一方の画像データを選択して出力するセレクタで構成される。選択制御部４６には、新たなフレームＫの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）と、記憶部４２から読み出された１つ前のフレームＫ−１の画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）が入力され、これら２種類の画像データＡ（Ｋ，Ｉ），Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）に基づいて各画素Ｉ毎にデータ選択信号が生成され、データ選択部４７に入力される。データ選択部４７には、データ選択信号のほか、新たなフレームＫの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）と、平均演算部４１で今回得られた平均演算処理後の画像データ（平均化画像データ）Ｂ（Ｋ，Ｉ）との双方が入力され、データ選択信号に基づいてそれら二種類の画像データＡ（Ｋ，Ｉ），Ｂ（Ｋ，Ｉ）の中から、各画素Ｉ毎に、いずれか一方の画像データが選択れて記憶部４２に送られる。データ選択部４７により二種類の画像データＡ（Ｋ，Ｉ），Ｂ（Ｋ，Ｉ）の中から各画素毎にいずれか一方の画像データを選択することにより得られた画像データを、ここでは、画像データＣ（Ｋ，Ｉ）と表記する。上述した画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）は、１つ前のフレームについて上記と同様にして二種類の画像データＡ（Ｋ−１，Ｉ），Ｂ（Ｋ−１，Ｉ）の中から各画素毎にいずれか一方の画像データが選択されることにより生成されて記憶部４２に記憶された画像データである。
【００４９】
選択制御部４６における、画像データＡ（Ｋ，Ｉ）を選択するためのデータ選択信号を生成するか画像データＢ（Ｋ，Ｉ）を選択するためのデータ選択信号を生成するかを各画素毎に定める基準として、本実施形態では、以下に説明する基準が用いられる。すなわち、
（ａ） Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＜Ｔｈ１
（ｂ） Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）−Ａ（Ｋ，Ｉ）＜Ｔｈ２
（ｃ） Ａ（Ｋ，Ｉ）＜Ｔｈ３
（ｄ） Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＜Ｔｈ４
但し、Ｔｈ１〜Ｔｈ４は各しきい値をあらわす。
のいずれか１つもしくは複数を満足するときに平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）を選択し、上記（ａ）〜（ｄ）のいずれも満足しないときに新たなフレームの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）が選択される。
【００５０】
（ａ），（ｂ）に示すようにＡ（Ｋ，Ｉ）とＣ（Ｋ−１，Ｉ）との差分が小さいときは、動きが小さいことを意味し、したがって次のフレームの平均演算処理用の画像データとして平均化画像データ（平均演算処理後の画像データ）Ｂ（Ｋ，Ｉ）を選択することによりノイズの大幅な低減化が図られる。これとは逆に、Ａ（Ｋ，Ｉ）とＣ（Ｋ−１，Ｉ）との差分が大きいときは、動きが大きいことを意味し、したがって次のフレームの平均演算処理用の画像データとして、新たなフレームの画像データ（平均演算処理前の画像データ）Ａ（Ｋ，Ｉ）を選択することにより、過去のフレームの影響を断ち切り、残像を減らし、動きの追随性を向上させることができる。
【００５１】
図７に示す超音波プローブ２０や送受信部２０１等における熱雑音や、被検体内部における超音波の多重反射等に起因する雑音は一般に輝度レベルが低く、したがって（ｃ），（ｄ）に示すように、差分ではなく、画像データＡ（Ｋ，Ｉ）自身、もしくは画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）自身が小さい値のとき（輝度レベルが低いとき）は、次のフレームの平均演算処理用の画像データとして平均演算処理後の平均化画像データを選択することによりノイズの低減が図られ、一方、画像データＡ（Ｋ，Ｉ）、もしくは画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）が大きな値（輝度が高いことをあらわす）のときは、次のフレームの平均演算処理用の画像データとして、平均演算処理前の新たなフレームの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）を選択することにより、動きへの追随性の向上が図られることになる。
【００５２】
尚、上記（ａ）と（ｂ）とでしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を変えているのは、それまで暗かった（輝度レベルが低かった）画素の輝度が上がったときと、それまで明るかった（輝度レベルが高かった）画素の輝度が下がったときとではノイズの低減と動きへの追随性とのバランスを変えた方がよい場合があるからである。輝度が急に上がったときは表示画像上の輝度の上昇は多少遅れても大きな問題はないが、輝度が急に下がったにもかかわらず表示画像上の輝度の低下速度が遅れると残像として目立つことになり、したがって典型的には、Ｔｈ１＞Ｔｈ２なるしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２が設定される。
【００５３】
尚、上記実施形態では、上記（ａ）〜（ｄ）の４つの判定基準全てを用いているが、本発明においてこれら全てを採用する必要はなく、これら（ａ）〜（ｄ）のうちのいずれか１つもしくは２つ以上の組み合わせを判定基準として用いることができる。
また、上記実施形態では、選択制御部４６で各画素Ｉ１つずつについてデータ選択信号が生成され、データ選択部４７では、各画素Ｉ１つずつについてＡ（Ｋ，Ｉ）もしくはＢ（Ｋ，Ｉ）が選択されたが、これらの動作は必ずしも各画素毎ある必要はなく、画像を複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎、例えば２画素毎あるいは３画素毎等に行なってもよい。例えば２画素毎に行なう場合は、選択制御部４６では、Ａ（Ｋ，Ｉ）とＡ（Ｋ，Ｉ＋１）との平均値、あるいはそれらの画像データＡ（Ｋ，Ｉ），Ａ（Ｋ，Ｉ＋１）のうちの代表として選んだ画像データＡ（Ｋ，Ｉ）と、画像データＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ）とＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ＋１）との平均値、あるいはそれらの画像データＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ）とＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ＋１）のうちの代表として選んだ画像データＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ）とに基づいて、２つの画素Ｉ，Ｉ＋１用のデータ選択信号が生成され、データ選択部４７では、そのデータ選択信号に基づいて、画素Ｉと画素Ｉ＋１との双方について、Ａ（Ｋ，Ｉ）とＡ（Ｋ，Ｉ＋１）、もしくはＢ（Ｋ，Ｉ）とＢ（Ｋ，Ｉ＋１）が選択される。
【００５４】
図２は、本発明の超音波診断装置の画像処理部の他の実施形態である画像処理回路を示すブロック図である。図１に示す実施形態との相違点について説明する。
図２に示す画像処理回路には、図１に示す実施形態における、データ選択信号を生成する選択制御部４６に代わり、データ選択信号のほか、さらに係数選択信号を生成する選択制御部４８が備えられている。
【００５５】
この選択制御部４８で生成される係数選択信号は平均演算部４１に入力され、平均演算部４１では、この係数選択信号に基づいて、平均演算部４１における（２）式に基づく平均演算処理における重み係数Ｐが選択され、その選択された重み係数Ｐを用いて（２）式の平均演算処理が実行される。選択制御部４８における、重み係数Ｐを選択するための係数選択信号を生成する基準として、本実施形態では以下の基準が採用される。すなわち
（ａ） 画素Ｉについて、差分の絶対値｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜が大きな値であるほど重み係数Ｐとして小さな値の重み係数を選択する。
【００５６】
この理由は、前述したように、フレーム間で輝度が大きく変化したときは、被検体が動いている可能性が高く、重み係数Ｐを小さな値に下げることによって、過去のフレームの影響を低減し、新たなフレームを重く用い、これにより動きに対する追随性を高めるためである。
（ｂ） （ａ）の場合であっても差分Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が正であるか負であるかに応じて、この差分が正の場合に比べこの差分が負の場合に、差分の絶対値｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜が大きくなるほど重み係数Ｐをより速やかに小さな値に変更する。
【００５７】
差分Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が負であるということは、前のフレームでは輝度が高く、今回のフレームで輝度が下がったことを意味し、残像を速やかに消失させるのが好ましく、したがってこの差分が負のときは正の場合と比べ重み係数としてより小さな値の重み係数を用い、過去のフレームの影響を低減するのが好ましいからである。
【００５８】
（ｃ） Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が大きな値（輝度レベルが大きい）ほど、重み係数Ｐとして小さな値の重み係数を用いる。
ノイズは比較的輝度レベルが低く、輝度レベルが低いときは重み係数Ｐとしてより大きな値の重み係数を用いることにより強く平均化しノイズを低減しようというものである。
【００５９】
この図２に示す実施形態における選択制御部４８には、上記の（ａ）〜（ｃ）の演算を実行するために、例えば、差分Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）を求める減算器、その差分の絶対値を求める絶対値回路、および、差分の絶対値、差分の符号、および画像データの値と重み係数との対応関係をあらわす係数テーブルが備えられており、それら差分の絶対値、差分の符号、および画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）を引数としてその係数テーブルを参照して重み係数Ｐが求められる。
【００６０】
図３は、上記（ａ）〜（ｃ）の基準を複合的に用いた場合の重み係数Ｐの変化を示したグラフである。
差分の絶対値｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜が大きくなるほど重み係数Ｐが小さな値に変更され、かつＡ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＞０のときよりもＡ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＜０のときの方が、｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜が大きくなるにつれ、重み係数Ｐがより速やかに小さな値に変更される。さらに、Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が大きい（輝度が高い）ほど重み係数Ｐとして小さい値が選択される。
【００６１】
重み係数を上記のように選択すると、例えば被検体内部（低輝度レベルの画像部分）では強い平均がかかり、輝度レベルの高い組織部分では平均の度合いが弱まるように画像処理されることになる。また、仮に、図３において、左右対称の重み係数Ｐを用いた場合（すなわち、Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が正であっても負であっても、その絶対値が等しいときに同一の値の重み係数Ｐを用いた場合）は、例えばある画素が、最初は筋肉組織のような高輝度レベルであったときにおいて、被検体内部で動きがあったり、超音波プローブが動いた結果次のフレームではその画素が血管内部や胆嚢内部のように低輝度レベルに変化した場合を考えると、最初はその画素の輝度が高く、かつ次のフレームとの輝度差が大きいので重み係数Ｐとして小さなな値が選択され、その画素の輝度が急激に低下する。しかし、その画素の輝度が一旦低下すると、さらにその次のフレームにおける輝度との輝度差が小さく、今度は重み係数が急激に上昇する。このためその画素の輝度はなかなか本来の輝度レベルに収束せず数フレームにわたって薄いモヤがかかったような画像になる。そこで輝度差が負の場合（Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＜０の場合）、すなわち、輝度が低下する方向に変化する場合、輝度差が正の場合と比べ小さな値の重み係数Ｐを選択すると、被検体内部が動いたり超音波プローブを動かした後に残る影響を防ぐことが可能となる。
【００６２】
このように、データ選択部４４により、Ａ（Ｋ，Ｉ）とＢ（Ｋ，Ｉ）を各画素毎に選択するとともに、重み係数Ｐとして、各画素毎に、図３に示すグラフのように種々の値の重み係数を選択して平均演算処理を行なうことにより、ノイズの低減化と、動きに対する追随性との双方を、一層高度なレベルで満足することができる。
【００６３】
次に、図１に示す構成の画像処理回路を用いたときの、ノイズの低減化と動きに対する追随性に関するシミュレーション結果について説明する。
図４は、シミュレーションの条件を示す模式図である。
ここでは、ある画素点をシストが通過するものとする。シストとは、例えば内部に水分や膿が溜まった臓器や病変部等、その内部では超音波がほとんど反射しない部分をいう。
【００６４】
図５は、図４に示す画素点をシストが通過したときの、その画素点の画素値の変化についてのシミュレーション結果を示す図、すなわち、平均化処理前の画素値の変化を示す図（Ａ）、およびその画素点の、図１に示す画像処理回路を通過した後の画素値の変化（実線）と図８に示す従来の画像処理回路を通過した後の画素値の変化（破線）とを示す図（Ｂ）である。横軸は、各時刻ｔ0 ，ｔ1 ，……をあらわしている。
【００６５】
図５（Ａ）は、熱雑音等が一切存在しないものと仮定したときの画素値の変化を示しており、実際には極めて大きなノイズが重畳している。そのノイズを低減化するために平均化処理を行なうのであるが、平均化処理後の画素値の変化ができる限り、ノイズが一切存在しないものと仮定したときの画素値の変化に近似していることが好ましい。
【００６６】
図５（Ｂ）は、実線、破線の双方とも、重み係数Ｐ＝０．５、すなわち２つの画像データを単純に加算平均したときのものである。また、図１に付記した画像データをあらわす記号を用いて表現したとき、図５（Ｂ）の実線は、
｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜≧４のとき、
Ｃ（Ｋ，Ｉ）＝Ａ（Ｋ，Ｉ）、
｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜＜４のとき、
Ｃ（Ｋ，Ｉ）＝Ｂ（Ｋ，Ｉ）
としたときのもの（すなわち本発明の実施例）であり、図５（Ｂ）の破線は、常に、
Ｃ（Ｋ，Ｉ）＝Ｂ（Ｋ，Ｉ）
としたときのもの（すなわち図８に示す従来例）である。
【００６７】
図５（Ａ）に示す理想的な画素値の変化をあらわすグラフでは時刻ｔ7 〜時刻ｔ8 の１クロック間に画素値が最大値から最小値まで低下し、時刻ｔ23〜時刻ｔ24の１クロック間に画素値が最小値から最大値まで増加している。このとき、図５（Ｂ）の実線（図１に示す実施形態の場合）では、それぞれ２クロック（時刻ｔ7 〜時刻ｔ9 、時刻ｔ23〜時刻ｔ25）で画素値が変化しているが、図５（Ｂ）の破線（図８に示す従来例の場合）では、画素値が変化し終わるのにかなりの長時間を要している。このことから、図１に示す実施形態の方が図８に示す従来例よりも残像が速やかに消え、動きに対する追随性が良好であることがわかる。
【００６８】
図６は、図５と同様、図４に示す画素点をシストが通過したときのシミュレーション結果を示す図、すなわち、シミュレーション上のモデルとしての、平均化処理前の画素値の変化を示す図（Ａ）、およびその画素点の、図１に示す画像処理回路を通過した後の画素値の変化（実線）と図８に示す従来の画像処理回路を通過した後の画素値の変化（破線）を示す図（Ｂ）である。
【００６９】
図６（Ａ）では、時刻ｔ9 と時刻ｔ16に図示のようなノイズが混入したものと仮定している。このとき図６（Ｂ）の実線と破線に示すように、図１に示す実施形態（実線）の方が、図８に示す従来例（破線）よりもノイズをより低減化していることがわかる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波診断装置によれば、ノイズの低減と動きに対する追随性との双方を高度なレベルで実現した画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波診断装置の演算処理部の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の超音波診断装置の画像処理部の他の実施形態を示すブロック図である。
【図３】重み係数Ｐの変化を示すグラフである。
【図４】シミュレーションの条件を示す構成図である。
【図５】図４に示す画素点をシフトが通過したときの、シミュレーション結果を示す図である。
【図６】図４に示す画素点をシフトが通過したときの、シミュレーション結果を示す図である。
【図７】超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
【図８】超音波診断装置の演算回路の、従来の一構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 被検体
２ 走査線
１０ 本体部
２０ 超音波プローブ
２１ 超音波振動子
４１ 平均演算部
４２ 記憶部
４３ データ入力端子
４４ 係数入力端子
４５ データ出力端子
４６ 選択制御部
４７ データ選択部
１００ 制御部
１０１ ＣＰＵ部
１０２ ビームスキャン制御部
２００ アナログ処理部
２０１ 送受信部
２０２ 受信ディレイ制御部
２０３ ビームフォーマ部
２０４ コントロールインターフェイス部
２０５ アナログ信号処理部
２０６ ドプラシグナル処理部
２０７，２０８，２０９ 制御ライン
３００ ディジタルスキャンコンバータ部
３０１ 白黒用スキャンコンバータ
３０２ カラー用スキャンコンバータ
３０３ スクロールスキャンコンバータ
４００ ドプラ処理部
４０１ パルス／連続波ドプラ解析部
４０２ カラードプラ解析部
４１１ 係数選択器
４１２，４１３ 乗算器
４１４ 加算器
５００ 表示制御部
６００ 生体信号アンプ部
７０１ 操作パネル
７０２ タッチパネル
７０３ ＥＬ表示部
７０４ フロッピィディスク装置
７０５ プリンタ
７０６ ＶＴＲ
７０７ 観察用テレビモニタ
７０８ スピーカ
７０９ ＥＣＧ電極ユニット
７１０ 心音マイク
７１１ 脈波用トランスデューサ
８００ 電源部
９０１ ＣＰＵバス
９０２ エコーバス
９０３ ビデオバス
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内への超音波の送信とその被検体内で反射して戻ってきた超音波の受信とを繰り返すことにより順次連なる複数フレームの画像データを得てそれらの画像データに基づく動画像を表示する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人間の病気の診断を目的とした超音波診断装置が広く用いられている。
図７は、超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。このブロック図を参照して超音波診断装置の概要について説明する。
【０００３】
以下、各部の作用ないし機能の説明はあとにまわし、先ずは、この超音波診断装置の構成について説明する。
この超音波診断装置の本体部１０は、大別して、制御部１００、アナログ処理部２００、ディジタルスキャンコンバータ部３００、ドプラ処理部４００、表示制御部５００、生体信号アンプ部６００から構成されている。制御部１００は、ＣＰＵ部１０１とビームスキャン制御部１０２とからなり、ＣＰＵ部１０１には、操作パネル７０１、一体的に構成されたタッチパネル７０２とＥＬ表示器７０３、およびフロッピィディスク装置７０４が接続されている。
【０００４】
また、アナログ処理部２００は、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、ビームフォーマ部２０３、コントロールインターフェイス部２０４、アナログ信号処理部２０５、およびドプラシグナル処理部２０６から構成されており、コントロールインターフェイス部２０４と、送受信部２０１、受信ディレ制御部２０２、およびドプラシグナル処理部２０６は、制御ライン２０７で結ばれている。また、コントロールインターフェイス部２０４とアナログ信号処理部２０５は制御ライン２０８で結ばれており、さらに、受信ディレイ制御部２０２とビームフォーマ部２０３は制御ライン２０９で結ばれている。アナログ処理部２００を構成する送受信部２０１には、超音波プローブ２０が、着脱自在に、ここでは最大４本まで接続される。
【０００５】
また、ディジタルスキャンコンバータ部３００には、白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３が備えられている。
また、ドプラ処理部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１とカラードプラ解析部４０２が備えられている。
【０００６】
さらに、表示制御部５００は、ここでは１つのブロックで示されており、この表示制御部５００には、プリンタ７０５、ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）７０６、観察用テレビモニタ７０７、およびスピーカ７０８が接続されている。
また、生体信号アンプ部６００も、表示制御部５００と同様、ここでは１つのブロックで示されており、この生体信号アンプ部６００には、ＥＣＧ電極ユニット７０９、心音マイク７１０、および脈波用トランスデューサ７１１が接続されている。
【０００７】
さらに、この超音波診断装置には、電源部８００が備えられている。この電源部８００は、商用電源に接続され、この超音波診断装置各部に必要な電力を供給する。
また、本体部１０は、ＣＰＵバス９０１を有しており、このＣＰＵバス９０１は、制御部１００を構成するＣＰＵ部１０１およびビームスキャン制御部１０２と、アナログ処理部２００を構成するコントロールインターフェイス部２０４と、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３と、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１およびカラードプラ解析部４０２と、さらに画像表示部５００とを接続している。また、この本体部１０は、エコーバス９０２を有しており、このエコーバス９０２は、アナログ処理部２００を構成するアナログ信号処理部２０５で生成される画像データを、ディジタルスキャンコンバータ部３００に供給する。また、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１およびカラードプラ解析部４０２で生成されたデータも、エコーバス９０２を経由してディジタルスキャンコンバータ部３００に供給される。さらに、この本体部１０は、ビデオバス９０３を有しており、このビデオバス９０３は、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３のいずれかで生成されたビデオ信号を表示制御部５００に伝達する。
【０００８】
操作パネル７０１は、配列された多数のキーを備えたキーボード等から成り、この操作パネル７０１を操作するとその操作情報がＣＰＵ部１０１で検知され、その操作情報に応じた指令が、その指令に応じて、ビームスキャン制御部１０２、コントロールインターフェイス部２０４、ディジタルスキャンコンバータ部３００、ドプラ処理部４００、あるいは表示制御部５００に伝達される。
【０００９】
ＥＬ表示部７０３は、液晶表示画面を有し、また、ＣＰＵ部１０１は、そのＥＬ表示部７０３の液晶表示画面に表示するＥＬ用線画を作成するＥＬ用線画作成部を兼ねており、そのＣＰＵ部１０１で生成されたＥＬ用線画がＥＬ表示部７０３の液晶表示画面上に表示される。そのＥＬ表示部７０３の液晶表示画面上にはタッチパネル７０２が備えられており、そのタッチパネル７０２に指で触れるとそのタッチパネル７０２上の指で触れた位置をあらわす位置情報がＣＰＵ部１０１に伝達される。このタッチパネル７０２およびＥＬ表示器７０３は、例えば、操作パネル７０１の操作により、この超音波診断装置に、ある１つのモードに関するパラメータを設定する旨指示すると、ＣＰＵ１０１により、その１つのモード用に設定すべき多数のパラメータ一覧がＥＬ表示部７０３に表示され、タッチパネル７０２を指で触れて所望のパラメータを設定するなど、この超音波診断装置への各種の指示を入力し易いように構成されたものである。
【００１０】
フロッピィディスク装置７０４は、図示しないフロッピィディスクが装脱自在に装填され、その装填されたフロッピィディスクをアクセスする装置であって、ＣＰＵ部１０１により、オペレータが操作パネル７０１やタッチパネル７０２の操作により行なった指示がそのフロッピィディスク装置７０４に装填されたフロッピィディスクに書き込まれ、この超音波診断装置への電源投入時、あるいは操作パネル７０１の操作により初期状態へのリセットが指示された時に、そのフロッピィディスク装置７０４に装填されたフロッピィディスクからそこに書き込まれている各種の指示情報がＣＰＵ部１０１に入力され、ＣＰＵ部１０１は、その指示情報に応じて各部を初期状態に設定する。これは、この超音波診断装置を稼働させるにあたって必要となる、操作パネル７０１やタッチパネル７０２から設定すべきパラメータ等が多数存在し、例えば電源投入のたびにそれら多数のパラメータ等を設定し直すのは極めて大変であり、このためフロッピィディスクに初期状態のパラメータ等を書き込んでおいて、電源投入時や初期状態へのリセットが指示された時には、そのフロッピィディスクに書き込まれているパラメータ等を読み込んでそれらのパラメータ等に応じて各部を設定することにより、パラメータ等の設定効率化を図るというものである。
【００１１】
制御部１００を構成するＣＰＵ部１０１は、上述のように、主としてマン・マシンインターフェイスの役割りを担っているのに対し、同じく制御部１００を構成するビームスキャン制御部１０２は、主として、この超音波診断装置による超音波の送受信のタイミング等、リアルタイム性が要求される制御を担当している。この超音波診断装置で超音波の送受信を行なう時には、ビームスキャン制御部１０２からＣＰＵバス９０１を経由してアナログ処理部２００のコントロールインターフェイス部２０４に、このアナログ処理部２００を構成する各部を制御する制御信号が伝達され、このコントロールインターフェイス部２０４は、制御ライン２０７を経由して、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、およびドプラシグナル処理部２０６を制御し、また、このコントロールインターフェイス部２０４は制御ライン２０８を介して、アナログ信号処理部２０５を制御し、さらに受信ディレイ制御部２０２は、コントロールインターフェイス部２０４の制御を受けて、制御ライン２０９を介してビームフォーマ部２０３を制御する。
【００１２】
送受信部２０１には、超音波プローブ２０が接続されている。この超音波プローブには、例えばリニア走査型超音波プローブ、コンベックス走査型超音波プローブ、セクタ走査型超音波プローブ、また特殊な超音波プローブとしては、体腔内に挿入されるタイプの超音波プローブ、さらには、これら各種の超音波プローブについて、使用される超音波の周波数の相違による種別等、多種類の超音波プローブが存在する。超音波プローブを本体部１０に装着するにはコネクタ（図示せず）が用いられるが、本体部１０側には超音波プローブを接続するためのコネクタが４個取り付けられており、前述したように、多種類の超音波プローブのうち最大４本まで同時装着が可能である。超音波プローブを本体部１０に装着すると、どの種類の超音波プローブが装着されたかをあらわす情報が本体部１０で認識できるように構成されており、その情報は、制御ライン２０７、コントロールインターフェイス部２０４、およびＣＰＵバス９０１を経由してＣＰＵ部１０１に伝えられる。一方、操作パネル７０１からは、この超音波診断装置を使用するにあたり、今回、本体部１０側の４つのコネクタのうちのどのコネクタに接続された超音波プローブを使用するか指示が入力される。その指示は、ＣＰＵバス９０１、コントロールインターフェイス部２０４、制御ライン２０７を経由して送受信部２０に伝達され、送受信部２０１は、そのように指示された超音波プローブ２０に対し、以下に説明するように高電圧パルスを送信して超音波を送信し、その超音波プローブで受信された信号を受け取る。ここでは、図７に１つだけ示す超音波プローブ２０が超音波送受信のために選択されたものとする。
【００１３】
超音波プローブ２０の先端には、複数の超音波振動子２１が配列されており、超音波の送受信にあたっては、被検体（特に人体）１の体表に超音波振動子２１があてがわれる。その状態で、送受信部２０１から複数の超音波振動子２１それぞれに向けて超音波送信用の各高電圧パルスが印加される。複数の超音波振動子２１それぞれに印加される各高電圧パルスは、コントロールインターフェイス部２０４の制御により相対的な時間差が調整されており、これら相対的な時間差がどのように調整されるかに応じて、これら複数の超音波振動子１１から、被検体１の内部に延びる複数の走査線２のうちのいずれか一本の走査線に沿って、被検体内部の所定深さ位置に焦点が結ばれた超音波パルスビームが送信される。この超音波パルスビームは被検体１の内部を進む間にその１本の走査線上の各点で反射して超音波プローブ２０に戻り、その反射超音波が複数の超音波振動子２１で受信される。この受信により得られた複数の信号は、送受信部２０１に入力されて送受信部２０１に備えられた複数のプリアンプ（図示せず）でそれぞれ増幅されてビームフォーマ部２０３に入力される。このビームフォーマ部２０３には、多数の中間タップを備えたアナログ遅延線（図示せず）が備えられており、受信ディレイ制御部２０２の制御により、送受信部２０１から送られてきた複数の信号がアナログ遅延線のどの中間タップから入力されるかが切り換えられ、これにより、それら複数の信号が相対的に遅延されるとともに互いに電流加算される。ここで、それら複数の信号に関する相対的な遅延パターンを制御することにより、超音波送信時の走査線と同一の走査線に沿う方向の反射超音波が強調され、かつ被検体１の内部の所定深さ位置に焦点が結ばれた、いわゆる受信ビームが形成される。ここで、超音波は、被検体１内部を、信号処理の速度と比べてゆっくりと進むため、１本の走査線に沿う反射超音波を受信している途中で被検体内のより深い位置に焦点を順次移動させる、いわゆるダイナミックフォーカスを実現することもでき、この場合、超音波パルスビーム１回の送信に対応する１回の受信の間であっても、その途中で時間的に順次に、受信ディレイ制御部２０２により、各超音波振動子で得られた各信号が入力される、アナログ遅延線の各タップが切り換えられる。
【００１４】
尚、上記説明では、超音波振動子２１には高電圧パルスを与え、超音波パルスビームを送信する旨説明したが、この場合、前述したように超音波は信号処理速度と比べるとゆっくりと被検体内を進むため、超音波振動子２１に高電圧パルスを印加した時点を起点とし、超音波振動子２１で反射超音波を受信する時点までの時間により、その時点で得られた信号が被検体内のどの深さ位置で反射した反射超音波に対応する信号であるかを知ることができる。すなわち、送信される超音波がパルス状のものであることにより、被検体の深さ方向に分解能を持つことになる。通常は、このように、超音波振動子２１には高電圧パルスが印加されるが、特殊な場合には、被検体内の深さ方向に分解能を持たないことを許容し、超音波振動子２１に連続的に繰り返す高電圧パルス列信号を印加して被検体内に連続波としての超音波ビームを送信することもある。
【００１５】
ただし、以下においても、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１の説明の際に連続波に言及する場合を除き、パルス状の超音波ビームを送信するものとして説明する。
送受信部２０１およびビームフォーマ部２０３は、以上のようにして、被検体１内部の複数の走査線２のそれぞれに沿って順次に超音波パルスビームの送信と受信とを繰り返し、これにより生成される各走査線に沿う受信ビームをあらわす信号が順次アナログ信号処理部２０５に入力される。このアナログ信号処理部２０５では、入力された信号が対数圧縮され、検波され、さらに、操作パネル７０１からの、被検体１内部のどの深さ領域までの画像を表示するかという指定（つまり被検体内部の浅い領域のみの画像を表示すればよいのか、あるいはどの程度深い領域までの画像を表示する必要があるかという指定）に応じたフィルタリング処理等が施され、さらにＡ／Ｄ変換部によりディジタルの画像データに変換される。このアナログ信号処理部２０５から出力された画像データは、エコーバス９０２を経由して、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１に入力される。この白黒用スキャンコンバータ３０１では、入力された画像データが表示用のビデオ信号に変換され、その表示用のビデオ信号がビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力される。この表示制御部５００は、複数の走査線２で規定される被検体断層面内の超音波反射強度分布によるＢモード像を観察用テレビモニタ７０７に表示する。その際、必要に応じて、操作パネル７０１か入力された患者名や撮影年月日、撮影条件等も、そのＢモード像に重畳されて表示される。このＢモード像として、被検体１内部が動いている様子をあらわす動画像を表示することもでき、あるいは、ある時点における静止画像を表示することもでき、さらには、生体信号アンプ部６００からの同期信号に基づいて、人体の心臓の動きに同期した、その心臓の動きの、ある位相における画像を表示することもできる。
【００１６】
生体信号アンプ部６００には、被検体（人体）１の心電波形を得るためのＥＣＧ電極ユニット７０９、心音をピックアップする心音マイク７１０、人体の脈をとらえる脈波用トランスデューサ７１１が接続されており、生体信号アンプ部６００では、これらのうちのいずれか１つもしくは複数のセンサに基づいて同期信号が生成され、表示制御部５００に送られる。
【００１７】
また表示制御部５００には、観察用テレビモニタ７０７のほか、プリンタ７０５、ＶＴＲ７０６が接続されており、表示制御部５００は、オペレータからの指示に応じて、観察用テレビモニタ７０７に表示された画像をプリンタ７０５ないしはＶＴＲ７０６に出力する。
再度、アナログ処理部２００の説明から始める。
【００１８】
被検体内部に延びるある一本の走査線上の超音波反射情報の時間変化を知ろうとするときは、オペレータからの指示に応じて、その関心のある一本の走査線に沿って超音波が繰り返し送受信され、その１本の走査線に沿う被検体の受信ビームをあらわすデータがエコーバス９０２を経由してスクロール用スキャンコンバータ３０３に入力される。このスクロール用スキャンコンバータ３０３は、縦方向にその１本の走査線に沿う被検体の深さ方向の超音波反射強度分布、横軸が時間軸からなり時間軸方向にスクロールする画像（Ｍモード像）をあらわすビデオ信号が生成され、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力され、例えば観察用テレビモニタ７０７に、そのビデオ信号に基づく画像が表示される。
【００１９】
尚、表示制御部５００は、白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像をあらわすビデオ信号とスクロール用スキャンコンバータ３０３から送られてきたＭモード像をあらわすビデオ信号とを横に並べる機能や、Ｂモード像に、後述するカラーモード像を重畳する機能も有しており、観察用テレビモニタ７０７には、オペレータからの指示に応じて、複数の画像が並べて表示され、あるいは複数の画像が重畳して表示される。
【００２０】
もう一度、アナログ処理部２００の説明に戻る。
アナログ処理部２００を構成するドプラシグナル処理部２０６は、被検体１内部の血流分布や、ある一点、ないしある１本の走査線上の血流速度を求めるための構成要素であり、このドプラシグナル処理部２０６では、ビームフォーマ部２０３で生成された受信ビームをあらわす信号に、いわゆる直交検波が施され、さらにＡ／Ｄ変換によりディジタルデータに変換される。ドプラシグナル処理部２０６から出力された直交検波後のデータは、ドプラ処理部４００に入力される。ドプラ処理部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１とカラードプラ解析部４０２とが備えられており、ここでは、ドプラシグナル処理部２０６から出力されたデータは、カラードプラ解析部４０２に入力されるものとする。カラードプラ解析部４０２では、各走査線それぞれに沿って例えば８回ずつ超音波送受信を行なったときのデータに基づく自己相関演算により、オペレータにより指定された、Ｂモード画像上の関心領域（ＲＯＩ）内の血流分布をあらわすデータが求められる。ＲＯＩ内の血流分布をあらわすデータは、エコーバス９０２を経由してカラー用スキャンコンバータ３０２に入力される。このカラー用スキャンコンバータ３０２では、そのＲＯＩ内の血流分布をあらわすデータが表示に適したビデオ信号に変換され、そのビデオ信号は、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力される。表示制御部５００では、白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像上のＲＯＩに、例えば超音波プローブ２０に近づく方向の血流を赤、遠ざかる方向の血流を青、それらの輝度で血流速度をあらわしたカラーモード像を重畳して、観察用テレビモニタ７０７に表示する。これにより、そのＲＯＩ内の血流分布の概要を把握することができる。
【００２１】
ここで、オペレータにより、そのＲＯＩ内のある１点もしくはある１本の走査線上の血流を詳細に観察する旨の要求が入力されると、今度は送受信部２０１により、その一点を通る一本の走査線、もしくはその関心のある１本の走査線に沿う方向に多数回超音波の送受信が繰り返され、それにより得られた信号に基づいてドプラシグナル処理部２０６で生成されたデータが、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１に入力される。被検体内のある一点の血流に関心があるときは、被検体内にはパルス状の超音波ビームが送信され、ある１本の走査線上の血流情報が平均化されることを許容しＳ／Ｎの良い血流情報を得たいときは、被検体内には連続波としての超音波ビームが送信される。
【００２２】
パルス／連続波ドプラ解析部４０１では、ある１点もしくはある１本の走査線について多数回超音波送受信を行なうことにより得られたデータに基づくＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算により、その一点の血流情報あるいはその一本の走査線上の平均的な血流情報が得られる。このパルス／連続波ドプラ解析部４０１で得られた血流情報をあらわすデータは、エコーバス９０２を経由して、スクロール用スキャンコンバータ３０３に入力され、スクロールスキャンコンバータ３０３では、縦軸が血流速度、横軸が時間軸からなり時間軸方向にスクロールする画像をあらわすビデオ信号が生成される。このビデオ信号は、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力され、観察用テレビモニタ７０７上に、例えば白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像と並べられて表示される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
超音波診断装置は、被検体内で反射して超音波振動子２１に戻ってきた微弱な超音波を受信し微弱な信号を得てその微弱な信号を大きく増幅するため熱雑音が大きく、また、超音波振動子２１に戻ってきた超音波には被検体内で複雑に多重反射した超音波成分等も混入しており、これも雑音として強く作用し、何らの処理も施さない場合、これらの雑音に起因して、各画素の画素値がフレーム毎に激しく変動する、極めて大きなノイズを含む断層像となってしまう。
【００２４】
このため、図７に示すディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１の前段側に、複数フレームに跨る平均化処理を各画素毎に行なうことを基本とする画像処理回路を備え、アナログ信号処理部２０５から出力されエコーバス９０２を経由してきた画像データを先ずその画像処理回路に入力して平均化処理を行ない、その平均化処理により得られた画像データ（平均化画像データ）を白黒用スキャンコンバータ３０１に入力することが行なわれている。
【００２５】
複数フレームに跨る平均化処理を行なうと、熱雑音は本来ランダムなノイズであるためその平均化処理により低減される。また多重反射等に起因する雑音は、被検体内や被検体体表にあてがわれた超音波プローブが完全に静止していると仮定したときは、フレーム間平均によっては低減されないが、実際には被検体（人体）内は絶えず動いており、また被検体体表にあてがわれた超音波プローブも、オペレータが手で持って固定していてもわずかな動きがあり、これらのわずかな動きにより、多重反射等に起因する雑音もフレーム毎に変化し、したがって多重反射等に起因する雑音もフレーム間平均により低減される。
【００２６】
図８は、複数フレームに跨って平均化処理を行なう従来の画像処理回路の一構成例を示すブロック図である。
図８に示す画像処理回路は、平均化処理を行なう平均演算部４１、画像データを記憶する記憶部４２、画像データを入力するデータ入力端子４３、係数選択信号（後述する）を入力する係数入力端子４４、および平均化処理後の画像データ（平均化画像データ）を出力するデータ出力端子４５からなり、さらに、平均演算部４１は、係数選択器４１１、２つの乗算器４１２，４１３、および加算器４１４から構成されている。
【００２７】
乗算器４１２には、アナログ信号処理部２０５（図７参照）から、エコーバス９０２およびデータ入力端子４３を経由して画像データＡ（Ｋ，Ｉ）が順次入力される。ここで、Ｋは画像フレーム番号を表わし、Ｉは、１枚の画像内の画素の番号をあらわしている。すなわち画像データＡ（Ｋ，Ｉ）は、フレーム番号Ｋの画像のＩ番目の画素の画像データである。このような画像データが、画素番号Ｉがインクリメントされる方向に一画素分ずつ順次入力され、１枚の画像（１フレーム分）の画像データの入力が終了すると次のフレームの画像の画像データが同様にして入力される。
【００２８】
また、係数選択器４１１には、図７に示す制御部１００から、ＣＰＵバス９０１および係数入力端子４４を経由して、以下に説明する重み付け平均演算を行なう際の重み係数を選択するための係数選択信号が入力され、係数選択器４１１は、その入力された係数選択信号に応じて選択された重みＰ（０≦Ｐ≦１）、および重み１−Ｐを、それぞれ乗算器４１３および乗算器４１２に入力する。
【００２９】
また、記憶部４２には、直前のフレームＫ−１に関し、以下に説明する重み付け平均演算を行なった結果の平均化画像データＢ（Ｋ−１，Ｉ）が既に記憶されており、この記憶部４２から１フレーム前の平均化画像データＢ（Ｋ−１，Ｉ）が読み出されて乗算器４１３に入力される。
２つの乗算器４１２，４１３のうち、一方の乗算器４１２では、アナログ信号処理部２０５から送られてきた新たなフレームＫの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）に、係数選択器４１１から送られてきた重み１−Ｐが乗算されて、その乗算結果（１−Ｐ）・Ａ（Ｋ，Ｉ）が加算器４１３に送られ、もう一方の乗算器４１３では、記憶部４２から読み出された１フレーム前の平均化画像データＢ（Ｋ−１，Ｉ）に、係数選択器４１１から送られてきた重み係数Ｐが乗算されて、その乗算結果Ｐ・Ｂ（Ｋ−１，Ｉ）が加算器４１４に送られる。加算器４１４では、２つの加算器４１２，４１３から送られてきた２つの乗算結果（１−Ｐ）・Ａ（Ｋ，Ｉ），Ｐ・Ｂ（Ｋ−１，Ｉ）を加算して、平均化画像データ
Ｂ（Ｋ，Ｉ）＝（１−Ｐ）・Ａ（Ｋ，Ｉ）＋Ｐ・Ｂ（Ｋ−１，Ｉ）……（１）
を生成し、図７に示す白黒用スキャンコンバータ３０１に送る。これにより、最終的には、観察用テレビモニタ７０７に、この平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）に基づく画像が表示される。
【００３０】
さらに、この平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）は、次のフレームＫ＋１の重み付け平均演算に用いるために、記憶部４２に送られてその記憶部４２に記憶される。
ここで、（１）式は、ＩＩＲフィルタによるフィルタリング処理である無限インパルス応答を示し、一度入力された画像は、フレームが進むにつれ、順次、（Ｉ−Ｐ），Ｐ（Ｉ−Ｐ），Ｐ2 （Ｉ−Ｐ），……の割合で残像が残る。
【００３１】
画像が動かない場合は重み係数Ｐを１に近づけることにより各フレーム毎に激しく変動するノイズ等が抑えられ鮮明な画像を得ることができるが、被検体内部に動きがあるとその部分では残像が強くあらわれ、動きに対する画像の追随性が極めて劣化し、画質がむしろ悪化してしまう結果となる。これとは逆に重み係数Ｐを０に近づけると残像があらわれにくくなり被検体内の動きに対する画像の追随性は高まるものの、この重み付け平均演算のそもそもの目的であるノイズの低減に対する効果が損なわれてしまう結果となる。
【００３２】
これを改善するために、重み係数Ｐを、固定値ではなく、各画素毎に適応的に変化させる手法が提案されているが、それのみではノイズの低減と動きに対する追随性という相反する双方の要請を高いレベルで満足させるには限界がある。
また、特許第２５２３５９４号掲載公報には、各画素毎に、前フレームよりも後続フレームの方が輝度が減少する場合には、その画素について（１）式に示す平均化処理を行ない、前フレームよりも後続フレームの方が輝度が増す場合には、その画素については平均化処理を行なわずその後続フレームの画素値をそのまま出力する画像処理が開示されている。すなわちこれは、画素値の変化の方向に応じて平均化処理を行なうか行なわないかを各画素毎に切り換えるというものである。しかしながら、この場合、被検体内の動きのある部分の残像を抑えることはできず、ノイズの低減効果も不十分である。
【００３３】
本発明は、上記事情に鑑み、ノイズの低減を図るとともに動きに対する追随性も良好な画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の超音波診断装置は、被検体内への超音波の送信とその被検体内で反射して戻ってきた超音波の受信とを繰り返すことにより順次連なる複数フレームの画像データを得てそれらの画像データに基づく動画像を表示する超音波診断装置において、
上記動画像をそれぞれが１以上の画素からなる複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎に独立に、直前のフレームの画像データと新たなフレームの画像データとの間の平均化演算を行なう第１のフィルタと、直前のフレームの画像データを用いて既に行なわれた平均化演算により生成された平均化画像データと新たなフレームの画像データとの間の平均化演算を行なう第２のフィルタとを有し、第１のフィルタによる平均化演算処理と第２のフィルタによる平均化演算処理を、複数フレームに跨る、上記各画像部分毎の画像データの値の変化に応じて、上記各画像部分毎に切り換えることを特徴とする。
【００３５】
従来の提案による平均化演算処理は、図８に示すように、出力される画像データと、次のフレームの平均演算に用いるために記憶する画像データが同一であるため、重み係数を例えば各画素毎に適応的に変更しても、あるいは、輝度の変化の方向に応じて平均化処理を行なうか行なわないかを切り換えても、ノイズの低減と被検体の動きへの追随性との双方を満足するには大きな限界があった。本発明は、複数フレームに跨る、各画像部分毎の画像データの値の変化に応じて、各画像部分毎に、直前のフレームと新たなフレームとの２つのフレームのみの画像データの間の平均化演算を行なう第１のフィルタ、すなわち最小構成のＦＩＲフィルタによる平均化演算処理と、従来例と同様なＩＩＲ型のフィルタリング処理を行なう第２のフィルタによる平均化演算処理とを切り換えるものであり、被検体の動きのある部分については最小構成のＦＩＲフィルタを用いることにより被検体の動きに対する画像の追随性が高められ、被検体の動きの小さい部分については、ＩＩＲフィルタを用いることによりノイズを大きく低減することができる。
ここで、本発明の超音波診断装置は、より具体的には、（１）画像処理部、および（２）画像表示部を備えた構成とすることができる。
【００３６】
ここで、上記（１）の画像処理部は、
（１＿１）１フレーム分の画像データを記憶する記憶部
（１＿２）記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとを取り込み、平均化演算を行なうことにより、平均化画像データを生成する平均演算部
（１＿３）平均演算部で生成された平均化画像データと新たなフレームの画像データとを取り込み、所定のデータ選択信号に応じて、１フレーム分の画像をそれぞれが１以上の画素からなる複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎に、取り込まれた両画像データの中からいずれか一方の画像データを選択して記憶部に送るデータ選択部
（１＿４）記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの少なくとも一方の画像データを取り込み、所定の第１の生成基準に基づいて上記データ選択信号を生成してデータ選択部に送る選択制御部
を有する。
【００３７】
上記の「動画像をそれぞれが１以上の画素からなる複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎」とは、典型的には、「各画素毎」であるが、１画素毎である必要はなく、複数画素毎であってもよいことを意味している。
また、上記（２）の画像表示部は、上記（１＿２）の平均演算部で生成された平均化画像データに基づく画像を表示するものである。
【００３８】
上記（１＿１）〜（１＿４）からなる画像処理部を備えた構成の場合、前述した第１のフィルタと第２のフィルタとで、上記（１＿１）の記憶部と上記（１＿２）の平均演算部を共有できるので、前述した目的を小規模な回路で実現することができる。
ここで、上記（１＿４）の選択制御部は、上記（１＿１）の記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとの双方の画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、この選択制御部に取り込まれた新たなフレームの画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データから、記憶部から読み出されてこの選択制御部に取り込まれた画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データを減じた各差分データが、所定の第１のしきい値未満であるか否かに応じて、データ選択部に取り込まれた両画像データのうちの、それぞれ上記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データをその各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成して上記データ選択部に送るものであってもよく、
あるいは、上記（１＿４）の選択制御部は、上記（１＿１）の記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとの双方の画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、記憶部から読み出されてこの選択制御部に取り込まれた画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データから、この選択制御部に取り込まれた新たなフレームの画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データを減じた各差分データが、所定の第２のしきい値未満であるか否かに応じて、データ選択部に取り込まれた両画像データのうちの、それぞれ上記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データを各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成して上記データ選択部に送るものであってもよい。
【００３９】
あるいは、上記（１＿４）の選択制御部は、上記（１＿１）の記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの、少なくとも、上記（１＿２）の記憶部から読み出された画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、記憶部から読み出されてこの選択制御部に取り込まれた画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データが所定の第３のしきい値未満であるか否かに応じて、データ選択部に取り込まれた画像データのうちの、それぞれ、平均化画像データ、あるいは新たなフレームの画像データを各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成してデータ選択部に送るものであってもよく、
さらには上記（１＿４）の選択制御部は、上記（１＿１）の記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの、少なくとも、新たなフレームの画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、この選択制御部に取り込まれた新たなフレームの画像データのうちの上記各画像部分に対応する画像データが所定の第４のしきい値未満であるか否かに応じて、上記データ選択部に取り込まれた画像データのうちの、それぞれ上記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データを各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成してデータ選択部に送るものであってもよい。 また、上記本発明の超音波診断装置において、上記（１＿２）の平均演算部は、その平均演算部に取り込まれた両画像データの、対応する画素どうしの重み付け平均演算を行なうものであることが好ましい。
【００４０】
重み付け平均演算を行なうに当たって、上記（１＿４）の選択制御部が、上記データ選択信号を生成するとともに、所定の第２の生成基準に基づいて、その重み付け平均演算における重み係数を各画像部分毎に選択する係数選択信号を生成して平均演算部に送るものであり、
平均演算部が、選択制御部から送られてきた係数選択信号に基づいて各画像部分毎に重み係数を選択しながら重み付け平均演算を行なうものであってもよい。
【００４１】
各画像部分毎に重み係数を選択しながら重み付け平均演算を行なう場合、上記（１＿４）の選択制御部が、記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとの双方の画像データを取り込むものであって、その選択制御部が、その選択制御部に取り込まれた新たな画像データのうちの各画像部分に対応する画像データと、記憶部から読み出されてその選択制御部に取り込まれた画像データのうちの各画像部分に対応する画像データとが離れた値であるほど、各画像部分毎に、記憶部から読み出された画像データの重みとしてより小さな重みを選択するとともに新たなフレームの画像データの重みとしてより大きな重みを選択する係数選択信号を生成して平均演算部に送るものであることが好ましく、
その場合に、上記（１＿４）の選択制御部が、その選択制御部に取り込まれた新たな画像データのうちの各画像部分に対応する画像データから、記憶部から読み出されて選択制御部に取り込まれた画像データのうちの各画像部分に対応する画像データを減じることにより得られる差分の絶対値が同一の場合であっても、その差分が負である場合、その差分が正である場合に比べ、その差分の絶対値が大きくなるほど、記憶部から読み出された画像データの重みをより速やかに小さな重みに変更するとともに新たなフレームの画像データの重みをより速やかに大きな重みに変更するように各画像部分毎に重み係数を選択する係数選択信号を生成して平均演算部に送るものであることがさらに好ましい。
【００４２】
また、各画像部分毎に重み係数を選択しながら重み付け平均演算を行なうにあたり上記（１＿４）の選択制御部が、記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの、少なくとも、記憶部から読み出された画像データを取り込むものであって、この選択制御部が、記憶部から読み出されて選択制御部に取り込まれた画像データのうちの各画像部分に対応する画像データが大きな値であるほど、各画像部分毎に、記憶部から読み出された画像データの重みとしてより小さな重みを選択するとともに新たなフレームの画像データの重みとしてより大きな重みを選択する係数選択信号を生成して平均演算部に送るものであることも好ましい形態である。
【００４３】
本発明においては、上記のように、次のフレームの平均演算に用いる画像データを、各画像部分毎に、平均演算処理前の画像データと平均演算処理後の平均化画像データとの中から選択されるが、このような二種類の画像データの、各画像部分毎の切り換えに加え、さらに重み係数を調整すると、平均化の度合が変化し、一層の高画質の画像を得ることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の超音波診断装置の、画像処理部の一実施形態である画像処理回路を示すブロック図である。尚、超音波診断装置の全体構成については、図７を参照して既に説明済みであり、したがってここでは全体構成についての重複説明は省略し、必要に応じて図７を参照する。本実施形態の画像処理回路は、図８に示す従来の画像処理回路に代わり、図７に示す白黒用スキャンコンバータ３０１の前段側に配置される。また、この図１に示す画像処理回路は、本発明のフィルタの一実施形態にも相当する。尚、この図１、および後述する図２において、図８に示す従来例における構成要素と同一の構成要素には図８において付した符号と同一の符号を付して示し、相違点を中心に説明する。
【００４７】
図１に示す実施形態では、平均演算部４１は、図８を参照して説明した平均演算部４１と同一の内部構成を備えており、この平均演算部４１では、新たなフレームＫの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）と、記憶部４２から読み出された画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）が重み付け加算され
Ｂ（Ｋ，Ｉ）＝（１−Ｐ）・Ａ（Ｋ，Ｉ）＋Ｐ・Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）……（２）
なる平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）が生成される。平均演算部４１で得られた平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）は、図７に示す白黒用スキャンコンバータ３０１を経由し表示制御部５００に送られて画像表示用に用いられる。
【００４８】
図１に示す実施形態においては、図８に示す画像処理回路における平均演算部４１、記憶部４２、データ入力端子４３、係数入力端子４４、およびデータ出力端子４５の他に、選択制御部４６およびデータ選択部４７を備えている。選択制御部４６は、例えば、２つの画像データの差分を求める減算器と、その差分を所定のしきい値と比較する比較器とで構成される。また、データ選択部４７は、入力された２つの画像データの中から各画素毎にいずれか一方の画像データを選択して出力するセレクタで構成される。選択制御部４６には、新たなフレームＫの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）と、記憶部４２から読み出された１つ前のフレームＫ−１の画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）が入力され、これら２種類の画像データＡ（Ｋ，Ｉ），Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）に基づいて各画素Ｉ毎にデータ選択信号が生成され、データ選択部４７に入力される。データ選択部４７には、データ選択信号のほか、新たなフレームＫの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）と、平均演算部４１で今回得られた平均演算処理後の画像データ（平均化画像データ）Ｂ（Ｋ，Ｉ）との双方が入力され、データ選択信号に基づいてそれら二種類の画像データＡ（Ｋ，Ｉ），Ｂ（Ｋ，Ｉ）の中から、各画素Ｉ毎に、いずれか一方の画像データが選択れて記憶部４２に送られる。データ選択部４７により二種類の画像データＡ（Ｋ，Ｉ），Ｂ（Ｋ，Ｉ）の中から各画素毎にいずれか一方の画像データを選択することにより得られた画像データを、ここでは、画像データＣ（Ｋ，Ｉ）と表記する。上述した画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）は、１つ前のフレームについて上記と同様にして二種類の画像データＡ（Ｋ−１，Ｉ），Ｂ（Ｋ−１，Ｉ）の中から各画素毎にいずれか一方の画像データが選択されることにより生成されて記憶部４２に記憶された画像データである。
【００４９】
選択制御部４６における、画像データＡ（Ｋ，Ｉ）を選択するためのデータ選択信号を生成するか画像データＢ（Ｋ，Ｉ）を選択するためのデータ選択信号を生成するかを各画素毎に定める基準として、本実施形態では、以下に説明する基準が用いられる。すなわち、
（ａ） Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＜Ｔｈ１
（ｂ） Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）−Ａ（Ｋ，Ｉ）＜Ｔｈ２
（ｃ） Ａ（Ｋ，Ｉ）＜Ｔｈ３
（ｄ） Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＜Ｔｈ４
但し、Ｔｈ１〜Ｔｈ４は各しきい値をあらわす。
のいずれか１つもしくは複数を満足するときに平均化画像データＢ（Ｋ，Ｉ）を選択し、上記（ａ）〜（ｄ）のいずれも満足しないときに新たなフレームの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）が選択される。
【００５０】
（ａ），（ｂ）に示すようにＡ（Ｋ，Ｉ）とＣ（Ｋ−１，Ｉ）との差分が小さいときは、動きが小さいことを意味し、したがって次のフレームの平均演算処理用の画像データとして平均化画像データ（平均演算処理後の画像データ）Ｂ（Ｋ，Ｉ）を選択することによりノイズの大幅な低減化が図られる。これとは逆に、Ａ（Ｋ，Ｉ）とＣ（Ｋ−１，Ｉ）との差分が大きいときは、動きが大きいことを意味し、したがって次のフレームの平均演算処理用の画像データとして、新たなフレームの画像データ（平均演算処理前の画像データ）Ａ（Ｋ，Ｉ）を選択することにより、過去のフレームの影響を断ち切り、残像を減らし、動きの追随性を向上させることができる。
【００５１】
図７に示す超音波プローブ２０や送受信部２０１等における熱雑音や、被検体内部における超音波の多重反射等に起因する雑音は一般に輝度レベルが低く、したがって（ｃ），（ｄ）に示すように、差分ではなく、画像データＡ（Ｋ，Ｉ）自身、もしくは画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）自身が小さい値のとき（輝度レベルが低いとき）は、次のフレームの平均演算処理用の画像データとして平均演算処理後の平均化画像データを選択することによりノイズの低減が図られ、一方、画像データＡ（Ｋ，Ｉ）、もしくは画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）が大きな値（輝度が高いことをあらわす）のときは、次のフレームの平均演算処理用の画像データとして、平均演算処理前の新たなフレームの画像データＡ（Ｋ，Ｉ）を選択することにより、動きへの追随性の向上が図られることになる。
【００５２】
尚、上記（ａ）と（ｂ）とでしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を変えているのは、それまで暗かった（輝度レベルが低かった）画素の輝度が上がったときと、それまで明るかった（輝度レベルが高かった）画素の輝度が下がったときとではノイズの低減と動きへの追随性とのバランスを変えた方がよい場合があるからである。輝度が急に上がったときは表示画像上の輝度の上昇は多少遅れても大きな問題はないが、輝度が急に下がったにもかかわらず表示画像上の輝度の低下速度が遅れると残像として目立つことになり、したがって典型的には、Ｔｈ１＞Ｔｈ２なるしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２が設定される。
【００５３】
尚、上記実施形態では、上記（ａ）〜（ｄ）の４つの判定基準全てを用いているが、本発明においてこれら全てを採用する必要はなく、これら（ａ）〜（ｄ）のうちのいずれか１つもしくは２つ以上の組み合わせを判定基準として用いることができる。
また、上記実施形態では、選択制御部４６で各画素Ｉ１つずつについてデータ選択信号が生成され、データ選択部４７では、各画素Ｉ１つずつについてＡ（Ｋ，Ｉ）もしくはＢ（Ｋ，Ｉ）が選択されたが、これらの動作は必ずしも各画素毎ある必要はなく、画像を複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎、例えば２画素毎あるいは３画素毎等に行なってもよい。例えば２画素毎に行なう場合は、選択制御部４６では、Ａ（Ｋ，Ｉ）とＡ（Ｋ，Ｉ＋１）との平均値、あるいはそれらの画像データＡ（Ｋ，Ｉ），Ａ（Ｋ，Ｉ＋１）のうちの代表として選んだ画像データＡ（Ｋ，Ｉ）と、画像データＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ）とＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ＋１）との平均値、あるいはそれらの画像データＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ）とＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ＋１）のうちの代表として選んだ画像データＣ（Ｋ−Ｉ，Ｉ）とに基づいて、２つの画素Ｉ，Ｉ＋１用のデータ選択信号が生成され、データ選択部４７では、そのデータ選択信号に基づいて、画素Ｉと画素Ｉ＋１との双方について、Ａ（Ｋ，Ｉ）とＡ（Ｋ，Ｉ＋１）、もしくはＢ（Ｋ，Ｉ）とＢ（Ｋ，Ｉ＋１）が選択される。
【００５４】
図２は、本発明の超音波診断装置の画像処理部の他の実施形態である画像処理回路を示すブロック図である。図１に示す実施形態との相違点について説明する。
図２に示す画像処理回路には、図１に示す実施形態における、データ選択信号を生成する選択制御部４６に代わり、データ選択信号のほか、さらに係数選択信号を生成する選択制御部４８が備えられている。
【００５５】
この選択制御部４８で生成される係数選択信号は平均演算部４１に入力され、平均演算部４１では、この係数選択信号に基づいて、平均演算部４１における（２）式に基づく平均演算処理における重み係数Ｐが選択され、その選択された重み係数Ｐを用いて（２）式の平均演算処理が実行される。選択制御部４８における、重み係数Ｐを選択するための係数選択信号を生成する基準として、本実施形態では以下の基準が採用される。すなわち
（ａ） 画素Ｉについて、差分の絶対値｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜が大きな値であるほど重み係数Ｐとして小さな値の重み係数を選択する。
【００５６】
この理由は、前述したように、フレーム間で輝度が大きく変化したときは、被検体が動いている可能性が高く、重み係数Ｐを小さな値に下げることによって、過去のフレームの影響を低減し、新たなフレームを重く用い、これにより動きに対する追随性を高めるためである。
（ｂ） （ａ）の場合であっても差分Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が正であるか負であるかに応じて、この差分が正の場合に比べこの差分が負の場合に、差分の絶対値｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜が大きくなるほど重み係数Ｐをより速やかに小さな値に変更する。
【００５７】
差分Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が負であるということは、前のフレームでは輝度が高く、今回のフレームで輝度が下がったことを意味し、残像を速やかに消失させるのが好ましく、したがってこの差分が負のときは正の場合と比べ重み係数としてより小さな値の重み係数を用い、過去のフレームの影響を低減するのが好ましいからである。
【００５８】
（ｃ） Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が大きな値（輝度レベルが大きい）ほど、重み係数Ｐとして小さな値の重み係数を用いる。
ノイズは比較的輝度レベルが低く、輝度レベルが低いときは重み係数Ｐとしてより大きな値の重み係数を用いることにより強く平均化しノイズを低減しようというものである。
【００５９】
この図２に示す実施形態における選択制御部４８には、上記の（ａ）〜（ｃ）の演算を実行するために、例えば、差分Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）を求める減算器、その差分の絶対値を求める絶対値回路、および、差分の絶対値、差分の符号、および画像データの値と重み係数との対応関係をあらわす係数テーブルが備えられており、それら差分の絶対値、差分の符号、および画像データＣ（Ｋ−１，Ｉ）を引数としてその係数テーブルを参照して重み係数Ｐが求められる。
【００６０】
図３は、上記（ａ）〜（ｃ）の基準を複合的に用いた場合の重み係数Ｐの変化を示したグラフである。
差分の絶対値｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜が大きくなるほど重み係数Ｐが小さな値に変更され、かつＡ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＞０のときよりもＡ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＜０のときの方が、｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜が大きくなるにつれ、重み係数Ｐがより速やかに小さな値に変更される。さらに、Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が大きい（輝度が高い）ほど重み係数Ｐとして小さい値が選択される。
【００６１】
重み係数を上記のように選択すると、例えば被検体内部（低輝度レベルの画像部分）では強い平均がかかり、輝度レベルの高い組織部分では平均の度合いが弱まるように画像処理されることになる。また、仮に、図３において、左右対称の重み係数Ｐを用いた場合（すなわち、Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）が正であっても負であっても、その絶対値が等しいときに同一の値の重み係数Ｐを用いた場合）は、例えばある画素が、最初は筋肉組織のような高輝度レベルであったときにおいて、被検体内部で動きがあったり、超音波プローブが動いた結果次のフレームではその画素が血管内部や胆嚢内部のように低輝度レベルに変化した場合を考えると、最初はその画素の輝度が高く、かつ次のフレームとの輝度差が大きいので重み係数Ｐとして小さなな値が選択され、その画素の輝度が急激に低下する。しかし、その画素の輝度が一旦低下すると、さらにその次のフレームにおける輝度との輝度差が小さく、今度は重み係数が急激に上昇する。このためその画素の輝度はなかなか本来の輝度レベルに収束せず数フレームにわたって薄いモヤがかかったような画像になる。そこで輝度差が負の場合（Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）＜０の場合）、すなわち、輝度が低下する方向に変化する場合、輝度差が正の場合と比べ小さな値の重み係数Ｐを選択すると、被検体内部が動いたり超音波プローブを動かした後に残る影響を防ぐことが可能となる。
【００６２】
このように、データ選択部４４により、Ａ（Ｋ，Ｉ）とＢ（Ｋ，Ｉ）を各画素毎に選択するとともに、重み係数Ｐとして、各画素毎に、図３に示すグラフのように種々の値の重み係数を選択して平均演算処理を行なうことにより、ノイズの低減化と、動きに対する追随性との双方を、一層高度なレベルで満足することができる。
【００６３】
次に、図１に示す構成の画像処理回路を用いたときの、ノイズの低減化と動きに対する追随性に関するシミュレーション結果について説明する。
図４は、シミュレーションの条件を示す模式図である。
ここでは、ある画素点をシストが通過するものとする。シストとは、例えば内部に水分や膿が溜まった臓器や病変部等、その内部では超音波がほとんど反射しない部分をいう。
【００６４】
図５は、図４に示す画素点をシストが通過したときの、その画素点の画素値の変化についてのシミュレーション結果を示す図、すなわち、平均化処理前の画素値の変化を示す図（Ａ）、およびその画素点の、図１に示す画像処理回路を通過した後の画素値の変化（実線）と図８に示す従来の画像処理回路を通過した後の画素値の変化（破線）とを示す図（Ｂ）である。横軸は、各時刻ｔ0 ，ｔ1 ，……をあらわしている。
【００６５】
図５（Ａ）は、熱雑音等が一切存在しないものと仮定したときの画素値の変化を示しており、実際には極めて大きなノイズが重畳している。そのノイズを低減化するために平均化処理を行なうのであるが、平均化処理後の画素値の変化ができる限り、ノイズが一切存在しないものと仮定したときの画素値の変化に近似していることが好ましい。
【００６６】
図５（Ｂ）は、実線、破線の双方とも、重み係数Ｐ＝０．５、すなわち２つの画像データを単純に加算平均したときのものである。また、図１に付記した画像データをあらわす記号を用いて表現したとき、図５（Ｂ）の実線は、
｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜≧４のとき、
Ｃ（Ｋ，Ｉ）＝Ａ（Ｋ，Ｉ）、
｜Ａ（Ｋ，Ｉ）−Ｃ（Ｋ−１，Ｉ）｜＜４のとき、
Ｃ（Ｋ，Ｉ）＝Ｂ（Ｋ，Ｉ）
としたときのもの（すなわち本発明の実施例）であり、図５（Ｂ）の破線は、常に、
Ｃ（Ｋ，Ｉ）＝Ｂ（Ｋ，Ｉ）
としたときのもの（すなわち図８に示す従来例）である。
【００６７】
図５（Ａ）に示す理想的な画素値の変化をあらわすグラフでは時刻ｔ7 〜時刻ｔ8 の１クロック間に画素値が最大値から最小値まで低下し、時刻ｔ23〜時刻ｔ24の１クロック間に画素値が最小値から最大値まで増加している。このとき、図５（Ｂ）の実線（図１に示す実施形態の場合）では、それぞれ２クロック（時刻ｔ7 〜時刻ｔ9 、時刻ｔ23〜時刻ｔ25）で画素値が変化しているが、図５（Ｂ）の破線（図８に示す従来例の場合）では、画素値が変化し終わるのにかなりの長時間を要している。このことから、図１に示す実施形態の方が図８に示す従来例よりも残像が速やかに消え、動きに対する追随性が良好であることがわかる。
【００６８】
図６は、図５と同様、図４に示す画素点をシストが通過したときのシミュレーション結果を示す図、すなわち、シミュレーション上のモデルとしての、平均化処理前の画素値の変化を示す図（Ａ）、およびその画素点の、図１に示す画像処理回路を通過した後の画素値の変化（実線）と図８に示す従来の画像処理回路を通過した後の画素値の変化（破線）を示す図（Ｂ）である。
【００６９】
図６（Ａ）では、時刻ｔ9 と時刻ｔ16に図示のようなノイズが混入したものと仮定している。このとき図６（Ｂ）の実線と破線に示すように、図１に示す実施形態（実線）の方が、図８に示す従来例（破線）よりもノイズをより低減化していることがわかる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波診断装置によれば、ノイズの低減と動きに対する追随性との双方を高度なレベルで実現した画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波診断装置の演算処理部の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の超音波診断装置の画像処理部の他の実施形態を示すブロック図である。
【図３】重み係数Ｐの変化を示すグラフである。
【図４】シミュレーションの条件を示す構成図である。
【図５】図４に示す画素点をシフトが通過したときの、シミュレーション結果を示す図である。
【図６】図４に示す画素点をシフトが通過したときの、シミュレーション結果を示す図である。
【図７】超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
【図８】超音波診断装置の演算回路の、従来の一構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 被検体
２ 走査線
１０ 本体部
２０ 超音波プローブ
２１ 超音波振動子
４１ 平均演算部
４２ 記憶部
４３ データ入力端子
４４ 係数入力端子
４５ データ出力端子
４６ 選択制御部
４７ データ選択部
１００ 制御部
１０１ ＣＰＵ部
１０２ ビームスキャン制御部
２００ アナログ処理部
２０１ 送受信部
２０２ 受信ディレイ制御部
２０３ ビームフォーマ部
２０４ コントロールインターフェイス部
２０５ アナログ信号処理部
２０６ ドプラシグナル処理部
２０７，２０８，２０９ 制御ライン
３００ ディジタルスキャンコンバータ部
３０１ 白黒用スキャンコンバータ
３０２ カラー用スキャンコンバータ
３０３ スクロールスキャンコンバータ
４００ ドプラ処理部
４０１ パルス／連続波ドプラ解析部
４０２ カラードプラ解析部
４１１ 係数選択器
４１２，４１３ 乗算器
４１４ 加算器
５００ 表示制御部
６００ 生体信号アンプ部
７０１ 操作パネル
７０２ タッチパネル
７０３ ＥＬ表示部
７０４ フロッピィディスク装置
７０５ プリンタ
７０６ ＶＴＲ
７０７ 観察用テレビモニタ
７０８ スピーカ
７０９ ＥＣＧ電極ユニット
７１０ 心音マイク
７１１ 脈波用トランスデューサ
８００ 電源部
９０１ ＣＰＵバス
９０２ エコーバス
９０３ ビデオバス
Claims (11)
- 被検体内への超音波の送信と該被検体内で反射して戻ってきた超音波の受信とを繰り返すことにより順次連なる複数フレームの画像データを得て該画像データに基づく動画像を表示する超音波診断装置において、
前記動画像をそれぞれが１以上の画素からなる複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎に独立に、直前のフレームの画像データと新たなフレームの画像データとの間の平均化演算を行なう第１のフィルタと、直前のフレームの画像データを用いて既に行なわれた平均化演算により生成された平均化画像データと新たなフレームの画像データとの間の平均化演算を行なう第２のフィルタとを有し、前記第１のフィルタによる平均化演算処理と前記第２のフィルタによる平均化演算処理を、複数フレームに跨る、前記各画像部分毎の画像データの値の変化に応じて、該各画像部分毎に切り換えることを特徴とする超音波診断装置。 - 被検体内への超音波の送信と該被検体内で反射して戻ってきた超音波の受信とを繰り返すことにより順次連なる複数フレームの画像データを得て該画像データに基づく動画像を表示する超音波診断装置において、
１フレーム分の画像データを記憶する記憶部と、前記記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとを取り込み、平均化演算を行なうことにより、平均化画像データを生成する平均演算部と、前記平均演算部で生成された平均化画像データと新たなフレームの画像データとを取り込み、所定のデータ選択信号に応じて、前記動画像をそれぞれが１以上の画素からなる複数の画像部分に分割したときの各画像部分毎に、取り込まれた両画像データの中からいずれか一方の画像データを選択して前記記憶部に送るデータ選択部と、前記記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの少なくとも一方の画像データを取り込み、所定の第１の生成基準に基づいて前記データ選択信号を生成して前記データ選択部に送る選択制御部とを有する画像処理部、および
前記平均演算部で生成された平均化画像データに基づく画像を表示する画像表示部を備えたことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記選択制御部が、前記記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとの双方の画像データを取り込むものであって、該選択制御部が、該選択制御部に取り込まれた新たなフレームの画像データのうちの前記各画像部分に対応する画像データから、前記記憶部から読み出されて該選択制御部に取り込まれた画像データのうちの該各画像部分に対応する画像データを減じた各差分データが、所定の第１のしきい値未満であるか否かに応じて、前記データ選択部に取り込まれた両画像データのうちの、それぞれ前記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データを該各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成して前記データ選択部に送るものであることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
- 前記選択制御部が、前記記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとの双方の画像データを取り込むものであって、該選択制御部が、前記記憶部から読み出されて該選択制御部に取り込まれた画像データのうちの前記各画像部分に対応する画像データから、該選択制御部に取り込まれた新たなフレームの画像データのうちの該各画像部分に対応する画像データを減じた各差分データが、所定の第２のしきい値未満であるか否かに応じて、前記データ選択部に取り込まれた両画像データのうちの、それぞれ前記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データを該各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成して前記データ選択部に送るものであることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
- 前記選択制御部が、前記記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの、少なくとも、前記記憶部から読み出された画像データを取り込むものであって、該選択制御部が、前記記憶部から読み出されて該選択制御部に取り込まれた画像データのうちの前記各画像部分に対応する画像データが所定の第３のしきい値未満であるか否かに応じて、前記データ選択部に取り込まれた画像データのうちの、それぞれ前記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データを該各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成して前記データ選択部に送るものであることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
- 前記選択制御部が、前記記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの、少なくとも、新たなフレームの画像データを取り込むものであって、該選択制御部が、該選択制御部に取り込まれた新たなフレームの画像データのうちの前記各画像部分に対応する画像データが所定の第４のしきい値未満であるか否かに応じて、前記データ選択部に取り込まれた画像データのうちの、それぞれ前記平均化画像データあるいは新たなフレームの画像データを該各画像部分毎に選択することを指示するデータ選択信号を生成して前記データ選択部に送るものであることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
- 前記平均演算部が、該平均演算部に取り込まれた両画像データの、対応する画素どうしの重み付け平均演算を行なうものであることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
- 前記選択制御部が、前記データ選択信号を生成するとともに、所定の第２の生成基準に基づいて、前記重み付け平均演算における重み係数を前記各画像部分毎に選択する係数選択信号を生成して前記平均演算部に送るものであり、
前記平均演算部が、前記選択制御部から送られてきた係数選択信号に基づいて前記各画像部分毎に重み係数を選択しながら前記重み付け平均演算を行なうものであることを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置。 - 前記選択制御部が、前記記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとの双方の画像データを取り込むものであって、該選択制御部が、該選択制御部に取り込まれた新たな画像データのうちの前記各画像部分に対応する画像データと、前記記憶部から読み出されて該選択制御部に取り込まれた画像データのうちの該各画像部分に対応する画像データとが離れた値であるほど、該各画像部分毎に、前記記憶部から読み出された画像データの重みとしてより小さな重みを選択するとともに新たなフレームの画像データの重みとしてより大きな重みを選択する係数選択信号を生成して前記平均演算部に送るものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
- 前記選択制御部が、該選択制御部に取り込まれた新たな画像データのうちの前記各画像部分に対応する画像データから、前記記憶部から読み出されて該選択制御部に取り込まれた画像データのうちの該各画像部分に対応する画像データを減じることにより得られる差分の絶対値が同一の場合であっても該差分が負である場合、該差分が正である場合に比べ、該差分の絶対値が大きくなるほど、前記記憶部から読み出された画像データの重みをより速やかに小さな重みに変更するとともに新たなフレームの画像データの重みをより速やかに大きな重みに変更するように該各画像部分毎に重み係数を選択する係数選択信号を生成して前記平均演算部に送るものであることを特徴とする請求項９記載の超音波診断装置。
- 前記選択制御部が、前記記憶部から読み出された画像データと新たなフレームの画像データとのうちの、少なくとも、前記記憶部から読み出された画像データを取り込むものであって、該選択制御部が、前記記憶部から読み出されて該選択制御部に取り込まれた画像データのうちの前記各画像部分に対応する画像データが大きな値であるほど、該各画像部分毎に、前記記憶部から読み出された画像データの重みとしてより小さな重みを選択するとともに新たなフレームの画像データの重みとしてより大きな重みを選択する係数選択信号を生成して前記平均演算部に送るものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
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