JP3784109B2 - 超音波映像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内に超音波ビームを送信し、そのエコー信号を受信処理して被検体内部の診断部位について断層画像を得、その画像を画像表示部に表示する超音波映像装置に係わり、特に、被検体内の関心領域について、表示ダイナミックレンジの範囲内で、そのエコー信号の画像上での表示レベルが適当な値になるよう、エコー信号レベルの対数値対表示輝度値カーブを、または／及び、超音波回路のエコー信号の検出感度を自動的に制御することができる超音波映像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波映像装置は、被検体内に超音波ビームを送受信する探触子と、この探触子に送波パルスを送信して前記被検体を走査する超音波ビームを発生させ、また診断部位からのエコー信号を受信増幅すると共に受信ビームを形成する送受信回路と、そのエコー信号にその反射エコーの探触子への到達時刻により決まる深度毎に異なるゲインを与えて増幅し更にビデオ信号処理する信号処理回路部と、この信号処理回路部から出力されるエコー信号を入力してディジタル化し、このエコー信号を前記超音波ビームの走査毎に記憶すると共に表示部の走査信号に同期して記憶内容を読み出すディジタルスキャンコンバータ部と、このディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号を表示する画像表示部とを有している。また、上記送受信回路部内には、探触子に送波パルスを送信して超音波ビームを発生させるための送波回路が設けられると共に、診断部位から戻ってくるエコー信号を受信増幅するための受波回路が設けられ、更に上記受信したエコー信号に対する深度毎のゲインと周波数帯域とを制御する深度ゲイン制御部が設けられていた。このような従来の超音波映像装置における受信信号レベルに対する表示輝度値カーブの自動制御（Automatic Signal-Brightness Curve Control：ＡＳＢＣＣ）方式としては、第一は１本の超音波ビームの送受信期間内にエコーレベルに応じて瞬時に受信増幅のゲインを制御する方式、あるいは、第二は超音波ビームの走査によって得たフレーム単位の超音波画像の輝度に応じて平均的に受信増幅のゲインを制御する方式がある。何れの方式もその原理はＡＧＣ（Automatic Gain Control）に基いている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、これら従来の超音波映像装置におけるＡＧＣによるＡＳＢＣＣ方式では、上記何れの方式においても被検体内の映像化したい関心領域とは関係なしに単にエコーレベルに応じて瞬時に受信増幅のゲインを制御したり、あるいはフレーム単位の超音波画像の輝度に応じて平均的に受信増幅のゲインを制御していたので、被検体内の関心領域についてエコー信号の表示輝度を適切なコントラストとなるよう自動的に制御することができないものであった。したがって、例えば、肥っていて超音波透過性の低い人、あるいは乳児のように超音波の透過しやすい人の場合などは、装置のゲイン設定が適正になされないことがあった。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、被検体内の関心領域についての受信エコー信号レベルに対する画像表示輝度値を良好なものに設定することができようにすることを第一の目的とし、また、エコー検出感度を自動的に制御することができるようにすることを第二の目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記第一の目的を達成するために、被検体内に超音波を送受信する超音波探触子と、前記超音波探触子に送波パルスを送信して超音波ビームを発生させると共に被検体内診断部位から戻るエコー信号を受信し、その反射エコーの発生した深度に応じたゲインを与えて増幅した後ビデオ信号処理する超音波回路部と、前記超音波回路部から出力されるエコー信号をディジタル変換して記憶すると共に画像表示部の走査信号に同期して記憶内容を読み出すディジタルスキャンコンバータ部と、前記ディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示する画像表示部とを備えた前記超音波画像を得る超音波映像装置において、
前記ディジタルスキャンコンバータ部に、表示された画像上で操作者が診断対象とする関心領域を設定するＲＯＩ設定器と、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応する映像信号レベルの分布を演算する演算処理部と、前記演算処理部の演算結果を用いて前記関心領域の受信信号レベルに対する表示輝度値カーブを制御する関心領域輝度制御手段とを備え、前記関心領域の画像を適正な輝度に制御して表示するようにしたものである。
【０００６】
そして、本発明の第一の目的を達成するうえで、前記関心領域輝度値制御手段は、受信信号レベルに応じて複数の連続した対数関数からなる受信信号レベルに対する表示輝度値カーブを発生するようにするのが好ましい。
【０００７】
また、本発明は第二の目的を達成するために、被検体内に超音波を送受信する超音波探触子と、前記探触子に送波パルスを送信して超音波ビームを発生させると共に被検体内診断部位から戻るエコー信号を受信し、その反射エコーの発生した深度に応じたゲインを与えて増幅した後ビデオ信号処理する超音波回路部と、前記超音波回路部から出力されるエコー信号をディジタル変換して記憶すると共に画像表示部の走査信号に同期して記憶内容を読み出すディジタルスキャンコンバータ部と、前記ディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示する画像表示部とを備えた前記超音波画像を得る超音波映像装置において、前記超音波画像上で関心領域を設定するＲＯＩ設定器と、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応する映像信号レベルの分布を演算する演算処理部と、前記演算処理部の演算結果に基づいて関心領域に対応するビーム方向と深度に対しゲイン制御カーブを演算し記憶する深度ゲイン制御カーブ演算メモリと、受信信号レベルに対する表示輝度値カーブを対象のＲＯＩからの受信信号レベルに適応して補正・演算生成する手段とを備えるものである。
【０００８】
そして、本発明の第二の目的を達成するうえで、前記補正・演算生成する手段は、前記映像信号レベルの輝度ヒストグラムの重心及び平均輝度の差分に基づいて、輝度を調整するようにするのが好ましい。
また、超音波探触子で受信したエコーを深度ゲイン制御カーブ演算メモリに記憶された深度ゲインカーブにより増幅した後ビデオ信号処理する超音波回路部と、前記超音波回路部から出力されるエコー信号を、ディジタル変換して記憶すると共に記憶した表示輝度値カーブに従って変換して出力するディジタルスキャンコンバータ部と、前記ディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示する画像表示部とを備えた前記超音波画像を得る超音波映像装置において、前記超音波画像上で関心領域（ＲＯＩ）を設定するＲＯＩ設定器と、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応する映像信号レベルの分布を演算する演算処理部と、前記演算処理部の演算結果に基づいて前記ＲＯＩからの受信信号レベルに適応して前記表示輝度値カーブを補正演算・生成する手段と、前記表示輝度値カーブの補正による不足分を補償するために前記深度ゲインカーブを補正する手段とを備える。
【０００９】
上記構成において、低レベルで出現頻度の高いエコーと、高レベルで出現頻度の高いエコーとを含むエコーレベルの範囲が、画像上の視認性のよい輝度範囲になるよう、被検体内の関心領域についてエコー信号の表示輝度を診断部位で適切なコントラストとなるよう自動的に制御するように、受信エコー信号レベルに対する表示輝度の関数を制御し、その関数だけで十分な精度で制御できない場合には、ビーム方向と深度に応じて深度ゲイン制御カーブを生成し制御する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明による超音波映像装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。この超音波映像装置は、被検体内に超音波ビームを送受信し診断部位について断層像を得て画像表示部に表示するもので、図１に示すように、探触子１と、超音波回路部２と、ディジタルスキャンコンバータ部（以下ＤＳＣ部と略称する）３と、画像表示部４とからなる。上記探触子１は、被検体内に超音波ビームを送受信するもので、図示省略したがその内部には、超音波を送信すると共に反射エコーを受信する例えばｎ個の細長い棒状の圧電振動子を多数配列してなる振動子素子配列を有している。超音波回路部２は、上記探触子１に送波パルスを送信して超音波ビームを発生させると共に診断部位からのエコー信号を受信増幅し且つそのエコー信号にその反射エコーの探触子への到達時刻により決まる深度毎のゲインを与えて増幅し、更にビデオ信号処理するもので、その内部には、送波回路５と、受波回路６と、送受分離回路７と、探触子切替走査部８と、深度ゲイン制御部９と、ビデオ信号処理部１０を有している。
【００１１】
上記送波回路５は、超音波ビームを形成するために同時に送信するｍ（ｍ：１，２，３，・・・）チャンネルの送波パルスを遅延制御して該超音波ビームが偏向・フォーカスするよう送信信号をｎ（ｎ：１，２，３，・・・；ｎ≧ｍ）素子を有した前記探触子１へ送るものである。受波回路６は、被検体内の診断部位で反射されて上記探触子１に受信されたエコー信号を入力して増幅すると共に、各チャンネルのエコー信号の位相差あるいは遅延時間差を補正して加算し受波ビームを形成すると共にそれを偏向するものである。送受分離回路７は、上記送波回路５からの送信信号が上記受波回路６に与える影響を最小限にし或は該受波回路６を破壊しないように分離するものである。探触子切替走査部８は、上記探触子１のｎ個の素子からなる振動子素子配列からｍチャンネルを選択すると共にビームを形成するチャンネルを順次切り換え選択し超音波ビームを走査する、或いは振動子素子数の異なる探触子と切り替えるものである。さらに、深度ゲイン制御部９は、上記受波回路６で受信増幅したエコー信号の探触子への到達時刻により決まる深度毎のゲインを与えて増幅するもので、上記エコーに対する増幅のための深度毎のゲインとエコーの深度による減衰防止のための深度に対してのエコーの取り込み周波数帯域とを制御するようになっている。そして、ビデオ信号処理部１０は、上記ゲイン制御されたエコー信号にそのレベルの対数変換、検波、リニアリティの等価補正（Equalization）等の処理を行うものである。
【００１２】
また、ＤＳＣ部３は、上記超音波回路部２からのエコー信号を入力してディジタル化すると共に、超音波ビーム走査方式に基いて得られるエコー信号を記憶すると共に表示装置のＸ，Ｙ走査方式に変換して出力するもので、詳細には超音波ビームのライン単位で１本または複数本のエコー信号を記憶し、必要に応じてレベルシフトまたはγ特性を変換して出力するラインメモリ１１と、このラインメモリ１１に記憶されたエコー信号をＸ，Ｙ二次元の表示フォーマットに従って補間すると共に走査変換するスキャンコンバータ１２と、上記各構成要素の動作を制御する制御回路１３とからなる。
【００１３】
そして、画像表示部４は、上記ＤＳＣ部３からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示するもので、例えばＣＲＴからなる。
【００１４】
ここで、本発明においては、上記ＤＳＣ部３の内部に、ＲＯＩ設定器１４と深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５と演算処理部１６とが設けられている。上記ＲＯＩ設定器１４は、前記画像表示部４の画面上で診断対象上有意となる関心領域（以下ＲＯＩと略称する）を設定するものである。また、深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５は、上記ＲＯＩ設定器１４で設定されたＲＯＩに対応するビーム方向と深度に対しゲイン制御カーブ（以下ＴＧＣカーブという）を演算・記憶し出力するものである。この深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５から読み出された値を用いて上記超音波回路部２内の深度ゲイン制御部９は深度毎のゲインを制御するようになっている。演算処理部１６は、スキャンコンバータ１２が形成する画像の、ＲＯＩ設定器１４で設定されるＲＯＩに対応する映像信号を取り出し、設定された表示ダイナミックレンジに応じ、後述の図２のようにそのレベル（輝度）のヒストグラムを演算、その輝度の出現頻度分布が平均輝度より高輝度に片寄ればその部分での輝度が低下するように、また、低輝度に片寄った分布を示したらその部分での輝度が上昇するように、受信信号レベルに対する画像表示輝度を補正演算・生成して、該エコー信号をＡ／Ｄ変換・記憶した後の信号レベルをシフトし、画像の輝度が適正になるよう自動的に制御する。
【００１５】
その画像の表示輝度Ｂは、受信信号レベルＳの関数として次のように表わせる。
Ｂ＝２０・ａ・Ｌｏｇ１０（Ｓ）＋Ｃ…… （１）
【００１６】
しかし、一般に装置上では表示ダイナミックレンジが設定され決められているので、表示画面輝度の全範囲に公称全ダイナミックレンジ範囲の信号レベルを割り付ける必要があり、一方、受信信号レベルの全ダイナミックレンジ範囲は一般に、図３のように公称表示ダイナミックレンジより広いので、受信信号レベルの低レベルレンジ及び受信信号レベルの高レベルレンジは、表示画面輝度範囲の外、または、端に割り付けられ、その範囲では信号レベルの差異が表示されないか、または表示されてもその差異が微小であるため、その範囲に病変部の信号レベルがある場合には非常に診断しにくく、その病変部が見逃される可能性がある。
【００１７】
そこで本発明では図３のように、低レベルレンジ、公称表示ダイナミックレンジ、高レベルレンジの３つのレベル範囲に応じて、カーブが連続するように、上記（１）式の係数ａ及びｃを別々に制御しエコー信号を補償する。即ち、低レベルレンジ（Ｓ０≦Ｓ≦Ｓ１）のエコー信号レベルＳ（ｄＢ）に対してはＢ１＝ａ１・Ｓ+ｃ１、表示ダイナミックレンジ内（Ｓ１≦Ｓ≦Ｓ２）のエコー信号レベルに対してはＢ２＝ａ２・Ｓ+ｃ２、高レベルレンジ（Ｓ２≦Ｓ≦Ｓ３）のエコー信号レベルに対してはＢ３＝ａ３・Ｓ＋ｃ３とする。このうち、表示ダイナミックレンジ内のカーブの傾きａ２は、診断上の要求から表示画面輝度のフルスケールの大半をこの領域に充てる必要性があり、診断領域の画像のコントラストを一定に保つためにダイナミックレンジの設定値ＤＲによって決まる定数とする。ここにダイナミックレンジの設定値ＤＲによってＳ１とＳ２の関係は、ＤＲ＝Ｓ２−Ｓ１と表される。また、低レベルレンジ及び高レベルレンジのエコー信号レベルに対するカーブの傾きａ１及びａ３は、コントラスト分解能は要求されないが、被検体の概略構造が解るように、ａ２より小さい一定値とする。この方式では、信号レベルＳに対しＳ１及びＳ２、または、表示画面輝度Ｂに対しＢ１及びＢ２を、信号レベルに応じて適応的に制御してやれば、コントラスト一定のままで診断領域の表示輝度を一定、または、所望のレベル範囲となるように制御することができる。
【００１８】
この制御過程は、スキャンコンバータ１２のビット長に制限がある場合には、図１のようにラインメモリ１１内でスケーリングしてスキャンコンバータにビデオ信号として送ることができるし、スキャンコンバータ１２のビット長が十分な場合には、図２のようにスキャンコンバータ１２の出力をレベル変換部１７で輝度変換して画像表示部４に送ることでも同様の効果が達成できる。
【００１９】
超音波受信信号のダイナミックレンジが同一ゲインでは取り込めないほど広い場合にはゲインの制御も同時に必要になる。その場合、深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５は、ラインメモリ１１の記憶したエコー信号のＲＯＩ設定器１４で設定されるＲＯＩに対応する深度とビーム方向とに相当する部分を取りだし、そのレベル（輝度）のヒストグラムを演算、その輝度の出現頻度分布が平均輝度より高輝度に片寄ればその部分でのゲインが低下するようにＴＧＣカーブに補正値を加え、低輝度に片寄った分布を示したらその部分でのゲインが上昇するようにＴＧＣカーブに補正値を加え、ＴＧＣカーブとして記憶・出力する。その補正されたＴＧＣカーブでゲイン制御するので次に映像化されるフレーム以降、補正されたＴＧＣゲインカーブで画像形成されるので画像の輝度が均等に平均化される。
【００２０】
要約すれば、超音波画像表示画面の上でのＲＯＩを設定する機構と、そのＲＯＩに対応する映像信号レベルのヒストグラムを演算・メモリする機構と、整相・ビデオ信号処理された超音波回路部出力をＡ／Ｄ変換・記憶及びレベルシフトを行う機構とを備え、そのヒストグラム分布の片寄りが減少するように受信信号レベルに対する画像表示輝度カーブを補正演算・生成して、該Ａ／Ｄ変換・記憶後の信号レベルをシフトする、且つまたは、超音波ビーム１ライン上で関心深度範囲のエコーレベルを複数本分記憶するライン・メモリと、そのメモリ上のエコーレベルのヒストグラムを演算メモリする機構と、そのヒストグラム分布の片寄りが減少するように、深度ゲインカーブを補正演算・生成する機構とを備え、前者の補正演算で十分な補正が不可能な場合に、深度ゲインカーブを補正演算・生成するように動作する。
【００２１】
次に、このように構成された超音波映像装置における輝度とエコーレベルの関数制御カーブの演算手順について、図２のフローチャートを参照して説明する。まず、図１において、通常の超音波映像装置と同様にして、探触子１と超音波回路部２とで被検体の診断部位についてエコー信号を収集する。この収集されたエコー信号は、ビデオ信号処理部１０を介してＤＳＣ部３へ送られる。ＤＳＣ部３はこの送られてきたエコー信号をＤＳＣ部３内のラインメモリ１１に一時記憶させる。
【００２２】
次に、上記ラインメモリ１１から読み出されたエコー信号はＤＳＣ部３内の深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５へ送られる。すると、深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５は、そのエコー信号の時間毎のレベルに対応する輝度分布を入力する。（図２のステップＡ）。一方、この状態でＲＯＩ設定器１４により上記ラインメモリ１１の記憶した反射エコー信号について、ＲＯＩが設定される（ステップＢ）。次に、上記深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５は、ラインメモリ１１の記憶した反射エコー信号について設定されたＲＯＩに対応する深度とビーム方向とに相当する部分を取り出し、そのレベル（輝度）のヒストグラムを演算する（ステップＣ）。そして、このヒストグラムについてその輝度の出現頻度分布の重心を演算する（ステップＤ）と共に、平均輝度を演算する（ステップＥ）。
【００２３】
次に、上記のように求めた輝度頻度重心と平均輝度との差分をとり（ステップＦ）、この差分の絶対値がある微小な一定値εより大きいか、小さいかにより補正の有無を判断する（ステップＧ）。上記差分の絶対値がある一定値εより大きい時は、表示ダイナミックレンジの設定値を参照し（ステップＨ）、ステップＪに進み、演算処理部１６の発生する輝度・エコーレベル関数係数を補正・演算・設定する。即ち、上記輝度の出現頻度分布が平均輝度より高輝度側に片寄っている場合はその部分での輝度が低下するように上記係数を演算し（ステップＪ）、さらにこの求めた係数が制限として設定された係数範囲を超えてしまうと判断された場合（ステップＫ）には、当該部分でのゲインも低下させるように、ゲイン変分によりＴＧＣカーブに補正値を加えるようにＴＧＣカーブの演算を行い（ステップＬ）、この補正したＴＧＣカーブを深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５に変更・記憶しておき（ステップＭ）、この深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５から読み出した補正されたＴＧＣカーブを超音波回路２内の深度ゲイン制御部９へ出力し、この深度ゲイン制御部９により上記補正されたＴＧＣカーブを用いてゲイン制御を行う。
【００２４】
また、上記輝度の出現頻度分布が平均輝度より低輝度側に片寄っている場合は、その部分での輝度が上昇するように前記係数を演算する（ステップＪ）。以後のステップＫ〜Ｍは上述と同様の処理として進む。これらの場合、深度ゲイン制御部９では、上記補正されたＴＧＣカーブでゲイン制御を行うので、次に映像化されるフレーム以降はその補正されたゲインで画像形成されることとなり、画像の輝度が均等に平均化される。
【００２５】
一方、上記差分の絶対値がある一定値εより小さい時は、ステップＧからステップＫの後段へ跳び、上述のような補正は行わないで従来と同様に画像形成する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、ＤＳＣ部の内部に、画像表示部の画面上で診断対象となる関心領域を設定するＲＯＩ設定器を設けると共に、このＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応するエコー信号レベルに対する映像信号の輝度の関数を演算・記憶し出力する演算処理部、及び／または、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応するビーム方向と深度に対しゲイン制御カーブを演算・記憶し出力する深度ゲイン制御カーブ演算メモリを設け、前記エコー信号レベルに対する映像信号の輝度の関数の係数を制御し、及び／または、前記ゲイン制御カーブによって上記超音波回路内での深度毎のゲインを制御するようにしたことにより、被検体内の関心領域について反射エコーの表示コントラストが適度となるように輝度を自動的に制御することができる。このことから、探触子を含む映像装置の均一な画像輝度分布を保証することができ、有用な情報を多く含む輝度付近の画像表示性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の概略構成を説明するブロック図。
【図２】本発明の手順を示すフロー図。
【図３】本発明の動作の一部を説明する図。
【図４】本発明の他の実施例の概略構成を説明するブロック図。
【符号の説明】
１ 探触子
２ 超音波回路部
３ ＤＳＣ部
４ 画像表示部
５ 送波回路
６ 受波回路
９ 深度ゲイン制御部
１０ ビデオ信号処理部
１１ ラインメモリ
１２ スキャンコンバータ
１３ 制御回路
１４ ＲＯＩ設定器
１５ 深度ゲイン制御カーブ演算メモリ
１６ 演算処理部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内に超音波ビームを送信し、そのエコー信号を受信処理して被検体内部の診断部位について断層画像を得、その画像を画像表示部に表示する超音波映像装置に係わり、特に、被検体内の関心領域について、表示ダイナミックレンジの範囲内で、そのエコー信号の画像上での表示レベルが適当な値になるよう、エコー信号レベルの対数値対表示輝度値カーブを、または／及び、超音波回路のエコー信号の検出感度を自動的に制御することができる超音波映像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波映像装置は、被検体内に超音波ビームを送受信する探触子と、この探触子に送波パルスを送信して前記被検体を走査する超音波ビームを発生させ、また診断部位からのエコー信号を受信増幅すると共に受信ビームを形成する送受信回路と、そのエコー信号にその反射エコーの探触子への到達時刻により決まる深度毎に異なるゲインを与えて増幅し更にビデオ信号処理する信号処理回路部と、この信号処理回路部から出力されるエコー信号を入力してディジタル化し、このエコー信号を前記超音波ビームの走査毎に記憶すると共に表示部の走査信号に同期して記憶内容を読み出すディジタルスキャンコンバータ部と、このディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号を表示する画像表示部とを有している。また、上記送受信回路部内には、探触子に送波パルスを送信して超音波ビームを発生させるための送波回路が設けられると共に、診断部位から戻ってくるエコー信号を受信増幅するための受波回路が設けられ、更に上記受信したエコー信号に対する深度毎のゲインと周波数帯域とを制御する深度ゲイン制御部が設けられていた。このような従来の超音波映像装置における受信信号レベルに対する表示輝度値カーブの自動制御（Automatic Signal-Brightness Curve Control：ＡＳＢＣＣ）方式としては、第一は１本の超音波ビームの送受信期間内にエコーレベルに応じて瞬時に受信増幅のゲインを制御する方式、あるいは、第二は超音波ビームの走査によって得たフレーム単位の超音波画像の輝度に応じて平均的に受信増幅のゲインを制御する方式がある。何れの方式もその原理はＡＧＣ（Automatic Gain Control）に基いている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、これら従来の超音波映像装置におけるＡＧＣによるＡＳＢＣＣ方式では、上記何れの方式においても被検体内の映像化したい関心領域とは関係なしに単にエコーレベルに応じて瞬時に受信増幅のゲインを制御したり、あるいはフレーム単位の超音波画像の輝度に応じて平均的に受信増幅のゲインを制御していたので、被検体内の関心領域についてエコー信号の表示輝度を適切なコントラストとなるよう自動的に制御することができないものであった。したがって、例えば、肥っていて超音波透過性の低い人、あるいは乳児のように超音波の透過しやすい人の場合などは、装置のゲイン設定が適正になされないことがあった。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、被検体内の関心領域についての受信エコー信号レベルに対する画像表示輝度値を良好なものに設定することができようにすることを第一の目的とし、また、エコー検出感度を自動的に制御することができるようにすることを第二の目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記第一の目的を達成するために、被検体内に超音波を送受信する超音波探触子と、前記超音波探触子に送波パルスを送信して超音波ビームを発生させると共に被検体内診断部位から戻るエコー信号を受信し、その反射エコーの発生した深度に応じたゲインを与えて増幅した後ビデオ信号処理する超音波回路部と、前記超音波回路部から出力されるエコー信号をディジタル変換して記憶すると共に画像表示部の走査信号に同期して記憶内容を読み出すディジタルスキャンコンバータ部と、前記ディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示する画像表示部とを備えた前記超音波画像を得る超音波映像装置において、
前記ディジタルスキャンコンバータ部に、表示された画像上で操作者が診断対象とする関心領域を設定するＲＯＩ設定器と、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応する映像信号レベルの分布を演算する演算処理部と、前記演算処理部の演算結果を用いて前記関心領域の受信信号レベルに対する表示輝度値カーブを制御する関心領域輝度制御手段とを備え、前記関心領域の画像を適正な輝度に制御して表示するようにしたものである。
【０００６】
そして、本発明の第一の目的を達成するうえで、前記関心領域輝度値制御手段は、受信信号レベルに応じて複数の連続した対数関数からなる受信信号レベルに対する表示輝度値カーブを発生するようにするのが好ましい。
【０００７】
また、本発明は第二の目的を達成するために、被検体内に超音波を送受信する超音波探触子と、前記探触子に送波パルスを送信して超音波ビームを発生させると共に被検体内診断部位から戻るエコー信号を受信し、その反射エコーの発生した深度に応じたゲインを与えて増幅した後ビデオ信号処理する超音波回路部と、前記超音波回路部から出力されるエコー信号をディジタル変換して記憶すると共に画像表示部の走査信号に同期して記憶内容を読み出すディジタルスキャンコンバータ部と、前記ディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示する画像表示部とを備えた前記超音波画像を得る超音波映像装置において、前記超音波画像上で関心領域を設定するＲＯＩ設定器と、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応する映像信号レベルの分布を演算する演算処理部と、前記演算処理部の演算結果に基づいて関心領域に対応するビーム方向と深度に対しゲイン制御カーブを演算し記憶する深度ゲイン制御カーブ演算メモリと、受信信号レベルに対する表示輝度値カーブを対象のＲＯＩからの受信信号レベルに適応して補正・演算生成する手段とを備えるものである。
【０００８】
そして、本発明の第二の目的を達成するうえで、前記補正・演算生成する手段は、前記映像信号レベルの輝度ヒストグラムの重心及び平均輝度の差分に基づいて、輝度を調整するようにするのが好ましい。
また、超音波探触子で受信したエコーを深度ゲイン制御カーブ演算メモリに記憶された深度ゲインカーブにより増幅した後ビデオ信号処理する超音波回路部と、前記超音波回路部から出力されるエコー信号を、ディジタル変換して記憶すると共に記憶した表示輝度値カーブに従って変換して出力するディジタルスキャンコンバータ部と、前記ディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示する画像表示部とを備えた前記超音波画像を得る超音波映像装置において、前記超音波画像上で関心領域（ＲＯＩ）を設定するＲＯＩ設定器と、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応する映像信号レベルの分布を演算する演算処理部と、前記演算処理部の演算結果に基づいて前記ＲＯＩからの受信信号レベルに適応して前記表示輝度値カーブを補正演算・生成する手段と、前記表示輝度値カーブの補正による不足分を補償するために前記深度ゲインカーブを補正する手段とを備える。
【０００９】
上記構成において、低レベルで出現頻度の高いエコーと、高レベルで出現頻度の高いエコーとを含むエコーレベルの範囲が、画像上の視認性のよい輝度範囲になるよう、被検体内の関心領域についてエコー信号の表示輝度を診断部位で適切なコントラストとなるよう自動的に制御するように、受信エコー信号レベルに対する表示輝度の関数を制御し、その関数だけで十分な精度で制御できない場合には、ビーム方向と深度に応じて深度ゲイン制御カーブを生成し制御する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明による超音波映像装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。この超音波映像装置は、被検体内に超音波ビームを送受信し診断部位について断層像を得て画像表示部に表示するもので、図１に示すように、探触子１と、超音波回路部２と、ディジタルスキャンコンバータ部（以下ＤＳＣ部と略称する）３と、画像表示部４とからなる。上記探触子１は、被検体内に超音波ビームを送受信するもので、図示省略したがその内部には、超音波を送信すると共に反射エコーを受信する例えばｎ個の細長い棒状の圧電振動子を多数配列してなる振動子素子配列を有している。超音波回路部２は、上記探触子１に送波パルスを送信して超音波ビームを発生させると共に診断部位からのエコー信号を受信増幅し且つそのエコー信号にその反射エコーの探触子への到達時刻により決まる深度毎のゲインを与えて増幅し、更にビデオ信号処理するもので、その内部には、送波回路５と、受波回路６と、送受分離回路７と、探触子切替走査部８と、深度ゲイン制御部９と、ビデオ信号処理部１０を有している。
【００１１】
上記送波回路５は、超音波ビームを形成するために同時に送信するｍ（ｍ：１，２，３，・・・）チャンネルの送波パルスを遅延制御して該超音波ビームが偏向・フォーカスするよう送信信号をｎ（ｎ：１，２，３，・・・；ｎ≧ｍ）素子を有した前記探触子１へ送るものである。受波回路６は、被検体内の診断部位で反射されて上記探触子１に受信されたエコー信号を入力して増幅すると共に、各チャンネルのエコー信号の位相差あるいは遅延時間差を補正して加算し受波ビームを形成すると共にそれを偏向するものである。送受分離回路７は、上記送波回路５からの送信信号が上記受波回路６に与える影響を最小限にし或は該受波回路６を破壊しないように分離するものである。探触子切替走査部８は、上記探触子１のｎ個の素子からなる振動子素子配列からｍチャンネルを選択すると共にビームを形成するチャンネルを順次切り換え選択し超音波ビームを走査する、或いは振動子素子数の異なる探触子と切り替えるものである。さらに、深度ゲイン制御部９は、上記受波回路６で受信増幅したエコー信号の探触子への到達時刻により決まる深度毎のゲインを与えて増幅するもので、上記エコーに対する増幅のための深度毎のゲインとエコーの深度による減衰防止のための深度に対してのエコーの取り込み周波数帯域とを制御するようになっている。そして、ビデオ信号処理部１０は、上記ゲイン制御されたエコー信号にそのレベルの対数変換、検波、リニアリティの等価補正（Equalization）等の処理を行うものである。
【００１２】
また、ＤＳＣ部３は、上記超音波回路部２からのエコー信号を入力してディジタル化すると共に、超音波ビーム走査方式に基いて得られるエコー信号を記憶すると共に表示装置のＸ，Ｙ走査方式に変換して出力するもので、詳細には超音波ビームのライン単位で１本または複数本のエコー信号を記憶し、必要に応じてレベルシフトまたはγ特性を変換して出力するラインメモリ１１と、このラインメモリ１１に記憶されたエコー信号をＸ，Ｙ二次元の表示フォーマットに従って補間すると共に走査変換するスキャンコンバータ１２と、上記各構成要素の動作を制御する制御回路１３とからなる。
【００１３】
そして、画像表示部４は、上記ＤＳＣ部３からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示するもので、例えばＣＲＴからなる。
【００１４】
ここで、本発明においては、上記ＤＳＣ部３の内部に、ＲＯＩ設定器１４と深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５と演算処理部１６とが設けられている。上記ＲＯＩ設定器１４は、前記画像表示部４の画面上で診断対象上有意となる関心領域（以下ＲＯＩと略称する）を設定するものである。また、深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５は、上記ＲＯＩ設定器１４で設定されたＲＯＩに対応するビーム方向と深度に対しゲイン制御カーブ（以下ＴＧＣカーブという）を演算・記憶し出力するものである。この深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５から読み出された値を用いて上記超音波回路部２内の深度ゲイン制御部９は深度毎のゲインを制御するようになっている。演算処理部１６は、スキャンコンバータ１２が形成する画像の、ＲＯＩ設定器１４で設定されるＲＯＩに対応する映像信号を取り出し、設定された表示ダイナミックレンジに応じ、後述の図２のようにそのレベル（輝度）のヒストグラムを演算、その輝度の出現頻度分布が平均輝度より高輝度に片寄ればその部分での輝度が低下するように、また、低輝度に片寄った分布を示したらその部分での輝度が上昇するように、受信信号レベルに対する画像表示輝度を補正演算・生成して、該エコー信号をＡ／Ｄ変換・記憶した後の信号レベルをシフトし、画像の輝度が適正になるよう自動的に制御する。
【００１５】
その画像の表示輝度Ｂは、受信信号レベルＳの関数として次のように表わせる。
Ｂ＝２０・ａ・Ｌｏｇ１０（Ｓ）＋Ｃ…… （１）
【００１６】
しかし、一般に装置上では表示ダイナミックレンジが設定され決められているので、表示画面輝度の全範囲に公称全ダイナミックレンジ範囲の信号レベルを割り付ける必要があり、一方、受信信号レベルの全ダイナミックレンジ範囲は一般に、図３のように公称表示ダイナミックレンジより広いので、受信信号レベルの低レベルレンジ及び受信信号レベルの高レベルレンジは、表示画面輝度範囲の外、または、端に割り付けられ、その範囲では信号レベルの差異が表示されないか、または表示されてもその差異が微小であるため、その範囲に病変部の信号レベルがある場合には非常に診断しにくく、その病変部が見逃される可能性がある。
【００１７】
そこで本発明では図３のように、低レベルレンジ、公称表示ダイナミックレンジ、高レベルレンジの３つのレベル範囲に応じて、カーブが連続するように、上記（１）式の係数ａ及びｃを別々に制御しエコー信号を補償する。即ち、低レベルレンジ（Ｓ０≦Ｓ≦Ｓ１）のエコー信号レベルＳ（ｄＢ）に対してはＢ１＝ａ１・Ｓ+ｃ１、表示ダイナミックレンジ内（Ｓ１≦Ｓ≦Ｓ２）のエコー信号レベルに対してはＢ２＝ａ２・Ｓ+ｃ２、高レベルレンジ（Ｓ２≦Ｓ≦Ｓ３）のエコー信号レベルに対してはＢ３＝ａ３・Ｓ＋ｃ３とする。このうち、表示ダイナミックレンジ内のカーブの傾きａ２は、診断上の要求から表示画面輝度のフルスケールの大半をこの領域に充てる必要性があり、診断領域の画像のコントラストを一定に保つためにダイナミックレンジの設定値ＤＲによって決まる定数とする。ここにダイナミックレンジの設定値ＤＲによってＳ１とＳ２の関係は、ＤＲ＝Ｓ２−Ｓ１と表される。また、低レベルレンジ及び高レベルレンジのエコー信号レベルに対するカーブの傾きａ１及びａ３は、コントラスト分解能は要求されないが、被検体の概略構造が解るように、ａ２より小さい一定値とする。この方式では、信号レベルＳに対しＳ１及びＳ２、または、表示画面輝度Ｂに対しＢ１及びＢ２を、信号レベルに応じて適応的に制御してやれば、コントラスト一定のままで診断領域の表示輝度を一定、または、所望のレベル範囲となるように制御することができる。
【００１８】
この制御過程は、スキャンコンバータ１２のビット長に制限がある場合には、図１のようにラインメモリ１１内でスケーリングしてスキャンコンバータにビデオ信号として送ることができるし、スキャンコンバータ１２のビット長が十分な場合には、図２のようにスキャンコンバータ１２の出力をレベル変換部１７で輝度変換して画像表示部４に送ることでも同様の効果が達成できる。
【００１９】
超音波受信信号のダイナミックレンジが同一ゲインでは取り込めないほど広い場合にはゲインの制御も同時に必要になる。その場合、深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５は、ラインメモリ１１の記憶したエコー信号のＲＯＩ設定器１４で設定されるＲＯＩに対応する深度とビーム方向とに相当する部分を取りだし、そのレベル（輝度）のヒストグラムを演算、その輝度の出現頻度分布が平均輝度より高輝度に片寄ればその部分でのゲインが低下するようにＴＧＣカーブに補正値を加え、低輝度に片寄った分布を示したらその部分でのゲインが上昇するようにＴＧＣカーブに補正値を加え、ＴＧＣカーブとして記憶・出力する。その補正されたＴＧＣカーブでゲイン制御するので次に映像化されるフレーム以降、補正されたＴＧＣゲインカーブで画像形成されるので画像の輝度が均等に平均化される。
【００２０】
要約すれば、超音波画像表示画面の上でのＲＯＩを設定する機構と、そのＲＯＩに対応する映像信号レベルのヒストグラムを演算・メモリする機構と、整相・ビデオ信号処理された超音波回路部出力をＡ／Ｄ変換・記憶及びレベルシフトを行う機構とを備え、そのヒストグラム分布の片寄りが減少するように受信信号レベルに対する画像表示輝度カーブを補正演算・生成して、該Ａ／Ｄ変換・記憶後の信号レベルをシフトする、且つまたは、超音波ビーム１ライン上で関心深度範囲のエコーレベルを複数本分記憶するライン・メモリと、そのメモリ上のエコーレベルのヒストグラムを演算メモリする機構と、そのヒストグラム分布の片寄りが減少するように、深度ゲインカーブを補正演算・生成する機構とを備え、前者の補正演算で十分な補正が不可能な場合に、深度ゲインカーブを補正演算・生成するように動作する。
【００２１】
次に、このように構成された超音波映像装置における輝度とエコーレベルの関数制御カーブの演算手順について、図２のフローチャートを参照して説明する。まず、図１において、通常の超音波映像装置と同様にして、探触子１と超音波回路部２とで被検体の診断部位についてエコー信号を収集する。この収集されたエコー信号は、ビデオ信号処理部１０を介してＤＳＣ部３へ送られる。ＤＳＣ部３はこの送られてきたエコー信号をＤＳＣ部３内のラインメモリ１１に一時記憶させる。
【００２２】
次に、上記ラインメモリ１１から読み出されたエコー信号はＤＳＣ部３内の深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５へ送られる。すると、深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５は、そのエコー信号の時間毎のレベルに対応する輝度分布を入力する。（図２のステップＡ）。一方、この状態でＲＯＩ設定器１４により上記ラインメモリ１１の記憶した反射エコー信号について、ＲＯＩが設定される（ステップＢ）。次に、上記深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５は、ラインメモリ１１の記憶した反射エコー信号について設定されたＲＯＩに対応する深度とビーム方向とに相当する部分を取り出し、そのレベル（輝度）のヒストグラムを演算する（ステップＣ）。そして、このヒストグラムについてその輝度の出現頻度分布の重心を演算する（ステップＤ）と共に、平均輝度を演算する（ステップＥ）。
【００２３】
次に、上記のように求めた輝度頻度重心と平均輝度との差分をとり（ステップＦ）、この差分の絶対値がある微小な一定値εより大きいか、小さいかにより補正の有無を判断する（ステップＧ）。上記差分の絶対値がある一定値εより大きい時は、表示ダイナミックレンジの設定値を参照し（ステップＨ）、ステップＪに進み、演算処理部１６の発生する輝度・エコーレベル関数係数を補正・演算・設定する。即ち、上記輝度の出現頻度分布が平均輝度より高輝度側に片寄っている場合はその部分での輝度が低下するように上記係数を演算し（ステップＪ）、さらにこの求めた係数が制限として設定された係数範囲を超えてしまうと判断された場合（ステップＫ）には、当該部分でのゲインも低下させるように、ゲイン変分によりＴＧＣカーブに補正値を加えるようにＴＧＣカーブの演算を行い（ステップＬ）、この補正したＴＧＣカーブを深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５に変更・記憶しておき（ステップＭ）、この深度ゲイン制御カーブ演算メモリ１５から読み出した補正されたＴＧＣカーブを超音波回路２内の深度ゲイン制御部９へ出力し、この深度ゲイン制御部９により上記補正されたＴＧＣカーブを用いてゲイン制御を行う。
【００２４】
また、上記輝度の出現頻度分布が平均輝度より低輝度側に片寄っている場合は、その部分での輝度が上昇するように前記係数を演算する（ステップＪ）。以後のステップＫ〜Ｍは上述と同様の処理として進む。これらの場合、深度ゲイン制御部９では、上記補正されたＴＧＣカーブでゲイン制御を行うので、次に映像化されるフレーム以降はその補正されたゲインで画像形成されることとなり、画像の輝度が均等に平均化される。
【００２５】
一方、上記差分の絶対値がある一定値εより小さい時は、ステップＧからステップＫの後段へ跳び、上述のような補正は行わないで従来と同様に画像形成する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、ＤＳＣ部の内部に、画像表示部の画面上で診断対象となる関心領域を設定するＲＯＩ設定器を設けると共に、このＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応するエコー信号レベルに対する映像信号の輝度の関数を演算・記憶し出力する演算処理部、及び／または、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応するビーム方向と深度に対しゲイン制御カーブを演算・記憶し出力する深度ゲイン制御カーブ演算メモリを設け、前記エコー信号レベルに対する映像信号の輝度の関数の係数を制御し、及び／または、前記ゲイン制御カーブによって上記超音波回路内での深度毎のゲインを制御するようにしたことにより、被検体内の関心領域について反射エコーの表示コントラストが適度となるように輝度を自動的に制御することができる。このことから、探触子を含む映像装置の均一な画像輝度分布を保証することができ、有用な情報を多く含む輝度付近の画像表示性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の概略構成を説明するブロック図。
【図２】本発明の手順を示すフロー図。
【図３】本発明の動作の一部を説明する図。
【図４】本発明の他の実施例の概略構成を説明するブロック図。
【符号の説明】
１ 探触子
２ 超音波回路部
３ ＤＳＣ部
４ 画像表示部
５ 送波回路
６ 受波回路
９ 深度ゲイン制御部
１０ ビデオ信号処理部
１１ ラインメモリ
１２ スキャンコンバータ
１３ 制御回路
１４ ＲＯＩ設定器
１５ 深度ゲイン制御カーブ演算メモリ
１６ 演算処理部。
Claims (3)
- 被検体内に超音波を送受信する超音波探触子と、前記探触子に送波パルスを送信して超音波ビームを発生させると共に被検体内診断部位から戻るエコー信号を受信し、その反射エコーの発生した深度に応じたゲインを与えて増幅した後ビデオ信号処理する超音波回路部と、前記超音波回路部から出力されるエコー信号をディジタル変換して記憶すると共に画像表示部の走査信号に同期して記憶内容を読み出すディジタルスキャンコンバータ部と、前記ディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示する画像表示部とを備えた前記超音波画像を得る超音波映像装置において、
前記超音波画像上で関心領域を設定するＲＯＩ設定器と、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応する映像信号レベルの分布を演算する演算処理部と、前記演算処理部の演算結果に基づいて関心領域に対応するビーム方向と深度に対しゲイン制御カーブを演算し記憶する深度ゲイン制御カーブ演算メモリと、受信信号レベルに対する表示輝度値カーブを対象のＲＯＩからの受信信号レベルに適応して補正・演算生成する手段とを備えることを特徴とする超音波映像装置。 - 前記補正・演算生成する手段は、前記映像信号レベルの輝度ヒストグラムの重心及び平均輝度の差分に基づいて、輝度を調整することを特徴とする請求項１記載の超音波映像装置。
- 超音波探触子で受信したエコーを深度ゲイン制御カーブ演算メモリに記憶された深度ゲインカーブにより増幅した後ビデオ信号処理する超音波回路部と、前記超音波回路部から出力されるエコー信号を、ディジタル変換して記憶すると共に記憶した表示輝度値カーブに従って変換して出力するディジタルスキャンコンバータ部と、前記ディジタルスキャンコンバータ部からの出力信号をビデオ信号に変換して超音波画像として表示する画像表示部とを備えた前記超音波画像を得る超音波映像装置において、
前記超音波画像上で関心領域（ＲＯＩ）を設定するＲＯＩ設定器と、前記ＲＯＩ設定器で設定された関心領域に対応する映像信号レベルの分布を演算する演算処理部と、前記演算処理部の演算結果に基づいて前記関心領域からの受信信号レベルに適応して前記表示輝度値カーブを補正演算・生成する手段と、前記表示輝度値カーブの補正による不足分を補償するために前記深度ゲインカーブを補正する手段とを備えることを特徴とする超音波映像装置。
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