JP3825524B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内部を超音波で走査して、それにより得られた信号に基づいて被検体内部の画像データを生成する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超音波診断の分野では、従来からあるＢモードやカラードプラモードとは異なる表示形態で被検体内部を表現し得る様々なモードが開発されている。これには、例えばＴＤＩ(Tissue Doppler Imaging)やＣＫ(Color Kinesis) がある。これらのモードによれば、比較的動きの遅い組織、例えば心筋を強調することができ、心臓検査に非常に有益であると考えられている。
【０００３】
また、走査面を移動しながらＢモードやカラードプラモードで収集した複数フレームの画像から、３次元画像を構築するようなモードの開発も進められている。
【０００４】
しかし、ＴＤＩやＣＫでは、心筋断面をシネ表示するもので、その動きの方向や移動距離等の把握が困難であるという問題があった。
また、３次元画像に関しては、その構築の処理に多大な時間や手間を要し、しかもその処理回路が非常に高価であるという問題があった。
【０００５】
また近年、超音波診断装置のＢモード断層像又はカラードプラにおいてフレームレートが高くなってきている。しかし、人間の目の動態視力或いは動態識別能は、毎秒１０〜１５フレーム程度である。また、ＴＶフレームレートは３０フレーム程度であるため、検出されたフレームを全て表示できていない、或いは人間の目で識別できにくいという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、組織の移動をその方向や移動距離等と共に容易に理解できる形態で表示でき、また対象構造を３次元的に観察可能に表示でき、しかもこれらを処理に多大な時間や手間を要することなく、廉価で実現できる超音波診断装置を提供することにある。
本発明の目的は、高フレームレートで検出されたフレームの情報をできる限り観察者に提示できる超音波診断装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による超音波診断装置は、超音波プローブと、前記超音波プローブを介して被検体の内部を走査し、得られた信号に基づいて前記内部の第１の画像データを生成する手段と、前記第１の画像データを第２の画像データに変換する手段と、前記第２の画像データを表示する手段とを具備し、前記変換手段は、前記第１の画像データとこの第１の画像データの１フレーム前の第２の画像データとをピクセル毎に比較し、前記第１の画像データのピクセル値が所定のしきい値より大きく、且つ前記１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも大きいピクセルについて前記第１の画像データのピクセル値を最大輝度又はレベルアップして出力し、前記第１の画像データのピクセル値が所定のしきい値より小さく、または前記１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも小さいピクセルについて前記１フレーム前の第２の画像データのピクセル値をレベルダウンして出力する比較手段と、この比較手段の出力から前記第２の画像データを構成する手段とを有する。
（作用）
現フレームの第１の画像データのピクセル値が、１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも大きいピクセルには、現フレームの第２の画像データの当該ピクセルの値には第１の画像データのピクセル値が採用される。一方、現フレームの第１の画像データのピクセル値が、１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも小さいピクセルには、現フレームの第２の画像データの当該ピクセルの値には１フレーム前の第２の画像データのピクセル値がレベルダウンされて採用される。
つまり、エコー強度が前フレームより高くなった部分は現輝度よりも増強して高輝度化し、一方、エコー強度が低くなっていく部分は現輝度よりも低輝度化して表示する。このような処理により、対象の相違により２種類の形態で第２の画像を表示できる。まず、対象表面の反射が周囲に対して若干高い程度である例えば心臓を検査するような場合、心筋の今の位置が高輝度で、また前の位置が低輝度で表示されるので、移動の軌跡が観察できるようになり、この軌跡から心筋の移動をその方向や移動距離等と共に容易に理解できるようになる。
一方、対象表面の反射が周囲に対して非常に強いような場合、第１の画像としてはその対象の表面輪郭をトレースしたような画像になるが、走査面と対象との位置関係を変化させながら得たこのような画像から第２の画像を生成すると、以前の数フレーム分の表面画像が、現フレームの上の表面から尾引きした状態で第２の画像に残留することになる。これにより、第２の画像としては、対象の表面画像に近似する３次元的な画像として提供される。しかもこれを処理に多大な時間や手間を要することなく、廉価で提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明による超音波診断装置を好ましい実施形態により説明する。図１に本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波プローブ１は、複数の微小圧電素子が先端に配列されているアレイ型プローブであり、セクタスキャン用、リニアスキャン用、他のスキャン用のいずれのタイプであってもよい。
【００１３】
超音波送受信回路２は、図示しないが、送信系と、受信系と、画像プロセッサとから構成されている。さらに送信系は、クロック発生器、レートパルス発生器、送信遅延回路、パルサを有する。クロック発生器はクロックパルスを発生する。レートパルス発生器は、クロックパルスを分周し、例えば５ＫＨｚのレートパルスを発生する。このレートパルスはチャンネル数分に分配され、送信遅延回路に送られる。送信遅延回路は、チャンネル毎に個々に設けられる。送信遅延回路は、超音波をビーム状に集束し、且つ超音波ビームを予定の方向に振るために必要な遅延時間をチャンネル毎に与える。パルサは、チャンネル毎に個々に設けられる。パルサは、同じチャンネルに対応する送信遅延回路からレートパルスをトリガ信号として入力し、高周波の電圧パルスを対応するチャンネルの圧電素子に出力する。電圧パルスが供給された圧電素子は、超音波パルスを発生する。各圧電素子から発生された超音波は、遅延時間の差異に対応する向きに超音波ビームとして集束する。
【００１４】
超音波は、被検体内の音響インピーダンスの境界で反射する。反射波は超音波プローブ１で電気信号に変換される。超音波プローブ１で変換された電気信号は、受信系に取り込まれる。受信系は、プリアンプ、受信遅延回路、加算器を含む。超音波プローブ１で変換された電気信号は、プリアンプを介して受信遅延回路に送り込まれる。受信遅延回路では受信波を集束し、且つ予定の方向からの反射波成分を強調するために必要な遅延時間がチャンネル毎に与えられる。遅延時間が与えられた電気信号は加算器で加算される。これによりエコー信号が生成される。
【００１５】
この受信系で生成されたエコー信号は、画像プロセッサに取り込まれる。画像プロセッサは、このエコー信号に基づいて、Ｂモード又はカラーフローマッピングモードの画像データ（第１の画像データ）を生成する。
【００１６】
この第１の画像データは、ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３に送られ、ここで第２の画像データに変換され、さらにこの第２の画像データはビデオスキャン方式に並び替えられて、ディスプレイ４に濃淡画像として表示される。
【００１７】
なお、ディスプレイ４には、図示しないが、カラープロセッサを装備しており、このカラープロセッサでカラーバーにより第２の画像データをそのピクセル値に応じた色相、彩度データに変換して、第２の画像データをカラーで表示するように切り替え可能としてもよい。
【００１８】
また、第２の画像データを単独で表示するだけでなく、ディジタルスキャンコンバータ３において、現フレームの第１の画像データを、やはり現フレームの第２の画像データにフレーム合成する機能に切り替え可能としてもよい。
【００１９】
図２は図１のディジタルスキャンコンバータ３の構成を示している。ディジタルスキャンコンバータ３は、比較処理回路５とフレームメモリ６と、フレームメモリ６への書き込み及び読み出しを制御するＤＳＣコントローラ７とから構成されている。
【００２０】
比較処理回路５は、例えばＲＯＭで構成され、これには現在のフレームの第１の画像データ（Ｉ(Xi,Yj,n) ）と、フレームメモリ６から読み出される１フレーム前に生成された第２の画像データ（Ｉ’(Xi,Yj,n-1) ）とが、入力アドレスとしてＤＳＣコントローラ７の制御により同期して供給される。
【００２１】
なお、データ属性の“Xi,Yj ”は、フレーム内の座標（ピクセルの位置）を表しており、“ｎ”は現在のフレーム番号を表しているものとし、“ｎ−１”は現在のフレームより１つ前のフレーム番号を表しているものとする。
【００２２】
比較処理回路５は、現在のフレームの第１の画像データ（Ｉ(Xi,Yj,n) ）と、その１フレーム前に生成された第２の画像データ（Ｉ’(Xi,Yj,n-1) ）とをピクセル毎に比較し、その比較結果に従って次のような条件でデータを出力する。
（１）現フレームの第１の画像データのピクセル値が、ゼロを含む所定のしきい値より大きく、且つ１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも大きいとき、現フレームの第１の画像データのピクセル値をそのまま、又は第１の画像データのピクセル値を、ディスプレイ４で表示可能な最大輝度又はレベルアップ、つまり１以上の乗数を乗算して、あるいは所定値を加算して出力する。
（２）現フレームの第１の画像データのピクセル値が、ゼロを含む所定のしきい値より小さく、または１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも小さいとき、１フレーム前の第２の画像データのピクセル値をレベルダウンして、つまり該ピクセル値に所定の乗数（ゼロ〜１）を乗算し、又は所定値を減算して値を低下してから出力する。
【００２３】
このような条件により第２の画像データが生成されるのであるが、この画像がどのような画像として提供されるのかを以下に説明する。
上述したように現フレームの第１の画像データのピクセル値が、１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも大きいとき、現フレームの第２の画像データの当該ピクセルの値には第１の画像データのピクセル値が採用される。一方、現フレームの第１の画像データのピクセル値が、１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも小さいとき、現フレームの第２の画像データの当該ピクセルの値には１フレーム前の第２の画像データのピクセル値がレベルダウンされて採用される。
【００２４】
つまり、エコー強度が高くなった部分は、現フレームの第１の画像データのピクセル値を使って高輝度で表示し、一方、エコー強度が低くなった部分は、１フレーム前の第２の画像データのピクセル値をレベルダウンして低輝度で表示する。
【００２５】
このような処理により、対象の相違により２種類の形態で第２の画像を表示できる。
まず、対象表面の反射が周囲に対して若干高い程度である例えば心臓を検査するような場合、心筋が今の位置で高輝度で、また前の位置で低輝度で、さらにそれより前の位置でさらに低輝度で表示されるので、数フレーム前までに遡って心筋の移動の軌跡が観察できるようになり、この軌跡から心筋の移動をその方向や移動距離等と共に容易に理解できるようになる。
【００２６】
この軌跡の長さ、つまり何フレーム前までの画像を残留させておくかについては、第２の画像データのレベルダウンの程度、すなわちそれに乗算する乗数やそれから減算する減数に依存して決まる。この軌跡の長さをオペレータが自由に変えられるように、この乗数や減数を調整するための図示しないコンソールスイッチがＤＳＣコントローラ７に接続されている。ＤＳＣコントローラ７は、調整された乗数や減数に切り替えるように比較処理回路５を制御する。
【００２７】
また、現フレームの画像の強調程度は、条件（１）を満たして出力される第１の画像データのピクセル値に乗算される乗数に依存して決まる。この乗数をオペレータが自由に変えるための図示しないコンソールスイッチがＤＳＣコントローラ７に接続されている。ＤＳＣコントローラ７は、調整された乗数に切り替えるように比較処理回路５を制御する。
【００２８】
一方、対象表面の反射が周囲に対して非常に強いような場合、第１の画像としてはその対象の表面輪郭をトレースしたような画像になる。このような場合、走査面と対象との位置関係を変化させながら、例えば走査面が固定し、対象が移動しているようなとき、又は対象が固定し、走査面をその垂直方向に振っているようなとき、もしくはその両方が動いているようなとき、このような輪郭の画像から第２の画像データを生成すると、現在のフレームからそれ以前数フレーム分までの表面画像が、現フレームの表面像から尾引きしたような状態で残留することになる。
【００２９】
図３に玩具のワニを操作者が手で水中に固定して支持し、それを走査面を振って繰り返し走査するという状況で得られた時相の異なる３枚の第２の画像を示している。ここでは同図（ａ）から同図（ｃ）にかけて時間が経過している。この図３を参照して分かるとおり、以前の数フレーム分の画像の残留によって、多大な処理を要して構築される表面画像に近似する３次元的な画像が提供されている。
【００３０】
このように本実施形態によると、上述したような簡単な条件から、移動の軌跡が観察できるようになり、この軌跡から心筋の移動をその方向や移動距離等と共に容易に理解できるような画像や、対象の表面画像に近似する３次元的な画像を、処理に多大な時間や手間を要することなく、廉価で提供できる。また、高いフレームレートで検出された多くのフレームの情報を残像として残すことで、人間の目の識別能やＴＶフレームレートの制約を補うことが可能となる。
本発明は、上述してきたような実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能であることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
現フレームの第１の画像データのピクセル値が、１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも大きいとき、現フレームの第２の画像データの当該ピクセルの値には第１の画像データのピクセル値が採用される。一方、現フレームの第１の画像データのピクセル値が、１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも小さいとき、現フレームの第２の画像データの当該ピクセルの値には１フレーム前の第２の画像データのピクセル値がレベルダウンされて採用される。
【００３２】
つまり、エコー強度が高くなった部分は現フレームの第１の画像データのピクセル値を使って高輝度で表示し、一方、エコー強度が低くなった部分は、１フレーム前の第２の画像データのピクセル値をレベルダウンして低輝度で表示する。
【００３３】
このような処理により、対象の相違により２種類の形態で第２の画像を表示できる。まず、対象表面の反射が周囲に対して若干高い程度である例えば心臓を検査するような場合、心筋の今の位置が高輝度で、また前の位置が低輝度で表示されるので、移動の軌跡が観察できるようになり、この軌跡から心筋の移動をその方向や移動距離等と共に容易に理解できるようになる。
【００３４】
一方、対象表面の反射が周囲に対して非常に強いような場合、第１の画像としてはその対象の表面輪郭をトレースしたような画像になるが、走査面と対象との位置関係を変化させながら得たこのような画像から第２の画像を生成すると、以前の数フレーム分の表面画像が、現フレームの上の表面から尾引きした状態で第２の画像に残留することになる。これにより、第２の画像としては、対象の表面画像に近似する３次元的な画像として提供される。しかもこれを処理に多大な時間や手間を要することなく、廉価で提供できる。また、高いフレームレートで検出された多くのフレームの情報を残像として残すことで、人間の目の識別能やＴＶフレームレートの制約を補うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図２】図１のデジタルスキャンコンバータの構成を示す図。
【図３】図１のディスプレイ上に表示した中間調画像の写真。
【符号の説明】
１…超音波プローブ、
２…超音波送受信回路、
３…ディジタルスキャンコンバータ、
４…ディスプレイ、
５…比較処理回路、
６…フレームメモリ、
７…ＤＳＣコントローラ。

Claims (7)

1. 超音波プローブと、
   前記超音波プローブを介して被検体の内部を走査し、得られた信号に基づいて前記内部の第１の画像データを生成する手段と、
   前記第１の画像データを第２の画像データに変換する手段と、
   前記第２の画像データを表示する手段とを具備し、
   前記変換手段は、前記第１の画像データとこの第１の画像データの１フレーム前の第２の画像データとをピクセル毎に比較し、前記第１の画像データのピクセル値が所定のしきい値より大きく、且つ前記１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも大きいピクセルについて前記第１の画像データのピクセル値を最大輝度又はレベルアップして出力し、前記第１の画像データのピクセル値が所定のしきい値より小さく、または前記１フレーム前の第２の画像データのピクセル値よりも小さいピクセルについて前記１フレーム前の第２の画像データのピクセル値をレベルダウンして出力する比較手段と、
   この比較手段の出力から前記第２の画像データを構成する手段とを有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記第１の画像データのピクセル値のレベルアップの程度を調整するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記レベルアップ手段は、前記第１の画像データのピクセル値に１以上の乗数を乗算し、又は所定値を加算することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記第２の画像データを前記第１の画像データに合成する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
5. 前記表示手段は、前記第２の画像データをカラー画像データに変換する手段を有することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 前記１フレーム前の第２の画像データのピクセル値のレベルダウンの程度を調整するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
7. 前記比較手段は、前記１フレーム前の第２の画像データのピクセル値に、ゼロ〜１の乗数を乗算し、又は所定値を減算することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

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