JP3856857B2 - 改良ズームを有する超音波診断用画像処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、超音波診断用画像処理技術の改良に関し、特に、以下「ズーム」画像と称する超音波画像の拡大部分を表示する、改良された能力を有する超音波画像処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静的な実時間超音波画像および画像シークエンスを表示するための装置および技術は、良く知られている。超音波変換器が繰り返し、検査対象被験者の体内に超音波エネルギーを発信し、そしてこれら発信に応答して戻ってくるエコーを受信する。平面２次元画像の場合、ビームは平面領域に発信される。戻りエコーは検知され、超音波の往復所要時間およびビーム方向に対応して空間的に写像（map）される。エコーは画像メモリーに記憶され、長方形またはセクター（扇形）表示のような表示形式（display format)に従って配列される。エコー情報の表示は、被験者の組織平面の構造的もしくは機能的描写を表示する。
医療用超音波画像処理装置は、表示画像の部分拡大、即ちズーミングの能力を持ちつつ商品化されている。これは使用者が拡大を希望する画像部分の輪郭を囲むことにより実施される。この輪郭で囲った画像部分が、次いで元の画像の大きさに表示される。これは単に、外枠で囲った画像部分を、より大きい原画像の大きさにマッピングすることにより実施することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、画像の小さい部分を拡大して、大きな領域に表示するには、拡大画像部分が、原画像中に見られたよりも、さらに細部まで示されることが望ましい。画像のより細部まで明らかにすること、それが画像拡大の通常の目的である。より大きなサイズに同じ情報を単に表示しても、これを達成することはできない。
【０００４】
また、表示サイズと、拡大された、即ちズーム画像表示の画像情報との間に対応があることが望ましい。もし表示される超音波画像の情報量が、詳細に陰影化された（gradated）情報を示すための表示能力を越えている場合には、画像は不規則に変動する虚像（scintillation artifacts）により汚染される可能性がある。一方もし超音波情報の情報量が表示能力以下の場合、使用者は、それが提供可能な視覚情報よりも少ない視覚情報しか提供されないこととなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、画像表示用モニターの画素密度に良く適合するように、画像情報が制御される超音波画像表示技術が開示される。使用者により、ズームの命令（zoom command)、即ちある画像または実時間画像シークエンスの一部の拡大図の表示を求める画像処理装置への命令、が発せられた時、フィルター特性がそれに対応して変化し、拡大画像サイズに応じて超音波画像情報の情報量を増加させる。画像表示に供給される情報量の変化は、常に表示画像中の不規則に変動する虚像の発生を防止する範囲内に維持される。
【０００６】
【実施例】
図１Ａは、代表的超音波画像を示す。図示された画像は、画像の頂点１２に位置し、かつ画像の底辺の最大表示深さ１４まで角度が変化する多数のビームを走査する変換器により合成されたセクター方式１０によって示されている。それらの空間座標により得られたエコーが、図１Ａに示されるように表示される。
図１Ｂでは原画像中に、拡大したい画像部分を輪郭で囲ったボックス２０を使用者が描いている。このようなボックスは、長方形でも円形でも他のどのような形状でもよいが、この例ではボックスは、原セクターと同じ形状を有するものとして示されている。このボックス２０は、浅い側の上辺の２２から、より深い底辺２４に広がっている。しかしながら原セクターは、上辺１２から下辺１４まで、実線１６で示される中央線上に広がっており、ズームボックス２０は、ボックスの上辺２２から底辺２４までの線分２６によって示される長さ部分に広がっているのみである。
【０００７】
図１Ｃは、ボックス２０内の画像領域を最初の全画像の大きさに拡大した
画像を示している。これは、ボックス２０内の２８に示される構造を、図１Ｃに示されるように拡大して観察することを可能にする。拡大されたとき、ボックス２０の中央長さ２６は、図１Ｃに示すように、上辺１２から底辺１４までの図中３６の長さに延長される。
勿論ズームボックス２０で囲まれた画像部分が拡大されたとき、拡大画像をさらに細部まで観察できることが望ましい。もし医者が、図１Ｂのボックス２０内の小さな構造物２８を詳細に観察することに興味を持った場合、医者は図１Ｃに示されたように拡大されたとき、構造物２８をさらに詳細に観察することを望むであろう。可能な限り多くの量の画像の詳細を表示できることが望ましいのであるが、いかなる虚画像（image artifacts)の生成または導入なしにそれがなされることが、さらに望ましい。
【０００８】
本発明によるこれらの目的を達成するための装置が図２に示されている。変換器アレー４２を包含する超音波走査ヘッド４０が、画像セクター１０を走査し、セクター領域からのエコーを受信する。変換器アレーは、発信器／受信器５０により活性化され、それはまたアレーからのエコーを受信し、処理し、セクター１０の走査線１１からのエコー信号のシークエンスを作成する。アナログ装置においては、発信器／受信器の出力は、走査線からの受信の間連続したアナログ信号である。ディジタルシステムにおいては、発信器／受信器の出力は、走査線からの受信エコーのディジタル試料のシークエンスである。
【０００９】
エコー信号は、帯域通過フィルター（bandpass filter)６２により濾過され、次いで検出器６４で検出され、ベースバンド（baseband）エコー信号を作成する。検出されたエコー信号は、対数圧縮回路（log compression circuit）６６により対数圧縮される。本発明によると、エコー信号は、可変低周波フィルター(variable low pass filter)７０により低周波のみを通過させる濾過をされる。濾過されたエコー信号は、画像メモリー８０に記憶され、そして走査変換器９０により表示用の希望する方式（format)に変換される。この画像は次いで表示装置１００により表示される。中央処理装置と制御器７２は、装置（ここに示されていない）の全てのサブセクションに接続し、装置の種々の処理サブセクションのタイミングおよび相互関係を制御する。
【００１０】
本発明によると、低周波フィルター７０の帯域幅は、画像情報が表示される表示領域の大きさおよび画素密度に対応して変化する。画像データの情報量は、その帯域幅に比例する。図１Ａから１Ｃまでに示すように、ズームボックスを拡大する場合、帯域幅は、小さなボックス領域が全画像の大きさに拡大されるとき、より高い帯域幅制限によって画像データを濾過することにより、帯域幅が拡張される。より高い帯域幅制限は、より大きな画像部分のみからなるボックス領域の場合よりも、より多くの情報量を有する信号が表示装置に通過することを許容し、そのときボックス領域を形成する信号の帯域幅制限はより小さくなる。従って、小さなズームボックスの領域が拡大されるとき、使用者の期待に沿うように、さらに多くの詳細が表示される。
【００１１】
低周波フィルター７０の帯域幅を設定するのに使用される処理器および制御器７２への入力が、図２に示されている。「ズームボックスサイズ」（zoom box size)と標識された入力装置が、制御器７２にズームボックス２０の大きさに関する情報を与え、そして「全画像サイズ」（full image size)と標識された入力装置が、制御器７２に原全画像の大きさに関する情報を与える。これが処理器および制御器７２に、帯域幅変化量を決定するための全画像とズーム画像領域との相対比を決定することを可能とする。「全画像／ズーム画像」（full／zoom)入力は、画像が拡大されているのか否かを判断し、制御器に帯域幅の変化が必要か、その意味でより大きいかより小さいかの情報を与える。「表示特性」（display characteristics)と標識された入力装置は、表示画像の線に沿った画素数を含む画像表示装置の性能に関するデータを与える。この情報が、処理装置および制御装置に、不規則に変動する虚像（scintillation antifact)の生成なしに、どのくらい高く低周波フィルター７０の帯域幅をセットすることができるか決定することを可能とする。
【００１２】
図３は、不規則に変動する虚像の問題を記号的に示したものである。この図において、縦列の数字、１、０、１、および０で表される４個の情報がある。これら４つの情報は、ボックス５、６、および７で表されるただ３つの画素に表示されることとなる。この列の最初の数１は画素５に配置され、連続的にその画素に表示される。そして列の最後の数０は画素７に配置され、連続的にその画素に表示される。中間の２つの数０と１はただ１つの画素、中央の画素６に重複してしまう。中央画素は時には０を表示し、また他の時には１を表示する。その結果、上と下の画素は常にそれらの値を表示するのに対し、中央画素の表示は０と１の間を往復し、瞬いたり（flicker)不規則に変動する（scintillate)こととなる。問題は列の数４、の情報量が、３つの画素の表示能力を越えていることにある。
【００１３】
好ましい具体例において、図２の装置はディジタルシステムであり、低周波フィルター７０はディジタルフィルターである。フィルター７０はそれが受信する画像データの帯域幅を制限して、データ量を適正化し、表示されるエコー値の数を、データを表示するのに使用される画素数にほぼ一致させる。例えば、表示画像の中央線、図１Ｂの線１６上にＰ画素あるとする。低周波フィルターの帯域幅は、情報量がビデオ表示装置の能力を越えないように設定され、それは表示画素の数により制限される。もし低周波フィルター７０が、これらＰビデオ画素を越える、表示用のＫ個の画像データを受信すると、この画像データは、フィルターからの出力データが下式で与えられる標準化された帯域幅を有するように濾過される。
フィルター帯域幅＜Ｐ／２Ｋ
【００１４】
シンチレーション問題の性質は、数値の例から解釈することができる。線１６上に４００画素あり、そして低周波フィルター７０がこれら画素により表示される５１２データのシークエンスを受信すると仮定する。図３に示すように、もしただ４００画素の上に、５１２のデータを表示しようとするならば、シンチレーションの問題が発生するであろう。しかし上記のように帯域幅を制限することにより、表示用に送られる情報の情報量は、４００画素の能力範囲を越えない、さもないとシンチレーション問題が発生する。
【００１５】
ズーム機能が活性化されると、帯域幅の拡張が起きる。上の例を使用して、図１Ｂの全画像の線１６上に４００画素あり、ボックス２０の線２６上に１００画素あると仮定する。ボックス２０が、図１Ｃに示されるように、全画像の大きさに拡大されるとき、ボックス２０内の１００画素で表示される情報が、線３６上の４００画素に表示されることとなる。この画素数の増大は、より多くの超音波情報量を表示することを可能とし、低周波フィルター７０の帯域幅を拡大し、より多くのビデオ試料を、より拡大された領域から全表示装置の画素に送る。このようにして、より多数の情報が、限定された空間領域であるが、より多数の画素に送られ、これにより拡大されたズーム画像中により詳細を見たいという使用者の期待に応えることができる。ズーム機能が、不活性化されて元の全画像に戻るとき、可変フィルター７０は、原画像中のシンチレーション虚像の発生を防止するために、元のより狭い帯域幅に戻る。
【００１６】
最大の帯域幅制限、従って最大の表示情報は、表示画素の配列を考慮することにより得られると考えられる。例えば、ラスタ走査表示は、水平に走査される多数のラスタ線により形成されている。セクター表示の中央線２６は、ラスタの線を直角に横切るが、他の角度を持った線は、横断する画素数を減少させるある角度でラスター線を横切り、従って所定角度の表示線の表示のために利用することができる。例えば、もしボックス２０の中央線２６上に１００画素あるとすると、ボックスの横端の線２７上にはただ７０画素あるだけである。従って、シンチレーション効果を発生しない最も詳細な表示は、ラスタの画素とのそれらの配置に基いて超音波走査線の角度に依存してフィルター７０の帯域幅を変化させることとなる。最大の帯域幅は、ラスタの中央で使用され、走査がセクターの中央の両横端に進むにつれてより小さな帯域幅が採用される。リニア表示方式のような長方形方式においては、超音波走査線は全てラスタ線に直角であり、互いに平行であり、従って画像中どこの走査線においても帯域幅を変化させる必要はない。
【００１７】
本発明を要約すると、超音波画像の部分を、「ズーム」画像として拡大表示させるために選択することができる超音波診断用画像処理装置が提供される。画像部分がその拡大形式で表示されるとき、超音波情報経路中のフィルターの帯域幅が拡大され、その拡大形式で表示されるとき、画像部分の情報量が増加する。過剰な帯域幅の情報を表示しようとすることにより生ずるシンチレーション虚像の生成を防止しながら、表示特性を考慮して情報量を極大化するように、該帯域幅は連続的に最適化される。
【００１８】
【発明の効果】
超音波画像の一部分を指定して拡大表示することができ、そのとき画素密度に対応した大量の情報が表示されるように、フィルターの帯域幅を拡大する。その帯域幅の拡大は、シンチレーション虚像の発生が起こらないよう常に最適化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、ズームの特徴を示すセクター画像表示を説明している。
【図２】 本発明により構成された超音波画像処理装置のブロックダイアグラムである。
【図３】 表示される情報量と表示モニターの能力との間の不一致から生じる不規則に変動する虚像の原因を説明している。
【符号の説明】
１０ セクター
１１ 走査線
１２ 頂点
１４ 画像底辺
１６ 中央線
２０ ズームボックス
２８ 構造物
４０ 走査ヘッド
５０ 発信器／受信器
６２ 帯域通過フィルター
６４ 検出器
６６ 対数圧縮回路
７０ 可変低周波数フィルター
７２ 中央処理装置と制御器
８０ 画像メモリー
９０ 走査変換器
１００ 表示装置

Claims (5)

1. 超音波エコー情報が画像表示装置上に表示される超音波診断用画像処理装置において：
   表示されている超音波画像の拡大して表示される部分を選択するための選択手段；および、
   該選択手段に応答して、該選択部分の拡大率に対応して表示される超音波エコー情報の帯域幅を変化させるためのディジタルフィルターであって、表示される超音波走査線に沿って、前記表示される超音波エコー情報の画像データの数が、表示画素の数に一致するように、前記ディジタルフィルターの帯域幅が、前記表示される超音波走査線の角度に依存して変化される、該ディジタルフィルター；
   を有することを特徴とする超音波診断用画像処理装置。
2. 該ディジタルフィルターが、該情報が拡大表示されるとき、表示されている超音波エコー情報の帯域幅を拡大するための手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断用画像処理装置。
3. 該選択手段が、拡大表示される該部分を選択するために、表示されている超音波画像の部分を枠で囲むための手段を有することを特徴とする請求項２に記載の超音波診断用画像処理装置。
4. 該選択手段に応答して、該選択部分が選択される、原画像と実質的に同じ大きさに、該選択部分を表示するための手段をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の超音波診断用画像処理装置。
5. 超音波エコー情報が、画像表示装置上に表示される超音波診断用画像処理装置において：
   被験者の、浅い部分から相対的に深い部分まで広がる空間領域にわたってそれぞれが受信された超音波情報信号の多数のシークエンスを作成するために受信超音波エコー情報を処理する手段；
   該超音波情報信号のシークエンスに応答して、該信号の帯域幅を制限するためのディジタルフィルターであって、表示される超音波走査線に沿って、前記超音波エコー情報の画像データの数が、表示画素の数に一致するように、前記ディジタルフィルターの帯域幅が、前記表示される超音波走査線の角度に依存して変化される、該ディジタルフィルター；
   該ディジタルフィルターと接続する、該浅い部分から該深い部分まで空間的に広がる超音波画像を作成するために、帯域幅を制限された超音波情報信号を処理するための画像処理手段；
   該画像処理手段に接続する、該超音波画像を表示するための表示手段；
   該画像処理手段に接続し、拡大された画像部分としての表示のための、該画像の深さ方向部分に広がる該超音波画像領域を選択するための画像ズーム手段；および、
   該超音波画像領域の選択に対応し、かつ該ディジタルフィルターに接続し、該ディジタルフィルターの帯域幅制限を変化させるためのフィルター制御手段、
   を有することを特徴とする超音波診断用画像処理装置。

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