JP4060420B2

JP4060420B2 - 超音波診断装置及び画像処理装置

Info

Publication number: JP4060420B2
Application number: JP32834697A
Authority: JP
Inventors: 匡本田; 正英西浦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JPH11155855A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波パルスを生体内に発射し、その反射波信号を処理して医学診断情報を提供する超音波診断装置及び画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波の医学的な応用としては種々の装置があるが、その主流は超音波パルス反射法を用いて、断面内の軟部組織の構造（形態）を映像化するものである。この画像は、Ｂモード像とか、形態画像とか様々に呼ばれているが、ここでは、形態画像と称するものとする。この超音波を用いた映像化手法は、Ｘ線診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴスキャン）、磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）、核医学診断装置などの他の画像装置に比べて、リアルタイム表示が可能、装置が小型で安価、Ｘ線などの被曝が少ないとされている。さらに、パルスドプラ法により、段面内の血流や心臓の心筋等の動きのある対象だけを抽出して、その速度または速度に応じた指標の空間的な分布をカラーでしかもリアルタイムで映像化できるといった他のモダリティにはない独自の特徴を有している。この速度分布を表す画像は、カラーフローマッピング画像（ＣＦＭ画像）とか、速度画像とか様々に呼ばれているが、ここでは、速度画像と称するものとする。
【０００３】
これら形態画像や速度画像は互いに臨床的な意義が異なっていて、つまり互いに足りない情報を補い合う関係にあると言える。従って、近年の超音波診断装置には、これら両モードを装備しているものが多く見られるようになってきた。
【０００４】
このような装置では、ＢモードスキャンとＣＦＭスキャンとをフレームごとあるいは超音波走査線ごとに交互に行って、形態画像と速度画像という２種類の画像をほぼ同時にリアルタイムで取得するスキャン方式（同時スキャン）も採用している。そして、このような同時スキャンで得た形態画像と速度画像とは１枚に合成され表示されるようになっている。
【０００５】
この合成法としては、画素ごとに形態情報と速度情報とのいずれか一方を選択するといった手法、具体的には速度がしきい値以上を示す場所（画素）は、速度情報を選択して、その向きに応じた赤または青色を速度に応じた輝度で表示している。一方、速度がしきい値未満を示す画素は、形態情報を選択して、その強さに応じた輝度で表示している。
【０００６】
このような画素ごとにいずれか一方の情報を選択するような合成法は、カラー部分の形態情報が欠落することになり、この部分の形態情報が必要とされる場合には、２種類の画像を左右に並べて表示したり、１画面で切り替えて表示するしかなかった。また、このような合成画像から元の２種類の画像に復元することもできなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、形態情報が部分的に欠落すること無く、しかも元の２種類の画像に復元することができるように、形態画像と速度画像とを１枚に合成して表示できる超音波診断装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体内の断面を超音波で走査し、得られた受信信号に基づいて前記断面内の形態情報と、速度または速度に関わる指標を表す速度情報とを求め、これら前記形態情報と前記速度情報とを合成手段で１枚に合成して表示する超音波診断装置において、前記合成手段は、各画素の画素値を前記形態情報と前記速度情報との両方に基づいて割り当てるように構成され、前記合成手段で合成された合成画像の画素値に基づいて特定部位の輪郭を抽出する手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、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図面を参照して説明する。図１は本実施形態による超音波診断装置の構成を示している。同図に示すように、超音波診断装置は、被検体と装置の間で超音波信号の授受を担う超音波プローブ１と、このブロープ１を駆動して超音波ビームを被検体に送波し、またそのエコーをプローブ１を介して受信し、さらにこの超音波ビームの送信位置や方向を変えることにより、超音波ビームで被検体の断面を走査するための送受信部２とを備えている。
【００１３】
さらに、この超音波診断装置は、送受信部２が受信した受波信号を処理して、断面内の軟部組織の構造（形態）を表す断層像（形態画像）を生成し、標準ＴＶ走査信号の形式に変換してから出力するＢ／Ｗユニット３と、送受信部２が受信した複数の受波信号を処理して、血流や心臓の心筋等の移動体の速度や、この速度に関わる指標（パワー値および分散値等）の情報（速度情報と総称する）の２次元分布（速度画像）を生成し、標準ＴＶ走査信号の形式に変換してから出力するカラーユニット４とを備えている。
【００１４】
これらＢ／Ｗユニット３から出力される形態画像信号と、カラ一ユニット４から出力される速度画像信号とは、合成処理部５に供給される。合成処理部５は、形態画像と速度画像とを１枚の画像に合成するための処理部であり、その合成方法としては第１乃至第４の４種類もモードが用意されていて、いずれでも選択的に実行可能になっている。
【００１５】
第１モードは、形態画像単一表示に対応しており、全ての画素で形態情報を選択して、そのエコー強さに応じたコード（形態コード）を例えば８ビットで出力するというものである。また、第２モードは、速度画像単一表示に対応しており、全ての画素で速度情報を選択して、その速度に応じたコード（速度コード）を例えば６ビットで出力するというものである。
【００１６】
また、第３モードでは、従来と同様の合成画像の表示に対応しており、このために速度が、所定のしきい値以上を示す場所（画素）では、速度情報を選択して、その速度コードを出力し、一方、速度が所定のしきい値未満を示す画素では、形態情報を選択して、その形態コードを出力するというもので、つまり画素ごとに形態情報と速度情報とを選択するという方法である。
【００１７】
最後の第４モードは、本発明の特徴的なモードであり、第３モードのように画素ごとにいずれかの情報を選択するのではなくて、全ての画素で速度コードと形態コードとの両方を出力するという方法である。
【００１８】
この合成処理部５から出力されるコード情報は、色相輝度変換処理部６に供給される。色相輝度変換処理部６は、ルックアップテーブルを保持しており、このルックアップテーブルに基づいてコードを例えばＲＧＢ信号に変換する。表示モニタ７は、このＲＧＢ信号に従って、画像を表示する。
【００１９】
このルックアップテーブルは、各画素の輝度が形態コード（エコー強度）と速度コード（速度）との両方に基づいて割り当てられ、各画素の色相が速度コード（向き）に基づいて、例えばプローブ１に近づく動きのときには赤を、逆にプローブ１から離れる動きのときには青を割り当てるように組まれている。
【００２０】
従って、第１モードのときには図２（ａ）に示すように形態画像が単独で濃淡表示され、第２モードのときには図２（ｂ）に示すように速度画像が単独でカラー表示され、第３モードのときには図２（ｃ）に示すように速度がゼロまたはノイズレベル未満の部分は形態画像が濃淡で表示され、速度がノイズレベル以上の部分は速度画像だけがカラー表示される。そして、第４モードのときには、各画素の輝度が形態コードと速度コードとの両方に従って割り当てられ、そして色相が速度コードに基づいて割り当てられるので、図２（ｄ）に示すように、形態画像が濃淡で表示され、速度画像がカラー表示され、そして両者が重なる部分は、カラーの奥に形態が濃淡で薄く透けて見えるように表示される。
【００２１】
つまり、この第４モードの合成画像は、第３モードの従来の部分的な合成画像と異なり、例えばある位置に速度情報があり赤で表示されていて、それと同じ位置に形態情報があり白黒で表示されているような場合、両方が同時に表示されて透過したようにみえ、重なっている部分でも、第３モードのように形態情報が欠落すること無く、形態と速度の両情報を同時に観察することができる。
【００２２】
次に、第４モードの合成について詳細に説明する。まず、形態コードは、エコー強度が大きいほど、高い輝度に変換される。なお、Ｒは赤の輝度、Ｇは緑の輝度、Ｂは青の輝度をそれぞれ表し、エコー強度をＡで表すと、
Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝Ａ
で与えられる。一方、速度画像は、動いている向きが、プローブ１に向かう場合を赤（Ｒ）、プローブ１から遠ざかる場合を青（Ｂ）とし、速度が大きいほど表示する輝度が大きくなるよう輝度変換され、プローブ１に向かう速度をＶ₊、Ｖ_-とすると、
Ｒ＝Ｖ₊
Ｂ＝Ｖ_-
と表わせる。これらを同じ重みで、１：１の割合で加算すると、
Ｒ＝Ａ／２＋Ｖ₊／２
Ｇ＝Ａ／２
Ｂ＝Ａ／２＋Ｖ_-／２
で与えられる。このような加算をおこなった画像を使い、断層、速度両方の情報を一度に得ることが可能となる。
【００２３】
上述では、形態コードと速度コードを同じ重みで輝度を決めていたが、この重みの割合を変えて、明確に情報を得たい方を強調することもできる。図３は、合成処理部５から出力された形態コードおよび速度コードを色相輝度変換処理部６にて変換する際のコードと輝度との対応を表すものである。図３（ａ）は、形態コードと輝度との対応、図３（ｂ）は、速度コードと輝度との対応をそれぞれ示している。形態情報、速度情報を合成して表示する際は、両者をあわせたものを使いコード−輝度変換を行う。形態、速度のうちどちらかをより強調したいときは、図３に示すようにコードと輝度の対応曲線の傾きを強めたいほうを大きくし、弱めたいほうを小さくした変換を行うように、ルックアッブテーブルを切り替え、またはそのようなルックアッブテーブルを計算して再設定する。
【００２４】
このような合成画像を表示するに際しては、速度に対する輝度や色相の対応を認識しやすくするために、図４（ａ）に示すような速度−輝度−色相の関係を表すカラーバーを同画面に表示したり、また、形態や速度に対する輝度や色相の対応を認識しやすくするために、図４（ｂ）に示すように両方の色相や輝度変化がわかるようなカラーバーを表示するようにしてもよい。さらに、特定の形態（エコー強度）や速度を強調して表示するような場合には、図４（ｃ）に示すような特定の形態や速度とその輝度や色相が他と見分けがつくようなカラーバーを表示して、特定の速度の認識が一目瞭然であるようにしてもよい。つまり、特定の形態コードレベルと特定の速度コードレベルの少なくとも一方を、輝度または色相により強調して表示する、例えば最大速度またはある速さ以上の部分の輝度や色相を、それより遅い部分とは明らかに異なる系統で与えて、当該部分を強調するようにしてもよい。
【００２５】
このように輝度を、形態コードと速度コードとの両方に基づいて割り当てるようにすると、上述したように両情報を欠落することなく表示して速度部分の形態も一度に知ることができるという効果の他に、次のような効果も奏される。
【００２６】
この１つは、形態情報と速度情報のいずれの情報も欠落していないことから、合成画像から各画像を分離復元できるという点である。図１に示すように、色相輝度変換処理部６から出力される合成画像信号を、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）８や、ネットワーク等を介してワークステーション等に取り込み、そこで長期保存や画像処理に供するという環境は近年ではよく見受けられる。本実施形態の第４モードの合成法によると、パーソナルコンピュータ８では、合成画像信号を、光磁気ディスクなどの大容量記憶媒体に一旦保存し、その後、必要に応じて形態情報と速度情報とに分離し、元のそれぞれの画像に復元するということが可能となる。分離方法としては、もちろん、合成の逆処理を行えばよく、例えばＧ信号を２倍することで形態画像を復元でき、そしてＲ信号からＧ信号を引き算してその結果を２倍することによりプローブ１に近づく向きの速度Ｖ₊を計算し、Ｂ信号からＧ信号を引き算してその結果を２倍することによりプローブ１から遠ざかる向きの速度Ｖ_-を計算して、これにより速度画像を復元することができる。この復元方法は、これに限定されず、様々に行うことができる。
【００２７】
また、もう１つの特徴は、画像解析処理でよく用いられる心臓の心筋等の輪郭をトレースする際に、アーチファクトの影響をあまり受けずに、高精度で輪郭抽出できるという点にある。なお、このような心臓等の組織の速度情報を得る方法は、例えばＴＤＩ（組織ドップライメージング）と呼ばれる方法等で確立されており、このＴＤＩでは、帯域フィルタの通過帯域を血流の場合より低下させることにより、血流より遅い心臓の運動速度を得ることができる。合成画像の各画素には、形態情報と速度情報とが含まれることとなる。つまり形態情報は存在しても、血流のように速い速度をもつ部分や、心臓以外の運動していない部分は速度情報が存在しない画素がある。形態画像に含まれるアーチファクトにより、輪郭トレースに誤差が生じるが、合成画像ではこの誤差を軽減することができる。
【００２８】
輪郭トレース処理としては、例えば図５に示すように心腔内に設定された重心点から外側に放射状に探索線を延ばして、この探索線に関する輝度の微分値（エッジ強度）のプロファイルを作成し、このプロファイル上で最大点を抽出し、抽出した最大点を連結することにより、輪郭を卜レースという方法が心臓の心筋の輪郭トレースでは一般的に採用されている。
【００２９】
形態画像単独に用いて、この輪郭トレース処理をする場合、図６に示すように、心腔内にアーチファクトがあると、それを通る探索線のプロファイルは、図７に示すように、真の輪郭の場所での輝度微分値よりも、アーチファクトの場所の方が、大きくなってしまうという事態が生じかねない。この自体では、輪郭点を、アーチファクト上に誤認識してしまう。
【００３０】
これに対して、本実施形態の合成画像を用いて輪郭トレース処理を行なうと、動いている心筋上の画素にはその形態情報だけでなく、速度情報も加わって輝度が与えられており、一方、アーチファクトには速度情報がないため、アーチファクト上の画素の輝度は速度情報で底上げされていない。このために、合成画像から得た当該アーチファクトを通る探索線のプロファイルを見ると、図８に示すように、真の輪郭の場所での輝度微分値が、アーチファクトの場所の方が低くなり、真の輪郭上の位置を検出することができる。
【００３１】
なお、本実施形態の第４モードの合成法は、上述したような形態画像と速度が像との合成だけでなく、様々な種類の情報を１画面に合成して表示し、その一部分が重なるような場合全てに適用することができるものである。例えば、図９に示すように、画像を表示した画面に、カラーバーを合成するような場合、各画素の輝度や色相を画像とカラーバーの両方の情報に従って割り当てることにより、両情報を一方でも欠落すること無く表示することができる。
【００３２】
その他に、本合成法は、例えば造影剤（気泡などのコントラスト強調剤）を被検体に注入する場合に有効に適用できる。造影剤からの反射成分を検出してそれをカラー表示し、実質部分からの反射エコー成分を検出してグレースケールで表示するようにして、それを上述の合成表示を行うことにより、バックグラウンド実質臓器エコーの表示を造影剤の表示でマスクすることなく、実質臓器画像上に造影剤画像を表示することができるので、造影剤の存在する位置をより明確に同定することができ、診断能を向上させることができる。この表示法でも、上述した形態画像と速度画像との合成法をそのまま適用することができ、これにより造影剤の存在部分の組織構造を、その奥に透視したように表示することができる。
【００３３】
さらに、これまでは、２次元の超音波画像を合成するケースを想定して説明してきたが、３次元の画像を合成する場合にも、適用することができるのは言うまでもない。
本発明は上述した実施の形態に眼定されることなく種々変形して実施可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によると、各画素の輝度は、形態情報と速度情報との両方に基づいて決められるので、カラー部分の奥に形態が薄く透けて見え、従って従来のように形態情報が部分的に欠落すること無い。しかも、このように形態と速度とのいずれの情報も欠落していないので、合成画像から元の２種類の画像を分離復元することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】（ａ）は第１モードで表示される形態画像、（ｂ）は第２モードで表示される速度画像、（ｃ）は第３モードで合成され表示される形態画像と速度画像との合成画像、（ｄ）は本実施形態の特徴的な第４モードで合成され表示される形態画像と速度画像との情報欠落のない合成画像をそれぞれ示す図。
【図３】（ａ）は形態コードと輝度との対応関係、（ｂ）は速度コードと輝度との対応関係をそれぞれ示す図。
【図４】合成画像と一緒に画面にガイドとして表示される様々なカラーバーを示す図。
【図５】心筋の輪郭トレースの一般的な手法の説明図。
【図６】輪郭探索線上にアーチファクトが存在する例を示す図。
【図７】第３モードによる従来の合成画像に関する図６の探索線上の輝度微分値プロファイルを示す図。
【図８】本実施形態で特徴的な第４モードによる合成画像に関する図６の探索線上の輝度微分値プロファイルを示す図。
【図９】本合成法を画像とカラーバーとを同時表示する場合に適用する例を示す図。
【符号の説明】
１…プローブ、
２…送受信ユニット、
３…Ｂ／Ｗユニット、
４…カラーユニット、
５…合成処理部、
６…色相輝度変換処理部、
７…表示モニタ、
８…パーソナルコンピュータ。

Claims

被検体内の断面を超音波で走査し、得られた受信信号に基づいて前記断面内の形態情報と、速度または速度に関わる指標を表す速度情報とを求め、これら前記形態情報と前記速度情報とを合成手段で１枚に合成して表示する超音波診断装置において、
前記合成手段は、各画素の画素値を前記形態情報と前記速度情報との両方に基づいて割り当てるように構成され、
前記合成手段で合成された合成画像の画素値に基づいて特定部位の輪郭を抽出する手段を備えることを特徴とする超音波診断装置。
被検体に超音波を送受信することにより体内の超音波情報を取得し、この超音波情報をカラーバーと一緒に同一画面に同時表示する超音波診断装置において、
各画素の画素値を前記超音波情報と前記カラーバーの情報との両方に基づいて割り当てることを特徴とする超音波診断装置。
被検体内の断面を超音波で走査し、得られた受信信号に基づいて前記断面内の形態情報と、速度または速度に関わる指標を表す速度情報とを求め、これら前記形態情報と前記速度情報とを合成手段で１枚に合成して表示する超音波診断装置において、
前記合成手段は、各画素に関するＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号のうち２つの信号の一方の信号の輝度値を前記形態情報のエコー強度と前記速度情報のプローブに向かう方向の速度成分とに基づいて決定し、前記２つの信号以外の他の信号の輝度値を前記形態情報のエコー強度に基づいて決定し、前記２つの信号の他方の信号の輝度値を前記形態情報のエコー強度と前記速度情報のプローブから離れる方向の速度成分とに基づいて決定し、
前記合成手段で合成された合成画像から、前記形態情報と前記速度情報とに分離復元する手段を備えることを特徴とする超音波診断装置。
前記合成手段は、前記各画素の画素値に対する前記形態情報と前記速度情報との重みを変更できるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
前記合成手段は、形態情報の特定レベルと速度情報の特定レベルの少なくとも一方を輝度または色相により強調するように合成することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
被検体内の断面に関する形態情報と、速度または速度に関わる指標を表す速度情報とを記憶する記憶部と、
各画素の画素値を前記形態情報と前記速度情報との両方に基づいて割り当てるように構成された合成手段と、
前記合成手段で合成された合成画像の画素値に基づいて特定部位の輪郭を抽出する手段を備えることを特徴とする画像処理装置。
被検体に関する超音波情報を記憶物記憶部と、
前記超音波情報をカラーバーと一緒に同一画面に同時表示するとともに、各画素の画素値を前記超音波情報と前記カラーバーの情報との両方に基づいて割り当てる表示部とを具備することを特徴とする画像処理装置。
被検体内の断面に関する形態情報と、速度または速度に関わる指標を表す速度情報とを記憶する記憶部と、
各画素に関するＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号のうち２つの信号の一方の信号の輝度値を前記形態情報のエコー強度と前記速度情報のプローブに向かう方向の速度成分とに基づいて決定し、前記２つの信号以外の他の信号の輝度値を前記形態情報のエコー強度に基づいて決定し、前記２つの信号の他方の信号の輝度値を前記形態情報のエコー強度と前記速度情報のプローブから離れる方向の速度成分とに基づいて決定する合成手段と、
前記合成手段で合成された合成画像から、前記形態情報と前記速度情報とに分離復元する手段を備えることを特徴とする画像処理装置。