JP4590256B2 - 超音波撮像装置、超音波画像処理方法、及び、超音波画像処理プログラム - Google Patents
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Description
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、スペックル及び構造物が所望の状態で表出された画像を表示できる超音波撮像装置、並びに、そのような画像を生成するための超音波画像処理方法及び超音波画像処理プログラムを提供することを目的とする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波撮像装置を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、超音波を送受信する超音波用探触子10と、超音波の送受信を制御すると共に、取得された超音波検出信号に基づいて超音波画像を生成する超音波撮像装置本体とを含んでいる。
制御部20は、CPUとソフトウェアとによって構成されており、超音波撮像装置の各部を制御している。
A/D変換器25は、信号処理部24において処理されたアナログ信号をディジタル変換することにより、検出データを生成する。
一次メモリ27は、位相整合部26において生成された原データを順次記憶する。この原データは、被検体内の構造物に関する情報と、スペックルパターンに関する情報とを含んでいる。
表示部34は、例えば、ラスタスキャン方式のCRTディスプレイ又はLCDディスプレイであり、アナログ変換された画像信号に基づいて超音波画像を表示する。
記録部36は、超音波撮像装置に含まれるCPUに動作を実行させるための基本プログラム及び種々の処理を行うために用いられるプログラム(ソフトウェア)や、それらの処理に用いられる情報等を記録するための記録媒体を制御する。なお、記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、外付けハードディスク、フレキシブルディスク、MO、MT、RAM、CD−ROM、又は、DVD−ROM等を用いても良い。
ユーザが超音波撮像を開始すると、図1に示す超音波用探触子10は、制御部20の制御の下で、超音波ビームを送信し、リニア走査や、セクタ走査や、コンベックス走査や、ラジアル走査等の走査方式によって被検体を走査する。この超音波ビームが被検体内に存在する反射体によって反射され、複数の超音波エコーが超音波用探触子10によって受信される。受信された超音波エコーは、超音波用探触子10において電気信号に変換され、検出信号として超音波撮像装置本体に入力される。
このような演算処理を、1枚分のフレームデータについて行うことにより、図5の(a)に示すスペックル画像と、図5の(b)に示す構造物画像とを分離して取得することができる。
混合データ値=構造物データ値×K+スペックルデータ値×(1−K)
ここで、Kは、構造物画像とスペックル画像との混合比率を表しており、ユーザにより操作卓35を用いて、0≦K≦1の範囲で所望の値が入力される。これにより、図6に示すように、構造物とスペックルパターンとが所望の割合で混合された混合画像を得ることができる。なお、K=0の場合には、混合画像はスペックルパターンのみの画像(即ち、スペックル画像)となり、K=1の場合には、混合画像は構造物のみの画像(即ち、構造物画像)となる。
図7に示す超音波撮像装置は、図1に示すDSC31の替わりに、第1のDSC41と、第2のDSC42とを有しており、さらに画面合成部43を含んでいる。その他の構成については、図1に示す超音波撮像装置と同様である。
ここで、本実施形態においては、2つのDSCを設けることにより、混合データ及び原データについて並行して走査フォーマットの変換を行っているが、1つのDSCにより、それらの画像データについて時分割で走査フォーマットの変換を行い、その結果得られた2種類の画像データを画面合成部に出力しても良い。
図9に示す超音波撮像装置は、図1に示すDSC31の替わりに、第1〜第4のDSC51〜54を有しており、さらに、画面合成部55を含んでいる。その他の構成については、図1に示す超音波撮像装置と同様である。
図11は、本実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、図1に示すスペックル/構造物分離演算部28の替わりにスペックル/構造物分離演算部60を有しており、図1に示すDSC31の替わりにDSC61を有している。スペックル/構造物分離演算部60は、1次メモリ27に記憶されている1フレーム分の原データに基づいて、補間処理や走査変換が施されたスペックルデータ及び構造物データを生成する。また、DSC61は、一次メモリ27に記憶されている原データについて走査フォーマットを変換する。
図12のステップS11において、図11に示すスペックル/構造物分離演算部60は、一次メモリ27に蓄積された原データに基づいて、原画像における極大点を抽出する。極大点は、例えば、次の方法によって抽出することができる。図13に示すように、原画像において、ある点Ynに着目し、点Yn の輝度値D(Yn)と、その周囲に位置する点Y1〜Y8の輝度値D(Yn1)〜D(Yn8)とを比較する。そして、輝度値D(Yn)が周囲の点の輝度値よりも大きいとき、即ち、次の関係式D(Yn)>D(Yn1)、D(Yn)>D(Yn2)、D(Yn)>D(Yn3)、D(Yn)>D(Yn4)、D(Yn)>D(Yn5)、D(Yn)>D(Yn6)、D(Yn)>D(Yn7)、D(Yn)>D(Yn8)の全てが満たされるとき、Ynは極大点であると判断される。
次に、探索された極大点Y 5〜Y8の位置及び輝度値D(Y5)〜D(Y8)に基づいて、補間点Yの輝度値D(Y)'を加重平均法により算出する。輝度値D(Y)'の算出方法については、正方補間マスクにおけるのと同様である。
ここで、正方補間マスクを用いることによって補間処理された画像は、横線における連続性は良好であるが、斜め線における連続性はあまり良くない。一方、扁平補間マスクを用いることのよって補間処理された画像は、斜め線の連続性は良好であるが、横線における連続性はあまり良くない。そこで、本実施形態においては、正方補間マスクを用いて算出された輝度値D(Y)と、扁平補間マスクを用いて算出された輝度値D(Y)'とを比較し、輝度値が大きい方の値を、補間点Yにおける輝度値として採用することにより、補間データを生成する。
本実施形態によれば、正方補間マスク及び扁平補間マスクを用いることによって得られた輝度値に基づいて補間処理を行うことにより、横線及び斜め線における連続性が良好な構造画像を得ることができる。従って、そのような構造画像を用いることにより、構造物との分離性の良いスペックル画像を得ることができる。
図16のステップS21において、図11に示すスペックル/構造物分離演算部60は、一次メモリ27に蓄積された原データに基づいて、原画像における極大点を抽出する。次に、ステップS22において、スペックル/構造物分離演算部60は、正方補間マスクを用いた4点補間により極大点を補間する補間点の輝度値を算出することによって、補間データを生成する。なお、ステップS21における極大点の抽出処理、及び、S22における輝度値の算出処理については、図12のステップS11及びS12において、図13及び図14を参照しながら説明したものと同様である。
本実施形態によれば、横線における連続性が良好な正方補間マスクを用いることによって算出された輝度値に基づいて補間処理及び極座標変換を行うことにより、連続性の良好な構造画像を得ることができる。従って、そのような構造画像を用いることにより、構造物との分離性の良いスペックル画像を得ることができる。
D(Y)=(1/d1)(1/d1+1/d2+1/d3)×Y1
+(1/d2)(1/d1+1/d2+1/d3)×Y2
+(1/d3)(1/d1+1/d2+1/d3)×Y3 …(1)
この方法によれば、点Yの輝度値を算出する際に用いられる極大点を探索する時間を短縮することができる。
D(Y)=(1/d1 2)(1/d1 2+1/d2 2+1/d3 2)×Y1
+(1/d2 2)(1/d1 2+1/d2 2+1/d3 2)×Y2
+(1/d3 2)(1/d1 2+1/d2 2+1/d3 2)×Y3 …(2)
D(Y)=(1/d1 3)(1/d1 3+1/d2 3+1/d3 3)×Y1
+(1/d2 3)(1/d1 3+1/d2 3+1/d3 3)×Y2
+(1/d3 3)(1/d1 3+1/d2 3+1/d3 3)×Y3 …(3)
式(2)又は式(3)を用いる場合には、式(1)を用いる場合と比較して、点Yに近い極大点の影響を受け易くなる。
さらに、本発明の第4及び第5の実施形態においても、本発明の第2又は第3の実施形態におけるのと同様に、原画像データ、構造物データ、スペックルデータ、及び、混合データに基づいて表示用の画面を作製する画面合成部を設けても良い。
図18は、本実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。図18に示す超音波撮像装置は、図1に示す超音波撮像装置に対して、画像処理部70及び71をさらに有している。その他の構成については、図1に示す超音波撮像装置と同様である。
図19に示すように、スペックル/構造物分離演算部28において生成されたスペックルデータ又は構造物データ(画像データ)DT(0)が入力されると、ダウンサンプリング部701において、画像データDT(0)が間引きされると共に、間引きされたデータに、ナイキストフィルタ処理等のフィルタ処理が施される。このような処理を繰り返すことにより、空間周波数成分が低いダウンサンプリングデータDT(1)、DT(2)、…、DT(N)が順次生成される。
さらに、本実施形態において説明した画像処理部70及び71(図18)を、本発明の第2〜4の実施形態に係る超音波撮像装置(図7、図9、及び、図11)に適用しても良い。
20 制御部
21 走査制御部
22 駆動信号発生部
23 送受信切換部
24 信号処理部
25 A/D変換器
26 位相整合部
27 一次メモリ
28、60 スペックル/構造物分離演算部
29 混合データ生成部
30 画像切換部
31、41、42、51〜54、61 ディジタル スキャン コンバータ(DSC)
32 二次メモリ
33 D/A変換器
34 表示部
35 操作卓
36 記録部
43、55 画面合成部
70、71 画像処理部
Claims (25)
- 印加される複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波が被検体において反射することによって生じた超音波エコーを受信する超音波送受信手段と、
前記超音波送受信手段に与えられる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記超音波送受信手段から出力された検出信号に所定の信号処理を施すことにより、被検体に関する超音波画像情報を表す原データを生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段によって生成された原データにおいて抽出された極大点又は極小点と、極大点間又は極小点間を補間することによって輝度値が求められた補間点と、極大点を表す信号と極小点を表す信号との平均値を表す信号との内の少なくとも1つに基づいて、構造物に関する画像情報を表す構造物データを生成し、原データによって表される値から構造物データによって表される値を差し引くことにより、スペックルに関する画像情報を表すスペックルデータを生成する演算手段と、
原データと構造物データとスペックルデータとを含む複数種類のデータの内の少なくとも1つに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を具備する超音波撮像装置。 - 構造物データ及びスペックルデータに基づいて、構造物画像とスペックル画像とが指定された比率で混合された混合画像に関する情報を表す混合データを生成する混合データ生成手段をさらに具備し、
前記画像データ生成手段が、原データと構造物データとスペックルデータと混合データとの内の少なくとも1つに基づいて画像データを生成する、
請求項1記載の超音波撮像装置。 - 印加される複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波が被検体において反射することによって生じた超音波エコーを受信する超音波送受信手段と、
前記超音波送受信手段に与えられる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記超音波送受信手段から出力された検出信号に所定の信号処理を施すことにより、被検体に関する超音波画像情報を表す原データを生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段によって生成された原データにおいて抽出された極大点又は極小点と、極大点間又は極小点間を補間することによって輝度値が求められた補間点と、極大点を表す信号と極小点を表す信号との平均値を表す信号との内の少なくとも1つに基づいて、構造物に関する画像情報を表す構造物データを生成し、原データによって表される値から構造物データによって表される値を差し引くことにより、スペックルに関する画像情報を表すスペックルデータを生成する演算手段と、
構造物データ及びスペックルデータに基づいて、構造物画像とスペックル画像とが指定された比率で混合された混合画像に関する情報を表す混合データを生成する混合データ生成手段と、
原データ又は混合データに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を具備する超音波撮像装置。 - 構造物画像とスペックル画像とを混合する比率を、1:0〜0:1の範囲で指定可能な、請求項2又は3記載の超音波撮像装置。
- 前記画像データ生成手段が、原データと混合データとに基づいて、原画像及び混合画像を含む合成画面を生成する、請求項3又は4記載の超音波撮像装置。
- 前記画像データ生成手段が、原データと構造物データとスペックルデータと混合データとの内の2種類以上のデータに基づいて、2つ以上の画像を含む合成画面を生成する、請求項2〜4のいずれか1項記載の超音波撮像装置。
- 構造物データとスペックルデータとの内の少なくとも一方に画像処理を施す画像処理手段をさらに具備する請求項1〜6のいずれか1項記載の超音波撮像装置。
- 前記画像処理手段が、構造物データ又はスペックルデータによって表される画像を複数の周波数成分に分割し、前記複数の周波数成分に所定の重み付け係数をそれぞれ掛け、前記重み付け係数が掛けられた複数の周波数成分を加算する処理を行う、請求項7記載の超音波画像処理装置。
- 前記画像データ生成手段によって生成された画像データに基づいて画像を表示する表示手段をさらに具備する請求項1〜8のいずれか1項記載の超音波撮像装置。
- 前記演算手段が、原データにおいて抽出された極大点又は極小点と、2次元マスク処理を行うことにより極大点間又は極小点間を補間することによって輝度値が求められた補間点とに基づいて、前記構造物データを生成する、請求項1〜9のいずれか1項記載の超音波撮像装置。
- 前記演算手段が、原データによって表される画像を補間点を基準として4つの2次元領域に分割し、それぞれの領域において選択された4つの極大点又は極小点を用いて4点補間処理を行うことにより、前記補間点の輝度値を求める、請求項10記載の超音波撮像装置。
- 前記演算手段が、正方補間マスクを用いることにより、前記4つの極大点又は極小点を選択する、請求項11記載の超音波撮像装置。
- 前記演算手段が、扁平補間マスクを用いることにより、前記4つの極大点又は極小点を選択する、請求項11記載の超音波撮像装置。
- 前記演算手段が、正方補間マスクを用いることによって選択された4つの極大点又は極小点に基づく輝度値と、扁平補間マスクを用いることによって選択された4つの極大点又は極小点に基づく輝度値とを比較することにより、前記補間点の輝度値を求める、請求項11記載の超音波撮像装置。
- 前記演算手段が、原データにおいて抽出された極大点又は極小点の輝度値と、該点と補間点との距離、又は、該距離の2乗、又は、該距離の3乗に基づいて、前記補間点の輝度値を求める、請求項11記載の超音波撮像装置。
- 前記演算手段が、原データにおいて抽出された極大点又は極小点と、極大点を表す信号と極小点を表す信号との平均値を表す信号との内の少なくとも1つに基づいて、構造物データを生成し、原データによって表される値から構造物データによって表される値を差し引く際に、オフセット値を加算してスペックルデータを生成する、請求項1〜15のいずれか1項記載の超音波撮像装置。
- 被検体に向けて送信された超音波が被検体において反射することにより生じた超音波エコーを受信し、それによって得られた検出信号に所定の信号処理を施すことにより生成された被検体に関する超音波画像情報を表す原データに基づいて超音波画像を生成する方法であって、
原データにおいて抽出された極大点又は極小点と、極大点間又は極小点間を補間することによって輝度値が求められた補間点と、極大点を表す信号と極小点を表す信号との平均値を表す信号との内の少なくとも1つに基づいて、構造物に関する画像情報を表す構造物データを生成し、原データによって表される値から構造物データによって表される値を差し引くことにより、スペックルに関する画像情報を表すスペックルデータを生成するステップ(a)と、
原データと構造物データとスペックルデータとを含む複数種類のデータの内の少なくとも1つに基づいて画像データを生成するステップ(b)と、
を具備する超音波画像処理方法。 - 構造物データ及びスペックルデータに基づいて、構造物画像とスペックル画像とが指定された比率で混合された混合画像に関する情報を表す混合データを生成するステップをさらに具備し、
ステップ(b)が、原データと構造物データとスペックルデータと混合データとの内の少なくとも1つに基づいて画像データを生成することを含む、
請求項17記載の超音波画像処理方法。 - 被検体に向けて送信された超音波が被検体において反射することにより生じた超音波エコーを受信し、それによって得られた検出信号に所定の信号処理を施すことにより生成された被検体に関する超音波画像情報を表す原データに基づいて超音波画像を生成する方法であって、
原データにおいて抽出された極大点又は極小点と、極大点間又は極小点間を補間することによって輝度値が求められた補間点と、極大点を表す信号と極小点を表す信号との平均値を表す信号との内の少なくとも1つに基づいて、構造物に関する画像情報を表す構造物データを生成し、原データによって表される値から構造物データによって表される値を差し引くことにより、スペックルに関する画像情報を表すスペックルデータを生成するステップ(a)と、
構造物データ及びスペックルデータに基づいて、構造物画像とスペックル画像とが指定された比率で混合された混合画像に関する情報を表す混合データを生成するステップ(b)と、
原データ又は混合データに基づいて画像データを生成するステップ(c)と、
を具備する超音波画像処理方法。 - 構造物データとスペックルデータとの内の少なくとも一方に画像処理を施すステップ(d)をさらに具備する請求項17〜19のいずれか1項記載の超音波画像処理方法。
- ステップ(d)が、構造物データ又はスペックルデータによって表される画像を複数の周波数成分に分割し、前記複数の周波数成分に所定の重み付け係数をそれぞれ掛け、前記重み付け係数が掛けられた複数の周波数成分を加算することを含む、請求項21記載の超音波画像処理方法。
- ステップ(a)が、原データにおいて抽出された極大点又は極小点と、2次元マスク処理を行うことにより極大点間又は極小点間を補間することによって輝度値が求められた補間点とに基づいて、前記構造物データを生成することを含む、請求項17〜21のいずれか1項記載の超音波画像処理方法。
- 被検体に向けて送信された超音波が被検体において反射することにより生じた超音波エコーを受信し、それによって得られた検出信号に所定の信号処理を施すことにより生成された被検体に関する超音波画像情報を表す原データに基づいて超音波画像を生成するために用いられるプログラムであって、
原データにおいて抽出された極大点又は極小点と、極大点間又は極小点間を補間することによって輝度値が求められた補間点と、極大点を表す信号と極小点を表す信号との平均値を表す信号との内の少なくとも1つに基づいて、構造物に関する画像情報を表す構造物データを生成し、原データによって表される値から構造物データによって表される値を差し引くことにより、スペックルに関する画像情報を表すスペックルデータを生成する手順(a)と、
原データと構造物データとスペックルデータとを含む複数種類のデータの内の少なくとも1つに基づいて画像データを生成する手順(b)と、
をCPUに実行させる超音波画像処理プログラム。 - 構造物データ及びスペックルデータに基づいて、構造物画像とスペックル画像とが指定された比率で混合された混合画像に関する情報を表す混合データを生成する手順をさらにCPUに実行させると共に、
手順(b)が、原データと構造物データとスペックルデータと混合データとの内の少なくとも1つに基づいて画像データを生成することを含む、
請求項23記載の超音波画像処理プログラム。 - 被検体に向けて送信された超音波が被検体において反射することにより生じた超音波エコーを受信し、それによって得られた検出信号に所定の信号処理を施すことにより生成された被検体に関する超音波画像情報を表す原データに基づいて超音波画像を生成するために用いられるプログラムであって、
原データにおいて抽出された極大点又は極小点と、極大点間又は極小点間を補間することによって輝度値が求められた補間点と、極大点を表す信号と極小点を表す信号との平均値を表す信号との内の少なくとも1つに基づいて、構造物に関する画像情報を表す構造物データを生成し、原データによって表される値から構造物データによって表される値を差し引くことにより、スペックルに関する画像情報を表すスペックルデータを生成する手順(a)と、
構造物データ及びスペックルデータに基づいて、構造物画像とスペックル画像とが指定された比率で混合された混合画像に関する情報を表す混合データを生成する手順(b)と、
原データ又は混合データに基づいて画像データを生成する手順(c)と、
をCPUに実行させる超音波画像処理プログラム。
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