JP4810048B2 - ２次元超音波イメージングにおけるフラッシュ抑制のための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、全般的には、超音波イメージング・システムに関する。本発明は、詳細には、動いている流体や組織を画像化するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
血流を画像化するために目下のところ使用されている方法は、カラー・ドプラ、パワー・ドプラ及びＢモードのフロー・イメージングである。各方法では、静止しているか動きが遅い反射体からのエコーを締め出す時間高域通過フィルタによって、より大きな組織信号からフロー信号が分離される。しかし、組織及び／またはトランスジューサの動きのためにフラッシュ・アーチファクトが生じ、所望のフロー信号が不明瞭となる。
【０００３】
超音波フラッシュ抑制のためのこれまでの方法では、時間を追った１次元処理（例えば、米国特許第５，７８２，７６９号を参照）が不可欠である。この時間を追った１次元処理では、所与の空間的位置におけるフロー輝度の急激な変化がアーチファクトと見なされて抑制される。しかし、ある種の血流現象は同様の時間的特徴を有しており、フローを抑制することなくフラッシュを抑制することは、不可能ではないにしても困難である。これらの従来技術の方法は、多くの場合、性能向上のための補助機能の１つとして空間的平滑化を含んでいるが、主たるフラッシュ抑制機構は時間フィルタ処理のままである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高度なフロー識別が得られるようにフロー画像内のフラッシュ・アーチファクトを抑制するための方法及び装置を目的としている。本発明の好ましい実施形態は、２次元画像フレームに対するリアルタイム処理を通じてフラッシュ・アーチファクトを抑制することによりフロー信号の視認性を高めるような強固かつ効率のよい方法を利用している。この処理は、検出した画像データに対して表示の前に超音波イメージャのバックエンド（ｂａｃｋ ｅｎｄ）で実行される。超音波イメージャのバックエンドにおけるリアルタイム画像処理は、より高速かつより安価なＣＰＵ及びディジタル信号プロセッサの出現により実現できるようになった。
【０００５】
本発明の好ましい実施形態は、フラッシュ・アーチファクトの空間的特徴を利用して、アーチファクトを効果的かつ高信頼に推定して抑制している。フラッシュ・アーチファクトは、典型的には、画像内で信号強度（輝度や対応する色相）が上昇した領域として現れる。好ましい実施形態によるフラッシュ抑制アルゴリズムは、画像内のフラッシュを推定するステップと、次いでこの推定したフラッシュを抑制するステップと、を含む。この場合、本フラッシュ抑制機構は空間フィルタ処理となる。この基本的方法の拡張の１つでは、隣接するフレームからの情報を用いてフラッシュの推定及び／または得られた画像シーケンスに対する平滑化を行っている。隣接するフレームからの時間情報は性能向上のための補助機能としてのみ使用される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の好ましい実施形態の１つを組み込むようにプログラムすることができる超音波イメージング・システムの一タイプを表したものである。データの主経路は、トランスジューサ素子からなるアレイ２からビーム形成器ボード４へのアナログＲＦ入力で開始される。ビーム形成器ボード４は、送信ビーム形成及び受信ビーム形成を受けもっている。ビーム形成器の信号入力は、トランスジューサ素子からの低レベルのアナログＲＦ信号である。ビーム形成器ボード４は、ビーム形成器と、復調器と、フィルタとを備えており、収集されたデータ・サンプルから形成される同相（Ｉ）と直角位相（Ｑ）の加算されたディジタル・ベースバンド受信ビームを出力する。これらのデータ・サンプルは、走査対象から反射された超音波から導き出されている。Ｉ及びＱのデータは、送信波形の基本周波数ｆ₀またはこの基本周波数の高調波（若しくは低調波）周波数を中心とする周波数帯域を通過させるようなフィルタ係数によりプログラムされているＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタへ送られることが好ましい。
【０００７】
フィルタから出力された画像データは、中間プロセッサ・サブシステムへ送られ、ここで、収集モードに従って処理されて、処理済ベクトル・データとして出力される。典型的には、中間プロセッサ・サブシステムは、カラーフロー・プロセッサ６及びＢモード・プロセッサ８を含んでいる。また別法では、ディジタル信号プロセッサ、またはこうしたプロセッサからなるアレイを、両方のモードに対する信号処理をするようにプログラムしておくこともできる。
【０００８】
Ｂモード・プロセッサ８は、ビーム形成器ボード４からのＩ及びＱのベースバンド・データを、対数圧縮された形態の信号包絡線へ変換する。Ｂモード機能により、この信号包絡線の時間変化する振幅がグレイスケールとして画像化される。ベースバンド信号の包絡線は、Ｉ及びＱが表しているベクトルの大きさである。Ｉ及びＱの位相角は、Ｂモード表示では用いられない。信号の大きさは、これら直交する成分の平方和の平方根、すなわち（Ｉ²＋Ｑ²）^1/2、である。Ｂモード強度データは、走査変換器１０へ出力される。しかし、本発明の好ましい実施形態はさらに、ＲＦ信号を同相成分と直交成分に変換する中間的ステップなしにＲＦ信号の包絡線を検出するシステムにも応用できる。
【０００９】
走査変換器１０は、処理済のＢモード強度データを受け取り、必要に応じて補間すると共に、この強度データをＸＹフォーマットに変換する。走査変換されたフレームは、ビデオ・プロセッサ１２に渡され、ビデオ・プロセッサ１２によりこのビデオ・データはビデオ表示のためにグレイスケール・マップに写像（マッピング）される。従来の超音波イメージング・システムは典型的には、グレイレベルを表示するための画像生データの単純な伝達関数である多様なグレイマップを用いている。次いで、これらのグレイスケール画像フレームは、表示モニタ１４に送られ表示される。
【００１０】
モニタ１４によって表示されるＢモード画像は、その各々がディスプレイ内のそれぞれの画素の強度または輝度を示しているデータからなる画像フレームから作成されている。１つの画像フレームは、例えば、２５６×２５６のデータ配列で構成することができ、その各強度データは画素の輝度を示す１つの８ビット２進数である。各画素は、探査用超音波パルスに応答したそれぞれのサンプル・ボリュームの後方散乱断面積と使用されるグレイマップとの関数である強度値を有している。表示される画像は、画像化している身体を通る平面内での組織及び／または血流を表す１つのセクター走査である。
【００１１】
画像作成面内での血液速度の２次元リアルタイム画像を作成するためには、カラーフロー・プロセッサ６が用いられる。血管の内部や心臓腔内などから反射される音波の周波数は、血球の速度に比例してシフトしており、トランスジューサの方に近づいている血球では正にシフトし、遠ざかっている血球では負にシフトする。この血液速度は、特定のレンジ・ゲートにおいて、相次ぐ発射（ｆｉｒｉｎｇ）の位相シフトを測定することにより計算される。画像内で１つのレンジ・ゲートにおけるドプラ・スペクトルを測定するのではなく、各ベクトルに沿った複数のベクトル位置及び複数のレンジ・ゲートから平均血液速度を計算し、この情報から２次元画像を作成する。カラーフロー・プロセッサ６は、ビーム形成器ボード４から加算された複素Ｉ／Ｑデータを受け取って処理して、オペレータが規定した範囲内のすべてのサンプル・ボリュームについて、平均血液速度、分散（血液の乱流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）を表す）及び正規化前の全パワーを計算する。
【００１２】
ドプラ式超音波の主たる利点の１つは、血管内の血流を非侵襲的かつ定量的に測定できることである。音波照射（ｉｎｓｏｎｉｆｙｉｎｇ）ビームと流れの軸の間の角度が与えられると、速度ベクトルの大きさは、次の標準ドプラ方程式によって決定することができる。
【００１３】
ｖ＝ｃｆ_d／（２ｆ₀ｃｏｓθ）
上式において、ｃは血液中での音速、ｆ₀は送信周波数、ｆ_dは後方散乱した超音波信号中の運動誘発によるドプラ周波数シフトである。
【００１４】
カラーフロー推定値（速度、分散及びパワー）は、走査変換器１０に送られ、走査変換器１０はこのカラーフロー画像データをＸＹフォーマットに変換する。走査変換されたフレームはビデオ・プロセッサ１２に渡され、このビデオ・プロセッサ１２により、基本的には、このビデオ・データはビデオ表示のための表示カラーマップにマッピングされる。次いでこのカラーフロー画像フレームはビデオ・モニタ１４に送られ表示される。典型的には、速度とパワーのいずれかのみを表示する場合や、速度をパワーや乱流のいずれかと組み合わせて表示する場合がある。
【００１５】
走査変換器１０はカラーフロー・プロセッサ及びＢモード・プロセッサからの処理済みディジタル・データを受け付け、次いで走査変換器１０は、カラーフロー・データ及びＢモード・データに対して極座標（Ｒ−θ）セクタ形式またはデカルト座標の線形形式から適当にスケール調整したデカルト座標の表示画素データへの座標変換を実行する。この表示画素データはＸＹ表示メモリ２６（図３参照）内に格納される。カラーフロー・モードでは典型的には、隣接する数百のサンプル・ボリュームを、そのすべてがモノクロの解剖学的Ｂモード画像上に重ね合わされ、かつ各サンプル・ボリューム速度を表すようにカラーコード化して、同時に表示している。表示したい画像が１つのＢモード・フレームと１つのカラーフロー・フレームとの組み合わせである場合には、この２つのフレームをビデオ・プロセッサ１２に渡し、ビデオ・プロセッサ１２によりＢモード・データをグレイマップにマッピングすると共にカラーフロー・データをカラー・マップにマッピングしてビデオ表示する。最終的な表示画像では、カラーの画素データがグレイスケールの画素データ上に重ね合わされる。
【００１６】
カラーフロー・データ及び／またはＢモード・データの連続するフレームは、シネ・メモリ１６内に先入れ先出し式で格納される。この格納は連続的とすることができ、また外部のトリガ事象に応答させることもできる。シネ・メモリ１６は、バックグラウンドで動作する循環画像バッファのようなものであり、ユーザに対してリアルタイムで表示される画像データを取り込む。ユーザは、オペレータ・インタフェース（図示せず）による適当な装置操作によってシステムを静止（ｆｒｅｅｚｅ）させて、シネ・メモリに以前に取り込まれている画像データを観察することができる。
【００１７】
システム制御は、ホストコンピュータまたはシステム・コントローラ１８に集中化されており、オペレータ・インタフェース（例えば、制御パネル）を介してオペレータの入力を受け取って、様々なサブシステムを制御している。ホストコンピュータ１８は、システム・レベルの制御機能を実行する。ホストコンピュータ１８は、オペレータ・インタフェースを介してオペレータからの入力を受け付けるだけでなく、システム状態の変更（例えば、モード変更）も受け取り適当なシステム変更を行う。システム制御バス（図示せず）により、ホストコンピュータから各サブシステムへのインタフェースが提供される。走査制御器（図示せず）は、様々なサブシステムに対してリアルタイムで（音響ベクトル・レートで）制御入力を供給する。走査制御器は、音響フレーム収集用のベクトル・シーケンス及び同期オプションについてホストコンピュータによってプログラムされる。このように、走査制御器は、ビーム分布及びビーム密度を制御しており、これにより、ホストコンピュータによって規定されたこれらのビーム・パラメータが走査制御バス（図示せず）を介して各サブシステムに伝達される。
【００１８】
Ｂモード・フロー・イメージングを実行する別の超音波イメージング・システムを図２に示す。トランスジューサ素子３は、送受信切換えスイッチ３０により、送信モードでは送信器に、また受信モードでは受信器に結合されている。送信器及び受信器は、オペレータがオペレータ・インタフェース（図示せず）を介して入力したコマンドに応答するホストコンピュータ１８の制御下で動作する。
【００１９】
この送信器は、多数の多相（ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ）パルス発生器３４を備えている。各トランスジューサ素子３は、多相パルス発生器３４のそれぞれが発生させたパルス波形により付勢されたときに超音波エネルギーのバーストを発生させる。フロー・イメージング・モードでは、送信開口の各トランスジューサ素子は、同じ符号化波形を使用してＮ回（ここで、Ｎは６以下であることが好ましい）パルス駆動を受ける。送信される波形の各々は、メモリ３８からの同じ送信シーケンスを各パルス発生器３４に入力することにより符号化される。パルス発生器３４は、各送信発射に対して発生した超音波エネルギーがビームの形で指向すなわち方向制御されるようにトランスジューサ・アレイ２の素子３を駆動する。これを達成するには、パルス発生器が出力するそれぞれのパルス波形に対して送信焦点合わせ時間遅延３６を与える。この送信焦点合わせ時間遅延を従来の方式により適当に調整することにより、超音波ビームは所望の送信焦点位置に集束させることができる。Ｎ個のパルスは、指定したパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）で送信焦点位置に送信される。この送信シーケンスは、システムのプログラム構成及びオペレータ入力に基づいてホストコンピュータ１８によりメモリ３８に供給される。
【００２０】
図２に示すフロー・イメージング・システムでは、符号化された波形は特殊設計のコード・シーケンスを長さＰの送信バースト（基本シーケンス）に基づいて変調することにより導出される。本明細書においては、ｎ個のバーストからなる符号化パルス・シーケンスのことをｎチップ・コード（ｎ−ｃｈｉｐ ｃｏｄｅ）と呼ぶ。得られた符号化パルス・シーケンスはその長さがｎ×Ｐであり、これによって、より大きな音響量やより短い基本シーケンスを使用して流れている血液に応答を起こさせることができる。好ましい単一送信コードとしては、長さが８のコード［１，１，１，−１，１，−１，−１，１］などの、Ｂａｒｋｅｒコードや非Ｂａｒｋｅｒコードがある。
【００２１】
各送信発射の後、トランスジューサ素子３によりエコー信号がアナログ電気信号に変換され、このアナログ電気信号はＴ／Ｒスイッチ３０により受信器に切り換えられる。受信器は多数の受信チャンネル４０と１つの受信ビーム加算器４４とを備えている。ホストコンピュータ（図１の１８）の指令下で、受信器は送信されたビームの方向を追跡する。受信したエコー信号に対しては、受信チャンネル４０において適正な受信焦点合わせ時間遅延４２が与えられる。受信チャンネル４０はさらに、それぞれのアナログのエコー信号をディジタル信号に変換する。時間遅延させた受信信号は、受信加算器４４において、特定の送信焦点位置に集束させたＮ回の各送信発射ごとに合算される。
【００２２】
図２に示すフロー・イメージング・システムでは、ビーム加算された各受信信号はデコード用（すなわち、圧縮）フィルタ４６に入力される。デコード用フィルタ４６を用いて、その長さは元の送信バーストの長さＰと等しいか長さＰに近いが、その振幅はｎ倍長（ｎ−ｔｉｍｅｓ−ｌｏｎｇｅｒ）符号化パルス・シーケンスにより生成される振幅となるような圧縮信号パルスが生成される。この符号化技法では、フレームレートに対して悪影響を及ぼさず、また速度や適応回転が大きいため不適切なデコードとなる確率が大幅に低下する。符号化された波形が送信された後、受信した波形はデコード用フィルタのインパルス応答により畳み込み処理され、その波形エネルギーが短い時間間隔に圧縮される。このデコード用フィルタは、整合フィルタ（そのフィルタ係数が送信コードと同じであるフィルタ）の場合や不整合フィルタの場合がある。この不整合フィルタはフィルタ出力（コード・シーケンスを入力として有する）とクロネッカーのデルタ関数の間の誤差平方和を最小にするように設計する。
【００２３】
フィルタ４６はデコード処理、帯域通過フィルタ処理及びウォールフィルタ処理の各機能を実行することが好ましい。これを達成するには、システムのプログラム構成及びオペレータ入力に基づいてホストコンピュータによりフィルタ係数を適正に選択することによる。フィルタ４６はＮ回の送信発射にわたってフィルタ処理を行い、フィルタ処理した信号を検出器３２に出力する。検出器３２は発射間でのフィルタ処理済み信号の包絡線を形成させる。後処理（エッジ強調及び対数圧縮を含む）並びに走査変換をした後、表示モニタ１４（図１参照）上に走査線が表示される。この手順は、各送信焦点位置（各ビーム角に対して送信焦点位置が１つの場合）または各ベクトル（各ビーム角に対して送信焦点位置が複数ある場合）に対するそれぞれの走査線が表示されるように反復させる。
【００２４】
フィルタ４６は、受信加算器４４の出力に接続された入力を有するＦＩＲフィルタ４８と、ＦＩＲフィルタ４８に接続された入力及び検出器３２に接続された出力を有するベクトル加算器５０と、を備えることが好ましい。このＦＩＲフィルタは、各送信発射ごとにＭ個のフィルタ係数からなるそれぞれの組を受け取るためのＭ個のフィルタ・タップを有している。これらのフィルタ係数は、ホストコンピュータにより各送信発射ごとに、フィルタ係数メモリ５２からフィルタ４８に入力される。ｎ番目の送信発射に対するフィルタ係数は、ａ_nｃ₁、ａ_nｃ₂、．．．、ａ_nｃ_Mである。ここで、ａ_nはｎ番目の送信発射に対するスカラー重みであり、ｎ＝１、２、．．．、Ｎであり、またｃ₁、ｃ₂、．．．、ｃ_Mは、ＦＩＲフィルタ４８が受信パルスを圧縮しかつ所望の基本波周波数帯域の主要部分を通過させるように選択した１組のフィルタ係数である。詳細には、フィルタ係数ｃ₁、ｃ₂、．．．、ｃ_Mは、Ｍ＝Ｐ＋Ｑ−１として、通過させる周波数帯域の関数である第１組のフィルタ係数ｂ₁、ｂ₂、．．．、ｂ_Pを、整合フィルタ係数または不整合フィルタ係数のいずれかとした第２組のフィルタ係数ｄ₁、ｄ₂、．．．、ｄ_Qと畳み込み処理することにより得られる。スカラー重みａ₁、ａ₂、．．．、ａ_Nにより、所定のしきい値を超える速度で動いている反射体からの信号を選択的に通過させる、スロー・タイムにおける「ウォール」フィルタが形成される、すなわち、比較的低速度での動きに対応した低い周波数を拒絶するようにスロー・タイムのフィルタ係数が選択される。Ｎ個の送信発射に対するＦＩＲフィルタの連続する出力はベクトル加算器５０内でコヒーレントに累積される。この処理は単一出力サンプルでのウォールフィルタと同等となる。次いで、ベクトル加算器の出力に対して、周知の方式により包絡線検出、後処理、走査変換及び表示が行われる。
【００２５】
図２に示すフロー・イメージング・システムでは、そのフロー画像は、フロー・コントラストを最大にするように単独で表示される場合や、Ｂモードのバックグラウンド画像と合算される場合がある。このフロー画像を従来のＢモード画像と重ね合わせることにより、医学的診断の際に診断者は周知の解剖学的標識に対する血液の流れを観察することができる。このフロー画像とＢモード画像の合算の場合に見られるフラッシュ・アーチファクトは、従来のカラーフロー・イメージングの場合に見られるアーチファクトと比べ影響がより少ない。
【００２６】
別のフロー・イメージング技法では、２送信式符号化励起（例えば、Ｇｏｌａｙコード対）を用いることによりＳＮＲが改善される。詳細には、各ビームに関して一対のＧｏｌａｙ符号化した基本シーケンスを同じ焦点位置に連続して送信し、次いでビーム加算されたデータをデコードすることによってそのＳＮＲが改善される。
【００２７】
図２に示すフロー・イメージング・システムでは、デコード用フィルタ、帯域通過フィルタ及びウォールフィルタを適当なフィルタ係数を動的に供給するＦＩＲフィルタとベクトル加算器とに統合している。しかし、当業者であれば、別々のフィルタも使用可能であることを容易に理解するであろう。例えば、デコード用フィルタと帯域通過フィルタを１つのＦＩＲフィルタに統合し、一方ウォールフィルタは別にすることができる。
【００２８】
図１及び２に提示したシステムは、本明細書で開示するフラッシュ抑制技法を利用できるフロー・イメージング・システムの一例である。しかし、本発明は任意のタイプのフロー・イメージング・システムのバックエンドで利用することができることを理解されたい。本明細書で開示するフラッシュ抑制アルゴリズムはバックエンド・ハードウェア内に実装する（その一例を図３に示す）ことが好ましい。
【００２９】
図３を参照すると、走査変換器１０はフレーム・バッファ・メモリ２４及びＸＹ表示メモリ２６を備えている。収集したフロー・イメージング・データの各フレームはフレーム・バッファ・メモリ内に連続して格納される。このフレーム・バッファ・メモリは、一連の画像フレームを先入れ先出し法により配列させたバッファのシーケンス内に保持していることが好ましい。例えば、極座標（Ｒ−θ）セクタ形式または線形形式でフレーム・バッファ・メモリ２４内に格納されたフロー・イメージング・データは、適当にスケール調整したデカルト座標のイメージング・データに変換されＸＹ表示メモリ２６内に格納される。各画像フレームは、ＸＹ表示メモリ２６から取り出してビデオ・プロセッサ１２に送られる。グレイ・マッピングまたはカラー・マッピングの前に、ビデオ・プロセッサ１２内のフロー・イメージング・データのフレームを先入れ先出し法によりシネ・メモリ１６内に格納する。この格納は連続的とすることや、外部イベントのトリガを受けて格納を行うことができる。シネ・メモリ１６は、ユーザに対してリアルタイムで表示する画像データを取り込みながらバックグラウンドで動作する循環画像バッファのようなものである。ユーザが（オペレータ・インタフェースによる適切な装置操作により）システムを静止させた場合、ユーザは以前にシネ・メモリに取り込んだ画像データを観察することができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態によれば、フレーム表示メモリ２６に格納した各画像フレームはフラッシュ抑制のフィルタ処理のためにホストコンピュータ１８に連続して転送される。次いで、フラッシュ抑制させた各画像フレームは、上述したように、走査変換、ビデオ処理及び表示を行うためにフレーム・バッファ・メモリ２４に戻される。別法として、フラッシュ抑制を走査変換後に実行することもできる。この場合には画像フレームはホストコンピュータによってＸＹ表示メモリ２６から取り出される。さらに別法としては、そのフラッシュ抑制を、シネ・メモリ１６内に格納された画像シーケンスに対して実行することもできる。
【００３１】
ホストコンピュータ１８は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２０及びシステム・メモリ２２を備えている。ＣＰＵ２０は、本発明の好ましい実施形態のうちの１つに従ったフラッシュ抑制アルゴリズムを実行するようにプログラムされている。ＣＰＵ２０は、ＸＹ表示メモリ２６、ビデオ・プロセッサ１２、シネ・メモリ１６及びＣＰＵ自身の間のシステム制御バス２８を介したデータの流れを制御している。フロー・イメージング・データの各フレームは、検査対象を通じた多数の走査またはスライスの１つを表しており、フレーム・バッファ・メモリ２４内、ＸＹメモリ２６内、並びにビデオ・プロセッサ１２内に順次格納される。マッピングを行う前に、フロー・イメージング・データのフレームはビデオ・プロセッサ１２からシネ・メモリ１６に送られる。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態によれば、そのフラッシュ抑制アルゴリズムは、画像フレーム内のフラッシュを推定するステップと、当該画像フレーム内で推定したフラッシュを抑制して強調画像フレームを作成するステップと、さらにこの強調画像フレームを表示するステップと、を含む。
【００３３】
この第１ステップでは、局所平均（あるいは、中央値（ｍｅｄｉａｎ）または最頻値（ｍｏｄｅ））輝度画像を計算することにより画像フレーム内のフラッシュを推定している。この局所平均輝度画像は所与の２次元カーネルで空間的低域通過フィルタ処理を行うことにより原画像から取得される。このカーネルの形状は、典型的なフラッシュと同じ形状となるように選択し、一方このカーネルの面積は典型的なフラッシュの面積より小さくなるように選択する。カーネルの振幅は均一としたり、辺縁の位置で漸減させたりすることができる。カーネルのエレメントの総和が１になるように正規化するか、あるいは動作をより高速にする場合には、得られたフラッシュ推定画像をカーネルのエレメントの総和で割り算する。
【００３４】
この好ましい実施形態の第２ステップでは、局所平均輝度から推定される第１ステップで得たフラッシュを抑制する。このフラッシュ抑制は、原画像にａ／（ａ＋ｂ）（ａは画像フレーム全体の平均輝度に等しいスカラー、またｂは局所平均輝度画像）で与えられるフラッシュ抑制マスクを（各画素単位で）掛け算することにより実現される。所与の画素位置で、その局所平均輝度が平均輝度よりかなり大きい場合には、その画素はフラッシュを表していると見なされ、そのフラッシュ抑制マスクにはこの画素を抑制するようなある小さい値を取らせる。また一方、局所平均輝度が局所平均輝度と比べてかなり小さい場合は、そのフラッシュ抑制マスクには元の画素の輝度を維持するように１に近い値を取らせる。
【００３５】
フラッシュ抑制した画像は所与の標準偏差に合わせてスケール調整しかつ所与の平均値に中心を揃え、適正なコントラスト及び輝度で表示されるようにする。最小表示範囲未満の（または最大表示範囲を超える）画像ポイントは、最小値（または最大値）に揃えてそれぞれクランプする。最後に、これらの画像は長さＮの平均値フィルタまたはメディアンフィルタ（中央値フィルタ）により時間平滑化する。
【００３６】
上記の各ステップは、各画像フレームごとにイメージング・システムのホストコンピュータ（または、専用のプロセッサ）により反復し、画像シーケンス内のフラッシュ・アーチファクトを抑制させる。カラーデータでは、本フラッシュ抑制アルゴリズムはＲＧＢデータの各成分に対して動作させることや、ＨＳＶデータの成分を選択することができる。この処理は、出力フレーム遅延をもたせてリアルタイムで実行させることや、格納した画像シーケンス（例えば、シネ・メモリに格納した画像フレーム）に対して実行させることができる。フラッシュ処理は、走査変換前に実行させることも、走査変換後に実行させることもできる。
【００３７】
別の好ましい実施形態によれば、隣接するフレームからの追加の情報を利用してそのフラッシュを推定している。このフラッシュは、ｂの代わりに次式のｂ’を用いることにより推定される。
【００３８】
ｂ’＝ｂ＋（Δｂ₁＋Δｂ₂）／２
上式において、Δｂ₁は現在のフレームと直前のフレームとの局所平均輝度の絶対差であり、Δｂ₂は現在のフレームと後続のフレームとの局所平均輝度の絶対差である。この件に関しては別の変形形態も可能であることは明らかであるが、多数のフレームに関連するこうした変形形態は、動きによるフレームの不一致に由来する推定誤差に影響を受けるため好ましいものではない。
【００３９】
好ましい実施形態の別の変形形態では、そのカーネルの形状及びサイズのそれぞれをフラッシュ・アーチファクトの形状及びサイズの関数として自動的に適応させている。
【００４０】
リアルタイムでの実施には効率のよい計算が不可欠である。Ｍ×Ｎカーネル（図４参照）において局所平均輝度画像を得るための計算効率のよい方法の１つは、画像フレームに対してサイズがＭ１×Ｎ１の「ブロック」フィルタを適用して比率［Ｍ１，Ｎ１］でサブサンプルされた画像を形成するステップ（ステップ５４）と、Ｍ＝Ｍ１×Ｍ２及びＮ＝Ｎ１×Ｎ２としてこのサブサンプル画像に対してサイズがＭ２×Ｎ２の畳み込みフィルタを適用するステップ（ステップ５６）と、を含む。最後の畳み込み処理はエッジ効果を示すように適正に正規化する（ステップ５８）ことが好ましい。続いて、この結果を［Ｍ１，Ｎ１］の比率で元に戻すように線形補間すること（ステップ６０）により局所平均輝度画像の有用な近似を得ることができる。さらに、分離可能なカーネルを選択することにより、２次元フィルタ処理のステップを多数の１次元のフィルタ処理のステップに軽減させることができる。
【００４１】
上で開示したように、この最終ステップには、長さＮの平均値フィルタまたはメディアンフィルタを使用した画像に対する時間平滑化が不可欠である。画像シーケンスを長さ３のメディアンフィルタを使用してフィルタ処理するための効率のよいアルゴリズムの１つを図５に示す。所与のフレームＢに対するメディアンフィルタ出力を計算するには、Ａ及びＣを隣接するフレームとして各画素単位で関係式Ａ＞Ｂ、Ｂ＞Ｃ及びＡ＞Ｃを形成させることにより３つの論理配列ｃ１、ｃ２及びｃ３を計算する。これらの３つの２進配列が与えられると、その出力は図５に示す２進樹表示より得られる。２つのフレームの画素値の具体的な関係（ｃ１、ｃ２またはｃ３）が真であれば、その決定経路は図５でＴと表記を付した線に従い、一方、２つのフレームの画素値の関係が偽であれば、その決定経路はＦと表記を付した線に従う。図５に示した２進樹は、次の２進関係式、
【００４２】
【数３】
【００４３】
により表現することができる。
【００４４】
計算効率は、ａ）データをバッチ処理していること、ｂ）論理比較は計算が高速であること、ｃ）新たなｃ１は元のｃ２と同じものであるため連続する各フレームに対して新たな論理配列（ｃ２及びｃ３）のみを計算するだけでよいこと、の理由により効率が上昇する。
【００４５】
本発明を好ましい実施形態に関連して記載してきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更を行うことができ、またその要素を等価物により代替できることを理解するであろう。例えば、ホストコンピュータを用いてフィルタ処理するのではなく、専用のディジタル信号プロセッサを用いてイメージング・データのフラッシュを抑制することができる。さらに、本発明の本質的範囲を逸脱することなく具体的な状況を本発明の教示に合わせるような多くの修正を行うことができる。したがって、本発明を実施するように企図した最適モードとして開示した具体的な実施形態に限定するように意図したものではなく、本発明は、本特許請求の範囲に属するすべての実施形態を含むように意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施の一形態を組み込むようにプログラムすることができる超音波イメージング・システムの様々なサブシステムの全体ブロック図である。
【図２】 Ｂモード画像データをウォールフィルタ処理することによりフローを画像化しており、かつ本発明の好ましい実施の一形態を組み込むようにプログラムすることができる超音波イメージング・システムの前段部分及び中間部分を表しているブロック図である。
【図３】 本発明の好ましい実施の一形態に従ってフラッシュ抑制アルゴリズムを実行するホストコンピュータと接続されている超音波イメージング・システムのバックエンド部分を表しているブロック図である。
【図４】 本発明の別の好ましい実施形態に従って局所平均輝度画像の近似値を得るための計算効率のよい一方法の各ステップを表した流れ図である。
【図５】 本発明のさらに別の好ましい実施形態に従ってイメージング・データの隣接するフレームをメディアンフィルタ処理するための計算効率のよい一方法を表している２進樹の図である。
【符号の説明】
２ トランスジューサ・アレイ
３ トランスジューサ素子
４ ビーム形成器ボード
６ カラーフロー・プロセッサ
８ Ｂモード・プロセッサ
１０ 走査変換器
１２ ビデオ・プロセッサ
１４ 表示モニタ
１６ シネ・メモリ
１８ ホストコンピュータ
２０ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
２２ システム・メモリ
２４ フレーム・バッファ・メモリ
２６ ＸＹ表示メモリ、フレーム表示メモリ
２８ システム制御バス
３０ Ｔ／Ｒスイッチ、送受信切換えスイッチ
３２ 検出器
３４ 多相パルス発生器
３６ 送信焦点合わせ時間遅延
３８ メモリ
４０ 受信チャンネル
４２ 受信焦点合わせ時間遅延
４４ 受信ビーム加算器
４６ デコード用フィルタ
４８ ＦＩＲフィルタ
５０ ベクトル加算器
５２ フィルタ係数メモリ

Claims (21)

1. 画像内のフラッシュを抑制するための方法であって、
   第１の画像フレーム内のフラッシュを推定するステップであって、
   第１の画像フレーム内のフラッシュを推定する前記ステップが局所平均輝度画像を計算するステップを含み、
   前記局所平均輝度画像が、Ｍ×Ｎの２次元カーネルで空間的低域通過フィルタ処理することにより前記第１の画像フレームから取得される、前記第１の画像フレーム内のフラッシュを推定するステップと、
   前記第１の画像フレーム内の推定フラッシュを抑制して第１の強調画像フレームを作成するステップと、
   前記第１の強調画像フレームから導出される画像フレームを表示するステップと、
   を含み、
   前記空間的低域通過フィルタ処理が、
   典型的なフラッシュの形状に対応し、２次元上の縦と横の比率を意味する［Ｍ１，Ｎ１］の比率でサブサンプルした画像を形成するために、前記第１の画像フレームにサイズがＭ１×Ｎ１のブロックフィルタを適用するステップ（５４）と、
   前記サブサンプルした画像に、サイズがＭ２×Ｎ２（Ｍ＝Ｍ１×Ｍ２かつＮ＝Ｎ１×Ｎ２）の畳み込みフィルタを適用するステップと、
   前記畳み込みフィルタ処理し、２次元上の縦と横の比率を意味する［Ｍ１，Ｎ１］の比率でサブサンプルした画像を線形補間するステップと、を含む方法。
2. 前記カーネルの形状が典型的なフラッシュの形状と同様である、請求項１に記載の方法。
3. 前記カーネルの面積が典型的なフラッシュの面積未満である、請求項１に記載の方法。
4. 前記推定フラッシュが、ａ／（ａ＋ｂ）（ａは前記画像の平均輝度に等しいスカラー、またｂは前記局所平均輝度画像）で与えられるフラッシュ抑制マスクを、前記第１の画像フレームと各画素単位で乗算することにより抑制されている、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の強調画像フレームが所与の標準偏差に合わせてスケール調整されている、請求項１に記載の方法。
6. 前記畳み込みフィルタが、エッジ効果を示すように適正に正規化されている（５８）、請求項１に記載の方法。
7. 前記Ｍ×Ｎの２次元カーネルが分離可能であると共に、前記畳み込みフィルタ処理のステップが複数の１次元畳み込みを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１の画像フレーム内のフラッシュを推定する前記ステップが、前記第１の画像フレームの局所平均輝度画像と、前記第１の画像フレームに隣接する第２の画像フレームの局所平均輝度画像との絶対差を計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 第２の画像フレーム内のフラッシュを推定するステップと、
   前記第２の画像フレーム内の推定フラッシュを抑制して第２の強調画像フレームを作成するステップと、
   少なくとも前記第１及び第２の強調画像フレームを時間フィルタ処理して時間フィルタ出力画像フレームを形成するステップと、
   前記時間フィルタ出力画像フレームから導出される画像フレームを表示するステップと、を更に含む請求項１に記載の方法。
10. 前記時間フィルタ処理のステップが平均値フィルタを適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記時間フィルタ処理のステップがメディアンフィルタを適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
12. メディアンフィルタを適用する前記ステップが、 各画素単位で関係式Ａ＞Ｂ、Ｂ＞Ｃ及びＡ＞Ｃ（ここで、Ａ、Ｂ及びＣは連続する画像フレーム）を形成させることにより、第１、第２及び第３の論理配列ｃ１、ｃ２及びｃ３を計算するステップと、 フレームＢに対する前記時間フィルタ出力画像フレームを、次の２進関係式、
    を用いて計算するステップと、を含む請求項１１に記載の方法。
13. イメージング・データを表示するためのシステムであって、
    イメージング・データからなるフレームを格納するためのメモリと、
    前記メモリに格納された１つまたは複数のフレームから導出される画像を表示するための表示サブシステムと、
    プロセッサであって、
    （ａ）前記メモリから取り出した第１の画像フレーム内のフラッシュを推定するステップであって、第１の画像フレーム内のフラッシュを推定する前記ステップが局所平均輝度画像を計算するステップを含み、
    前記局所平均輝度画像が、Ｍ×Ｎの２次元カーネルで空間的低域通過フィルタ処理することにより前記第１の画像フレームから取得される、前記メモリから取り出した第１の画像フレーム内のフラッシュを推定するステップと、
    （ｂ）前記第１の画像フレーム内の推定フラッシュを抑制して第１の強調画像フレームを作成するステップと、
    （ｃ）前記第１の強調画像フレームから導出される画像フレームを表示のために前記表示サブシステムに送るステップと、を実行するようにプログラムされているプロセッサと、を備え、
    前記空間的低域通過フィルタ処理が、
    典型的なフラッシュの形状に対応し、２次元上の縦と横の比率を意味する［Ｍ１，Ｎ１］の比率でサブサンプルした画像を形成するために、前記第１の画像フレームにサイズがＭ１×Ｎ１のブロックフィルタを適用するステップと、
    前記サブサンプルした画像に、サイズがＭ２×Ｎ２（Ｍ＝Ｍ１×Ｍ２かつＮ＝Ｎ１×Ｎ２）の畳み込みフィルタを適用するステップと、
    前記畳み込みフィルタ処理し、２次元上の縦と横の比率を意味する［Ｍ１，Ｎ１］の比率でサブサンプルした画像を線形補間するステップと、を含む、システム。
14. 前記推定フラッシュが、ａ／（ａ＋ｂ）（ａは前記画像の平均輝度に等しいスカラー、またｂは前記局所平均輝度画像）で与えられるフラッシュ抑制マスクを、前記画像フレームと各画素単位で乗算することにより抑制されている、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記畳み込みフィルタが、エッジ効果を示すように適正に正規化されている（５８）、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記Ｍ×Ｎの２次元カーネルが分離可能であると共に、前記畳み込みフィルタ処理のステップが複数の１次元畳み込みを含む、請求項１３に記載のシステム。
17. 前記第１の画像フレーム内のフラッシュを推定する前記ステップが、前記第１の画像フレームの局所平均輝度画像と、前記第１の画像フレームに隣接する第２の画像フレームの局所平均輝度画像との絶対差を計算するステップを含む、請求項１３に記載のシステム。
18. 前記プロセッサが更に、
    （ａ）前記メモリから取り出した第２の画像フレーム内のフラッシュを推定するステップと、
    （ｂ）前記第２の画像フレーム内の推定フラッシュを抑制して第２の強調画像フレームを作成するステップと、
    （ｃ）前記第１及び第２の強調画像フレームを時間フィルタ処理して、時間フィルタ出力画像フレームを作成するステップと、
    （ｄ）前記時間フィルタ出力画像フレームから導出される画像フレームを表示のために前記表示サブシステムに送るステップと、を実行するようにプログラムされている、請求項１３に記載のシステム。
19. 前記時間フィルタ処理のステップが、 各画素単位で関係式Ａ＞Ｂ、Ｂ＞Ｃ及びＡ＞Ｃ（ここで、Ａ、Ｂ及びＣは連続する画像フレーム）を形成させることにより、第１、第２及び第３の論理配列ｃ１、ｃ２及びｃ３を計算するステップと、 フレームＢに対する前記時間フィルタ出力画像フレームを、次の２進関係式、
    を用いて計算するステップと、を含む請求項１８に記載のシステム。
20. 被検体を走査するための走査サブシステムと、
    前記走査に応答してイメージング・データからなるフレームを収集するデータ収集サブシステムと、
    画像内のフラッシュを抑制する請求項１３に記載のシステムと、
    を備えるイメージング・システム。
21. 前記推定フラッシュが、ａ／（ａ＋ｂ）（ａは前記画像の平均輝度に等しいスカラー、またｂは前記局所平均輝度画像）で与えられるフラッシュ抑制マスクを、前記収集したフレームと各画素単位で乗算することにより抑制されている、請求項２０に記載のイメージング・システム。