JP4971080B2

JP4971080B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP4971080B2
Application number: JP2007226621A
Authority: JP
Inventors: 浩仲宮木
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: CA2638418A1; JP2009056144A; US20090062650A1; EP2031419A1; AU2008203363B2; CN101375803B; KR20090023090A; AU2008203363A1; CN101375803A; EP2031419B1

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、音線データに基づいて血流データを算出することが可能な超音波診断装置に関するものである。

被検体としての生体内に超音波を送波し、該生体内の被検部位としての生体組織において超音波が反射した反射波を受波することにより、該生体の断層像、及び、該断層像の関心領域内の血流像を得ることが可能な超音波診断装置が従来広く用いられている。そして、前記超音波診断装置により得られた生体の断層像及び血流像は、例えば、術者等のユーザが病変の深達度の診断または臓器内部の状態の観察等を行う際に用いられている。

そして、例えば、電子スキャン方式の超音波振動子を用いて前述したような生体の断層像及び血流像を得るための装置として、特許文献１に記載された超音波ドップラー装置が広く知られている。

また、電子スキャン方式の超音波振動子により取得された各音線データを用いて血流像のデータの生成を行う場合、例えば、隣接する複数のサンプル点のデータを該各音線データから抽出した後、該複数のサンプル点のデータをグループ化及び平均化して１画素分の血流像のデータを生成する、という処理が従来行われている。
特開平１−１４８２４４号公報

しかし、前述した処理は、隣接する複数のサンプル点のデータを単純に平均化するものであるため、平均化後の血流像のデータのＳ／Ｎが必ずしも最適なものとはならない、という問題点を有している。

そして、特許文献１には、前述した問題点を解決するための技術に関しての具体的な言及がなされていない。その結果、特許文献１の超音波診断装置においては、例えばドットノイズ等のノイズが打ち消されないままの状態の、低画質な血流像の画像がモニタ等の表示部に出力されてしまう、という課題が生じている。

本発明は、前述した点に鑑みてなされたものであり、音線データに基づいて生成される血流像のデータのＳ／Ｎを向上させることにより、従来に比べて高画質な血流像の画像を出力することが可能な超音波診断装置を提供することを目的としている。

本発明における超音波診断装置は、生体内の被検部位に対して送波された超音波の反射波を音線データとして入力するとともに、該音線データに対して所定の信号処理を施すことにより、前記被検部位の断層画像を生成する超音波診断装置において、前記断層画像における関心領域を設定する関心領域設定部と、前記関心領域の深さ方向の距離に応じた複数のサンプリング間隔を設定し、さらに、当該設定した複数のサンプリング間隔の中から選択した一のサンプリング間隔を用い、前記関心領域内に存在する一の音線データから、該一の音線データに含まれる一の位置に存在する１つのデータと、該一の音線データの深さ方向に沿って、該一の位置から上下に前記一のサンプリング間隔だけ離れた位置に存在する２つの位置のデータと、からなる３つの位置のデータをサンプリングするデータ取得部と、前記データ取得部によりサンプリングされた各データに対して空間平均処理を施すことにより、前記一の位置における血流データを算出する血流データ算出部と、を有し、前記血流データ算出部は、前記関心領域内の各血流データを、前記データ取得部により設定された各サンプリング間隔毎に算出し、前記データ取得部は、前記血流データ算出部による各サンプリング間隔毎の各血流データの算出結果に基づき、孤立した血流データの数が最小となるサンプリング間隔を前記一のサンプリング間隔として選択する。

本発明における超音波診断装置によると、音線データに基づいて生成される血流像の画像データのＳ／Ｎを向上させることにより、従来に比べて高画質な血流像の画像を出力することが可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１から図４は、本発明の実施形態に係るものである。図１は、本実施形態に係る超音波診断装置が用いられる超音波診断システムの要部の構成の一例を示す図である。図２は、図１の超音波診断装置が有するカラーデータ処理部の詳細な構成の一例を示す図である。図３は、図２の空間平均回路において行われる処理の一例を示す概要図である。図４は、図２の空間平均回路において行われる処理の変形例を示すフローチャートである。

超音波診断システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波内視鏡２からのエコー信号に対して処理を施し、該処理後のエコー信号を映像信号として出力する超音波診断装置３と、超音波診断装置３から出力される映像信号に基づいて画像表示を行うモニタ４と、超音波診断システム１の各部に対する指示を行うための指示信号を出力可能なスイッチ等を具備した操作指示部５と、を有して要部が構成されている。

超音波内視鏡２は、基端側が超音波診断装置３と着脱可能であるとともに、先端側に超音波振動子２１を有して構成されている。

超音波振動子２１は、例えば、リニアスキャン及び（または）コンベックススキャン等の電子スキャン方式に対応した構成を有している。そして、超音波振動子２１は、超音波診断装置３から出力される超音波信号に基づき、例えば生体組織である被検部位１０１に対して超音波を送波する。また、超音波振動子２１は、被検部位１０１に対して送波された超音波の反射波を受波し、該反射波に基づく各音線の走査情報をエコー信号として超音波診断装置３に出力する。

超音波診断装置３は、図１に示すように、パルス発生部３１と、ビームフォーマ３２と、関心領域設定部３３と、Ｂモードデータ処理部３４と、カラーデータ処理部３５と、残像処理部３６と、画像合成部３７と、を有して構成されている。なお、前述した超音波診断装置３の各部は、ＣＰＵ等からなる図示しない制御部により制御されているものであるとする。

パルス発生部３１は、図示しない制御部から出力される制御信号に基づき、超音波振動子２１を駆動させるためのパルス信号をビームフォーマ３２に対して出力する。

ビームフォーマ３２は、パルス発生部３１から出力されるパルス信号に基づき、超音波振動子２１において超音波を発生させるための超音波信号を生成して出力する。また、ビームフォーマ３２は、超音波振動子２１から出力されるエコー信号に対して増幅等の処理を行い、該処理を行った後のエコー信号をＢモードデータ処理部３４及びカラーデータ処理部３５に対して出力する。さらに、ビームフォーマ３２は、関心領域設定部３３から出力される表示範囲設定信号に基づき、被検部位１０１への超音波の出射範囲を自身において設定する。そして、ビームフォーマ３２は、自身において設定した前記出射範囲に基づき、超音波信号を超音波振動子２１に対して出力する。

関心領域設定部としての機能を有する関心領域設定部３３は、操作指示部５からの指示信号に基づいてモニタ４に画像表示される被検部位１０１の血流像の表示範囲を設定し、該設定した内容を表示範囲設定信号としてカラーデータ処理部３５へ出力する。

また、関心領域設定部３３は、被検部位１０１の血流像と併せて取得される断層像の表示範囲を、（モニタ４に）表示可能な最大の範囲とするように設定する。そして、関心領域設定部３３は、断層像の表示範囲として設定した内容を、血流像の表示範囲として設定した内容と併せつつ、表示範囲設定信号としてビームフォーマ３２へ出力する。

Ｂモードデータ処理部３４は、ビームフォーマ３２から出力されるエコー信号に基づいて被検部位１０１の断層像を生成した後、該断層像を断層画像信号として画像合成部３７に対して出力する。

カラーデータ処理部３５は、ビームフォーマ３２から出力されるエコー信号と、関心領域設定部３３から出力される表示範囲設定信号とに基づき、関心領域設定部３３により設定された範囲内における血流像のデータである血流データを、カラードプラ処理またはパワードプラ処理を用いて生成するとともに、該生成した血流データを残像処理部３６に対して出力する。

また、カラーデータ処理部３５は、カラードプラ処理またはパワードプラ処理の少なくともいずれかが可能な構成として、例えば図２に示すように、複素信号化回路３５ａと、ＭＴＩ（ＭｏｖｉｎｇＴａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｏｒ）フィルタ３５ｂと、自己相関回路３５ｃと、空間平均回路３５ｄと、空間平均回路３５ｄにおいて行われる空間平均処理に関する所定の情報が格納されたメモリ３５ｅと、閾値処理回路３５ｆと、座標変換回路３５ｇと、を有して構成されている。

複素信号化回路３５ａは、ビームフォーマ３２から出力されるエコー信号に対し、直交検波処理を施してＭＴＩフィルタ３５ｂへ出力する。

ＭＴＩフィルタ３５ｂは、複素信号化回路３５ａから出力されるエコー信号に対し、生体内において低速な運動を行う成分を除去するためのフィルタリング処理を施して自己相関回路３５ｃへ出力する。

自己相関回路３５ｃは、ＭＴＩフィルタ３５ｂから出力されるエコー信号に基づき、複素自己相関のベクトルを表す複素数データを音線毎に生成し、音線データとして空間平均回路３５ｄへ出力する。

空間平均回路３５ｄは、関心領域設定部３３から出力される表示範囲設定信号に基づき、関心領域設定部３３により設定された表示範囲と、自己相関回路３５ｃから出力される音線データのサンプリング間隔との相関を示す所定の情報をメモリ３５ｅから読み込む。そして、空間平均回路３５ｄは、自己相関回路３５ｃから出力される音線データと、メモリ３５ｅから読み込んだ所定の情報とに基づき、関心領域設定部３３により設定された範囲内の血流の速度及び強度を空間平均処理により算出し、該算出した血流の速度及び強度を血流データとして閾値処理回路３５ｆへ出力する。

閾値処理回路３５ｆは、空間平均回路３５ｄから出力される血流データのうち、例えば、速度成分が所定の値以下のもの、及び、強度成分が所定の範囲から逸脱するものを各々除去する処理を施し、該処理後の血流データを座標変換回路３５ｇへ出力する。

座標変換回路３５ｇは、閾値処理回路３５ｆから出力される血流データに基づき、関心領域設定部３３により設定された範囲内において該血流データが存在する座標位置の設定を行い、該設定後の血流データを残像処理部３６へ出力する。

なお、カラーデータ処理部３５は、カラードプラ処理を行うモード（以降、カラードプラモードと略記する）と、パワードプラ処理を行うモード（以降、パワードプラモードと略記する）との両モードに対応可能な構成を有するとともに、操作指示部５からの指示信号に基づいて該両モードを切り替え可能に構成されるものであっても良い。

そして、カラーデータ処理部３５が前記両モードを切り替え可能な構成を有する場合、パルス発生部３１及びビームフォーマ３２は、カラードプラモード及びパワードプラモードの切り替えに連動し、パワードプラモードにおいて超音波振動子２１から出力される超音波のバースト波数または送波回数を、カラードプラモードに比べて多くするような制御を行うものであっても良い。このような構成をパルス発生部３１、ビームフォーマ３２及びカラーデータ処理部３５が有する場合、超音波診断装置３は、パワードプラモードにおいて、被検部位１０１の血流像のＳ／Ｎを向上させることができる。

残像処理部３６は、関心領域設定部３３により設定された範囲内の血流像が残像を伴いつつモニタ４に表示されるように、例えば、入力される血流データの輝度値を適宜変換して出力するためのテーブルデータを有して構成されている。そして、残像処理部３６は、前記テーブルデータを用いたデータ変換処理をカラーデータ処理部３５から出力される血流データに対して施すとともに、該データ変換処理後の血流データを画像合成部３７に対して出力する。

画像合成部３７は、Ｂモードデータ処理部３４から出力される断層画像信号と、残像処理部３６から出力される血流データとを合成することにより映像信号を生成し、該生成した映像信号をモニタ４へ出力する。

次に、超音波診断システム１の作用について説明を行う。

まず、ユーザは、超音波内視鏡２を生体内等に挿入し、該生体内における被検部位１０１の所望の観察部位に超音波内視鏡２の先端部を接触させる。その後、ユーザは、操作指示部５に設けられた所定のスイッチ等を操作することにより、モニタ４に画像表示される被検部位１０１の断層像の表示範囲を指示するとともに、超音波内視鏡２の先端部に設けられた超音波振動子２１を振動させ、被検部位１０１の所望の観察部位に対して超音波を送波させる。

関心領域設定部３３は、操作指示部５からの指示信号に基づいてモニタ４に画像表示される被検部位１０１の血流像及び断層像の表示範囲を各々設定し、該設定した内容を表示範囲設定信号としてビームフォーマ３２及びカラーデータ処理部３５へ出力する。

ビームフォーマ３２は、関心領域設定部３３から出力される表示範囲設定信号に基づき、被検部位１０１への超音波の出射範囲を自身において設定するとともに、自身において設定した該出射範囲に基づき、超音波信号を超音波振動子２１に対して出力する。

超音波振動子２１は、ビームフォーマ３２から出力される超音波信号に応じて被検部位１０１へ超音波を送波した後、被検部位１０１からの該超音波の反射波を受波し、エコー信号として超音波診断装置３へ出力する。

超音波診断装置３に入力されたエコー信号は、ビームフォーマ３２を介し、Ｂモードデータ処理部３４及びカラーデータ処理部３５に対して出力される。

一方、カラーデータ処理部３５に入力されたエコー信号は、複素信号化回路３５ａにより直交検波処理が施され、ＭＴＩフィルタ３５ｂによりフィルタリング処理が施され、自己相関回路３５ｃにより音線データに変換された後、空間平均回路３５ｄに対して出力される。

空間平均回路３５ｄは、自己相関回路３５ｃから出力される音線データと、関心領域設定部３３から出力される表示範囲設定信号と、メモリ３５ｅから読み込んだ所定の情報とに基づき、関心領域設定部３３により設定された範囲内の血流データを空間平均処理により算出する。

ここで、空間平均回路３５ｄが行う空間平均処理についての具体的な説明を行う。

自己相関回路３５ｃから出力される音線データにおいて、１画素分のデータを有する各点（サンプリング候補となるデータを有する各点）は、例えば図３に示す各丸印として示される。

そして、空間平均回路３５ｄは、メモリ３５ｅから読み込んだ所定の情報に基づき、自己相関回路３５ｃから出力される音線データのうち、例えば、図３の点Ｓ、点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｒ１、点Ｒ２及び点Ｒ３の６つの点をサンプル点として各々サンプリングするとともに、該サンプル点各々におけるデータに対して空間平均処理（加算平均処理）を施すことにより、点Ｓの血流データを算出する。

換言すると、データ取得部としての機能を有する空間平均回路３５ｄは、図３の点Ｓにおける血流データを算出する場合に、点Ｓ自身と、点Ｓが存在する音線データの深さ方向に沿って、点Ｓから上下１画素分の間隔を隔てた位置に存在する点Ｐ１及び点Ｐ２と、点Ｓが存在する音線データに対して時間的に連続する次の音線データにおいて、点Ｐ１、点Ｓ及び点Ｐ２の各点と同じ深さ位置に存在する点Ｒ１、点Ｒ２及び点Ｒ３と、からなる合計６つのサンプル点におけるデータを夫々サンプリングする。そして、血流データ算出部としての機能を有する空間平均回路３５ｄは、前記６つのサンプル点におけるデータに対して空間平均処理（加算平均処理）を施すことにより、点Ｓの血流データを算出する。

ところで、一の血流データの生成において、音線データの深さ方向に互いに隣接する位置のサンプル点をサンプリングした場合には、ノイズが同位相に近づくことによりノイズが十分に除去されていない血流データが生成されてしまう可能性があり、また、音線データの深さ方向に互いに大きく離れた位置のサンプル点をサンプリングした場合には、虚像を含む血流データが生成されてしまう可能性がある。そこで、メモリ３５ｅには、空間平均回路３５ｄにおいて算出される血流データのＳ／Ｎを最適化するような所定の情報として、関心領域設定部３３により設定された関心領域の深さ方向の距離に応じてサンプリング間隔を適宜変更しつつ、音線データのサンプリングを行わせるようなプログラム等の制御情報が予め格納されている。

これにより、空間平均回路３５ｄは、例えば、点Ｓが存在する音線データの深さ方向に沿って、点Ｓから上下２画素分の間隔を隔てた各位置、または、該点Ｓから上下３画素分の間隔を隔てた各位置といったように、関心領域設定部３３により設定される表示範囲に応じて、図３の点Ｐ１及び点Ｐ２に相当するサンプル点のサンプリング位置を適宜変更しつつ、点Ｓにおける血流データを算出する。なお、図３の点Ｐ１及び点Ｐ２に相当するサンプル点の深さ方向の位置が変更されることに伴い、図３の点Ｒ１及び点Ｒ３に相当するサンプル点の深さ方向の位置も同様に変更されるものとする。

なお、空間平均回路３５ｄは、図３の点Ｓにおける血流データを算出する場合に、前述した６つのサンプル点によるサンプリングを行うものに限らない。具体的には、空間平均回路３５ｄは、例えば、点Ｓが存在する音線データに対して時間的に連続する１つ前の音線データにおいて、点Ｐ１、点Ｓ及び点Ｐ２の各点と同じ深さ位置に存在する点Ｑ１、点Ｑ２及び点Ｑ３に前記６つのサンプル点を加えた、合計９つのサンプル点におけるデータを夫々サンプリングしつつ、該９つのサンプル点におけるデータに対して空間平均処理（加算平均処理）を施すことにより、点Ｓにおける血流データを算出するものであっても良い。また、本実施形態においては、１つの音線データ上において３つのサンプル点がサンプリングされるものに限らず、例えば、該１つの音線データに含まれる一の位置のデータと、該一の音線データの深さ方向に沿って、該一の位置から上下に所定の画素分の間隔を隔てた位置に存在する少なくとも１つの位置のデータと、を有する少なくとも２つのサンプル点がサンプリングされるものであれば良い。

そして、空間平均回路３５ｄから出力された血流データは、閾値処理回路３５ｆにより速度成分が所定の値以下のもの及び強度成分が所定の範囲から逸脱するものが各々取り除かれ、座標変換回路３５ｇにより座標位置の設定が施された後、残像処理部３６へ出力される。

カラーデータ処理部３５から出力された血流データは、残像処理部３６によりデータ変換処理が施され、画像合成部３７において断層画像信号と合成された後、モニタ４へ出力される。これにより、モニタ４には、ドットノイズ等のノイズが抑制された、高画質な血流像の画像が出力される。

なお、空間平均回路３５ｄによるサンプリング間隔は、前述したような、関心領域設定部３３により設定された範囲の深さ方向の距離に応じて適宜変更されるものに限らず、例えば、ユーザによる選択が可能な所望のサンプリング間隔として設定されるものであっても良く、また、固定のサンプリング間隔として設定されるものであっても良い。

また、本実施形態の超音波診断システム１は、前述した効果と略同様の効果を得るために、以降に記す作用に応じた動作を各部が行うものであっても良い。なお、説明の簡単のため、既述の内容と同様の部分については、適宜省略しつつ以降の説明を行うものとする。

まず、ユーザは、超音波内視鏡２を生体内等に挿入し、該生体内における被検部位１０１の所望の観察部位に超音波内視鏡２の先端部を接触させる。その後、ユーザは、操作指示部５に設けられた所定のスイッチ等を操作することにより、モニタ４に画像表示される被検部位１０１の断層像の表示範囲を指示する。

関心領域設定部３３は、操作指示部５からの指示信号に基づいてモニタ４に画像表示される被検部位１０１の断層像の表示範囲を設定し、該設定した内容を表示範囲設定信号としてビームフォーマ３２及びカラーデータ処理部３５へ出力する。

空間平均回路３５ｄは、関心領域設定部３３から出力される表示範囲設定信号に基づき、音線データの深さ方向における最小サンプリング間隔Ｎｍｉｎと、最大サンプリング間隔Ｎｍａｘとを各々設定する（図４のステップＳ１）とともに、サンプリング間隔を示す変数ｎをＮｍｉｎとする（図４のステップＳ２）。

その後、所望の観察部位に対して超音波を送波させるための指示が操作指示部５において行われると、超音波振動子２１は、ビームフォーマ３２の制御に応じて被検部位１０１へ超音波を送波した後、被検部位１０１からの該超音波の反射波を受波し、エコー信号としてビームフォーマ３２へ出力する。

空間平均回路３５ｄは、関心領域設定部３３から出力される表示範囲設定信号と、自己相関回路３５ｃから出力される音線データとに基づき、音線データの深さ方向におけるサンプル点のサンプリング間隔をｎ画素分に設定しつつ、前述した内容の空間平均処理（加算平均処理）を行うことにより、関心領域設定部３３により設定された範囲内の血流データを算出する（図４のステップＳ３）。

さらに、空間平均回路３５ｄは、算出した各血流データのうち、孤立した血流データの数Ｍｎをカウントする（図４のステップＳ４）とともに、カウントした結果を一時的に蓄積する。なお、空間平均回路３５ｄは、例えば、血流データが存在する一の画素に隣接する８画素分のデータに基づき、該８画素分のデータ全てに血流データが存在しない場合に、該一の画素における血流データを孤立した血流データとして抽出するものとする。

その後、空間平均回路３５ｄは、変数ｎがＮｍａｘであるか否かの判定を行う（図４のステップＳ５）。そして、空間平均回路３５ｄは、変数ｎがＮｍａｘではないことを検出した場合、変数ｎに１を加えつつ（図４のステップＳ６）、変数ｎがＮｍａｘになるまでの間、自己相関回路３５ｃから出力される音線データに対し、図４のステップＳ３からステップＳ５までの処理を繰り返す。また、空間平均回路３５ｄは、変数ｎがＮｍａｘであることを検出した場合、自身に蓄積された各Ｍｎの値を参照しつつ、Ｍｎの値が最小となる一のサンプリング間隔を用いつつ、以降の血流データの算出を行う（図４のステップＳ７）。

本実施形態の超音波診断システム１は、以上に述べた作用に応じた動作を行った場合であっても、ドットノイズ等のノイズが抑制された、高画質な血流像の画像をモニタ４に出力することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

本実施形態に係る超音波診断装置が用いられる超音波診断システムの要部の構成の一例を示す図。図１の超音波診断装置が有するカラーデータ処理部の詳細な構成の一例を示す図。図２の空間平均回路において行われる処理の一例を示す概要図。図２の空間平均回路において行われる処理の変形例を示すフローチャート。

符号の説明

１・・・超音波診断システム、２・・・超音波内視鏡、３・・・超音波診断装置、４・・・モニタ、５・・・操作指示部、３５・・・カラーデータ処理部、１０１・・・被検部位

Claims

生体内の被検部位に対して送波された超音波の反射波を音線データとして入力するとともに、該音線データに対して所定の信号処理を施すことにより、前記被検部位の断層画像を生成する超音波診断装置において、
前記断層画像における関心領域を設定する関心領域設定部と、
前記関心領域の深さ方向の距離に応じた複数のサンプリング間隔を設定し、さらに、当該設定した複数のサンプリング間隔の中から選択した一のサンプリング間隔を用い、前記関心領域内に存在する一の音線データから、該一の音線データに含まれる一の位置に存在する１つのデータと、該一の音線データの深さ方向に沿って、該一の位置から上下に前記一のサンプリング間隔だけ離れた位置に存在する２つの位置のデータと、からなる３つの位置のデータをサンプリングするデータ取得部と、
前記データ取得部によりサンプリングされた各データに対して空間平均処理を施すことにより、前記一の位置における血流データを算出する血流データ算出部と、を有し、
前記血流データ算出部は、前記関心領域内の各血流データを、前記データ取得部により設定された各サンプリング間隔毎に算出し、
前記データ取得部は、前記血流データ算出部による各サンプリング間隔毎の各血流データの算出結果に基づき、孤立した血流データの数が最小となるサンプリング間隔を前記一のサンプリング間隔として選択する
ことを特徴とする超音波診断装置。
前記データ取得部は、前記３つの位置のデータに加え、さらに、前記一の音線データの直前及び／または直後に連続的に入力された前記関心領域内の他の音線データから、前記３つの位置のデータと同じ深さ位置に存在する他の３つの位置のデータをサンプリングすることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。