JP5001781B2 - 超音波診断装置のゲイン調整方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、観察対象の速度を、断層画像に重畳して、色情報にて示す速度表示機能を有する超音波診断装置に関する。

超音波を被検体に対して送受し、受信信号の強度に基づき断層画像を得る超音波診断装置が知られている。また、受信信号のドプラシフトに基づき観察対象の速度情報を得て、この速度に対応した色を断層画像に重畳して表示する機能を備えた装置も知られている。この色による速度表示（以下、色速度表示と記す。）において、速度情報が適切に表示されるように手動にてゲイン調整が行われる。具体的には、探触子を観察対象から離し、空中放置の状態でゲイン調整が行われる。ゲインが過大であると画像全体にまだらに色が付された画像となり、また過小であると必要な部分の速度表示が行われない。超音波診断装置におけるゲイン調整の技術が下記特許文献１に記載されている。

特開２０００−６０８４９号公報

従来、色速度表示のゲイン調整は、装置の操作者が必要に応じて、表示を見ながらゲイン調整つまみを操作して行っていた。

本発明は、色速度表示におけるゲイン調整操作を簡易にする。

本発明の超音波診断装置の色速度表示におけるゲイン調整方法は、第１の長さの期間において、前記色情報の信号レベルが、あらかじめ定められたしきい値を超える頻度を取得し、この頻度に基づき第１の調整幅でゲインを調整し、この頻度が第１の範囲に入るまでゲインの調整を繰り返す、粗調整ステップと、粗調整ステップ後に、第２の長さの期間において、前記信号レベルが、前記しきい値を超える頻度を取得し、この頻度に基づき第２の調整幅でゲイン調整し、この頻度が第２の範囲に入るまでゲインの調整を繰り返す、微調整ステップと、を有し、頻度を取得する期間の長さに関し、第２の長さが第１の長さより長く、ゲイン調整の幅に関し、第２の調整幅は第１の調整幅より狭くなっている。

さらに、頻度の取得に関する前記しきい値は、信号レベルがこれ以下であれば表示されない値とすることができる。

また、本発明の超音波診断装置の色速度表示におけるゲイン調整装置は、操作者の操作量によりゲインが調整される手動操作子と、操作者の操作により、上記のゲイン調整方法が実行される自動操作子と、を有する。

さらに、自動操作子による上記のゲイン調整方法が実行されているときに、手動操作子が操作されると、手動操作子によるゲイン調整が実行される。

本発明によれば、超音波診断装置の色速度表示のゲイン調整を簡易にすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置１０の概略構成を示すブロック図である。探触子１２は、被検体内部に対し超音波の送信、受信を行う。探触子１２には、複数の振動素子からなるアレイ振動子が備えられ、個々の振動素子から送信される超音波にそれぞれ所定の遅延量を設定することで、収束する超音波ビームが形成される。また、遅延量を順次変更することで、送信ビームを走査することができる。この遅延量は、送信ビームフォーマ４により設定され、この設定量に従って送信器１６が各振動素子を駆動する。探触子１２が受信した超音波は受信器１８で増幅され、さらに受信ビームフォーマ２０により各振動素子ごとの受信信号が所定量遅延され、これらが加算されて受信ビームが形成される。受信ビームにおいても、遅延量の変更により走査が行われる。

受信ビームフォーマ２０からの信号は、組織断層エコー処理部２２と色速度表示処理部２４に送られる。組織断層エコー処理部２２は、受信信号の強度に基づき断層画像信号を生成する。一つの超音波ビームに対して、エコーの強度が高い深度は高輝度に、低い深度は低輝度に表示される。色速度表示処理部２４は、受信信号のドプラシフト周波数を求め、これに基づき観測対象の速度情報を得る。この速度に対して、色情報を付した色速度信号を生成する。例えば、探触子１２に向かってくる方向を赤で、遠ざかる方向を青で表示し、またその絶対値は、輝度等を変えることにより表すことができる。組織断層エコー処理部２２からの断層画像信号および色速度表示処理部２４からの色速度信号は、デジタルスキャンコンバータ等の画像形成回路２６に送出され、これらの画像信号に基づき、表示器２８に表示するための画像情報を形成する。

色速度表示処理部２４は、色速度信号の元信号を生成する色速度表示信号生成部３０と、元信号に対するゲインを調整するゲイン調整部３２を含む。ゲインが高過ぎると、表示画面上に不要な色速度情報の飽和が発生し、ゲインが低過ぎると、必要な情報が表示されない。適切なゲインに調整するために、ゲイン調整部３２が設けられている。

図２は、ゲイン調整部３２の概略構成を示すブロック図である。ゲイン調整部３２は、粗調整部３８または微調整部４２からのゲイン情報を元に色速度表示信号生成部にゲイン値を送出する。ゲイン値は、手動にて設定することが可能であり、また自動でも設定される。自動設定のために、粗調整計数部３６、粗調整部３８、微調整計数部４０および微調整部４２が備えられている。粗調整計数部３６と粗調整部３８により、大まかにゲインの調整が行われた後、微調整計数部４０および微調整部４２により細かなゲイン調整が行われる。

図３は、超音波画像の例である。断層画像領域４４の一部に色速度表示領域４６が重畳されている。色速度表示領域４６中にランダムなノイズ４８が現れている。ゲイン調整が不適切であると、このノイズ４８が増加し、見づらい表示となる。

図４は、１本の超音波ビーム５０（図３参照）に対応した、色速度表示信号の信号レベルを示す図である。（ａ）はゲインが低く調整されている状態、（ｂ）はゲインを高くした状態を示している。横軸は、ビーム上の深さ、すなわち探触子からの距離を表し、縦軸が信号レベルを示している。しきい値５２は、色速度表示信号が、この値を超えると表示器２８に表示される値を示している。図４（ｂ）においては、色速度表示信号が、しきい値５２を超えている部分があり、これが表示画面上でランダムなノイズ４８となって現れる。また、ゲインが小さすぎると、必要な情報も、しきい値以下の信号となり表示されなくなる。

粗調整計数部３６は、粗調整期間Ｔ１の間、色速度表示信号がしきい値５２を超える回数に基づきその頻度を取得する。すなわち、ある時間内に、色速度表示信号がしきい値５２を超えた回数を、その時間で割ることにより頻度を取得する。粗調整期間Ｔ１において、この頻度が所定値（Ｎ−σ）を超えなければ、粗調整部３８がゲイン値を所定量増加させる。所定値（Ｎ＋σ）を超えていれば、粗調整部３８がゲイン値を所定量低下させる。これを繰り返し、色速度表示信号がしきい値５２を超える頻度が、Ｎ±σの範囲に入ったならば、微調整が実行される。Ｎは、適正と考えられるランダムノイズの発生頻度であり、経験則から、予め所定の値を設定しておくことができる。また、装置の操作者が、設定することができるようにしてもよい。σは、粗調整から微調整への切り換えを決めるためのもので、ゲイン調整が早期に収束するように、予め経験的に定められた値である。微調整は、微調整計数部４０および微調整部４２にて実行される。微調整計数部４０は、粗調整期間Ｔ１より長い期間の微調整期間Ｔ２の間、色速度表示信号がしきい値５２を超えた回数を計数し、その頻度を算出する。この頻度が所定値Ｎ未満であれば、微調整部４２がゲイン値を所定量増加させ、所定値Ｎを超えていれば、微調整部４２がゲインを所定量減少させる。ゲインの自動調整の経過時間が所定の時間経過したら、ゲイン調整を終了する。

なお、ゲイン調整部３２を構成する粗調整計数部３６、粗調整部３８、微調整計数部４０、微調整部４２等は、これらの構成の機能に対応させて示したものであり、実際には各機能に対応した処理を実行する１つの演算部とすることができる。言い換えれば、演算部が、所定の処理を実行することで、上記の各部として機能する。

図５は、自動のゲイン調整に係る制御フローチャートである。まず、各パラメータが初期化される（Ｓ１００）。ゲインは、例えば、調整範囲の最小の値に設定される。また、経過時間ｔ１は、粗調整期間Ｔ１の間の経過時間を表し、経過時間ｔ２は、微調整期間Ｔ２の間の経過時間を表し、さらに経過時間ｔ３は、ゲイン調整開始からの経過時間を表す。これらの経過時間ｔ１，ｔ２，ｔ３は、初期化により０に設定される。次に、粗調整期間Ｔ１の間、色速度表示信号がしきい値５２を超える回数を計数する（Ｓ１０２）。期間Ｔ１が経過したら（Ｓ１０４）、前記の回数を粗調整期間Ｔ１で割った頻度ｎ１を算出し、これの評価を行う。この評価は、前述の、適正と考えられるランダムなノイズ４８の発生頻度（基準頻度）Ｎとの比較により行われる。実際には、基準頻度Ｎに対し、±σの幅の範囲に頻度ｎ１が入るかが判定される。頻度ｎ１が、Ｎ−σ以下であれば（Ｓ１０６）、ゲイン値を所定幅ΔＧ１増加させる（Ｓ１０８，Ｓ１１０）。頻度ｎ１が、Ｎ＋σ以上であれば（Ｓ１１２）、ゲイン値を所定幅ΔＧ１減少させる（Ｓ１１２，Ｓ１１０）。

頻度ｎ１が、基準頻度Ｎの±σの範囲に入った場合、微調整期間Ｔ２が開始される。期間Ｔ２は、前述の期間Ｔ１より長くとられている。この期間Ｔ２の間、信号がしきい値５２を超える回数を計数する（Ｓ１１４）。期間Ｔ２が経過したら（Ｓ１１６）、前記の計数された回数を微調整期間Ｔ２で割り、頻度ｎ２を算出し、前述の基準頻度Ｎとの比較を行う。頻度ｎ２が基準頻度Ｎより小さい場合には（Ｓ１１８）、ゲインを所定幅ΔＧ２増加させ（Ｓ１２０，Ｓ１１０）、基準頻度Ｎより大きい場合は（Ｓ１２２）、ゲインを所定幅ΔＧ２減少させる（Ｓ１２４，Ｓ１１０）。この所定幅ΔＧ２はゲインの最小調整幅とでき、更に前述のΔＧ１もこれと同じ値にすることができる。所定幅ΔＧ１，ΔＧ２が異なる値の場合は、ΔＧ２よりもΔＧ１を大きくする。これをあらかじめ定められたゲイン調整の期間Ｔ３に達するまで繰り返し、期間Ｔ３が経過したことにより（Ｓ１２６）、ゲイン調整の自動処理を終了する。また、操作者からの入力により終了させることも可能である。

粗調整期間Ｔ１および微調整期間Ｔ２は、心拍数、秒を基準として定めることができ、例えば粗調整期間Ｔ１は１心拍または１秒などとし、微調整期間Ｔ２は１０秒などとすることができる。

図６は、ゲイン調整用の操作子の一構成例を示す図である。このゲイン調整用操作子６０は、超音波診断装置１０の操作パネルに備えるようにできる。ゲイン調整用操作子６０は、中央部の押しボタンスイッチの形態を採る自動調整用スイッチ６２と、自動調整用スイッチ６２の周囲を囲むジョグダイアルの形態を採る手動調整用ダイアル６４を含む。ゲインの自動調整を望む場合は、操作者は自動調整用スイッチ６２を押下する。これにより、前述の自動調整が実行される。手動にてゲイン調整を行う場合、手動調整用ダイアル６４を回転させる。ゲイン調整の増減は、ダイアルの回転方向に対応させてよく、例えば、右回りでゲイン増加、左回りでゲイン減少とすることができる。また、自動調整中に、手動調整用ダイアル６４を操作することで、自動調整が打ち切られ、手動調整が行えるようにすることができる。また、自動調整は、超音波診断装置１０の電源が入った後、自動で実行されるようにすることもできる。

本実施形態の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 ゲイン調整部の機能を示すブロック図である。 超音波画像の表示例を示す図である。 色速度表示信号の信号レベルとゲインの関係を示す図である。 ゲイン調整に係る制御を示すフローチャートである。 ゲイン調整用の操作子の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 超音波診断装置、１２ 探触子、２４ 色速度表示処理部、２８ 表示器、３２ ゲイン調整部、３６ 粗調整計数部、３８ 粗調整部、４０ 微調整計数部、４２ 微調整部、６０ ゲイン調整用操作子、６２ 自動調整用スイッチ、６４ 手動調整用ダイアル。

Claims (4)

1. 超音波信号に基づき観察対象の速度を、断層画像に重畳して色情報により示す速度表示機能を有する超音波診断装置の速度表示におけるゲインを調整する方法であって、
   第１の長さの期間において、前記色情報の信号レベルが、あらかじめ定められたしきい値を超える頻度を取得し、この頻度に基づき第１の調整幅でゲインを調整し、この頻度が第１の範囲に入るまでゲインの調整を繰り返す、粗調整ステップと、
   粗調整ステップ後に、第２の長さの期間において、前記信号レベルが、前記しきい値を超える頻度を取得し、この頻度に基づき第２の調整幅でゲイン調整し、この頻度が第２の範囲に入るまでゲインの調整を繰り返す、微調整ステップと、
   を有し、
   頻度を取得する期間の長さに関し、第２の長さが第１の長さより長く、
   ゲイン調整の幅に関し、第２の調整幅は第１の調整幅より狭い、
   超音波診断装置のゲイン調整方法。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置のゲイン調整方法であって、頻度の取得に関する前記しきい値は、信号レベルがこれ以下であれば表示されない値である、ゲイン調整方法。
3. 超音波信号に基づき観察対象の速度を、断層画像に重畳して色情報により示す速度表示機能を有する超音波診断装置の、速度表示におけるゲイン調整を行うゲイン調整装置であって、
   操作者の操作量によりゲインが調整される手動操作子と、
   操作者の操作により、請求項１に記載のゲイン調整方法が実行される自動操作子と、
   を有する、
   ゲイン調整装置。
4. 請求項３に記載の超音波診断装置のゲイン調整装置であって、自動操作子による請求項１に記載のゲイン調整方法が実行されているときに、手動操作子が操作されると、手動操作子によるゲイン調整が実行される、ゲイン調整装置。

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