JP5103887B2 - カラーフロー映像の利得を調節する映像処理システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は映像処理システム及び方法に関し、特にカラーフロー映像の利得を自動で調節する映像処理システム及び方法に関する。

映像処理システムは対象体の映像を処理してディスプレイする装置として、多様な分野で用いられている。映像処理システムの一例として、超音波診断のための映像処理システム（以下、超音波診断システムという）を説明する。

超音波診断装置は重要な診断装置の一つとして多様に応用されている。特に、超音波診断装置は対象体に対して無侵襲及び非破壊特性を有するため、医療分野で広く用いられている。最近、高性能超音波診断システム及び技術は、対象体の内部形状の２次元または３次元診断映像を生成するのに用いられている。超音波診断装置は、超音波信号を送信及び受信するために広帯域の変換素子を一般に用いている。超音波診断装置は、音響変換素子や音響変換素子アレイを電気的に刺激して対象体に伝達される超音波信号を生成して内部組織の映像を形成する。超音波信号が伝搬される方向に不連続的な内部組織から超音波信号が反射されて超音波エコー信号が生成される。多様な超音波エコー信号は変換素子に伝達されて電気的信号に変換される。変換された電気的信号を増幅及び信号処理して内部組織の映像のための超音波映像データを生成する。

特に、従来の超音波診断システムは動く対象体と散乱体の速度を表示するカラーフロー映像を提供している。即ち、従来の超音波診断システムはドップラー偏向に基づいて動いている対象体、例えば心臓または血管に流れている血液の速度と方向を多様なカラーで示する。例えば、従来の超音波診断システムはプローブのトランスデューサ側に迫る血液の流れを赤色で示し、トランスデューサ側から遠くなる血液の流れを青色で示し、速い速度で流れる血液の流れを薄い色で、そして遅い速度で流れる血液の流れを濃い色で示している。このように、従来の超音波診断システムはリアルタイムで血流の流れを視角化することができる。

しかし、従来の超音波診断システムにより提供されるカラーフロー映像においては、血管に流れる血流の幅が血管に比べて小さいか又は大きく表示される場合がある。これを修正するためには、カラーフロー映像の利得を微細に調節しなければならない。この時、カラーフロー映像の利得を微細に調節することは自動的になされるのではなく、ユーザの手動操作によりなされる。言い換えれば、従来の超音波診断システムはディスプレイされるカラーフロー映像の利得を調節するために、ユーザが複雑な過程を通じて手動で利得を微細に調節しなければならず、これによって診断所要時間が増大する問題がある。

本発明は前述した問題を解決するためのものであり、カラーフロー映像で血管の断面積と血流の断面積を算出し、算出された血管及び血流断面積に基づいてカラーフロー映像の利得を自動で調節する映像処理システム及び方法を提供することを目的とする。

本発明の映像処理システムは、
入力映像信号に基づいて複数のカラーフロー映像を形成するための映像形成手段と、
前記複数のカラーフロー映像において利得調節のための基準映像を選定するための基準映像選定手段と、
前記基準映像のカラー映像から血流の断面積を算出し、前記基準映像のBモード映像から血管の断面積を算出し、前記血管断面積及び前記血流断面積に基づいて利得調節幅を算出し、前記利得調節幅に基づいて前記カラーフロー映像の利得を調節するための利得調節手段と
を備える。

本発明の映像処理方法は、
ａ）入力映像信号に基づいて複数のカラーフロー映像を形成する段階と、
ｂ）前記複数のカラーフロー映像で利得調節のための基準映像を選定する段階と、
ｃ）前記基準映像のカラー映像から血流の断面積を算出し、前記基準映像のBモード映像から血管の断面積を算出する段階と、
ｄ）前記血管断面積及び前記血流断面積に基づいて利得調節幅を算出する段階と、
ｅ）前記利得調節幅に基づいて前記カラーフロー映像の利得を調節する段階と
を備える。

前述したように本発明によると、カラーフロー映像で血管の断面積と血流の断面積に基づいてカラーフロー映像の利得を自動で調節することができ、これによってユーザはカラーフロー映像を容易に観測することができる。

以下、図１〜図３を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。本発明による映像処理システムの一例として超音波診断システムを説明する。

図１は、本発明の実施例による超音波診断システムの構成を示すブロック図である。図１に示した通り、本発明による超音波診断システム１００はプローブ１１０、ビームフォーマ１２０、映像プロセッサ１３０及びディスプレイ部１４０を備える。

プローブ１１０は、複数のトランスデューサ素子を含む１Ｄまたは２Ｄアレイトランスデューサ１１２を備える。ビームフォーマ１２０で適切に遅延された送信信号はアレイトランスデューサ１１２に伝送される。送信信号は、集束された超音波ビームの形態でスキャンラインに沿って対象体（図示せず）に送信される。プローブ１１０は対象体から反射された超音波エコー信号を受信し、その超音波エコー信号を電気的信号（以下“受信信号”という）に変換する。その受信信号はビームフォーマ１２０に伝送される。

ビームフォーマ１２０は、プローブ１１０に含まれたアレイトランスデューサ１１２に伝送される伝送信号を遅延させてアレイトランスデューサ１１２から出力される超音波信号が集束点で集束されるようにする。また、ビームフォーマ１２０は、各トランスデューサ素子に到達する超音波エコー信号を適切に遅延させてアレイトランスデューサ１１２からの受信信号を集束した後、集束点で反射された超音波エコー信号のエネルギーのレベルを示す受信集束ビームを出力する。

映像プロセッサ１３０は、ビームフォーマ１２０から出力される受信集束ビームに基づいて複数のカラーフロー映像を形成し、形成されたカラーフロー映像で血管の断面積と血流の断面積を算出し、算出された断面積に基づいてカラーフロー映像の利得を調節する。映像プロセッサ１３０の動作については図２及び図３を参照してより詳細に説明する。映像プロセッサ１３０により処理されたカラーフロー映像はディスプレイ部１４０にディスプレイされる。

以下、図２を参照し、映像プロセッサ１３０により実施される自動利得調節過程を説明する。図２は本発明の実施例によるカラーフロー映像の利得を自動で調節する過程を示すフローチャートである。

図２に示した通り、段階Ｓ１００で、映像プロセッサ１３０はビームフォーマ１２０から出力される受信集束ビームに基づいて映像信号を形成し、その映像信号に基づいて複数のカラーフロー映像を形成する。段階Ｓ１２０で、映像プロセッサ１３０は形成された複数のカラーフロー映像の中で最大速度で血流が流れる映像をカラーフロー映像の利得を調節するための基準映像に選定する。最大速度の血流を示す基準映像は心臓の最大収縮期間に該当するカラーフロー映像である。また、最大速度を有するカラーフロー映像をカラーフロー映像の利得を調節するための基準映像に選定するのは、基準映像に基づいてカラーフロー映像の利得を増加させる場合、血流が血管を超えて表示されることを防止するためである。例えば、心臓の最大弛緩期間に該当するカラーフロー映像を基準映像に選択する場合、選択された基準映像に基づいてカラーフロー映像の利得を増加させると、心臓の最大収縮期間では血流が血管を超えたものと表示されることもあり得る。

段階Ｓ１３０において、映像プロセッサ１３０は、基準映像にＲＯＩ（ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を設定する。段階Ｓ１４０で、ＲＯＩが設定された基準映像に基づいて血管のコンターを形成する。段階Ｓ１４０については図３を参照して下記でより詳細に説明する。段階Ｓ１５０で、映像プロセッサ１３０は形成された血管コンターを用いて血管の断面積を算出する。

続いて、段階Ｓ１６０において、映像プロセッサ１３０は基準映像に設定されたＲＯＩでの血流を示すピクセルを分析する。そのようなピクセル分析は血流のヒストグラムを用いて行われ得る。段階Ｓ１７０で、映像プロセッサ１３０は１以上のピクセル値を有するピクセルを検出する。段階Ｓ１８０で、映像プロセッサ１３０は検出されたピクセルを用いて血流の断面積を算出する。

段階Ｓ１９０において、映像プロセッサ１３０は段階Ｓ１５０で算出された血管断面積と段階Ｓ１８０で算出された血流断面積に基づいて断面積比率を算出する。本実施例では、断面積比率を血流の断面積に対する血管断面積の比で定義する。

段階Ｓ２００において、映像プロセッサ１３０で算出された断面積比率が１以下であるかを判断するＳ２００。段階Ｓ２００で断面積比率が１以下であると判断されると、段階Ｓ２１０で、映像プロセッサ１３０は算出された断面積比率に対応する利得増加分を算出する。その後、段階Ｓ２２０で、算出された利得増加分に基づいてカラーフロー映像の利得を増加させる。

一方、段階Ｓ２００で断面積比率が１を超えると判断されれば、段階Ｓ２３０で、映像プロセッサ１３０は算出された断面積比率に対応する利得減少分を算出する。そして、段階Ｓ２４０で、算出された利得減少分に基づいてカラーフロー映像の利得を減少させる。利得の調節後、自動利得調節過程を完了する。

以下、図３を参照し、血管のコンターを形成する過程を説明する。図３は本発明の実施例による血管のコンターを形成する過程を示すフローチャートである。

図３に示した通り、段階Ｓ３１０で、映像プロセッサ１３０は基準映像からエッジデータを抽出する。ここで、エッジデータは多様なアルゴリズムを通じて抽出され得、例えばキャニーエッジ検出アルゴリズム（Ｃａｎｎｙ ｅｄｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を通じて抽出され得る。

段階Ｓ３２０で、映像プロセッサ１３０は抽出されたエッジデータに形態学的演算（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ）を行う。ここで、形態学的演算は映像の形態変換処理を行う演算として、エッジデータのサイズを縮小させるための縮小演算、縮小演算されたエッジデータの最外郭ピクセルを拡張させるための膨張演算、及びエッジデータでノイズ成分を除去するための浸食（ｅｒｏｓｉｏｎ）演算からなる。

続いて、段階Ｓ３３０で、映像プロセッサ１３０はエッジデータの全ての連結成分を検索して同一の連結成分に存在するエッジデータに一つの固有ラベルを付与する連結成分標識（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｌａｂｅｌｉｎｇ）演算を行うＳ３３０。ここで、連結成分標識演算は４連結図（４−ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）を用いた順次連結成分アルゴリズム（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いることができる。

段階Ｓ３４０で、映像プロセッサ１３０はエッジデータに基づいてエッジデータの重心に該当するシードポイントを検出する。段階Ｓ３５０で、シードポイントを中心に放射方向にエッジデータから血管のエッジデータを抽出する。段階Ｓ３６０で、映像プロセッサ１３０は検出された血管のエッジデータに基づいて血管のコンターを形成する。

本発明が望ましい実施例を通じて説明されて例示されたが、当業者であれば添付した請求の範囲の思想及び範疇を逸脱せず、様々な変形及び変更がなされ得ることが分かる。

本発明の実施例による超音波診断システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例によるカラーフロー映像の利得を自動で調節する過程を示すフローチャートである。 本発明の実施例による血管のコンターを形成する過程を示すフローチャートである。

符号の説明

１００：超音波診断システム、
１１０：プローブ、
１１２：アレイトランスデューサ、
１２０：ビームフォーマ、
１３０：映像プロセッサ、
１４０：ディスプレイ部。

Claims (13)

1. 入力映像信号に基づいて複数のカラーフロー映像を形成するための映像形成手段と、
   前記複数のカラーフロー映像において利得調節のための基準映像を選定するための基準映像選定手段と、
   前記基準映像のカラー映像から血流の断面積を算出し、前記基準映像のBモード映像から血管の断面積を算出し、前記血管断面積及び前記血流断面積に基づいて利得調節幅を算出し、前記利得調節幅に基づいて前記カラーフロー映像の利得を調節するための利得調節手段と
   を備えることを特徴とする映像処理システム。
2. 前記映像信号は超音波映像信号であることを特徴とする請求項１記載の映像処理システム。
3. 前記基準映像は血管内で最大速度で流れる血流を示すカラーフロー映像であることを特徴とする請求項１記載の映像処理システム。
4. 前記利得調節手段は、前記血管断面積を算出するために、前記基準映像で血管コンターを形成することを特徴とする請求項１記載の映像処理システム。
5. 前記利得調節手段は、
   前記基準映像からエッジデータを抽出し、
   前記エッジデータに前記基準映像の形態変換処理を行うための形態学的演算(ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｏｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ)と前記エッジデータの連結成分を検索して同一の連結成分に存在するエッジデータに一つの固有ラベルを付与する連結成分標識演算(ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｌａｂｅｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ)を行い、
   前記エッジデータからシードポイントを検出し、
   前記シードポイントを基準に前記エッジデータから血管エッジデータを抽出し、
   前記血管エッジデータに基づいて前記血管コンターを形成することを特徴とする請求項４記載の映像処理システム。
6. 前記利得調節手段は、前記基準映像で血流を示すピクセルの中で1以上のピクセル値を有するピクセルを検出し、前記検出されたピクセルに基づいて前記血流断面積を算出することを特徴とする請求項１記載の映像処理システム。
7. ａ）入力映像信号に基づいて複数のカラーフロー映像を形成する段階と、
   ｂ）前記複数のカラーフロー映像で利得調節のための基準映像を選定する段階と、
   ｃ）前記基準映像のカラー映像から血流の断面積を算出し、前記基準映像のBモード映像から血管の断面積を算出する段階と、
   ｄ）前記血管断面積及び前記血流断面積に基づいて利得調節幅を算出する段階と、
   ｅ）前記利得調節幅に基づいて前記カラーフロー映像の利得を調節する段階と
   を備えることを特徴とする映像処理方法。
8. 前記映像信号は超音波映像信号であることを特徴とする請求項７記載の映像処理方法。
9. 前記基準映像は血管内で最大速度で流れる血流を示すカラーフロー映像であることを特徴とする請求項７記載の映像処理方法。
10. 前記段階ｃ）は、
    ｃ１）前記基準映像で血管コンターを形成する段階と、
    ｃ２）前記血管コンターに基づいて前記血管断面積を算出する段階と
    を備えることを特徴とする請求項７記載の映像処理方法。
11. 前記段階ｃ１）は、
    前記基準映像からエッジデータを抽出する段階と、
    前記エッジデータに前記基準映像の形態変換処理を行うための形態学的演算(ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｏｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ)を行う段階と、
    前記エッジデータの連結成分を検索して同一の連結成分に存在するエッジデータに一つの固有ラベルを付与する連結成分標識演算(ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｌａｂｅｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ)を行う段階と、
    前記エッジデータからシードポイントを検出する段階と、
    前記シードポイントを基準に前記エッジデータから血管エッジデータを抽出する段階と、
    前記血管エッジデータに基づいて前記血管コンターを形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１０記載の映像処理方法。
12. 前記段階ｃ）は、
    前記基準映像で血流を示すピクセルを分析する段階と、
    前記血流を示すピクセルにおいて1以上のピクセル値を有するピクセルを検出する段階と、
    前記検出されたピクセルに基づいて前記血流断面積を算出する段階と
    を備えることを特徴とする請求項７記載の映像処理方法。
13. 前記段階ｄ）は、
    前記血管断面積及び前記血流断面積に基づいて断面積比率を算出する段階と、
    前記断面積比率が1以下であるかを判断する段階と、
    前記断面積比率が1以下であると判断されれば、前記断面積比率に基づいて前記利得調節幅に該当する利得増加幅を算出し、前記利得増加幅に基づいて前記カラーフロー映像の利得を増加させる段階と、
    前記断面積比率が1を超えるものであると判断されれば、前記断面積比率に基づいて前記利得調節幅に該当する利得減少幅を算出し、前記利得減少幅に基づいて前記カラーフロー映像の利得を減少させる段階と
    を備えることを特徴とする請求項７記載の映像処理方法。

Images