JP5559464B2

JP5559464B2 - 超音波弾性映像を形成するためのシステム及び方法

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Publication number: JP5559464B2
Application number: JP2008076285A
Authority: JP
Inventors: 東奎玄; 木根 ▲鄭▼
Original assignee: Samsung Medison Co Ltd
Current assignee: Samsung Medison Co Ltd
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: KR20080086683A; EP1972281B1; JP2008237912A; EP1972281A1; KR100983770B1; US20080232660A1; US8582839B2

Description

本発明は、超音波診断分野に関し、特に超音波弾性映像の歪みを防止することができる超音波映像システム及び方法に関するものである。

医療分野で広く用いられている超音波診断システムは、対象体に向かって超音波を送信して対象体から反射された超音波から映像を形成してディスプレイする。

超音波映像は、組織間の音響インピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）の差に依存する反射係数を用いるＢ−モード（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ−ｍｏｄｅ）で主に表現される。しかし、腫瘍や癌組織のように周辺の組織と反射係数差が大きくない組織は、Ｂ−モード超音波映像で観察するのが難しい。

周辺組織と反射係数の差が大きくない組織は、機械的な特性を映像化する弾性映像法（Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ）で表現することができる。弾性映像法は、Ｂ−モード映像で診断できない組織の機械的な性質を映像化するので、病変の診断に大いに役に立つ。弾性映像を形成するために、圧力を加えない状態で得た対象体の反射超音波信号から基準信号を形成し、圧力が加えられた対象体の反射超音波信号から受信信号を形成する。基準信号と受信信号との差（遅延時間）に基づいて対象体の変位を求める。

プローブを通じて対象体に圧力を加えながら多数の超音波映像を得ると、圧力が加えられる方向、媒質の密度分布または対象体の周辺組織体の密度によって対象体が上下左右に動くため各映像フレームで固定された位置に対象体が位置を占めれない。即ち、図1に示されるように、密度が一定の媒質（Ｍ）内に対象体（Ｔ）が位置しても、対象体（Ｔ）に圧力（Ｐ）を加えながら映像フレーム（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を得る場合、各フレームでの対象体（Ｔ）の位置が一定しない。各フレーム内の対象体の位置変化を無視して弾性映像を形成する場合、歪みが発生する。

歪みの発生を防止するために、従来は光の流れ（ｏｐｔｉｃａｌｆｌｏｗ）、２次元相関度（２−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）またはブロック整合（ｂｌｏｃｋｍａｔｃｈｉｎｇ）などの方法で多数のフレーム内の対象体の位置を補正しているが、このような方法は計算量が多くて処理時間が長く、一定の水準以上のプロセッサの処理能力を要求する問題がある。

前述した問題を解決するための本発明は、超音波弾性映像の歪みを防止できる超音波映像システム及び方法を提供することにその目的がある。

本発明による超音波映像システムは、圧力が加えられない対象体の反射超音波信号から基準フレームのデータを形成し、圧力が加えられた前記対象体の反射超音波信号から多数対象フレームのデータを形成するためのフレームデータ形成部と、前記各対象フレームのデータを前記基準フレームデータと比較して各対象フレームの変位マップを形成するための変位マップ形成部と、前記各対象フレームの変位マップを用いて各対象フレームの変形率を計算するための変形率計算部と、前記各対象フレームの変形率変化を順に分析して境界点を設定し、ｎ番目の対象フレームの変形率変化を分析して多数の第１境界点を設定し、ｎ−１番目の対象フレームで既に設定された多数の第１境界点の位置を前記ｎ番目の対象フレームの対応する前記第１境界点の各位置に移動させて多数の第２境界点を得るための区間情報処理部と、前記第２境界点を基準に前記ｎ−１番目の対象フレームを再構成し、再構成されたｎ−１番目の対象フレームと前記ｎ番目の対象フレームとの前記変形率でパーシスタンスを実行し、超音波弾性映像を形成するための映像処理部とを備える。

本発明の実施例による超音波弾性映像形成方法は、圧力が加えられない対象体の反射超音波信号から基準フレームのデータを形成する段階と、前記圧力が加えられた前記対象体の反射超音波信号から多数の対象フレームのデータを形成する段階と、前記各対象フレームのデータを前記基準フレームデータと比較して各対象フレームの変位マップを形成する段階と、前記各対象フレームの変位マップを用いて各対象フレームの変形率を計算する段階と、前記各対象フレームの変形率を順に分析して境界点を設定し、ｎ番目の対象フレームの変形率変化を分析して第１境界点を設定する段階と、ｎ−１番目の対象フレームで予め設定された第１境界点の位置を対応する前記ｎ番目の対象フレームの前記第１境界点の各位置に移動させて第２境界点を得る段階と、前記第２境界点を基準に前記ｎ−１番目の対象フレームを再構成し、再構成されたｎ−１番目の対象フレームと前記ｎ番目の対象フレームとでパーシスタンスを実行して超音波弾性映像を形成する段階とを備える。

前述したように本発明は、弾性映像形成のための超音波受信信号の獲得時、加えられる圧力の変化に応じて発生する映像歪みを効果的に防止することができる。

以下、図２〜図１０を参照して本発明の実施例を説明する。

図２を参照すると、本発明の実施例による超音波映像システム１００は、フレームデータ形成部１１０、フレームデータ格納部１２０、変位マップ形成部１３０、変位マップ格納部１４０、変形率計算部１５０、変形率格納部１６０、区間情報処理部１７０、区間情報格納部１８０及び映像処理部１９０を備える。

フレームデータ形成部１１０は、超音波診断部から入力される受信信号に基づいてフレームのデータを形成する。受信信号は、ＲＦ信号またはＩＱ信号になり得る。フレームデータは、圧力が加えられない対象体の反射超音波信号から形成された基準フレームのデータと圧力が加えられた対象体の反射超音波信号から形成された対象フレームのデータを備える。対象フレームは、対象体に圧力が加えられる間、周期的に形成される多数のフレームとして、形成時期による順序を有することができる。基準フレームデータ及び対象フレームデータは、フレームデータ格納部１２０に格納されるか、または変位マップ形成部１３０に入力される。

変位マップ形成部１３０は、各対象フレームのデータを基準フレームのデータと比較して各対象フレームの変位マップを形成する。変位マップは、公知の技術によって形成することができる。例えば、相互相関（ｃｒｏｓｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）または複素数の基底帯域信号を用いた自己相関（ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）方法で基準フレームデータと各対象フレームデータの位相差を計算して変位マップを形成することができる。変位マップは、基準フレームと対象フレームの全ての映像点または一部映像点の位相を比較して形成することができる。また、変位マップ形成部１３０は、映像のノイズ（ｎｏｉｓｅ）を減少させるために各対象フレームの変位マップに空間フィルタを適用する。空間フィルタとして中間値フィルタ（ｍｅｄｉａｎｆｉｌｔｅｒ）または平均フィルタ（ａｖｅｒａｇｅｆｉｌｔｅｒ）が用いられる。フィルタリングされた各対象フレームの変位マップは変位マップ格納部１４０に格納される。

変形率（ｓｔｒａｉｎ）計算部１５０は、各対象フレームの変位マップを用いて各対象フレームの変形率を計算する。変形率計算部１５０は単位長さ当りの変位を求める増減法（ｇｒａｄｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄ）を用いて変形率を計算することができる。基準フレームと各対象フレームの全ての映像点を比較して変位マップを形成した場合、対象フレーム内の全ての映像点の変形率が計算できる。基準フレームと各対象フレームで一部映像点のみを比較して変位マップを形成した場合には、変位マップが形成された一部領域映像点の変形率のみ計算できる。各対象フレームの変形率は、変形率格納部１６０に格納される。

一定の方向に圧力（Ｐ）の強度が変化するとき、図３〜図５に示されるように周期的に得た各対象フレームＦ_Ａ、Ｆ_Ｂ、Ｆ_Ｃの変位マップと変形率が順に入力されると、区間情報処理部１７０は映像点の位置による変形率を分析して変形率が変わる映像点を境界点として設定する。境界点は、周辺媒質と変形率が異なる対象体Ｔの境界上の点である。図３及び図４は、対象フレームＦ_Ａ、Ｆ_Ｂ、Ｆ_Ｃの直線Ｌ−Ｌ’上で検索された境界点ａ_１〜ａ_３、ｂ_１〜ｂ_３を示し、図３及び図５は、対象フレームＦ_Ａ、Ｆ_Ｂ、Ｆ_Ｃの直線Ｈ−Ｈ’上で検索された境界点ｃ_１〜ｃ_３、ｄ_１〜ｄ_３を示す。図４及び図５に示される映像点の位置による変位変化がすなわち変形率になり得る。図３〜図５では、各対象フレームの２直線Ｌ−Ｌ’及びＨ−Ｈ’上で検索された境界点を示すが、これは説明のための例示であるだけであり、区間情報処理部１７０は、変位マップが形成された全領域または変形率が形成された全領域で境界点を設定する。ｎ番目の対象フレームの第１境界点の位置は、区間情報格納部１８０に格納される。

また、区間情報処理部１７０は、各対象フレームの中のｎ番目の対象フレームで変形率が変わる映像点を第１境界点として設定し、区間情報格納部１８０に予め設定及び格納されたｎ−１番目の対象フレームの第１境界点の位置をｎ番目の対象フレームの第１境界点の位置に移動させてｎ番目の対象フレームの第１境界点と位置が同一のｎ−１番目の対象フレームの第２境界点を得る。以下、各対象フレームの第１境界点の位置を変更して得た第２境界点を移動映像点と称する。

第１境界点の位置を変更して第２境界点を得ることによって、隣接する第２境界点（移動映像点）の間の映像点の数が増加または減少する。

図６を参照すると、ｎ−１番目の対象フレームで対象体境界（Ｔｎ−１）上の第１境界点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５をｎ番目の対象フレームの対象体境界（Ｔｎ）上の第１境界点の位置に移動して第２境界点Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５を得ると、第１境界点Ｐ１１とＰ１２の間の映像点数と第２境界点Ｐ２１とＰ２２の間の映像点数が変わる。

図６に示されるように、同一の行に位置する第２境界点Ｐ２１とＰ２３の間の映像点数が第１境界点Ｐ１１とＰ１３との間の映像点数より増加した場合、２つの動映像点間に映像点が追加されたと仮定することができる。移動映像点は本来の変形率を有するが、追加映像点の変形率は０である。一方、図７に示されるように、第２境界点Ｐ２１とＰ２３との間の映像点数が第１境界点Ｐ１１とＰ１３との間の映像点数より減少した場合、隣接する移動映像点の間の一部映像点が削除されたと仮定することができる。

区間情報格納部１８０は、前述した各対象フレームの第１境界点の位置情報及び変形率と第２境界点の位置情報及び変形率を格納する。

映像処理部１９０は、第２境界点を基準にｎ−１番目の対象フレームを再構成し、再構成されたｎ−１番目のフレームとｎ番目のフレームの変形率でパーシスタンス（persistence）を実行して超音波弾性映像を形成する。例えば、映像処理部１９０は、変形率が０の映像点、即ち、追加映像点を検索し、同一の行（または列）で追加映像点に隣接した移動映像点の変形率から追加映像点の変形率類推値を形成する。追加映像点の変形率類推値は、同一の行（または列）で各追加映像点に最も隣接した移動映像点の変形率と同一に形成することができる。または、各追加映像点に隣接した２個以上の移動映像点の変形率に移動映像点と追加映像点との間の距離を反映させた加重値を適用して追加映像点の変形率類推値を形成することもできる。ｎ−１番目のフレームとｎ番目のフレームとして実行されるパーシスタンスは次の式１のように適用して実施することができる。

式１は、ｎ番目のフレームのｉ、ｊ行列に位置した映像点の出力値

は、映像点の変形率

と再構成されたｎ−１番目のフレームのｉ，ｊ行列に位置した映像点の出力値

から得られることを示している。式１で

は、パーシスタンス比率を示す。

前述した超音波映像システム１００のフレームデータ形成部１１０、変位マップ形成部１３０、変形率計算部１５０、区間情報処理部１７０及び映像処理部１９０は、一つまたは個別的なプロセッサで具現できる。フレームデータ格納部１２０、変位マップ格納部１４０、変形率格納部１６０及び区間情報格納部１８０は、一つまたは個別的なメモリ素子で具現できる。

以下、図８を参照して本発明の他の実施例による超音波弾性映像形成方法を説明する。

圧力が加えられない対象体の反射超音波信号から基準フレームのデータを形成し、圧力が加えられた前記対象体の反射超音波信号から多数の対象フレームのデータを形成する（Ｓ８０１）。
各対象フレームのデータを前記基準フレームデータと比較して各対象フレームの変位マップを形成する（Ｓ８０２）。変位マップは、各映像の全ての映像点の位相を比較して形成するか、または一部映像点の位相を比較して形成することができる。変位マップを用いて各対象フレームの変形率を計算する（Ｓ８０３）。

ｎ番目の対象フレームの変位マップで映像点の位置による変形率を分析して変形率が変わる映像点を第１境界点として設定し、ｎ番目のフレームの第１境界点を格納する（Ｓ８０４）。ｎは、対象フレームの順序を示す自然数であり、ｎの初期値は１である。

境界点が設定された現在の対象フレームが最初のフレームであるかを判断し（Ｓ８０５）、最初のフレームであればｎを１増加させ（Ｓ８０６）、段階Ｓ８０４から再度行う。

現在の対象フレームが最初のフレームでなければ、予め設定及び格納されたｎ−１番目の対象フレームの第１境界点の位置をｎ番目の対象フレームの第１境界点の位置に移動させ、第１境界点と位置が同一のｎ−１番目の対象フレームの第２境界点を設定して格納する（Ｓ８０７）。

続いて、第２境界点を基準にｎ−１番目の対象フレームを再構成し（Ｓ８０８）、再構成されたｎ−１番目のフレームとｎ番目のフレームとでパーシスタンスを実行して超音波弾性映像を形成する（Ｓ８０９）。追加映像点の変形率類推値形成、パーシスタンスは前述した実施例と同一であるため、詳細な説明を省略する。

本発明の他の実施例によるコンピュータ読み出し可能格納媒体には、前述した方法を行うためのプログラムが格納される。

本発明は、以前の対象フレームで設定された境界点位置を現在の対象フレームの境界点の位置に一致させて以前の対象フレームと現在の対象フレームのパーシスタンスを実行することによって、超音波弾性映像の歪みを減少させてＳＮＲ（ｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ）を高めることができる。例えば、従来のようにｎ−１番目の対象フレームで設定された境界点とｎ番目の対象フレームで設定された境界点を一致させず、パーシスタンスを実施する場合、図９のように各対象フレームで得られた対象体（Ｔ１、Ｔ２）の位置が一致せず、歪曲された超音波弾性映像が得られる。しかし、本発明のようにｎ−１番目の対象フレームで設定された境界点とｎ番目の対象フレームで設定された境界点の位置を一致させた後、パーシスタンスを実施すると図１０のように対象体（Ｔ１、Ｔ２）の位置が一致し、より明確な超音波弾性映像を得ることができる。

以上で、本発明の理解のための本発明の実施例について記述したが、当業者であれば分かるように本発明は本明細書で記述された例示に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲内で様々な変形、再構成及び代替することができる。従って、本発明の真正な思想及び範疇に属する全ての変形及び変更を特許請求の範囲によって全て包括しようとする。

多数の超音波映像で外部圧力変化による対象体の位置変化を示す例示図である。本発明の実施例による超音波映像システムの構成を示すブロック図である。多数の対象フレーム内の対象体位置変化及び境界点の位置を示す概略図である。多数の超音波映像フレームで横方向の変位変化を示すグラフである。多数の超音波映像フレームで縦方向の変位変化を示すグラフである。境界点移動による境界点の間の映像点追加を説明するための概略図である。境界点移動による境界点の間の映像点減少を説明するための概略図である。本発明の実施例による超音波弾性映像形成の過程を示すフローチャートである。従来技術によるパーシスタンス結果を説明するための概略図である。本発明によるパーシスタンス結果を説明するための概略図である。

符号の説明

Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３、Ｆ_Ａ、Ｆ_Ｂ、Ｆ_Ｃ：フレーム
Ｍ：媒質
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２：対象体
Ｐ：圧力
ａ_１、ａ_２、ａ_３、ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３、ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３：境界点
Ｔｎ−１，Ｔｎ：境界線
Ｐ11、Ｐ12、Ｐ13、Ｐ14、Ｐ15、Ｐ21、Ｐ22、Ｐ23、Ｐ24、Ｐ25：：境界点

Claims

圧力が加えられない対象体の反射超音波信号から基準フレームのデータを形成し、圧力が加えられた前記対象体の反射超音波信号から多数の対象フレームのデータを形成するためのフレームデータ形成部と、
前記各対象フレームのデータを前記基準フレームデータと比較して各対象フレームの変位マップを形成するための変位マップ形成部と、
前記各対象フレームの変位マップを用いて各対象フレームに含まれた映像点の変形率を計算するための変形率計算部と、
前記各対象フレームに含まれた映像点の位置による変形率を分析して変形率が変わる映像点を境界点として設定し、ｎ番目の対象フレームの変形率変化を分析して多数の第１境界点を設定し、ｎ−１番目の対象フレームで既に設定された多数の第１境界点の位置を前記ｎ番目の対象フレームの対応する前記第１境界点の各位置に移動させて多数の第２境界点を得るための区間情報処理部と、
前記第２境界点を基準に前記ｎ−１番目の対象フレームを再構成し、再構成されたｎ−１番目の対象フレームと前記ｎ番目の対象フレームとの前記変形率でパーシスタンスを実行し、超音波弾性映像を形成するための映像処理部と
を備えることを特徴とする超音波映像システム。
前記映像処理部は、前記ｎ−１番目の対象フレームの前記第２境界点間で変形率が０の追加映像点を検索し、
同一行または列で前記追加映像点に隣接する前記第２境界点の変形率から前記追加映像点の変形率類推値を生成し、
前記変形率類推値を前記追加映像点の変形率で設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波映像システム。
前記変位マップ、前記変形率並びに前記第１境界点及び前記第２境界点の位置及び変形率情報を格納するための格納部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波映像システム。
圧力が加えられない対象体の反射超音波信号から基準フレームのデータを形成する段階と、
前記圧力が加えられた前記対象体の反射超音波信号から多数の対象フレームのデータを形成する段階と、
前記各対象フレームのデータを前記基準フレームデータと比較して各対象フレームの変位マップを形成する段階と、
前記各対象フレームの変位マップを用いて各対象フレームに含まれた映像点の変形率を計算する段階と、
前記各対象フレームに含まれた映像点の位置による変形率を分析して変形率が変わる映像点を境界点として設定し、ｎ番目の対象フレームの変形率変化を分析して第１境界点を設定する段階と、
ｎ−１番目の対象フレームで予め設定された第１境界点の位置を対応する前記ｎ番目の対象フレームの前記第１境界点の各位置に移動させて第２境界点を得る段階と、
前記第２境界点を基準に前記ｎ−１番目の対象フレームを再構成し、再構成されたｎ−１番目の対象フレームと前記ｎ番目の対象フレームとでパーシスタンスを実行して超音波弾性映像を形成する段階と
を備えることを特徴とする超音波弾性映像形成方法。
前記第２境界点を基準に前記ｎ−１番目の対象フレームを再構成する段階は、
前記ｎ−１番目の対象フレームの前記第２境界点間で変形率が０の追加映像点を検索する段階と、
同一行または列で前記追加映像点に隣接する前記第２境界点の変形率から前記追加映像点の変形率類推値を生成する段階と、
前記変形率類推値を前記追加映像点の変形率で設定する段階と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波弾性映像形成方法。
コンピュータに超音波弾性映像形成方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記方法は、
圧力が加えられない対象体の反射超音波信号から基準フレームのデータを形成する段階と、
前記圧力が加えられた前記対象体の反射超音波信号から多数の対象フレームのデータを形成する段階と、
前記各対象フレームのデータを前記基準フレームデータと比較して各対象フレームの変位マップを形成する段階と、
前記各対象フレームの変位マップを用いて各対象フレームに含まれた映像点の変形率を計算する段階と、
前記各対象フレームに含まれた映像点の位置による変形率を分析して変形率が変わる映像点を境界点として設定し、ｎ番目の対象フレームの変形率変化を分析して第１境界点を設定する段階と、
ｎ−１番目の対象フレームで予め設定された第１境界点の位置を対応する前記ｎ番目の対象フレームの前記第１境界点の各位置に移動させて第２境界点を得る段階と、
前記第２境界点を基準に前記ｎ−１番目の対象フレームを再構成し、再構成されたｎ−１番目の対象フレームと前記ｎ番目の対象フレームとでパーシスタンスを実行して超音波弾性映像を形成する段階と
を備えることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
前記第２境界点を基準に前記ｎ−１番目の対象フレームを再構成する段階は、
前記ｎ−１番目の対象フレームの前記第２境界点間で変形率が０の追加映像点を検索する段階と、
同一行または列で前記追加映像点に隣接する前記第２境界点の変形率から前記追加映像点の変形率類推値を生成する段階と、
前記変形率類推値を前記追加映像点の変形率で設定する段階と
を備えることを特徴とする請求項６に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。