JP5948043B2 - 特性曲線情報に基づいてカラードップラ映像を提供する超音波システムおよび方法 - Google Patents

特性曲線情報に基づいてカラードップラ映像を提供する超音波システムおよび方法 Download PDF

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Description

本発明は超音波システムに関するもので、特にドップラ信号の特性を示す特性曲線（ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ）情報に基づいてカラードップラ映像を提供する超音波システムおよび方法に関するものである。
超音波システムは、無侵襲および非破壊特性を有しており、生体内部の情報を得るために医療分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要がなく、対象体の内部組織を高解像度の映像で医師に提供することができるため、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。
超音波システムは、対象体を含む生体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）を２次元映像で示すＢモード（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｍｏｄｅ）映像、ドップラ効果（ｄｏｐｐｌｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）を用いて動いている対象体（特に、血流）の速度をドップラスペクトルで示すＤモード（ｄｏｐｐｌｅｒ ｍｏｄｅ）映像、ドップラ効果を用いて動いている対象体の速度をカラーで示すＣモード（ｃｏｌｏｒ ｍｏｄｅ）映像、圧力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）を加えた時と加えない時の反応差を映像で示す弾性モード映像などを提供してくれる。特に、対象体が動いている場合、超音波システムは、超音波信号を動いている対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信してドップラ信号を形成する。超音波システムは、その形成されたドップラ信号に基づいてＣモード映像（即ち、カラードップラ映像）を形成する。
一方、ドップラ信号には、血流による血流信号だけでなく、血管壁、心臓壁、心臓弁などの動きによる低周波ドップラ信号も含まれる。この低周波ドップラ信号は、クラッタ信号（ｃｌｕｔｔｅｒ ｓｉｇｎａｌ）とも呼ばれ、血流による血流信号と比べて略１００倍以上の振幅を有する。このクラッタ信号は、血流速度を検出するのに邪魔になるので、正確な血流速度を検出するためにはドップラ信号からクラッタ信号を除去することが必須である。
超音波システムは、クラッタ信号を除去するために高域通過フィルタ（ｈｉｇｈ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）の一種のクラッタフィルタ（ｃｌｕｔｔｅｒ ｆｉｌｔｅｒ）を用いている。しかし、クラッタフィルタは、ドップラ信号からクラッタ信号を完全に除去することができないといった問題がある。
特開平９−２６２２３６号公報
本発明の課題は、ドップラ信号の速度成分とパワー成分を基準に血流による血流信号、クラッタ信号およびノイズを区分するための特性曲線情報に基づいて、ドップラ信号からクラッタ信号をフィルタリングする超音波システムおよび方法を提供することにある。
本発明における超音波システムは、生体に対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、ドップラ信号の速度成分およびパワー成分を基準に前記生体の血流による血流信号、クラッタ信号およびノイズを区分するための特性曲線情報を格納する格納部と、前記超音波データを用いて第１ドップラ信号を形成し、前記第１ドップラ信号にクラッタフィルタリング処理を行って第２ドップラ信号を形成し、前記第２ドップラ信号の速度成分およびパワー成分を算出し、前記算出された速度成分およびパワー成分に基づいてカラードップラ映像を形成し、前記特性曲線情報に基づいて前記カラードップラ映像にブレンディング処理を行うプロセッサとを備える。
また、本発明におけるカラードップラ映像提供方法は、ａ）生体に対応する超音波データを取得する段階と、ｂ）前記超音波データを用いて第１ドップラ信号を形成する段階と、ｃ）前記第１ドップラ信号にクラッタフィルタリング処理を行って第２ドップラ信号を形成する段階と、ｄ）前記第２ドップラ信号の速度成分およびパワー成分を算出する段階と、ｅ）前記算出された速度成分およびパワー成分に基づいてカラードップラ映像を形成する段階と、ｆ）ドップラ信号の速度成分およびパワー成分を基準に前記生体の血流による血流信号、クラッタ信号およびノイズを区分するための特性曲線情報に基づいて、前記カラードップラ映像にブレンディング処理を行う段階とを備える。
本発明は、クラッタフィルタリングにより完全に除去されていないクラッタ信号およびノイズをドップラ信号から除去することができるだけでなく、自然なカラードップラ映像を提供することができる。
本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。 Ｂモード映像および関心領域を示す例示図である。 本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における特性曲線を示す例示図である。 本発明の実施例によって、カラードップラ映像を形成する順序を示すフローチャートである。 本発明の実施例における透明度を示す例示図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、超音波システム１００は、ユーザ入力部１１０を備える。
ユーザ入力部１１０は、ユーザの入力情報を受信する。本実施例において、入力情報は、図２に示すように、Ｂモード映像ＢＩに関心領域ＲＩを設定するための関心領域設定情報を含む。しかし、入力情報は、必ずしもこれに限定されない。図２において、部号ＢＶは、血管を示す。関心領域ＲＩは、カラードップラモード映像を得るためのカラーボックス（ｃｏｌｏｒ ｂｏｘ）を含む。ユーザ入力部１１０は、コントロールパネル（ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｎｅｌ）、マウス（ｍｏｕｓｅ）、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）などを含む。
超音波システム１００は、超音波データ取得部１２０をさらに備える。超音波データ取得部１２０は、超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）を受信して超音波データを取得する。生体は、対象体（例えば、血流、心臓、胎児、肝臓等）を含む。
図３は、本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。図３を参照すると、超音波データ取得部１２０は、超音波プローブ３１０を備える。
超音波プローブ３１０は、電気的信号と超音波信号を相互変換する複数の電気音響変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ：以下単に変換素子と呼ぶ）（図示せず）を備える。超音波プローブ３１０は、超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号を形成する。受信信号は、アナログ信号である。超音波プローブ３１０は、コンベックスプローブ（ｃｏｎｖｅｘ ｐｒｏｂｅ）、リニアプローブ（ｌｉｎｅａｒ ｐｒｏｂｅ）などを含む。
超音波データ取得部１２０は、送信部３２０をさらに備える。送信部３２０は、超音波信号の送信を制御する。また、送信部３２０は、変換素子および集束点を考慮して、超音波映像を得るための電気的信号（以下、送信信号という）を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される送信信号を超音波信号に変換して生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号を形成する。送信部３２０は、送信信号形成部（図示せず）、送信遅延時間情報メモリ（図示せず）、送信ビームフォーマ（図示せず）などを備える。
本実施例において、送信部３２０は、Ｂモード映像ＢＩを得るための第１送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第１送信信号を超音波信号に変換して生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して第１受信信号を形成する。また、送信部３２０は、平均化回数（ｅｎｓｅｍｂｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）に基づいて、関心領域ＲＩに対応するカラードップラ映像を得るための第２送信信号を形成する。従って、超音波プローブ３１０は、送信部３２０から提供される第２送信信号を超音波信号に変換して生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して第２受信信号を形成する。平均化回数は、１つのスキャンライン（ｓｃａｎ−ｌｉｎｅ）に対応するドップラ信号を得るために超音波信号を送受信する回数を示す。
超音波データ取得部１２０は、受信部３３０をさらに備える。受信部３３０は、超音波プローブ３１０から提供される受信信号をアナログデジタル変換してデジタル信号を形成する。また、受信部３３０は、変換素子および集束点を考慮して、デジタル信号を受信集束させて受信集束信号を形成する。受信部３３０は、受信信号増幅部（図示せず）、アナログデジタル変換部（図示せず）、受信遅延時間情報メモリ（図示せず）、受信ビームフォーマ（図示せず）などを備える。
本実施例において、受信部３３０は、超音波プローブ３１０から提供される第１受信信号をアナログデジタル変換して第１デジタル信号を形成する。受信部３３０は、変換素子および集束点を考慮して、第１デジタル信号を受信集束させて第１受信集束信号を形成する。また、受信部３３０は、超音波プローブ３１０から提供される第２受信信号をアナログデジタル変換して第２デジタル信号を形成する。受信部３３０は、変換素子および集束点を考慮して、第２デジタル信号を受信集束させて第２受信集束信号を形成する。
超音波データ取得部１２０は、超音波データ形成部３４０をさらに備える。超音波データ形成部３４０は、受信部３３０から提供される受信集束信号を用いて、超音波映像に対応する超音波データを形成する。また、超音波データ形成部３４０は、超音波データを形成するのに必要な様々な信号処理（例えば、利得（ｇａｉｎ）調節等）を受信集束信号に行うこともできる。
本実施例において、超音波データ形成部３４０は、受信部３３０から提供される第１受信集束信号を用いて、Ｂモード映像ＢＩに対応する第１超音波データを形成する。第１超音波データは、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）データを含む。しかし、第１超音波データは、必ずしもこれに限定されない。また、超音波データ形成部３４０は、受信部３３０から提供される第２受信集束信号を用いて、カラードップラ映像に対応する第２超音波データ（即ち、アンサンブルデータ）を形成する。第２超音波データは、ＩＱ（ｉｎ−ｐｈａｓｅ／ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）データを含む。しかし、第２超音波データは必ずしもこれに限定されない。
再び図１を参照すると、超音波システム１００は、格納部１３０をさらに備える。格納部１３０は、超音波データ取得部１２０で取得された超音波データ（即ち、第１超音波データおよび第２超音波データ）を格納する。また、格納部１３０は、ドップラ信号の特性を示す特性曲線情報（ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を格納する。
本実施例において、格納部１３０は、ドップラ信号の速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）成分とパワー（ｐｏｗｅｒ）成分を基準にドップラ信号から血流による血流信号、血管壁などの動きによるクラッタ信号およびノイズを区分するための特性曲線情報を格納する。一例として、特性曲線は、図４に示すように、血流信号に対応する第１領域４１０、クラッタ信号に対応する第２領域４２０、ノイズに対応する第３領域４３０、血流信号とクラッタ信号が混在する第４領域４４０および血流信号とノイズが混在する第５領域４５０を区分するための曲線である。
超音波システム１００は、プロセッサ１４０をさらに備える。プロセッサ１４０は、ユーザ入力部１１０、超音波データ取得部１２０および格納部１３０に連結される。プロセッサ１４０は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサまたはＧＰＵ（ｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）などを含む。
図５は、本発明の実施例によって、カラードップラ映像を形成する順序を示すフローチャートである。図５を参照すると、プロセッサ１４０は、超音波データ取得部１２０から提供される第１超音波データを用いてＢモード映像ＢＩを形成する（Ｓ５０２）。Ｂモード映像は、ディスプレイ部１５０に表示される。従って、ユーザは、ユーザ入力部１１０を用いてＢモード映像ＢＩに関心領域ＲＩを設定することができる。
プロセッサ１４０は、ユーザ入力部１１０から提供される入力情報に基づいて、Ｂモード映像ＢＩに関心領域ＲＩを設定する（Ｓ５０４）。従って、超音波データ取得部１２０は、関心領域ＲＩに対応する第２超音波データを取得することができる。
プロセッサ１４０は、超音波データ取得部１２０から提供される第２超音波データを用いてドップラ信号（以下、第１ドップラ信号という）を形成する（Ｓ５０６）。第１ドップラ信号は、血流による血流信号、血管壁などの動きによるクラッタ信号およびノイズを含む。
プロセッサ１４０は、第１ドップラ信号にクラッタフィルタリング処理を行ってフィルタリング処理されたドップラ信号（以下、第２ドップラ信号という）を形成する（Ｓ５０８）。クラッタフィルタリング処理は、公知となった多様なクラッタフィルタを用いて行うことができるため、本実施例では詳細に説明しない。
プロセッサ１４０は、第２ドップラ信号の速度成分およびパワー成分を算出する（Ｓ５１０）。速度成分およびパワー成分は、公知となった多様な方法を用いて算出することができるため、本実施例では詳細に説明しない。
プロセッサ１４０は、算出された速度成分およびパワー成分に基づいてカラードップラ映像を形成する（Ｓ５１２）。速度成分およびパワー成分に基づいてカラードップラ映像を形成する方法は、公知となった多様な方法を用いることができるため、本実施例では詳細に説明しない。
プロセッサ１４０は、格納部１３０に格納された特性曲線情報に基づいて、前記算出された速度成分およびパワー成分の特性を分析して特性分析情報を形成する（Ｓ５１４）。本実施例において、プロセッサ１４０は、格納部１３０に格納された特性曲線情報に基づいて、算出された速度成分およびパワー成分が特性曲線情報の第１領域４１０〜第５領域４５０の何れの領域に該当するか判断し、その判断結果に対応する特性分析情報を形成する。
プロセッサ１４０は、特性分析情報に基づいてカラードップラ映像の透明度を設定する（Ｓ５１６）。一例として、プロセッサ１４０は、図６に示すように、算出された速度成分およびパワー成分が特性曲線情報の第１領域４１０に該当する特性分析情報に基づいて、カラードップラ映像の透明度を第１透明度Ｔ０に設定する。第１透明度Ｔ０は、０の値を有する。しかし、第１透明度は、必ずしもこれに限定されない。
プロセッサ１４０は、図６に示すように、算出された速度成分およびパワー成分が特性曲線情報の第２領域４２０または第３領域４３０に該当する特性分析情報に基づいて、カラードップラ映像の透明度を第２透明度Ｔ１に設定する。第２透明度Ｔ１は、１の値を有する。しかし、第２透明度は、必ずしもこれに限定されない。
プロセッサ１４０は、図６に示すように、算出された速度成分およびパワー成分が特性曲線情報の第４領域４４０または第５領域４５０に該当する特性分析情報に基づいて、カラードップラ映像の第３透明度を設定する。第３透明度は、第１透明度Ｔ０〜第２透明度Ｔ１の間の透明度に設定される（０＜第３透明度＜１）。即ち、プロセッサ１４０は、算出された速度成分およびパワー成分が第１領域４１０に近接するほど第１透明度Ｔ０に近接する第３透明度を設定し、第２領域４２０または第３領域４３０に近接するほど第２透明度Ｔ１に近接する第３透明度を設定する。
プロセッサ１４０は、設定された透明度に基づいてカラードップラ映像にブレンディング（ｂｌｅｎｄｉｎｇ）処理を行う（Ｓ５１８）。本実施例において、プロセッサ１４０は、設定された透明度に基づいてカラードップラ映像の透明度処理を行い、Ｂモード映像ＢＩに設定された関心領域ＴＩ上にカラードップラ映像を合成させる。
再び図１を参照すると、超音波システム１００は、ディスプレイ部１５０をさらに備える。ディスプレイ部１５０は、プロセッサ１４０で形成されたＢモード映像ＢＩを表示する。また、ディスプレイ部１５０は、プロセッサ１４０で形成されたカラードップラ映像を表示する。
本発明は、望ましい実施例によって説明および例示をしたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項および範疇を逸脱することなく、様々な変形および変更が可能である。
１００ 超音波システム
１１０ ユーザ入力部
１２０ 超音波データ取得部
１３０ 格納部
１４０ プロセッサ
１５０ ディスプレイ部
ＢＩ Ｂモード映像
ＲＩ 関心領域
ＢＶ 血管
３１０ 超音波プローブ
３２０ 送信部
３３０ 受信部
３４０ 超音波データ形成部
４１０ 第１領域
４２０ 第２領域
４３０ 第３領域
４４０ 第４領域
４５０ 第５領域
Ｔ０ 第１透明度
Ｔ１ 第２透明度

Claims (10)

  1. 生体に対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、
    ドップラ信号の速度成分およびパワー成分を基準に前記生体の血流による血流信号、クラッタ信号およびノイズを区分するための特性曲線情報を格納する格納部と、
    前記超音波データを用いて第１ドップラ信号を形成し、前記第１ドップラ信号にクラッタフィルタリング処理を行って第２ドップラ信号を形成し、前記第２ドップラ信号の速度成分およびパワー成分を算出し、前記算出された速度成分およびパワー成分に基づいてカラードップラ映像を形成し、前記特性曲線情報に基づいて前記算出された速度成分及びパワー成分に対する特性を分析して特性分析情報を形成し、前記特性分析情報に基づいて前記カラードップラ映像にブレンディング処理を行うプロセッサと
    を備え、
    前記特性曲線情報は、前記血流信号に対応する第１領域、前記クラッタ信号に対応する第２領域、前記ノイズに対応する第３領域、前記血流信号と前記クラッタ信号が混在する第４領域、および前記血流信号と前記ノイズが混在する第５領域を区分するための特性曲線を含み、
    前記プロセッサは、前記特性分析情報に基づいて前記カラードップラ映像上の前記第４領域の透明度を前記第１領域及び前記第２領域の透明度と異なるように設定し、前記第５領域の透明度を前記第１領域及び前記第３領域の透明度と異なるように設定し、
    前記設定された透明度に基づいて前記カラードップラ映像に透明度処理を行う前記ブレンディング処理を行うことを特徴とする超音波システム。
  2. 前記プロセッサは、
    前記特性曲線情報に基づいて、前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第１領域〜前記第５領域の何れの領域に該当するかを判断し、
    前記判断結果に対応する前記特性分析情報を形成し、
    前記特性分析情報に基づいて前記ブレンディング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
  3. 前記プロセッサは、
    前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第１領域に該当する前記特性分析情報に基づいて、前記カラードップラ映像の前記透明度を第１透明度に設定し、
    前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第２領域または前記第３領域に該当する前記特性分析情報に基づいて、前記カラードップラ映像の前記透明度を第２透明度に設定し、
    前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第４領域または前記第５領域に該当する前記特性分析情報に基づいて、前記カラードップラ映像の前記透明度を第３透明度に設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
  4. 前記第１透明度は０であり、前記第２透明度は１であり、前記第３透明度は前記第１透明度と前記第２透明度との間の透明度であることを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
  5. 前記プロセッサは、前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第１領域に近接するほど前記第１透明度に近接した前記第３透明度を設定し、前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第２領域または前記第３領域に近接するほど前記第２透明度に近接した前記第３透明度を設定することを特徴とする請求項３または４に記載の超音波システム。
  6. ａ）生体に対応する超音波データを取得する段階と、
    ｂ）前記超音波データを用いて第１ドップラ信号を形成する段階と、
    ｃ）前記第１ドップラ信号にクラッタフィルタリング処理を行って第２ドップラ信号を形成する段階と、
    ｄ）前記第２ドップラ信号の速度成分およびパワー成分を算出する段階と、
    ｅ）前記算出された速度成分およびパワー成分に基づいてカラードップラ映像を形成する段階と、
    ｆ）ドップラ信号の速度成分およびパワー成分を基準に前記生体の血流による血流信号、クラッタ信号およびノイズを区分するための特性曲線情報に基づいて、前記算出された速度成分及びパワー成分に対する特性を分析して特性分析情報を形成する段階と、
    ｇ）前記特性分析情報に基づいて前記カラードップラ映像にブレンディング処理を行う段階と
    を備え、
    前記特性曲線情報は、前記血流信号に対応する第１領域、前記クラッタ信号に対応する第２領域、前記ノイズに対応する第３領域、前記血流信号と前記クラッタ信号が混在する第４領域、および前記血流信号と前記ノイズが混在する第５領域を区分するための特性曲線を含み、
    前記段階ｇ）は、
    ｇ１）前記特性分析情報に基づいて前記カラードップラ映像上の前記第４領域の透明度を前記第１領域及び前記第２領域の透明度と異なるように設定し、前記第５領域の透明度を前記第１領域及び前記第３領域の透明度と異なるように設定する段階と、
    ｇ２）前記設定された透明度に基づいて前記カラードップラ映像に透明度処理を行う前記ブレンディング処理を行う段階とを含むことを特徴とするカラードップラ映像提供方法。
  7. 前記段階ｆ）は、
    ｆ１）前記特性曲線情報に基づいて、前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第１領域〜前記第５領域の何れの領域に該当するかを判断する段階と、
    ｆ２）前記判断結果に対応する前記特性分析情報を形成する段階と、
    ｆ３）前記特性分析情報に基づいて前記カラードップラ映像に前記ブレンディング処理を行う段階と
    を備えることを特徴とする請求項６に記載のカラードップラ映像提供方法。
  8. 前記段階ｇ１）は、
    ｇ１１）前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第１領域に該当する前記特性分析情報に基づいて、前記カラードップラ映像の前記透明度を第１透明度に設定する段階と、
    ｇ１２）前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第２領域または前記第３領域に該当する前記特性分析情報に基づいて、前記カラードップラ映像の前記透明度を第２透明度に設定する段階と、
    ｇ１３）前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第４領域または前記第５領域に該当する前記特性分析情報に基づいて、前記カラードップラ映像の前記透明度を第３透明度に設定する段階と
    を備えることを特徴とする請求項６に記載のカラードップラ映像提供方法。
  9. 前記第１透明度は０であり、前記第２透明度は１であり、前記第３透明度は前記第１透明度と前記第２透明度との間の透明度であることを特徴とする請求項８に記載のカラードップラ映像提供方法。
  10. 前記段階ｇ１３）は、
    前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第１領域に近接するほど前記第１透明度に近接した前記第３透明度を設定し、前記算出された速度成分およびパワー成分が前記第２領域または前記第３領域に近接するほど前記第２透明度に近接した前記第３透明度を設定する段階
    を備えることを特徴とする請求項８または９に記載のカラードップラ映像提供方法。
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