JP5948527B1 - 超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの機能構成を示すブロック図である。同図に示す超音波診断システム1は、観測対象である被検体へ超音波を送信し、該被検体で反射された超音波を受信する超音波内視鏡2と、超音波内視鏡2が取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置3と、超音波観測装置3が生成した超音波画像を表示する表示装置4と、を備える。
A(f,z)=2αzf ・・・(1)
ここで、比例定数αは減衰率と呼ばれる量であり、単位長さおよび単位周波数あたりの減衰量である。また、zは超音波の受信深度であり、fは周波数である。減衰率αの具体的な値は、観測対象が生体である場合、生体の部位に応じて定まる。減衰率αの単位は、例えばdB/cm/MHzである。本実施の形態1において、減衰補正部333bは、観測対象に最も適合する減衰率(最適な減衰率)を設定するために、複数の減衰率候補値に対してそれぞれ減衰補正を行う。複数の減衰率候補値の詳細については、図10および図11を参照して後述する。
a=a0+2αz ・・・(2)
b=b0 ・・・(3)
c=c0+A(fM,z)=c0+2αzfM(=afM+b) ・・・(4)
式(2)、(4)からも明らかなように、減衰補正部333bは、超音波の受信深度zが大きいほど、補正量が大きい補正を行う。また、式(3)によれば、切片に関する補正は恒等変換である。これは、切片が周波数0(Hz)に対応する周波数成分であって減衰の影響を受けないためである。
I=af+b=(a0+2αz)f+b0 ・・・(5)
で表される。この式(5)からも明らかなように、直線L1は、減衰補正前の直線L10と比較して、傾きが大きく(a>a0)、かつ切片が同じ(b=b0)である。
A(f,z)=2αzf+2α1z ・・・(6)
式(6)の右辺第2項のα1は、超音波の受信深度zに比例して信号強度が変化する大きさを表す係数であり、単位長さあたりの減衰率に相当する。係数α1は、観測対象の組織が不均一であることや、ビーム合成時のチャンネル数の変更などに起因して発生する信号強度の変化を表す係数である。式(6)の右辺第2項が存在するため、補正特徴量cを用いて最適な減衰率を設定する場合は、補正特徴量cの分散を適用した方が正確に減衰を補正することができる(式(4)を参照)。一方、周波数fに比例する係数である補正特徴量aを用いて最適な減衰率を設定する場合は、補正特徴量aの分散を適用した方が、右辺第2項の影響を排除して正確に減衰を補正することができる。なお、減衰率αの単位がdB/cm/MHzである場合、係数α1の単位はdB/cmである。
図13は、本実施の形態1の変形例1に係る超音波観測装置の最適減衰率設定部が実行する処理の概要を示す図である。本変形例1において、最適減衰率設定部333は、分散を減衰率候補値の関数として求め、この関数の最小値を最適な減衰率として設定する。
図14は、本実施の形態1の変形例2に係る超音波観測装置が実行する関心領域ごとの最適減衰率の設定方法の概要を模式的に示す図である。本変形例2において、複数の関心領域は、最近接する関心領域を含む他の関心領域と交わりを有するように設定される。このため、超音波観測装置3は、関心領域を1ピクセルずつ動かしながら、各関心領域の最適な減衰率に応じた視覚情報をその関心領域の中央の画素に付与する。例えば図14に示す場合、最適減衰率設定部333は、関心領域ROI(j)に対して最適な減衰率を算出した後、この最適な減衰率に応じた視覚情報を、関心領域ROI(j)の中央の画素P(j)に付与する。同様に、最適減衰率設定部333は、関心領域ROI(j+1)、ROI(j+2)に対して最適な減衰率をそれぞれ算出した後、算出結果に応じた視覚情報を、関心領域ROI(j+1)の中央の画素P(j+1)、および関心領域ROI(j+2)の中央の画素P(j+2)に付与する。
図15は、本発明の実施の形態2に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの機能構成を示すブロック図である。同図に示す超音波診断システム5は、被検体へ超音波を送信し、該被検体で反射された超音波を受信する超音波内視鏡2と、超音波内視鏡2が取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置6と、超音波観測装置6が生成した超音波画像を表示する表示装置4と、を備える。
図18は、本実施の形態2の変形例に係る超音波観測装置6が実行する関心領域ごとの最適な減衰率設定処理の概要を示すフローチャートである。本変形例において、最適減衰率設定部611は、除外領域抽出部611aが抽出した除外領域を含まない関心領域に対してのみ視覚情報を付与する。図18のステップS71〜S75は、図16のステップS51〜S55に順次対応している。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態1、2によってのみ限定されるべきものではない。例えば、最適減衰率設定部は、超音波画像の全てのフレームで最適な減衰率に相当する最適減衰率相当値をそれぞれ算出し、最新のフレームにおける最適減衰率相当値を含む所定数の最適減衰率相当値の平均値、中央値または最頻値を最適な減衰率として設定してもよい。この場合には、各フレームで最適な減衰率を設定する場合と比較して、最適な減衰率の変化が少なくなってその値を安定させることができる。
2 超音波内視鏡
3、6 超音波観測装置
4 表示装置
21 超音波振動子
31 送受信部
32 信号処理部
33、61 演算部
34 画像処理部
35 入力部
36 制御部
37、62 記憶部
101 減衰率画像
102 関心領域
201 走査領域
211、212 除外領域
211a、211b 部分領域
301 減衰率画像
311 信号増幅部
331 増幅補正部
332 周波数解析部
333、611 最適減衰率設定部
333a 近似部
333b 減衰補正部
333c 統計処理部
341 Bモード画像データ生成部
342 減衰率画像データ生成部
371 スペクトル情報記憶部
372 関心領域情報記憶部
373 特徴量情報記憶部
374 視覚情報記憶部
611a 除外領域抽出部
621 除外領域情報記憶部
Claims (11)
- 観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、
前記超音波信号の周波数を解析することによって前記超音波信号の受信深度および受信方向に応じた複数の周波数スペクトルを算出する周波数解析部と、
前記複数の周波数スペクトルの特徴量をそれぞれ算出し、前記超音波が前記観測対象を伝播する際の減衰特性として互いに異なる減衰特性を与える複数の減衰率候補値の各々を用いて各周波数スペクトルの特徴量に対し前記超音波の減衰の影響を排除する減衰補正を施すことによって前記減衰率候補値ごとの前記各周波数スペクトルの補正特徴量を算出し、この算出結果をもとに前記複数の減衰率候補値の中から前記観測対象に最適な減衰率を設定する最適減衰率設定部と、
前記最適な減衰率に関する情報を表示する減衰率画像データを生成する減衰率画像データ生成部と、
を備えたことを特徴とする超音波観測装置。 - 前記最適減衰率設定部は、
各々が観測対象領域の一部をなす複数の関心領域を設定し、各関心領域に含まれる受信深度および受信方向に応じて算出された前記周波数スペクトルに基づいて各関心領域における前記最適な減衰率を算出し、
前記減衰率画像データ生成部は、
前記各関心領域における前記最適な減衰率に応じた視覚情報を前記各関心領域へ付与することによって前記減衰率画像データを生成することを特徴とする請求項1に記載の超音波観測装置。 - 前記複数の関心領域は、互いに交わりを持たず、
前記減衰率画像データ生成部は、
前記各関心領域に1つの視覚情報を付与することを特徴とする請求項2に記載の超音波観測装置。 - 前記各関心領域は、少なくとも最近接する他の関心領域と交わりを持ち、
前記減衰率画像データ生成部は、
前記各関心領域内の所定位置の画素に対して視覚情報を付与することを特徴とする請求項2に記載の超音波観測装置。 - 前記最適減衰率設定部は、
前記関心領域内で算出した前記補正特徴量の値が所定の範囲に含まれる点の集合を除外領域として抽出する除外領域抽出部をさらに有し、
前記除外領域抽出部が抽出した除外領域の各点における前記補正特徴量として、同一の前記関心領域の非除外領域における前記補正特徴量の統計値を付与することによって前記最適な減衰率を算出することを特徴とする請求項2に記載の超音波観測装置。 - 前記最適減衰率設定部は、
前記関心領域内で算出した前記補正特徴量の値が所定の範囲に含まれる点の集合を除外領域として抽出する除外領域抽出部をさらに有し、
前記除外領域抽出部が抽出した除外領域を含まない前記関心領域に対してのみ前記視覚情報を付与することを特徴とする請求項2に記載の超音波観測装置。 - 前記最適減衰率設定部は、
前記各周波数スペクトルをn次式(nは正の整数)で近似する処理を行うことによって前記特徴量を算出する近似部と、
前記特徴量に前記減衰補正を施すことによって前記補正特徴量を算出する減衰補正部と、
前記減衰率候補値ごとに前記補正特徴量の統計的なばらつきを算出し、該統計的なばらつきが最小である減衰率候補値を前記最適な減衰率として抽出する統計処理部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の超音波観測装置。 - 前記近似部は、
前記周波数スペクトルにおける所定の周波数帯域を一次式で近似し、前記一次式の切片および傾き、ならびに前記周波数帯域の中間周波数における前記一次式の値であるミッドバンドフィットのうち、前記傾きおよび前記ミッドバンドフィットのいずれか一方を含む一つまたは複数を前記特徴量として算出し、
前記減衰補正部および前記統計処理部は、
前記傾きおよび前記ミッドバンドフィットのいずれか一方に基づいて前記最適な減衰率を抽出することを特徴とする請求項7に記載の超音波観測装置。 - 前記統計処理部は、
前記統計的なばらつきを前記減衰率候補値の関数として算出し、
前記関数において前記統計的なばらつきが最小である減衰率候補値を前記最適な減衰率として抽出することを特徴とする請求項7に記載の超音波観測装置。 - 観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、
周波数解析部が前記超音波信号の周波数を解析することによって前記超音波振動子の走査位置に応じた複数の周波数スペクトルを算出する周波数解析ステップと、
最適減衰率設定部が、前記複数の周波数スペクトルの特徴量をそれぞれ算出し、前記超音波が前記観測対象を伝播する際の減衰特性として互いに異なる減衰特性を与える複数の減衰率候補値の各々を用いて各周波数スペクトルの特徴量に対し前記超音波の減衰の影響を排除する減衰補正を施すことによって前記減衰率候補値ごとの前記各周波数スペクトルの補正特徴量を算出し、この算出結果をもとに前記複数の減衰率候補値の中から前記観測対象に最適な減衰率を設定する最適減衰率設定ステップと、
減衰率画像データ生成部が前記最適な減衰率に関する情報を表示する減衰率画像データを生成する減衰率画像データ生成ステップと、
を有することを特徴とする超音波観測装置の作動方法。 - 観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置に、
周波数解析部が前記超音波信号の周波数を解析することによって前記超音波振動子の走査位置に応じた複数の周波数スペクトルを算出する周波数解析ステップと、
最適減衰率設定部が、前記複数の周波数スペクトルの特徴量をそれぞれ算出し、前記超音波が前記観測対象を伝播する際の減衰特性として互いに異なる減衰特性を与える複数の減衰率候補値の各々を用いて各周波数スペクトルの特徴量に対し前記超音波の減衰の影響を排除する減衰補正を施すことによって前記減衰率候補値ごとの前記各周波数スペクトルの補正特徴量を算出し、この算出結果をもとに前記複数の減衰率候補値の中から前記観測対象に最適な減衰率を設定する最適減衰率設定ステップと、
減衰率画像データ生成部が前記最適な減衰率に関する情報を表示する減衰率画像データを生成する減衰率画像データ生成ステップと、
を実行させることを特徴とする超音波観測装置の作動プログラム。
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