JP6274517B2 - 超音波診断装置及び超音波画像処理プログラム - Google Patents
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Description
図1及び図2は、この実施形態の超音波診断装置1の構成を示すブロック図である。超音波診断装置1は、超音波プローブ10と、送信部11と、受信部12と、断層画像データ生成部13と、血流情報生成部14と、変化検出部15と、条件変更部16と、画像生成部17と、表示制御部18と、表示部19と、システム制御部20と、操作部21とを有する。
超音波プローブ10には、複数の超音波振動子が走査方向に1列に配置された1次元アレイプローブ、又は、複数の超音波振動子が2次元的に配置された2次元アレイプローブが用いられる。また、走査方向に1列に配置された複数の超音波振動子を、走査方向に直交する揺動方向に揺動させる機械式1次元アレイプローブを用いてもよい。超音波プローブ10は被検体に超音波を送信し、被検体からの反射波をエコー信号として受信する。
送信部11は、超音波プローブ10に電気信号を供給して超音波を発生させる。送信部11は、図示しない送信遅延回路及びパルサ回路を有する。送信遅延回路は、超音波の送信時に遅延を掛けて送信フォーカスを実施する。パルサ回路は、各超音波振動子に対応した経路(チャンネル)の数に応じたパルサを備え、遅延が掛けられた送信タイミングで駆動パルスを発生し、超音波プローブ10の各超音波振動子に供給する。
受信部12は、超音波プローブ10が受信したエコー信号を受信する。受信部12は、超音波プローブ10が受信したエコー信号を受信し、そのエコー信号に対して遅延処理を行うことにより、アナログのエコー信号を整相された(受信ビームフォームされた)デジタルのデータに変換する。
断層画像データ生成部13は、超音波を送信された被検体からの反射波に基づく受信信号を受信部12から受け、被検体の断層画像データを複数の時間について逐次求める。換言すると、断層画像データ生成部13は、受信部12から受けた受信信号に基づいて、一定の時間間隔(フレームレート)ごとに断層画像データを求める。ある時間について求められた断層画像データは、求められた時間についての静止画(フレーム)に対応する。断層画像データには、後述する、ログ圧縮部130からの出力、エッジ強調部131からの出力、断層平滑化処理部132からの出力、及び断層パーシスタンス部133からの出力のいずれかが含まれる。断層画像データ生成部13は、ログ圧縮部130と、エッジ強調部131と、断層平滑化処理部132と、断層パーシスタンス部133とを有する。ログ圧縮部130は、対数変換による圧縮処理を受信信号に施し、エッジ強調部131と記憶部150とへ出力する。エッジ強調部131は、ログ圧縮部130からの信号のエッジを強調し、断層平滑化処理部132へ出力する。断層平滑化処理部132は、エッジ強調部131からの信号に平滑化フィルタリング処理を施し、断層パーシスタンス部133へ出力する。断層パーシスタンス部133は、断層平滑化処理部132から過去に受けた信号と断層平滑化処理部132から新たに受けた信号とを重み付け加算する。断層パーシスタンス部133は、重み付け加算した信号を画像生成部17へ出力する。
血流情報生成部14は、受信信号を受信部12から受け、指定された信号処理条件に基づく処理を受信信号に施して被検体の血流情報を求める。血流情報生成部は、受信信号を受け、被検体の血流情報に係る速度閾値を含む信号処理条件に基づく処理を受信信号に施して血流情報を求める。信号処理条件は、後述する、周波数特性、速度閾値、分散閾値、下限パワー閾値、若しくは上限パワー閾値、又はこれらの組み合わせを含む。血流情報は、被検体における血流の速度、分散、若しくはパワー、又はこれらの組み合わせを含む。また、血流情報生成部14は、一定の時間間隔ごとに血流情報を求める。ある時間について求められた血流情報は、求められた時間についての静止画(フレーム)に対応する。また、血流情報生成部14は、条件変更部16が信号処理条件を変更したとき、変更された信号処理条件に基づく処理を受信信号に施して血流情報を求める。信号処理条件は、ユーザによって指定されてもよく、プリセットされてもよい。血流情報生成部14は、周波数フィルタ140、自己相関部141、算出部142、ブランク処理部143、血流平滑化処理部144、及び血流パーシスタンス部145を有する。
変化検出部15は、時間が互いに異なる複数の断層画像データを断層画像データ生成部13から受け、受けた複数の断層画像データの時間軸方向における変化の大きさを検出する。変化検出部15は、最新の時間について求められた断層画像データである最新フレームと、最新の時間より過去の時間について求められた断層画像データである過去フレームとを記憶部150から読み出す。変化検出部15は、最新フレームにおける信号の振幅の平均値である最新平均値と、過去フレームにおける信号の振幅の平均値である過去平均値とを算出する。変化検出部15は、最新平均値と過去平均値との差分を算出し、この差分を断層画像データの時間軸方向における変化の大きさとして検出する。このとき、算出された差分が大きいほど、検出される変化の大きさは大きい。変化検出部15は、検出した変化の大きさを条件変更部16へ出力する。なお、変化検出部15は、記憶部150が過去フレームを記憶していないとき、断層画像データの時間軸方向における変化の大きさを検出しない。
条件変更部16は、変化検出部15が検出した断層画像データの時間軸方向における変化の大きさに基づいて信号処理条件を変更する。例えば、条件変更部16は、信号処理条件のうち周波数フィルタ140の周波数特性を変更する。条件変更部16は、断層画像データの時間軸方向における変化の大きさと周波数特性とを対応付けて予め記憶する。条件変更部16は、変化検出部15による断層画像データの時間軸方向における変化の大きさに対応付けられた周波数特性を読み出し、周波数フィルタ140の周波数特性を読み出した周波数特性に変更する。
画像生成部17は、断層画像データ生成部13により出力された断層画像データと血流情報生成部14により出力された血流情報とに基づいて超音波画像データを生成する。画像生成部17は、例えばDSC(Digital Scan Converter:デジタルスキャンコンバータ)を有する。画像生成部17は、走査線の信号列で表される断層画像データと血流情報とを直交座標系で表される画像データに変換する(スキャンコンバージョン処理)。画像生成部17が生成した超音波画像データは、断層画像データ(Bモード画像データ)を表す断層画像(Bモード画像)と血流情報(カラードプラ情報)を表す血流画像(カラードプラ画像)とが重ねられた画像を表すデータである。画像生成部17は、生成した超音波画像データを表示制御部18へ出力する。
表示制御部18は、超音波画像データを画像生成部17から受け、超音波画像データに基づく超音波画像を表示部19に表示させる。
システム制御部20は、超音波診断装置1の各部を制御する。システム制御部20は、例えば、記憶装置と処理装置とを含んで構成される。記憶装置には、超音波診断装置1の各部の機能を実行するためのコンピュータプログラムが記憶されている。処理装置は、これらコンピュータプログラムを実行することで、上記機能を実現する。
操作部21は、ユーザによる操作を受けて、この操作の内容に応じた信号や情報を装置各部に入力する。操作部21は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネルなどによって構成される。また、操作部21は、必ずしも超音波診断装置1の一体として備えられる必要はなく、一般的なインターフェイスを介して信号や情報を装置各部に入力する構成でもよい。
図4は、この実施形態の超音波診断装置1の動作を示すフローチャートである。
断層画像データ生成部13は、超音波を送信された被検体からの反射波に基づく受信信号を受信部12から受け、被検体の断層画像データを求める。このとき、ログ圧縮部130は、対数変換による圧縮処理を受信信号に施し、エッジ強調部131と記憶部150とへ出力する。エッジ強調部131は、ログ圧縮部130からの信号のエッジを強調し、断層平滑化処理部132へ出力する。断層平滑化処理部132は、エッジ強調部131からの信号に平滑化フィルタリング処理を施し、断層パーシスタンス部133へ出力する。断層パーシスタンス部133は、断層平滑化処理部132から過去に受けた信号と断層平滑化処理部132から新たに受けた信号とを重み付け加算する。断層パーシスタンス部133は、重み付け加算した信号を画像生成部17へ出力する。
記憶部150は、ログ圧縮部130から受けた断層画像データを記憶する。
記憶部150が、ログ圧縮部130から受けた最新の断層画像データ(最新フレーム)とともに該断層画像データより過去についての断層画像データ(過去フレーム)を記憶しているとき(ステップS03;YES)、ステップS04へ進む。記憶部150が、ログ圧縮部130から受けた最新の断層画像データ(最新フレーム)とともに該断層画像データより過去についての断層画像データ(過去フレーム)を記憶していないとき(ステップS03;NO)、ステップS07へ進む。
変化検出部15は、最新の時間について求められた断層画像データである最新フレームと、最新の時間より過去の時間について求められた断層画像データである過去フレームとを記憶部150から読み出す。変化検出部15は、読み出した断層画像データに基づいて断層画像データの時間軸方向における変化の大きさを検出する。変化検出部15は、検出した変化の大きさを条件変更部16へ出力する。
記憶部150は、記憶していた過去フレームを削除し、記憶していた最新フレームを過去フレームとして記憶する。
条件変更部16は、変化検出部15による断層画像データの時間軸方向における変化の大きさに基づいて血流情報生成部14の信号処理条件を変更する。信号処理条件には、周波数フィルタ140の周波数特性、ブランク処理部143の速度閾値V、分散閾値T、若しくは下限パワー閾値P1及び上限パワー閾値P2、又はこれらの組み合わせが含まれる。このとき、条件変更部16は、変化検出部15が検出した断層画像データの時間軸方向における変化が大きいほど、速度閾値Vを高くし、分散閾値Tを低くし、下限パワー閾値P1を高くし、上限パワー閾値P2を低くする。
血流情報生成部14は、受信信号を受信部12から受け、信号処理条件に基づく処理を受信信号に施して被検体の血流情報を求める。このとき、周波数フィルタ140は、周波数特性に基づくフィルタ処理を受信部12からの受信信号に施す。自己相関部141は、周波数フィルタ140からの信号について自己相関演算を行う。算出部142は、被検体における血流の速度、分散、若しくはパワー、又はこれらの組み合わせを算出する。ブランク処理部143は、算出部142から受けた速度のうち速度閾値以上の速度を血流平滑化処理部144へ出力する。また、ブランク処理部143は、算出部142から受けた分散のうち分散閾値以上の分散を血流平滑化処理部144へ出力する。また、ブランク処理部143は、算出部142から受けたパワーのうち下限パワー閾値以上かつ上限パワー以下のパワーを血流平滑化処理部144へ出力する。血流平滑化処理部144は、ブランク処理部143による出力を受け平滑化フィルタリング処理を施し、血流パーシスタンス部145へ出力する。血流パーシスタンス部145は、血流平滑化処理部144から過去に受けた信号と血流平滑化処理部144から新たに受けた信号とを重み付け加算する。血流パーシスタンス部145は、重み付け加算した信号を画像生成部17へ出力する。
画像生成部17は、断層画像データ生成部13により出力された断層画像データと血流情報生成部14により出力された血流情報とに基づいて超音波画像データを生成する。
表示制御部18は、超音波画像データを画像生成部17から受け、超音波画像データに基づく超音波画像を表示部19に表示させる。
超音波診断を続行するとき(ステップS10;YES)、ステップS01へ戻る。超音波診断を続行しないとき(ステップS10;NO)、動作を終了する。
この実施形態の超音波診断装置1の効果について説明する。
[構成]
図6は、この変形例の超音波診断装置1の構成を示すブロック図である。この変形例の超音波診断装置1は、前述の実施形態の超音波診断装置1に比べ、主に血流情報生成部14の構成が異なる。なお、この変形例において、前述の実施形態と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
図7は、この変形例の超音波診断装置1の動作を示すフローチャートである。
断層画像データ生成部13は、超音波を送信された被検体からの反射波に基づく受信信号を受信部12から受け、被検体の断層画像データを求める。このとき、ログ圧縮部130は、対数変換による圧縮処理を受信信号に施し、エッジ強調部131と記憶部150とへ出力する。エッジ強調部131は、ログ圧縮部130からの信号のエッジを強調し、断層平滑化処理部132へ出力する。断層平滑化処理部132は、エッジ強調部131からの信号に平滑化フィルタリング処理を施し、断層パーシスタンス部133へ出力する。断層パーシスタンス部133は、断層平滑化処理部132から過去に受けた信号と断層平滑化処理部132から新たに受けた信号とを重み付け加算する。断層パーシスタンス部133は、重み付け加算した信号を画像生成部17へ出力する。
記憶部150は、ログ圧縮部130から受けた断層画像データを記憶する。
記憶部150が、ログ圧縮部130から受けた最新の断層画像データ(最新フレーム)とともに該断層画像データより過去についての断層画像データ(過去フレーム)を記憶しているとき(ステップS23;YES)、ステップS24へ進む。記憶部150が、ログ圧縮部130から受けた最新の断層画像データ(最新フレーム)とともに該断層画像データより過去についての断層画像データ(過去フレーム)を記憶していないとき(ステップS23;NO)、ステップS27へ進む。
変化検出部15は、最新の時間について求められた断層画像データである最新フレームと、最新の時間より過去の時間について求められた断層画像データである過去フレームとを記憶部150から読み出す。変化検出部15は、読み出した断層画像データに基づいて断層画像データの時間軸方向における変化の大きさを検出する。変化検出部15は、検出した断層画像データの時間軸方向における変化の大きさを条件変更部16へ出力する。
記憶部150は、記憶していた過去フレームを削除し、記憶していた最新フレームを過去フレームとして記憶する。
条件変更部16は、変化検出部15による断層画像データの時間軸方向における変化の大きさに基づいて血流情報生成部14の信号処理条件を変更する。信号処理条件には、周波数フィルタ140の周波数特性、ブランク処理部143の速度閾値、分散閾値、若しくは下限パワー閾値及び上限パワー閾値、又はこれらの組み合わせが含まれる。このとき、条件変更部16は、変化検出部15が検出した変化の大きさが大きいほど、速度閾値を高くし、分散閾値を低くし、下限パワー閾値を高くし、上限パワー閾値を低くする。また、条件変更部16は、変化検出部15が検出した断層画像データの時間軸方向における変化の大きさを受け、受けた断層画像データの時間軸方向における変化の大きさの大きさに基づいてクラッタ推定部146の信号処理条件である基準値を変更する。
血流情報生成部14は、受信信号を受信部12から受け、信号処理条件に基づく処理を受信信号に施して被検体の血流情報を求める。このとき、周波数フィルタ140は、周波数特性に基づくフィルタ処理を受信部12からの受信信号に施す。自己相関部141は、周波数フィルタ140からの信号について自己相関演算を行う。算出部142は、被検体における血流の速度、分散、若しくはパワー、又はこれらの組み合わせを算出する。ブランク処理部143は、算出部142から受けた速度のうち速度閾値以上の速度を血流平滑化処理部144へ出力する。また、ブランク処理部143は、算出部142から受けた分散のうち分散閾値以上の分散を血流平滑化処理部144へ出力する。また、ブランク処理部143は、算出部142から受けたパワーのうち下限パワー閾値以上かつ上限パワー以下のパワーを血流平滑化処理部144へ出力する。血流平滑化処理部144は、ブランク処理部143による出力を受け平滑化フィルタリング処理を施し、血流パーシスタンス部145へ出力する。血流パーシスタンス部145は、血流平滑化処理部144から過去に受けた信号と血流平滑化処理部144から新たに受けた信号とを重み付け加算する。血流パーシスタンス部145は、重み付け加算した信号を画像生成部17へ出力する。
クラッタ推定部146は、算出部142が算出した血流の速度、分散、及びパワーに基づいて、周波数フィルタ140を通過した信号にどの程度クラッタが含まれているかを推定し、周波数フィルタ140のフィルタ特性を変更する。
画像生成部17は、断層画像データ生成部13により出力された断層画像データと血流情報生成部14により出力された血流情報とに基づいて超音波画像データを生成する。
表示制御部18は、超音波画像データを画像生成部17から受け、超音波画像データに基づく超音波画像を表示部19に表示させる。
超音波診断を続行するとき(ステップS31;YES)、ステップS01へ戻る。超音波診断を続行しないとき(ステップS31;NO)、動作を終了する。
この変形例の超音波診断装置1の効果について説明する。
この変形例の超音波診断装置1は、クラッタやモーションアーチファクトに基づく像を、血流情報を表す像よりも弱く表示可能な超音波画像を生成する。この変形例の超音波診断装置1は、前述の実施形態の超音波診断装置1に比べ、主に、血流情報生成部14の構成が異なる。なお、この変形例において、前述の実施形態と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。
10 超音波プローブ
11 送信部
12 受信部
13 断層画像データ生成部
14 血流情報生成部
15 変化検出部
16 条件変更部
17 画像生成部
18 表示制御部
19 表示部
20 システム制御部
21 操作部
130 ログ圧縮部
131 エッジ強調部
132 断層平滑化処理部
133 断層パーシスタンス部
140 周波数フィルタ
141 自己相関部
142 算出部
143 ブランク処理部
144 血流平滑化処理部
145 血流パーシスタンス部
146 クラッタ推定部
147 判別処理部
150 記憶部
Claims (11)
- 超音波を送信された被検体からの反射波に基づく受信信号を受け、前記被検体の断層画像データを複数の時間について逐次求める断層画像データ生成部と、
前記受信信号を受け、前記被検体の血流情報に係る速度閾値を含む信号処理条件に基づく処理を前記受信信号に施して前記血流情報を求める血流情報生成部と、
時間が互いに異なる複数の前記断層画像データを受け、受けた複数の前記断層画像データの時間軸方向における変化の大きさを検出する変化検出部と、
前記変化検出部が検出した時間軸方向における変化の大きさに基づいて前記信号処理条件を変更する条件変更部と
を有し、
前記血流情報生成部は、前記条件変更部が前記信号処理条件を変更したとき、変更された前記信号処理条件に基づく処理を前記受信信号に施して前記血流情報を求める
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記血流情報生成部は、前記被検体における血流の速度を算出し、
前記速度閾値は、算出された前記速度について、前記血流情報生成部が前記血流情報として求めるための境目の値であり、
前記血流情報生成部は、算出した前記速度のうち、前記速度閾値以上の速度を前記血流情報として求め、
前記条件変更部は、前記速度閾値を変更し、
前記血流情報生成部は、前記条件変更部が前記速度閾値を変更したとき、変更された前記速度閾値以上の速度を前記血流情報として求める
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記条件変更部は、前記変化検出部が検出した時間軸方向における変化の大きさが大きいほど、前記速度閾値を高くすることを特徴とする請求項2に記載の超音波診断装置。
- 前記血流情報生成部は、前記被検体における血流の分散を算出し、
前記信号処理条件は、算出された前記分散について、前記血流情報生成部が前記血流情報として求めるための境目の値である分散閾値を含み、
前記血流情報生成部は、算出した前記分散のうち、前記分散閾値以上の分散を前記血流情報として求め、
前記条件変更部は、前記分散閾値を変更し、
前記血流情報生成部は、前記条件変更部が前記分散閾値を変更したとき、変更された前記分散閾値以上の分散を前記血流情報として求める
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記条件変更部は、前記変化検出部が検出した時間軸方向における変化の大きさが大きいほど、前記分散閾値を低くすることを特徴とする請求項4に記載の超音波診断装置。
- 前記血流情報生成部は、前記被検体における血流のパワーを算出し、
前記信号処理条件は、算出された前記パワーについて、前記血流情報生成部が前記血流情報として求めるための境目の値である下限パワー閾値と上限パワー閾値とを含み、
前記血流情報生成部は、算出した前記パワーのうち、前記下限パワー閾値以上かつ前記上限パワー閾値以下のパワーを前記血流情報として求め、
前記条件変更部は、前記下限パワー閾値と前記上限パワー閾値とを変更し、
前記血流情報生成部は、前記条件変更部が前記下限パワー閾値と前記上限パワー閾値とを変更したとき、変更された前記下限パワー閾値以上かつ前記上限パワー閾値以下のパワーを前記血流情報として求める
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記条件変更部は、前記変化検出部が検出した時間軸方向における変化の大きさが大きいほど、前記下限パワー閾値を高くし、前記上限パワー閾値を低くすることを特徴とする請求項6に記載の超音波診断装置。
- 前記信号処理条件は、周波数フィルタの周波数特性を含み、
前記血流情報生成部は、指定された前記周波数特性に基づくフィルタ処理を前記受信信号に施す前記周波数フィルタを有し、
前記条件変更部は、前記信号処理条件に含まれる前記周波数特性を変更し、
前記血流情報生成部は、前記条件変更部が前記周波数特性を変更したとき、変更された前記周波数特性に基づく処理を前記受信信号に施して前記血流情報を求める
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 - 血流情報生成部は、予め記憶した基準値と前記血流情報とに基づいて、前記血流情報に含まれるクラッタを推定し、推定したクラッタに基づいて前記周波数特性を変更するクラッタ推定部を有し、
前記条件変更部は、前記変化検出部が検出した時間軸方向における変化の大きさに基づいて、前記基準値を変更する
ことを特徴とする請求項8に記載の超音波診断装置。 - 前記血流情報生成部は、前記信号処理条件に基づいて、前記受信信号が前記血流情報を表すか否か判別する判別処理部を有し、
前記判別処理部による判別結果に基づいて、前記血流情報を表すと判別された前記受信信号に基づく像よりも、前記血流情報を表さないと判別された前記受信信号に基づく像を弱く表示可能な超音波画像データを生成する画像生成部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 - 超音波を送信された被検体からの反射波に基づく受信信号を処理するコンピュータに、
前記被検体の断層画像データを複数の時間について逐次求めさせ、
前記被検体の血流情報に係る速度閾値を含む信号処理条件に基づく処理を前記受信信号に施して前記血流情報を求めさせ、
時間が互いに異なる複数の前記断層画像データの時間軸方向における変化の大きさを検出させ、
検出された時間軸方向における変化の大きさに基づいて前記信号処理条件を変更させた後、変更された前記信号処理条件に基づいて前記血流情報を求めさせる
ことを特徴とする超音波画像処理プログラム。
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