JPH02280739A - 超音波エコーグラフ結像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は得られる像における干渉雑音を低減させるアダ
プティブフィルタを具えている二次元用の超音波エコー
グラフ結像装置に関するものである。

本発明は医療用エコーグラフィ、殊に器管結像用の分野
に特に有利に用いられる。

超音波エコーグラフ結像装置における解決すべき技術的
な問題は大抵の場合、診断すべき媒体の像をできるだけ
正確、即ちその像の輪郭及び像に含まれるスベキエラ壁
に関する像をできるだけ正確に形成することにある。

（従来の技術） 上述のような一般的な技術的問題に対しては種々の解決
策が既に提案されている。特に、Ｍ、Ｆｉｎｋによる文
献“Ｉｍａｇｅｒｉｅ　ｕｌｔｒａｓｏｎｏｒｅ”（Ｒ
ｅｖｕｅ　ｄａ　Ｐｈｙｓｉｑｕｅ　Ａｐｐｌｉｑｕｅ
ｅ発行、１８１９８３年第５２７〜５５６頁）を参照で
き、この文献では専らエコーグラフィ結像について種々
の見地で解析している。

（発明が解決しようとする課Ｍ） 上記文献に記載されている解決策で満足な結果が得られ
ることもあるが、従来既知の解決策にはいずれも所定の
限度がある。実際上、器管の輪郭決定及びコントラスト
の低い対象物の検出は、診断する媒体中に含まれる多数
の飛散点により、即ち使用する電圧トランスジューサに
より放射される超音波のコレーレント特性に関連して発
生されるエコ、−の積極的で、しかも破壊的な干渉によ
って損なわれる。音響分野におけるこのような現象は光
学分野における「スペックル」として知られている現象
に似ており、これはレーザ放射の場合に屡々遭遇する「
光粒子」を起生ずる。超音波の分野における斯る干渉雑
音の主たる欠点は、一方ではエコーグラフ像の品質を劣
化、特にコントラストの低い部位における鮮明度を低下
させると云うことにあり、他方では大きな分散が広い周
波数帯域に及ぶため、例えば慣例の輪郭検出法を不十分
なものとしていると云うことにある。

これかため、“スペックル”を低減させることはエコー
グラフ像の品質を向上させるための重大なファクタであ
る。このために様々な方法が提案されており； 一一方では、スペックルの相関をなくすためにエコー捕
捉以前の信号処理に関する方法、例えば空間的構成法（
ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、のＣ１Ｂ、Ｂｕｒｋｈａｒｄｔ
による文献５ｏｎｉｃｓ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ、Ｓ
Ｕ　２５１−６　（１９７８）参照）。これらの方法は
一般に品質の良好なエコーグラフ像を形成する。しかし
、これらの方法には複雑且つ精巧な電子処理装置を用い
なければならないと云う欠点がある。さらに、捕捉時間
がかなり長く、これではリアルタイム像は殆ど得ること
ができない。実際上、これら既知の方法を実行するには
、原則として５に相当するコントラスト利得を得るファ
クタＮによって獲得するデータ数を増やさなければなら
ない。

一他方では、像形成後に低域通過フィルタを用いて行う
平滑化方法。この低域通過フィルタは「スペックル」に
よるゆらぎを有効に低下させるも、輪郭をぼやかすため
に像をぼやかすことになる。

斯種の他の既知の方法は、例えば英国特許出願ＧＢ−Ａ
−２１６８４８２に記載されているようなアダプティブ
フィルタを用いるものである。超音波エコーグラフィで
は、像の該当する部位における１つ以上の統計的パラメ
ータを求め、これらのパラメータを「スペックル」の特
性値の目安ともするようにアダプティブフィルタを作動
させる。ついで、上記特性値に基づいて、処理すべき信
号と干渉雑音とのｌ（Ｕ度を概算した後に、この得られ
た類似度に応じて信号をろ波する。アダプティブフィル
タはともかく可変帯域通過フィルタとして作動し：像が
本来スペックルにより形成されると云うことが統計的処
理により明らかとなる部位では、アダプティブフィルタ
は低域通過フィルタとして作動し、又例えば有効信号が
干渉雑音よりも遥かに強烈である器管のスペキュラ壁を
通過する個所では、アダプティブフィルタが全通過域フ
ィルタとして作動するため、像の輪郭の８度が保たれる
。

斯種のフィルタでは空間的構成タイプの方法によって得
られる結果はど良好な結果を得るようにすることはでき
ないが、エコーグラフ像のコントラストは十分に向上す
る。しかし、アダプティブフィルタ処理にも幾つかの欠
点がある。先ず第１に、「平滑化」によって像から細か
な対象物が消失されたりする。又、フィルタリングの操
作期間中像輪郭を保つようにしても、このような像の視
覚的印象は極めて劣るものである。その理由は、目は特
に高周成分の存在を良好に察知するからである。

本発明の目的はアダプティブフィルタリング操作のため
に消失してしまう重要な細部を再生でき、従って像の視
覚的品質を向上させることのできるように適切に構成配
置した上述した種類の超音波エコーグラフ結像装置を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は得られる像における干渉雑音を低減させるアダ
プティブフィルタを具えている二次元用の超音波エコー
グラフ結像装置において、当該装置が、前記アダプティ
ブフィルタに入る信号を微分する回路と、前記アダプテ
ィブフィルタからの信号と前記微分回路により出力され
る信号との荷重和を形成するための回路とを具えること
を特徴とする。

従って、アダプティブフィルタに通さない非ろ波信号の
導関数によって「スペックル」雑音の高周波成分を上記
フィルタにより出力される信号に加えるため、像は目に
見易い像となる。又、信号が急速、に変化する像の輪郭
では導関数がかなりの値となるも、後に立証するように
、このことは存置となる代わりに、つぎのような利点を
奏する。

つまり、上記輪郭が増強され、最終像にすれすれの照明
の印象を与えることにもなる。さらに、信号中に含まれ
る細部も一層はっきりする。

最後に、エコーダラムでは超音波信号の伝搬軸の方向に
対して垂直な方向の壁部だけを見るようにするのが好適
であるため、微分回路は軸方向の導関数を得る回路によ
り形成する。

（実施例） 以下図面を参照して実施例につき説明するに、第１図は
本発明による２次元ｘ、ｙ用の超音波エコーグラフ結像
装置のフィルタ段のブロック図を示す。以後、Ｘは送信
機／受信機ユニットｌＯＯにより放射された超音波走査
ビームの伝搬方向に対して垂直の方向（一般には横方向
と称される）を示し、又ｙは軸方向、即ち超音波走査ビ
ームの伝搬方向に対して平行な方向を示すものとする。

ユニット１００を詳細に示していないが、これは送信機
段からの受信した電気励起信号を周期的な超音波パルス
列に変換する慣例の圧電トランスジューサを具えている
。受信機段は被検媒体により圧電トランスジューサに戻
されるエコーグラフ信号ｅ（ｘ、ｙ）を出力する。

第１図から明らかなように、包絡線検波器１１０は送信
器／受信器ユニット１００により供給されたエコーグラ
フ信号ｅ（ｘ、ｙ）に基づいて、それからｒｆ酸成分復
調により除去したエンベロープ（包絡線）信号と称され
る信号Ｅ　（ｘ　、　ｙ）を供給する。

エンベロープ信号は例えば第２ａ図に示すように、軸方
向ｙにかなりの量の干渉雑音を含んでいる。

二の「スペックルＪ雑音を低減させるために、エンベロ
ープ信号Ｅ（ｘ、ｙ）をアダプティブフィルタ２００に
より処理する。このアダプティブフィルタの一般的原理
については文献“Ａｄａｐｔｉνｅ　Ｒｅ５ｔｏｒａｔ
ｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎ＋ａｇｅｓ　ｗｉｔｈ　５ｐｅｃｉ
ｅ″（Ｄ、Ｔ、Ｋｕａｎ外１名、Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎｓ　ｏｎ　ａｃｏｕｓｔｉｃｓ、　５ｐｅｅｃｈ　ａ
ｎｄ　ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、　Ｖｏｌ、
　ＡＳＳＰ−３５＋　Ｎα３．１９８７年３月、第３７
３頁）に詳細に記載されている。アダプティブフィルタ
２００は主として可変帯域通過フィルタ２２０により形
成され、このフィルタ２２００通過帯域Δｆは、統計的
処理ユニット２１０により概算される統計的パラメータ
の値の関数であり、これらのパラメータの値はエンベロ
ープ信号Ｅ（ｘ、Ｖ）から抽出され、これらは一般に平
均値と分散量により形成される。なお、フィルタリング
により得られるものは干渉雑音用に選定したモデル並び
に所定の単純化の仮定の仕方に左右される。

例えば本願の発明者は次式によりエンベロープ信号ｅ（
ｘ、ｙ）にスペックル雑音のない信号ｓ（ｘ、ｙ）に関
連する関係式に基づいた特定のアダプティブフィルタを
研究した。

〔ｊφ（ｘｌ　　・ｙ′）〕

上式における関数りはエコーグラフ装置のパルス応答で
あり、φはランダム相（フェーズ）である。

ｓ　（ｘ、　ｙ）がｈに対して徐々に変化し、エンベロ
ープ信号が空間的に相関されず、しかもφが−πとπと
の間に一様に分配されるランダム変数であると云う仮定
をすると、「スペックル」は倍増雑音のようにふるまう
ため、点（ｘ、ｙ）に中心をお（ウィンドウＦ　（ｘ　
、　ｙ）内で空間的平均化をとることにより信号ｓ　（
ｘ、　ｙ）の平均値Ｓ（ｘ、ｙ）及びその信号の強度Ｓ
（ｘ、ｙ）の微分量Ｖａｒ　（Ｓ（ｘ、ｙ）　〕を計算
することができる。この結果はウィンドウＦ（ｘ、ｙ）
の選定の仕方に大いに依存するものである。通常軸方向
の分解能は横方向のそれよりも優れていると云うことを
考慮すると、ウィンドウの大きさは、その軸方向よりも
横方向の寸法を大きくするのが有利である。ウィンドウ
内の単純な平均値の代わりに、中心に位置する点を大事
にする重みつき（荷重）平均値をとる場合にも良好な結
果が得られる。ウィンドウの寸法は軸方向の新進的な変
化の関数としても変化し、又エコーグラフ装置の横方向
の分解能は深度の関数として変化する。

統計的処理ユニット２１０により供給される上記Ｓ（ｘ
、ｙ）及びＶａｒ　（Ｓ（ｘ、ｙ）　：ｌの値に基づい
て、本願発明者は可変帯域通過フィルタ２２０を構成し
た。

このフィルタは慣例の一次及び二次平均値概算法を用い
て、次のような概算信号を供給する。即ち、上式から明
らかなように、分散量が小さい、即ち信号が「スペック
ル」雑音しか含まないものとする場合にはＳ（ｘ、ｙ）
が平均値Ｓ（ｘ、ｙ）に等しくなり、又アダプティブフ
ィルタは低域通過フィルタとして作用する。しかし、例
えば耳管の輪郭にに等しくなり、これはフィルタにでろ
渡しない人力信号の一部を平均値に加えることを意味し
ている。

第２ｂ図は第２ａ図の信号を上述したアダプティブフィ
ルタに通した場合に得られた平滑化効果を示したもので
ある。フィルタにでろ渡した信号が像の輪郭を保ち、こ
れと同時に干渉雑音が殆どなくなっていることは明らか
である。しかし、既に述べたように、第２ｂ図に示す信
号に高周波の大部分が消失してしまうと云うことは、像
が見易くなるでもなければ、エコーグラフ像から小さな
細部が消えてしまうと云う２重の欠点になる。これがた
め、第１図に示すように、アダプティブフィルタに入れ
る信号Ｅ（ｘ、ｙ）を微分するための回路４００を設け
る。第１図に示す装置では、回路４００を軸方向ｙの導
関数を得るための回路とし、この回路により信号Ｅ（ｘ
、ｙ）から近似的な導関数ｄＥ（ｘ、ｙ）／ｄｙを発生
させる。このように微分形態とするのが好適な理由は、
輪郭により戻される最も重要なエコーは軸方向から到来
するからである。ついで、アダプティブフィルタ２００
の出力信号Ｓ（ｘ、ｙ）と微分回路４００の出力信号と
を荷重和形成回路５００により加算する。荷重和形成回
路５００はフィルタにてろ波した信号Ｓ（ｘ、ｙ）に所
望な高周波成分を加えることができる。第２ｃ図は第２
ｂ図の概算値に第２ａ図の初期信号Ｅ（ｘ、ｙ）の導関
数を加えたものを示す。第２ｃ図では輪郭が正方向又は
負方向にかなり増強され、観る人にとって見易いずれす
れの照明効果（ｇｒａｚｉｎｇ　ｌｉｇｈｔｉｎｇ　ｅ
ｆｆｅｃｔ）が生ずることは明らかである。

荷重和形成回路５００の出力信号は、例えば対数圧縮増
幅器、蓄積兼走査コンバージョン用装置及びデイスプレ
ィ装置を具えているデイスプレィユニット３００により
既知の方法にて処理される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による結像装置のフィルタ段のブロック
図； 第２ａ図はアダプティブフィルタの出力端子に現れる干
渉雑音を含んでいるエコーグラフ信号の波形図； 第２ｂ図は第２Ｃ図の信号をアダプティブフィルタに通
して抽出される信号の波形図； 第２Ｃ図は第２ｂ図の信号に第２ａ図の信号の導関数を
加えた信号波形図である。 １００・・・送信機／受信機ユニット １１０・・・エンベロープ検出器 ２００・・・アダプティブフィルタ ２１０・・・統計的処理ユニット ２２０・・・可変帯域通過フィルタ ３００・・・デイスプレィユニット ４００・・・微分回路 ５００・・・荷重和形成回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、得られる像における干渉雑音を低減させるアダプテ
   ィブフィルタ（２００）を具えている二次元（ｘ、ｙ）
   用の超音波エコーグラフ結像装置において、当該装置が
   、前記アダプティブフィルタに入る信号（Ｅ（ｘ、ｙ）
   ）を微分する回路（４００）と、前記アダプティブフィ
   ルタ（２００）からの信号（Ｓ（ｘ、ｙ））と前記微分
   回路（４００）により出力される信号（ｄＥ（ｘ、ｙ）
   ／ｄｙ）との荷重和を形成するための回路（５００）と
   を具えることを特徴とする超音波エコーグラフ結像装置
   。 ２、前記微分回路（４００）を、超音波操作ビームの軸
   方向（ｙ）における導関数を得るための回路とすること
   を特徴とする請求項１に記載の超音波エコーグラフ結像
   装置。 ３、前記アダプティブフィルタ（２００）に入れる信号
   Ｅ（ｘ、ｙ）を、受信エコーグラフ信号（ｅ（ｘ、ｙ）
   ）のエンベロープ信号とし、Ｖａｒ（Ｓ（ｘ、ｙ））及
   び＠Ｓ＠（ｘ、ｙ）を、干渉雑音の統計的デコンボルー
   ションによりエンベロープ信号Ｅ（ｘ、ｙ）から導出し
   た信号ｓ（ｘ、ｙ）の強度を表わす信号Ｓ（ｘ、ｙ）に
   関する所定のウィンドウ（Ｆ（ｘ、ｙ））内の分散量及
   び平均値とする場合に、前記アダプティブフィルタの出
   力信号が次式、即ち ▲数式、化学式、表等があります▼ となるようにしたことを特徴とする請求項１または２に
   記載の超音波エコーグラフ結像装置。