JPH0412741A - 超音波診断画像処理装置 - 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］ 本発明は超音波画像処理装置のデジタル画像処理技術に
関し、特に被検体からのエコー信号に基づいて患部の超
音波画像を表示して患部画像が輪郭強調する超音波診断
画像処理装置に関する。

［従来の技術］ 医療分野において、超音波を生体などの被検体内に送受
波して被検体内の画像診断を行う超音波診断画像装置が
周知である。

この種の装置は、一定の繰返し周期で出力されるパルス
超音波を被検体内に送波し、該被検体内から反射される
エコー信号を検波して、これを所定領域について行うこ
とにより、一画面分の画像情報を得るものである。

そして、この情報は、ＣＲＴ表示器に画像表示され、例
えば胆嚢などの腹部臓器や心臓などの断層像を観察する
ことができる。

このような超音波診断装置における画像処理には、エコ
ー信号をアナログ的に輪郭強調するものがある。

すなわち、検波後のエコー信号に対して微分処理を施し
、この微分信号をもとの信号に換算することにより、該
エコー信号中の輪郭情報を強調しており、これにより、
被検体内の形状や構造を明瞭に画像表示することができ
る。

ところが、このような輪郭強調は、固定された処理であ
るため、ノイズやスペックルなども強調してしまい、ま
た二次元画像としてのつながりに欠けるという問題があ
った。

そこで、本願出願人により上記のアナログによる問題を
全て解決した超音波画像処理装置が提案され、出願され
ている（特願昭６３−３１７９１８号）。

この輪郭強調方法では、従来に比し輪郭強調を精度よく
行い、画素間での情報のつながりのある二次元的な処理
を行っている。

すなわち、この輪郭強調処理は、注目画素か画素平均値
よりも大きい場合は該注目画素値よりも大きく設定し、
また、注目画素が画素平均値よりも小さい場合は該注目
画素値よりも小さく設定する。

これにより、診断画像は濃い部分はより濃く、淡い部分
はより淡くなり、輪郭がきわめてはっきりと表現される
ことになり、特に分散値が基準分散値よりも小さい場合
には輪郭強調処理を行わなわず、そのまま画素値を出力
するのでノイズやスペックルなどの信号は強調されず画
像表示できる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このような輪郭強調処理手法では、本来、輪
郭強調されるべき領域は輪郭の不明確な個所であり輪郭
の明確な個所は強調されるべきてはないが、これに反し
、輪郭の明確な個所をより大きく強調しすぎてしまうと
いう問題があった。

すなわち、その理由は、注目する画素を含めた周辺の分
散値を求め、その分散値がある１つの基準値だけを超え
た場合に境界であると判断し、その分散値が大きければ
大きいほど輪郭強調する方向へ注目画素を強調処理する
からである。

従って、従来では濃淡差の激しい場合は更に強調し過ぎ
てしまいうという欠点があり、観察者にとっては患部画
像が見にくくなる場合があった。

これにより、適切な画像輪郭強調処理が行われておらず
、上記従来の輪郭強調処理においては高精度に行われて
いなかった。

発明の目的 本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、ノイズやスペックルなどの分散の小さい個所
及び初めから輪郭の明確な個所は輪郭強調せず、予め定
められた２つの基準となる基準分散値に基づいて、その
基準内で分散値に対応させて輪郭強調を行う超音波診断
画像処理装置を提供することにある。

［課題を解決するだめの手段］ 上記目的を達成するために本発明によれば、注目画素を
中心とした所定領域の画素群を選択し該画素群の画素平
均値を演算算出する画素平均値演算手段と、前記画素値
及び前記画素平均値に基づいて分散値σを演算算出する
画素分散値演算手段と、前記分散値σを予め定められた
２つの異なる任意の基準分散値σ１．σ２で比較し、該
分散値σが各基準分散値σｌ、σ２よりも大きいか否か
を判定する比較判定手段と、前記比較判定手段により、
前記分散値σがσ　≦σ≦σ２と判定されだ時は該分散
値σに略比例した輪郭強調処理を行い、前記分散値σが
σ１＜σ２＜σと判定された時は該分散値σに略反比例
した輪郭強調処理を行い、該各輪郭強調処理での前記注
目画素値を前記画素平均値より大きい場合はより大きく
設定し、前記画素平均値より小さい場合はより小さく設
定する画素値強調手段と、を有することを特徴とする。

また、前記輪郭強調処理を実時間上でパイプライン処理
方式により並列して順次行わせたことを特徴とする。

［作用〕 以上のような構成としたので本発明によれば、１つはノ
イズやスペックルを強調しない輪郭強調処理を施すか否
かの基準（σ１）と、もう１つは強調しすぎてしまう恐
れが生じ輪郭強調させたくない基準（σ２）とを設ける
ことにより、注目画素の前記分散値σが１つの基準分散
値σＩを超え、かつもう１つの基準分散値σ２をも超え
た場合はその超えた大きさに従って輪郭強調の程度を小
さくすることができる。

この結果、輪郭の不明確な領域だけを効果的に強調する
ことができ、濃淡の激しい部分においては強調しすぎて
しまうことなく適度な輪郭強調処理が行える。

従って、診断者にとっては、輪郭強調処理による適切な
患部画像が得られるため診断しゃすくなる。

［実施例コ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図は、本発明に係る超音波診断画像処理装置の一実
施例を示した回路ブロック図である。

本発明において特徴的なことは、輪郭強調の処理におい
て注目画素の分散値を求めて２つの異なる基準分散値σ
１．σ２と比較、判定し、これに基づいて画像表示上で
最適な輪郭強調を行うことにある。

すなわち、本実施例では、注目する画素を含めた近傍の
分散値を求め、その分散値の大小に従って注目画素にあ
る所定の処理を施している。

この処理は、２つの基準となる分散値σ１　。

σ２を設け、これにより、ある注目画素の分散値がσ　
より小さければ処理せず、σ１を超えたならば、超えた
大きさに従って注目画素値を大きくしたり小さくしたり
して輪郭強調の程度を調整する。

まず、以下に本発明における基本原理について説明する
。

注目画素値を２．この画素を含むｎ＊ｎ個の近傍の平均
値を王、輪郭強調処理後の画素値をｚｚとすると、本発
明の処理は次のように式で示される。

ｚ　ｚ−ｚ十に＊　（ｚ−Ｅ） ただし、 Ｋ−０・・・・・・・・・・σくσ１　（１）Ｋ−ＫＥ
＊（１−（σ１／σ）） ・・・・・・σ１≦σ≦σ２　（２） Ｋ−ＫＥ＊（σ１／σ）・・・・・・σ２くσ　（３）
また、 ２　　（Ｅ）２ σ　寓　ま ただし、 ＫＥ−輪郭強調定数（１〜５）、 σ１．σ２−基準分散値としての任意の定数（σ１くσ
２）、 王２−注目画素値２近傍の２乗平均値 とする。

ここで、上述の式、ｚｚ−ｚ＋に＊（ｚ−Σ）における
Ｋと、σ１．σ２との関係を第２図に示す。

すなわち、この第２図は、横軸の分散値σの変化（基準
分散値の下限値σ　、上限値σ２）に対重 して縦軸の強調の程度を定めた特性図であり、図示のよ
うに分散値σがσ１〜σ２までは該σに略比例した輪郭
強調処理を示す特性となり、また分散値σがσ２以上は
該σに略反比例した輪郭強調処理を示す特性になる。

この特性に従って、濃淡の緩やかな部分（分散値σが小
さい場合）についてはその程度に応じて輪郭強調処理し
、また濃淡の激しい部分（分散値σが大きい場合）につ
いては強調しすぎず、適度に輪郭強調処理が行える。

ここで、このような原理に基づいた超音波診断画像処理
装置の具体的な回路構成を第１図に示す。

第１図において、本発明の超音波診断画像処理装置は、
探触子１０と、メモリー２と、平均値演算回路１４を含
む分散値演算回路１６と、比較・演算回路１８と、定数
設定回路２０と、画素値強調回路２２と、から構成され
ている。

すなわち、前記探触子１０から所定の超音波信号を被検
体２４に送受波し、受波されたエコー信号を画像情報と
してシリアルに前記メモリ１２に一画面分記憶する。

このメモリ１２内には、各画素の濃淡情報が二次元的な
デジタル画像として蓄えられている。

そして、このメモリ１２に記憶された画像濃淡情報は、
注目画素値ｚ１この画素を含むｎＸｎ個の近傍での領域
の平均値Ｚｎとして該メモリ１２から出力されることに
なる。

従って、前記分散値演算回路１６は、まず前記平均値演
算回路１４により注目画素を中心とした所定領域の画素
群（画素値ｎＸｎ）を選択し、該画素群の画素平均値ｉ
及び画素２乗平均値Σ２を演算算出し、分散値σを演算
算出している。

ここで、この分散値σは所定領域での画素群ｎＸｎ個の
近傍の平均値ｉ及び画素２乗平均値王２に基づいて求め
られ、これはσ−Ｅ２　　　＜Σ）２で表される。

そして、前記分散値σから前記比較・演算回路１８によ
り、前記定数設定回路２０で予め定められたσ１．σ２
）ＫＥに基づいて上述した（１）、（２）、（３）式の
３つの状態Ｋを算出する。

すなわち、この比較・演算回路１８では、前記分散値σ
を予め定められた２つの異なる基準分散値σ１．σ２で
比較し、該分散値σが各基準分散値σ１．σ２よりも大
きいか否かを判定する。

具体的には、σくσ　、σ　≦σ≦σ２）σ２くσの場
合のそれぞれのＫを上述の（１）、（２）（３）式のよ
うに算出している。

そして、前記画素値強調回路２２により、前記Ｋを入力
してｚ＋に＊　（ｚ−Σ）を演算し、輪郭強調処理して
ｚｚを出力する。

すなわち、第２図に示すように、前記分散値σがσ　≦
σ≦σ２と判定された時は該分散値σに略比例した輪郭
強調処理を行い、また、前記分散値σがσ１＜σ２＜σ
と判定された時は該分散値σに略反比例した輪郭強調処
理を行う。

この結果、この画素値強調回路２２では、前記注目画素
値を前記画素平均値より大きい場合はより大きく設定し
、前記画素平均値より小さい場合はより小さく設定する
輪郭強調処理を行うことができる。

次に、第３図〜第６図を用いて具体的な輪郭画像処理の
一例を詳細に説明する。

第３図において、まず、濃淡差が緩やかな場合（分散値
σが小さい場合）の輪郭強調処理について説明する。

まず、画像表示２６内での前記被検体２４の所定領域Ｓ
において、画素群（ｎＸｎ）を選択する場合を想定する
。

ここでは、例えば前記画素群を３×３で選択するとする
と、従来での輪郭強調の未処理では、（ａ）のようにな
り、濃淡レベルは２４．２６２８で成ることがわかる。

しかし、前述した下限レベルの基準分散値σ１だけを有
する従来の輪郭強調処理（特願昭６３−３１７９１８号
の場合）では、（ｂ）のようになり、濃淡レベルは前記
（ａ）と比較して２８を除＜２４．２６で成り、これに
より、輪郭強調処理が行われることがわかる。

一方、２つの異なる基準分散値σ１．σ２を有する本実
施例によれば、（Ｃ）に示すようになり、前記（ｂ）に
示す従来での濃淡レベルと同じ２４２６で成ることがわ
かる。

従って、３×３画素群での分散値σがσ１≦σ≦σ２の
範囲内である濃淡差が比較的緩やかな場合は、従来の（
ｂ）と同一の濃淡レベルで輪郭強調処理が行われ、この
ような（ａ）、　　（ｂ）。

（ｃ）の３つの状態を比較すると第５図のようになる。

これにより、濃淡差が緩やかな場合では、未処理（ａ）
に比較して（ｂ）、（Ｃ）は適度な輪郭強調処理が成さ
れていることが理解される。

ところが、第４図に示すように、濃淡差が激しい場合に
は、３×３画素群において未処理（ａ）の濃淡レベル２
４，２４．４０に対し、従来での輪郭強調処理（ｂ）で
は、濃淡レベル２４，０゜６４と極端に濃淡差が激しく
強調されてしまい、過度な輪郭強調処理が行われること
になる。

すなわち、前記（ｂ）では、１つの基準分散値σ１しが
なく、上限レベルを制限する基準値がないため分散値σ
に略比例した輪郭強調処理を常に行ってしまうからであ
る。

これに対し、本実施例の輪郭強調処理では、第４図（Ｃ
）に示すように、その濃淡レベルは２４゜２１．４３と
なり、前記（ｂ）に比較して過度の強調を抑え、適度な
輪郭強調処理が成されていることが理解される。

このことは、上限レベルを規定する基準分散値σ　を設
け、３Ｘ３画素群での分散値σがσ１＜σ２＜σである
時に分散値σに略反比例した輪郭強調処理を行うことに
よって成されるためである。

従って、第６図に示す特性をみても明らかなように、濃
淡差が激しい場合は、従来の輪郭強調処理（ｂ）に比し
て輪郭強調レベルの差異が明らかであり、過度の濃淡強
調が抑えられているのがわかる（ただし、第５図及び第
６図に示す特性は定数をＫＥ−５、σ　−６、σ２−２
０の場合を例として示す）。

次に、本実施例においては、２つの異なる基準分散値σ
１．σ２を所定値に固定させた場合を示したが、もちろ
ん該σ１．σ２をそれぞれ任意に変化させることも可能
であり、この変化に応じて輪郭強調レベルを変化させる
ことができ、その−例を第７図に示す。

第７図には、第１図に示された前記定数設定回路２０の
具体的な内部構成が示されており、この定数設定回路２
０は、基準分散値σ１．σ２を可変可能に定める可変抵
抗器３０．３２と、該可変抵抗器３０．３２からのアナ
ログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３４．
３６と、該基準分散値σ１．σ２の可変された設定値を
切換えるための切換え部３８と、から構成されている。

前記可変抵抗器３０．３２は、基準分散値σ１゜σ２を
任意に設定可能であり、観察者による可変抵抗器の調整
により、画像状態を見なからσ１゜σ２を変え輪郭強調
のレベルを変えることがてきる。

なお、第７図では、基準分散値σ１．σ２の設定は可変
抵抗器により任意に調整可能としたが、これに限らず所
定レベルずつステップ式に該σ１゜σ２を可変すること
もできる。

また、前記切換え部３８は、図示しない操作パネル上か
ら前記スイッチ部４０の０Ｎ１０ＦＦ切換え４こより、
２Ｘσｌ−σ２の関係にするか否かの切換えを行うこと
ができる。

そして、この切換えにより、前述した第２図に示す前記
分散値σがσ　以上（σｌ＜σ２＜σ）の場合の略反比
例したカーブを得ることができる。

すなわち、前記切換え部３８により、２×σ１−σ２の
時は第２図に示す（イ）のカーブとすることができ、こ
れ以外の時は前記可変抵抗器３０゜３２で設定される（
ア）のカーブ又は、例えば、σ１／σ２−６／２０の関
係にある（つ）のカーブとすることができる。

これにより、例えば濃淡差が激しい時に患部に応じて輪
郭強調レベルを変えることができる。

もちろん、第１図及び第７図に示された本実施例による
輪郭強調処理では、求められた分散値σがσ　≦σ≦σ
２の時の略比例した輪郭強調処理だけを行い、σ１＜σ
２＜σの時の略反比例した輪郭強調処理は行わないよう
にすることもでき、これは、例えば前記定数設定回路２
０、前記画素値強調回路２２により行われる。

また、σ２くσにおけるＫをφとしてもよく、同様の効
果を得ることができる。

なお、本実施例によれば、具体的には、上記の定数設定
値をＫＥ−２，σ、−３００、σ２−６００として設定
し実験的に計算機シュミレーションを行い、従来の輪郭
強調処理との差異及び顕著な効果を有することを確認で
きる。

このようにして、本実施例による輪郭強調処理では、観
測者は、画像表示を見ながら患部に応じて基準分散値σ
１．σ２を可変させ、輪郭強調状態が最適値になるよう
に設定可能となり、患部に応じた輪郭強調処理が容易に
行える。

［発明の効果］ 以上のようにして、本発明に係る超音波診断画像処理装
置によれば、前記画素値強調手段により、濃淡の非常に
大きな領域は強調せず、前記分散値σを２つの異なる基
準分散値σ１．σ２により比較、判定し、これに基づい
て画像表示上において最適な輪郭強調処理を行うことが
できる。

また、前記各σ１．σ２を可変可能とすることにより、
患部に応じて任意の濃淡領域を強調することが可能とな
る。

この結果、診断者は、適正に輪郭強調処理された患部の
画像表示状態を観察することができ、これにより、診断
し易いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る超音波診断画像処理装置の一例
を示した回路ブロック図、 第２図は、第１図に示す画素値強調回路の動作説明図、 第３図及び第４図は、具体的な所定の注目画素領域での
強調処理状態を示した説明図、第５図及び第６図は、そ
の強調処理状態をグラフで示した説明図、 第７図は、第１図の定数設定回路の一例を示した回路ブ
ロック図である。 １２　・・・　メモリ １４　・・・　平均値演算回路 １６　・・・　分散値演算回路 １８　・・・　比較・演算回路 ２０　・・・　定数設定回路 ２２　・・・　画素値強調回路 ３０、　３２　　・・・　可変抵抗器 ３４．３６　　・・・　Ａ／Ｄ変換器 ３８　・・・　切換部 σ　・・・　分散値

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定領域での注目画素を中心とした画素群を選択
   し該画素群の画素平均値を演算算出する画素平均値演算
   手段と、 前記画素値及び前記画素平均値に基づいて分散値σを演
   算算出する画素分散値演算手段と、前記分散値σを予め
   定められた２つの異なる任意の基準分散値σ＿１、σ＿
   ２で比較し、該分散値σが各基準分散値σ＿１、σ＿２
   よりも大きいか否かを判定する比較判定手段と、 前記比較判定手段により、前記分散値σがσ＿１≦σ≦
   σ＿２と判定された時は該分散値σに略比例した輪郭強
   調処理を行い、前記分散値σがσ＿１＜σ＿２＜σと判
   定された時は該分散値σに略反比例した輪郭強調処理を
   行い、該各輪郭強調処理での前記注目画素値を前記画素
   平均値より大きい場合はより大きく設定し、前記画素平
   均値より小さい場合はより小さく設定する画素値強調手
   段と、を有し、 前記分散値σを前記各基準分散値σ＿１、σ＿２により
   比較、判定し、これに基づいて輪郭強調処理を行うこと
   を特徴とする超音波診断画像処理装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の装置において、前記
   輪郭強調処理を実時間上でパイプライン処理方式により
   並列して順次行わせたことを特徴とする超音波診断画像
   処理装置。