JPH0751134B2

JPH0751134B2 - 超音波診断画像処理装置

Info

Publication number: JPH0751134B2
Application number: JP63317918A
Authority: JP
Inventors: 賢村下
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1995-06-05
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: JPH02164352A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は超音波診断画像処理装置、特に超音波を被検体
内に送受波し反射エコーから得られた情報を画素表示す
るためにデジタル処理する装置の回路構成に関する。

［従来の技術］超音波を生体などの被検体内に送受波して被検体の画像
診断を行う超音波診断装置が周知であり、この装置は、
例えば一定繰り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、被検体内から反射するエコー信号を検
波し、これを所定領域について行うことにより一画面分
の情報を得るものである。そして、この情報はCRT表示
器に表示され、この表示器により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で画像処理を起う装置では、
エコー信号をアナログ的に輪郭強調することが行われて
いる。すなわち、検波後のエコー信号に対して微分処理
を施し、この微分信号を元の信号に加算することによ
り、エコー信号中に輪郭情報を強調しており、これによ
って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。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来のような微分処理により輪郭強調操
作では、処理が一律に固定されており、自由度の高い処
理ができず、また微分処理であるため、一連の情報とな
る信号の立上り部は強調されるが、立下り部は強調され
ないという問題がある。

すなわち、第６図に示されるように、（ａ）のエコー信
号を微分処理する場合には、（ｂ）のように立上り部は
輪郭信号100として検出されるが、立下り部は検出され
ないことになる。従って、輪郭を正確に強調する場合に
は、（ｂ）の信号をもう一度微分して信号101の立上り
部を輪郭信号として検出しなければならない等の不便が
ある。

また、このような微分処理は抽出したり情報以外の不必
要な信号、例えば雑音やスペックルなどの信号について
も行われることになり、不必要な信号まで強調してしま
う不都合がある。

更に、微分処理は画素単位に一次元的に行っているの
で、全体的に見た場合には他の画素間でのつながりがな
く、二次元的な処理を行うことができないという問題が
ある。

発明の目的本発明は前記問題点を解決することを課題としてなされ
たもので、その目的は、輪郭強調を精度良く行い、かつ
画素間での情報のつながりのある二次元的な処理を行う
ことができる超音波診断画素処理装置を提供することに
ある。

また、他の目的は、前記処理を実時間で行うことのでき
る超音波診断画素処理装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］前記目的を達成するために、本発明は、注目画素を注進
とした所定領域の画素群を選択しこの画素群の画素平均
値を演算する平均値演算回路と、前記画素群の分散値を
演算する分散値演算回路と、この分散値演算回路から出
力された分散値が基準分散値よりも大きいか否かを判定
する比較器と、この比較器により分散器が大きいと判定
された場合には輪郭強調処理を行い注目画素値をその値
が前記画素平均値より大きい場合はより大きく設定し画
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
調回路と、を含むことを特徴とする。

また、他の発明は、前記平均値演算回路及び分散値演算
回路はシフトレジスタを含み、パイプライン方式により
複数の処理を並列して順次行うことを特徴とする。

［作用］以上の構成によれば、まず注目画素を中心とした、例え
ば縦横Ｎ×Ｎの画素領域が選択され、この所定領域内の
画素平均値が演算される。そして、これと同時に分散値
が演算されるが、この分散値は各画素の信号の２乗平均
値▲▼を求め、この２乗平均値から前記画素平均値
を２乗（）^２を差し引くことにより求められる。

そして、この分散値は比較器にて基準分散値と比較さ
れ、分散値が基準分散値より大きい場合にのみ強調処理
が行われる。すなわち、この輪郭強調処理は、注目画素
が前記画素平均値より大きい場合には注目画素値をより
大きく設定し、画素平均値より小さい場合は注目画素値
をより小さく設定する。従って、診断画像において濃い
部分はより濃く、淡い部分はより淡くなり、輪郭が極め
てはっきりと表現されることになる。

また、この輪郭強調処理は分散値が基準分散値より小さ
い場合には行われず、そのままの画素値が出力されるの
で、ノイズやスベックルの信号は強調されないことにな
る。

［実施例］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図には、実施例に係る超音波診断画像処理装置が示
され、第２図には、第１図装置を超音波診断装置に適用
した場合の概略構成が示されており、まず全体構成を説
明する。

第２図において、先端部に振動子が配列された探触子10
には送受信部12が接続されており、この送受信部12によ
り超音波を被検体内に送信するとともに、その反射エコ
ーを受信する。例えば、断層像を画像表示する場合に
は、受信した信号は検波され、信号振幅の減衰情報を示
す信号が形成される、この送受信部12にはメモリ14が接続され、このメモリ14
にはCRT表示器を含む表示部16が接続される。前記メモ
リ14は、表示部16内のCRTの走査速度に合せるために画
像情報を一旦保持するもので、画素毎の情報が格納され
ている。

本発明は、このメモリ14の画素情報に輪郭強調処理を施
すものであり、この輪郭強調処理を精度よくかつ二次元
的に行うために画像処理装置18に関するものである。

第１図において、画像処理装置18は平均値演算回路、分
散値演算回路、比較器及び画素値強調回路から構成され
るが、本発明では、実時間処理を行うために複数の処理
を並列して順次行うパイプライン方式を採用する。

すなわち、減算処理する所定の領域の画素がＮ×Ｎ個で
あるとすると、メモリ14内の画素メモリをＮ列で出力さ
せることになり、まずＮ個のシフトレジスタ20と加減算
器22が設けられ、この加減算器22には加算器24及び除算
器（÷Ｎ）26が接続され、前記シフトレジスタ20から除
算器26までの回路にて平均値演算回路が構成される。

一方、前記シフトレジスタ20の他方の出力側にはＮ個の
２乗算器30が接続され、この２乗算器30の後段にはＮ個
のシフトレジスタ32及び加減算器34が接続され、更に加
算器36及び除算器（÷Ｎ）38が接続されており、前記２
乗算器30から除算器38までの回路にて２乗平均値▲
▼が演算される。また、この２乗平均値演算と同時に前
記平均値演算回路から出力された平均値の２乗も演算さ
れており、これは２乗算器28にて行われる。なお、前記
除算器26,38は、実施例では入力情報のビットをシフト
させるだけで割り算を行うことができる。

そして、前記除算器38の後段には減算器40が設けられて
おり、前記除算器38から出力された画素数の２乗平均値
から前記２乗算器28から出力された画素平均値の２乗値
を減算し、次式に示す分散値σを求める。

以上のようにして、所定領域の画素群の画素平均値と分
散値が求められることになるが、演算処理の対象となる
所定領域は、第３図に示されるように、実施例では画面
内においてＮ×Ｎ個で形成される正方形領域であり、そ
の中心位置にある画素が注目画素となり、この注目画素
の画素値決定処理を行うことになる。この場合の所定領
域の大きさは、３×３、５×５、７×７の画素群で形成
される大きさが好適である。

本発明は、処理演算をパイプライン方式にて行うことも
特徴としており、このために、シフトレジスタ20及び32
を設け、メモリ内の複数の情報を並列して順次処理して
いる。

すなわち、第４図には、Ｎ＝５の場合のシフトレジスタ
20（32）と加減算器22（34）の動作が示されており、メ
モリ14のメモリ１ラインからi₁₁、i₁₂…i₁₆の情報が、
メモリ２ラインからi₂₁、i₂₂…i₂₆…の情報が順次出力
され、同じようにメモリ３、メモリ４、メモリ５のライ
ンから画素情報が出力される。そして、図示の状態では
加減算器22（34）はシフトレジスタ20（32）内の位置１
〜５に格納されているi₁₁〜i₁₅、あるいはi₂₁〜i₂₅の画
素値をそれぞれ加算することになり、これら加算値は更
に第１図の加算器24（36）にて加算され、所定位置の注
目画素についての処理が行われる。そして、次の注目画
素について処理を行う場合には、前記画素値を第４図の
右側にシフトすることになり、画素値i₁₁とi₂₁は外さ
れ、i₁₆やi₂₆が新たに加わって加算演算が行われること
になる。従って、シフトレジスタ20（32）及び加減算器
22（34）においては、メモリ14から順次画素情報を読み
出し画素値を１個ずつずらしながら単純に加算するだけ
で、短時間に多数の情報を加算処理することが可能とな
る。

なお、パイプライン方式にて複数の処理を行うため既に
演算された値を所定時間だけ保持するラッチ回路42が各
ステージに設けられており、ステージ１においてメモリ
14から得られた注目画素の画素値ｚはラッチ回路42a〜4
2eによりラッチされる。

次に、前記減算器40には比較器44が接続されており、こ
の比較器44は演算された分散値を基準分散値σ_ｃと比較
し、この基準分散値よりも大きい場合にのみ後の処理を
行うようにしている。すなわち、本発明では輪郭強調す
べき情報を選択しており、ノイズやスペックルにより生
じる信号成分については輪郭強調処理を除外し、輪郭強
調の精度を高めている。従って、分散値が基準分散値よ
りも小さい場合には注目画素値をそのまま出力する。

そして、分散値が基準分散値よりも大きくなり輪郭強調
を行う場合には、まず所定の係数値Ｋを次式にて求め
る。

Ｋ＝kE×｛１−（σ_c/σ）｝…（σ＞σ_ｃ）＝０…（σ≦σ_ｃ） …（２）但し、kE:輪郭強調定数すなわち、比較器44には除算器48、減算器50及び定数掛
算器52が設けられ、除算器48にて前記（２）式の（σ_c/
σ）が演算され、減算器50にて｛１−（σ_c/σ）｝が演
算され、最後に乗算器52により定数kEが乗算されて係数
Ｋが求められる。

そして、次段の乗算器54により、Ｋ×（ｚ−）を演算
する。すなわち、除算器26の後段には減算器46が接続さ
れており、この減算器46はラッチ42aにてラッチされて
いる注目画素値から除算器26にて出力される画素平均値
を差し引いて、ｚ−を演算し、ラッチ回路42f、42gを
介して乗算器54に出力する。従って、乗算器54ではＫ×
（ｚ−）が演算される。この場合、（ｚ−）の値は
正値と負値の両者があり、正値の場合は画素値を増加させる方向に、負値の場合は
画素値を減少させる方向に作用することになり、これに
より輪郭強調が良好に行われる。

この乗算器54の後段には加算器56が接続され、この加算
器56ではラッチ42eの出力を加算して次式が演算され
る。

Ｚ＝ｚ＋Ｋ×（ｚ−） …（３）なお、この加算器56の出力はラッチ回路42hを介して注
目画素の値としてメモリ14に供給する。

実施例は以上の構成からなり、以下にその作用を説明す
る。

まず、第２図の送受信部12の制御により探触子10から超
音波が被検体内に送信され、被検体内から反射されるエ
コー信号が受信される。そして、受信信号は送受信部12
内で検波され、被検体内の走査ライン順の情報がメモリ
14に格納される。

このようにしてメモリ14内に格納された情報は、画像処
理装置18内のシフトレジスタ20に順次供給されることに
なり、第１図に示される加減算器22から除算器26までの
回路にて画素平均値が演算される。この画素平均値
は２乗算器28にて２乗される。

一方、シフトレジスタ20の出力は２乗算器30に供給され
ており、シフトレジスタ32から除算器38までの回路を介
して２乗平均値z²が演算され、減算器40では除算器38の
出力から２乗算器28の出力を引いて分散器を演算する。

次に、比較器44において、前記分散値σが基準分散値σ
_ｃより大きいか否かが判断され、σ＞σ_ｃである場合に
は前記（２）式に従って係数Ｋが演算され、σ≦σ_ｃで
ある場合には係数Ｋは０となる。

従って、分散値が基準値より大きい場合にのみ輪郭強調
処理が行われることになり、除算器48から加算器56まで
の回路及び減算器46等にて前記（３）式が演算されるこ
とになる。

この場合、除算器46の出力ｚ−が正値なら前記（３）
式の最終的な画素値は大きな値になり、ｚ−が負値な
ら最終的な画素値はより小さな値となる。すなわち、第
５図（ｂ）に示されるように、注目画素値が画素平均値
よりも大きい場合にはより大きく強調され、注目画素値
が画素平均値より小さい場合にはより小さく強調される
ことになり、これにより輪郭強調が精度良く行われる。

このようにして、本発明ではシフトレジスタ20（32）を
用いパイプライン方式にて処理するので、輪郭強調処理
を実時間で行うことができる。すなわち、通常、メモリ
14内に存在する二次元情報を表示部に表示させるにはCR
Tの走査線１本分63.5μsecの間に600個前後のデータを
メモリ14から持ち出すことになる。このことは、一画素
の情報を読み出してCRTに出力するのに、約100n secか
かることを意味しており、この100n secの間にメモリ14
からＮ×Ｎ個の情報を読出してさらに処理を施すという
ことは不可能である。従って、本発明のようにメモリ14
内から画素情報を複数個並列に出力し、同時に処理すれ
ば、実時間で精度の良い輪郭強調処理を行うことが可能
であることが理解される。

前記実施例で説明した輪郭強調の際の係数Ｋ（＝kE）
は、注目画素値が画素平均値よりも大きいか否かで異な
る値に設定することも良い。

例えば、ｚ＞の場合はＫ＝４、ｚ＜ｚの場合はＫ＝２
というように、濃度の高い方をより強調することによ
り、より鮮明な画像を得ることが可能である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、所定領域の画素
群の平均値及び分散値を求め、分散値が基準分散値より
も大きい場合に輪郭強調処理を行い、注目画素値をその
値が画素平均値より大きい場合はより大きくし、画素平
均値よりも小さい場合はより小さく設定するようにした
ので、各部の濃淡差をはっきり表現することができる。

また、基準分散値よりも大きい場合にのみ輪郭強調処理
を行うようにしたので、ノイズやスペックルの信号を強
調することがなく、濃淡差を精度良く求めることができ
る。

更に、所定領域の画素平均値を考慮して輪郭強調を行う
ので、一次元的処理ではなく、二次元的な処理を行うこ
とができ、精度の良い輪郭強調を行うことが可能であ
る。

また、他の発明によれば、本発明の輪郭強調処理をパイ
プライン方式にて行うようにしたので、多くの処理を短
時間に行い、実時間に処理することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係る超音波診断画像処理装置を示す
回路ブロック図、第２図は本発明装置を超音波診断装置に適用した場合の
概略を示すブロック図、第３図は１画面内において演算処理する所定領域を示す
説明図、第４図はシフトレジスタ及び加減算器の作用を示す説明
図、第５図は実施例装置において輪郭強調される状態を示す
波形図、第６図は従来の装置において行われる微分処理を示す波
形図である。 10……探触子 14……メモリ 16……表示部 18……画像処理装置 20,32……シフトレジスタ 22,34……加減算器 24,36,56……加算器 26,38,48……除算器 28,30……２乗算器 40,46,50……減算器 44……比較器 52,54……乗算器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】注目画素を注進とした所定領域の画素群を
選択しこの画素群の画素平均値を演算する平均値演算回
路と、前記画素群の分散値を演算する分散値演算回路
と、この分散値演算回路から出力された分散値が基準分
散値よりも大きいか否かを判定する比較器と、この比較
器により分散器が大きいと判定された時に輪郭強調処理
を行い注目画素値をその値が前記画素平均値より大きい
場合はより大きく設定し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回路と、を含む超音波診断
画像処理装置。
【請求項２】請求項（１）記載の装置において、前記平
均値演算回路及び分散値演算回路はシフトレジスタを含
み、パイプライン方式により複数の処理を並列して順次
行うことを特徴とする超音波診断画像処理装置。