JPH0975344A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、複数フレームの速度画像の中
からノイズ画像を、簡易にして短時間でしかも高精度で
排除できる超音波診断装置を提供することである。 【解決手段】本発明は、被検体の断面を超音波ビームで
繰り返し走査して得られたエコー信号に基づいて時系列
的に複数の速度画像を生成する超音波診断装置におい
て、１フレームを構成する全画素数に対する速度０以外
の有効画素数の比率を、複数の速度画像各々について演
算する有効比率演算部９と、基準とされる速度画像の比
率に基づく有効範囲内に比率が含まれる速度画像を選択
的に表示又は画像処理に供せしめるメモリコントローラ
１０とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドプラ効果を利用
して血流等の移動体の速度情報の２次元分布を生成する
超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波の医学的な応用としては種々の装
置があるが、その主流は超音波パルス反射法を用いて生
体の軟部組織の断層像を得る超音波診断装置である。こ
の超音波診断装置は無侵襲検査法で、組織の断層像を表
示するものであり、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲ
Ｉおよび核医学診断装置などの他の診断装置に比べて、
リアルタイム表示が可能、装置が小型で安価、Ｘ線など
の被爆がなく安全性が高い、および超音波ドプラ法によ
り血流イメージングが可能であるなどの特徴を有してい
る。このため心臓、腹部、乳腺、泌尿器、および産婦人
科などで広く超音波診断が行われている。特に、超音波
プローブを体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍
動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、か
つ安全性が高いため繰り返して検査が行えるほか、ベッ
ドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど簡
便である。

【０００３】このような超音波診断装置において、血流
イメージングによる連続する複数フレームの速度画像か
ら、最大値画像としてのcolor capture image や、手前
の血流と奥の血流とを輝度又は色相を変化させることで
表示される疑似３次元画像を作成し診断の参考にするこ
とがある。この種の画像では、複数フレームの速度画像
の中にノイズ成分を多く含んだノイズ画像が含まれてい
ると、画質が極端に劣化する。したがって、ノイズ画像
の排除が不可欠とされる。

【０００４】従来では、ノイズ画像を排除するために、
画像処理対象の複数フレームの速度画像を１フレームず
つオペレータが目視確認してノイズ画像であるか否かを
逐一判定する作業が要求されていた。この作業は非常に
手間がかかり、長時間要し、しかも好ましい判定精度が
得られないという不具合が合った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、その目的は、複数フレームの
速度画像の中からノイズ画像を、簡易にして短時間でし
かも高精度で排除できる超音波診断装置を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検体の断面
を超音波ビームで繰り返し走査して得られたエコー信号
に基づいて時系列的に複数の速度画像を生成する超音波
診断装置において、１フレームを構成する全画素数に対
する速度０以外の有効画素数の比率を、前記複数の速度
画像各々について演算する第１の手段と、基準とされる
速度画像の比率に基づいた有効範囲内に比率が含まれる
速度画像を選択的に表示又は画像処理に供せしめる第２
の手段とを具備する。

【０００７】比率が有効範囲に含まれる速度画像のみ選
択的に表示又は画像処理に供され、比率が有効範囲に含
まれない速度画像はノイズ画像として表示又は画像処理
に供されず排除される。比率とは、全画素数に対する速
度０でない有効画素数の比率である。したがって、比率
が、基準画像の有効比率に基づく有効範囲に含まれない
ことは、速度０でない有効画素数が、基準画像のそれよ
り著しく多いことを表しており、このような速度画像は
ノイズ画素を多く含んでいるノイズ画像であると判定で
きる。

【０００８】したがって、ノイズ画像を自動的に排除で
き、従来のように１フレームずつオペレータが観察して
ノイズ画像であれば排除するという手間のかかる作業が
不要とされる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図１は本実施の形態による超音
波診断装置のブロック図である。超音波プローブ１は、
機械運動／電気信号の変換素子としての複数の圧電素子
を並列してなるいわゆる振動子アレイを、その先端に装
備してなる。

【００１０】超音波プローブ１には送受信部２が接続さ
れる。送受信部２の送信系は、パルス発生器、送信遅延
回路、パルサとを有する。パルス発生器は例えば５ＫＨ
ｚのレート周波数ｆr （周期；１／ｆr ）でレートパル
スを繰り返し発生する。このレートパルスはチャンネル
数に分配され、送信遅延回路に送られる。送信遅延回路
は、超音波をビーム状に集束し且つ送信方向を決定する
のに必要な遅延時間を各レートパルスに与える。パルサ
は、送信遅延回路からレートパルスを受けたタイミング
で超音波プローブ１にチャンネル毎に電圧パルスを印加
する。これにより遅延時間に応じた方向にビーム状に超
音波が送信される。

【００１１】被検体内の音響インピーダンスの不連続面
で反射した反射波は超音波プローブ１で受信される。送
受信部２の受信系は、プリアンプ、受信遅延回路、加算
器を有する。受信信号は、チャンネル毎にプリアンプで
増幅され、受信遅延回路により受信方向を決定するのに
必要な遅延時間を与えられ、加算器で加算される。これ
により特定の方向成分が強調されたエコー信号が得られ
る。

【００１２】送受信部２は、遅延時間を所定回数の送受
信毎に順次変化させながら１フレーム分のスキャンを行
う。これにより同一ラスタに沿って超音波ビームが所定
回数繰り返し送信され、また同じ方向からの反射波が繰
り返し受信される。このような１フレーム分のスキャン
は、一定のフレーム周期で経時的に繰り返される。

【００１３】カラーフローマッピング処理部３は、ドプ
ラ効果を利用して血流等の移動体の速度情報の２次元分
布としての速度画像（カラーアンギオ画像ともいう）を
生成するために、位相検波回路、アナログディジタルコ
ンバータ、ＭＴＩフィルタ、自己相関器、平均速度演算
部から構成される。位相検波回路は、基準信号発生器、
９０°移相器、２系統のミキサ、２系統のローパスフィ
ルタを有する。送受信部２からのエコー信号は、２系統
のミキサにそれぞれ取り込まれる。基準信号発生器は、
送信超音波の基本周波数ｆ0 （例えばｆ0 ＝３．５ＭＨ
ｚ）の基準信号を発生する。この基準信号は、一方のミ
キサでエコー信号に掛け合わされる。また、基準信号
は、９０°移相器を介して他方のミキサでエコー信号に
掛け合わされる。２系統のミキサそれぞれの出力信号に
は高調波成分が含まれている。この高調波成分は、ロー
パスフィルタで除去される。これにより、ドプラ効果に
より周波数偏移を受けた偏移周波数成分だけを有するド
プラ信号が抽出される。

【００１４】アナログディジタルコンバータは、１本の
ラスタに対して例えば０．５ｍｍ間隔に相当するサンプ
リング周波数でドプラ信号をサンプリングし、ディジタ
ル化する。ＭＴＩフィルタは、ドプラデータから心筋な
どの運動速度の遅い反射体からのクラッタ成分を除くた
めのハイパスディジタルフィルタ又は帯域ディジタルフ
ィルタとして構成される。ＭＴＩフィルタを通過した血
流のドプラデータは、自己相関器に送られ、前回の送受
信により得られたドプラデータとの相関がとられる。こ
の相関データは、平均速度演算部に供給される。平均演
算部はサンプル点毎に平均速度を演算する。速度画像と
は、平均速度データの２次元分布として定義される。

【００１５】速度画像データは、前段イメージメモリ４
を介して補間処理演算部５に送られる。なお、補間処理
前の速度画像をオリジナル速度画像、他方、補間処理後
（補間処理済）の速度画像を補間速度画像と適宜区別し
て称する。前段イメージメモリ４は、メモリコントロー
ラ１０の制御にしたがって連続する複数フレーム分のオ
リジナル速度画像データを記憶する。補間処理演算部５
は、隣り合うラスタの間隙内の平均速度データを周辺画
素の実測された平均速度データに基づいて空間的に補間
することにより、オリジナル速度画像データから補間速
度画像データを得る。

【００１６】補間速度画像データは、後段イメージメモ
リ６を介して表示系７及び画像処理部８に送られる。後
段イメージメモリは、メモリコントローラ１０の制御に
したがって連続する複数フレーム分の補間速度画像デー
タを記憶する。表示系７は、ディジタルスキャンコンバ
ータ、カラー処理回路、ディジタルアナログコンバー
タ、カラーモニタとから構成される。ディジタルスキャ
ンコンバータは補間速度画像データ又は画像処理された
補間速度画像データをテレビ走査で読み出す。カラー処
理回路は、ディジタルスキャンコンバータから読み出さ
れた速度画像データをカラーテーブルにしたがってカラ
ー信号（ＲＧＢ）に変換する。カラー信号はディジタル
アナログコンバータを介してカラーモニタに送られる。
カラーモニタは速度画像をビジュアルにしかもカラーで
表示する。

【００１７】メモリコントローラ１０にはコンソール１
１が接続される。コンソール１１は、オペレータが、速
度画像を生成又は表示する領域を表す関心領域（ＲＯ
Ｉ）を設定し、画像処理の対象となる時間範囲を設定
し、基準画像を選択することが可能に構成されている。

【００１８】有効比率演算部９は、前段イメージメモリ
４に記憶されている複数のオリジナル速度画像各々につ
いて有効比率を演算する。有効比率とは、１フレームの
オリジナル速度画像を構成する全画素数（サンプル点
数）ＡＳＮに対する速度０以外の有効画素（サンプル
点）の画素数（サンプル点数）ＥＳＮの比率Ｒとして定
義され、以下の（１）式で与えられる。 Ｒ＝ＥＳＮ／ＡＳＮ …（１） 複数のオリジナル速度画像各々についての有効比率デー
タは、メモリコントローラ１０に取り込まれる。メモリ
コントローラ１０は、基準画像の比率を中心とする有効
範囲内に比率が含まれる補正速度画像が選択的に表示又
は画像処理に供されるように、後段イメージメモリ６を
制御して、基準画像の比率を中心とする有効範囲内に比
率が含まれる補正速度画像データだけを読み出させる。
後段イメージメモリ６から読み出された補正速度画像デ
ータは表示系７に送られ表示され、又は画像処理部８に
送られ画像処理に供される。画像処理済の画像は表示系
７に送られ表示される。画像処理部８による画像処理と
は例えば次のような処理である。

【００１９】第１の画像処理では、連続する複数フレー
ムの補間速度画像から１フレームのcolor capture imag
e が作成される。連続する複数フレームの補間速度画像
をそれぞれ順番にＩ'1，Ｉ'2…Ｉ'8と表す。補間速度画
像Ｉ'1〜Ｉ'8にわたる同一画素の８つの画素値の中の最
大値が抽出され当該画素の画素値とされ、同様の最大値
抽出及び画素値の置換処理が全ての画素に対して実行さ
れる。これにより最大値画像としてのcolor capture im
age が作成される。

【００２０】第２の画像処理では、超音波プローブ１を
被検体表面上で移動させることにより走査断面を連続的
に変化させるという３次元スキャンが要求され、このよ
うにして得られる走査断面の連続する複数フレームの補
間速度画像から１フレームの疑似３次元画像が作成され
る。輝度変換を用いた疑似３次元画像では、例えば手前
の血流が明赤で表示され、奥の血流が暗赤で表示され、
この明暗により奥行き感が提供される。このため、最も
手前に相当する補間速度画像Ｉ'1の平均輝度が最も明る
く、奥に向かって序々に低下し、最も奥に相当する補間
速度画像Ｉ'8の平均輝度が最も暗くなるように、補間速
度画像Ｉ'1〜Ｉ'8各々が輝度変換（又は色相変換）さ
れ、輝度変換（または色相変換）された複数フレームの
補間速度画像Ｉ'1〜Ｉ'8は位置整合されて１フレームに
合成される。

【００２１】次に本実施の形態の作用を説明する。コン
ソール１１はオペレータにより操作される。これにより
ＲＯＩが設定される。図２（ａ）に示すようにＲＯＩに
はｎ本のラスタが含まれる。送受信部２による遅延制御
により、同じラスタに対して超音波の送受信が複数回、
例えば１６回繰り返され、隣のラスタに移動し、同様に
送受信が繰り返され、このように１番目のラスタから１
フレーム内最後のｎ番目のラスタまで順番に１６回ずつ
送受信が繰り返されながら１フレーム分のスキャンが実
行され、さらに１フレーム分のスキャンが所定のフレー
ム周期で繰り返される。

【００２２】このようなスキャンと同時進行で、カラー
フローマッピング処理部３によりオリジナル速度画像が
フレーム周期で繰り返し生成される。このオリジナル速
度画像データは、前段イメージメモリ４を介して次々と
補間処理演算部５に送られ、補間処理演算部５により補
間され、補間速度画像が次々と作成される。補間速度画
像データは、後段イメージメモリ６を介して表示系７に
送られ、速度画像が動画像としてビジュアルにしかもカ
ラーで表示される。

【００２３】前段イメージメモリ４には、メモリコント
ローラ１０の制御により、連続する複数フレーム分のオ
リジナル速度画像データが記憶される。常に最新の所定
フレーム数分のオリジナル速度画像データが記憶される
ようにしてもよいし、コンソール１１を介してオペレー
タが指示したメモリスタートからメモリエンド間での間
に生成された複数フレーム数分のオリジナル速度画像デ
ータが記憶されるようにしてもよい。オリジナル速度画
像の画素データは前段イメージメモリ４に図２（ｂ）に
示すようなデータ配列で記憶され、つまりサンプル番
号、ラスタ番号、フレーム番号に応じたアドレスに記憶
される。

【００２４】また、後段イメージメモリ６には、メモリ
コントローラ１０の制御により、前段イメージメモリ４
に記憶されたと同じフレーム番号の複数フレーム分の補
間速度画像データが記憶される。

【００２５】適時にオペレータによるコンソール１１の
操作により、スキャンが終了し、また後段イメージメモ
リ６に記憶されている複数フレームの補間速度画像が生
成順に順番に読み出され、表示系７に動画像として表示
される。オペレータは動画像を観察しながらコンソール
１１を操作する。これにより、画像処理の対象とされる
連続する複数フレームの補間速度画像が設定され、また
これらの複数フレームの補間速度画像の中から１フレー
ムの基準画像が選択される。ここでは画像処理の対象と
される補間速度画像としては、連続する８フレームとし
て説明する。

【００２６】画像処理対象とされた８フレームの補間速
度画像の中で、比較的ノイズが少ないと判断されたもの
が基準画像としてオペレータにより選択される。なお、
画像処理対象とされる複数のフレームの最初（最古）の
画像を基準画像として自動選択するようにしてもよい。

【００２７】図３（ａ）に前段イメージメモリ４に記憶
されているオリジナル速度画像のうち、画像処理の対象
とされる８フレームの補間速度画像の補間前の８フレー
ムのオリジナル速度画像を示している。図３（ｂ）に後
段イメージメモリ６に記憶されている補間速度画像のう
ち、画像処理の対象とされる８フレームの補間速度画像
を示している。なお、図３（ｂ）において、実線は、画
像処理部８に供給されるために後段イメージメモリ６か
ら読み出される補間速度画像を示し、点線は時間範囲に
含まれるに関わらず画像処理の対象外として後段イメー
ジメモリ６から読み出されず、したがって画像処理部８
に供給されない補間速度画像を示している。８フレーム
のオリジナル速度画像各々を、それら生成順にしたがっ
てフレーム番号１，２〜８を付記し、Ｉ1 ，Ｉ2 〜Ｉ8
で識別するものとする。また、８フレームの補間速度画
像各々を、それら生成順にしたがってフレーム番号１，
２〜８を付記し、Ｉ'1，Ｉ'2〜Ｉ'8で識別するものとす
る。なお、予想される通り、或るオリジナル速度画像に
対して、同じフレーム番号の補間速度画像は、上記或る
オリジナル速度画像を補間処理に供した画像であること
を表している。

【００２８】１フレームのオリジナル速度画像を構成す
る全画素数（サンプル点数）は、ＲＯＩ内のラスタ本数
ｎ×１ラスタあたりのサンプル点数で有効比率演算部９
により求められる。

【００２９】有効比率演算部９には、前段イメージメモ
リ４からオリジナル速度画像データＩ，Ｉ2 〜Ｉ8 の画
素データが所定の順番で読み出される。この順番として
は、フレーム番号の若いものから、ラスタ番号の若いも
のから、且つサンプル番号の若いものから読み出すこと
が好ましいが、これに限定されるものではない。有効比
率演算部９は、図２（ｃ）に示すように、画素データが
０以外、つまり速度０以外の有効画素（有効サンプル
点）の画素数を１フレーム毎（オリジナル速度画像毎）
に計数する。有効画素は、血流部分に相当し、速度０の
無効画素は、血流以外の固定部分に相当する。８フレー
ム分の８つの計数値が求められる。（１）式にしたがっ
て、８つの計数値各々は、全画素数で割り算される。こ
れにより各フレームの有効比率Ｒ1 ，Ｒ2 〜Ｒ8 が求め
られる。

【００３０】有効比率Ｒ1 ，Ｒ2 〜Ｒ8 のデータは、メ
モリコントローラ１１に供給される。有効比率Ｒ1 ，Ｒ
2 〜Ｒ8 のいずれか１つが、基準画像の有効比率Ｒstn
として選択される。この基準画像の有効比率Ｒstn を中
心として有効範囲Ｗが、Ｗ＝Ｒstn ±αにより求められ
る。αは例えば２０％である。αは所定値に固定されて
いてもよいし、オペレータが任意に設定可能としてもよ
い。また、複数種類のαを保有しておき、診断部位及び
ＲＯＩの大きさ（全画素数の多少）に応じて選択的に適
用するようにしてもよい。

【００３１】有効比率Ｒ1 ，Ｒ2 〜Ｒ8 は個々に、有効
範囲Ｗに含まれるか、又は含まれないかが判定される。
ここでは、Ｒ4 が有効範囲Ｗに含まれず、他の７つは有
効範囲Ｗに含まれるものとする。この判定は、有効範囲
Ｗに含まれない有効比率Ｒ4のフレーム番号４のオリジ
ナル速度画像Ｉ4 は、ノイズ画像であるとの判定を意味
する。上述したように、有効比率とは、全画素数に対す
る速度０でない有効画素数の比率である。したがって、
有効比率が有効範囲Ｗに含まれないことは、速度０でな
い有効画素数が、基準画像のそれより著しく多いことを
表しており、このようなオリジナル速度画像にはノイズ
画素を多く含んでいるものと考えられる。

【００３２】メモリコントローラ１１は、有効比率が有
効範囲Ｗに含まれないとされたフレーム番号４を除く、
フレーム番号１〜３，５〜８に基づいて後段イメージメ
モリ６の読み出しを制御する。これにより、フレーム番
号４の補間速度画像Ｉ'4を除く、フレーム番号１〜３，
５〜８の補間速度画像Ｉ'1〜Ｉ'3，Ｉ'5〜Ｉ'8のデータ
が、表示系７で表示又は画像処理部８で画像処理に供せ
られるために、後段イメージメモリ６から選択的に読み
出される。補間速度画像Ｉ'1〜Ｉ'3，Ｉ'5〜Ｉ'8は、動
画像として表示系７で表示される。また、第１の画像処
理や第２の画像処理により、補間速度画像Ｉ'1〜Ｉ'3，
Ｉ'5〜Ｉ'8から１フレームのcolor capture image 又は
１フレームの疑似３次元画像が作成される。color capt
ure image 又は疑似３次元画像は表示系７で表示され
る。

【００３３】このように本実施の形態によれば、ノイズ
画像を自動的に排除でき、従来のように１フレームずつ
オペレータが観察してノイズ画像であれば排除するとい
う手間のかかる作業が不要とされる。また、ノイズ画像
の排除精度が向上し、colorcapture image 又は疑似３
次元画像画像の画質劣化を抑制できる。

【００３４】また、ノイズ画像の判定は、上述したよう
に補間処理前のオリジナル速度画像に基づいてなされ
る。これには、（１）有効／無効画素を判定する画素数
が補間速度画像より少なく、処理の簡素化及び高速化を
図ることができる、（２）全画素数を「ラスタ本数×１
ラスタ当たりのサンプル数」により簡単に求めることが
できる、（３）補間速度画像のように画素値がノイズ画
素に汚染されることがないため、判定精度が向上すると
いう効果がある。本発明は上述した実施の形態に限定さ
れることなく種々変形して実施可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、被検体の断面を超音波ビーム
で繰り返し走査して得られたエコー信号に基づいて時系
列的に複数の速度画像を生成する超音波診断装置におい
て、１フレームを構成する全画素数に対する速度０以外
の有効画素数の比率を、前記複数の速度画像各々につい
て演算する第１の手段と、基準とされる速度画像の比率
を中心とする有効範囲内に比率が含まれる速度画像を選
択的に表示又は画像処理に供せしめる第２の手段とを具
備する。

【００３６】比率が有効範囲に含まれる速度画像のみ選
択的に表示又は画像処理に供され、比率が有効範囲に含
まれない速度画像はノイズ画像として表示又は画像処理
に供されず排除される。比率とは、全画素数に対する速
度０でない有効画素数の比率である。したがって、比率
が、基準画像の有効比率に基づく有効範囲に含まれない
ことは、速度０でない有効画素数が、基準画像のそれよ
り著しく多いことを表しており、このような速度画像は
ノイズ画素を多く含んでいるノイズ画像であると判定で
きる。

【００３７】したがって、ノイズ画像を自動的に排除で
き、従来のように１フレームずつオペレータが観察して
ノイズ画像であれば排除するという手間のかかる作業が
不要とされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施の形態による超音波診断
装置のブロック図。

【図２】前段イメージメモリのデータ配列の模式図。

【図３】動作説明図。

【符号の説明】

１…超音波プローブ、 ２…送受信部、 ３…カラーフローマッピング処理部、 ４…イメージメモリ、 ５…補間処理部、 ６…イメージメモリ、 ７…表示部、 ８…画像処理部、 ９…有効比率演算部、 １０…メモリコントローラ、 １１…コンソール。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の断面を超音波ビームで繰り返し
   走査して得られたエコー信号に基づいて時系列的に複数
   の速度画像を生成する超音波診断装置において、 １フレームを構成する全画素数に対する速度０以外の有
   効画素数の比率を、前記複数の速度画像各々について演
   算する第１の手段と、 基準とされる速度画像の比率に基づいた有効範囲内に比
   率が含まれる速度画像を選択的に表示又は画像処理に供
   せしめる第２の手段とを具備することを特徴とする超音
   波診断装置。
2. 【請求項２】 前記複数の速度画像各々を空間的に補間
   する手段をさらに備え、 前記第１の手段は補間前の速度画像を対象として比率を
   演算し、前記第２の手段は補間後の速度画像を対象とし
   て選択的に表示又は画像処理に供せしめることを特徴と
   することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。