JPH119595A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波診断装置において、画像上に表れるノ
イズを効果的に低減して画質を向上する。 【解決手段】 直交検波回路１８の後段にノイズ除去回
路１００を設ける。ノイズ除去回路１００は複素信号の
実数部及び虚数部のそれぞれに対して個別にフィルタリ
ングを行う。ノイズ除去回路１００としてハイパスフィ
ルタを用いれば超音波探触子近傍の浅い領域にて生じる
かぶりを効果的に抑制できる。ノイズ除去回路１００と
してローパスフィルタを用いれば、高周波性のノイズを
効果的に抑制できる。係数設定部１０１は診断深さや生
体信号に応じてフィルタ係数を可変設定する。直交検波
回路１８とノイズ除去回路１００の間に間引き回路１０
２を設ければフィルタ回路に設けられるメモリの容量な
どを削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置に関
し、特に、超音波画像上に現れるノイズの除去に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】超音波画像において、超音
波探触子近傍にはいわゆる「かぶり」と称されるノイズ
が発生する。これは送信波の回り込みや音響レンズ内に
おける超音波の多重反射などに起因して生じるもので、
画質劣化の要因となる。また、近距離診断の妨げとな
る。また、超音波画像上において、均一な組織であるに
もかかわらず高輝度の輝点（高周波ノイズ）が散在する
場合がある。これも画質劣化の要因となるものであり、
また疾病診断の妨げとなる。よって、それらのノイズを
効果的に除去することが望まれている。

【０００３】従来、ノイズ除去は、ローパスフィルタや
ハイパスフィルタなどによって行われていたが、従来に
おいては、スカラー信号（輝度信号）の状態でフィルタ
リングが実行されていた。よって、ノイズを効果的に除
去することが困難であった。

【０００４】なお、特開平８−１０７８９６号公報に
は、検波前のＲＦ信号の段階でフィルタリングを行う超
音波診断装置が開示されている。

【０００５】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、超音波画像上に現れるノイズ
を効果的に軽減して画質を向上することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、かぶりを効果的に除
去することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、高周波ノイズを効果
的に除去することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、受信信号を複素信号に変換する複素信号
変換手段と、前記複素信号の実数部及び虚数部のそれぞ
れについて個別にフレーム間でフィルタリングを行うフ
ィルタ手段と、前記フィルタ手段を通過した信号に基づ
いて超音波画像を形成する画像形成手段と、を含むこと
を特徴とする。

【０００９】上記構成によれば、受信信号は直交検波な
どによって複素信号に変換され、その実数部と虚数部の
それぞれに対して個別にフィルタリングが行われる。例
えば、上記かぶりを低減する場合には低域成分除去のフ
ィルタリングが行われ、上記高周波ノイズを除去するた
めには高域成分除去のフィルタリングが行われる。もち
ろん、それらの両者を適用してもよい。

【００１０】本発明によれば、複素信号の段階でフィル
タリングが行われるため、よりノイズ除去効果を高める
ことができる。特に、信号の位相を考慮してフィルタリ
ングを行えるという利点がある。

【００１１】本発明の望ましい態様では、前記フィルタ
手段は、ハイパスフィルタであり、あるいはローパスフ
ィルタである。

【００１２】本発明の望ましい態様では、前記複素信号
変換手段と前記フィルタ手段との間には、表示ピクセル
レートに応じて余分なデータの間引きを行う間引き手段
が設けられる。

【００１３】上記構成によれば、フィルタリングを行う
前に間引きが行われるため、それよりも後段のフィルタ
手段などの回路規模を小さくでき、特にメモリ容量を削
減できる。

【００１４】本発明の望ましい態様では、前記フィルタ
手段のフィルタ特性を可変設定するフィルタ制御手段を
含む。ここで、前記フィルタ制御手段は、診断深さに応
じてフィルタ特性を可変設定し、あるいは、前記フィル
タ制御手段は、生体信号に応じてフィルタ特性を可変設
定する。

【００１５】ここで、例えば上記「かぶり」を中心に除
去するためには超音波探触子近傍の浅い領域でのみ低域
が低減されるように制御すればよい。また、診断深さに
応じて、高周波ノイズの影響が少なくなるような場合に
は診断深さに応じて高域軽減効果を小さくすることもで
きる。上記生体信号は、例えば心電信号であり、心臓の
時相に応じてフィルタ特性を変化させてもよく、例えば
動きの早い時相では低域低減効果を弱めることもでき
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００１７】図１には、本発明に係る超音波診断装置の
全体構成がブロック図で示されている。この超音波診断
装置は生体に対して超音波の送受波を行って断層画像や
ドプラ画像等の超音波画像を形成する装置である。

【００１８】図１において、アレー振動子１０は、複数
の超音波振動素子を配列してなるものであり、そのアレ
イ振動子を電子走査することによって超音波ビームが走
査される。送信器１２は、アレー振動子１０の各超音波
振動素子に対して送信信号を供給している。受信器１４
は、アレー振動子１０の各超音波振動素子から出力され
る受信信号に対して増幅などの処理を行う回路である。
各受信信号はビームフォーマ１６に入力される。このビ
ームフォーマ１６は各受信信号に対してＡ／Ｄ変換等の
処理を実行し、さらに位相制御を行って受信信号を加算
する回路である。ビームフォーマ１６から出力される受
信信号は直交検波回路１８に入力される。

【００１９】直交検波回路１８は複素信号変換器として
機能するものであり、受信信号に対して直交検波を実行
する回路である。これにより実数部信号及び虚数部信号
からなる複素信号が生成される。それらの信号はノイズ
除去回路１００に入力される。このノイズ除去回路１０
０は、例えばローパスフィルタあるいはハイパスフィル
タであり、本実施形態では、このように複素信号の段階
で実数部及び虚数部のそれぞれに対して個別にフィルタ
リングがなされている。

【００２０】ノイズ除去回路１００から出力された複素
信号は絶対値回路２０に入力される。絶対値回路２０は
実数部及び虚数部の絶対値を演算することにより、超音
波エコーの強度を演算する回路である。絶対値回路２０
から出力される信号は信号圧縮回路２２において例えば
対数圧縮され、さらに検波処理されて間引き回路２４に
送られる。間引き回路２４は、表示ピクセルレートにし
たがって余剰データの間引きを実行する回路である。

【００２１】表示処理回路２６は、デジタルスキャンコ
ンバータ（ＤＳＣ）であり、この回路２６によって超音
波画像が構成される。その超音波画像は表示器３０に表
示されることになる。

【００２２】本実施形態では、ノイズ除去回路１００に
おけるフィルタ係数が係数設定部１０１によって設定さ
れる。係数設定部１０１は、後述するように、診断深さ
に応じてあるいは生体信号に応じてフィルタ係数を可変
設定する機能を有する。フィルタ係数の設定方法につい
ては後に説明する。

【００２３】図２には、図１に示した直交検波回路１８
及びノイズ除去回路１００の具体的な構成が回路図とし
て示されている。

【００２４】直交検波回路１８は受信信号に対して２つ
の参照信号を混合する２つのミキサ３２Ａ，３２Ｂと、
ミキサ３２Ａ，３２Ｂから出力される信号を入力して低
域成分のみを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）３
４Ａ，３４Ｂと、で構成される。ローパスフィルタ３４
Ａ，３４Ｂは直交検波後におけるベースバンド領域の信
号を取り出す回路である。なお、直交検波回路１８は各
種の超音波診断装置に組み込まれている。

【００２５】ノイズ除去回路１００は、図２に示す構成
例では、２つのフィルタ回路１０４Ａ，１０４Ｂからな
るものである。フィルタ回路１０４Ａは実数部に対して
フィルタリングを実行する回路であり、フィルタ回路１
０４Ｂは虚数部に対してフィルタリングを実行する回路
である。図２に示す例ではそれぞれのフィルタ回路１０
４Ａ，１０４Ｂはハイパスフィルタを構成している。す
なわち上述したかぶりを除去するためにこのような低域
低減処理が行われる。

【００２６】各フィルタ回路１０４Ａ，１０４Ｂはそれ
ぞれ同一の構成を有しており、すなわち１フレーム分の
データを格納するフレームメモリ３６Ａ，３６Ｂと、現
在のフレームの信号に対してフィルタ係数ｃ₀を乗算す
る乗算器３８Ａ，３８Ｂとフレームメモリ３６Ａ，３６
Ｂから出力される１つ前のフレームの信号に対してフィ
ルタ係数ｃ₁を乗算する乗算器４０Ａ，４０Ｂと、乗算
器３８Ａ，３８Ｂから出力される信号から乗算器４０
Ａ，４０Ｂから出力される信号を減算する減算器４２
Ａ，４２Ｂとで構成されている。すなわち、いわゆる２
タップの非巡回型フィルタが構成されている。各乗算器
に供給されるフィルタ係数は図１に示した係数設定部１
０１から供給されている。

【００２７】したがって、図２に示す回路構成によれ
ば、フィルタ回路１０４Ａ，１０４Ｂの作用によってフ
レーム間において差分演算が実行され、周波数の低い成
分を効果的に低減することが可能である。よって、特に
上述したかぶりを抑制することが可能になる。もちろ
ん、かぶりは超音波探触子近傍の浅い領域で発生するた
め、そのような浅い領域でのみフィルタ効果が高まるよ
うにフィルタ係数の設定を行うのが望ましい。２つのフ
ィルタ回路１０４Ａ，１０４Ｂから出力される信号は図
１に示した絶対値回路２０に入力されている。

【００２８】図２に示した構成ではハイパスフィルタが
用いられていたが、図３に示す他の実施形態ではローパ
スフィルタが用いられている。すなわち、ノイズ除去回
路１００として２つのフィルタ１０６Ａ，１０６Ｂが設
けられ、それぞれのフィルタ回路１０６Ａ，１０６Ｂは
ローパスフィルタを構成している。各フィルタ回路１０
６Ａ，１０６Ｂはそれぞれ同一の構成を有する。

【００２９】具体的に説明すると、受信信号（実数部信
号又は虚数部信号）は、加算器４４Ａ，４４Ｂに入力さ
れ、そこを出力された信号が帰還されてフレームメモリ
４６Ａ，４６Ｂに入力されている。このフレームメモリ
４６Ａ，４６Ｂは受信信号を１フレーム分格納するメモ
リであり、その出力は乗算器４８Ａ，４８Ｂにおいてフ
ィルタ係数ｃ₀と乗算される。そして、その乗算結果が
上述した加算器４４Ａ，４４Ｂに入力され、直交検波回
路１８から出力される現フレームの信号から、１つ前の
フレームの信号が一定の割合で加算されることになる。
このような加算結果に対して乗算器５０Ａ，５０Ｂにお
いてフィルタ係数ｃ₁が乗算され、その乗算結果が受信
信号として絶対値回路２０に出力される。

【００３０】図３に示す構成によれば、ノイズ除去回路
１００において複素信号の段階で高域低減処理を行うこ
とができるので、高周波ノイズを抑制して画質の向上を
図ることができる。ちなみに、診断深さが深くなるほど
高周波成分が低減される傾向にあるため、フィルタ係数
の設定に当たってはそれを考慮するのが望ましい。

【００３１】図４には、他の実施形態の装置構成が示さ
れている。図１に示す構成と同様の構成には同一符号を
付しその説明を省略する。図４に示す構成では、直交検
波回路１８とノイズ除去回路１００との間に間引き回路
１０２が設けられている。図１に示す構成では、間引き
回路２４は輝度信号に対して間引き処理を行っていた
が、図４に示す構成では、直交検波後の複素信号の実数
部及び虚数部のそれぞれに対して個別に間引きが行われ
ている。

【００３２】ここで、間引き回路１０２は上述したよう
に表示ピクセルレートに応じてエコーデータを間引く回
路である。

【００３３】図５には、図４に示す直交検波回路１８、
間引き回路１０２及びノイズ除去回路１００の具体的な
構成が示されている。この図５に示す構成は、上述した
図２に示す構成と基本的に同一であるが、上述したよう
に直交検波回路１８とノイズ除去回路１００との間に間
引き回路１０２が設けられている点が異なっている。図
示されるように、間引き回路１０２は実数部用の間引き
回路１０２Ａと虚数部用の間引き回路１０２Ｂとで構成
される。上記のようにノイズ除去回路１００の前段に間
引き回路１０２を設けることによって、ノイズ除去回路
１００内に設けられるメモリの記憶容量を削減でき、こ
れと同様に他の回路構成を簡易化できるという利点があ
る。

【００３４】図５には、ハイパスフィルタを用いた例が
示されていたが、図６にはローパスフィルタを用いた例
が示されている。図６に示す構成例は、上述した図３に
示す構成例と基本的に同一であるが、直交検波回路１８
とノイズ除去回路１００との間に間引き回路１０２が設
けられている点が異なっている。この図６に示す構成に
よっても上記同様の効果を得られる。

【００３５】ちなみに、図５及び図６に示す構成を採用
すれば、上記のように回路規模を小型化できるととも
に、間引き前に必要なアンチエリアシングフィルタをロ
ーパスフィルタ３４Ａ，３４Ｂで兼ねることができると
いうメリットもある。

【００３６】図２には、２タップの非巡回型のフィルタ
の構成例が示されていたが、さらに多くのタップを持っ
たフィルタを用いてもよい。例えば、図７に示すような
３タップの非巡回型フィルタを用いてもよい。また、こ
れと同様に、図３には２タップの巡回型フィルタの構成
例が示されていたが、例えば図８に示すように３タップ
の巡回型フィルタを用いてもよい。

【００３７】いずれにしても、複素信号の段階でフィル
タリングを行うことによって、輝度信号の段階で行うフ
ィルタリングよりもより効果的なフィルタ作用を得るこ
とが可能である。

【００３８】すなわち、上記実施形態によれば、超音波
探触子の近傍で生ずるかぶりを低域成分の低減によって
効果的に抑制でき、また、輝度変化が大きい高周波信号
成分に対してはローパスフィルタによる積分効果によっ
てデータの平滑化を行い、そのようなノイズを除去する
ことができる。

【００３９】上記実施形態では、ローパスフィルタ及び
ハイパスフィルタがそれぞれ別個に設けられた例が示さ
れていたが、もちろんそれらをシリーズに接続して装置
を構成してもよい。あるいは、深さに応じてフィルタの
種類を切り替えて使用してもよい。

【００４０】上記実施形態によれば、スカラー情報に対
してではなくベクトル情報に対してフィルタリングを行
うことができるので、特に循環器の診断においてかぶり
成分を効果的に抑制することができる。フレーム間で見
た場合、心臓における超音波探触子側の前壁部分からの
信号は振幅がほぼ同一であるが、それが少しながら動い
ているため信号の位相は異なることになる。その一方、
かぶり成分はフレーム間では位相及び振幅がほぼ同一で
あり、定常的に存在するものである。このような２種類
の信号に対してハイパスフィルタ処理を行うと、位相も
同じであるかぶり成分は低域抑制によって効果的に除去
され、一方、心臓壁を表す信号は位相が相違するためそ
の信号の消失を防止することができる。よって、心臓の
画像を残しつつかぶり成分を除去することが可能であ
る。

【００４１】図９には、図１及び図４に示した係数設定
部１０１の具体的な構成例が示されている。

【００４２】図９において、係数設定部１０１は、カウ
ンタ６０及びＲＯＭ６２で構成される。カウンタ６０
は、入力されるクロックをカウントしてそのカウント結
果をＲＯＭのアドレスに与えるものである。ＲＯＭから
そのアドレスに対応したフィルタ係数のセットが出力さ
れ、各フィルタ係数はそれぞれ各図に示した乗算器に入
力される。

【００４３】たとえば診断深さに応じてフィルタ係数が
可変設定される場合、カウンタ６０に入力されるリセッ
ト信号としては送信繰り返し信号が入力され、カウンタ
６０においてクロックをカウントすることによって診断
深さに相当するアドレス信号がＲＯＭへ出力される。

【００４４】一方、リセット信号として生体信号を利用
することもできる。これは例えば心電信号のＲ波をリセ
ットパルスとして用いるものである。このような構成に
よれば、例えば心臓の拡張や収縮運動の時相に同期させ
てフィルタ係数を変化させることができる。

【００４５】例えばハイパスフィルタを走査領域の全域
にかけると、心臓弁等の残像が生じやすい。そこで、そ
のような問題を効果的に抑制するために深さに応じてフ
ィルタ係数を切り替えてハイパスフィルタの作用を変化
させてもよい。

【００４６】なお、上記の実施形態においては、いわゆ
る断層画像が表示される場合の構成例が示されていた
が、本発明はドプラ画像が表示される場合においても適
用できる。この場合には、例えばノイズ除去回路１００
の後段に自己相関演算器やＦＦＴ回路等を設ければよ
い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超音波画像上に表れるノイズを効果的に軽減して画質を
向上でき、特にいわゆるかぶりまたは高周波性のノイズ
を効果的に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示
すブロック図である。

【図２】 ノイズ除去回路としてハイパスフィルタを用
いた場合の構成例を示す図である。

【図３】 ノイズ除去回路としてローパスフィルタを用
いた場合の構成例を示す図である。

【図４】 直交検波回路とノイズ除去回路との間に間引
き回路を設けた他の実施形態を示すブロック図である。

【図５】 他の実施形態においてハイパスフィルタを用
いた場合の構成例を示す図である。

【図６】 他の実施形態においてローパスフィルタを用
いた場合の構成例を示す図である。

【図７】 ３タップ非巡回型フィルタの構成例を示す図
である。

【図８】 ３タップ巡回型フィルタの構成例を示す図で
ある。

【図９】 係数設定部の具体的な構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ アレー振動子、１８ 直交検波回路、２０ 絶対
値回路、２４，１０２間引き回路、１００ ノイズ除去
回路、１０１ 係数設定部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信信号を複素信号に変換する複素信号
   変換手段と、 前記複素信号の実数部及び虚数部のそれぞれについて個
   別にフレーム間でフィルタリングを行うフィルタ手段
   と、 前記フィルタ手段を通過した信号に基づいて超音波画像
   を形成する画像形成手段と、 を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記フィルタ手段は、ハイパスフィルタであることを特
   徴とする超音波診断装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記フィルタ手段は、ローパスフィルタであることを特
   徴とする超音波診断装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の装置において、 前記複素信号変換手段と前記フィルタ手段との間には、
   表示ピクセルレートに応じて余分なデータの間引きを行
   う間引き手段が設けられたことを特徴とする超音波診断
   装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の装置において、 前記フィルタ手段のフィルタ特性を可変設定するフィル
   タ制御手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装置において、 前記フィルタ制御手段は、診断深さに応じてフィルタ特
   性を可変設定することを特徴とする超音波診断装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載の装置において、 前記フィルタ制御手段は、生体信号に応じてフィルタ特
   性を可変設定することを特徴とする超音波診断装置。