WO2009110028A1 - 超音波診断装置及びプログラム - Google Patents

超音波診断装置及びプログラム Download PDF

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八久保敬弘
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株式会社島津製作所
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasound diagnostic apparatus and an image processing program for ultrasound images.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus transmits an ultrasonic wave from an ultrasonic probe brought into contact with the body surface of the subject and receives an ultrasonic signal (echo signal) reflected by each tissue in the body, and based on the signal. It is an apparatus for generating an ultrasound image showing the inside of a subject, and is used for various diagnoses because of its high safety.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus it is possible to obtain a high resolution at a desired depth by converging the ultrasonic beam to a focus position by delay-controlling the timing of ultrasonic transmission / reception in each ultrasonic transducer in the probe. It has become.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus having a multistage focus function that can specify a plurality of depths as focus positions is also known (Patent Document 1). In this case, the depth of the focus point is set with respect to the same beam direction. A plurality of times of ultrasonic transmission / reception is performed while changing, and a plurality of obtained beam data is averaged to generate one beam data.
  • the ultrasonic image obtained by the conventional ultrasonic diagnostic apparatus has a problem that the resolution of the area away from the focus position is lowered and the image becomes unclear.
  • the present invention has been made in view of these points, and the object of the present invention is to correct a decrease in resolution in a region away from the focus position, and to obtain an ultrasonic image with uniform image quality throughout.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus and an image processing program that can be obtained are provided.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus which is made to solve the above problems, is an ultrasonic diagnostic apparatus that acquires and images information inside a subject by transmitting and receiving ultrasonic waves with an ultrasonic probe.
  • a) focus control means for converging the ultrasonic beam transmitted and received by the ultrasonic probe at a predetermined focus position;
  • image generation means for generating ultrasonic image data from echo signals acquired by the ultrasonic probe;
  • weight setting means for setting the weight of the image processing intensity so that the intensity of the image processing at each depth position of the ultrasonic image changes according to the distance from the focus position;
  • image processing means for performing predetermined image processing on the ultrasonic image data according to the weighting; It is characterized by having.
  • the predetermined image processing includes, for example, edge enhancement processing for enhancing a boundary portion in an image, smoothing processing for noise removal, and the like.
  • the weight setting means sets the weight of the image processing strength so that the processing strength increases as the distance from the focus position increases.
  • the weight setting unit sets the weight of the image processing intensity so that the processing intensity decreases as the distance from the focus position increases.
  • a program according to the present invention which has been made to solve the above problems, is a program for performing predetermined image processing on ultrasonic image data generated by using ultrasonic transmission / reception in an ultrasonic diagnostic apparatus.
  • a focus position information acquisition step for acquiring information of a focus position in the ultrasonic transmission and reception;
  • a weighting setting step for setting the weighting of the image processing intensity so that the intensity of the image processing at each depth position of the ultrasonic image changes according to the distance from the focus position;
  • the reduction in resolution in a region away from the focus position is corrected by weighting the intensity of image processing according to the distance from the focus position.
  • an ultrasonic image with uniform image quality can be obtained from a shallow region to a deep region of the subject.
  • the block diagram which shows the principal part structure of the ultrasonic diagnosing device which concerns on one Example of this invention.
  • the conceptual diagram which shows an example of the weighting pattern of edge emphasis processing.
  • the graph which shows an example of the relationship between the image depth and the weighting value of edge emphasis processing.
  • the conceptual diagram which shows an example of the weighting pattern of a smoothing process.
  • the graph which shows an example of the relationship between the image depth and the weighting value of a smoothing process.
  • the conceptual diagram which shows an example of the weighting pattern of the edge emphasis process in the case of 2 step
  • the graph which shows an example of the relationship between the image depth in the case of two-stage focus, and the weighting value of edge emphasis processing.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic probe 11 is pressed against the body of a subject (not shown), transmits ultrasonic waves into the body of the subject, and receives reflected waves from the body.
  • the transmission / reception control unit 12 applies a driving pulse to each piezoelectric element built in the ultrasonic probe 11 to generate an ultrasonic wave, and performs phasing addition of echo signals output from each piezoelectric element. Further, the transmission / reception control unit 12 can control the delay time given to the drive pulse to adjust the convergence distance (that is, the transmission focus position) of the ultrasonic beam, and further according to the reception timing of the reflected wave. By continuously changing the delay time given to the echo signal, the received focus position can be dynamically changed over the entire field of view.
  • the echo signal phased and added by the transmission / reception control unit 12 is input to the signal processing unit 13, and ultrasonic image data is configured by performing predetermined arithmetic processing.
  • the acquired ultrasonic image data is converted into a format that can be displayed on the screen of the monitor 16 by the digital scan converter (DSC) 14, and then subjected to smoothing processing and edge enhancement processing by the image processing unit 15. Is output.
  • the weighting setting unit 19 is a characteristic component of the present invention, and sets a predetermined weighting pattern regarding the processing intensity in the image processing unit 15 (details will be described later).
  • each unit is controlled by a central control unit 18 including a CPU and the like, and an operation signal is input to the central control unit 18 from an operation unit 17 including a keyboard and a trackball.
  • the functions of the respective units centering on the central control unit 18 are realized by so-called software by causing the CPU to execute a predetermined program except for the input / output devices such as the ultrasonic probe 11, the operation unit 17, and the monitor 16. be able to. Further, the function of each unit may be realized by hardware by a circuit or the like, or may be a combination of both.
  • the transmission / reception controller 12 corresponds to the focus controller in the present invention
  • the signal processor 13 corresponds to the image generator in the present invention.
  • the weight setting unit 19 of this embodiment corresponds to the weight setting unit in the present invention
  • the image processing unit 15 corresponds to the image processing unit in the present invention.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus is characterized by performing predetermined weighting on image processing in the image processing unit 15, and a weighting pattern for the weighting is set by the weighting setting unit 19.
  • a weighting pattern for the weighting is set by the weighting setting unit 19.
  • FIGS. 3, 5, 7, and 8 are graphs showing the relationship between the image depth (that is, the position in the beam direction) and the weighting value.
  • an image by convex scanning and a focus position up to two stages are illustrated, but the present invention can also be applied to other scanning methods such as linear scanning and ultrasonic scanning by multi-stage focus positions. Needless to say.
  • the weighting setting unit 19 obtains information on the position of the transmission focus (number of focus steps, position, etc.) from the central control unit 18, and uses the position (depth) of the transmission focus as a reference in the depth direction of the ultrasound image. Set the weighting pattern along Note that the position of the transmission focus is automatically set at the center of the image or the center of the ROI (Region Of Interest) on the device side, or the user can set a desired depth as the focus position. It can be done.
  • the weighting setting unit 19 has the smallest processing intensity at the focus position as shown in FIGS.
  • the weighting pattern is set so that the processing intensity increases as the distance from the focus position increases.
  • the weight setting unit 19 when weighting the smoothing process of the spatial filter that performs the averaging of the neighboring pixels and the luminance value for each pixel, the weight setting unit 19 performs processing intensity at the focus position as illustrated in FIGS. 4 and 5. Is set so that the processing intensity decreases as the distance from the focus position increases.
  • the focus position is one point.
  • weighting is set according to the distance from each focus position. For example, when two focus positions are set, the weighting pattern for edge enhancement processing is set as shown in FIGS.
  • the weighting pattern is set so that the weighting value changes linearly according to the image depth as shown in FIGS. 3, 5, and 7, and the weighting value changes in a curve as shown in FIG.
  • the pattern may be such that smoother image processing can be performed.
  • step S11 information on the focus position is read into the weighting setting unit 19 (step S11).
  • the weighting setting unit 19 determines the weighting pattern of the image processing intensity as described above based on the focus position information, and sends it to the image processing unit 15 (step S12).
  • the image processing unit 15 acquires an image to be processed from the digital scan converter 14 (step S13), executes predetermined image processing according to the weighting pattern (step S14), and outputs the processed image to the monitor 16 (step S14). Step S15).
  • steps S13 to S15 is repeatedly executed until the ultrasonic scanning by the ultrasonic probe 11 is completed, and thereby the processed ultrasonic images are sequentially displayed on the screen of the monitor 16 at a predetermined cycle. If the user instructs to change the focus position using the operation unit 17 during execution of the ultrasonic scanning (Yes in step S16), the process returns to step S11 to reset the weighting pattern, and a new weighting is performed. Subsequent image processing is executed according to the pattern.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and modifications can be appropriately made within the scope of the gist of the present invention. It is.
  • the weighting of image processing according to the distance from the focus position as described above can be applied not only to the above-described edge enhancement processing or smoothing processing, but also to various image processing such as gamma adjustment and frame correlation.
  • the image processing unit 15 provided in the subsequent stage of the digital scan converter 14 is weighted.
  • the weighted image processing as described above is performed on image data before scan conversion.
  • the present invention is applied to an ultrasonic diagnostic apparatus for medical use.
  • the present invention is an ultrasonic diagnosis used for nondestructive inspection such as defect detection of industrial products and buildings. It is obvious that the present invention can be applied to various devices such as devices that acquire internal information of an object using transmission / reception of ultrasonic waves.

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Abstract

　超音波プローブ１１による超音波の送受により被検体内部の情報を取得して画像化する超音波診断装置において、超音波プローブ１１によって送受される超音波ビームを所定のフォーカス位置で収束させるフォーカス制御手段１２と、超音波プローブ１１によって取得されたエコー信号から超音波画像データを生成する画像生成手段１３と、超音波画像の各深さ位置における画像処理の強度が前記フォーカス位置からの距離に応じて変化するように前記画像処理強度の重み付けを設定する重み付け設定手段１９と、前記重み付けに従って前記超音波画像データに所定の画像処理を施す画像処理手段１５とを設ける。これにより、フォーカス位置からの距離に応じて画像処理の強度に重み付けを行うことができ、フォーカス位置から離れた領域での分解能の低下を補正して全体的に均一な画質の超音波画像を得ることが可能となる。

Description

超音波診断装置及びプログラム
　本発明は、超音波診断装置及び超音波画像用の画像処理プログラムに関する。
　超音波診断装置は、被検者の体表に当接させた超音波プローブから超音波を送信すると共に体内の各組織で反射された超音波信号（エコー信号）を受信し、その信号を基に被検者の体内を示す超音波画像を生成する装置であり、その高い安全性から種々の診断に利用されている。
　こうした超音波診断装置では、上記プローブ内の各超音波振動子における超音波送受のタイミングを遅延制御することにより、超音波ビームをフォーカス位置に集束させ、所望の深度において高い分解能を得ることが可能となっている。また、複数の深度をフォーカス位置として指定することのできる多段フォーカス機能を備えた超音波診断装置も知られており（特許文献１）、この場合、同一ビーム方向に対してフォーカス点の深さを変えながら複数回の超音波送受信を行い、得られた複数のビームデータを平均化処理することで一本のビームデータを生成している。
特開平9-135835号公報
　しかしながら、従来の超音波診断装置によって得られる超音波画像では、フォーカス位置から離れた領域の分解能が低下して画像が不鮮明になるという問題があった。
　本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フォーカス位置から離れた領域での分解能の低下を補正し、全体に亘って均一な画質の超音波画像を得ることのできる超音波診断装置及び画像処理プログラムを提供することにある。
　上記課題を解決するために成された本発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブによる超音波の送受により被検体内部の情報を取得して画像化する超音波診断装置において、
　a)前記超音波プローブによって送受される超音波ビームを所定のフォーカス位置で収束させるフォーカス制御手段と、
　b)前記超音波プローブによって取得されたエコー信号から超音波画像データを生成する画像生成手段と、
　c)超音波画像の各深さ位置における画像処理の強度が前記フォーカス位置からの距離に応じて変化するように前記画像処理強度の重み付けを設定する重み付け設定手段と、
　d)前記重み付けに従って前記超音波画像データに所定の画像処理を施す画像処理手段と、
　を有することを特徴としている。
　ここで、所定の画像処理とは、例えば、画像中の境界部を強調するためのエッジ強調処理や、ノイズ除去のためのスムージング処理等が挙げられる。エッジ強調処理の強度に重み付けを行う場合、上記重み付け設定手段はフォーカス位置から離れるにつれて処理強度が大きくなるように上記画像処理強度の重み付けを設定する。一方、スムージング処理の強度に重み付けを行う場合、上記重み付け設定手段はフォーカス位置から離れるにつれて処理強度が小さくなるように上記画像処理強度の重み付けを設定する。
　また、上記課題を解決するために成された本発明に係るプログラムは、超音波診断装置における超音波の送受を利用して生成された超音波画像データに所定の画像処理を施すためのプログラムであって、
　a)前記超音波送受におけるフォーカス位置の情報を取得するフォーカス位置情報取得ステップと、
　b)超音波画像の各深さ位置における画像処理の強度が前記フォーカス位置からの距離に応じて変化するように前記画像処理強度の重み付けを設定する重み付け設定ステップと、
　c)前記重み付けに従って前記超音波画像データに所定の画像処理を施す画像処理ステップと、
　をコンピュータに実行させることを特徴としている。
　上記構成を有する本発明に係る超音波診断装置又はプログラムによれば、フォーカス位置からの距離に応じて画像処理の強度に重み付けを行うことにより、フォーカス位置から離れた領域での分解能の低下を補正し、被検体の浅い領域から深い領域に亘って全体的に均一な画質の超音波画像を得ることができる。
本発明の一実施例に係る超音波診断装置の要部構成を示すブロック図。 エッジ強調処理の重み付けパターンの一例を示す概念図。 画像深度とエッジ強調処理の重み付け値の関係の一例を示すグラフ。 スムージング処理の重み付けパターンの一例を示す概念図。 画像深度とスムージング処理の重み付け値の関係の一例を示すグラフ。 二段フォーカスの場合のエッジ強調処理の重み付けパターンの一例を示す概念図。 二段フォーカスの場合の画像深度とエッジ強調処理の重み付け値の関係の一例を示すグラフ。 画像深度とエッジ強調処理の重み付け値の関係の他の例を示すグラフであり、(a)は一段フォーカスの場合を、(b)は二段フォーカスの場合を示す。 同実施例の超音波診断装置における画像処理の手順を示すフローチャート。 本発明に係る超音波診断装置の別の構成例を示すブロック図。
符号の説明
１１…超音波プローブ
１２…送受信制御部
１３…信号処理部
１４…デジタルスキャンコンバータ
１５…画像処理部
１６…モニタ
１７…操作部
１８…中央制御部
１９…重み付け設定部
　以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例に基づいて説明する。
　図１は、本発明の一実施例に係る超音波診断装置の要部構成を示すブロック図である。超音波プローブ１１は被検者（図示しない）の身体に押し当てられ、その被検者の体内に超音波を送波するとともに該体内からの反射波を受波する。送受信制御部１２は超音波プローブ１１に内蔵された各圧電素子に駆動パルスを印加して超音波を発生させると共に、各圧電素子から出力されるエコー信号を整相加算する。また、送受信制御部１２により、前記駆動パルスに与える遅延時間を制御することで超音波ビームの収束距離（即ち、送波フォーカス位置）を調節することができ、更に、反射波の受信タイミングに応じてエコー信号に与える遅延時間を連続的に変化させることにより、受波フォーカス位置を視野の全域に亘って動的に変化させることができる。
　送受信制御部１２で整相加算されたエコー信号は信号処理部１３へと入力され、所定の演算処理が行われることによって超音波画像データが構成される。取得された超音波画像データはデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１４においてモニタ１６の画面上に表示可能な形式に変換された後、画像処理部１５でスムージング処理及びエッジ強調処理を施され、モニタ１６へ出力される。なお、重み付け設定部１９は、本発明の特徴的な構成要素であり、画像処理部１５における処理強度に関して所定の重み付けパターンを設定する（詳細は後述する）。
　上記各部の動作はＣＰＵ等を含む中央制御部１８により制御され、中央制御部１８には、キーボード、トラックボールなどを備えた操作部１７から操作信号が入力される。中央制御部１８を中心とする各部の機能は、超音波プローブ１１、操作部１７、モニタ１６等の入出力装置を除いて、ＣＰＵに所定のプログラムを実行させることにより、いわゆるソフトウェア的に実現することができる。また、前記各部の機能は回路などによってハードウエア的に実現する構成としてもよく、両者が組み合わされた構成であってもよい。
　なお、本実施例では、送受信制御部１２が本発明におけるフォーカス制御手段に相当し、信号処理部１３が本発明における画像生成手段に相当する。また、本実施例の重み付け設定部１９が本発明における重み付け設定手段に相当し、画像処理部１５が本発明における画像処理手段に相当する。
　本実施例の超音波診断装置は、画像処理部１５における画像処理に所定の重み付けを行うことを特徴としており、そのための重み付けパターンが重み付け設定部１９にて設定される。以下、この重み付けパターンの設定について詳細に説明する。図２、図４、及び図６は、重み付け設定部１９で設定される重み付けパターンの一例を示す概念図であり、図中の濃淡は重み付けの大小を表している。また、図３、図５、図７、及び図８は画像深度（すなわちビーム方向における位置）と重み付け値の関係を示すグラフである。なお、上記概念図では、コンベックス走査による画像及び二段までのフォーカス位置を例示したが、リニア走査など他の走査方式及びより多段のフォーカス位置による超音波走査を行う場合にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。
　重み付け設定部１９は、中央制御部１８から上述の送波フォーカスの位置に関する情報（フォーカス段数及び位置等）を取得し、該送波フォーカスの位置（深度）を基準として超音波画像の深さ方向に沿った重み付けパターンを設定する。なお、送波フォーカスの位置は、装置側で自動的に画像の中心又はＲＯＩ（Region Of Interest：関心領域）の中心に設定されるか、あるいはユーザが所望の深度をフォーカス位置として設定することができるようになっている。
　例えば、各画素について近傍の画素との輝度差を強調するようなエッジ強調処理に重み付けを行う場合、重み付け設定部１９は、図２及び図３に示すように、フォーカス位置における処理強度が最も小さく、フォーカス位置から離れるにつれて処理強度が大きくなるように重み付けパターンを設定する。
　また、各画素について近傍の画素と輝度値の加算平均を行うような空間フィルタのスムージング処理に重み付けを行う場合、重み付け設定部１９は、図４及び図５に示すように、フォーカス位置で処理強度が最も大きく、フォーカス位置から離れるにつれて処理強度が小さくなるように重み付けパターンを設定する。
　このような重み付けを行うことにより、フォーカス位置付近とそこから離れた領域との分解能の差による画質の違いを補正し、全体として均質な画像を得ることができる。
　なお、上記ではフォーカス位置が１点の場合を示したが、複数のフォーカス位置が設定されている場合には、各フォーカス位置からの距離に応じて重み付けを設定する。例えば、フォーカス位置が２点設定されている場合、エッジ強調処理の重み付けパターンは図６及び図７に示すように設定される。
　また、重み付けパターンは、図３、図５、及び図７のように画像深度に応じて重み付け値が直線的に変化するように設定するほか、図８に示すように重み付け値が曲線的に変化するようなパターンとし、より滑らかな画像処理が行えるようにしてもよい。
　以下、図９に示すフローチャートに従って、重み付け設定部１９及び画像処理部１５における処理手順の一例について説明する。
　まず、超音波走査の開始に伴って、フォーカス位置の情報が重み付け設定部１９に読み込まれる（ステップＳ１１）。重み付け設定部１９は、上記フォーカス位置の情報に基づいて、上述のような画像処理強度の重み付けパターンを決定して画像処理部１５に送出する（ステップＳ１２）。画像処理部１５はデジタルスキャンコンバータ１４から処理対象となる画像を取得し（ステップＳ１３）、上記重み付けパターンに従って所定の画像処理を実行して（ステップＳ１４）処理後の画像をモニタ１６に出力する（ステップＳ１５）。
　超音波プローブ１１による超音波走査が終了するまでステップＳ１３～Ｓ１５の処理が繰り返し実行され、これによりモニタ１６の画面上には処理済みの超音波画像が所定の周期で順次表示される。なお、超音波走査の実行中に、ユーザが操作部１７を用いてフォーカス位置の変更を指示した場合（ステップＳ１６でYes）には、ステップＳ１１に戻って重み付けパターンが再設定され、新たな重み付けパターンに従って以降の画像処理が実行される。
　以上、実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容されるものである。例えば、上記のようなフォーカス位置からの距離に応じた画像処理の重み付けは、上述のエッジ強調処理又はスムージング処理のみならず、ガンマ調整、フレーム相関などの各種画像処理に適用可能である。
　また、上記実施例ではデジタルスキャンコンバータ１４の後段に設けられた画像処理部１５における画像処理に重み付けを行う構成としたが、図１０に示すようにデジタルスキャンコンバータ１４の前段に画像処理部１５を設け、走査変換前の画像データに上記のような重み付けされた画像処理を施す構成とすることもできる。
　なお、上記実施例においては、本発明を医療用の超音波診断装置に適用するものとしたが、本発明は、工業製品や建造物等の欠陥検出等の非破壊検査に用いられる超音波診断装置など、超音波の送受信を利用して対象の内部情報を取得する種々の装置に適用できることは明らかである。

Claims (4)

  1. 　超音波プローブによる超音波の送受により被検体内部の情報を取得して画像化する超音波診断装置において、
    　a)前記超音波プローブによって送受される超音波ビームを所定のフォーカス位置で収束させるフォーカス制御手段と、
    　b)前記超音波プローブによって取得されたエコー信号から超音波画像データを生成する画像生成手段と、
    　c)超音波画像の各深さ位置における画像処理の強度が前記フォーカス位置からの距離に応じて変化するように前記画像処理強度の重み付けを設定する重み付け設定手段と、
    　d)前記重み付けに従って前記超音波画像データに所定の画像処理を施す画像処理手段と、
    　を有することを特徴とする超音波診断装置。
  2. 　上記所定の画像処理がエッジ強調処理であり、上記重み付け設定手段が、フォーカス位置から離れるにつれてエッジ強調処理の強度が大きくなるように上記画像処理強度の重み付けを設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
  3. 　上記所定の画像処理がスムージング処理であり、上記重み付け設定手段が、フォーカス位置から離れるにつれてスムージング処理の強度が小さくなるように上記画像処理強度の重み付けを設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
  4. 　超音波診断装置における超音波の送受を利用して生成された超音波画像データに所定の画像処理を施すためのプログラムであって、
    　a)前記超音波送受におけるフォーカス位置の情報を取得するフォーカス位置情報取得ステップと、
    　b)超音波画像の各深さ位置における画像処理の強度が前記フォーカス位置からの距離に応じて変化するように前記画像処理強度の重み付けを設定する重み付け設定ステップと、
    　c)前記重み付けに従って前記超音波画像データに所定の画像処理を施す画像処理ステップと、
    　をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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