JP2011050742A

JP2011050742A - ステアリング角度を考慮して超音波合成映像を提供する超音波システムおよび方法

Info

Publication number: JP2011050742A
Application number: JP2010196013A
Authority: JP
Inventors: Chi Young Ahn; チヨンアン，
Original assignee: Medison Co Ltd
Current assignee: Samsung Medison Co Ltd
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2011-03-17
Also published as: EP2296004A3; KR20110024486A; KR101121267B1; US20110054323A1; EP2296004A2

Abstract

【課題】異なる基準ステアリング角度を設定し、設定されたステアリング角度を考慮して超音波合成映像を提供する超音波システムおよび方法を提供する。
【解決手段】ステアリング角度が０°のスキャンラインを含む複数のスキャンラインに沿って超音波信号を対象体に送信し、複数のフレームに対応する複数の超音波データを取得する超音波データ取得部と、ステアリング角度が０°のスキャンライン対して基準ステアリング角度を設定し、基準ステアリング角度を基準として複数のフレームの複数のスキャンラインのステアリング角度が０°のスキャンラインに対する複数のステアリング角度を算出するプロセッサとを備え、前記複数の超音波データは、複数のステアリング角度に基づいて取得され、プロセッサは、複数の超音波データにスキャン変換を行って前記複数のフレームを形成し、前記複数のフレームで空間的に重なる領域の画像を合成して超音波合成映像を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波システムに関し、特に、異なる基準ステアリング角度を設定し、その設定されたステアリング角度を考慮して超音波合成映像を提供する超音波システムおよび方法に関する。

超音波システムは、無侵襲および非破壊特性を有しており、対象体内部の情報を得るために医療分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要がなく、対象体の内部組織を高解像度の映像で医師に提供することができるため、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。

超音波システムは、複数のスキャンライン（ｓｃａｎｌｉｎｅ）を予め設定されたステアリング角度（ｓｔｅｅｒｉｎｇａｎｇｌｅ）でステアリングして、より広い視野角を有する超音波映像を提供している。また、超音波システムは、超音波映像の画質を向上させるために、互いに異なるステアリング角度を有する複数の超音波映像を合成して超音波合成映像を提供している。

従来は、スキャンラインをステアリングしない超音波映像を基準として、その映像に左右対称にステアリングされた超音波映像を空間的に重ね合せて超音波合成映像を形成している。しかし、これによっては、超音波合成映像を形成するのに必要な超音波映像の数に制約があるだけでなく、スキャンラインがステアリングされた超音波映像の境界線が超音波合成映像に表示されてしまい、超音波合成映像の画質を低下させる問題がある。

また従来は、超音波合成映像を形成するのに必要な超音波映像の枚数を算出するのに、スキャンラインの重合点を考慮してスキャンラインのステアリング角度を算出している。ここで、重合点とは、複数のスキャンラインが対象体内で交差して重なり合う点を意味する。しかしこれでは、ステアリング角度を算出するための追加ハードウェアまたはソフトウェアが必要となる問題がある。

特表２００２−５２６２２９号公報特開２００９−１８３７０５号公報特開２００８−０４３７６６号公報

本発明の課題は、超音波合成映像を形成するのに必要な複数の超音波映像のそれぞれに、ステアリング角度０°のスキャンラインに対して異なる基準ステアリング角度を設定し、その設定された基準ステアリング角度を基準として数列を用いてスキャンラインのステアリング角度０°のスキャンラインに対するステアリング角度を算出する超音波システムおよび方法を提供することにある。

また、本発明は、超音波信号を送受信する超音波プローブの種類を考慮して超音波データにスキャン変換を行って複数の超音波映像を形成し、その複数の超音波映像を合成して超音波合成映像を提供する超音波システムおよび方法を提供することにある。

本発明における超音波システムは、ステアリング角度が０°のスキャンラインを含む複数のスキャンラインに沿って超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して、複数のフレームに対応する複数の超音波データを取得する超音波データ取得部と、前記複数のフレームのそれぞれにおいて、前記ステアリング角度が０°のスキャンラインに対して基準ステアリング角度を設定し、前記基準ステアリング角度を基準として前記複数のフレームの前記複数のスキャンラインの前記ステアリング角度が０°のスキャンラインに対する複数のステアリング角度を算出するプロセッサとを備え、前記複数の超音波データは、前記複数のステアリング角度に基づいて取得され、前記プロセッサは、前記複数の超音波データにスキャン変換を行って前記複数のフレームを形成し、前記複数のフレーム間に空間的に重なる領域の映像を合成して超音波合成映像を形成することを特徴とする。

また、本発明における超音波合成映像提供方法は、ａ）複数のフレームのそれぞれにおいて、ステアリング角度が０°のスキャンライン対して基準ステアリング角度を設定する段階と、ｂ）前記基準ステアリング角度を基準として前記複数のフレームの複数のスキャンラインの前記ステアリング角度が０°のスキャンラインに対する複数のステアリング角度を算出する段階と、ｃ）前記ステアリング角度を考慮して超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して複数の超音波データを取得する段階と、ｄ）前記複数の超音波データにスキャン変換を行って前記複数のフレームを形成する段階と、ｅ）前記複数のフレーム間に空間的に重なる領域の映像を合成して超音波合成映像を形成する段階と、を備える。

本発明は、スキャンラインが重なり合う重合点を考慮してスキャンラインのステアリング角度を算出する必要がなく、数列を用いて複数のスキャンラインのステアリング角度０°のスキャンラインに対するステアリング角度を容易に算出することができる。

また、本発明は、超音波プローブの種類によって超音波データに適切なスキャン変換を行うことができる。

また、本発明は、複数の超音波映像間に空間的に重なる領域の映像を合成しても、スキャンラインがステアリングされた超音波映像の境界線が超音波合成映像に表示されず、超音波合成映像の画質を向上させることができる。

本発明の実施例による超音波システムの構成を示すブロック図である。本発明の実施例による超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。本発明の実施例によってステアリング角度を考慮して超音波合成映像を形成する順序を示すフローチャートである。本発明の実施例によって算出されるステアリング角度の例を示す例示図である。本発明の実施例によって算出されるステアリング角度の例を示す例示図である。本発明の実施例によって算出されるステアリング角度の例を示す例示図である。本発明の実施例に従って、線形プローブでステアリング角度に応じて取得された超音波データのスキャン変換を示す例示図である。本発明の実施例に従って、コンベックスプローブでステアリング角度に応じて取得された超音波データのスキャン変換を示す例示図である。本発明の実施例に従って、横方向に対するスキャンラインのステアリング角度およびエレベーション（高度）方向に対するフレームのステアリング角度を設定する例を示す例示図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、超音波システム１００は、超音波データ取得部１１０、プロセッサ１２０、格納部１３０およびディスプレイ部１４０を備える。

超音波データ取得部１１０は、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）を受信して超音波データを取得する。

図２は、本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、超音波データ取得部１１０は、送信信号形成部２１０、複数の電気音響変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｅｌｅｍｅｎｔ：以下単に変換素子と呼ぶ）（図示せず）を含む超音波プローブ２２０、ビームフォーマ２３０および超音波データ形成部２４０を備える。

送信信号形成部２１０は、変換素子の位置および集束点を考慮して送信信号を形成する。本実施例において、送信信号形成部２１０は、スキャンラインが、互いに異なるステアリング角度でステアリングされる送信パターンに基づいて、複数の送信信号を形成する。従って、複数のステアリング角度に対応して信号を送受信することで複数のフレームＰ_ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）が取得される。フレームは、Ｂモード（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓｍｏｄｅ）映像を含む。しかし、フレームは、必ずしもこれに限定されない。

超音波プローブ２２０は、送信信号形成部２１０から送信信号が提供されると、送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号を形成する。受信信号は、アナログ信号である。超音波プローブ２２０は、線形（ｌｉｎｅａｒ）プローブ、コンベックス（ｃｏｎｖｅｘ）プローブなどを含む。しかし、超音波プローブ２２０は、必ずしもこれに限定されない。

ビームフォーマ２３０は、超音波プローブ２２０から受信信号が提供されると、その受信信号をアナログデジタル変換してデジタル信号を形成する。また、ビームフォーマ２３０は、変換素子の位置、集束点およびステアリング角度を考慮して、デジタル信号を受信集束させて受信集束信号を形成する。

超音波データ形成部２４０は、ビームフォーマ２３０から受信集束信号が提供されると、受信集束信号を用いて超音波データを形成する。超音波データは、ＲＦ（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）データ、ＩＱデータなどを含む。本実施例において、超音波データ形成部２４０は、ビームフォーマ２３０から提供される複数の受信集束信号を用いて複数のフレームＰ_ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）に対応する複数の超音波データを形成する。また、超音波データ形成部２４０は、超音波データを形成するのに必要な様々な信号処理（例えば、ゲイン（ｇａｉｎ）調節、フィルタリング処理等）を受信集束信号に行うこともできる。

再び、図１を参照すると、プロセッサ１２０は、超音波データ取得部１１０に連結される。図３は、本発明の実施例によってステアリング角度を考慮して超音波合成映像を形成する順序を示すフローチャートである。図３を参照すると、プロセッサ１２０は、複数のフレームＰ_ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）のそれぞれにおいて、ステアリング角度０°の１つのスキャンラインに対して基準ステアリング角度（ｖｉｅｗａｎｇｌｅ）を設定する（Ｓ３０２）。すなわち、基準ステアリング角度は、スキャンラインＳ_ｉ（１≦ｉ≦ｎ）の中で、最初のスキャンラインＳ_１または最後のスキャンラインＳ_ｎのステアリング角度０°のスキャンラインに対するステアリング角度を示し、フレームごとに異なって設定される。

プロセッサ１２０は、基準ステアリング角度を基準としてスキャンラインＳ_ｉ（１≦ｉ≦ｎ）のステアリング角度０°のスキャンラインに対するステアリング角度を算出する（Ｓ３０４）。従って、超音波データ取得部１１０は、プロセッサ１２０で算出されたステアリング角度に基づいて信号を送受信することで複数のフレームＰ_ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）に対応する複数の超音波データを取得することができる（Ｓ３０６）。すなわち、超音波データ取得部１１０は、算出されたステアリング角度で対象体に超音波信号を送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して、複数のフレームＰ_ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）に対応する複数の超音波データを取得することができる。

スキャンラインＳ_ｉ（１≦ｉ≦ｎ）のステアリング角度０°のスキャンラインに対するステアリング角度は、基準ステアリング角度を基準として、等差数列、等比数列、等差数列と等比数列とを組み合わせた数列、その他の数列などを用いて算出される。一例として、スキャンラインＳ_ｉのステアリング角度θ_ｉは等差数列を用いて以下の式のように算出される。

式１において、θ_ｄは公差を示し、公差θ_ｄは、以下の式により算出される。

以下、図４〜図６を参照して基準ステアリング角度およびステアリング角度を算出する例を説明する。

プロセッサ１２０は、図４に示すように、フレームＰ_１のスキャンラインに対して第１の基準ステアリング角度（即ち、０゜）を設定する。プロセッサ１２０は、第１の基準ステアリング角度０゜を基準としてスキャンラインＳ_１〜Ｓ_ｎそれぞれのステアリング角度０゜を算出する。

プロセッサ１２０は、図５に示すように、フレームＰ_２において、スキャンラインＳ_１のステアリング角度０°のスキャンラインＳ_１に対する第２の基準ステアリング角度θ_２１を設定する。プロセッサ１２０は、第２の基準ステアリング角度θ_２１を基準として、式１および式２を用いてスキャンラインＳ_１〜Ｓ_ｎのそれぞれのステアリング角度０°のスキャンラインＳ_１〜Ｓ_ｎに対するステアリング角度θ_２１〜θ_２ｎを算出する。

プロセッサ１２０は、図６に示すように、フレームＰ_３において、スキャンラインＳ_１のステアリング角度０°のスキャンラインＳ_１に対する第３の基準ステアリング角度θ_３１を設定する。プロセッサ１２０は、第３の基準ステアリング角度θ_３１を基準として、式１および式２を用いてスキャンラインＳ_１〜Ｓ_ｎのそれぞれのステアリング角度０°のスキャンラインＳ_１〜Ｓ_ｎに対するステアリング角度θ_３１〜θ_３ｎを算出する。

プロセッサ１２０は、フレームＰ_ｉ（４≦ｉ≦Ｋ）のそれぞれに対しても前述したように、ステアリング角度０°のスキャンラインに対する基準ステアリング角度θ_ｉ１を異なるように設定し、その設定された基準ステアリング角度θ_ｉ１を基準として、式１および式２を用いてスキャンラインＳ_１〜Ｓ_ｎのそれぞれのステアリング角度０°のスキャンラインＳ_１〜Ｓ_ｎに対するステアリング角度を算出する。

なお、ステアリング角度０°のスキャンラインは、ステアリングしていないスキャンラインであって（図４参照）、プローブの種類によって異なる。

再び図３を参照すると、プロセッサ１２０は、超音波データ取得部１１０から提供される超音波データにスキャン変換（ｓｃａｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）を行って複数のフレーム（即ち、複数の超音波映像）を形成する（Ｓ３０８）。プロセッサ１２０は、超音波プローブ２２０の種類を考慮して、超音波データのスキャン変換を行うことができる。

一実施例において、超音波プローブ２２０が線形プローブの場合、プロセッサ１２０は、以下の式を用いて超音波データにスキャン変換を行う。

式３において、θ_ｅｘｔは、図７に示すように、基準ステアリング角度を表す。ここで、ｗはフレームの幅を、（ｘ、ｙ）はスキャン変換以後の超音波映像の座標を表す。ｂは映像オフセット（ｏｆｆｓｅｔ）であって、一般に無視することができる。

即ち、プロセッサ１２０は、式３を用いて超音波映像の（ｘ、ｙ）座標に対応する（ｄ、ｒ）座標の超音波データを抽出することによって、超音波データのスキャン変換を行うことができる。

他の実施例において、超音波プローブ２２０がコンベックスプローブの場合、プロセッサ１２０は、以下の式を用いて超音波データにスキャン変換を行う。

式４において、θ_ｅｘｔは図８に示すように、基準ステアリング角度を表し、θ_ｏｒｇはスキャンラインがステアリングされないフレームの基準ステアリング角度を表す。ｂは映像オフセット（ｏｆｆｓｅｔ）であって、一般に無視することができる。

即ち、プロセッサ１２０は、式４を用いて超音波映像の（ｘ、ｙ）座標に対応する（σ，ｒ）の超音波データを抽出することによって、超音波データのスキャン変換を行うことができる。

プロセッサ１２０は、複数の超音波映像に対して空間的に重なる領域の映像を合成して超音波合成映像を形成する（Ｓ３１０）。本実施例において、プロセッサ１２０は、複数のフレーム（複数の超音波映像）Ｐ_ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）間に空間的に重なる領域の映像を抽出し、抽出された領域の映像を合成して超音波合成映像を形成する。プロセッサ１２０は、複数のフレーム（複数の超音波映像）のピクセルの値を算術平均、幾何平均または調和平均して、得られた平均値を合成することにより、超音波合成映像を形成することもできる。また、プロセッサ１２０は、複数のフレーム（複数の超音波映像）のそれぞれに互いに異なる加重値を加えて、それらを合成することにより、超音波合成映像を形成することもできる。一例として、プロセッサ１２０は、基準ステアリング角度の大きさに基づいて、即ちスキャンラインをステアリングしないフレームに最大の加重値を加え、基準ステアリング角度が最大であるフレームに最小の加重値を加えて、それらを合成することができる。

再び、図１を参照すると、格納部１３０は、超音波データ取得部１１０で取得された複数の超音波データを格納する。また、格納部１３０は、プロセッサ１２０で形成された複数のフレーム（複数の超音波映像）を格納することができる。

ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１２０で形成された超音波合成映像を表示する。また、ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１２０で形成された複数のフレーム（複数の超音波映像）を表示することもできる。

本発明は、望ましい実施例によって説明および例示をしたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項および範疇を逸脱することなく、様々な変形および変更が可能である。

一例として、前述した実施例では、超音波プローブ２２０が線形プローブまたはコンベックス（ｃｏｎｖｅｘ）プローブの場合について、スキャンラインのステアリング角度０°のスキャンラインに対するステアリング角度を設定するものとして説明したが、他の実施例では、図９に示すように、超音波プローブ２２０が２次元アレイプローブまたは３次元プローブの場合についても、横（ｌａｔｅｒａｌ）方向に対してステアリングしないスキャンラインを基準としてスキャンラインのステアリング角度０°のスキャンラインに対するステアリング角度を前述したように数列を用いて設定し、エレベーション（ｅｌｅｖａｔｉｏｎａｌ）方向に対してステアリングをしないフレームを基準としてフレームのステアリング角度０°のフレームに対するステアリング角度を前述したように数列を用いて設定し、互いに異なるステアリング角度を有する複数のボリュームデータを合成して３次元超音波合成映像を形成することもできる。

１００超音波システム
１１０超音波データ取得部
１２０プロセッサ
１３０格納部
１４０ディスプレイ部
２１０送信信号形成部
２２０超音波プローブ
２３０ビームフォーマ
２４０超音波データ形成部
Ｓ_１〜Ｓ_ｎスキャンライン
Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３フレーム

Claims

ステアリング角度が０°のスキャンラインを含む複数のスキャンラインに沿って超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して、複数のフレームに対応する複数の超音波データを取得する超音波データ取得部と、
前記複数のフレームのそれぞれにおいて、前記ステアリング角度が０°のスキャンラインに対して基準ステアリング角度を設定し、前記基準ステアリング角度を基準として前記複数のフレームの前記複数のスキャンラインの前記ステアリング角度が０°のスキャンラインに対する複数のステアリング角度を算出するプロセッサとを備え、
前記複数の超音波データは、前記複数のステアリング角度に基づいて取得され、
前記プロセッサは、前記複数の超音波データにスキャン変換を行って前記複数のフレームを形成し、前記複数のフレームで空間的に重なる領域の映像を合成して超音波合成映像を形成することを特徴とする超音波システム。
前記プロセッサは、前記基準ステアリング角度をフレームごとに異なって設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
前記基準ステアリング角度は、前記複数のスキャンラインの中で、最初のスキャンラインおよび最後のスキャンラインのいずれか１つの前記ステアリング角度が０°のスキャンラインに対するステアリング角度であることを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
前記プロセッサは、前記基準ステアリング角度を基準として、数列を用いて前記複数のステアリング角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
前記超音波データ取得部は、超音波プローブを含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
前記プロセッサは、前記超音波プローブを考慮して前記複数の超音波データに前記スキャン変換を行うことを特徴とする請求項５に記載の超音波システム。
前記複数のフレームは、ピクセルを含み、
前記プロセッサは、前記複数のフレームに対して前記ピクセルの値を算術平均、幾何平均および調和平均のいずれか１つを用いて合成することにより、前記超音波合成映像を形成することを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
前記プロセッサは、前記複数のフレームのそれぞれに異なる加重値を加えて合成することにより、前記超音波合成映像を形成することを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
ａ）複数のフレームのそれぞれにおいて、ステアリング角度が０°のスキャンラインに対して基準ステアリング角度を設定する段階と、
ｂ）前記基準ステアリング角度を基準として前記複数のフレームの複数のスキャンラインの前記ステアリング角度が０°のスキャンラインに対する複数のステアリング角度を算出する段階と、
ｃ）前記ステアリング角度を考慮して超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して複数の超音波データを取得する段階と、
ｄ）前記複数の超音波データにスキャン変換を行って前記複数のフレームを形成する段階と、
ｅ）前記複数のフレームで空間的に重なる領域の映像を合成して超音波合成映像を形成する段階と
を備えることを特徴とする超音波合成映像提供方法。
前記段階ａ）は、
前記基準ステアリング角度を前記複数のフレームごとに異なって設定することを特徴とする請求項９に記載の超音波合成映像提供方法。
前記基準ステアリング角度は、前記複数のスキャンラインの中で、最初のスキャンラインおよび最後のスキャンラインのいずれか１つの前記ステアリング角度が０°のスキャンラインに対するステアリング角度であることを特徴とする請求項９に記載の超音波合成映像提供方法。
前記段階ｂ）は、
前記基準ステアリング角度を基準として数列を用いて前記複数のステアリング角度を算出することを特徴とする請求項９に記載の超音波合成映像提供方法。
前記段階ｄ）は、
超音波プローブを考慮して前記超音波データにスキャン変換を行うことを特徴とする請求項９に記載の超音波合成映像提供方法。
前記段階ｅ）は、
前記複数の超音波映像に対してピクセルの値を算術平均、幾何平均および調和平均のいずれか１つを用いて合成して前記超音波合成映像を形成することを特徴とする請求項９に記載の超音波合成映像提供方法。
前記段階ｅ）は、
前記複数のフレームのそれぞれに異なる加重値を加えて合成して前記超音波合成映像を形成することを特徴とする請求項９に記載の超音波合成映像提供方法。