JP2648771B2 - 超音波画像処理装置 - Google Patents

超音波画像処理装置

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JP2648771B2
JP2648771B2 JP4050503A JP5050392A JP2648771B2 JP 2648771 B2 JP2648771 B2 JP 2648771B2 JP 4050503 A JP4050503 A JP 4050503A JP 5050392 A JP5050392 A JP 5050392A JP 2648771 B2 JP2648771 B2 JP 2648771B2
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histogram
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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音波画像処理装置、特
に受信信号の増幅度をフィードバック調整して最適化で
きる超音波画像処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】超音波を生体内に送波し、反射波を受波
することによって得られた受信信号に基づき生体内断層
画像等を表示する超音波画像処理装置が知られている。
この超音波画像処理装置は、換言すれば超音波診断装置
である。
【0003】従来の超音波画像処理装置において、受信
信号はまずアンプに通され、受信信号の増幅が行われた
後に画像形成等の処理が行われるが、ここで前記アンプ
の増幅度は、従来においては一般に人為的な指定によっ
て決定されていた。すなわち、超音波画像処理装置の操
作パネル等に設けられたつまみを操作して、超音波画像
が表示されているモニタを監視しながら前記アンプの増
幅度を決定していた。
【0004】ここにおいて、最適な超音波画像を得るた
めには、生体の部位や観測深度に応じて適切な増幅度を
設定する必要がある。さらに、被検者の体重、体形など
にも応じて増幅度を調整する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、以上のようにアンプの増幅度を人為的に調節
していたため、その操作が煩わしいと共に、増幅度の最
適化を行うには、ある程度の熟練を要するという問題が
あった。特に、手術中に超音波診断を行う場合にはでき
るだけ装置の操作を省きたいという要望が強い。
【0006】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は受信信号の増幅度をフィードバ
ック調整して常に最適な増幅度を自動的に設定すること
のできる超音波画像処理装置を提供することにある。
【0007】
【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、受信信号の増幅を行うアンプを含み、前
記受信信号のレベルを輝度値に対応させて超音波画像を
表示する超音波画像処理装置において、前記アンプ通過
後の受信信号を入力して、各濃度値毎の画素数をグラフ
化して輝度分布ヒストグラムを作成するヒストグラム作
成手段と、前記作成された輝度分布ヒストグラムの最大
ピーク値を検索するピーク値検索手段と、予め設定さ
れた基準ピーク値から、前記検索された最大のピーク値
を減算して輝度分布ヒストグラムのシフト量を求めるシ
フト量演算手段と、前記輝度分布ヒストグラムのシフト
量から前記アンプの増幅度を定める増幅度判定手段と、
を含み、前記輝度分布ヒストグラムの最大のピークを利
用して、前記輝度分布ヒストグラムの全体をシフトさせ
て超音波画像全体の中心輝度を最適化することを特徴と
する。
【0008】
【作用】上記構成の作用を説明する前に、本発明の原理
について説明する。
【0009】図6には、横軸に濃度値を取り、縦軸に画
素数(データ数)を取ったヒストグラムが示されてい
る。経験上から断層画像などの超音波に対してヒストグ
ラムを作成すると、一般的にはほぼガウス分布が得られ
ることが知られている。これは、明るめの画像に対応す
るヒストグラム101及び暗めの画像に対応するヒスト
グラム102いずれについても同様であり、両端が緩や
かに下がったガウス分布でヒストグラムが形成される。
なお、周知のように、超音波画像に例えば血流部と筋肉
部とが含まれるような場合には、2つのピークが生じる
こともある。
【0010】一方、経験上から最も見やすい画像は、濃
度値の最大を例えば255として、80前後であり、そ
の場合のヒストグラムが図6において103で示されて
いる。
【0011】ここでヒストグラム103のピークが存在
する基準値は上述のように80である。
【0012】したがって、本発明おいては、このような
超音波画像の特性を利用し、超音波画像に対応したヒス
トグラムを作成し、そのヒストグラムが基準となるヒス
トグラム103からどの程度シフトしているかを求め、
さらにその差を縮めるようにフィードバック制御するも
のである。この場合ヒストグラムの移動量は受信信号の
増幅を行うアンプの増幅度によって左右される。
【0013】したがって、上記構成によれば、ヒストグ
ラム作成手段によってヒストグラムが作成され、ピーク
値検索手段によってそのヒストグラムのピークが検索さ
れる。その後、シフト量演算手段は、予め設定された基
準ピーク値から前記検索されたピーク値を減算し、ヒス
トグラムのシフト量を求める。増幅度判定手段は、この
シフト量からアンプの増幅度を決定する。本発明では、
ヒストグラムの最大のピークを基準にしているので、他
の小さいピークが現れても、それに輝度制御が影響され
ることはない。
【0014】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。
【0015】図1には、本発明に係る超音波画像処理装
置の好適な実施例が示されており、図1はその全体構成
図である。なお、超音波探触子などは図示省略されてい
る。超音波探触子から出力された受信信号は、その受信
信号の増幅を行うアンプ10に入力され、アンプ10の
出力はA/D変換器12にてデジタル信号に変換された
後、メモリ14に書き込まれる。このメモリ14は例え
ばディジタルスキャンコンバータ等で構成さるものであ
り、読み出された画像データは、モニタ16にて超音波
画像として表示される。
【0016】本実施例においては、アンプ10から出力
された受信信号を入力してアンプ10のゲインをフィー
ドバックコントロールするゲイン制御部18が設けられ
ている。以下、このゲイン制御部18の具体的構成につ
いて説明する。
【0017】アンプ10から出力された受信信号は、ま
ずA/D変換器20に入力され、デジタルの信号に変換
される。ここでA/D変換器20は、モニタ16にて表
示される画像の階調数に対応しており、例えば6ビット
のA/Dコンバータが用いられる。なお、モニタ16に
て表示される画像の階調数は、具体的にはA/D変換器
12よって決定されており、本実施例ではこのA/D変
換器12も6ビットのA/Dコンバータが用いられてい
る。したがって、A/D変換器12の出力をゲイン制御
部18に入力させてもよい。
【0018】エリア設定回路22は、ヒストグラム作成
に当たって参照するエリアの設定を行うものである。
【0019】例えば、図2に示されるように、超音波画
像200内の一部にエリア202が設定される。図2に
示した例では、いわゆるセクタ走査による扇状の超音波
画像200が示されており、エリア202は超音波探触
子から一定距離隔てられた生体深部に設定されている。
これは、超音波探触子近傍ではいわゆるエコーノイズが
生じやすく参照領域としては不適切だからである。勿論
このエリア202を可変設定できるように構成してもよ
い。
【0020】図2においてエリア202にて抽出された
エリア内の受信信号はヒストグラム回路24に入力され
る。このヒストグラム回路24は、横軸に濃度値を取り
縦軸に各濃度値のデータ数(画素数)を取ったヒストグ
ラムを形成するものである。平滑化回路26は、ヒスト
グラム回路24で作成されたヒストグラムの平滑化を行
うものであり、ヒストグラムを滑らかにする作用をな
す。これは、後に行われるピーク検索において、ヒスト
グラムの全体としてのピークを正確に判定するためであ
る。
【0021】ピーク検索回路28は、平滑化されたヒス
トグラムに対してスキャンを行い最大値であるピークの
濃度値を求める。
【0022】ゲイン値判定回路30は、予め設定された
基準ピーク値から前記ピーク値を減算して、ヒストグラ
ムのシフト量を算出する。その算出結果はゲイン値とし
てD/A変換器32を介してアンプ10に出力されてい
る。これによってアンプ10はそのゲイン値で設定され
た増幅度で受信信号の増幅を行う。
【0023】したがって、図3(A)に示すように、実
際のヒストグラム104が基準ヒストグラム103より
高い場合には、アンプ10の増幅度を低くするように制
御が行われ、一方、(B)に示すように実際のヒストグ
ラム105が基準ヒストグラム103より低ければアン
プ10における増幅度を高める制御が行われる。これに
より最終的に例えば基準値が80であればその基準値8
0をピークとしたヒストグラムになるようにアンプ10
の増幅度がフィードバック制御される。
【0024】図4には、図1に示したゲイン制御部18
の具体的な構成がブロック図で示されている。なお、図
1に示したゲイン制御部18の構成は、概略的な構成で
あるため、図1に図示されていない構成も含まれてい
る。
【0025】A/D変換器20にてA/D変換された受
信信号は、エリア設定回路22にて所定のエリア内のも
のが抽出され、その抽出された受信信号がフレームメモ
リ40にいったん書き込まれる。ヒストグラム作成に当
たって、セレクタ42はフレームメモリ40を選択して
おり、フレームメモリ40から一つずつデータが読み出
され、ヒストグラムRAM44に出力される。具体的に
は、セレクタ42を介して入力される受信信号は、ヒス
トグラムRAM44のアドレス端子に供給されている。
【0026】ヒストグラムRAM44では、前記アドレ
スが指定されるとそのアドレスにラッチ回路46から出
力された数値が書き込まれる。ここで、インクリメント
回路48は、ヒストグラムRAM44のアドレス指定に
よって読み出された数値に“1”を加えて出力するもの
であり、その“1”が加えられた数値がラッチ回路46
にてラッチされている。したがって、ヒストグラムRA
M44においてアドレスの指定を行えば、そのアドレス
に書き込まれた数値が読み出された後、“1”加えられ
た数値が同じアドレスに書き込まれることになる。
【0027】このような処理が各濃度値(0〜255)
について行われ、最終的にヒストグラムがヒストグラム
RAM44に作成される。
【0028】ヒストグラム作成後、セレクタ42の選択
が、読み出しカウンタ50側になり、読み出しカウンタ
50から0〜255まで1ステップずつカウンド信号が
出力される。このカウント信号はセレクタ42を介して
ヒストグラムRAM44のアドレス端子に供給され、指
定されたアドレスに格納されている度数データが平滑化
回路26に送られることになる。
【0029】具体的には、ヒストグラムRAM44から
読み出された度数データは本実施例において16個の記
憶要素からなるシストレジスタ52に送られ、このシフ
トレジスタ52に16個の度数データが格納されること
になる。すなわち、このシフトレジスタ52は、ヒスト
グラムの平滑化に当たって、参照すべきウインドを決定
するものであり、まず始めに0〜15の度数データが処
理され、次に、1〜16の数値データが処理され、この
ようなオペレーションが順次繰り返される。ここで、シ
フトレジスタ52からそれぞれ読み出される16個の度
数データは、加算器54によってすべて加算され、その
結果がラッチ回路56にていったん保持されて、ピーク
検索回路28に供給されている。つまり、本来ならば加
算器54での加算後、度数データの個数でその加算結果
を割る必要があるが、ヒストグラムにおける縦軸を16
倍したものとして平滑化後のヒストグラムをとらえれば
計算上問題がないため、本実施例においては除算演算が
省略されている。
【0030】したがって、平滑化回路26からは平滑化
された各濃度値の度数データが出力される。この度数デ
ータはピーク検索回路28における比較器58の一方の
入力端子に送出されている。一方、比較器58の他方の
入力端子には、ラッチ回路60から出力される度数デー
タが入力されている。ここで、比較器58は、他方の入
力端子に入力された度数データより、一方の入力端子に
入力された度数データの方が大きい場合に信号203を
出力するものである。ここで、この信号203は、上述
したラッチ回路60に送出されており、また、読み出し
カウンタ50のカウント信号を入力するラッチ回路62
に送られている。したがって、ラッチ回路60では平滑
化回路26から順次出力された各濃度値の度数データの
中で最も大きい、すなわちピークでの度数データがラッ
チされることになり、一方ラッチ回路62では、そのピ
ークでのカウント値すなわち濃度値がラッチされること
になる。これによって、ピークが存在する濃度値が求ま
ることになる。
【0031】ゲイン値判定回路30において、ラッチ回
路62から出力されたヒストグラムピークの濃度値は、
減算器64の一方の入力端子に送出される。この減算器
64の他方の入力端子には基準値が入力されている。こ
の基準値は、基準となるヒストグラムのピークの位置を
示すものであり、例えば80が設定されている。
【0032】したがって、減算器64は、基準値から実
際のピークの濃度値を減算して、その減算値を出力す
る。ここで、この減算値は、上述した基準スペクトルま
でのシフト量を示すものである。減算器64から出力さ
れた減算値は、乗算器66に入力され、ここで一定の重
みαと乗算される。ここでαとしては、例えば0.25
が設定されている。この重み付けによって超音波画像を
急俊に変化させることなく徐々に濃度値の変更を行うこ
とができる。加算器68には、一方の入力端子にシフト
量としての減算器64からの減算値が入力され、他方の
入力端子にはラッチ回路70にてラッチされた信号が入
力されている。すなわち、この加算器68とラッチ回路
70との作用により現在のゲインにシフト量が加えら
れ、更新すべきゲイン値が算出されている。このゲイン
値はD/A変換器32を介して図1に示したアンプ10
に出力され、増幅度がコントロールされている。
【0033】なお、図5に示されるように、ヒストグラ
ムのパターンに応じてコントラストを調整する構成を付
加してもよい。この場合には、ヒストグラム回路24に
よって作成されるヒストグラムに対してそのパターンを
認識する回路を設け、そのパターンとの不一致量に応じ
てモニタ16におけるコントラストを調整する。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超音
波画像処理装置によれば、輝度分布ヒストグラムの最大
のピークを利用してその輝度分布ヒストグラムの全体を
シフトさせることによって、受信信号の増幅を行うアン
プの増幅度をフィードバック制御して常に最適な超音波
画像を自動的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超音波画像処理装置の全体構成を
示すブロック図である。
【図2】参照されるエリア202を示す説明図である。
【図3】基準ヒストグラムからずれた2つのヒストグラ
ムを示す説明図である。
【図4】ゲイン制御部の具体的な構成を示すブロック図
である。
【図5】コントラスト調整によるヒストグラム変化を示
す説明図である。
【図6】基準ヒストグラムに対する明るめのヒストグラ
ム及び暗めのヒストグラムを示す説明図である。
【符号の説明】
10 アンプ 18 ゲイン制御部 24 ヒストグラム回路 28 ピーク検索回路 30 ゲイン値判定回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−117534(JP,A) 特開 昭60−206392(JP,A) 特開 昭64−62137(JP,A) テレビジョン・画像情報工学ハンドブ ック社団法人テレビジョン学会編,平成 2年11月30日、株式会社オーム社発行、 第397〜402

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受信信号の増幅を行うアンプを含み、前
    記受信信号のレベルを輝度値に対応させて超音波画像を
    表示する超音波画像処理装置において、 前記アンプ通過後の受信信号を入力して、各濃度値毎の
    画素数をグラフ化して輝度分布ヒストグラムを作成する
    ヒストグラム作成手段と、 前記作成された輝度分布ヒストグラムの最大のピーク値
    を検索するピーク値検索手段と、 予め設定された基準ピーク値から、前記検索された最大
    ピーク値を減算して輝度分布ヒストグラムのシフト量
    を求めるシフト量演算手段と、 前記輝度分布ヒストグラムのシフト量から前記アンプの
    増幅度を定める増幅度判定手段と、 を含み、前記輝度分布ヒストグラムの最大のピークを利用して、
    前記輝度分布ヒストグラムの全体をシフトさせて超音波
    画像全体の中心輝度を最適化することを特徴とする超音
    波画像処理装置。
JP4050503A 1991-11-28 1992-03-09 超音波画像処理装置 Expired - Lifetime JP2648771B2 (ja)

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US07/982,304 US5313948A (en) 1991-11-28 1992-11-25 Ultrasonic diagnostic apparatus
DE69226501T DE69226501T2 (de) 1991-11-28 1992-11-27 Ultraschall-Diagnosengerät
EP92120326A EP0544328B1 (en) 1991-11-28 1992-11-27 Ultrasonic diagnostic apparatus

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