JP4727060B2

JP4727060B2 - 超音波装置

Info

Publication number: JP4727060B2
Application number: JP2001108514A
Authority: JP
Inventors: 林　　達也; 毅三竹
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: JP2002301078A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、造影超音波画像に生じるスペックルノイズの低減に適した超音波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超音波診断の分野においては、マイクロバブルと称する超音波造影剤を用いて、コントラストが強調された超音波画像を得るコントラスト・イメージングが行われ始めている。
【０００３】
この原理は、マイクロバブルが超音波照射を受けると、収縮及び膨張をし、その際に反射波が高調波を含む非線形の波となって探触子で受信されること、並びに共振現象によってマイクロバブルが破壊して高調波が探触子で受信されることを利用している。
【０００４】
そして、コントラスト・イメージングは、例えば心筋の動態を診断するのに優れた機能を発揮する。例えば、左右の冠動脈のそれぞれに超音波造影剤を注入することによって、各冠動脈の血流が明確に表示され、心筋梗塞や狭心症の病理解明、進行度解明に役立っている。
【０００５】
一方、超音波画像の中でもＢモード像は、心臓などの運動臓器の断層像をリアルタイムで表示できるが、このように表示される断層像において、スペックルノイズと呼ばれるノイズが表れる。そのスペックルノイズを低減するための従来法として、表示される現フレームの断層像より１フレーム前の断層像を記憶しておいて、現フレームの断層像と前フレームの断層像とを加算平均処理する相関処理が行われている。
【０００６】
しかし、コントラスト・イメージングでは、超音波造影剤が生体に注入されたタイミングで得る際には、超音波造影剤の画像情報を最大限に活かすため上記加算平均処理を行わないこととしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コントラスト・イメージングでは上記加算平均処理を行わないので、当然スペックルノイズが画像上に表れるという問題があった。
【０００８】
一方、コントラスト・イメージングで得られた超音波画像は上記加算平均処理を単に採用するとスペックルノイズを抑制できるが、造影剤の注入初期にはせっかくコントラストを強調され始めた超音波画像がコントラスト強調されていない超音波画像と加算平均されるために、超音波造影剤の画像情報が損なわれてしまうという問題があった。
【０００９】
また、造影剤の観察終期には、まだコントラスト強調されている超音波画像がコントラスト強調され終わった超音波画像と加算平均されるために、上記と同様に超音波造影剤の画像情報が損なわれてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記相反する問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、コントラスト・イメージングで得た超音波画像のスペックルノイズを低減しつつ、造影剤の造影効果を超音波画像上に明りょうに表示できる超音波装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、生体に超音波を送信するとともに、そのエコー信号を受信する探触子と、前記探触子に対し超音波を送受信させる送受信手段と、前記送受信手段を制御して前記生体内から超音波画像を連続的に取得する手段と、前記取得された超音波画像を記憶する手段と、前記記憶された超音波画像のうち連続する時相の超音波画像同士の輝度値の変化情報に基づいて前記超音波画像の画像データ同士で画像加算平均演算を実行してその結果を出力する加算平均手段と、前記加算平均手段によって求められた超音波画像データを画像として表示する手段とを備えたことを特徴とする超音波装置によって達成される。
【００１２】
また、前記加算平均手段は、前記生体内へ超音波造影剤が注入されたことを示す信号によって作動することを特徴とする超音波装置によって達成される。
【００１３】
また、前記加算平均手段は、連続する時相の画像データにおいて輝度値の変化が所定以内の部分についてのみ前記画像加算平均演算を実行することを特徴とする超音波装置によって達成される。
【００１４】
また、前記加算平均手段は、連続する時相の画像データ同士において後の時相における画像のある領域の輝度値が前の時相の画像のその領域よりも所定値以上高い場合には、その領域については前記加算平均演算を実行せずに後の時相の画像データを出力することを特徴とする超音波装置によって達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図2は、本発明による超音波診断装置の実施例を示すブロック構成図である。この超音波診断装置は、探触子1と、超音波送受信部2と、デジタル・スキャン・コンバータ部（ＤＳＣ）3と、入力部4と、グラフィックデータ生成部5と、合成回路6と、画像表示装置7と、制御部8とを有し、さらにＤＳＣ3内部には加算平均演算部9を有している。
【００１７】
探触子1は生体（図示せず）の体内の診断部位に向けて超音波を送信および受信するもので、超音波の発生源であると共に、生体からの反射エコーを受信する振動子が内蔵されている。超音波送受信部2は探触子1を駆動して超音波を送信させると共に受信した反射エコー信号を増幅、整相などの信号処理をする。ＤＳＣ3は超音波送受信部2からの信号処理された反射エコー信号を超音波画像（例：Ｂモード像）に変換して出力するもので、該超音波送受信部2に内蔵されるＡ／Ｄ変換器でディジタル化された超音波情報を超音波ビームの1走査線または複数の走査線ごとに内蔵のラインメモリに書き込んで1フレームの画像データを作成し、ＤＳＣ3内部の加算平均演算部9にて隣接する時相で得られた２画像間の相関演算を行い、超音波画像を形成するようになっている。
【００１８】
入力部4は後述の画像表示装置7に表示された画像やキャラクタに対し、操作者が超音波画像を計測する際の所望のパラメータや被検体への超音波造影剤の注入の情報を入力するもので、例えばトラックボール、マウス及びキーボード等から成る。グラフィックデータ生成部5は上記入力部4で入力された心拍数や、周波数などの画像情報を生成するものである。合成回路6は上記ＤＳＣ3とグラフィックデータ生成部5からの画像情報を合成するようになっている。画像表示装置7は上記合成回路6からの画像信号を入力して画像として表示するもので、例えば陰極線管（ＣＲＴ）や液晶モニタ等から成る。また制御部8は超音波送受信部2、ＤＳＣ3、グラフィックデータ生成部5および、合成回路6等を制御する。
【００１９】
ここで、本発明においてはコントラスト・イメージに係る超音波造影剤の使用の有無を入力部4に入力することにより、計測モードを超音波造影剤モードとして設定し、制御部8からの制御信号にて加算平均演算部9の演算手法を変更することが可能になっている。次に、このように構成された本発明の動作について図1，2を用いて説明する。
【００２０】
まず、図2に示されるように、入力部4に入力された超音波造影剤の注入情報から通常のＢモードから超音波造影剤モードへの遷移が制御部8から他の上記構成要件へ通知される。これによって、送受信部2から造影モード用の送波信号が探触子1へ供給され、探触子1によって造影モードの超音波波形を有した超音波が生体内に送波されるとともに、超音波ビーム走査が行われる。これによって得られたエコー信号は、送受信部2において、造影モード処理、すなわち、高調波検出処理を施される、ＤＳＣ3へは高調波信号と高調波処理されていない信号との双方が入力され、それらは１つの画像データとして形成され、メモリに記憶される。そして、この動作が繰り返され、順次画像データを取り込むための超音波走査が行われる。超音波走査の進行とともに、隣接する時相の２つの画像が読み出され加算平均演算部9へ出力され、加算平均処理が施され、その演算結果が合成回路6へ出力され、そこで、グラフィックデータ生成部5からのデータと合成され、表示装置7へ画像として表示される。
【００２１】
次に、加算平均演算部９において行われる相関処理について説明する。
図１に示されるように、ＤＳＣ3内部の加算平均演算部9は、無限インパルス応答フィルタ(Infinite Impulse Response filter、「IIRフィルタ」ともいう)などの再帰型の信号処理回路となっている。
【００２２】
つまり、加算平均演算部9は、現フレームの画像データと前フレームの画像データとをアドレス対応で輝度比較し、その比較結果によりデータを加算平均して出力するか、加算平均しないで出力するメモリ91と、前フレームの画像データを現フレームの画像データに対してアドレッシング可能なようにフレームを更新するクロックを入力して、前フレームの画像データを保持するフリップフロップ回路（FF）92とを有している。
【００２３】
ここでの演算手段の構成は現フレームのデータが来る都度計算を行うようにしても良いが、一般的にLUT (Look Up Table)型とすると、回路規模を小さく構成できるので好適である。
【００２４】
次に、図1の加算平均演算部9の動作原理について図3を用いて説明する。
図3は加算平均演算部9の動作を前フレームの輝度値と現フレームの輝度値とによって定める概念を示している。図3において領域▲１▼は輝度値が前フレーム、現フレーム共に小さく（L）、フレーム間の輝度変化が少ない、領域▲２▼は前フレームの輝度値が小さく（L）、現フレームの輝度値が大きい（H）、領域▲３▼は前フレームの輝度値が大きく（H）、現フレームの輝度値が小さい（L）、領域▲４▼は輝度値が前フレーム、現フレーム共に大きく（H）フレーム間の輝度変化が少ない。
【００２５】
図3に示したそれぞれの領域を実際の臓器を撮像した画像へ適応すると図4のようになる。図4のA〜Dは、図3の▲１▼〜▲４▼の各領域と対応づけてある。前フレームと現フレームとで、組織に関してはフレーム間の輝度変化が少ないため、領域▲１▼、▲４▼はＳ／Ｎの改善を目的とした処理を行う。すなわち、それらの輝度データに対し加算平均処理を行うものとする。
【００２６】
現フレームで初めて出現した造影剤部位や、前フレームで現れたが現フレームで消滅した造影剤部位はフレーム間の輝度変化が大きい。よってこのような領域▲２▼、▲３▼はフラッシュ(Flash)効果の増強を目的とした処理を行う。このような領域に関しては現フレームの輝度データf(t)をそのまま、あるいは輝度値をより強調処理して表示する。つまり、加算平均処理を行わない領域とするのである。
【００２７】
このように超音波造影剤の有無の情報を利用したフレーム間の輝度変化に着目し、加算平均演算部9からの出力値を変化させることができるため、断層像上での超音波造影剤からの反射エコーを保持あるいは強調しながら、同時に造影剤が無い部位の雑音成分（スペックルノイズ）を改善することが可能となる。
【００２８】
上記実施形態では、図3の領域▲２▼、▲３▼については加算平均演算処理を行わないものとして説明したが、前フレームと現フレームの重み付けの係数のどちらか一方に加算平均処理を行わないに等しい程度の重み付けをして、加算平均処理を行ってもよい。
【００２９】
また、IIRフィルタで説明したが、有限インパルス応答フィルタ(Finite Impulse Response filter)でも実現できることはいうまでもない。
【００３０】
また、本発明は、コントラスト・イメージングに限らず、画像フレーム間の輝度変化が大きく、相関演算を適用できない例にも用いることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、コントラスト・イメージングで得た超音波画像のスペックルノイズを低減しつつ、造影剤の造影効果を超音波画像上に明りょうに表示できる超音波装置を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】加算平均演算部の構成例を示すブロック図。
【図２】本発明の超音波装置の実施形態を示すブロック図。
【図３】図１の加算平均演算部の原理を説明する図。
【図４】前フレームと現フレームの超音波画像の表示例を示す図。
【符号の説明】
1…探触子、2…超音波送受信部、3…デジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）、4…入力部、5…グラフィックデータ生成部、6…合成回路、7…画像表示装置、8…制御部、9…加算平均演算部、91…メモリ、92…フリップフロップ（FF）

Claims

生体に超音波を送信するとともに、そのエコー信号を受信する探触子（１）と、
前記探触子（１）に対し超音波を送受信させる送受信手段（２）と、
前記送受信手段（２）を制御して前記生体内から超音波画像を連続的に取得する制御手段（８）と、
前記取得された超音波画像のうち連続する時相の超音波画像の画像データ同士で加算平均演算を実行してその結果を出力する加算平均手段（９）と、
前記加算平均手段の出力を画像として表示する画像表示手段（７）と
前記生体内へ超音波造影剤が注入されたことを示す信号を入力する入力手段（４）と、
を備えた超音波装置であって、
前記加算平均手段（９）は、前記生体内へ超音波造影剤が注入されたことを示す信号が入力された状態で、前記連続する時相の画像データ同士の加算平均演算において輝度値の変化が所定値よりも小さい領域では前記画像加算平均演算を実行し、前記輝度値の変化が所定値よりも大きい領域では前記加算平均演算を実行しないこととし、前記加算平均演算を実行しない領域は、後の時相データを強調処理したものであることを特徴とする超音波装置。
前記加算平均手段（９）は、無限インパルス応答フィルタを含む再帰型の信号処理回路である請求項１に記載の超音波装置。