JP5636384B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、超音波画像の画質を改善する技術に関する。

超音波診断装置は、臓器や血管や胎児などの診断に広く利用されており、例えば心臓の診断において重要な役割を担っている。超音波診断装置を利用することにより、例えば拍動する心臓を動画の超音波画像で観察することなどが可能になる。

心臓の超音波診断においては、心臓よりも浅い側（プローブ側）に胸壁や肋骨や心膜などが存在するため、これらの存在に起因する固定的なエコー（固定エコー）が超音波画像内に発生する。心臓に注目した超音波診断においては、固定エコーが超音波画像の画質を劣化させる要因となる。そこで、この固定エコーを低減する技術が従来から提案されている。

例えば、特許文献１には、超音波を送受して得られたフレームデータに対して、複数フレームの配列方向に沿ってハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を適用することにより、つまりフレーム間のＨＰＦ処理により、複数フレームの配列方向（時間方向）に関する変動が心臓に比べて小さい固定エコーを低減する旨の技術が提案されている。

ところが、単純なフレーム間のＨＰＦ処理では、固定エコーのみを完全に除去して心臓からのエコーを完全に保持することが困難であり、部分的に固定エコーの残留や心臓からのエコーの損失が発生し、これにより動画内でちらつきが発生してしまう。また、フレーム間のＨＰＦ処理では、複数フレーム間における重み付け加算に相当する処理が行われるため、動画内において動きの速い心臓の弁などが二重三重に見えてしまい、また、心臓（心筋）の境界がにじんで見えてしまう。

そこで、例えば、特許文献２には、上述したちらつきを抑えるために、フレーム間のＨＰＦ処理の後に、さらにフレーム間のＬＰＦ処理（ローパスフィルタ処理）を行う旨の技術が提案されている。つまりＬＰＦ処理によりフレーム間のスムージング（平滑化）を行ってちらつきを緩和している。しかし、単純に画像全体にフレーム間のＬＰＦ処理を行うと画像が全体的にぼやけてしまうなど、さらに別の問題が発生してしまう。

また、例えば、特許文献３には、上述したちらつきやにじみを抑えるために、固定エコーが多く存在する浅い領域においてＨＰＦ処理後のフレームデータの重みを大きくし、心臓が存在する深い領域においてＨＰＦ処理前のフレームデータの重みを大きくし、ＨＰＦ処理の前後におけるフレームデータを重み付け加算する旨の技術が提案されている。これにより、浅い領域において固定エコーを低減し、深い領域における心臓のちらつきやにじみを抑えている。しかし、重み付け加算するための回路構成が必要になるなど、回路規模の面での問題が残ってしてしまう。

ところで、ＨＰＦやＬＰＦなどをデジタルフィルタで実現する技術も知られている。デジタルフィルタは、フィルタ係数などの設定を調整することによりフィルタの特性を決定される。ところが、デジタルフィルタの特性は、処理対象となるデータのサンプリング周波数にも依存する。一方、上述した複数フレームの配列方向に沿ったフィルタ処理においては、処理対象となるフレームデータのサンプリング周波数がフレームレートに応じて変化する。そのため、複数フレームの配列方向に沿ったフィルタ処理にデジタルフィルタを利用する場合には、そのデジタルフィルタの特性がフレームレートに依存することを考慮する必要がある。

特開平８−１０７８９６号公報 特開２０００−１３９９０９号公報 特開２００５−２８８０２１号公報

上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、例えば心臓などの運動する診断対象を含んだ超音波画像の画質を改善する技術について研究開発を重ねてきた。特に、複数フレームの配列方向に沿ったフィルタ処理に注目した。

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、複数フレームの配列方向に沿ったフィルタ処理に係る改良技術を実現することにある。

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受するプローブと、プローブを制御することにより超音波の受信信号を得る送受信部と、超音波の受信信号に基づいて得られるフレームデータを複数フレームの配列方向に沿ってフィルタ処理するフィルタ処理部と、フィルタ処理されたフレームデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部とを有し、前記フィルタ処理部は、フレームデータのフレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタをそのフレームデータに適用してフィルタ処理する、ことを特徴とする。

上記超音波診断装置は、フレームデータのフレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタをそのフレームデータに適用している。例えば、所望のフィルタ特性がある場合に、フレームレートの大きさに関わらず、その所望のフィルタ特性が維持されるように、または、その所望のフィルタ特性にできる限り近い特性となるように、デジタル高域通過フィルタのフィルタ係数が設定される。これにより、フレームレートに応じたデジタル高域通過フィルタの処理結果の変動が抑制される。

望ましい具体例において、前記フィルタ処理部は、フレームレートが高いほど高いオフセットレベルとなるようにフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタを適用する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記フィルタ処理部は、フレームレートが高いほどタップ数の多いデジタル高域通過フィルタを適用する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記フィルタ処理部は、フレームデータのフレームレートとフレーム内における深さに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタをそのフレームデータに適用する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記フィルタ処理部で処理されたフレームデータに対して、複数フレームの配列方向に沿って、フレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル低域通過フィルタを適用する後処理部をさらに有する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記後処理部は、フレームレートが低いほど高いオフセットレベルとなるようにフィルタ係数を設定されたデジタル低域通過フィルタを適用する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記後処理部は、フレームレートが高いほどタップ数の多いデジタル低域通過フィルタを適用する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記後処理部は、フレームデータのフレームレートとフレーム内における深さに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル低域通過フィルタをそのフレームデータに適用する、ことを特徴とする。

本発明により、複数フレームの配列方向に沿ったフィルタ処理に係る改良技術が実現される。例えば、本発明の好適な態様によれば、フレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタを適用することにより、フレームレートに応じたデジタル高域通過フィルタの処理結果の変動が抑制される。

本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。 デジタルフィルタの具体例を示す図である。 ３タップＦＩＲフィルタで構成されるＨＰＦの周波数特性を示す図である。 深さに応じたフィルタ係数k₀の設定例を示す図である。 ２タップＦＩＲフィルタで構成されるＨＰＦの周波数特性を示す図である。 ２タップＦＩＲフィルタで構成されるＬＰＦの周波数特性を示す図である。 メディアンフィルタの具体例を示す図である。 判定部の具体例を示す図である。 フレームレートによるＨＰＦの周波数特性の変化を示す図である。 フレームレートによるＬＰＦの周波数特性の変化を示す図である。 深さとフレームレートに応じたフィルタ係数k₀の設定例（ＨＰＦ）を示す図である。 深さとフレームレートに応じたフィルタ係数k₀の設定例（ＬＰＦ）を示す図である。

図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置（本超音波診断装置）の全体構成図である。プローブ１０は、診断対象となる組織などを含む診断領域に超音波を送波し、診断領域から反射される超音波を受波する。プローブ１０は、超音波を送受する複数の振動素子を備えており、複数の振動素子が送受信部１２によって送信制御されて送信ビームが形成される。また、複数の振動素子が診断領域から反射された超音波を受波し、これにより得られた信号が送受信部１２へ出力され、送受信部１２が受信ビームを形成する。

送受信部１２は、プローブ１０が備える複数の振動素子の各々に対応した送信信号を出力することにより、超音波の送信ビームを形成してその送信ビームを走査する。また、送受信部１２は、プローブ１０が備える複数の振動素子の各々から得られる受信信号に対して整相加算処理などを施すことにより、走査される送信ビームに対応した受信ビームを形成し、受信ビームに沿って得られるエコーデータ（受信信号）を出力する。

送受信部１２は、二次元平面内で超音波ビーム（送信ビームとそれに対応した受信ビーム）を走査してエコーデータを収集することにより、その二次元平面に対応したフレームを構成するフレームデータを得る。そして、送受信部１２は、その二次元平面内における超音波ビームの走査を繰り返して、複数フレームに亘ってフレームデータを得る。こうして得られたフレームデータは、例えばメモリなどに記憶されて、そのメモリなどから読み出されて、後段のＨＰＦ処理部２０などにおいて処理される。

本超音波診断装置は、例えば心臓などの運動する組織の診断に適しており、心臓などの診断対象を含んだ超音波画像の画質を改善する機能を備えている。つまり、心臓よりも浅い側（プローブ１０側）に存在する胸壁や肋骨や心膜などに伴う固定的なエコー（固定エコー）を低減して、超音波画像の画質を改善している。

ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）処理部２０は、固定エコーを低減するために、複数フレームに亘って得られたフレームデータをフィルタ処理する。ＨＰＦ処理部２０は、フレームデータに対して、複数フレームの配列方向に沿って高域通過フィルタ（ハイパスフィルタ）を適用することにより、つまりフレーム間のＨＰＦ処理により、複数フレームの配列方向（時間方向）に関する変動が心臓に比べて小さい固定エコーを低減する。

ところで、ＨＰＦなどをデジタルフィルタで実現する場合、デジタルフィルタは、フィルタ係数などの設定を調整することによりフィルタの特性を決定されるが、デジタルフィルタの特性は、処理対象となるデータのサンプリング周波数にも依存する。複数フレームの配列方向に沿ったフィルタ処理においては、処理対象となるフレームデータのサンプリング周波数がフレームレートに応じて変化する。そのため、複数フレームの配列方向に沿ったフィルタ処理にデジタルフィルタを利用する場合には、そのデジタルフィルタの特性がフレームレートに依存することを考慮する必要がある。

本超音波診断装置では、フレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタルフィルタを適用することにより、フレームレートに応じてフィルタ処理の結果が変動することを抑制している。このフレームレートに応じたフィルタ係数の設定については、図９、図１０を利用して後に詳述する。

一方、超音波画像内においては、心臓を含んだ深い領域よりも浅い領域に固定エコーが多く存在する。そこで、ＨＰＦ処理部２０は、フレーム内における深さに応じて特性を設定された高域通過フィルタをその深さのフレームデータに適用してフィルタ処理する。高域通過フィルタは、例えばデジタルフィルタで実現することができ、フィルタ設定部２２がそのデジタルフィルタのフィルタ係数などを設定することにより、高域通過フィルタの特性を調整する。

図２は、デジタルフィルタの具体例を示す図である。フレームデータは、複数フレームの配列方向に沿ってフィルタ処理される。つまり、フレーム内のある位置（座標）のフレームデータについて、複数フレームに亘って、その同じ位置にあるフレームデータが次々にフィルタ処理される。

図２＜Ａ＞には、３タップで構成されたＦＩＲフィルタ（３タップＦＩＲフィルタ）が示されている。この３タップＦＩＲフィルタには、複数フレームに亘るフレームデータが次々に入力される。図２＜Ａ＞において、x_n-1，x_n，x_n+1は、フレーム内の同じ位置（座標）におけるフレームデータであり、連続する３フレームから得られるフレームデータである。

３タップＦＩＲフィルタに、１フレームのフレームデータが入力されると、その１フレームのフレームデータがフレームメモリ１に記憶される。次に、新たな１フレームのフレームデータが入力されると、フレームメモリ１に記憶されていたフレームデータが後段のフレームメモリ２に記憶され、新たに入力された１フレームのフレームデータが前段のフレームメモリ１に記憶される。こうして、新たな１フレームのフレームデータが次々に入力される度に、前段のフレームメモリ１から後段のフレームメモリ２にフレームデータが次々にシフトされる。図２＜Ａ＞において、x_nが注目フレームのフレームデータであり、x_n-1は、x_nよりも１つ前のフレームから得られるフレームデータであり、x_n+1は、x_nよりも１つ後のフレームから得られるフレームデータである。

３タップＦＩＲフィルタは、連続する３フレームから得られる３つのフレームデータの各々に対してフィルタ係数を乗算し、さらに、乗算後の３つのデータを加算処理する。つまり、図２＜Ａ＞において、フレームデータであるx_n-1，x_n，x_n+1の各々に対して、フィルタ係数であるk_-1，k₀，k₁が乗算され、さらに乗算後の３つのデータが加算処理され、注目フレームに関するフィルタ処理の結果y_n=k_-1x_n-1+k₀x_n +k₁x_n+1が出力される。

図２＜Ｂ＞には、２タップで構成されたＦＩＲフィルタ（２タップＦＩＲフィルタ）が示されている。２タップＦＩＲフィルタの場合にも、複数フレームに亘るフレームデータが次々に入力され、１フレームのフレームデータがフレームメモリに記憶される。図２＜Ｂ＞において、x_nが注目フレームのフレームデータである。また、x_n，x_n+1は、フレーム内の同じ位置におけるフレームデータであり、連続する２フレームから得られるフレームデータである。

そして、２タップＦＩＲフィルタの場合においても、フレームデータであるx_n，x_n+1の各々に対して、フィルタ係数であるk₀，k₁が乗算され、さらに乗算後の２つのデータが加算処理され、注目フレームに関するフィルタ処理の結果y_n=k₀x_n +k₁x_n+1が出力される。

本超音波診断装置では、例えば、図２に示した３タップＦＩＲフィルタまたは２タップＦＩＲフィルタにより高域通過フィルタが実現され、フィルタ係数を調整することにより高域通過フィルタの特性が調整される。なお、図２には、デジタルフィルタの具体例として、２タップと３タップのＦＩＲフィルタを示したが、タップ数が４タップ以上のフィルタが利用されてもよい。また、ＦＩＲフィルタに代えてＩＩＲフィルタが利用されてもよい。

図２の３タップＦＩＲフィルタにおいて、フィルタ係数を対称型（k_-1= k₁）とし、周波数に対するゲイン特性（利得特性）が単調増加であり、最も高域における利得を０[dB]とする下記条件（１−１）（１−２）を満たすフィルタ係数を設定すると、図３に示す特性の高域通過フィルタ（ＨＰＦ）となる。

図３は、３タップＦＩＲフィルタ（図２）で構成されるＨＰＦの周波数特性を示す図である。図３において、横軸は周波数を示しており、Ｆｓはフレームレートつまりフレームデータのサンプリング周波数である。縦軸はフィルタの利得を示している。また、図３におけるk_-1，k₀，k₁は、３タップＦＩＲフィルタ（図２）のフィルタ係数である。

図３に示す周波数特性によれば、フィルタ係数に応じてＨＰＦのオフセットレベルが変化している。ＨＰＦのオフセットとは、ＨＰＦの利得特性を押し上げることである。図３においては、ＨＰＦが処理対象とする周波数帯域の下限である０Ｈｚにおけるフィルタの利得値をオフセットレベルと定義する。

図３においては、中心のタップに関するフィルタ係数k₀が０．５の場合にオフセットレベルが０と最小になり、低域側の抑制効果つまり固定エコーの抑制効果が最も大きい。また、フィルタ係数k₀が０．５から大きくなるにつれて、オフセットレベルが上昇して固定エコーの抑制効果が徐々に小さくなる。そして、フィルタ係数k₀が１．０の場合にオフセットレベルが１と最大になり、低域側の抑制効果つまり固定エコーの抑制効果が無くなり、入力信号をそのまま出力する全域通過フィルタの特性となる。

本超音波診断装置では、フレームデータのフレーム内における深さに応じてＨＰＦのオフセットレベルを設定する。具体的には、深いほど高いオフセットレベルが設定されるよう、図１のフィルタ設定部２２により、ＨＰＦ処理部２０におけるフィルタ係数k₀が制御される。

図４は、深さに応じたフィルタ係数k₀の設定例を示す図である。図４において、横軸は深さを示しており、縦軸はフィルタ係数k₀の値を示している。深さとは、フィルタによって処理されるフレームデータのフレーム内における深さである。

図４に示す設定例では、深さ０（プローブ１０の直近）から深さｄ１までの浅い部分において、フィルタ係数k₀の値がp（0.5≦p＜1.0）に設定されている。そして、深さｄ１から深さｄ２まで、深くなるにつれてフィルタ係数k₀の値が引き上げられ、深さｄ２以降の深い部分においてフィルタ係数k₀の値が q（p＜q≦1.0）に設定されている。なお、深さｄ１とその近傍においてフィルタ係数k₀の値を滑らかに変化させ、深さｄ２とその近傍においてもフィルタ係数k₀の値を滑らかに変化させるようにしてもよい。また、深さ０から深さｄ１までの浅い部分においてフィルタ係数k₀の値を必要に応じて変化させてよいし、深さｄ２以降の深い部分においてもフィルタ係数k₀の値を必要に応じて変化させてよい。また、深さｄ１と深さｄ２の位置を適宜に調整することにより、フィルタ係数k₀の深さに応じた変化を急峻することや緩やかにすることもできる。

さらに、浅い領域における固定エコーの低減効果を重視したい場合には、図４に示すフィルタ係数k₀の特性を全体的に深くなる方向にシフトさせるか、または、その特性を全体的にk₀の値が小さくなる方向にシフトさせればよい。もちろん両方のシフトを混在させてもよい。また、ちらつきやにじみの抑制効果を重視したい場合には、図４に示す特性を全体的に浅くなる方向にシフトさせるか、または、その特性を全体的にk₀の値が大きくなる方向にシフトさせればよい。もちろん両方のシフトを混在させてもよい。

３タップＦＩＲフィルタに代えて２タップＦＩＲフィルタを利用すると、回路構成などをさらに簡素化することができる。例えば、図２の２タップＦＩＲフィルタにおいて、周波数に対するゲイン特性（利得特性）が単調増加であり、最も高域における利得を０[dB]とする下記条件（２−１）（２−２）を満たすフィルタ係数を設定すると、図５に示す特性の高域通過フィルタ（ＨＰＦ）となる。

図５は、２タップＦＩＲフィルタ（図２）で構成されるＨＰＦの周波数特性を示す図である。図３の場合と同様に、図５においても、横軸は周波数を示しており、Ｆｓはフレームレートつまりフレームデータのサンプリング周波数である。縦軸はフィルタの利得を示している。また、図５におけるk₀，k₁は、２タップＦＩＲフィルタ（図２）のフィルタ係数である。図５に示す周波数特性においても、フィルタ係数に応じてＨＰＦのオフセットレベルが変化している。

つまり、ＨＰＦが処理対象とする周波数帯域の下限である０Ｈｚにおけるフィルタの利得値をオフセットレベルと定義すると、図５においても、フィルタ係数k₀が０．５の場合にオフセットレベルが０と最小になり、低域側の抑制効果つまり固定エコーの抑制効果が最も大きい。また、フィルタ係数k₀が０．５から大きくなるにつれて、オフセットレベルが上昇して固定エコーの抑制効果が徐々に小さくなる。そして、フィルタ係数k₀が１．０の場合にオフセットレベルが１と最大になり、低域側の抑制効果つまり固定エコーの抑制効果が無くなり、入力信号をそのまま出力する全域通過フィルタの特性となる。

２タップＦＩＲフィルタの場合にも、フレームデータのフレーム内における深さに応じてＨＰＦのオフセットレベルが設定される。つまり、深いほど高いオフセットレベルが設定されるよう、図１のフィルタ設定部２２によりフィルタ係数k₀が制御される。その制御においても、図４を利用して説明したフィルタ係数k₀の設定例を適用することができる。

図２から図５を利用して説明した高域通過フィルタ（ハイパスフィルタ）を利用することにより、比較的簡易な構成で、つまり重み付け加算処理などの複雑な回路構成（例えば特許文献３参照）を必要とせずに、固定エコーの低減と画像のちらつきやにじみの抑制とを両立することができる。

図１に戻り、ＨＰＦ処理部２０においてフレーム間ＨＰＦ処理された複数フレームのフレームデータは、検波処理部３０において検波処理されてから後処理部４０に送られる。検波処理部３０では公知の検波処理が実行される。

ＨＰＦ処理部２０における処理により固定エコーの低減と画像のちらつきやにじみの抑制が既に実現されているものの、本超音波診断装置では、後処理部４０において、さらに画像のちらつきを抑制することができる。後処理部４０は、フレームデータに対して、複数フレームの配列方向に沿って、低域通過フィルタ又はメディアンフィルタを適用する。

後処理部４０が低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を利用する場合、低域通過フィルタは、図２に示した３タップＦＩＲフィルタまたは２タップＦＩＲフィルタにより実現することができる。もちろん、タップ数が４タップ以上のフィルタが利用されてもよいし、ＦＩＲフィルタに代えてＩＩＲフィルタが利用されてもよい。

例えば、図２の２タップＦＩＲフィルタにおいて、周波数に対するゲイン特性（利得特性）が単調減少であり、ＤＣ成分（周波数０Ｈｚ成分）の利得を０[dB]とする下記条件（３−１）（３−２）を満たすフィルタ係数を設定すると、図６に示す特性の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）となる。

図６は、２タップＦＩＲフィルタ（図２）で構成されるＬＰＦの周波数特性を示す図である。図６において、横軸は周波数を示しており、Ｆｓはフレームレートつまりフレームデータのサンプリング周波数である。縦軸はフィルタの利得を示している。また、図６におけるk₀，k₁は、２タップＦＩＲフィルタ（図２）のフィルタ係数である。

図６に示す周波数特性によれば、フィルタ係数に応じてＬＰＦのオフセットレベルが変化している。ＬＰＦのオフセットとは、ＬＰＦの利得特性を押し上げることである。図６においては、ＬＰＦが処理対象とする周波数帯域の上限であるＦｓ／２、つまりサンプリング周波数の１／２の周波数におけるフィルタの利得値をオフセットレベルと定義する。

図６においては、フィルタ係数k₀が０．５の場合にオフセットレベルが０と最小になり、高域側の抑制効果つまりスムージング効果が最も大きい。複数フレームの配列方向におけるスムージング効果が高められることにより、ちらつきの抑制効果も高められる。一方、フィルタ係数k₀が０．５から大きくなるにつれて、オフセットレベルが上昇してスムージング効果が徐々に小さくなる。そして、フィルタ係数k₀が１．０の場合にオフセットレベルが１と最大になり、高域側の抑制効果つまりスムージング効果が無くなり、入力信号をそのまま出力する全域通過フィルタの特性となる。

本超音波診断装置では、フレームデータのフレーム内における深さに応じてＬＰＦのオフセットレベルを設定する。具体的には、深いほど高いオフセットレベルが設定されるよう、図１のフィルタ設定部４２により、後処理部４０におけるフィルタ係数k₀が制御される。その制御においても、図４を利用して説明したフィルタ係数k₀の設定例を適用することができる。

後処理部４０がメディアンフィルタを利用する場合、例えば、図７に示す構成のメディアンフィルタが利用される。図７は、メディアンフィルタの具体例を示す図である。このメディアンフィルタには、複数フレームに亘るフレームデータが次々に入力される。図７において、x_nが注目フレームのフレームデータである。また、x_n-1，x_n，x_n+1は、フレーム内の同じ位置（座標）におけるフレームデータであり、連続する３フレームから得られるフレームデータである。

メディアンフィルタに１フレームのフレームデータが入力されると、その１フレームのフレームデータがフレームメモリ１に記憶される。次に、新たな１フレームのフレームデータが入力されると、フレームメモリ１に記憶されていたフレームデータが後段のフレームメモリ２に記憶され、新たに入力された１フレームのフレームデータが前段のフレームメモリ１に記憶される。こうして、新たな１フレームのフレームデータが次々に入力される度に、前段のフレームメモリ１から後段のフレームメモリ２にフレームデータが次々にシフトされる。図７において、x_n-1はx_nよりも１つ前のフレームから得られるフレームデータであり、x_n+1はx_nよりも１つ後のフレームから得られるフレームデータである。

メディアンフィルタは、連続する３フレームから得られる３つのフレームデータのうちの中間値を選択して出力する。つまり、図７において、x_n-1，x_n，x_n+1のうちの中間の値であるデータを選択し、注目フレームにおける処理結果y_nとして出力する。

メディアンフィルタにより、画像のぼけを抑制しながら、ちらつきを抑制することが可能になる。但し、画像の全体にメディアンフィルタを適用するよりも、フレーム内の浅い領域に対して限定的にメディアンフィルタを適用する方が望ましい。つまり、心臓が存在する深い領域に対してメディアンフィルタを適用しないことにより、心臓の弁などにおいてにじみを発生させないように配慮することが望ましい。例えば、深さの閾値を設けておき、その閾値よりも深い位置のフレームデータに対して、メディアンフィルタを適用しないようにしてもよい。

また、図１の判定部５０が、後処理部４０における処理を必要とするか否かを判定してもよい。この場合において、判定部５０は、ＨＰＦ処理部２０で処理されて検波処理部３０を介して得られるフレームデータについて、フレーム内の各位置において複数フレームの配列方向に沿ってフレームデータの変化を確認することにより、その位置において後処理部４０の処理を必要とするか否かを判定する。

図８は、判定部５０の具体例を示す図である。判定部５０には、複数フレームに亘るフレームデータが次々に入力される。図８において、x_n-1，x_n，x_n+1は、フレーム内の同じ位置（座標）におけるフレームデータであり、連続する３フレームから得られるフレームデータである。

判定部５０に１フレームのフレームデータが入力されると、その１フレームのフレームデータがフレームメモリ１に記憶される。次に、新たな１フレームのフレームデータが入力されると、フレームメモリ１に記憶されていたフレームデータが後段のフレームメモリ２に記憶され、新たに入力された１フレームのフレームデータが前段のフレームメモリ１に記憶される。こうして、新たな１フレームのフレームデータが次々に入力される度に、前段のフレームメモリ１から後段のフレームメモリ２にフレームデータが次々にシフトされる。図８において、x_nが注目フレームのフレームデータであり、x_n-1はx_nよりも１つ前のフレームから得られるフレームデータであり、x_n+1はx_nよりも１つ後のフレームから得られるフレームデータである。

平均値演算部は、注目フレームの前後のフレームデータの絶対値の平均値A_nを次式により算出する。なお、次式のＭは、注目フレームの前または後のフレーム数であり、図８の具体例では、Ｍ＝１となる。

そして、判定処理部は、注目フレームのフレームデータに関する絶対値と、平均値演算部において算出された平均値A_nを比較し、次式の条件に基づいて、その注目フレームのフレームデータについて、ちらつき抑制処理を必要とするか否かを判定する。

条件（５−１）（５−２）において、T_Hは、ちらつき判定のための閾値である。例えば条件（５−１）が満たされる場合に、注目フレームのフレームデータx_nについて、ちらつき抑制処理が必要であると判定される。なお、条件（５−１）に代えて、平均値A_nにより規格化された条件（５−２）を利用してもよい。

図１に戻り、後処理部４０は、判定部５０においてちらつき抑制処理が必要であると判定された注目フレームのフレームデータについてちらつき抑制処理を実行し、ちらつき抑制処理が必要でないと判定された注目フレームのフレームデータについてはちらつき抑制処理を実行しない。ちらつき処理を実行する場合には、例えば、図６を利用して説明したＬＰＦ、または、図７を利用して説明したメディアンフィルタを適用して、ちらつき抑制処理を行う。また、図１の後処理部４０は、注目フレームのフレームデータに関するちらつき抑制処理の結果として、（４）式で得られる平均値A_nを出力してもよい。

対数圧縮処理部６０は、後処理部４０から得られる複数フレームのフレームデータに対して、公知の対数圧縮処理を実行する。こうして、対数圧縮処理された複数フレームのフレームデータが表示部７０に送られ、例えば拍動する心臓を動画で表現した超音波画像が表示部７０に表示される。なお、後処理部４０は、対数圧縮処理部６０の後段に設けられてもよい。

このように、本超音波診断装置によれば、ＨＰＦ処理部２０において固定エコーの低減と画像のちらつきやにじみの抑制を実現し、後処理部４０においてさらに画像のちらつきを抑制することができる。その処理にあたって、ＨＰＦ処理部２０は、フレーム内における深さに応じて特性を設定された高域通過フィルタを利用し、後処理部４０は、フレーム内における深さに応じて特性を設定された低域通過フィルタを利用している。つまり、フレーム内における深さに応じて高域通過フィルタや低域通過フィルタの特性が調整されている。高域通過フィルタや低域通過フィルタをデジタルフィルタで実現する場合には、この深さに応じた調整に加えて、フレームデータのフレームレートも考慮されることが望ましい。

図９は、フレームレートによるＨＰＦの周波数特性の変化を示す図であり、３タップＦＩＲフィルタ（図２）で構成されるＨＰＦの周波数特性がフレームレートに応じて変化する様子を示している。図９において、横軸は周波数を示しており、縦軸はフィルタの利得を示している。なお、Ｆｓはフレームレート（フレーム周波数）つまりフレームデータのサンプリング周波数である。また、図９に示す周波数特性は、図２の３タップＦＩＲフィルタのフィルタ係数k_-1，k₀，k₁をそれぞれ-0.25,0.50,-0.25として、各フレームレートＦｓにより得られる特性である。

一方、図１０は、フレームレートによるＬＰＦの周波数特性の変化を示す図であり、３タップＦＩＲフィルタ（図２）で構成されるＬＰＦの周波数特性がフレームレートに応じて変化する様子を示している。図１０において、横軸は周波数を示しており、縦軸はフィルタの利得を示している。なお、Ｆｓはフレームレート（フレーム周波数）つまりフレームデータのサンプリング周波数である。また、図１０に示す周波数特性は、図２の３タップＦＩＲフィルタのフィルタ係数k_-1，k₀，k₁をそれぞれ0.25,0.50,0.25として、各フレームレートＦｓにより得られる特性である。

図９，図１０に示すように、デジタルフィルタにおいては、フィルタ係数を固定したままであると、フレームレートＦｓの大きさに応じて周波数特性が変化する。つまり、フレームレートＦｓが大きくなる（高くなる）につれて、周波数特性が周波数軸方向に引き伸ばされ、遮断周波数が高くなる傾向にある。

そこで、本超音波診断装置では、例えばユーザ操作などにより設定されるフレームレートＦｓの大きさに応じて、例えば、図２に例示されるデジタルフィルタのフィルタ係数を調整する。

タップ数が固定の場合、例えば図２の３タップＦＩＲフィルタで構成されるＨＰＦの周波数特性は、図３に例示したとおりである。図３には、フィルタ係数k₀が０．５から大きくなるにつれて、ＨＰＦのオフセットレベルが上昇することが示されている。そして、オフセットレベルが上昇するほど、ＨＰＦの遮断周波数が低くなっている。つまり、オフセットレベルを高くすることにより、ＨＰＦの遮断周波数を低くすることができる。

一方、図９を利用して説明したように、フレームレートＦｓが大きくなるにつれて、ＨＰＦの周波数特性は、周波数軸方向に引き伸ばされて遮断周波数が高くなる傾向にある。つまり、フレームレートＦｓが高くなるにつれて、遮断周波数も高くなる傾向にある。

そこで、フレームレートＦｓが高くなるにつれて、遮断周波数も高くなる傾向を抑えるために、フレームレートＦｓが高くなるにつれて、オフセットレベルを高くして遮断周波数が低くなる方向にフィルタ係数を調整する。これにより、フレームレートＦｓの変動に応じてＨＰＦの遮断周波数ができるかぎり変動しないように制御することが可能になる。なお、図１のＨＰＦ処理部２０で利用されるＨＰＦのフィルタ係数は、フィルタ設定部２２により調整される。

また、タップ数が固定の場合、例えば図２の２タップＦＩＲフィルタで構成されるＬＰＦの周波数特性は、図６に例示したとおりである。図６には、フィルタ係数k₀が０．５から大きくなるにつれて、ＬＰＦのオフセットレベルが上昇することが示されている。そして、オフセットレベルが上昇するほど、ＬＰＦの遮断周波数が高くなっている。つまりオフセットレベルを高くすることにより、ＬＰＦの遮断周波数を高くすることができる。

一方、図１０を利用して説明したように、フレームレートＦｓが大きくなるにつれて、ＬＰＦの周波数特性は周波数軸方向に引き伸ばされて遮断周波数が高くなる傾向にある。つまり、フレームレートＦｓが高くなるにつれて、遮断周波数も高くなる傾向にある。

そこで、フレームレートＦｓが高くなるにつれて、遮断周波数も高くなる傾向を抑えるために、フレームレートＦｓが高くなるにつれて、オフセットレベルを低くして遮断周波数が低くなる方向にフィルタ係数を調整する。これにより、フレームレートＦｓの変動に応じてＬＰＦの遮断周波数ができるかぎり変動しないように制御することが可能になる。なお、図１の後処理部４０で利用されるＬＰＦのフィルタ係数は、フィルタ設定部４２により調整される。

さらに、フィルタ係数に加えて、フィルタのタップ数が調整されてもよい。例えば、図９において、フレームレートが３０Ｈｚの周波数特性が、固定エコーの低減と画像のちらつきやにじみの抑制に効果的である場合、フレームレートが４０Ｈｚや２０Ｈｚの場合でも、３０Ｈｚの周波数特性に近づくようにフィルタ係数とタップ数が調整される。具体的には、例えば、フレームレートが高められて３０Ｈｚから４０Ｈｚに変更される場合、４０Ｈｚにおける遮断周波数が高くならないように（３０Ｈｚの場合の遮断周波数に近づくように）、且つ、４０Ｈｚにおける周波数特性が緩やかにならないように（３０Ｈｚの場合の周波数特性に近づくように）、フィルタ係数とタップ数が変更される。

また、図１０においても、例えば、フレームレートが３０Ｈｚの周波数特性が、ちらつきの抑制に効果的である場合、フレームレートが４０Ｈｚや２０Ｈｚの場合でも３０Ｈｚの周波数特性に近づくようにフィルタ係数とタップ数が調整される。

さらに、ＨＰＦにおいて、深さに応じたフィルタ係数の制御と、フレームレートに応じたフィルタ係数の制御を両立させるには、図１１に示す設定例が参照される。例えば、基準となるフレームレート（例えば３０Ｈｚ）で、深さに応じたフィルタ係数k₀の特性が設定されている場合に、フレームレートが高められると（例えば４０Ｈｚにされると）、図１１に示すＨＰＦのフィルタ係数k₀の特性を全体的に浅くなる方向にシフトさせるか、または、その特性を全体的にk₀の値が大きくなる方向にシフトさせる。もちろん、両方のシフトを混在させてもよい。一方フレームレートが低くされると（例えば２０Ｈｚにされると）、図１１に示すＨＰＦのフィルタ係数k₀の特性を全体的に深くなる方向にシフトさせるか、または、その特性を全体的にk₀の値が小さくなる方向にシフトさせる。もちろん、両方のシフトを混在させてもよい。

一方、ＬＰＦにおいて、深さに応じたフィルタ係数の制御と、フレームレートに応じたフィルタ係数の制御を両立させるには、図１２に示す設定例が参照される。例えば、基準となるフレームレート（例えば３０Ｈｚ）で、深さに応じたフィルタ係数k₀の特性が設定されている場合に、フレームレートが高められると（例えば４０Ｈｚにされると）、図１２に示すＬＰＦのフィルタ係数k₀の特性を全体的に深くなる方向にシフトさせるか、または、その特性を全体的にk₀の値が小さくなる方向にシフトさせる。もちろん、両方のシフトを混在させてもよい。一方、フレームレートが低くされると（例えば２０Ｈｚにされると）、図１２に示すＬＰＦのフィルタ係数k₀の特性を全体的に浅くなる方向にシフトさせるか、または、その特性を全体的にk₀の値が大きくなる方向にシフトさせる。もちろん、両方のシフトを混在させてもよい。

これにより、フレームレートの変更に伴う特性の変化を抑えつつ、ＨＰＦ処理部２０において固定エコーの低減と画像のちらつきやにじみの抑制を実現し、後処理部４０においてさらに画像のちらつきを抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

１０ プローブ、１２ 送受信部、２０ ＨＰＦ処理部、４０ 後処理部、５０ 判定部。

Claims (9)

1. 超音波を送受するプローブと、
   プローブを制御することにより超音波の受信信号を得る送受信部と、
   超音波の受信信号に基づいて得られるフレームデータを複数フレームの配列方向に沿ってフィルタ処理するフィルタ処理部と、
   フィルタ処理されたフレームデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
   を有し、
   前記フィルタ処理部は、フレームデータのフレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタをそのフレームデータに適用してフィルタ処理するにあたり、フレームレートが高いほど高いオフセットレベルとなるようにフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタを適用する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記フィルタ処理部は、フレームレートが高いほどタップ数の多いデジタル高域通過フィルタを適用する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 超音波を送受するプローブと、
   プローブを制御することにより超音波の受信信号を得る送受信部と、
   超音波の受信信号に基づいて得られるフレームデータを複数フレームの配列方向に沿ってフィルタ処理するフィルタ処理部と、
   フィルタ処理されたフレームデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
   を有し、
   前記フィルタ処理部は、フレームデータのフレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタをそのフレームデータに適用してフィルタ処理するにあたり、フレームレートが高いほどタップ数の多いデジタル高域通過フィルタを適用する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記フィルタ処理部は、フレームデータのフレームレートとフレーム内における深さに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタをそのフレームデータに適用する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記フィルタ処理部で処理されたフレームデータに対して、複数フレームの配列方向に沿って、フレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル低域通過フィルタを適用する後処理部をさらに有する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 超音波を送受するプローブと、
   プローブを制御することにより超音波の受信信号を得る送受信部と、
   超音波の受信信号に基づいて得られるフレームデータを複数フレームの配列方向に沿ってフィルタ処理するフィルタ処理部と、
   フィルタ処理されたフレームデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
   を有し、
   前記フィルタ処理部は、フレームデータのフレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル高域通過フィルタをそのフレームデータに適用してフィルタ処理し、
   前記フィルタ処理部で処理されたフレームデータに対して、複数フレームの配列方向に沿って、フレームレートに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル低域通過フィルタを適用する後処理部をさらに有する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項５または６に記載の超音波診断装置において、
   前記後処理部は、フレームレートが低いほど高いオフセットレベルとなるようにフィルタ係数を設定されたデジタル低域通過フィルタを適用する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記後処理部は、フレームレートが高いほどタップ数の多いデジタル低域通過フィルタを適用する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
9. 請求項５から８のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記後処理部は、フレームデータのフレームレートとフレーム内における深さに応じてフィルタ係数を設定されたデジタル低域通過フィルタをそのフレームデータに適用する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。

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