JPH0736818B2 - 超音波診断画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波画像処理装置のデジタル画像処理技術に
関し、特に被検体からのエコー信号に基づいて患部の超
音波画像を表示して患部画像が輪郭強調する超音波診断
画像処理装置に関する。

［従来の技術］ 医療分野において、超音波を生体などの被検体内に送受
波して被検体内の画像診断を行う超音波診断画像装置が
周知である。

この種の装置は、一定の繰返し周期で出力されるパルス
超音波を被検体内に送波し、該被検体内から反射される
エコー信号を検波して、これを所定領域について行うこ
とにより、一画面分の画像情報を得るものである。

そして、この情報は、CRT表示器に画像表示され、例え
ば胆嚢などの腹部臓器や心臓などの断層像を観察するこ
とができる。

このような超音波診断装置における画像処理には、エコ
ー信号をアナログ的に輪郭強調するものがある。

すなわち、検波後のエコー信号に対して微分処理を施
し、この微分信号をもとの信号に換算することにより、
該エコー信号中の輪郭情報を強調しており、これによ
り、被検体内の形状や構造を明瞭に画像表示することが
できる。

ところが、このような輪郭強調は、固定された処理であ
るため、ノイズやスペックルなども強調してしまい、ま
た二次元画像としてのつながりに欠けるという問題があ
った。

そこで、本願出願人により上記のアナログによる問題を
全て解決した超音波画像処理装置が提案され、出願され
ている（特願昭63−317918号）。

この輪郭強調方法では、従来に比し輪郭強調を精度よく
行い、画素間での情報のつながりのある二次元的な処理
を行っている。

すなわち、この輪郭強調処理は、注目画素が画素平均値
よりも大きい場合は該注目画素値よりも大きく設定し、
また、注目画素が画素平均値よりも小さい場合は該注目
画素値よりも小さく設定する。

これにより、診断画像は濃い部分はより濃く、淡い部分
はより淡くなり、輪郭がきわめてはっきりと表現される
ことになり、特に分散値が基準分散値よりも小さい場合
には輪郭強調処理を行わなわず、そのまま画素値を出力
するのでノイズやスペックルなどの信号は強調されず画
像表示できる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このような輪郭強調処理手法では、本来、輪
郭強調されるべき領域は輪郭の不明確な個所であり輪郭
の明確な個所は強調されるべきではないが、これに反
し、輪郭の明確な個所をより大きく強調しすぎてしまう
という問題があった。

すなわち、その理由は、注目する画素を含めた周辺の分
散値を求め、その分散値がある１つの基準値だけを超え
た場合に境界であると判断し、その分散値が大きければ
大きいほど輪郭強調する方向へ注目画素を強調処理する
からである。

従って、従来では濃淡差の激しい場合は更に強調し過ぎ
てしまいうという欠点があり、観察者にとっては患部画
像が見にくくなる場合があった。

これにより、適切な画像輪郭強調処理が行われておら
ず、上記従来の輪郭強調処理においては高精度に行われ
ていなかった。

発明の目的 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、ノイズやスペックルなどの分散の小さい個所
及び初めから輪郭の明確な個所は輪郭強調せず、予め定
められた２つの基準となる基準分散値に基づいて、その
基準内で分散値に対応させて輪郭強調を行う超音波診断
画像処理装置を提供することにある。

［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によれば、注目画素を
中心とした画素群を選択し、該画素群の画素平均値を演
算する画素平均値演算手段と、前記画素群の各画素値及
び前記画素平均値に基づいて、前記画素群についての分
散値σを演算する画素分散値演算手段と、前記分散値σ
を予め定められた２つの異なる基準分散値σ_１，σ
_２（ただし、σ_１＜σ_２）と比較する比較手段と、前記
分散値σの大きさに従った強調度合いで前記注目画素の
画素値に対して輪郭強調処理を行う画素値強調手段と、
を含み、前記画素値強調手段は、前記σ_１から前記σ_２
にかけて次第に強調度合いを高める特性を有し、前記σ
_２より大きい領域では次第に強調度合いを弱める特性を
有し、前記画素群の分散値σが前記σ_２より大きい場合
には超音波画像の過度強調を抑制することを特徴とす
る。

また、前記輪郭強調処理を実時間上でパイプライン処理
方式により並列して順次行わせたことを特徴とする。

［作用］ 以上のような構成としたので本発明によれば、１つはノ
イズやスペックルを強調しない輪郭強調処理を施すか否
かの基準（σ_１）と、もう１つは強調しすぎてしまう恐
れが生じ輪郭強調させたくない基準（σ_２）とを設ける
ことにより、注目画素の前記分散値σが１つの基準分散
値σ_１を超え、かつもう１つの基準分散値σ_２をも超え
た場合はその超えた大きさに従って輪郭強調の程度を小
さくすることができる。

この結果、輪郭の不明確な領域だけを効果的に強調する
ことができ、濃淡の激しい部分においては強調しすぎて
しまうことなく適度な輪郭強調処理が行える。

従って、診断者にとっては、輪郭強調処理による適切な
患部画像が得られるため診断しやすくなる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明す
る。

第１図は、本発明に係る超音波診断画像処理装置の一実
施例を示した回路ブロック図である。

本発明において特徴的なことは、輪郭強調の処理におい
て注目画素の分散値を求めて２つの異なる基準分散値σ
_１，σ_２と比較、判定し、これに基づいて画像表示上で
最適な輪郭強調を行うことにある。

すなわち、本実施例では、注目する画素を含めた近傍の
分散値を求め、その分散値の大小に従って注目画素にあ
る所定の処理を施している。

この処理は、２つの基準となる分散値σ_１，σ_２を設
け、これにより、ある注目画素の分散値がσ_１より小さ
ければ処理せず、σ_１を超えたならば、超えた大きさに
従って注目画素値を大きくしたり小さくしたりして輪郭
強調の程度を調整する。

まず、以下に本発明における基本原理について説明す
る。

注目画素値をｚ、この画素を含むｎ＊ｎ個の近傍の平均
値を、輪郭強調処理後の画素値をzzとすると、本発明
の処理は次のように式で示される。

zz＝ｚ＋Ｋ＊（ｚ−） ただし、 Ｋ＝０・・・・・・・・・・σ＜σ１ （１） Ｋ＝KE＊｛１−（σ1/σ）｝……σ１≦σ≦σ２（２） Ｋ＝KE＊（σ1/σ）・・・・・・σ２＜σ （３） また、 σ＝^２−（）^２ ただし、 KE＝輪郭強調定数（１〜５）、 σ_１，σ_２＝基準分散値としての任意の定数（σ_１＜σ
_２）、^２ ＝注目画素値ｚ近傍の２乗平均値 とする。

ここで、上述の式、zz＝ｚ＋Ｋ＊（ｚ−）におけるＫ
と、σ_１，σ_２との関係を第２図に示す。

すなわち、この第２図は、横軸の分散値σの変化（基準
分散値の下限値σ_１、上限値σ_２）に対して縦軸の強調
の程度を定めた特性図であり、図示のように分散値σが
σ_１〜σ_２までは該σに略比例した輪郭強調処理を示す
特性となり、また分散値σがσ_２以上は該σに略反比例
した輪郭強調処理を示す特性になる。

この特性に従って、濃淡の緩やかな部分（分散値σが小
さい場合）についてはその程度に応じて輪郭強調処理
し、また濃淡の激しい部分（分散値σが大きい場合）に
ついては強調しすぎず、適度に輪郭強調処理が行える。

ここで、このような原理に基づいた超音波診断画像処理
装置の具体的な回路構成を第１図に示す。

第１図において、本発明の超音波診断画像処理装置は、
探触子10と、メモリ12と、平均値演算回路14を含む分散
値演算回路16と、比較・演算回路18と、定数設定回路20
と、画素値強調回路22と、から構成されている。

すなわち、前記探触子10から所定の超音波信号を被検体
24に送受波し、受波されたエコー信号を画像情報として
シリアルに前記メモリ12に一画面分記憶する。

このメモリ12内には、各画素の濃淡情報が二次元的なデ
ジタル画像として蓄えられている。

そして、このメモリ12に記憶された画像濃淡情報は、注
目画素値ｚ、この画素を含むｎ＊ｎ個の近傍での領域の
平均値Znとして該メモリ12から出力されることになる。

従って、前記分散値演算回路16は、まず前記平均値演算
回路14により注目画素を中心とした所定領域の画素群
（画素値ｎ×ｎ）を選択し、該画素群の画素平均値及
び画素２乗平均値^２を演算算出し、分散値σを演算算
出している。

ここで、この分散値σは所定領域での画素群ｎ＊ｎ個の
近傍の平均値及び画素２乗平均値^２に基づいて求め
られ、これはσ＝^２−（）^２で表される。

そして、前記分散値σから前記比較・演算回路18によ
り、前記定数設定回路20で予め定められたσ_１，σ_２、
KEに基づいて上述した（１）、（２）、（３）式の３つ
の状態Ｋを算出する。

すなわち、この比較・演算回路18では、前記分散値σを
予め定められた２つの異なる基準分散値σ_１，σ_２で比
較し、該分散値σが各基準分散値σ_１，σ_２よりも大き
いか否かを判定する。

具体的には、σ＜σ_１、σ_１≦σ≦σ_２、σ_２＜σの場
合のそれぞれのＫを上述の（１）、（２）、（３）式の
ように算出している。

そして、前記画素値強調回路22により、前記Ｋを入力し
てｚ＋Ｋ＊（ｚ−）を演算し、輪郭強調処理してzzを
出力する。

すなわち、第２図に示すように、前記分散値σがσ_１≦
σ≦σ_２と判定された時は該分散値σに略比例した輪郭
強調処理を行い、また、前記分散値σがσ_１＜σ_２＜σ
と判定された時は該分散値σに略反比例した輪郭強調処
理を行う。

この結果、この画素値強調回路22では、前記注目画素値
を前記画素平均値より大きい場合はより大きく設定し、
前記画素平均値より小さい場合はより小さく設定する輪
郭強調処理を行うことができる。

次に、第３図〜第６図を用いて具体的な輪郭画像処理の
一例を詳細に説明する。

第３図において、まず、濃淡差が緩やかな場合（分散値
σが小さい場合）の輪郭強調処理について説明する。

まず、画像表示26内での前記被検体24の所定領域Ｓにお
いて、画素群（ｎ×ｎ）を選択する場合を想定する。

ここでは、例えば前記画素群を３×３で選択するとする
と、従来での輪郭協調の未処理では、（ａ）のようにな
り、濃淡レベルは24,26,28で成ることがわかる。

しかし、前述した下限レベルの基準分散値σ_１だけを有
する従来の輪郭強調処理（特願昭63−317918号の場合）
では、（ｂ）のようになり、濃淡レベルは前記（ａ）と
比較して28を除く24,26で成り、これにより、輪郭強調
処理が行われることがわかる。

一方、２つの異なる基準分散値σ_１，σ_２を有する本実
施例によれば、（ｃ）に示すようになり、前記（ｂ）に
示す従来での濃淡レベルと同じ24,26で成ることがわか
る。

従って、３×３画素群での分散値σがσ_１≦σ≦σ_２の
範囲内である濃淡差が比較的緩やかな場合は、従来の
（ｂ）と同一の濃淡レベルで輪郭強調処理が行われ、こ
のような（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つの状態を比較す
ると第５図のようになる。

これにより、濃淡差が緩やかな場合では、未処理（ａ）
に比較して（ｂ），（ｃ）は適度な輪郭強調処理が成さ
れていることが理解される。

ところが、第４図に示すように、濃淡差が激しい場合に
は、３×３画素群において未処理（ａ）の濃淡レベル2
4,24,40に対し、従来での輪郭強調処理（ｂ）では、濃
淡レベル24,0,64と極端に濃淡差が激しく強調されてし
まい、過度な輪郭強調処理が行われることになる。

すなわち、前記（ｂ）では、１つの基準分散値σ_１しか
なく、上限レベルを制限する基準値がないため分散値σ
に略比例した輪郭強調処理を常に行ってしまうからであ
る。

これに対し、本実施例の輪郭強調処理では、第４図
（ｃ）に示すように、その濃淡レベルは24,21,43とな
り、前記（ｂ）に比較して過度の強調を抑え、適度な輪
郭強調処理が成されていることが理解される。

このことは、上限レベルを規定する基準分散値σ_２を設
け、３×３画素群での分散値σがσ_１＜σ_２＜σである
時に分散値σに略反比例した輪郭強調処理を行うことに
よって成されるためである。

従って、第６図に示す特性をみても明らかなように、濃
淡差が激しい場合は、従来の輪郭強調処理（ｂ）に比し
て輪郭強調レベルの差異が明らかであり、過度の濃淡強
調が抑えられているのがわかる（ただし、第５図及び第
６図に示す特性は定数をKE＝５、σ_１＝６、σ_２＝20の
場合を例として示す）。

次に、本実施例においては、２つの異なる基準分散値σ
_１，σ_２を所定値に固定させた場合を示したが、もちろ
ん該σ_１，σ_２をそれぞれ任意に変化させることも可能
であり、この変化に応じて輪郭強調レベルを変化させる
ことができ、その一例を第７図に示す。

第７図には、第１図に示された前記定数設定回路20の具
体的な内部構成が示されており、この定数設定回路20
は、基準分散値σ_１，σ_２を可変可能に定める可変抵抗
器30、32と、該可変抵抗器30、32からのアナログ信号を
デジタル信号に変換するA/D変換器34、36と、該基準分
散値σ_１，σ_２の可変された設定値を切換えるための切
換え部38と、から構成されている。

前記可変抵抗器30,32は、基準分散値σ_１，σ_２を任意
に設定可能であり、観察者による可変抵抗器の調整によ
り、画像状態を見ながらσ_１，σ_２を変え輪郭強調のレ
ベルを変えることができる。

なお、第７図では、基準分散値σ_１，σ_２の設定は可変
抵抗器により任意に調整可能としたが、これに限らず所
定レベルずつステップ式に該σ_１，σ_２を可変すること
もできる。

また、前記切換え部38は、図示しない操作パネル上から
前記スイッチ部40のON/OFF切換えにより、２×σ_１＝σ
_２の関係にするか否かの切換えを行うことができる。

そして、この切換えにより、前述した第２図に示す前記
分散値σがσ_２以上（σ_１＜σ_２＜σ）の場合の略反比
例したカーブを得ることができる。

すなわち、前記切換え部38により、２×σ_１＝σ_２の時
は第２図に示す（イ）のカーブとすることができ、これ
以外の時は前記可変抵抗器30,32で設定される（ア）の
カーブ又は、例えば、σ_１／σ_２＝6/20の関係にある
（ウ）のカーブとすることができる。

これにより、例えば濃淡差が激しい時に患部に応じて輪
郭強調レベルを変えることができる。

もちろん、第１図及び第７図に示された本実施例による
輪郭強調処理では、求められた分散値σがσ_１≦σ≦σ
_２の時の略比例した輪郭強調処理だけを行い、σ_１＜σ
_２＜σの時の略反比例した輪郭強調処理は行わないよう
にすることもでき、これは、例えば前記定数設定回路2
0、前記画素値強調回路22により行われる。

また、σ_２＜σにおけるＫをφとしてもよく、同様の効
果を得ることができる。

なお、本実施例によれば、具体的には、上記の定数設定
値をKE＝2,σ_１＝300、σ_２＝600として設定し実験的に
計算機シュミレーションを行い、従来の輪郭強調処理と
の差異及び顕著な効果を有することを確認できる。

このようにして、本実施例による輪郭強調処理では、観
測者は、画像表示を見ながら患部に応じて基準分散値σ
_１，σ_２を可変させ、輪郭強調状態が最適値になるよう
に設定可能となり、患部に応じた輪郭強調処理が容易に
行える。

［発明の効果］ 以上のようにして、本発明に係る超音波診断画像処理装
置によれば、前記画素値強調手段により、濃淡の非常に
大きな領域は強調せず、前記分散値σを２つの異なる基
準分散値σ_１，σ_２により比較、判定し、これに基づい
て画像表示上において最適な輪郭強調処理を行うことが
できる。

また、前記各σ_１，σ_２を可変可能とすることにより、
患部に応じて任意の濃淡領域を強調することが可能とな
る。

この結果、診断者は、適正に輪郭強調処理された患部の
画像表示状態を観察することができ、これにより、診断
し易いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る超音波診断画像処理装置の一例
を示した回路ブロック図、 第２図は、第１図に示す画素値強調回路の動作説明図、 第３図及び第４図は、具体的な所定の注目画素領域での
強調処理状態を示した説明図、 第５図及び第６図は、その強調処理状態をグラフで示し
た説明図、 第７図は、第１図の定数設定回路の一例を示した回路ブ
ロック図である。 12…メモリ 14…平均値演算回路 16…分散値演算回路 18…比較・演算回路 20…定数設定回路 22…画素値強調回路 30,32…可変抵抗器 34,36…A/D変換器 38…切換部 σ…分散値 σ_１，σ_２…基準分散値

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】注目画素を中心とした画素群を選択し、該
   画素群の画素平均値を演算する画素平均値演算手段と、 前記画素群の各画素値及び前記画素平均値に基づいて、
   前記画素群についての分散値σを演算する画素分散値演
   算手段と、 前記分散値σを予め定められた２つの異なる基準分散値
   σ_１，σ_２（ただし、σ_１＜σ_２）と比較する比較手段
   と、 前記分散値σの大きさに従った強調度合いで前記注目画
   素の画素値に対して輪郭強調処理を行う画素値強調手段
   と、 を含み、 前記画素値強調手段は、前記σ_１から前記σ_２にかけて
   次第に強調度合いを高める特性を有し、前記σ_２より大
   きい領域では次第に強調度合いを弱める特性を有し、 前記画素群の分散値σが前記σ_２より大きい場合には超
   音波画像の過度強調を抑制することを特徴とする超音波
   診断画像処理装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、 前記輪郭強調処理をパイプライン処理方式により並列し
   て順次行わせたことを特徴とする超音波診断画像処理装
   置。