WO2009128213A1

WO2009128213A1 - 医用診断装置および医用診断装置の画質改善方法

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Publication number: WO2009128213A1
Application number: PCT/JP2009/001552
Authority: WO
Inventors: 柏潔; 中平健治; 宮本敦
Original assignee: 株式会社日立メディコ
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2009-10-22
Also published as: US20110125030A1; JPWO2009128213A1; US9245323B2; JP5331797B2

Abstract

　医用診断装置において、画像処理手段（２２）は、生成した前記被検体の画像のノイズを除去する画像ノイズ除去部（２１１、２１１’）と、該画像ノイズ除去部でノイズを除去した画像に対して信号成分強調処理を行って信号成分強調処理画像を生成する信号成分強調処理部（２１２，２１２’）と、前記被検体の画像と前記画像ノイズ除去部でノイズを除去した画像と前記信号成分強調処理部で信号成分強調処理を行った信号成分強調処理画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部（２１３，２１３’）とを有することを特徴とする。

Description

医用診断装置および医用診断装置の画質改善方法

　本発明は、被検体から反射あるいは透過された信号を取得し、画像を生成する医用診断装置に係り、取得した撮像画像に対して画像処理による画質改善を施す機能を備えた医用診断装置および医用診断装置の画質改善方法に関する。

　近年、コンピュータ技術やエレクトロニクス技術の著しい進化によって、医用画像診断装置の技術も急速に進歩している。物理的な撮像原理の異なる様々な医用画像診断装置（例えば、超音波、Ｘ線、ＣＴ、ＭＲＩ診断装置）が開発されており、それぞれの用途において病気の診断に役立っている。それらの医用診断装置で撮像される画像には、生体内部における不均一媒質での信号の散乱・干渉によるスペックルノイズ、送信信号の粒子性に起因するショットノイズ、装置内部で発生する電気的ノイズ等が重畳する。また、送受信信号の周波数帯域が狭い等の理由により、組織境界において本来得られるはずの高周波成分が十分に得られず、画像に含まれるエッジの鈍化を引き起こす場合がある。

　これらのノイズの重畳やエッジの鈍化は、画質低下を引き起こし、診断の際に悪影響を及ぼす。ノイズやエッジ鈍化を抑え、病変部位などの重要な構造を正確に読映するために、ハードウェアの高性能化、信号の送受信方式の改善に加え、画像処理によるノイズ除去処理および信号成分強調処理の適用が望まれている。

　医用画像に適用されている画像処理によるノイズ除去手法としては、線形フィルタやメディアンフィルタやウェーブレット変換を用いた処理がよく知られている（特許文献１～２）。

　一方、一般的に用いられる信号成分強調処理手法として、一般的に、ラプラシアンフィルタのようなエッジ強調空間フィルタを用いる手法や、高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分を増幅することで、信号強調を行う手法などが挙げられる（特許文献３～６）。

　特許文献１～６に記載されている画質改善手法はノイズ除去処理あるいは信号成分強調処理のいずれか一つしか行っていないが、特許文献７および特許文献８に記載されている画質改善手法では、ノイズ除去処理および信号成分強調処理を両方とも行う手法が開示されている。

　従来の信号成分強調処理手法であるラプラシアンフィルタを用いる手法や高周波成分を増幅する手法では、一般にエッジ近傍においてリンギングが発生し、画質低下を引き起こしやすいという問題がある。それに対して、近年、モルフォロジカルフィルタを用いたエッジ強調処理がエッジ近傍でのリンギングを抑制した上で信号成分を強調できる処理として、注目されつつある。非特許文献１に記載されている手法はその一つである。

特開平３－１００７７３号公報特開２００２－１３３３９９号公報特開平９－６２８３６号公報特開平９－５０５２２号公報特開平９－２４８２９１号公報特開平１０－６３８３６号公報特開２００５－２９６３３１号公報特開２００１－２８３２１５号公報特開２００２－２５３５４６号公報 J.G.M. Schavemaker et al.: Image Sharpening by Morphological Filtering, Pattern Recognition, Vol.33, pp.997-1012 (2000) Daniel J. Jobson et al.: The Statistics of Visual Representation, Visual Information Processing XI, Proc. SPIE 4736, (2002)

　しかし、上述の文献に記載されている画質改善手法では、以下に列挙するように、撮像画像に対して、十分な改善効果が得られないケースが存在する。本発明は、更なる高画質化を目的とし、高性能な画質改善手段を提供する。

　（１）特許文献１～６に記載されている画質改善手法はノイズ除去処理あるいは信号成分強調処理のいずれか一つしか行っていないため、片方の効果しか得られない。また、ノイズ除去処理を行うとエッジがぼけてしまったり、信号強調処理を行うとノイズ成分も同時に強調されてしまうという問題がある。

　ノイズ除去処理および信号成分強調処理を両方とも行う手法として、特許文献７および特許文献８に記載されている画質改善手法が挙げられる。

　前者の手法によれば、撮像画像をウェーブレット変換によって画像処理する際に、ウェーブレット変換後の展開係数を縮退すること、およびウェーブレット変換の高周波成分から得られるエッジ情報に基づいて前記高周波成分のアダプティブな重み付け処理を行うことにより、ノイズ除去処理および信号成分強調処理を同時に行うことを可能としている。しかし、一般に同一の手法によってノイズ除去処理と信号成分強調処理の両処理を行い、良好な画質改善性能を得るには限界がある。

　後者の手法では、撮像画像の画素毎に信号強調のための高域強調フィルタおよびノイズ除去のための平滑化フィルタを切り替えている。しかし、このような手法では、適切な切り替えが困難なことや切り替えの境界を滑らかに繋ぐことが難しく、不連続になってしまうことが問題となる。

　（２）前述したように、従来の信号成分強調処理手法であるラプラシアンフィルタを用いる手法や高周波成分を増幅する手法に代わる手法として、近年、非特許文献１に記載されているようなモルフォロジカルフィルタを用いたエッジ強調処理が、エッジ近傍でのリンギングを抑制した上で信号成分を強調できる処理として注目されつつある。この手法は、モルフォロジカルフィルタを用いて得られた膨張画像および縮退画像のうち、各画素について入力画像に近い方の明度値を出力画像の明度値とする手法で、非特許文献１で対象としているドキュメント画像に対しては良好な信号成分強調効果が得られる。しかし、一般の医用画像に対しては、膨張画像と縮退画像との切り替えの境界では画像の明度値の変化が不連続になってしまい、変な模様が生じるという問題がある。

　（３）画質改善において、撮像画像の撮像条件・撮像対象・画像の種類・画像の特徴などを考慮せずに、同一なパラメータを用いて処理を行った場合、画像によっては十分な画質が得られにくい。たとえば、モルフォロジカルフィルタを用いた信号成分強調処理において、大きな構造要素を用いると、大きなパターンに対して良好な鮮鋭効果が得られるが、微細なパターンが潰され、不自然になってしまう。一方、小さな構造要素を用いると、微細なパターン形状が自然に保たれるが、大きなパターンに対して、十分な鮮鋭効果が得られない。

　また、処理時間を考えると、画質改善処理における処理時間と画質改善性能は通常トレードオフの関係にある。一方、要求される処理時間は検査用途によって異なり、例えば心臓などのような動きの激しい部位を検査する際には、高いフレームレートで動画観察する必要があるため、計算量の少ない処理が求められる。しかし、計算量の少ない簡易な処理では、時間的な変動が緩やかな部位を検査する場合には、十分な性能が得られない。

　前記（１）～（３）に示した問題のため、従来法では十分な性能を得ることは困難である。

　本発明では、医用診断装置に以下のような画質改善方法を採用することにより前記課題を解決した。

　（ｉ）まず、ノイズ除去処理と信号成分強調処理を順次に行う。このように、ノイズ除去後画像に対して信号成分強調処理を行うことにより、ノイズ除去処理により鈍化したエッジを鮮鋭化させたり、ノイズの増幅を抑えた上で信号成分を強調することができる。

　次に、撮像画像・ノイズ除去後画像・信号成分強調後画像の重み付き加算により合成を行う。撮像画像の合成により医用画像の粒状性を良好な比率まで調整することができる。また、ノイズ除去後画像を合成することにより、良好な粒状性の比率を保ちながら信号成分強調の効果を強めることができる。特に、撮像画像に対する重みｗ_ｘと信号成分強調後画像に対する重みｗ_ｅの和を定数から減算した値をノイズ除去後画像に対する重みｗ_ｄｅｎｏとすることにより、撮像画像と同等の明度レベルを維持することができる。

　さらに、合成の際に、粒状性を表す指標やアーチファクトの強さを表す指標に基づいて画像の自然さを表す指標を計算し、本指標に応じてノイズ抑制度合い、信号成分強調度合いを自動で調整することで、画像毎に適切な処理を行うことも可能である。

　（ii）非特許文献１に記載されているモルフォロジカルフィルタを用いる手法を改良し、リンギングを抑制した上での良好な信号成分強調効果を得る。本発明の改良手法において、モルフォロジカルフィルタを用いて膨張画像および縮退画像を求めた後、それらを組み合わせる際に、変な模様が生じやすい箇所およびその近傍に対して、連続的に補間を行うことで滑らかな繋ぎを実現する。

　（iii）撮像条件・撮像対象・画像の種類・画像の特徴に応じて、高性能な高画質効果や適切な画像表示速度が得られるように処理パラメータを設定するようにした。

　高性能な画質効果を得ることに関しては、例えば、局所領域の周波数特性に関する情報を用い、モルフォロジカルフィルタによるエッジ強調処理に用いる構造要素のサイズを切り替えることにより、自然さを維持した上での高性能な信号強調を得ることができる。

　画像表示速度に関しては、撮像画像条件・画像の種類・撮像対象・画像の特徴によって決まる画像表示速度に対して、動画の最大限高性能な画質が得られると同時に表示速度を落とさないような処理パラメータを用いる。

　画質と処理時間のトレードオフを調整するパラメータとしては、例えば、全てのフレーム画像に対して、上述の位置ごとに構造要素のサイズの切り替えを行うかどうか、時系列画像フレームの情報を利用するかどうか、などが挙げられる。このようなパラメータの切り替えにより、高速かつ高性能な画質改善を実現できる。

　以上説明したように、本発明によれば、適切なノイズ除去処理・信号成分強調処理の組み合わせ、および撮像画像・ノイズ除去後画像・信号成分強調後画像の効果的な合成により、自然さを維持した上での組織構造や病変部位の視認性向上をすることができる。

　また、撮像条件・撮像対象・画像の種類・画像の特徴に応じて処理パラメータを切り替えることで、用途に応じて高速化や画質の高品質化が可能になる。

　以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
本発明は、医用診断装置に関するものであり、被試験体を撮像して取得された撮像画像に対してノイズ除去処理と信号成分強調処理を順次に行った後それらを合成することにより画質を改善し、この画質が改善された画像を処理して医用診断を行う装置である。

　本発明の実施例について図１乃至図９を用いて説明する。
図１（ａ）は、本発明に係る医用診断装置における処理の流れを示すフロー図である。
本発明に係る医用診断装置においては、先ず被検査体を撮像し（Ｓ１１）、撮像して取得した被検査体の画像に対して画質改善処理を施し（Ｓ１２），この処理により画質が改善された画像を用いて画像処理（後処理）を行い（Ｓ１３）、この画像処理により得られた情報を表示画面などに表示又は上位の情報管理システムに送信する（Ｓ１４）。

　次に、図１（ｂ）に、上記Ｓ１２の画質改善処理における処理フローの一実施例を示す。まず、撮像画像ｘに対してノイズ除去処理１０１によりノイズ除去を行い、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏを求める。撮像画像ｘは各位置（ｍ，ｎ）に対してスカラー値ｘ［ｍ，ｎ］を持つベクトルである。次に、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏに対して信号成分強調処理１０２により信号成分強調処理を行い、信号成分強調後画像ｙ_ｅを求める。最後に、信号合成処理１０３により信号成分強調後画像ｙ_ｅに撮像画像ｘ、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏを合成し、画質改善後画像ｙを求める。画質改善後画像ｙ、信号成分強調後画像ｙ_ｅ、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏは撮像画像ｘと同様に、各位置（ｍ，ｎ）に対してスカラー値を持つベクトルである。

　次に、本発明における医用診断装置の構成について図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。

　図２ＡはＭＲＩ診断装置、Ｘ線装置、ＣＴ装置のような被検体から透過された信号を扱う医用診断装置の構成の一実施例を示す図である。医用診断装置２０１は、大きくは被検体を撮像して画像を取得する撮像手段２１、取得した画像を処理する画像処理手段２２、処理した画像を表示する画像表示手段２３、及び撮像手段２１と画像処理手段２２と画像表示手段２３とを含めた全体を制御する制御手段２４で構成される。

　撮像手段２１は電気信号を電磁波・Ｘ線などに変換してから送信する送信センサー２０３、送信センサーへ駆動信号を発生する送信回路部２０２、被検体２００から透過された電磁波・Ｘ線などを取得して電子信号へ変換する受信センサー２０４、受信センサーにより得られた信号の増幅やＡ／Ｄ変換を行う受信回路部２０５、１次元電子信号を２次元状に並べた画像を生成する画像生成部２０６を備えている。

　画像処理手段２２は、大量な画像データを保存する画像データ記憶部２０７、画像データ記憶部２０７へのアクセスを制御する画像データＩ／Ｏ制御部２０８、画像データＩ／Ｏ制御部２０８から得られた画像データを処理する画像データ処理部２０９を備えている。

　画像表示手段２３は、画像データＩ／Ｏ制御部２０８を通して得られた処理後の画像データを所定の表示形態に変換する走査変換部２１５、画像を表示する画像表示部２１７を備えている。

　また、制御手段２４は、ユーザから撮像条件や各種処理のパラメータを入力する入力部２１８とシステム制御部２１６を備え、システム制御部２１６は、送信回路部２０２、受信回路部２０５、画像生成部２０６、画像データＩ／Ｏ制御部２０８、および入力部２１８をトータルに管理する。

　一方、図２Ｂは、超音波診断装置のような被検体から反射された信号を扱う医用診断装置の構成の一実施例を示す図である。図２Ａと比べれば、図２Ｂの送受信部分が図２Ａと異なり、図２Ａにおける送信回路部２０２、送信センサー２０３、受信センサー２０４、受信回路部２０５を組合せた構成の替わりに、図２Ｂに示したシステムでは、送受信センサー２１９および送受信回路部２２０を備えた構成となる。

　一方、図２Ｂに示した構成要素において、図２Ａに示した構成要素とほぼ同じ機能を備えて実質的に同じ処理を行う場合には、同じ番号にダッシュ（’）を付けて表示した。

　以下に、本発明をＭＲＩ診断装置、Ｘ線装置、ＣＴ装置のような被検体から透過された信号を扱う医用診断装置に適用した場合を示す図２Ａの構成に基づいて説明する。以下の説明において、例えば画像生成部２０６を２０６’と読み替えれば、図２Ｂの説明になる。

　画像生成部２０６では、連続した時間フレームに送受信を行って得られた画像と組織の表示位置が同じになるように位置補正を行っても良い。

　図２Ａに示した構成において、図１（ｂ）で説明した画質改善処理を、ノイズ除去処理１０１については画像データ処理部２０９のノイズ除去部２１１で、信号成分強調処理１０２については信号成分強調部２１２で、信号合成処理１０３については信号合成部２１３でそれぞれ処理する。

　画像データ処理部２０９における前処理部２１０、および後処理部２１４では、画質改善以外の処理を行う。例えば、超音波診断装置において、超音波の送受信センサー２１９としての超音波プローブがコンベックスタイプの場合に、スキャンコンバーションのような長方形状の画像を扇形状の画像に変換する処理はその一例である。
システム制御部２１６は、送受信回路部２２０、画像生成部２０６、画像データＩ／Ｏ制御部２０８、走査変換部２１５等の動作を制御する。

　本実施例においては、ノイズ除去処理部２１１で行うノイズ除去処理１０１は、従来技術の欄で説明した特許文献１又は２に開示されているような線形フィルタやメディアンフィルタ、ウェーブレット変換を用いた処理などのうちの何れかを用いて実行される。

　次に、信号合成部２１３で行う信号合成処理１０３－１，１０３－２（以後、図１の信号合成処理と実質的に同じ処理をする場合は、１０３の後にハイフンで追番を付けて表示する）について図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）に本発明の信号成分強調後画像ｙ_ｅ、撮像画像ｘ、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏの合成処理フローの一実施例を示す。この合成は信号成分強調後画像ｙ_ｅ、撮像画像ｘ、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏの重み付き加算３０１により行われる。ｙ_ｅ、ｘ、ｙ_ｄｅｎｏに対するそれぞれの重み係数はｗ_ｅ、ｗ_ｘ、ｗ_ｄｅｎｏである。画質改善画像ｙは次の（１）式のように計算される。

　図３（ｂ）には別の一実施例を示す。撮像画像ｘがノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏとの差分処理３０２によりノイズ画像ｙ_ｎを生成した後、合成は信号成分強調後画像ｙ_ｅ、撮像画像ｘ、ノイズ画像ｙ_ｎに重み係数ｗ’_ｅ、ｗ’_ｘ、ｗ’_ｎを用いる重み付き加算３０３により行われる。この処理の場合には、画質改善画像ｙは次の（２）式及び（３）式のように計算される。

　図３（ｂ）の実施例であるノイズ画像ｙ_ｎを抽出した後で合成する方法には、ノイズの抑制度合いを調整しやすいという利点がある。

　図３（ａ）において、重みｗ_ｅ、ｗ_ｘ、ｗ_ｄｅｎｏをｗ_ｅ＝ｗ_ｅ’、ｗ_ｘ＝ｗ_ｘ’＋ｗ_ｎ’、ｗ_ｄｅｎｏ＝－ｗ_ｎ’と設定することで、図３（ｂ）と同等の効果を得ることができる。画質改善後画像ｙの平均明度レベルは、重みｗ_ｅ’と重みｗ_ｘ’の和、すなわちｗ_ｘとｗ_ｎとｗ_ｅの和で調整することができる。したがって、ｗ_ｘ＋ｗ_ｎ＋ｗ_ｅが定数となるように重みを設定することにより、画質改善後画像ｙの明度レベルを一定に保つことができる。特に、ｗ_ｘ＋ｗ_ｎ＋ｗ_ｅを１に近い値とすることにより、画質改善後画像ｙの平均明度レベルを撮像画像ｘに合わせることができる。また、ｗ_ｎ’を調整することにより、粒状性の強さを調整することが可能である。

　図３（ａ）及び（ｂ）の実施例では、積和演算による合成の例を示したが、他の演算を用いた合成を行っても良い。

　次に、図４を用いて、本発明における画像の自然さを表す評価値に応じてノイズ抑制度合い、あるいは、信号成分強調度合いを自動で調整する実施例を説明する。

　図４（ａ）に示した信号合成処理１０３－３における重み付き加算４０１、および図４（ｂ）に示した信号合成処理１０３－４における重み付き加算４０７は図３（ａ）の３０１、あるいは、図３（ｂ）の３０２と３０３の組み合わせに相当する。

　図４（ａ）は画像の自然さにより重み付き加算の重みを自動で調整する処理フローの一実施例である。この処理において、自然さ計算４０２により信号成分強調後画像ｙ_ｅ、撮像画像ｘ、およびノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏから算出した自然さを用いて、それぞれの画像ｙ_ｅ、ｘ、ｙ_ｄｅｎｏの自然さが予め設定したそれぞれの画像の基準値と比較して重み修正が必要かどうかを４０３ステップで判断した後、重みの修正が必要な場合には、重み修正４０４により得られた修正後のｙ_ｅ、ｘ、ｙ_ｄｅｎｏの重み係数ｗ_ｅ、ｗ_ｘ、ｗ_ｄｅｎｏを重み付き加算４０１にフィードバックし、重み付き加算４０１を再度実施する。４０３ステップにおいて重み修正の必要がないと判断されるまで、処理４０１～４０４が反復して行われる。重み修正が必要ないと判断されたときの重み付き加算の結果を画質改善画像ｙとする。

　画像の自然さは心理的な概念であり、その主観的な評価を定量化して客観評価尺度で表すことができる。例えば、医用画像の自然さを表す客観評価尺度は、画像の階調性、鮮鋭性、粒状性、また医用画像特有のアーチファクトの強さ等を表す客観評価パラメータの組み合わせとして表現できる。その組合せの一例として，自然さはそれらの客観評価パラメータの重み付き加算により求めても良いし、より複雑な計算式を用いても良い。

　これらの客観評価パラメータの算出方法には様々なものがあり、提案されている既存の方法を用いればよい。例えば、階調性を表す客観評価パラメータとしては、コントラストがあり、Daniel J. Jobson et al.: The Statistics of Visual Representation, Visual Information Processing XI, Proc. SPIE 4736, (2002) （非特許文献２）に記載されている方法のように画像の局所領域における明度値の標準偏差を用いると良い。粒状性を表す客観評価パラメータとしては、RMS粒状度やWienerスペクトルといった評価値を用いることができる。アーチファクトの強さを表す客観評価パラメータに関しては、例えば特開２００２－２５３５４６号公報（特許文献９）に開示されている方法を用いて計算すると良い。

　図４（ｂ）には別の処理フローの一実施例を示す。この実施例において、自然さ計算４０５により算出された自然さを用い、重み計算４０６により重みを求める。そして、求められた重みを利用して重み付き加算４０７で画質改善画像ｙを求める。

　次に、信号成分強調処理の一実施例である鮮鋭化処理について、図５乃至図７を用いて説明する。

　図５は、鮮鋭化処理の処理フローの一実施例を示す図である。本発明ではモルフォロジカルフィルタを用いて鮮鋭化処理を行う。ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏに対して、それぞれ膨張処理５０１および縮退処理５０２により、膨張画像ｙ_ｄｉｌおよび縮退画像ｙ_ｅｒｏを生成した後、重み付き加算処理５０３により、鮮鋭化後画像ｙ_ｓを（６）式により求める。膨張画像ｙ_ｄｉｌ、縮退画像ｙ_ｅｒｏは、それぞれ次の（４）式及び（５）式のように計算される。

　ここで、ｇは構造要素と呼ばれるモルフォロジカルフィルタのフィルタ係数を表すベクトルである。モルフォロジカルフィルタを用いた膨張処理、縮退処理について図６を用いて説明する。鮮鋭化処理について、図７を用いて説明する。

　図６に画像内のある断面における一次元波形に対する一実施例を示す。入力波形６０１に対して、６０２の構造要素ｇを下から接するように動かしたとき、縮退波形６０３が構造要素の中心点が描く軌跡によって生成される。６０４構造要素‐ｇを上から接するように動かしたとき、膨張波形６０５の中心点が描く軌跡によって生成される。

　次に、図７を用いて鮮鋭化処理について説明する。図７は画像内のある断面における一次元波形に対する一実施例を示す図である。グラフ７０１は、膨張波形の明度値および縮退波形の明度値との重み付き加算により膨張波形の明度値から縮退波形の明度値への切り替えを滑らかに行う鮮鋭化方法の一実施例を示している。

　まず、入力波形７０３に対して、膨張処理および縮退処理を行うことで、７０６の膨張波形ｙ_ｄｉｌおよび７０５の縮退波形ｙ_ｅｒｏを求める。そして、膨張波形および縮退波形の明度値のうち、入力波形の明度値に近い値を出力波形の明度値とする。

　膨張波形の明度値から縮退波形の明度値への切り替えを滑らかにするように膨張度合いを示す指標ｗ_ｄｉｌおよび縮退度合いを示す指標ｗ_ｅｒｏを用いて、重み付き加算を行う。

　膨張度合いを示す指標ｗ_ｄｉｌおよび縮退度合いを示す指標ｗ_ｅｒｏは例えば（７）式、（８）式、（９）式で表されるものを用いる。

　ここで、パラメータｗ_１とｗ_２の設定により、出力画像は３つの領域に分けられ、それぞれ膨張画像の明度値を出力画像の明度値とする領域［Ａ］、縮退画像の明度値を出力明度値とする領域［Ｃ］、および滑らかな繋ぎを実現する補間領域［Ｂ］である。したがって、ｗ_１とｗ_２は領域［Ｃ］から領域［Ａ］、領域［Ｂ］から領域［Ａ］への切り替えを制御するためのパラメータであり、それらを調整することで鮮鋭化度合いなどを調整でき、出力波形７０４が得られる。

　グラフ７０２は、ｗ_ｅｒｏ、ｗ_ｄｉｌ、ｗの例を示している。７０７はｗ、７０８はｗ_ｄｉｌ、７０９はｗ_ｅｒｏである。本実施例では（６）式によりｙ_ｓを求める方法について説明したが、他の計算方法を用いてｙ_ｓを求めても良い。

　次に、信号成分強調処理の一部として利用可能であるエッジ抽出処理について、図８を用いて説明する。

　本実施例では、モルフォロジカルフィルタを用いたトップハット変換８０１により明度値が明るく幅の狭いエッジ画像ｙ_ｅｄｇｅを生成する。まず、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏ、又は、鮮鋭化後画像ｙ_ｓに対して、縮退処理８０２により縮退処理を施した後、縮退画像ｙ_ｅｒｏに対して、膨張処理８０３を行うことで、オープニング画像ｙ_{ｏｐｅｎｉｎｇ}を生成する。入力画像からオープニング画像ｙ_{ｏｐｅｎｉｎｇ}を減算する処理８０４により、エッジ画像ｙ_ｅｄｇｅを抽出することができる。

　本発明の信号成分強調処理では、鮮鋭化処理のみを行っても良いし、エッジ抽出処理を含んでも良いし、また、異なる２種類以上の処理を組み合わせても良い。これに対して、図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。図９Ａの（ａ）（ｂ）及び図９Ｂの（ａ），（ｂ）には４種類の鮮鋭化処理およびその他の強調処理との組み合わせの処理フローの実施例を示す。

　図９Ａの（ａ）は、信号成分強調処理１０２－１（以後、図１の信号成分強調処理１０２と実質的に同じ処理をする場合は、１０２の後にハイフンで追番を付けて表示する）における処理フローを表す一実施例図である。本実施例では、鮮鋭化処理９０１とエッジ抽出処理９０２を並列に構成している。すなわち、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏに対し、鮮鋭化処理９０１を行うことにより、鮮鋭化後画像ｙ_ｓを求める。また、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏに対し、エッジ抽出処理９０２を行うことにより、エッジ画像ｙ_ｅｄｇｅを抽出する。

　次に、エッジ成分の合成処理９０３により、エッジ画像ｙ_ｅｄｇｅと鮮鋭化後画像ｙ_ｓを合成することで、信号成分強調後画像ｙ_ｅを求める。例えば、エッジ成分の合成処理では、信号成分強調処理画像を次の（１０）式のように計算する。例えば、重みｗ_ｅｄｇｅは固定としても良いし、位置ごとに変化しても良い。

　図９Ａの（ｂ）に示す信号成分強調処理１０２－２における処理フローでは、鮮鋭化処理９０１とエッジ抽出処理９０４を直列に構成している。すなわち、まずノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏに対し、鮮鋭化処理９０１を行うことにより、鮮鋭化後画像ｙ_ｓを求める。

　そして、鮮鋭化後画像ｙ_ｓに対して９０２と同様の処理であるエッジ抽出処理９０４を施すことにより、エッジ画像ｙ_ｅｄｇｅを求める。最後に、エッジ成分の合成９０５により、信号成分強調後画像ｙ_ｅを求める。

　図９Ｂの（ａ）に示す信号成分強調処理１０２－３における処理フローでは、鮮鋭化処理９０１とコントラスト補正処理９０６を並列に構成している。すなわち、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏに対し、鮮鋭化処理９０１を行うことにより、鮮鋭化後画像ｙ_ｓを求める。一方、ノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏに対し、コントラスト補正処理９０６を行う。コントラスト補正処理９０６では、グローバルコントラスト補正を行っても良いし、ローカルコントラスト補正を行っても良いし、それらの処理を組み合わせても良い。

　次に、信号強調合成処理９０７によりコントラスト補正後画像ｙ_ｃと鮮鋭化後画像ｙ_ｓを合成することで、信号成分強調後画像ｙ_ｅを求める。信号強調合成処理では、信号強調合成処理後画像ｙ_ｅを次の（１１）式のように計算する。

　図９Ｂの（ｂ）に示す信号成分強調処理１０２－４における処理フローでは、鮮鋭化処理９０１とコントラスト補正処理９０８を直列に構成している。すなわち、まずノイズ除去後画像ｙ_ｄｅｎｏに対し、鮮鋭化処理９０１を行うことにより、鮮鋭化後画像ｙ_ｓを求める。そして、鮮鋭化後画像ｙ_ｓに対して９０６と同様の処理であるコントラスト補正処理９０８を施すことにより、コントラスト補正後画像ｙ_ｃを生成する。最後に、信号強調合成処理９０９により、信号成分強調後画像ｙ_ｅを求める。

　次に、画像撮像情報に応じて処理パラメータの変更が可能な画質改善処理について、図１０乃至図１２を用いて説明する。

　図１１は、本発明における画質改善処理のフローを示す一実施例である。まず、内部処理パラメータ決定処理１１０１により、画像撮像情報である撮像条件・画像の種類・撮像対象に基づいて処理パラメータを決定する。画像撮像情報毎の処理パラメータは予めテーブル化されている。さらに、テーブルから得られた処理パラメータに基づき、ユーザにより値を調整できるような外部パラメータを取得できる機能１１０２を備えることもできる。

　次に、決定された処理パラメータを用いて、ノイズ除去処理１０１－１、信号成分強調処理１０２－５、信号合成処理１０３－５を行う。ここで、パラメータに応じて異なる処理アルゴリズムを用いるよう、処理パラメータによって適用する手法を切り替えるような構成とすることもできる。

　図１２は、図１１の内部処理パラメータ決定処理１１０１および外部処理パラメータ決定処理１１０２において使用する、超音波医用診断装置における画像撮像情報ごとの処理パラメータを記載したテーブル１２０１を表す一実施例である。テーブル１２０１内の値は、内部処理パラメータ決定処理１１０１の出力に基づいて、予め用意しておいても良いし、外部処理パラメータ取得処理１１０２によりインタフェースを通してユーザが入力、あるいは、選択した値を取得しても良い。

　テーブル１２０１の各行は、各画像撮像情報において使用する処理パラメータを表している。画像撮像情報には、列１２０２の撮像条件、列１２０３の画像の種類、１２０４の撮像対象、１２０５の画像の特徴が含まれる。撮像条件に関しては、例えば、超音波の場合、超音波プローブの種類、表示倍率、超音波送受信信号の使用周波数帯域、空間コンパウンド法の適用有無、周波数コンパウンド法の適用有無、超音波送信信号の走査ピッチなどが挙げられる。処理パラメータには、列１２０６に示すモルフォロジフィルタを用いた鮮鋭化処理に関するパラメータや、ノイズ除去処理、信号成分強調処理、信号合成処理などの処理に関するパラメータが挙げられる。

　本実施例では、テーブル内の画像撮像情報に一致する行のうち、最上行に記載された処理パラメータが適用される。画像の特徴に応じて、構造要素を変える例としては、図１０に画像内のある断面における一次元波形に対する一実施例を示す。縦軸は画像の明度値，横軸は位置を表す。高周波成分を多く含む微細なパターンに対しては、画像の自然さが失われないように、小さな構造要素１００２を用いる。一方、低周波成分を多く含まないパターンに対しては、高い鮮鋭効果が得られるように、大きな構造要素１００１を用いる。

本発明の実施例の医用診断装置における処理のフローと画質改善処理のフローとを示す図である。本発明の実施例におけるＭＲＩ診断装置、Ｘ線装置、ＣＴ装置のような被検体から透過された信号を扱う医用診断装置の構成を表すブロック図である。本発明の実施例における超音波診断装置のような被検体から反射された信号を扱う医用診断装置の構成を表すブロック図である。信号合成処理のフローを示す図である。自然さの算出に基づいた重み付き加算の処理フローを示す図である。モルフォロジカルフィルタを用いた鮮鋭化処理のフローを示す図である。モルフォロジカルフィルタを用いた膨張処理および縮退処理の説明図である。鮮鋭化処理の説明図である。モルフォロジカルフィルタを用いたトップハット変換によるエッジ抽出処理のフローを示す図である。信号成分強調処理のフローを示す図である。図９Ａとは異なる信号成分強調処理のフローを示す図である。画像の特徴によって構造要素のサイズを変える例を示す図である。撮像条件・画像の種類・撮像対象・画像の特徴に応じて処理パラメータの変更が可能な画質改善のフローを示す図である。各撮像条件・画像の種類・撮像対象に対応する処理パラメータを表すテーブルを示す図である。

符号の説明

２１…撮像手段、　２２…画像処理手段、　２３…表示手段、　２４…全体制御手段
２０１，２０１’…医用診断装置、　２０２…送信回路部、　２０３…送信センサー、　２０４…受信センサー、　２０５…受信回路部、　２０６，２０６’…画像生成部、　２０７，２０７’…画像データ記憶部、　２０８，２０８’…画像データＩ／Ｏ制御部、　２０９，２０９’…画像データ処理部、　２１０，２１０’…前処理部、　２１１，２１１’…ノイズ除去部、　２１２，２１２’…信号成分強調部、　２１３，２１３’…信号合成部、　２１４，２１４’…後処理部、　２１５，２１５’…走査変換部、　２１６，２１６’…システム制御部、　２１７，２１７’…画像表示部、　２１８，２１８’…入力部、　２１９…送受信センサー、　２２０…送受信回路部。

Claims

　被検体を撮像して該被検体の画像を取得する撮像手段と、
　該撮像手段で取得した前記被検体の画像を処理する画像処理手段と、
　該画像処理手段で処理した前記被検体の画像を表示する画像表示手段と、
　前記撮像手段と前記画像処理手段と前記表示手段とを制御する制御手段と
を備えた医用診断装置であって、
　前記画像処理手段は、
　　前記生成した前記被検体の画像のノイズを除去する画像ノイズ除去部と、
　　該画像ノイズ除去部でノイズを除去した画像に対して信号成分強調処理を行って信号成分強調処理画像を生成する信号成分強調処理部と、
　　前記被検体の画像と前記画像ノイズ除去部でノイズを除去した画像と前記信号成分強調処理部で信号成分強調処理を行った信号成分強調処理画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と
を有することを特徴とする医用診断装置。
　前記画像処理手段の信号成分強調処理部は、前記ノイズを除去した画像に対してモルフォロジカルフィルタを用いた鮮鋭化処理を含む請求項１記載の医用診断装置。
　前記鮮鋭化処理は、前記モルフォロジカルフィルタを用いて膨張画像および縮退画像を生成した後、該膨張画像および該縮退画像の組み合わせにより鮮鋭化する請求項２記載の医用診断装置。
　前記信号成分強調処理部は、前記ノイズを除去した画像に対して鮮鋭化処理とエッジ抽出処理とを含む請求項１記載の医用診断装置。
　前記信号成分強調処理部は、前記ノイズを除去した画像に対して鮮鋭化処理を行った画像と、前記ノイズを除去した画像に対してエッジ抽出処理を行ったエッジ画像とを合成して前記信号成分強調処理画像を生成する請求項１記載の医用診断装置。
　前記画像合成部は、前記被検体の画像と前記画像ノイズ除去部でノイズを除去した画像と前記信号成分強調処理部で信号成分強調処理を行った信号成分強調処理画像とを、重み付き加算により前記合成画像を生成する請求項１記載の医用診断装置。
　前記画像合成部は、ノイズ抑制度合い、信号成分強調度合いのうち少なくとも一つを、画像の自然さを表す評価値に応じて調整する請求項１記載の医用診断装置。
　医用診断装置における画像の画質を改善する方法であって、
　前記医用診断装置で取得した画像のノイズを除去してノイズ除去画像を生成し、
　該生成したノイズ除去画像に対して信号成分強調処理を行って信号成分強調画像を生成し、
　前記医用診断装置で取得した画像と前記ノイズ除去画像と前記信号成分強調画像とを合成して合成画像を生成することを含んで前記画像の画質を改善することを特徴とする医用診断装置の画質改善方法。
　前記信号成分強調処理は、前記ノイズを除去した画像に対してモルフォロジカルフィルタを用いた鮮鋭化処理である請求項８記載の医用診断装置の画質改善方法。
　前記信号成分強調処理は、前記ノイズを除去した画像に対する鮮鋭化処理とエッジ抽出処理とを含む請求項８記載の医用診断装置の画質改善方法。
　前記信号成分強調処理は、前記ノイズを除去した画像に対して前記モルフォロジカルフィルタを用い、膨張画像および縮退画像を生成した後、該膨張画像および該縮退画像の組み合わせにより鮮鋭化する信号鮮鋭化処理を含む請求項１０記載の医用診断装置の画質改善方法。
　前記信号成分強調処理は、前記ノイズを除去した画像に対して鮮鋭化処理を行った画像と、前記ノイズを除去した画像に対してエッジ抽出処理を行ったエッジ画像とを合成して前記信号成分強調処理画像を生成する請求項１０記載の医用診断装置の画質改善方法。
　前記合成画像を、前記被検体の画像と前記ノイズ除去画像と前記信号成分強調処理画像とを、重み付き加算により生成する請求項１０記載の医用診断装置の画質改善方法。
　前記画像合成は、ノイズ抑制度合い、信号成分強調度合いのうち少なくとも一つを画像の自然さを表す評価値に応じて調整する請求項８記載の医用診断装置の画質改善方法。