WO2013105339A1 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an ultrasound diagnostic apparatus, and more particularly to a process for synthesizing a plurality of frame data, that is, a spatial compound process.
- Ultrasonic diagnostic equipment is used in the medical field.
- An ultrasonic diagnostic apparatus transmits and receives ultrasonic waves to and from a living body, and forms an ultrasonic image from information obtained thereby.
- a probe for electronic linear scanning is used.
- a transmission / reception aperture for beam formation is set on the array transducer in the probe, and the transmission / reception aperture is scanned. Thereby, an ultrasonic beam is scanned linearly, and a beam scanning surface is formed.
- the ultrasonic beam is formed in a direction perpendicular to the array transducer, that is, a direction with a beam deflection angle of 0 degree. If linear scanning of the ultrasonic beam is performed under such conditions, a rectangular beam scanning surface is formed. Incidentally, when a convex probe is used, a fan-shaped beam scanning surface is formed under the condition of a beam deflection angle of 0 degrees.
- the spatial compound method is known for ultrasonic diagnosis.
- a plurality of beam scanning planes are repeatedly formed while cyclically switching the beam deflection conditions, thereby obtaining a frame data sequence arranged in time series order.
- combined frame data is sequentially generated.
- an image can be formed on the basis of data obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves from a plurality of directions to a certain tissue, so that the image of the tissue is improved. Further, it is possible to reduce noise such as artifacts that exist spatially relative to the signal.
- a plurality of sub-regions are generated in a two-dimensional synthetic space due to a difference in the manner in which a plurality of frame data are overlapped, that is, a difference in overlapping configuration, that is, a plurality of sub-regions are defined.
- the parallelogram negative side deflection frame data obtained in the above is synthesized, the central sub-region (I) where the three frame data overlaps, and the two peripheral sub-regions (II) (III) where the two frame data overlap ) And a deep sub-region (IV) in which only basic frame data exists.
- the deep sub-region (IV) is a region that is not generally displayed.
- the spatial compound method basically performs an averaging process for each coordinate in each region between a plurality of frames.
- an averaging operation is performed by dividing the sum of three echo values obtained from three frame data by 3
- two peripheral sub-regions (II) In III), an averaging operation is performed in which the sum of two echo values obtained from two frame data is divided by two.
- the ultrasonic beam when the ultrasonic beam is not deflected (when the beam deflection angle is 0 degree) and the ultrasonic beam is deflected, the latter gain is generally lower than the former gain. This is because even if the physical receiving aperture size on the array transducer remains unchanged, the effective size of the receiving aperture decreases as the beam deflection angle increases. Similarly, individual vibrations increase as the beam deflection angle increases. This is because the effective area of the element is also reduced. Since the ultrasonic propagation distance from the array transducer to an observation point at a certain depth also changes depending on the beam deflection angle, the deflection conditions differ unless the transmission conditions and reception conditions are changed finely according to the beam deflection angle. It is difficult to make gains uniform among a plurality of data.
- Patent Document 1 discloses a technique that applies weighted addition processing in which the weight gently changes with respect to the vicinity of the boundary between the sub-regions. Such processing itself is useful, but does not fundamentally eliminate the gain difference between the sub-regions.
- Patent Document 2 also discloses weighted addition processing. The document also describes correcting signal amplitude fluctuations. However, in order to finely adjust the gain according to the beam deflection angle, quite complicated control is required.
- a gain difference is likely to occur between sub-regions after spatial compound processing. Due to such a gain difference, there is a problem that an unsightly boundary line is generated between the sub-regions on the ultrasonic image. Such a problem becomes more conspicuous particularly when performing spatial compound processing of harmonic components.
- An object of the present invention is to improve the image quality of an ultrasonic image generated by the spatial compound method.
- an object of the present invention is to prevent a gain difference from occurring between sub-regions in synthesized frame data or to reduce such a gain difference even if such a gain difference occurs.
- an object of the present invention is to eliminate or reduce the gain difference with a simple configuration.
- An ultrasonic diagnostic apparatus includes: a transmission / reception unit that generates n frame data by sequentially forming n (where n is an integer of 2 or more) beam scanning surfaces while switching beam deflection conditions; A combining unit that generates combined frame data by combining the n frame data, and when the n frame data are spatially overlapped, a plurality of sub-regions are defined due to a difference in overlapping configuration
- the plurality of sub-regions include a central sub-region where all of the n frame data are combined, and a plurality of peripheral sub-regions where a part of the n frame data is combined, In the synthesis process for each of the peripheral sub-regions, a condition for compensating for a shortage of the polymerization configuration in the peripheral sub-region with respect to the polymerization configuration in the central sub-region is applied, thereby Central wherein the gain after the synthesis process in the sub-region and the gain after the synthesis process in each peripheral sub-regions are aligned, it is characterized in
- n beam scanning planes are formed by the transmission / reception unit. Each of the n beam scanning surfaces is formed under different beam deflection conditions.
- the combining unit generates combined frame data using n frame data corresponding to n beam scanning planes.
- a plurality of sub-regions are defined based on the difference in the overlapping method of n frame data, that is, the difference in the superposition configuration. In this case, theoretically, a sub-region having a polymerization number n to a sub-region having a polymerization number 1 is generated. However, sub-regions or portions outside the display area may be excluded from processing targets.
- the same polymerization configuration is apparently generated for each sub-region.
- the polymer composition shortage is synthesized so that a polymer composition similar to that of the central sub-region (all polymerized sub-regions) appears. Compensation is made in the processing. In that case, for example, the data used in the synthesis process may be apparently increased by repeatedly referring to the frame data covering the peripheral sub-regions.
- the above method pays attention to the difference in the actual polymerization configuration between the sub-regions and performs the necessary compensation (calculation operation) to perform the polymerization between the sub-regions on the synthesis process. It is intended to make the configuration look the same.
- the conditions for the synthesis process preferably the addition average condition
- frame data that has the same gain relationship as the missing frame data is used to compensate for the shortage.
- frame data having a close gain relationship may be used. It is desirable to match the synthesis processing conditions of each peripheral sub-region with respect to the synthesis processing conditions of the central sub-region. However, it is also possible to match the synthesis processing conditions of other sub-regions including the central sub-region with reference to the synthesis processing conditions of a specific peripheral sub-region.
- the weighting process as described in the above-mentioned patent document 1 may be applied simultaneously with the gain difference compensation as described above. According to such a combination, it is possible to make the boundary line inconspicuous when the gain difference still remains even after the above gain difference compensation.
- the condition for compensating for the shortage of the overlapping configuration in the peripheral sub-region is the same gain relationship as the frame data covering the peripheral sub-region and not covering the peripheral sub-region.
- This is a condition for referring to certain frame data in duplicate.
- the same gain relationship is generally established between frame data pairs acquired under positive and negative symmetric beam deflection angles. It is desirable to determine a plurality of beam deflection conditions so that one or more such relationships are established.
- n is an odd number of 3 or more
- the n beam scanning planes are at least one beam formed with a beam scanning plane formed at a beam deflection angle of 0 degrees and a beam deflection angle that is symmetric with respect to positive and negative.
- a frame data pair corresponding to the beam scanning plane pair has the same gain relationship.
- the synthesis unit includes a synthesis function that is a common function among the plurality of sub-regions, has a numerical value n in the denominator, and has n addition elements in the numerator, and the n pieces for each sub-region.
- a combination table registered in duplicate, and the combining unit substitutes n echo values into the combination function with reference to the association table for each sub-region, and then combines the combination function. Execute.
- the composite function is shared among a plurality of sub-regions. That is, it is not necessary to prepare a dedicated synthesis function for each sub-region.
- the composite function preferably performs an averaging process, and the denominator is a numerical value n corresponding to the number of additions.
- the numerator is composed of n adding elements. The n addition elements are added, and a real number is substituted for each addition element.
- the assignment table instructs the assignment. In the table, the above-mentioned compensation can be performed by registering the same frame data identifier for a certain peripheral sub-region in duplicate.
- a weighting coefficient may be added to each addition element constituting the numerator, or before assigning an echo value to a synthesis function.
- the echo value may be weighted.
- the synthesizing unit further generates all or part of n echo values to be substituted into the n addition elements based on all or part of the n frame data by interpolation processing. Includes an interpolation unit.
- the sampling arrangement coordinate system
- necessary data is generated from the peripheral data by interpolation processing.
- the n pieces of frame data are composed of harmonic echo components generated in the living body. Since harmonic components are greatly attenuated compared to the fundamental wave, a difference in gain due to a difference in propagation distance or the like is likely to occur. Therefore, it is desirable to apply the above method.
- the frame data sequence provided from the ultrasound system is input to the information processing apparatus online or offline.
- 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. It is a conceptual diagram which shows 1st Example of a synthetic
- FIG. 1 shows a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing the entire configuration thereof.
- This ultrasonic diagnostic apparatus is used in the medical field and forms an ultrasonic image by transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a living body.
- the array transducer 10 is provided in a probe (not shown), and ultrasonic waves are transmitted and received by the array transducer 10.
- the array transducer 10 includes a plurality of vibrating elements 10 a arranged in a straight line. That is, in this embodiment, a so-called linear probe is used. Of course, a convex probe or the like may be used.
- An opening 12 is set on the array transducer 10.
- the opening 12 is, for example, a transmission / reception opening.
- a transmission beam is formed by transmitting an ultrasonic wave using the opening 12, and a reflected wave is received using the opening 12. Based on the plurality of reception signals generated thereby, a reception beam is formed by phasing addition processing described later.
- Reference numeral 14 denotes an example of an ultrasonic beam, and the ultrasonic beam 14 corresponds to a transmission / reception synthetic beam (transmission / reception synthetic beam).
- the ultrasonic beam 14 is formed in a direction perpendicular to the arrangement direction of the array transducer 10. That is, the beam deflection angle of the ultrasonic beam 14 is 0 degree.
- the ultrasonic beam 14 is scanned linearly, thereby forming a scanning surface 16.
- the scanning surface 16 corresponds to a two-dimensional data capturing area.
- the scanning surface 16 has a rectangular shape.
- the scanning surface 20 and the scanning surface 24 are sequentially formed following the scanning surface 16 in order to execute the spatial compound method. That is, these three scanning planes 16, 20, and 24 are generated cyclically. Specifically, an ultrasonic beam 18 is formed in the direction of the positive beam deflection angle + ⁇ degrees using the opening 12, and scanning is performed by electronic scanning of the ultrasonic beam 18 while maintaining the beam deflection angle. A surface 20 is formed. This scanning surface 20 can be said to be a positive deflection scanning surface. On the other hand, a negative beam deflection angle of ⁇ degrees is set using the opening 20, and the ultrasonic beam 22 is formed in that direction. A scanning surface 24 is formed by electronically scanning the ultrasonic beam 22 while maintaining the beam deflection angle. The scanning surface 24 can be called a negative deflection scanning surface.
- the scanning surfaces 20 and 24 have a parallelogram shape opposite to each other.
- the beam deflection angle + ⁇ degrees set to form the scanning surface 20 and the beam deflection angle ⁇ degrees set to form the scanning surface 24 are the same angle (absolute value). That is, the scanning surface 20 and the scanning surface 24 have a pair relationship.
- the same beam deflection angle on both the positive and negative sides it is possible to make the gain uniform between the two. Incidentally, even when a convex probe is used, a transmission / reception sequence similar to the above can be applied.
- the transmission unit 26 is a transmission beamformer, and supplies a plurality of transmission signals in parallel to a plurality of vibration elements at the time of transmission. Thereby, ultrasonic waves are transmitted into the living body. When echoes (reflected waves) reflected at each reflection point in the living body are received by the array transducer 10, a plurality of reception signals are output in parallel from a plurality of vibration elements constituting the reception aperture, and are received. Input to the unit 28.
- the reception unit 28 is a reception beamformer, and executes phasing addition processing on a plurality of reception signals, thereby outputting beam data as reception signals after phasing addition.
- One frame data (hereinafter simply referred to as a frame) is output corresponding to one scanning plane.
- One frame is constituted by a plurality of beam data arranged in the scanning direction, and each beam data is constituted by a plurality of echo values (echo data) arranged in the depth direction.
- echo data strings in time series order are transmitted.
- the signal processing unit 30 is a module that executes various types of signal processing on the beam data.
- the signal processing unit 30 may be substantially realized by a software function.
- the signal processing unit 30 generally includes a detector, a gain controller, a logarithmic compressor, a frame correlator, and the like.
- the signal processing unit 30 further includes a harmonic component extraction unit 32 and a synthesis unit 34.
- the harmonic component extraction unit 32 is a module for extracting a harmonic component generated in the living body. For example, it is possible to extract harmonic components contained in the received signal by using various methods such as a bandpass filter method, a pulse inversion method, and a pulse modulation method. For example, when the pulse inversion method is applied, two transmissions are executed while inverting the phase for each beam address.
- the synthesis unit 34 is a module for executing a spatial compound process. That is, in the frame sequence input in chronological order, in the present embodiment, processing for generating a combined frame by combining three frames as a unit is executed.
- the synthesis unit 34 outputs a synthesized frame sequence (synthesized frame data sequence). Specific functions of the combining unit 34 will be described in detail later with reference to FIG.
- the digital scan converter (DSC) 36 is a module that forms a B-mode image (two-dimensional tomographic image) based on an input frame.
- the DSC 36 has an interpolation function, a coordinate conversion function, and the like.
- the generated image data is sent to the display unit 38 via a display processing unit (not shown).
- the B-mode image is displayed as a moving image or a still image.
- a so-called harmonic image is displayed as a B-mode image.
- the harmonic component generated in the tissue in the living body or the harmonic component generated in the contrast agent in the living body is displayed on the screen.
- the control unit 40 executes operation control of each component shown in FIG.
- An input unit 42 is connected to the control unit 40.
- the input unit 42 includes an operation panel, and the operation panel includes various input devices such as a keyboard and a trackball.
- a cine memory is provided between the signal processing unit 30 and the DSC 36.
- the cine memory has a ring buffer structure for storing a frame sequence.
- Such a cine memory may be provided in the subsequent stage of the DSC 36.
- the combining unit 34 may be provided at the subsequent stage of the DSC 36.
- the spatial compound process is applied to the display frame sequence. Even in such a case, it is desirable to apply the gain compensation condition described below.
- FIG. 2 shows a first embodiment of the composition process executed in the composition unit shown in FIG.
- Reference numeral 44 indicates a frame sequence (frame data sequence) input to the synthesis unit.
- the frame sequence 44 is composed of a plurality of frames arranged in the time axis direction. Specifically, the frame sequence 44 is roughly composed of three types of frames A, B, and C.
- the frame A corresponds to the scanning plane 16 shown in FIG. 1, that is, a frame obtained under the condition of a beam deflection angle of 0 degree.
- the frame B is a frame corresponding to the scanning plane 20 shown in FIG. 1, that is, a frame acquired under the condition of the beam deflection angle + ⁇ degrees toward the positive side.
- a frame C is a frame corresponding to the scanning plane 24 shown in FIG. 1, and is a frame obtained under the condition of the negative beam deflection angle ⁇ degrees.
- Such three types of frames are acquired cyclically.
- reference numeral 46 indicates a moving average process.
- the average addition process is repeatedly performed on the frame sequence 44 in units of three frames.
- the unit of the averaging process is indicated by a bracket symbol.
- the spatial compound processing that is, the synthesis processing is sequentially executed in units of three frames.
- a synthesized frame sequence (synthesized frame data sequence) 48 is generated.
- This composite frame sequence 48 is composed of a plurality of composite frames 50 arranged in chronological order.
- Each composite frame 50 is generated by superimposing frames A, B, and C on a two-dimensional composite space, and the portions protruding to the right and left are cut off. That is, it is not subject to synthesis processing.
- the area (entire area) in the composite frame 50 is divided into four areas (sub-areas) due to the difference in how the three frames are overlapped, that is, due to the difference in the overlapping configuration. That is, as shown in the drawing, a region I, a region II, a region III, and a region IV are defined.
- the area I is an area where three frames A, B and C overlap
- the area II is an area where two frames A and B overlap
- the area III is an area where two frames A and C overlap
- the area IV is an area covered only by the frame A.
- the polymerization number in region IV is 1.
- region IV is not displayed in principle.
- the size of the display area 52 in the depth direction, that is, the measurement range is variably set by the user.
- FIG. 3 shows a first comparative example.
- FIG. 3 is a diagram showing the contents of the composition processing for each region.
- FIG. 4, FIG. 7, and FIG. 8 to be described later are also diagrams showing the same contents.
- reference numeral 54 denotes a region.
- Reference numeral 56 indicates an arithmetic expression applied to each region.
- Reference numeral 58 indicates input data given to the addition elements X, Y, and Z included in the arithmetic expression.
- the identifiers A, B, and C of the frame type to which the echo values given to X, Y, and Z belong are shown.
- region I three echo values specified by A, B, and C are assigned to X, Y, and Z, respectively, and then the added value is divided by the addition number 3, thereby adding the average.
- a synthetic echo data value is generated as a value.
- the synthesized echo data value constitutes one data value in the synthesized frame.
- region II the average of two echo values is calculated
- region III the average of two echo values is calculated.
- the denominator of the arithmetic expression used in such calculation is 2. That is, with respect to a beam formed in a direction orthogonal to the array transducer, a phenomenon is observed in which the gain is relatively reduced in a beam tilted therefrom, and therefore, between frames A, B, and C. Gain is not aligned. More specifically, the gain of the frames B and C is relatively lower than that of the frame A.
- the calculation formula for each area shown in FIG. 3 is applied, the gain in the calculation results in the areas II and III is higher than that in the area I. That is, in the region II and the region III, as a result of an increase in the ratio of echo values having a low gain in the numerator, the above-described problem of gain difference arises.
- region IV has the largest gain.
- FIG. 4 shows a first embodiment in which the above gain difference is eliminated.
- the elimination of the gain difference is realized with a very simple configuration. That is, a common arithmetic expression is used in each region as described below. This will be described in detail below.
- Numeral 54 indicates a region as described above, and numeral 56 indicates an arithmetic expression.
- a common arithmetic expression is used in a plurality of areas as described above. That is, only a single arithmetic expression is used.
- D is a composite echo value.
- the frame B and the frame C are applied with a beam deflection angle that is symmetric with respect to the beam deflection angle of 0 degree.
- the frames B and C have a symmetrical relationship, that is, a pair relationship. Therefore, the above-described overlapping reference is possible.
- gain difference compensation can be realized simply by using a single arithmetic expression as it is and operating an echo value given to the calculation expression using a table indicated by reference numeral 60. It is done. That is, it is extremely simple because the gain difference can be compensated only by registering in the table contents 60.
- the combining unit shown in FIG. 1 is realized as a software function, it is desirable to use a combination of a single arithmetic expression and a table.
- the frame B and the frame C satisfy the same deflection angle condition.
- the frame pair is in a near angle condition even if it is not completely the same deflection angle, the above-described case is described.
- the technique it is possible to reduce the gain difference.
- FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of the synthesis unit shown in FIG.
- the combining unit 34 is actually realized as a software function, and FIG. 5 shows such a function as a block diagram in an easy-to-understand manner.
- the interpolation processor 66 and the area determiner 68 are given address data in the illustrated configuration example.
- the address data indicates the attribute of the currently input echo value, that is, information such as the type of frame to which the echo value belongs, the coordinates within the frame, and the like.
- the input echo value is input to the interpolation processor 66 and the frame memory 62. That is, the frame sequence is input to the interpolation processor 66 and the frame memory 62.
- the frame memory 62 is a memory for storing a previous frame, and a frame output from the frame memory 62 is stored in the frame memory 64.
- the frame memory 64 is a memory for storing the previous two frames.
- the current frame is input directly to the interpolation processor 66.
- the region determination unit 68 refers to address data regarding the currently input echo value (target echo value) and determines a region to which the echo value belongs. That is, it is determined whether the target echo value belongs to region I, region II, region III, or region IV.
- the determination result is output to the table 70.
- the table 70 is a table having contents specified by reference numeral 60 shown in FIG. That is, the table 70 holds information for specifying three frames that cause three echo values to be given to the three addition elements constituting the numerator in the arithmetic expression. Information necessary for performing the function calculation corresponding to the echo value of interest is output from the table 70. It specifies the frame to which the echo value assigned to each addition element belongs.
- the interpolation processor 66 is a module that performs an interpolation process to give an echo value from each of the frame B and the frame C to each coordinate in the frame A with reference to the address space of the frame A. is there. That is, in the present embodiment, by applying an interpolation process to the frame B and the frame C, an echo value is extracted as an interpolation value. This is because the coordinate system is different between the three types of frames. Of course, an interpolation process may be applied to the frame A. In any case, when executing the arithmetic expression indicated by reference numeral 74 in the function calculator 72, a necessary echo value is given to the function calculator 72 from the output of the table 70, and the necessary echo is sent from the interpolation processor 66.
- a value is given to the function calculator 72.
- the echo value generated from the frame B and the frame C is an interpolation value.
- region II and region III the echo value extracted from frame A and the echo value as an interpolation value generated from frame B or frame C are substituted into the numerator of the arithmetic expression.
- the same echo value is given to the addition elements Y and Z as necessary by overlapping.
- a composite echo value is generated using a common arithmetic expression while compensating for the missing echo value.
- FIG. 6 shows a second embodiment as a conceptual diagram.
- Reference numeral 76 denotes a frame sequence input to the synthesis unit.
- five types of frames are input cyclically.
- Five types of frames are identified by A, B, C, D, and E in FIG.
- the beam deflection conditions applied to each frame are different, that is, five types of frames are generated using five beam deflection angles.
- the frame A is a basic frame, that is, a frame generated with a condition of a beam deflection angle of 0 degree.
- Frame B and frame E are frames generated with the same deflection angle that differ only in sign, that is, they constitute a frame pair.
- the frame C and the frame D are frame pairs generated with a positive / negative symmetrical condition.
- Numeral 78 indicates the content of the moving average process.
- the averaging process is sequentially executed in units of five frames arranged on the time axis.
- Reference numeral 80 denotes a composite frame sequence, which is composed of a plurality of composite frames 82.
- Each composite frame 82 is generated by superimposing five types of frames, that is, by performing composite processing.
- Nine types of regions are defined on the composite frame 82 from the difference in the overlapping state, that is, the difference in the superposition configuration, that is, nine regions from region I to region IX exist. In each region, the polymerization configuration is different, and the number of polymerizations is also different at the same time.
- FIG. 7 shows a second comparative example.
- the combining process is performed under the conditions shown in FIG. 7, a gain difference occurs between the regions as described above. That is, the arithmetic expressions are different in each region, in particular, the denominator is different, and it is necessary to prepare separate arithmetic expressions for each region.
- a simple averaging process is performed in each region, there arises a problem that a gain difference corresponding to the type of each frame appears in the synthesis result as it is.
- FIG. 8 shows a second embodiment in which the above problems are solved.
- a common arithmetic expression is set for nine areas, and the denominator indicates the number of superpositions 5 in the area I (that is, the basic area or the central area).
- the numerator of the arithmetic expression is composed of five addition elements, specifically, X, Y, Z, V, and W.
- Input data is associated with each addition element as indicated by reference numeral 58.
- a to E each indicate a frame type, that is, each is a frame identifier.
- the echo value is referred to from the identified frame, and the echo value is substituted into the corresponding addition element.
- the frame C is referred to twice, that is, the compensation corresponding to the missing frame is realized by overlapping registration.
- the frame D is registered in duplicate.
- each of the frame D and the frame E is referred to twice in order to align with the overlapping configuration of the area I.
- overlapping registration is performed to align with the overlapping configuration of region I, and thereby the gains are aligned among the regions.
- the frame A is associated with the five addition elements, and thereby the gain becomes high, but the area IX is the deepest area, which is a portion that is not actually displayed. No problem.
- the attribute of the echo value given to the addition element is managed so that the same overlapping configuration as that of the basic region results, that is, necessary overlapping registration is performed. ing. This eliminates or reduces the gain difference between the regions, so that the quality of the ultrasonic image can be remarkably improved.
- each addition element is multiplied by a weighting factor and the weighting factor is changed to realize the above-described gain compensation and simultaneous weighting. You may do it.
- the synthesis process is performed in units of three or five frame sets including the reference frame, but the synthesis process may be performed in units of an even number of frames.
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Abstract
超音波診断装置において、フレーム列に対して、3種類のフレームA,B,Cからなるフレームセットを単位として、移動平均処理が順次実行され、これにより、合成フレームが順次生成される。各合成フレームは中央サブ領域と複数の周辺サブ領域とを有する。各合成フレームの生成にあたって、複数のサブ領域間でゲインを揃えるために、個々の周辺サブ領域に対して特別な合成処理条件が適用される。具体的には、合成演算式中の複数の分子に対して同じデータ値を重複して代入する処理が実行される。このような空間コンパウンド処理によれば、複数のサブ領域間でのゲイン差を解消又は軽減できる。
Description
本発明は超音波診断装置に関し、特に、複数のフレームデータの合成処理つまり空間コンパウンド処理に関する。
医療の分野において超音波診断装置が活用されている。超音波診断装置は、生体に対して超音波を送受波し、それにより得られた情報から超音波画像を形成するものである。超音波診断装置を用いて、例えば、頚動脈、乳腺等をBモード画像(二次元白黒断層画像)で観察する場合、電子リニア走査用のプローブが利用される。電子リニア走査では、プローブにおけるアレイ振動子上にビーム形成用の送受信開口が設定され、その送受信開口が走査される。これにより、超音波ビームが直線的に走査され、ビーム走査面が形成される。通常、超音波ビームはアレイ振動子に対して垂直の方向つまりビーム偏向角度0度の方向に形成される。そのような条件で超音波ビームのリニア走査を行うならば、矩形のビーム走査面が形成されることになる。ちなみに、コンベックス型プローブを利用した場合、ビーム偏向角度0度の条件の下で扇状のビーム走査面が形成される。
超音波診断に関して従来から空間コンパウンド法が知られている。空間コンパウンド法では、ビーム偏向条件を循環的に切り替えながら複数のビーム走査面が繰り返し形成され、これによって時系列順で並ぶフレームデータ列が得られる。そのフレームデータ列において所定数のフレームを単位として合成処理を順次実行することにより、合成フレームデータが順次生成される。空間コンパウンド法によれば、ある組織に対して複数の方向から超音波の送受波を行って得たデータに基づいて画像を形成できるので、当該組織の像が良好となる。また、空間的に存在するアーチファクト等のノイズをシグナルに対して相対的に低減させることが可能である。
上記の空間コンパウンド法においては、二次元の合成空間において、複数のフレームデータの重なり方の違い、つまり重合構成の違いから複数のサブ領域が生じる、つまり、複数のサブ領域が定義される。例えば、ビーム偏向角度0度の条件で得られた矩形の基本フレームデータ、ビーム偏向角度+15度の条件で得られた平行四辺形の正側偏向フレームデータ、及び、ビーム偏向角度-15度の条件で得られた平行四辺形の負側偏向フレームデータ、を合成した場合、3つのフレームデータが重合する中央サブ領域(I)、2つのフレームデータが重合する2つの周辺サブ領域(II)(III)、及び、基本フレームデータしか存在しない深部サブ領域(IV)、が生じる。なお、深部サブ領域(IV)は、一般に表示されない領域である。
空間コンパウンド法は、基本的に、複数フレーム間で各領域内の座標ごとに加算平均処理を実行するものである。上記の例においては、中央サブ領域(I)では、3つのフレームデータから得られた3つのエコー値の加算値を3で除する加算平均演算が実行され、2つの周辺サブ領域(II)(III)では、2つのフレームデータから得られた2つのエコー値の加算値を2で除する加算平均演算が実行される。
しかしながら、超音波ビームを偏向しない場合(ビーム偏向角度0度の場合)と、超音波ビームを偏向させた場合とを比較すると、一般に、前者のゲインよりも後者のゲインの方が低くなる。アレイ振動子上の物理的な受信開口サイズが不変であってもビーム偏向角度の増大に伴って受信開口の実効サイズが小さくなるからであり、同様にビーム偏向角度の増大に伴って個々の振動素子の実効面積も小さくなるからである。アレイ振動子からある深さにある観測点までの超音波伝搬距離もビーム偏向角度に依存して変化するため、ビーム偏向角度に応じて送信条件及び受信条件をきめ細かく変更しない限り、偏向条件が異なる複数のデータ間でゲインを揃えることは困難である。
以上を背景として、合成処理後の合成フレームデータにおいては、サブ領域間においてゲイン差が生じやすく、つまりサブ領域間の境界が目立ってしまうという問題が指摘されている。特許文献1には、サブ領域間の境界付近に対してなだらかに重みが変化する重み付け加算処理を適用する技術が開示されている。このような処理それ自体は有用であるが、サブ領域間のゲイン差を根本的に解消するものではない。特許文献2にも重み付け加算処理が開示されている。その文献には信号振幅の変動を補正することも記載されている。しかし、ビーム偏向角度に応じてきめ細かくゲイン調整を行うためにはかなり複雑な制御が必要となる。
以上のように、空間コンパウンド処理後においてはサブ領域間にゲイン差が生じやすい。そのようなゲイン差から超音波画像上でサブ領域間に目障りな境界線が生じてしまうという問題がある。特に高調波成分の空間コンパウンド処理を行う場合、そのような問題がより顕著になる。
本発明の目的は、空間コンパウンド法によって生成される超音波画像の画質を高めることにある。あるいは、本発明の目的は、合成フレームデータにおいてサブ領域間にゲイン差が生じないようにし又はそのようなゲイン差が生じてもそれを軽減できるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、簡易な構成で上記ゲイン差を解消し又は軽減することにある。
本発明に係る超音波診断装置は、ビーム偏向条件を切り替えながらn個(但しnは2以上の整数)のビーム走査面を順次形成することによりn個のフレームデータを生成する送受波部と、前記n個のフレームデータの合成処理により合成フレームデータを生成する合成部と、を含み、前記n個のフレームデータを空間的に重ね合わせた場合に重合構成の相違から複数のサブ領域が定義され、前記複数のサブ領域は、前記n個のフレームデータの全部が合成される中央サブ領域と、前記n個のフレームデータの内の一部が合成される複数の周辺サブ領域と、を含み、前記各周辺サブ領域についての合成処理では、前記中央サブ領域での重合構成に対する、当該周辺サブ領域での重合構成の不足分を補填する条件が適用され、これによって前記中央サブ領域における合成処理後のゲインと前記各周辺サブ領域における合成処理後のゲインとが揃えられる、ことを特徴とするものである。
上記構成によれば、送受波部によってn個のビーム走査面が形成される。n個のビーム走査面はそれぞれ異なるビーム偏向条件の下で形成されたものである。合成部は、n個のビーム走査面に対応するn個のフレームデータを用いて合成フレームデータを生成する。二次元合成空間において、n個のフレームデータの重なり方の違いつまり重合構成の違いから、複数のサブ領域が定義される。この場合、理論上、重合数nのサブ領域から重合数1のサブ領域までが生じる。但し、表示エリア外となるサブ領域あるいは部分については処理対象から除外してもよい。複数のサブ領域間で実際の重合構成が一様でない結果、個々のサブ領域において単純に平均加算処理を行うならば、その結果としてゲイン差が生じてしまう。そこで、上記構成では、個々のサブ領域に対して、見かけ上、同じ重合構成が生成されるようにしている。望ましくは、各周辺サブ領域(一部重合サブ領域)の合成処理において、中央サブ領域(全部重合サブ領域)の重合構成と同じような重合構成が見かけ上生じるように、重合構成不足分を合成処理上、補填するようにしている。その場合、例えば、周辺サブ領域をカバーするフレームデータの参照を繰り返すこよによって合成処理で用いるデータを見かけ上増やしてもよい。そのような手法によれば、複数のサブ領域間で合成処理のための計算式を共用することが可能となる。但し、同じフレームデータの参照を繰り返すのではなく、その参照数に相当する係数を乗算するこよによって同じような結果を得ることも可能である。
以上のように、上記の手法は、サブ領域間における実際上の重合構成の相違に着目し、必要な補填(計算上の操作)を行うことにより、合成処理の上で、サブ領域間における重合構成が見かけ上同じになるようにするものである。換言すれば、複数のサブ領域間で合成処理の条件(望ましくは加算平均条件)を揃えるものである。これによりサブ領域間のゲイン差は解消され又は軽減される。これは、超音波画像上現れる目障りな境界線の消失又は低減をもたらすものであり、また超音波画像全体としての質感あるいは輝度の一様化をもたらすものである。
不足分の補填に際して、欠落しているフレームデータと同一ゲイン関係にある(正負対称の偏向角度をもった)フレームデータが利用されるのが理想的である。但し、近いゲイン関係にある(正負対称の偏向角度に近い偏向角度をもった)フレームデータが利用されてもよい。中央サブ領域の合成処理条件を基準にして、それに対して各周辺サブ領域の合成処理条件を合わせるようにするのが望ましい。但し、特定の周辺サブ領域の合成処理条件を基準にして、それに中央サブ領域を含む他のサブ領域の合成処理条件を合わせることも可能である。
なお、上記のようなゲイン差補償と共に上記特許文献1に記載されたような重み付け処理が同時に適用されてもよい。そのような組合せによれば上記のゲイン差補償によってもなおゲイン差が残留している場合に境界線を目立たなくすることが可能となる。
望ましくは、前記周辺サブ領域における重合構成の不足分を補填する条件は、当該周辺サブ領域をカバーしているフレームデータであって当該周辺サブ領域をカバーしていないフレームデータと同一のゲイン関係にあるフレームデータ、を重複して参照する条件である。同一ゲイン関係は、一般に、正負対称のビーム偏向角度の下で取得されたフレームデータペア間において成立する。そのような関係が1個又は複数個成立するように複数のビーム偏向条件を定めておくのが望ましい。
望ましくは、前記nは3以上の奇数であり、前記n個のビーム走査面は、ビーム偏向角度0度で形成されたビーム走査面と、正負対称のビーム偏向角度をもって形成された少なくとも1つのビーム走査面ペアと、を含み、前記ビーム走査面ペアに対応するフレームデータペアが前記同一のゲイン関係を有する。
望ましくは、前記合成部は、前記複数のサブ領域間で共通の関数であって分母に数値nを有し且つ分子にn個の加算要素を有する合成関数と、前記サブ領域ごとに前記n個の加算要素に代入されるn個のエコー値を与えるn個のフレームデータ識別子が登録されたテーブルであって、前記各周辺サブ領域については前記重合構成不足分を補填するために同じフレームデータ識別子が重複して登録された対応付けテーブルと、を備え、前記合成部は、前記サブ領域ごとに前記対応付けテーブルを参照して前記合成関数にn個のエコー値を代入した上で前記合成関数を実行する。
上記構成によれば、合成関数が複数のサブ領域間で共用される。つまり、個々のサブ領域ごとに専用の合成関数を用意しておく必要がなくなる。合成関数は、望ましくは、加算平均処理を行うものであり、その分母は加算数に相当する数値nである。その分子は、n個の加算要素で構成される。n個の加算要素は加算されるものであり、各加算要素には実数が代入される。その代入を指示するのが対応付けテーブルである。当該テーブルにおいて、ある周辺サブ領域について同じフレームデータ識別子を重複して登録しておくことにより、上記の補填を行える。ちなみに、正負対称性が維持される限りにおいて、ビーム偏向角度(絶対値)が変動してもテーブル内容を変更する必要はない。なお、特許文献1に記載されたような重み付け処理が組合せ適用される場合、分子を構成する個々の加算要素に重み係数を付加してもよいし、エコー値を合成関数に代入する前に当該エコー値を重み付け処理するようにしてもよい。
望ましくは、前記合成部は、更に、前記n個のフレームデータの全部又は一部に基づいて前記n個の加算要素に代入されるn個のエコー値の全部又は一部を補間処理によって生成する補間部を含む。フレームデータ間でサンプリング配列(座標系)が異なる場合、必要なデータを周辺データから補間処理によって生成するものである。
望ましくは、前記n個のフレームデータは生体内で生じたハーモニックエコー成分によって構成されている。高調波成分は基本波に比べて大きく減衰するので伝搬距離の違い等によるゲインの相違が生じやすく、このため上記手法を適用するのが望ましい。
なお、複数のフレームデータの合成処理をコンピュータ等の情報処理装置で行わせることも可能である。その場合、超音波システムから提供されるフレームデータ列がオンライン又はオフラインで情報処理装置に入力される。
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図1はその全体構成を概略的に示すブロック図である。この超音波診断装置は、医療の分野において用いられ、生体に対する超音波の送受波により超音波画像を形成する装置である。
図1において、アレイ振動子10は図示されていないプローブ内に設けられるものであり、アレイ振動子10によって超音波の送受波が行われる。アレイ振動子10は、図1に示す例において、直線状に配列された複数の振動素子10aにより構成されている。すなわち、本実施形態においては、いわゆるリニアプローブが利用されている。もちろん、コンベックス型のプローブ等を用いるようにしてもよい。
アレイ振動子10上には開口12が設定される。開口12は例えば送受信開口である。開口12を用いて超音波の送信を行うことにより送信ビームが形成され、また開口12を用いて反射波が受波される。それにより生成される複数の受信信号に基づき、後述する整相加算処理によって受信ビームが形成される。符号14は超音波ビームの一例を示しており、その超音波ビーム14は送受総合ビーム(送受合成ビーム)に相当している。超音波ビーム14はアレイ振動子10の配列方向に対して垂直な方向に形成されている。すなわち超音波ビーム14のビーム偏向角度は0度である。開口12を配列方向に沿って走査することにより、すなわち電子リニア走査を実行することにより、超音波ビーム14が直線的に走査され、これによって走査面16が構成される。走査面16は二次元データ取り込み領域に相当するものである。走査面16は矩形の形態を有している。
本実施形態においては、空間コンパウンド法を実行するために走査面16に続いて、走査面20及び走査面24が順次形成されている。すなわち、それら3つの走査面16,20,24が循環的に生成されている。具体的には、開口12を用いて正側のビーム偏向角度+α度の方位に超音波ビーム18が形成され、その超音波ビーム18を、ビーム偏向角度を維持しながら、電子走査することにより走査面20が形成される。この走査面20は正側偏向走査面と言いうるものである。一方、開口20を用いて負側のビーム偏向角度-α度を設定し、その方向に超音波ビーム22が形成される。その超音波ビーム22を、ビーム偏向角度を維持しながら、電子走査することにより走査面24が構成される。その走査面24は負側偏向走査面と言いうるものである。走査面20,24は互いに逆向きの平行四辺形の形態を有している。
本実施形態において、走査面20を形成するために設定されたビーム偏向角度+α度と、走査面24を形成するために設定されたビーム偏向角度-α度は、互いに同一の角度(絶対値)であり、すなわち走査面20と走査面24はペアの関係を有している。同一のビーム偏向角度を正負両側に設定することにより、両者間においてゲインを揃えることが可能である。ちなみにコンベックス型のプローブが利用される場合においても、上記同様の送受信シーケンスを適用することが可能である。
送信部26は送信ビームフォーマであり、送信時において複数の振動素子に対して並列的に複数の送信信号を供給する。これにより超音波が生体内に送波される。生体内における各反射点において反射したエコー(反射波)がアレイ振動子10において受波されると、受信開口を構成する複数の振動素子から複数の受信信号が並列的に出力され、それらが受信部28へ入力される。受信部28は受信ビームフォーマであり、複数の受信信号に対する整相加算処理を実行し、これによって整相加算後の受信信号としてビームデータを出力する。
1つの走査面に対応して1つのフレームデータ(以下、単にフレームという。)が出力される。1つのフレームは、走査方向に並ぶ複数のビームデータにより構成され、各ビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコー値(エコーデータ)により構成される。実際には、時系列順のエコーデータ列が伝送される。
信号処理部30はビームデータに対して各種の信号処理を実行するモジュールである。信号処理部30が実質的にソフトウェアの機能によって実現されてもよい。信号処理部30は、一般に、検波器、ゲインコントローラ、対数圧縮器、フレーム相関器、等を有している。本実施形態においては、信号処理部30が更に高調波成分抽出部32及び合成部34を有している。高調波成分抽出部32は、生体内において生成された高調波成分を抽出するためのモジュールである。例えば、バンドパスフィルタ法、パルスインバージョン法、パルスモジュレーション法等の各種の手法を利用することにより、受信信号中に含まれる高調波成分を抽出することが可能である。例えば、パルスインバージョン法が適用される場合、ビームアドレスごとに位相を反転させつつ2回の送信が実行される。
合成部34は空間コンパウンド処理を実行するためのモジュールである。すなわち、時系列順で入力されるフレーム列において、本実施形態においては3つのフレームを単位として、それらを合成して合成フレームを生成する処理を実行している。合成部34からは合成フレーム列(合成フレームデータ列)が出力される。合成部34の具体的な機能については後に図2等を用いて詳述する。
デジタルスキャンコンバータ(DSC)36は、入力されるフレームに基づいて、Bモード画像(2次元断層画像)を形成するモジュールである。DSC36は補間機能、座標変換機能、等を有している。生成された画像データが図示されていない表示処理部を介して表示部38に送られる。表示部38においてはBモード画像が動画像としてあるいは静止画像として表示される。本実施形態においては、空間コンパウンド法が適用された、特にフレーム内でのゲイン差が補償された、Bモード画像を表示することが可能である。これにより、従来よりもBモード画像の画質を高めることが可能である。上述した高調波成分の抽出が行われた場合、Bモード画像としていわゆるハーモニック画像が表示されることになる。この場合においては、生体内の組織において生じた高調波あるいは生体内の造影剤において生じた高調波成分が画面上に表示される。
制御部40は図1に示される各構成の動作制御を実行するものである。制御部40には入力部42が接続されている。この入力部42は操作パネルにより構成され、その操作パネルはキーボードやトラックボール等の各種の入力デバイスを備えている。ちなみに、図1に示す構成例において、例えば信号処理部30とDSC36との間にシネメモリが設けられる。そのシネメモリはフレーム列を格納するリングバッファの構造を有するものである。そのようなシネメモリがDSC36の後段に設けられてもよい。また合成部34がDSC36の後段に設けられてもよい。この場合においては表示フレーム列に対して空間コンパウンド処理が適用されることになる。そのような場合においても以下に説明するゲイン補償条件を適用するのが望ましい。
図2には、図1に示した合成部において実行される合成処理の第1実施例が示されている。符号44は合成部に入力されるフレーム列(フレームデータ列)を示している。フレーム列44は時間軸方向に並んだ複数のフレームにより構成され、フレーム列44は、具体的には、大別して3種類のフレームA,B,Cにより構成される。ここでフレームAは図1に示した走査面16に対応するものであり、すなわちビーム偏向角度0度の条件の下で取得されたフレームである。フレームBは図1に示した走査面20に対応するフレームであり、すなわち正側へのビーム偏向角度+α度の条件をもって取得されたフレームである。フレームCは図1に示した走査面24に対応するフレームであり、それは負側のビーム偏向角度-α度の条件の下で取得されたフレームである。そのような3種類のフレームが循環的に取得されている。
図2において、符号46は移動平均処理を示している。この移動平均処理46は、フレーム列44に対して3つのフレームを単位として平均加算処理を繰り返し行うものである。図2においては、加算平均処理の単位がブラケット記号で示されている。このように、3つのフレームを単位として空間コンパウンド処理すなわち合成処理が順次実行される。
そのような処理の結果として、合成フレーム列(合成フレームデータ列)48が生成される。この合成フレーム列48は時系列順で並ぶ複数の合成フレーム50により構成されるものである。個々の合成フレーム50はフレームA,B,Cを2次元の合成空間上において重ね合わせることによって生成されるものであり、右側及び左側にはみ出た部分については切り取られている。すなわち合成処理の対象外とされている。その結果、合成フレーム50内の領域(全体領域)は、3つのフレームの重ね合わせ方の相違により、すなわち重合構成の相違により、4つの領域(サブ領域)に区分される。すなわち、図示されるように、領域I、領域II、領域III、領域IVが画定されている。
ここで、領域IはフレームA,B,Cの3つが重合する領域であり、領域IIはフレームA,Bの2つが重合する領域であり、領域IIIは、フレームA,Cの2つが重合する領域であり、領域IVは、フレームAだけによりカバーされる領域である。換言すれば領域IVの重合数は1である。このように3つのフレームの形態の相違から、合成フレーム50上において重合数及び重合構成が、局所領域ごとに異なっており、その結果として4種類の領域が定義されている。ただし、実際にはプローブに近い領域だけが表示される。それが図2において表示エリア52として示されている。実際上、原則として領域IVが表示されることはない。もっとも、表示エリア52の深さ方向のサイズすなわち計測レンジはユーザーによって可変設定されるものである。
以上のように、部分領域ごとに重合構成あるいは重合数が異なるため、そのような相違を意識せずに単純に平均加算処理を実行すると、上述したような領域間におけるゲイン差という問題が生じてしまう。この問題とその解決法とを図3及び図4を用いて説明する。
図3には第1比較例が示されている。図3は領域ごとの合成処理内容を示す図である。後述する図4、図7、図8も同様の内容を示す図である。
図3において、符号54は領域を示している。符号56は各領域に適用される演算式を示している。符号58は演算式に含まれる加算要素X,Y,Zに与える入力データを示している。具体的には、X,Y,Zに与えるエコー値が属するフレーム種別の識別子A,B,Cが示されている。例えば、領域Iであれば、X,Y,ZにそれぞれA,B,Cで特定される3つのエコー値が代入された上でそれらの加算値が加算数3によって割られ、これによって加算平均値として合成エコーデータ値が生成される。その合成エコーデータ値は合成フレームにおける1つのデータ値を構成するものである。同様に、領域IIにおいては、2つのエコー値の平均が演算されており、領域IIIにおいても2つのエコー値の平均が計算されている。ここで注目すべき事項は、そのような計算で利用される演算式の分母が2になっている、ということである。すなわち、アレイ振動子に対して直交する方向に形成されたビームに対して、そこから傾斜したビームにおいてはゲインが相対的に低減するという現象が認められ、このためフレームA,B,C間ではゲインが揃っていない。より具体的にはフレームAよりもフレームB,フレームCの方が相対的にみてゲインが低い。そのような状況下において、図3に示す領域ごとの演算式を適用するならば領域Iよりも領域II,領域IIIの方が演算結果においてゲインが高まってしまう。すなわち、領域II及び領域IIIでは、分子において低いゲインをもっているエコー値の割合が増大した結果、上記のようなゲイン差という問題が生じてしまうのである。ちなみに、領域IVがもっとも大きなゲインとなる。
図4には、以上のようなゲイン差を解消した第1実施例が示されている。この第1実施例ではゲイン差の解消が極めて簡易な構成により実現されている。すなわち、以下に説明するように各領域で共通の演算式が利用されている。以下にこれを詳述する。
符号54は上記同様に領域を示しており、符号56は演算式を示している。第1実施例においては上記のように複数の領域において共通の演算式が用いられている。すなわち、単一の演算式だけが利用されている。その演算式はD=(X+Y+Z)/3というものである。ここでDは合成エコー値である。
このような単一の演算式を利用することができたのは、分子における3つの加算要素に対する当てはめにあたって、重合構成の差を補填する特別な操作を適用したことによる。すなわち、符号58で示す入力データを参照すると、領域Iについては3種類のフレームA,B,Cが加算要素X,Y,Zに対応づけられており、この点においては図3に示した比較例と同じである。しかし、この第1実施例においては、領域II及び領域IIIにおいて、加算要素Y及びZのそれぞれに同じフレーム識別子が与えられ、すなわち同じフレームが2回参照されている。演算式において、分子に対して同じフレームから得られた同じエコー値が2回代入される。
更に具体的に説明すると、領域IIにおいては領域Iとの対比において、フレームCからの寄与が欠落しており、そのような欠落分を補填するためにフレームBが重複して参照されている。同様に、領域IIIにおいては、フレームBからの寄与が欠落しており、そのような不足分を補填するためにフレームCの参照が2回行われている。以上の結果、いずれの領域においても、基本ゲインを有するフレームと、それよりも若干落ちるゲインを有する2つのフレームと、を参照することになるので、領域間におけるゲイン差は解消される。本実施形態においては、フレームBとフレームCとにおいて、ビーム偏向角0度を中心として正負対称のビーム偏向角度が適用されており、その結果、フレームB及びCが対称関係すなわちペア関係を有しているため、上記のような重複参照が可能となっている。
もっとも、演算式を操作して領域IIあるいは領域IIIについては調整用の係数を分子に与えてゲイン差の解消を行うことも可能である。また、領域II及び領域IIIのゲインを基準として、領域Iのゲインを下げることにより、具体的にはYに代えてY/2を与え、Zに代えてZ/2を与えることにより、ゲイン差を解消することも可能である。
上述した第1実施例によれば単一の演算式をそのまま利用して、符号60で示すテーブルによって計算式に与えるエコー値を操作することにより、簡便にゲイン差補償を実現できるという利点が得られる。すなわち、テーブル内容60への登録だけでゲイン差の補償を行えるから極めて簡便である。特に、図1に示した合成部がソフトウェアの機能として実現されている場合には、単一の演算式とテーブルの組み合わせを利用するのが望ましい。
なお、第1実施例においては、フレームBとフレームCとが同一の偏向角度条件を満たしていたが、完全に同一の偏向角度でなくても近い角度条件にあるフレームペアであれば、上述した手法を適用することによりゲイン差の軽減を行うことが可能である。
図5には、図1に示した合成部の構成例がブロック図として示されている。合成部34は実際にはソフトウェア機能として実現されており、図5はそのような機能をブロック図としてわかり易く示したものである。
図5において、補間処理器66及び領域判定器68には図示の構成例においてアドレスデータが与えられている。アドレスデータは、現在入力されているエコー値の属性を示すものであり、すなわち当該エコー値が属しているフレームの種別、当該フレーム内における座標、等の情報をもっている。一方、入力されるエコー値が補間処理器66及びフレームメモリ62に入力される。すなわち、補間処理器66及びフレームメモリ62には、フレーム列が入力される。フレームメモリ62は1つ前のフレームを格納するメモリであり、そこから出力されたフレームがフレームメモリ64に格納される。フレームメモリ64は2つ前のフレームを格納するメモリである。現在のフレームは補間処理器66に直接入力される。
領域判定器68は、現在入力されたエコー値(注目エコー値)についてのアドレスデータを参照し、当該エコー値が属する領域を判定する。すなわち注目エコー値が領域I,領域II,領域III,領域IVのいずれに属しているかを判定する。その判定結果がテーブル70へ出力される。テーブル70は、図4に示した符号60で特定される内容を有するテーブルである。すなわち、テーブル70は、演算式における分子を構成する3つの加算要素に与える3つのエコー値を生じさせる3つのフレームを特定する情報を保有している。テーブル70から当該注目エコー値に対応する関数演算の実施に当たって必要な情報が出力される。それは各加算要素に代入するエコー値が属するフレームを特定するものである。補間処理器66は、実施形態において、フレームAのアドレス空間を基準として、フレームAにおける各座標に対して、フレームB及びフレームCのそれぞれからエコー値を与えるために、補間処理を実行するモジュールである。すなわち、本実施形態においては、フレームB及びフレームCに対して補間処理を適用することにより、補間値としてエコー値が取り出されている。3種類のフレーム間において座標系が相違しているからである。もちろん、フレームAに対して補間処理が適用されてもよい。いずれにしても、関数演算器72において符号74で示す演算式を実行する際に、テーブル70の出力から必要なエコー値が関数演算貴72に対して与えられ、補間処理器66から必要なエコー値が関数演算器72に対して与えられる。例えば領域Iであれば、フレームA,B,Cから生成された3つのエコー値が演算式の分子に代入されることになる。この場合において、フレームB及びフレームCから生成されるエコー値は補間値である。領域II及び領域IIIにおいては、フレームAから取り出されるエコー値、及び、フレームBまたはフレームCから生成される補間値としてのエコー値、が演算式の分子に代入される。この場合においては図4において示したように加算要素Y,Zに対して必要に応じて重複して同じエコー値が与えられる。これによって不足するエコー値が補填されながら共通の演算式を利用して合成エコー値が生成される。
次に、図6乃至図8を参照して合成処理の第2実施例について説明する。
図6には第2実施例が概念図として示されている。符号76は合成部に入力されるフレーム列を示しており、この例においては5種類のフレームが循環的に入力されている。5種類のフレームが図6においてA,B,C,D,Eで特定されている。それぞれのフレームに対して適用されたビーム偏向条件は異なっており、すなわち5つのビーム偏向角度を利用して5種類のフレームが生成されている。ちなみに、フレームAは基本フレームであり、すなわちビーム偏向角度0度の条件をもって生成されたフレームである。フレームB及びフレームEは符号だけが相違する同一の偏向角度をもって生成されたフレームであり、すなわちフレームペアを構成している。同様に、フレームC及びフレームDも正負対称の条件をもって生成されたフレームペアである。
符号78には移動平均処理の内容が示されている。本実施形態においては時間軸上に並ぶ5つのフレームを単位として加算平均処理が順次実行されている。符号80は合成フレーム列を示しており、それは複数の合成フレーム82により構成されるものである。各合成フレーム82は5種類のフレームを重ね合わせることにより、すなわち合成処理することにより、生成されるものである。重ね合わせ状態の相違から、すなわち重合構成の相違から、合成フレーム82上において9種類の領域が定義され、すなわち領域Iから領域IXまでの9個の領域が存在している。それぞれの領域において重合構成は異なっており、同時に重合数も異なっている。
図7には第2比較例が示されている。図6に示した5種類のフレームの合成を前提とした場合において、図7に示す条件をもって合成処理を行うと、上述したように領域間においてゲイン差が生じてしまう。すなわち各領域において演算式が異なり、特に分母が異なり、領域ごとにバラバラの演算式を用意しておく必要がある。またそれぞれの領域において単純な加算平均処理が実行されているため、各フレームの種別に応じたゲイン差がそのまま合成結果に表れてしまうという問題が生じる。
図8には以上の問題を解消した第2実施例が示されている。図示されるように、9個の領域に対して共通の演算式が設定されており、そこにおいて分母が領域I(すなわち基本領域あるいは中央領域)の重合数5を示している。演算式の分子が5つの加算要素からなり、具体的にはX,Y,Z,V,Wにより構成されている。それぞれの加算要素に対して符号58で示すように入力データが対応づけられる。ここにおいて、A~Eはそれぞれフレーム種別を示しており、すなわちそれらはそれぞれフレーム識別子である。特定されたフレームからエコー値が参照され、そのエコー値が対応する加算要素に代入される。
例えば、領域IIに着目すると、フレームCが2回参照されており、すなわち欠落フレームに相当する補填が重複登録をもって実現されている。このことは領域IIIについても同様であり、フレームDが重複登録されている。領域IVにおいては、領域Iの重合構成を基準として、それに揃えるために、フレームD及びフレームEのそれぞれが2回ずつ参照されている。他の領域においても、領域Iの重合構成に揃えるための重複登録が行われており、これによって各領域間においてゲインが揃えられている。
ちなみに、領域IXは5つの加算要素に対してフレームAが対応づけられており、それによってゲインが高くなってしまうが、領域IXはもっとも深い領域であって、そこは実際上表示されない部分であるから問題は生じない。
以上のように、第2実施例においても、基本となる領域と同様の重合構成が結果として生じるように、加算要素に与えるエコー値の属性が管理されており、すなわち必要な重複登録が行われている。これによって各領域間におけるゲイン差が解消あるいは軽減されるので超音波画像の品質を著しく高めることが可能である。
上記実施形態において、領域間の境界をより目立たなくする必要がある場合には、境界付近において、なだらかな重み変化をもって重みづけ加算を適用するのが望ましい。その場合においては、図4や図8に示した演算式において、各加算要素に対して重み係数を乗算し、その重み係数を変化させることにより上述したゲイン補償と同時進行での重み付けを実現するようにしてもよい。
上述した実施形態においては、基準フレームを含む3つまたは5つのフレームセットを単位として合成処理が実行されていたが、偶数個のフレームを単位として合成処理を行うことも可能である。また、走査面の種類の数と移動平均処理において利用するフレーム数とを一致させるのが望ましいが、それらを異ならせることも可能である。
Claims (6)
- ビーム偏向条件を切り替えながらn個(但しnは2以上の整数)のビーム走査面を順次形成することにより、n個のフレームデータを生成する送受波部と、
前記n個のフレームデータの合成処理により合成フレームデータを生成する合成部と、
を含み、
前記n個のフレームデータを空間的に重ね合わせた場合に重合構成の相違から複数のサブ領域が定義され、
前記複数のサブ領域は、前記n個のフレームデータの全部が合成される中央サブ領域と、前記n個のフレームデータの内の一部が合成される複数の周辺サブ領域と、を含み、
前記各周辺サブ領域についての合成処理では、前記中央サブ領域での重合構成に対する、当該周辺サブ領域での重合構成の不足分を補填する条件が適用され、これによって前記中央サブ領域における合成処理後のゲインと前記各周辺サブ領域における合成処理後のゲインとが揃えられる、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1記載の装置において、
前記周辺サブ領域における重合構成の不足分を補填する条件は、当該周辺サブ領域をカバーしているフレームデータであって当該周辺サブ領域をカバーしていないフレームデータと同一のゲイン関係にあるフレームデータを、重複して参照する条件である、
ことを特徴とする超音波診断装置 - 請求項2記載の装置において、
前記nは3以上の奇数であり、
前記n個のビーム走査面は、ビーム偏向角度0度で形成されたビーム走査面と、正負対称のビーム偏向角度をもって形成された少なくとも1つのビーム走査面ペアと、を含み、
前記ビーム走査面ペアに対応するフレームデータペアが前記同一のゲイン関係を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項3記載の装置において、
前記合成部は、
前記複数のサブ領域間で共通の関数であって分母に数値nを有し且つ分子にn個の加算要素を有する合成関数と、
前記サブ領域ごとに前記n個の加算要素に代入されるn個のエコー値を与えるn個のフレームデータ識別子が登録されたテーブルであって、前記各周辺サブ領域については前記重合構成不足分を補填するために同じフレームデータ識別子が重複して登録された対応付けテーブルと、
を備え、
前記合成部は、前記サブ領域ごとに前記対応付けテーブルを参照して前記合成関数にn個のエコー値を代入した上で前記合成関数を実行する、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項4記載の装置において、
前記合成部は、更に、前記n個のフレームデータの全部又は一部に基づいて前記n個の加算要素に代入されるn個のエコー値の全部又は一部を補間処理によって生成する補間部を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の装置において、
前記n個のフレームデータは生体内で生じたハーモニックエコー成分によって構成されている、
ことを特徴とする超音波診断装置。
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