(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ビームの走査により、被検体からエコーデータを取得する送受波手段と、
第１走査領域に対応した第１エコーデータと、前記第１走査領域に部分的に重複する第２走査領域に対応した第２エコーデータとを取得するように、前記送受波手段による走査を制御する走査制御手段と、
前記第１エコーデータ及び前記第２エコーデータを重ね合わせ合成する際の重み付け条件を水平走査線に沿って順次読み出される画素データに基づいて決定する重み決定手段と、
前記決定された重み付け条件に従って前記第１エコーデータ及び前記第２エコーデータを重ね合わせ合成して超音波断層画像を生成する画像生成手段と、
を有し、
前記第１走査領域と前記第２走査領域との重複部分では前記第１エコーデータ及び前記第２エコーデータを重み付け加算し、前記第１走査領域及び前記第２走査領域の非重複部分と前記重複部分との境界からの距離に応じて重み付け条件を漸次変化させる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記重み決定手段は、前記第１走査領域から前記第２走査領域へ向かう処理方向で水平走査線に沿って順次読み出される前記第２走査領域に対応した画素データを所定の閾値と比較することにより第１合成領域の開始点を検知し、当該開始点から水平走査線に沿って前記処理方向に所定画素数分だけ進んだ位置までの間で重み付け条件を漸次変化させる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の超音波診断装置において、
前記重み決定手段は、前記処理方向で水平走査線に沿って順次読み出される前記第１走査領域に対応した画素データを所定の閾値と比較することにより第２合成領域の終点を検知し、当該終点から水平走査線に沿って前記処理方向とは反対方向に所定画素数分だけ進んだ位置までの間で重み付け条件を漸次変化させる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３記載の超音波診断装置において、
前記重み決定手段は、前記第１合成領域および第２合成領域での重み付け条件に関し、前記第１エコーデータ及び前記第２エコーデータのうち前記境界に隣接する前記非重複部分に対応した一方エコーデータの重みを当該境界からの前記距離の増加と共に減少させ、反対に他方エコーデータの重みを増加させる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記重み決定手段は、前記重複部分での重み付け条件に関し、前記第１エコーデータ及び前記第２エコーデータのうち前記境界に隣接する前記非重複部分に対応した一方エコーデータの重みを当該境界からの前記距離の増加と共に減少させ、反対に他方エコーデータの重みを増加させ、前記重複部分全体にわたって前記重みを変化させる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に複数フレームにて得られたエコーデータに基づく画像合成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は被検体内の音響インピーダンスの分布に応じた超音波画像を生成する。しかしながら、同一の被検体組織であっても、超音波ビームの向きに応じて異なる強度のエコーを生じることがある。例えば、組織が繊維状物で構成されている場合には、超音波ビームに対し組織繊維の配向が平行に近い程、超音波がその組織を透過しやすくなり、エコー強度が低下し得る。
【０００３】
図４は、この現象を説明する模式図であり、図４（ａ）は、超音波ビームが図の上下方向に沿った矢印２の向きであること、及びその超音波ビームの走査面４により、観察対象物である血管６の横断面が捉えられる様子を示している。図４（ｂ）は、同図（ａ）に対応して得られる超音波画像であり、黒い部分８がエコー強度の強い部分を示している。血管壁はその周方向に沿った繊維構造を含んでおり、そのため図に示すように、血管壁のうち超音波ビームに直角に近い角度で交差する上下部分においてエコー強度は強く、超音波ビームと平行となる側面部分においてエコー強度が弱くなり、組織の音響インピーダンス分布が正確に反映されないという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために従来、超音波ビームの向きをずらして２つの超音波画像を形成し、これら２つの超音波画像を重ね合わせ合成した画像を表示することが行われている。図５、図６は、この重ね合わせ合成による超音波画像生成を説明する模式図である。図５は、重ね合わされる２つの超音波画像に対応した超音波ビームの走査を示す模式図である。いずれの超音波画像も超音波ビームを水平方向に移動させて形成されるが、同図（ａ）に示す第１フレームの走査領域２０は左斜め下に向け送信される傾斜した超音波ビーム２２で走査され、一方、同図（ｂ）に示す第２フレームの走査領域２４は右斜め下に向け送信される傾斜した超音波ビーム２６で走査される。図６は、図４（ａ）に示す血管の超音波画像の模式図であり、図６（ａ）は図５（ａ）に示す第１フレームにて得られる画像、図６（ｂ）は図５（ｂ）に示す第２フレームにて得られる画像、図６（ｃ）は図６（ａ）（ｂ）に示す第１フレーム及び第２フレームを重ね合わせ合成した超音波画像を表している。第１フレーム及び第２フレームそれぞれにて得られる血管像３０，３２において、超音波ビームが組織繊維に平行となることによってエコー強度が低下する部分は、超音波ビーム２２，２６の向きの違いに応じて、互いに位置がずれる。よって、これら第１フレーム及び第２フレームの血管像３０，３２を重ね合わせ合成した血管像３４では、組織繊維の配向に起因したエコー強度の低下が緩和される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７は、上記従来技術の問題点を説明するための超音波画像の模式図である。図５に示すように、第１フレームの走査領域２０と第２フレームの走査領域２４とは互いにずれており、重ね合わせ合成したときに、両走査領域は図７に示すように完全には重ならない。すなわち、走査領域２０，２４を合わせた全体の走査領域４０は、走査領域２０及び走査領域２４が重なり合う重複部分４２、走査領域２０のみに含まれる非重複部分４４及び、走査領域２４のみに含まれる非重複部分４６からなる。非重複部分４４，４６は第１フレーム、第２フレームのいずれかの画素値からなる画像であるのに対し、重複部分４２は第１フレーム及び第２フレームそれぞれの画素値を加算し、平均した値からなる画像であり、非重複部分４４，４６と重複部分４２との境界５０，５２が目立ち、観察者に違和感を与える場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、重ね合わせの境界が目立たず自然な画質の超音波断層画像を生成可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波ビームの走査により、被検体からエコーデータを取得する送受波手段と、第１走査領域に対応した第１エコーデータと、前記第１走査領域に部分的に重複する第２走査領域に対応した第２エコーデータとを取得するように、前記送受波手段による走査を制御する走査制御手段と、前記第１エコーデータ及び前記第２エコーデータを重ね合わせ合成して超音波断層画像を生成する画像生成手段とを有し、前記画像生成手段が、前記第１走査領域と前記第２走査領域との重複部分では前記第１エコーデータ及び前記第２エコーデータを重み付け加算し、前記第１走査領域及び前記第２走査領域の非重複部分と前記重複部分との境界からの距離に応じて重み付け条件を漸次変化させる。
【０００８】
本発明によれば、重複部分では、第１エコーデータと第２エコーデータとの単純平均ではなく、重み付け平均を行って超音波断層画像が合成される。重みは、非重複部分と重複部分との境界からの距離に応じて連続的、又は比較的小さなステップにて段階的に変化される。これにより、例えば、重複部分のうち、第１エコーデータのみからなる非重複部分との境界の近傍部分では、第２エコーデータよりも第１エコーデータの重みを大きくして、境界の両側でのエコーデータの差異を小さくし、非重複部分と重複部分とが滑らかに接続される。
【０００９】
他の本発明に係る超音波診断装置は、前記画像生成手段が、前記重複部分での重み付け加算に関し、前記第１エコーデータ及び前記第２エコーデータのうち前記境界に隣接する前記非重複部分に対応した一方エコーデータの重みを当該境界からの前記距離の増加と共に減少させ、反対に他方エコーデータの重みを増加させる。
【００１０】
本発明によれば、重複部分の第１エコーデータと第２エコーデータとの重み比率は、重複部分の境界近傍部分から内側部分へ向けて単調に増加、又は減少される。
【００１１】
本発明の好適な態様は、前記画像生成手段が、前記重複部分のうち前記境界から所定幅内にて前記重みを変化させることを特徴とする超音波診断装置である。
【００１２】
本発明の他の好適な態様は、前記画像生成手段が、前記重複部分全体にわたって前記重みを変化させることを特徴とする超音波診断装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
［実施形態１］
本装置は上述した、超音波ビームの向きを互いにずらして２フレームのエコーデータを取得し、これらを重ね合わせ合成した超音波画像を表示するものであり、これにより、血管像等における組織繊維の配向に起因したエコー強度の低下の緩和を図るものである。例えば、奇数フレームでは、図５（ａ）に示すように、所定角度の左斜め下を向いた傾斜した超音波ビーム２２で走査されたエコーデータが生成され、偶数フレームでは、図５（ｂ）に示すように所定角度の右斜め下を向いた傾斜した超音波ビーム２６で走査される。
【００１５】
図１は本発明に係る超音波診断装置の概略のブロック図である。図１において、プローブ６０は、超音波パルスの送波及びエコーの受波を行う超音波探触子である。このプローブ６０はアレイ振動子を有しており、そのアレイ振動子の電子的な制御によって、超音波ビームがアレイ方向に走査され、また超音波ビームの方向が変更される。
【００１６】
送信回路６２は送受信制御回路（図示せず）による制御に従って、振動子アレイの各チャネルごとに遅延された送信パルスをプローブ６０へ出力する。振動子ごとの遅延量は、送波される超音波がビームを形成するように制御され、また、送波ビームの方向に応じて制御される。
【００１７】
一方、受信系は受信回路６６、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）６８、フレームメモリ７０、重み決定部７２、演算合成部７４、表示部７６を含んで構成される。さらに重み決定部７２は、左側合成始点検出部８０、左側合成重み演算部８２、右側合成終点検出部８４、右側合成始点検出部８６、右側合成重み演算部８８、入力切り替え器９０、セレクタ９２を含んで構成されている。
【００１８】
受信回路６６は送受信制御回路による制御に従って、プローブ６０からの各チャネルごとの受信信号を整相加算する。また受信回路６６は、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、受信信号を超音波ビームの方向に沿ったエコーデータ列として出力する。
【００１９】
ＤＳＣ６８は、受信回路６６から出力される超音波ビームに沿ったエコーデータ列を、内蔵のフレームメモリに一旦格納し、表示部７６の走査方式に対応した信号へ変換する。すなわち、ＤＳＣ６８からは水平走査線に沿った画素値列が出力される。
【００２０】
フレームメモリ７０は、ＤＳＣ６８から出力されるエコーデータを１フレーム分、格納する。
【００２１】
重み決定部７２は、奇数フレームと偶数フレームとの重ね合わせ合成に関するパラメータαを決定する。ここで、パラメータαを、左に傾斜した超音波ビームで走査された走査領域２０から得られるエコーデータの重みと定義すると、右に傾斜した超音波ビームで走査された走査領域２４から得られるエコーデータの重みは（１−α）で与えられる。重み決定部７２の詳細な処理内容は後述する。
【００２２】
演算合成部７４は、ＤＳＣ６８に格納された直近のフレーム（第ｋフレームとする）のエコーデータと、フレームメモリ７０に格納された１フレーム前（第（ｋ−１）フレーム）のエコーデータとをそれぞれ読み出し、重み決定部７２から与えられるパラメータαに基づいて重み付け加算による合成を行って超音波画像信号を生成する。
【００２３】
表示部７６は、演算合成部７４から出力される超音波画像信号に基づいて、画面に超音波画像を表示する。
【００２４】
次に、本装置による重ね合わせ合成を説明する。図２は、本装置の重ね合わせ合成を説明するための超音波画像の模式図である。従来技術と同様、奇数フレームの走査領域２０及び偶数フレームの走査領域２４を合わせた全体の走査領域４０は、走査領域２０及び走査領域２４が重なり合う重複部分４２、走査領域２０のみに含まれる非重複部分４４及び、走査領域２４のみに含まれる非重複部分４６からなる。本装置ではさらに重複部分４２は、非重複部分４４との境界５０から右方向へ所定画素数の水平幅を有した左側合成領域１００、非重複部分４６との境界５２から左方向へ所定画素数の水平幅を有した右側合成領域１０２、及びそれらを除いた残りの部分である中央合成領域１０４に区分される。
【００２５】
演算合成部７４は、ＤＳＣ６８、フレームメモリ７０から水平走査線に沿って順次、読み出される各画素に対応するエコーデータを重み付け加算する。以下、水平走査線１１０に沿って行われる処理を説明する。
【００２６】
入力切り替え器９０は、ＤＳＣ６８、フレームメモリ７０から偶数フレームのエコーデータが左側合成始点検出部８０に入力され、奇数フレームのエコーデータが右側合成終点検出部８４に入力されるように、制御部（図示せず）により切り替えられる。これは、左側合成領域１００は偶数フレームに対応する走査領域２４の左側の境界に基づいて規定され、右側合成領域１０２は奇数フレームに対応する走査領域２０の右側の境界に基づいて規定されるからである。
【００２７】
水平走査線１１０上の各画素値が水平走査線１１０に沿って左から右へ順に、ＤＳＣ６８及びフレームメモリ７０のそれぞれから読み出される。左側合成始点検出部８０は入力される偶数フレームの画素値を所定の閾値と比較し、対応する画素が走査領域２４外の背景領域（例えば、画素値“０”を与えられる）と走査領域２４とのいずれに属するかを判別し、左側合成領域１００の左端の画素Ｂを検知する。この画素Ｂが現在処理中の水平走査線１１０における左側合成の始点となり、ここから所定画素数ｍだけ右に位置する左側合成領域１００の右端の画素Ｃまで、左側合成重み演算部８２が重みパラメータαを演算し、これがセレクタ９２を介して演算合成部７４へ与えられる。
【００２８】
左側合成重み演算部８２は、画素Ｂにおいてα＝１、画素Ｃにおいてα＝０．５となり、ＢＣ間では連続的又は微少ステップで段階的に変化するようにαを決定する。例えば、画素Ｂ及び画素Ｃでのαに基づいて線形補間演算を行って、ＢＣ間で単調減少するようにαを定めることができる。
【００２９】
一方、右側合成終点検出部８４は入力される奇数フレームの画素値を所定の閾値と比較し、対応する画素が走査領域２０外の背景領域（例えば、画素値“０”を与えられる）と走査領域２０とのいずれに属するかを判別し、右側合成領域１０２の右端の画素Ｅを検知する。この画素Ｅが現在処理中の水平走査線１１０における右側合成の終点となる。右側合成始点検出部８６は、画素Ｅから所定画素数ｍだけ左に位置する右側合成領域１０２の左端の画素Ｄの位置を算出する。この画素Ｄから画素Ｅまで、右側合成重み演算部８８が重みパラメータαを演算し、これがセレクタ９２を介して演算合成部７４へ与えられる。
【００３０】
右側合成重み演算部８８は、画素Ｄにおいてα＝０．５、画素Ｅにおいてα＝０となり、ＤＥ間では連続的又は微少ステップで段階的に変化するようにαを決定する。例えば、画素Ｄ及び画素Ｅでのαに基づいて線形補間演算を行って、ＤＥ間で単調減少するようにαを定めることができる。
【００３１】
なお、右側合成重み演算部８８がαの演算を開始するまでは、左側合成重み演算部８２により演算された最終のαが保持され、利用される。すなわち、中央合成領域１０４に属するＣＤ間では、α＝０．５に設定される。このαの保持は、セレクタ９２によって行う構成とすることができるし、また演算合成部７４によって行う構成とすることもできる。
【００３２】
演算合成部７４は、非重複部分４４，４６では重み付け加算は行わず、非重複部分４４に属するＡＢ間では奇数フレームのエコーデータ、非重複部分４６に属するＥＦ間では偶数フレームのエコーデータをそれぞれＤＳＣ６８又はフレームメモリ７０のいずれかから読み出し、これをそのまま用いて超音波画像信号を生成する。一方、演算合成部７４は、重複部分４２に属するＢＥ間では重み決定部７２にて決定されるパラメータαを用いて、ＤＳＣ６８及びフレームメモリ７０それぞれから読み出されるエコーデータを重み付け加算し、その加算結果を用いて超音波画像信号を生成する。ちなみに、重複部分４２に属するある画素での奇数フレーム、偶数フレームのエコーデータ、重み付けパラメータをそれぞれＤO，ＤE，αとすると、演算合成部７４は当該画素に対応する重み付け加算値Ｓを次式に基づいて算出する。
【００３３】
Ｓ＝α・ＤO＋(１−α)・ＤE
上述の１水平走査線についての処理が各水平走査線について行われ、１枚の超音波画像が形成される。上述のように演算合成部７４が左側合成領域１００及び右側合成領域１０２にて奇数フレーム及び偶数フレームを相互の重みを変化させながら加算することにより、重複部分４２と、これに隣接する非重複部分４４，４６とが滑らかに接続され、境界５０，５２が目立たない超音波画像が得られる。また中央合成領域１０４では、異なる向きの超音波ビームで形成される奇数フレームと偶数フレームとが均等の重みで合成され、例えば血管等の組織繊維の配向に起因したエコー強度の低下の緩和が図られる。
【００３４】
さて、入力切り替え器９０は送信回路６２、受信回路６６による１フレームの走査周期ごとに切り替えられ、これにより、演算合成部７４からも走査の１フレームの周期ごとに１枚の超音波画像が出力される。すなわち、フレームメモリ７０に第（２ｋ−１）フレーム（すなわち奇数フレーム）、ＤＳＣ６８に第２ｋフレーム（すなわち偶数フレーム）が格納されているときには、入力切り替え器９０は、フレームメモリ７０を右側合成終点検出部８４に、またＤＳＣ６８を左側合成始点検出部８０にそれぞれ接続し、上述のようにして１枚の超音波画像が生成される。そして、次に新たな１フレーム分のエコーデータが得られ、フレームメモリ７０に第２ｋフレーム（すなわち偶数フレーム）、ＤＳＣ６８に第（２ｋ＋１）フレーム（すなわち奇数フレーム）が格納されると、入力切り替え器９０が切り替えられ、フレームメモリ７０が左側合成始点検出部８０に、またＤＳＣ６８が右側合成終点検出部８４にそれぞれ接続されて次の１枚の超音波画像が生成される。
【００３５】
なお、重み決定部７２がパラメータαを決定するのにはある程度の時間が必要である。これに対応して演算合成部７４は、重み決定部７２から与えられるαと、ＤＳＣ６８、フレームメモリ７０から読み出されるエコーデータとの同期を取るように構成される。
【００３６】
［実施形態２］
本発明の第２の実施形態は、重複領域４２の全体にわたってパラメータαが変化する超音波診断装置であり、上記第１の実施形態の装置とは重み決定部の構成が異なるが、他の部分は基本的に同一構成である。以下、第１の実施形態と同一部分については同一符号を付し、図１及び図２を援用して説明する。
【００３７】
本装置は、図２に示す水平走査線１１０に沿った超音波画像信号を生成する際に、重複部分４２に属するＢＥ間全体にてαを変化させる。図３は、本装置の重み決定部２００であり、図１において、第１の実施形態に係る重み決定部７２に置き換わるものである。重み決定部２００は、合成始点検出部２０２、合成終点検出部２０４、合成重み演算部２０６、入力切り替え器９０を含んで構成される。
【００３８】
第１の実施形態と同様、奇数フレームでは走査領域２０が走査され、偶数フレームでは走査領域２４が走査される場合、入力切り替え器９０は、ＤＳＣ６８、フレームメモリ７０から偶数フレームのエコーデータが合成始点検出部２０２に入力され、奇数フレームのエコーデータが合成終点検出部２０４に入力されるように切り替えられる。
【００３９】
合成始点検出部２０２は、左側合成始点検出部８０と同様にして、現在処理中の水平走査線１１０上の画素Ｂを検出する。一方、合成終点検出部２０４は、右側合成終点検出部８４と同様にして、画素Ｅを検出する。
【００４０】
合成重み演算部２０６は、画素Ｂにおいてα＝１、画素Ｅにおいてα＝０となり、ＢＥ間では連続的又は微少ステップで段階的に変化するようにαを決定する。例えば、画素Ｂ及び画素Ｅでのαに基づいて線形補間演算を行って、ＢＥ間で単調減少するようにαを定めることができる。
【００４１】
演算合成部７４は、非重複部分４４に属するＡＢ間では奇数フレームのエコーデータ、非重複部分４６に属するＥＦ間では偶数フレームのエコーデータをそのまま用いて超音波画像信号を生成する。一方、演算合成部７４は、重複部分４２に属するＢＥ間では重み決定部７２にて決定されるパラメータαを用いて、連続する奇数フレームと偶数フレームと重み付け加算により合成して超音波画像信号を生成する。
【００４２】
本装置においても、第１の実施形態の装置と同様、重複部分４２と、これに隣接する非重複部分４４，４６とが滑らかに接続され、境界５０，５２が目立たない超音波画像が得られる。また重複部分４２では、異なる向きの超音波ビームで形成される奇数フレームと偶数フレームとが合成され、例えば血管等の組織繊維の配向に起因したエコー強度の低下の緩和が図られる。
【００４３】
【発明の効果】
例えば血管等の組織繊維の配向に起因したエコー強度の低下の緩和を図るために、互いに重複部分と非重複部分とを有する複数の走査領域を重ね合わせ合成することが行われるが、本発明の超音波診断装置によれば、重複部分と非重複部分との境界が目立たない超音波画像が得られ、観察者の違和感を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態に係る超音波診断装置の概略のブロック図である。
【図２】  本発明に係る超音波診断装置による重ね合わせ合成を説明するための超音波画像の模式図である。
【図３】  第２の実施形態に係る超音波診断装置の重み決定部の概略のブロック図である。
【図４】  組織が繊維状物で構成されている場合に生じ得るエコー強度の低下減少を説明するための模式図である。
【図５】  重ね合わされる２つの超音波画像に対応した超音波ビームの走査を示す模式図である。
【図６】  図４に示す各走査領域に対応して得られる血管の超音波画像の模式図である。
【図７】  従来技術の問題点を説明するための超音波画像の模式図である。
【符号の説明】
６０  プローブ、６２  送信回路、６６  受信回路、６８  ＤＳＣ、７０  フレームメモリ、７２，２００  重み決定部、７４  演算合成部、７６  表示部、８０  左側合成始点検出部、８２  左側合成重み演算部、８４  右側合成終点検出部、８６  右側合成始点検出部、８８  右側合成重み演算部、９０  入力切り替え器、９２  セレクタ、２０２  合成始点検出部、２０４  合成終点検出部、２０６  合成重み演算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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