(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して超音波を発生させると共に受信した反射エコー信号を処理する超音波送受信部と、該処理された反射エコー信号をディジタル化して得られる超音波画像のデータを時系列に複数フレーム記録する記憶部と、該記録された連続する複数フレームの画像データを並列に読み出し各フレームの同一アドレスの画像データ列から動画像の特徴を示す動態パターンを生成するパターン生成手段と、該生成された動態パターンに応じて上記超音波画像のデータについて画像処理を行う出力データ処理手段と、該画像処理された画像データを入力して表示する画像表示部とを備えて成る超音波診断装置において、
上記パターン生成手段は、上記記憶部から読み出した連続する複数フレームの画像データの同一アドレスの画像データ列を取得し、これらの画像データ列の各々について所定のしきい値と比較して輝度値の大小で２値化し、この２値化した輝度データを各データの得られた順番に並べて動態パターンを生成するものであ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、超音波を利用して被検体内の診断部位について超音波画像を得て表示する超音波診断装置に関し、特に、動画像上で運動する物体の画像を加算平均化処理をすることに起因して多重に表示される画質劣化や輝度低下を生ずることなくスペックルノイズ等のノイズを低減することができる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超音波診断装置で得られる超音波画像には、スペックルノイズと呼ばれる周期が不規則な雑音が混入している。このスペックルノイズは、超音波の波長に比べて十分小さい生体組織の反射点群によりさまざまな位相で発生する散乱波が干渉して、ランダムに小輝点群が出現すると考えられている。そして、このスペックルノイズは、Ｂモード像の全域に本来の反射エコー信号に重畳して出現することが知られている。例えば、心臓の超音波画像において、心壁などの構造物の反射エコー信号にスペックルノイズが重なって本来の信号を乱し、画像のちらつきなどの画質劣化を引き起こすと共に、心腔などの反射体がない部位にもスペックルノイズが出現して画質を劣化させるものであった。
【０００３】
また、一般にスペックルノイズは、生体内に分布する微小散乱体の配置により形状が大きく変化するとされており、生体組織が動くとスペックルノイズのパターンも変わることが知られている。しかし、そのパターンの変化の度合い、方向、輝度などの変わり方は、一様ではない。このことから、生体が動いている場合は、スペックルノイズは不規則な変化をすることが知られている。
【０００４】
これに対して、従来の超音波診断装置においては、フレーム相関処理により経時的に重みを付けた加算平均化処理を行い、動画像のスペックルノイズを低減していた。このフレーム相関処理は、現在と過去の複数フレームの画像について何らかの相関があるかを見る「フレーム相関」と呼ばれる手法、又は同一ポイントについての現在と過去の複数フレームの画像の輝度の平均を取る「ＳＣＣ（スキャンコリレーション）走査相関」と呼ばれる手法でスペックルノイズを低減処理するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波診断装置におけるフレーム相関処理においては、過去の複数フレームの画像の影響が残留してしまうものであった。例えば、高速で運動する心臓の弁が本来一つであるはずが、多重に表示されて複数個連なって見える「尾引き」現象や、心臓壁と心腔との境界がぼやけてしまう「ボケ」現象が生じ、画質劣化を生ずることがあった。また、表示画像の低輝度部に突然出現した高輝度な組織は、上述の加算平均化処理を行うことにより本来よりも輝度が低く表示されることがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、動画像上で運動する物体の画像を加算平均化処理をすることに起因して多重に表示される画質劣化や輝度低下を生ずることなくスペックルノイズ等のノイズを低減することができる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】
上記目的を達成するために、本発明による超音波診断装置は、被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して超音波を発生させると共に受信した反射エコー信号を処理する超音波送受信部と、該処理された反射エコー信号をディジタル化して得られる超音波画像のデータを時系列に複数フレーム記録する記憶部と、該記録された連続する複数フレームの画像データを並列に読み出し各フレームの同一アドレスの画像データ列から動画像の特徴を示す動態パターンを生成するパターン生成手段と、該生成された動態パターンに応じて上記超音波画像のデータについて画像処理を行う出力データ処理手段と、該画像処理された画像データを入力して表示する画像表示部とを備えて成る超音波診断装置において、上記パターン生成手段は、上記記憶部から読み出した連続する複数フレームの画像データの同一アドレスの画像データ列を取得し、これらの画像データ列の各々について所定のしきい値と比較して輝度値の大小で２値化し、この２値化した輝度データを各データの得られた順番に並べて動態パターンを生成するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体内の診断部位について超音波画像を得て表示するもので、図１に示すように、探触子１と、超音波送受信部２と、記憶部３と、２値化回路・パターン生成部４と、パターン別出力データ演算・選択回路５と、画像表示部６とを備えてなる。
【００１０】
上記探触子１は、被検体内に超音波を送受信するもので、図示省略したがその内部には、実際に超音波を打ち出すと共に被検体内からの反射エコーを受信する超音波振動子が設けられている。超音波送受信部２は、上記探触子１を駆動して超音波を発生させると共に受信した反射エコー信号を処理するもので、図示省略したがその内部には、該探触子１内の超音波振動子に超音波打ち出しの送波パルスを供給する送波パルス発生器と、上記超音波振動子で受信した反射エコー信号を増幅する受信増幅器と、上記送波パルス発生器及び受信増幅器を制御する制御回路とが設けられている。また、記憶部３は、上記超音波送受信部２からの反射エコー信号をディジタル化して得られる超音波画像のデータを時系列に複数フレーム記録するもので、その内部には複数のフレームメモリ３ａ，３ｂ，…，３ｅが設けられている。
【００１１】
２値化回路・パターン生成部４は、上記記憶部３から連続した複数フレームＦ1，Ｆ2，…，Ｆ5の画像データを並列に読み出し各フレームＦ1〜Ｆ5の同一アドレスの画像データ列から動画像の特徴を示す動態パターンを生成するパターン生成手段となるもので、これから表示される超音波画像の最新の複数フレームに基づいて動態パターンを生成するようになっている。また、パターン別出力データ演算・選択回路５は、上記２値化回路・パターン生成部４で生成された動態パターンに応じて上記超音波画像のデータについて画像処理を行う出力データ処理手段となるものである。さらに、画像表示部６は、上記パターン別出力データ演算・選択回路５からの画像データを入力して表示するもので、例えばテレビモニタから成る。
【００１２】
ここで、本発明においては、上記２値化回路・パターン生成部４は、上記記憶部３から読み出した連続する複数フレームＦ1〜Ｆ5の画像データの同一アドレスの画像データ列を取得し、これらの画像データ列の各々について所定のしきい値と比較して輝度値の大小で２値化し、この２値化した輝度データを各データの得られた順番に並べて動態パターンを生成するようになっている。
次に、このように構成された超音波診断装置の動作について、図２〜図６を参照して説明する。まず、図１において、探触子１は、２次元画像構築のために被検体内に向けて超音波ビームを走査し、被検体内からの反射エコーは超音波送受信部２によって受信される。この受信された信号は、ディジタル化された後、超音波画像を経時的に連続に複数フレーム記録することができる記憶部３の各フレームメモリ３ａ〜３ｅに順次格納される。
【００１３】
次に、２値化回路・パターン生成部４は、上記記憶部３から連続したｎフレームの画像データを同時に並列に読み出し（図２のステップＡ）、各フレームの同一ポイント（同一アドレス）の画像データ列を取得する（図２のステップＢ）。すなわち、図３に示すように、例えば５個のフレームメモリ３ａ〜３ｅにそれぞれ記録された５フレームＦ1〜Ｆ5の画像データを並列に読み出し、各フレームＦ1〜Ｆ5上の同一ポイントの画像データＰ1，Ｐ2，…，Ｐ5を取得する。このとき 、各フレームＦ1〜Ｆ5は時系列に並んでおり、第１のフレームＦ1が最も古く、第２のフレームＦ2がその次に古く、第５のフレームＦ5が最新のフレームとなっている。
【００１４】
次に、上記の画像データ列Ｐ1〜Ｐ5が表す同一ポイントでの動画像の特徴を検出するために、その画像データ列Ｐ1〜Ｐ5をパターン化して動態パターンを生成する。すなわち、画像データ列Ｐ1〜Ｐ5の各データを２値化して、各データの得られた順番に並べてパターン化する（図２のステップＣ）。このパターン化する方法としては、まず、上記画像データ列Ｐ1〜Ｐ5の各データを図４に示すように２値化する。このとき、２値化のしきい値は、例えば心臓の画像の場合、心臓弁や心壁等の組織の輝度レベルＢ1と、心腔等の組織以外の輝度レベルＢ2とを区別することができる輝度値に設定する。そして、この２値化した輝度データを、各データＰ1〜Ｐ5が得られた順番、すなわちフレームＦ1〜Ｆ5の順番に並べてパターン化する。
【００１５】
図５に上記連続した複数フレームＦ1〜Ｆ5の画像データ列Ｐ1〜Ｐ5から動態パターンを生成する状態を示す。この図５では、一例として生体組織が扇形状の各フレームＦ1〜Ｆ5上で左から右方向に運動している場合を示している。この例の場合、フレームＦ1〜Ｆ4においては同一の注目ポイントＰ1〜Ｐ4に対して生体組織がまだ移動してきておらず、該注目ポイントＰ1〜Ｐ4の画像データは低輝度で表示されており、最新のフレームＦ5においては同一の注目ポイントＰ5に対して生体組織が移動してきており、該注目ポイントＰ5の画像データは高輝度で表示されている。このため、図４に示す２値化処理により、その２値化結果は、図５に示すように注目ポイントＰ1〜Ｐ4の値は“０”となり、注目ポイントＰ5の値は“１”となる。そして、これら２値化された値をフレームＦ1〜Ｆ5の順番に並べて、動態パターンを生成する。
【００１６】
次に、パターン別出力データ演算・選択回路５は、上記のように得られた動態パターンの形状から動画像の特徴を検出する（図２のステップＤ）。いま、上記のように得られた動態パターンの形状のいくつかの例を図６（ａ）〜（ｅ）に示す。図６は、例えば心臓を表示しているときの画像上のある点に注目した動態パターンの形状の例を示している。この点で得られた動態パターンが、図６（ａ）に示すように低輝度で表示されている中を高輝度で表示されている注目ポイントが時刻の経過と共に一定方向に動いている形状の場合は、過去に心腔内（低輝度表示）に心臓弁（高輝度表示）が通過したものと予想できる。次に、図６（ｂ）に示すように高輝度で表示されている多くの注目ポイントが時刻の経過と共に一定方向に動いている形状の場合は、過去に心臓壁（高輝度表示）であった部分が心臓の拡張により心腔内（低輝度表示）に移動してきたものと予想できる。また、図６（ｃ）に示すように低輝度で表示されている多くの注目ポイントの一端部に高輝度で表示されている注目ポイントが出現した形状の場合は、心腔内（低輝度表示）に心臓弁又は心臓壁（高輝度表示）が出現したものと予想できる。これら図６（ａ）〜（ｃ）に示す動態パターンの場合は、動画像上の運動する物体についての特徴を検出しているといえる。
【００１７】
次に、図６（ｄ）に示すように画像データ列Ｐ1〜Ｐ5の輝度を２値化した値が高輝度又は低輝度状態で総て同じである形状の場合は、動画像上のそのポイントが静止状態であると予想できる。また、図６（ｅ）に示すように画像データ列Ｐ1〜Ｐ5の輝度を２値化した値が高輝度と低輝度とで全くランダムに変化している形状の場合は、これらはノイズであると予想できる。このように得られたパターンによって、そのポイントに何が表示されているかが予想できる。
【００１８】
次に、パターン別出力データ演算・選択回路５は、画像上の各ポイントＰ1〜Ｐ5に対し、動画像の特徴（動態パターンの形状）に応じた画像処理を行う（図２のステップＥ）。すなわち、上述の図６（ａ）〜（ｃ）に示す動態パターンの場合は、動画像上で運動する物体を表示しているという特徴であり、この場合はその画像をそのまま表示するように画像処理を行う。また、図６（ｄ）に示す動態パターンの場合は、動画像上のそのポイントが静止状態であるという特徴であり、この場合はその画像を平滑化して表示するように画像処理を行う。さらに、図６（ｅ）に示す動態パターンの場合は、動画像上のそのポイントがノイズであるという特徴であり、この場合にのみノイズ除去の画像処理を行う。
【００１９】
上記動態パターンに応じた画像処理としては、パターンによって重み係数を変化した画像データ列Ｐ1〜Ｐ5の重み付け平均や、最新画像データＰ5又は固定輝度等を画像処理結果として出力すればよい。そして、前記注目ポイントＰ1〜Ｐ5に対する画像処理を画像全体に行った後、画像表示部６に画像処理後の画像データを送出し、超音波画像を表示する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、超音波送受信部で処理された反射エコー信号をディジタル化して得られる超音波画像のデータを時系列に複数フレーム記録する記憶部から読み出した連続する複数フレームの画像データの同一アドレスの画像データ列を取得し、これらの画像データ列の各々について所定のしきい値と比較して輝度値の大小で２値化し、この２値化した輝度データを各データの得られた順番に並べて動態パターンを生成するパターン生成手段を設けたことにより、動画像の特徴（動態パターンの形状）に応じて、動画像上で運動する物体を表示しているという特徴の場合はその画像をそのまま表示し、また、動画像上のそのポイントが静止状態であるという特徴の場合はその画像を平滑化して表示し、さらに、動画像上のそのポイントがノイズであるという特徴の場合はそのノイズを除去して表示することができる。これにより、従来の超音波診断装置におけるフレーム相関処理で発生していた「尾引き」現象や、「ボケ」現象を除去し、動画像上で運動する物体の画像を加算平均化処理することに起因して多重に表示される画質劣化や輝度低下を生ずることなく、スペックルノイズ等のノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】上記超音波診断装置の２値化回路・パターン生成部及びパターン別出力データ演算・選択回路の画像処理の動作を示すフローチャートである。
【図３】２値化回路・パターン生成部により記憶部から連続したｎフレームの画像データを同時に並列に読み出し、各フレームの同一ポイント（同一アドレス）の画像データ列を取得する状態を示す説明図である。
【図４】上記のように得られた画像データ列の各データを２値化する状態を示す説明図である。
【図５】上記連続した複数フレームの画像データ列から動態パターンを生成する状態を示す説明図である。
【図６】例えば心臓を表示しているときの画像上のある点に注目した動態パターンの形状の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…探触子
２…超音波送受信部
３…記憶部
３ａ〜３ｅ…フレームメモリ
４…２値化回路・パターン生成部
５…パターン別出力データ演算・選択回路
６…画像表示部
Ｆ1〜Ｆ5…フレーム
【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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