(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子の配列方向である長軸方向と前記超音波振動子の配列方向に直交する方向である短軸方向を有するものであって、被検体へ当接させる超音波探触子と、前記超音波探触子に超音波を前記被検体へ送信させ、前記被検体からの反射超音波を受信する超音波送受信部と、前記反射超音波の信号を時系列に複数フレーム記憶するシネメモリと、前記シネメモリからのフレーム情報を画像データに形成させるフレームメモリと、前記画像データに基づいて超音波画像を表示させる表示部と、を備えた超音波診断装置であって、
前記超音波探触子を前記長軸方向へ滑らせて取得した第１画像と第２画像から互いに対応しあう特徴点を抽出する特徴点抽出部と、
前記特徴点抽出部によって抽出された第１画像の特徴点と第２画像の特徴点の特徴点同士が一致するよう第２画像を伸縮させ、前記第１画像に前記第２画像を接合させる画像接合部と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記第１の画像は、過去に接合された接合画像であることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、超音波を被検体内に送受信し該被検体の診断部位について超音波断層像或いは血流像を表示可能な装置において、探触子を長軸方向に滑らせて取得した時系列の超音波画像を接合して見かけの画角を拡大してみせる方法に関わり、特に画像の特徴点を抽出することで高精度の画像接合が行える超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
時系列の超音波動画像を接合して見かけの視野を拡大する技術として、例えば米国特許5,575,286に記載されている。これは、それぞれの時系列画像を複数の小さな処理領域に区切り、画像間相関を各小領域について求め、小領域群の動きベクトルを求め、これら動きベクトル群と過去に推定した画像の動きベクトルとから画像全体の動きを推定し、推定した画像の動きベクトルにしたがって画像を平行移動、回転させ画像を接合するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、画像全体、または一部の領域に対し均一な処理を行っているため、超音波装置に特有な音響ノイズやアーチファクトなどが断面の移動推定に影響を与えてしまい接合画像の品質が低下する。また、米国特許5,575,286に記載の方法だと画像全体の移動ベクトルを推定する際に小領域に分割した画像のそれぞれから推定した移動ベクトルすべてに対して信頼の度合いに応じた重み付けを複雑な処理手順によって行っており、演算ステップが膨大となっている。また、小領域の移動ベクトル推定を行うためのオプティカルフロー用の演算にも多くのステップがさらに必要となり、結果として実時間で処理を行うためには膨大な専用ハードが必要となる。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題点に対処し、ノイズやアーチファクトに影響されることを極力低減し、比較的小規模のハードの追加で処理が可能な超音波診断装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、超音波振動子の配列方向である長軸方向と前記超音波振動子の配列方向に直交する方向である短軸方向を有するものであって、被検体へ当接させる超音波探触子と、前記超音波探触子に超音波を前記被検体へ送信させ、前記被検体からの反射超音波を受信する超音波送受信部と、前記超音波送受信部からの信号を時系列に複数フレーム記憶するシネメモリと、前記シネメモリからのフレーム情報を画像データに形成させるフレームメモリと、前記画像データに基づいて超音波画像を表示させる表示部と、を備えた超音波診断装置であって、前記超音波探触子を前記長軸方向へ滑らせて取得した第１画像と第２画像から互いに対応しあう特徴点を抽出する特徴点抽出部と、前記特徴点抽出部によって抽出された第１画像の特徴点と第２画像の特徴点の特徴点同士が一致するよう第２画像を伸縮させ、前記第１画像に前記第２画像を接合させる画像接合部と、を備えた。
また、前記第１の画像は、過去に接合された接合画像である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施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、超音波を被検体内に送受信し該被検体の診断部位について超音波断層像或いは血流像を表示するもので、図１に示すように探触子１と、超音波送受信部２と、シネメモリ３と、フレームメモリ４と、画像表示部５とを有し、さらに特徴点抽出部６と、画像接合部７とを備えて成る。
【０００７】
上記探触子１は、機械的または電子的にビーム操作を行って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超音波の発生源であると共に生体内からの反射エコーを受信する一つまたは複数の振動子を有している。
【０００８】
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の信号を処理するもので、探触子１から被検体内へ送信する超音波ビームを形成するための公知の送波パルサ及び送波遅延回路と、上記探触子１の各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、増幅した受信信号の位相をそろえて加算する整相加算回路とを有している。
【０００９】
シネメモリ３は、超音波送受信部２からの信号を時系列に複数フレーム記憶するもので、フレーム情報を貯えるためのメモリを有している。
【００１０】
フレームメモリ４は、シネメモリ３からのフレーム情報を超音波ビームの走査線毎に書き込んで画像データを形成するもので、アフィン変換回路と画像データ記憶用メモリとカラー情報を重ねて表示部５に出力するためのオーバレイ回路を有する。
【００１１】
表示部５は、フレームメモリ４からの信号を画像として表示するもので、例えばＢモード断層像のテレビ信号を入力して表示するテレビモニタからなる。
【００１２】
特徴点抽出部６は、上記シネメモリに記録される時系列データと画像接合部７によって作り出した接合画像とから互いに対応し合う特徴点を探し出すものである。
【００１３】
画像接合部７は、上記特徴点抽出部６で探し出した特徴点同士が一致するようにシネメモリの情報を変形し直前に自身で作成した接合画像に接着するもので、まず、シネメモリ3から特徴点抽出部6によって求めた2点の特徴点間の距離と画像接合部7から特徴点抽出部6によって求めた2点の特徴点間の距離との比によってシネメモリからの画像の幅と高さを伸縮する。次に、接合境界を2点の特徴点上を通る直線とする。さらに、上記の境界上でテーパリング処理を行い、滑らかな輝度変化で接合する。
【００１４】
図２によってさらに詳しく特徴点抽出部６の実施形態を説明する。特徴点抽出部６は図示したように第１のフィルタ部８と、パワー算出部９と、重み付け部１０と、クラスタリング部１１と相関前処理部１２と相互相関部１３と対応点算出部１４と、第２のフィルタ部１５とを備えて成る。
【００１５】
第１のフィルタ部８は、シネメモリ３からの画像の空間周波数を選択的に通過させるもので、本発明では図９に示すように空間周波数０を中心に同心円上の通過域を持った特性にする。図１０に通過域の詳細を示す。本発明ではナイキスト周波数をπとすると低域のカットオフ周波数をπ／１６付近とし高域のカットオフ周波数をπ／４〜π／２とするバンドパスフィルタにする。
【００１６】
パワー算出部９は、第１のフィルタ部８からの画像のパワーを求めるもので、図３に示したように注目点O(x,y)から半径ｒ内の全ての点P(x,y)の２乗和を求めて点Oのパワー値とする演算をすべての(x,y)について行うものである。
【００１７】
重み付け部１０は、パワー算出部９からのパワー分布に対してあらかじめ決めておいた重みをかけるもので、この重みを本発明では図４に例示したように探触子移動方向（通常は画面の左右方向）に対しては重みが中央ほど大きくなるような値とし、超音波ビーム方向（通常は画面の上下方向）に対しては重みが中央ほど低くなるような値とする。
【００１８】
クラスタリング部１１は、重み付け部１０からのパワー分布から二つのピーク位置とピーク位置の成分値を探し出すもので、本発明では図５に示すように最も大きなピークのある位置(x1,y1)とこの成分値Q1を１番、さらに、次に大きなピークを持つ位置(x2,y2)とその成分値Q2を２番として探し出す。複数のピークのある２次元分布からピーク位置を分離、認識するには公知の伝播処理などを実装する。
【００１９】
相関前処理部１２は、クラスタリング部１１で求めた二つのピーク位置と成分値に対して重み関数を当てはめるもので、この重み関数を第1のフィルター部8の出力に乗ずることによって画像の局所領域を切り出すと共に、これに伴い発生するトランケーション・エラーを軽減することができる。図６に例示したのは２つのピーク位置(x1,y1)、(x2,y2)のそれぞれを中心としてピーク成分値Q1とQ2とを持つ３σのガウス分布となるように重み関数を当てはめた様子である。図６にはガウス分布によるものを示したが、ハミング、ハニング、ブラックマン・ハリスなど他の分布関数を用いてもよい。
【００２０】
相互相関部１３は、相関前処理部１２からの重み分布と第２のフィルタ部１５からの画像との間で相関を算出するものである。
【００２１】
対応点算出部１４は相互相関部１３からの相関分布から二つのピーク位置とピーク位置の成分値を探し出すもので、上記クラスタリンク部１１と同様の演算を行うものである。図７に示したのは、演算の結果２つのピーク位置(x3,y3)、(x4,y4)とこれらのピーク位置の成分値Q3、Q4が求まった様子である。
【００２２】
第２のフィルタ部１５は、画像接合部７からの接合画像に対して空間周波数を選択的に通過させるもので、上記第１のフィルタ部８と同様の処理を行うものである。
【００２３】
ここで、全体の動作について図1と図2を用いて説明する。まず、超音波送受信部２によって探触子１を駆動して超音波を発生させる。探触子１は、機械的または電子的にビーム操作を行って被検体内に超音波を送信する。被検体内から反射して探触子１に戻ってきた受信信号は、超音波送受信部２によって増幅され、増幅した受信信号の位相をそろえて加算する。この加算した信号をシネメモリ３によって時系列に複数フレーム記憶したものは、本発明ではフレームメモリ４に送ると同時に画像の接合に適した特徴点を選び出すための特徴点抽出部６に送る。
【００２４】
この特徴点抽出部６では、図２に示すように、まず、画像の特徴点を推定するのを妨害する要因を除去するために画像の空間周波数の低周波成分と高周波成分を第1のフィルタ部8によって除去し、このフィルタ処理画像の正負値の扱いを簡単にしつつ局在する細かな分布変動を除去するためにパワーをパワー算出部９によって求め、特徴点の分布位置をできるだけ探触子移動方向（通常は画面の左右方向）に対しては中央、超音波ビーム方向（通常は画面の上下方向）に対しては離れた位置に偏らせるために、パワーに対して重み付けを重み付け部１０によって行う。
【００２５】
以降の処理対象とする特徴点を選択するために重み付けを行ったパワーに対してクラスタリングをクラスタリング部１１によって行い、次段の画像相関結果をより効果的なものとし以降の演算を簡便にするためにクラスタリングによって選択した代表的な特徴点群に対して分布関数を相関前処理部１２によって当てはめ、特徴点の対応関係を推定するために直前までの画像によって合成した接合画像の空間周波数成分を第２のフィルタ部１５によってバンドパスしたものと現在の画像を第1のフィルタ部８によってバンドパスしたものとの相互相関を相互相関部１３によって求める。
【００２６】
そして、直前の接合画像上の対応する特徴点を知るためにこの相関結果から複数の分布ピーク位置を対応点算出部１４によって求め、最新の接合画像にするために画像接合部７によって現在の画像の特徴点群と直前の接合画像の特徴点群が一致するようにシネメモリ３からの現在の画像を変形させて画像接合部7自身で接合した直前の接合画像に接着する。ここで、最新の接合画像をフレームメモリ４に送り超音波ビームの走査線毎に書き込んで画像データを形成する。最後に、フレームメモリ４からの画像信号を表示部５に送ることによって接合画像が表示できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、画像の特徴的な部位によって人体断面の移動を推定するので、接合に最も適した画像部分を選択的に処理することが可能であるため移動推定誤差を極力小さくでき、画像ノイズやアーチファクトに対して堅牢な推定を行う事ができ、特徴点同士を一致させるように画像を変形させることができるので断層像のゆがみを補正しつつ正しい接合画像を得ることができ、画像接合部をテーパリングによって滑らかに接合できるので接合による不自然な画質の変化が無い接合画像を得ることができ、処理対象を早い段階で特徴部位に限ることができるために演算を高速化しやすく、高品質の接合画像を得ることが可能となる。
【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全体ブロック図である。
【図２】図１における特徴点抽出部の詳細を示すブロック図である。
【図３】図２におけるパワー算出部の詳細を示す説明図である。
【図４】図２における重み付け部の詳細を示す説明図である。
【図５】図２におけるクラスタリング部の詳細を示す説明図である。
【図６】図２における相関前処理部の詳細を示す説明図である。
【図７】図２における対応点算出部の詳細を示す説明図である。
【図８】従来の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９】図２における第1のフィルタ部の詳細を示す説明図である。
【図１０】図９における空間周波数特性の詳細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…シネメモリ
４…フレームメモリ
５…表示部
６…特徴点抽出部
７…画像接合部
８…第1のフィルタ部
９…パワー算出部
１０…重み付け部
１１…クラスタリング部
１２…相関前処理部
１３…相互相関部
１４…対応点算出部
１５…第２のフィルタ部
【図１】
0004335992.tif 000002
【図２】
0004335992.tif 000003
【図３】
0004335992.tif 000004
【図４】
0004335992.tif 000005
【図５】
0004335992.tif 000006
【図６】
0004335992.tif 000007
【図７】
0004335992.tif 000008
【図８】
0004335992.tif 000009
【図９】
0004335992.tif 000010
【図１０】
0004335992.tif 000011