JP4105452B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体の内部組織の診断像を表示する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人体内部組織を画像表示する超音波診断装置は、超音波ビームを人体内部に向けて送波し、人体内部で反射した反射超音波を受信して受信信号を得るとともに、その受信信号の振幅に基づいて輝度変調させた断層像を２次元表示している。
【０００３】
しかし、人体内部組織は、構成する媒質によって超音波の減衰特性がそれぞれ異なるとともに、周波数が高くなるほど減衰が大きくなるという特性を有する。したがって、送波する超音波は、一般に１〜１５ＭＨｚの周波数範囲で使用され、あまり高い周波数は使用できない。また、超音波パルスを送波し、内部組織で反射した信号の波形は、周波数が高いほど強く減衰を受けるので、受信信号の波形はひずみ裾野の広い山形波形となる。このため、超音波パルスのパルス幅を狭くして分解能を高めるにも限度があり、内部組織で反射した受信信号をそのまま増幅して画像表示しても、内部組織の輪郭が不鮮明になる。そこで、受信した信号にエッジ強調処理を施して画像表示するのが一般的である。
【０００４】
図１および図２は、特公平６−９３８９５号公報に開示されている、エッジ強調用の回路を設けた超音波診断装置を示す図であり、図１は、超音波診断装置の概略構成、図２は、エッジ強調されるまでの出力波形のプロセスを示している。
【０００５】
図１において、探触子３と、パルスを発生するパルサ回路２と、パルサ回路２にトリガをかけるレートパルス発生回路１と、探触子３で受信した反射波を対数増幅する対数増幅器４と、増幅した反射波から映像信号を得る検波回路５と、映像信号に遅延をかける遅延回路６と、遅延をかけた映像信号の位相を反転させて増幅する反転増幅器７と、遅延をかけない映像信号を増幅する増幅器８と、遅延をかけた映像信号と遅延をかけない映像信号とを加算する加算器９と、非表示信号を切り捨てる制限回路１０と、Ａ／Ｄ変換器１１と、フレームメモリ１２と、Ｄ／Ａ変換器１３と、映像信号を表示するモニタ１４とを備えている。
【０００６】
図２において、（ａ）は、検波回路５の出力波形を示す。（ｂ）は、遅延をかけない増幅器８の出力波形を示す。振幅が検波回路５の出力波形の（１＋α）倍になっている。（ｃ）は、遅延をかけ、位相を反転させる反転増幅器７の出力波形を示す。振幅が検波回路５の出力波形の（−α）倍となり、位相がτ遅れている。（ｄ）は、加算器９の出力波形を示す。（ｅ）は、制限回路１０の出力波形を示す。（ｄ）、（ｅ）から明らかなように、（ａ）に示す検波回路５の出力波形とくらべて、波形の立ち上がり部分と立下り部分とが強調されている。
【０００７】
なお、エッジ強調を施す方法は、このほかにも各種の方法が知られている。
しかしながら、人体内部組織から受信した受信信号中には、内部組織の輪郭を構成する信号のほか、人体内部の軟組織で反射した微弱信号相互が干渉により強めあったり弱めあったりした信号が含まれている。この信号は、スペックル成分と呼ばれるものであり、受信信号に基づいて人体内部組織の断層像を輝度表示する際に、その断層像中に斑点状の輝点となって表示されるものである。
【０００８】
このため、受信信号にエッジ強調処理を施すと、内部組織の輪郭を構成する信号のみならず、スペックル成分も同時に強調されてしまう。
【０００９】
図３は、検波後の信号をそのままエッジ強調し、輝度表示した画像の一例を示す図で、図解の都合上、輝度表示された部分を暗転させて示したものである。
【００１０】
図３からわかるように、スペックル成分が人体の軟組織に細かい斑点状をなし、組織の輪郭と同じような輝度で表示されるため、組織の輪郭が見にくい状態となってしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、血管壁、胆のう壁、胃壁など人体組織の輪郭部分のみが強調されて表示され、見易い診断像が表示される超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の超音波診断装置は、被検体内へ超音波ビームを送波し、該被検体内で反射して戻ってきた反射超音波の受信信号に基づいて被検体内の超音波送受信域内の組織の断層像を輝度表示する超音波診断装置において、上記受信信号にエッジ強調処理を施すエッジ強調処理部と、
上記受信信号に基づいて上記被検体内の組織の上記断層像上にあらわれる輪郭を検出する輪郭検出部と、
上記受信信号のうちの上記輪郭検出部で検出された輪郭に対応する第１の信号部分が上記受信信号のうちの該第１の信号部分を除く第２の信号部分よりも上記エッジ強調処理部によるエッジ強調処理の作用を強く受けた受信信号を生成する信号生成部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記輪郭検出部は、上記受信信号の低周波成分の変化が大きい領域を上記輪郭として検出するものであることが好ましく、また上記受信信号の低周波成分の極大点および極小点を求め、相互に隣接する極大点と極小点の電位の差分の絶対値が大きい領域を上記変化が大きい領域とするものであってもよい。
【００１４】
このように、受信信号の低周波成分の変化が大きい領域から断層像の輪郭部分を検出するとともに、検出された輪郭部分はエッジ強調処理の作用を強く受けた受信信号を生成して断層像を輝度表示するので、輪郭部分が鮮明でノイズの少ない画像が得られる。
【００１５】
また、上記信号生成部は、上記第１の信号部分については上記エッジ強調処理部によるエッジ強調処理を受けた受信信号を採用し、上記第２の信号部分については上記エッジ強調処理部によるエッジ強調処理を受ける前の受信信号を採用するものであってもよく、また上記エッジ強調処理部によるエッジ強調処理を受けた後の第１の受信信号と上記エッジ強調処理によるエッジ強調処理を受ける前の第２の受信信号とを重み付け加算するものであって、上記第１の信号処理部分について、上記第２の信号処理部分と比べ、上記第１の受信信号に、より大きな重み、上記第２の受信信号に、より小さな重みを付するものであってもよい。
【００１６】
このように、強調処理を行った信号と強調処理を行っていない信号とを切り替えて輝度表示したり、強調処理を行った信号と強調処理を行っていない信号とを重み付け加算した信号を用いて輝度表示することができるので、ユーザの好みに合わせて輪郭部分のコントラストを調整することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の超音波診断装置の実施形態について説明する。
【００１８】
図４は、本発明の第１の実施形態の超音波診断装置を示す図である。
【００１９】
図４において、超音波診断装置は、被検体内に超音波ビームを送波するとともに、被検体内で反射した反射超音波を受波する振動子が複数配列されたプローブ３０と、プローブ３０の各振動子（図示せず）にパルス電圧を印加するパルス発生回路３１ａおよび各振動子により受信された信号から受信信号を得る受信回路３１ｂとを有する送受信回路３１と、受信信号をビーム・フォーミングするビーム・フォーミング回路４０と、超音波ビームごとの受信信号から不要な信号を除去するバンドパスフィルタ３２と、バンドパスフィルタ３２の出力信号から、高周波成分を取り除く検波回路３３と、検波回路３３により高周波成分を取り除いた断層像の信号を対数増幅する増幅器３４と、対数増幅された超音波ビームごとの受信信号を、振幅の立上がり部分と立下り部分それぞれが大きくなるように強調するエッジ強調処理部３５と、超音波ビームごとの受信信号により形成される低周波成分から、その低周波成分の変化が大きい領域を輪郭部分として検出する輪郭検出部３６と、輪郭検出部３６により輪郭部分として検出された領域は、エッジ強調処理部３５により振幅が強調された受信信号を採用し、輪郭部分として検出された領域以外の領域は、エッジ強調処理部３５により強調を受ける前の受信信号を採用することにより、輪郭部分のみが強調された受信信号を生成する信号生成部３７と、信号生成部３７により輪郭部分のみが強調された受信信号に基づいて断層像を輝度表示する表示部３８とを備えている。
【００２０】
プローブと送受信回路とは相互に接続され、送受信回路の出力は、バンドパスフィルタ３２に、バンドパスフィルタ３２の出力は、検波回路３３にそれぞれ入力され、検波回路３３の出力は、増幅器３４と輪郭検出部３６に入力され、増幅器３４の出力は、エッジ強調処理部３５と信号生成部３７に入力され、輪郭検出部３６の出力は、信号生成部３７に入力され、信号生成部３７の出力は、表示部３８に入力される。
【００２１】
ここで、増幅器３４は、バンドパスフィルタ３２と検波回路３３の間に設け、検波回路３３の出力を輪郭検出部３６、エッジ強調処理部３５および信号生成部３７に入力してもよい。
【００２２】
本実施形態のエッジ強調処理部３５は、図５にブロック図を示すように、乗算回路３５ａ，３５ｂと、遅延回路３５ｃと、加算回路３５ｄとを備える公知のエッジ強調回路により構成されているが、これに限定されない。エッジ強調処理部３５に入力された信号Ｆ（ｘ）は、一方は、乗算回路３５ａで係数（１＋α）を掛け合わされて信号（１＋α）Ｆ（ｘ）となり、他方は、遅延回路で時間τだけ遅延させ乗算回路３５ｂで係数（−α）を掛け合わされた信号（−α）Ｆ（ｘ＋τ）となる。それら双方の信号は、さらに加算回路３５ｃで加算されて、信号Ｆ（ｘ）の立ち上がり部分と立ち下がり部分とが強調されて、振幅が大きくなった信号（１＋α）Ｆ（ｘ）＋（−α）Ｆ（ｘ＋τ）となって出力される。
【００２３】
また、輪郭検出部３６は、超音波ビームごとの受信信号に含まれる、低レベルで高周波のスペックル成分（例えば人体組織の軟壁で反射し、相互に干渉しあって強めあったり、弱めあったりした信号）を除去し、高レベルで低周波の成分のみを取り出し、取り出した低周波成分の変化が大きい領域を人体組織の輪郭部分として検出するものであり、受信信号の低周波成分の極大点と極小点とを、例えば隣接する振幅の差分の極性が反転する点から求め、その極大点と極小点との差分の信号レベル（電圧など）の絶対値が大きい領域を輪郭部分として検出する機能を有する。そして、受信信号を、輪郭部分として検出した領域と検出しない領域とに２値化し、輪郭部分として検出した領域については識別信号（１）、検出しない領域については識別信号（０）を出力する。
【００２４】
具体的には、例えばローパスフィルタ、比較演算回路により輪郭検出部３６を構成することができる。ローパスフィルタは、超音波ビームごとの受信信号の検波出力の低周波成分を検出し、比較演算回路は、隣接する数値の差分を求めて、極性がプラスからマイナスに転ずる点を極大点、極性がマイナスからプラスに転ずる点を極小点とし、隣接する極大点と極小点との差分の絶対値を求めて所定の閾値と比較することにより、２値化された識別信号を出力する。
【００２５】
なお、本実施形態では、ローパスフィルタは、カットオフ周波数が任意に設定可能であって、線形の位相特性を有するＦＩＲフィルタが用いられているが、これに限定されるものではない。また、比較演算回路は、２値化された識別記号のほか、極大点と極小点との差分の信号レベルに応じて多値化された識別記号を出力することも可能である。なお、多値化された識別記号を用いた超音波診断装置については、第２の実施形態で説明する。
【００２６】
信号生成部３７は、論理ゲートを備えており、輪郭検出部３６により出力される識別記号（０又は１）に基づいて、ゲートを開閉する。識別記号が１の場合は、ゲート（Ｇ１）３７ａを閉じてエッジ強調処理を受けた受信信号を通過させるとともに、ゲート（Ｇ２）３７ｂは開けてエッジ強調を受ける前の受信信号は阻止する。一方、識別記号が０の場合は、ゲート（Ｇ１）３７ａは開けてエッジ強調を受けた受信信号は阻止し、ゲート（Ｇ２）３７ｂは閉じてエッジ強調処理を受ける前の受信信号を通過させる。したがって、信号生成部３７からは、輪郭検出部３６により輪郭であると検出された領域に限り、エッジ強調処理部３５で強調処理が施された受信信号が出力され、それ以外の領域は、エッジ強調処理を受ける前の受信信号が出力される。
【００２７】
信号生成部３７から出力された受信信号は表示部３８に入力されるので、表示部３８には輪郭部分の強調処理が施された、コントラストの強い断層像が輝度表示される。
【００２８】
図６は、第１の実施形態のエッジ強調処理部あるいは輪郭検出部周辺における受信信号の波形を例示した図である。
【００２９】
図６において、第１段は、増幅器から出力された、エッジ強調処理部で強調される前の受信信号の波形を示し、第２段は、エッジ強調処理部で強調された受信信号の波形を示し、第３段は、輪郭検出部で求めた低周波成分の極大点と極小点とを黒丸で示し、第４段は、輪郭検出部で検出された輪郭部分に強調処理が施され、それ以外は強調処理が施されていない受信信号の波形を示し、第５段は、第４段で示した信号レベルから第２段で示した信号レベルを減ずることにより、エッジ強調処理が施された領域のみを取り出した信号の波形（参考）を示す。なお、各段とも、縦軸は信号のレベルを、横軸は、プローブから超音波ビームを送波し、反射波を受信するまでの時間（深さ）を示す。
【００３０】
第２段の波形は、第１段と較べて波形が強調処理されて振幅の変化が大きくなり、波形が鋭くなっている。第３段は、第１段の信号をローパスフィルタに通して低周波成分を取りだしたものであり、隣接する極大点と極小点との差分の絶対値が大きい領域が、この低周波成分の変化が大きい領域であり、輪郭部分として検出される。また、この変化が大きい領域は、第５段に示した、エッジ強調処理が施された区間と一致している。したがって、第４段に示した、信号生成部から出力される受信信号の波形は、輪郭検出部で検出された、低周波成分の変化が大きい領域のみに強調処理が施された波形であると確認できる。
【００３１】
図７は、本実施形態の超音波診断装置において輪郭部分が強調されて輝度表示された画像を示す図であり、図解の都合上、輝度表示された部分を暗転させて示したものである。なお、比較のために、図３に示したの同じ診断部位が表示されている。
【００３２】
図７に示す断層像は、図３に示したものと異なり、輪郭部分のコントラストが強く表示されるとともに、軟組織部分におけるコントラストの強い斑点部分がなくなっている。したがって、組織の輪郭部分が見分け易い状態で断層像が表示される。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３４】
図８は、本発明の第２の実施形態の超音波診断装置を示す図である。
第２の実施形態の超音波診断装置は、図４に示した第１の実施形態の超音波診断装置と比べて、輪郭検出部から出力される識別信号と信号生成部とが相違するが、それ以外は共通するので、同一の構成要素には同一の符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【００３５】
輪郭検出部３６は、ローパスフィルタを通過させることにより受信信号の低周波成分を検出し、比較演算器により極大点と極小点とを求めるとともに低周波成分の変化の大きさを検出し、その変化の大きさに応じて多値化された識別信号を出力する。
【００３６】
信号生成部３９は、輪郭検出部３６から出力された識別信号に基づいて、係数（ｋ１、ｋ２）を決めるルックアップ・テーブル（以下、「ＬＵＴ」と呼ぶ。）３９ｄと、その決定された係数を、エッジ強調処理部３５から入力されるエッジ強調処理を受けた受信信号および増幅器３４から入力されるエッジ強調処理を受けていない受信信号に、それぞれ掛け合わせる乗算回路３９ａ，３９ｂと、それぞれの係数を掛け合わされた受信信号を加算する加算回路３９ｃとを備えている。
【００３７】
ここで、ＬＵＴ３９ｄに設定されている係数ｋ１、ｋ２は、加算回路３９ｃにおいて、エッジ強調処理部３５から入力される受信信号と増幅器３４から入力される受信信号とを重み付け加算するための係数であり、例えば、ｋ１とｋ２とを加算したときに１になるように、重みを変化させた複数の係数が準備されている。オペレータは、表示された診断像のコントラストに基づいて、例えばＬＵＴに設定された複数の係数の何れかを選択することにより、コントラストを調整することができる。
【００３８】
本実施形態では、輪郭検出部３６が検出した低周波成分の、隣接する極大点と極小点の差分の絶対値に応じて異なる識別記号が出力されるように構成されているので、信号生成部３９は、その識別記号に則し、ＬＵＴ３９ｄを参照して係数ｋ１、ｋ２を設定する。係数ｋ１、ｋ２が設定されると、乗算回路３９ａは、エッジ強調処理部３５から入力された受信信号にｋ１を乗算し、乗算回路３９ｂは、対数増幅器から入力された受信信号にｋ２を乗算する。そして、加算回路３９ｃは、係数ｋ１、ｋ２がそれぞれ乗算された受信信号を加算し、重み付け加算された受信信号を出力する。
【００３９】
ここで、係数ｋ１は、係数ｋ２より大きな値に設定されている。したがって、信号生成部３９は、輪郭検出部により輪郭部分が検出されたときは、エッジ強調処理部３５から入力された受信信号に、増幅器３４から入力された受信信号よりも大きな係数ｋ１を掛け合わせて重み付け加算するので、ｋ１、ｋ２の大きさに応じて、強調の程度が変化した受信信号が出力される。
【００４０】
加算回路３９ｃにより重み付け加算された受信信号は、表示部３８に入力され、コントラストが調整された断層像が表示される。
【００４１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の超音波診断装置によれば、受信信号に基づいて人体内部の断層像の輪郭部分を検出し、その検出された輪郭部分については強調処理を施された受信信号を採用して断層像を輝度表示するので、ノイズが少なくて見易い上、人体組織の輪郭部分とそれ以外の部分とのコントラストが強く、輪郭部分が見分けやすい診断画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】特公平６−９３８９５号公報に開示されている、エッジ強調用回路を用いた超音波診断装置を示す図である。
【図２】エッジ強調されるまでの出力波形のプロセスを示す図である。
【図３】検波後の信号をそのままエッジ強調し、輝度表示した画像の一例を示す図で
【図４】本発明の第１の実施形態の超音波診断装置を示す図である。
【図５】エッジ強調処理部のブロック図を示す。
【図６】第１の実施形態のエッジ強調処理部あるいは輪郭検出部周辺における受信信号の波形を例示した図である。
【図７】本実施形態の超音波診断装置において輪郭部分が強調されて輝度表示された画像を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の超音波診断装置を示す図である。
【符号の説明】
３０ プローブ
３１ 送受信回路
３２ バンドパスフィルタ
３３ 検波回路
３４ 増幅器
３５ エッジ強調処理部
３５ａ，３５ｂ，３９ａ，３９ｂ 乗算回路
３５ｃ 遅延回路
３５ｄ，３９ｃ 加算回路
３６ 輪郭検出部
３７，３９ 信号生成部
３７ａ ゲート（Ｇ１）
３７ｂ ゲート（Ｇ２）
３８ 表示部
３９ｄ ＬＵＴ
４０ ビーム・フォーミング回路

Claims (3)

1. 被検体内へ超音波ビームを送波し、該被検体内で反射して戻ってきた反射超音波の受信信号に基づいて被検体内の超音波送受信域内の組織の断層像を輝度表示する超音波診断装置において、
   前記受信信号にエッジ強調処理を施すエッジ強調処理部と、
   前記受信信号に基づいて前記被検体内の組織の前記断層像上にあらわれる輪郭を検出する輪郭検出部と、
   前記受信信号のうちの前記輪郭検出部で検出された輪郭に対応する第１の信号部分が前記受信信号のうちの該第１の信号部分を除く第２の信号部分よりも前記エッジ強調処理部によるエッジ強調処理の作用を強く受けた受信信号を生成する信号生成部とを備え、
   前記輪郭検出部は、前記受信信号の低周波成分の極大点および極小点を求め、相互に隣接する極大点と極小点の電位の差分の絶対値が大きい領域を前記輪郭として検出するものであることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記信号生成部は、前記第１の信号部分については前記エッジ強調処理部によるエッジ強調処理を受けた受信信号を採用し、前記第２の信号部分については前記エッジ強調処理部によるエッジ強調処理を受ける前の受信信号を採用するもの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。
3. 前記信号生成部は、前記エッジ強調処理部によるエッジ強調処理を受けた後の第１の受信信号と前記エッジ強調処理によるエッジ強調処理を受ける前の第２の受信信号とを重み付け加算するものであって、該信号生成部は、前記第１の信号処理部分について、前記第２の信号処理部分と比べ、前記第１の受信信号に、より大きな重み、前記第２の受信信号に、より小さな重みを付するもの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。

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