JPH0338849B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は全般的に超音波作像、更に具体的に
云えば、超音波作像装置に於ける減衰の補償及び
利得制御に関する。

パルス・エコーによる超音波の照会によつて、
生物組織の２次元像を形成するには、電子式受信
機を使うことを必要とするが、この受信機は、伝
播及び反射通路にわたる超音波の減衰に応答し
て、復帰エコーに加える振幅利得を変えると共
に、変換器の感度の変動並びに作像される物体の
組織の散乱効率に変動を調節する手段を持つ必要
がある。可変の利得を制御する従来の方式は、減
衰を補償する為に利得奥行関数の形を入力する手
動制御装置、及び像の平均グレーレベルを調節す
る手動装置の利得制御部を用いることである。

然し、従来の時間利得補償方式は、２次元像画
素内のことごとくのビーム線ベクトルに対し、同
じ利得奥行関数を使つている。従つて、視野にわ
たる組織の形状の変動により、減衰の補正に誤差
が起り得る。この問題は、流体が血液である様な
心臓を作像する時や、母体の尿及び半膜液の両方
が可変の長さを持つ非減衰性の通路セグメントと
なる様な胎児を作像する時の様に、組織と流体が
交互にある領域をビームが通過する場合、最も痛
切である。こういう場合、減衰を正確に補償する
には、全てのビーム通路に対して一意的な利得対
奥行関数を発生し、各々の関数が個々の通路に沿
つた組織の形状に合う様にするしかない。

従来、到来エコー信号をオペレータが設定した
一定の閾値と比較することにより、可変の利得対
奥行関数を発生することが提案されている。1981
年IEEEウルトラソニツクス・シンポジウム、第
607頁乃至第611頁所載のメルトン及びスコートン
の論文「超音波心臓作像の際の減衰に対する推理
による利得補償」参照。エコー信号が閾値を超え
る全ての時に、利得を予定の速度で高める。エコ
ー・レベルが閾値より低い全ての時に、利得を一
定に保つ。

この発明は、その前の像フレームにわたつて求
めたエコー・レベル・ヒストグラムの解析によつ
て閾値レベルを決定する様な帰還制御装置を対象
とする。この発明を実施する時、装置の利得を制
御する為に、軟らかい組織に対する平均像ポピユ
レーシヨン・レベルを確認し、利得対奥行の折点
を定める為に、軟らかい組織中の流体の像のポピ
ユレーシヨンの間のゼロを確認する。

好ましい実施例では、前の像フレームの像デー
タを受取つて貯蔵するヒストグラム・バツフア
と、このバツフアからの像データを受取り、流体
に帰因する像画素のポピユレーシヨン、軟らかい
組織に帰因する像画素のポピユレーシヨン、鏡面
反射器に帰因する像画素のポピユレーシヨン及び
人為効果（アーテイフアクト）に帰因する像画素
のポピユレーシヨンを確認する様に接続されたヒ
ストグラム解析器を含む閉ループ・サーボ制御装
置を提供する。帰還制御器を平均画素値及び閾値
レベルを受取る様に接続し、平均画素値及び調節
された閾値に基づいて、増幅器の利得及び閾値レ
ベルを発生する。この閾値が比較器に印加され、
現在のフレームに対する像データを閾値と比較
し、利得の変化を制御する。

この発明並びにその目的と特徴は、以下図面に
ついて説明する所から更によく理解されよう。

次に図面について説明する。第１Ａ図乃至第１
Ｃ図は、超音波の音響通路、反射波のエコー振
幅、及び反射波の増幅とオフセツトの組織の減衰
を制御する対数利得対奥行のグラフを夫々示す。
第１Ａ図で、変換器１０が走査インターフエース
１２を介して超音波を容積１４に差し向け、それ
からの反射を受取る。第１Ｂ図は反射波と閾値を
示しており、第１Ｃ図は反射波に対する増幅器の
利得を示す対数利得対奥行のグラフである。閾値
より低い反射波の領域では、利得を一定に保ち、
反射波が閾値を越える領域でだけ、選ばれた勾配
に従つて利得を増加する。第１Ａ図乃至第１Ｃ図
は、メルトン及びスコートンの論文に記載された
適応形減衰補正を示しており、オペレータが設定
した一定の閾値に対して到来エコー信号を比較す
ることにより、可変利得対奥行関数が発生され
る。

第２図は第１Ａ図乃至第１Ｃ図に示した方法を
この発明で使う様に延長した場合を示す。第２図
では、像信号の画素のポピユレーシヨン対信号の
振幅に対してエコー・レベル・ヒストグラムを作
る。例えば、画素のポピユレーシヨンＡが信号の
振幅の小さい所で発生し、これは流体からの反射
に対応しており、ポピユレーシヨン・レベルＢが
軟らかい組織に対応して一層大きな反射の振幅と
なり、ポピユレーシヨン・レベルＣは反射の大き
さが更に大きく、これは硬い鏡面反射に対応す
る。この発明の制御装置は、装置の利得の帰還制
御により、ポピユレーシヨンＢの平均レベルをオ
ペレータが選択し得る「像輝度」レベルに供給す
ると共に、利得対奥行関数の接点を定める比較器
に対し、ポピユレーシヨンＡ及びＢの間のゼロを
閾値レベルとして使う。

第３図はこの発明の１実施例の適応形時間利得
補償装置の機能的なブロツク図である。時間利得
制御（TGC）発生器２０が、可変利得増幅器２
２を制御する為の利得対奥行関数を発生する。こ
の増幅器が受信した超音波エコーに応答して変換
器２４からの電気信号を増幅する。TGC発生器
２０が、帰還制御器２６からの利得の値、手動で
選択される勾配の値、及び比較器２８によつて発
生される「組織確認」点又は折点を使つて、利得
対奥行関数を発生する。閾値及び利得の値が、ヒ
ストグラム解析器３０で前の像フレームのヒスト
グラムを解析することによつて発生される。像の
現在の線が、像の前の線からの組織確認点を用い
て補償される。

具体的に云うと、像形成回路３２から供給され
る前の像フレームが、ヒストグラム・バツフア３
４を介してヒストグラム解析器に伝達され、現在
の像情報が比較器２８に供給される。この比較器
が像情報を帰還制御器２６からの閾値と比較し
て、組織確認の為の折点をTGC発生器２０に供
給する。TGC発生器２０が、手動で選択される
勾配の値、比較器２８によつて発生される組織確
認点、及び帰還制御器２６からの利得信号に応答
して、第１Ｃ図に示す様なTGC信号を発生する。

第４図はヒストグラム解析器３０によつて実施
されるソフトウエアのフローチヤートである。ヒ
ストグラム解析器の作用は、流体（存在する場
合）及び軟らかい組織に帰因する画素のポピユレ
ーシヨンを確認し、これらを鏡面反射器（即ち、
第２図のポピユレーシヨンＣ）及び人為効果によ
つて発生されるポピユレーシヨンから弁別するこ
とである。この解析器は比較器の閾値をも選択す
る。更に、像の視野の中に数個の流体領域しかみ
あたらない場合、解析器はこの状態を検出し、軟
らかい組織のポピユレーシヨンの平均値及びポピ
ユレーシヨンの下側の縁の場所を送出し、帰還制
御器が普通の角度に無関係な利得対奥行関数を発
生することが出来る様にする。ヒストグラム解析
器は、低域フイルタ４０及び波版４１からヒス
トグラムを低域波にかけたものを観察すること
によつて作用し、４２に示す様に主なポピユレー
シヨンのピーク及びゼロの位置を突止め、その後
波されていないヒストグラムを試験して、ヒス
トグラムのピークの前後の画素のポピユレーシヨ
ンの寸法を見積る。小さなポピユレーシヨン、並
びにヒストグラム全体の平均値から離れたポピユ
レーシヨンは人為効果として排除される。画素の
平均ポピユレーシヨン値は４５でポピユレーシヨ
ン・ピークとして設定され、ポピユレーシヨンの
下側の縁は振幅閾値である。像内の画素の総数の
高い百分率を占める任意のポピユレーシヨンは、
唯一の画素のポピユレーシヨンとして取出され、
これは均質な軟らかい組織の視野に帰因するもの
とみなされる。１つ以上の画素のポピユレーシヨ
ンが検出されたら、次に組織の平均ポピユレーシ
ヨン値は４６で第２のポピユレーシヨン・ピーク
として設定され、閾値は第２のゼロに等しく設定
される。ヒストグラム全体の平均もヒストグラム
解析器で計算して、帰還制御器が装置の利得の大
きな誤差を速やかに補正することが出来る様にす
る。

第５図はソフトウエアで構成された帰還制御器
のフローチヤートである。５０で像フレームを選
択した後、このルーチンを実行する。３つの主な
制御ループがある。１番目に、５１で判定してヒ
ストグラム全体の平均が範囲外である場合、５２
で利得は調節の為に急峻な階段状に調節される。
２番目に、平均が範囲内にあつて、５３で１個の
ポピユレーシヨンしか検出されない場合、５４及
び５５で「輝度」がポピユレーシヨンの平均と合
う様に、利得が調節される。一旦利得が正しくな
ると、５６で閾値が是正されて、ポピユレーシヨ
ンの下限の直ぐ下に来るので、普通の利得対奥行
関数が実行される。３番目に、５３で平均が範囲
内にあつて多重ポピユレーシヨンが検出された場
合、６１で必要なら、５７で閾値はヒストグラム
から計算された値と合う様に調節される。一旦閾
値が正しくなると、「輝度」が軟らかい組織と確
認されたポピユレーシヨンの平均と合う様に、５
８で利得が調節される。制御装置全体の出力６０
の安定性を保証する為に、利得の閾値の全ての調
節に対して低減フイルタ５９が用いられる。

以上、超音波作像に使う適応形時間利得補償方
法と装置を説明した。この発明の特定の実施例に
ついて説明したが、この説明はこの発明を例示す
るものであつて、この発明の範囲を制限するもの
と解してはならない。特許請求の範囲によつて定
められたこの発明の範囲内で、当業者には種々の
変更が考えられよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はエコーの振幅と超音波が通過する音響
通路の対数利得対奥行の相関するグラフ、第２図
は画素のポピユレーシヨン及びエコーの振幅を示
すヒストグラム、第３図はこの発明の超音波作像
装置に使われる利得制御装置の機能的なブロツク
図、第４図は第３図のヒストグラム解析器の動作
を示すフローチヤート、第５図は第３図の帰還制
御器の動作を示すフローチヤートである。 主な符号の説明、２０：時間利得制御信号発生
器、２２：可変利得増幅器、２６：帰還制御器、
２８：比較器、３０：ヒストグラム解析器、３
２：像形成回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各々のフレームが被検体の像平面の走査より
   反射した超音波を表わす信号からなる複数個の像
   フレームを受け取り、利得制御増幅器と像形成回
   路を有して、該像フレームに基づいて且つ該利得
   制御増幅器に応答して少なくとも１つの像を発生
   する超音波作像装置に於て、非減衰性の流体の満
   ちた領域からの信号と減衰性の反射組織領域から
   の信号とを弁別する利得制御装置が、 反射波の振幅に対する画素ポピユレーシヨンを
   有する前の像フレームのヒストグラムを供給する
   手段と、 該ヒストグラムを供給する手段に応答して、該
   ヒストグラムに基づいて軟らかい組織の画素の平
   均ポピユレーシヨンの寸法を確認して、利得制御
   増幅器の利得を制御する手段と、 前記ヒストグラムに基づく少なくとも１つの後
   の像で流体及び軟らかい組織の画素ポピユレーシ
   ヨンの間のゼロを確認して、前記利得制御増幅器
   の利得対奥行の折点を設定する手段とを含む利得
   制御装置。 ２ 特許請求の範囲１に記載した利得制御装置に
   於て、 軟らかい組織の平均像ポピユレーシヨン寸法を
   確認する手段が、像データの前記ヒストグラムを
   受取る様に接続されたヒストグラム解析器を含
   み、 該ヒストグラム解析器は、流体に帰因する前記
   ヒストグラムの像画素のポピユレーシヨン、軟ら
   かい組織に帰因する像画素のポピユレーシヨン、
   鏡面反射器に帰因する像画素のポピユレーシヨン
   及び人為効果に帰因する像画素のポピユレーシヨ
   ンを確認し、 前記解析器は、流体、組織及び鏡面反射器に対
   するヒストグラム画素のポピユレーシヨンの平均
   寸法値及びエネルギ閾値レベルを設定する手段を
   有し、 流体と軟らかい組織流体の像のポピユレーシヨ
   ンの間のゼロを確認して利得対奥行の折点を設定
   する手段が、前記ヒストグラム解析器から前記平
   均寸法値及び閾値レベルを受取る様に接続されて
   いて、ポピユレーシヨンの前記平均寸法値及び閾
   値レベルに基づいて増幅器の利得及び閾値レベル
   を定めると共に、調節された利得出力及び調節さ
   れた閾値出力を発生する帰還制御手段で構成され
   ている利得制御装置。 ３ 特許請求の範囲２に記載した利得制御装置に
   於て、前記調節された利得出力に応答して前記利
   得制御増幅器の利得を制御する利得制御信号発生
   手段と、前の像データ及び閾値レベルを比較する
   比較手段と、該比較手段及び前記帰還制御手段に
   応答して前記増幅器の利得を制御する手段とを有
   する利得制御装置。