JPH0663046A - 走査された超音波画像の適応的なコントラスト強化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 血液プール領域及び組織領域の両方を含む人
体の部分の超音波画像中のクラッタを、かかる画像の組
織部分を大きく劣化させることなく抑制する改良された
方法及びその装置を提供すること 【構成】組織領域14及び血液プール領域16の両方を有す
る身体部分についての走査された超音波画像を適応的に
強化する方法及びその装置である。血液プール領域16中
に現れるクラッタ18は、画像信号30を処理してマスク信
号を生成することにより除去される。そのマスク信号
は、組織領域ではその領域を通過させるように実質的に
存在し、また血液プール領域ではその領域をブロックす
るように実質的に存在しない。画像信号30は、そのマス
ク信号で（好適には画素単位で）変調され、これによ
り、クラッタが実質的に除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波画像化システム
に関し、より詳細には、画像の非組織領域におけるクラ
ッタを抑制することによってかかるシステムにおけるコ
ントラストを強化する方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人体の様々な部分の超音波画像、特に心
臓の超音波画像には、例えば動脈あるいは心室に、血液
のプールが含まれることがあり、かかる血液プールは、
組織に取り囲まれている。かかる画像は、“クラッタ”
の存在によって劣化することが多い。このクラッタと
は、血液プール領域に表示される余計な画像エコーと定
義することができる。かかるクラッタの存在は、実際
上、血液と組織との間のコントラストを低下させ、人体
組織の真の境界を発見することが困難になる。

【０００３】クラッタには多くの原因があり、そのうち
のいくつかはシステムの設計によって対処することがで
きる。しかし、クラッタには患者に起因する要因が多く
あり、患者によってクラッタのレベルが大きく異なり、
かかる患者に依存する要因ははっきり解明されていない
ため、除去することが困難である。

【０００４】現在のところ、超音波画像化システムで
は、ともかくもこのクラッタの問題が或る程度は対処さ
れており、明かなクラッタを少なくするために未加工の
画像即ち受信された画像を処理することで対処してい
る。この処理は、通常は、低レベルのエコーを抑制ある
いは拒絶する非線形強度写像機能という形態をとる。こ
こでは、クラッタに起因するエコーは、組織に起因する
エコーより低レベルであると仮定している。しかし、こ
れは必ずしも有効な仮定とは言えない。かかる非線形強
度写像のしきい値レベルを適正に設定すれば、クラッタ
を低減または除去することができるが、組織の表示を劣
化させることにもなる。これは、組織を構成する斑点パ
ターンが、クラッタの強度あるいはそれを下まわる強度
の多数のエコーを含んでおり、組織に関する平均強度が
それより一般に高いからである。従って、かかるエコー
除去処理は、血液と組織との間のコントラストを増強さ
せるのに特に有効なものではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、血液プール領
域及び組織領域の両方を含む人体の部分の超音波画像中
のクラッタを、かかる画像の組織部分を大きく劣化させ
ることなく抑制する改良された方法及びその装置が必要
とされている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、組織
領域及び血液プール領域の両方を含む人体の部分の走査
された超音波画像信号を適応的に増強する方法及びその
装置を提供する。血液プール領域にはクラッタが現われ
る可能性がある。本発明によれば、画像信号が処理され
て、組織領域内では実質的に第１の値を有し、また血液
プール領域内では実質的に第２の異なる値を有するマス
ク信号が生成される。次いで、画像信号がマスク信号を
用いて変調されて、クラッタが実質的に除去される。画
像は好適にはＸＹマトリクス画素で形成され、変調は好
適には画素単位で行われる。

【０００７】マスクを生成するための画像処理では、少
なくとも１つの低域フィルタステージに画像信号を通過
させ、各低域フィルタステージからの出力を非線形関数
で処理する。各フィルタステージは好適には二次元フィ
ルタステージであり、本実施例では、個別のＸフィルタ
ステージ及び個別のＹフィルタステージが設けられる。
各ステージ毎の非線形処理には、好適には正規化回路と
それに続くテーブルルックアップ回路とが含まれる。好
適には、後続の各ステージがその先行ステージの関数よ
り急峻となる(即ち急な傾斜のしきい値特性を有する)よ
うに非線形関数回路にて用いられる非線形関数を有する
複数のフィルタステージが設けられる。

【０００８】本発明の上述その他の目的、特徴および利
点は、図面に示す本発明の好適実施例に関する一層詳細
な以下の説明から明らかになるであろう。

【０００９】

【実施例】超音波画像は、患者に投射される異なる角度
の複数の連続的な超音波信号を生成し、かかる各信号に
関して受信されたエコーを記録し、そのエコーを処理し
て所望の画像を得ることによって生成される。次いで、
その画像信号は、Ｘ-Ｙ画素表示フォーマット、極座標
表示フォーマット、または標準的な陰極線管モニタ上で
の表示に適した他の表示フォーマットへと、走査変換す
ることができる。以下では、説明の目的上、Ｘ-Ｙ表示
フォーマットを想定するが、回路を適当に変更すれば他
の表示フォーマットも利用可能である。

【００１０】かかる画像の一例を図１に示す。この画像
は、人体の一部を示すものであり、組織領域12,14中に
斑点パターンを生成し、血液プール領域16（例えば動
脈）を有し、その中には或る量のクラッタが存在する。
そのクラッタは、領域16内に現われる余計な画像18によ
って表される。組織の画像は斑点パターンを有し、また
血液プール領域16中のクラッタも斑点状の外観を呈し得
るため、境界領域において血液と組織とを区別すること
が困難な場合がある。超音波走査の目的の１つは、心室
あるいは動脈中の異常を検出することであるため、組織
の境界においてコントラストが失われるということは、
医師がかかる異常を適切に発見するうえで障害が生じる
ことになる。従って、クラッタ18を除去し、これにより
血液プール領域16とそれに隣接する組織領域12,14との
間のコントラストを増強する、改良された技術の提供が
望まれている。

【００１１】上述の理由から、直線的なしきい値設定に
よるクラッタの除去は、組織信号を劣化させる一方、コ
ントラストの増強に関する利益はほとんど無い。従っ
て、組織領域12,14中の画像を抑制することなくクラッ
タ18を抑制する技術を提供することが望ましい。

【００１２】これを達成することができる１つの方法と
して、組織領域12,14中の画像に何の影響も与えないマ
スク20（図２参照）を生成する一方、血液プール領域16
中では完全な抑制を発生させるという方法がある。この
マスクは、走査された画像に適応するものである。この
マスクは、次いで走査された画像と混合されて、既存の
システムに見られるような組織領域における劣化を発生
させることなく、所望のクラッタの選択的抑制を達成す
る。特に、このマスク画像は、保管されるべき組織領域
中では１、阻止されるべき血液プール領域中では０であ
る。図３は、所望のマスク20を生成し、そのマスクを画
像信号と混合して所望のクラッタ抑制を達成するように
した回路の概要を示すブロック図である。同図の回路
は、走査変換回路と表示装置との間でシステムに挿入さ
れ、ライン30上の入力が、表示すべき画像の画素単位の
表現となるようになっている。本発明の目的上、ライン
30上の入力は、図１に示す画像の左上隅から始まり、右
方向の連続するＸ位置へと進んで、各画素を表現するも
のと仮定する。例えば、624画素×624画素の表示装置を
想定すると、画素0から画素623までは値Ｙ＝0であり、
画素624から画素1247はラインＹ＝１となる（残りも同
様）。各画素毎に、特定のグレースケール値あるいはカ
ラーを表わすＮビットが存在する。血液プール領域16で
は、クラッタ18が存在しない場合、グレースケール表示
ではほぼ黒（ベタ）となり、またカラー画像については
所定の他のカラー（ベタ）となる。

【００１３】ライン30上の画素は、第１の二次元低域フ
ィルタ32と補償遅延回路34との両方に加えられる。前記
フィルタ32はマスク生成回路の第１の構成要素である。
また前記遅延回路34は、マスク生成回路における処理遅
延を補償して、所与の画素についてのマスク値が、ライ
ン30上の画像信号と同時に変調ミキサ36に到達するよう
にするものである。

【００１４】低域フィルタ32としては、出力がＮ個の連
続する入力の平均となるボックスカー積分器あるいは有
限インパルス応答（FIR）フィルタが好適である。かか
る回路はまた重畳回路とも呼ばれる。

【００１５】理想的には、円形の対称性を有するインパ
ルス応答を有する二次元フィルタを設けることが望まし
いが、これは手続きを複雑にするものとなる。従って、
この応答は、Ｘ方向及びＹ方向について個別に二次元積
分を行うことにより近似化される。

【００１６】この積分あるいはフィルタリングの効果
は、境界を多少ぼやけさせることになる。従って、ライ
ン30上の信号が、図５のラインA上に示すような外観を
有する（これは図１のラインS等の走査線についての信
号である）と仮定した場合、０が黒で１が白である。あ
るライン上の連続する画素は、ある特定のグレーレベル
を有する何らかの斑点パターンを有する組織を表わす。
図１の画素P1は、かかる画素の一例である。これらの画
素は、図５のラインAの左右に現われる。このラインの
中央に示す暗い血液プールの値はほぼ０であり、その血
液プール中のクラッタにより血液プールレベルに相違が
生じ、そのうちのいくつかは組織のものと区別できない
グレースケールを有する。しかし、血液プール中のクラ
ッタが遮断されている間には組織領域が接続されている
ため、クラッタは、基本的には、暗い血液プール中に斑
点の島を形成し、クラッタを有する領域の平均強度は、
組織を有する領域の平均強度よりかなり小さい。従っ
て、低域フィルタあるいは積分器32からの出力、即ちラ
インA上の尖ったエッジを平滑にする平均信号が、クラ
ッタと組織との相違をより明確に示す。図５のラインB
は、ラインA上の信号のフィルタ出力例を示すものであ
る。

【００１７】フィルタ32からの出力は、第１の非線形関
数回路35に加えられる。この回路35は、好適には、許容
値と拒絶値のと間の傾斜が一般に緩やかなベキ乗則のシ
グモイド曲線その他の曲線を有する。換言すれば、非線
形回路35はソフトなしきい値を有する。図５のラインC
上に示すように、第１の非線形関数回路の出力は、ドロ
ップアウトを有する。これは、もとの画像（ラインA)中
のクラッタによって発生する一層深くて幅が広くてラン
ダムな形状の降下とは異なる。

【００１８】回路35の出力は、マスク信号として用いる
ことができるが、この信号を第２の二次元低域フィルタ
37と第２の非線形関数回路38とを通過させることが好適
である。フィルタ37は、例えば図５のラインD上に示す
ように、ドロップアウトを平均化し、次いで、回路35よ
り尖鋭なしきい値を有することが好適な非線形関数回路
38が、ラインE上に示すような出力を提供する。ラインE
上の信号は、所望のマスク信号として機能する。本実施
例におけるラインE上のマスク信号は、厳密に２値であ
るが、マスクされた領域とマスクされていない領域との
間の遷移を平滑にするためのいくつかの中間レベルを含
み、これにより、最終的な画像の不自然な外観をなくす
ようになっていることに留意されたい。しかし、そのマ
スクは、それらの領域間にかなり増強されたコントラス
トを提供するだけの充分な尖鋭さを依然として有してい
る。

【００１９】図５は、図４に関連して後述するような２
つのステージで形成されるマスクが、この実施例にも当
てはまることを示しているが、用途によっては、図５の
ラインE上に示すような所望のマスクを得るために更に
別のステージが必要とされる場合が考えられる。このた
め、図３は、第Ｎの二次元低域フィルタステージ40及び
それに対応する第Ｎの非線形関数回路42等の追加的なフ
ィルタステージが存在する可能性を示している。極座標
その他の非Ｘ-Ｙ表示フォーマットが用いられる場合、
かかる座標空間用の二次元重畳フィルタが、フィルタ2
1,35,40として採用される。

【００２０】第Ｎの非線形関数回路の出力は、別の入力
としてミキサあるいは変調回路36へ接続され、補償遅延
回路34により生成される遅延は、ある所与の画素につい
て、画素画像とその画素用のマスク値とが同時に到達す
るのに十分なものである。回路36の出力は、ライン44を
介し、超音波走査システム内で用いられる別の処理回路
あるいは画像形成回路に接続される。

【００２１】図４は、マスク形成肢中に２つのステージ
を有する本発明の好適実施例を一層詳細に示す回路図で
ある。この回路では、各二次元低域フィルタは、Ｙ重畳
回路即ち積分器50.1,50.2と、Ｘ重畳回路即ち積分器52.
1,52.2とからなる。各Ｙ重畳回路はＭ本の遅延ラインを
含み、その遅延ラインの各々の長さはＸ方向の画素数に
等しく、各遅延ラインからの出力は、後続の遅延ライン
の入力に供給される。その結果として、ある時間におけ
る遅延ラインからの出力は、後続のＹ位置におけるある
Ｘ画素値からの値となる。これらの値が到来するＸ画素
値と平均化されて、その画素についての所望のＹフィル
タ値が得られる。

【００２２】それぞれのＸ重畳回路52はＭビットの遅延
を含み、そのＭビットは電流入力と共にその回路中で平
均されて、所望のＸ方向フィルタリングが得られる。好
適実施例では、いずれのフィルタもＭ＝６である。しか
し、２つのフィルタについてのＭの値は等しくなくても
よい。

【００２３】非線形関数回路を簡略化するために、各重
畳回路52の出力は、対応する正規化回路54.1,54.2に接
続される。その正規化回路54.1,54.2は、図３の非線形
関数回路の一部をなすものと見ることができる。正規化
回路54は、周知の態様で動作して、その入力を０と１の
間の値に正規化する。

【００２４】各正規化回路54の出力は、対応する非線形
テーブルルックアップＲＡＭ56.1,56.2に入力として加
えられる。これは、正規化回路54からの可能な各出力に
関するアドレス位置を有し、正規化回路の出力によって
アドレス指定される、標準的な回路である。各アドレス
で格納された値は、正規化回路からのアドレス入力に対
応する所望の非線形関数出力である。上述のように、好
適実施例の場合、回路56.1の非線形関数は、よりソフト
で傾斜の緩やかな関数であり、また、回路56.2の関数
は、より急俊な非線形関数である。回路56.2の出力は１
つの入力として変調ミキサ36に接続され、そのミキサの
もう一方の入力は補償遅延回路34からの入力であり、そ
の補償遅延回路34が図３に関連して説明した機能をはた
す。従って、ライン30上の画素についての未加工の値が
遅延回路34からミキサ36に加えられるのと同時に、各画
素毎の処理されたマスク値がミキサ36に加えられる。

【００２５】以上、超音波画像を含む血液プール及び組
織のマスクを生成するための特定の回路を図３および図
４を参照して説明してきたが、本発明は、ここに開示し
たマスク生成のための特定の回路には限定されず、かか
るマスクを生成するための他の回路もまた本発明の範囲
内とするところである。さらに、積分及び非線形関数を
実行するための具体的な回路を提案したが、それらの機
能を実行する当業界で周知の他の回路を用いることも可
能である。従って、好適実施例を参照して本発明を図示
及び説明してきたが、当業者であれば、本発明の思想及
び範囲から逸脱することなく、その実施例に対して形態
及び細部について上述その他の変更を実施することがで
きる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、血
液プール領域及び組織領域の両方を含む人体の部分の超
音波画像中のクラッタを、かかる画像の組織部分を大き
く劣化させることなく抑制する改良された方法及びその
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】血液プール領域中のクラッタを含む未処理画像
の一例を示す説明図である。

【図２】本発明の教示により得られる、図１の画像中の
クラッタの除去用の変調に適したマスクを示す説明図で
ある。

【図３】本発明の好適実施例としてのＮステージ回路の
概要を示すブロック図である。

【図４】本発明の教示による２ステージ回路の概要を詳
細に示すブロック図である。

【図５】図３及び図４の回路の種々のポイントで生じる
波形の例を示すグラフである。

【符号の説明】

18 クラッタ 20 マスク 30 ライン 32 第１の二次元低域フィルタ 34 補償遅延回路 35 第１の非線形関数回路 36 変調ミキサ 37 第２の二次元低域フィルタ 38 第２の非線形関数回路 40 第Ｎの二次元低域フィルタステージ 42 第Ｎの非線形関数回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クラッタを含む組織領域及び血液プール領
   域を有する身体部分についての走査された超音波画像信
   号を適応的に強化する回路であって、この回路が、 組織領域では実質的に第１の値を有し、血液プール領域
   では実質的に第２の異なる値を有するマスク信号を生成
   するように前記画像信号の処理を行う手段と、 組織領域中の画像信号を実質的に通過させ、血液プール
   領域中の画像信号を実質的に阻止することでクラッタを
   超音波画像から実質的に除去する態様で前記画像信号を
   前記マスク信号で変調する手段とからなることを特徴と
   する、走査された超音波画像の適応的なコントラスト強
   化方法。