JPS585649A - 超音波エコ−信号の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、異なる走査方向からの超音波エコー信号が組
み合わされるような、材料検査および組織検査の分野に
おける超音波像処理のように、異なる入射方向からの超
音波エコー信号を処理する方法に関する。

超音波変換器は一般に有限の超音波触角を有する０対象
を公知のＸ線トモグラフィと同じように模擬する超音波
エコートモグラフィの分野に使用する場合、所定の超音
波触角幅に関連する方向作用が乱れる（例えば、Ｇ、Ｗ
ａｄｅｌｉかによるＡｃｏ−ｕｓｔｉｃ　Ｅｃｈｏ　Ｃ
ｏｍｐｕｔｅｒ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ”、Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃａｌ　Ｉｍａｇｉｎｇ、　Ｖｏｌ、Ｑ、　Ａ、Ｆ
、Ｍｅｔｈｅｒｅｌｌ（ｅｄ、）　、Ｐｌｅｎｕｍ　１
９８０）。

模擬すべき対象は完全に超音波でおおうべきであるため
、超音波原理に基づく公知のトモグラフィ方式ではこれ
まで幅の広い平たい圧電振動子が使用されていた（上記
文献参照）。しかしながら、この種の方法もしくは装置
は欠点を有する。例えば対象が振動子の付近にあると、
それによってたいてい干渉によりエコー信号の増幅およ
び消滅が生じ、これは対象模擬の粗悪化をもたらす。し
たがって、この種の振動子のパルス波形は小さな面積を
もつ振動子のパルス波形よりも著しく良くない。これに
対して波長Ｑ、　５１４程度の小さな振動子は低感度で
あるという欠点を有する。したがって、それらは、十分
に幅の広い超音波触角を有するという事実にも拘らず、
ｔ！！とんど適していない〇ドイツ連邦共和国特許出願
公開第３０３８０５２号明細書により、対象を走査して
超音波エコートモグラフィにより模写することが既に提
案されている。これは狭い幅の超音波触角をもつ超音波
変換器を使用することを目的とするものである。か＼る
超音波変換器は短く強く響くパルスを発生し、したがっ
て先に述べたような超音波変換器よりも遥かに超音波エ
コート（グラフィの用途に適している。

上記特許出願公開明細書において提案されている方法は
課題達成のために次の手段を講じている。

すなわち、模写すべき対象がその都度種々の入射方向か
ら狭い超音波触角を有する少なくとも１つの超音波変換
器によりステップ状に次々と多数の走査位置から（すな
わちスキャンプロセスにしたがって）走査され、しかも
走査方向の切換えは超音波触角に対して横方向に向けら
れ、か＼るスキャンプロセスの位置のそれぞれからのエ
コーが加算され、それにより幅の広い超音波触角の作用
が達成されるようにすることである。

公知のＢスキャン方式により表示さ７′ＬるＥ象像は、
横方向において１、有限の超音波触角幅によって制約さ
れる濃い「しみ」を有する。この「しみ」は適当なフィ
ルタによってかなりの部分を低減することができるが、
しかし鋭敏なフィルタをかけると人工的な像の乱れが現
われ、これが診断評価の妨げとなる。か＼る人工的な像
の乱れは、例えば主としてフィルタ中における発振作用
によって生じ木。

純粋なりスキャン機器もしくは類似の模写方式を実施す
るだめの機器は市販されている。これらではアナログな
いしはデジタルの照準によって実効触角幅を狭くするよ
う努められている。複雑・で匈しかもすべて詳細がまだ
判明していない生物組織での超音波伝播法則性により、
この種の方法は狭い範囲に限られている。

いわゆるＢスキャン方式において解像度を改善すること
は既に提案されている。それ相応の動作によって約５０
係までの解像度向上が達成されている０この動作は送信
器の超音波触角と超音波信号受信器とからフィルタ核を
検出するという着想に基いている〇 フィルタ核の適当な扱いによって理論的解像度は確かに
明白に上昇するが、しかし極端な場合には本来の実信号
よりも強く現われる人工的な乱れが発生する。

本発明の目的は、材料検査および組織検査の分野におけ
る超音波像処理のように、種々の入射方向からの超音波
信号を処理する方法において、像診断が著しく害される
程度に人工的な歪を生ぜしめることなしに、対象の明白
に改善された解像度を得ることにある。

この目的は本発明によれば、特許請求の範囲第１項に記
載の構成事項によって達成される。

本発明は、人工内憂はは、とんど定常的特性であり、像
信号をフィルタにかけるときに局部的な偶然性によって
著しく影響を及ぼされるという認識に基づいている。

したがって本発明は、複数の独立のこの種の像を平均化
する゛ことによって人工内憂を抑制し実信号を強めるこ
とができるということから出発しているＯ 本発明は、従来の対象模写に比べて著しく改幣され診断
を容易にする像質を得ることができるという利点を有す
る。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施例について詳
細に説明する。

第１図はある仮止された対象断面について３つの異なる
ダイアグラムａ、ｂ、ｃでそれぞれ部分像のフィルタリ
ングのために使用されるフィルタ周波数特性、変更され
たフィルタ核周波数特性および該当エコー信号における
２つの針状部のフィルタされた後の輪郭を示す。一番上
のダイヤグラムの横軸はそれぞれ位置周波数を表わす。

二段目のダイヤグラムの横軸はそれぞれ重ね合わせフィ
ルタの位置座標を表わす。一番下のダイヤグラムの横軸
はそれぞれＢスキャン横断層の横方向座標を表わす。一
番上のダイヤグラムの縦軸はそれぞれフーリエ空間にお
けるフィルタ核の相対振幅を表わす。二段目のダイヤグ
ラムの縦軸はそれぞれ位置空間における相対的振幅を表
わす。一番下のダイヤグラムの縦軸はそれぞれ相対信号
振幅を表わす。

第２図は本発明実施例として本発明方法を実施するため
の方法ステップ、すなわち多数の初期像の生成、中間像
の生成および組合せ像の生成を図解したものである。

概に述べたように、第１図はダイヤグラムａ。

ｂ、ｃの形でそれぞれ部分像をろ波するために使用され
るフィルタの周波数特性（上段のダイヤグラム）、変調
されたフィルタ核周波数伝達特性（中段のダイヤグラム
）、該当するエコー信号における２つの針状部のフィル
タ後の輪郭（下段のダイヤグラム）を示す。３重のダイ
ヤグラムａから、結果として生じる輪郭（下段のダイヤ
グラム）の、両針状部が非常に鋭くきわ翫りが、しかし
それの基底範囲は像ノイズ（人工内憂）によって強く疼
されるという結果となる。３重ダイヤグラムｂはエコー
信号における＃１んの僅かに鋭くきわ立たせられている
針状部を示す。もちろん、像ノイズレベルは非常に低い
ので、両針状部間に存在するくぼみが申し分なく識別で
きる。残りの３重ダイヤグラムＣは像ノイズレベルがさ
らに著しく低いところにあるのを示している。しかし、
同時に針状部表示の鋭さが失なわれ、それは他の両３重
ダイヤグラムａ、ｂに比べて最低の解像度に相当する。

したがって２番目の３重ダイヤグラムｂの場合が診断者
の立場から最適な形態であることは明らかである。これ
は対象の十分に大きな解像度と像ノイズの十分な抑制と
の間の妥協を有している。

各３重ダイヤグラムの頭における数字”１６０″。

’１２０”および１１９７１′はそれぞれフィルタ特性
と関係する量を示すフィルタ核・カットオフ周波数ｋを
表わす。理論的考察と実際の試験によって生体組織検査
には最適値に＝１２０が求められた。

本発明によれば、像質をさらに改善するために次のよう
にする。すなわち、高解像度の像生成時に主として定常
的に分布して現われるノイズ、例えば発振現象、対象模
写に関して比較的太いに生じる人工的データを抑制する
ために、異なる走査パラメータを有する多数の初期像Ｖ
□、ｖ２・・・・・・ｖ。

が生成され、超音波触角の所与によって生ぜしめられる
１しみ“′を考慮してまずフィルタにかけて中間像２．
．２２・・・・・・Ｚｎにされる多数の初期像ｖ１゜■
・・・・・・Ｖ　が組み合わされ、その際に中間像Ｚ□
。

２　　　　　　ｎ Ｚ・・・・・・Ｚ　内に見えるようになった人工的デー
タ２　　　　　ｎ の大部分は結果として行なわれる人工的データの平均化
によって相殺され、高解像度の組合せ像Ｋが生じるよう
にすることである。

第２図は、既に説明したように、本発明の実施例として
本発明方法を実施するための方法ステップ、すなわちそ
れぞれ初期像Ｖとこの初期像からフィルタを介して得た
中間像ＺとからｔＬる多数の部分像Ｔ１．Ｔ２・・・・
・・Ｔｎの生成と、高解像度で低ノイズの組合せ像の生
成を示す。

異なる走査パラメータは、本発明によれば、１つの平面
内または２つの平面内における走査方向の変化、走査距
離のみの変化、走査距離と走査方向との変化、超音波触
角および／または超音波パルスの変化、あるいは任意の
静的な変化によって生ぜしめることができる。

本発明によれば、初期像は、公知のＢスキャン方式、公
知の扇形スキャン方式〜公知の複合スキャン方式、ある
いは”触角しみ”がｔｌとんど主方向に認められ、初期
像の種々の部分範囲におけるこれらの主方向が他の主方
向に対して異なるような任意の方式で生成することがで
きる。

本発明によれば、組合せは加算的、掛算的、あるいは直
接または間接に混合された加算的／掛算的な重畳により
行なうことができる。好ましくは、組合せは個々の走査
方向の異なる重みをもってそト の都度の像構造に依存して行な６てことである。

主走査方向は初期像生成のために等距離で完全円または
部分円にわたって分布させることが望ましい。しかしな
がら、主走査方向は任意に与えることもできる。医療分
野における用途のためには、主走査方向は例えば２つの
・肋骨間の検査の場合に自由になるように小さな角度範
囲のみをおおうことが好ましい。その場合に主走査方向
は２つ以上のか＼る扇形をおおうことができる。

本発明によれば、触角輪郭から計算される核をもつ各初
期像Ｖが横方向にろ波されて中間像Ｚに変換される。こ
の場合にフＪイ１ルタ核は万一の２次触　　　−角が生
じるほど強く解消されることが好ましい。

しかし２次触角は複数の信号を重畳する際に少なくとも
部分的に再び平均化される。

初期像Ｖのろ波のために線形のフィルタも非線形のフィ
ルタも使用できる。部分像Ｔ、すなわち初期像Ｖから生
ぜしめられる中間像Ｚは、フィルタの前および／または
後に整流されることが好ましい・さらに、部分像Ｔは本
方法の１つ以上の任意の個所で平滑されるとよい。

フィルタは部分像の深さ方向にも作用することが望まし
い。その際、場合によっては超音波信号のパルス波形を
共に考慮することができる。

本発明による方法の有利な実施態様によれば、部分像Ｔ
、すなわち初期像Ｖおよび／または中間像Ｚ１および／
または組合せ像Ｋにおいて、残留像ノイズが別のフィル
タもしくは全体的な像処理方式によって低減される。

使用されるフィルタは、少なくとも部分的に位置空間に
おける純粋な重畳フィルタであるとよい。

それの特性量は局部的および／または全体的にフィルタ
すべき像内容に依存させることができる。

部分像Ｔは１つまたはそれ以上の反復ステップでそれら
の相互関係に応じてその都度先行する反復ステップの組
合せ像にへ加工されることが好ましい。１つまたはそれ
以上の反復ステップにおける１つまたはそれ以上の使用
フィルタは先行する反復ステップの組合せ像Ｋに依存し
て決められる。

本発明によれば、個々の複数またはすべての方法ステッ
プをコンピュータ制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はある仮定された対象断面について、３つの異な
るダイヤグラムａ　、’ｂ　、　ｃにて、それぞれ部分
像をろ波するための使用フィルタの周波数特性、変更さ
れたフィルタ核−周波数特性、当該エコー信号に・おけ
る２つの針状部のフィルタ後の輪郭を示し、第２図は本
発明実施１例として本発明方法を実施するための一連の
方法ステップを示すＯ Ｖ　ｖ・・・・・・Ｖｏ　　　・・・・・・・・・初期
像Ｉ　　　２ Ｚ　Ｚ・・・・・・Ｚ　　　・・・・・・・・・中間像
１．１２ｎ。 ＴＴ　・・・・・・Ｔｏ　　・・・・・・・・・部分像
Ｉ　　　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）　異なる走査方向からの超音波エコー信号が組み合
   わされる材料検査および組織検査の分野における超音波
   像処理のように、異なる入射方向からの超音波エコー信
   号を処理する方法において、高解像度の像の生成時に主
   として定常的に分布して現われる擾乱に関して比較的高
   い度合で生じる人工内乱れを避けるために、異なる走査
   パラメータをもつ多数の初期像が生成され、これらの多
   数の初期像は、超音波触角の所与によって生せしめられ
   る”しみ”を考慮してまず中間像へろ波されてから組み
   合わされ、その際中間像において見えるようになった人
   工内乱れの大部分は結果として行なわれる人工内乱れの
   成分の平均化によって相殺され、比較的擾乱の少ない高
   解像度の組合せ像が生じるようにしたことを特徴とする
   超音波エコー信号の処理方法。 ２）異なる走査パラメータは一平面内における走査方向
   の変化によって生ぜしめられることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の処理方法。 ３）異なる走査パラメータは３次元にて走査方向を変化
   させることによって生ぜしめることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の処理方法。 ４）異なる走査パラメータは走査距離の変化によって生
   ぜしめることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   処理方法。 ５）　異なる走査パラメータは走査方向および走査距離
   の変化によって生ぜしめ／７４ることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の処理方法。 ６）異なる走査パラメータは超音波触角および／または
   超音波パルスの変化によって生せしめることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の処理方法。 ７）異なる走査ノζラメ゛−夕は任意の定常的変化によ
   りて生ぜしめることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の処理方法。 ８）初期像は公知のＢスキャン方式にて生成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の処理方法＠ ９）初期像は公知の扇形スキャン方式にて生成されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の処理方法。 １０）初期像は公知の複合スキャン方式にて生成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の処理方法
   。 １１）初期像は、６触角しみ”がｆ！！は主方向に認め
   られ、かつ初期像の種々の部分像におけるこれらの主方
   向が他の主方向に対して異なっているような任意の方式
   にて生成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の処理方法〇 １２）　　組合せは加算による重畳によって行なわれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の処理方法
   ◎ １３）　組合せは掛算による重畳によって行なわれるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の処理方法０ １４）　　組合せは間接または直接に混合されて加算／
   掛算による重畳によって行なわれることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の処理方法０ １５）組合せはその５都度の像構造に応じて個々の走査
   方向の異なる重みをもって行なわれることを特徴とする
   特許請求の範囲第１２項ないし第１４項のいずれかに記
   載の処理方法。 １６）　　初期像生成のための主走査方向は等距離で完
   全円または部分円にわたって分布していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第１５項のいずれかに
   記載の処理方法。 １７）　　初期像生成のため４査方向は任意に与え　。 られることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   １５項のいずれかに記載の処理方法０ １８）　　主走査方向は例えば医療検査時に２つの肋骨
   間を自由にする小さな扇形のみをおおうことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１７項記載の処理方法。 Ｊ９）　　主走査方向は２つ以上のか＼る扇形をおおう
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１８項記載の処理方
   法。 ２０）各初期像は触角輪郭から算出される核をもって中
   間像へ横方向にろ波されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第１９項のいずれかに記載の処理方法
   。 ２１）フィルタ核は重畳時に少なくとも部分的に再びな
   らされる２次触角を万−生じるほど強く解消されること
   を特徴とする特許請求の範囲第２０項記載の処理方法。 ２２）線形フィルタが使用されることを特徴とする特許
   請求の範囲第２０項または第２１項記載の処理方法。 ２３）非線形フィルタが使用されることを特徴とする特
   許請求の範囲第２０項または第２１項記載の処理方法。 ２４）部分像はフィルタをかける前あるいは後、または
   前後に整流されることを特徴とする特許請求の範囲第２
   ２項または第２３項記載の処理方法。 ２５）部分像は方法経過の１つ以上の任意の個所で平滑
   されることを特徴とする特許請求の範囲第２０項ないし
   第２３項のいずれかに記載の処理方法０ ２６）フィルタは部分像の深さ方向如も作用し、場合に
   よっては超音波信号のパルス波形を共に考慮することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第２５項のいず
   れかに記載の処理方法◇ ２７）部分像、すなわち初期像および／または中間像、
   および／または組合せ像において、残留像ノイズが別の
   フィルタもしくは全体的な像処理方法によって低減され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第２６
   項のいずれかに記載の処理方法。 ２８）使用フィルタは少なくとも部分的に位置空間にお
   ける純粋な重畳フィルタであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第２７項のいずれかに記載の処理
   方法。 ２９）１つまたは複数の使用フィルタの特性量は局部的
   および／または全体的にろ波すべき像内容に依存するこ
   七を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第２８項の
   いずれかに記載の処理方法０ ３０）部分像は１つまたは複数の反復ステップでそれら
   の相互関係に応じてその都度先行する反復ステップの組
   合せ像へ加工されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第２９項のいずれかに記載の処理方法。 ３１）１つまたは複数の反復ステップにおける１つまた
   は複数の使用フィルタが先行する反復ステップの組合せ
   像に依存して定められることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第３０項のいずれかに記載の処理方法。 ３２）個々の複数またはすべての方法ステップがコンピ
   ュータ制御されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第３１項のいずれかに記載の処理方法。