JP4785936B2 - 超音波画像表示方法および超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波画像表示方法および超音波診断装置に関し、特に、超音波を用いて撮影された被検体のＢモード（Ｂ−ｍｏｄｅ）像とティシューベロシティ（ｔｉｓｓｕｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）像の合成画像を表示する方法、および、超音波を用いて被検体のＢモード像とティシューベロシティ像を撮影し、これら２種類の像の合成画像を表示する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置では、超音波を用いて被検体のＢモード像とティシューベロシティ像を撮影し、これら２種類の像の合成画像を表示することが行われる。ティシューベロシティ像の撮影には超音波エコー（ｅｃｈｏ）のドップラ（Ｄｏｐｐｌｅｒ）信号が利用される（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第６５１７４８５号明細書（第７−１３欄、図３−４）

合成画像はモノクローム（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍｅ）のＢモード像の上にカラー（ｃｏｌｏｒ）のティシューベロシティ像を重ね合わせたものとなるが、カラーのティシューベロシティ像の印象が支配的となりモノクロームのＢモード像がほとんど見えなくなるので、合成画像としては必ずしも適切ではない。

そこで、本発明の課題は、Ｂモード像とティシューベロシティ像の合成画像を適切に表示する方法および超音波診断装置を実現することである。

上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、超音波を用いて撮影された被検体のＢモード像とティシューベロシティ像の合成画像を表示する超音波画像表示方法であって、Ｂモード像の輝度の増加に応じてＢモード像の重みを減少させるとともにティシューベロシティ像の重みを増加させ、重み付けされたＢモード像とティシューベロシティ像を加算し、加算によって得られた画像を表示する、ことを特徴とする超音波画像表示方法である。

上記の課題を解決するための他の観点での発明は、超音波を用いて被検体のＢモード像とティシューベロシティ像を撮影し、これら２種類の像の合成画像を表示する超音波診断装置であって、Ｂモード像の輝度の増加に応じてＢモード像の重みを減少させるとともにティシューベロシティ像の重みを増加させる重み調節手段と、重み付けされたＢモード像とティシューベロシティ像を加算する加算手段と、加算によって得られた画像を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。

前記重みの変化特性がＢモード像の輝度の１次関数であることが、重みの調節を適切に行う点で好ましい。前記１次関数が折れ線関数であることが、重みの調節をより適切に行う点で好ましい。

前記折れ線関数が複数の１次関数のつなぎ合わせであることが、折れ線関数の設定が容易な点で好ましい。前記複数の１次関数のつなぎ目が可変であることが、折れ線関数特性の変更を容易にする点で好ましい。前記複数の１次関数の傾斜が可変であることが、折れ線関数特性の変更を容易にする点で好ましい。

Ｂモード像の輝度が予め定められた閾値に満たない部分について前記Ｂモード像および前記ティシューベロシティ像を黒抜けの画像とすることが、合成画像をより適切に表示する点で好ましい。前記閾値が可変であることが、黒抜けの画像とする範囲が調整可能な点で好ましい。

本発明によれば、Ｂモード像とティシューベロシティ像の合成画像を表示するにあたり、Ｂモード像の輝度の増加に応じて、合成画像におけるＢモード像の重み付け加算の重みを減少させるとともにティシューベロシティ像の重み付け加算の重みを増加させるので、Ｂモード像とティシューベロシティ像の合成画像を適切に表示することができる。

本発明を実施するための最良の形態の一例の超音波診断装置のブロック図である。 画像処理部のブロック図である。 重み調節に用いられるグラフの一例を示す図である。 プロセッサの機能を示すブロック図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１に超音波診断装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、超音波診断装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。本装置の動作によって、超音波画像表示方法に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図１に示すように、本装置は、超音波プローブ２（ｐｒｏｂｅ）を有する。超音波プローブ２は、図示しない複数の超音波トランスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）のアレイ（ａｒｒａｙ）を有する。個々の超音波トランスデューサは例えばＰＺＴ（チタン（Ｔｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛）セラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料によって構成される。超音波プローブ２は、操作者により被検体４に当接して使用される。

超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて超音波を送波させる。送受信部６はまた超音波プローブ２が受波したエコー信号を受信する。

超音波の送受信は、超音波ビームすなわち音線で撮影範囲を走査しながら行われる。音線走査は、セクタスキャン（ｓｅｃｔｏｒ ｓｃａｎ）、コンベックススキャン（ｃｏｎｖｅｘ ｓｃａｎ）あるいはリニアスキャン（ｌｉｎｅａｒ ｓｃａｎ）等によって行われる。

送受信部６はＢモード処理部１０およびドップラ処理部１２に接続されている。送受信部６から出力される音線ごとのエコー受信信号は、Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２に入力される。

Ｂモード処理部１０はＢモード像を形成するものである。Ｂモード処理部１０は、音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号、すなわちＡスコープ（ｓｃｏｐｅ）信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値としてＢモード像を形成する。

ドップラ処理部１２はティシューベロシティ像を形成するものである。ドップラ処理部１２は、エコー受信信号を直交検波したＩ，Ｑ信号をＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）処理してエコーの複素ドップラ信号を求め、それに基づいて、所定の演算により音線ごとにティシューベロシティ像を求める。

なお、ドップラ信号にはティシューベロシティ成分の他に血流速度成分も含まれるが、両者の速度領域の相違を利用してティシューベロシティ成分だけが抽出され、それに基づいてティシューベロシティ像が求められる。

Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２は画像処理部１４に接続されている。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２からそれぞれ入力される画像データに基づいて、表示用の画像を生成する。Ｂモード像はモノクローム画像として生成される。ティシューベロシティ像はカラー画像として生成される。カラー画像は速度の方向を色相によって表現する。

画像処理部１４は、図２に示すように、バス（ｂｕｓ）１４０によって接続された入力データメモリ（ｄａｔａ ｍｅｍｏｒｙ）１４２、ディジタル・スキャンコンバータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１４４、画像メモリ１４６およびプロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１４８を備えている。

Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２から音線ごとに入力されたＢモード像およびティシューベロシティ像は、入力データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。入力データメモリ１４２のデータは、ディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査変換されて画像メモリ１４６に記憶される。プロセッサ１４８は、入力データメモリ１４２および画像メモリ１４６のデータについて表示用のデータ処理を施す。表示用のデータ処理については後にあらためて説明する。

画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。表示部１６は、本発明における表示手段の一例である。表示部１６は、カラー画像が表示可能なグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。

以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、ドップラ処理部１２、画像処理部１４および表示部１６には制御部１８が接続されている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御する。また、被制御の各部から各種の報知信号が入力される。

制御部１８の制御の下で、Ｂモード撮影動作およびティシューベロシティ撮影動作が実行される。制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８に適宜の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）やポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）およびその他の操作具を備えた操作パネル（ｐａｎｅｌ）で構成される。

表示用のデータ処理について説明する。表示用のデータ処理は、Ｂモード像とティシューベロシティ像の合成画像を形成するための処理である。合成画像は、Ｂモード像とティシューベロシティ像を重み付け加算することによって形成される。

図３に、重み調節に用いられるグラフ（ｇｒａｐｈ）の一例を示す。同図のグラフは、Ｂモード像の輝度値B_Intencityを横軸とし、透明係数a_Ibを縦軸とする。輝度値B_Intencityの範囲は例えば０−２５５である。B_Intencity＝０は最低輝度を表し、B_Intencity＝２５５は最高輝度を表す。透明係数a_Ibの範囲は０−１である。a_Ib＝０は完全不透明を表し、a_Ib＝１は完全透明を表す。

透明係数a_Ibは、合成画像が、Ｂモード像の上にティシューベロシティ像を重ねることによって形成されると考えたときの、ティシューベロシティ像の透明度を表す。したがって、a_Ib＝０はティシューベロシティ像が完全不透明になることを意味する。このとき、Ｂモード像はティシューベロシティ像の陰に隠れて見えなくなり、合成画像はティシューベロシティ像だけの画像となる。これに対して、a_Ib＝１はティシューベロシティ像が完全透明になることを意味する。このとき、ティシューベロシティ像が消えて、合成画像はＢモード像だけの画像となる。なお、０＜a_Ib＜１のときは、ティシューベロシティ像がa_Ibの値に対応した半透明となる。このとき、ティシューベロシティ像を透かしてＢモード像が見える。

合成画像は、ティシューベロシティ像の上にＢモード像を重ねることによって形成されると考えてもよい。その場合は、a_Ib＝０はＢモード像が完全透明であることを意味し、_Ib＝１はＢモード像が完全不透明であることを意味し、０＜a_Ib＜１はＢモード像が半透明であることを意味する。このようにしても、得られる合成画像は同じである。以下、便宜的に、合成画像はＢモード像の上にティシューベロシティ像を重ねることによって形成されると考える。

グラフの一部を構成するライン（ｌｉｎｅ）ａは、横軸とB_Intencity＝２５５で交わり、縦軸とa_Ib＝Transparencyで交わる１次関数のグラフであり、次式で与えられる。

グラフの他の一部を構成するラインｂは、ポイント（ｐｏｉｎｔ）Ｄでラインａと交わり、a_Ib＝Bth_transparentで縦軸と交わる１次関数のグラフであり、次式で与えられる。ただし、Bth_transparent＞Transparencyである。

グラフの残りの部分を構成するラインｃは、a_Ib＝１で縦軸と交わる０次関数のグラフである。
輝度値B_Intencityに関しては、交点設定値B_th0および閾値Thresholdが設定可能になっている。交点設定値B_th0は、ポイントＤすなわちラインａとラインｂの交点の位置を指定する設定値である。これはラインａとラインｂのつなぎ目を指定するものともなる。閾値Thresholdはラインｃの終点を規定する設定値である。これらの設定値B_th0およびThresholdは操作部２０を通じて使用者により任意に設定かつ調整できるようになっている。

縦軸とラインａ，ｂの交点TransparencyおよびBth_transparentも、操作部２０を通じてそれぞれ任意に設定かつ調整できるようになっている。
TransparencyおよびBth_transparentの調整によってによって、ラインａ，ｂの傾斜がそれぞれ変わる。

これら３つのラインａ，ｂ，ｃを用いて、合成画像におけるティシューベロシティ像の透明度が調節される。透明度調節はＢモード像を構成する個々の画素の輝度値B_Intencityに基づいて行われる。

B_Intencity＜Thresholdのときは、ティシューベロシティ像の透明係数をラインｃによって定める。これによって、a_Ib＝１となり、ティシューベロシティ像が完全透明となって合成画像はＢモード像だけの画像となる。このような処理に併せて、Ｂモード像を黒抜けの像とする処理が行われる。完全透明となったティシューベロシティ像はすでに黒抜けとなっているので、結果的に両画像とも黒抜けの像となる。

このように、B_Intencity＜Thresholdの範囲では、Ｂモード像とティシューベロシティ像を黒抜け像とすることにより、ノイズ（ｎｏｉｓｅ）やアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）等が画像化されるのを阻止し、合成画像の品質を良くすることができる。

Threshold≦B_Intencity＜B_th0のときは、ティシューベロシティ像の透明係数をラインｂによって定める。すなわち、透明係数a_Ibを（２）式によって求める。これによって、ティシューベロシティ像が半透明となり、それを透かしてＢモード像が見える状態となる。このような印象を与える合成画像は、ティシューベロシティ像とＢモード像を重み付け加算することによって形成される。重み付け加算には次式が用いられる。

ここで、RGB_Transparentは合成画像を表す３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のデータである。また、RGB_BはモノクロームのＢモード像を表す３原色データであり、RGB_Colorはカラーのティシューベロシティ像を表す３原色データである。３原色を表す各データはそれぞれ例えば８ビット（ｂｉｔ）のデータである。

（３）式に示すように、合成画像は、Ｂモード像の重みをa_Ibとしティシューベロシティ像の重みを１−a_Ibとして加算することによって形成される。なお、（３）式では透明係数a_Ibは単に重みを表す数値として用いられる。したがって、透明係数のグラフは重み付け加算用の重みのグラフともなる。以下、透明係数a_Ibを重みともいう。

なお、透明係数a_Ibが大きいほどティシューベロシティ像の透明度が増してその後のＢモード像の見え方が良くなるので、a_IbをＢモード像の重みとするのは理にかなっている。また、ティシューベロシティ像の透明度が増すほどティシューベロシティ像の見え方が悪くなるので、１−a_Ibをティシューベロシティ像の重みとするのは理にかなっている。

B_th0≦B_Intencityのときは、重みをラインａによって定める。すなわち、重みa_Ibを（１）式によって求める。そして、Ｂモード像の重みをa_Ibとし、ティシューベロシティ像の重みを１−a_Ibとし、合成画像の画素値を（３）式によって求める。

このように、Threshold≦B_Intencityの範囲では、Ｂモード像とティシューベロシティ像の重みをB_Intencityに応じて相補的に変化させて加算することにより、Ｂモード像とティシューベロシティ像の調和がとれた合成画像を得ることができる。

また、重みを求める式をB_Intencityが属する区間に応じて使い分け、折れ線状の１次関数によって重みを与えるようにしたので、B_Intencityが属する区間ごとにそれぞれ最適な透明度調節を行うことができる。

なお、交点設定値B_th0を２つ以上にして多段折れ線の１次関数で重みを与えるようにしてもよい。これによって、さらにきめ細かな透明度調節を行うことができる。あるいは、重みの計算は連続曲線をなす２次以上の高次関数で行うようにしてもよい。

図４に、上記のような合成画像形成を行うプロセッサ１４８の機能ブロック図を示す。同図に示すように、プロセッサ１４８は、重み付け部１５２，１５４でＢモード像（B）およびティシューベロシティ像（Color）にそれぞれa_Ibおよび１−a_Ibの重み付けを行い、加算部１５６で両画像を加算して合成画像（RGB_Transparent）を形成し、黒抜き部１５８を通じて出力するようになっている。

重み付け部１５２，１５４は、本発明における重み調節手段の一例である。加算部１５２，１５４は、本発明における加算手段の一例である。黒抜き部１５８は、本発明における黒抜き手段の一例である。

２ 超音波プローブ
４ 被検体
６ 送受信部
１０ Ｂモード処理部
１２ ドップラ処理部
１４ 画像処理部
１６ 表示部
１８ 制御部
２０ 操作部
１５２，１５４ 重み付け部
１５６ 加算部
１５８ 黒抜き部

Claims (14)

1. 超音波を用いて撮影された被検体のＢモード像とティシューベロシティ像の合成画像を表示する超音波画像表示方法であって、
   Ｂモード像の輝度の増加に応じてＢモード像の重みを減少させるとともにティシューベロシティ像の重みを増加させ、
   重み付けされたＢモード像とティシューベロシティ像を加算し、
   加算によって得られた画像を表示し、
   前記重みの変化特性がＢモード像の輝度の１次関数であり且つ折れ線関数である、
   ことを特徴とする超音波画像表示方法。
2. 前記折れ線関数が複数の１次関数のつなぎ合わせである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波画像表示方法。
3. 前記複数の１次関数のつなぎ目が可変である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波画像表示方法。
4. 前記複数の１次関数の傾斜が可変である、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の超音波画像表示方法。
5. 超音波を用いて撮影された被検体のＢモード像とティシューベロシティ像の合成画像を表示する超音波画像表示方法であって、
   Ｂモード像の輝度の増加に応じてＢモード像の重みを減少させるとともにティシューベロシティ像の重みを増加させ、
   重み付けされたＢモード像とティシューベロシティ像を加算し、
   加算によって得られた画像を表示し、
   前記重みの変化特性がＢモード像の輝度の２次以上の高次関数である、
   ことを特徴とする超音波画像表示方法。
6. Ｂモード像の輝度が予め定められた閾値に満たない部分について前記Ｂモード像および前記ティシューベロシティ像を黒抜けの画像とする、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の超音波画像表示方法。
7. 前記閾値が可変である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の超音波画像表示方法。
8. 超音波を用いて被検体のＢモード像とティシューベロシティ像を撮影し、これら２種類の像の合成画像を表示する超音波診断装置であって、
   Ｂモード像の輝度の増加に応じてＢモード像の重みを減少させるとともにティシューベロシティ像の重みを増加させる重み調節手段と、
   重み付けされたＢモード像とティシューベロシティ像を加算する加算手段と、
   加算によって得られた画像を表示する表示手段とを具備し、
   前記重みの変化特性がＢモード像の輝度の１次関数であり且つ折れ線関数である、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
9. 前記折れ線関数が複数の１次関数のつなぎ合わせである、
   ことを特徴とする請求項８に記載の超音波診断装置。
10. 前記複数の１次関数のつなぎ目が可変である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
11. 前記複数の１次関数の傾斜が可変である、
    ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の超音波診断装置。
12. 超音波を用いて被検体のＢモード像とティシューベロシティ像を撮影し、これら２種類の像の合成画像を表示する超音波診断装置であって、
    Ｂモード像の輝度の増加に応じてＢモード像の重みを減少させるとともにティシューベロシティ像の重みを増加させる重み調節手段と、
    重み付けされたＢモード像とティシューベロシティ像を加算する加算手段と、
    加算によって得られた画像を表示する表示手段とを具備し、
    前記重みの変化特性がＢモード像の輝度の２次以上の高次関数である、
    ことを特徴とする超音波診断装置。
13. Ｂモード像の輝度が予め定められた閾値に満たない部分について前記Ｂモード像および前記ティシューベロシティ像を黒抜けの画像とする黒抜き手段、
    を具備することを特徴とする請求項８ないし請求項１２のうちのいずれか１つに記載の超音波診断装置。
14. 前記閾値が可変である、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の超音波診断装置。

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