JP7377016B2 - 超音波画像生成装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波画像生成装置およびその制御方法に関する。

超音波診断装置は体内に超音波を送信し、反射波を観測することによって非侵襲的に体内の状態を観察する装置である。超音波診断装置には、反射波の強弱や周波数の変化などを画像化して表示するさまざまなモードがあり、ユーザは観察する部位や観察の目的によって適切なモードを選択する。例えば、カラードプラモード（カラーモード、フロー、ＣＦＭ(Color Flow Mapping)などとも呼ばれる）は、血管や血流を観察する際に用いられる代表的なモードである。

カラードプラモードは、超音波の周波数が体内の移動体（血液）で反射されてドプラ偏移することを利用し、計測範囲内の各位置における組織の移動速度や移動方向、反射波の強さ（パワー）などを色で表した画像（カラードプラ像）を表示するモードである。カラードプラモードでは、走査線ごとに超音波の送受信が複数回必要であるため、Ｂモードのように走査線ごとに超音波の送受信が１回でよいモードよりもフレームレートが低下する。

カラードプラモードにおけるフレームレートの低下を抑制するため、カラードプラモード１フレームあたりの走査線の数をＢモードよりも低減し、補間によりカラードプラ像の解像度を高めることが知られている（特許文献１）。

特開平１０－１６５４０２号公報

補間に用いる計測値の符号が異なる場合、補間値の絶対値は小さくなる。例えば、絶対値が等しく符号が異なる計測値が得られる補間値は０になり得る。値が０の位置は、静止しているものとして表示されるため、本来は血流が存在するにも関わらず、血管壁などと誤解される可能性があった。

本発明は、このような従来技術の課題を軽減するためになされたものであり、補間によって生成されるカラードプラ像の品質を向上することが可能な超音波画像生成装置およびその制御方法の提供を１つの目的とする。

上述の目的は、ドプラ法により得られた計測値に基づくカラードプラ像を生成する超音波画像生成装置であって、カラードプラ像を構成する画素の位置における計測値を、複数の計測値を補間する補間処理によって求める補間処理手段と、補間処理手段が求めた画素の位置における計測値にフィルタ処理を適用するフィルタ処理手段と、フィルタ処理手段が処理した計測値に応じてカラードプラ像の画素データを生成する生成手段と、を有し、フィルタ処理手段は、処理対象の計測値と、処理対象の計測値の近傍の複数の計測値とを用いる空間フィルタ処理を処理対象の計測値に適用するものであって、近傍の複数の計測値のうち、処理対象の計測値と異符号の計測値のそれぞれについて、異符号が折り返しによるものか否か判定し、異符号が折り返し現象によるものと判定された場合には、計測値をもとの符号の値に補正してからフィルタ処理に用い、補間処理手段は、複数の計測値が異符号である場合、異符号が折り返し現象によるものであるか否かを判定し、異符号が折り返し現象によるものと判定されない場合には、補間値が０になる補間位置を有さない第１の補間方法で補間処理を行い、異符号が折り返し現象によるものと判定された場合には、補間値が折り返される補間位置を有する第２の補間方法で補間処理を行う、ことを特徴とする超音波画像生成装置によって達成される。

本発明はこのような構成により、補間によって生成されるカラードプラ像の品質を向上することが可能な超音波画像生成装置およびその制御方法を提供することができる。

本発明を適用可能な超音波診断装置の機能構成例を示すブロック図である。 図１におけるドプラ処理部の機能構成例を示すブロック図である。 図１におけるＤＳＣの機能構成例を示すブロック図である。 ＤＳＣにおける補間処理に関する模式図である。 ＤＳＣにおける補間処理に関する模式図である。 空間フィルタ処理に関するフローチャートである。 実施形態に係る補間処理の効果の例を示す図である。 実施形態に係る空間フィルタ処理の効果の例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳細に説明する。以下では、超音波画像生体装置の一例としての超音波診断装置に本発明を適用した実施形態について説明する。しかしながら本発明には超音波の送受信に関する構成は必須でなく、カラードプラ像を生成可能な任意の電子機器において実施可能である。

なお、以下に説明する実施形態は本発明をいかなる意味においても限定しない。また、実施形態で説明される構成の全てが本発明に必須とは限らない。また、明らかに不可能である場合や、それが否定されている場合を除き、異なる実施形態に含まれる構成を組み合わせたり、入れ替えたりしてもよい。また、重複した説明を省略するために、添付図面においては全体を通じて同一もしくは同様の構成要素には同一の参照番号を付してある。

●（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る超音波診断装置の構成例を表わすブロック図である。超音波診断装置１００は、本体１２０と、本体１２０に着脱可能な超音波プローブ１３０とから構成される。超音波診断装置１００の機能は制御部１０１が各部の動作を制御することによって実現される。制御部１０１は例えばプログラマブルプロセッサを有し、不揮発性メモリ１０２に記憶されたプログラムをシステムメモリ１０３に読み込んで実行し、超音波診断装置１００の各部の動作を制御する。なお、制御部１０１は処理の一部にＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)やＡＳＳＰ(Application Specific Standard Product)などのハードウェア回路を利用してもよい。

例えば書き換え可能な不揮発性メモリ１０２は、制御部１０１が実行するためのプログラム、ＧＵＩデータ、超音波診断装置１００の各種の設定値などを記憶する。なお、駆動回路１０４が超音波プローブ１３０の有する振動子１０５を駆動するために用いるパルス状電圧を生成するための波形パターンを表すデータ（駆動波形パターンデータ）も不揮発性メモリ１０２に記憶されている。

システムメモリ１０３は制御部１０１がプログラムを読み込んで実行するために用いたり、受信信号のバッファとして用いたりするメモリである。

駆動回路１０４は、不揮発性メモリ１０２に保存されている複数の駆動波形パターンデータのうち、制御部１０１が選択した駆動波形パターンデータを不揮発性メモリ１０２から読み出す。そして、駆動回路１０４は、読み出した駆動波形パターンデータに基づいてパルス状の駆動電圧を生成し、超音波プローブ１３０の振動子１０５に印加することによって振動子１０５を駆動する。

超音波プローブ１３０が有する振動子１０５は、１次元または２次元配列された複数の振動子を有する。個々の振動子は電気機械変換素子（例えば圧電素子）である。振動子１０５は、駆動回路１０４から印加される電圧によって超音波を発生（送信）する。また、振動子１０５は、受信した振動を電気信号（観測信号）に変換して出力する。なお、ここでは説明および理解を容易にするために振動子１０５の詳細については説明を省略する。駆動回路１０４は計測の種類や設定、スキャン方法などに応じたタイミングで、振動子１０５が有する複数の振動子を別個に駆動する。

受信回路１０６は、超音波プローブ１３０の振動子１０５が出力する観測信号に対し、ノイズ低減、増幅、Ａ／Ｄ変換、加算などの処理を実行し、反射波データとしてシステムメモリ１０３に保存する。なお、各振動子の受信信号の遅延時間を制御して加算することにより、受信信号のフォーカスを高めることができる。

ドプラ処理部１０７は、システムメモリ１０３に保存された反射波データに対し、例えば連続波ドプラ法、パルスドプラ法、カラードプラ法（ＣＦＭ(Color Flow Mapping)とも呼ばれる）などの、ドプラ法などに対応した信号処理を適用することができる。システムメモリに保存された反射波データのうち、ドプラ法に基づく表示を行う走査線の反射波データが保存されているアドレスは例えば制御部１０１からドプラ処理部１０７に与えられる。ドプラ処理部１０７は対象の走査線上の各計測点における計測値を算出し、計測値データをデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１１１に出力する。

ドプラ法は、反射波のドプラ偏移に基づいて動体の速度を検出する方法である。そして、カラードプラモードは、検出した動体の速度の大きさ、方向、分散、反射波の強さ（パワー）などを色によって表した画像を表示するモードである。カラードプラモードでは同一走査線上の複数の計測点について超音波を間欠的に送受信して、各計測点における物体の速度を検出する。同じ走査線に対して超音波の送受信を複数回行うため、カラードプラ像のフレームレートは原理的にＢモード像のフレームレートより低い。計測値の信頼性を高めるため、同じ計測点に対して複数回の計測を行う場合にはさらにフレームレートが低下する。カラードプラ像のフレームレートを向上させるため、カラードプラ像は注目領域（ＲＯＩ：Region of Interest）やカラーウィンドウなどと呼ばれる部分領域についてのみ生成されるのが一般的である。カラードプラ像を生成する部分領域の位置や大きさはユーザが設定ならびに変更することができる。

カラードプラモードが設定されている場合、制御部１０１は、Ｂモード像とカラードプラ像とを生成するための駆動パターンで超音波振動子を駆動するよう、駆動回路１０４を制御する。

Ｂモード処理部１０９は、システムメモリ１０３に保存された反射波データに対してＢモード（反射波の強さを輝度で表すモード）に対応した信号処理を行うことができる。システムメモリに保存された反射波データのうち、Ｂモードでの表示を行う走査線の反射波データが保存されているアドレスは例えば制御部１０１からＢモード処理部１０９に与えられる。Ｂモード処理部１０９は対象の走査線ごとに、深さと反射波の強さとの関係を表す画像を生成し、ＤＳＣ１１１に出力する。なお、本実施形態では一般にカラードプラ像と合成されるＢモード像を生成するＢモード処理部１０９しか記載していないが、超音波診断装置１００は、Ａモード像やＭモード像など、他の公知の超音波画像を生成する機能を備えている。

ＤＳＣ１１１は、ドプラ処理部１０７が出力する計測値データに基づいて、ドプラ像を生成する。ＤＳＣ１１１は、ドプラ像の各画素位置についての計測値を補間処理によって求めることにより、ドプラ像を生成する。ドプラ像の生成処理の詳細については後述する。ＤＳＣ１１１はまた、Ｂモード処理部１０９が走査線単位で生成する深さ方向の１次元画像を、ラスタースキャン方式の表示部１１２において２次元画像（Ｂモード像）として表示するための座標変換を行う。ＤＳＣ１１１は、ドプラ像をフィルタ処理部１１４に、Ｂモード像を合成部１１５に出力する。

フィルタ処理部１１４は、ＤＳＣ１１１が出力するドプラ像に対して平滑化処理を適用する。後述するように、本実施形態のフィルタ処理部１１４は、平滑化処理に用いる値が折り返し現象の影響を受けているか否かに応じてフィルタ処理を変更する。フィルタ処理部１１４はまた、フィルタ処理後の計測値に応じた色を表す画素データを生成することにより、カラードプラ像を生成する。フィルタ処理部１１４はカラードプラ像を合成部１１５に出力する。

合成部１１５は、フィルタ処理部１１４が出力するカラードプラ像と、ＤＳＣ１１１の出力するＢモード像とを合成して、あるいは合成せずに一方を選択して出力する。合成部１１５で合成を行うか否かや、合成を行わない際にドプラ像とＢモード像とのいずれを選択するかは、計測モード、ユーザ設定、あるいは操作部１１３を通じたユーザ指示などに応じて制御部１０１が制御する。

表示部１１２はタッチ操作を検出可能なディスプレイ（タッチディスプレイ）であり、ＤＳＣ１１１が出力する超音波画像を表示する。また、表示部１１２の表示画面の一部はソフトウェアキーの表示領域として用いられてもよい。この場合、ＤＳＣ１１１が出力する超音波画像は、表示画面のうち、ソフトウェアキーの表示領域以外の領域に表示される。

操作部１１３は、ユーザが超音波診断装置１００に指示を入力するための入力デバイスである。物理的なスイッチやキー、表示部１１２が実現するソフトウェアキーなどを含む。

（ドプラ処理部１０７）
図２は、ドプラ処理部１０７の機能構成例を示すブロック図である。ドプラ処理部１０７は、直交検波回路１０７１、ＭＴＩフィルタ１０７２、自己相関演算回路１０７３、速度分散演算回路１０７４、およｂ、選択およびブランク処理回路１０７５を有する。

直交検波回路１０７１は、例えば受信信号（反射波）に同一周波数で位相が９０°異なる参照周波数信号を乗じる一対のミキサと、ミキサの出力信号に適用する一対のローパスフィルタとを有する。直交検波回路１０７１は、受信信号（反射波）から、ドプラ偏移を表す１対の信号（Ｉ，Ｑ）を抽出する。

ＭＴＩ(Moving Target Indicator)フィルタ１０７２は直交検波回路１０７１の一対の出力（Ｉ，Ｑ）に適用され、表示する動きの下限速度を調整するために用いられる。ＭＴＩフィルタ１０７２はウォールフィルタとも呼ばれ、ハイパスフィルタによって実現される。ＭＴＩフィルタ１０７２のカットオフ周波数はユーザが調整可能である。ＭＴＩフィルタ１０７２の一対の出力（ＭＴＩＩ，ＭＴＩＱ）は自己相関演算回路１０７３に出力される。

自己相関演算回路１０７３は、同一計測点に関して異なる時間に得られた受信信号（ＭＴＩＩ，ＭＴＩＱ）の自己相関（ＤＥＮＯ，ＮＵＭＥ）およびパワー（ＰＯＷＥＲ）を以下の様に求めて出力する。

ここで、自己相関を求めるｉはＭＴＩフィルタ１０７２が出力する信号を構成する時系列データのサンプル番号、Ｎは自己相関を求めるサンプル総数である。なお、ＤＥＮＯは速度ベクトルの実部、ＮＵＭＥは速度ベクトルの虚部に相当する。

速度分散演算回路１０７４は、自己相関演算回路１０７３が求めた自己相関およびパワーに基づいて、計測値としての速度および分散を以下の様に求めて出力する。
速度＝tan^-1(NUME/DENO)
分散＝1 - (DENO²+NUME²)^1/2 / POWER
なお、同一計測点から得られた受信信号（反射波）の自己相関に基づいて速度を求める方法は公知であるため、これ以上の詳細についての説明は省略する。

選択及びブランク処理回路１０７５は、計測値として速度のみを出力するか、速度と分散の両方を出力するか選択する。また、選択及びブランク処理回路１０７５は、出力する計測値に対応するパワーが閾値未満の場合には、その計測値を特定の値（例えば０）に置き換えるブランク処理を行う。ここで用いる閾値は、例えば予め定められたノイズレベルに対応する値である。対応するパワーが閾値未満のデータは信頼性が低いと考えられるため、ブランク処理によって特定の値とする。したがって、自己相関演算回路１０７３が算出するパワーは、同じタイミングで算出された自己相関（ＤＥＭＯ，ＮＵＭＥ）に基づいて算出される計測値の信頼度として用いることができる。

（ＤＳＣ１１１）
図３はＤＳＣ１１１の機能構成例を示すブロック図である。ＤＳＣ１１１は２つのフレームメモリ１１１１および１１１３、補間演算回路１１１２、読み出しアドレス生成回路１１１４、補間係数生成回路１１１５、および書き込みアドレス生成回路１１１６を有する。

フレームメモリ１１１１は、ドプラ処理部１０７の出力する計測値およびパワーを１フレーム分記憶する。ドプラ処理部１０７は計測点の並びでデータを出力するため、フレームメモリ１１１１には走査線順の並びで計測値およびパワーが記憶される。

読み出しアドレス生成回路１１１４は、フレームメモリ１１１１から補間演算回路１１１２に読み出すデータのアドレスを生成して、フレームメモリ１１１１に供給する。具体的には、読み出しアドレス生成回路１１１４は、補間演算回路１１１２で画素データの生成に必要な複数の計測点におけるデータを読み出すためのアドレスを生成する。フレームメモリ１１１１から読み出された速度や分散のデータは補間演算回路１１１２に出力される。

なお、ドプラ像を構成する各画素位置についての計測値を補間により求めるために必要な計測点は予め把握することができる。そのため、補間演算回路１１１２が予め定められた順序で画素データを生成する場合には、フレームメモリ１１１１に供給すべき読み出しアドレスとその順序も予め把握することができる。したがって、読み出しアドレス生成回路１１１４は、予め定められた読み出しアドレスの組をフレームメモリ１１１１に順次供給するような構成であってよい。

補間係数生成回路１１１５は、補間に用いる複数の計測点から補間する画素の位置までの距離とに基づいて、補間演算回路１１１２における補間演算に用いる補間係数を決定する。補間係数生成回路１１１５は、決定した補間係数を補間演算回路１１１２に供給する。補間係数は、計測値データの重み付け加算に基づく補間処理において、計測値に適用する重みを制御する。

補間演算回路１１１２は、フレームメモリ１１１１から読み出された複数の計測値と、補間係数生成回路１１１５から供給される補間係数とを用いた補間処理により、ドプラ像を構成する各画素の位置における計測値を求める。補間演算回路１１１２は、補正に用いる計測値が異符号の場合には折り返し判定を行い、判定結果に応じて計測値を補正してから補間を行ったり、得られた補間値を補正したりする。

図４は、本実施形態における補間処理の例を示す図である。
図４（ａ）は、計測点とドプラ像を構成する画素との位置関係を模式的に示している。ドプラ法による計測点の位置（図中○）は、プローブ位置から放射状に延びる走査線上に存在する。一方、ドプラ像を構成する画素の座標（図中●）は水平および垂直方向に均等である。また、計測点の密度はドプラ像の画素の密度よりも低い。本実施形態では、ドプラ像を構成する各画素の値を、その周辺に存在する計測点における計測値を補間することにより求める。

図４（ｂ）は、図４（ａ）における１つの画素Ｐの値を求める補間方法を示している。本実施形態では、計測点を頂点とする矩形のうち、補間する画素位置を包含する最小の矩形の頂点を構成する４つの計測点における計測値を補間に用いる。図４（ｂ）の例では、Ｂ［Ｌ，Ｎ］、Ｂ［Ｌ＋１，Ｎ］、Ｂ［Ｌ，Ｎ＋１］、Ｂ［Ｌ＋１，Ｎ＋１］の４つの計測点の計測値が、画素Ｐの補間に用いられる。ここで、Ｂ［ｍ，ｎ］は計測点の方位方向にｍ番目、深さ方向にｎ番目の計測点、またはその計測点で得られた計測値を表す。

本実施形態では、４つの計測値を用いて、異なる方向の補間処理を行うことにより、画素の位置の計測値を求める。具体的には、走査線方向における補間（第１の補間処理）により、画素Ｐと同じ深さにおける２点（図中★）における値を求める。次に、第１の補間処理で得られた２つの値を用いた方位方向における補間（第２の補間処理）により、画素Ｐの位置の計測値を求める。なお、先に方位方向の補間を行ってから深さ方向の補間を行って画素Ｐの位置の計測値を求めてもよい。

ここでは、図４（ｃ）に示すような、画素の位置を通る直線上で、画素の位置を挟んで存在する２点における計測値を用いて補間を行うものとする。図４（ｃ）は、計測点Ａ，Ｂにおける計測値を補間して、画素位置Ｃの計測値を求める場合を示している。計測点Ａ、Ｂ間の距離を１としたときの、一方の計測点（ここでは計測点Ａ）から補間対象の画素位置Ｃまでの距離をｘ、補間係数をｙ（０≦ｙ≦１）とすると、
画素位置Ｃの計測値＝計測点Ａの計測値×（１－ｙ）＋計測点Ｂの計測値×ｙ
として、画素位置Ｃの値を求めることができる。なお、ここでは補間係数ｙを計測点Ｂの計測値の重みとしたが、補間係数ｙを計測点Ａの計測値の重みとし、計測点Ｂの計測値の重みを（１－ｙ）としてもよい。

また、本実施形態において補間演算回路１１１２は、補間に用いる２つの計測値の符号が異なる場合に、折り返し判定を行い、折り返し判定結果に応じて計測値を補正してから補間を行う。折り返し判定は、符号の反転が折り返し現象によるものであるか否かの判定処理である。折り返し現象はエイリアシングとも呼ばれ、最大検出ドプラ偏移周波数を超えるドプラ偏移が異符号のドプラ偏移として現れる現象である。

折り返し現象によって符号が反転している計測値は、本来は逆の符号の最大値を超える値である。そのため、補間演算回路１１１２は、折り返し現象によって符号が反転していると判定される計測値については、本来の値に補正してから補間に用いる。一方、符号の反転が折り返し現象によるものでないと判定される計測値について、従来は計測値を補正せずに補間に用いていた。この際、補間に用いる１対の計測値は０を挟んだ値となるため、補間値は０に近づく。そのため、先に述べたような課題が生じる。

本実施形態における補間演算回路１１１２は、補間に用いる２つの計測値の符号が異なる場合、折り返し判定を行い、符号の反転が折り返し現象によるものでないと判定される場合においても、計測値を補正してから補間を行う。具体的には、補間演算回路１１１２は、補間値の絶対値が０にならないように計測値を補正してから補間を行う。

折り返し判定は、例えば２つの計測値の絶対値が閾値を超える場合に折り返しの影響による符号の反転であるとする判定であってよい。例えば、速度をｔａｎ^－１（NUME/DEMO）として求める場合、速度は－πから＋πの値をとる。速度を符号付きの８ビット値で表すとすると、±１２７の範囲として表される。この場合、折り返し判定する異符号の計測値Ａ，Ｂの絶対値を｜Ａ｜、｜Ｂ｜とすると、｜Ａ｜＋｜Ｂ｜＞Ｔｈ１（Ｔｈ１＝１２７）を満たす場合には、計測値Ａ，Ｂが異符号なのは折り返し現象によるものと判定することができる。

図５は従来および本実施形態の異符号計測値を用いた補間方法を示す模式図である。ここでは、位置ｘａ，ｘｂで得られている計測値Ａ，Ｂを用い、ｘａ＜ｘ＜ｘｂの範囲の位置ｘにおける補間値を算出するものとする。計測値ＡとＢの絶対値を矢印の大きさで、符号を矢印の向きで表している。また、矢印の先端から伸びる直線は、２つの計測値から得られる補間値と補間位置との関係を示している。

図５（ａ）は符号の反転が折り返し現象によらないと判定された場合（｜Ａ｜＋｜Ｂ｜≦Ｔｈ１）の従来の補間方法を示す。従来、符号の反転が折り返し現象によらないと判定された場合（｜Ａ｜＋｜Ｂ｜≦Ｔｈ１）、計測値を補正せずに線形補間を行うため、補間値が０になる補間位置が存在する。そのため、補間値が０になる位置およびその近傍は動きがない部分として表示され、本来は血流が存在するにも関わらず、血管壁などと誤解される可能性があった。

本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、符号の反転が折り返し現象によらないと判定された場合（｜Ａ｜＋｜Ｂ｜≦Ｔｈ１）、補間値が０になる補間位置が存在しないような補間を行う。具体的には、補間値の絶対値が補間位置に応じて、１つの計測値の絶対値からもう１つの計測値の絶対値へ線形に変化するように補間を行う。また、特定の補間位置を境にして補間値の符号を反転させる。ここでは、計測値を線形補間する従来の補間方法において補間値の絶対値が０になる補間位置を境に補間値の符号を反転させるものとする。

図５（ｂ）に示す、この場合、図５（ａ）に示したように計測値Ａ，Ｂをそのまま用いて補間を行うと、位置ｘ０において補間値が０になる。ここで、ｘａ＜ｘ＜ｘ０を区間１、ｘ０≦ｘ＜ｘｂを区間２とすると、
区間１についてはＢの符号を反転して補間（Ａと－Ｂとで線形補間）
区間２についてはＡの符号を反転して補間（－ＡとＢとで線形補間）
する。これにより、補間値は実線で示すように変化し、０になる位置は存在しなくなる。 なお、補間値の絶対値の変化が線形であり、補間値が０になる位置が存在しなければ、他の補間方法であってもよい。

なお、符号の反転が折り返し現象によると判定された場合（｜Ａ｜＋｜Ｂ｜＞Ｔｈ１）には、図５（ｃ）に示すような補間を行う。
Ｂ＜０：Ｂを（２５５－｜Ｂ｜）に補正して線形補間
（補間値＞１２７では補間値を－２５５する）
Ａ＜０：Ｂを（－２５５＋Ｂ）に補正して線形補間
（補間値＜－１２７では補間値を＋２５５する）
このように、符号の反転が折り返し現象によると判定された場合には、絶対値を増加させるように補間し、補間値が最大値に達する補間位置からは補間値を逆符号の値に折り返す補間方法を用いる。このように、補間値が折り返される補間位置を有する補間方法を用いることで、補間値の絶対値を大きい値に維持することができる。

補間演算回路１１１２は、フレームメモリ１１１１から読み出された４つの計測値と、補間係数生成回路１１１５から供給される２つの補間係数とを用いて、画素位置における計測値を補間によって求める。補間演算回路１１１２は、第１の補間処理、第２の補間処理のそれぞれについて、補間に用いる計測値が異符号である場合の折り返し判定と、折り返し判定結果に基づく計測値や補間値の補正を行う。

補間に用いる計測値が同符号の場合、第１の補間処理における補間係数ｙ１、第２の補間処理における補間係数ｙ２とすると、補間演算回路１１１２は、図４（ｂ）に示した画素位置Ｐにおける計測値を、
P = {B[L,N]×(1-y1)+B[L,N+1]×y1}×(1-y2)+{B[L+1,N]×(1-y1)+B[L+1,N+1]×y1}×y2
として求める。補間に用いる計測値が異符号の場合には、上述したような計測値や補間値の補正を反映させる。

そして、補間演算回路１１１２はＰの値をフレームメモリ１１１３に出力する。書き込みアドレス生成回路１１１６は、補間演算回路１１１２が出力する速度データが表示部１１２のラスタ順のアドレスに保存されるように書き込みアドレスを生成してフレームメモリ１１１３に供給する。

次に、本実施形態において、フィルタ処理部１１４がフレームメモリ１１１３に格納されたドプラ像に適用する空間フィルタ処理について説明する。フィルタ処理部１１４は平滑化フィルタであり、ノイズ低減などを目的として用いられる。本実施形態では、空間フィルタの処理において注目画素と参照画素とが異符号の場合に折り返し判定処理を行い、折り返し判定結果に応じて参照画素の値の補正方法を異ならせる。

図６は、本実施形態におけるフィルタ処理に関するフローチャートである。本実施形態におけるフィルタ処理部１１４は、フレームメモリ１１１３に格納された、各画素が速度を示すドプラ画像を構成する各画素を処理対象の注目画素として、空間フィルタ処理を順次適用する。ここでは、注目画素の計測値に対し、注目画素の計測値と、注目画素の近傍における複数の参照画素の計測値とを用いたフィルタ処理を適用する。ここでは参照画素を、注目画素の右方向と左方向とに並んだ同数ずつの参照画素の値を用いたｎ点のフィルタ処理を適用する。例えばｎ＝５やｎ＝７とすることができる。ここで、注目画素の左右方向の画素をフィルタ処理に用いるのは、ドプラ像のもととなる計測値の解像度が、スキャンライン方向（深さ方向）より走査方向において低いためである。

Ｓ１０１でフィルタ処理部１１４は、フレームメモリ１１１３に格納されているドプラ画像のデータから、注目画素を中心とするｎ画素の１次元データを読み出し、注目画素の値Ｖｃを抽出する。ここで、ｎ点の一次元画素データをＶ［ｉ］（ｉ＝１～ｎ）とすると、ＶｃはＶ［（ｎ＼２＋１）］に相当する。ここで、＼は整数除算演算子もしくは商演算子であり、除算結果の商（整数部）が得られる。従って、ｎ＝５の場合、Ｖｃ＝Ｖ［３］、ｎ＝７の場合、Ｖｃ＝Ｖ［４］である。

Ｓ１０３でフィルタ処理部１１４は、Ｖ［ｉ］とＶｃとが異符号であるか否かを判定し、異符号と判定されればＳ１０５へ、判定されなければＳ１１７へ処理を進める。このように、Ｖ［ｉ］とＶｃとが同符号の場合にはＳ１０５～Ｓ１１１の処理は適用しない。

Ｓ１０５でフィルタ処理部１１４は、折り返し判定を行う。フィルタ処理部１１４は、Ｖ［ｉ］とＶｃとの差の絶対値が閾値Ｔｈ２を超える場合には符号の反転が折り返しによるもの判定する。ここでの折り返しは、折り返し現象によるものと、図５（ｃ）に示す補間方法による折り返しによるものが含まれる。

なお、ここではＶ［ｉ］とＶｃとが異符号であるため、Ｖ［ｉ］とＶｃとの差の絶対値の代わりに、Ｖ［ｉ］の絶対値とＶｃの絶対値の和を用いてもよい。なお、Ｓ１０５で用いる閾値Ｔｈ２は、補間処理における折り返し判定に用いる閾値Ｔｈ１より大きい値とする。これにより、絶対値の大きい逆符号の値に折り返されている可能性が高い部分の画素（速度）についてのみ補正がなされるようにすることができる。

フィルタ処理部１１４は、Ｓ１０５における折り返し判定の結果、Ｖ［ｉ］とＶｃの符号の反転が折り返しによると判定された場合にはＳ１０７へ、判定されなければＳ１１３へ処理を進める。

Ｓ１０７でフィルタ処理部１１４は、Ｖ［ｉ］が０以上であるか否かを判定し、０以上と判定されればＳ１０９へ、判定されければ（あるいはＶ［ｉ］が負であると判定されれば）Ｓ１１１へ、処理を進める。

Ｓ１０９でフィルタ処理部１１４は、Ｖ［ｉ］から２５５を減じて処理をＳ１１３に進める。これは、Ｖ［ｉ］≧０であれば、実際の値は絶対値が大きい負の値であるためである。
Ｓ１１１でフィルタ処理部１１４は、Ｖ［ｉ］に２５５を加えて処理をＳ１１３に進める。これは、Ｖ［ｉ］＜０であれば、実際の値は絶対値が大きい正の値であるためである。
Ｓ１０９およびＳ１１１の補正により、画素値が本来の符号の値（折り返されない場合の値）に戻される。

Ｓ１１３でフィルタ処理部１１４は、ｉを１増加させる。
Ｓ１１５でフィルタ処理部１１４は、ｎ点の画素データの全てについてＳ１０３～Ｓ１１３までの処理を実行したか否かを判定する。フィルタ処理部１１４は、実行したと判定されれば処理をＳ１１７に進め、判定されなければ処理をＳ１０３に戻して次のＶ［ｉ］に対する処理を実行する。

Ｓ１１７でフィルタ処理部１１４は、以下の様にして注目画素のフィルタ処理後の値Ｖｏｕｔを生成する。
Ｖｏｕｔ＝Σ（｜Ｖ［ｉ］｜）／ｎ
Ｖｏｕｔｓｉｇｎ＝Σ（Ｖ［ｉ］）／ｎ
Ｖｏｕｔ＝－Ｖｏｕｔ （Ｖｏｕｔｓｉｇｎ＜０の場合）
ここで、Σ（）は（）内のｉに１からｎを順に代入して得られるｎ個の値の合計値である。つまり、フィルタ処理後の注目画素の値Ｖｏｕｔは、Ｖ［ｉ］（ｉ＝１～ｎ）の絶対値和の平均値を絶対値とし、Ｖ［ｉ］の平均値の符号を符号として有する値である。

次にＳ１１９でフィルタ処理部１１４は、Ｖｏｕｔの範囲を±１２７の範囲にするために、Ｖｏｕｔの絶対値が１２７を超える場合、以下の様に補正してフィルタ処理を終了する。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｕｔ－２５５ （Ｖｏｕｔ＞１２７の場合）
Ｖｏｕｔ＝２５５＋Ｖｏｕｔ （Ｖｏｕｔ＜－１２７の場合）
なお、－１２７≦Ｖｏｕｔ≦１２７であればＳ１１９では補正しない。
以上の空間フィルタ処理を、フレームメモリ１１１３に格納されたドプラ画像の画素ごとに実行する。

フィルタ処理部１１４は、フィルタ処理後のＶｏｕｔの値に対応する色を有する画素データを、合成部１１５に順次に出力する。なお、分散を考慮して色を決定するモードの場合、フィルタ処理部１１４はフレームメモリ１１１３を参照して分散値を取得し、分散値をフィルタ処理して画素の色を決定することができる。

このように、本実施形態では、空間フィルタ処理に用いる参照画素のうち、注目画素（フィルタ処理の対象画素）の値と異符号の値を有する参照画素について折り返し判定を行い、符号の反転が折り返しによるものか否か判定する。そして、折り返しによって符号が反転していると判定される参照画素については、もとの符号における値に補正して空間フィルタ処理に用いるようにした。

これにより、折り返しによって符号が反転した部分の明るさが空間フィルタ処理によって低減することを抑制できる。そのため、折り返し判定を行わずにフィルタ処理を適用した場合と比較すると、速度の大きい部分の特徴を維持しながらドプラ像の平滑化処理を実現できる。

図７（ａ）は符号の反転が折り返し現象によらないと判定された場合には線形補間による従来の補間方法を適用して得られたカラードプラ像、図７（ｂ）は、図７（ａ）と同じ元データを用い、本実施形態で説明した、補間値が０になる補間位置を有さない補間方法により得られたカラードプラ像をそれぞれ示す。図において、白の点線で囲んだ範囲が折り返し現象によって符号が反転している領域（領域Ａとする）、白の実線で囲んだ範囲は折り返し現象によらずに符号が反転している領域（領域Ｂとする）である。図７（ａ）および図７（ｂ）を比較すると、領域Ａについては変化がなく、領域Ｂについては縁取り部の変化が滑らかになっていることがわかる。

また、図８は、本実施形態の方法で補間したカラードプラ像について、異なる空間フィルタを適用した結果を示している。図８（ａ）は、折り返し判定を行わない空間フィルタ処理を適用した結果を示す。図８（ｂ）および図８（ｃ）は、いずれも折り返し判定を伴う本実施形態の空間フィルタを適用した結果を示す。図８（ｂ）と図８（ｃ）は、空間フィルタ処理の折り返し判定に用いる閾値Ｔｈ２の値が異なる。図８（ｂ）は閾値Ｔｈ２を補間時の折り返し判定に用いる閾値Ｔｈ１と等しくした場合（Ｔｈ１＝Ｔｈ２＝１２８）を示す。また、図８（ｃ）は閾値Ｔｈ２を補間時の折り返し判定に用いる閾値Ｔｈ１よりも大きくした場合（Ｔｈ１＝１２８、Ｔｈ２＝１９２）を示す。

図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較すると、白い円で囲んだ、折り返しによって符号が反転している領域が、図８（ｂ）においてより明るくなっていることがわかる。つまり、速度の大きな特徴部分がより分かりやすくなっている。また、図８（ｂ）と図８（ｃ）とを比較すると、黒い円で囲んだ部分において不要なぎらつきが図８（ｃ）では抑制されていることがわかる。閾値Ｔｈ２を閾値Ｔｈ１より大きくすることで、折り返しによって符号が反転している可能性が高い部分だけが明るく補正され、必要以上に明るい部分が増えることを抑制できる。

以上説明したように本実施形態によれば、ドプラ法により得られた計測値を補間してカラードプラ像を生成する際に、補間に用いる計測値が異符号であり、かつ符号の反転が折り返し現象によるものでない場合に、補間値が０にならないようにした。そのため、本来は血流が存在する位置が血管壁などのように表示されることを抑制できる。また、補間後に適用する空間フィルタ処理において、処理対象の画素値と異符号の参照画素について、符号の反転が折り返しによるものである場合は参照画素の値をもとの符号の値に補正してから空間フィルタ処理を行うようにした。そのため、折り返し部分の特徴が空間フィルタ処理によって平滑化されることを抑制できる。さらに、空間フィルタ処理における折り返し判定の閾値を補間時の折り返し判定の閾値より大きくすることで、視覚的により好ましい、不要なぎらつきを抑制したドプラ像をえることができる。

発明は上述した実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。例えば、上述した実施形態では２つの値を用いた補間処理を２回行って１つの画素位置についての計測値を求めていた。しかし、４つの計測値を用いた１回の補間処理によって１つの画素位置についての計測値を求めてもよい。この場合、補間する画素位置までの距離の差に応じた重みの差を４つの計測値に対する補間係数に適用すればよい。また、空間フィルタを２次元フィルタとしてもよい。

なお、本発明に係る超音波画像生成装置は、一般的に入手可能な、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末のようなプログラムを実行可能な電子機器（コンピュータ）においてプログラムを実行することによっても実現できる。従って、コンピュータを発明に係る超音波画像生成装置として機能させるプログラム、および、そのようなプログラムを格納した記憶媒体（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の光学記録媒体や、磁気ディスクのような磁気記録媒体、半導体メモリカードなど）もまた本発明を構成する。

１００…超音波診断装置、１０１…制御部、１０４…駆動回路、１０６…受信回路、１０７…ドプラ処理部、１０９…Ｂモード処理部、１１１…ＤＳＣ、１１２…表示部、１１３…操作部

Claims (10)

1. ドプラ法により得られた計測値に基づくカラードプラ像を生成する超音波画像生成装置であって、
   前記カラードプラ像を構成する画素の位置における計測値を、複数の計測値を補間する補間処理によって求める補間処理手段と、
   前記補間処理手段が求めた前記画素の位置における計測値にフィルタ処理を適用するフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ処理手段が処理した計測値に応じて前記カラードプラ像の画素データを生成する生成手段と、を有し、
   前記フィルタ処理手段は、
   処理対象の計測値と、処理対象の計測値の近傍の複数の計測値とを用いる空間フィルタ処理を前記処理対象の計測値に適用するものであって、
   前記近傍の複数の計測値のうち、前記処理対象の計測値と異符号の計測値のそれぞれについて、異符号が折り返しによるものか否か判定し、
   異符号が折り返し現象によるものと判定された場合には、計測値をもとの符号の値に補正してから前記フィルタ処理に用い、
   前記補間処理手段は、
   前記複数の計測値が異符号である場合、異符号が折り返し現象によるものであるか否かを判定し、
   異符号が折り返し現象によるものと判定されない場合には、補間値が０になる補間位置を有さない第１の補間方法で前記補間処理を行い、
   異符号が折り返し現象によるものと判定された場合には、補間値が折り返される補間位置を有する第２の補間方法で前記補間処理を行う、
   ことを特徴とする超音波画像生成装置。
2. 前記補間処理手段は、前記複数の計測値の絶対値の和が予め定められた第１の閾値を超える場合に、異符号が折り返し現象によるものと判定することを特徴とする請求項１に記載の超音波画像生成装置。
3. 前記第１の補間方法が、前記補間値の絶対値が補間位置に応じて、前記複数の計測値の絶対値の１つから別の１つへ線形に変化するように前記補間値を求める方法であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波画像生成装置。
4. 前記第１の補間方法によって求められる前記補間値の符号が、特定の補間位置を境にして変化することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波画像生成装置。
5. 前記特定の補間位置が、異符号の前記複数の計測値を線形補間した場合に補間値が０になる補間位置であることを特徴とする請求項４に記載の超音波画像生成装置。
6. 前記補間処理手段が求めた前記画素の位置における計測値にフィルタ処理を適用するフィルタ処理手段をさらに有し、
   前記生成手段は、前記フィルタ処理手段が処理した計測値に応じて前記画素データを生成する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波画像生成装置。
7. 前記フィルタ処理手段は、前記処理対象の計測値と、異符号の近傍の計測値との差もしくは絶対値の和が予め定められた第２の閾値を超える場合に、異符号が折り返しによるものと判定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波画像生成装置。
8. 前記補間処理手段は、前記複数の計測値の絶対値の和が予め定められた第１の閾値を超える場合に、異符号が折り返し現象によるものと判定し、
   前記第２の閾値が、前記第１の閾値より大きいことを特徴とする請求項７に記載の超音波画像生成装置。
9. ドプラ法により得られた計測値に基づくカラードプラ像を生成する超音波画像生成装置の制御方法であって、
   前記カラードプラ像を構成する画素の位置における計測値を、複数の計測値を補間する補間処理によって求める補間処理工程と、
   前記補間処理工程で得られた前記画素の位置における計測値にフィルタ処理を適用するフィルタ処理工程と、
   前記フィルタ処理工程で処理された計測値に応じて前記カラードプラ像の画素データを生成する生成工程と、を有し、
   前記フィルタ処理工程は、処理対象の計測値と、処理対象の計測値の近傍の複数の計測値とを用いる空間フィルタ処理を前記処理対象の計測値に適用するものであって、
   前記フィルタ処理工程では、前記近傍の複数の計測値のうち、前記処理対象の計測値と異符号の計測値のそれぞれについて、異符号が折り返しによるものか否か判定し、異符号が折り返し現象によるものと判定された計測値は、もとの符号の値に補正してから前記フィルタ処理に用い、
   前記補間処理工程は、
   前記複数の計測値が異符号である場合、異符号が折り返し現象によるものであるか否かを判定する判定工程と、
   補間工程であって、
   前記判定工程で異符号が折り返し現象によるものと判定されない場合には、補間値が０になる補間位置を有さない第１の補間方法で前記補間処理を行い、
   前記判定工程で異符号が折り返し現象によるものと判定された場合には、補間値が折り返される補間位置を有する第２の補間方法で前記補間処理を行う、
   補間工程と、を有することを特徴とする超音波画像生成装置の制御方法。
10. コンピュータを、請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波画像生成装置として機能させるプログラム。

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