JPH0131155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波イメージング方式に関し、特
に補正された波面再投影による超音波イメージン
グ方法に関する。

近年、開口合成と呼ばれる手法は医用超音波に
も応用されるようになつてきた。この手法の根幹
は、エコー波形の一斉受信やＡ／Ｄ変換、一時メ
モリ等もさることながら、再構成時（計算機援用
によると否とを問わず）とにかく再投影面の音響
学的ジオメトリーが元のそれと合致していること
が不可欠である。従来のこの種のイメージング方
法においては、画面に映つたイメージのピント乃
至見え具合が最良になるように再構成（逆投影に
よる）の時の設定音速をパラメータ１つで制御す
るようになつているが、これでは十分実用に耐え
る画像を得るには不十分であるという欠点があ
る。

問題は、イメージングされる空間の音速の平均
値がいくらであつたのかという点と、局所でそれ
がどのように分布していたのか、故に一方で波面
が合うように制御すると他方では合わないという
現象があるのか否か、又それがどの程度悪影響を
及ぼすかなどという点の２つに大別される。

しかし、後者の点に対しては現在のところ良い
解決策は見当たらない。それ故、少少なくとも前
者の点を完全に補正する必要があり、又、後者を
含めつつ、特に観察したいある一部でとにかく最
良のピントとなるように、且つこれが出来得れば
自動的に行われることが望まれている。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、観察したい部分に自動的にピン
トが合うような開口方式の超音波イメージング方
法を提供することにある。

この目的を達成する本発明は、注目する小領域
Ｄ内におけるイメージのシヤープネスが最大とな
るようにまず全体の音速設定値を決めた後、部分
開口による小領域Ｄ内のイメージが最初に得られ
た前記小領域内のイメージと最大の相関値を有す
るように該部分開口にかかわる音速補正値を決定
し、而してかかる注目する部分開口が開口全体を
網羅する如くに移動及び寸法変更せられつつ全体
の開口の各部に対応する音速補正値の決定がなさ
れるようにしたことを特徴とするものである。

以下、図面を参照し本発明を詳細に説明する。

先ず、本発明の原理的説明を第１図を参照して
行う。

(1) まず、注目点TA(D)を横切るラインＡ―A′に
おける１次元イメージに着目する（第１図）。
ラインＡ―A′は必ずしもアレイトランスデユ
ーサTDの開口面と平行である必要はないが、
音線に平行となる方向は検出効果に乏しい故好
ましくない。

(2) ラインＡ―A′における全体の開口によるイ
メージのピントが最もシヤープになるように音
速設定値に対する補正量を決定する。

ピントが最もシヤープになつたか否かの判別
は次の方式による。

(イ) 輝度のピークになる個所のピーク値が最大
となつたか否かを検出して決定する。

(ロ) 又は空間周波数の高域対中域の比が最大に
なる点を求めて決定する。

(3) 次に、一応収束したイメージ中のラインＡ―
A′に沿う１次元イメージをテンプレートとし
て、部分開口C_A，C_B，…，C_Dの各々について、
その与えるイメージの中の同じ部分（Ａ―A′）
の１次元像との相関値が最大になるように、小
領域Ｄから部分開口各々に至るまでの扇形の区
間の音速を修正する。

この修正は計算処理上では部分開口の各エレ
メントからの信号（図示しないメモリ内に格納
されている）の時間軸スケールフアクタを修正
することであり、小領域Ｄが相対的に開口まで
の距離に比較して余り大きくないものとすれ
ば、注目点TA(D)の前後のエコーが時間軸上の
どこにあるかを探査することと等価である。ス
ケールフアクタの変更に代えて、単に時間軸の
シフトのみを行つても略等価となる。

(4) 次には、C_A，C_B，…，C_Dについて修正され
た音速若しくは時間軸シフトをもつて全体の開
口Ｃについてイメージを再度作り直す。

この場合、時間軸シフトはエレメントの位置
誤差をも修正したことになつている点に注目し
ておきたい。

以上の手順により、シヤープなピントのイメー
ジが得られるが、人体においては、略一様な音速
Ｃや密度Ｐが最悪数％止りでわずかに摂動してい
るに過ぎないから、例えば2ⁿ個のエレメントから
なる開口であれば、これを2^n/2個ずつのサブグル
ープに分割して2^n/2回の部分修正をすれば、実質
上実用に耐えるシヤープなピントのイメージが得
られる。

2^n/2個以上の細かい分割エレメントによつて同
様に行つたとしても、各グループの各々のなすイ
メージと、全体の開口を寄与させて得られるイメ
ージとがあまりにボケる程度が違いすぎて（即
ち、得られる分解能の差異が大きすぎて）、効果
的にラインＡ―A′に関するラインイメージの相
関を論ずることができにくくなる。

尚、前述したピントが最も良く合つたか否かの
判定方法は、イメージの周波数スペクトラムに注
目する一つの方法として自己相関の原点のピーク
の鋭さに注目して判定するようにしてもよい。即
ち、第２図に示すような自己相関波形の原点のピ
ーク波形に注目し、ピント合せの操作を行い、そ
れが第３図に示すように幅が広いときはピントが
ボケており、ある限界値Ｗよりも狭くなればピン
トが合つたものと判定してよい。

次に、本発明の超音波イメージング方法につい
て説明する。第４図は本発明の超音波イメージン
グ方法を実施するための超音波イメージング装置
の受波系を示す構成図である（送波系は省略され
ている）。第４図において、１は目的物体、２₁…
２_oは目的物体１からのエコー信号を受ける振動
子アレイ、３₁…３_oは個々の振動子からのエコー
信号を増幅する初段アンプアレイ、４は初段アン
プアレイ３₁…，３_oの出力側を選択して次段に接
続するスイツチアレイ、５は補助可変デイレーラ
インアレイ、６はビームフオーマーである。７は
ビームフオーマー６からの信号を対数増幅、アナ
ログ・デイジタル変換等をして出力する信号処理
部、８はピント合わせにおける原始画像データを
記憶する多数の原始画像メモリ、９は画像処理・
比較・演算部、１０は入出力ポート、１１は画像
データを記憶する表示用画像メモリ、１２は
CRT、その周辺回路等からなる表示部、１３は
スキヤン動作を制御するコントローラ、１４はピ
ント合わせを制御するコントローラ、１５はキー
ボードである。コントローラ１３は、スキヤン動
作のとき、ビームフオーマ６、画像処理・比較・
演算部９、表示用画像メモリ１１等との間で直
接、制御信号の授受を行い（実線の信号ラインで
信号が授受される）、必要に応じてスイツチアレ
イ４、補助可変デイレーラインアレイ５、信号処
理部７、原始画像メモリ８等との間で制御信号の
授受を行うようになつている（点線の信号ライン
で信号が授受される）。コントローラ１４は、ピ
ント合わせ動作のとき、コントローラ１３の制御
の下で、スイツチアレイ４、補助可変デイレーラ
インアレイ５、ビームフオーマー６、原始画像メ
モリ８、画像処理・比較・演算部９等との間で、
直接、制御信号の授受を行うようになつている
（実線の信号ラインで信号が授受される）。

以上の構成において、コントローラ１３からの
制御信号に従つてスキヤンが行なわれる（スキヤ
ンそのものは公知の手法による）。スキヤンによ
つて得られたイメージデータは表示用画像メモリ
１１に取り込まれた後、表示部１２に送出され
る。これによりCRT上で画像表示が行なわれる。
一方、ピント合わせモードでは、コントローラ１
４からの制御信号に従つて、スイツチアレイ４、
補助可変デイレーラインライン５、ビームフオー
マ６、原始画像メモリ８等が動作し、前記の原理
的説明に基づく手順を実行する。即ち、ピント合
わせ開始の時点では、予め、目的物体１をスキヤ
ンして得たイメージが原始画像メモリ８に１枚分
画像データとして入つているものとする。又、そ
の中のどこの位置にピントを合わせるかについて
の指示も、コントローラ１３からコントローラ１
４に対して与えられているものとする。ここで、
上記スキヤン時の設定音速、即ち、ビームフオー
マ６に必要なデイレーマツプを計算するために用
いられる音速値は、1540m／sec（通常よく用いら
れる音速）、又は、体温における水の音速が選ば
れている。この設定音速値を摂動するにあたり、
ビームフオーマ６、又は、補助可変デイレーライ
ンアレイ５のデイレー分布のいずれか一方、又
は、両方の制御データをその新しい音速値に応じ
て計算し直すことになる。そして、この試行によ
り、より良いピントが得られるかを実際に試して
みる。そのためには、前記の原理的説明にもあつ
たように、試行的に得たイメージから問題とする
深さで方位角方向に切つて見たデータ（１次元化
したデータ、即ちラインＡ―A′のデータ）を抽
出し、先のイメージから得た同じものとを比較し
て、よりシヤープになつたか否かを判断する。こ
れは、画像処理・比較・演算部９において、原始
画像メモリ８の内容を参照し実行される。コント
ローラ１４は上記判断結果に基づき、試行すべき
摂氏量の決定、又は、打切りの決定をする。判断
手法は、先に説明した原理的説明に従つて行う
が、実際には、(イ)又は(ロ)のいずれかの観点からの
判断も大略同じ答えを出しているかをチエツクし
つつ実行することが好ましい。より具体的に説明
すると、(イ)の手法においては、注目領域内の孤立
した、小さく、かつ、周りより多少ともより強い
ターゲツトを探しだし、それに注目して、ピント
が合えば多数のエレメントの信号が位相が合うこ
とになるので、合成結果の振幅が大となる。従つ
て、この作業はイメージ上の点の輝度レベルに注
目しつつ、設定音速に関して、その極大点を探す
手続きとなる。一方、(ロ)の手法においては、特別
に上記のような孤立点を用いる必要はないが、１
次元イメージの空間フイルタ処理、即ち、核関数
（カーネル）とのコンボリユーシヨンが必要とな
る。又、(ロ)の手法においては、ピントがあまりに
ずれていると、イメージ自身のスペツクル性に邪
魔されて判断しにくいという言う難点があるの
で、粗調整を(イ)の手法で行つた後で微調整、又
は、収束の確認のために行うことが好ましい。フ
イルタの特性を規定するものとして、高域抽出用
と、中域抽出用の２つの核関数を用意する必要が
あるが、それは注目する領域における系の（全開
口を使用した状態での）方位分解能を単位とし
て、それを含み、その近傍の空間周波数のための
核関数と、それを含まない、より低域のための核
関数とが好適な一実施例を与える。これは開口寸
法と使用波長から理論的に推定される方位分解能
をそのまま採用してフイルタ用核関数を決定して
も実用上遜色ないフイルタが得られる。それを、
更に経験的に修正して用いても良いことは説明を
加えるまでもない。そして、(ロ)の手法は、結局こ
れら２つのフイルタ処理の結果に比べて、高域成
分のエネルギーを低域成分のそれで徐した値が極
大になるように試行、収束させることになる。

次に、部分開口C_A，C_B〜C_Dに関する音速分布
の補正を行うことになるが、その手法の具体例を
示す。尚、ここでは、前提として前記までの手法
による一応のところ大過なく媒質に音速の分布は
ないとの仮定の範囲内でのピントは合つているも
のとし、その結果のイメージが参考用として、原
始画像メモリ１１のどこかに入つているものとす
る。そこで、コントローラ１４はスイツチアレイ
４を操作して各部分開口C_A，C_B〜C_Dが選択的に
採用されるようにして、各々にイメージをとり、
原始画像メモリ８の各部に収容する。これは全画
面を収容する必要はなく、ピントを合わせようと
する小領域Ｄの分のみで十分である。初回は何の
修正も補正もせずに先行する状態の設定のまま行
う。即ち、各部分開口は依然として、媒質の音速
分布はない（均一）と言う前提のビームフオーマ
ーミングデータで位相合成されている。このよう
にして得られた各部分開口のなすイメージは、エ
レメント数が少ないので比較用の開口全体を用い
て得たイメージより空間分解能はかなり劣るもの
となるが、いまだに比較用イメージとは良い相関
を呈する。そこで、両者ともＡ―A′の線上のデ
ータを抽出し、比較、即ち、相関関係を求める。
各部分開口のイメージに関する上記の相関値が得
られたら、各部分開口毎に設定音速を少し変えな
がら、その相関値がより向上するか否かを試行錯
誤的に求め、より向上する方向へ進める。この作
業のための音速設定の摂動はビームフオーマー６
の方を使用するわけにはゆかないので、補助可変
デイレライン５の方で行う。しかし、一々音速設
定値を修正しては、イメージ獲得を繰り返す代わ
りに、注目領域Ｄの寸法が開口からの距離に比し
て十分小さい場合には、設定音速の修正の結果、
変化するのは大まかには距離方向の相対位置のみ
であるとの単純化が可能であるから、結局、小領
域Ｄのイメージの各部分開口に関する獲得結果の
距離方向のずれ、又は、エコーの時間軸上でのず
れを発見することに等価である。よつて、設定音
速の変更修正はただ各部分開口の全体にわたる遅
延量の共通バイアスの変更修正による時間軸のシ
フトと等価となる。従つて、この場合、各部分開
口により得られた注目小領域Ｄのイメージの中の
断面Ａ―A′をとる位置を音線方向に変更して、
参考用の全開口によるイメージのＡ―A′断面と
相関を求めることをもつてＡ―A′を固定してお
いて、設定音速、即ち、上記の遅延量の共通バイ
アス項を修正してエコーの時間軸をシフトしては
イメージ獲得を繰り返すことの代用とすることが
でき、より迅速に判断を行うことができる。勿
論、後者の方法を実行しても良いことは自明であ
る。このようにして、各部分開口の遅延修正値が
求まつたら、それを設定して、もう一度全開口に
よるイメージを取り直す。以下、この１工程のみ
で不十分なときは、再び（そうして得られた）こ
のイメージを参照用としてC_A，C_B〜C_Dに関する
修正項の求め直しを行い、又は必要回数これを繰
り返す。

次に、先に戻つて全開口を用いた平均音速の設
定値の合わせ方に関する他の手法について説明す
る。これは前記の高域、中域比較法の変形版であ
るが、コンボリユーシヨンによるフイルタ法に代
替できる等価な手法として自己相関法がある。即
ち、規格化された自己相関の原点のピークの鋭さ
は、元のデータの高域成分の相対量を代弁するか
ら、フイルタの出力のパワーの比較の代わりにこ
の自己相関の原点のピークの鋭さを利用すること
ができる。単純なカーネルを用いたコンボリユー
シヨン演算に比べて自己相関は演算量が多く、困
難ではあるが、その専用の処理装置（LSIチツプ
の相関器）が利用できるときはこの方が簡単で、
処理速度の点でも好ましい場合があり得る。

以上説明したように、本発明によれば、全開口
により同一のラインメージが前記イメージと最大
の相関値を有する如くに音速補正値をそれぞれ決
定し、これらの音速補正値をもつて再投影し全体
の開口についてイメージを再構成するようにした
ため、シヤープなピントのイメージを自動的に得
られる超音波イメージング方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は開口と注目領域との関係を示す説明
図、第２図及び第３図はイメージの周波数スペク
トラムの自己相関波形の一例を示す波形図、第４
図は本発明の超音波イメージング方法を実施する
ための超音波イメージング装置の受波系を示す構
成図である。 TD……アレイトランスデユーサ、TD(D)……
注目点、Ｄ……小領域、Ｃ……全開口、C_A，C_B，
…，C_D……部分開口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 注目する小領域Ｄ内におけるイメージのシヤ
   ープネスが最大となるようにまず全体の音速設定
   値を決めた後、部分開口による小領域Ｄ内のイメ
   ージが最初に得られた前記小領域内のイメージと
   最大の相関値を有するように該部分開口にかかわ
   る音速補正値を決定し、而してかかる注目する部
   分開口が開口全体を網羅する如くに移動及び寸法
   変更せられつつ全体の開口の各部に対応する音速
   補正値の決定がなされるようにしたことを特徴と
   する音速補正された波面再投影による超音波イメ
   ージング方法。