JP5439031B2

JP5439031B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP5439031B2
Application number: JP2009119884A
Authority: JP
Inventors: 崇史嘉山
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-05-18
Also published as: JP2010264182A

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、二画面表示モードを有する超音波診断装置に関する。

医療の分野において超音波診断装置が利用されている。超音波診断装置は生体に対して超音波の送受波を行ってこれにより得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する装置である。超音波画像としては、Ｂモード画像（組織の断面を表す白黒の二次元画像）、カラーフローマッピング（ＣＦＭ）画像（Ｂモード画像の上に二次元のカラー血流画像を重畳させた二次元画像）、等が知られている。

超音波診断装置の中には二画面表示モードを有するものがある。当該モードでは２つの超音波画像が同時に表示される。例えば、リアルタイムＢモード画像とシネメモリから読み出された保存済みＢモード画像とが同時に表示される。二画面表示モードの一態様としてあるいは変形として、同一部位を表す２つの動画像を並列表示するモードもある。それは例えばDual Dynamic Displayモード（DDDモード）等と称されているものである。かかる二画面動画像表示モードでは、典型的には、一方の画面エリアにＢモード画像が動画像として表示され、他方の画面エリアにＣＦＭ画像が動画像として表示される。周知のように、ＣＦＭ画像はカラードプラ画像とも称されており、それは、白黒のＢモード画像に対してカラ―の二次元血流画像を重畳させることにより生成されるものである。その場合、一方の画面エリアにはＢモード画像が単独で表示され、他方の画面エリアには背景画像としてＢモード画像が表示される。従来、それらのＢモード画像はまったく同一の画像として構成されており、つまり、それらの間において、ソース信号、画像形式及び画像形成条件は同一であり、よって利得（輝度）も同一である。装置内部では単一のＢモード画像が形成されるだけである。従来の超音波診断装置において、時期的に異なるタイミングで取得された信号に基づいて生成された２つのＢモード画像を同時表示するのであれば、それぞれのＢモード画像について利得は個別的に設定されるが、同じソース信号に基づいて同時に形成されるＢモード画像間において異なる利得を設定することはできなかった。観点を変えれば、従来においては、Ｂモード画像とそれを含むＣＦＭ画像とを同時表示可能な超音波診断装置において、ＣＦＭ画像のための専用Ｂモード画像、及び、単独表示用の専用Ｂモード画像を生成することはできなかった。ＣＦＭ画像に合成される前のＢモード画像がそのまま別の表示領域に表示されているだけであった。

なお、特許文献１には、基本波成分と高調波成分のそれぞれの信号強度を個別的に補正するゲイン補正手段が開示されている。

特許第４１９２５９８号公報

ＣＦＭ画像を観察する場合、ユーザーは専ら血流を観測したいのであり、その場合において背景画像としてのＢモード画像の輝度が高いと、それが血流の観測の邪魔となる。つまり、血流の観測においては背景画像としてのＢモード画像の輝度を低くしておくのが望ましい。その一方、ＣＦＭ画像に隣接して表示される単独表示画像としてのＢモード画像については、それ自体が観察対象であるから、その観察の便宜を図るために画像の輝度を高めておくことが必要となる。しかしながら、従来においては、上記のように単独表示用のＢモード画像と合成表示用のＢモード画像とが同一画像であったために、前者のための輝度を高めるとそれは後者の観察の妨げとなり、後者のために輝度を下げるとそれは前者の観察の妨げとなる、というジレンマが生じていた。このような問題はＢモード画像以外の他の超音波画像を同時表示する場合においても同様に生じうるものである。

なお、操作パネル上には、一般にゲインつまみが搭載されており、そのゲインつまみを操作することにより、受信信号の利得をユーザーにより可変可能である。従来においては、そのゲインつまみの設定値がそのままＢモード画像の利得として設定されていた。そのような従前の操作性あるいは操作感覚をできるだけ維持することも操作上の混乱や戸惑いを回避する上で大切である。

本発明の目的は、同じ受信信号から生成された同一部位を表示する同一形式の複数の超音波画像を並列表示する場合において、個々の超音波画像の画質を個別的に最適化できるようにすることにある。

あるいは、本発明の目的は、同じ受信信号から生成された同一部位を表示する同一形式の複数の超音波画像を並列表示する場合において、それらの超音波画像の画質の相互関係を維持しつつ、それらの画質を単一操作でまとめて調整できるようにすることにある。

本発明に係る超音波診断装置は、超音波の送受波を行って受信信号を取得する送受波手段と、前記送受波手段から出力される受信信号に基づいて超音波画像を形成する手段であって、同一の受信信号を用いて同一の表示形式を有する第１の組織画像及び第２の組織画像を形成する組織画像形成手段と、前記送受波手段から出力される受信信号に基づいて血流画像を形成する血流画像形成手段と、前記第１の組織画像と、前記第２の組織画像を背景としてその上に前記二次元血流画像を重畳することにより構成された合成画像と、を同時に表示する表示手段と、前記第１の組織画像についての第１利得及び前記第２の組織画像についての第２利得を個別的に設定する利得設定手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、利得設定手段によって、第１の組織画像と第２の組織画像とで別々の利得を設定することができるから、それぞれの組織画像の輝度（階調）を所望のものにできる。例えば、独立表示される第１の組織画像については高輝度で表示し、背景画像として表示される第２の組織画像については低輝度で表示することが可能である。よって、各画像の観察上の便宜を図れる。第１の組織画像と第２の組織画像は、同じ受信信号に基づいて形成される画像であって、互いに同一の生体部位を表す同一表示形式をもった画像である。但し、それらの利得は個別的に調整可能である。なお、利得の調整の概念に、輝度調整の他、コントラスト調整等が含まれてもよい。第２の利得を可変しても第２の組織画像の利得が変化するだけで、二次元血流画像の利得は変動しない。それは合成画像の輝度調整とは異なるものである。

望ましくは、前記第１の組織画像及び前記第２の組織画像は、互いに輝度だけが異なるＢモード白黒断層画像であり、前記合成画像はカラーフローマッピング画像であり、前記第２の組織画像は背景画像として前記第１の組織画像よりも低利得で表示される。

望ましくは、前記利得設定手段は、前記第１の組織画像及び前記第２の組織画像の両者に対する共通利得を設定する手段と、利得補正値を記憶した記憶部と、前記共通利得に基づいて前記第１利得を設定し、前記共通利得及び前記利得補正値に基づいて前記第２利得を設定する手段と、を含む。上記構成によれば、共通利得によって全体調整を行った上で、利得補正値によって第２利得を個別的に調整することができる。

望ましくは、前記第１の組織画像及び前記第２の組織画像の両者に対する共通利得を設定する手段と、第１利得補正値及び第２利得補正値を記憶した記憶部と、前記共通利得及び前記第１利得補正値に基づいて前記第１利得を設定し、前記共通利得及び前記第２利得補正値に基づいて前記第２利得を設定する手段と、を含む。上記構成によれば、共通利得によって２つの組織画像の両者の利得を調整した上で、各利得補正値によって各組織画像の利得を独立して個別的に調整可能である。

望ましくは、前記第１の組織画像と共にその利得を表す第１利得情報が表示され、前記第２の組織画像と共にその利得を表す第２利得情報が表示される。この構成によれば、利得を把握でき、また利得の再設定も容易となる。両者の利得を合わせたいような場合にもそれを簡単に行える。

本発明によれば、同じ受信信号から生成された同一部位を表示する同一形式の複数の超音波画像を並列表示する場合において、個々の超音波画像の画質を個別的に最適化できる。あるいは、本発明によれば、同じ受信信号から生成された同一部位を表示する同一形式の複数の超音波画像を並列表示する場合において、それらの超音波画像の画質の相互関係を維持しつつ、それらの画質を単一操作でまとめて調整できる。

本発明に係る画像形成方法の好適な実施形態を示す概念図である。本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。利得の設定方法を説明するための図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る画像形成方法の好適な実施形態が原理図として示されている。この画像形成方法は超音波診断装置上において実行されるものであり、特に、上述した二画面動画像表示モードを有する超音波診断装置において実行されるものである。

符号１０は送受波工程を表しており、符号１２は画像形成工程を表しており、符号１４は表示処理工程を表しており、符号１６は表示工程を表している。本実施形態において、二画面動画像表示モードとしてのＤＤＤモードが選択された場合、所定のシーケンスに従って、Ｂモード画像形成用のフレーム１８と、フロー画像（血流画像）形成用のフレーム２０とが形成される。フレーム単位で２つのフレーム１８，２０が形成されてもよいし、ビーム単位で通常のビームとドプラ観測用ビームとが所定のシーケンスに従って形成されてもよい。フレーム１８は、Ｂモード画像形成用の複数のビームデータからなるものであり、フレーム２０は血流画像形成用の複数のビームデータからなるものである。

フレーム１８を構成する各ビームデータに対しては、所定の信号処理が実行される。そのような信号処理の過程においてビームデータに対するゲインすなわちＢ画像用のマスタ
ーゲインＧ_Bが設定される。このゲインＧ_Bは操作パネル上のつまみを回転させることによりユーザーにより変更することが可能である。同じく、フレーム２０を構成するドプラ観測用の各ビームデータに対してもゲインＧ_Fが設定される。そのゲインＧ_Fについても操作パネル上のつまみを回転させることによりユーザーにより変更することが可能である。

画像形成工程１２においては、Ｂ画像用のフレーム１８を構成するゲイン設定後の各ビームデータがデジタルスキャンコンバータ２２に入力され、複数のビームデータに基づいてＢモード断層画像すなわち二次元白黒断層画像が構成される。周知のように、ＤＳＣ２２は、送受波座標系から表示座標系への座標変換機能、データ補間機能等を有するものである。本実施形態におけるＤＳＣ２２は、同じ受信信号すなわち同じビームデータに基づいて同一の表示形式を有し、輝度のみが異なる２つのＢモード断層画像を形成する機能を有している。それが符号２６及び符号２８で示されている。

ここで、Ｂモード断層画像２６のゲインＧ_B1は、図１に示す例において共通ゲインＧ_Bと同一であり、その一方において、Ｂモード画像２８のゲインＧ_B2は共通ゲインＧ_Bにゲイン補正値ΔＧ_Bを加えた値である。ここで、ゲイン補正値ΔＧ_Bは本実施形態においてマイナスの符号をもっており、すなわちＢモード断層画像２８は背景画像として輝度が低く設定されている。

一方、ドプラ情報を得るためのフレーム２０を構成する複数のビームデータに対しては所定の信号処理が実行される。その信号処理にはドプラ情報の抽出処理や自己相関演算処理等が含まれ、さらに画像のゲインを変更する処理が含まれる。その場合においてはドプラ情報用のゲインＧ_Fに従ってゲイン設定がなされる。

ゲイン処理等の信号処理を経た各ビームデータはＤＳＣ２４に入力される。ＤＳＣ２４は上記ＤＳＣ２２と同様の機能を有し、複数のビームデータに基づいて二次元血流画像を構成する。その画像が符号３０によって表されている。符号３０は表示用のフレームを表している。同じく、上述したフレーム２６，２８も表示用のフレームを表している。ちなみに、フレーム３０に対してはカラーコーディング処理が施され、正方向の速度情報及び負方向の速度情報に対してそれぞれ所定の色相及び輝度が割り当てられる。

表示処理工程１４においては、背景画像としてのＢモード断層画像２８上にカラー血流画像３０を合成して合成画像３２が生成される。合成画像３２はいわゆるカラーフローマッピング画像であり、Ｂモード画像を背景としてカラーの二次元血流情報が合成された画像である。

表示工程１６においては、表示画像３４が表示され、それは上記のＢモード断層画像２６と合成画像３２とを含むものである。Ｂモード断層画像２６に対しては利得を個別的に設定可能であるため、すなわち高輝度でその内容を表現することが可能である。その一方、合成画像における背景画像としてのＢモード断層画像については血流の観測に支障がないように低輝度の画像として表示される。この結果、同じＢモード断層画像を表示しつつもその輝度を用途に応じて変更することが可能であるので、すなわちそれぞれの画像の目的に応じて利得を個別設定することが可能であるので、画像観察上の便宜を図ることができるという利点がある。すなわち組織の観察及び血流の観察の両方を的確に行えるという利点が得られる。

ちなみに、Ｂモード断層画像２６について設定された利得を表す情報４０及び背景画像としてのＢモード画像２８について設定された利得を表す情報４２を併せて表示するのが望ましい。各画像の近傍に利得情報を表示すれば画像の輝度を理解する上で、あるいは画像の輝度を変更する上で参考となる。

図２には超音波診断装置の好適な実施形態がブロック図として示されている。図２に示す超音波診断装置は図１に示した画像形成方法を実行するものである。

プローブ４４は体表面上に当接して用いられる超音波探触子である。もちろん、体腔内に挿入されるプローブが利用されてもよい。プローブ４４は複数の振動素子からなる１Ｄアレイ振動子を有している。１Ｄアレイ振動子により超音波ビームＢが形成され、これに対して電子走査を適用することにより走査面Ｓが構成される。この走査面Ｓは送受波フレームに対応するものである。ちなみに図２において、ｒが深さ方向を表しており、θが電子走査方向を表している。図示される電子走査は電子セクタ走査であるが、その他の電子走査方式として、電子リニア走査等が知られている。

送信部４６は送信ビームフォーマとして機能するものである。送信部４６は１Ｄアレイ振動子を構成する複数の振動素子に対して複数の送信信号を並列的に供給する。これにより１Ｄアレイ振動子において送信ビームが形成される。生体内からの反射波は複数の振動素子にて受波され、それらから複数の受信信号が受信部４８へ並列的に出力される。受信部４８は受信ビームフォーマとして機能するものであり、入力される複数の受信信号に対して整相加算処理を実行し、これにより電子的に受信ビームを構成し、それを表すビームデータを出力する。ビームデータには、上述したようにＢモード断層画像形成用のビームデータと血流画像形成用のビームデータとがある。前者のビームデータは組織信号処理部５０に入力され、後者のビームデータは血流信号処理部５６に入力される。

組織信号処理部５０は、検波器、対数変換器、利得調整器等を有し、各種の信号処理を行った上で信号処理後のビームデータをＤＳＣ５２へ出力する。一方、血流信号処理部５６は、直交検波器、利得調整器、自己相関器等を具備し、信号処理後のビームデータをＤＳＣ５８へ出力する。ＤＳＣ５２，５８については図１を用いて説明した通りである。

従って、ＤＳＣ５２から独立して表示するためのＢモード断層画像のデータＢ１が表示処理部５４へ出力され、また背景画像として用いられるＢモード断層画像のデータＢ２が同じく表示処理部５４へ出力される。ＤＳＣ５８からは二次元血流画像の画像データＦが表示処理部５４へ出力される。ちなみにＤＳＣ５８の後段にはカラーコーディング回路が設けられているが、それについては図示省略されている。

表示処理部５４は、画像合成機能等を有し、表示画像が表示処理部５４により構成され、それを表す画像データが表示器６０に表示される。その表示画像は図１において符号３４で例示した。

制御部６２は図２に示される各構成の動作制御を行っている。制御部６２には操作パネル６６が接続されている。この操作パネル６６はキーボードやトラックボールなどを含み、さらにゲイン調整用のつまみを有している。制御部６２にはシステムメモリ６４が接続されており、そのシステムメモリ６４にはゲイン補正値が格納されている。

図３には、Ｂモード画像用のゲインの設定方法が表されている。（Ａ）には図１に示し
た設定方法が示されている。すなわち、Ａ１で示されるように、共通利得Ｇ_Bがそのまま第１のＢモード断層画像の利得Ｇ_B1とされている。一方、共通利得Ｇ_Bに利得補正値ΔＧ_Bを加えたものとして第２のＢモード断層画像の利得Ｇ_B2が定められている。ここで利得補正値ΔＧ_Bは符号７２で示されるようにプリセットすることが可能である。

一方、（Ｂ）には別方式が示されている。Ｂ１で示すように、第１のＢモード断層画像の利得Ｇ_B1は、共通利得Ｇ_Bに第１のＢモード画像専用の利得補正値ΔＧ_B1を加えたものとして定義されている。同じく、第２のＢモード断層画像用の利得Ｇ_B2は、共通利得Ｇ_Bに利得補正値ΔＧ_B2を加えたものとして定められている。ここで、符号７４，７６で示すように、各利得補正値はプリセット可能なものである。符号７０は共通ゲイン調整用のつまみを表している。

（Ｂ）に示す方式においては、それぞれの利得補正値を適切に定めておくことにより、独立して表示するＢモード断層画像及び背景画像として表示するＢモード断層画像のそれぞれについて輝度を最適化することが可能である。ちなみに、利得補正値についてはプリセットによらずにユーザーによる可変操作に委ねてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、同一の受信信号に基づいて利得のみが異なる２つのＢモード断層画像を生成できるので、二画面動画像同時表示モードを実行する場合において、並んで表示するＢモード断層画像のそれぞれの用途に応じて相応しい輝度分布を設定できるという利点がある。その結果、組織の観察と血流の観察をそれぞれ的確に行えるという利点が得られる。さらに、本実施形態においては、それぞれのＢモード断層画像の表示にあたってそれらの近傍に利得を表す情報を表示するようにしたので、そのような情報に基づいてそれぞれの画像の利得を把握し、画像診断に役立てることが可能である。

１０送受波工程、１２画像形成工程、１４表示処理工程、１６表示工程

Claims

超音波の送受波を行って受信信号を取得する送受波手段と、
前記送受波手段から出力される受信信号に基づいて超音波画像を形成する手段であって、同一の受信信号を用いて同一の表示形式を有する第１の組織画像及び第２の組織画像を形成する組織画像形成手段と、
前記送受波手段から出力される受信信号に基づいて二次元血流画像を形成する血流画像形成手段と、
前記第１の組織画像と、前記第２の組織画像を背景としてその上に前記二次元血流画像を重畳することにより構成された合成画像と、を同時に表示する表示手段と、
前記第１の組織画像についての第１利得及び前記第２の組織画像についての第２利得を個別的に設定する利得設定手段と、
を含み、
前記利得設定手段は、前記第１の組織画像及び前記第２の組織画像の両者に対する共通利得をユーザーが変更するための操作手段を含み、
前記共通利得に基づいて前記第１の組織画像についての第１利得が設定され、
前記共通利得及び利得低減用の利得補正値に基づいて前記第２の組織画像についての第２利得が設定され、
前記第２の組織画像は背景画像として前記第１の組織画像よりも低利得で表示される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記第１の組織画像及び前記第２の組織画像は、互いに輝度だけが異なるＢモード白黒断層画像であり、
前記合成画像はカラーフローマッピング画像である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１又は２記載の装置において、
前記利得設定手段は、前記利得補正値を記憶した記憶部を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１又は２記載の装置において、
前記利得設定手段は、第１利得補正値及び前記利得補正値としての第２利得補正値を記憶した記憶部を含み、
前記共通利得及び前記第１利得補正値に基づいて前記第１の組織画像についての第１利得が設定される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記第１の組織画像と共に前記第１利得を表す第１利得情報が表示され、前記第２の組織画像と共に前記第２利得を表す第２利得情報が表示される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記共通利得に基づいて前記受信信号の利得を調整する利得調整器を含み、
前記組織画像形成手段は前記共通利得による利得調整後の受信信号に基づいて前記第１の組織画像及び前記第２の組織画像を形成するスキャンコンバータであり、
前記スキャンコンバータは前記利得補正値に基づいて前記第２の組織画像の利得を補正する、
ことを特徴とする超音波診断装置。