JP2004337457A - Ultrasonic image processor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic image processor which can acquire the ultrasonic images with the effect of the beats corrected by simply discriminating the presence of the beats. <P>SOLUTION: The position of the boundary of a wall surface to be corrected is detected from the echo data in the radial images and then, the group of the echo data in the direction of linear movement undergoes a spectral analysis with the FFT to extract the frequency component Af with the maximum amplitude. By finding out whether the value of the frequency component is above the reference value Aref or not, it is judged that the frequency component is the beat frequency Bf from a beat. When a beat is determined, the wavelength λa of the beat is calculated to make an averaging in the movement of the echo data based on the wavelength λa of the beat. Thus, the echo data with the corrected effect of the beat are acquired, thereby enabling the drawing of 3D images or the like with the reduced effect of the beat. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生体等の検査対象物に対して超音波を送受波し、超音波画像を表示する超音波画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療用分野及び工業用分野において、超音波を検査対象に送受信することにより、検査対象内を非侵襲的に診断する超音波診断装置が広く用いられるようになった。
【０００３】
この場合、超音波の走査により得られる画像は２次元画像となるため、２次元画像から３次元画像を構築して、ユーザに対してより診断し易い画像を提供するために、超音波画像処理装置と組み合わせて使用される場合がある。
【０００４】
この場合、２次元画像から３次元画像を構築するためには、一般に超音波振動子をスパイラル状に駆動することが行われるが、生体による拍動の影響を受ける。
【０００５】
このため、例えば特開２０００−３１６８６４号公報では、この拍動の影響を取り除くために画像データの歪み量を検出し、検出された歪み量を画像補正部で補正することにより、画質の良い超音波断層像を得るようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１６８６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では複数の断層像のそれぞれの画像歪み量を検出して、その画像歪み量を補正するため、拍動によるものと実際に凹凸が存在する場合との識別がしにくい。
【０００８】
（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、簡単に拍動の有無を識別し、その拍動の影響を補正した超音波画像が得られる超音波画像処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
検査対象物に対して３次元領域を走査するように超音波を送受信し、得られた３次元領域のエコーデータを用いて前記検査対象物の超音波画像を表示する超音波画像処理装置において、
少なくとも１つの方向軸に沿う断面線を適宜長に亘って検出する断面線検出手段と、
前記断面線に生じる定常波を検出する定常波検出手段と、
前記検出された定常波の波長を算出する波長算出手段と、および
前記算出された波長に基づいて前記受信したエコーデータを移動平均すると共に、再構築するエコーデータ再構築手段と、
を備えることにより、エコーデータ再構築手段により再構築されたエコーデータにより定常波による拍動の影響を除去して超音波画像を得られるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図９は本発明の１実施の形態に係り、図１は１実施の形態を備えた超音波診断装置の全体構成を示し、図２は２次元画像と３次元画像を得るための超音波走査の様子を示し、図３は図２の動作からラジアル画像等が得られる様子を示し、図４は４つの表示エリアに２次元画像と立体画像を同時に表示した表示例を示し、図５は図４とは異なるレイアウトでの２次元画像と立体画像を同時に表示した表示例を示し、図６は拍動補正の処理により立体画像を構築する処理内容を示し、図７は図６のステップＳ２によるスペクトル分解を行った場合の波形例を示し、図８は拍動補正を行う前の３次元画像の表示例を示し、図９は拍動補正を行った後の３次元画像の表示例を示す。
【００１１】
図１に示すように本発明の１実施の形態を備えた超音波診断装置１は、超音波の送受波を行う超音波プローブ２と、この超音波プローブ２と接続され、超音波プローブ２により得られるエコー信号に対して信号処理して超音波断層像の表示を行う超音波観測装置３と、この超音波観測装置３で得られたエコーデータを基に各種画像処理を行う超音波画像処理装置本体（以下、画像処理装置本体と略記）４と、この画像処理装置本体４と接続され、超音波断層像及び立体画像を表示するモニタ５とを有している。
【００１２】
超音波プローブ２は、細長のプローブ挿入部６を有し、このプローブ挿入部６の先端側には超音波を送受波する超音波振動子７が内蔵され、超音波振動子７はプローブ挿入部６内に挿通されたフレキシブルシャフト８の先端に取り付けられている。
【００１３】
また、プローブ挿入部６の後端の把持部内には駆動部９が内蔵され、この駆動部９を構成する図示しない第１モータを回転することにより、超音波振動子７は回転駆動され、超音波を放射状に順次出射する。また、駆動部９内の図示しない第２モータを回転することにより、フレキシブルシャフト８はプローブ挿入部６の軸方向（長手方向で例えばＺ軸方向とする）に移動され、従って超音波振動子７により出射される超音波をＺ軸方向にリニア走査することができる。
【００１４】
また、超音波観測装置３とケーブル１１により接続される画像処理装置本体４は、ケーブル１１と接続されるネットワークインタフェース（Ｉ／Ｆと略記）１２と、断層像及び３次元画像を生成する画像処理や、拍動補正の処理や多重エコーの除去処理等を行うＣＰＵ１３と、ＣＰＵ１３により画像処理のワークエリアとして使用されたり、画像処理に必要なデータの一時格納などに利用されるメモリ１４と、ＣＰＵ１３が行う画像処理のプログラムデータや画像データが記録されるハードディスク装置（ＨＤＤと略記）１５と、モニタ５に表示される画像データが一時格納されるフレームメモリ１６と、画像データの記録を再現可能に保存（記録）する大容量の記録手段としてのＤＶＤ−ＲＡＭ１７及び光磁気ディスク装置（ＭＯＤと略記）１８とのインタフェース（Ｉ／Ｆ）としてのスカジＩ／Ｓ（ＳＣＳＩＩ／Ｆと略記）１９と、入力デバイスとして操作指示や選択を行うトラックボール２１及び操作指示や選択の他にコマンドやデータ入力を行うキーボード２２に対するＩ／Ｆとしての入力デバイスＩ／Ｆ２３とを内蔵し、ネットワークＩ／Ｆ１２、ＣＰＵ１３、メモリ１４、ＨＤＤ１５、フレームメモリ１６、ＳＣＳＩＩ／Ｆ１８、入力デバイスＩ／Ｆ２１はバス２４により接続され、データを転送可能になっている。
【００１５】
なお、ＤＶＤ−ＲＡＭ１７及びＭＯＤ１８をＵＳＢやイーサネッット（Ｒ）を介して接続しても良い。
なお、画像処理装置本体４と、モニタ５と、ＤＶＤ−ＲＡＭ１７と、ＭＯＤ１８と、トラックボール２１及びキーボード２２とで画像処理装置が構成される。
本実施の形態では、プログラムは例えばＭＯＤ１８に着脱される光磁気ディスク（ＭＯと略記）２５に格納される。このＭＯ２５をＭＯＤ１８に挿入し、このプログラムをインストールする作業により、ＨＤＤ１５にそのプログラムが実行形式で格納されるようになる。
【００１６】
ＭＯ２５の代わりに、ＣＤ−ＲＯＭ等の他の記録媒体にプログラムを格納しても良い。インストールした後は、ＣＰＵ１３はＨＤＤ１５からプログラムを読み出してそのプログラムに沿った処理を行うようになる。
【００１７】
上述のように駆動部９には、第１モータと第２モータとを設けてあるので、第１モータと第２モータとを同期させて同時に回転駆動させることによって、超音波を出射して３次元領域を走査し、Ｚ軸方向の座標位置が少しづつ異なる断層像を多数得ることができ、これらの断層像から３次元画像を構築することができる。
【００１８】
図２はその概略の動作を示す。プローブ挿入部６内の（フレキシブルシャフト８の先端の）超音波振動子７をＺ方向に移動しながら回転駆動して超音波をＺ軸に直交する方向に放射状に検査対象物側に送波し、検査対象物側の音響インピーダンスの変化部分で反射された反射超音波を受波して超音波振動子７で電気信号に変換され、超音波観測装置３内部で増幅等された後検波され、さらにＡ／Ｄ変換されてデジタルのエコーデータ（音線データ）となり超音波観測装置３内部のメモリ等に一時格納される。
【００１９】
この場合、超音波振動子７が１回転するまでに超音波を放射状に送受波する本数を多くする（例えば５１２本）ことにより、得られる多数の音線データからプローブ挿入部６の軸方向（つまりＺ軸方向）にほぼ垂直な断面の２次元超音波画像（以下、ラジアル画像と記す）Ｇｒを生成することができる。
【００２０】
超音波振動子７は、Ｚ方向にＰａからＰｃの位置まで、所定のピッチ単位でリニア状に移動される。その結果、超音波観測装置３を経て画像処理装置本体４のＨＤＤ１５には番号Ｎ１からＮｎ番目までの、所定のピッチ毎のラジアル画像Ｇｒが格納される。
【００２１】
得られたラジアル画像Ｇｒはメモリ１４に転送され、そのメモリ空間には図３の如く格納され、さらにメモリ空間からラジアル画像Ｇｒを横から見た（垂直）リニア画像Ｇｖｌのデータが読み出され、ＣＰＵ１３は間を補間してフレームメモリ１６に転送し、モニタ５にラジアル画像Ｇｒ及び対応するリニア画像Ｇｖｌを表示することができる。
【００２２】
また、図３に示すラジアル画像Ｇｒから３次元画像Ｇｓを生成し、例えば図４に示すように、モニタ５の表示部には４つの画像表示エリア（具体的には、ラジアル画像表示エリア、垂直リニア画像表示エリア、水平リニア画像表示エリア、３次元画像表示エリア）にそれぞれラジアル画像Ｇｒ、垂直リニア画像Ｇｖｌ、（右側から見た）水平リニア画像Ｇｈｌ、３次元画像Ｇｓとを表示する。
【００２３】
この場合、ラジアル画像Ｇｒ上に設定したカットラインＹ１、Ｘ１をトラックボール２１で移動すると、それに対応して垂直リニア画像Ｇｖｌと、水平リニア画像Ｇｈｌとが更新して表示される。つまり、ラジアル画像Ｇｒに表示されたカットラインＹ１の位置に対応した垂直リニア画像Ｇｖｌが表示され、カットラインＸ１の位置に対応した水平リニア画像Ｇｈｌが表示される。
【００２４】
また、３次元画像表示エリアにはカットラインＹ１、Ｘ１に対応した切断面Ｍ１，Ｍ２で３次元画像Ｇｓが表示される。
また、垂直リニア画像Ｇｖｌ上で、或いは水平リニア画像Ｇｈｌ上で、カットラインＺ１を移動すると、ラジアル画像Ｇｒ及び３次元画像Ｇｓの手前側のラジアル画像部分が更新される。
なお、カットラインを移動させる入力手段としてトラックボール２１を例示したが、マウス、ジョイスティック、トラックパッド、カーソルキーなどを用いても良い。
【００２５】
カットラインＹ１，Ｘ１や切断面Ｍ１、Ｍ２はユーザの操作で位置を変更することが可能であり、ＣＰＵ１３は変更された位置に対応したラジアル画像Ｇｒ、リニア画像Ｇｖｌ、Ｇｈｌ、３次元画像Ｇｓを生成する処理を行い、モニタ５にはそれらの画像が表示される。
【００２６】
また、本実施の形態では、表示のレイアウトを変更して表示できるようにしている。つまり、図４に示すレイアウトと図５に示すレイアウトを切り替えて（選択して）表示できるようにしており、ユーザは自由に図４のレイアウトと図５のレイアウトを選択できる。
【００２７】
図５に示す画像表示のレイアウトは、図４における左側のラジアル画像Ｇｒと垂直リニア画像Ｇｖｌとの上下の表示位置を入れ替え、さらに右側の水平リニア画像Ｇｈｌと３次元画像Ｇｓとの上下の表示位置を入れ替えたレイアウトにしている。なお、図５における３次元画像Ｇｓの表示例では、多重エコー部分を除去して内壁面の状態を分かり易く表示するようにしている。この場合、多重エコーの全部を除去しないで、始点位置での多重エコーを残して表示することにより、リニア走査方向を分かり易くしている。
【００２８】
本実施の形態では、以下に説明するように画像処理装置本体４におけるＣＰＵ１３はリニア移動（実際にはスパイラル状の移動）で得られた複数フレームのラジアル画像Ｇｒから生成されるリニア画像の断面波形に対してフーリエ変換を行って、スペクトル分解を行う。
【００２９】
その結果、顕著な定常波が検出された場合には、拍動とみなし、拍動周波数とする。そして、その拍動周波数に対応する拍動波長を算出し、その拍動波長（拍動が現れるの）に対応するフレーム枚数を求め、そのフレーム枚数で移動平均を行うことにより、拍動補正された画像を得る。
【００３０】
このように本実施の形態では、主にＣＰＵ１３はＺ軸方向に沿った断面線を検出（抽出或いは設定）する断面線検出手段と、その断面線に対応するエコーデータに対して定常波或いは周期性成分を検出する定常波検出手段（或いはスペクトル分解手段）と、検出された場合の定常波の波長を算出する波長算出手段と、算出された波長分で断面線に対応するエコーデータに対して移動平均を行い、この平均化処理されたエコーデータを再構築するエコーデータ再構築手段の機能を持つ。なお、ＣＰＵ１３は断面線の検出からエコーデータ再構築手段までの処理を殆どリアルタイムで行う。
【００３１】
また、本実施の形態では、定常波が検出されたか否かを判断することにより、定常波が検出された場合にはその定常波を拍動とみなして、エコーデータを補正し、定常波が検出されない場合には拍動とみなさないでエコーデータを補正しないようにすることにより凹凸がある場合にも適用できるようにしていることも特徴となっている。
【００３２】
次に本実施の形態による拍動補正の処理により拍動補正したエコーデータ（音線データ）を得て３次元画像を構築する処理を図６のフロ−チャートを参照して以下に説明する。
まず、最初に図２及び図３に示したように超音波プローブ２を駆動して超音波振動子７によりラジアル走査しながら、Ｚ方向に所定のピッチ単位でリニア状に移動し、例えば５１２本の音線データにより１フレームのラジアル画像Ｇｒとなるものを所定の移動範囲まで移動ピッチで除した複数フレームのラジアル画像Ｇｒを取得する。そして、この取得された全フレームの音線データ（エコーデータ）に対して以下の拍動補正の処理を行う。
【００３３】
まず、最初のステップＳ１に示すように全フレームについて、補正対象となる壁面（断面）の境界位置、つまり全フレームの壁面境界位置の算出を行う。
次のステップＳ２で壁面境界位置に対して、リニア断面に沿った音線データの集まりに分け、それらの音線データ波形（波形の各要素は直前の値との差分）を対象として、窓関数、具体的にはハミング窓を用いてＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、周波数成分を算出する、つまりスペクトル分解を行う。なお、この場合、全周、具体的には５１２本の壁面境界位置の音線データに対して水平方向に対してスペクトル分解を行う。
【００３４】
次のステップＳ３で、全周波数について、全周分の振幅の平均値を算出し、さらにこの平均値を用いてステップＳ４に示すように最大振幅の周波数成分Ａｆを検出する。
【００３５】
図７はスペクトル分解を行った分解結果の波形を実線で示しており、顕著な定常波成分Ａｆが検出されている。これが以下のように拍動周波数Ｂｆとみなされることになる。なお、横軸は周波数、縦軸は振幅を示す。
【００３６】
そしてステップＳ５に示すように、その最大の周波数成分Ａｆが基準値Ａｒｅｆを超えているか否かの比較判断を行い、最大振幅の周波数成分Ａｆが基準値Ａｒｅｆを超えていれば拍動があると判断し、ステップＳ６に示すようにその最大振幅の周波数成分Ａｆを拍動周波数Ｂｆとする。また、その拍動周波数Ｂｆに対応する拍動波長λａとする（拍動周波数Ｂｆから周期的に拍動が現れる対象枚数とする）。基準値Ａｒｅｆとしては例えば１に近い値を設定する。
【００３７】
そして、ステップＳ７に示すようにこの拍動波長（対象枚数）としてＺ方向の各フレームの（補正対象の）音線データに対して移動平均を行い、各フレームの音線データとして補正された音線データが生成される（音線データの再構築が行われる）。
【００３８】
このようにして、補正されたフレームの音線データが得られたら、ステップＳ８に示すように補正されたフレームの音線データにより壁面境界位置の再抽出を行う。またこの拍動補正がされた各フレーム（の音線データ）により壁面境界位置の再抽出を行った後、３次元画像Ｇｓａ等を表示する。
一方、ステップＳ６で最大振幅の周波数成分Ａｆが基準値Ａｒｅｆを超えていない場合には、拍動が無いと判断してこの拍動補正の処理を終了する。この場合には音線データは補正されないので、凹凸を示す音線データを拍動とみなして補正してしまうような処理を行わない。
【００３９】
また、図８は補正前の３次元画像Ｇｓを示し、この３次元画像Ｇｒは拍動補正により図９に示す補正済み３次元画像Ｇｓａとなる。図８及び図９から分かるように図８の壁面に顕著なギザギザ模様が軽減され、滑らかな断面の画像となる。また、断面の境界のリニア断面線の凹凸もより滑らかに繋がるようになっている。
【００４０】
このように本実施の形態によれば、比較的に簡単な処理で拍動補正を行った３次元画像Ｇｓａ等を得ることができる。
また、本実施の形態によれば、簡単に拍動補正を行った３次元画像Ｇｓａ等を得ることができる。
【００４１】
さらに、本実施の形態では、このようにして拍動波長λａを算出できた場合には、新たに超音波プローブ２をリニア移動して３次元画像Ｇｓを構築する場合にはこの拍動波長λａを利用することにより、その拍動補正を行った３次元画像Ｇｓａを構築することもできる。
【００４２】
具体的には同じ条件でリニア移動を行った場合には、拍動波長λａの値をそのまま利用することができるし、リニア移動の速度をａ倍にした場合にはλａ／ａをその場合の拍動波長として拍動補正を行うこともできる。
【００４３】
このため、本実施の形態による拍動補正の処理は適用できる用途が広く、かつ短時間に拍動補正された３次元画像Ｇｓａを構築することができる。
また、３次元画像Ｇｓａの構築に限らず、リニア断面の２次元断層画像に対しても拍動補正がされた画質の良い超音波画像を提供できる。
【００４４】
［付記］
１．検査対象物に対して超音波を所定の移動軸の回りに放射状に送受信しながら前記移動軸の方向に移動することにより得られるエコーデータを用いて３次元超音波画像を構築する３次元超音波画像の構築方法において、
前記移動軸の回りに放射状に送受信した場合に得られる所定本数のエコーデータにより構成される各ラジアル画像における断面等の表示対象となる境界位置を算出する第１の境界算出ステップと、
前記境界位置に対応する全エコーデータに対して前記移動軸と平行なリニア方向のエコーデータの各集まりに分け、各エコーデータの集まりに対して周波数成分に分解する周波数成分算出ステップと、
算出された前記周波数成分に対してしきい値により定常波が存在するか否かを判断する定常波判断ステップと、
定常波が存在すると判断した場合には該定常波が前記ラジアル画像に現れるフレーム枚数で該当するエコーデータの集まり部分に対して移動平均の処理を行うことにより補正されたエコーデータを生成するエコーデータ補正ステップと、
前記補正されたエコーデータにより境界位置を再度算出する第２の境界算出ステップと、
前記第２の境界算出ステップ後の境界位置のエコーデータを用いて３次元超音波画像の構築を行う３次元超音波画像の構築方法。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、定常波の検出の有無により、拍動か否かを判別して、拍動の影響を補正した超音波画像を得ることができる。
特に体腔内で得られた超音波画像に適用すると、拍動の影響を受けない良好な超音波画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を備えた超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】図２の動作からラジアル画像等が得られる様子を示す図。
【図３】４つの表示エリアに２次元画像と３次元画像を同時に表示した表示例を示す図。
【図４】４つの表示エリアに２次元画像と３次元画像を同時に表示した表示例を示す図。
【図５】図４とは異なるレイアウトでの２次元画像と３次元画像を同時に表示した表示例を示す図。
【図６】拍動補正の処理内容を示すフローチャート図。
【図７】図６のステップＳ２によるスペクトル分解を行った場合の波形例を示す図。
【図８】拍動補正を行う前の３次元画像の表示例を示す図。
【図９】拍動補正を行った後の３次元画像の表示例を示す図。
【符号の説明】
１…超音波診断装置
２…超音波プローブ
３…超音波観測装置
４…画像処理装置本体
５…モニタ
６…プローブ挿入部
７…超音波振動子
８…フレキシブルシャフト
９…駆動部
１３…ＣＰＵ
１４…メモリ
１５…ＨＤＤ
１６…フレームメモリ
１７…ＤＶＤ−ＲＡＭ
１８…ＭＯＤ
１９…ＳＣＳＩＩ／Ｆ
２１…トラックボール
２２…キーボード
２５…ＭＯ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic image processing apparatus that transmits and receives ultrasonic waves to and from an inspection target such as a living body and displays an ultrasonic image.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in the medical field and the industrial field, an ultrasonic diagnostic apparatus for non-invasively diagnosing the inside of a test object by transmitting and receiving ultrasonic waves to and from the test object has been widely used.
[0003]
In this case, since the image obtained by the ultrasonic scanning is a two-dimensional image, the ultrasonic image processing is performed to construct a three-dimensional image from the two-dimensional image and to provide an image that can be more easily diagnosed for the user. May be used in combination with equipment.
[0004]
In this case, in order to construct a three-dimensional image from a two-dimensional image, the ultrasonic transducer is generally driven in a spiral manner, but is affected by pulsation by a living body.
[0005]
For this reason, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-316864, a distortion amount of image data is detected in order to remove the influence of the pulsation, and the detected distortion amount is corrected by an image correction unit, so that an image having a high image quality can be obtained. An ultrasonic tomographic image is obtained.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-316864 A
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional example, since the image distortion amount of each of the plurality of tomographic images is detected and the image distortion amount is corrected, it is difficult to discriminate between the case due to the pulsation and the case where the unevenness actually exists.
[0008]
(Object of the invention)
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide an ultrasonic image processing apparatus capable of easily identifying the presence or absence of a beat and obtaining an ultrasound image in which the influence of the beat is corrected. And
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In an ultrasonic image processing apparatus that transmits and receives ultrasonic waves to scan a three-dimensional area with respect to an inspection object and displays an ultrasonic image of the inspection object using the obtained echo data of the three-dimensional area,
A cross section line detecting means for detecting a cross section line along at least one direction axis over an appropriate length;
A standing wave detection unit that detects a standing wave generated in the section line,
A wavelength calculating means for calculating the wavelength of the detected standing wave, and a moving average of the received echo data based on the calculated wavelength, and an echo data reconstructing means for reconstructing,
Is provided, so that the echo data reconstructed by the echo data reconstructing means removes the influence of the pulsation due to the standing wave so that an ultrasonic image can be obtained.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 9 relate to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus provided with the embodiment, and FIG. 2 is a diagram for obtaining a two-dimensional image and a three-dimensional image. FIG. 3 shows a state in which a radial image or the like is obtained from the operation in FIG. 2, and FIG. 4 shows a display example in which a two-dimensional image and a three-dimensional image are simultaneously displayed in four display areas. 5 shows a display example in which a two-dimensional image and a three-dimensional image in a layout different from that of FIG. 4 are simultaneously displayed, FIG. 6 shows the processing contents for constructing a three-dimensional image by pulsation correction processing, and FIG. FIG. 8 shows a waveform example when spectral decomposition is performed in step S2, FIG. 8 shows a display example of a three-dimensional image before pulsation correction is performed, and FIG. 9 is a table of a three-dimensional image after pulsation correction is performed. An example is shown.
[0011]
As shown in FIG. 1, an ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes anultrasonic probe 2 for transmitting and receiving ultrasonic waves, and anultrasonic probe 2 connected to theultrasonic probe 2. Anultrasonic observation apparatus 3 that performs signal processing on an obtained echo signal to display an ultrasonic tomographic image and an ultrasonic image processing that performs various image processing based on the echo data obtained by theultrasonic observation apparatus 3 The image processing apparatus includes an apparatus main body (hereinafter abbreviated as an image processing apparatus main body) 4 and amonitor 5 connected to the image processing apparatus main body 4 and displaying an ultrasonic tomographic image and a stereoscopic image.
[0012]
Theultrasonic probe 2 has an elongatedprobe insertion section 6, and anultrasonic transducer 7 for transmitting and receiving ultrasonic waves is built in a distal end side of theprobe insertion section 6. Theultrasonic transducer 7 is a probe insertion section. Theflexible shaft 8 is attached to the distal end of theflexible shaft 8.
[0013]
Further, adriving unit 9 is built in the gripping portion at the rear end of theprobe insertion unit 6, and by rotating a first motor (not shown) constituting thedriving unit 9, theultrasonic vibrator 7 is driven to rotate, and Sound waves are sequentially emitted radially. By rotating a second motor (not shown) in thedrive unit 9, theflexible shaft 8 is moved in the axial direction (for example, the Z-axis direction in the longitudinal direction) of theprobe insertion unit 6. Can linearly scan the ultrasonic wave emitted in the Z-axis direction.
[0014]
The image processing apparatus main body 4 connected to theultrasonic observation apparatus 3 via the cable 11 includes a network interface (abbreviated as I / F) 12 connected to the cable 11 and image processing for generating a tomographic image and a three-dimensional image. ACPU 13 for performing pulsation correction processing, multiple echo removal processing, and the like; amemory 14 used as a work area for image processing by theCPU 13 and used for temporarily storing data necessary for image processing; A hard disk drive (abbreviated as HDD) 15 in which program data and image data for image processing performed by the computer are recorded, aframe memory 16 in which image data displayed on themonitor 5 is temporarily stored, and recording of the image data can be reproduced. DVD-RAM 17 and magneto-optical disk device (abbreviated as MOD) as large-capacity recording means for storing (recording) A skaji I / S (abbreviated as SCSII / F) 19 as an interface (I / F) 18, atrackball 21 for performing operation instructions and selection as an input device, and commands and data input in addition to operation instructions and selections An input device I /F 23 as an I / F for thekeyboard 22 to be executed is built in, and a network I /F 12, aCPU 13, amemory 14, anHDD 15, aframe memory 16, an SCS II / F 18, and an input device I /F 21 are connected by abus 24. , Data can be transferred.
[0015]
Note that the DVD-RAM 17 and theMOD 18 may be connected via USB or Ethernet (R).
Note that the image processing apparatus main body 4, themonitor 5, the DVD-RAM 17, theMOD 18, thetrackball 21, and thekeyboard 22 constitute an image processing apparatus.
In the present embodiment, the program is stored in, for example, a magneto-optical disk (abbreviated as MO) 25 that is attached to and detached from theMOD 18. By inserting theMO 25 into theMOD 18 and installing the program, the program is stored in theHDD 15 in an executable form.
[0016]
Instead of theMO 25, the program may be stored in another recording medium such as a CD-ROM. After the installation, theCPU 13 reads out the program from theHDD 15 and performs processing according to the program.
[0017]
Since the first motor and the second motor are provided in thedrive unit 9 as described above, the first motor and the second motor are synchronously driven to rotate at the same time, so that the ultrasonic wave is emitted and By scanning the dimensional region, a large number of tomographic images having slightly different coordinate positions in the Z-axis direction can be obtained, and a three-dimensional image can be constructed from these tomographic images.
[0018]
FIG. 2 shows the schematic operation. The ultrasonic transducer 7 (at the tip of the flexible shaft 8) in theprobe insertion section 6 is rotationally driven while moving in the Z direction, and transmits ultrasonic waves radially to the inspection object side in a direction orthogonal to the Z axis. The ultrasonic wave reflected by the portion where the acoustic impedance changes on the inspection object side is received, converted into an electric signal by theultrasonic vibrator 7, amplified inside theultrasonic observation device 3, detected, and so on. The data is further A / D converted to digital echo data (sound ray data), which is temporarily stored in a memory or the like inside theultrasonic observation apparatus 3.
[0019]
In this case, by increasing the number of ultrasonic waves transmitted and received radially until theultrasonic vibrator 7 makes one rotation (for example, 512), the axial direction of theprobe insertion section 6 can be calculated from a large number of sound ray data obtained. That is, it is possible to generate a two-dimensional ultrasonic image (hereinafter, referred to as a radial image) Gr of a cross section substantially perpendicular to the Z-axis direction).
[0020]
Theultrasonic vibrator 7 is linearly moved in a predetermined pitch unit from Pa to Pc in the Z direction. As a result, the radial images Gr at the predetermined pitches from the numbers N1 to Nn are stored in theHDD 15 of the image processing apparatus main body 4 via theultrasonic observation apparatus 3.
[0021]
The obtained radial image Gr is transferred to thememory 14, and is stored in the memory space as shown in FIG. 3, and data of the (vertical) linear image Gvl of the radial image Gr viewed from the side is read from the memory space. TheCPU 13 can interpolate the interval, transfer the interpolated interval to theframe memory 16, and display the radial image Gr and the corresponding linear image Gvl on themonitor 5.
[0022]
Further, a three-dimensional image Gs is generated from the radial image Gr shown in FIG. 3, and for example, as shown in FIG. 4, the display unit of themonitor 5 has four image display areas (specifically, a radial image display area, a vertical image display area, and a vertical image display area). A radial image Gr, a vertical linear image Gvl, a horizontal linear image Ghl (as viewed from the right side), and a three-dimensional image Gs are displayed in a linear image display area, a horizontal linear image display area, and a three-dimensional image display area, respectively.
[0023]
In this case, when the cut lines Y1 and X1 set on the radial image Gr are moved by thetrackball 21, the corresponding vertical linear image Gvl and horizontal linear image Ghl are updated and displayed. That is, the vertical linear image Gvl corresponding to the position of the cut line Y1 displayed on the radial image Gr is displayed, and the horizontal linear image Ghl corresponding to the position of the cut line X1 is displayed.
[0024]
Further, in the three-dimensional image display area, a three-dimensional image Gs is displayed on cut planes M1 and M2 corresponding to the cut lines Y1 and X1.
Further, when the cut line Z1 is moved on the vertical linear image Gvl or on the horizontal linear image Ghl, the radial image portion on the front side of the radial image Gr and the three-dimensional image Gs is updated.
Although thetrackball 21 is illustrated as an input unit for moving the cut line, a mouse, a joystick, a trackpad, a cursor key, or the like may be used.
[0025]
The positions of the cut lines Y1 and X1 and the cut planes M1 and M2 can be changed by a user's operation, and theCPU 13 generates a radial image Gr, linear images Gvl, Ghl, and a three-dimensional image Gs corresponding to the changed positions. The generation process is performed, and those images are displayed on themonitor 5.
[0026]
Further, in the present embodiment, the display layout can be changed and displayed. That is, the layout shown in FIG. 4 and the layout shown in FIG. 5 can be switched (selected) and displayed, and the user can freely select the layout of FIG. 4 and the layout of FIG.
[0027]
The image display layout shown in FIG. 5 is such that the upper and lower display positions of the left radial image Gr and the vertical linear image Gvl in FIG. 4 are exchanged, and the upper and lower display positions of the right horizontal linear image Ghl and the three-dimensional image Gs are further changed. The layout is changed. In the display example of the three-dimensional image Gs in FIG. 5, the state of the inner wall surface is displayed in an easily understandable manner by removing a multiple echo portion. In this case, the linear scanning direction can be easily understood by displaying the multiple echoes at the start position without removing the entire multiple echoes.
[0028]
In the present embodiment, as described below, theCPU 13 in the image processing apparatus main body 4 performs a cross-sectional waveform of a linear image generated from a plurality of frames of radial images Gr obtained by linear movement (actually, spiral movement). Is subjected to Fourier transform to perform spectral decomposition.
[0029]
As a result, when a remarkable standing wave is detected, it is regarded as a pulsation and the pulsation frequency is set. Then, the pulsation wavelength corresponding to the pulsation frequency is calculated, the number of frames corresponding to the pulsation wavelength (where the pulsation appears) is obtained, and a moving average is performed using the number of frames to correct the pulsation. Image.
[0030]
As described above, in the present embodiment, theCPU 13 mainly detects the section line along the Z-axis direction (extracts or sets) the section line detecting means, and applies the standing wave or periodicity to the echo data corresponding to the section line. A standing wave detecting means (or spectrum decomposing means) for detecting the component, a wavelength calculating means for calculating the wavelength of the standing wave when detected, and a moving average for the echo data corresponding to the cross section line by the calculated wavelength. It has the function of echo data reconstructing means for reconstructing the averaged echo data. It should be noted that theCPU 13 performs processing from detection of a section line to echo data reconstruction means almost in real time.
[0031]
Further, in the present embodiment, by determining whether or not a standing wave is detected, when the standing wave is detected, the standing wave is regarded as a pulsation, the echo data is corrected, and when the standing wave is not detected. Is characterized in that echo data is not corrected without being regarded as a pulsation so that it can be applied even when there is unevenness.
[0032]
Next, a process of constructing a three-dimensional image by obtaining echo data (sound ray data) subjected to pulsation correction by the pulsation correction process according to the present embodiment will be described below with reference to the flowchart of FIG.
First, as shown in FIGS. 2 and 3, theultrasonic probe 2 is driven and radially scanned by theultrasonic vibrator 7 while linearly moving in a predetermined pitch unit in the Z direction. A radial image Gr of a plurality of frames is obtained by dividing a radial image Gr of one frame by a moving pitch to a predetermined moving range according to the sound ray data of. Then, the following beat correction processing is performed on the acquired sound ray data (echo data) of all frames.
[0033]
First, as shown in the first step S1, a boundary position of a wall surface (cross section) to be corrected, that is, a wall boundary position of all frames is calculated for all frames.
In the next step S2, for the wall surface boundary position, the sound ray data is divided into a group of sound ray data along the linear section, and the sound ray data waveform (each element of the waveform is a difference from the immediately preceding value) is used as a window function. Specifically, FFT (Fast Fourier Transform) is performed using a Hamming window to calculate frequency components, that is, to perform spectral decomposition. In this case, spectral decomposition is performed on the entire circumference, specifically, the sound ray data at 512 wall boundary positions in the horizontal direction.
[0034]
In the next step S3, an average value of the amplitudes of all the circumferences is calculated for all the frequencies, and the average value is used to detect the frequency component Af of the maximum amplitude as shown in step S4.
[0035]
FIG. 7 shows the waveform of the decomposition result obtained by performing the spectral decomposition with a solid line, and a remarkable standing wave component Af is detected. This is regarded as the pulsation frequency Bf as follows. The horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents amplitude.
[0036]
Then, as shown in step S5, it is determined whether or not the maximum frequency component Af exceeds the reference value Aref. If the maximum amplitude frequency component Af exceeds the reference value Aref, it is determined that there is a pulsation. Judgment is made, and the frequency component Af of the maximum amplitude is set as the pulsation frequency Bf as shown in step S6. In addition, the pulsation wavelength λa corresponding to the pulsation frequency Bf is set (the number of pulsations periodically appearing from the pulsation frequency Bf). For example, a value close to 1 is set as the reference value Aref.
[0037]
Then, as shown in step S7, a moving average is performed on the sound ray data (to be corrected) of each frame in the Z direction as the pulsation wavelength (number of target), and the sound corrected as the sound ray data of each frame is performed. Line data is generated (sound ray data is reconstructed).
[0038]
When the sound ray data of the corrected frame is obtained in this way, the wall boundary position is re-extracted using the sound ray data of the corrected frame as shown in step S8. After the wall boundary position is re-extracted from each of the beat-corrected frames (sound ray data), a three-dimensional image Gsa or the like is displayed.
On the other hand, if the frequency component Af having the maximum amplitude does not exceed the reference value Aref in step S6, it is determined that there is no pulsation, and the pulsation correction processing is terminated. In this case, since the sound ray data is not corrected, a process of correcting the sound ray data indicating irregularities as a beat is not performed.
[0039]
FIG. 8 shows a three-dimensional image Gs before correction, and this three-dimensional image Gr becomes a corrected three-dimensional image Gsa shown in FIG. 9 by pulsation correction. As can be seen from FIGS. 8 and 9, a noticeable jagged pattern on the wall surface in FIG. 8 is reduced, and an image having a smooth cross section is obtained. Also, the unevenness of the linear section line at the boundary of the section is connected more smoothly.
[0040]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain a three-dimensional image Gsa or the like on which pulsation correction has been performed by relatively simple processing.
Further, according to the present embodiment, it is possible to easily obtain a three-dimensional image Gsa or the like on which pulsation correction has been performed.
[0041]
Furthermore, in the present embodiment, when the pulsation wavelength λa can be calculated in this way, when theultrasonic probe 2 is newly linearly moved to construct a three-dimensional image Gs, the pulsation wavelength λa , It is possible to construct a three-dimensional image Gsa on which the pulsation correction has been performed.
[0042]
Specifically, when the linear movement is performed under the same conditions, the value of the pulsation wavelength λa can be used as it is, and when the speed of the linear movement is multiplied by a, λa / a is Pulsation correction can also be performed as the pulsation wavelength.
[0043]
Therefore, the pulsation correction processing according to the present embodiment can be applied to a wide range of applications, and a pulsation-corrected three-dimensional image Gsa can be constructed in a short time.
In addition to the construction of the three-dimensional image Gsa, it is possible to provide a high-quality ultrasonic image in which pulsation correction has been performed on a two-dimensional tomographic image having a linear cross section.
[0044]
[Appendix]
1. Three-dimensional ultrasound which constructs a three-dimensional ultrasound image using echo data obtained by moving in the direction of the moving axis while transmitting and receiving ultrasonic waves radially around a predetermined moving axis with respect to the inspection object In the image construction method,
A first boundary calculation step of calculating a boundary position to be displayed, such as a cross section in each radial image formed by a predetermined number of echo data obtained when transmission and reception are performed radially around the movement axis;
A frequency component calculation step of dividing each set of echo data in a linear direction parallel to the movement axis for all echo data corresponding to the boundary position, and decomposing each set of echo data into frequency components,
A standing wave determination step of determining whether a standing wave exists by a threshold value for the calculated frequency component,
When it is determined that a standing wave exists, an echo data correcting step of generating a corrected echo data by performing a moving average process on a collection portion of the echo data corresponding to the number of frames in which the standing wave appears in the radial image When,
A second boundary calculation step of calculating a boundary position again based on the corrected echo data;
A method for constructing a three-dimensional ultrasonic image, wherein a three-dimensional ultrasonic image is constructed using echo data at a boundary position after the second boundary calculation step.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to determine whether or not a pulsation has occurred based on whether or not a standing wave has been detected, and obtain an ultrasonic image in which the influence of the pulsation has been corrected.
Particularly when applied to an ultrasonic image obtained in a body cavity, a favorable ultrasonic image which is not affected by pulsation can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus having a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing how a radial image or the like is obtained from the operation of FIG. 2;
FIG. 3 is a diagram showing a display example in which a two-dimensional image and a three-dimensional image are simultaneously displayed on four display areas.
FIG. 4 is a view showing a display example in which a two-dimensional image and a three-dimensional image are simultaneously displayed on four display areas.
FIG. 5 is a view showing a display example in which a two-dimensional image and a three-dimensional image in a layout different from that in FIG. 4 are simultaneously displayed.
FIG. 6 is a flowchart showing the processing content of beat correction.
FIG. 7 is a view showing an example of a waveform when spectrum decomposition is performed in step S2 of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing a display example of a three-dimensional image before performing pulsation correction.
FIG. 9 is a diagram showing a display example of a three-dimensional image after pulsation correction has been performed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonicdiagnostic apparatus 2 ...Ultrasonic probe 3 ... Ultrasonic observation apparatus 4 ... Image processing apparatusmain body 5 ...Monitor 6 ... Probeinsertion part 7 ...Ultrasonic vibrator 8 ...Flexible shaft 9 ... Drivepart 13 ... CPU
14 ...Memory 15 ... HDD
16Frame memory 17 DVD-RAM
18… MOD
19 ... SCSII / F
21: Trackball 22: Keyboard 25: MO

Claims (3)

Translated fromJapanese

検査対象物に対して３次元領域を走査するように超音波を送受信し、得られた３次元領域のエコーデータを用いて前記検査対象物の超音波画像を表示する超音波画像処理装置において、
少なくとも１つの方向軸に沿う断面線を適宜長に亘って検出する断面線検出手段と、
前記断面線に生じる定常波を検出する定常波検出手段と、
前記検出された定常波の波長を算出する波長算出手段と、および
前記算出された波長に基づいて前記受信したエコーデータを移動平均すると共に、再構築するエコーデータ再構築手段と、
を備えることを特徴とする超音波画像処理装置。In an ultrasonic image processing apparatus that transmits and receives ultrasonic waves to scan a three-dimensional area with respect to an inspection object and displays an ultrasonic image of the inspection object using the obtained echo data of the three-dimensional area,
A cross section line detecting means for detecting a cross section line along at least one direction axis over an appropriate length;
A standing wave detection unit that detects a standing wave generated in the section line,
A wavelength calculating means for calculating the wavelength of the detected standing wave, and a moving average of the received echo data based on the calculated wavelength, and an echo data reconstructing means for reconstructing,
An ultrasonic image processing apparatus comprising:前記断面線はリニア断面線からなり、複数の音線からなるフレームから構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像処理装置。The ultrasonic image processing apparatus according to claim 1, wherein the cross-section line is a linear cross-section line, and is configured by a frame including a plurality of sound rays.前記定常波検出手段は前記定常波を検出するために所定のしきい値との比較を行う比較手段で形成され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処理装置。The ultrasonic image processing apparatus according to claim 1, wherein the standing wave detecting unit is formed by a comparing unit that compares the standing wave with a predetermined threshold value to detect the standing wave.

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