JP2010119849A - 弾性映像に適応的にパーシスタンス処理を施す超音波システム - Google Patents

Abstract

【課題】対象体を押す時間と対象体を押さない時間に応じて適応的に弾性映像にパーシスタンス(ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ)処理を施す超音波システムを提供する。
【解決手段】本発明による超音波システムは、対象体にストレス（ｓｔｒｅｓｓ）を印加するストレス印加部と、前記ストレス印加部を用いて前記ストレスが前記対象体に印加される第１の時間と前記ストレスが前記対象体から解放される第２の時間とに超音波信号を前記対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信し、複数のフレームそれぞれに該当する超音波データを順次的に取得する超音波データ取得部と、前記超音波データ取得部から順次的に提供される前記超音波データを用いてフレーム間で複数の変位を算出して複数の弾性映像を形成し、前記第１および第２の時間に応じて前記複数の弾性映像それぞれに適応的にパーシスタンス処理を実行するプロセッサとを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、超音波システムに関し、特に弾性映像に適応的にパーシスタンス(ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ)処理を施す超音波システムに関する。

超音波システムは、無侵襲および非破壊特性を有しており、対象体内部の情報を得るために医療分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要がなく、対象体の内部組織を高解像度の映像で医師に提供できるので、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。

一般に、超音波システムは、対象体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）の反射係数を２次元映像で示すＢモード（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｍｏｄｅ）映像を提供している。Ｂモード映像は、超音波信号の反射係数を画面上で点の明るさで表示する。しかし、腫瘍または癌組織のような非正常組織は正常組織と比較して反射係数の差がなく、基準映像で非正常組織を観測するのに困難がある。

このように、反射係数の差がない組織は、外部から力、即ちストレス（ｓｔｒｅｓｓ）を加えた時に、媒質の機械的な反応差を用いて対象体の病巣を分析する弾性映像法がある。弾性映像法は、Ｂモード映像で診断できない組織の機械的な性質を映像化するので、病巣の診断に大いに役に立つ。該弾性映像法は、組織の弾性が病理学的現象と関連があることを利用する。例えば、非正常識組織は正常組織に比べて硬いので、外部から同じ大きさのストレスを与えた時、正常組織より変形程度が小さい。

一方、対象体にストレスを加えた時、即ち対象体をストレス印加部などで押す時、媒質の動きが超音波プローブの動きに影響を受け、側方向成分が多くなる。即ち、ストレス印加部などで対象体を押すことにより得られる弾性映像は、対象体を押した後に対象体からストレス印加部などを外す時の弾性映像、すなわち、ストレスを解放することにより得られる弾性映像より画質が低下する。従って、使用者に正確な弾性映像を提供するために、対象体を押す時間と対象体からストレス印加部を外す（ストレスを解放する）時間に応じて適応的にパーシスタンス(ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ)処理を弾性映像に施す技術が要求されている。

特開２００８−２３７９１２号公報

本発明の目的は、ストレス印加部を通じて対象体を押す第１の時間と対象体からストレス印加部を外す第２の時間のそれぞれによって適応的にパーシスタンス処理を弾性映像に実行する超音波システムを提供することにある。

前記の課題を解決するために、本発明による超音波システムは、対象体にストレス（ｓｔｒｅｓｓ）を印加するストレス印加部と、前記ストレス印加部を用いて、前記ストレスが前記対象体に印加される第１の時間と前記ストレスが前記対象体から解放される第２の時間とに超音波信号を前記対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信し、複数のフレームそれぞれに該当する超音波データを順次的に取得する超音波データ取得部と、前記超音波データ取得部から順次的に提供される前記超音波データを用いて前記フレーム間で複数の変位を算出して複数の弾性映像を形成し、前記第１および第２の時間に応じて前記複数の弾性映像それぞれに適応的にパーシスタンス(ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ)処理を施すプロセッサとを備える。

本発明によれば、ストレス印加部などで対象体を押す時の弾性映像よりストレス印加部を外す時の弾性映像の割合を強化させて弾性映像の画質を改善させることができる。

本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例におけるプロセッサの構成を示すブロック図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。本実施例で用いられた用語「対象体」は、対象体内の反射体、反射体周辺の媒質などのいずれも含む。

図１は、本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。超音波システム１００は、対象体に力(即ち、ストレス)を印加するためのストレス印加部１１０を備える。本実施例でストレス印加部１１０は、対象体を押す時間(以下、第１の時間という)と対象体を押さない時間、即ち対象体を押しているストレス印加部１１０を対象体から外す時間(以下、第２の時間という)を異にし、対象体にストレスを印加するように構成することができる。本発明の実施例で、ストレス印加部１１０は、ストレスを測定して第１の時間と第２の時間とを感知するためのセンサ(図示せず)を備えることができる。この時、第１の時間が第２の時間より短いようにすることができる。

超音波データ取得部１２０は、超音波信号を対象体に送信して対象体から反射される超音波信号(即ち、超音波エコー信号)を受信して超音波データを取得する。

図２は、本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。超音波データ取得部１２０は、送信信号形成部１２１、複数の変換素子(ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ)(図示せず)を含む超音波プローブ１２２、ビームフォーマ１２３および超音波データ形成部１２４を備える。

送信信号形成部１２１は、複数の変換素子に印加される送信信号を順次的に形成して出力する。超音波プローブ１２２は、送信信号形成部１２１から順次的に提供される送信信号に応答し、超音波信号を対象体に送信して対象体から反射される超音波エコー信号を受信し、複数のフレームそれぞれに該当する受信信号を形成する。本実施例で、超音波プローブ１２２は、コンベックスプローブ(ｃｏｎｖｅｘ ｐｒｏｂｅ)、線状プローブ(ｌｉｎｅａｒ ｐｒｏｂｅ)などで具現できる。

ビームフォーマ１２３は、超音波プローブ１２２から順次的に提供される受信信号をアナログ／デジタル変換してデジタル信号を形成する。また、ビームフォーマ１２３は、超音波プローブ１２２の変換素子の位置および集束点を考慮し、デジタル信信号を受信集束させて受信集束信号を順次的に出力する。

超音波データ形成部１２４は、ビームフォーマ１２３から順次的に提供される受信集束信号を用いて、複数のフレームそれぞれに該当する超音波データを形成する。本実施例で、超音波データはＲＦ(ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ)データまたはＩ／Ｑ(ｉｎ−ｐｈａｓｅ／ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ)データを含む。

再び図1を参照すれば、プロセッサ１３０は、超音波データ取得部１２０から順次的に提供されるフレーム別の超音波データを用い、互いに隣接するフレーム間で複数の変位を算出し、算出された複数の変位を用いて弾性映像を形成する。また、プロセッサ１３０は、第１および第２の時間に応じて適応的にパーシスタンス(ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ)処理を弾性映像に施して弾性映像の画質を改善させる。

図３は、本発明の実施例におけるプロセッサの構成を示すブロック図である。プロセッサ１３０は、変位算出部１３１、弾性映像形成部１３２、変位平均算出部１３３およびパーシスタンス処理部１３４を備える。

変位算出部１３１は、超音波データ取得部１２０から順次的に提供されるフレーム別の超音波データを用いて、互いに隣接するフレーム間で複数の変位を算出する。本実施例で、変位はピクセルまたはブロック(例えば、４×４または８×８)単位で自己相関(ａｕｔｏ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ)または交差相関(ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ)を用いて算出される。一方、第１の時間に取得されたフレーム間の変位(以下、第1の変位という)と第２の時間に取得されたフレーム間の変位(以下、第２の変位という)は、互いに異なる符号を有する。一例として、第１の変位は正の値を有し、第２の変位は負の値を有する。

弾性映像形成部１３２は，変位算出部１３１から順次的に提供される複数の変位を用いて弾性映像を形成し、形成された弾性映像を順次的に出力する。

変位平均算出部１３３は、変位算出部１３１から順次的に提供される複数の第１の変位を用いて変位平均(以下、第１の変位平均という)を算出し、算出された第１の変位平均を順次的に出力する。また、変位平均算出部１３３は、変位算出部１３１から順次的に提供される複数の第２の変位を用いて変位平均(以下、第２の変位平均という)を算出し、算出された第２の変位平均を順次的に出力する。本実施例で、第１の変位平均と第２の変位平均とは、互いに異なる符号を有する。一例として、第１の変位平均は正の値を有し、第２の変位平均は負の値を有する。

パーシスタンス処理部１３４は、変位平均算出部１３３から順次的に提供される変位平均を用いて、弾性映像形成部１３２から提供される弾性映像、即ちＮ番目の弾性映像に加えられる加重値(以下、第１の加重値という)およびディスプレイ部１４０に現在表示された弾性映像、即ち(Ｎ−1)番目の弾性映像に加えられる加重値(以下、第２の加重値という)を設定する。この時、第１の加重値と第２の加重値との和は、1になるように設定することができ、Ｎは正の整数である。一例として、パーシスタンス処理部１３４は、変位平均算出部１３３から第１の変位平均が提供されると、第１の加重値を０．２に設定し、第２の加重値を０．８に設定する。一方、パーシスタンス処理部１３４は、変位平均算出部１３３から第２の変位平均が提供されると、第１の加重値を０．８に設定し、第２の加重値を０．２に設定する。パーシスタンス処理部１３４は、第１の加重値をＮ番目の弾性映像に加え、第２の加重値を(Ｎ−１)番目の弾性映像に加えた後、Ｎ番目の弾性映像と(Ｎ−１)番目の弾性映像を合成して出力する。本実施例で、パーシスタンス処理部１３４は、下の式を用いて弾性映像にパーシスタンス処理を施す。

Ｓ_{ｏｕｔ(Ｎ)}＝Ｐ×Ｓ_ｉｎ(Ｎ)＋（１−Ｐ)×Ｓ_{ｏｕｔ(Ｎ−１)} -----（式１）

ここで、Ｓ_{ｏｕｔ(Ｎ)}はパーシスタンス処理を施してパーシスタンス処理部１３４から出力される弾性映像であり、Ｓ_ｉｎ(Ｎ)は弾性映像形成部１３２から出力されるＮ番目の弾性映像であり、Ｓ_{ｏｕｔ(Ｎ−１)}はディスプレイ部１４０に表示された(Ｎ−１)番目の弾性映像であり、Ｐは第１の加重値であり、（１−Ｐ)は第２の加重値である。式１に示すように、本実施例では、Ｐが０であれば、Ｓ_ｉｎ(Ｎ)は削除されて、Ｓ_{ｏｕｔ(Ｎ−１)}のみが出力される。一方、Ｐが１であれば、パーシスタンス処理が施されず、Ｓ_ｉｎ(Ｎ)のみが出力される。

また、パーシスタンス処理部１３４は、変位平均算出部１３３から提供される第１の変位平均と第２の変位平均との間の符号変化率を算出する。即ち、パーシスタンス処理部１３４は、変位平均算出部１３３から提供される変位平均が第１の変位平均から第２の変位平均に、そして第２の変位平均から第１の変位平均に変わる符号変化率を算出する。パーシスタンス処理部１３４は、算出された符号変化率と予め定められた第１のしきい値を比較し、符号変化率が第１のしきい値以上であれば、弾性映像形成部１３２から出力される弾性映像に第３の加重値を加える。この時、第３の加重値は、０または第１の加重値より小さい加重値である。

さらに、パーシスタンス処理部１３４は、変位平均算出部１３３から提供される第２の変位平均の大きさを算出する。パーシスタンス処理部１３４は、第２の変位平均の大きさと予め定められた第２のしきい値を比較し、第２の変位平均の大きさが第２のしきい値以上であれば、弾性映像形成部１３２から出力される弾性映像に第４の加重値を加える。この時、第４の加重値は、第１の加重値より大きくて第２の加重値より小さい加重値である。

再び図１を参照すれば、ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１３０でパーシスタンス処理が施された弾性映像を表示する。制御部１５０は、対象体へのストレス印加を制御し、超音波信号の送受信を制御する。また、制御部１５０は、弾性映像の映像、適応的パーシスタンスの適用および表示を制御する。

本発明が望ましい実施例を通じて説明されて例示されたが、当業者であれば添付された特許請求の範囲の事項および範疇を外れないで様々な変形および変更がなされることが分かるはずである。

一例として、前述した実施例では第１の変位および第１の変位平均が正の値を有し、第２の変位および第２の変位平均が負の値を有すると説明したが、他の実施例では第１の変位および第１の変位平均が負の値を有し、第２の変位および第２の変位平均が正の値を有してもよい。

１００ 超音波システム
１１０ ストレス印加部
１２０ 超音波データ取得部
１３０ プロセッサ
１４０ ディスプレイ部
１５０ 制御部
１２１ 送信信号形成部
１２２ 超音波プローブ
１２３ ビームフォーマ
１２４ 超音波データ形成部
１３１ 変位算出部
１３２ 弾性映像形成部
１３３ 変位平均算出部
１３４ パーシスタンス処理部

Claims (9)

1. 超音波システムであって、
   対象体にストレス（ｓｔｒｅｓｓ）を印加するストレス印加部と、
   前記ストレス印加部を用いて、前記ストレスが前記対象体に印加される第１の時間と、前記ストレスが前記対象体から解放される第２の時間とに超音波信号を前記対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信し、複数のフレームそれぞれに該当する超音波データを順次的に取得する超音波データ取得部と、
   前記超音波データ取得部から順次的に提供される前記超音波データを用いて前記フレーム間で複数の変位を算出して複数の弾性映像を形成し、前記第１および第２の時間に応じて前記複数の弾性映像それぞれに適応的にパーシスタンス(ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ)処理を施すプロセッサと
   を備えることを特徴とする超音波システム。
2. 前記ストレス印加部は、前記対象体に印加される前記ストレスを測定し、前記第１の時間と前記第２の時間を感知するためのセンサを備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
3. 前記パーシスタンス処理は、前記第１の時間と前記第２の時間に応じて前記複数の弾性映像それぞれに対して、互いに異なる所定の加重値を加えて実施されることを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
4. 前記パーシスタンス処理が施された弾性映像を表示するディスプレイ部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
5. 前記プロセッサは、
   前記第１の時間に前記超音波データ取得部から順次的に提供される前記フレーム別の前記超音波データを用いて互いに隣接する前記フレーム間で複数の第1の変位を算出し、前記第２の時間に前記超音波データ取得部から順次的に提供される前記フレーム別の前記超音波データを用いて互いに隣接する前記フレーム間で複数の第２の変位を算出する変位算出部と、
   前記変位算出部から順次的に提供される前記複数の第1の変位および前記複数の第２の変位を用いて弾性映像を形成する弾性映像形成部と、
   前記変位算出部から順次的に提供される前記複数の第1の変位を用いて第1の変位平均を算出し、前記複数の第２の変位を用いて第２の変位平均を算出する変位平均算出部と、
   前記変位平均算出部から順次的に提供される前記第１および第２の変位平均それぞれを用いて、前記弾性映像形成部から出力されるＮ番目の弾性映像に加えられる第１の加重値および前記ディスプレイ部に表示された（Ｎ−１）番目の弾性映像に加えられる第２の加重値を設定し、前記第１の加重値を前記Ｎ番目の弾性映像に加え、前記第２の加重値を前記（Ｎ−１）番目の弾性映像に加え、前記第１の加重値が加えられた前記Ｎ番目の弾性映像と前記第２の加重値が加えられた前記（Ｎ−１）番目の弾性映像とを合成するパーシスタンス処理部と
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波システム。
6. 前記複数の第１の変位と前記複数の第２の変位は、互いに異なる符号を有し、前記第１の変位平均と前記第２の変位平均は、互いに異なる符号を有することを特徴とする請求項５に記載の超音波システム。
7. 前記パーシスタンス処理部は、前記第１の変位平均と前記第２の変位平均との間の符号変化率を算出し、前記符号変化率と第１のしきい値を比較し、前記符号変化率が前記第１のしきい値以上であれば、前記弾性映像に第３の加重値をさらに加え、
   前記第３の加重値は、０または前記第１の加重値より小さい加重値であることを特徴とする請求項６に記載の超音波システム。
8. 前記パーシスタンス処理部は、前記第２の変位平均の大きさを算出し、前記第２の変位平均の大きさと第２のしきい値を比較して、前記第２の変位平均の大きさが前記第２のしきい値以上であれば、前記弾性映像に第４の加重値をさらに加え、
   前記第４の加重値は、前記第１の加重値より大きくて前記第２の加重値より小さい加重値であることを特徴とする請求項６に記載の超音波システム。
9. 前記第１の時間は、前記第２の時間より短い時間であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の超音波システム。

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