説明

適応的フレーム平均処理を行う超音波システムおよび方法

【課題】フレームレート(frame rate)の変化に応じて適応的にフレーム平均(frame average)処理を行う超音波システムおよび方法を提供すること。
【解決手段】本発明における超音波システムは、生体に対応する複数の超音波データを順次取得する超音波データ取得部と、前記複数の超音波データを用いて複数の超音波映像を順次形成し、フレーム平均処理された第i番目(iは1以上の整数)のフレーム平均映像および第i番目の超音波映像を用いてフレームレート(frame rate)の変化に応じたフレーム平均係数(frame average coefficient)を推定し、前記フレーム平均係数に基づいて前記第i番目のフレーム平均映像と第(i+1)番目の超音波映像との間で前記フレーム平均処理を行って第(i+1)番目のフレーム平均映像を形成するプロセッサとを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波システムに関し、特にフレームレート(frame rate)の変化に応じて適応的にフレーム平均(frame average)処理を行う超音波システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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、生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することができるため、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。
【0003】
超音波システムは、超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波信号(即ち、超音波エコー信号)を受信して生体に対応する超音波映像を形成する。一方、超音波システムは、超音波映像の画質を改善するために、即ち超音波映像の信号対雑音比(signal to noise ratio)を高めるために、IIR(infinite impulse response)フィルタを用いて現在の超音波映像と以前の超音波映像(即ち、フレーム平均(frame average)処理される以前の超音波映像)との間でフレーム平均処理を行う。
【0004】
従来は、フレームレートが変わっても固定されたフレーム平均係数(frame average coefficient)に基づいてフレーム平均処理が行われた。しかしこれでは、生体内の対象体が動く場合、対象体の表面に接触した超音波プローブが移動する場合、または、生体が動く場合には、フレーム平均処理された超音波映像にモーションブラーリング(motion blurring)が発生するといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表2007−512869号公報
【特許文献2】特開平7−115644号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、フレームレート(frame rate)の変化に応じて適応的にフレーム平均(frame average)処理を行ってモーションブラーリング(motion blurring)を最小化する超音波システムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明における超音波システムは、生体に対応する複数の超音波データを順次取得する超音波データ取得部と、前記複数の超音波データを用いて複数の超音波映像を順次形成し、フレーム平均処理された第i番目(iは1以上の整数)のフレーム平均映像および第i番目の超音波映像を用いてフレームレート(frame rate)の変化に応じたフレーム平均係数(frame average coefficient)を推定し、前記フレーム平均係数に基づいて前記第i番目のフレーム平均映像と第(i+1)番目の超音波映像との間で前記フレーム平均処理を行って第(i+1)番目のフレーム平均映像を形成するプロセッサとを備える。
【0008】
また、本発明における適応的フレーム平均処理方法は、a)生体に対応する複数の超音波データを順次取得する段階と、b)前記複数の超音波データを用いて複数の超音波映像を順次形成する段階と、c)フレーム平均処理された第i番目(iは1以上の整数)のフレーム平均映像および第i番目の超音波映像を用いてフレームレートの変化に応じたフレーム平均係数を推定する段階と、d)前記フレーム平均係数に基づいて前記第i番目のフレーム平均映像と第(i+1)番目の超音波映像との間で前記フレーム平均処理を行って第(i+1)番目のフレーム平均映像を形成する段階とを備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明は、フレームレート(frame rate)の変化に応じて適応的にフレーム平均(frame average)処理を行うことができ、モーションブラーリング(motion blurring)を最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】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
【図2】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。
【図3】時間に応じた超音波映像の取得順序を示す例示図である。
【図4】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。
【図5】本発明の実施例における超音波映像およびフレーム平均処理された超音波映像を示す例示図である。
【図6】本発明の実施例におけるフレーム平均処理部の構成を示すブロック図である。
【図7】本発明の実施例における係数推定部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
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。
【0012】
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。図1を参照すると、超音波システム100は、超音波データ取得部110を備える。
【0013】
超音波データ取得部110は、超音波信号を生体に送信し、生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。
【0014】
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。図2を参照すると、超音波データ取得部110は、超音波プローブ210を備える。
【0015】
超音波プローブ210は、電気的信号と超音波信号を相互変換する複数の電気音響変換素子(transducer element:以下単に変換素子と呼ぶ)(図示せず)を備える。超音波プローブ210は、超音波信号を生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号を形成する。受信信号は、アナログ信号である。超音波プローブ210は、コンベックスプローブ(convex probe)、リニアプローブ(linear probe)などを含む。
【0016】
超音波データ取得部110は、送信部220をさらに備える。送信部220は、超音波信号の送信を制御する。また、送信信号形成部220は、変換素子および集束点を考慮して、超音波映像を得るための送信信号を形成する。超音波映像は、Bモード(brightness mode)映像を含む。しかし、超音波映像は、必ずしもこれに限定されない。送信部220は、送信信号形成部(図示せず)、送信遅延時間情報メモリ(図示せず)、送信ビームフォーマ(図示せず)などを備える。
【0017】
本実施例において、送信部220は、図3に示すように複数の超音波映像UI(1≦i)のそれぞれを得るための送信信号を順次形成する。従って、超音波プローブ210は、送信部220から順次提供される送信信号を超音波信号に変換して生体に送信し、生体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号を順次形成する。
【0018】
超音波データ取得部110は、受信部230をさらに備える。受信部230は、超音波プローブ210から順次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、受信部230は、変換素子および集束点を考慮して、デジタル信号を受信集束させて受信集束信号を形成する。受信部230は、受信信号増幅部(図示せず)、アナログデジタル変換部(図示せず)、受信遅延時間情報メモリ(図示せず)、受信ビームフォーマ(図示せず)などを備える。
【0019】
超音波データ取得部110は、超音波データ形成部240をさらに備える。超音波データ形成部240は、受信部230から提供される受信集束信号を用いて超音波映像に対応する超音波データを形成する。超音波データは、RF(radio frequency)データを含む。しかし、超音波データは、必ずしもこれに限定されない。また、超音波データ形成部240は、超音波データを形成するのに必要な様々な信号処理(例えば、利得(gain)調節等)を受信集束信号に行うこともできる。
【0020】
本実施例において、超音波データ形成部240は、受信部230から順次提供される受信集束信号を用いて、超音波映像UI(1≦i)のそれぞれに対応する超音波データを形成する。
【0021】
再び図1を参照すると、超音波システム100は、プロセッサ120をさらに備える。プロセッサ120は、超音波データ取得部110に連結される。プロセッサ120は、CPU(central processing unit)、マイクロプロセッサ(microprocessor)、GPU(graphic processing unit)などを含む。
【0022】
図4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。図4を参照すると、プロセッサ120は、超音波映像形成部410を備える。
【0023】
超音波映像形成部410は、超音波データ取得部110から順次提供される超音波データを用いて、図5に示すように超音波映像UI(1≦i)を順次形成する。
【0024】
プロセッサ120は、フレーム平均(frame average)処理部420をさらに備える。フレーム平均処理部420は、フレーム平均係数(frame rate coefficient)に基づいて、図5に示すように、超音波映像形成部410で(i+1)番目(iは1以上の整数)に形成された超音波映像(以下、第(i+1)番目の超音波映像という)UIi+1とフレーム平均処理部420でi番目に出力された超音波映像(以下、第i番目のフレーム平均映像という)UI’との間でフレーム平均処理を行って第(i+1)番目のフレーム平均映像UI’i+1を形成して出力する。
【0025】
図6は、本発明の実施例におけるフレーム平均処理部の構成を示すブロック図である。図6を参照すると、フレーム平均処理部420は、フレーム平均係数提供部610を備える。
【0026】
フレーム平均係数提供部610は、係数推定部440から出力されるフレーム平均係数を提供する。本実施例において、フレーム平均係数提供部610は、図6に示すように第1のフレーム平均係数(1−α)および第2のフレーム平均係数αを提供する。
【0027】
フレーム平均処理部420は、第1の乗算部620をさらに備える。第1の乗算部620は、フレーム平均係数提供部610から提供されるフレーム平均係数と入力データを乗算して第1の乗算データを出力する。
【0028】
本実施例において、第1の乗算部620は、図6に示すように、フレーム平均係数提供部610から提供される第1のフレーム平均係数(1−α)と入力データX[i]を乗算して第1の乗算データ(1−α)X[i]を出力する。入力データX[i]は、超音波映像形成部410から出力される第iの超音波映像UIである。
【0029】
フレーム平均処理部420は、遅延部630をさらに備える。遅延部630は、フレーム平均処理部420から出力された出力データを時間遅延させて出力する。
【0030】
本実施例において、遅延部630は、図6に示すように、フレーム平均処理部420から出力された出力データY[i−1]を時間遅延させて出力する。ここで、出力データY[i−1]は、第(i−1)番目のフレーム平均映像UI’i−1である。
【0031】
フレーム平均処理部420は、第2の乗算部640をさらに備える。第2の乗算部640は、遅延部630により時間遅延された出力データとフレーム平均係数提供部610から提供されるフレーム平均係数を乗算して第2の乗算データを出力する。
【0032】
本実施例において、第2の乗算部640は、遅延部630により時間遅延された出力データY[i−1]とフレーム平均係数提供部610から提供される第2のフレーム平均係数αを乗算して第2の乗算データαY[i−1]を出力する。
【0033】
フレーム平均処理部420は、加算部650をさらに備える。加算部650は、第1の乗算部620から出力される第1の乗算データと第2の乗算部640から出力される第2の乗算データを加算して加算データ、即ちフレーム平均処理されたデータを出力する。
【0034】
本実施例において、加算部650は、第1の乗算部620から出力される第1の乗算データ(1−α)X[i]と第2の乗算部640から出力される第2の乗算データαY[i−1]を加算して、フレーム平均処理されたデータY[i]=αY[i−1]+(1−α)X[i]を出力する。ここで、フレーム平均処理されたデータY[i]は、第i番目のフレーム平均映像UI’である。
【0035】
再び図4を参照すると、プロセッサ120は、判断部430をさらに備える。判断部430は、フレームレートの変化を判断して判断結果を出力する。一例として、判断部430は、基準フレームレートと現在フレームレートとを比較し、基準フレームレートと現在フレームレートが異なると判断すれば、基準フレームレートと現在フレームレートが異なることを示す第1の判断結果を出力する一方、基準フレームレートと現在フレームレートが同一であると判断すれば、基準フレームレートと現在フレームレートが同一であることを示す第2の判断結果を出力する。
【0036】
プロセッサ120は、係数推定部440をさらに備える。係数推定部440は、判断部430から提供される判断結果に基づいてフレームレートの変化に応じたフレーム平均係数を推定し、推定されたフレーム平均係数をフレーム平均処理部420に提供する。従って、フレーム平均処理部420は、係数推定部440から提供されるフレーム平均係数に基づいて、超音波映像形成部410から提供される超音波映像とフレーム平均処理部420から出力されたフレーム平均映像との間でフレーム平均処理を行う。
【0037】
図7は、本発明の実施例における係数推定部の構成を示すブロック図である。図7を参照すると、係数推定部440は、リサンプリング部710を備える。
【0038】
リサンプリング部710は、判断部430から提供される判断結果に基づいて、現在のフレームレート(以後、現在フレームレートと略す)に対応するサンプリングレート(sample rate)を設定する。例えば、リサンプリング部710は、現在フレームレートをフィルタのサンプリングレートとして設定する。
【0039】
本実施例において、リサンプリング部710は、判断部430から提供される第1の判断結果に基づいて、現在フレームレートに対応するサンプリングレートを設定する。また、リサンプリング部710は、判断部430から提供される第2の判断結果に基づいて、サンプリングレートを設定しない。即ち、リサンプリング部710は、判断部430から提供される第2の判断結果に基づいて、以前に設定されたサンプリングレートを現在フレームレートに対応するサンプリングレートとして設定する。
【0040】
リサンプリング部710は、図7に示すように、設定されたサンプリングレートで入力データX[i]、Y[i]をリサンプリングしてリサンプリングデータX[m]、Y[m]を出力する。入力データX[i]は、超音波映像形成部410から出力される第i番目の超音波映像UIであり、入力データY[i]は、フレーム平均処理部420から出力される第i番目のフレーム平均映像UI’である。また、リサンプリング部710は、リサンプリングデータに補間(interpolation)処理を行うこともできる。
【0041】
係数推定部440は、推定部720をさらに備える。推定部720は、図7に示すように、リサンプリング部710から提供されるリサンプリングデータX[m]、Y[m]と係数推定部440から出力された出力データT[m]に基づいてフレーム平均係数を推定する。一例として、推定部720は、下記の式を用いてフレーム平均係数K[m]を推定することができる。ここで、フレーム平均係数K[m]は、毎リサンプリングデータに対応するフレーム平均係数の平均値を示す。
【0042】
【数1】

【0043】
係数推定部440は、第3の乗算部730をさらに備える。第3の乗算部730は、推定部720から出力されるフレーム平均係数とリサンプリング部710から出力されるリサンプリングデータを乗算して第3の乗算データを出力する。
【0044】
本実施例において、第3の乗算部730は、図7に示すように、推定部720から提供される第3のフレーム平均係数(1−K[m])とリサンプリング部710から提供されるリサンプリングデータX[m]を乗算して第3の乗算データ(1−k[m])X[m]を出力する。
【0045】
係数推定部440は、遅延部740をさらに備える。遅延部740は、係数推定部440から出力された出力データを時間遅延させて出力する。本実施例において、遅延部740は、図7に示すように、係数推定部440から出力された出力データT[m−1]を時間遅延させて出力する。
【0046】
係数推定部440は、第4の乗算部750をさらに備える。第4の乗算部750は、遅延部740により時間遅延された出力データと推定部720から出力されるフレーム平均係数を乗算して第4の乗算データを出力する。
【0047】
本実施例において、第4の乗算部750は、図7に示すように、遅延部740により時間遅延された出力データT[m−1]と推定部720から出力される第4のフレーム平均係数K[m]を乗算して第4の乗算データK[m]T[m−1]を出力する。
【0048】
係数推定部440は、加算部760をさらに備える。加算部760は、第3の乗算部730から出力される第3の乗算データと第4の乗算部750から出力される第4の乗算データを加算して加算データを出力する。
【0049】
本実施例において、加算部760は、図7に示すように、第3の乗算部730から出力される第3の乗算データ(1−k[m])X[m]と第4の乗算部750から出力される第4の乗算データK[m]T[m−1]を加算して加算データ(即ち、出力データ)T[m]=K[m]T[m−1]+(1−K[m])X[m]を出力する。
【0050】
再び図1を参照すると、超音波システム100は、格納部130をさらに備える。格納部130は、超音波データ取得部110で取得された超音波データを格納する。また、格納部130は、プロセッサ120で形成された複数の超音波映像を格納する。
【0051】
超音波システム100は、ディスプレイ部140をさらに備える。ディスプレイ部140は、プロセッサ120で形成された超音波映像を表示する。また、ディスプレイ部140は、プロセッサ120で形成されたフレーム平均映像を表示する。
【0052】
本発明は、望ましい実施例によって説明および例示をしたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項および範疇を逸脱することなく、様々な変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【0053】
100 超音波システム
110 超音波データ取得部
120 プロセッサ
130 格納部
140 ディスプレイ部
210 超音波プローブ
220 送信部
230 受信部
240 超音波データ形成部
410 超音波映像形成部
420 フレーム平均処理部
430 判断部
440 係数推定部
UI超音波映像
UI’フレーム平均映像
610 フレーム平均係数提供部
620 第1の乗算部
630 遅延部
640 第2の乗算部
650 加算部
710 リサンプリング部
720 推定部
730 第3の乗算部
740 遅延部
750 第4の乗算部
760 加算部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体に対応する複数の超音波データを順次取得する超音波データ取得部と、
前記複数の超音波データを用いて複数の超音波映像を順次形成し、フレーム平均処理された第i番目(iは1以上の整数)のフレーム平均映像および第i番目の超音波映像を用いてフレームレート(frame rate)の変化に応じたフレーム平均係数(frame average coefficient)を推定し、前記フレーム平均係数に基づいて前記第i番目のフレーム平均映像と第(i+1)番目の超音波映像との間で前記フレーム平均処理を行って第(i+1)番目のフレーム平均映像を形成するプロセッサと
を備える超音波システム。
【請求項2】
前記フレームレートは、基準フレームレートと現在フレームレートとを含み、
前記プロセッサは、
前記複数の超音波データを用いて前記複数の超音波映像を形成する超音波映像形成部と、
前記フレーム平均係数に基づいて前記フレーム平均処理を行うフレーム平均処理部と、
前記基準フレームレートと前記現在フレームレートとを比較して判断結果を出力する判断部と、
前記判断結果に基づいて前記フレーム平均係数を出力する係数推定部と
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。
【請求項3】
前記フレーム平均処理部は、
前記フレーム平均係数と前記第i番目の超音波映像を乗算して第1の乗算データを出力する第1の乗算部と、
前記第i番目のフレーム平均映像を時間遅延させて出力する遅延部と、
前記フレーム平均係数と前記時間遅延された第i番目のフレーム平均映像を乗算させて第2の乗算データを出力する第2の乗算部と、
前記第1の乗算データと前記第2の乗算データを加算して前記第(i+1)番目のフレーム平均映像を出力する第1の加算部と
を備えることを特徴とする請求項2に記載の超音波システム。
【請求項4】
前記係数推定部は、
前記判断結果に基づいて、前記現在フレームレートに対応するサンプリングレートで前記第i番目の超音波映像および前記第i番目のフレーム平均映像のそれぞれをリサンプリングして第1のリサンプリングデータおよび第2のリサンプリングデータを形成するリサンプリング部と、
前記第1のリサンプリングデータおよび前記第2のリサンプリングデータに基づいて、前記フレーム平均係数を出力する推定部と、
前記フレーム平均係数と前記第1のリサンプリングデータを乗算して第3の乗算データを出力する第3の乗算部と、
前記係数推定部から出力された加算データを時間遅延させて出力する遅延部と、
前記フレーム平均係数と前記時間遅延された加算データを乗算して第4の乗算データを出力する第4の乗算部と、
前記第3の乗算データと前記第4の乗算データを加算して前記加算データを出力する第2の加算部と
を備えることを特徴とする請求項2または3に記載の超音波システム。
【請求項5】
前記判断部は、
前記基準フレームレートと前記現在フレームレートが異なると判断すれば、第1の判断結果を出力し、
前記基準フレームレートと前記現在フレームレートが同一であると判断すれば、第2の判断結果を出力することを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の超音波システム。
【請求項6】
a)生体に対応する複数の超音波データを順次取得する段階と、
b)前記複数の超音波データを用いて複数の超音波映像を順次形成する段階と、
c)フレーム平均処理された第i番目(iは1以上の整数)のフレーム平均映像および第i番目の超音波映像を用いてフレームレートの変化に応じたフレーム平均係数を推定する段階と、
d)前記フレーム平均係数に基づいて前記第i番目のフレーム平均映像と第(i+1)番目の超音波映像との間で前記フレーム平均処理を行って第(i+1)番目のフレーム平均映像を形成する段階と
を備えることを特徴とする適応的フレーム平均処理方法。
【請求項7】
前記段階c)は、
c1)基準フレームレートと現在フレームレートとを比較して判断結果を出力する段階と、
c2)前記判断結果に基づいて前記推定されたフレーム平均係数を出力する段階と
を備えることを特徴とする請求項6に記載の適応的フレーム平均処理方法。
【請求項8】
前記段階d)は、
前記フレーム平均係数と前記第i番目の超音波映像を乗算して第1の乗算データを出力する段階と、
前記第i番目のフレーム平均映像を時間遅延させて出力する段階と、
前記フレーム平均係数と前記時間遅延された第i番目のフレーム平均映像を乗算させて第2の乗算データを出力する段階と、
前記第1の乗算データと前記第2の乗算データを加算して前記第(i+1)番目のフレーム平均映像を出力する段階と
を備えることを特徴とする請求項7に記載の適応的フレーム平均処理方法。
【請求項9】
前記段階c2)は、
前記判断結果に基づいて、前記現在フレームレートに対応するサンプリングレートで前記第i番目の超音波映像および前記第i番目のフレーム平均映像のそれぞれをリサンプリングして第1のリサンプリングデータおよび第2のリサンプリングデータを形成する段階と、
前記第1のリサンプリングデータおよび前記第2のリサンプリングデータに基づいて、前記フレーム平均係数を出力する段階と、
前記フレーム平均係数と前記第1のリサンプリングデータを乗算して第3の乗算データを出力する段階と、
加算データを時間遅延させて出力する段階と、
前記フレーム平均係数と前記時間遅延された加算データを乗算して第4の乗算データを出力する段階と、
前記第3の乗算データと前記第4の乗算データを加算して前記加算データを出力する段階と
を備えることを特徴とする請求項7または8に記載の適応的フレーム平均処理方法。
【請求項10】
前記段階c1)は、
前記基準フレームレートと前記現在フレームレートが異なると判断すれば、第1の判断結果を出力する段階と、
前記基準フレームレートと前記現在フレームレートが同一であると判断すれば、第2の判断結果を出力する段階と
を備えることを特徴とする請求項7ないし9のいずれかに記載の適応的フレーム平均処理方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2012−115667(P2012−115667A)
【公開日】平成24年6月21日(2012.6.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−259260(P2011−259260)
【出願日】平成23年11月28日(2011.11.28)
【出願人】(597096909)三星メディソン株式会社 (269)
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG MEDISON CO.,LTD.
【住所又は居所原語表記】114 Yangdukwon−ri,Nam−myun,Hongchun−gun,Kangwon−do 250−870,Republic of Korea
【Fターム(参考)】