超聲波成像裝置、超聲波成像方法以及超聲波成像用程序的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無需求出運(yùn)動(dòng)矢量就能夠直接生成標(biāo)量場圖像來掌握組織的邊界的超聲波成像裝置。對接收信號(hào)進(jìn)行處理來生成2幀以上的圖像，從圖像中選擇2幀，對一個(gè)幀設(shè)定多個(gè)關(guān)心區(qū)域，對另一個(gè)幀按多個(gè)關(guān)心區(qū)域的每一個(gè)關(guān)心區(qū)域設(shè)定比關(guān)心區(qū)域大的搜索區(qū)域。在搜索區(qū)域內(nèi)設(shè)定多個(gè)與關(guān)心區(qū)域?qū)?yīng)的大小的候補(bǔ)區(qū)域。通過按多個(gè)候補(bǔ)區(qū)域的每一個(gè)候補(bǔ)區(qū)域求得關(guān)心區(qū)域的像素值與候補(bǔ)區(qū)域內(nèi)的像素值之間的范數(shù)，從而求得搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)的分布。將表示范數(shù)的分布狀態(tài)的值作為與搜索區(qū)域?qū)?yīng)的關(guān)心區(qū)域的像素值來生成圖像。
【專利說明】超聲波成像裝置、超聲波成像方法以及超聲波成像用程序
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在通過超聲波進(jìn)行生物體的成像時(shí)能明確地識(shí)別組織邊界的超聲波成像方法以及超聲波成像裝置的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在用于醫(yī)療圖像診斷中的超聲波攝像裝置中，公知基于診斷運(yùn)動(dòng)圖像(B模式圖像)的小區(qū)域的變化量來推測組織的彈性系數(shù)分布，將硬度變換為彩色圖來顯示的方法。但是，若是腫瘤的邊緣部，則相對于周圍的組織而言，聲阻抗、彈性率都沒有較大的不同，在這種情況下，無論是在診斷運(yùn)動(dòng)圖像中還是在彈性圖像中都不能掌握腫瘤與周圍組織之間的邊界。
[0003]因此，存在以下方法:針對時(shí)間序列不同的兩個(gè)診斷圖像數(shù)據(jù)通過塊匹配處理來求得診斷圖像的各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)矢量，根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量生成標(biāo)量場圖像。由此，能夠識(shí)別聲阻抗和彈性率與周圍相比都沒有較大不同的組織的邊界。
[0004]但是，在如回波信號(hào)變得微弱的穿透界限區(qū)域等圖像數(shù)據(jù)中噪聲較多的區(qū)域中，在求出運(yùn)動(dòng)矢量時(shí)由于噪聲的影響，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤矢量，邊界的識(shí)別度降低。因此，在專利文獻(xiàn)I中，在求得運(yùn)動(dòng)矢量時(shí)，求得作為關(guān)心區(qū)域的移動(dòng)目的地的候補(bǔ)的多個(gè)區(qū)域與關(guān)心區(qū)域之間的圖像數(shù)據(jù)的類似度，根據(jù)類似度分布來判定針對該關(guān)心區(qū)域求得的運(yùn)動(dòng)矢量的可靠度。在運(yùn)動(dòng)矢量的可靠度低的情況下，能夠除去該運(yùn)動(dòng)矢量等，因此能夠提高邊界的識(shí)別度。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:國際公開TO2011/052602號(hào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的問題
[0009]在現(xiàn)有的專利文獻(xiàn)I等中記載的求得運(yùn)動(dòng)矢量來識(shí)別組織的邊界的方法需要通過塊匹配處理來求得圖像上的各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)矢量、將該運(yùn)動(dòng)矢量變換為標(biāo)量來生成標(biāo)量場圖像這樣的兩個(gè)步驟。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種不求出運(yùn)動(dòng)矢量而是能夠直接生成標(biāo)量場圖像來掌握被檢測體的邊界的超聲波成像裝置。
[0011]用于解決問題的手段
[0012]為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第I方式，提供如下的超聲波成像裝置。即，具有:朝向?qū)ο蟀l(fā)送超聲波的發(fā)送部；接收從上述對象到來的超聲波的接收部；和處理接收部的接收信號(hào)來生成2幀以 上的圖像的處理部。處理部對所生成的2幀以上的圖像中的一個(gè)幀設(shè)定多個(gè)關(guān)心區(qū)域，對另一幀按上述多個(gè)關(guān)心區(qū)域的每一個(gè)關(guān)心區(qū)域設(shè)定比上述關(guān)心區(qū)域大的搜索區(qū)域，在搜索區(qū)域內(nèi)設(shè)定多個(gè)與關(guān)心區(qū)域?qū)?yīng)的大小的候補(bǔ)區(qū)域，通過按多個(gè)候補(bǔ)區(qū)域的每一個(gè)候補(bǔ)區(qū)域求得關(guān)心區(qū)域的像素值與上述候補(bǔ)區(qū)域內(nèi)的像素值之間的范數(shù)，從而求得搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)的分布，將表示范數(shù)的分布狀態(tài)的值(標(biāo)量值)作為與搜索區(qū)域?qū)?yīng)的關(guān)心區(qū)域的像素值來生成圖像。
[0013]發(fā)明效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明，求得表示搜索區(qū)域的范數(shù)的分布狀態(tài)的值。范數(shù)若有邊界，則表示沿著邊界較低的值。因此，由于將表示范數(shù)的分布狀態(tài)的值(標(biāo)量值)作為與搜索區(qū)域?qū)?yīng)的關(guān)心區(qū)域的像素值來生成圖像，因此無需生成矢量場就能夠生成表示被檢測體的邊界的圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為表示第I實(shí)施方式的超聲波成像裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0016]圖2為表示第I實(shí)施方式的超聲波成像裝置所進(jìn)行的圖像生成的處理順序的流程圖。[0017]圖3為表示圖2的步驟24的詳細(xì)情況的流程圖。
[0018]圖4為采用兩層構(gòu)造的被檢測體(人體模型)來說明圖2的步驟24的處理的圖。
[0019]圖5 (a)為表示關(guān)心區(qū)域位于靜止部分時(shí)的、搜索區(qū)域的P范數(shù)分布的分布圖，(b)為(a)的P范數(shù)分布的直方圖，(c)為表示第I實(shí)施方式的關(guān)心區(qū)域位于邊界部時(shí)的搜索區(qū)域的P范數(shù)分布的分布圖、(d)為(C)的P范數(shù)分布的直方圖。
[0020]圖6 (a)為第I實(shí)施方式的B模式像，(b)為第I實(shí)施方式的標(biāo)量場圖像，(C)為現(xiàn)有技術(shù)的矢量場圖像，(d)為現(xiàn)有技術(shù)的矢量場圖像的應(yīng)變張量圖像。
[0021]圖7(a)為表示第I實(shí)施方式的標(biāo)量場圖像與B模式圖像的疊加圖像的說明圖，
(b)為表示第I實(shí)施方式的標(biāo)量場圖像、B模式圖像、矢量場圖像的疊加圖像的說明圖。
[0022]圖8為表示第I實(shí)施方式的超聲波成像裝置所進(jìn)行的圖像生成的處理順序的流程圖。
[0023]圖9(a)為表示在標(biāo)量場圖像中產(chǎn)生了虛像的例子的圖像，(b)為第2實(shí)施方式的P范數(shù)值的平均值與頻度的直方圖，(C)為在第2實(shí)施方式中將低可靠部置換為暗色顯示的標(biāo)量場圖像。
[0024]圖10為表示第2實(shí)施方式的圖像的處理順序的流程圖。
[0025]圖11為表示第3實(shí)施方式的圖像的生成順序的流程圖。
[0026]圖12(a)~(h)為表示在第3實(shí)施方式的搜索區(qū)域中設(shè)定的8個(gè)方向的模型的說明圖。
[0027]圖13(a)~(C)為表示第6實(shí)施方式的邊界的朝向與矢量場的圖案例的說明圖。
[0028]圖14為表示求得第6實(shí)施方式的邊界范數(shù)的順序的流程圖。
[0029]圖15為表示在第7實(shí)施方式中一部分重復(fù)設(shè)定的ROI的說明圖。
[0030]圖16為表示采用第7實(shí)施方式的查找表的用于減少運(yùn)算量的處理順序的流程圖。
[0031]圖17為表示在第8實(shí)施方式中針對連續(xù)幀求出的信息熵的圖表。
[0032]圖18為表示采用第8實(shí)施方式的信息熵的圖像顯示的處理順序的流程圖。
[0033]圖19(a)為表示第9實(shí)施方式提取出的標(biāo)量場圖像、矢量場圖像和B模式圖像的疊加圖像的說明圖，(b)為標(biāo)量場圖像的標(biāo)量值與頻度的直方圖。[0034]圖20為表示生成第9實(shí)施方式提取出的標(biāo)量場圖像的處理順序的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明的超聲波成像裝置具有:發(fā)送部，其朝向?qū)ο蟀l(fā)送超聲波；接收部，其接收從對象到來的超聲波；和處理部，其對接收部的接收信號(hào)進(jìn)行處理并生成2幀以上的圖像。處理部對所生成的2幀以上的圖像中的一個(gè)幀設(shè)定多個(gè)關(guān)心區(qū)域，對另一個(gè)幀按多個(gè)關(guān)心區(qū)域的每一個(gè)關(guān)心區(qū)域設(shè)定比關(guān)心區(qū)域大的搜索區(qū)域。在搜索區(qū)域內(nèi)設(shè)定多個(gè)與關(guān)心區(qū)域?qū)?yīng)的大小的候補(bǔ)區(qū)域。處理部通過按多個(gè)候補(bǔ)區(qū)域的每一個(gè)候補(bǔ)區(qū)域求得關(guān)心區(qū)域的像素值與候補(bǔ)區(qū)域內(nèi)的像素值之間的范數(shù)，從而求得搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)的分布，將表示范數(shù)的分布狀態(tài)的值(標(biāo)量值)作為與搜索區(qū)域?qū)?yīng)的關(guān)心區(qū)域的像素值來生成圖像。在此，也可在關(guān)心區(qū)域中代替像素值而直接采用接收信號(hào)的振幅值或者相位值來計(jì)算出范數(shù)。由于像素值被實(shí)施了對數(shù)壓縮處理，因此原始的接收信號(hào)一方的線性變化被正確地反映，從而可實(shí)現(xiàn)高分辨率。
[0036]若有邊界，則范數(shù)表示沿著邊界較小的值，因此通過將表示范數(shù)的分布狀態(tài)的值(標(biāo)量值)作為與搜索區(qū)域相對應(yīng)的關(guān)心區(qū)域的像素值來生成圖像，從而本發(fā)明的超聲波成像裝置能夠在不生成矢量場的情況下生成表示被檢測體的邊界的圖像。
[0037]范數(shù)可使用由下述式(I)表示的P范數(shù)(也稱作冪乘范數(shù))。
[0038][數(shù)學(xué)式I]
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波成像裝置，其特征在于，具有: 發(fā)送部，其朝向?qū)ο蟀l(fā)送超聲波； 接收部，其接收從上述對象到來的超聲波；和 處理部，其對上述接收部的接收信號(hào)進(jìn)行處理并生成2幀以上的圖像， 上述處理部對所生成的上述2幀以上的圖像中的一個(gè)幀設(shè)定多個(gè)關(guān)心區(qū)域，對另一個(gè)幀按上述多個(gè)關(guān)心區(qū)域的每一個(gè)關(guān)心區(qū)域設(shè)定比上述關(guān)心區(qū)域大的搜索區(qū)域，在上述搜索區(qū)域內(nèi)設(shè)定多個(gè)與上述關(guān)心區(qū)域?qū)?yīng)的大小的候補(bǔ)區(qū)域，通過按上述多個(gè)候補(bǔ)區(qū)域的每一個(gè)候補(bǔ)區(qū)域求得上述關(guān)心區(qū)域的像素值與上述候補(bǔ)區(qū)域內(nèi)的像素值之間的范數(shù)，從而求得上述搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)的分布，將表示該范數(shù)的分布狀態(tài)的值作為與上述搜索區(qū)域?qū)?yīng)的上述關(guān)心區(qū)域的像素值來生成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述范數(shù)為由下述式(I)所表示的P范數(shù)， [數(shù)學(xué)式I]

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述P為大于I的實(shí)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 表示上述范數(shù)的分布狀態(tài)的值為該分布的統(tǒng)計(jì)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述統(tǒng)計(jì)量為通過上述搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)分布的范數(shù)值的最小值與范數(shù)值的平均值之差來定義的偏離度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述統(tǒng)計(jì)量為上述搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)分布的范數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均值而得到的變動(dòng)系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部分別求得以 在上述搜索區(qū)域內(nèi)設(shè)定的關(guān)注區(qū)域作為中心的多個(gè)方向中位于沿著該方向的位置上的上述候補(bǔ)區(qū)域的范數(shù)值的平均變?yōu)樽钚〉牡贗方向、和經(jīng)過上述關(guān)注區(qū)域而與上述第I方向正交的第2方向，將沿著上述第I方向的上述候補(bǔ)區(qū)域的上述范數(shù)值的平均與沿著上述第2方向的上述候補(bǔ)區(qū)域的上述范數(shù)值的平均的比率值或者差分值用作表示針對與上述搜索區(qū)域?qū)?yīng)的上述關(guān)心區(qū)域的上述范數(shù)的分布狀態(tài)的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部在上述候補(bǔ)區(qū)域內(nèi)的中心設(shè)定中心像素,設(shè)定以上述中心像素作為中心的多個(gè)方向，求得上述中心像素的像素值與位于上述方向的位置上的多個(gè)像素的像素值之間的范數(shù)值，求得所求出的范數(shù)值除以上述方向的像素?cái)?shù)后得到的范數(shù)值的平均，將與針對位于范數(shù)值的平均變?yōu)樽钚〉牡贗方向的位置上和經(jīng)過上述中心像素且與上述第I方向正交的第2方向的位置上的多個(gè)像素和上述中心像素求得的范數(shù)值的平均的比率值或者差分值用作上述候補(bǔ)區(qū)域的中心像素的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部預(yù)先通過拉普拉斯濾波對上述搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)的分布進(jìn)行增強(qiáng)處理，針對增強(qiáng)處理后的分布求得上述比率值或者差分值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部預(yù)先通過拉普拉斯濾波對上述候補(bǔ)區(qū)域內(nèi)的像素值進(jìn)行增強(qiáng)處理，對增強(qiáng)處理后的像素值求得上述比率值或者差分值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部生成表示上述搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)的分布的矩陣，對該矩陣實(shí)施特征值分解處理來求得特征值，將該特征值用作表示針對與上述搜索區(qū)域?qū)?yīng)的上述關(guān)心區(qū)域的上述范數(shù)的分布狀態(tài)的值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部將在上述搜索區(qū)域中上述范數(shù)值變?yōu)樽钚〉暮蜓a(bǔ)區(qū)域選擇為上述關(guān)心區(qū)域的移動(dòng)目的地，求得連結(jié)上述關(guān)心區(qū)域的位置與上述選擇出的候補(bǔ)區(qū)域的位置的運(yùn)動(dòng)矢量，通過針對多個(gè)上述關(guān)心區(qū)域分別生成上述運(yùn)動(dòng)矢量，從而生成運(yùn)動(dòng)矢量場， 上述處理部針對在上述 運(yùn)動(dòng)矢量場中設(shè)定的多個(gè)關(guān)注區(qū)域分別求得與X分量相關(guān)的y方向微分的平方值、和與I分量相關(guān)的X方向微分的平方值的總和作為邊界范數(shù)值，并將該邊界范數(shù)值作為上述關(guān)注區(qū)域的像素值來生成圖像。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部按照將上述多個(gè)關(guān)心區(qū)域重復(fù)一部分的方式進(jìn)行設(shè)定，將對一個(gè)關(guān)心區(qū)域計(jì)算范數(shù)時(shí)針對上述重復(fù)的區(qū)域求得的值保存于存儲(chǔ)區(qū)域的查找表中，在針對其他關(guān)心區(qū)域計(jì)算范數(shù)時(shí)從上述查找表中讀出并使用所保存的值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部按照將上述多個(gè)候補(bǔ)區(qū)域重復(fù)一部分的方式進(jìn)行設(shè)定，將在對一個(gè)候補(bǔ)區(qū)域計(jì)算范數(shù)時(shí)針對上述重復(fù)的區(qū)域求得的值保存于存儲(chǔ)區(qū)域的查找表中，在針對其他候補(bǔ)區(qū)域計(jì)算范數(shù)時(shí)從上述查找表中讀出并使用所保存的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部按時(shí)間序列生成多個(gè)幀的將表示上述范數(shù)的分布狀態(tài)的值作為像素值來生成的圖像，按每個(gè)該幀計(jì)算出信息熵量， 在上述信息熵量為預(yù)先設(shè)定的閾值以上的情況下，上述處理部顯示該幀。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部生成提取表示上述范數(shù)的分布狀態(tài)的值為規(guī)定值以上的像素而得到的提取圖像，與B模式圖像重疊地顯示該提取圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的超聲波成像裝置，其特征在于， 上述處理部針對將表示上述范數(shù)的分布狀態(tài)的值作為像素值而生成的圖像，生成表示上述范數(shù)的分布狀態(tài)的值和其頻度的直方圖， 上述處理部搜索上述直方圖的山形狀分布，將山形狀分布的最小值用作上述規(guī)定值。
18.—種超聲波成像方法，其特征在于，朝向?qū)ο蟀l(fā)送超聲波，對接收從上述對象到來的超聲波而得到的接收信號(hào)進(jìn)行處理，生成2幀以上的圖像， 從上述圖像中選擇2幀， 對一個(gè)幀設(shè)定多個(gè)關(guān)心區(qū)域， 對另一個(gè)幀按上述多個(gè)關(guān)心區(qū)域的每一個(gè)關(guān)心區(qū)域設(shè)定比上述關(guān)心區(qū)域大的搜索區(qū)域，在上述搜索區(qū)域內(nèi)設(shè)定多個(gè)與上述關(guān)心區(qū)域?qū)?yīng)的大小的候補(bǔ)區(qū)域， 通過按上述多個(gè)候補(bǔ)區(qū)域的每一個(gè)候補(bǔ)區(qū)域求得上述關(guān)心區(qū)域的像素值與上述候補(bǔ)區(qū)域內(nèi)的像素值之間的范數(shù)，從而求得上述搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)的分布， 將表示該范數(shù)的分布狀態(tài)的值作為與上述搜索區(qū)域?qū)?yīng)的上述關(guān)心區(qū)域的像素值來生成圖像。
19.一種超聲波成像用程序，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下步驟: 第I步驟，從2幀以上的超聲波圖像中選擇兩個(gè)幀； 第2步驟，對一個(gè)幀設(shè)定多個(gè)關(guān)心區(qū)域； 第3步驟，對另一個(gè)幀按上述多個(gè)關(guān)心區(qū)域的每一個(gè)關(guān)心區(qū)域設(shè)定比上述關(guān)心區(qū)域大的搜索區(qū)域，在上述搜索區(qū)域內(nèi)設(shè)定多個(gè)與上述關(guān)心區(qū)域?qū)?yīng)的大小的候補(bǔ)區(qū)域； 第4步驟，通過按上述多個(gè)候補(bǔ)區(qū)域的每一個(gè)候補(bǔ)區(qū)域求得上述關(guān)心區(qū)域的像素值與上述候補(bǔ)區(qū)域內(nèi)的像素值之間的范數(shù)，從而求得上述搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)的分布；和 第5步驟，將表示該范數(shù)的分布狀態(tài)的值作為與上述搜索區(qū)域?qū)?yīng)的上述關(guān)心區(qū)域的像素值來生成圖像。
20.一種超聲波成像裝置，其特征在于，具有: 發(fā)送部，其朝向?qū)ο蟀l(fā)送超聲波； 接收部，其接收從上述對象到來的超聲波；和 處理部，其對上述接收部的接收信號(hào)進(jìn)行處理來生成2幀以上的圖像， 上述處理部對與接收的上述2幀以上的圖像對應(yīng)的接收信號(hào)中、相當(dāng)于I個(gè)幀的接收信號(hào)分布設(shè)定多個(gè)關(guān)心區(qū)域，對相當(dāng)于另一個(gè)幀的接收信號(hào)分布按上述多個(gè)關(guān)心區(qū)域的每一個(gè)關(guān)心區(qū)域設(shè)定比上述關(guān)心區(qū)域 大的搜索區(qū)域，在上述搜索區(qū)域內(nèi)設(shè)定多個(gè)與上述關(guān)心區(qū)域?qū)?yīng)的大小的候補(bǔ)區(qū)域，通過按上述多個(gè)候補(bǔ)區(qū)域的每一個(gè)候補(bǔ)區(qū)域求得上述關(guān)心區(qū)域的振幅分布或者相位分布與上述候補(bǔ)區(qū)域內(nèi)的振幅分布或者相位分布之間的范數(shù)，從而求得上述搜索區(qū)域內(nèi)的范數(shù)的分布，將表示該范數(shù)的分布狀態(tài)的值作為與上述搜索區(qū)域?qū)?yīng)的上述關(guān)心區(qū)域的像素值來生成圖像。
【文檔編號(hào)】A61B8/00GK103906473SQ201280053070
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】增井裕也, 東隆 申請人:日立阿洛卡醫(yī)療株式會(huì)社