專利名稱：超聲波診斷裝置、超聲波圖像處理裝置、超聲波圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向被檢體內(nèi)發(fā)送超聲波，根據(jù)來自被檢體內(nèi)的反射 波，得到被檢體內(nèi)的診斷信息的超聲波診斷裝置、超聲波圖像處理裝 置、超聲波圖像處理方法，特別涉及包含在圖像數(shù)據(jù)中的小斑紋
(speckle)除去。
背景技術(shù)：
在超聲波診斷中，通過從體表貼附超聲波探頭的簡單操作而實(shí)時(shí) 顯示地得到心臟的脈動(dòng)和胎兒的活動(dòng)的情況，并且安全性高，因此能 夠重復(fù)進(jìn)行檢查。另外，系統(tǒng)的規(guī)模與X射線、CT、 MRI等其他診 斷設(shè)備相比小，還能夠容易地進(jìn)行向床側(cè)移動(dòng)的檢查，可以說是簡便 的診斷方法。在該超聲波診斷中使用的超聲波診斷裝置根據(jù)其具備的 功能的種類而分別不同，但開發(fā)出了可以單手操作那樣的小型類型， 在超聲波診斷中不會(huì)如X射線等那樣受到輻射的影響，還可以在產(chǎn)科 和家庭醫(yī)療等中使用。另外，近年來的超聲波診斷裝置通過使用2維 地排列了超聲波振子的2維陣列超聲波探頭等，還能夠空間地掃描被 檢體內(nèi)部，收集3維的生命體信息(體數(shù)據(jù)volume data)。
但是，來自多個(gè)接近的被檢體組織的接收信號(hào)由于各自的相位信 息而干擾，生成其觀察方法與只合成振幅信息的情況不同的圖像模式， 即小斑紋。該小斑紋偶爾會(huì)妨礙正確地觀測被檢體組織的邊界的位置、 形狀，所以提出了用于除去它的各種處理方法。
其中之一有以下的方法通過小波變換/逆變換等對(duì)對(duì)象圖像進(jìn)
行多重分辨率分解，對(duì)在各水平下分解了的圖像的高頻成分進(jìn)行閣值、 加權(quán)等的處理。在該方法中，有以下這樣的問題點(diǎn)雖然除去了小斑紋，但所得到的圖像有人工的感覺。
因此，例如如特開2006- 116307號(hào)所示那樣，提出了以下的方 法檢測出在各水平下分解的圖像的邊沿(edge)，對(duì)每個(gè)像素計(jì)算 出邊沿的方向，對(duì)邊沿的切線方向進(jìn)行平滑化，對(duì)法線方向進(jìn)行尖銳 化的濾波。但是，在該情況下，由于平滑化和尖銳化是固定濾波，所 以性能有限。
另一方面，如"K.Z. Abd-Elmoniem， A.M. Youssef， and Y.M. Kadah， "Real-Time Speckle Reduction and Coherence Enhancement in Ultrasound Imaging via Nonlinear Anisotropic Diffusion", IEEE transactions on biomedical engineering, vol.49, NO.9, Sep.2002"所示
Diffusion Filter)而除去小斑紋的方法。但是，非線性各向異性擴(kuò)散 濾波由于需要進(jìn)行求解偏微分方程式進(jìn)行計(jì)算的操作，所以有計(jì)算處 理花費(fèi)時(shí)間的問題。另外，在非線性各向異性擴(kuò)散濾波器單體中，雖 然具有降低某種程度的小斑紋的效果，但有并不充分的問題。
上述2個(gè)方法的前提都是處理的對(duì)象是2維超聲波圖像，在將 圖像的座標(biāo)系從發(fā)送接收系統(tǒng)變換為顯示系統(tǒng)的掃描變換處理后，并 且在顯示之前進(jìn)行處理。在該情況下，例如在只對(duì)將彩色多普勒?qǐng)D像 重疊在B模式圖像上進(jìn)行顯示的圖像的B模式圖像進(jìn)行處理那樣的情 況下，會(huì)產(chǎn)生困難。另外，最近的顯示系統(tǒng)已經(jīng)高分辨率化。因此， 在掃描變換處理后，為了高分辨率而必須對(duì)多個(gè)像素進(jìn)行處理，對(duì)處 理的高速化是不利的。進(jìn)而，上述現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于超聲波圖像數(shù)據(jù)是體 數(shù)據(jù)的情況，也沒有具體的提案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于提供一種能夠 更有效并且高速地除去2維或3維超聲波圖像數(shù)據(jù)的小斑紋的超聲波 診斷裝置、超聲波圖像處理裝置、超聲波圖像處理方法。
本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種超聲波診斷裝置，具備對(duì)被檢
7體的規(guī)定的區(qū)域執(zhí)行B模式下的超聲波發(fā)送接收，產(chǎn)生超聲波圖像數(shù) 據(jù)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元；階層地對(duì)上述超聲波圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率分 解，得到第1~第n水平(其中n是2以上的自然數(shù))的低頻分解圖 像數(shù)據(jù)和第1~第n水平的高頻分解圖像數(shù)據(jù)的分解單元；對(duì)來自下 一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)實(shí)施非 線性各向異性擴(kuò)散濾波，并且根據(jù)上述來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最
下位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)上述階層生成信號(hào)的 邊沿信息的濾波單元；根據(jù)上述各階層的上述邊沿信息，對(duì)每個(gè)上述 階層控制上述高頻分解圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)水平的高頻水平控制單元；通 過階層地對(duì)在上述各階層中得到的、上述濾波單元的輸出數(shù)據(jù)和上述 高頻水平控制單元的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率合成，取得超聲波圖像 數(shù)據(jù)的合成單元。
本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種超聲波圖像處理裝置，具備 階層地對(duì)通過對(duì)被檢體的規(guī)定的區(qū)域執(zhí)行B模式下的超聲波發(fā)送接收 而取得的超聲波圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率分解，得到第1~第n水平 (其中n是2以上的自然數(shù))的低頻分解圖像數(shù)據(jù)和第1~第n7JC平 的高頻分解圖像數(shù)據(jù)的分解單元；對(duì)來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下 位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)實(shí)施非線性各向異性擴(kuò)散濾波， 并且根據(jù)上述來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的上述低頻 分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)上述階層生成信號(hào)的邊沿信息的濾波單元；根 據(jù)上述各階層的上述邊沿信息，對(duì)每個(gè)上述階層控制上述高頻分解圖 像數(shù)據(jù)的信號(hào)水平的高頻水平控制單元；通過階層地對(duì)在上述各階層 中得到的、上述濾波單元的輸出數(shù)據(jù)和上述高頻水平控制單元的輸出 數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率合成，取得超聲波圖像數(shù)據(jù)的合成單元。
本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種超聲波圖像處理方法，包括 階層地對(duì)通過對(duì)被檢體的規(guī)定的區(qū)域執(zhí)行B模式下的超聲波發(fā)送接收 而取得的超聲波圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率分解，基于上述多重分辨率 分解，得到第1~笫n水平的低頻分解圖像數(shù)據(jù)和第1~第n水平(n 是2以上的自然數(shù))的高頻分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)來自下一階層的輸出數(shù)
8據(jù)或最下位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)實(shí)施非線性各向異性擴(kuò) 散濾波處理，根據(jù)上述來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的 上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)上述階層生成信號(hào)的邊沿信息，根據(jù) 上述各階層的上述邊沿信息，對(duì)每個(gè)上述階層控制上述高頻分解圖像 數(shù)據(jù)的信號(hào)水平，通過階層地對(duì)在上述各階層中得到的、上述濾波單 元的輸出數(shù)據(jù)和上述高頻水平控制單元的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率合 成，取得超聲波圖像數(shù)據(jù)。


圖l表示本實(shí)施例的超聲波診斷裝置1的模塊結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示在小斑紋除去處理單元26中執(zhí)行的小斑紋除去處理 的流程的圖。
圖3是表示非線性各向異性擴(kuò)散濾波器263c (或261c、 262c )
的濾波處理的步驟的流程圖。
圖4是表示實(shí)施例2的超聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5A、 5B是用于說明實(shí)施例2的小斑紋除去功能的圖。
圖6是表示本實(shí)施例的超聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示將多個(gè)3維圖像(體渲染圖像14a、第一多斷面變換
顯示圖像14b、第二多斷面變換顯示圖像14c)同時(shí)顯示在監(jiān)視器14
上的形式的一個(gè)例子的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，依照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施例1~實(shí)施例3。另外，在 以下的說明中，對(duì)具有大致相同的功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素附加同一符 號(hào)，只在必要的情況下進(jìn)行重復(fù)說明。 (實(shí)施例1)
以下，依照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施例。另外，在以下的說明中， 對(duì)具有大致相同的功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素附加同 一符號(hào)，只在必要的 情況下進(jìn)行重復(fù)說明。圖l表示了本實(shí)施例的超聲波診斷裝置1的模塊結(jié)構(gòu)圖。如該圖
所示那樣，本超聲波診斷裝置1具備超聲波探頭12、輸入裝置13、監(jiān) 視器14、超聲波發(fā)送單元21、超聲波接收單元22、 B模式處理單元 23、多普勒處理單元24、掃描變換器25、小斑紋除去處理單元26、 控制處理器(CPU) 28、內(nèi)部存儲(chǔ)部件29、接口部件30。以下，說明 各個(gè)結(jié)構(gòu)要素的功能。
超聲波探頭12具備根據(jù)來自超聲波發(fā)送接收單元21的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)而產(chǎn)生超聲波，將來自被檢體的反射波變換為電信號(hào)的多個(gè)壓電振 子；設(shè)置在該壓電振子上的匹配層；防止超聲波從該壓電振子向后方 傳播的超聲波的襯背(backing)材料等。如果從該超聲波探頭12向 被檢體P發(fā)送了超聲波，則該發(fā)送超聲波在體內(nèi)組織的音響阻抗的不 連續(xù)面上接連反射，而作為回波信號(hào)被超聲波探頭12接收。該回波信 號(hào)的振幅依存于所反射的不連續(xù)面上的音響阻抗的差。另外，發(fā)送了 的超聲波脈沖在移動(dòng)的血流和心臟壁等的表面反射的情況下的回波由 于多普勒效應(yīng)而依存于移動(dòng)體的超聲波發(fā)送方向的速度成分，產(chǎn)生頻 率偏移。
輸入裝置13與裝置主體11連接，具有用于將來自操作者的各種 指示、條件、關(guān)注區(qū)域(ROI)的設(shè)定指示、各種畫質(zhì)條件設(shè)定指示 等取入到裝置本體11的各種開關(guān)、按鍵、跟蹤球13s、鼠標(biāo)13c、鍵 盤13d等。例如，如果操作者操作了輸入裝置13的結(jié)束按鍵、FREEZE 按鍵，則結(jié)束超聲波的發(fā)送接收，該超聲波診斷裝置成為暫時(shí)停止?fàn)?態(tài)。
監(jiān)視器14根據(jù)來自掃描變換器25的視頻信號(hào)，作為圖像而顯示 生命體內(nèi)的形態(tài)學(xué)信息、血流信息。
超聲波發(fā)送單元21具有未圖示的觸發(fā)產(chǎn)生電路、延遲電路以及 脈沖產(chǎn)生電路等。在脈沖產(chǎn)生電路中，在規(guī)定的速率頻率frHz(周期 1/fr秒)下，循環(huán)產(chǎn)生用于形成發(fā)送超聲波的速率脈沖。另外，在延 遲電路中，對(duì)各速率脈沖賦予為了對(duì)每個(gè)信道使超聲波聚波為波束 (beam)狀并且決定發(fā)送方向性所需要的延遲時(shí)間。觸發(fā)產(chǎn)生電路在
10基于該速率脈沖的定時(shí)下，向探頭12施加驅(qū)動(dòng)脈沖。
另外，超聲波發(fā)送單元21為了依照控制處理器28的指示執(zhí)行規(guī) 定的掃描時(shí)序，而具有能夠瞬時(shí)地變更發(fā)送頻率、發(fā)送驅(qū)動(dòng)電壓等的 功能。特別對(duì)于發(fā)送驅(qū)動(dòng)電壓的變更，通過能夠瞬間地切換其值的線 性放大器型的發(fā)信電路、或電氣地切換多個(gè)電源單元的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
超聲波接收單元22具有未圖示的放大器電路、A/D變換器、加 法器等。在放大器電路中，針對(duì)每個(gè)信道對(duì)經(jīng)由探頭12取得的回波信 號(hào)進(jìn)行放大。在A/D變換器中，對(duì)放大后的回波信號(hào)賦予決定接收方 向性所需要的延遲時(shí)間，然后在加法器中進(jìn)行加法處理。通過該加法 處理，來自與回波信號(hào)的接收方向性對(duì)應(yīng)的方向的反射成分被增強(qiáng)， 根據(jù)接收方向性和發(fā)送方向性而形成超聲波發(fā)送接收的統(tǒng)一波束。
B模式處理單元23從發(fā)送接收單元21接收回波信號(hào)，實(shí)施對(duì)數(shù) 放大、包絡(luò)線檢波處理等，生成用亮度的明亮來表現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。 該數(shù)據(jù)被發(fā)送到掃描變換器25，作為用亮度表示反射波的強(qiáng)度的B模 式圖像而顯示在監(jiān)視器14上。
多普勒處理單元24根據(jù)從發(fā)送接收單元21接收到的回波信號(hào)對(duì) 速度信息進(jìn)行頻率分析，抽出基于多普勒效應(yīng)的血流、組織、造影劑 回波成分，針對(duì)多點(diǎn)求出平均速度、分散、能量等血流信息。所得到 的血流信息被發(fā)送到掃描變換器25，作為平均速度圖像、分散圖像、 能量圖像、它們的組合圖像而彩色地顯示在監(jiān)視器14上。
掃描變換器25針對(duì)超聲波掃描的掃描信號(hào)列，將從B模式處理 單元23、多普勒處理單元24、小斑紋除去處理單元26接收到的數(shù)據(jù) 與各種參數(shù)的文字信息、刻度等合成，變換為以視頻等為代表的一般 視頻格式的掃描線信號(hào)列，生成作為顯示圖像的超聲波診斷圖像。掃 描變換器25安裝有存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，例如在診斷后操作者能夠 調(diào)用在檢查中記錄的圖像。另外，輸入該掃描變換器25之前的數(shù)據(jù)例
如是空間的每個(gè)位置的振幅值或亮度值的集合，被稱為"原始數(shù)據(jù)"。
小斑紋除去處理單元26基于來自控制處理器28的控制，使用掃 描變換前的原始數(shù)據(jù)，執(zhí)行后述的小斑紋除去功能的處理。控制處理器28具有作為信息處理裝置(計(jì)算機(jī))的功能，是控 制本超聲波診斷裝置本體的控制單元?？刂铺幚砥?8從內(nèi)部存儲(chǔ)部件 29中讀出用于執(zhí)行圖像生成、顯示等的控制程序，并展開到自身具有 的存儲(chǔ)器上，執(zhí)行與各種處理有關(guān)的計(jì)算、控制等。
內(nèi)部存儲(chǔ)部件29保存有用于執(zhí)行后述的掃描時(shí)序、圖像生成、 顯示處理的控制程序、診斷信息(患者ID、醫(yī)生的意見等)、診斷協(xié) 議、發(fā)送接收條件、用于實(shí)現(xiàn)小斑紋除去功能的程序、身體標(biāo)記(body mark)生成程序以及其他數(shù)據(jù)群。另外，根據(jù)需要，也在圖像存儲(chǔ)器 26中的圖像保存等時(shí)使用。內(nèi)部存儲(chǔ)部件29的數(shù)據(jù)也可以經(jīng)由接口 電路30轉(zhuǎn)送到外部外圍裝置。
接口部件30是與輸入裝置13、網(wǎng)絡(luò)、新的外部存儲(chǔ)裝置(未圖 示)有關(guān)的接口。由該裝置得到的超聲波圖像等的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果等 可以通過接口部件30經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)送到其他裝置。 (小斑紋除去功能)
接著，說明本超聲波診斷裝置1所具有的小斑紋除去功能。該功 能階層地對(duì)掃描變換處理前的圖像數(shù)據(jù)(原始數(shù)據(jù))進(jìn)行多重分辨率 分解，取得從第l水平到第n水平(其中n是2以上的自然數(shù))的低 頻分解圖像數(shù)據(jù)和從第1水平到第n水平的高頻分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)來
自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)實(shí) 施非線性各向異性擴(kuò)散濾波，并且根據(jù)來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最
下位的階層中的低頻分解圖像數(shù)據(jù)，實(shí)施對(duì)每個(gè)階層生成信號(hào)的邊沿 信息的濾波。另外，根據(jù)各階層的邊沿信息，對(duì)上述每個(gè)階層控制高 頻分解圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)水平，并且階層地對(duì)在各階層中得到的非線性 各向異性擴(kuò)散濾波的輸出數(shù)據(jù)和高頻水平控制的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分 辨率合成，由此，通過多重分辨率分解和非線性各向異性擴(kuò)散濾波處 理的相乘效果，進(jìn)行小斑紋除去。另外，在本實(shí)施例中，為了具體地 進(jìn)行說明，以多重分辨率分解的水平數(shù)n為3的情況為例子。但是， 并不限于該例子，例如只要是2以上的自然數(shù)，則也可以是任意的值。 圖2是表示在小斑紋除去處理單元26中執(zhí)行的小斑紋除去功能的處理(小斑紋除去處理)的流程的圖。如該圖所示那樣，首先，水
平1的小波變換部件261a對(duì)從B模式處理單元23輸入的圖像數(shù)據(jù)(原 始數(shù)據(jù))進(jìn)行多重分辨率分解。另外，假設(shè)此處的"小波變換"表示離 散小波變換。另外，小波變換是用于多重分辨率分解的示例，本發(fā)明 的技術(shù)思想并不只限于該方法。例如，也可以通過拉普拉斯金字塔法 等其他方法來實(shí)現(xiàn)多重分辨率分解。多重分辨率分解的結(jié)果、分解后 的圖像數(shù)據(jù)與分解前相比，被分解為縱橫的長度為 一半的低頻圖像 (LL)、水平方向高頻圖像(LH)、垂直方向高頻圖像(HL)、對(duì) 角線方向高頻圖像(HH)。在分解后的圖像數(shù)據(jù)中，低頻圖像(LL) 被輸出到水平2的小波變換部件262a,水平方向高頻圖像(LH)、 垂直方向高頻圖像(HL)、對(duì)角線高頻圖像(HH)被輸出到高頻水 平控制部件261b。
另外，水平2的小波變換部件262a對(duì)從水平1的小波變換部件 261a輸入的低頻圖像(LL )進(jìn)行多重分辨率分解，取得低頻圖像(LL )、 水平方向高頻圖像(LH)、垂直方向高頻圖像(HL)、對(duì)角線方向 高頻圖像(HH)，將低頻圖像(LL)輸出到水平2的小波變換部件 263a，將水平方向高頻圖像(LH)、垂直方向高頻圖像(HL)、對(duì) 角線方向高圖像(HH)輸出到高頻水平控制部件262b。
進(jìn)而，水平2的小波變換部件263a對(duì)從水平2的小波變換部件 262a輸入的低頻圖像(LL )進(jìn)行多重分辨率分解，取得低頻圖像(LL)、 水平方向高頻圖像(LH)、垂直方向高頻圖像(HL)、對(duì)角線方向 高頻圖像(HH),將低頻圖像(LL)輸出到該水平3的非線性各向 異性擴(kuò)散濾波器263c，將水平方向高頻圖像(LH)、垂直方向高頻 圖像(HL)、對(duì)角線方向高頻圖像(HH)輸出到高頻水平控制部件 263b。
接著，水平3的非線性各向異性擴(kuò)散濾波器263c對(duì)低頻圖像 (LL)進(jìn)行濾波，將該濾波后的低頻圖像(LL)輸出到小波逆變換 部件263d。另外，水平3的非線性各向異性擴(kuò)散濾波器263c還生成 基于低頻圖像(LL)的邊沿信息，并輸出到小波逆變換部件263d。在此，說明非線性各向異性擴(kuò)散濾波器。用以下的偏微分方程式 (1)表示非線性各向異性擴(kuò)散濾波器。 公式(1 )
"=div[DV/]
I是所處理的圖像的像素水平，VI是其斜率向量(gradient vector) , t是處理相關(guān)的時(shí)刻。D是擴(kuò)散張量(Diffusion Tensor)， 可以如下式(2)那樣表示。
公式(2 )
<formula>formula see original document page 14</formula>
R是旋轉(zhuǎn)矩陣，擴(kuò)散張量D表示針對(duì)各像素的斜率向量分別對(duì)特 定的方向和其垂直方向施加系數(shù)、、、的計(jì)算操作。該方向是檢出的 圖像的邊沿的方向，系數(shù)依存于邊沿的大小。
為了檢測出邊沿的大小和方向， 一般求出該圖像的構(gòu)造張量，計(jì) 算出其固有值和固有向量。固有值與邊沿的大小相關(guān)聯(lián)，固有向量表 示邊沿的方向。如下式(3)那樣定義構(gòu)造張量。
公式(3 )<formula>formula see original document page 14</formula>
在此，Ix、 Iy是所處理的圖像I的x (水平)方向、y (垂直)方 向的空間微分，Gp表示2維高斯函數(shù)，算子(*)表示巻積。邊沿的 大小和方向的計(jì)算也可以不一定嚴(yán)格地依照上述方法，作為處理的第 一階段，也可以代替Ix、 Iy的計(jì)算，而適用sobel filter、多重分辨率 分解的高頻成分。
系數(shù)^、 X2的計(jì)算方法根據(jù)各診斷領(lǐng)域的超聲波圖 <象的特性而不 同，但如果準(zhǔn)備一般的公式就能夠根據(jù)若干個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，則是方 便的。
另外，根據(jù)偏微分方程式的數(shù)值分析解法，來進(jìn)行濾波自身的計(jì) 算。即，在時(shí)刻t,根據(jù)某點(diǎn)處的像素和其周圍的例如9點(diǎn)處的各像素水平和擴(kuò)散張量的各要素值，求出時(shí)刻t + At的該點(diǎn)的新像素水平， 接著，將t + At作為新的t，從一次到多次地循環(huán)進(jìn)行同樣的計(jì)算。
圖3是表示非線性各向異性擴(kuò)散濾波器263c (或261c、 262c) 的濾波處理的步驟的流程圖。如該圖所示那樣，非線性各向異性擴(kuò)散 濾波器263c在x、 y方向上對(duì)輸入的低頻圖像(LL)進(jìn)行微分(步驟 Sl)，計(jì)算構(gòu)造張量sn、 s12、 S22(步驟S2)。另外，在步驟S2的計(jì) 算中，也包含高斯濾波的計(jì)算。
接著，非線性各向異性擴(kuò)散濾波器263c根據(jù)構(gòu)造張量的各要素， 計(jì)算邊沿的大小(步驟S3)。在后級(jí)的偏微分方程式計(jì)算和高頻水平 控制部件263b (262b、 261b)的處理中利用該計(jì)算結(jié)果。
接著，非線性各向異性擴(kuò)散濾波器263c根據(jù)構(gòu)造張量的各要素，
各系數(shù)(;驟s/)。另外，i該步驟^，也包:構(gòu)造張量的計(jì)算，另
外，為了處理的高效化，在計(jì)算中也可以使用邊沿的大小。
接著，在非線性各向異性擴(kuò)散濾波器263c中，l次和多次循環(huán)地 執(zhí)行偏微分方程式的數(shù)值分析計(jì)算(步驟S5)。通過該計(jì)算得到的結(jié) 果蜂皮輸出到小波逆變換部件263d (或261d、 262d )。
接著，如圖2所示那樣，水平3的高頻水平控制部件263b輸入 水平方向高頻圖像(LH)、垂直方向高頻圖像(HL)、對(duì)角線方向 高頻圖像(HH)、以及與這3個(gè)成分有關(guān)的邊沿信息，依照它控制高 頻水平。另外，在本實(shí)施例中，假設(shè)邊沿信息是基于上述構(gòu)造張量的 固有值的被標(biāo)準(zhǔn)化了的邊沿的大小，是取它與各高頻圖像的每個(gè)像素 的積，進(jìn)而對(duì)該結(jié)果施加各高頻圖像的控制系數(shù)的值。作為其他例子， 還有對(duì)邊沿的大小設(shè)置闊值，將閾值以上看作是邊沿，對(duì)邊沿以外的 區(qū)域施加各高頻圖像的控制系數(shù)的方法。將這樣處理后的3張高頻圖 像輸入到小波逆變換部件263d。
小波逆變換部件263d根據(jù)來自非線性各向異性擴(kuò)散濾波器263c 的低頻圖像(LL)、來自高頻水平控制部件263b的水平方向高頻圖 像(LH)、垂直方向高頻圖像(HL)、對(duì)角線方向高頻圖像(HH)，形成1張合成圖像。合成圖像的縱橫長度為輸入圖像的2倍。
從水平3的小波逆變換部件263d輸出的合成圖像被輸入到水平 2的非線性各向異性擴(kuò)散濾波器262c，在進(jìn)行了與水平3 —樣的濾波 處理后，發(fā)送到小波逆變換部件262d的低頻圖像輸入。另一方面，從 小波變換部件262a輸出的水平方向高頻圖像(LH)、垂直方向高頻 圖像(HL)、對(duì)角線方向高頻圖像(HH)在高頻水平控制部件262b 中進(jìn)行與水平3 —樣的高頻水平控制，發(fā)送到小波逆變換部件262d 的高頻圖像輸入。小波逆變換部件262d與水平3 —樣，根據(jù)1張低頻 圖像和3張高頻圖像，形成l張合成圖像數(shù)據(jù)。
另外，從水平2的小波逆變換部件262d輸出的合成圖像被輸入 到水平1的非線性各向異性擴(kuò)散濾波器261，在進(jìn)行了與水平2、 3 — 樣的濾波處理后，被發(fā)送到小波逆變換部件261d的低頻圖像輸入。另 一方面，從小波變換部件261a輸出的水平方向高頻圖像(LH)、垂 直方向高頻圖像(HL)、對(duì)角線方向高頻圖像(HH)在高頻水平控 制部件261b中進(jìn)行與水平2、 3—樣的高頻水平控制，發(fā)送到小波逆 變換部件261d的高頻圖像輸入。小波逆變換部件261d與水平2、 3 一樣，根據(jù)1張低頻圖像和3張高頻圖像，形成l張合成圖像數(shù)據(jù)。
通過上述的處理形成的合成圖像數(shù)據(jù)被從小斑紋除去處理單元 26輸出到掃描變換器25。掃描變換器25將合成圖像數(shù)據(jù)與各種參數(shù) 的文字信息、刻度等進(jìn)行合成，變換為以視頻等為代表的一般視頻格 式的掃描線信號(hào)列，生成作為顯示圖像的超聲波診斷圖像。在監(jiān)視器 14中，以規(guī)定的形式顯示所生成的超聲波圖像。 (效果)
根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)，能夠得到以下的效果。
根據(jù)本超聲波診斷裝置，階層地對(duì)掃描變換處理前的圖像數(shù)據(jù) (原始數(shù)據(jù))進(jìn)行多重分辨率分解，取得從第l水平到第ii水平(其 中n是2以上的自然數(shù))的低頻分解圖像數(shù)據(jù)和從第1水平到第n水 平的高頻分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層 中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)實(shí)施非線性各向異性擴(kuò)散濾波，并且根據(jù)來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的低頻分解圖像數(shù)據(jù)，實(shí) 施對(duì)每個(gè)階層生成信號(hào)的邊沿信息的濾波。另外，根據(jù)各階層的邊沿 信息，對(duì)上述每個(gè)階層控制高頻分解圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)水平，并且階層 地對(duì)在各階層中得到的非線性各向異性擴(kuò)散濾波器的輸出數(shù)據(jù)和高頻 水平控制的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率合成，由此，通過多重分辨率分 解和非線性各向異性擴(kuò)散濾波處理的相乘效果，進(jìn)行小斑紋除去。因 此，與只適用各個(gè)濾波器的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)小斑紋細(xì)小并且組織 的邊界面更清晰的小斑紋除去處理。其結(jié)果是能夠提供高畫質(zhì)的診斷 圖像，能夠有助于圖像診斷的質(zhì)的提高。
另外，根據(jù)本超聲波診斷裝置，在通過圖像的多重分辨率分解而 縮小圖像后，適用非線性各向異性擴(kuò)散濾波。因此，與對(duì)原圖像直接 施加非線性各向異性擴(kuò)散濾波的情況相比，能夠減少處理面積(作為 處理對(duì)象的數(shù)據(jù)量)。其結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算時(shí)間更高速的非線性各 向異性擴(kuò)散濾波的處理。
另外，根據(jù)本超聲波診斷裝置，小斑紋除去處理只對(duì)B模式圖像 進(jìn)行處理，因此即使彩色多普勒?qǐng)D像重疊在B模式圖像上，該處理對(duì) 彩色多普勒?qǐng)D像也沒有影響。因此，對(duì)圖像處理和圖像顯示的自由度 沒有限制，另外，即使顯示系統(tǒng)的分辨率變高，也對(duì)處理速度沒有影 響，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的小斑紋除去。 (實(shí)施例2 )
在實(shí)施例1中，表示了對(duì)2維圖像數(shù)據(jù)(原始數(shù)據(jù))執(zhí)行小斑紋 除去處理的例子。與此相對(duì)，說明本實(shí)施例的超聲波診斷裝置1對(duì)3 維體數(shù)據(jù)(原始數(shù)據(jù))執(zhí)行小斑紋除去處理的情況。
圖4是表示本實(shí)施例的超聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)的圖。在與圖l 相比較的情況下，在以下幾點(diǎn)上是不同的還具備體數(shù)據(jù)生成部件31; 小斑紋除去處理單元26對(duì)來自體數(shù)據(jù)生成部件31的體數(shù)據(jù)進(jìn)行小斑 紋除去處理。
體數(shù)據(jù)生成部件31使用從B模式處理單元23接收到的B模式 圖像數(shù)據(jù)，生成B模式體數(shù)據(jù)。另外，體數(shù)據(jù)生成部件31使用從多
17普勒處理單元24接收到的多普勒模式數(shù)據(jù)，生成多普勒;f莫式圖像體數(shù) 據(jù)。
三維圖像處理部件32針對(duì)從體數(shù)據(jù)生成部件31接收的體數(shù)據(jù)、 或從小斑紋除去處理單元26接收的進(jìn)行了小斑紋除去處理后的B模 式體數(shù)據(jù)，進(jìn)行體渲染、多斷面變才灸顯示(MPR: multi planar reconstruction )、 最大值投影顯示 (MIP : maximum intensity projection )等規(guī)定的圖像處理。
圖5A、圖5B是用于說明本實(shí)施例的小斑紋除去功能的圖。如該 圖5A、 5B所示那樣，在體數(shù)據(jù)的斷面中，將與使用超聲波探頭12執(zhí) 行的超聲波掃描的對(duì)象區(qū)域(超聲波掃描區(qū)域)的中心軸交叉并且相 互垂直相交的2個(gè)面定義為A面和B面，將與中心軸和A面、B面垂 直的面定義為C面。
從體數(shù)據(jù)生成部件31接收的B模式體數(shù)據(jù)可以設(shè)為與A面平行
的m個(gè)平面A。、 &.......Am"的集合(即與A面平行的二維圖像數(shù)
據(jù)的集合)。小斑紋除去處理單元26針對(duì)與A面平行的全部二維圖 像數(shù)據(jù)，實(shí)施在實(shí)施例1中所述的小斑紋除去處理，由此執(zhí)行對(duì)該B 模式體數(shù)據(jù)的小斑紋除去處理。
三維圖像處理部件32從小斑紋除去處理單元26接收進(jìn)行了小斑 紋除去處理后B模式體數(shù)據(jù)進(jìn)而從體數(shù)據(jù)生成部件31接收多普勒體 數(shù)據(jù)，根據(jù)它們執(zhí)行體渲染等圖像處理。通過該圖像處理所生成的三 維圖像數(shù)據(jù)在掃描變換器25中被變換為一般的視頻格式的掃描線信 號(hào)列，并在監(jiān)視器14中以規(guī)定的形式顯示。
在本實(shí)施例的超聲波診斷裝置中，通過對(duì)構(gòu)成B模式體數(shù)據(jù)的二 維圖像數(shù)據(jù)的全部實(shí)施小斑紋除去處理，能夠?qū)υ揃模式體數(shù)據(jù)全體 執(zhí)行小斑紋除去處理。其結(jié)果是不只是A面，還能夠?qū)面、C面取 得進(jìn)行了小斑紋除去后的超聲波圖像。特別地在要求平滑的C面中， 小斑紋細(xì)小并且組織的邊界面更清晰，能夠在三維空間全體中實(shí)現(xiàn)高 效的小斑紋除去。 (實(shí)施例3)如上所述，實(shí)施例2表示了在3維圖像處理前對(duì)3維的體數(shù)據(jù)適 用本發(fā)明的例子，但此后，作為實(shí)施例3表示針對(duì)3維圖像處理后的 3維顯示適用本發(fā)明的例子。
在實(shí)施例2中，表示了對(duì)3維圖像處理前的B模式體數(shù)據(jù)執(zhí)行小 斑紋除去處理的例子。與此相對(duì)，說明本實(shí)施例的超聲波診斷裝置1 對(duì)3維圖像處理后的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行小斑紋除去處理的情況。
圖6是表示本實(shí)施例的超聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)的圖。在與圖4 相比較的情況下，在以下幾點(diǎn)上是不同的還具備體數(shù)據(jù)生成部件31; 小斑紋除去處理單元26對(duì)來自三維圖像處理部件32的圖^象數(shù)據(jù)進(jìn)行 小斑紋除去處理。
圖7是表示在監(jiān)視器14上同時(shí)顯示多個(gè)3維圖像(體渲染圖像 14a、第一多斷面變換顯示圖像14b、第二多斷面變換顯示圖像14c) 的形式的一個(gè)例子的圖。
小斑紋除去處理單元26針對(duì)從三維圖像處理部件32接收的3維 圖像數(shù)據(jù)，執(zhí)行例如在實(shí)施例1中說明了的小斑紋除去處理。這時(shí)， 例如在采用圖7所示的顯示形式的情況下，可以對(duì)體渲染圖像14a、 第一多斷面變換顯示圖像14b、第二多斷面變換顯示圖像14c的至少 一個(gè)圖像施加小斑紋除去處理。另外，從三維圖像處理部件32接收的 3維圖像數(shù)據(jù)當(dāng)然并不只限于上述的體渲染圖像14a、第 一多斷面變換 顯示圖像14b、第二多斷面變換顯示圖像14c的例子。例如，也可以 針對(duì)通過表面渲染(surface rendering)、最大值投影顯示等其他渲 染、重構(gòu)處理所得到的3維圖像數(shù)據(jù)，執(zhí)行本小斑紋除去處理。
另外，本發(fā)明并不只限于上述實(shí)施例自身，在實(shí)施階段，在不脫 離其宗旨的范圍內(nèi)，可以對(duì)構(gòu)成要素進(jìn)行變形并具體化。作為具體的 實(shí)施例，例如如下。
(1)也可以通過將執(zhí)行該處理的程序安裝在工作站等計(jì)算機(jī)中， 并將它們展開到存儲(chǔ)器上，來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的各功能。這時(shí)，可以將 能夠使計(jì)算機(jī)執(zhí)行該方法的程序存儲(chǔ)在磁盤(軟盤(注冊(cè)商標(biāo))、硬 盤等)、光盤(CD - ROM、 DVD等)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等記錄介質(zhì)中，
19來發(fā)布。
(2)在上述實(shí)施例2中，將進(jìn)行小斑紋除去處理的斷面設(shè)為與 超聲波掃描區(qū)域的中心軸交叉的面。但是，并不只限于該例子，也可 以對(duì)3維空間的任意斷面進(jìn)行小斑紋除去處理。
另外，通過在上述實(shí)施例中揭示的多個(gè)構(gòu)成要素的適當(dāng)?shù)慕M合， 可以形成各種發(fā)明。例如，可以從實(shí)施例所示的全部構(gòu)成要素中刪除 若干個(gè)結(jié)構(gòu)要素。進(jìn)而，也可以適當(dāng)?shù)亟M合不同實(shí)施例中的構(gòu)成要素。
權(quán)利要求
1. 一種超聲波診斷裝置，其特征在于包括對(duì)被檢體的規(guī)定的區(qū)域執(zhí)行B模式下的超聲波發(fā)送接收，產(chǎn)生超聲波圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元；階層地對(duì)上述超聲波圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率分解，得到第1～第n水平的低頻分解圖像數(shù)據(jù)和第1～第n水平的高頻分解圖像數(shù)據(jù)的分解單元，其中，n是2以上的自然數(shù)；對(duì)來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)實(shí)施非線性各向異性擴(kuò)散濾波，并且根據(jù)上述來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)上述階層生成信號(hào)的邊沿信息的濾波單元；根據(jù)上述各階層的上述邊沿信息，對(duì)每個(gè)上述階層控制上述高頻分解圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)水平的高頻水平控制單元；通過階層地對(duì)在上述各階層中得到的、上述濾波單元的輸出數(shù)據(jù)和上述高頻水平控制單元的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率合成，取得超聲波圖像數(shù)據(jù)的合成單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述多重分辨率分解是小波變換，上述多重分辨率合成是小波逆變換。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述多重分辨率分解和上述多重分辨率合成是拉普拉斯金字塔法。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述超聲波圖像數(shù)據(jù)是掃描變換處理前的原始數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述超聲波圖像數(shù)據(jù)是體數(shù)據(jù)，上述分解單元分別針對(duì)構(gòu)成上述體數(shù)據(jù)的多個(gè)2維超聲波圖像數(shù) 據(jù)，執(zhí)行上述多重分辨率分解。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述超聲波圖像數(shù)據(jù)是體數(shù)據(jù)，上述分解單元針對(duì)使用上述體數(shù)據(jù)生成的3維圖像數(shù)據(jù)，執(zhí)行上 述多重分辨率分解。
7. —種超聲波圖像處理裝置，其特征在于包括 階層地對(duì)通過對(duì)被檢體的規(guī)定的區(qū)域執(zhí)行B模式下的超聲波發(fā)送接收而取得的超聲波圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率分解，得到第1水 平~第n水平的低頻分解圖像數(shù)據(jù)和第1水平~第n水平的高頻分解 圖像數(shù)據(jù)的分解單元，其中，n是2以上的自然數(shù)；對(duì)來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的上述低頻分解 圖像數(shù)據(jù)實(shí)施非線性各向異性擴(kuò)散濾波，并且根據(jù)上述來自下一階層 的輸出數(shù)據(jù)或上述最下位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè) 上述階層生成信號(hào)的邊沿信息的濾波單元；根據(jù)上述各階層的上述邊沿信息，對(duì)每個(gè)上述階層控制上述高頻 分解圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)水平的高頻水平控制單元；通過階層地對(duì)在上述各階層中得到的、上述濾波單元的輸出數(shù)據(jù) 和上述高頻水平控制單元的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率合成，取得超聲 波圖像數(shù)據(jù)的合成單元。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述多重分辨率分解是小波變換，上述多重分辨率合成是小波逆變換。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述多重分辨率分解和上述多重分辨率合成是拉普拉斯金字塔法。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述超聲波圖像數(shù)據(jù)是掃描變換處理前的原始數(shù)據(jù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述超聲波圖像數(shù)據(jù)是體數(shù)據(jù)，上述分解單元分別針對(duì)構(gòu)成上述體數(shù)據(jù)的多個(gè)2維超聲波圖像數(shù)據(jù)，執(zhí)行上述多重分辨率分解。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述超聲波圖像數(shù)據(jù)是體數(shù)據(jù)，上述分解單元針對(duì)使用上述體數(shù)據(jù)生成的3維圖像數(shù)據(jù)，執(zhí)行上 述多重分辨率分解。
13. —種超聲波圖像處理方法，其特征在于包括 階層地對(duì)通過對(duì)被檢體的規(guī)定的區(qū)域執(zhí)行B模式下的超聲波發(fā)送接收而取得的超聲波圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率分解；基于上述多重分辨率分解，得到第1~第n水平的低頻分解圖像 數(shù)據(jù)和第1~第n水平的高頻分解圖像數(shù)據(jù)，其中，n是2以上的自 然數(shù)；對(duì)來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)實(shí)施非線性各向異性擴(kuò)散濾波處理；根據(jù)上述來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的上述低 頻分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)上述階層生成信號(hào)的邊沿信息；根據(jù)上述各階層的上述邊沿信息，對(duì)每個(gè)上述階層控制上述高頻 分解圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)水平；通過階層地對(duì)在上述各階層中得到的、上述濾波單元的輸出數(shù)據(jù) 和上述高頻水平控制單元的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率合成，取得超聲 波圖像數(shù)據(jù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波圖像處理方法，其特征在于 上述多重分辨率分解是小波變換，上述多重分辨率合成是小波逆變換。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波圖像處理方法，其特征在于 上述多重分辨率分解和上述多重分辨率合成是拉普拉斯金字塔法。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波圖像處理方法，其特征在于 上述超聲波圖像數(shù)據(jù)是掃描變換處理前的原始數(shù)據(jù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波圖像處理方法，其特征在于上述超聲波圖像數(shù)據(jù)是體數(shù)據(jù)，上述分解單元分別針對(duì)構(gòu)成上述體數(shù)據(jù)的多個(gè)2維超聲波圖像數(shù) 據(jù)，執(zhí)行上述多重分辨率分解。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波診斷裝置，其特征在于 上述超聲波圖像數(shù)據(jù)是體數(shù)據(jù)，上述分解單元針對(duì)使用上述體數(shù)據(jù)生成的3維圖像數(shù)據(jù)，執(zhí)行上 述多重分辨率分解。
全文摘要
本發(fā)明的超聲波診斷裝置、超聲波圖像處理方法階層地對(duì)掃描變換處理前的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率分解，取得從第1水平到第n水平的低頻分解圖像數(shù)據(jù)和高頻分解圖像數(shù)據(jù)，對(duì)來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的上述低頻分解圖像數(shù)據(jù)實(shí)施非線性各向異性擴(kuò)散濾波，并且根據(jù)來自下一階層的輸出數(shù)據(jù)或最下位的階層中的低頻分解圖像數(shù)據(jù)，實(shí)施對(duì)每個(gè)階層生成信號(hào)的邊沿信息的濾波。另外，根據(jù)各階層的邊沿信息，對(duì)上述每個(gè)階層控制高頻分解圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)水平，并且階層地對(duì)在各階層中得到的非線性各向異性擴(kuò)散濾波的輸出數(shù)據(jù)和高頻水平控制的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多重分辨率合成。
文檔編號(hào)A61B8/14GK101467897SQ20081019069
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者佐藤武史, 大住良太 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝;東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會(huì)社