專利名稱：超聲波診斷裝置、醫(yī)用圖像處理裝置和醫(yī)用圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向被檢體發(fā)送超聲波并基于來自被檢體內(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、對利用該超聲波診斷裝置所取得的超聲波數(shù)據(jù)等進(jìn)行圖像處理的醫(yī)用圖像處理裝置和醫(yī)用圖像處理方法。
背景技術(shù)：
超聲波診斷很簡便，只要把超聲波探頭抵接在體表上的簡單操作就能實(shí)時顯示地得到心臟搏動或胎兒運(yùn)動的情況，并且除了因?yàn)榘踩愿叨梢苑磸?fù)進(jìn)行檢查以外，系統(tǒng)的規(guī)模也比X射線、CT、MRI等其他診斷儀器小，向床邊移動的檢查也能容易進(jìn)行等。此外， 超聲波診斷沒有像X射線等那樣的輻射影響，在產(chǎn)科或家庭醫(yī)療等中也能夠使用。
此外，超聲波診斷在整形領(lǐng)域中也被頻繁利用。例如，在將肌腱、肌肉、骨或者它們的表面等比較微細(xì)的組織作為觀測部位，在形態(tài)學(xué)上診斷風(fēng)濕癥或組織斷裂等時使用。這樣地在整形領(lǐng)域中使用超聲波圖像診斷的優(yōu)點(diǎn)在于，除了能如上所述地捕捉微細(xì)的結(jié)構(gòu)變化以外，還能夠?qū)?shí)時觀察中的活動狀態(tài)進(jìn)行觀察。
但是，在利用超聲波診斷裝置所得到的圖像中，除了與被檢體組織有關(guān)的信息以外，還存在各種噪聲或由超聲波接收信號的干擾現(xiàn)象引起的斑紋，它們屢次妨礙正確地觀測被檢體組織的邊界位置 形狀。作為減少這樣的噪聲或斑紋并增強(qiáng)與被檢體組織有關(guān)的信息的圖像過濾方法，例如有檢測圖像的邊緣信息，使邊緣方向平滑化，并銳化其垂直方向的方法。在這種過濾方法中，在如肌組織結(jié)構(gòu)那樣的在局部區(qū)域中看時組織結(jié)構(gòu)大體上向特定方向一致的情況下，必須要調(diào)整濾波器的各參數(shù)以明確其結(jié)構(gòu)。
在先技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 日本特開2009-153918號公報
專利文獻(xiàn)2 日本特愿2009-51145發(fā)明內(nèi)容
但是，以前的超聲波診斷中所使用的上述過濾方法中，在很多情況下存在如下問題。即，由于整個圖像之中存在多個組織，因此，對于結(jié)構(gòu)向特定方向一致的組織來說的最佳濾波器調(diào)整，對于其他組織來說卻未必最適合。例如，在要明確肌組織結(jié)構(gòu)時，其他部分中就產(chǎn)生了不自然的圖案。另一方面，在要消滅不自然圖案時，肌組織結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)處理就不能充分地進(jìn)行。
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種對于結(jié)構(gòu)向特定方向一致的組織和其他的組織能夠分別進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^濾的超聲波診斷裝置、醫(yī)用圖像處理裝置、醫(yī)用圖像處理方法。


圖1示出了第一實(shí)施方式涉及的超聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2示出了第一實(shí)施方式涉及的超聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)框圖的變形例。
圖3是示出了在組織增強(qiáng)處理單元26中執(zhí)行的組織增強(qiáng)過濾處理的流程的圖。
圖4是示出了本第二實(shí)施方式涉及的超聲波診斷裝置的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是用于說明在斑紋消除處理單元31中執(zhí)行的、使用組織增強(qiáng)過濾功能的斑紋消除處理的圖。
圖6是示出第三實(shí)施方式涉及的超聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是用于說明第三實(shí)施方式涉及的組織增強(qiáng)過濾功能的圖。
圖8是示出了第四實(shí)施方式涉及的超聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是用于說明第四實(shí)施方式涉及的組織增強(qiáng)過濾功能的圖。
具體實(shí)施方式
以下，按照

本發(fā)明的第一實(shí)施方式至第四實(shí)施方式。再有，在以下說明中，關(guān)于具有大致同一功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)記同一符號，僅在必要情況下進(jìn)行重復(fù)說明。
(第一實(shí)施方式)
實(shí)施方式中記載的超聲波診斷裝置具備圖像取得單元，取得超聲波圖像；第一計(jì)算單元，計(jì)算超聲波圖像中的局部區(qū)域的邊緣方向、局部區(qū)域中的邊緣大小、以及局部區(qū)域中的邊緣方向一致性；第二計(jì)算單元，使用邊緣大小和邊緣方向一致性計(jì)算合成系數(shù)； 第三計(jì)算單元，基于合成系數(shù)，計(jì)算與局部區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域的過濾系數(shù)；和過濾單元，使用過濾系數(shù)，對超聲波圖像實(shí)施用于進(jìn)行超聲波圖像的銳化或平滑化的過濾處理。
以下，按照

實(shí)施方式。再有，在以下說明中，關(guān)于具有大致同一功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)記同一符號，僅在必要情況下進(jìn)行重復(fù)說明。
圖1示出了本實(shí)施方式涉及的超聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。如該圖所示，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、圖像生成單元25、組織增強(qiáng)處理單元26、 圖像處理單元27、控制處理器(CPU08、存儲單元四、和接口單元30。以下關(guān)于各個結(jié)構(gòu)要素的功能進(jìn)行說明。
超聲波探頭12是對被檢體發(fā)送超聲波，并且接收基于該發(fā)送的超聲波的來自被檢體的反射波的設(shè)備(探頭)，具有排列在其頂端上的多個壓電振子、以及整合層襯墊材料等。超聲波探頭12基于來自超聲波收發(fā)單元21的驅(qū)動信號，向掃描區(qū)域內(nèi)的期望方向發(fā)送超聲波，壓電振子將來自該被檢體的反射波變換成電信號。整合層設(shè)置在該壓電振子上， 是用于使超聲波能量高效傳播的中間層。襯墊材料防止超聲波從該壓電振子向后方傳播。 當(dāng)從該超聲波探頭12向被檢體P發(fā)送超聲波時，該發(fā)送超聲波在體內(nèi)組織的聲阻抗的非連續(xù)面上接連被反射，作為回波信號而被超聲波探頭12接收。該回波信號的振幅依存于進(jìn)行反射的非連續(xù)面中的聲阻抗的差。此外，所發(fā)送的超聲波脈沖在正在移動的血流或心臟壁等的表面上反射后的回波，根據(jù)多普勒效應(yīng)，依存于移動體的超聲波發(fā)送方向的速度成分而受到頻率偏移。
輸入裝置13與裝置主體11連接，具有用于將來自操作人員的各種指示、條件、關(guān)心區(qū)域(ROI)的設(shè)定指示、各種各樣的畫質(zhì)條件設(shè)定指示等輸入裝置主體11中的各種開關(guān)、按鈕、跟蹤球13s、鼠標(biāo)13c、鍵盤13d等。例如，在操作者操作輸入裝置13的結(jié)束按鈕或FREE^按鈕時，超聲波的收發(fā)結(jié)束，該超聲波診斷裝置成為暫時停止?fàn)顟B(tài)。
監(jiān)視器14基于來自圖像處理單元27的視頻信號，將生物體內(nèi)的形態(tài)學(xué)的信息或血流信息作為圖像進(jìn)行顯示。
超聲波發(fā)送單元21具有未圖示的觸發(fā)產(chǎn)生電路、延遲電路和脈沖發(fā)生器電路等。 在脈沖發(fā)生器電路中，以規(guī)定的額定頻率fr Hz (周期Ι/fr秒)，反復(fù)產(chǎn)生用于形成發(fā)送超聲波的額定脈沖。此外，在延遲電路中，對各個額定脈沖賦予在每個信道將超聲波聚成波束狀且決定發(fā)送指向性所需的延遲時間。觸發(fā)產(chǎn)生電路按照基于該額定脈沖的定時，對探頭 12施加驅(qū)動脈沖。
再有，超聲波發(fā)送單元21為了按照控制處理器觀的指示執(zhí)行規(guī)定的掃描順序，具有能瞬時變更發(fā)送頻率和發(fā)送驅(qū)動電壓等的功能。特別是關(guān)于發(fā)送驅(qū)動電壓的變更，利用能瞬間切換其值的線性放大型的發(fā)信電路或者電氣性切換多個電源單元的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
超聲波接收單元22具有未圖示的放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器和加法器等。在放大電路中，按照每個信道對經(jīng)探頭12取入的回波信號進(jìn)行放大。在A/D轉(zhuǎn)換器中，對放大后的回波信號賦予決定接收指向性所需的延遲時間，之后，在加法器中進(jìn)行加法處理。利用該加法來增強(qiáng)回波信號的來自與接收指向性相應(yīng)的方向的反射成分，利用接收指向性和發(fā)送指向性形成超聲波收發(fā)的綜合波束。
B模式處理單元23從收發(fā)單元21接收回波信號，實(shí)施對數(shù)放大、包絡(luò)線檢波處理等，生成用輝度的明亮度表現(xiàn)信號強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。將該數(shù)據(jù)發(fā)送給圖像生成單元25，在監(jiān)視器 14上顯示為利用輝度表示反射波強(qiáng)度的B模式圖像。
多普勒處理單元M從收發(fā)單元21收到的回波信號中對速度信息進(jìn)行頻率分析， 提取由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的血流或組織、造影劑回波成分，對多點(diǎn)求平均速度、方差、能量等血流信息。將得到的血流信息送到圖像生成單元25中，作為平均速度圖像、方差圖像、能量圖像、或它們的組合圖像，在監(jiān)視器14上進(jìn)行彩色顯示。
圖像生成單元25將從B模式處理部23、多普勒處理部對、斑紋消除處理單元沈收到的數(shù)據(jù)，與各種各樣參數(shù)的字符信息或刻度等一起合成，將超聲波掃描的掃描線信號串變換成以電視機(jī)等為代表的一般視頻格式的掃描線信號串(掃描變換)，生成作為顯示圖像的超聲波診斷圖像。圖像生成單元25搭載有儲存圖像數(shù)據(jù)的存儲器等，例如操作者可以在診斷以后調(diào)出檢查過程中所記錄的圖像。再有，進(jìn)入到該圖像生成單元25中的以前的數(shù)據(jù)是例如每個空間位置的振幅值或者輝度值的集合，稱作“原始數(shù)據(jù)”。
組織增強(qiáng)處理單元沈基于來自控制處理器28的控制，對在圖像生成單元25中生成的超聲波圖像執(zhí)行遵從后述的組織增強(qiáng)過濾功能的處理。
控制處理器觀具有作為信息處理裝置(計(jì)算機(jī))的功能，控制本超聲波診斷裝置主體的工作?？刂铺幚砥饔^從存儲單元四中讀出用于實(shí)現(xiàn)后述的組織增強(qiáng)過濾功能的專用程序，在自身具有的存儲器上展開，執(zhí)行與各種處理有關(guān)的運(yùn)算·控制等。
存儲單元四保管著用于實(shí)現(xiàn)后述的組織增強(qiáng)過濾功能的專用程序、或診斷信息 (患者ID、醫(yī)師的所見等)、診斷報告書、收發(fā)條件、用于實(shí)現(xiàn)斑紋消除功能的程序、體位標(biāo)志生成程序及其他數(shù)據(jù)群。此外，也根據(jù)需要，用于在圖像存儲器沈中的圖像的保管等。存儲單元29的數(shù)據(jù)也可以經(jīng)由接口單元30向外部四周裝置進(jìn)行傳送。
〔0037〕 接口單元30是與輸入裝置13、網(wǎng)絡(luò)、新的外部存儲裝置(未圖示)有關(guān)的接口。
利用該接口單元30，能經(jīng)網(wǎng)絡(luò)向其他裝置傳送由該裝置得到的超聲波圖像等的數(shù)據(jù)或分析
5口術(shù)寸。
〔0038〕〈組織增強(qiáng)過濾功能〉
〔0039〕 下面，關(guān)于本超聲波診斷裝置具有的組織增強(qiáng)過濾功能進(jìn)行說明。該功能是不僅 計(jì)算超聲波圖像的邊緣大小，還通過對超聲波圖像的二階微分的局部區(qū)域進(jìn)行例如主要成 分分析，來一并計(jì)算邊緣的一致性，使用與邊緣大小和邊緣一致性有關(guān)的信息，執(zhí)行與邊緣 方向相應(yīng)的過濾處理。這樣就能夠取得肌腱、肌肉、骨等組織(肌組織)已被增強(qiáng)、并且肌 組織以外部分的不自然圖案已被減輕的超聲波圖像。
〔0040〕 再有，在以下說明中，以對圖像生成單元25中生成的超聲波圖像執(zhí)行遵從組織增 強(qiáng)過濾功能的處理(組織增強(qiáng)過濾處理〉的情況為例。但是不限于此，例如，也可以對輸入 到圖像生成單元25之前的原始數(shù)據(jù)執(zhí)行組織增強(qiáng)過濾功能。圖2中示出了該情況下的超 聲波診斷裝置1的結(jié)構(gòu)框圖的一例。
〔0041〕 圖3是示出了在組織增強(qiáng)處理單元26中執(zhí)行的組織增強(qiáng)過濾處理的流程的圖。以 下關(guān)于各步驟中執(zhí)行的處理的內(nèi)容進(jìn)行說明。 〔0042〕〔梯度向量I、的計(jì)算步驟3201〕
〔0043〕 首先，組織增強(qiáng)處理單元26計(jì)算從圖像生成單元25收到的圖像的4水平、方 向，乂垂直)方向的空間微分〈即，梯度向量(；，口乂步驟3201〉。 〔0044〕〔邊緣大小的計(jì)算步驟3211 3215〕
〔0045〕 接著，組織增強(qiáng)處理單元26在步驟3211 3215中計(jì)算邊緣大小。即，組織增強(qiáng)
處理單元26對于梯度向量(工,，；)的各象素及其四周，取得局部性數(shù)據(jù)集合(步驟3210，
計(jì)算取得的數(shù)據(jù)集合的協(xié)方差矩陣(步驟3212〉。假設(shè)輸入圖像的空間微分(^，；)的局
部性數(shù)據(jù)集合的范圍是…‘！)象素，要素?cái)?shù)量為~ 二 I，I，則其數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣3如下
式⑴所示。
^00463 〔數(shù)學(xué)式1〕
〔0047〕
權(quán)利要求
1.一種超聲波診斷裝置，具備 圖像取得單元，取得超聲波圖像；第一計(jì)算單元，計(jì)算上述超聲波圖像中的局部區(qū)域的邊緣方向、上述局部區(qū)域中的邊緣大小、以及上述局部區(qū)域中的邊緣方向一致性；第二計(jì)算單元，使用上述邊緣大小和上述邊緣方向一致性計(jì)算合成系數(shù)； 第三計(jì)算單元，基于上述合成系數(shù)，計(jì)算與上述局部區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域的過濾系數(shù)；和過濾單元，使用上述過濾系數(shù)，對上述超聲波圖像實(shí)施用于進(jìn)行上述超聲波圖像的銳化或平滑化的過濾處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置， 上述過濾單元是各向異性非線性擴(kuò)散濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波診斷裝置，上述第二計(jì)算單元基于上述邊緣大小和上述方向一致性的最大值或者和，計(jì)算上述合成系數(shù)，上述過濾單元基于上述合成系數(shù)，變更上述各向異性非線性擴(kuò)散濾波器的擴(kuò)散張量的各本征值，來執(zhí)行上述過濾處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，上述第一計(jì)算單元基于上述局部區(qū)域中的象素值變化的空間微分，計(jì)算上述邊緣方向和上述邊緣大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置， 上述第一計(jì)算單元，將上述局部區(qū)域中的象素值的空間微分、或者上述局部區(qū)域的象素值的高頻成分進(jìn)行空間微分，來計(jì)算第一向量，使用上述第一向量，至少計(jì)算結(jié)構(gòu)張量的第一本征值或局部區(qū)域中的數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣的第一本征值，基于上述第一本征值或基于該第一本征值與其他本征值之差，計(jì)算上述邊緣大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，上述第一計(jì)算單元基于上述局部區(qū)域中的象素值的二階空間微分、或者上述局部區(qū)域的象素值的高頻成分的空間微分，計(jì)算上述方向一致性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置， 上述第一計(jì)算單元，將上述局部區(qū)域中的象素值的二階空間微分、或者上述局部區(qū)域的象素值的高頻成分進(jìn)行空間微分，來計(jì)算第二向量，使用上述第二向量，至少計(jì)算結(jié)構(gòu)張量的第一本征值或局部區(qū)域中的數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣的第一本征值，基于上述第一本征值或基于該第一本征值與其他本征值之差，計(jì)算上述方向一致性。
8.一種醫(yī)用圖像處理裝置，具備存儲單元，存儲由醫(yī)用圖像診斷裝置取得的醫(yī)用圖像；第一計(jì)算單元，計(jì)算上述醫(yī)用圖像中的局部區(qū)域的邊緣方向、上述局部區(qū)域中的邊緣大小、以及上述局部區(qū)域中的邊緣方向一致性；第二計(jì)算單元，使用上述邊緣大小和上述邊緣方向一致性計(jì)算合成系數(shù)； 第三計(jì)算單元，基于上述合成系數(shù)，計(jì)算與上述局部區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域的過濾系數(shù)；和過濾單元，使用上述過濾系數(shù)，對上述醫(yī)用圖像實(shí)施用于進(jìn)行上述醫(yī)用圖像的銳化或平滑化的過濾處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的醫(yī)用圖像處理裝置， 上述過濾單元是各向異性非線性擴(kuò)散濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的醫(yī)用圖像處理裝置，上述第二計(jì)算單元基于上述邊緣大小和上述方向一致性的最大值或者和，計(jì)算上述合成系數(shù)，上述過濾單元基于上述合成系數(shù)，變更上述各向異性非線性擴(kuò)散濾波器的擴(kuò)散張量的各本征值，來執(zhí)行上述過濾處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的醫(yī)用圖像處理裝置，上述第一計(jì)算單元基于上述局部區(qū)域中的象素值變化的空間微分，計(jì)算上述邊緣方向和上述邊緣大小。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的醫(yī)用圖像處理裝置， 上述第一計(jì)算單元，將上述局部區(qū)域中的象素值的空間微分、或者上述局部區(qū)域的象素值的高頻成分進(jìn)行空間微分，來計(jì)算第一向量，使用上述第一向量，至少計(jì)算結(jié)構(gòu)張量的第一本征值或局部區(qū)域中的數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣的第一本征值，基于上述第一本征值或基于該第一本征值與其他本征值之差，計(jì)算上述邊緣大小。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的醫(yī)用圖像處理裝置，上述第一計(jì)算單元基于上述局部區(qū)域中的象素值的二階空間微分、或者上述局部區(qū)域的象素值的高頻成分的空間微分，計(jì)算上述方向一致性。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的醫(yī)用圖像處理裝置， 上述第一計(jì)算單元，將上述局部區(qū)域中的象素值的二階空間微分、或者上述局部區(qū)域的象素值的高頻成分進(jìn)行空間微分，來計(jì)算第二向量，使用上述第二向量，至少計(jì)算結(jié)構(gòu)張量的第一本征值或局部區(qū)域中的數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣的第一本征值，基于上述第一本征值或基于該第一本征值與其他本征值之差，計(jì)算上述方向一致性。
15.一種醫(yī)用圖像處理方法，包括計(jì)算由醫(yī)用圖像診斷裝置取得的醫(yī)用圖像中的局部區(qū)域的邊緣方向、上述局部區(qū)域中的邊緣大小、以及上述局部區(qū)域中的邊緣方向一致性；使用上述邊緣大小和上述邊緣方向一致性計(jì)算合成系數(shù)； 基于上述合成系數(shù)，計(jì)算與上述局部區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域的過濾系數(shù)； 使用上述過濾系數(shù)，對上述醫(yī)用圖像實(shí)施用于進(jìn)行上述醫(yī)用圖像的銳化或平滑化的過濾處理。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施方式中記載的超聲波診斷裝置具備圖像取得單元，取得超聲波圖像；第一計(jì)算單元，計(jì)算超聲波圖像中的局部區(qū)域的邊緣方向、局部區(qū)域中的邊緣大小、以及局部區(qū)域中的邊緣方向一致性；第二計(jì)算單元，使用邊緣大小和邊緣方向一致性計(jì)算合成系數(shù)；第三計(jì)算單元，基于合成系數(shù)，計(jì)算與局部區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域的過濾系數(shù)；和過濾單元，使用過濾系數(shù)，對超聲波圖像實(shí)施用于進(jìn)行超聲波圖像的銳化或平滑化的過濾處理。
文檔編號A61B8/00GK102523732SQ201180002028
公開日2012年6月27日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者大住良太 申請人:東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社, 株式會社東芝