超聲波診斷裝置、圖像處理裝置以及圖像處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及超聲波診斷裝置、圖像處理裝置以及圖像處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，超聲波診斷裝置廣泛地用于進(jìn)行生物體的血流的觀察或診斷。超聲波診斷 裝置通過(guò)基于多普勒（Doppler)效應(yīng)的多普勒法，根據(jù)超聲波的反射波進(jìn)行血流信息的生 成以及顯示。作為通過(guò)超聲波診斷裝置生成顯示的血流信息，存在彩色多普勒?qǐng)D像或多普 勒波形（多普勒頻譜）等。
[0003] 彩色多普勒?qǐng)D像是通過(guò)彩色血流圖（CFM :Color Flow Mapping)法進(jìn)行攝像的超 聲波圖像。在CFM法中，在多條掃描線(xiàn)上進(jìn)行多次超聲波的發(fā)送接收。并且，在CFM法中， 通過(guò)對(duì)同一位置的數(shù)據(jù)串應(yīng)用MTI (Moving Target Indicator)濾波器，來(lái)抑制來(lái)自靜止的 組織、或者活動(dòng)慢的組織的信號(hào)（雜波信號(hào)），提取來(lái)自血流的信號(hào)。并且，在CFM法中，例 如，根據(jù)該血流信號(hào)推定血流的速度、血流的方差、血流的能量等血流信息，顯示二維地對(duì) 推定結(jié)果的分布進(jìn)行彩色顯示的超聲波圖像（彩色多普勒?qǐng)D像）。
[0004] 通常，作為MTI濾波器，使用巴特沃斯型的IIR(Infinite Impulse Response)濾 波器或多項(xiàng)式回歸濾波器（Polynomial Regression Filter)等、固定了系數(shù)的濾波器。另 一方面，還知道根據(jù)輸入信號(hào)使系數(shù)變化的自適應(yīng)型的MTI濾波器。
[0005] 作為一個(gè)例子，自適應(yīng)型的MTI濾波器根據(jù)MTI濾波器輸入前的信號(hào)求組織的速 度，得到其相位差被取消的信號(hào)。并且，該濾波器從預(yù)先準(zhǔn)備的MTI濾波器用的系數(shù)中，選 擇與所得到的信號(hào)對(duì)應(yīng)的系數(shù)。另外，還知道有被稱(chēng)為"Eigenvector Regression Filter" 的自適應(yīng)型的MTI濾波器。該自適應(yīng)型的MTI濾波器通過(guò)由相關(guān)矩陣計(jì)算固有向量，根據(jù) 計(jì)算出的固有向量，直接計(jì)算MTI濾波器所使用的系數(shù)的方法，來(lái)得到雜波分量被抑制的 信號(hào)。該方法應(yīng)用在主分量分析、卡洛變換（Karhunen-Loeve transform)、或在特征空間法 中使用的方法。另外，還知道為了實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)使用"Eigenvector Regression Filter"的 方法，對(duì)固有向量的計(jì)算利用"iterative power method"的方法。
[0006] 在上述的自適應(yīng)型MTI濾波器中，固有向量由相關(guān)矩陣來(lái)計(jì)算。通過(guò)使用固有向 量的自適應(yīng)型MTI濾波器進(jìn)行成像的圖像的畫(huà)質(zhì)根據(jù)以怎樣的條件計(jì)算相關(guān)矩陣而改變。 因此，通過(guò)使用固有向量的自適應(yīng)型MTI濾波器進(jìn)行成像的圖像的畫(huà)質(zhì)有時(shí)不一定提高。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :美國(guó)專(zhuān)利第5, 349, 524號(hào)說(shuō)明書(shū)
[0010] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)平10-99333號(hào)公報(bào)
[0011] 非專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0012] 非專(zhuān)利文獻(xiàn) I :Bjaerum, Torp, Kristoffersen, "Clutter Filters Adapted to Tissue Motion in Ultrasound Color Flow Imaging"，IEEE Transactions on Ultrasoni cs,Ferroelectricsj Frequency Control, vol. 49, pp. 693-704, June, 2002
[0013] 非專(zhuān)利文獻(xiàn) 2 :Lovstakken, Bjaerum, Kristoffersen, Haaverstad, Torp, "Real-time adaptive clutter rejection filtering in color flow imaging using power method iterations"，IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, Frequency Control,vol. 53, pp. 1597-1608, Sep, 2006

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明要解決的問(wèn)題在于，提供一種能夠提高通過(guò)使用有固有向量的自適應(yīng)型 MTI濾波器使血流信息進(jìn)行成像的圖像的畫(huà)質(zhì)的超聲波診斷裝置、圖像處理裝置以及圖像 處理方法。
[0015] 實(shí)施方式的超聲波診斷裝置具備相關(guān)矩陣計(jì)算部、計(jì)算部、圖像生成部、以及控制 部。相關(guān)矩陣計(jì)算部根據(jù)通過(guò)在由多條掃描線(xiàn)形成的掃描范圍內(nèi)發(fā)送接收超聲波而涵蓋多 幀收集到的同一位置的反射波數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)串，計(jì)算上述掃描范圍的相關(guān)矩陣。計(jì)算部使用 上述相關(guān)矩陣進(jìn)行主分量分析，通過(guò)進(jìn)行使雜波分量近似為主分量并減少的矩陣運(yùn)算來(lái)計(jì) 算抑制來(lái)自組織的雜波的濾波系數(shù)。圖像生成部根據(jù)使用上述濾波系數(shù)推定出的血流信息 生成超聲波圖像數(shù)據(jù)。控制部使上述超聲波圖像數(shù)據(jù)顯示于顯示部。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1表示第1實(shí)施方式所涉及的超聲波診斷裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0017] 圖2是用于說(shuō)明以往技術(shù)的圖（1)。
[0018] 圖3是用于說(shuō)明以往技術(shù)的圖（2)。
[0019] 圖4是表示第1實(shí)施方式所涉及的超聲波掃描的一個(gè)例子的圖（1)。
[0020] 圖5是表不第1實(shí)施方式所涉及的超聲波掃描的一個(gè)例子的圖（2)。
[0021] 圖6是表不第1實(shí)施方式所涉及的超聲波掃描的一個(gè)例子的圖（3)。
[0022] 圖7是用于說(shuō)明第1實(shí)施方式所涉及的等級(jí)降低（rank cut)數(shù)的確定處理的一 個(gè)例子的圖（1)。
[0023] 圖8是用于說(shuō)明第1實(shí)施方式所涉及的等級(jí)降低數(shù)的確定處理的一個(gè)例子的圖 ⑵。
[0024] 圖9是表示通過(guò)以往技術(shù)顯示的圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)例子的圖。
[0025] 圖10是表示由第1實(shí)施方式顯示的圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)例子的圖。
[0026] 圖11是用于說(shuō)明第1實(shí)施方式所涉及的超聲波診斷裝置進(jìn)行的處理的一個(gè)例子 的流程圖。
[0027] 圖12是表示第2實(shí)施方式所涉及的相關(guān)矩陣計(jì)算部進(jìn)行處理的一個(gè)例子的圖。
[0028] 圖13是用于說(shuō)明第2實(shí)施方式的效果的圖。
[0029] 圖14是用于說(shuō)明第2實(shí)施方式所涉及的超聲波診斷裝置進(jìn)行的處理的一個(gè)例子 的流程圖。
[0030] 圖15是用于說(shuō)明第3實(shí)施方式的圖。
[0031] 圖16是用于說(shuō)明第4實(shí)施方式的圖（1)。
[0032] 圖17是用于說(shuō)明第4實(shí)施方式的圖（2)。
[0033] 圖18是用于說(shuō)明第5實(shí)施方式的圖（1)。
[0034] 圖19是用于說(shuō)明第5實(shí)施方式的圖（2)。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下，參照附圖，詳細(xì)地說(shuō)明超聲波診斷裝置的實(shí)施方式。
[0036] (第1實(shí)施方式）
[0037] 首先，針對(duì)第1實(shí)施方式所涉及的超聲波診斷裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示 第1實(shí)施方式所涉及的超聲波診斷裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。如圖1所示例的那樣，第1實(shí)施 方式所涉及的超聲波診斷裝置具有超聲波探頭1、顯示器2、輸入裝置3、以及裝置主體10。
[0038] 超聲波探頭1為了進(jìn)行超聲波的發(fā)送接收而與裝置主體10連接。超聲波探頭1 例如具有多個(gè)壓電振子，這些多個(gè)壓電振子根據(jù)從后述的裝置主體10所具有的發(fā)送接收 部11供給的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生超聲波。另外，超聲波探頭1所具有的多個(gè)壓電振子接收來(lái)自被 檢體P的反射波變換成電氣信號(hào)。另外，超聲波探頭1具有設(shè)置于壓電振子的匹配層和防 止超聲波從壓電振子向后方傳播的背襯材料等。另外，超聲波探頭1自由拆卸地與裝置主 體10連接。
[0039] 當(dāng)從超聲波探頭1向被檢體P發(fā)送超聲波時(shí)，所發(fā)送的超聲波被被檢體P的體內(nèi) 組織中的聲阻抗的不連續(xù)面依次反射，反射波信號(hào)由超聲波探頭1所具有的多個(gè)壓電振子 接收。所接收的反射波信號(hào)的振幅依存于反射超聲波的不連續(xù)面中的聲阻抗的差。另外， 所發(fā)送的超聲波脈沖被正在移動(dòng)的血流或心臟壁等表面反射時(shí)的反射波信號(hào)由于多普勒 效應(yīng)，依存于相對(duì)于移動(dòng)體的超聲波發(fā)送方向的速度分量，并接受頻移。
[0040] 另外，第1實(shí)施方式還能夠適用于超聲波探頭1是二維地對(duì)被檢體P進(jìn)行掃描的 ID陣列探頭、或是三維地對(duì)被檢體P進(jìn)行掃描的機(jī)械4D探頭或2D陣列探頭的情況。
[0041] 輸入裝置3具有鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、按鈕、面板開(kāi)關(guān)、觸摸指令屏、腳踏開(kāi)關(guān)、軌跡球、操作 桿等。輸入裝置3接受來(lái)自超聲波診斷裝置的操作者的各種設(shè)定要求，并對(duì)裝置主體10轉(zhuǎn) 送所接受的各種設(shè)定要求。
[0042] 顯示器2顯示用于超聲波診斷裝置的操作者使用輸入裝置3輸入各種設(shè)定要求的 ⑶I (Graphical User Interface)，或者顯示在裝置主體10中生成的超聲波圖像數(shù)據(jù)等。
[0043] 裝置主體10是根據(jù)超聲波探頭1接收到的反射波信號(hào)生成超聲波圖像數(shù)據(jù)的裝 置。圖1所示的裝置主體10是能夠根據(jù)二維的反射波信號(hào)生成二維的超聲波圖像數(shù)據(jù)，能 夠根據(jù)三維的反射波信號(hào)生成三維的超聲波圖像數(shù)據(jù)的裝置。其中，第1實(shí)施方式還能夠 適用于裝置主體10是二維數(shù)據(jù)專(zhuān)用的裝置的情況。
[0044] 如圖1所示例的那樣，裝置主體10具有發(fā)送接收部11、緩沖器12、B模式處理部 13、多普勒處理部14、圖像生成部15、圖像存儲(chǔ)器16、內(nèi)部存儲(chǔ)部17、以及控制部18。
[0045] 發(fā)送接收部11根據(jù)后述的控制部18的指示，控制超聲波探頭1進(jìn)行的超聲波 發(fā)送接收。發(fā)送接收部11具有脈沖發(fā)生器、發(fā)送延遲電路、觸發(fā)發(fā)生器等，向超聲波探頭 1供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)。脈沖發(fā)生器重復(fù)產(chǎn)生用于以規(guī)定的重復(fù)頻率（PRF:Pulse Repetition Frequency)形成發(fā)送超聲波的速率脈沖。另外，發(fā)送延遲電路對(duì)脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的各速 率脈沖賦予將從超聲波探頭1產(chǎn)生的超聲波會(huì)聚成束狀，且確定發(fā)送指向性所需的每個(gè)壓 電振子的延遲時(shí)間。另外，觸發(fā)發(fā)生器以基于速率脈沖的定時(shí)，向超聲波探頭1施加驅(qū)動(dòng)信 號(hào)（驅(qū)動(dòng)脈沖）。即，發(fā)送延遲電路通過(guò)使對(duì)各速率脈沖賦予的延遲時(shí)間變化，來(lái)任意地調(diào) 整從壓電振子面發(fā)送的超聲波的發(fā)送方向。
[0046] 另外，發(fā)送接收部11具有為了根據(jù)后述的控制部18的指示，執(zhí)行規(guī)定的掃描序 列，瞬間變更發(fā)送頻率、發(fā)送驅(qū)動(dòng)電壓等的功能。特別地，發(fā)送驅(qū)動(dòng)電壓的變更通過(guò)能夠瞬 間切換其值的線(xiàn)性放大器型的發(fā)送電路、或者電氣地切換多個(gè)電源單元的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0047] 另外，發(fā)送接收部11具有放大器電路、A/D(Analog/Digital)變換器、接收延遲電 路、加法器、以及正交檢波電路等，對(duì)超聲波探頭1接收到的反射波信號(hào)進(jìn)行各種處理生成 反射波數(shù)據(jù)。放大器電路將反射波信號(hào)在每個(gè)通道中放大進(jìn)行增益校正處理。A/D變換器 將增益校正后的反射波信號(hào)進(jìn)行A/D變換。接收延遲電路對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)賦予確定接收指向性 所需的接收延遲時(shí)間。加法器對(duì)通過(guò)接收延遲電路賦予了接收延遲時(shí)間的反射波信號(hào)進(jìn)行 加法處理。通過(guò)加法器的加法處理，強(qiáng)調(diào)來(lái)自與反射波信號(hào)的接收指向性對(duì)應(yīng)的方向的反 射分量。
[0048] 并且，正交檢波電路將加法器的輸出信號(hào)變換成基帶的同相信號(hào)（I信號(hào)、I : In-pahse)和正交信號(hào)（Q信號(hào)、Q:Quadrature-phase)。并且，正交檢波電路設(shè)I信號(hào)以及 Q信號(hào)（以下，記作IQ信號(hào)）為反射波數(shù)據(jù)，保存在緩沖器12中。另外，正交檢波電路也可 以將加法器的輸出信號(hào)變換成RF(Radi 〇 Frequency)信號(hào)，并保存在緩沖器12中。IQ信號(hào) 或RF信號(hào)成為包含相位信息的信號(hào)（接收信號(hào)）。以下，有時(shí)將發(fā)送接收部11輸出的反射 波數(shù)據(jù)記作接收信號(hào)。
[0049] 當(dāng)對(duì)被檢體P進(jìn)行二維掃描時(shí)，發(fā)送接收部11從超聲波探頭1發(fā)送二維的超聲波 束。并且，發(fā)送接收部11根據(jù)超聲波探頭1接收到的二維的反射波信號(hào)生成二維的反射波 數(shù)據(jù)。另外，當(dāng)對(duì)被檢體P進(jìn)行三維掃描時(shí)，發(fā)送接收部11使超聲波探頭1發(fā)送三維的超 聲波束。并且，發(fā)送接收部11根據(jù)超聲波探頭1接收的三維的反射波信號(hào)生成三維的反射 波數(shù)據(jù)。
[0050] 緩沖器12是暫時(shí)地存儲(chǔ)發(fā)送接收部11所生成的反射波數(shù)據(jù)（I/Q信號(hào)）的緩沖 器。具體而言，緩沖器12存儲(chǔ)數(shù)幀相應(yīng)的I/Q信號(hào)、或者數(shù)容積相應(yīng)的I/Q信號(hào)。例如，緩 沖器12是FIFO(First-In/First-〇ut)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)規(guī)定幀相應(yīng)的I/Q信號(hào)。并且，例如， 當(dāng)重新由發(fā)送接收部11生成1幀相應(yīng)的I/Q信號(hào)時(shí)，緩沖器12刪除生成時(shí)間最久的1幀 相應(yīng)的I/Q信號(hào)，存儲(chǔ)重新生成的1幀相應(yīng)的I/Q信號(hào)。
[0051] B模式處理部13以及多普勒處理部14是對(duì)發(fā)送接收部11根據(jù)反射波信號(hào)生成的 反射波數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種信號(hào)處理的信號(hào)處理部。B模式處理部13對(duì)從緩沖器12讀出的反射 波數(shù)據(jù)（I/Q信號(hào)）進(jìn)行對(duì)數(shù)放大、包絡(luò)線(xiàn)檢波處理、對(duì)數(shù)壓縮等，生成多個(gè)采樣點(diǎn)各自的信 號(hào)強(qiáng)度由亮度的明暗表示的數(shù)據(jù)（B模式數(shù)據(jù)）。
[0052] 另外，B模式處理部13通過(guò)濾波處理，使檢波頻率發(fā)生變化，從而能夠改變成像 的頻帶。通過(guò)使用該B模式處理部13的功能，第1實(shí)施方式所涉及的超聲波診斷裝置能 夠執(zhí)行對(duì)比諧波成像（CHI :Contrast Harmonic Imaging)或組織諧波成像（THI :Tissue Harmonic Imaging)等諧波成像。即，B模式處理部13根據(jù)被注入了造影劑的被檢體P的 反射波數(shù)據(jù)，將以造影劑（微小氣泡、氣泡）為反射源的諧波分量的反射波數(shù)據(jù)（諧波數(shù)據(jù) 或者分頻數(shù)據(jù)）和以被檢體P內(nèi)的組織為反射源的基波分量的反射波數(shù)據(jù)（基波數(shù)據(jù)）分 離。B模式處理部13能夠根據(jù)諧波分量的反射波數(shù)據(jù)（接收信號(hào)），生成用于生成造影圖 像數(shù)據(jù)的B模式數(shù)據(jù)。
[0053] 另外，通過(guò)使用該B模式處理部13的濾波處理功能，從而，第1實(shí)施方式所涉及的 超聲波診斷裝置能夠執(zhí)行組織諧波成像（THI :Tissue Harmonic Imaging)。即，B模式處理 部13能夠根據(jù)被檢體P的反射波數(shù)據(jù)，將作為諧波分量的反射波數(shù)據(jù)（接收信號(hào)）的諧波 數(shù)據(jù)或者分頻數(shù)據(jù)分離。并且，B模式處理部13能夠根據(jù)諧波分量的反射波數(shù)據(jù)（接收信 號(hào)），生成用于生成除去了噪聲分量的組織圖像數(shù)據(jù)的B模式數(shù)據(jù)。
[0054] 另外，當(dāng)進(jìn)行CHI或THI的諧波成像時(shí)，B模式處理部13能夠通過(guò)與使用上述的 濾波處理的方法不同的方法，提取諧波分量。在諧波成像中，進(jìn)行振幅調(diào)制（AM Amplitude Modulation)法、相位調(diào)制（PM :Phase Modulation)法、或組合了 AM法以及PM法的被稱(chēng)為 AMPM法的映像法。在AM法、PM法以及AMPM法中，對(duì)同一掃描線(xiàn)進(jìn)行多次振幅或相位不同 的超聲波發(fā)送。由此，發(fā)送接收部11通過(guò)各掃描線(xiàn)生成多個(gè)反射波數(shù)據(jù)（接收信號(hào)）并輸 出。并且，B模式處理部13通過(guò)對(duì)各掃描線(xiàn)的多個(gè)反射波數(shù)據(jù)（接收信號(hào)）進(jìn)行與調(diào)制法 對(duì)應(yīng)的加減法處理，來(lái)提取諧波分量。并且，B模式處理部13對(duì)諧波分量的反射波數(shù)據(jù)（接 收信號(hào)）進(jìn)行包絡(luò)線(xiàn)檢波處理等，生成B