超声波成像装置、超声波成像方法以及超声波成像用程序的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种无需求出运动矢量就能够直接生成标量场图像来掌握组织的边界的超声波成像装置。对接收信号进行处理来生成2帧以上的图像，从图像中选择2帧，对一个帧设定多个关心区域，对另一个帧按多个关心区域的每一个关心区域设定比关心区域大的搜索区域。在搜索区域内设定多个与关心区域对应的大小的候补区域。通过按多个候补区域的每一个候补区域求得关心区域的像素值与候补区域内的像素值之间的范数，从而求得搜索区域内的范数的分布。将表示范数的分布状态的值作为与搜索区域对应的关心区域的像素值来生成图像。
【专利说明】超声波成像装置、超声波成像方法以及超声波成像用程序
【技术领域】
[0001]本发明涉及在通过超声波进行生物体的成像时能明确地识别组织边界的超声波成像方法以及超声波成像装置的技术。
【背景技术】
[0002]在用于医疗图像诊断中的超声波摄像装置中，公知基于诊断运动图像(B模式图像)的小区域的变化量来推测组织的弹性系数分布，将硬度变换为彩色图来显示的方法。但是，若是肿瘤的边缘部，则相对于周围的组织而言，声阻抗、弹性率都没有较大的不同，在这种情况下，无论是在诊断运动图像中还是在弹性图像中都不能掌握肿瘤与周围组织之间的边界。
[0003]因此，存在以下方法:针对时间序列不同的两个诊断图像数据通过块匹配处理来求得诊断图像的各区域的运动矢量，根据运动矢量生成标量场图像。由此，能够识别声阻抗和弹性率与周围相比都没有较大不同的组织的边界。
[0004]但是，在如回波信号变得微弱的穿透界限区域等图像数据中噪声较多的区域中，在求出运动矢量时由于噪声的影响，会产生错误矢量，边界的识别度降低。因此，在专利文献I中，在求得运动矢量时，求得作为关心区域的移动目的地的候补的多个区域与关心区域之间的图像数据的类似度，根据类似度分布来判定针对该关心区域求得的运动矢量的可靠度。在运动矢量的可靠度低的情况下，能够除去该运动矢量等，因此能够提高边界的识别度。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:国际公开TO2011/052602号
【发明内容】
[0008]发明要解决的问题
[0009]在现有的专利文献I等中记载的求得运动矢量来识别组织的边界的方法需要通过块匹配处理来求得图像上的各区域的运动矢量、将该运动矢量变换为标量来生成标量场图像这样的两个步骤。
[0010]本发明的目的在于提供一种不求出运动矢量而是能够直接生成标量场图像来掌握被检测体的边界的超声波成像装置。
[0011]用于解决问题的手段
[0012]为了达到上述目的，根据本发明的第I方式，提供如下的超声波成像装置。即，具有:朝向对象发送超声波的发送部；接收从上述对象到来的超声波的接收部；和处理接收部的接收信号来生成2帧以 上的图像的处理部。处理部对所生成的2帧以上的图像中的一个帧设定多个关心区域，对另一帧按上述多个关心区域的每一个关心区域设定比上述关心区域大的搜索区域，在搜索区域内设定多个与关心区域对应的大小的候补区域，通过按多个候补区域的每一个候补区域求得关心区域的像素值与上述候补区域内的像素值之间的范数，从而求得搜索区域内的范数的分布，将表示范数的分布状态的值(标量值)作为与搜索区域对应的关心区域的像素值来生成图像。
[0013]发明效果
[0014]根据本发明，求得表示搜索区域的范数的分布状态的值。范数若有边界，则表示沿着边界较低的值。因此，由于将表示范数的分布状态的值(标量值)作为与搜索区域对应的关心区域的像素值来生成图像，因此无需生成矢量场就能够生成表示被检测体的边界的图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为表示第I实施方式的超声波成像装置的系统结构例的框图。
[0016]图2为表示第I实施方式的超声波成像装置所进行的图像生成的处理顺序的流程图。[0017]图3为表示图2的步骤24的详细情况的流程图。
[0018]图4为采用两层构造的被检测体(人体模型)来说明图2的步骤24的处理的图。
[0019]图5 (a)为表示关心区域位于静止部分时的、搜索区域的P范数分布的分布图，(b)为(a)的P范数分布的直方图，(c)为表示第I实施方式的关心区域位于边界部时的搜索区域的P范数分布的分布图、(d)为(C)的P范数分布的直方图。
[0020]图6 (a)为第I实施方式的B模式像，(b)为第I实施方式的标量场图像，(C)为现有技术的矢量场图像，(d)为现有技术的矢量场图像的应变张量图像。
[0021]图7(a)为表示第I实施方式的标量场图像与B模式图像的叠加图像的说明图，
(b)为表示第I实施方式的标量场图像、B模式图像、矢量场图像的叠加图像的说明图。
[0022]图8为表示第I实施方式的超声波成像装置所进行的图像生成的处理顺序的流程图。
[0023]图9(a)为表示在标量场图像中产生了虚像的例子的图像，(b)为第2实施方式的P范数值的平均值与频度的直方图，(C)为在第2实施方式中将低可靠部置换为暗色显示的标量场图像。
[0024]图10为表示第2实施方式的图像的处理顺序的流程图。
[0025]图11为表示第3实施方式的图像的生成顺序的流程图。
[0026]图12(a)~(h)为表示在第3实施方式的搜索区域中设定的8个方向的模型的说明图。
[0027]图13(a)~(C)为表示第6实施方式的边界的朝向与矢量场的图案例的说明图。
[0028]图14为表示求得第6实施方式的边界范数的顺序的流程图。
[0029]图15为表示在第7实施方式中一部分重复设定的ROI的说明图。
[0030]图16为表示采用第7实施方式的查找表的用于减少运算量的处理顺序的流程图。
[0031]图17为表示在第8实施方式中针对连续帧求出的信息熵的图表。
[0032]图18为表示采用第8实施方式的信息熵的图像显示的处理顺序的流程图。
[0033]图19(a)为表示第9实施方式提取出的标量场图像、矢量场图像和B模式图像的叠加图像的说明图，(b)为标量场图像的标量值与频度的直方图。[0034]图20为表示生成第9实施方式提取出的标量场图像的处理顺序的流程图。【具体实施方式】
[0035]本发明的超声波成像装置具有:发送部，其朝向对象发送超声波；接收部，其接收从对象到来的超声波；和处理部，其对接收部的接收信号进行处理并生成2帧以上的图像。处理部对所生成的2帧以上的图像中的一个帧设定多个关心区域，对另一个帧按多个关心区域的每一个关心区域设定比关心区域大的搜索区域。在搜索区域内设定多个与关心区域对应的大小的候补区域。处理部通过按多个候补区域的每一个候补区域求得关心区域的像素值与候补区域内的像素值之间的范数，从而求得搜索区域内的范数的分布，将表示范数的分布状态的值(标量值)作为与搜索区域对应的关心区域的像素值来生成图像。在此，也可在关心区域中代替像素值而直接采用接收信号的振幅值或者相位值来计算出范数。由于像素值被实施了对数压缩处理，因此原始的接收信号一方的线性变化被正确地反映，从而可实现高分辨率。
[0036]若有边界，则范数表示沿着边界较小的值，因此通过将表示范数的分布状态的值(标量值)作为与搜索区域相对应的关心区域的像素值来生成图像，从而本发明的超声波成像装置能够在不生成矢量场的情况下生成表示被检测体的边界的图像。
[0037]范数可使用由下述式(I)表示的P范数(也称作幂乘范数)。
[0038][数学式I]
[0039]
【权利要求】
1.一种超声波成像装置，其特征在于，具有: 发送部，其朝向对象发送超声波； 接收部，其接收从上述对象到来的超声波；和 处理部，其对上述接收部的接收信号进行处理并生成2帧以上的图像， 上述处理部对所生成的上述2帧以上的图像中的一个帧设定多个关心区域，对另一个帧按上述多个关心区域的每一个关心区域设定比上述关心区域大的搜索区域，在上述搜索区域内设定多个与上述关心区域对应的大小的候补区域，通过按上述多个候补区域的每一个候补区域求得上述关心区域的像素值与上述候补区域内的像素值之间的范数，从而求得上述搜索区域内的范数的分布，将表示该范数的分布状态的值作为与上述搜索区域对应的上述关心区域的像素值来生成图像。
2.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述范数为由下述式(I)所表示的P范数， [数学式I]
3.根据权利要求2所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述P为大于I的实数。
4.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 表示上述范数的分布状态的值为该分布的统计量。
5.根据权利要求4所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述统计量为通过上述搜索区域内的范数分布的范数值的最小值与范数值的平均值之差来定义的偏离度。
6.根据权利要求4所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述统计量为上述搜索区域内的范数分布的范数值的标准偏差除以平均值而得到的变动系数。
7.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部分别求得以 在上述搜索区域内设定的关注区域作为中心的多个方向中位于沿着该方向的位置上的上述候补区域的范数值的平均变为最小的第I方向、和经过上述关注区域而与上述第I方向正交的第2方向，将沿着上述第I方向的上述候补区域的上述范数值的平均与沿着上述第2方向的上述候补区域的上述范数值的平均的比率值或者差分值用作表示针对与上述搜索区域对应的上述关心区域的上述范数的分布状态的值。
8.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部在上述候补区域内的中心设定中心像素,设定以上述中心像素作为中心的多个方向，求得上述中心像素的像素值与位于上述方向的位置上的多个像素的像素值之间的范数值，求得所求出的范数值除以上述方向的像素数后得到的范数值的平均，将与针对位于范数值的平均变为最小的第I方向的位置上和经过上述中心像素且与上述第I方向正交的第2方向的位置上的多个像素和上述中心像素求得的范数值的平均的比率值或者差分值用作上述候补区域的中心像素的值。
9.根据权利要求7所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部预先通过拉普拉斯滤波对上述搜索区域内的范数的分布进行增强处理，针对增强处理后的分布求得上述比率值或者差分值。
10.根据权利要求8所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部预先通过拉普拉斯滤波对上述候补区域内的像素值进行增强处理，对增强处理后的像素值求得上述比率值或者差分值。
11.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部生成表示上述搜索区域内的范数的分布的矩阵，对该矩阵实施特征值分解处理来求得特征值，将该特征值用作表示针对与上述搜索区域对应的上述关心区域的上述范数的分布状态的值。
12.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部将在上述搜索区域中上述范数值变为最小的候补区域选择为上述关心区域的移动目的地，求得连结上述关心区域的位置与上述选择出的候补区域的位置的运动矢量，通过针对多个上述关心区域分别生成上述运动矢量，从而生成运动矢量场， 上述处理部针对在上述 运动矢量场中设定的多个关注区域分别求得与X分量相关的y方向微分的平方值、和与I分量相关的X方向微分的平方值的总和作为边界范数值，并将该边界范数值作为上述关注区域的像素值来生成图像。
13.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部按照将上述多个关心区域重复一部分的方式进行设定，将对一个关心区域计算范数时针对上述重复的区域求得的值保存于存储区域的查找表中，在针对其他关心区域计算范数时从上述查找表中读出并使用所保存的值。
14.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部按照将上述多个候补区域重复一部分的方式进行设定，将在对一个候补区域计算范数时针对上述重复的区域求得的值保存于存储区域的查找表中，在针对其他候补区域计算范数时从上述查找表中读出并使用所保存的值。
15.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部按时间序列生成多个帧的将表示上述范数的分布状态的值作为像素值来生成的图像，按每个该帧计算出信息熵量， 在上述信息熵量为预先设定的阈值以上的情况下，上述处理部显示该帧。
16.根据权利要求1所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部生成提取表示上述范数的分布状态的值为规定值以上的像素而得到的提取图像，与B模式图像重叠地显示该提取图像。
17.根据权利要求16所述的超声波成像装置，其特征在于， 上述处理部针对将表示上述范数的分布状态的值作为像素值而生成的图像，生成表示上述范数的分布状态的值和其频度的直方图， 上述处理部搜索上述直方图的山形状分布，将山形状分布的最小值用作上述规定值。
18.—种超声波成像方法，其特征在于，朝向对象发送超声波，对接收从上述对象到来的超声波而得到的接收信号进行处理，生成2帧以上的图像， 从上述图像中选择2帧， 对一个帧设定多个关心区域， 对另一个帧按上述多个关心区域的每一个关心区域设定比上述关心区域大的搜索区域，在上述搜索区域内设定多个与上述关心区域对应的大小的候补区域， 通过按上述多个候补区域的每一个候补区域求得上述关心区域的像素值与上述候补区域内的像素值之间的范数，从而求得上述搜索区域内的范数的分布， 将表示该范数的分布状态的值作为与上述搜索区域对应的上述关心区域的像素值来生成图像。
19.一种超声波成像用程序，使计算机执行以下步骤: 第I步骤，从2帧以上的超声波图像中选择两个帧； 第2步骤，对一个帧设定多个关心区域； 第3步骤，对另一个帧按上述多个关心区域的每一个关心区域设定比上述关心区域大的搜索区域，在上述搜索区域内设定多个与上述关心区域对应的大小的候补区域； 第4步骤，通过按上述多个候补区域的每一个候补区域求得上述关心区域的像素值与上述候补区域内的像素值之间的范数，从而求得上述搜索区域内的范数的分布；和 第5步骤，将表示该范数的分布状态的值作为与上述搜索区域对应的上述关心区域的像素值来生成图像。
20.一种超声波成像装置，其特征在于，具有: 发送部，其朝向对象发送超声波； 接收部，其接收从上述对象到来的超声波；和 处理部，其对上述接收部的接收信号进行处理来生成2帧以上的图像， 上述处理部对与接收的上述2帧以上的图像对应的接收信号中、相当于I个帧的接收信号分布设定多个关心区域，对相当于另一个帧的接收信号分布按上述多个关心区域的每一个关心区域设定比上述关心区域 大的搜索区域，在上述搜索区域内设定多个与上述关心区域对应的大小的候补区域，通过按上述多个候补区域的每一个候补区域求得上述关心区域的振幅分布或者相位分布与上述候补区域内的振幅分布或者相位分布之间的范数，从而求得上述搜索区域内的范数的分布，将表示该范数的分布状态的值作为与上述搜索区域对应的上述关心区域的像素值来生成图像。
【文档编号】A61B8/00GK103906473SQ201280053070
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年7月27日 优先权日:2011年10月28日
【发明者】增井裕也, 东隆 申请人:日立阿洛卡医疗株式会社