专利名称：超声波图像处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种超声波图像处理装置，特別是涉及一种用于提高超声波图像的分辨率或质量的技木。
背景技术：
超声波图像处理装置被形成为如超声波诊断装置或信息处理装置。在信息处理装置中，处理由超声波诊断装置提供的图像数据。下面将对超声波诊断装置进行描述。超声波诊断装置是ー种向活体发射超声波并从活体接收超声波，然后基于通过发射和接收超声波所获取的接收信息形成超声波图像的装置。已知的超声波图像包括ニ维层析图像、ニ维血流图像、三维图像等。更具体地，通过在活体中超声波束的电子扫描来形成虚构扫描平面。借助于此处理，可获取对应于波束扫描平面的接收帧(接收帧数据)。所述接收帧包括沿波束扫描方向布置的多个波束数据集，而每个波束数据集包括沿深度方向布置的多个回波数据集。換言之，接收帧包括ニ维放置的回波数据组(回波数据阵列)。各回波数据点是接收帧的元素， 并通常被称为“像素”。后文中要描述的显示帧的元素通常也称为像素。接收帧的每个像素均具有与发射/接收坐标系(在电子扇形扫描的情况下为极坐标系)相符的地址。为了将接收帧转换为显示帧，即为了从发射/接收坐标系转换为显示坐标系(正交坐标系)，超声波诊断装置配备有扫描转换器(JP 2003-299651A)。除了坐标转换功能外，所述扫描转换器还具有插值处理功能、帧率调整功能等。为了提高超声波图像的质量，可以期望増加接收帧的分辨率或密度。但是，如果增加一个接收帧的波束数据集的数量(回波数据密度)，则会降低接收帧率。为了增加像素密度或行密度，可以对接收帧应用帧间插值处理或行间(inter-line)插值处理。然而，在相关技术中，简单的线性插值处理已被用作这种插值处理，因此，尽管表现为数据量增加，但是不能够充分提高超声波图像的质量。在波束扫描方法中，如扇形扫描、凸面扫描、径向扫描等，形成扇形或径向形状的波束阵列，并且对于较深的部位波束间隔被加宽。在上述扫描转换器中，通过插值计算生成了显示帧所需的大量像素。因此，大量插值像素嵌置在显示帧的深部中。因此，在这种深部中，尽管不会出现像素不足，但是存在图像模糊的问题。更具体地，在波束扫描方向存在图像移位或变形的问题。当形成三维图像吋，也会出现相似的问题。
发明内容
本发明的优点是増加超声波图像的密度，从而提高图像质量。本发明的另ー优点是，当执行在其中形成扇形或径向形状的超声波束阵列的扫描方法吋，在超声波图像中，特別是在图像的深部，图像质量得到提高。根据本发明的ー个方案，提供了ー种超声波图像处理装置，包括帧间处理器，其在通过发射和接收超声波所获取的第一帧和第二帧之间应用处理，并且计算第一帧中的每个关注像素在第二帧上的运动目的地；以及重构单元，其使用为每个关注像素计算出的运动目的地，将第二帧重构为高密度帧。借助于上述构造，能够使用第一帧中的信息将第二帧重构为高密度帧。換言之，特定帧上存在的结构很可能存在于与该帧相邻的另ー帧中，因此，前ー帧的数据可用于改善后ー帧。特別地，该处理优选应用于时间上相邻的两个帧之间。更具体地，首先，帧间处理用于计算第一帧中的各像素在第二帧上的运动目的地(或对应位置)。借助于此处理，可以在第二帧上限定或考虑虚构映射或实际映射的附加像素組。換言之，借助于附加像素組，可以增加第二帧的像素密度。只需将附加像素组添加到形成第二帧的原始像素組，即可重构高密度帧；或者通过使用原始像素组和附加像素组来重新计算插值像素組，并且基于原始像素组和插值像素組，也可重构高密度帧。在前者的情况下，可以按相同方式处理原始像素组和附加像素組，或者，可选择地，考虑到数据处理的方便性，可以分别管理原始像素组和附加像素組。例如，在第二帧的扫描转换中，除了第二帧外，还可以考虑第一帧的多个像素的像素值和运动目的地。第一帧和第二帧在时间和空间上彼此不同，优选地，第一帧和第二帧之间的关系为在时间和空间上彼此相邻。在特别优选的构造中，第一帧和第二帧对应于同一波束扫描平面(在空间上彼此匹配)，只有帧的获取时间彼此不同。借助于上述构造，可以通过线性插值处理创建仿佛实际像素増加的效果，用于取代像素表观(apparent)数量简单增加的效果，或者创建在插值处理前增加插值处理所涉及的像素的数量或密度的效果。因此，能够形成具有高分辨率的高质量图像，井能够有效解决或减少如图像模糊等问题。例如，上述超声波图像处理装置是对活体执行实时超声波诊断的超声波诊断装置，或是处理从所述超声波诊断装置中获取的数据的信息处理装置。每帧上的像素是帧元素并含有回波密度、多普勒信息等。优选地，在从发射/接收坐标系转换为显示坐标系之前，应用上述处理。根据本发明的另一方案，优选地，第二帧在时间上迟于第一帧。通常，第一帧和第 ニ帧之间的关系为时间上相邻。可选择地，第一帧和第二帧在时间上的相邻关系为它们之间相隔ー帧或多帧。根据本发明的另一方案，优选地，通过在第一帧和第二帧之间应用模式匹配处理， 帧间处理器计算关注像素的运动目的地。通常，应用ニ维模式匹配处理，但是，也可以使用的其它模式匹配处理包括一维模式匹配处理和三维模式匹配处理。根据本发明的另一方案，优选地，帧间处理器包括相关值曲线生成単元，其生成作为第一帧中每个关注像素的模式匹配处理的结果的相关值曲线；以及对应地址计算单元，其基于第一帧中每个关注像素的相关值曲线，计算第二帧上的对应地址作为运动目的地。通过使用相关值曲线，可以基于该曲线的形状或类似要素来估算真实最佳值，并且可以将具有真实最佳值的位置确定为对应地址。根据本发明的另一方案，优选地，对应地址为含有小数值的对应地址，其包括对应于第二帧中原始像素间隔的整数倍的整数部分和小于原始像素间隔的小数值。为了计算小数值，例如，可以采用子像素处理。根据本发明的另一方案，优选地，通过基于第二帧的原始像素组及由每个关注像素的像素值和含有小数值的对应地址所限定的附加像素组的插值处理，所述重构单元重构高密度帧。原始像素组包括真实像素，而附加像素组包括不同时间的真实像素。通过将附加像素组的每个像素分別映射到最优位置，能够提高分辨率或像素密度。根据本发明的另一方案，优选地，重构单元将ー个或多个插值行插入第二帧的行阵列中的相邻行之间，而每个插值行包括多个插值像素。借助于此构造，可以统ー数据阵列中的间距(特別是波束扫描方向上的间距)，并且能够减少后续计算量。可以同时应用第二帧插值处理和扫描转换。具体地，基于第二帧的像素组及第一帧的多个像素的像素值和对应地址，可以通过一次计算来形成显示帧。但是，在这种情况下，扫描转换过程中的计算变得复杂，因此，优选地，在生成高密度帧之后，扫描转换处理应用到生成的高密度帧。根据本发明的另一方案，优选地，在第一帧的局部区域中选择关注像素，而高密度帧是其中的一部分密度増加的帧。借助于此构造，密度增加处理可应用于分辨率降低的部分或需要以高分辨率进行观察的部分，从而能够缩短计算时间或者能够减少计算量。根据本发明的另一方案，优选地，通过在通过发射和接收超声波所获取的第二帧和第三帧之间应用处理，帧间处理器计算第三帧中的每个关注像素在第二帧上的运动目的地；并且通过使用为第一帧中的每个关注像素计算出的运动目的地和为第三帧中的每个关注像素计算出的运动目的地，重构单元将第二帧重构为高密度帧。借助于此构造，可以将真实像素从前面和后面的帧虚构映射或实际映射到中间帧，从而能够提高中间帧的质量。根据本发明的另一方案，优选地，第一帧、第二帧和高密度帧是指与发射/接收坐标系相符的帧，并且还设置有转换单元，其根据高密度帧生成与显示坐标系相符的显示帧。 根据本发明的另一方案，优选地，第一帧和第二帧中的每个都包括径向扩展的超声波束阵列，高密度帧包括至少被添加到帧的深部中的多个插值行。根据本发明的另一方案，优选地，第一帧和第二帧中的每个都是实时获取的帧或者是从电影存储器(cine memory)中读取的帧。电影存储器通常是按时间顺序存储大量帧的大容量存储器，优选地，电影存储器包括环形缓冲区结构。当对实时数据应用密度增加处理时，能够提高实时显示的超声波图像的质量。当对从电影存储器读取的存储数据应用密度增加处理时，能够提高重放图像的质量。根据本发明的另一方案，优选地，超声波图像处理装置进ー步包括在第一帧和第 ニ帧被输入到帧间处理器之前进行预处理，以增加第一帧和第二帧的密度的単元。根据本发明的另一方案，优选地，超声波图像处理装置进ー步包括用于应用后处理以进ー步増加高密度帧的密度，或者进ー步増加基于高密度帧获取的显示帧的密度的単元。根据本发明的另一方案，提供了ー种超声波图像处理装置，包括帧间处理器，其在通过发射和接收超声波所获取的与发射/接收坐标系相符的第一帧和第二帧之间应用处理，并且计算第一帧中每个关注像素在第二帧上的运动目的地；以及转换单元，其在參照每个关注像素的像素值和每个关注像素的运动目的地的同时根据第二帧生成与显示坐标系相符的显示帧。根据本发明的另一方案，提供了一种超声波图像处理程序，包括在通过发射和接收超声波所获取的第一帧和第二帧之间应用处理，并且计算第一帧中每个关注像素在第二帧上的运动目的地的模块；以及使用为每个关注像素计算出的运动目的地，将第二帧重构为高密度帧的模块。超声波图像处理程序在超声波诊断装置或信息处理装置(如计算机) 上执行。每个模块对应于所述图像处理程序的功能単元。上述程序存储在诸如存储器、 CD-ROM等存储介质中。
图1为示出具有密度増加功能的超声波图像处理装置(超声波诊断装置)的基本结构的框图。图2为说明图1所示的帧间处理类型密度增加单元的运行的概念图。图3为示出帧间组织的运动的概念图。图4为示出帧间模式匹配处理的步骤的順序的流程图。图5为示出帧间模式匹配处理的概念图。图6为示出相关值曲线的示例的图。图7为示出子像素处理的第一示例的图。图8为示出子像素处理的第二示例的图。图9为示出ニ维映射地址(运动目的地)的概念图。图10为示出帧间虚构映射处理结果的概念图。图11为示出通过线性插值处理生成的插值像素地址的概念图。图12为示出插值处理之后密度増加的帧的概念图。图13为示出针对径向扩展的波束数据阵列的波束插值处理的概念图。图14为示出局部波束插值处理的概念图。图15为示出图1所示的密度增加单元的第一示例结构的框图。图16为示出图1所示的密度增加单元的第二示例结构的框图。图17为示出图1所示的密度增加单元的第三示例结构的框图。图18为示出图1所示的基本结构的第一可选构造的框图。图19为示出图1所示的基本结构的第二可选构造的框图。图20为示出具有另ー密度増加功能的超声波图像处理装置(超声波诊断装置) 的基本结构的框图。图21为示出波束数据阵列的图。图22为说明与图20所示的超声波图像处理装置相关的帧内处理类型密度增加单元运行的概念图。图23为示出帧内模式匹配处理的步骤的順序的流程图。图M为示出帧内模式匹配处理的概念图。图25为示出ー维映射地址(运动目的地)的概念图。图沈为示出各行之间虚构映射处理结果的概念图。图27为示出插值处理之后密度増加的像素阵列(行)的概念图。图观为示出图20所示的密度增加单元的示例构造的框图。图四为说明通过密度増加实现的边界突出显示的概念图。图30为示出两种类型的密度増加处理的示例組合的框图。图31为示出两种类型的密度增加处理的另一示例构造的框图。
具体实施例方式下面将參照
本发明的优选实施例。
(1)使用帧间模式匹配处理增加密度图1为示出作为超声波图像处理装置的超声波诊断装置的框图。所述超声波诊断装置用于医疗领域，并且是ー种基于接收信号来形成超声波图像的装置，所述接收信号是通过向活体发射超声波并从活体接收超声波所获取的。已知的超声波图像包括ニ维层析图像、ニ维血流图像、三维图像等。在图1的示例构造中，探头10包括ー维(ID)阵列传感器。ID阵列传感器包括以直线形状或弧线形状布置的多个传感器元件。超声波束B由ID阵列传感器形成，并且超声波束B经过电扫描。在本实施例中，探头10是凸面型探头，并且超声波束经过凸面扫描。 可选择地，既可以采用扇形扫描方法，也可以采用其他电子扫描方法，如径向扫描和线性扫描。当沿径向形成多个超声波束吋，下文所述的“密度増加处理”是尤其优选的。在图1的示例构造中，探头10在使用时接触体表。可选择地，探头10可以是体腔插入型探头。发射单元12是发射波束形成器。也就是，在发射期间，发射単元12向探头10提供多个相互并行的发射信号。借助于此处理，ID阵列传感器形成发射波束；即，超声波辐射到活体中。在接收期间，ID阵列传感器接收来自活体内部的反射波。多个接收信号被从ID 阵列传感器相互并行地输出到接收单元14。接收单元14是接收波束形成器，其对多个接收信号应用整相求和处理以生成对应于接收波束的波束数据。作为波束数据的接收信号被输出到信号处理器16。信号处理器16包括诸如波检测单元、对数转换单元等模块。波检测单元是用于将RF接收信号转换为基带范围内的接收信号的模块。下面将详细说明，帧间处理类型密度增加单元18为用于在时间上彼此相邻的各帧之间应用模式匹配处理以増加每帧的密度或分辨率的単元。在本实施例中，密度增加处理被应用于经过波检测后的帧(帧数据)。可选择地，密度增加处理可以应用于RF信号。 ー个帧(帧数据)包括多个波束数据集，而每个波束数据集包括多个数据集(帧元素)。在本说明书中，各帧元素被称为“像素”。每个像素是表示回波亮度的数据。可选择地，每个像素可以表示多普勒信息。由密度增加单元18形成的高密度帧被输出到数字扫描转换器 (DSC)20。DSC 20具有坐标转换功能、像素插值功能、帧率调整功能等。借助于DSC 20，与发射/接收坐标系相符的接收帧被转换为与显示坐标系相符的显示帧。在本实施例中，显示帧是基于高密度接收帧形成的。因此，能够显著提高屏幕上显示的超声波图像的质量。显示处理器22具有在DSC 20形成的图像数据上结合图形数据或类似数据的功能，并且由显示处理器22形成的显示数据被输出到显示单元对。控制器沈包括CPU和运行程序，并用于控制图1所示元件的运行。在图1所示的示例构造中，输入单元观形成有操作面板。可选择地，可以使用软件来实现图1所示的密度增加单元18的功能。尽管在图1中未示出， 但是在信号处理器16和密度增加单元18之间设置有电影存储器。电影存储器是按时间顺序临时存储多个帧的存储器，并具有环形缓冲区结构。密度增加单元18对实时获取的帧应用处理，类似地处理从电影存储器读取的帧。可选择地，电影存储器可以设置在密度增加单元18和DSC 20或DSC 20的下游之间。在用于处理从超声波诊断装置输出的数据的超声波图像处理装置中，执行对应于图1所示的密度增加单元18的程序。图2示出了图1所示的密度增加单元18运行的概念图。在图2中，示出在上面部分的帧阵列30是密度増加处理之前的帧阵列，其包括按时间順序布置的多个帧。在图2的示例构造中，每帧均是在活体中给定扫描平面位置处获取的ニ维数据阵列。可选择地，可以在移动扫描平面的同时获取所述帧阵列。所述密度增加单元在帧间应用模式匹配处理(參见附图标记36)。具体地，在前ー帧34和当前帧32之间，对前ー帧34上的每个关注像素 (成为复制源的像素)应用模式匹配处理。借助于此处理，为前ー帧34上的每个数据点确定ニ维运动向量(參见附图标记38)。ニ维运动向量显示关注像素的运动目的地，即当前帧 32上的对应地址或映射地址。对于前ー帧34上的每个像素，执行到当前帧32的虚构映射或实际映射，并且基于映射结果来重构当前帧32，以使当前帧32成为高密度帧。更具体地，如下面所述，基于当前帧32的像素组和映射后的像素组来应用线性插值处理，以便形成高密度帧(參见附图标记 40)。一組高密度帧42显示在图2的下面部分。该组高密度帧42包括多个高密度帧44。 每个高密度帧44形成有多个原有的波束行和多个添加的插值行。也就是说，増加了分辨率或密度。上述DSC对每个高密度帧44上的显示帧应用转换(參见附图标记46)。在图1所示的示例构造中，在坐标转换之前应用密度増加处理。在相关技术的线性插值处理中，在两个波束行之间简单地生成插值行，当应用这种处理吋，存在如沿电扫描方向图像模糊或图像移位等问题。借助于上述处理，以增加方式将前ー帧上的实际像素用作当前帧的像素的一部分，以使当前帧能够成为高密度帧。特別地，当沿径向设定多个波束行吋，在纵深区域中波束间隔会増加，并且存在在纵深区域处图像质量下降的问题，但是经过上述处理，大量实际像素能够直接或间接嵌入行之间，因此， 能够显著提高对应于体内深部的图像质量。此处，实际像素为通过发射和接收超声波所获取的原始像素(在坐标转换之前)，它是与在坐标转换期间的计算中生成的虚构像素相对而言的。现在将參照图3和后续附图更加详细地说明密度増加处理。图3示出了帧间的组织运动。在(Al)中，示出了在真实空间中概念化的波束数据阵列。波束数据阵列包括多个波束数据集48，每个波束数据集48具有多个数据点(即像素)。參数r表示深度方向，而參数θ表示波束扫描方向。附图标记52表示体内存在的具体组织。在m中，示出了在信号处理空间中概念化的波束数据阵列。多个波束数据集48 布置在θ方向上。白色圆圈50和黒色圆圈58分別表示像素，特別地，黒色圆圈58表示组织内的像素。換言之，在信号处理空间中由附图标记56所示的ー组黑色圆圈58对应于真实空间中的组织52。在(Bi)中，示出了在后一时间相位获取的波束数据阵列。附图标记M表示此时间相位中的组织，而附图标记52Α表示前一时间相位中的组织(另请參见(Al)中的附图标记52)。在(Β2)中，黒色圆圈表示组织内的像素，附图标记60指定了一组黑色圆圈。通过比较组56和组60可以清楚了解，帧之间的组织运动非常小，因而允许在当前帧上映射过去的像素。借助于这种映射处理，能够显著提高当前帧的分辨率。可选择地，关注像素可以设定在当前帧中，并且关注像素可以映射到过去帧上。图4为示出在图1所示的密度增加单元中应用的模式匹配处理的流程图。首先， 在SlO中，在前一帧上设定关注像素，在S12中，在前ー帧上设定模板。具体地，图5在(A) 中显示了前一帧，前一帧中的各像素被按顺序设定为关注像素62，并且为每个关注像素62 设定模板64作为以关注像素62为中心的预定区域。在图4的S14中，在当前帧上设定搜索区域，在S16中，在捜索区域内设定參考区域。具体地，图5在(B)中显示了当前帧，附图标记62A表示对应于关注像素62的对应点。捜索区域66被设定为具有预定大小并以对应点62A为中心。在捜索区域66内设定參考区域68。參考区域68与模板64具有相同的形状和相同的大小。虽然參考区域68的位置会连续移位，但还是对每个位置应用下面所述的模式匹配处理。具体地，在图4的S18中，在设定在前一帧上的模板和设定在当前帧上的參考区域之间应用模式匹配处理。更具体地，模式匹配处理是相关性处理。例如，使用下面等式(1) 或等式( 来计算相关值。此处，等式(1)计算平方差之和(SSD)作为相关值，等式(2)计算绝对差之和(SAD)作为相关值。
权利要求
1.ー种超声波图像处理装置，包括帧间处理器，其在通过发射和接收超声波所获取的第一帧和第二帧之间应用处理，并且计算第一帧中的每个关注像素在第二帧上的运动目的地；以及重构单元，其使用为每个关注像素计算出的运动目的地，将第二帧重构为高密度帧。
2.根据权利要求1所述的超声波图像处理装置，其中第二帧是时间上迟于第一帧的帧。
3.根据权利要求1所述的超声波图像处理装置，其中通过在第一帧和第二帧之间应用模式匹配处理，所述帧间处理器计算关注像素的运动目的地。
4.根据权利要求3所述的超声波图像处理装置，其中所述帧间处理器包括相关值曲线生成単元，其生成作为第一帧中每个关注像素的模式匹配处理的结果的相关值曲线；以及对应地址计算単元，其基于第一帧中每个关注像素的相关值曲线，计算第二帧上的对应地址作为运动目的地。
5.根据权利要求4所述的超声波图像处理装置，其中对应地址为含有小数值的对应地址，其包括对应于第二帧中原始像素间隔的整数倍的整数部分和小于原始像素间隔的小数值。
6.根据权利要求5所述的超声波图像处理装置，其中通过基于第二帧的原始像素组及由每个关注像素的像素值和含有小数值的对应地址所限定的附加像素组的插值处理，所述重构单元重构高密度帧。
7.根据权利要求6所述的超声波图像处理装置，其中所述重构単元将ー个或多个插值行插入第二帧的行阵列中的相邻行之间，并且每个插值行包括多个插值像素。
8.根据权利要求1所述的超声波图像处理装置，其中在第一帧的局部区域中选择关注像素，并且所述高密度帧是其中的一部分密度増加的帧。
9.根据权利要求1所述的超声波图像处理装置，其中通过在通过发射和接收超声波所获取的第二帧和第三帧之间的处理，所述帧间处理器计算第三帧中的每个关注像素在第二帧上的运动目的地，并且通过使用为第一帧中的每个关注像素计算出的运动目的地和为第三帧中的每个关注像素计算出的运动目的地，所述重构单元将第二帧重构为高密度帧。
10.根据权利要求1所述的超声波图像处理装置，其中第一帧、第二帧和高密度帧是指与发射/接收坐标系相符的帧，并且设置有转换单元，其根据高密度帧生成与显示坐标系相符的显示帧。
11.根据权利要求1所述的超声波图像处理装置，其中第一帧和第二帧中的每个都包括径向扩展的超声波束阵列，并且高密度帧包括至少被添加到帧的深部中的多个插值行。
12.根据权利要求1所述的超声波图像处理装置，其中CN 102525552 A第一帧和第二帧中的每个都是实时获取的帧或者是从电影存储器中读取的帧。
13.根据权利要求1所述的超声波图像处理装置，进ー步包括在第一帧和第二帧被输入到帧间处理器之前进行预处理，以增加第一帧和第二帧的密度的单元。
14.根据权利要求1所述的超声波图像处理装置，进ー步包括用于应用后处理以进ー步増加高密度帧的密度，或者进ー步増加基于高密度帧获取的显示帧的密度的单元。
15.ー种超声波图像处理装置，包括帧间处理器，其在通过发射和接收超声波所获取的与发射/接收坐标系相符的第一帧和第二帧之间应用处理，并且计算第一帧中每个关注像素在第二帧上的运动目的地；以及转换单元，其在參照每个关注像素的像素值和每个关注像素的运动目的地的同时根据第二帧生成与显示坐标系相符的显示帧。
16.一种由信息处理装置执行的超声波图像处理程序，所述超声波图像处理程序包括在通过发射和接收超声波所获取的第一帧和第二帧之间应用处理，并且计算第一帧中每个关注像素在第二帧上的运动目的地的模块；以及使用为每个关注像素计算出的运动目的地，将第二帧重构为高密度帧的模块。
全文摘要
本发明提供了一种超声波图像处理装置，其能够以较高的分辨率显示超声波图像。对于前一帧上的每个关注像素，在前一帧和当前帧之间应用模式匹配处理，以计算每个关注像素在当前帧上的映射地址，以此作为运动目的地或二维运动向量。映射地址包括整数值和小数值。基于当前帧的原始像素组和由前一帧上每个关注像素的像素值和映射地址限定的附加像素组，将当前帧重构为包括多个插值行的高密度帧。在生成映射地址时，应用子像素处理。
文档编号A61B8/00GK102525552SQ20111037496
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者村下贤 申请人:日立阿洛卡医疗株式会社