专利名称：超声波图像产生方法和超声波图像诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声波图像产生方法和超声波图像诊断装置，它们用于通过发送和接收超声波来对活体内的内部器官等执行成像，并产生内部器官等的用于诊断的超声波诊断图像。
背景技术：
迄今为止，已将使用超声波图像的超声波诊断装置投入医疗领域的实际使用。一般而言，该类型的超声波诊断装置具有内置换能器阵列的超声波探头以及连接到超声波探头的装置本体。从超声波探头向对象发送超声波，由超声波探头来接收来自对象的超声回波并将其转换为接收信号，且在装置本体中对接收信号进行电子处理，以产生超声波图像。在超声波诊断装置中，在假定对象的活体中的音速恒定的情况下产生超声波图 像。然而，由于活体内的实际音速值的变化，在超声波图像中出现由于该变化而造成的空间失真。在这点上，近些年来为了以更高的精度来诊断对象内的部位，测量在任意诊断部位中的音速值(局部音速值)，且校正图像的这种失真。例如，JP 2010-99452A建议了一种超声波诊断装置，其在诊断部位周围设置多个格点，基于通过向/从相应格点发送和接收超声波束所获得的接收数据，测量环境音速值(最优音速值)，以及根据多个格点的环境音速值来计算相应格点上的局部音速值。此外，JP 2009-279306A建议了一种超声波诊断装置，其判定在多个第一区域中在定焦处理中波束汇聚的程度，计算相应区域中的音速值，以及计算被细分为多于第一区域的多个第二区域中的音速值。
发明内容
然而，当测量活体内的音速值时，通过发送和接收超声波束所获取的音速值(环境音速值)可以在方位角(azimuth)方向(经度方向)上受到干扰。例如，当测量腹部时，音速值在水平方向上受到干扰。假设声波在到达肝脏之前在腹壁的脂肪层或肌肉层中折射。这样，在特定区域中，由于折射等的影响，音速值可以被测量为高于实际的音速值。当如JP 2010-99452A—样，根据多个格点的环境音速值来计算相应格点中的局部音速值时，或当如JP 2009-279306A 一样，在多个细分的第二区域中获得音速值时，如果测量出高于实际音速的环境音速(第一区域的音速值)，则存在不能计算出准确的局部音速值(第二区域的音速值)的顾虑。此外，当如JP 2010-99452A或JP 2009-279306A—样，获得局部音速值时，花费了大量的计算时间。从而，在执行了所有测量或计算之后识别出由于折射的影响而产生测量误差的情况下，计算时间被浪费了。本发明的目的是解决上述现有技术中的这些问题，并提供一种可以快速掌握折射的影响是否存在的超声波图像产生方法和超声波图像诊断装置，它们可以缩短用于测量或计算所花费的时间，且还可以用小的误差来执行测量或计算，从而获得准确的局部音速值。为了实现上述目标，本发明提供了一种超声波图像产生方法，包括图像产生步骤，用于由换能器阵列发送超声波并接收由对象反射的超声回波，以根据接收到的超声波来输出接收信号，以及由图像产生器来执行对接收信号的信号处理，以产生B模式图像；格子设置步骤，用于在所产生的B模式图像上设置关注区域，以及在所设置的关注区域上设置格子；初步音速测量步骤，用于测量所述格子中在超声波的扫描方向上位于不同位置处的两个或更多格点的环境音速值；检测步骤，用于检测所测量的音速差是否小于等于预定阈值，所述所测量的音速差是在所述初步音速测量步骤中测量的环境音速值中最大值和最小值之间的差；以及主音速测量步骤，用于当所测量的音速差小于等于所述预定阈值时，计算所述格子的格点中的局部音速值。优选地，在所述初步音速测量步骤中，在不同深度处进一步测量在超声波的扫描方向上的两个或更多格点的环境音速值，以及在所述检测步骤中检测在所有深度处测量的 音速差是否小于等于预定阈值，以及当在所有深度处测量的音速差小于等于所述预定阈值时，执行所述主音速测量步骤。优选地，在所述格子设置步骤中设置大小超过所设置的关注区域的格子。优选地，在所述初步音速测量步骤中要测量环境音速值的格点的数目小于在所述主音速测量步骤中要计算局部音速值的格点的数目。优选地，所述超声波图像产生方法还包括以下步骤比较在所述初步音速测量步骤中测量的环境音速值，以及以差异性的方式来显示示出了最大环境音速值的格点。优选地，所述超声波图像产生方法还包括以下步骤当在所述检测步骤中所述环境音速值的最大值和最小值之间的差超过所述预定阈值时，显示通知或环境音速值的测量结果。优选地，将在所述主音速测量步骤中的局部音速值的测量结果叠加并显示在所述B模式图像上。优选地，所述换能器阵列是具有以二维方式排列的换能器的二维换能器阵列，以及根据所述换能器的排列在与二维断层平面正交的方向上获取与所述二维断层平面相关的多个信息，在多个断层平面中的每个断层平面中执行所述初步音速测量步骤和所述检测步骤，以及其中，在所测量的音速差小于等于所述预定阈值的断层平面中执行所述主音速测量步骤。优选地，所述超声波图像产生方法还包括以下步骤选择所测量的音速差最小的断层平面，以及在所选断层平面中执行所述主音速测量步骤。优选地，在所述多个断层平面中顺序执行所述初步音速测量步骤和所述检测步骤，以及在所测量的音速差首先变为小于等于所述预定阈值的断层平面中执行所述主音速测量步骤。为了实现上述目标，本发明还提供一种超声波图像诊断装置，包括换能器阵列，发送超声波并接收由对象反射的超声回波，以根据接收到的超声波来输出接收信号，图像产生器，基于从所述换能器阵列输出的接收信号，产生超声波图像；关注区域设置器，在成像区域中设置关注区域，在所设置的关注区域上设置格子，以及设置格点；初步音速测量单元，测量所述格子中在超声波的扫描方向上位于不同位置处的两个或更多格点的环境音速值，以及计算测量音速差，所述测量音速差是在所测量的环境音速值中最大值和最小值之间的差；以及主音速测量单元，当由所述初步音速测量单元计算的测量音速差小于等于预定值时，计算所述格子的格点上的局部音速值。优选地，所述换能器阵列是具有以二维方式排列的换能器的二维换能器阵列，以及根据所述换能器的排列方向在与二维断层平面正交的方向上获取与所述二维断层平面相关的多个信息，所述初步音速测量单元计算在每个断层平面中的测量音速差，以及在由所述初步音速测量单元计算的测量音速差小于等于所述预定阈值的断层平面中，所述主音速测量单元计算所述格子的格点中的局部音速值。根据具有上述配置的本发明的超声波图像产生方法和超声波图像诊断装置，在计算局部音速值之前，将在格子中在超声波扫描方向上不同的两个或更多格点的环境音速值分别测量为初步音速测量，以及当测量的环境音速值的最大值和最小值之间的差小于等于预定阈值时，执行主音速测量。从而，可以快速地掌握折射的影响是否存在，可以缩短用于测量或计算所花费的时间，且还可以用小误差来执行测量或计算，从而获得准确的局部音速值。
图I是概念性地示出了实现本发明的超声波图像产生方法的超声波诊断装置的配置的框图。图2是概念性地示出了图I所示的音速计算器的配置的框图。图3是示意性地示出了所设置的格点的视图。图4A和4B是示意性地示出了针对初步测量所选择的格点的视图。图5A和5B是示意性地示出了环境音速值的测量结果的视图。图6是示意性地示出了格点的视图。图7A和7B是示意性地示出了音速计算原理的视图。图8是用于解释图I的超声波诊断装置的操作的流程图。图9是示意性地示出了用于初步测量的格点的视图。图10是概念性地示出了实现本发明的超声波图像产生方法的超声波诊断装置的另一示例的配置的框图。图11是示意性地示出了二维换能器阵列和断层平面的视图。图12是概念性地示出了图10所示的音速计算器的配置的框图。图13A和13B是示意性地示出了针对初步测量所选择的格点的视图。图14A和14B是示意性地示出了环境音速值的测量结果的视图。图15是用于解释图10的超声波诊断装置的操作的流程图。图16是示意性地示出了用于初步测量的格点的视图。
具体实施例方式下面将基于附图所示的优选实施例，来详细描述实现了本发明的超声波图像产生方法的超声波诊断装置。图I是概念性地示出了实现本发明的超声波图像产生方法的超声波诊断装置的一个示例的配置的框图，且图2是概念性地示出了音速计算器24的配置的框图。超声波诊断装置10具有超声波探头12、连接到超声波探头12的发送电路14和接收电路16、图像产生器18、电影(cine)存储器22、音速计算器24、显示控制器32、显示单元34、控制器36、操作单元38和存储单元40。超声波探头12具有用于通常的超声波诊断装置的换能器阵列42。换能器阵列42具有以一维方式或二维方式排列的多个超声波换能器。在超声波图像的成像中，超声波换能器根据发送电路14提供的致动信号来发送超声波束，并接收来自对象的超声回波，以输出接收信号。每个超声波换能器包括振动器，振动器由压电体和在压电体两端上分别提供的电极构成。压电体由例如以下各项构成以PZT (锆钛酸铅)为代表的压电陶瓷、以PVDF(聚偏二氟乙烯)为代表的聚合压电器件、以及以PMN-PT (银镁酸铅钛酸铅固溶,lead magnesiumniobate lead titanate solid solution)为代表的压电单晶。 如果向振动器的电极施加脉冲电压或连续波电压，压电物质膨胀并收缩，从相应振动器产生脉冲或连续波超声波，并通过这些超声波的合成来形成超声波束。如果相应振动器接收到传播的超声波，它们膨胀并收缩以产生电信号，且将电信号作为超声波的接收信号加以输出。发送电路14包括例如多个脉冲器，并基于根据来自控制器36的控制信号所选择的发送延迟模式，发送电路14调整相应致动信号的延迟量，使得从换能器阵列42的多个超声波换能器发送的超声波形成超声波束，并向多个超声波换能器提供调整后的致动信号。接收电路16对从换能器阵列42的相应超声波换能器发送的接收信号执行放大和A/D转换，然后根据基于接收延迟模式所设置的音速或音速分布，向相应接收信号分配和添加相应的延迟，以执行接收定焦处理，其中，该接收延迟模式是根据来自控制器36的控制信号所选择的。通过该接收定焦处理，产生了将超声回波的焦距变窄的接收数据(声线信号)。接收电路16将接收数据提供给图像产生器18、电影存储器22和音速计算器24。图像产生器18基于从接收电路16提供的接收数据来产生超声波图像。图像产生器18具有信号处理器46、DSC 48、图像处理器50和图像存储器52。信号处理器46根据超声波的反射位置的深度，对接收电路16产生的接收数据执行针对衰减的校正，该衰减基于距离，然后执行包络检测处理，从而产生作为与对象内的组织相关的断层成像图像信息的B模式图像信号。DSC (数字扫描转换器)48将信号处理器46产生的B模式图像信号转换(光栅转换)为根据普通电视信号扫描系统的图像信号。DSC 48还将下面将要描述的从音速计算器24提供的音速图的信号转换为根据普通电视信号扫描系统的图像信号。图像处理器50对从DSC 48输入的B模式图像信号执行各种类型的所需图像处理，比如渐变处理，然后向显示控制器32输出处理过的B模式图像信号，或将这些信号存储在图像存储器52中。显示控制器32基于经过图像处理器50的图像处理的B模式图像信号，让显示单元34显示超声波诊断图像。
显示单元34包括显示设备(比如，IXD)，并例如在显示控制器32的控制下显示超声波诊断图像。电影存储器22顺序存储从接收电路16输出的接收数据。电影存储器22还将与从控制器36输入的帧速率相关的信息(例如，超声波的反射位置的深度、扫描线的密度、以及表示视野宽度的参数)与上述接收数据加以关联存储。音速计算器24是执行以下步骤的部分在控制器36的控制下，计算在对象内要诊断的组织中的局部音速值，并产生示出了音速值和位置信息的音速图。此处，在本发明中，音速计算器24执行初步音速测量，该初步音速测量测量环境音速值，以判定由折射引起的测量误差是否存在，然后，执行主音速测量，该主音速测量测量局部音速值。音速计算器24具有关注区域设置器60、初步测量单元62、以及主测量单元64。
关注区域设置器60在对象内设置关注区域R0I，在关注区域ROI中以二维方式设置格子，以及在深度方向和方位角方向(超声波的扫描方向)上以二维方式设置要测量的多个格点XKra。关注区域设置器60根据由操作者从操作单元38输入的指令来设置关注区域ROI。关注区域设置器60还根据所设置的关注区域ROI来设置多个格点Xm (格子)。图3是示意性地示出了设置的关注区域ROI和格点Xkqi的视图。在图3中，虚线SI至S13概念性地示出了从换能器阵列3发送的超声波束的声线。如图3所示，在方位角方向上(超声波的扫描方向)，针对关注区域ROI内的每条声线，设置格点XKra。在深度方向上的浅的位置处，还将格点Xffin设置在关注区域ROI之外。在所示示例中，在深度方向上设置3个格点XKra。然而，格点不限于此，以及根据分解功率、处理时间等设置多个点。关注区域设置器60向初步测量单元62和主测量单元64提供与设置的关注区域ROI和多个格点Xm相关的信息。作为在局部音速值的测量(主音速测量)之前的初步测量，初步测量单元62测量与关注区域设置器60设置的多个格点Xeoi中若干点相关的环境音速值，并判定由折射引起的测量误差是否存在。初步测量单元62具有格点选择器66、环境音速计算器68、以及环境音速比较器70。格点选择器66从关注区域设置器60设置的多个格点Xroi中选择用于初步测量的格点。此处，由格点选择器66选择的用于初步测量的格点的数目小于在主音速测量中经过局部音速值的测量的格点的数目。图4A是示意性地示出了所选择的用于初步测量的格点的视图。如图4A所示，在关注区域ROI的最浅位置处，格点选择器66选择了在方位角方向上位于关注区域ROI的两端的格点Pl和P3以及位于在Pl和P3之间中点处的格点P2作为用于初步测量的格点。格点选择器66向环境音速计算器68提供与所选择的用于初步测量的格点Pl至P3相关的信息。在所示示例中，选择3个格点Pl至P3作为用于初步测量的格点。然而，本发明不限于此，且可以选择2个点或4个点或更多点。尽管选择在最浅位置处的格点Pl至P3作为用于初步测量的格点，本发明不限于此，且可以选择在任何深度处的格点，只要要选择的格点在方位角方向上的位置是不同的。优选地选择在相同深度处的格点作为用于初步测量的格点。在所示示例中，在方位角方向上，选择位于关注区域ROI的两端的格点Pl和P3以及位于Pl和P3之间中点处的格点P2作为用于初步测量的格点。然而，本发明不限于此，且可以选择在任何位置处的格点。例如，如图4B所示，可以选择位于关注区域ROI之外的格点Pl和P3以及位于Pl和P3之间的中点处的格点P2作为用于初步测量的格点。环境音速计算器68计算在用于初步测量的格点Pl至P3处的环境音速值。此处，环境音速值是以下位置处的音速值当基于所设置的音速在相应格点上执行定焦计算以形成超声波图像，并所设置的音速以各种方式改变时，图像的对比度或锐度变为最高的位置。例如，如JP8-317926A所述，可以基于图像的对比、扫描方向上的空间频 率、方差等等来执行对环境音速值的判定。环境音速计算器68向环境音速比较器70提供关于用于初步测量的格点Pl至P3计算出的相应环境音速值。环境音速比较器70比较由环境音速计算器68获得的用于初步测量的格点Pl至P3的环境音速值，并判定是否存在由于折射的影响而产生的测量误差。环境音速比较器70获得在用于初步测量的格点P1、P2和P3的环境音速值的最大值和最小值之间的差Dv，并将该差与预定阈值比较。图5A和5B是用于初步测量的格点P1、P2和P3的环境音速值的测量示例。在图5所示示例中，预定阈值是100m/s。如图5A所示，当在环境音速值的最大值和最小值之间的差Dv(在所示示例中，在Pl和P3之间的差)小于等于预定阈值，判定不存在由于折射的影响所产生的测量误差，且向主测量单元64和控制器36提供表示该判定的信号。在该情况下，主测量单元64测量所设置的相应格点X·的局部音速值(执行主音速测量)。另一方面,如图5B所示，当在环境音速值中的最大值和最小值之间的差Dv(在所示示例中，在Pl和P2之间的差)大于预定阈值时，确定存在由于折射的影响所产生的测量误差，且向主测量单元64和控制器36提供表示该判定的信号。在该情况下，主测量单元64不执行局部音速值的测量(不执行主音速测量)。这样，在测量所设置的格点Xeoi的局部音速值(主音速测量)之前，测量比在主音速测量中要使用的格点更少的格点的环境音速值来作为初步测量，且判定由折射引起的测量误差是否存在。然后，当判定不存在测量误差时，执行主音速测量，且当判定存在测量误差时，不执行主音速测量。因此，可以快速地掌握折射的影响是否存在，且即使当存在测量误差并需要重新测量时，也能在执行主音速测量之前进行判定，从而缩短用于测量和计算所花费的时间。此外，由于可以判定折射的影响是否存在，当执行主音速测量时，可以执行具有小误差的测量或计算，从而获得准确的局部音速值。此外，在初步音速测量中，可以通过比较在方位角方向上不同位置处的格点的环境音速值，来恰当地判定由于声波的折射所产生的在方位角方向上的音速值的无规律性是否存在。
在所示示例中，预定阈值是100m/S。然而，本发明不限于此，并且只要可以恰当地判定由于折射的影响而产生的测量误差是否存在，可以使用任何阈值。可以根据装置的配置、装置所需的性能能等来合适地确定该预定阈值。当在环境音速值中的最大值和最小值之间的差Dv大于预定阈值时,优选地显示初步测量的结果，使得可以如图6所示来区分环境音速值最大的格点。当初步测量单元62判定不存在由于折射的影响而产生的测量误差时，主测量单元64计算在所设置的格点Xeoi上的局部音速值。主测量单元64具有环境音速计算器72和局部音速计算器74。环境音速计算器72计算在相应格点Xeoi上的环境音速值。在环境音速计算器72中计算环境音速值的方法类似于环境音速计算器68。即，当基于所设置的音速对相应格点执行定焦计算以形成超声波图像，并以各种方式改变所设置的音速时，将获得的在图像的对比度或锐度变为最高处的音速值作为环境音速值。 环境音速计算器72向局部音速计算器74提供在相应格点Xeoi中获得的环境音速值。局部音速计算器74计算在相应格点Xm上的局部音速值。不对局部音速计算器74所执行的用于计算局部音速值的方法进行具体限制。例如,可以通过由本申请的申请人提交的JP 2010-99452A所述的方法，来执行对局部音速值的计算。在上述方法中，使用以下事实来计算格点X上的局部音速值当向对象内发送超声波，且关注从作为对象的反射点的格点X到达换能器阵列42的接收波Wx(如图7A所示)时，且当在比格点X更浅的位置(即，接近换能器阵列42的位置)处以相等间隔排列的多个格点是格点Al、A2、...(如图7B所示)时，则根据惠更斯原理，来自多个格点Al、A2、...的相应接收波W1、W2、...的合成波Wsum与来自格点X的接收波Wx —致，该多个格点A1、A2、...已从格点X接收到接收波。首先，从环境音速计算器72获取所有格点X、Al、A2、...的环境音速值。接下来，使用格点X的环境音速值来计算从格点X放射的虚接收波Wx的波形。此外，以各种方式改变格点X上的假定的局部音速值V，且计算来自相应格点Al、A2、···的接收波W1、W2、...的虚合成波Wsum。此时，假设在格点X和相应格点A1、A2、...之间的区域Rxa中的音速是均匀的并等于在格点X处的局部音速值V。超声波从格点X传播到格点A1、A2、...的时间周期是XA1/V、XA2/V、...。此处，XA1、XA2、. . ·分别是格点Al、A2、...与格点X之间的距离。从而，可以通过将从格点A1、A2、...放射的反射波分别延迟时间周期XA1/V、XA2/V、...来合成这些反射波，以获得虚合成波Wsum。接下来，分别计算在通过以各种方式改变在格点X上的假定的局部音速值V所计算出的多个虚合成波Wsum和来自格点X的虚接收波Wx之间的误差，并判定误差最小的假定的局部音速值V为格点X上的局部音速值。此处，作为计算虚合成波Wsum与来自格点X的虚接收波Wx之间的误差的方法，可以采用以下方法利用互相关的方法、将接收波Wx乘以从虚合成波Wsum获得的延迟以执行相位匹配和求和的方法、将合成波Wsum乘以从接收波Wx获得的延迟以执行相位匹配和求和的方法等等。可以如上所述计算在关注区域ROI中的相应格点Xkqi上的局部音速值。
局部音速计算器74将相应格点Xm上的局部音速值与相应格点XKra的位置信息相关联，以产生音速图，并将音速图提供给图像产生器18的DSC 48。控制器36基于操作者通过操作单元38输入的指令，控制超声波诊断装置的相应部分。提供操作单元38以允许操作者执行输入操作，且操作单元38可以由键盘、鼠标、轨迹球、触摸板等形成。存储单元40存储操作程序等,且可以使用记录介质，比如硬盘、软盘、M0、MT、RAM、CD-ROM 以及 DVD-ROM。信号处理器46、DSC 48、图像产生器50、显示控制器32以及音速计算器24由CPU和使得CPU执行各种类型处理的操作程序构成。然而，这些处理器和控制器可以由数字电 路来构成。超声波诊断装置10可以具有多个显示模式，且可以具有通过选择显示模式在显示单元34上显示所需图像的配置。例如，超声波诊断装置可以具有独立显示超声波图像(B模式图像)的模式、在B模式图像上叠加并显示局部音速值(音速图)的模式(例如，根据局部音速值来改变颜色或亮度的显示，或通过线将局部音速值彼此相等的点相连的显示)，且可以具有操作者可以从操作单元38选择任意一个显示模式的配置。接下来，将参照图8来描述超声波诊断装置10的操作。如果操作者将超声波探头12接触对象的表面并开始测量，根据从发送电路14提供的致动信号，从换能器阵列42发送超声波束，且换能器阵列42接收来自对象的超声回波并输出接收信号。接收电路16根据接收信号来产生接收数据，并向图像产生器18提供接收数据。图像产生器18的信号处理器46处理该接收数据以产生B模式图像信号。DSC 48对B模式图像信号进行光栅转换，且图像处理器50执行图像处理以产生超声波图像。在图像存储器52中存储所产生的超声波图像，且也由显示控制器32在显示单元34上显示(S100)。接下来，操作者参照显示的超声波图像，操作操作单元38，以输入针对关注区域ROI的设置指令。根据来自操作单元38的指令，关注区域设置器60设置关注区域R0I，并还设置以二维方式排列的多个格点XKra(S102)。当设置了关注区域ROI和格点Xeoi时，初步测量单元62测量与用于初步测量的若干格点相关的环境音速值，用于初步测量的格点比用于主音速测量的格点更少(S104)，且判定在用于初步测量的相应格点的环境音速值中的最大值和最小值之间的差Dv是否小于等于预定阈值(S106)。当在初步测量的格点的环境音速值中的最大值和最小值之间的差Dv小于等于预定阈值时，主测量单元64计算相应格点Xkqi的局部音速值(S108),在显示单元34上显示作为音速图的计算结果(SllO)，并结束测量。另一方面，当在初步测量的格点的环境音速值中的最大值和最小值之间的差Dv高于预定阈值时，在显示单元34上显示示出了测量误差存在的通知，作为初步测量的结果(SI 12)，且在显示单元34上显示与是否请求重新测量相关的通知(SI 14)。当执行重新测量时，从B模式图像的成像开始(S100)。另一方面，当不执行重新测量时，结束测量。如上所述，实现了本发明的超声波图像产生方法的超声波诊断装置10测量在方位角方向上具有不同位置的、且比在主音速测量中要使用的格点更少的格点的环境音速值，作为在所设置的格点XKra的局部音速值的测量(主音速测量)之前的初步测量，并判定是否存在由于折射的影响而产生的测量误差。然后，当判定不存在测量误差时，执行主音速测量，以及当判定存在测量误差时，不执行主音速测量。从而，可以快速地掌握折射的影响是否存在，且即使在存在测量误差且需要重新测量时，也能在执行主音速测量之前进行该判定。因此，可以缩短用于测量和计算所花费的时间。此外，由于可以判定折射的影响是否存在，当执行主音速测量时，可以执行具有小误差的测量或计算，从而获得准确的局部音速值。在所示示例中，初步测量单元62选择在相同深度的一行上的格点Pl至P3用于初步测量，并执行对环境音速值的比较，以判定折射的影响是否存在。然而，本发明不限于此，且可以在不同深度的2行或更多行上选择用于初步测量的格点，且可以在相应行中执行对 环境音速值的比较。图9是概念性地示出了用于初步测量的格点的视图。如图9所示，格点选择器66在关注区域ROI的最浅位置处，选择在方位角方向上位于关注区域ROI的两端的格点Pl和P3以及在Pl和P3之间的中点处的格点P2，作为用于初步测量的格点，且在关注区域ROI的最深位置处，选择在方位角方向上位于关注区域ROI的两端的格点Ql和Q3以及在Ql和Q3之间的中点处的格点Q2，作为用于初步测量的格点。当以这样方式在多个深度处选择用于初步测量的格点时，环境音速比较器70获得在用于初步测量的格点Pl至P3上的环境音速值中的最大值和最小值之间的差，并执行对该差与预定阈值的比较，且还获得在用于初步测量的格点Ql至Q3上的环境音速值中的最大值和最小值之间的差，并执行对该差与预定阈值的比较。作为比较的结果，当2个差都小于等于预定阈值时，主测量单元64可以计算相应格点Xm的局部音速值并可以获得音速图。在上述示例中，已采用了以下配置其中，使用作为换能器阵列的一维换能器阵列来执行与一个断层平面相关的超声波的发送和接收。然而，本发明不限于此，且可以采用以下配置其中，使用二维换能器阵列来执行与多个断层平面相关的超声波的发送和接收。图10是概念性地示出了实现本发明的超声波图像产生方法的超声波诊断装置的另一示例的配置的框图。由于除了超声波诊断装置100具有换能器阵列110而不是换能器阵列42，以及具有音速计算器102而不是音速计算器24之外，图10所示的超声波诊断装置100基本上具有与图I所示的超声波诊断装置10相同的配置，因此通过相同的引用标号来指定相同的部分，且以下描述将主要关于不同的部分。超声波诊断装置100具有超声波探头112 (超声波探头112具有换能器阵列110)、连接到换能器阵列Iio的发送电路14和接收电路16、图像产生器18、电影(cine)存储器22、音速计算器102、显示控制器32、显示单元34、控制器36、操作单元38和存储单元40。超声波探头112具有二维换能器阵列110。换能器阵列110具有以二维方式排列的多个超声波换能器。在超声波图像的成像中，超声波换能器根据从发送电路14提供的致动信号来发送超声波束，并接收来自对象的超声回波，以输出接收信号。
图11示意性地示出了二维换能器阵列110以及断层平面氏為為、· . .、Hx、·..以及Hn，针对这些断层平面，二维换能器阵列110执行超声波的发送和接收，以获取与对象相关的彳目息。如图11所示，根据换能器阵列110的超声波换能器的排列，断层平面是与超声波的扫描方向(AZ方向)相平行的平面，且在与AZ方向和深度方向相垂直的方向(EL的方向)上设置多个断层平面。在本示例中，可以在每个断层平面中执行超声波的发送和接收，以执行超声波图像的成像和音速值的测量(局部音速值和环境音速值)。换能器阵列110中的每个超声波换能器包括振动器，振动器由压电体和在压电体的两端上分别提供的电极构成。压电体由例如以下各项构成以PZT(锆钛酸铅)为代表的压电陶瓷、以PVDF (聚偏二氟乙烯)为代表的聚合压电器件、以及以PMN-PT (铌镁酸铅钛酸铅固溶，lead magnesium niobate lead titanate solid solution)为代表的压电单晶。
如果向振动器的电极施加脉冲电压或连续波电压，压电物质膨胀并收缩，从相应振动器产生脉冲或连续波超声波，并通过这些超声波的合成来形成超声波束。如果相应振动器接收到传播的超声波，它们膨胀并收缩以产生电信号，且将电信号作为超声波的接收信号加以输出。类似于上面的描述，发送电路14基于所选择的发送延迟模式，向多个超声波换能器提供致动信号。类似于上面的描述，接收电路16对从相应超声波换能器发送的接收信号进行放大和A/D转换，然后执行接收定焦处理，以产生接收数据(声线信号)。接收电路16将接收数据提供给图像产生器18、电影存储器22和音速计算器102。类似于上面的描述，图像产生器18根据从接收电路16提供的接收数据来产生超声波图像。图像产生器18具有信号处理器46、DSC 48、图像处理器50和图像存储器52。类似于上面的描述，信号处理器46根据在接收电路16中产生的接收数据，产生B模式图像信号。类似于上面的描述，DSC(数字扫描转换器)48对所产生的B模式图像信号和音速图的信号进行光栅转换。类似于上面的描述，图像处理器50对从DSC 48输入的B模式图像信号执行各种类型的所需图像处理，然后向显示控制器32输出处理过的B模式图像信号，或将这些信号存储在图像存储器52中。类似于上面的描述，显示控制器32基于经过图像处理器50的图像处理的B模式图像信号，让显示单元34显示超声波诊断图像。类似于上面的描述，电影存储器22顺序存储从接收电路16输出的接收数据。图12是概念性地示出了音速计算器102的配置的框图。音速计算器102在控制器36的控制下，计算在对象内要诊断的组织中的局部音速值，并产生对音速值和位置信息进行示出的音速图。此处，在本发明中，音速计算器102执行初步音速测量，该初步音速测量测量环境音速值，以判定由折射引起的测量误差是否存在，然后，执行局部音速值的测量(主音速测量)O音速计算器102具有关注区域设置器60、初步测量单元104、以及主测量单元64。如上所述，关注区域设置器60在对象内设置关注区域R0I，在关注区域ROI中以二维方式设置格子，以及设置要测量的格点X·。此外，在本示例中，关注区域设置器60设置对于所有断层平面都共同的关注区域ROI和格点XKra。作为示例，针对每个断层平面设置如图4所示的关注区域ROI和格点XKQI。关注区域设置器60向初步测量单元104和主测量单元64提供与所设置的关注区域ROI和多个格点Xeoi相关的信息。作为在局部音速值的测量(主音速测量)之前的初步音速测量，初步测量单元104在每个断层平面中测量与由关注区域设置器60设置的多个格点Xeoi中的若干点相关的环 境音速值，并判定由折射引起的测量误差是否存在。初步测量单元104具有格点选择器66、环境音速计算器68、环境音速比较器70和断层平面选择器106。如上所述，格点选择器66从关注区域设置器60设置的多个格点Xeoi中选择要用于初步音速测量的初步测量的格点。此外，格点选择器66选择对于每个断层平面公共的用于初步测量的格点。图13A示意性地示出了针对初步测量所选择的格点的视图。如图13A所示，在每个断层平面Hx中，在关注区域ROI的最浅位置处，格点选择器66选择了在方位角方向上位于关注区域ROI的两端的格点Pxl和Px3以及位于在Pxl和Px3之间中点处的格点Px2，作为要用于初步音速测量的初步测量的格点。格点选择器66向环境音速计算器68提供与针对初步测量所选择的格点Pxl至Px3相关的信息。在所示示例中，在方位角方向上，选择位于关注区域ROI的两端的格点Pxl和Px3以及位于Pxl和Ρχ3之间中点处的格点Ρχ2作为用于初步测量的格点。然而，本发明不限于此，且可以选择在任何位置处的格点。例如，如图13Β所示，可以选择位于关注区域ROI之外的格点Pxl和Px3以及位于Pxl和Px3之间的中点处的格点Px2作为用于初步测量的格点。如上所述，环境音速计算器68计算在用于初步测量的格点上的环境音速值。在本示例中，环境音速计算器68计算在每个断层平面中的用于初步测量的格点Pxl至Px3上的环境音速值。环境音速计算器68向环境音速比较器70提供与用于初步测量的格点Pxl至Px3相关计算出的相应环境音速值。如上所述，环境音速比较器70比较由环境音速计算器68获得的用于初步测量的格点Pxl至Ρχ3的环境音速值，并判定是否存在由于折射的影响而产生的测量误差。在本示例中，环境音速比较器70在每个断层平面Hx中获得在用于初步测量的格点Pxl、Px2和Ρχ3的环境音速值中最大值和最小值之间的差(测量音速差)DvX，并将该差与预定阈值比较。图14A和14B是用于初步测量的格点Pxl、Px2和Px3的环境音速值的测量示例。为了简化，图14示出了与3个断层平面相关的环境音速值的测量示例。在图14所示示例中，预定阈值是100m/s。在图14A所示示例中，在断层平面H1中的测量音速差Dvl大约是160m/s,且大于预定阈值，以及在断层平面H2和H3中的测量音速差Dv2和Dv3分别约为70m/s和50m/s，且小于预定阈值。在该情况下，在断层平面H1中，确定存在由于折射的影响而产生的测量误差，且在断层平面H2和H3中，确定不存在由于折射的影响而产生的测量误差。另一方面，在图14B所示的示例中，在断层平面HpH2和H3中的测量音速差Dvl、Dv2和Dv3分别为约160m/s、约130m/s以及约110m/s,且大于预定阈值。在该情况下,在断层平面HpH2和H3中，判定存在由于折射的影响而产生的测量误差。环境音速比较器70向断层平面选择器106提供该确定结果以及与测量音速差DvX相关的信息。断层平面选择器106基于从环境音速比较器70提供的信息，选择应当执行主音速测量的断层平面Hx。具体地，对于判定不存在由于折射的影响而产生的测量误差的断层平 面Hx，由环境音速比较器70来比较相应断层平面Hx中的测量音速差DvX，且将具有最小的测量音速差DvX的断层平面Hx选为执行主音速测量的断层平面。例如，在图14A所示示例中，当环境音速比较器70对被判定不存在由于折射的影响而产生测量误差的断层平面H2和H3中的测量音速差Dv2和Dv3进行比较时，Dv3小于Dv2。从而，选择断层平面H3作为执行主音速测量的断层平面。另一方面，当如图14B所示示例一样，所有断层平面中的测量音速差DvX都大于预定阈值时，则不选择断层平面。断层平面选择器106向主测量单元64和控制器36提供与所选断层平面相关的信息或大意是不存在合适的断层平面的信息。主测量单元64在断层平面选择器106所选的断层平面中执行主音速测量。当不存在合适的断层平面时，主测量单元64不执行主音速测量。如上所述，在使用二维换能器阵列在与断层平面正交的方向上获取与多个二维断层平面相关的信息的配置下，在多个断层平面上分别测量比在主音速测量中要使用的格点更少的格点的环境音速值，作为在所设置的格点XKra的局部音速值的测量(主音速测量)之前的初步音速测量，且判定是否存在由于折射的影响而产生的测量误差。然后，在被判定为不存在测量误差的断层平面中执行主音速测量，且当在所有断层平面中判定存在测量误差时，不执行主音速测量。从而，可以快速地掌握折射的影响是否存在，且即使当存在测量误差且需要重新测量时，也可以在执行主音速测量之前进行该判定。因此，可以缩短用于测量和计算所花费的时间。此外，由于在相应断层平面中判定折射的影响是否存在，选择被判定为不存在测量误差的断层平面，且针对所选断层平面执行主音速测量，当执行主音速测量时，可以执行具有小误差的测量或计算，从而获得准确的局部音速值。此外，在初步音速测量中，可以通过比较在方位角方向上不同位置处的格点上的环境音速值，来恰当地判定是否存在由于声波的折射而产生的在方位角方向上的音速值的变化。在所示示例中，预定阈值是lOOm/s。然而，本发明不限于此，且只要可以恰当地判定是否存在由于折射的影响而产生的测量误差，可以使用任何所需阈值。可以根据装置的配置、装置所需的性能等来合适地确定该预定阈值。
当在所有断层平面中，测量音速差DvX都大于预定阈值时，优选地允许区分环境音速值是最大值的具有最高频率的格点，以显示初步音速测量的结果。在所示示例中，选择测量音速差DvX最小的断层平面Hx，作为应当执行主音速测量的断层平面。然而，本发明不限于此，且可以选择任何断层平面Hx，只要测量音速差DvX小于预定阈值的断层平面Hx都可以。此外，优选地选择测量音速差DvX最小的断层平面Hx作为执行主音速测量的断层平面。从而，可以选择由于折射的影响而产生的测量误差更小的断层平面。在所示示例中，获得在所有断层平面Hx中的测量音速差DvX，以判定在每个断层平面Hx中的测量误差是否存在，然后从被判定为不存在测量误差的断层平面中选择用于主音速测量的断层平面Hx。然而，本发明不限于此。在相应的断层平面Hx中，可以顺序地执行对环境音速值的测量、对测量音速差DvX的计算、以及测量音速差DvX和预定阈值之间的比较，且可以选择测量音速差DvX首先变为小于等于预定阈值的断层平面Hx作为用于主 音速测量的断层平面Hx。在所有断层平面Hx中获得测量音速差DvX以判定是否存在测量误差，然后选择用于主音速测量的断层平面Hx的配置的优选之处在于可以选择由于折射的影响所产生的测量误差更小的断层平面。另一方面，顺序执行测量误差是否存在且选择测量音速差DvX首先变为小于等于预定阈值的断层平面Hx作为用于主音速测量的断层平面Hx的配置的优选之处在于可以降低操作时间。如上所述，主测量单元64计算在所设置的格点Xkqi上的局部音速值。在本示例中，在初步测量单元104已判定不存在由于折射的影响而产生测量误差的断层平面中，主测量单元64计算局部音速值。主测量单元64具有环境音速计算器72和局部音速计算器74。类似于上面的描述，环境音速计算器72计算相应格点Xm上的环境音速值。环境音速计算器72向局部音速计算器74提供在相应格点Xeoi上获得的环境音速值。类似于上面的描述，局部音速计算器74计算在相应格点Xm上的局部音速值。局部音速计算器74将相应格点Xm上的局部音速值与相应格点Xeoi的位置信息相关联，以产生音速图，并向图像产生器18的DSC 48提供该音速图。由DSC 48将与音速图相关的信息转换为图像信号，并在显示单元34上显示。 类似于上面的描述，控制器36基于操作者通过操作单元38输入的指令，控制超声波诊断装置的相应部分。类似于上面的描述，提供操作单元38以允许操作者执行输入操作，且操作单元38可以由键盘、鼠标、轨迹球、触摸板等形成。类似于上面的描述，存储单元40存储操作程序等。接下来，将参照图15的流程图来描述超声波诊断装置100的操作。首先，在任意断层平面执行B模式图像的成像。具体地，如果操作者将超声波探头112接触对象的表面并开始测量，在任意断层平面上，根据从发送电路14提供的致动信号，从换能器阵列42发送超声波束，且换能器阵列42接收来自对象的超声回波并输出接收信号。
接收电路16根据接收信号来产生接收数据，并向图像产生器18提供接收数据。图像产生器18的信号处理器46处理该接收数据以产生B模式图像信号。DSC 48对B模式图像信号进行光栅转换，且图像处理器50执行图像处理以产生超声波图像。在图像存储器52中存储所产生的超声波图像，且也由显示控制器32在显示单元34上显示(S100)。接下来，操作者参照显示的超声波图像，操作操作单元38，以输入针对关注区域ROI的设置指令。根据来自操作单元38的指令，关注区域设置器60在所有断层平面Hx中设置关注区域R0I，并还设置以二维方式排列的多个格点Xkqi (S102)。当设置了关注区域ROI和格点Xeoi时，初步测量单元104在所有断层平面Hx中测量与比用于主音速测量的格点更少的用于初步测量的若干格点相关的环境音速值(S103)，且在每个断层平面Hx中判定测量音速差DvX是否小于等于预定阈值(S105)。当存在测量音速差DvX小于等于预定阈值的断层平面Hx时，从测量音速差DvX小于等于预定阈值的断层平面中选择用于主音速测量的断层平面Hx(S107)。当选择了用于 主音速测量的断层平面Hx时，在所选断层平面Hx中执行B模式图像(超声波图像)的成像，且主测量单元64在所选断层平面Hx中执行主音速测量(S108)，在显示单元34上显示超声波图像和音速值的测量结果(SllO)，并结束测量。另一方面，当在所有断层平面中，测量音速差DvX都高于预定阈值时，在监视器34上显示示出了存在测量误差的通知，作为初步音速测量的结果(S112)，且在显示单元34上显示关于是否请求重新测量的通知(S114)。当执行重新测量时，从用于设置ROI的B模式图像的成像开始(S100)。另一方面，当不执行重新测量时，结束测量。如上所述，在使用二维换能器阵列在与断层平面正交的方向上获取与多个二维断层平面相关的信息的配置下，实现了本发明的超声波图像产生方法的超声波诊断装置100在多个断层平面上分别测量比在主音速测量中要使用的格点更少的、且在方位角方向上具有不同位置的格点的环境音速值，作为在所设置的格点Xffin的局部音速值的测量(主音速测量)之前的初步音速测量，且判定是否存在由于折射的影响而产生的测量误差。然后，在被判定为不存在测量误差的断层平面中执行主音速测量，且当在所有断层平面中判定存在测量误差时，不执行主音速测量。从而，可以快速地掌握折射的影响是否存在，且即使当存在测量误差且需要重新测量时，也可以在执行主音速测量之前进行该判定。因此，可以缩短用于测量和计算所花费的时间。此外，由于在相应断层平面中判定折射的影响是否存在，选择被判定为不存在测量误差的断层平面，且针对所选断层平面执行主音速测量，当执行主音速测量时，可以执行具有小误差的测量或计算，从而获得准确的局部音速值。在所示示例中，初步测量单元104选择在相同深度的一行上的格点Pl至P3用于初步测量，并执行对环境音速值的比较，以判定折射的影响是否存在。然而，本发明不限于此，且可以在不同深度的2行或更多行上选择用于初步测量的格点，且可以在相应行中执行对环境音速值的比较。图16是概念性地示出了用于初步测量的格点的视图。如图16所示，格点选择器66在关注区域ROI的最浅位置处，选择在方位角方向上位于关注区域ROI的两端的格点Pl和P3以及在Pl和P3之间的中点处的格点P2，作为用于初步测量的格点，且在关注区域ROI的最深位置处，选择在方位角方向上位于关注区域ROI的两端的格点Ql和Q3以及在Ql和Q3之间的中点处的格点Q2，作为用于初步测量的格点。当以这样方式在多个深度处选择用于初步测量的格点时，环境音速比较器70在每个断层平面中获得在用于初步测量的格点Pl至P3上的环境音速值中的最大值和最小值之间的差，并执行对该差与预定阈值的比较，且还获得在用于初步测量的格点Ql至Q3上的环境音速值中的最大值和最小值之间的差，并执行对该差与预定阈值的比较。 作为比较的结果，当2个差都小于等于预定阈值时，判定为断层平面不具有由于折射的影响而产生的测量误差。本发明基本上如上所述。尽管已详细描述了本发明，本发明不限于上述事实里，且可以在不脱离本发明的范围的情况下，进行各种改进和修改。
权利要求
1.一种超声波图像产生方法，包括 图像产生步骤，用于由换能器阵列发送超声波并接收由对象反射的超声回波，以根据接收到的超声波来输出接收信号，以及由图像产生器来执行对接收信号的信号处理，以产生B模式图像； 格子设置步骤，用于在所产生的B模式图像上设置关注区域，以及在所设置的关注区域上设置格子； 初步音速测量步骤，用于测量所述格子中在超声波的扫描方向上位于不同位置处的两个或更多格点的环境音速值； 检测步骤，用于检测所测量的音速差是否小于等于预定阈值，所述所测量的音速差是在所述初步音速测量步骤中测量的环境音速值中最大值和最小值之间的差；以及 主音速测量步骤，用于当所测量的音速差小于等于所述预定阈值时，计算所述格子的格点中的局部音速值。
2.根据权利要求I所述的超声波图像产生方法， 其中，在所述初步音速测量步骤中，在不同深度处进一步测量在超声波的扫描方向上的两个或更多格点的环境音速值，以及 在所述检测步骤中检测在所有深度处测量的音速差是否小于等于预定阈值，以及当在所有深度处测量的音速差小于等于所述预定阈值时，执行所述主音速测量步骤。
3.根据权利要求I或2所述的超声波图像产生方法， 其中，在所述格子设置步骤中设置大小超过所设置的关注区域的格子。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的超声波图像产生方法， 其中，在所述初步音速测量步骤中要测量环境音速值的格点的数目小于在所述主音速测量步骤中要计算局部音速值的格点的数目。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的超声波图像产生方法，还包括以下步骤比较在所述初步音速测量步骤中测量的环境音速值，以及以差异性的方式显示示出了最大环境音速值的格点。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的超声波图像产生方法，还包括以下步骤 当在所述检测步骤中所述环境音速值的最大值和最小值之间的差超过所述预定阈值时，显示通知或环境音速值的测量结果。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的超声波图像产生方法， 其中，将所述主音速测量步骤中局部音速值的测量结果叠加并显示在所述B模式图像上。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的超声波图像产生方法， 其中，所述换能器阵列是具有以二维方式排列的换能器的二维换能器阵列，以及根据所述换能器的排列在与二维断层平面正交的方向上获取与所述二维断层平面相关的多个信息， 其中，在多个断层平面中的每个断层平面中执行所述初步音速测量步骤和所述检测步骤，以及 其中，在所测量的音速差小于等于所述预定阈值的断层平面中执行所述主音速测量步骤。
9.根据权利要求8所述的超声波图像产生方法，还包括以下步骤选择所测量的音速差最小的断层平面， 其中，在所选断层平面中执行所述主音速测量步骤。
10.根据权利要求8所述的超声波图像产生方法， 其中，在多个断层平面中顺序执行所述初步音速测量步骤和所述检测步骤，以及在所测量的音速差首先变为小于等于所述预定阈值的断层平面中执行所述主音速测量步骤。
11.一种超声波图像诊断装置，包括 换能器阵列，发送超声波并接收由对象反射的超声回波，以根据接收到的超声波来输出接收信号； 图像产生器，基于从所述换能器阵列输出的接收信号，产生超声波图像； 关注区域设置器，在成像区域中设置关注区域，在所设置的关注区域上设置格子，以及设置格点； 初步音速测量单元，测量所述格子中在超声波的扫描方向上位于不同位置处的两个或更多格点的环境音速值，以及计算测量音速差，所述测量音速差是在所测量的环境音速值中最大值和最小值之间的差；以及 主音速测量单元，当由所述初步音速测量单元计算的测量音速差小于等于预定值时，计算所述格子的格点中的局部音速值。
12.根据权利要求11所述的超声波图像诊断装置， 其中，所述换能器阵列是具有以二维方式排列的换能器的二维换能器阵列，以及根据所述换能器的排列方向在与二维断层平面正交的方向上获取与所述二维断层平面相关的多个信息， 其中，所述初步音速测量单元计算每个断层平面中的测量音速差，以及 其中，在由所述初步音速测量单元计算的测量音速差小于等于所述预定阈值的断层平面中，所述主音速测量单元计算所述格子的格点中的局部音速值。
全文摘要
本发明提供一种可以快速判定折射的影响是否存在的超声波图像产生方法和超声波图像诊断装置，它们可以缩短用于测量或计算所花费的时间，可以用小的误差来执行测量或计算，且可以获得准确的局部音速值。在关注区域中设置格子，测量位于在超声波的扫描方向上的不同位置处的两个或更多格点的环境音速值作为初步音速测量，以及当所测量的环境音速值的最大值和最小值之间的差小于等于所述预定阈值时，执行计算格点上的局部音速值的主音速测量。
文档编号A61B8/08GK102813532SQ20121017688
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月31日 优先权日2011年6月6日
发明者田边刚, 胜山公人 申请人:富士胶片株式会社