專利名稱：超聲波診斷設(shè)備以及控制超聲波診斷設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高例如超聲波引導穿刺術(shù)的可靠性和精確性，尤其涉及用來改良穿刺針的可見性的超聲波診斷設(shè)備，以及控制該設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
超聲波診斷設(shè)備是一種醫(yī)學成像設(shè)備，其利用超聲波脈沖回聲法從身體的表面非侵入地獲得活體軟組織的斷層圖像。與其他醫(yī)學成像設(shè)備相比，超聲波診斷設(shè)備具有尺寸小、便宜、不用暴露于X射線而具有高度安全性等優(yōu)點，并且能夠進行血流量成像。超聲波診斷設(shè)備廣泛用于心臟、腹部、泌尿器官，并在婦產(chǎn)科等中得到廣泛應用。
在使用超聲波診斷設(shè)備進行成像診斷時，眾所周知，通過提取組織的非線性波形傳播和造影劑的非線性振動造成的諧波分量(在基頻整數(shù)倍的頻率處出現(xiàn)的更高次諧波分量)并使之成像，可以生成表現(xiàn)出高分辨率并且?guī)缀鯖]有偽影(偽影噪聲)的非常高質(zhì)量的圖像。作為導出非線性分量比如非線性振動導致的諧波分量的方法，典型的是濾波方法。
除此之外，例如在Iwao Abiru和Tomoo Kamakura的″NonlinearPropagation of Ultrasonic Pulses″(Technical Report of the Instituteof Electronics，Information and Communication Engineers，US89-23，p53)中闡述了，已經(jīng)知道一種與上述濾波方法相比通過更有效地去除基波分量而提取諧波分量的方法。該方法是這樣的將互相反相的兩種超聲波脈沖交替發(fā)射到相同的超聲波掃描線，將對應于發(fā)射超聲波脈沖的兩種接收信號加起來。該方法被稱為“倒相法”。這種方法是一種非常有價值的技術(shù)它對基波分量執(zhí)行抵消操作，從而允許去除濾波方法無法去除的進入諧波頻帶的基波分量；相反，對于諧波分量，它表現(xiàn)出加和增強作用。
另一方面，倒相法只在作為傳播介質(zhì)的組織是靜止的情況下，或者在組織內(nèi)的傳播路徑最終相同的情況下，才能精確工作。因此，如果把該方法應用于實際的活體(在活體中，存在以心臟為代表的器官的運動)，在所述運動的影響下，在兩個速率時間間隔(rates)的接收信號之間，在各個部分出現(xiàn)位移，結(jié)果是基波仍然未被消除，在圖像上產(chǎn)生運動偽影。
除此之外，當超聲波脈沖的發(fā)射間隔(也就是PRF(PulseRepetition Frequency，脈沖重復頻率))加長時，各部分的位移變得更大，運動偽影的影響變得更強。運動偽影會遮蔽希望觀察的部分，同時嚴重降低圖像質(zhì)量。因此，在倒相法中，通常的做法是進行一種防止出現(xiàn)運動偽影的設(shè)計，例如將PRF設(shè)置得不要不必要地長。
同時，在作為對肝細胞癌的局部治療的射頻切除術(shù)(RFA，radiofrequency ablation)中，或者在檢查肝細胞組織的活組織檢查中，廣泛地進行超聲波引導穿刺術(shù)，并且精確地穿刺感興趣的部分比如腫瘤是很重要的。因此要求能夠在超聲波圖像上確定無疑地抓取在穿刺期間活體內(nèi)要插入穿刺針的部位。
然而，在超聲波引導穿刺術(shù)中，穿刺針的超聲波圖像常常被埋沒在活體的圖像中。因此，存在難以抓取要插入穿刺針的部位的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述情況作出的，其目的是提供一種能夠例如在超聲波引導穿刺術(shù)中增強穿刺針的可見性的超聲波診斷設(shè)備，以及一種控制超聲波診斷設(shè)備的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下述手段。
本發(fā)明的第一個方面在于一種超聲波診斷設(shè)備，其中，為了對患者的內(nèi)部成像，按照第一時間間隔向患者體內(nèi)進行超聲波發(fā)射，從而獲得第一圖像，該超聲波診斷設(shè)備包括發(fā)射/接收單元，該發(fā)射/接收單元按照比第一時間間隔長的第二時間間隔向患者體內(nèi)進行多次超聲波發(fā)射，并從患者接收對應于各次發(fā)射的超聲波的回波信號；圖像生成單元，其中，將對應于各次發(fā)射的超聲波的回波信號相加或者相減，從而生成第二圖像數(shù)據(jù)；以及顯示單元，其基于第二圖像數(shù)據(jù)顯示第二圖像。
本發(fā)明的第二方面在于一種超聲波診斷設(shè)備，其包括超聲波探頭，其包括超聲波換能器，它們分別響應于所施加的驅(qū)動信號進行患者體內(nèi)多個超聲波掃描方向上的超聲波發(fā)射/接收；發(fā)射控制單元，其向所述超聲波換能器提供所述驅(qū)動信號，以在所述多個超聲波掃描方向中的每一個方向上進行多次超聲波發(fā)射，這些超聲波發(fā)射是按照預定的速率時間間隔(rate period，速率周期)進行的，并包括至少一次極性反轉(zhuǎn)；接收單元，其按照所述預定的速率時間間隔(rate period)接收基于所述多次發(fā)射的超聲波發(fā)射的多個反射波；圖像生成單元，其中，使用所述多個反射波中按照所述預定的速率時間間隔(rateperiod)在時間上隔開至少兩個速率時間間隔(rates)的兩個反射波進行加法或者減法處理，從而生成第一圖像數(shù)據(jù)；以及顯示單元，其基于所述第一圖像數(shù)據(jù)顯示第一圖像。
本發(fā)明的第三方面在于一種控制超聲波診斷設(shè)備的方法，其中，為了對患者的內(nèi)部成像，按照第一時間間隔向患者體內(nèi)進行超聲波發(fā)射，從而獲得第一圖像，該方法包括按照比第一時間間隔長的第二時間間隔向患者體內(nèi)進行多次超聲波發(fā)射，并從患者接收對應于各次發(fā)射的超聲波的回波信號；將對應于各次發(fā)射的超聲波的回波信號相加或者相減，從而生成第二圖像數(shù)據(jù)；以及，基于第二圖像數(shù)據(jù)顯示第二圖像。
本發(fā)明的第四方面在于一種超聲波診斷設(shè)備控制方法，其包括向超聲波換能器提供驅(qū)動信號，以在患者體內(nèi)多個超聲波掃描方向中的每一個方向上進行多次超聲波發(fā)射，這些超聲波發(fā)射是按照預定的速率時間間隔(rate period)進行的，并包括至少一次極性反轉(zhuǎn)；按照所述預定的速率時間間隔(rate period)接收基于所述多次發(fā)射的超聲波發(fā)射的多個反射波；使用所述多個反射波中按照所述預定的速率時間間隔(rate period)在時間上隔開至少兩個速率時間間隔(rates)的兩個反射波進行加法或者減法處理，從而生成第一圖像數(shù)據(jù)；以及，基于所述第一圖像數(shù)據(jù)顯示第一圖像。


圖1的示意示了根據(jù)第一種實施方式的超聲波診斷設(shè)備的模塊配置的一個例子；圖2是用于說明根據(jù)第一種實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列的概念示意圖；圖3是用于說明根據(jù)第一種實施方式對由穿刺模式功能獲取的超聲波回波信號的信號處理的概念示意圖；圖4的示意示了由穿刺模式功能執(zhí)行的超聲波圖像顯示的一個例子；圖5的示意示了由穿刺模式功能執(zhí)行的超聲波圖像顯示的另一個例子；圖6的流程示了由穿刺模式功能執(zhí)行的各個處理步驟的流程；圖7是用于說明根據(jù)第二種實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列的概念示意圖；圖8是用于說明根據(jù)第二種實施方式對由穿刺模式功能獲取的超聲波回波信號的信號處理的概念示意圖；圖9是用于說明根據(jù)第三種實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列的概念示意圖；圖10是用于說明根據(jù)第三種實施方式由穿刺模式功能對超聲波回波信號執(zhí)行的信號處理的概念示意圖；圖11是用于說明根據(jù)第四種實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列的概念示意圖；
圖12是用于說明根據(jù)第四種實施方式由穿刺模式功能對超聲波回波信號執(zhí)行的信號處理的概念示意圖；圖13是用于說明根據(jù)第五種實施方式由手工穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列的概念示意圖；圖14是用于說明根據(jù)第五種實施方式對由手工穿刺模式功能獲取的超聲波回波信號的信號處理的概念示意圖；圖15的流程示了根據(jù)第五種實施方式由手工穿刺模式功能執(zhí)行的各個處理步驟的流程；圖16的方框示了根據(jù)第六種實施方式的超聲波診斷設(shè)備的配置；圖17的流程示了根據(jù)第六種實施方式的超聲波診斷設(shè)備中的操作；圖18A的示意示了在第六種實施方式中在穿刺模式期間在監(jiān)視器25上顯示的超聲波圖像；此外，圖18B的示意示了在現(xiàn)有技術(shù)中在穿刺模式期間在監(jiān)視器25上顯示的超聲波圖像；圖19的示意示了穿刺針進入和退出患者體內(nèi)時由上述處理進行了峰值保持的穿刺針圖像；圖20圖示了下述情況下的示意圖當穿刺針偏離穿刺導線(puncture guideline)的顯示角度時，自動校正穿刺導線的角度以重新顯示；圖21的示意示了在第六種實施方式中當穿刺針彎曲為曲線形時顯示在監(jiān)視器上的穿刺導線。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的第一種實施方式到第四種實施方式。順便說明，在下面的說明中，具有基本相同的功能和結(jié)構(gòu)的組成部分具有相同的附圖標記，除非是在必要的場合，將不對它們進行重復描述。
(第一種實施方式)圖1圖示了根據(jù)該實施方式的超聲波診斷設(shè)備的配置框圖。如圖所示，該超聲波診斷設(shè)備由超聲波探頭1、存儲單元30、輸入單元7、監(jiān)視器25和設(shè)備主體50構(gòu)成。
超聲波探頭1生成超聲波并向患者發(fā)射超聲波，接收從患者體內(nèi)反射的反射波并生成回波信號。其具有壓電換能器。這些壓電換能器是壓電陶瓷或者類似材料的聲電可逆換能器。所述多個壓電換能器并行排列，被設(shè)置在超聲波探頭1的末端。
存儲單元30在其中存儲過去形成的圖像、從網(wǎng)絡(luò)或者可換式存儲介質(zhì)接收到設(shè)備中的圖像、用于執(zhí)行預定成像序列的專用程序，等等。
輸入單元7在其控制面板上包括液晶顯示板和輸入設(shè)備，比如鍵盤、跟蹤球、鼠標以及用于執(zhí)行下面將要描述的“穿刺模式”的專用接口。操作人員使用輸入單元7執(zhí)行發(fā)射/接收條件(比如患者信息和速率時間間隔(rate period)Tr)的輸入，以及圖像顯示模式的選擇，等等。
監(jiān)視器25將活體內(nèi)的形態(tài)學上的信息或者血流量信息顯示為基于從設(shè)備主體50接收到的視頻信號的圖像。響應于來自輸入單元7等的預定操作，顯示在監(jiān)視器25上的圖像等被存儲在設(shè)備主體50內(nèi)的存儲單元中。
設(shè)備主體50包括超聲波發(fā)射單元2，其執(zhí)行從超聲波探頭1發(fā)射的超聲波的發(fā)射控制；超聲波接收單元3，其執(zhí)行對超聲波探頭1接收到的回波信號的預處理；諧波檢測單元4，其從經(jīng)過預處理的回波信號中檢測諧波分量；信號處理單元5，其通過使檢測到的諧波分量經(jīng)過預定的信號處理而生成圖像數(shù)據(jù)；圖像生成單元8，其基于所述圖像數(shù)據(jù)生成超聲波圖像，以顯示該圖像；以及控制電路(CPU)6。
超聲波發(fā)射單元2包括速率脈沖(rate pulse)發(fā)生器11、發(fā)射延遲電路12以及脈沖發(fā)生器13。速率脈沖發(fā)生器11生成速率脈沖，速率脈沖確定要輻射到患者體內(nèi)的超聲波脈沖的重復周期(速率時間間隔，速率周期，rate period)，速率脈沖發(fā)生器11將速率脈沖提供給發(fā)射延遲電路12。隨后，發(fā)射延遲電路12(由M個通道的獨立延遲電路構(gòu)成，M個通道的數(shù)量等于用于發(fā)射的超聲波換能器的數(shù)量)對接收到的速率脈沖賦予用于將超聲波脈沖聚焦于預定深度的聚焦延遲時間，以及用于將超聲波脈沖發(fā)射到預定方向的偏轉(zhuǎn)延遲時間。發(fā)射延遲電路將得到的速率脈沖提供給脈沖發(fā)生器13。此外，脈沖發(fā)射器13具有M個通道的獨立驅(qū)動電路，M個通道的數(shù)量等于發(fā)射延遲電路12的通道的數(shù)量。每一個驅(qū)動電路生成的驅(qū)動信號被施加給設(shè)置在超聲波探頭1中的對應的超聲波換能器，從而，每一個超聲波換能器被驅(qū)動從而向患者體內(nèi)輻射超聲波脈沖。
超聲波接收單元3包括前置放大器14、模數(shù)轉(zhuǎn)換器15、射束形成器16和加法器28。前置放大器14被設(shè)計為放大由超聲波換能器轉(zhuǎn)換為電接收信號的微小信號，并確保令人滿意的信噪比。在前置放大器14中被放大為預定幅度的接收信號的基波分量和諧波分量被模數(shù)轉(zhuǎn)換器15轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號被送到射束形成器16。射束形成器16對被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的接收信號賦予用于聚焦來自預定深度的超聲波反射波的聚焦延遲時間，以及用于通過順序改變超聲波反射波的接收方向性而掃描患者的偏轉(zhuǎn)延遲時間。加法器28使所得到的來自射束形成器16的輸出經(jīng)過定相加法處理(phasing addition)(其中，從預定方向獲得的接收信號以同相方式相加)。
諧波提取單元4包括波形存儲器17、加法器/減法器18以及濾波電路19。波形存儲器17在其中暫時存儲在預定方向的第一次發(fā)射/接收所獲得的接收信號。加法器/減法器18對預定方向的第二次到第n次(其中n是至少為2的自然數(shù)，假設(shè)n＝4)發(fā)射/接收所獲得的接收信號以及波形存儲器17中保存的接收信號進行加法或者減法。另一方面，濾波電路19是減少由于諸如器官的運動和身體的運動等原因而不能被倒相法消除的基波分量的濾波器。
信號處理單元5包括包絡(luò)檢波器20、對數(shù)轉(zhuǎn)換器21以及暫留轉(zhuǎn)換器(persistence converter)22。包絡(luò)檢波器20使輸入的數(shù)字信號經(jīng)過包絡(luò)檢波計算，從而檢測包絡(luò)線。此外，對數(shù)轉(zhuǎn)換器21包括執(zhí)行輸入值的對數(shù)轉(zhuǎn)換的查詢表，并輸出得到的值，接收信號的幅度在對數(shù)轉(zhuǎn)換器21中被進行對數(shù)轉(zhuǎn)換，以相對強調(diào)微弱信號。暫留轉(zhuǎn)換器在存儲器中暫時存儲幾個幀的掃描線，并執(zhí)行將亮度變化平均的處理。
圖像生成單元8包括顯示圖像存儲器23和圖像生成電路24。在顯示圖像存儲器23中，從信號處理單元5提供的圖像數(shù)據(jù)和附加數(shù)據(jù)比如與圖像數(shù)據(jù)有關(guān)的字符和數(shù)字被合成并被暫時存儲。此外，在顯示圖像存儲器23中，暫時保存將普通模式圖像和后面要描述的穿刺模式圖像以預定方式合成而成的圖像數(shù)據(jù)。所保存的圖像數(shù)據(jù)和附加數(shù)據(jù)在圖像生成電路24中經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和電視格式轉(zhuǎn)換，以顯示在CRT監(jiān)視器25上。
基于用戶從輸入單元7輸入的有關(guān)模式選擇、發(fā)射開始/結(jié)束等的指令，控制電路6讀出存儲在存儲單元30中的發(fā)射/接收條件和專用程序，其根據(jù)讀出的條件等靜態(tài)地或者動態(tài)地控制單個單元和整個系統(tǒng)。
尤其是在本實施方式中，控制電路6從存儲單元30讀出用于具體實現(xiàn)后面要描述的穿刺模式功能的專用程序，并將程序擴展到預定存儲器上，從而根據(jù)程序執(zhí)行對各單元的控制。作為例子，控制單元6向超聲波發(fā)射單元2提供脈沖發(fā)生器13中的驅(qū)動脈沖的極性的切換控制信號，向諧波提取單元4提供用于確定濾波電路19中的濾波特性(比如中心頻率和頻帶)的控制信號，以及波形存儲器17和加法器/減法器18中的加減控制信號。
(穿刺模式功能)下面描述超聲波診斷設(shè)備具有的穿刺模式功能。該功能利用倒相法將穿刺針的運動成像為運動偽影。順便說明，在該實施方式中，下面這樣的成像條件稱為“穿刺模式”，在該成像條件下將PRF延長，以故意地生成運動偽影，從而增強穿刺針的可見性，盡管這不適合活體內(nèi)的圖像的診斷。此外，此前用于普通診斷的成像條件稱為“普通模式”。
圖2是用于說明由穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列的概念示意圖。如圖所示，在基于穿刺模式進行成像時，按照預定的PRF對每一條掃描線執(zhí)行三次超聲波發(fā)射，其中，極性被變?yōu)檎?時刻t1)、負(時刻t2)和負(時刻t3)。附帶說明，圖2中的SP1、SP2和SP3模擬地表示由最后的超聲波發(fā)射所獲得的回波信號的頻譜波形。
圖3是用于說明對由穿刺模式功能獲得的超聲波回波信號的信號處理的概念示意圖。如圖所示，用于生成用于診斷的超聲波圖像(普通模式圖像)的普通模式圖像數(shù)據(jù)例如在加法器/減法器18中以這樣的方式生成對于每一條掃描線，使對應于第一次超聲波發(fā)射的回波信號(也就是在圖2的時刻t1的具有正極性的超聲波的回波信號)與對應于第二次超聲波發(fā)射的回波信號(也就是在圖2的時刻t2的具有負極性的超聲波的回波信號)相加起來。
相比之下，用于生成用于抓取穿刺針的運動的超聲波圖像(穿刺模式圖像)的穿刺模式圖像數(shù)據(jù)是在例如加法器/減法器18中以這樣一種方式生成的將對應于第一次超聲波發(fā)射的回波信號與對應于第三次超聲波發(fā)射的回波信號(也就是在圖2的時刻t3的具有負極性的超聲波的回波信號)相加起來。
這里，下面將要論述的差別在于普通模式圖像數(shù)據(jù)的生成和穿刺模式圖像數(shù)據(jù)的生成之間。普通模式圖像數(shù)據(jù)是使用對應于普通的相對較短的時間間隔的PRF生成的。因此，可歸因于第一次超聲波發(fā)射和第二次超聲波發(fā)射之間身體的運動等原因的運動偽影產(chǎn)生的可能性較低，因此可以生成能夠?qū)ζ鞴俸线m地成像的超聲波圖像數(shù)據(jù)。另一方面，穿刺模式圖像數(shù)據(jù)是使用對應于二倍于普通模式圖像數(shù)據(jù)的PRF長度的長度的PRF生成的，因此可以生成能夠適當?shù)貙\動偽影(可歸因于第一次超聲波發(fā)射和第三次超聲波發(fā)射之間發(fā)生的身體運動和穿刺針運動)成像的超聲波圖像數(shù)據(jù)。
在隨后的濾波電路19和信號處理單元5中，普通模式圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過預定的信號處理，并在監(jiān)視器5上顯示為普通模式圖像。同樣，穿刺模式圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過類似的處理，并顯示在監(jiān)視器5上作為穿刺模式圖像。
圖4的示意示了由穿刺模式功能執(zhí)行的超聲波圖像顯示的一個例子。如圖所示，在監(jiān)視器5上，作為例子，并列地同時顯示普通模式圖像和穿刺模式圖像。操作人員在穿刺模式圖像上確認穿刺針的位置，同時可以在普通模式圖像上觀察器官的狀態(tài)，并可以處理該器官。尤其是在操作期間，有時通過稍微移動穿刺針產(chǎn)生超聲波圖像的亮度變化，從而增強穿刺針的可見性。由于穿刺模式圖像是使用在時間上比通常更加隔開的兩個信號生成的，與現(xiàn)有技術(shù)相比，運動偽影被表現(xiàn)得更加明顯。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，操作人員能夠從視覺上更加確定地在超聲波圖像上辨識穿刺針的位置。
圖5的示意示了由穿刺模式功能執(zhí)行的超聲波圖像顯示的另一個例子。如圖所示，在顯示器5上，作為例子，疊加地顯示普通模式圖像和穿刺模式圖像，從而能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的目的。
順便說明，在穿刺模式中，最好使動態(tài)范圍、增益、后期處理、暫留(persistence)等圖像處理項目不同于普通模式中的圖像處理項目，以增強穿刺針的可見性。
此外，為了即使在針的運動停下來時也保持可見性，設(shè)備可以被設(shè)計為單獨地執(zhí)行利用幾個幀的圖像的峰值保持處理(最大亮度值保持處理)。
另外，為了便于識別穿刺針的位置，設(shè)備可以被設(shè)計為將穿刺模式圖像的至少一部分(例如包含穿刺針的區(qū)域)的顏色顯示為不同于該部分周圍或者普通模式圖像的顏色。
(操作)下面描述在超聲波診斷設(shè)備的穿刺模式下的操作。圖6的流程示了在穿刺模式下執(zhí)行的處理步驟的流。如圖所示，首先輸入患者信息、診斷部分等(步驟S1)，選擇成像模式(這里選擇“穿刺模式”)(步驟S2)。
接下來，對多個超聲波掃描線(掃描方向)中的每一個，按照預定的速率時間間隔，以正、負和負極性進行三次超聲波發(fā)射(步驟S3)，按照同樣的頻率(速率，rate)接收由各次超聲波發(fā)射導致和產(chǎn)生的反射波(步驟S4)。
隨后，在每一掃描線，將基于第一次超聲波發(fā)射時正極性的超聲波的回波信號和基于第二次超聲波發(fā)射時負極性的超聲波的回波信號加起來，從而生成普通模式圖像數(shù)據(jù)。另外，在每一掃描線，將基于第一次超聲波發(fā)射時正極性的超聲波的回波信號和基于第三次超聲波發(fā)射時負極性的超聲波的回波信號加起來，從而生成穿刺模式圖像數(shù)據(jù)(步驟S5)。
隨后，基于生成的各圖像數(shù)據(jù)按照預定的方式顯示普通模式圖像和穿刺模式圖像(步驟S6)。
根據(jù)上述配置，可以獲得下面所述的優(yōu)點。
根據(jù)該超聲波診斷設(shè)備，在利用倒相法成像時，使用在時間上與用于診斷圖像(第一圖像)的至少兩個反射波相比間隔得更開的至少兩個反射波生成故意成像出運動偽影的第二圖像。例如在使用穿刺針進行處理時，通過使用第二圖像，也就是通過觀察并列顯示或者重疊顯示的第一圖像和第二圖像，可以比現(xiàn)有技術(shù)更加確定地抓取穿刺針的位置。結(jié)果，這種超聲波診斷設(shè)備能夠有助于提供高質(zhì)量的醫(yī)療。
另外，根據(jù)該超聲波診斷設(shè)備，對于穿刺針的成像，除了首先要選擇穿刺模式之外，不需要其它的操作。因此，操作人員可以更加確定地觀察其中對穿刺針成像了的超聲波圖像，而不用執(zhí)行任何特別的操作，從而可以減輕操作人員在操作期間的操作負擔。
此外，由該超聲波診斷設(shè)備具體實現(xiàn)的穿刺模式功能可以以這樣的方式實現(xiàn)將用于具體實現(xiàn)該功能的專用程序安裝在現(xiàn)有的超聲波系統(tǒng)中。因此，可以容易而低成本地實現(xiàn)安全的穿刺針等。
(第二實施方式)下面描述本發(fā)明的第二實施方式。該實施方式在于通過進一步利用速率時間間隔相減法(rate subtraction method)執(zhí)行增強穿刺針等的可見性的成像。附帶說明，“速率時間間隔相減法”是這樣一種技術(shù)利用同相圖像(相同極性的圖像)之間的差來進行成像。該技術(shù)例如在JP-A-8-336527中有描述。
圖7的概念示意圖用于描述根據(jù)第二實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列。此外，圖8的概念示意圖用于描述根據(jù)第二實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的對超聲波回波信號的信號處理。
如圖7所示，例如，對于多個超聲波掃描線中的每一個，將反轉(zhuǎn)極性的或者說正、負、正極性的超聲波脈沖發(fā)射三次。順便說明，在圖中，通過超聲波發(fā)射獲得的回波信號分別用頻譜波形表示為SP1，SP2和SP3。
在該實施方式中，與第一實施方式一樣，基于回波信號SP1(正極性)和回波信號SP2(負極性)之間的加法所獲得圖像數(shù)據(jù)生成普通模式圖像。另一方面，基于回波信號SP1(正極性)和回波信號SP3(正極性)之間的減法所獲得圖像數(shù)據(jù)生成穿刺模式圖像。在這種情況下，在穿刺模式圖像中，在第一次超聲波發(fā)射和第三次超聲波發(fā)射之間沒有運動的部分不通過減法處理成像。但是，在兩次之間穿刺針運動了的情況下，使用差值將剩下的運動偽影分量適當?shù)爻上癯鰜怼?br> 通過這樣的配置，可以獲得與第一實施方式相同的優(yōu)點，同樣實現(xiàn)發(fā)明目的。
(第三實施方式)下面描述本發(fā)明的第三種實施方式。該實施方式在于，利用虛速率時間間隔(dummy rate)進行增強穿刺針的可見性的成像。
順便說明，“虛速率時間間隔”是這樣一種速率時間間隔按照該速率時間間隔進行超聲波發(fā)射，但是不執(zhí)行利用超聲波發(fā)射所獲得的反射波進行的成像，或者，在該速率時間間隔，不進行超聲波發(fā)射本身。
圖9的概念示意圖用于描述根據(jù)第三實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列。此外，圖10的概念示意圖用于描述根據(jù)第三實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的對超聲波回波信號的信號處理。
在該實施方式中，如圖9所示，作為例子，對于多個超聲波掃描線中的每一個，進行三次超聲波發(fā)射正極性、負極性，然后是虛速率時間間隔，然后是負極性。此外，在該實施方式中，如圖10所示，與在第一或者第二實施方式中一樣，基于反射波SP1(正極性)和反射波SP2(負極性)之間的加法所獲得的圖像數(shù)據(jù)生成普通模式圖像。另一方面，基于第一次發(fā)射的反射波SP1(正極性)和在虛速率時間間隔之后的第三次發(fā)射的反射波SP3(負極性)之間的加法所獲得的圖像數(shù)據(jù)生成穿刺模式圖像。
由于這樣插入虛速率時間間隔，與第一或者第二實施方式的情況相比，可以將PRF延長一次超聲波脈沖發(fā)射。因此，可以對其間出現(xiàn)的更多數(shù)量的運動偽影進行成像，可以增強穿刺針的可見性。
附帶說明，可以將該實施方式設(shè)計為這樣生成穿刺模式圖像通過對第一次和第三次發(fā)射的超聲波設(shè)置相同的極性來執(zhí)行速率時間間隔相減法。
(第四實施方式)下面描述本發(fā)明的第四種實施方式。該實施方式是利用虛速率時間間隔的又一個例子。
圖11的概念示意圖用于描述根據(jù)第四實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列。此外，圖12的概念示意圖用于描述根據(jù)第四實施方式由穿刺模式功能執(zhí)行的對超聲波回波信號的信號處理。
在該實施方式中，如圖11所示，例如，對多個超聲波掃描線中的每一個，執(zhí)行兩次超聲波發(fā)射正極性，然后是虛速率時間間隔，然后是負極性。普通模式圖像是這樣形成的在沒有倒相的B模式下，只對第一次發(fā)射的正極性成像；而穿刺模式圖像是利用第一次發(fā)射的正極性超聲波和在虛速率時間間隔之后的第三次發(fā)射的負極性超聲波進行成像而形成的。
在第三實施方式中由于加入了虛速率時間間隔，可以將PRF延長一次超聲波脈沖發(fā)射。因此，可以對其間出現(xiàn)的更多數(shù)量的運動偽影進行成像，增強穿刺針的可見性。
附帶說明，該實施方式也可以被配置為這樣生成穿刺模式圖像通過對第一次和第二次發(fā)射的超聲波設(shè)置相同的極性來執(zhí)行速率時間間隔相減法。
順便說明，本發(fā)明不限于上述實施方式，在實施的時候，可以通過在不偏離其主旨的范圍內(nèi)修改組成部件而實現(xiàn)。一種實際可行的修改例如是如下所述那樣。
(第五種實施方式)下面描述本發(fā)明的第五種實施方式。第一到第四種實施方式中的每一種都采用了延長PRF、故意生成運動偽影以增強穿刺針的可見性的技術(shù)，盡管這不適合活體內(nèi)圖像的診斷。相比之下，本實施方式將闡釋這樣一種成像技術(shù)在倒相法中，對于每一掃描線，在基準超聲波發(fā)射之后過去希望的延遲時間T之后，執(zhí)行用于對穿刺針成像的超聲波發(fā)射，從而，通過利用用于對穿刺針成像的超聲波發(fā)射，故意地生成運動偽影。
在本實施方式中，在下面將這樣的成像模式稱為“手工穿刺模式”其中，通過設(shè)置延遲時間T來故意地生成運動偽影，從而可以增強穿刺針的可見性，盡管這樣不適合活體內(nèi)圖像的診斷。
本實施方式的超聲波診斷設(shè)備1的框圖結(jié)構(gòu)與圖2所示基本相同。下面描述與已經(jīng)描述的實施方式中的功能不同的組成部分。
存儲單元30在其中存儲用于具體實現(xiàn)后面要描述的手工穿刺針成像模式的專用程序，以及用在手工穿刺針成像模式中的參數(shù)。
控制電路6讀出存儲單元30中存儲的專用程序，并將該程序擴展到未圖示的存儲器上，以具體實現(xiàn)手工穿刺模式功能。下面詳細描述該功能的內(nèi)容。
超聲波發(fā)射/接收單元2根據(jù)手工穿刺模式下的設(shè)定發(fā)射條件執(zhí)行超聲波發(fā)射/接收。
輸入單元7是用于將后面要描述的延遲時間T設(shè)置為所需要的值的接口。
(手工穿刺模式功能)下面描述手工穿刺模式功能。在該模式中，設(shè)置基準超聲波發(fā)射。其被選擇為延遲時間T的開始時間。作為例子，在對每一條掃描線執(zhí)行包括至少一次倒相的n次超聲波發(fā)射(這里，n表示至少為3的整數(shù))的情況下，第一超聲波發(fā)射或者緊鄰用于對穿刺針成像的超聲波發(fā)射的前一超聲波發(fā)射可以被采用為所述基準超聲波發(fā)射。
順便說明，在該實施方式中，為了使說明更加具體，假設(shè)了一個例子，其中將手工穿刺模式應用于根據(jù)第一種實施方式的掃描序列，也就是，在該例子中，在對每一條掃描線執(zhí)行包括至少一次倒相的三次超聲波發(fā)射(正、負、負極性的超聲波發(fā)射)的情況下，按照參照第一次超聲波發(fā)射設(shè)定的延遲時間T在第三次執(zhí)行用于對穿刺針成像的超聲波發(fā)射。但是，手工穿刺模式也可以被應用于例如第二到第四實施方式中任何一個的掃描序列，而不用拘泥于所假設(shè)的例子。
圖13的概念示意圖用于說明由手工穿刺模式功能執(zhí)行的掃描序列。如圖所示，在基于手工穿刺模式進行成像時，對于多個掃描線中的每一個，執(zhí)行極性分別被倒為正(時刻t1)、負(時刻t2)和負(時刻t3)的三次超聲波發(fā)射。這里，時刻t1和時刻t2之間的時間間隔是一個速率時間間隔，時刻t1和時刻t3之間的時間間隔是延遲時間T。因此，操作人員通過預定的操作將延遲時間T設(shè)定為所需的值，從而能夠按照與PRF間隔無關(guān)的時間間隔執(zhí)行用于對穿刺針成像的超聲波發(fā)射，能夠通過該成像超聲波發(fā)射故意地生成運動偽影，以對穿刺針成像。
圖14的概念示意圖用于說明對手工穿刺模式功能獲取的超聲波回波信號的信號處理。如圖所示，例如在加法器/減法器18中以下述方式生成用于生成用于診斷的超聲波圖像(普通模式圖像)的普通模式圖像數(shù)據(jù)對于每一掃描線，將對應于第一次發(fā)射的超聲波(也就是在圖13的時刻t1的具有正極性的超聲波)的回波信號與對應于第二次發(fā)射的超聲波(也就是在圖13的時刻t2的具有負極性的超聲波)的回波信號相加。
相比之下，例如在加法器/減法器18中以下述方式生成用于生成用于抓取穿刺針的運動的超聲波圖像(手工穿刺模式圖像)的圖像數(shù)據(jù)將對應于在時刻t1發(fā)射的第一次發(fā)射的超聲波的回波信號與在時刻t1之后過去延遲時間T之后發(fā)射的第三次發(fā)射的超聲波(也就是在圖13的時刻t3的具有負極性的超聲波)所對應的回波信號相加起來。在隨后各級的濾波電路19和信號處理單元5使所生成的手工穿刺模式圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過預定的信號處理，從而生成手工穿刺模式圖像。所生成的手工穿刺模式圖像例如以圖4所示的方式顯示在監(jiān)視器5上。
這里，例如在第一實施方式中獲得的穿刺模式圖像數(shù)據(jù)的生成，與在本實施方式中獲得的手工穿刺模式圖像數(shù)據(jù)的生成之間，存在如下所述的區(qū)別。穿刺模式圖像數(shù)據(jù)是使用對應于時間間隔為PRF的整數(shù)倍(在第一實施方式中是二倍)的兩次超聲波發(fā)射的回波信號生成的。另一方面，手工穿刺模式圖像數(shù)據(jù)則是使用下述回波信號生成的對應于在時刻t1發(fā)射的第一超聲波的回波信號，以及對應于在時刻t1之后過去延遲時間T的時刻t3發(fā)射的第三超聲波的回波信號。根據(jù)手工穿刺模式圖像數(shù)據(jù)，對于可歸因于在與PRF的整數(shù)倍無關(guān)的所希望的延遲時間T期間發(fā)生的運動的運動偽影，可以適當?shù)爻上瘛?br> 附帶說明，同樣，在手工穿刺模式中，與穿刺模式的情況一樣，為了增強穿刺針的可見性，最好執(zhí)行與動態(tài)范圍、增益、后期處理、暫留等有關(guān)的圖像處理、峰值保持處理以及至少部分圖像的彩色顯示，等等。
(操作)下面描述超聲波診斷設(shè)備的手工穿刺模式中的操作。圖15的流程示了在手工穿刺模式中執(zhí)行的處理步驟的流程。如圖所示，首先輸入患者信息、診斷部分等(步驟S11)，選擇成像模式(這里選擇“手工穿刺模式”)(步驟S12)。
隨后，輸入在手工穿刺模式下與超聲波發(fā)射/接收有關(guān)的參數(shù)(步驟S13)。這里，術(shù)語“在手工穿刺模式下與超聲波發(fā)射/接收有關(guān)的參數(shù)”表示至少以下參數(shù)每一掃描線的發(fā)射次數(shù)n，PRF和/或延遲時間T。對于參數(shù)的選擇，作為例子，預先在存儲單元30中存儲由多個設(shè)定值構(gòu)成的預定組合的表，以從表中選擇所述組合中所需要的組合。
接下來，對于所述多個超聲波掃描線(掃描方向)中的每一個，按照PRF和預定的延遲時間T，以正、負和負極性執(zhí)行三次超聲波發(fā)射(步驟S14)，接收各次超聲波發(fā)射所導致和生成的反射波(步驟S15)。
接下來，在每一掃描線，將基于正極性的第一次超聲波發(fā)射的回波信號和基于負極性的第二次超聲波發(fā)射的回波信號加起來，從而生成普通模式圖像數(shù)據(jù)。另外，在每一掃描線，將基于正極性的第一次超聲波發(fā)射的回波信號和基于負極性的第三次超聲波發(fā)射的回波加起來，以生成手工穿刺模式圖像數(shù)據(jù)(步驟S16)?；谒傻膱D像數(shù)據(jù)，以預定方式分別顯示普通模式圖像和手工穿刺模式圖像(步驟S17)。
根據(jù)上述配置，獲得下述優(yōu)點。
根據(jù)該超聲波診斷設(shè)備，在對每一掃描線進行包括至少一次倒相的n次超聲波發(fā)射(n是至少為3的整數(shù))的情況下，在基準超聲波發(fā)射之后過去延遲時間T后執(zhí)行用于對穿刺針成像的超聲波發(fā)射。因此，可以在與PRF的整數(shù)倍無關(guān)的時刻(也就是在基準超聲波發(fā)射之后過去延遲時間T后)執(zhí)行用于對穿刺針成像的超聲波發(fā)射，從而，對于可歸因于在該延遲時間T期間發(fā)生的穿刺針的運動的運動偽影，可以適當?shù)爻上瘛?br> 另外，可以通過預定操作將延遲時間T設(shè)定為操作人員希望的值。因此，操作人員能夠通過預定的操作按照所希望的延遲時間T來執(zhí)行用于對穿刺針成像的超聲波發(fā)射，從而，利用該用于成像的超聲波發(fā)射，能夠故意地生成運動偽影，從而對穿刺針成像。
此外，由超聲波診斷設(shè)備具體實現(xiàn)的手工穿刺模式功能可以以這樣的方式實現(xiàn)將具體實現(xiàn)所述功能的專用程序安裝在現(xiàn)有的超聲波系統(tǒng)中。因此，可以容易而低成本地實現(xiàn)安全的穿刺針等。
(第六種實施方式)下面描述本發(fā)明的第六種實施方式。該實施方式增強圖像上穿刺針的可見性。
圖16的框示了根據(jù)本實施方式的超聲波診斷設(shè)備的配置。如圖所示，本實施方式的超聲波診斷設(shè)備1不同于圖1的配置的地方在于還包括圖像處理單元40和多普勒處理單元50。下面描述圖像處理單元40以及其它的功能不同于前述內(nèi)容的組成部分。
圖像處理單元40包括可變增益放大器41以及圖像處理器42?？勺冊鲆娣糯笃?1用于增加或者降低多普勒圖像信號的增益，其例如由乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。圖像處理器42是圖像生成輔助單元，其功能是，利用從信號處理單元5傳送的B模式圖像信號以及從多普勒處理單元50傳送的多普勒圖像信號，對被識別為表示穿刺針的信號進行峰值保持處理，然后顯示軌跡；其功能還有從所獲得的軌跡預測穿刺針的行程，并且在該行程偏離穿刺導線時自動校正引導。這里，圖像處理器42改變可變增益放大器41的增益，以降低彩色流圖像的感色靈敏度。
在后面要描述的診斷序列中，發(fā)射電路13按照符合各種編好程的發(fā)射條件的電壓脈沖、發(fā)射頻率等發(fā)射超聲波。
圖像生成電路24將由各掃描線的信息項構(gòu)成的轉(zhuǎn)換后的斷層(tomographic layer)分為像素，將各像素分配給存儲器地址，以在其中存儲斷層分析層的反射強度信息。此外，為了描繪表示穿刺針的插入位置的穿刺導線，圖像生成電路24在其中存儲穿刺導線的點位置，作為數(shù)據(jù)。
多普勒處理單元50由相位檢測電路51、模數(shù)轉(zhuǎn)換器52、MTI濾波器53、自動相關(guān)單元54以及運算器55構(gòu)成，其提取血流量分量和穿刺針針尖的基于多普勒效應的運動分量，以獲得多個點的平均速度、方差、功率等多普勒圖像信息項目。通過圖像生成單元8將多普勒圖像信息項目發(fā)送給監(jiān)視器25，并被彩色顯示為平均速度圖像、方差圖像、功率圖像或者這些圖像的組合圖像。
監(jiān)視器25以下面將要描述的方式顯示添加到斷層分析圖像到并與之合成在一起的穿刺針針尖、穿刺導線等。
(操作)下面結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷設(shè)備的操作。
圖17的流程示了在本發(fā)明的超聲波診斷設(shè)備的一個實施方式中的操作。此外，圖18A的示意示了在本實施方式中執(zhí)行穿刺期間，在監(jiān)視器25上顯示的超聲波圖像。另外，作為參考，在圖18B中圖示了在進行穿刺期間，在監(jiān)視器25上顯示的現(xiàn)有技術(shù)的超聲波圖像。
如圖17所示，當首次移動穿刺針時(S1)，多普勒信號從信號處理單元5和多普勒處理單元50傳送到圖像生成單元8。多普勒處理單元50判斷有關(guān)的信號是不是由穿刺針的運動產(chǎn)生的信號(S2)。
如圖18B所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，穿刺針的圖像被埋沒在活體的圖像中，難以識別穿刺針位于何處。因此，如圖18A所示，這樣識別穿刺針利用從信號處理單元5和多普勒處理單元50發(fā)送到圖像生成單元8的信號中，B模式下的亮度和位置信息項目、多普勒模式下的速度、功率和行進方向信息項目，等等，來在圖像處理器42中進行閾值判定。
對于圖像處理器42用來進行識別穿刺針的判定的閾值，作為例子，有以下條件(1)B模式下的亮度高；(2)信號是穿刺導線附近的信號；(3)在多普勒模式中包含速度分量；
(4)多普勒模式中的方向和穿刺導線指示的方向基本一致；(5)功率值大。
滿足上述至少某一個條件的信號被圖像處理器42識別為穿刺針。此外，閾值被存儲在存儲單元30中，在進行閾值判定的情況下，圖像處理器42從存儲單元30讀出該閾值。
一般而言，穿刺針只在針尖(末端部分)表現(xiàn)出相對較高的亮度，在其它部分表現(xiàn)出較低的亮度，因此穿刺針的圖像被埋沒在活體的圖像中。因此，在識別出滿足上述條件的多普勒信號的情況下(S2“是”)，則其被識別為是由穿刺針的運動產(chǎn)生的，圖像處理器42使穿刺針的針尖的B模式圖像信號經(jīng)過峰值保持處理。這樣，穿刺針的針尖的軌跡被視為整個穿刺針的圖像。因此，穿刺針的圖像變得更為確定，即使在穿刺針的運動停止而不再產(chǎn)生多普勒分量時，也可以知道穿刺針針尖所在的位置，以及整個穿刺針所處的狀態(tài)。附帶說明，圖像處理器42的峰值保持處理是在用穿刺針進行的穿刺的任何狀態(tài)下(也就是在穿刺針插入、停止和拔出等所有狀態(tài)中的任何狀態(tài)下)進行的。此外，當穿刺針運動時，在現(xiàn)有技術(shù)中并不進行多普勒測量。
這里，在本實施方式中，識別出來的穿刺針也可以經(jīng)過圖像處理器42的彩色化處理，從而增強其可見性。
此外，當圖像處理器42執(zhí)行只以不同的顏色顯示由B模式圖像信號識別的穿刺針針尖部分的處理時，僅穿刺針針尖被強調(diào)，穿刺針已前進到的位置變得更為明確。
圖19的示意示了在穿刺針插入患者體內(nèi)和從患者體內(nèi)退出時，由上述處理進行了峰值保持的穿刺針圖像。
在穿刺時，進行了將穿刺針插入要被穿刺的部分(圖中的“穿刺的目標腫瘤”)，以及此后將穿刺針拔出的系列操作。如前述條件(3)所示，當插入穿刺針時，多普勒圖像信號具有離開患者身體表面的分量，當拔出穿刺針時，多普勒圖像信號具有趨近身體表面的分量。
因此，圖像處理器42執(zhí)行這樣的處理當插入穿刺針時，也就是，當多普勒圖像信號具有離開身體表面的分量時(圖17中的S3“是”)，如前所述，穿刺針(針尖)的軌跡被留下來；當拔出穿刺針時(圖17中的S3“否”)，也就是，當檢測到多普勒圖像信號具有趨近患者身體表面的分量時，對于由前述處理進行峰值保持顯示的穿刺針針尖的軌跡，消除運動位移分量(圖17中的S5)。
這樣，防止了在拔出穿刺針后留下穿刺針的軌跡。
圖20圖示了在下述情況下的示意圖當穿刺針偏離穿刺導線的顯示角度時，自動校正穿刺導線的角度，以重新顯示。
通常，在穿刺模式下，由圖像處理單元40進行被稱為“穿刺導線”的線條(例如虛線)的圖像生成處理，并由控制電路6將其疊加顯示在監(jiān)視器25上(疊加在超聲波圖像上)，從而能夠?qū)⒃摼€條的顯示與穿刺針的行為(穿刺針插入患者體內(nèi)或者從患者體內(nèi)拔出)的顯示相比較。
但是，在某些情況下，由于活體內(nèi)組織的影響，穿刺針會有扭曲，穿刺針不按照與穿刺導線所指的方向前進。
因此，由圖像處理器42基于前述處理所顯示的穿刺針針尖的軌跡進行線性回歸計算或者類似處理，控制電路6基于圖像處理器42獲得的結(jié)果預測穿刺針的前進方向，并校正穿刺導線相對于該預測方向的偏差，從而在監(jiān)視器25上重新顯示穿刺導線。
具體而言，這樣重新顯示穿刺導線控制電路6基于B模式圖像信號所指示的，穿刺針隨著時間的流逝在超聲波圖像上的各個位置，進行線性回歸計算，從而找到要顯示穿刺導線的位置，從而，控制電路6將該穿刺導線寫入顯示圖像存儲器23。也就是，B模式圖像信號所指出的穿刺針針尖隨著時間的流逝的各個位置(點)被視為統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行作為一種統(tǒng)計處理的線性回歸計算，從而，可以預測穿刺針會大致沿著表示所述點之間的關(guān)系的直線前進，該直線被顯示為穿刺導線。
這樣，在對患者進行穿刺之前手工進行穿刺針的超聲波圖像以及指示穿刺針的插入位置的穿刺導線的位置和角度的校正處理的情況下，可以縮短工時。另外，由于僅僅通過設(shè)置線性回歸計算電路就可以校正穿刺導線，因此可以用便宜的裝置進行校正。
此外，本實施方式中的穿刺導線也可以被顯示為形成任意角度的兩條直線，而不是一條直線。在這里經(jīng)過校正的穿刺導線的位置和角度超出最大導線的可預期的作為校正值的位置和角度的情況下，設(shè)備可以通過顯示出錯消息來提示操作人員再次進行校正。
作為例子，即使在圖像處理器42所生成的穿刺導線首先由控制電路6以67度顯示在監(jiān)視器25上，穿刺針從67度偏到63度的情況下，通過感測穿刺針的角度，圖像處理器42執(zhí)行將穿刺導線校正到63度的處理，控制電路6在監(jiān)視器25上重新顯示結(jié)果，從而可以將穿刺針的前進方向顯示為穿刺導線。
此外，在穿刺針有很大的偏離，相對于穿刺導線從67度偏到50度的情況下，圖像處理器42命令監(jiān)視器在超聲波圖像上顯示消息，比如“不可能進行精確穿刺”。這樣，知道了該消息的操作人員就有機會重新進行穿刺。
由于這樣的顯示，操作人員可以確認穿刺針相對于穿刺導線的顯著偏離，從而可以防止對患者產(chǎn)生傷害。
圖21的示意示了在本實施方式中，當穿刺針彎曲為曲線形時，顯示在監(jiān)視器上的穿刺導線。
如圖21所示，在穿刺針曲線彎曲的情況下，基于控制電路6通過執(zhí)行二次回歸計算或者類似計算(作為校正穿刺導線的偏差的方法)而獲得的圖像數(shù)據(jù)(在超聲波圖像上的坐標信息)，表現(xiàn)彎曲的穿刺導線。
同樣，在這種情況下，控制電路6基于B模式圖像信號所指示的、穿刺針在超聲波圖像上隨著時間的流逝的各個位置(坐標)執(zhí)行二次回歸計算。此外，控制電路6將該計算獲得的在超聲波圖像上的坐標寫入顯示圖像存儲器23，作為曲線穿刺導線，并使監(jiān)視器25在上面顯示信息。這樣，即使穿刺針被彎曲為曲線時，控制電路6計算穿刺針的預計行程，監(jiān)視器25顯示該行程，從而能夠用便宜的裝置校正穿刺導線。
(第七種實施方式)下面描述第七種實施方式。根據(jù)該實施方式的超聲波診斷設(shè)備在于在根據(jù)第一到第五實施方式之一的穿刺模式或者手工穿刺模式的成像中，執(zhí)行根據(jù)第六實施方式的穿刺導線強調(diào)顯示。
具體地，控制電路6控制可變增益放大器41、圖像處理器42、顯示圖像存儲器23、圖像生成電路24等，以便可以使用按照第一到第五實施方式之一的成像模式(自動穿刺模式或者手工穿刺模式)獲取的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行按照第六實施方式的穿刺導線強調(diào)顯示。
例如，在使用第一實施方式的穿刺模式成像時執(zhí)行穿刺導線強調(diào)顯示的情況下，在圖6的步驟S6執(zhí)行圖17所示的處理。也就是，控制電路6、圖像處理器42等使用穿刺模式圖像數(shù)據(jù)和手工穿刺模式圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行峰值保持處理、穿刺導線的角度校正處理等。此外，多普勒處理單元50對于每一條掃描線使用至少兩個隔開至少兩個速率時間間隔(rates)的反射波(分別對應于第一和第三次超聲波發(fā)射的反射波)檢測多普勒模式中的速度分量。控制電路6、圖像處理器42等使用所獲得的速度分量執(zhí)行穿刺針的識別等。
根據(jù)這樣的配置，借助于第一到第五實施方式之一的成像模式，可以適當?shù)貙蓺w因于穿刺針的運動的運動偽影成像，同時可以通過對穿刺導線的強調(diào)顯示在超聲波圖像上顯示高可見度的精確穿刺導線。結(jié)果，本實施方式有助于進一步提高醫(yī)療服務的質(zhì)量。
(1)可以以下述方式具體實現(xiàn)上述每一個實施方式的功能將執(zhí)行相應處理的程序安裝在計算機(比如工作站)上，并將程序擴展到存儲器上。在這種情況下，能夠使計算機執(zhí)行所述處理的程序也可以以存儲在記錄介質(zhì)上的狀態(tài)進行分發(fā)，所述記錄介質(zhì)比如是磁盤(軟盤、硬盤等)、光盤(CD-ROM、DVD等)或者半導體存儲器。
(2)在每一種實施方式中，作為例子描述了穿刺針可見性的增強。但是，這不是要將本發(fā)明局限于穿刺針，本發(fā)明也可以應用于觀測活體的運動的其它在醫(yī)學上有用的信息項目。
(3)在每一種實施方式中，作為例子，描述了對多個超聲波掃描線中的每一個執(zhí)行三次超聲波發(fā)射(或者包括虛速率時間間隔的三次超聲波發(fā)射)的情況。但是，這不是要將每一條掃描線的超聲波發(fā)射次數(shù)局限于三次，本發(fā)明也可以被配置為執(zhí)行更多次數(shù)的超聲波發(fā)射。即使在這種配置的情況下，使用基于時間上隔開至少兩個速率時間間隔(rates)的兩次超聲波發(fā)射的回波信號，從而可以比現(xiàn)有技術(shù)更好地對穿刺針等成像。
(4)不用說，在所有的實施方式中，對于超聲波的特性，可以對超聲波發(fā)射的極性進行對稱的替換(將所有的正極性代之以負極性，或者將所有的負極性代之以正極性)。
此外，通過適當?shù)亟M合在前述實施方式中公開的多個組成要素，可以形成各種發(fā)明。作為例子，在每一實施方式中指出的部分或者全部組成要素也可以被省略。另外，不同實施方式的組成要素也可以適當?shù)丶右越M合。
工業(yè)實用性根據(jù)上面描述的本發(fā)明，可以實現(xiàn)一種具有增強例如超聲波引導穿刺術(shù)中的穿刺針的可見性的功能的超聲波診斷設(shè)備，以及一種控制該超聲波診斷設(shè)備的方法。
權(quán)利要求
1.一種超聲波診斷設(shè)備，其中，為了對患者的內(nèi)部成像，按照第一時間間隔向患者體內(nèi)進行超聲波發(fā)射，從而獲得第一圖像，該超聲波診斷設(shè)備包括按照比第一時間間隔長的第二時間間隔向患者體內(nèi)進行多次超聲波發(fā)射，并從患者接收對應于各次發(fā)射的超聲波的回波信號的發(fā)射/接收單元；圖像生成單元，其中，對應于各次超聲波發(fā)射的回波信號被相加或者相減，從而生成第二圖像數(shù)據(jù)；以及基于第二圖像數(shù)據(jù)顯示第二圖像的顯示單元。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷設(shè)備，其中第一圖像是用于對患者的組織進行成像的圖像；第二圖像是用于對插入患者體內(nèi)的穿刺針進行成像的圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，所述顯示單元同時顯示第一圖像和第二圖像。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，第二時間間隔的長度是第一時間間隔的整數(shù)倍。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷設(shè)備，還包括用于輸入第二時間間隔的輸入單元；所述發(fā)射/接收單元按照用所述輸入單元輸入的第二時間間隔向患者體內(nèi)進行所述多次超聲波發(fā)射。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲波診斷設(shè)備，其中所述圖像生成單元從下述信息中的至少一個信息確定插入患者體內(nèi)的穿刺針針尖的位置第二圖像的亮度信息，以及基于隔開至少第二時間間隔發(fā)射的超聲波的多普勒信息和位置信息；并且其生成包含所述被確定的針尖的軌跡的第二圖像。
7.如權(quán)利要求6所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，在針尖的所述被確定的位置，所述圖像生成單元對對應于針尖的信號執(zhí)行峰值保持處理，從而生成包含所述被確定的針尖的軌跡的第二圖像。
8.如權(quán)利要求7所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，在使用基于隔開至少第二時間間隔發(fā)射的超聲波的多普勒信息生成包含穿刺針的趨近患者表面的運動位移的第二圖像的情況下，所述圖像生成單元消除基于峰值保持處理的針尖軌跡。
9.如權(quán)利要求6所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，基于穿刺針針尖的軌跡，所述圖像生成單元生成包含作為穿刺針的預計行進路徑的穿刺導線的第一圖像。
10.如權(quán)利要求9所述的超聲波診斷設(shè)備，還包括報告單元，在穿刺導線與穿刺針針尖的軌跡之間的偏差超過預定幅度時，向操作人員報告發(fā)生了偏差。
11.一種超聲波診斷設(shè)備，包括包括超聲波換能器的超聲波探頭，這些超聲波換能器分別響應于所施加的驅(qū)動信號在患者體內(nèi)的多個超聲波掃描方向進行超聲波的發(fā)射/接收；發(fā)射控制單元，向所述超聲波換能器提供驅(qū)動信號，以在所述多個超聲波掃描方向中的每一個方向執(zhí)行多次超聲波發(fā)射，所述多次超聲波發(fā)射是按照預定的速率時間間隔進行的，包括至少一次極性反轉(zhuǎn)；接收單元，按照所述預定的速率時間間隔，接收基于所述多次發(fā)射的超聲波的多個反射波；圖像生成單元，其中，使用所述多個反射波中按照所述預定速率時間間隔在時間上隔開至少兩個速率時間間隔的兩個反射波進行加法或者減法處理，以生成第一圖像數(shù)據(jù)；以及顯示單元，基于第一圖像數(shù)據(jù)顯示第一圖像。
12.如權(quán)利要求11所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，第一圖像是用于對穿刺針成像的圖像。
13.如權(quán)利要求11所述的超聲波診斷設(shè)備，其中所述圖像生成單元使用至少兩個反射波進行加法或者減法處理，從而生成第二圖像數(shù)據(jù)，所述至少兩個反射波是所述多個反射波中的預定反射波，或者對應于所述多個反射波的相鄰速率時間間隔；并且所述顯示單元基于所述第二圖像數(shù)據(jù)并列或者疊加顯示第一圖像和第二圖像。
14.如權(quán)利要求11所述的超聲波診斷設(shè)備，其中所述發(fā)射控制單元執(zhí)行所述多次超聲波發(fā)射，所述多次超聲波發(fā)射包括至少一個不發(fā)射超聲波的虛速率時間間隔；所述圖像生成單元使用所述多個反射波中按照所述預定速率時間間隔在時間上隔開至少兩個速率時間間隔、并且具有相反極性的兩個反射波進行加法處理，從而生成所述第一圖像數(shù)據(jù)；并且其基于所述多個反射波中的預定反射波生成第二圖像數(shù)據(jù)；并且所述顯示單元基于所述第二圖像數(shù)據(jù)并列或者疊加顯示所述第一圖像和第二圖像。
15.如權(quán)利要求11所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，就動態(tài)范圍、增益、后期處理、暫留和其它圖像處理條件而言，所述圖像生成單元使用不同于第二圖像的設(shè)置來生成第一圖像。
16.如權(quán)利要求13所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，所述顯示單元將第一圖像的至少一部分顯示為不同于第二圖像的顏色。
17.如權(quán)利要求11所述的超聲波診斷設(shè)備，其中所述發(fā)射控制單元執(zhí)行所述多次超聲波發(fā)射，所述多次超聲波發(fā)射包括至少兩次極性反轉(zhuǎn)；并且，所述圖像生成單元使用所述多個反射波中按照所述預定速率時間間隔在時間上隔開至少兩個速率時間間隔、并且具有相同極性的兩個反射波進行減法處理，從而生成所述第一圖像數(shù)據(jù)。
18.如權(quán)利要求11的超聲波診斷設(shè)備，其中所述發(fā)射控制單元執(zhí)行所述多次超聲波發(fā)射，所述多次超聲波發(fā)射包括至少一個不發(fā)射超聲波的虛速率時間間隔；并且所述圖像生成單元使用所述多個反射波中按照所述預定速率時間間隔在時間上隔開至少兩個速率時間間隔、并且具有相同極性的兩個反射波進行減法處理，從而生成所述第一圖像數(shù)據(jù)。
19.如權(quán)利要求11所述的超聲波診斷設(shè)備，其中所述發(fā)射控制單元執(zhí)行所述多次超聲波發(fā)射，所述多次超聲波發(fā)射包括至少一個不發(fā)射超聲波的虛速率時間間隔；并且所述圖像生成單元使用所述多個反射波中按照所述預定速率時間間隔在時間上隔開至少兩個速率時間間隔、并且具有相反極性的兩個反射波進行加法處理，從而生成所述第一圖像數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求11所述的超聲波診斷設(shè)備，其中所述圖像生成單元從下述信息中的至少一個信息確定插入患者體內(nèi)的穿刺針針尖的位置第一圖像的亮度信息，以及基于按照預定速率時間間隔在時間上隔開至少兩個速率時間間隔的兩個反射波的多普勒信息和位置信息；并且其生成包含所述被確定的針尖的軌跡的第一圖像。
21.如權(quán)利要求11所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，在針尖的所述被確定的位置，所述圖像生成單元對對應于針尖的信號執(zhí)行峰值保持處理，從而生成包含所述被確定的針尖的軌跡的第一圖像。
22.如權(quán)利要求21所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，在使用基于按照預定速率時間間隔在時間上隔開至少兩個速率時間間隔的兩個反射波的多普勒信息生成包含穿刺針的趨近患者表面的運動位移的第一圖像的情況下，所述圖像生成單元消除基于峰值保持處理的針尖軌跡。
23.如權(quán)利要求20所述的超聲波診斷設(shè)備，其中，基于穿刺針針尖的軌跡，所述圖像生成單元生成包含作為穿刺針的預計行進路徑的穿刺導線的第一圖像。
24.如權(quán)利要求23所述的超聲波診斷設(shè)備，還包括報告單元，在穿刺導線與穿刺針針尖的軌跡之間的偏差超過預定幅度的情況下，向操作人員報告發(fā)生了偏差。
25.一種控制超聲波診斷設(shè)備的方法，其中，為了對患者的內(nèi)部成像，按照第一時間間隔向患者體內(nèi)進行超聲波發(fā)射，從而獲得第一圖像，該方法包括按照比第一時間間隔長的第二時間間隔向患者體內(nèi)進行多次超聲波發(fā)射，并從患者接收對應于各次發(fā)射的超聲波的回波信號；將對應于各次發(fā)射的超聲波的回波信號相加或者相減，從而生成第二圖像數(shù)據(jù)；以及，基于第二圖像數(shù)據(jù)顯示第二圖像。
26.一種超聲波診斷設(shè)備控制方法，包括向超聲波換能器提供驅(qū)動信號，以在患者體內(nèi)多個超聲波掃描方向中的每一個方向上進行多次超聲波發(fā)射，這些超聲波發(fā)射是按照預定的速率時間間隔進行的，并包括至少一次極性反轉(zhuǎn)；按照所述預定的速率時間間隔接收基于所述多次發(fā)射的超聲波發(fā)射的多個反射波；使用所述多個反射波中按照所述預定的速率時間間隔在時間上隔開至少兩個速率時間間隔的兩個反射波進行加法或者減法處理，從而生成第一圖像數(shù)據(jù)；以及，基于所述第一圖像數(shù)據(jù)顯示第一圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲波診斷設(shè)備以及控制超聲波診斷設(shè)備的方法。其中，對多個超聲波掃描線中的每一個，按照預定的速率時間間隔執(zhí)行正、負和負極性的三次超聲波發(fā)射，并按照同樣的速率時間間隔接收各次發(fā)射的超聲波所導致和產(chǎn)生的回波信號。在每一掃描線，將基于第一次發(fā)射的正極性超聲波的回波信號和基于第二次發(fā)射的負極性超聲波的回波信號加起來，從而生成普通模式圖像。此外，在每一掃描線，將基于第一次發(fā)射的正極性超聲波的回波信號和基于第三次發(fā)射的負極性超聲波的回波信號加起來，從而生成穿刺模式圖像數(shù)據(jù)。以預定的方式顯示所生成的普通模式圖像和穿刺模式圖像。
文檔編號A61B8/00GK1909835SQ200580002020
公開日2007年2月7日 申請日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者中屋重光, 瀉口宗基, 市岡健一, 掛江明弘, 瀧本雅夫, 鷲見篤司 申請人:株式會社東芝, 東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社