超聲波診斷裝置、圖像處理裝置以及圖像處理方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的參照
[0002] 本申請享有2014年6月18日提出申請的日本國專利申請編號2014 - 125706號 的優(yōu)先權的利益，在本申請中引用該日本國專利申請的全部內(nèi)容。
技術領域
[0003] 實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】
[0004] 以往，為了進行生物體的血流的觀察、診斷而廣泛使用超聲波診斷裝置。超聲波 診斷裝置通過基于多普勒效應的多普勒法，從超聲波的反射波進行血流信息的生成以及顯 示。作為利用超聲波診斷裝置生成顯示的血流信息，有彩色多普勒圖像、多普勒波形（多普 勒頻譜）等。
[0005] 彩色多普勒圖像是通過彩色血流圖（CFM:ColorFlowMapping)法而拍攝的超聲 波圖像。在CFM法中，在多個掃描線上進行多次超聲波的收發(fā)。而且，在CFM法中，對相同 位置的數(shù)據(jù)串施加MTI(MovingTargetIndicator，運動目標指示））濾波器（Filter)，抑 制來自于靜止的組織或運動較慢的組織的信號（雜波（Clutter)信號），提取來自于血流的 信號。而且，在CFM法中，從該血流信號推定血流的速度、血流的方差、血流的功率等血流信 息，顯示例如二維地彩色顯示推定結果的分布而得的超聲波圖像（彩色多普勒圖像）。
[0006] 通常，作為MTI濾波器，使用有巴特沃斯（Butterworth)型的IIR(Infinite ImpulseResponse，無限沖激響應）濾波器，多項式回歸濾波器（PolynomialRegression Filter)等系數(shù)被固定的濾波器。另一方面，也已知有根據(jù)輸入信號使系數(shù)變化的適應型的 MTI濾波器。
[0007] 作為一個例子，適應型的MTI濾波器從MTI濾波器輸入前的信號求出組織的速 度，獲得其相位差被抵消（cancel)的信號。并且，該濾波器從預先準備的MTI濾波器用的 系數(shù)中選擇與獲得的信號相應的系數(shù)。另外，也已知有被稱作"EigenvectorRegression Filter(特征向量回歸濾波器）"的適應型的MTI濾波器。該適應型的MTI濾波器從相關 矩陣計算本征向量，通過根據(jù)計算出本征向量來直接計算在MTI濾波器中所使用的系數(shù)的 方法，獲得雜波成分被抑制的信號。該方法應用了主成分分析、K-L轉換（Karhunen-Loeve transform)、本征空間法中使用的方法。
[0008] 在這種現(xiàn)有的超聲波彩色多普勒法中，大多等間隔地輸入數(shù)據(jù)串。這里，所謂數(shù) 據(jù)串，表示基于在同一掃描線上通過發(fā)送超聲波而接收的反射波所生成的反射波數(shù)據(jù)的集 合。另外，所謂數(shù)據(jù)串是等間隔的情況，表示通過在同一掃描線上使發(fā)送脈沖的時間間隔為 一定地發(fā)送超聲波并接收反射波、從而獲得時間上等間隔的反射波數(shù)據(jù)。例如，在某一掃描 線上進行四次超聲波的收發(fā)的情況下，第一次與第二次的超聲波收發(fā)的間隔、第二次與第 三次的超聲波收發(fā)的間隔、以及第三次與第四次的超聲波收發(fā)的間隔相同。另外，在超聲波 彩色多普勒法中，也公開了應用于數(shù)據(jù)串不是等間隔的情況的方法。在該方法中，例如對不 是等間隔的數(shù)據(jù)串進行多項式的最小平方法擬合（fitting)，來近似雜波，并從原信號減去 該近似信號，從而提取血流信號。此外，所謂"數(shù)據(jù)串不是等間隔"的情況，表示通過在同一 掃描線上使發(fā)送脈沖的時間間隔不為一定地發(fā)送超聲波并接收反射波，從而獲得時間上不 同間隔的反射波數(shù)據(jù)。此外，將"數(shù)據(jù)串不是等間隔"適當?shù)赜涊d為"數(shù)據(jù)串非等間隔"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明要解決的課題在于，提供一種能夠在被輸入非等間隔數(shù)據(jù)串的彩色多普勒 法中減少運動偽影（motionartifact)的超聲波診斷裝置、圖像處理裝置以及圖像處理方 法。
[0010] 實施方式的超聲波診斷裝置具備相關矩陣計算部、濾波器矩陣計算部、提取部、推 定部、圖像生成部、以及控制部。相關矩陣計算部使用第1數(shù)據(jù)串計算相關矩陣，該第1數(shù) 據(jù)串是基于反射波而生成的反射波數(shù)據(jù)的集合，上述反射波是通過以在同一掃描線上不使 發(fā)送脈沖的時間間隔一定的方式發(fā)送超聲波而產(chǎn)生的反射波。濾波器矩陣計算部基于使用 了上述相關矩陣的主成分分析的結果，計算濾波器系數(shù)。提取部使用上述濾波器系數(shù)提取 第2數(shù)據(jù)串，該第2數(shù)據(jù)串是上述第1數(shù)據(jù)串所包含的、來自于被上述同一掃描線上存在的 移動體反射的上述超聲波的反射波的反射波數(shù)據(jù)的集合。推定部基于提取的上述第2數(shù)據(jù) 串，推定上述移動體的移動體信息。圖像生成部基于上述移動體信息，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。
[0011] 效果：
[0012] 根據(jù)實施方式的超聲波診斷裝置，能夠在被輸入非等間隔數(shù)據(jù)串的彩色多普勒法 中減少運動偽影。
【附圖說明】
[0013] 圖1是表示第1實施方式的超聲波診斷裝置的構成例的框圖。
[0014]圖2A是表示第1實施方式的控制部的非等間隔掃描的一個例子的圖。
[0015] 圖2B是表示第1實施方式的控制部的非等間隔掃描的一個例子的圖。
[0016]圖2C是表示第1實施方式的控制部的非等間隔掃描的一個例子的圖。
[0017]圖2D是表示第1實施方式的控制部的非等間隔掃描的一個例子的圖。
[0018] 圖3是表示第1實施方式的控制部的相同光柵上的非等間隔掃描的一個例子的 圖。
[0019] 圖4是用于說明第1實施方式的秩減少（rankcut)數(shù)的確定處理的一個例子的 圖。
[0020] 圖5是用于說明第1實施方式的秩剪切數(shù)的確定處理的一個例子的圖。
[0021] 圖6是表示第1實施方式的超聲波圖像數(shù)據(jù)的一個例子的圖。
[0022] 圖7是表示第1實施方式的超聲波圖像數(shù)據(jù)的一個例子的圖。
[0023] 圖8是用于說明第1實施方式的超聲波診斷裝置所進行的處理的一個例子的流程 圖。
[0024] 圖9是表示第2實施方式的相關矩陣計算部所進行的處理的一個例子的圖。
[0025] 圖10是用于說明第2實施方式的效果的圖。
[0026]圖11是用于說明第2實施方式的超聲波診斷裝置所進行的處理的一個例子的流 程圖。
【具體實施方式】
[0027] 以下，參照附圖詳細說明超聲波診斷裝置、圖像處理裝置以及圖像處理方法的實 施方式。
[0028](第1實施方式）
[0029] 首先，對第1實施方式的超聲波診斷裝置的結構進行說明。圖1是表示第1實施 方式的超聲波診斷裝置的構成例的框圖。如圖1所例示，第1實施方式的超聲波診斷裝置 具有超聲波探頭1、監(jiān)視器2、輸入裝置3、以及裝置主體10。
[0030] 超聲波探頭1為了進行超聲波的收發(fā)而連接于裝置主體10。超聲波探頭1例如具 有多個壓電振子，這多個壓電振子基于從后述的裝置主體10所具有的收發(fā)部11供給的驅 動信號，產(chǎn)生超聲波。另外，超聲波探頭1所具有的多個壓電振子接收來自被檢體P的反射 波而轉換為電信號。另外，超聲波探頭1具有設于壓電振子的匹配層、以及防止超聲波從壓 電振子向后方的傳播的背襯（backing)材料等。此外，超聲波探頭1以裝卸自如的方式與 裝置主體10連接。
[0031] 若從超聲波探頭1向被檢體P發(fā)送超聲波，則發(fā)送的超聲波接連被被檢體P的體 內(nèi)組織中的聲阻抗的非連續(xù)面反射，作為反射波信號被超聲波探頭1所具有多個壓電振子 接收。接收的反射波信號的振幅取決于反射超聲波的非連續(xù)面上的聲阻抗之差。此外，發(fā) 送的超聲波脈沖被移動的血流或心臟壁等的表面反射的情況下的反射波信號因多普勒效 應而取決于移動體的相對于超聲波發(fā)送方向的速度成分，并受到頻率偏移。
[0032] 此外，即使超聲波探頭1是二維地掃描被檢體P的1D陣列探頭（arrayprobe)、三 維地掃描被檢體P的機械式4D探頭（mechanicalfourdimensionalprobe)、或2D陣列探 頭，也能夠應用第1實施方式。
[0033] 輸入裝置3具有鼠標、鍵盤、按鈕、面板開關、觸控屏、腳踏開關、軌跡球、或操縱桿 等。輸入裝置3受理來自超聲波診斷裝置的操作者的各種設定請求，并對裝置主體10傳送 所受理的各種設定請求。
[0034] 監(jiān)視器2顯示用于超聲波診斷裝置的操作者使用輸入裝置3輸入各種設定請求的 ⑶I(GraphicalUserInterface，圖形用戶界面）、或者顯示在裝置主體10中生成的超聲波 圖像數(shù)據(jù)等。
[0035] 裝置主體10是基于超聲波探頭1接收的反射波信號生成超聲波圖像數(shù)據(jù)的裝置。 如圖1所例示，裝置主體10具有收發(fā)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、圖像存儲器16、內(nèi)部存儲部17、以及控制部18。
[0036] 收發(fā)部11基于后述的控制部18的指示，控制超聲波探頭1所進行的超聲波收發(fā)。 收發(fā)部11具有脈沖產(chǎn)生器、發(fā)送延遲電路、脈沖產(chǎn)生器等，并向超聲波探頭1供給驅動信 號。脈沖產(chǎn)生器重復產(chǎn)生用于以規(guī)定的重復頻率（PRF:PulseRepetitionFrequency，脈 沖重復頻率）形成發(fā)送超聲波的額定脈沖（ratepulse)。另外，發(fā)送延遲電路將從超聲波 探頭1產(chǎn)生的超聲波會聚成波束狀，并且對脈沖產(chǎn)生器所產(chǎn)生的各額定脈沖賦予為了確定 發(fā)送指向性所需的每個壓電振子的延遲時間。另外，脈沖產(chǎn)生器在基于額定脈沖的定時，對 超聲波探頭1施加驅動信號（驅動脈沖）。即，發(fā)送延遲電路使對各額定脈沖賦予的延遲時 間變化，從而任意地調整從壓電振子面發(fā)送的超聲波的發(fā)送方向。
[0037] 此外，收發(fā)部11為了基于后述的控制部18的指示執(zhí)行規(guī)定的掃描序列（scan sequence)而具有能夠瞬時地變更發(fā)送頻率、發(fā)送驅動電壓等的功能。特別是，發(fā)送驅動電 壓的變更通過能夠瞬間地切換其值的線性放大器型的發(fā)送電路、或者電切換多個電源單元 的機構來實現(xiàn)。
[0038] 另外，收發(fā)部11具有放大器電路、A/D(Analog/Digital:數(shù)/模）轉換器、接收延 遲電路、加法器、正交檢波電路等，對超聲波探頭1接收的反射波信號進行各種處理而生成 反射波數(shù)據(jù)。放大器電路按照每個信道（channel)放大反射波信號而進行增益修正處理。 A/D轉換器對進行增益修正后的反射波信號進行A/D轉換。接收延遲電路對數(shù)字數(shù)據(jù)賦予 確定接收指向性所需的接收延遲時間。加法器對被接收延遲電路賦予了接收延遲時間的反 射波信號進行加法處理。通過加法器的加法處理，強調來自與反射波信號的接收指向性相 應的方向的反射成分。
[0039] 而且，正交檢波電路將加法器的輸出信號轉換為基帶頻帶的同相信號（I信號，I: In-phase)與正交信號（Q信號，Q:Quadrature-phase)。而且，正交檢波電路將I信號以及 Q信號（以下，記載為IQ信號）作為反射波數(shù)據(jù)儲存于緩沖器12。此外，正交檢波電路也 可以將加法器的輸出信號轉換為RF(RadioFrequency:射頻）信號之后儲存于緩沖器12。 IQ信號、RF信號是包含相位信息的信號（接收信號）。以下，有時將收發(fā)部11所輸出的反 射波數(shù)據(jù)記載為接收信號。
[0040] 收發(fā)部11在掃描（二維掃描）被檢體P內(nèi)的二維區(qū)域的情況下從超聲波探頭1 向被檢體P內(nèi)的二維區(qū)域發(fā)送超聲波波束。并且，收發(fā)部11根據(jù)超聲波探頭1接收的二維 區(qū)域的反射波信號，生成二維的反射波數(shù)據(jù)。另外，收發(fā)部11在掃描（三維掃描）被檢體P 內(nèi)的三維區(qū)域的情況下從超聲波探頭1向被檢體P內(nèi)的三維區(qū)域發(fā)送超聲波波束。并且， 收發(fā)部11根據(jù)超聲波探頭1接收的三維區(qū)域的反射波信號，生成三維的反射波數(shù)據(jù)。
[0041] 緩沖器12是暫時存儲收發(fā)部11所生成的反射波數(shù)據(jù)（Ι/Q信號）的緩沖器。具 體而言，緩沖器12存儲幾個幀（frame)的量的Ι/Q信號、或者幾個體單位（volume)的量的 Ι/Q信號。例如，緩沖器