超聲波診斷裝置的制作方法

專利名稱：超聲波診斷裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用超聲波對被檢體內的診斷位置得到斷層像后顯示的超聲波診斷裝置，特別涉及能夠根據在時間序列上并列的一組RF信號幀數據，計算該圖像上各點的變形或彈性率，作為定量性地表示活體組織的硬度或柔度的彈性圖像顯示的超聲波診斷裝置。
背景技術：
現有技術的一般的超聲波診斷裝置，由下列部件構成向被檢體發送及接收超聲波的超聲波收發部；使用來自該超聲波收發部的反射回波信號，以所定的周期反復獲得包含運動組織在內的被檢體內的斷層像數據的斷層掃描部；顯示該斷層掃描部獲得的時間序列斷層像數據的圖像顯示部。然后，將被檢體內部的活體組織的結構，例如作為B模式像顯示。
與此不同，最近開始使用該超聲波裝置，用加壓裝置或超聲波探頭從被檢體的體表面人為地施加外力后，計測診斷部位的活體組織的變形及/或彈性率，根據變形或彈性率的數值數據(彈性幀數據)，作為彈性圖像，顯示組織的硬度的程度。作為這種超聲波裝置，在特開平5-317313公報或特開2000-60853公報等中有著記述。
可是，采用上述示例的超聲波診斷裝置進行的彈性幀數據的圖像化處理，在利用一系列的加壓或減壓操作的過程中取得的時間序列性地鄰接的2個RF信號幀數據之間的相關運算的關系方面，在構成這些多個RF信號幀數據的組的RF信號幀數據之間的時間間隔中被給予的加壓量或減壓量，沒有完全達到適合于描繪彈性圖像數據的加壓量或減壓量(通常為1％左右)時，存在著難以正確描繪出由彈性幀數據產生的彈性圖像的問題。
另外，在一系列的加壓或減壓操作的過程中，朝著傾斜方向及/或不均勻地給對象加壓或減壓后，對象物內的應力分布的時間性的變化和出現不連續的情況。在這種情況下，時間軸方向的一系列的彈性幀數據(變形數據)中，由于應力分布的時間性變化出現不連續的跳躍的座標區域，因此，即使是彈性圖像，也成為將包含時間性不連續的跳躍的區域作為雜波的圖像，存在難以進行圖像診斷的問題。

發明內容
本發明就是針對上述問題研制的，其目的在于，提供在彈性圖像診斷中，將彈性的差異作為圖像，有效地而且具有高S/N比地、在任意的情況下也能用所定的顯示梯度、穩定地圖像化的超聲波診斷裝置。
本發明的超聲波診斷裝置，包括包含產生超聲波的振子的超聲波探頭；與所述探頭連接，向被檢體發送、接收超聲波的超聲波收發電路；控制接收的超聲波的相位，生成RF信號幀數據的整(調)相加法電路；與所述整相加法電路連接，按照施加給被檢體的壓力的變化程度，能夠可變地構成輸出的RF信號幀數據的幀間隔的RF信號幀數據選擇部；與所述RF信號幀數據選擇部連接，根據輸入的一組RF信號幀數據，時間序列性地生成表示斷層像上的各點的變形或彈性率的彈性幀數據的彈性幀數據運算部；與所述彈性幀數據運算部連接，根據由所述運算部輸入的彈性幀數據，生成彈性圖像的彈性圖像生成部。
并且，在采用本發明的超聲波診斷裝置中，所述彈性圖像生成部，包括進行與作為對象的處理區域對應的多個彈性幀數據的統計處理，求出統計性特征量的統計處理電路；根據統計的特征量，給每個彈性幀數據設定將所述彈性幀數據圖像化的范圍的上限值和下限值的電路；使所述上限值和下限值與所定的顯示梯度的范圍對應，根據所述彈性幀數據生成彈性圖像數據的電路。
本發明的其它特征及優點，將在以下的參閱附圖講述本發明的實施示例中得到闡述。


圖1是表示采用本發明的超聲波診斷裝置的實施方式的方框圖。
圖2是表示圖1的RF信號幀數據選擇部的一種實施示例的圖形。
圖3是表示圖1的RF信號幀數據選擇部的另一種實施示例的圖形。
圖4是表示在超聲波探頭上安裝壓力計測部(壓力傳感器，計測探頭的頭部和被檢體之間的壓力的方法的一種示例的圖形。
圖5是表示圖1的彈性數據處理部的動作的一個實施示例的圖形。
圖6是表示圖1的彈性數據處理部的動作的其它實施示例的圖形。
圖7是表示在圖6的彈性數據處理部中，對彈性幀數據進行對數變換的前后的關系的圖形。
圖8是表示在圖6的彈性數據處理部中，組合多個函數后對彈性幀數據進行變換的的一個示例的圖形。
圖9是表示圖1的彈性數據處理部的動作的又一個其它實施示例的圖形。
圖10是表示加壓·減壓速度的時間性的變化和RF信號的取得時刻之間的關系的一個示例的圖形。
圖11A、11B是表示固定、設定彈性幀數據的上限值及下限值時的彈性圖像亮度分布的時間性變動的圖形。
圖12A、12B是在圖9的彈性數據處理部中，用統計學上的共同條件適當設定彈性幀數據的上限值及下限值時的彈性圖像亮度分布的時間性變動的圖形。
圖13是表示RF信號幀數據選擇部和彈性數據處理部一起動作的一個示例的圖形。
具體實施例方式
下面，參照附圖，詳細講述本發明的實施方式。圖1是表示采用本發明的超聲波診斷裝置的實施方式的方框圖。該超聲波診斷裝置，在利用超聲波對被檢體100的診斷部位獲得斷層像的同時，還能夠顯示表示活體組織的硬度或柔度的彈性圖像。該超聲波診斷裝置，如圖1所示，具有超聲波探頭101，發送電路102，接收電路103，整相加法電路104，信號處理部105，黑白掃描變換器106，圖像顯示器107，RF信號幀數據選擇部108，變位計測器109，壓力計測器110，變形及彈性率運算部11，彈性數據處理部112，彩色掃描變換器113，切換加法器114。
由超聲波探頭101、發送電路102、接收電路103、整相加法電路104及信號處理部105構成超聲波收發部。該超聲波收發部，使用超聲波探頭101，使超聲波波束在被檢體的體內以一定方向掃描，從而獲得一枚斷層像。超聲波探頭101是將多個振子矩形狀地排列而成，機械式或電子式地進行射束掃描，向被檢體發送及接收超聲波的裝置，雖然圖中未示出，但其中內置著和超聲波的發生源一起接收反射回波的振子。各振子通常具有下述功能將輸入的脈沖波或連續波的發送信號變換成超聲波后發射的功能，以及接收從被檢體的內部反射的超聲波后，變換成電氣信號的接收信號后輸出的功能。
發射電路102，在生成用于驅動超聲波探頭101使其產生超聲波的發射脈沖的同時，將由內置的發射整相加法電路所發射的超聲波的收斂點設定成某個深度。接收電路103，用所定的增益將用超聲波探頭101接收的反射回波信號放大。數量與被放大的各振子的數量對應的接收信號，分別作為獨立的接收信號輸入整相加法電路104。整相加法電路104輸入用接收電路103放大的接收信號，控制它們的相位，對一個或多個收斂點形成超聲波束。信號處理部105輸入來自整相加法電路104的接收信號，進行增益修正、記錄壓縮、檢波、輪廓強調、濾波處理等各種信號處理。
黑白掃描變換器106，使用所述超聲波收發部的信號處理部105輸出的反射回波信號，以超聲波周期取得包含運動組織的被檢體100內的RF信號幀數據，切換該RF信號幀數據，通過加法器114做媒介，在圖像顯示器107上顯示。由1個RF信號幀數據構成1枚圖像。這樣，黑白掃描變換器106由下列部件構成旨在以電視方式的周期依次讀出RF信號幀數據的斷層掃描部，以及旨在進行系統控制的各種控制電路，例如將來自信號處理部105的反射回波信號變換成數字信號的A/D變換器，時間系列地記憶用該A/D變換器數字化的斷層像數據的多枚幀存儲器，控制這些動作的控制器等。
圖像顯示器107顯示黑白掃描變換器106獲得的時間系列的斷層像數據，由通過切換加法器114做媒介將黑白掃描變換器106輸出的圖像數據變換成模擬信號的D/A變換器，和輸入來自該D/A變換器的模擬視頻信號后作為圖像顯示的彩色電視監視器構成。
在本實施方式中，在從整相加法電路104的輸出側分岔后，設置RF信號幀數據選擇部108和變位計測部109的同時，還與其并列設置壓力計測部110。在變位計測部109及壓力計測部110的后級，設置變形及彈性率運算部111、彈性數據處理部112和彩色掃描變換器113，在該彩色掃描變換器113和黑白掃描變換器106的輸出側，設置切換加法器114。
關于該實施方式涉及的RF信號幀數據選擇部108的動作，使用圖2進行講述。圖2是表示圖1的RF信號幀數據選擇部的一種實施示例的圖形。RF信號幀數據選擇部108，作為成為變位計測的基準之一的RF信號幀數據，任意選擇追溯到過去的幀數(與現在的幀數據的幀間隔數)。就是說，RF信號幀數據選擇部108以超聲波診斷裝置的幀速率，將整相加法電路104時間系列地一個接一個地輸出的RF信號幀數據，依次在幀存儲器1081內確保。RF信號幀數據選擇部108將幀存儲器1081內現在時刻確保的最新的數據，作為RF信號幀數據Q。RF信號幀數據選擇部108按照來自超聲波診斷裝置的控制部200的控制命令，時間性地從過去的RF信號幀數據Q—1、Q—2、Q—3、…、Q—M中選擇1個RF信號幀數據，將它作為RF信號幀數據R，暫時存入RF信號幀數據選擇電路1082中。RF信號幀數據選擇部108將存入幀存儲器1081的最新的RF信號幀數據Q和存入RF信號幀數據選擇電路1082的RF信號幀數據R，并列地向變位計測部109輸出。
就是說，RF信號幀數據選擇部108，首先作為構成向變位計測部109發送的1組RF信號幀數據的過去的RF信號幀數據R，不僅可以選擇與現在的RF信號幀數據Q時間性地鄰接的RF信號幀數據Q—1，而且可以任意選擇作為過去的RF信號幀數據R，去掉M幀(M＝1、2、3、…)后的RF信號幀數據Q—M。此外，幀間隔數M(M＝1、2、3、…)，在通過超聲波收發部做媒介給予被檢者的壓力變化不能太大時，可以通過超聲波診斷裝置的用戶接口任意設定·變更。
圖3是表示圖1的RF信號幀數據選擇部的另一種實施示例的圖形。圖3的RF信號幀數據選擇部108，按照來自超聲波診斷裝置的控制部200的控制指令，將在過去某個情況P中取得的RF信號幀數據P在幀存儲器1081中確保。RF信號幀數據選擇電路1082不更新幀存儲器1081中確保的RF信號幀數據P，而是作為過去的在任意情況下的RF信號幀數據，經常參照。這樣，由現在確保的RF信號幀數據Q和RF信號幀數據P構成的1組RF信號幀數據，就被輸入變位計測部109。是否采用圖3所示的功能 采用時，何時取得RF信號幀數據P等的設定，在通過超聲波收發部做媒介給予被檢者的壓力變化不能太大時，可以通過超聲波診斷裝置的用戶接口任意切換·設定·變更。
將構成1組RF信號幀數據的過去和現在的RF信號幀數據的間隔限定成為鄰接幀時，在構成在一系列的加壓或減壓操作的過程中取得的多個RF信號幀數據組的RF信號幀數據之間的時間間隔中被給予的加壓量或減壓量，有時沒有完全達到適合于描繪彈性圖像數據的加壓量或減壓量(通常為1％左右)。與此不同，如圖2及圖3所示，構成RF信號幀數據選擇部后，可以將過去和現在的RF信號幀數據之間的間隔設定得很大。這在超聲波檢查中，由于受到被檢者的體格方面的物理性的制約，一系列的加壓或減壓的速度不能太大的情況下，非常有用。用戶可以觀看彈性圖像的變化狀況，任意設定·變更幀間隔。
變位計測部109根據RF信號幀數據選擇部108選擇的1組RF信號幀數據，實施1維或2維相關處理，計測斷層像上的各點的變位或移動矢量(變位的方向和大小)。作為該移動矢量的檢出方法，例如，有特開平5—317313號公報記述的那種塊匹配法和傾斜法。塊匹配法是將圖像劃分成例如由N×N像素構成的塊，從上一幀開始尋找與現在的幀中著眼的塊最近似的塊，參照它進行預測代碼化。
斷層像上的各點的變位或移動矢量，還可以根據來自被檢體表面的探頭的移動量求出。
探頭的移動量，可以使用特開平10-151131號公報記述的、分別具有固有的3軸正交系的座標空間的發射機和接收后求出。如果將接收機設置在探頭內，而將發射機不動地設置在被檢體的附近，就能夠知道接收機在用發射機設定的座標空間中的位置。這樣，可以求出隨著將壓力施加給被檢體后移動的探頭的移動量。例如，發射機用產生3軸正交系的磁場的磁場發生線圈構成，接收機用能夠檢出3軸正交系的磁場的線圈構成。將發射機和接收機配置成各自的3軸正交系的磁場的磁場發生線圈和磁場檢出線圈的線圈面相互正交。交流電流流入發射機的各線圈后，使其產生交流磁場。產生的交流磁場用接收機的檢出線圈檢出。利用未圖示的運算裝置計算檢出磁場的各方向成分及其磁場強度，可以知道發射機和接收機的位置關系。使RF信號幀數據反映由計算出來的位置關系求出的探頭的移動量。或者根據算出的移動量本身，求出彈性幀數據。
壓力計測部110計測或推定被檢體100的診斷部位的活體內壓力。該超聲波診斷裝置，采用使用設置在探頭部1011上的超聲波探頭101，在控制部200的控制下，一邊進行超聲波收發，一邊利用設置在探頭部1011上的壓力器115加壓或減壓，將應力分布給予被檢體100的診斷部位的體腔內的方法。該方法，為了計測在探頭部1011和被檢體100之間外加著多大程度的壓力，例如如圖4所示，在探頭部1011的側面安裝能夠檢出向棒狀部件施加的壓力的壓力傳感器1012，在任意的情況下測量探頭部1011和被檢體100之間的壓力，將測到的壓力值發送給變形及彈性率運算部111。此外，在圖4中，還可以安裝被安裝到探頭部1011上后自動給活體加壓·減壓的加壓器115。
變形及彈性率運算部111，根據分別由變位計測部109及壓力計測部110輸出的移動量(變位△L)及壓力的變化(△P)，計算斷層像上各點的變形及彈性率，生成變形或彈性率的數值數據(彈性幀數據)，將它向彈性數據處理部112輸出。關于變形及彈性率運算部111進行的變形運算，例如，可以不需要壓力的數據，而將其變位△L空間微分(△L/△X)后求出。△X表示座標的變位。另外，關于彈性率之一的楊氏模量Ym的運算，可以通過用移動量的變化除壓力的變化的下列公式求出。
Ym＝(△P)/(△L/L) 式中L是原來的長度。
圖5是表示圖1的彈性數據處理部的動作的一個實施示例的圖形。彈性數據處理部112將從變形及彈性率運算部111時間序列地一個個輸入的彈性幀數據X依次在幀存儲器1121內確保。彈性數據處理部112將在幀存儲器1121內現在確保的彈性幀數據作為彈性幀數據N。然后，在幀存儲器1121內，按照N、N—1、N—2、…、N—M的順序，時間序列性地記憶彈性幀數據。加法平均處理電路1122，按照來自超聲波診斷裝置的控制部200的控制指令，從幀存儲器1121確保的彈性幀數據中，從最接近現在的數據起，依次選擇M幀彈性幀數據。加法平均處理電路1122根據從幀存儲器1121中選擇的現在的彈性幀數據N及過去的M幀彈性幀數據N—1、N—2、…、N—M，進行相同的座標數據點彼此的加法平均處理。將由該加法平均處理獲得的彈性幀數據，作為現在的彈性幀數據Y發送給彩色掃描變換器113。此外，在彈性幀數據的加法平均處理中選擇的過去的彈性幀數據的幀數M，和是否采用彈性幀數據的加法平均處理功能，可以在超聲波診斷裝置的用戶接口中任意地設定·變更。
用公式表示上述動作，就成為如下所示。
(彈性幀數據Y)i，j＝{(彈性幀數據N)i，j+(彈性幀數據N—1)i，j+(彈性幀數據N—2)i，j+…+(彈性幀數據N—M)i，j}÷(M+1)式中，指標i，j表示各幀數據的座標。
采用該實施方式的彈性數據處理部中的加法平均處理部1122，通過進行在時間軸方向的彈性幀數據之間的加法平均處理，可以緩和朝著傾斜方向不均勻地給對象加壓或減壓后對象物內的應力分布具有的在時間上不連續的跳躍的區域，使之變成連續性的，從而能夠減少雜波。
圖6是表示圖1的彈性數據處理部的動作的另一個實施示例的圖形。該實施示例的彈性數據處理部112，對輸入的彈性幀數據進行對數變換。彈性數據處理部112在幀存儲器1123內確保從變形及彈性率運算部111時間序列地一個個輸出的彈性幀數據X，由壓縮處理電路1124根據反映來自超聲波診斷裝置的控制部200的控制指令的指令的彈性幀數據和彈性圖像數據之間的對應關系，進行數據的對數變換，將變換后彈性幀數據的作為彈性幀數據Y，發送給彩色掃描變換器113。圖6的彈性數據處理部112進行的對數處理，如果將輸入的彈性幀數據用[(彈性幀數據X)i，j]表示，輸出的彈性幀數據用[(彈性幀數據Y)i，j]表示，就可以用下述公式表示。
(彈性幀數據Y)i，j＝A×Log10[B×{(彈性幀數據X)i，j+C}+1]式中，指標i，j表示各幀數據的座標，另外，上述A、B、C分別表示某個常數。特別是上式中的常數A、B、C的值的組合，和是否采用壓縮處理功能，可以在超聲波診斷裝置的用戶接口中任意地設定·變更。
特別是在采用彈性圖像的圖像診斷中，在明確地檢出懷疑是癌組織的硬化部位時具有非常大的意義，能夠醒目地描繪出堅硬區域是十分重要的。作為活體組織的性狀，例如有報告說在乳腺區域中，脂肪組織和癌組織的硬度差異高達數十倍(T.A.Krouskopet al，Ultrasonic Imaging，1998)。可是，采用現有的超聲波診斷裝置的旨在用彩色顯示的色調信息變換單元或旨在用黑白濃度顯示的黑白亮度變換單元中的彈性幀數據的彈性圖像化，由于彈性幀數據的各值和彈性圖像數據的各值具有圖7的虛線所示的線性關系，所以要在同一個彈性圖像中描繪這些組織的硬度的差異時，無論將彈性幀數據的哪個區域作為圖像化范圍選擇，柔軟的區域和堅硬的區域這兩個區域之間的硬度的空間性的變化過程也只能用線性關系描繪，難以使堅硬區域突出，作為硬化部位的輪廓掌握。就是說，只有極端柔軟的區域和極端堅硬的區域這兩個區域被突出描繪，成為將它2值化的圖像，難以將硬度由柔軟的區域向堅硬的區域變化的很大的硬度變化過程作為色調信息或黑白亮度信息適當地表現。所以，作為彈性圖像診斷，有時很難判定硬化的癌組織的大小。但像上述實施方式那樣，在彈性數據處理部112中使用壓縮處理電路1124后，就能夠如圖7的實線所示，在輸入的彈性幀數據中，在具有較小的值的區域(堅硬部分的區域)，成為座標空間性的值的變化敏感的彈性幀數據；而在具有較大的值的區域(柔軟部分的區域)，則成為座標空間性的值的變化遲鈍的彈性幀數據。在根據彈性數據處理部112輸出的彈性幀數據生成彈性圖像數據時，由于能夠醒目地顯示堅硬區域，所以易于掌握硬化部位的輪廓。
作為圖6的彈性數據處理部112的壓縮處理電路1124進行的數據變換處理，以對數變換為例進行了講述。但是也可以使用具有達到上述目的的特性的其它變換函數進行壓縮處理。例如，可以將A、B作為常數，使用Y＝A×(1—Exp(—B×X))等。另外，還可以準備多種變換函數，用超聲波診斷裝置的用戶接口任意地設定·變更。進而，例如還可以用圖8所示的那種多條曲線構成一個變換函數。在圖8的函數中，可以將交點G上下左任意設定·變更。這樣，可以自由設定堅硬部分和柔軟部分的靈敏度。
圖9是表示圖1的彈性數據處理部112的動作的又一個實施示例的圖形。圖9的彈性數據處理部112，對輸入的彈性幀數據進行統計處理。就是說，圖9的彈性數據處理部112在彈性數據處理部112的幀存儲器1123內確保從變形及彈性率運算部111時間序列地一個個輸出的彈性幀數據X。彈性數據處理部112的統計處理電路1125，在反映來自超聲波診斷裝置的控制部200的控制指令(統計處理區域信息)的指令的彈性幀數據的坐標區域中，進行彈性幀數據的統計處理，將其結果——統計性特征量作為基準，決定作為在生成彈性圖像數據之際圖像數據化的范圍而選擇的彈性幀數據的上限值及下限值，將彈性幀數據Y和上限值及下限值發送給彩色掃描變換器113。彈性幀數據Y，既可以是處理區域的任意的彈性幀數據X，也可以是平均值。
作為圖9的統計處理電路1125中的統計性特征量，例如，可以求出平均值、離散值，再將輸入的彈性幀數據表示為[(彈性幀數據X)i，j]后，用下式表示平均值及離散值。
(平均值)＝[∑(彈性幀數據X)i，j]÷(處理區域數據數)(離散值)2＝[∑{(彈性幀數據X)i，j—(平均值)}2]÷(處理區域數據數)其中，上式中的∑，表示反映來自超聲波診斷裝置的控制部200的控制指令——統計處理區域信息1126的彈性幀數據的坐標區域中的要素的和。
此外，作為生成彈性圖像數據之際圖像數據化的范圍而選擇的彈性幀數據的上限值及下限值，可以作為(上限值)＝(平均值)+(常數D)×(離散值){或(上限值)＝(常數D’)×(平均值)}(下限值)＝(平均值)—(常數E)×(離散值){或(下限值)＝(常數E’)×(平均值)}求出，將求出的上限值及下限值發送給彩色掃描變換器113。另外，在超聲波診斷裝置的用戶接口中，可以任意設定·變更常數D或D’以及E或E’。進而，還可以用上式只設定上限值及下限值內的一個，將另一個設定成不反映彈性幀數據的統計性的特征的固定值。例如，可以將下限值固定成變形量0％，將上限值設定成平均值+2×離散值。
圖10是表示加壓·減壓速度的時間性的變化和RF信號的取得時刻之間的關系的一個示例。由圖10可知在一系列的加壓或減壓的操作過程中，加壓或減壓的速度V變動時，將用RF信號幀數據S1和RF信號幀數據S2的組求出的彈性幀數據，作為E1；將用RF信號幀數據S2和RF信號幀數據S3的組求出的彈性幀數據，作為E2；將用RF信號幀數據S3和RF信號幀數據S4的組求出的彈性幀數據，作為E3；將用RF信號幀數據S4和RF信號幀數據S5的組求出的彈性幀數據，作為E4。將縱軸作為數據要素的個數，橫軸作為變形量，用相同的刻度示意性描繪各彈性幀數據E1～E4的同一座標區域的統計分布(直方圖)后，就成為圖11A、11B所示。
如圖11A所示，時間序列地取得的一系列彈性幀數據中的同一區域的彈性幀數據E1～E4，隨著時間而變動。就是說，意味著在一系列的加壓或減壓的操作過程中，在加壓或減壓的速度變動時，時間序列地取得的一系列彈性幀數據中的同一區域的彈性幀數據就按照加壓或減壓的速度的變動而變動。在采用現有技術的超聲波診斷裝置的色調信息變換單元或黑白亮度信息變換單元中的彈性幀數據的彈性圖像化中，彈性幀數據的各值和彈性圖像化的各值被一對一地固定、對應。例如，在圖11A、11B所示的那種彈性幀數據E2中，將最佳化時的上限值及下限值，作為在任意的情況中的彈性幀數據E1～E4的上限值及下限值，生成彈性圖像數據EP1～EP4。這時，在彈性幀數據E3的情況下，計算出變形比較大的區域成為不能圖像化的彈性圖像數據EP3，反之，在彈性幀數據E1的情況下，計算出變形比較小的區域成為不能圖像化的彈性圖像數據EP1。在取得彈性幀數據E2的情況下的那種梯度性最佳化的彈性圖像數據EP2的那種彈性圖像數據，不一定能夠在任意的情況下生成。
這樣，在采用現有技術的超聲波診斷裝置的彩色掃描變換器中的彈性幀數據的彈性圖像化，在加壓或減壓速度變動時，與之相應，時間序列地取得的一系列的彈性圖像數據中的同一區域的黑白亮度或色調變動了的圖像(參照圖11B)，成為難以進行圖像診斷的圖像。就是說不一定在所有的情況下，該固定的對應關系能夠使彈性圖像的對比度最佳化。與此不同，在圖9的彈性數據處理部中的統計處理電路中，在圖10所示的那種一系列的加壓或減壓操作過程中，加壓或減壓速度V變動時，在任意的情況下，實施彈性幀數據的統計處理，將該統計性特征量作為基準，設定圖像化范圍的上限值及下限值。例如，如圖12A所示，將(平均值)±(常數D)×(離散值)作為圖像范圍，對任意情況的彈性幀數據進行計算。在這里，將常數D作為任意情況下的共同值。這樣，對彈性幀數據的每一個，設定最佳的圖像化范圍。
將如此求出的任意情況下的彈性幀數據的統計學上的共同的上限值及下限值，發送給彩色掃描變換器，在該上限值及下限值的范圍內生成彈性圖像數據，從而可以生成圖12B所示的那種在任意的情況下將彈性幀數據要素有效地梯度化的彈性圖像數據EP11～EP14。采用該實施方式涉及的彈性數據處理部中的統計處理電路后，即使加壓或減壓速度變動時，也能夠抑制時間序列性地取得的一系列的彈性圖像數據中的同一區域的黑白亮度或色調的變動，用在時間上穩定的所定的顯示質量提供圖像，從而有易于進行圖像診斷。就是說，可以在任何情況下，都能夠使超過彈性圖像數據內的顯示梯度的上限值的像素數的比率和未達到下限值的像素數的比率標準化為一定的分布曲線，能夠獲得抑制黑白亮度或色調的變動的圖像。
在圖12A、12B中，生成各彈性幀數據具有的變形的平均值與所定的顯示梯度范圍的中央部位對應的彈性圖像數據。
在上述的實施方式中，作為RF信號幀數據選擇部的動作之一，講述了選擇1組RF信號幀數據，將這1組RF信號幀數據之間的幀間隔數作為可變的情況。另外，作為彈性數據處理部中的動作的一個示例，講述了在彈性數據處理部具有的統計處理電路中，進行彈性幀數據的統計處理的情況。下面，講述RF信號幀數據選擇部和彈性數據處理部一起動作的情況。
圖13是表示RF信號幀數據選擇部和彈性數據處理部一起動作的一個示例的圖形。首先，在RF信號幀數據選擇部108中，將生成本次的彈性幀數據之際采用的1組RF信號幀數據之間的幀間隔數的信息(本次的幀間隔數信息131)發送給彈性數據處理部112的幀間隔最佳化電路1127。進而，由彈性數據處理部112的統計處理電路1125對本次的彈性幀數據進行統計處理，將其結果——統計性特征量，發送給幀間隔最佳化電路1127。幀間隔最佳化電路1127根據RF信號幀數據選擇電路1082輸出的本次的幀間隔數信息131和統計處理電路1125輸出的本次的彈性幀數據的統計性特征量的信息，作為生成下次的彈性幀數據之際采用的1組RF信號幀數據之間的幀間隔數，計算最佳的幀間隔數，將該最佳的幀間隔數的信息，作為下次的幀間隔數信息131反饋給RF信號幀數據選擇電路1082。RF信號幀數據選擇電路1082根據幀間隔最佳化電路1127輸出的最佳的幀間隔數(下次的幀間隔數信息131)，設定生成下次的彈性幀數據之際采用的1組RF信號幀數據之間的幀間隔數。
下面，講述幀間隔最佳化電路1127的動作的一個示例。作為生成本次的彈性幀數據的1組RF信號幀數據的幀間隔數的信息(本次的幀間隔數)的和本次的彈性幀數據的統計處理結果，將變形量的平均值輸入幀間隔最佳化電路1127，將常數H作為0.5～2.5的范圍時求出的最佳的幀間隔數，可以通過下式求出。
(最佳的幀間隔數)＝(常數H)×(本次的幀間隔數)÷(變形量的平均值)這樣求出的最接近最佳的幀間隔數的自然數，作為生成下次的彈性幀數據的1組RF信號幀數據的幀間隔數的信息(下次的幀間隔數信息132)，發送給RF信號幀數據選擇電路1082。例如作為常數H，設定為“1”時，作為下次的彈性幀數據中的變形量，預測可以獲得約1％左右的數值的幀間隔數，就被發送給RF信號幀數據選擇部。
根據彈性圖像進行的圖像診斷中的堅硬的區域和柔軟的區域的分辯能，在取得1組RF信號幀數據之間的時間間隔中，對被物理性地給予的加壓或減壓量具有很大的依賴性，據說通常作為結果，在給予0.5％～2.5％左右的變形量的加壓量或減壓量的范圍中，可以獲得對比分辯度最高的彈性像。如圖13所示的實施方式那樣，構成RF信號幀數據選擇部108和彈性數據處理部112的幀間隔最佳化電路1127一起動作時，作為彈性像，即使在大大超出變形量的最佳范圍的那種瞬時變大或瞬時變小地加壓或減壓的過程中，通過將1組RF信號幀數據之間的幀間隔數最佳化，也能夠與那種事態瞬時對應，在時間上穩定地描繪出對比分辯度很高的彈性像。
彩色掃描變換器113，具有輸入規定由彈性數據處理部112輸出的彈性幀數據和由超聲波診斷裝置的控制部200輸出的命令或彈性數據處理部112輸出的彈性幀數據中的梯度化選擇范圍的上限值及下限值，在根據該彈性幀數據生成彈性圖像數據之際賦予紅、綠、藍等色調信息的色調信息變換部。該色調信息變換部進行動作例如，將在彈性數據處理部112輸出的彈性幀數據中計測到的很大的變形的區域，在彈性圖像數據內變換成紅色代碼；反之，將計測到的很小的變形的區域，在彈性圖像數據內變換成藍色代碼。另外，彩色掃描變換器113也可以用上述的黑白掃描變換器106構成。這時，可以將計測到的很大的變形的區域，在彈性圖像數據內用明亮的亮度顯示；將計測到的很小的變形的區域，在彈性圖像數據內用暗淡的亮度顯示。另外，還可以使用通過將圖2、圖3的RF信號幀數據選擇部108和圖5、圖6、圖9或圖13所示的那種發揮不同作用的彈性數據處理部組合后構成的彈性數據處理部和彩色掃描變換器113，生成彈性圖像數據。
進而，由于切換加法器114成為輸入來自黑白掃描變換器106的黑白斷層像數據和來自彩色掃描變換器113的彩色彈性圖像數據，將兩圖像相加或切換的單元，所以可以切換成只輸出黑白斷層像數據，或只輸出彩色彈性圖像數據，或者將兩圖像相加合成后輸出。另外，例如，還可以如特開2000-60853所記述的那樣，在兩個畫面中同時顯時黑白斷層像和由彩色或黑白掃描變換器產生的黑白彈性圖像。由切換加法器114輸出的圖像數據，被圖像顯示器107輸出。
作為圖像的其它顯示示例，還可以將黑白斷層像和黑白彈性圖像不相加地發送給圖像顯示器107，在一個顯示畫面中將黑白斷層像和彩色彈性圖像重疊地顯示。另外，還可以將黑白斷層像和黑白彈性圖像在同一個顯示畫面上同時顯示兩個畫面。另外，黑白斷層像并不局限于一般的B像，也可以使用選擇接收信號的高頻成分后圖像化的細胞組織諧波斷層像。另外，同樣取代黑白斷層像，也可以顯示細胞組織多普勒像。另外，還可以通過各種組合選擇2個畫面上顯示的圖像。
此外，關于上述的彈性圖像的形成，講述了求出活體組織的變形或楊氏模量Ym后，生成彈性圖像數據的情況。但在本發明中，并不局限于此。例如，可以使用剛性參數β、壓彈性系數Ep、增量彈性系數Einc等其它參數后，計算彈性率(可參閱特開平5-317313號)。
另外，在圖1所示的中，講述了使超聲波探頭接觸被檢體的體表面的情況。但本發明并不局限于此。使用食道內窺鏡或血管內窺鏡時，也同樣能夠適用。采用本實施方式后，可以實現超聲波診斷裝置的高可靠性和穩定性。
采用本發明后，可以在任意時刻中高分辯度地而且穩定地描繪彈性圖像，另外同時，通過實現現有技術的用動畫圖像視覺性表現醫生觸診時的反映的單元，從而能夠提供保持超聲波診斷的實時性、簡便性、在臨床上有有用處的超聲波裝置。
上述記述主要講述了實施示例。但本發明并不局限于此，可以在本發明的精神及添附的權利要求書的范圍內，進行各種變更及修正。這在本領域技術人員中是不言而喻的。
權利要求
1.一種超聲波診斷裝置，包括包含產生超聲波的振子的超聲波探頭；與所述探頭連接，向被檢體發送、接收超聲波的超聲波收發單元；控制所接收的超聲波的相位，生成RF信號幀數據的整相加法單元；能夠可變地構成所述RF信號幀數據的幀間隔的RF信號幀數據選擇部；根據一組RF信號幀數據，時間序列性地生成表示斷層像上的各點的變形或彈性率的彈性幀數據的彈性幀數據運算部；以及根據所述彈性幀數據，生成彈性圖像的彈性圖像生成部。
2.如權利要求1所述的超聲波診斷裝置，其特征在于，所述彈性圖像生成部，包括對從所述運算部輸入的第1彈性幀數據實施數據變換處理，時間序列地生成第2彈性幀數據，以便能夠以所定的顯示梯度連續顯示彈性圖像的彈性幀數據處理部；和根據所述第2彈性幀數據，以所述所定的顯示梯度生成彈性圖像數據的彈性圖像數據生成部。
3.如權利要求1所述的超聲波診斷裝置，其特征在于所述RF信號幀數據選擇部，包括選擇并輸出所輸入的最新的RF信號幀數據與該最新的RF信號幀數據的M幀之前的RF信號幀數據的選擇單元，其中，M是整數。
4.如權利要求1所述的超聲波診斷裝置，其特征在于所述RF信號幀數據選擇部，包括選擇并輸出所輸入的最新的RF信號幀數據與過去輸入的所定的RF信號幀數據的選擇單元。
5.如權利要求2所述的超聲波診斷裝置，其特征在于所述彈性幀數據處理部，包括對與同一座標對應的多個所述第1彈性幀數據進行加法平均處理后，生成第2彈性幀數據的加法平均處理單元。
6.如權利要求2所述的超聲波診斷裝置，其特征在于所述彈性幀數據處理部，包括對所述第1彈性幀數據進行壓縮處理，生成所述第2彈性幀數據，從而使與被檢體內部的組織的堅硬部位對應的彈性幀數據的變化量大于與組織的柔軟部位對應的變化量的壓縮處理單元。
7.如權利要求6所述的超聲波診斷裝置，其特征在于所述彈性幀數據處理部，包括對所述第1彈性幀數據進行對數變換，生成所述第2彈性幀數據的壓縮處理單元。
8.如權利要求6所述的超聲波診斷裝置，其特征在于所述彈性幀數據處理部，包括用第1直線表示與所述組織的堅硬部位對應的第1彈性幀數據，用第2直線表示與所述組織的柔軟部位對應的第2彈性幀數據，將所述第1、第2直線的交點設定在任意的位置，生成所述第2彈性幀數據的處理單元。
9.如權利要求1所述的超聲波診斷裝置，其特征在于，所述彈性圖像生成部，包括對與作為對象的處理區域對應的多個彈性幀數據進行統計處理，求出統計性特征量的統計處理單元；根據所述統計性特征量，給每個彈性幀數據設定將所述彈性幀數據圖像化的范圍的上限值和下限值的單元；以及使所述上限值和下限值與所定的顯示梯度范圍對應，由所述彈性幀數據生成彈性圖像數據的單元。
10.如權利要求9所述的超聲波診斷裝置，其特征在于，所述彈性圖像生成部，包括求出所述多個彈性幀數據的平均值和離散值，并根據所述平均值和離散值，決定所述上限值和下限值中的至少一個的單元。
11.如權利要求9所述的超聲波診斷裝置，其特征在于，所述彈性圖像生成部，包括接收在生成由所述RF信號幀數據選擇部構成本次的圖像而使用的彈性幀數據之際所采用的一組RF信號幀數據之間的幀間隔數，根據所輸入的所述幀間隔數和所述統計性特征量，計算出在生成構成下一個圖像而使用的彈性幀數據之際所應該采用的一組RF信號幀數據的最佳的幀間隔數的幀間隔最佳化單元，所述RF信號幀數據選擇部，包括與所述幀間隔最佳化單元連接，根據由該幀間隔最佳化單元所輸入的所述最佳的幀間隔數，決定在生成構成下一個圖像而使用的彈性幀數據之際所應該采用的一組RF信號幀數據的幀間隔數的單元。
12.如權利要求11所述的超聲波診斷裝置，其特征在于所述幀間隔最佳化單元，包括根據所述輸入的幀間隔數和所述變形量的平均值，計算所述最佳幀間隔數的單元。
13.如權利要求1所述的超聲波診斷裝置，其特征在于，所述的超聲波診斷裝置還包括分別具有固有的3軸正交系的座標空間的發射機和接收機，所述探頭包含所述發射機和接收機中的一方，而所述發射機和接收機中的另一方固定設置在所述探頭附近，所述彈性幀數據運算部，包括根據所述接收機的檢出數據，生成所述彈性幀數據的單元。
14.一種彈性圖像數據的生成方法，應用于具有超聲波的收發部、使接收的超聲波的相位一致后生成RF信號幀數據的整相加法單元、以及根據RF信號幀數據生成彈性圖像數據的彈性圖像生成部的超聲波診斷裝置中，包括時間序列地選擇幀間隔為M的2個RF信號幀數據的步驟，其中，M是正整數；根據所述選擇的2個RF信號幀數據，時間序列地生成表示斷層像上的變形或彈性率的彈性幀數據的步驟；以及給所述彈性幀數據的每一個設定圖像化范圍，由所述彈性幀數據生成彈性圖像數據的步驟。
15.如權利要求14所述的彈性圖像數據的生成方法，其特征在于，所述生成彈性圖像數據的步驟，包括根據處理區域中的多個彈性幀數據，求出統計性特征量的步驟；根據所述統計性特征量，求出所述圖像化范圍的上限值和下限值的步驟；以及使所述上限值和下限值與所定的顯示梯度對應，由所述彈性幀數據生成彈性圖像數據的步驟。
16.如權利要求15所述的彈性圖像數據的生成方法，其特征在于，所述求出上限值和下限值的步驟，包含根據統計處理后獲得的平均值和離散值，設定所述上下限值中的至少一個的步驟。
17.如權利要求14所述的彈性圖像數據的生成方法，其特征在于，所述生成彈性圖像數據的步驟，包括使各彈性幀數據的變形的平均值，與所定的顯示梯度范圍的中央部對應地生成彈性圖像數據的步驟。
全文摘要
一種超聲波診斷裝置，包括通過探頭做媒介，向被檢體發送、接收超聲波的超聲波收發電路；控制接收的超聲波的相位，生成RF信號幀數據的整相加法電路；按照施加給被檢體的壓力的變化程度，能夠可變地構成輸出的RF信號幀數據的幀間隔的RF信號幀數據選擇部；給根據RF信號幀數據生成的彈性幀數據的每一個，設定最佳的圖像化范圍，生成彈性圖像的彈性圖像生成部的超聲波診斷裝置。
文檔編號A61B8/00GK1738576SQ200480002280
公開日2006年2月22日 申請日期2004年1月14日 優先權日2003年1月15日
發明者松村剛, 玉野聰, 三竹毅, 椎名毅 申請人:株式會社日立醫藥