超聲圖像處理裝置和程序的制作方法

超聲圖像處理裝置和程序的制作方法
【專利摘要】本發明提供了超聲圖像處理裝置和程序。本發明生成多普勒波形圖像，其可見度依照測量條件的改變而適當地改善。所述超聲診斷裝置配備有：頻率分析單元，其對在向被檢測對象發送和在所述被檢測對象中反射之后所接收的超聲波的多普勒移頻分量生成頻譜數據；以及列數據生成單元，用于基于所述頻譜數據來生成列數據，其中依照相應頻率規定多個像素的陣列，并且各像素值表示所述多普勒移頻分量的大小。該超聲診斷裝置確定在之前指定的時間點處的列數據的每一個像素是否是噪聲像素，并且通過使像素值與0至小于1的加權因子（w）相乘來調整被確定為噪聲像素的像素值。
【專利說明】超聲圖像處理裝置和程序
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超聲圖像處理裝置，尤其涉及對噪聲像素執行的處理的改善。
【背景技術】
[0002]通過使用多普勒方法來測量例如被檢測對象的血流速度的超聲診斷裝置被廣泛使用。這些超聲診斷裝置例如是連續波多普勒設備、脈沖多普勒設備等等。連續波多普勒設備將作為連續波的超聲波發送至被檢測對象。此后，該設備沿時間軸順序地接收由被檢測對象反射的超聲波，并且使用超聲波的多普勒移頻分量來顯示代表時間變化的多普勒波形。脈沖多普勒設備以預定的時間間隔將脈沖調制的超聲波發送至被檢測對象。此后，該設備在與待檢查的區域的深度一致的時刻接收由被檢測對象反射的超聲波并且使用超聲波的多普勒移頻分量來顯示多普勒波形。
[0003]對于脈沖多普勒設備，待測量的速度根據發送脈沖調制波的時間間隔而受限制。另一方面，對于連續波多普勒設備則沒有這種限制，并且待測量的速度的上限高于使用多普勒方法的其他設備的待測量的速度的上限。因此，連續波多普勒設備頻繁地用于快速診斷由于循環系統疾病引起的血流的有/無。
[0004]通常，噪聲可能由于外部噪聲、熱噪聲和電路的非線性等而出現在通過超聲診斷裝置獲取的圖像上，并且可能會使該圖像的可見度降低。因此，已經提出了用于改善通過超聲診斷裝置獲得的圖像的可見度的技術。例如，在專利文件I至專利文件3中，描述了用于增強通過超聲診斷裝置獲得的圖像的輪廓的技術。在這些專利文件中描述的超聲診斷裝置計算包含目標像素的預定區中的像素群的像素值的均值和方差。此后，目標像素的像素值基于該目標像素的值與由此獲得的均值和方差之間的差值而改變，并且圖像的可見度被增強。
[0005]此外，在專利文件4中描述了一種超聲多普勒診斷裝置。該裝置獲得位于離表示零速度的基線預定距離處的多普勒波形圖像區作為數據樣本區，并且使用該區中各像素的亮度分布來檢測基準噪聲電平。此后，使用基準噪聲電平來對多普勒波形執行自動跟蹤。
[0006]引用列表
[0007]專利文件
[0008]PTLl:特開平2-164352號日本專利
[0009]PTL2:特開平4-122359號日本專利
[0010]PTL3:特開平4-12741號日本專利
[0011]PTL4:特開平7-241291號日本專利

【發明內容】

[0012]技術問題
[0013]連續波多普勒設備使用所接收到的超聲信號來獲得多普勒移頻分量的頻譜。隨后，基于隨時間經過而順序獲得的多個頻譜，圖10中所示的多普勒波形圖像被顯示。在該圖中，水平軸表示時間，并且縱軸表示速度。在該多普勒波形圖像中，在沿縱軸的列上布置的多個像素的像素值的每一個，表示在相應時刻的頻譜。用這種方式，連續波多普勒設備基于隨時間經過而順序獲得的多個頻譜來顯示多普勒波形圖像。
[0014]當執行診斷時，連續波多普勒設備可以改變測量條件，例如被檢測對象的位置、超聲波的發送與接收的地點以及超聲波發送與接收的方向。在這種狀況下，優選的是，對隨時間經過而順序獲得的頻譜數據執行依照測量條件的改變來適當地提高可見度的處理。然而，根據現有技術，執行與測量條件的改變一致的處理有時是困難的。
[0015]本發明通過解決上述問題而被提供。本發明的一個目的是生成多普勒波形圖像，其可見度依照測量條件的改變而適當地增強。
[0016]問題的解決方案
[0017]根據本發明，一種超聲圖像處理裝置，其生成表示待測量的對象的速度的多普勒波形圖像，其特征在于包括:
[0018]頻率分析單元，用于對已經向被檢測對象發送和從所述被檢測對象反射并隨后被接收的超聲波的多普勒移頻分量生成頻譜數據；
[0019]列數據生成單元，用于使用所述頻譜數據來生成列數據，依照相應頻率規定列數據的多個像素的排列，并且各像素值表示所述多普勒移頻分量的大小；
[0020]窗指定單元，用于在通過使用以時間序列生成的多組列數據而形成的多普勒波形圖像中指定計算窗區域；
[0021]傾向值計算單元，用于計算表示窗區域中的像素值大小的傾向的傾向值；
[0022]閾值確定單元，用于使用多普勒波形圖像的預定區中的多個像素值來確定用于評估傾向值的閾值；以及
`[0023]像素值調整單元，用于基于通過將所述傾向值與評估閾值相比較所獲得的結果來調整所述窗區域中目標像素的像素值，并且用于輸出調整后的像素值作為目標像素的新像素值。
[0024]對于多普勒波形圖像，具有在噪聲像素附近的區中的像素的像素值低于預定值的傾向。在本發明中，基于該原理，在對應于目標像素的窗區域中執行所述傾向值與評估閾值之間的比較，并且對于作為噪聲像素的可能性高的目標像素，調整所述目標像素的像素值。因此，所述多普勒波形圖像的可見度能夠增強。本發明的所述傾向值表示在所述窗區域中的像素值大小的傾向。所使用的傾向值是，例如像均值、中值或中心值、或者通過使均值加上常數值而獲得的值這樣的統計值。
[0025]此外，根據本發明的超聲圖像處理裝置優選地包括:
[0026]離差計算單元，用于獲得包含在所述窗區域中的像素值的離差，
[0027]其中所述像素值調整單元不僅將所述傾向值與評估閾值相比較，而且還將所述離差與預定的第二評估閾值相比較，并且使用所獲得的結果來調整所述窗區域中的目標像素的像素值以及輸出調整后的像素值作為所述目標像素的新像素值。
[0028]對于所述多普勒波形圖像，具有在噪聲像素附近的區中的像素的像素值小于預定值的傾向。而且，具有在噪聲像素附近的區中的多個像素的像素值的離差減小的傾向。在本發明中，基于該原理，對于作為噪聲像素的可能性高的目標像素，不僅通過將所述傾向值與在對應所述目標像素的窗區域中的評估閾值相比較所獲得的結果被用于調整所述目標像素的像素值，而且包含在所述窗區域中的像素值的離差也被用于調整所述目標像素的像素值。因此，可以增強所述多普勒波形圖像的可見度。
[0029]此外，對于本發明的超聲圖像處理裝置優選的是，所述多普勒波形圖像的預定區是在沿列數據的像素排列的方向上位于遠離表示零速度的基線等于預定數量像素的距離處的區；并且對于形成所述多普勒波形圖像的多組列數據中的每組列數據，所述閾值確定單元計算關于作為所述預定區的一部分的區中的多個像素值的統計值，并且基于對各組列數據所獲得的統計值來計算所述評估閾值。
[0030]根據本發明，基于在所述多普勒波形圖像的所述預定區中的多個像素值來確定用于評估所述傾向值的所述閾值。優選地，所述預定區通過考慮在所述多普勒波形圖像中的噪聲像素的像素值的傾向而設置。根據本發明，所述預定區被指定在沿所述列數據的像素排列的方向上相隔等于預定數量像素的距離的位置處。由此，所述預定區被設置在噪聲傾向于增加的區中，并且所述噪聲像素的像素值的傾向可以適當地提供評估閾值。
[0031]此外，對于本發明的超聲圖像處理裝置優選的是，所述頻率分析單元包括:
[0032]測量范圍獲取單元，用于依照使用者的操作來獲得速度測量范圍；
[0033]采樣單元，用于通過使用比與所述速度測量范圍相對應的帶寬高并且在正多普勒移頻和負多普勒移頻之間延展的采樣頻率，基于所接收的超聲波而對所接收的信號執行采樣；以及
[0034]轉換單元，用于基于傅里葉變換對通過采樣所獲得的接收信號生成所述頻譜數據。
[0035]根據本發明，對接收信號的采樣是通過使用比與所述速度測量范圍相對應的帶寬高并且在正多普勒移頻和負多普勒移頻之間延展的采樣頻率而執行的。由此，由于混疊(aliasing)而生成不適當圖像的頻率可以降低。應當注意，所述負多普勒移頻是具有多普勒移頻分量的頻率，其相位旋轉所沿的方向與所述正多普勒移頻的相位旋轉所沿的方向相反。
[0036]此外，根據本發明，一種超聲圖像處理程序，其允許處理器執行用于生成表示待測量的對象的速度的多普勒波形圖像的處理，其特征在于允許所述處理器執行:
[0037]頻率分析處理，用于對已經向被檢測對象發送和從所述被檢測對象反射并隨后被接收的超聲波的多普勒移頻分量生成頻譜數據；
[0038]列數據生成處理，用于使用所述頻譜數據來生成列數據，依照相應頻率規定列數據的多個像素的排列，并且各像素值表示所述多普勒移頻分量的大小；
[0039]窗指定處理，用于在通過使用以時間序列生成的多組列數據而形成的多普勒波形圖像中指定計算窗區域；
[0040]傾向值計算處理，用于計算表示窗區域中的像素值大小的傾向的傾向值；
[0041]閾值確定處理，用于使用在所述多普勒波形圖像的預定區中的多個像素值來確定用于評估所述傾向值的閾值；以及
[0042]像素值調整處理，用于基于通過將所述傾向值與評估閾值相比較所獲得的結果來調整所述窗區域中目標像素的像素值。
[0043]本發明的有益效果
[0044]根據本發明，可以生成依照測量條件的改變而適當地增強可見度的多普勒波形圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖I是示出根據本發明一個實施例的超聲診斷裝置的構造的圖。
[0046]圖2是示出在緩沖存儲器中存儲的像素值的排列的概念圖。
[0047]圖3是噪聲減小處理的流程圖。
[0048]圖4是用于說明設置計算窗的處理的圖。
[0049]圖5是示出計算窗延伸跨過像素排列區的狀態的概念圖。
[0050]圖6是用于說明用于指定樣本區的處理的圖。
[0051]圖7是示出在顯示設備上顯示的示例圖像的圖。
[0052]圖8A是示出在顯示設備上顯示的示例圖像的圖。
[0053]圖8B是示出在顯示設備上顯示的示例圖像的圖。
[0054]圖9是示出由于混疊而發生折回現象的的圖。
[0055]圖10是示出多普勒波形圖像的圖。
[0056]參考符號列表
[0057]10 :發送信號生成器
[0058]12 :發送振蕩器
[0059]14 :接收振蕩器
[0060]16 :正交檢波器
[0061]18I、18Q :A/D 轉換器
[0062]20I、20Q :高通濾波器
[0063]22 ：FFT 計算器
[0064]24 :列數據生成器
[0065]26 :緩沖存儲器
[0066]28 :噪聲減小單元
[0067]30:圖像生成器
[0068]32 :顯示設備
[0069]34 :操作單元
[0070]36 :系統控制器
[0071]38 :計算窗
[0072]40 :代表基線的行
【具體實施方式】
[0073](1)超聲診斷裝置的構造
[0074]在圖1中示出了根據本發明的一個實施例的超聲診斷裝置的構造。該超聲診斷裝置將作為連續波的超聲波發送至被檢測對象，接收由被檢測對象反射的超聲波，并且基于所接收的超聲波將多普勒波形圖像顯示在顯示設備32上。即，該超聲診斷裝置是用于診斷例如血流的連續波多普勒裝置。該超聲診斷裝置的各部件根據由使用者在操作單元34上輸入的指令而由系統控制器36控制。[0075]將描述該超聲診斷裝置的構造。發送信號生成器10生成作為發送信號的具有連續波形的電信號，并且將該發送信號輸出至發送振蕩器12。發送振蕩器12通過使用例如依照所施加的交流電壓而振動的壓電元件而設置。發送振蕩器12在接收到由發送信號生成器10輸出的發送信號時，發送振蕩器12將作為連續波的超聲波發送至被檢測對象。
[0076]在超聲波通過發送振蕩器12已被發送并且在被檢測對象中反射后，反射波被接收振蕩器14所接收。與發送振蕩器12 —樣，接收振蕩器14通過使用例如壓電元件而設置。接收振蕩器14將所接收的超聲波轉換為電信號，并且將作為接收信號的信號輸出至正交檢波器16。
[0077]發送信號生成器10不僅將發送信號輸出至發送振蕩器12，而且將用于正交檢測的局部信號（local signal)輸出至正交檢波器16。局部信號可以是具有與發送信號的頻率相同的頻率的信號。對于這種情況下的構造，發送信號生成器10可以輸出未經改變的發送信號作為局部信號。
[0078]正交檢波器16、A/D轉換器181和A/D轉換器18Q、高通濾波器201和高通濾波器20Q以及FFT計算器22用作頻率分析單元，其針對所接收的超聲波的多普勒移頻分量生成頻譜數據。
[0079]正交檢波器16使用局部信號來從接收的信號中提取同相信號I和正交相位信號Q0正交檢波器16隨后對所提取的同相信號I和正交相位信號Q執行低通濾波以減少諧波分量，并且將作為結果的信號分別輸出至A/D轉換器181和A/D轉換器18Q。
[0080]同相信號I和正交相位信號Q是通過從接收信號中提取具有90°相位差的多普勒移頻分量而獲得的那些信號，并且這些信號的頻率與多普勒移頻相一致。
[0081]A/D轉換器181和A/D轉換器18Q基于預先指定的采樣頻率fs對同相信號I和正交相位信號Q執行采樣，并且將已經執行了采樣的同相信號I和正交相位信號Q轉換為數字信號。此后，作為數字信號獲得的同相信號DI和正交相位信號DQ被輸出至高通濾波器201和高通濾波器20Q。`
[0082]高通濾波器201和高通濾波器20Q對同相信號DI和正交相位信號DQ執行高通濾波以減少包含在同相信號DI和正交相位信號DQ中的低頻噪聲，如雜波（clutter)。雜波是由從生物組織反射的超聲波所引起的噪聲，并且雜波的電平遠遠高于例如從血液反射的超聲波的電平。在提供了高通濾波器201和高通濾波器20Q時，可以縮小后續信號處理所要求的動態范圍，并且可以提高測量精度。
[0083]高通濾波器201和高通濾波器20Q將通過高通濾波所獲得的同相信號DI和正交相位信號DQ輸出至FFT計算器22。FFT計算器22對同相信號DI和正交相位信號DQ執行快速傅里葉變換，并且將通過快速傅里葉變換獲得的頻譜信號輸出至列數據生成器24。頻譜信號通過復離散值An+jBn (η是整數)來表示，其中復數作為頻譜值與每一個離散頻率值相關。
[0084]列數據生成器24使用頻率區域中的一個周期的頻譜信號，并且生成沿多普勒波形圖像中的速度軸排列在一列上的像素群作為列數據。特別地，列數據生成器24計算包含在頻譜信號中的各復離散值的絕對值，并且使用各絕對值來計算代表頻譜的順序數據。對于該數據的計算，可以與對絕對值的對數轉換一起執行諸如用于調整電平（level)的對數放大的處理。[0085]列數據生成器24使用由此獲得的頻譜數據來為沿速度軸排列在一列上的像素群的各像素提供像素值。此后，將用于一列的一組像素值作為一組列數據輸出至緩沖存儲器26。這樣生成的列數據是一組像素值，基于與各像素一致的多普勒移頻，多個像素的排列根據該組像素值而被限定，并且各像素值表示多普勒移頻分量的大小。
[0086]基于隨時間經過而由FFT計算器22順序輸出的頻譜信號，列數據生成器24生成列數據，并且將列數據輸出至緩沖存儲器26。在圖2中圖示出了存儲在緩沖存儲器26中的像素值的排列的概念。在該圖中，水平方向對應于沿時間軸的方向，并且豎直方向對應于沿速度軸的方向。在圖2中圖示出了像素值的排列的概念，并且具有與像素值對應的亮度級的像素設置在各像素值的位置處的這種排列是多普勒波形圖像。因此，在下面的描述中，在圖2中示出的像素值被概念性排列的區被稱為 像素排列區。
[0087]在像素排列區中的各位置處，速度地址Av (I至M)沿速度軸分配，并且時間地址At (I至N)沿時間軸分配。沿速度軸排列在一列上的M個像素值被設置為一組列數據。最右邊的列數據是所存儲的最舊的數據，而最左邊的列數據是所存儲的最新的數據。
[0088]每當列數據生成器24輸出一組列數據時，在緩沖存儲器26中最右邊的列數據被刪掉，并且位于最右邊的列數據左邊的N-1組列數據向右移動等于一個像素的距離。然后，新的列數據被存儲在最左邊的速度地址處。
[0089]再參考圖1，每當新的列數據被存儲在緩沖存儲器26中時，噪聲減小單元28對預先指定的時間地址處的一組列數據執行噪聲減小處理，并且將作為結果的列數據輸出至圖像生成器30。圖像生成器30基于隨時間經過而由噪聲減小單元28順序地輸出的列數據來生成多普勒波形圖像數據，并且在顯示設備32上顯示多普勒波形圖像。
[0090]對于本實施例的超聲診斷裝置，執行數字處理的部件，即高通濾波器201和高通濾波器20Q、FFT計算器22、列數據生成器24、噪聲減小單元28以及圖像生成器30，可以通過使用處理器而提供。該處理器讀取存儲在包含在超聲診斷裝置中的存儲器中的程序，并且對各部件執行數字信號處理。該處理器被并入諸如個人計算機的通用計算機中，該通用計算機可以被包含在超聲診斷裝置中。
[0091](2)噪聲減小處理
[0092]接下來，將描述噪聲減小處理。在噪聲減小處理中，檢查由在預先指定的時間地址處的一組列數據所表示的各像素以確定這些像素是否是噪聲像素。對于作為確定結果的被認為是噪聲像素的像素，將有關像素的值乘以范圍從O至小于I的加權因子w以調整像素值。
[0093]每當列數據生成器24輸出新的列數據時，存儲在緩沖存儲器26中的列數據被移動。因此，每當列數據生成器24輸出新的列數據時，在預先指定的時間地址處的列數據被更新，并且待處理的列數據被更新。
[0094]圖3是示出噪聲減小處理的流程圖。噪聲減小單元28將由在預先指定的時間地址處的列數據表示的多個像素中的一個像素指定為目標像素(S101)。隨后，設置包含該目標像素的計算窗，并且計算窗沿速度軸(在豎直方向上)具有等于P個像素的長度，并且沿時間軸(在水平方向上)具有等于Q個像素的長度(S102)。這里，P和Q是等于或大于2的整數。整數P和整數Q可以被定義為常數值，或可以基于由使用者執行的操作而獲取。即，在通過使用操作單元34來執行輸入P和Q的操作時，系統控制器36將這些值輸出至噪聲減小單元28。噪聲減小單元28基于由系統控制器36輸出的P和Q的值來執行步驟S102中的處理。在P和Q是奇數的情形中，可以使用目標像素的位置作為中點來設置計算窗。
[0095]在圖4所示的示例中，目標像素由陰影區來表示，并且計算窗38通過虛線來表示。在這個示例中，在時間地址6處的列數據被用于噪聲減小處理，并且在速度地址5處的像素被指定為目標像素。此外，通過使用目標像素作為中點來設置P=Q=5的計算窗38。
[0096]噪聲減小單元28計算包含在計算窗中的多個像素的像素值的均值a和離差d(S103)。均值a用作表示計算窗的像素值大小的傾向的有效值。對于該技術意義,可以使用除了均值a以外的統計值。諸如方差或標準偏差的離差是表示像素值的分布并且表示計算窗的像素值的離差傾向的有效統計值。方差被定義為(l/n)S(X1-a)2。這里，η表示包含在計算窗中的像素的數量。Xi表示包含在計算窗中的像素的像素值，并且i表示整數(I至η)以指定像素。Σ表示i=l至η的和。此外，標準偏差被定義為方差的平方根。可以使用(1/η) Σ |X1-a|作為離差的另一種定義。
[0097]在對計算窗和目標像素建立不變的位置關系的情形中，計算窗取決于目標像素的位置可以延伸到像素排列區的外側。例如，在目標像素位于P=Q=5的計算窗的中點的情形中，當目標像素的速度地址是1、2、M-1或M時，計算窗延伸到像素排列區的外側。圖5中的概念狀態表示計算窗38中的最頂行在像素排列區的外側。在這種情形中，延伸到像素排列區的外側的計算窗的區域未被考慮用于計算像素值的均值a和離差d。即，根據圖5中的示例，計算窗38中的最頂行未被用于計算像素值的均值a和離差d，并且在計算窗中的第二至第五行被認為是計算n=20的像素值的均值a和離差d的總體。
[0098]在已經獲得了均值a和離差d時，噪聲減小單元28確定均值a是否等于或小于用于評估均值的閾值T1(S104)。閾值Tl是在多普勒波形圖像中的噪聲像素的像素值增加時傾向于增加的值，并且如將在稍后描述的，通過基于在像素排列區中指定的預定樣本區中的像素值的統計計算來獲得閾 值Tl。
[0099]在均值a大于閾值Tl時，噪聲減小單元28確定目標像素不是噪聲像素，并且維持目標像素的像素值(S105)。在均值a等于或小于閾值Tl時，噪聲減小單元28確定離差d是否等于或小于用于評估該離差的閾值T2 (S106)o閾值T2是基于使用者的操作而獲得的值。即，在通過使用操作單元34而執行用于輸入閾值T2的操作時，系統控制器36將閾值T2輸出至噪聲減小單元28。噪聲減小單元28使用由系統控制器36輸出的閾值T2，并且執行步驟S106的處理。
[0100]在離差d大于閾值T2時，噪聲減小單元28確定目標像素不是噪聲像素，并且維持目標像素的像素值(S105)。在離差d等于或小于閾值T2時，噪聲減小單元28斷定目標像素是噪聲像素，并且使用通過將目標像素的像素值乘以加權因子w所獲得的值作為目標像素的新像素值(S107)。這里，與閾值T2—樣，加權因子w是基于使用者的操作而獲得的值。噪聲減小單元28確定由待處理的列數據所指示的所有像素是否都被指定為目標像素(S108)。在仍然具有未被指定為目標像素的像素的情形中，程序控制返回至步驟S101，并且新的像素被另外地指定為目標像素。在待處理的列數據的所有像素都已被指定為目標像素的情形中，完成了該處理的列數據被輸出至圖像生成器30 (S109)o
[0101]根據在步驟SlOl至S107中執行的處理，為屬于由待處理的列數據所指示的像素群并且被指定為目標像素的一個像素設置計算窗。此后，對于計算窗的像素值計算均值a和離差d。此外，在均值a等于或小于閾值Tl時并且在離差d等于或小于閾值T2時，斷定目標像素是噪聲像素，并且減小目標像素的像素值。
[0102]噪聲減小單元28將由待處理的列數據所指示的各像素按順序指定為目標像素，并且執行步驟SlOl至S108中的處理。在已經對由待處理的列數據所指示的所有像素執行了噪聲減小處理時，已經被處理的列數據被輸出至圖像生成器30 (Siog)0
[0103]每當對列數據執行更新時，將對列數據執行噪聲減小處理，噪聲減小單元28對有關的列數據執行該噪聲減小處理，并且將經由噪聲減小處理獲得的列數據輸出至圖像生成器30。圖像生成器30基于由噪聲減小單元28順序輸出的列數據來生成多普勒波形圖像數據，并且在顯示設備32上顯示多普勒波形圖像。
[0104]將給出對于執行關于目標像素是否是噪聲像素的判定所使用的理論的說明。通常，在多普勒波形圖像中指定的區域中的像素依照區域中的均值和離差而被分類如下：
(i)均值和離差都小；（ii)均值大，而離差小；（iii)均值小，而離差大；以及（iv)均值和離差者P大。
[0105]存在噪聲像素的像素值比代表多普勒波形的形狀的像素小并且噪聲像素的像素值的離差小的傾向。因此，被分類為（i)的像素可以被認為是噪聲像素。此外，代表多普勒波形的形狀的像素的像素值大于噪聲像素的像素值，并且像素值的離差小。因此，被分類為
(ii)的像素很可能是代表多普勒波形的形狀的像素。此外，被分類為（iii)和（iv)的像素很可能是代表在多普勒波的形狀和背景中的噪聲之間的邊界區域的那些像素。
[0106]根據本發明的噪聲減小處理是該理論被用于確定目標像素是否是噪聲像素的處理。即，在對于計算窗的均值和離差都被認為很小時，假定在相應的計算窗中的均值a是閾值Tl或小于閾值Tl并且對于相應計算窗的離差是閾值T2或小于閾值T2的目標像素為噪聲像素。被認為是噪聲像素的目標像素的像素值被減小。
`[0107]在相應計算窗的均值a等于或小于閾值Tl的情形中，目標像素被分類為（i)或
(iii)。在發生像素分類為（i)的頻率高于發生像素分類為（iii)的頻率的情形中，僅可以使用對于相應計算窗的均值a是閾值Tl或小于閾值Tl的條件來確定該目標像素是噪聲像素。在這種情形中，可以跳過步驟S106中的處理并且不執行。
[0108]此外，在對于相應計算窗的離差d是閾值T2或小于閾值T2的情形中，目標像素被分類為（i )或（ii )。在發生像素分類為（i )的頻率高于發生像素分類為（ii )的頻率的情形中，可以僅使用對于相應計算窗的離差d是閾值T2或小于閾值T2的條件來確定目標像素是噪聲像素。在這種情形中，可以跳過步驟S104中的處理并且不執行。
[0109]在本實施例中，均值被用作表示計算窗的像素值大小的傾向的值。表示計算窗的像素值大小的傾向的值不限于均值。例如，可以使用統計值，例如中值或中心值，或者通過使均值加上常數值而獲得的值。
[0110]另外，在步驟S107中，可以執行從目標像素的像素值減去預定值的處理，而不是使用通過使目標像素的像素值乘以加權因子w獲得的值作為用于目標值的新像素值。
[0111](3)用于確定評估均值的閾值Tl的處理
[0112]將描述用于確定在步驟S104中使用的閾值Tl的處理。在開始圖3的流程圖中的處理之前，閾值Tl是通過基于在像素排列區中指定的樣本區中的像素值的統計計算而獲得的。[0113]噪聲減小單元28在像素排列區中指定樣本區。樣本區被指定為多個噪聲像素傾向于存在的區，同時多普勒波形圖像中的表示零速度的基線被用作基準。如圖6所示，例如，樣本區被定義為包含預定行數S的區，一個樣本區沿速度軸在正方向上(在向上的方向上)位于遠離表示基線的行40預定像素個數Rl的距離處，并且另一個樣本區沿速度軸在負方向上(在向下的方向上)位于相隔預定像素個數R2的距離處。通過由高通濾波器201和高通濾波器20Q執行的處理，形成與基線對應的行的各像素的像素值是局部最小值。因此，在像素排列區中，噪聲減小單元28將具有局部最小值的像素線指定為表示基線的行40，并且將包含預定行數S的區設置為樣本區，一個樣本區沿速度軸在正方向上位于遠離表示基線的行40預定像素個數Rl的距離處，并且另一個樣本區沿速度軸在負方向上位于預定像素個數R2的距離處。
[0114]代替于以這種方式來設置樣本區，還可以將具有連續地址I至S的區以及具有連續地址Μ-S+l至M的區(也就是，在像素排列區中包含S行的上區和下區)設置為樣本區。此外，行數可以在上樣本區和下樣本區之間不同。
[0115]在用于確定閾值Tl的處理中，噪聲減小單元28對各列數據組執行以下處理。特別地，在對于由一個列數據組表示的一欄的像素群之中，獲得用作樣本區的部分的像素值的最大值作為噪聲樣本值。根據圖6中的示例，由于設置了兩個樣本區，因此對于包含在一欄的像素群中并且屬于用作樣本區的兩個部分的像素，獲得一個噪聲樣本值。噪聲減小單元28使用為各列數據組獲得的噪聲樣本值，并且獲得所有列數據的噪聲樣本值的均值作為閾值Tl。
[0116]代替于使用所有列數據組，可以使用在所有列數據組之中預先指定的列數據組來計算噪聲樣本值，并且可以將對于預先指定的列數據組的噪聲樣本值的均值認為是閾值Tl。另外，代替于獲得樣本區中像素值的最大值作為噪聲樣本值，樣本區中像素值的另一統計值(例如均值、中心值或中值)也可以被計算為噪聲樣本值。
[0117]根據該處理，位于與表示基線的行距離預定像素個數的包含預定行數的區，被指定為樣本區，并且對于包含在樣本區中的像素執行統計處理以計算閾值Tl。通常，在多普勒波形圖像中，許多噪聲像素傾向于存在于與基線相隔預定距離或大于預定距離的區中。因此，在如圖6所示的所指定的樣本區中，具有存在多個噪聲像素的傾向。因此，在多普勒波形圖像中的噪聲像素的像素值傾向于增加時，閾值Tl也變大。
[0118](4)通過噪聲減小處理所提供的效果
[0119]通過根據本發明的噪聲減小處理，如將在下面說明的，可以通過依照測量條件的變化而適當地增強圖像的可見度而生成多普勒波形圖像。特別地，在噪聲減小處理中指定的用于計算窗的區提供了在待處理的列數據之前或之后存儲在緩沖存儲器26中的各組列數據的像素。因此，通過考慮在待處理的列數據之前或之后生成的多組列數據而適應性地設置對于計算窗的像素值的均值a。另外，在多普勒波形圖像中的噪聲像素的像素值傾向于增加時，待與均值a相比較以確定目標像素是否是噪聲像素的閾值Tl也存在增加。由此，在噪聲像素的像素值通過例如改變進行診斷期間的測量條件而改變時，可以適應性地提高多普勒波形圖像的可見度。
[0120](5)用于測量的速度范圍的指定
[0121]現在，參考圖1將描述用于測量的速度范圍的指定。對于根據本實施例的超聲診斷裝置，基于使用者的操作來指定用于測量的速度范圍。另外，所指定的速度范圍用于確定，例如，由A/D轉換器181和A/D轉換器18Q使用的采樣頻率fs以及顯示設備32上的速度顯示范圍。
[0122]在等于或高于-Vm至等于或低于Vm的速度范圍通過操縱操作單元34而指定時，系統控制器36獲得采樣頻率為fs=a ·4νπι/λ。這里，λ是傳播至被檢測對象以及從被檢測對象傳播的超聲波的波長，并且α是用自然數乘以2而獲得的值，也就是，2、4、8、16···。系統控制器36將所獲得的采樣頻率fs輸出至A/D轉換器181和A/D轉換器18Q。A/D轉換器181和A/D轉換器18Q基于由系統控制器36輸出的米樣頻率來執行米樣處理。
[0123]在由系統控制器36執行的控制之下，圖像生成器30生成速度范圍為-Vm或高于-Vm至Vm或低于Vm的多普勒波形圖像。在圖7和圖8A中示出了在這種情形下的在顯示設備32上顯示的示例圖像。 [0124]如圖8A所示，在所測量的速度超過上限Vm的情形中，執行移動基線的操作，并且整個波形可以如圖8B中的示例那樣顯示。根據圖SB中的示例，顯示范圍被設置為等于或高于-Vm+v至等于或低于Vm+v。
[0125]對于常規的超聲診斷裝置，在指定-Vm或高于-Vm至Vm或低于Vm的速度范圍時，根據采樣定理，采樣頻率fs通常被設置為fs=4Vm/X。這里，fs=4Vm/A對應于與測量速度范圍相對應的帶寬，并且在正多普勒移頻和負多普勒移頻之間延展。因此，待顯示的速度范圍是多普勒移頻等于或小于fs/2的范圍；也就是，-Vm或高于-Vm至Vm或低于Vm的范圍，并且在待測量的對象(例如血液）的速度超過該范圍時，如圖9中所示，由于混疊(aliasing)而可能發生折回現象。該折回現象是具有速度Vm或高于Vm的波形通過在負方向上被移動2Vm的距離而被顯示的現象。
[0126]對于根據本實施例的超聲診斷裝置,如上所述,采樣頻率被指定為fs=a · 4Vm/入。這里，fs=a * 4Vm/ λ是高于與測量速度范圍相對應的帶寬的頻率并且在正多普勒移頻和負多普勒移頻之間延展。因此，待顯示的速度范圍是多普勒移頻為fs/2或低于fs/2的范圍；也就是，-a · Vm或高于-a · Vm至a · Vm或低于a 的范圍。因此,根據圖8B中的示例，在Vm+v等于或小于a · Vm時，可以顯示多普勒波形圖像而不會引起折回現象。另外，由于采樣頻率被設置為高于常規的頻率，所以可以減小將要疊加在速度測量范圍上的在速度測量范圍之外的噪聲，并且可以提高多普勒波形圖像的S/N比。
【權利要求】
1.一種超聲圖像處理裝置，其生成表示待測量的對象的速度的多普勒波形圖像，其特征在于包括: 頻率分析單元，用于對已經向被檢測對象發送和從所述被檢測對象反射并隨后被接收的超聲波的多普勒移頻分量生成頻譜數據； 列數據生成單元，用于使用所述頻譜數據來生成列數據，依照相應頻率規定列數據的多個像素的排列，并且各像素值表示多普勒移頻分量的大小； 窗指定單元，用于在通過使用以時間序列生成的多組列數據而形成的多普勒波形圖像中指定計算窗區域； 傾向值計算單元，用于計算表示窗區域中的像素值大小的傾向的傾向值； 閾值確定單元，用于使用多普勒波形圖像的預定區中的多個像素值來確定用于評估傾向值的閾值；以及 像素值調整單元，用于基于通過將所述傾向值與評估閾值相比較所獲得的結果來調整所述窗區域中目標像素的像素值，并且用于輸出調整后的像素值作為目標像素的新像素值。
2.根據權利要求1所述的超聲圖像處理裝置，其特征在于進一步包括: 離差計算單元，用于獲得包含在所述窗區域中的像素值的離差， 其中所述像素值調整單元不僅將所述傾向值與所述評估閾值相比較，而且還將所述離差與預定的第二評估閾值相比較，并且使用所獲得的結果來調整所述窗區域中的目標像素的像素值以及輸出調整后的像素值作為目標像素的新像素值。
3.根據權利要求1所述的超聲圖像處理裝置，其特征在于: 多普勒波形圖像的預定區是在沿列數據的像素排列的方向上位于遠離表示零速度的基線等于預定數量像素的距離處的區；并且 對于形成所述多普勒波形圖像的多組列數據中的每組列數據，所述閾值確定單元計算關于作為所述預定區的一部分的區中的多個像素值的統計值，并且基于對各組列數據所獲得的統計值來計算評估閾值。
4.根據權利要求1所述的超聲圖像處理裝置，其特征在于: 所述頻率分析單元包括: 測量范圍獲取單元，用于依照使用者的操作來獲得速度測量范圍； 采樣單元，用于通過使用比與所述速度測量范圍相對應的帶寬高并且在正多普勒移頻和負多普勒移頻之間延展的采樣頻率，基于所接收的超聲波而對接收的信號來執行采樣；以及 轉換單元，用于基于傅里葉變換對通過采樣所獲得的接收信號生成所述頻譜數據。
5.一種超聲圖像處理程序，其允許處理器執行用于生成表示待測量的對象的速度的多普勒波形圖像的處理，其特征在于允許所述處理器執行: 頻率分析處理，用于對已經向被檢測對象發送和從所述被檢測對象反射并隨后被接收的超聲波的多普勒移頻分量生成頻譜數據； 列數據生成處理，用于使用所述頻譜數據來生成列數據，依照相應頻率規定列數據的多個像素的排列，并且各像素值表示多普勒移頻分量的大小； 窗指定 處理，用于在通過使用以時間序列生成的多組列數據而形成的多普勒波形圖像中指定計算窗區域； 傾向值計算處理，用于計算表示窗區域中的像素值大小的傾向的傾向值； 閾值確定處理，用于使用多普勒波形圖像的預定區中的多個像素值來確定用于評估所述傾向值的閾值；以及 像素值調整處理，用于基于通過將所述傾向值與評估閾值相比較所獲得的結果來調整所述窗區域中目標像素的 像素值。
【文檔編號】A61B8/06GK103561661SQ201280025334
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年4月2日 優先權日:2011年5月25日
【發明者】小林由幸, 田中諭, 尾形太, 村下賢 申請人:日立阿洛卡醫療株式會社