被檢體信息獲取裝置、顯示方法和存儲介質的制作方法
【專利摘要】本發明公開了被檢體信息獲取裝置、顯示方法和存儲介質。根據本發明的被檢體信息獲取裝置包括：被配置為接收在被檢體內的各位置處反射的波并且將反射波轉換成多個接收信號的多個轉換元件；被配置為用預定的權重向多個接收信號應用加法以獲取第一分布信息的固定信號處理單元；被配置為向多個接收信號應用自適應信號處理以獲取第二分布信息的自適應信號處理單元；和被配置為輸入第一分布信息和第二分布信息并且向顯示單元輸出圖像信息的顯示控制單元，其中，顯示控制單元輸出用于在同一畫面中并行顯示第一分布信息的圖像、第二分布信息的圖像或第一和第二分布信息的組合圖像的圖像信息。
【專利說明】被檢體信息獲取裝置、顯示方法和存儲介質
【技術領域】
[0001]本公開涉及被檢體信息獲取裝置、顯示方法和存儲介質。特別地，本公開涉及用于向被檢體發射彈性波并且顯示通過從被檢體接收反射波而獲取的分布信息的技術。
【背景技術】
[0002]在作為被檢體信息獲取裝置的超聲圖記錄儀中，基于脈沖回聲方法的圖像數據形成中的深度方向上的空間分辨率一般可由(ηλ )/2表示，這里，λ表示超聲波的波長，η表示發射波數。例如，當超聲圖記錄儀對于2個波長發射具有12MHz的中心頻率的超聲波時，空間分辨率為約0.13mm。
[0003]以下將描述脈沖回聲方法。當超聲圖記錄儀向被檢體發射超聲脈沖(彈性波)時，超聲波根據被檢體內的組織之間的聲學阻抗差異被被檢體反射，并返回超聲圖記錄儀。然后，超聲圖記錄儀接收反射波并且通過使用反射波的接收信號產生圖像數據。典型地，超聲圖記錄儀對接收信號應用延遲和求和，獲取包絡，并且將包絡轉換成亮度值，以產生圖像數據。在被檢體內的多個方向上或位置重復超聲波發射和接收使得能夠獲取在進行超聲波發射和接收的方向上的多個掃描線上的亮度信息。在多個掃描線上布置亮度信息使得能夠將被檢體內部成像。
[0004]通常，為了對于發射和接收兩者在被檢體內聚焦，超聲圖記錄儀通過使用用于將超聲波轉換成電信號的多個轉換元件向元件之間的接收信號波形添加時間偏差。
[0005]另一方面，與超聲波一起應用在雷達領域中開發的自適應信號處理使得能夠提高空間分辨率。M.SASSO et al.，Medical Ultrasound Imaging Using The Fully AdaptiveBeamformerjProc.Acoustics and Speech Signal Process, volume.2，pp.489—492(Mar.2005)討論了使用Capon方法(自適應信號處理)以提高與深度方向垂直的方向(與掃描線方向垂直的方向)上的空間分辨率的`技術。
[0006]作為用于提高深度方向(掃描線方向)上的空間分辨率的技術，HirofumiTaki, Kousuke Taki, Takuya Sakamoto, Makoto Yamakawa,Tsuyoshi Shiina and ToruSato:Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc.2010; 1:5298-5301 討論了通過應用頻域干涉計(FDI)方法和Capon方法(自適應信號處理)將血管壁的層結構成像的結果。對于接收信號應用FDI方法和Capon方法使得能夠提高深度方向上的空間分辨率。但是，假定在對于FDI處理剪切的深度方向上的信號范圍(處理范圍內)存在多個反射層。來自相近的反射層的多個反射波非常可能具有高的互相關性。已知對于具有這種高相關性的多個反射波的接收信號應用諸如Capon方法的自適應信號處理將導致諸如抵消希望的信號的不希望的操作。通過使用頻率平均化技術以減少(抑制)由具有這種相關性的信號(相關干涉波)導致的影響，FDI方法和Capon方法可應用于反射波的接收信號。
[0007]應用諸如組合FDI方法和Capon方法的方法的自適應信號處理使得能夠提高圖像的空間分辨率。但是，如果顯示通過這種新的技術產生的圖像，那么，由于用戶(特別是醫生)熟悉常規的B模式(B-mode)圖像(通過向多個接收信號應用延遲和求和以獲取包絡并且將包絡轉換成亮度值而產生的圖像)，因此，用戶會感覺奇怪。特別地，如果只顯示通過自適應信號處理產生的圖像，那么奇怪的感覺會增加。
【發明內容】
[0008]本發明的實施例針對提供在顯示通過自適應信號處理產生的圖像時使用的用戶友好的顯示方法和被檢體信息獲取裝置。
[0009]根據本發明的一個方面，一種被檢體信息獲取裝置包括:多個轉換元件，被配置為向被檢體發射彈性波、接收在被檢體內的各位置處反射的波并且將反射波轉換成多個接收信號；固定信號處理單元，被配置為以預定的權重向多個接收信號應用加法以獲取第一分布信息；自適應信號處理單元，被配置為以根據接收信號自適應地改變的權重向多個接收信號應用自適應信號處理以獲取第二分布信息；和顯示控制單元，被配置為輸入第一分布信息和第二分布信息并且向顯示單元輸出圖像信息，其中，顯示控制單元輸出用于在同一畫面中并行顯示第一分布信息的圖像、和第二分布信息的圖像或第一和第二分布信息的組合圖像的圖像信息。
[0010]根據本發明的另一方面，一種顯示方法通過使用通過被檢體信息獲取裝置獲取的分布信息在顯示單元上顯示圖像，其中，獲取的分布信息包含:通過以預定的權重向通過向被檢體發射彈性波并接收被被檢體反射的反射波獲得的多個接收信號應用加法獲取的第一分布信息；和通過以根據接收信號自適應地改變的權重向多個接收信號應用自適應信號處理獲取的第二分布信息，其中，第一分布信息的圖像和第二分布信息的圖像或第一和第二分布信息的組合圖像在同一畫面中被并行顯示。
[0011]參照附圖閱讀示例性實施例的以下的詳細的描述，本發明的其它特征和方面將變得清晰。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]包含于說明書中并構成其一部分的附圖示出本發明的示例性實施例、特征和方面，并與描述一起用于解釋本發明的原理。
[0013]圖1示意性地示出根據本發明的被檢體信息獲取裝置的概觀。
[0014]圖2示意性地示出固定信號處理塊的配置。
[0015]圖3A、圖3B和圖3C示意性地示出自適應信號處理塊的不同的配置。
[0016]圖4是示出根據第一示例性實施例的顯示方法的處理的流程圖。
[0017]圖5A和圖5B示出根據第一示例性實施例在顯示單元上顯示的示例性畫面。
[0018]圖6示出根據第二示例性實施例在顯示單元上顯示的示例性畫面。
[0019]圖7是示出根據第三示例性實施例的顯示方法的處理的流程圖。
[0020]圖8示出根據第三示例性實施例在顯示單元上顯示的示例性畫面。
[0021]圖9示出根據第四示例性實施例的放大率與組合率之間的關系。
【具體實施方式】
[0022]以下將參照附圖詳細描述本發明的各種示例性實施例、特征和方面。
[0023]以下， 將參照附圖描述本發明的示例性實施例。基本上，相同的要素被賦予相同的附圖標記，并且，重復的描述被省略。
[0024]在本發明的實施例中，彈性波典型地指的是超聲波，并且包含所謂的聲波、超聲波或音波。根據本發明的實施例的被檢體信息獲取裝置包括如下這樣的裝置，該裝置向被檢體發射彈性波、接收在被檢體內反射的反射波(反射彈性波)并且獲取被檢體內部分布信息作為圖像數據。所獲取的被檢體內部分布信息是反映被檢體內的組織之間的聲學阻抗差異的信息。在本發明的實施例中，掃描線表示在從探測器001發射的彈性波的行進方向上形成的虛擬線。
[0025]以下，第一示例性實施例的描述將集中于根據本發明的實施例的基本的裝置配置和處理流程。
[0026]被檢體信息獲取裝置的基本配置
[0027]以下，將參照圖1描述根據本發明的示例性實施例的被檢體信息獲取裝置的配置。圖1示意性地示出根據本發明的示例性實施例的被檢體信息獲取裝置的概觀。根據本示例性實施例的被檢體信息獲取裝置包括具有多個轉換元件002的探測器001、接收電路系統005、發射電路系統003、固定信號處理塊006、自適應信號處理塊007和顯示控制單元
008。根據本示例性實施例的被檢體信息獲取裝置還包括顯示單元009、輸入單元010和系統控制單元004。
[0028]探測器001是用于向被檢體內的多個位置發射彈性波并且接收反射的波的接收器發射器。探測器001包含用于將彈性波轉換成電信號的多個轉換元件002。 [0029]發射電路系統003是用于基于來自系統控制單元004的控制信號產生對于各目標位置和各目標方向具有延遲時間和振幅的多個發射信號的發射信號產生單元。多個轉換元件002將發射信號轉換成彈性波，并且探測器001將彈性波作為彈性波束發射到被檢體。多個轉換元件002還接收被被檢體內的對象(反射界面和反射體)反射的彈性波(反射波)，并且將彈性波轉換成多個接收信號。接收電路系統005輸入接收信號。
[0030]接收電路系統005是用于放大多個接收信號并將接收信號轉換成多個數字信號(數字化的接收信號)的接收信號處理單元。在本發明的實施例中，不僅通過轉換元件002輸出的被接收的模擬信號被稱為接收信號，而且經過放大和數字轉換的信號也被稱為接收信號。固定信號處理塊006和自適應信號處理塊007輸入從接收電路系統005輸出的多個數字信號。
[0031]固定信號處理塊006與根據本發明的實施例的固定信號處理單元相當。圖2示出固定信號處理塊006的配置。在固定信號處理塊006中，延遲和求和電路011 (延遲和求和單元)根據彈性波的發射方向和位置向多個數字信號應用延遲處理，并向多個應用了延遲的數字信號應用加法。即，實施延遲和求和處理。通過延遲和求和處理獲取多個掃描線信號。在向數字信號應用加法之前，固定信號處理塊006可將多個數字信號中的每一個乘以權重。雖然權重根據觀察位置以及發射和接收條件改變，但是，在許多情況下使用預定的(固定的)權重。整相加法(phasing addition)產生與在被檢體內各位置處反射的波的聲壓對應的信號作為掃描線信號。然后，包絡檢測電路012 (包絡檢測單元)通過使用多個掃描線信號執行包絡檢測，以獲取第一分布信息。固定信號處理塊006將獲取的第一分布信息輸出到顯示控制單元008。
[0032]自適應信號處理塊007與根據本發明的實施例的自適應信號處理單元相當。自適應信號處理自適應地根據接收信號改變處理參數。特別地，作為一種自適應信號處理方法的 Capon 方法(也稱為約束功率最小化(Constrained Minimization of Power, CMP))被應用于多個輸入信號，使得在對于目標方向和目標位置敏感度固定的情況下使電功率最小化。這種自適應信號處理具有提高空間分辨率的效果。自適應信號處理塊007輸出在深度方向和與深度方向垂直的方向中的至少一個上具有提高的分辨率的功率分布作為第二分布信息。深度方向指的是從探測器001發射的彈性波(超聲束)的行進方向，并且是掃描線方向。在后面將參照圖3A、圖3B和圖3C詳細描述自適應信號處理。
[0033]顯示控制單元008從固定信號處理塊006輸入第一分布信息，并從自適應信號處理塊007輸入第二分布信息。顯示控制單元008輸出要在顯示單元009上顯示的圖像信息。顯示單元009基于從顯示控制單元008輸出的圖像信息顯示指示被檢體內分布信息的圖像。在后面將參照圖4詳細描述通過顯示控制單元008執行的處理。顯示控制單元008向第一分布信息的圖像信息、第二分布信息的圖像信息和第一和第二分布信息的組合的圖像信息應用各種圖像處理，諸如邊緣強調和襯度調整，并且輸出亮度數據的圖像信息。
[0034]根據本發明，固定信號處理塊006、自適應信號處理塊007、顯示控制單元008和系統控制單元004由諸如中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)或場可編程門陣列(FPGA)芯片的處理器件配置。顯示單元009基于從顯示控制單元008輸入的圖像信息顯示圖像。顯示單元009是液晶顯示器(IXD)、陰極射線管(CRT)或有機電致發光(EL)顯示器。
[0035]輸入單元010被用戶用于輸入指定的區域。用戶參照在顯示單元009上顯示的第一分布信息的圖像通過使用輸入單元010指定預定的區域。輸入單元010是諸如鼠標和鍵盤的指示設備、手寫板或附接于顯示單元009的表面的觸摸`板。顯示單元009和輸入單元010可被單獨地制備并與根據本發明的實施例的被檢體信息獲取裝置連接，而不是包含于根據本發明的實施例的被檢體信息獲取裝置中。
[0036](自適應信號處理的細節)
[0037]以下將描述由本發明的實施例的自適應信號處理塊007執行的處理。圖3A、圖3B和圖3C示出自適應信號處理塊007的三種不同的配置。以下將參照圖3A、圖3B和圖3C描述根據本發明的實施例的自適應信號處理塊007的示例性配置。
[0038]圖3A示出用于提高與深度方向(從探測器001發射的彈性波(超聲束)的行進方向)垂直的方向上的分辨率的自適應信號處理塊007的配置。Proc.Acoustics, SpeechSignal Process, pp.489-492 (Mar.2005)討論了用于提高與深度方向垂直的方向上的分辨率的這種自適應信號處理的技術。
[0039]以下，將基于Capon方法描述在將自適應信號處理應用于多個接收信號時執行的處理。
[0040]以下將描述用于基于多個接收信號計算相關矩陣的處理。首先，延遲處理電路201向從多個轉換元件002輸出的多個接收信號應用Hilbert變換和根據目標位置的延遲處理(整相)。以這種方式以復數記數來計算接收信號。當通過處理來自第k個元件的接收信號獲得的信號的第s個采樣是xk[s]時，第s個采樣的輸入矢量X[s]由下式定義。
[0041]X[s] = [x1[s], x2[s],…，xM[s]]T.....(I)
[0042]這里，M表示元件的數量。
[0043]然后，Capon電路202 (自適應信號處理單元)通過使用輸入矢量X[s]計算相關矩陣 Rxx。
[0044]
【權利要求】
1.一種被檢體信息獲取裝置，包括: 多個轉換元件，被配置為向被檢體發射彈性波、接收在被檢體內的各位置處反射的波并且將反射波轉換成多個接收信號； 固定信號處理單元，被配置為以預定的權重向多個接收信號應用加法以獲取第一分布信息； 自適應信號處理單元，被配置為以根據接收信號自適應地改變的權重向多個接收信號應用自適應信號處理以獲取第二分布信息；和 顯示控制單元，被配置為輸入第一分布信息和第二分布信息并且向顯示單元輸出圖像信息， 其中，顯示控制單元輸出用于在同一畫面中并行顯示第一分布信息的圖像、和第二分布信息的圖像或第一和第二分布信息的組合圖像的圖像信息。
2.根據權利要求1的被檢體信息獲取裝置，其中，顯示控制單元顯示用于使第一分布信息的圖像中的預定位置與第二分布信息的圖像中或所述組合圖像中的與所述預定位置對應的位置相關聯的引導。
3.根據權利要求1或2的被檢體信息獲取裝置，其中，顯示控制單元被配置為選擇性地執行以下的模式: 用于并行顯示第一分布信息的圖像、和第二分布信息的圖像或所述組合圖像的模式；和 用于單一地顯示第一分布信息的圖像、第二分布信息的圖像和所述組合圖像中的任一個的模式和用于使第一分布信息的圖像與第二分布信息的圖像或所述組合圖像重疊的模式中的至少任一種。
4.根據權利要求1的被檢體信息獲取裝置，其中，根據自適應信號處理方法，顯示控制單元改變第一分布信息的圖像和第二分布信息的圖像被并行顯示時的布置方式。
5.根據權利要求1的被檢體信息獲取裝置，其中，自適應信號處理單元向多個接收信號應用處理，使得電功率在對于目標方向的敏感度被固定的狀態下被最小化，并且， 其中，顯示控制單元并行顯示第一分布信息的圖像、和第二分布信息的圖像或所述組合圖像，使得在與第二分布信息的圖像或所述組合圖像中的深度方向相同的方向上布置圖像。
6.根據權利要求1的被檢體信息獲取裝置，其中，自適應信號處理單元向多個接收信號應用處理，使得電功率在對于目標位置的敏感度在深度方向上被固定的狀態下被最小化，并且， 其中，顯示控制單元并行顯示第一分布信息的圖像和第二分布信息的圖像或所述組合圖像，使得在與第二分布信息的圖像或所述組合圖像內的深度方向垂直的方向上布置圖像。
7.根據權利要求1的被檢體信息獲取裝置，其中，在只顯示第一分布信息的圖像和第二分布信息的圖像中的第一分布信息的狀態下，顯示控制單元接收由用戶輸入的第一分布信息的圖像中的指定區域的信息，并且， 其中，顯示控制單元并行顯示指定區域的位置處的第一分布信息的圖像的放大版本和與指定區域對應的位置處的第二分布信息的圖像或所述組合圖像的放大版本。
8.根據權利要求7的被檢體信息獲取裝置，其中，顯示控制單元接收由用戶輸入的第一分布信息的圖像中的指定區域的信息，并且顯示用于指示第一分布信息的圖像中的指定區域的引導。
9.一種用于通過使用通過被檢體信息獲取裝置獲取的分布信息在顯示單元上顯示圖像的顯示方法，其中，獲取的分布信息包含: 通過以預定的權重向通過向被檢體發射彈性波并接收被被檢體反射的反射波獲得的多個接收信號應用加法獲取的第一分布信息；和 通過以根據接收信號自適應地改變的權重向多個接收信號應用自適應信號處理獲取的第二分布信息， 其中，第一分布信息的圖像、和第二分布信息的圖像或第一和第二分布信息的組合圖像在同一畫面中被并行顯示。
10.根據權利要求9的顯示方法，還包括: 顯示用于使第一分布信息的圖像中的預定位置與第二分布信息的圖像或所述組合圖像中的與所述預定位置對應的位置相關聯的引導。
11.根據權利要求9或10的顯示方法，其中，能夠選擇性地執行以下的模式: 用于并行顯示第一分布信息的圖像、和第二分布信息的圖像或組合圖像的模式；和 用于單一地顯示第一分布信息的圖像、第二分布信息的圖像和所述組合圖像中的任一個的模式和用于使第一分布信息的圖像與第二分布信息的圖像或所述組合圖像重疊的模式中的至少任一種。
12.根據權利要求9的顯示方法，其中，在并行顯示中，根據自適應信號處理方法改變第一分布信息的圖像和第二分布信息的圖像在并行顯示時的布置方式。
13.根據權利要求9的顯示方法，其中，通過向多個接收信號應用自適應信號處理以使得電功率在對于目標方向的敏感度被固定的狀態下被最小化，獲取第二分布信息，并且， 其中，在并行顯示中，在與第二分布信息的圖像或組合圖像中的深度方向相同的方向上布置第一分布信息的圖像、第二分布信息的圖像或所述組合圖像。
14.根據權利要求9的顯示方法，其中，通過向多個接收信號應用自適應信號處理以使得電功率在對于目標位置的敏感度在深度方向上被固定的狀態下被最小化，獲取第二分布信息，并且， 其中，在并行顯示中，第一分布信息的圖像、和第二分布信息的圖像或所述組合圖像被并行顯示為使得該圖像在與第二分布信息的圖像或所述組合圖像內的深度方向垂直的方向上布置。
15.根據權利要求9的顯示方法，還包括: 在進行并行顯示之前，僅顯示第一分布信息的圖像和第二分布信息的圖像中的第一分布信息的圖像， 其中，并行顯示并行地顯示以下方面: 由用戶輸入的第一分布信息的圖像內的指定區域的位置處的第一分布信息的圖像的放大版本；和 與所述指定區域對應的位置處的第二分布信息的圖像或所述組合圖像的放大版本。
16.根據權利要求15的顯示方法，還包括:顯示指示由用戶輸入的第一分布信息的圖像內的指定區域的引導。
17.一種計算機可讀存儲介質，存儲用于導致計算機執行根據權利要求9-16中任一項的顯示方法的程序。
【文檔編號】A61B8/00GK103654846SQ201310371153
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2012年8月28日
【發明者】長永兼一 申請人:佳能株式會社