專利名稱：圖像處理設(shè)備與超聲波診斷設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于成像表示診療對(duì)象的身體性質(zhì)(physicalproperty)的三維體的圖像處理設(shè)備和超聲波診斷設(shè)備。
背景技術(shù)：
最近幾年，在進(jìn)行諸如診斷和治療的醫(yī)療活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，將在諸如超聲波診斷設(shè)備、X射線CT設(shè)備、X射線診斷設(shè)備、磁共振成像(MRI)設(shè)備、核醫(yī)療診斷設(shè)備(伽瑪射線照相機(jī))的醫(yī)學(xué)圖像診斷設(shè)備上產(chǎn)生的圖像顯示為三維圖像用于進(jìn)行診斷或治療。在該三維圖像診斷領(lǐng)域，例如，通常利用體方法獲取圖像，通過進(jìn)行體繪制(volume rendering)(以下可以簡(jiǎn)稱為“VR”)顯示三維圖像，醫(yī)生經(jīng)過觀看三維圖像發(fā)現(xiàn)病癥等。
例如，體繪制包括對(duì)超聲波診斷設(shè)備等獲得的圖像進(jìn)行切片，然后，建立具有三維結(jié)構(gòu)的體模型(體素空間)，其中將多個(gè)切片圖像中每個(gè)切片圖像的值壓縮為被稱為體素(voxel)的正方形，關(guān)于此體模型，確定視線方向，從任意觀察點(diǎn)進(jìn)行體素跟蹤(光線跟蹤)，從而獲得體素的亮度(體素值)，而在投影面的像素上，根據(jù)該亮度投影圖像信息，從而以三維方式提取肝臟等以獲得三維圖像。
與表面繪制(surface rendering)不同，即使不能提取清楚的邊界線，體繪制仍可以容易地顯示三維結(jié)構(gòu)，而且與諸如MIP(最大光強(qiáng)投影)的繪制方法不同，體繪制可以顯示含有更多精確位置信息的圖像。
例如，如果利用超聲波診斷設(shè)備進(jìn)行三維圖像處理，則利用數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器，將利用超聲波探頭進(jìn)行手動(dòng)掃描或機(jī)械掃描采集的超聲波向量數(shù)據(jù)臨時(shí)轉(zhuǎn)換為由正交的x-y-z軸上的體素構(gòu)成的體素體(voxel volume)數(shù)據(jù)。在三維繪制單元上對(duì)體素體進(jìn)行體繪制，并將三維繪制圖像顯示在諸如CRT的顯示單元上。例如，第2002-224109號(hào)日本未審專利申請(qǐng)的第21段至第53段對(duì)此進(jìn)行了描述。
此外，通過進(jìn)行非侵入式檢查，超聲波診斷設(shè)備顯示組織的層析X射線成像圖像，因此通過進(jìn)行簡(jiǎn)單操作使超聲波探頭僅接觸身體表面移動(dòng)，就可以實(shí)時(shí)顯示心臟跳動(dòng)或胎兒的活動(dòng)，而且作為超聲波診斷設(shè)備的獨(dú)特特征的示例，可以利用超聲波多普勒方法進(jìn)行血流成像。
然而，如果試圖進(jìn)行三維圖像顯示，則例如根據(jù)超聲波診斷設(shè)備采集的圖像，顯示體繪制圖像，因?yàn)闆]有血液流動(dòng)的空腔，例如膽囊以及管狀結(jié)構(gòu)組織不產(chǎn)生多普勒信號(hào)，所以存在在以三維方式檢查諸如肝臟的薄壁組織器官時(shí)，幾乎看不到器官的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且不能顯示內(nèi)部血管和空腔結(jié)構(gòu)的問題。
即使設(shè)置被稱為不透明度(用于表示可以看到內(nèi)部的程度)的參數(shù)，并根據(jù)不透明度(或者透明度)調(diào)節(jié)原始圖像的亮度值，仍不能清楚地顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界面。
為了解決該問題，例如，如果要從空間上了解B/W組織層析X射線成像圖像(tomography image)，則通過進(jìn)行諸如箱形限幅(clipping)(設(shè)置箱形可視區(qū)域，因此只有該區(qū)域的內(nèi)部是顯示對(duì)象)的限幅操作，MPR(多平面重構(gòu))圖像的斷面定位操作等，可以了解該三維結(jié)構(gòu)。
或者，彩色多普勒系統(tǒng)用于將血流信息和B/W組織的層析X射線成像圖像組合在一起進(jìn)行顯示。
然而，為了進(jìn)行限幅或MPR圖像定位，在旋轉(zhuǎn)該體的同時(shí)需要利用鼠標(biāo)進(jìn)行微調(diào)，因此，如果以實(shí)時(shí)方式顯示三維圖像并檢查其內(nèi)的變化，例如血流，則技師必須手持超聲波探頭在三維體內(nèi)順序進(jìn)行拍攝，而且，同時(shí)進(jìn)行復(fù)雜操作以進(jìn)行體繪制，例如限幅操作等，因此，從可操作性的觀點(diǎn)出發(fā)，這種設(shè)置不實(shí)際。
此外，對(duì)于體繪制圖像，還存在不能了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題，除非通過進(jìn)行限幅等參考斷面，而且利用鼠標(biāo)等切割斷面的任務(wù)也非常麻煩。
特別是，諸如膽囊或具有管狀結(jié)構(gòu)的組織之類的沒有血流的空腔均不產(chǎn)生多普勒信號(hào)，因此，即使利用彩色多普勒方法，仍不能顯示沒有血流的空腔結(jié)構(gòu)。盡管可以設(shè)想一種通過注射超聲波對(duì)比劑(ultrasound contrast agent)來獲得多普勒信號(hào)的方法，但是這種方法本身存在增加了侵入性、檢查不方便等的問題。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述問題，提出本發(fā)明，因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種即使對(duì)薄壁組織器官等進(jìn)行三維檢查，仍可以顯示內(nèi)部血管和空腔結(jié)構(gòu)的圖像處理設(shè)備和超聲波診斷設(shè)備。
因此，根據(jù)本發(fā)明，利用面提取裝置進(jìn)行了面提取根據(jù)體數(shù)據(jù)產(chǎn)生三維圖像，因此可以以空間方式掌握薄壁組織器官的三維結(jié)構(gòu)。此時(shí)，可以同時(shí)顯示沒有血流的各器官，一般認(rèn)為，這不能利用彩色多普勒方法進(jìn)行顯示。
此外，不需要進(jìn)行復(fù)雜煩瑣的操作，因此，技術(shù)人員可以將精力集中在進(jìn)行體掃描和/或診斷。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種圖像處理設(shè)備，該圖像處理設(shè)備包括記錄裝置，用于記錄從診療對(duì)象獲得的、位于三維空間內(nèi)并形成表示診療對(duì)象的身體性質(zhì)的數(shù)據(jù)集的體數(shù)據(jù)；特征量提取裝置，用于提取根據(jù)每個(gè)體數(shù)據(jù)表示的身體性質(zhì)的值計(jì)算的特征量；以及三維圖像生成裝置，用于對(duì)特征量提供不透明度，并用于利用該不透明度產(chǎn)生體繪制圖像。
特征量最好是表示存在于體數(shù)據(jù)內(nèi)的不同對(duì)象之間的邊界面的邊界信息。在這種情況下，三維圖像生成裝置可以提高邊界面的不透明度，而降低剩余部分的不透明度，以產(chǎn)生具有增強(qiáng)邊界面的體繪制圖像。此外，特征量提取裝置可以計(jì)算垂直于邊界面的法向向量和關(guān)于向量長(zhǎng)度的信息之一，向量長(zhǎng)度是根據(jù)所關(guān)心的體數(shù)據(jù)的強(qiáng)度與附近體數(shù)據(jù)的強(qiáng)度之間的差別確定的。此外，根據(jù)法向向量和關(guān)于向量長(zhǎng)度的信息之一，三維圖像生成裝置可以產(chǎn)生體繪制圖像。
特征量提取裝置最好計(jì)算梯度向量，而最好根據(jù)梯度向量和在其計(jì)算過程中的中間產(chǎn)物(product)的值之一，三維圖像生成裝置產(chǎn)生體繪制圖像。
而且，最好特征量提取裝置配置有用于處理所關(guān)心的體數(shù)據(jù)的高通濾波器，或者，特征量提取裝置最好包括3個(gè)索貝爾濾波器，它們用于互相獨(dú)立處理為了識(shí)別體數(shù)據(jù)在三維空間內(nèi)的位置而設(shè)置的3個(gè)方向上的體數(shù)據(jù)。此外，在進(jìn)行特征量提取處理之前，可以附加用于進(jìn)行平滑處理的平滑裝置。在這種情況下，平滑裝置是加權(quán)平均值單元和中值濾波單元之一。
特征量提取裝置和三維圖像生成裝置之一以平行于3個(gè)方向中的兩個(gè)方向并最接近垂直于投影方向的切片的增量方式進(jìn)行處理。
此外，圖像處理設(shè)備最好進(jìn)一步包括通過順序處理記錄在記錄裝置內(nèi)的多個(gè)體數(shù)據(jù)顯示動(dòng)畫圖像的顯示裝置。在這種情況下，顯示裝置可以對(duì)利用可以掃描三維空間的二維陣列探頭獲得的實(shí)時(shí)連續(xù)體數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以顯示動(dòng)畫圖像。
三維圖像生成裝置最好產(chǎn)生多個(gè)從不同方向切割的層析X射線成像圖像。在這種情況下，根據(jù)體數(shù)據(jù)值，在產(chǎn)生體繪制圖像的同時(shí)，三維圖像生成裝置至少可以產(chǎn)生多個(gè)從不同方向切割的層析X射線成像圖像和體繪制圖像之一，而顯示裝置可以同時(shí)顯示它們。
特征量提取裝置最好僅對(duì)具有不同身體性質(zhì)的多種體數(shù)據(jù)中某種類型的體數(shù)據(jù)進(jìn)行特征量提取處理，而最好通過將根據(jù)特征量提取裝置處理的體數(shù)據(jù)獲得的三維分布信息疊加到根據(jù)剩余未處理的體數(shù)據(jù)獲得的三維分布信息，三維圖像生成裝置產(chǎn)生三維圖像。在這種情況下，特征量提取裝置配置成其中可以改變要處理體數(shù)據(jù)類型的選擇條件以便對(duì)不同類型的體數(shù)據(jù)進(jìn)行特征量提取處理。
作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種超聲波診斷設(shè)備，該超聲波診斷設(shè)備包括超聲波發(fā)送/接收裝置，用于將超聲波發(fā)送到診療對(duì)象并接收從診療對(duì)象反射的反射波，以輸出從診療對(duì)象獲得的、位于三維空間內(nèi)并形成表示診療對(duì)象的身體性質(zhì)的數(shù)據(jù)集的體數(shù)據(jù)，作為來自診療對(duì)象發(fā)出的信號(hào)；第一超聲波信息生成裝置，用于獲取和輸出關(guān)于診療對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)的第一三維分布信息；第二超聲波信息生成裝置，用于獲取和輸出關(guān)于診療對(duì)象的運(yùn)動(dòng)對(duì)象的性質(zhì)的第二三維分布信息；記錄裝置，用于記錄利用超聲波發(fā)送/接收裝置獲取的體數(shù)據(jù)；特征量提取裝置，用于提取根據(jù)每個(gè)體數(shù)據(jù)表示的身體性質(zhì)的值計(jì)算的特征量；以及三維圖像生成裝置，用于對(duì)特征量提供不透明度，而且用于利用該不透明度產(chǎn)生體繪制圖像。
最好在利用二維陣列探頭之一掃描診療對(duì)象的一部分并擺動(dòng)扇形探頭期間，超聲波發(fā)送/接收裝置獲取體數(shù)據(jù)，并利用其原點(diǎn)被設(shè)置在超聲波束的發(fā)射點(diǎn)、其兩個(gè)夾角位于互相正交方向的極坐標(biāo)表示該體數(shù)據(jù)?；蛘?，在通過圍繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)超聲波探頭從而圍繞該軸以相反方式轉(zhuǎn)動(dòng)位于二維平面內(nèi)的多個(gè)所關(guān)心的體數(shù)據(jù)來掃描診療對(duì)象的一部分期間，超聲波發(fā)送/接收裝置獲取體數(shù)據(jù)?；蛘撸谕ㄟ^沿垂直于診療對(duì)象的一部分的方向平行移位超聲波探頭從而以相反方向平行移位多個(gè)所關(guān)心的體數(shù)據(jù)來掃描診療對(duì)象的該部分期間，超聲波發(fā)送/接收裝置獲取體數(shù)據(jù)。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的總體原理配置的例子的功能框圖；圖2是詳細(xì)示出圖1所示超聲波診斷設(shè)備的面提取濾波器處理單元的功能框圖；圖3A至3C是用于概括說明面在提取濾波器處理單元執(zhí)行的處理過程的說明性示意圖，其中圖3A示出位于圖像的X方向的所關(guān)心的采樣附近的8個(gè)采樣(體素)的陣列，圖3B和3C示出位于Y方向和Z方向的所關(guān)心的采樣附近的8個(gè)采樣(體素)的陣列；圖4A和4B是用于概括說明在平滑濾波器處理單元執(zhí)行的處理過程的說明性示意圖，其中圖4A示出包括采樣(體素)的體數(shù)據(jù)，而圖4B示出附近的6個(gè)采樣；圖5是用于說明中值濾波器的處理過程的具體例子的流程圖；圖6A和6B示出體掃描的一些例子，其中圖6A示出沿該部分的垂直方向并行移動(dòng)超聲波探頭，而圖6B示出圍繞其軸旋轉(zhuǎn)超聲波探頭；圖7A和7B是用于將利用根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷設(shè)備產(chǎn)生的三維圖像與利用傳統(tǒng)超聲波診斷設(shè)備產(chǎn)生的三維圖像進(jìn)行比較的說明性示意圖，其中圖7A示出根據(jù)正常模式顯示在顯示單元上的肝臟，而圖7B示出根據(jù)本發(fā)明顯示在顯示單元上的肝臟；圖8是詳細(xì)示出根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷設(shè)備的第二實(shí)施例的面提取濾波器處理單元的另一個(gè)例子的原理框圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的總體原理配置的例子的原理框圖；圖10A至10C是用于說明利用超聲波探頭采集的超聲波體數(shù)據(jù)的幾何形狀的說明性示意圖，其中圖10A示出體幾何形狀，圖10B示出X-Y平面上的投影超聲波束與Y軸之間的夾角θ，而圖10C示出Y-Z平面上的投影超聲波束與Y軸之間的夾角ψ；圖11是示出圖9所示超聲波診斷設(shè)備的切片處理單元的詳細(xì)配置的功能框圖；圖12A至12C是用于說明利用圖8所示的超聲波診斷設(shè)備的陰影向量計(jì)算單元執(zhí)行的、將極坐標(biāo)上的法向向量變換為直角坐標(biāo)上的法向向量的變換處理的原理圖，其中圖12A示出輸入到陰影向量計(jì)算單元的、極坐標(biāo)上的超聲波切片數(shù)據(jù)，圖12B示出利用直角坐標(biāo)示出的、圖12A所示極坐標(biāo)系上的超聲波切片數(shù)據(jù)，圖12C是陰影向量計(jì)算單元的輸出數(shù)據(jù)的原理圖；圖13是示出圖9所示超聲波診斷設(shè)備的陰影向量計(jì)算單元的詳細(xì)配置的功能框圖；圖14是示出圖9所示超聲波診斷設(shè)備的切片繪制單元的詳細(xì)配置的功能框圖；P8 L13圖15A至15C是用于說明在將視線方向設(shè)置為軸方向時(shí)圖像生成處理的原理的說明性示意圖，其中圖15A示出根據(jù)獲得的超聲波體數(shù)據(jù)產(chǎn)生的超聲波切片數(shù)據(jù)組，圖15B示出通過進(jìn)行繪制處理被幾何變換和疊加的超聲波切片數(shù)據(jù)，圖15C示出對(duì)應(yīng)于各切片的分量形狀輪廓；圖16A至16C是用于說明在將視線方向設(shè)置為R軸方向時(shí)的圖像生成處理原理的說明性示意圖，其中圖16A示出根據(jù)獲得的超聲波體數(shù)據(jù)產(chǎn)生的超聲波切片數(shù)據(jù)組，圖16B示出通過進(jìn)行繪制處理被幾何變換和疊加的超聲波切片數(shù)據(jù)，圖16C示出對(duì)應(yīng)于各切片的分量形狀輪廓；圖17是示出利用根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備執(zhí)行的超聲波圖像采集與生成處理過程的例子的流程圖；圖18是用于說明圖9所示超聲波診斷設(shè)備的切片處理單元執(zhí)行的切片處理過程的例子的流程圖；圖19A至19C是用于說明視線方向與切片面之間關(guān)系的說明性示意圖，其中圖19A示出具有同樣的θ的R-ψ切片面，圖19B示出具有同樣的ψ的R-θ切片面，圖19C示出具有同樣的R的θ-ψ切片面；圖20是用于說明圖9所示超聲波診斷設(shè)備的切片繪制單元執(zhí)行的處理過程的例子的流程圖；圖21是用于說明R-切片面和R-θ切片面的超聲波切片數(shù)據(jù)與切片幾何信息之間的相關(guān)性的說明性示意圖；圖22是用于說明-θ切片面超聲波切片數(shù)據(jù)與切片幾何信息之間相關(guān)性的說明性示意圖；圖23是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的總體原理配置的例子的原理框圖；圖24是示出圖23所示超聲波診斷設(shè)備的陰影向量計(jì)算單元的詳細(xì)配置的原理框圖；
圖25是示出利用圖22所示超聲波診斷設(shè)備執(zhí)行的超聲波圖像采集與生成處理過程的例子的流程圖；圖26是示出利用圖23所示超聲波診斷設(shè)備執(zhí)行的面提取處理過程的例子的流程圖；圖27是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的總體原理配置例子的原理框圖；圖28是用于說明顯示在顯示單元上的顯示格式例子的說明性示意圖；以及圖29是示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的總體原理配置例子的功能框圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖具體說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的例子。在以下內(nèi)容中，在“第一實(shí)施例”中，對(duì)其中對(duì)體素體數(shù)據(jù)(體素)的采樣進(jìn)行面提取濾波的實(shí)施例進(jìn)行說明，而在“第三實(shí)施例”中，對(duì)其中對(duì)極坐標(biāo)超聲波體數(shù)據(jù)的采樣進(jìn)行面提取濾波的實(shí)施例進(jìn)行說明。其他實(shí)施例均是各種變換例?，F(xiàn)在，從第一實(shí)施例開始說明。
第一實(shí)施例首先，在第一實(shí)施例中，面提取(face extraction)處理是本實(shí)施例的特征，對(duì)等大體素體進(jìn)行面提取處理(高頻段加強(qiáng)濾波處理)，產(chǎn)生具有增強(qiáng)面分量的體，然后對(duì)每個(gè)采樣值進(jìn)行體繪制處理，從而顯示具有增強(qiáng)面分量的體繪制圖像。
在描述這些特征之前，參考圖1說明作為其基礎(chǔ)的超聲波診斷設(shè)備的總體原理配置。圖1是示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的配置例子的方框圖。
(超聲波診斷設(shè)備的配置)如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備包括用于在該設(shè)備與診療對(duì)象之間發(fā)送和接收超聲波信號(hào)的超聲波探頭12、用于驅(qū)動(dòng)超聲波探頭12的發(fā)送單元14、用于處理從超聲波探頭12接收的信號(hào)的接收單元22、定相加法器24、檢測(cè)電路26、作為B/W亮度信號(hào)處理單元的回波處理器(EP)27、作為血流檢測(cè)/處理單元的流體(flow)處理器(FP)28、數(shù)字掃描變換器(DSC)29、作為發(fā)送/接收控制電路的實(shí)時(shí)控制器(RTC)16、作為控制單元的主CPU17、體發(fā)生器30、平滑濾波單元31、面提取濾波單元33、三維繪制引擎37、用于顯示三維圖像等的顯示單元38、存儲(chǔ)器39、可以接收操作員輸入的指令信息的操作單元18，等等。請(qǐng)注意，參考編號(hào)2代表圖像處理設(shè)備的配置。
超聲波探頭12是用于將照相超聲波發(fā)送到診療對(duì)象(病人)體內(nèi)，并用于從診療對(duì)象接收反射波的探頭，它由壓電式傳感器等構(gòu)成。在垂直于掃描方向的方向切割壓電式傳感器，并形成多個(gè)通路。利用超聲波探頭12在垂直于或者基本垂直于掃描斷面的方向進(jìn)行手動(dòng)或者機(jī)械掃描采集三維超聲波體。利用未示出的磁性傳感器或解碼器檢測(cè)手動(dòng)或者機(jī)械掃描位置，并將掃描位置信息輸入到實(shí)時(shí)控制器(RTC)16，在實(shí)時(shí)控制器16對(duì)其附加標(biāo)題信息，并將它與超聲波數(shù)據(jù)一起發(fā)送到體發(fā)生器30。
根據(jù)從主CPU17輸入的掃描控制參數(shù)，實(shí)時(shí)控制器(RTC)16對(duì)發(fā)送/接收超聲波信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制?？刂茀?shù)包括諸如B/W或者彩色多普勒掃描之類的超聲波采集模式，掃描區(qū)域、光柵密度、超聲波數(shù)據(jù)采集過程的接收周期等。實(shí)時(shí)控制器(RTC)16根據(jù)超聲波數(shù)據(jù)采集過程的接收周期信息控制定時(shí)器，并根據(jù)周期性產(chǎn)生的定時(shí)器輸出產(chǎn)生超聲波發(fā)送基準(zhǔn)信號(hào)。
實(shí)時(shí)控制器(RTC)16還產(chǎn)生進(jìn)行波束處理所需的信息，例如，用于識(shí)別超聲波束是B/W數(shù)據(jù)還是彩色多普勒數(shù)據(jù)的波束類型，數(shù)據(jù)采集距離等，作為標(biāo)題信息。在以下描述的接收/發(fā)送單元22中將產(chǎn)生的標(biāo)題信息附加到該數(shù)據(jù)，并將它與該數(shù)據(jù)一起傳送到用于進(jìn)行后續(xù)處理的單元。根據(jù)接收的標(biāo)題信息，下游單元確定波束處理、波束類型識(shí)別與波束處理以及參數(shù)的內(nèi)容，然后，執(zhí)行以下必要處理以將標(biāo)題信息與傳送到該下游單元的超聲波束數(shù)據(jù)組合在一起。
盡管附圖中未示出，但是發(fā)送單元14具有基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器、延遲電路以及高壓脈沖發(fā)生電路(脈沖發(fā)生器電路)。以從實(shí)時(shí)控制器(RTC)16接收的超聲波發(fā)送/接收基準(zhǔn)信號(hào)作為基準(zhǔn)，發(fā)送單元14利用基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生發(fā)送脈沖產(chǎn)生信號(hào)，利用延遲電路逐個(gè)通路附加延遲時(shí)間以形成要求的超聲波束，利用脈沖發(fā)生器電路對(duì)發(fā)送脈沖產(chǎn)生信號(hào)進(jìn)行放大，將它們送到構(gòu)成超聲波探頭12的每個(gè)通路的各壓電式傳感器。
盡管在附圖中未示出，但是接收單元22具有前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器以及接收延遲電路。在實(shí)時(shí)控制器16的控制下，在超聲波探頭12內(nèi)，接收單元22逐個(gè)通路地從診療對(duì)象接收超聲波反射脈沖，在A/D轉(zhuǎn)換器將超聲波反射脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后，利用前置放大器放大其振幅。
因此，通過產(chǎn)生要發(fā)送到超聲波探頭12的傳感器的脈沖式超聲波，然后再利用超聲波探頭12接收在診療對(duì)象的組織內(nèi)散射的回波信號(hào)，獲得接收信號(hào)。
對(duì)接收單元22的輸出進(jìn)行在定相加法器24確定接收方向性所需的延遲處理，然后，進(jìn)行附加處理以對(duì)每個(gè)光柵形成多個(gè)超聲波束，在檢測(cè)電路26內(nèi)對(duì)超聲波束數(shù)據(jù)進(jìn)行正交鑒相處理，然后，根據(jù)成像模式，將它送到回波處理器(EP)27或者流體處理器(FP)28。
考慮了利用未示出的數(shù)字延遲定相加法器確定接收方向性所需的延遲時(shí)間，定相加法器24對(duì)從接收單元22輸入的接收通路信號(hào)進(jìn)行加法處理(addition processing)，并輸出獲得的RF(射頻)超聲波信號(hào)。RF超聲波信號(hào)對(duì)應(yīng)于通過進(jìn)行延遲加法處理形成的、每個(gè)光柵的超聲波束。在定相加法器24同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)超聲波束可以實(shí)現(xiàn)所謂并行同時(shí)接收，因此可以縮短超聲波體的掃描時(shí)間。
檢測(cè)電路26對(duì)通過在定相加法器24進(jìn)行延遲加法處理產(chǎn)生的超聲波束數(shù)據(jù)進(jìn)行正交鑒相處理，然后，根據(jù)成像模式，將處理信號(hào)發(fā)送到回波處理器(EP)27或流體處理器(FP)28。
回波處理器(EP)27是用于執(zhí)行產(chǎn)生三維B/W組織圖像數(shù)據(jù)所需的信號(hào)處理的單元，三維B/W組織圖像數(shù)據(jù)表示涉及在由人體組織反射的接收信號(hào)的組織結(jié)構(gòu)信息。具體地說，通過進(jìn)行包絡(luò)檢波處理，回波處理器(EP)27形成組織反射的超聲波信號(hào)的強(qiáng)度的畫面，并進(jìn)行高頻截止濾波(high cut filtering)，從而適于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于組織結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)。
流體處理器(FP)28構(gòu)成血流信號(hào)檢測(cè)/處理單元，它是用于進(jìn)行形成諸如血流等的運(yùn)動(dòng)畫面所需信號(hào)處理的單元，具體地說，利用彩色多普勒方法計(jì)算諸如速度、功率、色散等參數(shù)?；夭ㄌ幚砥?EP)27或者流體處理器(FP)28的輸出是沿超聲波束方向的每個(gè)采樣位置的數(shù)據(jù)(以下簡(jiǎn)稱“超聲波采樣數(shù)據(jù)”)，以下將由超聲波采樣數(shù)據(jù)構(gòu)成的三維體稱為超聲波體數(shù)據(jù)(以前稱為“超聲波向量數(shù)據(jù)集”)。
數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器(DSC)29用于將通過進(jìn)行超聲波掃描沿每個(gè)光柵掃描的信號(hào)串轉(zhuǎn)換為諸如電視格式的通用視頻格式的沿每個(gè)光柵的信號(hào)串，其中根據(jù)每個(gè)超聲波光柵的幾何信息，從回波處理器(EP)27輸入的數(shù)據(jù)用于產(chǎn)生B/W組織圖像數(shù)據(jù)，而從流體處理器(FP)28輸入的數(shù)據(jù)用于產(chǎn)生彩色血流圖像數(shù)據(jù)，而且例如對(duì)它們二者進(jìn)行加權(quán)，然后將它們相加以產(chǎn)生顯示圖像數(shù)據(jù)。利用通常已知的抗混疊方法，對(duì)諸如血流速度發(fā)生混疊(alias)的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插，從而產(chǎn)生二維圖像。
根據(jù)掃描斷面位置信息，體發(fā)生器30將從數(shù)字掃描變換器(DSC)29輸入的多個(gè)層析X射線成像圖像變換為等大體素構(gòu)成的體。在此，該內(nèi)插處理過程采用利用圍繞所關(guān)心的體素的8個(gè)超聲波采樣進(jìn)行的線性內(nèi)插處理過程(三線性內(nèi)插處理)。對(duì)其中產(chǎn)生混疊的數(shù)據(jù)(如典型地為血流速度)執(zhí)行包括抗混疊處理的三線性內(nèi)插處理。
圖像存儲(chǔ)器39與體發(fā)生器30連接在一起，它包括存儲(chǔ)裝置和用于將體發(fā)生器30處理的數(shù)據(jù)(即，適合進(jìn)行超聲波掃描的一種數(shù)據(jù)，或者適合進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)電視掃描的一種數(shù)據(jù))存儲(chǔ)到其內(nèi)的寫/讀控制器。在實(shí)時(shí)成像期間，或者在該成像過程之后，根據(jù)操作員的命令，幀單元可以讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置內(nèi)的回波數(shù)據(jù)。通過體發(fā)生器30等將讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示單元38進(jìn)行顯示。
平滑濾波單元31對(duì)體發(fā)生器30產(chǎn)生的三維體進(jìn)行平滑處理，并去除諸如為斑點(diǎn)噪聲的噪聲。
面提取濾波單元33對(duì)體發(fā)生器30產(chǎn)生的三維體進(jìn)行低截止濾波(low cut filtering)，以產(chǎn)生其中增強(qiáng)了面分量的三維體。
三維繪制引擎37接收體發(fā)生器30產(chǎn)生的體素體(voxelvolume)，并對(duì)其進(jìn)行平滑處理和面提取處理，然后，根據(jù)在CPU17設(shè)置的、包括體繪制、表面繪制、諸如為MPR的繪制模式，以及視線方向、不透明度、著色方法等的圖像產(chǎn)生參數(shù)，產(chǎn)生三維繪制圖像。請(qǐng)注意，盡管對(duì)產(chǎn)生三維圖像的算法建議了各種技術(shù)，但是通常已知的一種技術(shù)是光線跟蹤。
顯示單元38由CRT(陰極射線管)監(jiān)視器或LCD(液晶顯示器)監(jiān)視器構(gòu)成，而且用于顯示數(shù)字掃描變換器(DSC)29產(chǎn)生的、諸如B/W組織圖像或彩色血流圖像等的二維超聲波圖像以及用戶對(duì)診療對(duì)象所做的診斷。顯示單元38還或者單獨(dú)顯示，或者與數(shù)字掃描變換器(DSC)29產(chǎn)生的二維超聲波圖像一起顯示三維繪制引擎37產(chǎn)生的三維繪制圖像。
具體地說，設(shè)置顯示單元38，從而能夠顯示進(jìn)行了面增強(qiáng)的三維圖像(第一三維圖像)、未進(jìn)行面增強(qiáng)的三維圖像(第二三維圖像)、基于它們之一或者基于它們二者的MPR圖像等。根據(jù)操作單元18發(fā)出的操作指令，包含在主CPU17內(nèi)的顯示控制單元在適當(dāng)時(shí)可以對(duì)它們進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
因此，將示出診療對(duì)象的組織形狀的圖像顯示在顯示單元38上，而且用戶可以根據(jù)顯示在其上的超聲波圖像獲得三維信息，因此，通常，可以容易地得知是否存在病癥，而且，如果存在病癥，可以獲得波及區(qū)域的大小等。
操作單元18具有用于輸入預(yù)定指令的裝置，例如鼠標(biāo)、按鈕、鍵盤、跟蹤球、操作盤等。操作員利用這些操作裝置輸入或者設(shè)置病人信息、設(shè)備狀態(tài)等，而且還利用這些操作裝置輸入所需發(fā)送/接收條件、顯示格式選擇信息、在三維圖像上指定MPR斷面、設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)以及三維圖像的不透明度等。
例如，通過操作設(shè)置在操作盤上的操作開關(guān)，或者利用鼠標(biāo)等從顯示在顯示單元38上的窗口內(nèi)的菜單中選擇一項(xiàng)，來輸入與掃描和顯示有關(guān)的條件，由CRT等構(gòu)成的顯示單元38形成圖像顯示單元。此外，通過垂直或者水平移動(dòng)鼠標(biāo)，對(duì)超聲波體數(shù)據(jù)、顯示窗口水平以及不透明度/色彩設(shè)置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)操作。
主CPU17是用作整個(gè)設(shè)備的控制中心、用于控制各部件的控制裝置，而且具有含有存儲(chǔ)器的信息處理裝置(即，計(jì)算機(jī))的功能，從而能按預(yù)先編程的步驟，控制超聲波診斷設(shè)備本身的動(dòng)作。CPU17控制與超聲波探頭12相連的發(fā)送單元14和接收單元22、定相加法器24、檢測(cè)電路26、用于獲得診療對(duì)象的圖像的回波處理器(EP)27、用于獲得血流圖像的流體處理器(FP)28、用于產(chǎn)生體的體發(fā)生器30、數(shù)字掃描變換器(DSC)29、平滑濾波器處理單元31、面提取濾波器處理單元33、三維繪制引擎37、顯示單元38等。
控制動(dòng)作包括診斷模式、發(fā)送/接收條件、諸如三維圖像顯示或MPR圖像等的顯示格式等進(jìn)行處理，它是操作員通過操作單元18命令的，操作動(dòng)作還包括對(duì)發(fā)送單元14進(jìn)行發(fā)送控制(發(fā)送時(shí)間、發(fā)送延遲等)、對(duì)接收單元22進(jìn)行接收控制(接收延遲等)、命令三維繪制引擎37產(chǎn)生三維圖像，此外，在根據(jù)本發(fā)明對(duì)三維圖像進(jìn)行面提取等的過程中，調(diào)用并執(zhí)行必要程序和數(shù)據(jù)，指示在面提取濾波單元33進(jìn)行面提取處理、提示執(zhí)行MPR處理等以及對(duì)軟件模塊進(jìn)行總控。
主CPU17解釋用戶利用操作單元18輸入的、與掃描或顯示有關(guān)的條件，并通過設(shè)置進(jìn)行控制所需的參數(shù)，對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制。完成對(duì)整個(gè)設(shè)備設(shè)置參數(shù)后，主CPU17命令實(shí)時(shí)控制器(RTC)16開始發(fā)送/接收超聲波信號(hào)。
主CPU17連續(xù)判定用戶利用操作單元18對(duì)三維圖像連續(xù)進(jìn)行的輸入操作，例如對(duì)該體進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)操作，而且通過對(duì)三維繪制引擎37等設(shè)置必要參數(shù)，對(duì)顯示三維圖像進(jìn)行控制。
此外，將二維超聲波圖像和三維圖像等存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器39內(nèi)，而且例如，在診斷之后，操作員可以調(diào)用它們。此外，存儲(chǔ)器39不僅存儲(chǔ)診斷圖像，而且存儲(chǔ)用于執(zhí)行上述面提取濾波處理以及用于進(jìn)行平滑以去除斑點(diǎn)噪聲等的各種類型的軟件程序。
此外，在接收單元22進(jìn)行接收之后，主CPU17立即讀取輸出信號(hào)或圖像亮度信號(hào)，并通過數(shù)字掃描變換器(DSC)29將它們顯示在顯示單元38上，或者將該信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器39內(nèi)作為圖像文件，或者通過另一個(gè)接口，將該信號(hào)傳送到外部信息處理裝置(PC)、打印機(jī)、外部存儲(chǔ)介質(zhì)、診斷數(shù)據(jù)庫、電子醫(yī)療記錄系統(tǒng)等。
(超聲波診斷設(shè)備的全部運(yùn)行過程)具有這種配置的超聲波診斷設(shè)備1通常以下述方式運(yùn)行。即，發(fā)出診斷命令后，發(fā)送單元14通過超聲波探頭12發(fā)射到作為診療對(duì)象的人體內(nèi)超聲波通過超聲波探頭12再被接收單元22作為人體反射的反射信號(hào)接收。通過接收單元22被定相相加、被對(duì)數(shù)放大并被包絡(luò)檢波的回波信號(hào)被作為具有振幅信息的亮度信息輸出，然后，將其作為圖像輸入到數(shù)字掃描變換器(DSC)29。這樣產(chǎn)生正常二維層析X射線成像圖像。
在定相加法器24對(duì)接收單元22的輸出進(jìn)行確定接收方向性所需的延遲處理，此后，進(jìn)行加法處理以對(duì)每個(gè)光柵形成多個(gè)超聲波束，并在檢測(cè)電路26對(duì)根據(jù)成像模式送到回波處理器(EP)27或流體處理器(FP)28的超聲波束進(jìn)行正交鑒相處理(根據(jù)本發(fā)明，此時(shí)之前的裝置構(gòu)成超聲波發(fā)送/接收裝置)。
通過進(jìn)行包絡(luò)檢波處理，回波處理器(EP)27產(chǎn)生人體反射的超聲波信號(hào)強(qiáng)度的畫面，并進(jìn)行高截止濾波處理等，這樣適于根據(jù)組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)(B/W組織圖像)。在此，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行各種方式的濾波、指數(shù)放大、包絡(luò)檢波處理等，并變成其中信號(hào)強(qiáng)度被表示為亮度的數(shù)據(jù)。
另一方面，通過進(jìn)行包絡(luò)檢波處理，流體處理器(FP)28執(zhí)行形成諸如血流等的運(yùn)動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)畫面，即運(yùn)動(dòng)對(duì)象反射的超聲波信號(hào)的強(qiáng)度所需的信號(hào)處理，并例如采用彩色多普勒方法利用運(yùn)動(dòng)對(duì)象反射的強(qiáng)度計(jì)算諸如速度、功率、色散等的參數(shù)(在本發(fā)明中，上述EP27和FP28是超聲波信息生成裝置)。還通過進(jìn)行頻率分析，根據(jù)回波信號(hào)獲得速度信息，并將分析結(jié)果送到數(shù)字掃描變換器(DSC)29。
然后，根據(jù)每個(gè)超聲波光柵產(chǎn)生的幾何信息，數(shù)字掃描變換器(DSC)29利用從回波處理器(EP)27輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生B/W組織圖像，而且還利用從流體處理器(FP)28輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生彩色血流圖像，對(duì)這兩個(gè)圖像進(jìn)行加權(quán)和累加以產(chǎn)生顯示圖像數(shù)據(jù)。此外，利用通常已知的抗混疊方法，對(duì)諸如血流速度的發(fā)生混疊的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插，從而產(chǎn)生二維圖像。
對(duì)送到數(shù)字掃描變換器(DSC)29的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行諸如平滑處理的后處理，然后將其掃描變換為視頻格式圖像數(shù)據(jù)。進(jìn)一步將該圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)送到顯示單元38。此時(shí)，對(duì)必要圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，然后顯示在顯示單元38上。
將掃描變換前、后的圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器39內(nèi)，而且操作員可以讀出和重復(fù)使用該圖形數(shù)據(jù)，即可以對(duì)該圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示等。此時(shí)，可以在諸如慢動(dòng)回放、逐幀回放、凍結(jié)幀等的顯示控制下，可以觀看從存儲(chǔ)器39讀出的圖像。
現(xiàn)在，在操作員將顯示模式切換到三維顯示模式后，根據(jù)存儲(chǔ)器39存儲(chǔ)的圖形數(shù)據(jù)，在顯示單元38上顯示三維圖像。
(三維顯示)為了進(jìn)行三維圖像顯示，根據(jù)掃描斷面位置信息，體發(fā)生器30將多個(gè)層析X射線成像圖像的輸入轉(zhuǎn)換為由等大體素構(gòu)成的體。
平滑濾波單元31對(duì)體發(fā)生器30產(chǎn)生的三維體進(jìn)行平滑，以去除諸如斑點(diǎn)噪聲等的噪聲，此外，面提取濾波單元33對(duì)該三維體進(jìn)行低截止濾波，以產(chǎn)生其中增強(qiáng)了面分量的三維體。
三維繪制引擎37接收體發(fā)生器30產(chǎn)生的、進(jìn)行了平滑處理和面提取處理的體素體，根據(jù)在CPU17內(nèi)設(shè)置的、包括體繪制、表面繪制、諸如MPR的繪制模式等以及視線方向、不透明度、著色方法等的圖像產(chǎn)生參數(shù)，產(chǎn)生三維繪制圖像。
這樣，可以將諸如被發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)或圖形數(shù)據(jù)的各種格式的圖像、主CPU17命令的正常模式三維圖像、面提取濾波單元33輸出的圖像等正確輸入到顯示單元38。
因此，顯示單元38顯示諸如診療對(duì)象的B/W組織圖像或彩色血流圖像的二維超聲波圖像，或者顯示單元38單獨(dú)顯示，或在需要時(shí)與該二維超聲波圖像一起顯示三維繪制圖像、其MPR圖像等。
此時(shí)，在三維繪制圖像中，通過在面提取濾波單元33進(jìn)行濾波，對(duì)諸如例如位于膽囊或者肝臟內(nèi)的血管或腫瘤的薄壁組織器官的三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的面分量或輪廓進(jìn)行增強(qiáng)，以便清楚地顯示血管、空腔以及腫瘤的形狀等。
此外，還可以為了顯示二維超聲波圖像或三維繪制圖像進(jìn)行設(shè)置，其中利用未示出的數(shù)據(jù)生成單元產(chǎn)生關(guān)于各種設(shè)置參數(shù)等的信息的圖形數(shù)據(jù)等，并利用存儲(chǔ)器39等合成該圖像，從而將合成圖像輸出到顯示單元38。
將這樣產(chǎn)生的最終圖像數(shù)據(jù)顯示在顯示單元38上，而且如果選擇了顯示三維圖像的“3D模式”，則通過進(jìn)行體繪制，顯示單元38正常顯示例如肝臟的三維圖像，而且通過用戶選擇某個(gè)顯示操作部分，顯示其中例如肝臟內(nèi)的諸如腫瘤等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被面增強(qiáng)的面增強(qiáng)圖像。請(qǐng)注意，在需要時(shí)，對(duì)二維超聲波圖像、要求的部分或數(shù)據(jù)進(jìn)行著色。
以下將詳細(xì)說明具有上述配置的、用于進(jìn)行面提取濾波處理的更詳細(xì)配置。
(本發(fā)明特征用于進(jìn)行面提取的配置)根據(jù)本實(shí)施例，假定以下配置對(duì)三維體數(shù)據(jù)進(jìn)行面提取。以下將利用本實(shí)施例對(duì)體素成型體(voxel-shaped volume)進(jìn)行面提取處理的情況進(jìn)行說明。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷設(shè)備包括用于去除體發(fā)生器30產(chǎn)生的三維體數(shù)據(jù)中的斑點(diǎn)噪聲等的平滑濾波單元31以及用于對(duì)三維體數(shù)據(jù)提取或者增強(qiáng)肝臟等內(nèi)的腫瘤輪廓(腫瘤的表面與肝臟整體部分之間的邊界)并用于進(jìn)行面提取的面提取濾波單元33。
即，關(guān)于本發(fā)明的設(shè)備，采用平滑濾波單元31內(nèi)的中值濾波器進(jìn)行平滑，此后，利用面提取濾波單元33的索貝爾(Sobel)型3×3高通濾波器332a、332b、332c檢測(cè)面分量的振幅。在體的增大過程中執(zhí)行這些檢測(cè)過程。
為了定義幾個(gè)術(shù)語，本實(shí)施例中的術(shù)語“面提取濾波單元”相當(dāng)于根據(jù)本發(fā)明的“特征量提取裝置”，本實(shí)施例中的術(shù)語“平滑濾波單元”相當(dāng)于根據(jù)本發(fā)明的“平滑裝置”，本實(shí)施例中的術(shù)語“三維繪制引擎”相當(dāng)于根據(jù)本發(fā)明的“三維圖像生成裝置”，此外，本實(shí)施例中的“存儲(chǔ)器”可以包括根據(jù)本發(fā)明的“記錄裝置”。
(面提取濾波器)如圖2所示，面提取濾波單元33具有用于提取三維體數(shù)據(jù)的面分量的功能，而且對(duì)面提取濾波單元33進(jìn)行配置，以包括X方向?yàn)V波單元332a(第一方向?yàn)V波裝置)，通過對(duì)例如三維X-Y-Z直角坐標(biāo)系上的X方向(第一方向)進(jìn)行濾波，對(duì)沿X方向的平面進(jìn)行面提取處理；Y方向?yàn)V波單元332b(第二方向?yàn)V波裝置)，通過對(duì)Y方向進(jìn)行濾波，對(duì)沿Y方向的平面進(jìn)行面提取處理；Z方向?yàn)V波處理單元332c(第三方向?yàn)V波裝置)，通過對(duì)Z方向(第三方向)進(jìn)行濾波，對(duì)沿Z方向的平面進(jìn)行面提取處理；以及計(jì)算單元333(計(jì)算裝置)，用于計(jì)算被分別處理的這些方向的濾波結(jié)果的輸出的平方和，或者用于計(jì)算該平方和的平方根(或者計(jì)算向量長(zhǎng)度)。
X方向?yàn)V波單元332a由高通濾波器構(gòu)成(HPF，或者低截止濾波器)，例如索貝爾濾波器等。與X方向?yàn)V波單元332a相同，Y方向?yàn)V波單元332b和Z方向?yàn)V波單元332c也由索貝爾濾波器等構(gòu)成。
在利用數(shù)字掃描變換器29將采集的超聲波采樣體變換為體素體后，利用具有這種配置的面提取濾波單元33進(jìn)行面提取濾波。
最好將面提取濾波單元33配置為可以對(duì)于每一維分解體素體，從而對(duì)每個(gè)方向進(jìn)行濾波，并在濾波之后，根據(jù)分解的各分量計(jì)算向量分量的線性濾波器。
面分量是圖像的光強(qiáng)值突然發(fā)生變化的部分，而在薄壁組織器官區(qū)域反射的回波中，對(duì)應(yīng)于面分量的部分具有高頻分量，因此利用構(gòu)成面提取濾波單元33的、具有降噪功能的高通(增強(qiáng)型)濾波器或者帶通濾波器，可以提取面分量，從而產(chǎn)生增強(qiáng)了面分量的圖像。然而，請(qǐng)注意，該濾波器可以采用各種類型的濾波器。
盡管該實(shí)施例對(duì)在通過對(duì)根據(jù)回波處理器27的輸出產(chǎn)生的三維體數(shù)據(jù)的B/W體進(jìn)行濾波來提取面分量時(shí)，濾波器的用法進(jìn)行了說明，即，面提取方式及其使用方法，但是本發(fā)明并不局限于此，而且利用每個(gè)實(shí)施例還可以分別執(zhí)行以下內(nèi)容。
1)僅對(duì)B/W體數(shù)據(jù)(表示診療對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)的三維分布信息根據(jù)回波處理器27的輸出產(chǎn)生的三維體數(shù)據(jù))和彩色體(表示診療對(duì)象的運(yùn)動(dòng)對(duì)象的性質(zhì)的三維分布信息根據(jù)流體處理器28的輸出產(chǎn)生的三維體數(shù)據(jù))之一進(jìn)行面提取濾波，而且繪制提取的面信息(分量)以及未對(duì)其進(jìn)行提取的體，以產(chǎn)生圖像信息，用于進(jìn)行診斷。
2)對(duì)B/W體數(shù)據(jù)和彩色體數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波以提取面信息，并進(jìn)行繪制以獲得三維圖像信息。
3)還可以進(jìn)行一種配置，其中對(duì)用于從B/W體數(shù)據(jù)中提取面信息的濾波器和用于從彩色體內(nèi)提取面信息的濾波器分別進(jìn)行加權(quán)(或者，也可以調(diào)節(jié)濾波器系數(shù))，并設(shè)置用于調(diào)節(jié)權(quán)重的裝置，即，設(shè)置用于改變?yōu)V波條件的裝置，而且在實(shí)際觀看該圖像時(shí)，能夠利用該裝置改變?yōu)V波條件，從而獲得更好的圖像。
在情況3)中，通過設(shè)置可以在0(沒有濾波作用，即，通過)至1(其中濾波器起100％作用情況)之間改變的加權(quán)系數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)上述1)和2)的情況。利用這種面提取濾波過程進(jìn)行濾波，可以在增強(qiáng)情況下顯示例如薄壁組織器官的整體部分與空腔之間的邊界，從而更仔細(xì)檢查空腔結(jié)構(gòu)和管結(jié)構(gòu)。例如，屬于這類的內(nèi)部器官包括肝臟(檢查肝靜脈、門靜脈以及主動(dòng)脈)、膽囊等。
現(xiàn)在，如果利用諸如本發(fā)明的三維濾波器，則通過分別按X、Y和Z方向分解，可以進(jìn)行二維濾波，因此通過逐步一維一維地進(jìn)行分解，可以進(jìn)行濾波，即，首先，對(duì)X方向進(jìn)行濾波，然后，對(duì)Y方向進(jìn)行濾波，最后對(duì)Z方向進(jìn)行濾波。這樣可以進(jìn)行三維濾波。
對(duì)于一個(gè)方向，索貝爾濾波器例如具有3×3二維濾波器，而對(duì)于多個(gè)采樣(抽頭(tap))，如果分解為每個(gè)方向，則采用用于每個(gè)方向的3×3＝9個(gè)抽頭的高通濾波器，對(duì)3個(gè)方向X、Y和Z分別進(jìn)行線性濾波，從而進(jìn)行三維濾波。
索貝爾濾波器的輸出反映處理方向上的面分量的振幅，所關(guān)心的采樣點(diǎn)所在平面的法線方向可以被表示為向量符號(hào)(notation)，該向量符號(hào)具有作為其分量的3個(gè)方向X、Y和Z的輸出。
也就是說，如果在X、Y和Z方向分別采用3×3的索貝爾濾波器332a、332b、332c，則計(jì)算單元333輸出每個(gè)輸出的平方之和。此外，由于如果這樣輸出值的范圍大，則在需要時(shí)，計(jì)算單元333的輸出可以是各平方之和的平方根。
這樣，可以利用三維繪制引擎37，采用VR(體繪制)方法對(duì)作為面提取濾波處理的輸出的各體素格式體(voxel format volume)進(jìn)行圖像繪制。
面提取濾波單元33的配置并不局限于上述情況，而且可以將其配置為可以對(duì)3個(gè)方向中的每個(gè)方向、所關(guān)心的采樣的前后、其左右以及上下進(jìn)行濾波的三維濾波器。即，為了檢測(cè)存在的面分量，只需觀察前后、左右以及上下，因此最簡(jiǎn)單方式是，采用使用周圍6個(gè)采樣的配置。此外，還可以采用取圍繞特定所關(guān)心的采樣的全部26個(gè)采樣進(jìn)行計(jì)算的配置，全部26個(gè)采樣包括所有對(duì)角線方向上的采樣。增加采樣數(shù)量可以使面提取處理穩(wěn)定。在此，如果對(duì)面提取濾波單元33進(jìn)行配置以分別對(duì)X、Y和Z方向分解體素體，則可以對(duì)每個(gè)方向進(jìn)行二維濾波，然而，如果利用周圍采樣進(jìn)行三維計(jì)算，則采用其配置與正常二維濾波器采用的配置不同的濾波器。
(索貝爾濾波器)例如，為了對(duì)X、Y和Z方向分別單獨(dú)應(yīng)用3×3二維索貝爾濾波器332a、332b、332c，面提取濾波單元33進(jìn)行處理。
現(xiàn)在，例如，如果假設(shè)f(I，j，k)表示數(shù)字圖像中(I，j，k)坐標(biāo)上的像素值(亮度或者光強(qiáng))，則索貝爾濾波器具有應(yīng)用于X方向的3×3濾波器gX3(i，j，k)、應(yīng)用于Y方向的3×3濾波器gY3(i，j，k)以及應(yīng)用于Z方向的3×3濾波器gZ3(i，j，k)，它們分別產(chǎn)生由以下表達(dá)式確定的輸出。
gx3(i，j，k)＝f(i+1，j+1，k)+(+2)f(i+1，j，k)+f(i+1，j-1，k)+(-1)f(i-1，j+1，k)+(-2)f(i-1，j，k)+f(i-1，j-1，k)gy3(i，j，k)＝f(i+1，j+1，k)+(+2)f(i，j+1，k)+f(i-1，j+1，k)+(-1)f(i+1，j-1，k)+(-2)f(i，j-1，k)+(-1)f(i-1，j-1，k)gz3(i，j，k)＝f(i，j+1，k+1)+(+2)f(i，j，k+1)+f(i，j-1，k+1)+(-1)f(i，j+1，k-1)+(-2)f(i，j，k-1)+(-1)f(i，j-1，k-1)
由于在計(jì)算單元333計(jì)算每個(gè)輸出的平方之和的平方根，所以其輸出F(i，j，k)為F(i，j，k)＝(gx3(i，j，k)×gx3(i，j，k)+gy3(i，j，k)×gy3(i，j，k)+gz3(i，j，k)×gz3(i，j，k))1/2其中應(yīng)用于X方向的濾波器中的f(i-1，j-1，k)、f(i-1，j，k)、f(i-1，j+1，k)等是靠近所關(guān)心的采樣(i，j，k)的8個(gè)采樣的像素值。圖3A示出該圖像中的8個(gè)采樣(體素)陣列。根據(jù)上述表達(dá)式，利用位于前一行{f(i-1，j-1，k)、f(i-1，j，k)、f(i-1，j+1，k)}上的相鄰體素值、位于同一行{f(i，j-1，k)、f(i，j+1，k)}上的相鄰體素值以及位于下一行{f(i+1，j-1，k)、f(i+1，j，k)、f(i+1，j+1，k)}上的相鄰體素值，產(chǎn)生表示位置(i，j，k)的體素的采樣像素值。
對(duì)Y方向和Z方向執(zhí)行與在X方向利用附近8個(gè)體素執(zhí)行的計(jì)算相同的計(jì)算，如圖3B和3C所示。請(qǐng)注意，在此所指的濾波意味著獲得多值圖像數(shù)據(jù)值與濾波值的乘積之和，并存儲(chǔ)其絕對(duì)值作為通過濾波獲得的值。
因此，可以根據(jù)在任意方向(水平、垂直或者對(duì)角線方向)發(fā)送的輸出獲得輪廓值。
(平滑濾波器)平滑濾波器處理單元31用于對(duì)在原始圖像中出現(xiàn)陡峭面分量的部分進(jìn)行平滑，以防止輸入圖像內(nèi)包含的噪聲分量被識(shí)別為面分量，它例如包括中值濾波器331，該中值濾波器331對(duì)例如X、Y和Z方向的附近6個(gè)采樣進(jìn)行三維形態(tài)濾波，如圖2所示。
中值濾波器331起用于進(jìn)行中值提取的中值濾波器的作用，它參考超聲波圖像，將每個(gè)采樣位置的附近圖像數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較，并對(duì)所關(guān)心的采樣的值進(jìn)行更新，以將中值采樣數(shù)據(jù)設(shè)置為所關(guān)心的采樣的新值，從而去除包含在超聲波圖像內(nèi)的斑點(diǎn)噪聲等。
對(duì)于利用附近6個(gè)采樣以及其本身的7個(gè)采樣(7個(gè)抽頭)的中值代替所關(guān)心的位置的采樣值的情況，本實(shí)施例的一個(gè)例子將進(jìn)行說明。
例如，圖4A示出被總共26個(gè)附近采樣包圍著的所關(guān)心的采樣，而且如圖4B所示，如果對(duì)包括所關(guān)心的采樣本身構(gòu)成總共7個(gè)采樣(7個(gè)抽頭)的所關(guān)心的采樣f(i，j，k)的上下(k方向)以及左右(i方向和j方向)的6個(gè)附近采樣進(jìn)行中值濾波，則對(duì)關(guān)于其對(duì)7個(gè)數(shù)值數(shù)據(jù)集提取中值的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行以下計(jì)算。
例如，如果提供給采樣f(i，j，k)的圖像的數(shù)值數(shù)據(jù)是150，提供給采樣f(i，j-1，k)的數(shù)值數(shù)據(jù)是14，提供給采樣f(i，j+1，k)的數(shù)值數(shù)據(jù)是15，提供給采樣f(i+1，j，k)的數(shù)值數(shù)據(jù)是15，提供給采樣f(i-1，j，k)的數(shù)值數(shù)據(jù)是15，提供給采樣f(i，j，k+1)的數(shù)值數(shù)據(jù)是16，以及提供給采樣f(i，j，k-1)的數(shù)值數(shù)據(jù)是16，則幾乎所有采樣的數(shù)值數(shù)據(jù)在14與16之間，但是f(i，j，k)的數(shù)值數(shù)據(jù)為150，它與周圍數(shù)據(jù)的值不接近，因此可以將它看作噪聲。
如果利用中值濾波器331校正f(i，j，k)的值，則仔細(xì)研究構(gòu)成總共7個(gè)數(shù)據(jù)集的采樣f(i，j，k)以及周圍的6個(gè)附近采樣的數(shù)據(jù)。如果以大小上升的順序排列這些數(shù)值數(shù)據(jù)，數(shù)值為14、15、15、15、16、16以及150。它們之中，第四個(gè)值，即位于數(shù)據(jù)中心的值被稱為中值，而且在這種情況下為15。因此，該中值15用作采樣f(i，j，k)的數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，將通過對(duì)所有采樣進(jìn)行上述運(yùn)算進(jìn)行圖像處理的過程稱為中值濾波。對(duì)圖像信息應(yīng)用中值濾波器331從而以這樣的方式去除噪聲。
這樣，中值濾波器331對(duì)以大小上升順序或者下降順序排列的、總共7個(gè)數(shù)值數(shù)據(jù)集的所關(guān)心的采樣和周圍的6個(gè)附近采樣進(jìn)行讀取處理，然后，提取中值，從而從圖像數(shù)據(jù)體中的第一采樣開始濾波，將該過程應(yīng)用于整個(gè)圖像空間，從而對(duì)該圖像進(jìn)行平滑處理。換句話說，如圖5所示，在步驟S101讀取采樣的數(shù)值數(shù)據(jù)，并以數(shù)值數(shù)據(jù)大小的升序存儲(chǔ)它們(S102)，從數(shù)值數(shù)據(jù)中提取中值(S103)。將所關(guān)心的采樣的數(shù)值數(shù)據(jù)設(shè)置為中值(S104)。
從去噪程度和保護(hù)圖像輪廓的觀點(diǎn)出發(fā)，與例如對(duì)周圍數(shù)據(jù)計(jì)算平均值的方法相比，利用中值濾波器可以獲得最佳圖像，因此可以去除噪聲和孤立點(diǎn)，而不會(huì)使對(duì)象模糊。
關(guān)于中值濾波器331的配置，可以采用這樣的配置，其中利用構(gòu)成總共27個(gè)采樣的所關(guān)心的采樣本身和附近26個(gè)采樣的中值代替該值。在這種情況下，對(duì)體內(nèi)的所有采樣位置進(jìn)行上述處理。如果在該體的面上不存在附近采樣，則利用所關(guān)心的采樣位置的值代替該值?；蛘撸梢詫?shí)現(xiàn)這樣的配置，其中本身不進(jìn)行計(jì)算，而將采樣值原樣用作輸出值。
這樣，通過在面提取濾波單元33之外再引入平滑濾波單元31，可以有效降噪等。
(處理過程)以上對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備1的配置進(jìn)行了說明，以下將說明其運(yùn)行過程。
通常，可以手動(dòng)或者機(jī)械操作超聲波探頭12進(jìn)行掃描，以采集三維體。
圖6A解釋在其掃描操作期間，要掃描的部分(section)沿垂直于該部分的方向位移的掃描技術(shù)。同時(shí)，圖6B解釋另一種掃描技術(shù)，以這樣的方式使用這種掃描技術(shù)，即在其掃描操作期間，移動(dòng)要掃描的部分以繞著其中軸旋轉(zhuǎn)。
主CPU17根據(jù)操作單元18的輸入確定超聲波掃描模式和顯示模式，并在進(jìn)行掃描之前，設(shè)置諸如實(shí)時(shí)控制器(RTC)16的單元所需的參數(shù)。完成設(shè)置所需參數(shù)后，將掃描開始命令送到實(shí)時(shí)控制器(RTC)16。
實(shí)時(shí)控制器(RTC)16將超聲波探頭12發(fā)射的所需要的高壓脈沖產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)和延遲控制數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送單元14。根據(jù)該信號(hào)和控制數(shù)據(jù)，發(fā)送單元14將高壓脈沖信號(hào)施加到超聲波探頭12，以便將超聲波信號(hào)照射到人體內(nèi)。在接收單元22對(duì)人體內(nèi)的器官反射的反射波進(jìn)行去噪和振幅放大，在未示出的A/D轉(zhuǎn)換器將其變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以及在定相加法器24進(jìn)行定相加法處理，從而產(chǎn)生超聲波束數(shù)據(jù)。檢測(cè)電路26對(duì)該超聲波束數(shù)據(jù)進(jìn)行正交鑒相處理，以將它轉(zhuǎn)換為具有相位信息的復(fù)格式采樣。
根據(jù)圖像顯示模式，將檢測(cè)電路26的輸出分路到回波處理器(EP)27或者流體處理器(FP)28。回波處理器(EP)27進(jìn)行包絡(luò)檢波而且進(jìn)行利用組織反射的反射波強(qiáng)度產(chǎn)生圖像的處理。另一方面，流體處理器(FP)28利用自相關(guān)函數(shù)提取多普勒信號(hào)，并計(jì)算血流等的速度及其色散、功率等。請(qǐng)注意，為了便于說明，可以將這些超聲波采樣稱為“超聲波向量數(shù)據(jù)”。
然后，在數(shù)字掃描變換器(SCT)29和體發(fā)生器30將超聲波向量數(shù)據(jù)變換為正交的X-Y-Z軸方式的體素格式體數(shù)據(jù)。
利用諸如使用附近6個(gè)采樣的中值濾波器或使用附近26個(gè)采樣的中值濾波器等的各種類型的濾波器，平滑濾波單元31對(duì)該體素格式體數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑。
接著，面提取濾波單元33利用X方向的索貝爾濾波器等對(duì)體素(采樣)構(gòu)成的體素體數(shù)據(jù)進(jìn)行二維濾波，利用Y方向的索貝爾濾波器等對(duì)其進(jìn)行二維濾波以及利用Z方向的索貝爾濾波器等對(duì)其進(jìn)行二維濾波，然后，計(jì)算每個(gè)輸出結(jié)果的平方之和的平方根，從而對(duì)所關(guān)心的區(qū)域上的采樣進(jìn)行濾波。
然后，在三維繪制引擎37對(duì)體素體進(jìn)行體繪制，然后，將被平滑并被去除斑點(diǎn)噪聲的、其中通過進(jìn)行面提取可以觀看內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維繪制圖像顯示在諸如CRT等的顯示單元38上。
因此，對(duì)于本發(fā)明，例如，根據(jù)圖7A所示的正常模式，可以將肝臟U1顯示在顯示單元上，通過將模式變?yōu)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)觀測(cè)模式，可以清楚地顯示肝臟U1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)U2，如圖7B所示。
關(guān)于在顯示單元38上顯示的三維圖像的顯示格式，除了如上所述用于顯示薄壁組織器官的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如肝臟內(nèi)的空腔結(jié)構(gòu)的第一三維圖像之外，還可以對(duì)彩色多普勒方法獲得的圖像進(jìn)行面增強(qiáng)濾波。
即，對(duì)于流體處理器28，顯示其中對(duì)三維血管圖像應(yīng)用了面增強(qiáng)濾波器(這使得可以顯示該三維血管圖像)的圖像，使得可以進(jìn)行這樣的顯示，其中器官能夠被看透，而且可以觀看其內(nèi)的血管圖像。
同樣，對(duì)于沒有血液流動(dòng)的位置，例如具有肝臟、膽囊等的位置，利用彩色多普勒方法不能產(chǎn)生血管圖像，然而，對(duì)于本發(fā)明，通過進(jìn)行面增強(qiáng)(面分量提取)濾波處理，即使對(duì)于沒有血液流動(dòng)的地方，仍可以顯示血管圖像。此外，可以以疊加方式顯示對(duì)應(yīng)于血管的數(shù)據(jù)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，利用面提取濾波器，可以以更具三維的方式了解薄壁組織器官內(nèi)的血管結(jié)構(gòu)和空腔結(jié)構(gòu)，而無需進(jìn)行諸如限幅的體操作。此外，還可以利用平滑濾波器去除斑點(diǎn)噪聲等。
第二實(shí)施例接著，將參考圖8說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例。其配置與第一實(shí)施例中的配置大致相同，所以以下將省略對(duì)其配置進(jìn)行說明。利用與第一實(shí)施例中相同的參考編號(hào)表示通常具有相同功能和配置的部件，而且，除非需要，不對(duì)它們做贅述，因此，基本上僅說明不同部分。圖8是示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的配置例子的功能框圖。
對(duì)于第一實(shí)施例，平滑濾波器被配置為采用預(yù)定數(shù)量周圍采樣的三維濾波器，同時(shí)，對(duì)于本實(shí)施例，將平滑濾波器分別分解為X、Y和Z方向，并利用二維濾波器進(jìn)行處理。
具體地說，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的平滑濾波單元31A包括對(duì)(x，y)平面進(jìn)行濾波的中值濾波器334a、對(duì)(y，z)平面進(jìn)行濾波的中值濾波器334b以及對(duì)(z，x)平面進(jìn)行濾波的中值濾波器334c，如圖8所示。
另一方面，平滑濾波單元33A具有索貝爾濾波器335a、335b、335c以及向量長(zhǎng)度計(jì)算單元336，其設(shè)置與第一實(shí)施例中相同。
在這種情況下，利用中值濾波器334a計(jì)算的包括所關(guān)心的采樣的x-y平面上的3×3采樣的中值、中值濾波器334b計(jì)算的y-z平面上的3×3采樣的中值以及中值濾波器334c計(jì)算的z-x平面上的的中值，以二維方式分開進(jìn)行處理。
接著，利用分別處理同一個(gè)平面的索貝爾濾波器335a、335b和335c以互相獨(dú)立的方向分別對(duì)中值濾波器334a、334b和334c的輸出進(jìn)行處理，從而提取面分量。在計(jì)算單元336計(jì)算向量長(zhǎng)度的過程與上述處理過程相同。
根據(jù)這樣描述的本實(shí)施例，利用平滑濾波器對(duì)每個(gè)方向進(jìn)行處理，因此，如果采用二維陣列探頭，則通過在X、Y和Z方向進(jìn)行三維濾波，可以提高去噪能力，因?yàn)榉较虿煌a(chǎn)生的斑點(diǎn)噪聲等也不同，所以提高了圖像質(zhì)量。
此外，在利用索貝爾濾波器進(jìn)行處理時(shí)，將3×3采樣裝載到計(jì)算裝置中，以便通過由中值濾波器進(jìn)行并行處理而簡(jiǎn)化處理過程。
(面提取濾波處理單元的變換例)盡管在第一和第二實(shí)施例中對(duì)其中索貝爾濾波器用于X、Y和Z方向的面提取濾波單元33、33A的例子的設(shè)置進(jìn)行了說明，但是還可以實(shí)現(xiàn)其中取與所關(guān)心的采樣(體素)周圍6個(gè)采樣的絕對(duì)差值之和的設(shè)置。此外，還可以取采用距離所關(guān)心的采樣(體素)的距離的加權(quán)平均值。以下說明具體例子。
例如，利用初級(jí)或次級(jí)差動(dòng)拉普拉斯(Laplacian)濾波器、空間導(dǎo)數(shù)濾波器、Volsen濾波器、Robert濾波器、Range濾波器等可以對(duì)其中圖像光強(qiáng)值突然發(fā)生變化的部分進(jìn)行檢測(cè)。此時(shí)，可以任選是分解到每個(gè)方向并作為組合使用還是不分解到每個(gè)方向而使用三維配置。此外，如果分解到每個(gè)方向，則在每個(gè)方向采用不同類型的濾波器。此外，該配置可以包括被多次應(yīng)用于特定分解方向的濾波器。
(平滑濾波單元的變換例)
請(qǐng)注意，平滑濾波器的三維處理可以僅在一個(gè)方向進(jìn)行。
平滑濾波單元的處理技術(shù)包括簡(jiǎn)單平均值處理方法，其中求得圍繞采樣的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的各采樣值的平均值，將該平均值設(shè)置為中心采樣值；采用中值濾波器的方法，其中將預(yù)定區(qū)域內(nèi)的各值的中值設(shè)置為中心像素值；采用面保留濾波器(V濾波器)的方法，其中將上述預(yù)定區(qū)域劃分為更小的區(qū)域，求得每個(gè)小區(qū)域的色散，以將最小色散的小區(qū)域的平均值設(shè)置為中心像素值；以及這種方法，其中對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，然后，去除相應(yīng)噪聲分量的高空間頻率分量，進(jìn)行傅里葉反變換，等。
此外，還可以采用取附近采樣值的平均強(qiáng)度的移動(dòng)平均濾波器。此外，具有高截止濾波器(低通濾波器)特性的濾波器足以進(jìn)行平滑，因此根據(jù)性質(zhì)，還可以采用Butterworth濾波器、契比雪夫(Chebyshev)或橢圓函數(shù)型濾波器、或者高斯濾波器。
第三實(shí)施例接著，將參考圖9說明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例。其配置與上述實(shí)施例中的配置大致相同，所以以下將省略對(duì)其配置進(jìn)行說明。利用與上述實(shí)施例中相同的參考編號(hào)表示通常具有相同功能和配置的部件，而且，除非需要，不對(duì)它們做贅述，因此，基本上僅說明不同部分。圖9是示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的配置例子的功能框圖。
盡管上述實(shí)施例對(duì)其中對(duì)體素體進(jìn)行面提取濾波的配置進(jìn)行了說明，但是本實(shí)施例披露了一種對(duì)徑向擴(kuò)展體數(shù)據(jù)進(jìn)行面提取濾波的配置。
(超聲波診斷設(shè)備的配置)圖9示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的配置的方框圖。如圖9所示，根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備100包括超聲波探頭12、發(fā)送單元14、實(shí)時(shí)控制器(RTC)16、主CPU17、構(gòu)成用戶界面的操作單元18、接收單元22、定相加法器24、作為檢測(cè)單元的檢測(cè)電路26、回波處理器(EP)27、流體處理器(FP)28、平滑濾波單元31、面提取濾波單元33、切片處理單元32、陰影(shading)向量計(jì)算單元34、切片繪制單元36以及諸如CRT等的顯示單元38。請(qǐng)注意，參考編號(hào)102代表圖像處理設(shè)備的配置。
超聲波探頭12是二維超聲波陣列探頭，其中以矩陣方式設(shè)置壓電式傳感器，以通過進(jìn)行超聲波掃描，從探頭表面采集徑向擴(kuò)展形狀的體數(shù)據(jù)。通過擺動(dòng)扇形探頭，可以獲得類似形狀的體數(shù)據(jù)。利用對(duì)應(yīng)于超聲波掃描的掃描形狀的采集坐標(biāo)表示所采集的超聲波采樣的空間位置。由于將采用3個(gè)參數(shù)R、θ和ψ的極坐標(biāo)用作采集坐標(biāo)的方法最適于該實(shí)施例，所以以下將對(duì)采用極坐標(biāo)的情況進(jìn)行說明。
圖10A示出利用超聲波探頭12采集的體的幾何形狀。點(diǎn)O是超聲波探頭12表面的中心，將位于點(diǎn)O、垂直于探頭表面的直線定義為Y軸。此外，還設(shè)置互相垂直而且均垂直于Y軸的X軸和Z軸，如圖10A所示。由于從點(diǎn)O輻射形成整個(gè)超聲波束，所以構(gòu)成超聲波束的超聲波采樣數(shù)據(jù)最適合利用極坐標(biāo)表示。因此，將從點(diǎn)O到超聲波采樣的距離定義為R，而且如圖10B和10C所示，通過將超聲波束投影到X-Y平面上獲得的投影超聲波束與Y軸之間的夾角被定義為θ，同樣，將通過將超聲波束投影到Z-Y平面上獲得的投影超聲波束與Z軸之間的夾角被定義為ψ。因此，以下說明極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)在這種情況下，的關(guān)系。
從直角坐標(biāo)系變換為極坐標(biāo)系R＝(x2+y2+z2)1/2θ＝tan-1(x/y)ψ＝tan-1(z/y)從極坐標(biāo)系變換為直角坐標(biāo)系
x＝R×tanθ×{1/(1+tan2θ+tan2ψ)}1/2y＝R/(1+tan2θ+tan2ψ)}1/2z＝R×tanψ×{1/(1+tan2θ+tan2ψ)}1/2其中×表示乘法。
在圖9中，根據(jù)掃描控制參數(shù)，實(shí)時(shí)控制器(RTC)16對(duì)發(fā)送和接收超聲波信號(hào)進(jìn)行定時(shí)控制。在此使用的掃描控制參數(shù)是主CPU17根據(jù)用戶通過操作單元18所做的輸入獲得的參數(shù)。盡管在附圖中未示出，但是實(shí)時(shí)控制器16內(nèi)具有定時(shí)器和時(shí)序電路或程序，與主CPU17設(shè)置的掃描控制參數(shù)的一致，以基于諸如超聲波采集模式(例如B/W或彩色多普勒掃描)的信息以及超聲波數(shù)據(jù)采集重復(fù)周期使定時(shí)器工作，從而根據(jù)定時(shí)器的輸出，周期性產(chǎn)生超聲波發(fā)送基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)。
利用與垂直于超聲波探頭12的探頭表面的方向所成的、位于互相垂直方向的夾角θ(行)和ψ(列)，確定表示位于采集的超聲波數(shù)據(jù)體內(nèi)的位置的波束地址。換句話說，可以將超聲波束表示為二維排列格式的[行波束地址，列波束地址]。
除了波束地址外，實(shí)時(shí)控制器(RTC)16還產(chǎn)生進(jìn)行處理所需的信息，例如用于識(shí)別超聲波束是B/W數(shù)據(jù)還是彩色多普勒數(shù)據(jù)的波束類型、數(shù)據(jù)采集距離來作為標(biāo)題信息。在以下描述的接收單元22將所產(chǎn)生的標(biāo)題信息附加到該數(shù)據(jù)上，并將它與該數(shù)據(jù)一起傳送到用于進(jìn)行后續(xù)處理的單元。
然后，平滑濾波單元31C對(duì)流體處理器(FP)28或者回波處理器(EP)27產(chǎn)生的超聲波體數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑，此外，對(duì)被平滑濾波單元31C平滑的數(shù)據(jù)進(jìn)行面提取(面分量增強(qiáng))處理。因此，在對(duì)超聲波體數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑和面提取處理后，在切片處理單元32、陰影向量計(jì)算單元34、切片繪制單元36等產(chǎn)生三維圖像。
主CPU17依次判定用戶通過操作單元18依次對(duì)該三維圖像所做的輸入操作，例如對(duì)該體所做的轉(zhuǎn)動(dòng)操作，并通過對(duì)以下說明的切片處理單元32、陰影向量計(jì)算單元34以及切片繪制單元36設(shè)置所需參數(shù)，對(duì)顯示該三維圖像進(jìn)行控制。
(切片處理單元)盡管圖9未示出，但是切片處理單元32具有存儲(chǔ)器和用于重新排列從回波處理器(EP)27或流體處理器(FP)28輸入的超聲波采樣數(shù)據(jù)的控制電路，而且根據(jù)主CPU17設(shè)置的切片配置信息，切片處理單元32對(duì)超聲波采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列，從而輸出由切片面上的所有超聲波采樣數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)組(以下稱為“超聲波切片數(shù)據(jù)”)。
請(qǐng)注意，如圖19所示，將切片面限制到下述之一距離點(diǎn)O具有同樣距離，具有同樣偏差角θ，或者具有同樣偏差角ψ，而且切片面構(gòu)成平面或者球面。
圖19A示出具有同樣的θ的R-ψ切片面，圖19B示出具有同樣的ψ的R-θ切片面，圖19C示出具有同樣的R的θ-ψ切片面。確定X軸、Y軸和Z軸中最接近與視線方向向量平行的軸，而且如果X軸是最接近平行的軸，則取R-θ切片面，如果Y軸是最接近平行的軸，則取ψ-θ切片面，如果Z軸是最接近平行的軸，則取R-θ切片面。
如圖11所示，切片處理單元32的特定配置包括FIFO(先進(jìn)先出)存儲(chǔ)器320和328、存儲(chǔ)控制器321、子系統(tǒng)控制器322、CPU接口323、第一存儲(chǔ)器324、第二存儲(chǔ)器325、第三存儲(chǔ)器326以及第四存儲(chǔ)器327。
為了同時(shí)對(duì)第一存儲(chǔ)器324至第四存儲(chǔ)器327寫和讀數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)控制器321進(jìn)行控制以將存儲(chǔ)周期分為交替進(jìn)行的讀和寫的兩個(gè)周期。
將從回波處理器(EP)27或流體處理器(FP)28輸入的超聲波采樣數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)到FIFO存儲(chǔ)器320。存儲(chǔ)控制器321對(duì)附加在超聲波采樣數(shù)據(jù)上的標(biāo)題信息內(nèi)的波束位置信息進(jìn)行譯碼，并將相應(yīng)行/列波束地址的數(shù)據(jù)寫入第一存儲(chǔ)器324至第四存儲(chǔ)器327。第一存儲(chǔ)器324至第四存儲(chǔ)器327構(gòu)成邏輯三維存儲(chǔ)空間內(nèi)的格柵(grid)，而且為了提高同時(shí)進(jìn)行寫和讀的處理速度，對(duì)它們進(jìn)行配置以存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于(R，θ，ψ)的兩組超聲波體數(shù)據(jù)。
請(qǐng)注意，第一存儲(chǔ)器324和第二存儲(chǔ)器325分別存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于第一體數(shù)據(jù)偶數(shù)波束地址的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)于第一體數(shù)據(jù)的奇數(shù)波束地址的數(shù)據(jù)，而第三存儲(chǔ)器326和第四存儲(chǔ)器327分別存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于第二體數(shù)據(jù)的偶數(shù)波束地址的超聲波采樣數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)于第二體數(shù)據(jù)的奇數(shù)波束地址的超聲波采樣數(shù)據(jù)。
根據(jù)主CPU17通過CPU接口323設(shè)置的讀出控制參數(shù)，子系統(tǒng)控制器322從第一存儲(chǔ)器324至第四存儲(chǔ)器327內(nèi)讀出數(shù)據(jù)。
進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出，以形成平行于R-θ切片面(平行于R軸和θ軸的切片面)、θ-ψ切片面(平行于θ軸和ψ軸的切片面)以及ψ-R切片面(平行于ψ軸和R軸的切片面)之一的切片面的超聲波切片數(shù)據(jù)。首先，如果形成R-θ切片，則從R方向上的超聲波體數(shù)據(jù)的面部分讀出數(shù)據(jù)。
讀出數(shù)據(jù)的一個(gè)波束值后，優(yōu)先讀出行地址，并在行地址到達(dá)超聲波體數(shù)據(jù)的面部分時(shí)，改變列地址。如果形成R-ψ切片面，則代之于優(yōu)先讀出列地址，并在列地址到達(dá)超聲波體數(shù)據(jù)的面部分時(shí)，改變行地址。如果形成θ-ψ切片面，則R的讀出優(yōu)先級(jí)最低，因此順序改變行/列地址，并在讀出了數(shù)據(jù)的一個(gè)切片值時(shí)，改變R方向地址。
根據(jù)上述方法讀出的數(shù)據(jù)包括根據(jù)R-θ、θ-ψ、ψ-θ之一的切片面，并以在FIFO存儲(chǔ)器328調(diào)節(jié)的定時(shí)，將它們順序發(fā)送到后續(xù)單元。
(陰影向量計(jì)算單元)通過根據(jù)切片處理單元32輸出的超聲波切片數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)超聲波采樣數(shù)據(jù)所具有的強(qiáng)度值的梯度，陰影向量計(jì)算單元34獲得進(jìn)行陰影處理所需的三維法向向量。
圖12A至12C是用于說明利用陰影向量計(jì)算單元34進(jìn)行變換處理以將極坐標(biāo)系上的法向向量變換為直角坐標(biāo)系上的法向向量的原理圖。圖12A示出輸入到陰影向量計(jì)算單元34的極坐標(biāo)上的超聲波切片數(shù)據(jù)，血管在R-θ切片面上直線延伸，而且對(duì)于相鄰組織存在強(qiáng)度梯度(圖中箭頭所示)。圖12B示出已在圖12A所示極坐標(biāo)系上表示的直角坐標(biāo)系上的超聲波切片數(shù)據(jù)，血管以距離超聲波束的起始點(diǎn)相同距離同心延伸，而且對(duì)于相鄰組織存在強(qiáng)度梯度。圖12C是陰影向量計(jì)算單元34的輸出數(shù)據(jù)的原理圖，陰影向量計(jì)算單元34輸出的位于直角坐標(biāo)上的法向向量與在R、θ和ψ的極坐標(biāo)系上表示的切片面上的每個(gè)點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱法向向量切片數(shù)據(jù))對(duì)應(yīng)。
由于輸入到陰影向量計(jì)算單元34的超聲波采樣數(shù)據(jù)位于極坐標(biāo)(R，θ，ψ)上，所以在圖12A所示的極坐標(biāo)系中，同心血管被表示為直線。因此，極坐標(biāo)系上的強(qiáng)度梯度均對(duì)著同一R方向，而且被表示為互相平行的向量。也就是說，在極坐標(biāo)系中，所獲得的法向向量均在同一個(gè)方向。另一方面，在此產(chǎn)生三維圖像的邏輯圖像生成空間是直角坐標(biāo)系(X、Y、Z)，因此應(yīng)該將血管顯示為具有特定曲率的曲線強(qiáng)度梯度朝著超聲波束的起始點(diǎn)，如圖12B所示。
因此，根據(jù)下述直角坐標(biāo)表示的內(nèi)容，陰影向量計(jì)算單元34計(jì)算法向向量。首先，將所需超聲波采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器內(nèi)。接著，從存儲(chǔ)器內(nèi)讀出所需超聲波采樣數(shù)據(jù)，從而利用差值產(chǎn)生強(qiáng)度值梯度。最后，將利用極坐標(biāo)系表示的、位于在此計(jì)算梯度的點(diǎn)的法向向量變換為利用直角坐標(biāo)系表示的法向向量。為了在三維繪制圖像的產(chǎn)生過程中，計(jì)算向著視線方向反射的光線量，進(jìn)行歸一化處理，其中在坐標(biāo)變換后，將法向向量的長(zhǎng)度設(shè)置為1，因?yàn)橥ㄟ^使法向向量歸一化便于進(jìn)行計(jì)算。
此外，利用附近法向向量進(jìn)行加權(quán)加法處理以使法向向量對(duì)采用超聲波的成像技術(shù)中公知的、被稱為斑點(diǎn)的噪聲不敏感。
根據(jù)從切片處理單元32順序輸入的、構(gòu)成切片的超聲波采樣數(shù)據(jù)計(jì)算直角坐標(biāo)法向向量，因此形成法向向量切片數(shù)據(jù)，該法向向量切片數(shù)據(jù)構(gòu)成與輸入相同的切片。此外，在三維空間內(nèi)置換法向向量切片數(shù)據(jù)，并將對(duì)應(yīng)于一個(gè)體的法向向量集稱為法向向量體。
以下說明陰影向量計(jì)算單元34的詳細(xì)配置。
如圖13所示，陰影向量計(jì)算單元34包括FIFO存儲(chǔ)器340和345，用于緩存在寫和讀數(shù)據(jù)時(shí)交換的數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)器A1、A2、A3、B1、B2和B3，用于保持所關(guān)心的采樣附近的采樣；存儲(chǔ)控制器341，用于控制每個(gè)存儲(chǔ)器；計(jì)算裝置342，用于計(jì)算利用強(qiáng)度梯度檢測(cè)的面的法向向量；極坐標(biāo)地址發(fā)生器343，用于計(jì)算對(duì)應(yīng)于該地址的、所關(guān)心的超聲波采樣數(shù)據(jù)的極坐標(biāo)位置；以及坐標(biāo)變換器344，用于將極坐標(biāo)表示的法向向量變換為利用直角坐標(biāo)表示的法向向量，而且還對(duì)該法向向量進(jìn)行歸一化處理。
根據(jù)從回波處理器(EP)27或流體處理器(FP)28輸入的超聲波采樣數(shù)據(jù)，陰影向量計(jì)算單元34執(zhí)行進(jìn)行陰影處理所需的法向向量計(jì)算處理。
(超聲波束數(shù)據(jù)的輸入)首先，將輸入的超聲波束數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)到FIFO存儲(chǔ)器340，并在存儲(chǔ)控制器341的預(yù)定控制下，將它寫入存儲(chǔ)器A1、A2、A3、B1、B2和B3之一。以這樣的方式配置存儲(chǔ)器A1、A2和A3(A組存儲(chǔ)器)以及B1、B2和B3(B組存儲(chǔ)器)，即，一組存儲(chǔ)器進(jìn)行寫處理的同時(shí)，另一組存儲(chǔ)器進(jìn)行讀處理，存儲(chǔ)控制器341以這樣的方式進(jìn)行控制，即，每次在完成體的采集時(shí)，轉(zhuǎn)換讀和寫。
現(xiàn)在，假定將A組存儲(chǔ)器設(shè)置為寫。此時(shí)，存儲(chǔ)控制器341獲得包含在對(duì)采樣數(shù)據(jù)附加的標(biāo)題信息內(nèi)的、用于確定超聲波束位置的波束位置信息，并根據(jù)波束號(hào)將寫地址和寫控制信號(hào)輸出到存儲(chǔ)器A1、A2和A3之一。利用波束地址中的行波束地址，確定對(duì)存儲(chǔ)器A1、A2和A3中的哪個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫。
如上所述，利用對(duì)應(yīng)于三維體的位置的列和行表示的波束號(hào)識(shí)別輸入的超聲波采樣數(shù)據(jù)。利用輸入的超聲波采樣數(shù)據(jù)具有的行地址和列地址，順序轉(zhuǎn)換對(duì)其進(jìn)行寫的存儲(chǔ)器。
現(xiàn)在，假定一個(gè)超聲波束的超聲波采樣數(shù)據(jù)構(gòu)成1024個(gè)采樣。在這種情況下，根據(jù)行地址選擇存儲(chǔ)器，而根據(jù)列地址確定選擇的存儲(chǔ)器內(nèi)的偏移。將被寫入的超聲波采樣數(shù)據(jù)的編號(hào)順序附加到該偏移確定該采樣的最終存儲(chǔ)放置位置。因此，將輸入的超聲波采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到分散的存儲(chǔ)器內(nèi)。
因此，在采集了所有超聲波體數(shù)據(jù)并完成將所設(shè)置的超聲波向量數(shù)據(jù)寫入A組存儲(chǔ)器時(shí)，利用存儲(chǔ)控制器轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的讀/寫設(shè)置，以便將B組存儲(chǔ)器設(shè)置為寫，而將A組設(shè)置為讀。除了利用存儲(chǔ)器B1代替存儲(chǔ)器A1、利用存儲(chǔ)器B2代替存儲(chǔ)器A2以及利用存儲(chǔ)器B3代替存儲(chǔ)器A3之外，對(duì)順序采集的超聲波體數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣的處理。
(存儲(chǔ)控制器的讀控制)陰影處理包括取在所關(guān)心的超聲波采樣數(shù)據(jù)與附加超聲波采樣數(shù)據(jù)之間形成強(qiáng)度梯度的邊界面作為具有顯示對(duì)象的面，并計(jì)算光源的反射光的反射分量，從而將陰影附加到三維圖像。為了獲得強(qiáng)度梯度，需要靠近所關(guān)心的超聲波采樣數(shù)據(jù)的超聲波采樣數(shù)據(jù)。在此，采用利用包括所關(guān)心的超聲波采樣數(shù)據(jù)本身在內(nèi)3×3×3＝27個(gè)采樣獲取強(qiáng)度梯度的方法。關(guān)于對(duì)每個(gè)所關(guān)心的超聲波采樣數(shù)據(jù)讀出27個(gè)采樣的方法，讀數(shù)據(jù)的數(shù)量是寫數(shù)據(jù)的數(shù)量的27倍，因此順序處理附近超聲波采樣數(shù)據(jù)可以重復(fù)使用被讀出的超聲波采樣數(shù)據(jù)，從而降低存儲(chǔ)器進(jìn)行讀的次數(shù)。
對(duì)存儲(chǔ)控制器341進(jìn)行設(shè)置，以便能夠同時(shí)控制每個(gè)存儲(chǔ)器，因此可以從存儲(chǔ)器A1、A2和A3同時(shí)讀出附近超聲波采樣數(shù)據(jù)。例如，如果處理行波束地址為10的超聲波采樣數(shù)據(jù)，則同時(shí)從存儲(chǔ)器A1、A2和A3同時(shí)讀出行波束地址為9、10和11的超聲波采樣數(shù)據(jù)。
列地址每次以增量1遞增，以便先后讀出所關(guān)心的列波束地址的數(shù)據(jù)和一個(gè)數(shù)據(jù)切片。以這樣的方式順序讀出所需超聲波采樣數(shù)據(jù)，從而獲得所關(guān)心的超聲波采樣數(shù)據(jù)以及附近超聲波采樣數(shù)據(jù)。在計(jì)算裝置342對(duì)被讀出的超聲波采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲得超聲波采樣數(shù)據(jù)的強(qiáng)度值的梯度差值，從而產(chǎn)生法向向量。
坐標(biāo)變換器344將從計(jì)算裝置342輸出的極坐標(biāo)表示的法向向量變換為直角坐標(biāo)表示的法向向量，并對(duì)通過FIFO存儲(chǔ)器345輸出的法向向量進(jìn)行歸一化處理。
這樣，獲得位于中心的所關(guān)心的采樣的強(qiáng)度與圍繞所關(guān)心的采樣的采樣的強(qiáng)度之間的差值，而且如果強(qiáng)度差值大，則認(rèn)為該平面存在于中心，并利用法向向量表示該平面對(duì)著的方向。如果強(qiáng)度差值大，則所產(chǎn)生的法向向量的值大，而如果強(qiáng)度差值小，在所產(chǎn)生的法向向量的值小。
為了檢查相對(duì)于光源的角度，將法向向量歸一化為長(zhǎng)度為1的法向向量，并根據(jù)歸一化的法向向量與光源發(fā)出的光源向量之間的夾角，對(duì)相應(yīng)光線方向進(jìn)行陰影處理。
由于陰影處理(歸一化)之前的法向向量的大小根據(jù)強(qiáng)度差值變化，所以如果強(qiáng)度差值大，則所產(chǎn)生的法向向量的值大，而如果強(qiáng)度差值小，則所產(chǎn)生的法向向量的值小。
(切片繪制單元)切片處理單元32將超聲波切片數(shù)據(jù)輸入到切片繪制單元36，而陰影向量計(jì)算單元34將法向向量切片數(shù)據(jù)輸入到切片繪制單元36，利用超聲波切片數(shù)據(jù)和法向向量切片數(shù)據(jù)產(chǎn)生三維體繪制圖像。
如圖14所示，切片繪制單元36由存儲(chǔ)子系統(tǒng)36-1和SBC(單板計(jì)算機(jī))系統(tǒng)36-2構(gòu)成，它們通過與SBC系統(tǒng)相連的總線3611連接在一起。
存儲(chǔ)子系統(tǒng)36-1設(shè)置了FIFO存儲(chǔ)器360、切片存儲(chǔ)器361和362以及DMA(直接存儲(chǔ)器存取)控制器363。在存儲(chǔ)子系統(tǒng)36-1內(nèi)，DMA控制器363進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送控制。首先，利用FIFO存儲(chǔ)器360，DAM控制器363對(duì)從切片處理單元32或陰影向量計(jì)算單元34輸入的超聲波切片數(shù)據(jù)和法向向量切片數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時(shí)記錄。
接著，從FIFO存儲(chǔ)器360讀出記錄在FIFO存儲(chǔ)器360內(nèi)的數(shù)據(jù)，并將它記錄到切片存儲(chǔ)器361內(nèi)，該切片存儲(chǔ)器361由可以進(jìn)行記錄的、多組切片存儲(chǔ)器DRAM構(gòu)成。記錄了所需切片的數(shù)據(jù)后，從切片存儲(chǔ)器361讀出該數(shù)據(jù)，并將它送到SBC系統(tǒng)36-2。假定切片存儲(chǔ)器361和362具有所謂雙緩沖器配置，而且在切片存儲(chǔ)器361將數(shù)據(jù)傳送到主存儲(chǔ)器369時(shí)，切片存儲(chǔ)器362記錄來自切片處理單元32和陰影向量計(jì)算單元34的新數(shù)據(jù)。
SBC系統(tǒng)36-2包括MPU368、系統(tǒng)控制器366、主存儲(chǔ)器369、圖形控制器365、幀存儲(chǔ)器364、CPU接口3610以及總線3611。通過總線3611和系統(tǒng)控制器366，將存儲(chǔ)子系統(tǒng)36-1傳送的數(shù)據(jù)送到主存儲(chǔ)器369的數(shù)據(jù)區(qū)。在將程序存儲(chǔ)到單獨(dú)設(shè)置在主存儲(chǔ)器369內(nèi)的程序區(qū)后，MPU368進(jìn)行處理。通過與圖形控制器365合作，MPU368產(chǎn)生三維圖像，并將該圖像臨時(shí)存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)器364。根據(jù)規(guī)定的顯示定時(shí)信號(hào)，圖形控制器365讀出三維圖像數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)送到顯示單元38。
對(duì)顯示單元38設(shè)置有CRT或LCD，而且顯示單元38顯示切片繪制單元36產(chǎn)生的三維圖像數(shù)據(jù)。
(本實(shí)施例的面提取處理)對(duì)于正常圖像處理過程，體數(shù)據(jù)為體素形式，即，X-Y-Z直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，而對(duì)于超聲波診斷設(shè)備，特別是對(duì)于采用二維陣列探頭進(jìn)行的圖像處理過程，體數(shù)據(jù)為從某個(gè)點(diǎn)開始沿徑向擴(kuò)展的錐形波束，因此，數(shù)據(jù)從某個(gè)點(diǎn)開始沿徑向進(jìn)入。此時(shí)，在顯示之前，臨時(shí)變換為體素需要時(shí)間延遲，因此最好采用直接進(jìn)行繪制的技術(shù)。因此，在這種情況下，不將數(shù)據(jù)臨時(shí)變換為直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，而是在R、θ和ψ極坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行面提取處理。
具體地說，利用平滑濾波器，對(duì)R、θ和ψ極坐標(biāo)系上的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行第一濾波處理。接著，利用面提取濾波器進(jìn)行第二濾波處理，在使用切片時(shí)已經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)被疊加，并以組合方式使用它們。
此時(shí)，通過分別在R、θ和ψ方向進(jìn)行分解，在面提取濾波單元33c進(jìn)行濾波，使得逐步以一維方式進(jìn)行濾波，即，例如對(duì)R方向進(jìn)行濾波，然后，對(duì)θ方向進(jìn)行濾波，再后對(duì)ψ方向進(jìn)行濾波。這樣可以進(jìn)行三維濾波。
(超聲波體數(shù)據(jù)的采集和圖像產(chǎn)生處理流程)圖15A至15C示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備100的超聲波體數(shù)據(jù)和圖像的產(chǎn)生處理過程的原理。
圖15A至15C示出其中視線方向是ψ軸方向，根據(jù)獲得的超聲波體數(shù)據(jù)產(chǎn)生超聲波切片數(shù)據(jù)組，而且通過進(jìn)行繪制處理對(duì)超聲波切片數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何變換和疊加，從而產(chǎn)生顯示圖像的情況。圖16A至16C示出其中視線方向是R軸方向，根據(jù)上述超聲波體數(shù)據(jù)產(chǎn)生超聲波切片數(shù)據(jù)組，而且通過進(jìn)行繪制處理對(duì)超聲波切片數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何變換和疊加，從而產(chǎn)生顯示圖像的情況。
圖17是示出利用根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備10執(zhí)行的超聲波體采集過程和圖像產(chǎn)生過程的流程原理圖。
首先，如圖17所示，利用主CPU17事先設(shè)置的控制信息對(duì)每個(gè)相應(yīng)單元進(jìn)行初始設(shè)置，例如超聲波體采集條件、顯示圖像大小、視線方向、幾何信息等(步驟S1)。
通過配置進(jìn)行初始設(shè)置，其中在接通電源后自動(dòng)進(jìn)行設(shè)置，或者其中用戶利用操作單元18手動(dòng)進(jìn)行設(shè)置。
接著，在實(shí)時(shí)控制器(RTC)16的控制下，對(duì)從超聲波探頭12表面徑向擴(kuò)展的超聲波體進(jìn)行掃描，在接收單元22、定相加法器24、檢測(cè)電路26、回波處理器(EP)27以及流體處理器(FP)28對(duì)掃描采集的體數(shù)據(jù)進(jìn)行上述處理(步驟S2)。
接著，平滑濾波單元31C利用中值濾波器等對(duì)回波處理器(EP)27和流體處理器(FP)28輸出的超聲波體數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理(步驟S21)。
此外，面提取濾波單元33C對(duì)超聲波體數(shù)據(jù)進(jìn)行面提取處理(步驟S22)。此時(shí)，在分解后，面提取濾波單元33C逐步進(jìn)行一維濾波，即，例如，對(duì)R方向進(jìn)行濾波，然后，對(duì)θ方向進(jìn)行濾波，再后對(duì)ψ方向進(jìn)行濾波。這樣可以進(jìn)行三維濾波處理。
切片處理單元32從回波處理器(EP)27和流體處理器(FP)28提取超聲波體數(shù)據(jù)，并進(jìn)行諸如平滑和面提取的濾波，將超聲波體數(shù)據(jù)劃分為平行于R-ψ切片面、R-θ切片面或θ-ψ切片面之一的多個(gè)超聲波切片數(shù)據(jù)組，然后輸出(步驟S3)。以下將詳細(xì)說明步驟S3。
接著，根據(jù)切片處理單元32輸出的超聲波切片數(shù)據(jù)組，陰影向量計(jì)算單元34計(jì)算每個(gè)超聲波采樣數(shù)據(jù)集具有的強(qiáng)度值的梯度，并獲得進(jìn)行陰影處理所需的三維法向向量，將該三維法向向量作為法向向量切片數(shù)據(jù)輸出(步驟S4)。
根據(jù)切片處理單元32輸出的超聲波切片數(shù)據(jù)和陰影向量計(jì)算單元34輸出的法向向量切片數(shù)據(jù)，切片繪制單元36利用紋理映射進(jìn)行多邊形處理，以產(chǎn)生三維圖像(步驟S5和S6)。在步驟S5，為了最終顯示，對(duì)在步驟S4產(chǎn)生的切片數(shù)據(jù)組進(jìn)行包括角校正和放大/縮小的幾何處理，在步驟S6，執(zhí)行產(chǎn)生三維圖像所需的不透明度校正或色彩校正，而且在需要時(shí)進(jìn)行陰影處理，以產(chǎn)生中間圖像，然后，累加各中間圖像以產(chǎn)生累加圖像。該累加圖像是其中超聲波體數(shù)據(jù)被三維投影的圖像。顯示單元38顯示在切片繪制單元36產(chǎn)生的累加圖像(步驟S7)。
在顯示之后，判定是否結(jié)束處理(步驟S8)。如果繼續(xù)處理，則判定是否已經(jīng)改變包括視線方向等的顯示參數(shù)(步驟S9)。如果未改變參數(shù)，則流程返回步驟S2，并重復(fù)執(zhí)行上述一系列處理。如果已經(jīng)改變了參數(shù)，則對(duì)相應(yīng)單元設(shè)置所需參數(shù)，而且流程返回步驟S2。
如果對(duì)多個(gè)體連續(xù)進(jìn)行處理，則以時(shí)間順序產(chǎn)生三維圖像，因此可以觀測(cè)到諸如心臟壁和心臟瓣膜的器官運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者根據(jù)對(duì)比劑或彩色多普勒數(shù)據(jù)獲得的血流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
(超聲波切片數(shù)據(jù)產(chǎn)生處理過程)圖18是用于詳細(xì)說明在步驟S3執(zhí)行的超聲波切片數(shù)據(jù)產(chǎn)生處理過程的流程圖。參考該流程圖詳細(xì)說明步驟S3的處理過程。
切片處理單元32輸入對(duì)從主CPU17采集的超聲波體進(jìn)行處理所需的參數(shù)，例如大小、數(shù)據(jù)類型等，作為初始設(shè)置信息(步驟S31)。在接通電源時(shí)(如果安排成在此時(shí)進(jìn)行設(shè)置)，或者在每次改變參數(shù)時(shí)進(jìn)行此處理。
接著，從主CPU17輸入表示視線方向的視線方向向量，并根據(jù)在步驟S31輸入的初始設(shè)置信息，對(duì)視線方向向量進(jìn)行方向確定處理，以確定最接近垂直的面(步驟S32)。具體地說，對(duì)表示體的方向的體方向向量和視線方向向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算。
在波束的原點(diǎn)將體方向向量表示為垂直于超聲波探頭12的表面的Y軸向量以及互相正交的X軸向量和Z軸向量。3個(gè)體方向向量和視線方向向量被分別表示為單位向量。
隨后，為了確定最接近垂直的面，根據(jù)在步驟S32獲得的內(nèi)積計(jì)算結(jié)果，判定X軸、Y軸或Z軸是否最接近平行于視線方向向量(步驟S33)。具體地說，選擇內(nèi)積最小的軸。在在步驟S33根據(jù)進(jìn)行的確定判定切片方向后，產(chǎn)生超聲波切片數(shù)據(jù)組。如果X軸是最接近平行于視線方向的軸，則利用R-ψ面作為切片面，產(chǎn)生超聲波切片數(shù)據(jù)組，如圖19A所示(步驟S34a)。
同樣，如果Z軸是最接近平行的軸，則在R-θ面上產(chǎn)生超聲波切片數(shù)據(jù)組，如圖19B所示(步驟S34b)，而如果Y軸是最接近平行的軸，則在ψ-θ面上產(chǎn)生超聲波切片數(shù)據(jù)組，如圖19c所示(步驟S34c)。
盡管在圖18中未明確示出，但是，如果在步驟S34a、S34b或S34c，視線方向與切片面之間的夾角大于使切片間隔超過顯示像素的大小的程度，則可以通過在多個(gè)切片中進(jìn)行內(nèi)插處理產(chǎn)生中間切片。在這種情況下，可以重新產(chǎn)生切片輪廓，或者利用相鄰切片之一的幾何信息，可以降低處理計(jì)算量。
接著，輸入視線方向(步驟S35)，并判定操作員是否已經(jīng)指示改變視線方向(步驟S36)。如果在步驟S36判定未指示改變視線方向，則流程再返回步驟S35，并等待操作員發(fā)出視線改變指令。如果判定已經(jīng)發(fā)出了改變視線方向的指令，則流程返回步驟S32，并重復(fù)上述處理過程。
如果視線方向的改變量極小，則可以采用其中流程不返回步驟S32產(chǎn)生新超聲波切片數(shù)據(jù)，而是重新處理已經(jīng)獲得的(即，在步驟S34a、S34b和S34c之一獲得的)超聲波切片數(shù)據(jù)以提高實(shí)時(shí)性的配置。根據(jù)視線方向的改變量是否超過預(yù)定閾值，確定是重新處理已有超聲波切片數(shù)據(jù)，還是產(chǎn)生超聲波切片數(shù)據(jù)。
盡管該流程圖中未示出結(jié)束，但是為了包括停止或者結(jié)束三維處理的事件，可以采用其中在在步驟S35輸入視線方向之前，立即判定是否存在操作單元18發(fā)出的停止命令的配置，也可以采用其中立即停止進(jìn)行處理的配置。
(產(chǎn)生內(nèi)插切片)如果放大顯示圖像，或者視線角大，則存在在體的邊緣部分出現(xiàn)鋸齒狀贗象(artifact)的可能性，為了減少存在的贗象，可以采用產(chǎn)生并繪制內(nèi)插切片，以便提高圖像質(zhì)量的配置。
通過從輸入到切片繪制單元36的切片數(shù)據(jù)和法向向量切片中選擇靠近需要進(jìn)行內(nèi)插部分的切片組，并通過利用線性內(nèi)插在切片面方向產(chǎn)生內(nèi)插數(shù)據(jù)，進(jìn)行內(nèi)插切片的產(chǎn)生。將多個(gè)切片數(shù)據(jù)集存儲(chǔ)到主存儲(chǔ)器369的數(shù)據(jù)記錄單元內(nèi)(圖14)，因此通過利用MPU368讀出這些數(shù)據(jù)集并進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)內(nèi)插切片的產(chǎn)生。
(切片繪制處理過程)圖20是詳細(xì)示出在圖17所示的步驟S5和S6進(jìn)行的切片繪制處理過程的流程圖?，F(xiàn)在，將利用該流程圖說明步驟S5和S6的處理過程。將說明陰影向量計(jì)算單元34將切片數(shù)據(jù)組和正常切片組送到主存儲(chǔ)器369的數(shù)據(jù)區(qū)的情況，如上所述。
首先，根據(jù)視線方向，MPU368獲得對(duì)應(yīng)于根據(jù)主CPU17通過CPU接口3610發(fā)送的、在切片處理步驟S3確定的每個(gè)超聲波切片數(shù)據(jù)集的基本幾何信息(步驟S601)。基本幾何信息將超聲波掃描形狀表示為三角形或正方形簇(以下簡(jiǎn)稱“組成形狀”)，超聲波切片數(shù)據(jù)的每個(gè)部分與同樣數(shù)量的組成形狀相關(guān)?；編缀涡畔⒂糜诋a(chǎn)生下述切片幾何信息。對(duì)于基本幾何信息，事先存儲(chǔ)超聲波切片數(shù)據(jù)的、分別對(duì)應(yīng)于R-ψ切片面、R-θ切片面以及θ-ψ切片面的形狀，該幾何信息對(duì)應(yīng)于在步驟S601選擇的切片面。
接著，MPU368獲得對(duì)應(yīng)于第一超聲波切片數(shù)據(jù)的切片幾何信息(步驟S602)。切片幾何信息是對(duì)應(yīng)于顯示圖像的二維坐標(biāo)(顯示坐標(biāo))表示的幾何信息，其將顯示圖像上的超聲波切片數(shù)據(jù)表示為組成形狀簇。通過對(duì)在步驟S601獲得的基本幾何信息的組成形狀進(jìn)行坐標(biāo)變換處理，獲得切片幾何信息，坐標(biāo)變換處理過程包括根據(jù)視線方向相對(duì)其頂點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)距離觀察點(diǎn)的距離進(jìn)行放大/縮小以及平行位移。利用通常已知的采用4×4矩陣的矩陣乘法處理過程，進(jìn)行坐標(biāo)變換處理。
圖21示出R-θ切片面和對(duì)R-ψ切片面上的超聲波切片數(shù)據(jù)執(zhí)行的幾何變換，而且圖21是利用正方形表示相關(guān)性的例子。
由于R-ψ切片面和R-θ切片面是直角坐標(biāo)空間內(nèi)的扇形平面，所以利用在二維坐標(biāo)內(nèi)確定扇形的基本幾何信息獲得切片幾何信息。此外，圖21示出對(duì)ψ-θ切片面上的切片數(shù)據(jù)進(jìn)行的幾何變換。這種情況也利用正方形表示相關(guān)性。
由于ψ-θ切片面具有以直角坐標(biāo)空間內(nèi)超聲波束的起點(diǎn)為中心的同心球形，所以利用在三維坐標(biāo)內(nèi)確定球形的基本幾何信息獲得切片幾何信息。
如圖21所示，利用同樣數(shù)量的組成形狀，使超聲波切片數(shù)據(jù)的每個(gè)部分與切片幾何信息的每個(gè)部分相關(guān)。例如，對(duì)超聲波切片數(shù)據(jù)的各內(nèi)部正方形分配10×10＝100個(gè)超聲波采樣數(shù)據(jù)集，而且將根據(jù)100個(gè)超聲波采樣數(shù)據(jù)集獲得的數(shù)據(jù)設(shè)置到切片幾何信息的正方形部分作為紋理(步驟S603至S611，以下將詳細(xì)說明每個(gè)步驟)。
根據(jù)每個(gè)正方形的頂點(diǎn)坐標(biāo)的距離比，通過對(duì)使對(duì)應(yīng)于超聲波切片數(shù)據(jù)的正方形的內(nèi)部位置與對(duì)應(yīng)于切片幾何信息的正方形內(nèi)的位置相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，執(zhí)行設(shè)置紋理的過程。該處理過程包括光線強(qiáng)度校正、不透明度/色彩信號(hào)處理、陰影處理等。
接著，確定是否已經(jīng)完成對(duì)一個(gè)體內(nèi)的所有切片面進(jìn)行處理，而且如果未完成，則流程返回步驟S603，并處理下一個(gè)切片面的數(shù)據(jù)(步驟S612)。如果在步驟S612判定已經(jīng)完成對(duì)所有切片面進(jìn)行處理，則判定是否存在新超聲波體數(shù)據(jù)的輸入，而且如果存在新超聲波體數(shù)據(jù)的輸入，則流程返回步驟S601，然后，執(zhí)行產(chǎn)生新超聲波體數(shù)據(jù)的顯示圖像的處理過程(步驟S613)。
(獲得內(nèi)插采樣位置，以及光柵化)以增加的顯示圖像的遞增像素，重新采樣經(jīng)過坐標(biāo)變換之后的組成形狀，從而獲得要處理的采樣點(diǎn)坐標(biāo)(步驟S603)。
(位置坐標(biāo)變換)接著，對(duì)在步驟S603獲得的采樣點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行與在步驟S602進(jìn)行的坐標(biāo)變換相反的處理，從而獲得切片輪廓上的相應(yīng)點(diǎn)(步驟S604)。
(獲得采樣)根據(jù)含有在步驟S604獲得的切片輪廓采樣位置的組成形狀的頂點(diǎn)坐標(biāo)比，確定對(duì)應(yīng)于切片輪廓采樣位置的切片數(shù)據(jù)內(nèi)的采樣位置。根據(jù)切片數(shù)據(jù)，獲得圍繞采樣位置的附近4個(gè)采樣(步驟S605)。
(雙線性內(nèi)插)與切片數(shù)據(jù)位置與附近4個(gè)采樣之間的距離成正比，對(duì)在步驟S605獲得的4個(gè)切片采樣進(jìn)行內(nèi)插處理(雙線性內(nèi)插)，從而獲得該位置的采樣值(步驟S606)。
(獲得光線強(qiáng)度)接著，在在步驟S604獲得的顯示窗口內(nèi)，MPU368獲得對(duì)應(yīng)于后坐標(biāo)變換位置的入射光的光強(qiáng)(步驟S607)。將入射光的光強(qiáng)存儲(chǔ)到主存儲(chǔ)器369內(nèi)作為對(duì)應(yīng)于顯示圖像內(nèi)的相應(yīng)像素位置的表。在步驟S601，將該表初始設(shè)置為缺省值1.0，并將該初始值用于第一切片。每次在進(jìn)行處理時(shí)，在步驟S611對(duì)該表的入射光值進(jìn)行校正，如下所述。
(不透明度/色彩)然后，通過參考用于對(duì)在步驟S606獲得的采樣值施加不透明度并進(jìn)行著色的不透明度表和色彩表，獲得用于累加三維圖像內(nèi)的光線的反射率或透射率的、對(duì)應(yīng)于紅、綠和藍(lán)的R、G和B光能量。在步驟S608，利用根據(jù)不透明度表獲得的不透明度和在步驟S607獲得的入射光的光強(qiáng)，將反射光的光能量校正為根據(jù)色彩表獲得的RGB光能量，并以RGBA形式存儲(chǔ)到主存儲(chǔ)器369內(nèi)，RGBA格式是用于進(jìn)行下述累加的數(shù)據(jù)格式。在RGBA格式中，RGB表示反射光的紅、綠和藍(lán)色彩分量，而且A表示在進(jìn)行如下所述的累加時(shí)將乘以RGB的權(quán)重。將用于校正反射光的光能量的權(quán)重(相乘系數(shù))設(shè)置為A。
請(qǐng)注意，將不透明度表和色彩表設(shè)置在主存儲(chǔ)器369的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，主CPU17利用系統(tǒng)缺省，或者由用戶通過操作單元18進(jìn)行的設(shè)置來設(shè)置各值。
(陰影處理)接著，與步驟S605的方式相同，根據(jù)圍繞該采樣位置的4個(gè)法向向量的平均值，MPU368獲得每個(gè)位置的法向向量，并計(jì)算光源照射的并在采樣位置的視線方向反射的反射光的光能量。由于已經(jīng)將在此使用的法向向量變換為直角坐標(biāo)中的法向向量，所以，在此，通常已知的處理足以，并因此不做詳細(xì)說明。反射光的光能量是相應(yīng)紅、綠和藍(lán)的RGB光能量，并將其與在步驟S608獲得的反射光的光能量相加(步驟S609)。
(累加)通過系統(tǒng)控制器366，將在步驟S609獲得的反射光的最終光能量傳送到圖形控制器365。通過利用反射光的光能量數(shù)據(jù)的A值對(duì)RGB數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)(相乘)，圖形控制器365產(chǎn)生中間圖像，并對(duì)應(yīng)于累加圖像內(nèi)的每個(gè)像素進(jìn)行累加(步驟S610)。將該中間圖像紋理映射到相應(yīng)切片面的切片幾何信息，而且累加圖像是在一個(gè)體內(nèi)對(duì)相應(yīng)每個(gè)切片面的中間圖像進(jìn)行累加的圖像。
(計(jì)算所發(fā)射的光線強(qiáng)度)在步驟S607獲得的光線強(qiáng)度乘以通過利用1.0減去在步驟S608獲得的不透明度獲得的值，從而校正照射下一幀的光線強(qiáng)度(步驟S611)。將該步驟獲得的校正光線強(qiáng)度重新寫入上述光線強(qiáng)度表，并用于后續(xù)切片處理。
(確定結(jié)束)在步驟S612判定對(duì)切片內(nèi)的所有采樣點(diǎn)的處理是否已經(jīng)完成，而且如果還未完成，則流程返回步驟S603，并對(duì)該切片內(nèi)的未處理數(shù)據(jù)重復(fù)該處理過程。如果已經(jīng)完成，則在步驟S613確定對(duì)該體內(nèi)的所有切片數(shù)據(jù)的處理是否已經(jīng)完成。如果還未完成，則流程返回步驟S601，并對(duì)接著要處理的切片數(shù)據(jù)重復(fù)該處理過程。如果完成了該處理過程，則結(jié)束該處理過程。如果將連續(xù)輸入各體，則對(duì)新體數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)處理，從而產(chǎn)生時(shí)間連續(xù)的三維圖像數(shù)據(jù)。
盡管在此未明確區(qū)分B/W亮度數(shù)據(jù)與彩色血流數(shù)據(jù)，對(duì)處理過程進(jìn)行了說明，但是應(yīng)清楚地理解，處理過程在這二者之間沒有明顯差別。也無需解釋可以通過交替計(jì)算B/W亮度數(shù)據(jù)和血流數(shù)據(jù)執(zhí)行合成(fusion)圖像，在合成圖像產(chǎn)生過程中，根據(jù)二者的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)三維圖像。
(限幅)進(jìn)行限幅處理的方法有以下3種，其中通過切掉該體的一部分，可以更詳細(xì)地了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并利用這些方法之一實(shí)現(xiàn)限幅。
(1)在切片處理單元32將包含在限幅區(qū)內(nèi)的超聲波采樣數(shù)據(jù)設(shè)置為0，以便不顯示它。
(2)在不透明度/色彩設(shè)置處理過程中，在切片繪制單元36內(nèi)將限幅區(qū)內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)的RGB值設(shè)置為0。
(3)在為了產(chǎn)生三維圖像而進(jìn)行陰影處理或者進(jìn)行累加時(shí)，在切片繪制單元36內(nèi)將加法權(quán)重A設(shè)置為0。
(超聲波圖像采集/產(chǎn)生處理過程)在下一個(gè)超聲波體數(shù)據(jù)采集周期，對(duì)第N個(gè)采集的超聲波體數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理和法向向量計(jì)算處理，并在此后的下一個(gè)超聲波體數(shù)據(jù)采集周期對(duì)其進(jìn)行切片繪制處理，然后，在此后的下一個(gè)超聲波體數(shù)據(jù)采集周期顯示它。
此后，如圖17所示，在步驟S7顯示診斷圖像，此后，如果存在結(jié)束輸入，則結(jié)束該處理過程，而如果不結(jié)束該處理過程，則流程進(jìn)入步驟S9(步驟S8)。在步驟S9，確定條件是否發(fā)生變化，而且如果沒有發(fā)生變化，則在同樣的條件下重復(fù)進(jìn)行類似的處理。另一方面，如果存在開始進(jìn)行新超聲波圖像采集/產(chǎn)生處理過程的指令輸入，例如，改變掃描條件，則設(shè)置新條件，即，改變參數(shù)，并在設(shè)置之后進(jìn)行處理。
根據(jù)具有上述配置的本實(shí)施例，可以對(duì)極坐標(biāo)系超聲波體數(shù)據(jù)進(jìn)行面增強(qiáng)(檢測(cè))處理和平滑處理，而且與上述第一實(shí)施例具有同樣的操作過程和優(yōu)點(diǎn)。
即，對(duì)于本實(shí)施例，無需利用數(shù)字掃描變換器將采集的三維體變換為體素體，進(jìn)行三維圖像繪制。特別是在可以利用二維陣列探頭高速采集三維體的系統(tǒng)中，通過實(shí)時(shí)顯示連續(xù)采集的各體，可以觀看器官的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和對(duì)比劑的流動(dòng)。
然后，在對(duì)超聲波采樣進(jìn)行繪制之前，利用附近超聲波采樣進(jìn)行上述面增強(qiáng)處理。在切片處理單元內(nèi)以二維平面遞增方式重新排列所獲得的超聲波采樣，并在作為紋理映射單元的三維繪制單元37對(duì)這樣形成的切片數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，以產(chǎn)生三維圖像。
此外，利用平滑濾波器處理單元31，可以避免因?yàn)橹T如斑點(diǎn)噪聲等的噪聲而錯(cuò)誤判定各面，因此可以顯示具有空間效果的圖像。
對(duì)于本配置，可以從X、Y或Z軸方向中的任何一個(gè)軸方向快速進(jìn)行繪制處理。因此，可以從所有方向產(chǎn)生繪制圖像，從而提供更有效的診斷圖像。由于不產(chǎn)生直角坐標(biāo)體數(shù)據(jù)，所以利用比傳統(tǒng)配置使用的數(shù)據(jù)少的數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生高質(zhì)量三維圖像。因此，縮短了從采集回波信號(hào)到顯示三維圖像的延遲時(shí)間，所以可以實(shí)現(xiàn)更高的實(shí)時(shí)性。此外，與傳統(tǒng)配置相比，可以降低硬件資源的規(guī)模，因此可以以低成本提供設(shè)備。實(shí)時(shí)性方面的這種改進(jìn)擴(kuò)大了臨床技術(shù)的潛力。例如，這種超聲波診斷設(shè)備使得獲得要求高實(shí)時(shí)性的、諸如扎針的插入過程的圖像容易實(shí)現(xiàn)。
此外，根據(jù)變換為直角坐標(biāo)之前的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生顯示圖像，因此不因?yàn)樽儞Q為直角坐標(biāo)數(shù)據(jù)而丟失數(shù)據(jù)，而且，例如，即使利用超聲波探頭附近的高光柵密度放大數(shù)據(jù)，仍可以獲得正確的顯示圖像。
因此，可以實(shí)現(xiàn)使用比傳統(tǒng)配置使用的數(shù)據(jù)少的數(shù)據(jù)、利用比傳統(tǒng)配置的過程簡(jiǎn)單的過程產(chǎn)生高質(zhì)量三維圖像的超聲波診斷設(shè)備和圖像處理方法。結(jié)果，可以縮短從采集回波信號(hào)開始到顯示三維圖像的延遲時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)性。此外，與傳統(tǒng)配置相比，可以減少硬件資源，因此可以以低成本提供該設(shè)備。
第四實(shí)施例接著，將參考圖23說明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例。其配置與上述實(shí)施例中的配置大致相同，所以以下將省略對(duì)其配置進(jìn)行說明。利用與上述實(shí)施例中相同的參考編號(hào)表示通常具有相同功能和配置的部件，而且，除非需要，不對(duì)它們做贅述，因此，基本上僅說明不同部分。圖23是示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的配置例子的原理框圖。
在第一和第二實(shí)施例描述的面提取處理過程中使用的索貝爾濾波器與為了獲得法向向量所使用的索貝爾濾波器是同一類型，而且，通過利用陰影體繪制處理的部分計(jì)算過程，可以減少硬件配置。
本實(shí)施例對(duì)利用陰影向量計(jì)算單元進(jìn)行的法向向量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行面提取濾波處理的情況的例子進(jìn)行披露。
具體地說，如圖23所示，根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備200包括該附圖未示出的與第三實(shí)施例中的部件相同的部件、切片處理單元32、陰影向量計(jì)算單元34、切片繪制單元36、顯示單元38、用于對(duì)在陰影向量計(jì)算單元34計(jì)算的每個(gè)切片面的法向向量進(jìn)行平滑處理的平滑濾波單元31D、用于對(duì)法向向量進(jìn)行面提取濾波處理的面提取濾波單元33D以及用于通過操作單元18等設(shè)置視線方向的視線方向設(shè)置單元18-1。
在視線方向設(shè)置單元18-1設(shè)置視線方向后，如果視線方向是極坐標(biāo)系R、θ、ψ的R方向，則切片處理單元32取θ-ψ面作為切片面，如果視線方向是θ方向，則取R-ψ面作為切片面，如果視線方向?yàn)棣追较颍瑒t取R-θ面為切片面。
與第三實(shí)施例相同，對(duì)陰影向量計(jì)算單元34設(shè)置(法向向量)計(jì)算單元342和坐標(biāo)變換器344，如圖23所示。
對(duì)坐標(biāo)變換器344進(jìn)一步設(shè)置極坐標(biāo)/直角坐標(biāo)變換器344-1，用于將法向向量從R-θ-ψ極坐標(biāo)系的法向向量變換為X-Y-Z直角坐標(biāo)系的法向向量；以及歸一化處理單元344-2，用于對(duì)直角坐標(biāo)系上的法向向量進(jìn)行歸一化。
對(duì)于具有諸如上述配置的超聲波診斷設(shè)備，平滑濾波單元31D對(duì)在陰影向量計(jì)算單元34內(nèi)的計(jì)算單元342計(jì)算的法向向量進(jìn)行平滑處理。
由于法向向量的大小強(qiáng)烈反映面分量，所以面提取濾波單元33D判定進(jìn)行了平滑處理的法向向量，而且判定向量長(zhǎng)度超過某個(gè)值的點(diǎn)為面分量所在的位置。在此，如果向量長(zhǎng)度等于或者小于預(yù)定閾值，則面提取濾波單元33D將法向向量設(shè)置為0(如果向量長(zhǎng)度超過閾值，則不進(jìn)行改變)。極坐標(biāo)/直角坐標(biāo)變換器344-1對(duì)進(jìn)行此處理的法向向量進(jìn)行變換處理，并在此后，利用歸一化處理單元344-2進(jìn)行歸一化處理等?，F(xiàn)在，不對(duì)0向量進(jìn)行歸一化處理，而仍為0。另一方面，將其他向量變換為長(zhǎng)度為1的向量，從而根據(jù)存在還是不存在面分量，進(jìn)行二進(jìn)制處理。
此時(shí)，設(shè)置視線方向后，視線方向就是極坐標(biāo)系上的R方向、θ方向或ψ方向之一，因此根據(jù)該方向計(jì)算法向向量，而且還根據(jù)視線方向信息，確定在平滑濾波單元31D和面提取濾波單元33D進(jìn)行處理的方向。
即，如果視線方向?yàn)镽方向，則θ-ψ平面為切片面，因此確定濾波處理的方向，以便對(duì)θ-ψ平面的切片面進(jìn)行平滑處理或面提取處理。
請(qǐng)注意，如圖2所示的第一實(shí)施例的配置圖或圖9所示的第二實(shí)施例的配置圖所示，可以對(duì)面提取濾波處理單元33D和平滑濾波器處理單元31D進(jìn)行配置，其中XYZ被重讀為Rθψ。
(處理過程)(超聲波體數(shù)據(jù)采集流程和圖像產(chǎn)生處理過程的流程)
將參考圖25說明具有上述配置的超聲波診斷設(shè)備200的處理過程。
首先，如圖所示，事先利用主CPU17設(shè)置的控制信息，對(duì)每個(gè)相應(yīng)單元設(shè)置諸如超聲波體采集條件、顯示圖像大小、視線方向、幾何信息的控制信息的缺省值(步驟S1)。
隨后，在實(shí)時(shí)控制器(RTC)16的控制下，對(duì)從超聲波探頭12的表面徑向延伸的超聲波體徑向掃描，并在接收單元22、定相加法器24、檢測(cè)電路26、回波處理器(EP)27以及流體處理器(FP)28對(duì)掃描過程采集的體數(shù)據(jù)進(jìn)行上述處理(步驟S2)。
接著，切片處理單元32接收回波處理器(EP)27和流體處理器(FP)28輸出的超聲波體數(shù)據(jù)，并將該超聲波體數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)平行于R-ψ切片面、R-θ切片面或θ-ψ切片面之一的超聲波切片數(shù)據(jù)組，然后，輸出它們(步驟S3)。以下將詳細(xì)說明步驟S3。
接著，根據(jù)切片處理單元32輸出的超聲波切片數(shù)據(jù)組，陰影向量計(jì)算單元34計(jì)算每個(gè)超聲波采樣數(shù)據(jù)具有的強(qiáng)度值的梯度，并獲得進(jìn)行陰影處理所需的三維法向向量，將它作為法向向量切片數(shù)據(jù)輸出(步驟S4)。
現(xiàn)在，平滑濾波單元31D利用中值濾波器等對(duì)法向向量進(jìn)行平滑處理(步驟S41)。此外，利用面提取濾波單元33D對(duì)法向向量進(jìn)行面提取處理(步驟S42)。
因?yàn)橐苑€(wěn)定方式對(duì)平滑處理的對(duì)象提取面分量，所以可以采用其中使用預(yù)定閾值的方法，而且將等于或者小于該閾值的向量設(shè)置為0向量。由于在降噪之后進(jìn)行面分量提取也有效，所以可以將在圖24所示的步驟S4進(jìn)行的法向向量計(jì)算過程與步驟S41進(jìn)行的平滑處理過程的順序顛倒。
切片繪制單元36利用紋理映射過程進(jìn)行多邊形處理，以根據(jù)陰影向量計(jì)算單元34輸出的、被平滑處理和面提取處理的法向向量切片數(shù)據(jù)，產(chǎn)生三維圖像(步驟S5和S6)。在步驟S5，為了最終顯示，對(duì)在步驟S4產(chǎn)生的切片數(shù)據(jù)組進(jìn)行包括角校正和放大/縮小的幾何處理，而在步驟S6，執(zhí)行產(chǎn)生三維圖像所需的不透明度校正或色彩校正，而且在需要時(shí)進(jìn)行陰影處理，以產(chǎn)生中間圖像，然后，累加各中間圖像以產(chǎn)生累加圖像。該累加圖像是其中超聲波體數(shù)據(jù)被三維投影的圖像。顯示單元38顯示在切片繪制單元36產(chǎn)生的累加圖像(步驟S7)。
在完成顯示之后，判定是否結(jié)束處理(步驟S8)。如果繼續(xù)處理，則判定是否已經(jīng)改變包括視線方向等的顯示參數(shù)(步驟S9)。如果未改變參數(shù)，則流程返回步驟S2，并重復(fù)執(zhí)行上述一系列處理。如果已經(jīng)改變了參數(shù)，則對(duì)相應(yīng)單元設(shè)置所需參數(shù)，而且流程返回步驟S2。
(法向向量計(jì)算處理過程)圖26是示出在步驟S4執(zhí)行的法向向量計(jì)算處理過程的流程圖。
首先，獲得用于確定視線方向向量的方向的信息(步驟S421)，該視線方向向量的方向表示在切片處理步驟S3確定的視線方向。它可以是用于識(shí)別超聲波切片數(shù)據(jù)組對(duì)應(yīng)于R-ψ切片面、R-θ切片面或θ-ψ切片面中的哪個(gè)切片面的任意形式的信息，例如標(biāo)記或標(biāo)題。
接著，根據(jù)在步驟S421獲得的結(jié)果，在R軸、θ軸和ψ軸中確定最接近平行于視線方向向量的軸(步驟S422)。
根據(jù)在步驟S422確定的切片方向，進(jìn)行相應(yīng)兩個(gè)方向的面提取濾波處理。
如果最接近平行于視線方向的軸是R軸，則對(duì)θ和ψ方向法向向量進(jìn)行面提取濾波處理(步驟S423)。同樣，如果最接近平行于視線方向的軸是θ軸，則對(duì)R和ψ方向法向向量進(jìn)行面提取濾波處理(步驟S423b)。此外，如果最接近平行于視線方向的軸是ψ軸，則對(duì)R和θ方向法向向量進(jìn)行面提取濾波處理(步驟S423c)。
接著，在方向間(inter-directionally)對(duì)多個(gè)切片進(jìn)行面提取濾波處理(步驟S424)，然后，輸出最終法向向量(步驟S425)。
由于陰影向量是為了進(jìn)行陰影處理用于計(jì)算反射光的光能量的向量，所以將其大小歸一化為1。由于不能將噪聲產(chǎn)生的向量與面分量產(chǎn)生的正確向量區(qū)別開，所以可以將歸一化前的數(shù)據(jù)用于進(jìn)行體繪制。
此外，為了增大法向向量長(zhǎng)度的差值，進(jìn)行面提取濾波處理，而且通過利用例如HPF(高通濾波器)等進(jìn)行濾波，進(jìn)行諸如乘法的計(jì)算?；蛘?，對(duì)后面的伽瑪曲線等進(jìn)行增強(qiáng)處理。
因此，通過利用歸一化之前的法向向量，即作為陰影處理中間(partway)數(shù)據(jù)進(jìn)行面提取濾波處理，可以減少濾波器處理的負(fù)荷。
對(duì)于SVR(陰影體繪制)中的陰影處理，由于根據(jù)光源發(fā)出的光線與平面之間的夾角，確定反射光的光能量，所以需要?dú)w一化該法向向量，而且通過對(duì)歸一化之前的法向向量長(zhǎng)度確定不透明度及其著色并進(jìn)行VR(體繪制)處理，可以實(shí)現(xiàn)歸一化。
盡管對(duì)于其中根據(jù)視線方向?qū)⒎ㄏ蛳蛄康臑V波處理方向規(guī)定為特定方向的情況對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是還可以采用其中分別單獨(dú)對(duì)3個(gè)方向中的每個(gè)方向進(jìn)行濾波處理的配置。
第五實(shí)施例接著，將參考圖27說明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例。其配置與第四實(shí)施例中的配置大致相同，所以以下將省略對(duì)其配置進(jìn)行說明。利用與第四實(shí)施例中相同的參考編號(hào)表示通常具有相同功能和配置的部件，而且，除非需要，不對(duì)它們做贅述，因此，基本上僅說明不同部分。圖27是示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的配置例子的原理框圖。
盡管第四實(shí)施例具有其中對(duì)極坐標(biāo)系上的法向向量進(jìn)行面提取處理等的配置，但是對(duì)于本實(shí)施例，也可以實(shí)現(xiàn)其中對(duì)在從極坐標(biāo)系上的法向向量變換為直角坐標(biāo)系上的法向向量之后的法向向量進(jìn)行面提取處理等的配置。
具體地說，如圖27所示，根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備在平滑濾波器處理單元31E對(duì)在極坐標(biāo)/直角坐標(biāo)變換器344-1變換的、位于直角坐標(biāo)系上的法向向量進(jìn)行平滑處理，而且還在面提取濾波器處理單元33E對(duì)該法向向量進(jìn)行面確定處理。
隨后，在歸一化處理單元344-2，對(duì)在面提取濾波器處理單元33E處理的法向向量進(jìn)行歸一化處理，從而進(jìn)行陰影處理。
因此，在為了進(jìn)行陰影處理而進(jìn)行的平面檢測(cè)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，獲得歸一化之前的陰影向量。使不透明度與向量的大小對(duì)應(yīng)?？梢援a(chǎn)生位于采樣位置的向量作為體，也可以在每次進(jìn)行陰影計(jì)算時(shí)進(jìn)行計(jì)算。
第六實(shí)施例接著，將參考圖28說明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例。其配置與上述實(shí)施例中的配置大致相同，所以以下將省略對(duì)其配置進(jìn)行說明。利用與上述實(shí)施例中相同的參考編號(hào)表示通常具有相同功能和配置的部件，而且，除非需要，不對(duì)它們做贅述，因此，基本上僅說明不同部分。圖28是示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備的配置例子的說明性示意圖。
盡管對(duì)于其中將進(jìn)行了面分量增強(qiáng)(檢測(cè)的)的諸如薄壁組織器官等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維圖像顯示在超聲波診斷設(shè)備的顯示單元18上的情況，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是本實(shí)施例披露了一種其中除了進(jìn)行了面分量增強(qiáng)的三維圖像(第一三維圖像)之外，還可以顯示不進(jìn)行面提取計(jì)算而通過進(jìn)行體繪制產(chǎn)生的第二三維圖像的MPR(多平面重構(gòu))圖像的情況。
具體地說，如圖28所示，通過在顯示在超聲波診斷設(shè)備的顯示單元18上的顯示屏幕400上進(jìn)行顯示，可以形成用于顯示未進(jìn)行面分量增強(qiáng)的第二三維圖像的特定斷面的MPR圖像的顯示區(qū)402以及用于顯示進(jìn)行了面分量增強(qiáng)以便可以顯示薄壁組織器官的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的第一三維圖像的顯示區(qū)404。可在包括在主CPU17內(nèi)的顯示控制單元進(jìn)行該顯示控制。
因此，對(duì)于上述實(shí)施例，如果在例如器官內(nèi)在垂直于視線方向的方向存在兩個(gè)互相平行的管狀結(jié)構(gòu)，則可以在背面觀察該管狀結(jié)構(gòu)，然而，對(duì)于本實(shí)施例，可以顯示垂直于管狀結(jié)構(gòu)的方向上的斷面圖像，因此可以同時(shí)觀看斷面圖像和整個(gè)圖像，所以可以掌握薄壁組織器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)的總體情況。
因此，即使在體內(nèi)存在位于從觀察點(diǎn)觀看的視線上的對(duì)象之前的對(duì)象，這仍可以看到。
盡管為了能夠觀看內(nèi)部結(jié)構(gòu)而增強(qiáng)面分量有助于以三維方式觀看，但是在可以顯示其細(xì)節(jié)方面存在局限性，因?yàn)樵搱D像最終被二維投影到顯示器上。因此，并排設(shè)置從不同觀察點(diǎn)觀看的、具有MPR圖像的斷面有助于理解內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造?？梢岳脗鹘y(tǒng)的體繪制圖像代替MPR圖像，或者與MPR圖像一起使用傳統(tǒng)的體繪制圖像。
同樣，如果進(jìn)行了面分量增強(qiáng)，則可以顯示第一三維圖像的MPR圖像。此外，還可以同時(shí)顯示第一三維圖像和第二三維圖像。根據(jù)通過操作單元18的操作指令，利用包含在主CPU17內(nèi)的、用于控制顯示單元38的顯示控制單元，對(duì)根據(jù)顯示格式的顯示控制進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
對(duì)于在將進(jìn)行了面分量增強(qiáng)的第一三維圖像顯示在顯示單元38上情況下，顯示的用戶界面，例如最好采用以下配置。
即，在操作單元18內(nèi)配置設(shè)置裝置，用于設(shè)置面提取濾波處理單元33D的面提取范圍。在產(chǎn)生根據(jù)設(shè)置的面提取范圍將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)增強(qiáng)到某種程度的三維圖像時(shí)，最好通過產(chǎn)生其中將與面提取范圍相關(guān)的參數(shù)設(shè)置為與已經(jīng)設(shè)置的面提取范圍對(duì)應(yīng)的特定值的圖像，進(jìn)行顯示。
更具體地說，最好以這樣的方式實(shí)現(xiàn)該配置，即，利用操作單元18進(jìn)行操作，例如利用滑動(dòng)器(slider)，改變HPF的截止，從而自動(dòng)改變相應(yīng)不透明度的設(shè)置。因此，顯著提高了在三維圖像內(nèi)設(shè)置參數(shù)的可操作性。除了不透明度外，還可以以這種方式設(shè)置其他參數(shù)。
第七實(shí)施例接著，將參考圖29說明根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例。其配置與上述實(shí)施例中的配置大致相同，所以以下將省略對(duì)其配置進(jìn)行說明。利用與上述實(shí)施例中相同的參考編號(hào)表示通常具有相同功能和配置的部件，而且，除非需要，不對(duì)它們做贅述，因此，基本上僅說明不同部分。圖29是示出根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備210的配置例子的原理框圖。
可以實(shí)現(xiàn)其中不是保留以上說明的、切片處理單元的輸出作為極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，而是利用數(shù)字掃描變換器(DSC)29對(duì)其進(jìn)行掃描變換的配置，如圖29所示的超聲波診斷設(shè)備210。通過在圖9所示的回波處理器(EP)27和流體處理器(FP)28后面設(shè)置圖29所示的電路配置，可以實(shí)現(xiàn)這種超聲波診斷設(shè)備。參考編號(hào)212示出圖像處理設(shè)備的各部件。
關(guān)于處理過程，在數(shù)字掃描變換器(DSC)29執(zhí)行如圖20所示的用于在切片繪制處理過程中獲得內(nèi)插采樣位置的步驟S603、用于進(jìn)行位置坐標(biāo)變換的步驟S604、用于根據(jù)切片獲得相應(yīng)坐標(biāo)的步驟S605以及用于進(jìn)行雙線性內(nèi)插處理的步驟S606。
可以實(shí)現(xiàn)其中不是將數(shù)據(jù)直接變換為體素體，而是將數(shù)據(jù)臨時(shí)變換為二維圖像，然后根據(jù)多個(gè)二維圖像產(chǎn)生體素體的配置。
盡管根據(jù)幾個(gè)特定實(shí)施例對(duì)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法進(jìn)行了說明，但是在本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，可以對(duì)在此描述的本發(fā)明的各實(shí)施例進(jìn)行各種修改。
例如，本發(fā)明的技術(shù)原理并不局限于應(yīng)用于超聲波診斷設(shè)備，而且可以應(yīng)用于能夠獲得并處理體數(shù)據(jù)的其他醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備(例如，X射線診斷設(shè)備、X射線CT設(shè)備、MRI設(shè)備、核醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備等)。因此，本發(fā)明并不局限于超聲波診斷設(shè)備，而且可以廣泛應(yīng)用于圖像處理設(shè)備。
此外，圖像處理設(shè)備的圖像成像裝置(方式)可以與超聲波診斷設(shè)備的圖像成像裝置(方式)集成在一起，也可以將它們二者分開。此時(shí)，該方式并不局限于超聲波診斷設(shè)備，而且，例如，圖像捕獲單元可以是用于接收視頻信號(hào)的裝置。
此外，可以獨(dú)立于超聲波診斷設(shè)備，利用具有處理功能的諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站等的計(jì)算機(jī)執(zhí)行用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述實(shí)施例的超聲波診斷設(shè)備執(zhí)行的面分量增強(qiáng)和平滑處理以及附圖所示的處理的處理程序。
此外，可以將部分或者全部超聲波診斷設(shè)備和圖像處理設(shè)備等執(zhí)行的處理程序、上述處理過程，本說明書中概括描述的技術(shù)以及數(shù)據(jù)(諸如計(jì)算程序等用于執(zhí)行每個(gè)計(jì)算的信息、圖像數(shù)據(jù)等)存儲(chǔ)到信息記錄介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，而且還可以產(chǎn)生具有計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。這種信息記錄介質(zhì)的例子包括諸如ROM、RAM、閃速存儲(chǔ)器等的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、諸如集成電路等的存儲(chǔ)裝置或者光盤、磁光盤(CD-ROM、DVD-RAM、DVD-ROM、MO等)、磁存儲(chǔ)介質(zhì)，即磁盤(硬盤、軟盤、ZIP盤等)等。此外，非易失性存儲(chǔ)卡、IC卡、網(wǎng)絡(luò)資源等也可以用于進(jìn)行記錄。
此外，上述實(shí)施例中包括各步驟，而且通過適當(dāng)組合所披露的多個(gè)部件，可以獲得各種實(shí)施例。因此，顯然，本發(fā)明包括通過對(duì)上述實(shí)施例任意進(jìn)行組合，或者通過上述任意實(shí)施例與其任意變換例進(jìn)行組合獲得的任意配置。此外，本發(fā)明還包括其中從在上述實(shí)施例中描述的各部件中省略一個(gè)或者多個(gè)部件的配置。
為了有助于理解本發(fā)明，到此為止已經(jīng)參考所披露的本發(fā)明實(shí)施例的例子進(jìn)行了說明，應(yīng)該理解，對(duì)各實(shí)施例所做的說明不應(yīng)認(rèn)為是限制性，而是說明性，而且在本發(fā)明范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種修改和變化。因此，上述實(shí)施例披露的各部件試圖包括設(shè)計(jì)方面的所有修改以及屬于本發(fā)明技術(shù)范圍的等同配置。
權(quán)利要求
1.一種圖像處理設(shè)備，該圖像處理設(shè)備包括記錄裝置，用于記錄從診療對(duì)象獲得的、位于三維空間內(nèi)并形成表示診療對(duì)象的身體性質(zhì)的數(shù)據(jù)集的體數(shù)據(jù)；特征量提取裝置，用于提取根據(jù)每個(gè)體數(shù)據(jù)表示的身體性質(zhì)的值計(jì)算的特征量；以及三維圖像生成裝置，用于對(duì)特征量提供不透明度，并用于利用該不透明度產(chǎn)生體繪制圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中特征量是表示存在于體數(shù)據(jù)內(nèi)的不同對(duì)象之間的邊界面的邊界信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像處理設(shè)備，其中三維圖像生成裝置提高邊界面的不透明度，而降低剩余部分的不透明度，以產(chǎn)生具有增強(qiáng)邊界面的體繪制圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像處理設(shè)備，其中特征量提取裝置計(jì)算垂直于邊界面的法向向量和關(guān)于向量長(zhǎng)度的信息之一，向量長(zhǎng)度是根據(jù)所關(guān)心的體數(shù)據(jù)的強(qiáng)度與附近體數(shù)據(jù)的強(qiáng)度之間的差別確定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像處理設(shè)備，其中根據(jù)法向向量和關(guān)于向量長(zhǎng)度的信息之一，三維圖像生成裝置產(chǎn)生體繪制圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中特征量提取裝置計(jì)算梯度向量，而利用梯度向量和在其計(jì)算過程中的中間產(chǎn)物的值之一，三維圖像生成裝置產(chǎn)生體繪制圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中對(duì)特征量提取裝置配置有用于處理所關(guān)心的體數(shù)據(jù)的高通濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中特征量提取裝置包括3個(gè)索貝爾濾波器，它們用于互相獨(dú)立處理為了識(shí)別體數(shù)據(jù)在三維空間內(nèi)的位置而設(shè)置的3個(gè)方向上的體數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，該圖像處理設(shè)備進(jìn)一步包括用于在進(jìn)行特征量提取處理之前進(jìn)行平滑處理的平滑裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像處理設(shè)備，其中平滑裝置是加權(quán)平均值單元和中值濾波單元之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中特征量提取裝置和三維圖像生成裝置之一以平行于3個(gè)方向中的兩個(gè)方向并最接近垂直于投影方向的切片的增量方式進(jìn)行處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中該圖像處理設(shè)備進(jìn)一步包括通過順序處理記錄在記錄裝置內(nèi)的多個(gè)體數(shù)據(jù)顯示動(dòng)畫圖像的顯示裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像處理設(shè)備，其中顯示裝置對(duì)利用可以掃描三維空間的二維陣列探頭獲得的實(shí)時(shí)連續(xù)體數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以顯示動(dòng)畫圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中三維圖像生成裝置產(chǎn)生多個(gè)從不同方向切割的層析X射線成像圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像處理設(shè)備，其中根據(jù)體數(shù)據(jù)值，在產(chǎn)生體繪制圖像的同時(shí)，三維圖像生成裝置至少產(chǎn)生多個(gè)從不同方向切割的層析X射線成像圖像和體繪制圖像之一，而顯示裝置同時(shí)顯示它們。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中特征量提取裝置僅對(duì)具有不同身體性質(zhì)的多種體數(shù)據(jù)中某種類型的體數(shù)據(jù)進(jìn)行特征量提取處理，而通過將根據(jù)特征量提取裝置處理的體數(shù)據(jù)獲得的三維分布信息疊加到根據(jù)剩余未處理的體數(shù)據(jù)獲得的三維分布信息，三維圖像生成裝置產(chǎn)生三維圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的圖像處理設(shè)備，其中特征量提取裝置配置成其中可以改變要處理體數(shù)據(jù)類型的選擇條件以便對(duì)不同類型的體數(shù)據(jù)進(jìn)行特征量提取處理。
18.一種超聲波診斷設(shè)備，該超聲波診斷設(shè)備包括超聲波發(fā)送/接收裝置，用于將超聲波發(fā)送到診療對(duì)象并接收從診療對(duì)象反射的反射波，以輸出從診療對(duì)象獲得的、位于三維空間內(nèi)并形成表示診療對(duì)象的身體性質(zhì)的數(shù)據(jù)集的體數(shù)據(jù)，作為來自診療對(duì)象的信號(hào)；第一超聲波信息生成裝置，用于獲取和輸出關(guān)于診療對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)的第一三維分布信息；第二超聲波信息生成裝置，用于獲取和輸出關(guān)于診療對(duì)象的運(yùn)動(dòng)對(duì)象的性質(zhì)的第二三維分布信息；記錄裝置，用于記錄利用超聲波發(fā)送/接收裝置獲取的體數(shù)據(jù)；特征量提取裝置，用于提取根據(jù)每個(gè)體數(shù)據(jù)表示的身體性質(zhì)的值計(jì)算的特征量；以及三維圖像生成裝置，用于對(duì)特征量提供不透明度，而且用于利用該不透明度產(chǎn)生體繪制圖像。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的超聲波診斷設(shè)備，其中在利用二維陣列探頭之一掃描診療對(duì)象的一部分并擺動(dòng)扇形探頭期間，超聲波發(fā)送/接收裝置獲取體數(shù)據(jù)，并利用其原點(diǎn)被設(shè)置在超聲波束的發(fā)射點(diǎn)、其兩個(gè)夾角位于互相正交方向的極坐標(biāo)表示該體數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的超聲波診斷設(shè)備，其中在掃描診療對(duì)象的一部分的期間，通過圍繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)超聲波探頭從而圍繞該軸以相反方式轉(zhuǎn)動(dòng)位于二維平面內(nèi)的多個(gè)所關(guān)心的體數(shù)據(jù)，超聲波發(fā)送/接收裝置獲取體數(shù)據(jù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的超聲波診斷設(shè)備，其中在掃描診療對(duì)象的部分期間，通過沿垂直于診療對(duì)象的該部分的方向平行移位超聲波探頭從而以相反方向平行移位多個(gè)所關(guān)心的體數(shù)據(jù)，超聲波發(fā)送/接收裝置獲取體數(shù)據(jù)。
全文摘要
將從診療對(duì)象獲得的、位于構(gòu)成三維空間的各點(diǎn)并形成表示診療對(duì)象的身體性質(zhì)的數(shù)據(jù)組的體數(shù)據(jù)記錄到記錄裝置內(nèi)，特征量提取裝置提取根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的體數(shù)據(jù)表示的身體性質(zhì)的值計(jì)算的特征量，通過對(duì)特征量提供不透明度，三維圖像生成裝置產(chǎn)生三維圖像，而無論體數(shù)據(jù)是體素體數(shù)據(jù)還是極坐標(biāo)超聲波體數(shù)據(jù)，因此可以以三維方式顯示薄壁組織器官的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是內(nèi)部血管和空腔結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G06T15/08GK1493258SQ0315238
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月28日
發(fā)明者橋本敬介, 本敬介 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝