超聲波診斷裝置、圖像處理裝置以及圖像處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明的實施方式涉及超聲波診斷裝置、圖像處理裝置以及圖像處理方法。
【背景技術】
[0002] 以往，超聲波診斷裝置廣泛地用于進行生物體的血流的觀察或診斷。超聲波診斷 裝置通過基于多普勒（Doppler)效應的多普勒法，根據超聲波的反射波進行血流信息的生 成以及顯示。作為通過超聲波診斷裝置生成顯示的血流信息，存在彩色多普勒圖像或多普 勒波形（多普勒頻譜）等。
[0003] 彩色多普勒圖像是通過彩色血流圖（CFM :Color Flow Mapping)法進行攝像的超 聲波圖像。在CFM法中，在多條掃描線上進行多次超聲波的發送接收。并且，在CFM法中， 通過對同一位置的數據串應用MTI (Moving Target Indicator)濾波器，來抑制來自靜止的 組織、或者活動慢的組織的信號（雜波信號），提取來自血流的信號。并且，在CFM法中，例 如，根據該血流信號推定血流的速度、血流的方差、血流的能量等血流信息，顯示二維地對 推定結果的分布進行彩色顯示的超聲波圖像（彩色多普勒圖像）。
[0004] 通常，作為MTI濾波器，使用巴特沃斯型的IIR(Infinite Impulse Response)濾 波器或多項式回歸濾波器（Polynomial Regression Filter)等、固定了系數的濾波器。另 一方面，還知道根據輸入信號使系數變化的自適應型的MTI濾波器。
[0005] 作為一個例子，自適應型的MTI濾波器根據MTI濾波器輸入前的信號求組織的速 度，得到其相位差被取消的信號。并且，該濾波器從預先準備的MTI濾波器用的系數中，選 擇與所得到的信號對應的系數。另外，還知道有被稱為"Eigenvector Regression Filter" 的自適應型的MTI濾波器。該自適應型的MTI濾波器通過由相關矩陣計算固有向量，根據 計算出的固有向量，直接計算MTI濾波器所使用的系數的方法，來得到雜波分量被抑制的 信號。該方法應用在主分量分析、卡洛變換（Karhunen-Loeve transform)、或在特征空間法 中使用的方法。另外，還知道為了實時地實現使用"Eigenvector Regression Filter"的 方法，對固有向量的計算利用"iterative power method"的方法。
[0006] 在上述的自適應型MTI濾波器中，固有向量由相關矩陣來計算。通過使用固有向 量的自適應型MTI濾波器進行成像的圖像的畫質根據以怎樣的條件計算相關矩陣而改變。 因此，通過使用固有向量的自適應型MTI濾波器進行成像的圖像的畫質有時不一定提高。
[0007] 現有技術文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :美國專利第5, 349, 524號說明書
[0010] 專利文獻2 :日本特開平10-99333號公報
[0011] 非專利文獻
[0012] 非專利文獻 I :Bjaerum, Torp, Kristoffersen, "Clutter Filters Adapted to Tissue Motion in Ultrasound Color Flow Imaging"，IEEE Transactions on Ultrasoni cs,Ferroelectricsj Frequency Control, vol. 49, pp. 693-704, June, 2002
[0013] 非專利文獻 2 :Lovstakken, Bjaerum, Kristoffersen, Haaverstad, Torp, "Real-time adaptive clutter rejection filtering in color flow imaging using power method iterations"，IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, Frequency Control,vol. 53, pp. 1597-1608, Sep, 2006

【發明內容】

[0014] 本發明要解決的問題在于，提供一種能夠提高通過使用有固有向量的自適應型 MTI濾波器使血流信息進行成像的圖像的畫質的超聲波診斷裝置、圖像處理裝置以及圖像 處理方法。
[0015] 實施方式的超聲波診斷裝置具備相關矩陣計算部、計算部、圖像生成部、以及控制 部。相關矩陣計算部根據通過在由多條掃描線形成的掃描范圍內發送接收超聲波而涵蓋多 幀收集到的同一位置的反射波數據的數據串，計算上述掃描范圍的相關矩陣。計算部使用 上述相關矩陣進行主分量分析，通過進行使雜波分量近似為主分量并減少的矩陣運算來計 算抑制來自組織的雜波的濾波系數。圖像生成部根據使用上述濾波系數推定出的血流信息 生成超聲波圖像數據。控制部使上述超聲波圖像數據顯示于顯示部。
【附圖說明】
[0016] 圖1表示第1實施方式所涉及的超聲波診斷裝置的結構例的框圖。
[0017] 圖2是用于說明以往技術的圖（1)。
[0018] 圖3是用于說明以往技術的圖（2)。
[0019] 圖4是表示第1實施方式所涉及的超聲波掃描的一個例子的圖（1)。
[0020] 圖5是表不第1實施方式所涉及的超聲波掃描的一個例子的圖（2)。
[0021] 圖6是表不第1實施方式所涉及的超聲波掃描的一個例子的圖（3)。
[0022] 圖7是用于說明第1實施方式所涉及的等級降低（rank cut)數的確定處理的一 個例子的圖（1)。
[0023] 圖8是用于說明第1實施方式所涉及的等級降低數的確定處理的一個例子的圖 ⑵。
[0024] 圖9是表示通過以往技術顯示的圖像數據的一個例子的圖。
[0025] 圖10是表示由第1實施方式顯示的圖像數據的一個例子的圖。
[0026] 圖11是用于說明第1實施方式所涉及的超聲波診斷裝置進行的處理的一個例子 的流程圖。
[0027] 圖12是表示第2實施方式所涉及的相關矩陣計算部進行處理的一個例子的圖。
[0028] 圖13是用于說明第2實施方式的效果的圖。
[0029] 圖14是用于說明第2實施方式所涉及的超聲波診斷裝置進行的處理的一個例子 的流程圖。
[0030] 圖15是用于說明第3實施方式的圖。
[0031] 圖16是用于說明第4實施方式的圖（1)。
[0032] 圖17是用于說明第4實施方式的圖（2)。
[0033] 圖18是用于說明第5實施方式的圖（1)。
[0034] 圖19是用于說明第5實施方式的圖（2)。
【具體實施方式】
[0035] 以下，參照附圖，詳細地說明超聲波診斷裝置的實施方式。
[0036] (第1實施方式）
[0037] 首先，針對第1實施方式所涉及的超聲波診斷裝置的結構進行說明。圖1是表示 第1實施方式所涉及的超聲波診斷裝置的結構例的框圖。如圖1所示例的那樣，第1實施 方式所涉及的超聲波診斷裝置具有超聲波探頭1、顯示器2、輸入裝置3、以及裝置主體10。
[0038] 超聲波探頭1為了進行超聲波的發送接收而與裝置主體10連接。超聲波探頭1 例如具有多個壓電振子，這些多個壓電振子根據從后述的裝置主體10所具有的發送接收 部11供給的驅動信號產生超聲波。另外，超聲波探頭1所具有的多個壓電振子接收來自被 檢體P的反射波變換成電氣信號。另外，超聲波探頭1具有設置于壓電振子的匹配層和防 止超聲波從壓電振子向后方傳播的背襯材料等。另外，超聲波探頭1自由拆卸地與裝置主 體10連接。
[0039] 當從超聲波探頭1向被檢體P發送超聲波時，所發送的超聲波被被檢體P的體內 組織中的聲阻抗的不連續面依次反射，反射波信號由超聲波探頭1所具有的多個壓電振子 接收。所接收的反射波信號的振幅依存于反射超聲波的不連續面中的聲阻抗的差。另外， 所發送的超聲波脈沖被正在移動的血流或心臟壁等表面反射時的反射波信號由于多普勒 效應，依存于相對于移動體的超聲波發送方向的速度分量，并接受頻移。
[0040] 另外，第1實施方式還能夠適用于超聲波探頭1是二維地對被檢體P進行掃描的 ID陣列探頭、或是三維地對被檢體P進行掃描的機械4D探頭或2D陣列探頭的情況。
[0041] 輸入裝置3具有鼠標、鍵盤、按鈕、面板開關、觸摸指令屏、腳踏開關、軌跡球、操作 桿等。輸入裝置3接受來自超聲波診斷裝置的操作者的各種設定要求，并對裝置主體10轉 送所接受的各種設定要求。
[0042] 顯示器2顯示用于超聲波診斷裝置的操作者使用輸入裝置3輸入各種設定要求的 ⑶I (Graphical User Interface)，或者顯示在裝置主體10中生成的超聲波圖像數據等。
[0043] 裝置主體10是根據超聲波探頭1接收到的反射波信號生成超聲波圖像數據的裝 置。圖1所示的裝置主體10是能夠根據二維的反射波信號生成二維的超聲波圖像數據，能 夠根據三維的反射波信號生成三維的超聲波圖像數據的裝置。其中，第1實施方式還能夠 適用于裝置主體10是二維數據專用的裝置的情況。
[0044] 如圖1所示例的那樣，裝置主體10具有發送接收部11、緩沖器12、B模式處理部 13、多普勒處理部14、圖像生成部15、圖像存儲器16、內部存儲部17、以及控制部18。
[0045] 發送接收部11根據后述的控制部18的指示，控制超聲波探頭1進行的超聲波 發送接收。發送接收部11具有脈沖發生器、發送延遲電路、觸發發生器等，向超聲波探頭 1供給驅動信號。脈沖發生器重復產生用于以規定的重復頻率（PRF:Pulse Repetition Frequency)形成發送超聲波的速率脈沖。另外，發送延遲電路對脈沖發生器所產生的各速 率脈沖賦予將從超聲波探頭1產生的超聲波會聚成束狀，且確定發送指向性所需的每個壓 電振子的延遲時間。另外，觸發發生器以基于速率脈沖的定時，向超聲波探頭1施加驅動信 號（驅動脈沖）。即，發送延遲電路通過使對各速率脈沖賦予的延遲時間變化，來任意地調 整從壓電振子面發送的超聲波的發送方向。
[0046] 另外，發送接收部11具有為了根據后述的控制部18的指示，執行規定的掃描序 列，瞬間變更發送頻率、發送驅動電壓等的功能。特別地，發送驅動電壓的變更通過能夠瞬 間切換其值的線性放大器型的發送電路、或者電氣地切換多個電源單元的機構來實現。
[0047] 另外，發送接收部11具有放大器電路、A/D(Analog/Digital)變換器、接收延遲電 路、加法器、以及正交檢波電路等，對超聲波探頭1接收到的反射波信號進行各種處理生成 反射波數據。放大器電路將反射波信號在每個通道中放大進行增益校正處理。A/D變換器 將增益校正后的反射波信號進行A/D變換。接收延遲電路對數字數據賦予確定接收指向性 所需的接收延遲時間。加法器對通過接收延遲電路賦予了接收延遲時間的反射波信號進行 加法處理。通過加法器的加法處理，強調來自與反射波信號的接收指向性對應的方向的反 射分量。
[0048] 并且，正交檢波電路將加法器的輸出信號變換成基帶的同相信號（I信號、I : In-pahse)和正交信號（Q信號、Q:Quadrature-phase)。并且，正交檢波電路設I信號以及 Q信號（以下，記作IQ信號）為反射波數據，保存在緩沖器12中。另外，正交檢波電路也可 以將加法器的輸出信號變換成RF(Radi 〇 Frequency)信號，并保存在緩沖器12中。IQ信號 或RF信號成為包含相位信息的信號（接收信號）。以下，有時將發送接收部11輸出的反射 波數據記作接收信號。
[0049] 當對被檢體P進行二維掃描時，發送接收部11從超聲波探頭1發送二維的超聲波 束。并且，發送接收部11根據超聲波探頭1接收到的二維的反射波信號生成二維的反射波 數據。另外，當對被檢體P進行三維掃描時，發送接收部11使超聲波探頭1發送三維的超 聲波束。并且，發送接收部11根據超聲波探頭1接收的三維的反射波信號生成三維的反射 波數據。
[0050] 緩沖器12是暫時地存儲發送接收部11所生成的反射波數據（I/Q信號）的緩沖 器。具體而言，緩沖器12存儲數幀相應的I/Q信號、或者數容積相應的I/Q信號。例如，緩 沖器12是FIFO(First-In/First-〇ut)存儲器，存儲規定幀相應的I/Q信號。并且，例如， 當重新由發送接收部11生成1幀相應的I/Q信號時，緩沖器12刪除生成時間最久的1幀 相應的I/Q信號，存儲重新生成的1幀相應的I/Q信號。
[0051] B模式處理部13以及多普勒處理部14是對發送接收部11根據反射波信號生成的 反射波數據，進行各種信號處理的信號處理部。B模式處理部13對從緩沖器12讀出的反射 波數據（I/Q信號）進行對數放大、包絡線檢波處理、對數壓縮等，生成多個采樣點各自的信 號強度由亮度的明暗表示的數據（B模式數據）。
[0052] 另外，B模式處理部13通過濾波處理，使檢波頻率發生變化，從而能夠改變成像 的頻帶。通過使用該B模式處理部13的功能，第1實施方式所涉及的超聲波診斷裝置能 夠執行對比諧波成像（CHI :Contrast Harmonic Imaging)或組織諧波成像（THI :Tissue Harmonic Imaging)等諧波成像。即，B模式處理部13根據被注入了造影劑的被檢體P的 反射波數據，將以造影劑（微小氣泡、氣泡）為反射源的諧波分量的反射波數據（諧波數據 或者分頻數據）和以被檢體P內的組織為反射源的基波分量的反射波數據（基波數據）分 離。B模式處理部13能夠根據諧波分量的反射波數據（接收信號），生成用于生成造影圖 像數據的B模式數據。
[0053] 另外，通過使用該B模式處理部13的濾波處理功能，從而，第1實施方式所涉及的 超聲波診斷裝置能夠執行組織諧波成像（THI :Tissue Harmonic Imaging)。即，B模式處理 部13能夠根據被檢體P的反射波數據，將作為諧波分量的反射波數據（接收信號）的諧波 數據或者分頻數據分離。并且，B模式處理部13能夠根據諧波分量的反射波數據（接收信 號），生成用于生成除去了噪聲分量的組織圖像數據的B模式數據。
[0054] 另外，當進行CHI或THI的諧波成像時，B模式處理部13能夠通過與使用上述的 濾波處理的方法不同的方法，提取諧波分量。在諧波成像中，進行振幅調制（AM Amplitude Modulation)法、相位調制（PM :Phase Modulation)法、或組合了 AM法以及PM法的被稱為 AMPM法的映像法。在AM法、PM法以及AMPM法中，對同一掃描線進行多次振幅或相位不同 的超聲波發送。由此，發送接收部11通過各掃描線生成多個反射波數據（接收信號）并輸 出。并且，B模式處理部13通過對各掃描線的多個反射波數據（接收信號）進行與調制法 對應的加減法處理，來提取諧波分量。并且，B模式處理部13對諧波分量的反射波數據（接 收信號）進行包絡線檢波處理等，生成B