超声波诊断装置以及评价算出方法.pdf

本发明提供一种超声波诊断装置以及评价算出方法。为了确立对弹性体数据的品质进行评价的手法以提高三维弹性图像的品质，该超声波诊断装置具备：二维弹性图像构成部(116)，其算出弹性帧数据，该弹性帧数据表示利用超声波对被检体进行三维扫描所测量的弹性分布；弹性体数据生成部(117)，其收集多个弹性帧数据来生成弹性体数据；三维弹性图像构成部(118)，其对弹性体数据进行体绘制来构成三维弹性图像；和品质算出部(121)，其基于成为算出弹性帧数据的基础的一对断层帧数据之间的自相关值、和对弹性帧数据的品质进行表示的帧评价值，来算出对弹性体数据的品质进行表示的体评价值。

权利要求书一种超声波诊断装置，其特征在于，具备：
弹性体生成部，其收集多个弹性帧数据来生成弹性体数据，所述弹性帧数据表示利用超声波对被检体进行三维扫描所测量的弹性分布；
三维弹性图像构成部，其对所述弹性体数据进行体绘制来构成三维弹性图像；和
显示部，其显示所述三维弹性图像，
所述超声波诊断装置还具备：
品质算出部，其基于对所述弹性帧数据的品质进行表示的帧评价值，算出对所述弹性体数据的品质进行表示的体评价值。
根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述品质算出部将成为算出所述弹性帧数据的基础的一对断层帧数据之间的自相关值设为对所述弹性帧数据的品质进行表示的帧评价值，并且基于构成所述弹性体数据的全部的所述弹性帧数据的所述帧评价值的相加值或者相加平均值，来求出对所述弹性体数据的品质进行表示的体评价值。
根据权利要求2所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述品质算出部将所述三维扫描中的在时间上相邻的一对断层帧数据的自相关值，用作所述一对断层帧数据之间的自相关值。
根据权利要求2所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述品质算出部将分别构成由所述弹性体生成部反复生成的多个弹性体数据的多个所述弹性帧数据之中的、扫描面位置相同的成为算出所述弹性帧数据的基础的所述一对断层帧数据的自相关值，用作所述一对断层帧数据之间的自相关值。
根据权利要求2所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述品质算出部将在当前的断层帧数据与过去的多个断层帧数据之间求出的所述自相关值最大的一对断层帧数据的自相关值，用作所述一对断层帧数据之间的自相关值。
根据权利要求5所述的超声波诊断装置，其特征在于，
收集基于所述自相关值最大的一对断层帧数据而算出的所述弹性帧数据，来生成所述弹性体数据。
根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述品质算出部基于所述弹性帧数据的弹性值的分布的平均、偏差、或S/N比来算出对各弹性帧数据的品质进行表示的帧评价值，通过对该算出的帧评价值以所述弹性体数据为单位进行相加平均，来算出对所述弹性体数据的品质进行表示的体评价值。
根据权利要求7所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述弹性值为位移、变形、变形比、粘性、弹性模量之中的任一个。
根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
将对所述品质进行表示的体评价值与所述三维弹性图像对应起来显示于所述显示部。
根据权利要求9所述的超声波诊断装置，其特征在于，
将对所述品质进行表示的体评价值以对应于该体评价值而显示样式不同的记号、柱状图或圆形图表显示于所述显示部。
根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述弹性体数据生成部具备截面弹性图像构成部，其将基于所述弹性体数据而构成的正交3截面弹性图像或者以平行的多个截面进行切片后的多截面弹性图像显示于所述显示部，
所述品质算出部具备显示面品质算出部，其算出对各所述截面弹性图像的品质进行表示的体评价值并显示于所述显示部。
根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
在对所述弹性体数据的品质进行表示的所述体评价值高于显示基准值的情况下，所述显示部显示所述三维弹性图像。
根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述超声波诊断装置具备存储部，其在对所述弹性体数据的品质进行表示的体评价值高于存储基准值的情况下存储所述三维弹性图像。
一种评价算出方法，其特征在于，包括：
收集多个弹性帧数据来生成弹性体数据的步骤，所述弹性帧数据表示利用超声波对被检体进行三维扫描所测量的弹性分布；
对弹性体数据进行体绘制来构成三维弹性图像的步骤；
显示所述三维弹性图像的步骤；和
基于对所述弹性帧数据的品质进行表示的帧评价值来算出对所述弹性体数据的品质进行表示的体评价值的步骤。

说明书超声波诊断装置以及评价算出方法
技术领域
本发明涉及利用超声波对表示被检体的生物体组织的硬度或者柔软度的三维弹性图像进行显示的超声波诊断装置和评价算出方法。
背景技术
超声波诊断装置向被检体发送超声波，接收来自被检体内部的生物体组织的反射回波信号，生成例如表示生物体组织的硬度或者柔软度的三维弹性图像等的超声波图像，显示于监视器以供诊断。此外，为了易于获知被检体内部的形态地进行显示以助于诊断，执行如下动作：生成三维断层图像或三维弹性图像的三维超声波图像并进行显示。另一方面，为了提高诊断精度，要求提高图像的分辨率、降低噪声等以改善超声波图像的画质。
例如，在专利文献1中提出了如下方案：在对弹性体数据进行体绘制来构筑三维弹性图像之际，合成相同的位移或压力的弹性图像区间来构筑三维弹性图像。进而，在该文献中还提出了如下方案：利用相关系数高的弹性帧来合成弹性图像，从而构筑三维弹性图像。也就是说，在构成三维弹性图像之际，从连续地获取到的多个二维弹性帧数据之中，根据压迫量(位移)相同的二维弹性帧数据来构成弹性体数据，并对该弹性体数据进行体绘制，由此构筑三维弹性图像。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008‑259555号公报
发明内容
(发明所要解决的课题)
然而，在专利文献中，虽然从弹性体数据之中选择所期望的弹性帧数据来合成弹性体数据，但是并未考虑到对关于所获取到的弹性体数据整体而言的品质进行评价。其结果，在通过体绘制所构筑的三维弹性图像中可能会出现噪声(例如条纹状的噪声图像)。
本发明所要解决的课题在于，确立对弹性体数据的品质进行评价的方法，以提高三维弹性图像的品质。
(用于解决课题的手段)
为了解决上述课题，本发明的超声波诊断装置的特征在于具备：弹性运算部，其算出弹性帧数据，该弹性帧数据表示利用超声波对被检体进行三维扫描所测量的弹性分布；弹性体生成部，其收集多个所述弹性帧数据来生成弹性体数据；三维弹性图像构成部，其对所述弹性体数据进行体绘制来构成三维弹性图像；和显示部，其显示所述三维弹性图像，所述超声波诊断装置还具备品质算出部，其基于对所述弹性帧数据的品质进行表示的帧评价值来算出对所述弹性体数据的品质进行表示的体评价值。
期望将如以上那样求出的表示品质的体评价值与三维弹性图像对应起来显示于显示部。由此，能够判断所显示的三维弹性图像的品质高到什么程度。此外，通过在显示部显示对应于表示品质的体评价值而显示样式不同的记号、柱状图或者圆形图表，由此一眼便能识别表示品质的体评价值，因此能够有助于诊断的精度提高。
进而，本发明并不限于三维弹性图像，能够构成为具备将基于弹性体数据所构成的正交3截面弹性图像或者以平行的多个截面进行切片后的多截面弹性图像显示于所述显示部的截面弹性图像构成部，能够构成为具备由品质算出部算出对各截面弹性图像的品质进行表示的体评价值并显示于显示部的显示面品质算出部。
如以上说明过的那样，根据本发明，由于能够显示三维弹性图像的品质，因此检查者能够简便地进行三维弹性图像的选择。此外，也能够重构品质高的三维弹性像来显示，从而可以支持高级别的诊断。
(发明效果)
根据本发明，由于能够确立对弹性体数据的品质进行评价的手法，因此能够提高三维弹性图像的品质。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的超声波诊断装置的整体的结构框图。
图2是实施例1的品质算出部的结构框图。
图3是说明实施例1的特征部的处理步骤的图。
图4是说明本发明的实施例2的特征部的处理步骤的图。
图5是说明本发明的实施例3的特征部的处理步骤的图。
图6是说明本发明的实施例3的变形例的处理步骤的图。
图7是说明本发明的实施例4的截面弹性图像的显示例的图。
图8是实现本发明的实施例4的截面弹性图像的显示的主要部的结构框图。
图9是示出对弹性体数据的品质进行表示的体评价值的显示方法的一例的图。
图10是示出对弹性体数据的品质进行表示的体评价值的显示方法的其他例的图。
具体实施方式
利用各附图，对实施例进行说明。
[实施例1]
利用图1，对应用了本发明的一实施例的超声波诊断装置100进行说明。
如图所示那样，在超声波诊断装置100中具备：与被检体101抵接地使用的超声波探头102；经由超声波探头102而隔着一定的时间间隔向被检体101反复发送超声波的发送部105；接收来自被检体101内部的反射回波信号的接收部106；对发送部105和接收部106进行控制的收发控制部107；对由接收部106接收到的反射回波进行调相相加的调相加法部108。
超声波探头102具有经由振子而与被检体101收发超声波的功能。超声波探头102排列呈矩形或者扇形的多个振子而构成，且在与多个振子的排列方向(长轴方向)正交的方向(短轴方向)上使超声波探头102机械式振动，从而构成为可以利用超声波进行三维扫描。另外，超声波的三维扫描并不限于使超声波探头102在短轴方向上机械式振动的情形，例如也可使用将多个振子排列成二维的超声波探头102，在短轴方向上利用超声波进行电子式扫描。
发送部105生成用于对超声波探头102的振子进行驱动以产生超声波的送波脉冲。发送部105具有将所发送的超声波的收敛点设定成任意深度的功能。此外，接收部106以规定增益来放大由超声波探头102接收到的反射回波信号，生成RF信号即接收信号。超声波收发控制部107用于控制发送部105、接收部106。调相加法部108对被接收部106放大后的RF信号的相位进行控制，通过形成与1点或者多个收敛点对应的超声波束来生成RF信号帧数据。
由调相加法部108生成的RF信号帧数据被存储至数据存储部109。二维断层图像构成部113基于数据存储部109中存储的RF信号帧数据来构成二维断层图像。断层体数据生成部114基于获取位置对在二维断层图像构成部113中被构成的二维断层图像进行三维坐标变换，来生成断层体数据。三维断层图像构成部115基于断层体数据的亮度和不透明度进行体绘制，来构成三维断层图像。
在数据存储部109中存储的多个RF信号帧数据被适当地取入到二维弹性图像构成部116中，来构成二维弹性图像。在二维弹性图像构成部116中被构成的二维弹性图像被取入到弹性体数据生成部117中，基于二维弹性图像的获取位置来进行三维坐标变换，来生成弹性体数据。三维弹性图像构成部118基于弹性体数据的弹性值和不透明度进行体绘制，来构成三维弹性图像。合成处理部119合成二维断层图像和二维弹性图像，或者合成三维断层图像和三维弹性图像。显示部120显示在合成处理部119中被合成的合成图像、二维断层图像的超声波图像。此外，在超声波诊断装置100中具备对上述的各构成要素进行控制的控制部103、和对控制部103进行各种输入的操作部104，操作部104具备键盘、跟踪球等。
以下，对图1的主要部分的详细构成进行说明。二维断层图像构成部113基于控制部103中的设定条件，取入从数据存储部109输出的RF信号帧数据，并进行增益修正、对数压缩、检波、轮廓强调、滤波处理等信号处理，来构成二维断层图像。此时，超声波探头102与超声波的收发同时地测量收发方向(θ，)。在此，θ为长轴方向的扫描角度，为短轴方向的扫描(摆动)角度。断层体数据生成部114基于与二维断层图像的获取位置相当的收发方向(θ、)，对多个二维断层图像进行三维变换，来生成断层体数据。
三维断层图像构成部115利用由断层体数据构成三维断层图像的下式(1)～(3)，进行体绘制。
Cout(i)＝Cout(i‑1)+(1‑Aout(i‑1))·A(i)·C(i)·S(i)
                                                ‑(1)
Aout(i)＝Aout(i‑1)+(1‑Aout(i‑1))·A(i)          ‑(2)
A(i)＝Opacity[C(i)]                             ‑(3)
在此，C(i)在从所作成的二维投影面上的某点观看三维断层图像时，是指在视线上第i个存在的体素的亮度值。Cout(i)为所输出的像素值。例如，在视线上排列了N个体素的亮度值时，至i＝0～N‑1为止累计后的亮度值Cout(N‑1)成为最终输出的像素值。Cout(i‑1)表示到第i‑1个为止的累计值。
此外，A(i)是在视线上第i个存在的亮度值的不透明度，如式(3)所示那样，是取0～1.0的值的断层不透明度表(断层不透明度表格)。断层不透明度表根据亮度值来参照不透明度，由此决定向所输出的二维投影面(三维断层图像)上贡献的贡献率。
S(i)是通过根据亮度C(i)及其周边的像素值求出的梯度所推算的用于附带阴影的权重成分，表示例如在以体素i为中心的面的法线与光源一致的情况下为了更强地进行反射而赋予1.0，在法线与光源正交的情况下赋予0.0等的强调效果。
Cout(i)、Aout(i)都将0设为初始值。如式(2)所示，Aout(i)在每当通过体素时进行累计，并收敛于1.0。由此，如式(1)所示那样，在直到第i‑1个为止的不透明度的累计值Aout(i‑1)大致为1.0的情况下，第i个以后的亮度值C(i)不反映到输出图像中。
二维弹性图像构成部116根据在数据存储部109中存储的多个RF信号帧数据来测量位移。二维弹性图像构成部116具有弹性运算部，其算出弹性帧数据，该弹性帧数据表示利用超声波对被检体101进行三维扫描所测量的弹性分布。而且，二维弹性图像构成部116基于所测量出的位移来运算弹性值，来构成二维弹性图像。弹性值是指变形、弹性模量、位移、粘性、变形比等弹性信息之中的任意一个。弹性体数据生成部117基于与二维弹性图像的获取位置相当的收发方向(θ，)，对多个二维弹性图像进行三维变换，来生成弹性体数据。三维弹性图像构成部118基于弹性值而将弹性体数据分离成多个，对所分离出的弹性体数据进行体绘制，来构成三维弹性图像。
以下，对作为本发明特征部的品质算出部121进行说明。在图2中示出品质算出部121的结构框图。品质算出部121基本上对压迫的信息或三维弹性图像的质量即品质(Quality)进行检测，运算弹性体数据的质量来评价好坏。在此，作为要检测的品质，能够使用算出二维弹性图像之际的的一对断层帧数据的自相关、位移、变形、变形的S/N比等。此外，也能够使用获取时间不同的多个弹性体数据之间的同一位置的弹性帧数据的相关。
品质算出部121由帧相关处理部201、帧位移/变形处理部203、体处理部205和品质算出部207构成。帧相关处理部201保存在由二维弹性图像构成部116算出弹性帧数据之际所用到的一对断层帧数据之间的自相关，算出对帧单位的弹性帧数据的品质进行表示的帧评价值。
此外，帧位移/变形处理部203将由二维弹性图像构成部116算出的弹性值(变形、弹性模量、位移、粘性、变形比)和压力与弹性帧数据对应起来进行保存，算出对帧单位的弹性帧数据的品质进行表示的帧评价值。
体处理部205通过对在帧相关处理部201、帧位移/变形处理部203中以帧为单位算出的帧评价值进行相加平均等，由此求出对弹性体数据的品质进行表示的体评价值。在此，体评价值只要为1个即可，但是也能够求出多个体评价值。
参照图3，对本实施例1的详细处理步骤进行说明。如图3(a)所示，三维扫描是将在长轴方向(θ)上进行电子扫描来测量断层帧数据的操作，在短轴方向上使扫描截面滑动的同时获取多个(n)帧的断层帧数据Fr.0‑Fr.n。短轴方向的扫描可以应用机械式扫描或者电子式扫描的任何扫描。例如，在通过电动机而使超声波探头102摇动来进行扫描的情况下，可以将电动机的速度控制为低速或者高速。
在三维扫描中，二维弹性图像构成部116例如进行相邻的一对断层帧数据Fr.0、Fr1之间的自相关运算，来推定生物体组织的位移分布。另外，虽然没有图示，但是参照在图1的断层体数据生成部114中存储的于不同时间所获取到的同一部位的多个断层体数据，在当前(实时)获取到的例如断层帧数据Fr.0、与在同一位置于过去获取到的断层帧数据Fr.0之间进行自相关运算，从而也能够推定生物体组织的位移分布。这样，在一对断层帧数据之间求出的自相关值，成为对根据该一对断层帧数据算出的弹性帧数据的品质进行表示的帧评价值。另外，一对断层帧之间的自相关值高是指，构成断层帧数据的多条RF信号的波形的一致度高，由此获得的弹性帧数据的品质趋于高。
因此，帧相关处理部201从二维弹性图像构成部116中获取各对的断层帧之间的自相关值，如图3(a)、(b)所示那样，以像素为单位对各弹性帧数据求出自相关值的帧平均值Cave。然后，将构成弹性体数据的全部的弹性帧数据所对应的自相关值设为帧评价值，求出其相加平均或者相加值，从而求出对弹性体数据的品质进行表示的体评价值。例如，如果自相关值的弹性体的相加平均Cvol＝0.95，则视为表示品质的体评价值高，如图3(c)那样在显示部120中显示出“品质高(Quality High)”。此外，对该弹性体数据进行体绘制所获得的三维弹性像图像成为崩裂少的图像。另一方面，如图3(d)所示，如果自相关值的相加平均Cvol＝0.74，则在显示部120中显示出“品质低(Quality Low)”。此时的三维弹性像图像成为噪声多、且例如本来为圆形的图像发生形变地显示等的清晰度欠缺的图像。如此一来，通过针对每个弹性体数据求出表示品质的体评价值，从而可以对弹性体数据的品质进行评价。另外，帧位移/变形算出部203的详细的实施例在后面叙述。
[实施例2]
参照图4，对本发明的实施例2的二维弹性图像构成部116和品质算出部121的详细处理步骤进行说明。本实施例2与实施例1不同之点在于二维弹性图像构成部116和帧相关处理部201的处理步骤，其他点与实施例1相同，因此省略说明。在实施例1中，二维弹性图像构成部116进行相邻的一对断层帧数据之间的自相关运算，推定出生物体组织的位移分布。与之相对，在本实施例2中，二维弹性图像构成部116在与相对于当前(实时)的断层帧数据的过去几帧的断层帧数据之间进行自相关运算，来推定生物体组织的位移分布。尤其是，选择与过去几帧之间的自相关值最高的断层帧数据，来推定生物体组织的位移分布，作成弹性帧数据。也就是说，利用多次的三维扫描算出1帧的自相关值和位移分布数据。之后的处理与实施例1同样，显示出图4(c)、(d)所示的评价结果。
根据本实施例2，由于能够利用多次三维扫描来选择自相关值高的弹性帧数据，因此最终能够生成质量高的弹性体数据，从而能够提高三维弹性图像的品质。
[实施例3]
参照图5，对本发明的实施例3的品质算出部121的详细处理步骤进行说明。本实施例3与实施例1、2不同点在于，取代算出弹性帧数据之际的一对断层帧数据的自相关值，而基于弹性帧数据的弹性值(位移、变形、变形比、粘性、弹性模量)的平均、S/N比、偏差信息中的至少一个，来算出构成弹性体数据的弹性帧数据的品质的评价值。
如图5(a)所示，在短轴方向上反复进行二维扫描，将通过帧间自相关所检测到的弹性(位移)帧数据获取多个(n)帧。由此，作为该图(b)所示那样的二维的弹性帧数据的集合体，而作成三维的弹性体数据。求出各弹性帧数据的位移的例如相加平均，来作为对弹性体数据的品质进行表示的体评价值。此外，通过使用各帧的位移的相加平均的方差，由此能够检测图像的偏差。各帧的相加平均的方差Save由式(4)算出。进而，根据式(5)，求出构成弹性体数据的全部的弹性帧数据的方差Save的弹性体数据平均Svol，来作为对弹性体数据的品质进行表示的体评价值。