專利名稱：用于超聲波診斷的顯示圖像的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于超聲波診斷的顯示超聲波圖像的方法和裝置，更具體地說，涉及用于超聲波診斷的提高以多普勒能量方式表現細小血管能力的顯示超聲波圖像的方法和裝置。
圖9表示常規的用于超聲波診斷的裝置的框圖。超聲波診斷裝置500包括超聲波探頭1和超聲波發射器/接收器2，通過超聲波發射器/接收器2以一定的時間間隔發射多個超聲波脈沖，并且接收來自多條超聲波束線的深度方向的多個觀察點的超聲波回聲信號。
超聲波回聲信號以多普勒能量方式被送至正交檢測器4。正交檢測器4包括混合器4a和4b，通過混合器4a和4b超聲波回聲信號與由基準信號發生器4c和4d提供的基準信號相乘，并在低通濾波器(LPF)4h和4i的輸出端產生正交分量Q和同相分量I。A/D轉換器5和6將正交分量Q和同相分量I進行A/D轉換，并將得到的數據存儲在存儲器7和8中。
運動目標指示(MTI)濾波器9和10從存儲器7和8讀正交分量Q和同相分量I，并從這些分量Q和I中去除不需要的雜波分量(來自如相對較慢運動的熱的壁那樣的組織的多普勒分量)。自相關計算器11對來自已經去除了不需要的分量的正交分量Q和同相分量I的能量數據P(R，)(其中R代表觀察點的深度，代表束線的數目)進行計算。
數字掃描變換器(DSC)13將能量數據P(R，)變換成像素值，并根據觀察點的位置對像素值進行二維映像變換，由此產生圖像數據DI。CRT顯示單元14顯示從圖像數據DI得到的多普勒能量方式的超聲波圖像。
圖10表示多普勒能量方式的超聲波圖像的一個例子。在本例的通常是黑色的背景H上顯示的是血管P1和P2，它們是橙色的，并根據能量的幅度具有不同的亮度等級。
返回圖9，以彩色流映射變換(CFM)方式，自相關計算器11對正交分量Q和同相分量I的超聲波脈沖之間的自相關進行計算，由此產生速度數據v(R，)。DSC13將速度數據v(R，)變換成像素值，并根據觀察點的位置對像素值進行二維映像變換，由此產生圖像數據DI 。
CRT顯示單元14顯示從圖像數據DI得到的CFM方式的超聲波圖像。對CFM方式的超聲波圖像而言，背景通常是黑色的，血管以紅色和藍色顯示，并根據血液流速和方向具有不同的亮度等級。
在B方式下，超聲波回聲信號被送至B方式處理器3。B方式處理器3從超聲波回聲信號的幅度產生B方式數據，并將得到的數據送至DSC13。DSC13將B方式數據變換成像素值，并根據觀察點的位置對像素值進行二維映像變換，由此產生圖像數據DI。
CRT顯示單元14顯示從圖像數據DI得到的B方式的超聲波圖像。對B方式的超聲波圖像而言，背景通常是黑色的，組織以消色顯示，并根據超聲波回聲信號的幅度具有不同的亮度等級。
然而，產生如圖10所示的多普勒能量方式的超聲波圖像的常規的超聲波診斷裝置500不能清楚地顯示血管圖像P1和P2以及背景H之間的邊界，因此觀看者很難準確地識別細小血管。
本發明的一個目的是提供用于超聲波診斷的提高以多普勒能量方式表現細小血管能力的顯示超聲波圖像的方法和裝置。
根據本發明的第一方面，超聲波圖像顯示方法將超聲波發射進受檢身體中，接收來自身體內部的超聲波回聲信號，并顯示從超聲波回聲信號產生的超聲波圖像，其中該方法對圖像的輪廓部分局部畫陰影。
根據本發明的第二方面，該方面來自于上述超聲波圖像顯示方法，不被畫陰影的圖像部分的像素值的范圍不包括被畫陰影的部分的像素值。
根據本發明的第三方面，該方面來自于上述超聲波圖像顯示方法，超聲波圖像被畫陰影，對被畫陰影的圖像進行時間平均，并顯示平均的圖像，或對不被畫陰影的超聲波圖像進行時間平均，對平均的圖像畫陰影，并顯示被畫陰影的圖像。
根據本發明的第四方面，一種超聲波診斷裝置，包括數據獲取裝置、圖像形成裝置和圖像顯示裝置，數據獲取裝置發射超聲波并接收超聲波回聲信號，由此得到觀察點的數據，圖像形成裝置根據該數據形成超聲波圖像，圖像顯示裝置顯示該圖像，其中圖像形成裝置對圖像的輪廓畫陰影。
根據本發明的第五方面，一種超聲波診斷裝置，包括數據獲取裝置、圖像形成裝置和圖像顯示裝置，數據獲取裝置發射沿不同方向的多條超聲波束線的超聲波并接收超聲波回聲信號，由此得到束線上的多個觀察點的數據，圖像形成裝置根據該數據形成超聲波圖像，圖像顯示裝置顯示該圖像，其中該裝置還包括畫陰影部分提取裝置和數據值變換裝置，畫陰影部分提取裝置從數據中提取將被畫陰影的圖像部分，數據值變換裝置將畫陰影部分的數據值變換成用于畫陰影的數據值，并將其余部分的數據值變換成與用于畫陰影的數據值不同的數據值。
根據本發明的第六方面，該方面來自于上述超聲波診斷裝置，畫陰影部分提取裝置和數據值變換裝置包括保存超聲波束線數據的緩沖存儲器，和由緩沖存儲器中保存的束線數據尋址的查尋表。
根據本發明的第七方面，該方面來自于上述超聲波診斷裝置，該裝置還包括對來自數據值變換裝置的數據進行時間平均，并將平均的數據送至圖像形成裝置的數據時間平均裝置。
根據本發明的第八方面，該方面來自于上述超聲波診斷裝置，數據是多普勒能量方式的數據。
第一方面的超聲波圖像顯示方法設計用來通過對圖像的輪廓部分局部畫陰影顯示超聲波圖像。因此，觀看者可以看到以多普勒能量方式的血管的三維超聲波圖像，并且可以準確地識別細小血管。
設計第二方面的超聲波圖像顯示方法，于是在對超聲波圖像的輪廓部分局部畫陰影的過程中，不畫陰影的圖像部分的像素值的范圍不包括被畫陰影部分的像素值。因此，多普勒能量方式的超聲波圖像使得觀看者能夠清楚地將血管與它們的陰影和背景區分開來。
設計第三方面的超聲波圖像顯示方法，以便對多個超聲波圖像的輪廓部分局部畫陰影，對被畫陰影的圖像進行時間平均處理，并顯示平均的圖像，或者對不被畫陰影的多個超聲波圖像進行時間平均處理，對平均的圖像的輪廓部分局部畫陰影，并顯示被畫陰影的圖像。因此，隨機出現的噪聲實際上被從顯示的圖像中消除了。此外，在以實時為基礎顯示多普勒能量方式的超聲波圖像的過程中，可以在圖像顯示以后看到血管能量的連續變化，并且觀看者能夠更準確地識別血管。
設計第四方面的超聲波診斷裝置，以便通過對圖像的輪廓部分局部畫陰影顯示超聲波圖像。因此，觀看者可以看到以多普勒能量方式的血管的三維超聲波圖像，并且可以準確地識別細小血管。
設計第五方面的超聲波診斷裝置，于是數據獲取裝置得到多條超聲波束線上的多個觀察點的數據，畫陰影部分提取裝置從數據中提取將被畫陰影的圖像部分，數據值變換裝置將提取圖像部分的數據值轉換成用于畫陰影的數據值，并將其余部分的數據值變換成與用于畫陰影的數據值不同的數據值，圖像形成裝置根據變換的數據形成超聲波圖像，圖像顯示裝置顯示所得圖像。因此，觀看者可以看到以多普勒能量方式的血管的三維超聲波圖像，由此可以準確地識別細小血管。觀看者還能夠清楚地將血管與它們的陰影和背景區分開來。
設計第六方面的超聲波診斷裝置，使得其畫陰影部分提取裝置和數據值變換裝置由保存束線數據的緩沖存儲器和由緩沖存儲器中保存的束線數據尋址的查尋表構成。因此，有可能在短的處理時間內提取將被畫陰影的圖像部分和變換數據值，并且以實時為基礎顯示超聲波圖像。
設計第七方面的超聲波診斷裝置，以便包括數據時間平均裝置，用于對來自數據值變換裝置的數據進行時間平均，并將平均的數據送至圖像形成裝置，或者對由數據獲取裝置得到的數據進行時間平均，并將平均的數據送至畫陰影部分提取裝置和數據值變換裝置。因此，隨機出現的噪聲實際上被從顯示的圖像中消除了。此外，在以實時為基礎顯示多普勒能量方式的超聲波圖像的過程中，可以在圖像顯示以后看到血管能量的連續變化，并且觀看者能夠更準確地識別血管。
設計第八方面的超聲波診斷裝置，以便提取將要畫陰影的圖像部分和變換用于多普勒能量方式的數據的數據值。因此，該裝置能提高以多普勒能量方式表現細小血管的表現力。
圖1是表示根據本發明的第一實施例的超聲波診斷裝置的框圖；圖2是畫陰影部分提取過程和數據值變換過程的流程圖；圖3是用于說明數據k1、k2和k3的觀察點之間的位置關系的圖；圖4A和4B是用于說明數據值變換的圖；圖5表示根據本發明的多普勒能量方式的超聲波圖像的一個例子；圖6是表示由緩沖存儲器和查尋表構成的畫陰影部分提取器和數據值變換器的框圖；圖7是表示根據本發明的第二實施例的超聲波診斷裝置的框圖；圖8是用于說明多幀的運動平均的圖9是常規的超聲波診斷裝置的框圖；以及圖10表示根據常規裝置的超聲波圖像的一個例子。
以下將參照附圖詳細描述本發明的實施例。
實施例1圖1表示根據第一實施例的超聲波診斷裝置100，超聲波探頭1和發射器/接收器2協調一致，以一定的時間間隔發射超聲波脈沖，并且接收來自多條超聲波束線的深度方向的多個觀察點的超聲波回聲信號。
超聲波回聲信號以多普勒能量方式被送至正交檢測器4。正交檢測器4包括混合器4a和4b，通過混合器4a和4b超聲波回聲信號與由基準信號發生器4c和4d提供的基準信號相乘，并在LPF4h和4i的輸出端產生正交分量Q和同相分量I。A/D轉換器5和6將正交分量Q和同相分量1進行A/D轉換，并將得到的數據存儲在存儲器7和8中。
MTI濾波器9和10從存儲器7和8讀正交分量Q和同相分量I，并從這些分量Q和I中去除不需要的雜波分量。自相關計算器11對來自已經去除了不需要的分量的正交分量Q和同相分量I的能量數據P(R，)(其中R代表觀察點的深度，代表束線的數目)進行計算。
畫陰影部分提取器21從能量數據P(R，)提取將被畫陰影的圖像部分，并將所得結果送至數據值變換器22。數據值變換器22將畫陰影部分的數據值變換成用于畫陰影的數據值，并將其余部分的數據值變換成與用于畫陰影的數據值不同的值。
雖然畫陰影部分提取器21和數據值變換器22實際上由將要結合圖6說明的緩沖存儲器201和查尋表202構成，但是假定這些電路21和22由微處理器20構成，微處理器20處理數據的過程將在圖2的流程圖中予以說明。
DSC13將能量數據P(R，)變換成像素值，并根據觀察點的位置對像素值進行二維映像變換，由此產生圖像數據DI。CRT顯示單元14顯示從圖像數據DI得到的多普勒能量方式的超聲波圖像。對多普勒能量方式的超聲波圖像而言，背景H通常是黑色的，顯示的血管P1和P2是橙色的，并根據能量的幅度具有不同的亮度等級。
以CFM方式，自相關計算器11對正交分量Q和同相分量I的超聲波脈沖之間的自相關進行計算，由此產生速度數據v(R，)。DSC13將速度數據v(R，)變換成像素值，并根據觀察點的位置對像素值進行二維映像變換，由此產生圖像數據DI。
CRT顯示單元14顯示從圖像數據DI得到的CFM方式的超聲波圖像。對CFM方式的超聲波圖像而言，背景通常是B方式圖像，血管以紅色和藍色顯示，并根據血液流速和方向具有不同的亮度等級。
在B方式下，超聲波回聲信號被送至B方式處理器3。B方式處理器3從超聲波回聲信號的幅度產生B方式數據，并將得到的數據送至DSC13。DSC13將B方式數據變換成像素值，并根據觀察點的位置對像素值進行二維映像變換，由此產生圖像數據DI。CRT顯示單元14顯示從圖像數據DI得到的B方式的超聲波圖像。對B方式的超聲波圖像而言，背景通常是黑色的，組織以消色顯示，并根據超聲波回聲信號的幅度具有不同的亮度等級。
圖2是由微處理器20執行的處理過程的流程圖，微處理器20具有畫陰影部分提取器21和數據值變換器22的功能。
在步驟1對觀察點深度計數器j和束線數計數器i初始化。
在步驟2定義關于k(Rj，i)的數據。該數據既可以是能量數據P(R，)，也可以是速度數據v(R，)。
在步驟3建立在三條相鄰的束線上具有相同深度的三個點的數據k1、k2和k3。圖3表示數據k1、k2和k3的三個觀察點的位置關系。
在步驟4確定數據值k1、k2和k3之中的中間值kg。以后用值kg來消除噪聲的影響。可以計算k1、k2和k3的平均值來代替選擇中間值。
在步驟5判斷是否滿足條件k1＜kg＜k3和kg≤A(其中A是畫陰影的上限值)。在滿足條件k1＜kg＜k3的情況下，表示束線號遞增數據值增加，超聲波圖像中的數據的部分假定是左側輪廓部分。輪廓部分數據可以取上限值“A”，即使滿足條件k1＜kg＜k3而不滿足條件kg≤A，數據部分也不是輪廓部分。因此，如果圖像部分滿足條件k1＜kg＜k3和kg≤A，那么非常可能圖像部分是左側輪廓部分。根據這些滿足的條件，圖像部分作為將被畫陰影的部分提取，并且過程進行到步驟6。否則，如果條件k1＜kg＜k3和kg≤A中至少有一個條件不滿足，那么過程進行到步驟7，不提取圖像部分。步驟3、4和5對應于畫陰影部分提取器21。
在步驟6設定關于用于畫陰影的數據值“G”的數據k(Rj，i)，并且產生圖5所示的畫陰影部分g。過程進行到步驟10。
在步驟7判斷是否滿足條件k1＝kg＝k3和kg≤B(其中B是背景的上限值)。在滿足條件k1＝kg＝k3的情況下，表示數據相等，確定數據的部分是輪廓內的部分或背景。背景的數據可以取上限值“B”，如果滿足條件kg≤B，那么數據的部分假定為背景。因此，如果圖像部分滿足條件k1＝kg＝k3和kg≤B，那么非常可能圖像部分是背景。根據這些滿足的條件，圖像部分作為背景部分提取，并且過程進行到步驟8。否則，如果條件k1＝kg＝k3和kg≤B中至少有一個條件不滿足，那么作為輪廓內的部分提取數據部分，并且過程進行到步驟9。
在步驟8設定關于背景的數據值“h0”(h0＜G)的數據k(Rj，i)，并且產生圖5所示的背景部分H。然后過程進行到步驟10。
在步驟9壓縮數據k(Rj，i)的值，將其壓縮在h0至范圍的上限值U之間的范圍內。圖4A和4B表示數據值壓縮的概念。圖4A表示原始的范圍，它被壓縮到圖4B所示的具有與畫陰影部分不同(更亮)的數據值的范圍。步驟7、8和9對應于數據值變換器22。
對完整的一幀(例如j＝1至60；i1至1000)執行步驟10和11，以便重復步驟2至9的操作。當對完整的一幀的處理完成以后，微處理器20終止其處理過程。
圖5表示由超聲波診斷裝置100顯示的多普勒能量方式的超聲波圖像的一個例子。在亮度適中的背景H上顯示血管P1和P2，暗的畫陰影部分g加到血管P1和P2的左側。血管P1和P2作為三維圖像出現，觀看者可以準確地識別細小血管。
圖6是表示由緩沖存儲器201和查尋表202構成的畫陰影部分提取器21和數據值變換器22的框圖。緩沖存儲器201包括移位寄存器L0、L1、L2和L3，在移位寄存器L0中，順序地移位存入在一條超聲波束線上的觀察點的一系列數據，并且并行讀出該數據，移位寄存器L1并行釋放老的內容，并且接收來自移位寄存器L0的輸出數據，移位寄存器L2并行釋放老的內容，并且接收來自移位寄存器L1的輸出數據，移位寄存器L3并行釋放老的內容，并且接收來自移位寄存器L2的輸出數據。
因此，移位寄存器L1、L2和L3保持相鄰的束線的數據k(Rj，i＋1)、k(Rj，i)和k(Ri，i－1)，并且這些移位寄存器按深度的深淺，即j的遞增次序，循環地傳送在相同深度的觀察點的數據k(Rj，i＋1)、k(Rj，i)和k(Rj，i－1)。與超聲波回聲信號的接收和超聲波圖像的顯示同步，控制移位寄存器L0、L1、L2和L3的數據讀/寫操作。
查尋表202例如是ROM(只讀存儲器)，并由已經經過數據值變換的數據k(Rj，i＋1)、k(Rj，i)和k(Rj，i－1)尋址，以便釋放數據k(Rj，i)。因此，根據表的參考內容，進行圖2的流程圖所示的處理過程。所需的處理時間較短，并可實現實時處理。
第一實施例的超聲波診斷裝置100對多普勒能量方式或CFM方式的超聲波圖像在其輪廓的左側畫陰影，因此血管和其它脈管如膽管可以作為三維圖像被看到，于是觀看者能夠準確地識別即使是很細小的血管。
實施例2圖7表示根據本發明的第二實施例的超聲波診斷裝置200的結構。超聲波診斷裝置200具有與第一實施例的超聲波診斷裝置100(示于圖1)基本相同的結構和操作，不同之處在于連接在畫陰影部分提取器和數據值變換器的組合20與DSC13之間的數據時間平均電路30。
數據時間平均電路30計算經數據值變換之后的多個(在本實施例中是五個)連續幀Ft－2、Ft－1、Ft、Ft＋1和Ft＋2的數據的運動平均值，并將得到的平均值作為新的幀Ft′的數據送至DSC13。
第二實施例的超聲波診斷裝置200對多普勒能量方式或CFM方式的超聲波圖像在其輪廓的左側畫陰影，因此血管可以作為三維圖像被看到，于是觀看者能夠準確地識別即使是很細小的血管。此外，在以實時為基礎顯示超聲波圖像的過程中，可以在圖像顯示以后看到血管能量的連續變化，并且觀看者能夠更準確地識別血管。
各種不同的實施例(1)可以通過利用數據k(Rj＋1，i)、k(Rj，i)和k(Rj－1，i)在輪廓下面位置對圖像畫陰影，或在圖2流程圖的步驟5中通過用k1＞kg＞k3替換k1＜kg＜k3在輪廓的右側對圖像畫陰影，從而代替在輪廓的左側對圖像畫陰影。
(2)對提取圖像的輪廓而言，可以用兩點的數據或四點或四點以上的數據代替三點的數據k(Rj，i＋1)、k(Rj，i)和k(Rj，i－1)。
(3)可以根據計算微分檢測圖像的輪廓。
(4)數據時間平均電路30可以連接在自相關計算器11與畫陰影部分提取器和數據值變換器的組合20之間。
(5)雖然對內插而言將要處理的數據量將增加，但是可將圖像數據DI(x，y)用于畫陰影部分的提取，以代替數據P(R，)和v(R，)。
根據本發明的用于超聲波診斷的顯示超聲波圖像的方法和裝置，超聲波圖像的輪廓部分被局部畫陰影，因此可作為三維圖像觀看，便于診斷。特別是以多普勒能量方式的超聲波圖像中，血管可作為三維圖像觀看，并且觀看者能夠準確地識別即使是很細小的血管。
權利要求
1.顯示超聲波圖像的一種方法，該方法將超聲波發射進受檢身體中，接收來自身體內部的超聲波回聲信號，并顯示從超聲波回聲信號產生的超聲波圖像，其中所述方法對圖像的輪廓部分局部畫陰影。
2.根據權利要求1的顯示超聲波圖像的方法，其中不被畫陰影的圖像部分的像素值的范圍不包括被畫陰影的部分的像素值。
3.根據權利要求1或2的顯示超聲波圖像的方法，其中超聲波圖像被畫陰影，對被畫陰影的圖像進行時間平均，并顯示平均的圖像，或對不被畫陰影的超聲波圖像進行時間平均，對平均的圖像畫陰影，并顯示被畫陰影的圖像。
4.一種超聲波診斷裝置，包括數據獲取裝置、圖像形成裝置和圖像顯示裝置，數據獲取裝置發射超聲波并接收超聲波回聲信號，由此得到觀察點的數據，圖像形成裝置根據該數據形成超聲波圖像，圖像顯示裝置顯示該圖像，其中圖像形成裝置對圖像的輪廓部分局部畫陰影。
5.一種超聲波診斷裝置，包括數據獲取裝置、圖像形成裝置和圖像顯示裝置，數據獲取裝置發射沿不同方向的多條超聲波束線的超聲波并接收超聲波回聲信號，由此得到束線上的多個觀察點的數據，圖像形成裝置根據該數據形成超聲波圖像，圖像顯示裝置顯示該圖像，其中所述裝置還包括畫陰影部分提取裝置和數據值變換裝置，畫陰影部分提取裝置從數據中提取將被畫陰影的圖像部分，數據值變換裝置將畫陰影部分的數據值變換成用于畫陰影的數據值，并將其余部分的數據值變換成與用于畫陰影的數據值不同的數據值。
6.根據權利要求4或5的超聲波診斷裝置，其中所述畫陰影部分提取裝置和數據值變換裝置包括保存超聲波束線數據的緩沖存儲器和由所述緩沖存儲器中保存的束線數據尋址的查尋表。
7.根據權利要求4至6的任何權利要求的超聲波診斷裝置，其中所述裝置還包括對來自所述數據值變換裝置的數據進行時間平均，并將平均的數據送至所述圖像形成裝置的數據時間平均裝置，或者對由所述數據獲取裝置得到的數據進行時間平均，并將平均的數據送至所述畫陰影部分提取裝置和數據值變換裝置的數據時間平均裝置。
8.根據權利要求4至7的任何權利要求的超聲波診斷裝置，其中所述數據包括多普勒能量方式的數據。
全文摘要
在超聲波診斷裝置中，自相關計算器11產生多普勒能量數據P，畫陰影部分提取器21從多普勒能量數據P提取超聲波圖像的輪廓的左側部分，數據值變換器22將被提取的畫陰影部分的數據值變換成用于畫陰影的數據值，并將其余部分的數據值變換成與用于畫陰影的數據值不同的數據值。被畫陰影的超聲波圖像被作為三維圖像觀看，因此便于診斷。特別是以多普勒能量方式的超聲波圖像中，血管可作為三維圖像觀看，并且觀看者能夠準確地識別即使是很細小的血管。
文檔編號G01S15/00GK1134808SQ9610358
公開日1996年11月6日 申請日期1996年2月6日 優先權日1995年2月6日
發明者李太寶, 雨宮慎一, 地挽隆夫 申請人:通用電器橫河醫療系統株式會社