專利名稱：超聲波圖像取得裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在根據(jù)用超聲波進行掃描而得到的信號生成圖像時， 得裝置。 'a 、 ，— 、，' ；背景技術(shù)超聲波圖像取得裝置是通過重復進行從內(nèi)置于超聲波探頭中的壓 電振子向被檢體內(nèi)的超聲波的發(fā)送接收，并進行各種處理，從而根據(jù) 被檢體內(nèi)的超聲波圖像得到身體信息的裝置。在超聲波圖像取得裝置中，能夠進行基于超聲波斷層法的診斷、基于超聲波多普勒(Doppler) 法的診斷?；诔暡〝鄬臃ǖ脑\斷通過用超聲波對被檢體內(nèi)的斷面進行掃 描，將反射波信號的振幅變換為亮度，來得到被檢體的二維斷層像. 通過超聲波斷層法得到的二維斷層像被稱為B模式(mode)圖像。將 作為作成該B模式圖像的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)(data)稱為B模式數(shù)據(jù)。另外，基于超聲波多普勒法的診斷是利用超聲波的多普勒效果測 量被檢體內(nèi)的血流和組織的速度，或彩色地將血流顯示為二維圖像(以 下也有稱為彩色多普勒(color Doppler)像的時候)的方法。在超聲 波多普勒法中，特別將檢測血流速度而彩色地顯示血流的方法稱為彩 色多普勒法。在此，在接收到的超聲波信號以設(shè)定了的速度以上通過了抽出其 中運動的部分的MTI (Moving Target Indicator)濾波器后，如果設(shè) 所得到的復數(shù)多普勒信號為xp x2、 x3.......xN，則如下能量(power) P - E I Xi I 2自相關(guān)函數(shù)C廣i:x,xw (在此，乂*為共軛復數(shù))
速度V-tan —，d 分布T-1- I d I /P。進而，將通過彩色多普勒法得到的彩色多普勒像重疊在通過超聲 波斷層法得到的B模式像上進行顯示的方法被稱為彩色多普勒斷層 法。這樣，在超聲波圖像取得裝置中，通過壓電振子使超聲波波束 (beam)大致從固定點向規(guī)定的方向偏向而進行發(fā)送和接收，使該方 向順序地變化而進行超聲波掃描，由此得到二維斷面內(nèi)或三維空間內(nèi) 的數(shù)據(jù)。然后，為了根據(jù)基于取得數(shù)據(jù)時的座標系(該座標系是(掃 描方向，距離)的座標系。以下，將該座標系稱為"處理座標系" (scanning coordinate system)， 將座標稱為"處理座標"(scanning coordinate))進行超聲波掃描而得到的采樣(sample)點(參考圖 1A)而顯示在圖像顯示用的監(jiān)視器上，必須變換為作為顯示監(jiān)視器的 柵格的正交座標系(參考圖IB)。在此，圖IA是用處理座標表示的 超聲波信號的圖。圖IB是作為變換的目標的正交座標的圖。另外， 圖1C是將處理座標和正交座標重疊了的座標變換的概念圖。另外， 如在圖1C中重疊表示的那樣，必須通過座標變換將處理座標的點表 示為正交座標的點，這些超聲波圖像取得裝置中的座標變換和內(nèi)插的處理在以前通過 被稱為DSC (Digital Scan Converter)的專用硬件進行(特開平11 一 9603號>^^1)。以下，說明通過DSC進行的內(nèi)插處理。在對B模式數(shù)據(jù)、或作為血流信息的血流的速度、分布以及能量 的各數(shù)據(jù)(以下在不對這些數(shù)據(jù)進行區(qū)別的情況下，也有將任意一個 或多個數(shù)據(jù)稱為超聲波數(shù)據(jù)的情況)進行內(nèi)插的情況下，進行雙線性 (bi-linear)內(nèi)插。例如是以下這樣的方法在進行核心大小(kernel size)(核心大小是指施加用于進行內(nèi)插的濾波器的大小。在此，濾波 器表示所謂的平均化的程度，其平均化的程度依存于內(nèi)插點的個數(shù)。) 為2x2的雙線性內(nèi)插的情況下，將4點分為X或Y方向的2組，以通 常的比例進行內(nèi)插(線性內(nèi)插)，利用通過該內(nèi)插求出的2點進而進 行線性內(nèi)插，由此進行原來的4點間的內(nèi)插。換一種說法，是以下這 樣的方法在將相鄰的4點數(shù)據(jù)設(shè)為A、 B、 C、 D的情況下，根據(jù)(1 -P) { (l-a) A + aB} + P{ (l-a) C + aD }這樣的公式計算內(nèi)插值。 在此，a、 p是處理座標中的距離方向和方位方向(X和Y)的從內(nèi)插 中心的偏離的比例。進而，根據(jù)生成B模式圖像的情況說明進行核心大小2x4的內(nèi)插 的情況下的內(nèi)插處理。圖2是用于說明B模式數(shù)據(jù)的內(nèi)插的圖，該圖 被稱為構(gòu)造(texture)。圖2A是表示處理座標中的取得的B模式數(shù) 據(jù)的圖。圖2B是表示變換的目標的正交座標的圖。圖2C是放大了處 理座標系中的取得的B模式數(shù)據(jù)的圖。參考圖2A所示的取得的B模 式數(shù)據(jù)的處理座標、圖2B所示的變換目標的正交座標的信息，為了 從處理座標變換到正交座標，而將對應的頂點存儲在暫時存儲部件中. 即，對應的頂點是指(0， 0)與(xq， yo)的對應、(0， 1)與(xo， y0)的對應、(1， 0)與(Xl， yi)的對應、(1， 1)與(x2， y2)的 對應這樣的組合。在此，如圖2A所示那樣，用將掃描方向(v)作為 縱軸，將距離(u)作為橫軸的圖來表示B模式數(shù)據(jù)的處理座標。另 外，如圖2B所示那樣，用將橫軸設(shè)為X座標、將縱軸設(shè)為Y座標的 圖，來表示變換后的正交座標。在此，考慮抽出正交座標中的(x， y)作為內(nèi)插的點的情況。說 明在該情況下，計算出與正交座標系的點(x， y)對應的處理座標系 的點(u， v)的方法。接收點(u， v)，根據(jù)核心大小2x4，舍去為了求出點(u， v) 所需要的點以外的點，由此得到與點(u， v)對應的圖2A所示的原 始的采樣點、Al、 A2、 Bl、 B2、 Cl、 C2、 Dl、 D2。如圖2C所示， 各采樣點成為2x4的列。在此，圖2是用于說明本發(fā)明的超聲波圖像 取得裝置的內(nèi)插的圖。如圖2C所示，在設(shè)B1與Cl的距離為1時， 點(u， v)到將B1和B2連接起來的線為止的比例為dv，在設(shè)A1與 A2的距離為l時，點(u， v)到將Al和D1連接起來的線為止的比 例為du。
接著，進行A1與A2、 B1與B2、 C1與C2、 D1與D2之間的位 于比例du的位置的點的核心大小2x2的雙線性內(nèi)插。在此，在各內(nèi) 插點中，v軸方向的值分別與Al、 Bl、 Cl、 Dl相同，因此該2x2的 內(nèi)插與2點間的內(nèi)插等價。即，求出(l-du) Al + duA2、 ( 1 - du ) Bl + duB2、 (l-du) Cl + duC2、 ( 1 - du ) Dl + duD2作為內(nèi)插值。 如圖2C所示，假設(shè)該得到的內(nèi)插值為A3、 B3、 C3、 D3。接著，說明根據(jù)內(nèi)插值A(chǔ)3、 B3、 C3、 D3以及內(nèi)插函數(shù)f (x)計 算出內(nèi)插系數(shù)。圖3是用于說明根據(jù)內(nèi)插函數(shù)計算出內(nèi)插系數(shù)的圖。 內(nèi)插函數(shù)f (x)是表示從粗到密的精細度的函數(shù)。在此，假設(shè)內(nèi)插函 數(shù)f (x)是用于得到精細的圖像的內(nèi)插函數(shù)。因此，如圖3所示，f (x )是在將通過上述的2x2的雙線性內(nèi)插計算出的4點的內(nèi)插值的中 間點的x座標設(shè)為0時，y座標為0的函數(shù)。圖3所示的點501、點 502、點503、以及點504例如表示內(nèi)插點與采樣點一致的情況。另夕卜， 在內(nèi)插點與采樣點不一致的情況下，從實際希望內(nèi)插的點(u， v)到 B3的比例是dv,因此在假設(shè)點(u， v)的x座標為0時，即，如點 509為點(u， v)的情況那樣，求出將點501移動到點505，將點502 移動到點506，將點503移動到點507，將點504移動到點508，而移 動了距離511后的4點的y座標的值。如圖3所示，該y座標的值分 別被計算為a、 b、 c、 d，其值為內(nèi)插系數(shù)。根據(jù)所求出的內(nèi)插系數(shù)，基于A1、 A2、 Bl、 B2、 Cl、 C2、 Dl、 D2計算出(u， v)的內(nèi)插值。根據(jù)公式l求出該內(nèi)插值。公式l<formula>formula see original document page 7</formula>du:距離方向的從內(nèi)插中心的偏離 a， b， c， d:方位方向的4點的內(nèi)插系數(shù)為了通過DSC進行內(nèi)插處理和座標變換的處理，必須作成專用的 硬件，不但花費開發(fā)和生產(chǎn)的成本，在硬件的處理中只能進行開發(fā)時 嵌入了的處理，在以后變更處理內(nèi)容或?qū)碌奶幚淼那闆r下，必須再次作成專用的硬件。對于該點，近年來，也考慮了提高CPU (中央處理單元)的處理 速度，利用軟件通過CPU進行與DSC同等的全部處理的方法。但是，對CPU的負荷增大，產(chǎn)生顯示以外的處理的響應性變慢、或丟失顯示 圖像的問題。另外，近年來，為了在計算機等中進行圖像顯示，使用GPU(圖 形處理單元)的情況變多。在此，GPU是指具有圖像顯示功能、描影 (shading)功能、內(nèi)插功能這樣的計算功能的圖像處理芯片。近年的 GPU還支持座標變換功能，通過利用該功能，能夠減輕座標變換對 CPU的負荷。但是，由GPU支持的內(nèi)插功能最大只是核心大小為2x2 的雙線性內(nèi)插，處理能力低下。在超聲波圖像取得裝置中，要求高畫質(zhì)的圖像，因此必須通過高 次的核心大小進行內(nèi)插，最低也需要2x4的核心大小。對于該點，在 超聲波圖像取得裝置中，在2x2的核心大小的內(nèi)插和2x4的核心大小 的內(nèi)插中，畫質(zhì)差;U艮明顯的。因此，難以只通過2x2核心大小的雙 線性內(nèi)插的處理來作成所需要的圖像。因此，在現(xiàn)有的超聲波圖像取 得裝置中，難以安裝GPU。進而，在對血流信號(彩色多普勒像)的速度信號進行內(nèi)插的情 況下，需要考慮折返(雜波aliasing).該折返是指表示速度信號的 頻譜成分超過用于取得數(shù)據(jù)的釆樣脈沖的循環(huán)頻率的一半，即超過了 Nyquist頻率的情況下，將頻鐠成分觀測為負方向的流的現(xiàn)象。圖4A 和圖4B是用于說明折返的圖。圖4A是表示血流的流動和超聲波信號 的圖。圖4B是用于表示超聲波信號和顏色的關(guān)系的圖。另外，圖4B 是縱軸表示速度和與該速度對應的顏色的圖，設(shè)中間值310為0，設(shè) 最高速度(值309)為127，設(shè)最低速度(值311)為-128。例如如 圖4所示，考慮血液301在箭頭300方向上流動的情況。通過用速度 100的紅色表示的點304來表示血液301的點302。另外，通過用速度 -100的青色表示的點305來表示血液301的點303。在此，由于折返，
將點305表示為反方向的血流。如果在此進行通常的內(nèi)插，則進行點 304和點305的內(nèi)插，成為用速度0的黑色表示的點306。但是，實際 上由于折返現(xiàn)象，速度從IOO (紅色)變化到-100 (青色)，希望的 內(nèi)插值是-128 (青色)的點307。難以通過處理能力低的處理器實現(xiàn) 這樣的特殊的內(nèi)插。對于該點，也難以在現(xiàn)有的超聲波圖像取得裝置 中安裝GPU。另外，在超聲波圖像取得裝置的圖像處理中，還需要按照規(guī)定的 理論對組織像(B模式像)和血流像(彩色多普勒像)進行合成而處 理成為一張圖像。但是，該合成理論有根據(jù)B模式像和彩色多普勒像 兩者的值而變化的情況，通過alpha blending這樣的單純重疊圖像的 方法是難以實現(xiàn)的。對于該點，難以將GPU安裝在超聲波圖像取得裝 置中.另外，在初始的GPU構(gòu)造中，只能進行在GPU開發(fā)時嵌入的圖 形處理，但在近年的可編程GPU構(gòu)造中，通過更新系統(tǒng)，能夠即時地 適用新開發(fā)的技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是鑒于這樣的問題而提出的，其目的在于提供一種能 夠組合硬件和軟件的雙方進行內(nèi)插，顯示高畫質(zhì)的超聲波圖像的使用 了超聲波圖像處理用的可編程GPU的超聲波圖像取得裝置。進而，其目的還在于提供一種通過將速度、分布、能量作為復 數(shù)進行處理和計算，能夠容易地對血流速度信息中的折返進行處理的 超聲波圖像取得裝置。本發(fā)明的第一形式的特征在于包括經(jīng)由超聲波探頭通過超聲波 對被檢體進行掃描，取得由沿著掃描線的第 一座標系中的超聲波數(shù)據(jù) 構(gòu)成的笫一超聲波數(shù)據(jù)的發(fā)送接收部件；使用GPU進行計算，將上述 第 一超聲波數(shù)據(jù)從上述第一座標系變換為用于圖像顯示的笫二座標系 的座標變換部件。該技術(shù)可以適用于超聲波圖像取得裝置中。本發(fā)明的第二形式的特征在于包括經(jīng)由超聲波探頭通過超聲波 對被檢體進行掃描，取得由沿著掃描線的第 一座標系中的超聲波數(shù)據(jù)構(gòu)成的第一超聲波數(shù)據(jù)的發(fā)送接收部件；使用能夠執(zhí)行并行處理并且 可編程的處理器進行計算，將上述第一超聲波數(shù)據(jù)從上述第一座標系 變換為用于圖像顯示的第二座標系的座標變換部件。該技術(shù)可以適用 于超聲波圖像取得裝置中。根據(jù)以上形式，通過用硬件進行用于在正交座標系中顯示超聲波 信號的內(nèi)插的基礎(chǔ)的一部分，使得進行高速的處理，進而通過程序進 行一部分處理，因此通過對其程序進行編程，能夠根據(jù)各種內(nèi)插函數(shù) 進行內(nèi)插。由此，不需要開發(fā)用于進行內(nèi)插處理的專用的硬件，能夠 削減成本，進而容易地變更處理內(nèi)容和對應新的處理。


圖1A是用于說明處理座標中的超聲波數(shù)據(jù)的圖。圖1B是用于說明變換的目標的正交座標的圖。圖1C是用于說明從處理座標變換到正交座標的圖。圖2A是表示處理座標中的取得的B模式數(shù)據(jù)的圖。圖2B是表示變換的目標的正交座標的圖。圖2C是放大了處理座標中的取得的B模式數(shù)據(jù)的圖。圖3是用于說明根據(jù)內(nèi)插函數(shù)計算內(nèi)插系數(shù)的圖。圖4A是表示血流的流動和超聲波信號的圖。圖4B是用于表示超聲波信號和顏色的關(guān)系的圖。圖5是本發(fā)明的一個實施例的超聲波診斷裝置的框圖。圖6是用于說明使用了復數(shù)的血流速度的內(nèi)插方法的圖。圖7是實施例1的超聲波診斷裝置的圖像形成的流程圖。圖8是實施例2的超聲波診斷裝置的圖像形成的流程圖。
具體實施方式
實施例1以下，說明本發(fā)明的實施例1的超聲波圖像取得裝置。圖5是表 示本發(fā)明的一個實施例的超聲波圖像取得裝置的功能的框圖。在此，圖5中的B模式處理部件003、血流信息處理部件004、執(zhí)行控制部 件005由CPU構(gòu)成。另外，圖^^生成部件006由GPU100構(gòu)成，該 GPU100具有進行用于從處理座標變換為正交座標的內(nèi)插的內(nèi)插功能 部件IIO、圖像顯示控制功能部件120。在此，處理座標系與本發(fā)明的 "第一座標系"對應。另外，正交座標系與本發(fā)明的"第二座標系，，對應。 該GPU100是指能夠進行并行處理的可編程的處理器。另夕卜，GPU100 具有圖形的描繪這樣的圖像顯示功能、描影功能、內(nèi)插功能這樣的計 算功能。進而，內(nèi)插功能部件110具有低維內(nèi)插功能部件111和高維 內(nèi)插功能部件112的2個功能。在此，低維內(nèi)插功能部件111通過 GPU100的硬件或GPU100的微代碼(micro cord )進行超聲波數(shù)據(jù)的 內(nèi)插的基礎(chǔ)部分的計算。另外，高維內(nèi)插功能部件112通過用于進行 預先編程了的描影處理的程序，使用通過硬件計算出的值進行高次的 內(nèi)插。該描影處理一般是指圖像的變形、移動以及顏色的效果的處理。 另外，本發(fā)明的描影處理是指主要進行內(nèi)插和座標變換的處理。在本 發(fā)明的超聲波圖像取得裝置中，實際由執(zhí)行控制部件005進行全體的 控制，但在以下，為了說明的方便，說明為各部件直接進行信息的交 換.這樣，GPU100通過硬件或微代碼對簡單的內(nèi)插進行處理，通過 程序?qū)Ω叨鹊膬?nèi)插進行處理，發(fā)送接收部件002將經(jīng)由超聲波探頭001接收到的超聲波信號發(fā) 送到B模式處理部件003和血流信息處理部件004。B模式處理部件003將取得的超聲波信號變換為B模式數(shù)據(jù)。在 此，作為B模式數(shù)據(jù)得到的數(shù)據(jù)具有用掃描方向和距離的坐標表示的 位置處的強度的信息。接著，B模式處理部件003將得到的B模式數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像生成 部件006。血流信息處理部件004將取得的超聲波信號變換為作為血流信息 的血流的速度、分布、能量(以下簡稱為"速度、分布和能量")的數(shù) 據(jù).在此，如背景技術(shù)所述那樣，根據(jù)從檢測出的超聲波信號得到的
復數(shù)多普勒信號，計算出作為血流信息得到的數(shù)據(jù)。接著，血流信息處理部件004將得到的血流信息的速度、分布和 能量的數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像生成部件006。以下，將從B模式處理部件003和血流信息處理部件004發(fā)送到 圖像生成部件006的沒有進行圖像處理的數(shù)據(jù)稱為原始數(shù)據(jù)。該原始 數(shù)據(jù)與本發(fā)明中的"第一超聲波數(shù)據(jù)"對應。另外，表示第一超聲波數(shù) 據(jù)的掃描方向和距離的座標是第一座標系。執(zhí)行控制部件005將由操作者輸入的核心大小和內(nèi)插函數(shù)發(fā)送到 圖像生成部件006。在此，設(shè)核心大小為2x4，內(nèi)插函數(shù)為f (x)。圖像生成部件006將接收到的B模式數(shù)據(jù)、或作為血流信息的速 度、分布和能量的數(shù)據(jù)存儲在暫時存儲部件007中.另外，根據(jù)存儲 在暫時存儲部件007中的數(shù)據(jù)，圖像生成部件006對B模式數(shù)據(jù)、或 作為血流信息的速度、分布和能量的數(shù)據(jù)進行為了顯示在顯示部件008 上的座標變換和內(nèi)插。以下，分為B模式數(shù)據(jù)的情況和血流信息的情 況，詳細說明圖像生成部件006的座標變換、內(nèi)插、圖像顯示，B模式數(shù)據(jù)的情況GPU100參考圖2A所示的接收到的B模式數(shù)據(jù)的處理座標處的位 置信息、圖2B所示的希望進行變換的正交座標的信息，為了從B模 式數(shù)據(jù)位置信息變換到正交座標，將對應的頂點存儲在暫時存儲部件 007中。在此，上述的為了從B模式數(shù)據(jù)位置信息變換為正交座標而 使各頂點對應的數(shù)據(jù)是使本發(fā)明的"第 一座標系"與"第二座標系"對應 起來的"幾何變換數(shù)據(jù)"。GPUIOO抽出內(nèi)插的點.在此，考慮抽出正交座標系中的(x， y) 作為內(nèi)插的點的情況。接著，GPU100計算出與正交座標系的點(x， y)對應的處理座標系的點(u， v)。作為用于執(zhí)行2x4的核心大小的內(nèi)插的笫一步驟，執(zhí)行控制部件 005對低維內(nèi)插功能部件111進行以下的控制。低維內(nèi)插功能部件lll接收點(u， v)，通過舍去求解所需要的 點以外的點，而得到與(u， v)對應的圖2A所示的原始數(shù)據(jù)中的采 樣點、Al、 A2、 Bl、 B2、 Cl、 C3、 Dl、 D2。如圖2C所示，設(shè)在 Bl與Cl的距離為1時的(u， v)到將B1、 B2連接起來的線為止的 比例為dv，設(shè)在Al與A2的距離為1時的(u， v)到將Al、 Dl連 接起來的線為止的比例為du。低維內(nèi)插功能部件lll設(shè)dv-O，對A1與A2、 B1與B2、 Cl與 C2、 Dl與D2之間的位于比例du的位置處的點進行核心大小2x2的 雙線性內(nèi)插。在此，對于各內(nèi)插點，由于v軸方向的值分別與Al、 Bl、 Cl、 Dl相同，所以該2x2的內(nèi)插與2點之間的內(nèi)插等價。即，低維 內(nèi)插功能部件111 i十算出A3= (l-du) Al + duA2、 B3 - (1 - du ) Bl + duB2、 C3= (l-du) Cl + duC2、 D3 - (1 - du ) Dl + duD2作 為內(nèi)插值。在本實施例的超聲波圖像取得裝置中，由于使用GPU進行內(nèi)插的 計算，所以可以在求出內(nèi)插點的計算中使用浮點小數(shù)。因此，可以以 浮點小數(shù)的位數(shù)精度求出用于求出內(nèi)插點的比例du，與現(xiàn)有的使用了 固定小數(shù)點的內(nèi)插相比，能夠提高浮點小數(shù)的位數(shù)的內(nèi)插精度。低維內(nèi)插功能部件111將計算出的內(nèi)插值A(chǔ)3、 B3、 C3、 D3發(fā)送 到高維內(nèi)插功能部件112。作為用于執(zhí)行2x4的核心大小的內(nèi)插的步驟，執(zhí)行控制部件005 對高維內(nèi)插功能部件112進行以下的控制.高維內(nèi)插功能部件112從執(zhí)行控制部件005接收內(nèi)插函數(shù)f,求出 由低維內(nèi)插功能部件lll計算出的4點的內(nèi)插值各自的內(nèi)插系數(shù)a、b、 c、 d。在此，內(nèi)插函數(shù)f是dv的函數(shù)，表示為(a、 b、 c、 d) =f(dv)。 作為處理內(nèi)容，到此為止的處理是與現(xiàn)有技術(shù)一樣的處理，但在本實 施例中，通過用GPU100的硬件來進行該處理，能夠高速地執(zhí)行處理。高維內(nèi)插功能部件112根據(jù)求出的內(nèi)插系數(shù)，計算出內(nèi)插值。作 為aA3 + bB3 + cC3 + dD3而求出該內(nèi)插值，高維內(nèi)插功能部件112將計算出的內(nèi)插值發(fā)送到圖像顯示控制功 能部件120。圖像顯示控制功能部件120使用LUT(查找表Look Up Table),
根據(jù)內(nèi)插值的數(shù)據(jù)，變換為所顯示的顏色和灰度等級的RGB數(shù)據(jù)， 在顯示部件008的正交座標系的點(x， y)處顯示該RGB數(shù)據(jù)。圖像生成部件006以必要的點個數(shù)進行上述內(nèi)插作業(yè)，將基于取 得的B模式數(shù)據(jù)的B模式圖像顯示在顯示部件008上。血流信息的情況GPU100利用LUT,根據(jù)作為血流信息的速度(V )、分布(T )、 能量(P)，使用下式，求出具有實數(shù)項Re、虛數(shù)項Im的復數(shù)數(shù)據(jù)。 Re = ( ( 255 - T ) /2 ) cos (丌V/128 ) Im - ( ( 255 - T ) /2 ) sin (丌V/128 )在此，由于使用8比特的信號進行處理，所以系數(shù)使用上述^^式 中的系數(shù)的值，但該系數(shù)根據(jù)所使用的信號而變化，并不只限于該值。GPU100通過內(nèi)插功能部件110，對由該Re、 Im以及P的3個值 構(gòu)成的數(shù)據(jù)，進行用于從用X軸表示Re、 Y軸表示Im的處理座標變 換為正交座標的內(nèi)插，求出內(nèi)插值。該內(nèi)插方法是與在B模式數(shù)據(jù)的 情況下說明的方法一樣的方法，分別對Re、 Im、 P進行。如果取得與上述內(nèi)插了的Re和Im的相同位置的值，考慮復數(shù) Re + jlm,則成為對其偏角進行了內(nèi)插的速度。如圖6所示，折返速 度附近的2個向量a和向量b的內(nèi)插向量為向量c，得到與圖4所示 的內(nèi)插大致同等的結(jié)果。在此，圖6是用于說明使用了復數(shù)的血流速 度的內(nèi)插方法的圖。進而，如果參考上述Re和Im,則在該內(nèi)插中， 用l-T" I d I /P這樣的函數(shù)進行內(nèi)插，另外，由于如背景技術(shù)所說 明的那樣，表示為P = 2: I & I 2、 C!-2Ix,Xi+n所以如果d變大，則 P也變大。即，由于以某程度的大小抑制l-T，所以能夠抑制動態(tài)范 圍，能夠容易地進行內(nèi)插處理。另外，GPU100能夠通過內(nèi)插功能部件110進行幀的內(nèi)插。幀的 內(nèi)插是指為了使幀速率變慢，平滑地顯示彩色多普勒像的時間過程， 實際在掃描生成的彩色多普勒像之間插入內(nèi)插幀進行顯示。該內(nèi)插處 理也利用Re、 Im、 P的值進行。通過2幀之間的線性內(nèi)插進行該內(nèi)插 處理。進而，內(nèi)插功能部件110根據(jù)求出的Re、 Im的內(nèi)插值，求出
速度(V)、分布(T)、能量(P)的內(nèi)插值。接著，GPU100進行原始數(shù)據(jù)和內(nèi)插了的數(shù)據(jù)的著色處理。該處 理是使求出的數(shù)據(jù)可視化的處理。該處理根據(jù)在彩色多普勒像中顯示 的信息(以下稱為"顯示模式")是速度(V)、分布(T)、能量(P) 中的哪一個信息而變化。在彩色多普勒像的顯示模式是速度(V)和分布(T)的情況下， GPU100根據(jù)以下的公式從Re、 Im計算出V、 T。V= (128/tt) atan2 (Im， Re)T - 255 - 2々(Re2 + Im2)P = (1 - I d I ) /T在此，atan2是在-71~71的范圍內(nèi)求出角度的arctangent函數(shù)。通過以上那樣的內(nèi)插處理得到的內(nèi)插速度在基于現(xiàn)有的折返對應 內(nèi)插得到的速度和圖像上近似到難以識別的程度，因此可以說該內(nèi)插 處理具有充分的精度。接著，GPU100通過圖像顯示控制功能部件120，使用LUT將所 得到的速度(V)和分布(T)變換為顏色和灰度等級的RGB，并顯 示在顯示部件008上。在能量(P)的情況下，根據(jù)原始的能量值或內(nèi)插了的能量(P) 值而決定彩色多普勒像的顯示模式。另外，GPU100通過圖像顯示控 制功能部件120，使用LUT，將能量(P)變換為顏色和灰度等級的 RGB,并顯示在顯示部件008上。如上所述，在作成彩色多普勒像的情況下，內(nèi)插處理需要進行速 度(V)、分布(T)、以及能量(P)這樣的3個數(shù)據(jù)的內(nèi)插處理。 然后，GPU100的圖像顯示控制功能部件120具備在圖像顯示的處 理中，能夠并行地對紅、青、綠、阿爾法(alpha)這樣的4個數(shù)據(jù)進 行處理的并行電路。因此，也可以構(gòu)成為在對紅、青、綠的顏色進行 處理的3個并行處理電路中分別對速度(V)、分布(T)、能量(P) 這樣的3個數(shù)據(jù)進行處理，由此并行地進行內(nèi)插處理。在此，本發(fā)明中的"座標變換部件"包含內(nèi)插功能部件110，進行
以上說明了的GPU100的內(nèi)插和座標變換。另外，座標變換部件是圖 像形成部件006的構(gòu)成要素之一。接著，參考圖7說明本實施例的超聲波圖像的形成流程。在此， 圖7是本實施例的超聲波圖像的形成的流程圖。步驟S001:操作者輸入核心大小和內(nèi)插函數(shù)。步驟S002:發(fā)送接收部件002將經(jīng)由超聲波探頭001接收到的超 聲波信號發(fā)送到B模式處理部件003和血流信息處理部件004。B模式處理步驟S003:低維內(nèi)插功能部件111將發(fā)送來的B模式數(shù)據(jù)存儲在 暫時存儲部件007中，參考輸入的核心大小，基于暫時存儲部件007 的B模式數(shù)據(jù)進行2x2的內(nèi)插，并將該內(nèi)插值發(fā)送到高維內(nèi)插功能部 件112。步驟S004:高維內(nèi)插功能部件112參考內(nèi)插函數(shù)計算出內(nèi)插系數(shù)， 使用該內(nèi)插系數(shù)進行比2x2更高維的內(nèi)插，內(nèi)插部件110將該內(nèi)插值 和原樣使用的原始數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像顯示控制功能部件120,血流信息處理步驟S005: GPU100將作為發(fā)送來的血流信息的速度(V)、分 布(T)、能量(P)的數(shù)據(jù)存儲在暫時存儲部件007中，基于該數(shù)據(jù) 求出Re、 Im。步驟S006:低維內(nèi)插功能部件lll參考輸入的核心大小，基于求 出的Re、 Im進行2x2的內(nèi)插，并將該內(nèi)插值發(fā)送到高維內(nèi)插功能部 件112。步驟S007:高維內(nèi)插功能部件112參考內(nèi)插函數(shù)計算出內(nèi)插系數(shù)， 使用該內(nèi)插系數(shù)，進行比2x2更高維的內(nèi)插，例如2x4的內(nèi)插。 步驟S008:內(nèi)插功能部件110進行幀內(nèi)插。 步驟S009:內(nèi)插功能部件110基于Re、 Im的內(nèi)插值，求出速度 (V)、分布(T)、能量(P)的內(nèi)插值，將該內(nèi)插值的數(shù)據(jù)和原樣 使用的原始數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像顯示控制功能部件120. (B模式處理和血流信息處理)
步驟S010:圖像顯示控制功能部件120使用LUT，將發(fā)送來的數(shù) 據(jù)變換為RGB。步驟S011:圖像顯示控制功能部件120基于變換了的RGB的值， 將圖像顯示在顯示部件008上。如上所述，在本發(fā)明的超聲波圖像取得裝置中，可以使用通常的 GPU，使用低維內(nèi)插功能部件lll，通過硬件或GPU的微代碼，高速 地進行核心大小直到2x2為止的內(nèi)插，基于該內(nèi)插值，使用高維內(nèi)插 功能部件112通過程序進行核心大小2x4的內(nèi)插。由此，在能夠削減 成本的同時，能夠自由地對內(nèi)插處理進行編程，因此容易地更新處理 內(nèi)容和對應新的處理，另外，由于能夠使用通用的GPU，所以能夠抑 制超聲波圖像取得裝置的制造費用，削減成本。進而，還能夠降低超 聲波圖像取得裝置的開發(fā)費用。另外，由于通過GPU進行內(nèi)插計算， 所以能夠基于GPU的處理能力的浮點小數(shù)計算執(zhí)行內(nèi)插處理，由此， 能夠提高與GPU的處理能力對應的浮點小數(shù)位數(shù)的內(nèi)插精度，能夠提 高所生成的超聲波斷層像的畫質(zhì)。另外，由于能夠通過GPU的幾何變 換執(zhí)行座標變換，所以能夠進行從極座標到正交座標的變換所不能進 行的座標變換(無法用公式表示的座標變換).因此，能夠容易地高 精度地進行需要無法通過從極座標向正交座標的變換來進行的座標變 換的特殊檢測和使用了 2維陣列探頭的掃描，進而，通過將血流的速 度、分布和能量的處理分別分配給作為并行處理系統(tǒng)而由GPU所具有 的R、 G、 B的處理系統(tǒng)等，能夠同時進行計算，可以不必維持3個 系統(tǒng)的相同電路而采用單純的結(jié)構(gòu)，還能夠抑制成本.進而，還能夠 通過并行處理而提高處理速度。實施例2以下，說明本發(fā)明的實施例2的超聲波圖像取得裝置。本實施例 的超聲波圖像取得裝置是在實施例1中，進行所生成的B模式圖像與 彩色多普勒像的合成處理，而重疊進行顯示。因此，說明B模式圖像 和彩色多普勒像的合成處理。在此，本實施例的超聲波圖像取得裝置 也具有圖5所示的功能模塊。另外，由GPU100進行合成處理。
GPU100的圖像顯示控制功能部件120具有紅、青、綠、阿爾法 (alpha)這樣的4個并行處理電路。另外，作為通常的處理電路的使 用方法，GPU100通過前面的3個處理電路對顏色進行處理，通過阿 爾法的處理電路對不透明度進行處理。在本發(fā)明中，在GPU100中， 使用處理紅、青、綠的處理電路作為在作成B模式圖像和作成彩色多 普勒像時使用的處理電路，因此不使用處理阿爾法數(shù)據(jù)的電路。因此， 在本實施例的超聲波圖像取得裝置中，預先將符合圖像條件的閾值信 息，存儲在GPUIOO中的圖像顯示控制功能部件120的上述紅、青、 綠、阿爾法這樣的4個并行處理電路中的處理阿爾法數(shù)據(jù)的電路中。該閾值信息是指用于進行以下處理等的一定值，即在B模式數(shù)據(jù) 為一定值以下或一定值以上時不顯示B模式圖像的處理、在血流信息 的值為某一定值以下或一定值以上時不顯示彩色多普勒像的處理。這 是例如在生成心臟的超聲波圖像的情況下，在B模式數(shù)據(jù)的值的亮度 高的情況下，此處應該有心臟的壁而沒有血流，因此將該處的部分的 血流信息認為是噪聲。因此，必須消去該處的部分的彩色多普勒圖《象。 另外，在生成腹部的超聲波圖像的情況下，血流的信息是重要的，如 果血流為某一定以上，則需要無條件地顯示血流。因此，如果血流為 某一定以下，則必須作為噪聲消去。進而，在能量值是低的值的情況 下，是噪聲的可能性高，因此，必須不顯示彩色多普勒像。這樣進行 重疊時，需要根據(jù)各種條件進行合成處理，因此必須存儲該圖像條件 和閾值信息。GPU100的圖像顯示控制功能部件120從高維內(nèi)插功能部件112 接收B模式數(shù)據(jù)和作為血流信息的速度(V )、分布(T)和能量(P ) 的數(shù)據(jù)，參考存儲在對阿爾法數(shù)據(jù)進行處理的電路中的圖像條件和閾 值信息，決定在各點顯示哪個數(shù)據(jù)，圖像顯示控制功能部件120基于接收到的B模式數(shù)據(jù)和作為血流 信息的速度(V)、分布(T)和能量(P)的數(shù)據(jù)、以及在各點顯示 哪個數(shù)據(jù)的決定,使用LUT,變換為所顯示的顏色和灰度等級的RGB 數(shù)據(jù)，將對B模式圖像和彩色多普勒圖像進行了合成處理后的圖像顯
示在顯示部件008上。以上，說明了優(yōu)先顯示B模式圖像和彩色多普勒像的任意一個的 情況，但也可以構(gòu)成為在一定的條件下顯示雙方。例如在根據(jù)B模式 數(shù)據(jù)和血流信息中的一個數(shù)據(jù)(在此，考慮速度(V))而顯示為與 速度(V)的數(shù)據(jù)重疊地半透明地可以看到B模式數(shù)據(jù)時，圖像顯示 控制功能部件120將B模式數(shù)據(jù)和速度(V)的數(shù)據(jù)的雙方發(fā)送到阿 爾法數(shù)據(jù)的處理電路，在計算出將B模式數(shù)據(jù)設(shè)定為怎樣的透明度并 進行了合成處理后，使用LUT變換為RGB數(shù)據(jù)，并顯示在顯示部件 008上。接著，參考圖8說明本實施例的超聲波圖像的形成流程。在此， 圖8是本實施例的超聲波圖像的形成的流程圖。步驟S101:操作者輸入核心大小和內(nèi)插函數(shù)。步驟S102:發(fā)送接收部件002將經(jīng)由超聲波探頭001接收到的超 聲波信號發(fā)送到B模式處理部件003和血流信息處理部件004。B模式處理步驟S103:低維內(nèi)插功能部件111將發(fā)送來的B模式數(shù)據(jù)存儲在 暫時存儲部件007中，參考輸入的核心大小，基于暫時存儲部件007 的B模式數(shù)據(jù)進行2x2的內(nèi)插，并將該內(nèi)插值發(fā)送到高維內(nèi)插功能部 件112,步驟S104:高次內(nèi)插功能部件112參考內(nèi)插函數(shù)計算出內(nèi)插系數(shù)， 使用該內(nèi)插系數(shù)進行比2x2更高維的內(nèi)插，內(nèi)插部件110將該內(nèi)插值 和原樣使用的原始數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像顯示控制功能部件120。血流信息處理步驟S105: GPU100將發(fā)送來的作為血流信息的速度(V)、分 布(T)、能量(P)的數(shù)據(jù)存儲在暫時存儲部件007中，基于該數(shù)據(jù) 求出Re、 Im。步驟S106:低維內(nèi)插部件lll參考輸入的核心大小，基于求出的 Re、Im進行2x2的內(nèi)插，并將該內(nèi)插值發(fā)送到高維內(nèi)插功能部件112。 步驟S107:高維內(nèi)插功能部件112參考內(nèi)插函數(shù)計算出內(nèi)插系數(shù)， 使用該內(nèi)插系數(shù)，進行比2x2更高維的內(nèi)插。 步驟S108:內(nèi)插功能部件110進行幀內(nèi)插。步驟S109:內(nèi)插功能部件IIO基于Re、 Im的內(nèi)插值，求出速度 (V)、分布(T)、能量(P)的內(nèi)插值，將該內(nèi)插值的數(shù)據(jù)和原樣 使用的原始數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像顯示控制功能部件120。 (B模式處理和血流信息處理)步驟S110:圖像顯示控制功能部件120基于存儲在阿爾法數(shù)據(jù)的 處理電路中的圖像條件和閾值信息，決定顯示的數(shù)據(jù)。步驟S111:圖像顯示控制功能部件120使用LUT，將決定了的數(shù) 據(jù)變換為RGB。步驟S112:圖像顯示控制功能部件120基于變換了的RGB的值， 將圖像顯示在顯示部件008上。如上所述，在將B模式圖像和彩色多普勒像重疊而進行合成處理 的情況下，通過使用GPU的處理阿爾法數(shù)據(jù)的電路，還能夠與圖像的 作成并行地進行合成處理，因此能夠高速地處理合成圖像那樣的復雜 圖像并進行顯示，能夠?qū)Τ暡ㄔ\斷的效果提高起作用。
權(quán)利要求
1.一種超聲波圖像取得裝置，其特征在于包括經(jīng)由超聲波探頭用超聲波對被檢體進行掃描，取得由沿著掃描線的第一座標系中的超聲波數(shù)據(jù)構(gòu)成的第一超聲波數(shù)據(jù)的發(fā)送接收部件；使用GPU進行計算，將上述第一超聲波數(shù)據(jù)從上述第一座標系變換為用于圖像顯示的第二座標系的座標變換部件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲波圖像取得裝置，其特征在于 上述座標變換部件取得使上述第 一座標系和上述第二座標系對應起來的幾何變換數(shù)據(jù)，上述GPU基于上述幾何變換數(shù)據(jù)進行幾何變 換，而進行上述座標變換.
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲波圖像取得裝置，其特征在于 上述座標變換部件根據(jù)上述笫一座標系中的多個點，利用上述GPU進行用于內(nèi)插上迷第二座標系中的1點的內(nèi)插計算。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波圖像取得裝置，其特征在于 在上述內(nèi)插計算中，通過GPU的硬件或GPU的微代碼執(zhí)行低維的內(nèi)插，通過GPU的程序執(zhí)行高維的內(nèi)插。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波圖^^l得裝置，其特征在于 在上述內(nèi)插計算中，接受能夠?qū)τ糜谶M行內(nèi)插的濾波器進行記錄的大小即核心大小的輸入，通過GPU的硬件或GPU的微代碼，進行 2x2的雙線性內(nèi)插，求出內(nèi)插值，通過GPU的程序基于該內(nèi)插值和規(guī) 定的內(nèi)插函數(shù)，求出輸入的核心大小的內(nèi)插值.
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲波圖像取得裝置，其特征在于 上述第 一超聲波數(shù)據(jù)包含多種血流信息，上述座標變換部件同時對上述多種血流信息中的多個座標變換進 行處理，
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲波圖像取得裝置，其特征在于 上述座標變換部件求出以包含在上述笫一超聲波數(shù)據(jù)中的血流的 速度、分布和能量為要素的復數(shù)，在計算出該復數(shù)數(shù)據(jù)的內(nèi)插值后， 基于該內(nèi)插值分別變換為上述血流的速度、分布和能量，由此求出上 述血流的速度、分布和能量的內(nèi)插值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波圖像取得裝置，其特征在于 上述多個血流信息包含與血流的速度、分布和能量有關(guān)的信息， 上述座標變換部件使速度、分布和能量的各個座標變換和內(nèi)插處理與GPU所具有的用于處理紅、青或綠的各個顏色的并行處理電路對 應地同時進行處理。
9. 一種超聲波圖像取得裝置，其特征在于包括 經(jīng)由超聲波探頭用超聲波對被檢體進行掃描，取得由沿著掃描線的第 一座標系中的超聲波數(shù)據(jù)構(gòu)成的第 一超聲波數(shù)據(jù)的發(fā)送接收部 件；使用能夠執(zhí)行并行處理并且可編程的處理器進行計算，將上述第 一超聲波數(shù)據(jù)從上述第 一座標系變換為用于圖像顯示的第二座標系的 座標變換部件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲波圖像取得裝置，其特征在于 上述處理器代替CPU進行圖形的描繪。
全文摘要
在本發(fā)明的超聲波圖像取得裝置中，發(fā)送接收部件經(jīng)由超聲波探頭用超聲波掃描被檢體，取得由沿著掃描線的第一座標系中的超聲波數(shù)據(jù)構(gòu)成的第一超聲波數(shù)據(jù)，包含在圖像生成部件中的座標變換部件使用GPU進行計算，將上述第一超聲波數(shù)據(jù)從上述第一座標系變換為用于圖像顯示的第二座標系。
文檔編號A61B8/00GK101209210SQ20071016781
公開日2008年7月2日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者佐藤武史, 大住良太 申請人:株式會社東芝;東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社