專利名稱：超聲波圖像處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波圖像處理裝置，并且更具體地涉及用于提高三維超聲波圖像的圖像質(zhì)量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
超聲波圖像處理裝置是基于由發(fā)射和接收超聲波來(lái)獲取的數(shù)據(jù)而形成超聲波圖像或者處理這樣的超聲波圖像的裝置，并且超聲波圖像處理裝置被配置為超聲波診斷裝置或信息處理裝置。這里，信息處理裝置例如為處理從超聲波診斷裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。 在超聲波圖像處理裝置中，待形成或待處理的超聲波圖像包括二維超聲波圖像、三維超聲波圖像等。通過(guò)對(duì)從活生物體(活體)內(nèi)的三維空間中獲取的體數(shù)據(jù)(回波數(shù)據(jù)的集合)應(yīng)用體繪制方法，形成了三維超聲波圖像(體繪制圖像)。更具體地，首先，相對(duì)于體數(shù)據(jù)設(shè)定從觀測(cè)點(diǎn)延伸出的多條射線(虛擬視線，其對(duì)應(yīng)于操作路徑)，然后對(duì)于存在于各條射線上的采樣點(diǎn)以重復(fù)的方式順序地執(zhí)行預(yù)定操作，從而獲得對(duì)于每條射線的像素值。最后，三維圖像形成為與多條射線相對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素值的集合(例如參見(jiàn)JP 10-33538A)。一般體繪制的算法由下面的公式表示。在下面的公式中，I表示像素值(亮度值)， e(i)表示在射線上的采樣點(diǎn)上的回波強(qiáng)度(回波值)，而o(e(i))表示不透明度(不透明的程度)，其中i表示采樣點(diǎn)的標(biāo)號(hào)。I = Σ [e (i) *o (e (i)) * (l_o_out (i_l))]…(1)其中，o_out(i) =Σ o(e(i))*(l-o_out(i-l))這里，當(dāng)不透明度的和達(dá)到1時(shí)或者當(dāng)采樣點(diǎn)在操作范圍之外時(shí)，操作完成，并且將此時(shí)I的值映射到投影平面上。上述公式 (1)僅為示例，已知有用于體繪制處理的各種其它算法。這里，作為用于三維圖像的顯示方法，已知有四個(gè)圖像顯示在單個(gè)屏幕內(nèi)的四視圖顯示(例如，顯示三個(gè)正交剖面圖像和一 3D圖像)、兩個(gè)圖像顯示在單個(gè)屏幕內(nèi)的兩視圖顯示(例如，顯示剖面圖像和3D圖像)、單個(gè)圖像顯示在單個(gè)屏幕內(nèi)的單視圖顯示(例如， 顯示3D圖像)等。由于處理單個(gè)體數(shù)據(jù)所需的時(shí)間通常與投影平面上的像素?cái)?shù)量(即，射線的數(shù)量)成比例，因此在上述的三種方法中，單視圖顯示方法需要最長(zhǎng)的處理時(shí)間。監(jiān)測(cè)器的尺寸越大，由于形成顯示圖像的像素的數(shù)量增加，因此處理時(shí)間也相應(yīng)地變得越長(zhǎng)。因此，通常，存在與三維圖像的形成有關(guān)的問(wèn)題計(jì)算量大并且CPU的負(fù)荷重。盡管可以考慮使用高速處理器，但是在該情況下，也將產(chǎn)生成本增加的另一個(gè)問(wèn)題。盡管為了解決上述問(wèn)題而期望減少射線的數(shù)量從而降低計(jì)算量，但如果只是減少射線的數(shù)量，則三維圖像的分辨率會(huì)降低或者三維圖像的尺寸會(huì)減小。因此，可以考慮應(yīng)用線性插值處理。通過(guò)線性插值處理，可以增加像素的表觀(apparent)數(shù)量和分辨率。然而， 該處理使得圖像變模糊，這導(dǎo)致了圖像質(zhì)量下降的問(wèn)題。當(dāng)只是放大圖像時(shí)，也將產(chǎn)生圖像質(zhì)量下降的問(wèn)題。通常指出的是，由體繪制方法生成的三維超聲波圖像缺乏銳度并且具有不清晰的輪廓。這里，常規(guī)的一般插值處理參照存在于關(guān)注像素周圍的四個(gè)、八個(gè)或十六個(gè)鄰近像素。換句話說(shuō)，在常規(guī)的一般插值處理中，待參照的范圍在關(guān)注像素的周圍沿所有方向同等地延伸。在常規(guī)技術(shù)中，不能夠依據(jù)組織的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性地改變插值條件。JP 2010-125A公開(kāi)了一種用于形成包括在膝關(guān)節(jié)中的軟骨組織的圖像的裝置。該參考文件從第0042段開(kāi)始描述了在軟骨組織圖像形成處理之前執(zhí)行的預(yù)處理的內(nèi)容。所述預(yù)處理是以片數(shù)據(jù)(二維幀)為單位執(zhí)行的。更具體地，在貫穿關(guān)注像素的多個(gè)線段中， 具有最大離散值的線段被指定，并且與該指定的線段正交的線段進(jìn)一步被指定。然后，計(jì)算存在于該正交的線段上的多個(gè)像素值的平均值，并且將該平均值用作關(guān)注像素的更新后的像素值。在形成軟骨組織圖像之前該處理應(yīng)用于各個(gè)片數(shù)據(jù)，因此該處理不是在體繪制之后應(yīng)用于3D圖像上的處理。此外，JP 2010-125A未描述具有放大率變化功能(分辨率變化功能)的特殊的方向性插值處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提高三維超聲波圖像的圖像質(zhì)量或減少用于生成三維超聲波圖像的計(jì)算量。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是即使當(dāng)射線的數(shù)量小時(shí)也能夠形成具有優(yōu)良圖像質(zhì)量的三維超聲波圖像。依據(jù)本發(fā)明的方案，本發(fā)明的裝置包括繪制單元，其相對(duì)于從活生物體內(nèi)的三維空間中獲取的體數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定多條射線并且沿著每條射線執(zhí)行繪制操作，以生成呈三維圖像形式的原始圖像；以及方向性插值處理單元，其基于所述原始圖像生成顯示圖像，所述方向性插值處理單元基于所述原始圖像將方向性插值處理應(yīng)用于形成所述顯示圖像的每個(gè)關(guān)注像素上，從而對(duì)于所述關(guān)注像素生成插值像素值，其中，借助于所述方向性插值處理，在所述原始圖像中以三維形式表示的組織的流向上確定用于計(jì)算所述插值像素值的像素參照方向。借助于以上結(jié)構(gòu)，首先通過(guò)體繪制處理以三維圖像的形式生成原始圖像，然后將方向性插值處理應(yīng)用于所述原始圖像上以基于原始圖像生成顯示圖像。方向性插值處理并不是同等地參照在用作中心的對(duì)應(yīng)點(diǎn)(興趣點(diǎn))周圍的整個(gè)區(qū)域的處理，而是在組織的流方向上確定像素參照方向并且通過(guò)使用在所述像素參照方向上布置的多個(gè)像素值來(lái)計(jì)算插值像素值的處理。因此，借助于該處理，能夠使組織的輪廓清晰，從而能夠改善在三維圖像上產(chǎn)生的模糊。反過(guò)來(lái)說(shuō)，即使射線的數(shù)量被減少而形成具有低分辨率的三維圖像，但是通過(guò)在事后將所述方向性插值處理應(yīng)用于三維圖像上，也能夠生成高分辨率的三維圖像。 因此，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)算量的減少和圖像質(zhì)量的提高。優(yōu)選地，所述顯示圖像為具有的放大率或分辨率不同于所述原始圖像的放大率或分辨率的圖像，并且所述放大率或所述分辨率在方向性插值處理時(shí)改變。優(yōu)選地，所述方向性插值處理單元包括評(píng)估值計(jì)算單元，其使用與所述關(guān)注像素對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)作為基準(zhǔn)在所述原始圖像上設(shè)定多個(gè)相互不同的備選方向，并且計(jì)算表示像素值在各個(gè)備選方向上變化的評(píng)估值；方向確定單元，其基于計(jì)算出的多個(gè)評(píng)估值來(lái)確定所述像素參照方向；以及插值像素值計(jì)算單元，其基于與在所述像素參照方向上布置的多個(gè)像素有關(guān)的多個(gè)像素值來(lái)計(jì)算插值像素值。所述像素參照方向?yàn)檠刂M織的輪廓(邊界)的方向?？梢允紫全@得相對(duì)于輪廓的法線方向然后確定與所述法線方向正交的像素參照方向，或者可以直接將所述像素參照方向確定為與輪廓平行的方向。在前者的情況下，可以通過(guò)在多個(gè)備選方向中指定具有最大離散值的備選方向，并且確定與所述指定方向正交的方向來(lái)確定所述像素參照方向。在這種情況下，所述像素參照方向可以被確定為多個(gè)備選方向中的一個(gè)，或者所述像素參照方向可以被確定在兩個(gè)備選方向之間?？蛇x擇地，所述像素參照方向可以確定為多個(gè)備選方向中的具有最小離散值的方向。優(yōu)選地，由于將所述方向性插值處理應(yīng)用于形成顯示圖像的每個(gè)像素上，因此生成了與所述原始圖像的放大圖像相對(duì)應(yīng)的顯示圖像，并且基于被設(shè)定用于生成所述原始圖像的射線的數(shù)量來(lái)確定所述顯示圖像的放大比例。由于形成三維圖像的像素的數(shù)量是依據(jù)在單個(gè)屏幕上同時(shí)顯示的圖像的數(shù)量(視圖的數(shù)量)確定的，因此可期望首先確定與最小圖像相對(duì)應(yīng)的射線的數(shù)量，并且當(dāng)需要顯示較大的圖像時(shí)，可期望依據(jù)尺寸的變化比例來(lái)增大方向性插值處理中的放大率。換句話說(shuō)，通過(guò)使射線的數(shù)量獨(dú)立于視圖的數(shù)量而固定， 可以依據(jù)視圖的數(shù)量來(lái)改變放大率。優(yōu)選地，進(jìn)一步設(shè)置后處理單元，所述后處理單元將后處理應(yīng)用于由所述方向性插值處理生成的所述顯示圖像，并且所述后處理是用于調(diào)節(jié)所述顯示圖像的對(duì)比度的處理。優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)比度調(diào)節(jié)處理，當(dāng)輸入像素值大于背景平均亮度值時(shí)，基于所述輸入像素值，輸出大于所述輸入像素值的輸出像素值，并且當(dāng)輸入像素值小于背景平均亮度值時(shí)，基于所述輸入像素值，輸出小于所述輸入像素值的輸出像素值。根據(jù)本發(fā)明的程序?yàn)橐环N在信息處理裝置中執(zhí)行的超聲波圖像處理程序，所述程序包括相對(duì)于從活生物體內(nèi)的三維空間中獲取的體數(shù)據(jù)設(shè)定多條射線并且沿著每條射線執(zhí)行繪制操作，從而生成呈三維圖像形式的原始圖像的模塊；以及方向性插值處理模塊，其基于所述原始圖像生成顯示圖像，所述方向性插值處理模塊基于所述原始圖像將方向性插值處理應(yīng)用于形成所述顯示圖像的每個(gè)關(guān)注像素上，以便對(duì)于所述關(guān)注像素生成插值像素值，并且所述方向性插值處理包括使用與所述關(guān)注像素對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)作為基準(zhǔn)在所述原始圖像上設(shè)定多個(gè)相互不同的備選方向，并且計(jì)算表示像素值在各個(gè)所述備選方向上變化的評(píng)估值的處理；基于計(jì)算出的多個(gè)評(píng)估值從所述多個(gè)備選方向中確定用于計(jì)算插值像素值的像素參照方向的處理；以及基于與在所述像素參照方向上布置的多個(gè)像素有關(guān)的多個(gè)像素值來(lái)計(jì)算所述插值像素值的處理。在所述方向性插值處理中，在所述原始圖像中以三維形式表示的組織的流向上確定所述像素參照方向。所述信息處理裝置可以為計(jì)算機(jī)、超聲波診斷裝置等。所述方向性插值處理可以視為獨(dú)立的處理。上述程序可以存儲(chǔ)在諸如 ⑶-ROM的記錄介質(zhì)中，并且經(jīng)由這種記錄介質(zhì)可以安裝在信息處理裝置中。


通過(guò)參照下列附圖將詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1為圖示出根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷裝置的整體結(jié)構(gòu)的框圖；圖2為從概念上圖示出體繪制和方向性插值處理的圖；圖3為圖示出方向性插值處理的內(nèi)容的概念圖；圖4為圖示出相對(duì)于對(duì)應(yīng)點(diǎn)設(shè)定的多條備選線的圖5為圖示出與輪廓方向正交的法線的圖6為圖示出與法線正交的參照線的圖7為圖示出方向性插值處理的內(nèi)容的流程圖8為圖示出作為后處理執(zhí)行的方向性插值處理和隨后的對(duì)比度加強(qiáng)處理的圖9為用于說(shuō)明基于離散值而確定權(quán)重K的圖10為圖示出原始圖像的圖11為圖示出常規(guī)線性插值處理的結(jié)果的圖12為圖示出根據(jù)本實(shí)施例的方向性插值處理的結(jié)果的圖13為用于說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施例的方向性插值處理的操作的圖14圖示出了四視圖顯示；
圖15圖示出了兩視圖顯示；以及
圖16圖示出了單視圖顯示。
具體實(shí)施例方式將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1為圖示出根據(jù)本發(fā)明的超聲波圖像處理裝置的優(yōu)選實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的框圖。在本實(shí)施例中，超聲波圖像處理裝置被構(gòu)造作為超聲波診斷裝置。更具體地，超聲波診斷裝置用于醫(yī)療領(lǐng)域，并且是一種通過(guò)向活生物體發(fā)射超聲波并從活生物體接收超聲波來(lái)形成超聲波圖像的裝置。在本實(shí)施例中，相對(duì)于活生物體內(nèi)的三維區(qū)域發(fā)射和接收超聲波，從而獲取體數(shù)據(jù)?；谒@取的體數(shù)據(jù)，形成用作體繪制圖像的三維超聲波圖像或者一個(gè)或多個(gè)層析圖像，下面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)描述。3D探頭10為用于捕捉三維回波數(shù)據(jù)的超聲波探頭。在本實(shí)施例中，3D探頭10包括ID陣列傳感器以及用于機(jī)械地掃描ID陣列傳感器的機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)。ID陣列傳感器由產(chǎn)生超聲波束的多個(gè)傳感器元件形成。然后，在元件布置方向上電子掃描超聲波束，從而形成掃描平面。當(dāng)機(jī)械地掃描ID陣列傳感器時(shí)，掃描平面以擺動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)從而形成三維空間。 在圖1中，“r”表示深度方向，“ θ ”表示超聲波束的電子掃描方向，“φ”表示掃描平面的機(jī)械掃描方向，“S”表示掃描平面，而“V”表示三維空間。取代上述的機(jī)械掃描方法，可使用 2D陣列傳感器以二維方式電子掃描超聲波診斷裝置波束。3D探頭10具有與活生物體的表面形成接觸的發(fā)射/接收平面。在本實(shí)施例中，3D 探頭10與孕婦的腹部形成接觸。作為發(fā)射波束形成器的發(fā)射單元12向多個(gè)傳感器元件提供具有預(yù)定延遲關(guān)系的多個(gè)發(fā)射信號(hào)，從而形成發(fā)射波束。在接收時(shí)，來(lái)自活生物體內(nèi)的回波由多個(gè)傳感器元件接收，然后多個(gè)傳感器元件將多個(gè)接收信號(hào)輸出至接收單元14。接收單元14為接收波束形成器；即，整相求和處理單元，在其中將延遲處理應(yīng)用于多個(gè)接收信號(hào)上并且對(duì)多個(gè)被延遲的接收信號(hào)求和。從而，電子地形成接收波束并且輸出與接收波束對(duì)應(yīng)的整相求和處理之后的接收信號(hào)(波束數(shù)據(jù))。波束數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在3D存儲(chǔ)器15中。3D存儲(chǔ)器15包括對(duì)應(yīng)于活生物體中的三維空間(實(shí)際空間)的存儲(chǔ)空間(數(shù)據(jù)處理空間)。特別地，形成波束數(shù)據(jù)的每個(gè)回波數(shù)據(jù)項(xiàng)映射到存儲(chǔ)空間內(nèi)的對(duì)應(yīng)地址。借助于將數(shù)據(jù)寫(xiě)入3D存儲(chǔ)器15來(lái)應(yīng)用坐標(biāo)變換處理，或者借助于將數(shù)據(jù)從3D存儲(chǔ)器15讀出來(lái)應(yīng)用坐標(biāo)變換處理。
層析圖像形成單元16為形成與相對(duì)于三維空間設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)剖面平面相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)層析圖像的模塊。每個(gè)層析圖像為單色B模式圖像。每個(gè)剖面平面的位置可由用戶任意設(shè)定。層析圖像形成單元16從3D存儲(chǔ)器中讀取與如此設(shè)定的剖面平面相對(duì)應(yīng)的回波數(shù)據(jù)的集合，并且基于所讀取的數(shù)據(jù)形成層析圖像。形成的層析圖像經(jīng)由圖像處理單元18輸出至顯示處理單元20。圖像處理單元18具有多種圖像處理功能，其可包括下面將描述的方向性(各向異性)插值處理。顯示處理單元20合成多個(gè)圖像以形成單個(gè)的顯示圖像，并且將表示顯示圖像的圖像數(shù)據(jù)輸出至顯示單元26。繪制單元22為執(zhí)行體繪制處理的模塊。具體地，繪制單元22執(zhí)行通過(guò)使用從3D 存儲(chǔ)器15讀取的體數(shù)據(jù)而形成三維圖像的處理。已經(jīng)提出了多種算法用作繪制方法。更具體地，繪制單元22相對(duì)于體數(shù)據(jù)設(shè)定多條射線并且對(duì)于每條射線執(zhí)行繪制操作，從而計(jì)算出像素值。因此，三維圖像(原始圖像)生成為多個(gè)像素值的集合。此時(shí)，參照放大率W，并且基于放大率W確定射線的數(shù)量。在本實(shí)施例中，與常規(guī)技術(shù)相比射線基本上被減少。換句話說(shuō)，根據(jù)本實(shí)施例，借助于少量的射線生成具有低分辨率的原始圖像，然后相對(duì)于原始圖像執(zhí)行后處理從而形成具有高分辨率的顯示圖像。圖像處理單元M為執(zhí)行方向性插值處理的模塊。更具體地，如下面將詳細(xì)描述的，圖像處理單元M在進(jìn)行插值處理的同時(shí)還執(zhí)行改變放大率(分辨率)。在任何情況下， 通過(guò)對(duì)原始圖像應(yīng)用這種方向性插值處理，可以生成具有加強(qiáng)(emphasized)的清晰輪廓的顯示圖像，該顯示圖像的分辨率或放大率已經(jīng)改變。可以根據(jù)需要進(jìn)一步對(duì)這樣的顯示圖像應(yīng)用后處理。在本實(shí)施例中，應(yīng)用對(duì)比度加強(qiáng)處理來(lái)作為后處理。將已經(jīng)經(jīng)過(guò)這種處理的圖像傳送至顯示處理單元20。當(dāng)圖像處理單元M執(zhí)行操作時(shí)，根據(jù)需要參照放大率 I在圖1中，在3D存儲(chǔ)器15之后的階段中所示的各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)為軟件處理。圖1 中省去了由CPU和操作程序形成的控制單元。上述的方向性插值處理和繪制處理可以由諸如計(jì)算機(jī)的信息處理裝置來(lái)執(zhí)行。在該情況下，由這種信息處理裝置來(lái)處理從超聲波診斷裝置在線或離線提供的體數(shù)據(jù)(volume data)。圖2圖示出了繪制處理和方向性插值處理。附圖標(biāo)記30表示對(duì)應(yīng)于活生物體內(nèi)的三維空間的存儲(chǔ)空間，并且在該存儲(chǔ)空間30中存在體數(shù)據(jù)31，體數(shù)據(jù)31在該實(shí)施例中為胎兒的體數(shù)據(jù)。觀測(cè)點(diǎn)觀設(shè)定在相對(duì)于存儲(chǔ)空間30或體數(shù)據(jù)31的任意位置處。此外，確定源于觀測(cè)點(diǎn)觀的多條射線(視線)34。在該情況下，多條射線34被設(shè)定以便貫穿體數(shù)據(jù) 31。屏幕32為投影平面，并且屏幕32上的多個(gè)像素一對(duì)一地與多條射線相對(duì)應(yīng)。在該圖示的示例中，附圖標(biāo)記3 表示像素。關(guān)于存在于每條射線上的多個(gè)三維像素(采樣點(diǎn))， 沿著每條射線順序地執(zhí)行繪制操作，即，三維像素操作，并且用作最終操作結(jié)果的亮度值被映射為與該射線相對(duì)應(yīng)的像素的像素值。通過(guò)對(duì)每條射線重復(fù)該操作，原始圖像(三維圖像)形成為多個(gè)像素值的集合。根據(jù)本實(shí)施例，由附圖標(biāo)記36表示的方向性插值處理，即，特殊后處理，被應(yīng)用于這種原始圖像上。因此，可以在顯示平面38上形成具有高分辨率的顯示圖像。這里，附圖標(biāo)記38a表示形成顯示平面38的像素。在顯示平面38上，形成了呈三維圖像形式的顯示圖像，該顯示圖像被放大或者該顯示圖像的分辨率已增加。在該實(shí)施例中，通過(guò)作為這種后處理來(lái)執(zhí)行的方向性插值處理，可以提高表觀分辨率而且能夠使輪廓清晰。因此，在將要執(zhí)行這種后處理的前提下，可以通過(guò)在體繪制時(shí)減少射線的數(shù)量來(lái)執(zhí)行快速繪制操作，從而減輕處理負(fù)荷。具體地，如下面將描述的，在基于作為前提的四視圖顯示法中的小的三維圖像首先設(shè)定多條射線之后，在方向性插值處理期間的放大率增加，從而能夠形成大的圖像。 通過(guò)這種方法，可借助于與四視像的計(jì)算量類似的三維的計(jì)算量來(lái)實(shí)現(xiàn)單視圖顯示。圖3圖示出了方向性插值處理36A的構(gòu)思。在圖3中，左側(cè)的視示出了原始圖像32A，而右側(cè)的圖像圖示出了顯示圖像(顯示平面)38。通過(guò)基于原始圖像32A執(zhí)行的方向性插值處理36A，可以形成放大的或其分辨率已經(jīng)提高的顯示圖像38。更具體地，形成顯示圖像38的像素中的每個(gè)按順序地被確定作為關(guān)注點(diǎn)40。如由附圖標(biāo)記44所圖示的， 在原始圖像32A上確定與關(guān)注點(diǎn)40相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)(興趣點(diǎn))42。然后，通過(guò)應(yīng)用將在下面描述的圖4至圖6所示的處理，最終獲得與關(guān)注點(diǎn)有關(guān)的插值像素值，并且該插值像素值映射為關(guān)注點(diǎn)40的值。更具體地，圖4圖示出了原始圖像并且還圖示出了貫穿對(duì)應(yīng)點(diǎn)的備選線組46。該備選線組46由沿徑向布置的多條備選線形成，兩條相鄰備選線之間的角距是一致的，并且所有備選線具有相同的長(zhǎng)度。當(dāng)然，可以采用不一致的間距，或者可以適應(yīng)性地設(shè)定每條線的長(zhǎng)度。在如上所述的設(shè)定備選線組46之后，對(duì)于每條備選線48，參照存在于該備選線48 上的多個(gè)像素值，基于這些像素值來(lái)計(jì)算離散值。具體地，計(jì)算出表示像素值的變化程度的評(píng)估值。在計(jì)算出與多條備選線相對(duì)應(yīng)的多個(gè)離散值之后，如圖5所示的確定具有這些值中的最大值的備選線。在圖5所示的示例中，這一備選線被表示為法線48A。具體地，在與組織49的外周緣49A大致正交的方向上設(shè)定法線48A，以使得法線48A貫穿對(duì)應(yīng)點(diǎn)42。然后，如圖6所示，參照線48B進(jìn)一步設(shè)定為與法線48A正交的線。參照線48B為沿著(平行于)外周緣49A的線。此外，確定多個(gè)采樣點(diǎn)，即，確定存在于該參照線48B上的一行采樣點(diǎn)50，并且參照這些采樣點(diǎn)的多個(gè)像素值，將插值像素值計(jì)算作為平均值或加權(quán)平均值。具體地，該內(nèi)插像素值為與對(duì)應(yīng)點(diǎn)42對(duì)應(yīng)的亮度值；更具體地，為圖3所示的關(guān)注點(diǎn)40的插值像素值。如上所述，盡管一致地參照了關(guān)注點(diǎn)或?qū)?yīng)點(diǎn)的周圍點(diǎn)，但是通過(guò)參照沿著組織的流向的多個(gè)像素值并且基于多個(gè)像素值獲得插值像素值，也可以形成具有加強(qiáng)輪廓或清晰輪廓的三維超聲波圖像。此外，如上所述，可以獲得如下優(yōu)點(diǎn)即使在通過(guò)減少射線的數(shù)量而生成具有低分辨率的原始圖像的情況下，也可以基于這一原始圖像在事后形成具有高分辨率的三維圖像。盡管在上述的示例中，在從多條備選線中確定法線之后獲得與該法線正交的參照線，但是也可以從多個(gè)離散值中指定最小離散值，然后將具有最小離散值的備選線確定作為參照線。在任一情況下，可期望使用對(duì)應(yīng)點(diǎn)或關(guān)注點(diǎn)作為中心來(lái)設(shè)定多條搜索線并且單獨(dú)評(píng)估這些線，然后將組織的流向確定作為評(píng)估結(jié)果。圖7圖示出了用于說(shuō)明上述程序的流程圖。具體地，在步驟SlO中關(guān)注點(diǎn)被設(shè)定在顯示圖像上，并且在步驟S12中在原始圖像上確定關(guān)注點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并且設(shè)定貫穿對(duì)應(yīng)點(diǎn)的多個(gè)備選方向。在步驟S 14中，對(duì)于每個(gè)備選方向計(jì)算離散值。然后，在步驟S16中具有最大離散值的備選方向被指定為法線方向，并且進(jìn)一步，在步驟S18中確定正交于法線方向的參照方向。參照方向?yàn)檠刂M織的輪廓的方向。如上所述，當(dāng)然在步驟S14之后， 可以通過(guò)確定具有最小離散值的方向來(lái)直接指定參照方向。在步驟S20中，借助于參照與存在于參照方向上的多個(gè)采樣點(diǎn)有關(guān)的多個(gè)像素值，將插值像素值計(jì)算為其平均值或其加權(quán)平均值。在該情況下，可以參照存在于參照方向上的單條線的像素值，或者可以參照多條線。具體地，可以通過(guò)設(shè)定以矩形形狀延伸的窗口并且參照該窗口中的像素值來(lái)獲得插值
像素值。圖8圖示出了在各階段中應(yīng)用的多個(gè)后處理操作。在第一階段中，應(yīng)用如方向性插值處理單元52所示的方向性插值處理。在第二階段中，應(yīng)用如對(duì)比度加強(qiáng)處理單元M所示的對(duì)比度加強(qiáng)處理。對(duì)比度加強(qiáng)處理單元M包括灰度確定單元56、銳度確定單元58和銳度執(zhí)行單元60?；叶却_定單元56為計(jì)算在具有例如mXm像素的窗口內(nèi)的平均值的模塊。 銳度確定單元58為基于該窗口內(nèi)的離散值來(lái)計(jì)算權(quán)重K的模塊。下面將參照?qǐng)D9描述用于計(jì)算權(quán)重K的函數(shù)。銳度執(zhí)行單元60基于當(dāng)前所關(guān)注的像素的像素值I和窗口內(nèi)的平均值 I'以及進(jìn)一步考慮到權(quán)重K來(lái)獲得作為輸出值的像素值。更具體地，計(jì)算I+KX (I-I')。 該計(jì)算為這樣的處理其中如果關(guān)注像素值的亮度值大于背景平均亮度值，則增加亮度值， 而如果關(guān)注像素值的亮度值小于背景平均亮度值，則減小亮度值。然而，由于期望的是亮度值在離散值大的情況下不發(fā)生大幅度的變化，因此權(quán)重K用作抑制系數(shù)。更具體地，例如根據(jù)圖9中所示的函數(shù)62A來(lái)確定權(quán)重K。在圖9中，水平軸表示離散值，而豎軸表示權(quán)重K。例如當(dāng)離散值為al或更小時(shí)，K= 1.0被設(shè)定為權(quán)重，并且當(dāng)離散值在al和a2之間的范圍之內(nèi)時(shí)，離散值越大，則權(quán)重K就越小。此外，當(dāng)離散值為a2 或更大時(shí)，權(quán)重K被設(shè)定為0。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)離散值低時(shí)，對(duì)比度加強(qiáng)，并且隨著離散值增大，這種加強(qiáng)處理減弱，最終不執(zhí)行加強(qiáng)處理。當(dāng)然，該函數(shù)62A僅為一個(gè)示例，還可以使用由附圖標(biāo)記62B所示的函數(shù)。這里，如圖8所示，對(duì)于權(quán)重K的計(jì)算，還可以增大和減小參數(shù)k從而允許用戶改變函數(shù)形狀。例如，該參數(shù)k為離散值待乘以的系數(shù)。圖10圖示出了原始圖像，而圖11圖示出了對(duì)原始圖像已應(yīng)用常規(guī)的線性插值處理的結(jié)果。對(duì)于線性插值處理，放大率已經(jīng)被改變。如圖11所示，當(dāng)應(yīng)用無(wú)方向性的一般線性插值處理時(shí)，圖像質(zhì)量顯著降低。換句話說(shuō)，圖像內(nèi)容變模糊。圖12圖示出了對(duì)原始圖像應(yīng)用方向性插值處理的結(jié)果。如圖12所示，原始圖像的圖像質(zhì)量在即使放大率改變的條件下仍得以保持，并且由于清晰地顯示了胎兒的輪廓反而使得圖像內(nèi)容更優(yōu)質(zhì)。反言之， 在將要執(zhí)行這樣的后處理的前提下，即使當(dāng)射線的數(shù)量被減少以降低計(jì)算量時(shí)，也能夠執(zhí)行快速的三維圖像形成。圖13圖示出了上述后處理的效果。在圖13中，水平軸表示像素的位置，而豎軸表示亮度值。附圖標(biāo)記100表示常規(guī)的無(wú)方向性線性插值處理的結(jié)果，而附圖標(biāo)記102表示根據(jù)本實(shí)施例的方向性插值處理的結(jié)果。在后者的處理中，不平度被加強(qiáng)；尤其是，輪廓被加強(qiáng)，如圖所示，從而提高了圖像質(zhì)量。圖14圖示出了作為要在顯示屏幕104內(nèi)顯示的圖像的四視圖顯示。四視圖顯示由3D圖像和三個(gè)B模式圖像形成。三個(gè)B模式圖像彼此正交。圖15圖示出了由3D圖像和單個(gè)B模式圖像形成的兩視圖顯示。圖16圖示出了由單個(gè)3D圖像形成的單視圖顯示。 在本實(shí)施例中，例如，在如圖4所示的形成三維圖像之后，可構(gòu)造如圖15所示的稍大的三維圖像或如圖16所示的大的三維圖像。具體地，可以用簡(jiǎn)單的方式生成放大的三維圖像或具有提高的分辨率的三維圖像，而無(wú)需增加射線的數(shù)量。此外，執(zhí)行控制以使得放大率依據(jù)視圖的數(shù)量而自動(dòng)地改變。盡管在上述實(shí)施例中方向性插值處理應(yīng)用于胎兒的三維圖像，但類似的處理也可應(yīng)用于其它的組織。例如，上述的處理可應(yīng)用于代表血流的三維多普勒?qǐng)D像。在該情況下， 方向性插值處理可應(yīng)用于形成三種原色的各種顏色的信息。此外，盡管在上述實(shí)施例中在方向性插值處理之后應(yīng)用了對(duì)比度處理，但是并不總是需要執(zhí)行后者的處理，并且可以根據(jù)需要來(lái)應(yīng)用后者的處理。 盡管已經(jīng)使用了特定術(shù)語(yǔ)來(lái)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但這種描述僅為示例性的目的，并且應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離所附的權(quán)利要求的精神或范圍的情況下可以進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種超聲波圖像處理裝置，包括繪制單元，其相對(duì)于從活生物體內(nèi)的三維空間中獲取的體數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定多條射線并且沿著每條射線執(zhí)行繪制操作，從而生成呈三維圖像形式的原始圖像；以及方向性插值處理單元，其基于所述原始圖像生成顯示圖像，所述方向性插值處理單元基于所述原始圖像將方向性插值處理應(yīng)用于形成所述顯示圖像的每個(gè)關(guān)注像素上，以便對(duì)于所述關(guān)注像素生成插值像素值，其中，在所述方向性插值處理中，在所述原始圖像中以三維形式表示的組織的流向上確定用于計(jì)算所述插值像素值的像素參照方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波圖像處理裝置，其中所述顯示圖像為具有的放大率或分辨率不同于所述原始圖像的放大率或分辨率的圖像，并且所述放大率或所述分辨率在所述方向性插值處理時(shí)改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波圖像處理裝置，其中所述方向性插值處理單元包括評(píng)估值計(jì)算單元，其使用與所述關(guān)注像素對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)作為基準(zhǔn)在所述原始圖像上設(shè)定多個(gè)相互不同的備選方向，并且計(jì)算表示像素值在各個(gè)所述備選方向上變化的評(píng)估值； 方向確定單元，其基于計(jì)算出的多個(gè)評(píng)估值來(lái)確定所述像素參照方向；以及插值像素值計(jì)算單元，其基于與在所述像素參照方向上布置的多個(gè)像素有關(guān)的多個(gè)像素值來(lái)計(jì)算所述插值像素值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波圖像處理裝置，其中作為將所述方向性插值處理應(yīng)用于形成所述顯示圖像的各個(gè)像素的結(jié)果，生成與所述原始圖像的放大圖像對(duì)應(yīng)的所述顯示圖像，并且基于被設(shè)定用于生成所述原始圖像的射線的數(shù)量來(lái)確定所述顯示圖像的放大比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波圖像處理裝置，進(jìn)一步包括后處理單元，其將后處理應(yīng)用于通過(guò)所述方向性插值處理生成的所述顯示圖像， 其中，所述后處理為用于調(diào)節(jié)所述顯示圖像的對(duì)比度的處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波圖像處理裝置，其中通過(guò)對(duì)比度調(diào)節(jié)處理，當(dāng)輸入像素值大于背景平均亮度值時(shí)，基于所述輸入像素值，輸出大于所述輸入像素值的輸出像素值，并且當(dāng)輸入像素值小于所述背景平均亮度值時(shí)，基于所述輸入像素值，輸出小于所述輸入像素值的輸出像素值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波圖像處理裝置，其中所述體數(shù)據(jù)為胎兒的體數(shù)據(jù)。
8.一種在信息處理裝置中執(zhí)行的超聲波圖像處理程序，所述程序包括相對(duì)于從活生物體內(nèi)的三維空間中獲取的體數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定多條射線并且沿著每條射線執(zhí)行繪制操作從而生成呈三維圖像形式的原始圖像的模塊；以及方向性插值處理模塊，其基于所述原始圖像生成顯示圖像，所述方向性插值處理模塊基于所述原始圖像將方向性插值處理應(yīng)用于形成所述顯示圖像的每個(gè)關(guān)注像素上，以便對(duì)于所述關(guān)注像素生成插值像素值， 所述方向性插值處理包括使用與所述關(guān)注像素對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)作為基準(zhǔn)在所述原始圖像上設(shè)定多個(gè)相互不同的備選方向，并且計(jì)算表示像素值在各個(gè)所述備選方向上變化的評(píng)估值的處理；基于計(jì)算出的多個(gè)評(píng)估值從所述多個(gè)備選方向中確定用于計(jì)算插值像素值的像素參照方向的處理；以及基于與在所述像素參照方向上布置的多個(gè)像素有關(guān)的多個(gè)像素值來(lái)計(jì)算所述插值像素值的處理，其中，在所述方向性插值處理中，在所述原始圖像中以三維形式表示的組織的流向上確定所述像素參照方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波圖像處理程序，其中在所述方向性插值處理中，改變放大率或分辨率的處理與插值處理同時(shí)執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超聲波圖像處理裝置，在該超聲波圖像處理裝置中，基于體繪制方法從體數(shù)據(jù)中生成呈三維超聲波圖像形式的原始圖像。然后，將方向性插值處理應(yīng)用于原始圖像。更具體地，首先在原始圖像上確定與顯示圖像中的關(guān)注像素相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。然后，在原始圖像上，設(shè)定貫穿該對(duì)應(yīng)點(diǎn)的多個(gè)備選方向，并且對(duì)于每個(gè)備選方向計(jì)算離散值。此外，在備選方向中指定具有最大離散值的法線方向，并且在與指定的法線正交的方向上確定沿著組織的輪廓的參照方向。可選擇地，在多個(gè)備選方向中將參照方向確定為具有最小離散值的方向?；诖嬖谟趨⒄辗较蛏系亩鄠€(gè)像素值，計(jì)算關(guān)注像素的插值像素值。根據(jù)需要，在方向性插值處理后進(jìn)一步應(yīng)用對(duì)比度加強(qiáng)處理。
文檔編號(hào)G06T15/08GK102436672SQ20111025140
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者村下賢 申請(qǐng)人:日立阿洛卡醫(yī)療株式會(huì)社