超声波诊断装置 |
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| 申请号 | CN201610011440.6 | 申请日 | 2016-01-08 | 公开(公告)号 | CN106037820A | 公开(公告)日 | 2016-10-26 |
| 申请人 | 柯尼卡美能达株式会社; | 发明人 | 武田义浩; 高木一也; 色摩让; 堀内亮; | ||||
| 摘要 | 提供能够容易且更准确地检测穿刺针的 超 声波 诊断装置。一种 超声波 诊断装置(U)，基于在被检体内部被反射而接收的超声波 信号 ，生成被检体内部的超声波图像，其包括：针 位置 决定部(162，163)，对于超声波图像的各区域，关于沿着被射入被检体的超声波的射入方向的超声波信号的分布，取得比判断对象的区域更深的区域中的信号强度所涉及的深部特征值，并基于深部特征值而决定被刺入到被检体内部的穿刺针的位置；以及强调处理部(164)，进行用于强调在超声波图像中决定的穿刺针的位置的处理。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种超声波诊断装置，基于在被检体内部被反射而接收的超声波信号，生成该被检体内部的超声波图像，其特征在于，所述超声波诊断装置包括： |
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| 说明书全文 | 超声波诊断装置技术领域背景技术[0002] 以往，有对被检体内部照射超声波，接收在该被检体内部的反射波(回波)而进行预定的信号数据处理，从而进行被检体的内部构造的检查的超声波诊断装置。这样的超声波诊断装置广泛使用在医疗目的的检查、治疗或建筑构造物内部的检查这样的各种用途。 [0003] 超声波诊断装置不仅是对所取得的反射波的数据进行处理而显示图像，还用于在采集被检体内的特定的部位(目标)的样本，或排除水等，或者，对特定的部位注入并留置药剂或标记(marker)等时，一边视觉识别用于此的穿刺针和目标的位置，一边向目标位置刺入该穿刺针的情况。通过利用这样的超声波图像，能够迅速、可靠且容易地进行对于被检体内的目标的处理。 [0004] 但是，由于穿刺针一般较细且相对于被检体斜着插入，因此相对于被检体垂直射入的超声波的反射光不会充分地沿着该超声波的发送接收方向反射，从而不会在超声波图像中清楚地显现，存在使用者难以视觉识别的问题。 [0005] 相对于此，以往，存在用于使使用者能够更加明确地对穿刺针进行视觉识别的各种技术。作为这些技术的一个方向，存在对超声波图像进行分析而检测穿刺针，并使其强调显示的技术。在专利文献1中公开了如下技术：取得穿刺针的插入方向所涉及的信息，在超声波图像中应用用于强调在该插入方向上延伸的亮度的边缘的滤波器从而进行穿刺针的强调处理。此外，在专利文献2中公开了如下技术：从超声波图像中检测出直线状地显现的高亮度区域，基于该直线上的亮度分布而确定穿刺针的前端，从而确定穿刺针的位置。 [0006] 现有技术文献 [0007] 专利文献 [0008] 专利文献1：(日本)特许第5473853号公报 [0009] 专利文献2：(日本)特许第5486449号公报 [0010] 但是，存在为了取得穿刺针的插入准确度等的信息，除了以往的结构之外还需要追加的结构或时间的课题。此外，在以往的检测技术中，存在容易检测出另外存在的直线状的亮度分布的课题。 发明内容[0011] 本发明的目的在于提供一种能够容易且准确地检测出穿刺针的超声波诊断装置。 [0012] 为了解决上述课题，技术方案1所述的发明是， [0013] 一种超声波诊断装置，基于在被检体内部被反射而接收的超声波信号，生成该被检体内部的超声波图像，其特征在于，所述超声波诊断装置包括： [0014] 针位置决定部，对于所述超声波图像的各区域，关于沿着被射入所述被检体的超声波的射入方向的所述超声波信号的分布，取得比判断对象的区域更深的区域中的信号强度所涉及的深部特征值，并基于该深部特征值而决定被刺入到所述被检体内部的穿刺针的位置；以及 [0015] 针强调处理部，进行用于强调在所述超声波图像中决定的所述穿刺针的位置的处理。 [0016] 此外，技术方案2所述的发明的特征在于，在技术方案1所述的超声波诊断装置中，[0017] 所述针位置决定部将所述深部特征值关于所述射入方向的变化率所涉及的值作为预定的特征量，基于该预定的特征量而决定所述穿刺针的位置。 [0018] 此外，技术方案3所述的发明的特征在于，在技术方案1所述的超声波诊断装置中，[0019] 所述针位置决定部取得所述深部特征值、和比所述判断对象的区域更浅的区域中的信号强度所涉及的浅部特征值，并基于所述深部特征值以及所述浅部特征值，决定被刺入到所述被检体内部的穿刺针的位置。 [0020] 此外，技术方案4所述的发明的特征在于，在技术方案3所述的超声波诊断装置中，[0021] 所述针位置决定部将所述深部特征值关于所述射入方向的变化率所涉及的值与所述浅部特征值的积作为预定的特征量，基于该预定的特征量而决定所述穿刺针的位置。 [0022] 此外，技术方案5所述的发明的特征在于，在技术方案3所述的超声波诊断装置中，[0023] 所述针位置决定部将所述深部特征值关于所述射入方向的变化率所涉及的值、与将所述浅部特征值设为预定的系数倍后的值之和作为预定的特征量，基于该预定的特征量而决定被刺入到所述被检体内部的穿刺针的位置。 [0024] 此外，技术方案6所述的发明的特征在于，在技术方案3所述的超声波诊断装置中，[0025] 所述针位置决定部将所述深部特征值和所述浅部特征值的差异作为预定的特征量，基于该预定的特征量而决定被刺入到所述被检体内部的穿刺针的位置。 [0026] 此外，技术方案7所述的发明的特征在于，在技术方案6所述的超声波诊断装置中，[0027] 所述针位置决定部基于所述预定的特征量关于所述射入方向的变化率所涉及的值，决定被刺入到所述被检体内部的穿刺针的位置。 [0028] 此外，技术方案8所述的发明的特征在于，在技术方案3～7的任一项所述的超声波诊断装置中， [0029] 所述针位置决定部取得与比所述判断对象的区域更浅的方向的各区域中的信号强度对应的值的平均值、最频值、或者中值的任一个，作为所述浅部特征值。 [0030] 此外，技术方案9所述的发明的特征在于，在技术方案1～8的任一项所述的超声波诊断装置中， [0031] 所述针位置决定部取得与比所述判断对象的区域更深的方向的各区域中的信号强度对应的值的最大值，作为所述深部特征值。 [0032] 此外，技术方案10所述的发明的特征在于，在技术方案2、4～7的任一项所述的超声波诊断装置中， [0033] 所述针位置决定部将所述预定的特征量满足预定的条件的多个所述区域作为检测候选区域而提取，并基于该检测候选区域而决定所述穿刺针的位置。 [0034] 此外，技术方案11所述的发明的特征在于，在技术方案10所述的超声波诊断装置中， [0036] 此外，技术方案12所述的发明的特征在于，在技术方案1～11的任一项所述的超声波诊断装置中，包括： [0037] 发送接收部，进行所述超声波信号的发送接收；以及 [0038] 发送接收控制部，控制该发送接收部的发送接收范围， [0039] 在取得用于所述针位置决定部决定所述穿刺针的位置的超声波图像时，与取得不进行所述穿刺针的位置的决定的超声波图像时相比，所述发送接收控制部使所述超声波向与所述穿刺针的长度方向垂直的宽度方向射入的宽度变窄。 [0040] 此外，技术方案13所述的发明的特征在于，在技术方案1～12的任一项所述的超声波诊断装置中， [0041] 所决定的所述穿刺针的形状是直线形状。 [0043] 图1是本发明的实施方式的超声波诊断装置的整体结构图。 [0044] 图2是表示超声波诊断装置的内部结构的框图。 [0045] 图3是用于说明穿刺针检测所涉及的检测图数据的计算的示意图。 [0046] 图4(a)～(c)是表示穿刺针检测图数据的计算例的图。 [0047] 图5(a)～(d)是表示基于检测图数据图检测出了与穿刺针对应的直线的例子的图。 [0048] 图6是用于说明穿刺针的强调处理的图。 [0049] 图7是表示穿刺针的前端位置的估计所涉及的一例的图。 [0050] 图8是表示穿刺针的前端位置的估计所涉及的第2例的图。 [0051] 图9是表示穿刺针的前端位置的估计所涉及的第3例的图。 [0052] 图10是表示穿刺针的前端位置的估计所涉及的第4例的图。 [0053] 图11(a)～(b)是表示所鉴别的穿刺针的位置的强调显示例的图。 [0054] 图12是表示穿刺针检测强调处理的控制步骤的流程图。 [0055] 图13(a)～(b)是表示相对于深度方向的浅部特征值、深部特征值、特征量、以及偏微分值的变化例的示意图。 [0056] 图14(a)～(c)是表示相对于深度方向的浅部特征值、深部特征值、偏微分值、以及在第2实施方式的超声波诊断装置中求出的特征量的变化的例子的示意图。 [0057] 标号说明 [0058] 1 超声波诊断装置主体 [0059] 2 超声波探头 [0060] 3 穿刺针 [0061] 4 安装部 [0062] 11 控制部 [0063] 12 发送驱动部 [0064] 13 接收驱动部 [0065] 14 发送接收切换部 [0066] 15 图像生成部 [0067] 16 图像处理部 [0068] 161 存储部 [0069] 162 检测图生成部 [0070] 163 穿刺针鉴别部 [0071] 164 强调处理部 [0072] 18 操作输入部 [0073] 19 输出显示部 [0074] 21 振子排列 [0075] 210 振子 [0076] 22 线缆 [0077] L 候选线 [0078] Q 被检体 [0079] U 超声波诊断装置 具体实施方式[0080] 以下，基于附图说明本发明的实施方式。 [0081] [第1实施方式] [0082] 首先，说明本发明的超声波诊断装置的第1实施方式。 [0083] 图1是第1实施方式的超声波诊断装置U的整体图。图2是表示超声波诊断装置U的内部结构的框图。 [0084] 如图1所示，该超声波诊断装置U具备超声波诊断装置主体1、经由线缆22连接到超声波诊断装置主体1的超声波探头2(超声波探针、发送接收部)、在超声波探头2上安装的安装部4(附件(attachment)、刺入机构)、穿刺针3等。 [0085] 穿刺针3在此具有空心状的长针形状，以通过安装部4的设定而决定的角度被刺入被检体。穿刺针3能够根据采集的目标(检体)或者所注入的药剂等的类别或分量而改装具有适当的粗细、长度或前端形状的穿刺针。 [0086] 安装部4以所设定的朝向(方向)来保持穿刺针3。安装部4被安装在超声波探头2的侧部，能够适当地变更设定与穿刺针3相对于被检体的刺入角度相应的穿刺针3的朝向。另外，也可以取代安装部4，而在超声波探头2上直接设置朝着刺入方向保持穿刺针3的引导部。 [0087] 在超声波诊断装置主体1中设置有操作输入部18和输出显示部19。此外，如图2所示，超声波诊断装置主体1除了这些之外，还具备控制部11(发送接收控制部)、发送驱动部12、接收驱动部13、发送接收切换部14、图像生成部15、图像处理部16等。 [0088] 超声波诊断装置主体1的控制部11基于由来自外部的输入操作产生的来自操作输入部18的键盘或鼠标这样的输入设备的操作信号、或来自用于检测对显示画面的触摸动作的触摸传感器的检测信号，进行如下的一系列的动作：对超声波探头2输出驱动信号而使其输出超声波，并且，从超声波探头2取得超声波接收所涉及的接收信号而进行各种处理，根据需要使输出显示部19的显示画面等中显示结果等。 [0089] 控制部11具备CPU(中央处理单元)、HDD(硬盘驱动)以及RAM(随机存取存储器)等。CPU读出在HDD中存储的各种程序而载入RAM，并按照该程序统括控制超声波诊断装置U的各部的动作。HDD存储用于使超声波诊断装置U进行动作的控制程序以及各种处理程序、或各种设定数据等。这些程序或设定数据也可以设为除了HDD之外，例如以可读写且更新的方式存储到使用了包含SSD(固态驱动)的闪存等非易失性存储器的辅助存储装置中。RAM是SRAM或DRAM等的易失性存储器，对CPU提供作业用的存储器空间，临时存储数据。 [0090] 发送驱动部12按照从控制部11输入的控制信号而输出要提供给超声波探头2的脉冲信号，使超声波探头2产生超声波。发送驱动部12例如具备时钟产生电路、脉冲产生电路、脉宽设定部、以及延迟电路。时钟产生电路是产生用于决定脉冲信号的发送定时或发送频率的时钟信号的电路。脉宽设定部设定从脉冲产生电路输出的发送脉冲的波形(形状)、电压振幅以及脉宽。脉冲产生电路基于脉宽设定部的设定而生成发送脉冲，并输出到按超声波探头2的各个振子210而不同的布线路径。延迟电路对从时钟产生电路输出的时钟信号进行计数，若经过所设定的延迟时间，则使脉冲产生电路产生发送脉冲而输出到各布线路径。 [0091] 接收驱动部13是按照控制部11的控制而取得从超声波探头2输入的接收信号的电路。接收驱动部13例如具备放大器、A/D变换电路、调相加法电路。放大器是将与由超声波探头2的各振子210所接收的超声波相应的接收信号，以预先设定的预定的放大率分别进行放大的电路。A/D变换电路是将放大后的接收信号以预定的采样频率变换为数字数据的电路。调相加法电路是对A/D变换后的接收信号，按与每个振子210对应的每个布线路径提供延迟时间而调整时间相位，并将这些相加(调相相加)而生成声线数据的电路。 [0092] 发送接收切换部14基于控制部11的控制，进行用于实现以下操作的切换动作：在从振子210发射(发送)超声波的情况下使驱动信号从发送驱动部12发送到振子210，另一方面，在取得振子210发射的超声波所涉及的信号的情况下使接收信号输出到接收驱动部13。 [0093] 图像生成部15生成基于超声波的接收数据(超声波信号)的诊断用图像(超声波图像)。图像生成部15对从接收驱动部13输入的声线数据进行检波(包络线检波)而取得信号，并且，根据需要进行对数放大、滤波(例如，低通处理、平滑化等)或强调处理等。图像生成部15生成以与该信号强度相应的亮度信号来表示在包含信号的发送方向(射入方向、被检体的深度方向)和由超声波探头2发送的超声波的扫描方向的面内的二维构造(被检体内部的构造)的B模式显示所涉及的各帧图像数据，作为诊断用图像之一。此时，图像生成部15能够进行显示所涉及的动态范围的调整或伽马校正等。该图像生成部15能够设为具备用于这些图像生成的专用的CPU或RAM的结构。或者，在图像生成部15中，图像生成所涉及的专用的硬件结构也可以在基板(ASIC(特定用途集成电路)等)上形成而具备。或者，图像生成部15也可以是由控制部11的CPU以及RAM进行图像生成所涉及的处理的结构。 [0094] 图像处理部16进行用于从所生成的诊断用图像检测穿刺针3而进行强调显示的各种处理，并且在显示定时之前临时进行存储保持。图像处理部16具备存储部161、检测图生成部162、穿刺针鉴别部163、强调处理部164(针强调处理部)等。 [0095] 由检测图生成部162和穿刺针鉴别部163构成针位置决定部。 [0096] 存储部161将在图像生成部15中进行处理而用于实时显示或基本实时的显示的诊断用图像数据(帧图像数据)，以帧为单位存储最近的预定帧数。存储部161例如是DRAM(动态随机存取存储器)等的易失性存储器。或者，该存储部161也可以是能够实现快速改写的非易失性存储器。在存储部161中存储的诊断用图像数据按照控制部11的控制而被读出，且被发送到输出显示部19，或者经由省略图示的通信部而被输出到超声波诊断装置U的外部。这时，在输出显示部19的显示方式为电视方式的情况下，在存储部161和输出显示部19之间设置DSC(数字信号转换器)而转换了扫描格式之后输出即可。此外，存储部161能够将根据超声波诊断装置U的使用者对操作输入部18的输入操作而进行了保存命令的诊断用图像数据，在超声波诊断装置U的动作中、在预先设定的期间、或者在通过使用者的输入操作而被消去之前进行存储。 [0097] 检测图生成部162生成用于在穿刺针鉴别部163中鉴别穿刺针3而决定其位置的检测图数据。关于检测图数据在后面详细叙述。 [0098] 穿刺针鉴别部163使用在检测图生成部162中生成的检测图数据而进行穿刺针3的鉴别。穿刺针鉴别部163存储至今为止所鉴别的穿刺针位置的历史，例如能够预先计算该位置的变化速度以及变化方向(位移矢量)。该情况下，穿刺针鉴别部163能够基于这些位置或变化矢量而预先求出穿刺针3的下一次的估计位置，并在鉴别时使用。 [0099] 强调处理部164进行用于在显示图像上强调所鉴别的穿刺针3的位置的处理。强调处理部164决定与在穿刺针鉴别部163中鉴别且决定的穿刺针3的位置或鉴别的准确度相应的强调处理的内容，对诊断用图像进行该强调处理后使其存储到存储部161。 [0100] 检测图生成部162、穿刺针鉴别部163以及强调处理部164可以共享图像处理部16的CPU以及RAM，也可以各自具备专用的CPU以及RAM。或者，检测图生成部162、穿刺针鉴别部163以及强调处理部164也可以使用控制部11的CPU以及RAM进行各种处理。 [0102] 输出显示部19具备使用了LCD(液晶显示器)、有机EL(电致发光)显示器、无机EL显示器、等离子显示器、CRT(阴极射线管)显示器这样的各种显示方式中的任一个的显示画面及其驱动部。输出显示部19按照从CPU15输出的控制信号或在图像处理部16中生成的图像数据而生成显示画面(各显示像素)的驱动信号，并在显示画面上显示超声波诊断所涉及的菜单、状态、或基于所接收的超声波的测量数据。此外，输出显示部19也可以是另外具备LED灯等从而显示电源的接通有无等的结构。 [0103] 这些操作输入部18、输出显示部19可以在超声波诊断装置主体1的机壳中一体设置，也可以经由RGB线缆、USB线缆或HDMI线缆(注册商标：HDMI)等被安装在外部。此外，如果在超声波诊断装置主体1中设置有操作输入端子或显示输出端子，则也可以在这些端子上连接以往的操作用以及显示用的外围设备而利用。 [0104] 超声波探头2作为将超声波(这里为1～30MHz左右)振荡而对生物体等的被检体发射，并且接收在发射的超声波中由被检体反射的反射波(回波)而变换为电信号的声音传感器发挥作用。该超声波探头2具备对超声波进行发送接收的多个振子210的排列即振子排列21(发送接收部)、线缆22等。 [0105] 线缆22在其一端具有与超声波诊断装置主体1的连接器(省略图示)，超声波探头2构成为能够通过该线缆22相对于超声波诊断装置主体1进行装卸。用户以预定的压力使该超声波探头2中的超声波的发送接受面、即从振子排列21发射超声波的方向的面接触到被检体而使超声波诊断装置U进行动作，进行超声波诊断。 [0106] 另外，超声波诊断装置主体1和超声波探头2之间，不仅可以使用有线的线缆22进行连接，还能够使用基于红外线或电波等的无线通信部件而连接。 [0107] 振子排列21是具备了压电元件的多个振子210的排列，例如向预定的方向(扫描方向)的一维排列，其中，压电元件具有压电体和设置在通过其变形(伸缩)而显现电荷的两端上的电极。通过在振子210中依次被提供电压脉冲(脉冲信号)，根据在各电压体中产生的电场而压电体变形，超声波被发出。此外，若预定的频带的超声波射入振子210，则因其声压而导致压电体的厚度变动(振动)，从而产生与该变动量相应的电荷，变换为与该电荷量相应的电信号并输出。 [0108] 下面，详细地说明本实施方式的超声波诊断装置U中的穿刺针3的检测方法。 [0109] 图3是用于说明穿刺针检测所涉及的检测图数据的计算的示意图。此外，图4是表示穿刺针检测图数据的计算例的图。 [0110] 在此，从图的上方的超声波探头2朝下(z方向)射入超声波，由被检体Q的内部反射后朝上传递的反射波被接收、检测。 [0111] 穿刺针3根据其粗细或倾斜而导致向与上方不同的朝向(在图3中，右斜上方)反射的超声波分量较多，依然向下方传播的分量较少，因而其结果，比穿刺针3更下方的区域Q1成为超声波的影子的区域(声影)，由该区域Q1反射的超声波分量与其他的区域Q0相比整体上减少。因此，在本实施方式的超声波诊断装置U中，通过鉴别区域Q0和区域Q1的边界而进行穿刺针3的检测。 [0112] 这时，如果超声波从穿刺针3的两侧(相对于图3的显示面为正交(前后)方向)传输，则下方的反射波强度的降低会变得相对小，因而期望超声波的发送接收幅度相比穿刺针3的宽度不要过宽。 [0113] 为了鉴别该边界，首先，对与各像素位置(例如，(x0，z0))中的反射波强度相应的亮度值s(x0，z0)(x0、z0是0以上的整数)，基于相对于该像素位置(判断对象的区域)沿超声波的射入方向(z方向)的亮度值的分布而进行分析。在此，计算在被检体Q的相比像素位置(x0，z0)更浅一侧(z≤z0)的各像素位置上取得的反射波强度的统计性的代表值，在此为平均值sa＝∑s(x0，z≤z0)/(z0+1)(浅部特征值)。该平均值sa在比上述的边界位置更浅一侧(z较小的一侧)的各像素位置中，其值随着包含高亮度的区域而暂时上升，在较深一侧(z较大的一侧)的各像素位置中，伴随整体亮度低的区域占据的比例增加而逐渐降低。此外，在没有被刺入穿刺针3的位置上，由于不存在整体浓度的降低，因而该平均值sa的值不会大幅变化。或者，也可以计算并使用代表被检体Q的较浅一侧的像素值的其他统计值，例如中值smedian(s(x0，z≤z0))、或每个预定的亮度值幅度g的亮度出现数(出现率)分布中的最频值smode(s(x0，z≤z0)，g)(其亮度值幅度中值)，作为浅部特征值。 [0114] 另一方面，在各像素位置(x0，z0)中，计算在被检体Q的比该像素位置更深一侧(z≥z0)的各像素位置中得到的反射波强度的最大值sm＝max(s(x0，z≥z0))(深部特征值)。该最大值sm在被检体Q的较浅的位置中存在高亮度的点时，随着深度方向的坐标z0变大，以该高亮度的点为边界不连续地降低，在穿刺针3的位置上以较高的概率产生该不连续的降低。 [0115] 从而，在各像素位置(x0，z0)中，作为平均值sa和最大值sm的差异的特征量sc＝sa-sm，在穿刺针3的位置上因s0上升且sm减少而成为较大的值。并且，还计算该特征量sc向z方向的偏微分值(与相邻像素位置的差值) 在此，例如只是对各x0、z0计算sc(x0，z0)-sc(x0，z0-1)，并设为检测图数据。 [0116] 对于图4(a)的诊断用图像，如图4(b)那样得到该特征量sc的二维图，还如图4(c)那样得到检测图数据。 [0117] 若对所有的像素位置得到偏微分值ds，则接着使用该检测图数据而进行穿刺针3的检测。在该检测中使用以往公知的检测方法，尤其是用于从图像数据检测直线的方法。在此，例如使用霍夫(Hough)变换。 [0118] 图5是表示基于在图4(c)中得到的检测图数据来检测与穿刺针3对应的直线的例子的图。 [0119] 在图4(c)中得到的检测图数据上的各点的值即偏微分值ds，例如通过预定的阈值进行二值化，如图5(a)所示，阈值以上的(满足预定的条件)点被决定为穿刺针3的候选点(xi，zi)(检测候选区域的像素)。候选点(xi，zi)一般无法清楚地示出超声波图像中的与穿刺针3的整体位置对应的范围(针位置范围)，屡屡离散地决定。 [0120] 接着，一般鉴于穿刺针3为直线形状的情况，通过霍夫变换而进行该候选点根据该穿刺针3的形状而密集在同一直线上的该直线的检测(图5(b))。在使用长度变量ρ和角度变量θ通过ρ＝xi·cosθ+zi·sinθ表示了各候选点(xi，zi)的情况下，满足该算式的(ρ，θ)的组合分别表示从原点向穿过候选点(xi，zi)的直线的垂线的长度、和由x轴和该直线构成的角度。从而，有从最多的候选点(xi，zi)的投票的点(ρ0，θ0)，表示穿过这些候选点上的合理的直线(候选线)(图5(c))。 [0121] 此外，作为检测线段而非直线的方法，有概率性霍夫变换。在该概率性霍夫变换中，从随机选择的点群中通过霍夫变换而检测出候选线之后，确认该选择的线群在候选线上的存在范围。由此，通过在候选线上决定起点和终点，作为结果，能够检测出线段(长度)。 [0122] 这时，在除了穿刺针3之外还存在直线状地排列的候选点的情况下，不一定要缩减为一个候选线，也可以保留多个候选线。此外，在能够基于其他方法而预先推测穿刺针3的位置的情况下，也可以基于该推测而从多个中选择穿刺针3的候选线。 [0123] 若检测出候选线，则根据该候选线的可信度等而决定该候选线的强调程度(图5(d))。即，在留有多条候选线的情况下，也能够在符合穿刺针3的可能性高的候选线和可能性低的候选线中改变强调的程度。 [0124] 下面，说明诊断用图像中的穿刺针3的强调显示。 [0125] 在本实施方式的超声波诊断装置U中，关于对诊断用图像所选择的候选线上的穿刺针3合理存在的范围，以与该合理度相应的强调度对诊断用图像叠加强调显示，从而进行穿刺针3的强调显示。 [0126] 图6是用于说明穿刺针3的强调处理的图。 [0127] 如上所述，在使用霍夫变换而选择的候选线L中，两端均没有决定，因而无法确定穿刺针3的前端位置。此外，穿刺针3的前端部因其形状等而导致与穿刺针3的其他部分相比超声波的散射更多，反射波进一步变少，因而有时很难鉴别。此外，在该前端部的前方存在噪声或者存在对超声波进行反射的其他构造的情况下，有时会错误识别为该位置是前端从而成为与准确的范围不同的强调显示。因此，在本实施方式的超声波诊断装置U中，基于在候选线L的选择中使用的候选点的分布状况，尤其是集合的状态(集合的中心位置或集合程度等)，一边在合理的穿刺针3的范围中改变强调的程度，一边进行强调显示(强调抑制)。 [0128] 在图6所示的图中，用圆圈(Ο)示意性地示出的候选点在候选线L上偏向左侧而分布。此外，在用加号(+)示出的穿刺针3的实际的前端位置附近，候选点比左端附近少，进而，在该前端位置的前方(右侧)也存在少量的候选点。 [0129] 在此，例如，首先对候选线上的所有候选点(xi，zi)(1≤i≤N)，以各候选点(xi，zi)中的特征量ωi＝sc(xi，zi)分别进行加权而计算加权平均位置(xc，zc)。即，使用满足1≤i≤N的N个候选点(xi，zi)以及N个特征量ωi，通过xc＝∑(ωi·xi)/∑(ωi)、zc＝∑(ωi·zi)/∑(ωi)而求出加权平均位置(xc，zc)。然后，以该加权平均位置为基准，以预定的滤波器使强调程度减少。作为滤波器，不特别限定，但例如也可以使用高斯窗或汉明窗等的窗函数，窗的宽度可以是诊断用图像内的候选线的长度而与实际的候选点的分布无关，或者是根据候选线上的候选点的方差值(标准偏差)而决定的值。此外，方差值可以相对于加权平均位置在左侧和右侧单独算出，也可以除了方差值之外还求出偏斜度或峰度等而使用。此外，这些窗函数也可以根据候选点的数目或分布而从多个列表中选择适当的窗函数。 [0130] 此外，为了更加应对穿刺针3的存在范围，也可以按预定尺寸的范围而求出候选点的提取密度，对于与包含加权平均位置的范围的密度相比为预定的比例以上的密度的范围，不降低强调的程度。尤其，在穿刺针3横穿诊断用图像的一个端部而包含在诊断用图像中的情况下，也可以不抑制从加权平均位置到该端部之间的穿刺针3的强调程度。或者，由于候选线L上的候选点的数目一般随着穿刺针3的存在范围变长而变得越多，因而也可以根据该候选点的数目而决定不降低强调的程度的范围，或者改变滤波器的窗口宽度。 [0131] 此外，在该方法中候选点的提取范围和非提取范围被清楚地划分的情况下，也可以单纯地将该边界作为穿刺针3的前端，进而，也可以采用其他方法或者并用其他方法而估计前端位置，并设定与加权平均位置和该位置的长度相应的窗口的宽度。 [0132] 图7是表示穿刺针3的前端位置的估计所涉及的一例的图。 [0133] 当存在在对于大致静止的被检体刺入穿刺针3的过程中的不同的定时所取得的两张诊断用图像I(t)、I(t-1)的情况下，通过生成它们的差图像D(t)，从而只有移动的穿刺针3的前端部分作为非零的差值而呈现。 [0134] 图8是表示穿刺针3的前端位置的估计所涉及的第2例的图。 [0135] 在此，通过取对多个帧的诊断用图像分别设定的预定尺寸的区域内的像素值的相关，从而获得表示该相关值的分布的相关图图像R(t)。例如，将诊断用图像I(t)中的以坐标(x，y)为中心的预定尺寸的关心区域a(x，y，t)分别对各像素位置的坐标(x，y)进行设定，并且，设定前一帧的诊断用图像I(t-1)中的以该坐标(x，y)为中心的相同尺寸的关心区域b(x，y，t-1)，从而使用这两个区域a、b内的各像素值来计算相关系数r(x，y，t)(互相关系数)。在穿刺针3移动的情况下，包含该区域的关心区域a、b之间的相关系数r(x，y，t)的值会变小，从而推测穿刺针3的前端位置。 [0136] 图9是表示穿刺针3的前端位置的估计所涉及的第3例的图。 [0137] 在此，计算不同的定时的多次(k+1次)的诊断用图像I(t)～I(t-k)中的同一像素位置下的像素值的方差值，从而生成像素值方差图像S(t)。另外，也可以取代方差值而使用标准偏差。其结果，在这些诊断用图像I(t)～I(t-k)中穿刺针3移动的路径中，通过像素值(亮度)暂时性地变化而导致方差值变大，从而推测穿刺针3的前端位置。 [0138] 图10是表示穿刺针3的前端位置的估计所涉及的第4例的图。 [0139] 在此，除了图7所示的不同的帧之间的差值构成的差图像D(t)之外，还求出(k+1)帧量的方差图像SD(t)。即，计算k张差图像D(t)～D(t-k)的同一像素位置中的像素值的方差值，根据存在非零的方差值的位置而推测穿刺针3的前端位置。 [0140] 在通过这些图像处理来推测穿刺针3的前端位置的情况下，抑制对根据上述的加权平均位置所推测的前端位置施加的强调程度的减少，能够设定窗口使得前端位置的与加权平均位置相反侧中的强调程度的减少变大。例如，在能够相对精度良好地获得前端位置的情况下，在决定强调范围和强调的程度时使用的窗函数可以是矩形窗或者与其相近的窗。 [0141] 图11是表示在本实施方式的超声波诊断装置U中所鉴别的穿刺针3的位置的强调显示例的图。 [0142] 如上所述，在图5(d)中决定的强调程度根据候选线L上的候选点的分布(集合的状态)而被抑制，在诊断用图像的靠右，如图11(a)所示，决定为强调显示变淡。并且，该强调显示被叠加在原来的诊断用图像而生成输出图像图11(b)。该强调显示通过设为与原来的诊断用图像的色调(例如，黑白显示)不同的色调(例如，蓝色等)，从而能够使其更明显地进行。 [0143] 图12是表示本实施方式的超声波诊断装置U中的穿刺针检测强调处理的控制步骤的流程图。 [0144] 如上所述，该处理由控制部11或者图像处理部16的CPU执行。 [0145] 如果穿刺针检测显示处理开始，则CPU在检测图生成部162中，根据与通常的B模式同样取得的被检体的二维构造图像(诊断用图像)，分别计算各像素位置的特征量sc，并与像素位置信息对应存储(步骤S101)。CPU对该特征量sc进一步处理而求出偏微分值ds，从而生成穿刺针3的检测图数据(步骤S102)。CPU将该检测图数据的各值与预定的基准值进行比较而提取穿刺针3的范围的候选点。 [0146] CPU在穿刺针鉴别部163中，针对所提取的候选点实施霍夫变换，检测出直线(步骤S111)。CPU根据该检测出的直线，决定成为穿刺针3的候选的候选线(步骤S112)。这时，若有可能，则CPU一并确定穿刺针3的前端位置。CPU决定成为用于对候选线进行强调显示的基准的强调程度(步骤S113)。 [0147] CPU在强调处理部164中，计算进行强调显示的位置、范围或强调程度的分布所涉及的参数(步骤S121)。CPU根据候选线中作为与穿刺针3对应的范围的合理度而决定强调范围的抑制模式(步骤S122)。CPU生成反映了所决定的抑制模式的强调图(步骤S123)，并将该生成的强调图叠加到原来的诊断用图像(步骤S124)。然后，CPU将穿刺针3被强调的超声波图像存储到存储部161，结束穿刺针检测强调处理。 [0148] 如上所述，本实施方式的超声波诊断装置U是，基于在被检体内部反射而接收的超声波信号，生成该被检体内部的超声波图像的超声波诊断装置U，其包括：作为针位置决定部的检测图生成部162以及穿刺针鉴别部163，对于超声波图像的各区域，关于沿着被射入被检体的超声波的射入方向的超声波信号的分布，取得比判断对象的区域更深的区域中的信号强度所涉及的深部特征值即亮度的最大值、和比该判断对象的区域更浅的区域中的信号强度所涉及的浅部特征值即亮度的平均值，基于这些深部特征值和浅部特征值而决定被刺入到被检体内部的穿刺针3的位置；以及强调处理部164，进行用于强调超声波图像中的针位置范围的处理。 [0149] 从而，对于所射入的超声波反映因穿刺针3而产生的阴影的区域(声影)中的亮度的降低，容易决定成为该阴影的区域的边界的穿刺针3的位置，因而不会使结构、处理内容比以往更复杂，能够容易且更准确地检测出穿刺针3。 [0150] 此外，即使在存在对超声波进行反射的其他构造物等的情况下，也能够比以往更高精度地使用穿刺针3的位置中的阴影的区域的边界而决定穿刺针3的位置。 [0151] 此外，检测图生成部162将浅部特征值和深部特征值的差作为特征量sc，并基于该特征量sc而决定被刺入被检体Q的内部的穿刺针3的位置。从而，不会使处理变得复杂，能够通过简单的计算，在涉及超声波通常会射入的区域和成为穿刺针3的阴影的区域的超声波强度的分布中，进行穿刺针3的定位。 [0152] 此外，检测图生成部162基于浅部特征值和深部特征值的差关于深度方向的变化率所涉及的值即偏微分值ds，决定被刺入被检体Q的内部的穿刺针3的位置。从而，线状地容易且准确地检测出因穿刺针3而产生的阴影的边界中的特征量sc的跃变，能够高精度地决定穿刺针3的位置。 [0153] 此外，检测图生成部162取得与比所述判断对象的区域更浅的方向的各区域中的信号强度对应的值的平均值、最频值、或者中值的任一个，作为浅部特征值。通过将这样的代表浅部区域的统计值设为浅部特征值，处理变得容易，并且能够在超声波信号的分布整体的内部容易适当地决定穿刺针3的位置。 [0154] 此外，检测图生成部162取得与比判断对象的区域更深的方向的各区域中的信号强度对应的值的最大值，作为深部特征值。从而，通过该深部特征值能够容易判断是否在比穿刺针3的位置更深的位置中仅代表因该穿刺针3的阴影而导致超声波强度减少的区域。 [0155] 此外，检测图生成部162提取深部特征值和浅部特征值的差异满足预定的条件的多个候选点，并基于该多个候选点决定所述穿刺针的位置。即，由于能够容易且比以往高精度地提取出候选点，因而能够根据这些候选点更加准确地决定穿刺针3的位置。 [0156] 此外，由于多个候选点以超声波图像的像素为单位进行设定，因而能够以与通常的图像处理同样的结构容易地进行处理而进行穿刺针3的鉴别以及强调所涉及的处理。 [0157] 此外，包括进行超声波信号的发送接收的振子排列21、和对基于振子排列21的发送接收范围进行控制的控制部11(CPU)，控制部11在检测图生成部162提取多个候选点且穿刺针鉴别部163鉴别穿刺针3而决定其位置的超声波图像的取得时，与不提取多个候选点且不决定穿刺针3的位置的超声波图像的取得时相比，使在穿刺针3的长度方向和垂直的宽度方向上射入超声波的宽度变窄。 [0158] 从而，只有在进行穿刺针3的拍摄时，将超声波的发送宽度变窄，使得S/N比不会因从穿刺针3的两侧传播的超声波的强度与传播被穿刺针3妨碍的超声波的强度之比而变差，从而能够输出与照顾到在通常的图像的取得中画质或灵敏度不会降低的适当的图像、和穿刺针3所需的灵敏度分别相应的适当的超声波。 [0159] 此外，由于将所鉴别的穿刺针3的形状作为直线形状而决定穿刺针3的位置，因而基于提取出的候选点而检测在检测图上直线状地配置的候选点，从而能够容易检测出适当的直线而鉴别穿刺针3。 [0160] [第2实施方式] [0161] 下面，说明本发明的超声波诊断装置的第2实施方式。 [0162] 该第2实施方式的超声波诊断装置U的结构与第1实施方式的超声波诊断装置相同，设为使用相同的标号而省略说明。 [0163] 下面，说明第2实施方式的超声波诊断装置U中的穿刺针3的检测方法。 [0164] 在该第2实施方式的超声波诊断装置U中，主要使用深部特征值来鉴别穿刺针3的位置。 [0165] 图13是表示对于深度方向的浅部特征值sa、深部特征值sm、特征量sc、以及偏微分值ds的变化例的示意图。 [0166] 如上所述，在比穿刺针3还要深的位置中，因声影而导致反射波强度大的部分消失。其结果，在比穿刺针3的位置更深的位置中，最大值急剧变小，从而深部特征值sm骤减。另一方面，浅部特征值sa在比穿刺针3的位置更深的位置中，根据深度而逐渐减少。 [0167] 从而，根据图13可知，对偏微分值ds的增大作用最大的是深部特征值sm，根据该深部特征值sm在深度方向上的偏微分值 (x0，z0)-sm(x0，z0-1)，也能够在穿刺针3的位置上得到极大值。 [0168] 但是，当存在穿刺针3以外的超声波的反射源Po时，尤其是反射源Po处于比穿刺针3更深的位置时，偏微分值dsm较大的地点在穿刺针3的位置以外也容易产生。噪声或局部的反射源通常会通过霍夫变换在候选线的提取时被排除，但骨头等尤其是直线状的物体成为超声波的反射源的情况下很难轻易区分。因此，在该第2实施方式的超声波诊断装置U中，在这样的情况下辅助地使用浅部特征值sa。 [0169] 作为浅部特征值sa的辅助性的利用方法，例如可举出在上述的偏微分值dsm上乘以或者相加(减去)浅部特征值sa。并且此时，能够对偏微分值dsm或浅部特征值sa乘以预定的系数α而改变对于偏微分值dsm的影响比例。由于穿刺针3的刺入位置是比骨头的位置更浅的范围，因而通过对偏微分值dsm施加浅部特征值sa变小的深部中的特征量相对变小的校正，从而区分穿刺针3和骨头。在本实施方式的超声波诊断装置U中，利用特征量sc2＝sa×(-dsm)或特征量sc3＝α×sa-dsm而鉴别穿刺针3的位置。 [0170] 图14是表示对于深度方向的浅部特征值sa、深部特征值sm、偏微分值dsm、以及特征量sc2、sc3的变化的例子的示意图。 [0171] 如图14(a)所示，在比穿刺针3的位置更深的位置上存在骨头P时，即使是在该位置上超声波也能够集中反射，因而反射波强度变大，其结果，如图14(b)所示，深部特征值sm在穿刺针3的位置和骨头P的位置这两处产生较大的差，从而根据情况有时会难以区分偏微分值dsm极大的哪一个是穿刺针3的位置。此外，若直线状地连续的部分的长度变大，则利用霍夫变换决定适当的候选线变得更难。 [0172] 这时，若如图14(c)所示那样算出特征量sc2、sc3，则对于相等的偏微分值dsm的峰值，越深的位置的峰值则与浅部特征值sa相应的权重变得越小(越轻)，因而在特征量sc2、sc3上产生差而更加容易且准确地鉴别穿刺针3的位置。 [0173] 如上所述，第2实施方式的超声波诊断装置U是，基于在被检体Q的内部被反射而接收的超声波信号，生成该被检体Q的内部的超声波图像的超声波诊断装置U，其包括：作为针位置决定部的检测图生成部162以及穿刺针鉴别部163，对于超声波图像的各区域，关于沿着被射入被检体Q的超声波的射入方向、即被检体Q的深度方向的超声波信号的分布，取得比判断对象的区域更深的区域中的信号强度所涉及的深部特征值sm，基于该深部特征值sm而决定被刺入到被检体Q的内部的穿刺针3的位置；以及强调处理部164，进行用于强调超声波图像中的针位置范围的处理。 [0174] 从而，对于所射入的超声波反映因穿刺针3而产生的阴影的区域(声影)中的亮度的降低，通过根据该阴影的区域的边界而适当地变化的偏微分值dsm而容易决定穿刺针3的位置，因而不会使结构或处理内容比以往更复杂，能够容易且更准确地检测出穿刺针3。 [0175] 此外，针位置决定部(检测图生成部162以及穿刺针鉴别部163)将深部特征值sm关于射入方向的变化率所涉及的值即偏微分值dsm作为预定的特征量，基于该预定的特征量而决定穿刺针3的位置。从而，通过偏微分值dsm适当地提取阴影的边界，容易且适当地进行穿刺针3的检测。 [0176] 此外，检测图生成部162以及穿刺针鉴别部163将深部特征值sm的变化率所涉及的值即偏微分值dsm与浅部特征值sa的积作为预定的特征量sc2，基于该特征量sc2决定穿刺针3的位置。这样，通过浅部特征值sa对于深部特征值sm作为加权系数而辅助地使用，从而能够更加容易且可靠地进行穿刺针3的定位。 [0177] 此外，或者，检测图生成部162以及穿刺针鉴别部163将深部特征值sm的变化率所涉及的值即偏微分值dsm、与对浅部特征值sa乘以了预定的系数α(设为预定的系数倍)的值之和作为预定的特征量sc3，基于该特征量sc3而决定被刺入到被检体内部的穿刺针3的位置。即使是在该情况下，也通过同样辅助性地使用浅部特征值sa，能够更加容易且可靠地进行基于深部特征值sm的穿刺针3的定位。 [0178] 另外，本发明不限于上述实施方式，能够进行各种变更。 [0179] 例如，在上述实施方式中，以像素为单位提取候选点而进行了穿刺针3的鉴别，但也可以一边并用以大于像素的单位等作为最小单位而使随机噪声等减少的处理，一边进行穿刺针3的检测。 [0180] 此外，在上述实施方式中，使用霍夫变换进行了与穿刺针3的形状相应的直线的检测，但也可以使用其他方法进行直线的检测，也可以不假定直线，而是将深部特征值和浅部特征值变化的边界位置原样或者用曲线等进行连接而决定为穿刺针3的位置。此外，即使穿刺针3不是直线也能够检测出与该形状相应的形状的区域。 [0181] 此外，在上述实施方式中，分别使用了比判断对象的像素更浅的区域的亮度的平均值(或者，中值或最频值等代表亮度分布的统计值)、以及较深的区域的亮度的最大值，但不限于此。关于较深的区域的亮度也同样，可以使用平均值，或者除了最大值之外还使用多个像素的平均值等，此外，也可以是能够根据诊断用图像的取得位置等而选择适当的值。此外，在上述实施方式中，在诊断用图像的范围内，将沿着超声波的射入方向的所有像素均等地作为平均值以及最大值的计算对象，但也可以赋予权重。 [0182] 此外，在上述实施方式中，作为偏微分值，只取了相邻像素间的差，但也可以使用向前差和向后差的平均值，或者求出多个像素内的平均的变化量而利用。 [0183] 此外，在上述实施方式中，将偏微分值ds进行二值化后作为穿刺针3的位置的候选点，并使用这些候选点进行了直线的检测，但也可以不依赖二值化，而是通过相邻的像素之间或沿着超声波的射入方向的像素之间的偏微分值ds的关系来决定候选点。或者，也可以不设为两个阶段的处理，而是一边计算偏微分值ds，一边随时排除判断为不对应穿刺针3的位置的像素位置。 [0184] 此外，在诊断用图像内从一开始就清楚地包含着与阴影无关的构造的情况下，也可以在进行排除该构造范围或滤波的处理等之后进行穿刺针3的检测。 [0185] 此外，在上述第2实施方式中，设为在以深部特征值sm的穿刺针3的定位不容易时辅助性地使用浅部特征值sa，但也可以从一开始就通过深部特征值sm和浅部特征值sa来进行上述的处理，从而更可靠地进行穿刺针3的定位。 [0186] 除此之外，在上述实施方式中示出的具体的构造、处理内容或步骤等的细节在不脱离本发明的宗旨的范围内能够适当地变更。 |
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