具体实施方式
<<第1实施方式>>
以下,关于本发明的实施方式,基于附图进行说明。以下,在用于说明本发明的实施方式的全部附图中,对具有相同功能的部件赋予相同标号,并省略其反复的说明。本实施方式中,基于通过将三维图像变换后的断层体数据和对该断层体进行了平滑化处理后的数据乘以预先确定的权重后进行相加所生成的合成体数据,来生成三维图像。超声波诊断装置具备超声波探头;对超声波探头发送驱动信号的发送部;利用来自超声波探头所测定的检查对象的超声波信号来生成检查对象的断层体数据的三维断层数据生成部;根据断层体数据来生成三维图像的三维图像处理部;显示三维图像处理部所生成的三维图像的显示部。
首先,关于本实施方式的超声波诊断装置0001,参照图1进行说明。如图1所示,超声波诊断装置0001具备:用在与被检体0010进行抵接的超声波探头0002;经由超声波探头0002以一定的时间间隔对被检体0010反复发送超声波的发送部0005;对被检体0010反射的反射回波信号进行接收的接收部0006;用于控制发送部0005与接收部0006的动作的收发控制部0007;对通过接收部0006所接收的反射回波信号进行调相相加的调相相加部0008。
超声波探头0002具备多个振荡器,经由振荡器将超声波向被检体0010进行发送的同时接收反射回波信号。多个振荡器呈矩形或者扇形地排列,通过在与其排列方向正交的方向(短轴方向)机械性摇动振荡器,来三维地收发超声波。此外,作为超声波探头0002,可利用呈二维排列的多个振荡器,通过电控制超声波的收发来三维地收发超声波的探头。
发送部0005对超声波探头0002发送驱动信号。发送部0005驱动超声波探头0002的振荡器,生成用于使超声波产生的发送波脉冲。此时,控制向超声波探头0002的各振荡器传递的发送波信号的相位,将发送的超声波的收敛点设定在某深度处。另外,接收部0006以规定的增益将超声波探头0002的各振荡器所接收的反射回波信号进行放大,来生成RF信号即接收信号。收发控制部0007对发送部0005和接收部0006的动作进行控制。调相相加部0008在使通过接收部0006放大的RF信号的相位整合后,进行相加,由此,形成相对于1点或者多个收敛点而收敛的超声波波束,来生成RF信号帧数据(相当于RAW数据)。
另外,三维断层数据生成部利用来自超声波探头0002所测定的检查对象的超声波信号来生成检查对象的断层体数据。超声波诊断装置0001,作为根据RF信号帧数据来生成诊断部位的三维数据即断层体数据的三维断层数据生成部的构成,具备断层信息运算部0011、三维断层数据存储部0012、三维坐标变换部0013。另外,作为根据断层体数据来生成将接收超声波的振幅设为亮度的诊断部位的三维图像(三维体数据的二维投影像)的构成,具备三维图像处理部0014、显示数据生成部0016。另外,作为创建任意断面的二维图像的构成,可具备任意断面像创建部0015。各部的详情将后述。
另外,作为用户界面,超声波诊断装置0001具备操作部0004、显示器(显示部)0009。另外,超声波诊断装置0001具备对全部动作进行控制的控制部0003。
断层信息运算部0011对通过调相相加部0008所生成的RF信号帧数据,实施增益修正、日志(log)压缩、检波、轮廓强调以及平滑化处理等的信号处理,来构成二维断层数据。此时,控制部0003根据经由操作部0004从操作者处受理的设定条件来控制断层信息运算部0011。
三维断层数据存储部0012将通过断层信息运算部0011构成的二维断层数据与其取得位置建立对应地进行存储。在此所称的取得位置是收发方向。例如,利用由θ方向和与其正交的方向构成的坐标系,通过在θ方向上进行了收发的计测结果来构成二维断层数据的情况下,在每个与θ方向正交的方向的位置,将该位置作为索引,存储多个二维断层数据。
三维坐标变换部0013针对在三维断层数据存储部0012所存储的多个二维断层数据实施三维坐标变换,来生成断层体数据。
三维图像处理部0014在三维坐标变换部0013中对坐标变换后的断层体数据实施三维图像处理,来生成三维图像。三维图像处理部0014按照每次生成断层体数据,执行三维图像处理,来生成三维图像。本实施方式的三维图像处理的详情将后述。对所生成的三维图像赋予根据亮度从黑向白进行变化的灰度标度、带红色的黑褐彩色等明亮度主要根据亮度而变大的彩色标度。
任意断面像创建部0015利用三维断层数据存储部0012所存储的二维断层数据,来创建操作者所指定的断面的二维图像。此外,操作者通过经由操作部0004设定变换系数,来指定显示断面。
显示数据生成部0016生成用于使三维图像处理部0014中所生成的三维图像显示在显示器0009的显示数据。本实施方式的显示数据生成部0016在每当生成三维图像则生成显示数据,并对显示器0009的显示数据进行更新。此外,在具备任意断面像创建部0015的情况下,显示数据生成部0016作为显示数据而生成与任意断面像创建部0015中所生成的二维图像一起显示三维图像的显示数据。例如,将二维图像和三维图像并列地进行显示。
其次,关于本实施方式中特征性的三维图像处理部0014,参照图2进行说明。图2是本实施方式的三维图像处理部0014的功能框图。
如本图所示,本实施方式的三维图像处理部0014进行三维图像处理,该三维图像处理中,将通过三维坐标变换部0013生成的断层体数据其本身、与对该断层体数据实施平滑化处理得到的数据以任意的比例进行合成来生成三维图像。为了实现该处理,具备三维平滑化处理部0201、加权相加部0202、梯度运算部0203、绘制部0204。以后,在本实施方式中,将实施了平滑化处理后的断层体数据称为平滑化体数据(平滑体数据),将未实施平滑化处理的断层体数据其本身称为纹理(texture)体数据(原始体数据)。
三维平滑化处理部(滤波处理部)0201针对通过三维坐标变换部0013进行了坐标变换后的断层体数据,进行空间平滑化处理(三维平滑化处理),来生成平滑化体数据。三维平滑化处理部(滤波处理部)0201能够对断层体数据独立地实施多个三维滤波处理,分别生成处理后体数据。在本实施方式中,作为平滑化处理,例如,采用利用了周围的体素值进行平均化的平均化滤波处理。平均化滤波处理的平滑化的强度由平均化体素数来决定。平均化体素数作为平滑化系数是由操作者进行设定。
加权相加部0202进行加权相加处理,该加权相加处理利用所设定的权重系数对根据相同的断层体数据所生成的多个体数据进行加权相加,来生成体数据。加权相加按照体数据的每一体素来进行。加权相加部0202在每当生成平滑化体数据时,对断层体数据和平滑化体数据乘以权重系数之后进行相加来生成合成体数据。加权相加部0202在每当生成了多个处理后体数据时,对该多个处理后体数据乘以权重系数之后进行相加来生成合成体数据。以下,在本说明书中,将通过加权相加处理所取得的体数据称为合成体数据。在本实施方式中,根据同一断层体数据所生成的多个体数据是断层体数据其本身即纹理体数据、和通过三维平滑化处理部0201根据断层体数据所生成的平滑化体数据这两个。
权重系数是操作者经由操作部0004所设定的值,控制部0003将其通知给加权相加部0202。即,操作部(界面)0004受理权重系数的输入。权重系数诸如设定为0至1之间的值。按照两体数据的相对应的每一体素,通过以下的式(1)进行相加。在此,将权重系数设为W,将规定的体素v的其中一方的体数据的亮度值设为V1v,将另一方的体数据的亮度值设为V2v,将合成体数据的亮度值设为Cv。
Cv=V1v·W+V2v·(1-W) (1)
梯度运算部0203生成合成体数据的梯度信息。梯度信息是,通过构成合成体数据的各体素的亮度值与其周边的体素的亮度值而求取的每个体素的亮度值的梯度(梯度值)。
绘制部0204对合成体数据实施体绘制处理,来生成三维图像。绘制部0204可在每当生成了合成体数据,就对合成体数据实施绘制处理,来生成所述三维图像。绘制部0204可在每当生成了处理后体数据,就一边将所生成的该多个处理后体数据按照每一构成体素与权重系数进行相乘后进行相加一边实施绘制处理,来生成三维图像。此外,所生成的三维图像经由显示数据生成部0016而被显示在显示器0009。
绘制部0204利用以下的式(2)以及式(3),对合成体数据实施体绘制处理,由此,构成被检体的诊断部位的三维图像。投影方向(视线方向)是控制部0003经由操作部0004从操作者处受理的。
Cout=Cout-1+(1-Aout-1)·Ai·Ci·Si (2)
Aout=Aout-1+(1-Aout-1)·Ai (3)
上式中,Ci是在从创建的二维投影面上的某点观察合成体数据的情况下的视线上第i个存在的体素的亮度值。在视线上排列N体素的数据时,对i=0~N为止进行累计得到的值Cout将成为最终的输出像素值。Cout-1表示至第i-1个为止的累计值。
另外,上式中,Ai是视线上第i个存在的体素的不透明度,取0~1.0的值。不透明度取0.0至1.0为止的值。体素值与不透明度的关系作为确定了亮度值与不透明度的关系的不透明度表(不透明性表)而被进行了预先确定。绘制部0204根据体素的亮度值并参照不透明度表来获得不透明度。
另外,Si表示视线上存在于第i个的体素的梯度值。例如,在通过第i个的体素的亮度值的梯度所确定的面的法线与视线一致的情况下,对Si例如赋予1.0,在法线与视线正交的情况下,对Si例如赋予0。相对于视线的梯度越大,梯度值越小,所算出的输出像素值成为小的值。此外,在本实施方式中,也可以是不含梯度运算部0203的构成。在该情况下,对Si赋予一定的值,例如,始终赋予1.0。
此外,Cout、Aout均将0作为初期值。
如式(3)所示的那样,Aout每通过体素时则被累计,收敛于1.0。因此,如式(2)所示的那样,在至第i-1个为止的体素的不透明度的累计值Aout-1成为了约等于1.0的情况下,第i个的体素值Ci则不被反映到输出图像中。通过这样的体绘制处理,能够将不透明度高的体素作为表面,立体地显示三维断层像数据。
最终所取得的Cout被进行彩色标度变换,变换为RGB等的色信息进行输出。
此外,绘制部0204也可根据以下的式(4)~(6),按照RGB等的色信息的每一要素来生成三维图像。
CRout=CRout-1+(1-Aout-1)·Ai·CRi·Si (4)
CGout=CGout-1+(1-Aout-1)·Ai·CGi·Si (5)
CBout=CBout-1+(1-Aout-1)·Ai·CBi·Si (6)
在此,Cri是在从创建的二维投影面上的某点观察合成体数据的情况下的视线上存在于第i个的体素的亮度值的红色分量,CGi、CBi分别是绿色分量、蓝色分量。
此外,本实施方式的绘制部0204根据合成体数据来生成三维图像的手法并不限于此。例如还有如下的方法,即,不是将表面而是将内部的构造物进行透过性可视化,仅显示关心区域中的高亮度构造物的最大值投影法(Maximum intensity projection),仅描绘低亮度构造物的最小值投影法(Minimum intensityprojection),也可以是使视线方向的体素值的累计图像进行显示的方法(Ray summation)。
另外,在绘制处理的过程中,也可以构成为:通过阈值对各处理对象的体素的亮度值进行判别,选择将该体素的数据设为有效还是无效。阈值是操作者经由操作部0004进行设定的,控制部0003将其通知给绘制部0204。
此外,本实施方式的超声波诊断装置0001具备CPU、存储器以及存储装置。另外,还可具备GPU(Graphics ProcessingUnit)。控制部0003、以及根据RF信号帧数据来生成断层体数据进而生成二维图像、三次图像的各部(断层信息运算部0011、三维坐标变换部0013、三维图像处理部0014、任意断面像创建部0015、显示数据生成部0016)之功能是通过CPU或者GPU将预先保存在存储装置中的程序加载至存储器中并执行来实现的。
其次,利用图3以及图4对本实施方式的三维图像处理部0014所进行的三维图像处理的流程与通过该三维图像处理所生成的图像进行说明。
图3是本实施方式的三维图像处理部0014所进行的三维图像处理的处理流程,图4是用于说明通过本实施方式的三维图像处理部0014所进行的三维图像处理而取得的体数据的图,图4(a)是作为三维坐标变换部0013的输出数据的断层体数据(纹理体数据)0401。
三维平滑化处理部(滤波处理部)0201设定平滑化系数(步骤S1101)。平滑化系数是从预先确定的平滑化系数中,由操作者经由操作部0004而指定的。三维平滑化处理部0201经由控制部0003,取得所指定的平滑化系数后进行设定。此外,本实施方式中,作为平滑化处理,执行平均化滤波处理,因此,作为平滑化系数,如上所述,设定平均化体素数。
其次,三维平滑化处理部0201针对三维坐标变换部0013的输出数据即断层体数据进行平滑化处理,来生成平滑化体数据(步骤S1102)。图4(b)是三维平滑化处理部0201所进行的平滑化处理后的平滑化体数据0402。
加权相加部0202受理权重系数并进行设定(步骤S1103)。
权重系数是由操作者经由操作部0004而设定的。加权相加部0202经由控制部0003受理权重系数,并进行设定。
加权相加部0202利用所设定的权重系数,按照每一体素进行上述式(1)所示的相加处理(步骤S1104),将平滑化体数据和纹理体数据进行相加,来生成合成体数据。在此,图4(c)表示所生成的合成体数据0403。
例如,如图4(b)所示,平滑化体数据0402即使是被过度进行了平滑化处理后的数据,通过由加权相加部0202进行相加处理,也能够得到进行了平滑化体数据0402和纹理体数据0401的中间的平滑化后的合成体数据0403。另外,通过变更权重系数,能够获得平滑化体数据0402和纹理体数据0401之间的所希望的平滑化强度的合成体数据。
接下来,梯度运算部0203针对合成体数据0403进行体素的亮度梯度计算,生成梯度信息(步骤S1105)。其后,绘制部0204利用合成体数据0403和每个体素的梯度值进行绘制处理,来生成三维图像(步骤S1106)。此外,所生成的三维图像通过显示数据生成部0016生成显示数据后显示在显示器0009。
其次,利用图5对赋予了操作者设定的权重系数后的三维图像的效果进行说明。本实施方式中,将式(1)中的V1v设为纹理体数据0401的亮度值,将V2v设为平滑化体数据0402的亮度值来进行说明。
图5(a)所示的三维图像0501是在权重系数W被设定为1.0的情况下的三维图像。通过式(1),对纹理体数据0401以1.0进行加权,对平滑化体数据0402以0.0进行加权由此取得合成体数据,根据该合成体数据来生成三维图像0501。
对于在将权重系数W设为1.0的情况下成为生成三维图像0501的原始的合成体数据,纹理体数据0401直接被使用。因此,三维图像0501是根据完全未被平滑化的体数据来生成的。因此,保持了胎儿的手指、脸部的皱纹等信息,但另一面,图像的边界线留下凹凸。
图5(b)所示的三维图像0502是权重系数W被设定为0.0的情况下的三维图像。通过式(1),对纹理体数据0401以0.0进行加权,对平滑化体数据0402以1.0进行加权从而取得合成体数据,根据该合成体数据来生成三维图像0502。
对于在权重系数W被设定为0.0的情况下成为生成三维图像0502的原始的合成体数据,平滑化体数据0402直接被利用。因此,三维图像0502根据以所设定的平滑化系数被平滑化后的体数据来生成。因此,在图像的边界线没有凹凸而是光滑的,但另一面,胎儿的手指、脸部的皱纹等的信息消失。
图5(c)所示的三维图像0503是在设定为适当的权重系数W,例如0.5的情况下的三维图像。通过式(1),对纹理体数据0401以0.5进行加权,对平滑化体数据0402以0.5进行加权而取得合成体数据,根据该合成体数据来生成三维图像0503。本图所示,所取得的三维图像0503中,边界线的凹凸适当消失,且胎儿的手指、脸部的皱纹等的信息也得到保持。
这样,通过调整权重系数,能够对最终取得的画质进行调整。本实施方式中,操作者一边观察显示在显示器0009的图像一边实时对权重系数进行变更,由此来调整权重系数。
其次,利用图6,对操作者设定/调整权重系数的界面进行说明。
图6(a)是设定/调整权重系数的界面由变更旋钮0601、系数显示区域0602、三维图像显示区域0600构成时的示例。操作部0004具备变更旋钮0601。操作者通过操作变更旋钮0601,来在0.0~0.1之间变更权重系数。
显示器0009具备系数显示区域0602、三维图像显示区域0600。此外,三维图像显示区域0600是显示三维图像处理部0014所生成的三维图像的区域。
控制部0003在操作者每当经由变更旋钮0601对权重系数进行了设定/变更,就使该权重系数显示在系数显示区域0602。另外,控制部0003在操作者每当经由变更旋钮0601对权重系数进行了设定/变更,就将该权重系数通知给三维图像处理部0014。三维图像处理部0014接受通知后,反复进行从上述三维图像处理的流程的步骤S1103起的处理。接下来,所生成的三维图像将显示在三维图像显示区域0600。操作者一边对三维图像显示区域0600所显示的三维图像进行确认,一边设定最佳的权重系数。
图6(b)是设定/调整权重系数的界面由显示器0009上的触摸面板、系数显示区域0602、三维图像显示区域0600构成时的示例。显示器0009具备用于受理使系数的值上下变化的指示的滑动条0603。操作者利用手指或者操作部0004所具备的鼠标、跟踪球、键盘等的输入装置来操作滑动条0603,能够在0.0~0.1之间变更权重系数。关于在通过操作者设定/变更权重系数时的控制部0003所进行的处理,其与上述图6(a)的例子相同。
图6(c)是对权重系数进行设定/调整的界面由显示器0009上的触摸面板、系数显示区域0602、三维图像显示区域0600构成的示例。显示器0009具备受理使系数的值上升的指示的上升指示区域0604、受理使系数的值下降的指示的下降指示区域0605。操作者经由上升指示区域0604或者下降指示区域0605,能够在0.0~1.0之间变更权重系数。指示利用手指或者操作部0004所具备的鼠标、键盘等的输入装置来进行。关于在通过操作者设定/变更权重系数时的控制部0003所进行的处理,其与上述图6(a)的例子相同。
此外,图6(c)中,例示了在系数显示区域0602内具备上升指示区域0604、下降指示区域0605的情况,但也可不在系数显示区域0602内。
此外,操作者对权重系数设定/调整的界面并不限于此。
此外,平滑化系数也可以构成为操作者一边对三维图像进行确认一边能实时在预先准备的平滑化系数间进行变更。在该情况下,权重系数也相同地,操作者一边观察显示在显示器0009的图像,一边实时变更平滑化系数,由此来设定最佳的平滑化系数。以下,关于操作者对平滑化系数进行设定/变更的界面,利用图7进行说明。
图7(a)是对平滑化系数进行设定/变更的界面由变更旋钮0701、系数显示区域0702、三维图像显示区域0600构成的示例。操作部0004具备变更旋钮0701。操作者通过变更旋钮0701,从预先确定的平滑化系数中选择平滑化系数。例如,预先确定的平滑化系数作为编号显示在显示器0009,控制部0003将与操作者选择的编号对应的平滑化系数通知给三维图像处理部0014。
显示器0009具备系数显示区域0702。三维图像显示区域0600是显示三维图像处理部0014所生成的三维图像的区域。
控制部0003在每当操作者经由变更旋钮0701对平滑化系数进行了设定/变更,就使该平滑化系数显示在系数显示区域0702。另外,控制部0003在每当操作者经由变更旋钮0701对平滑化系数进行了设定/变更,就对三维图像处理部0014通知该平滑化系数。三维图像处理部0014接受通知,反复进行自上述三维图像处理的流程的步骤S1101起的处理。接下来,所生成的三维图像显示在三维图像显示区域0600。操作者对三维图像显示区域0600所显示的三维图像进行确认的同时设定最佳的平滑化系数。
图7(b)是对平滑化系数进行设定/变更的界面由显示器0009上的触摸面板、系数显示区域0702、三维图像显示区域0600构成的示例。显示器0009具备用于受理使系数的值上下变化的指示的滑动条0703。操作者利用手指或者利用操作部0004所具备的鼠标、跟踪球、键盘等的输入装置来操作滑动条0703,由此,从预先确定的平滑化系数中选择平滑化系数。关于在通过操作者对平滑化系数进行了设定/变更时的控制部0003所进行的处理,其与上述图7(a)的例子相同。
图7(c)是对平滑化系数进行设定/变更的界面由显示器0009上的触摸面板、系数显示区域0702、三维图像显示区域0600构成的示例。显示器0009具备用于受理使系数的值上升的指示的上升指示区域0704、受理使系数的值下降的指示的下降指示区域0705。操作者经由上升指示区域0704或者下降指示区域0705,从预先确定的平滑化系数中选择平滑化系数。指示通过利用手指或者利用操作部0004所具备的鼠标、键盘等的输入装置来进行。关于在通过操作者对平滑化系数进行了设定/变更时的控制部0003所进行的处理,其与上述图7(a)的例子相同。
此外,图7(c)中,例示了在系数显示区域0702内具备上升指示区域0704、下降指示区域0705的情况,但也可不在系数显示区域0702内。
另外,操作者对平滑化系数进行设定/变更的界面并不限于此。
另外,对平滑化系数进行设定/变更的界面也可以兼用作对权重系数进行设定/调整的界面。在该情况下,具备从操作者受理对任意一种系数进行变更的指示的构成,根据指示,作为相对应的系数的变更进行受理。
如以上说明的那样,根据本实施方式,三维图像处理中,通过将断层体数据和对该断层体数据实施平滑化处理而得到的平滑化体数据乘以权重系数后相加,来生成合成体数据。接下来,对生成的合成体数据实施绘制处理,来生成三维图像。
本实施方式中,通过改变相加时所利用的权重系数,能够使合成体数据的平滑化的强度发生变化。因此,通过操作者任意地设定权重系数,操作者能够任意地使想要抑制的凹凸的信息和想要保持的微细形态信息发生变化。另外,由于相加时所利用的权重系数能够实时地自由变更,所以,能够实时地自由调整合成体数据的平滑化强度。因此,能够获得进行了所希望的平滑化的三维图像,能够基于需要来获得最佳的图像。
另外,在对绘制处理后的多个图像进行合成的情况下,例如,在不透明度的累计值成为了1的情况下,由此近前侧的体素值不将反映到输出图像中,因此,即使进行加权相加,也不反映到相加后的图像中。另一方面,根据本实施方式,由于在绘制前的体数据的状态下,调整平滑化的强度,因此不会丢失各个体素的信息,能够获得对平滑化的强度进行了调整的合成体数据。接下来,由于根据该合成体数据来生成三维图像,因此,根据所取得的全部体数据,能够获得反映了更多信息的三维图像。
另外,为了对平滑化强度进行调整而进行加权相加的对象的纹理数据和平滑数据,是根据相同的断层体数据来生成的。因此,不会发生因时间以及/或者空间变化而引起的画质降低。
而且,在进行平滑化处理的三维图像处理中,新追加的构成仅仅是高速且对装置的负担较小的加权相加,而对装置负担大的绘制处理仅需要进行与现有技术相同的一次即可。如上所述,绘制处理的处理量巨大,在时间上对装置的负担大。因此,能够不增大装置负担地,高速地获得所期望的画质的三维图像。
此外,本实施方式的三维平滑化处理部0201中,作为空间平滑化处理,利用了平均化滤波,但并不限于此。例如,也可以三维地使用低通滤波或者中值滤波等。另外,也可以三维进行基于膨胀(dilatation)的扩张处理。
<<第2实施方式>>
接下来,对应用本发明的第2实施方式进行说明。第1实施方式中,三维图像处理部0014将三维坐标变换部0013的输出即断层体数据其本身与对该断层体数据实施了平滑化处理的体数据,利用规定的权重系数进行合成来生成合成体数据。相对于此,本实施方式中,三维图像处理部将对相同的三维坐标变换部的输出分别实施各不相同的平滑化处理而获得的两个体数据,利用规定的权重系数进行相加,来生成合成体数据。
本实施方式的超声波诊断装置0001具有基本上与第1实施方式的超声波诊断装置0001相同的构成。其中,如上所述,由于三维图像处理不同,取代第1实施方式的三维图像处理部0014而具备三维图像处理部0014a。以下,关于本实施方式,以三维图像处理部0014a为主线进行说明。
图8是本实施方式的三维图像处理0014a的功能框图。如本图所示,本实施方式的三维图像处理部0014a具备两个三维平滑化处理部(滤波处理部)0201(0201a、0201b)、加权相加部0202、梯度运算部0203、绘制部0204。
两个三维平滑化处理部0201的功能分别与第1实施方式的三维平滑化处理部(滤波处理部)0201基本上相同。即,利用所设定的平滑化系数对断层体数据来进行空间平滑化处理。其中,两个三维平滑化处理部(滤波处理部)0201a、201b中所利用的平滑化系数各不相同。三维平滑化处理部(滤波处理部)0201对断层体数据独立实施多个三维滤波处理,分别生成处理后体数据。
以下,为了便于说明,将利用平滑化效果弱的平滑化系数(第1平滑化系数)的一侧称为第1三维平滑化处理部0201a,将利用与第1平滑化系数相比平滑化效果强的平滑化系数(第2平滑化系数)的一侧称为第2三维平滑化处理部0201b。以下,本实施方式中,将通过第1三维平滑化处理部0201a所生成的体数据称为纹理体数据(弱平滑化体数据),将通过第2三维平滑化处理部0201b所生成的体数据称为平滑化体数据(强平滑化体数据)。
第1平滑化系数以及第2平滑化系数与第1实施方式的平滑化系数相同地,通过操作者经由操作部0004从预先确定的平滑化系数中指定。第1三维平滑化处理部0201a以及第2三维平滑化处理部0201b经由控制部0003,分别受理并设定所指定的第1平滑化系数以及第2平滑化系数。对于第1平滑化系数以及第2平滑化系数,与第1实施方式相同,设定平滑化滤波中的平均化体素数。
加权相加部0202的功能基本与第1实施方式相同。其中,本实施方式中,进行加权相加的根据同一断层体数据生成的多个体数据是实施较弱的平滑化处理的纹理体数据和实施较强的平滑化处理的平滑化体数据这两个。
其他的构成(梯度运算部0203、绘制部0204)的功能基本与第1实施方式相同。另外,与第1实施方式相同地,也可以是不包含梯度运算部0203的构成。
其次,关于本实施方式的三维图像处理部0014a所进行的图像处理的顺序,利用图9进行说明。图9是本实施方式的三维图像处理部0014a所进行的图像处理的处理流程。
利用图4说明所生成的体数据。此外,图4虽然在第1实施方式的三维图像处理部0014的说明中也进行了利用,但该图是用于对效果概要进行说明的图,并不是用来表示第1实施方式的三维图像处理部0014和第2实施方式的三维图像处理部0014a产生相同的结果。
三维平滑化处理部0201a设定第1平滑化系数(步骤S1201),对三维坐标变换部0013的输出数据即断层体数据,进行平滑化处理,来生成图4(a)所示的纹理体数据0401(步骤S1202)。
其次,三维平滑化处理部0201b设定第2平滑化系数(步骤S1203),对三维坐标变换部0013的输出数据即断层体数据,进行平滑化处理,来生成图4(b)所示的平滑化体数据0402(步骤S1204)。
此外,对第1三维平滑化处理部0201a以及第2三维平滑化处理部0201b的处理顺序并不进行规定。另外,可以构成为先设定第1平滑化系数以及第2平滑化系数其后分别进行平滑化处理。
加权相加部0202与第1实施方式相同,受理并设定权重系数(步骤S1205)。接下来,按照每一体素,将纹理体数据和平滑化体数据基于式(1)进行加权相加,获得图4(c)所示的合成体数据0403(步骤S1206)。
例如,图4(a)所示的纹理体数据0401是平滑化处理不充分的情形,图4(b)所示的平滑化体数据0402是平滑化处理过度进行的情形,即使是这样的情形,通过加权相加部0202对两者进行相加,能够获得进行了纹理体数据0401和平滑化体数据0402的中间的平滑化后的合成体数据0403。另外,通过变更权重系数,能够获得平滑化体数据0402和纹理体数据0401之间的所期望的平滑化强度的合成体数据。
其后,与第1实施方式相同地,梯度运算部0203进行合成体数据0403的梯度计算(步骤S1207)。即,梯度运算部0203在每当生成了处理后体数据,就计算出所生成的多个处理后体数据各自的亮度梯度。绘制部0204针对合成体数据0403进行绘制处理,来生成三维图像(步骤S1208)。即,绘制部0204在每当经由界面受理了权重系数的输入,就根据多个处理后体数据来生成三维图像。此外,所生成的三维图像由显示数据生成部0016生成显示数据后在显示器0009进行显示。
此外,本实施方式中,操作者设定的权重系数的效果也基本与第1实施方式相同。平滑化强度弱的纹理体数据0401中保持胎儿的手指、脸部的皱纹等的信息,但另一面,残留了图像的边界线的凹凸。另外,平滑化强度强的平滑化体数据0402在图像的边界线没有凹凸较为光滑,但另一面,丢失了胎儿的手指、脸部的皱纹等的信息。
本实施方式中,也与第1实施方式相同地,具备调整权重系数的界面,操作者通过一边观察显示在显示器0009的图像一边实时变更权重系数,来调整权重系数,进而调整合成体数据的平滑化强度。
另外,本实施方式中,也与第1实施方式相同地,也可以具备实时对第1平滑化系数以及第2平滑化系数进行变更的界面。本实施方式中,也可以构成为按照每一系数而分别具备与第1实施方式相同的界面,也可以构成为根据来自操作者的指示,通过1个界面来受理两方的系数的变更。而且,与第1实施方式相同地,也可与权重系数的调整用界面进行兼用。
如以上说明的那样,根据本实施方式,三维图像处理中,通过将对1个断层体数据以分别不同的平滑化强度实施平滑化处理所获得的纹理体数据和平滑化体数据乘以预先确定的权重系数后进行相加,来生成合成体数据。接下来,对生成的合成体数据进行绘制处理来生成三维图像。
由此,与第1实施方式相同地,能够容易地获得进行了所期望的平滑化后的三维图像,能够根据必要而获得最佳的图像。由于能够获得以两个不同的平滑化强度进行了平滑化后的图像的中间的平滑化强度的图像,因此,与第1实施方式相比,能够以更高的自由度,设定平滑化级别。即,操作者能够更宽地具有三维图像的平滑化的调整幅度。
另外,关于其他,由于是与第1实施方式相同的构成,能够获得与第1实施方式相同的各种效果,能够不增大装置的负担地,高速获得所期望的画质的三维图像。
此外,上述实施方式中,以具备两个三维平滑化处理部0201的构成为例进行了说明,但并不限于此。也可以构成为:通过1个三维平滑化处理部0201,依次针对相同的断层体数据,利用不同的平滑化系数进行平滑化,对这些的输出进行加权相加这样的构成。
另外,与第1实施方式相同地,在三维平滑化处理部0201a以及0201b中,作为空间平滑化处理,三维地利用平均化滤波、低通滤波、中值滤波等。另外,也可三维地进行基于膨胀的扩张处理。
<<第3实施方式>>
其次,对应用本发明的第3实施方式进行说明。第2实施方式中,三维图像处理部0014a将针对三维坐标变换部0013的输出以不同的平滑化强度进行了平滑化处理的2种体数据进行加权相加,来生成合成体数据。对于此,在本实施方式中,三维图像处理部利用规定的权重系数,将针对相同的三维坐标变换部的输出进行不同滤波处理而获得的多个滤波处理后的体数据进行相加,来生成合成体数据。
本实施方式的超声波诊断装置0001基本具有与第1实施方式的超声波诊断装置0001相同的构成。其中,如上所述,由于三维图像处理不同,因此取代第1实施方式的三维图像处理部0014而具备三维图像处理部0014b。以下,关于本实施方式,以三维图像处理部0014b为主着眼点进行说明。此外,在此作为不同的滤波处理,以进行三维锐化处理和三维平滑化处理这样2种的情况为例进行说明。
图10是本实施方式的三维图像处理部0014b的功能框图。如本图所示,本实施方式的三维图像处理部2014具备:三维平滑化处理部0201、三维锐化处理部0206、加权相加部0202、梯度运算部0203、绘制部0204。
三维锐化处理部0206针对三维坐标变换部0013的输出数据即断层体数据,进行锐化处理。本实施方式中,将锐化处理后的体数据称为纹理体数据(锐化体数据)。在此,所进行的锐化处理中有三维地利用高通滤波的处理、基于三维腐蚀(erosion)处理的退化处理等。通过利用三维高通滤波,能够生成空间锐化的体数据。另外,通过基于三维腐蚀处理的退化处理,能够生成强调了构造的体数据。
锐化处理是利用用于决定锐化的强度的锐化系数来进行的。锐化系数与第1实施方式的平滑化系数相同地,是由操作者经由操作部0004从预先确定的锐化系数中指定的。三维锐化处理部0206经由控制部0003接收所指定的锐化系数并设定。
三维平滑化处理部0201基本与第1实施方式相同,本实施方式中,将对断层体数据实施平滑化处理后生成的体数据称为平滑化体数据(平滑体数据)。本实施方式中,作为空间平滑化处理,可三维地使用低通滤波或者中值滤波等,另外,也可以三维地进行基于膨胀的扩张处理。如此,本实施方式中,能够对三维超声波图像产生任意的平滑化效果。
加权相加部0202的功能基本与第1实施方式相同。其中,进行加权相加的根据相同的断层体数据所生成的多个体数据是实施了锐化处理的纹理体数据和实施了平滑化处理的平滑化体数据这两个。
其他的构成(梯度运算部0203、绘制部0204)的功能基本与第1实施方式相同。另外,与第1、第2实施方式相同地,也可以是不含梯度运算部0203的构成。
其次,利用图11,对本实施方式的三维图像处理部0014b所进行的图像处理的顺序进行说明。图11是本实施方式的三维图像处理部0014b所进行的图像处理的处理流程。所生成的体数据,与第2实施方式相同地,为了说明效果的概要,利用图4进行说明。
三维锐化处理部0206设定锐化系数(步骤S1301),对三维坐标变换部0013的输出数据即断层体数据,进行锐化处理,来生成图4(a)所示的纹理体数据0401(步骤S1302)。
其次,三维平滑化处理部0201设定第2平滑化系数(步骤S1303),对三维坐标变换部0013的输出数据即断层体数据,进行平滑化处理,来生成图4(b)所示的平滑化体数据0402(步骤S1304)。
此外,关于三维锐化处理部0206以及三维平滑化处理部0201的处理顺序并不进行规定。另外,可以构成为先设定两系数其后进行两处理。
加权相加部0202与第1实施方式相同地,受理权重系数并设定(步骤S1305)。接下来,按照每一体素,基于式(1)对纹理体数据和平滑化体数据进行加权相加,获得图4(c)所示的合成体数据0403(步骤S1306)。
其后,与第1实施方式相同地,梯度运算部0203进行合成体数据0403的梯度计算(步骤S1307),绘制部0204对合成体数据0403进行绘制处理,来生成三维图像(步骤S1308)。此外,所生成的三维图像通过显示数据生成部0016生成显示数据后在显示器0009进行显示。
此外,本实施方式中,操作者设定的权重系数的影响基本也与第1实施方式相同。本实施方式中,也与第1实施方式相同,具备用于调整权重系数的界面,操作者观察显示器0009所显示的图像的同时,实时变更权重系数,来调整权重系数。
另外,本实施方式中,也与第1实施方式相同地,可具备实时变更平滑化处理中所利用的平滑化系数以及/或者锐化处理中所利用的锐化系数的界面。
另外,本实施方式中,也可以具备操作者选择锐化中利用的处理方法以及平滑化中利用的处理方法的界面。关于操作者选择这些的处理方法的界面,利用图12进行说明。
图12(a)是选择处理方法的界面由操作部0004所具备的变更旋钮0801、处理方法显示区域0802、三维图像显示区域0600构成的示例。操作部0004具备变更旋钮0801。通过操作者操作变更旋钮0801,从预先准备的锐化处理方法、平滑化处理方法等中选择所期望的处理方法。
显示器0009具备处理方法显示区域0802、三维图像显示区域0600。此外,三维图像显示区域0600是三维图像处理部0014b所生成的三维图像所进行显示的区域。
控制部0003在每当操作者经由变更旋钮0801对三维滤波处理方法进行了设定/变更,就将选择的处理方法分别显示在处理方法显示区域0802。另外,控制部0003在每当操作者经由变更旋钮0801对处理方法进行了选择/变更,就对三维图像处理部0014b通知该处理方法。三维图像处理部0014b接受通知,执行变更后的处理和加权相加处理以后的处理。接下来,所生成的三维图像显示在三维图像显示区域0600。操作者对三维图像显示区域0600所显示的三维图像进行确认的同时,设定最佳的处理方法。
图12(b)是选择处理方法的界面由显示器0009上的触摸面板、处理方法显示区域0802、三维图像显示区域0600来构成的示例。显示器0009具备用于受理处理方法的选择的滑动条0803。通过操作者利用手指或者利用操作部0004所具备的鼠标、跟踪球、键盘等的输入装置来操作滑动条0803,从预先准备的锐化处理方法、平滑化处理方法等中选择所期望的处理方法。关于在通过操作者选择处理方法时的控制部0003所进行的处理与上述图12(a)的例子相同。
图12(c)是对处理方法进行选择的界面由显示器0009上的触摸面板、处理方法显示区域0802、三维图像显示区域0600来构成的示例。显示器0009具备用于受理处理方法的变更指示的指示区域0804、0805。操作者经由指示区域0804或者0805,指示处理方法的变更。指示是利用手指或者利用操作部0004所具备的鼠标、键盘等的输入装置来进行。关于在通过操作者选择/变更处理方法时的控制部0003所进行的处理,其与上述图12(a)的例子相同。
如以上说明的那样,根据本实施方式,三维图像处理中,对1个断层体数据实施分别不同的滤波处理,将所取得的处理后的体数据乘以预先确定的权重系数后相加来生成合成体数据。接下来,针对生成的合成体数据进行绘制处理来生成三维图像。
由此,与第1实施方式相同地,通过操作者任意设定权重系数,操作者能够任意地使要抑制的凹凸的信息和要保持的微细形态信息发生变化。另外,相加时所利用的权重系数能够实时进行变更。因此,能够容易地获得所期望的滤波效果。因此,能够获得进行了所期望的滤波处理后的三维图像,能够基于需要而获得最佳的图像。
另外,关于其他,由于是与第1实施方式相同的构成,所以,能够取得与第1实施方式相同的各种的效果,能够不增大装置负担地高速地获得所期望的画质的三维图像。
此外,上述实施方式中,作为三维滤波处理,以进行锐化处理和平滑化处理的情况为例进行了说明,但三维滤波处理并不限于此。另外,进行组合的三维滤波处理并不限于两个。只要是效果不同的三维滤波处理的组合即可,对于滤波处理的种类、数量并不限定。
此外,执行的三维滤波处理为3个以上的情况下,加权相加部按照分别赋予的权重系数的合计成为1地进行相加处理。
<<第4实施方式>>
其次,对应用本发明的第4实施方式进行说明。上述各实施方式中,对相同的断层体数据实施效果不同的滤波处理,由此,利用1的权重系数对生成的多个体数据进行加权相加,来生成合成体数据。对此,本实施方式中,根据各体素的位置使权重系数发生变化,来进行加权相加。
本实施方式的超声波诊断装置0001具有基本与第1实施方式的超声波诊断装置0001相同的构成。其中,如上所述,由于三维图像处理不同,因此取代第1实施方式的三维图像处理部0014而具备三维图像处理部0014c。以下,关于本实施方式,以三维图像处理部0014c为主着眼点进行说明。此外,对效果不同的滤波处理的种类并不限定,在此,作为一例,以与第2实施方式相同地具备两个三维平滑化处理部0201并在各三维平滑化处理部0201中分别通过不同的平滑化强度进行平滑化的情况为例进行说明。
图13是本实施方式的三维图像处理部0014c的功能框图。如本图所示,本实施方式的三维图像处理部0014c具备两个三维平滑化处理部0201(0201a、0201b)、两个梯度运算部0203(0203a、0203b)、距离加权绘制部(绘制部)0207。
两个三维平滑化处理部0201(0201a、0201b)的功能分别与第2实施方式相同。平滑化处理中所利用的各平滑化系数也与第2实施方式相同,操作者经由操作部0004所输入的系数由控制部0003来进行设定。
另外,两个梯度运算部0203(0203a、0203b)的功能分别基本与第1实施方式的梯度运算部0203的功能相同。其中,本实施方式中,并不是生成合成体数据,而是分别生成作为第1三维平滑化处理部0201a的输出的纹理体数据以及作为第2三维平滑化处理部0201b的输出的平滑化体数据的梯度信息。在此,为了说明,将处理纹理体数据的一侧称为第1梯度运算部0203a,将处理平滑化体数据的一侧称为第2梯度运算部0203b。
距离加权绘制部(绘制部)0207根据相距投影面的距离,对计算出亮度梯度后的纹理体数据和平滑化体数据,按照每一体素进行加权相加的同时,进行体绘制处理,来生成三维图像。即,距离加权绘制部(绘制部)0207对于第1处理后体数据和第2处理后体数据,根据处理对象体素的相距投影面的距离使权重系数发生变化。
在此所利用的权重系数是根据处理对象的体素的位置信息而设定的距离权重系数。该距离权重系数是操作者经由操作部0004输入的系数,控制部0003进行通知。
此外,利用上述式(2)以及式(3)进行绘制处理。其中,根据以下的式(7)以及式(8),计算出亮度信息(视线上存在于第i个的体素的亮度值)Ci以及梯度信息(视线上存在于第i个的体素的梯度值)Si。
Ci=K1i·C1i+K2i·C2i (7)
Si=K1i·S1i+K2i·S2i (8)
其中,K1i+K2i=1。
在此,C1i、C2i分别是纹理体数据的体素值、平滑化体数据的体素值,K1i、K2i是根据相距投影面的距离而设定的距离权重系数。
另外,与第1、第2、第3实施方式相同地,也可以是不含梯度运算部0203(0203a、0203b)的构成。在该情况下的梯度值Si例如始终赋予1.0。
其次,利用图14,对本实施方式的特征性的三维图像处理部0014c中的图像处理的顺序进行说明。图14是本实施方式的三维图像处理部0014c的图像处理的处理流程。关于所生成的体数据,与上述各实施方式相同,利用图4进行说明。
第1三维平滑化处理部0201a受理第1平滑化系数并设定(步骤S1401)。另外,第2三维平滑化处理部0201b受理第2平滑化系数并设定(步骤S1402)。第1平滑化系数以及第2平滑化系数分别与第2实施方式相同地,是从预先确定的平滑化系数中通过操作者经由操作部0004而指定的,且是通过控制部0003所通知的。另外,如上所述,作为第2平滑化系数,设定为比第1平滑化系数大的系数。
其次,第1三维平滑化处理部0201a对三维坐标变换部0013的输出数据即断层体数据,进行平滑化处理,生成图4(a)所示的实施了较弱的平滑化处理后的体数据(纹理体数据)0401(步骤S1403)。接下来,第1梯度运算部0203a对纹理体数据的亮度梯度进行计算(步骤S1404)。
另外,第2三维平滑化处理部0201b对断层体数据进行平滑化处理,生成如图4(b)所示的实施了较强的平滑化处理后的平滑化体数据0402(步骤S1405)。接下来,第2梯度运算部0203b对平滑化体数据的亮度梯度进行计算(步骤S1406)。
此外,通过上述处理流程,只要按照设定平滑化系数,进行平滑化处理,进行梯度计算的顺序即可,对各平滑化系数的设定、各平滑化处理、各梯度计算的处理顺序并不限定。
三维图像处理部0014受理距离权重系数并进行设定(步骤S1407)。接下来,距离加权绘制部0207利用所设定的距离权重系数,根据式(2)、式(3)、式(7)以及式(8),按照每一体素对纹理体数据和平滑化体数据进行加权相加的同时进行体绘制处理,来生成三维图像。此外,所生成的三维图像由显示数据生成部0016形成为显示数据后在显示器0009进行显示。
如上所述,本实施方式中,能够根据距离来改变权重系数。例如,针对相距投影面的距离较近的体素,使K1i较大,使平滑化强度弱的纹理体数据的权重较大,而针对相距投影面的距离较远的体素,使K2i较大,使平滑化强度较强的平滑化体数据的权重较大。在该情况下,处理过程中所生成的体数据0900的示意图如图15所示。
如本图所示,仅纵深方向的关心区域的平滑化程度被抑制为适当,关心区域以外被过度地进行平滑化。如此,能够使距离近的体数据微细化,使距离远的体数据模糊地构筑三维图像。
此外,在此,作为针对断层体数据的三维滤波处理,以通过不同的平滑化强度进行的平滑化处理为例进行了说明,但并不限于此。如第3实施方式那样,也可以实施不同的三维滤波处理。另外,所实施的效果不同的三维滤波处理也不限于2种。
如以上说明的那样,根据本实施方式,除了上述各实施方式的效果,还能够根据距离使平滑化的程度发生变化。因此,操作者能够通过对想观察的关心区域以外的体素数据过度地进行平滑化,来获得更易于识别关心区域的三维图像。即,能够提高纵深方向的关心区域的视觉辨识性。
另外,以上的各实施方式中的处理并不限于断层像,也能够适用于通过超声波诊断装置可取得的三维血流、弹性信息、由超声波造影剂所强调的亮度信息。
另外,超声波诊断装置0001也可不具备上述各实施方式中根据RF信号帧数据来生成断层体数据,并且生成二维图像、三维图像的各部(断层信息运算部0011、三维坐标变换部0013、三维图像处理部0014、任意断面像创建部0015、显示数据生成部0016)的功能。例如,可在能够与超声波诊断装置0001进行数据收发的、独立于超声波诊断装置0001的信息处理装置上进行构筑。另外,这些各功能中的一部分也可在独立的信息处理装置上构筑。
而且,上述各实施方式中,作为应用本发明的检查装置,以超声波诊断装置为例进行了说明,但并不限于超声波诊断装置。也可适用于MRI装置、X线CT装置等的根据断层体数据来生成三维图像的各种检查装置。
标号说明
0001:超声波诊断装置,0002:超声波探头,0003:控制部,0004:操作部,0005:发送部,0006:接收部,0007:收发控制部,0008:调相相加部,0009:显示器(显示部),0010:被检体,0011:断层信息运算部,0012:三维断层数据存储部,0013:三维坐标变换部,0014:三维图像处理部,0014a:三维图像处理部,0014b:三维图像处理部,0014c:三维图像处理部,0015:任意断面像创建部,0016:显示数据生成部,0201:三维平滑化处理部,0201a:第1三维平滑化处理部,0201b:第2三维平滑化处理部,0202:加权相加部,0203:梯度运算部,0203a:第1梯度运算部,0203b:第2梯度运算部,0204:绘制部,0206:三维锐化处理部,0207:距离加权绘制部,0401:纹理体数据,0402:平滑化体数据,0403:合成体数据,0501:三维图像,0502:三维图像,0503:三维图像,0600:三维图像显示区域,0601:变更旋钮,0602:系数显示区域,0603:滑动条,0604:上升指示区域,0605:下降指示区域,0701:变更旋钮,0702:系数显示区域,0703:滑动条,0704:上升指示区域,0705:下降指示区域,0801:变更旋钮,0802:处理方法显示区域,0803:滑动条,0804:指示区域,0805:指示区域。