CN117338328A - 超声波诊断装置及超声波诊断装置的控制方法 - Google Patents

超声波诊断装置及超声波诊断装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够获得高精度地再现病变部的结构的截面图像的超声波诊断装置及超声波诊断装置的控制方法。超声波诊断装置根据在使超声波探头(10)进行扫描的同时获取并拍摄到病变部的动画来生成与观察面正交的截面图像，所述超声波诊断装置具备：疑似正交截面生成部(26)，其在构成动画的多个帧图像中的1个帧图像上设定贯穿病变部的截面提取线，通过按时序排列多个帧图像中的截面提取线上的像素值来生成与观察面正交的疑似正交截面图像；以及疑似正交截面变形部(27)，其通过使疑似正交截面图像沿水平方向进行非刚体变形来生成归一化疑似正交截面图像。

Description

超声波诊断装置及超声波诊断装置的控制方法
技术领域
本发明涉及一种生成与观察面正交的截面图像的超声波诊断装置及超声波诊断装置的控制方法。
背景技术
一直以来，利用超声波图像的超声波诊断装置在医疗领域中得到了实际应用。通常，超声波诊断装置具备内置振子阵列的超声波探头和与超声波探头连接的装置主体，通过从超声波探头朝向受检体发射超声波束，由超声波探头接收来自受检体的超声回波并对该接收信号进行电处理来生成超声波图像。
通过超声波诊断装置，例如检查位于受检体的乳腺等的病变部时，经常会拍摄到彼此正交的2个截面。如此，拍摄到2个截面时，通常，医生等使用者为了改变拍摄朝向经常会改持超声波探头来拍摄同一病变部，有时这会导致检查不顺利。
因此，例如，如专利文献1及专利文献2所公开，开发了一种通过在构成动画的多个帧图像中按时序排列指定线上的像素值来生成与观察面正交的截面图像的技术。
专利文献1：日本特开平08-280678号公报
专利文献2：日本特开2002-306474号公报
在拍摄构成动画的多个帧图像时，由使用者移动的超声波探头的速度有时会因为某些原因发生变动。如此，超声波探头的扫描速度不固定时，多个帧图像间的时间间隔不一致，因此在通过专利文献1及专利文献2的技术生成的截面图像中导致病变部的结构变成与实际不同，有时医生等使用者无法准确地进行诊断。
发明内容
本发明是为了解决此类现有问题点而完成的，其目的在于提供一种能够获得高精度地再现病变部的结构的截面图像的超声波诊断装置及超声波诊断装置的控制方法。
通过以下构成，能够实现上述目的。
〔1〕一种超声波诊断装置，其根据在使超声波探头进行扫描的同时获取并拍摄到病变部的动画来生成与观察面正交的截面图像，
所述超声波诊断装置具备：
疑似正交截面生成部，其在构成动画的多个帧图像中的1个帧图像上设定贯穿病变部的截面提取线，通过按时序排列多个帧图像中的截面提取线上的像素值来生成与观察面正交的疑似正交截面图像；以及
疑似正交截面变形部，其通过使疑似正交截面图像沿水平方向进行非刚体变形来生成归一化疑似正交截面图像。
〔2〕根据〔1〕所述的超声波诊断装置，其中，
所述超声波诊断装置具备计测部，该计测部从归一化疑似正交截面图像中检测出病变部并计测病变部的大小。
〔3〕根据〔2〕所述的超声波诊断装置，其中，
疑似正交截面生成部通过设定彼此平行延伸的多个截面提取线来生成多个疑似正交截面图像，
疑似正交截面变形部根据多个疑似正交截面图像来生成多个归一化疑似正交截面图像，
计测部基于从多个归一化疑似正交截面图像分别计测出的病变部的面积来计算病变部的体积。
〔4〕根据〔1〕至〔3〕中任一项所述的超声波诊断装置，其中，
所述超声波诊断装置具备恶性度计算部，该恶性度计算部根据拍摄到病变部的图像来计算病变部的恶性度。
〔5〕根据〔4〕所述的超声波诊断装置，其中，
恶性度计算部计算综合恶性度，该综合恶性度是将根据多个帧图像中的1个帧图像计算出的第1恶性度和根据归一化疑似正交截面图像计算出的第2恶性度进行整合而得到的。
〔6〕根据〔1〕至〔5〕中任一项所述的超声波诊断装置，其中，
所述超声波诊断装置具备：
病变检测部，其针对多个帧图像分别检测病变部，
疑似正交截面生成部在多个帧图像中病变部最大的帧图像上设定截面提取线。
〔7〕根据〔1〕至〔6〕中任一项所述的超声波诊断装置，其中，
疑似正交截面变形部包含：
位移量推定部，其在拍摄到多个帧图像的各个时刻，对将超声波探头的扫描速度设定为固定时的疑似正交截面图像中的像素位置与实际的疑似正交截面图像中的像素位置之间的位移量进行推定；以及
图像变形部，其根据位移量使疑似正交截面图像进行非刚体变形。
〔8〕根据〔7〕所述的超声波诊断装置，其中，
超声波探头具有检测超声波探头的移动速度的动作传感器，
位移量推定部根据由动作传感器检测出的移动速度来推定位移量。
〔9〕一种超声波诊断装置的控制方法，该超声波诊断装置根据在使超声波探头进行扫描的同时获取并拍摄到病变部的动画来生成与观察面正交的截面图像，
在该超声波诊断装置的控制方法中进行以下处理：
在构成动画的多个帧图像中的1个帧图像上设定贯穿病变部的截面提取线；
通过按时序排列多个帧图像中的截面提取线上的像素值来生成与观察面正交的疑似正交截面图像；以及
通过使疑似正交截面图像沿水平方向进行非刚体变形来生成归一化疑似正交截面图像。
发明效果
根据本发明，超声波诊断装置根据在使超声波探头进行扫描的同时获取并拍摄到病变部的动画来生成与观察面正交的截面图像，该超声波诊断装置具备：疑似正交截面生成部，其在构成动画的多个帧图像中的1个帧图像上设定贯穿病变部的截面提取线，其通过按时序排列多个帧图像中的截面提取线上的像素值来生成与观察面正交的疑似正交截面图像；以及疑似正交截面变形部，其通过使疑似正交截面图像沿水平方向进行非刚体变形来生成归一化疑似正交截面图像，因此能够获得高精度地再现病变部的结构的截面图像。
附图说明
图1是表示第1实施方式所涉及的超声波诊断装置的结构的方块图。
图2是表示第1实施方式中的收发电路的内部结构的方块图。
图3是表示第1实施方式中的图像生成部的内部结构的方块图。
图4是示意地表示截面提取线的图。
图5是示意地表示疑似正交截面图像的例子的图。
图6是示意地表示归一化疑似正交截面图像的例子的图。
图7是表示第1实施方式中的疑似正交截面变形部的内部结构的方块图。
图8是表示第1实施方式所涉及的超声波诊断装置的动作的流程图。
图9是表示生成第1实施方式中的疑似正交截面图像的动作的流程图。
图10是表示生成第1实施方式中的归一化疑似正交截面图像的动作的流程图。
图11是表示第2实施方式所涉及的超声波诊断装置的结构的方块图。
图12是表示第2实施方式中的疑似正交截面变形部的内部结构的方块图。
图13是表示第3实施方式所涉及的超声波诊断装置的结构的方块图。
图14是表示第4实施方式所涉及的超声波诊断装置的结构的方块图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
以下记载的构成要件的说明根据本发明的代表性实施方式而完成，但本发明并不限定于这种实施方式。
另外，在本说明书中使用“～”表示的数值范围表示包括“～”的前后记载的数值作为下限值及上限值的范围。
在本说明书中，“同一”、“相同”包括技术领域中通常允许的误差范围。
第1实施方式
图1中示出本发明的第1实施方式所涉及的超声波诊断装置的结构。超声波诊断装置具备超声波探头10和装置主体20。超声波探头10与装置主体20经由未图示的电缆彼此有线连接。
超声波探头10具有振子阵列11及与振子阵列11连接的收发电路12。
装置主体20具有与超声波探头10的收发电路12连接的图像生成部21，图像生成部21上依次连接有显示控制部22及显示器23，图像生成部21上连接有图像存储器24。图像存储器24上依次连接有病变检测部25、疑似正交截面生成部26及疑似正交截面变形部27。疑似正交截面变形部27与显示控制部22连接。并且，在收发电路12、图像生成部21、显示控制部22、图像存储器24、病变检测部25、疑似正交截面生成部26及疑似正交截面变形部27上连接有主体控制部29。并且，主体控制部29上连接有输入装置30。
并且，由图像生成部21、显示控制部22、病变检测部25、疑似正交截面生成部26、疑似正交截面变形部27及主体控制部29构成装置主体20用处理器31。
超声波探头10的振子阵列11具有一维或二维排列的多个超声波振子。这些振子按照分别从收发电路12供给的驱动信号发射超声波且接收来自受检体的反射波而输出模拟接收信号。各振子例如通过在包括以PZT(Lead Zirconate Titanate：锆钛酸铅)为代表的压电陶瓷、以PVDF(Poly Vinylidene Di Fluoride：聚偏二氟乙烯)为代表的高分子压电元件及以PMN-PT(Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：铌镁酸铅-钛酸铅固溶体)为代表的压电单晶等压电体的两端形成电极来构成。
收发电路12在主体控制部29的控制下，从振子阵列11发送超声波且根据由振子阵列11获取的接收信号生成声线信号。如图2所示，收发电路12具有与振子阵列11连接的脉冲发生器13、依次与振子阵列11串联连接的放大部14、AD(Analog Digital：模拟数字)转换部15及波束成形器16。
脉冲发生器13例如包括多个脉冲发生器，并且根据发射延迟模式调节延迟量而向多个振子供给各自的驱动信号，以使从振子阵列11的多个振子发射的超声波形成超声波束，该发射延迟模式根据来自主体控制部29的控制信号来选择。如此，若对振子阵列11的振子的电极施加脉冲状或连续波状的电压，则压电体伸缩，从各振子产生脉冲状或连续波状的超声波，并由这些超声波的合成波形成超声波束。
所发射的超声波束例如在受检体的部位等对象处反射，超声回波朝向超声波探头10的振子阵列11传播。如此朝向振子阵列11传播的超声回波由构成振子阵列11的各振子接收。此时，构成振子阵列11的各振子通过接收传播的超声回波进行伸缩而产生作为电信号的接收信号，并将这些接收信号输出至放大部14。
放大部14放大从构成振子阵列11的各振子输入的信号，并向AD转换部15发送放大后的信号。AD转换部15将从放大部14发送过来的信号转换为数字接收数据，并向波束成形器16发送这些接收数据。波束成形器16通过按照音速或音速的分布对由AD转换部15转换的各接收数据提供各自的延迟并将它们相加来进行所谓的接收聚焦处理，该音速或音速的分布根据接收延迟模式来设定，该接收延迟模式根据来自主体控制部29的控制信号来选择。通过该接收聚焦处理，可获取整相相加由AD转换部15转换的各接收数据而得且超声回波的焦点被缩小的声线信号。
如图3所示，装置主体20的图像生成部21具有信号处理部41、DSC(Digital ScanConverter：数字扫描转换器)42及图像处理部43依次串联连接而成的结构。
信号处理部41在根据超声波的反射位置的深度，对由超声波探头10的收发电路12发送的声线信号实施由距离引起的衰减的校正之后，实施包络检波处理，由此生成与受检体内的组织相关的断层图像信息即超声波图像信号(B模式图像信号)。
DSC42将由信号处理部41生成的超声波图像信号转换(光栅转换)为遵循一般电视信号的扫描方式的图像信号。
图像处理部43在对从DSC42输入的超声波图像信号实施灰度处理等各种需要的图像处理之后，将表示超声波图像的信号输出至显示控制部22及图像存储器24。以下，将表示由图像生成部21如此生成的超声波图像的信号简称为帧图像。
图像存储器24是在主体控制部29的控制下保存由图像生成部21生成的帧图像的存储器。例如，图像存储器24能够保存通过连续拍摄包含受检体的同一病变部的区域而由图像生成部21生成的构成动画的多个帧图像。
作为图像存储器24，能够使用闪存、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive：固态驱动器)、FD(Flexible Disc：软盘)、MO光盘(Magneto-Opticaldisc：磁光盘)、MT(Magnetic Tape：磁带)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、CD(Compact Disc：压缩光盘)、DVD(Digital Versatile Disc：数字多功能光盘)、SD卡(Secure Digital card：安全数字卡)、USB存储器(Universal Serial Bus memory：通用串行总线存储器)等记录介质。
病变检测部25通过对保存在图像存储器24的多个帧图像的每一个实施图像分析，检测多个帧图像的每一个的病变部。病变检测部25例如能够利用记载于“REDMON,Joseph,et al.You only look once:Unified,real-time object detection.In:Proceedings ofthe IEEE conference on computer vision and pattern recognition.2016.779-788页”中的物体检测算法来检测病变部。
并且，病变检测部25例如还能够存储与病变部有关的多个模板图像并通过使用了这些模板图像的所谓模板匹配方法检测病变部。并且，病变检测部25例如还能够使用Csurka et al.:Visual Categorization with Bags of Keypoints,Proc.of ECCVWorkshop on Statistical Learning in Computer Vision,59-74页(2004)中记载的机器学习方法或Krizhevsk et al.:ImageNet Classification with Deep ConvolutionalNeural Networks,Advances in Neural Information Processing Systems 25,1106-1114页(2012)中记载的利用深度学习的通用图像识别方法等检测病变部。
如图4所示，疑似正交截面生成部26在构成保存于图像存储器24的动画的多个帧图像U1中的1个帧图像U1上设定贯穿病变部M1的截面提取线L1，按时序排列构成动画的多个帧图像U1中的截面提取线L1上的像素值，例如，按时间顺序排列过去获取的帧图像U1到最新帧图像U1为止的像素值，由此生成图5所示的与观察面正交的疑似正交截面图像U2。
疑似正交截面生成部26例如能够在多个帧图像U1中的由病变检测部25检测出的病变部M1最大的帧图像U1上设定截面提取线L1。
并且，疑似正交截面生成部26例如还能够在多个帧图像U1中的使用者经由输入装置30指定的1个帧图像U1上设定截面提取线L1。
疑似正交截面生成部26能够根据基于病变检测部25的病变部M1的检测结果跟踪多个帧图像U1分别包含的病变部M1的位置，并对多个帧图像U1的病变部M1设定截面提取线L1以成为与1个帧图像U1的病变部M1和截面提取线L1的位置关系相同的位置关系。疑似正交截面生成部26能够按时序排列如此设定的多个帧图像U1的截面提取线L1上的像素值。
在此，由于疑似正交截面图像U2是通过单纯地按时序排列多个帧图像U1中的截面提取线L1上的像素值来生成的，因此，例如，若使用者拍摄多个帧图像U1时移动超声波探头10的速度发生变动即超声波探头10不以固定的速度移动，则与深度方向正交的水平方向上的像素的时间间隔不一致，因此，有时无法准确地再现病变部M1的结构。
因此，为了提高病变部M1的截面图像的精度，疑似正交截面变形部27通过使疑似正交截面图像U2沿水平方向进行非刚体变形来生成图6所示的将超声波探头10的扫描速度设定为固定时的归一化疑似正交截面图像U3。归一化疑似正交截面图像U3包含高精度地再现结构的病变部M1。在此，水平方向是指疑似正交截面图像U2中的与深度方向正交的方向。
如图7所示，疑似正交截面变形部27具有位移量推定部32和图像变形部33。
位移量推定部32在拍摄到多个帧图像U1的各个时刻即对应于多个帧图像U1的每一个，推定将超声波探头10的扫描速度设定为固定时的疑似正交截面图像U2中的像素位置与实际的疑似正交截面图像U2中的像素位置之间的位移量。位移量推定部32例如包含将H和T设定为正整数值，输入由纵H像素及横T像素构成的疑似正交截面图像U2并输出T个整数值即位移量r(i)(i＝1、2、……、T)的使用所谓神经网络的位移量推定模型，并能够通过位移量推定模型推定位移量r(i)。疑似正交截面图像U2的列编号i是构成动画的多个帧图像U的帧编号，与疑似正交截面图像U2的像素的扫描时刻对应。并且，位移量r(i)表示将超声波探头10的扫描速度设定为固定时的与第i个帧编号的帧图像U1对应的疑似正交截面图像U2的像素位置与实际的与第i个帧编号的帧图像U1对应的疑似正交截面图像U2的像素位置之间的位移量。表示实际扫描位置相对于疑似正交截面图像U2的列编号i位移的程度。另外，以下，有时将疑似正交截面图像U2的列编号i称为第1列编号i。
例如，位移量推定模型能够如下学习疑似正交截面图像U2与位移量r(i)的关系。首先，准备作为学习用动画的通过超声波探头以任意速度扫描来生成的动画、及将由加速度传感器、陀螺仪传感器或磁传感器等位置传感器等测定的超声波探头的位置与动画的帧速率同步记录的探头位置数据X。在此，生成动画时的超声波探头的速度为可变。动画的帧数是N时，探头位置数据X的数据数也是N。针对所准备的动画，通过疑似正交截面生成部26生成疑似正交截面图像U2。并且，将探头位置数据X通过以下式(1)转换为位移量Y(t)(t＝1、2、……、M)。
[数式1]
在此，t为疑似正交截面图像U2的列编号即构成动画的多个帧图像U1的帧编号。并且，“Int[]”为对括号内的数值进行小数点以下的舍入来输出整数值的函数。位移量Y(t)为超声波探头以固定速度移动时原本应拍摄到的疑似正交截面图像的帧编号与实际拍摄到的疑似正交截面图像U2的帧编号之差。
准备如此获得的疑似正交截面图像U2和位移量Y(t)的多组作为训练数据，通过所谓反向传播算法等学习方法能够使位移量推定模型学习训练数据。
图像变形部33根据由位移量推定部32推定的位移量r(i)，使疑似正交截面图像U2沿水平方向进行非刚体变形来生成归一化疑似正交截面图像U3，以使与实际的病变部M1中等间隔排列的多个位置对应的多个像素在与深度方向正交的图像的水平方向上等间隔排列。关于由图像变形部33进行的疑似正交截面图像U2的非刚体变形，在后面进行详细说明。
显示控制部22对由图像生成部21生成的帧图像U1及由疑似正交截面变形部27生成的归一化疑似正交截面图像U3等实施规定处理，并将这些显示于显示器23。
显示器23在显示控制部22的控制下，显示由图像生成部21生成的帧图像U1及由疑似正交截面变形部27生成的归一化疑似正交截面图像U3等，例如，具有LCD(LiquidCrystal Display：液晶显示器)、有机EL显示器(Organic Electroluminescence Display)等显示器装置。
主体控制部29根据预先存储的控制程序等，进行装置主体20的各部及超声波探头10的收发电路12的控制。
输入装置30是使用者用于输入操作的装置，例如，由键盘、鼠标、轨迹球、触控板及重叠配置于显示器23的触摸传感器等装置构成。
另外，具有图像生成部21、显示控制部22、病变检测部25、疑似正交截面生成部26、疑似正交截面变形部27及主体控制部29的处理器31由CPU(Central Processing Unit：中央处理装置)及用于使CPU进行各种处理的控制程序构成，但也可以用FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)、其他IC(Integrated Circuit：集成电路)构成，或者也可以组合它们来构成。
并且，处理器31的图像生成部21、显示控制部22、病变检测部25、疑似正交截面生成部26、疑似正交截面变形部27及主体控制部29还能够通过将一部分或者整体整合在1个CPU等来构成。
接着，使用图8所示的流程图，对本发明的第1实施方式的超声波诊断装置的动作进行说明。
首先，在步骤S1中，获取使用者使超声波探头10接触受检体的体表的状态下拍摄了受检体的病变部M1的帧图像U1。获取帧图像U1时，收发电路12在主体控制部29的控制下进行所谓接收聚焦处理来生成声线信号。将由收发电路12生成的声线信号发送至图像生成部21。图像生成部21使用由收发电路12发送过来的声线信号生成帧图像U1。将如此获取的帧图像U1发送至图像存储器24并保存在图像存储器24。
接着，在步骤S2中，主体控制部29判定是否结束帧图像U1的拍摄。主体控制部29例如在使用者经由输入装置30输入结束帧图像U1的拍摄的命令时，判定为结束帧图像U1的拍摄。此时，主体控制部29例如控制收发电路12等超声波诊断装置的各部结束帧图像U1的拍摄。并且，主体控制部29例如在使用者经由输入装置30未输入结束帧图像U1的拍摄的命令时，判定为继续帧图像U1的拍摄，使超声波诊断装置的各部继续进行拍摄。
在步骤S2中判定为不结束帧图像U1的拍摄时，返回步骤S1，获取新的帧图像U1。如此，只要在步骤S2中判定为不结束帧图像U1的拍摄，则会反复进行步骤S1及步骤S2的处理，将构成动画的多个帧图像U1保存于图像存储器24。并且，在步骤S2中判定为结束帧图像U1的拍摄时进入步骤S3。
在步骤S3中，疑似正交截面生成部26在通过反复进行步骤S1及步骤S2来获得的构成动画的多个帧图像U1中的1个帧图像U1上设定如图4所示的贯穿病变部M1的截面提取线L1。
疑似正交截面生成部26例如能够设定贯穿使用者经由输入装置30指定的帧图像U1上的病变部M1的截面提取线L1。并且，在步骤S3中，还可以是病变检测部25检测多个帧图像U1中的病变部M1，疑似正交截面生成部26在包含由病变检测部25检测出的多个病变部M1中最大的病变部M1的帧图像U1上设定截面提取线L1。
并且，疑似正交截面生成部26例如能够对多个帧图像U1中的病变部M1设定截面提取线L1，以维持所设定的截面提取线L1与病变部M1的位置关系。
在接下来的步骤S4中，疑似正交截面生成部26通过按时序排列构成动画的多个帧图像U1中的与步骤S3中设定的截面提取线L1上的位置相同位置上的像素值来生成图5所示的与观察面正交的疑似正交截面图像U2。步骤S4的处理由图9的流程图所示的步骤S10～步骤S14的处理构成。
首先，在步骤S10中，疑似正交截面生成部26制成与疑似正交截面图像U2对应的图像缓冲区。图像缓冲区具有纵H像素、横T1像素的大小。在此，T1是通过反复进行步骤S1～步骤S2来获取的构成动画的多个帧图像U1的帧数，并且是疑似正交截面图像U2的水平方向的像素数。
在步骤S11中，疑似正交截面生成部26选出构成动画的多个帧图像U1中的1个，例如最早先的即帧编号为“1”的帧图像U1。
在步骤S12中，疑似正交截面生成部26在步骤S11中选出的帧图像U1中获取步骤S3中设定的截面提取线L1上的同一位置上的像素值。
在步骤S13中，疑似正交截面生成部26对与步骤S11中选出的帧图像U1对应的步骤S10中制成的图像缓冲区的列，例如与帧编号“1”对应的图像缓冲区的列复制步骤S12中获取的像素值。
在步骤S14中，疑似正交截面生成部26判定是否对构成动画的多个帧图像U1全部进行了步骤S11～步骤S13的处理。在当前时间点，由于仅对1个帧图像U1进行了步骤S12及步骤S13的处理，因此疑似正交截面生成部26判定为未对构成动画的多个帧图像U1全部进行了步骤S12及步骤S13的处理。此时，返回步骤S11。在该步骤S11中，疑似正交截面生成部26在构成动画的多个帧图像U1中选出尚未被选的帧图像U1例如过去第2个获取的帧图像U1。
如此，在步骤S14中，反复进行步骤S11～步骤S14的处理，直至判定为对构成动画的所有帧图像U1进行了步骤S12及步骤S13的处理。由此，对步骤S10中制成的图像缓冲区的列依次复制像素值。
在步骤S14中，若判定为对构成动画的所有帧图像U1进行了步骤S12及步骤S13的处理，则完成步骤S4的处理。由此，在对步骤S10中制成的图像缓冲区的所有列复制所对应的帧图像U1中的截面提取线L1上的像素值，生成疑似正交截面图像U2。
如此，完成步骤S4时，进入步骤S5。在步骤S5中，疑似正交截面变形部27通过使步骤S4中生成的疑似正交截面图像U2沿水平方向进行非刚体变形，生成将超声波探头10的扫描速度设定为固定时的归一化疑似正交截面图像U3。该步骤S5的处理由图10的流程图所示的步骤S21～步骤S31的处理构成。
在步骤S21中，疑似正交截面变形部27对步骤S4中生成的疑似正交截面图像U2的所有第1列编号i推定位移量r(i)。此时，疑似正交截面变形部27例如能够利用学习了疑似正交截面图像U2与位移量r(i)的关系的位移量推定模型来推定位移量r(i)。位移量推定模型例如能够学习疑似正交截面图像U2与由式(1)表示的位移量Y(t)的多个组作为训练数据。
在步骤S22中，疑似正交截面变形部27对疑似正交截面图像U2的所有第1列编号i计算位移目标列编号。在此，位移目标列编号通过对第1列编号i与步骤S21中推定的位移量r(i)之和i+r(i)进行常数的加减以使1+r(1)成为1来计算。在以下表1中示出疑似正交截面图像U2的第1列编号i、位移量r(i)、和i+r(i)及位移目标列编号的例子。在表1的例子中，1+r(1)＝-4，因此位移目标列编号通过对和i+r(i)加上常数5来计算。
[表1]
在步骤S23中，疑似正交截面变形部27制成与归一化疑似正交截面图像U3对应的图像缓冲区。该图像缓冲区具有纵H像素、横T2像素的大小。在此，T2是对位移目标列编号的最大值与最小值之差加上1而得的数。在表1的例子中，T2＝T1+15。
在步骤S24中，疑似正交截面变形部27选出归一化疑似正交截面图像U3的列编号j＝1。以下，将归一化疑似正交截面图像U3的列编号j还称为第2列编号j。
在步骤S25中，疑似正交截面变形部27搜索步骤S22中计算的位移目标列编号等同于步骤S24中选出的第2列编号j的第1列编号i。在表1的例子中，疑似正交截面变形部27搜索位移目标列编号为第2列编号j＝1的第1列编号i＝1。
在步骤S26中，疑似正交截面变形部27判定步骤S25中搜索到的第1列编号i的个数。当搜索到的第1列编号i的个数为1个时进入步骤S27，当搜索到的第1列编号i的个数为多个时进入步骤S28，当搜索到的第1列编号i的个数为0个时进入步骤S29。
在表1的例子中，当第2列编号j＝1时，步骤S25中搜索到的第1列编号i为“1”之一，因此进入步骤S27。在步骤S27中，疑似正交截面变形部27对第2列编号j为1的步骤S23中制成的图像缓冲区的列复制疑似正交截面图像U2的第1列编号i＝1的像素值。
在步骤S27之后的步骤S30中，疑似正交截面变形部27判定是否在所有第2列编号j中完成了步骤S26～步骤S29的处理。判定为未在所有第2列编号j中完成这些处理时，进入步骤S31。
在步骤S31中，疑似正交截面变形部27选出对当前被选的第2列编号j＝1加上1而得的数即第2列编号j＝2。完成步骤S31时，返回步骤S25。
在步骤S25中，疑似正交截面变形部27搜索位移目标列编号＝第2列编号j＝2的第1列编号i。在表1的例子中，位移目标列编号不存在“2”，因此，此时在步骤S25中不搜索第1列编号i。另外，在多个帧图像U1的拍摄中，若超声波探头10的扫描速度突然加快，则位移量r(i)会变大，有时无法搜索到位移目标列编号＝第2列编号j的第1列编号i。
在步骤S26中，判定为步骤S25中搜索到的第1列编号i的个数为0个时，进入步骤S29。在步骤S29中，疑似正交截面变形部27对像素值进行插值，并对第2列编号j为2的步骤S23中制成的图像缓冲区的列复制进行了插值的像素值。此时，疑似正交截面变形部27例如能够对与最接近未搜索到的位移目标列编号的2个位移目标列编号如与最接近位移目标列编号＝第2列编号j＝2的2个位移目标列编号“1”及“3”对应的第1列编号i＝1的像素值与第1列编号i＝3的像素值之间的像素值进行插值，并对第2列编号j为2的图像缓冲区的列复制进行插值来获得的像素值。插值的方法并没有特别限定，例如，能够利用所谓的线性插值或二次插值等公知的方法。
在步骤S28之后的步骤S30中，疑似正交截面变形部27判定是否在所有第2列编号j中完成了步骤S25～步骤S29的处理，未在所有第2列编号j中完成处理时，进入步骤S31。
在步骤S31中，对第2列编号j进一步加上1。之后，返回步骤S25。
如此，反复进行步骤S25～步骤S31，并在步骤S31中选出第2列编号j＝11时，在接下来的步骤S25中搜索位移目标列编号＝第2列编号j＝11的第1列编号i。在表1的例子中，位移目标列编号＝第2列编号j＝11的第1列编号i为“5”和“6”这2个，因此，搜索到这些第1列编号i＝5、6。在多个帧图像U1的拍摄中，例如在超声波探头10静止时等会搜索多个第1列编号i。
在接下来的步骤S25中，判定为搜索到的第1列编号i的个数为“5”和“6”这2个(多个)时，进入步骤S28。
在步骤S28中，疑似正交截面变形部27对与第2列编号j对应的图像缓冲区的列复制被搜索到的多个第1列编号i的像素值的平均值。在表1的例子中，疑似正交截面变形部27例如能够对第2列编号j为11的图像缓冲区的列复制被搜索到的第1列编号i＝5、6的像素值的平均值。
如此，通过反复进行步骤S25～步骤S31的处理，对步骤S23中制成的图像缓冲区的列依次复制像素值。
在步骤S30中，判定为在所有第2列编号j中完成了步骤S25～步骤S29的处理时，完成步骤S5的处理。由此，对步骤S23中制成的图像缓冲区的所有列复制像素值，生成归一化疑似正交截面图像U3。归一化疑似正交截面图像U3表示超声波探头10的扫描速度固定时的病变部M1的截面图像。如此，根据步骤S5的处理，可获得高精度的截面图像。
最后，在步骤S6中，将步骤S5中生成的归一化疑似正交截面图像U3显示于显示器23。此时，例如，通过经由输入装置30的使用者的输入操作，能够将归一化疑似正交截面图像U3与帧图像U1一同显示于显示器23。使用者通过确认显示于显示器23的归一化疑似正交截面图像U3，能够高精度地诊断受检体的病变部M1。
从以上内容可知，根据第1实施方式的超声波诊断装置，疑似正交截面生成部26通过按时序排列构成动画的多个帧图像U1中的截面提取线L1上的像素值来生成与观察面正交的疑似正交截面图像U2，疑似正交截面变形部27通过使疑似正交截面图像U2沿水平方向进行非刚体变形来生成将超声波探头10的扫描速度设定为固定时的归一化疑似正交截面图像U3，因此，能够获得高精度地再现病变部M1的结构的截面图像。
另外，虽然说明的是超声波探头10与装置主体20彼此有线连接的情况，但也可以彼此无线连接。
并且，装置主体20可以是所谓的固定型，可以是便携式，也可以是由所谓智能手机或平板电脑等构成的手持式。如此，构成装置主体20的设备的种类并没有特别限定。
并且，收发电路12设置于超声波探头10，但也可以设置于装置主体20而不是设置于超声波探头10。
并且，图像生成部21设置于装置主体20，但也可以是设置于超声波探头10而不是设置于装置主体20。
并且，疑似正交截面生成部26在设定贯穿病变部M1的截面提取线L1时，能够在病变部M1的中心或以一定比例内切病变部M1的宽度的位置等针对病变部M1决定的位置设定截面提取线L1。如此，将截面提取线L1设定为贯穿病变部M1的哪一位置能够通过经由输入装置30的使用者的输入操作来决定，还能够决定为无法按装置变更。
并且，对疑似正交截面变形部27通过使疑似正交截面图像U2沿水平方向进行非刚体变形来生成归一化疑似正交截面图像U3的情况进行了说明，但此时，疑似正交截面变形部27还能够根据需要使疑似正交截面图像U2沿深度方向进行非刚体变形。
第2实施方式
在第1实施方式中，疑似正交截面变形部27通过位移量推定模型推定位移量r(i)，但还能够根据来自安装于超声波探头10的动作传感器的信号来推定位移量r(i)。
图11示出第2实施方式的超声波诊断装置的结构。第2实施方式的超声波诊断装置在图1所示的第1实施方式的超声波诊断装置中具备超声波探头10A来代替超声波探头10，具备装置主体20A来代替装置主体20。
超声波探头10A在第1实施方式中的超声波探头10中追加有动作传感器17。动作传感器17与图像存储器24连接。
装置主体20A在第1实施方式中的装置主体20中具备疑似正交截面变形部27A来代替疑似正交截面变形部27，具备主体控制部29A来代替主体控制部29。并且，如图12所示，疑似正交截面变形部27A在第1实施方式中的疑似正交截面变形部27中具备位移量推定部32A来代替位移量推定部32。
并且，由图像生成部21、显示控制部22、病变检测部25、疑似正交截面生成部26、疑似正交截面变形部27A及主体控制部29A构成装置主体20A用处理器31A。
动作传感器17为安装于超声波探头10A来检测超声波探头10A的移动速度的传感器装置。动作传感器17将超声波探头10A的移动速度与由图像生成部21生成的帧图像U1的生成帧速率同步地发送至图像存储器24。如此，发送到图像存储器24的超声波探头10A的移动速度与所对应的多个帧图像U1的每一个建立对应关联来保存于图像存储器24作为移动速度V(i)(i＝1、2、……、T)。
作为动作传感器17，例如，能够构成为包括加速度传感器、角速度传感器或磁传感器等公知的传感器装置。
疑似正交截面变形部27A的位移量推定部32A根据由动作传感器17检测出的超声波探头10A的移动速度V(i)来推定位移量r(i)。具体而言，疑似正交截面变形部27A能够利用以下式(2)及式(3)来推定与疑似正交截面图像U2的第1列编号i对应的位移量r(i)。
[数式2]
[数式3]
/>
图像变形部33根据如此由位移量推定部32A推定的位移量r(i)使疑似正交截面图像U2沿水平方向进行非刚体变形，生成将超声波探头10A的扫描速度设定为固定的归一化疑似正交截面图像U3。
从以上内容可知，根据第2实施方式的超声波诊断装置，即使位移量推定部32A使用由动作传感器17计测的超声波探头10A的移动速度V(i)，通过式(2)及式(3)推定位移量r(i)时，仍可获得高精度地再现病变部M1的结构的归一化疑似正交截面图像U3。
第3实施方式
在本发明中，由于可获得高精度地再现病变部M1的结构的归一化疑似正交截面图像U3，因此能够利用归一化疑似正交截面图像U3来高精度地计测病变部M1的大小等。
图13示出第3实施方式所涉及的超声波诊断装置的结构。第3实施方式的超声波诊断装置在图1所示的第1实施方式的超声波诊断装置中具备装置主体20B来代替装置主体20。
装置主体20B在第1实施方式中的装置主体20中追加有计测部34且具备主体控制部29B来代替主体控制部29。计测部34与显示控制部22、疑似正交截面变形部27及主体控制部29B连接。
并且，由图像生成部21、显示控制部22、病变检测部25、疑似正交截面生成部26、疑似正交截面变形部27、主体控制部29B及计测部34构成装置主体20B用处理器31B。
计测部34从由疑似正交截面变形部27生成的归一化疑似正交截面图像U3中检测出病变部M1，计测病变部M1的大小。计测部34例如能够利用记载于“REDMON,Joseph,etal.You only look once:Unified,real-time object detection.In:Proceedings ofthe IEEE conference on computer vision and pattern recognition.2016.779-788页”中的病变检测算法来检测病变部M1。
并且，计测部34例如还能够存储与病变部M1有关的多个模板图像并通过使用了这些模板图像的所谓模板匹配方法检测病变部M1。并且，计测部34例如还能够使用Csurka etal.:Visual Categorization with Bags of Keypoints,Proc.of ECCV Workshop onStatistical Learning in Computer Vision,59-74页(2004)中记载的机器学习方法或Krizhevsk et al.:ImageNet Classification with Deep Convolutional NeuralNetworks,Advances in Neural Information Processing Systems 25,1106-1114页(2012)中记载的利用深度学习的通用图像识别方法等检测病变部M1。
计测部34在计测归一化疑似正交截面图像U3中包含的病变部M1的大小时，尤其能够计测与深度方向正交的水平方向上的病变部M1的大小。由此，能够高精度地获得扫描方向即超声波探头10的移动方向上的病变部M1的大小。
从以上内容可知，根据第3实施方式的超声波诊断装置，从归一化疑似正交截面图像U3高精度地计测病变部M1在扫描方向上的大小，因此医生等使用者无需为了计测扫描方向上的病变部M1的大小而改变超声波探头10的朝向来重新拍摄帧图像U1，能够顺利且精确地进行病变部M1的检査。
另外，对病变部M1的大小的计测进行了说明，但计测部34还能够计测病变部M1的体积。
此时，首先，疑似正交截面生成部26在1个帧图像U1中设定彼此平行延伸且贯穿病变部M1的多个截面提取线L1，生成多个疑似正交截面图像U2。接着，疑似正交截面变形部27根据由疑似正交截面生成部26生成的多个疑似正交截面图像U2来生成多个归一化疑似正交截面图像U3。计测部34根据由疑似正交截面变形部27生成的多个归一化疑似正交截面图像U3分别计测病变部M1的像素数即面积并将所获得的多个面积的值相加，由此能够计算病变部M1的体积。
第4实施方式
医生等使用者通过确认拍摄到病变部M1的图像，能够判断病变部M1的恶性度。本发明的超声波诊断装置通过分析拍摄到病变部M1的图像，能够计算病变部M1的恶性度。
图14示出第4实施方式的超声波诊断装置的结构。第4实施方式的超声波诊断装置在图1所示的第1实施方式的超声波诊断装置中具备装置主体20C来代替装置主体20。
装置主体20C在第1实施方式中的装置主体20中追加有恶性度计算部35且具备主体控制部29C来代替主体控制部29。恶性度计算部35与显示控制部22、图像存储器24、疑似正交截面变形部27及主体控制部29C连接。并且，由图像生成部21、显示控制部22、病变检测部25、疑似正交截面生成部26、疑似正交截面变形部27、主体控制部29C及恶性度计算部35构成装置主体20C用处理器31C。
恶性度计算部35根据拍摄到病变部M1的图像来计算病变部M1的恶性度。恶性度计算部35例如能够具有将由拍摄到病变部M1的图像及映射于该图像的病变部M1的恶性度构成的多组作为训练数据预先学习的恶性度计算模型。此时，恶性度计算部35通过对恶性度计算模型输出拍摄到病变部M1的图像，能够计算病变部M1的恶性度。
由恶性度计算部35计算的病变部M1的恶性度经由显示控制部22显示于显示器23。医生等使用者通过确认显示于显示器23的恶性度的值，能够更精确且容易地诊断病变部M1。
并且，恶性度计算部35根据构成动画的多个帧图像U1中的1个帧图像计算病变部M1的第1恶性度，根据由疑似正交截面变形部27生成的归一化疑似正交截面图像U3计算病变部M1的第2恶性度，进而还能够计算整合了第1恶性度和第2恶性度的综合恶性度。在此，例如通过经由输入装置30的使用者的命令，能够从图像存储器24读取用于计算第1恶性度的帧图像U1。
由于在归一化疑似正交截面图像U3中高精度地再现病变部M1的结构，因此能够高精度地计算第2恶性度。并且，由于综合恶性度根据病变部M1的彼此正交的2个截面来计算，因此可获得比第1恶性度及第2恶性度更高精度的值。因此，医生等使用者通过确认显示于显示器23的综合恶性度，能够更精确且容易地诊断病变部M1。
符号说明
10、10A-超声波探头，11-振子阵列，12-收发电路，13-脉冲发生器，14-放大部，15-AD转换部，16-波束成形器，17-动作传感器，20、20A、20B、20C-装置主体，21-图像生成部，22-显示控制部，23-显示器，24-图像存储器，25-病变检测部，26-疑似正交截面生成部，27、27A-疑似正交截面变形部，29、29A、29B、29C-主体控制部，30-输入装置，31、31A、31B、31C-处理器，32-位移量推定部，33-图像变形部，34-计测部，35-恶性度计算部，41-信号处理部，42-DSC，43-图像处理部，L1-截面提取线，M1-病变部，U1-帧图像，U2-疑似正交截面图像，U3-归一化疑似正交截面图像。

Claims (9)

1.一种超声波诊断装置，其根据在使超声波探头进行扫描的同时获取并拍摄到病变部的动画来生成与观察面正交的截面图像，
所述超声波诊断装置具备：
疑似正交截面生成部，其在构成所述动画的多个帧图像中的1个帧图像上设定贯穿所述病变部的截面提取线，通过按时序排列所述多个帧图像中的所述截面提取线上的像素值来生成与所述观察面正交的疑似正交截面图像；以及
疑似正交截面变形部，其通过使所述疑似正交截面图像沿水平方向进行非刚体变形来生成归一化疑似正交截面图像。
2.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中，
所述超声波诊断装置具备计测部，该计测部从所述归一化疑似正交截面图像中检测出所述病变部并计测所述病变部的大小。
3.根据权利要求2所述的超声波诊断装置，其中，
所述疑似正交截面生成部通过设定彼此平行延伸的多个所述截面提取线来生成多个所述疑似正交截面图像，
所述疑似正交截面变形部根据多个所述疑似正交截面图像来生成多个所述归一化疑似正交截面图像，
所述计测部基于从多个所述归一化疑似正交截面图像分别计测出的所述病变部的面积来计算所述病变部的体积。
4.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中，
所述超声波诊断装置具备恶性度计算部，该恶性度计算部根据拍摄到所述病变部的图像来计算所述病变部的恶性度。
5.根据权利要求4所述的超声波诊断装置，其中，
所述恶性度计算部计算综合恶性度，该综合恶性度是将根据所述多个帧图像中的1个帧图像计算出的第1恶性度和根据所述归一化疑似正交截面图像计算出的第2恶性度进行整合而得到的。
6.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中，
所述超声波诊断装置具备病变检测部，该病变检测部针对所述多个帧图像分别检测所述病变部，
所述疑似正交截面生成部在所述多个帧图像中所述病变部最大的帧图像上设定所述截面提取线。
7.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其中，
所述疑似正交截面变形部包含：
位移量推定部，其在拍摄到所述多个帧图像的各个时刻，对将所述超声波探头的扫描速度设定为固定时的所述疑似正交截面图像中的像素位置与实际的所述疑似正交截面图像中的像素位置之间的位移量进行推定；以及
图像变形部，其根据所述位移量使所述疑似正交截面图像进行非刚体变形。
8.根据权利要求7所述的超声波诊断装置，其中，
所述超声波探头具有检测所述超声波探头的移动速度的动作传感器，
所述位移量推定部根据由所述动作传感器检测出的所述移动速度来推定所述位移量。
9.一种超声波诊断装置的控制方法，所述超声波诊断装置根据在使超声波探头进行扫描的同时获取并拍摄到病变部的动画来生成与观察面正交的截面图像，
在所述超声波诊断装置的控制方法中进行以下处理：
在构成所述动画的多个帧图像中的1个帧图像上设定贯穿所述病变部的截面提取线；
通过按时序排列所述多个帧图像中的所述截面提取线上的像素值来生成与所述观察面正交的疑似正交截面图像；以及
通过使所述疑似正交截面图像沿水平方向进行非刚体变形来生成归一化疑似正交截面图像。
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