JP2004024560A - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To set an optimal concerned area (ROI) to a tissue area of each frame in ultrasonic diagnostic equipment. <P>SOLUTION: A heart chamber binarized image 101 and a plurality of candidate concerned area images 104 in each frame are compared with each other to decide overlapping among them (see a code 204), concretely to decide a candidate concerned area which covers the whole heart chamber and has the smallest size to be the optimal concerned area. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に組織領域（内腔領域など）の面積及び面積変化率などを自動計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断を用いて心機能の計測がなされる。例えば、断層画像上において、左室内に属する画素数をカウントすることによって、そのカウント値から左室の面積を計測することができる。左室に関する面積、面積の変化率、近似体積、近似体積の変化率などは、心機能を評価する上で重要な指標値である。
【０００３】
ところで、左室の面積を自動演算する場合には、まず断層画像が二値化処理される。この二値化処理により、心腔と心筋とが弁別される。ここで、心腔は通常閉じた領域をなすが、例えば、超音波ビームと心筋とが平行となる部位などでは、エコー値が低くなるために、心腔が閉じた領域として抽出されない場合がある。また、僧帽弁などの部位についても、同様の問題が生じる可能性がある。そのような開いた領域に対して面積演算を行うと、その演算対象が不必要に拡大し（発散し）、計測誤差を招く。また、左室の近傍には、左房、右室などが存在し、それらの領域まで面積演算が及んでしまう可能性もある。
【０００４】
そこで、従来装置においては、対象となる左室の周囲にそれを取り囲む領域として関心領域（ＲＯＩ）を設定し、その関心領域の内部だけを演算の対象とすることにより、上記問題に対処している。通常は、拡張末期の断層画像上において、楕円形状をもったループラインを表示させ、そのループラインの傾斜、サイズなどをユーザーにより設定させることによって、その結果として関心領域がマニュアルで指定される。なお、特開平９−２８９９８７号公報には、関連する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、心臓は拍動しており、その拍動に伴って左室の大きさは変化する。一方、従来において、関心領域は固定的に設定され、つまり左室が収縮しても、関心領域はそのまま維持され、両者（つまり、関心領域と左室）の間に無視できない大きな隔たりが生じる。その状態では、例えば、左室以外の左房などが関心領域内に取り込まれ、それが面積演算の対象になってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、対象組織の変動に伴って常に良好な関心領域が適応的に設定できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、超音波の送受波により得られた受信信号に基づいて、各フレームごとに組織領域が抽出された抽出画像を生成する抽出画像生成手段と、前記抽出画像に対して最適な関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記抽出画像に対して前記最適な関心領域を利用して前記組織領域に対する演算を実行する演算手段と、を含み、前記関心領域設定手段は、前記抽出画像に対して複数の候補関心領域を生成する候補生成手段と、前記複数の候補関心領域の中から、前記組織領域の全体を包囲する前記最適な関心領域を判定する最適判定手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、各フレームの抽出画像ごとに、複数の候補関心領域の中から最適な関心領域が判定され、その最適な関心領域を用いて組織領域に対する演算が実行される。よって、本発明によれば、最適な関心領域を適応的に設定できるので、演算の精度を向上できる。
【０００９】
望ましくは、前記最適判定手段は、前記複数の候補関心領域の中で、前記組織領域の全体を包囲する候補関心領域が複数個存在する場合に、それらの中で最もサイズが小さい候補関心領域を前記最適な関心領域として判定する。有効な候補関心領域の中で、最も小さいサイズの候補関心領域を最適な関心領域と定めれば、組織領域の全体をカバーしつつも、最適な関心領域内に取り込まれる不要領域（計測対象外の領域）を最小限にできる。
【００１０】
望ましくは、前記判定手段は、前記各候補関心領域ごとに、前記抽出画像における組織領域との重なりの状態を調査することにより、前記最適関心領域を判定する。
【００１１】
望ましくは、前記関心領域設定手段は、前記複数の候補関心領域の中で前記最適な関心領域を判定できない場合にエラー処理を行うエラー処理手段を含む。この構成によれば、最適な関心領域の設定に関して信頼性を向上できる。
【００１２】
（２）また、本発明は、超音波の送受波により得られた受信信号に基づいて、周期的に運動する生体組織について、各フレームごとに、その組織領域が抽出された抽出画像を生成する抽出画像生成手段と、前記抽出画像に対して最適な関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記抽出画像に対して前記最適な関心領域を利用して前記組織領域に対する演算を実行する演算手段と、を含み、前記関心領域設定手段は、前記生体組織の周期的な運動における所定時相のフレームに対して、前記組織領域の全体を包囲する基準関心領域をユーザー設定させるためのユーザー設定手段と、前記基準関心領域を基準として、そのサイズを段階的に可変させることにより、複数の派生関心領域を生成する派生生成手段と、前記抽出画像に対して、前記基準関心領域及び前記複数の派生関心領域からなる候補関心領域群の中から、前記組織領域の全体を包囲する前記最適な関心領域を判定する最適判定手段と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、ユーザーによって設定された関心領域（基準関心領域）を基準として、複数の派生関心領域を生成できるので、実際の組織領域との関係において、複数の候補関心領域の形態を良好なものにできる。
【００１４】
望ましくは、前記周期的に運動する生体組織は心臓であり、前記所定時相は前記心臓の拡張末期である。他の所定時相としては、収縮末期をあげることができる。また、拡張末期と収縮末期の両方で基準関心領域を定め、それらの間に１又は複数の派生関心領域を自動的に生成するようにしてもよい。
【００１５】
望ましくは、前記基準関心領域及び前記複数の派生関心領域はそれぞれ楕円領域であり、前記基準関心領域の長軸の傾き、長軸の長さ及び短軸の長さがユーザー入力され、前記複数の派生関心領域の長軸の傾きは前記基準関心領域の長軸の傾きと一致し、前記複数の派生関心領域の長軸の長さは前記基準関心領域の長軸の長さを段階的に変化させることによって定められ、前記複数の派生関心領域の短軸の長さは前記関心領域の短軸の長さを段階的に変化させることによって定められる。この構成によれば、例えば相似形の候補関心領域を段階的に生成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
まず、図６及び図７を用いて本実施形態の原理について説明する。本実施形態においては、各フレームの断層画像（Ｂモード画像）に対して二値化処理を行うことにより各フレームごとに例えば左室領域が抽出された二値化画像（抽出画像）が生成される。図６には、その二値化画像における左室の輪郭が符号２００によって表されている。各フレームごとにその輪郭２００の全体を取り囲む最適な関心領域が自動的に設定されるが、それに際しては、複数の関心領域２０２の中から輪郭２００の全体を取り囲みかつ最もサイズの小さな関心領域が最適な関心領域として判定される。図６においては、ｎ個の候補となる関心領域（候補関心領域）が示されており、ここで＃１によって特定される候補関心領域は最大のサイズをもった関心領域であり、＃ｎによって特定される候補関心領域は最小のサイズをもった関心領域である。
【００１８】
上記の最適な関心領域を各フレームごとに特定するために、各フレームごとの左室の二値化画像（心腔二値化画像）１０１と、それぞれ異なるサイズをもった複数の関心領域二値化画像（ＲＯＩ二値化画像）１０４とが個別的に比較され、両画像における重複関係を判定することにより結果として最適な関心領域が判定される（符号２０４参照）。この場合においては、後述するように、左室の二値化画像１０１と各候補関心領域の外縁を表すラインとが画素単位で比較され、ライン上に左室の内部領域を表す値１をもったピクセルが存在せず、かつ、最も小さな候補関心領域が最適な関心領域として定められる。
【００１９】
図１には、本実施形態に係る超音波診断装置の好適な実施形態がブロック図として示されている。
【００２０】
探触子１０は超音波の送受波を行う送受波器であり、その探触子１０内には複数の振動素子からなるアレイ振動子が設けられている。そのアレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子走査される。その電子走査方式としては電子リニア走査、電子セクタ走査などをあげることができる。
【００２１】
送受信部１２は送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、送受信部１２から複数の振動素子に対して送信信号が供給され、また複数の振動素子からの複数の受信信号は送受信部１２に入力され、その送受信部１２において整相加算される。その整相後の受信信号は断層画像形成部１４へ出力される。
【００２２】
断層画像形成部１４は、検波器、対数圧縮器、座標変換器などを備えており、整相加算後の受信信号に基づいて断層画像としてのＢモード画像を形成する。その画像データ１００は本実施形態において表示合成部１８へ出力されると共に、心腔二値化画像生成部２０へ出力されている。
【００２３】
心腔二値化画像生成部２０は、それ自体公知の構成であって、例えば心腔の内部に対して画素値１を与え、それ以外については画素値０を与える二値化処理を実行する。それに際しては、心腔の外縁を閉じたものとするために必要に応じて圧縮、膨張などの処理が繰り返し実行される。また必要に応じてノイズ除去あるいは平滑化などの処理が実行される。いずれにしても、この心腔二値化画像生成部２０により心腔内のみに画素値１が与えられた抽出画像が生成され、その画像データ１０１が解析部２２及び複数の関心領域有効判定部３０へ出力される。ちなみに、各画像データの伝送はいわゆるラスタースキャン方式にしたがって行われている。
【００２４】
解析部２２には、上記の抽出画像の画像データ１０１及び最適ＲＯＩ二値化画像の画像データ１０６が入力されている。解析部２２は例えば２つの画像間において各画素ごとに画素値１の重複を判定することにより、最適ＲＯＩ内にあってしかも心腔内にある画素値の個数を計測する。これによって心腔の面積が演算される。もちろん解析部２２は面積演算以外に、例えば面積変化率の演算、体積演算、体積変化率の演算などの各種の演算を実行するようにしてもよい。
【００２５】
表示合成部１８には、上述した断層画像の画像データ１００が入力され、また解析部２２の解析結果を表すデータ１０２、最適ＲＯＩライン画像を表す画像データ１０７及びエラー判定部３４から出力されるエラー信号１０８が入力されている。表示合成部１８は、表示部３６に対して断層画像を表示させ、また必要に応じてその断層画像に対して最適ＲＯＩを表すラインを合成表示する。また、それと共に、各フレームごとに解析部２２によって解析された結果が数値表示あるいはグラフ表示されるように表示処理を実行している。さらに、エラー信号１０８が入力された場合には、ユーザーに対してエラーを報知する情報を表示部３６へ出力する。
【００２６】
入力器２４は例えば操作パネルなどによって構成され、この入力器２４を利用してユーザーにより基準となる関心領域（基準関心領域）を指定することができる。その場合においては、例えば表示部３６に表示される心臓の拡張末期の断層画像上において、その左室の全体をカバー（包囲）するように基準関心領域がユーザー設定される。
【００２７】
関心領域演算部２６は、入力器２４によって入力された情報に基づいて複数の候補関心領域についてそれぞれの座標情報を演算する。これについては後に図２及び図３を用いて説明する。関心領域生成部２８は、関心領域演算部２６によって求められた各候補関心領域ごとの座標情報に基づいて、各候補関心領域を表す画像（ＲＯＩ二値化画像）１０４と各候補関心領域の外縁を表すＲＯＩライン画像１０５を生成する。各候補関心領域ごとのＲＯＩ二値化画像の画像データ１０４は、各候補関心領域ごとに設けられた関心領域有効判定部３０に出力され、またセレクタ３２へ出力される。関心領域生成部２８については後に図４を用いて説明する。
【００２８】
関心領域有効判定部３０は、実際の二値化画像の画像データ１０１に基づいて、担当する候補関心領域が心腔の全体をカバーする有効な候補関心領域であるか否かを決定すると共に、複数の関心領域有効判定部３０全体の機能として有効な候補関心領域の中から最もサイズの小さい最適な関心領域の決定を行っている。各関心領域有効判定部３０はそれぞれの候補関心領域ごとにそれが有効であるか否かを表す信号１１０を出力しており、また隣り合う候補関心領域の有効判定結果を考慮しつつ自分が担当する候補関心領域が最適な関心領域であるか否かを表す信号１１１を出力している。この関心領域有効判定部３０については後に図５を用いて説明する。
【００２９】
上記のセレクタ３２には、上記の信号１１０，１１１の他に、関心領域生成部２８から出力されるＲＯＩ二値化画像の画像データ１０４及びＲＯＩライン画像の画像データ１０５が入力されている。そして、セレクタ３２は、信号１１０，１１１に基づいて最適な関心領域を特定し、その最適な関心領域に対応する最適ＲＯＩ二値化画像の画像データ１０６を解析部２２へ出力している。また、セレクタ３２は最適ＲＯＩライン画像を表す画像データ１０７を表示合成部１８へ出力している。エラー判定部３４は、信号１１０，１１１に基づいて、最適な関心領域の決定に際して、エラーが発生したか否かを判断しており、具体的には、全ての候補関心領域についてそれが有効でないと判断された場合にはエラー信号１０８を表示合成部１８へ出力している。この場合には、表示部３６にエラーの表示がなされるため、ユーザーは後述するように基準関心領域の再設定を行う必要がある。また、エラー判定部３４は、後述するように、複数の最適な関心領域が判定されたような場合には、上述同様にエラー信号１０８を表示合成部１８へ出力しており、それに基づいて表示部３６にはエラーの情報がユーザーに報知される。この場合においてもユーザーは基準関心領域の再設定を行う必要がある。
【００３０】
次に、図１に示した関心領域演算部２６について説明する。図２には、楕円によって表される関心領域が一般的なモデルとして示されている。ここにおいて、Ｘ０，Ｙ０は楕円の中心座標であり、ａはその楕円の短軸長であり、ｂはその楕円の長軸長である。また、破線で示されるデフォルトの楕円に対して実際に設定される楕円の傾きがφによって表されている。
【００３１】
ここで、例えば心電信号のＲ波間によって特定される１心拍内におけるフレーム数をＮとし、フレーム間における短軸方向の短軸長の増分をＥ１とし、フレーム間における長軸の増分をＥ２と仮定すると、各候補関心領域を以下の計算によって数学的に求めることができる。
【００３２】
【数１】

Figure 2004024560
上記の計算式においては、表示座標系におけるＹ座標が与えられると、そのＹ座標に対応する２つのＸ座標（Ｘ１，Ｘ２）が求められる。またその計算に当たっては、パラメータＡ，Ｂ，Ｃがそれぞれ途中段階において求められる。もちろん、上記の計算式の結果についてはそれをあらかじめ計算しておき、メモリのアドレスを指定することによりその結果値を得るようにしてもよいし、例えばソフトウエア演算などにより上記の計算を逐次行わせるようにしてもよい。上記の計算式に基づいて複数の候補関心領域を生成するのが上述した関心領域演算部２６であり、その具体的な構成例が図３に示されている。
【００３３】
図３において、パラメータ設定部４２は、入力器２４から与えられた情報あるいは初期値メモリ４０から与えられるデフォルト情報に基づいて、上述した各パラメータＸ０，Ｙ０，ａ，ｂ，φ，Ｎ，Ｅ１，Ｅ２を設定する。ここにおいては、パラメータ設定部４２に対して心電信号を入力し、それに基づいてＮ，Ｅ１，Ｅ２を定めるようにしてもよい。またユーザーにより基準となる関心領域を設定する場合には、各種の設定方法を用いることができ、例えば中心座標、長軸長及び短軸長をそれぞれ個別指定させ、しかもその傾きを入力させるようにしてもよい。
【００３４】
本実施形態においては、基準関心領域も候補関心領域とされ、またその基準関心領域を基準として複数の関心領域が派生的に生成される。具体的には、基準関心領域に対して相似形あるいは準相似形となる複数の関心領域が自動的に生成されている。望ましくは、その自動生成では傾きφについては同一とされ、中心座標Ｘ０，Ｙ０も同一とされる。その一方、短軸長ａ及び長軸長ｂについては各フレームごとに一定の増分をもって可変される。このために、パラメータ可変演算器４４が設けられており、具体的には短軸長可変器４６及び長軸長可変器４８が設けられている。短軸長可変器４６はパラメータ設定部４２によって設定されたａに対してパラメータＥ１をもって各フレームごとに短軸長を変化させるものである。同様に、長軸長可変器４８は、パラメータ設定部４２から出力されるｂに対してパラメータＥ２をもって各フレームごとに長軸長を可変する。そして、その可変された結果値がパラメータ変換部５０へ渡されている。このパラメータ変換部５０は上述した計算式におけるパラメータＡ，Ｂ，Ｃをそれぞれ演算する回路である。そして、パラメータ変換部５０の後段に設けられている演算器５２、加算器５４、減算器５６、演算器５８、演算器６０、加算器６２、加算器６４はそれぞれ上記の計算式を実行するものであり、それらの演算結果として、ラスタースキャンにしたがって入力されるＹ座標に対応する２つのＸ座標すなわちＸ１，Ｘ２，が求められている。
【００３５】
図４には、図１に示した関心領域生成部２８の具体的な構成例が示されている。
【００３６】
各候補関心領域ごとにメモリ部６８が設けられており、具体的にはｎ段階のサイズをもったｎ個の候補関心領域ごとにメモリ部６８が設けられている。各メモリ部６８はＲＯＩライン画像メモリ７０とＲＯＩ二値化画像メモリ７２とを有している。ＲＯＩライン画像メモリ７０には上述した座標演算によって特定される候補関心領域の外縁を表すラインの画像が格納される。ＲＯＩ二値化画像メモリ７２には、ＲＯＩ二値化画像生成部６６によって生成された候補関心領域を表す二値化画像が格納される。ここで、二値化画像は、関心領域内については値１を有し、それ以外については値０を有する画像である。またＲＯＩライン画像はそのライン上の画素のみが値１を有する画像である。各ＲＯＩライン画像メモリ７０から出力された画像データ１０５は上述したようにセレクタ３２に出力される。また、各ＲＯＩ二値化画像メモリ７２から出力される画像１０４は上述したように関心領域有効判定部３０へ出力される他、セレクタ３２へ出力されている。
【００３７】
したがって、図４に示す構成によれば、各フレームごとの抽出画素に対して実際に最適な関心領域を決定する際に、あらかじめ複数の候補画像が生成され、それを表すデータが記憶装置上に格納される。したがって、一旦それらの複数の候補関心領域についての演算が終了すると、基準候補画像の再設定あるいはパラメータの変更を行わない限り、それらの複数の候補関心領域を再利用することができる。
【００３８】
図５には図１に示した関心領域有効判定部３０の具体的な構成例が示されている。ＲＯＩライン画像の画像データ１０５はアンドゲート８０の一方の入力端子に入力され、心腔二値化画像の画像データ１０１はアンドゲート８０の他方の入力端子に入力される。アンドゲート８０は各画素ごとに２つの画像データ１０５，１０１が共に値１を表す場合にその出力を１にしている。その出力はフリップフロップ８２に入力され、そのフリップフロップ８２の出力はラッチ８４へ出力される。ラッチ８４の出力は、対象としている候補関心領域が心腔の二値化画像の全体を取り囲む場合にのみ０となり、また、その値が維持される。ラッチ８４の出力は、ゲート８６の一方の入力端子へ出力されると共に、分岐取出しされてセレクタ３２へ出力され、また最上段すなわち＃１番の候補関心領域以外については上位に存在する（すなわち自分より１サイズ大きな候補関心領域についての）関心領域有効判定部３０へ出力されている。これは符号１１０Ｂによって表されている。ゲート８６の他方の入力端子には、自己よりも１サイズ小さいすなわち１段下の関心領域有効判定部３０から出力された信号１１０Ａが入力されている。そして、ゲート８６は、信号１１０Ｂの値が０であり、かつ信号１１０Ａの値が１である場合に値１をもった信号１１１を出力している。ちなみに、最もサイズの小さいすなわち最も最下段に相当する関心領域有効判定部３０においては、ゲート８６の他方の入力端子に入力される信号１１０Ａは常に値１をもった信号である。
【００３９】
上記構成によれば、複数の関心領域有効判定部３０の中で、値１をもった信号１１１が出力されるのは、対象とする二値化画像における組織領域の全体を取り囲みかつ最も小さなサイズをもった候補関心領域に対応したものとなる。
【００４０】
図１に示したセレクタ３２には、上記の信号１１１が入力されており、一方各候補関心領域ごとにそれが有効であるか否かの信号１１０も入力されている。それらの信号は上述したようにエラー判定部３４によるエラー判定において利用されている。
【００４１】
上述した実施形態では、段階的にサイズの異なる複数の候補関心領域において、連続して複数の候補関心領域が有効であると判定された場合にはその中で最小のサイズをもった候補関心領域が最適な関心領域であると判定されていたが、最適な関心領域の判定は上記の具体的な手法以外の手法を採用しても求めることができる。またエラー条件についても同様である。
【００４２】
上記の実施形態においては、心臓の拡張末期を基準として基準関心領域を設定したが、それに代えてあるいはそれと共に心臓の収縮末期についても基準関心領域を設定することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、各フレームの組織領域に対して最適な関心領域を設定できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】楕円を規定する各パラメータを説明するための図である。
【図３】図１に示す関心領域演算部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図４】図１に示す関心領域生成部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図５】図１に示す関心領域有効判定部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図６】左室の輪郭と複数の候補関心領域との関係を示す図である。
【図７】本実施形態の原理を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０　探触子、１２　送受信部、１４　断層画像形成部、１８　表示合成部、２０　心腔二値化画像生成部、２２　解析部、２６　関心領域演算部、２８　関心領域生成部、３０　関心領域有効判定部、３２　セレクタ、３４　エラー判定部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an apparatus that automatically measures an area of a tissue region (such as a lumen region) and an area change rate.
[0002]
[Prior art]
Cardiac function is measured using ultrasound diagnosis. For example, by counting the number of pixels belonging to the left ventricle on the tomographic image, the area of the left ventricle can be measured from the count value. The area related to the left ventricle, the change rate of the area, the approximate volume, the change rate of the approximate volume, and the like are important index values for evaluating the heart function.
[0003]
When the area of the left ventricle is automatically calculated, first, the tomographic image is binarized. By this binarization processing, the heart chamber and the myocardium are discriminated. Here, the heart cavity usually forms a closed region.For example, in a region where the ultrasonic beam and the myocardium are parallel to each other, the echo value is low, and thus the heart cavity may not be extracted as a closed region. . Similar problems may also occur with respect to sites such as the mitral valve. When the area calculation is performed on such an open area, the calculation target is unnecessarily expanded (diverged), and a measurement error is caused. Further, the left atrium, the right ventricle, and the like are present in the vicinity of the left ventricle, and there is a possibility that the area calculation extends to those regions.
[0004]
Therefore, in the conventional apparatus, a region of interest (ROI) is set around the target left ventricle as a region surrounding the left ventricle, and only the inside of the region of interest is set as a calculation target. I have. Normally, a loop line having an elliptical shape is displayed on the tomographic image at the end of diastole, and the slope, size, and the like of the loop line are set by the user, and as a result, the region of interest is manually specified. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-289987 discloses a related technique.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the heart is beating, and the size of the left ventricle changes with the beating. On the other hand, in the related art, the region of interest is fixedly set, that is, even if the left ventricle contracts, the region of interest is maintained as it is, and a large gap that cannot be ignored between both (that is, the region of interest and the left ventricle) occurs. In such a state, for example, there is a problem that the left atrium other than the left ventricle is taken into the region of interest and becomes a target of the area calculation.
[0006]
It is an object of the present invention to enable a good region of interest to be adaptively set at all times with a change in a target tissue.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(1) The present invention provides an extraction image generating means for generating an extraction image in which a tissue region is extracted for each frame based on a reception signal obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves, Region-of-interest setting means for setting a region of interest, and operation means for performing an operation on the tissue region using the optimal region of interest for the extracted image, wherein the region-of-interest setting means comprises: Candidate generating means for generating a plurality of candidate regions of interest for the extracted image; and optimal determining means for determining the optimal region of interest surrounding the entire tissue region from among the plurality of candidate regions of interest, It is characterized by including.
[0008]
According to the above configuration, an optimal region of interest is determined from a plurality of candidate regions of interest for each extracted image of each frame, and an operation on the tissue region is performed using the optimal region of interest. Therefore, according to the present invention, since the optimal region of interest can be set adaptively, the accuracy of calculation can be improved.
[0009]
Preferably, when there are a plurality of candidate regions of interest surrounding the entire tissue region among the plurality of candidate regions of interest, the optimal determination unit determines a candidate region of interest having the smallest size among them. The optimal region of interest is determined. If the smallest candidate candidate region of interest is determined as the optimal region of interest among the valid candidate regions of interest, the unnecessary regions captured in the optimal region of interest while covering the entire tissue region (excluding the measurement target) Area) can be minimized.
[0010]
Preferably, the determination unit determines the optimal region of interest by investigating a state of overlap with the tissue region in the extracted image for each of the candidate regions of interest.
[0011]
Preferably, the region of interest setting unit includes an error processing unit that performs an error process when the optimal region of interest cannot be determined from the plurality of candidate regions of interest. According to this configuration, it is possible to improve the reliability regarding the setting of the optimal region of interest.
[0012]
(2) Further, according to the present invention, based on a reception signal obtained by transmission and reception of ultrasonic waves, an extracted image in which a tissue region is extracted for each frame of a biological tissue that moves periodically is generated. Extracted image generating means, region of interest setting means for setting an optimal region of interest for the extracted image, and arithmetic means for performing an operation on the tissue region using the optimal region of interest for the extracted image Wherein the region-of-interest setting means includes a user-setting means for allowing a user to set a reference region of interest surrounding the entirety of the tissue region for a frame at a predetermined time phase in the periodic movement of the living tissue. And a derivation generating means for generating a plurality of derivational regions of interest by changing the size in a stepwise manner based on the reference region of interest. From the region of interest and the candidate region of interest group including a plurality of the derived region of interest, characterized in that it comprises a, and optimal determining means for determining the optimal region of interest surrounding the whole of the tissue region.
[0013]
According to the above configuration, a plurality of derived regions of interest can be generated based on the region of interest (reference region of interest) set by the user, so that the form of the plurality of candidate regions of interest is good in relation to the actual tissue region. It can be something.
[0014]
Preferably, the biological tissue that moves periodically is a heart, and the predetermined time phase is an end diastole of the heart. Another predetermined time phase may be an end systole. Alternatively, the reference regions of interest may be determined at both the end diastole and the end systole, and one or more derived regions of interest may be automatically generated between them.
[0015]
Preferably, the reference region of interest and the plurality of derived regions of interest are elliptical regions, respectively, and the inclination of the major axis, the length of the major axis, and the length of the minor axis of the reference region of interest are input by the user, and the plurality of The inclination of the major axis of the derived region of interest matches the inclination of the major axis of the reference region of interest, and the length of the major axis of the plurality of derived regions of interest changes the length of the major axis of the reference region of interest in steps. The length of the minor axis of the plurality of derived regions of interest is determined by changing the length of the minor axis of the region of interest in a stepwise manner. According to this configuration, for example, a candidate region of interest having a similar shape can be generated stepwise.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
First, the principle of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a binarized image (extracted image) in which, for example, a left ventricle region is extracted is generated for each frame by performing a binarization process on the tomographic image (B-mode image) of each frame. You. In FIG. 6, the contour of the left ventricle in the binarized image is represented by reference numeral 200. An optimal region of interest surrounding the entire contour 200 is automatically set for each frame. At this time, a region of interest surrounding the entire contour 200 and having the smallest size is selected from a plurality of regions of interest 202. It is determined as an optimal region of interest. FIG. 6 shows n candidate regions of interest (candidate regions of interest), where the candidate region of interest identified by # 1 is the region of interest having the largest size, The specified candidate region of interest is the region of interest having the smallest size.
[0018]
In order to identify the above-mentioned optimal region of interest for each frame, a binary image of the left ventricle (cardiac binarized image) 101 for each frame and a plurality of region-of-interest binary images having different sizes are provided. The image of interest (ROI binarized image) 104 is individually compared with each other, and by determining the overlapping relationship between the two images, an optimal region of interest is determined as a result (see reference numeral 204). In this case, as described later, the binarized image 101 of the left ventricle is compared with a line representing the outer edge of each candidate region of interest on a pixel-by-pixel basis, and the line has a value of 1 representing the internal region of the left ventricle. The smallest candidate candidate region where no pixel exists and the smallest candidate region of interest is determined.
[0019]
FIG. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment.
[0020]
The probe 10 is a transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves, and an array transducer composed of a plurality of transducers is provided in the probe 10. An ultrasonic beam is formed by the array transducer, and the ultrasonic beam is electronically scanned. Examples of the electronic scanning method include electronic linear scanning and electronic sector scanning.
[0021]
The transmission / reception unit 12 functions as a transmission beam former and a reception beam former. That is, a transmission signal is supplied from the transmission / reception unit 12 to the plurality of vibration elements, and a plurality of reception signals from the plurality of vibration elements are input to the transmission / reception unit 12, where the transmission / reception unit 12 performs phasing addition. The received signal after the phasing is output to the tomographic image forming unit 14.
[0022]
The tomographic image forming unit 14 includes a detector, a logarithmic compressor, a coordinate converter, and the like, and forms a B-mode image as a tomographic image based on the received signals after the phasing addition. In this embodiment, the image data 100 is output to the display synthesizing unit 18 and is also output to the heart cavity binarized image generating unit 20.
[0023]
The heart cavity binarized image generation unit 20 has a configuration known per se, and executes a binarization process of giving a pixel value of 1 to the inside of the heart chamber and giving a pixel value of 0 to the rest, for example. . At that time, processes such as compression and expansion are repeatedly executed as necessary to close the outer edge of the heart chamber. Further, processing such as noise removal or smoothing is executed as necessary. In any case, the extracted image in which the pixel value 1 is given only to the inside of the heart chamber is generated by the heart cavity binarized image generation unit 20, and the image data 101 is analyzed by the analysis unit 22 and the plurality of region of interest validity determination units. Output to 30. Incidentally, transmission of each image data is performed according to a so-called raster scan method.
[0024]
The image data 101 of the extracted image and the image data 106 of the optimal ROI binarized image are input to the analysis unit 22. The analysis unit 22 measures the number of pixel values in the optimal ROI and in the heart chamber, for example, by determining the overlap of the pixel value 1 for each pixel between two images. Thereby, the area of the heart cavity is calculated. Of course, in addition to the area calculation, the analysis unit 22 may execute various calculations such as an area change rate calculation, a volume calculation, and a volume change rate calculation.
[0025]
The display synthesizing unit 18 receives the image data 100 of the above-described tomographic image, data 102 representing an analysis result of the analyzing unit 22, image data 107 representing an optimal ROI line image, and an error output from the error determining unit 34. The signal 108 is input. The display synthesizing unit 18 displays the tomographic image on the display unit 36, and synthesizes and displays a line representing the optimum ROI on the tomographic image as necessary. At the same time, display processing is executed so that the result analyzed by the analysis unit 22 for each frame is displayed numerically or graphically. Further, when the error signal 108 is input, information for notifying the user of the error is output to the display unit 36.
[0026]
The input device 24 includes, for example, an operation panel, and the user can use the input device 24 to specify a region of interest (reference region of interest) as a reference. In this case, for example, on the tomographic image of the heart at the end diastole displayed on the display unit 36, the reference region of interest is set so as to cover (surround) the entire left ventricle.
[0027]
The region-of-interest calculation unit 26 calculates coordinate information for each of the plurality of candidate regions of interest based on the information input by the input device 24. This will be described later with reference to FIGS. The region-of-interest generation unit 28 generates an image (ROI binarized image) 104 representing each candidate region of interest and an outer edge of each candidate region of interest based on the coordinate information for each candidate region of interest obtained by the region-of-interest calculation unit 26. Is generated. The image data 104 of the ROI binarized image for each candidate region of interest is output to the region-of-interest determination section 30 provided for each region of interest, and is also output to the selector 32. The region of interest generator 28 will be described later with reference to FIG.
[0028]
The region-of-interest validity determination unit 30 determines whether the assigned candidate region of interest is a valid candidate region of interest that covers the entire heart chamber based on the image data 101 of the actual binarized image, It determines the optimal region of interest having the smallest size from among the candidate regions of interest that are valid as a function of the plurality of region-of-interest validity determination sections 30 as a whole. Each region-of-interest validity determination unit 30 outputs a signal 110 indicating whether or not the region of interest is valid for each candidate region of interest. A signal 111 indicating whether or not the candidate region of interest is the optimal region of interest is output. The region-of-interest validity determination unit 30 will be described later with reference to FIG.
[0029]
The selector 32 receives, in addition to the signals 110 and 111, the image data 104 of the ROI binarized image and the image data 105 of the ROI line image output from the region of interest generator 28. Then, the selector 32 specifies the optimal region of interest based on the signals 110 and 111, and outputs the image data 106 of the optimal ROI binarized image corresponding to the optimal region of interest to the analysis unit 22. The selector 32 outputs image data 107 representing the optimal ROI line image to the display synthesizing unit 18. The error determination unit 34 determines whether or not an error has occurred in determining the optimal region of interest based on the signals 110 and 111. Specifically, the error determination unit 34 is not valid for all candidate regions of interest. If it is determined that an error has occurred, an error signal 108 is output to the display synthesizing unit 18. In this case, since an error is displayed on the display unit 36, the user needs to reset the reference region of interest as described later. In addition, as described later, when a plurality of optimal regions of interest are determined, the error determination unit 34 outputs an error signal 108 to the display synthesis unit 18 in the same manner as described above. The error information is reported to the user in the unit 36. In this case as well, the user needs to reset the reference region of interest.
[0030]
Next, the region-of-interest calculation unit 26 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 shows a region of interest represented by an ellipse as a general model. Here, X 0 and Y 0 are the center coordinates of the ellipse, a is the minor axis length of the ellipse, and b is the major axis length of the ellipse. The inclination of the ellipse actually set with respect to the default ellipse indicated by the broken line is represented by φ.
[0031]
Here, for example, the number of frames within one heart beat specified by R-waves of the electrocardiographic signal is N, the increment of the minor axis length of the short axis direction is E 1 between frames, the increment of the major axis between the frames E Assuming 2 , each candidate region of interest can be mathematically determined by the following calculation.
[0032]
(Equation 1)
Figure 2004024560
In the above formula, given a Y coordinate in the display coordinate system, two X coordinates (X 1 , X 2 ) corresponding to the Y coordinate are obtained. In the calculation, the parameters A, B, and C are respectively obtained at an intermediate stage. Of course, the result of the above formula may be calculated in advance, and the result value may be obtained by specifying the address of the memory. For example, the above calculation may be sequentially performed by software operation or the like. You may make it do. The above-mentioned region-of-interest calculation unit 26 generates a plurality of candidate regions of interest based on the above calculation formula, and a specific configuration example thereof is shown in FIG.
[0033]
In FIG. 3, the parameter setting unit 42 determines the above-described parameters X 0 , Y 0 , a, b, φ, N, based on information given from the input device 24 or default information given from the initial value memory 40. Set E 1 and E 2 . In this case, enter the electrocardiographic signal to the parameter setting unit 42, may be determined of N, E 1, E 2 based thereon. When the user sets a reference region of interest, various setting methods can be used.For example, the center coordinate, the major axis length and the minor axis length can be individually specified, and the inclination can be input. You may.
[0034]
In the present embodiment, the reference region of interest is also set as a candidate region of interest, and a plurality of regions of interest are derived based on the reference region of interest. Specifically, a plurality of regions of interest that are similar or quasi-similar to the reference region of interest are automatically generated. Desirably, in the automatic generation, the inclination φ is the same, and the center coordinates X 0 and Y 0 are also the same. On the other hand, the short-axis length a and the long-axis length b are varied with a certain increment for each frame. For this purpose, a variable parameter calculator 44 is provided, and more specifically, a short axis length variable unit 46 and a long axis length variable unit 48 are provided. Minor axis changer 46 is one which changes a minor axis length for each frame with the parameter E 1 against a set by the parameter setting unit 42. Similarly, major axis length variation element 48 varies the major axis length for each frame with the parameters E 2 with respect to b to be output from the parameter setting unit 42. Then, the changed result value is passed to the parameter conversion unit 50. The parameter conversion unit 50 is a circuit for calculating the parameters A, B, and C in the above-described calculation formula. The computing unit 52, the adder 54, the subtractor 56, the computing unit 58, the computing unit 60, the adder 62, and the adder 64 provided at the subsequent stage of the parameter conversion unit 50 execute the above-described equations. As the calculation results, two X coordinates corresponding to the Y coordinate input according to the raster scan, that is, X 1 and X 2 are obtained.
[0035]
FIG. 4 shows a specific configuration example of the region of interest generator 28 shown in FIG.
[0036]
A memory unit 68 is provided for each candidate region of interest, and specifically, a memory unit 68 is provided for each of n candidate regions of interest having a size of n stages. Each memory section 68 has a ROI line image memory 70 and a ROI binarized image memory 72. The ROI line image memory 70 stores an image of a line representing the outer edge of the candidate region of interest specified by the coordinate calculation described above. The ROI binarized image memory 72 stores the binarized image representing the candidate region of interest generated by the ROI binarized image generation unit 66. Here, the binarized image is an image having a value of 1 in the region of interest and a value of 0 in other areas. An ROI line image is an image in which only pixels on the line have a value of one. The image data 105 output from each ROI line image memory 70 is output to the selector 32 as described above. Further, the image 104 output from each ROI binarized image memory 72 is output to the selector 32 in addition to being output to the region-of-interest validity determination unit 30 as described above.
[0037]
Therefore, according to the configuration shown in FIG. 4, when actually determining the optimal region of interest for the extracted pixel for each frame, a plurality of candidate images are generated in advance, and data representing the candidate images is stored in the storage device. Is stored. Therefore, once the calculation for the plurality of candidate regions of interest is completed, the plurality of candidate regions of interest can be reused unless the reference candidate image is reset or the parameters are changed.
[0038]
FIG. 5 shows a specific configuration example of the region-of-interest validity determination unit 30 shown in FIG. The image data 105 of the ROI line image is input to one input terminal of the AND gate 80, and the image data 101 of the binarized heart chamber image is input to the other input terminal of the AND gate 80. The AND gate 80 sets its output to 1 when the two image data 105 and 101 both represent the value 1 for each pixel. The output is input to flip-flop 82, and the output of flip-flop 82 is output to latch 84. The output of the latch 84 becomes 0 only when the target candidate region of interest surrounds the entire binarized image of the heart chamber, and its value is maintained. The output of the latch 84 is output to one input terminal of the gate 86, branched and extracted and output to the selector 32, and is present at a higher position except for the uppermost stage, that is, other than the # 1 candidate region of interest (ie, its own). This is output to the region-of-interest validity determination unit 30 (for a candidate region-of-interest larger than one size). This is represented by reference numeral 110B. To the other input terminal of the gate 86, a signal 110A output from the region-of-interest validity determination unit 30 that is one size smaller than its own, that is, one stage below, is input. Then, the gate 86 outputs the signal 111 having the value 1 when the value of the signal 110B is 0 and the value of the signal 110A is 1. By the way, in the region-of-interest determination section 30 having the smallest size, that is, the lowest area, the signal 110A input to the other input terminal of the gate 86 is a signal having a value of 1 at all times.
[0039]
According to the above configuration, the signal 111 having a value of 1 is output from the plurality of region-of-interest validity determination units 30 because it surrounds the entire tissue region in the target binarized image and has the smallest size. This corresponds to the candidate region of interest having.
[0040]
The selector 111 shown in FIG. 1 receives the above-described signal 111, and also receives, for each candidate region of interest, a signal 110 indicating whether or not it is valid. These signals are used in error determination by the error determination unit 34 as described above.
[0041]
In the above-described embodiment, when a plurality of candidate regions of interest are successively determined to be valid in a plurality of candidate regions of interest having different sizes in stages, the candidate region of interest having the smallest size among the plurality of candidate regions of interest is determined. Has been determined to be the optimal region of interest, but the determination of the optimal region of interest can also be determined by employing a method other than the above specific method. The same applies to error conditions.
[0042]
In the above embodiment, the reference region of interest is set based on the end diastole of the heart, but the reference region of interest can be set instead or together with the end systole of the heart.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is an advantage that an optimal region of interest can be set for the tissue region of each frame.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining each parameter that defines an ellipse.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a region-of-interest calculation unit illustrated in FIG. 1;
FIG. 4 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a region of interest generator illustrated in FIG. 1;
FIG. 5 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a region-of-interest validity determination unit illustrated in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the contour of the left ventricle and a plurality of candidate regions of interest.
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the principle of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 10 probe, 12 transmitting / receiving unit, 14 tomographic image forming unit, 18 display synthesizing unit, 20 cardiac cavity binarized image generating unit, 22 analyzing unit, 26 region of interest calculating unit, 28 region of interest generating unit, 30 region of interest valid Determination unit, 32 selector, 34 error determination unit

Claims (7)

超音波の送受波により得られた受信信号に基づいて、各フレームごとに組織領域が抽出された抽出画像を生成する抽出画像生成手段と、
前記抽出画像に対して最適な関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記抽出画像に対して前記最適な関心領域を利用して前記組織領域に対する演算を実行する演算手段と、
を含み、
前記関心領域設定手段は、
前記抽出画像に対して複数の候補関心領域を生成する候補生成手段と、
前記複数の候補関心領域の中から、前記組織領域の全体を包囲する前記最適な関心領域を判定する最適判定手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。Extraction image generation means for generating an extraction image in which a tissue region is extracted for each frame, based on a reception signal obtained by transmission and reception of ultrasonic waves,
A region of interest setting means for setting an optimal region of interest for the extracted image,
A computing unit that performs a computation on the tissue region using the optimal region of interest for the extracted image,
Including
The region of interest setting means,
Candidate generating means for generating a plurality of candidate regions of interest for the extracted image,
From the plurality of candidate regions of interest, optimal determination means for determining the optimal region of interest surrounding the entirety of the tissue region,
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: 請求項１記載の装置において、
前記最適判定手段は、前記複数の候補関心領域の中で、前記組織領域の全体を包囲する候補関心領域が複数個存在する場合に、それらの中で最もサイズが小さい候補関心領域を前記最適な関心領域として判定することを特徴とする超音波診断装置。The device of claim 1,
When there are a plurality of candidate regions of interest surrounding the entirety of the tissue region among the plurality of candidate regions of interest, the optimum determination unit determines the candidate region of interest having the smallest size among the plurality of candidate regions of interest as the optimal candidate region of interest. An ultrasonic diagnostic apparatus that determines a region of interest. 請求項１記載の装置において、
前記判定手段は、前記各候補関心領域ごとに、前記抽出画像における組織領域との重なりの状態を調査することにより、前記最適な関心領域を判定することを特徴とする超音波診断装置。The device of claim 1,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the determination unit determines the optimal region of interest by investigating a state of overlap with a tissue region in the extracted image for each of the candidate regions of interest. 請求項１記載の装置において、
前記関心領域設定手段は、前記複数の候補関心領域の中で前記最適な関心領域を判定できない場合にエラー処理を行うエラー処理手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。The device of claim 1,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the region of interest setting means includes an error processing unit that performs an error process when the optimum region of interest cannot be determined among the plurality of candidate regions of interest. 超音波の送受波により得られた受信信号に基づいて、周期的に運動する生体組織について、各フレームごとに、その組織領域が抽出された抽出画像を生成する抽出画像生成手段と、
前記抽出画像に対して最適な関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記抽出画像に対して前記最適な関心領域を利用して前記組織領域に対する演算を実行する演算手段と、
を含み、
前記関心領域設定手段は、
前記生体組織の周期的な運動における所定時相のフレームに対して、前記組織領域の全体を包囲する基準関心領域をユーザー設定させるためのユーザー設定手段と、
前記基準関心領域を基準として、そのサイズを段階的に可変させることにより、複数の派生関心領域を生成する派生生成手段と、
前記抽出画像に対して、前記基準関心領域及び前記複数の派生関心領域からなる候補関心領域群の中から、前記組織領域の全体を包囲する前記最適な関心領域を判定する最適判定手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。Based on a reception signal obtained by transmission and reception of ultrasonic waves, for a living tissue that moves periodically, for each frame, an extraction image generation unit that generates an extraction image in which the tissue region is extracted,
A region of interest setting means for setting an optimal region of interest for the extracted image,
A computing unit that performs a computation on the tissue region using the optimal region of interest for the extracted image,
Including
The region of interest setting means,
For a frame at a predetermined time phase in the periodic movement of the living tissue, a user setting means for allowing a user to set a reference region of interest surrounding the entire tissue region,
Derivation generating means for generating a plurality of derived regions of interest by changing the size of the reference regions of interest in steps,
For the extracted image, from a group of candidate regions of interest consisting of the reference region of interest and the plurality of derived regions of interest, optimal determination means for determining the optimal region of interest surrounding the entirety of the tissue region,
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: 請求項５記載の装置において、
前記周期的に運動する生体組織は心臓であり、
前記所定時相は前記心臓の拡張末期であることを特徴とする超音波診断装置。The device according to claim 5,
The biological tissue that moves periodically is the heart,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the predetermined time phase is the end diastole of the heart. 請求項５記載の装置において、
前記基準関心領域及び前記複数の派生関心領域はそれぞれ楕円領域であり、
前記基準関心領域の長軸の傾き、長軸の長さ及び短軸の長さがユーザー入力され、
前記複数の派生関心領域の長軸の傾きは前記基準関心領域の長軸の傾きと一致し、
前記複数の派生関心領域の長軸の長さは前記基準関心領域の長軸の長さを段階的に変化させることによって定められ、
前記複数の派生関心領域の短軸の長さは前記関心領域の短軸の長さを段階的に変化させることによって定められることを特徴とする超音波診断装置。The device according to claim 5,
The reference region of interest and the plurality of derived regions of interest are each elliptical regions,
The inclination of the major axis of the reference region of interest, the major axis length and the minor axis length are user input,
The slope of the major axis of the plurality of derived regions of interest coincides with the slope of the major axis of the reference region of interest,
The length of the major axis of the plurality of derived regions of interest is determined by gradually changing the length of the major axis of the reference region of interest,
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the length of the minor axis of the plurality of derived regions of interest is determined by changing the length of the minor axis of the region of interest in a stepwise manner.
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