CN1681439A - 生物体组织动状态跟踪方法、使用该方法的图像诊断装置 - Google Patents

生物体组织动状态跟踪方法、使用该方法的图像诊断装置 Download PDF

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Abstract

一种生物体组织的动状态跟踪方法和使用该跟踪方法的图像诊断装置，显示由拍摄被检体的断层像而构成的动图像的一影幅帧图像(S2)，在被显示的一影幅帧图像上、在要跟踪动状态的生物体组织的指定部位重合显示标识(S3)，将包含该指定部位的尺寸的切出图像、设定在一影幅帧图像上(S4)，同时，检索动图像的其它的影幅帧图像并提取与切出图像图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像(S5、6)，基于一致度最高的局部图像与切出图像的坐标差，求出指定部位的移动目标处坐标(S7)，以此定量地测量组织的动状态。

Description

生物体组织动状态跟踪方法、使用该方法的图像诊断装置
技术领域
本发明涉及一种适用于超声波诊断图像、磁共振图像和X线CT图像的生物体组织的动状态跟踪方法、使用该跟踪方法的图像诊断装置以及程序的技术。
背景技术
超声波诊断装置、磁共振成像(MRI)装置、和X线CT装置等的图像诊断装置，是将任意的被检体的检查部位的断层像等显示在监视器上供诊断使用的装置。例如，在心脏及血管等的循环器系统和其它有动状态的脏器的情况下，对构成它们的生物体组织(以下总称为组织)的动状态、通过断层像进行观察并诊断这些脏器等功能。
尤其是如果能够定量地评价心脏等功能，可以期待进一步提高诊断的精度，例如，以往从由超声波诊断装置得到的图像提取心壁的轮廓，基于该心壁轮廓并由心室等的面积、体积、及它们的变化率等评价心功能(心脏泵的功能)，或评价局部的壁运动来进行诊断。另外，提出了基于多普勒信号等的测量信号测量组织的变位，例如，拍摄局部的收缩或张弛的分布，并基于此正确地决定心室的运动活跃的地方，或者测量收缩期的心脏壁的厚度等，进行定量测定的方法(特表2001-518342号公报)。进而，提出了提取时时刻刻变化的心房及心室的轮廓，将该轮廓叠加在图像上显示，同时，基于此求出心室等的容量的技术(美国专利第5322067号公报)。
然而，上述的以往技术都停留在用于评价心脏的整体的功能的方法上，而没有考虑到测量作为心肌等各组织的动状态的组织动态。特别是通过图像处理提取心壁的轮廓、基于该轮廓测量心壁的厚度等以往技术，并没有达到可得到充分的精度的水准。另外，由于心肌的动状态，心肌和关心区域的相对位置会有变化，心肌的全部或一部分会脱离到关心区域以外。其结果，有损在关心区域测量的辉度、辉度平均、辉度变化的评价指标的可靠性，有不能成为有效的评价指标的问题。
在这里，本发明的目的在于在动图像上显示组织的动状态及其轨迹、定量地测量组织动态。
一般地，例如，如果由于血栓等而对心肌不通血液，则被认为有降低心肌动状态等因果关系。从而，如果能够定量地测量构成心室的心肌的动状态及厚度的变化等、心脏的各组织的动态，则能够提供在决定治疗方法等时的有效的诊断信息。例如进行了这样的研究，如果知道缺血的程度，作为特别指定冠动脉再生手术等心脏的治疗方法选择和治疗部位的指标是有效的。另外，如果能够定量地测量瓣环部的动态，则在高血压性心肥大等的心脏疾患中，对评价心功能整体有益。要定量地进行测量的这样的组织动态的对象，不限于心脏，也需要针对于血管。总之，如果能够定量地测量颈动脉等的大血管壁的脉波，则能有效地诊断动脉硬化。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的图像诊断装置，具有：拍摄被检体的断层像的拍摄装置，和记忆由多个影幅帧的上述断层像构成的动图像的记忆部，和显示上述动图像的显示部；设有：通过标识来指定上述断层像所需要的部位的操作部，和根据上述所需要的部位的图像信息、在上述动图像的上述所需要的部位跟踪上述标识的跟踪装置。
上述操作部具有输入指令的装置，该输入指令的装置，可输入将存放在上述记忆部中的上述动图像的一影幅帧图像显示在上述显示部的指令，和在根据该指令所显示的上述一影幅帧图像中、在要跟踪的动状态的生物体组织的指定部位重合显示上述标识的指令。
上述跟踪装置，具有切出图像设定装置、切出图像跟踪装置、移动量运算装置以及移动跟踪装置；其中，所述切出图像设定装置，设定包含上述指定部位的尺寸的切出图像，该指定部位，对应于显示在上述显示部的上述一影幅帧图像的上述标识位置；所述切出图像跟踪装置，从上述记忆部读出上述动图像的另外的影幅帧图像，并提取与上述切出图像图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像；所述移动量运算装置，求出该一致度最高的局部图像和上述切出图像的坐标差；所述移动跟踪装置，基于该坐标差求出上述指定部位的移动目标处坐标。
上述切出图像跟踪装置，进行上述切出图像和上述局部图像的图像数据的相关处理，并提取图像的相关最高的局部图像。
被记忆在上述记忆部中的上述动图像，由超声波摄影法拍摄，并且在上述记忆部中记忆对应于上述动图像的RF信号，上述移动跟踪装置，基于上述坐标差求出上述指定部位的移动目标处坐标，提取对应于该移动目标处坐标的周边的多个上述RF信号，取该提取的多个RF信号的相互相关，根据该相互相关的最大值的位置，修正上述移动目标处坐标。
另外，生物体组织的动状态跟踪方法，包括以下步骤：显示由拍摄被检体的断层像而构成的动图像的一影幅帧图像的第1步骤，和输入在该所显示的上述一影幅帧图像中、在要跟踪动状态的生物体组织的指定部位重合显示标识的指令并设定上述指定部位的第2步骤，和将包含上述指定部位的尺寸的切出图像设定在上述一影幅帧图像中的第3步骤，和检索上述动图像的另外的影幅帧图像并提取与上述切出图像图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像的第4步骤，和基于该一致度最高的局部图像与上述切出图像的坐标差、求出上述指定部位的移动目标处坐标的第5步骤。
附图说明
图1是表示本发明的生物体组织的动状态跟踪方法的一实施例的处理顺序图。
图2是应用图1的生物体组织的动状态跟踪方法构成的图像诊断装置的方块构成图。
图3是使本发明的生物体组织的动状态跟踪适用于心脏的断层像而进行说明的图。
图4是说明本发明的区块比对法的一实施例的图，(a)是表示切出图像的一例，(b)是表示检索区域的一例的图。
图5是关于根据本法明的跟踪方法测量的生物体组织的动状态的测量信息的显示图像的例子。
图6是夹住心壁而设定的二个指定点的距离、测量该距离的变化制成曲线图表示的例子。
图7是在心壁部设定多个指定点、将跟踪这些动状态而得到的各种移动信息制成图像进行显示的例子。
图8是跨整个心肌内部设定多个指定点、基于这些指定点的动状态进行测量的种种信息的表示例子。
图9是沿心肌内壁设定多个指定点、其动状态的信息的显示图像例。
图10是对图1的处理顺序进行变形的本发明的实施例2的跟踪处理顺序的图。
图11是使用具体例子说明根据图像相关法进行图像跟踪处理的图。
图12是将本发明适用于超声波诊断装置的一实施例的图像诊断装置的方块图。
图13是表示改善了图10的图像相关法的RF信号修正法的处理顺序的图。
图14是说明RF信号修正法的图。
图15是应用关心区域的跟踪控制方法形成的图像诊断装置的方块构成图。
图16是将本发明的关心区域的跟踪适用于心脏的断层像而进行说明用的图。
图17是根据本发明的跟踪控制方法来表示关心区域的显示状态和被测量的测量信息的显示图像的例。
图18是根据本发明的跟踪控制方法来表示关心区域的显示状态和被测量的测量信息的显示图像的例。
图19是表示关心区域的显示状态的例。
具体实施方式
(实施例1)
对于应用本发明的生物体组织的动状态跟踪方法的一实施例的图像诊断装置，使用图1～图4进行说明。图1表示本发明的生物体组织的动状态跟踪方法的顺序，图2是应用图1的生物体组织的动状态跟踪方法构成的图像诊断装置的方块构成图。如图2所示，图像诊断装置包括下述部分：存放拍摄被检体的断层像的动图像的图像记忆部1，和可显示动图像的显示部2，和输入指令的操作台3，和跟踪显示在显示部2上的动图像的生物体组织的动状态的自动跟踪部4，和基于自动跟踪部4的跟踪结果计算各种测量信息的动态信息计算部5，和连接上述各部的信号传输路6。在图像记忆部1中，由以虚线表示的诊断图像拍摄装置7拍摄被检体的断层像而构成的动图像，通过在线(online)或离线(offline)进行存储。作为诊断图像拍摄装置7，可以应用超声波诊断装置、磁共振成像(MRI)装置和X线CT装置等诊断装置。
操作台3，可输入将被存放在图像记忆部1中的动图像的一影幅帧图像显示于显示部2的指令。另外，还可在根据该指令而显示的一影幅帧图像中、在要跟踪动状态的生物体组织的指定部位输入重合表示标记的指令。
自动跟踪部4，具有：控制图像诊断装置整体的控制装置8、切出图像设定装置9、切出图像跟踪装置10、移动量运算装置11以及移动跟踪装置12；其中，切出图像设定装置9，设定所切出的图像，该图像具有包含与显示在显示部2上的一影幅帧图像的上述标记位置相对应的指定部位的尺寸；切出图像跟踪装置10，从图像记忆部1读出动图像的另外的影幅帧图像，并提取与切出图像图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像；移动量运算装置11，求出一致度最高的局部图像和切出图像的坐标差；移动跟踪装置12，基于该坐标差求出指定部位的移动目标处的坐标。另外，动态信息计算部5具有基于由自动跟踪部4求出的指定部位的移动目标处的坐标、定量地求出有关指定部位的移动量、移动速度、移动方向等动状态的物理量的测量信息，同时，将这些测量信息的变化、用曲线图显示在显示部2上的功能。
下面，对本实施例的图像诊断装置的详细的功能构成，根据图1所示的处理顺序与动状态一起进行说明。首先，生物体组织的动状态跟踪动作，通过从操作台3输入选择组织的动状态跟踪方式的指令开始(S1)。自动跟踪部4的控制装置8，从图像记忆部1读出动图像的最初的影幅帧ft(t＝0)并显示在显示部2上(S2)。例如，作为最初的影幅帧图像f0，是表示在图3中的心脏的心室21的断层像。在图3中，作为操作者要跟踪动状态的生物体组织的指定部位，在要选择了心肌22的特定的部位的时候，操作者操作操作部3的鼠标等，与影幅帧图像f0重合并显示作为标记的指定点23。而且，移动操作该指定点23并重合显示在所希望的指定部位，输入设定指定部位。另外，在图3中，符号24是左房室瓣。
当输入设定指定点23时，控制装置8取入影幅帧图像f0上的指定点23的坐标，送到切出图像设定装置9中(S3)。切出图像设定装置9，如图4(a)所示，以指定点23的图像为中心，将纵横2(A+1)像素(其中A为自然数)的尺寸的矩形区域设定为切出图像25(S4)。在这里，切出图像25的尺寸，被设定在包含与指定点23的生物体组织不同的生物体组织的大小的区域是理想的。例如，如图3所示，设定在超过心肌22的境界的大小的区域内。这是由于当切出图像25的尺寸过小时，多出现一致的局部图像，会产生不能特定真正的移动目标处的情况，而相反过大时会产生从影幅帧图像f0的图像区域漏出而不能测量的情况。
切出图像跟踪装置10，从图像记忆部1读出动图像的下一个影幅帧图像f1，提取与切出图像23图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像(S5)。该提取处理，使用被称为区块比对法的图像相关法。在对影幅帧图像f1的全区域进行该提取处理时，需要太多处理时间。在这里，为了缩短提取处理时间，在本实施例中，对比影幅帧图像f1更小的、图4(b)所示的检索区域26进行提取处理。即，将检索区域26设为对于切出图像25在上下左右附加一定的宽度的像素数B的矩形区域。该像素数B比有关指定部位的组织的移动量大，例如设定为3～10像素。这是由于心脏等循环器系统的动状态范围，在通常的视野中被限制在窄的区域内。这样，依次错开检索区域26内的相同尺寸的局部图像27，求出与切出图像25的图像的一致度。
接着，在检索了的多个局部图像27内提取图像的一致度最高的局部图像27max，将局部图像27max作为切出图像25的移动目标处，求出局部图像27max的坐标(S6)。这些图像的坐标，用中心像素的坐标或矩形区域的任意的角坐标来代表。并且，求出局部图像27max和切出图像25的坐标差，基于此在求出指定点23的移动目标处坐标并进行记忆，同时，重合显示在显示部2的影幅帧图像f1上(S7)。另外，将局部图像27max和切出图像25中的指定点23的相对位置作为不变化的位置进行处理。
动态信息计算部5，基于由S7求出的指定点23的移动目标处坐标，计算有关指定点23的动状态，即，计算有关指定部位的组织的动状态的各种测量信息(S8)。即，基于移动前后的指定部位的坐标，能够定量地测量移动方向和移动量。另外，能够定量地求出有关指定部位的移动量、移动速度、移动方向等的动状态的作为物理量的测量信息。
基于这样求出的测量信息，进一步动态信息计算部5将有关指定点23的移动的各种测量信息及其变化用曲线图显示在显示部(S9)。由此，观察者能够容易观察指定部位的动状态。
接着，进入步骤S10，对动图像的全部的影幅帧图像判断是否指定点23的跟踪已结束，如果有未处理的影幅帧图像，则返回到步骤S5并重复S5～S10的处理。在对全部的影幅帧图像指定点23的跟踪已结束的时候，结束跟踪处理动状态。
如上所述，根据本实施例，通过应用图像相关法，能够依次求出指定点23的移动目标处的坐标，能够定量地且高精度简单地测量指定部位的动状态，所以能够可靠地提供诊断的信息。
在这里，使用上述实施例，对测量生物体组织的指定部位的动状态的具体例使用图5～图9进行说明。图5是将有关图3所示的指定点23的动状态的测量信息显示在显示部2的图像的例，其图(a)是能够把握指定点23的移动状态地、用虚线将指定点23的移动轨迹重合在动图像上显示的例。根据该显示例，能够视觉地观察该指定点23在1个心博中动状态的轨迹、移动区域。其图(b)、(c)分别表示指定点23的移动量的时间变化和移动速度。根据该显示例，能够视觉地观察该指定点23在1个心博中动状态的移动量和移动速度，在1个心博中能够识别扩张部和收缩部的变化。另外，其图(d)(c)是将指定点23的移动轨迹重合在动图像上来显示的另外的一例，图(d)表示其附近的数影幅帧图像部分的轨迹，通过进行过去的动状态和现在的动状态的比较，能够观察在多个心博中进行怎样的动状态。其图(e)是用直线连接从过去的跟踪开始点到现在的指定点，用实线表示移动轨迹，能够观察多个心博量的移动量。另外根据用途组合表示其图，通过以不同的变化识别心肌的各点的动状态，能够对应所希望的检查。
另外，图6是夹住心肌22的心壁设定2个指定点23，测量2个指定点23间的距离和其距离的变化，将它们做成曲线图显示在显示部2上的例子。由此，能够定量地把握心肌的厚度和厚度的变化。另外，也能够计算表示心肌的厚度变化率。该变化率对相对于变化前的心肌的厚度的变化前后的心肌厚度的变化量，能够用百分率表示。在这样的情况下，通过将这些有关心脏的测量值的曲线图、ECG波形、心音波形等信息在显示部2与时间轴相关联地进行显示，能够更加提高诊断的精度。即，由于能够定量地跟踪心肌动态的跟踪和心肌厚的变化，所以在缺血性心疾患中可以特别指定缺血部位。另外，由于能够使心肌动态定量化，所以可知缺血的程度，能够选择冠状动脉再生手术等的治疗方法和指定治疗部位特定的指标。进而，如果在瓣环部24设定指定点23，跟踪其动状态，则在高血压性心肥大等的心疾患中，能够对评价心功能整体有用。
图7是，在心肌22的壁部设定多个(图示例中9个)指定点23a～23i，跟踪它们的动状态，基于该移动信息进行其图(a)～(f)的显示的例子。其图(a)是求出各指定点23a～23i的移动方向，以心壁的移动方向的基准点为重心，变化向该重心的方向和其相反方向的颜色，图像显示其时间变化的例子。例如，令向重心的方向为红色，令其相反方向为蓝色来进行图像显示。这时，根据移动速度也可以施加辉度调制，根据此显示例，能够通过图像的颜色显示并把握心肌的动状态。其图(b)是根据各指定点23a～23i的移动量，改变连接这些点的线的粗细来显示的例子。较粗地表示各指定点间的距离变短的部分，较细地表示距离变长的部分。例如，根据最初的长度和现在的长度将变形量数值化，根据该数值决定线的粗细。根据该表示例，通过连接各指定点的线的粗细能够把握心肌的动状态。其图(c)是表示从数影幅帧图像前的各指定点23a～23i的移动轨迹的例子，在数影幅帧间，矢量表示指定点动方向和移动量。根据该显示例，能够把握数影幅帧部分的移动了的指定点的动状态。其图(d)是用线连接各指定点23a～23i、同时表示这些点的移动量的例子。通过由该显示例表示全体像，能够3维地把握哪个部位移动了多少、伸缩移动变化的程度。其图(e)是表示如图(c)所示由各指定点23a～23i包围的各个4边形的面积的变化的例子，并且图(f)是将其总计面积的时间变化做成曲线图显示的例子。通过由该显示例表示4边的面积的变化，这样，能够把握心肌的扩张或伸缩。另外，根据用途组合显示其图，通过由种种变化可识别心肌的各区域的动状态，能够对应所希望的检查。
图8是跨心肌22的内部的整体设定多个指定点23的例子，其图(a)是使心肌22的厚度方向的总变位曲线图化的图。另外作为厚度方向是指心肌动状态的伸缩方向。将多个指定点23设定在心肌整体的内部，通过曲线图表示其总变位，能够整体地把握心肌为怎样的动状态。其图(b)是曲线图化心肌的长度方向的总变位的图。通过对长度方向总变位实行曲线图化，特别是在即使看图像也难于视觉地判断心肌收缩呢还是伸长的时候，从该曲线图能够把握伸缩状况。其图(c)是以在心肌22的长度方向收缩为正、以在厚度方向膨胀的方向为正的曲线图化地表示总变位的例子。该例是其图(b)的变形例，可得到与其同样的效果。其图(d)是对由多个指定点23包围的区域的总面积变化实行曲线图化的例子。通过该表示例，能够把握整体区域的面积变化。另外，根据用途组合显示其图，通过由种种的变化来识别心肌的整体的动状态，能够对应所希望的检查。
图9是沿心肌22的内壁设定多个指定点23的显示例，是对其图(a)的各指定点23，将向被各指定点包围的区域(心室内)的重心方向、例如用「红」来表示，对离开的方向例如用「兰」来表示，通过其移动速度进行辉度调制显示的例子。另外，其图(b)是对由指定点23包围的区域的面积的时间变化实行曲线图化的图。由此，能够定量并且高精度地测量心室的容积变化等动态信息(动状态的信息)。
(实施例2)
图1的实施例，是说明每当对1个影幅帧图像的指定点的跟踪结束时(S7)，在基于该指定点的移动计算有关组织的动状态的各种信息的同时(S8)将这些信息显示在显示部上(S9)的例子。但本发明不限于此，如图10所示，将图1的步骤S10配置在步骤S7之后，也可以在对所有的影幅帧图像的指定点的跟踪结束后执行步骤S8、S9的处理。
在这里，对用图像相关法实行的图像跟踪处理的具体例使用图11进行说明。在图示例中，为了简化说明，将切出图像25的尺寸作为矩形的9像素区域进行说明，对检索区域26也作为矩形的25像素区域进行说明。即，其图(a)所示的切出图像25是以指定点23的像素为中心设定为A＝1像素的例子，其图(b)所示的检索区域26是设定为B＝1像素的例子。由此，如其图(b)所示，对9个局部区域27求出相关值，相关最大的位置相当于移动目标处坐标。
(实施例3)
本实施例能够适用于由超声波拍摄法拍摄而得到的动图像进行生物体组织的跟踪处理。特别是，记忆对应动图像的RF信号，对用图像相关法求出的图像的一致度最高的局部图像的位置，通过使用RF信号来进行修正，使跟踪生物体组织的动状态而得到的测量值的变化圆滑。
在图12中，特别表示了将诊断图像拍摄装置7作为超声波诊断装置17的情况。作为超声波诊断装置17，是向被检体内发送超声波，接收由被检体内的组织反射的超声波信号并处理接收信号，通过显示基于该接收信号的被检体内的超声波图像来进行被检体的疾患等诊断的装置。从该超声波诊断装置17给出的动图像和用于动图像的再构成的RF信号(接收处理超声波回波信号的信号)，分别通过在线或记录媒介被储存在图像记忆部1和RF信号记忆部18中。RF信号记忆部18，通过信号传输路6连接到自动跟踪部4。另外，在自动跟踪部4，设置有移动量修正部13，该移动量修正部13，用于通过检测RF信号的相位和振幅并进行适当的控制来修正相位、消除超声波回波信号特有的画面上具有的不光滑的杂波、以进行正确的跟踪。
在图13表示本实施例的主要部分的处理顺序。本实施例的跟踪处理，基本是取入由图10的步骤S6求出的切出图像的移动目标处坐标，计算指定点23的移动目标处坐标(S21)。接着，从RF信号记忆部18提取切出图像25的指定点23的坐标和一致度最高的局部图像27max的指定点23的坐标的周边的图像的RF信号(S22)。即，提取移动前后的指定点23的周边图像的RF信号。并且，使移动前后的RF信号相互相关，求其相关值(S23)。这时，首先，仅对应由图像相关法求出移动前后的任意的RF信号的移动量(像素数)的部分、错开时间轴，在取两者的相互相关关系(例如，积和运算)的同时，使移动前后的任意的RF信号错开。并且，将所求的相互相关值为最大值的错开量τ作为由RF信号进行的动的修正值求出(S24)。同时，对前面用图像相关法求出指定点的移动量，加上使用RF信号求出指定点的移动量的修正值，来正指定点的移动量(S25)。
在这里，移动前后的RF信号的相互相关值的最大值，通过指定点的移动量的相关和由此修正指定点的移动量，来提高位置的测量精度，下面，对这一理由使用图14进行说明。另外，在图14(a)中，对移动前的指定点周边的RF信号41和移动后的指定点周边的RF信号42的时间轴、由基于用图像相关法求的移动量而错开的状态表示。同时，例如在使RF信号41的时间轴向正负任一方向错开、同时计算与RF信号42的相互相关时，可得到表示其图(b)所示的最大值的相互相值43。当令该RF信号41和RF信号42的错开相位差为τ时，该移动量τ相当于加到图像相关法的移动量上、应该修正的移动量。由此，能够提高图像相关法的移动量的测量精度。
如以上说明，根据本发明的1～3的实施例可以得到下面的效果。
由于能够定量地测量心脏的各部的动状态，所以，例如通过定量地测量心肌动态跟踪或心肌厚的变化，在缺血性心疾患中例如能够特定出缺血部位。另外，由于能够使心肌动态定量化，所以可知缺血的程度，能够为特定出冠状动脉再生手术等治疗方法选择和治疗部位时的指标。另外，通过定量地跟踪瓣环部的动状态，可在高血压性心肥大等的心疾患中，对评价心功能整体有用。
(实施例4)
对应用本发明的关心区域的跟踪控制方法的一实施例的图像诊断装置，使用图15进行说明。该图像诊断装置如实施例1那样，包括有：存放拍摄被检体的断层像的动图像的图像记忆部1，和可显示动图像的显示部2，和输入绘出关心区域的指令的操作台3，和对显示在显示部2上的动图像的生物体组织的动状态、跟踪其关心区域的自动跟踪部4，和计算由自动跟踪部4跟踪的关心区域的各种测量信息、例如像素的辉度、辉度平均、辉度变化的关心区域测量信息计算部15，和连接上述各部的信号传输路6。
自动跟踪部4具有显示控制装置14，该显示控制装置14，将基于其基准点的移动目标处坐标求出的关心区域、重合在动图像的另外的影幅帧图像上进行显示。关心区域测量信息计算部15具有下述功能：在通过自动跟踪部4移动的关心区域，基于测量信息、例如基于关心区域内的像素值，定量地求出辉度、辉度平均、辉度变化等，同时，将这些测量信息用曲线图显示在显示部2上。另外，图像记忆部1、显示部2、操作台3、自动跟踪部4、信号传输路6等与在实施例1中说明的相同。
下面，对本实施例的图像诊断装置的详细的功能构成进行说明。首先，关心区域的跟踪控制方法，是通过从操作台3输入选择组织的动状态跟踪方式的指令开始。自动跟踪部4的控制装置8，从图像记忆部1读出动图像的最初的影幅帧图像ft(f＝0)并显示在显示部2上。例如，作为最初的影幅帧图像f0，是表示图16所示的心脏的心室51的断层像的图像。在图16中，作为操作者要观察的生物体组织的关心区域53，选择心肌52的特定的范围。这时，操作者操作操作部3的鼠标等，输入在影幅帧图像f0上例如绘出圆形、矩形、椭圆形的关心区域53的指令。在基于该指令显示的一影幅帧图像上，重合显示生物体组织的关心区域的标记(标识符号)。并且，确定对应于图像上的关心区域的基准点53a。这时，作为基准点53a，手动设定或自动设定关心区域的重心、中心或标记上的至少1点或多点、或从关心区域离开规定的距离的点等。另外，在图16中，符号54是左房室瓣。
在设定关心区域53的基准点53a时，控制装置8取入影幅帧图像f0上的基准点53a的坐标，并送到切出图像设定装置9中。
并且，如实施例1所示由图像相关法求出基准点的移动量，在基于基准点53a的移动目标处坐标而移动的关心区域53中，对各种测量信息、例如关心区域53内的像素值的辉度、辉度平均、辉度变化，由关心区域测量信息计算部15进行计算。即，通过测量移动前后的关心区域53内的平均辉度，能够正确且定量地测量伴随动状态的心肌内的血流量。另外，从诊断图像上的关心区域内的像素值能够定量地求出有关辉度、辉度平均、辉度变化等的物理量的测量信息。
基于这样求出的测量信息，进一步，关心区域测量信息计算部15用曲线图将关心区域53内的像素值的辉度、辉度平均、辉度变化等显示在显示部2上。由此，观察者能够视觉且定量地把握在关心区域53内的生物体组织、例如心肌中流动的血流量。
如上所述，根据本发明，通过应用图像相关法，可对生物体组织的动状态依次求出关心区域53的基准点53a的移动目标处的坐标，所以能够跟踪生物体的动状态并显示关心区域53。其结果，由于能够避开诊断图像上的关心区域53的标记和生物体组织的相对位置变化，由此能够使应该测量的生物体组织可靠地定位在关心区域53的标记内，所以可提高在关心区域53中所测量的评价指标的可靠性。
在这里，使用上述实施例，对测量生物体组织的指定部位的动状态的具体例使用图17～图19进行说明。图17(a)是将图16所示的关心区域53重合一个显示在心肌的图像上的图像例，其图(b)是对被检体施以造影剂后，基于诊断图像上的关心区域53内的像素值，对平均辉度差用曲线图表示的图像例。曲线图的横轴表示时间，纵轴表示平均辉度差，平均辉度差的计算方法，是使用时间辉度曲线等公知的方法。通过参照该曲线图，能够视觉且定量地把握关心区域53内的心肌内的血流量，可进行心肌梗塞等诊断。
另外，图18(a)是对图16所示的关心区域53、夹住心肌52的心壁、2重合表示的图像例，其图(b)是对被检体施以造影剂后，基于关心区域53内的像素值，分别用曲线图表示平均辉度差的图像例。曲线图的横轴表示时间，纵轴表示平均辉度差，平均辉度差的计算方法，是使用时间辉度曲线等公知的方法。通过参照该曲线图，例如通过与其它部位的血流量比较，能够相对地把握心肌内的血流量，所以能够可靠地把握心肌梗塞的发病处等可能性得以提高。在这时，在显示部2与时间轴相关联地显示这些有关心脏的测量值的曲线图和ECG波形、心音波形等信息是理想的。由此，在对比心功能的同时能够把握心肌的血流量。
另外，图19显示关心区域的显示例。其图(a)是用椭圆形的框体绘出关心区域53A的显示实施例。通过该例，跟踪椭圆形的关心区域53B能够识别基准点53a。其图(b)是用圆形框体绘出关心区域53B的显示例。通过该例，跟踪圆形的关心区域53B能够识别基准点53a。另外，其图(c)是用矩形框体绘出关心区域53C的显示例。通过该例，跟踪矩形的关心区域53C能够识别基准点53a。进而，其图(d)是通过相对向的2个线体绘出关心区域53D的显示例。通过该例，跟踪相对的2个关心区域53D能够识别基准点53a。这些关心区域53A～53D，分别基于从操作台3的鼠标等给出的指令重合显示在显示部2上。这时，标记的显示状态不仅限于此的状态，能够设定任意的显示状态。
根据本发明的实施例4，由于能够在诊断图像上的关心区域对生物体组织高精度地跟踪其动状态，所以能够避开根据生物体组织的动状态而产生的生物体组织和关心区域的相对位置变化。即，由于能够将伴随动状态的生物体组织总是位于关心区域内，所以可提高在其关心区域测量的测量信息的可靠性。
例如，在观察心肌内的血流量的时候，在对被检体施以造影剂后，在心肌内设定关心区域，由该关心区域的标记内的像素值、测量作为评价指标的辉度、平均辉度、辉度变化等，基于所测量的评价指标，通过把握心肌内的血流量，进行心肌梗塞等的诊断。这时，根据本发明，由于关心区域总是跟踪心肌的动状态而移动，所以能够可靠地从关心区域的标记内的像素值求出作为评价指标的辉度、辉度平均、辉度变化等，能够提高评价指标的可靠性。通过基于该评价指标定量地把握心肌的血流量，以此能够提高正确且可靠地诊断心肌梗塞的发病处及症状的程度等的可能性。进而，通过对这些测量信息用线图显示在显示部，能够视觉地把握测量信息，所以可容易地进行诊断。
另外，本发明不限于测量心脏的各部位的动状态，只要是要观察的生物体组织的动状态的部位，当然也可以适用于任何部位的生物体组织。例如，可适用于颈动脉等大血管壁的脉波测量。这时，通过在血管壁的长方向设定多个指定部位，通过定量地测量比较这些指定部位的移动量，可以了解动脉硬化的程度。
另外，上述的实施例，对在离线(offline)进行的例子进行了说明，但如果提高区块比对法处理的速度，也能够适用于在线(online)或实时的动图像。
另外，上述的实施例以2维的断层像为例进行了说明，但当然也能够适用于3维断层像。
另外，图像相关法，只要是计算切出图像和局部图像对应的图像的一致度的方法，能够使用公知的技术。例如能够应用：按每个一般已知的切出图像和局部图像对应的像素求出像素值的积，以该绝对值的总和作为相关值的2维相互相关法；按每个像素从像素值减去切出图像和局部图像的各像素值的平均值并求其积，以该绝对值的总和作为相关值的2维正规化相互相关法；按各像素求出像素值的差的绝对值，以该绝对值的总和作为相关值的SAD法；求出按各像素的像素值的差的平方值，以其平方值的总和为相关值的SSD法等。这时，为了选出相关最大的局部图像，也可以将在2维相互相关法和2维正规化相互相关法中使相关值最大的、另外在SAD法、SSD法中使相关值最小的局部图像、作为图像的一致度最高的局部图像。对于选出作为该相关最大(相关值最大或最小)的局部图像，图像相关法有其特征。
如以上所述，根据本发明，使用断层像能够定量地测量组织的动状态。另外，能够定量地测量有关组织的动状态的种种信息。进而能够将组织的动状态轨迹显示在图像上。

Claims (34)

1.一种图像诊断装置，具有：拍摄被检体的断层像的拍摄装置，和记忆由多个影幅帧的上述断层像构成的动图像的记忆部，和显示上述动图像的显示部；其特征在于，设有：
通过标识来指定上述断层像所需要的部位的操作部，和根据上述所需要的部位的图像信息、在上述动图像的上述所需要的部位跟踪上述标识的跟踪装置。
2.按照权利要求1所述的图像诊断装置，其特征在于：上述操作部具有输入指令的装置，该输入指令的装置，可输入将存放在上述记忆部中的上述动图像的一影幅帧图像显示在上述显示部的指令，和在根据该指令所显示的上述一影幅帧图像中、在要跟踪的动状态的生物体组织的指定部位重合显示上述标识的指令。
3.按照权利要求2所述的图像诊断装置，其特征在于：上述跟踪装置，具有切出图像设定装置、切出图像跟踪装置、移动量运算装置以及移动跟踪装置；其中，所述切出图像设定装置，设定包含上述指定部位的尺寸的切出图像，该指定部位，对应于显示在上述显示部的上述一影幅帧图像的上述标识位置；所述切出图像跟踪装置，从上述记忆部读出上述动图像的另外的影幅帧图像，并提取与上述切出图像图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像；所述移动量运算装置，求出该一致度最高的局部图像和上述切出图像的坐标差；所述移动跟踪装置，基于该坐标差求出上述指定部位的移动目标处坐标。
4.按照权利要求3所述的图像诊断装置，其特征在于：上述切出图像跟踪装置，进行上述切出图像和上述局部图像的图像数据的相关处理，并提取图像的相关最高的局部图像。
5.按照权利要求1所述的图像诊断装置，其特征在于：被记忆在上述记忆部中的上述动图像，由超声波摄影法拍摄，并且在上述记忆部中记忆对应于上述动图像的RF信号，上述移动跟踪装置，基于上述坐标差求出上述指定部位的移动目标处坐标，提取对应于该移动目标处坐标的周边的多个上述RF信号，取该提取的多个RF信号的相互相关，根据该相互相关的最大值的位置，修正上述移动目标处坐标。
6.按照权利要求3所述的图像诊断装置，其特征在于：上述切出图像跟踪装置，将上述被提取的局部图像作为上述切出图像并对上述动图像的另外的影幅帧图像反复实行，依次提取与上述切出图像图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像，上述移动量计算装置和上述移动跟踪装置，求出被依次提取的一致度最高的局部图像和上述切出图像的坐标差，基于所求出的坐标差，求出上述指定部位的移动目标处坐标。
7.按照权利要求3所述的图像诊断装置，其特征在于：上述切出图像跟踪装置，对于设定在比上述切出图像设定像素数大的区域内的检索范围，进行提取与上述切出图像图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像的检索。
8.按照权利要求1至3中任意一项所述的图像诊断装置，其特征在于：上述跟踪装置，记忆上述指定部位的移动目标处坐标，在上述动图像上重合显示上述标识的移动轨迹。
9.按照权利要求1至3中任意一项所述的图像诊断装置，其特征在于：上述跟踪装置，记忆上述指定部位的移动目标处坐标，求出该指定部位的移动量、移动速度、移动方向的至少一个，将其变化以曲线图显示在上述显示部中。
10.按照权利要求1至3中任意一项所述的图像诊断装置，其特征在于：上述跟踪装置，记忆从上述操作部输入设定的至少2个上述指定部位的移动目标处坐标，计算该2个指定部的距离、该距离的变化、该距离的变化速度、和该距离的变化率的至少1个，并将该曲线图显示在上述显示部上。
11.按照权利要求1至3中任意一项所述的图像诊断装置，其特征在于：上述跟踪装置，基于从上述操作部输入设定的夹住心肌的至少2个上述指定部位，计算心肌的厚度、厚度变化、厚度变化速度、厚度变化率的至少1个，并将其曲线图显示在上述显示部上。
12.按照权利要求1至3中任意一项所述的图像诊断装置，其特征在于：上述跟踪装置，求出沿从上述操作部输入设定的心室的内壁的多个上述指定部位的移动目标处，基于连接该多个指定部位的直线或该直线的近似曲线，求出心室的容积和该容积的变化并显示在上述显示部。
13.按照权利要求1所述的图像诊断装置，其特征在于：还具有对上述断层像指定关心区域的操作部，和提取对应上述关心区域的至少一部分的上述断层像的图像部位并跟踪该图像部位的动状态、将上述关心区域的显示位置移动的跟踪装置。
14.按照权利要求13所述的图像诊断装置，其特征在于：上述跟踪装置，具有：在上述关心区域设定1个或多个基准点、提取对应该基准点的1个或多个图像部位并跟踪该图像部位的动状态的跟踪装置，和与对应上述图像部位的上述基准点的动状态相一致、跟踪显示表示在上述显示部的上述关心区域的控制装置。
15.按照权利要求13所述的图像诊断装置，其特征在于：还具有测量信息计算部，该测量信息计算部，从上述移动前关心区域和上述移动后的关心区域的至少一方的区域的像素值中，测量有关上述生物体组织的信息，并将该测量信息的变化、用曲线图显示在上述显示部上。
16.按照权利要求15所述的图像诊断装置，其特征在于：上述测量信息，是辉度、辉度平均和辉度变化的至少一个。
17.按照权利要求15至16中任意一项所述的图像诊断装置，其特征在于：上述测量信息计算部，记忆从上述操作部输入设定的至少2个上述关心区域的移动目标处坐标，在该两个关心区域中，计算辉度、辉度平均、辉度变化的至少一个，并将其曲线图显示在上述显示部上。
18.一种生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
显示由拍摄被检体的断层像而构成的动图像的一影幅帧图像的第1步骤，和输入在该所显示的上述一影幅帧图像中、在要跟踪动状态的生物体组织的指定部位重合显示标识的指令并设定上述指定部位的第2步骤，和将包含上述指定部位的尺寸的切出图像设定在上述一影幅帧图像中的第3步骤，和检索上述动图像的另外的影幅帧图像并提取与上述切出图像图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像的第4步骤，和基于该一致度最高的局部图像与上述切出图像的坐标差、求出上述指定部位的移动目标处坐标的第5步骤。
19.按照权利要求18所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：上述第4步骤，进行上述切出图像和上述局部图像的图像数据的相关处理并提取图像的相关最高的局部图像。
20.按照权利要求18所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：通过超声波摄影法拍摄上述动图像，并且记忆对应于该动图像的RF信号，上述第4步骤，基于上述一致度最高的局部图像与上述切出图像的坐标差，求出上述指定部位的移动目标处坐标，并提取对应于该移动目标处坐标的周边的多个上述RF信号，取该提取的多个RF信号的相互相关关系，根据该相互相关的最大值的位置来修正上述移动目标处坐标。
21.按照权利要求18至20中任意一项所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：将上述被提取的局部图像作为上述切出图像，对于上述动图像的另外的影幅帧图像反复实行上述第4步骤和上述第5步骤，依次求出上述指定部位的移动目标处坐标。
22.按照权利要求18至20中任意一项所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：上述切出图像尺寸，是包含与上述指定部位的生物体组织不同的生物体组织的大小的区域。
23.按照权利要求18至20中任意一项所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：在上述第4步骤中，提取与上述切出图像图像的一致度最高的相同尺寸的局部图像的检索范围，被设定在比上述切出图像设定像素数大的区域中。
24.按照权利要求18至20中任意一项所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：在上述指定部位的移动目标处，与上述动图像重合显示上述标识。
25.按照权利要求24所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：记忆上述指定部位的移动目标处坐标，与上述动图像重合显示上述标识的移动轨迹。
26.按照权利要求18至20中任意一项所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：包括记忆上述指定部位的移动目标处坐标、求出该指定部位的移动量、移动速度、移动方向的至少一个的第6步骤。
27.按照权利要求26所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：对上述指定部位的移动量、移动速度、移动方向的至少一个的变化，用曲线图表示。
28.按照权利要求18至20中任意一项所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：在心肌的心壁上设定多个上述指定部位，求出各指定部位的移动方向，以移动方向的基准点为重心，变化向该重心的方向和与其相反方向的颜色，将其时间变化进行图像显示。
29.按照权利要求27所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：根据上述移动速度实施辉度调制。
30.按照权利要求18至20中任意一项所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：还包括至少设定2个上述指定部位，记忆该2个指定部位的移动目标处坐标，计算该2个指定部位的距离、其距离的变化、其距离的变化速度、和其距离的变化率的至少1个的第6步骤。
31.按照权利要求18至20中任意一项所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：还包括夹住心肌设定至少2个上述指定部位，计算心肌的厚度、厚度的变化、厚度变化速度、和厚度变化率的至少一个的第6步骤。
32.按照权利要求18至20中任意一项所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：将上述指定部位沿心室的内壁设置多个，基于连接该多个指定部位的直线或该直线的近似曲线，求出心室的容积和该容积的变化。
33.按照权利要求18所述的生物体组织的动状态跟踪方法，其特征在于：在第2步骤中，输入对该被显示的上述一影幅帧图像的生物体组织、重合显示规定关心区域的标识的指令；在第3步骤中，对应上述关心区域确定基准点，将包含该基准点的尺寸的切出图像设定在上述一影幅帧图像上；在第5步骤中，基于该被记忆的上述基准点的移动目标处坐标，求出规定上述关心区域的上述标识的移动目标处坐标并重合显示在上述动图像的另外的影幅帧图像上。
34.按照权利要求1所述的图像诊断装置，其特征在于：上述跟踪装置，具有相关装置，该相关装置，在上述动图像的一影幅帧图像和邻接上述一影幅帧图像的影幅帧图像之间，取上述图像信息的相关关系；从该相关值得到与上述邻接的影幅帧图像的上述希望部位相对应的上述标识的位置信息。
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