JP2004313551A - 心臓の運動表示方法及び画像診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】定量的に計測した心室壁厚の表示法を改善して的確な診断を行えるように支援する。
【解決手段】負荷状態が異なる心臓の断層を撮像してなる少なくとも２つの動画像が記憶された画像記憶部から一フレーム画像を読み出して表示部に表示する第１ステップと、該表示された前記一フレーム画像上において心筋を挟んで対向する少なくとも一対のマークを設定する第２ステップと、前記各マークが設定された部位の心筋の動きを前記動画像上で追跡する第３ステップと、前記心筋の動きに合わせて前記各マークの位置を変更し、変更後の前記一対のマーク間の距離により前記心筋の壁厚を求める第４ステップと、前記壁厚と前記壁厚の変化率と前記壁厚の変化速度の少なくとも１つの運動量を求める第５ステップと、前記各対のマーク位置における前記心筋の運動量を、該運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方を変えた運動表示画像を前記表示部に表示する第６ステップとからなり、前記負荷状態が異なる心臓の断層像について前記第１ステップから第６ステップを実行することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】負荷状態が異なる心臓の断層を撮像してなる少なくとも２つの動画像が記憶された画像記憶部から一フレーム画像を読み出して表示部に表示する第１ステップと、該表示された前記一フレーム画像上において心筋を挟んで対向する少なくとも一対のマークを設定する第２ステップと、前記各マークが設定された部位の心筋の動きを前記動画像上で追跡する第３ステップと、前記心筋の動きに合わせて前記各マークの位置を変更し、変更後の前記一対のマーク間の距離により前記心筋の壁厚を求める第４ステップと、前記壁厚と前記壁厚の変化率と前記壁厚の変化速度の少なくとも１つの運動量を求める第５ステップと、前記各対のマーク位置における前記心筋の運動量を、該運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方を変えた運動表示画像を前記表示部に表示する第６ステップとからなり、前記負荷状態が異なる心臓の断層像について前記第１ステップから第６ステップを実行することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断画像、磁気共鳴画像又はＸ線ＣＴ画像に適用される心臓の運動表示方法、その方法を用いた画像診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置、及びＸ線ＣＴ装置等の画像診断装置は、いずれも被検体の検査部位に係る断層像などをモニタに表示して診断に供するものである。例えば、心臓や血管等の循環器系及びその他の動きのある臓器の場合、それらを構成する生体組織（以下、組織と総称する）の動きを断層像により観察して、それら臓器等の機能を診断することが行なわれている。
【０００３】
特に、心臓などの運動機能を定量的に評価できれば、診断の精度が一層向上することが期待されている。例えば、従来、超音波診断装置により得られた画像から心壁の輪郭を抽出し、その心壁輪郭に基づいて心室等の面積、容積、それらの変化率等から心機能（心臓ポンプ機能）を評価したり、局所の壁運動を観察して診断することが試みられている（特許文献１）。また、ドプラ信号等の計測信号に基づいて組織の変位を計測して、例えば局所的な収縮又は弛緩の分布を撮像し、これに基づいて心室の運動が活性化している場所を正確に決定したり、あるいは収縮期の心室壁の厚さ（壁厚）を計測する等、組織の運動を定量的に計測する方法が提案されている（特許文献２）。さらに、時々刻々変化する心房や心室の輪郭を抽出して、その輪郭を画像に重ねて表示するとともに、これに基づいて心室等の容量を求める技術が提案されている（特許文献３）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１３１４５号公報
【特許文献２】
特表２００１−５１８３４２号公報
【特許文献３】
米国特許第５３２２０６７号公報（ＵＳＰ５，３２２，０６７）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術は、いずれも心臓の全体的な機能を評価するための手法にとどまり、心筋などの各組織の動きを定量的に評価することについては配慮されていない。特に、心壁の輪郭を画像処理により抽出し、その輪郭に基づいて心室壁の厚み（壁厚）を計測したり、壁厚の変化を計測する従来技術は、必ずしも十分な精度を得るまでには至っていない。
【０００６】
一般に、例えば、血栓等によって心筋に血が通わなくなると、心筋の動きが低下するといわれている。したがって、心室を構成する心筋の動きや壁厚の変化など、心臓の各組織の運動を定量的に計測できれば、治療法などを決定する際の有効な診断情報を提供できる。例えば、虚血の程度がわかれば、冠動脈再生術などの心臓の治療法選択及び治療部位を特定する指標として有効である。
【０００７】
特に、心臓は収縮と拡張を繰返して血液を循環させることから、心筋壁厚の変化の度合いに点数をつけて診断するスコアリング法が提案されている。このスコアリング法は、例えば、心壁の延在方向に心壁を６分割し、動画像を観察しながら各分割領域ごとの壁厚の動きの程度を５段階に分けて評価する方法である。また、このスコアリングを、通常の状態と、患者に運動させて心臓に負荷をかけた負荷Ｉ状態と、さらに大きな負荷をかけた負荷ＩＩ状態と、負荷を取り除いて回復した状態の４つの態様について実施して、心臓の診断を行なうことも行われている。
【０００８】
しかし、従来のスコアリングは、断層像の動画像により心臓の動きを観察した観者の主観的な判断で評価せざるを得ないから、スコアリング結果が必ずしも客観的でなく、かつ的確な診断を行なうには相当の経験が要求されるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の発明者らは、心臓の断層像が表示されたモニタ上で、心筋壁の内外に一対の追跡点（マーク）を設定し、動画像上で追跡点を含む切り出し画像の移動先を相関法などの画像処理によって検出し、心筋壁の動きに合わせて追跡点を移動させて重畳表示する一方、その追跡結果に基づいて一対の追跡点間の距離（壁厚）等を定量的に計測することを提案している（特願２００２−２６６８６４号）。
【００１０】
しかし、定量的に計測した心室壁厚のデータを表示する具体的な方法についての配慮が十分でないことから、観者が的確な診断を行なう上で改善する点があった。
【００１１】
本発明の課題は、定量的に計測した心室壁厚の表示法を改善して、的確なスコアリングを行えるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の心臓の運動表示方法は、負荷状態が異なる心臓の断層を撮像してなる少なくとも２つの動画像が記憶された画像記憶部から一フレーム画像を読み出して表示部に表示する第１ステップと、該表示された前記一フレーム画像上において心筋を挟んで対向する少なくとも一対のマークを設定する第２ステップと、前記各マークが設定された部位の心筋の動きを前記動画像上で追跡する第３ステップと、前記心筋の動きに合わせて前記各マークの位置を変更し、変更後の前記一対のマーク間の距離により前記心筋の壁厚を求める第４ステップと、前記壁厚と前記壁厚の変化率と前記壁厚の変化速度の少なくとも１つの運動量を求める第５ステップと、前記各対のマーク位置における前記心筋の運動量を、該運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方を変えた運動表示画像を前記表示部に表示する第６ステップとからなり、前記負荷状態が異なる心臓の断層像について前記第１ステップから第６ステップを実行することを特徴とする。
【００１３】
このような本発明の心臓の運動表示方法によれば、心筋の動き、すなわち壁厚の変化等が、数値でなく輝度や色の変化としてマークの位置に対応付けて表示されるから、輝度や色に基づいて一目で心筋の動きに関する各分割領域のスコアを評価することができる。したがって、観測者ごとに主観的に定性評価する場合に比べて、評価のバラツキを低減できる。
ここで、各マークが設定された部位の心筋の動きをそれぞれ動画像上で追跡する上記のステップは、前記マークを含むサイズの切出し画像を前記一フレーム画像に設定するステップと、前記動画像の他のフレーム画像を検索して前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出するステップと、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記マークの移動先を求めるステップとを含んで構成することができる。この場合において、抽出された局所画像を新たな切出し画像とし、動画像のさらに他のフレーム画像に対して一致が最も高い局所画像を抽出するステップと、一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差に基づいてマークの移動先を求めるステップとを繰り返し実行して、前記マークの移動先を順次求めることにより、マークを心筋の動きに追従させて移動表示することもできる。
【００１４】
また、本発明の画像診断装置は、負荷状態が異なる心臓の断層を撮像して得られる少なくとも２つの動画像データが記憶される画像記憶手段と、前記心臓の断層像を表示する表示部と、前記画像記憶手段に記憶された前記動画像データを読み出して動画像又は静止画像を前記表示部に表示させる表示制御手段と、前記表示部に表示された前記静止画像上の心筋を挟んで対向する少なくとも一対のマークを設定する操作部と、前記表示部に表示された静止画像に前記各マークを含む切出し画像をそれぞれ設定し、前記表示部に表示される前記動画像に基づいて前記切出し画像の移動先を追跡する切り出し画像追跡手段と、該切出し画像の移動先に基づいて前記各マークの移動量を求める移動量演算手段と、該手段により求めた各マークの移動量に基づいて前記一対のマーク間の距離を求めて前記心筋の壁厚と該壁厚の変化率と該壁厚の変化速度の少なくとも１つの運動量を求める運動算出手段と、該手段により求めた前記運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方の画素値を変えて前記表示部の表示領域に表示する運動表示画像を生成する画像生成手段と、前記負荷状態が異なる心臓の各断層像について前記運動表示画像を生成させて前記表示部に表示させる制御手段とを備えて構成することができる。
【００１５】
本発明において、各負荷状態の運動表示画像を表示画面に並べて表示することいが好ましいが、各負荷状態の運動表示画像を時系列的に順次表示するようにしてもよい。また、心臓の１周期を複数の時相に分割し、負荷状態が異なる心臓の運動表示画像の時相を合わせて並べて表示することが望ましい。さらに、本発明の運動表示画像に時間軸を合わせて、心電計により計測される心電図や、心音計により計測される心音波形を並べて表示することが好ましい。
【００１６】
具体的な運動表示画像は、矩形領域の一方の軸を前記心筋に沿って配置された複数対のマークの設定位置に対応させ、他方の軸を時間軸に対応させて表示することができる。この場合、矩形領域の時間と複数対のマークの設定位置の少なくとも一方を指定する線を入力設定することにより、指定線に沿った運動量の変化を表すグラフを表示部に表示するステップを設ける。
【００１７】
また、運動表示画像の他の具体例としては、各対のマーク位置における動画像の心筋に対応する領域の輝度と色の少なくとも一方を当該位置における運動量に応じて変えた画像、あるいは心筋の内壁と外壁を模擬してなる模式図形に、該模式図形における各対のマーク位置に対応する領域の輝度と色の少なくとも一方を当該位置における運動量に応じて変えた画像を重ねた画像とすることができる。特に、心筋の模式図形に重ねて運動表示画像を表示することにより、心筋の動きが悪い部位を直視的に診断できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の心臓の運動表示方法を適用してなる一実施の形態の画像診断装置について、図１〜図４を用いて説明する。図１は本実施形態の心臓の運動表示方法の手順を示し、図２は図１の心臓の運動表示方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。図２に示すように、画像診断装置は、被検体である生体の断層を撮影してなる動画像が格納される画像記憶部１と、画像を表示する表示部２と、各種の指令を入力する操作卓３と、表示部２に表示される動画像の心臓のの動きを追跡する自動追跡部４と、自動追跡部４の追跡結果に基づいて又は運動算出部６の計測情報に基づいて運動表示画像を生成して記憶する画像生成記憶部５と、自動追跡部４の追跡結果に基づいて各種の計測情報を算出する運動算出部６と、これらを接続してなる信号伝送路７を含んで構成されている。
【００１９】
画像記憶部１には、破線で示した診断画像撮像装置８から被検体の断層像を撮影してなる動画像がオンライン又はオフラインで格納されるようになっている。診断画像撮像装置８としては、超音波診断装置、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置及びＸ線ＣＴ装置等の診断装置が適用可能である。また、本実施の形態では、被検体の異なる運動負荷における心臓の断層像を撮像した例えば４状態の動画像が格納される。つまり、通常の負荷状態Ａと、患者に運動をさせて心臓に負荷をかけた負荷Ｉ状態Ｂと、さらに大きな負荷をかけた負荷ＩＩ状態Ｃと、負荷を取り除いて回復した状態Ｄの４つの態様についての動画像が格納される。また、それらの断層像は、図示していない心電計から出力される心電波形に同期させて撮像し、その心電波形を断層像に同期させて記憶しておくことが好ましいが、これに限らず時間軸を同期させて記憶しておくようにする。
【００２０】
操作卓３は、表示部２に動画像の一フレーム画像（静止画像）を表示させる指令、表示部２に表示された静止画像上で動きを追跡したい生体組織の部位にマーク（目印）を重畳表示させる指令、表示部２に表示する画像の種類を選択する指令、等の各種指令を入力可能に形成されている。マークを設定する場合、４つの異なる負荷状態Ａ〜Ｄの静止画像を４つ並べて表示してもよく、時間をずらして別々に表示してもよい。
【００２１】
自動追跡部４は、画像診断装置全体を制御する制御手段１０と、表示部２に表示する画像を切り替え制御する表示制御手段１１と、表示部２に表示された一フレーム画像のマークの位置に対応する追跡部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段１２と、画像記憶部１から動画像の他のフレーム画像を読み出して、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段１３と、一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差を求める移動量演算手段１４と、その座標差に基づいて追跡部位の移動先座標を求める移動追跡手段１５とを備えて構成されている。この移動追跡手段１５により求められた追跡部位（マーク）の移動先は、動画像に合わせて順次記憶して動画像の追跡画像を生成するようにしてもよい。
【００２２】
一方、運動算出部５は、自動追跡部４で求められた追跡部位の移動先座標に基づいて、追跡部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めるとともに、これらの計測情報の変化を線図で表示部２に表示させる機能を有して構成されている。特に、本実施の形態の運動算出部５は、追跡部位の移動量に基づいて心筋の内外壁に対向させて設定された一対のマーク間の距離を心筋の壁厚として求めるとともに、心筋の壁厚の変化と、壁厚の変化率と、壁厚の変化速度等の運動量を求める機能を有して構成されている。
【００２３】
また、画像生成記憶部９は、運動算出部５により求められた心筋の運動量を、その運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方を変えた運動表示画像を生成するとともに記憶する機能を有して構成されている。特に、運動表示画像は４つの異なる負荷状態Ａ〜Ｄごとに作成する。また、心電計で計測された心電波形を運動表示画像の同期させて表示するように構成されている。
【００２４】
表示制御手段１１は、操作卓３から入力される指令に応じて、画像記憶部１に記憶された動画像データを読み出して動画像又は静止画像と、画像生成記憶部５に記憶されている運動表示画像を切り替えて、又は重ねて表示する機能を有している。
【００２５】
次に、本実施形態の画像診断装置の詳細な機能構成について、図１に示した処理手順に従って動作とともに説明する。まず、心臓の心筋の動きの追跡動作は、操作卓３から組織の動き追跡モードを選択する指令が入力されることによって開始する（Ｓ１）。表示制御手段１１は、画像記憶部１から動画像の最初のフレーム画像ｆｔ（ｔ＝０）を読み出して表示部２に表示させる（Ｓ２）。例えば、最初のフレーム画像ｆ０として図３に示す心臓の心室２１の断層像が表示されたものとする。図３において、操作者が動きを追跡したい生体組織の追跡部位として、心筋２２の特定の部位を選択したい場合、操作者は操作部３のマウスなどを操作してフレーム画像ｆ０に重ねて追跡部位を設定するためのマークである追跡点２３を表示させる。そして、その追跡点２３を移動操作して所望の追跡部位に重畳表示させて追跡部位を入力設定する。本発明の特徴である心筋の壁厚を計測する場合は、図６（ａ）に示すように、心筋２３を挟んで対向する一対の追跡点２３を入力設定する。なお、図３において、符号２４は僧帽弁である。
【００２６】
追跡点２３が入力設定されると、制御手段１０はフレーム画像ｆ０上の追跡点２３の座標を取込み、切出し画像設定手段１２に送る（Ｓ３）。切出し画像設定手段１２は、図４（ａ）に示す様に、各追跡点２３の画像を中心として、縦横２（Ａ＋１）画素（但しＡは自然数）のサイズの矩形領域を切出し画像２５として設定する（Ｓ４）。ここで、切出し画像２５のサイズは、追跡点２３の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域に設定することが好ましい。
【００２７】
切出し画像追跡手段１３は、画像記憶部１から動画像の次のフレーム画像ｆ１を読み出し、切出し画像２５と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する（Ｓ５）。この抽出処理は、いわゆるブロックマッチング法又は相関法と称される画像処理である。この抽出処理をフレーム画像ｆ１の全領域について行なうと、処理時間がかかり過ぎる。そこで、抽出処理時間を短縮するため、本実施形態では、フレーム画像ｆ１よりも十分に小さい、図４（ｂ）に示す検索領域２６について行なうようにしている。つまり、検索領域２６は、切出し画像２５に対して上下左右に一定の振り幅の画素数Ｂを付加した矩形領域とする。この画素数Ｂは、追跡部位に係る組織の移動量よりも大きく、例えば３〜１０画素に設定する。これは、心臓などの循環器系の動く範囲は、通常の視野において、狭い領域に限られるからである。このようにして、検索領域２６内の同一サイズの局所画像２７を順次ずらして切出し画像２５との画像の一致度を求める。図５に、相関法による画像追跡処理の具体例を示す。同例は、説明を簡単にするために、切出し画像２５のサイズを矩形の９画素領域とし、検索領域２６についても矩形の２５画素領域として説明する。つまり、同図（ａ）に示す切出し画像２５は、追跡点２３の画素を中心としてＡ＝１画素に設定した例であり、同図（ｂ）に示す検索領域２６はＢ＝１画素に設定した例である。これによれば、同図（ｂ）に示す様に、９個の局所領域２７について画像の一致度を求めることになる。画像の一致度を求める方法については、公知の種々の方法を適用できる。
【００２８】
次に、検索した複数の局所画像２７の内で画像の一致度が最も高い局所画像２７ｍａｘを抽出し、局所画像２７ｍａｘを切出し画像２５の移動先とし、局所画像２７ｍａｘの座標を求める（Ｓ６）。これらの画像の座標は、中心画素の座標、あるいは矩形領域の何れかの角の座標で代表する。そして、局所画像２７ｍａｘと切出し画像２５の座標差を求め、これに基づいて追跡点２３の移動先座標を求めて記憶する。必要に応じて、表示制御手段１１は、追跡点２３の移動先座標に基づいて表示部２のフレーム画像ｆ１に追跡点２３のマークを重ねて表示する（Ｓ７）。なお、局所画像２７ｍａｘと切出し画像２５における追跡点２３の相対位置は変化しないものとして扱っている。
【００２９】
運動算出部６は、Ｓ７で求められた追跡点２３の移動先座標に基づいて、追跡点２３の動き、つまり追跡部位の組織の動きに関する各種の計測情報を算出して記憶する（Ｓ８）。すなわち、移動前後の追跡点２３の座標に基づいて、移動方向及び移動量を定量的に計測することができる。本実施の形態では一対の追跡点２３間の距離から心筋２３の壁厚を算出し、壁厚の変化、変化率、変化速度を指令に応じて算出し、記憶する（Ｓ９）。これに代えて、又は加えて、追跡部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めることができる。そして、求められた追跡点２３の移動に関する各種の計測情報、及びその変化をグラフで表示部に表示させることができる。これにより、観者は、追跡部位の動きを容易に観察することができる。
【００３０】
次に、ステップＳ１０に進み、動画像の全てのフレーム画像について追跡点２３の追跡が終了したか否か判断し、未処理のフレーム画像があれば、ステップＳ５に戻ってＳ５〜Ｓ１０の処理を繰り返す。全てのフレーム画像について追跡点２３の追跡が終了した場合は、追跡処理動作を終了し、追跡点２３の移動履歴のデータを記憶する。次いで、画像生成記憶部５は、指定された壁厚の変化、変化率、変化速度の運動表示画像を生成して表示部に表示させる。この表示画像の具体的な例は、後述する。このように、本実施形態によれば、追跡点２３の移動先の座標を順次求めることができるから、追跡部位の動きを定量的に、かつ精度よく簡単に計測することができ、診断の情報を的確に提供することができる。
【００３１】
次に、本発明の特徴部である心臓の運動表示方法の具体例について図６〜図１１を用いて説明する。まず、操作卓３から指令を入力して表示部２に心臓の断層像を表示させる。このとき、図６（ａ）に示すように、運動負荷が異なる４つの断層像の静止画を表示させる。この静止画上で心筋２２に沿って、心壁を挟んで複数対（１〜ｎ）の追跡点２３を設定し、動画像に切り替えて追跡処理を実行させる。なお、図６（ａ）では１つの断層像の静止画のみを示しているが、必要な場合は図７（ａ）に示すように４状態Ａ〜Ｄの断層像の同一時相の静止画を並べて表示し、それぞれの状態Ａ〜Ｄにそれぞれ複数対（１〜ｎ、但しｎは自然数）の追跡点２３を設定することもできる。このようにして複数対（１〜ｎ）の追跡点２３の設定が終了すると、自動追跡部４が動作して、状態Ａ〜Ｄごとに各追跡点２３の移動を追跡する。運動算出部６は、各追跡点２３の移動量の計測結果に基づいて、各対（１〜ｎ）の追跡点２３間の距離（壁厚）を計測するとともに、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、任意の一対の追跡点２３における壁厚の変化と変化率を計測し、画像生成記憶部５において壁厚の変化と変化率のグラフを作成して、表示部２に表示させるようにすることができる。これにより、心臓の伸縮及び拡張に伴う心筋の動きを定量的に把握することができる。
【００３２】
ところが、複数対（１〜ｎ）の追跡点２３の相互間における壁厚の変化や変化率を対比するには、ｎ対の追跡点２３ごとに計測される多数のグラフを並べて表示しなければならないから、煩雑になり実用的でない。つまり、心臓の運動機能を６分割した領域についてスコアリングを実施する場合、心筋２２の各分割領域における壁厚の変化の平均値をグラフで表示するとしても、６つのグラフを並べて表示することになるから、対比観察が煩雑になる。
【００３３】
そこで、図８（ａ）に示すように、各状態Ａ〜Ｄに対応させて壁厚の変化を３次元的にグラフ表示をすることが考えられる。なお、同図において、横軸は時間を表し、縦軸は壁厚変化率を表し、奥行軸は心筋２２に沿った計測部位を表しており、心臓が最も拡張したときに計測を開始して収縮期から再び拡張するまでの一周期について計測した結果である。このように、３次元画像で表示できれば、ある程度見やすくなるが、さらに見やすくして診断を支援するため、本実施の形態では、心筋の壁厚の変化（運動量）を時間軸に沿って輝度変化ないしカラー化した運動表示画像を生成して表示することを特徴とする。
【００３４】
運動表示画像の一例としては、図８（ｂ）に示すように、表示部２の表示画面に矩形の表示領域３０を設定し、その横軸を時間軸とし、縦軸を計測部位として、その表示領域に各計測部位の心筋の壁厚の変化（運動量）を時間軸に沿って輝度変化ないしカラー化して表示するようにする。同図は模式的に示したものであり、図において、補助線は壁厚の等厚線に相当し、各補助線に囲まれる領域ｒ１は低レベルの壁厚変化域、領域ｒ２は中レベルの壁厚変化域、ｒ３は高レベルの壁厚変化域を示し、それらの各領域は輝度（濃淡）又は色を連続的な壁厚変化に応じて連続的に変えて表示される。同図から明らかなように、心筋の真中付近の壁厚変化が他の域に比べて遅れている一方、心筋両端部の壁厚変化が激しいことが一目でわかる。例えば、壁厚変化が小さいときは輝度を最小値（例えば、黒）とし、壁厚変化が激しくなるにつれて輝度を増加するようにする。この運動表示画像は、運動算出部６の計測結果に基づいて、画像生成記憶部５によって作成されて記憶される。
【００３５】
図８（ｂ）の表示に代えて、図９〜図１１に示す運動表示画像を形成することができる。すなわち、図９は、心筋の模擬画像であるシェーマを表示部に表示し、その画像上に図８（ｂ）のような運動表示画像を重ねて表示するようにすることができる。この例によれば、心筋の形状に対応する部位の壁厚変化が表示されるから、心筋の運動状態を極めて認識しやすい。特に、４状態Ａ〜Ｄにおける壁厚変化の激しい領域ｒ３の変化を観察して、例えば負荷ＩＩ状態に対応する状態Ｃになると２ヶ所に分かれていたｒ３がつながって来ることが観察できる。これは、例えば、激しい運動をすると血流が改善されて心筋が動き出すことを意味する。したがって、この部分の心筋は回復する余地があることを診断できる。なお、計測部位は心筋の断層像に対応させ、運動量の時間変化は動画像的に表示するようにする。
【００３６】
また、図１０は、図８（ｂ）と同様の運動表示画像の４つの状態Ａ〜Ｄを並べて表示した例であり、横軸は時間を、縦軸は計測部位に対応する。また、図１１は、特定の心筋の位置における壁厚変化をグラフにして４つの状態Ａ〜Ｄを並べて示した例であり、横軸は時間を、縦軸は壁厚変化を表している。図１１の場合は、操作卓３を操作して、表示領域３０の計測部位に指定線を入力することにより、その指定線上の計測部位における壁厚変化がグラフ化して表示される。
【００３７】
以上の図８（ｂ）〜図１１は、心筋の壁厚変化の運動表示画像例であるが、壁厚の変化率又は壁厚の変化速度を同様に画像化して表示することもできる。例えば、壁厚の変化率を画像化する場合は、壁厚が厚く変化する方向を「赤」とし、薄くなる方向を「青」とする壁厚の変化率の運動表示画像を生成して表示することができる。また、壁厚の変化速度は、運動算出部６の計測結果に基づいて壁厚の変化速度のデータを求め、これに基づいて運動表示画像を生成して、表示領域に表示することができる。
【００３８】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、次のような効果が得られる。まず、心臓の手術後に心臓の動きが片側だけに偏る場合や、心筋壁の壁厚の変化が小さい部位の有無を観察して血の巡りが悪い部位を検査する場合、追跡点であるマークを心筋の動きに追従させて移動表示させても、心壁全体の揺れに惑わされて壁厚の変化の微妙な差異が観察しにくくなる。この点、上記の実施の形態によれば、マークの位置に対応させた心筋の各計測部位の壁厚の変化等の運動量を、輝度や色などの違いによって表示するようにしたから、一目で心臓の動きが偏る症状や、壁厚の変化が小さい部位である血の巡りが悪い部位を検知することができる。
【００３９】
特に、心臓の機能をスコアリングによって評価する場合、一般に心臓の心壁に沿って心壁を６分割し、各分割領域ごとに壁厚の変化の度合いを５段階に分け、普通の動きの場合は「５」、動きがない場合は「１」、その中間は動きの度合いに応じて「２」〜「４」の点数をつける。さらに、通常状態Ａと、患者に運動をさせて心臓に負荷をかけた負荷Ｉ状態Ｂと、さらに大きな負荷をかけた負荷ＩＩ状態Ｃと、負荷を取り除いて回復した状態Ｄの４つの態様についてスコアリングを実施して、心臓を診断することが行なわれている。この場合、観者の主観的な判断で動きの度合いを決めて点数をつけると、スコアリング結果がバラツクという問題がある。この点、本実施の形態によれば、壁厚の変化、つまり心筋の動きを輝度の違い又は色の違いによって定量的に判別できるから、観者によるスコアリング結果のバラツキを低減して信頼性の高い評価を行うことができ、また経験が少ない観者でも同一の評価結果を得ることができる。特に４状態を対比して観察できるから、一層信頼性の高い評価を行うことができる。
【００４０】
また、心筋の運動を定量的に認識できるから、虚血性心疾患において例えば虚血部位を特定したり、虚血の程度がわかるので、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位を特定する際の指標にできる。
【００４１】
また、上述の実施形態において、心筋の動きを木目細かく観察するために、追跡部位のマークである追跡点２３を操作卓３から入力設定する数が多くなり、設定作業が煩雑である。そこで、心筋壁に沿って追跡点２３を設定する場合、操作者の判断で組織形状が緩やかに変化するような部位については適宜間隔を空けて、組織形状が大きく変化するような部位については間隔を狭めて設定するようにしてもよい。この場合、制御手段１０により追跡点２３を密な間隔に自動的に補完設定するようにすることが好ましい。
【００４２】
また、上述の実施形態は、オフラインで行なう例について説明したが、画像追跡処理に係る速度を向上すれば、オンラインあるいはリアルタイムの動画像にも適用できる。また、２次元の断層像を例に説明したが、３次元断層像にも適用できることはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、定量的に計測した心室壁厚の表示法を改善したことから、的確な診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の生体組織の動き追跡表示方法の一実施形態の処理手順を示す図である。
【図２】図２は、図１の生体組織の動き追跡表示方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。
【図３】図３は、本発明の生体組織の動き追跡を、心臓の断層像に適用して説明するための図である。
【図４】図４は、本発明に係る画像追跡処理法の一実施形態を説明する図であり、（ａ）は切出し画像の一例を、（ｂ）は検索領域の一例を示す図である。
【図５】図５は、相関法による画像追跡処理を、具体例を用いて説明する図である。
【図６】図６は、心壁を挟んで設定された複数対のマークの距離と、その距離の変化を計測してグラフにして表示する例である。
【図７】図７は、心臓のスコアリングのための運動負荷が異なる４つの心筋断層像を並べて表示した一例図である。
【図８】図８は、心筋の壁厚変化を示すグラフ、及び壁厚変化を時間軸に沿って輝度変化ないしカラー化して表示する運動表示画像の一例を示す図である。
【図９】図９は、心筋の模擬画像であるシェーマを表示部に表示し、その画像上に本発明の４状態の運動表示画像を重ねて表示する例を示した図である。
【図１０】図１０は、壁厚変化を時間軸に沿って輝度変化ないしカラー化して表示する運動表示画像を４状態について並べて表示した例を示した図である。
【図１１】図１１は、図１０の特定の計測部位における壁厚変化をグラフ化して表示した一例図である。
【符号の説明】
１ 画像記憶部
２ 表示部
３ 操作卓
４ 自動追跡部
５ 画像生成記憶部
６ 運動算出部
７ 信号伝送路
８ 診断画像撮像装置
１０ 制御手段
１１ 表示制御手段
１２ 切出し画像設定手段
１３ 切出し画像追跡手段
１４ 移動量演算手段
１５ 移動追跡手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断画像、磁気共鳴画像又はＸ線ＣＴ画像に適用される心臓の運動表示方法、その方法を用いた画像診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置、及びＸ線ＣＴ装置等の画像診断装置は、いずれも被検体の検査部位に係る断層像などをモニタに表示して診断に供するものである。例えば、心臓や血管等の循環器系及びその他の動きのある臓器の場合、それらを構成する生体組織（以下、組織と総称する）の動きを断層像により観察して、それら臓器等の機能を診断することが行なわれている。
【０００３】
特に、心臓などの運動機能を定量的に評価できれば、診断の精度が一層向上することが期待されている。例えば、従来、超音波診断装置により得られた画像から心壁の輪郭を抽出し、その心壁輪郭に基づいて心室等の面積、容積、それらの変化率等から心機能（心臓ポンプ機能）を評価したり、局所の壁運動を観察して診断することが試みられている（特許文献１）。また、ドプラ信号等の計測信号に基づいて組織の変位を計測して、例えば局所的な収縮又は弛緩の分布を撮像し、これに基づいて心室の運動が活性化している場所を正確に決定したり、あるいは収縮期の心室壁の厚さ（壁厚）を計測する等、組織の運動を定量的に計測する方法が提案されている（特許文献２）。さらに、時々刻々変化する心房や心室の輪郭を抽出して、その輪郭を画像に重ねて表示するとともに、これに基づいて心室等の容量を求める技術が提案されている（特許文献３）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１３１４５号公報
【特許文献２】
特表２００１−５１８３４２号公報
【特許文献３】
米国特許第５３２２０６７号公報（ＵＳＰ５，３２２，０６７）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術は、いずれも心臓の全体的な機能を評価するための手法にとどまり、心筋などの各組織の動きを定量的に評価することについては配慮されていない。特に、心壁の輪郭を画像処理により抽出し、その輪郭に基づいて心室壁の厚み（壁厚）を計測したり、壁厚の変化を計測する従来技術は、必ずしも十分な精度を得るまでには至っていない。
【０００６】
一般に、例えば、血栓等によって心筋に血が通わなくなると、心筋の動きが低下するといわれている。したがって、心室を構成する心筋の動きや壁厚の変化など、心臓の各組織の運動を定量的に計測できれば、治療法などを決定する際の有効な診断情報を提供できる。例えば、虚血の程度がわかれば、冠動脈再生術などの心臓の治療法選択及び治療部位を特定する指標として有効である。
【０００７】
特に、心臓は収縮と拡張を繰返して血液を循環させることから、心筋壁厚の変化の度合いに点数をつけて診断するスコアリング法が提案されている。このスコアリング法は、例えば、心壁の延在方向に心壁を６分割し、動画像を観察しながら各分割領域ごとの壁厚の動きの程度を５段階に分けて評価する方法である。また、このスコアリングを、通常の状態と、患者に運動させて心臓に負荷をかけた負荷Ｉ状態と、さらに大きな負荷をかけた負荷ＩＩ状態と、負荷を取り除いて回復した状態の４つの態様について実施して、心臓の診断を行なうことも行われている。
【０００８】
しかし、従来のスコアリングは、断層像の動画像により心臓の動きを観察した観者の主観的な判断で評価せざるを得ないから、スコアリング結果が必ずしも客観的でなく、かつ的確な診断を行なうには相当の経験が要求されるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の発明者らは、心臓の断層像が表示されたモニタ上で、心筋壁の内外に一対の追跡点（マーク）を設定し、動画像上で追跡点を含む切り出し画像の移動先を相関法などの画像処理によって検出し、心筋壁の動きに合わせて追跡点を移動させて重畳表示する一方、その追跡結果に基づいて一対の追跡点間の距離（壁厚）等を定量的に計測することを提案している（特願２００２−２６６８６４号）。
【００１０】
しかし、定量的に計測した心室壁厚のデータを表示する具体的な方法についての配慮が十分でないことから、観者が的確な診断を行なう上で改善する点があった。
【００１１】
本発明の課題は、定量的に計測した心室壁厚の表示法を改善して、的確なスコアリングを行えるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の心臓の運動表示方法は、負荷状態が異なる心臓の断層を撮像してなる少なくとも２つの動画像が記憶された画像記憶部から一フレーム画像を読み出して表示部に表示する第１ステップと、該表示された前記一フレーム画像上において心筋を挟んで対向する少なくとも一対のマークを設定する第２ステップと、前記各マークが設定された部位の心筋の動きを前記動画像上で追跡する第３ステップと、前記心筋の動きに合わせて前記各マークの位置を変更し、変更後の前記一対のマーク間の距離により前記心筋の壁厚を求める第４ステップと、前記壁厚と前記壁厚の変化率と前記壁厚の変化速度の少なくとも１つの運動量を求める第５ステップと、前記各対のマーク位置における前記心筋の運動量を、該運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方を変えた運動表示画像を前記表示部に表示する第６ステップとからなり、前記負荷状態が異なる心臓の断層像について前記第１ステップから第６ステップを実行することを特徴とする。
【００１３】
このような本発明の心臓の運動表示方法によれば、心筋の動き、すなわち壁厚の変化等が、数値でなく輝度や色の変化としてマークの位置に対応付けて表示されるから、輝度や色に基づいて一目で心筋の動きに関する各分割領域のスコアを評価することができる。したがって、観測者ごとに主観的に定性評価する場合に比べて、評価のバラツキを低減できる。
ここで、各マークが設定された部位の心筋の動きをそれぞれ動画像上で追跡する上記のステップは、前記マークを含むサイズの切出し画像を前記一フレーム画像に設定するステップと、前記動画像の他のフレーム画像を検索して前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出するステップと、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記マークの移動先を求めるステップとを含んで構成することができる。この場合において、抽出された局所画像を新たな切出し画像とし、動画像のさらに他のフレーム画像に対して一致が最も高い局所画像を抽出するステップと、一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差に基づいてマークの移動先を求めるステップとを繰り返し実行して、前記マークの移動先を順次求めることにより、マークを心筋の動きに追従させて移動表示することもできる。
【００１４】
また、本発明の画像診断装置は、負荷状態が異なる心臓の断層を撮像して得られる少なくとも２つの動画像データが記憶される画像記憶手段と、前記心臓の断層像を表示する表示部と、前記画像記憶手段に記憶された前記動画像データを読み出して動画像又は静止画像を前記表示部に表示させる表示制御手段と、前記表示部に表示された前記静止画像上の心筋を挟んで対向する少なくとも一対のマークを設定する操作部と、前記表示部に表示された静止画像に前記各マークを含む切出し画像をそれぞれ設定し、前記表示部に表示される前記動画像に基づいて前記切出し画像の移動先を追跡する切り出し画像追跡手段と、該切出し画像の移動先に基づいて前記各マークの移動量を求める移動量演算手段と、該手段により求めた各マークの移動量に基づいて前記一対のマーク間の距離を求めて前記心筋の壁厚と該壁厚の変化率と該壁厚の変化速度の少なくとも１つの運動量を求める運動算出手段と、該手段により求めた前記運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方の画素値を変えて前記表示部の表示領域に表示する運動表示画像を生成する画像生成手段と、前記負荷状態が異なる心臓の各断層像について前記運動表示画像を生成させて前記表示部に表示させる制御手段とを備えて構成することができる。
【００１５】
本発明において、各負荷状態の運動表示画像を表示画面に並べて表示することいが好ましいが、各負荷状態の運動表示画像を時系列的に順次表示するようにしてもよい。また、心臓の１周期を複数の時相に分割し、負荷状態が異なる心臓の運動表示画像の時相を合わせて並べて表示することが望ましい。さらに、本発明の運動表示画像に時間軸を合わせて、心電計により計測される心電図や、心音計により計測される心音波形を並べて表示することが好ましい。
【００１６】
具体的な運動表示画像は、矩形領域の一方の軸を前記心筋に沿って配置された複数対のマークの設定位置に対応させ、他方の軸を時間軸に対応させて表示することができる。この場合、矩形領域の時間と複数対のマークの設定位置の少なくとも一方を指定する線を入力設定することにより、指定線に沿った運動量の変化を表すグラフを表示部に表示するステップを設ける。
【００１７】
また、運動表示画像の他の具体例としては、各対のマーク位置における動画像の心筋に対応する領域の輝度と色の少なくとも一方を当該位置における運動量に応じて変えた画像、あるいは心筋の内壁と外壁を模擬してなる模式図形に、該模式図形における各対のマーク位置に対応する領域の輝度と色の少なくとも一方を当該位置における運動量に応じて変えた画像を重ねた画像とすることができる。特に、心筋の模式図形に重ねて運動表示画像を表示することにより、心筋の動きが悪い部位を直視的に診断できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の心臓の運動表示方法を適用してなる一実施の形態の画像診断装置について、図１〜図４を用いて説明する。図１は本実施形態の心臓の運動表示方法の手順を示し、図２は図１の心臓の運動表示方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。図２に示すように、画像診断装置は、被検体である生体の断層を撮影してなる動画像が格納される画像記憶部１と、画像を表示する表示部２と、各種の指令を入力する操作卓３と、表示部２に表示される動画像の心臓のの動きを追跡する自動追跡部４と、自動追跡部４の追跡結果に基づいて又は運動算出部６の計測情報に基づいて運動表示画像を生成して記憶する画像生成記憶部５と、自動追跡部４の追跡結果に基づいて各種の計測情報を算出する運動算出部６と、これらを接続してなる信号伝送路７を含んで構成されている。
【００１９】
画像記憶部１には、破線で示した診断画像撮像装置８から被検体の断層像を撮影してなる動画像がオンライン又はオフラインで格納されるようになっている。診断画像撮像装置８としては、超音波診断装置、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置及びＸ線ＣＴ装置等の診断装置が適用可能である。また、本実施の形態では、被検体の異なる運動負荷における心臓の断層像を撮像した例えば４状態の動画像が格納される。つまり、通常の負荷状態Ａと、患者に運動をさせて心臓に負荷をかけた負荷Ｉ状態Ｂと、さらに大きな負荷をかけた負荷ＩＩ状態Ｃと、負荷を取り除いて回復した状態Ｄの４つの態様についての動画像が格納される。また、それらの断層像は、図示していない心電計から出力される心電波形に同期させて撮像し、その心電波形を断層像に同期させて記憶しておくことが好ましいが、これに限らず時間軸を同期させて記憶しておくようにする。
【００２０】
操作卓３は、表示部２に動画像の一フレーム画像（静止画像）を表示させる指令、表示部２に表示された静止画像上で動きを追跡したい生体組織の部位にマーク（目印）を重畳表示させる指令、表示部２に表示する画像の種類を選択する指令、等の各種指令を入力可能に形成されている。マークを設定する場合、４つの異なる負荷状態Ａ〜Ｄの静止画像を４つ並べて表示してもよく、時間をずらして別々に表示してもよい。
【００２１】
自動追跡部４は、画像診断装置全体を制御する制御手段１０と、表示部２に表示する画像を切り替え制御する表示制御手段１１と、表示部２に表示された一フレーム画像のマークの位置に対応する追跡部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段１２と、画像記憶部１から動画像の他のフレーム画像を読み出して、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段１３と、一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差を求める移動量演算手段１４と、その座標差に基づいて追跡部位の移動先座標を求める移動追跡手段１５とを備えて構成されている。この移動追跡手段１５により求められた追跡部位（マーク）の移動先は、動画像に合わせて順次記憶して動画像の追跡画像を生成するようにしてもよい。
【００２２】
一方、運動算出部５は、自動追跡部４で求められた追跡部位の移動先座標に基づいて、追跡部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めるとともに、これらの計測情報の変化を線図で表示部２に表示させる機能を有して構成されている。特に、本実施の形態の運動算出部５は、追跡部位の移動量に基づいて心筋の内外壁に対向させて設定された一対のマーク間の距離を心筋の壁厚として求めるとともに、心筋の壁厚の変化と、壁厚の変化率と、壁厚の変化速度等の運動量を求める機能を有して構成されている。
【００２３】
また、画像生成記憶部９は、運動算出部５により求められた心筋の運動量を、その運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方を変えた運動表示画像を生成するとともに記憶する機能を有して構成されている。特に、運動表示画像は４つの異なる負荷状態Ａ〜Ｄごとに作成する。また、心電計で計測された心電波形を運動表示画像の同期させて表示するように構成されている。
【００２４】
表示制御手段１１は、操作卓３から入力される指令に応じて、画像記憶部１に記憶された動画像データを読み出して動画像又は静止画像と、画像生成記憶部５に記憶されている運動表示画像を切り替えて、又は重ねて表示する機能を有している。
【００２５】
次に、本実施形態の画像診断装置の詳細な機能構成について、図１に示した処理手順に従って動作とともに説明する。まず、心臓の心筋の動きの追跡動作は、操作卓３から組織の動き追跡モードを選択する指令が入力されることによって開始する（Ｓ１）。表示制御手段１１は、画像記憶部１から動画像の最初のフレーム画像ｆｔ（ｔ＝０）を読み出して表示部２に表示させる（Ｓ２）。例えば、最初のフレーム画像ｆ０として図３に示す心臓の心室２１の断層像が表示されたものとする。図３において、操作者が動きを追跡したい生体組織の追跡部位として、心筋２２の特定の部位を選択したい場合、操作者は操作部３のマウスなどを操作してフレーム画像ｆ０に重ねて追跡部位を設定するためのマークである追跡点２３を表示させる。そして、その追跡点２３を移動操作して所望の追跡部位に重畳表示させて追跡部位を入力設定する。本発明の特徴である心筋の壁厚を計測する場合は、図６（ａ）に示すように、心筋２３を挟んで対向する一対の追跡点２３を入力設定する。なお、図３において、符号２４は僧帽弁である。
【００２６】
追跡点２３が入力設定されると、制御手段１０はフレーム画像ｆ０上の追跡点２３の座標を取込み、切出し画像設定手段１２に送る（Ｓ３）。切出し画像設定手段１２は、図４（ａ）に示す様に、各追跡点２３の画像を中心として、縦横２（Ａ＋１）画素（但しＡは自然数）のサイズの矩形領域を切出し画像２５として設定する（Ｓ４）。ここで、切出し画像２５のサイズは、追跡点２３の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域に設定することが好ましい。
【００２７】
切出し画像追跡手段１３は、画像記憶部１から動画像の次のフレーム画像ｆ１を読み出し、切出し画像２５と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する（Ｓ５）。この抽出処理は、いわゆるブロックマッチング法又は相関法と称される画像処理である。この抽出処理をフレーム画像ｆ１の全領域について行なうと、処理時間がかかり過ぎる。そこで、抽出処理時間を短縮するため、本実施形態では、フレーム画像ｆ１よりも十分に小さい、図４（ｂ）に示す検索領域２６について行なうようにしている。つまり、検索領域２６は、切出し画像２５に対して上下左右に一定の振り幅の画素数Ｂを付加した矩形領域とする。この画素数Ｂは、追跡部位に係る組織の移動量よりも大きく、例えば３〜１０画素に設定する。これは、心臓などの循環器系の動く範囲は、通常の視野において、狭い領域に限られるからである。このようにして、検索領域２６内の同一サイズの局所画像２７を順次ずらして切出し画像２５との画像の一致度を求める。図５に、相関法による画像追跡処理の具体例を示す。同例は、説明を簡単にするために、切出し画像２５のサイズを矩形の９画素領域とし、検索領域２６についても矩形の２５画素領域として説明する。つまり、同図（ａ）に示す切出し画像２５は、追跡点２３の画素を中心としてＡ＝１画素に設定した例であり、同図（ｂ）に示す検索領域２６はＢ＝１画素に設定した例である。これによれば、同図（ｂ）に示す様に、９個の局所領域２７について画像の一致度を求めることになる。画像の一致度を求める方法については、公知の種々の方法を適用できる。
【００２８】
次に、検索した複数の局所画像２７の内で画像の一致度が最も高い局所画像２７ｍａｘを抽出し、局所画像２７ｍａｘを切出し画像２５の移動先とし、局所画像２７ｍａｘの座標を求める（Ｓ６）。これらの画像の座標は、中心画素の座標、あるいは矩形領域の何れかの角の座標で代表する。そして、局所画像２７ｍａｘと切出し画像２５の座標差を求め、これに基づいて追跡点２３の移動先座標を求めて記憶する。必要に応じて、表示制御手段１１は、追跡点２３の移動先座標に基づいて表示部２のフレーム画像ｆ１に追跡点２３のマークを重ねて表示する（Ｓ７）。なお、局所画像２７ｍａｘと切出し画像２５における追跡点２３の相対位置は変化しないものとして扱っている。
【００２９】
運動算出部６は、Ｓ７で求められた追跡点２３の移動先座標に基づいて、追跡点２３の動き、つまり追跡部位の組織の動きに関する各種の計測情報を算出して記憶する（Ｓ８）。すなわち、移動前後の追跡点２３の座標に基づいて、移動方向及び移動量を定量的に計測することができる。本実施の形態では一対の追跡点２３間の距離から心筋２３の壁厚を算出し、壁厚の変化、変化率、変化速度を指令に応じて算出し、記憶する（Ｓ９）。これに代えて、又は加えて、追跡部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めることができる。そして、求められた追跡点２３の移動に関する各種の計測情報、及びその変化をグラフで表示部に表示させることができる。これにより、観者は、追跡部位の動きを容易に観察することができる。
【００３０】
次に、ステップＳ１０に進み、動画像の全てのフレーム画像について追跡点２３の追跡が終了したか否か判断し、未処理のフレーム画像があれば、ステップＳ５に戻ってＳ５〜Ｓ１０の処理を繰り返す。全てのフレーム画像について追跡点２３の追跡が終了した場合は、追跡処理動作を終了し、追跡点２３の移動履歴のデータを記憶する。次いで、画像生成記憶部５は、指定された壁厚の変化、変化率、変化速度の運動表示画像を生成して表示部に表示させる。この表示画像の具体的な例は、後述する。このように、本実施形態によれば、追跡点２３の移動先の座標を順次求めることができるから、追跡部位の動きを定量的に、かつ精度よく簡単に計測することができ、診断の情報を的確に提供することができる。
【００３１】
次に、本発明の特徴部である心臓の運動表示方法の具体例について図６〜図１１を用いて説明する。まず、操作卓３から指令を入力して表示部２に心臓の断層像を表示させる。このとき、図６（ａ）に示すように、運動負荷が異なる４つの断層像の静止画を表示させる。この静止画上で心筋２２に沿って、心壁を挟んで複数対（１〜ｎ）の追跡点２３を設定し、動画像に切り替えて追跡処理を実行させる。なお、図６（ａ）では１つの断層像の静止画のみを示しているが、必要な場合は図７（ａ）に示すように４状態Ａ〜Ｄの断層像の同一時相の静止画を並べて表示し、それぞれの状態Ａ〜Ｄにそれぞれ複数対（１〜ｎ、但しｎは自然数）の追跡点２３を設定することもできる。このようにして複数対（１〜ｎ）の追跡点２３の設定が終了すると、自動追跡部４が動作して、状態Ａ〜Ｄごとに各追跡点２３の移動を追跡する。運動算出部６は、各追跡点２３の移動量の計測結果に基づいて、各対（１〜ｎ）の追跡点２３間の距離（壁厚）を計測するとともに、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、任意の一対の追跡点２３における壁厚の変化と変化率を計測し、画像生成記憶部５において壁厚の変化と変化率のグラフを作成して、表示部２に表示させるようにすることができる。これにより、心臓の伸縮及び拡張に伴う心筋の動きを定量的に把握することができる。
【００３２】
ところが、複数対（１〜ｎ）の追跡点２３の相互間における壁厚の変化や変化率を対比するには、ｎ対の追跡点２３ごとに計測される多数のグラフを並べて表示しなければならないから、煩雑になり実用的でない。つまり、心臓の運動機能を６分割した領域についてスコアリングを実施する場合、心筋２２の各分割領域における壁厚の変化の平均値をグラフで表示するとしても、６つのグラフを並べて表示することになるから、対比観察が煩雑になる。
【００３３】
そこで、図８（ａ）に示すように、各状態Ａ〜Ｄに対応させて壁厚の変化を３次元的にグラフ表示をすることが考えられる。なお、同図において、横軸は時間を表し、縦軸は壁厚変化率を表し、奥行軸は心筋２２に沿った計測部位を表しており、心臓が最も拡張したときに計測を開始して収縮期から再び拡張するまでの一周期について計測した結果である。このように、３次元画像で表示できれば、ある程度見やすくなるが、さらに見やすくして診断を支援するため、本実施の形態では、心筋の壁厚の変化（運動量）を時間軸に沿って輝度変化ないしカラー化した運動表示画像を生成して表示することを特徴とする。
【００３４】
運動表示画像の一例としては、図８（ｂ）に示すように、表示部２の表示画面に矩形の表示領域３０を設定し、その横軸を時間軸とし、縦軸を計測部位として、その表示領域に各計測部位の心筋の壁厚の変化（運動量）を時間軸に沿って輝度変化ないしカラー化して表示するようにする。同図は模式的に示したものであり、図において、補助線は壁厚の等厚線に相当し、各補助線に囲まれる領域ｒ１は低レベルの壁厚変化域、領域ｒ２は中レベルの壁厚変化域、ｒ３は高レベルの壁厚変化域を示し、それらの各領域は輝度（濃淡）又は色を連続的な壁厚変化に応じて連続的に変えて表示される。同図から明らかなように、心筋の真中付近の壁厚変化が他の域に比べて遅れている一方、心筋両端部の壁厚変化が激しいことが一目でわかる。例えば、壁厚変化が小さいときは輝度を最小値（例えば、黒）とし、壁厚変化が激しくなるにつれて輝度を増加するようにする。この運動表示画像は、運動算出部６の計測結果に基づいて、画像生成記憶部５によって作成されて記憶される。
【００３５】
図８（ｂ）の表示に代えて、図９〜図１１に示す運動表示画像を形成することができる。すなわち、図９は、心筋の模擬画像であるシェーマを表示部に表示し、その画像上に図８（ｂ）のような運動表示画像を重ねて表示するようにすることができる。この例によれば、心筋の形状に対応する部位の壁厚変化が表示されるから、心筋の運動状態を極めて認識しやすい。特に、４状態Ａ〜Ｄにおける壁厚変化の激しい領域ｒ３の変化を観察して、例えば負荷ＩＩ状態に対応する状態Ｃになると２ヶ所に分かれていたｒ３がつながって来ることが観察できる。これは、例えば、激しい運動をすると血流が改善されて心筋が動き出すことを意味する。したがって、この部分の心筋は回復する余地があることを診断できる。なお、計測部位は心筋の断層像に対応させ、運動量の時間変化は動画像的に表示するようにする。
【００３６】
また、図１０は、図８（ｂ）と同様の運動表示画像の４つの状態Ａ〜Ｄを並べて表示した例であり、横軸は時間を、縦軸は計測部位に対応する。また、図１１は、特定の心筋の位置における壁厚変化をグラフにして４つの状態Ａ〜Ｄを並べて示した例であり、横軸は時間を、縦軸は壁厚変化を表している。図１１の場合は、操作卓３を操作して、表示領域３０の計測部位に指定線を入力することにより、その指定線上の計測部位における壁厚変化がグラフ化して表示される。
【００３７】
以上の図８（ｂ）〜図１１は、心筋の壁厚変化の運動表示画像例であるが、壁厚の変化率又は壁厚の変化速度を同様に画像化して表示することもできる。例えば、壁厚の変化率を画像化する場合は、壁厚が厚く変化する方向を「赤」とし、薄くなる方向を「青」とする壁厚の変化率の運動表示画像を生成して表示することができる。また、壁厚の変化速度は、運動算出部６の計測結果に基づいて壁厚の変化速度のデータを求め、これに基づいて運動表示画像を生成して、表示領域に表示することができる。
【００３８】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、次のような効果が得られる。まず、心臓の手術後に心臓の動きが片側だけに偏る場合や、心筋壁の壁厚の変化が小さい部位の有無を観察して血の巡りが悪い部位を検査する場合、追跡点であるマークを心筋の動きに追従させて移動表示させても、心壁全体の揺れに惑わされて壁厚の変化の微妙な差異が観察しにくくなる。この点、上記の実施の形態によれば、マークの位置に対応させた心筋の各計測部位の壁厚の変化等の運動量を、輝度や色などの違いによって表示するようにしたから、一目で心臓の動きが偏る症状や、壁厚の変化が小さい部位である血の巡りが悪い部位を検知することができる。
【００３９】
特に、心臓の機能をスコアリングによって評価する場合、一般に心臓の心壁に沿って心壁を６分割し、各分割領域ごとに壁厚の変化の度合いを５段階に分け、普通の動きの場合は「５」、動きがない場合は「１」、その中間は動きの度合いに応じて「２」〜「４」の点数をつける。さらに、通常状態Ａと、患者に運動をさせて心臓に負荷をかけた負荷Ｉ状態Ｂと、さらに大きな負荷をかけた負荷ＩＩ状態Ｃと、負荷を取り除いて回復した状態Ｄの４つの態様についてスコアリングを実施して、心臓を診断することが行なわれている。この場合、観者の主観的な判断で動きの度合いを決めて点数をつけると、スコアリング結果がバラツクという問題がある。この点、本実施の形態によれば、壁厚の変化、つまり心筋の動きを輝度の違い又は色の違いによって定量的に判別できるから、観者によるスコアリング結果のバラツキを低減して信頼性の高い評価を行うことができ、また経験が少ない観者でも同一の評価結果を得ることができる。特に４状態を対比して観察できるから、一層信頼性の高い評価を行うことができる。
【００４０】
また、心筋の運動を定量的に認識できるから、虚血性心疾患において例えば虚血部位を特定したり、虚血の程度がわかるので、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位を特定する際の指標にできる。
【００４１】
また、上述の実施形態において、心筋の動きを木目細かく観察するために、追跡部位のマークである追跡点２３を操作卓３から入力設定する数が多くなり、設定作業が煩雑である。そこで、心筋壁に沿って追跡点２３を設定する場合、操作者の判断で組織形状が緩やかに変化するような部位については適宜間隔を空けて、組織形状が大きく変化するような部位については間隔を狭めて設定するようにしてもよい。この場合、制御手段１０により追跡点２３を密な間隔に自動的に補完設定するようにすることが好ましい。
【００４２】
また、上述の実施形態は、オフラインで行なう例について説明したが、画像追跡処理に係る速度を向上すれば、オンラインあるいはリアルタイムの動画像にも適用できる。また、２次元の断層像を例に説明したが、３次元断層像にも適用できることはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、定量的に計測した心室壁厚の表示法を改善したことから、的確な診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の生体組織の動き追跡表示方法の一実施形態の処理手順を示す図である。
【図２】図２は、図１の生体組織の動き追跡表示方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。
【図３】図３は、本発明の生体組織の動き追跡を、心臓の断層像に適用して説明するための図である。
【図４】図４は、本発明に係る画像追跡処理法の一実施形態を説明する図であり、（ａ）は切出し画像の一例を、（ｂ）は検索領域の一例を示す図である。
【図５】図５は、相関法による画像追跡処理を、具体例を用いて説明する図である。
【図６】図６は、心壁を挟んで設定された複数対のマークの距離と、その距離の変化を計測してグラフにして表示する例である。
【図７】図７は、心臓のスコアリングのための運動負荷が異なる４つの心筋断層像を並べて表示した一例図である。
【図８】図８は、心筋の壁厚変化を示すグラフ、及び壁厚変化を時間軸に沿って輝度変化ないしカラー化して表示する運動表示画像の一例を示す図である。
【図９】図９は、心筋の模擬画像であるシェーマを表示部に表示し、その画像上に本発明の４状態の運動表示画像を重ねて表示する例を示した図である。
【図１０】図１０は、壁厚変化を時間軸に沿って輝度変化ないしカラー化して表示する運動表示画像を４状態について並べて表示した例を示した図である。
【図１１】図１１は、図１０の特定の計測部位における壁厚変化をグラフ化して表示した一例図である。
【符号の説明】
１ 画像記憶部
２ 表示部
３ 操作卓
４ 自動追跡部
５ 画像生成記憶部
６ 運動算出部
７ 信号伝送路
８ 診断画像撮像装置
１０ 制御手段
１１ 表示制御手段
１２ 切出し画像設定手段
１３ 切出し画像追跡手段
１４ 移動量演算手段
１５ 移動追跡手段
Claims (8)
- 負荷状態が異なる心臓の断層を撮像してなる少なくとも２つの動画像が記憶された画像記憶部から一フレーム画像を読み出して表示部に表示する第１ステップと、該表示された前記一フレーム画像上において心筋を挟んで対向する少なくとも一対のマークを設定する第２ステップと、前記各マークが設定された部位の心筋の動きを前記動画像上で追跡する第３ステップと、前記心筋の動きに合わせて前記各マークの位置を変更し、変更後の前記一対のマーク間の距離により前記心筋の壁厚を求める第４ステップと、前記壁厚と前記壁厚の変化率と前記壁厚の変化速度の少なくとも１つの運動量を求める第５ステップと、前記各対のマーク位置における前記心筋の運動量を、該運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方を変えた運動表示画像を前記表示部に表示する第６ステップとからなり、前記負荷状態が異なる心臓の断層像について前記第１ステップから第６ステップを実行する心臓の運動表示方法。
- 前記各負荷状態の前記運動表示画像を表示画面に並べて表示することを特徴とする請求項１に記載の心臓の運動表示方法。
- 前記運動表示画像は、矩形領域の一方の軸を前記心筋に沿って配置された複数対のマークの設定位置に対応させ、他方の軸を時間軸に対応させてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の心臓の運動表示方法。
- 前記矩形領域の時間と複数対のマークの設定位置の少なくとも一方を指定する線を入力設定することにより、該指定線に沿った前記運動量の変化を表すグラフを前記表示部に表示する第７ステップを有することを特徴とする請求項３に記載の心臓の運動表示方法。
- 前記運動表示画像は、前記各対のマーク位置における前記動画像の心筋に対応する領域の輝度と色の少なくとも一方を当該位置における前記運動量に応じて変えた画像であることを特徴とする請求項１又は２に記載の心臓の運動表示方法。
- 前記運動表示画像は、前記心筋の内壁と外壁を模擬してなる模式図形に、該模式図形における前記各対のマーク位置に対応する領域の輝度と色の少なくとも一方を当該位置における前記運動量に応じて変えた画像を重ねて生成されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の心臓の運動表示方法。
- 負荷状態が異なる心臓の断層を撮像して得られる少なくとも２つの動画像データが記憶される画像記憶手段と、前記心臓の断層像を表示する表示部と、前記画像記憶手段に記憶された前記動画像データを読み出して動画像又は静止画像を前記表示部に表示させる表示制御手段と、前記表示部に表示された前記静止画像上の心筋を挟んで対向する少なくとも一対のマークを設定する操作部と、前記表示部に表示された静止画像に前記各マークを含む切出し画像をそれぞれ設定し、前記表示部に表示される前記動画像に基づいて前記切出し画像の移動先を追跡する切り出し画像追跡手段と、該切出し画像の移動先に基づいて前記各マークの移動量を求める移動量演算手段と、該手段により求めた各マークの移動量に基づいて前記一対のマーク間の距離を求めて前記心筋の壁厚と該壁厚の変化率と該壁厚の変化速度の少なくとも１つの運動量を求める運動算出手段と、該手段により求めた前記運動量に応じて輝度と色の少なくとも一方の画素値を変えて前記表示部の表示領域に表示する運動表示画像を生成する画像生成手段と、前記負荷状態が異なる心臓の各断層像について前記運動表示画像を生成させて前記表示部に表示させる制御手段とを備えてなる画像診断装置。
- 前記表示制御手段は、前記負荷状態が異なる心臓の前記運動表示画像を表示画面に並べて表示させることを特徴とする請求項７に記載の画像診断装置。
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