JP2006141509A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元空間の全体にわたって組織の運動異常を評価できるようにする。
【解決手段】３Ｄ空間に対して三次元のＲＯＩが設定され、ＲＯＩに対して互いに交差する複数のスライス面が設定される。各スライス面上において、収縮末期に対応する多角形グラフＲ１及び拡張末期に対応する多角形グラフＲ２が作成される。具体的には、共通基準点から放射状に伸びる複数の参照ライン（Ｌ１〜Ｌ８）が設定され、各参照ライン上において組織の輪郭３４，３５との交点Ｐ１〜Ｐ４が特定され、隣接する交点間を連結することによって多角形グラフＲ１，Ｒ２が作成される。各評価エリアＥ１〜Ｅ８ごとに面積変化率が演算される。それに基づき運動異常が生じている部位が特定される。
【選択図】図４

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、心臓の機能を評価するための技術に関する。

従来、超音波診断装置を用いて心機能（特に左室の機能）を評価する場合には心臓の断層画像が形成され、その断層画像上で心腔あるいは心壁の輪郭が抽出され、その輪郭の動的変化が評価され、あるいは、拡張末期の輪郭と収縮末期の輪郭との相違が検出・評価される。しかしながら、かかる方法では、ある特定の切断面上のみで心機能を評価していたため、切断面上ではない部位において疾患（心筋梗塞など）が生じていても、それを認識することは難しい。なお、下記特許文献１には三次元の形態画像（ワイヤフレームモデル）を表示する構成が開示されている。下記特許文献２には心臓の冠血流又はパフュージョンの情報を心腔内血流と区別して三次元表示する構成が開示されている。

特開２０００−１３９９１７号公報 特開２０００−２１０２８９号公報

本発明の目的は、三次元空間内の様々な断面上において心機能を評価できる超音波診断装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、三次元空間の全体にわたって設定された複数の断面上において心機能を簡便に評価できる超音波診断装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、三次元空間内の運動異常部位を容易に認識できる画像を形成できる超音波診断装置を提供することにある。

（１）本発明は、運動組織を含む三次元空間に対して超音波を送受波する送受波手段と、前記三次元空間に対して複数のスライス面を設定するスライス面設定手段と、前記超音波の送受波により得られたデータに基づいて、前記各スライス面ごとに第１及び第２の時相における運動組織の輪郭を模擬した第１及び第２の多角形グラフを有する運動評価用チャートを生成するチャート生成手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、三次元空間（あるいはボリュームデータ）に対して複数のスライス面（切断面）が設定される。複数の切断面は三次元空間の全体にわたって均一に分散して設定されるのが望ましいが、非均一に分散して設定されてもよいし、三次元空間の一部分に対して高密度で設定されてもよい。スライス面の位置及び個数は自動的に又はユーザーにより設定される。望ましくは、心臓（特に左室）の運動評価のためにその中心線上に共通基準線が設定され、その共通基準線で放射状に交差する複数のスライス面が設定される。三次元空間の全体に対して超音波ビームの走査を行ってボリュームデータを取得し、そのボリュームデータから各スライス面に対応するスライスデータを抽出するようにしてもいし、各スライス面に合致する走査面に対してだけ超音波ビームを走査するようにしてもよい。

各スライス面ごとに、そのスライス面に対応するデータ（スライス面データ）に基づいて、運動評価用チャートが作成される。運動評価用チャートは、少なくとも１つの多角形グラフを含み、上記構成では、少なくとも第１の多角形グラフ及び第２の多角形グラフが含まれる。３つ以上の時相に対応する３つ以上の多角形グラフが含まれるようにしてもよいし、多角形グラフをリアルタイムで形成できる場合にはそれを動画像として表示するようにしてもよい。各多角形グラフは運動組織の輪郭（例えば心腔輪郭）を多角形で模擬したグラフである。特に望ましくは、拡張末期と収縮末期で多角形グラフが作成され、それらを重合して運動評価用チャートが作成される。そのような運動評価用チャートによれば、第１の多角形グラフと第２の多角形グラフの形態の違いによって、運動異常部位（動きが鈍い部位、反対運動をしている部位など）を容易に特定できる。また、定量評価も容易となる。複数のスライス面に対応する複数の運動評価用チャートを並べて表示すれば、どの部位に疾患が存在しているのかを対比観察によって空間的に容易に把握できる。それらの運動評価用チャートを順次切り換えてスライドショーとして表示することも可能である。

上記構成において、第１時相のデータに基づいて第１の多角形グラフが形成され、第２時相のデータに基づいて第２の多角形グラフが形成される。２つの多角形グラフの座標系を一致させて重合させれば、２つのグラフによって挟まれる面積が組織運動量を表す。２つの多角形グラフを有する組織運動評価用チャートに基づいて組織運動の異常を自動判定してもよいし、そのチャートを表示してユーザー観察による診断に供してもよい。複数の組織運動評価用チャートを同時表示する場合、それら相互の空間的な位置関係を示す情報を併せて表示するのが望ましい。

いずれにしても、上記構成によれば、三次元空間内における複数の切断面上において、運動組織の形態やその変化の様子を模式的な図形として評価できるので、運動異常を迅速かつ容易に特定できる。

（２）上記構成において、望ましくは、前記スライス面設定手段は、共通基準軸上で互いに交差する複数のスライス面を設定する。この構成によれば、各スライス面上に共通の座標軸が存在することになるので各スライス面の位置関係を容易に認識できる。共通基準軸はビーム方位に一致しているのが望ましいが、一致していなくてもよい。

望ましくは、前記各スライス面上に設定されるグラフ原点は前記共通基準軸上の共通基準点である。この構成によれば、各スライス面上に共通の原点が存在するので各スライス面（あるいは各スライス面上の多角形グラフ）の関係を認識し易い。

望ましくは、前記三次元空間に対して三次元の関心領域を設定する関心領域設定手段を含み、前記関心領域内において前記各スライス面ごとに前記第１及び第２の多角形グラフを生成する処理が実行される。関心領域の設定によれば処理範囲を限定して不必要な演算を削減でき、また誤認識などを防止して演算精度を向上できる。

望ましくは、前記関心領域設定手段は、前記三次元空間を反映した複数の二次元画像を形成する手段と、前記複数の二次元画像上で前記関心領域の位置及び形状を定義する手段と、を含む。この構成によれば、注目している運動組織との関係において、三次元の関心領域を簡便に設定できる。二次元画像は投影画像であるのが望ましいが他の画像であってもよい。複数の二次元画像は互いに空間的に交差（特に望ましくは直交）する関係にあるのが望ましい。三次元空間は立方体形状、角錐体形状などの所定の形状を有し、それは超音波ビームの走査方式に依存する。

望ましくは、前記関心領域は共通基準軸を中心軸とした円筒形状の領域であり、前記複数のスライス面は前記共通基準軸上で互いに交差する。円筒形状内において、共通基準軸を中心に複数のスライス面を設定すれば、各スライス面の形状は同一サイズをもった矩形となる。球形の関心領域を設定した場合には各スライス面の形状は同一サイズをもった円形となる。三次元の関心領域は、望ましくは、特定形状をもったスライス面をその中心線（共通基準軸）を回転軸として回転させた形状を有する。なお、関心領域は必要に応じて設定され、その位置及びサイズを可変できるように構成するのが望ましい。

望ましくは、前記運動組織は心臓であり、前記第１の時相は拡張末期に相当し、前記第２の時相は収縮末期に相当する。望ましくは心臓、特に左室が評価対象となる。左室の中心線上に共通基準軸を設定し、左室の中心部に共通基準点が設定されるのが望ましい。

望ましくは、前記複数のスライス面に対応する前記複数の運動評価用チャートを有するマルチチャート画像を表示する手段を含む。この構成によれば、各チャートの対比観察を行って運動異常の有無、程度、広がり度合い、などを容易に認識できる。特に、組織輪郭が単純な図形として表現されているので評価し易い。

（３）上記構成において、望ましくは、前記チャート生成手段は、前記各スライス面上において、基準点から放射状に複数の参照ラインを設定する参照ライン設定手段と、前記各スライス面上において、前記各参照ラインと前記運動組織の輪郭との交点を検出する交点検出手段と、前記各スライス面上において、隣接する交点間を連結ラインで結ぶことにより多角形グラフを生成する多角形グラフ生成手段と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、多角形グラフの作成に当たって、スライス面上において所定の基準点から放射状に複数の参照ライン（エッジ検索ラインに相当）が設定される。それらは均等の角度ピッチをもって設定されるのが望ましいが、非均等のピッチを設定することも可能である。それらの本数は任意に設定できる。スライス面の場合と同様に参照ライン個数が少なければ演算量を削減でき、個数が多ければより細かい評価を行える。望ましくは、エッジ検出に先立ってスライスデータに対して組織弁別（望ましくは心壁心腔弁別）のために、二値化（あるいは反転二値化）などのエッジ抽出処理が施される。各参照ライン上のピクセルデータ（エコーデータ）が参照され、閾値判定などによってエッジが検出される。その地点が交点とされる。組織輪郭点の検出に当たっては各種の公知方法を適用することができる。各参照ライン上において交点が求められると、隣接する２つの参照ライン上で特定された２つの交点が連結ラインが結ばれる。これにより、組織輪郭を模擬した多角形グラフが構成される。組織輪郭全体を認識するためには多くの演算が必要であるが、上記構成によれば簡便に組織輪郭に相当する多角形グラフを得られる。

望ましくは、前記各スライス面ごとに前記複数の参照ラインによって複数の評価エリアが定義され、前記第１の多角形グラフは前記複数の評価エリアに属する複数の第１三角形グラフ要素の集合体として構成され、前記第２の多角形は前記複数の評価エリアに属する複数の第２三角形グラフ要素の集合体として構成され、前記各評価エリアごとに前記第１三角形グラフ要素の面積及び前記第２三角形グラフ要素の面積に基づいて運動評価値を演算する運動評価値演算手段が設けられる。

上記構成によれば、各参照エリアごとに第１三角形グラフ要素の面積及び第２三角形グラフ要素の面積から運動評価値を演算できる。その場合においては、各評価エリアごとに運動評価値を比較できるように規格化を行うのが望ましい。望ましくは、前記運動評価値は面積変化率である。なお、共通基準点から交点までの長さの変化割合などを評価値として利用することも可能である。

望ましくは、前記運動評価値演算手段は、前記各評価エリアごとに、それを定義する２つの参照ライン上の２つの交点の内で、一方の交点の水平座標と他方の交点の垂直座標とを用いて三角形グラフ要素の面積を演算する。この構成によれば、三角形の面積を求める公式を利用して簡便に三角形グラフ要素の面積を演算できる。

望ましくは、前記各スライス面上における各参照エリアごとにその運動評価値に基づいて運動異常を判定する判定手段を含む。この構成によれば、各部位の運動が運動評価値として定量化されているので、各部位の運動異常を自動判定できる。

望ましくは、前記複数のスライス面に対応する前記複数の運動評価用チャートを有するマルチチャート画像を形成する手段と、前記マルチチャート画像に対して前記運動異常が認められた特定スライス面及び特定評価エリアの少なくとも一方を識別するための処理を施す手段と、を含む。この構成によれば、マルチチャート画像上で運動異常が生じている箇所を容易に特定できる。特定スライス面だけを識別表示して運動異常箇所の判断はユーザーが行ってもよいし、更に特定評価エリアも識別表示して瞬時に運動異常箇所を認識できるようにしてもよい。複数の運動異常箇所があればそれに対応して識別表示処理が施される。その場合に異常の程度を色相変化などで表現してもよい。

望ましくは、前記運動異常が認められた特定スライス面に対応する断層画像を形成する手段と、前記断層画像に対して前記運動異常が認められた特定評価エリアを識別する処理を施して識別処理済み断層画像を表示する手段と、を含む。この構成によれば、断層画像上で運動異常箇所を認識できる。断層画像は静止画像であるのが望ましいが、リアルタイム断層画像であってもよい。

望ましくは、前記運動異常が認められた特定スライス面に対応する断面の構造を表す二次元画像と、前記特定スライス面の奥側の組織形態を表す三次元画像と、が合成された複合画像を形成する手段と、前記複合画像に対して前記運動異常が認められた特定評価エリアを識別する処理を施して識別処理済み複合画像を表示する手段と、を含む。この構成によれば、例えば、心壁断面構造のみならず心壁内面の立体形状を同時に画像化し、その画像上において運動異常箇所を識別表示できる。

（４）また、本発明は、運動組織を含む三次元空間に対して超音波を送受波する送受波手段と、前記三次元空間に対して、共通基準軸で交差する複数のスライス面を分散的に設定するスライス面設定手段と、前記超音波の送受波により得られたデータに基づいて、前記各スライス面ごとに運動組織の輪郭を模擬した多角形グラフを有する運動評価用チャートを生成するチャート生成手段と、前記複数のスライス面に対応する複数の運動評価用チャートが配列されたマルチチャート画像を形成する手段と、前記マルチチャート画像を表示する手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、三次元空間の全体にわたって、互いに交差関係にある複数のスライス面に対応する複数の運動評価用チャートを表示できるので、それらの相互対比から、三次元空間の全体にわたって運動組織の運動の様子を容易に把握できる。

望ましくは、前記各スライス面における部分的な評価エリアごとに、前記組織運動評価用チャートの内容に基づいて運動異常の有無を判定する手段と、前記複数の運動評価用チャートの中で、前記運動異常が認められた特定の運動評価用チャートを識別表示する手段と、を含む。

以上説明したように、本発明によれば、三次元空間内の様々な断面上において心機能を評価できる。特に、その評価を簡便に行える。本発明によれば、三次元空間内の運動異常部位を容易に認識できる画像を形成できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

以下に、図１〜図８を用いて実施形態に係る超音波診断装置における画像処理の内容について説明する。

図１には三次元空間（３Ｄ空間）１０と三次元のＲＯＩ（関心領域）１２との関係が示されている。３Ｄ空間１０は超音波ビームを二次元走査することによって形成されるものであり、ボリュームデータ空間に相当する。例えば超音波ビームを一方方向に電子走査することにより走査面が形成され、その走査面を他方方向に電子走査することによって、３Ｄ空間１０が構成される。図１において、Ｘ方向は例えば超音波ビームの電子走査方向であり、Ｚ方向は超音波ビームの方向すなわち深さ方向であり、Ｙ方向は走査面の走査方向である。超音波ビーム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。超音波ビームあるいは走査面が機械的に走査されるように構成してもよい。

以上の説明から明らかなように、３Ｄ空間１０は、超音波ビームの走査方式に対応した形態を有しており、図１においては立方体形状の３Ｄ空間１０が示されているが、その３Ｄ空間１０の形態としては角錐形状など他の形態をあげることができる。本実施形態においては、３Ｄ空間１０の全体に対して超音波の送受波が行われ、これによってボリュームデータが取得されているが、後述する複数のスライス面に対してだけ超音波の送受波を行うことも可能である。

図１に示されるように、３Ｄ空間１０に対して三次元のＲＯＩ１２が自動的に又はユーザーにより設定される。このＲＯＩ１２は画像処理の範囲を制限するものであり、このようなＲＯＩ１２を設定することにより不必要な演算を省略することができると共に、演算精度を向上できるという利点がある。図１に示されるように、ＲＯＩ１２は図示の例では円筒形状の形態を有しており、すなわちその中心軸である共通基準軸を中心として矩形の面を１８０度回転させた場合に形成される形態を有している。もちろんＲＯＩ１２の形態としては円筒形状の他に球形あるいはそれ以外の形態をあげることができる。後に説明するように、複数の運動評価用チャートを表示する場合、各チャートのサイズ及び形状を一致させる上では上記のような円筒形状のＲＯＩ１２を採用するのが望ましい。なお、そのようなＲＯＩ１２を設定することなく後に説明する複数のスライス面を定義するようにしてもよい。ＲＯＩ１２における中心軸である共通基準軸の方向及び位置はユーザーにより適宜設定されるのが望ましいが、その共通基準軸をビーム方向に一致させるようにしてもよい。

図２には、ＲＯＩ１２の設定方法の一例が示されている。表示画面１４上には第１画像１６及び第２画像１８が表示される。図２に示す例において、第１画像１６は図１に示した３Ｄ空間１０を上方から投影して構成される投影画像であり、第２画像１８は図１に示した３Ｄ空間１０を正面又は横方向から投影して構成される投影画像である。投影画像の形成にあたっては、最大値法、積算法、その他のレンダリング法を利用することができる。表示画面１４上には更にワイヤーフレームモデル２０が表示されており、このワイヤーフレームモデル２０は、３Ｄ空間を模式的に表す複数の直線によって構成された立方体形状のフレームイメージ３０と、その内部に設定されるＲＯＩの外形を表すＲＯＩイメージ３２とを有している。このワイヤーフレームモデル２０により、ユーザーが設定しようとしているＲＯＩと３Ｄ空間との位置関係を容易に認識できる。

円筒形状のＲＯＩを設定する場合、第１画像１６上において、円形のカーソル２４が表示され、その位置及び大きさがユーザーにより適宜設定される。その場合、対象臓器２２の全体あるいは注目する部分が取り囲まれるように、円形のカーソル２４が設定される。また、第２画像１８上において、上下方向に並んだライン状の２つのカーソル２６，２８がそれぞれ任意の高さに設定され、詳しくは、それらの間に対象組織２２が含まれるようにそれぞれのカーソル２６，２８が設定される。ちなみに第２画像１８上にはＲＯＩの側面位置を表すラインＡ，Ｂが表示され、またＲＯＩの中心軸を示す共通軸Ｑが表されている。一方、第１画像１６上には共通基準軸が点Ｑとして表されている。

以上のように、第１画像１６及び第２画像１８上においてそれぞれのカーソルを適宜設定することによりＲＯＩの位置及び形状を任意に設定することが可能であり、その設定結果が逐次的にワイヤーフレームモデル２０に反映され、それを参照することにより設定内容を空間的に確認することが可能である。上記の例では人為的に関心領域が設定されていたが、その処理を自動化することも可能である。

図３には、三次元空間に対して設定される複数のスライス面（切断面）が示されている。本実施形態では、上述したようにＲＯＩが設定されており、その範囲内において後述するグラフ作成処理が適用されているため、図３においてはＲＯＩとの関係において複数のスライス面が模式的に表されている。図３に示す例において、ＲＯＩに対しては＃１〜＃８までの８個のスライス面が設定されている。それらのスライス面は共通基準軸Ｑで互いに交差しており、放射状に分散設定されている。図３に示す例では、隣接するスライス面間のピッチはθ方向において互いに均一であるが、それを非均等に設定することも可能であり、すなわち注目する部位についてスライス面の密度をあげること等も可能である。設定されるスライス面の個数はユーザーによりあるいは自動的に設定され、その数は任意であり、例えば４〜１６の範囲内の個数が設定される。いずれにしても、ＲＯＩの全体にわたって複数のスライス面を分散的に設定することにより、三次元の全体にわたって運動異常の評価を行うことが可能となる。図３に示す例では、各スライス面における中心線がそれぞれ共通基準軸Ｑとして一致しており、各スライス面上の後述する基準点も互いに一致することになるため、それらのスライス面に対応する複数の運動評価用チャートを形成した場合において、それらの間における座標関係を容易に認識することが可能となる。

本実施形態において、図１及び図２に示したように、ユーザーによりあるいは自動的にＲＯＩ１２が設定されると、図３に示したように、そこに存在する共通基準軸Ｑを基準として自動的に複数のスライス面が設定される。共通基準軸Ｑについては自動的にあるいはユーザーにより任意の傾き及び位置をもって設定することができ、その場合において共通基準軸をいずれかのビーム方位に合致させれば、それぞれのスライス面をビームの走査面に合致させることも可能であり、そのような場合には複数のスライス面に対応する複数の走査面のみを形成して無駄な超音波の送受波を排除することができる。また上記の実施形態では三次元空間の全体にわたってスライス面が一定の間隔で設けられているため不感帯が増大することを防止できるという利点がある。

次に、図４を用いて各スライス面ごとに実行される運動評価用チャートの作成処理について説明する。

図４にはスライス面が示されている。本実施形態では対象組織は左室であり、その左室内の心腔の輪郭がエッジ検出法により抽出される。符号３４は収縮末期における輪郭を表しており、符号３５は拡張末期における輪郭を表している。具体的には、収縮末期におけるスライス面に対応する断層画像に対して反転二値化処理などを適用することにより二値化画像が得られ、その二値化画像によって輪郭３４が特定される。同様に、拡張末期における断層画像に対して反転二値化処理などを適用することにより二値化画像が得られ、その二値化画像により輪郭３５が特定される。そして、それぞれの輪郭に対して以下に説明する多角形グラフ作成処理が順次適用されることになる。

原点Ｏは共通基準点でありその共通基準点Ｏは上述した共通基準軸上の中央点に相当する。その共通基準点Ｏから放射状に複数の参照ラインＬ１〜Ｌ８が設定される。各参照ラインＬ１〜Ｌ８はエッジ探索ラインとして機能するものであり、図４に示す例において各参照ライン間のピッチは均等であるが、そのピッチが非均等に設定されてもよい。また参照ラインの個数は自動的にあるいはユーザーにより任意に設定することができ、例えば４〜１６の中の個数が選択される。図４に示す例では、Ｌ１〜Ｌ８までの８本の参照ラインが４５度間隔で設定されている。各参照ラインの傾き角度が図においてφで表されている。複数の参照ラインＬ１〜Ｌ８により評価エリアＥ１〜Ｅ８が定義される。

多角形グラフの作成にあたっては、まず共通基準点Ｏから各参照ラインごとにそれに沿ってエッジ検出が逐次的に実行され、エッジが検出された場合にそこが交点とされる。図４に示す例において、参照ラインＬ１上における収縮末期の輪郭３４との交点がＰ１で表されており、同様に参照ラインＬ２上における収縮末期の輪郭との交点がＰ２で表されている。ちなみに、拡張末期の輪郭３５との関係では、参照ラインＬ１上において交点Ｐ３が検出され、参照ラインＬ２上において交点Ｐ４が検出される。

以上のように各参照ライン上において交点が求められると、隣接する参照ライン間において２つの交点を連結ラインで結ぶことにより多角形グラフが構築される。具体的には、図４に示す例において、参照ラインＬ１上における交点Ｐ１と参照ラインＬ２上における交点Ｐ２とが連結ラインｒ１によって結ばれる。これにより共通基準点Ｏ−交点Ｐ１−交点Ｐ２を結ぶ三角形として三角形グラフ要素が定義され、その面積はＳ１である。隣接する交点間の連結が各評価エリアごとに実行されると、収縮末期の輪郭３４を模擬した多角形グラフＲ１が構成される。この多角形グラフＲ１は輪郭３４に内接する多角形として捉えることができ、その形状が収縮末期における輪郭３４の形状を表す。拡張末期においても、各参照ライン上における交点が連結ラインよって連結され、これによって多角形グラフＲ２が構成される。具体的には、参照ラインＬ１における交点Ｐ３と参照ラインＬ２上における交点Ｐ４とが連結ラインｒ２によって連結され、共通基準点Ｏ−交点Ｐ３−交点Ｐ４の３つの点を結ぶ三角形として三角形グラフ要素が定義される。その面積はＳ２である。多角形グラフＲ２は、上記の多角形グラフＲ１と同様に、拡張末期における輪郭３５に内接する多角形として捉えることができ、複雑な形態を単純な多角形で模擬してその評価を行うことが可能である。通常、拡張末期に対応する多角形が収縮末期に対応する多角形よりも先に作成されるが、それが逆であってもよい。

上記の方法によれば、各輪郭の形態そのものを認識する必要がなく、また各評価エリアにおける面積演算も容易であるので、演算量を極端に少なくできるという利点があり、また演算を迅速化できるという利点がある。なお、上記の図４に示した手法の変形例としては、隣接する交点間を曲線などで連結する処理をあげることができる。この場合においてはスプライン補間法などを適用するのが望ましい。

図５には、三角形グラフ要素の面積の簡易演算方法が示されている。図５においては４５度に開いた評価エリアＥ１及び評価エリアＥ２が拡大図として示されており、その図５は収縮末期に対応する多角形グラフＲ１の一部分のみを表すものである。すなわち多角形グラフＲ２については図示省略されている。

各交点は、図４において定義される水平座標としてのｘ軸上の座標と垂直座標としてのｙ軸上の座標とによって定義される。ここで、周知のように三角形の面積は、底辺をｄとし、高さをｈとした場合、（ｄ×ｈ）／２によって求められ、それを前提として、例えば面積Ｓ１を求める場合には、交点Ｐ１の垂直座標ｄ１と交点Ｐ２の水平座標ｈ１とが参照され、それらを上記の公式に代入することによって簡便に三角形要素の面積Ｓ１が求められる。これは、評価エリアＥ２についても同様であり、交点Ｐ２の垂直方向の座標ｈ２と交点Ｐ５の水平方向の座標ｄ２とを用いて三角形要素の面積を簡便に演算することができる。

すなわち、本実施形態においては、スライス面上において４５度の間隔で複数の参照ラインを設定したため、複数の参照ラインにおいては１本置きに垂直軸あるいは水平軸に相当するラインが現れることになり、そのような参照ラインが三角形面積の演算における底辺を構成するため、各交点の座標要素の内で一方を利用するだけで簡便に三角形要素の面積を演算することができる。

ただし、テーブル上などに交点座標と三角形の面積との関係を格納しておいて、各交点の座標が特定された時点で瞬時に面積を求めることなども可能であり、本発明は図５に示すものには限定されない。

以上のように、本実施形態においては、各スライス面ごとに拡張末期に対応する多角形グラフと、収縮末期に対応する多角形グラフとが構成される。そこで、それらの多角形グラフを互いに座標系を一致させつつ重合することにより組織運動評価用チャートが構成される。図６には、マルチチャート画像が示されている。このマルチチャート画像は、本実施形態では８つのスライス面に対応した８つの組織運動評価用のチャート３６Ａ〜３６Ｈを含んでいる。各チャートは、それぞれ収縮末期の多角形グラフと拡張末期の多角形グラフとを含んでいる。各チャートにはスライス面の識別記号が含まれ、またそのスライス面の回転角度が表されている。また必要に応じて三次元空間における座標軸の情報が含まれる。図６に示すマルチチャート画像と共に、例えば図３に示したような複数のスライス面の相互関係を示す図形を例えばワイヤフレームモデルなどとして併せて表示することも可能である。そのような参照画像の表示によれば、各スライス面間の位置的関係を直感的に認識できるという利点がある。図６に示されるようなマルチチャート画像をユーザーに提供すれば、例えば左室の各部位における運動の様子を容易に把握でき、またチャート間の内容の対比によって疾患部位やその広がりを容易に特定することが可能である。

本実施形態においては、各チャートにおける各評価エリアごとに収縮末期の三角形グラフ要素の面積Ｓ１と拡張末期の三角形要素のグラフ面積Ｓ２とから面積変化率が演算されており、それが運動評価値として利用されている。面積変化率は例えば（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ２などといった計算式によって求められる。そして、各スライス面上における各評価エリアごとに面積変化率を所定の閾値と比較することにより、運動異常の有無が判定されている。ここでその閾値は各評価エリアにおいて共通であってもよいし、各評価エリアごとに個別的にあらかじめ設定されていてもよい。このような閾値判定により運動異常が生じているスライス面（特定スライス面）及び運動異常が生じている評価エリア（特定評価エリア）を自動的に認識することができる。

本実施形態には上記のような自動認識に基づいてマルチチャート画像上において特定スライス面に対応するチャートが識別表示処理されており、図６に示す例では特定のチャートの枠が符号３８で示されるようにハイライトで表示される。また特定評価エリアについては、２つの多角形グラフによって挟まれる部分が符号４０，４２で示されるように所定の着色をもって表示される。このような識別表示によりマルチチャート画像をユーザーが観察した場合において、運動異常が生じている面を空間的に容易に認識でき、また運動異常が生じている部位を空間的に容易に認識することができる。識別表示処理は上記のようなハイライト処理あるいは着色処理ではなく他の方法を利用するようにしてもよい。いずれにしても画像上で運動異常部位が容易に特定できるように処理するのが望ましい。なお、各チャートを形成する場合、２つの多角形グラフの背景として二次元断層画像あるいは二次元二値化画像を表示するようにしてもよい。

以上のように、図６に示すようなマルチチャート画像を画面表示することにより、対象組織である左室の半周期の動きを直感的に容易に認識することができ、特に、三角形要素の面積差として運動量を直感的に認識できるという利点がある。ちなみに、疾患によっては他の部位と逆運動する部位があるが、そのような場合には面積がマイナスの符号を有することになり、画面上においてそのような部位を識別する表示処理を適用するのが望ましい。図６に示すマルチチャート画像はその表示自体に意義があり、更に上記の自動解析を適用することによって疾病診断を支援することが可能となる。なお、上記の実施形態においては、拡張末期と収縮末期の２つの多角形グラフが示されていたが、少なくとも１つの多角形グラフを表示すれば対象組織の形態を模式的に認識して診断上役立てることが可能である。またリアルタイム処理が可能であれば多角形グラフを動画像として表示することも可能である。いずれにしても、三次元空間の全体にわたって複数のスライス面として複数の観察面を設定することにより対象臓器についてその全体の動きを容易に認識できると共に、不感帯の増大を防止して疾病部位の検出漏れを効果的に防止することが可能となる。

上記の実施形態において、２つの多角形グラフを重合表示する場合に、左室の並進運動や回転運動の影響が無視できないような場合にはそのような運動成分を検出してその運動成分をキャンセルするようにしてもよい。

本実施形態においては、図６に示したマルチチャート画像上において運動異常が認められた特定のチャート（すなわちスライス面）を指定することにより、以下に説明するような合成画像（複合画像）を形成することができ、以下に図７及び図８を用いてそれについて説明する。ここで、図７及び図８に示す例においては、角錐形状あるいは円錐形状をもった３Ｄ空間が前提とされている。角錐形状をもった３Ｄ空間は、電子セクタ走査によって形成される扇状の走査面を揺動運動させることにより形成され、一方、円錐形状をもった３Ｄ空間は電子セクタ走査によって形成される扇状の走査面をその中心軸を回転軸として回転運動させることによって形成されるものである。

図７の（Ａ）には二値化画像４０が示されている。この二値化画像４０は、スライス面データによって形成されるＢモード画像に対して反転二値化処理などを適用することにより形成されるものである。二値化画像４０においては心壁に相当する画素の値が１とされ、心腔に相当する画素の値が０とされている。ちなみに、この二値化画像４０は、図４に示した多角形グラフの作成処理にあたって利用された二値化画像であってもよいし、それとは別に改めて作成された画像であってもよい。ここで、二値化画像４０は所定の時相に対応する画像であり、例えば拡張末期に対応する画像である。

図７の（Ｂ）にはマスク画像４２が示されている。マスク画像４２は、運動異常が判定された評価エリアを特定する画像である。図７の（Ｂ）に示す例では、評価エリアＥ７が運動異常が認められた評価エリアとして認定されており、そのエリア内に属する画素の値に１が与えられ、それ以外の画素には０が与えられている。なお、図７に示す例ではマスク画像４２の外縁がＲＯＩによって画定されている。

図７の（Ｃ）に示されるように、二値化画像４０とマスク画像４２との間で各画素ごとにアンド条件をとることにより、運動異常の部位を特定する画像として着色画像４４が生成される。すなわち着色画像４４における着色部分４４ａは、二値化画像４０において心壁に相当し、かつ、マスク画像４２において運動異常が判定された評価エリアに属するものである。そして、現在注目しているスライス面に対応するＢモード画像上に着色画像４４を合成することにより合成画像４６が形成される。例えば白黒の断層画像上において赤色あるいはオレンジ色などの所定の色相により運動異常部位が識別表示される。この場合において、必要に応じて複数の評価エリアを表す複数の参照ラインをグラフィック画像として合成表示するようにしてもよい。また合成画像４６の表示の際に現在注目しているスライス面を三次元空間上で特定するためのワイヤフレームモデルなどのガイダンス表示を合わせて行うようにしてもよい。図７に示す合成画像４６において、Ｂモード画像は静止画像であるが、それが動画像であってもよい。

図７の（Ｄ）に示すような合成画像４６を表示することにより、例えば左室における運動異常が生じている心壁部分を明瞭に表現することができ、例えば心筋梗塞などの発生部位を容易に特定できるという利点がある。運動異常の程度に応じて着色する色相を変化させてもよく、またその輝度を変化させてもよい。

図７に示す表示例においては二次元断層画像上において運動異常部位が着色表現されていたが、図８に示すような複合画像上において運動異常部位を着色表現するようにしてもよい。すなわち、図８においては、Ｂモード断層画像と三次元画像とを合成した合成画像５０が示されている。すなわち、スライス面に相当するＢモード断層画像５０Ａと、心腔に相当する部分が奥行き感をもって表現された三次元画像５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄとして表現されている。そして、このような解剖学的な表現形態において運動異常部位が上述した手法を利用して着色部分５２として識別表示される。ちなみに、例えばボリュームレンダリング法やサーフェイス法などを利用して形成される三次元画像において臓器の表面上に着色を施すことにより運動異常部位を識別表現することも可能である。

次に、図９を用いて本実施形態に係る超音波診断装置の構成例を説明する。

３Ｄプローブ６０は図９に示す例において２Ｄアレイ振動子を有している。２Ｄアレイ振動子は複数の振動素子を二次元配列したものである。超音波ビームを一方方向に電子走査することにより走査面が形成され、その走査面を他方方向に電子走査することにより上記の３Ｄ空間が構成される。もちろん、複数の走査面と複数のスライス面とが合致するような関係にある場合には、三次元空間の全体に対する超音波ビームの走査を行うことなく、複数のスライス面に対応する複数の走査面についてのみ超音波ビームの走査を行ってもよい。電子走査方式としては、例えば電子セクタ走査、電子リニア走査などをあげることができる。１Ｄアレイ振動子によって走査面を形成し、その１Ｄアレイ振動子を並行運動あるいは揺動運動させて機械的に走査面の移動を行わせるようにしてもよい。３Ｄプローブ６０は、通常は体表面上に当接して用いられるものであるが、食道や血管などの体腔に挿入して用いられるものであってもよい。

送受信部６２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。送信部６２によって複数の振動素子に対して送信信号が供給され、これによって送信ビームが形成される。一方、複数の振動素子から出力される複数の受信信号は送受信部６２において整相加算処理され、その整相加算後の受信信号が３Ｄメモリ６４へエコーデータとして出力される。３Ｄメモリ６４は、図９に示す例において、超音波の送受波が行われる３Ｄ空間に対応した三次元の記憶空間を有しており、各エコーデータはそれが取得された空間的位置に対応するアドレスに格納される。３Ｄメモリ６４上にはいわゆるボリュームデータが格納されることになる。

Ｂモード画像形成部６６は、制御部７６の制御の下、指定された任意断面あるいはスライス面上のエコーデータに基づき二次元断層画像としてのＢモード画像を形成する。その画像データは表示処理部７２へ出力される。３Ｄ画像形成部６８は、３Ｄメモリ６４上に格納されたボリュームデータに基づき、例えばボリュームレンダリング法などを利用して三次元の超音波画像すなわち３Ｄ画像を形成する。その画像データは表示処理部７２へ出力される。例えば図８に示した表示形態を採用する場合、三次元画像に相当する画像部分はこの３Ｄ画像形成部６８によって形成される。

心壁運動解析部７０は、３Ｄメモリ６４から読み出される各スライス面に対応するスライス面データに基づいて上記のような運動評価用チャートを作成する機能を有する。これについては後に詳述する。制御部７６は図９に示される各構成の動作を制御している。制御部７６には操作パネル７８が接続されており、ユーザーはその操作パネル７８を利用して各種の入力や設定を行うことができる。制御部７６には心電計８０からの心電信号が入力されており、その心電信号に基づいて心拍周期における各時相を認識することができる。

心壁運動解析部７０について以下に詳述する。そこに含まれる各構成はハードウエアによりあるいはソフトウエアの機能として実現される。ＲＯＩ設定部８２は、３Ｄ空間に対して三次元のＲＯＩを設定する手段である。ＲＯＩをユーザーによって指定する場合には、図２に示したような画像が表示部７４に表示され、操作パネル７８を利用してユーザーによってＲＯＩが指定される。ちなみに図９においてはＲＯＩの指定に際して表示する投影画像を形成するモジュールなどについては図示省略されている。三次元空間上において三次元の形態を直接的に指定することは難しいが、図２に示したような互いに直交する２つの投影画像を同時表示し、それらの上でＲＯＩの形状及び位置を指定すれば、対象組織との関係において三次元のＲＯＩを適切かつ容易に設定できるという利点がある。

フレーム抽出・処理部８４は、図３に示したように、ＲＯＩと共に指定される共通基準軸で交差する複数のスライス面を自動的に定義し、各スライス面ごとに３Ｄメモリ６４からスライス面データを読み出して、各スライス面データに対して画像処理を実行するモジュールである。上述したように、収縮末期及び拡張末期において各スライス面データが読み出されている。それに対応して３Ｄメモリ６４上に収縮末期のボリュームデータと拡張末期のボリュームデータとを共に格納させてもよいし、いずれか一方の時相のボリュームデータを格納してそれに対して必要な処理を実行した後に、３Ｄメモリ６４上に他の時相のボリュームデータを格納し、それに対して同様の処理を実行するようにしてもよい。フレーム抽出・処理部８４は、読み出されたスライス面データに対して反転二値化処理などを適用し、すなわち心壁に相当する画素に対して１を付与し、その一方において心腔に相当する画素に対して０を付与し、これによって二値化画像を構成する。作成された二値化画像は必要に応じてメモリ８５上に格納しておいてもよい。すなわち図７に示した着色画像４４を作成する場合に必要な二値化画像をメモリ８５上に保存しておいてもよい。

多角形グラフ作成部８６は、図４に示した手法に基づいて収縮末期に対応する多角形グラフ及び拡張末期に対応する多角形グラフを作成する。いずれか一方が先行して作成される場合、先に作成された多角形グラフを表すデータはバッファメモリ８８上に一旦格納される。多角形グラフ作成部８６は、図４を用いて説明したように、各スライス面上において共通基準点から複数の参照ラインを放射状に設定し、各参照ライン上において輪郭との交点を検出し、複数の交点を相互に連結することによって多角形グラフを作成するものである。

面積変化率演算部９０は、各スライス面ごとに、収縮末期の多角形グラフと拡張末期の多角形グラフとの間の差分を演算することにより、各評価エリアごとに面積変化率を運動評価値として演算する。すなわち、面積変化率演算部９０は、図４に示したチャートを作成し、またそのチャートの内容を解析するモジュールである。

異常判定部９２は、各スライス面上における各評価エリアごとに面積変化率を所定の閾値αと比較することによって運動異常が生じている評価エリアすなわち異常部位を判定する。この場合において閾値αは固定値であってもよいが、スライス面に応じてあるいは評価エリアに応じて変動させる値であってもよい。通常は、規格化されている面積変化率に対して一定の固定値としてのαが比較され、そのαよりも面積変化率が下回った場合、運動異常と判定する。その判定結果を表す情報は図９に示す構成例において制御部７６、マルチチャート画像形成部９４、着色合成画像形成部９６、着色複合画像形成部９８に送られている。なお、運動異常の判定を自動的に行うのではなく、マルチチャート画像上において各チャート間における対比からユーザーによって運動異常が生じているスライス面や評価エリアを指定させるようにしてもよい。

マルチチャート画像形成部９４は、図６に示したマルチチャート画像を形成する。すなわち各スライス面における各時相ごとに作成された多角形グラフを各スライス面ごとに重合合成し、複数のチャートをアレイ状に配列することによりマルチチャート画像を作成する。その画像データは表示処理部７２へ送られる。

着色合成画像作成部９６は、図７に示した合成画像４６を作成するモジュールであり、すなわちＢモード画像に対して着色画像を合成処理し、これによって合成画像を形成している。着色画像は上述のように二値化画像及びマスク画像の組合せによって生成される。Ｂモード画像はＢモード画像形成部６６によって形成される。着色合成画像形成部９６によって形成された合成画像の画像データは表示処理部７２へ出力される。

着色複合画像形成部９８は、図８に示したＢ−３Ｄ合成画像を複合画像として形成する。それに際して必要な３Ｄ画像は３Ｄ画像形成部６８によって形成され、またＢモード画像はＢモード画像形成部６６によって形成され、着色部分を表す着色画像については着色複合画像形成部９８自身によって生成される。形成された画像の画像データは表示処理部７２へ出力される。

表示処理部７２は、入力された画像データを表示部７４へ出力する機能を有し、その場合に必要に応じてグラフィック画像１００を合成する。表示部７４には所定の画像が表示される。

上記の実施形態によれば、３Ｄ空間に対して一定の関係をもって複数のスライス面を設定し、各スライス面ごとに対象組織の運動を評価することができるので、３Ｄ空間全体にわたって運動異常の計測を行えるという利点がある。換言すれば、計測を行えない空間が増大してしまう問題を効果的に防止できるという利点がある。また図３に示したような空間的な関係をもって複数のスライス面を設定することにより、マルチチャート画像を表示した場合において、各チャート間における空間的な位置関係を容易に認識できるという利点がある。すなわち、各チャート間において共通基準軸及び共通基準点がそれぞれ一致しているため異常部位の位置、程度及びその空間的な広がりなどを容易に認識できる。また上記実施形態においては、各スライス面上において複数の評価エリアを設定し、各評価エリアごとに運動異常の評価を自動的に行えるので、疾病診断を効果的に支援できるという利点がある。また特に定量的な評価を行えるので、疾病診断に役立つ情報を提供できるという利点がある。また必要に応じて図７や図８に示したような詳細画像を表示することにより生体組織の構造あるいは形態との関係において運動異常部位を容易に特定できるという利点がある。本実施形態においては組織の輪郭を模擬する多角形を演算の基礎とできるので、演算量を低減できると共にその演算を迅速化できるという利点がある。

３Ｄ空間と三次元のＲＯＩとの関係を示す図である。 ＲＯＩの設定方法を説明するための図である。 複数のスライス面の位置的な関係を示す図である。 多角形グラフの作成処理を説明するための図である。 三角形グラフ要素の面積演算を説明するための図である。 複数の運動評価用チャートを含むマルチチャート画像を示す図である。 Ｂモード画像と着色画像とが合成された合成画像の作成方法を説明するための図である。 Ｂモード画像と三次元画像と着色画像が合成された合成画像を示す図である。 本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ ３Ｄ空間、１２ ＲＯＩ（関心領域）、３６Ａ〜３６Ｈ 運動評価用チャート、４６ 合成画像、５０ Ｂ−３Ｄ合成画像、７０ 心壁運動解析部、８２ ＲＯＩ設定部、８４ フレーム抽出・処理部、８６ 多角形グラフ作成部、９０ 面積変化率演算部、９２ 異常判定部、９４ マルチチャート画像形成部、９６ 着色画像形成部、９８ 着色複合画像形成部。

Claims (18)

1. 運動組織を含む三次元空間に対して超音波を送受波する送受波手段と、
   前記三次元空間に対して複数のスライス面を設定するスライス面設定手段と、
   前記超音波の送受波により得られたデータに基づいて、前記各スライス面ごとに第１及び第２の時相における運動組織の輪郭を模擬した第１及び第２の多角形グラフを有する運動評価用チャートを生成するチャート生成手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記スライス面設定手段は、共通基準軸上で互いに交差する複数のスライス面を設定することを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記各スライス面上に設定されるグラフ原点は前記共通基準軸上の共通基準点であることを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１記載の装置において、
   前記三次元空間に対して三次元の関心領域を設定する関心領域設定手段を含み、
   前記関心領域内において前記各スライス面ごとに前記第１及び第２の多角形グラフを生成する処理が実行されることを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   前記関心領域設定手段は、
   前記三次元空間を反映した複数の二次元画像を形成する手段と、
   前記複数の二次元画像上で前記関心領域の位置及び形状を定義する手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項４記載の装置において、
   前記関心領域は共通基準軸を中心軸とした円筒形状の領域であり、
   前記複数のスライス面は前記共通基準軸上で互いに交差することを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１記載の装置において、
   前記運動組織は心臓であり、
   前記第１の時相は拡張末期に相当し、前記第２の時相は収縮末期に相当することを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項１記載の装置において、
   前記複数のスライス面に対応する前記複数の運動評価用チャートを有するマルチチャート画像を表示する手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
9. 請求項１記載の装置において、
   前記チャート生成手段は、
   前記各スライス面上において、基準点から放射状に複数の参照ラインを設定する参照ライン設定手段と、
   前記各スライス面上において、前記各参照ラインと前記運動組織の輪郭との交点を検出する交点検出手段と、
   前記各スライス面上において、隣接する交点間を連結ラインで結ぶことにより多角形グラフを生成する多角形グラフ生成手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
10. 請求項９記載の装置において、
    前記各スライス面ごとに前記複数の参照ラインによって複数の評価エリアが定義され、
    前記第１の多角形グラフは前記複数の評価エリアに属する複数の第１三角形グラフ要素の集合体として構成され、
    前記第２の多角形は前記複数の評価エリアに属する複数の第２三角形グラフ要素の集合体として構成され、
    前記各評価エリアごとに前記第１三角形グラフ要素の面積及び前記第２三角形グラフ要素の面積に基づいて運動評価値を演算する運動評価値演算手段が設けられた、
    ことを特徴とする超音波診断装置。
11. 請求項１０記載の装置において、
    前記運動評価値は面積変化率であることを特徴とする超音波診断装置。
12. 請求項１０記載の装置において、
    前記運動評価値演算手段は、前記各評価エリアごとに、それを定義する２つの参照ライン上の２つの交点の内で、一方の交点の水平座標と他方の交点の垂直座標とを用いて三角形グラフ要素の面積を演算することを特徴とする超音波診断装置。
13. 請求項１０記載の装置において、
    前記各スライス面上における各参照エリアごとにその運動評価値に基づいて運動異常を判定する判定手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
14. 請求項１３記載の装置において、
    前記複数のスライス面に対応する前記複数の運動評価用チャートを有するマルチチャート画像を形成する手段と、
    前記マルチチャート画像に対して前記運動異常が認められた特定スライス面及び特定評価エリアの少なくとも一方を識別するための処理を施す手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。
15. 請求項１３記載の装置において、
    前記運動異常が認められた特定スライス面に対応する断層画像を形成する手段と、
    前記断層画像に対して前記運動異常が認められた特定評価エリアを識別する処理を施して識別処理済み断層画像を表示する手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。
16. 請求項１３記載の装置において、
    前記運動異常が認められた特定スライス面に対応する断面の構造を表す二次元画像と、前記特定スライス面の奥側の組織形態を表す三次元画像と、が合成された複合画像を形成する手段と、
    前記複合画像に対して前記運動異常が認められた特定評価エリアを識別する処理を施して識別処理済み複合画像を表示する手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。
17. 運動組織を含む三次元空間に対して超音波を送受波する送受波手段と、
    前記三次元空間に対して、共通基準軸で交差する複数のスライス面を分散的に設定するスライス面設定手段と、
    前記超音波の送受波により得られたデータに基づいて、前記各スライス面ごとに運動組織の輪郭を模擬した多角形グラフを有する運動評価用チャートを生成するチャート生成手段と、
    前記複数のスライス面に対応する複数の運動評価用チャートが配列されたマルチチャート画像を形成する手段と、
    前記マルチチャート画像を表示する手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。
18. 請求項１７記載の装置において、
    前記各スライス面における部分的な評価エリアごとに、前記組織運動評価用チャートの内容に基づいて運動異常の有無を判定する手段と、
    前記複数の運動評価用チャートの中で、前記運動異常が認められた特定の運動評価用チャートを識別表示する手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。

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