JP2006187484A

JP2006187484A - 医用画像診断装置

Info

Publication number: JP2006187484A
Application number: JP2005002062A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Oshiki; 光博押木; Ryuichi Shinomura; 隆一篠村
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: JP4648709B2

Abstract

【課題】動画像からリアルタイムに希望領域抽出を行い、抽出領域の面積などの計測情報を提供する。
【解決手段】被検体より得られた画像を静止画像、或いは動画像で表示する表示装置を備えた医用画像診断装置において、前記動画像のフレームに基準点を設定させ、前記基準点より輝度情報を用いて前記動画像上に領域を抽出させる領域抽出手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、医用画像診断装置において、動画像を形成する各フレームに対し、リアルタイムに領域を抽出し、その面積及び体積の計測情報を表示する装置に関する。

医用画像診断装置において、様々な目的から領域抽出の検討がなされている。例えば、スクリーニングにおける嚢胞計測など、その大きさ、形状が病状判断の一助になる部位に関しては、計測の要望がある。領域抽出に関しては、様々な手法が提案されており、輝度値の近い連続する部位を抽出するリージョングローイング法、動的輪郭抽出モデルであるスネーク法などが考案、研究されている。

従来技術として、医用画像から臓器抽出や任意の領域抽出を行う際にその抽出のための画素値のしきい値を最適に選択して、特定領域を抽出することが開示されている。(例えば、特許文献1参照)。
この技術を用い、臓器や腫瘍、のう胞などの領域およびその境界を視覚的に表示し、それらの領域の測定することのできる医用画像表示装置の提供を目的とした医用画像診断装置が提案されている。
特開平7-129751号公報

しかし、特許文献1に記載された医用画像診断装置においては、静止画像上で処理することに留まっており、リアルタイム動画像に対する処理の記載がない。
そこで本発明は、医用画像診断装置において、リアルタイムに任意の領域抽出を行うことを目的とし、各フレームにおいて抽出された情報をリアルタイム表示することを特徴とする装置を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明は以下の様に構成される。
被検体より得られた画像を静止画像、或いは動画像で表示する表示装置を備えた医用画像診断装置において、前記動画像のフレームに基準点を設定させ、前記基準点より輝度情報を用いて前記動画像上に領域を抽出させる領域抽出手段を備える。

前記抽出した領域の面積或いは体積、又は前記抽出した領域の短軸及び長軸幅を計測する抽出領域計測手段を備える。さらに、前記計測した面積或いは体積の推移を示すグラフを画面に表示させる。また、前記フレームの基準点の位置情報を次のフレームの基準点の位置として設定する。

また、リアルタイム画像を構成している中の任意の1フレームを考える。選択した1フレームにおいて、抽出領域の選択を行う。選択フレームは、フリーズ処理などで任意フレームを決定してもよいし、動画像表示中に直接抽出希望領域を指示した時点のフレームを採用しても良い。

以上、本発明によれば、医用画像診断装置において得られた動画像において、抽出希望領域点の指示と、使用する領域抽出法に最適なパラメータを、任意の1フレームにおいて決定することで、動画像のリアルタイム領域抽出が可能となる。更に、抽出結果を同時にグラフ表示でき、指示したフレームにおいて長／短軸など、抽出された領域から求められる様々な計測を行う。

以下、図面を参照して、本発明を好ましい実施形態により説明する。
図1に、本発明による医用画像診断装置(超音波診断装置，CT装置，mRI装置等)を示す。医用画像診断装置1と、これにより得られる診断画像を表示する、画像表示部2と、抽出希望点を指示、入力するための入力装置3と、領域抽出のための演算を行う領域抽出部4と、抽出領域の面積、長／短軸など、様々な項目を計測するための抽出領域計測を行う、抽出領域計測部5と、領域抽出の手法、計測項目の指示、抽出希望領域座標の保持などを行う、制御部7とからなる。そして、画像表示部2は抽出領域、計測結果も画面に表示する。

以下、輝度の変化から領域抽出を行うリージョングローイングを例にとり、好適な本実施例について説明を行う。
動画像は、医用画像診断装置1により得られ、これを2に示す画像表示部により表示する。医用画像診断装置として、例えば超音波診断装置、CT装置、mRI装置などが挙げられる。入力装置3において、動画像中の領域抽出希望箇所を指示する。抽出希望領域の指示には、例えば動画像を一旦静止して、入力装置3からその位置Aをマウスカーソルなどにより直接指示する方法と、画像表示された全輝度値から任意に定めた輝度値以上(以下)の輝度をもつ領域を全部指示するなどの間接的な指示の方法がある。このように決定された抽出領域座標は、制御部7に格納される。

領域抽出法としてリージョングローイングを例にとるが、入力装置3を介し、制御部7により変更は可能である。ここで、リージョングローイングについて図2を用いて具体的に説明する。まず、入力手段3を用いて、画像表示部2に表示されている画像に関心領域(ROI)を設定する。これら関心領域の大きさや向き(角度)は、操作者が任意に変更することができる。矩形や楕円形で関心領域を設定する代わりに、画像表示部2にはあらかじめ太実線で囲まれた領域のみが表示されるようにしておき、太実線領域内を関心領域としてもよい。この関心領域は、領域抽出する対象を含む領域で、被検体の診断部位について血流速度を検出するためのものであり、B像上で例えば頚動脈血管と考えられる箇所に設定される。

そして、領域抽出部4は、設定された関心領域内の1点を基準点11(x，y)として設定し、領域内の画素値の幅を認識させるため閾値、或いはその幅の設定を行う。例えば、画像表示部2に表示される基準点の画素値「n」に対し幅「m」と設定する(n、mは任意の整数)。したがって閾値幅は「n±m」で与えられ、下限閾値は「n−m」、上限閾値は「n＋m」となる。制御部7は基準点11の周囲の画素を検索し、閾値の範囲内の画素値をもつ領域をつないでいく。最終的に基準点11を含み閾値の範囲内の画素値をもつ領域９が得られる。

本実施形態では、このリージョングローイングを用い、領域抽出部4にて、先に指示された基準点11(x，y)の周辺にて、対象領域の領域抽出が行われる。この領域抽出では、画像輝度値を用いるため、画像表示部2から、画像輝度情報が領域抽出部4に伝達される。また、領域抽出の際に必要なパラメータ(閾値等)、本実施形態では閾値幅が計算又は入力装置3から入力され、基準点11を決定したフレーム10において領域抽出が行われる。

また、抽出希望領域の選択方法としては、希望領域を実際に指示する方法、もしくは、抽出希望領域に特有なパラメータを事前に登録する方法などがある。前者は、マウスカーソルでの直接指示などであり、後者は例えば、診断画面の輝度値のみを用いた領域抽出法においては、診断画面内における相対的な輝度値の記入などがある。具体的には、画面内全ピクセルの輝度値をヒストグラム表示してなるグラフにおいて、任意に決定した輝度より大きな値を持つ領域を自動的に抽出するなどである。

以上の作業において、抽出希望領域の選択が行われ、次に領域を抽出するために用いる様々な手法のパラメータ設定について考える。輝度値を用いた抽出方法では、抽出希望領域の選択点周辺の輝度値のヒストグラムから、大きく輝度値が変わる値までを抽出する。ただし、このようにして求められた抽出領域は、必ずしも診断者の判断と一致をみないため、パラメータは本装置使用者が任意に変更できる構成が必要である。上記作業において、動画像中に、任意に定められた１フレームにおける希望領域の抽出が行われる。

領域抽出部4にて得られた領域抽出データは、領域面積又は短軸及び長軸幅を計測する場合、抽出領域計測部5へと送られ、計測結果を画面表示部2へ送られる。この抽出領域9の面積は、領域抽出部4で画素の領域面積すなわち画素数を計算して求められ、短軸及び長軸幅は、求められた領域抽出データの短軸及び長軸に該当する画素数を計算して求められる。

領域面積又は短軸及び長軸幅を計測しない場合、領域抽出データは、そのまま画像表示部2へ送られる。そして、入力装置3を介して抽出された領域の表示形式が決定される。例えば、抽出領域9の全域を任意の色に塗り表示するか、エッジの境界のみを表示することを決定する。このエッジの境界は、例えば厚さAmmの値(Aは任意)を入力装置3において入力しておき、抽出領域9の入力装置3で入力した厚さに相当する外周を表示させる。

さらに、図2には、動画像を単位時間あたりのフレーム10に分けて表記している。四角表示しているのが医用画像診断装置1にて得られた臨床画像8であり、楕円に表記してあるのが、抽出領域9である。

この動画像は、生体信号例えば心電波形に同期させて取得し、複数周期分の動画像を医用画像診断装置内の記憶部(図示しない。)に記憶させることができる。ここでフレーム10に生体信号に対応する色を表示させる。例えば、R波に対応するフレーム10は赤色、P波に対応するフレーム10は青色に表示させるよう医用画像診断装置1に設定させておく。このように色表示させるのは、生体信号があるR波，P波といった時相では、画像8において基準点11を設定すると生体信号によって位置ずれを引き起こしてしまう可能性があるからである。したがって、予めフレーム10に色表示しておけば、これらの時相付近では、基準点11を設定しないように注意を促すことができる。なお、生体信号の起伏の激しい時相を濃い色で示し、起伏の低い時相を薄い色で表示したり、生体信号をピークポイントとして時相にしたがって徐々に輝度が変化するよう色をフレーム10に表示したりしてもよい。

ここで、図3を用いて、本実施形態における動作手順を説明する。
まず、任意のフレーム10において、抽出希望領域指示のため動画像を停止した静止画像を選択する。若しくは、動画像表示中に直接抽出希望領域を選択する(ステップ1)。
その選択したフレーム10に基準点11を設定する(ステップ2)。
選択された基準点11は、画面上にマーカーなどでその座標を表示される。この基準点を基に、領域抽出部4、入力装置3にて定められた上記で説明したリージョングローイング等の領域抽出法、パラメータにより、領域の抽出が行われる(ステップ3)。
フレーム10において、抽出に最適なパラメータ設定が行われた後、他のフレームにおいても、等しい基準点11、上記閾値を含むパラメータにより領域抽出が繰り返される(ステップ4)。

次に、図4に領域抽出が行われている動画像から、フレーム毎の面積を表示する方式を説明する。各フレームにおいて領域抽出部4により領域の抽出が行われ、その結果が抽出領域計測部5へと伝達される。動画像からリアルタイムにて領域抽出を行っている際、同時に抽出領域計測部5により、抽出面積が求められ、これの時間経過を12に示すようにグラフ化し、画像表示部2にて表示する。このグラフは、横軸−時間、縦軸−面積として、時間に対する面積の変化を表示するものであり、抽出領域の面積の変化を観察することができる。

例えば、頚動脈血管を抽出領域として設定すれば、ドプラ信号と面積の変化から頚動脈血管の血流の流入量或いは流出量を計測することができる。また、最大面積と最小面積の差分値を計算することにより、血管の硬化度を計測することができる。抽出領域計測部5には、グラフ12にて表示される分の画像を蓄える記憶部(図示しない。)が備えられている。

グラフ12から、入力装置3で任意に決定されたフレーム13(例えば、面積最大値)にて、抽出領域計測部5により、指定フレームにて抽出された領域の長軸／短軸などの様々な計測が行われる。この計測には、前述の抽出領域計測部5にある、記憶部内データを用いて行われる。なお、長軸／短軸計測は、領域抽出を行う全フレームに対して行ってもよい。全フレームに対して領域抽出を行った場合、抽出領域計測部5にてフレーム間の長軸／短軸の差分相関演算を行い、硬化度を求めてもよい。そして、この求めた硬化度は、画像表示部2に表示させる。

また、各フレームにおいて抽出された面積は、動画像表示と同時にグラフにして表示されるものとする。さらに、本グラフから任意に選ばれたフレームにおいて、長／短軸など、様々な計測を行い、これを別途表示してもよい。

ここで、上記の実施形態では、基準点11が、抽出を行う前フレームにおいて抽出希望領域内に収まった例である。本発明の医用画像診断装置では、リアルタイム動画像に対する領域抽出を行うことを特徴としているため、以下の作業が必要である。以下の説明は、輝度値をもとに領域抽出を行うリージョングローイングを例に行うが、本発明はこれに限ったものではない。

上記において、動画像中の任意1フレームにおける、希望領域抽出が行われる。領域抽出には、抽出希望領域の選択、抽出における最適パラメータの選択が必要である。動画像におけるリアルタイム抽出においては、抽出希望領域は空間的に連続しているため、先に定めた抽出希望領域を指示する座標は変わらず、またパラメータも変わらないとする。もしも、抽出希望領域が大きくずれた場合には、パターンマッチングなどの手法にて、指示点の変動を追尾し抽出希望領域を見失わないようにする。

さらに、パラメータにおいても、一般的に連続するフレーム間においては大きな変動がないが、先の抽出希望領域を指示する座標の輝度値と、前述決定した動画像内の1フレームにおいて決定されたパラメータとから、各フレームにおいて最適と思われるパラメータを決定しても良い。

図5に示すように、領域抽出中に、あるフレームにおいて抽出希望領域が大きくその位置を変え、最初に指示した基準点11が、抽出希望領域からはみ出す場合が考えられる。その場合は、パターンマッチングなどの手法にて、抽出形状と基準点11の相対位置、輝度差を認識させ、常に抽出希望領域基準点11の位置を把握し、次のフレームに対して基準点を設定して領域抽出を行う。また、先に定めた領域抽出のためのパラメータも、各フレームの境界位置をパターンマッチングなどにより、常に抽出希望領域基準点11と、その相対位置、輝度差などを把握し、領域抽出のためのパラメータ決定に反映させても良い。

また、フレーム10においてリージョングローイングで領域が抽出された抽出領域9を楕円形で近似させ、その楕円形の長軸と短軸の交点を求め、その交点を次のフレームの基準点11としてもよい。このように、基準点11を抽出希望領域の常に中心付近に設定することにより、フレーム間で抽出領域が多少ずれても基準点11が抽出希望領域から外れることが少なくなる。また、抽出領域9の重心を求め、それを基準点11として設定してもよい。この基準点設定の選択(長軸と短軸の交点、抽出領域重心)は入力装置3で行うことができる。

他の実施形態として、2次元アレイ探触子(図示しない。)を用いた超音波診断装置(リアルタイム)や、マルチスライスCT，mRIを用いれば、図6に示されるように、3次元画像の3次元領域を抽出することができ、また体積の変化も観察することができる。

具体的には、領域抽出部4は、3次元画像の関心領域内の1点を基準点22(x，y，z)として設定し、領域内の画素値の幅を認識させるため閾値、或いはその幅の設定を行う。例えば、画像表示部2に表示される基準点の画素値「n’」に対し幅「m’」と設定する(n’，m’は任意の整数)。したがって閾値幅は「n’±m’」で与えられ、下限閾値は「n’−m’」、上限閾値は「n’＋m’」となる。制御部7は基準点22の周囲の画素を検索し、閾値の範囲内の画素値をもつ領域を3次元画像内でつないでいく。最終的に基準点22を含み閾値の範囲内の画素値をもつ3次元領域21が得られる。

そして、この3次元抽出領域9の体積は、領域抽出部4で画素の領域体積すなわち画素数を計算して求められ、その求めた体積をグラフ(図示しない。)で画像表示部2に表示させることもできる。このグラフは、横軸−時間、縦軸−体積として、時間に対する体積の変化を表示するものであり、抽出領域の体積の変化を観察することができる。ドプラ信号と体積の変化から血管、心臓の血流の流入量或いは流出量を計測することができる。また、最大体積と最小体積の差分値を計算することにより、血管の硬化度、又は狭窄率を計測することができる。抽出領域計測部5には、グラフにて表示される分の画像を蓄える記憶部(図示しない。)が備えられている。

以上、輝度の変化から領域を抽出するリージョングローイングを参考に説明をしたが、領域抽出法は本手法に限らず、その他スネークなどを用いても同様の結果を得ることができる。さらに、領域抽出には、得られた動画像から行うに留まらず、画像を構成する波形データ(生データ)により行っても良い。

本実施形態の領域抽出装置を備えた医用画像診断装置を示す図。本実施形態のフレームにおける領域抽出座標指示を示す図。本実施形態の動作手順を示す図。本実施形態の動画像の領域抽出と面積表示グラフを示す図。本実施形態のフレーム間での抽出座標のマッチングを示す図。本実施形態のフレームにおける体積抽出を示す図。

符号の説明

１医用画像診断装置
２画像表示部
３入力装置
４領域抽出部
５抽出領域計測部
７制御部
８診断画像
９抽出領域
１０フレーム
１１基準点
１２抽出領域面積グラフ
２０ 3次元画像
２１抽出3次元領域
２２基準点
２３フレーム

Claims

被検体より得られた画像を静止画像、或いは動画像で表示する表示装置を備えた医用画像診断装置において、
前記動画像のフレームに基準点を設定させ、前記基準点より輝度情報を用いて前記動画像上に領域を抽出させる領域抽出手段を備えることを特徴とする医用画像診断装置。
前記抽出した領域の面積或いは体積、又は前記抽出した領域の短軸及び長軸幅を計測する抽出領域計測手段を備えることを特徴とする請求項１記載の医用画像診断装置。
前記計測した面積或いは体積の推移を示すグラフを画面に表示させることを特徴とする請求項２記載の医用画像診断装置。
前記フレームの基準点の位置情報を次のフレームの基準点の位置として設定することを特徴とする請求項１記載の医用画像診断装置。