JP2007117344A

JP2007117344A - 超音波診断装置及び超音波画像処理方法

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Publication number: JP2007117344A
Application number: JP2005312603A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yoda; 俊治与田
Original assignee: Aloka System Engineering Co Ltd
Current assignee: Aloka System Engineering Co Ltd
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP4528247B2

Abstract

【課題】左室内腔輪郭を精度良くトレースできるようにする。
【解決手段】ユーザーによって僧帽弁の両側に第１基底点ａ及び第２基底点ｂが指定され、また心尖部に頂点ｃが指定される。それらによって定義されるラインＲａ，Ｒｃ，Ｒｂ上の各位置において探索ラインが設定され、各探索ライン上において心腔輪郭を表す探索点が検出される。複数の探索点に基づいてトレース処理を実行することにより第１基底点ａから第２基底点ｂまでの半ループ形状をもったトレースラインを生成できる。僧帽弁が存在する領域においてはトレース処理が行われず、２つの基底点ａ，ｂが直線ラインで結ばれる。
【選択図】図８

Description

本発明は超音波診断装置及び超音波画像処理方法に関し、特に、左室内腔輪郭に沿ったトレースラインを自動的に生成する技術に関する。

超音波診断装置は、超音波画像処理によって心臓の評価や疾病診断を行うための各種の計測機能を有する。その一例として、左室内腔の面積演算機能がある。左室内腔の面積を求めれば、それを基礎として左室内腔の体積を近似的に演算でき、拡張末期の体積と収縮末期の体積の差分として１心拍当たりの駆出量を求めることができる。

左室内腔の面積を演算するためには、超音波画像（特に左室長軸断面を表す画像）上において、左室内腔輪郭を閉ループとしてトレースする必要がある。それをすべて手作業で行うと非常に煩雑であり、また計測の再現性、客観性を高めることができない。そこで、様々なオートトレース法が提案されている。例えば、特許文献１の実施例に記載されているように、左室の中心に基準点を設定し、その基準点から放射状に複数の探索ラインを設定し、各探索ライン上でエッジ検出を行う手法が知られている。その手法によれば、各探索ライン上で検出されたエッジつまり輪郭点を相互に連結するあるいは補間ラインを形成する処理を行うことにより、トレースラインを求めることができる。問題となるのは、激しく運動している僧帽弁である。特に僧帽弁が開いた状態においてはその部位において輪郭点の抽出を適切に行えなくなる。

特開平１１−２２１２１０号公報

以上のように、左室内腔輪郭のオートトレースにおいては、僧帽弁部位における輪郭点の探索エラーを如何に回避するのかが問題となるが、超音波画像上において、僧帽弁部位を自動的に認識、特定することは一般に難しい。

本発明の目的は、僧帽弁部位における探索エラーの問題を回避しつつ、客観的で精度よく左室内腔輪郭を抽出できるようにすることにある。

本発明の他の目的は、左室内腔輪郭の形態に応じて適応的に適切な探索条件を設定できるようにすることにある。

（１）本発明は、左室内腔断面を含む対象画像上において、左室内腔輪郭上における僧帽弁両側に存在する２つの窪み部位に第１及び第２基底点を設定し、左室内腔輪郭上における心尖部位に頂点を設定する手段と、前記左室内腔輪郭上における前記第１基底点から前記頂点を経由して前記第２基底点に至る輪郭部分を半ループ状のトレースラインとして求めるトレース実行手段と、前記第１基底点と前記第２基底点との結ぶ基底ラインを求める基底ライン生成手段と、前記半ループ状のトレースラインと前記基底ラインとからなる全ループラインを表示する手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、上記の３点が設定されると、３点を基準として自動トレースを行うべき経路が特定される。つまり、僧帽弁領域を自動トレースを行う対象から除外できる。自動トレースによって、第１基底点から頂点を経由した第２基底点までの輪郭部分がトレースラインとして抽出される。そのトレースラインは半ループ状（あるいはＵ字形）の形態を有する。一方、第１基底点と第２基底点との間が直線（あるいは曲線）で結ばれ、これによって基底ラインが生成される。基底ラインは２つの基底点を基準として幾何学的に設定されるため画像内容に影響されない。トレースラインと基底ラインとで左室内腔輪郭を表す全ループラインが構成され、それが表示される。その場合、望ましくは断層画像上に全ループラインがグラフィックイメージとして合成表示される。

上記構成において、望ましくは、ポインティングデバイスを用いてユーザーが断層画像上の座標を指定することによって上記の３点が指定、入力される。第１基底点及び第２基底点はそれらの間にある僧帽弁領域を特定する上で重要な指標となる。頂点は、第１及び第２基底点と相俟って左室内腔輪郭についての大凡の形態あるいは骨格を認識する上で、あるいは、第１及び第２基底点から見ていずれの側が自動トレース処理の対象であるのかを認識する上で、重要な指標となる。４点以上の点数をユーザー指定させることも可能であるが、ユーザーの負担を考えれば基本的に３点だけを指定させるのが望ましい。３点を直接的にユーザー指定させるのではなく、何らかの手法を用いて３点が特定されるようにしてもよい。左室内腔輪郭を抽出する場合、以下に詳述するような方法で複数の探索ラインを設定するのが望ましいが、基準点から放射状に複数の探索ラインを設定する手法等の他の公知手法を利用することも可能である。

（２）本発明は、左室内腔断面を含む対象画像上において、左室内腔輪郭上における僧帽弁両側に存在する２つの窪み部位に第１及び第２基底点を設定し、左室内腔輪郭上における心尖部位に頂点を設定する手段と、前記第１及び第２基底点と前記頂点とを結んで形成される三角形の内部に基準点を設定する基準点設定手段と、前記基準点を経由しつつ前記頂点と前記第１基底点とを結ぶ経路を第１探索開始ラインとして設定し、前記基準点を経由しつつ前記頂点と前記第２基底点とを結ぶ経路を第２探索開始ラインとして設定する開始ライン設定手段と、前記第１探索開始ライン上の各位置から前記左室内腔の一方側領域を横切る探索ラインを設定し、前記第２探索開始ライン上の各位置から前記左室内腔の他方側領域を横切る探索ラインを設定し、各探索ライン上で輪郭点を探索する探索手段と、前記探索手段によって求められた輪郭点列に基づいて前記第１基底点から前記頂点を経由して前記第２基底点に至る半ループ状のトレースラインを求めるトレース実行手段と、前記第１基底点と前記第２基底点とを結ぶ基底ラインを求める基底ライン生成手段と、前記半ループ状のトレースラインと前記基底ラインとからなる全ループラインを表示する手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、例えばユーザー指定によって３点が指定されると、左室内腔輪郭に内接する三角形あるいはその骨格線を自動的に定義することが可能となる。その際、３点に基づいて基準点が演算される。その場合に、基準点は三角形の重心であってもよいが、他の条件に基づいて自動的に定められてもよい。基準点と第１及び第２基底点とによって囲まれる三角形の領域（僧帽弁を含む）は輪郭抽出の対象から除外される。よって、基準点はそのような除外目的を満たすものであればよい。基準点と上記３点とによって、第１探索開始ライン及び第２探索開始ラインが特定される。それらの探索開始ラインを基準として多数の探索ラインが定義され、各探索ライン上において輪郭検出処理が実行される。これにより得られた、半ループ状に並ぶ輪郭点列に基づいてループラインが生成される。これと併せて、第１基底点と第２基底点との結ぶ基底ラインが自動的に生成される。ループラインと基底ラインとを結合させて全ループラインが構成される。

よって、上記構成によれば、探索エラーが生じやすい僧帽弁領域を探索範囲から除外して、その領域については代替的に基底ラインが生成される。また、三角形の各斜辺から探索が開始されるのではなく、その骨格線に相当する探索開始ライン上から、つまり三角形の中から、探索を開始できるので、例えば、三角形の内部に心壁がくい込んでいるような場合でも、探索を適正に行うことができる。第１探索開始ラインと第２探索開始ラインは幾何学的に見れば基準点から頂点までの経路において互いに重複するが、一方側探索用か他方側探索用かという点で技術的意義が相違する。

望ましくは、前記第１及び第２基底点と前記頂点とに基づいて、前記左室内腔輪郭を包含する関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記対象画像から前記関心領域の画像部分を切り出す画像抽出手段と、前記画像部分を二値化処理する二値化処理手段と、を含み、前記探索手段は、前記二値化処理後の画像部分を用いて前記複数の輪郭点を探索する。この構成によれば３点を基礎として関心領域が設定される。この関心領域は画像切り出し領域を構成する。断層画像全体を処理対象とすると、左房、右室といった他の組織による影響が生じやすいが、関心領域だけを処理対象とすれば、そのような問題を回避できる。特に、３点から関心領域を自動設定できるのでユーザーの負担は生じない。なお、画像の切り出し時又はその前に二値化処理を行うようにしてもよい。

望ましくは、前記二値化処理に先立って、前記対象画像における参照領域内の画素値を参照することによりヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラムに基づいて前記二値化処理のための閾値を演算する閾値演算手段と、を含む。ヒストグラムを基礎として閾値を適応的に設定すれば、より精度の高い輪郭検出を行える。参照領域は、上記の関心領域と異なる領域であってもよいし、上記の関心領域と同じ領域であってもよい。

望ましくは、前記参照領域が複数の部分参照領域に区分され、各部分参照領域ごとに前記閾値が求められる。この構成によれば、よりきめ細かく閾値を設定して輪郭抽出精度を高められる。

望ましくは、前記閾値演算手段は、前記ヒストグラムに基づいて、複数の閾値からなる閾値セットを演算し、前記二値化処理では、前記閾値セットに対応した複数の二値化画像が形成され、前記複数の二値化画像のそれぞれについて探索点列が探索され、これにより複数のトレースラインが形成され、前記複数のトレースラインの中から表示するトレースラインを選択する手段が設けられる。この構成によれば、予め複数のトレースラインを生成しておいて、それらを瞬時に切り換えて表示できる。断層画像を背景としてトレースラインを表示すれば、実際の組織形状を確認しつつ、最適なトレースラインを選び出すことが容易となる。

望ましくは、前記各トレースラインは、前記第１基底点と前記頂点との間における第１トレースライン部分と、前記頂点と前記第２基底点との間における第２トレースライン部分と、で構成され、前記複数の第１トレースライン部分の中から表示する第１トレースライン部分を選択でき、且つ、前記複数の第２トレースライン分の中から表示する第２トレースライン部分を選択できる。この構成によれば、左室長軸の両側においてそれぞれ独立して最適なトレースラインを選択できる。例えば、乳頭筋によって膨らんでいる部分を除外するのか取り込むのか、取り込む場合にどの程度取り込むのか、を容易に設定できる。

望ましくは、前記探索手段は、表示座標系に即して、前記第１探索開始ライン上から設定される複数の探索ラインの方向と、前記第２探索開始ライン上から設定される複数の探索ラインの方向と、を独立して設定する。この構成によれば、状況に応じて適当な方向から輪郭探索を行える。表示座標系の水平方向あるいは垂直方向に沿って探索を行えるようにすれば演算負荷を低減できる。

望ましくは、前記探索手段は、前記第１探索開始ラインから複数の探索ラインを設定する場合に、前記第１基底点と前記頂点とを結ぶ第１斜辺の角度に基づいて、各探索ラインの方向として表示座標系上における垂直方向又は水平方向を選択的に設定し、且つ、前記第２探索開始ラインから複数の探索ラインを設定する場合に、前記第２基底点と前記頂点とを結ぶ第２斜辺の角度に基づいて、各探索ラインの方向として表示座標系上における垂直方向又は水平方向を選択的に設定する。この構成によれば、各斜辺の傾きは、ある程度、左室内腔輪郭が流れる方向を指標するものであるため、その傾きを参照すれば、探索方向を水平方向とすればよいのか垂直方向とすればよいのかを判断することが可能となる。

望ましくは、前記トレース実行手段は、前記輪郭点列に基づいて輪郭突出部分を認識し、前記輪郭突出部分を除外する処理を実行する。この構成によれば、面積演算において誤差要因となる部分を除外してトレースラインを描ける。

（３）本発明に係る方法は、左室内腔断面を含む対象画像上において、左室内腔輪郭に対して僧帽弁両側部位と心尖部位とを結ぶ骨格線を定義する工程と、前記骨格線によって区分される３つの領域の内で、僧帽弁が存在する領域を探索除外領域としつつ、他の２つの領域を探索領域とし、２つの探索領域において左室内腔輪郭を抽出する処理を実行する工程と、前記２つの探索領域における左室内腔輪郭の抽出処理の結果として得られる半ループ状のトレースライン及び前記僧帽弁両側部位を結ぶ直線ラインを結合して全ループラインを生成する工程と、を含むことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、僧帽弁部位における探索エラーの問題を回避しつつ、客観的で精度よく左室内腔輪郭を抽出できる。あるいは、本発明によれば、左室内腔輪郭の形態に応じて適応的に適切な探索条件を設定できる。

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。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。図１に示される超音波診断装置は心臓における左室の面積及び体積を演算する機能を有する。

プローブ１０は、超音波を送受波する超音波探触子であり、プローブ１０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。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的に走査される。これによって走査面が形成される。電子走査方式としては電子リニア走査や電子セクタ走査などをあげることができるが、本実施形態においては電子セクタ走査方式が採用されている。プローブ１０内にいわゆる２Ｄアレイ振動子を設け、生体内の三次元領域を計測することも可能である。

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は複数の振動素子に対して所定の遅延関係をもって複数の送信信号を供給する。また、プローブ１０内における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１２において処理され、具体的には、複数の受信信号に対して整相加算処理を実行することにより、整相加算後の受信信号（エコーデータ）が得られている。その受信信号は信号処理部１４へ出力される。

信号処理部１４は、Ｂモード画像（二次元断層画像）を形成するために必要な信号処理、例えば、検波、ノイズ除去、対数圧縮等の処理を実行する。その処理後の受信信号はデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１８へ出力される。

本実施形態においては、信号処理部１４とＤＳＣ１８との間にシネメモリ１６が設けられている。このシネメモリ１６は、各ビーム方位上において得られた受信信号を座標変換前において格納する大容量記憶部として構成されている。シネメモリ１６をＤＳＣ１８の後段に設けることも可能である。後に説明するトレース処理の実行にあたっては、本実施形態では、シネメモリ１６上に格納されたいずれかの時相のフレームデータが読み出され、それに基づいて形成される断層画像に対してトレース処理が実行されている。

ＤＳＣ１８は、座標変換機能、補間処理機能などを具備している。受信信号に対してそれらの処理を実行することにより、Ｂモード画像としての二次元断層画像が形成される。その画像データはトレース処理部２２及び表示処理部２０へ出力されている。表示処理部２０は、断層画像の画像データとトレース処理部２２から出力されるグラフィック画像のデータとを合成し、その合成画像を表示部２４へ出力する処理を実行する。

トレース処理部２２は、二次元断層画像に対して後に詳述するトレース処理を実行することにより、左室内腔輪郭を表す閉じたループラインを生成している。ループラインを含むグラフィック画像の画像データは上述のように、表示処理部２０へ出力されている。

制御部２６は図１に示される各構成の動作制御を行っている。制御部２６は操作パネル２８が接続されており、ユーザーは、操作パネル２８を利用して動作モードの選択や動作条件の設定を行うことが可能である。また操作パネル２８には後に説明するようにトレースラインセットの中から所望のトレースラインを選択するためのつまみなどが設けられている。また、ユーザーは操作パネル２８におけるキーボードあるいはトラックボールなどを利用して左室内腔輪郭上に後に説明する複数の点を指定することが可能である。制御部２６はデータ演算機能も具備しており、例えば左室内腔についての面積及び体積を演算し、その演算結果を数値あるいはグラフとして表示処理部２０へ出力する。ちなみに、心臓における拡張末期の左室体積と収縮末期の左室体積とから左室についての新機能として駆出率を求めることが可能である。

なお、図１に示すブロック図においてはドプラ信号処理を行う回路構成については図示省略されている。

次に、図２を用いて本実施形態に係るトレース処理について詳述する。図２にはフローチャートが示されている。

まず、Ｓ１０１においては、ユーザーによって指定された時相におけるＢモード画像が表示される。この場合におけるＢモード画像は、図３に示されるような左室についての長軸断面画像である。図３において、符号３０は、Ｂモード画像を表しており、符号３２が左室内腔を表している。左室と左房との間には僧帽弁３４が存在している。また符号３８は心尖部を表している。

図２におけるＳ１０２においては、ユーザーによって操作パネルを用いて断層画像上に所定の３点が指定される。すなわち、図３に示されるように左室内腔３２の輪郭上において、僧帽弁３４の両側に存在する弁輪部付近３６，３７に第１基底点ａと第２基底点ｂとが設定され、更に、心尖部３８に頂点ｃが設定される。第１基底点ａは左室内腔３２の輪郭上において、僧帽弁３４の左側における窪んだ部位上（望ましくは最も落ち込んだ位置）に設定されており、これと同様に、第２基底点ｂは僧帽弁３４の右側に存在する窪んだ部位上（望ましくは最も落ち込んだ位置）に設定されている。これらの３点ａ，ｂ，ｃを指定することにより、左室内腔３２の大まかな形態を認識することが可能となり、特に、僧帽弁３４を含む一部領域を自動トレースの対象から除外することが可能となる。

図２におけるＳ１０３においては、Ｓ１０２において設定された３点に基づいて関心領域（ＲＯＩ）が自動的に設定され、また３点によって形成される三角形の重心が演算される。これについて図４を用いて詳述する。

図４には、上述した第１基底点ａ、第２基底点ｂ及び頂点ｃが示されている。Ｘは表示座標系における水平座標を表しており、Ｙは表示座標系における垂直座標を表している。３点ａ，ｂ，ｃのＸ座標及びＹ座標のそれぞれについて最大値及び最小値が特定される。これによって、符号４１で示されるように、長方形の領域を定義することが可能である。この長方形の領域４１は後に説明するヒストグラムを作成するための参照領域である。３点で指定される三角形（破線）は領域４１に内接する。

本実施形態においては、領域４１における各辺を基準として関心領域（ＲＯＩ）４０を設定することができる。このＲＯＩ４０はＢモード画像から対象画像を切り出すための領域である。領域４１に対するオフセット情報を利用して、ＲＯＩ４０を定義することができ、具体的には、領域４１の上辺４２を基準としてＲＯＩ４０の上辺４４を設定することができ、領域４１の左辺４６を基準としてＲＯＩ４０の左辺４８を定義することができ、領域４１における右辺５０を基準としてＲＯＩ４０の右辺５２を定義することができ、領域４１における下辺５４を基準としてＲＯＩ４０における下辺５６を定義することができる。それぞれのオフセット量についてはあらかじめ設定することができ、あるいはユーザーによって可変設定することができる。

一方、３点ａ，ｂ，ｃによって定義される三角形の内部に重心点ｇが演算される。この重心点ｇは僧帽弁が存在する領域５８を定義するなどの技術的意義を有するものであるが
必ずしも重心点ｇではなく他の何らかの基準点を利用するようにしてもよい。第１基底点ａと重心点ｇとを結ぶラインがＲａで表されており、第２基底点ｂと重心点ｇとを結ぶラインがＲｂで表されており、頂点ｃと重心点ｇとを結ぶラインがＲｃで表されている。後に説明するように、ラインＲａとラインＲｃとを合わせたものが第１探索開始ラインとして機能し、ラインＲｃとラインＲｂとを合わせたラインが第２探索開始ラインとして機能する。

図４において、Ａ，Ｂは三角形の２つの斜辺を示しており、斜辺ＡがＸ軸となす角度がθ_Aで表されており、斜辺ＢがＸ軸となす角度がθ_Bで表されている。それぞれの斜辺の角度を基準として後に説明する探索ラインの方向が決定される。符号５８は３点ａ，ｂ，ｇで囲まれる三角形の一部領域を表しており、これは僧帽弁が存在する領域に相当する。また３点ａ，ｇ，ｃで定義される三角形の領域が符号６０で表されており、同様に、３点ｂ，ｃ，ｇで定義される三角形が符号６２で示されている。本実施形態においては、上述した第１探索開始ライン上及び第２探索開始ライン上における各位置を探索開始点としているため、領域６０，６２内に左室内腔の輪郭が部分的にくい込んだとしても適正に輪郭検出を行えるという利点がある。

図４に示されるように、３点ａ，ｂ，ｃをユーザー指定することにより装置側が左室内腔の基本形あるいは骨格を認識することが可能であり、そのような基本形あるいは骨格を基準として僧帽弁が存在する範囲を除外しつつ、それ以外の領域に対して適正に輪郭検出を行えるという利点がある。

Ｓ１０４においては、図４に示した領域４１内の画像データを用いてヒストグラムが作成される。ただし、他の領域内の画像データを用いてヒストグラムを作成するようにしてもよく、例えば図４に示したＲＯＩ４０内の画像データを用いてヒストグラムを作成するようにしてもよいし、またＢモード画像全体をヒストグラム作成の対象としてもよい。図５には作成されたヒストグラムの一例が符号６４によって示されている。

図２におけるＳ１０５では、ヒストグラムに基づいて二値化処理を行う場合における基準となる閾値ｋが演算される。これを図５を用いて説明する。本実施形態においてはヒストグラム６４におけるピーク６６がまず特定される。そのピーク６６のレベルから出現頻度が５０％（０．５）になるレベルが特定され（符号６８参照）、そのレベルに例えば１．５を乗算したレベルとして閾値ｋが自動的に演算されている（符号７０参照）。もちろん、これは一例であって、ヒストグラムを基礎として心腔と心筋とを弁別する望ましい閾値を設定できる限りにおいて各種の手法を利用することができる。例えばその閾値ｋを固定値とすることも可能であり、その場合においては必ずしもヒストグラムを作成する必要はない。

本実施形態においては、上記のＳ１０５においては、以上のように求められた閾値ｋを中心閾値として利用しており、それを基準として上下に１又は複数の他の閾値も同時に演算されている。それが図６に示されている。この例では、中心閾値ｋの上側に一定ピッチで閾値ｋ＋１，ｋ＋２が設定されており、中心閾値ｋの下側に一定ピッチで閾値ｋ−１，ｋ−２が設定されている。このように閾値セットをあらかじめ求めておけば、ＲＯＩによって切り出された対象画像を二値化処理する際に、閾値セットを用いて複数の二値化画像を同時に得て、それらに対して並列的な処理を適用して複数のトレース結果を同時に得ることが可能となる。

なお、変形例としては、図７に示されるように、領域４１を上下２つの部分領域４１Ａ，４１Ｂに区分し、それぞれの部分領域４１Ａ，４１Ｂごとにヒストグラムを作成して各ヒストグラムについて閾値あるいは中心閾値を求めるようにしてもよい。また、ＲＯＩ４０を複数に分割してそれぞれについてヒストグラムを求めて上述同様に閾値を求めるようにしてもよい（符号４０Ａ及び４０Ｂ参照）。図７に示す例においては上下方向に２つの部分領域が設定されていたが、もちろん超音波ビームの深さ方向あるいは電子走査方向といった他の方向に沿って複数の部分領域を分割設定するようにしてもよい。エリアごとに閾値を切り換えれば弁別精度を高められる。

図２に戻って、Ｓ１０６〜Ｓ１１１までの工程はＳ１１３で示されるように各閾値ごとに実行される。この場合において、複数の閾値に対応する複数の二値化画像に対して並列的にトレース処理を実行するようにしてもよいし、複数の二値化画像を段階的に生成して逐次的にトレース処理を実行するようにしてもよい。

Ｓ１０６においては、ＲＯＩ４０を用いて切り出された対象画像に対して平均化処理が実行される。例えばｎ×ｎピクセルをもったフィルタが用いられ、これによって対象画像に対する平均化処理が実行される。ちなみに、このＳ１０６は複数の閾値についてそれぞれ実行させる必要はなく、対象画像に対して１回のみ実行するようにしてもよい。

Ｓ１０７においては、対象画像に対して閾値を用いて二値化処理が実行される。すなわち、心筋部位に対して画素値１が与えられ、心腔部位に対して画素値０が与えられる。これが図８に示されている。符号７２は二値化処理後の二値化画像を示しており、心筋部位には画素値として１が与えられており、心腔部位には画素値として０が与えられている。符号８２は心筋と心腔との境界である心腔輪郭を表している。ちなみに、この二値化画像７２は上述したように各閾値ごとに生成されるものである。

図２におけるＳ１０８では、各二値化画像に対してノイズ除去処理が実行される。例えば、膨張処理及び収縮処理を繰り返し適用することによって対象画像に含まれるノイズの除去が行われる。

図２におけるＳ１０９では、エッジ探索処理すなわち輪郭抽出処理が実行される。これについて図８を用いて説明する。本実施形態においては、上述したように第１探索開始ライン（ラインＲａ及びラインＲｃ）と第２探索開始ライン（ラインＲｃ及びラインＲｂ）とが用いられ、それらライン上における各位置が探索ラインの出発点となる。探索ラインの設定にあたっては、図４に示した斜辺Ａ及び斜辺Ｂの角度θ_A及びθ_Bが参照される。すなわち、それらの角度が４５度以上９０度以下の場合には各斜辺Ａ及びＢに隣接する輪郭部分も立っている状態であると認識できるので、それにできるだけ交差するように探索ラインとして水平のラインが設定される。各斜辺Ａ及びＢの角度が０度以上４５度未満の場合にはそれらの斜辺Ａ及びＢに隣接する輪郭部分が水平方向に近づいていると認められるため、探索ラインとして垂直のラインが設定される。

図８に示す例では、いずれの斜辺の角度も４５度以上９０度以下であると認められたため、左室内腔における左側部分及び右側部分のいずれの部分においても水平の探索ラインが設定されている。具体的には、まずラインＲａ上において第１基底点ａから重心点ｇに至る各位置において水平方向に向かう探索ラインが設定される。探索ラインは各画素ごとすなわちＹ方向の各座標ごとに設定される。また重心点ｇから頂点ｃへの経路としてのラインＲｃ上においても上記同様に複数の探索ラインが設定される。探索ラインを設定していく向きが符号７４及び符号７６で示される矢印によって明らかにされている。これによって、左室内腔の中心軸をなす長軸（ラインＲｃに相当する）の左側領域において多数の探索ラインが設定されることになる。

長軸の右側においても、符号７８及び符号８０で示される矢印に現れているように、頂点ｃから重心点ｇを介して第２基底点ｂに至る経路上における各位置において探索ラインが設定される。ただし、この経路においては長軸の左側に設定された探索ラインとは逆向きで各探索ラインが設定されることになる。

各探索ライン上においては、その出発点から水平方向に順次エッジ検出処理が行われており、画素値の値が０から１へ切り替わった時点をもって心腔輪郭上の点（探索点）であるとみなされる。なお、そのような点が発見されない場合には当該探索ライン上において探索点が存在しないものとみなされる。この場合においては必要に応じてエラー処理が実行され、あるいは当該探索ライン上においては後の補間処理等において探索点が埋められることになる。

図９には上記で示した態様とは別の態様が示されている。すなわち、この例では斜辺Ａの角度が４５度よりも小さく、このような場合には長軸の一方側においては探索ラインが垂直ラインとして設定される。ちなみに、長軸の他方側においては、斜辺Ｂの角度が４５度以上であるため上述した例と同様に水平ラインとして各探索ラインが設定されている。すなわち、２つの斜辺Ａ及びＢの角度を参照することによって輪郭の傾きに適合した方向で探索ラインを設定することが可能となる。なお、各二値化画像ごとに探索処理が行われるのは上述した通りである。図１０には、上記の探索処理を行って得られた複数の探索点からなる探索点列８４が示されている。

図２におけるＳ１１０においては次のＳ１１１でトレース処理を実行する前処理としていくつかの処理が実行されている。具体的には、判別処理、線形補間処理、移動平均処理、間引き処理などが実行されている。それぞれについて説明する。

図１０において、＃ｎ〜＃ｎ＋６までの７個の探索点で示されるように、当該部位はいわゆる乳頭筋に対応して左室内壁から突出した部位である。そのような部位をそのまま正確にトレースするのではなく、そのような部位を除外してトレースを行いたいような場合には、そのような部位を除外する判別処理が適用される。

本実施形態においては、第１基底点ａから第２基底点ｂにかけて、隣接する探索点間において順次判別処理が実行されている。例えば今注目している探索点が＃ｎ＋１であり、その１つ前の探索点が＃ｎである場合において、斜辺Ｂに直交する方向（符号８８参照）における２つの探索点間の距離が求められ、その距離αが所定値以上である場合には現在注目している探索点＃ｎ＋１についてそれを無効とする処理が実行される。この場合においては、＃ｎ＋１〜＃ｎ＋５までが無効化されており、すなわち探索点列８４からそれらの探索点が除外される。注目する探索点が＃ｎ＋６となった場合においては、それと対比される探索点＃ｎとの間の距離αが所定値以下となるため当該探索点＃ｎ＋６については有効と判定される。このような処理が隣接する２つの探索点間において順次実行されていくことになり、結果として、左室内腔輪郭から飛び出たあるいはへっこんだような部位が除外されていくことになる。もちろんこのような手法によらずに同様の結果が得られるのであれば他の手法を用いるようにしてもよい。例えば探索点列８４をなめらかな形状に成形する処理などを適用することも可能である。

Ｓ１１０において、線形補間処理においては上述した探索点列に対して隣接する探索点間に必要な補間点が埋められることになる。Ｓ１１０における移動平均処理においては探索点列に対して所定のウインド幅をもって移動平均処理が適用され、更に間引き処理においてはＳ１１１において補間処理によるトレースの実行に先だって探索点列から一定の比率をもって複数の探索点が間引かれる。これによって基本的な形態が浮かび上がることになる。Ｓ１１１においてはスプライン補間等の処理によりトレース処理が実行される。すなわち図１１に示されるように半ループ形状をもったトレースラインＵが生成されることになる。ここで、符号９０は上述した各処理を経た探索点列を示している。また、いずれかの段階において、第１基底点ａと第２基底点ｂとを結ぶ直線上の基底ラインＬが生成される。本実施形態においては基底ラインＬが直線ラインであるが、例えば一定の曲率あるいは動的に設定される曲率をもった円弧状のラインとして基底ラインを描くことも可能である。例えば２つの基底点ａ，ｂ間における距離をパラメータとして曲率を設定することも可能である。そのような円弧状の基底ラインは僧帽弁の輪郭をなぞるように描かれてもよい。図１１において、トレースラインＵと基底ラインＬとを結合して全ループラインＱが構成される。

上述したように、複数の閾値に対応して複数の二値化画像が生成され、それぞれの二値化画像ごとに上述した処理が適用されるため、図１２に示されるように、複数の全ループラインが生成されることになる。ここで、各トレースラインは左室の長軸Ｃを基準として２つの部分に分けられ、例えば中心閾値ｋに対応するトレースライン部分がＵＡ_k及びＵＢ_kで表されており、閾値ｋ＋１に対応するトレースライン部分がＵＡ_k+1及びＵＢ_k+1で表されており、閾値ｋ−１に対応するトレースライン部分がＵＡ_k-1及びＵＢ_k-1で表されている。

図２におけるＳ１１２においては、トレースラインを含むグラフィック画像を画像表示することができる。そのようなグラフィック画像はトレースラインと基底ラインと長軸ラインとを含むものである。この場合において、トレースラインはあらかじめ複数生成されており、ユーザーはいずれかのトレースラインを選択することが可能である。本実施形態においては、その選択にあたっては長軸の一方側及び他方側について独立してトレースライン部分の選択を行うことが可能である。例えば、図１２において、長軸の一方側において閾値ｋに対応したトレースライン部分ＵＡ_kを選択し、長軸の他方側において閾値ｋ＋１に対応したトレースライン部分ＵＢ_k+1を選択することができる。

図１３及び図１４には画像表示例が示されており、上述したＢモード画像３０と共にグラフィック画像が合成表示されている。そのグラフィック画像は全ループラインＱ１，Ｑ２と長軸ラインＣ１とを含むものである。上述したように、左室の長軸の両側において独立してループライン部分を選択できるので、図１３及び図１４の対比から明らかなように、図１４においては乳頭筋を考慮したループライン部分を画面上に表示させることも可能である。これが符号１００によって示されている。

上述したように、以上のように全ループラインが演算されかつ表示されると、その全ループラインの面積が演算され、その面積に基づいて近似的に左室内腔の体積が求められる。そして必要に応じて上述した駆出率などが演算されることになる。なお、画面上に複数のトレースラインを同時表示させることも可能である。その場合においては各トレースラインごとに色相などを異ならせるのが望ましい。複数のトレースラインを選択的に表示させる場合においては、例えば操作パネルに設けられたつまみを回転させて各トレースラインが段階的に切り替わって表示されるようにしてもよい。これによれば、所望のトレースラインを迅速に特定することができるという利点がある。

本実施形態において、あらかじめ複数の閾値が求められ、それに応じてあらかじめ複数の二値化画像が生成された上で複数のトレースラインが生成されていたため、複数のトレースラインの切換えを極めて迅速に行えるという利点がある。ただし、ユーザーによって閾値設定条件が切換えられた段階で再度トレース処理を行うことによりトレースラインの切換えを行うようにしてもよい。

本実施形態に係る超音波診断装置のブロック図である。トレース処理の一例を示すフローチャートである。Ｂモード画像を示す図である。３点に基づく各領域を示す図である。ヒストグラムの一例を示す図である。閾値セットの設定例を説明するための図である。複数の部分領域の設定を説明するための図である。探索処理を説明するための図である。垂直方向及び水平方向に設定された探索ライン群を示す図である。探索点列を示す図である。トレース実行結果を示す図である。複数のトレースラインを示す図である。グラフィック画像が合成されたＢモード画像を示す図である。グラフィック画像が合成されたＢモード画像を示す図である。

符号の説明

１０プローブ、１２送受信部、１４信号処理部、１８ＤＳＣ、２０表示処理部、２２トレース処理部、２４表示部、２６制御部、２８操作パネル。

Claims

左室内腔断面を含む対象画像上において、左室内腔輪郭上における僧帽弁両側に存在する２つの窪み部位に第１及び第２基底点を設定し、左室内腔輪郭上における心尖部位に頂点を設定する手段と、
前記左室内腔輪郭上における前記第１基底点から前記頂点を経由して前記第２基底点に至る輪郭部分を半ループ状のトレースラインとして求めるトレース実行手段と、
前記第１基底点と前記第２基底点との結ぶ基底ラインを求める基底ライン生成手段と、
前記半ループ状のトレースラインと前記基底ラインとからなる全ループラインを表示する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
左室内腔断面を含む対象画像上において、左室内腔輪郭上における僧帽弁両側に存在する２つの窪み部位に第１及び第２基底点を設定し、左室内腔輪郭上における心尖部位に頂点を設定する手段と、
前記第１及び第２基底点と前記頂点とを結んで形成される三角形の内部に基準点を設定する基準点設定手段と、
前記基準点を経由しつつ前記頂点と前記第１基底点とを結ぶ経路を第１探索開始ラインとして設定し、前記基準点を経由しつつ前記頂点と前記第２基底点とを結ぶ経路を第２探索開始ラインとして設定する開始ライン設定手段と、
前記第１探索開始ライン上の各位置から前記左室内腔の一方側領域を横切る探索ラインを設定し、前記第２探索開始ライン上の各位置から前記左室内腔の他方側領域を横切る探索ラインを設定し、各探索ライン上で輪郭点を探索する探索手段と、
前記探索手段によって求められた輪郭点列に基づいて前記第１基底点から前記頂点を経由して前記第２基底点に至る半ループ状のトレースラインを求めるトレース実行手段と、
前記第１基底点と前記第２基底点とを結ぶ基底ラインを求める基底ライン生成手段と、
前記半ループ状のトレースラインと前記基底ラインとからなる全ループラインを表示する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２記載の装置において、
前記第１及び第２基底点と前記頂点とに基づいて、前記左室内腔輪郭を包含する関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記対象画像から前記関心領域の画像部分を切り出す画像抽出手段と、
前記画像部分を二値化処理する二値化処理手段と、
を含み、
前記探索手段は、前記二値化処理後の画像部分を用いて前記複数の輪郭点を探索する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３記載の装置において、
前記二値化処理に先立って、前記対象画像における参照領域内の画素値を参照することによりヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、
前記ヒストグラムに基づいて前記二値化処理のための閾値を演算する閾値演算手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
請求項４記載の装置において、
前記参照領域が複数の部分参照領域に区分され、各部分参照領域ごとに前記閾値が求められる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項４記載の装置において、
前記閾値演算手段は、前記ヒストグラムに基づいて、複数の閾値からなる閾値セットを演算し、
前記二値化処理では、前記閾値セットに対応した複数の二値化画像が形成され、
前記複数の二値化画像のそれぞれについて探索点列が探索され、これにより複数のトレースラインが形成され、
前記複数のトレースラインの中から表示するトレースラインを選択する手段が設けられた、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項６記載の装置において、
前記各トレースラインは、前記第１基底点と前記頂点との間における第１トレースライン部分と、前記頂点と前記第２基底点との間における第２トレースライン部分と、で構成され、
前記複数の第１トレースライン部分の中から表示する第１トレースライン部分を選択でき、且つ、前記複数の第２トレースライン部分の中から表示する第２トレースライン部分を選択できる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２記載の装置において、
前記基準点は前記三角形の重心点である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２記載の装置において、
前記探索手段は、表示座標系に即して、前記第１探索開始ライン上から設定される複数の探索ラインの方向と、前記第２探索開始ライン上から設定される複数の探索ラインの方向と、を独立して設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項９記載の装置において、
前記探索手段は、前記第１探索開始ラインから複数の探索ラインを設定する場合に、前記第１基底点と前記頂点とを結ぶ第１斜辺の角度に基づいて、各探索ラインの方向として表示座標系上における垂直方向又は水平方向を選択的に設定し、且つ、前記第２探索開始ラインから複数の探索ラインを設定する場合に、前記第２基底点と前記頂点とを結ぶ第２斜辺の角度に基づいて、各探索ラインの方向として表示座標系上における垂直方向又は水平方向を選択的に設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２記載の装置において、
前記トレース実行手段は、前記輪郭点列に基づいて輪郭突出部分を認識し、前記輪郭突出部分を除外する処理を実行する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
左室内腔断面を含む対象画像上において、左室内腔輪郭に対して僧帽弁両側部位と心尖部位とを結ぶ骨格線を定義する工程と、
前記骨格線によって区分される３つの領域の内で、僧帽弁が存在する領域を探索除外領域としつつ、他の２つの領域を探索領域とし、２つの探索領域において左室内腔輪郭を抽出する処理を実行する工程と、
前記２つの探索領域における左室内腔輪郭の抽出処理の結果として得られる半ループ状のトレースライン及び前記僧帽弁両側部位を結ぶ直線ラインを結合して全ループラインを生成する工程と、
を含むことを特徴とする超音波画像処理方法。