JP2009207899A - 超音波映像を処理する超音波システム及び方法 - Google Patents

超音波映像を処理する超音波システム及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、超音波システムに関し、多数の関心客体のボリュームを正確に測定することを目的とする。
【解決手段】超音波信号を対象体に送信して反射される超音波信号から受信信号を形成する。受信信号に基づいて対象体の多数の関心客体に関する情報を含むボリュームデータを形成する。ユーザからボリュームデータで基準断面を選択するための選択情報とボリュームデータで基準断面に垂直な多数のスライス断面情報の入力を受ける。基準断面上で関心客体に該当する基準断面客体の輪郭を検出し、その輪郭と複数のスライス断面のそれぞれが会う点をシードポイントとする。シードポイントに基づいて各スライスで多数の関心客体それぞれに該当するスライス断面客体の輪郭を検出し、基準断面客体の輪郭及びスライス断面客体の輪郭に基づいて多数の関心客体それぞれのボリュームを算出する。
【選択図】図1

Description

本発明は、超音波映像を処理する超音波システム及び方法に係り、特に、医療分野における応用に適した超音波システム及び方法に関する。
超音波システムは、無侵襲及び非破壊特性を有しており、対象体内部の情報を得るための医療分野に広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要なく、内部組織の高解像度の映像をリアルタイムで医者に提供することができるので、医療分野に非常に重要なものとして用いられている。
一般に、超音波システムは超音波信号を送受信するために圧電(piezoelectric)物質で形成される変換素子(transducer element)を含むプローブを備える。変換素子は電気的に刺激されて人体に伝えられる超音波信号を形成し、形成された超音波信号を対象体に送信する。対象体に送信された超音波信号は不連続的な対象体組織の境界で反射し、対象体組織の境界から変換素子に伝達されるエコー信号は電気的信号に変換される。
一方、超音波システムはプローブから出力される信号に基づいて対象体の特定部位のボリュームを測定する機能を提供している。超音波システムは、まず任意の基準断面に該当する対象体の2D映像を形成してディスプレイし、ユーザにより基準断面に垂直な多数のスライス断面と、各スライス断面に対するシードポイント(seed point)が設定されれば、設定された多数のスライス断面とシードポイントに基づいて特定部位のボリュームを測定する。
特開2007−181706号公報 特開2007−313311号公報
しかし、従来の超音波システムは計算の簡単化のために全てのスライス断面ごとに同一の位置になり得る各スライス断面の中央に1つのシードポイントのみ入力を受けることができる。これによって、1つのシードポイントだけでは対象体の特定部位の輪郭を検出するのに誤差が発生する可能性が高く、特定部位のボリュームを正確に測定することができない問題がある。
また、従来の超音波システムは1つの特定部位についてのみボリュームを測定することができる。このため、多数の特定部位のボリュームを同時に測定することができず、新たな特定部位のボリュームを測定する度にユーザから各スライス断面にシードポイントの入力を受けなければならない問題がある。
本発明は、対象体でボリュームを測定しようとする多数の関心客体の輪郭を検出するための2つのシードポイントを自動で設定し、設定されたシードポイントを用いて多数の関心客体の輪郭を正確に検出して各関心客体のボリュームを正確に測定する超音波システム及び方法を提供する。
前記の課題を解決するために、本発明による超音波システムは、超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波信号を受信して受信信号を形成するように作動する送受信部と、前記受信信号に基づいて前記対象体の多数の関心客体に関する情報を含むボリュームデータを形成するように作動するボリュームデータ形成部と、ユーザから前記ボリュームデータで基準断面を選択するための基準断面の選択情報と前記ボリュームデータで前記基準断面に垂直な多数のスライス断面情報の入力を受けるように作動するインターフェース部と、前記基準断面上で前記関心客体に該当する基準断面客体の輪郭を検出し、前記検出された輪郭と前記複数のスライス断面とのそれぞれが会う点をシードポイントとして設定し、前記検出されたシードポイントに基づいて各スライスで前記多数の関心客体それぞれに該当するスライス断面客体の輪郭を検出し、前記基準断面客体の輪郭及び前記スライス断面客体の輪郭に基づいて前記多数の関心客体それぞれのボリュームを算出するように作動する映像処理部を備える。
また、本発明による、送受信部、ボリュームデータ形成部、インターフェース部、映像処理部及びディスプレイ部を含む超音波システムの超音波映像処理方法であって、
a)送受信部で、超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波信号を受信して受信信号を形成する段階と、
b)前記ボリュームデータ形成部で、前記受信信号に基づいて前記対象体の多数の関心客体に関する情報を含むボリュームデータを形成する段階と、
c)前記インターフェース部で、ユーザから基準断面の選択情報の入力を受ける段階と、
d)前記映像処理部で、前記基準断面選択情報に基づいて、前記ボリュームデータから前記基準断面に該当するデータを用いて基準断面映像を形成して前記ディスプレイ部を通じてディスプレイする段階と、
e)前記インターフェース部で、前記基準断面映像に多数の関心客体に対する輪郭を設定する輪郭設定情報及び前記基準断面に垂直な多数のスライス断面に関するスライス断面情報の入力を受ける段階と、
f)前記映像処理部で、前記基準断面情報に基づいて前記基準断面映像で前記多数の関心客体それぞれに該当する基準断面客体を設定する段階と、
g)前記映像処理部で、前記輪郭情報に基づいて前記基準断面客体の輪郭を検出する段階と、
h)前記映像処理部で、前記スライス断面情報に基づいて前記多数のスライス断面それぞれに該当するスライス断面映像を形成する段階と、
i)前記映像処理部で、前記各スライス断面映像で前記多数の関心客体それぞれに該当するスライス断面客体を設定する段階と、
j)前記映像処理部で、前記輪郭情報及び前記スライス断面情報に基づいて前記各スライス断面映像で前記関心客体のシードポイントを検出し、前記検出されたシードポイントに基づいて前記スライス断面客体の輪郭を検出する段階と、
k)前記映像処理部で、前記基準断面客体の輪郭及び前記スライス断面客体の輪郭に基づいて前記多数の関心客体それぞれのボリュームを算出する段階とを備える。
本発明によれば、基準断面の映像で多数の基準断面客体の輪郭と基準断面の映像に設定された多数のスライス断面に基づいて各スライス断面に対するシードポイントを自動で、そして正確に検出することができ、各スライス断面のスライス断面客体の輪郭を正確に検出することができ、多数の関心客体のボリュームをより正確に測定することができる。
また、本発明によれば多数の基準断面客体の輪郭と多数のスライス断面客体の輪郭に基づいて多数の関心客体の3次元映像を提供することができる。
本発明の実施例による超音波システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例によるボリュームデータを示す例示図である。 本発明の一実施例による輪郭情報に基づいて基準断面の映像に多数の基準断面客体の輪郭を設定した例を示す例示図である。 本発明の実施例による映像処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例による基準断面映像に設定されたスライス断面及びシードポイント(seed point)を示す例示図である。 本発明の実施例によってスライス断面の映像でシードポイントと中点を用いて輪郭を検出する例を示す例示図である。 本発明の他の実施例による輪郭情報に基づいて基準断面の映像に第1の基準断面客体の輪郭と第1の基準断面客体内の第2の基準断面客体の輪郭を設定した例を示す例示図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1は、本発明の実施例による超音波システム100の構成を示すブロック図である。送受信部110は、超音波信号を対象体に送信して対象体から反射される超音波信号を受信して受信信号を形成する。本実施例で送受信部110は超音波信号を送受信するための多数の変換素子を含むプローブ(図示せず)、超音波信号の送信集束及び受信集束を行うためのビームフォーマ(図示せず)を備えることができる。
ボリュームデータ形成部120は送受信部110から受信信号の入力を受けて対象体内の臓器、病変などの多数の関心客体の情報を含むボリュームデータを形成する。
インターフェース部130はユーザのインストラクションの入力を受ける。本実施例でユーザインストラクションは2D映像を形成する基準断面に関する選択情報、2D映像に多数の関心客体の輪郭を設定する輪郭設定情報及び2D映像にスライス断面を設定するスライス断面情報を含む。また、インターフェース部130は情報の入力のためにディスプレイ部を備えたり、後述するディスプレイ部160と統合されることができる。基準断面、輪郭及びスライス断面は次の通り定義する。
(1)基準断面は図2に示した通りボリュームデータ形成部120により形成されたボリュームデータ210でA断面、B断面及びC断面になり得る。基準断面は各断面で所定距離離隔された断面を備えることができる。
(2)輪郭は、基準断面に該当する2D映像(以下、基準断面映像という)でボリュームを測定しようとする関心客体を残りの客体と区分するためのものである。一例として、図3に示した通り輪郭311、312、313は基準断面映像310で関心客体(以下、基準断面客体という)321、322、323を他の客体324と区分させるためのものである。
(3)スライス断面は、基準断面に垂直な断面である。例えば、図2で基準断面がA断面の場合、スライス断面はB断面と水平な断面(B断面も含まれる)またはC断面と水平な断面(C断面も含まれる)である。また、スライス断面設定情報は図5に示した通り、基準断面映像310の両端に設定された基準スライス断面412、414設定情報と2つの基準スライス断面412、414との間に設定されるスライス断面の個数情報を含む。基準スライス断面の位置とスライス断面の個数情報は情報処理時間及び関心客体のボリューム計算のエラーを決定するので、ユーザの経験により適切に設定される。
格納部140は、ボリュームデータ形成部120により形成されたボリュームデータを格納する。一方、格納部140は関心客体の輪郭を自動で設定するために予め設定された輪郭情報を格納することができる。輪郭情報は人体臓器などの関心客体の形状に関し予め収集しておいた情報であって、基準断面映像で輪郭情報と類似の形状を関心客体として認識して輪郭を自動で設定することができるようになるものである。
映像処理部150は、インターフェース部130からの基準断面情報に基づいて基準断面映像で多数の関心客体それぞれに該当する基準断面客体を設定する。映像処理部150は、インターフェース部130からの輪郭情報に基づいて基準断面客体の輪郭を検出する。映像処理部150は、インターフェース部130からのスライス断面情報に基づいて多数のスライス断面それぞれに該当する2D映像(以下、スライス断面映像という)を形成する。映像処理部150は各スライス断面映像で多数の関心客体それぞれに該当するスライス断面の客体(以下、スライス断面客体という)を設定し、輪郭情報及びスライス断面情報に基づいて各スライス断面映像で関心客体のシードポイントを検出し、検出されたシードポイントに基づいてスライス断面客体の輪郭を検出し、基準断面客体の輪郭及びスライス断面客体の輪郭に基づいて多数の関心客体それぞれのボリュームを算出する。
図4は、本発明の実施例による映像処理部150の構成を示すブロック図である。基準断面映像形成部151は、インターフェース部130から基準断面選択情報が入力されれば、格納部140に格納されたボリュームデータから基準断面に該当するデータを読み出し、読み出されたデータに基づいて基準断面映像を形成する。この時、基準断面映像はディスプレイ部160を通じてディスプレイされる。
輪郭設定部152はインターフェース部130から輪郭設定情報が入力されれば、入力された輪郭設定情報に基づいて図3に示した通り基準断面映像210に各基準断面客体321、322、323の輪郭311、312、313を設定する。一方、輪郭設定部152は、インターフェース部130から予め設定された時間の間輪郭設定情報が入力されなければ、格納部140に格納された予め設定された輪郭情報に基づいて基準断面映像210に輪郭を設定する。
スライス断面設定部153は、インターフェース部130からスライス断面設定情報が入力されれば、入力されたスライス断面設定情報に基づいて基準断面映像210にスライス断面を設定する。本実施例でスライス断面設定部153は、図5に示した通り入力されたスライス断面設定情報の基準スライス断面情報に基づいて第1及び第2の基準スライス断面412、414を基準断面映像210に設定する。スライス断面設定部153は、入力されたスライス断面設定情報のスライス断面個数情報(例えば、スライス断面個数=4)に基づいて、第1の基準スライス断面412と第2のスライス断面414との間に4つのスライス断面421、422、423、424を設定する。この時、スライス断面421〜424は、第1の基準スライス断面412と第2の基準スライス断面414との間に同一の間隔で離隔される。
シードポイント検出部154は、基準断面映像210に設定された基準断面客体の輪郭に基づいて各スライス断面に対して関心客体の輪郭を自動で検出するためのシードポイントを検出する。本実施例でシードポイント検出部154は、図5に示した通り各スライス断面と各基準断面客体の輪郭が会う2つの点を検出し、検出された2つの点を各基準断面客体321、322、323に該当するシードポイント321a及び321b、322a及び322b、323a及び323bとして設定する。
スライス断面映像形成部155は、基準断面映像210に設定されたスライス断面412、414、421〜424に基づいて格納部140に格納されたボリュームデータから各スライス断面に該当するデータを抽出し、抽出されたデータに基づいて各スライス断面に該当するスライス断面映像を形成する。この時、スライス断面映像は、ディスプレイ部160を通じてディスプレイされ得る。
輪郭検出部156は、各スライス断面のシードポイントに基づいて各スライス断面のスライス断面映像でスライス断面客体の輪郭を検出する。図6を参照すれば、輪郭検出部156はスライス断面412に設定された2つのシードポイント321a、321bに基づいて中点510を設定する。輪郭検出部156は、設定された中点510を基準に放射方向にスライス断面客体の輪郭になる確率が高い地点、即ち、エッジ530を検出する。本実施例では2つのシードポイントにより定められる範囲内521及び522でスライス断面客体のエッジ530を決定する。ここでエッジ検出方法は従来知られた方法を用いることができるので、詳細な説明は省略する。輪郭検出部156は検出されたエッジ530を連結することによってスライス断面客体の輪郭を設定する。輪郭検出部156は前述した手続を経て全てのスライス断面412、414、421〜424に対するスライス断面客体の輪郭を設定する。
追加スライス断面処理部157は、2つの基準スライス断面412、414間に仮想の追加スライス断面を設定し、線形補間法(linear interpolation)を用いて隣接したスライス断面に対するスライス断面客体の輪郭に基づいて各追加スライス断面に対するスライス断面客体の輪郭を検出する。本実施例で追加スライス断面処理部157は、図5に示した通りスライス断面412とスライス断面421との間に追加スライス断面431を設定する。追加スライス断面処理部157は、スライス断面412に対するスライス断面客体の輪郭とスライス断面421に対するスライス断面客体の輪郭を線形補間法に適用して追加スライス断面431に対するスライス断面客体の輪郭を検出する。追加スライス断面処理部157は、前述した手続を経て追加スライス断面432〜435を設定し、追加スライス断面432〜435に対するスライス断面客体の輪郭を検出する。
ボリューム測定部158は、多数の関心客体に対して基準断面客体の輪郭に基づいて基準断面客体の広さを算出し、スライス断面客体に基づいて各スライス断面のスライス断面客体の広さを算出する。ここで、輪郭を用いた広さ算出方法は従来知られた方法を用いることができるので、詳細な説明は省略する。ボリューム測定部158は、基準断面客体の広さとスライス断面客体の広さに基づいて各関心客体のボリュームを算出する。この時、算出されたボリューム値は、ディスプレイ部160を通じてディスプレイされ得る。
一方、映像処理部150は、基準断面映像に該当する基準断面客体の輪郭及び各スライス断面映像に該当するスライス断面客体の輪郭に基づいて各関心客体の3次元映像を形成する。この時、映像処理部150は、多数の関心客体に該当する3D映像を同時にディスプレイ部160を通じてディスプレイする場合に重畳する部分が発生するので、3D映像の位置に応じて透明処理のための加重値を相違に加え、互いに異なる透明度を有する3D映像を形成することもできる。
本発明が望ましい実施例を通じて説明されて例示されたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項及び範疇を逸脱せず、様々な変形及び変更することが十分にできるものである。
一例として、輪郭は図3に示した通り基準断面映像で各客体を設定するための輪郭311、312、313を含むものと説明したが、それだけに極限されず、当業者であれば輪郭が図7に示されたように基準断面映像で第1の基準断面客体351を他の客体と区分させるための第1の輪郭361と第1の基準断面客体351内の第2の基準断面客体352を設定するための第2の輪郭362を含むことができることを十分に理解するはずである。
110 送受信部
120 ボリュームデータ形成部
130 インターフェース部
140 格納部
150 映像処理部
160 ディスプレイ部
151 基準断面映像形成部
152 輪郭設定部
153 スライス断面設定部
154 シードポイント検出部
155 スライス断面映像形成部
156 輪郭検出部
157 追加スライス断面処理部
158 ボリューム測定部

Claims (10)

  1. 超音波システムであって、
    超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波信号を受信して受信信号を形成するように作動する送受信部と、
    前記受信信号に基づいて前記対象体の多数の関心客体に関する情報を含むボリュームデータを形成するように作動するボリュームデータ形成部と、
    ユーザから前記ボリュームデータで基準断面を選択するための基準断面の選択情報と前記ボリュームデータで前記基準断面に垂直な多数のスライス断面情報の入力を受けるように作動するインターフェース部と、
    前記基準断面上で前記関心客体に該当する基準断面客体の輪郭を検出し、前記検出された輪郭と前記複数のスライス断面とのそれぞれが会う点をシードポイントとして設定し、前記検出されたシードポイントに基づいて各スライスで前記多数の関心客体それぞれに該当するスライス断面客体の輪郭を検出し、前記基準断面客体の輪郭及び前記スライス断面客体の輪郭に基づいて前記多数の関心客体それぞれのボリュームを算出するように作動する映像処理部を備えることを特徴とする超音波システム。
  2. 前記映像処理部は、前記各基準断面客体の輪郭及び前記各スライス断面客体の輪郭に基づいて前記多数の関心客体それぞれの3次元映像を形成するようにさらに作動することを特徴とする請求項1に記載の超音波システム。
  3. 前記映像処理部は、
    前記基準断面選択情報に基づいて基準断面映像を形成するように作動する基準断面映像形成部と、
    前記基準断面映像に前記各基準断面客体の輪郭を設定するように作動する輪郭設定部と、
    前記スライス断面設定情報に基づいて前記基準断面映像に多数のスライス断面を設定するように作動するスライス設定部と、
    前記各スライス断面に基づいて前記各スライス断面に該当するスライス断面映像を形成するように作動するスライス断面映像形成部と、
    前記基準断面映像に設定された前記各基準断面客体の輪郭に基づいて前記各スライス断面映像に対する前記各スライス断面客体の輪郭を検出するためのシードポイントを検出するように作動するシードポイント検出部と、
    前記シードポイントに基づいて前記各スライス断面映像で前記各スライス断面客体の輪郭を検出するように作動する輪郭検出部と、
    前記各基準断面客体の輪郭に基づいて前記各基準断面客体の広さを算出し、前記各スライス断面客体に基づいて前記各スライス断面客体の広さを算出し、前記各基準断面客体の広さ及び前記各スライス断面客体の広さに基づいて前記各関心客体のボリュームを算出するように作動するボリューム算出部と
    を備えることを特徴とする請求項2に記載の超音波システム。
  4. 前記輪郭検出部は、前記各スライス断面に設定された2つのシードポイントの中点を検出し、前記中点を基準に放射線方向に前記各スライス断面客体のエッジを検出し、前記検出されたエッジを連結して前記各スライス断面客体の輪郭を形成するように作動することを特徴とする請求項3に記載の超音波システム。
  5. 送受信部、ボリュームデータ形成部、インターフェース部、映像処理部及びディスプレイ部を含む超音波システムの超音波映像処理方法であって、
    a)送受信部で、超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波信号を受信して受信信号を形成する段階と、
    b)前記ボリュームデータ形成部で、前記受信信号に基づいて前記対象体の多数の関心客体に関する情報を含むボリュームデータを形成する段階と、
    c)前記インターフェース部で、ユーザから基準断面の選択情報の入力を受ける段階と、
    d)前記映像処理部で、前記基準断面選択情報に基づいて、前記ボリュームデータから前記基準断面に該当するデータを用いて基準断面映像を形成して前記ディスプレイ部を通じてディスプレイする段階と、
    e)前記インターフェース部で、前記基準断面映像に多数の関心客体に対する輪郭を設定する輪郭設定情報及び前記基準断面に垂直な多数のスライス断面に関するスライス断面情報の入力を受ける段階と、
    f)前記映像処理部で、前記基準断面情報に基づいて前記基準断面映像で前記多数の関心客体それぞれに該当する基準断面客体を設定する段階と、
    g)前記映像処理部で、前記輪郭情報に基づいて前記基準断面客体の輪郭を検出する段階と、
    h)前記映像処理部で、前記スライス断面情報に基づいて前記多数のスライス断面それぞれに該当するスライス断面映像を形成する段階と、
    i)前記映像処理部で、前記各スライス断面映像で前記多数の関心客体それぞれに該当するスライス断面客体を設定する段階と、
    j)前記映像処理部で、前記輪郭情報及び前記スライス断面情報に基づいて前記各スライス断面映像で前記関心客体のシードポイントを検出し、前記検出されたシードポイントに基づいて前記スライス断面客体の輪郭を検出する段階と、
    k)前記映像処理部で、前記基準断面客体の輪郭及び前記スライス断面客体の輪郭に基づいて前記多数の関心客体それぞれのボリュームを算出する段階と
    を備えることを特徴とする超音波映像処理方法。
  6. 前記映像処理部で前記各基準断面客体の輪郭及び前記各スライス断面客体の輪郭に基づいて前記多数の関心客体それぞれの3次元映像を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の超音波映像処理方法。
  7. 前記段階h)の以前に
    前記映像処理部で、前記スライス断面設定情報に基づいて前記基準断面映像に多数のスライス断面を設定する段階を備えることを特徴とする請求項6に記載の超音波映像処理方法。
  8. 前記段階j)は、
    前記各基準断面客体の輪郭と前記各スライス断面が会う点を検出する段階と、
    前記検出された点を前記各スライス断面のシードポイントとして設定する段階と、
    前記各基準断面客体の輪郭及び前記シードポイントに基づいて前記各スライス断面のスライス断面映像で前記各スライス断面客体の輪郭を検出する段階と
    を備えることを特徴とする請求項7に記載の超音波映像処理方法。
  9. 前記段階j)は、
    前記各スライス断面に設定された2つのシードポイントの中点を検出する段階と、
    前記中点を基準に放射線方向に前記各スライス断面客体のエッジを検出する段階と、
    前記検出されたエッジを連結して前記各スライス断面客体の輪郭を形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項8に記載の超音波映像処理方法。
  10. 前記段階k)は、
    前記各基準断面客体の輪郭に基づいて前記各基準断面客体の広さを算出する段階と、
    前記各スライス断面客体に基づいて前記各スライス断面客体の広さを算出する段階と、
    前記各基準断面客体の広さ及び前記各スライス断面客体の広さに基づいて前記各関心客体のボリュームを算出する段階と
    を備えることを特徴とする請求項9に記載の超音波映像処理方法。
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