JP2011036667A - 血管ラベリングを行う超音波システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、血管ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を自動に行う超音波システムおよび方法に関する。
【解決手段】本発明における超音波システムは、血管を含む対象体に超音波信号を送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して前記対象体に対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、前記超音波データを用いてボリュームデータを形成するボリュームデータ形成部と、前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成し、少なくとも１つのセグメンテーション（Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）された血管を含む少なくとも１つのセグメンテーションされた映像を提供するために前記３次元超音波映像に対して血管セグメンテーションを行い、前記少なくとも１つのセグメンテーションされた血管から少なくとも１つの血管分岐点を検出し、前記検出された少なくとも１つの血管分岐点に基づいて前記少なくとも１つのセグメンテーションされた映像に血管ラベリングを行うプロセッサとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波システムに関し、特に血管ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を自動に行う超音波システムおよび方法に関する。

超音波システムは、無侵襲およ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に医療分野で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がなく、対象体の内部組織を高解像度の映像で医師に提供できるので、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。

３次元の超音波映像を用いた超音波システムは、２次元超音波映像では提供することができない空間情報や解剖学的な形態情報を提供してくれる。即ち、この超音波システム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（即ち、超音波エコー信号）を用いてボリュームデータを形成し、その形成されたボリュームデータをレンダリングして３次元超音波映像を形成する。

一方、超音波システムは、３次元超音波映像にセグメンテーション（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を行い、３次元超音波映像で関心物体（例えば血管）のみを抽出できる。しかし、セグメンテーションの後に残っている血管の構造が複雑な場合、セグメンテーションの後に残っている複数の血管から特定血管を識別するのに困難があるだけでなく、血管連結点（または分岐点）の位置を把握するのに困難がある。

特表２００７−５１２８６２号公報 特開１９９５−１７８０８６号公報

本発明の課題は、３次元超音波映像に対して血管のセグメンテーションを行い、セグメンテーションされた血管にラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を自動に行う超音波システムおよび方法を提供することにある。

本発明における超音波システムは、血管を含む対象体に超音波信号を送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して前記対象体に対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、前記超音波データを用いてボリュームデータを形成するボリュームデータ形成部と、前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成し、少なくとも１つのセグメンテーション（Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）された血管を含む少なくとも１つのセグメンテーションされた映像を提供するために前記３次元超音波映像に対して血管セグメンテーションを行い、前記少なくとも１つのセグメンテーションされた血管から少なくとも１つの血管分岐点を検出し、前記検出された少なくとも１つの血管分岐点に基づいて前記少なくとも１つのセグメンテーションされた映像に血管ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を行うプロセッサとを備える。

また、本発明における血管ラベリング方法は、ａ）血管を含む対象体に対する超音波データを取得する段階と、ｂ）前記超音波データを用いてボリュームデータを形成する段階と、ｃ）前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成する段階と、ｄ）少なくとも１つのセグメンテーションされた血管を含む少なくとも１つのセグメンテーションされた映像を提供するために前記３次元超音波映像に対して血管セグメンテーションを行う段階と、ｅ）前記少なくとも１つのセグメンテーションされた血管から少なくとも１つの血管分岐点を検出する段階と、ｆ）前記検出された少なくとも１つの血管分岐点に基づいて前記少なくとも１つのセグメンテーションされた映像に血管ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を行う段階と
を備える。

本発明は、３次元超音波映像を用いて血管のセグメンテーションを正確に行うことができ、血管ごとに自動にラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を行うことができる。したがって、本発明は、血管をツリー形態で表現でき、各血管の太さ、長さ、血流などの臨床的情報を容易に取得でき、明示的に血管の関係を容易に把握できる。

本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例におけるプロセッサの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における複数のスライスおよび血管境界を示す例示図である。 本発明の実施例によって隣接するスライス間に血管境界の位置差を示す例示図である。 本発明の実施例における血管セグメンテーションの例を示す例示図である。 本発明の実施例によってラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）された血管の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、本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。超音波システム１００は、超音波データ取得部１１０、ボリュームデータ形成部１２０、プロセッサ１３０、ディスプレイ部１４０および制御部１５０を備える。

超音波データ取得部１１０は、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波信号（すなわち、超音波エコー信号）を受信して超音波データを取得する。

図２は、本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。超音波データ取得部１１０は、送信信号形成部１１１、複数の変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）（図示せず）を含む超音波プローブ１１２、ビームフォーマ１１３および超音波データ形成部１１４を備える。

送信信号形成部１１１は、変換素子の位置および集束点を考慮して各変換素子に印加する送信信号を形成する。本実施例で、送信信号は、複数のフレームのそれぞれを得るための送信信号を含む。

超音波プローブ１１２は、送信信号形成部１１１から送信信号が提供されると、送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号を形成する。受信信号は、アナログ信号である。

ビームフォーマ１１３は、超音波プローブ１１２から受信信号が提供されると、受信信号をアナログデジタル変換してデジタル信号を形成する。また、ビームフォーマ１１３は、変換素子の位置および集束点を考慮してデジタル信号を受信集束させて受信集束信号を形成する。

超音波データ形成部１１４は、ビームフォーマ１１３から受信集束信号が提供されると、受信集束信号を用いて超音波データを形成する。超音波データは、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）データまたはＩＱ（ｉｎ−ｐｈａｓｅ／ｑｕａｒｄｒａｔｕｒｅ）データを含む。

再び、図１を参照すると、ボリュームデータ形成部１２０は、超音波データ取得部１１０から提供される超音波データを用いてボリュームデータを形成する。ボリュームデータは、複数のフレームからなり、明るさ値を有する複数のボクセル（ｖｏｘｅｌ）（図示せず）を含む。

プロセッサ１３０は、ボリュームデータ形成部１２０から提供されるボリュームデータを用いて対象体内の血管を含む３次元超音波映像を形成し、３次元超音波映像を用いて血管のセグメンテーション（ｓｅｇｍｅｔａｔｉｏｎ）を行い、血管ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を行う。

図３は、本発明の実施例におけるプロセッサの構成を示すブロック図である。プロセッサ１３０は、映像形成部３１０、境界検出部３２０、スライス設定部３３０、セグメンテーション部３４０およびラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）部３５０を備える。

映像形成部３１０は、ボリュームデータ形成部１２０から提供されるボリュームデータにレンダリングを行って３次元超音波映像を形成する。レンダリングは、レイキャスティング（ｒａｙ−ｃａｓｔｉｎｇ）レンダリング、表面レンダリングなどを含む。

境界検出部３２０は、映像形成部３１０から提供される３次元超音波映像に境界検出を行って血管の境界を検出する。境界は、ソーベル（Ｓｏｂｅｌ）マスク、プレウィット（Ｐｒｅｗｉｔｔ）マスク、ロバート（Ｒｏｂｅｒｔ）マスク、キャニー（Ｃａｎｎｙ）マスクなどのような境界マスク（ｅｄｇｅ ｍａｓｋ）を用いて検出することができる。また、境界は、構造テンソル（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｅｎｓｏｒ）を用いた固有値（ｅｉｇｅｎ ｖａｌｕｅ）の差を用いて検出することができる。

スライス設定部３３０は、図４に示すように複数のスライスＳ_１〜Ｓ_ｎを境界検出された３次元超音波映像に設定する。本実施例で、複数のスライスは、複数のフレームに対応するスライスであってもよい。

セグメンテーション部３４０は、互いに隣接したスライス間の血管の整列程度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）に基づいて血管のセグメンテーションを行う。一実施例で、セグメンテーション部３４０は、血管の境界を用いて隣接するスライス間に血管位置を比較して血管のセグメンテーションを行う。図４〜図６を参照してセグメンテーション部３４０の動作を説明すると次の通りである。

セグメンテーション部３４０は、第１のスライスＳ_１を分析して第１のスライスＳ_１で血管境界ＶＥ_１１、ＶＥ_１２を検出する。セグメンテーション部３４０は、第２のスライスＳ_２を分析して第２のスライスＳ_２で血管境界ＶＥ_２１、ＶＥ_２２を検出する。

セグメンテーション部３４０は、図５に示すように隣接するスライス、即ち、第１のスライスＳ_１と第２のスライスＳ_２との間に血管境界の位置差を検出する。即ち、セグメンテーション部３４０は、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１との間の位置差と第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２２との間の位置差を検出する。また、セグメンテーション部３４０は、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１との間の位置差と第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２２との間の位置差を検出する。

セグメンテーション部３４０は、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１との間の位置差および第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２と第２のスライスＳ２の血管境界ＶＥ_２２との間の位置差が予め定められたしきい値の以下であり、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２２との間の位置差および第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１との間の位置差が予め定められたしきい値を超えるものと判断されると、第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１と第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１を連結して、第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２２と第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２を連結する。

セグメンテーション部３４０は、第３のスライスＳ_３および第４のスライスＳ_４に対しても前述したように行う。

セグメンテーション部３４０は、第５のスライスＳ_５を分析して第５のスライスＳ_５で血管境界ＶＥ_５を検出する。セグメンテーション部３４０は、隣接するスライス、即ち第４のスライスＳ_４と第５のスライスＳ_５との間に血管境界の位置差を検出する。セグメンテーション部３４０は、第４のスライスＳ_４の血管境界ＶＥ_４１と第５のスライスＳ_５の血管境界ＶＥ_５との間の位置差および第４のスライスＳ_４の血管境界ＶＥ_４２と第５のスライスＳ_５の血管境界ＶＥ_５との間の位置差が予め定められたしきい値の以下であると判断されると、第５のスライスＳ_５の血管境界ＶＥ_５と第４のスライスＳ_４の血管境界ＶＥ_４１、ＶＥ_４２を連結する。

セグメンテーション部３４０は、第６のスライスＳ_６を分析して第６のスライスＳ_６で血管境界ＶＥ_６を検出する。セグメンテーション部３４０は、隣接するスライス、即ち第５のスライスＳ_５と第６のスライスＳ_６との間に血管境界の位置差を検出する。セグメンテーション部３４０は、第５のスライスＳ_５の血管境界ＶＥ_５と第６のスライスＳ_６の血管境界ＶＥ_６との間の位置差が予め定められたしきい値の以下であると判断されると、第６のスライスＳ_６の血管境界ＶＥ_６と第５のスライスＳ_５の血管境界ＶＥ_５を連結する。

セグメンテーション部３４０は、第７〜第ｎのスライスＳ_７〜Ｓ_ｎに対しても前述したように行い、図６に示すように血管のセグメンテーションを行う。

前述した実施例では、血管境界が検出された３次元超音波映像に複数のスライスを設定して隣接するスライス間に血管位置を検出して血管セグメンテーションを行うものと説明したが、他の実施例では、公知された多様なセグメンテーション方法を用いて血管セグメンテーションを行うこともできる。

ラベリング部３５０は、各スライスの血管境界を用いてセグメンテーションされた血管で血管分岐点を検出し、検出された血管分岐点を基準に血管のラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を行う。一例として、ラベリング部３５０は、図７に示すように各スライスを分析して血管分岐点ＶＪを検出する。ここで、血管分岐点は、１個の血管が少なくとも２つの血管に分岐したり、少なくとも２つの血管が出会って（連結して）１つの血管になる分岐点を意味する。ラベリング部３５０は、血管分岐点ＶＪを基準に血管のラベリングを行う。すなわち、図７において、血管分岐点ＶＪから左上方向に分岐する血管を「１」とラベリングし、血管分岐点ＶＪから右上方向に分岐する血管を「２」とラベリングし、それらの血管が血管分岐点ＶＪで連結して下方向に延びる血管を「３」とラベリングする。図７では、血管分岐点ＶＪを基準に血管ラベリングを数字で行うものと説明したが、血管ラベリングが数字、テキストおよび色のうち少なくとも一つで行われても良い。

再び、図１を参照すると、ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１３０で形成された３次元超音波映像を表示する。また、ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１３０でセグメンテーションおよびラベリング処理された３次元超音波映像を表示する。

制御部１５０は、超音波データの取得を制御し、ボリュームデータおよび３次元超音波映像の形成を制御する。また、制御部１５０は、３次元超音波映像の映像処理、即ち、血管セグメンテーションおよび血管ラベリングを制御する。

本発明は望ましい実施例によって説明および例示をしたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項および範疇を逸脱することなく様々な変形および変更が可能である。

１００ 超音波システム
１１０ 超音波データ取得部
１２０ ボリュームデータ形成部
１３０ プロセッサ
１４０ ディスプレイ部
１５０ 制御部
１１１ 送信信号形成部
１１２ 超音波プローブ
１１３ ビームフォーマ
１１４ 超音波データ形成部
３１０ 映像形成部
３２０ 境界検出部
３３０ スライス設定部
３４０ セグメンテーション部
３５０ ラベリング部

Claims (6)

1. 血管を含む対象体に超音波信号を送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して前記対象体に対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、
   前記超音波データを用いてボリュームデータを形成するボリュームデータ形成部と、
   前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成し、少なくとも１つのセグメンテーション（Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）された血管を含む少なくとも１つのセグメンテーションされた映像を提供するために前記３次元超音波映像に対して血管セグメンテーションを行い、前記少なくとも１つのセグメンテーションされた血管から少なくとも１つの血管分岐点を検出し、前記検出された少なくとも１つの血管分岐点に基づいて前記少なくとも１つのセグメンテーションされた映像に血管ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を行うプロセッサと
   を備えることを特徴とする超音波システム。
2. 前記プロセッサは、
   前記３次元超音波映像に境界検出を行って前記血管の境界を検出する境界検出部と、
   前記境界検出された３次元超音波映像に複数のスライスを設定するスライス設定部と、
   前記複数のスライスのうち互いに隣接するスライス間で前記血管の前記境界の位置の差を検出し、前記位置差に基づいて前記血管に前記セグメンテーションを行うセグメンテーション部と
   を備え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. 前記プロセッサは、数字、テキスト及び色のうちなくとも１つを用いて前記少なくとも１つのセグメンテーションされた映像に前記血管ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を行うラベリング部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
4. ａ）血管を含む対象体に対する超音波データを取得する段階と、
   ｂ）前記超音波データを用いてボリュームデータを形成する段階と、
   ｃ）前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成する段階と、
   ｄ）少なくとも１つのセグメンテーションされた血管を含む少なくとも１つのセグメンテーションされた映像を提供するために、前記３次元超音波映像に対して血管セグメンテーションを行う段階と、
   ｅ）前記少なくとも１つのセグメンテーションされた血管から少なくとも１つの血管分岐点を検出する段階と、
   ｆ）前記検出された少なくとも１つの血管分岐点に基づいて前記少なくとも１つのセグメンテーションされた映像に血管ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を行う段階と
   を備えることを特徴とする血管ラベリング方法。
5. 前記段階ｄ）は、
   前記３次元超音波映像に境界検出を行って前記血管の境界を検出する段階と、
   前記境界検出された３次元超音波映像に複数のスライスを設定する段階と、
   前記複数のスライスのうち互いに隣接するスライス間で前記血管の前記境界の位置の差を検出し、前記位置差に基づいて前記血管の前記セグメンテーションを行う段階と
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の血管ラベリング方法。
6. 前記段階ｆ）は、
   数字、テキスト及び色のうちなくとも１つを用いて前記少なくとも１つのセグメンテーションされた映像に前記血管ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）を行う段階と
   をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の血管ラベリング方法。

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