JP2011251113A - 3次元超音波診断装置およびその操作方法 - Google Patents

3次元超音波診断装置およびその操作方法 Download PDF

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Abstract

【課題】3次元超音波診断装置およびその操作方法を提供すること。
【解決手段】3次元超音波診断装置は、人体内にある対象体をスキャンし、そこで得られた複数の映像からユーザにより入力された関心領域(ROI)の複数の側面映像を抽出する抽出部と、前記抽出された対象体の複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出するプロセッサと、その輪郭を用いて関心物体の厚さを測定するコントローラとを備える。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は人体内の対象体に設定した関心領域(ROI)の映像と関連し、前記関心領域の複数の側面映像から目的とする関心物体の輪郭を検出し、その検出された輪郭を用いて前記関心物体の厚さを自動的に測定することのできる3次元超音波診断装置およびその操作方法に関する。
超音波診断装置は、人体の体表から体内の所定部位(すなわち、胎児または臓器などの対象体)に向けて超音波信号を送信し、体内の組織から反射される超音波信号を用いて軟部組織の断層像や血流に関する情報を取得する装置である。このような超音波システムは、小型かつ低廉である、リアルタイムで表示可能である、X線などの被爆がなく、安全性が高い、などの長所を有しているため、X線診断装置、CT(Computerized Tomography)スキャナ、MRI(Magnetic Resonance Image)装置、核医学診断装置などの他の画像診断装置と共に広く用いられている。
一方、ダウン症候群の胎児を鑑別するため、超音波診断装置によって胎児の項部透明帯(NT、Nuchal Translucency)を測定する方法がある。このとき、超音波診断装置はユーザによって制御されるトラックボール(trackball)およびセット(set)ボタンの組み合せによって、調整される図形テンプレートを用いて胎児の項部透明帯の厚さを測定する。
ここで、超音波診断装置を用いて前記対象体内にある関心物体(NT)の厚さを測定するときユーザの介入は避けることができず、それによって測定の正確性が失われる。
したがって、目的とする関心物体の厚さ測定に対する一連の過程を自動化し、ユーザの介入を最小化することによって、正確な測定結果を容易に提供することのできる超音波診断装置が必要である。
本発明に係る一実施形態は、人体内の対象体に入力設定した関心領域の映像と関連し、関心領域の側面映像から関心物体の輪郭を検出し、その検出された輪郭を用いてその関心物体の厚さを自動的に測定することで、厚さの正確な測定結果を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するための3次元超音波診断装置は、人体内にある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信号を受信して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前記対象体の複数の映像を形成する映像形成部とを備える3次元超音波診断装置であって、前記人体内にある前記対象体をスキャンして得た前記複数の映像からユーザにより入力された前記対象体の関心物体の関心領域(ROI)の複数の側面映像を抽出する抽出部と、前記抽出された複数の側面映像から目的とする前記関心物体の輪郭を検出するプロセッサと、前記輪郭を用いて前記関心物体の厚さを測定するコントローラとを備える。
また、前述した目的を達成するための技術的な方法として、3次元超音波診断装置の操作方法は、対象体をスキャンして得た複数の映像からユーザにより入力された関心領域(ROI)の複数の側面映像を抽出するステップと、前記関心領域の前記複数の側面映像について、前記対象体に対する前記複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出するステップと、前記輪郭を用いて前記関心物体の厚さを測定するステップとを含む。
本発明の一実施形態によれば、人体内の対象体につき関心領域内にある複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出し、その検出された輪郭を用いて前記関心物体の厚さを自動的に測定することで、その厚さを正確に測定することができる。
本発明の一実施形態に係る3次元超音波診断装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る3次元超音波診断装置で、特定された関心物体の厚さを測定する一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る3次元超音波診断装置の操作方法を示すフローチャートである。
以下、本発明に係る実施形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明が実施形態によって制限されたり限定されることはない。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。
図1は、本発明の一実施形態に係る3次元超音波診断装置の構成を示す図である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る3次元超音波診断装置101は、抽出部103、プロセッサ105およびコントローラ107を備える。また、3次元超音波診断装置101は、図示しない、超音波データ取得部と、映像形成部と、ユーザー入力部とを備える。
超音波データ取得部は、対象体に超音波信号を送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する。
映像形成部は、超音波データ取得部が取得した超音波データを用いて、対象体の複数の映像を形成する。複数の映像は、図2に示すように、胎児の3次元超音波映像や胎児を側面から見た2次元超音波映像(3次元超音波映像を構成する複数の側面映像)を含む。
ユーザー入力部は、ユーザーからの入力情報を受信する。本実施例において、入力情報は、2次元または3次元超音波映像に関心領域(ROI)を設定する情報を含んでいる。
抽出部103は、人体内にある対象体をスキャンして得た複数の映像からユーザにより入力された関心領域(ROI)の映像を抽出する。ここで、人体内の対象体は、胎児、血管または臓器である。また、関心領域は、厚さを測定しようとする関心物体を含む領域であって、ユーザによって入力される。
例えば、抽出部103は、対象体が胎児である場合、胎児の項部透明帯(NT)を含むように入力された関心領域の映像を抽出する。
抽出部103は、この抽出された関心領域の映像に対してノイズ除去(denoising)を行って、厚さを測定する領域の映像を明瞭にする。
プロセッサ105は、関心領域の映像について、対象体に対する複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出する。このとき、プロセッサ105は複数の側面映像のそれぞれから、その輝度値(brightness intensity)が大きい値から小さい値に変化する第1輪郭と、逆に輝度値が小さい値から大きい値に変化する第2輪郭をそれぞれ検出する。すなわち、プロセッサ105は複数の側面映像から、明るい映像から暗い映像に変化する第1輪郭および暗い映像から明るい映像に変化する第2輪郭をそれぞれ検出する。これは、測定したい特定する関心物体、例えば、胎児の項部透明帯(NT)の明るさが周辺領域の明るさに比べて相対的に暗いことに起因しているためで、上述した方法で項部透明帯(NT)の境界に対する輪郭を検出することができる。
また、プロセッサ105は、複数の側面映像から検出される第1輪郭を連結することで第1の真の輪郭(true edge)を検出し、また、複数の側面映像から検出される第2輪郭を連結して第2の真の輪郭を検出する。第1および第2輪郭は曲線であってもよく、また、第1および第2の真の輪郭は側面映像に対して垂直方向に形成された曲面であってもよい。
このようにして、プロセッサ105は、複数の側面映像の複数の第1および第2輪郭に基づいて、それぞれの連結性を考慮して、第1および第2の真の輪郭を検出する。
他の一例として、プロセッサ105は、対象体が胎児である場合、関心領域の映像について、対象体に対する複数の側面映像から、選択された所定の輝度値よりも小さい輝度値を有する領域(すなわち、明るさが暗い領域)を検出し、その検出された領域を胎児の項部透明帯(NT)の領域に決定し、その項部透明帯(NT)領域の上側境界に対応する第1輪郭および下側境界に対応する第2輪郭を検出してもよい(図2参照)。このとき、プロセッサ105は、サジタルビュー(sagittal view)に対応する側面映像から検出された胎児の項部透明帯(NT)領域の第1および第2輪郭を検出することになる。
ここで、プロセッサ105は複数の側面映像から、選択された部位についての輝度値よりも小さい値を有する領域を3次元的にラベリング(labeling)し、そのラベル(label)のうち最も大きい体積を有するものを項部透明帯(NT)の領域として決める。このとき、プロセッサ105は3次元能動輪郭(Active Contour)またはレベルセット(levelset)アルゴリズムを用いて、項部透明帯(NT)領域の境界(上側、下側)を正確に検出することができる。
次に、コントローラ107は、輪郭を用いて目的とする関心物体の厚さを測定する。即ち、コントローラ107は、複数の側面映像を用いて複数の第1輪郭および複数の第2輪郭間の距離をそれぞれ測定することにより、前記関心物体の厚さを把握する。
また、コントローラ107は、複数の第1輪郭および複数の第2輪郭間の距離について平均値、標準偏差、最小距離、または最大距離のうち少なくとも1つを算出して画面に表示する。ここで、複数の第1輪郭および複数の第2輪郭間の距離のうち最大距離が算出されると、コントローラ107は、その最大距離に対応する側面映像の第1輪郭および第2輪郭の境界を表示する。例えば、コントローラ107は、最大距離に対応する側面映像の第1輪郭および第2輪郭の境界に「+」の印を表記し、最大距離の厚さを有する関心物体の位置および厚さを容易に把握できるようにする。
更に、コントローラ107は、関心物体の厚さを測定する前に、対象体に対する複数の側面映像の勾配(gradient)を用いてスキャンした対象体の映像を回転する。これにより、関心物体の厚さをより正確に測定することができる。具体的には、コントローラ107は、関心領域にある対象体に対する複数の側面映像につき、その中央部で側面映像の勾配の平均値を計算し、その平均値と水平方向(0度)の差だけ対象体の映像を回転して傾きを調整する。
本発明の一実施形態によれば、人体内にある対象体の関心領域の映像について、その対象体に対する複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出し、その検出された輪郭を用いて関心物体の厚さを自動的に測定することで、目的とする関心物体の厚さを正確に測定することができる。
図2は、本発明の一実施形態に係る3次元超音波診断装置で、映像を用いて関心物体の厚さを測定する一例を示す図である。
図2に示すように、3次元超音波診断装置は、人体内にある対象体をスキャンして胎児の項部透明帯(NT)を含む関心領域201の映像を抽出する。
即ち、3次元超音波診断装置は、関心領域の映像201に関し、対象体に対する複数の側面映像203a、203b、203cから輪郭205、207、209を検出する。このとき、3次元超音波診断装置は、明るい映像から暗い映像に変化する第1輪郭205−1、207−1、209−1および暗い映像から明るい映像に変化する第2輪郭205−2、207−2、209−2をそれぞれ検出する。
また、3次元超音波診断装置は、複数の側面映像に対する複数の第1輪郭を連結して、曲面状の第1の真の輪郭211を検出するとともに、複数の側面映像に対する複数の第2輪郭を接続して、曲面状の第2の真の輪郭213を検出する。
また、3次元超音波診断装置は、複数の側面映像203a、203b、203cにおける第1輪郭205−1、207−1、209−1および第2輪郭205−2、207−2、209−2間の距離をそれぞれ測定し、その測定された距離のうち最大距離を項部透明帯(NT)の厚さとする。
図3は、本発明の一実施形態に係る3次元超音波診断装置の操作方法を示すフローチャートである。
図3に示すように、ステップS301において、3次元超音波診断装置は人体内にある対象体をスキャンし、ユーザにより入力された関心領域(ROI)内にある対象体の映像を抽出する。ここで、関心領域は、厚さを測定するために選択された関心物体が存在する領域で、ユーザによって入力される。
例えば、3次元超音波診断装置は、対象体が胎児である場合、胎児の項部透明帯(NT)を含むように入力された関心領域内の映像を抽出する。
ステップS303において、3次元超音波診断装置は、関心領域内にある対象体の複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出する。
具体的には、3次元超音波診断装置は、複数の側面映像それぞれから、輝度値が大きい値から小さい値に変化する第1輪郭および輝度値が小さい値から大きい値に変化する第2輪郭をそれぞれ検出する。
その後、3次元超音波診断装置は、複数の側面映像に対して複数の第1輪郭を連結して曲面状の第1の真の輪郭を検出し、複数の側面映像に対して複数の第2輪郭を連結して曲面状の第2の真の輪郭を検出する。
3次元超音波診断装置は、関心領域の映像と関連して対象体に対する複数の側面映像の勾配を用いて、スキャンした対象体の映像を回転することによって、関心物体の厚さをより正確に測定する。すなわち、3次元超音波診断装置は、関心領域内にある対象体の複数の側面映像のうち、中央部に位置する側面映像の勾配の平均値を計算して、勾配の平均値と水平方向(0度)の差だけ対象体の映像を回転し、傾きを調整する。
他の一例として、3次元超音波診断装置は、対象体が胎児である場合、関心領域内にある対象体の複数の側面映像から、ある輝度値よりも小さい輝度値を有する領域(すなわち、輝度値が暗い領域)を検出し、その検出された領域を胎児の項部透明帯(NT)領域に決定し、その項部透明帯(NT)領域の上側境界に対応する第1輪郭と下側境界に対応する第2輪郭を検出してもよい。このとき、3次元超音波診断装置は、サジタルビューに対応する側面映像から検出された胎児の項部透明帯(NT)の第1および第2輪郭を検出する。
ステップS305において、3次元超音波診断装置は、前記検出された輪郭を用いて目的とする関心物体の厚さを測定する。すなわち、3次元超音波診断装置は、複数の側面映像のそれぞれに対して、第1輪郭および第2輪郭間の距離を測定して目的とする関心物体の厚さを把握することができる。
また、3次元超音波診断装置は、複数の側面映像に対する複数の第1輪郭および複数の第2輪郭間の距離について、平均値、標準偏差、最小距離、または最大距離のうち少なくとも1つを算出して画面に表示する。このとき、3次元超音波診断装置は、複数の第1輪郭および複数の第2輪郭間の距離のうち、最大距離に対応する側面映像の第1輪郭および第2輪郭を表示する。
本発明の実施形態は、多様なコンピュータにより行われるプログラム命令により実現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録される。前記コンピュータ読取可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含むこともできる。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、CD−ROM、DVDのような光記録媒体、オプティカルディスクのような磁気−光媒体、およびROM、RAM、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。
上述したように、本発明は、限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような概念から多様な修正および変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものなどによって定められなければならない。
101 3次元超音波診断装置
103 抽出部
105 プロセッサ
107 コントローラ
201 関心領域
203a〜b 側面映像
205 輪郭
205−1 第1輪郭
205−2 第2輪郭
207 輪郭
207−1 第1輪郭
207−2 第2輪郭
209 輪郭
209−1 第1輪郭
209−2 第2輪郭
211 第1の真の輪郭
213 第2の真の輪郭

Claims (16)

  1. 人体内にある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信号を受信して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前記対象体の複数の映像を形成する映像形成部とを備える3次元超音波診断装置であって、
    前記人体内にある前記対象体をスキャンして得た前記複数の映像から、ユーザにより入力された前記対象体の関心物体の関心領域(ROI)の複数の側面映像を抽出する抽出部と、
    前記抽出された複数の側面映像から前記関心物体の輪郭を検出するプロセッサと、
    前記輪郭を用いて前記関心物体の厚さを測定するコントローラと、
    を含むことを特徴とする3次元超音波診断装置。
  2. 前記対象体が胎児であり、前記関心物体が項部透明帯(NT)である場合、前記抽出部は、前記胎児の前記項部透明帯(NT)を含むように入力された前記関心領域の前記複数の側面映像を抽出することを特徴とする請求項1に記載の3次元超音波診断装置。
  3. 前記プロセッサは、前記複数の側面映像のそれぞれから、輝度値が大きい値から小さい値に変化する第1輪郭、および前記輝度値が小さい値から大きい値に変化する第2輪郭を検出することを特徴とする請求項1または2に記載の3次元超音波診断装置。
  4. 前記プロセッサは、前記複数の側面映像の複数の第1輪郭を連結して第1の真の輪郭を検出し、前記複数の側面映像の複数の第2輪郭を連結して第2の真の輪郭を検出することを特徴とする請求項3に記載の3次元超音波診断装置。
  5. 前記対象体が胎児である場合、前記プロセッサは、前記複数の側面映像において、選択された所定の輝度値よりも小さい輝度値を有する領域を検出して、該領域を前記胎児の項部透明帯(NT)領域に決定し、前記項部透明帯(NT)領域の上側境界に対応する第1輪郭および下側境界に対応する第2輪郭を検出することを特徴とする請求項1に記載の3次元超音波診断装置。
  6. 前記プロセッサは、サジタルビューに対応する前記側面映像から前記胎児の前記項部透明帯(NT)領域に対する前記第1および第2輪郭を検出することを特徴とする請求項5に記載の3次元超音波診断装置。
  7. 前記コントローラは、前記複数の側面映像に対する前記複数の第1輪郭および前記複数の第2輪郭間の距離を測定し、前記複数の前記第1輪郭および前記複数の第2輪郭間の距離に対して平均値、標準偏差、または最小距離のうち少なくとも1つを算出することを特徴とする請求項3ないし6のいずれかに記載の3次元超音波診断装置。
  8. 前記コントローラは、前記複数の第1輪郭および前記複数の第2輪郭間の最大距離を算出し、前記最大距離に対応する側面映像の第1輪郭および第2輪郭を表示することを特徴とする請求項3ないし7のいずれかに記載の3次元超音波診断装置。
  9. 対象体をスキャンして得た複数の映像につき、前記複数の映像に入力された関心領域(ROI)内にある対象体の関心物体の複数の側面映像を抽出するステップと、
    前記複数の側面映像から前記関心物体の輪郭を検出するステップと、
    前記輪郭を用いて前記関心物体の厚さを測定するステップと、
    を含むことを特徴とする3次元超音波診断装置の操作方法。
  10. 前記対象体が胎児である場合、前記関心領域の前記関心物体の前記複数の側面映像を抽出するステップは、前記胎児の項部透明帯(NT)を含むように入力された前記複数の側面映像を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項9に記載の3次元超音波診断装置の操作方法。
  11. 前記複数の側面映像から前記輪郭を検出するステップは、前記複数の側面映像のそれぞれで、輝度値が大きい値から小さい値に変化する第1輪郭、および前記輝度値が小さい値から大きい値に変化する第2輪郭を検出するステップを含むことを特徴とする請求項9または10に記載の3次元超音波診断装置の操作方法。
  12. 前記複数の側面映像から前記輪郭を検出するステップは、前記複数の側面映像に対する前記複数の第1輪郭を連結して第1の真の輪郭を検出し、前記複数の側面映像に対する前記複数の第2輪郭を連結して第2の真の輪郭を検出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の3次元超音波診断装置の操作方法。
  13. 前記複数の側面映像から前記輪郭を検出するステップは、前記対象体が胎児である場合、
    前記複数の側面映像において、選択された所定の輝度値よりも小さい輝度値を有する領域を検出し、前記検出された領域を前記胎児の項部透明帯(NT)の領域に決定するステップと、
    前記項部透明帯(NT)領域の上側境界に対応する第1輪郭および下側境界に対応する第2輪郭を検出するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項9に記載の3次元超音波診断装置の操作方法。
  14. 前記項部透明帯(NT)領域の前記上側境界に対応する前記第1輪郭および前記下側境界に対応する前記第2輪郭を検出するステップは、サジタルビューに対応する前記複数の側面映像から検出された前記胎児の前記項部透明帯(NT)領域に対する前記第1および第2輪郭を検出するステップを含むことを特徴とする請求項13に記載の3次元超音波診断装置の操作方法。
  15. 前記関心物体の厚さを測定するステップは、前記複数の側面映像に対する前記複数の第1輪郭および前記複数の第2輪郭間の距離を測定するステップを含むことを特徴とする請求項11ないし14のいずれかに記載の3次元超音波診断装置の操作方法。
  16. 前記関心物体の厚さを測定するステップは、
    前記複数の第1輪郭および前記複数の第2輪郭間の距離に対して、平均値、標準偏差、最小距離または最大距離のうち少なくとも1つを算出するステップと、
    前記複数の第1輪郭および前記複数の第2輪郭間の距離のうち前記最大距離に対応する側面映像の第1輪郭および第2輪郭の境界を表示するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項11ないし15のいずれかに記載の3次元超音波診断装置の操作方法。
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