JP2014097409A - 超音波診断装置、超音波画像処理装置、医用画像診断装置及び医用画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元トラッキングによって算出した三次元の心内外膜面位置情報等の組織位置情報から、心内膜面や心外膜面の局所面積や心内外膜間の局所体積を算出し壁運動情報として用いることで、精度の高い三次元的かつ定量的な壁運動評価を可能とする超音波診断装置を提供する。
【解決手段】各時相において診断対象となる組織を三次元的に構成する各点の位置座標情報を取得し、当該位置情報を用いて、診断対象となる組織の運動を評価するための定量値を算出し、所定の形態にて出力する。従って、三次元的なトラッキングによって取得された壁運動情報を二次元情報に変換せず、三次元的な位置座標情報を用いて運動評価のための定量値を算出しているため、より精度の高い医療情報を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、心壁運動情報等の組織運動情報を取得することができる超音波診断装置、当該超音波診断装置によって取得された組織運動情報を用いて画像処理を行う超音波診断装置、超音波画像処理装置、医用画像診断装置及び医用画像処理装置に関する。

超音波診断は、超音波プローブを体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査を行うことができる。この他、システムの規模がＸ線、ＣＴ、ＭＲＩなど他の診断機器に比べて小さく、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど簡便な診断手法であると言える。この超音波診断において用いられる超音波診断装置は、それが具備する機能の種類によって様々に異なるが、小型なものは片手で持ち運べる程度のものが開発されており、超音波診断はＸ線などのように被曝の影響がなく、産科や在宅医療等においても使用することができる。

一般に、心臓の心筋などの生体組織について、その機能を客観的かつ定量的に評価することは、その生体組織の診断にとって非常に重要である。近年、上述した超音波診断装置によって心臓の画像データを取得し、その画像データに基づく定量的な評価方法が提案されている。例えば特許文献１においては、画像のスペックルパターンを追跡することで、組織の変位や歪みなどの運動情報を求める手法が提案されている。この手法は、画像のスペックルパターンを用いてパターンマッチングを行うものであり、スペックルトラッキング（Speckle Tracking）と称されている。近年では、２次元の断層像に対するトラッキングだけでなく、三次元のボリュームデータに対する三次元トラッキングも行うことが可能となっている。具体例として心臓の心筋を評価する場合、三次元超音波診断装置を用いて心臓に対して超音波を送信することで、心時相ごとにボリュームデータを取得する。そして、三次元のスペックルトラッキングによってパターンマッチングを行うことで、内膜と外膜の変位を心時相ごとに求めることができる。そして、各心時相における内膜及び外膜の変位に基づいて、各時相における心筋の歪み（Strain）や、速度（Velocity）などを求めることができる。これらの壁運動情報を求めることで心筋の壁運動の評価を行っている。

特開２００２−０５９１６０号公報

しかしながら、従来の三次元トラッキングで求めている上記（歪み（Strain）や速度（Velocity））のような壁運動パラメータは２次元的なパラメータであり、三次元的なトラッキングによって求まった三次元の壁運動情報から２次元の情報に変換してしまっている。このため、三次元トラッキングによって算出した三次元の壁運動情報をユーザに十分に提供できていない。

本発明は、三次元トラッキングによって算出した三次元の心内外膜面位置情報等の組織位置情報から、心内膜面や心外膜面の局所面積や心内外膜間の局所体積を算出し壁運動情報として用いることで、精度の高い三次元的かつ定量的な壁運動評価を可能とする超音波診断装置、超音波画像処理装置、医用画像診断装置及び医用画像処理装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

請求項１に記載の発明は、被検体の所定部位を含む三次元領域を超音波走査し、時系列のボリュームデータを取得するデータ取得ユニットと、前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する組織の輪郭の設定を受け付け、パターンマッチングにより残りの時相のボリュームデータにおける前記輪郭を構成する各点の位置を追跡する追跡ユニットと、追跡により求まった前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記輪郭の局所的な面積及び局所的な体積の少なくとも一方を用いた定量値を各時相毎に演算する演算ユニットと、を具備する超音波診断装置である。

請求項１０に記載の発明は、被検体の所定部位を含む三次元領域を超音波走査することで取得された、時系列のボリュームデータを記憶する記憶ユニットと、前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する組織の輪郭の設定を受け付け、パターンマッチングにより残りの時相のボリュームデータにおける前記輪郭を構成する各点の位置を追跡する追跡ユニットと、追跡により求まった前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記輪郭の局所的な面積及び局所的な体積の少なくとも一方を用いた定量値を各時相毎に演算する演算ユニットと、を具備する超音波画像処理装置である。

請求項１９に記載の発明は、被検体の所定部位を含む三次元領域に関する時系列のボリュームデータを取得するデータ取得ユニットと、前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する組織の輪郭の設定を受け付け、パターンマッチングにより残りの時相のボリュームデータにおける前記輪郭を構成する各点の位置を追跡する追跡ユニットと、追跡により求まった前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記輪郭の局所的な面積及び局所的な体積の少なくとも一方を用いた定量値を各時相毎に演算する演算ユニットと、を具備する医用画像診断装置である。

請求項２０に記載の発明は、被検体の所定部位を含む三次元領域に関する時系列のボリュームデータを記憶する記憶ユニットと、前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する組織の輪郭の設定を受け付け、パターンマッチングにより残りの時相のボリュームデータにおける前記輪郭を構成する各点の位置を追跡する追跡ユニットと、追跡により求まった前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記輪郭の局所的な面積及び局所的な体積の少なくとも一方を用いた定量値を各時相毎に演算する演算ユニットと、を具備する医用画像処理装置である。

以上本発明によれば、三次元トラッキングによって算出した三次元の心内外膜面位置情報等の組織位置情報から、心内膜面や心外膜面の局所面積や心内外膜間の局所体積を算出し壁運動情報として用いることで、精度の高い三次元的かつ定量的な壁運動評価を可能とする超音波診断装置、超音波画像処理装置、医用画像診断装置及び医用画像処理装置を実現することができる。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示したブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係る三次元的運動情報算出機能に従う処理（三次元的運動情報算出処理）の流れを示したフローチャートである。 図３は、初期輪郭によって指定された心内外膜の三次元的な輪郭を構成する各点（構成点）の位置の一例を示した図である。 図４は、三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報を用いた心内膜面の局所の面積算出を説明するための図である。 図５は、第２の実施形態に係る三次元的運動情報算出処理の流れを示したフローチャートである。 図６は、第３の実施形態に係る三次元的運動情報算出処理の流れを示したフローチャートである。 図７は、第４の実施形態に係る三次元的運動情報算出処理の流れを示したフローチャートである。

以下、本発明の第１実施形態乃至第４実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示したブロック図である。同図に示すように、本超音波診断装置１１は、超音波プローブ１０、送受信部１２、信号処理部１４、画像生成部１６、記憶部１８、表示制御部２０、表示部２２、操作部２４、ネットワーク送受信部２６、制御部２８、画像処理部３０、演算部４０を具備している。以下、個々の構成要素の機能について説明する。

超音波プローブ１０は、超音波送受信部１２からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号に変換する複数の超音波振動子（圧電振動子）、当該圧電振動子に設けられる整合層、当該圧電振動子から後方への超音波の伝播を抑制するバッキング材等を有している。当該超音波プローブ１０から被検体Ｐに超音波が送信されると、当該送信超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、エコー信号として超音波プローブ１０に受信される。このエコー信号の振幅は、反射することになった反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合のエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分を依存して、周波数偏移を受ける。

なお、本実施形態、第２、第３の実施形態においては、説明を具体的にするため、超音波プローブ１０は、超音波振動子が二次元マトリックス状に配列された二次元アレイプローブであるとする。しかしながら、当該例に拘泥されず、超音波プローブ１０は、例えば手動又は機械動作による揺動走査が可能な一次元アレイプローブを採用するようにしてもよい。

送受信部１２は、図示しないトリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を有している。パルサ回路では、所定のレート周波数ｆｒ Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスが繰り返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングで、プローブ１２に駆動パルスを印加する。

また、超音波受信部１２は、図示していないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器等を有している。アンプ回路では、プローブ１０を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器では、増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、その後加算器において加算処理を行う。この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。

信号処理部１４は、送受信部１２からエコー信号を受け取り、対数増幅、包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。このデータは、画像生成部１６に送信され、反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像として表示部２２に表示される。また、信号処理部１４は、送受信部１２から受け取ったエコー信号から速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求める。

画像生成部１６は、一般的には、超音波スキャンの走査線信号列を、テレビなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示画像としての超音波診断画像を生成する。

記憶部１８は、例えばフリーズ画像、当該フリーズ画像より以前の複数フレームに対応する超音波画像を保存する。この記憶部１８に記憶されている画像を連続表示（シネ表示）することで、超音波動画像を表示することも可能である。記憶部１８は、フリーズ画像、保存指示された画像、過去に取得された画像等を記憶する。さらに、記憶部１８は、所定のスキャンシーケンス、後述する三次元的運動情報算出機能を実現するための専用プログラム、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラム、診断情報（被検体ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、送受信条件、ボディマーク生成プログラムその他のデータ群を保管する。

表示部２２は、スキャンコンバータ２５からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報（Ｂモード画像）、血流情報（平均速度画像、分散画像、パワー画像等）、これらの組み合わせを画像として表示する。

操作部２４は、装置本体１１に接続され、オペレータからの各種指示、条件、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件設定指示、後述するビーム合成数や利用ビーム数の入力指示等を当該超音波診断装置１に取り込むための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。例えば、操作者が操作部２４の終了ボタンやＦＲＥＥＺＥボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、当該超音波診断装置は一時停止状態となる。

制御部２８は、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、本超音波診断装置１の動作を制御する。制御部２８は、記憶部１８から後述する三次元的運動情報算出機能を実現するための専用プログラム、所定の画像生成・表示等を実行するための制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行する
ネットワーク送受信部２６は、ネットワーク接続に関するインターフェースである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、ネットワーク送受信部２６よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。

画像処理部３１は、輪郭追跡部３１、マーカ生成部３３を有する。輪郭追跡部３１は、時相が異なるボリュームデータ間のパターンマッチングを行うことで、各時相のボリュームデータ等毎に、心壁輪郭等の診断対象となる組織を三次元的に構成する各点の位置を追跡する。マーカ生成部３３は、操作部２３等を介した指示に基づいて、各時相のボリュームデータの所望の位置又は領域にマーカを設定する。

演算部４０は、面積・体積算出部４１、変化率算出部４３、色決定部４５を有している。面積・体積算出部４１は、各時相において追跡すべき組織を三次元的に構成する各点の位置座標情報から、面積、体積等の当該組織の運動を評価するための定量値を算出する。変化率算出部４３は、基準時相（例えば初期時相）から所望の時相までの面積又は体積の変化率を算出する。色決定部４５は、面積等の変化率の大きさに対応する色を各位置毎に決定する。

（三次元的運動情報算出機能）
次に、本超音波診断装置１が有する三次元的運動情報算出機能について説明する。この機能は、各時相において診断対象となる組織を三次元的に構成する各点の位置座標情報を取得し、当該位置情報を用いて、診断対象となる組織の運動を評価するための定量値を算出し、所定の形態にて出力するものである。なお、本実施形態、及び第２、第３の実施形態においては、説明を具体的にするため心臓を診断対象とする場合について説明する。しかしながら、当該例に拘泥されず、運動評価が必要な組織であればどのような臓器、部位を診断対象としてもよい。

図２は、三次元的運動情報算出機能に従う処理（三次元的運動情報算出処理）の流れを示したフローチャートである。同図に従って、三次元的運動情報算出処理の内容を説明する。

まず、ある被検体に関する心臓の所望の観察部位又は心臓全体等について、少なくとも一心拍分以上の期間に亘る時系列のボリュームデータ（以下、「時系列ボリュームデータ群」と呼ぶ。）が収集される（ステップＳ１）。すなわち、ある被検体に関する心臓の所望の観察部位につき、心尖アプローチから二次元アレイプローブを用いて、ある時刻を基準とした時系列（少なくとも１心拍分）のボリュームデータが収集される。

次に、制御部２８は、操作部２４を介した指示に基づいて、所定時相のボリュームデータに対して初期輪郭を設定する（ステップＳ２）。すなわち、操作部２４を介して所望の心時相が指定される。当該指定に応答して、制御部２８は、当該時相のボリュームデータにＭＰＲ処理 (Multi Planer Reconstruction) を施すことによりＭＰＲ画像（任意断面の画像データ）を生成し表示部２２に表示する。表示されたＭＰＲ画像上には、心臓の内膜や外膜の他、乳頭筋や腱索などが表されている。操作者は、表示されたＭＰＲ画像を観察しながら、心臓のボリュームデータに表されている乳頭筋や腱索が含まれないように、操作部２４を介して心臓の内膜輪郭を指定する。この様な指定を当該時相の他の複数のＭＰＲ画像上において実行することで、内膜の三次元的な輪郭がボリュームデータ上において設定される。また、外膜についても同様に、当該時相の複数のＭＰＲ画像上において操作部２４を介して心臓の外膜輪郭を指定することで、設定される。

操作者によって所定の心時相における三次元的な輪郭が指定されると、輪郭追跡部３１は、スペックルパターンを用いた２つのボリュームデータ間のパターンマッチングによって、各心時相で取得されたボリュームデータごとに、初期輪郭によって指定された心内外膜の三次元的な輪郭を構成する各点（構成点）の位置を図３に示すように求める。そして、輪郭追跡部３１は、内外膜の三次元的な輪郭の構成点を時間的に追跡（トラッキング）し、各時相における内膜と外膜の三次元的な輪郭を構成点の座標情報を取得する（ステップＳ３）。

次に、面積・体積算出部４１は、各心時相における心内膜と心外膜の三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報から、例えば心内膜面の局所の面積を求める（ステップＳ４）。面積は、図４に示すように三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報から算出する。例えば、３辺の長さから三角形の面積を算出するヘロンの公式を用いて心内膜の局所面積を算出してもよい。ヘロンの公式とは、３辺の長さをそれぞれa、b、cとした時に、次の式（１）によって面積Sを算出するものである。なお、a、b、cは三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報から算出可能である。

次に、変化率算出部４３は、算出した面積から、初期時相における面積からの変化率を算出する（ステップＳ５）。なお、時相ｔにおける面積をＳ（ｔ）とすると、面積変化率は｛Ｓ（ｔ）−Ｓ（０）｝／Ｓ（０）の値を計算することで求めることができる。

次に、色決定部４５は、面積変化率の大きさに対応する色を決定する。表示制御部２０は、各心時相における各箇所の座標情報と、その箇所に割り当てられた色を示す情報を用いて、ボリューム像、ＭＰＲ画像、Ｐｏｌａｒ−Ｍａｐ画像等と重畳させて面積変化率を表示部２２にカラー表示する（ステップＳ６）。このカラー表示においては、例えば面積変化率の符号の「＋」を寒色系の色（例えば青色）、「−」を暖色系の色（例えば赤色）、変化量の大きさを輝度（ないし色相であっても良い）で表現するものとする。すると、心臓のポンプ機能が十分に保たれている正常心筋では、内膜面の面積は収縮期において減少するため、暖色系の色を示し、かつ収縮末期までに徐々にその輝度が増加し、拡張早期にはその輝度が急激に減少する。一方、心筋虚血が誘発され収縮能の低下部位が出現すると、その領域での面積変化率が低下するため、収縮期の輝度の増加の程度が正常心筋に比べて小さく、また収縮末期での暖色系の輝度が低くなる。拡張能が低下している部位では、正常心筋に比べて拡張早期の輝度の減少割合が小さくなる。これにより、収縮能異常部位および拡張能異常部位が容易かつ三次元的定量的に正常心筋と区別できる。

（効果）
本超音波診断装置によれば、各時相において診断対象となる組織を三次元的に構成する各点の位置座標情報を取得し、当該位置情報を用いて、診断対象となる組織の運動を評価するための定量値を算出し、所定の形態にて出力する。従って、三次元的なトラッキングによって取得された壁運動情報を二次元情報に変換せず、三次元的な位置座標情報を用いて運動評価のための定量値を算出しているため、より精度の高い医療情報を提供することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置１では、各心時相における心内膜と心外膜の三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報から、心内膜面と心外膜面の間の局所の体積を求めるものである。

図５は、本実施形態に係る三次元的運動情報算出処理の流れを示したフローチャートである。第１の実施形態での処理（図２に示した処理）と比較した場合、ステップＳ１４、ステップＳ１５の内容が異なる。以下、ステップＳ１４、ステップＳ１５の内容について説明する。

面積・体積算出部４１は、各心時相における心内膜と心外膜の三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報から、例えば心内膜面と心外膜面との間の体積を求める（ステップＳ１４）。体積は、第１の実施形態と同様に、三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報から算出する。例えば、四面体の体積を算出できる以下の式を用いてもよい。四面体の４頂点Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃの座標をそれぞれＯ（０，０，０）,Ａ（ｘ_１,ｙ_１,ｚ_１）、Ｂ（ｘ_２,ｙ_２,ｚ_２）、Ｃ（ｘ_３,ｙ_３,ｚ_３,）とした時に、四面体ＯＡＢＣの体積Ｖは、以下の式（２）となる。

Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃの各点は三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報であるため、上記式（２）により体積を算出することができる。また、各辺の長さを求めてから空間のヘロンの公式を用いて体積を算出してもよい。

次に、変化率算出部４３は、算出した体積から、初期時相における体積からの変化率を算出する（ステップＳ１５）。なお、時相ｔにおける体積をＶ（ｔ）とすると、体積変化率は｛Ｖ（ｔ）−Ｖ（０）｝／Ｖ（０）の値を計算することで求めることができる。

次に、色決定部４５は、体積変化率の大きさに対応する色を決定する。表示制御部２０は、各心時相における各箇所の座標情報と、その箇所に割り当てられた色を示す情報を用いて、ボリューム像、ＭＰＲ画像、Ｐｏｌａｒ−Ｍａｐ画像等と重畳させて体積変化率を表示部２２にカラー表示する（ステップＳ１６）。

以上述べた構成によれば、各時相において診断対象となる組織を三次元的に構成する各点の位置座標情報を取得し、当該位置情報を用いて、運動する器官の運動情報として心内膜面と心外膜面の間の局所の体積を求め、これに基づいてその変化率を演算する。従って、第１の実施形態と同様に、三次元的なトラッキングによって取得された壁運動情報を二次元情報に変換せず、三次元的な位置座標情報を用いて運動評価のための定量値を算出しているため、より精度の高い医療情報を提供することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置１では、各心時相における心内膜と心外膜の三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報から、心内膜面と心外膜面との間の局所の面積を求めるものである。

図６は、本実施形態に係る三次元的運動情報算出処理の流れを示したフローチャートである。第１の実施形態での処理（図２に示した処理）と比較した場合、ステップＳ２４、ステップＳ２５の内容が異なる。以下、ステップＳ２４、ステップＳ２５の内容について説明する。

面積・体積算出部４１は、各心時相における心内膜と心外膜の三次元的な輪郭を構成する各点の座標情報から、心内膜面と心外膜面との間の局所の面積を求める（ステップＳ２４）。面積は、第１の実施形態と同様に、例えば３辺の長さから三角形の面積を算出するヘロンの公式を用いて心内膜面と心外膜面との間の局所面積を算出する。

次に、変化率算出部４３は、算出した面積から、初期時相における面積からの変化率を算出する（ステップＳ２５）。なお、第１の実施形態と同様に、時相ｔにおける面積をＳ（ｔ）とすると、面積変化率は｛Ｓ（ｔ）−Ｓ（０）｝／Ｓ（０）の値を計算することで求めることができる。

次に、色決定部４５は、心内膜面と心外膜面との間の局所面積変化率の大きさに対応する色を決定する。表示制御部２０は、各心時相における各箇所の座標情報と、その箇所に割り当てられた色を示す情報を用いて、ボリューム像、ＭＰＲ画像、Ｐｏｌａｒ−Ｍａｐ画像等と重畳させて局所的な面積変化率を表示部２２にカラー表示する（ステップＳ２６）。

以上述べた構成によれば、各時相において診断対象となる組織を三次元的に構成する各点の位置座標情報を取得し、当該位置情報を用いて、運動する器官の運動情報として心内膜面と心外膜面局所との間の面積を求め、これに基づいてその変化率を演算する。従って、第１、第２の実施形態と同様に、三次元的なトラッキングによって取得された壁運動情報を二次元情報に変換せず、三次元的な位置座標情報を用いて運動評価のための定量値を算出しているため、より精度の高い医療情報を提供することができる。

（第４の実施形体）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置１では、被検体の表在部位を診断対象とし、二次元アレイプローブを用いて表在組織に圧力を印加、開放することで発生する変化に基づいて局所領域の弾性（硬さ）を評価する弾性診断（エストグラフィー）を行う場合において、第１乃至第３の実施形態に係る三次元的運動情報算出処理を適用するものである。なお、本実施形態では、説明を具体的にするため、第１の実施形態に係る三次元的運動情報算出処理を弾性診断に適用する場合について説明する。

図７は、本実施形態に係る三次元的運動情報算出処理の流れを示したフローチャートである。

まず、ある被検体の表在部位について、二次元アレイプローブを用いて圧力を加えながら時系列のボリュームデータ群が収集される（ステップＳ３１）。次に、制御部２８は、操作部２４を介した指示に基づいて、所定時相のボリュームデータの全領域或いは関心領域に対して、格子状或いは環状の初期輪郭を設定する（ステップＳ３２）。輪郭追跡部３１は、スペックルパターンを用いた（時相の異なる）２つのボリュームデータ間のパターンマッチングによって、各心時相で取得されたボリュームデータごとに、設定された初期輪郭を構成する各点（構成点）の位置を求める。そして、輪郭追跡部３１は、初期輪郭の構成点を時間的に追跡（トラッキング）し、各時相における輪郭の構成点の座標情報を取得する（ステップＳ３３）。

面積・体積算出部４１は、各心時相における輪郭を構成する各点の座標情報から、輪郭の面積を求める（ステップＳ３４）。なお、面積は、第１の実施形態と同様に、例えば３辺の長さから三角形の面積を算出するヘロンの公式を用いて算出することができる。変化率算出部４３は、算出した体積から、初期時相における面積からの変化率を算出する（ステップＳ３５）。

色決定部４５は、輪郭の面積変化率の大きさに対応する色を決定する。表示制御部２０は、各心時相における各箇所の座標情報と、その箇所に割り当てられた色を示す情報を用いて、ボリューム像、ＭＰＲ画像、Ｐｏｌａｒ−Ｍａｐ画像等と重畳させて局所的な面積変化率を表示部２２にカラー表示する（ステップＳ３６）。

以上述べた構成によれば、弾性診断において、各時相において診断対象となる組織を三次元的に構成する各点の位置座標情報を取得し、当該位置情報を用いて、関心領域等の初期輪郭の面積を求め、これに基づいてその変化率を演算する。従って、第１乃至第３の実施形態と同様に、三次元的なトラッキングによって取得された壁運動情報を二次元情報に変換せず、三次元的な位置座標情報を用いて運動評価のための定量値を算出しているため、より精度の高い医療情報を提供することができる。これにより、例えば悪性腫瘍部位は正常部位に比べて硬いため、面積変化率は正常部位に比べて小さく表示されるため、正常部位と悪性部位の判別が容易になる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば、各実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。

また、上記各実施形態においては、超音波診断装置を用いて取得された少なくとも１心拍以上に関する心臓の動画データを用いて、上記運動情報算出機能に従う処理を実行する場合を例示した。しかしながら、本発明の技術的思想は、当該例に限定されるものではない。例えば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置等に代表される超音波診断装置以外の医用画像診断装置を用いて少なくとも１心拍以上に関する心臓の動画データを用いても、上記各実施形態に従う運動情報算出機能に従う処理を実行することは可能である。さらに、これらの医用画像診断装置によって取得された画像データをＰＣやワークステーションなどコンピュータに転送し、医用画像診断装置とは切り離して行っても良い。

さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

三次元トラッキングによって算出した三次元の心内外膜面位置情報等の組織位置情報から、心内膜面や心外膜面の局所面積や心内外膜間の局所体積を算出し壁運動情報として用いることで、精度の高い三次元的かつ定量的な壁運動評価を可能とする超音波診断装置、超音波画像処理装置、医用画像診断装置及び医用画像処理装置を実現することができる。

１…超音波診断装置、１０…超音波プローブ、送受信部…１０、１４…信号処理部、１６…画像生成部、１８…記憶部、２０…表示制御部、２２…表示部、２４…操作部、２６…ネットワーク送受信部、２８…制御部、３０…画像処理部、３１…輪郭追跡部、３３…マーカ生成部、４０…演算部、４１…面積・体積算出部、４３…変化率算出部、４５…色決定部

一実施形態に係る超音波診断装置は、被検体の心臓の三次元領域を超音波走査し、時系列のボリュームデータを取得するデータ取得ユニットと、前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する追跡点を前記心臓に設定し、残りの時相のボリュームデータにおける前記追跡点の位置を追跡する追跡ユニットと、追跡された前記追跡点の位置に基づいて形成した三角形の面積又は四面体の体積を用いて、前記心臓に関する局所的な領域の大きさを少なくとも２時相について演算する演算ユニットと、を具備するものである。
一実施形態に係る超音波画像処理装置は、被検体の心臓の三次元領域を超音波走査し、時系列のボリュームデータを記憶する記憶ユニットと、前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する追跡点を前記心臓に設定し、残りの時相のボリュームデータにおける前記追跡点の位置を追跡する追跡ユニットと、追跡された前記追跡点の位置に基づいて形成した三角形の面積又は四面体の体積を用いて、前記心臓に関する局所的な領域の大きさを少なくとも２時相について演算する演算ユニットと、を具備するものである。
一実施形態に係る医用画像診断装置は、被検体の心臓の三次元領域に関する時系列のボリュームデータを取得するデータ取得ユニットと、前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する追跡点を前記心臓に設定し、残りの時相のボリュームデータにおける前記追跡点の位置を追跡する追跡ユニットと、追跡された前記追跡点の位置に基づいて形成した三角形の面積又は四面体の体積を用いて、前記心臓に関する局所的な領域の大きさを少なくとも２時相について演算する演算ユニットと、を具備するものである。
一実施形態に係る医用画像処理装置は、被検体の心臓の三次元領域に関する時系列のボリュームデータを記憶する記憶ユニットと、前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する追跡点を前記心臓に設定し、残りの時相のボリュームデータにおける前記追跡点の位置を追跡する追跡ユニットと、追跡された前記追跡点の位置に基づいて形成した三角形の面積又は四面体の体積を用いて、前記心臓に関する局所的な領域の大きさを少なくとも２時相について演算する演算ユニットと、を具備するものである。

Claims (20)

1. 被検体の所定部位を含む三次元領域を超音波走査し、時系列のボリュームデータを取得するデータ取得ユニットと、
   前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する組織の輪郭の設定を受け付け、パターンマッチングにより残りの時相のボリュームデータにおける前記輪郭を構成する各点の位置を追跡する追跡ユニットと、
   追跡により求まった前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記輪郭の局所的な面積及び局所的な体積の少なくとも一方を用いた定量値を各時相毎に演算する演算ユニットと、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記演算ユニットは、
   前記追跡により取得された各時相毎の前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記所定部位の局所的な面積を各時相毎に演算し、
   前記定量値として、前記各時相毎の局所的な面積に基づいて面積変化率を演算する請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記所定部位は心臓であり、
   前記演算ユニットは、心内膜上及び心外膜上の少なくとも一方の局所的な面積を計算する請求項２記載の超音波診断装置。
4. 前記所定部位は心臓であり、
   前記演算ユニットは、心内膜と心外膜との間の局所的な面積を計算する請求項２記載の超音波診断装置。
5. 前記演算ユニットは、
   前記追跡により取得された各時相毎の前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記所定部位の局所的な体積を各時相毎に演算し、
   前記定量値として、前記各時相毎の局所的な体積に基づいて体積変化率を演算する請求項１記載の超音波診断装置。
6. 前記所定部位は心臓であり、
   前記演算ユニットは、心内膜と心外膜との間の局所的な体積を計算する請求項５記載の超音波診断装置。
7. 前記時系列のボリュームデータは、前記所定部位に圧力の印加、圧力の解放を行いながら取得されたものであり、
   前記所定部位は前記被検体の表在領域である請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
8. 前記演算ユニットは、解剖学的基準に基づく単位により前記所定部位を評価するための定量値を演算する請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
9. 前記定量値に応じて色彩が割り当てられたカラー画像を前記時相毎に生成する画像生成ユニットと、
   前記カラー画像を表示する表示ユニットと、
   をさらに具備する請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
10. 被検体の所定部位を含む三次元領域を超音波走査することで取得された、時系列のボリュームデータを記憶する記憶ユニットと、
    前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する組織の輪郭の設定を受け付け、パターンマッチングにより残りの時相のボリュームデータにおける前記輪郭を構成する各点の位置を追跡する追跡ユニットと、
    追跡により求まった前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記輪郭の局所的な面積及び局所的な体積の少なくとも一方を用いた定量値を各時相毎に演算する演算ユニットと、
    を具備する超音波画像処理装置。
11. 前記演算ユニットは、
    前記追跡により取得された各時相毎の前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記所定部位の局所的な面積を各時相毎に演算し、
    前記定量値として、前記各時相毎の局所的な面積に基づいて面積変化率を演算する請求項１０記載の超音波画像処理装置。
12. 前記所定部位は心臓であり、
    前記演算ユニットは、心内膜上及び心外膜上の少なくとも一方の局所的な面積を計算する請求項１１記載の超音波画像処理装置。
13. 前記所定部位は心臓であり、
    前記演算ユニットは、心内膜と心外膜との間の局所的な面積を計算する請求項１１記載の超音波画像処理装置。
14. 前記演算ユニットは、
    前記追跡により取得された各時相毎の前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記所定部位の局所的な体積を各時相毎に演算し、
    前記定量値として、前記各時相毎の局所的な体積に基づいて体積変化率を演算する請求項１０記載の超音波画像処理装置。
15. 前記所定部位は心臓であり、
    前記演算ユニットは、心内膜と心外膜との間の局所的な体積を計算する請求項１４記載の超音波画像処理装置。
16. 前記時系列のボリュームデータは、前記所定部位に圧力の印加、圧力の解放を行いながら取得されたものであり、
    前記所定部位は前記被検体の表在領域である請求項１０乃至１５のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
17. 前記演算ユニットは、解剖学的基準に基づく単位により前記所定部位を評価するための定量値を演算する請求項１０乃至１６のうちいずれか一項記載の超音波画像処理装置。
18. 前記定量値に応じて色彩が割り当てられたカラー画像を前記時相毎に生成する画像生成ユニットと、
    前記カラー画像を表示する表示ユニットと、
    をさらに具備する請求項１０乃至１７のうちいずれか一項記載の超音波画像処理装置。
19. 被検体の所定部位を含む三次元領域に関する時系列のボリュームデータを取得するデータ取得ユニットと、
    前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する組織の輪郭の設定を受け付け、パターンマッチングにより残りの時相のボリュームデータにおける前記輪郭を構成する各点の位置を追跡する追跡ユニットと、
    追跡により求まった前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記輪郭の局所的な面積及び局所的な体積の少なくとも一方を用いた定量値を各時相毎に演算する演算ユニットと、
    を具備する医用画像診断装置。
20. 被検体の所定部位を含む三次元領域に関する時系列のボリュームデータを記憶する記憶ユニットと、
    前記時系列のボリュームデータのうちの所定の時相のボリュームデータに対する組織の輪郭の設定を受け付け、パターンマッチングにより残りの時相のボリュームデータにおける前記輪郭を構成する各点の位置を追跡する追跡ユニットと、
    追跡により求まった前記輪郭を構成する各点の位置に基づいて、前記輪郭の局所的な面積及び局所的な体積の少なくとも一方を用いた定量値を各時相毎に演算する演算ユニットと、
    を具備する医用画像処理装置。