JP2017023205A - 超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】超音波画像中の観測対象の大きさが変化した場合であっても、観測対象の弾性情報に係る測定結果の再現性の低下を抑制することができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムを提供する。
【解決手段】超音波観測装置３は、超音波信号に基づく超音波画像、および超音波画像内において設定された関心領域における観測対象の弾性情報を生成する画像処理部３３と、超音波画像内の観測対象を抽出する観測対象抽出部３５と、超音波画像における観測対象の面積を算出するとともに、算出された観測対象の面積と、面積比とをもとに、関心領域の面積を算出する算出部３６と、算出部３６で算出された関心領域の面積に応じて関心領域の設定を行う関心領域設定部３７と、を備え、超音波画像中の観測対象の大きさが変化した場合であっても、観測対象の弾性情報に係る測定結果の再現性の低下を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて観測対象の組織を観測する超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムに関する。

観測対象である生体組織または材料の特性を観測するために、超音波を適用することがある。具体的には、観測対象に超音波を送信し、その観測対象によって反射された超音波エコーに基づいて超音波画像を生成し、該生成した超音波画像を表示することで、観測対象の観測を行う。

超音波画像を用いた観測対象の観測技術として、超音波画像上に観測対象の硬さに関する弾性情報を重畳する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この技術はエラストグラフィといい、エコー信号をもとに、設定された領域（以下、関心領域という）における観測対象の歪みを検出し、該検出した歪みに基づいて観測対象の硬さに関する情報を取得し、硬さに応じた色情報を弾性情報として超音波画像上に重畳する。術者は、観測対象の色情報を観察することで、観測対象の硬さを知ることができる。

特開２００７−１２５１５２号公報

しかしながら、特許文献１が開示する技術では、例えば、超音波画像の画角の変化や、観測対象から超音波の受信部までの距離の変化によって超音波画像における観測対象の大きさが変化すると、関心領域に対する観測対象の相対的な大きさが変化し、その結果、観測対象に係る色情報が変化してしまう。このように、超音波画像中の観測対象の大きさの変化により、該観測対象について一定した硬さの情報を得ることができず、観測対象の弾性情報に係る測定結果の再現性が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、超音波画像中の観測対象の大きさが変化した場合であっても、観測対象の弾性情報に係る測定結果の再現性の低下を抑制することができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波観測装置は、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子から受信した超音波信号に基づく超音波画像、および該超音波画像内において設定された関心領域における前記観測対象の弾性情報を生成する画像処理部と、前記超音波画像内の前記観測対象を抽出する観測対象抽出部と、前記超音波画像における前記観測対象の面積を算出するとともに、該算出された前記観測対象の面積と、前記観測対象の面積および前記関心領域の面積の比とをもとに、前記関心領域の面積を算出する算出部と、前記算出部で算出された前記関心領域の面積に応じて前記関心領域の設定を行う関心領域設定部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記観測対象抽出部は、関心領域設定対象の超音波画像の時間的に前のフレームの超音波画像を抽出し、該抽出した超音波画像において抽出された観測対象の基準位置をもとに、当該関心領域設定対象の超音波画像の観測対象を抽出することを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記関心領域は、超音波画像を構成する音線の方向に平行な線分と、該線分の端部同士を結び、かつ前記超音波振動子の表面からの深さが同じ位置を結んでなる領域であることを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記関心領域は、超音波画像を構成する音線の方向に平行な線分と、該線分の端部同士を結び、かつ前記超音波振動子の表面からの深さが同じ位置を結んでなる曲線とにより囲まれる扇形の領域であることを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記関心領域設定部は、前記観測対象に外接する最小関心領域を設定し、該最小関心領域に対して前記線分および前記曲線のうちの少なくとも一方を移動させて、前記算出部が算出した関心領域の面積となる大きさに調整することにより、前記関心領域の設定を行うことを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記関心領域設定部は、関心領域設定対象の超音波画像の前のフレームの超音波画像を抽出し、該抽出した超音波画像において設定された関心領域の形状に対して相似な関係を維持しつつ、当該関心領域設定対象の関心領域の大きさを前記算出部が算出した関心領域の面積となる大きさに調整することにより、前記関心領域の設定を行うことを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記比を設定する設定入力を受け付ける入力部をさらに備え、前記関心領域設定部は、前記入力部が受け付けた前記面積比に基づいて関心領域の設定を行うことを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記関心領域、および該関心領域内の前記観測対象の弾性情報を重畳した前記超音波画像とともに、前記面積比を表示装置に表示させる制御を行う制御部をさらに備えたことを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置の作動方法は、超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、観測対象抽出部が、前記超音波画像内の前記観測対象を抽出する観測対象抽出ステップと、算出部が、前記超音波画像における前記観測対象の面積を算出するとともに、該算出された前記観測対象の面積と、前記観測対象の面積および前記関心領域の面積の比とをもとに、前記関心領域の面積を算出する算出ステップと、関心領域設定部が、前記算出部で算出された前記関心領域の面積に応じて前記関心領域の設定を行う関心領域設定ステップと、画像処理部が、前記関心領域設定ステップで設定された関心領域における観測対象の弾性情報を生成する画像処理ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置の作動プログラムは、超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動プログラムであって、観測対象抽出部が、前記超音波画像内の前記観測対象を抽出する観測対象抽出手順と、算出部が、前記超音波画像における前記観測対象の面積を算出するとともに、該算出された前記観測対象の面積と、前記観測対象の面積および前記関心領域の面積の比とをもとに、前記関心領域の面積を算出する算出手順と、関心領域設定部が、前記算出部で算出された前記関心領域の面積に応じて前記関心領域の設定を行う関心領域設定手順と、画像処理部が、前記関心領域設定手順で設定された関心領域における観測対象の弾性情報を生成する画像処理手順と、を前記超音波観測装置に実行させることを特徴とする。

本発明によれば、超音波画像中の観測対象の大きさが変化した場合であっても、観測対象の弾性情報に係る測定結果の再現性の低下を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る超音波診断システムの表示装置が表示する超音波画像における観測対象と関心領域とを模式的に示す図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う処理の概要を示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施の形態に係る超音波診断システムの表示装置が表示する超音波画像における観測対象と関心領域とを模式的に示す図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う輪郭抽出処理を説明する図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う輪郭抽出処理を説明する図である。 図７は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う関心領域の設定処理を説明する図である。 図８は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う関心領域の設定処理を説明する図である。 図９は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う処理の概要を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う関心領域における観測対象の追従処理を説明する図である。 図１１は、本発明の実施の形態の変形例に係る超音波観測装置が行う関心領域の設定処理を説明する図である。 図１２は、超音波振動子がリニア型の振動子である場合に設定される関心領域の一例を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの構成を示すブロック図である。同図に示す超音波診断システム１は、観測対象である被検体へ超音波を送信し、該被検体で反射された超音波を受信する超音波内視鏡２と、超音波内視鏡２が取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置３と、超音波観測装置３が生成した超音波画像を表示する表示装置４と、を備える。

超音波内視鏡２は、その先端部に、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号（超音波信号）に変換して出力する超音波振動子２１を有する。超音波振動子２１は、ラジアル型の振動子により実現される。超音波内視鏡２は、超音波振動子２１をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子２１として複数の素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。

超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系および撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、または呼吸器（気管・気管支）へ挿入され、消化管、呼吸器やその周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置に接続されている。

超音波観測装置３は、送受信部３１と、信号処理部３２と、画像処理部３３と、フレームメモリ３４と、観測対象抽出部３５と、算出部３６と、関心領域設定部３７と、入力部３８と、記憶部３９と、制御部４０と、を備える。

送受信部３１は、超音波内視鏡２と電気的に接続され、所定の波形および送信タイミングに基づいて高電圧パルスからなる送信信号（パルス信号）を超音波振動子２１へ送信するとともに、超音波振動子２１から電気的な受信信号であるエコー信号を受信してデジタルの高周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号のデータ（以下、ＲＦデータという）を生成、出力する。

送受信部３１が送信するパルス信号の周波数帯域は、超音波振動子２１におけるパルス信号の超音波パルスへの電気音響変換の線型応答周波数帯域をほぼカバーする広帯域にするとよい。

送受信部３１は、制御部４０が出力する各種制御信号を超音波内視鏡２に対して送信するとともに、超音波内視鏡２から識別用のＩＤを含む各種情報を受信して制御部４０へ送信する機能も有する。

また、送受信部３１は、制御部４０からエラストグラフィを行う旨の制御情報を取得すると、Ｂモード画像とエラストグラフィに関する画像とを得るための波形および送信タイミングに基づいて高電圧パルスからなる送信信号（パルス信号）を超音波振動子２１へ送信する。具体的には、送受信部３１は、例えば、Ｂモード画像取得用のパルスに、エラストグラフィ用のパルスを重畳する。送受信部３１は、同一の方向に複数回超音波を送信し、反射した複数のエコー信号を受信することで、エラストグラフィ用のエコー信号を取得する。送受信部３１は、エラストグラフィ用のエコー信号を受信すると、エラストグラフィ用のＲＦデータを生成して、画像処理部３３に出力する。

信号処理部３２は、送受信部３１から受信したＲＦデータをもとにデジタルのＢモード用受信データを生成する。具体的には、信号処理部３２は、ＲＦデータに対してバンドパスフィルタ、包絡線検波、対数変換など公知の処理を施し、デジタルのＢモード用受信データを生成する。対数変換では、ＲＦデータを基準電圧で除した量の常用対数をとってデシベル値で表現する。Ｂモード用受信データは、超音波パルスの反射の強さを示す受信信号の振幅または強度が、超音波パルスの送受信方向（深度方向）に沿って並んだ複数のラインデータからなる。信号処理部３２は、生成した１フレーム分のＢモード用受信データを、画像処理部３３へ出力する。

また、信号処理部３２は、送受信部３１から受信したエラストグラフィ用のＲＦデータに基づいてエラストグラフィ用受信データを生成する。具体的には、信号処理部３２は、同一方向のＲＦデータを用いて、超音波パルスの反射の強さを示す受信信号の振幅または強度の変化を所定の深さごとに算出し、該算出した変化量を有する音線（ラインデータ）を生成する。エラストグラフィ用受信データは、超音波パルスの反射の強さを示す受信信号の振幅または強度の変化量が、超音波パルスの送受信方向（深度方向）に沿って並んだ複数のラインデータからなる。信号処理部３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や各種演算回路等を用いて実現される。

画像処理部３３は、信号処理部３２から受信したＢモード用受信データに基づいてＢモード画像データを生成する。画像処理部３３は、信号処理部３２から出力されたＢモード用受信データに対して、スキャンコンバーター処理、ゲイン処理、コントラスト処理等の公知の技術を用いた信号処理を行うとともに、表示装置４における画像の表示レンジに応じて定まるデータステップ幅に応じたデータの間引き等を行うことによってＢモード画像データを生成する。スキャンコンバーター処理では、Ｂモード用受信データのスキャン方向を、超音波のスキャン方向から表示装置４の表示方向に変換する。Ｂモード画像は、色空間としてＲＧＢ表色系を採用した場合の変数であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の値を一致させたグレースケール画像である。なお、画像処理部３３が生成する画像は、表示装置４が表示可能な表示領域よりも大きい。換言すれば、表示装置４で表示されるＢモード画像は、画像処理部３３により生成されたＢモード画像の一部である。

また、画像処理部３３は、信号処理部３２から受信したエラストグラフィ用受信データに基づいてエラストグラフィ画像データを生成する。具体的には、画像処理部３３は、設定されている関心領域における相対的な変化量に応じて各深さ位置に色情報を付与することにより、エラストグラフィ画像データを生成する。色情報は、各位置における観測対象の硬さを示す弾性情報であり、関心領域における変化量の割合で相対的に決まる色で表現される情報である。

画像処理部３３は、信号処理部３２からのＢモード用受信データおよびエラストグラフィ用受信データに走査範囲を空間的に正しく表現できるよう並べ直す座標変換を施した後、Ｂモード用受信データ間、およびエラストグラフィ用受信データ間の補間処理を施すことによってＢモード用受信データ間の空隙を埋め、Ｂモード画像データおよびエラストグラフィ画像データを生成する。

画像処理部３３は、生成したＢモード画像データにエラストグラフィ画像データを重畳することによって、表示用の画像データを生成する。

フレームメモリ３４は、例えばリングバッファを用いて実現され、画像処理部３３により生成された１フレームのＢモード画像データを時系列に沿って記憶する。フレームメモリ３４は、複数のフレームのＢモード画像データを時系列に沿って記憶するものであってもよい。この場合、フレームメモリ３４は、容量が不足すると（所定のフレーム数のＢモード画像データを記憶すると）、最も古いＢモード画像データを最新のＢモード画像データで上書きすることで、最新のＢモード画像データを時系列順に所定フレーム数記憶する。

観測対象抽出部３５は、入力部３８を介して入力された指示点や、前のフレームで抽出された観測対象における指示点を含む観測対象の輪郭を抽出する。観測対象抽出部３５が行う輪郭抽出処理については、後述する。

算出部３６は、観測対象抽出部３５に抽出された観測対象の面積と、設定されている面積比とをもとに、関心領域（Region of Interest：ＲＯＩ）の面積を算出する。

関心領域設定部３７は、観測対象抽出部３５に抽出された観測対象の配置と、算出部３６が算出した面積とをもとに、関心領域の設定を行う。関心領域設定部３７が行う関心領域設定処理については、後述する。

図２は、本発明の一実施の形態に係る超音波診断システムの表示装置が表示する超音波画像における観測対象と関心領域とを模式的に示す図である。観測対象抽出部３５によって、観測対象Ｓの輪郭が抽出され、算出部３６によって観測対象Ｓの面積が算出されると、関心領域設定部３７は、図２に示すように、観測対象Ｓを含む関心領域Ｒ₁₀を設定する。本実施の形態では、関心領域設定部３７は、Ｂモード画像Ｗ１において、超音波振動子２１の像２１０の中心からの深さＤ方向（音線方向）に平行な線分と、該線分の端部同士を結び、かつ超音波振動子２１（像２１０）の表面からの深さが同じ位置を結んでなる曲線とにより囲まれる扇形の領域である関心領域Ｒ₁₀の設定を行う。ここでいう「曲線」とは、超音波振動子２１の走査方向に相当する。

入力部３８は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等のユーザインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける。入力部３８は、受け付けた情報を制御部４０に出力する。

記憶部３９は、超音波診断システム１を動作させるための各種プログラム、および超音波診断システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータなどを記憶する。記憶部３９は、関心領域の設定に関する情報である関心領域設定情報を記憶する関心領域設定情報記憶部３９１を有する。関心領域設定情報は、観測対象に対して設定する関心領域の大きさを指定する情報であって、具体的には、観測対象の面積と関心領域の面積との比率（面積比）に関する情報を含んでいる。

また、記憶部３９は、超音波診断システム１の作動方法を実行するための作動プログラムを含む各種プログラムを記憶する。作動プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを介してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。

以上の構成を有する記憶部３９は、各種プログラム等が予めインストールされたＲＯＭ（Read Only Memory）、および各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を用いて実現される。

制御部４０は、超音波診断システム１全体を制御する。制御部４０は、演算および制御機能を有するＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。制御部４０は、記憶部３９が記憶、格納する情報を記憶部３９から読み出し、超音波観測装置３の作動方法に関連した各種演算処理を実行することによって超音波観測装置３を統括して制御する。なお、制御部４０を信号処理部３２と共通のＣＰＵ等を用いて構成することも可能である。

図３は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う処理の概要を示すフローチャートであって、エラストグラフィ表示対象の観測対象を指定し、該観測対象に応じた関心領域を設定する処理を説明するフローチャートである。まず、制御部４０は、Ｂモード画像に対して、観測対象として指定するための指定点が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１０１）。

図４は、本発明の一実施の形態に係る超音波診断システムの表示装置が表示する超音波画像における観測対象と関心領域とを模式的に示す図である。制御部４０は、図４に示すように、Ｂモード画像Ｗ１０内において、観測対象Ｓを指定する指定点Ｐ₁が入力されたか否かを判断する。制御部４０は、指定点Ｐ₁が入力されていないと判断した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、指定点Ｐ₁の入力確認を繰り返す。一方、制御部４０は、指定点Ｐ₁が入力されたと判断した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に移行する。

ステップＳ１０２では、観測対象抽出部３５が、指定点Ｐ₁における輝度値をもとに、Ｂモード画像データを二値化する。図５は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う輪郭抽出処理を説明する図であって、輝度値の画素数に関するヒストグラムを示す図である。観測対象抽出部３５は、図５に示すような輝度値の画素数に関するヒストグラムを生成する。観測対象抽出部３５は、ヒストグラムに係るデータを参照して標準偏差を求め、指定点Ｐ₁の輝度値の±３σの範囲（図５に示す範囲Ｄ_3σ）を抽出する。

図６は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う輪郭抽出処理を説明する図であって、Ｂモード画像データの二値化を説明する図である。観測対象抽出部３５は、例えば、図６に示す二値化画像Ｗ１１ように、抽出した範囲に該当する領域を白（最大輝度値）に設定するとともに、抽出範囲外の領域を黒（輝度値０）に設定することによって、Ｂモード画像データを二値化する。

その後、観測対象抽出部３５は、二値化したＢモード画像データの輝度値の境界（輝度値が異なる境界）を抽出する（ステップＳ１０３：観測対象抽出ステップ）。これにより、指定点Ｐ₁によって指定された観測対象Ｓの輪郭が抽出される。

観測対象Ｓの輪郭が抽出されると、算出部３６が、観測対象Ｓの面積を算出する（ステップＳ１０４：算出ステップ）。算出部３６は、抽出された輪郭（境界）により囲まれた部分の面積（面積Ｓ１とする）を算出する。

その後、算出部３６は、算出した観測対象Ｓの面積Ｓ１と、関心領域設定情報記憶部３９１に記憶されている面積比とをもとに、抽出された観測対象Ｓに対して設定する関心領域の面積（面積Ｓ２とする）を算出する（ステップＳ１０５：算出ステップ）。

算出部３６により関心領域の面積が算出されると、関心領域設定部３７が、観測対象Ｓに対する関心領域の位置の指定を行うことによって、関心領域を設定する（ステップＳ１０６：関心領域設定ステップ）。

図７，８は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う関心領域の設定処理を説明する図である。関心領域設定部３７は、音線の方向に平行な直線であって観測対象Ｓと外接する二つの直線と、該二つの直線の両端部同士を、深さを揃えてそれぞれ接続する弧状をなし、観測対象Ｓと接する二つの曲線とにより形成される扇状の最小関心領域Ｒ₁₁を生成する（図７のＢモード画像Ｗ２を参照）。関心領域設定部３７は、最小関心領域Ｒ₁₁をベースに、面積がＳ２になるように関心領域を大きくしていく。

関心領域設定部３７は、例えば、音線と平行な直線を観測対象から離れる方向に移動させることによって関心領域を大きくしていってもよいし、深さ方向の曲線の位置を観測対象から離れる方向に移動させることによって関心領域を大きくしていってもよいし、直線および曲線をそれぞれ移動させながら関心領域を大きくしていってもよい。

関心領域設定部３７は、関心領域の面積がＳ２となるまで大きくしていき、面積Ｓ２となった領域を観測対象Ｓに対する関心領域Ｒ₁₂として設定する（図８のＢモード画像Ｗ３を参照）。

制御部４０は、関心領域設定部３７による関心領域の設定後、画像処理部３３に対し、設定された関心領域Ｒ₁₂内についてエラストグラフィ画像データを生成させ（画像処理ステップ）、関心領域Ｒ₁₂のエラストグラフィ画像（色情報）が重畳されたＢモード画像データを受信した表示装置４は、そのＢモード画像データに対応するＢモード画像を表示する（ステップＳ１０７）。この際、表示装置４が、設定されている面積比（Ｓ１／Ｓ２）を表示するようにしてもよい。

続いて、図３に示す処理において指定された観測対象Ｓを次のフレーム以降のＢモード画像データで追従させ、追従対象に指定された観測対象について関心領域を設定する処理について説明する。図９は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う処理の概要を示すフローチャートである。図１０は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う関心領域における観測対象の追従処理を説明する図である。

上述したような指定点Ｐ₁に基づく観測対象Ｓを抽出後に、該指定点Ｐ₁を入力したＢモード画像データの次フレームのＢモード画像データにおいて、該観測対象Ｓを追従して、追従した観測対象Ｓに対して関心領域を設定する場合、観測対象抽出部３５は、まず、フレームメモリ３４を参照して、関心領域設定対象のＢモード画像データよりも時間的に前のフレームのＢモード画像データであって、１フレーム前のＢモード画像データを抽出する（ステップＳ２０１）。抽出したＢモード画像データには、図１０の（ａ）に示すＢモード画像Ｗ１２のように、観測対象Ｓと、入力された指定点Ｐ₁との情報が付与されている。

観測対象抽出部３５は、観測対象Ｓの輪郭をもとに、該観測対象Ｓの中心または重心位置を基準位置として抽出する（ステップＳ２０２）。観測対象抽出部３５は、例えば、図１０の（ｂ）に示すように、観測対象Ｓに外接する長方形の領域を設定し、該長方形の中心位置を算出し、該算出した中心（重心）位置を観測対象Ｓの中心（重心）位置Ｐ₂として抽出する。なお、中心（重心）位置のほか、観測対象について設定された条件を満たす位置を基準位置としてもよい。例えば、観測対象が凹形状をなし、中心位置が観測対象内に存在しない場合は、この中心位置から観測対象に最も近い縁端部またはその内部を基準位置としてもよい。

その後、観測対象抽出部３５は、図１０の（ｃ）に示すように、関心領域設定対象のＢモード画像、すなわち、Ｂモード画像Ｗ１２の次フレームのＢモード画像Ｗ１３内の中心位置Ｐ₂に応じた座標に、指定点Ｐ₃を配置する。指定点Ｐ₃の配置後は、観測対象抽出部３５が、上述した観測対象抽出処理のように（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）、この指定点Ｐ₃を含む観測対象の抽出処理（観測対象抽出ステップ）を行なう。

具体的には、観測対象抽出部３５が、指定点Ｐ₃における輝度値をもとに、Ｂモード画像データを二値化する（ステップＳ２０３）。観測対象抽出部３５は、図５に示すような輝度値の画素数に関するヒストグラムを生成し、指定点Ｐ₃の輝度値の±３σの範囲を抽出する。観測対象抽出部３５は、抽出した範囲に該当する領域を白（最大輝度値）に設定するとともに、抽出範囲外の領域を黒（輝度値０）に設定することによって、Ｂモード画像データを二値化する。

その後、観測対象抽出部３５は、二値化したＢモード画像データの輝度値の境界（輝度値が異なる境界）を抽出する（ステップＳ２０４）。これにより、指定点Ｐ₃によって指定された観測対象Ｓの輪郭が抽出される。

観測対象Ｓの輪郭が抽出されると、算出部３６が、観測対象Ｓの面積を算出する（ステップＳ２０５）。算出部３６は、抽出された輪郭により囲まれた部分の面積Ｓ１を算出する。

その後、算出部３６は、算出した観測対象Ｓの面積Ｓ１と、関心領域設定情報記憶部３９１に記憶されている面積比とをもとに、抽出された観測対象Ｓに対して設定する関心領域の面積Ｓ２を算出する（ステップＳ２０６：算出ステップ）。

算出部３６により関心領域の面積が算出されると、関心領域設定部３７が、観測対象Ｓに対する関心領域の位置の指定を行うことによって、関心領域を設定する（ステップＳ２０７：関心領域設定ステップ）。

制御部４０は、関心領域設定部３７による関心領域の設定後、画像処理部３３に対し、設定された関心領域内についてエラストグラフィ画像データを生成させ（画像処理ステップ）、関心領域のエラストグラフィ画像（色情報）が重畳されたＢモード画像データを受信した表示装置４は、そのＢモード画像データに対応するＢモード画像を表示する（ステップＳ２０８）。

このように、指定点Ｐ₁によって指定された観測対象Ｓの中心（重心）位置Ｐ₂を求め、次フレームのＢモード画像に該中心（重心）位置Ｐ₂に応じた指定点Ｐ₃を指定することによって、前フレームで指定した観測対象Ｓを次フレーム内においても追従させることができる。その後は、追従した観測対象の面積Ｓ１を算出し、面積比と照らし合わせることによって、次フレームにおける関心領域が設定される。この後のフレームのＢモード画像についても、同様の追従処理および関心領域の設定処理が行われる。このため、前フレームと観測対象の位置が異なっていても追従させることができるとともに、前フレームの観測対象と大きさ（面積）が異なっていても、都度関心領域が設定されるため、関心領域の大きさと、観測対象の大きさとの相対的な関係で決まる色情報を、フレーム間で一定とすることができる。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、観測対象の面積Ｓ１を算出し、該面積Ｓ１に対して、所定の面積比となるように関心領域を設定するようにしたので、フレーム間で観測対象の面積が変化した場合であっても、観測対象と関心領域との面積比を一定とすることができる。これにより、関心領域の大きさと、観測対象の大きさとの相対的な関係で決まる色情報（エラストグラフィ画像）を、フレーム間で一定として観測対象の硬さの情報（弾性情報）に係る測定結果の再現性の低下を抑制することができる。

また、本発明の一実施の形態によれば、関心領域設定対象のＢモード画像データにおいて、時間的に前のフレームで抽出された観測対象の中心（重心）位置を求め、該中心（重心）位置に基づいて関心領域設定対象のＢモード画像データにおける観測対象を特定するようにしたので、フレーム間における同一の観測対象を自動で抽出して追従することができる。

なお、上述した実施の形態では、１フレーム前のＢモード画像データを抽出し、該抽出したＢモード画像データにおける指定点をもとに、観測対象の追従処理を行なうものとして説明したが、複数フレーム前のＢモード画像データを抽出するものであってもよいし、指定されたＢモード画像データを抽出するものであってもよい。

また、上述した実施の形態では、音線と平行な直線であって観測対象Ｓと外接する二つの直線と、該二つの直線の両端部同士を、深さを揃えてそれぞれ接続する弧状をなし、観測対象Ｓと接する二つの曲線とのうちの少なくともいずれかを移動させて最小関心領域Ｒ₁₁に対して関心領域を大きくするものとして説明したが、関心領域の設定処理は、これに限らない。例えば、予め記憶されている所定の大きさの関心領域を抽出し、該関心領域を大きくしたり、小さくしたりすることによって、関心領域の面積を調整してもよい。この際、関心領域の形状は扇形に限ることはなく、例えば、術者が入力部３８を介して関心領域の面積増大箇所または面積減少箇所を設定しておき、面積に応じて関心領域の形状を調整するものであってもよい。関心領域の設定は、上述した設定方法のほか、設定入力された条件をもとに形成するものであってもよい。

また、上述した実施の形態において、関心領域設定情報記憶部３９１に記憶されている面積比のほか、術者により入力部３８を介して設定入力される面積比を適宜採用するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態において、関心領域の形状は扇状に限ることはなく、角形状、円、楕円形状などであってもよい。関心領域設定部３７は、設定された形状に対して、設定された箇所を調整することで、算出された面積となるように関心領域の設定を行う。

（実施の形態の変形例）
続いて、本発明の実施の形態の変形例について説明する。図１１は、本発明の実施の形態の変形例に係る超音波観測装置が行う関心領域の設定処理を説明する図である。上述した実施の形態では、音線と平行な直線であって観測対象Ｓと外接する二つの直線と、該二つの直線の両端部同士を、深さを揃えてそれぞれ接続する弧状をなし、観測対象Ｓと接する二つの曲線とのうちの少なくともいずれかを移動させて最小関心領域Ｒ₁₁に対して関心領域を大きくするものとして説明したが、本変形例では、最小関心領域Ｒ₁₁の形状を維持しながら、関心領域を所定の面積まで拡大していく。すなわち、最小関心領域Ｒ₁₁と設定後の関心領域との間には、相似の関係が成り立つ。

具体的には、関心領域設定部３７は、前フレームで設定された関心領域、例えば、図２に示すＢモード画像Ｗ１の関心領域Ｒ₁₀を抽出し、関心領域設定対象のＢモード画像データにおいて設定された関心領域の面積に応じて、関心領域Ｒ₁₀の形状を維持しつつ、所定の面積に調整する。これにより、図１１に示すＢモード画像Ｗ４内の観測対象Ｓに対して、面積比が維持された関心領域Ｒ₁₃を設定することができる。なお、関心領域が表示画面上からはみ出す場合、はみ出した関心領域も含めてエラストグラフィに係る色情報を生成することで、該色情報をフレーム間で一定とすることができる。関心領域が表示領域を超える大きさとなっても、表示のうえでは関心領域の一部のみが表示されるが、エラストグラフィの計算のうえでは、すべての関心領域の面積が用いられる。

なお、本変形例においても、関心領域の形状は扇状に限ることはなく、角形状、円、楕円形状などであってもよい。関心領域設定部３７は、設定された形状に対して、相似な関係を維持しつつ、算出された面積となるように関心領域の設定を行う。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、観測対象が生体組織であることを例に説明したが、材料の特性を観測する工業用の内視鏡であっても適用できる。本発明にかかる超音波観測装置は、体内、体外を問わず適用可能である。また、超音波のほか、赤外線などを照射して観測対象の信号を送受信するものであってもよい。

また、超音波観測装置において、各機能を有する回路同士をバスで接続することによって構成してもよいし、一部の機能が他の機能の回路構造に内蔵されるように構成してもよい。

また、本実施の形態では、超音波プローブとしてライトガイド等の光学系を有する超音波内視鏡を用いて説明したが、超音波内視鏡に限らず、撮像光学系および撮像素子を有しない超音波プローブであってもよい。さらに、超音波プローブとして、光学系のない細径の超音波ミニチュアプローブを適用してもよい。超音波ミニチュアプローブは、通常、胆道、胆管、膵管、気管、気管支、尿道、尿管へ挿入され、その周囲臓器（膵臓、肺、前立腺、膀胱、リンパ節等）を観察する際に用いられる。

また、超音波プローブとして、被検体の体表から超音波を照射する体外式超音波プローブを適用してもよい。体外式超音波プローブは、通常、腹部臓器（肝臓、胆嚢、膀胱）、乳房（特に乳腺）、甲状腺を観察する際に体表に直接接触させて用いられる。

また、超音波振動子は、リニア型の振動子でもラジアル型の振動子でもコンベックス型の振動子でも構わない。超音波振動子がリニア型の振動子である場合、その走査領域は矩形（長方形、正方形）をなし、超音波振動子がラジアル型の振動子やコンベックス型の振動子である場合、その走査領域は扇形や円環状をなす。図１２は、超音波振動子がリニア型の振動子である場合に設定される関心領域の一例を説明する図である。超音波振動子がリニア型の振動子である場合、例えば、図１２に示すＢモード画像Ｗ５内の観測対象Ｓに対して、長方形をなす関心領域Ｒ₁₄が設定される。また、超音波内視鏡は、超音波振動子をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子として複数の素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。

このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。

１ 超音波診断システム
２ 超音波内視鏡
３ 超音波観測装置
４ 表示装置
２１ 超音波振動子
３１ 送受信部
３２ 信号処理部
３３ 画像処理部
３４ フレームメモリ
３５ 観測対象抽出部
３６ 算出部
３７ 関心領域設定部
３８ 入力部
３９ 記憶部
４０ 制御部
３９１ 関心領域設定情報記憶部

Claims (10)

1. 観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子から受信した超音波信号に基づく超音波画像、および該超音波画像内において設定された関心領域における前記観測対象の弾性情報を生成する画像処理部と、
   前記超音波画像内の前記観測対象を抽出する観測対象抽出部と、
   前記超音波画像における前記観測対象の面積を算出するとともに、該算出された前記観測対象の面積と、前記観測対象の面積および前記関心領域の面積の比とをもとに、前記関心領域の面積を算出する算出部と、
   前記算出部で算出された前記関心領域の面積に応じて前記関心領域の設定を行う関心領域設定部と、
   を備えたことを特徴とする超音波観測装置。
2. 前記観測対象抽出部は、関心領域設定対象の超音波画像の時間的に前のフレームの超音波画像を抽出し、該抽出した超音波画像において抽出された観測対象の基準位置をもとに、当該関心領域設定対象の超音波画像の観測対象を抽出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
3. 前記関心領域は、超音波画像を構成する音線の方向に平行な線分と、該線分の端部同士を結び、かつ前記超音波振動子の表面からの深さが同じ位置を結んでなる領域である
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
4. 前記関心領域は、超音波画像を構成する音線の方向に平行な線分と、該線分の端部同士を結び、かつ前記超音波振動子の表面からの深さが同じ位置を結んでなる曲線とにより囲まれる扇形の領域である
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
5. 前記関心領域設定部は、前記観測対象に外接する最小関心領域を設定し、該最小関心領域に対して前記線分および前記曲線のうちの少なくとも一方を移動させて、前記算出部が算出した関心領域の面積となる大きさに調整することにより、前記関心領域の設定を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の超音波観測装置。
6. 前記関心領域設定部は、関心領域設定対象の超音波画像の前のフレームの超音波画像を抽出し、該抽出した超音波画像において設定された関心領域の形状に対して相似な関係を維持しつつ、当該関心領域設定対象の関心領域の大きさを前記算出部が算出した関心領域の面積となる大きさに調整することにより、前記関心領域の設定を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
7. 前記比を設定する設定入力を受け付ける入力部をさらに備え、
   前記関心領域設定部は、前記入力部が受け付けた前記面積比に基づいて関心領域の設定を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
8. 前記関心領域、および該関心領域内の前記観測対象の弾性情報を重畳した前記超音波画像とともに、前記面積比を表示装置に表示させる制御を行う制御部
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
9. 超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、
   観測対象抽出部が、前記超音波画像内の前記観測対象を抽出する観測対象抽出ステップと、
   算出部が、前記超音波画像における前記観測対象の面積を算出するとともに、該算出された前記観測対象の面積と、前記観測対象の面積および前記関心領域の面積の比とをもとに、前記関心領域の面積を算出する算出ステップと、
   関心領域設定部が、前記算出部で算出された前記関心領域の面積に応じて前記関心領域の設定を行う関心領域設定ステップと、
   画像処理部が、前記関心領域設定ステップで設定された関心領域における観測対象の弾性情報を生成する画像処理ステップと、
   を含むことを特徴とする超音波観測装置の作動方法。
10. 超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動プログラムであって、
    観測対象抽出部が、前記超音波画像内の前記観測対象を抽出する観測対象抽出手順と、
    算出部が、前記超音波画像における前記観測対象の面積を算出するとともに、該算出された前記観測対象の面積と、前記観測対象の面積および前記関心領域の面積の比とをもとに、前記関心領域の面積を算出する算出手順と、
    関心領域設定部が、前記算出部で算出された前記関心領域の面積に応じて前記関心領域の設定を行う関心領域設定手順と、
    画像処理部が、前記関心領域設定手順で設定された関心領域における観測対象の弾性情報を生成する画像処理手順と、
    を前記超音波観測装置に実行させることを特徴とする超音波観測装置の作動プログラム。

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