JP2021083699A - 超音波診断装置及び表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】乳房の超音波診断においてプローブ操作を支援する。【解決手段】断層画像には、乳腺像、大胸筋像及びそれらの間の境界像６０が含まれる。境界像６０の検出により、それを近似する近似直線が演算される。近似直線の傾斜角度が演算され、その傾斜角度を反映した支援像１１０Ａ，１１０Ｂが表示される。傾斜角度が閾値を超える場合にはプローブ当接姿勢が不適正であることを示す支援像１１０Ａが表示される。傾斜角度が閾値以下の場合にはプローブ当接姿勢が適正であることを示す支援像１１０Ｂが表示される。傾斜角度が閾値を超える場合にＣＡＤ機能を停止させてもよい。【選択図】図８

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、プローブ操作を支援する技術に関する。

超音波診断装置は、生体への超音波の送受波により得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する装置である。超音波画像は例えば断層画像であり、それは組織の断面を表した画像である。例えば、乳房の検査においては、超音波プローブが乳房表面に当接され、それによって表示された断層画像が観察され、また、その観察を通じて乳腺中の腫瘤の有無や腫瘤の態様等が診断される。

近時、コンピュータ支援診断（Computer-Aided Diagnosis：ＣＡＤ）機能を搭載した超音波診断装置や超音波画像処理装置が普及しつつある。そのような装置では、超音波画像の評価又は診断に際してＣＡＤ機能が利用される。例えば、乳腺診断においては、ＣＡＤ機能を利用して断層画像がリアルタイムで解析される。具体的には、断層画像中に含まれる低輝度の腫瘤像（あるいは低輝度の非腫瘤）が自動的に認識され、それがマーキングされる。ＣＡＤ機能として、腫瘤像ごとに悪性度が自動的に判定されるものもある。なお、特許文献１には、プローブ姿勢ずれの検出を行う超音波診断装置が開示されている。その超音波診断装置においては乳房の超音波診断における特殊事情は考慮されていない。

特開２０１５−５４００７号公報

乳房の超音波診断においては、乳房上の個々の診断位置に対してプローブを正しく当てることが求められる。プローブが正しく当てられていない場合、超音波画像内に多くの不鮮明部分が生じたり、また、超音波画像の端部にシャドウが生じたりする。乳房は膨らみをもった軟質体である。乳房の形態やサイズは被検者によってかなり異なり、しかも、被検者の姿勢によって乳房の形態は大きく変化する。平たい体表上にプローブを当接する場合とは異なり、乳房にプローブを当接する場合には、特別な配慮が求められる。例えば、プローブと大胸筋との間に乳腺を挟み込んで、乳腺を大胸筋に沿って水平に広げる、特殊なプローブ操作が求められることもある。経験の浅い操作者にとって、乳房に対するプローブ当接姿勢を常に適正にすることは容易ではない。

本開示の目的は、乳房の超音波診断を支援することにある。あるいは、本開示の目的は、乳房に対するプローブ当接姿勢についてその適否を示す情報をユーザーに提供することにある。

本開示に係る超音波診断装置は、乳房に対して当接され、前記乳房に対する超音波の送受波により受信信号を出力するプローブと、前記受信信号に基づいて、乳腺像、大胸筋像及びそれらの間の境界像を含む超音波画像を生成する画像生成部と、前記超音波画像に基づいて、前記境界像の傾斜角度を演算する傾斜角度演算部と、前記境界像の傾斜角度に基づいて、前記プローブの操作を支援する支援像を生成する支援像生成手段と、を含むことを特徴とする。

本開示に係る表示方法は、乳腺像、大胸筋像及びそれらの間の境界像を含む超音波画像に基づいて、前記境界像の傾斜角度を演算する工程と、前記境界像の傾斜角度に基づいて、乳房に当接したプローブの操作を支援する支援像を生成する工程と、前記支援像を表示する工程と、を含むことを特徴とする。

本開示によれば、乳房に対する超音波診断を支援できる。あるいは、本開示によれば、乳房に対するプローブ当接姿勢についてその適否を示す情報をユーザーに提供できる。

実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。 傾斜角度演算部及び操作支援像生成部の構成例を示すブロック図である。 断層画像の一例を示す図である。 近似直線の生成方法を示す図である。 除外処理を説明するための図である。 平滑化の前後を示す図である。 平滑化方法を説明するための図である。 支援像の第１例を示す図である。 支援像の第２例を示す図である 支援像の第３例を示す図である。 支援像の第４例を示す図である。 動作例を示す図である。 他の動作例を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）実施形態の概要
実施形態に係る超音波診断装置は、プローブ、画像生成部、傾斜角度演算部、及び、支援像生成手段を有する。プローブは、乳房に対して当接され、乳房に対する超音波の送受波により受信信号を出力するものである。画像生成部は、受信信号に基づいて、乳腺像、大胸筋像及びそれらの間の境界像を含む超音波画像を生成する。支援像生成手段は、境界像の傾斜角度に基づいて、プローブの操作を支援する支援像を生成する。

上記構成によれば、乳房、特に乳腺の超音波診断において、プローブを操作する操作者（ユーザー）に対して支援像を提供できる。ユーザーにおいては、支援像の観察を通じて、プローブ操作、特に乳房に対するプローブ当接姿勢、が適正であるか否かを容易に判断し得る。

上記のように、乳房の超音波診断において、乳房に対して正しくプローブを当接した場合、断層画像において、境界像が水平となり又は水平に近くなる。具体的には、プローブの送受波面と大胸筋の表面との間に比較的に柔らかい乳腺が挟み込まれ、同時に、乳腺それ全体に対して概ね一様な押圧力が与えられている状態では、送受波面と大胸筋の表面とが平行又は平行に近くなる。上記構成は、支援像の提供を通じて、境界像が水平に近いか否か、つまり、プローブ当接姿勢が適正か否か、をユーザーに報知するものである。

支援像は、実施形態において、超音波画像と共に表示される。超音波画像上に支援像が重畳表示されてもよいし、超音波画像の周囲に支援像が表示されてもよい。２つの表示器に超音波画像及び支援像が別々に表示されてもよい。表示情報と共に（又はそれに代えて）、プローブ当接姿勢が適正又は不適正であることを示す他の情報（例えば音情報）がユーザーに提供されてもよい。

実施形態において、支援像はリアルタイムで表示される。すなわち、動画像としての超音波画像を表示している過程において、支援像が動画像として表示される。これによりプローブ操作がリアルタイムで支援される。もちろん、フリーズ後において超音波画像を再生している過程で、参考情報として支援像が表示されてもよい。プローブの概念には、汎用プローブ、乳房検査用プローブ、等が含まれ得る。

実施形態に係る超音波診断装置は、更に、判定部を含む。判定部は、境界像の傾斜角度に基づいて、プローブの当接姿勢について不適正を判定する。支援像を通じてユーザーに対して不適正が報知される。この構成によれば、ユーザーにおいて、プローブ当接姿勢が不適正になったことを明確に認識できる。プローブ当接姿勢が適正な場合及び不適正な場合の内で、後者の場合のみ支援像を表示させてもよいし、両方の場合に支援像を表示させてもよい。支援像を常時表示する場合には、プローブ当接姿勢の適否に応じて支援像の表示態様を変化させることになる。不適正の度合いが段階的に又は連続的に判定されてもよい。

実施形態において、判定部は、傾斜角度が閾値を超える場合に不適正を判定する。実施形態に係る超音波診断装置は、更に、境界像の深さに応じて閾値を変更する閾値設定手段を含む。この構成は、乳房上でのプローブ当接位置、乳房の大きさ、乳房の形態、等によって境界像の傾斜角度の許容範囲を変化させるものである。この構成により、例えば、厳し過ぎる判断を回避できる。

実施形態において、傾斜角度演算部は、生成器及び演算器を有する。生成器は、境界像に基づいて近似直線を生成する。演算器は、傾斜角度として、水平方向に対する近似直線の交差角度を演算する。近似直線を求めることなく、境界像から直接的に傾斜角度が演算されてもよい。近似直線が関数の形式で生成される場合、その関数を導出した部分が生成器及び演算器の両方に相当する。

実施形態において、生成器は、境界像を横切るように複数の探索経路を設定し、各探索経路上において深い側から浅い側へ境界探索を行って境界点を特定し、複数の探索経路上において特定された複数の境界点に基づいて近似直線を生成する。超音波画像上において、大胸筋像の内部においては、一般に、一様に輝度が低い。よって、境界像よりも深い側から浅い側へ境界探索を行えば、境界点を正しく特定することが可能となる。

実施形態において、生成器は、複数の境界点の内で除外条件を満たす無効境界点を除外して複数の有効境界点を特定し、複数の有効境界点に基づいて近似直線を演算する。境界像上に腫瘤等の病変部位が生じることもあり、あるいは、アーチファクト等の影響により、一部の境界点が不適切な位置に特定されてしまうこともある。除外条件を満たす無効境界点を除いて、複数の有効境界点に基づいて近似直線を演算することにより、近似直線をより正確に求めることが可能となる。近似直線又は境界像トレースラインにより、画像解析の対象となる関心領域（ＲＯＩ）の下辺が定義されてもよい。

実施形態に係る超音波診断装置は、解析部及び制御部を含む。解析部は、超音波画像の中の異常部位を探索する。制御部は、境界像の傾斜角度に基づいて、解析部の動作を制限する。境界像の傾斜角度が大きい場合、超音波画像中に比較的多くのアーチファクトが生じ、アーチファクトを病変部位であると誤認してしまう可能性が高くなる。例えば、受波面と乳房表面との密着度が低い部分が生じると、超音波画像の一部が欠落し、つまり、シャドウが生じる。そのようなシャドウを病変部位であると誤認してしまう可能姓が高くなる。上記構成は、超音波画像の品質の低下が予想される場合に、解析部の動作を制限して、誤った情報がユーザーに提供されないようにものである。プローブ当接姿勢が不適正であると判断するための閾値と、解析部の動作を制限するための閾値と、を別々に設けてもよい。

実施形態に係る表示方法は、傾斜角度演算工程、支援像生成工程、及び、表示工程を有する。傾斜角度演算工程では、乳腺像、大胸筋像及びそれらの間の境界像を含む超音波画像に基づいて、境界像の傾斜角度が演算される。支援像生成工程では、境界像の傾斜角度に基づいて、乳房に当接したプローブの操作を支援する支援像が生成される。表示工程では、支援像が表示される。この構成によれば、支援像の観察を通じて、プローブ当接姿勢の正しさを確認でき、あるいは、プローブ当接姿勢が正しくないことを認識できる。

上記方法は、ハードウエアの機能として又はソフトウエアの機能として実現され得る。後者の場合、上記の方法を実行するプログラムが、ネットワークを介して又は可搬型記憶媒体を介して、情報処理装置へインストールされる。情報処理装置の概念には、超音波診断装置、超音波診断システム等が含まれる。情報処理装置は、ＣＰＵ等のプロセッサを備え、そのプロセッサが上述した各機能を発揮する。

(２)実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る超音波診断装置の構成がブロック図として示されている。超音波診断装置は、病院等の医療機関に設置され、生体（被検者）に対する超音波の送受波により得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する医療用の装置である。実施形態に係る超音波診断装置は、後に詳述するように、超音波画像を自動的に解析する機能（ＣＡＤ機能）、及び、プローブ操作を支援する情報を表示する機能、を備えている。実施形態において、超音波診断対象となる組織は乳房であり、より詳しくは乳腺である。

プローブ１０は、超音波を送受波する手段として機能するものである。プローブ１０は、可搬型送受波器であり、それはユーザー（医師、検査技師等）によって保持及び操作される。乳腺の超音波診断に際しては、プローブの１０の送受波面（音響レンズ表面）が被検者の乳房１１の表面に当接され、その状態で超音波が送受波される。乳房１１内には、乳腺、大胸筋、及び、それらの間の境界１２が存在する。

超音波プローブ１０は、一次元配列された複数の振動素子からなる振動素子アレイを備えている。振動素子アレイによって超音波ビームが形成され、超音波ビームの電子的な走査により走査面が形成される。走査面は観察面であり、すなわち二次元データ取込領域である。超音波ビームの電子走査方式として、電子セクタ走査方式、電子リニア走査方式等が知られている。超音波ビームのコンベックス走査が行われてもよい。超音波プローブ内に２Ｄ振動素子アレイを設け、生体内からボリュームデータが取得されてもよい。

送信部１３は、送信時において、複数の振動素子に対して複数の送信信号を並列的に供給する送信ビームフォーマーであり、それは電子回路として構成される。受信部１４は、受信時において、複数の振動素子から並列的に出力される複数の受信信号を整相加算（遅延加算）する受信ビームフォーマーであり、それは電子回路として構成される。受信部１４は、複数のＡ／Ｄ変換器、検波回路等を備えている。受信部１４での複数の受信信号の整相加算によりビームデータが生成される。ちなみに、１回の電子走査当たり、電子走査方向に並ぶ複数のビームデータが生成され、それらが受信フレームデータを構成する。個々のビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。

ビームデータ処理部１６は、受信部１４から出力された各ビームデータを処理する電子回路である。その処理には、対数変換、相関処理、等が含まれる。処理後の各ビームデータが断層画像形成部１８へ送られている。

断層画像形成部１８は、受信フレームデータに基づいて断層画像（Ｂモード断層画像）を形成する電子回路である。それはＤＳＣ（Digital Scan Converter）を有している。ＤＳＣは、座標変換機能、補間機能、フレームレート変換機能等を有し、ビーム走査方向に並ぶ複数のビームデータからなる受信フレームデータに基づいて断層画像を形成する。断層画像のデータが表示処理部２０及び傾斜角度演算部２２へ送られている。

なお、実施形態においては、以下に説明する表示処理部２０、傾斜角度演算部２２、支援像生成部２３、判定部２５、及び、画像解析部２４が画像処理モジュール２６を構成している。画像処理モジュール２６は、プログラムに従って動作する１又は複数のプロセッサにより構成され得る。制御部３４を構成するＣＰＵが画像処理モジュール２６として機能してもよい。

傾斜角度演算部２２は、断層画像に含まれる境界像の傾斜角度を演算する。断層画像には、後述するように、乳腺像及び大胸筋像が含まれる。境界像は乳腺像と大胸筋像の間に存在し、概ね横方向に流れる線状の像である。傾斜角度は水平方向に対する角度であり、実施形態において、傾斜角度は符号を有しない絶対角度である。

支援像生成部２３は、傾斜角度に基づいて、ユーザーによるプローブ操作を支援するための支援像（プローブ操作支援像）を生成する。支援像の表示態様は、傾斜角度が閾値を超える場合においてアラート態様となり、傾斜角度が閾値以下の場合に非アラート態様となる。傾斜角度が閾値を超える場合に限り支援像を表示してもよい。支援像は、断層画像と同様に、動画像であり、それらはリアルタイムで表示される。生成された支援像のデータが表示処理部２０へ送られている。

画像解析部２４は、画像解析手段として機能し、断層画像の内の関心領域に含まれる画像部分に対して画像解析を実行するものである。すなわち、画像解析部２４はＣＡＤ機能を発揮するものである。画像解析部２４は、フレーム単位で画像解析を行う。もちろん、所定数のフレームを単位として画像解析が実行されてもよい。画像解析部２４は、ＣＮＮ（Convolutional Neural Network）等の機械学習型解析器によって構成され得る。画像解析部２４は、低輝度の腫瘤や低輝度の非腫瘤等を認識、抽出又は弁別する機能を有している。画像解析部２４が腫瘤の悪性度を評価する機能を備えていてもよい。画像解析部２４は、実施形態において、断層画像を解析して腫瘤等を特定し、それを指し示すマーカーを生成する。マーカーを含む画像解析結果が表示処理部２０へ送られている。画像解析部２４は、基本的に、リアルタイム動作する。もっとも、再生された断層画像に対して解析を行うようにしてもよい。画像解析部２４において、算出された傾斜角度に基づいて、近似直線に直交する方向に並行に処理を行うようにしてもよい。

判定部２５は、傾斜角度に基づいて、ＣＡＤ機能のオンオフを制御するものである。具体的には、傾斜角度が閾値以内である場合においてＣＡＤ機能をオン状態とし、傾斜角度が閾値を超える場合にＣＡＤ機能をオフする。ＣＡＤそれ自体ではなくＣＡＤ結果の表示をオンオフしてもよい。傾斜角度が大きい場合、断層画像品質の低下が予想され、すなわち、断層画像中に比較的多くのアーチファクトが出ている可能性が高いので、あるいは、送受波面の端部の密着度が低くなってシャドウが生じている可能性が高いので、誤検出防止の観点からＣＡＤ機能をオフさせるものである。

表示処理部２０は、グラフィック画像生成機能、カラー演算機能、画像合成機能等を有する。具体的には、表示処理部２０は、断層画像、支援像、画像解析結果、等を含む表示画像を生成し、そのデータを表示器２８へ送る。表示器２８は、ＬＣＤ、有機ＥＬ表示デバイス等によって構成される。

制御部３４は、図１に示されている各構成要素の動作を制御するものである。制御部３４は、実施形態において、ＣＰＵ及びプログラムによって構成される。制御部３４が上記の画像処理モジュール２６として機能してもよい。操作パネル３２は入力デバイスであり、それは複数のスイッチ、複数のボタン、トラックボール、キーボード等を有する。なお、図１において、断層画像形成部１８以外の超音波画像形成部については図示省略されている。例えば、弾性情報（エラスト）画像形成部、血流画像形成部、その他が設けられてもよい。

図２には、傾斜角度演算部２２及び支援像生成部２３の構成例が示されている。傾斜角度演算部２２は、境界検出器３６、除外処理器３８、近似直線生成器４０、角度演算器４２、及び、平均深度演算器４３を有する。支援像生成部２３は、閾値設定器４４、生成制御器４６、及び、支援像生成器４８を有する。平均深度演算器４３は必要に応じて設けられる。

境界検出器３６は、断層画像に対して境界像を横切るように複数の探索経路を設定し、各探索経路上においてエッジ検出を行うものである。これにより境界像を特定する複数の検出点からなる検出点列が構成される。設定する探索経路の個数をユーザーが可変設定してもよい。

境界検出に先立って、断層画像に対して前処理が適用される。前処理として、平滑化処理、最小値抽出処理、最大値抽出処理、メディアン（中央値抽出）処理、エッジ強調処理等があげられる。断層画像の外側のエリア内を画素値ゼロで埋めるゼロパディングが実行されてもよい。

境界探索の開始点は、実施形態において、各探索経路上において最も深い地点とされており、その開始点から浅い方へ境界探索が順番に進められる。乳房の断層画像においては、乳腺像と大胸筋像との間に境界像が明瞭に現れる。境界像の奥側（深い側）が概ね一様性をもった低輝度の領域となる。それらの性質又は特徴を前提として、深いところから浅いところへ、境界探索が順次実行される。実施形態において、観察対象は乳腺像であり、それは境界像の手前側つまり浅い側に存在する。

除外処理器３８は、検出点列を構成する複数の検出点の内で、除外条件を満たす検出点を無効検出点として除外する処理を実行する。これにより複数の有効検出点が残される。複数の有効検出点により検出点列が再構成される。

近似直線生成器４０は、複数の有効検出点に基づいて近似直線を生成する。その場合には、例えば、最小二乗法等が利用される。近似直線の上側の領域を関心領域（ＲＯＩ）と定めてもよい。関心領域内において画像解析が実行される。複数の有効検出点を近似する曲線により関心領域の下辺を定めてもよい。複数の境界点からなる境界点列に対して、空間的な平滑化が適用されてもよい。また、そのような境界点列に対して、時間的な平滑化が適用されてもよい。関心領域の下辺に対して、空間的な平滑化、及び、時間的な平滑化が適用されてもよい。

角度演算器４２は、近似直線と水平ラインとの交差角度を傾斜角度θとして演算する。垂直ラインと近似直線との交差角度が演算されてもよい。近似直線を生成することなく、境界像を模擬する複数の有効検出点から直接的に傾斜角度が演算されてもよい。

平均深度演算器４３は、近似直線についての平均深度ｄを演算する。例えば、複数の有効検出点のｙ座標を平均することにより平均深度ｄが演算されてもよいし、近似直線を構成する複数の画素のｙ座標を平均することにより平均深度ｄが演算されてもよい。近似直線の両端のｙ座標の中点として平均深度ｄが演算されてもよい。平均深度ｄは閾値θ１の可変設定において参照される。

閾値設定器４４は、傾斜角度θに対して比較される閾値θ１を設定するものである。閾値θ１は、ユーザー指定に基づいて設定され、あるいは、自動的に適応的に設定される。図示の構成例では、近似直線の深さに基づいて閾値θ１を可変設定し得る。

生成制御器４６は、支援像生成器４８の動作を制御するものであり、具体的には、傾斜角度θが閾値θ１を超える場合にアラート態様を有する支援像が生成され、一方、傾斜角度θが閾値θ１以下である場合に非アラート態様を有する支援像が生成されるように、支援像生成器４８を制御する。プローブ当接姿勢が不適正である場合及びプローブ当接姿勢が適正である場合の両方又は一方において支援像が生成される。

支援像生成器４８は、プローブ操作を支援する支援像を生成するものである。支援像の表示形態は、上記のように傾斜角度に応じて変更される。上記のアラート態様はユーザーに対して注意を喚起させる態様であり、例えば、ある図形が、目立つ色で表示され、高輝度で表示され、目立つ形態で表示され、又は、拡大表示される。

なお、傾斜角度の情報は、図１に示した判定部にも与えられている。判定部は、傾斜角度θが閾値θ１を超える場合にＣＡＤ機能を無効とし、傾斜角度θが閾値θ１以下である場合にＣＡＤ機能を有効とする。支援像の生成を制御するための閾値とＣＡＤ機能のオンオフを制御するための閾値とを異ならせてもよい。

図３には、乳房の超音波診断により生成された断層画像５０が示されている。断層画像５０は、リアルタイムで表示されるＢモード断層画像である。xは水平方向（横方向）を示しており、それは実施形態において電子走査方向である。ｙは垂直方向（縦方向）を示しており、それは実施形態において深さ方向である。

断層画像５０には、脂肪層像５４、乳腺像（乳腺層像）５６、及び、大胸筋像５８が含まれる。また、断層画像５０には、乳腺像５６と大胸筋像５８の間に、線状の境界像６０が含まれる。図示の例では、乳腺像５６内には腫瘤（腫瘤像）６２が含まれ、断層画像５０には、シャドウ６８が含まれている。シャドウ６８は、プローブが乳房に対して適正に当てられずに、送受波面と乳房表面との間で部分的な密着度低下が生じた場合や、プローブによる押圧力が不足して乳腺を十分に伸ばせない部分が生じ、その部分の奥側に超音波が十分に到達しない場合に生じる。乳腺に対する必要な押圧又は必要な引き伸ばしを行えない場合にはシャドウ以外の不鮮明部分も生じやすくなる。図示の例では、境界像６０がかなり傾斜しており、具体的にはその右側が上がって、その左側が下がっている。

シャドウ等のアーチファクトを多く含む断層画像は読影に適しないものであり、それに対してＣＡＤを適用すると、異常部位の誤認が生じやすくなる。例えば、図３に示されている断層画像５０に対してＣＡＤを適用した場合、シャドウ中の特定部分を異常部位として誤認してしまうことが生じる。

アーチファクトを低減し、断層画像の品質を高めるには、プローブの送受波面と大胸筋との間に比較的に柔らかい乳腺が適度に挟まれるようにし、つまり乳腺が水平方向に引き伸ばされた状態を生じさせることが望まれる。つまり、プローブを乳房に押し付けつつ、プローブの送受波面と境界像とが平行な関係に近付くようにプローブの当接姿勢を調整することが求められる。上記支援像は、そのようなプローブ操作を支援するための画像であり、具体的には、境界像６０の傾斜角度（プローブ当接姿勢）の適否を示す情報である。

境界像６０の傾斜角度は次のように演算される。最初に、断層画像に対して、ｙ方向に平行に複数の探索経路６９が等間隔で設定される。各探索経路６９上において境界像６０に相当するエッジが探索され、エッジの検出地点が境界点７０とされる。ｘ方向における複数の境界点により境界点列７２が構成される。境界点列７２に基づいて近似直線７４が生成され、その近似直線７４が水平ラインとなす交差角度として境界像６０の傾斜角度θが演算される。実際には、境界点列７２に対して除外処理を適用した上で、除外処理後の境界点列に基づいて近似直線が演算される。

図４には、近似直線の生成方法が具体的に示されている。図示の例では、境界像上において複数の境界点７０が検出されており、それらにより境界点列７２Ａが構成されている。実施形態においては、複数の境界点７０の中で、所定の除外条件を満たす境界点が無効境界点として除外される。例えば、境界点列７２Ａに基づいて最小二乗法により近似直線（仮の近似直線）７４Ａが生成され、近似直線７４Ａを基準とする除外条件を満たす境界点が無効境界点として判定される。

例えば、境界点ごとに、その境界点と近似直線７４Ａとの間のｙ方向距離（垂直距離）が演算され、最大の距離を生じさせる境界点が無効境界点とされる。その場合、距離の大きさ順でｎ（ｎは１以上の整数）個の境界点がそれぞれ無効境界点として定められてもよい。あるいは、距離が所定値以上となる境界点をすべて無効境界点としてもよい。図４に示す例では、例えば、探索経路６９上において、境界点７０Ａと近似直線７４Ａとの間のｙ方向距離８２が最大距離であり、それを生じさせた境界点７０Ａが無効境界点とされる。なお、近似直線７４Ａに直交するライン６９Ａ上の距離８２Ａを演算するようにしてもよい。

図５には、境界点７０Ａに対して除外処理を適用した後の境界点列７２Ｂが示されている。境界点列７２Ｂに基づいて近似直線７４Ｂが再演算される。それは先に求められた近似直線７４Ａに対して異なる直線であり、境界点７０Ａによる影響を受けていないものである。除外処理によれば、局所的な変化の影響を除外して、より正確な近似直線を生成することが可能となる。近似直線の生成及び除外処理を繰り返し実行してもよい。

図６に示されるように、境界点列７２Ｃに対して空間的な平滑化を適用し、平滑化後の境界点列７２Ｄに基づいて近似直線７４Ｃを生成するようにしてもよい。なお、図４においては、平滑前後の違いを分かり易く表現するため平滑前後の境界点列がそれぞれ１本のラインで表現されている。

空間的な平滑化の前又は後に、境界点列に対して、時間的な平滑化を適用してもよい。時間的な平滑化により、近似直線の形態がフレーム単位で激しく変化することを抑制することが可能となり、演算される傾斜角度を安定化することができる。もっとも、超音波プローブを動かしている最中においては、時間的な平滑化の機能をオフにしてもよい。

図７には、平滑化方法が示されている。ｘ方向は水平方向であり、その軸上には複数の探索経路上で検出された複数の境界点のｙ座標が示されている。それらの内で、注目ｘ座標（ｙ座標はym）（符号１０８を参照）を中心とした一定の区間１００内に含まれるｙ座標（ym-k〜ym〜ym+k）が特定され、それらの空間平均値y’mが演算され（符号１０２を参照）、その空間平均値y’mが注目ｘ座標に与えられる。

上記処理が区間１００を移動させながら繰り返し実行される（符号１０４を参照）。単純平均に代えて重み付け平均等を利用してもよい。更に、個々のｘ座標において、時間軸方向にｙ座標を平滑化し、時間空間平均値y”m（符号１０６を参照）を演算し、それを個々のｘ座標に与えてもよい。

図８には、支援像の第１例が示されている。図８の左側にはアラート態様を有する支援像１１０Ａが示され、図８の右側には非アラート態様を有する支援像１１０Ｂが示されている。支援像１１０Ａは、近似直線を示す赤色ラインにより構成される。支援像１１０Ｂには、近似直線を示す緑色ラインにより構成される。いずれのラインも境界像６０に重畳して表示されている。境界像６０の観察を行えるように、各ラインは半透明ラインとして表示される。プローブ操作の過程で、支援像１１０Ａが表示された場合、その観察を通じて、プローブ当接姿勢が適正でないことを認識できる。その後、支援像１１０Ｂが表示された時点で、プローブ当接姿勢が適正化されたことを認識できる。ラインに代えて境界点列を表示してもよい。

実施形態では、傾斜角度が閾値を超える場合にＣＡＤ機能が自動的にオフになり、傾斜角度が閾値以下である場合にＣＡＤ機能が自動的にオンになる。図８に示す例では、右側の断層画像に含まれる腫瘤１１２がマーカー１１４によって囲まれており、つまり異常部位（正確には異常部位候補）が自動的にマーキングされている。近似直線よりも下側を半透明で塗り潰すことにより支援像を生成してもよい。

図９には、支援像の第２例が示されている。なお、既に説明した要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。このことは後に説明する図１０及び図１１に示される要素についても同様である。

図９において、左側にはアラート態様を有する支援像１１６Ａが示され、右側には非アラート態様を有する支援像１１６Ｂが示されている。表示画像１１５は、断層画像表示エリア１１５Ａ及びその周りの周囲エリア１１５Ｂを有し、周囲エリア１１５Ｂ内に支援像１１６Ａ，１１６Ｂが表示されている。

具体的には、支援像１１６Ａは、近似直線を外挿することにより観念されるライン上に表示された２つのマーカー１１８ａ，１１８ｂにより構成され、それらは例えば赤色を有する。２つのマーカー１１８ａ，１１８ｂは周囲エリア１１５Ｂ内に表示されている。支援像１１６Ｂは、上記同様に、近似直線を外挿することにより観念されるライン上に表示された２つのマーカー１１８ｃ，１１８ｄにより構成され、それらは例えば緑色を有する。２つのマーカー１１８ｃ，１１８ｄは周囲エリア１１５Ｂ内に表示されている。緑色との対比において、赤色の表示により、アラート状態がユーザーに報知されている。

この第２例によれば、支援像１１６Ａ，１１６Ｂが境界像６０に重ならないので、支援像１１６Ａ，１１６Ｂにより境界像６０の観察が妨げられないという利点を得られる。

図１０には、支援像の第３例が示されている。図１０の左側にはアラート態様を有する支援像１２０Ａが示され、その右側には非アラート態様を有する支援像１２０Ｂが示されている。表示画像１１５は、断層画像表示エリア１１５Ａ及びその周りの周囲エリア１１５Ｂを有し、周囲エリア１１５Ｂ内に支援像１２０Ａ，１２０Ｂが表示されている。

個々の支援像１２０Ａ，１２０Ｂは、断層画像の形態を模擬した枠１２２ａ、１２２ｂ、及び、近似直線を模擬したライン１２４ａ，１２４ｂ、により構成される。支援像１２０Ａは例えば赤色を有し、支援像１２０Ｂは例えば緑色を有する。支援像１２０Ｂのみを表示してもよい。第３例によれば境界像の深さ位置及び傾きを視認することが容易となる。

図１１には、支援像の第４例が示されている。図１１の左側には、傾斜角度が閾値を超えた場合に表示される支援像１２６Ａが示されている。表示画像１１５は、断層画像表示エリア１１５Ａ及びその周りの周囲エリア１１５Ｂを有し、周囲エリア１１５Ｂ内に支援像１２６Ａが表示されている。それは赤色の三角形からなるアラートシンボルにより構成されている。図１１の右側には、傾斜角度が閾値以下になった場合に表示される表示画像１１５が示されている。周囲エリア１１５Ｂには、符号１２６Ｂで示されるように、支援像は表示されていない。

なお、第２例〜第４例においても、第１例同様、傾斜角度が閾値を超える場合にＣＡＤ機能が自動的にオフにされ、傾斜角度が閾値以下である場合にＣＡＤ機能が自動的にオンにされている。右側の断層画像に含まれる腫瘤１１２がマーカー１１４によってマーキングされている。

図１２には、図１に示した超音波診断装置の動作例（特に表示に関する動作例）がフローチャートとして示されている。Ｓ１０では、断層画像中の境界像に基づいて境界点列が生成され、境界点列に基づいて近似直線が生成される。その過程において上記除外処理が適用されてもよい。Ｓ１２では、近似直線の傾斜角度θが演算される。傾斜角度θは、実施形態において、近似直線と水平ラインとの交差角度である。Ｓ１４では、傾斜角度θが閾値θ１と比較される。傾斜角度θが閾値θ１を超える場合、Ｓ１６においてアラート態様を有する支援像が表示され、続いて、Ｓ１８においてＣＡＤが制限される。例えば、ＣＡＤ結果の表示が禁止される。一方、Ｓ１４において、傾斜角度θが閾値θ１以下であると判定された場合、Ｓ２０において、非アラート態様を有する支援像が表示され、続いて、Ｓ２４においてＣＡＤが許容される。

以上のように、実施形態の動作によれば、プローブ当接姿勢が不適正な場合にアラート態様を有する支援像が表示されるので、その観察を通じて、その状態をユーザーにおいて認識でき、その上で、プローブの姿勢を変化させる操作を行える。その過程で、非アラート態様を有する支援像が表示されたならば、その観察を通じてプローブ当接姿勢が適正であることを確認できる。また、実施形態によれば、プローブ当接姿勢が適正である場合に限りＣＡＤの機能を発揮させることができるので、異常部位の誤認の発生を防止又は軽減できる。傾斜角度θが閾値θ１を超える場合にのみ支援像を表示してもよい。

図１３には、他の動作例がフローチャートとして示されている。なお、図１２に示した工程と同様の工程には同一の符号を付しその説明を省略する。

図１３に示す動作例では、Ｓ１２とＳ１４との間にＳ２６，Ｓ２８が加えられている。Ｓ２６では、近似直線に基づいてその平均深度ｄが演算されている。Ｓ２８においては、平均深度ｄに基づいて閾値θ１が適応的に設定されている。具体的には、平均深度ｄが小さくなればなるほど、閾値θ１が緩和されており、つまり閾値θ１が増大されている。逆に言えば、平均深度ｄが大きくなればなるほど、閾値θ１が厳しくされており、つまり閾値θ１が小さくされている。例えば、係数ｋ及び基準値θ０を用いて、θ１＝θ０-ｋ・ｄにより閾値θ１が計算される。Ｓ１４では、適応的に設定される閾値θ１に対して傾斜角度θが比較される。

乳房の端部にプローブを当てる場合、断層画像上において境界像が浅部に現れる傾向にあり、また、その境界は傾きやすい。患者によって乳腺の厚さは異なり、乳腺が薄い場合に、境界は傾きやすい傾向が認められる。このため、境界が浅部に存在する場合は、閾値を緩和するために閾値を増大し、一方、境界が深部に存在する場合は、閾値を厳しくするために閾値を減少させる。図１３に示した動作例によれば、例えば、乳房の端部にプローブを当接して超音波検査を行う場合において、閾値θ１が厳し過ぎてしまう問題を回避することが可能となる。

上記実施形態においては、傾斜角度に基づいてＣＡＤ機能のオンオフが制御されていたが、エラストグラフィーにおいて傾斜角度に基づいてエラスト画像のオンオフを制御してもよい。あるいは、傾斜角度が閾値以下である場合にエラスト画像が解析されてもよい。

上記実施形態において、境界像の検出に際して、検出された境界点が著しく少ない場合や、近似直線と複数の境界点の間の誤差量が著しく大きい場合は、近似直線の演算を行わないようにしてもよい。なお、支援像を生成しない構成において、境界像の傾斜角度に基づいて画像解析のオンオフ制御を行ってもよい。上記実施形態に係る技術を乳房以外の他の組織に対して適用する変形例も考えられる。

１０ 超音波プローブ、１８ 断層画像形成部、２０ 表示処理部、２２ 傾斜角度演算部、２３ 支援像生成部、２４ 画像解析部、２５ 判定部、３６ 境界検出器、３８ 除外処理器、４０ 近似直線生成器、４２ 角度演算器、４３ 平均深度演算器、４４ 閾値設定器、４６ 生成制御器、４８ 支援像生成器。

Claims (10)

1. 乳房に対して当接され、前記乳房に対する超音波の送受波により受信信号を出力するプローブと、
   前記受信信号に基づいて、乳腺像、大胸筋像及びそれらの間の境界像を含む超音波画像を生成する画像生成部と、
   前記超音波画像に基づいて、前記境界像の傾斜角度を演算する傾斜角度演算部と、
   前記境界像の傾斜角度に基づいて、前記プローブの操作を支援する支援像を生成する支援像生成手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記境界像の傾斜角度に基づいて、前記プローブの当接姿勢について不適正を判定する判定部を含み、
   前記支援像を通じてユーザーに対して前記不適正が報知される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の超音波診断装置において、
   前記判定部は、前記傾斜角度が閾値を超える場合に前記不適正を判定し、
   前記境界像の深さに応じて前記閾値を変更する閾値設定手段が設けられた、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項３記載の超音波診断装置において、
   前記閾値設定手段は、前記境界像の深さの減少に伴って前記閾値を引き上げる、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記傾斜角度演算部は、
   前記境界像に基づいて近似直線を生成する生成器と、
   前記傾斜角度として、水平方向に対する前記近似直線の交差角度を演算する演算器と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項５記載の超音波診断装置において、
   前記生成器は、
   前記境界像を横切るように複数の探索経路を設定し、
   前記各探索経路上において深い側から浅い側へ境界探索を行って境界点を特定し、
   前記複数の探索経路上において特定された複数の境界点に基づいて前記近似直線を生成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項６記載の超音波診断装置において、
   前記生成器は、
   前記複数の境界点の内で除外条件を満たす無効境界点を除外して複数の有効境界点を特定し、
   前記複数の有効境界点に基づいて前記近似直線を生成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記超音波画像の中の異常部位を探索する解析部と、
   前記境界像の傾斜角度に基づいて、前記解析部の動作を制限する制御部と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
9. 乳腺像、大胸筋像及びそれらの間の境界像を含む超音波画像に基づいて、前記境界像の傾斜角度を演算する工程と、
   前記境界像の傾斜角度に基づいて、乳房に当接したプローブの操作を支援する支援像を生成する工程と、
   前記支援像を表示する工程と、
   を含むことを特徴とする表示方法。
10. 乳腺像、大胸筋像及びそれらの間の境界像を含む超音波画像に基づいて、前記境界像の傾斜角度を演算する機能と、
    前記境界像の傾斜角度に基づいて、乳房に当接したプローブの操作を支援する支援像を生成する機能と、
    を含むことを特徴とするプログラム。
    
    

Images