JP3502513B2 - 超音波画像処理方法および超音波画像処理装置 - Google Patents
超音波画像処理方法および超音波画像処理装置Info
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- JP3502513B2 JP3502513B2 JP25318896A JP25318896A JP3502513B2 JP 3502513 B2 JP3502513 B2 JP 3502513B2 JP 25318896 A JP25318896 A JP 25318896A JP 25318896 A JP25318896 A JP 25318896A JP 3502513 B2 JP3502513 B2 JP 3502513B2
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Description
得られる超音波画像から、疾病の診断に重要な被検者の
体動や検査者の手ぷれ等の影響を受けない画像を判定し
て収集するための超音波画像処理方法および超音波画像
処理装置に関する。
いても肥満や高血圧といった成人病が増加傾向にあり、
これらに起因する心臓病は癌についで第2位の死亡率で
あり深刻な問題となっている。心臓病の診断は、一次的
な診断として心電図が用いられている。さらに詳細な画
像による診断を行うために、リアルタイム性、簡便性、
安価(X線CTやMRI、PET等の他の診断装置に比
較して)といった理由から、現在超音波診断装置を用い
た診断が広く行われている。
う場合、装置でリアルタイムに得られる動画像を用いて
の診断が多数を占める。この際、医師は診断情報の1つ
として心臓の壁運動の観察を行い、異常があるかどうか
を診断する。心筋梗塞や狭心症といった心臓病の場合に
は前記の壁運動に異常が現れる。この診断は絶えず動い
ている心臓壁の内、異常な動きを示す部位を見つけ出す
必要があり、精度のよい診断を行うためにも、観察の対
象となる心臓以外の部分はなるべく静止した(ぶれのな
い)状態で観察できるのが望ましい。
いては、被検者に対して検査者が超音波プローブを当て
画像を収集するといった方式が取られている。この際、
被検者は固定されていないのと同時に超音波プローブも
固定されておらず、自在に観察部位を変更できるように
なっている。このような方式は簡便性や自由度といった
面では優れているが、先述のように心臓部の動きを観察
する場合には、被検者の体動や超音波プローブを当てる
検査者の手ぷれ等によって画像がぶれるといった現象が
起こる。また、注意深く画像のぶれを押さえて画像収集
したとしても、それが診断に適したぶれのない画像とな
っているのかどうかははっきりとはせず、結果的には検
査者自身が判断することになり、客観性に欠けると共に
検査者の負担増にもつながる。また、効率的な検査が行
えず、検査時間の増加にもつながってしまう。
波診断装置により心臓部の診断を行う場合には、診断に
適したぶれの無い画像を収集するために注意を払う必要
があるが、ぶれの無い画像が得られたかどうかといった
評価は検査者が行うことになり、客観性に欠けると共に
検査者の負担が大きくなってしまうといった問題があっ
た。
かどうかといった情報が得られないために効率的な検査
が行えず、検査時間が増加してしまうといった問題点が
あった。
であり、超音波診断装置で得られる超音波画像から、疾
病の診断に重要な被検者の体動や検査者の手ぶれ等の影
響を受けない画像を判定して収集することが可能な超音
波画像処理方法および超音波画像処理装置を提供するこ
とを目的とする。
方法及び装置は、超音波動画像を予め設定された時間間
隔で複数の区間に区切り、この各区間内の各フレーム画
像から対象物の輪郭情報あるいは領域情報を抽出して、
各区間の輪郭情報あるいは領域情報をそれぞれ他の区間
の輪郭情報あるいは領域情報と比較し、この比較結果を
出力し、あるいは、この比較結果を基に前記超音波動画
像に対する所定の判定を行うことにより、超音波診断装
置で得られる超音波画像から抽出される対象物の輪郭の
動き量を基に、例えば、疾病の診断に重要な被検者の体
動や検査者の手ぶれ等の影響を受けない動画像の判定、
収集が容易に行える。
よび装置は、超音波動画像の各フレーム画像から対象物
の輪郭情報あるいは領域情報を抽出し、この抽出された
対象物の時系列な複数の輪郭情報あるいは領域情報を予
め設定された時間間隔の時系列な複数の輪郭情報あるい
は領域情報に区分けして、この各時間間隔内の輪郭情報
あるいは領域情報をそれぞれ他の時間間隔内の輪郭情報
あるいは領域情報と比較し、この比較結果を出力し、あ
るいは、この比較結果を基に前記超音波動画像に対する
所定の判定を行うことにより、超音波診断装置で得られ
る超音波画像から抽出される対象物の領域の動き量に基
づき、例えば、疾病の診断に重要な被検者の体動や検査
者の手ぶれ等の影響を受けない動画像の判定、収集が容
易に行える。また、前記時間間隔は、心拍周期を基準と
して設定されることにより、疾患の診断に重要な動画像
の判定がより高精度に行える。
図面を参照して説明する。 (第1の実施形態)まず、本発明の第1の実施形態につ
いて、心臓部の診断を行う場合を例にとり、図1〜図5
を参照して説明する。
法の処理手順を示したフローチャートである。始めに超
音波診断装置から心臓部動画像が入力される(ステップ
S1)。次に入力された動画像から対象物(心壁)の輪
郭が抽出される(ステップS2)。このときの心壁輪郭
の抽出は、例えば動的輪郭モデルを用いた方法:On
active contour models and
balloons.(Laurent D.Cohe
n、CVGIP:IU、53(2):211−218、
1991)等を利用すれば自動的かつ簡便に輪郭の抽出
を行うことができる。次に、時系列の輪郭情報を分割す
るためのサンプリング時間の設定が行われる(ステップ
S3)。本実施形態においては、予め入力されていた値
が設定される。その後、設定されたサンプリング時間で
抽出された時系列の輪郭情報の各々が記録される(ステ
ップS4)。そして、記録された輪郭情報同士の比較が
行われる(ステップS5)。
ては以下のように行われる。図2に示すように、ステッ
プS2で抽出された心壁輪郭10全体の動き量を平均し
てサンプリング時間St毎に区切ってその動きが記録さ
れる(図3参照)。本実施形態においては、ある時刻で
の輪郭を基準にとり、その時点からの動き量を絶対量で
記録しているために、図3のような正の値となる。ま
た、心臓は周期運動をしているため、図3のように周期
性のあるグラフとなる。
Ta、Tb、Tc、…とし、TaとTb、TbとTcと
いった具合に隣接するデータ系列の比較が行われる。比
較の方法は、本実施形態では次式(1)に示すような平
均2乗誤差を用いて行われる。
の例である。また、式(1)においてTa(i)はデー
タ系列Taのi番目のデータ(i番目の動き量)、Tb
(i)はデータ系列Tbのi番目のデータ、nはデータ
系列の個数を表す。データ系列の個数nは、心壁輪郭を
抽出した際の処理枚数によって決まる。例えば、超音波
診断装置から得られる動画像のフレームレートが30
(フレーム/秒)として、全てのフレームの画像に対し
て輪郭抽出を行った場合、前述のように輪郭データのサ
ンプリング時間をTs(秒)とすると、nは以下の式
(2)で算出される。
(a、b)、Diff(b、c)、…というように時系
列に図4のように表示される(ステップS6)。心臓は
周期的な動きをしているため、心臓の動き以外に体動や
手ぶれといった他の動きが加わらない場合には、図5に
示すように、心壁の動き量をプロットすると周期的かつ
形のそろった曲線を描く。このような場合には、式
(1)における比較値Diffの値は非常に低い値(ほ
ぼ「0」)をとる。
た場合には、心壁の動き量は図3のような形のそろわな
い曲線を描くため、式(1)における比較値Diffの
値は大きくなる。このようにサンプリング時間間隔毎の
輪郭の動き量を比較することで、収集画像が体動や手ぷ
れを含んでいるかいないかを判定することができるた
め、診断に有用な画像の収集を容易に行なうことができ
る。
あるか否かの判定を行うための表示は輪郭の動き量の比
較値を用いたが、図3や図4のような輪郭の動きを時間
的にプロットしたグラフを表示させても判定を行うこと
ができる。この場合、定量的な指標により判定すること
はできなくなるが、目視によりある程度の判定が可能と
なるため、この場合でも体動や手ぶれの無い画像が収集
し易くなる。また、輪郭の動き量の比較結果の表示は、
比較値を時間的にプロットしたが、比較値の数値そのも
のを表示するようにしてもよい。 (第2の実施形態)次に、本発明の第2の実施形態につ
いて図6を参照して説明する。
方法の処理手順を示したフローチャートである。なお、
図1と同一部分には同一符号を付し、異なる部分につい
てのみ説明する。すなわち、本実施形態では、図6に示
したように診断に適した比較値の値を基準値として予め
設定しておき、その値と比較することで診断に有用な画
像であるかどうかを判定し(ステップS7)、その結果
も合わせて表示される(ステップS6)。
像は、例えば、再び超音波診断装置に送られ、診断処理
対象とされ得る。 (第3の実施形態)次に、本発明の第3の実施形態につ
いて図7を参照して説明する。
方法の処理手順を示したフローチャートで、第1の実施
の形態におけるサンプリング時間の設定を心電図による
心拍情報をもとに行う例である。
し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図7
では、心電図による心拍の計測が実施され(ステップS
8)、ステップS3でサンプリング時間の設定を行う際
に、心電図から得られる心拍情報を基準として設定が行
われる。
の輪郭情報のサンプリング時間は心拍の周期と同じであ
ることが望ましい。心拍の周期は人間の場合約1秒であ
るが、人によって個人差がある。そこで上記のように心
電図からの情報をもとにサンプリング時間を設定すれ
ば、収集画像が診断に適した画像かどうかをより精度が
高く判定することができる。 (第4の実施形態)次に、本発明の第4の実施の形態に
ついて図8〜図10を参照して説明する。本実施形態
は、比較値を算出する場合に輪郭の平均的な動き量では
なく、輪郭の各部分の動き量を用いて算出する例であ
る。以下、第1の実施形態と異なる部分についてのみ説
明する。
系列の輪郭情報を記録する際に、抽出された心壁輪郭1
0が図9に示すように複数の領域(R1、R2、…、R
N−1)に分割され(ステップS9)、分割された各々
の領域(例えば、領域R0、R1)に関して図10に示
すように、時系列情報がサンプリング時間(St)毎に
記録される(ステップS10)。
う際には、前記の分割された各領域(R0、R1、…、
RN−1)において、第1の実施形態で説明した方法に
よりデータ系列の比較が行われ、各領域における比較値
が次式(3)のように算出される(ステップS11)。
b)は領域R0におけるデータ系列TaとTbとの比較
値を、Diff_R1(a、b)は領域R1におけるデ
ータ系列TaとTbとの比較値を表す。その後、本実施
形態においては、これら算出された比較値を次式(4)
の如く平均し(ステップS12)、輪郭全体の比較値と
して図4のようにその結果が表示される(ステップS
6)。
数である。その他の処理は第1の実施形態と同様であ
る。 (第5の実施形態)次に、本発明の第5の実施形態につ
いて図11および図12を参照して説明する。本実施形
態は、第1の実施形態において比較に用いた時系列デー
タに領域情報を用いる例である。
像処理方法の処理手順を示したフローチャートである。
始めに超音波診断装置から心臓部動画像が入力される
(ステップS31)。次に入力された動画像から心臓の
領域が抽出される(ステップS32)。本実施形態にお
いては、心臓の領域は、図12の斜線部で示した心筋部
(心外壁11と心内壁12との間の領域)をさす。
の心拍計測(ステップS38)からの情報を元にサンプ
リング時間の設定が行われ(ステップS33)、時系列
の領域情報がサンプリング時間毎に記録される(ステッ
プS34)。次に記録された各々の時系列の領域情報の
比較が行われる(ステップS35)。この時の比較は、
領域全体の動き量が平均され比較に用いられる。最後
に、比較結果の表示を行う(ステップS36)。
報は心筋全体の領域であったが、第4の実施形態で説明
したように心筋部を複数の領域に分割して各々の時系列
領域情報を比較してもよい。また、本実施形態において
用いた領域は心筋部の領域であるが、超音波診断装置で
は血液とその他の部分とのエコー強度が異なることを利
用して(一般に血液は他の部分に比較してエコー強度が
低い)、図13のように心壁20に囲まれた血液領域2
1とその他の領域(斜線部)に分割し、どちらか一方ま
たは両方の領域の動き情報を用いてもよい。 (第6の実施形態)次に、本発明の第6の実施の形態に
ついて図14を参照して説明する。本実施形態は、記録
された時系列情報の結果に応じて他の処理(動画像の記
録)を行う例である。なお、図14に示すフローチャー
トにおいて、図1、図6、図7と同一部分には同一符号
を付している。
た輪郭情報の比較の後、ステップS6で、その結果の表
示を行うとともに、第1の実施形態で説明したように、
予め設定しておいた基準を満たしているか(手ぶれや体
動の無い診断に適した画像であるか)の判断が行われ
(ステップS7)、基準を満たしていればもとの動画像
を所定の記録媒体に記録される(ステップS13)。
び超音波診断装置に送られて、診断処理対象となり得
る。このようにすることで、診断に適さない不必要な画
像を記録することがなくなり、記録媒体の無駄を省くこ
とができる。 (その他の実施形態)上記第1〜第6の実施形態では、
診断に有用な画像かどうかを判定する際の情報は対象物
の輪郭や領域の動き量を用いたが、図15に示すように
対象物20上の特徴点30を自動的に検出または手動で
設定し、その動きを追跡することにより得られる動き量
を用いてもよい。
壁)20上に任意の関心領域40を設定し、その内部の
領域のオプティカルフローの算出や相関法を用いた領域
の追跡をすることにより時系列の動き量を求めてそれら
を比較してもよい。
の説明では、対象は心臓部であったが、他の臓器に本発
明を適用しても差し支えない。他の臓器の場合、心臓の
ように周期的な運動は行っておらず、その輪郭や領域の
動きも周期的な曲線とはならない。従って、このような
場合には上述のサンプリング時間の設定は心電図による
情報を基準にする必要はなく、予め決めておいた適当な
時間を設定すればよい。
は、コンピュータに実行されることのできるプログラム
として、磁気ディスク(フロッピーディスク、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することもで
きる。 (超音波画像処理装置の構成例)さて、以上説明したよ
うな超音波画像処理方法を適用した超音波画像処理装置
の構成例を図17に示す。
0は、画像入力部201、抽出部202、サンプリング
部203、情報記憶部204、比較部205、出力部2
06から構成される。
00から出力された心臓部動画像が順次入力するように
なっている。抽出部202は、画像入力部201で入力
された各画像からその輪郭を抽出したり、あるいは、心
臓の領域を抽出するようになっている。
抽出された心壁輪郭あるいは心臓の領域の時系列な情報
が、例えば、外部装置から入力される心拍計測値の情報
を基に設定されるサンプリング時間毎に分割され、その
分割された情報は情報記憶部204に一時記録されるよ
うになっている。
に記憶された心壁輪郭あるいは心臓の領域の情報の分割
された情報間で比較が行われるようになっている。ある
いは、予め記憶された診断に適した比較値の値(基準
値)と、情報記憶部204に記憶された心壁輪郭あるい
は心臓の領域の情報の分割された情報とを比較すること
で診断に有用な画像であるかどうかを判定する。この場
合、有用であると判定された画像は、例えば、情報記憶
部204に記憶しておく。
から構成され、比較部205での比較結果が、例えば、
式(1)の比較値がDiff(a、b)、Diff
(b、c)、…というように時系列に表示されたり、図
4に示すように表示されたりする。あるいは、比較判定
部205で診断対象として有用であると判定された動画
像を情報記憶部204から読み出して表示する。さら
に、この有用と判定された動画像は超音波診断装置10
0に送られて、所定の診断処理を行う際の処理対象とさ
れる。
施形態の説明と同様であるので説明は省略する。また、
図17では、超音波画像処理装置200として超音波診
断装置100に接続される外部装置として説明したが、
この場合に限らず、超音波診断装置100が図17に示
した超音波画像処理装置200の各部を内蔵する形態の
ものであってもよい。
音波動画像から輪郭情報、領域情報を抽出してから、そ
の時系列の輪郭情報、領域情報を予め設定されたサンプ
リング時間で分割するようになっているが、先に超音波
画像を予め設定されたサンプリング時間で分割してか
ら、その各区間内のフレーム画像から輪郭情報、領域情
報を抽出することも前述の実施形態と同様に可能であ
る。
超音波診断装置で得られる超音波画像から、疾病の診断
に重要な被検者の体動や検査者の手ぶれ等の影響を受け
ない動画像の判定、収集が容易に行える。
方法の処理手順を説明するためのフローチャート。
ング時間毎に抽出する方法を説明するための図。
の一例を示した図。
の動き情報の一例を示した図。
方法の処理手順を説明するためのフローチャート。
方法の処理手順を説明するためのフローチャート。
におけるサンプリング時間毎の時系列情報の記録処理お
よび記録された輪郭情報の比較処理の詳細を説明するた
めのフローチャート。
る方法を説明するための図。
理方法の処理手順を説明するためのフローチャート。
した図。
図。
理方法の処理手順を説明するためのフローチャート。
処理方法において、動き情報の抽出に用いる画像上の特
徴点の一例を示した図。
処理方法において、動き情報の抽出に用いる画像上の関
心領域の一例を示した図。
波画像処理装置の構成例を示した図。
壁、21…血液領域、30…特徴点、40…関心領域、
100…超音波診断装置、200…超音波画像処理装
置、201…画像入力部、202…抽出部、203…情
報分割部、204…情報記憶部、205…比較判定部、
206…出力部。
Claims (10)
- 【請求項1】周期運動する対象物の超音波動画像から、
当該超音波動画像に当該対象物の動き以外の動きの量を
抽出するための超音波画像処理方法であって、入力され
た前記超音波動画像を前記対象物の運動周期に等しい時
間区間で区切り、連続する複数の時間区間のそれぞれに
ついて、当該時間区間内の超音波動画像の複数のフレー
ム画像のそれぞれから前記対象物の輪郭を抽出して、当
該時間区間内の前記輪郭の動きを表す時系列データを求
め、隣接する2つの前記時間区間での前記時系列データ
間の差分を基に、前記時間区間毎の前記輪郭の動きの違
いを表す時系列な比較データを求めることを特徴とする
超音波画像処理方法。 - 【請求項2】前記時間区間毎の前記比較データと、有用
な動画像を判定するために予め設定された基準データと
を比較して、比較値の小さい前記輪郭の動きの違いの少
ない時間区間内の複数のフレーム画像を前記有用な動画
像と判定することを特徴とする請求項1記載の超音波画
像処理方法。 - 【請求項3】周期運動する対象物の超音波動画像から、
当該超音波動画像に当該対象物の動き以外の動きの量を
抽出するための超音波画像処理方法であって、入力され
た前記超音波動画像を前記対象物の運動周期に等しい時
間区間で区切り、連続する複数の時間区間のそれぞれに
ついて、当該時間区間内の超音波動画像の複数のフレー
ム画像のそれぞれから抽出された前記対象物の輪郭を複
数の部分輪郭に分割して、当該時間区間内の各部分輪郭
の動きを表す時系列データを求め、隣接する2つの前記
時間区間での前記複数の部分輪郭のそれぞれの前記時系
列データ間の差分を基に、前記複数の部分輪郭のそれぞ
れについて前記時間区間毎の当該部分輪郭の動きの違い
を表す時系列な比較データを求め、前記時間区間毎に、
前記複数の部分輪郭のそれぞれの前記比較データの平均
を求めることを特徴とする超音波画像処理方法。 - 【請求項4】前記時間区間毎の前記複数の部分輪郭のそ
れぞれの前記比較データの平均と、有用な動画像を判定
するために予め設定された基準データとを比較して、比
較値の小さい前記輪郭の動きの違いの少ない時間区間内
の複数のフレーム画像を前記有用な動画像と判定ること
を特徴とする請求項3記載の超音波画像処理方法。 - 【請求項5】 有用な動画像と判定された超音波動画像
を所定の記録媒体に記録することを特徴とする請求項2
または4記載の超音波画像処理方法。 - 【請求項6】周期運動する対象物の超音波動画像から、
当該超音波動画像に当該対象物の動き以外の動きの量を
抽出する超音波画像処理装置であって、入力された前記
超音波動画像を前記対象物の運動周期に等しい時間区間
で区切り、連続する複数の時間区間のそれぞれについ
て、当該時間区間内の超音波動画像の複数のフレーム画
像のそれぞれから前記対象物の輪郭を抽出する手段と、
前記時間区間毎に、当該時間区間内の各フレーム画像か
ら抽出された各輪郭の動きを表す時系列データを求める
手段と、隣接する2つの前記時間区間での前記時系列デ
ータ間の差分を基に、前記時間区間毎の前記輪郭の動き
の違いを表す時系列な比較データを求める手段と、を具
備したことを特徴とする超音波画像処理装置。 - 【請求項7】前記時間区間毎の前記比較データと、有用
な動画像を判定するために予め設定された基準データと
を比較して、比較値の小さい前記輪郭の動きの違いの少
ない時間区間内の複数のフレーム画像を前記有用な動画
像と判定する判定手段をさらに具備したことを特徴とす
る請求項6記載の超音波画像処理装置。 - 【請求項8】周期運動する対象物の超音波動画像から、
当該超音波動画像に当該対象物の動き以外の動きの量を
抽出する超音波画像処理装置であって、入力された前記
超音波動画像を前記対象物の運動周期に等しい時間区間
で区切り、連続する複数の時間区間のそれぞれについ
て、当該時間区間内の超音波動画像の複数のフレーム画
像のそれぞれから前記対象物の輪郭を抽出する手段と、
前記時間区間毎に、当該時間区間内の各フレーム画像か
ら抽出された前記対象物の輪郭を複数の部分輪郭に分割
し、当該時間区間内の各部分輪郭の動きを表す時系列デ
ータを求める手段と、隣接する2つの前記時間区間での
前記複数の部分輪郭のそれぞれの前記時系列データ間の
差分を基に、前記複数の部分輪郭のそれぞれについて前
記時間区間毎の当該部分輪郭の動きの違いを表す時系列
な比較データを求める手段と、前記時間区間毎に、前記
複数の部分輪郭のそれぞれの前記比較データの平均を求
める手段と、を具備したことを特徴とする超音波画像処
理装置。 - 【請求項9】前記時間区間毎の前記複数の部分輪郭のそ
れぞれの前記比較データの平均と、有用な動画像を判定
するために予め設定された基準データとを比較して、比
較値の小さい前記輪郭の動きの違いの少ない時間区間内
の複数のフレーム画像を前記有用な動画像と判定する判
定手段をさらに具備したことを特徴とする請求項8記載
の超音波画像処理装置。 - 【請求項10】当該有用な動画像と判定された超音波動
画像を所定の記録媒体に記憶する記憶手段をさらに具備
したことを特徴とする請求項7または9記載の超音波画
像処理装置。
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1996
- 1996-09-25 JP JP25318896A patent/JP3502513B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH10105676A (ja) | 1998-04-24 |
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