JP3619201B2

JP3619201B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3619201B2
Application number: JP2002056790A
Authority: JP
Inventors: 賢村下
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: JP2003250801A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織の超音波断層画像を生成し表示する超音波診断装置に関し、特に内部に空洞を有する生体組織の断層画像の表示に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、身体内部の組織を診断するために超音波診断装置が用いられている。超音波診断装置は、身体内部に対して超音波を送受波し、受信波に基づいて得られたエコーデータから超音波画像を生成する。例えば、超音波画像は心臓の機能の診断に利用することができる。
【０００３】
心臓の診断では、例えばＢモード画像において、互いにエコー強度の相違に基づいて心腔内と心内膜との境界面（内膜面）を検出し、同様に心筋と心外膜との境界面（外膜面）を検出する。そして、これら２種類の境界で規定される心臓壁の厚み変化をリアルタイムに自動計測して表示することが行われている。このとき、白黒で表示されたＢモード画像に、例えば赤色で塗りつぶした心臓壁部分の画像を合成して、心臓壁の形状、動きを把握しやすくする工夫がなされている。また、内膜面の境界線と外膜面の境界線とを例えば赤色で表示する心臓壁のエッジ表示機能があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、心臓壁部分を所定の色で一様に塗りつぶして表示すると、その部分においてエコーデータの強弱の情報が失われ、断層画像が見づらくなるという問題があった。さらに、この表示では、内膜面及び外膜面の検出が適正に行われたか、つまり自動的に塗りつぶされた部分が本当に心臓壁であるかがわかりにくいという問題があった。また、心臓壁部分のエコーデータを輝度情報として残しつつ、所定の色属性を付与する表示も、断層画像の見やすさが損なわれるという問題があった。一方、心臓壁が心拍運動に伴って移動する動画像においてエッジ表示を行った場合、内膜面及び外膜面それぞれの境界線の移動領域相互に重なりが生じ得る。そのため、両境界線を同一色で表示する従来のエッジ表示機能では、動画像において両境界線を区別することが難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、心臓のように内部に空洞部を有する生体組織において、その内側輪郭ライン、外側輪郭ライン、及びそれらの間のＢモード画像を理解しやすく表示し、診断を容易とする超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波の送受波により超音波受信データを取得し、前記超音波受信データに基づいて、内部に空洞部を有する生体組織の超音波断層像を形成する断層像形成手段と、前記超音波断層像に基づいて、前記生体組織の内側輪郭ラインを検出する内側輪郭検出手段と、前記超音波断層像に基づいて、前記生体組織の外側輪郭ラインを検出する外側輪郭検出手段と、前記超音波断層像上に前記内側輪郭ライン及び前記外側輪郭ラインを互いに異なる表示色で合成した表示画像を表示する表示手段とを有し、前記超音波断層像に対して、空洞部の領域の輝度値よりも高く内側輪郭の輝度値よりも低い第一閾値で二値化処理を施し、外側輪郭の輝度値よりも低く外側輪郭以外の領域の輝度値よりも高い第二閾値で二値化処理を施すことによって、前記内側輪郭ラインおよび前記外側輪郭ラインを検出する。
【０００７】
本発明によれば、内側輪郭ラインと外側輪郭ラインとが異なる色で表示されるエッジ表示が行われ、両輪郭ラインの間の領域ではそれ以外の領域と同様の表示属性（例えば白黒表示）でＢモード画像が表示される。
【０００８】
他の本発明に係る超音波診断装置は、超音波の送受波により超音波受信データを取得し、前記超音波受信データに基づいて、内部に空洞部を有する生体組織の超音波断層像を形成する断層像形成手段と、前記超音波断層像に基づいて、前記生体組織の内側輪郭ラインを検出する内側輪郭検出手段と、前記超音波断層像に基づいて、前記生体組織の外側輪郭ラインを検出する外側輪郭検出手段と、前記超音波断層像上に前記内側輪郭ライン及び前記外側輪郭ラインを互いに異なる線種で合成した表示画像を表示する表示手段とを有し、前記超音波断層像に対して、空洞部の領域の輝度値よりも高く内側輪郭の輝度値よりも低い第一閾値で二値化処理を施し、外側輪郭の輝度値よりも低く外側輪郭以外の領域の輝度値よりも高い第二閾値で二値化処理を施すことによって、前記内側輪郭ラインおよび前記外側輪郭ラインを検出する。
【０００９】
本発明によれば、内側輪郭ラインと外側輪郭ラインとが異なる線種（例えば、実線、破線、点線、一点鎖線といった線のパターンや線幅が異なる線）で表示されるエッジ表示が行われ、両輪郭ラインの間の領域ではそれ以外の領域と同様の表示属性（例えば白黒表示）でＢモード画像が表示される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）の超音波診断装置について、図面を参照し説明する。ここでは、本発明がセクタ走査式の装置に適用され、また、被検体内の診断対象とされる生体組織は心臓である。なお、本発明は他の走査方式の装置に対しても同様に適用され、また、対象生体組織は心臓に限られない。
【００１１】
図１は、本実施形態の超音波診断装置の構成を示している。図１において、送受波手段１０は、超音波探触子１２、送受波回路１４およびデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１６を備えており、被検体に対して超音波を送受波して超音波断層像（Ｂモード画像）を生成する。超音波断層像のデータは、画像内の各画素の輝度値を示すデータである。送受波手段１０は、フレームメモリ１８に接続されている。フレームメモリ１８は、フレームメモリ制御回路２０によって制御され、超音波断層像をフレームごとに格納する。フレームメモリ１８に格納されたＢモード画像は、合成回路２２を介してそのままモニタ２４に表示することができる一方、以下に述べる他の処理にも利用される。
【００１２】
画像３値化部３０は所定の２つの閾値に基づいて、フレームメモリ１８の各画素データを３値化する。画像３値化部３０は、ノイズ除去部３２、２値化回路３４（２値化回路Ａ）、２値化回路３６（２値化回路Ｂ）、ノイズ除去部３８（ノイズ除去部Ａ）、ノイズ除去部４０（ノイズ除去部Ｂ）、合成回路４２を備えている。ノイズ除去部３２は、フレームメモリ１８から読み出した画像に対して平滑化処理を行うことにより、画像からノイズを除去する。２値化回路Ａは、比較器などを有し、第１閾値を基準として超音波画像を２値化する。２値化回路Ｂは、２値化回路Ａと同様の構成であり、第２閾値を基準として超音波画像を２値化する。
【００１３】
ここで第１閾値の設定について説明する。血液の超音波反射率は低いので、心腔の領域の輝度値は周囲と比較して大幅に低い。そこで、第１閾値は、心腔の領域の輝度値よりも高く、心内膜の輝度値よりも低く設定される。第１閾値を基準とする２値化により、心腔の領域と心腔以外の領域（心筋を含む）が明瞭に区別される。２値化された超音波画像（以下、２値化画像）において、心腔の領域の画素値は「０」に設定され、心腔以外の領域の画素値は「１」に設定される。
【００１４】
次に第２閾値の設定について説明する。外膜面は心臓周囲の臓器と心筋の境界であるので、外膜面では超音波反射率が高く、外膜面の輝度値は周囲と比較して大幅に高い。そこで、第２閾値は、心臓の外膜面の輝度値よりも低く、外膜面以外の領域の輝度値よりも高く設定される。従って第２閾値は、第１閾値よりも高く設定される。第２閾値を基準とする２値化により、外膜面と外膜面以外の領域（心筋を含む）が明瞭に区別される。ここでは、外膜面以外の領域の画素値が「０」に設定され、外膜面の画素値が「１」に設定される。
【００１５】
ノイズ除去部Ａ、ノイズ除去部Ｂはいわゆるメディアンフィルタであり、ノイズ除去処理を行って画像内の各領域の境界を正確かつ明瞭にする。また、合成回路４２は、例えば、２値化回路Ａにて生成された２値化画像の画素値と、２値化回路Ｂにて生成された２値化画像の画素値とを加算して３値化し、その加算値に対応した超音波画像（以下、３値化画像）を生成する。
【００１６】
すなわち、合成回路４２は、入力された２つの２値化画像それぞれの対応画素について画素値を加算し、その加算値に対応させてあらかじめ決められている輝度値による３値化画像を生成する。ここで、心腔の領域の加算値は「０」、心筋の領域（心腔の外側）の加算値は「１」、外膜面の領域の加算値は「２」、外膜面の外側の領域の加算値は「１」である。画像３値化部３０にて生成された３値化画像は、合成画像フレームメモリ５０に格納される。合成画像フレームメモリ５０は、フレームメモリ制御回路５２により制御され、３値化画像をフレームごとに格納する。
【００１７】
ライン設定部５４は、オペレータの操作に応じて、画像内に心腔内から外部に向かう計測用ラインを設定する。読み出し回路５６は、３値化画像から、計測用ライン上の画素の画像データを読み出す。計測用ラインに沿って読み出された一次元画像データは、ラインメモリ制御回路５８によって制御されるラインメモリ６０に格納される。
【００１８】
距離計測回路６２は、一次元画像データに沿った２点間の距離を計測する回路である。具体的には、ラインメモリ６０に格納された一次元画像データ中で、上記加算値「０」に対応する輝度値から加算値「１」に対応する輝度値に変化する点と、加算値「１」に対応する輝度値から加算値「２」に対応する輝度値に変化する点との距離が測定される。前者の点は心臓の内膜面上の点であり、後者の点は心臓の外膜面上の点であり、従って計測結果は心筋の厚さを示す。距離計測回路６２は、フレームごとに距離計測を行う。
【００１９】
グラフ化部６４は、距離計測回路６２によってフレームごとに得られた心筋厚さを基に、心筋厚さの時間変化を表すグラフを生成する。グラフ化部６４にて生成されたグラフは合成回路２２へ出力される。なお、時間軸設定部６６は、オペレータの指示に応じて、グラフ化部６４にて生成されるグラフの時間幅を定める計測用時間軸を設定する。
【００２０】
エッジ抽出及び色付け部７０（エッジ抽出及び色付け部Ａ）は、ノイズ除去部Ａから出力される２値化画像に基づいて、心筋の内側エッジを表す内側輪郭ラインを抽出する。同様に、エッジ抽出及び色付け部７２（エッジ抽出及び色付け部Ｂ）は、ノイズ除去部Ｂから出力される２値化画像に基づいて、心筋の外側エッジを表す外側輪郭ラインを抽出する。
【００２１】
エッジ抽出及び色付け部Ａ，Ｂはさらに、それぞれが抽出した内側輪郭ライン、外側輪郭ラインに互いに異なる着色を施した画像を生成する。例えば、内側輪郭ラインは赤色に彩色され、外側輪郭ラインは青色に彩色される。なお、両ラインそれぞれの色は、ユーザがその色に基づいて両ラインを識別容易なものであれば、他の色であってもよい。
【００２２】
合成画像フレームメモリ７４には、エッジ抽出及び色付け部Ａ，Ｂにて生成された２つの輪郭ラインの画像が入力され、これらを重ね合わせ合成した画像（以下、エッジ画像）を記憶する。なお、合成画像フレームメモリ７４は、フレームメモリ制御回路７６によって制御される。
【００２３】
セレクタ７８は、合成画像フレームメモリ７４に格納されたエッジ画像、又は合成画像フレームメモリ５０に格納された３値化画像を読み出して、合成回路２２へ出力する。
【００２４】
合成回路２２には、フレームメモリ１８からＢモード画像、グラフ化部６４からグラフ、セレクタ７８からエッジ画像又は３値化画像がそれぞれ入力される。合成回路２２はこれら入力された画像を、オペレータの指示に従って適宜、合成したり、個別のままモニタ２４へ出力する。モニタ２４は合成回路２２から入力されたされた画像を表示する。
【００２５】
以上に、本実施形態の超音波診断装置の構成について説明した。次に、この装置の動作について説明する。
【００２６】
送受波手段１０の送受波回路１４は、超音波送信信号を生成して超音波探触子１２へ送る。超音波探触子１２の超音波振動子は、超音波送信信号に従って励振されて超音波を被検体に対して送信し、さらに、被検体内の生体組織で反射した超音波を受信する。送受波回路１４が、受信した超音波を検波してエコーデータを求め、ＤＳＣ１６が、エコーデータを走査変換して超音波画像を生成する。超音波画像はフレームごとに生成され、順次フレームメモリ１８に記録される。
【００２７】
また、超音波画像は、フレームメモリ１８から、画像３値化部３０のノイズ除去部３２へ出力される。ノイズ除去部３２は、画像３値化の前処理として、平滑化によるノイズ除去処理を行う。この処理では、画像中の９画素（３×３）の輝度値の平均がとられ、平均値が各画素に割り付けられる。この処理は画像全体に対して行われる。ノイズが除去された超音波画像は、２値化回路Ａおよび２値化回路Ｂに出力される。
【００２８】
２値化回路Ａは、既に述べたように超音波画像を第１閾値より輝度値が低い領域と高い領域に分け、前者の領域の画素値が「０」、後者の領域の画素値が「１」である２値化画像を生成する。
【００２９】
２値化画像は、ノイズ除去部Ａへ出力される。ノイズ除去部Ａはいわゆるメディアンフィルタであり、多数決判断を行ってノイズを除去する。具体的には、画像中で連続する３画素の画素値を対象として、この３画素の中央に位置する中央画素の画素値が、３画素の画素値の過半数を占める値と相違するか否かが検出される。相違する場合には、中央画素の画素値が、上記過半数を占める画素値に補正される。この補正により、心腔領域の境界の形状精度が増す。以上の処理は、画像全体に対して行われる。なお、多数決判断の対象は、例えば、５画素や９画素（３×３）であってもよい。ノイズ除去された２値化画像は、合成回路４２へ出力される。
【００３０】
一方、２値化回路Ｂは、超音波画像を第２閾値より輝度値が低い領域と高い領域に分け、前者の領域の画素値が「０」、後者の領域の画素値が「１」である２値化画像を生成する。２値化画像は、ノイズ除去部Ｂへ出力される。ノイズ除去部Ｂは、上記のノイズ除去部Ａと同様に動作してノイズを除去する。ノイズ除去された２値化画像は、合成回路４２へ出力される。
【００３１】
合成回路４２は、２つの２値化画像を加算合成し、各画素について得られた加算値に応じて当該各画素に所定の輝度値を割り当てて３値化画像を生成する。生成された３値化画像は、合成画像フレームメモリ５０に送られて、フレームごとに記録される。
【００３２】
一方、フレームメモリ１８から読み出されモニタ２４に表示されたＢモード画像上に、オペレータは操作手段を用いて、心筋の厚さを計測する部分を指定するラインを設定する。このラインが、ライン設定部５４に取り込まれ、計測用ラインとされる。距離計測回路６２は、各フレームごとに計測用ラインに沿って心筋の厚さを測定する。グラフ化部６４は縦軸が心筋の厚さ、横軸が時間を表す座標系に、測定された心筋の厚さをプロットしてグラフを生成する。
【００３３】
エッジ抽出及び色付け部Ａ，Ｂでの処理は以下のように行われる。上述したように、２値化回路Ａにて生成されノイズ除去部Ａから出力される２値化画像は、心腔の領域に対応した画素値「０」の画像領域と、心腔以外の領域に対応した画素値「１」の画像領域とからなる。エッジ抽出及び色付け部Ａは、これら２つの画像領域の境界をトレースすることによって、その境界に沿って並ぶ画素群を抽出する。この画素群によって内側輪郭ラインが構成される。また、２値化回路Ｂにて生成されノイズ除去部Ｂから出力される２値化画像は、外膜面以外の領域に対応した画素値「０」の画像領域と、外膜面に対応した画素値「１」の画像領域とからなる。エッジ抽出及び色付け部Ｂは、これら２つの画像領域の境界に基づいて外側輪郭ラインを構成する画素群を抽出する。図２は、両輪郭ラインの一例を示すセクタ走査の断層画像であり、内側輪郭ライン１００、外側輪郭ライン１０２が示されている。なお、エッジ抽出は所定の関心領域内においてのみ行うように構成することができる。図２では関心領域１０４内にてエッジ抽出が行われており、関心領域１０４からはみ出す外側輪郭ライン１０２は表示されていない。また画像上に関心領域１０４の範囲を例えば点線で囲む等により表示することができる。
【００３４】
エッジ抽出及び色付け部Ａ，Ｂはさらに、それぞれが抽出した内側輪郭ライン１００、外側輪郭ライン１０２に互いに異なる着色を施す。すなわち、内側輪郭ライン１００を構成する各画素に所定の色表示属性を付与し、外側輪郭ライン１０２を構成する各画素に内側輪郭ライン１００とは異なる所定の色表示属性を付与する。例えば、内側輪郭ライン１００は赤色に彩色され、外側輪郭ライン１０２は青色に彩色される。なお、各輪郭ライン１００，１０２を構成する各画素の輝度値は例えば所定値とされる。
【００３５】
２つの輪郭ライン１００，１０２は、合成画像フレームメモリ７４にて重ね合わせ合成されて、当該フレームメモリ７４にエッジ画像が格納される。エッジ画像は、その元となったＢモード画像と合成回路２２にて重ね合わせ合成され、モニタ２４に表示される。すなわち、モニタ２４上にて、Ｂモード画像に現れる心臓の断層画像のエッジが内側輪郭ライン１００及び外側輪郭ライン１０２によって表示される。また、Ｂモード画像が動画像表示される場合には、エッジ画像もそれに同期して生成され、動的に表示される。
【００３６】
なお、本装置ではエッジ抽出及び色付け部Ａ，Ｂが、抽出した内側輪郭ライン、外側輪郭ラインに互いに異なる色表示属性を付与することによって、両輪郭ラインを表示画面上にて識別容易としているが、色を異ならせる代わりに、又は色を異ならせると共に、両輪郭ラインを互いに異なる線種、すなわち、実線、破線、点線、一点鎖線といった線のパターンや線幅が異なる線で表示して、両輪郭ラインを互いに識別容易とすることもできる。この場合には、ノイズ除去部Ａ，Ｂの出力する２値化画像に基づいて、内側輪郭ライン、外側輪郭ラインを抽出し、それらを互いに異なる線種、又は異なる線種及び色の組み合わせで表現した画像を生成して合成画像フレームメモリ７４へ出力する処理部が、エッジ抽出及び色付け部Ａ，Ｂに代えて設けられる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の超音波診断装置によれば、空洞を有する生体組織の内側輪郭ライン、外側輪郭ラインとが異なる色や異なる線種で表示され、ユーザが画像上で識別しやすい。特にこの効果は、動画像において有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】内側輪郭ライン及び外側輪郭ラインの一例を示すセクタ走査の模式的な断層画像である。
【符号の説明】
１０送受波手段、１２超音波探触子、１４送受波回路、１８フレームメモリ、２２合成回路、２４モニタ、３０画像３値化部、３４２値化回路Ａ、３６２値化回路Ｂ、４２合成回路、５０，７４合成画像フレームメモリ、７０エッジ抽出及び色付け部Ａ、７２エッジ抽出及び色付け部Ｂ。

Claims

超音波の送受波により超音波受信データを取得し、前記超音波受信データに基づいて、内部に空洞部を有する生体組織の超音波断層像を形成する断層像形成手段と、
前記超音波断層像に基づいて、前記生体組織の内側輪郭ラインを検出する内側輪郭検出手段と、
前記超音波断層像に基づいて、前記生体組織の外側輪郭ラインを検出する外側輪郭検出手段と、
前記超音波断層像上に前記内側輪郭ライン及び前記外側輪郭ラインを互いに異なる表示色で合成した表示画像を表示する表示手段と、
を有し、
前記超音波断層像に対して、空洞部の領域の輝度値よりも高く内側輪郭の輝度値よりも低い第一閾値で二値化処理を施し、外側輪郭の輝度値よりも低く外側輪郭以外の領域の輝度値よりも高い第二閾値で二値化処理を施すことによって、前記内側輪郭ラインおよび前記外側輪郭ラインを検出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
超音波の送受波により超音波受信データを取得し、前記超音波受信データに基づいて、内部に空洞部を有する生体組織の超音波断層像を形成する断層像形成手段と、
前記超音波断層像に基づいて、前記生体組織の内側輪郭ラインを検出する内側輪郭検出手段と、
前記超音波断層像に基づいて、前記生体組織の外側輪郭ラインを検出する外側輪郭検出手段と、
前記超音波断層像上に前記内側輪郭ライン及び前記外側輪郭ラインを互いに異なる線種で合成した表示画像を表示する表示手段と、
を有し、
前記超音波断層像に対して、空洞部の領域の輝度値よりも高く内側輪郭の輝度値よりも低い第一閾値で二値化処理を施し、外側輪郭の輝度値よりも低く外側輪郭以外の領域の輝度値よりも高い第二閾値で二値化処理を施すことによって、前記内側輪郭ラインおよび前記外側輪郭ラインを検出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１または２に記載の超音波診断装置において、
前記第一閾値で得られた二値化画像における二つの画像領域の境界をトレースすることによって内側輪郭ラインを構成し、前記第二閾値で得られた二値化画像における二つの画像領域の境界をトレースすることによって外側輪郭ラインを構成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
超音波の送受波により超音波受信データを取得し、前記超音波受信データに基づいて、心臓の超音波断層像を形成する断層像形成手段と、
心腔の領域の輝度値よりも高く心内膜の輝度値よりも低い第一閾値で前記超音波断層像を二値化処理して第一の二値化画像を形成し、外膜面の輝度値よりも低く外膜面以外の領域の輝度値よりも高い第二閾値で前記超音波断層像を二値化処理して第二の二値化画像を形成し、第一の二値化画像および第二の二値化画像に基づいて、心腔に対応する輝度値の領域、心筋に対応する輝度値の領域および外膜面に対応する輝度値の領域を含む三値化画像を形成する画像三値化手段と、
前記三値化画像に基づいて、心腔内から外部に向かう計測用ライン上において、心腔に対応する輝度値から心筋に対応する輝度値に変化する点と、心筋に対応する輝度値から外膜面に対応する輝度値に変化する点との距離を測定する距離計測手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
請求項４に記載の超音波診断装置において、
前記第一の二値化画像における二つの画像領域の境界をトレースすることによって内側輪郭ラインを構成し、前記第二の二値化画像における二つの画像領域の境界をトレースすることによって外側輪郭ラインを構成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。