JP4596759B2 - 画像診断装置、及び画像診断装置の作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断画像、磁気共鳴画像又はＸ線ＣＴ画像に適用される生体組織の動きの追跡方法、その追跡方法を用いた画像診断装置及びそのプログラムの技術に属する。

超音波診断装置、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置、及びＸ線ＣＴ装置等の画像診断装置は、いずれも被検体の検査部位に係る断層像などをモニタに表示して診断に供するものである。例えば、心臓や血管等の循環器系及びその他の動きのある臓器の場合、それらを構成する生体組織（以下、組織と総称する）の動きを断層像により観察して、それら臓器等の機能を診断することが行なわれている。

特に、心臓などの機能を定量的に評価できれば、診断の精度が一層向上することが期待されている。例えば、従来、超音波診断装置により得られた画像から心壁の輪郭を抽出し、その心壁輪郭に基づいて心室等の面積、体積、それらの変化率等から心機能（心臓ポンプ機能）を評価したり、局所の壁運動を評価して診断することが試みられている（特許文献１）。また、ドプラ信号等の計測信号に基づいて組織の変位を計測して、例えば局所的収縮又は弛緩の分布を撮像し、これに基づいて心室の運動が活性化している場所を正確に決定したり、あるいは収縮期の心臓壁の厚さを計測する等、定量的に測定する方法が提案されている（特許文献２）。さらに、時々刻々変化する心房や心室の輪郭を抽出して、その輪郭を画像に重ねて表示するとともに、これに基づいて心室等の容量を求める技術が提案されている（特許文献３）。

特開平９−１３１４５号公報 特表２００１−５１８３４２号公報 米国特許第５３２２０６７号公報（ＵＳＰ５，３２２，０６７）

しかしながら、上記の従来技術は、いずれも心臓の全体的な機能を評価するための手法にとどまり、心筋などの各組織の動きである組織動態を計測することについては配慮されていない。特に、心壁の輪郭を画像処理により抽出し、その輪郭に基づいて心壁の厚みなどを計測する従来技術は、必ずしも十分な精度を得るまでには至っていない。

一般に、例えば、血栓等によって心筋に血が通わなくなると、心筋の動きが低下する等の因果関係があるといわれている。したがって、心室を構成する心筋の動きや厚みの変化など、心臓の各組織の動態を定量的に計測できれば、治療法などを決定する際の有効な診断情報を提供できる。例えば、虚血の程度がわかれば、冠動脈再生術などの心臓の治療法選択及び治療部位を特定する指標として有効である。また、弁輪部の動態を定量的に計測できれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つとして研究がなされている。

このような組織動態を定量的に計測したい対象は、心臓に限らず、血管についても要望されている。つまり、頚動脈などの大血管壁の脈波を定量的に計測できれば、動脈硬化の診断に有効であるとされている。

そこで、本発明は、断層像を用いて組織の動きを定量的に計測することを第１の課題とする。

また、本発明は、組織の動きに関する種々の情報を定量的に計測することを第２の課題とする。

また、本発明は、組織の動きの軌跡を画像上に表示することを第３の課題とする。

本発明は、次に述べる手段により、上記課題を解決するものである。

本発明の画像診断装置は、被検体の断層像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られる動画像を表示する表示部とを備えた画像診断装置において、前記断層像の追跡したい部位をマークにより指定する操作部と、前記マークで指定した部位に対応する前記断層像を抽出し、前記断層像の動きを前記マークにより追跡する追跡手段を備えることを特徴とする。この場合、撮像手段を別に設ける構成としてもよい。また、追跡手段は、マークにより指定された画像部位の動きを追跡して、マークの表示位置を移動させる表示制御手段を備えてもよい。

また、本発明の生体組織の動き追跡方法は、被検体の断層像を撮影してなる動画像の一のフレーム画像を表示する第１ステップと、該表示された前記一のフレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に、目印を重畳表示させる指令を入力して前記指定部位を設定する第２ステップと、前記指定部位を含むサイズの切出し画像を前記一のフレーム画像に設定する第３ステップと、前記動画像の他のフレーム画像を検索して前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する第４ステップと、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める第５ステップとを含んでなることを特徴とする。

すなわち、動きを追跡したい生体組織の指定部位を動画像の一のフレーム画像（静止画像）上に、指定点などの目印を重ねて表示させることにより指定する。そして、その目印に対応した指定部位を含む領域を、予め定めたサイズの切出し画像として自動で設定するか、又はその静止画像上において切出し画像の領域枠を入力設定する。次に、設定された切出し画像が続くフレーム画像のどこに移動したかを、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を検索する、いわゆるブロックマッチング法等の画像相関処理によって追跡する。これによって、画像の一致度が最も高い局所画像の位置を、切出し画像の移動先として追跡できる。そして、移動前後の切出し画像の座標差が、指定部位の移動前後の座標差に相当する。

したがって、移動前後の切出し画像の座標差に基づいて、指定部位の移動方向及び移動量を計測することができるから、指定部位の動きを定量的に計測することができる。例えば、指定部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めることができる。さらに、これらの計測情報の変化を線図で表示部に表示させることにより、観者は、指定部位の動きを容易に観察することができる。

このような追跡処理を、検索により抽出された画像の一致度が最も高い局所画像局所画像を新たな切出し画像として、動画像のさらに他のフレーム画像に対して画像相関法を適用することにより、指定部位の移動先座標を順次求めることができる。そして、指定部位の移動先座標を記憶しておき、その移動先の座標位置に目印を動画像に重ねて表示することにより、指定部位の移動軌跡を表示することができる。これにより、指定部位の動きを観察することが容易になる。

例えば、生体組織に指定部位を２ヶ所設定すれば、例えば心筋を挟んで少なくとも２つの指定部位を設定すれば、２つの指定部位の距離と、その距離の変化と、その距離の変化速度と、その距離の変化率、つまり心筋の厚み、厚み変化、厚み変化速度等を定量的に計測できる。この場合において、それらの心臓に係る計測値の線図と心電波形とを時間軸を関連させて表示することにより、一層診断の精度を向上できる。つまり、心筋動態の追跡や心筋厚の変化を定量的に追跡できることから、虚血性心疾患において虚血部位を特定することが可能になる。また、心筋動態を定量化できるから、虚血の程度がわかり、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位特定の指標にできる。さらに、弁輪部の動きを追跡できれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つ可能性がある。

また、指定部位を心筋に沿って複数設定し、各指定部位の移動方向を求め、心筋の移動方向の基準点を重心とし、該重心に向かう方向とその反対方向の色を代えて、その時間変化を画像表示することができる。これによれば、心臓のポンプ機能を画像表示により容易に把握することができる。この場合、移動速度に応じて輝度変調をかけることができる。さらに、指定部位を心室の内壁に沿って複数指定し、複数の指定部位を結ぶ直線又は該直線の近似曲線に基づいて心室の容積及び該容積の変化を求めることができる。これによれば、心室の容積変化などの動態情報（動きの情報）を定量的に、かつ精度よく計測することができる。

また、本発明は、心臓の各部位の動きを計測することに限らず、頚動脈などの大血管壁の脈波計測に適用できる。例えば、血管壁の長手方向に複数の指定部位を設定し、それらの指定部位の移動量を定量的に計測して比較することにより、動脈硬化の程度がわかる。

ここで、画像の追跡処理の精度をさらに向上させるため、動画像が超音波撮影法により撮影したものである場合は、動画像に対応するＲＦ信号を記憶しておいて、ＲＦ信号による補正を加えることができる。この場合、上述した一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差に基づいて指定部位の移動先座標を求め、この移動先座標の周辺に対応する複数の前記ＲＦ信号を抽出し、該抽出した複数のＲＦ信号の相互相関をとり、該相互相関の最大値の位置に応じて前記移動先座標を補正する。

さらに、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する処理時間を短縮するため、その検索範囲を切出し画像よりも設定画素数（例えば、上下左右に例えば３~１０画素）大きい領域に設定することが好ましい。すなわち、生体組織の動きの範囲は、一般に、狭い領域に限られるからである。

一方、上述の場合において、切出し画像のサイズは、指定部位の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域に設定することが好ましい。切出し画像のサイズが小さすぎると一致する局所画像が多く出現し、真の移動先を特定できない場合が生じたり、逆に大きすぎると動画像の画像領域からはみ出して計測できない場合が生ずるからである。

本発明の画像診断装置は、被検体の断層像を撮影してなる動画像が格納される記憶部と、前記動画像を表示可能な表示部と、指令を入力する操作部と、前記表示部に表示される前記動画像の生体組織の動きを追跡する自動追跡部と、前記記憶部と前記表示部と前記操作部と前記自動追跡部とを接続してなる信号伝送路とを有してなり、前記操作部は、前記記憶部に格納された前記動画像の一のフレーム画像を前記表示部に表示させる指令と、該指令に応じて表示された前記一のフレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に目印を重畳表示させる指令とを入力する手段を備え、前記自動追跡部は、前記表示部に表示された前記一のフレーム画像の前記目印の位置に対応する前記指定部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段と、前記記憶部から前記動画像の他のフレーム画像を読み出して、前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段と、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差を求める移動量演算手段と、該座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める移動追跡手段とを備えて構成することができる。

また、本発明の生体組織の動き追跡プログラムは、操作卓からの指令に応じて記憶部から被検体の断層像を撮影してなる動画像の一のフレーム画像を読み出して表示部に表示させる第１ステップと、該表示された前記一のフレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に目印を重畳表示させる指令入力を要求する第２ステップと、該要求に応じて操作卓から入力設定された前記目印に対応する生体組織の指定部位の座標を求める第３ステップと、前記指定部位を含むサイズの切出し画像を前記一のフレーム画像に設定する第４ステップと、前記動画像の他のフレーム画像を検索して前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する第５ステップと、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める第６ステップとを含んでなることを特徴とする。

本発明によれば、断層像を用いて組織の動きを定量的に計測することができる。また、他の発明によれば、組織の動きに関する種々の情報を定量的に計測することができる。さらに他の発明によれば、組織の動きの軌跡を画像上に表示することができる。

（実施の形態１）
本発明の生体組織の動き追跡方法を適用してなる一実施の形態の画像診断装置について、図１〜図４を用いて説明する。図１は本実施形態の生体組織の動き追跡方法の手順を示し、図２は図１の生体組織の動き追跡方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。図２に示すように、画像診断装置は、被検体の断層像を撮影してなる動画像が格納される画像記憶部１と、動画像を表示可能な表示部２と、指令を入力する操作卓３と、表示部２に表示される動画像の生体組織の動きを追跡する自動追跡部４と、自動追跡部４の追跡結果に基づいて各種の計測情報を算出する動態情報算出部５と、これらを接続してなる信号伝送路６を含んで構成されている。画像記憶部１には、破線で示した診断画像撮像装置７から被検体の断層像を撮影してなる動画像がオンライン又はオフラインで格納されるようになっている。診断画像撮像装置７としては、超音波診断装置、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置及びＸ線ＣＴ装置等の診断装置が適用可能である。

操作卓３は、画像記憶部１に格納された動画像の一のフレーム画像を表示部２に表示させる指令を入力可能に形成されている。また、その指令に応じて表示された一のフレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に目印を重畳表示させる指令を入力可能に形成されている。

自動追跡部４は、画像診断装置全体を制御する制御手段８と、表示部２に表示された一のフレーム画像の前記目印の位置に対応する指定部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段９と、画像記憶部１から動画像の他のフレーム画像を読み出して、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段１０と、一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差を求める移動量演算手段１１と、その座標差に基づいて指定部位の移動先座標を求める移動追跡手段１２とを備えて構成されている。また、動態情報算出部５は、自動追跡部４で求められた指定部位の移動先座標に基づいて、指定部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めるとともに、これらの計測情報の変化を線図で表示部２に表示させる機能を有して構成されている。

次に、本実施形態の画像診断装置の詳細な機能構成について、図１に示した処理手順に従って動作とともに説明する。まず、生体組織の動き追跡動作は、操作卓３から組織の動き追跡モードを選択する指令が入力されることによって開始する（Ｓ１）。自動追跡部４の制御手段８は、画像記憶部１から動画像の最初のフレーム画像ｆt(t=0)を読み出して表示部2に表示させる（Ｓ２）。例えば、最初のフレーム画像ｆ0として図3に示す心臓の心室２１の断層像が表示されたものとする。図3において、操作者が動きを追跡したい生体組織の指定部位として、心筋２２の特定の部位を選択したい場合、操作者は操作部3のマウスなどを操作してフレーム画像ｆ0に重ねて目印である指定点２３を表示させる。そして、その指定点２３を移動操作して所望の指定部位に重畳表示させて指定部位を入力設定する。なお、図３において、符号２４は僧帽弁である。

指定点２３が入力設定されると、制御手段８はフレーム画像ｆ0上の指定点２３の座標を取込み、切出し画像設定手段９に送る（Ｓ３）。切出し画像設定手段９は、図４（ａ）に示す様に、指定点２３の画像を中心として、縦横２(Ａ+１)画素（但しＡは自然数）のサイズの矩形領域を切出し画像２５として設定する（Ｓ４）。ここで、切出し画像２５のサイズは、指定点２３の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域に設定することが好ましい。例えば、図３に示す様に、心筋２２の境界を越える大きさの領域に設定する。これは、切出し画像２５のサイズが小さすぎると一致する局所画像が多く出現し、真の移動先を特定できない場合が生じたり、逆に大きすぎるとフレーム画像ｆ0の画像領域からはみ出して計測できない場合が生ずるからである。

切出し画像追跡手段１０は、画像記憶部１から動画像の次のフレーム画像ｆ1を読み出し、切出し画像２５と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する（Ｓ５）。この抽出処理は、いわゆるブロックマッチング法と称される画像相関法を適用する。この抽出処理をフレーム画像ｆ1の全領域について行なうと、処理時間がかかり過ぎる。そこで、抽出処理時間を短縮するため、本実施形態では、フレーム画像ｆ1よりも十分に小さい、図４（ｂ）に示す検索領域２６について行なうようにしている。つまり、検索領域２６は、切出し画像２５に対して上下左右に一定の振り幅の画素数Ｂを付加した矩形領域とする。この画素数Ｂは、指定部位に係る組織の移動量よりも大きく、例えば３〜１０画素に設定する。これは、心臓などの循環器系の動く範囲は、通常の視野において、狭い領域に限られるからである。このようにして、検索領域２６内の同一サイズの局所画像２７を順次ずらして切出し画像２５との画像の一致度を求める。

次に、検索した複数の局所画像２７の内で画像の一致度が最も高い局所画像２７maxを抽出し、局所画像２７maxを切出し画像２５の移動先とし、局所画像２７maxの座標を求める（Ｓ６）。これらの画像の座標は、中心画素の座標、あるいは矩形領域の何れかの角の座標で代表する。そして、局所画像２７maxと切出し画像２５の座標差を求め、これに基づいて指定点２３の移動先座標を求めて記憶するとともに、表示部２のフレーム画像ｆ1に重ねて表示する（Ｓ７）。なお、局所画像２７maxと切出し画像２５における指定点２３の相対位置は変化しないものとして扱っている。

動態情報算出部５は、Ｓ７で求められた指定点２３の移動先座標をに基づいて、指定点２３の動き、つまり指定部位の組織の動きに関する各種の計測情報を算出する（Ｓ８）。すなわち、移動前後の指定部位の座標に基づいて、移動方向及び移動量を定量的に計測することができる。また、指定部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めることができる。

このようにして求めた計測情報に基づいて、さらに動態情報算出部５は、指定点２３の移動に関する各種の計測情報、及びその変化をグラフで表示部に表示させる（Ｓ９）。これにより、観者は、指定部位の動きを容易に観察することができる。

次に、ステップＳ１０に進み、動画像の全てのフレーム画像について指定点２３の追跡が終了したか否か判断し、未処理のフレーム画像があれば、ステップＳ５に戻ってＳ５~Ｓ１０の処理を繰り返す。全てのフレーム画像について指定点２３の追跡が終了した場合は、追跡処理動作を終了する。

上述したように、本実施形態によれば、画像相関法を適用することにより、指定点２３の移動先の座標を順次求めることができるから、指定部位の動きを定量的に、かつ精度よく簡単に計測することができるから、診断の情報を的確に提供することができる。

ここで、上記実施形態を用いて、生体組織の指定部位の動きを計測してなる具体例について図５〜図９を用いて説明する。図５は、図３に示した指定点２３の動きに関する計測情報を表示部２に表示した画像例であり、同図（ａ）は指定点２３の移動軌跡を破線で動画像に重ねて表示する例である。同図（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ指定点２３の移動量の時間変化と移動速度が表示されている。また、同図（ｄ）、（ｅ）は、指定点２３の移動軌跡を動画像に重ねて表示する別の例であり、同図（ｄ）は直前の数フレーム画像分の軌跡を、同図（ｅ）は移動軌跡を実線で表示している。

一方、図６は、心筋２２の心壁を挟んで２つの指定点２３を設定し、２つの指定点２３間の距離と、その距離の変化を計測し、それらをグラフにして表示部２に表示した例である。これにより、心筋の厚み及び厚み変化を定量的に把握することができる。また、心筋の厚みの変化率を算出して表示することもできる。この変化率は、変化前の心筋の厚みに対する変化前後の心筋の厚みの変化量を、百分率で表すことができる。これらの場合において、それらの心臓に係る計測値のグラフと、ＥＣＧ波形、心音波形、などの情報を表示部２に時間軸を関連させて表示することにより、一層診断の精度を向上できる。つまり、心筋動態の追跡や心筋厚の変化を定量的に追跡できることから、虚血性心疾患において虚血部位を特定することが可能になる。また、心筋動態を定量化できるから、虚血の程度がわかり、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位特定の指標にできる。さらに、弁輪部２４に指定点２３を設定して、その動きを追跡すれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つことが期待できる。

図７は、心筋２２の壁部に複数（図示例は、９点）の指定点２３ａ〜２３ｉを設定し、それらの動きを追跡し、その移動情報に基づいて同図（ａ）〜（ｆ）の表示を行なった例である。同図（ａ）は、各指定点２３ａ〜２３ｉの移動方向を求め、心壁の移動方向の基準点を重心とし、その重心に向かう方向とその反対方向の色を代えて、その時間変化を画像表示した例である。これによれば、心筋の動きを画像表示により容易に把握することができる。この場合、移動速度に応じて輝度変調をかけることができる。同図（ｂ）は、各指定点２３ａ〜２３ｉの移動量に応じて、それらの点を結ぶ線の太さを変えて表示した例である。同図（ｃ）は、数フレーム画像前からの各指定点２３ａ〜２３ｉの移動軌跡を表示した例である。同図（ｄ）は、各指定点２３ａ〜２３ｉを線で結ぶとともに、それらの点の移動量を強調して表示した例である。同図（ｅ）は、同図（ｃ）に示すように各指定点２３ａ〜２３ｉで囲まれたそれぞれの４辺形の面積の変化を表示した例であり、同図（ｆ）はその合計面積の時間変化をグラフにして表示した例である。

図８は、心筋２２の内部の全体に渡って複数の指定点２３を設定した例であり、同図（ａ）は心筋２２の厚み方向の変位合計をグラフ化したものである。同図（ｂ）は、心筋の長さ方向の変位合計をグラフ化したものである。同図（ｃ）は、心筋２２の長さ方向に縮むのをプラスとし、厚み方向に膨れる方向をプラスとして変位合計をグラフ化して表示した例である。同図（ｄ）は、複数の指定点２３で囲まれた領域の面積変化の合計をグラフ化した例である。

図９は、心筋２２の内壁に沿って複数の指定点２３を設定し、同図（ａ）は、各指定点２３が、各指定点により囲まれた領域（心室内）の重心に向かう方向を例えば「赤」で表示し、離れる方向を例えば「青」で表示し、その移動速度によって輝度変調して表示した例である。また、同図（ｂ）は、指定点２３で囲まれた領域の面積の時間変化をグラフ化したものである。これによれば、心室の容積変化などの動態情報（動きの情報）を定量的に、かつ精度よく計測することができる。
（実施形態２）
図１の実施形態では、１つのフレーム画像についての指定点の追跡が終了する度に（Ｓ７）、その指定点の移動に基づいて組織の動きに関する各種情報を算出するとともに（Ｓ８）、それらの情報を表示部に表示する（Ｓ９）ようにした例を説明した。本発明はこれに限らず、図１０に示すように、図１のステップＳ１０をステップＳ７の後に配置し、全てのフレーム画像についての指定点の追跡が終了した後に、ステップＳ８、９の処理を実行するようにしてもよい。

ここで、画像相関法による画像追跡処理の具体例を、図１１を用いて説明する。図示例は、説明を簡単にするために、切出し画像２５のサイズを矩形の９画素領域とし、検索領域２６についても矩形の２５画素領域として説明する。つまり、同図（ａ）に示す切出し画像２５は、指定点２３の画素を中心としてＡ＝１画素に設定した例であり、同図（ｂ）に示す検索領域２６はＢ＝１画素に設定した例である。これによれば、同図（ｂ）に示す様に、９個の局所領域２７について相関値を求め、相関が最も大きい位置が移動先座標に相当することになる。
（実施形態３）
本実施形態は、超音波撮影法により撮影して得られる動画像による生体組織の追跡処理に適用できるものである。特に、動画像に対応するＲＦ信号を記憶しておき、画像相関法により求めた画像の一致度が最も高い局所画像の位置を、ＲＦ信号を用いて補正することにより、生体組織の動きを追跡して得られる計測値の変化を滑らかなものとすることにある。

図１２に示すように、超音波診断装置１７から動画像、及びその動画像の再構成に用いたＲＦ信号（超音波エコー信号を受信処理した信号）が、それぞれオンライン又は記録媒体を介して画像記憶部１及びＲＦ信号記憶部１８に格納されるようになっている。ＲＦ信号記憶部１８は、信号伝送路６を介して自動追跡部４に接続されている。また、自動追跡部４に移動量補正部１３が設けられている。

図１３に、本実施形態の主要部の処理手順を示す。本実施形態の追跡処理の基本は、図１０のステップＳ６で求めた切出し画像の移動先座標を取込み、指定点２３の移動先座標を算出する（Ｓ２１）。次に、切出し画像２５の指定点２３の座標と、一致度が最も高い局所画像２７maxの指定点２３の座標の周辺の画像に係るＲＦ信号をＲＦ信号記憶部１８から抽出する（Ｓ２２）。つまり、移動前後の指定点２３の周辺画像のＲＦ信号を抽出する。そして、移動前後のＲＦ信号の相互相関をとり、その相関値を求める（Ｓ２３）。この場合、まず、移動前後の何れかのＲＦ信号を画像相関法で求めた移動量（画素数）に対応する分だけ時間軸をずらし、両者の相互相関（例えば、積和演算）をとりながら、移動前後の何れかのＲＦ信号をずらす。そして、求めた相互相関値が最大値となるずれ量τが、ＲＦ信号による移動量の補正値として求められる（Ｓ２４）。そして、先に画像相関法で求めた指定点の移動量に、ＲＦ信号を用いて求めた指定点の移動量の補正値を加算して、指定点の移動量を補正する（Ｓ２５）。

ここで、移動前後のＲＦ信号の相互相関値の最大値が、指定点の移動量の相関すること、及びそれにより指定点の移動量を補正することにより、位置の計測精度が向上する理由を、図１４を用いて説明する。なお、図１４（ａ）においては、移動前の指定点周辺のＲＦ信号４１と、移動後の指定点周辺のＲＦ信号４２の時間軸を、画像相関法で求めた移動量に基づいてずらした状態で示している。そして、例えば、ＲＦ信号４１の時間軸を正負何れかの方向にずらしながらＲＦ信号４２との相互相関を計算すると、同図（ｂ）に示す最大値を示す相互相関値４３が得られる。このＲＦ信号４１とＲＦ信号４２のずらした位相差をτとすると、この移動量τが画像相関法の移動量に加えて補正すべき移動量に相当する。これにより、画像相関法の移動量の計測精度を向上できる。

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、次のような効果が得られる。

まず、心臓の各部の動きを定量的に計測することができることから、例えば心筋動態追跡あるいは心筋厚の変化を定量的に計測することにより、虚血性心疾患において例えば虚血部位を特定することができる。また、心筋動態を定量化できるから、虚血の程度がわかり、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位を特定する際の指標にできる。

また、弁輪部の動きを定量的に追跡することにより、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つ可能性がある。

また、本発明は、心臓の各部位の動きを計測することに限らず、生体組織の動きを観察したい部位であれば、どのような部位の生体組織にも適用できることは明らかである。例えば、頚動脈などの大血管壁の脈波計測に適用できる。この場合、血管壁の長手方向に複数の指定部位を設定し、それらの指定部位の移動量を定量的に計測して比較することにより、動脈硬化の程度がわかる。

また、上述の実施形態は、オフラインで行なう例について説明したが、ブロックマッチング法の処理に係る速度を向上すれば、オンラインあるいはリアルタイムの動画像にも適用できる。

また、上述の実施形態は、２次元の断層像を例に説明したが、３次元断層像にも適用できることはいうまでもない。

また、画像相関法は、切出し画像と局所画像の対応する画像の一致度を算出する方法であれば公知の技術を用いることができる。例えば、一般に知られている切出し画像と局所画像の対応する画素ごとに画素値の積を求め、その絶対値の総和をもって相関値とする2次元相互相関法、切出し画像と局所画像の各画素値の平均値を画素ごとの画素値から引き、その積を求め、その絶対値の総和をもって相関値とする2次元正規化相互相関法、画素ごとに画素値の差の絶対値を求め、その絶対値の総和をもって相関値とするＳＡＤ法、画素ごとの画素値の差の二乗値を求め、その二乗値の総和をもって相関値とするＳＳＤ法などを適用できる。このとき、相関最大である局所画像を選ぶためには2次元相互相関法と２次元正規化相互相関法では相関値が最大の、また、ＳＡＤ法、ＳＳＤ法では相関値が最小の局所画像を画像の一致度が最も高い局所画像とすればよい。この相関最大（相関値が最大又は最小）である局所画像を選び出すことに画像相関法の特徴がある。

図１は、本発明の生体組織の動き追跡方法の一実施形態の処理手順を示す図である。 図２は、図１の生体組織の動き追跡方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。 図３は、本発明の生体組織の動き追跡を、心臓の断層像に適用して説明するための図である。 図４は、本発明に係るブロックマッチング法の一実施形態を説明する図であり、（ａ）は切出し画像の一例を、（ｂ）は検索領域の一例を示す図である。 図５は、本発明の追跡方法により計測された生体組織の動きに関する計測情報の表示画像の例である。 図６は、心壁を挟んで設定された２つの指定点の距離と、その距離の変化を計測してグラフにして表示した例である。 図７は、心壁部に複数の指定点を設定し、それらの動きを追跡して得られる各種の移動情報を画像にして表示した例である。 図８は、心筋内部の全体に渡って複数の指定点を設定して、それらの指定点の動きに基づいて計測した種々の情報の表示例である。 図９は、心筋内壁に沿って複数の指定点を設定し、その動きの情報の表示画像例である。 図１０は、図１の処理手順を変形した本発明の実施形態２の追跡処理手順の図である。 図１１は、画像相関法による画像追跡処理を、具体例を用いて説明する図である。 図１２は、本発明を超音波診断装置に適用してなる一実施形態の画像診断装置のブロック図である。 図１３は、図１０の画像相関法を改善したＲＦ信号補正法の処理手順を示す図である。 図１４は、ＲＦ信号補正法を説明する図である。

符号の説明

１ 画像記憶部
２ 表示部
３ 操作卓
４ 自動追跡部
５ 動態情報演算部
６ 信号伝送路
７ 診断画像撮像装置
８ 制御手段
９ 切出し画像設定手段
１０ 切出し画像追跡手段
１１ 移動量演算手段
１２ 移動追跡手段

Claims (22)

1. 被検体の心臓を含む部位の断層像を超音波撮影法により撮影してなる動画像をＲＦ信号で記憶し、記憶された動画像の一のフレーム画像を表示する第１ステップと、該表示された前記一のフレーム画像において操作部に入力された指令に基づいて心筋に少なくとも１つの指定点を設定する第２ステップと、前記一のフレーム画像の前記指定点に対応付けて前記指定点を含むサイズの切出し画像を設定する第３ステップと、前記動画像の他のフレーム画像を検索して前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する第４ステップと、抽出された局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定点の移動先座標を求める第５ステップと、前記指定点の移動先座標に基づいて前記指定点の移動量を求め、前記指定点の移動量の時間変化を画像表示する第６ステップを含んでなる生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
2. 前記第２ステップは、前記心筋の動きを追跡したい局所領域に前記指定点を複数設定し、
   前記第６ステップは、各指定点の移動方向を求め、各指定点の移動方向が前記指定点が複数設定された局所領域の重心を移動方向の基準点として、各指定点の移動方向の時間変化を前記重心に向かう方向とその反対方向の色を変えて画像表示することを特徴とする請求項１に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
3. 前記第２ステップは、前記心筋の全体にわたって前記指定点を複数設定し、
   前記第６ステップは、各指定点の移動量を前記心筋の厚み方向と前記心筋の長さ方向の少なくとも一方について求め、前記心筋の厚み方向と前記心筋の長さ方向における各指定点の移動量の時間変化を画像表示することを特徴とする請求項１に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
4. 前記第２ステップは、前記心筋の内壁に沿って前記指定点を複数設定し、
   前記第６ステップは、各指定点の移動先座標に基づいて各指定点の移動方向を求め、複数の前記指定点により囲まれた領域の重心を移動方向の基準点として、各指定点の移動方向の時間変化を前記重心に向かう方向とその反対方向の色を変えて画像表示することを特徴とする請求項１に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
5. 前記第４ステップで抽出された局所画像を前記切出し画像として、前記動画像のさらに他のフレーム画像に対して前記第４ステップと前記第５ステップを繰り返し実行して、前記指定点の移動先座標を順次求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
6. 前記切出し画像のサイズは、前記指定点の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
7. 前記第４ステップにおいて、前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する検索範囲は、前記切出し画像よりも設定画素数大きい領域に設定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
8. 前記第５ステップは、前記指定点の移動先座標の周辺の複数の前記ＲＦ信号を抽出し、該抽出した複数のＲＦ信号と移動前の前記指定点のＲＦ信号の相互相関をとり、該相互相関が最大のＲＦ信号の位置に前記移動先座標を補正することを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
9. 前記指定点の移動先に前記動画像に重ねて前記目印を表示することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
10. 前記指定点の移動先座標を記憶しておき、前記動画像に重ねて前記目印の移動軌跡を表示することを特徴とする請求項９に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
11. 前記第６ステップは、前記指定点の移動先座標を記憶しておき、該指定点の移動量、移動速度の少なくとも１つを求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
12. 前記第６ステップは、前記指定点の移動量、移動速度、移動方向の少なくとも１つの変化を線図で表示することを特徴とする請求項１１に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
13. 前記第６ステップは、前記指定点の移動速度に応じて輝度変調をかけることを特徴とする請求項１２に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
14. 前記第２ステップは、前記指定点を心筋を挟んで２つ設定し、
    前記第６ステップは、心筋の厚み、厚み変化、厚み変化速度、厚み変化率の少なくとも１つを算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
15. 前記複数の指定点を結ぶ直線又は該直線の近似曲線に基づいて心室の容積及び該容積の変化を求める第７ステップを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。
16. 被検体の心臓を含む部位の断層像を撮影してなる動画像が格納される記憶部と、前記動画像を表示可能な表示部と、指令を入力する操作部と、前記表示部に表示される前記動画像の心筋の動きを追跡する自動追跡部と、前記記憶部と前記表示部と前記操作部と前記自動追跡部とを接続してなる信号伝送路とを有してなり、
    前記操作部は、前記記憶部に格納された前記動画像の一のフレーム画像を前記表示部に表示させる指令と、該指令に応じて表示された前記一のフレーム画像において心筋に目印を重畳表示させる指令を入力して心筋に複数の指定点を設定する入力手段を備え、
    前記自動追跡部は、前記表示部に表示された前記一のフレーム画像の前記目印の位置に対応する前記指定点を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段と、前記記憶部から前記動画像の他のフレーム画像を読み出して、前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段と、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差を求める移動量演算手段と、該座標差に基づいて前記指定点の移動先座標を求める移動追跡手段とを備え、各指定点の移動先座標に基づいて各指定点の移動方向を求め、複数の指定点により囲まれた領域の重心を移動方向の基準点として、前記各指定点の移動方向の時間変化を前記重心に向かう方向とその反対方向の色を変えて前記表示部に表示する画像診断装置。
17. 前記自動追跡部は、前記指定点の移動先座標を記憶しておき、前記動画像に重ねて前記目印の移動軌跡を表示することを特徴とする請求項１６に記載の画像診断装置。
18. 前記自動追跡部は、前記指定点の移動先座標を記憶しておき、該指定点の移動量、移動速度の少なくとも１つを求めて、その変化を線図で前記表示部に表示することを特徴とする請求項１６に記載の画像診断装置。
19. 前記自動追跡部は、前記操作部から心筋を挟んで入力設定される２つの前記指定点に基づいて、心筋の厚み、厚み変化、厚み変化速度、厚み変化率の少なくとも１つを算出して、その線図を前記表示部に表示することを特徴とする請求項１６に記載の画像診断装置。
20. 前記自動追跡部は、前記操作部から入力設定される心室の内壁に沿った複数の前記指定点の移動先を求め、該複数の指定点を結ぶ直線又は該直線の近似曲線に基づいて心室の容積及び該容積の変化を求めて前記表示部に表示することを特徴とする請求項１６に記載の画像診断装置。
21. 前記自動追跡部は、前記各指定点の移動速度に応じて輝度変調をかけて前記表示部に画像表示させることを特徴とする請求項１６に記載の画像診断装置。
22. 前記第２ステップは、前記操作部に入力された指令に基づいて心筋の心壁を挟んで少なくとも一対の指定点を設定し、
    前記第６ステップは、前記一対の指定点間の距離の時間変化のグラフを画像表示するとともに、該グラフの時間軸に関連させて前記心臓の心電波形及び心音波形を含む計測情報を画像表示するステップを含んでなる請求項１に記載の生体組織の動き追跡をする画像診断装置の作動方法。

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