JP4681358B2 - Ultrasonic diagnostic apparatus and volume data processing method - Google Patents

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Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、生体内の三次元空間から取得されたボリュームデータに対するデータ処理技術に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to a data processing technique for volume data acquired from a three-dimensional space in a living body.

ポリープは、一般に、組織内壁の粘膜が増殖して隆起したもので、胆嚢、大腸、胃、子宮、食道などに発生し易い。例えば、胆嚢ポリープとして、コレステロールポリープ、腺筋腫症ポリープ、炎症性ポリープなどの良性ポリープと、胆嚢癌としての悪性ポリープとが知られている。ポリープの形状としては、いぼ状、きのこ状、その他の突起状の形態があげられる。   A polyp is generally a proliferated and raised mucosa on the inner wall of a tissue, and is likely to occur in the gallbladder, large intestine, stomach, uterus, esophagus and the like. For example, benign polyps such as cholesterol polyps, adenomyomatosis polyps, inflammatory polyps, and malignant polyps as gallbladder cancer are known as gallbladder polyps. Examples of the shape of the polyp include warts, mushrooms, and other protrusions.

ポリープの診断に当たっては、X線CT装置や内視鏡などの他、超音波診断装置が用いられる。例えば、胆嚢ポリープについては、現状において、経口内視鏡による診断は不可能であり、X線CT画像上でもポリープの性状を十分に識別することが困難であることから、超音波診断が多用される。その場合、胆嚢の二次元断層画像上において、胆嚢ポリープの断面がもっとも大きくなるように、生体に当接された超音波探触子の位置及び姿勢が人為的に調整される。そして、良好な二次元断層画像を表示できた時点でフリーズ操作が行われ、その状態における静止画像としての二次元断層画像上において、マーカーを利用してポリープの直径の計測などが遂行される。   In the diagnosis of the polyp, an ultrasonic diagnostic apparatus is used in addition to an X-ray CT apparatus and an endoscope. For example, for gallbladder polyps, diagnosis by oral endoscope is currently impossible, and it is difficult to sufficiently identify the properties of polyps on X-ray CT images. The In that case, on the two-dimensional tomographic image of the gallbladder, the position and posture of the ultrasonic probe in contact with the living body are artificially adjusted so that the cross section of the gallbladder polyp becomes the largest. A freeze operation is performed when a good two-dimensional tomographic image can be displayed, and the polyp diameter is measured using a marker on the two-dimensional tomographic image as a still image in that state.

下記の特許文献1には組織の輪郭を抽出する超音波診断装置が開示されている。下記の特許文献2には組織を抽出してその体積を演算する超音波診断装置が開示されている。下記の特許文献3には腫瘍を抽出し、その表面形状を定量的に評価するシステムが開示されている。特許文献4には心臓における腔部を抽出する技術が開示されている。しかし、それらの特許文献には、ポリープなどの突起を組織から自動的に分離・抽出する技術については開示されていない。   Patent Document 1 below discloses an ultrasonic diagnostic apparatus that extracts a contour of a tissue. Patent Literature 2 below discloses an ultrasonic diagnostic apparatus that extracts a tissue and calculates its volume. Patent Document 3 below discloses a system for extracting a tumor and quantitatively evaluating the surface shape thereof. Patent Document 4 discloses a technique for extracting a cavity in the heart. However, those patent documents do not disclose a technique for automatically separating and extracting a protrusion such as a polyp from a tissue.

特開平7−194597号公報JP 7-194597 A 特開平8−299341号公報JP-A-8-299341 特開2000−126178号公報JP 2000-126178 A 特開2004−159997号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-159997

近時、超音波を利用した三次元計測が実用化されている。例えば、循環器領域においては左室の体積を演算する際に当該技術が用いられ、産科領域において子宮内の胎児の大きさを計測する際に当該技術が用いられている。そのような計測技術は一般に空間的に独立した部分についての抽出を行うものであり、そのような技術をそのまま用いても、組織の内壁から連続するポリープその他の突起を抽出することは困難である。   Recently, three-dimensional measurement using ultrasonic waves has been put into practical use. For example, the technique is used when calculating the volume of the left ventricle in the circulatory organ region, and the technique is used when measuring the size of the fetus in the uterus in the obstetric region. Such measurement techniques generally extract spatially independent parts, and even if such techniques are used as they are, it is difficult to extract continuous polyps and other protrusions from the inner wall of the tissue. .

本発明の目的は、組織の内壁から突出する突起を自動的に抽出できるようにすることにある。   An object of the present invention is to enable automatic extraction of protrusions protruding from the inner wall of tissue.

本発明の他の目的は、組織の内壁から突出する突起についてそれを三次元画像上で識別表示できるようにすることにある。   Another object of the present invention is to make it possible to identify and display a protrusion protruding from the inner wall of a tissue on a three-dimensional image.

本発明の他の目的は、組織の内壁から突出する突起についてその体積を精度良く演算できるようにすることにある。   Another object of the present invention is to make it possible to accurately calculate the volume of a protrusion protruding from the inner wall of a tissue.

本発明の他の目的は、組織の内壁から突出する突起についてその表面形状を定量的に評価できるようにすることにある。   Another object of the present invention is to make it possible to quantitatively evaluate the surface shape of a protrusion protruding from the inner wall of a tissue.

(1)本発明は、生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行ってボリュームデータを取得する送受波手段と、前記ボリュームデータに基づいて、前記三次元空間内の対象組織における組織部と腔部との間の境界面を抽出する境界面抽出手段と、前記境界面の形状に基づいて、前記組織部の本体部分から前記腔部側へ突出した突起を抽出する突起抽出手段と、を含むことを特徴とする。 (1) The present invention relates to a transmitting / receiving means for acquiring volume data by transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a three-dimensional space in a living body, and a target tissue in the three-dimensional space based on the volume data. Boundary surface extracting means for extracting a boundary surface between the tissue part and the cavity part, and a protrusion extracting means for extracting a protrusion protruding from the body part of the tissue part toward the cavity part based on the shape of the boundary surface It is characterized by including these.

上記構成によれば、生体に対する超音波の送受波によりボリュームデータが取得される。ボリュームデータは三次元空間内のボクセル(ボクセルデータ)集合に相当する。三次元空間内には組織部と腔部とが含まれ、つまり、ボリュームデータは、組織部に相当するデータと腔部に相当するデータとを含む。組織部は本体部分と突起とを含み、突起は本体部分から腔部側へ突出した部分である。本体部分と突起は連続しているため、そのままでは突起のみを分離抽出できない。そこで、最初に、組織部と腔部との間の境界面が抽出される。例えば、ボリュームデータに対する二値化処理、三次元境界抽出処理などが実行される。次に、境界面における各位置の面形状、特に望ましくは面の形状のバラツキが参照され、それに基づいて突起の根元部分(付け根部分)を横断する分離面が設定される。この分離面により、組織部における本体部分と突起とを分離することが可能となる。つまり、境界面において、突起の付け根部分においてはそれ以外の部分よりも形状変化が激しいことを利用して、その付け根部分を自動認識し、それを基準として突起をデータ処理上分離するものである。   According to the above configuration, volume data is acquired by transmitting and receiving ultrasonic waves to and from a living body. Volume data corresponds to a set of voxels (voxel data) in a three-dimensional space. The three-dimensional space includes a tissue part and a cavity part, that is, the volume data includes data corresponding to the tissue part and data corresponding to the cavity part. The tissue portion includes a main body portion and a protrusion, and the protrusion is a portion protruding from the main body portion toward the cavity. Since the main body portion and the protrusion are continuous, it is impossible to separate and extract only the protrusion as it is. Therefore, first, a boundary surface between the tissue part and the cavity part is extracted. For example, binarization processing, three-dimensional boundary extraction processing, etc. are performed on the volume data. Next, the surface shape of each position on the boundary surface, particularly desirably, the variation in the shape of the surface is referred to, and based on this, a separation surface that crosses the base portion (base portion) of the protrusion is set. This separation surface makes it possible to separate the main body portion and the protrusion in the tissue portion. In other words, on the boundary surface, by utilizing the fact that the shape change is more severe in the base part of the protrusion than in the other parts, the base part is automatically recognized, and the protrusion is separated in the data processing based on it. .

送受波空間の全体に対して上記処理が実行されるようにしてもよいし、その一部に対して上記処理が実行されるようにしてもよい。後者の場合には三次元関心領域を用いるのが望ましい。対象組織は望ましくは胆嚢であるが、内部が腔部となっている他の臓器であってもよい。突起は望ましくはポリープであるが、壁面から突出した他の突起に対しても本発明の手法を同様に適用できる。ポリープの大きさや表面形状などは、ポリープが悪性か良性かを判断するための情報となる。そこで、そのような分析を行える機能を設けるのが望ましい。また、ポリープを他の組織から識別して超音波画像上で観察できるように構成するのが望ましい。   The above process may be executed on the entire transmission / reception space, or the above process may be executed on a part thereof. In the latter case, it is desirable to use a three-dimensional region of interest. The target tissue is desirably a gallbladder, but may be another organ having a cavity inside. The protrusion is preferably a polyp, but the method of the present invention can be similarly applied to other protrusions protruding from the wall surface. The size and surface shape of the polyp are information for determining whether the polyp is malignant or benign. Therefore, it is desirable to provide a function capable of performing such analysis. Further, it is desirable that the polyp can be identified from other tissues and observed on the ultrasonic image.

望ましくは、前記突起抽出手段は、前記境界面における各位置の形状変化度を演算する形状変化度演算手段と、前記境界面における各位置の形状変化度に基づいて、前記突起の付け根を横切る分離面を設定する分離面設定手段と、前記分離面により、前記組織部の本体部分から前記突起を分離する分離手段と、を含む。境界面における各位置は、境界面として抽出された各ボクセルの位置であってもよい。その場合に、境界面に相当するボクセル群のすべてについて形状変化度を演算するのが望ましいが、演算量を削減するため間引き後のあるいはリサンプリングされた複数の代表ボクセルについてだけ形状変化度を演算するようにしてもよい。形状変化度は、各位置における形状のバラツキ度合いを指標するものである。形状変化度が大きい部位を突起の付け根として認識できる。つまり、臓器内壁面やポリープの主要表面(付け根以外)においては、比較的に形状変化度が小さいが、その付け根においては比較的に形状変化度が大きくなる。その傾向を利用して、付け根を特定し、そこにそれを横切る分離面を設定することができる。分離面は望ましくは平面であるが、突起をより正確に分離するために必要であり且つ面形状を容易に定義できるならば曲面であってもよい。分離面は三次元空間の全体に及ぶ平面であってもよいし、突起の付け根を十分に切断する程度の有限な広がりをもった面であってもよい。その形状としては、諸条件に応じて、矩形、円形など、所望の形状を選択するのが望ましい。   Desirably, the protrusion extraction means is a shape change degree calculating means for calculating a shape change degree at each position on the boundary surface, and a separation across the root of the protrusion based on the shape change degree at each position on the boundary surface. Separation surface setting means for setting a surface, and separation means for separating the protrusion from the main body portion of the tissue part by the separation surface. Each position on the boundary surface may be the position of each voxel extracted as the boundary surface. In that case, it is desirable to calculate the degree of shape change for all of the voxel groups corresponding to the boundary surface, but in order to reduce the amount of calculation, the shape change degree is calculated only for a plurality of representative voxels after thinning or resampling. You may make it do. The degree of shape change indicates the degree of shape variation at each position. A part having a large shape change degree can be recognized as the root of the protrusion. In other words, the degree of change in shape is relatively small on the inner wall of the organ and the main surface of the polyp (other than the root), but the degree of change in shape is relatively large at the root. The tendency can be used to identify the root and set a separation plane across it. The separation surface is preferably a flat surface, but may be a curved surface as long as it is necessary for more accurately separating the protrusions and the surface shape can be easily defined. The separation surface may be a plane extending over the entire three-dimensional space, or may be a surface having a finite extent enough to cut the base of the protrusion sufficiently. As the shape, it is desirable to select a desired shape such as a rectangle or a circle according to various conditions.

望ましくは、前記形状変化度演算手段は、前記境界面における各位置で法線を演算する法線演算部と、前記境界面における各位置で演算された法線に基づいて、前記形状変化度として、前記境界面における各位置で法線の分散値を演算する分散値演算部と、前記境界面における各位置で演算された法線の分散値に基づいて、前記分離面を演算する分離面演算部と、を含む。法線はそれが通過する位置における面の勾配あるいは傾斜を表す。ある部位において複数の法線がバラバラな方向を向く場合、そこが突起の付け根である可能性が高い。法線は面の垂線、垂直線に相当する。法線の長さを規格化し、法線の各座標軸成分に基づいて形状変化度を求めるようにしてもよい。法線の分散値は、数学的に厳密な分散値である必要はなく、法線の向きのバラツキ度合いを示すものであればよい。   Preferably, the shape change degree calculating means is configured as the shape change degree based on a normal line calculation unit that calculates a normal line at each position on the boundary surface and a normal line calculated at each position on the boundary surface. A dispersion value calculation unit for calculating a normal dispersion value at each position on the boundary surface, and a separation surface calculation for calculating the separation surface based on a normal dispersion value calculated at each position on the boundary surface Part. The normal represents the slope or slope of the surface at the location through which it passes. When a plurality of normal lines face in different directions at a certain portion, there is a high possibility that this is the root of the protrusion. The normal corresponds to the normal and vertical lines of the surface. The length of the normal line may be normalized, and the shape change degree may be obtained based on each coordinate axis component of the normal line. The dispersion value of the normal line does not need to be a mathematically exact dispersion value, and may be any value that indicates the degree of variation in the direction of the normal line.

望ましくは、前記法線演算部は、前記境界面における各位置を注目位置とし、その注目位置を中心とする単位球を設定する単位球設定部と、前記単位球に含まれる組織部要素又は腔部要素の要素重心を演算する重心演算部と、前記法線として、前記注目位置と前記要素重心とを結ぶ方向を向いた単位ベクトルを生成する単位ベクトル生成部と、を含む。単位ベクトルは、規格化された長さを有する法線に相当する。単位球は、注目位置(注目ボクセル)の周囲における参照領域を画定する。その内部における組織部あるいは腔部の重心を用いて法線の向きを定義できる。単位球を用いず、面の傾き自体から法線を定義してもよいし、面の傾き率などを形状変化度として利用するようにしてもよい。   Preferably, the normal line calculation unit sets each position on the boundary surface as a target position, sets a unit sphere centering on the target position, and a tissue part element or cavity included in the unit sphere A center-of-gravity calculation unit that calculates the element centroid of the partial element, and a unit vector generation unit that generates a unit vector that faces the direction connecting the position of interest and the element centroid as the normal. The unit vector corresponds to a normal having a standardized length. The unit sphere defines a reference region around the target position (target voxel). The direction of the normal can be defined using the center of gravity of the tissue part or cavity in the interior. A normal may be defined from the surface inclination itself without using a unit sphere, or the surface inclination rate or the like may be used as the degree of shape change.

望ましくは、前記分離面演算部は、前記境界面における各位置の法線の分散値に基づいて、前記境界面における複数の位置の中から、前記突起の付け根に相当する複数の候補位置からなるリング状集団を抽出する集団抽出部と、前記リング状集団が前記分離面によって2つのリング状部分集団に輪切り分割されるように、前記分離面を表す関数を演算する関数演算部と、を含む。候補位置の選定条件を諸状況に応じてマニュアルあるいは自動的に可変できるように構成するのが望ましい。   Preferably, the separation surface calculation unit includes a plurality of candidate positions corresponding to the roots of the protrusions from among a plurality of positions on the boundary surface based on a variance value of normals at the respective positions on the boundary surface. A group extraction unit that extracts a ring-shaped group; and a function calculation unit that calculates a function representing the separation plane so that the ring-shaped group is divided into two ring-shaped subgroups by the separation plane. . It is desirable that the selection conditions for candidate positions can be changed manually or automatically according to various situations.

望ましくは、前記突起の表面における各位置の法線の分散値に基づいて前記突起の表面について形状評価値を演算する評価値演算手段を含む。望ましくは、前記境界面抽出手段は、前記ボリュームデータに基づいて前記組織部と前記腔部とを識別する手段と、前記組織部と前記腔部との識別結果に基づいて、前記境界面を抽出する手段と、を含む。望ましくは、前記三次元空間に対して三次元の関心領域を設定する手段を含み、前記三次元の関心領域内において前記組織部と前記腔部が識別される。   Preferably, evaluation value calculating means for calculating a shape evaluation value for the surface of the protrusion based on a dispersion value of a normal line at each position on the surface of the protrusion. Preferably, the boundary surface extraction means extracts the boundary surface based on a means for identifying the tissue part and the cavity part based on the volume data, and a result of identification between the tissue part and the cavity part. Means. Preferably, the apparatus includes means for setting a three-dimensional region of interest with respect to the three-dimensional space, and the tissue portion and the cavity portion are identified in the three-dimensional region of interest.

(2)また、本発明は、生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行って取得されたボリュームデータを処理するボリュームデータ処理方法において、前記ボリュームデータに基づいて、前記三次元空間内の対象組織における組織部と腔部との間の境界面を表す境界面データを演算する工程と、前記境界面データに基づいて前記境界面における各位置について形状変化度を表す形状変化度データを演算する工程と、前記境界面における各位置について演算された形状変化度データに基づいて、前記対象組織の本体部分から前記腔部側へ突出した突起の付け根を横切る切断面を表す切断面データを演算する工程と、前記切断面データに基づいて、前記突起を表す突起データを特定する工程と、を含むことを特徴とする。 (2) Further, the present invention provides a volume data processing method for processing volume data obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves to and from a three-dimensional space in a living body, and based on the volume data, the three-dimensional A step of calculating boundary surface data representing a boundary surface between a tissue portion and a cavity portion in a target tissue in the space, and a shape variation degree representing a shape variation degree for each position on the boundary surface based on the boundary surface data A cutting plane that represents a cutting plane that crosses the root of the protrusion that protrudes from the main body portion of the target tissue toward the cavity based on the step of calculating data and the shape change degree data calculated for each position on the boundary surface A step of calculating data, and a step of specifying projection data representing the projection based on the cut surface data.

上記のボリュームデータ処理方法は、超音波診断装置上におけるハードウエアとして、あるいは、ソフトウエアの機能として実現できる。超音波診断装置から入手したデータを処理するコンピュータ上において、上記のボリュームデータ処理方法を実行するようにしてもよい。   The volume data processing method described above can be realized as hardware on the ultrasonic diagnostic apparatus or as a software function. The volume data processing method described above may be executed on a computer that processes data obtained from the ultrasonic diagnostic apparatus.

以上説明したように、本発明によれば、組織の内壁から突出する突起を自動的に抽出できる。その上で、必要に応じて、突起を三次元画像上で識別表示でき、突起の体積を精度良く演算でき、あるいは、突起の表面形状を定量的に評価できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to automatically extract the protrusions protruding from the inner wall of the tissue. In addition, if necessary, the protrusions can be identified and displayed on the three-dimensional image, and the volume of the protrusions can be calculated with high accuracy, or the surface shape of the protrusions can be quantitatively evaluated.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

まず、図1〜図10を用いて本実施形態に係る突起抽出方法について説明する。この突起抽出方法は、本実施形態において医用超音波診断装置において実行されるものであるが、超音波診断装置からデータを入手したコンピュータ上においてその突起抽出方法を実行させることもできる。   First, the protrusion extraction method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. This protrusion extraction method is executed in the medical ultrasonic diagnostic apparatus in this embodiment, but the protrusion extraction method can also be executed on a computer that has obtained data from the ultrasonic diagnostic apparatus.

図1には、本実施形態に係る突起抽出方法がフローチャートとして示されている。図2〜図10を参照しつつ、図1に示すフローチャートにしたがって突起抽出方法について説明する。   FIG. 1 shows a flowchart of the protrusion extraction method according to this embodiment. The protrusion extraction method will be described according to the flowchart shown in FIG. 1 with reference to FIGS.

S101では、生体内の三次元領域に対して超音波が送受波され、これによってボリュームデータが取得される。ボリュームデータは三次元空間内における各アドレスで取得されたエコーデータによって構成される。ここで、各アドレスはボクセルとして位置づけられ、各エコーデータはボクセルデータに相当する。ボリュームデータは、例えば、2Dアレイ振動子を有する超音波探触子を用いることによって取得でき、あるいは、1Dアレイ振動子を機械的に走査する超音波探触子によって取得することができる。   In S101, ultrasonic waves are transmitted / received to / from a three-dimensional region in the living body, thereby acquiring volume data. Volume data is composed of echo data acquired at each address in the three-dimensional space. Here, each address is positioned as a voxel, and each echo data corresponds to voxel data. The volume data can be acquired, for example, by using an ultrasonic probe having a 2D array transducer, or can be acquired by an ultrasonic probe that mechanically scans the 1D array transducer.

S102では、ボリュームデータに対して二値化処理が施される。すなわち、三次元空間内には組織部と腔部とが含まれ、それらをデータ上、弁別するために二値化処理が実行される。例えば、所定のエコーレベルを基準としてそれより大きな値を有するエコーデータが組織部のエコーデータであるとみなされ、それよりも小さなエコーデータが腔部(液体部)のエコーデータであるとみなされる。その場合、基準となるレベルは適宜可変設定するのが望ましい。本実施形態においては、腔部のエコーデータに対して値0が与えられ、組織部のエコーデータに対して値1が与えられる。その逆であってもよい。二値化処理に先立って、ノイズ除去や平滑化などの処理をボリュームデータに対して施してもよい。   In S102, binarization processing is performed on the volume data. That is, a tissue part and a cavity part are included in the three-dimensional space, and binarization processing is executed to discriminate them in terms of data. For example, echo data having a value larger than a predetermined echo level is regarded as tissue echo data, and smaller echo data is regarded as cavity (liquid portion) echo data. . In that case, it is desirable to appropriately variably set the reference level. In the present embodiment, a value of 0 is given to the echo data of the cavity and a value of 1 is given to the echo data of the tissue. The reverse is also possible. Prior to the binarization processing, processing such as noise removal or smoothing may be performed on the volume data.

図2の(A)には三次元空間10内において取得されたボリュームデータに対して二値化処理を実行した結果が模式図と示されている。符号12は組織部(臓器)を表しており、符号14は組織部12内の腔部を表している。腔部14には例えば体液あるいは血液などが存在する。液体からのエコーデータのレベルは一般に小さく、これに対し、組織部12からのエコーデータのレベルは一般に大きいため、上記の二値化処理によって組織部12と腔部14とを弁別することが可能である。組織部12は、本体部分12Aとその内壁面から腔部14側へ突出した突起12Bとを有する。ここで、組織部12は例えば胆嚢であり、突起12Bは胆嚢に存在するポリープである。このポリープはイボ状あるいはキノコ状などの各種の形体を有しているが、一般にその根本部位すなわち付け根部分は組織内壁から立ち上がっておりあるいはくびれ形状を有している。山状に盛り上がるポリープなどもその付け根を判定可能な限りにおいて本発明に係る突起抽出の対象となる。   FIG. 2A is a schematic diagram showing the result of performing binarization processing on the volume data acquired in the three-dimensional space 10. Reference numeral 12 represents a tissue part (organ), and reference numeral 14 represents a cavity in the tissue part 12. For example, body fluid or blood is present in the cavity 14. The level of echo data from the liquid is generally small, whereas the level of echo data from the tissue part 12 is generally large, so that the tissue part 12 and the cavity part 14 can be distinguished by the above binarization process. It is. The tissue portion 12 includes a main body portion 12A and a protrusion 12B protruding from the inner wall surface to the cavity portion 14 side. Here, the tissue part 12 is, for example, a gallbladder, and the protrusion 12B is a polyp existing in the gallbladder. This polyp has various shapes such as warts or mushrooms, but generally the root portion, that is, the root portion, rises from the inner wall of the tissue or has a constricted shape. A polyp or the like that rises in a mountain shape is an object of protrusion extraction according to the present invention as long as the root can be determined.

二値化処理後のボリュームデータに対しては以下に説明する境界面抽出処理が実行されるが、それに先だって、ノイズ除去や滑らか処理などを施すようにしてもよい。例えばそのような処理については上記の特開2004−159997号公報などにも記載されている。   The boundary surface extraction process described below is executed for the volume data after the binarization process, but prior to that, noise removal or smoothing process may be performed. For example, such processing is also described in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-159997.

図1に示すS103においては、組織部と腔部との間の境界面が抽出される。すなわち、上記のS102において二値化処理を行った結果として組織部のデータと腔部のデータとが識別されているため、それに基づいて境界面の抽出を行える。具体的には、図2の(B)で示すように、三次元空間内において、組織部12と腔部14との間の境界面16がデータ処理によって抽出される。この場合においては、公知の三次元空間フィルタを用いることが可能である。そのようなフィルタとしては、水平/垂直方向のエッジを抽出するSobelフィルタ、水平方向又は垂直方向のエッジを抽出するPrewittフィルタ、二次微分(差分)を利用したラプラシアンフィルタ、注目ボクセルを基準とした8方向の内で特定方向のエッジを抽出するグラジエントエッジ強調フィルタ、水平/垂直/対角線方向のエッジを抽出するシフト差分エッジ抽出フィルタ、等が知られている。   In S103 shown in FIG. 1, the boundary surface between the tissue part and the cavity part is extracted. That is, since the data of the tissue part and the data of the cavity part are identified as a result of performing the binarization process in S102, the boundary surface can be extracted based on the data. Specifically, as shown in FIG. 2B, the boundary surface 16 between the tissue part 12 and the cavity part 14 is extracted by data processing in the three-dimensional space. In this case, a known three-dimensional spatial filter can be used. Examples of such filters include a Sobel filter that extracts horizontal / vertical edges, a Prewitt filter that extracts horizontal or vertical edges, a Laplacian filter using second derivative (difference), and a target voxel. A gradient edge enhancement filter that extracts edges in a specific direction among eight directions, a shift difference edge extraction filter that extracts edges in the horizontal / vertical / diagonal directions, and the like are known.

本実施形態では、各データが二値のいずれかの値に規格化処理されていることを前提として三次元的な微分方法を用いて境界検出を行っている。具体的には、図3に示すような三次元フィルタ20が利用されている。このフィルタ20は、中心のボクセル22の値がHすなわち1であり、その周辺の六近傍のボクセルの中に1つでも値Lすなわち0が存在する場合にはその中心のボクセルを境界面上のボクセルであるとみなすものである。ボリュームデータに対して図3に示されるようなフィルタ20をスキャンし、各データに対してフィルタ処理を実行をすることにより、最終的に境界面上における各ボクセルに対して値1が与えられ、それ以外のボクセルについては値0が与えられることになる。これによって境界面の抽出がなされる。   In this embodiment, boundary detection is performed using a three-dimensional differentiation method on the assumption that each data is normalized to one of binary values. Specifically, a three-dimensional filter 20 as shown in FIG. 3 is used. When the value of the center voxel 22 is H, that is, 1 and the value L, that is, 0 exists in any one of the six neighboring voxels around the filter 20, the filter 20 determines the center voxel on the boundary surface. It is considered to be a voxel. By scanning the filter 20 as shown in FIG. 3 with respect to the volume data and performing the filtering process on each data, a value 1 is finally given to each voxel on the boundary surface, For other voxels, the value 0 is given. Thereby, the boundary surface is extracted.

図1のS104では、境界面の各ボクセルごとに法線としての単位ベクトルが演算される。すなわち図2の(C)に示すように、組織部12と腔部14との境界面16上における各ボクセルごとに垂線あるいは垂直線に相当する法線が求められ、より具体的には後に詳述するように法線に相当する単位ベクトルが求められる。境界面は大別して3つの領域に区分することが可能である。すなわち臓器の内壁に相当する比較的滑らかな領域と、突起12Bすなわちポリープの表面としての疾病に応じて比較的小さな凹凸形状を有する領域と、突起12Bの立ち上がり部分としての付け根12Cに相当する領域と、に区分することができる。ここで、付け根12Cに相当する領域においては面形状が比較的顕著に変動しており、すなわち面形状の変化の傾向から突起12Bの付け根を自動的に認識することが可能となる。   In S104 of FIG. 1, a unit vector as a normal is calculated for each voxel on the boundary surface. That is, as shown in FIG. 2C, a normal corresponding to a perpendicular line or a vertical line is obtained for each voxel on the boundary surface 16 between the tissue part 12 and the cavity part 14, and more specifically, details will be given later. As will be described, a unit vector corresponding to the normal is obtained. The boundary surface can be roughly divided into three regions. That is, a relatively smooth region corresponding to the inner wall of the organ, a region having a relatively small uneven shape according to the disease as the surface of the protrusion 12B, that is, the polyp, and a region corresponding to the root 12C as the rising portion of the protrusion 12B , Can be classified. Here, in the region corresponding to the base 12C, the surface shape changes relatively remarkably, that is, the base of the protrusion 12B can be automatically recognized from the tendency of the surface shape to change.

本実施形態においては、以下に図4〜図7を用いて説明するように境界面上における各ボクセルごとに単位ベクトルが演算される。図4には、単位ベクトルを演算するための単位球26が示されている。この単位球26は境界面上における各ボクセルごとに設定されるものであり、その単位球26の半径は所定値(例えば10ボクセルである)。単位球26は組織部内に属する組織部要素34と、腔部内に属する腔部要素36とを含むものである。上記のように、単位球26は各ボクセルごとに設定され、ここで符号28は単位球の原点をなす注目ボクセルを表している。本実施形態においては、組織部要素34について重心が演算され、その重心が符号30で表されている。この重心30と注目ボクセル28とを結ぶ方向として法線を定義でき、所定の単位長さを有する法線として単位ベクトルUを定義することができる。   In this embodiment, a unit vector is calculated for each voxel on the boundary surface as will be described below with reference to FIGS. FIG. 4 shows a unit sphere 26 for calculating a unit vector. The unit sphere 26 is set for each voxel on the boundary surface, and the radius of the unit sphere 26 is a predetermined value (for example, 10 voxels). The unit sphere 26 includes a tissue part element 34 belonging to the tissue part and a cavity part element 36 belonging to the cavity part. As described above, the unit sphere 26 is set for each voxel, and reference numeral 28 represents a target voxel that forms the origin of the unit sphere. In the present embodiment, the center of gravity is calculated for the tissue part element 34, and the center of gravity is represented by reference numeral 30. A normal line can be defined as a direction connecting the center of gravity 30 and the target voxel 28, and a unit vector U can be defined as a normal line having a predetermined unit length.

図5及び図6には単位ベクトルの演算原理が示されている。図5に示される原点Oは位置ベクトルの原点を表しており、点Aが例えば上記の重心30に相当し、点Bが上記の注目ボクセル28に相当している。ベクトルABはベクトルOBとベクトルOAとによって図示のように定義することができる。そして、図6に示されるように、ベクトルABに基づいて長さ1を有する単位ベクトルUを定義することができる。ここで、kXc,kYc,kZcはそれぞれ単位ベクトルUのx成分,y成分,z成分である。後に詳述するように、各成分を利用することによって簡便に単位ベクトルのばらつき度合いを求めることが可能である。   5 and 6 show the unit vector calculation principle. The origin O shown in FIG. 5 represents the origin of the position vector. The point A corresponds to, for example, the center of gravity 30 described above, and the point B corresponds to the target voxel 28 described above. The vector AB can be defined as shown by the vector OB and the vector OA. Then, as shown in FIG. 6, a unit vector U having a length of 1 can be defined based on the vector AB. Here, kXc, kYc, and kZc are the x component, y component, and z component of the unit vector U, respectively. As will be described later in detail, it is possible to easily obtain the degree of unit vector variation by using each component.

図7には、境界面16上における各ボクセルごとに設定された単位球26が示されており、各単位球26によってそれぞれのボクセルごとに単位ベクトルが定義されている。単位ベクトルは基本的には法線であるため、その単位ベクトルの向きの変化傾向を見ることにより境界面における微小面の傾きの変化度合いを定量的に把握することが可能となる。   FIG. 7 shows a unit sphere 26 set for each voxel on the boundary surface 16, and a unit vector is defined for each voxel by each unit sphere 26. Since the unit vector is basically a normal line, it is possible to quantitatively grasp the degree of change in the inclination of the minute surface on the boundary surface by observing the change tendency of the direction of the unit vector.

図1のS105では、境界面上の各ボクセルごとに、上記の単位球とは別の参照球が定義され、その内部に属するボクセルについての単位ベクトルが参照され、それらの単位ベクトルの向きのばらつき度合いを表す分散値が演算される。後に説明する実施形態においては、x成分,y成分,z成分のそれぞれの成分ごとに標準偏差が求められ、その標準偏差を基準として形状変化度合いの大小が判断されている。   In S105 of FIG. 1, for each voxel on the boundary surface, a reference sphere different from the above unit sphere is defined, the unit vector for the voxel belonging to the inside is referred to, and the variation in the direction of these unit vectors A variance value representing the degree is calculated. In an embodiment described later, a standard deviation is obtained for each of the x component, the y component, and the z component, and the magnitude of the shape change degree is determined based on the standard deviation.

図8には境界面16上に設定される複数の単位ベクトルが示されている。ここでは、特に3つの領域40,42,44について単位ベクトルの分布状況が示されている。組織部における本体部分12Aの内壁に相当する領域40においては、単位ベクトル群は概ね揃う傾向を有する。また、突起12Bの表面に相当する領域44においても、微小な凸凹があったとしても概ねベクトル群は揃う傾向にある。これに対し、突起12Bの付け根に相当する領域42においては複数の単位ベクトルが区々の方向を向くことになり、それに関する分散値あるいは形状変化度合いは極めて大きくなる。つまり、このような性質を利用して付け根部分の自動認識を行うことが可能となる。もちろん、例えば悪性のポリープなどにおいてはその表面形状に比較的大きな凹凸が認められ、あるいはポリープがゆがんだ形状になることもあるが、分散値あるいは形状変化度合いに対する判別基準あるいは判別条件を適切に設定することにより付け根部分を精度良く抽出することが可能である。   FIG. 8 shows a plurality of unit vectors set on the boundary surface 16. Here, the distribution state of the unit vectors is shown for the three regions 40, 42, and 44 in particular. In the region 40 corresponding to the inner wall of the main body portion 12A in the tissue part, the unit vector groups tend to be substantially aligned. Further, even in the region 44 corresponding to the surface of the protrusion 12B, even if there is a minute unevenness, the vector group tends to be aligned. On the other hand, in the region 42 corresponding to the root of the protrusion 12B, the plurality of unit vectors are directed in different directions, and the dispersion value or the shape change degree related to the unit vector becomes extremely large. That is, it is possible to automatically recognize the root portion using such a property. Of course, for example, a malignant polyp may have relatively large irregularities on its surface shape, or the polyp may be distorted. However, the discrimination criteria or criteria for the degree of dispersion or shape change are set appropriately. By doing so, it is possible to accurately extract the root portion.

後に説明する実施形態においては、単位ベクトルの分散値として、各成分ごとの標準偏差すなわち成分のばらつき度合いが利用されている。図9には、図8に示した3つの領域40,42,44についての例えばx成分の大きさのばらつきがヒストグラムとして示されている。(A)は領域40及び領域44についてのヒストグラムの代表例を示しており、(B)は領域42についてのヒストグラムの代表例を示している。このように、ヒストグラムの形状が大きく異なることになるので、そのようなヒストグラムの形状の違いすなわち標準偏差の大きさの違いを利用して付け根部位の特定を行うことが可能となる。なお、上記説明においては二次元平面上における単位ベクトルの向きの変動を表したが、実際の処理は三次元空間内において実行され、すなわち三次元のばらつき度合いが評価されることになる。   In an embodiment described later, the standard deviation for each component, that is, the degree of component variation is used as the variance value of the unit vector. FIG. 9 shows, for example, a variation in the size of the x component as a histogram for the three regions 40, 42, and 44 shown in FIG. (A) shows a representative example of the histogram for the region 40 and the region 44, and (B) shows a representative example of the histogram for the region 42. As described above, since the shapes of the histograms are greatly different, it is possible to specify the root portion using the difference in the shape of the histogram, that is, the difference in the standard deviation. In the above description, the change in the direction of the unit vector on the two-dimensional plane is shown, but the actual processing is executed in the three-dimensional space, that is, the degree of three-dimensional variation is evaluated.

図1のS106においては、以上のように演算された各ボクセルごとの分散値に基づいて付け根部分に相当する候補ボクセル集団が特定される。通常、そのボクセル集団はリング状の形体を有する。そして、S106においては、引き続いて、その候補ボクセル集団を2つのリング状部分集団に二分割するように分離面が設定され、その分離面を利用して組織部の内壁から突起が分離される。   In S106 of FIG. 1, a candidate voxel group corresponding to the root portion is specified based on the variance value for each voxel calculated as described above. Usually, the voxel population has a ring-like shape. In S106, subsequently, a separation plane is set so as to divide the candidate voxel group into two ring-shaped partial groups, and the projection is separated from the inner wall of the tissue part using the separation plane.

すなわち、図2(D)で示されるように、三次元空間内において特定された付け根部位12Cに対してそれを横断する分離面18が自動的に設定され、それを用いて、(E)に示すように突起12Bが三次元の孤立領域として分離される。図2の(D)には必要最小限の分離面18が示されていたが、実際にはある程度の広がりをもった三次元空間の全体に広がる分離面が設定され、それが図10に示されている。分離面46は突起12Bの付け根12Cを横切る平面として構成されている。ただし、分離面46が曲面として定義されるようにしてもよい。リング状の候補ボクセル集団に基づいて分離面を設定する具体的な手法については後に図13〜図23を用いて詳述することにする。   That is, as shown in FIG. 2 (D), a separation surface 18 that traverses the root portion 12C specified in the three-dimensional space is automatically set, and using it, (E) As shown, the protrusion 12B is separated as a three-dimensional isolated region. In FIG. 2D, the minimum necessary separation surface 18 is shown. Actually, however, a separation surface extending over the entire three-dimensional space having a certain extent is set, which is shown in FIG. Has been. The separation surface 46 is configured as a plane that crosses the base 12C of the protrusion 12B. However, the separation surface 46 may be defined as a curved surface. A specific method for setting the separation plane based on the ring-shaped candidate voxel population will be described in detail later with reference to FIGS.

上記のように、突起を空間的に分離することにより、三次元画像あるいは二次元断層画像において突起のみに対して着色処理を施したり、突起の体積や表面形状の演算などを行ったりすることが可能となる。すなわち、例えば三次元画像上において臓器の内壁から飛び出たポリープを臓器とは別の色で識別表示することができ、その形態をより容易に認識できるという利点がある。また、ポリープの体積やその表面形状はポリープが良性であるか悪性であるかを判断する1つの指標となるが、そのような指標を自動的に演算することができ、しかも客観性があるので、疾病診断において有用な情報を提供できるという利点がある。   As described above, by separating the protrusions spatially, it is possible to perform a coloring process only on the protrusions in a three-dimensional image or a two-dimensional tomographic image, or to calculate the volume or surface shape of the protrusions. It becomes possible. That is, for example, a polyp protruding from the inner wall of an organ on a three-dimensional image can be identified and displayed with a color different from that of the organ, and there is an advantage that its form can be recognized more easily. The volume of the polyp and its surface shape are one index for determining whether the polyp is benign or malignant, but such an index can be automatically calculated and is objective. There is an advantage that useful information can be provided in disease diagnosis.

次に、図11及び図12を用いて本実施形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。この超音波診断装置は以上説明した突起抽出方法を実行する機能を備えている。   Next, the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. This ultrasonic diagnostic apparatus has a function of executing the protrusion extraction method described above.

図11には超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されており、図12には図11に示す突起処理部56の具体的な構成例がブロック図として示されている。なお以下に説明する各データ処理機能は専用のハードウエアとして構成することもできるし、プログラム動作するプロセッサの機能として実現することも可能である。   FIG. 11 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus, and FIG. 12 is a block diagram showing a specific configuration example of the projection processing unit 56 shown in FIG. Each data processing function described below can be configured as dedicated hardware, or can be realized as a function of a processor that performs a program operation.

図11において、3Dプローブ50は三次元エコーデータ取込領域すなわち三次元空間を形成するプローブである。3Dプローブ50は本実施形態において2Dアレイ振動子を有している。2Dアレイ振動子は二次元配列された数百あるいは数千からなる振動素子によって構成される。2Dアレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームを所定方向に走査することにより走査面が構成される。その走査面をそれと直交する方向に走査することにより上記の三次元空間が構成される。1つの超音波ビームは時系列順に並んだエコーデータ列に相当するものである。三次元空間全体としてボリュームデータが構成される。三次元空間の形状は電子走査方式にしたがったものであり、その形状としては各種のものがある。電子走査方式としては電子リニア走査、電子セクタ走査などが知られている。3Dプローブ50は体表面上に当接して用いられるものであるが、体腔内に挿入されるタイプのプローブを用いるようにしてもよい。また、電子走査と機械走査とを組み合わせて三次元空間を形成するプローブを用いるようにしてもよい。   In FIG. 11, a 3D probe 50 is a probe that forms a three-dimensional echo data capturing region, that is, a three-dimensional space. The 3D probe 50 has a 2D array transducer in this embodiment. The 2D array transducer is composed of vibration elements composed of hundreds or thousands of two-dimensional arrays. An ultrasonic beam is formed by the 2D array transducer, and a scanning plane is formed by scanning the ultrasonic beam in a predetermined direction. The above three-dimensional space is constructed by scanning the scanning plane in a direction orthogonal thereto. One ultrasonic beam corresponds to an echo data string arranged in time series. Volume data is configured as a whole three-dimensional space. The shape of the three-dimensional space is according to the electronic scanning method, and there are various shapes. Electronic linear scanning, electronic sector scanning, and the like are known as electronic scanning methods. The 3D probe 50 is used in contact with the body surface, but a probe of a type inserted into a body cavity may be used. Also, a probe that forms a three-dimensional space by combining electronic scanning and mechanical scanning may be used.

送受信部52は、送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、送受信部52は所定の遅延関係をもって複数の送信信号を並列的に3Dプローブ50へ出力する。これによって送信ビームが形成される。一方、3Dプローブ50から出力された複数の受信信号は、送受信部52において整相加算処理される。これによって、電子的に受信ビームが形成され、整相加算後の受信信号が出力される。その受信信号に対しては、検波、A/D変換、対数変換、座標変換などの必要な処理を経て、3Dメモリ54上にエコーデータとして格納される。   The transmission / reception unit 52 functions as a transmission beam former and a reception beam former. That is, the transmission / reception unit 52 outputs a plurality of transmission signals to the 3D probe 50 in parallel with a predetermined delay relationship. As a result, a transmission beam is formed. On the other hand, the plurality of reception signals output from the 3D probe 50 are subjected to phasing addition processing in the transmission / reception unit 52. As a result, a reception beam is electronically formed, and a reception signal after phasing addition is output. The received signal is stored as echo data on the 3D memory 54 through necessary processes such as detection, A / D conversion, logarithmic conversion, and coordinate conversion.

3Dメモリ54は生体内における三次元空間に相当する三次元の記憶空間を有している。3Dメモリ54上における各アドレスは、計測座標上における各アドレスに対応している。すなわち、3Dメモリ54上にはボリュームデータが格納される。   The 3D memory 54 has a three-dimensional storage space corresponding to the three-dimensional space in the living body. Each address on the 3D memory 54 corresponds to each address on the measurement coordinate. That is, volume data is stored on the 3D memory 54.

突起処理部56は、ボリュームデータに基づいて組織部における突起を抽出する処理を実行する。また、後に詳述するように、その突起の体積や表面形状を計測する機能を有している。   The protrusion processing unit 56 executes a process of extracting protrusions in the tissue part based on the volume data. Further, as will be described in detail later, it has a function of measuring the volume and surface shape of the protrusion.

表示処理部58は、断層画像形成部60及び三次元画像形成部62を有している。断層画像形成部60はボリュームデータに基づいて三次元空間内に任意に設定された切断面の断層画像を形成する機能を有する。三次元画像形成部62は例えばボリュームレンダリング法などに基づいてボリュームデータに基づいて臓器の三次元画像を形成する。この場合において、抽出された突起については他の組織とは異なる色づけ処理がなされている。また表示処理部58は超音波画像とグラフィックデータとを合成する処理を実行している。   The display processing unit 58 includes a tomographic image forming unit 60 and a three-dimensional image forming unit 62. The tomographic image forming unit 60 has a function of forming a tomographic image of a cutting plane arbitrarily set in the three-dimensional space based on the volume data. The three-dimensional image forming unit 62 forms a three-dimensional image of the organ based on the volume data based on, for example, a volume rendering method. In this case, the extracted protrusions are colored differently from other tissues. The display processing unit 58 executes a process for synthesizing the ultrasonic image and the graphic data.

表示部64には任意断層画像や三次元画像が表示される。また、突起について演算された体積や形状評価値などが数値により表示される。   An arbitrary tomographic image or a three-dimensional image is displayed on the display unit 64. In addition, the volume and shape evaluation value calculated for the protrusion are displayed as numerical values.

制御部66はプログラム動作するプロセッサによって構成され、この制御部66によって図11に示される各構成の動作が制御されている。操作パネル68は制御部66に接続されており、操作パネル68はキーボードやトラックボールなどを有している。操作パネル68を利用してユーザーは各種の設定や条件入力を行うことが可能である。ただし、本実施形態においては後に説明する三次元関心領域(3D−ROI)の設定などを除いて基本的に突起の自動抽出及び自動計測を行えるという利点がある。   The control unit 66 is constituted by a processor that performs a program operation, and the operation of each component shown in FIG. 11 is controlled by the control unit 66. The operation panel 68 is connected to the control unit 66, and the operation panel 68 includes a keyboard, a trackball, and the like. Using the operation panel 68, the user can perform various settings and condition input. However, in this embodiment, there is an advantage that protrusions can be automatically extracted and automatically measured except for the setting of a three-dimensional region of interest (3D-ROI) described later.

次に、図12を用いて図11に示した突起処理部56の具体的な構成例について説明する。   Next, a specific configuration example of the protrusion processing unit 56 illustrated in FIG. 11 will be described with reference to FIG.

二値化処理部70にはボリュームデータを構成する各エコーデータすなわちボクセルデータが順次入力される。二値化処理部70は組織部と腔部とを弁別するため所定の閾値を基準として各エコーデータを二値化変換する。この場合において、組織部に相当するエコーデータについては値1が与えられ、腔部に相当するエコーデータについては値0が与えられる。二値化処理部70に対しては閾値設定部74及び3D−ROI生成部76が接続されている。閾値設定部74は二値化処理にあたっての基準となる閾値を可変設定するモジュールである。3D−ROI生成部76は突起抽出処理を実行する対象領域を制限するための三次元関心領域を生成するモジュールである。そのような三次元関心領域が設定されると、突起抽出処理はその領域内において実行されることになる。例えば、表示器上にボリュームデータを表す直交三断面などを表示し、その直交三断面上においてユーザーが所望の領域を指定することにより三次元関心領域の設定を行うようにしてもよい。また三次元画像上において三次元関心領域の設定を行うことも可能である。   Each binarization processing unit 70 sequentially receives echo data constituting the volume data, that is, voxel data. The binarization processing unit 70 binarizes and converts each echo data with a predetermined threshold as a reference in order to discriminate the tissue part from the cavity part. In this case, the value 1 is given to the echo data corresponding to the tissue part, and the value 0 is given to the echo data corresponding to the cavity part. A threshold setting unit 74 and a 3D-ROI generation unit 76 are connected to the binarization processing unit 70. The threshold setting unit 74 is a module that variably sets a threshold serving as a reference for binarization processing. The 3D-ROI generation unit 76 is a module that generates a three-dimensional region of interest for limiting the target region for executing the protrusion extraction process. When such a three-dimensional region of interest is set, the projection extraction process is executed in that region. For example, a three-dimensional region of interest representing volume data may be displayed on a display, and the user may set a three-dimensional region of interest by designating a desired region on the three orthogonal surfaces. It is also possible to set a 3D region of interest on a 3D image.

メモリ78には二値化処理後のデータが格納される。なお、図12に示される各メモリ78,82,86,92,94,96,106,110,116,122,はそれぞれ三次元記憶空間を有する三次元メモリに相当する。ただし、それらは物理的に別体である必要はなく、1又は複数の物理的なメモリを利用して各メモリを実現するようにしてもよい。   The memory 78 stores data after binarization processing. Note that each of the memories 78, 82, 86, 92, 94, 96, 106, 110, 116, and 122 shown in FIG. 12 corresponds to a three-dimensional memory having a three-dimensional storage space. However, they do not have to be physically separate, and each memory may be realized using one or a plurality of physical memories.

境界面抽出部80は、上述したエッジ検出の手法を利用して、具体的には図3に示したようなフィルタを用いて三次元空間内に存在する境界面を抽出する。すなわち境界面に相当するボクセル(データ)を抽出する。その抽出したデータがメモリ82に格納される。境界面上の各ボクセルが特定されると、重心演算部84においては、メモリ78に格納された二値化後のボリュームデータに基づいて、各ボクセルを注目ボクセルとしてそれに対して単位球を設定し、その単位球に属する組織部要素の重心を演算する。この場合において、腔部要素の重心を演算するようにしてもよい。単位球についての半径はユーザーによりあるいは自動的に可変設定することが可能である。重心の演算結果はメモリ86上に格納される。したがって、メモリ82には境界面上における各ボクセルを表すデータが格納され、メモリ86には境界面上における各ボクセルについて求められた重心の座標を特定する情報が格納されることになる。そこで、法線演算部88においては、注目ボクセルとそれについて求められた重心の位置とを結ぶ方向として法線の向きを演算する。これは境界面上における各ボクセルごとに実行される。   The boundary surface extraction unit 80 extracts the boundary surface existing in the three-dimensional space by using the above-described edge detection method, specifically using a filter as shown in FIG. That is, voxels (data) corresponding to the boundary surface are extracted. The extracted data is stored in the memory 82. When each voxel on the boundary surface is specified, the center-of-gravity calculation unit 84 sets each voxel as a target voxel based on the binarized volume data stored in the memory 78, and sets a unit sphere for the voxel. The center of gravity of the tissue part element belonging to the unit sphere is calculated. In this case, the center of gravity of the cavity element may be calculated. The radius for the unit sphere can be variably set by the user or automatically. The calculation result of the center of gravity is stored on the memory 86. Accordingly, the memory 82 stores data representing each voxel on the boundary surface, and the memory 86 stores information specifying the coordinates of the center of gravity obtained for each voxel on the boundary surface. Therefore, the normal line calculation unit 88 calculates the direction of the normal line as a direction connecting the target voxel and the position of the center of gravity obtained for the target voxel. This is performed for each voxel on the interface.

そして、単位ベクトル演算部90は境界面上における各ボクセルごとに、法線に基づいて単位ベクトルを演算する。具体的には、図6を用いて説明したように単位ベクトルとしてそれを表すx成分,y成分,z成分が演算されることになる。各成分は、単位ベクトル演算部90の後段に設けられた3つのメモリ92,94,96に格納されることになる。   Then, the unit vector calculation unit 90 calculates a unit vector based on the normal for each voxel on the boundary surface. Specifically, as described with reference to FIG. 6, the x component, y component, and z component representing the unit vector are calculated. Each component is stored in three memories 92, 94, 96 provided at the subsequent stage of the unit vector calculation unit 90.

3つのメモリ92,94,96の後段に設けられた3つの標準偏差演算部98,100,102は、境界面上における各ボクセルを注目ボクセルとし、注目ボクセルを中心として所定の大きさをもった参照球を設定する。そして、その参照球に属する複数の単位ベクトルについて標準偏差の演算を行っている。具体的には、各成分ごとに標準偏差が演算されている。この標準偏差は各成分ごとのばらつき度合いを示すものである。参照球の半径についてはユーザーによりあるいは自動的に可変することが可能である。   The three standard deviation calculation units 98, 100, and 102 provided in the subsequent stage of the three memories 92, 94, and 96 each have a predetermined size centered on the target voxel, with each voxel on the boundary surface being the target voxel. Set the reference sphere. Then, the standard deviation is calculated for a plurality of unit vectors belonging to the reference sphere. Specifically, a standard deviation is calculated for each component. This standard deviation indicates the degree of variation for each component. The radius of the reference sphere can be changed by the user or automatically.

付け根判定部104は、境界面上における各ボクセルごとに演算された各成分についての標準偏差を参照し、境界面上における複数のボクセルの中から突起の付け根に相当する候補ボクセルを判定する。この場合においては、x成分,y成分,z成分のそれぞれの標準偏差の内で所定の閾値を超えるものがあればそのボクセルを候補ボクセルとして判定している。すなわち、いずれかの座標方向に大きなばらつきが観測された場合にその部位を突起の付け根候補とみなすものである。メモリ106には付け根の候補として認定された候補ボクセルが格納される。格納された各候補ボクセルのアドレスは付け根部位の後方位置を特定することになる。   The root determination unit 104 refers to the standard deviation for each component calculated for each voxel on the boundary surface, and determines a candidate voxel corresponding to the root of the protrusion from a plurality of voxels on the boundary surface. In this case, if any standard deviation of the x component, the y component, and the z component exceeds a predetermined threshold, the voxel is determined as a candidate voxel. That is, when a large variation is observed in any of the coordinate directions, that part is regarded as a projection root candidate. The memory 106 stores candidate voxels recognized as root candidates. The stored address of each candidate voxel specifies the rear position of the root part.

分離面作成部108は、メモリ106上に蓄積された複数の候補ボクセルすなわち候補ボクセル集団に基づいてそれを2つのリング状部分集団に分割するような分離面を設定する。その設定方法については後に説明するが、本実施形態においては、その分離面のサイズを規定するための条件が与えられており、例えば付け根の直径の2倍あるいは3倍の半径をもった円形の領域として分離面が設定されている。メモリ110上には分離面を表す座標情報が格納される。あるいは分離面を表す関数を特定するパラメータ値が格納される。   The separation plane creating unit 108 sets a separation plane that divides it into two ring-shaped subgroups based on a plurality of candidate voxels stored in the memory 106, that is, a candidate voxel group. Although the setting method will be described later, in this embodiment, a condition for defining the size of the separation surface is given. For example, a circular shape having a radius twice or three times the diameter of the root is given. A separation plane is set as a region. Coordinate information representing the separation plane is stored on the memory 110. Alternatively, a parameter value specifying a function representing the separation plane is stored.

分離処理部114は、以上のように求められた分離面を用いて二値化後のボリュームデータの中から突起に相当するデータ部分を抽出する処理を実行する。この場合においては、重心検出器112が、二値化されたボリュームデータに基づいて腔部の重心に相当する座標を演算しており、分離面から見て演算された重心側に存在する部分が突起として認識される。あるいは、分離面から見て重心が存在しない側の組織部データに対するマスク処理を施すことにより、結果として腔部内に存在する突起のみを残留させることができる。メモリ116上には突起に相当するデータが格納される。   The separation processing unit 114 executes a process of extracting a data portion corresponding to the protrusion from the binarized volume data using the separation surface obtained as described above. In this case, the center-of-gravity detector 112 calculates the coordinates corresponding to the center of gravity of the cavity based on the binarized volume data, and the portion existing on the center of gravity calculated when viewed from the separation plane is Recognized as a protrusion. Alternatively, by performing mask processing on the tissue part data on the side where the center of gravity does not exist when viewed from the separation surface, only the protrusions existing in the cavity part can remain as a result. Data corresponding to the protrusions is stored on the memory 116.

ラベリング部118は、メモリ116に格納された突起に相当するデータすなわちボクセル集合を抽出するため、三次元のラベリング処理を実行する。これによって三次元空間内において突起のみをデータ処理上分離することが可能となる。   The labeling unit 118 executes a three-dimensional labeling process in order to extract data corresponding to the protrusions stored in the memory 116, that is, a voxel set. This makes it possible to separate only the protrusions in the three-dimensional space for data processing.

体積演算部124は、抽出された突起の体積を演算する。この場合においては突起を構成するボクセルの個数をカウントし、それに所定係数を乗算することによって体積を求めるようにしてもよい。   The volume calculation unit 124 calculates the volume of the extracted protrusion. In this case, the volume may be obtained by counting the number of voxels constituting the protrusion and multiplying it by a predetermined coefficient.

代表値演算部120は、上記の3つの標準偏差演算部98,100,102において各ボクセルごとに求められた3つの標準偏差の中で最も大きな標準偏差を代表値として抽出し、それをメモリ122に格納している。表面形状評価部126には、ラベリング部118によって抽出された突起を表すボクセルが入力されており、表面形状評価部126は、ラベリング部118から抽出された突起を表すデータに基づき、突起の表面に相当する代表値のみを抽出し、それらに基づいて表面形状評価値を演算している。本実施形態においては、突起の表面における複数のボクセルについての代表値に関して更に標準偏差(つまり標準偏差の標準偏差)を演算することにより表面形状評価値を求めている。   The representative value calculation unit 120 extracts the largest standard deviation among the three standard deviations obtained for each voxel in the three standard deviation calculation units 98, 100, and 102 as a representative value, and extracts it as the memory 122. Is stored. The surface shape evaluation unit 126 receives voxels representing the protrusions extracted by the labeling unit 118, and the surface shape evaluation unit 126 applies the data representing the protrusions extracted from the labeling unit 118 to the surface of the protrusions. Only the corresponding representative values are extracted, and the surface shape evaluation value is calculated based on them. In the present embodiment, the surface shape evaluation value is obtained by further calculating the standard deviation (that is, the standard deviation of the standard deviation) with respect to the representative value for a plurality of voxels on the surface of the protrusion.

以上のように求められた突起を表すデータ、体積を表すデータ及び表面形状評価値を表すデータはそれぞれ図11に示した表示処理部58へ出力されている。表示処理部58においては、突起を表すデータに基づいて画像形成を行っている。また演算された体積値や表面形状評価値についてはそれを数値のグラフィックデータに変換している。   The data representing the protrusion, the data representing the volume, and the data representing the surface shape evaluation value obtained as described above are respectively output to the display processing unit 58 shown in FIG. In the display processing unit 58, image formation is performed based on data representing protrusions. The calculated volume value and surface shape evaluation value are converted into numerical graphic data.

なお、上記の表面形状評価値の演算にあたっては、突起の表面全体についての代表値を演算の基礎とするようにしてもよいが、付け根の近傍に相当するボクセルについての代表値については表面形状評価演算から除外するのが望ましい。具体的には、分離面から一定の厚みをもった領域に属するボクセルについては、その代表値を演算で用いないように除外処理を適用している。なお、上記実施形態においては単位ベクトルのばらつき度合いによって突起の付け根を判定し、それとは別に、単位ベクトルのばらつき度合いによって突起表面形状の評価を行っていたが、前者の付け根の判定においてはより大きなばらつきが判定対象となり、後者の表面形状評価にあたっては比較的小さなばらつきが演算対象となっており、それぞれ異なるものを対象としているためそれぞれの演算を適正に行うことができる。またそのような演算が適正に行われるように演算条件を適宜設定するのが望ましく、特に付け根判定にあたっての閾値の設定を適切に行うのがのが望ましい。   In the calculation of the surface shape evaluation value, the representative value for the entire surface of the protrusion may be used as the basis of the calculation. However, the representative value for the voxel corresponding to the vicinity of the root is evaluated for the surface shape. It is desirable to exclude it from the calculation. Specifically, with respect to voxels belonging to a region having a certain thickness from the separation surface, an exclusion process is applied so that the representative value is not used in the calculation. In the above-described embodiment, the root of the protrusion is determined based on the degree of variation of the unit vector, and separately, the projection surface shape is evaluated based on the degree of variation of the unit vector. Variation is an object of determination, and in the latter surface shape evaluation, relatively small variation is an object of calculation, and since different objects are targeted, each calculation can be performed appropriately. In addition, it is desirable to appropriately set calculation conditions so that such calculation is properly performed. In particular, it is desirable to appropriately set a threshold value for determining the root.

次に、図13から図24を用いて分離面の設定方法についてより詳しく説明する。   Next, the method for setting the separation surface will be described in more detail with reference to FIGS.

図13には、三次元空間(ボリュームデータ空間)130内における突起の根元に相当する候補ボクセル集団132が示されている。候補ボクセル集団132は、リング状の形態を有する。上述したように、この候補ボクセル集団132を輪切り2分割する面として分離面が設定される。分離面の設定方法として以下のように幾つかの方法があげられる。   FIG. 13 shows a candidate voxel group 132 corresponding to the root of the protrusion in the three-dimensional space (volume data space) 130. The candidate voxel population 132 has a ring shape. As described above, a separation plane is set as a plane that divides this candidate voxel group 132 into two pieces. There are several methods for setting the separation surface as follows.

第1方法では、三次元空間130に対して、任意の面を表す関数ax+by+cz+d=0が設定される。ここで、a,b,c,dはそれぞれ係数である。この面に対して各候補ボクセルから垂線を降ろし、その垂線上において面から当該候補ボクセルまでの距離が求められる。そして、各ボクセルについての距離の合計値が算出される。合計値は、係数a,b,c,dの関数となる。最小二乗法を利用して、合計値が最小をとるようなa,b,c,dを決定すれば、分離面を含む最適な平面を定義できる。しかし、この第1方法は、処理が複雑で、処理時間も大きくなってしまう。そこで、簡易的な手法であるが、かなり正確に分離面を求めることが可能な以下の第2方法を説明する。   In the first method, a function ax + by + cz + d = 0 representing an arbitrary surface is set for the three-dimensional space 130. Here, a, b, c, and d are coefficients. A perpendicular is dropped from each candidate voxel with respect to this surface, and the distance from the surface to the candidate voxel on the perpendicular is obtained. And the total value of the distance about each voxel is calculated. The total value is a function of the coefficients a, b, c, d. By using the least square method and determining a, b, c, and d that minimize the total value, an optimal plane including the separation plane can be defined. However, this first method is complicated in processing and requires a long processing time. Therefore, the following second method, which is a simple method but can obtain the separation plane fairly accurately, will be described.

図13において、xy平面を正面から見る方向を正面方向、yz平面を正面から見る方向を側面方向、及び、xz平面を正面から見る方向を上面方向と定義する。第2方法では、まず、リング状に散在する候補ボクセル集団132について、図14に示すように、それらの全体重心Gが演算される。また、その全体重心Gを通る、上面に並行な面と側面に並行な面とで、三次元空間130が4分割される。図14では各ブロック(部分空間)がA,B,C,Dで表されている。次に、各ブロックA,B,C,Dごとに、それに属する複数の候補ボクセルについてブロック重心が演算される。図15に示すように、各ブロック重心をGA,GB,GC,GDとする。それらのブロック重心GA,GB,GC,GDの内で、最も全体重心Gから離れた第1のブロック重心と、その第1のブロック重心を有するブロックの両隣に存在する2つのブロックのブロック重心の内で全体重心Gから遠い方の第2のブロック重心を求め、それぞれをK1、K2とする。これにより、G,K1,K2の3点を通る平面が分離面を含む平面として特定できる。 In FIG. 13, a direction in which the xy plane is viewed from the front is defined as a front direction, a direction in which the yz plane is viewed from the front is defined as a side direction, and a direction in which the xz plane is viewed from the front is defined as a top direction. In the second method, first, for the candidate voxel population 132 scattered in a ring shape, as shown in FIG. Further, the three-dimensional space 130 is divided into four by a plane passing through the entire center of gravity G and parallel to the upper surface and parallel to the side surface. In FIG. 14, each block (partial space) is represented by A, B, C, and D. Next, for each block A, B, C, D, the block centroid is calculated for a plurality of candidate voxels belonging to it. As shown in FIG. 15, the center of gravity of each block is G A , G B , G C , and G D. Among the block centroids G A , G B , G C , and G D , the first block centroid farthest from the overall centroid G and two blocks that are adjacent to the block having the first block centroid The second block centroid farther from the overall centroid G of the block centroids is obtained, and these are set as K1 and K2, respectively. Thereby, a plane passing through the three points G, K1, and K2 can be specified as a plane including the separation plane.

上記において、第1のブロック重心を含むブロックの両隣に存在する2つのブロックのブロック重心を参照したのは、第1のブロック重心を含むブロックの対角ブロックについてのブロック重心が第2のブロック重心として特定されないようにするためである。すなわち、仮にそのブロック重心が第2のブロック重心として判定されると、G,K1,K2の3点が直線的に並んで、平面を決定することができないためである。これに対して、上記方法によれば、3つのブロックから選択した2つのブロック重心と全体重心Gの3点は、直線的に並ばずに、互いにある程度離れているため、平面を誤りなく決定できる。   In the above, the block centroid of the block including the first block centroid is referred to as the block centroid of the block including the first block centroid. This is because it is not specified as. That is, if the block centroid is determined as the second block centroid, the three points G, K1, and K2 are arranged in a straight line, and a plane cannot be determined. On the other hand, according to the above method, the three points of the two block centroids selected from the three blocks and the total centroid G are not arranged in a straight line but are separated from each other to some extent, so that the plane can be determined without error. .

以上の第2方法においては、上記手法により、ほとんどの場合に、精度良く分離面を含む面を決定できる。但し、候補ボクセル集団の分布状況によっては、平面が決定できない場合がある。図16に示すように、候補ボクセル集団132が側面方向に対して垂直に存在する場合である。図17は、候補ボクセル集団132を正面方向から投影した図であるが、上記同様に求めたG,K1,K2は直線的な配列となり平面を決定できない。そこで、このような場合には、図14で説明した4分割を側面側から行うのが望ましい。つまり、図18に示すように、重心Gを通り正面に並行な面と上面に並行な面とで三次元空間130を4分割する。このような分割によれば、上記同様の方法を適用して、G,K1,K2の3点を求めて、平面を決定できる。なお、側面からの投影は図19に示すもののようになる。   In the above second method, in most cases, the plane including the separation plane can be determined with high accuracy by the above method. However, the plane may not be determined depending on the distribution status of the candidate voxel population. As shown in FIG. 16, this is a case where the candidate voxel population 132 exists perpendicular to the lateral direction. FIG. 17 is a diagram in which the candidate voxel group 132 is projected from the front direction, but G, K1, and K2 obtained in the same manner as described above are linearly arranged and the plane cannot be determined. Therefore, in such a case, it is desirable to perform the four divisions described in FIG. 14 from the side surface side. That is, as shown in FIG. 18, the three-dimensional space 130 is divided into four by a plane passing through the center of gravity G and parallel to the front and a plane parallel to the upper surface. According to such division, the plane can be determined by obtaining the three points G, K1, and K2 by applying the same method as described above. The projection from the side is as shown in FIG.

以上のように、正面方向から4ブロックに分割し、一連の処理の結果、3点が直線的に並んだ場合、再び側面方向から4ブロックに分割して上記の手法を適用するようにしてもよい。一方、最初から、正面、側面の両方向について、それぞれ上記手法を適用して、それぞれについて3点を求め、直線的でない方向を採用してもよい。なお、両方向から求めた3点から作る各平面は、結果的にはほぼ同一のものとなる。   As described above, when the four points are divided from the front direction and three points are linearly arranged as a result of the series of processing, the above method is applied by dividing again into four blocks from the side direction. Good. On the other hand, from the beginning, the above method may be applied to both the front and side directions to obtain three points for each direction, and a non-linear direction may be employed. In addition, as a result, each plane formed from the three points obtained from both directions is substantially the same.

分離面の大きさの決定方法として次の幾つかの方法をあげることができる。図20において、上記により求められた平面上で、全体重心Gを中心とし、全体重心Gと第1のブロック重心K1との間の距離の2倍から3倍程度を半径とする円140を設定し、その円140の範囲内を分離面として定義することができる。図21には、円形の分離面140によって突起12Bがその根元から分離される様子が示されている。   The following several methods can be given as a method for determining the size of the separation surface. In FIG. 20, a circle 140 is set on the plane obtained as described above, with the overall center of gravity G as the center and a radius of about 2 to 3 times the distance between the overall center of gravity G and the first block center of gravity K1. The range of the circle 140 can be defined as the separation plane. FIG. 21 shows a state in which the protrusion 12B is separated from the root by the circular separation surface 140.

別の方法としては、図22に示すように、分離面142のサイズを指定せず、分離面142を三次元空間130の全体に及ぶ切断面に相当する平面としてもよい。この場合は、図23に示すように、二値化後のボリュームデータにおける腔部(例えば胆嚢内部)の重心座標を予め求めておき、分離面によって2分割される2つの部分空間の内で、腔部の重心が存在しない方の部分空間を特定し、当該部分空間に対して二値化データのマスク処理を施した上で、結果として孤立して存在する突起12Bを抽出すればよい。   As another method, as shown in FIG. 22, the size of the separation surface 142 may not be specified, and the separation surface 142 may be a plane corresponding to a cut surface that covers the entire three-dimensional space 130. In this case, as shown in FIG. 23, the barycentric coordinates of the cavity (for example, inside the gallbladder) in the volume data after binarization are obtained in advance, and within the two partial spaces divided into two by the separation plane, The partial space where the center of gravity of the cavity does not exist is specified, and the partial data is masked with the binarized data, and as a result, the protrusion 12B that exists in isolation is extracted.

上記の実施形態においては、人体の胆嚢を診断対象としたが、それ以外の臓器についても上記同様に本発明を適用して突起の処理を行うことが可能である。また、上記実施形態においては単位球を用いて単位ベクトルの設定を行ったが、境界面における各部位の面の変化度合いを認識できる限りにおいて他の手法を用いるようにしてもよい。また境界面の形状変化をより明瞭に識別できるように、境界面については、後の表面形状評価にあたって支障がない程度に平滑化処理を施しておくのが望ましい。また突起の形態に応じてその平滑化の度合いを異ならせるようにしてもよく、先端が肥大して大きな括れを有するポリープなどについては平滑化の度合いを小さくしてもよいし、また緩やかな隆起状のポリープなどについては平滑化の度合いを高めてよりその付け根を精度良く弁別できるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the gallbladder of the human body is a diagnosis target, but it is possible to apply the present invention to the other organs in the same manner as described above to process the protrusions. In the above embodiment, the unit vector is set using the unit sphere, but other methods may be used as long as the degree of change of the surface of each part on the boundary surface can be recognized. Further, it is desirable that the boundary surface be smoothed so as not to hinder the subsequent surface shape evaluation so that the change in shape of the boundary surface can be more clearly identified. The degree of smoothing may be varied depending on the shape of the protrusions, and the degree of smoothing may be reduced for polyps having enlarged tips and large constrictions. For a polyp or the like, the degree of smoothing may be increased so that the root can be discriminated more accurately.

本発明に係る突起抽出方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the protrusion extraction method which concerns on this invention. 図1に示す突起抽出方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the protrusion extraction method shown in FIG. 境界面の抽出にあたって用いられるフィルタを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the filter used in the case of extraction of a boundary surface. 単位ベクトルを定義するための単位球を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the unit sphere for defining a unit vector. 法線ベクトルの演算を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation of a normal vector. 単位ベクトルにおける各成分を説明するための図である。It is a figure for demonstrating each component in a unit vector. 境界面に設定される複数の単位球を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the several unit sphere set to a boundary surface. 境界面における各部位ごとの単位ベクトル群のばらつき度合いの違いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference in the dispersion | variation degree of the unit vector group for every site | part in a boundary surface. 領域によって異なる所定成分のばらつき度合いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the dispersion | variation degree of the predetermined component which changes with areas. 分離面による突起の分離処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the separation process of the protrusion by a separation surface. 本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. 図11に示す突起処理部の具体的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structural example of the protrusion process part shown in FIG. 三次元空間内に存在するリング状の候補ボクセル群を示す図である。It is a figure which shows the ring-shaped candidate voxel group which exists in a three-dimensional space. 三次元空間の四分割を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the four division of a three-dimensional space. 図14に示す三次元空間の投影面を示す図である。It is a figure which shows the projection surface of the three-dimensional space shown in FIG. 三次元空間の四分割を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the four division of a three-dimensional space. 図16に示す三次元空間の投影面を示す図である。It is a figure which shows the projection surface of the three-dimensional space shown in FIG. 三次元空間に対する他の四分割を示す図である。It is a figure which shows the other 4 division with respect to three-dimensional space. 図18に示す三次元空間の投影面を示す図である。It is a figure which shows the projection surface of the three-dimensional space shown in FIG. 円形の分離面を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a circular separation surface. 円形の分離面による突起の分離処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the separation process of the processus | protrusion by a circular separation surface. 三次元空間の全体を横切る分離面を示す図である。It is a figure which shows the separation surface which crosses the whole three-dimensional space. 図22に示される分離面によって分離された突起を示す図である。It is a figure which shows the protrusion isolate | separated by the separation surface shown by FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 三次元空間、12 組織部、12A 本体部分、12B 突起、14 腔部、16 境界面、20 フィルタ、26 単位球、54 3Dメモリ、56 突起処理部、58 表示処理部、70 二値化処理部、80 境界面抽出部、84 重心演算部、88 法線演算部、90 単位ベクトル演算部、98,100,102 標準偏差演算部、104 付け根判定部、108 分離面作成部、114 分離処理部、118 ラベリング部、120 代表値演算部、124 体積演算部、126 表面形状評価部。   10 three-dimensional space, 12 tissue part, 12A body part, 12B protrusion, 14 cavity part, 16 boundary surface, 20 filter, 26 unit sphere, 54 3D memory, 56 protrusion processing part, 58 display processing part, 70 binarization process , 80 boundary plane extraction unit, 84 centroid calculation unit, 88 normal calculation unit, 90 unit vector calculation unit, 98, 100, 102 standard deviation calculation unit, 104 root determination unit, 108 separation plane creation unit, 114 separation processing unit , 118 Labeling unit, 120 Representative value calculation unit, 124 Volume calculation unit, 126 Surface shape evaluation unit.

Claims (12)

生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行ってボリュームデータを取得する送受波手段と、
前記ボリュームデータに基づいて、前記三次元空間内の対象組織における組織部と腔部との間の境界面を抽出する境界面抽出手段と、
前記境界面の形状に基づいて、前記組織部の本体部分から前記腔部側へ突出した突起を抽出する突起抽出手段と、
を含み、
前記突起抽出手段は、
前記境界面における各位置で法線を演算する法線演算部と、前記境界面における各位置で演算された法線に基づいて前記境界面における各位置で法線の分散値を演算する分散値演算部と、を有する演算手段と、
前記境界面における各位置で演算された法線の分散値に基づいて、前記突起の付け根を横切る分離面を設定する分離面設定手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
Wave transmitting / receiving means for acquiring volume data by transmitting / receiving ultrasonic waves to a three-dimensional space in a living body;
A boundary surface extraction means for extracting a boundary surface between a tissue part and a cavity in the target tissue in the three-dimensional space based on the volume data;
Based on the shape of the boundary surface, a protrusion extracting means for extracting a protrusion that protrudes from the main body portion of the tissue portion toward the cavity portion;
Only including,
The protrusion extracting means includes
A normal value calculation unit that calculates a normal at each position on the boundary surface, and a variance value that calculates a normal dispersion value at each position on the boundary surface based on the normal calculated at each position on the boundary surface A computing unit having a computing unit;
Separation surface setting means for setting a separation surface that crosses the base of the protrusion, based on the dispersion value of the normal calculated at each position on the boundary surface;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項記載の装置において、
前記法線演算部は、
前記境界面における各位置を注目位置とし、その注目位置を中心とする単位球を設定する単位球設定部と、
前記単位球に含まれる組織部要素又は腔部要素の要素重心を演算する重心演算部と、
前記法線として、前記注目位置と前記要素重心とを結ぶ方向を向いた単位ベクトルを生成する単位ベクトル生成部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1 .
The normal calculation unit is
A unit sphere setting unit that sets each position on the boundary surface as a target position and sets a unit sphere centered on the target position;
A centroid calculating unit that calculates the element centroid of the tissue element or cavity element included in the unit sphere;
A unit vector generation unit that generates a unit vector facing a direction connecting the target position and the element gravity center as the normal line;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項記載の装置において、
前記分離面設定手段は、
前記境界面における各位置の法線の分散値に基づいて、前記境界面における複数の位置の中から、前記突起の付け根に相当する複数の候補位置からなるリング状集団を抽出する集団抽出部と、
前記リング状集団が前記分離面によって2つのリング状部分集団に輪切り分割されるように、前記分離面を表す関数を演算する関数演算部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 2 .
The separation surface setting means includes
A group extraction unit that extracts a ring-shaped group consisting of a plurality of candidate positions corresponding to the roots of the protrusions from a plurality of positions on the boundary surface, based on a variance of normals at each position on the boundary surface; ,
A function calculation unit that calculates a function representing the separation plane so that the ring-shaped group is divided into two ring-shaped subgroups by the separation plane;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行ってボリュームデータを取得する送受波手段と、
前記ボリュームデータに基づいて、前記三次元空間内の対象組織における組織部と腔部との間の境界面を抽出する境界面抽出手段と、
前記境界面における各位置で法線を演算する法線演算部と、
前記境界面における各位置で演算された法線に基づいて前記境界面における各位置で法線の分散値を演算する分散値演算部と、
前記突起の表面における各位置の法線の分散値に基づいて、前記組織部の本体部分から前記腔部側へ突出した突起の表面について形状評価値を演算する評価値演算手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
Wave transmitting / receiving means for acquiring volume data by transmitting / receiving ultrasonic waves to a three-dimensional space in a living body;
A boundary surface extraction means for extracting a boundary surface between a tissue part and a cavity in the target tissue in the three-dimensional space based on the volume data;
A normal calculation unit that calculates a normal at each position on the boundary surface;
A dispersion value calculation unit for calculating a dispersion value of a normal at each position on the boundary surface based on a normal line calculated at each position on the boundary surface;
An evaluation value calculating means for calculating a shape evaluation value for the surface of the protrusion protruding from the main body portion of the tissue part toward the cavity , based on the dispersion value of the normal line at each position on the surface of the protrusion ;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項4記載の装置において、The apparatus of claim 4.
前記突起の表面における各位置の法線の分散値に基づいて前記組織部の本体部分から前記腔部側へ突出した突起を抽出する手段を含み、Means for extracting a protrusion protruding from the main body portion of the tissue portion toward the cavity portion based on a dispersion value of a normal line at each position on the surface of the protrusion;
前記評価値演算手段は前記抽出された突起の表面について形状評価値を演算する、ことを特徴とする超音波診断装置。The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the evaluation value calculation means calculates a shape evaluation value for the surface of the extracted protrusion.
請求項1記載の装置において、
前記境界面抽出手段は、
前記ボリュームデータに基づいて前記組織部と前記腔部とを識別する手段と、
前記組織部と前記腔部との識別結果に基づいて、前記境界面を抽出する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
The boundary surface extraction means includes
Means for discriminating between the tissue part and the cavity part based on the volume data;
Means for extracting the boundary surface based on the identification result of the tissue part and the cavity part;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項記載の装置において、
前記三次元空間に対して三次元の関心領域を設定する手段を含み、
前記三次元の関心領域内において前記組織部と前記腔部が識別されることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 6 .
Means for setting a three-dimensional region of interest for the three-dimensional space;
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the tissue part and the cavity part are identified in the three-dimensional region of interest.
請求項1記載の装置において、
前記突起の体積を演算する体積演算手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising volume calculating means for calculating the volume of the protrusion.
請求項1記載の装置において、
前記突起を画面上で識別表示する画像処理手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising image processing means for identifying and displaying the protrusion on a screen.
請求項1記載の装置において、
前記突起はポリープであることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the protrusion is a polyp.
請求項1記載の装置において、
前記対象組織は胆嚢であることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the target tissue is a gallbladder.
生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行って取得されたボリュームデータを処理するボリュームデータ処理方法において、
前記ボリュームデータに基づいて、前記三次元空間内の対象組織における組織部と腔部との間の境界面を表す境界面データを演算する工程と、
前記境界面データに基づいて前記境界面における各位置で法線の分散値を演算することにより前記境界面における各位置について形状変化度を表す形状変化度データを演算する工程と、
前記境界面における各位置について演算された形状変化度データに基づいて、前記対象組織の本体部分から前記腔部側へ突出した突起の付け根を横切る切断面を表す切断面データを演算する工程と、
前記切断面データに基づいて、前記突起を表す突起データを特定する工程と、
を含むことを特徴とするボリュームデータ処理方法。
In a volume data processing method for processing volume data acquired by transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a three-dimensional space in a living body,
Calculating boundary surface data representing a boundary surface between a tissue part and a cavity in the target tissue in the three-dimensional space based on the volume data;
Calculating shape variation data representing the degree of shape variation for each position on the boundary surface by calculating a normal variance value at each position on the boundary surface based on the boundary surface data;
Based on the shape change degree data calculated for each position on the boundary surface, calculating cutting surface data representing a cutting surface that crosses the root of the protrusion protruding from the main body portion of the target tissue toward the cavity, and
Identifying projection data representing the projection based on the cut surface data;
A volume data processing method comprising:
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