JP5469101B2 - 医用画像処理装置、医用画像処理方法、医用画像診断装置、医用画像診断装置の作動方法及び医用画像表示方法 - Google Patents

医用画像処理装置、医用画像処理方法、医用画像診断装置、医用画像診断装置の作動方法及び医用画像表示方法 Download PDF

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Description

本発明は、心臓などの運動臓器の医用画像の診断指標を計測する医用画像処理装置、医用画像処理方法、医用画像診断装置、医用画像診断装置の作動方法及び医用画像表示方法に関する。
運動臓器の画像診断では、リアルタイム計測が要求される。超音波診断装置は、リアルタイム計測が可能な医用画像診断装置の一つである。
超音波診断装置では、医師や臨床検査技師などの検者が被検者の運動臓器の動きを得られるBモード画像を経過観察し、心臓の病気(心筋梗塞、拡張心筋症など)を診断する。その一例として、検者が特定の心尖部像2断面と短軸像3断面を設定した後、心臓の動きの変位量を時系列に3次元的に解析し、この断面上の動きデータのみを用いて診断指標を計算する超音波診断装置が特許文献1として従来から知られている。
特開2007-319190号公報
しかしながら、従来技術では、固定された断面での診断指標の演算に止まっており、検者の所望の断面での診断指標を演算することができないという課題がある。
上記の課題を解決するために、本発明の医用画像処理装置は、運動臓器を含む3次元画像データを時相毎に複数入力する画像入力部と、前記複数入力された3次元画像データを記憶する記憶部と、前記記憶された3次元画像データを3次元画像として表示する画像表示部と、前記画像表示部に表示された3次元画像を参照して前記記憶部に記憶された3次元画像データに所望計測対象を設定する計測対象設定部と、前記所望計測対象の近傍に格子状に配置される基準計測対象の変位量及び診断指標から前記所望計測対象の変位量及び診断指標を演算する診断指標演算部と、前記演算された前記所望計測対象の診断指標を前記画像表示部に表示制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の医用画像診断装置の作動方法は、画像入力部により運動臓器を含む3次元画像データを時相毎に複数入力する第1ステップと、記憶部に前記複数入力された3次元画像データを記憶する第2ステップと、画像表示部に前記記憶された3次元画像データを3次元画像として表示する第3ステップと、計測対象設定部により前記画像表示部に表示された3次元画像を参照して前記記憶部に記憶された3次元画像データに所望計測対象を設定する第4ステップと、診断指標演算部により前記所望計測対象の近傍に格子状に配置される基準計測対象の変位量及び診断指標から前記所望計測対象の変位量及び診断指標を演算する第5ステップと、制御部により前記演算された前記所望計測対象の診断指標を前記画像表示部に表示制御する第6ステップと、を備えたことを特徴とする。
本発明は、検者の所望計測対象での診断指標を演算することが可能な医用画像処理装置、医用画像処理方法、医用画像診断装置、医用画像診断装置の作動方法及び医用画像表示方法を提供するという効果を奏する。
本発明の実施例1の超音波画像処理装置のシステム構成図の一例。 本発明の実施例1の超音波画像処理装置の計測画面の一例。 本発明の実施例1の超音波画像処理装置の計測処理のフローチャート。 本発明の実施例1の超音波画像処理装置の計測対象の設定と診断指標の演算の例を説明する図。 本発明の実施例2の超音波画像処理装置の計測処理のフローチャート。 本発明の実施例3の超音波画像処理装置の計測画面の一例。 本発明の実施例3の超音波画像処理装置のフローチャート。 本発明の実施例4の超音波画像処理装置のシステム構成図の一例。 本発明の実施例4の超音波画像処理装置の計測画面の一例。 本発明の実施例4の超音波画像処理装置の計測のフローチャート。 本発明の実施例4の超音波画像処理装置の計測原理の一例。 本発明の実施例5の超音波画像処理装置の計測画面の一例。 本発明の実施例5の超音波画像処理装置のフローチャート。 本発明の実施例5の超音波画像処理装置の計測原理の一例。 本発明の実施例6の超音波画像処理装置の計測画面の一例。 本発明の実施例6の超音波画像処理装置のフローチャート。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本発明の医用画像処理装置は、超音波診断装置、X線CT装置、MRI装置などの医用画像診断装置の画像処理を担う部分である。本発明の実施の形態では、超音波診断装置の中の画像処理を説明する超音波画像処理装置を例示する。また、本発明は医用画像処理装置に限られず、医用画像診断装置を始めとする種々のカテゴリへ展開が可能である。種々のカテゴリへ展開については、後述する。
実施例1では、超音波画像処理装置により、運動臓器を含む3次元画像データを時相毎に複数取得予めされ、心臓全体の計測データが予め得られていて、所望の局所の計測データを抽出する方法について、図1〜図4を用いて説明する。
図1は、本発明の実施例1の超音波画像処理装置のシステム構成図の一例、図2は本発明の実施例1の超音波画像処理装置の計測画面の一例、図3は本発明の実施例1の超音波画像処理装置の計測処理のフローチャート、図4は本発明の実施例1の超音波画像処理装置の計測対象の設定と計測データの演算の例を説明する図である。
超音波画像処理装置は、超音波画像入力部1と超音波画像生成部2と演算部3と記憶部4と設定部5と表示部6と制御部7を備える。図中の実線矢印は制御信号データの流れを示し、白抜き矢印は画像信号データの流れを示している。
超音波画像入力部1は、外部記憶媒体11とネットワークドライブ12の少なくとも一方を具備し、超音波画像を入力する機能を有している。
外部記憶媒体11とは、超音波画像を記憶したフレキシブルディスク(FD)、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、USBメモリ、ZIPメモリ、SSDメモリなどの記憶媒体を指し、ディスクであれば装填、メモリであれば接続してコンピュータシステムから超音波画像が読み取り可能となっているものである。
ネットワークドライブ12とは、例えば病院内の施設内で閉じたローカルエリアネットワーク(LAN)においては前記施設内に設置され前記LANに接続されたサーバから、コンピュータシステムから超音波画像が読み取り可能となっているものである。また、ネットワークドライブ12とは、広域の通信回線でのワイドエリアネットワーク(WAN)に接続においてはWANに接続された外部サーバから、コンピュータシステムから超音波画像が読み取り可能となっているものである。
超音波画像生成部2は、3次元ボリュームデータ生成部21と画像生成部22と画像合成表示部23を具備し、3次元超音波信号から3次元および2次元画像を生成する機能を有している。3次元ボリュームデータ生成部21は超音波画像入力部1より入力された2次元超音波画像からボクセルデータで構成される3次元画像を生成する(例えば、図2の3次元画像208)。3次元ボリュームデータ生成部21は超音波画像入力部1より入力された画像が元々3次元画像であるときは、3次元画像を生成せず、元の3次元画像を出力する。画像生成部22は2次元画像と3次元画像を生成する(例えば、2次元画像を生成する場合、図2の2次元画像202〜207)。画像合成表示部23は3次元画像、2次元画像と計測結果のグラフや数値、ECG等の生体信号を合成する。
演算部3は、3次元追跡演算部31と計測データ演算部32と診断指標演算部33と標準断面認識部34を具備し、3次元追跡演算や診断指標を演算する機能を有している。3次元追跡演算とは、3次元追跡演算部31は、超音波画像入力部1で生成された3次元超音波信号または超音波画像生成部2で生成された3次元画像データを用いて追跡演算を行う。追跡演算とは、被検者の計測対象が、他の時刻(時相)においてどれだけ変位したかを時系列に沿って追跡するものである。計測対象とは、検者が計測したい計測点(0次元情報)、計測線(1次元情報)、計測領域(2次元情報)、計測セグメント(3次元情報)の少なくとも一つを示すものである。特に、時相毎の計測セグメント(ボリュームデータ)における計測画像領域の変位の追跡処理を「3次元トラッキング」と呼ぶことがある。3次元追跡演算部31は、3次元画像データを用いて設定部5で設定された計測対象を追跡する演算を行う。この前提として、基準計測対象の計測データの追跡演算は終了し、基準計測対象の座標や動きベクトルが求められているものとする。
追跡演算の方法は例えば、3次元の相互相関演算を用いた方法が挙げられる。計測データ演算部32は3次元追跡演算部31の演算結果を用いて所望位置の計測画像領域の変位を計測データとして演算する。例えば、計測データ演算部32は予め設定された計測対象以外の位置に計測対象が設定されたとき、その計測対象の周辺に存在する基準計測対象の計測データから、実際の所望計測対象の計測データを演算する。
演算する対象の診断指標は設定部5により検者が選択する。診断指標演算部33は、実際の所望計測対象の計測データよりストレイン等の診断指標を演算する。例えば、設定部5により検者が選択して、診断指標演算部33は計測された計測対象の座標や動きベクトルから診断指標となるストレインや回転角を演算する。標準断面認識部34は記憶部4に記憶される3次元画像データから標準断面の位置を認識する。例えば、標準断面認識部34は3次元画像データから標準2次元の位置を認識する。標準断面とは、一般に計測で用いられる心尖部2腔像、心尖部4腔像、心尖部長軸像、傍胸骨短軸像、傍胸骨長軸像であり、また、それら以外にも、疾患毎に観察すべきとされる所望断面を示している。また、標準断面を短軸像で定義するとき、心筋の計測はアメリカン・ソサエティ・オブ・エコーカーディオグラフィで推奨する心臓の心筋の診断のための16分画(以下、「ASE16分画」という)あるいは17分画(以下、「ASE17分画」という)に基づくものとしてもよい。
記憶部4は、ハードディスクやメインメモリ、シネメモリ等であり、その機能上の構成はプログラム記憶部41と、計測結果記憶部42を具備し、計算プログラムやその結果を記憶する機能を有している。プログラム記憶部41はシステムを制御したり、演算部3を動作させたりするためのプログラムを記憶する。例えば、プログラム記憶部41は、演算部3における追跡演算、計測データの演算、診断指標の計算のアルゴリズムを記したプログラムや各部を制御するためのプログラムが記憶されている。計測結果記憶部42は、演算された計測結果を記憶する。また、記憶部4は超音波画像入力部1の外部記憶媒体11又はネットワークドライブ12と共用してもよい。
設定部5は、検者が計測位置を設定する際のユーザインターフェースとなるもので、所望の計測位置を設定する機能を有するものである。設定部5は、検者が操作するための入力機器でキーボード、マウス、トラックボール、スイッチ等であり、2次元断面設定部51と計測点設定部53を具備している。2次元断面設定部51は検者が計測したい所望の2次元画像への任意位置を入力可能で、2次元断面設定部51への入力を受けて、制御部7により記憶部4に記憶されている3次元画像データの中の2次元画像データの読み出しアドレスを設定し、検者が3次元画像中において観察したい2次元画像データを記憶部4から読み出し、表示部6に表示する(例えば、図2の3次元画像上に表示される断面211の設定)。計測点設定部53は、検者が計測したい所望の点の位置の入力を受けて、制御部7により記憶部4に記憶されている3次元画像データの中の2次元画像データの読み出しアドレスを設定し、検者が前記2次元画像中において観察したい計測点212を表示部6に表示する。
表示部6は、液晶モニタ、プラズマモニタ、CRTモニタなどの表示装置であり、計測結果や診断指標(数値、グラフ等)と画像を表示する機能を有している。表示部6は、画像合成表示部23によって合成された画像と診断指標を画面上に表示する。
制御部7は、CPUなどのコンピュータシステムの制御部分を成すもので、検者による設定部5へのパラメータ設定により、超音波画像入力部1と超音波画像生成部2と演算部3と記憶部4と表示部6を制御する機能を有する。
次に、実施例1における表示例について図2、図4を用いて説明する。
制御部7は、超音波画像生成部2に3次元画像を生成させ、表示部6の計測画面201上に表示させる。画面201にはレンダリング画像を含む3次元画像208が表示される。画面201には2次元画像202〜207が表示される。2次元画像202〜204と3次元画像208は運動臓器の例として心臓の画像を例に説明する。2次元画像202〜204では3次元画像208を縦切りするように得られる心臓の長軸像(以下、「長軸像」と略記する)として表示され、2次元画像205〜207では3次元画像208を横切りするように得られる心臓の短軸像(以下、「短軸像」と略記する)として表示される。2次元画像202〜207は3次元画像208内の6つの断面211(2次元画像の破線)がそれぞれ実線矢印で結ばれるように対応付けられている。
また、長軸像202上の破線は3つの短軸像205〜207の位置を示しており、短軸像205上の破線は3つの長軸像202〜204の位置を示している。長軸像202の破線は長軸像203、204にも表示することが可能であり、短軸像205の破線は短軸像206、207にも表示することが可能である。例えば、短軸像205で3つの長軸像202〜204がそれぞれ60度の角度で交わり、長軸像202で平行(平行でなくてもよい)に3つの短軸像205〜207がそれぞれ設定部5を用いて検者によって設定されるものとする。また、初期表示時であれば、短軸像205で3つの長軸像202〜204がそれぞれ60度の角度で交わり、長軸像202で平行(平行でなくてもよい)に3つの短軸像205〜207がそれぞれコンピュータプログラムによって設定されるものとする。検者が所望断面を移動したい場合は、設定部5を用い手動で設定する。手動設定は、3次元画像208内の6つの断面211の少なくとも1つの断面として表示されている破線を、検者が設定部5を用いて移動させる。具体的には、検者がマウスを用いて移動させたい断面(破線)を選択し、その選択された破線を表示部6の画面上に移動させることにより、図4の所望断面404のように、所望の断面での長軸像又は短軸像を選択することが可能となる。検者が設定部5に行う入力を受けて、制御部7は表示部6の画面上の破線が動作することにより、それぞれの長軸像202〜204又は短軸像205〜207を形成する断面(破線)が連動して、長軸像202〜204又は短軸像205〜207が移動した断面(破線)に伴って変化する。
ここでは、長軸像202〜204又は短軸像205〜207は、一般に心エコー検査で撮られる標準的な断面とし、それぞれ、心尖部4腔断面202、心尖部2腔断面203、心尖部長軸断面204、短軸像心尖部レベル断面205、短軸像乳頭筋レベル断面206、短軸像心基部レベル断面207とも呼ばれている。2次元画像は公知の画像認識技術により心臓の標準断面像が認識される。画像認識の手順は次に簡単に説明する。標準画像の基準データは標準画像テンプレートとして、例えば、心尖部4腔断面等の標準画像を比較して検出する。標準画像テンプレートは記憶部4に記憶されている。制御部7は、記憶部4から読み出したテンプレートの標準画像と3次元画像から順次切り出した2次元画像とを比較し、単純にはテンプレートの標準画像と2次元画像との差分演算し、その差分値が最小となる2次元画像をテンプレートの標準画像に最も類似性が高いと判定している。また、画像認識技術は、他の公知の技術のパターンマッチング、統計的識別法、構造識別法などで画像を識別する方法であってもよい。
演算された2次元画像は標準画像として出力される。このように出力された長軸像202〜204又は短軸像205〜207は初期断面として表示してもよい。
次に、初期断面表示までの具体的な操作の一例を示す。
制御部7は、超音波画像生成部2により被検者の心臓の3次元画像を生成させ、表示部6の計測画面201上に心臓の3次元画像208を表示させる。検者は設定部5を用いて心臓の3次元画像上の左心室内外膜をトレースする。そのトレース結果は、図2の長軸像202〜204及び短軸像205〜207における太線部分で示される。3次元画像におけるトレースは、制御部7が心内外膜と心腔との信号強度の差の大きい位置を境界位置として検出し、心内外膜のトレースをコンピュータのプログラムにより自動的に行い、心基部や心尖部といった特徴的な位置を検者が入力し、これを参考にした輪郭モデルを用いたトレース方法など、公知の輪郭抽出法を適用する。
検者は設定部5を用いてトレース面上に基準計測点を設定する。この基準計測点は後のステップで説明するように、後に設定する所望計測点の追跡演算の基準点となる。基準計測点はトレース面上に所定間隔で配置される。基準計測点間の間隔が短くサンプル点が多いほど、追跡演算にかかる時間が長くなるため、検者はトレース面の略全体を覆う範囲の計測点数を追跡演算にかかる時間を検討しながら所望に設定することになる。例えば、図4において、心筋の外膜側の白丸印401、心筋の内膜側の黒丸印402のように間隔をおいて設定することができる。
制御部7は、3次元追跡演算部31により、前記基準計測点に対して相互相関法を用いる3D
トラッキング法を適用し、基準計測点の動きを計測する。ここでは、ボリュームの時間t、基準計測点(x，y，z)近傍の振幅値に関する評価量をＦ(x，y，z)とする。また、Δt経過後のボリュームの時間(t＋Δt)の画像内で(u，v，w)だけ移動させた位置(x＋u，y＋v，z＋w)の振幅値評価量をＦ(x＋u，y＋v，z＋w)とする。(u，v，w)を変化させ、下式の相関値Sが最大となるときの動きベクトル(u，v，w)を移動した位置として検出することができ、数1のとおり計測点の動きベクトルS(u，v，w，t)とすることができる。
Figure 0005469101
 数1は動きベクトルを計算することが目的であるので、他にも、カルマンフィルタや勾配法といった、他の物体動き検出アルゴリズムを適用することもできる。カルマンフィルタとは無限インパルス応答フィルタであり、現在の観測量とひとつ前の時相の演算量さえ分かれば、現在の演算量が得られるものである。勾配法は、画像の空間輝度勾配とフレーム間輝度勾配との関係により動きベクトルを推定する方法である。
制御部7は、診断指標演算部33により動きベクトルを用いて基準計測点の追跡演算をする。算出される基準計測点の診断指標は、動き速度、ストレイン、回転角等の物理量である。例えば、動き速度は、上記動きベクトルの時間微分で求められる。ストレインは、計測点間の距離の変動(歪み)計算によって求められる。また、回転角は、心臓の回転する動きをその回転軸周りの移動量に分解し、回転角を演算する。
検者は、設定部5を用いて3次元画像208上の所望断面を設定する。所望断面の例は図4の所望断面404で示される。
検者は、設定部5を用いて所望計測点を所望断面404にマウスを用いて計測したい所望計測点の表示位置にマウスカーソルを移動し、マウスボタンを押して設定する。所望計測点の例は図4に示すような所望断面404を通る黒三角で示される点に示される。
上記所望計測点は、上記設定した基準計測点とその追跡演算の結果から追跡演算がされることとなる。
具体的には、制御部7は、所望計測点を計測データ演算部32に演算させる。図4は基準計測点群(丸印)と所望断面404が交わる部分(所望計測点)を抽出した例も示している。所望計測点を含む所望断面404は、必ずしも計測点群(丸印)上で交わらないため、実際には所望断面404を通る黒三角で示される所望計測点の位置を演算しなければならない。所望計測点の演算方法は、三角点近傍の計測点群(丸印)の計測データ(具体的には画素値)を用いた3次元的な内挿演算(補間演算ともいう)によって実現される。例えば、所望計測点の近傍8点の基準計測点を用いた3次元線形内挿演算法を用いることができる。これにより、所望計測点が近傍8点の基準計測点から演算される。さらに、所望計測点の動きベクトルを求めたい場合には、例えば所望計測点の近傍8点の基準計測点のベクトルデータから内挿演算して求めればよい。同様に、制御部7は、所望計測点を挟むように配置された近傍8点の基準計測点で求めた診断指標を内挿演算して所望計測点での診断指標を演算する。
また、3次元線形内挿演算法の内挿(補間)演算法の他の例は、ラグランジェ補間法やスプライン補間法があり、これらの補間法は3次元線形内挿演算法よりも曲線近似の演算精度が優れるとされる。
診断指標とは、心臓の壁運動などの生体組織の運動機能の評価、特に心筋や弁の運動機能について、心臓壁の厚さの変化、当該変化の速度、心臓壁の運動のストレイン(strain;歪み)及びストレインレート(strain rate)、心臓壁の内膜や外膜の回転角度及びその速度(回転速度) 、心臓壁の内膜及び外膜の相対回転角度、心臓壁の内膜及び外膜の相対回転勾配、心臓の長軸方向への伸縮、心臓の長軸方向のストレインなどが挙げられる。
また、上記内挿演算について上位概念的に説明すれば、前記基準計測点までの距離に応じた重み付け演算で前記所望の計測点での診断指標を計測データ演算部32に演算させることである。
さらに、上記上位概念的な説明について下位概念となる一例を説明すれば、複数設定された前記基準の計測対象による診断指標から前記所望の計測対象での診断指標を計測データ演算部32に外挿演算させることである。外挿演算とは、外分を利用した数値の推定演算法で、計測点x1と計測点x2の間をm：nに外分する外挿点xは数2で示すようになる。また、外挿演算は、補外演算ともいわれる。
Figure 0005469101
 また、外挿演算は、内挿演算と比較して演算の精度が低いため、限定的に計測対象の診断指標の演算に用いることになる。例えば、計測点x1と計測点x2の距離が近接している場合などは、外挿法を用いてよい一例である。
制御部7は、演算された所望計測点での診断指標と2次元画像や3次元画像を画像合成表示部23によって画像合成処理する。制御部7は、診断指標の数値、グラフ、数値を疑似カラー化した画像を、3次元画像、2次元画像、生体信号と共に表示部6の計測画面201に表示する。また、計測値や画像は、計測結果記憶部42に記憶される。
図3のフローチャートで実施例1の動作例を説明する。
(ステップS111)
制御部7は、超音波画像生成部2により被検者の心臓の3次元画像を生成させ、表示部6の計測画面201上に心臓の3次元画像208を表示させる。検者は設定部5を用いて心臓の3次元画像上の左心室内外膜をトレースする。心内外膜は、図2の長軸像202〜204及び短軸像205〜207における太線部分で示される。3次元画像におけるトレースは、半自動的な方法が現実的である。たとえば、半自動的なトレース方法は、制御部7が心内外膜と心腔との信号強度の差の大きい位置を境界位置として検出し、心内外膜のトレースを自動的に行い、心基部や心尖部といった特徴的な位置を検者が入力し、これを参考にした輪郭モデルを用いたトレース方法など、公知の輪郭抽出法を適用する。
(ステップS112)
検者は設定部5を用いてトレース面上に基準計測点を設定する。この基準計測点は後のステップで説明するように、後に設定する所望計測点の追跡演算の基準点となる。基準計測点はトレース面上に所定間隔で配置される。基準計測点間の間隔が短くサンプル点が多いほど、追跡演算にかかる時間が長くなるため、検者はトレース面の略全体を覆う範囲の計測点数を追跡演算にかかる時間を検討しながら所望に設定することになる。例えば、図4において、心筋の外膜側の白丸印401、心筋の内膜側の黒丸印402のように間隔をおいて設定することができる。
(ステップS113)
制御部7は、3次元追跡演算部31により、前ステップの基準計測点に対して3Dトラッキング法を適用し、基準計測点の動きを計測する。3Dトラッキング法は、例えば相互相関法を用いることができる。
(ステップS114)
制御部7は、診断指標演算部33により動きベクトルを用いて基準計測点の追跡演算をする。算出される基準計測点は、動き速度、ストレイン、回転角等の物理量である。例えば、動き速度は、上記動きベクトルの時間微分で求められる。ストレインは、計測点間の距離の変動(歪み)計算によって求められる。また、回転角は、心臓の回転する動きをその回転軸周りの移動量に分解し、回転角を演算する。
(ステップS115)
検者は、設定部5を用いて3次元画像208上の所望断面を設定する。所望断面の例は図4の所望断面404で示される。
(ステップS116)
検者は、設定部5を用いて所望計測点を所望断面404にマウスを用いて計測したい所望計測点の表示位置にマウスカーソルを移動し、マウスボタンを押して設定する。所望計測点の例は図4に示すような所望断面404を通る黒三角で示される点に示される。
(ステップS117)
ステップS116の所望計測点は、ステップS112で設定した基準計測点とその追跡演算の結果から追跡演算がされることとなる。
(ステップS118)
制御部7は、演算された所望計測点での診断指標と2次元画像や3次元画像を画像合成表示部23によって画像合成処理する。制御部7は、診断指標の数値、グラフ、数値を疑似カラー化した画像を、3次元画像、2次元画像、生体信号と共に表示部6の計測画面201に表示する。また、計測値や画像は、計測結果記憶部42に記憶される。
実施例1によれば、検者の診断指標を演算することができる。また、実施例1特有の効果は、先に心臓全体の動きを追跡し、基準計測点を算出しておくので、検者が所望の位置の計測を行う場合にも、基準計測点から所望計測点の診断指標を演算するので、所望位置を設定する度に繰り返して追跡演算を行うことを省略することができる。
実施例2では、心臓の所望の局所位置に計測対象を設定し、設定された計測対象に3Dトラッキングを行って計測対象の診断指標を算出する手順について図1、図2、図4、図5を用いて説明する。実施例1との共通部分は説明を省略する。
図5は、本発明の実施例2の超音波画像処理装置の計測処理のフローチャートである。
図5のフローチャートで実施例2の動作例を説明する。
(ステップS211)
制御部7は、超音波画像生成部2により被検者の心臓の3次元画像を生成させ、生成された心臓の3次元画像208を表示部6の計測画面201上に表示させる。検者は設定部5を用いて図2の長軸像202〜204及び短軸像205〜207上に計測対象(計測点)を心筋膜面上に設定部5を用い設定する。また、検者は、設定部5を用いて図2の左心室の輪郭を示す太線や、ASE17分画等に基づく心筋小片(セグメント)、あるいは乳頭筋や腱索といった局所の組織の位置を示す所望計測点を設定する。
(ステップS212)
検者は設定部5を用いて図2の長軸像202〜204及び短軸像205〜207上に基準計測対象を設定する。基準計測対象が線やセグメントである場合には、その線やセグメントの輪郭線上に所定間隔で基準計測点がさらに設定される。基準計測対象が点である場合には、そのまま基準計測点として設定される。
(ステップS213)
制御部7は3次元追跡演算部31により、前ステップで設定した計測点に対して3Dトラッキングを適用して、基準計測点の動きを計測する。
(ステップS214)
制御部7は、診断指標演算部33に動いた後の基準計測点での診断指標を演算させる。
(ステップS215)
制御部7は、診断指標を画像合成表示部23によって画像表示する。画像表示の態様は、診断指標の数値、グラフ、数値を疑似カラー化した画像を、3次元画像、2次元画像、生体信号と共に画面に表示する。また、計測値や画像は、計測結果記憶部42に記憶される。
実施例2によれば、検者の診断指標を演算することができる。また、実施例2特有の効果は、追跡演算後にどこの所望位置でも診断指標を推定できるわけでないが、心臓の局所のみを演算するので、短時間で演算することができる。逆に計算時間に余裕があるため、計測点の設定位置の密度を上げて計測精度を上げることも可能である。
実施例3では、2点間の動きの関係を計測する手順について図1、図6、図7を用いて説明し、実施例1と共通する部分の説明は省略する。
図6は本発明の実施例3の超音波画像処理装置の計測画面の一例、図7は本発明の実施例3の超音波画像処理装置のフローチャートである。
図7のフローチャートで実施例3の動作例を説明する。
(ステップS311)
制御部7は、超音波画像生成部2により被検者の心臓の3次元画像を生成させ、表示部6の計測画面601上に心臓の3次元画像608を表示させる。図6では、丸印で示される白丸印と黒丸印のペア613と三角印で示される白三角印と黒三角印のペア614を計測する例を説明する。
(ステップS312)
検者は設定部5を用い、長軸像602〜604及び短軸像605〜607のいずれかにおいて、計測したい位置に所望計測点を2点設定しこれをペアとする。例えば、図6の心尖部4腔断面602上に黒丸印613が、心尖部2腔像603上に白丸印614が設定されたとする。このとき、黒丸印と白丸印の2点は3次元画像608上にも表示される。また、黒丸印613は心尖部を横切る破線上に存在するため、この破線上の断面を示す短軸像心尖部レベル断面605上にも黒丸印613が表示される。
このように、制御部7は所望計測点を設定すると、設定されない他の画像にも所望計測点が設定された表示画像と一致する対応箇所に前記所望計測点が表示されるように制御する。もう一つの計測ペアである黒三角印614左も同様に、心尖部4腔像602上で設定され、破線上の短軸像心基部レベル断面607上にも黒三角印614が表示される。
(ステップS313)
制御部7は、実施例1の場合、計測データ演算部32により、既にトラッキングした結果から2点の位置の診断指標を演算させる。また、制御部7は、実施例2の場合、3次元追跡演算部31により、2点の計測点の3Dトラッキング演算をさせ、診断指標演算部33により、診断指標を算出させる。2点間計測の診断指標としては、2点間距離、心臓の動きの歪量(ストレイン)の計算、歪率(ストレインレート)等が計算される。
(ステップS314)
制御部7は、算出された診断指標を縦軸に、時間軸を横軸としたグラフ615のグラフデータを画像生成部22に生成させ、生成されたグラフデータを表示部6に表示される。また、制御部7は、診断指標を計測値616として画面601に表示させる。ここでは最大ストレイン××％、最小ストレイン××％を例示しているが、2点間距離、ストレインレート値、平均ストレインレートなど、2点間距離又はストレイン値に関する計測又は演算データであればどのような値でもよい。また、制御部7は、心電波などの生体信号610も表示部6の画面601に併せて表示させてもよい。制御部7は、これらのデータを3次元画像、2次元画像を含めて、1つの変動要素があれば、各表示要素へ反映されるように制御する。制御部7は、グラフ615上の時相カーソル617を表示するときには、現在表示されている3次元画像、2次元画像の時相に同期して表示部6の画面601に表示させる。
実施例3によれば、検者の診断指標を演算することができる。また、実施例3特有の効果は、3次元画像上での計測であっても、2次元画像上で設定可能なユーザインターフェースを備えることによって、点の計測位置を設定しやすくなることである。
実施例4では、心筋のASE17分画の動きを観察する手順について図8〜図11を用いて説明し、実施例1と共通する部分の説明は省略する。
図8は本発明の実施例4の超音波画像処理装置のシステム構成図の一例、図9は本発明の実施例4の超音波画像処理装置の計測画面の一例、図10は本発明の実施例4の超音波画像処理装置の計測のフローチャート、図11は本発明の実施例4の超音波画像処理装置の計測原理の一例である。
実施例4では設定部5において、実施例1にセグメント設定部52が追加される。セグメント設定部52は心臓を心筋小片(セグメント)毎に分割するための設定を行う(図9の長軸像902〜904及び短軸像905〜907上に表示される切断面を示す破線916)。例えば、セグメント設定部52は、表示された短軸像において、左心室の心筋をASE17分画に基づく領域に分割するための境界を設定するインターフェイスである。(図9の長軸像902〜904及び短軸像905〜907上に表示される破線916や実線917の設定)。
図10のフローチャートで実施例4の動作例を説明する。
(ステップS411)
制御部7は、超音波画像生成部2により被検者の心臓の3次元画像を生成させ、表示部6の計測画面901上に心臓の3次元画像を表示させる。計測対象にセグメントを設定することは、検者が手動で設定するよりも簡略化して、2次元画像上でセグメントの境界を設定することで、手動設定に比べ設定の工数を省略することが可能となる。
検者は2次元断面設定部51により、計測対象であるセグメントを設定する。ここでは、セグメントを設定しなければならないので、制御部7は、図9の長軸像902〜904及び短軸像905〜907を心尖部4腔像902、心尖部2腔像903、心尖部長軸像904、短軸像心尖部レベル下端(apex)905、短軸像乳頭筋レベル下端(mid)906、短軸像心基部レベル下端(base)907を表示するように実施例1と同様に制御する。
(ステップS412)
制御部7は、セグメント設定部52により、心筋を17のセグメントに分割する。図11で立体的に図示すると、水平な分割線1101によって、cap、apex、mid、baseの4つのレベルに分割する。また、垂直な分割線1102によって、base、midを6分割、apexを4分割する。これらを設定するためには、図9の設定画面の長軸像902〜904及び短軸像905〜907において、検者は設定部5を用いて、水平方向に分割する破線1101を設定する。この破線1101は、短軸像905〜907上に表示される。そして、短軸像905〜907において、垂直方向に分割するための、心筋を横切る実線1102を設定する。
(ステップS413)
検者は、計測点設定部53により、セグメント上に計測点を設定する。図11の符号1103は、同図左方の立体図のmｉｄ部分の1セグメントを取り出した図であり、そこを計測点と設定している。計測点1103は、セグメントの境界部分やその面上に適当な間隔で自動設定され、セグメント全体の動きを計測できるようにする。
(ステップS414)
制御部7は、実施例1の場合、計測データ演算部32により、既にトラッキングした結果から前記設定した計測点の計測データを演算する。また、制御部7は、実施例2の場合、3次元追跡演算部31により、前記設定した計測点の3Dトラッキング演算を行い、診断指標演算部33により、計測データを演算する。ストレインの計測データは、心膜面の長手(上下)方向に沿う長軸ストレイン、円周方向に沿う円周方向ストレイン、心臓の中心軸線方向に向かう中心軸方向ストレイン、心膜面に垂直な方向の横断方向ストレインなどがセグメント毎に演算される。
(ステップS415)
制御部7は、上記演算された診断指標を超音波画像生成部2に演算させ、画像化あるいはグラフとして生成させ、表示部6に長軸像902〜904、短軸像905〜907又3次元画像908及びグラフ913を表示させる。また、心電や心音などの生体信号910を表示してもよい。グラフ913には、ASE17分画の診断指標曲線が重畳して表示される。3次元画像908と別に表示する3次元画像918は、セグメントの診断指標を疑似カラー化(色相を変えて)して2次元画像上にマッピングするものである。さらにbull's eye画像919は、心筋を3次元画像918について2次元の平面図を作成し観察するものである。また、各セグメントのストレインの数値は表形式914で表示される。
実施例4によれば、検者の診断指標を演算することができる。また、実施例4特有の効果は、心筋のASE17分画の動きを同時に観察することが可能であるので、心筋各所の動きの大きさやタイミングを定量的に評価することが可能で、診断に有用な情報を提供することができる。例えば、3次元画像918やbull's eye画像919にストレイン値をマッピングすると、心筋の収縮・拡張に応じた色付けがなされるので、心筋動態を一目で把握するのに役立たせることができる。
実施例5では、所望断面における心臓の回転角の時間変化を計測する手順について図8、図12〜図14を用いて説明し、実施例1と共通する部分の説明は省略する。
図12は本発明の実施例5の超音波画像処理装置の計測画面の一例、図13は本発明の実施例5の超音波画像処理装置のフローチャート、図14は本発明の実施例5の超音波画像処理装置の計測原理の一例である。
心臓は、長軸方向を軸に心尖部と心基部で互いに逆方向に回転し、ねじれるように動くことが知られている。このねじれ、換言すれば回転運動解析も診断に有用な指標と考えられている。
図13のフローチャートで実施例5の動作例を説明する。
(ステップS511)
制御部7は、超音波画像生成部2により被検者の心臓の3次元画像を生成させ、表示部6の計測画面1201上に心臓の3次元画像を表示させる。検者は、回転を計測するための回転軸1217(点線)を長軸像1202〜1204で設定する。また、検者は、心尖部から心基部の中心を通るように設定部5を用いて設定する。これに垂直な線が1220(破線)として表示され、これらによって決まる断面が短軸像1205〜1207に表示される。
(ステップS512)
検者は、計測点設定部53により、膜面上に計測点を設定する。図12の回転軸1217に垂直な短軸像1205〜1207のいずれかで、白抜き矢印に沿って回転することを示す。制御部7は、実施例2の場合、短軸像1205〜1207上で計測点1401を設定する。検者は膜面一周全体を計測できるように計測点を配置する。図14は均等に配置するように示した。
また、制御部7は、実施例1の場合、計測データ演算部32により、回転軸に垂直な断面と膜面の交点1401の診断指標を既設計測点の診断指標を用いて演算する。この場合、回転軸上に沿って、心尖部1101から心基部1102まで断面を動かすと連続的に診断指標を演算していくことができる。
(ステップS513)
制御部7は、実施例2の場合、3次元追跡演算部31により、前記設定した計測点の3Dトラッキング演算を行い、診断指標演算部33により、診断指標を算出する。この場合は、短軸像1205〜1207のみに計測点を設定しているので、この3断面のみの回転角が計算される。
回転角は、図14の回転角1405のように中心軸周りに各点の回転角を計算すれば良い。また、膜面一周で各計測点の回転角の平均値等をとれば、その断面の平均回転角として算出することも可能である。また、ある断面の回転角を基準にして、ある断面の回転角との差を算出することも可能である。
(ステップS514)
制御部7は、上記演算された診断指標を超音波画像生成部2に演算させ、画像化あるいはグラフとして生成させ、表示部6に長軸像1202〜1204、短軸像1205〜1207又3次元画像1208及びグラフ1218を表示させる。また、心電などの生体信号1210が表示される。グラフは、時間を軸にとってそれぞれの断面の回転角の時間変化1219を表わすことができる。また、実施例3のインターフェイスを用いてセグメントの設定も行っておけば、セグメント毎の回転角も算出できる。これは、実施例3と同様に疑似カラー化して3次元画像1215やbull's eye画像1216上にマッピングして表示することができる。これらのデータは、3次元画像1208、長軸像1202〜1204、短軸像1205〜1207を含めて同期して表示する。グラフ上の時相カーソル1213は、画像の時相に同期して移動する。実施例1の場合には、心尖部から心基部まで連続的に回転角を計算できるので、軸上の深度を軸にとって、回転角の深さによる変化をグラフ化1218する。また、回転角やねじれ角は、数値として画面上の符号1214で示される位置へ表示する。
実施例5によれば、検者の診断指標を演算することができる。また、実施例5特有の効果は、所望断面における心臓の回転角の時間変化を計測することが可能となる。さらに、回転軸に沿って空間的に連続な回転角の変化も観察可能になり、より詳細な心臓動態の解析が可能になる。
実施例6では、断面の位置設定は疾患名リストで設定して計測する手順について図8、図15、図16を用いて説明し、実施例1と共通する部分の説明は省略する。
図15は本発明の実施例6の超音波画像処理装置の計測画面の一例、図16は本発明の実施例6の超音波画像処理装置のフローチャートである。
図16のフローチャートで実施例6の動作例を説明する。
(ステップS611)
制御部7は、超音波画像生成部2により被検者の心臓の3次元画像を生成させ、表示部6の計測画面1501上に心臓の3次元画像を表示させる。検者は、断面の位置設定は疾患名リスト1512に設定する。疾患によって心臓の形状や動きが異なるため、疾患名リスト1512に疾患名を予めリストアップしておき、リストから疾患名を選択するとその疾患で計測される断面位置情報を記憶部4から読み出して長軸像1502〜1504及び短軸像1505〜1507と破線の位置を設定する。
(ステップS612)
検者は、計測点設定部53により、表示部6の計測画面1501上に所望計測点を設定する。
(ステップS613)
制御部7は、実施例2の場合、3次元追跡演算部31により、前記設定した計測点の3Dトラッキング演算を行い、診断指標演算部33により、診断指標を算出する。
(ステップS614)
制御部7は、上記演算された診断指標を超音波画像生成部2に演算させ、画像化あるいはグラフとして生成させ、表示部6に長軸像1502〜1504、短軸像1505〜1507又3次元画像1508を表示させる。
実施例6によれば、検者の診断指標を演算することができる。また、実施例6特有の効果は、例えば、拡張型心筋症や肥大型心筋症等の形状の異常に基づいてリスト化したり、梗塞部位名を示して動きの異常に基づいてリスト化したりできる。必要ならば、この後に手動で断面位置を微調整することも可能である。
各実施例は、医用画像処理装置で説明したが、当該医用画像処理装置は運動臓器を含む3次元画像データを時相毎に複数取得する画像取得部を付加すれば医用画像診断装置の発明とすることができる。
画像取得部(超音波信号生成部)は超音波画像入力部1に置き換えられ、超音波信号生成部は次のような構成を有する。
超音波信号生成部は、超音波探触子と超音波信号送受信部を具備し、3次元超音波信号を取得する機能を有している。
超音波探触子は、リニア型、コンベックス型、セクタ型等の走査方法を有して超音波を送受信可能な振動子素子が少なくとも1次元方向に配列されたものであり、被検者に当接して用い、超音波の送受信で被検者の超音波信号を得る。超音波探触子は2Dアレイ探触子が一例として挙げられ、2Dアレイ探触子は超音波を送受信可能な振動子素子が2次元配列されたものであり、1度の超音波の送受信で被検者の3次元超音波信号を得ることができる。
また、2Dアレイ探触子と同じ機能は、1Dアレイ探触子によっても実現することができる。1Dアレイ探触子とは、リニア型、コンベックス型、セクタ型等の走査方法を有し超音波を送受信可能な振動子素子を1次元配列したものである。1Dアレイ探触子は次の操作により2Dアレイ探触子と実質的に同等に動作させることが可能である。その操作は1Dアレイ探触子の振動子の配列方向と略直交する方向に1Dアレイ探触子を被検者に当接させながら移動させる。1Dアレイ探触子の移動は、検者の手動によるもの、機動によるものがある。機動によるものとは、例えば、特開2006−247203号公報に開示されるように、超音波信号により2次元の断層面を走査する超音波探触子を前記2次元の断層面と直交する方向に揺動させることで3次元の超音波画像を取得するものである。1Dアレイ探触子で被検者の3次元超音波信号を得る場合は本実施例に含まれるものとする。
超音波信号送受信部は、超音波探触子を駆動し、被検者へ超音波信号を送信するとともに、被検者からの反射エコー信号を受信し、受信された反射エコー信号に増幅、整相などの信号処理をする。
また、各実施例は、医用画像処理方法で説明したが、当該医用画像処理方法は運動臓器を含む3次元画像データを時相毎に複数取得する画像取得ステップを付加すれば医用画像診断装置の作動方法の発明とすることができる。
また、各実施例の医用画像処理方法の説明は、制御部はコンピュータであり、動作はコンピュータプログラムで動作することを説明しているのであるから、医用画像処理プログラムの発明とすることができる。
さらに、当該医用画像処理プログラムに運動臓器を含む3次元画像データを時相毎に複数取得する画像取得機能を付加すれば医用画像診断装置の作動プログラムの発明とすることができる。
本発明は超音波診断装置、X線CT装置、MRI装置など各種の医用画像診断装置に利用することができる。また、コンピュータ、各種携帯端末など医用画像診断装置から得られた画像を画像処理が可能な情報機器にも利用することができる。
1 超音波画像入力部、2 超音波画像生成部、3 演算部、4 記憶部、5 入力部、6 表示部、7 制御部

Claims (8)

  1. 運動臓器を含む3次元画像データを時相毎に複数入力する画像入力部と、
    前記複数入力された3次元画像データを記憶する記憶部と、
    前記記憶された3次元画像データを3次元画像として表示する画像表示部と、
    前記画像表示部に表示された3次元画像を参照して前記記憶部に記憶された3次元画像データに所望計測対象を設定する計測対象設定部と、
    前記所望計測対象の近傍に格子状に配置される基準計測対象の変位量及び診断指標から前記所望計測対象の変位量及び診断指標を演算する診断指標演算部と、
    前記演算された前記所望計測対象の診断指標を前記画像表示部に表示制御する制御部と、を備え、
    前記計測対象設定部は、複数の前記基準計測対象を設定し、
    前記診断指標演算部は、複数設定された前記基準計測対象による診断指標を複数演算し、複数演算された診断指標を前記所望計測対象からそれぞれの前記基準計測対象までの距離に応じた重み付け演算で前記所望計測対象での診断指標を演算することを特徴とする医用画像処理装置。
  2. 前記制御部は、前記演算された診断指標と前記3次元画像を前記画像表示部の同一画面に表示制御することを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。
  3. 前記制御部は、前記3次元画像から所望の2次元断面を示す2次元画像を少なくとも一つ生成し、生成された2次元画像と前記3次元画像及び前記診断指標を前記画像表示部の同一画面に表示制御することを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。
  4. 前記制御部は、前記演算された診断指標により前記3次元画像の輝度又は色相を変換し、輝度又は色相が変換された3次元画像を前記画像表示部に表示制御することを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。
  5. 前記診断指標演算部は、前記所望計測対象について前記3次元画像データの変位量を時相毎に演算し、時相毎に演算された変位量により診断指標を演算する請求項1に記載の医用画像処理装置。
  6. 前記計測対象設定部は、複数の前記基準計測対象を前記所望計測対象が挟まれるように設定し、
    前記診断指標演算部は、複数設定された前記基準計測対象による診断指標から前記所望計測対象での診断指標を内挿演算する請求項１に記載の医用画像処理装置。
  7. 前記計測対象設定部は、複数の前記基準計測対象を通る線分の延長上に前記所望計測対象を設定し、
    前記診断指標演算部は、複数設定された前記基準計測対象による診断指標から前記所望計測対象での診断指標を外挿演算する請求項６に記載の医用画像処理装置。
  8. 画像入力部により運動臓器を含む3次元画像データを時相毎に複数入力する第1ステップと、
    記憶部に前記複数入力された3次元画像データを記憶する第2ステップと、
    画像表示部に前記記憶された3次元画像データを3次元画像として表示する第3ステップと、
    計測対象設定部により前記画像表示部に表示された3次元画像を参照して前記記憶部に記憶された3次元画像データに所望計測対象を設定する第4ステップと、
    診断指標演算部により前記所望計測対象の近傍に格子状に配置される基準計測対象の変位量及び診断指標から前記所望計測対象の変位量及び診断指標を演算する第5ステップと、
    制御部により前記演算された前記所望計測対象の診断指標を前記画像表示部に表示制御する第6ステップと、を備え、
    前記第4ステップは、複数の前記基準計測対象を設定し、
    前記第5ステップは、複数設定された前記基準計測対象による診断指標を複数演算し、複数演算された診断指標を前記所望計測対象からそれぞれの前記基準計測対象までの距離に応じた重み付け演算で前記所望計測対象での診断指標を演算することを特徴とする医用画像処理方法。
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