JP5583472B2 - 医用画像診断装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施の形態は、組織運動情報に関する画像を生成、表示する医用画像診断装置及び制御プログラムに関する。

医用画像診断装置のうち、例えば、超音波診断装置では、例えば、心臓組織の運動情報に関する動画像を生成し表示する技術が用いられる（以下の特許文献１参照）。

この技術は、例えば、一列に配置された複数の超音波振動子を揺動させて超音波走査を行うプローブ（揺動プローブ）、複数の超音波振動子が二次元マトリクス状に配列されたプローブ（二次元アレイプローブ）等を用いて被検体の心臓の時系列ボリュームデータを取得する。この取得された時系列ボリュームデータに対してパターンマッチング等を用いて心筋の局所部位の追跡を行い、追跡結果から組織運動情報（例えば、心筋の移動ベクトルやストレイン（歪み）等）を算出する。この算出結果は、心臓のボリュームデータから再構成されるＭＰＲ画像、三次元画像（ボリュームレンダリング画像等）の対応する位置に重畳させることで動画表示させる。表示に当たっては、心臓全体の動きを表わすことの他、例えば、解析領域を分割した状態で表示させる（セグメント表示させる）ことも可能である。

医師等の操作者は、動画的に表示されたＭＰＲ画像やセグメントごとの三次元画像等を観察することにより、心臓の組織運動の動態を観察することができる。また、組織運動の量はグラフに表示させることができる。

特開２０１０−４２１５１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような表示方法では操作者には使用がしにくい場面が生じうる。

例えば、表示されたグラフの中からある特定のグラフを選択した場合、その選択されたグラフに対応するセグメントがＭＰＲ画像や三次元画像において表示されない場合がある。これは例えば、三次元画像においては、選択されたグラフが示すセグメントが立体の裏側にある、すなわち、操作者が現在見ている画面上には現われない位置に選択されたセグメントが表示されている場合である。

このような状態になった場合には、操作者は選択したセグメントを表示させるために表示される断面の位置を変更して改めてＭＰＲ画像として表示させたり、選択されたセグメントが表示されるように改めて三次元画像を移動させるといった操作が必要となった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、解析結果が示されるグラフを選択すると同時にその選択されたグラフが示すセグメントを操作者にとって見やすい位置に表示させることによって、操作者の操作負担を軽減することのできる医用画像診断装置及び制御プログラムを提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、運動する組織の組織運動情報を基に表示形態の異なる複数の画像を生成、表示するとともに、組織のセグメントごとの組織運動量を示すグラフを生成し表示することができる医用画像診断装置において、セグメントごとに表示されたグラフの一が新たに選択された場合に、選択されたグラフに対応するセグメントが表わされているＭＰＲ画像を、これまで表示されていたＭＰＲに替えて表示部に表示させる表示画像処理部を備える。

本発明の実施の形態における医用画像診断装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における表示画像処理部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における表示画像を変更させる手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における表示部に表示される各種画像、グラフを示す画面例である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態における医用画像診断装置１の内部構成を示すブロック図である。以下の説明においては、医用画像診断装置１として超音波診断装置を例に挙げるが、特に超音波診断装置に限られることはなく、例えば、Ｘ線ＣＴ（computed tomography：コンピュータ断層撮影）装置といった他のモダリティにおいて適用することも可能である。

医用画像診断装置（超音波診断装置）１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１ａと、ＲＯＭ(Read Only Memory)１ｂと、ＲＡＭ（Random Access Memory）１ｃ及び入出力インターフェイス１ｄがバス１ｅを介して接続されている。入出力インターフェイス１ｄには、入力部１ｆと、表示部１ｇと、通信制御部１ｈと、記憶部１ｉと、送受信部１ｊと、画像生成部１ｋと、移動ベクトル処理部１ｌと、運動情報演算部１ｍと、表示画像処理部１０とが接続されている。

ＣＰＵ１ａは、入力部１ｆからの入力信号に基づいてＲＯＭ１ｂから医用画像診断装置１を起動するためのブートプログラムを読み出して実行し、記憶部１ｉに格納されている各種オペレーティングシステムを読み出す。またＣＰＵ１ａは、入力部１ｆや入出力インターフェイス１ｄを介して、図１おいて図示していない外部機器からの入力信号に基づいて各種装置の制御を行う。さらにＣＰＵ１ａは、ＲＡＭ１ｃや記憶部１ｉ等に記憶されたプログラム及びデータを読み出してＲＡＭ１ｃにロードするとともに、ＲＡＭ１ｃから読み出されたプログラムのコマンドに基づいて、運動情報等に基づく二次元画像、或いは、三次元画像の生成、データの計算または加工等、一連の処理を実現する処理装置である。

入力部１ｆは、図１に示すように、医用画像診断装置１の操作者が各種の操作を入力するキーボード、ダイヤル等の入力デバイスにより構成されており、観察者の操作に基づいて入力信号を作成しバス１ｅを介してＣＰＵ１ａに送信される。また、医用画像診断装置１には、キーボード等だけでなく専用の操作パネルが設けられている場合もあり、その場合には操作パネル上の入力デバイスを介して操作画面に対する操作を行うこともできる。表示部１ｇは、例えば液晶ディスプレイであり、例えばＣＰＵ１ａからバス１ｅを介して出力信号を受信し、組織運動情報を基に生成された画像やＣＰＵ１ａの処理結果等を表示する手段である。

通信制御部１ｈは、ＬＡＮカードやモデム等の手段であり、医用画像診断装置１をインターネットやＬＡＮ等の通信ネットワークに接続することを可能とする手段である。通信制御部１ｈを介して通信ネットワークと送受信したデータは入力信号または出力信号として、入出力インターフェイス１ｄ及びバス１ｅを介してＣＰＵ１ａに送受信される。

記憶部１ｉは、半導体や磁気ディスクで構成されており、ＣＰＵ１ａで実行されるプログラムやデータが記憶されている。

送受信部１ｊには、送信部と受信部とがまとめて配置されており、プローブＰが接続されている。プローブＰは、送信部からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波（エコー）を電気信号に変換する複数の圧電振動子等を備えている。送信部では図示しない、例えば、遅延回路等が備えられている。送信部からは所定のタイミングで所定のスキャンラインに向けて超音波ビームが形成されるように、プローブＰの振動子ごとに駆動信号を印加する。一方、受信部では図示しないアンプ回路等が設けられている。プローブＰから送信された反射波はチャンネルごとに増幅され、受信指向性を決定するための遅延時間が与えられた後、加算処理される。これによって、所定のスキャンラインに対応した超音波エコー信号が生成される。

超音波エコー信号は、送受信部１ｊから画像生成部１ｋへと送られる。画像生成部１ｋでは、まず包絡線検波処理がなされ超音波エコーの振幅強度に対応したＢモード信号が生成される。一方、プローブＰを利用した揺動走査や三次元走査によって得られる被検体の所定領域に関する時相ごとの超音波画像データからは、各時相に対応するボリュームデータが生成される。ボリュームデータとは、三次元的な位置情報を備える（空間的な情報をもつ）受信信号の集合である。

その上で、画像生成部１ｋは、Ｂモード信号の所定断層に係る二次元分布を表わしたＢモード超音波像を生成する。さらには、後述するように、運動情報演算部１ｍが演算した組織運動情報をＭＰＲ画像、三次元画像等、種々の画像にマッピングすることによって、組織運動情報に関する二次元画像、或いは、三次元画像を生成する。生成された二次元画像、或いは、三次元画像が表示部１ｇにおいて表示される。また、複数の領域に分割して表示させることも可能である。分割された複数の領域はそれぞれ「セグメント」と呼ばれる。例えば、三次元画像で表わされた心臓は、概ね１６の領域に分割される。

また、画像生成部１ｋでは組織運動情報、例えば、移動量等を示すパラメータを用いて表示させるグラフの生成も行われる。このグラフは、縦軸に各種パラメータ、横軸に時間が配置され、セグメントごとの変化量が表わされる。具体的には、例えば、セグメント内に複数存在する頂点（この頂点はそれぞれ値をもっている）の値を平均し、その平均値の変化を時系列に表わす。なお、以下においてはこのように表示部１ｇ内において移動量等を示す表示態様そのものも、また、この表示態様内において示されるセグメントごとの変化量についても、いずれも「グラフ」と表わす。

移動ベクトル処理部１ｌは、時相の異なる２つのボリュームデータ間でパターンマッチング処理を用いて組織の移動位置を追跡し、得られた時相ごとの移動位置に基づいて各組織の移動量や速度を求める。例えば、一方のボリュームデータ内の関心領域について、最も類似性の高い他方のボリュームデータ内の対応領域を求める。この関心領域と対応領域との間の距離を求めることで組織の移動量を求めることができる。また、この移動量をボリューム間の時間差で除することにより、組織の移動速度を求めることができる。この処理をボリューム上の各位置でボリュームバイボリュームで行うことによって、各組織の変位（移動ベクトル）または、組織の変位に関する時空間分布データを取得することができる。

運動情報演算部１ｍは、移動ベクトル処理部１ｌから送られてきた時空間分布データに基づいて、組織運動情報を時相ごとに生成する。ここで、組織運動情報とは、例えば、心壁等の所定組織の所定方向に関する変位、変位率、歪み、歪み率、移動距離、速度、速度勾配、その他の組織運動に関して取得可能な物理情報である。

表示画像処理部１０は、画像生成部１ｋによって生成され表示部１ｇに表示された画像の表示変更処理を司る。例えば、表示部１ｇにこれまで表示されたＭＰＲ画像に替えて新たに選択されたグラフに対応するセグメントが表わされているＭＰＲ画像を表示する。図２は、本発明の実施の形態における表示画像処理部１０の内部構成を示すブロック図である。表示画像処理部１０は、受信部１１と、確認部１２と、算出部１３と、指示作成部１４と、送信部１５とから構成される。

なお、本発明の実施の形態における医用画像診断装置１では、表示画像処理部１０を回路で構成しているが、記憶部１ｉに表示画像処理プログラムとして記憶され、或いはリムーバブルディスク等の記憶媒体に格納されていても良い。この場合には、表示画像処理プログラムが医用画像診断装置１のＣＰＵ１ａに読み込まれ実行されることにより、表示画像処理部が医用画像診断装置１に実装されることになる。

また、本発明の実施の形態では上述したように、表示画像処理部１０を医用画像診断装置１に搭載した例を挙げて以下、説明を行う。但し、この表示画像処理部１０は、医用画像診断装置１から独立して存在し、通信制御部１ｈに接続される通信ネットワークを介して医用画像診断装置１と接続されるようにされていても良い。この場合には、さらに医用画像診断装置１と表示画像処理部１０とが例えば、病院情報管理システム（ＨＩＳ：Hospital Information System）、放射線部門情報管理システム（ＲＩＳ：Radiological Information System）、医用画像管理システム（ＰＡＣＳ：Picture Archiving Communication System）といった医療機関内に構築された各種管理システムと組み合わされて用いられても良い。

次に、表示画像を変更させる手順を図３に示すフローチャート、図４に示す表示部に表示される各種画像、グラフを示す画面例を用いて説明する。また表示画面を変更させる手順においては、図２で示す表示画像処理部１０の各部の働きについても併せて説明する。

まず、医用画像診断装置（超音波診断装置）１において取得された組織運動情報、基本的な設定等を基に、画像生成部１ｋ、移動ベクトル処理部１ｌ、運動情報演算部１ｍにおいてＭＰＲ画像や三次元画像が生成される。また、セグメントごとの移動量等を示すグラフも生成され、ＭＰＲ画像等、それぞれ表示形態の異なる複数の画像ともども表示部１ｇに表示される（ＳＴ１）。通常は、この状態で操作者にとって必要な画像は表示されることになる。従って、操作者は、表示部１ｇに表示された画像を基に診断等を行う。

図４は、表示部１ｇを示す画面例である。図４に示す画面例では、大きく３つのゾーンに分かれており、左側に三次元画像が表示されている。また、右側上には二次元画像であるＭＰＲ画像が表示されている。ＭＰＲ画像のうち、左側３つは三次元画像にて表示された部位を画面に水平（画面横方向）となるように切断した状態を示している。一方、右側２つのＭＰＲ画像は、三次元画像にて表示された部位を画面に垂直（画面縦方向）となるように切断した状態を示している。さらにＭＰＲ画像が表示される領域の下側には、グラフが表示されている。このグラフはこれまでも説明してきているように、セグメントごとにその移動量等を把握できるように示されている。

なお、図４の画面例はあくまでも例示に過ぎず、そのレイアウトや表示内容については任意に設定、変更することができる。また、本来ならば表示部１ｇには、操作者が操作可能な様々なタブやボタン等が表示されているが、図４では説明の都合上、本発明の実施の形態に不要な各種表示は省略して示している。従って、例えば、グラフもセグメントごとに表示されるがここでは３つのセグメントに該当するグラフのみを示している。

グラフに表示されているセグメントごとの移動量等から、操作者は診断等の過程で現在表示されているセグメントとは別のセグメントを見たい場合も出てくる。このとき表示画像処理部１０は、操作者によって別のセグメントを示すグラフが選択されるか否か、待機の状態となる（ＳＴ２）。

別のセグメントに関する表示を見たい場合には、操作者によって入力部１ｆを利用して該当するセグメントを表示するグラフを選択される。グラフが選択されたことを表示画像処理部１０において検知する（受信部１１でその旨の信号を受信する）と（ＳＴ２のＹＥＳ）、確認部１２が選択されたグラフを確認し把握する（ＳＴ３）。グラフは、そのグラフが表示するセグメントと紐付けがなされており、確認部において選択されたグラフが把握できれば対応するセグメントも把握される。なお、このグラフの選択がない場合には（ＳＴ２のＮＯ）、待機状態となる。

次に、算出部１３において、選択されたグラフに対応するセグメントの位置が算出される（ＳＴ４）。上述したように、表示されるグラフとそのグラフが表わすセグメントとは関連づけられている。従って、グラフが選択されると対応するセグメントの位置が算出される。なお、図４に示す画面例では、ＭＰＲ画像と三次元画像とが表示されている。ＭＰＲ画像と三次元画像とではその表示方法が異なることから、以下、分けて説明する。

まず、ＭＰＲ画像について説明する。現在表示されているＭＰＲ画像を新たに選択されたグラフに対応するセグメントを表示するＭＰＲ画像に替える場合には、該当するグラフが示すセグメントが算出部１３において算出されるので、その算出された位置へと変更することになる。

ところで具体的に表示される断面に関して、そもそもセグメント内にはパラメータ計算された複数の頂点（制御点、或いは、解析点とも言われる）が存在している。一方で、セグメントのうち表示される断面の位置は、例えば、パラメータの最小点、或いは、最大点を通る位置である、或いは、対応するセグメントの中心位置を示す頂点を通る位置である、というように定義することができる。さらにこの定義だけでは、対応するセグメントの中心位置を示す頂点を通ると言っても、例えば、どのような傾きで断面を表示させるのか、といった点が不明となる。そこで、この他の基準として使用される、例えば、断面の中心位置や法線等に関しては、ステップＳＴ１において示した表示画像を生成（解析）する際に決定された基準を使用する。この基準としては、例えば、長軸を表わす断面、或いは、短軸を表わす断面を挙げることができる。

このようにして新たに選択されたグラフに対応するセグメントに関するＭＰＲ画像が決定され、指示作成部１４によって作成される表示部１ｇへの指示に基づいて表示部１ｇに表示される（ＳＴ５）。図４に示す画面例では、太線で示すグラフが選択されている（図４においては、矢印のカーソルが当該太線のグラフを指し示している）。この太線で示されたグラフが選択されたことによって、グラフの表示領域の上に表示されているＭＰＲ画像においても対応するセグメントが示されている。

すなわち、三次元画像にて表示された部位を画面に水平（画面横方向）となるように切断した状態を示す画像（ＭＰＲ画像の表示領域左側）においては、その一番下に表示されている画像に新たに選択されたグラフに対応するセグメントが示されている。ここでは、対応するセグメントの輪郭が矩形上に示され、さらにそのセグメント内の頂点も丸印で示されている。一方、三次元画像にて表示された部位を画面に垂直（画面縦方向）となるように切断した状態を示すＭＰＲ画像（ＭＰＲ画像の表示領域右側）では、その左側の画像において新たに選択されたグラフに対応するセグメントが示されている。併せて該当するセグメントが矩形上に囲われ、頂点が丸印で示されている。

次に三次元画像の表示について説明する。ステップＳＴ４で説明したように、算出部１３において、選択されたグラフに対応するセグメントの位置が算出される。このとき選択されたグラフに対応するセグメントが三次元画像上、見えない場合があり得る。例えば、画面の奥に対応するセグメントが隠れてしまっており、画面上表示されず操作者から見えない場合である。このままでは選択されたグラフに対応するセグメントを操作者に見やすい位置に表示させることはできない。そこで、三次元画像を移動、回転、或いは、拡大、縮小することによって、画面上操作者に見やすい位置に表示させる。

具体的には、以下の通り表示させる。まず前提として、三次元画像においては、その重心が定義されている。従って、この重心を利用して三次元画像の移動等を行う。まず移動に関しては、画面上三次元画像が表示される領域の中心位置に三次元画像の重心が重なるように行う。例えば、操作者がこれまで表示されていた三次元画像に関して、セグメントを見やすくするために様々にその位置を動かした場合、その位置のままでは選択されたグラフに対応するセグメントが見えない、或いは、見にくい状態にあることもある。移動はそのような状態に三次元画像がある場合に有効である。

その上で、選択されたグラフに対応するセグメントの中心位置とその重心が操作者から見て重なるように三次元画像を回転させる。すなわち、セグメントの中心位置と重心とを結ぶ線が表示部１ｇの画面と垂直になるように回転させる。このように回転することによって、操作者は、これまで見えなかった選択されたグラフに対応するセグメントの中心位置を正面に、その視線の先に（操作者の目がセグメントの中心位置を見るその先に）三次元画像の重心がくるように見ることができるようになる。このように表示することによって、選択されたグラフに対応するセグメントは画面上正面に表示されることになる。

さらに、必要に応じて表示される三次元画像の輪郭が例えば、表示領域内に収まるように拡大、或いは、縮小が行われる。三次元画像の移動、回転、拡大、縮小は対応するセグメントを操作者に見やすい位置に移動させるために行われるものである。従って、必要に応じて移動等のいずれか、或いは、それらが組み合わされて行われることになる。これらの算出結果は、算出部１３から指示作成部１４に送られ、さらに指示作成部１４からの指示が表示部１ｇに送信されて表示される（ＳＴ６）。図４に示す画面例では、選択されたグラフに対応するセグメントが矩形上に囲まれて三次元画像上に示されている。

なお、この他三次元画像の表示方法としては、例えば選択されたグラフに対応するセグメント以外のセグメントを消去し、対応するセグメントのみを表示させるようにしても良い。また、表示させる臓器の全体の輪郭やその他のセグメントを表示するために、例えば、その輪郭やその他のセグメントを破線等で示すことも可能である。さらには、表示セグメントに対してパラメータを基にした色づけがされている場合には、選択されたグラフに対応するセグメントのみに色づけを行い、その他のセグメントに対しては色づけを省略する、といった表示方法も可能である。

以上、ＭＰＲ画像の表示と三次元画像の表示とを分けて説明したが、これらの表示変更は同時に行われ、操作者がグラフを選択することによってＭＰＲ画像の表示と三次元画像の表示とはいずれもこれまで表示されていた画像に替えて選択されたグラフに対応するセグメントを表す画面へと遷移する。

これまで説明してきたように、解析結果が示されるグラフを選択すると同時にその選択されたグラフが示すセグメントを操作者にとって見やすい位置に表示させることによって、操作者の操作負担を軽減することのできる医用画像診断装置及び制御プログラムを提供することができる。

この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ 医用画像診断装置（超音波診断装置）
１ａ ＣＰＵ
１ｂ ＲＯＭ
１ｃ ＲＡＭ
１ｄ 入出力インターフェイス
１ｅ バス
１ｆ 入力部
１ｇ 表示部
１ｈ 通信制御部
１ｉ 記憶部
１ｊ 送受信部
１ｋ 画像生成部
１ｌ 移動ベクトル処理部
１ｍ 運動情報演算部
１０ 表示画像処理部
１１ 受信部
１２ 確認部
１３ 算出部
１４ 指示作成部
１５ 送信部
Ｐ プローブ

Claims (5)

1. 運動する組織の組織運動情報を基に表示形態の異なる複数の画像を生成、表示するとともに、前記組織のセグメントごとの組織運動量を示すグラフを生成し表示することができる医用画像診断装置において、
   前記セグメントごとに表示されたグラフの一が新たに選択された場合に、前記選択されたグラフに対応するセグメントが表わされているＭＰＲ画像を、これまで表示されていたＭＰＲ画像に替えて表示部に表示させる表示画像処理部を備えることを特徴とする医用画像診断装置。
2. 前記表示形態の異なる複数の画像の１つは三次元画像であり、前記画像処理部は、これまで表示されていた三次元画像に替えて前記選択されたグラフに対応するセグメントが表わされている三次元画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の医用画像診断装置。
3. 前記画像処理部は、前記これまで表示されていた三次元画像を移動、回転、拡大縮小のいずれか単独、或いは、これらを組み合わせることによって前記選択されたグラフに対応するセグメントが表わされている三次元画像を表示することを特徴とする請求項２に記載の医用画像診断装置。
4. 前記画像処理部は、前記選択されたグラフに対応するセグメントが表わされている三次元画像を表示するに際して、該当する前記セグメントが表わされている三次元画像のみを残し、周囲のセグメントを示す三次元画像を消去して前記セグメントが表わされている三次元画像を強調する表示を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の医用画像診断装置。
5. 医用画像診断装置が備えるコンピュータに運動する組織の組織運動情報を基に表示形態の異なる複数の画像を生成、表示させるとともに、前記組織のセグメントごとの組織運動量を示すグラフを生成、表示を実行させることを特徴とする制御プログラムにおいて、
   前記セグメントごとに表示されたグラフの一が新たに選択された場合に、前記選択されたグラフに対応するセグメントが表わされているＭＰＲ画像を、これまで表示されていたＭＰＲ画像に替えて表示部に表示させる表示画像処理ステップを医用画像診断装置が備えるコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラム。

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