JP5645811B2 - 医用画像診断装置、関心領域設定方法、医用画像処理装置、及び関心領域設定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、医用画像診断装置、関心領域設定方法、医用画像処理装置、及び関心領域設定プログラムに係り、特に被検体の断層部位における断層画像に関心領域(ROI：Region Of Interest)を自動設定する技術に関する。

超音波診断装置、X線CT装置、及び磁気共鳴イメージング(MRI)装置など、被検体の断層部位の組織の画像データを取得し、この画像データに基づいて断層画像を生成して表示する医用画像診断装置が従来から知られている。例えば超音波診断装置は、超音波探触子により被検体内部に超音波を送信し、被検体内部から生体組織の構造に応じた超音波の反射エコー信号を受信することにより、例えばBモード画像等の断層画像を生成して表示する。

このような医用画像診断装置では、断層画像に含まれる特定の部位の観察や計測を詳細に行うためにROIを設定することが知られている。すなわち、注目する領域にROIを設定することにより、ROI外の情報を疎にする代わりに、ROI内の情報を詳細に表示したり計測したりすることが可能となる。例えば、超音波診断のカラードプラにおいて、ROIの大きさを絞ると、ROI内の狭い走査範囲のみドプラ解析するので、時間分解能が向上する効果が得られる。

ところで、ROIを設定するためには観察部位ごとにROIの位置及び大きさを調整する必要があるが、従来は検者がトラックボール等の入力機器を用いて手動で設定しているため、検者の負担になっていた。

この点、例えば特許文献1に記載されているように、カラーフローマッピング像における血流速度の最大流速位置に基づいて、ドプラサンプル点を設定することにより検者の負担を軽減するシステムが提案されている。

特許第3403917号公報

しかしながら、特許文献1に記載された技術は、血流の最大速度という指標のない血流位以外の被検体の様々な観察部位に関心領域をコンピュータにより設定することについては考慮されていない。
したがって、ドプラ計測が困難な観察部位に対してROIを設定したり、血流部位以外の観察部位に対してROIを設定したりすることは配慮されていない。
そこで本発明は、被検体の様々な観察部位に関心領域を設定するにあたり、新規な指標を設けることを課題とする。

本発明の医用画像診断装置は、被検体の組織の画像データを取得してこの画像データに基づいて被検体の組織の画像を生成する画像生成手段と、生成された画像の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方を求める演算手段と、画像の観察部位を指定する入力手段と、複数の異なる観察部位のそれぞれの画像における計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方の特徴量をあらかじめ設定格納するデータベースと、入力手段を介して指定された観察部位の特徴量をデータベースから読み出して、生成された画像の演算手段による演算結果と照合する照合手段と、この照合手段の照合結果に基づいて生成された画像に関心領域を設定するROI設定手段とを備えて構成される。

また本発明の医用画像診断装置は、被検体の断層部位の組織の画像データを取得してこの画像データに基づいて断層画像を生成する断層画像生成手段と、生成された断層画像の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方を求める演算手段と、断層画像の観察部位を指定する入力手段と、複数の異なる観察部位のそれぞれの断層画像における計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方の特徴量をあらかじめ設定格納するデータベースと、入力手段を介して指定された観察部位の特徴量をデータベースから読み出して、生成された断層画像の演算手段による演算結果と照合する照合手段と、この照合手段の照合結果に基づいて生成された断層画像に関心領域を設定するROI設定手段とを備えて構成される。

すなわち、検者が入力手段を介して関心領域を設定したい部位(観察部位)を指定すれば、指定された観察部位の特徴量がデータベースから読み出されて画像と照合され、この照合結果に基づいて画像に関心領域が設定される。したがって、被検体の様々な観察部位の特徴量つまり各観察部位の画像の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方に現れる観察部位に固有な特徴を、関心領域を設定する際の新規な指標としてあらかじめ求めてデータベースに格納しておけば、被検体の様々な観察部位に関心領域を自動設定することが可能となる。

この場合において、特徴量は、複数の異なる観察部位のそれぞれの画像における計測点の輝度の分布パターン、動きベクトルの分布パターン、及び動きベクトルの大きさ、方向の少なくともいずれかに基づいて設定することができる。つまり画像における計測点の輝度の分布パターンや動きベクトルの分布パターンには、各観察部位に固有な特徴が現れるのでこれを特徴量とすることができる。また例えば被検体の心臓を観察する場合、心臓の弁は他の部位に比べて動きが速いことから、心臓の弁に対する特徴量を「動きベクトルが最も大きい位置」といった論理形式で設定することもできる。

また、特徴量は、被検体の心臓の画像における複数の計測点の輝度の分布パターンから抽出された心腔内壁面及び弁輪面に囲まれる心腔領域の輪郭線情報に基づいて設定されたものを含ませることができる。例えば心腔内壁面に相当する心腔内壁輪郭線の両端点は弁輪面の根元に相当する弁輪部となり、心腔内壁輪郭線の頂点は心尖部となるので、これらを特徴量として設定しておくことができる。また心臓の血流を観察したい場合には例えば2つの弁輪部の中点を特徴量として設定しておくことができる。

また、ROI設定手段で自動設定された関心領域を生成された画像とともに表示手段に表示し、画像の複数の計測点の動きベクトルに応じて関心領域を追従させることができる。これによれば、一旦観察部位に関心領域が設定されたら、関心領域が組織の動きに追従するので検者がいちいち関心領域を再設定する必要がなくなり負担を軽減することができる。

本発明の関心領域設定方法は、被検体の組織の画像データを取得してこの画像データに基づいて被検体の組織の画像を生成するステップと、生成された画像の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方を求めるステップと、画像の観察部位を指定するステップと、複数の異なる観察部位のそれぞれの画像における計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方の特徴量を設定格納してなるデータベースから観察部位を指定するステップで指定された観察部位の特徴量を読み出して、生成された画像の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方と照合するステップと、照合結果に基づいて生成された画像に関心領域を設定するステップとを備えて構成される。

また、本発明の医用画像処理装置は、あらかじめ生成された被検体の組織の画像を入力する画像入力手段と、入力された画像の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方を求める演算手段と、画像の観察部位を指定する入力手段と、複数の異なる観察部位のそれぞれの画像における計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方の特徴量を設定格納してなるデータベースから入力手段を介して指定された観察部位の特徴量を読み出して、画像の演算手段による演算結果と照合する照合手段と、この照合手段の照合結果に基づいて画像に関心領域を設定するROI設定手段とを備えて構成される。

また、本発明の関心領域設定プログラムは、あらかじめ生成された被検体の組織の画像の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方を求めるステップと、画像の観察部位を指定するステップと、複数の異なる観察部位のそれぞれの画像における計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方の特徴量を設定格納してなるデータベースから観察部位を指定するステップで指定された観察部位の特徴量を読み出して、画像の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方と照合するステップと、照合結果に基づいて画像に関心領域を設定するステップとを備えて構成される。

本発明によれば、被検体の様々な観察部位に関心領域を設定するにあたり、新規な指標を設けることができる。

超音波診断装置の実施例1の概略構成を示すブロック図 超音波診断装置の実施例1の計測画面を示す図 超音波診断装置の実施例1のフローチャート 心臓心尖部4腔像における動きベクトルに基づくドプラサンプルゲートの設定例を示す図 動き特徴量データベースから読み出した動き特徴量と断層画像の算出された動き特徴量とを照合する例を示す図 心臓の短軸像に動きベクトルに基づいてROIを設定する例を示す図 頚動脈に動きベクトルに基づいてROIを設定する例を示す図 心臓の短軸像に動きベクトルに基づいて2か所のROIを設定する例を示す図 超音波診断装置の実施例2のフローチャート 超音波診断装置の実施例2の処理として、ROIが含まれる超音波走査範囲と含まれない超音波走査範囲で走査線密度を変え、かつROIを追従表示する例を示す図 超音波診断装置の実施例2の処理として、ROIが含まれる超音波走査範囲のみ超音波走査を行ない、かつROIを追従表示する例を示す図 超音波診断装置の実施例2の処理を3次元画像に適用した場合のROIの表示と追従を示す図 超音波診断装置の実施例3の概略構成を示すブロック図 超音波診断装置の実施例3の処理フローを示す図 超音波診断装置の実施例4の処理フローを示す図 超音波診断装置の実施例4として、心臓の輪郭線情報からROIを設定する処理を説明する図

以下、本発明を適用してなる医用画像診断装置、関心領域設定方法、医用画像処理装置、及び関心領域設定プログラムの実施例を説明する。本実施例は、医用画像診断装置の一例として超音波診断装置を例に挙げて説明するが、本発明は、超音波診断装置の他、X線CT装置及び磁気共鳴イメージング(MRI)装置など、被検体の断層部位の組織の断層画像を生成して表示する装置に適用することができる。

図1は、本発明を適用してなる超音波診断装置の実施例1の概略構成を示すブロック図である。図1に示す超音波診断装置1は、公知の超音波診断装置を基礎とするもので、2次元又は3次元の信号を用いて超音波診断を行うものである。超音波診断装置1は、探触子3と、超音波信号送受信部4と、超音波信号生成部5と、超音波画像生成部6と、生体信号検出部7と、動きベクトル演算部8と、動き特徴量照合部9と、動き特徴量データベース10と、ROI設定部11と、入力部12と、出力・表示部13と、制御部14を備えて構成される。

探触子3は、被検体2に対して超音波を送受信し電気信号に変換する装置であり、リニア型、コンベックス型、セクタ型等のビーム走査方法をもつものである。

超音波信号送受信部4は、探触子との間で、電気化された超音波信号を送受信する。制御部14から送受信のパワーやタイミングの情報を受け取ったり、ROI設定部11からビーム走査範囲を受け取ったりして、所望の超音波信号が得られるよう送受信が制御される。

超音波信号生成部5は、超音波信号送受信部4から受け取った信号を、整相回路や増幅回路を通して、装置の撮像設定に従って信号処理し、整形された超音波信号を得る。

超音波画像生成部6は、超音波信号生成部5から受け取った信号を、増幅回路や検波回路を通して、超音波診断装置の撮像設定に従って信号処理し、超音波画像を生成する。探触子3、超音波信号送受信部4、超音波信号生成部5、及び超音波画像生成部6により断層画像生成手段が構成される。

生体信号検出部7は、被検体2の生体信号を検出して信号データに変換するものである。生体信号として、ECG(electrocardiogram)やPCG(phonocardiogram)が挙げられる。

動きベクトル演算部8は、制御部14で指定されたタイミングや位置において、超音波信号生成部5から出力された超音波信号又は超音波画像生成部6から出力された超音波画像の振幅パターンを利用して被検体2の断層画像の複数の計測点の動きベクトル及び動きベクトルに対して平均、分散等の統計処理を行なってノイズを除去した特徴量を算出する。

動き特徴量照合部9は、動きベクトル演算部8から出力された動きベクトル或いは動きベクトルの特徴量と、入力部12を介して指定された観察部位に対応して動き特徴量データベース10に格納されている特徴量とを照合し、所望するROIの位置を検出する。また、入力部12によって指定された計測項目に応じてROIの形状を決定する。

動き特徴量データベース10は、ROIが設定される複数の異なる観察部位のそれぞれの断層画像における計測点の動きベクトルの特徴量があらかじめ設定格納されている。例えば、観察部位それぞれの断層画像における複数の計測点の動きベクトルの分布パターン、ある時相におけるROIの動きベクトルの大きさや方向のデータ、「動きベクトルの大きさが極値をとる位置」などの論理が記述されている。また、観察部位や計測項目毎に設定すべきROIの形状の情報が格納されている。

ROI設定部11は、動き特徴量照合部9による照合結果に基づいてROIを設定する。ところでROIは、計測項目に従った2次元平面または3次元立体の形状をもつものである。また、ドプラのサンプルゲートのような幅で定義されるROIも含む。

入力部12は、検者が計測項目やROIを設定したい部位を観察部位として指定する入力機器であり、キーボード、トラックボール、スイッチ等を備えている。

出力・表示部13は、超音波画像生成部6から出力される超音波画像と、ROI設定部11で設定されたROIとを重ね合わせて表示するとともに、ROI設定部11で設定されたROIに基づく計測位置データを計測演算部へ出力する。計測演算部はROI設定部11で設定されたROI内の各種演算、解析を行う。

制御部14は、入力部12からの指示や生体信号検出部7からの信号に基づいて、各部の処理タイミングを制御する。

本実施例の超音波診断装置を操作する際の流れについて図2を用いて説明する。検者は、通常の検査のとおり、被検体に探触子3を当てて断層画像を描画する。図2は本実施形態の超音波診断装置の計測画面201を示す図であり、心臓の心尖部4腔像202を観察しているところである。ここで、検者はズームして組織を詳細に観察したり、ドプラ計測のウィンドウを設定したりするためにROIを設定することになる。ROIの設定部位の種類は画面上にリスト204としてリスト化されて表示されているので、このリスト204から入力部12を介してROIを設定したい所望の観察部位を選択する。超音波診断装置1は、選択されたROIの種類に基づいてROIの位置を設定する。

図2の例は、リスト204の中からMV(僧帽弁、Mitral Valve)のドプラサンプルゲートを選択したところである。心臓の心尖部4腔像202の中に選択されたROI、ここではMVのドプラサンプルゲート203が表示される。また、ROIの位置が所望の位置からずれた場合には、入力部12を介して手動により微調整する。この後、さらに、追従機能によって組織の位置が画像内で動いても、これに追従して移動したROIがフレーム毎に動画表示される。なお図2に示すように生体信号検出部7により検出された被検体2の生体信号205を時系列に表示してもよい。

検者による操作は、ROIを設定したい観察部位をリストから選択するのみである。したがって、従来トラックボール等の入力機器を用いてROIの位置を移動させながらその大きさを設定していた負担を軽減させることが可能である。

以下、超音波診断装置の動作の詳細について説明する。図3は超音波診断装置の実施例1のフローチャートである。本実施例は被検体の断層画像の計測点の動きベクトルに基づいてROIを自動設定する実施例である。まず、検者はROIを設定したい観察部位を入力部12により選択する(S101)。ここで、観察部位の選択は、図2のようにROIの候補をリスト204で表示しておき、入力部12を用いて選択することができる。また、トラックボールとボタンによりリストから1ないし複数のROIを選択したり、あらかじめ観察したい部位をリスト化しておき、フットスイッチ等によりリスト順に切り替えて選択したりすることが可能である。ROIの候補をリスト204で表示して選択させる他にも、例えば検者に任意の観察部位を文字入力させたり、マイクを通して音声認識入力させたりすることもできる。

また、ROIは図2の例以外でも、ドプラサンプルゲート、カラーフローマッピング、組織ドプラ、ズーム観察、スペックルトラッキング等のROIを設定しなければならない観察や計測用に応じて各種準備することができる。

続いて動きベクトル演算部8により動きベクトルを算出する(S102)。例えば図4左に示すように、画像全体に動きベクトルを算出するサンプル点501(計測点)を設定し、このサンプル点501の動きベクトル502を算出する。図4左の例では、画像全体を満たすようにサンプル点501の位置を格子状にしているが、配置方法はこれに限らない。サンプル点501の密度は、高くするほど高空間分解能の動き情報が得られるが、計算時間がかかるため適当な間隔で間引いた位置とすることもできる。

動きベクトルを求める演算方法は、超音波信号の振幅パターンを利用した動き解析が用いられる。サンプル点501近傍の振幅パターンを用いて次のフレームでの移動先を算出するパターンマッチング法が用いられ、例えば、ブロックマッチング法などの公知の方法を適用することができる。利用する振幅パターンは、超音波信号生成部5から出力される超音波RF信号や超音波画像生成部6から出力される超音波2次元又は3次元画像パターンである。なお、このサンプル点501の位置やベクトルは実際の計測画面上に表示してもしなくてもよい。

心臓や血管のように拍動性のある組織の場合には、生体信号検出部7から出力される生体信号に同期させて動きベクトルを算出する時相を設定することができる。この時相は制御部14によって制御される。例えば、対象組織が心臓で、生体信号がECGである場合には、ECGのR波から特定の期間のみ動きベクトルを算出することで心臓の収縮期の動きの特徴のみを効率良く取り出すことが可能になる。また、連続的に動きベクトルを算出せずに、ECGの1ないし複数の特定時相のみの動きベクトルを算出することも可能である。

次に動き特徴量を算出する(S103)。S102の処理を行うと、サンプル点毎に動きの大きさ及び方向の時系列データつまり動きベクトルの分布パターンが得られる。動きベクトルの分布パターンそのものを特徴量とすることもできるし、さらに演算を施して、組織の動きの特徴を抽出した特徴量として定義しなおすこともできる。例えば、ECGと同期させて、収縮期区間のみを抽出することができる。動きベクトルの方向成分の時間平均を求めて、方向の特徴を抽出することもできる。また、弁のように動きの速い組織に着目するならば、動きベクトルの大きさ成分の最大値を抽出することにより、組織毎に特徴量を定義することが可能になる。

次に動き特徴量照合部9により動き特徴量の照合を行う(S104)。これは、S103で算出した動き特徴量と動き特徴量データベース10内の動き特徴量が合致する位置を検出する処理である。動き特徴量データベース10には、ROIの設定を行なう複数の異なる観察部位とその動き特徴量が対応付けて保持されている。例えば、心臓の左室の場合には左室全体の平均的な動き特徴量(例えば左室に現れる動きベクトルの分布パターン)というように、各観察部位の断層画像におけるサンプル点の動きベクトルの分布パターンをあらかじめ設定格納することができる。また、例えば心臓の弁は、心臓の他の部位に比べて最も動きが速いので、「動きベクトルの大きさが極値をとる位置」のような論理形式で格納しておくこともできる。

例えば左室全体の平均的な動き特徴量によって照合する場合には(観察部位として左室全体が検者により指定された場合には)、動き特徴量データベース10から左室全体に対応する動き特徴量を読み出して断層画像の算出した動き特徴量と照合する。例えば動き特徴量データベース10から読み出した動き特徴量601を、図5のように位置と大きさを可変にしながら矢印のように断層画像内で走査させながら、算出した動き特徴量と最も合致する位置602を検出する。

ROI設定部11によりROIの形状を設定する(S105)。前記処理によりROIの位置や大きさが決定しているので、ROIや計測の種類(ドプラ、2次元、3次元等)に応じて、ROIの形状を作成し、超音波断層画像に重畳させる。ROIの形状は、組織や計測項目に応じて設定することが可能であり、図4のようなドプラサンプルゲート203、図5、7のような四角形のROI、図6のような扇型のROI702、3次元では立体形状のROIとすることができる。ROIの位置を微調整する場合には、入力部12により入力機器を用いて手動により調整することも可能である。

ROIの設定に関して心臓の左室の例以外に数例挙げて説明する。心臓の弁の場合のように「動きベクトルの大きさが極値をとる位置」として検出する場合には、対象画像で算出した動き特徴量から、動きベクトルの大きさが最大になる位置を検出すればよい。図4の例では、ベクトルの大きさが一番大きい位置が検出されてドプラサンプルゲート203が設定される。この例は、検者が、MVにドプラサンプルゲートを置くようにリスト204から選択した場合で、ドプラサンプルゲート203が設定された図である。

図4右は、図4左を詳細に解析した一例である。左右の弁の速度ベクトルの大きさは、付け根が小さく先端が大きい、また、ベクトルの向きは互いに左右反対方向となる。したがって、速度が最大であり、かつ互いに逆方向を向くベクトルの中央にサンプルゲートを設定するようにすれば、さらに精度の高い設定が可能になる。

図6は心臓の短軸像に動きベクトルに基づいてROIを設定する例を示す図である。短軸像の例(図6)701では、ある閾値以上の動きベクトルの大きさを持つ領域と定義すると、心筋を囲む扇型のROI702を設定することが可能である。これにより、簡単な手順でROIが設定でき、この後、ROIをズームして詳細に観察したり、動きベクトルから心筋動態を計測したりするなどの操作を簡便に行うことが可能になる。

図7は頚動脈に動きベクトルに基づいてROIを設定する例を示す図である。頸動脈の例(図7)801では、特徴量を、動きベクトルの向きが対向している領域と定義することにより、上下の頸動脈壁を囲むROI802を設定することが可能である。この後、ROIをズームして詳細に観察したり、動きベクトルから壁の動態を計測したり、IMT(内膜中膜複合体厚、Intima-Media Thickness)計測のROIとして設定するなどの操作を簡便に行うことが可能になる。

次に出力・表示部13によりROIを含んだ超音波画像を計測画面201上に表示する(S106)。図2のように計測画面201の心臓の心尖部4腔像202上にROIとしてドプラサンプルゲート203が重ねて表示される。ROIの位置データは、この後に続く計測処理部に出力され、計測が実行される。

最後に連続的に次のフレームにおいてもROIの設定が要求されているか確認する(S107)。そのフレームで要求が無ければ終了し、要求があればS102より繰り返して処理を行う。これにより、組織の位置が移動しても時間連続的に移動したROIの位置を検出し続けることが可能になる。

本実施例によれば、検者がROIを設定したい観察部位を選択するだけで、自動的にROIの位置と大きさを設定するので、検者の負担が軽減する。また、動きの特徴をデータベースとして保持しているので、被検体の様々な動きを有する観察部位のROI自動設定に対応できる。また、生体信号と同期させることにより、より鋭敏な動き特徴量を抽出することが可能になる。

続いて本発明を適用してなる超音波診断装置の実施例2について説明する。第2実施例の超音波診断装置の装置構成は実施例1と同様である。図9は超音波診断装置の実施例2のフローチャートである。実施例2は、実施例1と同様にROI設定した後、設定されたROIに基づいてビーム走査範囲を絞り、ROIの位置を組織の動きに追従させるものである。

ステップS201からS205までは、実施例1のステップS101からS105と同様であるので省略する。ここでは、図8の心臓短軸像において、2か所にROI902を設定した場合を例に説明する。心臓の心筋はねじれるようにして収縮と拡張を繰り返すので、例えば回転しながら左斜め下(或いは右斜め上)に移動するベクトルといった特徴量をあらかじめ格納しておくことによりROI902を設定することができる。このように2か所のROI902を設定するのは、2か所のROIの中心901の間の距離変化を計測したり、2か所のドプラ計測を同時行ったりする場合に好適である。

ROI設定S205によりROIが設定されると、次にビーム走査範囲を設定する(S206)。ROI設定部11から超音波信号送受信部4に設定されたROIの情報が送られて、走査範囲は超音波信号送受信部4により制御される。図10のように、ROI902が含まれる超音波走査範囲において走査線密度を高くし、それ以外のROI902が含まれない超音波走査範囲では走査線密度を低くして異ならせる。このようにROI902が含まれる超音波走査範囲のみ走査線本数を増やすことにより、ROI902の画質や計測精度を向上させることができる。

さらには、図11のようにROI902を覆う範囲において走査線を設定し、それ以外の領域では走査しないようにすることもできる。ROIの範囲内のみに超音波走査させることによって、1フレームあたりの走査線本数が減るのでフレームレートが向上し、観察や計測の時間分解能を高めることができる。

次にROIを出力・表示部13により超音波断層画像上に重畳して表示する(S207)。ROIの形状等については実施例1のステップS106と同様である。本実施例では、走査線範囲を可変に設定しているので、これに対応した表示を行う。図10では、ROI902を囲む範囲に応じて走査線密度を変えているため、その走査線範囲1001を表示して、走査線密度を変えていることを明示する。図11では、走査線範囲1001のみ走査しているので、これ以外の範囲には何も描画されないことを示している。なお図11の走査線範囲1001以外の領域は最初に撮像された断層画像を表示させて更新しないようにすることもできる。

連続的に次のフレームにおいてもROIの設定が要求されているか確認する(S208)。要求が無ければ終了し、要求があれば以下のようにROIを組織に追従させる処理を行う。

続いて動きベクトル演算部8によりROIの動きベクトルの算出を行う(S209)。図10のようにROIの中心901近傍の計測点の振幅パターンを用いて次のフレームでの移動先を算出する。動きベクトルの具体的な演算は実施例1のステップS102と同様である。

次にROI設定部11により算出された動きベクトルの分だけROIを移動させる(S210)。図10，11に示すように、ROIの中心901からのベクトル(細矢印)方向へROI902を移動させる。

次にビーム走査範囲を設定する(S211)。ROI設定部11から超音波信号送受信部4に設定されたROIの情報が送られて、走査範囲は超音波信号送受信部4により制御される。ROI902の位置は移動するので、これに応じて走査範囲も追従して移動させなければならない。図10、11では、ROIの位置が細矢印の方向に移動することを示している。この大きさに応じて、走査線範囲を太矢印だけ移動させる。

次に出力・表示部13によってROI設定部11で決定された位置にROIを表示する(S212)。また、同時に走査線範囲1001も移動した位置に表示する。

連続的に次のフレームにおいてもROIの設定が要求されているか確認する(S213)。要求が無ければ終了し、要求があればステップS209から繰り返してROIの移動と追従の処理を行う。

ここで、3次元画像の場合について、図12のようにセクタ型の2次元アレイプローブによって心臓を撮像した例を用いて説明する。実施例1，2ともに、奥行き方向に次元を増やし3次元ベクトルとすることで適用可能である。この場合、動きベクトル演算部8は、超音波画像生成部6により生成された複数枚の断層画像に基づいて生成された3次元ボリュームデータの複数の計測点の動きベクトルを求める。また、動き特徴量照合部9は、動き特徴量データベース10から入力部12を介して指定された観察部位の特徴量を読み出して、生成された3次元ボリュームデータの動きベクトル演算部8で求められた動きベクトルと照合する。

図12の場合、ROI902は直方体であり、3次元の振幅パターンを用いて動きベクトルを算出する。上述と同様にROI設定部11から超音波信号送受信部4に設定されたROIの情報が送られて、走査範囲は超音波信号送受信部4によりプローブの振動子アレイを2次元的に制御してビームの方向が調整される。

本実施例によれば、組織の動きに応じてROIの位置と走査線範囲を移動させ、常にROIを組織に追従させるので、検者によるROI設定の手間が軽減され、組織の時間変化の観察や計測が容易になる。また、走査線密度を可変にすることによって、ROIに注目して画質や計測精度を向上させることができる。

続いて本発明を適用してなる超音波診断装置の実施例3について説明する。図13は実施例3の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図13に示すように本実施例の超音波診断装置1は、実施例1の動きベクトル演算部8を輝度演算部18に、動き特徴量照合部9を輝度特徴量照合部19に、動き特徴量データベース10を輝度特徴量データベース20に置き換えたものである。その他の構成は実施例1と同様であるので説明を省略する。

輝度演算部18は、制御部14で指定されたタイミングや位置において、超音波信号生成部5から出力された超音波信号又は超音波画像生成部6から出力された超音波画像の振幅パターンを利用して被検体2の断層画像の複数の計測点の輝度分布及び輝度分布に対して平均、分散等の統計処理を行なってノイズを除去した特徴量を算出する。

輝度特徴量照合部19は、輝度演算部18から出力された輝度分布或いは輝度分布の特徴量と、入力部12を介して指定された観察部位の輝度特徴量データベース20に格納されている特徴量とを照合し、所望するROIの位置を検出する。また、入力部12によって指定された計測項目に応じてROIの形状を決定する。

輝度特徴量データベース20は、ROIが設定される複数の異なる観察部位のそれぞれの断層画像における計測点の輝度の特徴量をあらかじめ設定格納している。例えば、観察部位それぞれの断層画像における複数の計測点の輝度の分布パターンが格納されている。また、観察部位や計測項目毎に設定すべきROIの形状の情報が格納されている。

図14は超音波診断装置の実施例3のフローチャートである。実施例3は、観察部位の輝度パターンの特徴を利用したパターンマッチング法を適用してROIを自動設定する例である。図14は、実施例1の処理フロー(図3)のS102〜S104をS301に置き換えたものである。実施例2の処理フロー(図9)でも同様にS202〜S204をS301に置き換えることができる。

S301では、動き特徴量データベース10のかわりに輝度特徴量データベース20を参照する。輝度特徴量データベース20の中には、複数の異なる観察部位の断層画像における計測点の輝度分布パターン、例えば心臓の弁や心筋や心腔全体の輝度分布パターンが格納されている。

輝度分布パターンの照合においては、図5のように、輝度特徴量データベース20から読み出された所望する観察部位の輝度分布パターンを動き特徴量601の代わりのデータとして、位置と大きさを可変にしながら矢印のように断層画像内で走査させて、最も合致する位置602を検出し、ROI設定(S105)を行う。

本実施例によれば、例えば、病変のために心臓の動きに異常があり、動きパターンを用いたROI設定が困難であっても、輝度パターンを用いれば、静止画像上において、動きパターンを用いた場合と同様にROI設定が可能になる。また、本実施例によれば、動きを有さない例えば乳房、肝臓等の様々な組織に対して自動でROIを設定することができるので、組織の腫瘍部位を詳細に計測、解析等する際にROIを設定するのに好適である。

なお、動きベクトル演算部8と輝度演算部18、動き特徴量照合部9と輝度特徴量照合部19、動き特徴量データベース10と輝度特徴量データベース20を超音波診断装置1に並列に設けておくこともできる。この場合、観察部位に応じて動きベクトルと輝度のいずれか適しているほうを選択することもできる。また、動きベクトルに基づくROIの自動設定と輝度に基づくROIの自動設定の両者を適用できる観察部位であれば両者を並列に処理して表示し、例えば検者に選択させれば、ROIの設定確度をより高めることができる。

図15は超音波診断装置の実施例4の処理フローを示す図である。実施例4は、心腔の輪郭抽出演算を用いて抽出された輪郭に基づいてROIを設定する例である。図15に示すように、本実施例は実施例1の処理フロー(図3)のS102〜S104をS401〜S402に置き換えたものである。実施例2の処理フロー(図9)でも同様にS202〜S204をS401〜S402に置き換えることができる。実施例3の処理フロー(図14)でも同様にS301をS401〜S402に置き換えることができる。

最初に、心腔の輪郭を抽出する(S401)。抽出方法は既存の方法を用いることができ、例えば、エッジ検出や輪郭モデルを利用した方法が用いられる。図16は実施例4の心臓の輪郭線情報からROIを設定する処理を説明する図である。図16の太実線は、左心室の内外膜輪郭1501を抽出したところである。

輪郭線が抽出されると、輪郭線上には、輪郭線情報から決定できる種々の位置情報が得られる。心臓の輪郭線は心腔内壁面及び弁輪面に囲まれる心腔領域の輪郭線であるので、輪郭線の両端点は弁輪部1502に相当し、頂点は心尖部1503に相当する。また、ASE(American Society of Echocardiography)が推奨する心筋の局所位置分割法による分画の境界線1504が得られる。輪郭線から部位の位置関係が決定できるため、左心室全体や局所心筋位置や弁輪部など、所望するROIの位置を設定することができる(S402)。

上記のように輪郭線上にROIを設定する場合以外にも、例えば、心臓の血流を計測する場合には、左右の弁輪部1502の中央を特徴量として設定しておけば、ドプラサンプルゲート203を自動設定することができる。

本実施例によれば、輪郭線のような心臓の構造を得る方法を用いることにより、部位の位置関係を把握することができるため、他の実施例と同様に様々な種類のROIを設定することが可能になる。

なお上述の各実施例は、医用画像診断装置の一態様としての超音波診断装置、及び関心領域設定方法の一態様としての超音波診断装置における関心領域設定方法を説明したものであるが、本発明はこれには限定されない。例えば、あらかじめ医用画像診断装置等で生成された被検体の断層画像に対してオフラインでROIを自動設定して各種計測、解析等するのに用いられるPC等の医用画像処理装置に適用することができる。また本発明をPC等の医用画像処理装置に組み込まれる関心領域設定プログラムとすることもできる。

すなわち、本発明を適用してなる医用画像処理装置は、あらかじめ生成された被検体の組織の画像(断層部位の組織の断層画像)を入力する画像入力手段と、入力された画像(断層画像)の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方を求める演算手段と、画像(断層画像)の観察部位を指定する入力手段と、複数の異なる観察部位のそれぞれの画像(断層画像)における計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方の特徴量を設定格納してなるデータベースから入力手段を介して指定された観察部位の特徴量を読み出して、画像(断層画像)の演算手段による演算結果と照合する照合手段と、照合手段の照合結果に基づいて画像(断層画像)に関心領域を設定するROI設定手段とを備えて構成される。

検者は例えば超音波診断装置等の医用画像診断装置で生成された被検体の画像(断層画像)をUSB，USMなどの情報記録媒体に保存して画像入力手段を介してPC等の医用画像処理装置に入力する。或いは情報記録媒体を用いずにネットワーク経由で被検体の断層画像を入力することもできる。

すると医用画像処理装置の演算手段は、関心領域設定プログラムとして、入力された画像(断層画像)の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方を求めるステップを実行する。また、画像(断層画像)の観察部位を指定するステップにおいて、検者は医用画像処理装置の例えばマウス、キーボード、トラックボール等の入力手段を介して関心領域を設定したい部位つまり観察部位を指定する。照合手段は、上述のデータベースから観察部位を指定するステップで指定された観察部位の特徴量を読み出して、画像(断層画像)の複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方と照合するステップを実行する。ROI設定手段は、照合結果に基づいて画像(断層画像)に関心領域を自動設定するステップを実行する。医用画像処理装置のこれらの実行ステップは上述の実施例1，3，4において説明した処理と実質的に同様に実行される。なお、上述の実施例2において説明したROIが含まれる超音波走査範囲と含まれない超音波走査範囲で走査線密度を異ならせること、及びROIを追従表示すること等の機能を医用画像処理装置に組み込むこともできる。

これによれば、検者はオフラインで医用画像処理装置の入力手段を介して関心領域を設定したい部位(観察部位)を指定すれば、指定された観察部位の特徴量がデータベースから読み出されて断層画像と照合され、この照合結果に基づいて画像(断層画像)に自動で関心領域が設定される。したがって、被検体の様々な観察部位の特徴量つまり各観察部位の画像(断層画像)の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方に固有に現れる特徴をあらかじめ求めてデータベースに格納しておけば、被検体の様々な観察部位に関心領域を自動設定することが可能となる。

また、上記実施形態では、断層画像を関心領域の設定の対象としたが、関心領域の設定の対象は、Mモード像、組織ドプラ像であってもよい。

1 超音波診断装置、3 探触子、4 超音波信号送受信部、5 超音波信号生成部、6 超音波画像生成部、7 生体信号検出部、8 動きベクトル演算部、9 動き特徴量照合部、10 動き特徴量データベース、11 ROI設定部、12 入力部、13 出力・表示部、18 輝度演算部、19 輝度特徴量照合部、20 輝度特徴量データベース、501 サンプル点、502 動きベクトル

Claims (10)

1. 被検体の組織の画像データを取得して該画像データに基づいて前記被検体の組織の画像を生成する画像生成手段と、
   前記生成された画像の複数の計測点の動きベクトルのパターンを求める演算手段と、前記画像の観察部位を指定する入力手段と、
   複数の異なる観察部位のそれぞれの画像における計測点の動きベクトルのパターンの特徴量をあらかじめ設定格納するデータベースと、
   前記入力手段を介して指定された観察部位の前記特徴量を前記データベースから読み出して、前記生成された画像の前記演算手段による演算結果と照合する照合手段と、
   該照合手段の照合結果に基づいて前記生成された画像に関心領域を設定するROI設定手段と、を備えてなる医用画像診断装置。
2. 被検体の断層部位の組織の画像データを取得して該画像データに基づいて断層画像を生成する断層画像生成手段と、
   前記生成された断層画像の複数の計測点の動きベクトルのパターンを求める演算手段と、前記断層画像の観察部位を指定する入力手段と、
   複数の異なる観察部位のそれぞれの断層画像における計測点の動きベクトルのパターンの特徴量をあらかじめ設定格納するデータベースと、
   前記入力手段を介して指定された観察部位の前記特徴量を前記データベースから読み出して、前記生成された断層画像の前記演算手段による演算結果と照合する照合手段と、
   該照合手段の照合結果に基づいて前記生成された断層画像に関心領域を設定するROI設定手段と、を備えてなる医用画像診断装置。
3. 前記特徴量は、前記被検体の心臓の画像における複数の計測点の輝度の分布パターンから抽出された心腔内壁面及び弁輪面に囲まれる心腔領域の輪郭線情報に基づいて設定されたものが含まれてなる請求項1または2に記載の医用画像診断装置。
4. 前記ROI設定手段で自動設定された関心領域を前記生成された画像とともに表示手段に表示し、前記画像の複数の計測点の動きベクトルに応じて前記関心領域を追従させる請求項1乃至3のいずれか1項に記載の医用画像診断装置。
5. 前記断層画像生成手段は、前記被検体との間で超音波を送受信する超音波探触子と、
   該超音波探触子に送信信号を供給するとともに前記超音波探触子で計測された反射エコー信号を受信する超音波信号送受信部と、
   前記反射エコー信号に基づいて前記被検体の断層部位のRF信号フレームデータを生成する超音波信号生成部と、
   前記RF信号フレームデータに信号処理を施して超音波断層画像を生成する超音波画像生成部と、を備えて構成されてなり、
   前記超音波信号送受信部は、前記ROI設定手段で設定された関心領域が含まれる超音波走査範囲と該関心領域が含まれない超音波走査範囲における超音波送受信設定を異ならせる請求項2乃至4のいずれか1項に記載の医用画像診断装置。
6. 前記被検体の生体信号を検出する生体信号検出手段を備え、
   前記演算手段は、前記検出された生体信号と同期して前記断層画像の複数の計測点の動きベクトルを求める時相が設定されてなる請求項2乃至5のいずれか1項に記載の医用画像診断装置。
7. 前記演算手段は、前記断層画像生成手段により生成された複数枚の断層画像に基づいて生成された３次元ボリュームデータの複数の計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方を求め、前記照合手段は、複数の異なる観察部位のそれぞれの3次元ボリュームデータにおける計測点の輝度及び動きベクトルの少なくとも一方の特徴量を設定格納してなるデータベースから前記入力手段を介して指定された観察部位の前記特徴量を読み出して、前記生成された3次元ボリュームデータの前記演算手段による演算結果と照合する請求項2乃至6のいずれか1項に記載の医用画像診断装置。
8. 被検体の組織の画像データを取得して該画像データに基づいて前記被検体の組織の画像を生成するステップと、
   前記生成された画像の複数の計測点の動きベクトルのパターンを求めるステップと、
   前記画像の観察部位を指定するステップと、
   複数の異なる観察部位のそれぞれの画像における計測点の動きベクトルのパターンの特徴量を設定格納してなるデータベースから前記観察部位を指定するステップで指定された観察部位の前記特徴量を読み出して、前記生成された画像の複数の計測点の動きベクトルのパターンと照合するステップと、
   照合結果に基づいて前記生成された画像に関心領域を設定するステップと、を備えてなる関心領域設定方法。
9. あらかじめ生成された被検体の組織の画像を入力する画像入力手段と、前記入力された画像の複数の計測点の動きベクトルのパターンを求める演算手段と、
   前記画像の観察部位を指定する入力手段と、複数の異なる観察部位のそれぞれの画像における計測点の動きベクトルのパターンの特徴量を設定格納してなるデータベースから前記入力手段を介して指定された観察部位の前記特徴量を読み出して、前記画像の前記演算手段による演算結果と照合する照合手段と、
   該照合手段の照合結果に基づいて前記画像に関心領域を設定するROI設定手段と、を備えてなる医用画像処理装置。
10. あらかじめ生成された被検体の組織の画像の複数の計測点の動きベクトルのパターンを求めるステップと、
    前記画像の観察部位を指定するステップと、
    複数の異なる観察部位のそれぞれの画像における計測点の動きベクトルのパターンの特徴量を設定格納してなるデータベースから前記観察部位を指定するステップで指定された観察部位の前記特徴量を読み出して、前記画像の複数の計測点の動きベクトルのパターンと照合するステップと、
    照合結果に基づいて前記画像に関心領域を設定するステップと、を備えてなる関心領域設定プログラム。

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