JP5748970B2 - 血管セグメンテーションを行う超音波システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波システムに関し、特に、血管セグメンテーション（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を行う超音波システムおよび方法に関する。

超音波システムは、無侵襲および非破壊特性を有しており、対象体内部の情報を得るために医療分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要がなく、対象体の内部組織を高解像度の映像で医師に提供することができるので、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。

３次元の超音波映像を用いた超音波システムは、２次元超音波映像では提供することができない空間情報や解剖学的な形態情報を提供してくれる。即ち、この超音波システムは、超音波信号を対象体に送信して対象体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）を用いてボリュームデータを形成し、その形成されたボリュームデータをレンダリングして３次元超音波映像を形成する。

一方、超音波システムは、３次元超音波映像にセグメンテーション（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を行い、３次元超音波映像で関心物体（例えば血管）のみを抽出することができる。しかし、セグメンテーション処理を行っても、それで得られる血管の構造が複雑な場合、その多数の血管の中から特定の血管を識別するのが困難であるだけでなく、血管連結点（または分岐点）の位置を把握するのが困難である場合がある。

特表２００７−５１２８６２号公報 特開１９９５−１７８０８６号公報 特表２００１−５０４６０３号公報 特開１９９３−１３７７２８号公報

本発明の目的は、３次元超音波映像に複数のスライスを設定し、互いに隣接するスライス間に血管境界の位置差を用いて血管のセグメンテーションを行う超音波システムおよび方法を提供することにある。

本発明における超音波システムは、血管を含む対象体に超音波信号を送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して前記対象体に対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、前記超音波データを用いてボリュームデータを形成するボリュームデータ形成部と、前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成し、前記３次元超音波映像に複数のスライスを設定し、互いに隣接したスライス間のおける前記血管の整列程度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）に基づいて、前記血管のセグメンテーション（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を行うプロセッサとを備える。

また、血管セグメンテーションの方法は、ａ）血管を含む対象体に超音波信号を送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して前記対象体に対応する超音波データを取得する段階と、ｂ）前記超音波データを用いてボリュームデータを形成する段階と、ｃ）前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成する段階と、ｄ）前記３次元超音波映像に複数のスライスを設定する段階と、ｅ）前記互いに隣接したスライス間における前記血管の整列程度に基づいて前記血管のセグメンテーション（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を行う段階とを備える。

本発明は、３次元超音波映像を用いて血管のセグメンテーション（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を正確に行うことができ、血管をツリー形態で表現することができるだけでなく、各血管の太さ、長さ、血流などの臨床的情報を容易に取得することができる。

本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例におけるプロセッサの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における複数のスライスおよび血管の境界を示す例示図である。 本発明の実施例によって隣接するスライス間に血管の境界の位置差を示す例示図である。 本発明の実施例における血管セグメンテーションの例を示す例示図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例における超音波システム１００の構成を示すブロック図である。超音波システム１００は、超音波データ取得部１１０、ボリュームデータ形成部１２０、プロセッサ１３０、ディスプレイ部１４０および制御部１５０を備える。

超音波データ取得部１１０は、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）を受信して対象体の超音波データを取得する。

図２は、本発明の実施例における超音波データ取得部１１０の構成を示すブロック図である。超音波データ取得部１１０は、送信信号形成部２１０、複数の変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）（図示せず）を含む超音波プローブ２２０、ビームフォーマ２３０および超音波データ形成部２４０を備える。

送信信号形成部２１０は、変換素子の位置および集束点を考慮して送信信号を形成する。本実施例で、送信信号は、複数のフレームのそれぞれを得るための送信信号を含む。

超音波プローブ２２０は、送信信号形成部２１０から送信信号が提供されると、送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号を形成する。

ビームフォーマ２３０は、超音波プローブ２２０から受信信号が提供されると、受信信号をアナログデジタル変換してデジタル信号を形成する。また、ビームフォーマ２３０は、変換素子の位置および集束点を考慮してデジタル信号を受信集束させて受信集束信号を形成する。

超音波データ形成部２４０は、ビームフォーマ２３０から受信集束信号が提供されると、受信集束信号を用いて超音波データを形成する。超音波データは、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）データおよびＩＱ（ｉｎ−ｐｈａｓｅ／ｑｕａｒｄｒａｔｕｒｅ）データを含む。

再び図１を参照すると、ボリュームデータ形成部１２０は、超音波データ取得部１１０から提供される超音波データを用いてボリュームデータを形成する。ボリュームデータは、複数のフレームからなり、輝度値を有する複数のボクセル（ｖｏｘｅｌ）で形成される。

プロセッサ１３０は、ボリュームデータ形成部１２０から提供されるボリュームデータを用いて対象体内の血管を含む３次元超音波映像を形成し、３次元超音波映像を用いて血管のセグメンテーション（ｓｅｇｍｅｔａｔｉｏｎ）を行う。

図３は、本発明の実施例におけるプロセッサ１３０の構成を示すブロック図である。プロセッサ１３０は、映像形成部３１０、境界検出部３２０、スライス設定部３３０およびセグメンテーション部３４０を備える。

映像形成部３１０は、ボリュームデータ形成部１２０から提供されるボリュームデータにレンダリングを行って３次元超音波映像を形成する。レンダリングは、レイキャスティング（ｒａｙ−ｃａｓｔｉｎｇ）レンダリング、表面レンダリングなどを含む種々の方法で行なうことができる。

境界検出部３２０は、映像形成部３１０から提供される３次元超音波映像に境界検出を行って血管の境界を検出する。境界は、ソーベル（Ｓｏｂｅｌ）マスク、プレウィット（Ｐｒｅｗｉｔｔ）マスク、ロバート（Ｒｏｂｅｒｔ）マスク、キャニー（Ｃａｎｎｙ）マスクなどのような境界マスク（ｅｄｇｅ ｍａｓｋ）を用いて検出することができる。または、境界は、構造テンソル（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｅｎｓｏｒ）を用いた固有値（ｅｉｇｅｎ ｖａｌｕｅ）の差を用いて検出することもできる。

また、境界検出部３２０は、後述するスライス設定部３３０により複数のスライスＳ_１〜Ｓ_ｎが設定された後、それら複数のスライスＳ_１〜Ｓ_ｎ上における血管の境界を検出することもできる。

スライス設定部３３０は、図４に示すように複数のスライスＳ_１〜Ｓ_ｎを境界検出された３次元超音波映像に設定する。本実施例で、複数のスライスは、複数のフレームに対応するスライスであってもよい。また、スライス設定部３３０は、複数のスライスＳ_１〜Ｓ_ｎを境界検出されていない３次元超音波映像に設定してもよい。

セグメンテーション部３４０は、互いに隣接したスライス間の血管の整列程度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）に基づいて、血管のセグメンテーションを行う。一実施例で、セグメンテーション部３４０は、血管の境界を用いて隣接するスライス間で血管位置を比較して血管のセグメンテーションを行う。図４を参照してセグメンテーション部３４０の動作を説明すると次の通りである。

セグメンテーション部３４０は、第１のスライスＳ_１を分析して第１のスライスＳ_１上で血管境界ＶＥ_１１、ＶＥ_１２を検出する。セグメンテーション部３４０は、第２のスライスＳ_２を分析して第２のスライスＳ_２上で血管境界ＶＥ_２１、ＶＥ_２２を検出する。

セグメンテーション部３４０は、図５に示すように、隣接するスライス、即ち、第１のスライスＳ_１と第２のスライスＳ_２との間で血管境界の位置差を検出する。即ち、セグメンテーション部３４０は、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１との間の位置差を検出すると伴に、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２２との間の位置差を検出する。また同様にして、セグメンテーション部３４０は、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１との間の位置差を検出すると伴に、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２２との間の位置差を検出する。

セグメンテーション部３４０は、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１との間の位置差および第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２２との間の位置差が予め設定しておいたしきい値以下であり、第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２２との間の位置差および第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２と第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１との間の位置差が予め定めておいたしきい値を超える場合は、第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２１と第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１１を連結すると伴に、第２のスライスＳ_２の血管境界ＶＥ_２２と第１のスライスＳ_１の血管境界ＶＥ_１２を連結する。

セグメンテーション部３４０は、第３のスライスＳ_３および第４のスライスＳ_４に対しても前述したのと同様な操作を行う。

セグメンテーション部３４０は、第５のスライスＳ_５を分析し、第５のスライスＳ_５で血管境界ＶＥ_５を検出する。セグメンテーション部３４０は、隣接するスライス、即ち第４のスライスＳ_４と第５のスライスＳ_５との間で血管境界の位置差を検出する。そして、セグメンテーション部３４０は、第４のスライスＳ_４の血管境界ＶＥ_４１と第５のスライスＳ_５の血管境界ＶＥ_５間の位置差および第４のスライスＳ_４の血管境界ＶＥ_４２と第５のスライスＳ_５の血管境界ＶＥ_５間の位置差が予め定めておいたしきい値以下であれば、第５のスライスＳ_５の血管境界Ｖ_５と第４のスライスＳ_４の血管境界ＶＥ_４１およびＶＥ_４２を連結する。

セグメンテーション部３４０は、第６のスライスＳ_６を分析して第６のスライスＳ_６で血管境界ＶＥ_６を検出する。セグメンテーション部３４０は、隣接するスライス、即ち第５のスライスＳ_５と第６のスライスＳ_６との間に血管境界の位置差を検出する。セグメンテーション部３４０は、第５のスライスＳ_５の血管境界ＶＥ_５と第６のスライスＳ_６の血管境界ＶＥ_６との間の位置差が予め定めておいたしきい値以下であれば、第６のスライスＳ_６の血管境界Ｖ_６と第５のスライスＳ_５の血管境界ＶＥ_５とを連結する。

セグメンテーション部３４０は、第７〜第ｎのスライスＳ_７〜Ｓ_ｎに対しても前述したと同様な操作を行い、図６に示すように血管のセグメンテーションを行う。

再び図１を参照すると、ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１３０で形成された３次元超音波映像を表示する。また、ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１３０により前記方法で血管セグメンテーション処理された３次元超音波映像を表示する。

制御部１５０は、超音波データの取得を制御し、ボリュームデータおよび３次元超音波映像の形成を制御する。また、制御部１５０は、３次元超音波映像の処理（即ち、血管セグメンテーション）を制御する。

本発明は望ましい実施例によって説明および例示をしたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項および範疇を逸脱することなく様々な変形および変更が可能である。

１００ 超音波システム
１１０ 超音波データ取得部
１２０ ボリュームデータ形成部
１３０ プロセッサ
１４０ ディスプレイ部
１５０ 制御部
２１０ 送信信号形成部
２２０ 超音波プローブ
２３０ ビームフォーマ
２４０ 超音波データ形成部
３１０ 映像形成部
３２０ 境界検出部
３３０ スライス設定部
３４０ セグメンテーション部

Claims (2)

1. 複数の血管を含む対象体に超音波信号を送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して前記対象体に対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、
   前記超音波データを用いてボリュームデータを形成するボリュームデータ形成部と、
   前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成し、前記３次元超音波映像に複数のスライスを設定し、互いに隣接したスライス間における前記複数の血管の整列程度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）に基づいて、前記複数の血管のセグメンテーション（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を行うプロセッサと
   を備え、
   前記プロセッサは、
   前記複数のスライスのそれぞれに対して前記複数の血管のそれぞれの境界を検出する境界検出部と、
   前記互いに隣接するスライスにおいて、一方のスライスにおける前記複数の血管の境界と、他方のスライスにおける前記複数の血管の境界との間で複数の位置差を求め、当該複数の位置差のそれぞれを所定のしきい値と比較して前記複数の血管の前記セグメンテーションを行うセグメンテーション部とを備えることを特徴とする超音波システム。
2. ａ）複数の血管を含む対象体に超音波信号を送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して前記対象体に対応する超音波データを取得する段階と、
   ｂ）前記超音波データを用いてボリュームデータを形成する段階と、
   ｃ）前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成する段階と、
   ｄ）前記３次元超音波映像に複数のスライスを設定する段階と、
   ｅ）互いに隣接したスライス間における前記複数の血管の整列程度に基づいて前記複数の血管のセグメンテーション（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を行う段階と
   を備え、
   前記血管のセグメンテーションを行う段階ｅ）は、
   前記複数のスライスのそれぞれに対して前記複数の血管のそれぞれの境界を検出する段階と、
   前記互いに隣接するスライスにおいて、一方のスライスにおける前記複数の血管の境界と、他方のスライスにおける前記複数の血管の境界との間で複数の位置差を求め、当該複数の位置差のそれぞれを所定のしきい値と比較して前記複数の血管のセグメンテーションを行う段階とを備えることを特徴とする血管セグメンテーション方法。

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