JP5907667B2 - ３次元超音波診断装置およびその操作方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は人体内の対象体に設定した関心領域（ＲＯＩ）の映像と関連し、前記関心領域の複数の側面映像から目的とする関心物体の輪郭を検出し、その検出された輪郭を用いて前記関心物体の厚さを自動的に測定することのできる３次元超音波診断装置およびその操作方法に関する。

超音波診断装置は、人体の体表から体内の所定部位（すなわち、胎児または臓器などの対象体）に向けて超音波信号を送信し、体内の組織から反射される超音波信号を用いて軟部組織の断層像や血流に関する情報を取得する装置である。このような超音波システムは、小型かつ低廉である、リアルタイムで表示可能である、Ｘ線などの被爆がなく、安全性が高い、などの長所を有しているため、Ｘ線診断装置、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）スキャナ、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｅ）装置、核医学診断装置などの他の画像診断装置と共に広く用いられている。

一方、ダウン症候群の胎児を鑑別するため、超音波診断装置によって胎児の項部透明帯（ＮＴ、Ｎｕｃｈａｌ Ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｃｙ）を測定する方法がある。このとき、超音波診断装置はユーザによって制御されるトラックボール（ｔｒａｃｋｂａｌｌ）およびセット（ｓｅｔ）ボタンの組み合せによって、調整される図形テンプレートを用いて胎児の項部透明帯の厚さを測定する。

ここで、超音波診断装置を用いて前記対象体内にある関心物体（ＮＴ）の厚さを測定するときユーザの介入は避けることができず、それによって測定の正確性が失われる。

したがって、目的とする関心物体の厚さ測定に対する一連の過程を自動化し、ユーザの介入を最小化することによって、正確な測定結果を容易に提供することのできる超音波診断装置が必要である。

本発明に係る一実施形態は、人体内の対象体に入力設定した関心領域の映像と関連し、関心領域の側面映像から関心物体の輪郭を検出し、その検出された輪郭を用いてその関心物体の厚さを自動的に測定することで、厚さの正確な測定結果を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための３次元超音波診断装置は、人体内にある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信号を受信して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前記対象体の複数の映像を形成する映像形成部とを備える３次元超音波診断装置であって、前記人体内にある前記対象体をスキャンして得た前記複数の映像からユーザにより入力された前記対象体の関心物体の関心領域（ＲＯＩ）の複数の側面映像を抽出する抽出部と、前記抽出された複数の側面映像から目的とする前記関心物体の輪郭を検出するプロセッサと、前記輪郭を用いて前記関心物体の厚さを測定するコントローラとを備える。

また、前述した目的を達成するための技術的な方法として、３次元超音波診断装置の操作方法は、対象体をスキャンして得た複数の映像からユーザにより入力された関心領域（ＲＯＩ）の複数の側面映像を抽出するステップと、前記関心領域の前記複数の側面映像について、前記対象体に対する前記複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出するステップと、前記輪郭を用いて前記関心物体の厚さを測定するステップとを含む。

本発明の一実施形態によれば、人体内の対象体につき関心領域内にある複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出し、その検出された輪郭を用いて前記関心物体の厚さを自動的に測定することで、その厚さを正確に測定することができる。

本発明の一実施形態に係る３次元超音波診断装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る３次元超音波診断装置で、特定された関心物体の厚さを測定する一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る３次元超音波診断装置の操作方法を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明が実施形態によって制限されたり限定されることはない。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る３次元超音波診断装置の構成を示す図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る３次元超音波診断装置１０１は、抽出部１０３、プロセッサ１０５およびコントローラ１０７を備える。また、３次元超音波診断装置１０１は、図示しない、超音波データ取得部と、映像形成部と、ユーザー入力部とを備える。

超音波データ取得部は、対象体に超音波信号を送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する。

映像形成部は、超音波データ取得部が取得した超音波データを用いて、対象体の複数の映像を形成する。複数の映像は、図２に示すように、胎児の３次元超音波映像や胎児を側面から見た２次元超音波映像（３次元超音波映像を構成する複数の側面映像）を含む。

ユーザー入力部は、ユーザーからの入力情報を受信する。本実施例において、入力情報は、２次元または３次元超音波映像に関心領域（ＲＯＩ）を設定する情報を含んでいる。

抽出部１０３は、人体内にある対象体をスキャンして得た複数の映像からユーザにより入力された関心領域（ＲＯＩ）の映像を抽出する。ここで、人体内の対象体は、胎児、血管または臓器である。また、関心領域は、厚さを測定しようとする関心物体を含む領域であって、ユーザによって入力される。

例えば、抽出部１０３は、対象体が胎児である場合、胎児の項部透明帯（ＮＴ）を含むように入力された関心領域の映像を抽出する。

抽出部１０３は、この抽出された関心領域の映像に対してノイズ除去（ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ）を行って、厚さを測定する領域の映像を明瞭にする。

プロセッサ１０５は、関心領域の映像について、対象体に対する複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出する。このとき、プロセッサ１０５は複数の側面映像のそれぞれから、その輝度値（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が大きい値から小さい値に変化する第１輪郭と、逆に輝度値が小さい値から大きい値に変化する第２輪郭をそれぞれ検出する。すなわち、プロセッサ１０５は複数の側面映像から、明るい映像から暗い映像に変化する第１輪郭および暗い映像から明るい映像に変化する第２輪郭をそれぞれ検出する。これは、測定したい特定する関心物体、例えば、胎児の項部透明帯（ＮＴ）の明るさが周辺領域の明るさに比べて相対的に暗いことに起因しているためで、上述した方法で項部透明帯（ＮＴ）の境界に対する輪郭を検出することができる。

また、プロセッサ１０５は、複数の側面映像から検出される第１輪郭を連結することで第１の真の輪郭（ｔｒｕｅ ｅｄｇｅ）を検出し、また、複数の側面映像から検出される第２輪郭を連結して第２の真の輪郭を検出する。第１および第２輪郭は曲線であってもよく、また、第１および第２の真の輪郭は側面映像に対して垂直方向に形成された曲面であってもよい。

このようにして、プロセッサ１０５は、複数の側面映像の複数の第１および第２輪郭に基づいて、それぞれの連結性を考慮して、第１および第２の真の輪郭を検出する。

他の一例として、プロセッサ１０５は、対象体が胎児である場合、関心領域の映像について、対象体に対する複数の側面映像から、選択された所定の輝度値よりも小さい輝度値を有する領域（すなわち、明るさが暗い領域）を検出し、その検出された領域を胎児の項部透明帯（ＮＴ）の領域に決定し、その項部透明帯（ＮＴ）領域の上側境界に対応する第１輪郭および下側境界に対応する第２輪郭を検出してもよい（図２参照）。このとき、プロセッサ１０５は、サジタルビュー（ｓａｇｉｔｔａｌ ｖｉｅｗ）に対応する側面映像から検出された胎児の項部透明帯（ＮＴ）領域の第１および第２輪郭を検出することになる。

ここで、プロセッサ１０５は複数の側面映像から、選択された部位についての輝度値よりも小さい値を有する領域を３次元的にラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）し、そのラベル（ｌａｂｅｌ）のうち最も大きい体積を有するものを項部透明帯（ＮＴ）の領域として決める。このとき、プロセッサ１０５は３次元能動輪郭（Ａｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｏｕｒ）またはレベルセット（ｌｅｖｅｌｓｅｔ）アルゴリズムを用いて、項部透明帯（ＮＴ）領域の境界（上側、下側）を正確に検出することができる。

次に、コントローラ１０７は、輪郭を用いて目的とする関心物体の厚さを測定する。即ち、コントローラ１０７は、複数の側面映像を用いて複数の第１輪郭および複数の第２輪郭間の距離をそれぞれ測定することにより、前記関心物体の厚さを把握する。

また、コントローラ１０７は、複数の第１輪郭および複数の第２輪郭間の距離について平均値、標準偏差、最小距離、または最大距離のうち少なくとも１つを算出して画面に表示する。ここで、複数の第１輪郭および複数の第２輪郭間の距離のうち最大距離が算出されると、コントローラ１０７は、その最大距離に対応する側面映像の第１輪郭および第２輪郭の境界を表示する。例えば、コントローラ１０７は、最大距離に対応する側面映像の第１輪郭および第２輪郭の境界に「＋」の印を表記し、最大距離の厚さを有する関心物体の位置および厚さを容易に把握できるようにする。

更に、コントローラ１０７は、関心物体の厚さを測定する前に、対象体に対する複数の側面映像の勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を用いてスキャンした対象体の映像を回転する。これにより、関心物体の厚さをより正確に測定することができる。具体的には、コントローラ１０７は、関心領域にある対象体に対する複数の側面映像につき、その中央部で側面映像の勾配の平均値を計算し、その平均値と水平方向（０度）の差だけ対象体の映像を回転して傾きを調整する。

本発明の一実施形態によれば、人体内にある対象体の関心領域の映像について、その対象体に対する複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出し、その検出された輪郭を用いて関心物体の厚さを自動的に測定することで、目的とする関心物体の厚さを正確に測定することができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る３次元超音波診断装置で、映像を用いて関心物体の厚さを測定する一例を示す図である。

図２に示すように、３次元超音波診断装置は、人体内にある対象体をスキャンして胎児の項部透明帯（ＮＴ）を含む関心領域２０１の映像を抽出する。

即ち、３次元超音波診断装置は、関心領域の映像２０１に関し、対象体に対する複数の側面映像２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃから輪郭２０５、２０７、２０９を検出する。このとき、３次元超音波診断装置は、明るい映像から暗い映像に変化する第１輪郭２０５−１、２０７−１、２０９−１および暗い映像から明るい映像に変化する第２輪郭２０５−２、２０７−２、２０９−２をそれぞれ検出する。

また、３次元超音波診断装置は、複数の側面映像に対する複数の第１輪郭を連結して、曲面状の第１の真の輪郭２１１を検出するとともに、複数の側面映像に対する複数の第２輪郭を接続して、曲面状の第２の真の輪郭２１３を検出する。

また、３次元超音波診断装置は、複数の側面映像２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃにおける第１輪郭２０５−１、２０７−１、２０９−１および第２輪郭２０５−２、２０７−２、２０９−２間の距離をそれぞれ測定し、その測定された距離のうち最大距離を項部透明帯（ＮＴ）の厚さとする。

図３は、本発明の一実施形態に係る３次元超音波診断装置の操作方法を示すフローチャートである。

図３に示すように、ステップＳ３０１において、３次元超音波診断装置は人体内にある対象体をスキャンし、ユーザにより入力された関心領域（ＲＯＩ）内にある対象体の映像を抽出する。ここで、関心領域は、厚さを測定するために選択された関心物体が存在する領域で、ユーザによって入力される。

例えば、３次元超音波診断装置は、対象体が胎児である場合、胎児の項部透明帯（ＮＴ）を含むように入力された関心領域内の映像を抽出する。

ステップＳ３０３において、３次元超音波診断装置は、関心領域内にある対象体の複数の側面映像から関心物体の輪郭を検出する。

具体的には、３次元超音波診断装置は、複数の側面映像それぞれから、輝度値が大きい値から小さい値に変化する第１輪郭および輝度値が小さい値から大きい値に変化する第２輪郭をそれぞれ検出する。

その後、３次元超音波診断装置は、複数の側面映像に対して複数の第１輪郭を連結して曲面状の第１の真の輪郭を検出し、複数の側面映像に対して複数の第２輪郭を連結して曲面状の第２の真の輪郭を検出する。

３次元超音波診断装置は、関心領域の映像と関連して対象体に対する複数の側面映像の勾配を用いて、スキャンした対象体の映像を回転することによって、関心物体の厚さをより正確に測定する。すなわち、３次元超音波診断装置は、関心領域内にある対象体の複数の側面映像のうち、中央部に位置する側面映像の勾配の平均値を計算して、勾配の平均値と水平方向（０度）の差だけ対象体の映像を回転し、傾きを調整する。

他の一例として、３次元超音波診断装置は、対象体が胎児である場合、関心領域内にある対象体の複数の側面映像から、ある輝度値よりも小さい輝度値を有する領域（すなわち、輝度値が暗い領域）を検出し、その検出された領域を胎児の項部透明帯（ＮＴ）領域に決定し、その項部透明帯（ＮＴ）領域の上側境界に対応する第１輪郭と下側境界に対応する第２輪郭を検出してもよい。このとき、３次元超音波診断装置は、サジタルビューに対応する側面映像から検出された胎児の項部透明帯（ＮＴ）の第１および第２輪郭を検出する。

ステップＳ３０５において、３次元超音波診断装置は、前記検出された輪郭を用いて目的とする関心物体の厚さを測定する。すなわち、３次元超音波診断装置は、複数の側面映像のそれぞれに対して、第１輪郭および第２輪郭間の距離を測定して目的とする関心物体の厚さを把握することができる。

また、３次元超音波診断装置は、複数の側面映像に対する複数の第１輪郭および複数の第２輪郭間の距離について、平均値、標準偏差、最小距離、または最大距離のうち少なくとも１つを算出して画面に表示する。このとき、３次元超音波診断装置は、複数の第１輪郭および複数の第２輪郭間の距離のうち、最大距離に対応する側面映像の第１輪郭および第２輪郭を表示する。

本発明の実施形態は、多様なコンピュータにより行われるプログラム命令により実現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録される。前記コンピュータ読取可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含むこともできる。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、オプティカルディスクのような磁気−光媒体、およびＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。

上述したように、本発明は、限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような概念から多様な修正および変形が可能である。

したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものなどによって定められなければならない。

１０１ ３次元超音波診断装置
１０３ 抽出部
１０５ プロセッサ
１０７ コントローラ
２０１ 関心領域
２０３ａ〜ｂ 側面映像
２０５ 輪郭
２０５−１ 第１輪郭
２０５−２ 第２輪郭
２０７ 輪郭
２０７−１ 第１輪郭
２０７−２ 第２輪郭
２０９ 輪郭
２０９−１ 第１輪郭
２０９−２ 第２輪郭
２１１ 第１の真の輪郭
２１３ 第２の真の輪郭

Claims (16)

1. オブジェクトをスキャンして、前記オブジェクトを側面からみた複数の側面イメージを形成する映像形成部と、
   前記オブジェクトの前記複数の側面イメージから前記オブジェクトの測定領域を含む関心領域イメージを抽出する抽出部と、
   前記関心領域イメージから、前記複数の側面イメージのうちの第１側面イメージの第１輪郭及び第２輪郭と、前記第１側面イメージと異なる第２側面イメージの第１輪郭及び第２輪郭とを検出し、前記第１側面イメージの前記第１輪郭及び前記第２側面イメージの前記第１輪郭を連結して曲面状の第１の真の輪郭を検出し、前記第１側面イメージの前記第２輪郭及び前記第２側面イメージの前記第２輪郭を連結して曲面状の第２の真の輪郭を検出するプロセッサと、
   前記第１の真の輪郭及び前記第２の真の輪郭に基づき、前記測定領域の厚さを測定するコントローラと、を含み、
   前記第１輪郭は、輝度値が大きい値から小さい値に変化する輪郭であり、
   前記第２輪郭は、前記輝度値が小さい値から大きい値に変化する輪郭であることを特徴とする３次元超音波検査器。
2. 前記オブジェクトが胎児である場合、前記測定領域は前記胎児の頂部透明帯（ＮＴ）であり、
   前記抽出部は、
   前記胎児の前記頂部透明帯（ＮＴ）を含む前記関心領域イメージを抽出することを特徴とする請求項１に記載の３次元超音波検査器。
3. 前記コントローラは、
   前記第１側面イメージの前記第１輪郭及び前記第２輪郭間の距離または前記第２側面イメージの前記第１輪郭及び前記第２輪郭間の距離に基づき前記測定領域の前記厚さを測定することを特徴とする請求項１または２に記載の３次元超音波検査器。
4. 前記オブジェクトが胎児である場合、
   前記第１側面イメージは、前記胎児のサジタルビュー(sagittal view)に対応し、
   前記第１側面イメージの前記第１輪郭及び前記第２輪郭または前記第２側面イメージの前記第１輪郭及び前記第２輪郭は、前記胎児の頂部透明帯（ＮＴ）に対応することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の３次元超音波検査器。
5. 前記オブジェクトが胎児である場合、前記測定領域は、前記胎児の頂部透明帯（ＮＴ）であり、
   前記プロセッサは、
   前記第１側面イメージにおいて、基準輝度値より小さい値を有する領域から前記測定領域を検出し、前記測定領域の上側境界に対応する前記第１輪郭及び前記測定領域の下側境界に対応する前記第２輪郭を検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の３次元超音波検査器。
6. 前記コントローラは、
   前記第１側面イメージ及び一つ以上の前記第２側面イメージを含む前記複数の側面イメージのそれぞれで前記第１輪郭及び前記第２輪郭間の距離を測定して複数の測定距離を獲得し、前記複数の測定距離の平均、標準偏差、最大距離及び最小距離のうち少なくとも一つに基づき前記測定領域の前記厚さを測定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の３次元超音波検査器。
7. 前記コントローラは、
   前記第１輪郭及び前記第２輪郭間の最大距離を獲得し、
   前記最大距離に対応する前記測定領域の前記厚さを測定することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の３次元超音波検査器。
8. 前記コントローラは、
   前記複数の側面イメージのうち前記最大距離に対応する側面イメージの第１輪郭及び第２輪郭を他の側面イメージの第１輪郭及び第２輪郭と区別されて表記されるように制御することを特徴とする請求項６または７に記載の３次元超音波検査器。
9. オブジェクトをスキャンして、前記オブジェクトを側面からみた複数の側面イメージを形成するステップと、
   前記オブジェクトの前記複数の側面イメージから前記オブジェクトの測定領域を含む関心領域イメージを抽出するステップと、
   前記関心領域イメージから、前記複数の側面イメージのうちの第１側面イメージの第１輪郭及び第２輪郭と、前記第１側面イメージと異なる第２側面イメージの第１輪郭及び第２輪郭とを検出し、前記第１側面イメージの前記第１輪郭及び前記第２側面イメージの前記第１輪郭を連結して曲面状の第１の真の輪郭を検出し、前記第１側面イメージの前記第２輪郭及び前記第２側面イメージの前記第２輪郭を連結して曲面状の第２の真の輪郭を検出するステップと、
   前記第１の真の輪郭及び前記第２の真の輪郭に基づき、前記測定領域の厚さを測定するステップとを含み、
   前記検出するステップは、輝度値が大きい値から小さい値に変化する前記第１輪郭と、前記輝度値が小さい値から大きい値に変化する前記第２輪郭とを検出するステップを含む３次元超音波検査器の作動方法。
10. 前記オブジェクトが胎児である場合、前記測定領域は前記胎児の頂部透明帯（ＮＴ）であり、
    前記関心領域イメージは、
    前記胎児の前記頂部透明帯（ＮＴ）を含むことを特徴とする請求項９に記載の３次元超音波検査器の作動方法。
11. 前記測定領域の前記厚さは、前記第１輪郭及び前記第２輪郭間の距離に基づき測定されることを特徴とする請求項９または１０に記載の３次元超音波検査器の作動方法。
12. 前記オブジェクトが胎児である場合、
    前記第１側面イメージは、前記胎児のサジタルビューに対応し、
    前記前記第１側面イメージの前記第１輪郭及び前記第２輪郭または前記第２側面イメージの前記第１輪郭及び前記第２輪郭は、前記胎児の頂部透明帯（ＮＴ）に対応することを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の３次元超音波検査器の作動方法。
13. 前記オブジェクトが胎児である場合、前記測定領域は前記胎児の頂部透明帯（ＮＴ）であり、
    前記検出するステップは、
    前記第１側面イメージにおいて基準輝度値より小さい値を有する領域から前記測定領域を検出するステップと、
    前記測定領域の上側境界に対応する前記第１輪郭及び前記測定領域の下側境界に対応する前記第２輪郭を検出するステップとを含むことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の３次元超音波検査器の作動方法。
14. 前記測定領域の前記厚さを測定するステップは、
    前記第１側面イメージ及び一つ以上の前記第２側面イメージを含む前記複数の側面イメージのそれぞれで前記第１輪郭及び前記第２輪郭間の距離を測定して複数の測定距離を獲得するステップと、
    前記複数の測定距離の平均、標準偏差、最大距離及び最小距離のうち少なくとも一つに基づき前記測定領域の前記厚さを測定するステップとを含むことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれかに記載の３次元超音波検査器の作動方法。
15. 前記測定領域の前記厚さを測定するステップは、
    前記第１輪郭及び前記第２輪郭間の最大距離を獲得するステップと、
    前記最大距離に対応する前記測定領域の前記厚さを測定するステップとを含む請求項９ないし１３のいずれかに記載の３次元超音波検査器の作動方法。
16. 前記複数の側面イメージのうち前記最大距離に対応する側面イメージの第１輪郭及び第２輪郭を他の側面イメージの第１輪郭及び第２輪郭と区別されて表記されるように制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載に３次元超音波検査器の作動方法。

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