JP6125380B2 - 超音波診断装置、医用画像処理装置及び画像処理プログラム - Google Patents

超音波診断装置、医用画像処理装置及び画像処理プログラム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置、画像処理装置及び画像処理プログラムに関する。
超音波診断装置は、X線CT(Computed Tomography)装置やMRI(MRI:Magnetic Resonance Imaging)装置等の他の医用画像診断装置と比較して、微細な構造物の描出能に優れ、例えば、血管を中心とした循環器系の観察において有用な医用画像診断装置である。また、近年、超音波の3次元走査が可能な超音波プローブにより、ボリュームデータを略リアルタイムで時系列に沿って生成する超音波診断装置が実用化されている。
このため、超音波検査の分野でも、X線CT(Computed Tomography)装置や磁気共鳴イメージング(MRI:Magnetic Resonance Imaging)装置等で取得されたボリュームデータに対して行われている仮想内視鏡表示の導入が進められている。例えば、超音波診断装置を用いた血管の仮想内視鏡表示は、循環器系疾患、特に血管狭窄や血管瘤の新たな観察手法として有用である。ここで、仮想内視鏡表示を行うためには、超音波ボリュームデータ(例えば、Bモードボリュームデータ)に含まれる管腔の内腔領域を検出する必要がある。
しかし、超音波画像(Bモード画像)は、X線CT画像やMRI画像等の他の医用画像と比較して、構造物間の輪郭がぼやける傾向が強い。このため、管腔の太さがある程度以上でなければ、プログラムを用いた自動処理によりBモードボリュームデータから管腔の内腔領域を検出することが困難であった。このため、現在、超音波診断装置における仮想内視鏡表示は、ある程度の太さを持つ管状組織に限られており、細い管状組織に適用することが困難であった。
特開2007−195685号公報
本発明が解決しようとする課題は、超音波画像に描出された構造物の輪郭を取得することができる超音波診断装置、画像処理装置及び画像処理プログラムを提供することである。
実施形態に係る超音波診断装置は、位置合わせ部と、検出部と、生成部とを備える。位置合わせ部は、3次元の超音波ボリュームデータと、3次元の超音波ボリュームデータとは異なる他の種類の3次元の他種医用画像ボリュームデータとの位置合わせを行う。検出部は、他種医用画像ボリュームデータにおける管腔領域の位置を特定し、特定した管腔領域の超音波ボリュームデータにおける位置を検出する。生成部は、検出部によって取得された管腔領域の位置に基づいて、管腔領域の内部に設定した視点から超音波ボリュームデータを投影した投影画像データを、所定の表示部に表示する表示画像データとして生成する。
図1は、第1の実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。 図2は、第1の実施形態に係る制御部17の構成の一例を説明するための図である。 図3は、第1の実施形態に係る位置合わせ部を説明するため図である。 図4は、第1の実施形態に係る取得部を説明するための図である。 図5は、第1の実施形態に係る取得部を説明するための図である。 図6は、第1の実施形態に係る生成部を説明するための図である。 図7は、第1の実施形態に係る生成部を説明するための図である。 図8は、第1の実施形態に係る超音波診断装置の処理例を説明するためのフローチャートである。 図9は、表示画像データの他の例を示す図である。 図10は、表示画像データの他の例を示す図である。 図11は、第2の実施形態に係る医用画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
以下、添付図面を参照して、超音波診断装置の実施形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。図1に例示するように、第1の実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブ1と、モニタ2と、入力装置3と、位置センサ4と、トランスミッタ5と、装置本体10とを有する。また、装置本体10は、ネットワーク100を介して外部装置6と接続される。
超音波プローブ1は、複数の振動子を有し、これら複数の振動子は、後述する装置本体10が有する送受信部11から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。超音波プローブ1が有する振動子は、例えば、圧電振動子である。超音波プローブ1は、被検体Pからの反射波信号を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ1は、圧電振動子に設けられる整合層と、圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。なお、超音波プローブ1は、装置本体10と着脱自在に接続される。
超音波プローブ1から被検体Pに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Pの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ1が有する複数の圧電振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。
例えば、装置本体10には、被検体Pの2次元走査用に、複数の圧電振動子が一列で配置された1Dアレイプローブが超音波プローブ1として接続される。例えば、超音波プローブ1としての1Dアレイプローブは、セクタ走査を行うセクタプローブや、オフセットセクタ走査を行うコンベックスプローブ、リニア走査を行うリニアプローブ等である。
或いは、例えば、装置本体10には、被検体Pの3次元走査用に、メカニカル4Dプローブや2Dアレイプローブが超音波プローブ1として装置本体10と接続される。メカニカル4Dプローブは、1Dアレイプローブのように一列で配列された複数の圧電振動子を用いて2次元走査が可能であるとともに、複数の圧電振動子を所定の角度(揺動角度)で揺動させることで3次元走査が可能である。また、2Dアレイプローブは、マトリックス状に配置された複数の圧電振動子により3次元走査が可能であるとともに、超音波を集束して送信することで2次元走査が可能である。
位置センサ4及びトランスミッタ5は、超音波プローブ1の位置情報を取得するための装置である。例えば、位置センサ4は、超音波プローブ1に取り付けられる磁気センサである。また、例えば、トランスミッタ5は、任意の位置に配置され、自装置を中心として外側に向かって磁場を形成する装置である。
位置センサ4は、トランスミッタ5によって形成された3次元の磁場を検出する。そして、位置センサ4は、検出した磁場の情報に基づいて、トランスミッタ5を原点とする空間における自装置の位置(座標及び角度)を算出し、算出した位置を後述する制御部17に送信する。ここで、位置センサ4は、自装置が位置する3次元の座標及び角度を、超音波プローブ1の3次元位置情報として、後述する制御部17に送信する。
入力装置3は、後述するインターフェース部18を介して装置本体10と接続される。入力装置3は、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボール等を有する。かかる入力装置3は、超音波診断装置の操作者からの各種設定要求を受け付け、受け付けた各種設定要求を装置本体10に転送する。
モニタ2は、超音波診断装置の操作者が入力装置3を用いて各種設定要求を入力するためのGUI(Graphical User Interface)を表示したり、装置本体10において生成された超音波画像データ等を表示したりする表示装置である。
外部装置6は、後述するインターフェース部18を介して装置本体10と接続される装置である。例えば、外部装置6は、各種の医用画像のデータを管理するシステムであるPACS(Picture Archiving and Communication System)のデータベースや、医用画像が添付された電子カルテを管理する電子カルテシステムのデータベース等である。或いは、外部装置6は、例えば、X線CT(Computed Tomography)装置、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置等、本実施形態に係る超音波診断装置以外の各種医用画像診断装置である。或いは、外部装置は、例えば、画像診断を行う医師が使用するPC(Personal Computer)や、CDやDVD等の記憶媒体、プリンタ等である。
本実施形態に係る装置本体10は、DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)に則った画像フォーマットに統一された各種医用画像のデータを、インターフェース部18を介して外部装置6から取得することができる。例えば、装置本体10は、後述するインターフェース部18を介して、自装置で生成した超音波画像データの比較対象となるボリュームデータを、インターフェース部18を介して外部装置6から取得する。
装置本体10は、超音波プローブ1が受信した反射波信号に基づいて超音波画像データを生成する装置である。図1に示す装置本体10は、2次元の反射波信号に基づいて2次元の超音波画像データを生成可能であり、3次元の反射波信号に基づいて3次元の超音波画像データを生成可能な装置である。
装置本体10は、図1に示すように、送受信部11と、Bモード処理部12と、ドプラ処理部13と、画像生成部14と、画像メモリ15と、内部記憶部16と、制御部17と、インターフェース部18とを有する。
送受信部11は、後述する制御部17の指示に基づいて、超音波プローブ1が行う超音波送受信を制御する。送受信部11は、パルス発生器、送信遅延部、パルサ等を有し、超音波プローブ1に駆動信号を供給する。パルス発生器は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、送信遅延部は、超音波プローブ1から発生される超音波をビーム状に集束し、かつ送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルス発生器が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサは、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ1に駆動信号(駆動パルス)を印加する。送信遅延部は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面から送信される超音波の送信方向を任意に調整する。
なお、送受信部11は、後述する制御部17の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。
また、送受信部11は、プリアンプ、A/D(Analog/Digital)変換器、受信遅延部、加算器等を有し、超音波プローブ1が受信した反射波信号に対して各種処理を行って反射波データを生成する。プリアンプは、反射波信号をチャネル毎に増幅する。A/D変換器は、増幅された反射波信号をA/D変換する。受信遅延部は、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器は、受信遅延部によって処理された反射波信号の加算処理を行って反射波データを生成する。加算器の加算処理により、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。
送受信部11は、被検体Pを2次元走査する場合、超音波プローブ1から2次元の超音波ビームを送信させる。そして、送受信部11は、超音波プローブ1が受信した2次元の反射波信号から2次元の反射波データを生成する。また、送受信部11は、被検体Pを3次元走査する場合、超音波プローブ1から3次元の超音波ビームを送信させる。そして、送受信部11は、超音波プローブ1が受信した3次元の反射波信号から3次元の反射波データを生成する。
なお、送受信部11からの出力信号の形態は、RF(Radio Frequency)信号と呼ばれる位相情報が含まれる信号である場合や、包絡線検波処理後の振幅情報である場合等、種々の形態が選択可能である。
Bモード処理部12及びドプラ処理部13は、送受信部11が反射波信号から生成した反射波データに対して、各種の信号処理を行う信号処理部である。Bモード処理部12は、送受信部11から反射波データを受信し、対数増幅、包絡線検波処理等を行って、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ(Bモードデータ)を生成する。また、ドプラ処理部13は、送受信部11から受信した反射波データから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による速度、分散、パワー等の移動体情報を多点について抽出したデータ(ドプラデータ)を生成する。ここで、移動体とは、例えば、血流や、心壁等の組織、造影剤である。
なお、図1に例示するBモード処理部12及びドプラ処理部13は、2次元の反射波データ及び3次元の反射波データの両方について処理可能である。すなわち、Bモード処理部12は、2次元の反射波データから2次元のBモードデータを生成し、3次元の反射波データから3次元のBモードデータを生成する。また、ドプラ処理部13は、2次元の反射波データから2次元のドプラデータを生成し、3次元の反射波データから3次元のドプラデータを生成する。
画像生成部14は、Bモード処理部12及びドプラ処理部13が生成したデータから超音波画像データを生成する。すなわち、画像生成部14は、Bモード処理部12が生成した2次元のBモードデータから反射波の強度を輝度で表した2次元Bモード画像データを生成する。また、画像生成部14は、ドプラ処理部13が生成した2次元のドプラデータから移動体情報を表す2次元ドプラ画像データを生成する。2次元ドプラ画像データは、速度画像データ、分散画像データ、パワー画像データ、又は、これらを組み合わせた画像データである。
ここで、画像生成部14は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換(スキャンコンバート)し、表示用の超音波画像データを生成する。具体的には、画像生成部14は、超音波プローブ1による超音波の走査形態に応じて座標変換を行うことで、表示用の超音波画像データを生成する。また、画像生成部14は、スキャンコンバート以外に種々の画像処理として、例えば、スキャンコンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理(平滑化処理)や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理(エッジ強調処理)等を行う。また、画像生成部14は、超音波画像データに、付帯情報(種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等)を合成する。
すなわち、Bモードデータ及びドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像データであり、画像生成部14が生成するデータは、スキャンコンバート処理後の表示用の超音波画像データである。なお、Bモードデータ及びドプラデータは、生データ(Raw Data)とも呼ばれる。画像生成部14は、スキャンコンバート処理前の2次元超音波画像データである「2次元Bモードデータや2次元ドプラデータ」から、表示用の2次元超音波画像データである「2次元のBモード画像データや2次元ドプラ画像データ」を生成する。
更に、画像生成部14は、Bモード処理部12が生成した3次元のBモードデータに対して座標変換を行うことで、3次元Bモード画像データを生成する。また、画像生成部14は、ドプラ処理部13が生成した3次元のドプラデータに対して座標変換を行うことで、3次元ドプラ画像データを生成する。画像生成部14は、「3次元のBモード画像データや3次元ドプラ画像データ」を「3次元超音波画像データ(超音波ボリュームデータ)」として生成する。
更に、画像生成部14は、ボリュームデータをモニタ2にて表示するための各種2次元画像データを生成するために、ボリュームデータに対してレンダリング処理を行う。画像生成部14が行うレンダリング処理としては、例えば、断面再構成法(MPR:Multi Planer Reconstruction)を行ってボリュームデータからMPR画像データを生成する処理がある。また、画像生成部14が行うレンダリング処理としては、例えば、3次元の情報を反映した2次元画像データを生成するボリュームレンダリング(VR:Volume Rendering)処理がある。
画像生成部14が有するレンダリング機能を用いて、本実施形態に係る超音波診断装置は、管腔状組織を含む超音波ボリュームデータを用いた仮想内視鏡(VE:Virtual Endoscopy)画像データを表示する。このVE画像データは、管腔内に設定された視点及び視線方向を用いた透視投影法により、ボリュームデータから生成される画像データである。また、画像生成部14は、管腔の中心線(芯線)に沿って視点を移動させることで、視点位置が異なるVE画像データの動画表示を行う。ここで、この動画表示を行う場合、管腔の内壁がレンダリング対象であるクリップ領域となる。ただし、超音波診断装置は、その性質上、水分や実質で満たされていない消化器官等の臓器の観察には不向きである。このため、超音波診断装置による動画表示の適用範囲は、血液で満たされている血管や、胆汁で満たされている胆管等、流体で満たされた管腔となる。
画像メモリ15は、画像生成部14が生成した表示用の画像データを記憶するメモリである。また、画像メモリ15は、Bモード処理部12やドプラ処理部13が生成したデータを記憶することも可能である。画像メモリ15が記憶するBモードデータやドプラデータは、例えば、診断の後に操作者が呼び出すことが可能となっており、画像生成部14を経由して表示用の超音波画像データとなる。
内部記憶部16は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行うための制御プログラムや、診断情報(例えば、患者ID、医師の所見等)や、診断プロトコルや各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。また、内部記憶部16は、必要に応じて、画像メモリ15が記憶する画像データの保管等にも使用される。また、内部記憶部16が記憶するデータは、後述するインターフェース部18を経由して、外部装置6へ転送することができる。
制御部17は、超音波診断装置の処理全体を制御する。具体的には、制御部17は、入力装置3を介して操作者から入力された各種設定要求や、内部記憶部16から読込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送受信部11、Bモード処理部12、ドプラ処理部13及び画像生成部14の処理を制御する。また、制御部17は、画像メモリ15や内部記憶部16が記憶する表示用の画像データをモニタ2にて表示するように制御する。また、制御部17は、画像生成部14が生成した表示用の画像データを内部記憶部16等に格納するように制御する。また、制御部17は、操作者から入力装置3を介して受け付けた医用画像データが外部装置6からネットワーク100及びインターフェース部18を介して内部記憶部16や画像生成部14に転送されるように制御する。
インターフェース部18は、入力装置3、ネットワーク100及び外部装置6に対するインターフェースである。入力装置3が受け付けた操作者からの各種設定情報及び各種指示は、インターフェース部18により、制御部17に転送される。例えば、入力装置3が操作者から受け付けた画像データの転送要求は、インターフェース部18により、ネットワーク100を介して外部装置6に通知される。また、外部装置6が転送した画像データは、インターフェース部18により、内部記憶部16に格納されたり、画像生成部14に転送されたりする。
インターフェース部18を介した外部装置6とのデータ送受信により、本実施形態に係る制御部17は、自装置が撮像した超音波画像とともに、他の医用画像診断装置が撮像した医用画像(X線CT画像やMRI画像等)をモニタ2に表示させることができる。なお、超音波画像とともに表示される医用画像のデータは、CD−ROM、MO、DVD等の記憶媒体を介して、内部記憶部16に格納される場合であっても良い。
更に、制御部17は、モニタ2に表示されている2次元超音波画像データの断面と略同一断面の医用画像データ(例えば、2次元X線CT画像データ)を画像生成部14に生成させ、モニタ2に表示させることができる。ここで、モニタ2に表示されている2次元超音波画像データの断面は、例えば、2次元超音波画像データを生成するために行われた2次元超音波走査の断面や、超音波ボリュームデータを収集する3次元超音波走査の領域を決定するために行われた2次元超音波走査の断面、或いは、超音波ボリュームデータから生成された断面画像データ(MPR画像データ等)に対応する断面である。例えば、操作者は、被検体Pの超音波検査を行う際に、検査対象となる被検体Pのターゲット部位を撮影したX線CTボリュームデータの転送要求を行う。また、操作者は、ターゲット部位が描出されたX線CT画像データがモニタ2に表示されるように、入力装置3を介してMPR処理用の切断面の位置を調整する。
そして、制御部17の制御により、画像生成部14は、操作者が調節した切断面(以下、初期断面)によりX線CTボリュームデータを切断したX線CT画像データを生成し、モニタ2は、画像生成部14が生成した2次元X線CT画像データを表示する。操作者は、モニタ2に表示されたX線CT画像データと同一断面の超音波走査が行われるように、超音波プローブ1を操作する。また、操作者は、モニタ2に表示された超音波画像データと同一断面のX線CT画像が表示されるように、X線CTボリュームデータにおける初期断面の位置を再調整する。そして、操作者は、モニタ2に表示されたX線CT画像データと超音波画像データとが略同一断面であると判断した場合、入力装置3の確定ボタンを押下する。制御部17は、確定ボタンが押下された時点で位置センサ4から取得した超音波プローブ1の3次元位置情報を初期位置情報と設定する。また、制御部17は、確定ボタンが押下された時点でのX線CTボリュームデータにおける初期断面の位置を、最終的な初期断面の位置として決定する。
その後、制御部17は、位置センサ4から取得した超音波プローブ1の3次元位置情報と初期位置情報とから、超音波プローブ1の走査断面に関する移動情報を取得し、取得した移動情報に基づいて初期断面の位置を変更することで、MPR用の切断面を再設定する。そして、制御部17の制御により、画像生成部14は、制御部17が再設定した切断面によりX線CTボリュームデータからX線CT画像データを生成し、X線CT画像データと超音波画像データとを並列させた画像データを生成する。かかる画像データを、モニタ2は、表示する。これにより、本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波画像と、当該超音波画像と略同一断面のX線CT画像とを、モニタ2の画面にリアルタイムで同時に表示することができる。なお、以下では、同一断面の超音波画像とX線CT画像等とを、超音波プローブ1の移動に合わせて、モニタ2の画面にリアルタイムで連動して同時に表示する機能を「同時表示機能」と記載する場合がある。
以上、第1の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成について説明した。かかる構成のもと、第1の実施形態に係る超音波診断装置は、VE画像データを表示する。ここで、Bモードの画像データは、X線CT画像やMRI画像等の他の医用画像と比較して、構造物の輪郭がぼやける傾向が強い。このため、例えば、管腔の太さがある程度以上でなければ、プログラムを用いた自動処理によりBモードボリュームデータから管腔の内腔領域を検出することが困難であった。特に、拍動による動きが激しい血管の場合、血管の輪郭は、更に、ぼやけることが多い。このため、現状では、管腔の太さがある程度以上でなければ、クリップ領域を検出できなかった。このようなことから、従来の超音波診断装置におけるVE画像データの表示は、ある程度の太さを持つ管状組織に限られており、細い管状組織に適用することが困難であった。
そこで、第1の実施形態に係る超音波診断装置は、超音波画像に描出された構造物の輪郭を取得するために、以下に説明する制御部17の処理が行われる。具体的には、第1の実施形態に係る制御部17は、超音波画像に描出された構造物の輪郭を取得して、細い管状組織であってもVE画像データを表示するために、以下に説明する処理を行う。
以下、第1の実施形態に係る制御部17の処理について、図2を用いて説明する。図2は、第1の実施形態に係る制御部17の構成の一例を説明するための図である。図2に示すように、制御部17は、位置合わせ部171と、取得部172と、生成部173とを有する。
位置合わせ部171は、超音波画像データと、超音波画像データとは異なる他の種類の他種医用画像データとの位置合わせを行う。例えば、位置合わせ部171は、超音波画像データが3次元の超音波ボリュームデータであり、他種医用画像データが3次元の他種医用画像ボリュームデータである2つのボリュームデータの指定とともにVE画像データの表示要求を受け付ける。位置合わせ部171は、指定された2つのボリュームデータについて位置合わせを行う。
第1の実施形態に係る位置合わせ部171は、一例として、上述した「同時表示機能」を用いて、位置合わせを行う。以下、図3を用いて、位置合わせ部171が行う超音波ボリュームデータと他種医用画像ボリュームデータであるX線CTボリュームデータとの位置合わせについて説明する。図3は、第1の実施形態に係る位置合わせ部を説明するため図である。まず、操作者は、VE画像データの表示対象となる被検体Pの管腔を含むターゲット部位を撮影したX線CTボリュームデータの転送要求を行う。これにより、位置合わせ部171は、図3に示すように、位置合わせの対象となるX線CTボリュームデータを取得する。また、操作者は、VE画像データの表示対象となる被検体Pの管腔を含む超音波ボリュームデータを収集するための3次元超音波走査を行う。
例えば、操作者は、3次元超音波走査可能な超音波プローブ1を用いて、所定の断面で被検体Pの2次元超音波走査を行う。ここで、所定の断面とは、例えば、3次元超音波走査が行われる3次元領域の中心に位置する断面として設定される。制御部17は、送受信部11を介して超音波送受信を制御することから、かかる断面の超音波プローブ1に対する相対的な位置を取得可能である。
そして、操作者は、モニタ2に表示された超音波画像(図3に示すUL2D画像)を参照しながら、ターゲット部位が超音波画像内の略中心に描出されるように、位置センサ4が取り付けられた超音波プローブ1を操作する。また、操作者は、ターゲット部位が描出されたX線CT画像データがモニタ2に表示されるように、入力装置3を介してMPR処理用の切断面の位置を調整する。
そして、操作者は、X線CTボリュームデータのMPR画像に描出されたターゲット部位の特徴部分と同一の特徴部分がUL2D画像上で描出された場合、確定ボタンを押下する。また、操作者は、各画像において、特徴部分の中心位置を、マウスを用いて指定する。或いは、操作者は、各画像において、特徴部分の複数の位置を、マウスを用いて指定する。そして、操作者は、確定ボタンを押下時の2次元超音波走査断面を含む3次元領域で、被検体Pの3次元超音波走査を行う。これにより、画像生成部14は、超音波ボリュームデータを生成する。位置合わせ部171は、確定ボタン押下時のX線CTボリュームデータの切断面と、超音波プローブ1の3次元位置情報と、UL2D画像及びCTMPR画像それぞれの特徴部位の位置とから、X線CTボリュームデータと超音波ボリュームデータとの位置合わせを行う。
換言すると、位置合わせ部171は、確定ボタン押下時のX線CTボリュームデータの切断面と、超音波プローブ1の3次元位置情報と、UL2D画像及びCTMPR画像それぞれの特徴部位の位置とから、X線CTボリュームデータのボクセルの座標と、超音波ボリュームデータのボクセルの座標とを対応付ける。かかる処理が行われることで、例えば、超音波プローブ1の位置が移動して新たな超音波ボリュームデータが生成された場合であっても、位置合わせ部171は、当該超音波ボリュームデータとX線CTボリュームデータとの位置合わせを行うことができる。なお、位置合わせ部171が位置合わせを行う方法は、上記の方法に限定されるものではなく、例えば、相互相関法を用いた位置合わせ等の公知の技術を用いて行っても良い。
取得部172は、他種医用画像データにおける生体組織の位置を特定し、当該特定した生体組織の超音波画像データにおける位置を位置合わせの結果に基づいて取得する。取得部172は、他種医用画像ボリュームデータにおける生体組織の位置として、例えば、管腔領域の位置を特定する。なお、取得部172は、検出部の一例である。
図4及び図5は、第1の実施形態に係る取得部を説明するための図である。図4に示すように、取得部172は、位置合わせ部171によって位置合わせされたX線CTボリュームデータ4aに対して、CT値が空間的に連続する領域を抽出する領域拡張(region growing)法や形状テンプレートを用いたパターンマッチング法等を用いてセグメンテーション処理を行うことにより、各領域を抽出する。
そして、取得部172は、抽出した各領域に対して、血管領域の形状テンプレートを用いたパターンマッチング法や、血管領域の輝度値のプロファイルを用いた手法等により、図4に示すように、X線CTボリュームデータ4aに含まれる血管領域4bの位置を特定し、取得する。
そして、取得部172は、図5に示すように、血管領域4bの超音波ボリュームデータ5aにおける位置を位置合わせの結果に基づいて取得する。上述したように、位置合わせ部171は、X線CTボリュームデータ4aのボクセルの座標と、超音波ボリュームデータのボクセルの座標との対応関係を取得している。取得部172は、かかる対応関係を用いて、図5に示すように、X線CTボリュームデータ4aにおける血管領域4bの位置から、超音波ボリュームデータ5aにおける血管領域4bに対応する血管領域5bの位置を取得する。
生成部173は、取得部172によって取得された生体組織の位置が超音波画像データに反映された画像データを、モニタ2に表示する表示画像データとして生成する。生成部173は、例えば、取得部172によって取得された生体組織の位置に基づいて超音波画像データを加工し、加工された超音波画像データに基づいて生成した画像データを、所定の表示部に表示する表示画像データとして生成する。
具体的には、生成部173は、取得部172によって取得された管腔領域の位置に基づいて、管腔領域の内部に設定した視点から超音波ボリュームデータを投影した投影画像データを、表示画像データとして生成する。そして、生成部173は、生成した表示画像データをモニタ2に表示させる。一例として、生成部173は、血管領域4bに対応する血管領域5bの内部のボクセル値を0に置き換える加工を行う。言い換えると、生成部173は、血管領域4bに対応する血管領域5bの内部のボクセル値を0に変更する加工を行う。そして、生成部173は、ボクセル値を0に置き換えた超音波ボリュームデータ5aを血管領域5bの内部に設定した視点から投影したVE画像データを、モニタ2に表示する画像データとして生成する。
図6及び図7は、第1の実施形態に係る生成部を説明するための図である。例えば、生成部173は、図6に示すように、血管領域5bの中心線6aを抽出する。そして、生成部173は、図6に示すように、中心線6aに沿って設定された視点を用いて、VE画像データを生成する。生成部173は、中心線6aに沿って視点を移動することで、図7に例示する動画表示用のVE画像データ7aを順次生成する。生成部173は、生成した動画表示用のVE画像データ7aをモニタ2に出力し、モニタ2においてVE画像データ7aの動画表示を行う。
また、生成部173は、以下に説明する画像データを生成しても良い。例えば、生成部173は、取得部172によって取得された管腔領域の位置を示す画像データを生成し、生成した画像データと投影画像データとを重畳した画像データを、表示画像データとして生成する。例えば、生成部173は、図7に示すように、取得部172によって取得された血管領域5bの境界を示すワイヤーフレーム画像データ7bを生成する。そして、生成部173は、生成したVE画像データ7aにワイヤーフレーム画像データ7bを重畳させた画像データを、モニタ2に表示する表示画像データとして生成する。図7に例示する画像を参照することで、操作者は、VE画像データ7aに用いられた血管領域4bに対応する血管領域5bの輪郭を視認することができる。なお、図7に例示したワイヤーフレーム画像データ7bはあくまで一例である。例えば、生成部173は、管腔領域の表面を半透明の筒の画像データとして生成し、生成した画像データを投影画像データに重畳させても良い。
ただし、血管領域5bは、X線CTボリュームデータ4aにて特定された血管領域4bに対応する領域である。このため、血管領域5bの輪郭は、超音波ボリュームデータ5aに含まれる血管領域の輪郭と一致しない場合がある。そこで、生成部173は、投影画像データに基づいて、超音波ボリュームデータにおける管腔領域の位置を算出し、算出した位置と、取得部172によって取得された管腔領域の位置との差分に対応する領域を強調表示した画像データを、表示画像データとして生成する。例えば、生成部173は、VE画像データ7aを生成する際に設定した中心線6a上の視点から視線方向に沿って、超音波ボリュームデータ5aのボクセル値を取得する。そして、例えば、生成部173は、ボクセル値が所定の閾値以上となるボクセルを超音波ボリュームデータ5aにおける血管領域の内壁に対応するボクセルとする。かかる処理により、生成部173は、超音波ボリュームデータにおける血管領域の位置を算出する。
そして、生成部173は、算出した超音波ボリュームデータ5aにおける血管領域の位置と、取得部172によって取得された血管領域5bの位置との差分に対応する領域を強調表示する。図6に示す例では、生成部173は、超音波ボリュームデータにおける血管領域が血管領域5bの内部に隆起した隆起部分6bを強調表示する画像データを生成する。例えば、生成部173は、VE画像データ7aにおいて、隆起部分6bに対応する部分の色調を赤色系とする。また、生成部173は、超音波ボリュームデータにおける血管領域が血管領域5bの外部に窪んだ窪み部分6cを強調表示する画像データを生成する。例えば、生成部173は、VE画像データ7aにおいて、窪み部分6cに対応する部分の色調を青色系とする。このように、超音波ボリュームデータ5aに含まれる血管領域の輪郭が血管領域5bの輪郭と一致しない部分を強調表示することで、操作者は、当該部分を容易に視認することができる。なお、この強調表示は、上記のワイヤーフレーム画像データと同時に表示することもできる。
次に、図8を用いて、第1の実施形態に係る超音波診断装置の処理について説明する。図8は、第1の実施形態に係る超音波診断装置の処理例を説明するためのフローチャートである。
図8に示すように、超音波ボリュームデータ及びX線CTボリュームデータの指定とともにVE画像データの表示要求を受け付けると(ステップS101肯定)、位置合わせ部171は、超音波ボリュームデータ及びX線CTボリュームデータの位置合わせを行う(ステップS102)。なお、超音波ボリュームデータ及びX線CTボリュームデータの指定とともにVE画像データの表示要求を受け付けるまで(ステップS101否定)、位置合わせ部171は、待機状態である。
続いて、取得部172は、X線CTボリュームデータにおける血管領域の位置を特定し(ステップS103)、特定した血管領域の超音波ボリュームデータにおける位置を取得する(ステップS104)。生成部173は、取得部172によって取得された血管領域の中心線に設定された視点から血管領域の輪郭を投影することで、VE画像データを生成する(ステップS105)。生成部173は、生成したVE画像データをモニタ2に出力し、モニタ2においてVE画像データを表示させる(ステップS106)。一例としては、生成部173は、動画表示用のVE画像データ7aを順次生成し、モニタ2において動画表示用のVE画像データ7aの動画表示を行う。また、他の例としては、生成部173は、生成したVE画像データを静止画としてモニタ2に表示させる。
上述したように、第1の実施形態に係る超音波診断装置は、超音波画像データのぼやけた構造物の輪郭を、超音波画像とは異なる他の種類の他種医用画像データを用いて特定する。そして、超音波診断装置は、超音波画像データと他種医用画像データの位置合わせを行うことで、他種医用画像データにおいて特定した構造物間の輪郭の超音波画像データにおける位置を取得する。このように、位置合わせ後の他種医用画像データを用いることで、超音波診断装置は、超音波画像に描出された構造物管の輪郭を取得することができる。
また、第1の実施形態に係る超音波診断装置は、超音波画像に描出された構造物の輪郭を取得するので、超音波画像から取得困難な細い管状組織(血管領域等)であってもその輪郭を取得することができる。そして、超音波診断装置は、取得した管状組織の輪郭から中心線を求め、中心線上の任意の点を視点として管状組織の輪郭を投影することで、VE画像データを生成する。このため、超音波診断装置は、細い管状組織であってもVE画像データの動画表示を実現することができる。
また、第1の実施形態に係る超音波診断装置は、上記の管状組織の輪郭の位置を示すワイヤーフレーム画像データを生成し、超音波画像データに重畳表示させる。このため、超音波診断装置は、他種医用画像データから取得した管状組織の輪郭を操作者に視認させることができる。
また、第1の実施形態に係る超音波診断装置は、超音波ボリュームデータに含まれる管状組織の輪郭が、他種医用画像データから特定された管状組織の輪郭と一致しない部分を強調表示する。このため、超音波診断装置は、それら構造物の輪郭が一致しない部分を、操作者に容易に視認させることができる。
なお、第1の実施形態は、上述した生成部173の処理が画像生成部14により実行される場合であっても良い。
(第2の実施形態)
さて、これまで第1の実施形態について説明したが、上述した第1の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されても良い。
(1)仮想内視鏡表示以外の表示形態
上述した第1の実施形態では、超音波ボリュームデータと他種医用画像ボリュームデータとの位置合わせの結果から、他種医用画像ボリュームデータの管腔領域に対応する超音波ボリュームデータの領域の位置を取得して、仮想内視鏡による表示を行う場合を説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、超音波診断装置は、以下に説明する他の表示形態で表示画像データを生成することもできる。
図9及び10は、表示画像データの他の例を示す図である。図9では、被検体Pの肝臓を2次元超音波画像データ9dにより観察する場合を例示する。図9では、被検体Pの肝臓の一部を撮像した2次元超音波画像データ9dと、被検体Pの肝臓全体を含んで撮像したX線CTボリュームデータとの位置合わせを行なった結果、生成された表示画像データがモニタ2の表示領域9aに表示されている。まず、位置合わせ部171は、2次元超音波画像データ9dとX線CTボリュームデータとの位置合わせを行なう。そして、取得部172は、X線CTボリュームデータに含まれる肝臓の位置を、セグメンテーション処理により特定する。そして、取得部172は、2次元超音波画像データ9dにおいて、X線CTボリュームデータの肝臓に対応する領域の位置を取得する。そして、生成部173は、表示画像データとして、図9に例示するガイド画像データ9bを生成する。そして、生成部173は、ガイド画像データ9bと2次元超音波画像データ9dとを、表示領域9aに表示させる。なお、肝臓の位置は、図9に示すように、肝臓の輪郭を含む領域として特定される。
図9に示すガイド画像データ9bは、2次元超音波画像データ9dを生成するために行なわれた走査断面の肝臓における位置を示す画像データである。ガイド画像データ9bは、図9に例示するように、走査範囲画像データ9cと肝臓画像データ9eとが重畳された画像データである。生成部173は、例えば、X線CTボリュームデータに含まれる肝臓の外側に設定した視点から、当該肝臓に対してボリュームレンダリング処理を行って3次元の肝臓画像データ9eを生成する。また、生成部173は、位置合わせ処理の結果から、肝臓画像データ9eにおける走査範囲に対応する領域を実線及び点線で示す走査範囲画像データ9cを生成する。この走査範囲画像データ9cの点線は肝臓内部の走査範囲を示し、実線は肝臓外部の走査範囲を示す。なお、ガイド画像データ9bは、表示領域9aに表示可能な大きさに縮小されている。
操作者は、ガイド画像データ9bを参照して、走査範囲画像データ9cと肝臓画像データ9eとが重複している領域が、2次元超音波画像データ9dに描出されていることを把握できる。
図10では、被検体Pの血管領域を2次元超音波画像データ10aにより観察する場合を例示する。図10では、被検体Pの腹部の血管領域を撮像した2次元超音波画像データ10aと、被検体Pの腹部の血管領域を撮像したX線CTボリュームデータとの位置合わせを行なった結果、生成された表示画像データがモニタ2に表示されている。まず、位置合わせ部171は、2次元超音波画像データ10aとX線CTボリュームデータとの位置合わせを行なう。そして、取得部172は、X線CTボリュームデータに含まれる血管領域の位置を、セグメンテーション処理により特定する。そして、取得部172は、2次元超音波画像データ10aにおいて、X線CTボリュームデータの血管領域に対応する領域の位置を取得する。そして、生成部173は、表示画像データとして、図10に例示する血管模式図データ10bを生成する。
図10に示す血管模式図データ10bは、2次元超音波画像データ10aとX線CTボリュームデータの血管領域との立体的な位置関係を表す画像データである。生成部173は、X線CTボリュームデータに含まれる血管領域の外側に設定した視点から、当該血管領域に対してボリュームレンダリング処理を行なう。そして、生成部173は、生成したボリュームレンダリング画像データにおいて、2次元超音波画像データ10aの走査断面より手前に位置する領域の輪郭を実線とし、該走査断面より奥に位置する領域の輪郭を点線とすることで、血管模式図データ10bを生成する。そして、生成部173は、血管模式図データ10bを、位置合わせ処理の結果に基づいて、2次元超音波画像データ10aに重畳させて、モニタ2に表示させる。
操作者は、血管模式図データ10bを参照して、2次元超音波画像データ10aに描出されている血管領域だけでなく、2次元超音波画像データ10aに描出されていない血管領域を、3次元空間における位置とともに把握できる。
(2)医用画像処理装置
上述した第1の実施形態及び「(1)仮想内視鏡表示以外の表示形態」で説明した画像処理方法は、超音波診断装置とは独立に設置された医用画像処理装置により行なわれる場合であってもよい。かかる医用画像処理装置は、PACSのデータベースや、電子カルテシステムのデータベース等から超音波画像データ及び他種医用画像データを受信して上述した画像処理方法を行なうことができる。
図11は、第2の実施形態に係る医用画像処理装置の構成例を示すブロック図である。図11に示すように、第2の実施形態に係る医用画像処理装置200は、通信制御部201と、出力部202と、入力部203と、記憶部210と、制御部220とを備える。
通信制御部201は、例えば、医用画像処理装置200が、PACSのデータベースや、電子カルテシステムのデータベース等との間で送受信される各種情報に関する通信を制御する。例えば、通信制御部201は、PACSのデータベースや、電子カルテシステムのデータベース等から、超音波画像データ及び他種医用画像データを受信する。例えば、通信制御部201は、ネットワークインタフェースカード(NIC:Network Interface Card)である。
出力部202は、各種情報を出力する出力装置である。例えば、出力部202は、ディスプレイやモニタなどに対応する。
入力部203は、各種情報の入力を受け付ける入力装置である。例えば、入力部203は、医用画像処理装置200の操作者からの各種設定要求を受け付け、受け付けた各種設定要求を制御部220に出力する。例えば、入力部203は、キーボードやマウスなどに対応する。
記憶部210は、各種情報を記憶する。例えば、記憶部210は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)などの半導体メモリ素子、ハードディスク装置や光ディスク装置などの記憶装置に対応する。
制御部220は、位置合わせ部171と同様の機能を有する位置合わせ部221と、取得部172と同様の機能を有する取得部222と、生成部173と同様の機能を有する生成部223とを有する。制御部220の機能は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路により実現することができる。また、制御部220の機能は、例えば、CPU(Central Processing Unit)が所定のプログラムを実行することで実現することができる。
すなわち、医用画像処理装置200において、入力部203が、超音波ボリュームデータ及びX線CTボリュームデータの指定とともにVE画像データの表示要求を受け付けると、位置合わせ部221は、超音波ボリュームデータ及びX線CTボリュームデータの位置合わせを行う。続いて、取得部222は、X線CTボリュームデータにおける血管領域の位置を特定し、特定した血管領域の超音波ボリュームデータにおける位置を取得する。そして、生成部223は、取得部222によって取得された血管領域の中心線に設定された視点から血管領域の輪郭を投影することで、VE画像データを生成する。生成部173は、生成したVE画像データを出力部202に出力し、VE画像データを表示させる。
このように、医用画像処理装置200は、PACSのデータベースや、電子カルテシステムのデータベース等から超音波画像データ及び他種医用画像データを受信して、上述した画像処理方法を行なうことができる。
(3)画像処理プログラム
上述した第1の実施形態及び「(1)仮想内視鏡表示以外の表示形態」で説明した画像処理方法は、予め用意された画像処理プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。この画像処理プログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することができる。また、この画像処理プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク(FD)、CD−ROM、MO、DVD、USBメモリ及びSDカードメモリ等のFlashメモリ等、コンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体に記録され、コンピュータによって非一時的な記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
以上、説明したとおり、第1及び第2の実施形態によれば、超音波画像に描出された構造物の輪郭を取得することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 超音波診断装置
17 制御部
171 位置合わせ部
172 取得部
173 生成部

Claims (9)

  1. 3次元の超音波ボリュームデータと、当該3次元の超音波ボリュームデータとは異なる他の種類の3次元の他種医用画像ボリュームデータとの位置合わせを行う位置合わせ部と、
    前記他種医用画像ボリュームデータにおける管腔領域の位置を特定し、当該特定した管腔領域の前記超音波ボリュームデータにおける位置を検出する検出部と、
    前記検出部によって検出された管腔領域の位置に基づいて、当該管腔領域の内部に設定した視点から前記超音波ボリュームデータを投影した投影画像データを、所定の表示部に表示する表示画像データとして生成する生成部と、
    を備える、超音波診断装置。
  2. 前記生成部は、前記検出部によって検出された管腔領域に対応する超音波ボリュームデータを変更する加工を行い、当該変更された超音波ボリュームデータを前記管腔領域の内部に設定した視点から投影した投影画像データを、前記表示画像データとして生成する、請求項1に記載の超音波診断装置。
  3. 前記生成部は、前記検出部によって検出された管腔領域の位置を示す画像データを生成し、当該画像データと前記投影画像データとを重畳した画像データを、前記表示画像データとして生成する、請求項1又は2に記載の超音波診断装置。
  4. 前記生成部は、前記検出部によって検出された管腔領域の位置を示す画像データとして、当該管腔領域の境界に対応するワイヤーフレーム画像データを生成し、当該ワイヤーフレーム画像データと前記投影画像データとを重畳した画像データを、前記表示画像データとして生成する、請求項3に記載の超音波診断装置。
  5. 前記生成部は、前記投影画像データに基づいて、前記超音波ボリュームデータにおける管腔領域の位置を算出し、当該位置と、前記検出部によって検出された管腔領域の位置との差分に対応する領域を強調表示した画像データを、前記表示画像データとして生成する、請求項1〜4のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
  6. 超音波画像データと、超音波画像データとは異なる他の種類の他種医用画像データとの位置合わせを行う位置合わせ部と、
    前記他種医用画像データにおける生体組織の輪郭を含む領域を特定し、当該特定した領域の前記超音波画像データにおける位置を検出する検出部と、
    前記検出部によって検出された生体組織の位置と、前記超音波画像データとに基づいて生成した画像データを、所定の表示部に表示する表示画像データとして生成する生成部と、
    を備える、超音波診断装置。
  7. 前記生成部は、前記検出部によって検出された輪郭の位置を示す画像データを生成し、当該画像データと前記投影画像データとを重畳した画像データを、前記表示画像データとして生成することを特徴とする請求項6に記載の超音波診断装置。
  8. 3次元の超音波ボリュームデータと、当該3次元の超音波ボリュームデータとは異なる他の種類の3次元の他種医用画像ボリュームデータとの位置合わせを行う位置合わせ部と、
    前記他種医用画像ボリュームデータにおける管腔領域の位置を特定し、当該特定した管腔領域の前記超音波ボリュームデータにおける位置を検出する検出部と、
    前記検出部によって検出された管腔領域の位置に基づいて、当該管腔領域の内部に設定した視点から前記超音波ボリュームデータを投影した投影画像データを、所定の表示部に表示する表示画像データとして生成する生成部と、
    を備える、医用画像処理装置。
  9. 3次元の超音波ボリュームデータと、当該3次元の超音波ボリュームデータとは異なる他の種類の3次元の他種医用画像ボリュームデータとの位置合わせを行う位置合わせ手順と、
    前記他種医用画像ボリュームデータにおける管腔領域の位置を特定し、当該特定した管腔領域の前記超音波ボリュームデータにおける位置を検出する検出手順と、
    前記検出手順によって検出された管腔領域の位置に基づいて、当該管腔領域の内部に設定した視点から前記超音波ボリュームデータを投影した投影画像データを、所定の表示部に表示する表示画像データとして生成する生成手順と、
    をコンピュータに実行させる、画像処理プログラム。
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