JP6727363B2 - 医用診断装置、医用画像処理装置及び医用画像処理方法 - Google Patents
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Description
次に、本実施形態の前提となる技術である組織追跡イメージング法(TTI:Tissue Tracking Imaging)について、簡単に説明する。この組織追跡イメージング法は、組織の運動情報として、運動に伴う組織位置を追跡しながら、局所の変位と歪みのパラメータを画像化するものである。当該手法によれば、心臓の局所心筋の歪みや変位の画像を、例えば短軸像を用いて作成・表示することができ、画像出力値の局所領域に対する時間変化の解析が支援される。この組織追跡イメージング法のさらなる詳細については、例えば特開平2003−175041号に説明されている。
上述した組織追跡イメージング法(特に、後述する心室の三次元心筋形状設定支援機能を用いた組織追跡イメージング法)に関する処理は、運動情報処理ユニット29において実行される。
次に、本超音波診断装置10が具備する心腔の三次元心筋形状設定支援機能について説明する。この時相推定処理は、例えば組織追跡イメージング法により心筋組織を映像化する場合において、血液の流入を行う第1部位、血液の流出を行う第2部位、および心腔を含む心筋領域の設定を支援するものである。なお、以下においては、説明を具体的にするため、「心腔」は「右心室」であり、「第1部位」は右心室へ血液を流入させるための「三尖弁を含む管状構造物(流入部)」であり、「第2部位」は右心室から血液を流出させるための「肺動脈弁を含む管状構造物(流出部)」であるとする。しかしながら、当該例に限定する趣旨ではなく、例えば「心腔」は「左心室」や「右心房」ないし「左心房」であってもよく、「第1部位」或いは「第2部位」は、管状の領域以外のものであってもよい。
まず、少なくとも右心室を含む三次元領域が超音波走査(Bモードによる走査)され、例えば一心拍以上に亘る所定期間につき、時相毎のボリュームデータが取得される。ここで、「時相」或いは「心時相」とは、心臓の周期的な運動における任意の1時点(タイミング)を指す。
第1設定部290は、取得された各時相に対応するボリュームデータのうち、所定時相(例えば初期時相)に対応するボリュームデータに対して、右心室への血液の流入を行うための第1部位の心筋領域の輪郭線を、第1部位の軸に沿った断面を用いて入力し、補間処理によって、第1部位を近似した3次元形状を設定する。より具体的には以下のとおりである。
第2設定部292は、上記所定時相に対応するボリュームデータに対して、右心室からの血液の流出を行うための第2部位の心筋領域の輪郭線を、第2部位の軸に沿った断面像で入力し、補間処理によって、第2部位を近似した3次元形状を設定する。より具体的には以下のとおりである。
心室形状設定部294は、近似された第1部位の三次元形状及び第2部位の三次元形状を用いて、第1部位及び第2部位を含む心室の三次元心筋形状をボリュームデータに設定する。その結果、例えば、図9に示す様に、第1部位VIの三次元形状、第2部位VOの三次元形状を含む心室の三次元心筋形状VEが設定(或いは抽出)されることになる。
トラッキング処理部294は、上記所定時相において設定された心室の三次元心筋形状を初期形状として、他の各時相に対応するボリュームデータにつき例えば時系列にパターンマッチング処理を実行することで、心室の三次元心筋形状をトラッキングする。これにより、複数の時相に対応する各ボリュームデータにおいて心室の三次元心筋形状が設定されると共に、各時相における速度分布画像が生成される。
画像処理ユニット28は、心室の三次元心筋形状が設定された各ボリュームデータを用いて、例えばボリュームレンダリングを実行することにより、第1部位及び第2部位を含む前記心室の三次元心筋形状を現す三次元画像を生成する。或いは、画像処理ユニット28は、心室の三次元心筋形状が設定された各ボリュームデータを用いたMPR処理を行うことにより、心臓を任意の断面で切り出して、3次元心筋境界が交わる境界線を映像化した断面像を生成する。生成された画像は、表示処理ユニット30において所定の処理を受けた後、モニター14において所定の形態で表示される。
本実施形態では、近似した第1部位と第2部位の3次元形状に基づいて、第1部位及び第2部位を含む心室の三次元心筋形状をボリュームデータに設定した。しかしながら、当該例に拘泥されず、例えば、予め心室の形状等に関する情報があれば、それを用いてもよい。具体的には、従来技術の方法などによって心室を近似した3次元形状がある場合、心室形状設定部294は、心室と第1部位、心室と第2部位が滑らかに接続されるように第1部位と第2部位の3次元形状を変形することで、心室の流入部および流出部の心筋境界を生成する構成であってもよい。また、心室形状設定部294は、3次元形状のみでなく、画像情報も用いる構成であってもよい。これら心室の形状等に関する情報は、例えば記憶ユニット32、或いはネットワーク上の記憶装置において保存されており、所定のタイミングで取得することが可能である。
本実施形態では、心筋領域の輪郭線を設定する場合において、第1部位の設定においては二つの長軸断面SA、SBを利用し、第2部位の設定においては長軸断面SA、SBとは異なる長軸断面SCを利用する場合を例示した。しかしながら、当該例に拘泥されず、例えば、長軸断面SCを長軸断面SA又はSBと共通の(同じ)断面としてもよい。すなわち、長軸断面SA又はSB上に第2部位がある場合には、第2部位を有すること長軸断面SA又はSBを用いて第2部位の設定を行ってもよい。
以上述べた超音波診断装置によれば、流出部については、比較的視認しやすい長軸断面像において、やや形が複雑な流入部は2断面で輪郭線を入力し、これを用いて楕円柱で近似する。一方、血管のため形が単純であり視認が困難な流出部については、1断面で輪郭線を入力し、これを用いて円柱で近似する。そして、近似された第1部位の三次元形状及び第2部位の三次元形状を用いて、第1部位及び第2部位を含む心室の三次元心筋形状をボリュームデータに設定する。従って、ユーザは、心室についての心筋境界の設定を容易かつ高精度に行うことができる。また、心筋境界の設定の精度が向上することにより、解析や診断に要する時間を削減することができ、解析や診断の精度を向上させることができる。さらに、解析や診断に要する時間を削減することと、解析や診断の精度を向上させることの両立を達成できる。
[1] 心臓の少なくとも一部を含む三次元領域に対する超音波走査に基づくボリュームデータを取得するデータ取得部と、
心腔への血液流入経路に対応する第1部位の延在方向に沿い、互いに交差する複数の断面画像それぞれにおける前記第1部位の輪郭に基づいて、前記第1部位の三次元形状を取得し、前記心腔からの血液流出経路に対応する第2部位の延在方向に沿った断面画像における前記第2部位の輪郭に基づいて、前記第2部位の三次元形状を取得する取得部と、
前記心腔を示す三次元形状と、前記取得部で取得された前記第1部位および前記第2部位の三次元形状と、を用いて、前記第1部位、前記第2部位、および前記心腔を含む心筋の少なくとも一部の形状を示す三次元画像を生成する画像生成部と、
を具備するする超音波診断装置。
[2] 前記画像生成部は、前記心腔を示す三次元形状と前記取得部で取得された前記第1部位および前記第2部位の三次元形状が設定された前記ボリュームデータを用いて、前記三次元画像を生成する、[1]に記載の超音波診断装置。
[3] 前記データ取得部は、
前記第1部位の延在方向に沿った少なくとも二以上の前記断面画像を用いて前記第1部位の心筋領域の少なくとも一部の輪郭線を設定し、
前記第1部位の延在方向に沿った軸に交わる複数の第3断面のそれぞれにおいて前記輪郭線が通過する位置に基づいて、前記各第3断面上に楕円を設定し、
前記複数の楕円を補間することで、前記第1部位の三次元形状を取得する、[1]又は[2]に記載の超音波診断装置。
[4] 前記データ取得部は、
前記第2部位の延在方向に沿った前記断面画像を用いて前記第2部位の心筋領域の少なくとも一部の輪郭線を設定し、
前記第2部位の延在方向に沿った軸に交わる複数の第4断面のそれぞれにおいて前記輪郭線が通過する位置に基づいて、前記各第4断面上に円を設定し、
前記複数の円を補間することで、前記第2部位の三次元形状を取得する、[1]乃至[3]のいずれかに記載の超音波診断装置。
[5] 前記画像生成部は、予め準備された前記心腔に関する情報をさらに用いて、前記第1部位及び前記第2部位を含む前記心室の三次元心筋形状を現す三次元画像を生成する、[1]乃至[3]のいずれかに記載の超音波診断装置。
[6] 前記第2部位の延在方向に沿った断面画像は、前記第1部位の延在方向に沿った複数の断面画像のいずれかと同断面である、[1]乃至[5]のいずれかに記載の超音波診断装置。
[7] 前記所定時相における前記第1部位の延在方向に沿った軸及び前記第2部位の延在方向に沿った軸を用いて、少なくとも一つの他の時相のボリュームデータにおける前記第1部位の延在方向に沿った軸及び前記第2部位の延在方向に沿った軸を追跡する追跡処理部をさらに具備し、
前記データ取得部は、前記少なくとも一つの他の時相のボリュームデータに対し、前記追跡された前記第1部位の延在方向に沿った前記複数の断面画像を用いて設定し、前記設定された第1部位の心筋領域の少なくとも一部の輪郭線に基づいて、前記第1部位の三次元形状を取得し、前記少なくとも一つの他の時相のボリュームデータに対し、前記追跡された前記第2部位の延在方向に沿った前記複数の断面画像を用いて設定し、前記設定された第2部位の心筋領域の少なくとも一部の輪郭線に基づいて、前記第2部位の三次元形状を取得し、
前記画像生成部は、前記少なくとも一つの他の時相における前記1部位の三次元形状及び前記第2部位の三次元形状を用いて、前記第1部位及び前記第2部位を含む前記心室の三次元心筋形状を現す三次元画像を生成する、[1]乃至[6]のいずれかに記載の超音波診断装置。
[8] 前記心室は右心室であり、
前記第1部位は三尖弁を含む管状構造物であり、
前記第2部位は肺動脈弁を含む管状構造物である、[1]乃至[7]のいずれかに記載の超音波診断装置。
[9] 心臓の少なくとも一部を含む三次元領域に対する超音波走査に基づくボリュームデータを記憶する記憶部と、
心腔への血液流入経路に対応する第1部位の延在方向に沿い、互いに交差する複数の断面画像それぞれにおける前記第1部位の輪郭に基づいて、前記第1部位の三次元形状を取得し、前記心腔からの血液流出経路に対応する第2部位の延在方向に沿った断面画像における前記第2部位の輪郭に基づいて、前記第2部位の三次元形状を取得する取得部と、
前記心腔を示す三次元形状と、前記取得部で取得された前記第1部位および前記第2部位の三次元形状と、を用いて、前記第1部位、前記第2部位、および前記心腔を含む心筋の少なくとも一部の形状を示す三次元画像を生成する画像生成部と、
を具備する超音波画像処理装置。
[10] コンピュータに、
心臓の少なくとも一部を含む三次元領域に対する超音波走査に基づくボリュームデータを用いて、
心腔への血液流入経路に対応する第1部位の延在方向に沿い、互いに交差する複数の断面画像それぞれにおける前記第1部位の輪郭に基づいて、前記第1部位の三次元形状を取得し、前記心腔からの血液流出経路に対応する第2部位の延在方向に沿った断面画像における前記第2部位の輪郭に基づいて、前記第2部位の三次元形状を取得する取得機能と、
前記心腔を示す三次元形状と、前記取得部で取得された前記第1部位および前記第2部位の三次元形状と、を用いて、前記第1部位、前記第2部位、および前記心腔を含む心筋の少なくとも一部の形状を示す三次元画像を生成する画像生成機能と、
を実現させる超音波画像処理プログラム。
Claims (23)
- 三次元領域をスキャンし、前記三次元領域の三次元ボリュームデータを取得するスキャナと、
心室への血液流入経路に対応する第1の部位の三次元形状を生成し、
前記第1の部位は、第1の形状を用いて、前記三次元ボリュームデータから生成された複数の第1の断面画像における前記第1の部位の輪郭に基づいて近似され、
前記複数の第1の断面画像は、血液が流れる前記第1の部位の延在方向に沿って互いに交差する、
前記心室からの血液流出経路に対応する第2の部位の三次元形状を生成し、
前記第2の部位は、前記第1の形状とは異なる第2の形状を用いて、前記三次元ボリュームデータから生成された少なくとも一つの第2の断面画像における前記第2の部位の輪郭に基づいて近似され、
前記少なくとも一つの第2の断面画像は、血液が流れる前記第2の部位の延在方向に沿って取得され、
生成された前記第1の部位の三次元形状および生成された前記第2の部位の三次元形状を用いることによって、前記第1の部位の三次元形状および前記第2の部位の三次元形状を含む前記心室の三次元形状を生成し、
前記第1の部位の三次元形状および前記第2の部位の三次元形状を含む前記心室の三次元形状を用いてレンダリング処理を実行し、前記第1の部位、前記第2の部位、および前記心室を含む少なくとも心臓の一部を表す三次元画像を生成し、
ディスプレイを制御して前記三次元画像を表示する
処理回路と
を具備する、医用診断装置。 - 前記処理回路は、
前記第1の部位の延在方向に沿って取得された少なくとも二つ以上の前記第1の断面画像を用いて前記第1の部位の心筋領域の少なくとも一部の輪郭線を設定し、
複数の第3断面のそれぞれにおいて前記輪郭線が通過するそれぞれの位置に基づいてそれぞれの第3断面上に楕円を設定することにより、前記第1の部位の延在方向に沿った軸に交わる前記複数の第3断面上に前記第1の部位の前記輪郭を近似し、
複数の前記楕円を補間することにより、前記第1の部位の前記三次元形状を取得する
請求項1に記載の医用診断装置。 - 前記処理回路は、
前記第2の部位の延在方向に沿って取得された前記第2の断面画像を用いて前記第2の部位の心筋領域の少なくとも一部の輪郭線を設定し、
複数の第4断面のそれぞれにおいて前記輪郭線が通過するそれぞれの位置に基づいてそれぞれの第4断面上に円を設定することにより、前記第2の部位の延在方向に沿った軸に交わる前記複数の第4断面上に前記第2の部位の前記輪郭を近似し、
複数の前記円を補完することにより、前記第2の部位の前記三次元形状を取得する
請求項1または請求項2に記載の医用診断装置。 - 前記処理回路は、予め準備された前記心室に関する情報をさらに用いて、前記第1の部位および前記第2の部位を含む心室の三次元画像を生成する、
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の医用診断装置。 - 前記第2の部位の延在方向に沿った前記第2の断面画像は、前記第1の部位の延在方向に沿った前記複数の第1の断面画像のいずれかと同じ断面である、
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の医用診断装置。 - 前記処理回路は、
所定の時相における前記第1の部位の延在方向に沿った軸および前記第2の部位の延在方向に沿った軸を用いて、少なくとも他の時相のボリュームデータにおける前記第1の部位の延在方向に沿った軸および前記第2の部位の延在方向に沿った軸を追跡し、
前記少なくとも他の時相のボリュームデータに対して、追跡された第1の部位の延在方向に沿った、前記ボリュームデータから生成された前記複数の第1の断面画像を用いて前記第1の部位を設定し、
設定された第1の部位の心筋領域の少なくとも一部の輪郭線に基づいて近似された、前記第1の部位の三次元形状を生成し、
前記少なくとも他の時相のボリュームデータに対して、追跡された第2の部位の延在方向に沿った、前記ボリュームデータから生成された前記少なくとも一つの第2の断面画像を用いて前記第2の部位を設定し、
設定された第2の部位の心筋領域の少なくとも一部の輪郭線に基づいて近似された、前記第2の部位の三次元形状を生成し、
前記少なくとも他の時相における前記第1の部位の前記三次元形状および前記第2の部位の前記三次元形状を用いて、前記第1の部位および前記第2の部位を含む前記心室の三次元心筋形状を表す前記三次元画像を生成する、
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の医用診断装置。 - 前記心室は右心室であり、
前記第1の部位は三突弁を含む管状構造物であり、
前記第2の部位は肺動脈弁を含む管状構造物である、
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の医用診断装置。 - 第1の形状を用いて、少なくとも心臓の一部の三次元ボリュームデータから生成された複数の第1の断面画像における血液流入経路の輪郭に基づいて近似することによって、右心室への血液流入経路を表す三次元形状を生成し、
前記複数の第1の断面画像は、血液が流れる前記血液流入経路の延在方向に沿って互いに交差する、
前記第1の形状とは異なる第2の形状を用いて、前記三次元ボリュームデータから生成された少なくとも一つの第2の断面画像における血液流出経路の輪郭に基づいて近似することによって、前記右心室からの血液流出経路を表す三次元形状を生成し、
前記少なくとも一つの第2の断面画像は、血液が流れる前記血液流出経路の延在方向に沿って取得され、
前記血液流入経路を表す三次元形状および前記血液流出経路を表す三次元形状を用いてレンダリング処理を実行し、前記血液流入経路、前記血液流出経路、および前記右心室を含む前記少なくとも心臓の一部の三次元画像を生成し、
ディスプレイを制御して前記三次元画像を表示する、
処理回路
を具備する、医用診断装置。 - 心室への血液流入経路に対応する第1の部位の三次元形状を生成し、
前記第1の部位は、第1の形状を用いて、少なくとも心臓の一部のボリュームデータから生成された複数の第1の断面画像のそれぞれにおける前記第1の部位の輪郭に基づいて近似され、
前記第1の断面画像は、血液が流れる前記第1の部位の延在方向に沿って互いに交差する、
前記心室からの血液流出経路に対応する第2の部位の三次元形状を生成し、
前記第2の部位は、前記第1の形状とは異なる第2の形状を用いて、少なくとも前記心臓の一部のボリュームデータから生成された少なくとも一つの第2の断面画像における前記第2の部位の輪郭に基づいて近似され、
前記少なくとも一つの第2の断面画像は、血液が流れる前記第2の部位の延在方向に沿って取得され、
生成された前記第1の部位の三次元形状および生成された前記第2の部位の三次元形状を用いることによって、前記第1の部位の三次元形状および前記第2の部位の三次元形状を含む前記心室の三次元形状を生成し、
前記第1の部位の三次元形状および前記第2の部位の三次元形状を含む前記心室の三次元形状を用いてレンダリング処理を実行し、前記第1の部位、前記第2の部位、および前記心室を含む少なくとも心臓の一部を表す三次元画像を生成し、
ディスプレイを制御して前記三次元画像を表示する
処理回路
を具備する、医用画像処理装置。 - 第1の形状を用いて、少なくとも心臓の一部の三次元ボリュームデータから生成された複数の第1の断面画像における血液流入経路の輪郭に基づいて近似することによって、右心室への血液流入経路を表す三次元形状を生成し、
前記複数の第1の断面画像は、血液が流れる前記血液流入経路の延在方向に沿って互いに交差する、
前記第1の形状とは異なる第2の形状を用いて、前記三次元ボリュームデータから生成された少なくとも一つの第2の断面画像における血液流出経路の輪郭に基づいて近似することによって、前記右心室からの血液流出経路を表す三次元形状を生成し、
前記少なくとも一つの第2の断面画像は、血液が流れる前記血液流出経路の延在方向に沿って取得され、
前記血液流入経路を表す三次元形状および前記血液流出経路を表す三次元形状を用いてレンダリング処理を実行し、前記血液流入経路、前記血液流出経路、および前記右心室を含む前記少なくとも心臓の一部の三次元画像を生成し、
ディスプレイを制御して前記三次元画像を表示する、
処理回路
を具備する、医用画像処理装置。 - 心室への血液流入経路に対応する第1の部位の三次元形状を生成することと、
前記第1の部位は、第1の形状を用いて、少なくとも心臓の一部のボリュームデータから生成された複数の第1の断面画像における前記第1の部位の輪郭に基づいて近似され、
前記第1の断面画像は、血液が流れる前記第1の部位の延在方向に沿って互いに交差し、
前記第1の断面画像は、三次元領域に関し、
前記心室からの血液流出経路に対応する第2の部位の三次元形状を生成することと、
前記第2の部位は、前記第1の形状とは異なる第2の形状を用いて、少なくとも前記心臓の一部のボリュームデータから生成された少なくとも一つの第2の断面画像における前記第2の部位の輪郭に基づいて推定され、
前記少なくとも一つの第2の断面画像は、血液が流れる前記第2の部位の延在方向に沿って取得され、
生成された前記第1の部位の三次元形状および生成された前記第2の部位の三次元形状を用いることによって、前記第1の部位の三次元形状および前記第2の部位の三次元形状を含む前記心室の三次元形状を生成することと、
前記第1の部位の三次元形状および前記第2の部位の三次元形状を含む前記心室の三次元形状を用いてレンダリング処理を実行し、前記第1の部位、前記第2の部位、および前記心室を含む少なくとも心臓の一部を表す三次元画像を生成することと、
ディスプレイを制御して前記三次元画像を表示することと
を具備する、医用画像処理方法。 - 前記少なくとも一つの第2の断面画像の数は、前記複数の第1の断面画像の数よりも少ない、
請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の医用診断装置。 - 前記少なくとも一つの第2の断面画像の数は、前記複数の第1の断面画像の数よりも少ない、
請求項8に記載の医用診断装置。 - 前記少なくとも一つの第2の断面画像の数は、前記複数の第1の断面画像の数よりも少ない、
請求項9に記載の医用画像処理装置。 - 前記少なくとも一つの第2の断面画像の数は、前記複数の第1の断面画像の数よりも少ない、
請求項10に記載の医用画像処理装置。 - 前記少なくとも一つの第2の断面画像の数は、前記複数の第1の断面画像の数よりも少ない、
請求項11に記載の医用画像処理方法。 - 前記第1の形状は楕円形であり、前記第2の形状は円形である、
請求項1から請求項7までのいずれか一項、または請求項12に記載の医用診断装置。 - 前記処理回路は、前記第1の部位の輪郭および前記第2の部位の輪郭に対応する、ユーザからの入力を受信する、
請求項7に記載の医用診断装置。 - 前記第1の形状は楕円形であり、前記第2の形状は円形である、
請求項8または請求項13に記載の医用診断装置。 - 前記第1の形状は楕円形であり、前記第2の形状は円形である、
請求項9または請求項14に記載の医用画像処理装置。 - 前記第1の形状は楕円形であり、前記第2の形状は円形である、
請求項10または請求項15に記載の医用画像処理装置。 - 前記第1の形状は楕円形であり、前記第2の形状は円形である、
請求項11または請求項16に記載の医用画像処理方法。 - 三次元領域をスキャンし、前記三次元領域の三次元ボリュームデータを取得するスキャナと、
心室への血液流入経路に対応する第1の部位の三次元形状を生成し、
前記第1の部位は、第1の形状を用いて、前記三次元ボリュームデータから生成された複数の第1の断面画像における前記第1の部位の輪郭に基づいて近似され、
前記複数の第1の断面画像は、血液が流れる前記第1の部位の延在方向に沿って互いに交差する、
前記心室からの血液流出経路に対応する第2の部位の三次元形状を生成し、
前記第2の部位は、前記第1の形状とは異なる第2の形状を用いて、前記三次元ボリュームデータから生成された少なくとも一つの第2の断面画像における前記第2の部位の輪郭に基づいて近似され、
前記少なくとも一つの第2の断面画像は、血液が流れる前記第2の部位の延在方向に沿って取得され、
生成された前記第1の部位の三次元形状および生成された前記第2の部位の三次元形状を用いることによって、前記第1の部位の三次元形状および前記第2の部位の三次元形状を含む前記心室の三次元形状を生成し、
前記第1の部位の三次元形状および前記第2の部位の三次元形状を含む前記心室の三次元形状を用いてレンダリング処理を実行し、前記第1の部位、前記第2の部位、および前記心室を含む少なくとも心臓の一部を表す三次元画像を生成する
処理回路と
を具備する、医用診断装置。
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