JP6767904B2

JP6767904B2 - 超音波画像処理装置及び方法

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Publication number: JP6767904B2
Application number: JP2017056865A
Authority: JP
Inventors: 俊徳前田; 健太井上; 信康井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP2018157961A

Description

本発明は超音波画像処理装置に関し、特に、長骨像の処理に関する。

医療の分野において超音波画像処理装置が活用されている。超音波画像処理装置は、超音波診断装置、情報処理装置、等によって構成される。以下においては、超音波診断装置について説明する。

超音波診断装置は、被検者への超音波の送受波により得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する装置である。産科においては、胎児の発育状態や健康状態を検査するために、妊婦に対して定期的に超音波検査が実施される。超音波検査においては通常、複数の計測が実行される。それは大腿骨長（FL：Femur Length）の計測が含まれる。大腿骨長は、大腿骨における２つの端点の間の距離として定義されるものである（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１５−１７１４７６号公報

断層画像上において大腿骨長をマニュアルで計測すると、客観性が低下し、また煩雑であることから、大腿骨長の自動計測の実現が望まれている。その自動計測において、大腿骨像の解析によって大腿骨それ全体から骨軸を求め、その骨軸上において２つの端点を探索し、それらの間の距離を大腿骨長として計測することが考えられる。しかし、そのような手法によると、今までマニュアルで指定された端点から離れたところに端点が設定され易くなる。また、大腿骨において湾曲や変形が認められる場合において、大腿骨長を正しく求めることができない。この問題は、胎児の大腿骨以外の長骨（長管骨）を計測する場合においても指摘され得る。

本発明の目的は、長骨像の計測において、長骨像に対して２つの端点が適切に設定されるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、湾曲あるいは変形が認められる長骨像に対して２つの端点を自動的にしかも適切に設定できるようにすることにある。

（１）実施形態に係る超音波画像処理装置は、断層画像から、第１骨端部及び第２骨端部を有する長骨像を抽出する前処理手段と、前記長骨像から複数の部分像を生成する手段であって、少なくとも、前記第１骨端部を有する第１部分像と前記第２骨端部を有する第２部分像とを生成する生成手段と、前記第１部分像の解析により前記第１部分像についての第１主軸を特定し、前記第１主軸上において前記第１骨端部のエッジとして第１端点を検出する第１検出手段と、前記第２部分像の解析により前記第２部分像についての第２主軸を特定し、前記第２主軸上において前記第２骨端部のエッジとして第２端点を検出する第２検出手段と、を含み、前記長骨像の計測において前記第１端点及び前記第２端点が利用される。

湾曲又は変形が認められる長骨像それ全体に基づいて端点検出用の単一の主軸を特定し、主軸上で各端点を検出すると、各端点が不適切な位置に設定されてしまい易い。これに対して、上記構成によれば、長骨像から第１部分像及び第２部分像が生成され、それらが個別的に処理される。すなわち、第１部分像に基づいて第１端点検出用の第１主軸が特定され、第２部分像に基づいて第１端点検出用の第２主軸が特定される。これにより、第１端点及び第２端点の特定精度を高められる。

実施形態において、前記生成手段は、前記長骨像を分割することにより前記第１部分像及び前記第２部分像を生成する分割手段を含む。この構成によれば、長骨像が概ね横倒し状態で表示されることを前提として、分割という非常に簡易な手法によって、複数の部分像を迅速かつ簡便に生成できる。一般に、長骨像の作出に際しては、長骨像が垂直に立った姿勢とならないように、検査者によって、プローブの位置及び姿勢が調整される。そのような場合に上記構成が効果的に機能する。長骨像を物理的に分割してもよいが、長骨像を論理的に分割してもよい。

実施形態において、前記分割手段は、前記長骨像を二分割することにより前記第１部分像及び前記第２部分像を生成する。その場合において、長骨像の代表点（重心点、中間点、検査者指定の座標等）を通過するように分割線を定めてもよい。

実施形態において、前記分割手段は、表示座標系の垂直軸に平行に前記長骨像を切断する。この構成によれば、分割に際して演算量を削減でき、より簡易に２つの部分像を生成できる。

実施形態において、前記第１主軸は、前記第１部分像内の第１代表座標を通る軸であって前記第１部分像の長手方向を表す軸であり、前記第２主軸は、前記第２部分像内の第２代表座標を通る軸であって前記第２部分像の長手方向を表す軸である。代表座標は例えば重心座標である。オブジェクトの長手方向を解析する各種の手法を利用して主軸の方向を特定できる。

実施形態において、前記前処理手段は、初期閾値を利用して元断層画像を二値化処理することにより前記断層画像としての二値化画像を生成する二値化処理手段と、前記二値化画像から仮の長骨像を抽出する抽出手段と、前記仮の長骨像に対して、前記初期閾値よりも低い閾値を設定した上で領域拡張処理を適用し、これにより前記仮の長骨像から前記長骨像を生成する領域拡張処理手段と、を含む。

上記構成によれば、相対的に高い初期閾値を利用した二値化処理によって仮の長軸像を得て、相対的に低い閾値を利用した閾値処理に基づく領域拡張処理により、処理対象となる長骨像を生成できる。最初から低い閾値を利用して閾値処理を行った場合、長骨像以外の部分まで抽出してしまう可能性が高まるが、上記構成によれば、長骨像である可能性の高い初期領域を出発点とし、その周囲に存在している比較的に低い輝度をもった長骨像構成画素を探索的に特定することが可能となる。

実施形態において、前記領域拡張処理手段は、前記仮の長骨像に対して、前記初期閾値よりも低い範囲内において閾値を段階的に引き下げながら複数回の領域拡張処理を適用する。この構成によれば段階的に長骨像が成長する。結果として、長骨像を構成しない画素群が連結対象となってしまう可能性を低減できる。

（２）実施形態に係る超音波画像処理装置は、胎児を表した断層画像から、第１骨端部及び第２骨端部を有する大腿骨像を抽出する工程と、前記大腿骨像を分割し、これにより前記第１骨端部を有する第１部分像及び前記第２骨端部を有する第２部分像を生成する工程と、前記第１部分像の解析により前記第１部分像についての第１主軸を特定し、前記第１主軸上において前記第１骨端部のエッジとして第１端点を検出する工程と、前記第２部分像の解析により前記第２部分像についての第２主軸を特定し、前記第２主軸上において前記第２骨端部のエッジとして第２端点を検出する工程と、前記第１端点と前記第２端点との間の距離を大腿骨長として計測する工程と、を含む。

上記画像処理方法は、ハードウエアの機能として、あるいは、ソフトウエアの機能として実現され得る。後者の場合には、画像処理方法を実施するためのプログラムが、可搬型記憶媒体を介して、あるいは、ネットワークを介して、超音波画像処理装置（超音波診断装置、情報処理装置等）にインストールされる。全工程が自動的に実行されるのが望ましいが、それらの中に、検査者の指定、選択等に基づいて半自動的に実行される工程が含まれてもよい。また、自動的に演算された各結果を検査者によって適宜修正できるように構成してもよい。

本発明によれば、長骨像の計測において、長骨像に対して２つの端点を適切に設定できる。あるいは、本発明によれば、湾曲あるいは変形が認められる長骨像に対しても、２つの端点を自動的にしかも適切に設定できるから、計測の客観性を高められる、検査者の負担を軽減できる、計測精度を高められる、等の多面的な利点を得られる。

実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。胎児の大腿骨像の計測を示す図である。胎児の大腿骨像を含む断層画像を示す図である。実施形態に係る超音波画像処理方法を示すフローチャートである。大腿骨像に対して設定された分割線を示す図である。第１部分像及び第２部分像の処理を示す図である。実施形態に係る計測及び比較例に係る計測を示す図である。端点検出方法の変形例を示す図である。処理領域設定方法の第１例を示す図である。図９に示した第１例における端点検出を示す図である。処理領域設定方法の第２例を示す図である。処理領域設定方法の第３例を示す図である。前処理の具体例を示すフローチャートである。領域拡張処理の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、実施形態に係る超音波診断装置の構成がブロック図として示されている。この超音波診断装置は、超音波画像処理装置として機能するものであり、具体的には、病院等の医療機関に設置され、被検者に対する超音波の送受波により超音波画像を形成する装置である。本実施形態では、妊婦に対して超音波が送受波され、これによって胎児の大腿骨像を含む断層画像が形成される。

図１において、プローブ１０は、プローブヘッド、ケーブル及びコネクタによって構成される。コネクタが超音波診断装置本体に対して着脱可能に装着される。プローブヘッドは、例えば、妊婦の腹部表面上に当接される。プローブヘッドは、一次元配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子を有している。アレイ振動子によって超音波ビームＢＥが形成され、それが電子走査される。電子走査方式として、電子セクタ走査方式、電子リニア方式、等が知られている。電子走査によってビーム走査面Ｓが形成される。図１において、ｒは深さ方向を示しており、φは電子走査方向を示している。１Ｄアレイ振動子に代えて、２Ｄアレイ振動子を設け、生体内の三次元空間からボリュームデータを得るようにしてもよい。体腔内挿入型プローブを利用することも可能である。

送受信回路１２は、送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する電子回路である。送信時において、送受信回路１２からアレイ振動子へ複数の送信信号が並列的に供給される。これにより送信ビームが形成される。受信時において、生体内からの反射波がアレイ振動子で受波される。これによりアレイ振動子から送受信回路１２へ複数の受信信号が並列的に出力される。送受信回路１２は、複数のアンプ、複数のＡ／Ｄ変換器、複数の遅延回路、加算回路、等を有する。送受信回路１２において、複数の受信信号が整相加算（遅延加算）されて、受信ビームに相当するビームデータが形成される。電子走査方向に並ぶ複数のビームデータにより受信フレームデータが構成される。各ビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。

断層画像形成部１４は、受信フレームデータに基づいて断層画像データを生成する電子回路である。その電子回路は１又は複数のプロセッサを含む。断層画像形成部１４は、例えば、検波回路、対数変換回路、フレーム相関回路、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）等を有する。断層画像データが画像処理部２０及び表示処理部３０へ送られている。

画像処理部２０は、画像処理手段として機能するものであり、超音波画像（実施形態において胎児の大腿骨像を含む断層画像）に対して画像処理を適用するモジュールである。画像処理部２０は、１又は複数のプロセッサを備える電子回路により構成されている。図１においては、画像処理部２０が有する複数の機能が複数のブロックにより表現されている。具体的には、画像処理部２０は、前処理手段として機能する前処理部２２、分割手段又は生成手段として機能する分割部（生成部）２４、検出手段として機能する検出部２６、及び、計測手段として機能する計測部２８を有する。個々のブロックがそれぞれ専用プロセッサによって構成されてもよい。それらのブロックが後述する制御部（ＣＰＵ、動作プログラム）の機能として実現されてもよい。

前処理部２２は、抽出手段として機能し、あるいは、フィルタ処理手段、二値化処理手段、ラベリング処理手段、領域拡張処理手段、等として機能する。前処理部２２によって、断層画像（元画像）が処理され、その断層画像から二値化像としての大腿骨像が抽出される。換言すれば、大腿骨像以外の部分が除去された二値化画像が得られる。大腿骨像は、分割部２４へ送られ、必要に応じて、表示処理部３０にも送られる。

分割部２４は、大腿骨像から複数の部分像を生成するものであり、具体的には、大腿骨像を二分割することにより、第１部分像及び第２部分像を生成するものである。第１部分像及び第２部分像が検出部２６へ送られる。必要に応じて、表示処理部３０にも送られる。大腿骨像の分割方式として、物理的な分割及び論理的な分割があげられる。前者においては、例えば、大腿骨像の実体又はデータが分割され、後者においては、例えば、大腿骨像に対して複数の処理領域が定められる。個々の処理領域は独立しており、そこに含まれる部分像だけが処理対象となる。

検出部２６は、主軸特定手段、探索範囲設定手段、及び、エッジ検出手段として機能する。具体的には、個々の部分像ごとに、部分像に基づいて重心及びそれを通る主軸を演算する。続いて、主軸上においてエッジ検出を行うことにより端点を特定する。その場合、望ましくは、重心に近い側から遠い方へエッジが探索される。最初に検出されたエッジが端点（第１端点、第２端点）として特定される。２つの端点の座標情報が計測部２８へ送られる。必要に応じて、その座標情報が表示処理部３０にも送られる。計測部２８は、第１端点と第２端点との間の距離を演算し、それを大腿骨長（ＦＬ）として表示処理部３０へ出力する。２つの端点を基礎とする他の計測が実行されてもよい。

表示処理部３０は、画像合成機能、カラー演算機能等を有する電子回路である。その電子回路は１又は複数のプロセッサを有する。表示処理部３０においてグラフィック画像が生成されてもよい。表示器３２の表示画面には、大腿骨像を含む断層画像（元画像）が表示される。その断層画像上には、必要に応じて、マーカー、ライン等のグラフィク要素が重畳表示される。また、元画像上又はその近傍に大腿骨長が数値として表示される。処理途中の２つの部分像、又は、処理後の２つの部分像が、主軸や端点を示すグラフィック要素群と共に、表示されもよい。表示器３２は、ＬＣＤ又は有機ＥＬデバイス等によって構成される。

制御部３４は、図１に示されている各構成を制御する制御手段として機能し、それはＣＰＵ及び動作プログラムにより構成される。制御部３４には操作パネル３６が接続されている。操作パネル３６は、トラックボール、スイッチ、キーボード等の入力デバイスを有する。

以下、図２以降の各図を参照しながら、実施形態に係る超音波画像処理方法を詳しく説明する。

図２には、大腿骨長の計測が例示されている。マニュアルで大腿骨長の計測を行う場合、大腿骨像４０における一方の端部の輪郭上に端点４２が定められ、大腿骨像４０における他方の端部の輪郭上に端点４４が定められる。その後、２つの端点４２，４４を通過する経路４６上において、２つの端点４２，４４間の距離４８が自動演算される。その距離が大腿骨長とされる。端点４２，４４を定める位置によって、計測結果である大腿骨長が変動する。一般には、各端部の中間位置（あるいは各端部に含まれる窪みの底）に各端点が設定される。

図３には、胎児の断層画像５０が示されている。その断層画像５０には、比較的に高い輝度をもった大腿骨像５２が含まれる。しかし、大腿骨像の周囲にも、比較的に高い輝度をもった幾つかの部分が存在している。そこで、大腿骨像５２を選択的に抽出するために、断層画像に対して後述する前処理が適用される。なお、必要に応じて、画像処理範囲を画定するＲＯＩ（関心領域）５４が設定される。そのようなＲＯＩ５４によらずに、断層画像全部を画像処理対象としてもよい。

図４には本実施形態に係る超音波画像処理方法がフローチャートとして示されている。その超音波画像処理方法は、図１に示した画像処理部において実行されるものである。

Ｓ１２では、入力された断層画像（元画像）が二値化処理される。それに先立って断層画像がフィルタ処理されてもよい。二値化処理に際しては、閾値（後述する領域拡張処理で設定される閾値との関係では初期閾値）が利用される。例えば、閾値以上の画素値が１に変換され、閾値未満の画素値が０に変換される。この段階の閾値として、相対的に見て高い値が設定される。元画像のヒストグラムを生成し、そのヒストグラムから閾値を定めるようにしてもよい。二値化処理後の画像に対してフィルタ処理が施されてもよい。その場合、メディアンフィルタが利用されてもよい。

Ｓ１４では、二値化画像に対してラベリング処理が適用され、つまり、それぞれ孤立した複数の領域が特定される。個々の領域は画素値１をもった画素の集合である。その中から、面積、形態、位置等に関する一定の条件を満たす領域として、仮の大腿骨像が抽出（仮抽出）される。例えば、最大の面積を有する領域、及び、２番目に大きな面積を有する領域を特定した上で、形態的な条件又は位置的な条件に従って、いずれかを選択するようにしてもよい。

Ｓ１６では、仮の大腿骨像に対して領域拡張処理が適用される。具体的には、リージョングローイング処理が適用される。これに関しては、後に図１３及び図１４を用いて詳述するが、この領域拡張処理では、通常、探索処理（連結処理）が複数回にわたって繰り返し実行される。その過程において、大腿骨像の長手方向（長軸方向、主軸方向）へ、探索範囲が段階的に拡大される。同時に、閾値が段階的に引き下げられる。各探索処理においては、既に求まっている領域（シード領域）に接する又は連なる１又は複数の大腿骨像構成画素が探索され、それらが大腿骨像の一部として組み込まれる。Ｓ１６の処理結果として、質の高い大腿骨像が抽出又は生成される。その大腿骨像は二値化画像である。なお、検査者が断層画像上において指定した点から領域を探索する手法が利用されてもよい。

Ｓ１８では、大腿骨像から複数の部分像が生成される。本実施形態では、大腿骨像に対して分割の基準となる分割線が定められ、その分割線を境として、大腿骨像が二分割される。これにより、第１端部（例えば左端部）を有する第１部分像と、第２端部（例えば右端部）を有する第２部分像と、が生成される。これに関しては、後に図５を用いて具体例に説明する。

Ｓ２０ＡとＳ２０Ｂは、並列的に実行され得るものである。同じく、それらの後に実行されるＳ２２ＡとＳ２２Ｂも、並列的に実行され得るものである。Ｓ２０ＡとＳ２２Ａを併せて、第１検出手段に相当する第１検出工程と称することができる。Ｓ２０ＢとＳ２２Ｂを併せて、第２検出手段に相当する第２検出工程と称することができる。

Ｓ２０Ａでは、第１部分像が解析され、第１重心及びそれを通過する第１主軸が特定される。第１重心は第１部分像の重心であり、第１主軸は第１部分像の長手方向を向く軸であって、それは骨軸に相当する。第１部分像の解析に際して、本実施形態では、後に詳述するように、第１部分像についての重心回り二次モーメントが演算され、その演算結果から、第１主軸の角度が特定される。そのような手法に代えて、主成分分析法その他の手法を利用することが可能である。Ｓ２２Ａでは、第１主軸上において、第１部分像の重心側からエッジ探索が実行され、検出された最初のエッジが第１端点として特定される。後述するように、探索範囲を限定してもよい。

Ｓ２０Ｂでは、第２部分像が解析される。すなわち、上記Ｓ２０Ａと同様に、第２重心及びそれを通過する第２主軸が特定される。Ｓ２２Ａでは、第２主軸上において、第２部分像の重心側からエッジ探索が実行され、検出された最初のエッジが第２端点として特定される。Ｓ２０Ａ、Ｓ２２Ａ、Ｓ２０Ｂ及びＳ２２Ｂの具体的な内容については、後に図６を用いて説明する。Ｓ２０Ａ、Ｓ２２Ａで用いられる計算式についても後に説明する。Ｓ２４では第１端点と第２端点との間の距離として大腿骨長が演算される。他の計測が実行されてもよい。

図５には、画像分割方法が例示されている。図示の例では、大腿骨像５６の重心５８が演算される。一般に、Ｘ軸方向における重心座標と、Ｙ軸方向における重心座標と、が別々に演算される。ここで、Ｘ軸及びＹ軸は表示座標系の水平軸及び垂直軸である。図示の例では、重心５８を通過する垂直線として分割線６０が定められている。分割線６０を境として、大腿骨像５６が二分割される。これにより、第１部分像６２と第２部分像６４とが生じる。分割線６０の位置を規定する代表点として、重心５８以外の点を利用してもよい。例えば、大腿骨像を構成する画素群が有する座標の中から、Ｘ方向の最小座標とＸ方向の最大座標とを特定し、それらの中間座標に分割線を設定してもよい。上記のＲＯＩが定められる場合、ＲＯＩを基準に分割線を定めてもよい。

Ｙ軸に平行な分割線６０を定めることにより、データ分割あるいは領域分割が容易となる。大腿骨像が水平姿勢あるいはそれに準ずる姿勢でない可能性があれば、例えば、大腿骨像５６の重心５８に加え、その重心５８を通過する主軸を演算し、重心５８を通り主軸に直交する方向として、分割線を定めるようにしてもよい。単に、重心５８を通り、且つ、重心近傍に存在する辺縁に直交する方向として、分割線を定めてもよい。上述したように、大腿骨像５６の分割は物理的に又は論理的に行うことが可能である。

図６には、端点検出方法（端点特定方法）が例示されている。図６の上段には第１部分像６２が示されており、図６の下段には第２部分像６４が示されている。第１部分像６２に対しては、重心６６及びそれを通過する第１主軸６８が演算される。その際には、例えば、以下の（１）式〜（３）式に示す画像の２次モーメントが計算される。

（１）式に示すＭ_2,0はｘ軸（図６においてＸ軸）についての二次モーメントであり、それはｘ軸方向の分散に相当する。（２）式に示すＭ_0,2はｙ軸（図６においてＹ軸）についての二次モーメントであり、それはｙ軸方向の分散に相当する。（３）式に示すＭ_1,1はｘ軸ｙ軸についての二次モーメントであり、それはｘ軸ｙ軸についての共分散に相当する。（１）式〜（３）式中の各要素は以下のように定義される。

（４）式は二値化画像（画素分布）を構成する各画素Ｂ（ｘ，ｙ）が１又は０の値を有することを示している。（５）式は重心のｘ座標を求める計算式である。（６）式は重心のｙ座標を求める計算式である。そして、以下の（７）式に従って、主軸の角度θが演算される。

主軸の角度θ及び重心の座標から、主軸の位置及び方向が特定される。以上の計算式は一例である。他の計算式あるいは他の方法によって、主軸を特定するようにしてもよい。例えば、主成分分析法を用いてもよい。

図６に示した第１部分像６２においては、以上の計算式に従って、第１主軸６８が特定される。その上で、第１主軸６８に沿ってエッジが探索され、最初に検出されたエッジとして、第１端点７２が特定される。エッジ探索に際しては、重心を探索開始点としてもよい。処理対象となる部分像が分割後の左側像であれば、探索方向は左側となり、処理対象となる部分像が分割後の右側像であれば、探索方向は右側となる。

図６に示した第２部分像６４においても、まず、上記計算式に従って、第２重心７４及びそれを通過する第２主軸７６が特定される。続いて、第２主軸７６に沿ってエッジが探索される。最初に検出されたエッジが第２端点８０とされる。

本実施形態によれば、分割後の部分像６２，６４に基づいて、それぞれエッジ検出用の主軸６８，７６を特定できるので、大腿骨像に曲がりや変形が認められる場合であっても、比較的に正確に２つの端点７２，８０を特定できる。すなわち、大腿骨像それ全体における湾曲あるいは変形に比べて、個々の部分像６２，６４における湾曲あるいは変形は小さくなるので（例えば１／２の量になるので）、各主軸６８，７６が部分像６２，６４における骨端部の中間位置又はその付近を通過する可能性を高められる。本発明者らの研究によれば、多くの場合において、各端点をかなり正確に定められること、同時に、熟練した医師がマニュアルで各端点を定める位置と同じような位置に各端点を定められこと、が確認されている。

図７には、大腿骨長の計測例が示されている。大腿骨像５６においては、上記手法により第１端点７２と第２端点８０とが特定されている。それらを通過する直線８２上において、２つの端点７２，８０の間の距離８４が計測され、それが大腿骨長（ＦＬ）として出力される。ちなみに、図７に示した大腿骨像５６それ全体から主軸を求めると、大腿骨像５６の湾曲の影響をかなり受けて、直線８２Ａのように主軸が特定されてしまう。その直線８２Ａ上において２つの端点７２Ａ，８０Ａを特定し、それらの距離８４Ａを求めると、その距離８４Ａは、上記距離８４とはかなり異なったものとなる。湾曲した大腿骨像５６に対しては、上記分割方法が計測精度を担保する上で効果的であることを確認できる。

次に、図８乃至図１２を用いて、幾つかのバリエーションについて説明する。図８に示すように、第１部分像６２において、重心６６を通過する主軸６８が特定された段階で、例えば、妊娠週数等に基づいて、第１主軸６８上に探索範囲を定めるようにしてもよい。２つのライン８６，８８が探索範囲の両端を示している。その探索範囲内においてエッジ検出が実行され、これにより第１端点７２が求められる。これによれば、探索精度を向上でき、かつ、探索時間を短縮化できる。

図９には、領域設定方法の第１例が示されている。分割線による画像の二分割ではなく、複数の処理領域を設定し、各処理領域の部分像に対して上記処理を適用するものである。図９に示す第１例では、大腿骨像９０において、重心９２を通過する主軸９４が特定され、その主軸９４を基準として、互いに離れた２つの処理領域９６，９８が設定されている。その場合、Ｘ軸方向の最小座標が含まれるように処理領域９６が設定され、Ｘ軸方向の最大座標が含まれるように処理領域９８が設定されてもよい。図示の例では、各処理領域９６，９８の中心線が主軸９４に一致するように、各処理領域９６，９８が定められている。このような領域設定により、大腿骨像９０の曲がりの影響をより受け難くなる。

図１０には、上記のように設定された２つの処理領域９６，９８内の２つの部分像１００、１０６についての処理が示されている。部分像１００に基づいて主軸１０２が特定され、その主軸１０２上において端点１０４が特定される。同様に、部分像１０６に基づいて主軸１０８が特定され、その主軸１０８上において端点１１０が特定される。

図１１には、領域設定方法の第２例が示されている。大腿骨像９０に対して、部分的に重複した関係をもって２つの処理領域１１２，１１４が設定されている。符号１１５はそれらの重複部分を示している。２つの処理領域１１２，１１４を設定する際には、上記第１例で採用された設定方法を利用することが可能であり、他の方法を利用することも可能である。処理領域１１２内の部分像に基づいて主軸１１６が特定されており、処理領域１１４内の部分像に基づいて主軸１１８が特定されている。

図１２には、領域設定方法の第３例が示されている。図示されるように、大腿骨像９０に対して、何等かの基準に基づいて、湾曲した骨軸に沿って並ぶ３つ以上の処理領域が設定されてもよい。図示の例では、４つの処理領域１２０，１２２，１２４，１２６が設定されている。

次に、図１３及び図１４を用いて、図２に示した領域拡張処理の具体例について説明する。領域拡張処理では、リージョングローイング法が実行される。正確には、以下のように、リージョングローイング法を発展させた又は修正した方法が実行される。

Ｓ３０では、妊娠週数に応じて定まる平均長（大腿骨長の平均値）と標準偏差（大腿骨長のばらつき）とに基づいて、目標長が演算される。より詳しくは、標準偏差から、後述する探索範囲についての長軸方向の可変量（平均値を基準としてその前後に及ぶ範囲）が定められ、その可変量を見込んだ最大値として目標長が設定される。もっとも、そのような設定は例示に過ぎないものである。Ｓ３２及びＳ３４が探索領域設定工程に相当し、Ｓ３５及びＳ３６が閾値設定工程に相当する。

具体的には、Ｓ３２では、シード領域に基づいて、重心座標、長軸角度、長軸長、及び、短軸長が演算される。シード領域は、最初の段階では、二値化処理及びラベリング処理により抽出された仮の大腿骨像を構成する領域であり、後の段階では、直前の連結処理を経た大腿骨像を構成する領域である。長軸は上記主軸であり、短軸は主軸に直交する軸である。長軸の特定に際しては、上記のように画像の二次モーメントを計算するようにしてもよいし、主成分分析等の他の方法を利用してもよい。長軸長は、例えば、目標長に対して係数を乗算することにより定めることが可能である。その係数を連結処理の回数の増大に応じて変化（増大）させるのが望ましい。短軸長は、例えば、目標長に対して他の係数を乗算することにより定めることが可能である。短軸長については連結処理の回数によらずに一定値とされる。もちろん、短軸長を可変させてもよい。

Ｓ３４では、以上のように求められた重心座標、長軸角度、長軸長及び短軸長に基づいて楕円の形状を有する探索範囲が設定される。探索範囲は、シード領域を超えて長軸方向に拡大されたサイズを有する。後に図１４を用いてその具体例を説明する。探索範囲の形状が領域拡張方向を規定する。

Ｓ３５では、断層画像（元画像）に基づいて、シード領域内における全画素値が参照され、その中から最小値及び最大値が特定される。Ｓ３６では、特定された最大値及び最小値に基づいて、また、連結回数に基づいて、輝度軸における探索輝度値範囲が決定される。本実施形態において、探索輝度範囲の上限は最高輝度とされており、その場合、Ｓ３６の実体は、下限である閾値の適応的な決定にある。もちろん、平均輝度に基づいて探索輝度範囲が定められてもよい。本実施形態では、基本的に、連結処理回数に応じて閾値が段階的に引き下げられる。探索輝度値範囲の設定に関する上記方法は例示に過ぎず、他の手法を用いることが可能である。参照される断層画像に対して、事前にフィルタ処理を施しておくのが望ましい。その場合にはガウシアンフィルタ等を用いることができる。

Ｓ３８では、連結処理が実行される。すなわち、断層画像（望ましくはフィルタ処理後の断層画像）に基づいて、現在設定されている探索範囲内において、現在設定されている閾値以上の画素値を有し、かつ、シード領域に接しているあるいは連なっている画素群が特定され、その画素群がシード領域に連結される。つまり、その画素群が大腿骨像の一部として追加的に組み込まれる。

Ｓ４０では、所定の終了条件を満たしたか否かが判断され、満たしていない場合には、Ｓ４２において、連結処理後つまり拡張後の領域が新たなシード領域とされ、Ｓ３２及びＳ３５以降の各工程が繰り返し実行される。終了条件として、複数の条件を定めてもよい。例えば、予定されていた回数分の連結処理が完了した場合に本処理を終了させてもよい。また、領域が一定程度、長軸方向に広がった場合に本処理を終了させてもよい。更に、ある程度閾値を引き下げても領域が拡大しない場合に本処理を終了させてもよい。終了条件としては目的等に応じて適宜定めればよい。

図１４には、探索範囲の設定例が模式的に示されている。その内容も例示に過ぎないものである。符号１３４は目標長（長軸方向の最大探索領域）を示している。大腿骨像（最初のシード領域）１３０に基づいて、重心１３２が演算され、重心１３２を通過する方向として長軸１３６が定められ、重心１３２を通過する方向であって長軸１３６に直交する方向として短軸１３８が定められる。長軸長は、上記のように、目標長１３４と連結処理数とから段階的に定められる。短軸長は目標長１３４から固定的に定められる。それらのパラメータによって楕円としての探索範囲１４０が定義される。その探索範囲１４０内において、現在設定されている閾値以上の輝度値を有し且つ繋がり条件を満たす画素群が特定され、それが連結処理の対処となる。その連結処理の結果、典型的には、最初のシード領域１３０よりも長軸１３６の方向に少し伸びた領域１４２が生成され、その領域１４２が新たなシード領域となる。

すなわち、領域１４２に基づいて、重心座標、長軸角度、長軸長及び短軸長が再計算され、それらに基づいて楕円の探索範囲１４４が設定される。探索範囲１４４は、前回設定された探索範囲１４０よりも大腿骨像の長手方向に伸長したサイズ（長軸長）を有している。その探索範囲１４４内において、新しく設定された（更に引き下げられた）閾値を利用して所定の画素群が探索され、それらが連結処理対象となる。連結処理結果として領域１４６が得られる。終了条件が満たされるまで上記処理が繰り返される。

探索領域の形状としては楕円に限られず、矩形等であってもよい。シード領域のヒストグラムに基づいて閾値が設定されてもよい。シード領域の平均画素値に基づいて閾値が設定されてもよい。

以上の領域拡張方法によれば、大腿骨像の一部である可能性が高い領域を基礎として、その領域に繋がっている部分（特に二値化処理での閾値よりも低い画素値を有する部分）を段階的に探索することができる。逆に言えば、大腿骨像の一部ではないものが不用意に連結されてしまう可能性を低減できる。そのような処理を経た質の高い大腿骨像から複数の部分像を得て、それらに対して個別的に端点検出法を適用することにより、大腿骨像の各端部における適切な位置に各端点を定めることが可能となる。

上記の領域拡張方法の適用に先立って、二値化された大腿骨像を分割して複数の部分像を生成し、各部分像に対して、上記の領域拡張方法が適用された上で、上記端点検出方法が適用されてもよい。上記領域拡張方法は方向性を有し、特定の方向への領域拡張を期待できるものである。当該方法を他の用途において利用することも考えられる。上記端点検出方法の前処理として上記方法以外の方法が適用されてもよい。

上記実施形態では胎児の大腿骨像が処理対象となっていたが、胎児中の他の長骨の像に対して上記処理を適用してもよく、胎児以外の被検者に含まれる長骨の像に対して上記処理を適用してもよい。超音波診断装置以外の装置において、上記画像処理方法を実行するようにしてもよい。

２０画像処理部、２２前処理部、２４分割部（生成部）、２６検出部、２８計測部。

Claims

断層画像から、第１骨端部及び第２骨端部を有する長骨像を抽出する前処理手段と、
前記長骨像から複数の部分像を生成する手段であって、少なくとも、前記第１骨端部を有する第１部分像と前記第２骨端部を有する第２部分像とを生成する生成手段と、
前記第１部分像の解析により前記第１部分像についての第１主軸を特定し、前記第１主軸上において前記第１骨端部のエッジとして第１端点を検出する第１検出手段と、
前記第２部分像の解析により前記第２部分像についての第２主軸を特定し、前記第２主軸上において前記第２骨端部のエッジとして第２端点を検出する第２検出手段と、
を含み、
前記第１主軸は、前記第１部分像内の第１代表座標を通る軸であって前記第１部分像の長手方向を表す軸であり、
前記第２主軸は、前記第２部分像内の第２代表座標を通る軸であって前記第２部分像の長手方向を表す軸であり、
前記長骨像の計測において前記第１端点及び前記第２端点が利用される、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
請求項１記載の装置において、
前記生成手段は、前記長骨像を分割することにより前記第１部分像及び前記第２部分像を生成する分割手段を含む、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
請求項２記載の装置において、
前記分割手段は、前記長骨像を二分割することにより前記第１部分像及び前記第２部分像を生成する、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
請求項３記載の装置において、
前記分割手段は、表示座標系の垂直軸に平行に前記長骨像を切断する、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
請求項１記載の装置において、
前記長骨像は、胎児の大腿骨像である、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
断層画像から、第１骨端部及び第２骨端部を有する長骨像を抽出する前処理手段と、
前記長骨像から複数の部分像を生成する手段であって、少なくとも、前記第１骨端部を有する第１部分像と前記第２骨端部を有する第２部分像とを生成する生成手段と、
前記第１部分像の解析により前記第１部分像についての第１主軸を特定し、前記第１主軸上において前記第１骨端部のエッジとして第１端点を検出する第１検出手段と、
前記第２部分像の解析により前記第２部分像についての第２主軸を特定し、前記第２主軸上において前記第２骨端部のエッジとして第２端点を検出する第２検出手段と、
を含み、
前記前処理手段は、
初期閾値を利用して元断層画像を二値化処理することにより前記断層画像としての二値化画像を生成する二値化処理手段と、
前記二値化画像から仮の長骨像を抽出する抽出手段と、
前記仮の長骨像に対して、前記初期閾値よりも低い閾値を設定した上で領域拡張処理を適用し、これにより前記仮の長骨像から前記長骨像を生成する領域拡張処理手段と、
を含み、
前記長骨像の計測において前記第１端点及び前記第２端点が利用される、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
請求項６記載の装置において、
前記領域拡張処理手段は、前記仮の長骨像に対して、前記初期閾値よりも低い範囲内において閾値を段階的に引き下げながら複数回の領域拡張処理を適用する、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
胎児を表した断層画像から、第１骨端部及び第２骨端部を有する大腿骨像を抽出する工程と、
前記大腿骨像を分割し、これにより前記第１骨端部を有する第１部分像及び前記第２骨端部を有する第２部分像を生成する工程と、
前記第１部分像の解析により前記第１部分像についての第１主軸として、前記第１部分像内の第１代表座標を通る軸であって前記第１部分像の長手方向を表す軸を特定し、前記第１主軸上において前記第１骨端部のエッジとして第１端点を検出する工程と、
前記第２部分像の解析により前記第２部分像についての第２主軸として、前記第２部分像内の第２代表座標を通る軸であって前記第２部分像の長手方向を表す軸を特定し、前記第２主軸上において前記第２骨端部のエッジとして第２端点を検出する工程と、
前記第１端点と前記第２端点との間の距離を大腿骨長として計測する工程と、
を含む、ことを特徴とする超音波画像処理方法。