JP7027566B2 - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に係り、特に、被検体の尿量計測に用いられる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に関する。
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信し、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
このような超音波診断装置を用いて被検体の膀胱を検査し、被検体の尿量計測をすることが行われている。超音波診断装置を用いた検査の際には、検査を行うユーザが一定の熟練度を有していることが好ましいが、熟練度の低いユーザでも簡便に検査を行うことができるように、膀胱等の部位の検出および計測等を自動的に行う超音波診断装置が開発されている。例えば、非特許文献１には、超音波画像に対して機械学習手法を用いた画像解析を施すことにより、超音波画像内の膀胱を自動的に検出し、検出された膀胱に基づいて尿量計測を自動的に行う超音波診断装置が行われている。
Annangi P, Frigstad S, Subin SB, Torp A, Ramasubramaniam S, Varna S, "An automated bladder volume measurement algorithm by pixel classification using random forests", Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, 2016 Aug.
ところで、被検体の膀胱は、常に正常な状態であるとは限らず、例えば膀胱内にガスが溜まった状態、前立腺肥大等により膀胱が変形している状態等、異常な状態である場合もある。このように、膀胱が異常な状態である場合には、非特許文献１に開示されている超音波診断装置を用いても、膀胱を表す領域を正しく抽出することができず、被検体の尿量計測等が正しく行われないことがあった。
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであり、膀胱を抽出する精度を向上させることができる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、超音波プローブと、超音波プローブから超音波ビームの送受信を行うことにより被検体の超音波画像を取得する画像取得部と、画像取得部により取得された超音波画像を表示する表示部と、正常な膀胱パターンと非正常な膀胱パターンを保存する膀胱パターン保存部と、膀胱パターン保存部に保存されている正常な膀胱パターンおよび非正常な膀胱パターンのうちの１つを参照パターンとして設定する参照パターン設定部と、画像取得部により取得された超音波画像から膀胱領域を抽出する膀胱抽出部と、膀胱抽出部により抽出された膀胱領域が参照パターン設定部により設定された参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する膀胱抽出成否判定部と、超音波画像の画質を調整する画質調整部とを備え、参照パターン設定部により正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、画質調整部により超音波画像の画質が調整され、膀胱抽出成否判定部は、画質が調整された超音波画像に対して膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、画質調整部により画質が調整された超音波画像においても、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、参照パターン設定部により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部は、膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定することを特徴とする。
膀胱抽出成否判定部は、膀胱抽出部により抽出された膀胱領域が周に沿って複数の凹部を有し、膀胱領域の凸包領域と膀胱領域との差分領域の存在により膀胱領域の面積に対する膀胱領域の周に沿った長さの比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することができる。
あるいは、膀胱抽出成否判定部は、膀胱抽出部により抽出された膀胱領域が浅部部分の中央部に凹部を有し、膀胱領域の面積に対する、膀胱領域の凸包領域と膀胱領域との差分領域の面積の比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することもできる。
画質調整部は、膀胱領域における輝度の中央値が定められた第１のしきい値を超え、且つ、差分領域における輝度の分散値が定められた第２のしきい値以下である場合に、ゲインを下げることにより超音波画像の画質を調整することができる。
あるいは、画質調整部は、膀胱領域における輝度の中央値と差分領域における輝度の中央値の差分が定められた第３のしきい値以下で、且つ、差分領域における輝度の分散値が定められた第４のしきい値を超える場合に、ダイナミックレンジを狭めることにより超音波画像の画質を調整することもできる。
あるいは、画質調整部は、膀胱領域から差分領域にかけての輝度勾配が定められた第５のしきい値以下である場合に、ダイナミックレンジを狭めることにより超音波画像の画質を調整することもできる。
また、膀胱抽出成否判定部は、膀胱検出部により検出された膀胱領域の面積に対する膀胱領域の内部に形成された中抜け部分の面積の比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することもできる。
この際に、画質調整部は、ゲインを下げることにより超音波画像の画質を調整することが好ましい。
また、膀胱パターン保存部は、前立腺または子宮頸部が肥大した膀胱の形状、バルーンが留置された膀胱の形状、膀胱炎を患っている膀胱の形状のうちの少なくとも１つを非正常な膀胱パターンとして保存することができる。
この際に、膀胱パターン保存部は、複数の非正常な膀胱パターンを保存し、参照パターン設定部は、膀胱検出部により検出された膀胱領域が膀胱パターン保存部に保存されている複数の非正常な膀胱パターンのいずれに対応するかを分類するパターン分類器を含むことができる。
また、参照パターン設定部により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定されても、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、画像取得部により新たに超音波画像を取得する旨を案内する案内部を備えることができる。
本発明の超音波診断装置の制御方法は、超音波プローブから超音波ビームの送受信を行うことにより被検体の超音波画像を取得し、取得された超音波画像を表示し、正常な膀胱パターンと非正常な膀胱パターンを膀胱パターン保存部に保存し、膀胱パターン保存部に保存されている正常な膀胱パターンおよび非正常な膀胱パターンのうちの１つを参照パターンとして設定し、取得された超音波画像から膀胱領域を抽出し、抽出された膀胱領域が設定された参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定された状態において、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、超音波画像の画質を調整し、画質が調整された超音波画像に対して膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、画質が調整された超音波画像においても、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定することを特徴とする。
本発明によれば、超音波診断装置は、参照パターン設定部により正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、画質調整部により超音波画像の画質が調整され、膀胱抽出成否判定部は、画質が調整された超音波画像に対して膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、画質調整部により画質が調整された超音波画像においても、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、参照パターン設定部により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部は、膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定するため、膀胱を抽出する精度を向上させることができる。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態
図１に、超音波診断装置１の構成を示す。図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波プローブ２と診断装置本体３を有しており、超音波プローブ２と診断装置本体３は、互いに接続されている。超音波プローブ２は、振動子アレイ１１を備えている。ここで、超音波プローブ２と診断装置本体３とは、互いに有線接続されていてもよく、無線接続されていてもよい。
診断装置本体３は、送信部１２および受信部１３を備えており、送信部１２および受信部１３は、それぞれ、超音波プローブ２の振動子アレイ１１に接続されている。また、受信部１３は、画像生成部１４、表示制御部１５および表示部１６に順次接続されている。ここで、送信部１２、受信部１３および画像生成部１４により、画像取得部１７が構成されている。また、画像生成部１４には、膀胱抽出部１８が接続されており、膀胱抽出部１８に、膀胱抽出成否判定部１９が接続されている。また、膀胱抽出部１８には、画質調整部２０が接続され、画質調整部２０に、膀胱抽出成否判定部１９が接続されている。また、膀胱抽出成否判定部１９に、参照パターン設定部２１が接続され、参照パターン設定部２１に、膀胱パターン保存部２２が接続されている。また、膀胱抽出成否判定部１９に、案内部３３が接続されており、案内部３３は、表示制御部１５に接続されている。
さらに、送信部１２、受信部１３、画像生成部１４、表示制御部１５、膀胱抽出部１８、膀胱抽出成否判定部１９、画質調整部２０および案内部３３に、装置制御部２３が接続されており、装置制御部２３に、入力部２４および格納部２５が接続されている。ここで、装置制御部２３と格納部２５とは、双方向に情報の受け渡しが可能に接続されている。
また、表示制御部１５、画像取得部１７、膀胱抽出部１８、膀胱抽出成否判定部１９、画質調整部２０、参照パターン設定部２１、装置制御部２３および案内部３３により、プロセッサ２６が構成されている。
図１に示す超音波プローブ２の振動子アレイ１１は、１次元または２次元に配列された複数の振動子を有している。これらの振動子は、それぞれ送信部１２から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に、被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各振動子は、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子およびＰＭＮ－ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：マグネシウムニオブ酸鉛－チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成することにより構成される。
画像取得部１７の送信部１２は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、装置制御部２３からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、振動子アレイ１１の複数の振動子から送信される超音波が超音波ビームを形成するように、それぞれの駆動信号を、遅延量を調節して複数の振動子に供給する。このように、振動子アレイ１１の複数の振動子の電極にパルス状または連続波状の電圧が印加されると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状または連続波状の超音波が発生して、それらの超音波の合成波から、超音波ビームが形成される。
送信された超音波ビームは、例えば、被検体の部位等の対象において反射され、超音波プローブ２の振動子アレイ１１に向かって伝搬する。このように振動子アレイ１１に向かって伝搬する超音波エコーは、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子により受信される。この際に、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子は、伝搬する超音波エコーを受信することにより伸縮して電気信号を発生させ、これらの電気信号を受信部１３に出力する。
画像取得部１７の受信部１３は、装置制御部２３からの制御信号に基づいて、振動子アレイ１１から出力される受信信号の処理を行う。図２に示すように、受信部１３は、増幅部２７、ＡＤ（Analog Digital）変換部２８およびビームフォーマ２９が直列接続された構成を有している。増幅部２７は、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子から入力された受信信号を増幅し、増幅した受信信号をＡＤ変換部２８に送信する。ＡＤ変換部２８は、増幅部２７から送信された受信信号をデジタル化されたデータに変換し、これらのデータをビームフォーマ２９に送出する。ビームフォーマ２９は、装置制御部２３からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づき、設定された音速に従う各データにそれぞれの遅延を与えて加算（整相加算）を施す、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が一定の走査線上に絞り込まれた音線信号が生成される。このようにして生成された音線信号は、画像生成部１４に送出される。
画像取得部１７の画像生成部１４は、図３に示すように、信号処理部３０、ＤＳＣ（Digital Scan Converter：デジタルスキャンコンバータ）３１および画像処理部３２が直列接続された構成を有している。信号処理部３０は、生成された音線信号に対して、超音波が反射した位置の深度に応じて伝搬距離に起因する減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施して、被検体内の組織を表すＢモード画像信号を生成する。このように生成されたＢモード画像信号は、ＤＳＣ３１に出力される。
画像生成部１４のＤＳＣ３１は、Ｂモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号にラスター変換して超音波画像を生成する。画像生成部１４の画像処理部３２は、ＤＳＣ３１において得られた画像データに対して、明るさ補正、諧調補正、シャープネス補正および色補正等の各種の必要な画像処理を施した後、超音波画像を表示制御部１５および膀胱抽出部１８に出力する。
プロセッサ２６の膀胱抽出部１８は、画像取得部１７により取得された超音波画像に対して画像解析を行うことにより、膀胱が存在する領域すなわち膀胱領域を抽出する。この際に、膀胱抽出部１８は、例えば、典型的な膀胱のパターンデータをテンプレートとして予め記憶しておき、画像内をテンプレートでサーチしながらパターンデータに対する類似度を算出し、類似度がしきい値以上となった場所を膀胱領域として抽出することができる。また、類似度の算出には、単純なテンプレートマッチングの他に、例えば、Csurka et al.: Visual Categorization with Bags of Keypoints, Proc. of ECCV Workshop on Statistical Learning in Computer Vision, pp.59-74 （2004）に記載されている機械学習手法、あるいは、Krizhevsk et al.: ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks, Advances in Neural Information Processing Systems 25, pp.1106-1114 （2012）に記載されているディープラーニングを用いた一般画像認識手法等を用いることができる。
超音波診断装置１の膀胱パターン保存部２２は、正常な膀胱パターンのデータと非正常な膀胱パターンのデータを予め保存するものである。ここで、正常な膀胱パターンとは、疾患等が無い正常な形状を有する膀胱を表す典型的なパターンのことを指す。また、非正常な膀胱パターンとは、例えば前立腺肥大または子宮頸部肥大等の疾患、膀胱内にいわゆるバルーンが留置されていること、被検体が膀胱炎を患っていること等により、正常な膀胱パターンとは異なる異常な形状の膀胱を表すパターンのことを指す。
なお、膀胱パターン保存部２２としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive：ハードディスクドライブ）、ＳＳＤ（Solid State Drive：ソリッドステートドライブ）、ＦＤ（Flexible Disc：フレキシブルディスク）、ＭＯディスク（Magneto-Optical disc：光磁気ディスク）、ＭＴ（Magnetic Tape：磁気テープ）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダムアクセスメモリ）、ＣＤ（Compact Disc：コンパクトディスク）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc：デジタルバーサタイルディスク）、ＳＤカード（Secure Digital card：セキュアデジタルカード）、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus memory：ユニバーサルシリアルバスメモリ）等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
プロセッサ２６の参照パターン設定部２１は、膀胱パターン保存部２２に保存されている正常な膀胱パターンおよび非正常な膀胱パターンのうちの１つを、膀胱抽出成否判定部１９により用いられる参照パターンとして設定する。
プロセッサ２６の膀胱抽出成否判定部１９は、膀胱抽出部１８により抽出された膀胱領域が参照パターン設定部２１により設定された参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する。この際に、膀胱抽出成否判定部１９は、例えば、膀胱抽出部１８により抽出された膀胱領域と参照パターンとの類似度を算出し、類似度がしきい値以上となった場合に、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していると判定することができる。
プロセッサ２６の画質調整部２０は、膀胱抽出部１８により抽出された膀胱領域が明確に描出されるように、画像取得部１７により取得された超音波画像の画質を調整する。画質調整部２０は、例えば、超音波画像を構成する画像信号の強度すなわちピクセルの輝度を解析し、画像処理を行うことにより、超音波画像のゲインおよびダイナミックレンジを調整して、超音波画像の画質を調整する。
また、画質調整部２０は、参照パターン設定部２１により正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、且つ、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を有していないと判定された場合に、膀胱抽出部１８により膀胱領域が抽出された超音波画像の画質を調整する。
画質調整部２０により画質が調整された超音波画像においても、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合には、参照パターン設定部２１により、非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部１９により、膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かが判定される。
また、プロセッサ２６の案内部３３は、参照パターン設定部２１により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定されても、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有していないと判定された場合に、画像取得部１７により新たに超音波画像を取得する旨をユーザに案内する。この際に、案内部３３は、例えば、ユーザに対する案内を表すテキストおよび画像を表示部１６に表示させることにより、ユーザへの案内を行うことができる。また、図示しないが、超音波診断装置１に音声発生部を設けることにより、案内部３３は、音声発生部を介して音声でユーザへの案内を行うこともできる。
プロセッサ２６の表示制御部１５は、装置制御部２３の制御の下、画像取得部１７により取得された超音波画像に所定の処理を施して、表示部１６に超音波画像を表示させる。
診断装置本体３の表示部１６は、表示制御部１５の制御の下、画像を表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display）等のディスプレイ装置を含む。
プロセッサ２６の装置制御部２３は、格納部２５等に予め記憶されているプログラムおよび入力部２４を介したユーザの操作に基づいて、診断装置本体３の各部の制御を行う。
診断装置本体３の入力部２４は、ユーザが入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッドおよびタッチパネル等を備えて構成することができる。
診断装置本体３の格納部２５は、診断装置本体３の動作プログラム等を格納するものであり、格納部２５として、膀胱パターン保存部２２と同様に、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＦＤ、ＭＯディスク、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
ここで、診断装置本体３において、表示制御部１５、画像取得部１７、膀胱抽出部１８、膀胱抽出成否判定部１９、画質調整部２０、参照パターン設定部２１、装置制御部２３および案内部３３を有するプロセッサ２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：フィードプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタルシグナルプロセッサ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：アプリケーションスペシフィックインテグレイテッドサーキット）、その他のＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を用いて構成されてもよく、もしくはそれらを組み合わせて構成されてもよい。
また、プロセッサ２６の表示制御部１５、画像取得部１７、膀胱抽出部１８、膀胱抽出成否判定部１９、画質調整部２０、参照パターン設定部２１、装置制御部２３および案内部３３を部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵに統合させて構成させることもできる。
次に、図４に示すフローチャートを用いて、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置１の動作を説明する。
まず、ステップＳ１において、ユーザの操作により超音波プローブ２が被検体の下腹部に接触した状態で、振動子アレイ１１から被検体内に向かって超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーが振動子アレイ１１により受信される。これにより、振動子アレイ１１から画像取得部１７に受信信号が出力されると、画像取得部１７により、被検体の下腹部の断層像を表す超音波画像が生成される。
次に、ステップＳ２において、膀胱抽出部１８は、ステップＳ１で取得された超音波画像に対して画像解析を行うことにより、超音波画像内の膀胱領域を抽出する。
ステップＳ３において、参照パターン設定部２１は、膀胱パターン保存部２２に保存されている正常な膀胱パターンを、膀胱抽出成否判定部１９により使用される参照パターンとして設定する。
ステップＳ４において、膀胱抽出成否判定部１９は、ステップＳ２で抽出された膀胱領域が、ステップＳ３で設定された正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表しているか否かを判定する。ここで、例えば、図５に示すように、超音波画像Ｕ内の膀胱領域Ｒ１が、浅部部分の中央部に凹部Ａを有し、膀胱領域Ｒ１の面積に対する、膀胱領域Ｒ１の凸包領域Ｒ２と膀胱領域Ｒ１との差分領域Ｒ３の面積の比率が定められたしきい値を超える場合には、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していないと判定され、ステップＳ５に進む。ここで、凸包領域Ｒ２とは、膀胱領域Ｒ１の凹部Ａの開口部を閉じる直線Ｌ１を規定した場合に、凹部Ａ以外の膀胱領域Ｒ１の輪郭線と直線Ｌ１とで囲まれた、膀胱領域Ｒ１を含む領域のことを指す。差分領域Ｒ３は、凸包領域Ｒ２から膀胱領域Ｒ１を差し引いた領域、すなわち、膀胱領域Ｒ１の凹部Ａの輪郭線と直線Ｌ１とで囲まれた領域である。
ステップＳ５において、ステップＳ１で取得された超音波画像Ｕに対して既に画質調整がなされたか否かが判定される。現時点では、ステップＳ１で取得された超音波画像Ｕに対して画質調整がなされていないため、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、画質調整部２０は、ステップＳ１で取得された超音波画像Ｕにおけるピクセルの輝度を解析して、ステップＳ２で抽出された膀胱領域Ｒ１が明確に描出されるように画質調整を行う。例えば、図５に示すように、膀胱領域Ｒ１が浅部部分の中央部に凹部Ａを有している場合には、画質調整部２０は、例えば、膀胱領域Ｒ１における輝度の中央値が定められた第１のしきい値を超え、且つ、差分領域Ｒ３における輝度の分散値が定められた第２のしきい値以下である場合に、画質調整部２０は、超音波画像Ｕのゲインが高いことが原因で膀胱が明るく描出され過ぎていると判断し、ゲインを下げることにより、超音波画像Ｕの画質を調整することができる。このようにして、膀胱領域Ｒ１が明確に描出されるように画質調整がなされることにより、膀胱を抽出する精度を向上させることができる。
ステップＳ６における画質の調整が完了すると、ステップＳ４に戻る。ステップＳ４において、膀胱抽出成否判定部１９は、ステップＳ６で画質調整が行われた超音波画像Ｕ内の膀胱領域Ｒ１が、ステップＳ３で設定された正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表しているか否かを判定する。ステップＳ４において、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを表していると判定された場合には、超音波診断装置１の動作が終了する。
一方、ステップＳ６で画質調整が行われたにも関わらずに、ステップＳ４において、膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していないと判定された場合には、ステップＳ５に進んで、超音波画像Ｕに対して画質調整がなされたかが判定される。現時点では、ステップＳ６において既に画質調整が行われているため、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７において、正常な膀胱パターンからなる参照パターンが、非正常な膀胱パターンからなる参照パターンに切り替えられたか否かがを判定される。現時点では、このような参照パターンの切り替えが行われていないため、ステップＳ８に進む。
ステップＳ８において、参照パターン設定部２１は、非正常な膀胱パターンを参照パターンとして設定する。これにより、非正常な形状を有する膀胱領域を抽出することができるようになるため、異常な状態における膀胱を抽出することができる。
ステップＳ８が完了すると、ステップＳ４に戻る。ステップＳ４において、膀胱抽出成否判定部１９は、ステップＳ６で画質調整が行われた超音波画像Ｕ内の膀胱領域Ｒ１が、ステップＳ８で設定された非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表しているか否かを判定する。ステップＳ４において、膀胱領域Ｒ１が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していると判定された場合には、超音波診断装置１の動作が終了する。
一方、ステップＳ８で非正常な膀胱パターンからなる参照パターンに切り替えられたにも関わらずに、ステップＳ４において、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを表していないと判定された場合には、ステップＳ５に進んで、超音波画像Ｕに対して画質調整がなされたかが判定される。現時点では、ステップＳ６において既に画質調整が行われているため、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７において、参照パターンが、既に、正常な膀胱パターンから非正常な膀胱パターンに切り替えられたか否かが判定される。現時点では、既にステップＳ８で参照パターンの切り替えが行われているため、ステップＳ９に進む。
ステップＳ９において、案内部３３は、新たな超音波画像を取得する旨をユーザに案内する。この際に、案内部３３は、例えば、新たな超音波画像を取得する旨を表すテキストおよび画像等を表示部１６に表示させることにより、ユーザへの案内を行う。このようにしてステップＳ９が完了すると、ステップＳ１に戻って新たな超音波画像が取得され、以降の動作において、取得された新たな超音波画像を用いた膀胱領域Ｒ１の抽出が新たに行われる。
以上により、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置１によれば、まず、参照パターン設定部２１により正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していないと判定された場合に、画質調整部２０により超音波画像Ｕの画質が調整され、画質調整部２０により画質が調整された超音波画像Ｕにおいても、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していないと判定された場合に、参照パターン設定部２１により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部１９により、膀胱領域Ｒ１が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かが判定されるため、膀胱を抽出する精度を向上させることができる。
なお、画質調整部２０による画質の調整方法の具体例として、図５を参照し、膀胱領域Ｒ１の輝度の中央値と差分領域Ｒ３における輝度の分散値に基づいて超音波画像Ｕのゲインを下げることが挙げられているが、画質の調整方法はこれに限定されない。
例えば、膀胱領域Ｒ１における輝度の中央値と差分領域Ｒ３における輝度の中央値との差分が定められた第３のしきい値以下で、且つ、差分領域Ｒ３における輝度の分散値が定められた第４のしきい値を超える場合に、画質調整部２０は、超音波画像Ｕのダイナミックレンジが広すぎてノイズが発生していると判断し、ダイナミックレンジを狭めることにより、超音波画像Ｕの画質を調整することができる。
また、例えば、図６に一点鎖線で示すように、膀胱領域Ｒ１から差分領域Ｒ３にかけての輝度勾配が定められた第５のしきい値以下である場合に、画質調整部２０は、超音波画像のコントラストが低いことにより膀胱の形状が明確に描出されていないと判断し、ダイナミックレンジを狭めることにより、超音波画像Ｕの画質を調整することができる。ここで、図６に実線で示すように、膀胱領域Ｒ１と差分領域Ｒ３との境界部分における輝度勾配が非常に大きく、第５のしきい値よりも大きい場合には、膀胱領域Ｒ１の形状が、画質に起因するものでなく膀胱自体の形状に起因するものであると判断される。
また、図５に示すように、膀胱領域Ｒ１が浅部部分の中央部に凹部Ａを有している場合に、膀胱抽出成否判定部１９は、膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表していないと判定するが、膀胱抽出成否判定部１９がこのような判定を下す膀胱領域Ｒ１の形状は、図５に示すものに限定されない。
例えば、図７に示すように、膀胱抽出部１８により抽出された膀胱領域Ｒ１が周に沿って複数の凹部Ａを有し、膀胱領域Ｒ１の凸包領域Ｒ２と膀胱領域Ｒ１との差分領域Ｒ３の存在により、膀胱領域Ｒ１の面積に対する膀胱領域Ｒ１の周に沿った長さの比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱抽出成否判定部１９は、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することができる。ここで、凸包領域Ｒ２は、膀胱領域Ｒ１を包み込む多角形状の包絡線Ｌ２を規定した場合に、包絡線Ｌ２により囲まれ、膀胱領域Ｒ１を含む領域を指す。また、差分領域Ｒ３は、凸包領域Ｒ２から膀胱領域Ｒ１を差し引いた領域である。
なお、膀胱領域Ｒ１が図７に示すような形状を有している場合にも、画質調整部２０は、膀胱領域Ｒ１が図５に示すような形状を有している場合と同様にして、膀胱領域Ｒ１の輝度と差分領域Ｒ３の輝度に基づいて、超音波画像Ｕの画質調整を行うことができる。
また、例えば、図８に示すように、膀胱領域Ｒ１の内部に中抜け部分Ｒ４を有し、且つ、膀胱領域Ｒ１の面積に対する中抜け部分Ｒ４の面積の総和の比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱抽出成否判定部１９は、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することができる。なお、中抜け部分Ｒ４は、膀胱領域Ｒ１の内部に孤立して存在し、且つ、膀胱領域Ｒ１の輝度とは異なる輝度を有する部分を指す。
この場合に、画質調整部２０は、超音波画像Ｕのゲインが高いことにより膀胱領域Ｒ１が明るく描出され過ぎていると判断し、ゲインを下げることにより超音波画像Ｕの画質調整を行うことができる。
また、画質調整部２０が１つの超音波画像Ｕに対して行う画質調整の種類は、１種類に限定されず、２種類以上の複数種類であってもよい。例えば、膀胱領域Ｒ１が図５に示すような形状を有している場合に、画質調整部２０は、膀胱領域Ｒ１の輝度と差分領域Ｒ３の輝度に基づいて、超音波画像のゲインを下げると共に、ダイナミックレンジを狭めることができる。これにより、膀胱領域Ｒ１をさらに明確に描出させて、超音波診断装置１が膀胱を抽出する精度を向上させることができる。
また、膀胱パターン保存部２２に保存されている非正常な膀胱パターンの種類は、１種類に限らず、例えば、前立腺が肥大した膀胱の形状、子宮頸部が肥大した膀胱の形状、バルーンが留置された膀胱の形状、被検体が膀胱炎を患っている膀胱の形状等の複数種類の非正常な膀胱パターンが膀胱パターン保存部２２に保存されることができる。
この場合には、例えば、参照パターン設定部２１により、膀胱パターン保存部２２に保存されている複数の非正常な膀胱パターンを参照パターンとして順次切り替えられながら、膀胱抽出成否判定部１９により、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを有する膀胱を表しているか否かの判定が繰り返されることができる。これにより、膀胱を抽出する精度を向上させることができる。
また、膀胱パターン保存部２２が複数の非正常な膀胱パターンを保存している場合に、参照パターン設定部は、膀胱抽出部１８により検出された膀胱領域Ｒ１が膀胱パターン保存部に保存されている複数の非正常な膀胱パターンのいずれに対応するかを分類する図示しないパターン分類器を含むこともできる。このパターン分類器により、膀胱領域Ｒ１に対応する非正常な膀胱パターンが自動的に分類され、選択されるため、膀胱抽出成否判定部１９による判定の回数を減らし、より素早く膀胱を抽出することが可能となる。
１ 超音波診断装置、２ 超音波プローブ、３ 診断装置本体、１１ 振動子アレイ、１２ 送信部、１３ 受信部、１４ 画像生成部、１５ 表示制御部１５ 表示部、１７ 画像取得部、１８ 膀胱抽出部、１９ 膀胱抽出成否判定部１９ 画質調整部、２１ 参照パターン設定部、２２ 膀胱パターン保存部、２３ 装置制御部、２４ 入力部、２５ 格納部、２６ プロセッサ、２７ 増幅部、２８ ＡＤ変換部、２９ ビームフォーマ、３０ 信号処理部、３１ ＤＳＣ、３２ 画像処理部、３３ 案内部、Ｌ１ 直線、Ｌ２ 包絡線、Ｒ１ 膀胱領域、Ｒ２ 凸包領域、Ｒ３ 差分領域、Ｒ４ 中抜け部分、Ｕ 超音波画像。
Claims (12)
-
超音波プローブと、
前記超音波プローブから超音波ビームの送受信を行うことにより被検体の超音波画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部により取得された前記超音波画像を表示する表示部と、
正常な膀胱パターンと非正常な膀胱パターンを保存する膀胱パターン保存部と、
前記膀胱パターン保存部に保存されている前記正常な膀胱パターンおよび前記非正常な膀胱パターンのうちの１つを参照パターンとして設定する参照パターン設定部と、
前記画像取得部により取得された前記超音波画像から膀胱領域を抽出する膀胱抽出部と、
前記膀胱抽出部により抽出された前記膀胱領域が前記参照パターン設定部により設定された前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する膀胱抽出成否判定部と、
前記超音波画像の画質を調整する画質調整部と
を備え、
前記参照パターン設定部により前記正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定され、前記膀胱抽出成否判定部により前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記画質調整部により前記超音波画像の画質が調整され、前記膀胱抽出成否判定部は、画質が調整された前記超音波画像に対して前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、
前記画質調整部により画質が調整された前記超音波画像においても、前記膀胱抽出成否判定部により前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記参照パターン設定部により前記非正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定され、前記膀胱抽出成否判定部は、前記膀胱領域が前記非正常な膀胱パターンからなる前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する超音波診断装置。
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前記膀胱抽出成否判定部は、前記膀胱抽出部により抽出された前記膀胱領域が周に沿って複数の凹部を有し、前記膀胱領域の凸包領域と前記膀胱領域との差分領域の存在により前記膀胱領域の面積に対する前記膀胱領域の周に沿った長さの比率が定められたしきい値を超える場合に、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定する請求項１に記載の超音波診断装置。
-
前記膀胱抽出成否判定部は、前記膀胱抽出部により抽出された前記膀胱領域が浅部部分の中央部に凹部を有し、前記膀胱領域の面積に対する、前記膀胱領域の凸包領域と前記膀胱領域との差分領域の面積の比率が定められたしきい値を超える場合に、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定する請求項１に記載の超音波診断装置。
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前記画質調整部は、前記膀胱領域における輝度の中央値が定められた第１のしきい値を超え、且つ、前記差分領域における輝度の分散値が定められた第２のしきい値以下である場合に、ゲインを下げることにより前記超音波画像の画質を調整する請求項２または３に記載の超音波診断装置。
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前記画質調整部は、前記膀胱領域における輝度の中央値と前記差分領域における輝度の中央値の差分が定められた第３のしきい値以下で、且つ、前記差分領域における輝度の分散値が定められた第４のしきい値を超える場合に、ダイナミックレンジを狭めることにより前記超音波画像の画質を調整する請求項２または３に記載の超音波診断装置。
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前記画質調整部は、前記膀胱領域から前記差分領域にかけての輝度勾配が定められた第５のしきい値以下である場合に、ダイナミックレンジを狭めることにより前記超音波画像の画質を調整する請求項２または３に記載の超音波診断装置。
- 前記膀胱抽出成否判定部は、前記膀胱抽出部により検出された前記膀胱領域の面積に対する前記膀胱領域の内部に形成された中抜け部分の面積の比率が定められたしきい値を超える場合に、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定する請求項１に記載の超音波診断装置。
-
前記画質調整部は、ゲインを下げることにより前記超音波画像の画質を調整する請求項７に記載の超音波診断装置。
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前記膀胱パターン保存部は、前立腺または子宮頸部が肥大した膀胱の形状、バルーンが留置された膀胱の形状、膀胱炎を患っている膀胱の形状のうちの少なくとも１つを前記非正常な膀胱パターンとして保存する請求項１～８のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記膀胱パターン保存部は、複数の前記非正常な膀胱パターンを保存し、
前記参照パターン設定部は、前記膀胱抽出部により検出された前記膀胱領域が前記膀胱パターン保存部に保存されている複数の前記非正常な膀胱パターンのいずれに対応するかを分類するパターン分類器を含む請求項９に記載の超音波診断装置。 -
前記参照パターン設定部により前記非正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定されても、前記膀胱抽出成否判定部により前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記画像取得部により新たに超音波画像を取得する旨を案内する案内部を備える請求項１～１０のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
-
超音波プローブから超音波ビームの送受信を行うことにより被検体の超音波画像を取得し、
取得された前記超音波画像を表示し、
正常な膀胱パターンと非正常な膀胱パターンを膀胱パターン保存部に保存し、
前記膀胱パターン保存部に保存されている前記正常な膀胱パターンおよび前記非正常な膀胱パターンのうちの１つを参照パターンとして設定し、
取得された前記超音波画像から膀胱領域を抽出し、
抽出された前記膀胱領域が設定された前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、
前記正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定された状態において、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記超音波画像の画質を調整し、
画質が調整された前記超音波画像に対して前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、
画質が調整された前記超音波画像においても、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記非正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定され、前記膀胱領域が前記非正常な膀胱パターンからなる前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する
超音波診断装置の制御方法。
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