JP7299100B2

JP7299100B2 - 超音波診断装置及び超音波画像処理方法

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Publication number: JP7299100B2
Application number: JP2019146107A
Authority: JP
Inventors: 淳白丸
Original assignee: 富士フイルムヘルスケア株式会社
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2039-08-08
Also published as: US20210038184A1; JP2021023697A; CN112336375A; CN112336375B

Description

本発明は超音波診断装置及び超音波画像処理方法に関し、特に、超音波画像に含まれる特定の組織像を識別する技術に関する。

超音波診断装置は、生体に対する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医療装置である。超音波診断装置は超音波プローブを有しており、超音波プローブにおけるプローブヘッドにおいて超音波が送受波される。具体的には、検査者によってプローブヘッドが保持され、プローブヘッドの送受波面が生体表面に当接されつつ、プローブヘッド内の超音波振動子により超音波が送受波される。プローブヘッドの位置及び姿勢を変化させると、それに伴って超音波画像の内容が変化する。その場合、例えば、超音波画像において、組織像の位置が変化し、あるいは、それまで現れていた組織像が消失し、別の組織像が現れる。

特開２０１７－１０４２４８号公報特開２０１８－１４９０５５号公報

超音波画像に含まれる特定の組織像（以下、「注目組織像」という。）を自動的に識別する場合において、超音波画像の全体に対して注目組織像の探索が行われるならば、類似する別の組織像が注目組織像であると誤って識別されてしまい易くなる。そのような誤識別が生じる可能性を低減することが望まれる。また、そのような誤識別が生じてしまった場合、ユーザーにおいて簡便に識別状態を解除できるようにすることが望まれる。

なお、特許文献１には、計測面の自動認識を含む一連の処理を自動化した超音波診断装置が開示されている。特許文献２には、パターンマッチング技術が開示されている。いずれの特許文献にも、注目組織像とそれに類似する他の組織像とが混在する状況下において、注目組織像の識別精度を高めるための技術は開示されていない。

本開示の目的は、注目組織像の識別精度を高めることにある。あるいは、本開示の目的は、注目組織像ではない他の組織像が識別されてしまった場合にそれを簡便に解除できるようにすることにある。

本開示に係る超音波診断装置は、超音波を送受波するプローブヘッドと、前記プローブヘッドから出力された受信信号に基づいて、超音波画像を形成する画像形成部と、前記超音波画像に対して深さ方向に伸長した関心領域を定める領域設定部と、前記関心領域により画定される画像部分の中から識別条件を満たす組織像を識別する識別部と、前記識別条件を満たす組織像が識別された場合に、その組織像を示す組織マーカーを生成し、前記組織マーカーが前記超音波画像上に表示されるようにする組織マーカー生成部と、を含み、前記プローブヘッドの操作に伴って今まで識別されていた組織像が前記画像部分から外れた場合に当該組織像が識別対象から除外される、ことを特徴とするものである。

本開示に係る超音波画像処理方法は、超音波を送受波するプローブヘッドから出力された受信信号に基づいて形成される超音波画像に対して、その中心線上に深さ方向に伸長した関心領域を設定する工程と、前記関心領域により画定される画像部分の中から識別条件を満たす組織像を識別する工程と、前記超音波画像上に前記関心領域を示す領域マーカーを表示する工程と、前記超音波画像上に前記識別条件を満たす組織像の識別状態を示す組織マーカーを表示する工程と、を含むことを特徴とするものである。

本開示によれば、注目組織像の識別精度を高められる。あるいは、本開示によれば、注目組織像ではない他の組織像が識別されてしまってもそれを簡便に解除できる。

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。識別部の構成例を示すブロック図である。パターンマッチング処理を示す図である。識別された注目組織像を示す図である。誤って識別された組織像を示す図である。プローブヘッド操作による識別状態の解除を示す図である。ボリュームデータに含まれる組織像の抽出処理結果を示す図である。識別処理後の計測を示す図である。テンプレートセットを示す図である。識別処理を示すフローチャートである。後続処理の一例を示すフローチャートである。後続処理の他の例を示すフローチャートである。関心領域の第２例を示す図である。関心領域の第３例を示す図である。関心領域の第４例を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）実施形態の概要
実施形態に係る超音波診断装置は、プローブヘッド、画像形成部、領域設定部、識別部、及び、組織マーカー生成部を含む。プローブヘッドは、超音波を送受波するものである。画像形成部は、プローブヘッドから出力された受信信号に基づいて、超音波画像を形成する。領域設定部は、超音波画像に対して深さ方向に伸長した関心領域を定める。識別部は、関心領域により画定される画像部分の中から識別条件を満たす組織像を識別する。組織マーカー生成部は、識別条件を満たす組織像が識別された場合に、識別状態にある組織像を示す組織マーカーを生成する。

上記構成によれば、超音波画像における画像部分の中に、注目条件を満たす組織像が含まれていれば、その組織像が自動的に識別される。プローブヘッドの位置及び姿勢の調整により、そのような状態を容易に形成できる。その際において検査者に格別な負担は生じない。検査者は、組織マーカーの観察を通じて、識別状態及び識別された組織像を認識できる。識別された組織像が誤ったものであれば、つまり、識別された組織像が注目組織像でなければ、その組織像が画像部分から外れるように、プローブヘッドの位置及び姿勢を変更すればよい。これにより、その組織像が識別対象から自然に除外される。識別対象の切り換えに際してボタン操作等の特別な入力操作は不要である。このように、上記構成によれば、プローブヘッドの操作により、識別対象の取捨選択を容易に行える。

プローブヘッドの操作により、走査面の向きを維持したまま、走査面を平行移動及び回転運動させることは容易である。一方、プローブヘッドの操作により、走査面それ全体を深い方へ又は浅い方へ移動させることは困難である。そのような超音波診断固有の事情を考慮して、関心領域の形態ひいては画像部分の形態が定められている。

実施形態において、関心領域は、識別条件を満たす組織像を探索する際の基準をなすものである。関心領域に従って探索を行った場合において、実際に参照される部分が上記の画像部分である。画像部分は、例えば、関心領域よりも一回り大きい領域であり、あるいは、関心領域の内部領域である。関心領域の横幅を大きくすると、注目組織像以外の組織像が画像部分の中に入り込んでくる可能性が高まる。一方、関心領域の横幅を小さくすると、注目組織像が画像部分から外れやすくなり、あるいは、画像部分の中に注目組織像を入れ込む操作が難しくなる。よって、関心領域の横幅を適度なものとしておくことが望まれる。

実施形態において、関心領域は、超音波画像の中心線上に設けられ、当該中心線に沿って伸長した細長い形態を有する。注目組織像の観察や計測に際しては、通常、超音波画像における左右方向の中央部に注目組織像が位置するように、プローブヘッドの位置及び姿勢が調整される。一方、注目組織像の存在する深さは深さ方向における概ね中央部であるが、注目組織像がやや浅い位置に存在したりやや深い位置に存在したりすることもある。上記構成はそれらを前提とするものである。具体的には、実施形態において、超音波画像は扇状の形態を有し、関心領域は超音波画像の上辺及び下辺から離れた長方形を有する。

なお、識別条件は、ある組織像を注目組織像であるとみなす条件である。例えば、最良の評価を受けた１つの組織像が注目組織像であると判定される。複数の組織像がそれぞれ識別条件を満たす注目組織像であると判定されてもよい。

実施形態において、識別部は、フレーム単位で識別処理を実行する。フレーム単位での識別処理では、関心領域内の各位置において少なくとも１つのテンプレートを利用したパターンマッチング処理が実行され、これにより得られる複数のパターンマッチング結果に基づいて識別条件を満たす組織像が識別される。

実施形態において、パターンマッチング処理では、互いに異なる複数のテンプレートからなるテンプレートセットが利用される。これは、注目組織像の現れ方によらずに注目組織像を認識できるようにするために、注目組織像の様々な現れ方に対応した複数種類のテンプレートを用意しておくものである。例えば、注目組織像が血管像である場合、横断面、縦断面、斜め断面等に対応する複数のテンプレートを用意しておくのが望ましい。

実施形態において、テンプレートセットには、シャドーを伴う組織像を模擬したテンプレートが含まれる。一般に、プローブヘッド側から見て、塊状の組織の後方（裏側）から来るエコーは弱く、そのような組織の後方にはシャドーが生じ易い。上記構成は、そのようなシャドーが考慮されたテンプレートを用意しておくものである。

実施形態において、関心領域内の各位置でのパターンマッチング処理は、テンプレートサイズ変更、テンプレート回転角度変更、及び、テンプレート変形の内の少なくとも１つを伴うものである。テンプレートセットの中に、回転不要のテンプレートが含まれてもよい。テンプレート変形の概念には、縦サイズ及び横サイズの比率の変更が含まれる。

実施形態に係る超音波診断装置は、関心領域を示す領域マーカーを生成し、これにより領域マーカーが超音波画像上に表示されるようにする領域マーカー生成部を含む。この構成によれば、超音波画像の全体と対比において、関心領域及びそれによって画定される画像部分を認識することが容易となる。画像部分は関心領域に対応する部分あるいは関心領域と同視できる部分であるから、領域マーカーは画像部分又はその目安を示すマーカーでもある。

実施形態に係る超音波画像処理方法は、第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程を含む。第１工程では、超音波を送受波するプローブヘッドから出力された受信信号に基づいて形成される超音波画像に対して、その中心線上に深さ方向に伸長した関心領域が設定される。第２工程では、関心領域に基づいて画定される画像部分の中から識別条件を満たす組織像が識別される。第３工程では、超音波画像上に関心領域を示す領域マーカーが表示される。第４工程では、超音波画像上に識別条件を満たす組織像の識別状態を示す組織マーカーが表示される。

上記超音波画像処理方法は、ハードウエアの機能及びソフトウエアの機能として実現され得る。後者の場合、超音波画像処理方法を実行するプログラムが、可搬型記憶媒体又はネットワークを介して、情報処理装置へインストールされる。情報処理装置の概念には、超音波診断装置、超音波画像処理装置、コンピュータ等が含まれる。

（２）実施形態の詳細
図１において、超音波診断装置は、病院等の医療機関に設けられ、生体としての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医療装置である。超音波診断装置は、大別して、装置本体１０及び超音波プローブ１２により構成される。超音波プローブ１２は、装置本体１０に対して着脱可能に接続されるものである。

超音波プローブ１２は、プローブヘッド１４、ケーブル及びコネクタによって構成される。ケーブル及びコネクタの図示は省略されている。プローブヘッド１４は可搬型送受波器である。プローブヘッド１４がユーザーである検査者によって保持される。プローブヘッド１４の中には振動素子アレイが設けられている。振動素子アレイは、具体的には、円弧状に配列された複数の振動素子により構成される一次元振動素子アレイである。振動素子アレイによって超音波が送受波される。これにより超音波ビーム１６が形成される。

超音波ビーム１６の電子走査によって走査面１８が形成される。図１において、ｒは深さ方向を示している。θは電子走査方向を示している。電子走査方式として、電子リニア走査方式、電子セクタ走査方式、等が知られている。実施形態においては、電子リニア走査方式の一態様をなす電子コンベックス走査方式が採用されている。プローブヘッド１４内に、直線状に並んだ複数の振動素子からなる振動素子アレイが設けられてもよい。

実施形態に係る超音波プローブは、具体的には、いわゆる術中プローブである。診断対象は例えば肝臓である。手術中における肝臓の超音波診断に際しては、プローブヘッド１４が、手術者における複数の指によって保持されつつ、プローブヘッド１４の送受波面が、露出した肝臓表面に当接される。当接状態が維持されつつ、プローブヘッドが肝臓表面に沿ってマニュアルで走査される。その走査の過程で、走査面１８が繰り返し形成され、これによりフレームデータ列が取得される。

図示の構成例において、プローブヘッド１４には磁気センサ２０が設けられている。磁場発生器２４により、測位用の磁場（三次元磁場）が生成されており、その磁場が磁気センサ２０によって検出される。磁気センサ２０から出力された検出信号が測位コントローラ２６へ送られている。測位コントローラ２６から磁場発生器２４へ駆動信号が送られている。測位コントローラ２６は、磁気センサ２０から出力された検出信号に基づいて、磁気センサ２０が設けられているプローブヘッド１４の位置及び姿勢を演算するものであり、換言すれば、走査面１８の位置情報を演算するものである。実施形態においては、後述する受信フレームデータごとに、位置情報が演算されている。演算された位置情報は制御部５８へ出力されている。

なお、測位コントローラ２６は電子回路として構成され得る。制御部５８内に測位コントローラ２６を組み込むようにしてもよい。磁気センサ２０、磁場発生器２４及び測位コントローラ２６は測位システム２８を構成する。

送信部３０は、送信時において、振動素子アレイを構成する複数の振動素子に対して複数の送信信号を並列的に供給する送信ビームフォーマーであり、それは電子回路である。受信部３２は、受信時において、振動素子アレイを構成する複数の振動素子から並列的に出力される複数の受信信号を整相加算（遅延加算）する受信ビームフォーマーであり、それは電子回路である。受信部３２は、複数のＡ／Ｄ変換器、検波回路等を備えている。受信部３２での複数の受信信号の整相加算によりビームデータが生成される。なお、受信部３２から出力される個々の受信フレームデータは、電子走査方向に並ぶ複数のビームデータにより構成される。個々の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。受信部３２の後段にはビームデータ処理部が設けられているが、その図示は省略されている。

ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）３４は、受信フレームデータに基づいて断層画像を形成する電子回路である。ＤＳＣ３４は、座標変換機能、画素補間機能、及び、フレームレート変換機能、等を有する。断層画像データがＤＳＣ３４から画像処理部３６、識別部３８、及び、３Ｄメモリ４２へ送られている。なお、断層画像データは表示フレームデータである。ＤＳＣ３４は、受信フレームデータ列を表示フレームデータ列に変換するものである。

識別部３８は、フレーム単位で、断層画像に対して識別処理を適用する。断層画像に対しては関心領域が設定される。断層画像の中において、識別処理の対象は関心領域で画定される画像部分である。識別処理は、画像部分の中から識別条件を満たす組織像を自動的に識別する処理である。その識別結果が画像処理部３６及び組織マーカー生成部４０へ送られている。識別部３８は例えば画像プロセッサにより構成される。

組織マーカー生成部４０は、識別条件を満たす組織像が識別された場合に、その識別状態及び識別された組織像を示す組織マーカーを生成するものである。組織マーカーは表示要素又はグラフィック図形である。組織マーカーのデータが組織マーカー生成部４０から画像処理部３６へ送られている。組織マーカー生成部４０は例えば画像プロセッサにより構成される。

上記のように、プローブヘッド１４がマニュアル走査される場合、３Ｄメモリ４２内にはマニュアル走査によって形成された複数の断層画像データ（つまり表示フレームデータ列）が格納される。それはボリュームデータを構成する。３Ｄメモリ４２への各表示フレームデータの書き込みに際しては、測位システム２８により取得された位置情報が利用される。

３Ｄメモリ４４には、必要に応じて、他の医療装置を用いて、同一の被検者から過去に取得されたボリュームデータが格納される。実施形態に係る構成によれば、ある断面を示す断層画像のリアルタイム表示を行いながら、同じ断面を示す他の断層画像を並列表示することが可能である。断層画像の表示に代えて三次元画像が表示されてもよい。なお、他の医療装置は、超音波診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置等である。

領域マーカー生成部４６は、関心領域を示す領域マーカーを生成するものである。関心領域は、断層画像における中心線上に沿って設定される細長い矩形状の領域である。関心領域は、断層画像の上辺及び下辺から離れており、関心領域の上下には一定のマージンが存在している。関心領域により画定される画像部分も、断層画像の上辺及び下辺から離れており、それも深さ方向にそって伸長した矩形状の形態を有している。領域マーカーのデータが画像処理部３６へ送られている。

画像処理部３６は、表示処理モジュールとして機能するものである。それは例えば画像プロセッサにより構成される。画像処理部３６により表示器５６に表示される画像が形成される。画像処理部３６は、画像合成機能の他、計測機能、抽出機能、キャリブレーション機能、画像形成機能、等を有している。それらの機能が、図１において、計測部４８、抽出部５０、キャリブレーション部５２、及び、画像形成部５４として示されている。

計測部４８は、組織像が識別された場合にその組織像に対して計測を実行するものである。計測の概念には、サイズ計測、面積計測等が含まれる。抽出部５０は、組織像の識別結果を利用して、ボリュームデータの中から三次元組織像を抽出する処理を実行するものである。実施形態においては、超音波ボリュームデータの中から肝臓中の門脈に相当するデータが抽出されている。他のボリュームデータにおいては、門脈に相当するデータが既に抽出されている。抽出された２つのデータの照合に基づいて、２つのボリュームデータが有する２つの座標系を一致させることが可能である。それはキャリブレーション部５２によって実行される。画像形成部５４は、各ボリュームデータに基づいて、断層画像、三次元画像等を形成するものである。

表示器５６には、超音波画像としての断層画像等が表示される。表示器５６はＬＣＤ、有機ＥＬ表示デバイス、等によって構成される。

制御部５８は、図１に示されている個々の要素の動作を制御するものである。制御部５８は、プログラムを実行するＣＰＵによって構成される。ＣＰＵにより、識別部３８、組織マーカー生成部４０、画像処理部３６、領域マーカー生成部４６、等が発揮する複数の機能が実現されてもよい。制御部５８に接続された操作パネル６０は、複数のスイッチ、複数のボタン、トラックボール、キーボード等を有する入力装置である。

図２には、図１に示した識別部３８の構成例が示されている。識別部３８は、識別処理により、識別条件を満たす組織像を識別するものである。具体的には、識別部３８は、前処理部６２、パターンマッチング部６４、テンプレートメモリ６６、及び、選択部６８を有する。前処理部６２は、対象となった断層画像（元画像）を二値化及び低解像度化するものである。二値化に際しては、一定値以上の画素値が１に変換され、一定値未満の画素値が０に変換される。低解像度化は、対象となった断層画像に対する間引き処理により、断層画像を例えば１／４に縮小するものである。前処理が関心領域又はそれによって画定される画像部分だけに対して適用されてもよい。

前処理後の断層画像がパターンマッチング部６４に入力されている。パターンマッチング部６４には、関心領域の座標を特定する座標情報が入力されている。テンプレートメモリ６６には、パターンマッチング処理で利用するテンプレートが格納されている。パターンマッチング処理では、少なくとも１種類のテンプレートが利用される。後述するように複数種類のテンプレートが同時に利用されるのが望ましい。

パターンマッチング部６４は、関心領域内の個々の位置ごとにパターンマッチング処理を実行するものである。パターンマッチング処理では、テンプレートと画像部分中の比較対象との間で、相関値（相関係数）が演算される。実際は、テンプレートについての複数のパラメータ（位置、サイズ、回転角度、等）からなるパラメータセットを変更しながら、個々のパラメータセットごとに相関値が演算される。これについては後に図３を用いて詳述する。

選択部６８は、演算された複数の相関値の中で、最良の相関値を特定し、それに対応するテンプレートつまり組織像を識別する。相関値としては、ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）やＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）等が知られている。２つの画像の類似度が高くなればなるほど、それらは０に近付く。実施形態においては、相関値が閾値以下であって、もっとも０に近い相関値が特定され、それから組織像が識別されている。類似度が高くなればなるほど１に近付く相関値が利用されてもよい。いずれにしてもパターンマッチング結果が類似度の観点から評価される。

実施形態では、識別処理において、１つの組織像が識別されているが、複数の組織像が同時に識別されてもよい。すなわち、１つの画像部分の中から、識別条件を満たす複数の組織像が識別されてもよい。実施形態においては、閾値以下であって最良の相関値を生じさせた組織像が、識別条件を満たす組織像である。閾値以下の相関値が１つも得られない場合、識別条件を満たす組織像はないと判断される。なお、類似度が高まるほど１に近付く相関値を利用する場合、閾値以上であって最も大きな相関値特定することにより、識別条件を満たす組織像が識別される。

図３には、パターンマッチング処理が模式的に示されている。図３の左側には、扇状の断層画像７０が示されている。断層画像７０は具体的には肝臓の断面を示すものである。断層画像７０には複数の組織像（複数の血管断面像）が含まれる。その内で、Ｔで示すものが注目組織像である。それ以外の血管断面像は他の組織像（非注目組織像）である。なお、断層画像７０は、元画像７２に対して前処理７４を施すことにより生成された画像である。

断層画像７０上には、第１例に係る関心領域７５が設定されている。関心領域７５の外縁が領域マーカー７６によって示される。関心領域７５はパターンマッチング処理が適用される範囲又は部分を画定するものである。詳しくは、関心領域７５は、断層画像７０の中心軸上に設定された細長い矩形の領域であり、それは断層画像７０の上辺及び下辺から隔てられている。

図３においては、関心領域７５の横幅がＷで示されており、関心領域７５の縦幅（高さ範囲）がＨで示されている。中心軸上において、断層画像７０は深さｒ０から深さｒ３までの範囲に及んでおり、その内で、関心領域７５が存在するのは深さｒ１から深さｒ２までである。なお、実施形態においては、スキャンコンバート後の表示フレームデータが処理対象となっているが、スキャンコンバート前の受信フレームデータが処理対象とされてもよい。その場合においても、受信フレームデータに対して、図３に示した形態を有する関心領域を設定するのが望ましい。

図３の右側には、拡大された関心領域７５が示されている。関心領域７５内における各位置においてパターンマッチング処理が実行される。換言すれば、テンプレート７８を設置する位置を順次変化させながら、パターンマッチング処理が順次実行される。各位置はテンプレート７８の中心座標がおかれる位置である。

各位置において、テンプレート７８の中心座標を固定したまま、テンプレート７８のサイズ、回転角度、等が変更されつつ、変更後の各態様においてテンプレートと比較対象（テンプレートが重合される画像領域）との間で相関値が演算される。その場合、サイズのみが変更されてもよく、サイズ及び回転角度の２つが変更されてもよく、サイズ、回転角度及び変形度の３つが変更されてもよい。

例えば、位置８０においては、図示されるように、元のテンプレートを基礎として、そのサイズ及びその回転角度が段階的に変更され、これにより複数の派生テンプレート７８ｂ、７８ｂ、７８ｃが定義される。個々の派生テンプレートごとに相関値が演算される。そのようなテンプレート処理が関心領域７５の全体にわたって実行される。

最終的に、閾値以下の最良の相関値が特定され、それに基づいて組織像が識別される。フレーム単位で組織像が識別されており、すなわち、フレームが切り替わると、新たな識別処理が実行される。なお、閾値以下の相関値（つまり一定以上の類似度）が存在しないフレームについては、組織像の識別が見送られる。

実施形態において、断層画像７０の中で、テンプレート７８と比較される範囲は、厳密には、関心領域７５よりも大きい画像部分である。画像部分は、換言すれば、パターンマッチングで参照される部分である。画像部分は関心領域７５よりも一回り大きなものとなる。もっとも、関心領域７５の内部でのみ組織像の探索を行うようにしてもよい。その場合、画像部分と関心領域７５は一致する。なお、画像部分は、通常、上辺及び下辺から離れている。

図４には、断層画像８２に含まれる注目組織像Ｔの識別状態が示されている。注目組織像Ｔは、図示の例では、関心領域８６に包含されている。注目組織像Ｔを囲むように矩形の組織マーカー８４が表示されている。それは最良のマッチング状態が得られた際のテンプレートの外縁を示すものである。組織マーカー８４の観察を通じて、検査者において識別状態及び識別対象を認識することが可能となる。識別状態において、関心領域８６の外縁を示す領域マーカーの表示を止めてもよい。

図５には、注目組織像Ｔではない他の組織像Ｔ２の識別状態が示されている。関心領域８６内には他の組織像Ｔ２が存在し、関心領域８６から注目組織像が外れている。そのような場合、図６に示すように、プローブを体表面上で平行移動させればよい。すなわち、走査面の向きを維持したまま走査面を平行移動させればよい。関心領域８６から組織像Ｔ２が外れた時点で、最早、組織像Ｔ２は識別対象又は識別候補ではなくなる。注目組織像Ｔが関心領域８６内に入り込めば、それが新たな識別対象となる。

例えば、ある断層画像上で、注目血管が注目組織像として識別されている状態において、注目血管に沿ってプローブヘッドを平行運動させてもよい。そのようなマニュアルスキャンにより、注目血管が複数の注目組織像として抽出されることになる。あるいは、ある断層画像上において注目血管が注目組織像として識別されている状態において、ユーザーが所定の入力を行った場合に、それをトリガとしてボリュームデータから三次元の注目血管像を抽出するようにしてもよい。

図７には、識別処理に続く処理（後続処理）の一例が例示されている。ボリュームデータ９０は複数の表示フレームデータ９２により構成される。その中から選択された特定の表示フレームデータ上で、注目組織像９４が自動的に識別された場合、それを起点として繋がり関係を利用して個々のフレームデータから注目組織像が識別されてもよい。最終的に三次元の注目組織像９６が抽出される。

図８には、後続処理の他の例が示されている。注目組織像９８に対してテンプレートがフィッティングした際のパラメータセットを利用して注目組織像９８に対して２軸１００，１０２が自動的に設定される。個々の軸１００，１０２上において、エッジ検出技術等により、注目組織像９８のサイズが計測される。その際、面積等が演算されてもよい。

図９には、テンプレートセットが例示されている。断層画像上において、注目組織像が様々な態様で現れ得ることから、複数のテンプレートからなるテンプレートセットが利用される。図９に示されているテンプレートセット１１４は、第１テンプレート１１６、第２テンプレート１１８、及び、第３テンプレート１２０を含むものである。それらは特定の血管像を識別するために利用される。

第１テンプレート１１６は、それ全体として矩形の形態を有し、それには血管の横断面を模擬した円形の領域Ｒ１が含まれる。領域Ｒ１の上側及び下側には領域Ｒ１に接する横長の形領域Ｒ２，Ｒ３が存在している。領域Ｒ１の外側であって、領域Ｒ２，Ｒ３で挟まれる部分が領域Ｒ４，Ｒ５である。領域Ｒ１には０が与えられており、領域Ｒ２，Ｒ３には１が与えられている。領域Ｒ４，Ｒ５には０．５が与えられている。領域Ｒ４，Ｒ５は相関値の演算上、中立的なものとして取り扱われる。これは、血管の斜め断面（横方向にに伸びた断面）が現れる場合があることを考慮したものである。なお、符号１２２，１２４はエリア間の分割線を示している。

第２テンプレート１１８は、それ全体として矩形の形態を有し、そこには領域Ｒ６が含まれる。領域Ｒ６は、血管に相当する円１２６とその下側に生じる陰１２８とを連結させてなる形態を有する。これは、円形の血管像の下側にシャドーが生じ易いことから、そのようなシャドーを伴う血管像を抽出するためのものである。関心領域が断層画像の中央部に設定されるため、関心領域内においてシャドーは対象物のおよそ直下に生じる。シャドーは、エコー強度の弱い部分であり、それは断層画像上において黒く表示される部分である。第２テンプレート１１８についてはそれを回転させる必要はない。

領域Ｒ６の上側には領域Ｒ７が存在し、領域Ｒ６の両側であって領域Ｒ７の下側には領域Ｒ９，Ｒ１０が存在している。領域Ｒ６には０が与えられており、領域Ｒ７には１が与えられている。領域Ｒ９，Ｒ１０には０．５が与えられている。これは、シャドーを伴う血管の斜め断面が現れ得ることを考慮したものである。

第３テンプレート１２０は、血管の斜め断面を模擬したものであり、それには２つの領域Ｒ１１及びＲ１２が含まれる。領域Ｒ１１には０が与えられており、領域Ｒ１２には１が与えられている。

図１０には、実施形態に係る識別処理がフローチャートとして示されている。識別処理はフレーム単位で実行される。

Ｓ１０では、断層画像上に関心領域（ＲＯＩ）が設定される。Ｓ１２においては、関心領域内の位置Ｐが初期設定される。Ｓ１４においては、位置Ｐにおいて、パターンマッチング処理が実行される。パターンマッチング処理では、テンプレートのサイズ変更、回転角度変更、及び、変形を行いながら、複数回のパターンマッチング（複数回の相関演算）が実行される。複数のテンプレートが利用される場合、テンプレートごとにパターンマッチング処理が実行される。

Ｓ１６では、関心領域内の全位置についてパターンマッチング処理が実行されたか否かが判断され、それが未了であれば、Ｓ１８において位置Ｐを変更した上で、Ｓ１４の処理が再度実行される。Ｓ２０では、演算された複数の相関値の中で、閾値以下の相関値（優良な相関値）があるか否かが判断され、それが１つでもあれば、Ｓ２２において最も小さな相関値が特定され、その相関値に対応するパラメータセットに基づいて、識別条件を満たす組織像が識別される。以上の識別処理がフレームごとに実行される。

検査者は、関心領域内に注目組織像が含まれるように、且つ、誤識別が生じ易い非注目組織像が関心領域内から除外されるように、プローブヘッドの位置及び姿勢を調整すれば、その結果として、注目組織像が自動的に簡便に識別されることになる。

図１１には、識別処理に続く後続処理の第１例が示されている。Ｓ３０では、フレーム単位で識別処理が実行され、Ｓ３２で、識別された組織像を承認するユーザー操作があった場合、Ｓ３４において、識別された組織像を起点として、ボリュームデータの中から三次元組織像が抽出される。Ｓ３６では、抽出された三次元組織像に基づいて、２つのボリュームデータ間において座標系を整合させるキャリブレーションが実施される。

図１２には、識別処理に続く後続処理の第２例が示されている。Ｓ３０は図１１に示したＳ３０と同じであり、その説明を省略する。Ｓ４０では、一定時間にわたって同じ組織像が連続して識別されたことが判定される。Ｓ４２において、断層画像がフリーズされ、パラメータセットを利用して組織像に対する計測が自動的に実行される。この第２例によれば、注目組織像の識別から計測までの一例の処理が自動的に実行されるので、ユーザーの負担が大幅に軽減される。

図１３には関心領域の第２例が示されている。扇状の断層画像１３０の中心線Ｃ上には細長い楕円の関心領域１３２が設定されている。具体的には、関心領域１３２の長軸が中心線Ｃに一致しており、その短軸が中心線Ｃに直交している。

図１４には関心領域の第３例が示されている。扇状の断層画像１３４の中心線Ｃ上には細長い扇状の関心領域１３６が設定されている。関心領域１３６は、例えば、極座標系に従って定義される。

図１５には関心領域の第４例が示されている。これは矩形の断層画像１３８の中心線Ｃ上には細長い矩形の関心領域１４０が設定されている。

以上のように、実施形態によれば、断層画像の中央に深さ方向に伸長した細長い関心領域が設定されている。関心領域（厳密には画像部分）の中に、注目条件を満たす組織像が入っている場合、その組織像が自動的に識別される。プローブヘッドの位置及び姿勢の調整により、そのような状態を容易に形成できるので、検査者において大きな負担は生じない。識別された組織像が誤ったものであれば、つまりその組織像が注目組織像でなければ、その組織像が画像部分から外れるように、プローブヘッドの位置及び姿勢を変更すればよい。これにより、その組織像が識別対象から自然に除外される。このように、実施形態によれば、プローブヘッドの操作により、識別対象を簡便に取捨選択できる。

１０装置本体、１２超音波プローブ、１４プローブヘッド、３６画像処理部、３８識別部、４０組織マーカー生成部、４６領域マーカー生成部、４８計測部、５０抽出部、５２キャリブレーション部、５４画像形成部、７５関心領域、７８テンプレート。

Claims

超音波を送受波するプローブヘッドと、
前記プローブヘッドから出力された受信信号に基づいて、超音波画像を形成する画像形成部と、
前記超音波画像に対して深さ方向に伸長した関心領域を定める領域設定部と、
前記関心領域により画定される画像部分の中から識別条件を満たす組織像として血管像を識別する識別部と、
前記識別条件を満たす血管像が識別された場合に、その血管像を示す組織マーカーを生成し、前記組織マーカーが前記超音波画像上に表示されるようにする組織マーカー生成部と、
を含み、
前記関心領域は、注目血管像と非注目血管が混在する超音波画像においてそれらの血管像の中で前記注目血管像を識別するためのものであり、前記超音波画像の中心線上に設けられ、当該中心線に沿って伸長した細長い長方形の形態を有し、
前記識別部は、フレーム単位で識別処理を繰り返し実行し、
前記フレーム単位での識別処理では、前記関心領域内の各位置において少なくとも１つのテンプレートを利用したパターンマッチング処理が実行され、これにより得られる複数のパターンマッチング結果に基づいて前記識別条件を満たす血管像が識別され、
前記少なくとも１つのテンプレートには、血管横断面に対応したテンプレートが含まれ、
前記プローブヘッドの操作に伴って今まで識別されていた血管像が前記画像部分から外れた場合に当該血管像は識別対象から除外される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記超音波画像は扇状の形態を有し、
前記関心領域は前記超音波画像の上辺及び下辺から離れた長方形を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記パターンマッチング処理では、互いに異なる複数のテンプレートからなるテンプレートセットが用いられる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３記載の超音波診断装置において、
前記テンプレートセットには、シャドーを伴う血管像を模擬したテンプレートが含まれる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記関心領域内の各位置でのパターンマッチング処理は、テンプレートサイズ変更、テンプレート回転角度変更、及び、テンプレート変形の内の少なくとも１つを伴うものである、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記関心領域を示す領域マーカーを生成し、前記領域マーカーが前記超音波画像上に表示されるようにする領域マーカー生成部を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置。
超音波を送受波するプローブヘッドから出力された受信信号に基づいて形成される超音波画像に対して、その中心線上に深さ方向に伸長した関心領域を設定する工程と、
前記関心領域により画定される画像部分の中から識別条件を満たす組織像として血管像を識別する工程と、
前記超音波画像上に前記関心領域を示す領域マーカーを表示する工程と、
前記超音波画像上に前記識別条件を満たす血管像の識別状態を示す組織マーカーを表示する工程と、
を含み、
前記関心領域は、注目血管像と非注目血管が混在する超音波画像においてそれらの血管像の中で前記注目血管像を識別するためのものであり、前記超音波画像の中心線上に設けられ、当該中心線に沿って伸長した細長い長方形の形態を有し、
前記血管像を識別する工程では、フレーム単位で識別処理が繰り返し実行され、
前記フレーム単位での識別処理では、前記関心領域内の各位置において少なくとも１つのテンプレートを利用したパターンマッチング処理が実行され、これにより得られる複数のパターンマッチング結果に基づいて前記識別条件を満たす血管像が識別され、
前記少なくとも１つのテンプレートには、血管横断面に対応したテンプレートが含まれる、
ことを特徴とする超音波画像処理方法。