JP7473501B2 - 超音波診断装置及び画像処理方法 - Google Patents

Description

本開示は、超音波診断装置及び画像処理方法に関し、特に、心筋トラッキング技術に関する。

被検者における心臓の状態又は機能を評価するために、超音波診断装置を用いた超音波検査が実施される。例えば、心臓における所定の断面からフレームデータ列が取得され、それに基づいて断層画像列が動画像として生成及び表示される。その断層画像列に対して心筋（心壁）トラッキング技術が適用され、これにより断層画像ごとにトラッキング像列が生成される。断層画像上にトラッキング像が重畳表示される（例えば特許文献１及び特許文献２を参照）。

トラッキング像は、例えば、心筋領域それ全体にわたって設定された複数のトラッキング点を表すマーカーアレイにより構成される。マーカーアレイの動的変化に基づいて、個々のトラッキング点の動きつまり個々の心筋部位の動きを認識、評価及び計測し得る。

特開２００３－１５０８０４号公報 特開２０１１－ ４７０号公報

超音波画像にはアーチファクト等のノイズが含まれる。ノイズによってトラッキングエラーが生じ得る。具体的には、時間の経過に伴って、表示されているマーカーアレイ中の一部において整列状態が崩れたり、マーカーアレイ中の一部が心筋領域から逸脱して不自然な運動を行ったりする現象が生じる。そのような現象は超音波検査の妨げとなる。

本開示の目的は、トラッキング像の品質を高めることにある。あるいは、本開示の目的は、トラッキング像における崩れや逸脱を抑制することにある。

本開示に係る超音波診断装置は、ｎ－１番目（但しｎ＝１，２，３，・・・）のフレームとｎ番目のフレームの間において、心筋領域に対して設定されたｎ－１番目の代表点アレイの移動先を表すｎ－１番目のベクトルアレイを演算するトラッキング部と、前記ｎ－１番目のベクトルアレイを平滑化し、これによりｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイを生成する平滑化部と、前記ｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイに基づいて心筋輪郭方向に並ぶ複数の代表点列からなるｎ番目の代表点アレイを生成する際に、前記ｎ番目の代表点アレイを構成する各代表点列を前記心筋輪郭方向に交差する方向に沿って整列させる整列化部と、前記ｎ番目の代表点アレイに基づいてトラッキング像を作成する作成部と、を含むことを特徴とする。

本開示に係る画像処理方法は、超音波の送受波により得られたｎ－１番目（但しｎ＝１，２，３，・・・）のフレームデータ及びｎ番目のフレームデータに基づいて、心筋領域に対して設定されたｎ－１番目の代表点アレイの移動先を表すｎ－１番目のベクトルアレイを演算する工程と、前記ｎ－１番目のベクトルアレイを平滑化し、これによりｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイを生成する工程と、前記ｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイに基づいて心筋輪郭方向に並ぶ複数の代表点列からなるｎ番目の代表点アレイを生成する際に、前記ｎ番目の代表点アレイを構成する各代表点列を前記心筋輪郭方向に交差する方向に沿って整列させる工程と、前記ｎ番目の代表点アレイに基づいてトラッキング像を作成する工程と、を含むことを特徴とする。

本開示によれば、トラッキング像の品質を高められる。あるいは、本開示によれば、トラッキング像における崩れや逸脱を抑制できる。

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。 表示フレームデータ列の処理を示す図である。 トラッキング像を示す図である。 代表点ごとのベクトル演算方法を示す図である。 代表点アレイにおける崩れ及び逸脱を示す図である。 フレーム間で演算されるベクトルアレイを示す図である。 ベクトルごとに演算される接線成分及び法線成分を示す図である。 接線方向及び法線方向の第１の演算例を示す図である。 接線方向及び法線方向の第２の演算例を示す図である。 成分分離後のベクトル列を示す図である。 第１の整列方法に係る目標線を示す図である。 第１の整列方法に係る整列後の代表点列を示す図である。 第１の整列方法に係る移動先決定の詳細を示す図である。 第２の整列方法に係る目標線を示す図である。 第２の整列方法に係る整列後の代表点列を示す図である。 第３の整列方法に係る目標線を示す図である。 第３の整列方法に係る整列後の代表点列を示す図である。 実施形態に係る画像処理方法を示すフローチャートである。

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、トラッキング部、平滑化部、及び、整列化部を有する。トラッキング部は、ｎ－１番目（但しｎ＝１，２，３，・・・）のフレームとｎ番目のフレームの間において、心筋領域に対して設定されたｎ－１番目の代表点アレイの移動先を表すｎ－１番目のベクトルアレイを演算する。平滑化部は、ｎ－１番目のベクトルアレイを平滑化し、これによりｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイを生成する。整列化部は、ｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイに基づいて心筋輪郭方向に並ぶ複数の代表点列からなるｎ番目の代表点アレイを生成する際に、ｎ番目の代表点アレイを構成する各代表点列を心筋輪郭方向に交差する方向に沿って整列させる。作成部は、ｎ番目の代表点アレイに基づいてトラッキング像を作成する。

上記構成によれば、ベクトルアレイが平滑化された上で、平滑化ベクトルアレイに基づいて新たな代表点アレイが生成される。その際、各代表点列が整列化される。平滑化及び整列化の組み合わせにより、ノイズの影響を受け難くなる。特に、トラッキング像における不自然な崩れや逸脱を効果的に抑制することが可能となる。

ｎ－１番目のフレームは前フレームであり、ｎ番目のフレームは後フレームである。平滑化は空間的な平滑化であるが、時間的な平滑化を併用してもよい。整列化後において、各代表点列を構成する複数の代表点の並びが完全に揃ってもよいが、それらが概ね揃っていてもよい。各代表点が直接的にトラッキングされてもよいし、各代表点が間接的にトラッキングされてもよい。

実施形態において、平滑化部は、ｎ－１番目のベクトルアレイに基づいて、ｎ－１番目の代表点アレイ中の注目代表点ごとに、平滑化ベクトルを構成する平滑化接線成分及び平滑化法線成分を演算し、これによりｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイを生成する。

成分分離を行った上で、成分ごとに平滑化を行えば、平滑化のための演算が簡易になる。接線方向の平滑化を行うことにより、代表点アレイにおける心筋輪郭方向の局所的な乱れを抑制できる。法線方向の平滑化を行うことにより、代表点アレイにおける心筋横断方向の局所的な乱れを抑制できる。

実施形態において、平滑化部は、注目代表点を含む代表点群として心筋輪郭方向に沿って並ぶ複数の代表点からなる代表点群を設定する。平滑化部は、代表点群に帰属するベクトル群の複数の接線成分を平滑化することにより、注目代表点について平滑化接線成分を演算し、代表点群に帰属するベクトル群の複数の法線成分を平滑化することにより、注目代表点について平滑化法線成分を演算する。代表点列ごとに心筋横断方向に並ぶ複数の代表点群が設定される。

一般に、心筋においては心筋横断方向における複数の位置（又は複数の層）の運動は一様ではなく、それらの運動は位置（又は層）ごとに異なっている。このことを考慮し、上記構成は、心筋横断方向における位置ごとに心筋輪郭方向に沿って伸長した参照範囲（代表点群）を定めるものである。代表点群が有する複数の接線成分及び複数の法線成分に基づいて、注目代表点についての接線成分及び法線成分がそれぞれ個別的に平滑化される。これにより、各代表点の運動を滑らかにでき、代表点アレイ全体として、局所的な乱れを抑制できる。実施形態において、代表点群は一次元の代表点並びである。

実施形態において、整列化部は、ｎ－１番目の代表点アレイを構成する代表点列ごとに、当該代表点列に帰属する平滑化ベクトル列又はその平滑化接線成分列に基づいて、当該代表点列を構成する複数の代表点の移動先を整列させ、これによりｎ番目の代表点アレイを生成する。この構成によれば、代表点列ごとにその移動先が揃えられる。代表点列がその整列状態を維持しながら、まとまって運動することになる。

実施形態において、整列化部は、ｎ－１番目の代表点アレイを構成する代表点列ごとに、当該代表点列に帰属する平滑化ベクトル列又はその平滑化接線成分列に基づいて目標線を演算する。整列化部は、ｎ－１番目の代表点アレイを構成する代表点列ごとに、当該代表点列を構成する複数の代表点の移動先を目標線の上に又はその近傍に定め、これによりｎ番目の代表点アレイを生成する。

上記構成によれば、各代表点列の移動先が目標線に従って定められる。よって、移動後において各代表点列の整列状態が維持される。平滑化ベクトル列に基づいて目標線が定められてもよいし、平滑化ベクトル列が有する接線成分列に基づいて目標線が定められてもよい。目標線に従って各接線成分が補正された上で、補正後の複数のベクトルが示す複数の位置に新たな複数の代表点を設定してもよい。目標線は直線又は曲線である。最小二乗法に基づく直線回帰により目標線が求められてもよい。

実施形態に係る画像処理方法は、トラッキング工程、平滑化工程、整列化工程、及び、作成工程を有する。トラッキング工程では、超音波の送受波により得られたｎ－１番目（但しｎ＝１，２，３，・・・）のフレームデータ及びｎ番目のフレームデータに基づいて、心筋領域に対して設定されたｎ－１番目の代表点アレイの移動先を表すｎ－１番目のベクトルアレイが演算される。平滑化工程では、ｎ－１番目のベクトルアレイが平滑化され、これによりｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイが生成される。整列化工程では、ｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイに基づいて心筋輪郭方向に並ぶ複数の代表点列からなるｎ番目の代表点アレイを生成する際に、ｎ番目の代表点アレイを構成する各代表点列が心筋輪郭方向に交差する方向に沿って整列する。作成工程では、ｎ番目の代表点アレイに基づいてトラッキング像が作成される。

上記の画像処理方法は、プログラムを実行するプロセッサを備える情報処理装置において実行される。情報処理装置は、超音波診断装置、画像処理装置、コンピュータ等を含む概念である。情報処理装置に対して、上記プログラムが可搬型記憶媒体を介して又はネットワークを介してインストールされる。情報処理装置内において上記プログラムは非一時的な記憶媒体に記憶される。

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る超音波診断装置の構成が示されている。超音波診断装置は、医療機関内に設置され、被検者への超音波の送受波により得られたデータに基づいて超音波画像を形成する医用装置である。超音波診断装置において、後述する表示フレームデータ列を処理する部分が情報処理装置及び画像処理装置に相当する。

プローブ１０は、可搬型の送受波器である。プローブ１０は、被検体１２の表面に当接される。プローブ１０は複数の振動素子からなる振動素子アレイを含む。振動素子アレイにより超音波ビーム１４が形成される。超音波ビーム１４が電子的に繰り返し走査され、これによりビーム走査面１６が繰り返し形成される。電子走査方式として、電子セクタ走査方式、電子リニア走査方式等が知られている。プローブ１０内に二次元配列された複数の振動素子からなる２Ｄ振動素子アレイが設けられてもよい。

送信回路１８は、送信時において、振動素子アレイに対して複数の送信信号を並列的に供給する。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振動素子アレイにより受信され、これにより振動素子アレイから受信回路２０へ複数の受信信号が並列的に出力される。受信回路２０において、複数の受信信号が整相加算（遅延加算）される。これにより受信ビームデータが生成される。

受信回路２０から受信フレームデータ列が出力される。受信フレームデータ列は、時間軸上に並ぶ複数の受信フレームデータにより構成される。各受信フレームデータは、電子走査方向に並ぶ複数の受信ビームデータにより構成される。各受信ビームデータは、深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。

受信回路２０の後段にはビームデータ処理回路が設けられているが、その図示が省略されている。受信フレームデータ列は、組織画像形成部２２に送られている。受信フレームデータ列は、必要に応じて、血流画像形成部２４にも送られる。

組織画像形成部２２は、受信フレームデータ列から表示フレームデータ列を生成するモジュールである。表示フレームデータ列は、動画像としての断層画像列を構成する。詳しくは、組織画像形成部２２は、座標変換機能、画素補間機能、フレームレート変換機能、等を有するプロセッサとしてのデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）を有する。表示フレームデータ列は、表示処理部２６に送られ、また、トラッキング部２８に送られている。

血流画像形成部２４は、受信フレームデータ列に含まれるドプラ情報に基づいて、表示フレームデータ列として血流画像列を形成するモジュールである。血流画像形成部２４もＤＳＣを備えている。カラーフローマッピング（ＣＦＭ）モードにおいて、後述する表示器３８に、白黒断層画像及びカラー血流画像からなる合成画像が表示される。

トラッキングモード（トラッキング像表示モード）において、トラッキング部２８及びトラッキング像作成部３０が動作する。トラッキング部２８は、時間的に隣接するフレームデータ間（単にフレーム間といってもよい）において、トラッキング点ごとにトラッキングを実行し、トラッキング点ごとに二次元移動ベクトルを演算する。以下においては、二次元移動ベクトルを単にベクトルと表現する。

より詳しくは、トラッキング部２８は、個々の表示フレームデータに対してグリッド又はメッシュとしての交点アレイを設定する。その上で、トラッキング部２８は、個々の交点ごとにフレーム間トラッキングを実行し、個々の交点ごとにベクトルを演算する。これにより、表示フレームデータごとに、複数の交点の運動を表すベクトルアレイが生成される。

トラッキング像作成部３０は、図示の構成例において、補間部３２、平滑化部３４、及び、整列化部３６を含む。実施形態においては、初期フレーム上において、そこに含まれる心筋領域に対して初期代表点アレイが設定される。代表点アレイは、心筋輪郭方向に沿って並ぶ複数の代表点列により構成される。個々代表点列は、心筋輪郭方向に交差する方向（典型的には心筋横断方向）に沿って並ぶ複数の代表点（実施形態において５つの代表点）により構成される。

補間部３２は、時間的に隣接するフレームペア（フレーム間）ごとに、交点アレイの移動先を示すベクトルアレイに基づいて、代表点アレイの移動先を示すベクトルアレイを生成する。その際には、代表点ごとに、代表点近傍の複数のベクトルに基づく重み付け補間によりベクトルが間接的に演算される。但し、各代表点それ自体をトラッキング点としてもよい。

平滑化部３４は、補間部３２が生成したベクトルアレイを平滑化し、平滑化ベクトルアレイを生成する。平滑化に際しては、最初に個々のベクトルごとに成分分離が実施され、つまり、個々のベクトルごとに接線成分及び法線成分が演算される。その上で、所定の参照範囲内において、成分ごとに平滑化が実施される。これについては後に詳述する。

整列化部３６は、平滑化ベクトルアレイ、つまり平滑化後の接線成分アレイ及び平滑化後の法線成分アレイに基づいて、整列化後の新たな代表点アレイを生成する。平滑化及び整列化を組み合わせることにより、心筋領域からの代表点アレイの局所的な逸脱や乱れ等を抑制することが可能である。整列化については後に詳述する。

トラッキング像作成部３０は、整列後の新たな代表点アレイに基づいて、トラッキング像を生成する。トラッキング像は、複数の代表点を表す複数のマーカーにより構成される。より詳しくは、トラッキング像は、心筋輪郭方向に沿って並ぶ複数のマーカー列により構成される。各マーカー列は、心筋輪郭方向に交差する方向に沿って並ぶ複数のマーカーにより構成される。各マーカーは表示要素である。トラッキング像作成部３０から表示処理部２６へトラッキング像を示すデータが出力される。

時間的に隣接する表示フレームデータペアは、ｎ－１番目の表示フレームデータ（前フレームデータ）とｎ番目の表示フレームデータ（後フレームデータ）により構成される。ここで、ｎは１以上の整数である。それらの間において、ｎ－１番目のベクトルアレイが生成され、それからｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイが生成される。ｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイに基づいて、ｎ番目の代表点アレイが生成され、それに基づいてｎ番目のトラッキング像が生成される。表示フレームデータ列に代えて受信フレームデータ列に対してトラッキング等の処理が適用されてもよい。

トラッキング部２８、トラッキング像作成部３０及び表示処理部２６は、それぞれプロセッサにより構成される。トラッキング部２８、トラッキング像作成部３０及び表示処理部２６が単一のプロセッサにより構成されてもよく、あるいは、それらが制御部４０の機能として実現されてもよい。

表示処理部２６は、画像合成機能、カラー処理機能等を有する。動画像を構成する断層画像列に対して、動画像を構成するトラッキング像列が合成される。これにより生成された合成画像列が表示器３８に動画像として表示される。表示器３８は、ＬＣＤ、有機ＥＬ表示デバイス等により構成される。

制御部４０は、図１に示されている各要素の動作を制御する。制御部４０は、具体的には、プログラムを実行するプロセッサ（ＣＰＵ）により構成される。制御部４０には、入力デバイスとしての操作パネル４２が接続されている。この他、心電計４６からの出力信号が制御部４０に送られている。

実施形態においては、受信回路２０と組織画像形成部２２との間にシネメモリ４４が設けられている。シネメモリ４４はリングバッファ構造を有し、そこには現時点から過去一定時間にわたる受信フレームデータ列が格納される。フリーズ状態（送受信停止状態）において、シネメモリ４４から読み出された受信フレームデータ列が組織画像形成部２２へ送られ、受信フレームデータ列から表示フレームデータ列が生成される。また、表示フレームデータ列からトラッキング像列が生成される。リアルタイム動作状態において、トラッキング像列が生成されてもよい。

図２には、画像処理例が示されている。横軸は時間軸である。表示フレームデータ列５０は、時間軸方向に並ぶ複数の表示フレームデータＡ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・により構成される。その中で、表示フレームデータＡ０は初期表示フレームデータ（初期フレーム）である。心電信号に基づいて初期表示フレームデータが選択されてもよい。

ベクトルアレイ列５２は、複数の表示フレームデータＡ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・に基づいて生成された複数のベクトルアレイＢ０，Ｂ１，Ｂ２，・・・により構成される。既に説明したように、時間的に隣接する表示フレームデータペアごとに１つのベクトルアレイＢ０，Ｂ１，Ｂ２，・・・が生成される。

ベクトルアレイ列５２を構成する各ベクトルアレイＢ０，Ｂ１，Ｂ２，・・・が平滑化され、これにより平滑化ベクトルアレイ列５４が生成される。平滑化ベクトルアレイ列５４は、複数の平滑化ベクトルアレイＣ０，Ｃ１，Ｃ２，・・・により構成される。

代表点アレイ列５６は、時間軸に沿って並ぶ代表点アレイＤ１，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・により構成される。その内で、代表点アレイＤ０は初期フレーム上に設定される初期代表点アレイである。それ以外の代表点アレイＤ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・は、複数の平滑化ベクトルアレイＣ０，Ｃ１，Ｃ２，・・・に基づいて生成される。具体的には、代表点アレイＤ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・は、それぞれ整列化を経ているものである。

初期代表点アレイＤ０は、ユーザーにより又は自動的に設定される。符号５７で示すように、初期代表点アレイＤ０により、トラッキング対象が特定される。同様に、代表点アレイＤ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・により、トラッキング対象が特定される。代表点アレイ列５６に基づいて、複数のマーカーアレイ（複数のトラッキング像）Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，・・・からなるマーカーアレイ列５８が生成される。

以下、実施形態に係る画像処理についてより詳しく説明する。図３には、フリーズ状態においてユーザーにより選択された初期フレームが示されている。具体的には、表示器の画面内には断層画像６２が表示され、その下側に心電波形６７が表示されている。図示の例において、断層画像６２は、左室の断面を示す画像である。符号６８は心筋の内膜を示しており、符号７０は心筋の外膜を示している。内膜６８と外膜７０の間が心筋領域である。

心筋領域それ全体にわたって代表点アレイ６６が設定されており、それを示すマーカーアレイ６４が表示されている。代表点アレイ６６は、心筋輪郭方向に沿って並んだ複数の代表点列により構成される。これに対応して、マーカーアレイ６４は、複数の代表点列を表す複数のマーカー列７４により構成される。各代表点列は、心筋輪郭方向に交差する方向（初期フレームにおいては通常、心筋横断方向）に沿って並んだ複数の代表点により構成される。各マーカー列７４は、複数の代表点を示す複数のマーカーにより構成される。

代表点アレイの設定に際しては、最初に内膜６８上に複数の指定点をユーザーが指定し、複数の指定点に基づいて、内膜上に多数の内膜点からなる内膜点列を自動的に生成し、各内膜点を基点として各代表点列を自動的に定めてもよい。外膜７０の抽出又は特定が困難である場合、内膜６８を基準としてその外側に一定距離だけ離れたラインとして外膜７０を推定してもよい。内膜点ごとに内膜に直交する方向を特定し、その方向において均等に複数の代表点を設定してもよい。心筋領域が複数のサブ領域に区分される場合、個々のサブ領域の境界が明確になるように、一部のマーカー列を強調表示してもよい。

実施形態においては、図４に示されるように、個々の表示フレームデータに対してグリッド７６が設定され、それにより定義される個々の交点７６ａごとにフレーム間トラッキングが実行される。これにより、交点７６ａごとにベクトル（移動ベクトル）７８が演算される。フレーム間トラッキングに際しては、パターンマッチング技術等の既存技術を利用することが可能である。個々の表示フレームデータごとに、交点アレイに対応するベクトルアレイが演算される。

代表点８０の移動先を示すベクトルを演算する場合、代表点８０を中心とする参照範囲８２が定められ、その参照範囲８２内に属する交点群に対応するベクトル群が参照される。そのベクトル群に基づく重み付け補間により、代表点８０のベクトル８４が求められる。図４を用いて説明した一連の処理が代表点ごとに実施される。これにより代表点アレイに対応するベクトルアレイが生成される。

図５中の左側には内膜６８と外膜７０との間に設定された代表点アレイ６６が示されている。具体的には、３つの代表点列８６Ａ，８８Ａ，９０Ｃが示されている。何らの拘束条件を適用することなく、フレーム間トラッキングを進行させていくと、図５中の右側に示すように、３つの代表点列８６Ｂ，８８Ｂ，９０Ｂの形態が崩れ易く、また、心筋領域からのはみ出しが生じ易くなる。断層画像には、少なからずのノイズ成分（アーチファクト）が含まれており、どうしてもトラッキングエラーが生じ易い。トラッキングエラーに起因して上記問題が生じる。そこで、本実施形態においては、以下に詳しく説明するように、フレーム間トラッキングで生成されたべクトルアレイに対して平滑化及び整列化を適用している。

図６には、前フレーム上に設定された代表点アレイ９２が示されている。代表点アレイ９２は複数の代表点９６により構成される。前フレームと後フレームとの間でのトラッキングにより、ベクトルアレイ１００が生成される。ベクトルアレイ１００は、複数の代表点９６から出る複数のベクトル１０２により構成される。図６においては、後フレーム上の仮の代表点アレイ９４が破線で示されている。ベクトルアレイ１００の中には、トラッキングエラーに起因する１又は複数のベクトルが含まれ得る。

平滑化に際しては、まず、図７に示すように、ベクトルアレイ１００を構成する各ベクトル１０２に対して成分分離が適用され、各ベクトル１０２が２つの成分に分離される。具体的には、各ベクトル１０２が接線成分１０４及び法線成分１０６に分離される。接線成分１０４は、接線方向の成分であり、法線成分１０６は、接線方向に直交する方向の成分である。

例えば、図８に示すように、注目代表点１０８を基準として、心筋輪郭方向に隣接する２つの代表点１１０，１１２を特定し、それらを通過する直線１１４の方向を接線方向としてもよい。直線１１４に直交する直線１１６の方向を法線方向としてもよい。

あるいは、図９に示すように、心筋輪郭方向に並ぶ複数の代表点に基づいて曲線１２２を特定し、注目代表点１１８において曲線１２２に接する接線１２４を特定し、その方向を接線方向としてもよい。その場合、注目代表点１１８において接線１２４に直交する直線１２６の方向を法線方向としてもよい。

続いて、図１０に示すように、各代表点を注目代表点として、注目代表点ごとに心筋輪郭方向に沿って並ぶ複数の代表点からなる代表点群が設定され、代表点群に帰属するベクトル群が有する複数の接線成分及び複数の法線成分がそれぞれ平滑化される。例えば、注目代表点１４０に対しては、代表点１４０Ａ、代表点１４０Ｂ、注目代表点１４０、代表点１４０Ｃ、代表点１４０Ｄからなる代表点群１３８が設定される。その上で、代表点群１３８における複数の接線成分１４４Ａ，１４４Ｂ，１４４，１４４Ｃ，１４４Ｄの平均化により、注目代表点１４０の平滑化接線成分が演算される。同様に、代表点群１３８における複数の法線成分１４６Ａ，１４６Ｂ，１４６，１４６Ｃ，１４６Ｄの平均化により、注目代表点１４０の平滑化法線成分が演算される。

内膜から外膜にかけて５つの層を観念でき、層ごとに代表点群１３０，１３２，１３４，１３６，１３８が設定され、つまり、層ごとに２つの成分の個別的平滑化が実行される。例えば、注目代表点１４０において、平滑化後の接線成分及び平滑化後の法線成分により平滑化ベクトル１５０が定義される。なお、符号１４８は、平滑化前のベクトルを示している。

心筋領域において心筋横断方向に並ぶ複数の層はそれぞれ異なる運動を呈する。上記処理によれば、複数の層の運動を前提として、自然な平滑化を行える。換言すれば、過剰な平滑化を回避できる。

図１１～図１７を用いて、各代表点列に適用される幾つかの整列化方法について説明する。図１１～図１３には、第１の整列化方向が示されている。図１１においては、前フレーム上の１つの代表点列１５２が示されている。代表点列１５２は、心筋領域を横断するように並ぶ５つの代表点からなる。代表点列１５２については、上記の平滑化により、平滑化ベクトル列１５４が求められる。平滑化ベクトル列１５４は、５つの代表点から出る５つの平滑化ベクトルからなる。

第１の整列化方向では、平滑化ベクトル列１５４により特定される座標列１５４Ａに対して最小二乗法を適用し、回帰直線としての目標線１５８が演算される。目標線１５８は、複数の仮座標に基づいて算出される近似直線とも言える。最小二乗法では、複数の座標から目標線までの複数の距離の二乗の総和が最小になるように、１次関数が演算される。ちなみに、符号１５６は、平滑化前のベクトル列で特定される代表点列を示している。

図１２に示すように、複数の平滑化ベクトルに基づいて、目標線１５８上に移動後の複数の代表点が定められる。それらにより、新たな代表点列１６０が生成される。その場合には、例えば、図１３に示すように、平滑化ベクトル１６２が目標線１５８と交わっている場合には交点１６４に対して代表点１６６を定めてもよい。一方、平滑化ベクトル１６８が目標線１５８と交わっていない場合には平滑化ベクトル１６８を外挿して外挿線１７０を求め、外挿線１７０と目標線１５８との交点１７４を特定し、その交点１７４に対して代表点１７６を定めてもよい。

図１４及び図１５には、第２の整列化方法が示されている。平滑化後のベクトル列１７８により特定される複数の座標に基づいて目標線１８０が定められる。その場合、スプライン関数によるフィッティングを行ってもよいし、最小二乗法によって曲線関数が定義されてもよい。図１５に示すように、平滑化後の複数のベクトルに基づいて、目標線１８０上に複数の代表点が定められる。その場合には、図１３に示した方法により各交点が特定されてもよい。

図１６及び図１７には、第３の整列化方法が示されている。図１６には、代表点列１８４に対応する平滑化接線成分列１８６及び平滑化法線成分列１８８が示されている。それらの内で平滑化接線成分列１８６に対して最小二乗法が適用され、回帰直線としての目標線１９０が特定される。図１７に示すように、平滑化接線成分列を構成する各平滑化接線成分の大きさが目標線に従って補正され、これにより補正後の平滑化接線成分列１８６Ａが求められる。補正後の平滑化接線成分列１８６Ａと平滑化法線成分列１８８により、補正後の平滑化ベクトル列１９２が求められる。補正後の平滑化ベクトル列１９２が示す複数の座標に複数の代表点が設定される。それらが新たな代表点列１９４を構成する。

第３の整列化方法を採用した場合、新たな代表点列１９４を構成する複数の代表点は、厳密には、目標線１９０上に位置せず、直線状に並ばないが、それらの並びは凡そ直線状であり、それらはいずれも目標線１９０の近傍に位置している。第３の整列化方法を採用した場合、演算量を削減できる。

図１８には、実施形態に係る画像処理方法が示されている。典型的には、フリーズ状態において、図１８に示されるフローが実行される。Ｓ１０では、検査者（ユーザー）により初期フレーム（開始フレーム）が選択される。Ｓ１２においては、初期フレーム上に初期代表点アレイが設定される。Ｓ１４では、本処理を終了させるか否かが判断される。例えば、最終フレームの処理が完了した時点で、本処理が終了する。時系列順で、フレーム間ごとに、Ｓ１６以降の一連の工程が繰り返し実行される。

Ｓ１６では、指定されたフレーム間において各代表点がトラッキングされる。これにより、ベクトルアレイが生成される。Ｓ１８では、ベクトルアレイを構成する個々のベクトルが２つの成分（接線成分及び法線成分）に分解される。Ｓ２０では、個々の成分が平滑化される。これにより平滑化ベクトルアレイが生成される。

Ｓ２２では、平滑化ベクトルアレイに基づいて、新たな代表点アレイが生成される。その際においては、新たな代表点アレイを構成する代表点列ごとに整列化が実施される。Ｓ２４では、整列化を経た新たな代表点アレイに基づいてトラッキング像が生成される。

上記実施形態によれば、ベクトルアレイが平滑化された上で、平滑化ベクトルアレイに基づいて新たな代表点アレイを生成する際に、各代表点列が整列化されるので、ノイズの影響を受け難くなる。詳しくは、トラッキング像における不自然な崩れや逸脱を効果的に抑制できる。

２２ 組織画像形成部、２８ トラッキング部、３０ トラッキング像作成部、３２ 補間部、３４ 平滑化部、３６ 整列化部。

Claims (8)

1. ｎ－１番目（但しｎ＝１，２，３，・・・）のフレームとｎ番目のフレームの間において、心筋領域に対して設定されたｎ－１番目の代表点アレイの移動先を表すｎ－１番目のベクトルアレイを演算するトラッキング部と、
   前記ｎ－１番目のベクトルアレイを平滑化し、これによりｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイを生成する平滑化部と、
   前記ｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイに基づいて心筋輪郭方向に並ぶ複数の代表点列からなるｎ番目の代表点アレイを生成する際に、前記ｎ番目の代表点アレイを構成する各代表点列を前記心筋輪郭方向に交差する方向に沿って整列させる整列化部と、
   前記ｎ番目の代表点アレイに基づいてトラッキング像を作成する作成部と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記平滑化部は、前記ｎ－１番目のベクトルアレイに基づいて、前記ｎ－１番目の代表点アレイ中の注目代表点ごとに、平滑化ベクトルを構成する平滑化接線成分及び平滑化法線成分を演算し、これにより前記ｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイを生成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の超音波診断装置において、
   前記平滑化部は、
   前記注目代表点を含む代表点群として前記心筋輪郭方向に沿って並ぶ複数の代表点からなる代表点群を設定し、
   前記代表点群に帰属するベクトル群の複数の接線成分を平滑化することにより、前記注目代表点について前記平滑化接線成分を演算し、
   前記代表点群に帰属するベクトル群の複数の法線成分を平滑化することにより、前記注目代表点について前記平滑化法線成分を演算し、
   前記代表点列ごとに心筋横断方向に並ぶ複数の代表点群が設定される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記整列化部は、前記ｎ－１番目の代表点アレイを構成する代表点列ごとに、当該代表点列に帰属する平滑化ベクトル列又は当該平滑化ベクトル列の平滑化接線成分列に基づいて、当該代表点列を構成する複数の代表点の移動先を整列させ、これにより前記ｎ番目の代表点アレイを生成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記整列化部は、
   前記ｎ－１番目の代表点アレイを構成する代表点列ごとに、当該代表点列に帰属する平滑化ベクトル列又は当該平滑化ベクトル列の平滑化接線成分列に基づいて目標線を演算し、
   前記ｎ－１番目の代表点アレイを構成する代表点列ごとに、当該代表点列を構成する複数の代表点の移動先を前記目標線の上に又は前記目標線の近傍に定め、これにより前記ｎ番目の代表点アレイを生成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項５記載の超音波診断装置において、
   前記目標線は直線又は曲線である、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 超音波の送受波により得られたｎ－１番目（但しｎ＝１，２，３，・・・）のフレームデータ及びｎ番目のフレームデータに基づいて、心筋領域に対して設定されたｎ－１番目の代表点アレイの移動先を表すｎ－１番目のベクトルアレイを演算する工程と、
   前記ｎ－１番目のベクトルアレイを平滑化し、これによりｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイを生成する工程、
   前記ｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイに基づいて心筋輪郭方向に並ぶ複数の代表点列からなるｎ番目の代表点アレイを生成する際に、前記ｎ番目の代表点アレイを構成する各代表点列を前記心筋輪郭方向に交差する方向に沿って整列させる工程と、
   前記ｎ番目の代表点アレイに基づいてトラッキング像を作成する工程と、
   を含むことを特徴とする画像処理方法。
8. 情報処理装置に画像処理方法を実行させるためのプログラムであって、
   超音波の送受波により得られたｎ－１番目（但しｎ＝１，２，３，・・・）のフレームデータ及びｎ番目のフレームデータに基づいて、心筋領域に対して設定されたｎ－１番目の代表点アレイの移動先を表すｎ－１番目のベクトルアレイを演算する機能と、
   前記ｎ－１番目のベクトルアレイを平滑化し、これによりｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイを生成する機能と、
   前記ｎ－１番目の平滑化ベクトルアレイに基づいて心筋輪郭方向に並ぶ複数の代表点列からなるｎ番目の代表点アレイを生成する際に、前記ｎ番目の代表点アレイを構成する各代表点列を前記心筋輪郭方向に交差する方向に沿って整列させる機能と、
   前記ｎ番目の代表点アレイに基づいてトラッキング像を作成する機能と、
   を含むことを特徴とするプログラム。

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