JPH11221219A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JPH11221219A
JPH11221219A JP10024958A JP2495898A JPH11221219A JP H11221219 A JPH11221219 A JP H11221219A JP 10024958 A JP10024958 A JP 10024958A JP 2495898 A JP2495898 A JP 2495898A JP H11221219 A JPH11221219 A JP H11221219A
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Yoshito Tosawa
沢 義 人 東
Takashi Hagiwara
原 尚 萩
Hiroshi Fukukita
喜 多 博 福
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波画像から臓器境界の抽出処理を行う超
音波診断装置において、ノイズの影響を軽減して境界位
置を抽出することを目的とする。 【解決手段】 超音波画像の微分値を算出した後、2値
化を行い境界の探索領域を設定する。この探索領域には
ノイズのため境界と見誤る恐れのある領域が含まれる。
2値画像に含まれる閉領域の画素数を算出する画素数算
出手段13と、画素数に基づいて2値画像から領域を抽
出する画像領域選択手段12を用い、ノイズ領域として
画素数の少ない領域を削除する。ノイズ領域を削除した
探索範囲のみに注目して境界を探索することにより、真
の境界から遠方にある点を誤って選択するというノイズ
の影響を軽減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波走査により
取得した体内情報から臓器境界を抽出できるようにした
超音波診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、臓器の境界を抽出する超音波診断
装置は特開平8−89503号公報に記載されたものが
知られている。図24は従来の超音波診断装置の構成を
示しており、超音波の送受信を行い受信信号をディジタ
ル信号として出力する超音波走査手段1、超音波受信信
号をディジタルデータとして記憶するメモリ2、平滑化
により超音波受信信号の雑音成分を軽減する平滑化手段
3、受信信号の空間的な微分演算を行う微分演算手段
4、臓器境界上の点もしくは臓器の中心付近の点を指定
する探索開始点指示手段6、前記探索開始点指示手段6
により指定された座標を初期値として臓器境界付近に存
在する点、境界点を探索する境界点探索手段7、境界点
に基づいて臓器境界線を形成する曲線形成手段9、作成
された臓器境界を表示する表示手段10とから構成され
ている。
【0003】まず、超音波走査手段1は、体内に対して
二次元または三次元走査による超音波の送受信を行い、
受信信号を検波およびA/D変換によりディジタル信号
として出力する。受信信号は一旦、メモリ2に記録され
る。観察すべき臓器の信号が記録されるまで超音波走査
が行われる。受信信号は雑音軽減のために平滑化手段3
により平滑化処理が行われる。次に微分演算手段4は、
受信信号強度の空間的な微分演算を行う。境界点探索手
段7は、微分演算結果に基づき、抽出すべき臓器境界付
近に存在する点、境界点の探索を行う。境界点の探索に
おいては、まず探索開始点指示手段6により探索の開始
点の座標と探索範囲が指定され、開始点座標から放射状
の探索線を設定し、探索範囲内で最大の微分値をもつ点
を境界点として選択する。曲線形成手段9は、隣接する
境界点の間を補間して閉曲線を形成し、さらに閉曲線の
接線の傾きが大きく変化する変曲点を検出して、その点
を取り除くことで、滑らかに変化する閉曲線として臓器
境界線を形成する。表示手段10は、曲線形成手段9に
より形成された臓器境界を画像として表示する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装置において
は、境界の存在する確立の高い領域を限定することなく
境界点の探索を行うために、ノイズにより真の臓器境界
から大きく離れた偽の位置を境界点の位置として出力す
る場合があるという問題を有していた。
【0005】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、操作者の指定した臓器内部の点もしくは境界上の複
数の点に基づき、境界の存在する確立の高い領域に探索
範囲を限定することで、ノイズにより大きく異なった偽
の位置を出力することなく、真の臓器境界に近い位置に
存在する境界点位置を出力する優れた超音波診断装置を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明は、2値画像に含まれる個々の閉領域の画素数
を算出する画素数算出手段と、前記画素数算出手段によ
り求められた画素数に基づいて2値画像から臓器境界の
存在する領域を抽出する画像領域選択手段とを備え、境
界点の探索範囲を限定できるようにしたものである。
【0007】また、上記問題を解決するために本発明
は、2値画像に含まれる個々の閉領域について、内部に
存在する境界点の数を算出する境界点数算出手段と、前
記境界点数算出手段により求められた境界点の数に基づ
いて2値画像から臓器境界の存在する領域を抽出する画
像領域選択手段とを備え、境界点の探索範囲を限定でき
るようにしたものである。
【0008】また、上記問題を解決するために本発明
は、隣接する境界点間の距離が等しくなるように境界点
を再配置する境界点再配置手段を備え、境界点の配置の
偏りを軽減するようにしたものである。
【0009】また、上記問題を解決するために本発明
は、境界線付近に存在する点である境界点を探索する領
域を、点指示手段により指定される境界上の点もしくは
境界点の位置関係に基づいて限定する探索領域設定手段
を備え、境界点の探索範囲を限定できるようにしたもの
である。
【0010】また、上記問題を解決するために本発明
は、初期入力点を検査する初期入力点検査手段を備え、
初期入力点の配置に基づく探索範囲設定で、真の臓器境
界に近い境界点を求めることが出来るかどうかを検査で
きるようにしたものである。
【0011】また、上記問題を解決するために本発明
は、境界の存在し得る領域として超音波画像上の超音波
走査範囲を特定する走査範囲特定手段を備え、境界点の
探索範囲を超音波走査範囲内に限定でき、画像の外部に
探索範囲を設定することをなくするようにしたものであ
る。
【0012】また、上記問題を解決するために本発明
は、微分演算手段によって求められた微分値を探索開始
点からの距離に応じて重み付けする微分値重み付け手段
を備え、境界点の探索範囲を探索開始点近傍に重み付け
することができるようにしたものである。
【0013】以上により、操作者の指定した臓器内部の
点もしくは臓器境界上の複数の点に基づき、臓器境界の
存在する確立の高い領域に境界の探索範囲を限定するこ
とで、ノイズにより大きく異なった偽の位置を出力する
ことなく、真の臓器境界位置に近い境界点位置を出力す
る優れた超音波診断装置が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、受信信号強度の空間的な微分値を演算する微分演算
手段と、前記微分演算手段により演算された微分値に基
づき受信信号の2値画像を生成する2値化手段と、境界
点の探索を開始する座標を指定する探索開始点指示手段
と、臓器境界付近に存在する境界点を探索する境界点探
索手段と、前記2値画像に含まれる個々の閉領域につい
て画素数を算出する画素数算出手段と、前記画素数算出
手段により求められた画素数に基づいて2値画像から臓
器境界の存在する領域を抽出する画像領域選択手段と、
前記境界点探索手段によって探索された境界点に基づい
て臓器境界線を形成する曲線形成手段と、前記臓器境界
線を表示する表示手段とを備えたものであり、ノイズに
よって形成される微分値は大きいが画素数が少ない領域
を境界点探索領域から除去できるという作用を有する。
【0015】また、請求項2に記載の発明は、受信信号
強度の空間的な微分値を演算する微分演算手段と、前記
微分演算手段により演算された微分値に基づき受信信号
の2値画像を生成する2値化手段と、境界点の探索を開
始する座標を指定する探索開始点指示手段と、臓器境界
付近に存在する境界点を探索する境界点探索手段と、前
記2 値画像に含まれる個々の閉領域について内部に存
在する境界点の数を算出する境界点数算出手段と、前記
境界点数算出手段により求められた境界点の数に基づい
て2値画像から臓器境界の存在する領域を抽出する画像
領域選択手段と、前記境界点探索手段によって探索され
た境界点に基づいて臓器境界線を形成する曲線形成手段
と、前記臓器境界線を表示する表示手段とを備えたもの
であり、ノイズによって形成される画素数が少ない領域
や画素数が多くとも微分値が小さい領域を境界点探索領
域から除去できるという作用を有する。
【0016】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
または2に記載の発明において、隣接する境界点間の距
離が等しくなるように境界点を再配置する境界点再配置
手段を備えたものであり、境界点の配置の偏りを軽減す
るという作用を有する。
【0017】また、請求項4に記載の発明は、受信信号
の空間的な微分値を演算する微分演算手段と、臓器境界
線上の複数の点を指定する点指定手段と、境界点の探索
する領域を、前記点指定手段により指定される点および
境界点の位置関係に基づいて限定する探索範囲設定手段
と、臓器境界付近に存在する境界点を探索する境界点探
索手段と、前記探索された境界点に基づいて臓器境界線
を形成する曲線形成手段と、前記臓器境界線を表示する
表示手段とを備えたものであり、境界点の位置関係に基
づいて探索範囲を限定し、探索の回数を経るごとに探索
範囲をさらに狭い範囲に限定してしていくので、ノイズ
や陰影、虚像といった要因による大きな微分値をもち、
臓器境界から大きく離れた位置に存在する点を境界点と
して選択する可能性を少なくするという作用を有する。
【0018】また、請求項5に記載の発明は、請求項1
から4のいずれかに記載の発明において、初期入力点の
配置を検査する初期入力点検査手段を備えたものであ
り、初期入力点の配置により真の境界を求めるに十分な
探索範囲設定が可能かどうかを検査した上で境界点探索
を行うので、初期候補点の配置により真の境界からずれ
た境界線を求めることが少なくてすむという作用を有す
る。
【0019】また、請求項6に記載の発明は、請求項1
から5のいずれかに記載の発明において、境界の存在し
得る領域として超音波画像上の超音波走査範囲を特定す
る走査範囲特定手段を備えたものであり、境界点の探索
範囲を超音波走査範囲内に限定できるという作用を有す
る。
【0020】また、請求項7に記載の発明は、請求項1
から6のいずれかに記載の発明において、微分演算手段
によって求められた微分値を探索開始点からの距離に応
じて重み付けする微分値重み付け手段を備えたものであ
り、境界点の探索範囲を探索開始点近傍に重み付けする
ことにより、ノイズや陰影、虚像といった要因による大
きな微分値をもち、臓器境界から大きく離れた位置に存
在する点を境界点として選択せずに探索開始点近傍に存
在する臓器境界上の点を選択しやすくするという作用を
有する。
【0021】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図23を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の実施の形態1における
臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装置の構成を示し
ており、超音波の送受信を行い受信信号をディジタル信
号として出力する超音波走査手段1、超音波受信信号を
ディジタルデータとして記憶するメモリ2、平滑化によ
り超音波受信信号の雑音成分を軽減する平滑化手段3、
受信信号強度の空間的な微分を演算する微分演算手段
4、微分演算結果を2値化することにより2値画像を生
成する2値化手段5、臓器の中心付近の点を指定する探
索開始点指示手段6、探索開始点指示手段6により指定
された座標を初期値として臓器境界付近に存在する境界
点を探索する境界点探索手段7、境界点の座標を平滑化
する座標平滑化手段8、境界点に基づいて臓器境界線を
形成する曲線形成手段9、作成された臓器境界を表示す
る表示手段10、前記2値画像に含まれる複数の閉領域
から一定の条件を満たした閉領域のみを選択する画像領
域選択手段12、前記2値画像に含まれる個々の閉領域
について画素数を算出する画素数算出手段13とから構
成されている。
【0022】以上のように構成された超音波診断装置に
ついて、図1を用いてその動作を説明する。まず、超音
波走査手段1は、二次元または三次元走査による超音波
の送受信を行い、受信信号を検波およびA/D変換によ
りディジタル信号として出力する。受信信号は、一旦メ
モリ2に記録される。観察すべき臓器の信号が記録され
るまで超音波走査が行われる。受信信号は雑音軽減のた
めに平滑化手段3により平滑化処理が行われる。次に微
分演算手段4は、受信信号強度の空間的な微分演算を行
う。2値化手段5は、微分演算結果の2値化を行い、信
号強度が正または負となる領域を境界の存在する確立の
高い領域として抽出し、2値画像を生成する。前記2値
画像には、複数の閉領域が含まれるが、画素数算出手段
13は、個々の領域について画素数を算出する。画像領
域選択手段12は、画素数算出手段13によって求めら
れた画素数に基づき、画素数が最大の閉領域もしくは一
定以上の画素数を有する閉領域全てを選択する。境界点
探索手段7は、画像領域選択手段12によって選択され
た閉領域の内部で境界点の探索を行う。境界点の探索に
おいては、探索開始点指示手段6により指定された探索
中心の座標を中心として放射状に探索線を設定し、微分
値が最大となる点を境界点とする。または探索線上を探
索中心から順に探索するか、もしくは探索線上を外側か
ら探索中心に向かって順に探索していき、最初に見つか
った微分値の極大もしくは極小の点を境界点として選択
する。座標平滑化手段8は、隣接する境界点もしくはす
べての境界点を用いて、境界点の座標の平滑化を行う。
曲線形成手段9は、隣接する境界点を接続する直線もし
くは曲線を求め、臓器境界線を形成する。作成された臓
器境界は、表示手段10により、臓器境界のみもしくは
原画像と合成されて、境界線から推定される面積や体積
計算の情報とともに表示が行われる。
【0023】次に微分演算手段4により行われる微分演
算について、図2および図3を用いて詳細に説明する。
図2は微分演算を行う画像上の座標系を表す図であり、
20は探索中心の画素、21は微分値を求める画素、2
2は探索中心20を原点とする水平方向の軸、23は探
索中心20を原点とする垂直方向の軸、24は点21と
探索中心を通る直線である。図3は微分演算を行う画素
を中心とする画素の配置を表す図である。
【0024】微分演算では、まず探索中心の画素20を
原点とする水平方向の軸22と垂直方向の軸23からな
る直交座標系を設定する。画素21における径方向の微
分値の大きさは、画素20と画素21を結ぶ直線24と
軸22のなす角θ、画素21の値f0、および画素21
の周囲の画素の値から求められる。角θ、画素21およ
び周囲の画素値f2、f3、f6を用いて、径方向rの
画素値fの微分値df/drは近似的に、例えば式
(1)のように計算する。 (f6−f4)cos (−θ)+(f3−f7)cos (π/4−θ)/(√2) +(f2−f8)cos (π/2−θ)+(f1−f9)cos (3*π/4−θ) /(√2) ... (1)
【0025】次に境界点探索手段7により行われる境界
点の探索について、図4を用いてさらに詳細に説明す
る。図4は境界点の探索の様子を表す図であり、25は
境界を求めるべき臓器が描出された画像、26は放射状
の境界点探索の中心となる探索中心、27は探索を行う
探索線、28は探索線上にある境界点か否かの判定を行
う点、29は求められた境界点、30は微分値が正また
は負の領域である。まず、対象となる臓器の中心点が入
力されて、その点が探索中心26として決定される。探
索中心26から周囲に対して放射状に探索線27を設定
する。探索線は等角度で設定するか、もしくは不等角間
隔でもよい。複数の探索線が設定された後、各探索線上
において境界点の探索が行われる。探索は微分値が正ま
たは負の領域30でのみ行われ、探索線上の点28につ
いて、微分値をもって判定する。判定には、例えば臓器
内部が暗く描出される場合は、探索線上で微分値が最大
となる点、臓器内部が明るく描出される場合は、最小と
なる点を境界点として選択する。また、探索中心26か
ら外側へ、もしくは外側から中心26へ向かって極大値
もしくは極小値か否かの判定を行い、最初に見つかった
点を境界点としてもよい。すべての探索線について境界
点の探索を行った後、境界点が見つからなかった探索線
が存在した場合には、他の探索線上で見つかった複数の
境界点の位置から補間により境界点の位置を求める。
【0026】次に探索領域の設定および境界点の再探索
について、図5および図6を用いてさらに詳細に説明す
る。図5は1次元に簡略化した微分値の変化を表す図で
あり、31は微分値の変化、32は微分値が正となる画
像領域、33は微分値が負となる画像領域である。ま
た、図6は2次元画像における探索領域を表す図であ
り、34は画像領域、35は真の境界が存在する探索領
域かつ画素が最も多く存在する領域、36は真の境界が
存在する探索領域、37は境界が存在しない偽の探索領
域、38は境界点、39は探索中心である。超音波Bモ
ード画像において、例えば前立腺はその内部が周囲の組
織よりも暗く表示される。すなわち、周囲組織の信号強
度よりも小さく、結果として組織内部の画素値は小さく
暗く表示される。そのため、超音波の反射出力が得られ
ない陰影領域の存在やノイズ等の要因により、画像の一
部もしくは全体が不明瞭な場合を除き、径方向の微分値
31が負となる画像領域33と比較して、正となる画素
領域32に境界が存在する確率の方が高い。逆に境界抽
出の対象となる組織内部において画素値が小さい場合に
は、微分値31が負となる画素領域33に境界が存在す
る確率が高い。そこで微分演算手段4により求められた
微分値31が正もしくは負の領域のみを抽出すること
で、境界の存在する探索領域を限定する。
【0027】上記の説明では、微分値のしきい値を0と
して探索領域を求めたが、ノイズの影響を軽減するため
に0以上、もしくは0以下のノイズをカットできるしき
い値を用いてもよい。このようにして求められた探索領
域を画像で表現すると、多くの場合、探索領域は単一の
閉領域で表されず、図6のように複数のの閉領域からな
る画像となる。
【0028】以上のようにして求められた探索領域に
は、ノイズにより領域37のように境界が存在しない誤
った領域も含まれている場合がある。微分値のしきい値
処理により求められた領域35、36、37から境界が
存在する真の探索領域を限定するために、各領域につい
て画素数を計算する。ノイズにより誤って求められた領
域は画素数が少ないことが多いため、画素数に対してし
きい値処理を行うことで探索領域を限定する。画素数の
しきい値処理としては、画素数が最大となる領域のみを
探索領域として残すか、もしくは様々な画像でノイズ領
域の画素数の平均値をあらかじめ求めておき、その平均
値以上の画素数を持つ領域を真の探索領域として残して
もよい。次に探索領域35に限定して探索中心39を中
心として放射状に探索してあらかじめ求めた境界点より
も真の境界に近い境界点を得る。放射状の探索に際して
は、最初の探索の手法と同じであり、一定角ごとに放射
状に探索線を設定して探索線上かつ探索領域35内部で
微分値が最大となる点を境界点として選択する。
【0029】以上のように、本発明の実施の形態1によ
れば、2値画像に含まれる個々の閉領域の画素数を算出
する画素数算出手段13と、前記画素数算出手段13に
より求められた画素数に基づいて2値画像から臓器境界
の存在する領域を抽出する画像領域選択手段12とを設
けることにより、ノイズによって形成される微分値は大
きいが画素数が少ない領域を境界点を探索する領域から
除去して境界点の探索範囲を限定することにより、真の
境界から遠方にある点を誤って境界上の点として選択す
るというノイズの影響を軽減することができる。
【0030】(実施の形態2)図7は本発明の実施の形
態2における臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装置
の構成を示しており、音波の送受信を行い受信信号をデ
ィジタル信号として出力する超音波走査手段1、超音波
受信信号をディジタルデータとして記憶するメモリ2、
平滑化により超音波受信信号の雑音成分を軽減する平滑
化手段3、受信信号強度の空間的な微分を演算する微分
演算手段4、微分演算結果を2値化することにより2値
画像を生成する2値化手段5、臓器の中心付近の点を指
定する探索開始点指示手段6、探索開始点指示手段6に
より指定された座標を初期値として臓器境界付近に存在
する境界点を探索する境界点探索手段7、境界点の座標
を平滑化する座標平滑化手段8、境界点に基づいて臓器
境界線を形成する曲線形成手段9、作成された臓器境界
を表示する表示手段10、前記2値画像に含まれる複数
の閉領域から一定の条件を満たした閉領域のみを選択す
る画像領域選択手段12、前記2値画像に含まれる個々
の閉領域について、内部に存在する境界点の数を算出す
る境界点数算出手段14とから構成されている。
【0031】以上のように構成された超音波診断装置に
ついて、図7を用いてその動作を説明する。まず、超音
波走査手段1は、二次元または三次元走査による超音波
の送受信を行い、受信信号を検波およびA/D変換によ
りディジタル信号として出力する。受信信号は、一旦メ
モリ2に記録される。観察すべき臓器の信号が記録され
るまで超音波走査が行われる。受信信号は、雑音軽減の
ために平滑化手段3により平滑化処理が行われる。次に
微分演算手段4は受信信号強度の空間的な微分演算を行
う。微分演算は、実施の形態1と同様の方法で行われ
る。2値化手段5は、微分演算結果の2値化を行い、信
号強度が正または負となる領域を境界の存在する確立の
高い領域として抽出し、2値画像を生成する。境界点探
索手段7は、2値化手段5により抽出された画像領域で
境界点の探索を行う。境界点の探索は、実施の形態1と
同様の方法で行われ、探索開始点指示手段6により指定
された座標を中心として放射状に探索線を設定し、微分
値が最大となる点を境界点とする。または探索線上を中
心点から順に探索するか、もしくは探索線上を外側から
中心に向かって順に探索していき、最初に見つかった微
分値の極大の点を境界領域の点を境界点として選択す
る。次に前記2値化手段5により生成された2値画像に
含まれる複数の閉領域について、境界点数算出手段14
は、各閉領域内部に存在する境界点の数を算出する。画
像領域選択手段11は、境界点数算出手段14によって
求められた境界点の数に基づき、境界点の数が最大の領
域もしくは一定数以上の点を有する領域全てを選択す
る。再び境界点探索手段7は、画像領域選択手段11に
よって選択された領域の内部で境界点の再探索を行う。
次に座標平滑化手段8は、隣接する境界点もしくはすべ
ての境界点を用いて、境界点の座標の平滑化を行う。曲
線形成手段9は、座標の平滑化が行われ、隣接する境界
点を接続する直線もしくは曲線を求め、臓器境界線を形
成する。作成された臓器境界は、表示手段10により、
臓器境界のみもしくは原画像と合成されて、境界線から
推定される面積や体積計算の情報とともに表示が行われ
る。
【0032】次に探索領域の設定および境界点の再探索
について、図8を用いてさらに詳細に説明する。図8は
2次元画像における探索領域を表す図であり、34は画
像領域、35は真の境界が存在する探索領域かつ境界点
が最も多く存在する領域、36は真の境界が存在する探
索領域、37は偽の探索領域、38は境界点、39は探
索中心、40は偽の探索領域である。
【0033】まず、実施の形態1と同様に微分演算手段
4により求められた微分値31が正もしくは負の領域の
みを抽出することで、境界の存在する探索領域を限定す
る。さらに微分値のしきい値処理により求められた領域
35、36、37、40から探索領域を限定するため
に、あらかじめ求められた境界点38が最も多く存在す
る領域35を選択する。もしくは選択された領域それぞ
れが含む境界点の総和が一定数に達するまで、境界点を
含む数が多い順に領域を選択する。この際、探索中心3
9から見て既に選択された領域35の外側、または内側
に位置するものは選択しないことで、領域40のように
境界点を多く含むが真の境界が存在しない領域を選択す
ることなく、領域35と36を選択することができる。
次に探索領域35と36に限定して探索中心39を中心
として放射状に再探索してあらかじめ求めた境界点より
も真の境界に近い境界点を得る。放射状の探索に際して
は、最初の探索の手法と同じであり、一定角ごとに放射
状に探索線を設定して探索線上かつ探索領域35内部で
微分値が最大となる点を境界点として選択する。
【0034】なお、以上の説明では、境界点の探索する
領域を境界点の数のみで除去するかどうかを判定した
が、実施の形態1と同様に画素数に基づく判定をあわせ
て使用してもよい。
【0035】以上のように、本発明の実施の形態2によ
れば、2値画像に含まれる個々の閉領域について、内部
に存在する境界点の数を算出する境界点数算出手段14
と、前記境界点数算出手段14により求められた境界点
の数に基づいて2値画像から臓器境界の存在する領域を
抽出する画像領域選択手段12とを設けることにより、
ノイズによって形成される画素数が少ない領域や画素数
が多くとも微分値が小さい領域を境界点を探索する領域
から除去でき、真の境界から遠方にある点を誤って境界
上の点として選択するというノイズの影響を軽減するこ
とができる。
【0036】(実施の形態3)図9は本発明の実施の形
態3における臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装置
の構成を示しており、超音波の送受信を行い受信信号を
ディジタル信号として出力する超音波走査手段1、超音
波受信信号をディジタルデータとして記憶するメモリ
2、平滑化により超音波受信信号の雑音成分を軽減する
平滑化手段3、受信信号強度の空間的な微分を演算する
微分演算手段4、微分演算結果を2値化する2値化手段
5、臓器の中心付近の点を指定する探索開始点指示手段
6、探索開始点指示手段6により指定された座標を初期
値として臓器境界付近に存在する境界点を探索する境界
点探索手段7、境界点の座標を平滑化する座標平滑化手
段8、境界点に基づいて臓器境界線を形成する曲線形成
手段9、作成された臓器境界を表示する表示手段10、
前記2値画像に含まれる複数の閉領域から一定の条件を
満たした閉領域のみを選択する画像領域選択手段12、
前記2値画像に含まれる個々の閉領域について、内部に
存在する境界点の数を算出する境界点数算出手段14、
隣接する境界点間の距離が等しくなるように境界点を再
配置する境界点再配置手段15とから構成されている。
【0037】以上のように構成された超音波診断装置に
ついて、図9を用いてその動作を説明する。まず、超音
波走査手段1は、二次元または三次元走査による超音波
の送受信を行い、受信信号を検波およびA/D変換によ
りディジタル信号として出力する。受信信号は、一旦メ
モリ2に記録される。観察すべき臓器の信号が記録され
るまで超音波走査が行われる。受信信号は、雑音軽減の
ために平滑化手段3により平滑化処理が行われる。次に
微分演算手段4は受信信号強度の空間的な微分演算を行
う。微分演算は実施の形態1と同様の方法で行われる。
2値化手段5は、微分演算結果の2値化を行い、信号強
度が正または負となる領域を境界の存在する確立の高い
領域として抽出し、2値画像を生成する。境界点探索手
段7は、2値化手段5により抽出された画像領域で境界
点の探索を行う。境界点の探索は、実施の形態1と同様
の方法で行われ、探索開始点指示手段6により指定され
た座標を中心として放射状に探索線を設定し、微分値が
最大となる点を境界点とする。または探索線上を中心点
から画像端方向へ順に探索するか、もしくは探索線上を
画像端側から中心に向かって順に探索していき、最初に
見つかった微分値の極大の点を境界領域の点を境界点と
して選択する。次に前記2値化手段により生成された2
値画像に含まれる複数の閉領域について、境界点数算出
手段14は、各閉領域内部に存在する境界点の数を算出
する。画像領域選択手段11は、境界点数算出手段14
によって求められた境界点の数に基づき、点の数が最大
の領域もしくは一定数以上の点を有する領域全てを選択
する。再び境界点探索手段7は、画像領域選択手段によ
って選択された領域の内部で境界点の再探索を行う。求
められた境界点は境界点再配置手段15により、境界点
を結んで形成される多角形に沿って、境界点を等間隔に
なるように移動することにより再配置する。再配置され
た境界点は再び境界点の探索に用いられるか、もしくは
座標平滑化手段8に送られる。境界点の再々探索に用い
られる場合には、探索開始点指示手段6により指定され
た中心から、再配置された境界点を通る探索線を設定
し、その探索線上において境界点を再々探索する。再探
索、もしくは再々探索された境界点は座標平滑化手段8
により境界点の座標の平滑化が行われる。曲線形成手段
9は、隣接する境界点を接続する直線もしくは曲線を求
め、臓器境界線を形成する。作成された臓器境界は表示
手段10により、臓器境界のみもしくは原画像と合成さ
れて、境界線から推定される面積や体積計算の情報とと
もに表示が行われる。
【0038】次に境界点の再配置の方法について図10
を用いてさらに詳細に説明する。図10は境界点の再配
置を表す図であり、100は探索中心、101から10
3は再探索された境界点、104は再配置された境界
点、105は再々探索された境界点、106は臓器境界
線、107は境界点を結んで形成される多角形である。
臓器境界線は探索中心を中心とした円となることは希で
ある。そのために探索中心から等角度で放射状に境界点
を探索したとしても、境界点間の距離は一定にならない
場合が多い。例えば、図10において等角度の放射状探
索線により境界点101から103が求まっても、境界
線上の距離では境界点101と102の距離と102と
103の距離は異なるものとなる。境界点間の境界線上
における距離間隔に偏りが存在すると、間隔が大きい場
所では間隔が小さい場所よりも境界線の形状に関する情
報が少ないために、後で境界点から曲線を求める際に実
際の境界線から大きくずれる可能性がある。境界点の再
配置とは、境界点間隔が場所により大きく異ならないよ
うに境界点を求めることを意味する。境界点の再配置の
方法としては、まず探索によってあらかじめ求められた
境界点について、隣接する点同士を結ぶ直線を設定し、
全境界点を結ぶ多角形107を形成する。この多角形を
境界線と近似し、多角形を構成する線分の長さの和を求
める。次に線分の長さの和を等分した長さを隣接する境
界点の間隔となるように、多角形上に沿って境界点を移
動することにより、再配置された境界点104が求めら
れる。さらに探索中心100から再配置された境界点に
対して探索線を設定し、探索線上で境界点の探索を行え
ば境界に近く、隣接する境界点が等間隔に近くなるよう
な境界点105を求めることができる。
【0039】以上のように、本発明の実施の形態3によ
れば、隣接する境界点間の距離が等しくなるように境界
点を再配置する境界点再配置手段15を設けることによ
り、境界点の配置の偏りを軽減し、境界点から曲線を形
成する際に真の臓器境界線から一部が大きくずれること
を少なくすることができる。
【0040】(実施の形態4)図11は本発明の実施の
形態4における臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装
置の構成を示しており、超音波の送受信を行い受信信号
をディジタル信号として出力する超音波走査手段1、超
音波受信信号をディジタルデータとして記憶するメモリ
2、平滑化により超音波受信信号の雑音成分を軽減する
平滑化手段3、受信信号強度の空間的な微分を演算する
微分演算手段4、臓器境界付近に存在する境界点を探索
する境界点探索手段7、境界点に基づいて臓器境界線を
形成する曲線形成手段9、作成された臓器境界を表示す
る表示手段10、操作者からの入力により複数の境界線
上の点を指定する点指定手段110、前記点指定手段1
10により指定された複数の点から境界探索の範囲を設
定する探索範囲設定手段111とから構成されている。
【0041】以上のように構成されたに超音波診断装置
ついて、図11を用いてその動作を説明する。まず、超
音波走査手段1は、二次元または三次元走査による超音
波の送受信を行い、受信信号を検波およびA/D変換に
よりディジタル信号として出力する。受信信号は一旦、
メモリ2に記録される。観察すべき臓器の信号が記録さ
れるまで超音波走査が行われる。受信信号は雑音軽減の
ために平滑化手段3により平滑化処理が行われる。次に
微分演算手段4は、点指定手段110から出力された探
索中心に基づき、空間的な微分演算を行う。微分演算の
方法は、実施の形態1と同様である。一方、点指定手段
110は、操作者による臓器境界上の点の入力を受け付
け、初期境界点の座標を指定し、また探索中心を導出し
て出力する。探索範囲設定手段111は、指定された前
記初期境界点の座標に基づき、境界探索を行う範囲を限
定する。境界点探索手段7は、探索範囲設定手段111
により設定された範囲内で境界点を探索する。探索の方
法は、実施の形態1と同様の方法で行わる。その後、探
索範囲設定手段111による、新たに求まった境界点か
らの探索範囲設定、および境界点探索手段7による境界
点探索を、境界点の総数が一定数に達するまで繰り返
す。一定数に達した境界点は曲線形成手段9により、隣
接境界点間を直線もしくは曲線を用いて連結することで
境界線を形成する。形成された境界線は表示手段10に
より、臓器境界のみもしくは原画像と合成されて、境界
線から推定される面積や体積計算の情報とともに表示が
行われる。
【0042】次に初期探索範囲の設定について図12を
用いてさらに詳細に説明する。図12は初期入力4点の
場合の初期探索範囲の設定の方法を表す図であり、12
00は画像における臓器境界線、1201から1204
は操作者により入力された境界上の初期入力点、120
5は点1201と点1203を結ぶ線分、1206は点
1202と1204を結ぶ線分、1207は点1201
から1204を結んで形成される多角形、1208は点
1201および1203を通り垂直な直線と点1202
を通り水平な直線と画像の下端とで構成される多角形、
1209は点1204を通り水平な直線、1210は臓
器境界線内部に存在し初期入力点4点から求められる探
索中心である。また、図12(A)は線分1205が点
1204よりも画像上側にある場合の初期探索範囲限定
の図であり、図12(B)は線分1205が点1204
よりも画像下側にある場合の初期探索範囲限定の図であ
る。
【0043】まず、操作者により境界1200上に一定
の条件の下で初期入力点1201から1204が指定さ
れる。初期入力点の条件とは、例えば初期入力点120
1から1204は、境界上もしくは境界近傍にあり、か
つ線分1205が画像上で臓器境界の最大幅となる水平
に近い直線、線分1206は画像上で臓器境界の対称中
心となる垂直に近い直線で、線分1205と1206は
直角に近い角をなすことである。次に初期入力点に基づ
き、初期探索範囲が設定される。体腔内探触子を使用し
て前立腺を観察した場合などは、臓器下半分の形状は探
触子により凹型に変形する。初期探索範囲および後の探
索範囲の設定は、上半分を凸形状と仮定して探索範囲を
決定し、下半分では凹形状が存在する場合があるものと
して上半分よりも緩い条件で探索範囲を設定する。具体
的には、点1204が線分1205より下側にある場合
には線分1205を、点1204が線分1205より上
側にある場合には線分1209を用いて、臓器の領域を
上下半分ずつの領域に分けてそれぞれ異なる条件で探索
領域を設定する。初期探索範囲は次の3つの範囲で表
す。
【0044】範囲1:初期入力点1201および120
3を通る2つの垂直な直線、初期入力点1202を通
り、水平な直線、および画像下端により構成される長方
形1208の内側。 図12(A)のように点1204が線分1205より下
側にある場合 範囲2b:初期入力点1201と1202を結ぶ線分、
初期入力点1202と1203を結ぶ線分、および線分
1205で囲まれる三角形の外側。 図12(B)のように点1204が線分1205より上
側にある場合 範囲2b:初期入力点1201と1202を結ぶ線分、
初期入力点1202と1203を結ぶ線分、および線分
1209で囲まれる三角形の外側。
【0045】図12(A)のように点1204が線分1
205より下側にある場合には、前記範囲1と範囲2a
の重なる領域、図12(B)のように点1204が線分
1205より上側にある場合には、前記範囲1と範囲2
bの重なる領域を初期探索範囲とする。以後の境界点探
索では、初期探索範囲の外側を探索することはなく、微
分演算の演算は、点1210を探索中心として、初期探
索範囲内部の領域のみを最初に一度だけ求めておけばよ
い。微分演算の演算は、実施の形態1と同様の方法でよ
い。探索中心は、例えば線分1206の中点として求め
られる。
【0046】次に実施の形態4における境界点の探索と
探索範囲の設定について、図13と図14を用いてさら
に詳細に説明する。図13は初期探索範囲導出直後の境
界点探索を説明する図であり、1301は点1201と
1202を結ぶ線分の中点、1302は点1202と1
203を結ぶ線分の中点、1303は点1203と12
04を結ぶ線分の中点、1304は点1204と120
1を結ぶ線分の中点、1305は点1202と1203
を結ぶ線分、1306は中点1302を通り線分130
5に垂直な線分、1307は線分1306上の探索によ
り求められた境界点ある。
【0047】図14は初期探索範囲導出後、2回目以降
の境界点探索を説明する図であり、1401から140
4までは前回までの探索で求められた境界点、1405
は境界点1401と1402を結ぶ線分、1406は境
界点1403と1404を結ぶ線分、1407は点14
01を通る水平な直線、1408は点1402を通る垂
直な直線、1409は点1403を通る水平な直線、1
410は点1403を通る垂直な直線、1411は点1
404を通る水平な直線、1412は点1404を通る
垂直な直線、1413および1414は探索線、141
5および1416は探索線上の境界点探索により新たに
見つかった境界点、1417は線分1405、直線14
07、1408で構成される三角形の内部領域、141
8は直線1409から1412で構成される長方形の内
部領域である。
【0048】まず、初期探索範囲が設定された後、境界
点を探索するために探索線を設定する。探索線の設定に
は、まず既に求められており、かつ隣接する境界点を結
ぶ線分の中点を求める。初期探索範囲設定直後ならば、
図13に示されているように既に求められている境界点
は初期入力点1201から1202であり、その中点は
点1301から1304までの4つの点となる。探索線
はこれら求められた中点を通り、隣接境界点間を結ぶ線
分に垂直な線とする。ただし、探索線の範囲は前記初期
探索範囲により限定される。例えば、点1302を通る
探索線は線分1305に垂直な線であり、初期探索範囲
1208内部に存在する部分、すなわち線分1306が
探索線となる。探索線が設定されると、その線上におい
て境界点の探索が行われ、境界点1307が求められ
る。探索線上の探索の方法としては、例えば最大値もし
くは線分1305との交点から探索して最初に見つかっ
た極大値の点を境界点とする方法を用いる。
【0049】2回目以降の探索においては、探索の回数
を重ねるごとに探索範囲は限定される。2回目以降の探
索における探索範囲限定の方法としては、まず既に求め
られており、かつ隣接する境界点を結ぶ線分の中点を求
め、探索線はこれら求められた中点を通り隣接境界点間
を結ぶ線分に垂直な線として求める。前記初期探索範囲
の設定において臓器上半分と下半分で異なる条件の下で
探索範囲を設定したのと同様に、2回目以降の探索線の
範囲は上半分と下半分で異なった条件で求められる。上
半分では、隣接する境界点1401および1402を結
ぶ線分1405、直線1205から遠い側に位置する境
界点1401を通り水平な直線1407、直線1206
から遠い側に位置する境界点1402を通り垂直な直線
1408、の3つの直線で構成される三角形の内部領域
1417に存在する範囲を探索線1413として設定す
る。下半分では、下半分は凹型形状の存在を考慮して、
線分1406を対角線として4つの辺それぞれが直線1
205と1206に垂直または平行な長方形の内部領域
1418に存在する範囲を探索線1414として設定す
る。探索線上の探索は1回目の探索の方法と同じでよ
い。以上の過程を一定の境界点の数に達するまで繰り返
す。
【0050】なお、以上の説明では、上半分と下半分を
異なる方法で探索範囲を設定するものとしたが、臓器全
体が凸形状をしているとみなせる場合には、下半分の領
域も上半分の領域と同様の探索領域設定方法を用いても
よい。
【0051】また、臓器全体に凹形状が存在する場合に
は、すべての領域に対して下半分の領域の領域と同様の
探索領域設定方法を用いてもよい。
【0052】また、初期入力点は操作者により4点指定
されるものとしたが、操作者には臓器内部の中心付近1
点のみを指定することを求め、上下左右方向の4点は境
界点を自動的に探索し、あらためて初期入力点としても
よい。初期入力点は操作者により境界上の2点もしくは
3点指定されるとしてもよく、その場合には、2点間距
離が最大長となる初期入力点2点を選択し、その2点間
を結ぶ線分の中点を通り垂直な直線上にある境界点2点
を自動的に求め、2点間距離が最大長となる初期入力点
2点とあわせて初期入力点とすればよい。
【0053】また、以上の説明では、下半分に凹形状が
存在するものとしたが、下半分に存在しなくとも任意の
場所で凹形状が存在することが分かっていれば、その部
分に対して凹形状の条件を設定すればよい。
【0054】また、以上の説明では、初期入力点の2つ
を結んで形成される線分1205と線分1206が直交
するものとしたが、直交していなくとも同様の方法でよ
い。
【0055】また、以上の説明では、探索線を隣接境界
点の中点を通る直線としたが、隣接境界点を結ぶ線分を
等分割した点もしくは線分上の任意の点を通る直線とし
てもよい。
【0056】また、以上の説明では、探索線を隣接境界
点を結ぶ線分に垂直な直線としたが、隣接境界点もしく
は2点以上の境界点を通る楕円等の曲線を導出し、その
曲線上の中点もしくは等分割した点における垂線を探索
線として設定してもよい。
【0057】また、以上の説明では、初期探索範囲は3
つの初期入力点の座標に接するように設定したが、操作
者の曖昧さを考慮して、一定の範囲で面積がわずかに大
きくなるように設定してもよい。
【0058】以上のように、本発明の実施の形態4によ
れば、境界点を探索する領域を、点指示手段110によ
り指定される点もしくは既に見つかっている境界点の位
置関係に基づいて限定する探索範囲設定手段111を設
けることにより、境界点の位置関係に基づいて探索範囲
を限定し、探索の回数を経るごとに探索範囲をさらに狭
い範囲に限定してしていくので、ノイズや陰影、虚像と
いった要因による大きな微分値をもち、臓器境界から大
きく離れた位置に存在する点を境界点として選択する可
能性を少なくできる。また、既に求められた境界点の間
を埋めていく形で境界点の探索を行うので、点間隔が均
一に近い配置とすることができ、境界点から曲線を形成
する際に真の臓器境界線から一部が大きくずれることを
少なくすることができる。
【0059】(実施の形態5)図15は本発明の実施の
形態5における臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装
置の構成を示しており、超音波の送受信を行い受信信号
をディジタル信号として出力する超音波走査手段1、超
音波受信信号をディジタルデータとして記憶するメモリ
2、平滑化により超音波受信信号の雑音成分を軽減する
平滑化手段3、受信信号強度の空間的な微分を演算する
微分演算手段4、臓器境界付近に存在する境界点を探索
する境界点探索手段7、境界点に基づいて臓器境界線を
形成する曲線形成手段9、作成された臓器境界を表示す
る表示手段10、操作者からの入力により複数の境界線
上の点を指定する点指定手段110、指定された複数の
点から境界探索の範囲を設定する探索範囲設定手段11
1、初期入力点の検査を行う初期入力点検査手段150
とから構成されている。
【0060】以上のように構成された超音波診断装置に
ついて、図15を用いてその動作を説明する。まず、超
音波走査手段1は、二次元または三次元走査による超音
波の送受信を行い、受信信号を検波およびA/D変換に
よりディジタル信号として出力する。受信信号は、一旦
メモリ2に記録される。観察すべき臓器の信号が記録さ
れるまで超音波走査が行われる。受信信号は、雑音軽減
のために平滑化手段3により平滑化処理が行われる。次
に微分演算手段4は、初期入力点検査手段150により
導出された探索中心に基づき空間的な微分演算を行う。
微分演算の方法は、実施の形態1と同様である。一方、
点指定手段110は、操作者による臓器境界上の点の入
力を受け、初期入力点検査手段150に初期入力点の座
標を出力する。初期入力点検査手段150は、初期入力
点が探索範囲限定に必要な一定の条件を満たすかどうか
を検査し、不十分と判断すれば再入力の必要性を操作者
に知らせ、十分と判断すれば初期境界点を出力する。ま
た、探索中心を導出し、微分演算手段4に出力する。探
索範囲設定手段111は、指定された初期境界点の座標
に基づき、境界探索を行う範囲を限定する。境界点探索
手段7は、探索範囲設定手段111により設定された範
囲内で境界点を探索する。探索範囲設定および探索の方
法は、実施の形態4と同様の方法で行われる。その後、
探索範囲設定手段111による新たに求まった境界点か
らの探索範囲設定、および境界点探索手段7による境界
点探索を、境界点の総数が一定数に達するまで繰り返
す。一定数に達した境界点は曲線形成手段9により、隣
接境界点間を直線もしくは曲線を用いて連結することで
境界線を形成する。形成された境界線は表示手段10に
より、臓器境界のみもしくは原画像と合成されて、境界
線から推定される面積や体積計算の情報とともに表示が
行われる。
【0061】次に初期入力点の検査について図16、図
17を用いて説明する。図16は初期入力点が3点の場
合の初期入力点検査の図である。図16において、16
00は臓器境界線、1601から1603は初期入力
点、1604は初期入力点1601と1602を通る直
線、1605は初期境界点1602を通り画像上で垂直
な直線、1606は直線1604と1605の交点、1
607は初期入力点1602と1606の中点、160
8は直線1605上の境界点、1609は点1607と
初期入力点1601を結ぶ線分、1610は点1607
と初期入力点1603を結ぶ線分である。また、図17
は4点以上の初期入力点がある場合の初期入力点検査の
図であり、1611から1616は初期入力点、161
7は初期入力点1611と1613の中点および初期入
力点1612を通る直線、1618は初期入力点161
4と1616を通る直線、1619は直線1617と直
線1618との交点、1620は点1612と1619
との交点、1621は初期入力点1611と1613を
通る直線である。
【0062】まず、初期入力点が3点の場合には、操作
者に対して境界線の最上部付近の点および水平方向にほ
ぼ最大距離となる2点を指定することが求められる。初
期入力点が入力されると、最も左側にある初期入力点1
603と最も右側にある初期入力点1601を結ぶ直線
1604を設定し、次に最も上側にある初期入力点16
02から垂直な線1605との交点1607を求める。
交点1607を探索中心とする。また、初期入力点16
01と交点1607を結ぶ線分1609と初期入力点1
603と交点1607を結ぶ線分1610を求める。初
期入力点の検査は、直線1605、線分1609と16
10により行われ、直線1605と線分1609とのな
す角および直線1605と線分1609とのなす角が一
定条件、例えば二つのなす角のうち90度未満のほうの
なす角が30度以上という条件を満たせば、初期入力点
は境界線上で十分に離れているものとして、境界探索に
用いいることができるとする。条件を満たさなければ、
初期入力点には間隔が近すぎるものがあり、探索範囲限
定に十分ではないとして、操作者に対して初期境界点を
再入力するように通知する。初期入力点が境界探索に用
いることができるとされたならば、直線1605上を点
1607から点1606方向に境界点1608を探索す
る。境界点1608の探索の後、点1601から160
3および1608を初期入力点として再設定する。その
後は実施の形態4と同様の方法で探索範囲限定、境界点
探索が行われる。
【0063】初期入力点が4点以上の場合には、操作者
に対して境界線の最上部付近の点および水平方向にほぼ
最大距離となる2点が初期入力点に含まれていることが
求められる。まず最上端の初期入力点1612、最下端
の初期入力点1616、最左端の初期入力点1613、
最右端の初期入力点1611を求める。初期入力点16
11と1613を結ぶ線分1621の中点と、初期入力
点1612を結ぶ直線1617を求める。また、初期入
力点に水平な直線1618が求められ、直線1617と
直線1618の交点1619が求められる。次に初期入
力点1612と交点1619の中点1620が求めら
れ、探索中心とされる。初期入力点の検査は、直線16
17と、初期入力点1611と1613を結ぶ線分16
21により行われ、直線1617と線分1621とのな
す角が一定条件、たとえば二つのなす角のうち90度未
満のほうのなす角が30度以上という条件を満たせば、
初期入力点は境界探索に用いることができるとする。条
件を満たさなければ、初期入力点には間隔が近すぎるも
のがあり、探索範囲限定に十分ではないとして操作者に
対して初期境界点を再入力するように通知する。初期入
力点が境界探索に用いることができるとされたならば、
初期入力点全てを使用して実施の形態4 と同様の方法
で探索範囲限定、境界点探索が行われる。
【0064】以上のように本発明の実施の形態5によれ
ば、初期入力点を検査する初期入力点検査手段150を
設けることにより、初期入力点の配置により真の境界を
求めるに十分な探索範囲設定が可能かどうかを検査した
上で境界点探索を行うので、初期候補点の配置により真
の境界から大きくずれた境界線を求めることを少なくす
ることができる。
【0065】(実施の形態6)図18は本発明の実施の
形態6における臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装
置の構成を示しており、超音波の送受信を行い受信信号
をディジタル信号として出力する超音波走査手段1、超
音波受信信号をディジタルデータとして記憶するメモリ
2、平滑化により超音波受信信号の雑音成分を軽減する
平滑化手段3、受信信号強度の空間的な微分を演算する
微分演算手段4、臓器境界付近に存在する境界点を探索
する境界点探索手段7、境界点に基づいて臓器境界線を
形成する曲線形成手段9、作成された臓器境界を表示す
る表示手段10、操作者からの入力により複数の境界線
上の点を指定する点指定手段110、前記点指定手段1
10により指定された複数の点から境界探索の範囲を設
定する探索範囲設定手段111、超音波の送受信を行っ
た走査範囲および画像上の未走査範囲を特定する走査範
囲特定手段180とから構成されている。
【0066】以上のように構成された超音波診断装置に
ついて、図18を用いてその動作を説明する。まず、超
音波走査手段1は、二次元または三次元走査による超音
波の送受信を行い、受信信号を検波およびA/D変換に
よりディジタル信号として出力する。受信信号は、一旦
メモリ2に記録される。観察すべき臓器の信号が記録さ
れるまで超音波走査が行われる。一方、走査範囲特定手
段180は、超音波走査手段1から超音波走査を行った
空間的な範囲の情報を得て、画像上の走査範囲と未走査
範囲を特定し、2値データとして出力する。受信信号
は、雑音軽減のために平滑化手段3により平滑化処理が
行われる。次に微分演算手段4は、点指定手段110に
より導出された探索中心に基づき空間的な微分演算を行
う。微分演算の方法は、実施の形態1と同様である。一
方、点指定手段110は、操作者による臓器境界上の点
の入力を受け、初期入力点検査手段150に初期入力点
の座標を出力する。また、探索中心を導出し、微分演算
手段4に出力する。探索範囲設定手段111は、指定さ
れた初期境界点の座標および走査範囲特定手段180か
ら出力された走査範囲を示す2値データに基づき、境界
探索を行う範囲を限定する。境界点探索手段7は、探索
範囲設定手段111により設定された範囲内で境界点を
探索する。探索範囲設定および探索の方法は、実施の形
態4と同様の方法で行われる。その後、探索範囲設定手
段111による新たに求まった境界点からの探索範囲設
定、および境界点探索手段7による境界点探索を、境界
点の総数が一定数に達するまで繰り返す。一定数に達し
た境界点は曲線形成手段9により、隣接境界点間を直線
もしくは曲線を用いて連結することで境界線を形成す
る。形成された境界線は表示手段10により、臓器境界
のみもしくは原画像と合成されて、境界線から推定され
る面積や体積計算の情報とともに表示が行われる。
【0067】次に実施の形態6における探索範囲の設定
について図19、図20を用いて説明する。図19は超
音波の走査範囲を示す図であり、1800は画像全体の
領域、1801は超音波の走査が行われて受信信号が存
在する領域である。また、図20は画像上の特定された
走査範囲以外の領域を初期探索領域から除外した様子を
表す図であり、1802は臓器境界線、1803は画像
上の走査範囲以外の領域を除外した初期探索領域、18
04は初期探索領域で走査範囲以外の領域として除外さ
れた領域である。
【0068】走査範囲特定手段180は、超音波走査手
段1から超音波走査を行った空間的な範囲の情報を得
て、画像上の走査範囲と未走査範囲を特定し、2値画像
すなわち画像全体のうち操作が行われた領域を「1」、
その他の領域を「0」とした2値画像データとして出力
する。一方、探索範囲設定手段111は、初期入力点に
基づいて探索範囲を限定し、初期探索範囲を設定する。
その後、走査範囲特定手段180により出力された、2
値画像を参照して、初期探索範囲のうち走査範囲に含ま
れていない領域1804を除外した初期探索範囲180
3を改めて設定する。以降の探索範囲設定においても同
様の方法により走査範囲以外の領域が除外される。
【0069】以上のように、本発明の実施の形態6によ
れば、境界の存在し得る領域として超音波画像上の超音
波走査範囲を特定する走査範囲特定手段180を設ける
ことにより、境界点の探索範囲を超音波走査範囲内に限
定でき、画像の外部に探索範囲を設定することをなく
し、無駄な処理量の軽減や、画像端を誤って境界として
選択することがないようにすることができる。
【0070】(実施の形態7)図21は本発明の実施の
形態7における臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装
置の構成を示しており、超音波の送受信を行い受信信号
をディジタル信号として出力する超音波走査手段1、超
音波受信信号をディジタルデータとして記憶するメモリ
2、平滑化により超音波受信信号の雑音成分を軽減する
平滑化手段3、受信信号強度の空間的な微分を演算する
微分演算手段4、臓器境界付近に存在する境界点を探索
する境界点探索手段7、境界点に基づいて臓器境界線を
形成する曲線形成手段9、作成された臓器境界を表示す
る表示手段10、操作者からの入力により複数の境界線
上の点を指定する点指定手段110、前記点指定手段1
10により指定された複数の点から境界探索の範囲を設
定する探索範囲設定手段111、探索開始点からの距離
に応じて境界点探索に使用する微分値に重み付けを行う
微分値重み付け手段210とから構成されている。
【0071】以上のように構成された超音波診断装置に
ついて、図21を用いてその動作を説明する。まず、超
音波走査手段1は、二次元または三次元走査による超音
波の送受信を行い、受信信号を検波およびA/D変換に
よりディジタル信号として出力する。受信信号は、一旦
メモリ2に記録される。観察すべき臓器の信号が記録さ
れるまで超音波走査が行われる。受信信号は、雑音軽減
のために平滑化手段3により平滑化処理が行われる。一
方、点指定手段110は、操作者による臓器境界上の点
の入力を受け、初期入力点検査手段150に初期入力点
の座標を出力する。また、探索中心を導出し、微分演算
手段4に出力する。探索範囲設定手段111は、指定さ
れた初期境界点の座標に基づき、境界探索を行う範囲を
限定する。微分演算手段4は、探索範囲設定手段111
により設定された初期探索範囲内において、点指定手段
110により導出された探索中心に基づき空間的な微分
演算を行う。微分演算の方法は実施の形態1と同様であ
る。境界点探索手段7は、探索範囲設定手段111によ
り設定された範囲内で境界点を探索する。探索の際に
は、境界点探索手段7は探索線の位置情報を微分値重み
付け手段210に渡し、微分値重み付け手段210は、
探索線上にある微分値に探索開始点からの距離に応じて
重み付けをなした値を境界点探索手段7に戻す。境界点
探索手段7は、重み付けされた微分値により探索線上の
点が境界点か否かの判定を行う。微分値が重み付けされ
る以外、探索範囲設定および探索の方法は、実施の形態
4と同様の方法で行われる。その後、探索範囲設定手段
111による新たに求まった境界点からの探索範囲設
定、および境界点探索手段7による境界点探索を、境界
点の総数が一定数に達するまで繰り返す。一定数に達し
た境界点は曲線形成手段9により、隣接境界点間を直線
もしくは曲線を用いて連結することで境界線を形成す
る。形成された境界線は表示手段10により、臓器境界
のみもしくは原画像と合成されて、境界線から推定され
る面積や体積計算の情報とともに表示が行われる。
【0072】次に実施の形態7における境界点の探索時
における微分値の重み付けについて図22、図23を用
いて説明する。図22は境界点の探索時における探索線
を表す図であり、2200は臓器境界線、2201およ
び2202は探索線を設定するために用いた境界点、2
203は設定された探索線、2204は境界点2201
と2202の中点であり、探索の開始点となる点、22
05は微分値を重み付けしない場合に求められる境界
点、2206は微分値を重み付けした場合に求められる
臓器境界線2200上の境界点、2207は境界点22
01と2202を結ぶ線分、である。また、図23は探
索線上の微分値に重み付けを行う様子を表す図であり、
(a)は重み付けしない場合の微分値の分布、(b)は
重み付けの分布、(c )は重み付けした微分値の分布で
ある。
【0073】まず、境界点の探索では隣接する境界点2
201と2202から中点2204が求められ、中点2
204を通る探索線が設定される。探索線の範囲の設定
は、実施の形態4と同様の方法で行われ、図22では臓
器下半分として探索線の範囲が設定されている。探索線
の設定の後、境界点の探索が行われる。境界点の探索
は、探索線上で微分値が最大となる点を選択することに
より行われる。しかし、微分値はノイズや、他に超音波
の性質による陰影、多重エコー等により境界上以外で最
大値をとる場合がある。そのような場合、偽の境界点が
選択されることになる。例えば、図22において探索線
2203上の微分値の分布は図23(a)のようにな
り、最大値をとる点を選択すると境界上にない点220
5が選択されることになる。この問題を解決するため、
臓器境界線は境界点を結んで構成される多角形の辺近傍
に存在するものとみなし、多角形の辺と探索線との交点
として設定される探索開始点からの距離に応じ、微分値
に重み付けを行うことで多角形の辺近傍の点を選択でき
るようにする。例えば、図22では境界は線分2207
に近く、微分値が大きい点ほど境界線上の点である可能
性が高いとし、探索線2203上の微分値分布図23
(a)に対して、図23(b)のような探索開始点22
04で最大値をとるような線形の重み付けを行う。その
結果、微分値は図23(c)のように探索開始点220
4近傍の微分値は保存され、距離が遠くなるに従い微分
値が抑制される。重み付けされた微分値分布図23
(c)により最大値となる点を選択すると、臓器境界線
2200近傍の境界点2206を選択することができ
る。
【0074】なお、以上の説明では、重み付けの分布は
探索の回数に関わらず一定としたが、境界点の数が増す
にしたがって、線形関数の傾きを大きくして多角形近傍
に対する重み付けの量を増加し遠方を減少させてもよ
い。これは探索の回数を経るごとに境界点は増え、境界
点で構成される多角形の辺は臓器境界に近づくため、臓
器境界が多角形近傍に存在する可能性が増加するためで
ある。
【0075】なお、以上の説明では微分値に対する重み
付けは線形関数を使用したが、探索開始点で最大値をと
る別の関数、例えばガウス関数を用いてもよい。
【0076】以上のように、本発明の実施の形態7によ
れば、微分演算手段4によって求められた微分値を探索
開始点からの距離に応じて重み付けする微分値重み付け
手段210を設けることにより、境界点の探索範囲を探
索開始点近傍に重み付けすることができ、ノイズや陰
影、虚像といった要因による大きな微分値をもち、臓器
境界から離れた位置に存在する点を境界点として選択せ
ずに探索開始点近傍に存在する臓器境界上の点を選択し
やすくすることができる。
【0077】
【発明の効果】以上のように本発明は、2値画像に含ま
れる個々の閉領域の画素数を算出する画素数算出手段
と、前記画素数算出手段により求められた画素数に基づ
いて2値画像から臓器境界の存在する領域を抽出する画
像領域選択手段とを設けることにより、真の境界から遠
方にある点を誤って境界上の点として選択するというノ
イズの影響を軽減するという効果が得られる。
【0078】また、以上のように本発明は、2値画像に
含まれる個々の閉領域について、内部に存在する境界点
の数を算出する境界点数算出手段と、前記境界点数算出
手段により求められた境界点の数に基づいて2値画像か
ら臓器境界の存在する領域を抽出する画像領域選択手段
とを設けることにより、真の境界から遠方にある点を誤
って境界上の点として選択するというノイズの影響を軽
減するという効果が得られる。
【0079】また、以上のように本発明は、隣接する境
界点間の距離が等しくなるように境界点を再配置する境
界点再配置手段を設けることにより、境界点から曲線を
形成する際に真の臓器境界線から一部が大きくずれるこ
とが少なくするという効果が得られる。
【0080】また、以上のように本発明は、境界点を探
索する領域を、初期入力点および既に見つかっている境
界点の位置関係に基づいて限定する探索領域設定手段を
設けることにより、臓器境界から大きく離れた位置に存
在する点を境界点として選択する可能性を少なくでき、
境界点から曲線を形成する際に真の臓器境界線から一部
が大きくずれることを少なくするという効果が得られ
る。
【0081】また、以上のように本発明は、初期入力点
を検査する初期入力点検査手段を設けることにより、初
期候補点の配置により真の境界から大きくずれた境界線
を求めることを少なくするという効果が得られる。
【0082】また、以上のように本発明は、境界の存在
し得る領域として超音波画像上の超音波走査範囲を特定
する走査範囲特定手段を設けることにより、無駄な処理
量の軽減や、画像端を誤って境界として選択することが
ないようにするという効果が得られる。
【0083】また、以上のように本発明は、微分値を探
索開始点からの距離に応じて重み付けする微分値重み付
け手段を設けることにより、ノイズや陰影、虚像といっ
た要因による大きな微分値をもち、臓器境界から離れた
位置に存在する点を境界点として選択せずに探索開始点
近傍に存在する臓器境界上の点を選択しやすくするとい
う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における臓器境界の抽出
処理を行う超音波診断装置のブロック図
【図2】本発明の実施の形態1における微分演算を行う
画像上の座標系を表す模式図
【図3】本発明の実施の形態1における微分演算を行う
画素を中心とする画素の配置を表す模式図
【図4】本発明の実施の形態1における境界点の探索の
様子を表す模式図
【図5】本発明の実施の形態1における1次元に簡略化
した微分値の変化を表す模式図
【図6】本発明の実施の形態1における2次元画像にお
ける探索領域を表す模式図
【図7】本発明の実施の形態2における臓器境界の抽出
処理を行う超音波診断装置のブロック図
【図8】本発明の実施の形態2における2次元画像にお
ける探索領域を表す模式図
【図9】本発明の実施の形態3における臓器境界の抽出
処理を行う超音波診断装置のブロック図
【図10】本発明の実施の形態3における境界点の再配
置を表す模式図
【図11】本発明の実施の形態4における臓器境界の抽
出処理を行う超音波診断装置のブロック図
【図12】本発明の実施の形態4における初期入力4点
の場合の初期探索範囲の設定方法を表す模式図
【図13】本発明の実施の形態4における初期探索範囲
導出直後の境界点探索を説明する模式図
【図14】本発明の実施の形態4における2回目以降の
境界点探索を説明する模式図
【図15】本発明の実施の形態5における臓器境界の抽
出処理を行う超音波診断装置のブロック図
【図16】本発明の実施の形態5における初期入力点が
3点の場合の初期入力点検査の模式図
【図17】本発明の実施の形態5における4点以上の初
期入力点がある場合の初期入力点検査の模式図
【図18】本発明の実施の形態6における臓器境界の抽
出処理を行う超音波診断装置のブロック図
【図19】本発明の実施の形態6における超音波の走査
範囲を示す模式図
【図20】本発明の実施の形態6における走査範囲以外
の領域を初期探索領域から除外した様子を表す模式図
【図21】本発明の実施の形態7における臓器境界の抽
出処理を行う超音波診断装置のブロック図
【図22】本発明の実施の形態7における境界点の探索
時における探索線を表す模式図
【図23】本発明の実施の形態7における探索線上の微
分値に重み付けを行う様子を表す模式図
【図24】従来の臓器境界の抽出処理を行う超音波診断
装置のブロック図
【符号の説明】
1 超音波走査手段 2 メモリ 3 平滑化手段 4 微分演算手段 5 2値化手段 6 探索開始点指示手段 7 境界点探索手段 8 座標平滑化手段 9 曲線形成手段 10 表示手段 12 画像領域選択手段 13 画素数算出手段 14 境界点数算出手段 15 境界点再配置手段 20 探索中心の画素 21 微分値を求める画素 22 水平方向の軸 23 垂直方向の軸 24 点21と探索中心を通る直線 25 境界を求めるべき臓器が描出された画像 26 探索中心 27 探索線 28 探索線上の境界点の判定を行う点 29 求められた境界点 30 微分値が正または負の領域 31 微分値の変化 32 微分値が正となる画像領域 33 微分値が負となる画像領域 34 画像領域 35 真の境界が存在する探索領域かつ画素が最も多く
存在する領域 36 真の境界が存在する探索領域 37 境界が存在しない偽の探索領域 38 境界点 39 探索中心 40 境界が存在しない偽の探索領域 100 探索中心 101〜103 再探索された境界点 104 再配置された境界点 105 再々探索された境界候補 106 臓器境界線 107 境界点を結んで形成される多角形 110 点指定手段 111 探索範囲設定手段 150 初期入力点検査手段 180 走査範囲特定手段 210 微分値重み付け手段 1200 臓器境界線 1201〜1204 初期入力点 1205 点1201と点1203を結ぶ線分 1206 点1202と1204を結ぶ線分 1207 点1201から1204を結んで形成される
多角形 1208 点1201および1203を通り垂直な直線
と点1202を通り水平な直線と画像の下端とで構成さ
れる多角形 1209 点1204を通り水平な直線 1210 探索中心 1301 点1201と1202を結ぶ線分の中点 1302 点1202と1203を結ぶ線分の中点 1303 点1203と1204を結ぶ線分の中点 1304 点1204と1201を結ぶ線分の中点 1305 点1202と1203を結ぶ線分 1306 中点1302を通り線分1305に垂直な線
分 1307 境界点 1401〜1404 前回までの探索で求められた境界
点 1405 点1401と1402を結ぶ線分 1406 点1403と1404を結ぶ線分 1407 点1401を通る水平な直線 1408 点1402を通る垂直な直線 1409 点1403を通る水平な直線 1410 点1403を通る垂直な直線 1411 点1404を通る水平な直線 1412 点1404を通る垂直な直線 1413、1414 探索線 1415、1416 新たに見つかった境界点 1417 線分1405、直線1407、1408で構
成される三角形の内部領域 1418 直線1409から1412で構成される長方
形の内部領域 1600 臓器境界線 1601〜1603 初期入力点 1604 点1601と1602を通る直線 1605 点1602を通り垂直な直線 1606 直線1604と1605の交点 1607 点1602と1606の中点 1608 直線1605上の境界点 1609 点1607と初期入力点1601を結ぶ線分 1610 点1607と初期入力点1603を結ぶ線分 1611〜1616 初期入力点 1617 点1611と1613の中点および初期入力
点1612を通る直線 1618 点1614と1616を通る直線 1619 直線1617と直線1618との交点 1620 点1612と1619との交点 1621 点1611と1613を通る直線 1800 画像全体の領域 1801 超音波走査領域 1802 臓器境界線 1803 初期探索領域 1804 除外された領域 2200 臓器境界線 2201、2202 境界点 2203 探索線 2204 境界点2201と2202の中点 2205 微分値を重み付けしない場合に求められる境
界点 2206 微分値を重み付けした場合に求められる境界
点 2207 境界点2201と2202を結ぶ線分

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受信信号強度の空間的な微分値を演算す
    る微分演算手段と、前記微分演算手段により演算された
    微分値に基づき受信信号の2値画像を生成する2値化手
    段と、境界点の探索を開始する座標を指定する探索開始
    点指示手段と、臓器境界付近に存在する境界点を探索す
    る境界点探索手段と、前記2値画像に含まれる個々の閉
    領域について画素数を算出する画素数算出手段と、前記
    画素数算出手段により求められた画素数に基づいて2値
    画像から臓器境界の存在する領域を抽出する画像領域選
    択手段と、前記境界点探索手段によって探索された境界
    点に基づいて臓器境界線を形成する曲線形成手段と、前
    記臓器境界線を表示する表示手段とを備えることを特徴
    とする臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装置。
  2. 【請求項2】 受信信号強度の空間的な微分値を演算す
    る微分演算手段と、前記微分演算手段により演算された
    微分値に基づき受信信号の2値画像を生成する2値化手
    段と、境界点の探索を開始する座標を指定する探索開始
    点指示手段と、臓器境界付近に存在する境界点を探索す
    る境界点探索手段と、前記2値画像に含まれる個々の閉
    領域について内部に存在する境界点の数を算出する境界
    点数算出手段と、前記境界点数算出手段により求められ
    た境界点の数に基づいて2値画像から臓器境界の存在す
    る領域を抽出する画像領域選択手段と、前記境界点探索
    手段によって探索された境界点に基づいて臓器境界線を
    形成する曲線形成手段と、前記臓器境界線を表示する表
    示手段とを備えることを特徴とする臓器境界の抽出処理
    を行う超音波診断装置。
  3. 【請求項3】 隣接する境界点間の距離が等しくなるよ
    うに境界点を再配置する境界点再配置手段を備えること
    を特徴とする請求項1または2記載の臓器境界の抽出処
    理を行う超音波診断装置。
  4. 【請求項4】 受信信号の空間的な微分値を演算する微
    分演算手段と、臓器境界線上の複数の点を指定する点指
    定手段と、境界点の探索する領域を前記点指定手段によ
    り指定される点および境界点の位置関係に基づいて限定
    する探索範囲設定手段と、臓器境界付近に存在する境界
    点を探索する境界点探索手段と、前記探索された境界点
    に基づいて臓器境界線を形成する曲線形成手段と、前記
    臓器境界線を表示する表示手段とを備えることを特徴と
    する臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装置。
  5. 【請求項5】 初期入力点の配置を検査する初期入力点
    検査手段を備えることを特徴とする請求項1から4のい
    ずれかに記載の臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装
    置。
  6. 【請求項6】 境界の存在し得る領域として超音波画像
    上の超音波走査範囲を特定する走査範囲特定手段を備え
    ることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の
    臓器境界の抽出処理を行う超音波診断装置。
  7. 【請求項7】 微分演算手段によって求められた微分値
    を探索開始点からの距離に応じて重み付けする微分値重
    み付け手段を備えることを特徴とする請求項1から6の
    いずれかに記載の臓器境界の抽出処理を行う超音波診断
    装置。
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