WO2007058195A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

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WO2007058195A1
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Tomoaki Chono
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Hitachi Medical Corporation
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30196—Human being; Person

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and in particular, tomographic image information of a subject obtained through a probe is compared with diagnostic image information taken from a database, and the comparison result is displayed on a display device
  • the present invention relates to improvement of an ultrasonic diagnostic apparatus having a function of supporting and assisting the subsequent measurement and diagnosis of the examiner.
  • a tomographic image of the heart is obtained from various directions through a probe, and these tomographic images are observed and measured.
  • the valve and myocardial wall thickness and wall motion can be observed
  • the long axis image the valve, heart volume, blood flow, myocardial wall thickness and wall motion can be observed.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2002-140689 discloses that a biological organ, in particular, an image pattern of each cross-sectional image of the heart is stored as a dictionary image, and the cross-sectional information analysis means acquires the biological Compare the two-dimensional cross-sectional image of the organ with the stored dictionary image, and based on the dictionary image consisting of similar patterns!
  • the cross-section consisting of the three-dimensional cross-sectional position and cross-sectional direction of the cross-sectional image Analyze information, output the analysis results to the output means, and acquire the acquired cross-sectional image data of the living body Automatically recognize the position and direction of the cross-section and extract the structural information of the target object to assist the diagnosis of the doctor
  • a medical image processing apparatus that can be used, for example, in combination with an ultrasound diagnostic apparatus is disclosed.
  • the examiner is required to select a measurement item according to the measurement purpose from a large number of measurement menus prior to the measurement, and is appropriate for the measurement purpose. It was necessary to perform inspection while constantly confirming whether or not a tomographic image could be acquired based on experience.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can automatically identify the type of tomographic image acquired by an examiner in real time.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus includes, for example, a template conversion unit that converts tomographic image information of a subject into templated tomographic image information, and templated diagnostic image information in advance.
  • a database to be stored;
  • a collation unit that collates the templated slice image information of the subject with the templated diagnostic image information; and a display device that displays a collation result of the collation unit.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus is based on the configuration of (1), for example, and the collation unit can collate the tomographic image information templated with the diagnostic image information.
  • the collation unit can collate the tomographic image information templated with the diagnostic image information.
  • a symbol mark indicating the type of the tomographic image information for example, a body mark or a character is displayed on the display device together with the tomographic image.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus is based on, for example, the configuration of (1), and the templated diagnostic image information taken from the database is a standard diagnosis of a healthy person. In addition to diagnostic image information, it also includes diagnostic image information including lesions,
  • the ultrasonic diagnostic apparatus is based on, for example, the configuration of (1) and passes a probe.
  • the tomographic image information of the subject obtained in this manner is tomographic image information of the heart obtained in synchronization with a certain time phase of the electrocardiogram of the subject.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining a procedure for acquiring a tomographic image of the heart of a subject, identifying it, and measuring the identified tomographic image according to one embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the electrocardiogram (ECG) R-wave synchronization signal acquisition of FIG. 2 and subsequent identification processing.
  • ECG electrocardiogram
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a signal extracted by the signal value extraction unit 3 in FIG. 1 and input to the template conversion unit 4.
  • FIG. 5 is a view for explaining another example of the signal extracted by the signal value extraction unit 3 of FIG. 1 and input to the template conversion unit 4 in the same manner.
  • Fig. 6 is also a diagram for explaining still another example of the signal extracted by the signal value extraction unit 3 of Fig. 1 and inputted to the template conversion unit 4.
  • FIG. 7 is a diagram showing a display example in which the tomographic image displayed on the display device 4 in FIG. 1 and its type are indicated by body marks and characters.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a method of calculating the speed of the heart motion when the speed of the heart motion is used as a time phase instead of acquiring the R-wave synchronization signal described in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment is configured so that diagnostic image information can be taken from the database 6 first.
  • the database 6 has a distance from the ultrasonic diagnostic apparatus as a separate unit from the ultrasonic diagnostic apparatus that may be configured in a storage device included in the ultrasonic diagnostic apparatus itself. Arranged. [0018]
  • diagnostic image information is sequentially transmitted through an input device 7 including a template data reading unit from a mouse, a keyboard, a trackball, a disk, and the like, and tomographic data ancillary means 8 for adding related information.
  • the diagnostic image information stored in the database 6 is configured as diagnostic image information that has been templated.
  • This diagnostic image information is collated in real time with the tomographic image information of the subject obtained through the probe 1, as will be described in detail later.
  • the templated diagnosis image information is input from the input device 7, it is configured to be input as necessary from a template conversion unit 4 described later provided in the ultrasonic diagnostic apparatus.
  • the This is to store as much up-to-date template information as possible in database 6.
  • a template creation method as described later in detail, for example, an eigenspace method, a subspace method, a mutual subspace method, or the like is used.
  • the tomographic data supplementary means 8 appends other data such as the type of the diagnostic image information in relation to each diagnostic image information with respect to each diagnostic image information.
  • various types of data related to the diagnostic image information for example, the type name of the image, the age, sex, disease name, and image of the subject. Standard measurement default setting values and measurement setting values set by the user in the past are available.
  • a set corresponding to the measurement and diagnosis purpose is prepared as an electronic file.
  • the set according to the purpose for example, for the purpose of identifying the type of the cross section, it is obtained by a normal examination, for example, a cross section of a parasternal approach image (left ventricular long axis cross section, left ventricular short axis cross section, right ventricle) Inlet channel long-axis cross-section) or apex approach image cross-section (left ventricular long-axis cross-section, four-chamber cross-section, five-chamber cross-section, two-chamber cross-section)
  • a set containing tomographic images such as hypertrophic cardiomyopathy (including various hypertrophic forms), dilated cardiomyopathy, etc.
  • mitral valve disease In order to identify the type of congenital heart disease, for example, tomographic images of atrial septal defects, ventricular septal defects, etc.
  • the set content is a set containing .
  • these sets may be used independently or may be combined into one set so that cross-sectional identification and disease type identification can be performed simultaneously.
  • various types of templated diagnostic image information can be prepared for each display depth and cross section, and according to the sex and age of the patient. This makes it possible to prepare a database for identifying a wide range of input tomograms. If the database set includes certain lesion data, it can be used for disease identification. For example, if a database of dilated cardiomyopathy or hypertrophic cardiomyopathy is prepared, the tomographic image power when the heart shape is different from normal is also effective in identifying lesions and diseases.
  • the user can create a new database set according to the user's perspective, and add or delete data from it to build a database according to user usage.
  • a probe 1 used in contact with the body surface of the subject and the reflected echo signal in the subject obtained through the probe 1 are used.
  • a signal value storage unit 2 for storing the tomographic image information (signal) of the object to be created is provided.
  • the tomographic image information is intended for a tomographic image of a living organ of a subject, for example, a moving heart, as will be apparent from the description of FIG.
  • the tomographic image can be obtained each time a wave is detected.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus further includes a signal value extraction unit 3 that is stored in the signal value storage unit 2 and extracts predetermined tomographic image information from the tomographic image information (signal).
  • the amplitude value of the information may be extracted as it is, or the statistical amount of a certain arbitrary region may be calculated and extracted.
  • the probe 1 when a sector-type probe is used as the probe 1, all the echo signals of the tomographic plane DL constituting the fan shape or the brightness value of the image may be extracted.
  • FIG. 4 even if the signals at each position scanned in a fan shape on the tomographic plane DL are extracted, the tomographic plane DL is scanned in the lateral direction as shown in FIG.
  • the signal at each position may be extracted, or the signal at each position scanned in the vertical direction on the tomographic plane DL may be extracted as shown in FIG.
  • information may be extracted by reducing the resolution or by thinning out pixels.
  • the signal value is extracted in the same direction as the ultrasonic beam. It has the effect that can be taken out with.
  • the density is high in the shallow part (near the probe) and low in the deep part (corresponding to the higher line density in the upper part and lower line density in the lower part as shown in Fig.
  • the tomographic image information extracted by the signal value extracting unit 3 is converted by the template converting unit 4 into the tomographic image information that has been templated.
  • the template method when reducing the amount of data or extracting a feature portion, for example, the eigenspace method mentioned above is used, and signal values of a plurality of time phases are used.
  • the subspace method mentioned above can be used.
  • the tomographic image information templated in accordance with a predetermined method in this way is configured to be templated in a form that can be registered and stored in the database 6 as necessary, as described above. Yes.
  • A be a set of signal value vectors of tomographic image information obtained from the signal value extraction unit 3. Then, assuming that the number of tomographic images used for creating a database is N, the average value (one in A) and the covariance matrix S are obtained according to the following formula to create an eigenspace. T indicates matrix transposition operation.
  • the S is subjected to eigenvalue decomposition to obtain an eigenvalue ⁇ and an eigenvector u.
  • the Sp is subjected to eigenvalue decomposition to obtain an eigenvalue ⁇ and an eigenvector up.
  • the capacity of the database is reduced, and only the main features of the image can be efficiently made into a database.
  • the signal constantly fluctuates, it is not possible to acquire it with a single signal! Such features can be extracted stably by using multiple signals.
  • the type of cross section with the smallest difference is the type of cross section identified.
  • measures such as Euclidean distance, Mahalanobis distance, Manhattan distance, and similarity can be used.
  • the above scale is used.
  • the cross section is identified by numerically calculating the difference between the projected outer plane ⁇ * and A * in Equation (6).
  • a threshold value is provided for the difference between the template-selected input and the template in the database. If the difference is larger than the threshold value, the verification is impossible.
  • the templated tomographic image information of the subject obtained through the probe 1 is converted into a template that is extracted from the database 6 and collated with the diagnostic image information by the matching unit 5.
  • the body mark 12 which is one of the symbol marks indicating the type of the tomographic image information on the display surface 9A of the display device 9 and Character 13 is displayed.
  • Examples of the type of tomographic image information include “apical two-chamber”, “parasternal short axis”, “apical long axis”, “atrial septal defect”, and the like. In this case, one of the body mark 12 and the character 13 may be displayed.
  • the display surface 9A of the display device 9 has a tomographic surface which is tomographic image information obtained by templating the subject obtained through the probe 1 in the most area. DL is displayed, and the type of tomographic image can be immediately judged by the body mark 12 or the character 13! RU
  • a disease when a diagnostic image information stored in the database 6 includes lesion data, a disease may be displayed on the display surface 9A. Furthermore, if the tomographic image information obtained through the probe 1 and the diagnostic image information extracted from the database 6 cannot be collated, a mark indicating that the collation is impossible is displayed or nothing is displayed. You may do it.
  • the body mark 12 and the character 13 are displayed, for example, each time an R wave is detected, the verification result may be updated, or when the verification process is completed You may update at each point. As a result, the examiner can confirm whether the tomographic image corresponding to the inspection purpose is correctly acquired.
  • the measurement setting unit 10 is configured to update the measurement menu and initial setting values based on the identified tomographic image type. For example, when the short axis image is identified, the measurement items used only for the long axis image are deleted, and a menu is constructed with only the measurement items used for the short axis image. Display only the axis menu. This reduces the burden of complicated measurement item selection from all measurement items as in the prior art. The same operation is performed when other slice images are identified. It is also possible to call up the measured set values that have been databased as a set with the identified cross section and automatically enter them as initial set values.
  • the measurement unit 11 When the setting value of the measurement item is set in the measurement setting unit 10, the measurement unit 11 performs measurement on the tomographic image displayed based on the setting value, and the result is displayed on the display device 9. Is displayed.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining an operation procedure of acquiring a tomographic image of the heart of the subject and measuring the identified tomographic image by the ultrasonic diagnostic apparatus of the embodiment of the present invention shown in FIG. is there.
  • the template image stored in the database 6 includes diagnostic image information including a time phase of an electrocardiogram (ECG), for example, one generated in synchronization with an R wave, The collation described later is configured so that data created in synchronization with the corresponding time phase is read out.
  • the diagnostic image information stored in the database 6 may be only information created in synchronization with a certain time phase, for example, an R wave. If only a template of a certain time phase is stored in the database 6, the storage capacity of the database 6 can be reduced and the reading time can be reduced compared to the case of storing all time phase moving images. Since the time is shortened, the verification time can be shortened.
  • step S1 an R wave is detected from the subject. Reflective echo signal acquisition for creating tomographic images is executed in synchronization with the R wave.
  • step S2 it is determined whether or not the previous tomographic image identification process has been completed. Although the identification process is to be completed during one heartbeat of the heart, there is individual difference in the length of one heartbeat. If it does not end during one heartbeat, the identification process is extended until the next R wave is detected. This is because the tomographic image is always created in synchronization with the R wave. If the previous identification processing has been completed in step S2, the tomographic image information obtained by acquiring reflected echo signals in step S3 and matching them with the templates in the acquired signal force database 6 in step S4. Get.
  • step S6 the diagnostic image information templated from the database 6 in step S5 is taken in and collated with the templated tomographic image information.
  • step S6 it is determined whether or not the tomographic image information matches the diagnostic image information, that is, whether or not the slice image information has been identified. If the identification is undecided, the above operation is repeated after waiting for the next R wave detection.
  • the identification result is displayed on the display device 9 in step S7.
  • step S8 the force set by the examiner is determined via the measurement setting unit 10 in accordance with the type of the tomographic image identified, and the above is set if it has not been done yet. Is repeated and measurement settings are made, the measurement of the tomographic image displayed on the display device is executed according to the settings in step S9, and the measurement results are displayed in step S10. Displayed on device 9.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the case where identification processing (processing from steps S3 to S6 in FIG. 2) is performed between the detection of the R wave and the detection of the next R wave in the operation shown in FIG. It is explanatory drawing which showed the timing of an identification process and signal acquisition. In this case, the ability to acquire a signal based on the detection of the R wave. For example, when performing a template acquisition of image information according to the subspace method that requires signal acquisition of multiple time phases, the R wave In addition to signal acquisition in synchronization with, for example, signal acquisition after the elapse of a certain time t of the R wave power may be performed.
  • an electrocardiogram (ECG) by an electrocardiograph is prepared.
  • ECG electrocardiogram
  • the heart force is also estimated as a time phase on the ECG. Since the speed at which the heart moves is not constant in one heartbeat, measure the speed to detect a specific speed, for example, the time phase of the highest speed or the lowest speed, and synchronize with this time phase. You may make it take in a signal. In this case, to measure the speed of the heart movement, for example, it is called optical flow. Can be used. That is, as shown in FIG.
  • a large number of points (measurement points) P for measuring the velocity are defined on the entire tomographic plane DL on which the heart is displayed, and the velocity at the measurement point P is calculated by the optical flow method.
  • the motion speed of the whole heart is calculated from the statistics.

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Abstract

　被検体に当接した超音波探触子（１）を通して収集したエコー信号から構成された心臓の断層画像情報をデータベース（６）中に格納されているテンプレート化された診断用画像情報と照合可能な形にテンプレート化するテンプレート変換部（４）；このテンプレート変換部でテンプレート化された断層画像情報とデータベース（６）中に格納されているテンプレート化された診断用画像情報を照合する照合部（５）；および照合部（５）による照合結果を、当該被検体に当接した超音波探触子を通して収集したエコー信号から構成された心臓の断層画像と共にリアルタイムで表示する表示装置（９）を有する超音波診断装置。

Description

明 細 書
超音波診断装置
技術分野
[0001] 本発明は、超音波診断装置に係り、特に、探触子を通して得られた被検体の断層 画像情報を、データベースから取り入れた診断画像情報と照合し、その照合結果を 表示装置に表示し、その後の検者の計測、診断を支援、補助する機能を有する超音 波診断装置の改良に関する。
背景技術
[0002] 超音波診断装置を用いた、例えば、心機能の診断において、血流、心腔容積、心 筋の歪みを定量評価することは、心臓病変の診断に極めて有用である。
[0003] このため、超音波診断装置を用いた心機能診断にあたっては、探触子を通して心 臓の断層画像を様々な方向から得て、これら断層画像が観察、計測される。例えば、 短軸像では、弁、心筋の壁厚、壁運動が、長軸像では、弁、心腔容積、血流、心筋 の壁厚、壁運動の観察ができる。
[0004] そして、このような断層画像を観察しながらの心機能の診断にあたっては、表示装 置に現に表示されている前記断層画像が、例えば、短軸像であるか長軸像であるか 等の断層像の種類を容易に判定することができれば、その後の計測、診断が極めて 効率的となる。
[0005] このため、例えば、特開 2002— 140689号公報は、生体器官、特に心臓の各断面 像の画像パターンを辞書画像として記憶して 、る断面情報解析手段が、取得手段が 取得した生体器官の二次元の断面像と前記記憶した辞書画像を比較し、類似したパ ターンよりなる辞書画像に基づ!/ヽて、前記断面画像の三次元的な断面位置と断面方 向よりなる断面情報を解析し、その解析結果を出力手段に出力し、取得した生体の 断面像データ力 自動的に断面の位置と方向を認識し、医師の診断補助となるよう な対象物の構造情報を抽出できる、例えば、超音波診断装置と組合せて使用される 医用画像処理装置を開示して 、る。
[0006] しかし、上記特開 2002— 140689号公報に開示される超音波診断装置に使われ る医用画像処理装置における断面情報の解析は、最初に検者が計測に適切な断層 像を取得することが前提であり、適切な断層像の取得後の断面情報の解析を取り扱 うものであった。
[0007] このため、心機能計測においては、検者は、計測に先立って、大量の計測メニュー から計測目的に応じた計測項目を選択することを要求されると共に、計測目的に合つ た適切な断層像が取得できて 、るか否かを経験に基づ 、て常に確認しながら検査を 行う必要があった。
[0008] 本発明の目的は、検者が取得した断層像の種類をリアルタイムにかつ自動的に識 別できる超音波診断装置を提供することである。
発明の開示
[0009] 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を以下に簡単に説明す る。
[0010] (1)本発明による超音波診断装置は、例えば、被検体の断層画像情報をテンプレー ト化された断層画像情報に変換するテンプレート変換部と、テンプレート化された診 断画像情報を予め記憶するデータベースと、前記被検体のテンプレート化された断 層画像情報を前記テンプレート化された診断画像情報と照合する照合部と、該照合 部による照合結果を表示する表示装置とを備えることを特徴とする。
[0011] (2)本発明による超音波診断装置は、例えば、（1)の構成を前提とし、前記照合部に よって、テンプレート化された該断層画像情報と前記診断画像情報との照合がとれた 際には、その断層画像と共に前記断層画像情報の種類を示すシンボルマーク、例え ば、ボディマークある 、は文字が前記表示装置に表示されることを特徴とする。
[0012] (3)本発明による超音波診断装置は、例えば、（1)の構成を前提とし、前記データべ ースから取り入れられるテンプレート化された診断画像情報は健常者の標準的な診 断用画像情報に加えて、病変部を含む診断画像情報をも含むものであり、
前記照合部によって、テンプレート化された前記断層画像情報と前記病変部を含 む診断画像情報との照合がとれた際には、その断層画像と共に疾患名が前記表示 装置に表示されることを特徴とする。
[0013] (4)本発明による超音波診断装置は、例えば、（1)の構成を前提とし、探触子を通し て得られる被検体の断層画像情報は、前記被検体の心電図のある時相に同期して 得られた心臓の断層画像情報であることを特徴とする。
[0014] 本発明によれば、計測目的に適合した適切な断層像が取得できて 、ることがリアル タイムに確認できるので、その確認に基づく計測の精度が向上すると共に、その後の 検査診断の効率も格段に向上することになる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]図 1は、本発明超音波診断装置の一実施例を示すブロック図。
[図 2]図 2は、図 1に示した本発明一実施例による被検体の心臓の断層像の取得、そ の識別およびその識別された断層像の計測の手順を説明するフローチャート。
[図 3]図 3は、図 2の心電図（ECG)R波同期の信号取得およびその後の識別処理を 説明する図。
[図 4]図 1の信号値抽出部 3で抽出されテンプレート変換部 4に入力される信号の一 例を説明する図。
[図 5]図 5は、同様に、図 1の信号値抽出部 3で抽出されテンプレート変換部 4に入力 される信号のもう一つの例を説明する図。
[図 6]図 6も、同様に、図 1の信号値抽出部 3で抽出されテンプレート変換部 4に入力 される信号のさらにもう一つの例を説明する図。
[図 7]図 7は図 1の表示装置 4に表示された断層像とその種類をボディマークおよび 文字によって示した一表示例を示す図。
[図 8]図 8は、図 3で説明した R波同期の信号取得に替えて心臓の動きの速度を時相 として利用する場合の、心臓の動きの速度を算出する方法を説明する図。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、本発明による超音波診断装置の実施例を図面を用いて説明をする。
[0017] 図 1は、本発明による超音波診断装置の一実施例を示すブロックである。本実施例 の超音波診断装置は、まず、データベース 6から診断画像情報を取り入れ可能に構 成されている。なお、このデータベース 6は、超音波診断装置自体が具備する記憶装 置内に構成されていてもよぐ該超音波診断装置とは別個のものとして該超音波診 断装置と距離を有して配置されて 、てもよ 、。 [0018] データベース 6には、マウス、キーボード、トラックボールおよびディスク等からのテ ンプレートデータ読込み部を含む入力装置 7および関連情報を付加する断層データ 付帯手段 8を順次介して、診断画像情報が格納される。ここで、該データベース 6に 格納されて ヽる該診断画像情報は 、わゆるテンプレートイ匕された診断画像情報とし て構成されている。この診断画像情報は、後に詳述するように、探触子 1を通して得ら れる被検体の断層画像情報とリアルタイムで照合される。テンプレート化された診断 画像情報は、前記入力装置 7から入力される場合の他に、超音波診断装置の内部に 具備される後述のテンプレート変換部 4からも必要に応じて入力されるよう構成される 。これは、データベース 6内にできるだけ多くの最新のテンプレートイ匕された情報を格 納せんとするためである。なお、テンプレート作成の手法としては、後に詳述するよう に、例えば、固有空間法、部分空間法、相互部分空間法等が用いられる。
[0019] また、前記断層データ付帯手段 8は、各診断画像情報に関して、例えば、該診断画 像情報の種類等の他のデータをこれら診断画像情報に関連して付帯する。これによ り、各診断画像情報のうちの一つが選別された場合、該診断画像情報に関連する各 種のデータ、例えば、画像の種類名、被検体の年齢、性別、疾患名、その画像の標 準的な計測用初期設定値および過去にユーザが設定した計測設定値が入手可能と なる。
[0020] このデータベース 6には、計測および診断目的に応じたセットが電子ファイルとして 用意される。目的に応じた前記セットとしては、例えば、断面の種類の識別を目的とし て、通常の検査で取得する、例えば、傍胸骨アプローチ像の断面 (左室長軸断面、 左室短軸断面、右室流入路長軸断面)あるいは心尖部アプローチ像の断面 (左室長 軸断面、四腔断面、五腔断面、二腔断面)を含む集合をセット内容とするもの、心筋 症の種類の識別を目的として、例えば、肥大型心筋症 (各種肥大様式を含む）、拡張 型心筋症等の断層像を含む集合をセット内容とするもの、弁膜疾患の種類の識別を 目的として、例えば、僧帽弁疾患、大動脈弁疾患、三尖弁疾患等の断層像を含む集 合をセット内容とするもの、先天性心疾患の種類の識別を目的として、例えば、心房 中隔欠損、心室中隔欠損等の断層像を含む集合をセット内容とするものが挙げられ る。 [0021] なお、これらの各セットは独立して用いても、あるいは、これら各セットを組み合せて 一つのセットに統合し、断面識別と疾患の種類の識別を同時に行えるようにしてもよ い。また、表示深度や断面ごとの、かつ、患者の性別や年齢に応じた多種のテンプレ ート化した診断画像情報を準備できる。これによつて、広範囲の入力断層像を識別 するためのデータベースを準備することが可能になる。データベースのセットをある特 定の病変データを含んだものにすれば、疾患の識別用として利用することができる。 例えば、拡張型心筋症や肥大型心筋症のデータベースを準備すれば、心臓の形状 が正常と異なるときの断層像力も病変、疾患を識別するのに有効である。さらに、ュ 一ザはユーザ側の観点に従った新たなデータベースセットを作成し、これにデータを 追加あるいは削除して、ユーザの利用状況に応じたデータベースを構築することが できる。
[0022] 一方、超音波診断装置には、被検体の体表等に当接して用いられる探触子 1およ びこの探触子 1を介して得られる前記被検体内の反射エコー信号によって作成され る前記被検体の断層像情報 (信号)を格納する信号値記憶部 2が備えられて 、る。な お、前記断層像情報としては、後述する図 2の説明等からも明らかとなるように、被検 体の生体器官、例えば、動きのある心臓の断層画像を対象とし、かつ、例えば、 R波 の検出ごとに該断層画像を得ることができるように構成されている。
[0023] また、超音波診断装置は、この信号値記憶部 2に格納されて 、る断層像情報 (信号 )から所定の断層像情報を抽出する信号値抽出部 3を備えている。抽出する断層像 情報としては、情報の振幅値をそのまま抽出してもよいし、ある任意の領域の統計量 を計算して抽出するようにしてもよい。探触子 1として、例えば、セクタ型探触子を用 いている場合、扇状を構成する断層面 DLの全てのエコー信号、あるいは画像の輝 度値を抽出するようにしてもよい。さらには、図 4に示すように、断層面 DLにおいて扇 状にスキャンした各位置の信号を抽出するようにしても、図 5に示すように、断層面 D Lにお 、て横方向にスキャンした各位置の信号を抽出するようにしても、図 6に示すよ うに、断層面 DLにお ヽて縦方向にスキャンした各位置の信号を抽出するようにしても よい。また、画像の解像度が高ぐデータ量が大きくなりすぎる場合には、解像度を下 げたり、画素を間引いて情報を抽出するようにしてもよい。 [0024] 図 4に示したように、断層面 DLにおいて扇状にスキャンした各位置の信号を抽出 する場合には、超音波ビームと同じ方向に信号値を取り出していくので、エコー信号 値を高速で取り出せる効果を有する。反面、浅部（プローブに近いところ)で密度が 高ぐ深部で密度が低いため（図 4に示すように上部ほど線の密度が高く下部ほど線 の密度が低いことに対応する）、心臓全体の信号値を抽出するには深さによって情 報量にアンバランスが生じる。しかし、図 5および図 6に示すように、横または縦のスキ ヤンで信号を抽出する場合には、格子状の座標で信号値を取得するので、浅部と深 部で情報の密度が等しく心臓全体の情報をバランスよく抽出することができる効果が ある。
[0025] そして、この信号値抽出部 3によって抽出された断層像情報は、テンプレート変換 部 4によって、テンプレートイ匕された断層像情報に変換される。このようにテンプレート 化された断層像情報を作成することにより、前記データベース 6からの対応するテン プレート化されている診断画像情報との照合を容易かつ極めて短時間に行なうことが できる。
[0026] このテンプレートイ匕の手法としては、データ量を減らしたり、特徴部の抽出を行った りする場合には、例えば、先に言及した固有空間法を用い、複数の時相の信号値を 取得する場合には、例えば、先に言及した部分空間法を用いることができる。そして 、このようにして所定の方式に従ってテンプレートイ匕された断層像情報は、上述したよ うに必要に応じて、登録可能な形にテンプレートィヒされてデータベース 6に格納され るように構成されている。
[0027] ここで、まず、前記固有空間法を用いてデータベース 6に登録可能な形にテンプレ 一トイ匕した断層像情報を得る方法について説明をする。
[0028] まず、前記信号値抽出部 3から得られる断層像情報の信号値ベクトルの集合を Aと する。そして、データベース化に用いる断層像の個数を Nとして、その平均値 (Aに一 )および共分散行列 Sを下式に従って求め、固有空間を作成する。なお、 Tは行列の 転置演算を示す。 ( i )
一一
Figure imgf000009_0001
[0029] 前記 Sを固有値分解して、固有値 λ、固有ベクトル uを求める。固有値 λを降順に 並べて、固有値の大きい順から任意の k個に対応する固有ベクトル Φ = {ιι , ιι , ···
1 2
···, u }を求め、次式（3)で Αを投影したベクトル Α*をテンプレートとしてデータべ k 一 ス化する。これによると、データベースの容量が小さくなり、かつ、信号の主となる特 徴のみを効率よくデータベース化できる。
A* =ΦΓ A- A (3)
[0030] また、もう一つのデータベース 6に登録可能な形でテンプレートィヒする手法として部 分空間法を用いる手法があり、ある断面 Pの信号値ベクトル Apについて L個のフレー ム（例えば、 ECG上の P、 Q、 R、 S、 T、 U波や他のフレームから選択した）の信号値 を用いて、その平均値 (Apに—)および共分散行列 Spを下式に従って求め、部分空 間を作成する。 一 l L
(4)
ム η=1
(5)
Figure imgf000009_0002
[0031] 前記 Spを固有値分解して、固有値 λ ρ、固有ベクトル upを求める。固有値 λ ρを降 順に並べて、固有値の大きい順力 任意の k個に対応する固有ベクトル Φρ= {ιι , l u ,…… , u }を求め、次式（6)で Αを投影したベクトル Α*をテンプレートとしてデ p2 pk p
ータベース化する。これによると、データベースの容量が小さくなり、かつ、画像の主 となる特徴のみを効率よくデータベース化できる。また信号は常に変動しているので 単一の信号だけでは取得できな!、ような特徴も複数の信号を用いることで安定して 抽出することができる。
4 =ゆ ( 6 )
[0032] 照合部 5では、新たに照合のために、 ート変換部 4から入力された断面の 種類が未知の信号値ベクトル A と、断面の種類が既知であるデータベースの間で new
照合処理を行う。入力された断面の信号値ベクトル A の特徴と最も近い特徴をもつ new
断面をデータベース 6の診断画像情報から見つけ出す処理である。
[0033] 前記固有空間法を用いてテンプレートイ匕されたデータベース 6を用いる場合には、 次式（7)のように A を固有空間に投影する。 -:?） ··· ■ ( 7 )
[0034] 投影されたべ外ル A* と式 (3)の A*の差異を数値ィ匕して、差異が最も小さい断 new
面を見つけ出す。この差異が最も小さい断面の種類が識別された断面の種類となる 。この差異の数値ィ匕には、ユークリッド距離、マハラノビス距離、マンハッタン距離、類 似度といった尺度を用いることができる。以下、差異を数値化する場合には上記の尺 度を用いる。
[0035] また、前記部分空間法を用いてテンプレートイ匕されたデータベース 6を用いる場合 には、式 (8)のように A を各断面 pの部分空間に投影する。 = Φ - ( 8 )
[0036] 投影されたべ外ル Α* と式 (6)の A* の差異を数値ィ匕して断面を識別する。
pnew p
[0037] 上記両手法において、テンプレートイ匕された入力とデータベース中テンプレートと の差異について、しきい値を設けて、しきい値より差異が大きい場合には、照合不可 とする。
[0038] また、複数の断面の信号を入力して、テンプレートイ匕された入力部分空間を作成し 、入力部分空間とデータベースの部分空間を照合させる相互部分空間法を用いるこ とちでさる。
[0039] このようにして、探触子 1を通して得られた被検体のテンプレートイ匕された断層画像 情報がデータベース 6から取り出されるテンプレート化されて 、る診断画像情報と照 合部 5で照合され、それらの差が所定のしきい値以下の場合には、図 7に示すように 、表示装置 9の表示面 9Aに前記断層画像情報の種類を示すシンボルマークの一つ であるボディマーク 12および文字 13が表示される。断層画像情報の前記種類として は、例えば、「心尖部二腔」、「傍胸骨短軸」、「心尖部長軸」、あるいは「心房中隔欠 損」等が挙げられる。この場合、このボディマーク 12と文字 13はそれらの一方を表示 させるようにしてもよい。なお、前記表示装置 9の表示面 9Aには、その大部分の領域 にお 、て、前記探触子 1を通して得られた被検体のテンプレートイ匕されて 、な 、断層 画像情報である断層面 DLが表示され、この断層画像の種類が前記ボディマーク 12 あるいは文字 13によって即判定できるように構成されて！、る。
[0040] そして、この場合、データベース 6に格納する診断画像情報として病変データを含 むものが準備されて ヽる場合には、前記表示面 9Aに疾患を表示するようにしてもよ い。さらに、探触子 1を通して得られる断層画像情報とデータベース 6から取り出され る診断画像情報の照合が不可能であった場合、照合不可能を示すマークを示したり 、また何も示さない状態にするようにしてもよい。ボディマーク 12と文字 13の表示は、 例えば、 R波を検出するごとに照合結果を更新してもよいし、照合処理が完了した時 点でその都度更新してもよい。これにより、検者は、検査目的に対応した断層像が正 しく取得できて 、るかを確認することができる。
[0041] 計測設定部 10は、識別された断層像の種類に基づいて、その計測メニューや初期 設定値を更新するように構成されている。例えば、短軸像が識別されたら、長軸像だ けで使用する計測項目は削除して、短軸像で使う計測項目だけでメニューを構築し 、検者が計測モードに入ったとき、短軸メニューのみ表示する。これによつて従来のよ うな全計測項目からの煩雑な計測項目選択の負担が軽減されるようになる。他の断 層像が識別されたときも同様の動作を行う。また、識別された断面とセットとしてデー タベース化しておいた計測設定値を呼び出して、初期設定値として自動的に入力さ せておくこともできる。
[0042] 計測設定部 10で、計測項目の設定値が設定されると、その設定値に基づいて表 示されている断層像について、計測部 11で計測が実行され、その結果が表示装置 9 に表示される。
[0043] 図 2は、図 1に示した本発明一実施例の超音波診断装置による、被検体の心臓の 断層像の取得、その識別された断層像の計測の動作手順を説明するフローチャート である。
[0044] 本例においては、データベース 6に格納されているテンプレートイ匕されている診断 画像情報は、心電図（ECG)のある時相、例えば、 R波に同期して作成されたものを 含み、後述する照合にあっては、該当する時相に同期して作成されたものが読み出 されるように構成されている。また、データベース 6に格納されている診断画像情報は 、ある時相、例えば、 R波に同期して作成されたもののみであってもよい。ある所定の 時相のテンプレートしかデータベース 6に保存されていない場合には、全時相の動画 像を保存する形態よりも、データベース 6の記憶容量を小さくすることができ、また読 み出し時間も短くなるため、照合時間も短縮できる。
[0045] まず、ステップ S1によって、被検体から R波を検出する。断層画像作成のための反 射エコー信号取り込みを、 R波に同期して実行している。ステップ S2によって、前の 断層像の識別処理は終了している力否かが判定される。識別処理を心臓の 1心拍の 間に終了させようとするものであるが、 1心拍の長さには個人差があり、該識別処理が 1心拍の間に終了しなければ、さらに次の R波の検出まで識別処理を延長させる。こ れは必ず R波に同期させて断層画像を作成せんがためである。ステップ S2によって 前の識別処理が終了していた場合、ステップ S3によって、反射エコー信号を取得し 、ステップ S4によって、取得信号力 データベース 6中のテンプレートと照合可能な 形にテンプレートイ匕した断層画像情報を得る。
[0046] そして、ステップ S5によってデータベース 6からテンプレートイ匕された診断画像情報 が取り入れられ、前記テンプレート化された断層画像情報と照合される。ステップ S6 によって、前記断層画像情報は該診断画像情報と一致するか否か、すなわち前記断 層画像情報が識別されたか否かが判定される。識別が未定の場合には、次の R波検 出を待って上述した動作が繰り返される。ステップ S6によって前記断層画像情報が 識別された場合、ステップ S7で、識別の結果が表示装置 9に表示される。
[0047] 次に、ステップ S8では、識別された断層像の種類に応じて計測設定部 10を介して 、検者によって計測設定がなされた力が判断され、未だなされていない場合には上 記の動作が繰り返され、計測設定がなされた場合には、ステップ S9で、その設定に 従って表示装置上に表示されている断層像の計測が実行され、ステップ S 10で、そ の計測結果が表示装置 9に表示される。
[0048] 図 3は、図 2に示す動作において、 R波の検出から次ぎの R波の検出までの間に識 別処理（図 2のステップ S3から S6までの処理）がなされる場合における該識別処理と 信号取得のタイミングを示した説明図である。この場合、 R波の検出に基づいて信号 取得を行っている力 例えば、複数時相の信号取得を必要とする部分空間法に従つ た画像情報のテンプレートイ匕を行なう場合には、 R波に同期した信号取得に加えて、 例えば、該 R波力 一定時間 tの経過後の信号取得を行ってもょ 、。
[0049] 上述の実施例では心電計による心電図（ECG)を用意できた場合の構成を示した 。しかし、例えば、救急時のようにすぐに心電図（ECG)を準備できない場合におい ては、心臓の動き力も ECG上の時相を推定する。心臓が動く速さは 1心拍の中で一 定ではないので、その速度を計測して、ある特定の速度、例えば最高速度もしくは最 低速度の時相を検出し、この時相に同期して信号を取り込むようにしてもよい。この 場合において、心臓の動きの速度を計測するには、例えばオプティカルフローと称さ れる方法を用いることができる。即ち、図 8に示すように、心臓が表示されている断層 面 DLの全体に速度を計測する多数の点（計測点） Pを定め、この計測点 Pの速度を オプティカルフロー法によって算出し、その統計量から心臓全体の動き速度を演算 する。

Claims

請求の範囲
[1] 所定の方式に従ってテンプレートイ匕された被検体の生体器官の種々の観点に基づ く診断用画像情報を格納して 、るデータベース；
被検体に当接した超音波探触子を通して収集したエコー信号力 構成された当該 生体器官の断層画像情報を上記データベース中に格納されて ヽるテンプレート化さ れた診断用画像情報と照合可能な形にテンプレートィヒするテンプレート変換部； 上記テンプレート変換部でテンプレートィヒされた断層画像情報と上記データベース 中に格納されて 、るテンプレート化された診断用画像情報を照合する照合部；およ び
上記照合部による照合結果を、当該被検体に当接した超音波探触子を通して収集 したエコー信号カゝら構成された当該生体器官の断層画像と共にリアルタイムで表示 する表示装置を有することを特徴とする超音波診断装置。
[2] 被検体の生体器官は、心臓であり、その断層画像情報は被検体の心電図波形上 の所定の時相に同期して取得されたものであることを特徴とする請求の範囲 1に記載 の超音波診断装置。
[3] 上記照合部が上記所定の時相に該当する上記診断画像情報を上記データベース 力 読み出すことを特徴とする請求の範囲 2に記載の超音波診断装置。
[4] 上記データベースに格納される上記診断画像情報が上記所定の時相に該当する 診断画像情報のみであることを特徴とする請求の範囲 3に記載の超音波診断装置。
[5] 前の識別処理が終了した力否かを判定する識別処理判定部をさらに備えることを 特徴とする請求の範囲 2に記載の超音波診断装置。
[6] 上記テンプレート変換部でテンプレート化された断層画像情報の一部は登録可能 な形にデータベース化されて、上記データベース中に格納されることを特徴とする請 求の範囲 1に記載の超音波診断装置。
[7] 上記テンプレート変換部に入力される信号は、断層画像上の上記超音波探触子か らの超音波ビームの方向に沿ってスキャンした各点力 の信号値であることを特徴と する請求の範囲 6に記載の超音波診断装置。
[8] 上記テンプレート変換部に入力させる信号は、断層画像上を縦あるいは横方向に スキャンした各点力 の信号値であることを特徴とする請求の範囲 6に記載の超音波 診断装置。
[9] 上記心臓の断層画像情報は、被検体の心電図波形上の所定の時相と関連付られ る心臓の動きの速度の時相に同期して取得されたものであることを特徴とする請求の 範囲 6に記載の超音波診断装置。
[10] 上記照合部においてテンプレートィヒされた断層画像情報と上記データベース中に 格納されている診断用画像情報との照合がとれた際には、照合結果の一つとしてそ の断層画像情報の種類を示すシンボルマークある 、は文字が上記表示装置に表示 されることを特徴とする請求の範囲 1に記載の超音波診断装置。
[11] 上記データベースには、テンプレート化された健常者の標準的な診断用画像情報 に加えて、病変部を含むテンプレートイ匕された診断用画像情報が格納されており、上 記照合部にぉ 、て、テンプレートイ匕された断層画像情報と上記データベースに格納 されている病変部を含むテンプレート化された診断用画像情報との照合がとれた際 には、照合結果の一つとしてその断層画像情報の疾患名力 上記表示装置に表示 されることを特徴とする請求の範囲 1に記載の超音波診断装置。
[12] 上記データベースに格納されているテンプレートイ匕されたそれぞれの診断用画像 情報には、それぞれ診断用画像情報に関連する被検体の年齢、性別、疾患名、計 測用初期設定値あるいは過去の計測設定値を含む付帯情報が付帯されて 、ること を特徴とすると請求の範囲 1に記載の超音波診断装置。
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