WO2011013346A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

操作者が煩雑な操作をすることなく、超音波画像と診断情報とが重なって表示されることを回避できる超音波診断装置を提供する。 超音波診断装置は、生体の組織へ超音波ビームを送信し、超音波ビームが生体の組織において反射する反射波を受信する超音波プローブと、反射波に基づいて、組織の断層画像を示す第１画像の画像フレームを構築する画像構築部と、画像フレームの画像特徴量に基づいて、画像フレーム中の、組織の断層画像を含む関心領域以外の非関心領域を識別する画像解析部と、診断情報を表示するための第２画像を生成する情報生成部と、画像解析部の識別結果に基づいて、第２画像の表示位置を決定し、第１画像の画像フレームおよび画像を重畳した合成画像を生成する画像合成部と、合成画像を表示する表示部とを備えている。

Description

超音波診断装置

　本発明は、超音波診断装置に関する。本発明は、特に、超音波診断装置による診断情報の表示技術に関する。

　超音波診断装置において超音波画像の関心領域と重ならないように診断情報を表示させる技術として、特許文献１や特許文献２に記載の方法が提案されている。

　特許文献１には、被検体毎または診断部位毎または計測機能毎に超音波画像の表示位置を予め記憶し、診断時に該当する被検体または診断部位または計測機能を選択することで超音波画像と診断情報が重なることを回避する技術が開示されている。

　また、特許文献２には、文字情報領域の縦方向拡大率、横方向拡大率および表示位置をユーザインタフェースの操作によって操作者が手動で変更することによって超音波画像と診断情報とが重なることを回避する技術が開示されている。

特開平１１－３２６号公報 特開平９－４７４５３号公報

　超音波診断装置を用いた診断においては超音波探触子（「超音波プローブ」とも呼ばれる。）を被検体の体表に当てることにより画像を取得する。この際の探触子の角度や被検体の姿勢等によっては、仮に同一被検体、同一診断部位であっても超音波画像上での関心領域の位置は大きく異なる場合がある。上述した特許文献１に記載の方法を用いた場合には診断情報の表示位置が予め記憶されており一意に固定されているため、このような探触子の角度や被検体の姿勢等による関心領域の位置のばらつきに柔軟に対応することが困難である。

　また、特許文献２に記載の方法を用いれば、診断情報の表示領域の大きさの変更や表示位置の移動を行うことが可能である。しかしながら、これらの操作は操作者が手動で行わなければならないため煩雑であり、診断への集中を妨げる可能性がある。

　本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、その目的は、操作者が煩雑な操作をすることなく、超音波画像と診断情報が重なることを回避可能な超音波診断装置を提供することである。

　本発明による超音波診断装置は、生体の組織へ超音波ビームを送信し、前記超音波ビームが前記生体の組織において反射する反射波を受信する超音波プローブと、前記反射波に基づいて、前記組織の断層画像を示す第１画像の画像フレームを構築する画像構築部と、前記画像フレームの画像特徴量に基づいて、前記画像フレーム中の、前記組織の断層画像を含む関心領域以外の非関心領域を識別する画像解析部と、診断情報を表示するための第２画像を生成する情報生成部と、前記画像解析部の識別結果に基づいて、前記第２画像の表示位置を決定し、前記第１画像の画像フレームおよび前記第２画像を重畳した合成画像を生成する画像合成部と、前記合成画像を表示する表示部とを備えている。

　前記画像解析部は、前記画像フレームを複数の小領域に分割し、各小領域の輝度に基づいて前記各小領域の画像特徴量を算出してもよい。

　前記画像解析部は、各小領域の輝度の平均値および分散値を算出し、前記平均値および前記分散値の各々が予め定められた閾値よりも小さいときは、前記小領域は非関心領域であると識別してもよい。

　前記画像合成部は、前記画像解析部によって前記非関心領域であると識別された画像フレーム中の領域を、前記第２画像の表示位置として決定し、前記合成画像を生成してもよい。

　前記超音波診断装置は、表示された前記合成画像中の前記第２画像の表示位置の変更を、操作者が指示するためのユーザインタフェースをさらに備えており、操作者が前記ユーザインタフェースを利用して前記第２画像の表示位置を変更することにより、前記関心領域と前記第２画像とが重なるとき、前記画像合成部は、前記第２画像の表示位置を前記非関心領域上に強制的に変更してもよい。

　前記画像解析部は、前記非関心領域の識別を継続して行っており、前記関心領域が前記画像フレーム内で移動することにより、前記第２画像と前記関心領域とが重なったときは、前記画像合成部は、前記第２画像の表示位置をその時点において非関心領域であると識別されている領域上に変更してもよい。

　前記画像合成部は、前記第２画像と前記関心領域との画面上での距離に関する閾値を保持しており、前記画像合成部は、前記表示部に表示された前記第２画像と前記関心領域との距離が前記閾値よりも小さくなる位置を、前記第２画像の表示位置として決定してもよい。

　本発明によれば、画像フレームの画像特徴量に基づいて、画像フレーム中の組織の断層画像を含む関心領域以外の非関心領域を識別し、その識別結果に基づいて、診断情報を表示するための第２画像の表示位置を決定し、第１画像の画像フレームおよび第２画像を重畳した合成画像を生成する。これにより、操作者が煩雑な操作をすることなく、超音波画像と診断情報が重なることを回避できる。

本発明の実施形態による超音波診断装置１００の外観を示す図である。 本発明の実施形態に係る超音波診断装置１００の一構成例を示すブロック図である。 超音波診断装置１００の処理の手順を示すフローチャートである。 モニタ１０７に表示された合成画像４００を示す図である。 （ａ）は診断情報画像５０３ａの配置を調整しなかった場合の画像５００ａを示す図であり、（ｂ）は縮小された診断情報画像５０３ｂが表示された画像５００ｂを示す図である。 （ａ）は画像フレーム６００ａ内で、関心領域の位置が当初の位置６０４から位置６０２に変化し、関心領域と診断情報画像６０３ａとが重なったときの例を示す図であり、（ｂ）は診断情報画像６０３ｂが移動された画像フレーム６００ｂを示す図である。 （ａ）は操作者がユーザインタフェース１０６を介して、診断情報画像を、ノイズ領域７０１中の当初の位置７０４から関心領域７０２上に移動しようとしたときの例を示す図であり、（ｂ）は強制的に移動された診断情報画像７０３を示す図である。 ノイズ領域を検出する処理の手順を示すフローチャートである。

　以下、添付の図面を参照して、本発明による超音波診断装置の実施形態を説明する。

　図１は、本実施形態による超音波診断装置１００の外観を示す。超音波診断装置１００は、超音波プローブ１０１を用いて形成された体内組織の断層画像をモニタ１０７にリアルタイムに表示する。このとき、断層画像の画像フレームには、その被験者の診断情報等を示す画像が重畳され、モニタ１０７に表示される。なお、この「診断情報」は、被験者に関する情報及び診断装置、診断作業に関する情報を包括的に表す。

　本実施形態による超音波診断装置１００は、画像フレーム中の、組織の断層画像が存在する領域（関心領域）かそれ以外の領域（非関心領域）かの識別結果に応じて、診断情報等を示す画像の表示位置を決定し、画像フレームとその画像とを重畳する。より具体的に言えば、超音波診断装置１００は、画像フレーム中の非関心領域上に、診断情報等を示す画像を重畳する。

　以下では、まず、超音波診断装置１００の構成を説明し、その後、超音波診断装置１００が非関心領域をどのように特定するか、および、特定された非関心領域上に、どのような形態で被験者の情報等を示す画像を重畳するかを詳細に説明する。

　図２は、本実施形態に係る超音波診断装置１００の一構成例を示すブロック図である。

　超音波診断装置１００は、プローブ１０１と、ＡＤ変換器１０２と、ビームフォーマ１０３と、検波部１０４と、画像構築部１０５と、ユーザインタフェース１０６と、モニタ１０７と、プロセッサ１５０とを備えている。

　超音波プローブ１０１は、超音波ビームの送受信を行う。超音波診断装置１００の利用時には、超音波プローブ１０１から生体の組織に向けて超音波ビームが送信され、生体の組織において反射されたその超音波ビームの反射波が、超音波プローブ１０１で受信される。

　ＡＤ変換器１０２は、受信した超音波反射波をデジタル信号に変換する。ビームフォーマ１０３はＡＤ変換された超音波反射波の遅延合成を行う。検波部１０４は、遅延合成された超音波エコー信号を包絡線検波する。

　画像構築部１０５は、検波された超音波エコー信号に対して信号処理を施し組織の断層画像フレームを構築する。

　ユーザインタフェース１０６は、操作者が診断情報（たとえば被験者に関する情報）または診断情報以外の情報（非診断情報）を入力するために利用されるキーボード等の入力装置である。なお、ユーザインタフェース１０６は、モニタ１０７上への情報の表示・非表示を指示し、または、表示された情報の表示位置の変更を指示する際にも利用される。たとえば、後述する診断情報画像の表示位置の変更を操作者が指示するときもまた、ユーザインタフェース１０６が利用される。

　モニタ１０７は、たとえば液晶またはブラウン管を利用した表示装置であり、超音波画像および診断情報の画像を表示する。

　なお、ユーザインタフェース１０６とモニタ１０７とを一体化したタッチパネルスクリーンを設けてもよい。

　プロセッサ１５０は、いわゆる中央演算処理部（ＣＰＵ）であり、断層画像（超音波画像）の画像フレームを解析し、診断情報および／または非診断情報の表示位置を決定する。

　プロセッサ１５０は、超音波画像を解析する画像解析部１５１、診断情報の画像を生成する診断情報画像生成部１５２、超音波画像と診断情報を合成する画像合成部１５３を有する。各構成要素は、ハードウェアとして存在してもよいし、ソフトウェアの実行に起因してその構成要素の機能を発揮するプロセッサ１５０として実現されてもよい。

　たとえばプロセッサ１５０が超音波診断装置１００のために設計、製造された専用の集積回路チップである場合には、画像解析部１５１、診断情報画像生成部１５２および画像合成部１５３は、プロセッサ１５０内の独立した集積回路として実装される。

　また、プロセッサ１５０が汎用の集積回路チップである場合には、画像解析部１５１、診断情報画像生成部１５２および画像合成部１５３は、そのプロセッサ１５０とそのプロセッサ１５０が実行するコンピュータプログラムによって実現される。具体的には、画像解析部１５１、診断情報画像生成部１５２および画像合成部１５３の各機能を実現するためのライブラリ・プログラムＡ、Ｂ、Ｃが用意されているとする。ライブラリ・プログラムＡを実行したプロセッサ１５０は、画像解析部１５１として機能する。また、ライブラリ・プログラムＢを実行したプロセッサ１５０は、診断情報画像生成部１５２として機能する。他も同様である。なお、プロセッサ１５０が複数のプログラムを並列的に実行することにより、プロセッサ１５０が見かけ上同時に、画像解析部１５１、診断情報画像生成部１５２および画像合成部１５３として動作してもよい。

　次に、超音波診断装置１００の動作を説明する。

　図３は、超音波診断装置１００の処理の手順を示すフローチャートである。

　ステップＳ１において、超音波診断装置１００は、プローブ１０１の超音波ビームを利用して、体内組織の断層画像の画像フレームを構築する。具体的には、プローブ１０１は、超音波ビームを生体内に送信し、体内組織等で反射した超音波ビームの反射波を受信する。ＡＤ変換器１０２は、受信したその超音波ビームの反射波をデジタル信号に変換し、ビームフォーマ１０３は遅延合成処理を行う。検波部１０４は包絡線検波によって受信信号中の送信波（キャリア）成分を除去し、画像構築部１０５に入力する。画像構築部１０５は入力された超音波エコー信号に対してフィルタ処理、輝度変換処理、走査線変換（スキャンコンバート）処理等を施して超音波断層画像フレームを構築し、プロセッサ１５０へ出力する。画像フレームはまずプロセッサ１５０内の画像解析部１５１に入力される。

　ステップＳ２において、画像解析部１５１は断層画像を解析して、画像フレーム内のノイズ領域を識別する。「ノイズ領域」とは、画像フレーム内の、体内組織の画像を含む領域以外の領域を意味する。本願明細書では、ノイズ領域を「非関心領域」とも呼び、また体内組織の画像で操作者が診断に利用する、もしくは診断の根拠とする画像領域を「関心領域」または「非ノイズ領域」とも呼ぶ。ノイズ領域の識別処理は、図８を参照しながら後に詳述する。

　次に、ステップＳ３において、診断情報画像生成部１５２は、ユーザインタフェースを介して入力された診断情報に基づいて画像情報を生成する。

　まず、操作者はユーザインタフェース１０６を用いて画像計測等を行い、診断情報を入力する。診断情報画像生成部１５２は、入力された診断情報を画像情報に変換する。この処理は、たとえば文字情報として入力された診断情報を、画像オブジェクトに変換する処理である。画像オブジェクトに変換された診断情報を、以下「診断情報画像」とも呼ぶ。

　ステップＳ４において、画像合成部１５３は、診断情報画像が画像フレーム中のノイズ領域（非関心領域）上に表示されるよう画像フレームおよび診断情報画像を重畳（または合成）して、合成画像を生成する。診断情報画像が画像フレーム中のノイズ領域上に存在するか否かの判定は、たとえば、診断情報画像が矩形であるとすると、その矩形の全領域がノイズ領域５０１内に含まれているか否かに基づいて行えばよい。

　ステップＳ５において、モニタ１０７は合成画像を表示する。図４は、モニタ１０７に表示された合成画像４００を示す。合成画像４００には、ノイズ領域４０１と、非ノイズ領域４０２が含まれており、診断情報画像４０３は非ノイズ領域４０２内に表示されている。

　また、診断情報画像４０３を非関心領域上に表示するとき、その表示位置は関心領域にできるだけ近い方が望ましい。操作者の視線の移動を最小限に抑えられるためである。例えば、頸動脈血管壁を観察し内中膜厚を計測する場合には、計測値は血管壁に近い非関心領域に表示することが好ましい。

　そこで、画像合成部１５３は、診断情報画像と関心領域との距離が設定された閾値よりも小さくなる位置に、診断情報画像を配置して合成画像を生成してもよい。操作者は、ユーザインタフェース１０６を介して閾値を画像合成部１５３に予め設定しておくことができる。画像合成部１５３はその閾値をたとえば内部メモリに保持しておき、診断情報画像４０３を非関心領域上のどの位置に表示するかを決定する際、その閾値を参照する。

　なお、本実施形態では、上述の処理が完了した後であっても超音波画像が生成され続けている間は、画像解析部１５１は上述のノイズ領域の識別を継続する。プローブ１０１の位置等に応じて関心領域および非関心領域の位置が変化し得るためである。このときの処理は、後に図６を参照しながら説明する。

　以下、具体例を説明する。

　図５（ａ）は、診断情報画像５０３ａの配置を調整しなかった場合の画像５００ａを示す。画像５００ａでは、予め定められた位置およびサイズで表示された場合の診断情報画像５０３ａが示されている。図示されるように、診断情報画像５０３ａの一部はノイズ領域５０１上に存在するが、他の一部は関心領域５０２上に存在する。この例では、診断情報領域が大きすぎるために関心領域と重ならないように表示することが不可能である。

　このとき、画像合成部１５３は、図５（ｂ）のように診断情報画像５０３ａを縮小した診断情報画像５０３ｂを表示する。画像合成部１５３は、段階的に診断情報画像のサイズを縮小し、その都度、診断情報画像がノイズ領域５０１内に収まるか否かを判定する。この判定は、先に説明した、診断情報画像が画像フレーム中のノイズ領域上に存在するか否かの判定と同様である。診断情報画像が矩形の場合、その４隅の頂点が全てノイズ領域５０１内に存在するか否かに基づいて行えばよい。これにより、診断情報画像５０３ｂが関心領域５０２と異なるノイズ領域５０１上に配置された合成画像５００ｂを表示することができる。

　図６（ａ）は、画像フレーム６００ａ内で関心領域の位置が当初の位置６０４から位置６０２に変化し、関心領域と診断情報画像６０３ａとが重なったときの例を示す。このような関心領域の変動は、たとえばプローブ１０１の角度の変化や被検体の姿勢の変化などに起因して生じ得る。

　このとき、画像合成部１５３は、自動的に図６（ｂ）に示す位置に診断情報画像６０３ｂを移動させることも可能である。画像合成部１５３は、変化後の画像６００ａを解析して、再度、ノイズ領域６０１を識別する。そして、診断情報画像が識別されたノイズ領域上に表示されるよう、画像フレームおよび診断情報画像を重畳すればよい。これにより、図６（ｂ）に示す合成画像６００ｂを得ることができる。

　操作者はユーザインタフェース１０６を用いて診断情報の表示位置を移動させることも可能である。図７（ａ）は、操作者がユーザインタフェース１０６を介して、診断情報画像を、ノイズ領域７０１中の当初の位置７０４から関心領域７０２上に移動しようとしたときの例を示す。このようなとき、プロセッサ５０１の画像合成部１５３は、図７（ｂ）のように診断情報画像をノイズ領域７０２上に自動的に（換言すると、強制的に）移動させることもできる。

　次に、画像解析部１５１によるノイズ領域の検出方法を説明する。図８はノイズ領域を検出する処理の手順を示すフローチャートである。まずステップＳ１１において、画像解析部１５１は画像フレームを小領域に分割する。次のステップＳ１２において、画像解析部１５１はそれぞれの小領域の輝度の平均値、分散値を求める。本願明細書においては、これらの物理量を「画像特徴量」とも呼ぶ。

　次のステップＳ１３では、画像解析部１５１は、各小領域の平均値、分散値がそれぞれ閾値ＴＨｍ、ＴＨｖより小さいか否かを判定する。ノイズ成分では輝度の平均値、分散値は、生体組織成分の輝度の平均値、分散値に比べて小さくなる傾向がある。よって、各小領域の平均値、分散値がそれぞれ予め定められた閾値ＴＨｍ、ＴＨｖより小さければ、その小領域はノイズ領域であると推定される。一方、その条件が満たされない場合には、その小領域は非ノイズ領域（関心領域）であると推定される。よって、上述の基準に基づく判定により、その小領域がノイズ領域であるか、関心領域であるかを識別することができる。なお、分割する小領域の大きさは任意に設定可能であるが、診断情報画像生成部１５２によって生成される診断情報画像の大きさと同じであることが望ましい。なお、閾値ＴＨｍ、ＴＨｖはたとえば、画像全体の平均輝度と分散の関数値として決めることができる。なお、閾値は、超音波診断装置１００のノイズレベル、診断対象となる部位、ユーザが設定する各パラメータ(ダイナミックレンジ、送信パワー等)によっても異なる。よって、超音波診断装置１００上で適切な値を調整しながら決めてもよい。

　上述の処理によれば、画像特徴量に基づいて、小領域の各々がノイズ領域であるか否かを判定できる。全ての小領域についてその判定を行うことにより、小領域の大きさに応じた精度で、体内組織に対応する画像が含まれる関心領域と、ノイズ領域とを識別できる。

　本実施例では、非関心領域としてノイズ領域を検出しているが、ノイズ領域以外にも非関心領域は存在する。そのような場合でも図８に示す方法以外の種々の方法を用いて非関心領域を検出することは可能である。例えば画像中の動きの多い部分は関心領域である可能性が高いので、フレーム相関による動き検出を用いて関心領域と非関心領域を識別する方法などが考えられる。

　また、たとえば頸動脈血管壁の内中膜厚を計測するというような、関心領域の形状や輝度パターンが予め特定されている場合には、画像解析部１５１は、パターンマッチングを用いて関心領域を検出し関心領域と非関心領域と区別してもよい。

　なお、本実施例においては断層画像（Ｂモード）について述べているが、本発明の範囲はＢモードに限られるものではなく、それ以外の代表的な超音波画像である、Ｍモード、ドプラモード等の画像についても同様に適用可能であることは言うまでもない。

　上述の実施形態においては、ユーザがユーザインタフェース１０６を利用して診断情報を入力するとした。しかしながら、「診断情報」は一例である。たとえば診断に関しない、非診断情報（たとえば被験者の氏名、断層画像の生成日時の情報）が入力されてもよい。さらに、診断情報または非診断情報は、ユーザインタフェース１０６を用いて入力される必要はなく、プロセッサ１５０が生成してもよい。たとえば、プロセッサ１５０が断層画像における組織の厚さを測定して表示してもよい。

　なお、図３に示すフローチャートを用いて説明した処理は、画像構築部１０５およびプロセッサ１５０によって実行されるコンピュータプログラムとして実現され得る。そのようなコンピュータプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に記録されて製品として市場に流通され、または、インターネット等の電気通信回線を通じて伝送される。なお、ハードウェアとして画像構築部１０５を設けるのではなく、コンピュータプログラムを実行するプロセッサ１５０によって画像構築部１０５の機能を実現してもよい。

　本発明に係る超音波診断装置では、被検体に関わる様々な診断情報を超音波画像の関心領域と重ならないように表示させることが可能であり、医療等の用途に有用である。

　１０１　プローブ
　１０２　ＡＤ変換器
　１０３　ビームフォーマ
　１０４　検波部
　１０５　画像構築部
　１０６　ユーザインタフェース
　１０７　モニタ
　１５０　プロセッサ
　１５１　画像解析部
　１５２　診断情報画像生成部
　１５３　画像合成部

Claims (7)

1. 　生体の組織へ超音波ビームを送信し、前記超音波ビームが前記生体の組織において反射する反射波を受信する超音波プローブと、
   　前記反射波に基づいて、前記組織の断層画像を示す第１画像の画像フレームを構築する画像構築部と、
   　前記画像フレームの画像特徴量に基づいて、前記画像フレーム中の、前記組織の断層画像を含む関心領域以外の非関心領域を識別する画像解析部と、
   　診断情報を表示するための第２画像を生成する情報生成部と、
   　前記画像解析部の識別結果に基づいて、前記第２画像の表示位置を決定し、前記第１画像の画像フレームおよび前記第２画像を重畳した合成画像を生成する画像合成部と、
   　前記合成画像を表示する表示部と
   　を備えた、超音波診断装置。
2. 　前記画像解析部は、前記画像フレームを複数の小領域に分割し、各小領域の輝度に基づいて前記各小領域の画像特徴量を算出する、請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 　前記画像解析部は、各小領域の輝度の平均値および分散値を算出し、前記平均値および前記分散値の各々が予め定められた閾値よりも小さいときは、前記小領域は非関心領域であると識別する、請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 　前記画像合成部は、前記画像解析部によって前記非関心領域であると識別された画像フレーム中の領域を、前記第２画像の表示位置として決定し、前記合成画像を生成する、請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 　表示された前記合成画像中の前記第２画像の表示位置の変更を、操作者が指示するためのユーザインタフェースをさらに備え、
   　操作者が前記ユーザインタフェースを利用して前記第２画像の表示位置を指示することにより、前記関心領域と前記第２画像とが重なるとき、前記画像合成部は、前記第２画像の表示位置を前記非関心領域上に強制的に変更する、請求項１に記載の超音波診断装置。
6. 　前記画像解析部は、前記非関心領域の識別を継続して行っており、
   　前記関心領域が前記画像フレーム内で移動することにより、前記第２画像と前記関心領域とが重なったときは、前記画像合成部は、前記第２画像の表示位置をその時点において非関心領域であると識別されている領域上に変更する、請求項１に記載の超音波診断装置。
7.  前記画像合成部は、前記第２画像と前記関心領域との画面上での距離に関する閾値を保持しており、
   　前記画像合成部は、前記表示部に表示された前記第２画像と前記関心領域との距離が前記閾値よりも小さくなる位置を、前記第２画像の表示位置として決定する、請求項１に記載の超音波診断装置。

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