WO2011013693A1 - 超音波診断装置とその関心領域設定方法 - Google Patents

超音波診断装置とその関心領域設定方法 Download PDF

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WO2011013693A1
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智章 長野
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株式会社 日立メディコ
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    • G06T2207/30004—Biomedical image processing
    • G06T2207/30101—Blood vessel; Artery; Vein; Vascular

Definitions

  • the present invention relates to a region of interest (Region Of Interest: ROI) for measuring the intima-media thickness (IMT) in an ultrasonic image of the carotid artery of a subject being imaged.
  • ROI region of interest
  • IMT intima-media thickness
  • IMT measurement is effective for finding arteriosclerosis in a subject.
  • a medical worker such as a doctor or a clinical laboratory technician (referred to as an ⁇ examiner '') obtains an ultrasonic image by contacting an ultrasonic probe with the subject's carotid artery, The process of setting ROI is necessary.
  • the examiner can also set the ROI manually. However, if the examiner has performed ROI setting work related to IMT measurement for all subjects, efficient image diagnosis cannot be performed.
  • Patent Document 1 discloses a ROI setting method related to IMT measurement.
  • the position near the ultrasonic probe is extracted from the position of the lumen as the front wall of the blood vessel from the position of the minimum luminance value as the lumen, and from the position of the lumen from the ultrasonic probe
  • An ROI setting method using a distant region as the posterior wall of the blood vessel has been proposed.
  • Patent Document 1 only proposes a process for setting ROI on the front wall and the rear wall of a blood vessel, and refers to a plurality of contour candidate points related to IMT measurement in the blood vessel, referring to ROI. There was an unresolved issue regarding the accuracy of the ROI setting related to IMT measurement.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of improving the accuracy of ROI setting related to IMT measurement, and a region of interest setting method thereof.
  • the present invention captures an ultrasonic image of a part including a carotid artery portion of a subject, scans the ultrasonic image, and based on the concentration degree of contour candidate points of the carotid artery A region of interest including the intima-media complex is set, and the thickness of the intima-media complex in the region of interest is measured.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention captures an ultrasonic image by transmitting / receiving ultrasonic waves to a site including the carotid artery portion of a subject, and the intima-media complex is detected from the ultrasonic image.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus having a thickness measurement unit for measuring a thickness, wherein the region of interest including the intima-media complex is scanned based on the concentration of candidate contour points of the carotid artery.
  • a region-of-interest setting unit set on the ultrasonic image is provided, and the thickness measuring unit measures the thickness of the intima-media complex based on a boundary in the set region of interest.
  • an ultrasonic image is captured by transmitting / receiving an ultrasonic wave to / from a part including the carotid artery portion of the subject, and the ultrasonic image is obtained by the thickness measuring unit.
  • a region-of-interest setting method of an ultrasonic diagnostic apparatus including a first step of measuring a thickness of an intima-media complex from a region, wherein the ultrasound image is scanned by a region-of-interest setting unit, and the contour candidate points of the carotid artery A region of interest including the intima-media complex based on the degree of concentration of the ultrasound image on the ultrasonic image, and the first step includes the region of interest set by the thickness measurement unit The thickness of the intima-media complex is measured based on the inner boundary.
  • ultrasound is transmitted to and received from a region including the carotid artery portion of the subject, an ultrasound image is captured, and the ultrasound image is scanned by a region-of-interest setting unit, and the contour candidate of the carotid artery
  • a region-of-interest setting unit In order to set ROI with reference to a plurality of contour candidate points (pixel points) to be concentrated by setting the region of interest including the intima-media complex on the ultrasound image based on the concentration degree of points, The accuracy of ROI setting can be improved.
  • the present invention has an effect of providing an ultrasonic diagnostic apparatus capable of improving the accuracy of ROI setting related to IMT measurement and a region of interest setting method thereof.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the figure explaining the feature of the brightness change of the carotid artery wall The figure explaining the luminance change on line 204 in FIG. 2A
  • the figure explaining the principle of ROI setting in Example 1 of the present invention 1 is a flowchart for explaining an operation example of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the figure explaining the example of a screen display of the ultrasonic diagnostic apparatus of Example 1 of this invention The figure explaining the principle of ROI setting in Example 2 of the present invention
  • the figure explaining the principle of ROI setting in Example 3 of the present invention The figure explaining the example different from FIG. 7 of Example 3 of this invention
  • Embodiment 1 of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied and a region of interest setting method thereof will be described below.
  • the same functional parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the first embodiment a case where the number of ROIs is one will be described as an example.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the function of “transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a region including the carotid artery portion of the subject to capture an ultrasonic image” is the function of the ultrasonic probe 3, the ultrasonic signal transmitting / receiving unit 4, and the ultrasonic wave.
  • the signal generator 5 and the ultrasonic image generator 6 are in charge.
  • the function of “scanning the ultrasound image by the region of interest setting unit and setting the region of interest including the intima-media complex based on the degree of concentration of the contour candidate points of the carotid artery on the ultrasound image” The ROI candidate point detection unit 8, the ROI candidate point storage unit 9, and the ROI calculation unit 10 are responsible.
  • the function of “measuring the thickness (IMT) of the intima-media complex from the ultrasonic image by the thickness measurement unit” is performed by the intima-media complex boundary extraction unit 11 and the IMT calculation unit 12. ing.
  • an input unit 14 for setting an ultrasonic imaging condition or the like by an examiner, and imaging of an ultrasonic image or IMT by setting input to the input unit 14 It has a control unit 15 that executes a program for measurement, and an output / display unit 13 that displays and outputs measurement results such as the ultrasonic image and the IMT.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 1 includes an ultrasonic probe 3, an ultrasonic signal transmission / reception unit 4, an ultrasonic signal generation unit 5, an ultrasonic image generation unit 6, a biological signal detection unit 7, and ROI candidate point detection.
  • Unit 8 ROI candidate point storage unit 9, ROI calculation unit 10, intima-media complex boundary extraction unit 11, IMT calculation unit 12, output / display unit 13, input unit 14, and control unit 15 and.
  • the ultrasonic probe 3 is an instrument that transmits and receives ultrasonic waves from a transducer to a target tissue of a subject.
  • the types of the ultrasound probe 3 are mainly classified by the scanning method, and include a linear type, a convex type, a sector type, and the like.
  • the ultrasonic probe 3 may be simply referred to as a probe.
  • the ultrasonic signal transmitting / receiving unit 4 transmits an ultrasonic signal to the ultrasonic probe 3 and receives a reflected echo signal from the subject via the ultrasonic probe 3.
  • the ultrasonic signal generation unit 5 processes the reflected echo signal from the ultrasonic signal transmission / reception unit 4 through a phasing circuit and an amplification circuit according to the imaging setting of the apparatus, and obtains a shaped ultrasonic signal.
  • the ultrasonic image generation unit 6 generates an ultrasonic image from the signal input from the ultrasonic signal generation unit 5 based on the imaging setting of the apparatus.
  • the biological signal detection unit 7 detects a biological signal of the subject 2 and converts it into signal data.
  • the biological signal include ECG (Electro Cardio Card Gram) and PCG (Phono Cardio Card Gram). In the present embodiment, ECG will be described.
  • the ROI candidate point detection unit 8 detects an ROI candidate point on the ultrasonic image generated by the ultrasonic image generation unit 6 using the ROI candidate point storage unit 9.
  • the ROI candidate point storage unit 9 stores candidate points for extracting features of signals at positions suitable for IMT measurement, and operates the ROI candidate point detection unit 8 based on these candidate points.
  • the ROI calculation unit 10 calculates the position and size of the ROI from the ROI candidate point group detected by the ROI candidate point detection unit 8.
  • the ultrasound probe 3, the ultrasound signal transmission / reception unit 4, the ultrasound signal generation unit 5, and the ultrasound image generation unit 6 transmit and receive ultrasound to and from the site including the carotid artery of the subject. Image.
  • the intima-media complex boundary extraction unit 11 and the IMT calculation unit 12 measure the thickness of the intima-media complex from the ultrasound image.
  • the ROI candidate point detection unit 8, the ROI candidate point storage unit 9, and the ROI calculation unit 10 scan the ultrasonic image and include the intima-media complex based on the degree of concentration of the contour candidate points of the carotid artery The position of is calculated.
  • the intima-media complex boundary extraction unit 11 and the IMT calculation unit 12 perform the carotid artery boundary extraction processing within the region of interest where the position is calculated, and from the boundary, the intima-media complex Measure the thickness.
  • FIG. 2A The explanation of the principle from the detection of ROI candidate points to the calculation of the position and size of the ROI uses FIGS. 2A, 2B, and 3.
  • FIG. 2A The explanation of the principle from the detection of ROI candidate points to the calculation of the position and size of the ROI uses FIGS. 2A, 2B, and 3.
  • FIG. 2A is a diagram for explaining characteristics of luminance change of the carotid artery wall. Note that FIG. 2A is actually a B-mode image, but will be described using only contour lines.
  • the characteristic of the luminance change is that, for example, a B-mode image of an ultrasound image, the lumen 201, which is the blood flow part of the carotid artery, is depicted with low luminance, and the intima and intima of the intima on the outside of the carotid artery
  • the middle membrane complex 203 is arranged, and has a first characteristic of luminance change that is depicted with higher luminance than the blood flow portion.
  • the outer membrane 202 is disposed outside the intima-media complex 203 in the carotid artery, and has a higher brightness than the intima-media complex 203 than the intima-media complex 203. There is a characteristic of the second luminance change that is drawn.
  • FIG. 2B is a diagram for explaining the luminance change on the line 204 in FIG. 2A.
  • the lumen 201 of the carotid artery, the intima-media complex 203, and the outer membrane 202 are arranged in this order.
  • the luminance change Br of each region is indicated by two-level luminance changes as shown in the figure.
  • the luminance change on the left side of the drawing is shown as the first luminance change
  • the luminance change on the right side of the drawing is shown as the second luminance change
  • the characteristics of each luminance change are stored in the ROI candidate point storage unit 9.
  • Threshold value Th is provided for each first luminance change and second luminance change.
  • the threshold Th for the first luminance change and the second luminance change is set to the same value, but the threshold Th for the first luminance change and the second luminance change is arbitrarily set. Is possible.
  • FIG. 2B illustrates that the value of the first luminance change differential Dif and the threshold value Th are compared, and further the second luminance change differential Dif value and the threshold value Th are compared.
  • ROI candidate point data (candidate point data 301 in FIG. 3 to be described later) is used as a pixel value for which both the value of the differential Dif of the first luminance change and the value of the second Dif ).
  • the operation of detecting the ROI candidate point is not performed and only the luminance change is performed, so if there is a luminance change similar to the intima-media complex on the image, it may be erroneously recognized as ROI was there.
  • the ROI setting range is specified by the ROI candidate point data as shown in FIG. 2B, the risk of erroneous recognition of the known ROI setting is eliminated.
  • ROI candidate points are detected based on the characteristic of luminance change of the intima-media complex.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of ROI setting in the first embodiment of the present invention.
  • the candidate point data 301-1 is plotted on an ultrasound image depicting the carotid artery displayed in the image display area 502 on the screen.
  • a plurality of candidate point data 301-2 to 301-n are obtained in the same procedure, and the plurality of candidate point data 301-2 to 301-n are similarly plotted on the ultrasound image.
  • the coordinate points on the ultrasonic image of the plotted candidate point data 301-1 to 301-n are stored and can be read out in later processing.
  • a regression line 303 that passes through the maximum number of candidate point data 301-1 to 301-n is defined.
  • the starting point and ending point of the regression line 303 pass through the end points in the left-right direction of the distributed candidate point data 301-1 to 301-n. That is, the position where the regression line 303 exists is a position where the candidate point data 301-1 to 301-n are concentrated, and serves as an index of the degree of concentration.
  • the concentration index is defined by the distance between each coordinate point and the obtained distance length and threshold value.
  • the threshold value is obtained by, for example, an average value ⁇ and a standard deviation ⁇ that are zero.
  • the index of the degree of concentration is a value range in which ⁇ + ⁇ to + ⁇ + ⁇ (68%) is most concentrated (best value range), a range in which ⁇ 2 ⁇ + ⁇ to + 2 ⁇ + ⁇ (95%) is more concentrated (better value range), ⁇ 3 ⁇ + ⁇ to + 3 ⁇ + ⁇ (99%) is defined as the concentrated value range (good value range).
  • the best value range, the better value range, the good value range is a narrow range, a wider range than this narrow range, and a wider range than the wider range, it is only necessary to define a range of three levels, average value ⁇ and standard deviation ⁇ Not limited to.
  • the shape of the ROI 507 is a rectangle, and the position of the ROI 507 is, for example, the point 301C where the candidate point data 301-1 to 301-n are most concentrated on the regression line 303 is the center of the ROI 507.
  • the examiner can select one of the best value range, the better value range, and the good value range using the input unit 14 depending on the state of the image quality of the carotid artery image obtained from the subject.
  • the candidate point data 301C is calculated by comparing the coordinate values stored in the images of the candidate point data 301-1 to 301-n, and the closest approximate coordinate value based on the comparison result.
  • Candidate point data 301-1 to 301-n at the coordinate point closest to the coordinate value where there are many, that is, the concentrated coordinate values are set as candidate point data 301 C.
  • the position and size of the ROI 507 in the direction parallel to the regression line 303 are determined.
  • the position and size of the ROI 507 in the direction perpendicular to the regression line 303 are obtained by, for example, drawing a perpendicular line 304 of the regression line 303 in the direction passing the candidate point data 301C, and the candidate point data 301C passing the perpendicular line 304 and other candidates.
  • the maximum distance of the point data is obtained, and a function related to the obtained maximum distance (here, twice) is used.
  • the position and size of the ROI 507 are determined.
  • the example which uses a rectangle for the ROI shape of an intima-media complex is described in this embodiment, it may be an arbitrary shape as well as a rectangle.
  • the ROI size may be the standard deviation width of the coordinate values of the candidate point data 301-1 to 301-n in the direction of the regression line 303 and the direction perpendicular thereto.
  • the density distribution of the ROI candidate point group follows a certain two-dimensional distribution
  • this is estimated, and the center of the two-dimensional distribution is the center of the ROI, the spread is the size of the ROI, and the spread The direction may be the ROI slope.
  • the ROI candidate point storage unit 9 may be configured to adjust the sensitivity regarding the signal-to-noise ratio.
  • a threshold value is set for the luminance differential value or the lumen-side luminance dispersion value to adjust how much influence of noise or the like is allowed.
  • the threshold value for the luminance differential value is reduced, the influence on noise is allowed, and even if the intima-media complex is slightly unclear, it is detected.
  • the intima-media membrane complex extraction unit 11 is a process for extracting the intima-side boundary and the outer-membrane side boundary in the ROI.
  • the boundary extraction unit 12 extracts the lumen side boundary and the epicardial side boundary based on the position of the dividing line. For example, the boundary extraction unit 12 extracts the lumen-side boundary within a range limited to the lumen side from the lumen-side dividing line, and the epicardial boundary within a range limited to the epicardial side from the epicardial dividing line. Extract.
  • a boundary extraction method based on limited search, a boundary extraction method based on edge detection, a boundary extraction method based on region growing, a boundary extraction method based on a dynamic contour model, and the like are used.
  • the boundary extraction method based on the limited search is that the boundary extraction unit 12 performs boundary extraction by limiting the lumen side boundary of the intima-media region to the lumen side. For the outer membrane side boundary, boundary extraction is performed by limiting the range to the outer membrane side. The processing by the boundary extraction method is applied to all columns of ROI, and the boundary position is extracted. A set of these boundary positions is defined as a lumen side boundary and an epicardial side boundary.
  • the boundary extraction method based on edge detection is to calculate the contour of an object based on a change in image brightness.
  • the contour means a place where the brightness in the image changes abruptly, that is, a boundary of the object region.
  • the region growing method uses a threshold value and uses the fact that “the change in luminance is small within the region of the same tissue” and “the change in luminance occurs between different types of tissue” and captures the connected pixels from within the target region. This is a method of extracting the entire target region by performing expansion (or contraction).
  • the boundary extraction method based on the active contour model is image region extraction using a dynamic contour represented by a snake.
  • the feature of the boundary extraction method based on the active contour model is that it is resistant to noise and a smoothly continuous contour line can be obtained.
  • the IMT calculator 12 calculates the distance between the boundary line on the inner membrane 201 side and the boundary line on the outer membrane 202 side. The calculated value is the IMT. Further, the IMT calculator 12 calculates the average value, maximum value, minimum value, etc. of the IMT in the ROI.
  • the output / display unit 13 outputs the boundary line and the measurement value to a measurement report or displays them on the display area 502 of the screen of the ultrasonic diagnostic apparatus 1.
  • a specific example of the output / display unit 13 is an image display device such as a liquid crystal monitor or a CRT monitor.
  • the input unit 14 is a user interface for performing an initial setting for performing IMT measurement and a manual operation for correcting the position of the detected ROI by an examiner's operation.
  • Specific examples of the input unit 14 are a keyboard, a trackball, a mouse, a switch, and the like.
  • the control unit 15 controls the entire system. Specifically, the control unit 15 receives transmission / reception power and timing information, and controls the ultrasonic signal transmission / reception unit 4 so that a desired ultrasonic signal is obtained. Further, the control unit 15 generates a timing signal for operating the ROI candidate point detection unit 8 from the time phase of the biological signal output from the biological signal detection unit 7.
  • a specific example of the control unit 15 is a CPU or the like.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining an operation example of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a screen display example of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 The flowchart shown in FIG. 4 will be described with reference to the display example of FIG. 5, so that the display areas and display items from 501 to 515 in FIG. 5 will be described.
  • Reference numeral 502 denotes an image display area on the display screen 501, in which an ultrasonic image of the carotid artery is displayed.
  • Reference numeral 503 denotes an IMT value display area, which displays the average, maximum, minimum, left end, center, right end, average of three points (left end, center, right end), etc., as numerical values.
  • Reference numeral 504 denotes an ROI detection status display area which displays good (Good), bad (Bad), and the like.
  • 505 is the ROI detection sensitivity display area.
  • the sensitivity is set to high (High), or the arteriosclerosis has progressed in the neck.
  • the inner lumen of the artery or the outer region of the blood vessel wall is unclear, it is set to Middle.
  • Reference numeral 506 denotes an ROI detection timing display area. In FIG. 5, “all frames” is selected.
  • 507 indicates ROI
  • 508 indicates a lumen-side boundary line
  • 509 indicates an outer membrane-side boundary line.
  • 510 shows a time course curve of IMT value
  • 511 shows a time course curve of ECG
  • 512 shows a time phase marker for selecting a time phase with ECG.
  • Reference numeral 513 denotes a display area for the number of ROIs. In the example of FIG. 5, the number of ROIs is set to one.
  • the examiner contacts the neck of the subject 2 with the ultrasonic probe 3, and the carotid artery Take an ultrasound image.
  • the ultrasonic image is displayed in the image display area 502 (S101).
  • the examiner sets the ROI detection sensitivity, number, and update timing using the input unit 14.
  • the ROI detection sensitivity, number, and update timing are displayed in the display areas 505, 506, and 513. "High” is displayed in the display area 505, “1” is displayed in the display area 506, and “All frames” is displayed in the display area 513. It is displayed (S102).
  • the control unit 15 causes the ultrasonic image generation unit 6 to acquire a frame image at the update timing (here, “all frames”) set in S102 (S103).
  • the control unit 15 causes the ROI candidate point detection unit 8 to detect the ROI candidate point of the ultrasonic image acquired in S103 (S104). Specifically, the ROI candidate point detector 8 scans the pixel points of the ultrasonic image in the direction 302 as shown in FIG. 3, and a plurality of candidate point data 301-1 plotted on the ultrasonic image. Search for a partial region of the ultrasound image in which ⁇ 301-n is unevenly distributed. As a result of the search, the degree (concentration degree) at which the candidate point data 301-1 to 301-n are concentrated in a partial region of the ultrasonic image is examined.
  • the control unit 15 causes the position and size of the ROI 507 to be set from the ROI candidate points detected in S104 (S105). Specifically, the position and size of the ROI 507 in the direction parallel to the direction parallel to the regression line 303 described in FIG. 3 are set.
  • the control unit 15 superimposes and displays the ROI 507 set in S105 on the ultrasonic image of the carotid artery displayed in the image display area 502 in the display screen 501 of the output / display unit 13 (S106).
  • the control unit 15 determines whether or not the ROI 507 set in S105 is set appropriately. For example, if the reference number of ROI candidate points is 100, when ROI candidate points that are out of the numerical range of plus or minus 10% are actually measured, the condition that, for example, less than 89 and more than 111 is determined as ROI detection failure. .
  • the calculated ROI center position, spread, and inclination reference values are used for the determination. Whether or not the ROI is set appropriately is expressed by color-coding the frame line of the ROI 507. For example, when the ROI detection result is good, the color of the frame line of ROI 507 is green, and when it is bad, the color of the frame line of ROI 507 is red.
  • the ROI 507 detection result may be digitized using numerical values of the center position, spread, and angle of the ROI 507, and the frame color of the ROI 507 may be continuously changed from green to red according to the numerical value.
  • the ROI507 border is a solid line, and if it is bad, the ROI507 border is a dotted line, or the border blinks. May be. This makes it easy to visually check the ROI detection state. Further, the detection state (information such as good or bad) can be displayed on the ROI detection state display 504 on the display screen 501 (S107).
  • the control unit 15 causes the intima-media complex boundary extraction unit 11 to perform the boundary extraction process of the intima-media complex for the pixels included in the ROI 507 determined to be appropriate in S107 (S108).
  • the control unit 15 causes the IMT calculation unit 12 to perform the IMT value from the boundary of the intima-media complex extracted in S108 (S109).
  • the control unit 15 displays the IMT value calculated in S109 as a numerical value in the IMT value display area 503 in the display screen 501 of the output / display unit 13.
  • control unit 15 displays the IMT value calculated in S109 on the display / screen 501 of the output / display unit 13 as an IMT value time lapse curve 510 (S110).
  • the examiner uses the input unit 14 to input whether or not IMT measurement is completed.
  • the control unit 15 receives the success / failure of the end of the IMT measurement input to the input unit 14 and ends the program if the IMT measurement ends, and performs the process of S103 if the IMT measurement has not ended (S111).
  • control unit 15 changes the display mode and other display items such as changing the color and line type of the ROI frame, and also displays the ROI detection status display area 504. “Bad” is displayed as a warning (S112).
  • the control unit 15 determines that the ROI detection status display area 504 is “Bad” and the image is observed by the examiner, the ROI position may be finely adjusted to shift to IMT calculation. In some cases, the examiner may need to reset ROI detection sensitivity, number, and update timing using the input unit 14.
  • control unit 15 determines whether or not to freeze acquisition of an ultrasonic image. If the result of the determination is that the position and size of the ROI are frozen and the ROI is finely adjusted, the process proceeds to S114. If reset input to the carotid artery image is required, the process proceeds to S115 (S113).
  • the examiner finely adjusts the position and size of the ROI using the input unit 14, and proceeds to S108 (S114).
  • the examiner resets the detection sensitivity, the number, and the update timing of the ROI using the input unit 14 (S115), and performs the process of S103.
  • the ROI is set with reference to contour candidate points, that is, a plurality of pixel points, so that the accuracy of ROI setting can be improved. Further, as a specific effect of the present embodiment, even if it is determined that the ROI setting is poor, the ROI can be finely adjusted by the input setting of the examiner, so that the operability improvement of the ROI setting can be expected.
  • Example 2 a case where there are a plurality of ROIs will be described as an example. Since the configuration and operation of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted, and only differences from the first embodiment will be described.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of ROI setting in the second embodiment of the present invention.
  • the candidate point data 603 is plotted on an ultrasonic image depicting the carotid artery displayed in the image display area 502 of the screen.
  • a plurality of candidate point data 603 is obtained in the same procedure, and the plurality of candidate point data 603 is similarly plotted on the ultrasound image. Coordinate points on the ultrasonic image of the plotted candidate point data 603 are stored and can be read out in later processing.
  • control unit 15 scans the pixel points of the ultrasonic image in the direction of 602 and searches for an area where a plurality of candidate point data 603 plotted on the ultrasonic image is unevenly distributed.
  • the control unit 15 performs extraction processing of the carotid artery blood vessel wall contour 601 and stores the position of the blood vessel wall contour 601 on the ultrasonic image. Then, the control unit 15 calculates and outputs, as ROI 604 and ROI 605, fragments that are detected by a predetermined number (5 in this embodiment) of candidate point data 603 in the stored blood vessel wall contour 601. As described above, the position and size of the ROI 604 and ROI 605 in the direction along the contour 601 are determined. As another method, when the contour 601 is not extracted, the ROI is calculated in the same manner as in the first embodiment by calculating the regression line of the candidate point data 603 included in the fragments in which the candidate point data 603 is detected by a predetermined number or more. Set.
  • control unit 15 draws a vertical line at the midpoint of each of the ROI 604 and ROI 605 in the direction along the contour 601, for example, the position and size of the contour 601 and the ROI 604 and ROI 605 in the normal direction.
  • the maximum distance between the candidate point data passing through is obtained, and an integral multiple (here, twice) of the obtained maximum distance is further obtained.
  • the contour 601 and the normal direction are also determined, the positions and sizes of the ROI 604 and ROI 605 are determined.
  • the IMT value may be calculated with a plurality of ROIs, or the average value of the IMT values of a plurality of ROIs may be calculated.
  • the IMT value and the ultrasonic image are displayed and output on the output / display unit 13 as in the first embodiment.
  • the area 606 that is not recognized as ROI between ROI 604 and ROI 605 can be distinguished from other ROI and non-ROI areas by changing the display mode such as changing the color and gradation of other areas. It becomes easy.
  • the examiner observes the ROI 604, the ROI 605, and the region 606, and determines that it is appropriate to make one ROI 507 as shown in the first embodiment. If it can be determined as appropriate, the examiner inputs an instruction to aggregate the ROI 604, ROI 605, and area 606 into one ROI 507 as in the ROI 507 of the first embodiment.
  • the control unit 15 receives an input of an instruction for making one ROI, aggregates the ROI 604, the ROI 605, and the region 606, and generates one ROI like the ROI 507 of the first embodiment.
  • the ROI is set with reference to contour candidate points, that is, a plurality of pixel points, so that the accuracy of ROI setting can be improved.
  • the unique effect of this example is that even if the intima-media complex is drawn discontinuously, by setting multiple ROIs, only the position where the boundary can be extracted is extracted and the measured value is calculated can do.
  • the boundary extraction system is improved and the measurement accuracy of the IMT value is also improved.
  • Example 1 can be expected after integration into one ROI.
  • Example 3 an example will be described in which the ROI setting performed on the blood vessel wall of the carotid artery closer to the probe (one side) is reflected in the ROI setting of the blood vessel wall farther than the probe (the other side).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the principle of ROI setting in the third embodiment of the present invention.
  • data processing is performed on the outer wall portion on the lower side of the drawing in the same manner as in FIG.
  • data processing is performed as follows for the outer wall portion of the outer wall portion on the other side of the carotid artery.
  • Candidate point data 702 is plotted on an ultrasound image depicting the carotid artery displayed in the image display area 502 of the screen. A plurality of candidate point data 702 are obtained in the same procedure, and the plurality of candidate point data 702 are similarly plotted on the ultrasound image. The coordinate points on the ultrasonic image of the plotted candidate point data 702 are stored and can be read out in later processing.
  • the pixel points of the ultrasonic image are scanned in the direction 701 to search a partial region of the ultrasonic image in which a plurality of candidate point data 702 plotted on the ultrasonic image is unevenly distributed.
  • the degree (concentration degree) at which the candidate point data 702 is concentrated on a partial area of the ultrasonic image is examined.
  • a regression line 703 that passes through the maximum number of candidate point data 702 is defined.
  • the start point and end point of the regression line 703 are end points in the left-right direction of the distributed candidate point data 702. That is, the position where the regression line 703 exists is the position where the candidate point data 702 is concentrated, and serves as an index of the degree of concentration.
  • the ROI 707 has a rectangular shape, and the position and size of the ROI 707 are determined on the regression line 703 as described in the first embodiment.
  • the position and size of the ROI of one outer wall portion and the other outer wall portion of the carotid artery can be set.
  • the position and size of the ROI of one outer wall portion and the other outer wall portion of the carotid artery are different, the position and size of the other ROI are matched with the position and size of one ROI.
  • the area ratio between the area of one ROI and the area of the other ROI is obtained, and if the area ratio is within ⁇ 10%, the IMT value is calculated as usual from the one ROI and the other ROI.
  • the area ratio is outside the range of plus or minus 10%, recalculate the ROI by adjusting one ROI to the area of the other ROI, and calculate the IMT value from each recalculated ROI.
  • the IMT value is calculated as usual.
  • the area of the other ROI is less than 180 square centimeters or exceeds 220 square centimeters, adjust the ROI area so that the area of the other ROI is 180 to 220 square centimeters.
  • selection according to any ROI can be executed by the input to the input unit 14 by the examiner and the control unit 15 that has received the input.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example different from FIG. 7 of Example 3 of the present invention.
  • the frame line of ROI 507 set in the outer wall portion below the carotid artery in the drawing is copied to the frame line of ROI 807 in the outer wall portion above the carotid artery in the drawing.
  • the contour of the outer wall portion above the carotid artery is extracted in advance, and the frame line of ROI 807 moves on the contour of the outer wall portion above the carotid artery. If the contour is not extracted, it may be moved manually using the input unit 14.
  • the ROI is set with reference to contour candidate points, that is, a plurality of pixel points, so that the accuracy of ROI setting can be improved.
  • the unique effect of this embodiment is that the ROI of the outer wall portion below the carotid artery in the drawing and the outer wall portion above the drawing can be set at the same time.
  • Example 4 the configuration and operation of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 for explaining an example in which the maximum value or the minimum value of the IMT measurement value is displayed in association with the set ROI is the same as in Example 1. Omitted and only differences from the first embodiment will be described.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a screen display example of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 illustrates only the reference numerals other than those described in FIG.
  • 901 is the minimum value of IMT at ROI507
  • 902 is the maximum value of IMT at ROI507
  • 903 is the minimum value of IMT time course curve
  • 904 is the maximum value of IMT time course curve.
  • IMT maximum value 902 is indicated by ⁇
  • IMT minimum value 901 is indicated by ⁇
  • maximum value 904 of IMT time lapse curve is indicated by ⁇
  • minimum value 903 of IMT time lapse curve is indicated by ⁇ .
  • the color or shape is not limited as long as it indicates the position of the maximum value / minimum value.
  • the triangle may be made to stand out by coloring it in red. This makes it easy to visually confirm the maximum and minimum positions of the IMT and their abnormalities.
  • the ROI is set with reference to contour candidate points, that is, a plurality of pixel points, so that the accuracy of ROI setting can be improved.
  • the unique effect of the present embodiment is that it is easy to visually confirm the position of the maximum and minimum values of IMT and its abnormality, so that improvement of the diagnostic ability of the examiner can be expected.
  • 1 ultrasonic diagnostic device 2 subject, 3 ultrasonic probe, 4 ultrasonic signal transmitter / receiver, 5 ultrasonic signal generator, 6 ultrasonic image generator, 7 biological signal detector, 8 ROI candidate point detection Unit, 9 ROI candidate point storage unit, 10 ROI calculation unit, 11 intima-media complex boundary extraction unit, 12 IMT calculation unit, 13 output / display unit, 14 input unit, 15 control unit

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Abstract

　本発明の超音波診断装置は、被検者の頸動脈部を含む部位に対し超音波を送受信して超音波画像を撮像し、該超音波画像から内膜中膜複合体の厚さを計測する厚さ計測部を有する超音波診断装置であって、前記超音波画像を走査し前記頸動脈の輪郭候補点の集中度に基づき前記内膜中膜複合体を含む関心領域を前記超音波画像上に設定する関心領域設定部を備え、前記厚さ計測部は、前記設定された関心領域中の境界に基づいて前記内膜中膜複合体の厚さを計測する。

Description

超音波診断装置とその関心領域設定方法
　本発明は、撮像された被検者の頸動脈の超音波画像内で、内膜中膜複合体厚(Intima Media Thickness: IMT)を計測するための注目する関心領域(Region Of Interest: ROI)を設定してIMT値を計測するようにした超音波診断装置とその関心領域設定方法に関する。
　IMT計測は、被検者の動脈硬化の発見に有効であることが知られている。IMT計測には、医師や臨床検査技師などの医療従事者(「検者」という)が被検者の頸動脈部に超音波探触子を当接して超音波画像を得、超音波画像上にROIを設定する過程が必要である。
　検者は手動によってもROIの設定が可能である。しかし、IMT計測に係るROIの設定作業を、検者が全ての被検者に対して行っていたのでは効率的な画像診断ができない。
　そこで、特許文献1では、IMT計測に係るROI設定方法が開示されている。特許文献1には、輝度の最小値の位置を内腔として、内腔の位置から超音波探触子に近い領域を血管の前壁として抽出し、内腔の位置から超音波探触子より遠い領域を血管の後壁とするROI設定方法が提案されている。
特開2007-283035号公報
　しかしながら、特許文献1には血管の前壁と後壁にROIを設定する処理が提案されているに過ぎず、血管中のIMT計測に係る複数の輪郭の候補点に対応して参照してROIを設定する点について配慮されていなかったため、IMT計測に係るROI設定の精度について未解決の課題があった。
　本発明は、IMT計測に係るROI設定の精度向上が可能な超音波診断装置とその関心領域設定方法を提供することを課題とする。
　上記の課題を解決するために、本発明は、被検者の頸動脈部を含む部位の超音波画像を撮像し、前記超音波画像を走査し前記頸動脈の輪郭候補点の集中度に基づき前記内膜中膜複合体を含む関心領域を設定し、前記関心領域中の内膜中膜複合体の厚さを計測する。
　具体的に、本発明の超音波診断装置は、被検者の頸動脈部を含む部位に対し超音波を送受信して超音波画像を撮像し、該超音波画像から内膜中膜複合体の厚さを計測する厚さ計測部を有する超音波診断装置であって、前記超音波画像を走査し前記頸動脈の輪郭候補点の集中度に基づき前記内膜中膜複合体を含む関心領域を前記超音波画像上に設定する関心領域設定部を備え、前記厚さ計測部は、前記設定された関心領域中の境界に基づいて前記内膜中膜複合体の厚さを計測することを特徴とする。
　また、本発明の超音波診断装置の関心領域設定方法は、被検者の頸動脈部を含む部位に対し超音波を送受信して超音波画像を撮像し、厚さ計測部によって該超音波画像から内膜中膜複合体の厚さを計測する第1ステップを含む超音波診断装置の関心領域設定方法であって、関心領域設定部によって前記超音波画像を走査し前記頸動脈の輪郭候補点の集中度に基づき前記内膜中膜複合体を含む関心領域を前記超音波画像上に設定する第2ステップとを備え、前記第1ステップは、前記厚さ計測部により前記設定された関心領域中の境界に基づいて前記内膜中膜複合体の厚さを計測することを特徴とする。
　本発明の上記構成において、被検者の頸動脈部を含む部位に対し超音波を送受信して超音波画像を撮像し、関心領域設定部により前記超音波画像を走査し前記頸動脈の輪郭候補点の集中度に基づき前記内膜中膜複合体を含む関心領域を前記超音波画像上に設定することにより、集中する複数の輪郭候補点(画素点)を参照してROIを設定するため、ROI設定の精度向上が可能となる。
　本発明は、IMT計測に係るROI設定の精度向上が可能な超音波診断装置とその関心領域設定方法を提供するという効果を奏する。
本発明の実施例1の超音波診断装置の構成例を示すブロック図 頸動脈壁の輝度変化の特徴を説明する図 図2Aの線204上の輝度変化を説明する図 本発明の実施例1でのROI設定の原理を説明する図 本発明の実施例1の超音波診断装置の動作例を説明するフローチャート 本発明の実施例1の超音波診断装置の画面表示例を説明する図 本発明の実施例2でのROI設定の原理を説明する図 本発明の実施例3でのROI設定の原理を説明する図 本発明の実施例3の図7と異なる例を説明する図 本発明の実施例4の超音波診断装置の画面表示例を説明する図
　以下、本発明を適用してなる超音波診断装置とその関心領域設定方法の実施例1を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。実施例1ではROIの数が1つである場合を例示して説明する。
　図1は、本発明の実施例1の超音波診断装置の概略を示すブロック図である。
　実施例1では、「被検者の頸動脈部を含む部位に対し超音波を送受信して超音波画像を撮像」する機能は、超音波探触子3と超音波信号送受信部4と超音波信号生成部5と超音波画像生成部6が担っている。
　また、「関心領域設定部により前記超音波画像を走査し前記頸動脈の輪郭候補点の集中度に基づき前記内膜中膜複合体を含む関心領域を前記超音波画像上に設定」する機能は、ROI候補点検出部8とROI候補点記憶部9とROI算出部10が担っている。
　また、「厚さ計測部により該超音波画像から内膜中膜複合体の厚さ(IMT)を計測」する機能は、内膜中膜複合体境界抽出部11とIMT算出部12とが担っている。
　また、各機能が相互に協働するためには、検者による超音波撮像条件等の設定を行う機能の入力部14と、入力部14に入力された設定により超音波画像の撮像やIMTの計測のためのプログラムを実行する制御部15と、前記超音波画像や前記IMTなどの計測結果を表示出力する出力・表示部13とを有している。
　次に、実施例1の超音波診断装置1の構成について各機能の詳細について説明する。
　超音波診断装置1は、超音波探触子3と、超音波信号送受信部4と、超音波信号生成部5と、超音波画像生成部6と、生体信号検出部7と、ROI候補点検出部8と、ROI候補点記憶部9と、ROI算出部10と、内膜中膜複合体境界抽出部11と、IMT算出部12と、出力・表示部13と、入力部14と、制御部15と、を備える。
　超音波探触子3は、振動子から被検者の対象組織へ超音波を送信し受信する器具である。超音波探触子3の種類は、主に走査方法で分類され、リニア型、コンベックス型、セクタ型等がある。超音波探触子3は、単に探触子という場合もある。
　超音波信号送受信部4は、超音波探触子3に超音波信号を送信し、超音波探触子3を介して被検者から反射エコー信号を受信する。
　超音波信号生成部5は、超音波信号送受信部4からの反射エコー信号を、整相回路や増幅回路を通して、装置の撮像設定に従って信号処理し、整形された超音波信号を得る。
　超音波画像生成部6は、超音波信号生成部5から入力された信号から、装置の撮像設定に基づいて超音波画像を生成する。
　生体信号検出部7は、被検体2の生体信号を検出して信号データに変換するものである。生体信号とは、ECG(Electro Cardio Gram)やPCG(Phono Cardio Gram)が例として挙げられるが、本実施形態では、ECGで説明する。
　ROI候補点検出部8は、超音波画像生成部6によって生成された超音波画像上にROI候補点記憶部9を用いてROIの候補点を検出する。
　ROI候補点記憶部9は、IMT計測に適した位置の信号の特徴を抽出するための候補点が記憶されており、これらの候補点を元にROI候補点検出部8を動作させる。
　ROI算出部10は、ROI候補点検出部8により検出されたROI候補点群からROIの位置と大きさを算出する。
　超音波探触子3と超音波信号送受信部4と超音波信号生成部5と超音波画像生成部6は、被検者の頸動脈部を含む部位に対し超音波を送受信して超音波画像を撮像する。
　内膜中膜複合体境界抽出部11とIMT算出部12は、超音波画像から内膜中膜複合体の厚さを計測する。
　ROI候補点検出部8とROI候補点記憶部9とROI算出部10は、前記超音波画像を走査し前記頸動脈の輪郭候補点の集中度に基づき前記内膜中膜複合体を含む関心領域の位置を算出する。
　さらに、内膜中膜複合体境界抽出部11とIMT算出部12は、前記位置が算出された関心領域内について前記頸動脈の境界抽出処理を行い、前記境界から前記内膜中膜複合体の厚さを計測する。
　ROI候補点の検出からROIの位置と大きさの算出までの原理の説明は、図2A、図2B、図3を用いる。
　まず、ROI候補点の検出の工程ついて図2Aを用いて説明する。
　図2Aは、頸動脈壁の輝度変化の特徴を説明する図である。なお、図2Aは実際にはBモード像となるが、輪郭線のみを用いて説明することとする。
　輝度変化の特徴は、超音波画像のBモード像を例とすると、頸動脈部の血流部分である内腔201が低輝度で描出され、頸動脈の外側に内膜、中膜の内膜中膜複合体203が配置されており血流部分よりは高輝度で描出されるという第1の輝度変化の特徴がある。
　次に、頸動脈部の内膜中膜複合体203の外側には、外膜202が配置されており、内膜中膜複合体203よりは内膜中膜複合体203よりはさらに高輝度で描出されるという第2の輝度変化の特徴がある。
　次に、第1の輝度変化の特徴と第2の輝度変化の特徴を線204の部分のプロファイルで分析する例について図2Bを用いて説明する。
　図2Bは、図2Aの線204上の輝度変化を説明する図である。
　図2Bでは、図面左上より、頸動脈部の内腔201、内膜中膜複合体203、外膜202の順で配置されている。それぞれの領域の輝度変化Brは図示されるような2段階の輝度変化で示される。
　つまり、図面左側の輝度変化が第1の輝度変化として、図面右側の輝度変化が第2の輝度変化としてそれぞれ示され、各輝度変化の特徴がROI候補点記憶部9に記憶されている。
　しきい値Thは、第1の輝度変化、第2の輝度変化毎に設けられる。図2Bでは、第1の輝度変化、第2の輝度変化でのしきい値Thを同じ値に設定するが、第1の輝度変化、第2の輝度変化でのしきい値Thは任意に設定可能である。
　図2Bでは、第1の輝度変化の微分Difの値としきい値Thが比較され、さらに第2の輝度変化の微分Difの値としきい値Thが比較されることを例示する。第1の輝度変化の微分Difの値と第2の輝度変化の微分Difの値が共にしきい値Th以上となる画素値をROIの候補点データ(後で説明する図3の候補点データ301)とする。
　なお、第1の輝度変化あるいは第2の輝度変化の一方を用いて検出できる場合には、第1の輝度変化あるいは第2の輝度変化の一方のみを用いてもよい。
　公知のROI設定では、ROI候補点の検出という操作が行われずに輝度変化のみで行われるため、内膜中膜複合体に類似した輝度変化が画像上に存在すればROIとして誤認識されるおそれがあった。しかし、図2Bのように、ROI設定の範囲をROIの候補点データで特定すれば、公知のROI設定の誤認識のおそれが解消される。
　以上説明した工程で内膜中膜複合体の輝度変化の特徴に基づいたROI候補点の検出がなされる。
　次に、ROIの位置と大きさの算出の工程について図3を用いて説明する。
　図3は本発明の実施例1でのROI設定の原理を説明する図である。
　まず、候補点データ301-1は画面の画像表示領域502に表示される頸動脈が描出された超音波画像上にプロットされる。そして、候補点データ301-2～301-nは同様の手順で複数求められ、複数の候補点データ301-2～301-nは超音波画像上に同様にプロットされる。プロットされた候補点データ301-1～301-nの超音波画像上の座標点は記憶され、後の処理で読み出せるようになっている。
　次に、例えば超音波画像の画素点を302の方向に走査して、超音波画像上にプロットされた複数の候補点データ301-1～301-nが偏在する超音波画像の一部領域を探索する。探索した結果、候補点データ301-1～301-nが超音波画像の一部領域に集中する度合い(集中度)を調べる。
　例えば、集中度を求めるプロセスは、まず、候補点データ301-1～301-nの最大数を通る回帰直線303を定義する。回帰直線303の開始点と終了点は分布する候補点データ301-1～301-nの左右方向の端点を通過する。つまり、回帰直線303が存在する位置が候補点データ301-1～301-nの集中している位置であり、集中度の指標となる。
　ここで、集中度の指標は、候補点データの2次元の座標点(xi,yj)が複数存在するとき、各座標点間の距離を求め、求められた距離の長短としきい値により定義する。
　また、しきい値は例えば零とする平均値μと標準偏差σで求められる。つまり、集中度の指標は、-σ＋μ乃至＋σ＋μ(68％)を最も集中する値域(ベスト値域)、-2σ＋μ乃至＋2σ＋μ(95％)をより集中している値域(ベター値域)、-3σ＋μ乃至＋3σ＋μ(99％)を集中している値域(グッド値域)とそれぞれ定義する。なお、ベスト値域、ベター値域、グッド値域は狭い値域、この狭い値域より広い値域、より広い値域よりさらに広い値域というように3段階の値域の定義がされればよく、平均値μと標準偏差σに限られない。
　そして、ROI507の形状を長方形とし、ROI507の位置は、例えば、回帰直線303上で候補点データ301-1～301-nが最も集中する点301CをROI507の中心とする。点301Cは、被検者から得られる頚動脈画像の画質などの状態によって、ベスト値域、ベター値域、グッド値域の何れかを入力部14を用いて検者が選択することができる。
　また、回帰直線303上にプロットされる候補点データ301-1～301-nの最も左の点301L及び最も右の点301RをROI507の端部とする。
　なお、候補点データ301Cの算出法は、候補点データ301-1～301-nの画像上の座標が記憶されているそれぞれの座標値を比較し、比較された結果に基づき最も近似する座標値が多い、即ち集中する座標値に最も近い座標点にある候補点データ301-1～301-nを候補点データ301Cとする。以上により、回帰直線303に平行な方向のROI507の位置と大きさは決定する。
　次に、回帰直線303に垂直な方向のROI507の位置と大きさは、例えば、候補点データ301Cを通る方向に回帰直線303の垂線304を引き、垂線304を通る候補点データ301Cと他の候補点データの最大距離を求め、求めた最大距離に係る関数(ここでは2倍)とする。以上により、回帰直線303に垂直な方向も決定するので、ROI507の位置と大きさが決定される。
なお、内膜中膜複合体のROI形状は本実施例では長方形が用いる例を説明しているが、長方形だけでなく任意の形状でもよい。
　また、ROIの大きさは、回帰直線303の方向とこれに垂直な方向への候補点データ301-1～301-nの座標値の標準偏差の幅としてもよい。
　また、別の方法としては、ROI候補点群の密度分布がある2次元分布に従うと仮定し、これを推定して、2次元分布の中心をROIの中心、広がりをROIの大きさ、広がりの方向をROIの傾きとしてもよい。
　ROI候補点記憶部9では、信号ノイズ比に関する感度を調整できるようにしてもよい。例えば、前記輝度微分値や内腔側輝度分散値にしきい値を設定して、ノイズ等の影響をどの程度許容するか調整する。調整の具体例は、輝度微分値に対するしきい値を小さくすれば、ノイズに対する影響を許容し、内膜中膜複合体がやや不明瞭でも検出する。
　また、内腔側輝度分散値に対するしきい値を下げれば、内腔側ノイズが大きい場合でも検出する。この設定は、検者が入力部14を用いて設定する。
　内膜中膜複合体抽出部11は、ROI内での内膜側境界と外膜側境界を抽出する処理である。境界抽出部12は、分割線の位置に基づいて、内腔側境界と外膜側境界を抽出する。例えば、境界抽出部12は、内腔側分割線から内腔側に限定した範囲で内腔側境界を抽出すると共に、外膜側分割線から外膜側に限定した範囲で外膜側境界を抽出する。境界抽出方法の種類は、限定探索に基づく境界抽出方法、エッジ検出に基づく境界抽出方法、リージョングローイングに基づく境界抽出方法、動的輪郭モデルに基づく境界抽出方法などを利用する。
　限定探索に基づく境界抽出方法とは、境界抽出部12は内膜中膜領域の内腔側境界を内腔側に範囲を限定して境界抽出を行う。また、外膜側境界については、外膜側に範囲を限定して境界抽出を行う。境界抽出方法による処理はROIの全列に適用され、境界位置を抽出する。これらの境界位置の集合を内腔側境界および外膜側境界とする。
　エッジ検出に基づく境界抽出方法とは、画像の明るさの変化によりオブジェクトの輪郭を算出することである。また、輪郭とは画像内の明るさが急激に変化する場所、つまりオブジェクトの領域の境界を意味する。
　リージョングローイング法とは、閾値を用いて「同一組織の領域内は輝度変化が少ない」，「異種組織間では輝度に変化が生じる」ことを利用し，対象領域内部から連結する画素を取り込みながら領域の拡張(または収縮)を行い，対象領域全体を抽出する方法である。
　動的輪郭モデルに基づく境界抽出方法とは、スネークに代表される動的輪郭による画像領域抽出である。動的輪郭モデルに基づく境界抽出方法の特徴はノイズに強く、滑らかに連続した輪郭線が得られることにある。
　IMT算出部12は、内膜201側の境界線と外膜202側の境界線の間の距離を算出する。算出された値がIMTとなる。さらに、IMT算出部12は、ROI内のIMTの平均値、最大値や最小値等を算出する。
　出力・表示部13は、前記境界線や計測値を計測レポートに出力したり、超音波診断装置１の画面の表示領域502に表示したりする。出力・表示部13の具体例は、液晶モニタ、CRTモニタなど画像表示器と呼ばれるものである。
　入力部14は、検者の操作によって、IMT計測を行うにあたっての初期設定や、検出されたROIの位置の補正を行うための手動操作を行うためのユーザインターフェイスである。入力部14の具体例は、キーボード、トラックボール、マウス、スイッチ等である。
　制御部15は、システム全体を制御する。具体的には、制御部15は、送受信のパワーやタイミングの情報を受け取り、所望の超音波信号が得られるよう超音波信号送受信部4を制御する。また、制御部15は、生体信号検出部7から出力される生体信号の時相からROI候補点検出部8を動作するタイミング信号を発生する。制御部15の具体例は、CPU等である。
　次に、本発明の実施例1の超音波診断装置の動作例について図３、図4、図5を用いて説明する。
　図4は本発明の実施例1の超音波診断装置の動作例を説明するフローチャート、図5は本発明の実施例1の超音波診断装置の画面表示例を説明する図である。
　図4に示されるフローチャートは、図5の表示例を参照しながら説明するため、図5の符号501から515までの表示領域や表示項目について説明する。
　501は表示画面を示す。502は表示画面501の画像表示領域で、頸動脈の超音波画像が表示される。503はIMT値の表示領域で、IMT値の平均、最大、最小、左端、中央、右端、3点(左端、中央、右端)平均などが数値で表示される。504はROIの検出状況の表示領域で、良好(Good)、不良(Bad)などが表示される。
　505はROIの検出感度の表示領域で、頸動脈の内腔部分や血管壁の外部領域が鮮明に描出できたときは感度を高く(High)に設定したり、動脈硬化が進行した症例で頸動脈の内腔部分や血管壁の外部領域が不鮮明となったときは中(Middle)に設定したりする。506はROIの検出タイミングの表示領域で、図5では「全フレーム」が選択されている。507はROIを、508は内腔側境界線を、509は外膜側境界線をそれぞれ示す。
　510はIMT値の時間経過曲線、511はECGの時間経過曲線、512はECGのある時相を選択するための時相マーカをそれぞれ示す。513はROIの数の表示領域で、図5の例ではROIの数が1つに設定されている。
　次に、本発明の実施例1の超音波診断装置の動作例について図4を用いて説明する
　検者は、被検者2の頸部に超音波探触子3を当接し、頸動脈の超音波画像を撮像する。超音波画像は画像表示領域502に表示される(S101)。
　検者は、入力部14を用いてROIの検出感度、個数、更新タイミングを設定する。ROIの検出感度、個数、更新タイミングは、表示領域505、506、513に表示され、表示領域505には"High"、 表示領域506には"1"、表示領域513には"全フレーム"が表示される(S102)。
　制御部15は、S102で設定された更新タイミング(ここでは"全フレーム")のフレーム画像を超音波画像生成部6に取得させる(S103)。
　制御部15は、S103で取得された超音波画像のROI候補点をROI候補点検出部8に検出させる(S104)。具体的には、ROI候補点検出部8は、超音波画像の画素点を図３に示すように302の方向に走査して、超音波画像上にプロットされた複数の候補点データ301-1～301-nが偏在する超音波画像の一部領域を探索する。探索した結果、候補点データ301-1～301-nが超音波画像の一部領域に集中する度合い(集中度)を調べる。
　制御部15は、S104で検出されたROI候補点からROI507の位置と大きさを設定させる(S105)。具体的には、図3で説明した回帰直線303に平行な方向と垂直な方向のROI507の位置と大きさを設定させる。
　制御部15は、S105で設定されたROI507を出力・表示部13の表示画面501中の画像表示領域502に表示されている頸動脈の超音波画像に重畳表示させる(S106)。
　制御部15は、S105で設定されたROI507が適正に設定されたか否かを判定する。例えば、ROI候補点の基準数が100とすれば、プラスマイナス10％の数値範囲から外れるROI候補点が実測されたとき、たとえば89未満、111を超えるという条件がROIの検出不良と判定される。
　また、判定には、ROI候補点記憶部9に記憶されるROI候補点の数以外にも、算出したROIの中心位置、広がり、傾きの基準値が用いられる。ROIが適正に設定されたか否かは、ROI507の枠線を色分けすることで表される。例えば、ROI検出結果が良好である場合にはROI507の枠線の色を緑色に、不良である場合にはROI507の枠線の色を赤色にする。
　また、ROI507の中心位置、広がり、角度の数値を用いて、ROI検出結果を数値化し、数値に応じて緑色から赤色まで連続的にROI507の枠線の色を変化させてもよい。
　また、ROI507の枠線の色を変えるだけでなく、ROI検出が良好な場合にはROI507の枠線を実線に、不良の場合はROI507の枠線を点線にしたり、枠線を点滅表示させたりしてもよい。これにより、視覚的にROIの検出状態が確認し易くなる。また、表示画面501上のROI検出状態表示504に検出状態(良好か不良かなどの情報)を表示することが可能となる(S107)。
　制御部15は、S107で適正と判定されたROI507内に含まれる画素に対して内膜中膜複合体の境界抽出処理を内膜中膜複合体境界抽出部11に行わせる(S108)。
　制御部15は、S108で抽出された内膜中膜複合体の境界からIMT値をIMT算出部12に行わせる(S109)。
　制御部15は、S109で算出されたIMT値を出力・表示部13の表示画面501中のIMT値表示領域503に数値で表示させる。
　また、制御部15は、S109で算出されたIMT値を出力・表示部13の表示画面501中にIMT値の時間経過曲線510で表示させる(S110)。
検者は、入力部14を用いて、IMT計測が終了したか否かを入力する。制御部15は入力部14に入力されたIMT計測終了の成否を受けてIMT計測が終了すればプログラムを終了し、IMT計測が終了していなければS103の処理を行う(S111)。
　次に、S107で検出が適正でなかった場合、制御部15は、ROIの枠線の色や線種を変えるなどの他の表示項目と表示態様を変える他、ROIの検出状況の表示領域504に“Bad”を警告として表示する(S112)。
　S112で制御部15がROIの検出状況の表示領域504を“Bad”と判定して、検者が画像観察した結果、ROI位置を微調整すればIMT算出へ移行できる場合がある。また、検者により入力部14を用いたROIの検出感度、個数、更新タイミングの再設定が必要な場合もある。
　そこで、ROIの微調整に移行できる場合の付加機能として、制御部15は超音波画像の取得をフリーズするか否かを判定する。判定の結果、フリーズしてROIの位置や大きさを微調整する場合はS114へ移行し、頸動脈画像への再設定入力が必要な場合はS115へ移行する(S113)。
　S113のフリーズにより、検者は入力部14を用いて、ROIの位置や大きさを微調整し、S108へ移行する(S114)。
　他方、S113でフリーズせずに、検者は、入力部14を用いてROIの検出感度、個数、更新タイミングを再設定(S115)し、S103の処理を行う。
　以上説明した本実施例によれば、輪郭候補点、すなわち複数の画素点を参照してROIを設定するため、ROI設定の精度向上ができる。また、本実施例の特有の効果は、ROIの設定が不良と判断されても、ROIを検者の入力設定により微調整することができるので、ROI設定の操作性向上が期待できる。
　実施例2ではROIの数が複数である場合を例示して説明する。超音波診断装置1の装置の構成、動作は実施例1と同じであるため、説明を省略し、実施例1との相違部分のみ説明することとする。
　ROIの位置と大きさの算出の工程について図6を用いて説明する。
　図6は本発明の実施例2でのROI設定の原理を説明する図である。
　まず、候補点データ603は画面の画像表示領域502に表示される頸動脈が描出された超音波画像上にプロットされる。そして、候補点データ603は同様の手順で複数求められ、複数の候補点データ603は超音波画像上に同様にプロットされる。プロットされた候補点データ603の超音波画像上の座標点は記憶され、後の処理で読み出せるようになっている。
　次に、制御部15は、例えば超音波画像の画素点を602の方向に走査して、超音波画像上にプロットされた複数の候補点データ603が偏在する領域を探索する。
　本実施例では、探索領域が1つに集約せずに2つとなった場合を説明する。なお、探索領域が2つではなく3つ以上であっても2つの場合と同様に処理可能である。
　まず、制御部15は、頸動脈の血管壁の輪郭601の抽出処理を行い、血管壁の輪郭601の超音波画像上の位置を記憶しておく。そして、制御部15は、記憶された血管壁の輪郭601に候補点データ603が所定数(本実施例では5個)以上検出される断片をROI604、ROI605として演算出力する。以上により、輪郭601に沿った方向のROI604、ROI605の位置と大きさは決定する。別の方法として、輪郭601を抽出しない場合には、候補点データ603が所定数以上検出される断片内に含まれる候補点データ603の回帰直線を算出することにより、実施例1と同様にROIを設定する。
　次に、制御部15は、輪郭601と法線方向のROI604、ROI605の位置と大きさは、例えば、輪郭601に沿った方向のROI604、ROI605のそれぞれの中点で垂線を引き、各垂線を通る候補点データ間の最大距離を求め、求めた最大距離の整数倍(ここでは2倍)をさらに求める。以上により、輪郭601と法線方向も決定するので、ROI604、ROI605の位置と大きさは決定される。
　IMT値算出では、複数のROIでIMT値を算出してもよいし、複数のROIのIMT値の平均値を算出してもよい。IMT値および超音波画像は、実施例1と同様に出力・表示部13に表示出力される。
　また、ROI604、ROI605の間にあるROIとして認識されなかった領域606は、他の領域と色や階調を変えるなど表示態様を変えておくと、検者にとってROIとROIでない領域の区別がつけやすくなる。
　また、ROI604、ROI605、領域606を検者が観察して、実施例1に示すような一つのROI507にすることが適当と判断できる場合がある。適当と判断できる場合は、ROI604、ROI605、領域606を集約し実施例１のROI507のように一つのROIにする命令を検者が入力部14に入力する。制御部15は、一つのROIにする命令の入力を受けて、ROI604、ROI605、領域606を集約し、実施例１のROI507のような一つのROIを生成する。
　以上説明した本実施例によれば、輪郭候補点、すなわち複数の画素点を参照してROIを設定するため、ROI設定の精度向上ができる。
　また、本実施例の特有の効果は、内膜中膜複合体が途切れて描画されていても、複数のROIを設定することで、境界抽出可能な位置のみ境界抽出を行って計測値を算出することができる。
　また、ROIが抽出されない領域は、内膜中膜複合体の境界抽出に誤差が生じやすい領域を避けるので、境界抽出制度が向上するとともに、IMT値の計測精度も向上することが期待できる。
　また、ROIが複数で認識されてもそれぞれのROIの位置と大きさが実施例1よりも簡易的に算出することが期待できる。
　また、複数のROIに分かれていても、検者の観察により一つのROIに統合することが可能であるから、一つのROIに統合後には実施例1の効果が期待できる。
　実施例3では、探触子により近い方(一方)頸動脈の血管壁で行ったROI設定を、探触子によりも遠い方(他方)血管壁のROI設定に反映させる例を説明する。
　超音波診断装置1の装置の構成、動作は実施例1と同じであるため、説明を省略し、実施例1との相違部分のみ説明することとする。
　本実施例のROIの位置と大きさの算出の工程について図7を用いて説明する。
　図7は本発明の実施例3でのROI設定の原理を説明する図である。
　まず、頸動脈の一方、図面下方側の外壁部分は、図3と同様に、データ処理をする。
　次に、頸動脈の他方、図面上方側の外壁部分の外壁部分については次のようにデータ処理する。
　候補点データ702は画面の画像表示領域502に表示される頸動脈が描出された超音波画像上にプロットされる。そして、候補点データ702は同様の手順で複数求められ、複数の候補点データ702は超音波画像上に同様にプロットされる。プロットされた候補点データ702の超音波画像上の座標点は記憶され、後の処理で読み出せるようになっている。
　次に、例えば超音波画像の画素点を701の方向に走査して、超音波画像上にプロットされた複数の候補点データ702が偏在する超音波画像の一部領域を探索する。
　探索した結果、候補点データ702が超音波画像の一部領域に集中する度合い(集中度)を調べる。
　例えば、集中度を求めるプロセスは、まず、候補点データ702の最大数を通る回帰直線703を定義する。回帰直線703の開始点と終了点は分布する候補点データ702の左右方向の端点とする。つまり、回帰直線703が存在する位置が候補点データ702の集中している位置であり、集中度の指標となる。
　そして、ROI707の形状を長方形とし、ROI707の位置と大きさは、実施例1で説明したように、回帰直線703にROI707の位置と大きさが決定される。
　なお、内膜中膜複合体のROI形状は本実施例では長方形が用いる例を説明しているが、長方形だけでなく任意の形状でもよい。
　以上の説明により、頸動脈の一方の外壁部分と他方の外壁部分のROIの位置と大きさを設定することができる。しかし、それぞれ設定されたROIの位置と大きさが異なるのでは、定量的なIMT計測が実行し難い。
　そこで、頸動脈の一方の外壁部分と他方の外壁部分のROIの位置と大きさが異なることが判明したならば、一方のROIの位置と大きさに他方のROIの位置と大きさを合わせる。
　例えば、一方のROIの面積と他方のROIの面積の面積比を求め、面積比がプラスマイナス10％以内であれば、一方のROI、他方のROIから通常どおりIMT値を算出する。
　また、面積比がプラスマイナス10％の範囲から外れる場合には、一方のROIを他方のROIの面積に合わせてROIを再算出し、再算出したそれぞれのROIからIMT値を算出する。
　具体的には、一方のROIの面積が200平方センチメートルとすれば、他方のROIの面積が180～220平方センチメートルであれば通常どおりIMT値を算出する。
　しかし、他方のROIの面積が180平方センチメートル未満又は220平方センチメートルを超える場合は、他方のROIの面積が180～220平方センチメートルとなるようにROIの面積を調整する。ここで、何れかのROIに合わせる選択は、検者による入力部14への入力と、入力を受けた制御部15により実行可能である。
　また、より簡易的な方法として、図8で説明する方法がある。
　本発明の実施例3の図7と異なる例を説明する図である。
　図8では、頸動脈の図面下方の外壁部分に設定されたROI507の枠線を、頸動脈の図面上方の外壁部分のROI807の枠線に複写する。
　頸動脈の図面上方の外壁部分は予め輪郭が抽出されており、ROI807の枠線は頸動脈の図面上方の外壁部分の輪郭上に移動する。輪郭を抽出しない場合には、入力部14を用いて手動的に移動させてもよい。
　上記複写によれば、ROI507とROI807の面積は同じであるので、ROI507とROI807の面積の調整処理が不要になる。
　以上説明した本実施例によれば、輪郭候補点、すなわち複数の画素点を参照してROIを設定するため、ROI設定の精度向上ができる。
　また、本実施例の特有の効果は、頸動脈の図面下方の外壁部分と図面上方の外壁部分のROIを同時に設定可能になるので、検者のROI設定の操作性の向上が期待できる。
　また、頸動脈の図面下方の外壁部分から図面上方の外壁部分へROIを複写する場合は、相互のROIの大きさの調整を不要にすることが可能であるので、検者のROI設定の操作性の向上が期待できる。
　実施例4ではIMT計測値の最大値又は最小値を設定されたROIと関連付けて表示する例を説明する
　超音波診断装置1の装置の構成、動作は実施例1と同じであるため、説明を省略し、実施例1との相違部分のみ説明することとする。
　本実施例のROIとIMT値の最大値あるいは最小値との表示の工程について図9を用いて説明する。
　図9は本発明の実施例4の超音波診断装置の画面表示例を説明する図である。図9は図5で説明した部分以外の符号のみ説明する。
　901はROI507でのIMTの最小値、902はROI507でのIMTの最大値、903はIMTの時間経過曲線の最小値、904はIMTの時間経過曲線の最大値である。
　図中では、IMTの最大値902は▼で、IMTの最小値901は▽で示し、IMTの時間経過曲線の最大値904は●で、IMTの時間経過曲線の最小値903は○で示しているが、最大値・最小値の位置を示すものであれば色や形状は限定されない。
　さらに、計測されたIMTの最大値が、一般に基準化された健常者のIMT値より大きい場合には、三角形を赤色に色付けするなどして目立たせるようにしてもよい。
　これにより、視覚的にIMTの最大・最小位置およびその異常が確認し易くなる。
　以上説明した本実施例によれば、輪郭候補点、すなわち複数の画素点を参照してROIを設定するため、ROI設定の精度向上ができる。
　また、本実施例の特有の効果は、視覚的にIMTの最大値・最小値の位置およびその異常が確認し易くなるので、検者の診断能の向上が期待できる。
　また、添付図面を参照して、本発明に係る超音波診断装置等の好適ないくつかの実施例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　1　超音波診断装置、2　被検者、3　超音波探触子、4　超音波信号送受信部、5　超音波信号生成部、6　超音波画像生成部、7　生体信号検出部、8　ROI候補点検出部、9　ROI候補点記憶部、10　ROI算出部、11　内膜中膜複合体境界抽出部、12　IMT算出部、13　出力・表示部、14　入力部、15　制御部

Claims (14)

  1. 　被検者の頸動脈部を含む部位に対し超音波を送受信して超音波画像を撮像し、該超音波画像から内膜中膜複合体の厚さを計測する厚さ計測部を有する超音波診断装置であって、前記超音波画像を走査し前記頸動脈の輪郭候補点の集中度に基づき前記内膜中膜複合体を含む関心領域を前記超音波画像上に設定する関心領域設定部を備え、前記厚さ計測部は、前記設定された関心領域中の境界に基づいて前記内膜中膜複合体の厚さを計測することを特徴とする超音波診断装置。
  2. 　前記関心領域位置算出部は、前記内膜中膜複合体の外膜と内膜中膜の第1の輝度変化、内膜中膜と内腔の第2の輝度変化のそれぞれを微分計算により前記関心領域の位置を算出する請求項1に記載の超音波診断装置。
  3. 　前記関心領域位置算出部は、前記頸動脈の血流部分の輝度により前記関心領域の位置を算出する請求項1に記載の超音波診断装置。
  4. 　前記関心領域位置算出部は、前記集中度による画素の集合領域を複数有した場合、前記集合領域毎に前記関心領域の位置を算出する請求項1に記載の超音波診断装置。
  5. 　前記関心領域位置算出部は、前記集合領域毎に算出された前記関心領域を統合し、一の関心領域の位置を算出する請求項4に記載の超音波診断装置。
  6. 　前記関心領域位置算出部によって関心領域の位置が計算できない領域について他の領域と表示態様を変えて表示する表示部を備えた請求項1に記載の超音波診断装置。
  7. 　前記関心領域位置算出部は、前記頸動脈の一方の血管壁の関心領域の位置に基づき前記頸動脈の他方の血管壁の関心領域の位置を算出する請求項1に記載の超音波診断装置。
  8. 　前記関心領域位置算出部は、前記頸動脈の他方の血管壁の輪郭候補点の集中度を参照して前記頸動脈の他方の血管壁の関心領域の位置を算出する請求項7に記載の超音波診断装置。
  9. 　前記関心領域位置算出部は、前記頸動脈の一方の血管壁の関心領域の情報を複写して前記頸動脈の他方の血管壁の関心領域の位置を算出する請求項7に記載の超音波診断装置。
  10. 　前記内膜中膜複合体の厚さのうちの最大値又は最小値を算出する厚さ算出部と、前記最大値又は最小値の厚さを示すマーカを生成するマーカ生成部と、前記マークと前記内膜中膜複合体の厚さと前記超音波画像とを表示する表示部と、を備えた請求項1に記載の超音波診断装置。
  11. 　被検者の頸動脈部を含む部位に対し超音波を送受信して超音波画像を撮像し、厚さ計測部によって該超音波画像から内膜中膜複合体の厚さを計測する第1ステップを含む超音波診断装置の関心領域設定方法であって、
    　関心領域設定部によって前記超音波画像を走査し前記頸動脈の輪郭候補点の集中度に基づき前記内膜中膜複合体を含む関心領域を前記超音波画像上に設定する第2ステップとを備え、前記第1ステップは、前記厚さ計測部により前記設定された関心領域中の境界に基づいて前記内膜中膜複合体の厚さを計測することを特徴とする超音波診断装置の関心領域設定方法。
  12. 　前記表示部により前記関心領域の位置が計算できない領域について他の領域と表示態様を変えて表示する第3ステップを含む請求項11に記載の超音波診断装置の関心領域設定方法。
  13. 　前記関心領域位置算出部により前記頸動脈の一方の血管壁の関心領域の位置に基づき前記頸動脈の他方の血管壁の関心領域の位置を算出する第4ステップを含む請求項11に記載の超音波診断装置の関心領域設定方法。
  14. 　厚さ算出部により前記内膜中膜複合体の厚さのうちの最大値又は最小値を算出する第5ステップと、マーカ生成部により前記最大値又は最小値を示すマーカを生成する第6ステップと、表示部によって前記マークと前記内膜中膜複合体の厚さと前記超音波画像とを表示する第7ステップと、を備えた請求項11に記載の超音波診断装置の関心領域設定方法。
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