JP2003518404A - 移動部を有する対象物の超音波色分けイメージを表示する超音波イメージ処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、媒体の移動部を有する対象物に関連した超音波信号を取得するステップと、グレースケール画像ライン（Ｚ）に垂直な長手軸線（Ｘ）に対して対象物のセグメントの断面を表す超音波グレースケール２次元画像シーケンスを構成するステップと、対象物の境界の偏位及び偏位勾配を推定するステップと、境界区域のグレーレベルを正規化するステップと、偏位勾配値の関数の画像シーケンスの境界区域の点を色分けして、偏位のある移動部を有する対象物の情報を提供するステップとを有する超音波画像処理方法に関する。また、本発明は、上記方法を実行するとともにカラー表示装置を有する超音波検査画像装置に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術の分野） 本発明は、媒体の移動部を有する対象物の色分けされた画像シーケンスの超音
波検査を表示する超音波画像処理方法に関する。また、本発明は、この方法を実
施する超音波検査画像装置に関する。

【０００２】 （背景技術） 本発明は、動脈の異変、特に狭窄症を調べるために心臓−血管に侵入しない診
断ツールを提供する超音波診断画像処理の分野で使用される。狭窄症に対する基
本的な診断基準は、動脈の画像で観察された疑いのある動脈セグメントの径の突
然の減少である。さらに複雑な基準は、心周期の瞬時の関数及び動脈のセグメン
トに沿ったロケーションの関数の動脈の壁部の偏位の調査である。したがって、
狭窄症のある動脈を早期に診断するために、医療分野では、動脈の壁部の偏位に
関連した容易に可視の表示とともに動脈の画像を提供する非侵入手段を必要とす
る。

【０００３】 動脈のセグメントの壁部の偏移を計算する超音波画像処理方法は、米国特許番
号第05,579,771号（Bonnefous,１９９６年１２月３日）から既知である。この文
献は、動脈の軸線に垂直に延在する複数の連続的な並行の励起ラインの画像ライ
ンによって形成された断面フレームを発生させる超音波トランスデューサのアレ
イを用いて超音波画像を形成することによって、動脈のセグメントを特徴付ける
方法を記載している。そのアレイは、高周波信号を信号処理装置に供給する送受
信回路に結合されている。その装置は、心周期中、励起瞬時ｔの関数で、動脈の
長手方向のＸ軸に沿った励起ラインに対応する所定の位置で、動脈の壁部の速度
及び偏位を動脈の半径方向Ｚで決定する。したがって、この文献の図１は、この
方法を実施しうる装置をブロック図で示す。

【０００４】 その結果、心周期中の動脈中の血液の脈動波形の影響の下で、動脈の壁部は、
振幅及び速度を決定し得る周期的な半径方向の動きが課される。動脈の壁部の状
態に応じて、脈動波形により導入される圧力変化によって、一様な動脈の拡張又
は歪んだ体壁の移動が生じる。動脈の壁部に歪みがあるか否かを推定することに
よって、狭窄症の存在及び重要性すなわち弾性の欠落をリアルタイムで取得する
ことができ、診断を最適にすることができる。このために、動脈の壁部の移動に
ついての情報を取得することが重要であり、壁部の移動変化すなわち移動勾配に
ついての情報を取得することは更に重要である。

【０００５】 移動勾配が心臓学の専門家によって用意に利用できない、という課題がある。
動脈の壁部の移動変化を容易に利用できるようにするだけでなく、それと同時に
、対応する動脈のセグメントの標準的なグレースケールイメージを表示して、連
続的な調査及び動脈の疑いのある区域の正確な診断を行う必要がある。 グレースケール画像に更に追加すべき勾配情報によってこのグレースケール画
像が読出し不可能とならないようにする必要がある、という他の課題がある。

【０００６】 （発明の開示） 上記課題は、請求項１に係る方法によって解決される。 この方法の利点は、動脈の壁部の動作が、動脈の壁部の損傷に大きく関連した
勾配情報とともに視覚的に明らかになり、かつ、診断を確立するのに最も有用と
なることである。動脈の圧力の変動を回避することができる非侵入手段が用いら
れることであり、したがって、非侵入手段が用いられる場合において実際の壁部
の移動となる。 方法を実施する手段を有する超音波診断装置を請求項７に記載する。

【０００７】 （発明を実施するための最良の形態） 図１Ａ及び１Ｂを参照すると、ブロック図形態で示した超音波診断画像装置は
、媒体８に配置された動脈８の検査を行うツールとして使用され、画像のシーケ
ンスを構成し及び表示する画像処理方法を実行するサブシステム１，１００，２
００を具え、それによって、心周期の互いに相違する瞬時の関数において血圧の
影響下で発生する半径方向の偏位のある壁部を有する動脈セグメント及び図３に
示すような長手方向の軸線に沿った偏位の変化に関連した色分けされた情報を共
に視覚化することができる。

【０００８】 図１Ａ及び１Ｂを参照すると、この画像処理方法は、Ｘを付した長手方向の軸
線及びＺを付した半径方向の軸線を有する動脈セグメントに関連した超音波信号
を取得するステップ１と、動脈の壁部の偏位勾配を決定するステップ１００と、
動脈セグメントを表すグレースケール画像シーケンスの表示を含む色分けされた
画像のシーケンスの構成し及び表示し、動脈の壁部の特定の区域を、壁部偏位勾
配の値の関数で色分けしたステップ２００とを具える。全心周期中に記録される
色分けされた画像のシーケンスにおいて、各画像は、その心周期の所定の瞬時ｎ
で取得される。

【０００９】 グレースケールシーケンス画像は、動脈の壁部の各々が一方の画像から他方の
画像までのＤ（Ｚ，Ｘ，ｎ）を付した半径方向の偏位を有し、それは、所定の位
置Ｘで壁部の内部境界に配置された点がＺ軸沿いの偏位に従うことを意味する。
壁部の特定の区域の好適には赤色に色分けされた表示は、局所的な壁部の偏位の
変化によって構成された情報を与え、それは、位置Ｘの周辺の推定された半径方
向の偏位Ｄ（Ｚ，Ｘ，ｎ）の偏位Δを意味する。

【００１０】 図１Ａ及び１Ｂを参照すると、動きのある動脈の超音波グレースケール画像シ
ーケンスを形成することによって色分けされた超音波画像のシーケンスを形成し
、動脈の壁部の局所的に高い変形に関連した大きな動き勾配の区域を所定の色例
えば赤色で表示する方法は、以下の特定のステップを具える。 超音波グレー画像シーケンスの取得３０。 動脈の内側と動脈の壁部との間の遷移ライン３ａ，３ｂによって動脈の壁部を
識別するためのグレー画像シーケンスのセグメント化６２。 各瞬時ｎにおける動脈の壁部の偏位Ｄ（Ｚ，Ｘ，ｎ）の算出６８，６９。 各瞬時ｎにおける壁部の偏位の勾配Δ＝ｄ（Ｄ）／ｄＸの算出７１，７３。 図２Ｃに示すように、この方法は、特定の区域が色分けされたときに超音波グ
レースケール画像を可視のままにする必要があるという課題を解決するために、
動脈の壁部の位置のグレー画像の規格化を実行するステップ１４０を更に具える
。このステップは、動脈の境界区域の白を増強するサブステップと、色分けされ
た区域の十分な透明度を保証するサブステップとを具え、この場合、 各遷移ライン３ａ，３ｂの各側が例えばそれぞれ１ｍｍ、すなわち、２ｍｍ幅
のリボン形状の区域Ｐ１，Ｐ２を評価するとともに、その区域のＺ軸に平行な各
励起ラインＬ上の平均グレー値を評価することによって実行されるリボン形状区
域の各画素に対するＧ_ｍｅａｎを付した平均グレー値を算出し、 例えば、２５６グレーレベルを有すると仮定した画像において式Ｇ＝１２８（
Ｇ_０／Ｇ_ｍｅａｎ）を用いて、リボン形状区域Ｐ１，Ｐ２の白を増強するために
平均グレー値Ｇ_ｍｅａｎを考慮し、Ｇ_０を付した基のグレー値に基づいて、リボ
ン形状区域Ｐ１，Ｐ２の各画素に対する新たなグレー値Ｇを推定する。Ｇが大き
くなるに従って、リボン形状区域の画像の白が増強される。

【００１１】 図３に示すように、方法のステップ１４０は、偏位勾配の関数において、上記
リボン形状区域Ｐ１，Ｐ２のポイントの色分けも実行する。区域の色分け前に、
三原色を関連させた結果としての各点のグレー値は、Ｇ＝Ｖ＝Ｂ＝Ｒとなり、こ
こで、Ｇはグレーを表し、Ｖは緑をあらわし、Ｂは青を表し、Ｒは赤を表す。各
色成分のレベルは、グレーレベルの数が２５６の場合には、Ｒ＝Ｇ，Ｖ＝Ｇ（１
−Δ／２５６），Ｂ＝（１−Δ／２５６），Ｂ＝（１−Δ／２５６）となり、境
界区域の点は、成分Ｒ，Ｖ，Ｂの新たなレベルを関連させることによって与えら
れる色Ｃを有する。他の色分け方法も当業者には可能である。しかしながら、提
案した方法は、色分け壁部勾配を用いた動脈のグレースケール画像の表示に基づ
く偏位の変化の研究に対して良好な結果を与える。図３は、互いに相違する偏位
勾配に対応する互いに相違する細条区域Ｑ１−Ｑ７によって互いに相違する色分
け区域を表すことによって結果的に得られる画像を示す。

【００１２】 図１Ａは、既に説明したような合成画像のシーケンスを形成し及び表示する超
音波診断画像装置を示し、その装置は、少なくとも１心周期に亘る動脈壁部の移
動勾配の色分け情報を用いたグレースケール画像の表示を行う。したがって、こ
の超音波診断画像装置は、動脈壁部の損傷の診断用ツールを構成する。この超音
波診断画像装置はサブシステム１，１００，２００を具える。 図１Ａを参照すると、サブシステム１の操作は、観察される媒体８への超音波
プローブ１０の接触を伴う。超音波プローブ１０は、周期的な励起によって、超
音波信号を、走査した媒体に対してＯＺ方向に送信し、媒体中で出くわした障害
によって戻ってきたエコーを、同一のＯＺ方向で受信する。プローブを、好適に
は、Ｘ軸に平行な線形アレイで組み合わせた超音波トランスデューサによって構
成する。各励起ラインは各トランスデューサに対応する。

【００１３】 図１Ｂを参照すると、超音波プローブ１０による媒体の励起は、ＯＸに平行な
方向で長手方向に動脈７が走査されるように実行されて、長手方向の断面密度画
像を取得し、これによって、前壁２ａ及び後壁２ｂの視覚化が可能となる。トラ
ンスデューサアレイの方向は方向ＯＸによって表され、励起の方向は方向ＯＺに
よって表される。したがって、エコーグラフ画像は、画像の列である方向ＯＺの
励起ラインに沿って走査される。プローブは、１９で放出／受信段２０に接続さ
れる。送信ステップにおいて、媒体は、励起ラインの方向に沿って走査される。
受信ステップにおいて、各励起ラインの画像が、媒体の伝播時間及び考察した励
起ラインに沿って出くわした障害によって戻されたエコーの振幅を考慮して形成
される。好適には、画像に対して適切な解像度を取得するために、超音波励起を
、送信中及び受信中に集中する。放出／受信段２０によって、操作３０により強
度画像Ｉ（Ｘ，Ｚ，ｎ）のシーケンスの瞬時ｎの関数として形成することができ
る音響的な高周波信号Ｓ（Ｘ，Ｚ，ｎ）を発生させる。ｎを、シーケンスの画像
数とする。したがって、各強度画像Ｉ（Ｘ，Ｚ，ｎ）２１は、プローブの励起ラ
インの走査によって形成される。動脈の動作は、少なくとも全心周期で観察され
る。したがって、少なくとも１心周期に等しい時間間隔をカバーするＮ個の画像
のシーケンスが形成される。Ｎを、１以上の整数とする。画像励起ラインの数を
、例えば、０．５ｍｍ又は０．２５ｍｍの励起ライン間の距離の走査ステップを
伴う６８又は１１２とする。その特徴によって、２８ｍｍの動脈セグメントの視
覚化が可能となる。

【００１４】 図１Ａを参照すると、グレースケール画像と称される強度画像Ｉ（Ｘ，Ｚ，ｎ
）２１は、色分け画像のディスプレイも構成するＣｉｎｅｌｏｏｐを付した画像
メモリ５０に格納される。偏位勾配を評価するために、壁部の偏位の速度及び大
きさを決定する必要がある。

【００１５】 サブシステム１００は、高周波信号Ｓ（Ｘ，Ｚ，ｎ）を処理するステップを実
行するプロセッサを有する。サブシステム１００は、先ず、時間的な相関操作１
２０を実行する。連続的な超音波エコーは、その相関機能によって比較される。
ある超音波放出から次の超音波放出までの生物的な構造の偏位は、受信の際にこ
の偏位によって導入される遅延に対応する相関ピークの偏位を考慮する間に推定
される。走査される全ての対象物に対して、相関操作１２０によって、１２１を
付した２次元速度画像Ｖ（Ｘ，Ｚ，ｎ）の形態の速度測定が行われる。相関機能
は、画像シーケンスの画像間で実行される。したがって、二つの相関信号間で必
要な遅延を与えるために、相関動作を行うモジュール１２０の入力部でＭＥＭ３
を付した幾分大型のメモリ１１９が利用できるようにする必要がある。

【００１６】 ２次元速度画像の体壁速度の更なる抽出及び定位(localization)を実行するた
めに、速度画像１２１Ｖ（Ｘ，Ｚ，ｎ）の他に、セグメント化手段として使用さ
れるエコー振幅画像１１１Ａ（Ｘ，Ｚ，ｎ）も必要となる。その振幅画像１１１
Ａ（Ｘ，Ｚ，ｎ）は、振幅測定器１１０によってサブシステム１００で取得され
る。ＭＥＭ１と称するメモリ１２２及びＭＥＭ２と称するメモリ１１２はそれぞ
れ、速度画像Ｖ（Ｘ，Ｚ，ｎ）及びエコー振幅画像Ａ（Ｘ，Ｚ，ｎ）となるサブ
システム１００の結果を格納する。

【００１７】 図1Ｃを参照すると、サブシステム２００はプロセッサを具え、そのプロセッ
サは、先行する動作１１０及び１２０の結果に適用される後処理動作１３０を実
行して、上側壁部偏位Ｄ１（Ｘ，ｎ）及び下側壁部偏位Ｄ２（Ｘ，ｎ）及びそれ
に対応する偏位勾配Δ１（Ｘ，ｎ）及びΔ２（Ｘ，ｎ）を決定する。操作１３０
は、以下のステップを具える。

【００１８】 動脈の内部体壁の識別を実行するための各振幅画像１１１Ａ（Ｘ，Ｚ，ｎ）に
対する適応可能なしきい値の適用６２。このしきい値によって、上側及び下側内
部体壁境界３ａ，３ｂに対応する動脈の内側と下側との間の黒／白遷移を伴うデ
ジタル画像を発生させる。その遷移がフィルタ処理されて、不連続を除去する。 動脈の壁部の各々の厚さの決定６３。この場合、厚さの値は約１ｍｍに達する
。動脈の壁部の厚さ、例えば、１ｍｍの厚さを通じた速度の平均値の決定６６，
６７。

【００１９】 図２Ａの曲線に示すような時間的な統合によって各壁部に関連した各画像間の
偏位Ｄ１（Ｘ，ｎ）及びＤ２（Ｘ，ｎ）の決定６８，６９及び図２Ｂの曲線によ
って示すような二つの偏位値間の差として加算器７１によって計算された各壁部
に対する対応する偏位勾配Δ１（Ｘ，ｎ），Δ２（Ｘ，ｎ）の決定。 動脈が零の体壁偏位を有する７２で決定した心周期の開始瞬時ｎ１，ｎ２を考
慮した７３の相関後、図３に示すような表示シーケンス画像は、メモリ５０Ｃｉ
ｎｅｌｏｏｐから取り出されたグレースケール画像Ｉ（Ｘ，Ｚ，ｎ）の瞬時ｎに
おいて体壁偏位勾配Δ１（Ｘ，ｎ），Δ２（Ｘ，ｎ）に対応する色分け区域を構
成するモジュール１４０によって構成される。

【００２０】 図１Ａを参照すると、超音波処理装置は、瞬時ｎの関数のシーケンスの画像の
表示を制御するユーザ用のインタフェース１７０も具える。表示装置、プロセッ
サ及びメモリをそれぞれ、当業者に既知のワークステーションのスクリーン４０
、プロセッサ１３０及びメモリとすることができる。ワークステーションは、ス
クリーンの画像を制御するユーザ用のインタフェースとしてキーボード及びマウ
スも具える。カラー表示装置を、色分け区域を表示するのに使用する。

【００２１】 本発明を、超音波信号とは異なる信号、例えば、電気信号又は電磁信号の処理
や、動脈以外の他の対象物、例えば、規則的に繰り返される偏位がある移動部を
有する対象物の処理に適用することもできる。表示装置４０へのシーケンスの表
示中、医師は、壁部の偏移の歪みの有無を質的及び量的に推定するとともに、基
礎となるグレースケール画像の動脈の壁部にリンクした狭窄症の存在及び重要性
すなわち弾性の欠落をリアルタイムで取得することができ、診断を最適にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 色分け画像シーケンス構成方法を実行する超音波診断画像装置のブロ
ック図を示す。

【図２】 図２Ａ及び２Ｂはそれぞれ、動脈の壁部の偏位曲線及び偏位勾配曲線
を示し、色分け画像の構成を示す。

【図３】 方法を用いて構成した画像を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C301 AA02 DD06 DD21 EE11 FF28 GB04 JC08 JC20 KK02 KK24 KK40 4C601 DD01 DD26 EE09 FF08 GB01 GB03 GB04 JC09 JC40 KK02 KK28 KK50 5B057 AA07 BA05 CA02 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CC01 CE14 DA03 DB02 DB05 DB09 DC30 DC34 5L096 BA06 BA13 DA04 FA06 HA03

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 媒体の移動部を有する対象物に関連した超音波信号を取得するス
   テップと、 グレースケール画像ラインに垂直な長手軸線に対して前記対象物のセグメント
   の断面を表す超音波グレースケール２次元画像シーケンスを構成するステップと
   、 前記対象物の境界の偏位及び偏位勾配を推定するステップと、 境界区域のグレーレベルを正規化するステップと、 偏位勾配値の関数の画像シーケンスの境界区域の点を色分けして、偏位のある
   移動部を有する対象物の情報を提供するステップとを具えることを特徴とする超
   音波画像処理方法。
2. 【請求項２】 前記グレースケール画像を正規化するステップが、 前記グレースケール画像をセグメント化して、境界遷移ラインを決定するサブ
   ステップと、 前記境界遷移ラインの各側の間隔区域として、前記境界区域を推定するサブス
   テップと、 前記境界区域の平均グレーレベルを推定するとともに、その推定された平均グ
   レー値及び元のグレー値に基づいて、その元のグレー値よりも平均して白っぽい
   前記境界区域の点に対する新たなグレー値を計算するサブステップとを具えるこ
   とを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 Ｇ_０を、前記元のグレー値とし、Ｇ_ｍｅａｎを、前記境界区域の
   グレースケール画像の対応するラインの平均グレー値とした場合、前記境界区域
   の点に対する新たなグレー値を、関係Ｇ＝１２８（Ｇ_０／Ｇ_ｍｅａｎ）を用いて
   推定することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記色分けステップが、前記偏位勾配の関数で前記点の新たなグ
   レーカラーレベルの色成分のレベルを変化させることによって、前記境界区域の
   点の新たな色を見積もるサブステップを具えることを特徴とする請求項２又は３
   記載の方法。
5. 【請求項５】 Ｇがグレーを表し、Ｖがグリーンを表し、Ｂがブルーを表し、Ｒ
   が赤を表す場合、各グレーポイントを、Ｇ＝Ｖ＝Ｂ＝Ｒに従う三原色の関連によ
   って形成し、各色成分のレベルを変更し、グレーレベルの数が２５６の場合には
   、新たなレベルを関係Ｒ＝Ｇ，Ｖ＝Ｇ（１−Δ／２５６），Ｂ＝Ｇ（１−Δ／２
   ５６）によって与え、前記境界区域の点が、成分Ｒ，Ｖ，Ｂの新たなレベルを関
   連させることによって付与される新たな色、好適には赤色を有することを特徴と
   する請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 前記対象物を動脈とし、前記移動部を、血圧の下で移動する動脈
   の壁部とし、前記偏位を、心周期に起因する周期とし、前記グレースケール画像
   の長手軸線を、前記動脈の軸線とし、前記偏位を、前記動脈の半径方向の偏位と
   し、前記壁部の偏位の勾配を好適には赤色で色分けして、前記動脈の壁部の偏位
   の情報を提供することを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１項に記載
   の方法。
7. 【請求項７】 請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の方法を実施する超
   音波検査画像装置であって、 超音波装置に結合され、移動部を有する対象物を持つ媒体から超音波信号を放
   出し及び受信する超音波プローブと、 受信した超音波信号をプロセッサによって処理して、色分け画像を構成する超
   音波サブシステムと、 前記画像を格納するメモリと、 前記方法のステップによって形成した色分け画像を表示する表示装置とを具え
   ることを特徴とする装置。
8. 【請求項８】 前記表示装置をカラー表示装置とすることを特徴とする請求項７
   記載の装置。
9. 【請求項９】 前記方法によって超音波信号を処理するよう配置した回路手段を
   有するワークステーションの適切にプログラムされたコンピュータ又は専用プロ
   セッサと、前記方法によって構成した画像を表示する手段と、その表示をユーザ
   によって制御できるようにするマウスやキーボードのようなユーザインタフェー
   スとを具えることを特徴とする請求項７又は８記載の装置。
10. 【請求項１０】 請求項１から６のうちのいずれか１項に記載された方法を実施
    する命令のセットを具えるコンピュータプログラム。