JP2010259656A - 医用画像処理装置、超音波診断装置および医用画像診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物について自動的に抽出された輪郭をユーザの希望に応じて自動的に補正して正しい輪郭を容易に特定可能とする。
【解決手段】画像解析部２９は、被検体内の検査対象物の形態を表す医用画像に基づいて検査対象物についての表面の輪郭を抽出する。画像解析部２９は、抽出した輪郭に関する特徴値として２つの輪郭どうしの間の厚みを測定する。制御プロセッサ２６は、ユーザ指示に応じて補正率を設定し、上記の測定された特徴値を上記の設定した補正率に従って変化させるように輪郭を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波診断装置などで生成された医用画像から被検体内の検査対象物の輪郭を特定する医用画像処理装置と、そのような画像処理機能を備えた超音波診断装置や医用画像診断装置に関する。

心臓を撮像して得た画像における輝度変化などを解析することで心内膜の輪郭を特定する機能を備えた超音波診断装置が知られている。

この種の超音波診断装置では、心臓を撮像して得られた画像における輝度変化の大きい箇所をトレースすることによって心内膜の輪郭を特定している。

特開平１０−９９３２８号公報

しかしながら、これまでに輝度変化などに基づいて心内膜とされていた箇所は、実際の心内膜ではなく、心筋のささくれ立った部分に相当する可能性があることが指摘されている。

そこで自動的に特定された輪郭が心内膜の実際の輪郭に合致していない場合には、ユーザの指示に応じて輪郭を変更することとすると、ユーザの負担が大幅に増加してしまう。

なお、このような現象は、超音波診断装置以外の医用画像診断装置により撮像された画像においても、あるいは検査対象物が心筋以外であっても起こりえる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、検査対象物について自動的に抽出された輪郭をユーザの希望に応じて自動的に補正して正しい輪郭を容易に特定可能とすることにある。

本発明の第１の態様による医用画像処理装置は、被検体内の検査対象物の形態を表す医用画像を処理する医用画像処理装置であって、前記医用画像に基づいて前記検査対象物についての表面の輪郭を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された輪郭に関する特徴値を測定する測定手段と、ユーザ指示に応じて補正率を設定する設定手段と、前記測定手段により測定された特徴値を前記設定手段により設定された補正率に従って変化させるように前記抽出手段により抽出された輪郭を補正する補正手段とを備える。

本発明の第２の態様による超音波診断装置は、被検体内に送信した超音波の検査対象物での反射波に基づいて前記検査対象物の形態を表す医用画像を生成する超音波診断装置であって、前記医用画像に基づいて前記検査対象物についての表面の輪郭を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された輪郭に関する特徴値を測定する測定手段と、ユーザ指示に応じて補正率を設定する設定手段と、前記測定手段により測定された特徴値を前記設定手段により設定された補正率に従って変化させるように前記抽出手段により抽出された輪郭を補正する補正手段とを備える。

本発明の第２の態様による医用画像診断装置は、被検体内の検査対象物の形態を表す医用画像を生成する生成手段と、前記医用画像に基づいて前記検査対象物についての表面の輪郭を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された輪郭に関する特徴値を測定する測定手段と、ユーザ指示に応じて補正率を設定する設定手段と、前記測定手段により測定された特徴値を前記設定手段により設定された補正率に従って変化させるように前記抽出手段により抽出された輪郭を補正する補正手段とを備える。

本発明によれば、検査対象物について自動的に抽出された輪郭をユーザの希望に応じて自動的に補正して正しい輪郭を容易に特定可能となる。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置のブロック図。 検査対象物の輪郭の自動トレースにおける図１中の制御プロセッサの処理手順を示すフローチャート。 表示画像とその表示画像から抽出された輪郭との関係を示す図。 心筋の厚みの測定の様子を示す図。 内輪郭の補正の様子を示す図。 輪郭画像を表示画像に重畳表示した様子を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は本実施形態に係る超音波診断装置１００のブロック図である。

超音波診断装置１００は、装置本体１１に、超音波プローブ１２、入力装置１３およびモニタ１４を接続して構成される。装置本体１１はさらに、送受信ユニット２１、Ｂモード処理ユニット２２、ドプラ処理ユニット２３、画像生成回路２４、画像メモリ２５、制御プロセッサ（ＣＰＵ）２６、内部記憶装置２７、ソフトウェア格納部２８、画像解析部２９およびインタフェース部３０を含む。

超音波プローブ１２は、圧電セラミック等の音響／電気可逆的変換素子としての圧電振動子を複数有する。複数の圧電振動子は並列され、超音波プローブ１２の先端に装備される。超音波プローブ１２は、送受信ユニット２１からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体Ｐからの反射波を電気信号（エコー信号）に変換する。

入力装置１３は、オペレータからの各種条件や関心領域（ＲＯＩ）などの指定を入力する。入力装置１３は、例えば各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード、あるいはタッチコマンドスクリーン等の周知の入力デバイスを適宜に含み得る。

モニタ１４は、画像生成回路２４からの画像信号が表す画像を表示する。モニタ１４としては、例えば液晶表示器やＣＲＴ（cathode-ray tube）などの周知の表示装置を利用できる。

送受信ユニット２１は、トリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を内蔵してる。パルサ回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。遅延回路は、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し、かつ送信指向性を決定するのに必要な遅延を各レートパルスに与える。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングでパルスが生じる駆動信号を超音波プローブ１２に出力する。また送受信ユニット２１は、アンプ回路、Ａ／Ｄ変換器および加算器等を内蔵している。アンプ回路は、超音波プローブ１２から出力されたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。加算器は、各チャネルのエコー信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延を個別に与え、その後に加算する。この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。送受信ユニット２１は、合成後のエコー信号をＢモード処理ユニット２２およびドプラ処理ユニット２３に送る。

Ｂモード処理ユニット２２は、対数変換器、包絡線検波回路およびアナログディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ等を内蔵している。対数変換器は、エコー信号を対数変換する。包絡線検波回路は、対数変換器からの出力信号の包絡線を検波する。アナログディジタルコンバータは、包絡線検波回路による検波信号をディジタル化し、検波データとして出力する。

ドプラ処理ユニット２３は、エコー信号から速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求め、この血流情報を出力する。

画像生成回路２４は、Ｂモード処理ユニット２２から出力された検波データに基づいて、フレーム相関や座標変換などの空間的分布情報を演算し、この空間的分布情報を表す超音波診断画像を生成する。また画像生成回路２４は、ドプラ処理ユニット２３から出力された血流情報に基づいて、平均速度画像、分散画像、パワー画像、あるいはこれらの組み合わせ画像を超音波診断画像として生成する。画像生成回路２４は、これらの超音波診断画像を画像メモリ２５に表示画像として展開する。そして画像生成回路２４は、画像メモリ２５に展開された表示画像を表す画像信号をモニタ１４へ出力する。

画像メモリ２５は、モニタ１４に表示するための表示画像のデータを展開した状態で記憶する。

制御プロセッサ２６には、バスを介して送受信ユニット２１、画像メモリ２５、内部記憶装置２７、ソフトウェア格納部２８、画像解析部２９およびインタフェース部３０が接続されている。制御プロセッサ２６は、内部記憶装置２７に記憶された装置制御プログラムに従って動作することにより、次のような各種の機能を実現する。この機能の１つは、既存の超音波診断装置が備える各種の機能を実現するように超音波診断装置１００の各部を制御する。上記の機能の１つは、例えば入力装置１３を操作してのユーザ指示に応じて補正率を設定する。上記の機能のもう１つは、ユーザ指示に応じての補正率の設定を考慮して標準的な補正率を更新する。

内部記憶装置２７は、装置制御プログラムおよびデータ群を記憶する。内部記憶装置２７が記憶するデータ群には、診断プロトコルや送受信条件を表すデータが含まれる。またデータ群には、後述する標準補正値を表すデータが含まれる。

ソフトウェア格納部２８は、制御プロセッサ２６が上記の制御を実行するための手順を記述したソフトウェアを格納する。

画像解析部２９は、画像メモリ２５に記憶された表示画像データに基づいて検査対象物についての表面の輪郭を抽出する。画像解析部２９は、抽出した輪郭に関する特徴値を測定する。そして画像解析部２９は、測定した特徴値を制御プロセッサ２６により設定された補正率に従って変化させるように輪郭を補正する。

インタフェース部３０は、入力装置１３、ネットワーク、あるいは外部記憶装置（図示せず）等と制御プロセッサ２６との情報の授受を仲介する。

次に以上のように構成された超音波診断装置１００の動作について説明する。

被検体Ｐからの反射波を受けて超音波プローブ１２から出力されたエコー信号に基づいて送受信ユニット２１、Ｂモード処理ユニット２２またはドプラ処理ユニット２３、ならびに画像生成回路２４によって生成された超音波診断画像は、表示画像として画像メモリ２５に展開される。そして画像メモリ２５に展開された画像メモリ２５に展開された表示画像を表した画像信号を画像生成回路２４がモニタ１４へ出力することによって、モニタ１４において表示画像が表示される。

さて、検査対象物の輪郭の自動トレースの実施がユーザにより要求されたならば、制御プロセッサ２６は図２に示すような処理を開始する。

ステップＳａ１において制御プロセッサ２６は、解析を実施するように画像解析部２９に指示する。この指示を受けるとステップＳｂ１において画像解析部２９は、画像メモリ２５に画像メモリ２５に展開されている表示画像を解析し、心筋の輪郭を抽出するとともに、その輪郭に基づいて心筋の厚みを測定する。

具体的には画像解析部２９は、表示画像の輝度が大幅に変化する変化点を多数検出し、これらの変化点をトレースするトレースラインとして心筋の輪郭を抽出する。かくして、例えば表示画像が図３に細線で示すような画像である場合、例えば左心室の心腔側の面については図３に破線で示すような輪郭が抽出される。同様にして、右心室の心腔側の面や、心筋の外側の面についても輪郭が抽出される。以下、心腔側の面について抽出した輪郭を内輪郭、心筋の外側の面について抽出した輪郭を外輪郭と称する。

また画像解析部２９は、図４に示すように内輪郭上の複数の変化点Ｐｄのそれぞれに関して、当該変化点Ｐｄで内輪郭に直交する直線（図４中に破線で示す）の内輪郭と外輪郭との間の長さとして、あるいは左心室の内輪郭と右心室の内輪郭との間の長さとして心筋の厚みを測定する。なお、厚みを求める対象とする変化点Ｐｄは、内輪郭を抽出するために検出した変化点の全てとしても良いし、一部のみとしても良い。

ステップＳｂ２において画像解析部２９は、抽出した輪郭および測定した厚みを制御プロセッサ２６に通知する。そしてこれをもって画像解析部２９は、図２の処理を終了する。

ステップＳａ２において制御プロセッサ２６は、上記のように画像解析部２９から通知された輪郭に基づいて、抽出された輪郭を表示画像において表すための輪郭画像を生成する。

ステップＳａ３において制御プロセッサ２６は、標準補正率による自動補正機能（以下、標準補正）が有効に設定されているか否かを確認する。なお当該標準補正の有効／無効は、制御プロセッサ２６がユーザの指示に応じて予め設定する。

標準補正が有効に設定されているならば制御プロセッサ２６は、ステップＳａ３からステップＳａ４へ進む。ステップＳａ４において制御プロセッサ２６は、輪郭画像を標準補正率で補正する。なお、検査対象物が心筋である場合、内輪郭のみを補正することとする。

具体的には例えば図５に示すように、複数の変化点Ｐｄのそれぞれを、各変化点Ｐｄに関して測定された厚みを標準補正率で変化させるように移動させて複数の補正点Ｐｃを求める。より具体的には、内輪郭の垂線上の位置を、内輪郭と交差する位置（変化点Ｐｄの位置）を０％の位置、外輪郭と交差する位置を１００％の位置とし、標準補正率に相当する位置として補正点Ｐｃを求める。そしてこれらの複数の補正点Ｐｃをトレースするトレースラインとして補正された内輪郭を求める。

ステップＳａ４での補正が終了したならば、制御プロセッサ２６はステップＳａ５へ進む。一方、標準補正が無効に設定されているならば、制御プロセッサ２６はステップＳａ３からステップＳａ５へ進む。ステップＳａ５において制御プロセッサ２６は、ステップＳａ４を標準補正が有効である場合にはステップＳａ４で補正した輪郭画像を、また標準補正が無効である場合にはステップＳａ２で生成した輪郭画像を、例えば図６に示すようにモニタ１４における表示画像に重畳表示する。このときに制御プロセッサ２６は、図６に示すように適用済みの補正率を表すＧＵＩ（graphical user interface）５１もモニタ１４に表示させる。

ステップＳａ６において制御プロセッサ２６は、補正率の変更が要求されるのを待ち受ける。制御プロセッサ２６は、例えばＧＵＩ５１に含まれたスライダ５１ａを左右に移動させる操作として補正率の変更の要求を受け付ける。

補正率の変更がユーザにより要求されたならば制御プロセッサ２６は、ステップＳａ６からステップＳａ７へ進む。ステップＳａ７において制御プロセッサ２６は、ユーザの要求に応じた補正率を設定する。具体的には制御プロセッサ２６は、例えばスライダ５１ａの位置に応じて補正率を設定する。

ステップＳａ８において制御プロセッサ２６は、輪郭画像をステップＳａ７で新たに設定した補正率で補正する。この補正のための処理は、標準補正と同様である。

ステップＳａ９において制御プロセッサ２６は、表示画像に重畳表示する輪郭画像をステップＳａ８にて補正したものに更新する。そしてこののちに制御プロセッサ２６は、ステップＳａ１０，１１の待ち受け状態に移行する。

制御プロセッサ２６は、ステップＳａ１０，１１の待ち受け状態にあるときに補正率のさらなる変更がユーザにより要求されたならば、ステップＳａ１０からステップＳａ７に移行し、ステップＳａ７乃至ステップＳａ９を上述と同様に処理する。

制御プロセッサ２６は、ステップＳａ１０，１１の待ち受け状態にあるときに補正率の確定がユーザにより要求されたならば、ステップＳａ１１からステップＳａ１２に移行する。ステップＳａ１２において制御プロセッサ２６は、この時点で設定されている補正率を加味するように標準補正率を更新する。更新後の標準補正率をどのように求めるかは任意であるが、例えば過去に確定された補正率の平均値などのような統計値を求めて、これを更新後の標準補正率とすることが考えられる。

標準補正率を更新し終えたならば、制御プロセッサ２６は図２に示す処理を終了する。なお、ステップＳａ１２が完了した場合以外においても、ユーザによる終了指示がなされたならば制御プロセッサ２６は図２に示す処理を終了する。

かくして本実施形態の超音波診断装置１００によれば、心筋の厚みを補正率に応じて変化させるように内輪郭が補正される。従って、ユーザが自動的に抽出された内輪郭が心筋のささくれ立った部分であり不適切であると判断したならば、補正率を調整するだけで内輪郭をより心筋の内側の本来の表面に合わせるように容易に調整することができる。

また超音波診断装置１００によれば、予め定められた標準補正率での補正を自動的に行うので、ユーザ個々の感覚に頼らない定量的な補正が行える。これにより、例えば、医師毎のスキルの違いに基づく誤差の影響を低減して、定量的な診断やデータ収集が行える。

また超音波診断装置１００によれば、標準補正を実施するか否かを任意に設定できるので、ユーザニーズに応じた柔軟な運用が可能である。

また超音波診断装置１００によれば、標準補正を行った後であってもユーザの指示に応じて設定した補正値でのさらなる補正を行うことができるので、例えばスキルの高い医師などは標準補正で補正し切れていない場合にさらなる適切な補正を行わせることが可能である。

また超音波診断装置１００によれば、ユーザの指示に応じて設定した補正値に基づいて標準補正率を更新するので、上記のようなスキルの高い医師などによる補正率の設定を考慮して標準補正率をより適正化するように自動的に学習できる。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

補正率は、検査対象物の部分毎でそれぞれ異なる値としても良い。例えば、右室と左室とで補正率をそれぞれ異ならせても良い。あるいは、内輪郭と外輪郭との間の心筋と内輪郭どうしの間の心筋とで補正率を異ならせても良い。さらには、例えば左室における内輪郭と外輪郭との間の心筋のような単一の部位を複数領域に分割して各領域にそれぞれ異なる補正率を適用しても良い。

標準補正率は、医師毎、あるいは部署毎などのように複数を設定可能として、ユーザに応じて適切な標準補正率を選択して適用しても良い。

検査対象物は、心筋には限らない。なお、補正するべき輪郭は検査対象物によって異なるので、検査対象物に応じて補正の対象とする輪郭を決めておく。複数の検査対象物に関連付けてどの輪郭を補正するかを表したデータテーブルを用意しておき、実際の検査対象物に応じて補正する輪郭を自動設定しても良い。また、輪郭を補正するために使用する特徴値も厚みには限らず、検査対象物の医用画像での表れ方を考慮して適切な特徴値を使用するべきである。

処理対象となる医用画像は、Ｘ線ＣＴ（computed tomography）装置やＭＲＩ（magnetic resonance imaging）装置などの超音波診断装置以外の医用画像診断装置により撮像されたものとしても良い。従って、上記した実施形態の特徴的な機能は、超音波診断装置以外の医用画像診断装置に備えることも可能である。また、上記した実施形態の特徴的な機能は、医用画像診断装置で撮像された医用画像を処理する医用画像処理装置にて実現することも可能である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…装置本体、１２…超音波プローブ、１３…入力装置、１４…モニタ、２１…送受信ユニット、２２…Ｂモード処理ユニット、２３…ドプラ処理ユニット、２４…画像生成回路、２５…画像メモリ、２６…制御プロセッサ、２７…内部記憶装置、２８…ソフトウェア格納部、２９…画像解析部、３０…インタフェース部、１００…超音波診断装置。

Claims (7)

1. 被検体内の検査対象物の形態を表す医用画像を処理する医用画像処理装置において、
   前記医用画像に基づいて前記検査対象物についての表面の輪郭を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された輪郭に関する特徴値を測定する測定手段と、
   ユーザ指示に応じて補正率を設定する設定手段と、
   前記測定手段により測定された特徴値を前記設定手段により設定された補正率に従って変化させるように前記抽出手段により抽出された輪郭を補正する補正手段とを具備したことを特徴とする医用画像処理装置。
2. 前記抽出手段は、前記検査対象物についての互いに異なる２つの表面の輪郭をそれぞれ抽出し、
   前記測定手段は、前記抽出手段により抽出された２つの輪郭に基づいて前記２つの表面の間の厚みを前記特徴値として測定し、
   前記補正手段は、前記測定手段により測定された厚みを前記補正率に従って変化させるように前記抽出手段により抽出された２つの輪郭の一方を補正することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. 前記補正手段は、前記測定手段により測定された特徴値を、予め定められた標準的な補正率に従って変化させるように前記抽出手段により抽出された輪郭を補正し、
   前記設定手段は、前記標準的な補正率に応じた前記補正手段による補正がなされたのちのユーザ指示に応じて補正率を設定し、
   前記補正手段はさらに、前記測定手段により測定された特徴値を前記設定手段により設定された補正率に従って変化させるように前記抽出手段により抽出された輪郭を補正することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
4. 前記ユーザ指示に応じての前記設定手段での補正率の設定を考慮して前記標準的な補正率を更新する更新手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の医用画像処理装置。
5. 前記測定手段は、前記検査対象物を分割して設定される複数の分割領域のそれぞれに関して前記特徴値を測定し、
   前記設定手段は、前記分割領域のそれぞれに関して前記補正率を設定し、
   前記補正手段は、前記測定手段により測定された複数の特徴値を前記設定手段により設定された複数の補正率に従ってそれぞれ変化させるように前記抽出手段により抽出された輪郭を補正することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
6. 被検体内に送信した超音波の検査対象物での反射波に基づいて前記検査対象物の形態を表す医用画像を生成する超音波診断装置において、
   前記医用画像に基づいて前記検査対象物についての表面の輪郭を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された輪郭に関する特徴値を測定する測定手段と、
   ユーザ指示に応じて補正率を設定する設定手段と、
   前記測定手段により測定された特徴値を前記設定手段により設定された補正率に従って変化させるように前記抽出手段により抽出された輪郭を補正する補正手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
7. 被検体内の検査対象物の形態を表す医用画像を生成する生成手段と、
   前記医用画像に基づいて前記検査対象物についての表面の輪郭を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された輪郭に関する特徴値を測定する測定手段と、
   ユーザ指示に応じて補正率を設定する設定手段と、
   前記測定手段により測定された特徴値を前記設定手段により設定された補正率に従って変化させるように前記抽出手段により抽出された輪郭を補正する補正手段とを具備したことを特徴とする医用画像診断装置。

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