JP2016097256A - 超音波画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査者に格別な負担を要せずに、計測に用いるための好適なフレームセットをフレーム列の中から選択する。【解決手段】フレーム列解析部３２は、計測対象組織である胎児の心臓から取得されたフレーム列に含まれる各フレームの輝度情報に基づいて、心臓の心拍周期を示す心拍周期情報を取得する。フレーム特定部３４は、心拍周期情報に基づいてフレーム列の中から拡張末期フレーム及び収縮末期フレームからなるフレームセットを特定する。表示処理部２２は、特定されたフレームセットを並べて表示部２４に表示させる。最初に表示されたフレームセットが計測用として適切でない場合、表示処理部２２は、ユーザの操作に応じて、心拍周期単位でフレームセットの切り替え表示を行う。【選択図】図１

Description

本発明は超音波画像処理装置に関し、特に、超音波の送受波により取得したフレーム列の表示処理に関する。

超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受波し、これにより得られたデータに基づいて超音波画像を形成する装置である。例えばＢモードにおいては、対象組織に対して超音波が送受波されることでフレームデータ列が取得される。取得されたフレームデータ列は、画像メモリ（シネメモリ）に一時記憶されるとともに、スキャンコンバータなどにより処理されることでＢモード動画像としてリアルタイムに表示される。計測、印刷等の必要から、ユーザによりフリーズ操作が行われると、動画像のリアルタイム表示が停止し、フリーズ操作時点において表示されていた画像が静止画として表示される。その後、必要に応じて、画像メモリ上に記憶されたフレームデータ列が再生される。ユーザによりストア操作がされると、画像メモリに一時記憶されているフレームデータ列又は特定のフレームデータが不揮発性の記憶装置に記憶される。なお、本明細書においては、「フレーム」の用語は、フレームデータの簡略表現であり、その概念には、超音波ビームが電子走査されることで得られたフレームデータ、及びスキャンコンバータによる処理後のフレームデータが含まれる。

超音波画像は各種計測に用いられる。計測は、フリーズ操作によって表示された静止画像、若しくはシネメモリに記憶されたフレーム列を再生して得られる静止画像又は動画像を用いて行われる。超音波診断装置からフレーム列を受け取った情報処理装置において計測が実行される場合もある。計測の種類としては、Ｂモード画像上において所定の２点間の距離を測定し、当該測定値から対象組織内の所定の２点間の距離を算出する距離計測、Ｂモード画像上の所定範囲の面積から対象組織の断面積を計測する面積計測などがある。

例えば心臓のように、周期的に運動する組織について計測を行う場合、運動周期内の複数の時相において計測を行い、得られた複数の計測結果の変化を見る場合がある。例えば、ＦＳ計測と呼ばれる計測は、心臓の左室内径の短縮率（ＦＳ値）を計測するものであり、心臓の拡張末期における左室内径と心臓の収縮末期における左室内径とを算出し、これらの計測結果に基づいてＦＳ値が算出される。

上記のような計測では、同じ心拍内における拡張末期のフレームと収縮末期のフレームからなるフレームセットが特定され、それらが同時に画面上に表示される。すなわち、予め１又は複数の運動周期に亘って対象組織に超音波を送受波してフレーム列が取得され、取得されたフレーム列の中から計測に用いる、同じ心拍内の複数の所定時相に対応した複数のフレーム（フレームセット）が事後的に選択されるのが一般的である。

例えば上述のＦＳ計測においては、心拍周期の拡張末期と収縮末期における左室内径を計測する必要がある。つまり、フレーム列の中から拡張末期において取得されたフレームと収縮末期において取得されたフレームとを適切に選択しなければならない。

従来、計測に用いるフレームセットの選択は、医師などのユーザにより手動で行われていた。例えば、ＦＳ計測においては、被検体の心臓に対して超音波を複数心拍に亘り送受波して得られたフレーム列を１枚１枚表示させながら、ユーザが目視により拡張末期において取得されたフレームと収縮末期において取得されたフレームを選択していた。

上記のような目視判断による選択方法は、検査者の負担が大きく、時間がかかってしまうという問題が指摘できる。また、このような選択方法は、ユーザの主観に依存するという面も指摘できる。つまり、同じフレーム列であっても、ユーザに応じて異なるフレームセットが選択されてしまうという問題が指摘できる。

本発明の目的は、検査者に格別な負担を要せずに、計測に用いるための好適なフレームセットをフレーム列の中から選択することにある。

本発明に係る超音波画像処理装置は、周期的に運動する対象組織に超音波を送受波することで得られたフレーム列を解析することにより、前記対象組織の運動周期を示す周期情報を取得する周期情報取得手段と、前記周期情報に基づいて、前記フレーム列の中から、前記運動周期中の第１時相に対応する第１時相フレーム及び前記運動周期中の第２時相に対応する第２時相フレームを含むフレームセットを特定するフレームセット特定手段と、
前記フレームセットを並べて表示部に表示させる表示制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、周期情報取得手段により、取得されたフレーム列が解析されることで周期情報が取得される。対象組織が周期的に運動しているため、対象組織に対して超音波を送受波して得られるフレーム列においても対象組織の運動周期に応じた周期的な変化が現れる。例えば、当該フレーム列に含まれる各フレームの輝度情報（例えばフレーム内の特定領域の平均輝度）は、対象組織の運動に応じて変化することから、周期情報取得手段は、当該輝度の変化に基づいて周期情報を取得することができる。当該周期情報の取得方法は、例えば心電計が利用できない胎児の心臓についてＦＳ計測を行うなど、対象組織の周期情報が直接取得できない場合に特に有効である。

フレームセット特定手段により、周期情報に基づいて複数の特定時相に対応した複数のフレームからなるフレームセットがフレーム列から選択され、表示制御手段によりそれが表示される。つまり、実行しようとしている計測に応じて、計測対象候補となる所定時相関係にある複数のフレームが同時表示される。よって、それらを個別観察あるいは対比観察して、セット単位で内容の良否を一括して評価することができるから、その評価を的確に行うことができ、また、計測対象を特定するまでの時間を短縮できる。ユーザは、計測用のフレームセットを選択するために、フレーム列に含まれる各フレームを１つ１つ目視する必要がなくなる。つまり、ユーザは、フレーム列の中から計測用のフレームセットをより容易に選択することが可能になる。上記構成によれば、実行しようとしている計測に応じて計測対象候補の関連付け（ペアリング、グルーピング）が自動的に行われるから、その点でユーザの負担が大幅に軽減され、計測効率を高められる。

望ましくは、前記表示制御手段は、前記フレーム列を用いた計測の開始操作時点から過去に直近の運動周期に対応するフレームセットを最初に表示させる。ユーザは、フレーム列の取得中にリアルタイム表示される動画像を目視して、計測に適した画像が撮れたと思った瞬間にフリーズ操作を行って計測を開始するのが一般的である。すなわち、計測の開始操作時点から直近の運動周期に対応するフレームセットが計測に用いるフレームセットとして適切なものである可能性が高い。したがって、計測の開始操作時点から直近の運動周期に対応する前記フレームセットを最初に表示することで、より計測に適している可能性の高いフレームセットを優先的に表示することができる。これにより、ユーザの計測用フレームセットの選択に係る手間あるいは時間をより低減させることができる。

望ましくは、前記表示制御手段は、ユーザの指示に従って、複数の運動周期に対応する複数のフレームセットを切り替え表示させる。最初に表示されたフレームセットが計測用のフレームセットとして適切でないとユーザが判断した場合、ユーザは他のフレームセットを選択する必要がある。このとき、候補となるのは、現在表示されているフレームセットに対応する運動周期以外の運動周期に対応するフレームセットである。したがって、表示制御手段は、ユーザ操作に応じて、各運動周期に対応する複数のフレームセットを切り替え表示させる。つまり、計測に使わない複数のフレームをジャンプして、計測対象候補だけが順次表示される。これにより、最初に表示されたフレームセットが計測用として適切でないフレームセットである場合であって他のフレームセットを選択する場合に、次なる計測用候補のフレームセットの選択にかかるユーザの手間あるいは時間をより低減させることができる。

望ましくは、前記対象組織は胎児の心臓であり、前記運動周期は心拍周期である。また、望ましくは、前記第１時相は、前記心拍周期における拡張末期であり、前記第２時相は、前記心拍周期における収縮末期である。

本発明によれば、検査者に格別な負担を要せずに、計測に用いるための好適なフレームセットをフレーム列の中から選択することができる。

本実施形態に係る超音波診断装置の構成概略図である。 拡張末期及び収縮末期において取得された心臓のＢモード画像である。 フレーム列に含まれる各フレームの輝度変化を示すグラフである。 心拍周期波形に基づいてフレームセットが選択される様子を示す概念図である。 フレームセットが表示される様子を示す図である。 表示されたフレームセットを用いてＦＳ計測を実施した結果を示す図である。 本実施形態に係る超音波診断装置の動作の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、超音波診断装置１０において計測対象組織である胎児の心臓の断層画像（Ｂモード画像）が形成され、これを用いてＦＳ計測が実行される。

図１は、本実施形態に係る超音波画像処理装置としての超音波診断装置１０の構成概略図である。超音波診断装置１０は、一般に病院などの医療機関に設置される医療上の機器である。

プローブ１２は、被検体に対して超音波の送受波を行う超音波探触子である。プローブ１２は複数の振動子からなる振動子アレイを有している。複数の振動子には、送信部１４からの複数の送信信号が供給される。これにより超音波ビームが形成される。振動子アレイを構成する複数の振動素子は送受波領域からの反射エコーを受信し、これにより複数の受信信号が受信部１６へ出力される。本実施形態では、プローブ１２は母体の腹部に当接され、母体の腹壁を介して胎児の心臓に対して超音波の送受波が行われる。

送信部１４は、制御部２６からの制御に応じて、プローブ１２が有する複数の振動子に対して、それらを励振する複数の送信信号を送る。入力部３０においてユーザによりフリーズ操作が行われると、送信部１４は、プローブ１２への送信信号の供給を一時停止する。ユーザによりフリーズ解除操作が行われると再度送信信号の供給を行う。

受信部１６は、プローブ１２の複数の振動子から出力された複数の受信信号を整相加算処理してビームデータを形成する。超音波ビームの電子走査に伴って、複数のビームデータが順次出力される。１回の電子走査当たり、１フレーム分の複数のビームデータが得られる。各ビームデータは、深さ方向に並ぶ複数の反射エコー信号により構成される。電子走査が繰り返し行われることにより、受信フレーム列が生成される。

画像形成部１８は、例えばデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）であり、受信部１６からの受信フレーム列を表示フレーム列に変換するものである。具体的には、画像形成部１８は座標変換機能及び補間処理機能などを備えている。本実施形態では、画像形成部１８は、表示部２４にＢモード画像として表示される表示フレーム列を形成する。なお、後述の画像メモリ２０が画像形成部１８の前段に設けられている場合には、画像形成部１８は、画像メモリに記憶された受信フレーム列を表示フレーム列に変換してもよい。

画像形成部１８の前段又は後段に設けられる揮発性の画像メモリ２０には、受信部１６が出力する受信フレーム列又は画像形成部１８で処理された表示フレーム列が一時的に記憶される。画像メモリ２０は例えばリングバッファ構造を有しており、時系列順に入力される各フレームを記憶する。すなわち、画像メモリ２０には、現時点から過去一定期間において取得されたフレーム列が記憶される。入力部３０においてユーザによりストア操作が行われると、画像メモリ２０に記憶されているフレーム列が不揮発性の画像記憶部（不図示）に転送される。本実施形態では画像メモリ２０は画像形成部１８の後段に設けられており、画像メモリには画像形成部１８による処理後の表示フレーム列が記憶される。

表示処理部２２は、画像形成部１８が形成した表示フレーム列を処理し、表示部２４に超音波画像としてのＢモード画像を表示させる。また、後述のフレーム特定部３４が特定したフレームセットに対応する複数のＢモード画像を表示部２４に表示させる。また、後述の計測部３６が出力する計測結果情報（例えば計測値データやグラフデータなど）を処理し表示部２４に計測値やグラフを表示させる。超音波画像と計測結果を組み合わせるなどして表示するようにしてもよい。表示部２４は、例えば液晶ディスプレイなどで構成される。

制御部２６は、例えばＣＰＵ又はマイクロプロセッサなどのハードウェア、あるいはＣＰＵ又はマイクロプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現することができる。制御部２６は、超音波診断装置１０の各構成要素の制御を行う。

記憶部２８は、不揮発性であり、例えばハードディスク、ＲＯＭ、又はＲＡＭなどで構成される。また、記憶部２８には、超音波診断装置１０の各構成要素を動作させるためのプログラムが記憶される。さらに、記憶部２８には、後述の計測部３６の計測結果などが記憶されてもよい。

入力部３０は、ボタン、スイッチ、ダイアル式つまみ、及びトラックボールなどを含み、ユーザの指示を制御部２６へ入力するためのものである。ユーザは、入力部３０を用いて、フリーズ操作、フリーズ解除操作、ストア操作、計測開始操作、あるいは計測点入力操作などの各種操作を行うことができる。

次に、計測のために機能する構成について説明する。その計測は、リアルタイム動作後のフリーズ状態で実行されるものである。フレーム列解析部３２は、図示された構成例では、記憶部２８に記憶されたフレーム列を解析する。これにより、周期的に運動する対象組織の運動周期を示す周期情報を取得する。つまり、フレーム列解析部３２は周期情報取得手段としての機能を有する。本実施形態では、対象組織が胎児の心臓であるため、フレーム列解析部３２は、周期情報として胎児の心拍周期情報を取得する。

具体的には、フレーム列解析部３２は、対象組織である胎児の心臓の拍動に応じて生じる、フレーム列に含まれる各フレームの輝度情報（輝度値）の変化に基づいて心拍周期情報を取得する。輝度情報としては、各フレームが有する各画素の輝度値の和あるいは平均を用いることができる。各フレームから得られた輝度情報は、胎児の心拍に応じた周期性を有するため、これに基づいて胎児の心拍周期情報を得ることができる。また、心拍周期情報を精度よく取得するために、フレーム内の所定の領域における輝度値を輝度情報として用いてもよい。フレーム列解析部３２の処理の詳細については、図２及び図３を用いて後述する。

なお、周期情報の取得方法は、各フレームの輝度値の変化を解析する手法に限られない。例えば、フレーム列に含まれる各フレームについて対象組織の輪郭抽出処理を行い、抽出された輪郭の形状あるいは大きさなどに基づいて周期情報を取得する手法などであってもよい。また、計測対象が成人の心臓である場合などは、心電計で直接心拍情報を取得するようにしてもよい。

フレーム特定部３４は、フレーム列解析部３２が取得した心拍周期情報に基づいて、フレーム列を構成する複数のフレームの中から、対象組織の心拍周期における複数の時相において取得された複数のフレーム（フレームセット）を特定する。つまり、フレーム特定部３４は、フレームセット特定手段としての機能を有する。フレームセットに含まれる各フレームは、同心拍周期内から選択される。具体的には、計測内容に応じて、要請される時相関係を満たす複数のフレームがフレームセットとして特定される。

特定時相とは、計測に必要なフレームが取得される時相である。したがって、特定時相は計測内容に応じて異なる。フレーム特定部３４が、どの時相のフレームを特定するかは、予めユーザに指定されるか、あるいは計測内容に応じて自動的に決定されてよい。本実施形態では、ＦＳ計測を行うため、フレーム特定部３４は、心拍周期における拡張末期において取得されたフレーム及び収縮末期において取得されたフレームを含むフレームセットを特定する。あるいは、これに加え、他の時相におけるフレーム（例えば拡張末期と収縮末期の中間時点において取得されたフレーム）などをフレームセットに含めるようにしてもよい。フレーム特定部３４の処理の詳細については、図４を用いて後述する。

計測部３６は、表示処理部２２により表示部２４に表示される超音波画像上において各種計測を行う。計測部３６が実行可能な計測としては、対象組織の所定の２点間の距離を計測する距離計測、対象組織の所定領域の面積を計測する面積計測などがある。超音波画像上の計測位置（計測点）はユーザによって指定される。計測部３６は、フレーム特定部３４が特定したフレームセットにおいてこれらの計測を行い、複数の計測値を得る。そして、複数の計測値に基づいて、対象組織の運動機能を評価する値を算出する。例えば、上述のＦＳ計測の他、心臓の拡張末期における左室容積と収縮末期における左室容積とに基づいて算出される左室の収縮機能の指標となるＥＦ（Ejection Fraction）値などが算出される。ＥＦ値の算出においては、拡張末期及び収縮末期において取得されたフレームにおいて上述の面積計測により左室面積を測定し、それに基づいてそれぞれの左室容積が算出される。また、右室自由壁側の三尖弁輪の移動距離を計測するＴＡＰＳＥ（Tricuspid Annular Plane Systolic Excursion）計測なども実行可能である。ＴＡＰＳＥ計測においては、拡張末期において取得されたフレームにおける三尖弁輪の位置と収縮末期において取得されたフレームにおける三尖弁輪の位置との距離に基づいて目的の距離が計測される。

対象組織は周期的な運動を行うため、フレーム列内の各フレームにおいて対象組織の注目部位の位置がそれぞれ異なる。トラッキング処理部３８は、フレームごとに変化する注目部位に追従して、当該注目部位上に設定された計測点の位置をフレームごとに変化させる（すなわち計測点の位置を注目部位上に維持する）トラッキング処理を行う。トラッキングの手法としては、例えばパターンマッチング技術など、既知の技術を利用することができる。

本実施形態では、超音波画像処理装置として超音波診断装置１０が用いられているが、超音波画像処理装置としては、超音波診断装置１０以外のコンピュータ、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることが可能である。この場合は、当該コンピュータは、超音波診断装置で形成されたフレーム列を受け取って上記の処理を行う。

なお、図１に示す各構成（符号を付した各部）のうち、送信部１４、受信部１６、画像形成部１８、表示処理部２２、フレーム列解析部３２、フレーム特定部３４、計測部３６、及びトラッキング処理部３８の各部は、例えば電気電子回路やプロセッサ等のハードウェアを利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。また、上記各部に対応した機能が、ＣＰＵやプロセッサやメモリなどのハードウェアと、ＣＰＵやプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現されてもよい。

以下、図１を参照しながら、図２及び図３を用いて、フレーム列解析部３２の処理の詳細を説明する。

図２は、胎児の心臓の４腔断面が示されたＢモード画像が示されている。図２（ａ）には、拡張末期において取得されたフレームから形成される拡張末期画像５０が示され、図２（ｂ）には収縮末期において取得されたフレームから形成される収縮末期画像５６が示されている。なお、以下の説明においては、簡単のためにＢモード画像を用いて説明するが、実際にはフレーム列解析部３２の処理はフレームに対して実施される。

図２（ａ）及び図２（ｂ）を比較して分かるように、心臓の拡張・収縮に応じてＢモード画像に示される心臓断面も拡張・収縮している。具体的には、図２（ａ）の拡張末期画像５０においては、心臓断面５２は心拍周期中において最大限に拡張し、心臓壁が伸び、各腔の面積が大きくなっている。一方、図２（ｂ）の収縮末期画像５６においては、心臓断面５８は心拍周期中において最大限に収縮し、心臓壁が縮み、各腔の面積が小さくなっている。なお、本実施形態においては、心臓壁の部分（図２において斜線部分）が高輝度部分となっている。

上述の通り、フレーム列解析部３２は、各フレームの輝度値の変化に基づいて心拍周期情報を取得する。１つのフレームの全領域の輝度値のフレームごとの変化に基づいて心拍周期情報を取得することも可能であるが、本実施形態では、より精度の高い心拍周期情報を取得するために、各フレームを複数の領域に分割し、各領域のうち輝度値変化の周期が最も安定した領域を特定し、当該領域から取得された輝度値のフレームごとの変化に基づいて心拍周期情報を取得する。

まず、フレーム列解析部３２は、フレーム列に含まれる各フレームを１６個（縦横４等分）の領域に分割する（図２参照）。そして、１つのフレームの１６個の各領域について、領域に含まれる画素の輝度値の和（平均値でもよい）を算出する。つまり、１つのフレームについて１６個の輝度値が算出される。そして、当該処理をフレーム列に含まれる全フレームについて行う。これにより、各領域に対応した１６個の輝度値列（輝度値波形）が形成される。

フレーム列解析部３２は、形成された各輝度値波形に対してノイズ除去のためにフィルタ（ローパスフィルタ）処理を行い、１６個のフィルタ後波形を生成する。さらに、各フィルタ後波形について２次微分処理を行い、１６個の２次微分波形を生成する。図３には、輝度値波形７０、フィルタ後波形７２、及び２次微分波形７４の例が示されている。図３の例は、１６個に分割された領域の１つの領域についての各波形が示されている。図３において横軸はフレーム番号（フレーム列を構成する各フレームに対して取得順に付した番号）を示す。つまり、横軸は時間軸と見ることもできる。縦軸は、輝度値波形７０及びフィルタ後波形７２については下端を０とする輝度値を表し、２次微分波形７４については中央を０とする２次微分値を示す。

以下、１つの領域についての処理に注目して説明する。フレーム列解析部３２は、フィルタ後波形に基づいて基準正弦波形を生成する。具体的には、まず、１つのフィルタ後波形から周期を抽出する。ここで、フィルタ後波形の周期が不安定な場合には多数の周期が抽出されることになる。そして、抽出された周期の平均値（ＡｖgＨＲ）を算出する。本実施形態では、フィルタ後波形から得られる周期のうち、１σ分の平均値をＡｖgＨＲとしている（すなわち極端な値を除外して算出している）。算出されたＡｖgＨＲを周期とする正弦波を基準正弦波形とする。

そして、フレーム列解析部３２は、基準正弦波形形と当該領域に対応する２次微分波形との相関値を算出する。相関値の算出にあたっては、まず式（１）により相互相関波形を算出する。
ここで、ｇ（ｘ）は２次微分波形であり、ＦＰＳはフレームレート[Ｈｚ]を示す。また、ｘはフレーム番号を示し、ｙは位相調整量（何フレーム分位相をずらすか）を示す。Ｎはフレーム列に含まれるフレームの数である。

式（１）により算出される相互相関波形は、基準正弦波形と２次微分波形ｇ（ｘ）との位相が同位相の場合に最大値をとり、基準正弦波形と２次微分波形ｇ（ｘ）との位相が逆位相の場合に最小値をとる周期関数となる。そこで、フレーム列解析部３２は、式（２）により相互相関波形の実効値ＲＭＳを算出し、算出された値を相関値とする。

算出された相関値が大きいということは、基準正弦波形と２次微分波形との類似度が高いということであり、これは、当該領域における輝度値波形の周期が安定していることを意味する。逆に言えば、輝度値波形の周期が不安定である領域については、基準正弦波形と２次微分波形との類似度が低く、相関値が低く算出される。

フレーム列解析部３２は、上述の方法により、１６個の領域全てについて相関値を算出する。そして、算出された複数の相関値の中から最も大きい値の相関値を特定する。そして、特定された最大相関値が算出された領域におけるフィルタ後波形あるいは２次微分波形を心拍周期情報（心拍周期波形）とする。本実施形態においては、図２に示す領域５４について算出された相関値が最大であり、領域５４におけるフィルタ後波形を心拍周期波形として利用する。図２を参照して分かるように、領域５４においては、拡張末期において領域５４の各画素の輝度値の和が最小となり、収縮末期において輝度値の和が最大となっている。したがって、心拍周期波形において極大値をとる時点が収縮末期を示し、極小値をとる時点が拡張末期を示している。

以下、図４を参照しながらフレーム特定部３４の処理について説明する。図４には、フレーム列解析部３２が取得した心拍周期波形８０と、それに対応するフレーム列が示されている。フレーム特定部３４は、心拍周期波形に基づいて、フレーム列の中から拡張末期において取得されたフレーム（拡張末期フレーム）及び収縮末期において取得されたフレーム（収縮末期フレーム）を特定する。具体的には、心拍周期波形８０が極小値となる時点において取得されたフレームを拡張末期フレームとして特定し、心拍周期波形８０が極大値となる時点において取得されたフレームを収縮末期フレームとして特定する。図４の例では、拡張末期フレーム８２ａ及び８２ｃが、収縮末期フレーム８２ｂ及び８２ｄが特定される。

１組の拡張末期フレームと収縮末期フレームをフレームセットとして定義する。具体的には、１つの拡張末期フレームと、当該拡張末期フレームが取得された後最初に取得された収縮末期フレームとが１つのフレームセットとして定義する。図４の例では、拡張末期フレーム８２ａ及び収縮末期フレーム８２ｂからなるフレームセット８４ａ、並びに拡張末期フレーム８２ｃ及び収縮末期フレーム８２ｄからなるフレームセット８４ｂが定義される。

以下、図５及び図６を参照しながら、フレームセットの表示態様及び計測について説明する。

図５に示される通り、表示処理部２２は、取得されたフレーム列の中から選択された、拡張末期フレームと収縮末期フレーム（フレームセット）に対応する２つのＢモード画像を並べて表示部２４に表示する。これにより、ユーザはフレーム列を１枚１枚目視して所望の時相で得られたフレームセットを探し出す必要がなくなる。また、フレームセットに対応する２つのＢモード画像が並べて表示されることでユーザは表示切り替え処理などを要することなく一目で計測に用いる画像として適切であるか否かを判断することができる。

また、表示処理部２２は、フレーム特定部３４が特定した複数のフレームセットのうち、計測開始時点あるいはフリーズ時点から最も近い心拍周期に対応するフレームセットを最初に表示させる。図４を参照すると、本実施形態では、時系列順に拡張末期フレーム８２ｃ、収縮末期フレーム８２ｄ、拡張末期フレーム８２ａ、収縮末期フレーム８２ｂの順で取得され、そこでフレームの取得が終了し（フリーズ操作され）計測が開始される。したがって、本実施形態では、フリーズ操作の直前の心拍周期に対応するフレームセット８４ａに対応する２つのＢモード画像が最初に表示される。具体的には、拡張末期フレーム８２ａに対応するＢモード画像８６ａ及びと収縮末期フレーム８２ｂに対応するＢモード画像８６ｂが最初に表示される（図５参照）。

ユーザは、フレームを取得しながら表示部に表示されるリアルタイム動画像を目視し、計測に用いるために適切な画像が撮れたと思った瞬間にフリーズ操作を行うのが一般的である。したがって、フレームセット８４ａが計測に用いるフレームセットとして適切である可能性が高い。そのため、フリーズ操作の直前の心拍周期に対応するフレームセットを最初に表示させることは、計測対象として適切である可能性の高いフレームセットを最初に表示させることを意味する。これにより、ユーザは、迅速に計測対象のフレームセットを選択することが可能になり、また、フレームセットの表示切り替えの手間の低減させることができる。

最初に表示されたフレームセットが計測に用いるのに適切なフレームセットではないとユーザが判断する場合も考えられる。したがって、表示処理部２２は、ユーザの操作に応じて他の心拍周期に対応するフレームセットを切り替え表示させる。具体的には、ユーザが例えばダイアル式つまみを１目盛回転させた場合に、フレームセット８４ａとは異なる心拍周期において取得されたフレームセット８４ｂ（図４参照）に含まれる拡張末期フレーム８２ｃ及び収縮末期フレーム８２ｄを並べて表示する。もちろん、フレームセットが３以上特定されている場合には、ユーザの操作に応じて次々とフレームセットが切り替わるようにしてもよい。これにより、最初に表示されたフレームセットが計測に用いるのに適切なフレームセットではない場合に、ユーザが他のフレームセットを検索するのにかかる手間及び時間を低減させることができる。

図６は、ＦＳ計測を実施した結果を示す図である。ユーザによりＦＳ計測に用いるためのフレームセットが選択されると、当該フレームセットを用いてＦＳ計測が行われる。ＦＳ値は、式（３）で算出される。
ここで、ＬＶＤｄは拡張末期における左室内径であり、ＬＶＤｓは収縮末期における左室内径である。したがって、ＦＳ計測のために、拡張末期フレーム８２ａに対応するＢモード画像８６ａ及び収縮末期フレーム８２ｂに対応するＢモード画像８６ｂ上のそれぞれにおいて左室内径が計測される。

ユーザは、Ｂモード画像８６ａ上において、表示されるカーソルを動かし、左室内径計測の始点９０ａ及び終点９０ｂを指定する。すると、計測部３６により始点９０ａと終点９０ｂ間の距離が計測される。左室内径は、Ｂモード画像８６ａ上における距離とＢモード画像８６ｂの表示拡大率に基づいて算出される。同様にして、Ｂモード画像８６ｂ上において左室内径が算出され、２つの左室内径に基づいてＦＳ値が算出される。

２つのＢモード画像上における左室内径計測の始点及び終点は、ユーザにより手動で指定されてもよいが、本実施形態においては、トラッキング処理部３８が、一方のＢモード画像上において指定された始点及び終点のそれぞれについてフレーム列に含まれる各フレーム対してトラッキング処理を行うことで、他方のＢモード画像における始点及び終点を自動的に指定する。

例えば、Ｂモード画像８６ａにおいて左室内径計測の始点９０ａ及び終点９０ｂがユーザにより指定された場合、トラッキング処理部３８は、取得されたフレーム列において拡張末期フレーム８２ａから収縮末期フレーム８２ｂに向けて（図４参照）始点９０ａ及び終点９０ｂのそれぞれについてトラッキングを行う。具体的には、拡張末期フレーム８２ａと、拡張末期フレーム８２ａの次に取得されたフレーム（以下「次フレーム」と記載）との間でパターンマッチング処理などを行う。当該処理により、拡張末期フレーム８２の始点及び終点が指定された所定部位が次フレームにおいてどの位置へ移動したかを把握することができる。そして、次フレームにおける当該所定部位の位置に始点及び終点を指定する。この処理を収縮末期フレーム８２ｂまで繰り返すことで、トラッキング処理部３８は、収縮末期フレーム８２ｂにおける始点９０ａ及び終点９０ｂの位置を指定する。

一方のＢモード画像における始点及び終点がトラッキング処理により指定された場合には、指定された始点及び終点の位置が適切な位置であるか否かをユーザが確認する必要がある。そこで、表示処理部２２は、２つのＢモード画像のいずれか一方が表示された領域において、拡張末期フレームから収縮末期フレームまでの各フレームを動画像として表示する。当該動画像において、トラッキング処理により指定された各フレームにおける始点及び終点の位置が示される。したがって、当該動画像を再生すると、始点及び終点の位置が刻々と変化する様子が把握できる。ユーザは、当該動画像を確認することでトラッキングが正しく行われたか否かを容易に確認することができる。

２つのＢモード画像において距離計測の始点及び終点が指定されると、計測部３６によりＦＳ値が算出される。図６に示されるように、算出されたＦＳ値９４は表示部２４上に表示される。

また、取得されたフレーム列全体においてトラッキング処理を行い、フレーム列に含まれる各フレームにおいて始点及び終点を指定し、各フレームについて左室内径の計測を行ってもよい。そして、図６に示されるように、フレーム列における左室内径の推移を推移グラフ９６として表示部２４に表示してもよい。推移グラフ９６の横軸はフレーム番号（時間）を示し、縦軸は左室内径を示している。画面上部に現在表示されているフレームセットの推移グラフ９６における位置を強調表示するのも好適である。図６においては、推移グラフ９６の一部が太線９６ａで表示されており、これが現在表示されているフレームセットを示している。推移グラフ９６を表示することにより、ユーザはフレーム列における左室内径の推移を容易に把握することができる。

以下、図１を参照しつつ図７に示されるフローチャートを用いて、本実施形態の処理の流れを説明する。

ステップＳ１０において、プローブ１２から計測対象である胎児の心臓に対して一定期間（複数心拍に亘って）超音波の送受波が行われる。これによりフレーム列が取得される。一定期間超音波の送受波が行われるとユーザによりフリーズ操作が行われ、フレームの取得が停止される。取得されたフレーム列は画像メモリ２０に記憶される。

ステップＳ１２において、フレーム列解析部３２は、取得されたフレーム列に含まれる各フレームの輝度値に基づいて胎児の心臓の心拍周期を示す心拍周期情報を取得する。

ステップＳ１４において、フレーム特定部３４は、ステップＳ１２で心拍周期情報に基づいて、フレーム列の中から拡張末期において取得された拡張末期フレームと収縮末期において取得された収縮末期フレーム（フレームセット）を特定する。フレーム列は複数心拍に亘って取得されたフレームであるため、フレームセットは複数特定される。

ステップＳ１６において、表示処理部２２は、特定されたフレームセットに含まれる拡張末期フレーム及び収縮末期フレームに対応する２つのＢモード画像を並べて表示部２４に表示させる。ここで最初に表示されるフレームセットは、計測開始操作（フリーズ操作）から直近の心拍周期に対応するフレームセットである。

ステップＳ１８において、制御部２６は、ユーザからフレームセットの表示切り替え指示があったか否かを判定する。ユーザからフレームセットの表示切り替え指示があったということは、最初に表示されたフレームセットが計測対象として適切でないことを意味する。したがって、この場合、ステップＳ２０において、表示処理部２２は、他のフレームセットを表示させる。ステップＳ１８及びＳ２０の処理は、ユーザから表示切り替え指示がなくなるまで、すなわち計測に用いるフレームセットが確定されるまで繰り返し実行される。

ステップＳ２２において、制御部２６は、表示されたフレームセット、すなわち２つのＢモード画像のうちいずれか一方において左室内径計測の始点及び終点が指定されたか否かを判定する。

Ｂモード画像のうちいずれか一方において距離計測の始点及び終点が指定された場合、ステップＳ２４において、トラッキング処理部３８は、一方のＢモード画像（本例では拡張末期のＢモード画像とする）において指定された始点及び終点についてトラッキングを行い、収縮末期のＢモード画像上において左室内径計測の始点及び終点を指定する。

ステップＳ２６において、表示処理部２２は、拡張末期フレームから収縮末期フレームまでの各フレームを動画像としてループ再生する。このとき、トラッキング処理により拡張末期フレームから収縮末期フレームまでの各フレームについて指定された左室内径計測の始点及び終点が共に表示される。

ステップＳ２８において、制御部２６は、ユーザからＦＳ値算出実行指示があったか否かを判定する。ユーザから当該指示がないということは、トラッキング処理により指定された始点及び終点の位置が適切でないことを意味するため、ステップＳ３０において、収縮末期のＢモード画像上における始点及び終点が修正される。当該修正はユーザにより行われてもよいし、トラッキング処理の条件などを変更して再度トラッキングを行うようにしてもよい。

ユーザからＦＳ値算出実行指示がされると、ステップＳ３２において、計測部３６は、拡張末期及び収縮末期のＢモード画像上においてそれぞれ左室内径を計測し、それに基づいてＦＳ値を算出する。算出されたＦＳ値は表示処理部２２により表示部２４に表示される。

以上説明した通り、本実施形態によれば、フレーム列の中から計測に用いるためのフレームセットが選択されそれらが表示される。このため、ユーザは格別の手間をかけることなく、フレーム列から計測に用いるフレームセットを選択することができる。また、最初に表示されたフレームセットが計測用として適切でなかった場合でも、計測用候補となるフレームセットが次々と切り替え表示されることから、ユーザは容易に計測用フレームセットを選択することができる。

なお、上述においては、胎児の心臓についてのＦＳ計測が実施される例を用いて本発明の実施形態を説明したが、もちろん本発明の実施形態としてはこれに限られない。本発明は、周期的に運動する対象組織についての計測あって、対象組織の運動周期の中から特定時相の複数のフレームを用いる計測を実施する超音波画像処理装置に対して有効に適用することができる。

１０ 超音波診断装置、１２ プローブ、１４ 送信部、１６ 受信部、１８ 画像形成部、２０ 画像メモリ、２２ 表示処理部、２４ 表示部、２６ 制御部、２８ 記憶部、３０ 入力部、３２ フレーム列解析部、３４ フレーム特定部、３６ 計測部、３８ トラッキング処理部。

Claims (6)

1. 周期的に運動する対象組織に超音波を送受波することで得られたフレーム列を解析することにより、前記対象組織の運動周期を示す周期情報を取得する周期情報取得手段と、
   前記周期情報に基づいて、前記フレーム列の中から、前記運動周期中の第１時相に対応する第１時相フレーム及び前記運動周期中の第２時相に対応する第２時相フレームを含むフレームセットを特定するフレームセット特定手段と、
   前記フレームセットを並べて表示部に表示させる表示制御手段と、
   を備えることを特徴とする超音波画像処理装置。
2. 前記表示制御手段は、前記フレーム列を用いた計測の開始操作時点から過去に直近の運動周期に対応するフレームセットを最初に表示させる、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の超音波画像処理装置。
3. 前記表示制御手段は、ユーザの指示に従って、複数の運動周期に対応する複数のフレームセットを切り替え表示させる、
   ことを特徴とする、請求項２に記載の超音波画像処理装置。
4. 前記対象組織は胎児の心臓であり、
   前記運動周期は心拍周期である、
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波画像処理装置。
5. 前記第１時相は、前記心拍周期における拡張末期であり、
   前記第２時相は、前記心拍周期における収縮末期である、
   ことを特徴とする、請求項４に記載の超音波画像処理装置。
6. コンピュータを、
   周期的に運動する対象組織に超音波を送受波することで得られたフレーム列を解析することにより、前記対象組織の運動周期を示す周期情報を取得する周期情報取得手段と、
   前記周期情報に基づいて、前記フレーム列の中から、前記運動周期中の第１時相に対応する第１時相フレーム及び前記運動周期中の第２時相に対応する第２時相フレームを含むフレームセットを特定するフレームセット特定手段と、
   前記フレームセットを並べて表示部に表示させる表示制御手段と、
   として機能させることを特徴とする超音波画像処理プログラム。