JP5670324B2

JP5670324B2 - 医用画像診断装置

Info

Publication number: JP5670324B2
Application number: JP2011514415A
Authority: JP
Inventors: 智章長野
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2030-05-18
Also published as: CN102421373B; WO2010134512A1; EP2433567A4; US20120065499A1; EP2433567A1; JPWO2010134512A1; CN102421373A

Description

本発明は、医用画像の中の関心領域(ROI)の設定について操作性向上が可能な医用画像診断装置とその関心領域設定方法に関する。

医用画像診断装置は、医師、臨床検査技師などの検者によって使用される。検者は、医用画像診断装置を使用する際に、画像の一部の診断領域に対しROIを設定する。

検者が表示画面に表示される画像の一部の領域に対しポインティングデバイスを用いてトレースすることで、ROIが設定される。検者の手で行われるトレースの操作は、ROIの手動設定と称されている。医用画像診断装置によって取得された複数枚の画像それぞれについてROIを設定する必要がある場合、検者にとってはROIの手動設定が煩雑な操作となる。

一方、心臓などの運動臓器に設定されるROIには、心臓などの運動に基づくROIのサイズや変位などに規則性があることが知られている。そこで、前述の規則性に従ってコンピュータの画像処理プログラムを作成し、画像処理プログラムを実行することによって運動臓器でのROIを設定することが可能である。本件特許明細書では、ROIが画像処理の画像処理プログラムによって抽出されることを「ROIの自動設定」と称することとする。

ROIの自動設定の方法は、例えば特許文献1で提案されている。特許文献1では、自動輪郭トラッキング(ACT)法を用い、超音波画像上の濃度勾配に基づいて心腔と心筋の境界を抽出し、境界により限定された領域をROIとして扱うことをコンピュータ(CPU)に行わせている。

特開平11-155862号公報

しかしながら、特許文献１では、扱う画像が二次元画像であり、三次元画像に対するROIの自動設定について何ら示唆もされていない。

そこで、本発明の目的は、運動臓器の三次元画像に対して、ROIを自動設定することが可能な医用画像診断装置とその関心領域設定方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、運動臓器の三次元画像から基準断面像を生成し、生成された基準断面像を領域分割の基準によりさらに複数の領域に分割し、分割された複数の領域のうちの運動状態が異なる領域を特定し、特定された領域を含む医用画像上の領域に関心領域を設定する。

具体的には、本発明の医用画像診断装置は、医用画像を取得する医用画像取得部と、前記医用画像中の運動臓器領域を含む三次元画像を構成する三次元画像構成部と、前記三次元画像から基準画像となる二次元断面像画像を生成する断面像画像生成部と、前記基準画像を領域分割の基準に基づいて複数の領域に分割する領域分割部と、前記複数の領域の運動状態を算出し、算出された運動状態に基づき前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域を特定し、特定された領域が含まれる前記医用画像の領域を関心領域として設定する関心領域設定部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の医用画像診断装置によれば、医用画像取得部により医用画像を取得し、三次元画像構成部により前記医用画像中の運動臓器領域を含む三次元画像を構成し、断面像画像生成部により前記三次元画像から基準画像となる二次元断面像画像を生成し、領域分割部により前記基準画像を領域分割の基準に基づいて複数の領域に分割し、関心領域設定部により前記複数の領域の運動状態を算出し、算出された運動状態に基づき前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域を特定し、特定された領域が含まれる前記医用画像の領域を関心領域として設定することで、運動臓器の三次元画像を所定の領域分割基準に基づいて複数の領域へ分割し、複数の領域の運動状態を個々の領域で算出し、運動状態が他の領域と異なる領域をROIとして設定できる。

また、本発明の関心領域設定方法は、医用画像取得部により医用画像を取得する第1のステップと、三次元画像構成部により前記医用画像中の運動臓器領域を含む三次元画像を構成する第2のステップと、断面像画像生成部により前記三次元画像から基準画像となる二次元断面像画像を生成する第3のステップと、領域分割部により前記基準画像を領域分割の基準に基づいて複数の領域に分割する第4のステップと、関心領域設定部により前記複数の領域の運動状態を算出し、算出された運動状態に基づき前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域を特定し、特定された領域が含まれる前記医用画像の領域を関心領域として設定する第5のステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明の関心領域設定方法によれば、第1のステップが医用画像取得部により医用画像を取得し、第2のステップが三次元画像構成部により前記医用画像中の運動臓器領域を含む三次元画像を構成し、第3のステップが断面像画像生成部により前記三次元画像から基準画像となる二次元断面像画像を生成し、第4のステップが領域分割部により前記基準画像を領域分割の基準に基づいて複数の領域に分割し、第5のステップが関心領域設定部により前記複数の領域の運動状態を算出し、算出された運動状態に基づき前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域を特定し、特定された領域が含まれる前記医用画像の領域を関心領域として設定することで、運動臓器の三次元画像を所定の領域分割基準に基づいて複数の領域へ分割し、複数の領域の運動状態を個々の領域で算出し、運動状態が他の領域と異なる領域をROIとして設定できる。

本発明は、運動臓器の三次元画像を所定の領域分割基準に基づいて複数の領域へ分割し、複数の領域の運動状態を個々の領域で算出し、運動状態が他の領域と異なる領域をROIとして設定することが可能な医用画像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の超音波画像診断装置のシステム構成図の一例本発明の実施例1の超音波画像診断装置の計測処理のフローチャート図2の輪郭線の設定の一例を示す図本発明の実施例1の超音波画像診断装置の計測処理の表示例本発明の実施例2の超音波画像診断装置の計測処理のフローチャート図5の輪郭線の設定の一例を示す図本発明の実施例3の輪郭線の設定の一例を示す図本発明の実施例4の超音波画像診断装置の計測処理の表示例本発明の実施例5の超音波画像診断装置の計測処理の表示例

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
本発明の医用画像診断装置は、超音波診断装置、X線CT装置、MRI装置などがある。本発明の実施の形態では、医用画像診断装置のうち超音波診断装置を例示する。

実施例1では、被検体の運動臓器を含む三次元画像は超音波診断装置により取得され、二次元の基準画像は取得された三次元画像から超音波診断装置に搭載されたCPUにより抽出され、抽出された二次元の基準画像から超音波診断装置に搭載されたCPUによりROIが自動設定される場合を説明する。

図1は、本実施例における超音波診断装置の概略を示すブロック図である。
超音波診断装置1は、図1に示されるように、超音波信号生成部2、超音波画像生成部3、演算部4、記憶部5、設定部6、表示部7及び制御部8を備えている。図中の実線矢印は制御を、白抜き矢印は画像信号データの流れをそれぞれ示している。

超音波信号生成部2は、超音波探触子21と超音波信号送受信部23を有している。
超音波探触子21は、被検体9へ超音波を送信し、被検体9からの受信信号を受信する。超音波信号送受信部23は、超音波探触子21によって受信された受信信号を整相加算回路(図示しない)に通して、三次元超音波信号を得る。

また、超音波探触子21は、複数の振動子の配列方向によって種類が分けられている。具体的には、複数の振動子素子を二次元配列した二次元超音波探触子と、複数の振動子を一次元に配列した一次元超音波探触子がある。

二次元超音波探触子は、三次元空間に向かって超音波を送受信可能であり、直接、三次元超音波信号を得られるから、本発明に採用する超音波探触子としては好適である。

また、一次元超音波探触子では、被検体の二次元超音波信号を得ることができる。一次元超音波探触子で三次元超音波信号を得る方法は、振動子の配列方向に直交する直交方向に順次被検体の二次元超音波信号を得て超音波信号送受信部23の記憶部5に記憶し、整相加算回路は順次直交方向に得られた被検体の二次元超音波信号を直交方向に並べて、三次元超音波信号を構成する演算を行う。

超音波画像生成部3は、超音波信号生成部2から入力された三次元超音波信号から、設定部6に設定された条件に基づいてボクセルデータで構成される三次元画像を生成する。

演算部4は、二次元断面抽出部41、二次元輪郭線抽出部43及びROI・計測値演算部45を有している。

二次元断面抽出部41は、三次元超音波信号の中から、特定の断面の信号を抽出する演算を行う。特定の断面とは、心エコー図検査で取得する基準画像である、心尖部2腔(A2C)の画像、心尖部4腔(A4C)の画像である。A2Cの画像とA4Cの画像は互いに直交する位置関係にある。また、各画像の分類は、ブロックマッチング法などの公知の画像認識技術により行われる。具体的には、データベースに記憶されたA2CとA4Cのテンプレートと三次元超音波信号との比較演算を行い、比較演算の結果で、最も類似性が高い三次元超音波信号で形成される二次元画像をA2Cの画像とA4Cの画像とする。

二次元輪郭線抽出部43は、A2CとA4C上で心臓の心内外膜輪郭線を抽出する。
本明細書では、所定の領域分割基準として、例えば、アメリカン・ソサエティ・エコーカーディオグラフィ(ASE)が推奨するような分画方法 (「ASE分画法」と称している)を用いる。心筋を分画した領域を心筋分画と呼ぶ。

ROI・計測値演算部45は、抽出された心内外膜輪郭線や心筋分画を利用して、ROI、運動臓器の大きさや動きの計測を行う。心筋分画は、例えば、ASE分画法により得られる。

ここでは、局所領域分割の方法としてASE分画法を例示するが、局所領域分割法は各画素にラベル(番号)を付与することにより，画素が連結している領域を分割(抽出)するラベリング方法、クラスタの平均を用いて与えられたクラスタ数K個に分類するK平均法などの公知の領域分割法を採用してもよい。

ASE分画法による領域分割は、後述する設定部6の輪郭線・分画位置設定部63によって実施される。輪郭線・分画位置設定部63は、表示部7に表示された超音波画像上に描出された臓器領域をトレースするものである。ここでは、臓器の例を心臓とする。輪郭線・分画位置設定部63は、心臓が描出された領域の心内膜と心外膜の画像上の位置をトレースする操作を行う。心内膜と心外膜の位置情報とは、図3の断面画像301a、301b中に示されるように、2重の太線で示される。外側の太線302は心外膜を示し、内側の太線303は心内膜を示す。心内膜と心外膜の位置情報は、心臓の容積計測の対象である心臓の内腔部分と心筋部分を分離する位置を意味する。ここで、描出された臓器の領域をトレースする際に、検者が行う操作方法は、手動操作、半自動操作、自動操作の3つがある。

(1)手動操作は、検者がポインティングデバイスを用いて心内膜と心外膜の位置情報を全て手動によってトレースする操作方法である。具体的には、検者が表示部7に表示された超音波画像の心臓領域の画像を参照しながら、検者が心内膜と心外膜に相当する領域の境界をトレースすることで、心内膜と心外膜の位置情報が入力される。制御部8は入力された心内膜と心外膜の位置情報を記憶部5に一旦記憶させる。

(2)半自動操作は、検者がポインティングデバイスを用いて心内膜又は心外膜の領域の境界上に複数点を入力し、CPUが入力された境界上の複数点により心内膜又は心外膜の領域の境界を抽出する操作方法である。具体的には、検者が表示部7に表示された超音波画像の心臓領域の画像を参照しながら、検者が心内膜と心外膜に相当する領域と、相当領域と隣接する領域との境界点を複数入力する。制御部8は入力された複数の境界点を受けて、境界点同士を結び、領域の境界線を心内膜と心外膜の位置情報として求めるためのスプライン補間等の補間演算を演算部4に行わせる。制御部8は入力された心内膜と心外膜の位置情報を記憶部5に一旦記憶させる。

(3)自動操作は、検者がポインティングデバイスを用いて心内膜又は心外膜の領域内の画素点を入力し、CPUが入力された画素点により心内膜又は心外膜の領域の境界を抽出する操作方法である。具体的には、検者が表示部7に表示された超音波画像の心臓領域の画像を参照しながら、検者が心内膜と心外膜に相当する領域を特定するために1点の入力を行う。入力された1点はリージョングローイング法でのシードとなる。制御部8はシードによりリージョングローイング法による領域抽出演算を演算部4に行わせて領域の境界線を心内膜と心外膜の位置情報として求めさせる。制御部8は求められた心内膜と心外膜の位置情報を記憶部5に一旦記憶させる。

所定の分割の指標の一例には、ASEの心筋の16分画法又は17分画法によるものがある。17分画法等は医用画像診断装置による心筋の計測での業界標準となりつつある。心筋への17分画法の適用は、検者が画像表示部71の画像を参照しながら心筋への17分画の位置を画面上に直接設定して分画の位置が入力されることにより行われる。

記憶部5は、プログラム記憶部51、データベース部53及びROI・計測値記憶部55を有している。記憶部5の具体的なハードウエアは、半導体メモリ、ハードディスク及び光ディスクなどの記憶媒体である。

プログラム記憶部51は、演算部4における輪郭抽出処理や計測演算等のアルゴリズムを記したプログラムや各部を制御するためのプログラムが記憶されている。

データベース部53は、二次元断面位置の情報と心筋分画の分画位置情報を含む心臓の局所位置情報や、輪郭モデルを利用した輪郭抽出を適用する場合の二次元輪郭形状の輪郭データが記憶されている。

ROI・計測値記憶部55は、ROI・計測値演算部45によって算出された計測値が記憶される。

設定部6は、計測条件設定部61及び輪郭線・分画位置設定部63を有している。設定部6はユーザインターフェイスであり、具体的なハードウエアはキーボード、トラックボール、スイッチを含む情報入力機器である。

計測条件設定部61は検者が手動によってパラメータ設定する際に用いられるものであり、設定されたパラメータは制御部8へ送信される。

輪郭線・分画位置設定部63は、上記で説明した機能の他、二次元画像から抽出された輪郭又は分画位置が精度よく設定されない場合に、手動によってその位置を微調整するのに用いられる。

表示部7は、画像表示部71及びROI・計測値表示部73を有している。表示部7のハードウエアは、CRTディスプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機EＬディスプレイなどの表示装置である。

画像表示部71は、三次元輪郭面を重畳した三次元画像、二次元輪郭線を重畳した二次元断面画像を選択的に表示する。

ROI・計測値表示部73は、ROI・計測値演算部45で算出された計測値をグラフまたは表形式にして画像表示部71で表示した画像群と併せて表示する。

制御部8は、超音波信号生成部2、超音波画像生成部3、演算部4、記憶部5、設定部6及び表示部7の各構成要素にそれぞれ接続され、各構成要素が機能するように統括制御する。制御部8の具体的なハードウエアは、コンピュータシステムのCPUである。

次に、図2、図3、図4を用いて、本実施例の動作例を説明する。
図2は本発明の実施例1の超音波画像診断装置の計測処理のフローチャートである。
図3は図2の輪郭線の設定の一例を示す図である。図4は本発明の実施例1の超音波画像診断装置の計測処理の表示例である。

図2(a)は、長軸像、短軸像モデル生成から各モデル、輪郭線のデータベース部53への登録までを説明するフローチャートである(「データベース部登録過程」と称する)。図2(b)は、長軸像、短軸像抽出からROI・計測値表示部73に計測結果を表示するまでを説明するフローチャートである(「ROI自動設定過程」と称する)。

データベース部登録過程は、図2(a)に示した次の手順で実行される。
(ステップ201)
制御部8は、A2Cの画像301b、A4Cの画像301aなどの長軸像と、長軸像と直交する短軸像の形状を示すモデルをデータベース部53に記憶する。短軸像の例としてはAｐｅｘ(短軸像心尖部分像)、Mid(短軸像乳頭筋部分像)、Base(短軸像心基部部分像)が挙げられる。Apex、Mid、Baseは左心室において長軸方向の異なる位置のレベル309a、309b、309cに設けられるとする。

(ステップ203)
制御部8は、ASE分画法に基づいて長軸像輪郭線を生成し、記憶部5に記憶する。ASE分画法は主に左心室の心筋について区分することを示している。心筋は太線302と303で示される心外膜と心内膜の間に存在する。17分画法によれば左心室は、図3の左上方のA4Cの画像301aに示されるように、分画境界308(点線で図示)により7個の心筋の領域a〜gに分割される。すなわち領域a〜gが心筋分画となる。太線302と303で示した輪郭線上には輪郭点が設けられる。A4Cの画像の右隣には、A4Cの画像と直交する位置関係にあるA2Cの画像が示されている。A2Cの画像も分画境界308(点線で図示)により心筋分画として7個の心筋の領域a〜gに分割される。また、図示しないが、A3C(心尖部長軸像)など長軸像の新たな基準断面の種類を定義してもよい。以上説明したように長軸像輪郭線は、画像301a及び301bに示されるように、心筋領域の境界部分に設定される。

(ステップ205)
制御部8は、ASE分画法に基づいて短軸像輪郭線を生成し、記憶部5に記憶する。短軸像においても心筋は、長軸画像の場合と同様に、太線306と307で示される心外膜と心内膜の間に存在する。短軸像は、長軸像のA4Cの画像301aと直交するA2Cの画像301bの位置関係を利用して6個の心筋の領域に分割される。具体的には、図3の右下の長軸像のA4Cの画像とA2Cの画像の位置関係が示される座標系を用いて説明する。図3の右下の座標系はA4Cの画像の位置を縦軸に、A2Cの画像の位置を横軸としている。太線306と307で示した短軸像の輪郭線は縦軸及び横軸と、図3の右下の座標系上の黒丸で示した8点と交わる。この8点に対する相対位置関係を利用して、短軸像の心筋領域は6個に分割される。

短軸像輪郭線は、太線306と307で示されるように、心筋の領域の境界部分に設定される。

(ステップ207)
制御部8は、ステップ201で作成した長軸像及び短軸像のモデルと、ステップ203で作成した長軸像の輪郭線、ステップ205で作成した短軸像の輪郭線をデータベース部53に関連づけて、輪郭モデル304及び305として登録する。

次に、ROI自動設定過程は、図2(b)に示した次の手順で実行される。
(ステップ211)
検者は、計測条件設定部61を手動操作して超音波信号取得のためのパラメータを制御部8に設定する。制御部8は、設定されたパラメータを受けて、超音波探触子21を超音波信号送受信部23に駆動させる。超音波探触子21は超音波の送信、被検体からの反射信号の受信、すなわち送受信の期間が切替られる。超音波探触子21は送信期間に被検体の診断部位(例えば心臓など)に超音波を送信する。超音波探触子21は受信期間に被検体からの反射信号を受信する。超音波信号送受信部23は受信された反射信号を整相し、三次元超音波信号を得る。本ステップは医用画像取得部により医用画像を取得する例が開示される。また、三次元超音波信号を得る工程は、医用画像取得部により医用画像を取得する工程の一例である。

制御部8は、超音波信号送受信部23から入力された三次元超音波信号から、設定部6に設定された条件に基づいてボクセルデータで構成される三次元画像を超音波画像生成部3に生成させる。三次元画像は、前記医用画像中の運動臓器領域を含む三次元画像を構成する三次元画像構成部によって生成される。また、三次元画像を生成する工程は、三次元画像構成部により前記医用画像中の運動臓器領域を含む三次元画像を構成する工程である。

制御部8は、三次元画像の中から、A2Cの画像、A4Cの画像を抽出する演算を二次元断面抽出部41に行わせる。断面像画像生成部により三次元画像からA2C、A4Cなどの基準画像となる二次元断面像画像を生成する。また、基準画像の生成の工程は、断面像画像生成部により前記三次元画像から基準画像となる二次元断面像画像を生成する工程である。

また、短軸像のApex、Mid、Baseは、A2Cの画像、A4Cの画像などの長軸像に直交する位置関係にあり、左心室において長軸方向の異なる位置に設けられる。短軸像のApex、Mid、Baseは、心尖側からそれぞれの位置関係で抽出される。

(ステップ212)
検者は、計測条件設定部61を手動操作して心筋の位置の微調整のための位置情報を制御部8に設定することができる。制御部8は、設定された位置情報を受けて、心筋の輪郭モデルの初期位置を再設定する。輪郭変形した抽出輪郭の精度は、最初に画像内における心筋の大まかな位置を特定することで向上できる。ステップ212の手動操作は必須でなく、制御部8に心筋の位置を公知の画像認識技術で抽出させてもよい。

(ステップ213)
制御部8は、A2Cの画像、A4Cの画像上で心内外膜輪郭線を二次元輪郭線抽出部43に抽出させる。輪郭線抽出方法は、膜面の画像輝度値の変化を検出するエッジ検出処理、テンプレートマッチング、輪郭モデルを利用した方法を適用できる。ここでは、輪郭モデルを利用した方法を例に説明する。輪郭モデルとは、抽出したい物体の輪郭の形状や輝度値の法則を一般化した形式で表現したものである。輪郭モデルの形状、すなわち、実際の心臓の形状に応じて適応的に輪郭を変形させながら、心臓の輪郭を抽出することができる。また、輪郭モデルでは、過去に抽出した輪郭データを学習させて輪郭モデルを生成する方法も用いることができる。

図3上段右は、データベース部53に格納されている輪郭モデルの例であり、長軸像輪郭モデル304と短軸像輪郭モデル305である。一般に心外膜の近傍はアーチファクトやノイズに埋もれやすいため、心外膜を単独で抽出することは難しい。

一方、心内膜は、心筋と心腔の輝度が比較的明瞭であるため、心外膜と比較して抽出しすいといえ、心内膜の抽出精度は心外膜よりも高い。輪郭モデルでは、心内膜と心外膜を関係づけた輪郭モデルとして記憶することで、心外膜の輪郭の抽出を心内膜の輪郭の抽出のデータで補完しながら、心外膜の抽出精度を向上させている。

(ステップ215)
制御部8は短軸像上で心内外膜輪郭線を二次元輪郭線抽出部43に抽出させる。図3に示すように、輪郭モデルには、分画境界308と短軸像レベルの位置309a〜309c(ここでは、Apex、Mid、Baseの3段階を例とする)が輪郭線と一緒に記憶されている。輪郭モデルは画像の左心室の変形に合せて変形する。

以上のように輪郭抽出が行われることによって、A4Cの画像301a上の輪郭およびA2Cの画像301b上の輪郭が抽出されると同時に、短軸像レベルの位置309a〜309cと分画境界308も決定される。決定された分画境界308は複数の領域に分割する領域分割の基準となり、A4C像の基準画像は、領域分割の基準に沿って複数の領域に分割される。

ステップ212乃至ステップ215の各ステップにより、領域分割部が前記基準画像を領域分割の基準に基づいて複数の領域に分割する例が開示される。また、ステップ212乃至ステップ215は、領域分割部により前記基準画像を領域分割の基準に基づいて複数の領域に分割する工程の一例である。

(ステップ217)
制御部8は長軸像と短軸像を表示部7に表示させる。具体的には、長軸像(A2Cの画像、A4Cの画像)は、図4の超音波診断装置の表示画面401上にそれぞれ符号402、符号403として表示される。短軸像(Apex、Mid、Baseの各画像)は、図4の超音波診断装置の表示画面401上にそれぞれ符号404、符号405、符号406として表示される。さらに三次元画像が符号407として表示画面401に表示されても良い。

(ステップ218)
検者は、計測条件設定部61を手動操作して輪郭位置あるいは心筋分画位置の微調整のための位置情報を制御部8に設定することができる。制御部8は、設定された位置情報を受けて、輪郭位置あるいは心筋分画位置を微調整する。ステップ218の手動操作は必須でなく、輪郭位置あるいは心筋分画位置の微調整が不要であれば実行を省略することができる。

(ステップ219)
制御部8は、前記輪郭面、輪郭線、分画位置で定義される領域の計測をROI・計測値演算部45に行わせる。ROI・計測値演算部45は、心筋分画毎の動きを計測し、周辺の心筋分画と比較して極端に動きが速い又は遅い挙動を示す心筋分画に基づいてROIを自動設定する。心筋分画毎の動きは次に説明する心筋トラッキング法により計測することができる。

心筋トラッキング法は、画像のフレーム上に現れる特徴点を抽出する方法である。ROI・計測値演算部45は、この特徴点の検出をフレームごとに行って、当該特徴点の移動を追跡する。例えば、心臓の場合、心筋組織と心臓内部の血流部分とではエコー信号の強度(振幅)に大きな差があるので、エコー信号に対する閾値を設定することによって、これら2つの部分の境界である心内膜の位置を特徴点として検知することができる。フレーム間での特徴点の変位量は速度によって決まる幅に限定されるので、例えば、あるフレームでの特徴点の位置を中心として限定された探索範囲を設け、この探索範囲内にて次フレームにおける特徴点を探索することにより、探索時間の短縮を図ることができる。ROI・計測値演算部45は、被検体組織の特徴点をトラッキングし、組織変位情報を出力する。

ROI・計測値演算部45では、分画境界308で区切られた複数の心筋分画毎のフレーム間移動量を用いて、組織の運動速度など組織変位情報を演算する。さらに、ROI・計測値演算部45は、複数の心筋分画毎の運動速度から平均値、分散値、中央値などの統計値を演算し、これらの統計値を閾値として、速度が特異的に速いあるいは遅い心筋部位の特異領域位置情報を演算する。ROI・計測値演算部45は、特異領域情報位置情報に相当する領域をROIとして自動設定する。また、ROIとして設定される領域は、一つに限らず、複数でもよい。

また、ROI・計測値演算部45は、心内膜と心外膜によって心筋の位置が特定されるため、心内外膜間の距離、すなわち心筋の厚みが演算可能である。また、ROI・計測値演算部45は、心外膜で囲まれる領域の容積から心内膜で囲まれる容積を差し引き、差し引いた容積に既知の心筋の比重を乗じることにより心筋重量を算出することも可能である。さらに、ROI・計測値演算部45は、分画位置が設定されているため、特定の分画位置における前記各種計測値を算出することも可能である。

また、ROI・計測値演算部45は、二次元輪郭線での計測にも適用できる。これにより、従来確立されている二次元による診断を行いながら、同時に三次元計測を参照して詳細な診断を行うことができる。

また、心臓は動きを伴う臓器であり、その動き情報による診断も重要である。そこで、ROI・計測値演算部45は、輪郭面や輪郭線を心臓の動きに追従させることによって、その移動量を算出する方法を適用することができる。追従させる方法として、例えば、従来提案されているスペックルトラッキング等の追従演算を用いて移動量を算出してもよい。これにより、計測値の時間変化を計測することができる。例えば、容積変化や、ストレイン、駆出率といった指標を導くことが可能である。

ステップ212乃至ステップ215の各工程により、関心領域設定部が前記複数の領域の運動状態を算出し、算出された運動状態に基づき前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域を特定し、特定された領域が含まれる前記医用画像の領域を関心領域として設定する例が開示される。

また、ステップ217乃至ステップ219は、関心領域設定部により前記複数の領域の運動状態を算出し、算出された運動状態に基づき前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域を特定し、特定された領域が含まれる前記医用画像の領域を関心領域として設定する工程の一例である。

(ステップ21B)
制御部8は長軸像と短軸像に合せて、ROIや計測値を表示部7に表示させる。
ROIは図4の符号409で示される。ROI409は、心筋の領域ｆを含む点線の円形で示される領域である。ROI409の表示例は点線で示しているが、背景画像が白黒である場合はカラーであってもよいし、点線でなくとも実線や一点鎖線等の線分でもよい。また、ROI409の形状は円形に限られず、矩形、あるいは別途の手法で臓器や器官の輪郭を抽出し、抽出された輪郭に沿ったあるいは近似した形状であってもよい。

また、計測値は、符号40Aのようにグラフ表示により容積の時間変化率として表示されもよいし、符号40Cのように容積、面積、心筋質量、心駆出率の各種数値として表示されても良い。さらに、これらとともに符号40Bで示した心電波形等の生体信号を表示しても良い。

以上説明した実施例1によれば、運動臓器の三次元画像を複数の領域へ分割し、複数の領域のうちの特異な分割領域をROIとして設定ができる。

実施例2では、データベース部53に記憶されるモデルを参照しない場合を説明する。
図5は本発明の実施例2の超音波画像診断装置の計測処理のフローチャートである。図6は図5の輪郭線の設定の一例を示す図である。

(ステップ511)
制御部8は、三次元超音波信号から公知の画像認識によって長軸像(A2Cの画像とA4Cの画像)を抽出する。制御部8は、抽出された長軸像を表示部7に表示する。検者は、表示部7に表示された長軸像に対し、計測条件設定部61を用いてA2Cの画像とA4Cの画像上で心内外膜輪郭を手動設定する。さらに、検者は、計測条件設定部61を用いて心筋分画の分画境界(実施例1の図4の符号308)を設定する。

(ステップ513)
検者は、表示部7に表示された長軸像に対し、計測条件設定部61を用いて短軸像(Apex、Mid、Base)の位置を設定する。制御部8は、設定された位置の短軸像を表示部7に表示する。次に、検者は、表示部7に表示された短軸像に対し、計測条件設定部61を用いて各短軸像上の心内外膜輪郭を抽出する。ステップ511によるA2Cの画像およびA4Cの画像の心内外膜輪郭線は、図6左下のように短軸断面601に対して8点の交点をもって交差する。検者は、表示部7に表示された短軸像に対し、計測条件設定部61を用いて8点を通るように輪郭点を設定する。また、図6右下のように短軸像上においても心筋分画の分画境界308を設定する。

(ステップ515)〜(ステップ51B)
上記ステップは、実施例1で説明したステップ215〜ステップ51Bと同じであるため、説明を省略する。
また、ステップ511又はステップ513は、何れか一方はデータベース部53に記憶されているモデルを参照してもよい。

以上説明した実施例2によれば、運動臓器の三次元画像を複数の領域へ分割し、複数の領域のうちの特異な分割領域をROIとして設定ができる。また、検者は、データベース部53の参照あるいは非参照が選択でき、検者にとっては操作の自由度が広がることになる。

実施例1では、長軸像又は短軸像が直交する場合を説明した。
しかし、長軸像又は短軸像同士の位置関係は必ずしも直交である必要はなく、角度が特定関係を持っていれば、直交する、直交しないに拘らず、基準断面の種類を自由に決められる。実施例1と実施例3の相違点は直交するか、直交しないかの位置関係だけであるので、位置関係の違いだけを説明する。

図7は本発明の実施例3の輪郭線の設定の一例を示す図である。
例えば、図7左下のように三次元の輪郭面を、A4Cに対し斜めに交わる長軸断面で切断すると、図7右下のような斜めの座標軸となる。斜めの座標軸と短軸像輪郭線との交点707と、分割境界との相対位置関係をあらかじめ記憶しておけば、前記相対位置関係を利用して短軸像の心筋領域を分割することができる。

以上説明した実施例3によれば、運動臓器の三次元画像を複数の領域へ分割し、複数の領域のうちの特異な分割領域をROIとして設定ができる。

実施例1では、2つの長軸画像を表示した例を説明した。
しかし、長軸像は必ず2つ表示する必要はなく、少なくとも一方が表示されれば、短軸像が設定できる。実施例1と実施例4の相違点は2つの長軸画像を表示するか、1つの長軸画像を表示するかだけである。

図8は本発明の実施例4の超音波画像診断装置の計測処理の表示例である。
図8では、例えば、A2Cの画像片方だけを手動指定する場合には、画面上にA2Cの画像のみを表示しておいて、A4Cの画像は表示しないようにしてもよい。そして、図8では、ROIを求めた結果、A4Cの画像内にROI809が表示されている例を示している。

以上説明した実施例4によれば、運動臓器の三次元画像を複数の領域へ分割し、複数の領域のうちの特異な分割領域をROIとして設定ができる。

実施例1では、2つの長軸画像を表示した例、実施例4では、1つの長軸画像を表示した例をそれぞれ説明した。

しかし、長軸像は全く表示する必要はなく、短軸像も実施例1のように左心室を4等分するなど幾何学的な設定を予め設定しておけば、短軸像を自動設定できる。実施例1と実施例5の相違点は2つの長軸画像を表示するか、長軸画像を表示しないかだけである。

図9は本発明の実施例5の超音波画像診断装置の計測処理の表示例である。
図9では、例えば、操作部6に「ROI自動設定」というボタンを用意し、検者が「ROI自動設定」のボタンを操作する。そして、図9では、ROIを求めた結果、A4Cの画像内にROI909が表示されている例を示している。

以上説明した実施例5によれば、運動臓器の三次元画像を複数の領域へ分割し、複数の領域のうちの特異な分割領域をROIとして設定ができる。

以上、各実施例では、心臓を運動臓器の例として説明したが、自身が運動せずに運動臓器の運動に伴って運動する臓器や、呼吸動の運動に伴って運動する臓器や器官も含むものとする。

本発明は超音波診断装置、X線CT装置、MRI装置など各種の医用画像診断装置に利用することができる。また、コンピュ−タ、各種携帯端末など医用画像診断装置から得られた画像を画像処理が可能な情報機器にも利用することができる。

1 超音波診断装置、2 超音波信号生成部、3 超音波画像生成部、4 演算部、5 記憶部、6 設定部、7 表示部、8 制御部

Claims

医用画像を取得する医用画像取得部と、
前記医用画像中の運動臓器領域を含む三次元画像を構成する三次元画像構成部と、
前記運動蔵器領域の基準画像に関するテンプレートを記憶するデータベースと、
前記データベースに記憶されている前記テンプレートと、前記三次元画像の比較演算を行い、三次元画像から類似性の高い二次元画像を基準画像として生成する断面像画像生成部と、
前記基準画像を領域分割の基準に基づいて複数の領域に分割する領域分割部と、
前記複数の領域の運動状態を算出し、算出された運動状態に基づき前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域を特定し、特定された領域が含まれる前記医用画像の領域を関心領域として設定する関心領域設定部と、を備えたことを特徴とする医用画像診断装置。
前記断面像画像生成部は、二次元断面像画像を複数生成し、複数の二次元断面像画像の少なくとも2つの画像は互いに直交する位置関係である請求項1に記載の医用画像診断装置。
前記複数の領域に分割するための比較モデルが登録されたデータベース部を有し、前記領域分割部は前記データベース部に登録された比較モデルを参照して複数の領域に分割する請求項1に記載の医用画像診断装置。
前記二次元断面像画像を生成するために表示部に表示された画像に対して位置情報を入力する設定部を有し、前記断面像画像生成部は前記設定部に入力された位置情報により二次元断面像画像を生成する請求項1に記載の医用画像診断装置。
前記複数の領域に分割するために表示部に表示された画像に対して位置情報を入力する設定部を有し、前記領域分割部は前記設定部に入力された位置情報により複数の領域に分割する請求項1に記載の医用画像診断装置。
前記断面像画像生成部は、二次元断面像画像を複数生成し、複数の二次元断面像画像の少なくとも2つの画像は互いに特定の角度を有する位置関係である請求項1に記載の医用画像診断装置。
前記断面像画像生成部は、二次元断面像画像を少なくとも一つ生成し、前記領域分割部は、一つの二次元断面像画像に対し領域分割の基準により複数の領域に分割する請求項1に記載の医用画像診断装置。
前記三次元画像構成部から前記関心領域設定部までの一連の構成部を起動する起動部をさらに備え、前記起動部によって前記三次元画像構成部、前記断面像画像生成部、前記領域分割部及び前記関心領域設定部を起動する請求項1に記載の医用画像診断装置。
前記関心領域設定部は前記複数の領域毎に算出され運動状態を用いて統計値を演算し、前記統計値を閾値として用いて領域を特定する請求項1に記載の医用画像診断装置。
前記断面像画像生成部は心内膜と心外膜を有する輪郭モデルを用いて前記二次元断面像画像を生成する請求項1に記載の医用画像診断装置。