WO2004024003A1

WO2004024003A1 - 生体組織の動き追跡方法、その追跡方法を用いた画像診断装置

Info

Publication number: WO2004024003A1
Application number: PCT/JP2003/011701
Authority: WO
Inventors: Hirotaka Baba; Osamu Mori
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2004-03-25
Also published as: US20060173292A1; EP1543773A1; EP1543773B1; US8167802B2; CN1681439A; EP1543773A4; CN100393283C

Abstract

被検体の断層像を撮影してなる動画像の一フレーム画像を表示し（S2）、表示された一フレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位にマークを重畳表示させ（S3）、その指定部位を含むサイズの切出し画像を一フレーム画像に設定するとともに（S4）､動画像の他のフレーム画像を検索して切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出し（S5、6）、一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差に基づいて指定部位の移動先座標を求めることにより（S7）、組織の動きを定量的に計測する。

Description

明細書生体組織の動き追跡方法、その追跡方法を用いた画像診断装置技術分野

本発明は、超音波診断画像、磁気共鳴画像又は X線 CT画像に適用される生体組織の動きの追跡方法、その追跡方法を用いた画像診断装置及びそのプロダラムの技術に属する。背景技術

超音波診断装置、磁気共鳴イメージング（MRI) 装置、及び X線 CT装置等の画像診断装置は、レ、ずれも被検体の検査部位に係る断層像などをモニタに表示して診断に供するものである。例えば、心臓や血管等の循環器系及ぴその他の動きのある臓器の場合、それらを構成する生体組織（以下、組織と総称する）の動きを断層像により観察して、それら β等の機能を診断することが行なわれている。特に、心臓などの機能を定量的に評価できれば、診断の精度が一層向上することが期待されている。例えば、従来、超音波診断装置により得られた画像から心壁の輪郭を抽出し、その心壁輪郭に基づいて心室等の面積、体積、それらの変化率等から心機能（心臓ポンプ機能）を評価したり、局所の壁運動を評価して診断することが試みられている。また、ドプラ信号等の計測信号に基づいて組織の変位を計測して、例えば局所的収縮又は弛緩の分布を撮像し、これに基づいて心室の運動が活性化している場所を正確に決定したり、あるいは収縮期の心臓壁の厚さを計測する等、定量的に測定する方法が提案されている（特表 2001— 518342 号公報）。さらに、時々刻々変化する心房や心室の輪郭を抽出して、その輪郭を画像に重ねて表示するとともに、これに基づいて心室等の容量を求める技術が提案されている（米国特許第 5322067号公報）。

しかしながら、上記の従来技術は、いずれも心臓の全体的な機能を評価するための手法にとどまり、心筋などの各組織の動きである組織動態を計測することについては配慮されていない。特に、心壁の輪郭を画像処理により抽出し、その輪郭に基づいて心壁の厚みなどを計測する従来技術は、必ずしも十分な精度を得るまでには至っていない。また、心筋の動きにより心筋と関心領域との相対位置が変ィ匕して、心筋の全部又は一部が関心領域外に外れることがある。その結果、関心領域において計測された輝度、輝度平均、輝度変化という評価指標の信頼性が損なわれ、有効な評価指標にならないという問題がある。

そこで、本発明は、動画像上に組織の動きや、その軌跡を表示して組織動態を定量的に計測することを目的とする。

一般に、例えば、血栓等によって心筋に血が通わなくなると、心筋の動きが低下する等の因果関係があるといわれている。したがって、心室を構成する心筋の動きや厚みの変化など、心臓の各組織の動態を定量的に計測できれば、治療法などを決定する際の有効な診断情報を提供できる。例えば、虚血の程度がわかれば、冠動脈再生術などの心臓の治療法選択及び治療部位を特定する指標として有効である。また、弁輪部の動態を定量的に計測できれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つとして研究がなされている。このような組織動態を定量的に計測したい対象は、心臓に限らず、血管についても要望されている。つまり、頸動脈などの大血管壁の脈波を定量的に計測できれば、動脈硬化の診断に有効であるとされている。発明の開示 .

上記目的を達成するため、本発明は、被検体の断層像を撮像する撮像手段と、複数フレームの前記断層像からなる動画像を記憶する記憶部と、前記動画像を表示する表示部とを備えた画像診断装置において、前記断層像の所望の部位をマークにより指定する操作部と、前記所望の部位の画像情報から前記マークを前記動画像の前記所望の部位上で追跡させる追跡手段とを備えた。

そして前記操作部は、前記記憶部に格納された前記動画像の一フレーム画像を前記表示部に表示させる指令と、該指令に応じて表示された前記一フレーム画像において動きを追跡したレヽ生体,袓織の指定部位に前記マークを重畳表示させる指令とを入力する手段を備えた。

前記追跡手段は、前記表示部に表示された前記一フレーム画像の前記マークの位置に対応する前記指定部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段と、前記記憶部から前記動画像の他のフレーム画像を読み出して、前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段と、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差を求める移動量演算手段と、該座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める移動追跡手段とを備えた。

前記切出し画像追跡手段は、前記切出し画像と前記局所画像の画像データの相関処理を行って画像の相関が最も高い局所画像を抽出した。

前記記憶部に記憶される前記動画像は超音波撮影法により撮影され、かつ前記記憶部に前記動画像に対応する RF信号が記憶されてなり、前記移動追跡手段は、前記座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求め、該移動先座標の周辺に対応する複数の前記 RF信号を抽出し、該抽出した複数の RF信号の相互相関をとり、該相互相関の最大値の位置に応じて前記移動先座標を捕正した。

また、被検体の断層像を撮影してなる動画像の一フレーム画像を表示する第 1 ステップと、該表示された前記一フレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に、マークを重畳表示させる指令を入力して前記指定部位を設定する第 2ステップと、前記指定部位を含むサイズの切出し画像を前記ーフレーム画像に設定する第 3ステップと、前記動画像の他のフレーム画像を検索して前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する第 4ステツプと、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める第 5ステップとを含み生体組織の動き追跡した。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の生体組織の動き追跡方法の一実施形態の処理手順を示す図である。図 2は、図 1の生体組織の動き追跡方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。図 3は、本発明の生体組織の動き追跡を、心臓の断層像に適用して説明するための図である。図 4は、本発明に係るブロックマッチング法の一実施形態を説明する図であり、（a) は切出し画像の一例を、（b) は検索領域の一例を示す図である。図 5は、本発明の追跡方法により計測された生体組織の動きに関する計測情報の表示画像の例である。図 6は、心壁を挟んで設定された 2 つの指定点の距離と、その距離の変化を計測してグラフにして表示した例である。図 7 は、心壁部に複数の指定点を設定し、それらの動きを追跡して得られる各種の移動情報を画像にして表示した例である。図 8は、心筋内部の全体に渡って複数の指定点を設定して、それらの指定点の動きに基づいて計測した種々の情報の表示例である。図 9は、心筋内壁に沿って複数の指定点を設定し、その動きの情報の表示画像例である。図 10は、図 1の処理手順を変形した本発明の実施形態 2 の追跡処理手順の図である。図 11は、画像相関法による画像追跡処理を、具体例を用いて説明する図である。図 12は、本明を超音波診断装置に適用してなる一実施形態の画像診断装置のプロック図である。図 13は、図 10の画像相関法を改善した RF信号補正法の処理手順を示す図である。図 14は、: RF信号補正法を説明する図である。図 15は、関心領域の追従制御方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。図 16は、本発明の関心領域の追従を、心臓の断層像に適用して説明するための図である。図 17は、本発明の追従制御方法により関心領域の表示態様と計測された計測情報の表示画像の例である。図 18は、本発明の追従制御方法により関心領域の表示態様と計測された計測情報の表示画像の例である。図 19は、関心領域の表示態様例を示している。発明を実施するための最良の形態

(実施の形態 1)

本発明の生体組織の動き追跡方法を適用してなる一実施の形態の画像診断装置について、図 1〜図 4を用いて説明する。図 1は本実施形態の生体組織の動き追跡方法の手順を示し、図 2は図 1の生体組織の動き追跡方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。図 2に示すように、画像診断装置は、被検体の断層像を撮影してなる動画像が格納される画像記憶部 1と、動画像を表示可能な表示部 2と、指令を入力する操作卓 3と、表示部 2に表示される動画像の生体組織の動きを追跡する自動追跡部 4と、自動追跡部 4の追跡結果に基づいて各種の計測情報を算出する動態情報算出部 5と、これらを接続してなる信号伝送路 6 を含んで構成されている。画像記憶部 1には、破線で示した診断画像撮像装置 7 力ら被検体の断層像を撮影してなる動画像がオンライン又はオフラインで格納されるようになっている。診断画像撮像装置 7としては、超音波診断装置、磁気共鳴イメージング（MRI) 装置及び X線 CT装置等の診断装置が適用可能である。操作卓 3は、画像記憶部 1に格納された動画像のーフレーム画像を表示部 2に表示させる指令を入力可能に形成されている。また、その指令に応じて表示された一フレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に目印を重畳表示させる指令を入力可能に形成されている。

自動追跡部 4は、画像診断装置全体を制御する制御手段 8と、表示部 2に表示されたーフレーム画像の前記目印の位置に対応する指定部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段 9と、画像記憶部 1から動画像の他のフレーム画像を読み出して、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段 10 と、一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差を求める移動量演算手段 11 と、その座標差に基づいて指定部位の移動先座標を求める移動追跡手段 12 とを備えて構成されている。また、動態情報算出部 5は、自動追跡部 4で求められた指定部位の移動先座標に基づいて、指定部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めるるとともに、これらの計測情報の変化を線図で表示部 2に表示させる機能を有して構成されている。

次に、本実施の形態の画像診断装置の詳細な機能構成について、図 1に示した処理手順に従って動作とともに説明する。まず、生体組織の動き追跡動作は、操作卓 3から組織の動き追跡モードを選択する指令が入力されることによって開始する（S1) 。自動追跡部 4の制御手段 8は、画像記憶部 1から動画像の最初のフレーム画像 ft(t=0)を読み出して表示部 2に表示させる（S2)。例えば、最初のフレーム画像 f0として図 3に示す心臓の心室 21の断層像が表示されたものとする。図 3において、操作者が動きを追跡したい生体組織の指定部位として、心筋 22 の特定の部位を選択したい場合、操作者は操作部 3のマウスなどを操作してフレーム画像 f0に重ねて目印である指定点 23を表示させる。そして、その指定点 23 を移動操作して所望の指定部位に重畳表示させて指定部位を入力設定する。なお、図 3において、符号 24は僧帽弁である。指定点 23が入力設定されると、制御手段 8はフレーム画像 f0上の指定点 23 の座標を取込み、切出し画像設定手段 9に送る（S3)。切出し画像設定手段 9は、図 4 (a) に示す様に、指定点 23の画像を中心として、縦横 2(A+1)画素（但し Aは自然数）のサイズの矩形領域を切出し画像 25として設定する（S4) 。ここで、切出し画像 25のサイズは、指定点 23の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域に設定することが好ましい。例えば、図 3に示す様に、心筋 22の境界を越える大きさの領域に設定する。これは、切出し画像 25のサイズが小さすぎると一致する局所画像が多く出現し、真の移動先を特定できない場合が生じたり、逆に大きすぎるとフレーム画像 f0の画像領域からはみ出して計測できない場合が生ずるからである。

切出し画像追跡手段 10は、画像記憶部 1から動画像の次のフレーム画像 flを読み出し、切出し画像 25 と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する（S5) 。この抽出処理は、いわゆるブロックマッチング法と称される画像相関法を適用する。この抽出処理をフレーム画像 flの全領域について行なうと、処理時間がかかり過ぎる。そこで、抽出処理時間を短縮するため、本実施の形態では、フレーム画像 flよりも十分に小さい、図 4 (b) に示す検索領域 26について行なうようにしている。つまり、検索領域 26は、切出し画像 25に対して上下左右に一定の振り幅の画素数 Bを付加した矩形領域とする。この画素数 Bは、指定部位に係る組織の移動量よりも大きく、例えば 3〜10画素に設定する。これは、心臓などの循環器系の動く範囲は、通常の視野において、狭い領域に限られるからである。このようにして、検索領域 26内の同一サイズの局所画像 27を順次ずらして切出し画像 25との画像の一致度を求める。

次に、検索した複数の局所画像 27 の内で画像の一致度が最も高い局所画像 27max を抽出し、局所画像 27maxを切出し画像 25 の移動先とし、局所画像 27max の座標を求める（S6) 。これらの画像の座標は、中心画素の座標、あるいは矩形領域の何れかの角の座標で代表する。そして、局所画像 27max と切出し画像 25の座標差を求め、これに基づいて指定点 23の移動先座標を求めて記憶するとともに、表示部 2のフレーム画像 £1に重ねて表示する（S7) 。なお、局所画像 27maxと切出し画像 25における指定点 23の相対位置は変化しないものとして扱っている。

動態情報算出部 5は、 S7で求められた指定点 23の移動先座標をに基づいて、指定点 23の動き、つまり指定部位の組織の動きに関する各種の計測情報を算出する（S8) 。すなわち、移動前後の指定部位の座標に基づいて、移動方向及び移動量を定量的に計測することができる。また、指定部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めることができる。このようにして求めた計測情報に基づいて、さらに動態情報算出部 5は、指定点 23の移動に関する各種の計測情報、及ぴその変化をグラフで表示部に表示させる（S9) 。これにより、観者は、指定部位の動きを容易に観察することができる。

次に、ステップ S10に進み、動画像の全てのフレーム画像について指定点 23 の追跡が終了したか否か判断し、未処理のフレーム画像があれば、ステップ S5 に戻って S5〜S10の処理を繰り返す。全てのフレーム画像について指定点 23の追跡が終了した場合は、追跡処理動作を終了する。

上述したように、本実施の形態によれば、画像相関法を適用することにより、指定点 23の移動先の座標を順次求めることができるから、指定部位の動きを定量的に、かつ精度よく簡単に計測することができるから、診断の情報を的確に提供することができる。

ここで、上記実施の形態を用いて、生体組織の指定部位の動きを計測してなる具体例について図 5〜図 9を用いて説明する。図 5は、図 3に示した指定点 23 の動きに関する計測情報を表示部 2に表示した画像例であり、同図（a) は指定点 23の移動状態を把握できるよう、指定点 23の移動軌跡を破線で動画像に重ねて表示する例である。この表示例より、その指定点 23が 1心拍中に動いた軌跡、移動領域を視覚的に観察することができる。同図（b) 、 (c) は、それぞれ指定点 23の移動量の時間変ィ匕と移動速度が表示されている。この表示例より、その指定点 23が 1心拍中に動いた移動量及ぴ移動速度を視覚的に観察することができ、 1心拍のうち拡張部及び収縮部の変化を認識することができる。また、同図

(d)、 (e) は、指定点 23の移動軌跡を動画像に重ねて表示する別の例であり、同図（d) は直前の数フレーム画像分の軌跡を表示しており、過去の動きと現在の動きの比較を行うことにより、複心拍中にどのような動きをしているのかを観察することができる。同図（e) は過去の追跡開始点から現在の指定点を直線で結び、移動軌跡を実線で表示しており、複心拍分の移動量を観察することができる。また同図を用途に応じて組み合わせて表示し、心筋の各点の動きを様々なパリェーシヨンで認識することにより、所望の検査に対応させることができる。

—方、図 6は、心筋 22の心壁を挟んで 2つの指定点 23を設定し、 2つの指定点 23間の距離と、その距離の変化を計測し、それらをグラフにして表示部 2に表示した例である。これにより、心筋の厚み及び厚み変化を定量的に把握することができる。また、心筋の厚みの変化率を算出して表示することもできる。この変化率は、変化前の心筋の厚みに対する変ィヒ前後の心筋の厚みの変化量を、百分率で表すことができる。これらの場合において、それらの心臓に係る計測値のグラフと、 ECG波形、心音波形、などの情報を表示部 2に時間軸を関連させて表示することにより、一層診断の精度を向上できる。つまり、心筋動態の追跡や心筋厚の変化を定量的に追跡できることから、虚血性心疾患において虚血部位を特定することが可能になる。また、心筋動態を定量化できるから、虚血の程度がわ力り、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位特定の指標にできる。さらに、弁輪部 24に指定点 23を設定して、その動きを追跡すれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つことが期待できる。図 7は、心筋 22の壁部に複数（図示例は、 9点）の指定点 23a〜23iを設定し、それらの動きを追跡し、その移動情報に基づいて同図（a) ~ (f) の表示を行なつた例である。同図（a) は、各指定点 23a〜23iの移動方向を求め、心壁の移動方向の基準点を重心とし、その重心に向かう方向とその反対方向の色を代えて、その時間変化を画.像表示した例である。例えば、重心に向かう方向を赤とし、その反対方向を青として画像表示する。この場合、移動速度に応じて輝度変調をかけることもできる。この表示例より、心筋の動きを画像の色表示により把握することができる。同図（b) は、各指定点 23a〜23iの移動量に応じて、それらの点を結ぶ線の太さを変えて表示した例である。各指定点間の距離が短くなるものを太く、距離が長くなるものを細く表示する。例えば最初の長さと今の長さから歪量を数値化し、その数値により線の太さを決定する。この表示例より、心筋の動きを各指定点を結ぶ線の太さにより把握することができる。同図（c) は、数フレーム画像前からの各指定点 23a〜23iの移動軌跡を表示した例であり、数フレーム間で指定点が動いた方向と移動量をベクトル表示する。この表示例より、数フレーム分移動した指定点の動きを把握することができる。同図（d) は、各指定点 23a〜23iを線で結ぶと共に、それらの点の移動量を表示した例である。この表示例で全体像を表示することより、どの部位がどれだけ移動したの力 \ 伸縮移動変化の程度を 3次元的に把握することができる。同図（e) は、同図（c) に示すように各指定点 23a〜23iで囲まれたそれぞれ 4辺形の面積の変化を表示した例であり'、そして同図（f) はその合計面積の時間変化をグラフにして表示した例である。この表示例で 4辺の面積の変化を表示することにより、心筋の拡張或いは伸縮を把握することができる。また同図を用途に応じて組み合わせて表示し、心筋の各領域の動きを様々なバリエーションで認識することによ'り、所望の検査に対応させることができる。

図 8は、心筋 22の内部の全体に渡って複数の指定点 23を設定した例であり、同図（a) は心筋 22の厚み方向の変位合計をグラフ化したものである。なお厚み方向とは心筋が動く伸縮方向のことである。複数の指定点 23 を心筋内部に全体的に設定し、その変位の合計をグラフ表示することにより、全体的に心筋がどのような動きをしているのかを把握することができる。同図（b) は、心筋の長さ方向の変位合計をグラフ化したものである。長さ方向変位合計をグラフ化することにより、特に画像を見ても心筋が縮んでいるの力、伸ぴているのかを視覚的に判断し難いとき、このグラフから伸縮状況を把握することができる。同図（c)は、心筋 22の長さ方向に縮むのをプラスとし、厚み方向に膨れる方向をプラスとして変位合計をグラフ化して表示した例である。この例は同図 (b) の変形例であり、それと同様の効果を得る。同図（d) は複数の指定点 23で囲まれた領域の面積変化の合計をグラフ化した例である。この表示例より、全体領域の面積変化を把握することができる。また同図を用途に応じて Iみ合わせて表示し、心筋の全体の動きを様々なバリエーションで認識することにより、所望の検査に対応させることができる。

図 9は、心筋 22の内壁に沿って複数の指定点 23を設定し、同図（a) は、各指定点 23 I 各指定点により囲まれた領域（心室内）の重心に向かう方向を例えば「赤」で表示し、離れる方向を例えば「青」で表示し、その移動速度によつて輝度変調して表示した例である。また、同図（b) は、指定点 23で囲まれた領域の面積の時間変化をグラフ化したものである。これによれば、心室の容積変化などの動態情報（動きの情報）を定量的に、かつ精度よく計測することができる。

(実施の形態 2)

図 1の実施の形態では、 1つのフレーム画像についての指定点の追跡が終了する度に（S7) 、その指定点の移動に基づいて組織の動きに関する各種情報を算出するとともに（S8) 、それらの情報を表示部に表示する（S9) ようにした例を説明した。本発明はこれに限らず、図 10に示すように、図 1のステップ S10をステツプ S7の後に配置し、全てのフレーム画像についての指定点の追跡が終了した後に、ステツプ S8、 9の処理を実行するようにしてもよい。

ここで、画像相関法による画像追跡処理の具体例を図 11を用いて説明する。図示例は、説明を簡単にするために、切出し画像 25のサイズを矩形の 9画素領域とし、検索領域 26についても矩形の 25画素領域として説明する。つまり、同図（a) に示す切出し画像 25は、指定点 23の画素を中心として A=l画素に設定した例であり、同図（b) に示す検索領域 26は B=l画素に設定した例である。これによれば、同図（b) に示す様に、 9個の局所領域 27について相関値を求め、相関が最も大きレ、位置が移動先座標に相当することになる。

(実施の形態 3)

本実施の形態は、超音波撮影法により撮影して得られる動画像による生体組織の追跡処理に適用できるものである。特に、動画像に対応する RF信号を記憶しておき、画像相関法により求めた画像の一致度が最も高い局所画像の位置を、信号を用いて補正することにより、生体組織の動きを追跡して得られる計測値の変化を滑らかなものとすることにある。

図 12に、特に診断画像撮像装置 7を超音波診断装置 17にしたものを示す。超音波診断装置とは被検体内に超音波を送信し、被検体内の組織で反射した超音波信号を受信して受信信号を処理し、この受信信号に基づく被検体内の超音波画像を表示することにより被検体の疾患等の診断をする装置である。この超音波診断装置 17から動画像、及びその動画像の再構成に用いた RF信号（超音波エコー信号を受信処理した信号）それぞれオンライン又は記録媒体を介して画像記憶部 1及び RF信号記憶部 18に格納されるようになつている。信号記憶部 18は、信号伝送路 6を介して自動追跡部に接続されている。ま、自動追跡部 4には超音波エコー信号特有の画面上のザラつきがあるノイズを信号の位相と振幅を検出し適応制御により位相を補正して除去し、正確な追跡を行うための移動量補正部 13が設けられている。

図 13に、本実施の形態の主要部の処理手順を示す。本実施の形態の追跡処理の基本は、図 10のステツプ S6で求めた切出し画像の移動先座標を取込み、指定点 23の移動先座標を算出する（S21)。次に、切出し画像 25の指定点 23の座標と、一致度が最も高い局所画像 27maxの指定点 23の座標の周辺の画像に係る RF信号を RF信号記憶部 18から抽出する（S22) 。つまり、移動前後の指定点 23の周辺画像の信号を抽出する。そして、移動前後の: RF信号の相互相関をとり、その相関値を求める（S23) 。この場合、まず、移動前後の何れかの： RF信号を画像相関法で求めた移動量（画素数）に対応する分だけ時間軸をずらし、両者の相互相関（例えば、積和演算）をとりながら、移動前後の何れかの RF信号をずらす。そして、求めた相互相関値が最大値となるずれ量 τ力 S、 RF信号による移動量の補正値として求められる（S24) 。そして、先に画像相関法で求めた指定点の移動量に、 RF信号を用いて求めた指定点の移動量の補正値を加算して、指定点の移動量を捕正する（S25) 。

ここで、移動前後の RF信号の相互相関値の最大値が、指定点の移動量の相関すること、及びそれにより指定点の移動量を補正することにより、位置の計測精度が向上する理由を図 14を用いて説明する。なお、図 14 (a) においては、移動前の指定点周辺の RF信号 41と、移動後の指定点周辺の RF信号 42の時間軸を、画像相関法で求めた移動量に基づいてずらした状態で示している。そして、例えば、 RF信号 41の時間軸を正負何れかの方向にずらしながら RF信号 42との相互相関を計算すると、同図（b) に示す最大値を示す相互相関値 43が得られる。この RF信号 41と RF信号 42のずらした位相差をてとすると、この移動量てが画像相関法の移動量に加えて補正すべき移動量に相当する。これにより、画像相関法の移動量の計測精度を向上できる。

以上説明したように、本発明の 1〜3の実施の形態によれば、次のような効果が得られる。

心臓の各部の動きを定量的に計測することができることから、例えば心筋動態追跡あるいは心筋厚の変化を定量的に計測することにより、虚血性心疾患において例えば虚血部位を特定することができる。また、心筋動態を定量化できるから、虚血の程度がわかり、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位を特定する際の指標にできる。また、弁輪部の動きを定量的に追跡することにより、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つことができる。

(実施の形態 4)

本発明の関心領域の追従制御方法を適用してなる一実施の形態の画像診断装置について、図 15を用いて説明する。この画像診断装置は、実施の形態 1のように被検体の断層像を撮影してなる動画像が格納される画像記憶部 1と、動画像を表示可能な表示部 2と、関心領域を画成する指令を入力する操作卓 3と、表示部 2に表示される動画像の生体組織の動きに関心領域を追従させる自動追従部 4と、自動追従部 4により追従させる関心領域の各種の計測情報例えば画素の輝度、輝度平均、輝度変化を算出する関心領域計測情報算出部 15 と、これらを接続してなる信号伝送路 6を含んで構成されている。

自動追従部 4は、その基準点の移動先座標に基づいて求められた関心領域を動画像の他のフレーム画像に重ねて表示する表示制御手段 14 とを備えている。関心領域計測情報算出部 15は、自動追従部 4により移動された関心領域において、計測情報例えば関心領域内の画素値に基づいて輝度、輝度平均、輝度変化等を定量的に求めるとともに、これらの計測情報を線図で表示部 2に表示させる機能を有して構成されている。なお画像記憶部 1、表示部 2、操作卓 3、自動追従部 4、信号伝送路 6等は、実施の形態 1で説明したものと同様である。

次に、本実施の形態の画像診断装置の詳細な機能構成について、動作を説明する。まず、関心領域の追従制御方法は、操作卓 3から組織の動き追従モードを選択する指令が入力されることによって開始する。自動追従部 4の制御手段 8は、画像記憶部 1から動画像の最初のフレーム画像 ft(t=0)を読み出して表示部 2に表示させる。例えば、最初のフレーム画像 f0として図 16に示す心臓の心室 51の断層像が表示されたものとする。図 16 において、操作者が観察したい生体組織の関心領域 53として、心筋 52の特定の範囲を選択する。このとき、操作者は操作部 3のマウスなどを操作してフレーム画像 f0上に例えば円形、矩形、楕円形の関心領域 53 を描出する指令を入力する。その指令に基づいて表示されたーフレーム画像において生体組織の関心領域する目印（マーク）を重畳表示する。そして、画像上の関心領域に対応する基準点 53aを定める。このとき、基準点 53aとして、関心領域の重心、中心、又は目印上の少なくとも 1点、又は複数点、あるいは関心領域から所定の距離を離れた点等を手動設定又は自動設定させる。なお、図 16において、符号 54は僧帽弁である。

関心領域 53の基準点 53aが設定されると、制御手段 8はフレーム画像 f0上の基準点 53aの座標を取込み、切出し画像設定手段 9に送る。

そして、実施の形態 1のように画像相関法により基準点の移動量を求め、基準点 53aの移動先座標に基づいて移動された関心領域 53において、各種の計測情報例えば関心領域 53 内の画素値の輝度、輝度平均、輝度変化を関心領域計測情報算出部 15により算出させる。すなわち、移動前後の関心領域 53内の輝度平均に計測させることにより、動きを伴う心筋内の血流量を正確かつ定量的に計測することができる。また、診断画像上の関心領城内の画素値から、輝度、輝度平均、輝度変化等に関する物理量である計測情報を定量的に求めることができる。

このようにして求めた計測情報に基づいて、さらに関心領域計測情報算出部 15 は、関心領域 53内の画素値の輝度、輝度平均、輝度変化等をグラフで表示部 2 に表示させる。これにより、観者は、関心領域 53内の生体組織例えば心筋に流れる血流量を視覚的かつ定量的に把握することができる。

上述したように、本実施の形態によれば、画像相関法を適用することにより、生体組織の動きに関心領域 53の基準点 53aの移動先の座標を順次求めることができるから、関心領域 53を生体糸且織の動きに追従させて表示することができる。その結果、診断画像上の関心領域 53の目印と生体組織との相対位置が変化することを回避できるから、計測すベき生体組織を確実に関心領域 53の目印內に確実に位置させることができるので、関心領域 53 において計測される評価指標の信頼性が向上する。

ここで上記実施形態を用いて、生体組織の指定部位の動きを計測してなる具体例について図 17〜図 19を用いて説明する。図 17 (a) は図 16に示した関心領域 53を心筋の画像に 1つ重畳表示させた画像例であり、同図（b) は被検体に造影剤を投与した後、診断画像上の関心領域 53内の画素値に基づいて輝度平均差をグラフで表した画像例である。グラフの横軸は時間を、縦軸は輝度平均差を表しており、輝度平均差の算出方法は、時間輝度曲線など公知の方法用いている。このグラフを参照することにより、関心領域 53内の心筋内の血流量を視覚的かつ定量的に把握することができ、心筋梗塞などの診断を的確に行うことができる。一方、図 18 (a) は図 16に示した関心領域 53を心筋 52の心壁を挟んで 2つ重畳表示させた画像例であり、同図（b) は被検体に造影剤を投与した後、関心領域 53内の画素値に基づいて輝度平均差をそれぞれグラフで表した画像例である。グラフの横軸は時間を、縦軸は輝度平均差を現しており、輝度平均差の算出方法は、時間輝度曲線など公知の方法を用いている。このグラフを参照することにより、例えば心筋内の血流量を他の部位の血流量と比較することで相対的に把握することができるので、心筋梗塞の発症場所などを的確に把握できる可能性が高まる。この場合において、それらの心臓に係る計測値のグラフと、 ECG波形、心音波形、などの情報を表示部 2に時間軸を関連させて表示することも好ましい。これにより、心機能に対比しながら心筋の血流量を把握することができる。

また、図 19は、関心領域の表示態様例を示している。同図（a) は楕円形の枠体で関心領域 53Aを画成した表示態様例である。この例により、楕円形の関心領域 53Aに追従して基準点 53aを認識させることができる。同図（b) は円形の枠体で関心領域 53Bを画成した表示態様例である。この例により、円形の関心領域 53Bに追従して基準点 53aを認識させることができる。また同図（c) は矩形の枠体で関心領域 53 Cを画成した表示態様例である。この例により、矩形の関心領域 53Cに追従して基準点 53aを認識させることができる。さらに同図（d) は対向する 2本の線体により関心領域 53Dを画成した表示態様例である。この例により、対向する 2本の関心領域 53Dに追従して基準点 53aを認識させることができる。これらの関心領域 53A〜53Dは、それぞれ操作卓 3のマウス等からの指令に基づいて表示部 2に重畳表示させる。この場合において、目印の表示態様はこれらに限られるものではなく、任意の表示態様を設定することができる。

本発明の実施の形態 4 によれば、診断画像上の関心領域を生体組織に動きに精度よく追従させることができるので、生体組織の動きにより生体組織と関心領域との相対位置が変化することを回避できる。すなわち、動きを伴う生体組織を関心領域内に常に位置させることができので、その関心領域において計測される計測情報の信頼性が向上する。

例えば、心筋内の血流量を観察する場合、被検体に造影剤を投与した後、心筋内に関心領域を設定して、その関心領域の目印内の画素値から評価指標である輝度、輝度平均、輝度変化等を計測し、計測した評価指標に基づいて心筋内の血流量を把握することにより心筋梗塞等の診断を行うことが行われる。この場合、本発明によれば、.関心領域が常に心筋の動きに追従して移動するため確実に関心領域の目印内の画素値から評価指標である輝度、輝度平均、輝度変化等を求めることができ、評価指標の信頼性を向上させることができる。その評価指標に基づいて心筋の血流量を定量的に把握することにより、心筋梗塞の発症場所や症状の程度などを正確かつ的確に診断できる可能性が高まる。さらに、これらの計測情報を線図で表示部に表示させることにより、計測情報を視覚的に把握することができるため、容易に診断を行うことが可能となる。

また、本発明は、心臓の各部位の動きを計測することに限らず、生体組織の動きを観察したい部位であれば、どのような部位の生体組織にも適用できることは明らかである。例えば、頸動脈などの大血管壁の脈波計測に適用できる。この場合、血管壁の長手方向に複数の指定部位を設定し、それらの指定部位の移動量を定量的に計測して比較することにより、動脈硬ィ匕の程度がわかる。

また、上述の実施の形態は、オフラインで行なう例について説明したが、プロックマッチング法の処理に係る速度を向上すれば、オンラインあるいはリアルタイムの動画像にも適用できる。

また、上述の実施の形態は、 2次元の断層像を例に説明したが、 3次元断層像にも適用できることはいうまでもない。

また、画像相関法は、切出し画像と局所画像の対応する画像の一致度を算出する方法であれば公知の技術を用いることができる。例えば、一般に知られている切出し画像と局所画像の対応する画素ごとに画素値の積を求め、その絶対値の総和をもつて相関値とする 2次元相互相関法、切出し画像と局所画像の各画素値の平均値を画素ごとの画素値から引き、その積を求め、その絶対値の総和をもって相関値とする 2次元正規化相互相関法、画素ごとに画素値の差の絶対値を求め、その絶対値の総和をもって相関値とする SAD法、画素ごとの画素値の差の二乗値を求め、その二乗値の総和をもって相関値とする SSD法などを適用できる。このとき、相関最大である局所画像を選ぶためには 2次元相互相関法と 2次元正規ィヒ相互相関法では相関値が最大の、また、 SAD法、 SSD法では相関値が最小の局所画像を画像の一致度が最も高い局所画像とすればよい。この相関最大（相関値が最大又は最小）である局所画像を選び出すことに画像相関法の特徵がある。以上述べたように、本発明によれば、断層像を用いて組織の動きを定量的に計測することができる。また、組織の動きに関する種々の情報を定量的に計測することができる。さらに組織の動きの軌跡を画像上に表示することができる。

Claims

m 求の被検体の断層像を撮像する撮像手段と、複数フレームの前記断層像からなる動画像を記憶する記憶部と、前記動画像を表示する表示部とを備えた画像診断装置において、前記断層像の所望の部位をマークにより指定する操作部と、前記所望の部位の画像情報から前記マークを前記動画像の前記所望の部位上で追跡させる追跡手段とを備えることを特徴とする画像診

2. 前記操作部は、前記記憶部に格納された前記動画像のーフレーム画像を前記表示部に表示させる指令と、該指令に応じて表示された前記一フレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に前記マークを重畳表示させる指令とを入力する手段を備えることを特徴とする請求項 1記前記追跡手段は、前記表示部に表示された前記ーフレーム画像の前記マークの位置に対応する前記指定部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段と、前記記憶部から前記動画像の他のフレーム画像を読み出して、前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段と、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差を求める移動量演算手段と、該座標差に基づ！/ヽて前記指定部位の移動先座標を求める移動追跡手段とを備えることを特徴とする請求項 2記載の画像診断装置。

4. 前記切出し画像追跡手段は、前記切出し画像と前記局所画像の画像データの相関処理を行って画像の相関が最も高い局所画像を抽出することを特徴とする請求項 3に記載の画像診斬装置。

5. 前記記憶部に記憶される前記動画像は超音波撮影法により撮影され、かつ前記記憶部に前記動画像に対応する RF信号が記憶されてなり、前記移動追跡手段は、前記座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求め、該移動先座標の周辺に対応する複数の前記 RF信号を抽出し、該抽出した複数の RF信号の相互相関をとり、該相互相関の最大値の位置に応じて前記移動先座標を補正することを特徴とする請求項 1に記載の画像診断装置。

6. 前記切出し画像追跡手段は、前記抽出された局所画像を前記切出し画像として前記動画像のさらに他のフレーム画像に対して繰り返し実行して前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を順次抽出し、前記移動量演算手段と前記移動追跡手段は、順次抽出される一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差を求め、求めた座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求めることを特徴とする請求項 3記前記切出し画像追跡手段は、前記切出し画像よりも設定画素数が大きい領域に設定される検索範囲について、前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する検索を行なうことを特徴とする請求項 3記載の画像診断装置。

8. 前記追跡手段は、前記指定部位の移動先座標を記憶しておき、前記動画像に重ねて前記マークの移動軌跡を表示することを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の画像診断装置。

9. 前記追跡手段は、前記指定部位の移動先座標を記憶しておき、該指定部位の移動量、移動速度、移動方向の少なくとも 1つを求めて、その変化を線図で前記表示部に表示することを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の画像診断装置。

10. 前記追跡手段は、前記操作部から入力設定される少なくとも 2つの前記指定部位の移動先座標を記憶しておき、該 2つの指定部位の距離と、その距離の変化と、その距離の変化速度と、その距離の変化率の少なくとも 1 つを算出して、その線図を前記表示部に表示することを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の画像診断装置。

11. 前記追跡手段は、前記操作部から心筋を挟んで入力設定される少なくとも 2つの前記指定部位に基づいて、心筋の厚み、厚み変化、厚み変化速度、厚み変化率の少なくとも 1つを算出して、その線図を前記表示部に表示することを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の画像診断装置。

12. 前記追跡手段は、前記操作部から入力設定される心室の内壁に沿った複数の前記指定部位の移動先を求め、該複数の指定部位を結ぶ直線又は該直線の近似曲線に基づいて心室の容積及び該容積の変化を求めて前記表示部に表示することを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の画像診

13. 前記断層像に関心領域を指定する操作部と、前記関心領域の少なくとも一部に対応する前記断層像の画像部位を抽出し、該画像部位の動きを追跡して前記関心領域の表示位置を移動させる追従手段を備えることを特徴とする請求項 1記載の画像診断装置。

14. 前記追従手段は、前記関心領域に 1又は複数の基準点を設定し、該基準点に対応する 1又は複数の画像部位を抽出して該画像部位の動きを追跡する追跡手段と、前記画像部位に対応する前記基準点の動きに合せて前記表示部に表示される前記関心領域を追従表示させる制御手段とを備えて成る請求項 13に記載の画像診断装置。

15. 前記移動前の関心領域と、前記移動後の関心領域の少なくとも一方の領域内の画素値から前記生体組織に関する情報を計測し、その計測情報の変化を線図で前記表示部に表示する計測情報算出部を備えたことを特徴とする請求項 13に記載の画像診断装置。

16. 前記計測情報は、輝度と、輝度平均と、輝度変化の少なくとも 1つであることを特徴とする請求項 15に記載の画像診断装置。

17. 前記計測情報算出部は、前記操作部から入力設定される少なくとも 2つの前記関心領域の移動先座標を記憶しておき、該 2つの関心領域において輝度、輝度平均、輝度変化の少なくとも 1つを算出して、その線図を前記表示部に表示することを特徴とする請求項 15乃至 16のいずれかに記載の

18. 被検体の断層像を撮影してなる動画像のーフレーム画像を表示する第 1 ステップと、該表示された前記一フレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に、マークを重畳表示させる指令を入力して前記指定部位を設定する第 2ステップと、前記指定部位を含むサイズの切出し画像を前記ーフレーム画像に設定する第 3ステップと、前記動画像の他のフレーム画像を検索して前記切出し画像と画像の一致度.が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する第 4ステップと、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める第 5ステップとを含んでなる生体組織の動き追跡方法。

19. 前記第 4ステツプは、前記切出し画像と前記局所画像の画像データの相関処理を行って画像の相関が最も高い局所画像を抽出することを特徴とする請求項 18に記載の生体組織の動き追跡方法。

20. 前記動画像を超音波撮影法により撮影し、かつ該動画像に対応する RF 信号を記憶しておき、前記第 4ステップは、前記一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求め、該移動先座標の周辺に対応する複数の前記 RF信号を抽出し、該抽出した複数の RF信号の相互相関をとり、該相互相関の最大値の位置に応じて前記移動先座標を捕正することを特徴とする請求項 18に記載の生体組織の動き追跡方法。

21. 前記抽出された局所画像を前記切出し画像とし、前記動画像のさらに他のフレーム画像に対して前記第 4ステップと前記第 5ステツプを繰り返し実行して、前記指定部位の移動先座標を順次求めることを特徴とする請求項 18乃至 20のいずれかに記載の生体組織の動き追跡方法。

22. 前記切出し画像のサイズは、前記指定部位の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域であることを特徴とする請求項 18乃至 20のいずれかに記載の生体組織の動き追跡方法。

23. 前記第 4ステップにおいて、前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する検索範囲は、前記切出し画像よりも設定画素数大きレ、領域に設定されることを特徴とする請求項 18乃至 20のいずれかに記載の生体組織の動き追跡方法。

24. 前記指定部位の移動先に前記動画像に重ねて前記マークを表示することを特徴とする請求項 18乃至 20のいずれかに記載の生体組織の動き追跡方法。

25. 前記指定部位の移動先座標を實己憶しておき、前記動画像に重ねて前記マ 2

ークの移動軌跡を表示することを特徴とする請求項 24に記載の生体組織の動き追跡方法。

26. 前記指定部位の移動先座標を記憶しておき、該指定部位の移動量、移動速度、移動方向の少なくとも 1つを求める第 6ステップを含むことを特徴とする請求項 18乃至 20のいずれかに記載の生体組織の動き追跡方法。

27. 前記指定部位の移動量、移動速度、移動方向の少なくとも 1つの変化を線図で表示することを特徴とする請求項 26に記載の生体組織の動き追跡方法。

28. 前記指定部位を心筋の心壁に複数設定し、各指定部位の移動方向を求め、移動方向の基準点を重心とし該重心に向かう方向とその反対方向の色を代えて、その時間変化を画像表示することを特徴とする請求項 18乃至 20 のいずれかに記載の生体組織の動き追跡方法。

29. 前記移動速度に応じて輝度変調をかけることを特徴とする請求項 27に記載の生体組織の動き追跡方法。

30. 前記指定部位を少なくとも 2つ設定し、該 2つの指定部位の移動先座標を記憶しておき、該 2つの指定部位の距離と、その距離の変化と、その距離の変化速度と、その距離の変化率の少なくとも 1つを算出する第 6ステップを含むことを特徴とする請求項 18乃至 20のいずれかに記載の生体組織の動き追跡方法。

31. 前記指定部位を心筋を挟んで少なくとも 2つ設定し、心筋の厚み、厚み変化、厚み変化速度、厚み変化率の少なくとも 1つを算出する第 6ステツプを含むことを特徴とする請求項 18乃至 20のいずれかに記載の生体組織の動き追跡方法。

32. 前記指定部位を心室の内壁に沿って複数し、該複数の指定部位を結ぶ直線又は該直線の近似曲線に基づいて心室の容積及び該容積の変化を求めることを特徴とする請求項 18乃至 20のいずれかに記載の生体組織の動き追跡方法。

33. 第 2ステップには、該表示された前記ーフレーム画像の生体組織に関心領域を規定するマークを重ねて表示させる指令を入力することと、第 3ステツプには、前記関心領域に対応させて基準点を定め、該基準点を含むサィズの切出し画像を前記ーフレーム画像に設定することと、第 5ステップには、該記憶された前記基準点の移動先座標に基づいて前記関心領域を規定する前記マークの移動先座標を求めて前記動画像の他のフレーム画像に重ねて表示することとを含むことを特徴とする請求項 18記載の生体組織の動き追跡方法。

34. 前記追跡手段は、前記動画像のーフレーム画像と前記ーフレーム画像に隣接するフレーム画像との間で前記画像情報の相関をとる相関手段を備え、該相関値から前記隣接するフレーム画像の前記所望の部位に対応する前記マークの位置情報を得ることを特徴とする請求項 1記載の画像診断装