WO2020075575A1 - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 - Google Patents

超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus and a method for controlling the ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus used for measuring the urine volume of a subject and a method for controlling the ultrasonic diagnostic apparatus.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic image has been put to practical use in the medical field.
  • this type of ultrasonic diagnostic apparatus has an ultrasonic probe having a transducer array built-in, and an apparatus body connected to the ultrasonic probe, and ultrasonic waves are emitted from the ultrasonic probe toward the subject. Is transmitted, an ultrasonic echo from the subject is received by the ultrasonic probe, and the received signal is electrically processed by the apparatus main body to generate an ultrasonic image.
  • Non-Patent Document 1 the bladder in the ultrasonic image is automatically detected by performing image analysis on the ultrasonic image using a machine learning method, and the urine volume is detected based on the detected bladder.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus that automatically performs measurement is used.
  • the bladder of the subject is not always in a normal state, and may be in an abnormal state such as a state in which gas is accumulated in the bladder or a state in which the bladder is deformed due to prostatic hypertrophy or the like.
  • an abnormal state such as a state in which gas is accumulated in the bladder or a state in which the bladder is deformed due to prostatic hypertrophy or the like.
  • the region representing the bladder cannot be correctly extracted, and the urine of the subject In some cases, quantity measurement was not performed correctly.
  • the present invention has been made to solve such conventional problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus and an ultrasonic diagnostic apparatus control method capable of improving the accuracy of extracting the bladder. And
  • the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention is an ultrasonic probe, an image acquisition unit that acquires an ultrasonic image of a subject by transmitting and receiving an ultrasonic beam from the ultrasonic probe, and an image.
  • the display unit that displays the ultrasound image acquired by the acquisition unit, the bladder pattern storage unit that stores the normal bladder pattern and the abnormal bladder pattern, and the normal bladder pattern and the non-normal bladder pattern stored in the bladder pattern storage unit.
  • a reference pattern setting unit that sets one of the normal bladder patterns as a reference pattern, a bladder extraction unit that extracts a bladder region from the ultrasonic image acquired by the image acquisition unit, and a bladder extracted by the bladder extraction unit.
  • a bladder extraction success / failure determination unit that determines whether the region represents a bladder having the reference pattern set by the reference pattern setting unit, and the image quality of the ultrasonic image
  • an image quality adjustment unit for adjusting a normal bladder pattern is set as a reference pattern by the reference pattern setting unit, and when it is determined that the bladder extraction success / failure determination unit does not represent a bladder having a reference pattern, The image quality of the ultrasonic image is adjusted by the image quality adjustment unit, and the bladder extraction success / failure determination unit determines whether or not the bladder region represents a bladder having a reference pattern in the ultrasonic image whose image quality is adjusted.
  • the reference pattern setting unit determines an abnormal bladder pattern.
  • the bladder extraction success / failure determination unit is set as a reference pattern and represents a bladder having a reference pattern in which the bladder region is an abnormal bladder pattern. And judging whether dolphin not.
  • the bladder extraction success / failure determination unit determines that the bladder region extracted by the bladder extraction unit has a plurality of recesses along the circumference, and the bladder region is different from the area of the bladder region due to the existence of a difference region between the convex bladder region and the bladder region. It can be determined that the bladder region does not represent a bladder having a reference pattern if the ratio of the length along the circumference of the region exceeds a defined threshold.
  • the bladder extraction success / failure determination unit is configured such that the bladder region extracted by the bladder extraction unit has a concave portion in the central portion of the shallow portion, and the difference region between the convex hull region of the bladder region and the bladder region with respect to the area of the bladder region. It may also be determined that the bladder region does not represent a bladder with a reference pattern if the area ratio of the two exceeds a predetermined threshold.
  • the image quality adjustment unit when the median value of the luminance in the bladder region exceeds the determined first threshold value and the variance value of the luminance in the difference region is less than or equal to the determined second threshold value, The image quality of the ultrasonic image can be adjusted by lowering the gain. Alternatively, the image quality adjustment unit determines the difference between the median value of the brightness in the bladder region and the median value of the brightness in the difference region to be less than or equal to a third threshold value, and the variance value of the brightness in the difference region is determined. When the value exceeds the fourth threshold value, the image quality of the ultrasonic image can be adjusted by narrowing the dynamic range. Alternatively, the image quality adjustment unit may adjust the image quality of the ultrasonic image by narrowing the dynamic range when the brightness gradient from the bladder region to the difference region is equal to or less than the predetermined fifth threshold value.
  • the bladder extraction success / failure determination unit determines whether the ratio of the area of the hollow portion formed inside the bladder region to the area of the bladder region detected by the bladder detection unit exceeds a predetermined threshold value. Can also be determined to not represent a bladder with a reference pattern.
  • the image quality adjusting unit preferably adjusts the image quality of the ultrasonic image by reducing the gain.
  • the bladder pattern storage unit stores at least one of the shape of a bladder with an enlarged prostate or cervix, the shape of a bladder with an indwelling balloon, and the shape of a bladder suffering from cystitis as an abnormal bladder pattern. Can be saved as At this time, the bladder pattern storage unit stores a plurality of abnormal bladder patterns, and the reference pattern setting unit stores a plurality of abnormal bladder patterns detected by the bladder detection unit in the bladder pattern storage unit.
  • a pattern classifier that classifies which of the different bladder patterns corresponds may be included.
  • the reference pattern setting unit sets an abnormal bladder pattern as a reference pattern
  • the bladder extraction success / failure determination unit determines that the bladder region does not represent a bladder having the reference pattern
  • the image acquisition unit determines It is possible to provide a guide unit for newly guiding acquisition of an ultrasonic image.
  • the control method of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention acquires an ultrasonic image of a subject by transmitting and receiving an ultrasonic beam from an ultrasonic probe, displays the acquired ultrasonic image, and a normal bladder pattern.
  • the abnormal ultrasound obtained by storing the abnormal bladder pattern in the bladder pattern storage unit and setting one of the normal bladder pattern and the abnormal bladder pattern stored in the bladder pattern storage unit as a reference pattern.
  • the bladder region is extracted from the image, it is determined whether the extracted bladder region represents a bladder having a reference pattern that has been set, and the bladder region is referenced when the normal bladder pattern is set as the reference pattern.
  • the image quality of the ultrasonic image is adjusted, and the bladder region is referred to as a reference pattern for the ultrasonic image having the adjusted image quality.
  • Abnormal bladder pattern when it is determined that the bladder region does not represent the bladder having the reference pattern even in the ultrasound image with adjusted image quality. Is set as a reference pattern, and it is determined whether or not the bladder region represents a bladder having a reference pattern including an abnormal bladder pattern.
  • the reference pattern setting unit sets a normal bladder pattern as a reference pattern, and the bladder extraction success / failure determination unit determines that the bladder region does not represent a bladder having the reference pattern.
  • the image quality of the ultrasonic image is adjusted by the image quality adjustment unit, and the bladder extraction success / failure determination unit determines whether or not the bladder region represents a bladder having a reference pattern in the ultrasonic image with the adjusted image quality.
  • the reference pattern setting unit causes abnormalities.
  • the bladder pattern is set as a reference pattern, and the bladder extraction success / failure determination unit selects a bladder having a reference pattern in which the bladder region is an abnormal bladder pattern. To determine whether it has to, it is possible to improve the accuracy of extracting the bladder.
  • FIG. 1 shows the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 1.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 1 has an ultrasonic probe 2 and a diagnostic apparatus main body 3, and the ultrasonic probe 2 and the diagnostic apparatus main body 3 are connected to each other.
  • the ultrasonic probe 2 includes a transducer array 11.
  • the ultrasonic probe 2 and the diagnostic apparatus body 3 may be wired to each other or may be wirelessly connected to each other.
  • the diagnostic apparatus body 3 includes a transmitter 12 and a receiver 13, and the transmitter 12 and the receiver 13 are connected to the transducer array 11 of the ultrasonic probe 2, respectively.
  • the receiving unit 13 is sequentially connected to the image generating unit 14, the display control unit 15, and the display unit 16.
  • the transmission unit 12, the reception unit 13, and the image generation unit 14 configure an image acquisition unit 17.
  • a bladder extraction unit 18 is connected to the image generation unit 14, and a bladder extraction success / failure determination unit 19 is connected to the bladder extraction unit 18.
  • An image quality adjustment unit 20 is connected to the bladder extraction unit 18, and a bladder extraction success / failure determination unit 19 is connected to the image quality adjustment unit 20.
  • a reference pattern setting unit 21 is connected to the bladder extraction success / failure determination unit 19, and a bladder pattern storage unit 22 is connected to the reference pattern setting unit 21. Further, the guide unit 33 is connected to the bladder extraction success / failure determination unit 19, and the guide unit 33 is connected to the display control unit 15.
  • the device control unit 23 is connected to the transmission unit 12, the reception unit 13, the image generation unit 14, the display control unit 15, the bladder extraction unit 18, the bladder extraction success / failure determination unit 19, the image quality adjustment unit 20, and the guide unit 33.
  • the input unit 24 and the storage unit 25 are connected to the device control unit 23.
  • the device control unit 23 and the storage unit 25 are connected so that information can be bidirectionally passed.
  • the display control unit 15, the image acquisition unit 17, the bladder extraction unit 18, the bladder extraction success / failure determination unit 19, the image quality adjustment unit 20, the reference pattern setting unit 21, the device control unit 23, and the guide unit 33 configure a processor 26. ing.
  • the transducer array 11 of the ultrasonic probe 2 shown in FIG. 1 has a plurality of transducers arranged one-dimensionally or two-dimensionally. Each of these transducers transmits an ultrasonic wave in accordance with a drive signal supplied from the transmission unit 12, receives an ultrasonic echo from the subject, and outputs a reception signal.
  • Each vibrator is, for example, a piezoelectric ceramic typified by PZT (Lead Zirconate Titanate), a polymer piezoelectric element typified by PVDF (Poly Vinylidene Di Fluoride), and a PMN-PT (Polyvinylidene Fluoride).
  • PZT Lead Zirconate Titanate
  • PVDF Poly Vinylidene Di Fluoride
  • PMN-PT Polyvinylidene Fluoride
  • the transmission unit 12 of the image acquisition unit 17 includes, for example, a plurality of pulse generators, and based on the transmission delay pattern selected according to the control signal from the device control unit 23, a plurality of transducer arrays 11 are provided.
  • the respective drive signals are supplied to the plurality of transducers by adjusting the delay amount so that the ultrasonic waves transmitted from the transducers form ultrasonic beams.
  • a pulsed or continuous wave voltage is applied to the electrodes of the plurality of vibrators of the vibrator array 11
  • the piezoelectric body expands and contracts, and pulsed or continuous wave ultrasonic waves are generated from the respective vibrators.
  • an ultrasonic beam is formed from the composite wave of those ultrasonic waves.
  • the transmitted ultrasonic beam is reflected by an object such as a site of a subject and propagates toward the transducer array 11 of the ultrasonic probe 2.
  • the ultrasonic echoes propagating toward the transducer array 11 in this manner are received by the respective transducers forming the transducer array 11.
  • each transducer forming the transducer array 11 expands and contracts by receiving propagating ultrasonic echoes to generate electric signals, and outputs these electric signals to the receiving unit 13.
  • the reception unit 13 of the image acquisition unit 17 processes the reception signal output from the transducer array 11 based on the control signal from the device control unit 23.
  • the reception unit 13 has a configuration in which an amplification unit 27, an AD (Analog Digital) conversion unit 28, and a beam former 29 are connected in series.
  • the amplification unit 27 amplifies the reception signal input from each of the transducers included in the transducer array 11, and transmits the amplified reception signal to the AD conversion unit 28.
  • the AD conversion unit 28 converts the reception signal transmitted from the amplification unit 27 into digitized data, and sends these data to the beamformer 29.
  • the beamformer 29 gives each delay to each data according to the set sound velocity and performs addition (phasing addition) based on the reception delay pattern selected according to the control signal from the device control unit 23. Perform processing. By this reception focus processing, a sound ray signal in which the focus of the ultrasonic echo is narrowed down on a constant scanning line is generated. The sound ray signal generated in this way is sent to the image generation unit 14.
  • the image generation unit 14 of the image acquisition unit 17 has a configuration in which a signal processing unit 30, a DSC (Digital Scan Converter) 31 and an image processing unit 32 are connected in series.
  • the signal processing unit 30 corrects the generated sound ray signal for the attenuation caused by the propagation distance according to the depth of the position where the ultrasonic waves are reflected, and then performs the envelope detection processing to test the subject.
  • a B-mode image signal representing the tissue within is generated.
  • the B-mode image signal thus generated is output to the DSC 31.
  • the DSC 31 of the image generation unit 14 raster-converts the B-mode image signal into an image signal according to a normal television signal scanning method to generate an ultrasonic image.
  • the image processing unit 32 of the image generation unit 14 performs various necessary image processing such as brightness correction, gradation correction, sharpness correction, and color correction on the image data obtained by the DSC 31, and then the ultrasonic image. Is output to the display controller 15 and the bladder extractor 18.
  • the bladder extraction unit 18 of the processor 26 extracts the region where the bladder exists, that is, the bladder region, by performing image analysis on the ultrasonic image acquired by the image acquisition unit 17.
  • the bladder extraction unit 18 stores, for example, typical bladder pattern data in advance as a template, calculates the similarity to the pattern data while searching the image with the template, and the similarity is determined to be the threshold. The place where the value is equal to or more than the value can be extracted as the bladder region.
  • the similarity is calculated by, for example, Csurka et al .: Visual Categorization with Bags of Keypoints, Proc. Of ECCV Workshop on Statistical Learning in Computer Vision, pp.59-74 (2004).
  • the bladder pattern storage unit 22 of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 stores in advance data of a normal bladder pattern and data of an abnormal bladder pattern.
  • the normal bladder pattern refers to a typical pattern representing a bladder having a normal shape without a disease or the like.
  • an abnormal bladder pattern is, for example, a disease such as prostatic hypertrophy or cervical hypertrophy, that a so-called balloon is placed in the bladder, or that the subject suffers from cystitis, etc. It refers to a pattern that represents an abnormally shaped bladder that is different from the pattern.
  • the bladder pattern storage unit 22 may be, for example, an HDD (Hard Disc Drive), an SSD (Solid State Drive), an FD (Flexible Disc), or an MO disc (Magneto-Optical disc: Magneto-optical disk), MT (Magnetic Tape: magnetic tape), RAM (Random Access Memory: random access memory), CD (Compact Disc: compact disk), DVD (Digital Versatile Disc: digital versatile disk), SD card (Secure Digital) card: a secure digital card), a recording medium such as a USB memory (Universal Serial Bus memory), a server, or the like can be used.
  • HDD Hard Disc Drive
  • SSD Solid State Drive
  • FD Felexible Disc
  • MO disc Magnetic-Optical disc
  • MT Magnetic Tape: magnetic tape
  • RAM Random Access Memory: random access memory
  • CD Compact Disc: compact disk
  • DVD Digital Versatile Disc: digital versatile disk
  • SD card Secure Digital
  • a recording medium such as a USB memory (Universal Serial Bus memory),
  • the reference pattern setting unit 21 of the processor 26 sets one of the normal bladder pattern and the abnormal bladder pattern stored in the bladder pattern storage unit 22 as a reference pattern used by the bladder extraction success / failure determination unit 19. To do.
  • the bladder extraction success / failure determination unit 19 of the processor 26 determines whether or not the bladder region extracted by the bladder extraction unit 18 represents a bladder having the reference pattern set by the reference pattern setting unit 21. At this time, the bladder extraction success / failure determination unit 19 calculates, for example, the similarity between the bladder region extracted by the bladder extraction unit 18 and the reference pattern, and when the similarity is equal to or more than a threshold value, the bladder region is determined. Can represent a bladder with a reference pattern.
  • the image quality adjustment unit 20 of the processor 26 adjusts the image quality of the ultrasonic image acquired by the image acquisition unit 17 so that the bladder region extracted by the bladder extraction unit 18 is clearly drawn.
  • the image quality adjustment unit 20 for example, analyzes the intensity of the image signal forming the ultrasonic image, that is, the brightness of the pixel, and performs image processing to adjust the gain and the dynamic range of the ultrasonic image to obtain the ultrasonic image. Adjust the image quality.
  • the image quality adjustment unit 20 has a bladder having a reference pattern in which the reference pattern setting unit 21 sets a normal bladder pattern as a reference pattern, and the bladder extraction success / failure determination unit 19 includes a reference bladder pattern in which the bladder region is normal. If it is determined that the ultrasonic image has not been extracted, the image quality of the ultrasonic image in which the bladder region is extracted by the bladder extraction unit 18 is adjusted. Even in the ultrasonic image whose image quality is adjusted by the image quality adjustment unit 20, if the bladder extraction success / failure determination unit 19 determines that the bladder region does not represent a bladder having a reference pattern including a normal bladder pattern, the reference is performed.
  • the pattern setting unit 21 sets an abnormal bladder pattern as a reference pattern, and the bladder extraction success / failure determination unit 19 determines whether or not the bladder region represents a bladder having a reference pattern including an abnormal bladder pattern. It
  • the guide unit 33 of the processor 26 sets the reference pattern including the abnormal bladder pattern in the bladder region by the bladder extraction success / failure determination unit 19 even if the abnormal bladder pattern is set as the reference pattern by the reference pattern setting unit 21.
  • the image acquisition unit 17 guides the user to newly acquire the ultrasonic image.
  • the guide unit 33 can guide the user by displaying, for example, a text and an image representing the guide for the user on the display unit 16. Further, although not shown, by providing a voice generation unit in the ultrasonic diagnostic apparatus 1, the guide unit 33 can also guide the user by voice via the voice generation unit.
  • the display control unit 15 of the processor 26 performs a predetermined process on the ultrasonic image acquired by the image acquisition unit 17, and causes the display unit 16 to display the ultrasonic image.
  • the display unit 16 of the diagnostic apparatus body 3 displays an image under the control of the display control unit 15, and is, for example, a display such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL display (Organic Electroluminescence Display). Including equipment.
  • the device control unit 23 of the processor 26 controls each unit of the diagnostic device body 3 based on a program stored in advance in the storage unit 25 or the like and a user operation via the input unit 24.
  • the input unit 24 of the diagnostic apparatus body 3 is for a user to perform an input operation, and can be configured to include a keyboard, a mouse, a trackball, a touch pad, a touch panel, and the like.
  • the storage unit 25 of the diagnostic apparatus main body 3 stores the operation program of the diagnostic apparatus main body 3 and the like, and as the storage unit 25, like the bladder pattern storage unit 22, HDD, SSD, FD, MO disk, MT, A recording medium such as a RAM, a CD, a DVD, an SD card, a USB memory, or a server can be used.
  • the processor 26 having a CPU is composed of a CPU (Central Processing Unit) and a control program for causing the CPU to perform various kinds of processing, and an FPGA (Field Programmable Gate Array) It may be configured by using a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or another IC (Integrated Circuit), or a combination thereof. May be done.
  • a CPU Central Processing Unit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the display control unit 15, the image acquisition unit 17, the bladder extraction unit 18, the bladder extraction success / failure determination unit 19, the image quality adjustment unit 20, the reference pattern setting unit 21, the device control unit 23, and the guide unit 33 of the processor 26 are partially provided.
  • it can be configured by being integrated into one CPU as a whole.
  • step S1 an ultrasonic beam is transmitted from the transducer array 11 toward the inside of the subject while the ultrasonic probe 2 is in contact with the lower abdomen of the subject by a user's operation, and ultrasonic waves from the subject are detected.
  • the echo is received by the transducer array 11.
  • the image acquisition unit 17 generates an ultrasonic image representing a tomographic image of the lower abdomen of the subject.
  • step S2 the bladder extraction unit 18 extracts the bladder region in the ultrasonic image by performing image analysis on the ultrasonic image acquired in step S1.
  • step S3 the reference pattern setting unit 21 sets the normal bladder pattern stored in the bladder pattern storage unit 22 as a reference pattern used by the bladder extraction success / failure determination unit 19.
  • step S4 the bladder extraction success / failure determination unit 19 determines whether or not the bladder region extracted in step S2 represents a reference pattern including the normal bladder pattern set in step S3.
  • the bladder region R1 in the ultrasonic image U has a recess A in the central portion of the shallow portion, and the convex hull region of the bladder region R1 with respect to the area of the bladder region R1.
  • the bladder extraction success / failure determination unit 19 does not represent the reference pattern in which the bladder region R1 is a normal bladder pattern. Is determined, and the process proceeds to step S5.
  • the convex hull region R2 is a bladder region surrounded by the contour line of the bladder region R1 other than the recess A and the straight line L1. It refers to the region containing R1.
  • the difference region R3 is a region obtained by subtracting the bladder region R1 from the convex hull region R2, that is, a region surrounded by the contour line of the recess A of the bladder region R1 and the straight line L1.
  • step S5 it is determined whether the image quality of the ultrasonic image U acquired in step S1 has already been adjusted. At this point in time, the image quality of the ultrasonic image U acquired in step S1 has not been adjusted, so the process proceeds to step S6.
  • step S6 the image quality adjustment unit 20 analyzes the luminance of pixels in the ultrasonic image U acquired in step S1 and performs image quality adjustment so that the bladder region R1 extracted in step S2 is clearly drawn. .
  • the image quality adjustment unit 20 determines, for example, the median value of the brightness in the bladder region R1. If the first threshold value is exceeded and the variance value of the brightness in the difference region R3 is equal to or less than the second threshold value, the image quality adjustment unit 20 has a high gain of the ultrasonic image U.
  • step S6 the process returns to step S4.
  • step S4 the bladder extraction success / failure determination unit 19 determines whether the bladder region R1 in the ultrasonic image U subjected to the image quality adjustment in step S6 represents a reference pattern including the normal bladder pattern set in step S3. Determine whether or not.
  • step S4 the bladder region R1 represents the reference pattern, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 ends.
  • step S4 when it is determined in step S4 that the bladder region R1 does not represent the reference pattern including the normal bladder pattern, even though the image quality adjustment is performed in step S6, the process proceeds to step S5. , It is determined whether the image quality of the ultrasonic image U has been adjusted. At this point, the image quality adjustment has already been performed in step S6, so the process proceeds to step S7.
  • step S7 it is determined whether or not the reference pattern having the normal bladder pattern has been switched to the reference pattern having the abnormal bladder pattern. At this point in time, such reference pattern switching has not been performed, and thus the process proceeds to step S8.
  • step S8 the reference pattern setting unit 21 sets an abnormal bladder pattern as a reference pattern. As a result, it becomes possible to extract the bladder region having an abnormal shape, so that the bladder in an abnormal state can be extracted.
  • step S8 the process returns to step S4.
  • step S4 the bladder extraction success / failure determination unit 19 displays the reference pattern including the abnormal bladder pattern set in step S8 in the bladder region R1 in the ultrasonic image U whose image quality has been adjusted in step S6. It is determined whether or not there is.
  • step S4 the bladder region R1 represents the reference pattern including the abnormal bladder pattern, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 ends.
  • step S4 when it is determined in step S4 that the bladder region R1 does not represent the reference pattern, even though the reference pattern is changed to the abnormal bladder pattern in step S8, the process proceeds to step S5. Then, it is determined whether the image quality of the ultrasonic image U has been adjusted. At this point, the image quality adjustment has already been performed in step S6, so the process proceeds to step S7.
  • step S7 it is determined whether or not the reference pattern has already been switched from the normal bladder pattern to the abnormal bladder pattern.
  • the reference pattern has already been switched in step S8, so the process proceeds to step S9.
  • step S9 the guide unit 33 guides the user to acquire a new ultrasonic image.
  • the guide unit 33 guides the user by displaying, for example, a text and an image indicating that a new ultrasonic image is to be acquired on the display unit 16.
  • step S9 is completed in this way, the process returns to step S1 to acquire a new ultrasonic image, and in a subsequent operation, the bladder region R1 is newly extracted using the acquired new ultrasonic image. .
  • the reference pattern setting unit 21 sets a normal bladder pattern as a reference pattern, and the bladder extraction success / failure determination unit 19 determines the bladder region R1.
  • the image quality adjustment unit 20 adjusts the image quality of the ultrasonic image U, and even in the ultrasonic image U whose image quality is adjusted by the image quality adjustment unit 20.
  • the reference pattern setting unit 21 sets an abnormal bladder pattern as a reference pattern
  • the extraction success / failure determination unit 19 represents the bladder in which the bladder region R1 has a reference pattern including an abnormal bladder pattern. Probably because whether it is determined, it is possible to improve the accuracy of extracting the bladder.
  • the gain of the ultrasonic image U is lowered based on the median luminance of the bladder region R1 and the variance value of the luminance in the difference region R3.
  • the image quality adjustment method is not limited to this.
  • the difference between the median value of brightness in the bladder region R1 and the median value of brightness in the difference region R3 is equal to or less than a third threshold value, and the variance value of brightness in the difference region R3 is determined.
  • the image quality adjustment unit 20 determines that the dynamic range of the ultrasonic image U is too wide and noise is generated, and narrows the dynamic range to reduce the image quality of the ultrasonic image U. Can be adjusted.
  • the image quality adjusting unit 20 causes the ultrasonic image Since it is determined that the shape of the bladder is not clearly drawn due to the low contrast, the image quality of the ultrasonic image U can be adjusted by narrowing the dynamic range.
  • the shape of the bladder region R1 is It is judged that the cause is not the image quality but the shape of the bladder itself.
  • the bladder extraction success / failure determination unit 19 causes the bladder region R1 to have a normal bladder pattern as a reference pattern.
  • the shape of the bladder region R1 for which the bladder extraction success / failure determination unit 19 makes such a determination is not limited to that shown in FIG.
  • the bladder region R1 extracted by the bladder extraction unit 18 has a plurality of recesses A along the circumference, and the difference region R3 between the convex hull region R2 of the bladder region R1 and the bladder region R1.
  • the bladder extraction success / failure determination unit 19 determines that the bladder region R1 has a reference pattern. It can be determined that it does not represent the bladder.
  • the convex hull region R2 indicates a region that is surrounded by the envelope L2 and includes the bladder region R1 when the polygonal envelope L2 that wraps the bladder region R1 is defined.
  • the difference region R3 is a region obtained by subtracting the bladder region R1 from the convex hull region R2.
  • the image quality adjustment unit 20 performs the same process as when the bladder region R1 has a shape as shown in FIG. 7
  • the image quality of the ultrasonic image U can be adjusted based on the brightness of the bladder region R1 and the brightness of the difference region R3.
  • a threshold value having a hollow portion R4 inside the bladder region R1 and a ratio of the total area of the hollow portion R4 to the area of the bladder region R1 is set.
  • the bladder extraction success / failure determination unit 19 can determine that the bladder region R1 does not represent a bladder having a reference pattern.
  • the hollow portion R4 is a portion that exists separately inside the bladder region R1 and that has a brightness different from the brightness of the bladder region R1.
  • the image quality adjustment unit 20 determines that the bladder region R1 is drawn too brightly due to the high gain of the ultrasonic image U, and adjusts the image quality of the ultrasonic image U by lowering the gain. it can.
  • the type of image quality adjustment performed by the image quality adjustment unit 20 for one ultrasonic image U is not limited to one type, and may be two or more types.
  • the image quality adjustment unit 20 lowers the gain of the ultrasonic image based on the brightness of the bladder region R1 and the brightness of the difference region R3.
  • the dynamic range can be narrowed. This makes it possible to more clearly depict the bladder region R1 and improve the accuracy with which the ultrasound diagnostic apparatus 1 extracts the bladder.
  • the type of abnormal bladder pattern stored in the bladder pattern storage unit 22 is not limited to one type, and for example, the shape of a bladder with an enlarged prostate, the shape of a bladder with an enlarged cervix, a balloon is placed.
  • a plurality of types of abnormal bladder patterns such as the shape of the bladder that has been subjected and the shape of the bladder in which the subject suffers from cystitis, can be stored in the bladder pattern storage unit 22.
  • the bladder extraction success / failure determination unit 19 causes the bladder region to be determined. The determination of whether R1 represents a bladder with a reference pattern can be repeated. This can improve the accuracy of extracting the bladder.
  • the reference pattern setting unit stores the bladder region R1 detected by the bladder extraction unit 18 in the bladder pattern storage unit.
  • a pattern classifier (not shown) that classifies which of a plurality of abnormal bladder patterns corresponds may be included. Since the abnormal bladder pattern corresponding to the bladder region R1 is automatically classified and selected by this pattern classifier, the number of judgments by the bladder extraction success / failure judgment unit 19 can be reduced and the bladder can be extracted more quickly. It will be possible.
  • 1 ultrasonic diagnostic device 1 ultrasonic diagnostic device, 2 ultrasonic probe, 3 diagnostic device main body, 11 transducer array, 12 transmitting unit, 13 receiving unit, 14 image generating unit, 15 display control unit 15, display unit, 17 image acquiring unit, 18 bladder extraction Section, 19 bladder extraction success / failure determination section 19, image quality adjustment section, 21 reference pattern setting section, 22 bladder pattern storage section, 23 device control section, 24 input section, 25 storage section, 26 processor, 27 amplification section, 28 AD conversion section, 29 beam former, 30 signal processing unit, 31 DSC, 32 image processing unit, 33 guidance unit, L1 straight line, L2 envelope, R1 bladder region, R2 convex hull region, R3 difference region, R4 hollow region, U ultrasonic image .

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Abstract

膀胱を抽出する精度を向上させることができる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供する。超音波診断装置１は、膀胱パターンを保存する膀胱パターン保存部２２と、正常または非正常な膀胱パターンを参照パターンとして設定する参照パターン設定部２１と、超音波画像から膀胱領域を抽出する膀胱抽出部１８と、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表しているかを判定する膀胱抽出成否判定部１９と、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に超音波画像の画質を調整する画質調整部２０とを備え、画質が調整された超音波画像でも膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、膀胱抽出成否判定部１９は、膀胱領域が非正常な膀胱パターンを有する膀胱を表しているかを判定する。

Description

超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法

　本発明は、超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に係り、特に、被検体の尿量計測に用いられる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に関する。

　従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信し、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

　このような超音波診断装置を用いて被検体の膀胱を検査し、被検体の尿量計測をすることが行われている。超音波診断装置を用いた検査の際には、検査を行うユーザが一定の熟練度を有していることが好ましいが、熟練度の低いユーザでも簡便に検査を行うことができるように、膀胱等の部位の検出および計測等を自動的に行う超音波診断装置が開発されている。例えば、非特許文献１には、超音波画像に対して機械学習手法を用いた画像解析を施すことにより、超音波画像内の膀胱を自動的に検出し、検出された膀胱に基づいて尿量計測を自動的に行う超音波診断装置が行われている。

Annangi P, Frigstad S, Subin SB, Torp A, Ramasubramaniam S, Varna S, "An automated bladder volume measurement algorithm by pixel classification using random forests", Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, 2016 Aug.

　ところで、被検体の膀胱は、常に正常な状態であるとは限らず、例えば膀胱内にガスが溜まった状態、前立腺肥大等により膀胱が変形している状態等、異常な状態である場合もある。このように、膀胱が異常な状態である場合には、非特許文献１に開示されている超音波診断装置を用いても、膀胱を表す領域を正しく抽出することができず、被検体の尿量計測等が正しく行われないことがあった。

　本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであり、膀胱を抽出する精度を向上させることができる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、超音波プローブと、超音波プローブから超音波ビームの送受信を行うことにより被検体の超音波画像を取得する画像取得部と、画像取得部により取得された超音波画像を表示する表示部と、正常な膀胱パターンと非正常な膀胱パターンを保存する膀胱パターン保存部と、膀胱パターン保存部に保存されている正常な膀胱パターンおよび非正常な膀胱パターンのうちの１つを参照パターンとして設定する参照パターン設定部と、画像取得部により取得された超音波画像から膀胱領域を抽出する膀胱抽出部と、膀胱抽出部により抽出された膀胱領域が参照パターン設定部により設定された参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する膀胱抽出成否判定部と、超音波画像の画質を調整する画質調整部とを備え、参照パターン設定部により正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、画質調整部により超音波画像の画質が調整され、膀胱抽出成否判定部は、画質が調整された超音波画像に対して膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、画質調整部により画質が調整された超音波画像においても、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、参照パターン設定部により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部は、膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定することを特徴とする。

　膀胱抽出成否判定部は、膀胱抽出部により抽出された膀胱領域が周に沿って複数の凹部を有し、膀胱領域の凸包領域と膀胱領域との差分領域の存在により膀胱領域の面積に対する膀胱領域の周に沿った長さの比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することができる。

　あるいは、膀胱抽出成否判定部は、膀胱抽出部により抽出された膀胱領域が浅部部分の中央部に凹部を有し、膀胱領域の面積に対する、膀胱領域の凸包領域と膀胱領域との差分領域の面積の比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することもできる。

　画質調整部は、膀胱領域における輝度の中央値が定められた第１のしきい値を超え、且つ、差分領域における輝度の分散値が定められた第２のしきい値以下である場合に、ゲインを下げることにより超音波画像の画質を調整することができる。

　あるいは、画質調整部は、膀胱領域における輝度の中央値と差分領域における輝度の中央値の差分が定められた第３のしきい値以下で、且つ、差分領域における輝度の分散値が定められた第４のしきい値を超える場合に、ダイナミックレンジを狭めることにより超音波画像の画質を調整することもできる。

　あるいは、画質調整部は、膀胱領域から差分領域にかけての輝度勾配が定められた第５のしきい値以下である場合に、ダイナミックレンジを狭めることにより超音波画像の画質を調整することもできる。

　また、膀胱抽出成否判定部は、膀胱検出部により検出された膀胱領域の面積に対する膀胱領域の内部に形成された中抜け部分の面積の比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することもできる。

　この際に、画質調整部は、ゲインを下げることにより超音波画像の画質を調整することが好ましい。

　また、膀胱パターン保存部は、前立腺または子宮頸部が肥大した膀胱の形状、バルーンが留置された膀胱の形状、膀胱炎を患っている膀胱の形状のうちの少なくとも１つを非正常な膀胱パターンとして保存することができる。

　この際に、膀胱パターン保存部は、複数の非正常な膀胱パターンを保存し、参照パターン設定部は、膀胱検出部により検出された膀胱領域が膀胱パターン保存部に保存されている複数の非正常な膀胱パターンのいずれに対応するかを分類するパターン分類器を含むことができる。

　また、参照パターン設定部により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定されても、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、画像取得部により新たに超音波画像を取得する旨を案内する案内部を備えることができる。

　本発明の超音波診断装置の制御方法は、超音波プローブから超音波ビームの送受信を行うことにより被検体の超音波画像を取得し、取得された超音波画像を表示し、正常な膀胱パターンと非正常な膀胱パターンを膀胱パターン保存部に保存し、膀胱パターン保存部に保存されている正常な膀胱パターンおよび非正常な膀胱パターンのうちの１つを参照パターンとして設定し、取得された超音波画像から膀胱領域を抽出し、抽出された膀胱領域が設定された参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定された状態において、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、超音波画像の画質を調整し、画質が調整された超音波画像に対して膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、画質が調整された超音波画像においても、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定することを特徴とする。

　本発明によれば、超音波診断装置は、参照パターン設定部により正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、画質調整部により超音波画像の画質が調整され、膀胱抽出成否判定部は、画質が調整された超音波画像に対して膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、画質調整部により画質が調整された超音波画像においても、膀胱抽出成否判定部により膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、参照パターン設定部により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部は、膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定するため、膀胱を抽出する精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態における受信部の内部構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態における画像生成部の内部構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る超音波診断装置の動作を表すフローチャートである。 膀胱領域の例を模式的に示す図である。 膀胱領域から差分領域にかけての超音波画像の輝度分布を表す図である。 膀胱領域の他の例を模式的に示す図である。 膀胱領域のさらに他の例を模式的に示す図である。

　以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

実施の形態

　図１に、超音波診断装置１の構成を示す。図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波プローブ２と診断装置本体３を有しており、超音波プローブ２と診断装置本体３は、互いに接続されている。超音波プローブ２は、振動子アレイ１１を備えている。ここで、超音波プローブ２と診断装置本体３とは、互いに有線接続されていてもよく、無線接続されていてもよい。

　診断装置本体３は、送信部１２および受信部１３を備えており、送信部１２および受信部１３は、それぞれ、超音波プローブ２の振動子アレイ１１に接続されている。また、受信部１３は、画像生成部１４、表示制御部１５および表示部１６に順次接続されている。ここで、送信部１２、受信部１３および画像生成部１４により、画像取得部１７が構成されている。また、画像生成部１４には、膀胱抽出部１８が接続されており、膀胱抽出部１８に、膀胱抽出成否判定部１９が接続されている。また、膀胱抽出部１８には、画質調整部２０が接続され、画質調整部２０に、膀胱抽出成否判定部１９が接続されている。また、膀胱抽出成否判定部１９に、参照パターン設定部２１が接続され、参照パターン設定部２１に、膀胱パターン保存部２２が接続されている。また、膀胱抽出成否判定部１９に、案内部３３が接続されており、案内部３３は、表示制御部１５に接続されている。

　さらに、送信部１２、受信部１３、画像生成部１４、表示制御部１５、膀胱抽出部１８、膀胱抽出成否判定部１９、画質調整部２０および案内部３３に、装置制御部２３が接続されており、装置制御部２３に、入力部２４および格納部２５が接続されている。ここで、装置制御部２３と格納部２５とは、双方向に情報の受け渡しが可能に接続されている。

　また、表示制御部１５、画像取得部１７、膀胱抽出部１８、膀胱抽出成否判定部１９、画質調整部２０、参照パターン設定部２１、装置制御部２３および案内部３３により、プロセッサ２６が構成されている。

　図１に示す超音波プローブ２の振動子アレイ１１は、１次元または２次元に配列された複数の振動子を有している。これらの振動子は、それぞれ送信部１２から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に、被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各振動子は、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子およびＰＭＮ－ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：マグネシウムニオブ酸鉛－チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成することにより構成される。

　画像取得部１７の送信部１２は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、装置制御部２３からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、振動子アレイ１１の複数の振動子から送信される超音波が超音波ビームを形成するように、それぞれの駆動信号を、遅延量を調節して複数の振動子に供給する。このように、振動子アレイ１１の複数の振動子の電極にパルス状または連続波状の電圧が印加されると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状または連続波状の超音波が発生して、それらの超音波の合成波から、超音波ビームが形成される。

　送信された超音波ビームは、例えば、被検体の部位等の対象において反射され、超音波プローブ２の振動子アレイ１１に向かって伝搬する。このように振動子アレイ１１に向かって伝搬する超音波エコーは、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子により受信される。この際に、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子は、伝搬する超音波エコーを受信することにより伸縮して電気信号を発生させ、これらの電気信号を受信部１３に出力する。

　画像取得部１７の受信部１３は、装置制御部２３からの制御信号に基づいて、振動子アレイ１１から出力される受信信号の処理を行う。図２に示すように、受信部１３は、増幅部２７、ＡＤ（Analog Digital）変換部２８およびビームフォーマ２９が直列接続された構成を有している。増幅部２７は、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子から入力された受信信号を増幅し、増幅した受信信号をＡＤ変換部２８に送信する。ＡＤ変換部２８は、増幅部２７から送信された受信信号をデジタル化されたデータに変換し、これらのデータをビームフォーマ２９に送出する。ビームフォーマ２９は、装置制御部２３からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づき、設定された音速に従う各データにそれぞれの遅延を与えて加算（整相加算）を施す、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が一定の走査線上に絞り込まれた音線信号が生成される。このようにして生成された音線信号は、画像生成部１４に送出される。

　画像取得部１７の画像生成部１４は、図３に示すように、信号処理部３０、ＤＳＣ（Digital Scan Converter：デジタルスキャンコンバータ）３１および画像処理部３２が直列接続された構成を有している。信号処理部３０は、生成された音線信号に対して、超音波が反射した位置の深度に応じて伝搬距離に起因する減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施して、被検体内の組織を表すＢモード画像信号を生成する。このように生成されたＢモード画像信号は、ＤＳＣ３１に出力される。

　画像生成部１４のＤＳＣ３１は、Ｂモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号にラスター変換して超音波画像を生成する。画像生成部１４の画像処理部３２は、ＤＳＣ３１において得られた画像データに対して、明るさ補正、諧調補正、シャープネス補正および色補正等の各種の必要な画像処理を施した後、超音波画像を表示制御部１５および膀胱抽出部１８に出力する。

　プロセッサ２６の膀胱抽出部１８は、画像取得部１７により取得された超音波画像に対して画像解析を行うことにより、膀胱が存在する領域すなわち膀胱領域を抽出する。この際に、膀胱抽出部１８は、例えば、典型的な膀胱のパターンデータをテンプレートとして予め記憶しておき、画像内をテンプレートでサーチしながらパターンデータに対する類似度を算出し、類似度がしきい値以上となった場所を膀胱領域として抽出することができる。また、類似度の算出には、単純なテンプレートマッチングの他に、例えば、Csurka et al.: Visual Categorization with Bags of Keypoints, Proc. of ECCV Workshop on Statistical Learning in Computer Vision, pp.59-74 （2004）に記載されている機械学習手法、あるいは、Krizhevsk et al.: ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks, Advances in Neural Information Processing Systems 25, pp.1106-1114 （2012）に記載されているディープラーニングを用いた一般画像認識手法等を用いることができる。

　超音波診断装置１の膀胱パターン保存部２２は、正常な膀胱パターンのデータと非正常な膀胱パターンのデータを予め保存するものである。ここで、正常な膀胱パターンとは、疾患等が無い正常な形状を有する膀胱を表す典型的なパターンのことを指す。また、非正常な膀胱パターンとは、例えば前立腺肥大または子宮頸部肥大等の疾患、膀胱内にいわゆるバルーンが留置されていること、被検体が膀胱炎を患っていること等により、正常な膀胱パターンとは異なる異常な形状の膀胱を表すパターンのことを指す。

　なお、膀胱パターン保存部２２としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive：ハードディスクドライブ）、ＳＳＤ（Solid State Drive：ソリッドステートドライブ）、ＦＤ（Flexible Disc：フレキシブルディスク）、ＭＯディスク（Magneto-Optical disc：光磁気ディスク）、ＭＴ（Magnetic Tape：磁気テープ）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダムアクセスメモリ）、ＣＤ（Compact Disc：コンパクトディスク）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc：デジタルバーサタイルディスク）、ＳＤカード（Secure Digital card：セキュアデジタルカード）、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus memory：ユニバーサルシリアルバスメモリ）等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。

　プロセッサ２６の参照パターン設定部２１は、膀胱パターン保存部２２に保存されている正常な膀胱パターンおよび非正常な膀胱パターンのうちの１つを、膀胱抽出成否判定部１９により用いられる参照パターンとして設定する。

　プロセッサ２６の膀胱抽出成否判定部１９は、膀胱抽出部１８により抽出された膀胱領域が参照パターン設定部２１により設定された参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する。この際に、膀胱抽出成否判定部１９は、例えば、膀胱抽出部１８により抽出された膀胱領域と参照パターンとの類似度を算出し、類似度がしきい値以上となった場合に、膀胱領域が参照パターンを有する膀胱を表していると判定することができる。

　プロセッサ２６の画質調整部２０は、膀胱抽出部１８により抽出された膀胱領域が明確に描出されるように、画像取得部１７により取得された超音波画像の画質を調整する。画質調整部２０は、例えば、超音波画像を構成する画像信号の強度すなわちピクセルの輝度を解析し、画像処理を行うことにより、超音波画像のゲインおよびダイナミックレンジを調整して、超音波画像の画質を調整する。

　また、画質調整部２０は、参照パターン設定部２１により正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、且つ、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を有していないと判定された場合に、膀胱抽出部１８により膀胱領域が抽出された超音波画像の画質を調整する。

　画質調整部２０により画質が調整された超音波画像においても、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合には、参照パターン設定部２１により、非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部１９により、膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かが判定される。

　また、プロセッサ２６の案内部３３は、参照パターン設定部２１により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定されても、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有していないと判定された場合に、画像取得部１７により新たに超音波画像を取得する旨をユーザに案内する。この際に、案内部３３は、例えば、ユーザに対する案内を表すテキストおよび画像を表示部１６に表示させることにより、ユーザへの案内を行うことができる。また、図示しないが、超音波診断装置１に音声発生部を設けることにより、案内部３３は、音声発生部を介して音声でユーザへの案内を行うこともできる。

　プロセッサ２６の表示制御部１５は、装置制御部２３の制御の下、画像取得部１７により取得された超音波画像に所定の処理を施して、表示部１６に超音波画像を表示させる。

　診断装置本体３の表示部１６は、表示制御部１５の制御の下、画像を表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display）等のディスプレイ装置を含む。

　プロセッサ２６の装置制御部２３は、格納部２５等に予め記憶されているプログラムおよび入力部２４を介したユーザの操作に基づいて、診断装置本体３の各部の制御を行う。

　診断装置本体３の入力部２４は、ユーザが入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッドおよびタッチパネル等を備えて構成することができる。

　診断装置本体３の格納部２５は、診断装置本体３の動作プログラム等を格納するものであり、格納部２５として、膀胱パターン保存部２２と同様に、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＦＤ、ＭＯディスク、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。

　ここで、診断装置本体３において、表示制御部１５、画像取得部１７、膀胱抽出部１８、膀胱抽出成否判定部１９、画質調整部２０、参照パターン設定部２１、装置制御部２３および案内部３３を有するプロセッサ２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：フィードプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタルシグナルプロセッサ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：アプリケーションスペシフィックインテグレイテッドサーキット）、その他のＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を用いて構成されてもよく、もしくはそれらを組み合わせて構成されてもよい。

　また、プロセッサ２６の表示制御部１５、画像取得部１７、膀胱抽出部１８、膀胱抽出成否判定部１９、画質調整部２０、参照パターン設定部２１、装置制御部２３および案内部３３を部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵに統合させて構成させることもできる。

　次に、図４に示すフローチャートを用いて、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置１の動作を説明する。

　まず、ステップＳ１において、ユーザの操作により超音波プローブ２が被検体の下腹部に接触した状態で、振動子アレイ１１から被検体内に向かって超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーが振動子アレイ１１により受信される。これにより、振動子アレイ１１から画像取得部１７に受信信号が出力されると、画像取得部１７により、被検体の下腹部の断層像を表す超音波画像が生成される。

　次に、ステップＳ２において、膀胱抽出部１８は、ステップＳ１で取得された超音波画像に対して画像解析を行うことにより、超音波画像内の膀胱領域を抽出する。

　ステップＳ３において、参照パターン設定部２１は、膀胱パターン保存部２２に保存されている正常な膀胱パターンを、膀胱抽出成否判定部１９により使用される参照パターンとして設定する。

　ステップＳ４において、膀胱抽出成否判定部１９は、ステップＳ２で抽出された膀胱領域が、ステップＳ３で設定された正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表しているか否かを判定する。ここで、例えば、図５に示すように、超音波画像Ｕ内の膀胱領域Ｒ１が、浅部部分の中央部に凹部Ａを有し、膀胱領域Ｒ１の面積に対する、膀胱領域Ｒ１の凸包領域Ｒ２と膀胱領域Ｒ１との差分領域Ｒ３の面積の比率が定められたしきい値を超える場合には、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していないと判定され、ステップＳ５に進む。ここで、凸包領域Ｒ２とは、膀胱領域Ｒ１の凹部Ａの開口部を閉じる直線Ｌ１を規定した場合に、凹部Ａ以外の膀胱領域Ｒ１の輪郭線と直線Ｌ１とで囲まれた、膀胱領域Ｒ１を含む領域のことを指す。差分領域Ｒ３は、凸包領域Ｒ２から膀胱領域Ｒ１を差し引いた領域、すなわち、膀胱領域Ｒ１の凹部Ａの輪郭線と直線Ｌ１とで囲まれた領域である。

　ステップＳ５において、ステップＳ１で取得された超音波画像Ｕに対して既に画質調整がなされたか否かが判定される。現時点では、ステップＳ１で取得された超音波画像Ｕに対して画質調整がなされていないため、ステップＳ６に進む。

　ステップＳ６において、画質調整部２０は、ステップＳ１で取得された超音波画像Ｕにおけるピクセルの輝度を解析して、ステップＳ２で抽出された膀胱領域Ｒ１が明確に描出されるように画質調整を行う。例えば、図５に示すように、膀胱領域Ｒ１が浅部部分の中央部に凹部Ａを有している場合には、画質調整部２０は、例えば、膀胱領域Ｒ１における輝度の中央値が定められた第１のしきい値を超え、且つ、差分領域Ｒ３における輝度の分散値が定められた第２のしきい値以下である場合に、画質調整部２０は、超音波画像Ｕのゲインが高いことが原因で膀胱が明るく描出され過ぎていると判断し、ゲインを下げることにより、超音波画像Ｕの画質を調整することができる。このようにして、膀胱領域Ｒ１が明確に描出されるように画質調整がなされることにより、膀胱を抽出する精度を向上させることができる。

　ステップＳ６における画質の調整が完了すると、ステップＳ４に戻る。ステップＳ４において、膀胱抽出成否判定部１９は、ステップＳ６で画質調整が行われた超音波画像Ｕ内の膀胱領域Ｒ１が、ステップＳ３で設定された正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表しているか否かを判定する。ステップＳ４において、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを表していると判定された場合には、超音波診断装置１の動作が終了する。

　一方、ステップＳ６で画質調整が行われたにも関わらずに、ステップＳ４において、膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していないと判定された場合には、ステップＳ５に進んで、超音波画像Ｕに対して画質調整がなされたかが判定される。現時点では、ステップＳ６において既に画質調整が行われているため、ステップＳ７に進む。

　ステップＳ７において、正常な膀胱パターンからなる参照パターンが、非正常な膀胱パターンからなる参照パターンに切り替えられたか否かがを判定される。現時点では、このような参照パターンの切り替えが行われていないため、ステップＳ８に進む。

　ステップＳ８において、参照パターン設定部２１は、非正常な膀胱パターンを参照パターンとして設定する。これにより、非正常な形状を有する膀胱領域を抽出することができるようになるため、異常な状態における膀胱を抽出することができる。

　ステップＳ８が完了すると、ステップＳ４に戻る。ステップＳ４において、膀胱抽出成否判定部１９は、ステップＳ６で画質調整が行われた超音波画像Ｕ内の膀胱領域Ｒ１が、ステップＳ８で設定された非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表しているか否かを判定する。ステップＳ４において、膀胱領域Ｒ１が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していると判定された場合には、超音波診断装置１の動作が終了する。

　一方、ステップＳ８で非正常な膀胱パターンからなる参照パターンに切り替えられたにも関わらずに、ステップＳ４において、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを表していないと判定された場合には、ステップＳ５に進んで、超音波画像Ｕに対して画質調整がなされたかが判定される。現時点では、ステップＳ６において既に画質調整が行われているため、ステップＳ７に進む。

　ステップＳ７において、参照パターンが、既に、正常な膀胱パターンから非正常な膀胱パターンに切り替えられたか否かが判定される。現時点では、既にステップＳ８で参照パターンの切り替えが行われているため、ステップＳ９に進む。

　ステップＳ９において、案内部３３は、新たな超音波画像を取得する旨をユーザに案内する。この際に、案内部３３は、例えば、新たな超音波画像を取得する旨を表すテキストおよび画像等を表示部１６に表示させることにより、ユーザへの案内を行う。このようにしてステップＳ９が完了すると、ステップＳ１に戻って新たな超音波画像が取得され、以降の動作において、取得された新たな超音波画像を用いた膀胱領域Ｒ１の抽出が新たに行われる。

　以上により、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置１によれば、まず、参照パターン設定部２１により正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していないと判定された場合に、画質調整部２０により超音波画像Ｕの画質が調整され、画質調整部２０により画質が調整された超音波画像Ｕにおいても、膀胱抽出成否判定部１９により膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを表していないと判定された場合に、参照パターン設定部２１により非正常な膀胱パターンが参照パターンとして設定され、膀胱抽出成否判定部１９により、膀胱領域Ｒ１が非正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表しているか否かが判定されるため、膀胱を抽出する精度を向上させることができる。

　なお、画質調整部２０による画質の調整方法の具体例として、図５を参照し、膀胱領域Ｒ１の輝度の中央値と差分領域Ｒ３における輝度の分散値に基づいて超音波画像Ｕのゲインを下げることが挙げられているが、画質の調整方法はこれに限定されない。

　例えば、膀胱領域Ｒ１における輝度の中央値と差分領域Ｒ３における輝度の中央値との差分が定められた第３のしきい値以下で、且つ、差分領域Ｒ３における輝度の分散値が定められた第４のしきい値を超える場合に、画質調整部２０は、超音波画像Ｕのダイナミックレンジが広すぎてノイズが発生していると判断し、ダイナミックレンジを狭めることにより、超音波画像Ｕの画質を調整することができる。

　また、例えば、図６に一点鎖線で示すように、膀胱領域Ｒ１から差分領域Ｒ３にかけての輝度勾配が定められた第５のしきい値以下である場合に、画質調整部２０は、超音波画像のコントラストが低いことにより膀胱の形状が明確に描出されていないと判断し、ダイナミックレンジを狭めることにより、超音波画像Ｕの画質を調整することができる。ここで、図６に実線で示すように、膀胱領域Ｒ１と差分領域Ｒ３との境界部分における輝度勾配が非常に大きく、第５のしきい値よりも大きい場合には、膀胱領域Ｒ１の形状が、画質に起因するものでなく膀胱自体の形状に起因するものであると判断される。

　また、図５に示すように、膀胱領域Ｒ１が浅部部分の中央部に凹部Ａを有している場合に、膀胱抽出成否判定部１９は、膀胱領域Ｒ１が正常な膀胱パターンからなる参照パターンを有する膀胱を表していないと判定するが、膀胱抽出成否判定部１９がこのような判定を下す膀胱領域Ｒ１の形状は、図５に示すものに限定されない。

　例えば、図７に示すように、膀胱抽出部１８により抽出された膀胱領域Ｒ１が周に沿って複数の凹部Ａを有し、膀胱領域Ｒ１の凸包領域Ｒ２と膀胱領域Ｒ１との差分領域Ｒ３の存在により、膀胱領域Ｒ１の面積に対する膀胱領域Ｒ１の周に沿った長さの比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱抽出成否判定部１９は、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することができる。ここで、凸包領域Ｒ２は、膀胱領域Ｒ１を包み込む多角形状の包絡線Ｌ２を規定した場合に、包絡線Ｌ２により囲まれ、膀胱領域Ｒ１を含む領域を指す。また、差分領域Ｒ３は、凸包領域Ｒ２から膀胱領域Ｒ１を差し引いた領域である。

　なお、膀胱領域Ｒ１が図７に示すような形状を有している場合にも、画質調整部２０は、膀胱領域Ｒ１が図５に示すような形状を有している場合と同様にして、膀胱領域Ｒ１の輝度と差分領域Ｒ３の輝度に基づいて、超音波画像Ｕの画質調整を行うことができる。

　また、例えば、図８に示すように、膀胱領域Ｒ１の内部に中抜け部分Ｒ４を有し、且つ、膀胱領域Ｒ１の面積に対する中抜け部分Ｒ４の面積の総和の比率が定められたしきい値を超える場合に、膀胱抽出成否判定部１９は、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを有する膀胱を表していないと判定することができる。なお、中抜け部分Ｒ４は、膀胱領域Ｒ１の内部に孤立して存在し、且つ、膀胱領域Ｒ１の輝度とは異なる輝度を有する部分を指す。

　この場合に、画質調整部２０は、超音波画像Ｕのゲインが高いことにより膀胱領域Ｒ１が明るく描出され過ぎていると判断し、ゲインを下げることにより超音波画像Ｕの画質調整を行うことができる。

　また、画質調整部２０が１つの超音波画像Ｕに対して行う画質調整の種類は、１種類に限定されず、２種類以上の複数種類であってもよい。例えば、膀胱領域Ｒ１が図５に示すような形状を有している場合に、画質調整部２０は、膀胱領域Ｒ１の輝度と差分領域Ｒ３の輝度に基づいて、超音波画像のゲインを下げると共に、ダイナミックレンジを狭めることができる。これにより、膀胱領域Ｒ１をさらに明確に描出させて、超音波診断装置１が膀胱を抽出する精度を向上させることができる。

　また、膀胱パターン保存部２２に保存されている非正常な膀胱パターンの種類は、１種類に限らず、例えば、前立腺が肥大した膀胱の形状、子宮頸部が肥大した膀胱の形状、バルーンが留置された膀胱の形状、被検体が膀胱炎を患っている膀胱の形状等の複数種類の非正常な膀胱パターンが膀胱パターン保存部２２に保存されることができる。

　この場合には、例えば、参照パターン設定部２１により、膀胱パターン保存部２２に保存されている複数の非正常な膀胱パターンを参照パターンとして順次切り替えられながら、膀胱抽出成否判定部１９により、膀胱領域Ｒ１が参照パターンを有する膀胱を表しているか否かの判定が繰り返されることができる。これにより、膀胱を抽出する精度を向上させることができる。

　また、膀胱パターン保存部２２が複数の非正常な膀胱パターンを保存している場合に、参照パターン設定部は、膀胱抽出部１８により検出された膀胱領域Ｒ１が膀胱パターン保存部に保存されている複数の非正常な膀胱パターンのいずれに対応するかを分類する図示しないパターン分類器を含むこともできる。このパターン分類器により、膀胱領域Ｒ１に対応する非正常な膀胱パターンが自動的に分類され、選択されるため、膀胱抽出成否判定部１９による判定の回数を減らし、より素早く膀胱を抽出することが可能となる。
１　超音波診断装置、２　超音波プローブ、３　診断装置本体、１１　振動子アレイ、１２　送信部、１３　受信部、１４　画像生成部、１５　表示制御部１５　表示部、１７　画像取得部、１８　膀胱抽出部、１９　膀胱抽出成否判定部１９　画質調整部、２１　参照パターン設定部、２２　膀胱パターン保存部、２３　装置制御部、２４　入力部、２５　格納部、２６　プロセッサ、２７　増幅部、２８　ＡＤ変換部、２９　ビームフォーマ、３０　信号処理部、３１　ＤＳＣ、３２　画像処理部、３３　案内部、Ｌ１　直線、Ｌ２　包絡線、Ｒ１　膀胱領域、Ｒ２　凸包領域、Ｒ３　差分領域、Ｒ４　中抜け部分、Ｕ　超音波画像。

Claims (12)


  1. 　超音波プローブと、

    　前記超音波プローブから超音波ビームの送受信を行うことにより被検体の超音波画像を取得する画像取得部と、

    　前記画像取得部により取得された前記超音波画像を表示する表示部と、

    　正常な膀胱パターンと非正常な膀胱パターンを保存する膀胱パターン保存部と、

    　前記膀胱パターン保存部に保存されている前記正常な膀胱パターンおよび前記非正常な膀胱パターンのうちの１つを参照パターンとして設定する参照パターン設定部と、

    　前記画像取得部により取得された前記超音波画像から膀胱領域を抽出する膀胱抽出部と、

    　前記膀胱抽出部により抽出された前記膀胱領域が前記参照パターン設定部により設定された前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する膀胱抽出成否判定部と、

    　前記超音波画像の画質を調整する画質調整部と

    　を備え、

    　前記参照パターン設定部により前記正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定され、前記膀胱抽出成否判定部により前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記画質調整部により前記超音波画像の画質が調整され、前記膀胱抽出成否判定部は、画質が調整された前記超音波画像に対して前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、

    　前記画質調整部により画質が調整された前記超音波画像においても、前記膀胱抽出成否判定部により前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記参照パターン設定部により前記非正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定され、前記膀胱抽出成否判定部は、前記膀胱領域が前記非正常な膀胱パターンからなる前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する超音波診断装置。

  2. 　前記膀胱抽出成否判定部は、前記膀胱抽出部により抽出された前記膀胱領域が周に沿って複数の凹部を有し、前記膀胱領域の凸包領域と前記膀胱領域との差分領域の存在により前記膀胱領域の面積に対する前記膀胱領域の周に沿った長さの比率が定められたしきい値を超える場合に、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定する請求項１に記載の超音波診断装置。

  3. 　前記膀胱抽出成否判定部は、前記膀胱抽出部により抽出された前記膀胱領域が浅部部分の中央部に凹部を有し、前記膀胱領域の面積に対する、前記膀胱領域の凸包領域と前記膀胱領域との差分領域の面積の比率が定められたしきい値を超える場合に、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定する請求項１に記載の超音波診断装置。

  4. 　前記画質調整部は、前記膀胱領域における輝度の中央値が定められた第１のしきい値を超え、且つ、前記差分領域における輝度の分散値が定められた第２のしきい値以下である場合に、ゲインを下げることにより前記超音波画像の画質を調整する請求項２または３に記載の超音波診断装置。

  5. 　前記画質調整部は、前記膀胱領域における輝度の中央値と前記差分領域における輝度の中央値の差分が定められた第３のしきい値以下で、且つ、前記差分領域における輝度の分散値が定められた第４のしきい値を超える場合に、ダイナミックレンジを狭めることにより前記超音波画像の画質を調整する請求項２または３に記載の超音波診断装置。

  6. 　前記画質調整部は、前記膀胱領域から前記差分領域にかけての輝度勾配が定められた第５のしきい値以下である場合に、ダイナミックレンジを狭めることにより前記超音波画像の画質を調整する請求項２または３に記載の超音波診断装置。

  7. 　前記膀胱抽出成否判定部は、前記膀胱検出部により検出された前記膀胱領域の面積に対する前記膀胱領域の内部に形成された中抜け部分の面積の比率が定められたしきい値を超える場合に、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定する請求項１に記載の超音波診断装置。

  8. 　前記画質調整部は、ゲインを下げることにより前記超音波画像の画質を調整する請求項７に記載の超音波診断装置。

  9. 　前記膀胱パターン保存部は、前立腺または子宮頸部が肥大した膀胱の形状、バルーンが留置された膀胱の形状、膀胱炎を患っている膀胱の形状のうちの少なくとも１つを前記非正常な膀胱パターンとして保存する請求項１～８のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

  10. 　前記膀胱パターン保存部は、複数の前記非正常な膀胱パターンを保存し、

    　前記参照パターン設定部は、前記膀胱検出部により検出された前記膀胱領域が前記膀胱パターン保存部に保存されている複数の前記非正常な膀胱パターンのいずれに対応するかを分類するパターン分類器を含む請求項９に記載の超音波診断装置。

  11. 　前記参照パターン設定部により前記非正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定されても、前記膀胱抽出成否判定部により前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記画像取得部により新たに超音波画像を取得する旨を案内する案内部を備える請求項１～１０のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

  12. 　超音波プローブから超音波ビームの送受信を行うことにより被検体の超音波画像を取得し、

    　取得された前記超音波画像を表示し、

    　正常な膀胱パターンと非正常な膀胱パターンを膀胱パターン保存部に保存し、

    　前記膀胱パターン保存部に保存されている前記正常な膀胱パターンおよび前記非正常な膀胱パターンのうちの１つを参照パターンとして設定し、

    　取得された前記超音波画像から膀胱領域を抽出し、

    　抽出された前記膀胱領域が設定された前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、

    　前記正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定された状態において、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記超音波画像の画質を調整し、

    　画質が調整された前記超音波画像に対して前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定し、

    　画質が調整された前記超音波画像においても、前記膀胱領域が前記参照パターンを有する膀胱を表していないと判定された場合に、前記非正常な膀胱パターンが前記参照パターンとして設定され、前記膀胱領域が前記非正常な膀胱パターンからなる前記参照パターンを有する膀胱を表しているか否かを判定する

    　超音波診断装置の制御方法。
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