| 【発明の名称】 |
超音波診断装置及び超音波画像処理方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】村下 賢
【氏名】廣田 浩二
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| 【要約】 |
【課題】超音波診断装置において、断層画像内に含まれる輪郭の外側に関心領域（ＲＯＩ）を設定し、その内部の輪郭に対して輪郭抽出を行なう場合に、その輪郭の判別精度を向上させる。
【解決手段】輪郭１０２の外側にＲＯＩが設定され、そのＲＯＩの内側に複数の相似図形Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が設定され、各図形間における帯状領域に所定の重み付け値が付与される。これにより重み付けパターンが設定される。重み付けパターンは、各画素値に対するオフセット加算、輪郭抽出の判別レベルの可変制御または受信信号に対する利得の可変制御において利用される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 二次元の超音波画像から所定組織の輪郭を抽出する輪郭抽出手段を含む超音波診断装置において、前記輪郭の形状に応じて、超音波画像上に関心領域を設定するための関心領域設定手段と、前記関心領域の形状を基準として、前記輪郭を強調処理するための二次元の重み付けパターンを設定する重み付けパターン設定手段と、前記重み付けパターンに従って、超音波画像に対し重み付けを行う重み付け手段と、を含み、前記重み付けされた後の超音波画像に基づいて、前記輪郭抽出手段が輪郭抽出を行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記重み付け手段は、前記超音波画像を構成する各画素の画素値に対し、前記重み付けパターンに基づくオフセット値を加算することにより重み付けを行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】 請求項１記載の装置において、前記重み付け手段は、前記超音波画像を形成するための受信信号の増幅度を制御することにより、結果として前記超音波画像を構成する各画素の画素値に対して前記重み付けパターンに基づく重み付けを行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】 請求項１記載の装置において、前記重み付け手段は、前記輪郭抽出において前記超音波画像の各画素の画素値と比較する判定レベルを前記重み付けパターンに従って可変設定することにより重み付けを行うことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】 請求項１記載の装置において、前記重み付けパターン設定手段は、前記重み付けパターンとして、前記関心領域の外縁又はその近傍からその内側へ連続的に又は段階的に重み付け値が減少するパターンを設定することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】 請求項１記載の装置において、前記重み付けパターン設定手段は、前記関心領域の外縁の相似形を生成する手段であって、前記関心領域の内部に段階的に複数の相似形を生成する相似形生成手段と、前記関心領域の外縁及び前記複数の相似形によって分割される各帯状領域ごとに重み付け値を割り当てる手段と、を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】 二次元の超音波画像から所定組織の輪郭を抽出する画像処理方法において、前記輪郭を包含するように前記超音波画像上において関心領域をユーザー設定させるための工程と、前記関心領域の外縁を基準とし、少なくとも前記外縁から内部にかけて徐々に重み付け値が小さくされた二次元の重み付けパターンを設定する工程と、前記重み付けパターンを利用して、画素値に対する重み付け処理、受信信号に対する利得の可変制御、又は、輪郭抽出処理における輪郭判別基準の可変制御のいずれかを実行する工程と、を有することを特徴とする超音波診断装置における画像処理方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置及び画像処理方法に関し、特に所定臓器の輪郭を抽出してその輪郭を表示する画像処理に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】心臓の機能を診断するために、Ｂモード画像などの超音波画像上において心腔（例えば左室）の輪郭を自動抽出し、それを単独で又は断層画像に合成して表示する超音波診断装置が実用化されている。かかる装置においては、輪郭の抽出に当たって、例えば、超音波画像の各画素に対するしきい値（判定レベル）を利用した二値化処理などがなされる。この場合、その輪郭抽出の処理範囲としてユーザーにより、輪郭を包含するように例えば楕円形状をもった関心領域（ＲＯＩ）を設定することも行われている。
【０００３】例えば電子セクタ走査等を利用して心腔の断層画像を形成すると、超音波ビームと筋繊維が並行に走る心壁部位ではエコーが弱く、当該部位は低輝度で表示される。また、超音波探触子から見て高反射体の奥側に位置する部位についても同様の問題がある。すなわち、同じ心壁であっても、その位置如何によっては低輝度になったり高輝度になったりする。
【０００４】かかる超音波画像に対し心腔の輪郭（心壁の輪郭）を抽出するための輪郭抽出処理を行うと、低輝度の部位について正確に輪郭抽出を行えない場合が生じる。特に、体脂肪の多い人などの断層画像は不鮮明となりがちであり、上記問題が顕著になる。
【０００５】従来、超音波ビームごとにゲイン調整を行う機能を備えた超音波診断装置も知られており、かかる装置によれば、例えば左室を中央に表したセクタ断層画像における左室の右上及び左上の各低輝度部位について感度を上げて、輝度を補うことも可能である。しかし、超音波ビーム上に感度を上げたくない部位が存在していてもその部位の感度も一律に上げてしまうという問題がある。
【０００６】そこで、心壁部位における低輝度部位についての輪郭抽出を的確に行うための手法が要望されている。
【０００７】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、超音波画像上において所定臓器の輪郭抽出を精度よく行うことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、二次元の超音波画像から所定組織の輪郭を抽出する輪郭抽出手段を含む超音波診断装置において、前記輪郭の形状に応じて、超音波画像上に関心領域を設定するための関心領域設定手段と、前記関心領域の形状を基準として、前記輪郭を強調処理するための二次元の重み付けパターンを設定する重み付けパターン設定手段と、前記重み付けパターンに従って、超音波画像についての重み付けを行う重み付け手段と、を含み、前記重み付けされた後の超音波画像に基づいて、前記輪郭抽出手段が輪郭抽出を行うことを特徴とする。
【０００９】上記構成によれば、ユーザー設定される又は自動的に設定される関心領域（ＲＯＩ）を基準として重み付けパターンが設定され、その重み付けパターンを利用して超音波画像についての重み付けが行われる。その場合、例えば、重み付けパターンに従った各画素値へのオフセット値の加算、重み付けパターンに従った受信信号の利得制御、又は、重み付けパターンに従った輪郭抽出判定基準の可変制御などが実行される。このような重み付けによれば、ＲＯＩを基準として輪郭存在確率が高いところに大きな重み付けを行って、輪郭判定精度を向上できる。
【００１０】本発明の好適な態様では、超音波画像を構成する各画素の画素値に対し、前記重み付けパターンに基づくオフセット値を加算することにより重み付けを行う。又は、前記重み付け手段は、前記超音波画像を形成するための受信信号の増幅度を制御することにより、結果として前記超音波画像を構成する各画素の画素値に対して前記重み付けパターンに基づく重み付けを行う。又は、前記重み付け手段は、前記輪郭抽出において前記超音波画像の各画素の画素値と比較する判定レベルを前記重み付けパターンに従って可変設定することにより重み付けを行う。
【００１１】上記のオフセット値の加算によれば、画像加算という簡単な手法で重み付けを行うことができる。上記の受信信号の増幅度の制御は、表示される断層画像にその影響が現れるものの、より受信信号に忠実な重み付けを行える。上記の判定レベルの可変制御によれば、画像加算などの処理が不要となり、より簡易な構成で重み付けを実現できる利点がある。いずれにしても本発明によれば、関心領域を基準に重み付けパターンを設定するので、エコー強度が若干低下しているような輪郭部位でもそれを高精度に判別でき、またノイズに影響され難い輪郭抽出を実現できる。
【００１２】本発明の好適な態様では、前記重み付けパターン設定手段は、前記重み付けパターンとして、前記関心領域の外縁又はその近傍からその内側へ連続的に又は段階的に重み付け値が減少するパターンを設定する。連続的な設定によれば、よりきめ細やかに重み付けを行うことができ、段階的な設定によれば重み付けに係る負荷を軽減して処理時間を短縮化できる。
【００１３】本発明の好適な態様では、前記重み付けパターン設定手段は、前記関心領域の外縁の相似形を生成する手段であって、前記関心領域の内部に段階的に複数の相似形を生成する相似形生成手段と、前記関心領域の外縁及び前記複数の相似形によって分割される各帯状領域ごとに重み付け値を割り当てる手段と、を含む。重み付けパターンは関心領域の形状に依存しており、このため関心領域の相似形を利用して迅速に重み付けパターンを設定する。
【００１４】なお、重み付けに当たっては、更に関心領域内の基準点からの方位などを考慮してもよい。すなわち、エコー強度が弱くなる方位があらかじめ既知であれば、その方位（部位）に対して、より大きな重み付けを行う。
【００１５】上記目的を達成するために、本発明に係る方法は、二次元の超音波画像から所定組織の輪郭を抽出する画像処理方法において、前記輪郭を包含するように前記超音波画像上において関心領域をユーザー設定させるための工程と、前記関心領域の外縁を基準とし、少なくとも前記外縁から内部にかけて徐々に重み付け値が小さくされた二次元の重み付けパターンを設定する工程と、前記重み付けパターンを利用して、画素値に対する重み付け処理、受信信号に対する利得の可変制御、又は、輪郭抽出処理における輪郭判別基準の可変制御のいずれかを実行する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】本発明に係る手法は、従来装置で見られるような深さやビーム方位に従うゲイン調整による重み付けとは異なり、関心領域の外縁を基準とした重み付けであり、従来手法よりも輪郭判別をより正確に行うことができ、その結果、例えば左室面積や拍出量の演算を精度よく行うことができ、ひいては疾病診断に当たってより有益な情報を提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。
【００１９】プローブ１０は、例えば体表面上に当接して使用され、超音波の送受波を行う超音波探触子である。このプローブ１０は、複数の振動子からなるアレイ振動子を内蔵しており、そのアレイ振動子を電子走査することによって、超音波ビームが走査され、その結果二次元のデータ取込領域が形成される。後述する表示器１８には、そのデータ取込領域に対応する被検体の断層画像が表示される。
【００２０】送受信部１２はプローブ１０に接続され、その送受信部１２からプローブ１０に対して送信信号が供給される。また、プローブ１０からの受信信号は送受信部１２に入力され、その受信信号に対して増幅や検波等の処理がなされる。
【００２１】断層画像形成部１４は、受信信号すなわちエコーデータに基づいて二次元の断層画像（Ｂモード画像）を形成する手段である。もちろん、本発明は二次元のドプラ画像が形成される場合においても適用できる。その場合の画像の輝度（画素値）はドプラ情報の大きさに相当する。
【００２２】表示制御部１６には、断層画像形成部１４で形成された断層画像が入力されており、表示制御部１６はその断層画像に対して他の画像を合成し、その合成画像を表示器１８に出力する。表示器１８にはその合成画像が表示されることになる。
【００２３】図１に示す超音波診断装置は、例えば左室の面積や拍出量等の演算機能を有しており、そのような演算に先立って心腔輪郭の抽出が行われる。後述する輪郭抽出部２６においてはそのような組織の輪郭抽出が実行され、後述する演算部２８においては、抽出された輪郭に基づく各種の演算が実行される。
【００２４】輪郭抽出を的確に行うために、本実施形態においてはＲＯＩ（関心領域）設定部２０が設けられている。このＲＯＩ設定部２０は例えばキーボードやトラックボール等で構成されるものであり、ユーザーにより断層画像上においてＲＯＩを設定させるための装置である。ＲＯＩは例えば左室の輪郭を包含するようにその外側に設定される。その場合、関心領域は自由形状に定められるようにしてもよいが、例えば円形や楕円形等の基本図形として設定させてもよい。もちろん、本発明は、各種の手法にしたがって自動的にＲＯＩを設定する場合においても適用できる。
【００２５】本実施形態においては、ＲＯＩ設定部２０により設定されたＲＯＩにしたがって重み付けパターン発生部２２において重み付けパターンが発生される。その重み付けパターンは、輪郭抽出をより正確に行うために、超音波画像の各画素（エコーデータ）に対して重み付けを行うためのパターンである。図１に示す実施形態では、その重み付けパターンとしてオフセットパターンが発生されており、オフセットパターンはオフセット加算部２４において断層画像に対して加算されている。その具体的な内容については後述するが、オフセットパターンが加算された超音波画像は輪郭抽出部２６に送られており、輪郭抽出部２６では、オフセットパターンが加算された超音波画像の各画素ごとに所定の判定レベルとの比較を行い、判定レベルを超えた画素について輪郭を判定している。この場合、その輪郭判定手法としては各種の手法を適用できるが、たとえばＲＯＩの中心に相当する基準点から放射状に参照ラインを設定し、その基準点から参照ラインに沿って各画素の画素値と判定レベルとを比較し、判定レベルよりも画素値が上回ったところを輪郭として決定することができる。輪郭抽出部２６で抽出された輪郭画像は、演算部２８に出力されており、演算部２８はその輪郭画像に基づいて例えば左室面積の演算やその面積に基づく拍出量の演算等を行っている。その演算結果は表示制御部１６に出力され、最終的に、表示器１８において例えば数値として表示されることになる。表示制御部１６には、ＲＯＩ設定部２０にて設定されたＲＯＩの画像も出力されており、断層画像上にＲＯＩを表すラインが合成表示される。ちなみに、輪郭抽出部２６から出力される輪郭画像も表示制御部１６に出力されており、断層画像に対して輪郭画像を合成表示させることもできる。
【００２６】図２及び図３には重み付けに関する他の手法が示されている。なお、図１に示した構成と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
【００２７】図２に示す構成例では、重み付けパターンが輪郭抽出部２６Ａに入力されており、その重み付けパターンが判定レベルパターンとして利用される。すなわち、重み付けパターンにしたがって判定レベルを可変設定し、これによって結果として各画素に対する重み付けを行なうものである。図３に示す構成例では、重み付けパターンが送受信部１２Ａに送られており、その重み付けパターンがゲイン可変関数として利用されている。すなわち、送受信部１２Ａにおける受信信号の利得制御において、重み付けパターンにしたがった利得制御が実行される。このような制御によっても各画素に対して重み付けを行うことができる。ただし、図１及び図２に示した構成例では、断層画像自体は従来同様の手法で作成され、その結果その断層画像をそのまま表示器１８に表示できるが、図３に示した構成例では断層画像自体に重み付けが反映されてしまうという面がある。したがって、図１又は図２に示した構成例を採用するのが望ましい。
【００２８】次に、図４を用いて本発明に係る重み付け手法について詳述する。
【００２９】図４（Ａ）には断層画像１００が示されている。その断層画像１００内には例えば左室の断面が表示され、その左室の輪郭が符号１０２で示されている。（Ａ）には輪郭１０２が明瞭に示されているが、実際の超音波画像においてはかかる輪郭１０２は一般に不鮮明であって、このため本発明に係る重み付けが有効である。
【００３０】上述したように、およそ認識される輪郭１０２の外側にそれを包含するようにＲＯＩが設定される。（Ａ）に示す例では、ＲＯＩが楕円形状に設定されている。もちろん、本発明にはそのような形状に限定されるものではない。このＲＯＩは輪郭抽出のための処理範囲ある認識範囲を定めるものであり、重み付けパターンの基準形状としても機能する。本実施形態では、そのＲＯＩの内側に１又は複数の相似図形Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が設定され、それらのライン間における帯状領域に対して個別的に重み付け値が付与される。
【００３１】図４（Ｂ）には、（Ａ）に示すＡ−Ａ’ライン上の画素値と重み付けとの関係が示されている。図１に示した構成例では各画素値に対してオフセットが加算される。ここで、そのオフセット量としてはＲＯＩから内側にかけて段階的にＳ１，Ｓ２，Ｓ３，０が設定されている。それが各画素の画素値に加算されており、その加算結果に対して輪郭抽出における判別基準となる判定レベルＫとの比較が行われる。そしてＲＯＩの中心点から外方向に画素値と判定レベルＫとの比較を行なわない、判定レベルＫが画素値が超えた時点で輪郭が判定される。したがって、（Ｂ）に示すようなオフセットの加算によれば輪郭の存在確率が高いところに、より大きな重み付けを行って輪郭判別精度を向上できるという利点がある。
【００３２】図４（Ｃ）には、判定レベルＫを重み付けパターンにしたがって可変する場合の設定パターンが示されている。図示されるように、ＲＯＩから内部方向にかけての各帯状領域について段階的に判定レベルＫ４，Ｋ３，Ｋ２，Ｋ１が設定されており、このようなレベル設定によって輪郭の存在確率が高いところにはより大きな重み付けを行なうことができる。
【００３３】なお、図３に示した構成例では、例えば図４（Ｂ）に示したオフセットに相当するゲインのオフセットが行われる。ちなみに、図４においては重み付けパターンとして段階的なパターンが示されていたが、もちろん連続的に重み付け値が変化するパターンを利用して重み付け処理を行ってもよい。
【００３４】図５には、そのような連続的な重み付けパターンが示されており、図示されるように、例えば図４（Ａ）に示したＡ−Ａ’ライン上でみた場合、図５に示されるようにＲＯＩの外縁又はその近傍で極大を有しかつＲＯＩの内部方向にかけて重み付け値が小さくされた重み付けパターンを利用してもよい。図６には、重み付けパターンの他の構成例が示されており、図６に示す例では各画素ごとに重み付け値を設定する場合の例が示されている。もちろん何れの重み付けパターンにおいてもそれはＲＯＩの外縁が基準となっている。
【００３５】図７には、重み付けパターン発生部２２の構成例が示されている。例えばＲＯＩ設定部２０によってＲＯＩが設定された場合、重み付けパターン発生部２２はそのＲＯＩの外縁を基準として段階的に相似形Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を発生させる。そして、それらを合成し、かつ各ラインで囲まれる帯状領域に対して重み付け値Ｓ１〜Ｓ４を設定することにより、最終的に重み付けパターンが発生されている。もちろん、このような手法以外の手法を利用して重み付けパターンを発生させてもよい。図７に示す手法によれば、ＲＯＩの外縁を基準として簡単な手法で重み付けパターンを定義できるという利点がある。特に、ＲＯＩが複雑な図形として設定されるような場合においても、図７に示す手法を簡単に適用できる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、超音波画像上において所定臓器の輪郭抽出を精度良く行うことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００２９７９１
【氏名又は名称】アロカ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２６７１２７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月５日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−７６９９７ |
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