(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のフレーム時間間隔毎に順次得られた、所望の臓器もしくは組織を含む被検体の断層像を担持する画像データに基づいて、前記断層像上にあらわれた前記臓器もしくは組織の領域を抽出し、該領域の面積もしくは該領域から推定される該臓器もしくは組織の体積の時間変化を求める領域抽出装置において、
前記画像データに所定の第１の閾値を用いた閾値処理を含む処理を施すことにより、該画像データが担持する断層像上にあらわれた前記臓器もしくは組織の輪郭を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記輪郭に囲まれた領域の面積もしくは該領域から推定される前記臓器もしくは組織の体積の時間的変化を表わす時系列データを求める演算手段と、
前記演算手段で求められた時系列データを平滑化することにより平滑化データを求める平滑化手段と、
前記時系列データと前記平滑化データとの差分が第２の閾値を越えるか否かを判定する判定手段とを備え、
前記抽出手段が、前記判定手段により前記差分が前記第２の閾値を越えた旨判定された場合に、前記第１の閾値を変更して前記輪郭を抽出し直すものであることを特徴とする領域抽出装置。
【請求項２】
前記判定手段が、前記差分が複数段階の第２の閾値のうちのいずれの第２の閾値を越えるかもしくはいずれの第２の閾値も越えないかを判定するものであって、
前記抽出手段が、複数段階の第２の閾値のうち前記差分が越えた第２の閾値に応じた前記第１の閾値を用いて前記輪郭を抽出し直すものであることを特徴とする請求項１記載の領域抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置やＭＲＩ等により得られた、被検体（主に人体）の臓器の断層像を表わす画像データに基づいて臓器の領域もしくは臓器内の組織の領域を抽出する領域抽出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被検体、特に人体内に超音波を送信し被検体内の組織で反射して戻ってきた超音波を受信して受信信号を得、この受信信号に基づいて被検体内の断層像を表示することにより内臓等の疾患の診断に供する超音波診断装置が用いられており、近年では、疾患の診断をより容易ならしめるために、心臓の断層像に現れた左心室の領域を抽出して表示し、あるいはその左心室の面積や、その左心室の大きさから推定される左心室の体積、あるいはそれらの時間的変化を表示することが要求されている。
【０００３】
図１１は、超音波診断装置による心臓の断層像の表示例を表わした図である。この図１１に示すように、心筋部と血流部とでは画像データのデータ値の平均値が大きく異なり、したがって、基本的な処理として所定の閾値を用いてその画像データを二値化処理することにより、心筋部と血流部とを分離し、血流部の一部分である左心室の領域を求めることができる。
【０００４】
図１１に示すような１つの断層像を表わす画像データに基づいてその断層像上にあらわれた左心室の領域をを求めるに際し、その領域をより高精度に求めるために、単なる二値化処理に加え種々の工夫が提案されている（例えば、特願平６−２９７０７１号、特願平７−２８５０５３号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２、図１３は、閾値を用いた二値化処理を含む処理により求められた左心室の輪郭を表わした図である。
画像データと閾値との比較により左心室の領域を抽出する場合、閾値の値が適当でないと図１２のように右心室の領域まで左心室の領域とみなされ本来よりも大きな領域として認識されてしまう場合がある。また、図１３のように本来より小さな領域として認識されてしまう場合もある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、適切な閾値を用いて領域を高精度に抽出することのできる領域抽出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の領域抽出装置は、所定のフレーム時間間隔毎に順次得られた、所望の臓器もしくは組織を含む被検体の断層像を担持する画像データに基づいて、上記断層像上にあらわれた臓器もしくは組織の領域を抽出し、その領域の面積もしくはその領域から推定される臓器もしくは組織の体積の時間変化を求める領域抽出装置において、
上記画像データに所定の第１の閾値を用いた閾値処理を含む処理を施すことにより、その画像データが担持する断層像上にあらわれた所望の臓器もしくは組織の輪郭を抽出する抽出手段と、
抽出手段により抽出された輪郭に囲まれた領域の面積もしくはその領域から推定される臓器もしくは組織の体積の時間的変化を表わす時系列データを求める演算手段と、
演算手段で求められた時系列データを平滑化することにより平滑化データを求める平滑化手段と、
上記時系列データと上記平滑化データとの差分が第２の閾値を越えるか否かを判定する判定手段とを備え、
上記抽出手段が、上記判定手段により上記差分が第２の閾値を越えた旨判定された場合に、第１の閾値を変更して上記輪郭を抽出し直すものであることを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記本発明の領域抽出装置において、上記判定手段が、前記差分と複数段階の第２の閾値のうちのいずれの第２の閾値を越えるか、もしくはいずれの第２の閾値も越えないかを判定するものであって、上記抽出手段が、複数段階の第２の閾値のうち上記差分が越えた第２の閾値に応じて前記第１の閾値を用いて上記輪郭を抽出し直すものであってもよい。
【０００９】
本発明の領域抽出装置は、時系列に順次得られる断層像のうち近隣の時刻に得られた断層像上にあらわれられる所望の臓器もしくは組織の領域の大きさはほぼ近似しているという点に着目したものであり、上記差分と第２の閾値とを比較してその差分が第２の閾値を越えたとき、すなわち近隣の断層像上の領域の面積ないし体積とは極端に異なる面積ないし体積が求められた場合に、その領域の輪郭を求めるための第１の閾値を変更して輪郭を再度求め直すものであるため、最終的には、過大もしくは過小の領域として認識されることが防止され、適切な第１の閾値により適切な広さの領域が抽出される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の領域抽出装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。例えば超音波診断装置やＭＲＩ等の診断装置１０で、左心室の断層面全域を内部に含む心臓の断層像を担持する画像データが、所望のフレーム時間間隔毎に得られ、得られた画像データが、本発明の一実施形態としての領域抽出装置２０に入力されて、画像メモリ２１に一旦格納される。
【００１１】
画像メモリ２１に一旦格納された画像データは画像メモリ２１から読み出されて抽出手段２２に入力される。この抽出手段２２では、送られてきた画像データが担持する心臓の断層像上にあらわれた左心室の輪郭が抽出される。
この輪郭の抽出は、基本的には、送られてきた画像データを所定の第１の閾値で二値化することにより行なわれるが、二値化処理のみでなく、例えば前掲の提案等を採用し、できるだけ正確に左心室を抽出することが望ましい。
【００１２】
抽出手段１により抽出された左心室の輪郭を表わすデータは演算手段２３に入力される。この演算手段２３は、左心室の輪郭に囲まれた領域の面積、もしくは、例えばその領域を所定の中心軸のまわりに回転させることにより定められる回転体の体積を表わすデータが求められる。この面積ないし体積を表わすデータは、診断装置１０で所望のフレーム時間間隔毎に順次得られる画像データそれぞれに対応して求められ、全体として面積ないし体積の時間的変化を表わす時系列データが求められる。
【００１３】
演算手段２３で求められた時系列データは平滑化手段２４に入力される。平滑化手段２４では、入力された時系列データが、例えば移動平均法により平滑化され、これにより平滑化データが求められる。
演算手段２３で求められた時系列データおよび平滑化手段２４で求められた平滑化データは、判定手段２５に入力される。この判定手段２５では、時系列データと平滑化データとの、各断層像毎の差分が所定の第２の閾値を越えるか否かが判定される。この判定結果は抽出手段２２にフィードバックされ、抽出手段２２では、判定手段２５により上記差分が第２の閾値を越えた旨判定された場合に、上記第１の閾値が変更されてその変更された第１の閾値を用いて左心室の輪郭の再抽出が行なわれる。
【００１４】
ここで、判定手段２５において、上記差分と複数段階の第２の閾値それぞれとを比較し、抽出手段において、複数段階の第２の閾値のうち上記差分が越えた第２の閾値に応じた第１の閾値を用いて左心室の輪郭を抽出し直してもよい。
画像メモリ２１に一旦格納された画像データ、抽出手段２２で抽出された左心室の輪郭を表わすデータ、演算手段２３で求められた時系列データ、平滑化手段２４で求められた平滑化データ、および判定手段２５による判定結果は、必要に応じて表示装置３０に送られ、その表示装置３０の図示しない表示画面上に表示される。
【００１５】
尚、抽出手段２２、演算手段２３、平滑化手段２４および判定手段２５は、それぞれの機能を満足するハードウェアで構成されていてもよく、あるいは、この領域抽出装置２０がＣＰＵを搭載しており、それらの手段２２〜２５のうちの１つもしくは複数、もしくは全部が、そのＣＰＵで実行されるソフトウェアで構成されていてもよい。
【００１６】
以下、具体的な各実施形態について説明する。
図２，図３は、本発明の具体的な実施形態の中の第１実施形態における、それぞれ、抽出手段２２による左心室輪郭を最初に抽出した時点、抽出し直した時点の、断層像の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【００１７】
左心室輪郭部を最初に抽出した時点の状態を示す図２において、図２（ａ）に示すように、抽出手段２２で左心室輪郭を抽出するための第１の閾値として、時系列に配列されたいずれの断層像についても、閾値ａが採用されている。
図１に示す抽出手段２３においてこれらの断層像それぞれから求められた輪郭内領域の面積は、例えば図２（ｂ）の瞬時データ（本発明にいう時系列データ）のグラフに示すようなものとなる。
【００１８】
平滑化手段２４では、この瞬時データを以下の移動平均法を用いて平滑化することにより、図２（ｂ）に示す平滑化データを得る。
y（t ）を、時刻ｔにおける瞬時データ、すなわち各断層像毎に求められた輪郭内領域の面積を表わすデータであるとし、その平滑化データをy'(t）としたとき、移動平均法である。
【００１９】
【数１】
0003647970.tif 000002
【００２０】
但し、ｋi （ｉ＝０，１，……，２ｎ）は各定数である。
により、平滑化データが求められる。
判定手段２５では、第２の閾値として、図２（ｂ）に示すように、閾値差±αが採用され、瞬時データと平滑化データとの差分が±αの範囲を越えるか否かが判定される。
【００２１】
抽出手段２２で第１の閾値として採用した閾値ａは適切な閾値ではなく、右心室まで輪郭内に取り込んだ瞬時データが求められ、その瞬時データは±αの範囲を越えている。そこで、判定手段２５によ、±αの範囲を越えたという判定結果が抽出手段２２に伝達され、抽出手段２２ではその判定結果を受けて、図３（ａ）に示すように、第１の閾値を閾値ｂに変更し、全ての断層像について左心室輪郭の再抽出が行なわれる。その結果、図３（ｂ）に示すように、全ての断層像について、瞬時データと平滑化データとの差分が±αの領域内に入るデータが得られている。
【００２２】
図３，図４は、本発明の具体的な実施形態中の第２実施形態における、それぞれ図１，図２と同様の図である。
この第２実施形態では、図５（ａ）に示すように、瞬時データと平滑化データとの差分が±αの領域から外れたときの断層像のみ、抽出手段２２における輪郭抽出のための第１の閾値を、閾値ｃに変更している。このように、過大な、もしくは過小な輪郭が求められた断層像のみ、閾値を変更して輪郭を抽出し直してもよい。
【００２３】
図６，図７は、本発明の具体的な実施形態中の第３実施形態における、それぞれ図２，図３と同様な図である。
この第３実施形態では、判定手段２５において、第２の閾値として、図６（ｂ）に示すように２段階の閾値α，βが用いられており、ある１つの断層像についての瞬時データは閾値αのみ越え、別の１つの断層像についての瞬時データは閾値βを越えている。
【００２４】
そこで、抽出手段２２では、閾値αのみ越えた断層像については、輪郭抽出のための閾値を閾値ａから少しだけ値の異なる閾値ｂに変更し、閾値βを越えた断層像については閾値αから値が大きくなる閾値ｃに変更して、それらの断層像について輪郭の再抽出を行なっている。このように、判定手段２５において複数段階の閾値を採用し、どの閾値を越えたか応じて輪郭抽出の際の閾値を変更してもよい。
【００２５】
図８〜図１０は、本発明の具体的な実施形態中の第４実施形態における、それぞれ、第１回目の輪郭抽出時点、第２回目の輪郭抽出時点、第３回目の輪郭抽出時点における断層像（輪郭）の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
第１回の輪郭抽出時点では、判定手段２５では、図８（ｂ）に示すように、値の大きな閾値βが用いられている。このとき、１つの断層像に関し、瞬時データと平滑化データとの差分が閾値βを越えている。
【００２６】
そこで、次に抽出手段２２において、図９（ａ）に示すように、その閾値βを越えた断層像について、輪郭抽出の閾値を、閾値βに対応した閾値ｂに変更して輪郭抽出が行なわれ、判定手段２５では、今度は、図９（ｂ）に示すように閾値βよりも小さな値の閾値αを用いて判定が行なわれる。今度は別の断層像が閾値αを越えたので、今度は、抽出手段２２では、図１０（ａ）に示すように、閾値αを越えた断層像について、輪郭抽出の閾値を、閾値αに対応した閾値ｃに変更して輪郭抽出が行なわれる。このように、判定手段２５では、一回には１つの閾値のみを用いて判定を行ない、その判定を、閾値を変更しながら繰り返してもよい。この場合に、無限に繰り返されるのを防ぐために、繰り返し回数の上限を定めておくことが好ましい。
【００２７】
以上では、抽出された輪郭に囲まれた領域の面積が過大であった場合を例に挙げて説明したが、過小の場合についても同様に本発明を適用することができる。また、上記では、輪郭に囲まれた領域の面積を求める場合について説明したが、面積に代えて例えば輪郭に囲まれた領域を断面にもつ回転体等を仮定しその回転体の体積を求めてもよい。
【００２８】
さらに、上記では超音波診断装置で得られた心臓の断層像を想定した説明を行なったが、本発明は、超音波診断装置以外の、例えばＭＲＩ等で得られた断層像にも適用することができ、心臓以外の他の臓器等にも適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、輪郭を抽出しようとする所望の臓器ないし組織が過大に、あるいは過小に抽出されることが防止され、高精度の抽出が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の領域抽出装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の具体的な実施形態中の第１実施形態における、左心室輪郭を最初に抽出した時点の、断層像の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【図３】本発明の具体的な実施形態中の第１実施形態における、左心室輪郭を抽出し直した時点の、断層像の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【図４】本発明の具体的な実施形態中の第２実施形態における、左心室輪郭を最初に抽出した時点の、断層像の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【図５】本発明の具体的な実施形態中の第２実施形態における、左心室輪郭を抽出し直した時点の、断層像の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【図６】本発明の具体的な実施形態中の第３実施形態における、左心室輪郭を最初に抽出した時点の、断層像の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【図７】本発明の具体的な実施形態中の第３実施形態における、左心室輪郭を抽出し直した時点の、断層像の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【図８】本発明の具体的な実施形態中の第４実施形態における、第１回目の輪郭抽出時点における断層像（輪郭）の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【図９】本発明の具体的な実施形態中の第４実施形態における、第２回目の輪郭抽出時点における断層像（輪郭）の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【図１０】本発明の具体的な実施形態中の第４実施形態における、第３回目の輪郭抽出時点における断層像（輪郭）の時系列変化（ａ）と輪郭内領域の面積の時系列変化（ｂ）を示す図である。
【図１１】超音波診断装置による心臓の断層像の表示例を表わした図である。
【図１２】二値化処理を含む処理により求められた左心室の輪郭を表わした図である。
【図１３】二値化処理を含む処理により求められた左心室の輪郭を表わした図である。
【符号の説明】
１０診断装置
２０領域抽出装置
２１画像メモリ
２２抽出手段
２３演算手段
２４  平滑化手段
２５  判定手段
３０  表示装置
【図１】
0003647970.tif 000003
【図２】
0003647970.tif 000004
【図３】
0003647970.tif 000005
【図４】
0003647970.tif 000006
【図５】
0003647970.tif 000007
【図６】
0003647970.tif 000008
【図７】
0003647970.tif 000009
【図８】
0003647970.tif 000010
【図９】
0003647970.tif 000011
【図１０】
0003647970.tif 000012
【図１１】
0003647970.tif 000013
【図１２】
0003647970.tif 000014
【図１３】
0003647970.tif 000015