(57)【要約】３Ｄ情報に対して、定義された特定部位、および特定部位形状の情報を利用する上で、標準断面取得に関するガイドラインで定義されている推奨事項を満足する標準断面を抽出する。被検体の３Ｄボリュームデータ入力（Ｓ３０１）がなされると、画像処理装置は、３Ｄボリュームデータ内に含まれる特定部位の位置関係に基づいて、特定部位を含む特定部位形状抽出し（Ｓ３０２）、特定部位形状と標準断面取得に関するガイドラインの推奨事項を満足する位置関係を用いて、３Ｄボリュームデータの標準断面決定（Ｓ３０３）を行い、得られた標準断面を出力して（Ｓ３０４）、ディスプレイに表示する。
2017094577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像処理装置を備えた超音波撮像装置であって、
前記画像処理装置は、
超音波を送受信して得られた被検体の３次元情報内の特定部位を含む特定部位形状を抽出し、
前記特定部位形状とガイドラインの推奨事項を満足する位置関係を用いて、前記３次元情報に基づく標準断面を決定する、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記画像処理装置は、
抽出した前記特定部位形状を第一特定部位形状とし、
前記第一特定部位形状と、記憶された前記特定部位の平均形状との偏差を算出し、前記第一特定部位形状の内、前記偏差が所定値以上である局所形状を前記第一特定部位形状から削除し、前記局所形状以外の前記特定部位を含む第二特定部位形状を抽出し、
抽出した前記第二特定部位形状を用いて前記標準断面を決定する、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
画像表示部を更に備え、
前記画像処理装置は、
抽出した前記特定部位形状を前記画像表示部に表示し、
ユーザからの前記特定部位形状の修正指示を受け付ける、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波撮像装置であって、
前記画像処理装置は、
前記画像表示部にコントロールバーを表示し、
前記コントロールバーの調整による前記修正指示に対応して、前記特定部位形状の変形を行う、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波撮像装置であって、
前記画像処理装置は、
前記画像表示部に表示された前記特定部位形状の所望部位のドラッグアンドドロップに対応して、前記特定部位形状の修正を行う、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
請求項３に記載の超音波撮像装置であって、
前記画像処理装置は、
前記特定部位間の長さを前記画像表示部に表示する、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
請求項３に記載の超音波撮像装置であって、
前記特定部位と形状パラメータの関係を記憶する記憶部を備え、
前記画像処理装置は、
前記修正指示に基づき、前記形状パラメータを調整することにより、前記特定部位形状の変形を行う、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記画像処理装置は、
前記推奨事項における前記特定部位間の複数の位置関係が最大となる断面を前記標準断面として決定する、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波撮像装置であって、
前記画像処理装置は、
前記複数の位置関係が最大となる断面がない場合、
前記複数の位置関係各々の方向となす角度の総和が最小となる断面を前記標準断面として決定する、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１０】
画像処理装置による画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
被検体の３次元情報内の特定部位を含む特定部位形状を抽出し、
前記特定部位形状とガイドラインの推奨事項を満足する位置関係を用いて、前記３次元情報に基づく標準断面を決定する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
抽出した前記特定部位形状を第一特定部位形状とし、
前記第一特定部位形状と、予め記憶された前記特定部位の平均形状との偏差を算出し、前記第一特定部位形状の内、前記偏差が所定値以上である局所形状を前記第一特定部位形状から削除し、前記局所形状以外の前記特定部位を含む第二特定部位形状を抽出し、
抽出した前記第二特定部位形状を用いて前記標準断面を決定する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
抽出した前記特定部位形状を表示し、
ユーザからの前記特定部位形状の修正指示を受ける、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
前記特定部位と形状パラメータの関係を記憶し、
前記修正指示に基づき、前記形状パラメータを調整することにより、前記特定部位形状の変形を行う、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
前記推奨事項における前記特定部位間の複数の位置関係が最大となる断面を前記標準断面として決定する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
前記複数の位置関係が最大となる断面がない場合、
前記複数の位置関係各々の方向となす角度の総和が最小となる断面を前記標準断面として決定する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元情報から診断用の標準断面情報を抽出し、提供する超音波診断技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置などの超音波システムは、対象体を破壊せず対象体内部を観測できる特性がある。特に、人体に対しても開腹等の外科手術の必要がなく、内部組織を安全に観測できる手段として医療分野で広く用いられている。【０００３】
心臓は、超音波システムにおける対象体の一つである。観測対象の心臓断面は、誰が観測しても統一的な考察ができるように幾つかの標準断面(ｓｔａｎｄａｒｄ ｖｉｅｗ)取得に関するガイドライン（以下、ガイドラインと称する）が定義されており、このガイドラインに基づいた標準断面の画像を超音波システムで提供する。ガイドラインの心臓の標準断面は、傍胸骨断面（ｐａｒａｓｔｅｒｎａｌ ｖｉｅｗ）、心尖断面（ａｐｉｃａｌ ｖｉｅｗ）、肋骨下断面（ｓｕｂｃｏｓｔａｌ ｖｉｅｗ）、胸骨上窩断面（ｓｕｐｒａｓｔｅｒｎａｌ ｖｉｅｗ）等を含む。【０００４】
従来、ユーザである検者が超音波探触子を操作しながら、心臓断面を一つ一つ撮影する方法が用いられていた。近年は、特殊な超音波探触子を用いて立体的な超音波心臓画像などの三次元情報である３Ｄボリュームデータを取得し、この３Ｄボリュームデータの中から複数の標準断面を自動的に取得するシステムが提案されている。【０００５】
関連する先行技術文献としては、例えば特許文献１がある。特許文献１の技術は、心臓の境界検出の向上を図るものであり、境界モデルをボリュームデータに当てはめて求めた境界パターンと、予め定めた境界パターンモデルとの誤差が小さくなるように、境界モデルを変形させる。次に、ボリュームデータから左心室境界を検出する境界検出部が、左心室座標系の３つの軸の少なくとも一つの軸に直交する断面像と共に、断面像上に検出した左心室境界を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ１２/１５３５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１によれば、心臓の境界の検出および座標系の軸に直交する断面像上への表示が可能となるが、検出された境界から心臓の標準断面を特定するための方法が記載されていない。また、特許文献１で利用される境界モデルでは、境界上にある全ての特徴点を用いて境界線を最適化するため、大量な計算が必要となると考えられ、高速に境界を検出することも困難と考えられる。【０００８】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、対象体の三次元情報に対して、ガイドラインの推奨事項を満足する標準断面を高精度に抽出可能な超音波撮像装置、および画像処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明においては、画像処理装置を備えた超音波撮像装置であって、画像処理装置は、超音波を送受信して得られた被検体の三次元情報内の特定部位を含む特定部位形状を抽出し、特定部位形状とガイドラインの推奨事項を満足する位置関係を用いて、三次元情報に基づく標準断面を決定する構成の超音波撮像装置を提供する。【００１０】
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、画像処理装置による画像処理方法であって、画像処理装置は、被検体の三次元情報内の特定部位を含む特定部位形状を抽出し、特定部位形状とガイドラインの推奨事項を満足する位置関係を用いて、三次元情報に基づく標準断面を決定する画像処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、三次元情報から心臓の標準断面を取得する装置において、抽出した特定部位形状からガイドラインの推奨事項に基づいて、ロバストかつ高精度な標準断面を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１に係る、超音波撮像装置の全体構成例を示すブロック図。
【図２】実施例１に係る、超音波撮像装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図３】実施例１に係る、標準断面抽出の全体フローの一例を示す図。
【図４】実施例１に係る、心臓の特定部位設定の一例を示す図。
【図５】実施例１に係る、特定部位形状の構築および抽出の一例を示す図。
【図６】実施例１に係る、標準断面Ａ４Ｃを抽出する一例を示す図。
【図７】実施例１に係る、標準断面長軸三断面を抽出する一例を示す図。
【図８】実施例１に係る、標準断面短軸三断面を抽出する一例を示す図。
【図９Ａ】実施例２に係る、形状パラメータ調整による特定部位形状の変形の一例を示す図。
【図９Ｂ】実施例２に係る、形状パラメータ調整用のインタフェースの一例を示す図。
【図１０】実施例２に係る、標準断面抽出の全体フローの一例を示す図。
【図１１】実施例３に係る、特定部位形状から異常部位を除去する一例を示す図。
【図１２】実施例３に係る、標準断面抽出の全体フローの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一部分には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。本明細書において、特定部位とは、心臓などの臓器で解剖学的に意味があるとして人為的に設定した部位を意味する。なお、心臓の標準断面取得に関するガイドラインの推奨事項として、以下の実施例においては、心尖部４腔像（Ａ４Ｃ：Ａｐｉｃａｌ  ４  Ｃｈａｍｂｅｒ）断面を取得する場合を主に説明するが、その他、心尖部２腔像(Ａ２Ｃ: Ａｐｉｃａｌ ２ Ｃｈａｍｂｅｒ)、胸骨左縁長軸像(Ａ３Ｃ: Ａｐｉｃａｌ ３ Ｃｈａｍｂｅｒ)、胸骨左縁短軸像(ＰＳＸ:Ｐａｒａｓｔｅｒｎａｌ Ｓｈｏｒｔ Ａｘｉｓ)の標準断面についても本発明を適用できる。これらの標準断面も、それぞれ観測に際しての推奨事項がガイドラインに定義されており、これら各標準断面の相互の位置関係等については、以下の実施例の説明中で順次説明する。
【実施例１】
【００１４】
実施例１は、画像処理装置を備えた超音波撮像装置であって、画像処理装置は、超音波を送受信して得られた被検体の三次元情報内の特定部位を含む特定部位形状を抽出し、特定部位形状とガイドラインの推奨事項を満足する位置関係を用いて、三次元情報に基づく標準断面を決定する構成の超音波撮像装置の実施例である。また、画像処理装置による画像処理方法であって、画像処理装置は、被検体の三次元情報内の特定部位を含む特定部位形状を抽出し、特定部位形状と標準断面取得に関するガイドラインの推奨事項を満足する位置関係を用いて、三次元情報に基づく標準断面を決定する画像処理方法の実施例である。【００１５】
実施例１の超音波撮像装置の構成は、例えば、図１のように、超音波探触子７と、画像生成部１０７と、画像処理装置１０８とを備える。超音波探触子７は、被検体１２０に送受切替部１０１を介し超音波を送信し、被検体１２０からの超音波を受信する。画像生成部１０７は、超音波探触子７の受信信号から超音波画像を生成する。画像処理装置１０８は、画像生成部１０７から超音波の３Ｄボリュームデータを三次元情報として受け取って処理する。なお、図１に示す超音波撮像装置のハードウェア構成は、他の実施例においても、共通に用いられる。【００１６】
＜構成及び動作＞
以下、本実施例の超音波撮像装置の具体的な構成についてさらに説明する。本実施例の超音波撮像装置は、図１のように、超音波探触子７と、画像生成部１０７と、画像処理装置１０８とを備え、さらに、送信部１０２、送受切替部１０１、受信部１０５、ユーザインタフェース（ＵＩ）１２１、および、制御部１０６とを備えて構成される。また、画像表示部となるディスプレイ１６が装置に接続されている。【００１７】
送信部１０２は、制御部１０６の制御下で、送信信号を生成し、超音波探触子７を構成する複数の超音波素子ごとに受け渡す。これにより、超音波探触子７の複数の超音波素子は、それぞれ超音波を被検体１２０に向かって送信する。被検体１２０で反射等された超音波は、再び超音波探触子７の複数の超音波素子に到達して受信され、電気信号に変換される。超音波素子が受信した信号は、受信部１０５によって、受信焦点の位置に応じた所定の遅延量で遅延させた後加算、すなわち整相加算される。これにより、これを複数の受信焦点ごとについて繰り返す。整相加算後の信号は、画像生成部１０７に受け渡される。送受切り替え部１０１は、送信部１０２または受信部１０５を選択的に超音波探触子７に接続する。【００１８】
画像生成部１０７は、受信部１０５から受け取った整相加算信号を受信焦点に対応する位置に並べる等の処理を行い、３Ｄボリュームデータとして超音波画像を生成する。画像処理装置１０８は、画像生成部１０７から３Ｄボリュームデータを受け取って、標準断面を抽出する。なお、図１の構成あっては、画像表示部であるディスプレイ１６が装置の外部に設置されているが、ディスプレイ１６は、以下で説明する図２に図示するように、超音波撮像装置１００のユーザインタフェース１２１の一部として設置される構成であっても良い。【００１９】
以下、図２を用いて、画像処理装置１０８とユーザインタフェース１２１の構成と動作について詳しく説明する。図２は、画像処理装置１０８とユーザインタフェース１２１のハードウェア構成を示すブロック図である。図１同様、図２に示すハードウェア構成は、後述する他の実施例においても、共通に用いられる。【００２０】
同図に明らかなように、画像処理装置１０８は、中央処理部（ＣＰＵ）１、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）２、揮発性メモリ（ＲＡＭ）３、記憶装置４、および表示制御部１５を備えて構成される。ユーザインタフェース１２１は、媒体入力部１１、入力制御部１３、入力装置１４、及びディスプレイ１６を備えて構成される。媒体入力部１１、入力制御部１３、表示制御部１５、及び画像生成部１０７は、画像処理装置１０８のデータバス５によって相互に接続されている。また、表示制御部１５はディスプレイ１６に接続されディスプレイ１６の表示を制御し、例えばＣＰＵ１の処理で得られた画像データをディスプレイ１６に表示させる制御を行う。【００２１】
ＲＯＭ２およびＲＡＭ３の少なくとも一方には、画像処理装置１０８の動作を実現するために必要とされる、ＣＰＵ１の演算処理用のプログラムと各種データが予め格納されている。ＣＰＵ１が、このＲＯＭ２およびＲＡＭ３の少なくとも一方に予め格納されたプログラムを実行することによって、画像処理装置１０８の各種処理が実現される。なお、ＣＰＵ１が実行するプログラムは、例えば、光ディスクなどの記憶媒体１２に格納しておき、光ディスクドライブなどの媒体入力部１１がそのプログラムを読み込んでＲＡＭ３に格納する様にしてもよい。【００２２】
また、記憶装置４にプログラムを格納しておき、記憶装置４からそのプログラムをＲＡＭ３にロードしてもよい。また、ＲＯＭ２にあらかじめ当該プログラムを記憶させておいてもよい。また、記憶装置４は、図示を省略した形状モデルデータベースを含む。この形状モデルデータベースには、後で説明する特定部位形状に関する情報として、被検体の心臓などの検査対象の特定部位の平均形状、及び主成分の形状パラメータなどが含まれている。このデータベース中の特定部位形状に関する情報を適切に調整することによって、特定部位形状の変形を行うことが可能となり、後で説明する特定部位形状の修正に利用される。【００２３】
ユーザインタフェース１２の入力装置１４は、ユーザの操作を受け付ける装置であり、例えば、キーボード、トラックボール、操作パネル、フットスイッチなどを含む。入力制御部１３は、ユーザによって入力装置１４から入力された操作指示を受け付ける。入力制御部１３が受けた操作指示は、ＣＰＵ１によって実行処理される。【００２４】
つぎに、図３に示す標準断面抽出の全体フローチャートを用いて、本実施例の画像処理装置１０８の処理を説明する。このフローチャートの処理は、上述したＣＰＵ１のプログラム実行により実現できる。
まず、ステップ３０１（以下、Ｓ３０１と表記する）において、画像生成部１０７から生成した超音波の３Ｄボリュームデータが入力される。【００２５】
Ｓ３０２において、例えば、形状モデルに基づく方法による特定部位形状の抽出が行われる。形状モデルとは、医用画像上に存在する心臓の心筋の輪郭線を構成する頂点の集合、または、設定された特定部位の集合である。形状モデルには、後で図５を使って説明するように、特定部位の周辺で画像の各パッチがどのように見えるかを記述するパッチモデルと、シェイプ変動を記述するシェイプモデルがある。記憶装置４の形状モデルデータベースに、構築したパッチモデルとシェイプモデルが予め蓄積されている。これらのモデルを読み出し、入力された未知の３Ｄボリュームデータに対して、パッチモデルによって特定部位の位置の初期座標、および局所領域のレスポンス画像を計算する。ここで、局所領域とは、特定部位の周辺の一定領域を意味している。また、シェイプモデル制約のもと頂点などの特徴点の位置を最適化する。これをすべての特徴点が安定位置に到達するまで繰り返すことで、形状を抽出することができる。【００２６】
Ｓ３０３において、特定部位形状抽出Ｓ３０２で抽出した形状から、観測部位の大きさや観測部位間の長さを算出し、標準断面取得に関するガイドラインの推奨事項を満足する断面を抽出する。このガイドラインの推奨事項とは、例えばＡ４Ｃの場合、僧帽弁輪径が最大となる位置、三尖弁輪径が最大となる位置、または心室長が最長となる位置を捉えていること等である。他の標準断面であるＡ３Ｃ、Ａ２Ｃ等についても、それぞれ観測に際しての推奨事項がガイドラインに定義されており、そのガイドラインの推奨事項を満足する断面を抽出する。【００２７】
Ｓ３０４において、画像処理装置１０８のＣＰＵ１は、標準断面決定Ｓ３０３で決定した標準断面を出力し、表示制御部１５からディスプレイ１６へ送信して標準断面画像を表示する。【００２８】
つぎに、本実施例のステップ３０２の特定部位形状抽出について、詳しく説明する。図４に心臓の場合の特定部位の設定例を示す。図４中の黒丸に示すように、心臓４００の尖端部である心尖４０１、左心室と大動脈の間にある弁である大動脈弁４０２、左心室と左心房の間にある弁である僧帽弁中隔４０３、僧帽弁側壁４０４、右心室中央側壁４０５、右心室と右心房の間にある弁である三尖弁側壁４０６、三尖弁中隔４０７等、特徴情報が豊富な位置を、特定部位に設定する。この特定部位には、標準断面抽出に対する必要な位置も含まれている。例えば、僧帽弁輪径が最大となる位置を捉えるため、最大径の二つの終了点である上記の僧帽弁中隔４０３と僧帽弁側壁４０４が特定部位に含まれている。【００２９】
特定部位形状を抽出する方法は、例えばＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｌｏｃａｌ Ｍｏｄｅｌ(ＣＬＭ)に基づく方法が用いられる。上述の通り、形状モデルとは、例えば、医用画像上に存在する心臓の心筋の輪郭線を構成する頂点の集合、又は、図４に示したような特定部位の集合である。ＣＬＭは形状モデル構築と抽出の２つのフェーズから構成されている。まず、形状モデル構築のフェーズでは、どのような部分が心臓の各特定部位に相当するかを学習する。学習した特定部位形状に関する情報が記憶装置４に記憶される。続いて形状の抽出のフェーズでは、形状モデル構築で学習し、記憶されたデータを用いて、画像中から心臓の特定部位を探索する。【００３０】
図５は、本実施例における特定部位形状のモデル構築および抽出の一例を模式的に示す図である。例えば、ＣＬＭ法を用いる場合、モデルは２つのパートから構成される。一つは黒丸で示す各特徴点の周辺で画像の各パッチがどのように見えるかを記述するパッチモデル５０１であり、もう一つはシェイプ変動を記述するシェイプモデル５０２である。【００３１】
パッチモデル５０１は、例えば、Ｈｏｕｇｈ Ｆｏｒｅｓｔ、Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ (ＳＶＭ)などの方法を用いて構築される。Ｈｏｕｇｈ Ｆｏｒｅｓｔを用いる場合、ボリュームデータに存在する様々な特定部位間の方向、距離に関する細かい判定を実行する決定木を用意し、これを複数個組み合わせることで、未知のボリュームデータに対しても同様に任意の特徴点間の方向、距離を得ることが可能な特徴分類器を生成することができる。これにより、未知の３Ｄボリュームデータから、特徴点として入力した注目部位を中心とするバウンディングボックス５０４と、局所領域のレスポンス画像を取得することができる。【００３２】
シェイプモデルは、例えば、主成分分析Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ(ＰＣＡ)を用いて構築される。シェイプモデルは平均形状と、変化のタイプである形状主成分ベクトルが含まれている。平均形状は全ての形状の平均を計算し、全ての心臓が共通して持つ特性と考えることができる。変化のタイプは、各形から平均形を引き、平均形からどれだけ変化しているかを表している。そのため、特定部位の形状は、変化のタイプをいくつかのベースとし、これらのベースの値との組み合わせに平均形状を足すことで生成される。【００３３】
構築したパッチモデル５０１とシェイプモデル５０２から特定部位形状の抽出は次のように行う。パッチモデル５０１によって特定部位の位置の初期座標を推測しながら、局所領域のレスポンス画像を取得する。レスポンス画像の中で高い値を得れば、マッチスコアが高いことを意味し、そうでなければ低いことを意味する。次に二次関数をレスポンス画像にフィットさせる。そして、シェイプ制約のもと二次関数を最適化することで新たな特徴点位置を得る。これをすべての点が安定位置に到達するまで繰り返すことで、特定部位形状５０３を抽出することができる。【００３４】
なお、特定部位形状の抽出については、上述したＣＬＭ法に代え、公知の動的形状モデルＡｃｔｉｖｅ Ｓｈａｐｅ Ｍｏｄｅｌ法、動的外観モデルＡｃｔｉｖｅ  Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ Ｍｏｄｅｌ法などの方法でも適用できる。【００３５】
つぎに、図６を用いて、本実施例の標準断面抽出フローの標準断面決定Ｓ３０３において、特定部位形状抽出Ｓ３０２で抽出した特定部位形状から標準断面を決定する処理を説明する。図６は、標準断面Ａ４Ｃを特定部位形状６０１から抽出する一例を示す図である。Ａ４Ｃ６０２は、ガイドラインで定義されている僧帽弁輪径が最大となる位置６０４、三尖弁輪径が最大となる位置６０６、または心室長が最長となる位置６０５を捉えていること等のガイドラインの推奨事項を満足する断面である。ここで、心室長が最長となる位置とは、僧帽弁輪中心と心尖の距離が最大となる位置と定義される。【００３６】
標準断面決定Ｓ３０３は、まず、Ｓ３０２で抽出された形状に対して、僧帽弁輪径が最大となる位置６０４、三尖弁輪径が最大となる位置６０６、または心室長が最長となる位置６０５、およびそれぞれの長さを算出する。これらの最大・最長位置は、形状モデルに事前定義された位置であり、改めて計算する必要がない。例えば、僧帽弁輪径が最大となる位置を捉えるため、特定部位として、最大径の二つの終了点僧帽弁中隔４０３と僧帽弁側壁４０４を設定した。これにより、未知のボリュームデータから特定部位形状を抽出する場合、シェイプモデルの制約によって得た特定部位僧帽弁中隔と僧帽弁側壁も僧帽弁最大径の終了点となる。三尖弁輪径が最大となる位置と、心室長が最長となる位置も、予めそれぞれの特定部位を設定すれば良い。なお、他の標準断面Ａ３Ｃ、Ａ２Ｃについても、それぞれ観測に際しての推奨事項がガイドラインに定義されているので、それらを満足する断面を標準断面として決定することができる。【００３７】
上述の通り、Ａ４Ｃは僧帽弁輪径が最大となる位置６０４、三尖弁輪径が最大となる位置６０６、または心室長が最長となる位置６０５を通る断面である。ただし、これらのガイドラインの推奨事項が全て満足するような断面がない場合、本実施例の装置においては、それらのバランスを取って断面を決めるよう構成する。例えば、僧帽弁輪径が最大となる方向、三尖弁輪径が最大となる方向、または心室長が最長となる方向と断面の三つの角度を足して最小化する。三つの角度総和、すなわち特定部位間の複数の位置関係各々の方向となす角度の総和が最小となる断面を標準断面、Ａ４Ｃ断面として決定する。【００３８】
図７は、標準断面長軸三断面を抽出する一例を模式的に示す図である。Ａ４Ｃは図６で説明したように決定することができる。Ａ３Ｃ７０１は心室長が最長となる位置６０４、および大動脈弁７０３を通る断面である。具体的には、位置６０４の心室長軸を中心軸として、Ａ４Ｃの断面を回転して大動脈弁７０３を通る断面を抽出すれば良い。一方、Ａ２Ｃ７０２は心室長が最長となる位置６０４通る断面で左心室と左心房のみが画像に含まれることを特徴とする断面である。抽出方法としては、位置６０４の心室長軸を中心軸として、Ａ４Ｃの断面を回転して左心室と左心房のみが画像に含まれる断面を抽出すれば良い。【００３９】
図８は、標準断面短軸三断面を抽出する一例を模式的に示す図であり、同図上段に示す特定部位形状は、先に説明したＳ３０２の特定部位形状抽出で得られた特定部位形状と同じものである。短軸三断面とは、ＰＳＸ ＭＶレベル８０１、ＰＭレベル８０２、Ａｐｅｘレベル８０３の三つの断面である。胸骨左縁短軸像（ＰＳＸ）は僧帽弁輪に対して平行な断面であり、位置によって３段階に分類される。ＰＳＸ ＭＶレベルは僧帽弁付近、ＰＳＸ ＰＭレベルは乳頭筋と心筋の接続部付近、ＰＳＸ Ａｐｅｘレベルは心尖付近が推奨断面とされる。平行移動量は、例えば僧帽弁中心を０、心尖中心を１として、ＭＶレベルは１／６、ＰＭレベルは３／６、Ａｐｅｘレベルは５／６のように予め比率を定めておくことで抽出する。僧帽弁輪の断面とは、形状モデルで定義された僧帽弁中隔４０３、僧帽弁側壁４０４等の特定部位を通る断面である。この僧帽弁輪の断面、および乳頭筋と心筋の接続部位置の決定によって、標準断面としての短軸三断面を抽出することができる。【００４０】
以上説明した本実施例の超音波撮像装置により、三次元情報の特定部位形状からガイドラインの推奨基準に沿った標準断面がロバスト且つ高精度で抽出可能となる。
【実施例２】
【００４１】
実施例２は、実施例１の超音波撮像装置の画像処理装置における特定部位形状抽出において、抽出された形状を画面上でユーザが確認して、修正の必要があれば、形状パラメータの調整による特定部位形状の変形を行うことが可能な構成の実施例である。【００４２】
図９Ａは、実施例２の形状パラメータ調整による変形の一例を示す模式図である。形状９０１とは、平均形状と変化のタイプである形状主成分ベクトルを含み、例えば下記（式１）の関数で表される。【００４３】
【数１】
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ここで、v1,v2,・・・,vn は形状の主成分ベクトルであり、a1,a2,・・・,an は主成分のベクトルに対するそれぞれの重み係数、すなわち主成分形状パラメータである。【００４４】
この形状パラメータである重み係数の値の調整によって、結果として得られる変形形状９０２の様子が変わってくる。例えば、v1,v2 は僧帽弁輪の形状に関する主成分ベクトルと仮定すれば、対応している重み係数a1,a2の調整によって、僧帽弁輪の拡大縮小、回転および形状の変形をすることができる。標準断面抽出に対する重要となる特定部位、例えば、僧帽弁輪、三尖弁輪、心尖部などの形状と、形状パラメータである重み係数の関係を分析し、これらの重み係数の値を適切に調整することによって、適切な対象物の形状を抽出することが可能となる。【００４５】
図９Ｂに、本実施例における画像表示部であるディスプレイに表示される形状パラメータ調整用のインタフェースの一例を図示した。インタフェース９０３は、抽出された特定部位形状を表示する表示領域９０４、計測数値表示領域９０５、形状パラメータ調整用のコントロールバー９０６、手動修正指示ボタン９０７を備えている。すなわち、本実施例の超音波撮像装置１００の画像処理装置１０８は、抽出された特定部位形状５０３から標準断面を切り出しするとともに、特定部位形状５０３から観測部位の大きさや観測部位間の長さを検出し、これら計測した数値をインタフェース９０３の画面上の計測値表示領域９０５に表示する。【００４６】
ユーザが抽出された形状の数値を画面上で確認して、修正の必要があれば、弁輪形状、心筋形状などの形状パラメータの調整による特定部位形状の変形を行う。すなわち、コントロールバー９０６を調整すると、対応する僧帽弁輪の拡大縮小、回転および形状の変形などを行うことができる。また、必要であれば、ユーザが手動で形状を微調整することができる。具体的にはユーザが手動補正指示ボタン９０７を押すことにより、予め記憶された手動補正用プログラムがＣＰＵ１上で実行状態になり、表示領域９０４に表示された特定部位形状５０３の所望の特定部位を、ユーザがマウスでドラッグアンドドロップするなどして変形することに応答し、特定部位の位置および全体の形状を手動で修正することが可能となる。【００４７】
図１０は、実施例２の標準断面抽出の全体フローを示す図である。同図のＳ１００１〜Ｓ１００２において、実施例１の図３に示した処理フローと同様に、定義された特定部位形状を抽出する。そして、Ｓ１００３において、ユーザがインタフェース９０３の画面上に表示された特定部位形状５０３を確認して、形状修正の要否を判定する。形状修正の必要があれば（ＹＥＳ）、図９Ｂに示したインタフェース９０３のコントロールバー９０６等を使って形状パラメータの調整を行う。これにより、Ｓ１００４の特定部位形状変形が実行され、適切な対象物の特定部位形状を抽出することが可能となる。一方、形状修正の必要がないと判断されれば（ＮＯ）、標準断面決定Ｓ１００５に移る。Ｓ１００５で修正された、或いは修正が必要ないとされた形状に基づき標準断面決定を行い、Ｓ１００６の標準断面出力で、ディスプレイ１６へ送信して標準断面画像を表示することができる。【００４８】
本実施例によれば、抽出された形状を画面上でユーザが確認して、修正の必要があれば、形状パラメータの調整による特定部位形状の変形を行うことができるので、より正確な特定部位形状を抽出し、標準断面画像を表示することが可能となる。
【実施例３】
【００４９】
実施例３は、超音波撮像装置の画像処理装置の特定部位形状抽出において、局所部位が不明瞭な場合、その局所部位の形状と平均形状との偏差を算出し、偏差が許容範囲外であれば、当該局所部位を異常部位として除去することが可能な構成の実施例である。すなわち、画像処理装置は、抽出した特定部位形状を第一特定部位形状とし、第一特定部位形状と、記憶装置に記憶された特定部位の平均形状との偏差を算出し、第一特定部位形状の内、偏差が所定値以上である局所形状を第一特定部位形状から削除し、当該局所形状以外の特定部位を含む第二特定部位形状を抽出し、抽出した第二特定部位形状を用いて標準断面を決定する構成の超音波撮像装置の実施例である。【００５０】
図１１は、第一特定部位形状から異常部位を除去する一例を説明するための模式図である。３Ｄボリュームデータ１１０１に対して、左心室と右心室尖部の局所部位の局所画像１１０２が不明瞭となる場合、その付近の画像特徴量が足りないため、尖部の特徴点の検出は困難である。そのため、抽出される第一特定部位形状１１０３の尖部のばらつき１１０４が生じて、その後の標準断面決定の精度に影響が出る。そこで、抽出された特定部位形状１１０３と、記憶装置４に予め蓄積され、ＣＰＵ１が読み出した平均形状１１０５との偏差を計算し、局所部位の偏差、例えば、抽出された尖部１１０４と平均形状の尖部１１０６の偏差が許容範囲外であれば、該局所部位を異常部位として除去し、正常形状と判断される範囲内の第二特定部位形状１１０７のみ保存する。なお、異常部位の修正および除去は、実施例２と同様、ユーザが手動でも行うことが可能な構成とすることもできる。【００５１】
図１２は、実施例３の標準断面抽出の全体フローを示す図である。Ｓ１２０１〜１２０２において、実施例１、２と同様に特定部位形状抽出を行って、定義された特定部位の形状を抽出する、本実施例においては、それを第一特定部位形状と呼んでいる。そして、Ｓ１２０３において、抽出された第一特定部位形状１１０３と記憶装置４から読み出した平均形状１１０５との偏差を算出し、Ｓ１２０４で偏差が許容範囲外（ＹＥＳ）と判断すれば、Ｓ１２０５において、当該局所部位を異常部位として除去し、Ｓ１２０６において第二特定部位形状抽出を行う。次にＳ１２０７において、修正された第二特定部位形状に基づき標準断面決定を行い、Ｓ３０４やＳ１００６同様、Ｓ１２０８で標準断面出力を行い、ディスプレイ１６へ送信して標準断面画像を表示する。【００５２】
本実施例の構成によれば、局所部位が不明瞭な場合、平均形状との偏差を算出し、偏差が許容範囲外であれば当該局所部位を異常部位として除去することにより、正常な特定部位形状のみに基づき標準断面を決定して表示できるので、ユーザが異常部位を含むデータに基づき誤った判断を行うことを防ぐことが可能となる。【００５３】
以上詳述した本発明によれば、三次元情報中の定義された特定部位および特定部位形状の情報を利用する上で、標準断面取得に関するガイドラインの推奨事項を満足する断面をロバスト、高精度に抽出することが可能な超音波撮像装置、および画像処理方法を提供することできる。【００５４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【００５５】
更に、上述した各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成して、ＣＰＵが実行する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、画像処理装置の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  ＣＰＵ
２  ＲＯＭ
３  ＲＡＭ
４  記憶装置
５  バス
７  超音波探触子
１１  媒体入力部
１２  記憶媒体
１３  入力制御部
１４  入力装置
１５  表示制御部
１６  ディスプレイ
１００  超音波撮像装置
１０１  送受切替部
１０２  送信部
１０５  受信部
１０６  制御部
１０７  画像生成部
１０８  画像処理装置
１２０  被検体
１２１  ユーザインタフェース（ＵＩ）
５０１  パッチモデル
５０２  シェイプモデル
５０３  特定部位形状
５０４  バウンディングボックス
９０１  形状
９０２  変形形状
９０３  インタフェース
９０４  表示領域
９０５  計測数値表示領域
９０６  コントロールバー
９０７  手動修正指示ボタン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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