(57)【要約】【課題】生体の三次元空間において、組織部から腔部側へ突出する突起を自動抽出できるようにする。【解決手段】ボリュームデータに対して二値化処理が実行される。二値化処理後のボリュームデータにおいて境界面１６が抽出され、境界面１６上の各ボクセルごとに法線をなす単位ベクトルが演算される。単位ベクトルのばらつき度合いに基づいて突起１２Ｂの付け根１２Ｃに相当する部位が特定され、その部位に対して分離面１８が設定される。その分離面１８を利用して突起１２Ｂが組織部１２Ａから分離される。【選択図】図２
2006346248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行ってボリュームデータを取得する送受波手段と、
前記ボリュームデータに基づいて、前記三次元空間内の対象組織における組織部と腔部との間の境界面を抽出する境界面抽出手段と、
前記境界面の形状に基づいて、前記組織部の本体部分から前記腔部側へ突出した突起を抽出する突起抽出手段と、
を含む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、
前記突起抽出手段は、
前記境界面における各位置の形状変化度を演算する形状変化度演算手段と、
前記境界面における各位置の形状変化度に基づいて、前記突起の付け根を横切る分離面を設定する分離面設定手段と、
前記分離面により、前記組織部の本体部分から前記突起を分離する分離手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記形状変化度演算手段は、
前記境界面における各位置で法線を演算する法線演算部と、
前記境界面における各位置で演算された法線に基づいて、前記形状変化度として、前記境界面における各位置で法線の分散値を演算する分散値演算部と、
前記境界面における各位置で演算された法線の分散値に基づいて、前記分離面を演算する分離面演算部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記法線演算部は、
前記境界面における各位置を注目位置とし、その注目位置を中心とする単位球を設定する単位球設定部と、
前記単位球に含まれる組織部要素又は腔部要素の要素重心を演算する重心演算部と、
前記法線として、前記注目位置と前記要素重心とを結ぶ方向を向いた単位ベクトルを生成する単位ベクトル生成部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項３記載の装置において、
前記分離面演算部は、
前記境界面における各位置の法線の分散値に基づいて、前記境界面における複数の位置の中から、前記突起の付け根に相当する複数の候補位置からなるリング状集団を抽出する集団抽出部と、
前記リング状集団が前記分離面によって２つのリング状部分集団に輪切り分割されるように、前記分離面を表す関数を演算する関数演算部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項３記載の装置において、
前記突起の表面における各位置の法線の分散値に基づいて前記突起の表面について形状評価値を演算する評価値演算手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記境界面抽出手段は、
前記ボリュームデータに基づいて前記組織部と前記腔部とを識別する手段と、
前記組織部と前記腔部との識別結果に基づいて、前記境界面を抽出する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記三次元空間に対して三次元の関心領域を設定する手段を含み、
前記三次元の関心領域内において前記組織部と前記腔部が識別されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置において、
前記突起の体積を演算する体積演算手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項１記載の装置において、
前記突起を画面上で識別表示する画像処理手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項１記載の装置において、
前記突起はポリープであることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
請求項１記載の装置において、
前記対象組織は胆嚢であることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１３】
生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行って取得されたボリュームデータを処理するボリュームデータ処理方法において、
前記ボリュームデータに基づいて、前記三次元空間内の対象組織における組織部と腔部との間の境界面を表す境界面データを演算する工程と、
前記境界面データに基づいて前記境界面における各位置について形状変化度を表す形状変化度データを演算する工程と、
前記境界面における各位置について演算された形状変化度データに基づいて、前記対象組織の本体部分から前記腔部側へ突出した突起の付け根を横切る切断面を表す切断面データを演算する工程と、
前記切断面データに基づいて、前記突起を表す突起データを特定する工程と、
を含むことを特徴とするボリュームデータ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、生体内の三次元空間から取得されたボリュームデータに対するデータ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリープは、一般に、組織内壁の粘膜が増殖して隆起したもので、胆嚢、大腸、胃、子宮、食道などに発生し易い。例えば、胆嚢ポリープとして、コレステロールポリープ、腺筋腫症ポリープ、炎症性ポリープなどの良性ポリープと、胆嚢癌としての悪性ポリープとが知られている。ポリープの形状としては、いぼ状、きのこ状、その他の突起状の形態があげられる。
【０００３】
ポリープの診断に当たっては、Ｘ線ＣＴ装置や内視鏡などの他、超音波診断装置が用いられる。例えば、胆嚢ポリープについては、現状において、経口内視鏡による診断は不可能であり、Ｘ線ＣＴ画像上でもポリープの性状を十分に識別することが困難であることから、超音波診断が多用される。その場合、胆嚢の二次元断層画像上において、胆嚢ポリープの断面がもっとも大きくなるように、生体に当接された超音波探触子の位置及び姿勢が人為的に調整される。そして、良好な二次元断層画像を表示できた時点でフリーズ操作が行われ、その状態における静止画像としての二次元断層画像上において、マーカーを利用してポリープの直径の計測などが遂行される。
【０００４】
下記の特許文献１には組織の輪郭を抽出する超音波診断装置が開示されている。下記の特許文献２には組織を抽出してその体積を演算する超音波診断装置が開示されている。下記の特許文献３には腫瘍を抽出し、その表面形状を定量的に評価するシステムが開示されている。特許文献４には心臓における腔部を抽出する技術が開示されている。しかし、それらの特許文献には、ポリープなどの突起を組織から自動的に分離・抽出する技術については開示されていない。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１９４５９７号公報
【特許文献２】特開平８−２９９３４１号公報
【特許文献３】特開２０００−１２６１７８号公報
【特許文献４】特開２００４−１５９９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近時、超音波を利用した三次元計測が実用化されている。例えば、循環器領域においては左室の体積を演算する際に当該技術が用いられ、産科領域において子宮内の胎児の大きさを計測する際に当該技術が用いられている。そのような計測技術は一般に空間的に独立した部分についての抽出を行うものであり、そのような技術をそのまま用いても、組織の内壁から連続するポリープその他の突起を抽出することは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、組織の内壁から突出する突起を自動的に抽出できるようにすることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、組織の内壁から突出する突起についてそれを三次元画像上で識別表示できるようにすることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、組織の内壁から突出する突起についてその体積を精度良く演算できるようにすることにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、組織の内壁から突出する突起についてその表面形状を定量的に評価できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明は、生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行ってボリュームデータを取得する送受波手段と、前記ボリュームデータに基づいて、前記三次元空間内の対象組織における組織部と腔部との間の境界面を抽出する境界面抽出手段と、前記境界面の形状に基づいて、前記組織部の本体部分から前記腔部側へ突出した突起を抽出する突起抽出手段と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、生体に対する超音波の送受波によりボリュームデータが取得される。ボリュームデータは三次元空間内のボクセル（ボクセルデータ）集合に相当する。三次元空間内には組織部と腔部とが含まれ、つまり、ボリュームデータは、組織部に相当するデータと腔部に相当するデータとを含む。組織部は本体部分と突起とを含み、突起は本体部分から腔部側へ突出した部分である。本体部分と突起は連続しているため、そのままでは突起のみを分離抽出できない。そこで、最初に、組織部と腔部との間の境界面が抽出される。例えば、ボリュームデータに対する二値化処理、三次元境界抽出処理などが実行される。次に、境界面における各位置の面形状、特に望ましくは面の形状のバラツキが参照され、それに基づいて突起の根元部分（付け根部分）を横断する分離面が設定される。この分離面により、組織部における本体部分と突起とを分離することが可能となる。つまり、境界面において、突起の付け根部分においてはそれ以外の部分よりも形状変化が激しいことを利用して、その付け根部分を自動認識し、それを基準として突起をデータ処理上分離するものである。
【００１３】
送受波空間の全体に対して上記処理が実行されるようにしてもよいし、その一部に対して上記処理が実行されるようにしてもよい。後者の場合には三次元関心領域を用いるのが望ましい。対象組織は望ましくは胆嚢であるが、内部が腔部となっている他の臓器であってもよい。突起は望ましくはポリープであるが、壁面から突出した他の突起に対しても本発明の手法を同様に適用できる。ポリープの大きさや表面形状などは、ポリープが悪性か良性かを判断するための情報となる。そこで、そのような分析を行える機能を設けるのが望ましい。また、ポリープを他の組織から識別して超音波画像上で観察できるように構成するのが望ましい。
【００１４】
望ましくは、前記突起抽出手段は、前記境界面における各位置の形状変化度を演算する形状変化度演算手段と、前記境界面における各位置の形状変化度に基づいて、前記突起の付け根を横切る分離面を設定する分離面設定手段と、前記分離面により、前記組織部の本体部分から前記突起を分離する分離手段と、を含む。境界面における各位置は、境界面として抽出された各ボクセルの位置であってもよい。その場合に、境界面に相当するボクセル群のすべてについて形状変化度を演算するのが望ましいが、演算量を削減するため間引き後のあるいはリサンプリングされた複数の代表ボクセルについてだけ形状変化度を演算するようにしてもよい。形状変化度は、各位置における形状のバラツキ度合いを指標するものである。形状変化度が大きい部位を突起の付け根として認識できる。つまり、臓器内壁面やポリープの主要表面（付け根以外）においては、比較的に形状変化度が小さいが、その付け根においては比較的に形状変化度が大きくなる。その傾向を利用して、付け根を特定し、そこにそれを横切る分離面を設定することができる。分離面は望ましくは平面であるが、突起をより正確に分離するために必要であり且つ面形状を容易に定義できるならば曲面であってもよい。分離面は三次元空間の全体に及ぶ平面であってもよいし、突起の付け根を十分に切断する程度の有限な広がりをもった面であってもよい。その形状としては、諸条件に応じて、矩形、円形など、所望の形状を選択するのが望ましい。
【００１５】
望ましくは、前記形状変化度演算手段は、前記境界面における各位置で法線を演算する法線演算部と、前記境界面における各位置で演算された法線に基づいて、前記形状変化度として、前記境界面における各位置で法線の分散値を演算する分散値演算部と、前記境界面における各位置で演算された法線の分散値に基づいて、前記分離面を演算する分離面演算部と、を含む。法線はそれが通過する位置における面の勾配あるいは傾斜を表す。ある部位において複数の法線がバラバラな方向を向く場合、そこが突起の付け根である可能性が高い。法線は面の垂線、垂直線に相当する。法線の長さを規格化し、法線の各座標軸成分に基づいて形状変化度を求めるようにしてもよい。法線の分散値は、数学的に厳密な分散値である必要はなく、法線の向きのバラツキ度合いを示すものであればよい。
【００１６】
望ましくは、前記法線演算部は、前記境界面における各位置を注目位置とし、その注目位置を中心とする単位球を設定する単位球設定部と、前記単位球に含まれる組織部要素又は腔部要素の要素重心を演算する重心演算部と、前記法線として、前記注目位置と前記要素重心とを結ぶ方向を向いた単位ベクトルを生成する単位ベクトル生成部と、を含む。単位ベクトルは、規格化された長さを有する法線に相当する。単位球は、注目位置（注目ボクセル）の周囲における参照領域を画定する。その内部における組織部あるいは腔部の重心を用いて法線の向きを定義できる。単位球を用いず、面の傾き自体から法線を定義してもよいし、面の傾き率などを形状変化度として利用するようにしてもよい。
【００１７】
望ましくは、前記分離面演算部は、前記境界面における各位置の法線の分散値に基づいて、前記境界面における複数の位置の中から、前記突起の付け根に相当する複数の候補位置からなるリング状集団を抽出する集団抽出部と、前記リング状集団が前記分離面によって２つのリング状部分集団に輪切り分割されるように、前記分離面を表す関数を演算する関数演算部と、を含む。候補位置の選定条件を諸状況に応じてマニュアルあるいは自動的に可変できるように構成するのが望ましい。
【００１８】
望ましくは、前記突起の表面における各位置の法線の分散値に基づいて前記突起の表面について形状評価値を演算する評価値演算手段を含む。望ましくは、前記境界面抽出手段は、前記ボリュームデータに基づいて前記組織部と前記腔部とを識別する手段と、前記組織部と前記腔部との識別結果に基づいて、前記境界面を抽出する手段と、を含む。望ましくは、前記三次元空間に対して三次元の関心領域を設定する手段を含み、前記三次元の関心領域内において前記組織部と前記腔部が識別される。
【００１９】
（２）また、本発明は、生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行って取得されたボリュームデータを処理するボリュームデータ処理方法において、前記ボリュームデータに基づいて、前記三次元空間内の対象組織における組織部と腔部との間の境界面を表す境界面データを演算する工程と、前記境界面データに基づいて前記境界面における各位置について形状変化度を表す形状変化度データを演算する工程と、前記境界面における各位置について演算された形状変化度データに基づいて、前記対象組織の本体部分から前記腔部側へ突出した突起の付け根を横切る切断面を表す切断面データを演算する工程と、前記切断面データに基づいて、前記突起を表す突起データを特定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
上記のボリュームデータ処理方法は、超音波診断装置上におけるハードウエアとして、あるいは、ソフトウエアの機能として実現できる。超音波診断装置から入手したデータを処理するコンピュータ上において、上記のボリュームデータ処理方法を実行するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、組織の内壁から突出する突起を自動的に抽出できる。その上で、必要に応じて、突起を三次元画像上で識別表示でき、突起の体積を精度良く演算でき、あるいは、突起の表面形状を定量的に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
まず、図１〜図１０を用いて本実施形態に係る突起抽出方法について説明する。この突起抽出方法は、本実施形態において医用超音波診断装置において実行されるものであるが、超音波診断装置からデータを入手したコンピュータ上においてその突起抽出方法を実行させることもできる。
【００２４】
図１には、本実施形態に係る突起抽出方法がフローチャートとして示されている。図２〜図１０を参照しつつ、図１に示すフローチャートにしたがって突起抽出方法について説明する。
【００２５】
Ｓ１０１では、生体内の三次元領域に対して超音波が送受波され、これによってボリュームデータが取得される。ボリュームデータは三次元空間内における各アドレスで取得されたエコーデータによって構成される。ここで、各アドレスはボクセルとして位置づけられ、各エコーデータはボクセルデータに相当する。ボリュームデータは、例えば、２Ｄアレイ振動子を有する超音波探触子を用いることによって取得でき、あるいは、１Ｄアレイ振動子を機械的に走査する超音波探触子によって取得することができる。
【００２６】
Ｓ１０２では、ボリュームデータに対して二値化処理が施される。すなわち、三次元空間内には組織部と腔部とが含まれ、それらをデータ上、弁別するために二値化処理が実行される。例えば、所定のエコーレベルを基準としてそれより大きな値を有するエコーデータが組織部のエコーデータであるとみなされ、それよりも小さなエコーデータが腔部（液体部）のエコーデータであるとみなされる。その場合、基準となるレベルは適宜可変設定するのが望ましい。本実施形態においては、腔部のエコーデータに対して値０が与えられ、組織部のエコーデータに対して値１が与えられる。その逆であってもよい。二値化処理に先立って、ノイズ除去や平滑化などの処理をボリュームデータに対して施してもよい。
【００２７】
図２の（Ａ）には三次元空間１０内において取得されたボリュームデータに対して二値化処理を実行した結果が模式図と示されている。符号１２は組織部（臓器）を表しており、符号１４は組織部１２内の腔部を表している。腔部１４には例えば体液あるいは血液などが存在する。液体からのエコーデータのレベルは一般に小さく、これに対し、組織部１２からのエコーデータのレベルは一般に大きいため、上記の二値化処理によって組織部１２と腔部１４とを弁別することが可能である。組織部１２は、本体部分１２Ａとその内壁面から腔部１４側へ突出した突起１２Ｂとを有する。ここで、組織部１２は例えば胆嚢であり、突起１２Ｂは胆嚢に存在するポリープである。このポリープはイボ状あるいはキノコ状などの各種の形体を有しているが、一般にその根本部位すなわち付け根部分は組織内壁から立ち上がっておりあるいはくびれ形状を有している。山状に盛り上がるポリープなどもその付け根を判定可能な限りにおいて本発明に係る突起抽出の対象となる。
【００２８】
二値化処理後のボリュームデータに対しては以下に説明する境界面抽出処理が実行されるが、それに先だって、ノイズ除去や滑らか処理などを施すようにしてもよい。例えばそのような処理については上記の特開２００４−１５９９９７号公報などにも記載されている。
【００２９】
図１に示すＳ１０３においては、組織部と腔部との間の境界面が抽出される。すなわち、上記のＳ１０２において二値化処理を行った結果として組織部のデータと腔部のデータとが識別されているため、それに基づいて境界面の抽出を行える。具体的には、図２の（Ｂ）で示すように、三次元空間内において、組織部１２と腔部１４との間の境界面１６がデータ処理によって抽出される。この場合においては、公知の三次元空間フィルタを用いることが可能である。そのようなフィルタとしては、水平／垂直方向のエッジを抽出するSobelフィルタ、水平方向又は垂直方向のエッジを抽出するPrewittフィルタ、二次微分（差分）を利用したラプラシアンフィルタ、注目ボクセルを基準とした８方向の内で特定方向のエッジを抽出するグラジエントエッジ強調フィルタ、水平／垂直／対角線方向のエッジを抽出するシフト差分エッジ抽出フィルタ、等が知られている。
【００３０】
本実施形態では、各データが二値のいずれかの値に規格化処理されていることを前提として三次元的な微分方法を用いて境界検出を行っている。具体的には、図３に示すような三次元フィルタ２０が利用されている。このフィルタ２０は、中心のボクセル２２の値がＨすなわち１であり、その周辺の六近傍のボクセルの中に１つでも値Ｌすなわち０が存在する場合にはその中心のボクセルを境界面上のボクセルであるとみなすものである。ボリュームデータに対して図３に示されるようなフィルタ２０をスキャンし、各データに対してフィルタ処理を実行をすることにより、最終的に境界面上における各ボクセルに対して値１が与えられ、それ以外のボクセルについては値０が与えられることになる。これによって境界面の抽出がなされる。
【００３１】
図１のＳ１０４では、境界面の各ボクセルごとに法線としての単位ベクトルが演算される。すなわち図２の（Ｃ）に示すように、組織部１２と腔部１４との境界面１６上における各ボクセルごとに垂線あるいは垂直線に相当する法線が求められ、より具体的には後に詳述するように法線に相当する単位ベクトルが求められる。境界面は大別して３つの領域に区分することが可能である。すなわち臓器の内壁に相当する比較的滑らかな領域と、突起１２Ｂすなわちポリープの表面としての疾病に応じて比較的小さな凹凸形状を有する領域と、突起１２Ｂの立ち上がり部分としての付け根１２Ｃに相当する領域と、に区分することができる。ここで、付け根１２Ｃに相当する領域においては面形状が比較的顕著に変動しており、すなわち面形状の変化の傾向から突起１２Ｂの付け根を自動的に認識することが可能となる。
【００３２】
本実施形態においては、以下に図４〜図７を用いて説明するように境界面上における各ボクセルごとに単位ベクトルが演算される。図４には、単位ベクトルを演算するための単位球２６が示されている。この単位球２６は境界面上における各ボクセルごとに設定されるものであり、その単位球２６の半径は所定値（例えば１０ボクセルである）。単位球２６は組織部内に属する組織部要素３４と、腔部内に属する腔部要素３６とを含むものである。上記のように、単位球２６は各ボクセルごとに設定され、ここで符号２８は単位球の原点をなす注目ボクセルを表している。本実施形態においては、組織部要素３４について重心が演算され、その重心が符号３０で表されている。この重心３０と注目ボクセル２８とを結ぶ方向として法線を定義でき、所定の単位長さを有する法線として単位ベクトルＵを定義することができる。
【００３３】
図５及び図６には単位ベクトルの演算原理が示されている。図５に示される原点Ｏは位置ベクトルの原点を表しており、点Ａが例えば上記の重心３０に相当し、点Ｂが上記の注目ボクセル２８に相当している。ベクトルＡＢはベクトルＯＢとベクトルＯＡとによって図示のように定義することができる。そして、図６に示されるように、ベクトルＡＢに基づいて長さ１を有する単位ベクトルＵを定義することができる。ここで、kXc,kYc,kZcはそれぞれ単位ベクトルＵのｘ成分，ｙ成分，ｚ成分である。後に詳述するように、各成分を利用することによって簡便に単位ベクトルのばらつき度合いを求めることが可能である。
【００３４】
図７には、境界面１６上における各ボクセルごとに設定された単位球２６が示されており、各単位球２６によってそれぞれのボクセルごとに単位ベクトルが定義されている。単位ベクトルは基本的には法線であるため、その単位ベクトルの向きの変化傾向を見ることにより境界面における微小面の傾きの変化度合いを定量的に把握することが可能となる。
【００３５】
図１のＳ１０５では、境界面上の各ボクセルごとに、上記の単位球とは別の参照球が定義され、その内部に属するボクセルについての単位ベクトルが参照され、それらの単位ベクトルの向きのばらつき度合いを表す分散値が演算される。後に説明する実施形態においては、ｘ成分，ｙ成分，ｚ成分のそれぞれの成分ごとに標準偏差が求められ、その標準偏差を基準として形状変化度合いの大小が判断されている。
【００３６】
図８には境界面１６上に設定される複数の単位ベクトルが示されている。ここでは、特に３つの領域４０，４２，４４について単位ベクトルの分布状況が示されている。組織部における本体部分１２Ａの内壁に相当する領域４０においては、単位ベクトル群は概ね揃う傾向を有する。また、突起１２Ｂの表面に相当する領域４４においても、微小な凸凹があったとしても概ねベクトル群は揃う傾向にある。これに対し、突起１２Ｂの付け根に相当する領域４２においては複数の単位ベクトルが区々の方向を向くことになり、それに関する分散値あるいは形状変化度合いは極めて大きくなる。つまり、このような性質を利用して付け根部分の自動認識を行うことが可能となる。もちろん、例えば悪性のポリープなどにおいてはその表面形状に比較的大きな凹凸が認められ、あるいはポリープがゆがんだ形状になることもあるが、分散値あるいは形状変化度合いに対する判別基準あるいは判別条件を適切に設定することにより付け根部分を精度良く抽出することが可能である。
【００３７】
後に説明する実施形態においては、単位ベクトルの分散値として、各成分ごとの標準偏差すなわち成分のばらつき度合いが利用されている。図９には、図８に示した３つの領域４０，４２，４４についての例えばｘ成分の大きさのばらつきがヒストグラムとして示されている。（Ａ）は領域４０及び領域４４についてのヒストグラムの代表例を示しており、（Ｂ）は領域４２についてのヒストグラムの代表例を示している。このように、ヒストグラムの形状が大きく異なることになるので、そのようなヒストグラムの形状の違いすなわち標準偏差の大きさの違いを利用して付け根部位の特定を行うことが可能となる。なお、上記説明においては二次元平面上における単位ベクトルの向きの変動を表したが、実際の処理は三次元空間内において実行され、すなわち三次元のばらつき度合いが評価されることになる。
【００３８】
図１のＳ１０６においては、以上のように演算された各ボクセルごとの分散値に基づいて付け根部分に相当する候補ボクセル集団が特定される。通常、そのボクセル集団はリング状の形体を有する。そして、Ｓ１０６においては、引き続いて、その候補ボクセル集団を２つのリング状部分集団に二分割するように分離面が設定され、その分離面を利用して組織部の内壁から突起が分離される。
【００３９】
すなわち、図２（Ｄ）で示されるように、三次元空間内において特定された付け根部位１２Ｃに対してそれを横断する分離面１８が自動的に設定され、それを用いて、（Ｅ）に示すように突起１２Ｂが三次元の孤立領域として分離される。図２の（Ｄ）には必要最小限の分離面１８が示されていたが、実際にはある程度の広がりをもった三次元空間の全体に広がる分離面が設定され、それが図１０に示されている。分離面４６は突起１２Ｂの付け根１２Ｃを横切る平面として構成されている。ただし、分離面４６が曲面として定義されるようにしてもよい。リング状の候補ボクセル集団に基づいて分離面を設定する具体的な手法については後に図１３〜図２３を用いて詳述することにする。
【００４０】
上記のように、突起を空間的に分離することにより、三次元画像あるいは二次元断層画像において突起のみに対して着色処理を施したり、突起の体積や表面形状の演算などを行ったりすることが可能となる。すなわち、例えば三次元画像上において臓器の内壁から飛び出たポリープを臓器とは別の色で識別表示することができ、その形態をより容易に認識できるという利点がある。また、ポリープの体積やその表面形状はポリープが良性であるか悪性であるかを判断する１つの指標となるが、そのような指標を自動的に演算することができ、しかも客観性があるので、疾病診断において有用な情報を提供できるという利点がある。
【００４１】
次に、図１１及び図１２を用いて本実施形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。この超音波診断装置は以上説明した突起抽出方法を実行する機能を備えている。
【００４２】
図１１には超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されており、図１２には図１１に示す突起処理部５６の具体的な構成例がブロック図として示されている。なお以下に説明する各データ処理機能は専用のハードウエアとして構成することもできるし、プログラム動作するプロセッサの機能として実現することも可能である。
【００４３】
図１１において、３Ｄプローブ５０は三次元エコーデータ取込領域すなわち三次元空間を形成するプローブである。３Ｄプローブ５０は本実施形態において２Ｄアレイ振動子を有している。２Ｄアレイ振動子は二次元配列された数百あるいは数千からなる振動素子によって構成される。２Ｄアレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームを所定方向に走査することにより走査面が構成される。その走査面をそれと直交する方向に走査することにより上記の三次元空間が構成される。１つの超音波ビームは時系列順に並んだエコーデータ列に相当するものである。三次元空間全体としてボリュームデータが構成される。三次元空間の形状は電子走査方式にしたがったものであり、その形状としては各種のものがある。電子走査方式としては電子リニア走査、電子セクタ走査などが知られている。３Ｄプローブ５０は体表面上に当接して用いられるものであるが、体腔内に挿入されるタイプのプローブを用いるようにしてもよい。また、電子走査と機械走査とを組み合わせて三次元空間を形成するプローブを用いるようにしてもよい。
【００４４】
送受信部５２は、送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、送受信部５２は所定の遅延関係をもって複数の送信信号を並列的に３Ｄプローブ５０へ出力する。これによって送信ビームが形成される。一方、３Ｄプローブ５０から出力された複数の受信信号は、送受信部５２において整相加算処理される。これによって、電子的に受信ビームが形成され、整相加算後の受信信号が出力される。その受信信号に対しては、検波、Ａ／Ｄ変換、対数変換、座標変換などの必要な処理を経て、３Ｄメモリ５４上にエコーデータとして格納される。
【００４５】
３Ｄメモリ５４は生体内における三次元空間に相当する三次元の記憶空間を有している。３Ｄメモリ５４上における各アドレスは、計測座標上における各アドレスに対応している。すなわち、３Ｄメモリ５４上にはボリュームデータが格納される。
【００４６】
突起処理部５６は、ボリュームデータに基づいて組織部における突起を抽出する処理を実行する。また、後に詳述するように、その突起の体積や表面形状を計測する機能を有している。
【００４７】
表示処理部５８は、断層画像形成部６０及び三次元画像形成部６２を有している。断層画像形成部６０はボリュームデータに基づいて三次元空間内に任意に設定された切断面の断層画像を形成する機能を有する。三次元画像形成部６２は例えばボリュームレンダリング法などに基づいてボリュームデータに基づいて臓器の三次元画像を形成する。この場合において、抽出された突起については他の組織とは異なる色づけ処理がなされている。また表示処理部５８は超音波画像とグラフィックデータとを合成する処理を実行している。
【００４８】
表示部６４には任意断層画像や三次元画像が表示される。また、突起について演算された体積や形状評価値などが数値により表示される。
【００４９】
制御部６６はプログラム動作するプロセッサによって構成され、この制御部６６によって図１１に示される各構成の動作が制御されている。操作パネル６８は制御部６６に接続されており、操作パネル６８はキーボードやトラックボールなどを有している。操作パネル６８を利用してユーザーは各種の設定や条件入力を行うことが可能である。ただし、本実施形態においては後に説明する三次元関心領域（３Ｄ−ＲＯＩ）の設定などを除いて基本的に突起の自動抽出及び自動計測を行えるという利点がある。
【００５０】
次に、図１２を用いて図１１に示した突起処理部５６の具体的な構成例について説明する。
【００５１】
二値化処理部７０にはボリュームデータを構成する各エコーデータすなわちボクセルデータが順次入力される。二値化処理部７０は組織部と腔部とを弁別するため所定の閾値を基準として各エコーデータを二値化変換する。この場合において、組織部に相当するエコーデータについては値１が与えられ、腔部に相当するエコーデータについては値０が与えられる。二値化処理部７０に対しては閾値設定部７４及び３Ｄ−ＲＯＩ生成部７６が接続されている。閾値設定部７４は二値化処理にあたっての基準となる閾値を可変設定するモジュールである。３Ｄ−ＲＯＩ生成部７６は突起抽出処理を実行する対象領域を制限するための三次元関心領域を生成するモジュールである。そのような三次元関心領域が設定されると、突起抽出処理はその領域内において実行されることになる。例えば、表示器上にボリュームデータを表す直交三断面などを表示し、その直交三断面上においてユーザーが所望の領域を指定することにより三次元関心領域の設定を行うようにしてもよい。また三次元画像上において三次元関心領域の設定を行うことも可能である。
【００５２】
メモリ７８には二値化処理後のデータが格納される。なお、図１２に示される各メモリ７８，８２，８６，９２，９４，９６，１０６，１１０，１１６，１２２，はそれぞれ三次元記憶空間を有する三次元メモリに相当する。ただし、それらは物理的に別体である必要はなく、１又は複数の物理的なメモリを利用して各メモリを実現するようにしてもよい。
【００５３】
境界面抽出部８０は、上述したエッジ検出の手法を利用して、具体的には図３に示したようなフィルタを用いて三次元空間内に存在する境界面を抽出する。すなわち境界面に相当するボクセル（データ）を抽出する。その抽出したデータがメモリ８２に格納される。境界面上の各ボクセルが特定されると、重心演算部８４においては、メモリ７８に格納された二値化後のボリュームデータに基づいて、各ボクセルを注目ボクセルとしてそれに対して単位球を設定し、その単位球に属する組織部要素の重心を演算する。この場合において、腔部要素の重心を演算するようにしてもよい。単位球についての半径はユーザーによりあるいは自動的に可変設定することが可能である。重心の演算結果はメモリ８６上に格納される。したがって、メモリ８２には境界面上における各ボクセルを表すデータが格納され、メモリ８６には境界面上における各ボクセルについて求められた重心の座標を特定する情報が格納されることになる。そこで、法線演算部８８においては、注目ボクセルとそれについて求められた重心の位置とを結ぶ方向として法線の向きを演算する。これは境界面上における各ボクセルごとに実行される。
【００５４】
そして、単位ベクトル演算部９０は境界面上における各ボクセルごとに、法線に基づいて単位ベクトルを演算する。具体的には、図６を用いて説明したように単位ベクトルとしてそれを表すｘ成分，ｙ成分，ｚ成分が演算されることになる。各成分は、単位ベクトル演算部９０の後段に設けられた３つのメモリ９２，９４，９６に格納されることになる。
【００５５】
３つのメモリ９２，９４，９６の後段に設けられた３つの標準偏差演算部９８，１００，１０２は、境界面上における各ボクセルを注目ボクセルとし、注目ボクセルを中心として所定の大きさをもった参照球を設定する。そして、その参照球に属する複数の単位ベクトルについて標準偏差の演算を行っている。具体的には、各成分ごとに標準偏差が演算されている。この標準偏差は各成分ごとのばらつき度合いを示すものである。参照球の半径についてはユーザーによりあるいは自動的に可変することが可能である。
【００５６】
付け根判定部１０４は、境界面上における各ボクセルごとに演算された各成分についての標準偏差を参照し、境界面上における複数のボクセルの中から突起の付け根に相当する候補ボクセルを判定する。この場合においては、ｘ成分，ｙ成分，ｚ成分のそれぞれの標準偏差の内で所定の閾値を超えるものがあればそのボクセルを候補ボクセルとして判定している。すなわち、いずれかの座標方向に大きなばらつきが観測された場合にその部位を突起の付け根候補とみなすものである。メモリ１０６には付け根の候補として認定された候補ボクセルが格納される。格納された各候補ボクセルのアドレスは付け根部位の後方位置を特定することになる。
【００５７】
分離面作成部１０８は、メモリ１０６上に蓄積された複数の候補ボクセルすなわち候補ボクセル集団に基づいてそれを２つのリング状部分集団に分割するような分離面を設定する。その設定方法については後に説明するが、本実施形態においては、その分離面のサイズを規定するための条件が与えられており、例えば付け根の直径の２倍あるいは３倍の半径をもった円形の領域として分離面が設定されている。メモリ１１０上には分離面を表す座標情報が格納される。あるいは分離面を表す関数を特定するパラメータ値が格納される。
【００５８】
分離処理部１１４は、以上のように求められた分離面を用いて二値化後のボリュームデータの中から突起に相当するデータ部分を抽出する処理を実行する。この場合においては、重心検出器１１２が、二値化されたボリュームデータに基づいて腔部の重心に相当する座標を演算しており、分離面から見て演算された重心側に存在する部分が突起として認識される。あるいは、分離面から見て重心が存在しない側の組織部データに対するマスク処理を施すことにより、結果として腔部内に存在する突起のみを残留させることができる。メモリ１１６上には突起に相当するデータが格納される。
【００５９】
ラベリング部１１８は、メモリ１１６に格納された突起に相当するデータすなわちボクセル集合を抽出するため、三次元のラベリング処理を実行する。これによって三次元空間内において突起のみをデータ処理上分離することが可能となる。
【００６０】
体積演算部１２４は、抽出された突起の体積を演算する。この場合においては突起を構成するボクセルの個数をカウントし、それに所定係数を乗算することによって体積を求めるようにしてもよい。
【００６１】
代表値演算部１２０は、上記の３つの標準偏差演算部９８，１００，１０２において各ボクセルごとに求められた３つの標準偏差の中で最も大きな標準偏差を代表値として抽出し、それをメモリ１２２に格納している。表面形状評価部１２６には、ラベリング部１１８によって抽出された突起を表すボクセルが入力されており、表面形状評価部１２６は、ラベリング部１１８から抽出された突起を表すデータに基づき、突起の表面に相当する代表値のみを抽出し、それらに基づいて表面形状評価値を演算している。本実施形態においては、突起の表面における複数のボクセルについての代表値に関して更に標準偏差（つまり標準偏差の標準偏差）を演算することにより表面形状評価値を求めている。
【００６２】
以上のように求められた突起を表すデータ、体積を表すデータ及び表面形状評価値を表すデータはそれぞれ図１１に示した表示処理部５８へ出力されている。表示処理部５８においては、突起を表すデータに基づいて画像形成を行っている。また演算された体積値や表面形状評価値についてはそれを数値のグラフィックデータに変換している。
【００６３】
なお、上記の表面形状評価値の演算にあたっては、突起の表面全体についての代表値を演算の基礎とするようにしてもよいが、付け根の近傍に相当するボクセルについての代表値については表面形状評価演算から除外するのが望ましい。具体的には、分離面から一定の厚みをもった領域に属するボクセルについては、その代表値を演算で用いないように除外処理を適用している。なお、上記実施形態においては単位ベクトルのばらつき度合いによって突起の付け根を判定し、それとは別に、単位ベクトルのばらつき度合いによって突起表面形状の評価を行っていたが、前者の付け根の判定においてはより大きなばらつきが判定対象となり、後者の表面形状評価にあたっては比較的小さなばらつきが演算対象となっており、それぞれ異なるものを対象としているためそれぞれの演算を適正に行うことができる。またそのような演算が適正に行われるように演算条件を適宜設定するのが望ましく、特に付け根判定にあたっての閾値の設定を適切に行うのがのが望ましい。
【００６４】
次に、図１３から図２４を用いて分離面の設定方法についてより詳しく説明する。
【００６５】
図１３には、三次元空間（ボリュームデータ空間）１３０内における突起の根元に相当する候補ボクセル集団１３２が示されている。候補ボクセル集団１３２は、リング状の形態を有する。上述したように、この候補ボクセル集団１３２を輪切り２分割する面として分離面が設定される。分離面の設定方法として以下のように幾つかの方法があげられる。
【００６６】
第１方法では、三次元空間１３０に対して、任意の面を表す関数ax+by+cz+d=0が設定される。ここで、a,b,c,dはそれぞれ係数である。この面に対して各候補ボクセルから垂線を降ろし、その垂線上において面から当該候補ボクセルまでの距離が求められる。そして、各ボクセルについての距離の合計値が算出される。合計値は、係数a,b,c,dの関数となる。最小二乗法を利用して、合計値が最小をとるようなa,b,c,dを決定すれば、分離面を含む最適な平面を定義できる。しかし、この第１方法は、処理が複雑で、処理時間も大きくなってしまう。そこで、簡易的な手法であるが、かなり正確に分離面を求めることが可能な以下の第２方法を説明する。
【００６７】
図１３において、xy平面を正面から見る方向を正面方向、yz平面を正面から見る方向を側面方向、及び、xz平面を正面から見る方向を上面方向と定義する。第２方法では、まず、リング状に散在する候補ボクセル集団１３２について、図１４に示すように、それらの全体重心Ｇが演算される。また、その全体重心Ｇを通る、上面に並行な面と側面に並行な面とで、三次元空間１３０が４分割される。図１４では各ブロック（部分空間）がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで表されている。次に、各ブロックＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄごとに、それに属する複数の候補ボクセルについてブロック重心が演算される。図１５に示すように、各ブロック重心をGA,GB,GC,GDとする。それらのブロック重心GA,GB,GC,GDの内で、最も全体重心Ｇから離れた第１のブロック重心と、その第１のブロック重心を有するブロックの両隣に存在する２つのブロックのブロック重心の内で全体重心Ｇから遠い方の第２のブロック重心を求め、それぞれをK1、K2とする。これにより、Ｇ,K1,K2の３点を通る平面が分離面を含む平面として特定できる。
【００６８】
上記において、第１のブロック重心を含むブロックの両隣に存在する２つのブロックのブロック重心を参照したのは、第１のブロック重心を含むブロックの対角ブロックについてのブロック重心が第２のブロック重心として特定されないようにするためである。すなわち、仮にそのブロック重心が第２のブロック重心として判定されると、Ｇ,K1,K2の３点が直線的に並んで、平面を決定することができないためである。これに対して、上記方法によれば、３つのブロックから選択した２つのブロック重心と全体重心Ｇの3点は、直線的に並ばずに、互いにある程度離れているため、平面を誤りなく決定できる。
【００６９】
以上の第２方法においては、上記手法により、ほとんどの場合に、精度良く分離面を含む面を決定できる。但し、候補ボクセル集団の分布状況によっては、平面が決定できない場合がある。図１６に示すように、候補ボクセル集団１３２が側面方向に対して垂直に存在する場合である。図１７は、候補ボクセル集団１３２を正面方向から投影した図であるが、上記同様に求めたＧ,K1,K2は直線的な配列となり平面を決定できない。そこで、このような場合には、図１４で説明した４分割を側面側から行うのが望ましい。つまり、図１８に示すように、重心Ｇを通り正面に並行な面と上面に並行な面とで三次元空間１３０を４分割する。このような分割によれば、上記同様の方法を適用して、Ｇ,K1,K2の３点を求めて、平面を決定できる。なお、側面からの投影は図１９に示すもののようになる。
【００７０】
以上のように、正面方向から４ブロックに分割し、一連の処理の結果、３点が直線的に並んだ場合、再び側面方向から４ブロックに分割して上記の手法を適用するようにしてもよい。一方、最初から、正面、側面の両方向について、それぞれ上記手法を適用して、それぞれについて３点を求め、直線的でない方向を採用してもよい。なお、両方向から求めた３点から作る各平面は、結果的にはほぼ同一のものとなる。
【００７１】
分離面の大きさの決定方法として次の幾つかの方法をあげることができる。図２０において、上記により求められた平面上で、全体重心Ｇを中心とし、全体重心Ｇと第１のブロック重心K1との間の距離の２倍から３倍程度を半径とする円１４０を設定し、その円１４０の範囲内を分離面として定義することができる。図２１には、円形の分離面１４０によって突起１２Ｂがその根元から分離される様子が示されている。
【００７２】
別の方法としては、図２２に示すように、分離面１４２のサイズを指定せず、分離面１４２を三次元空間１３０の全体に及ぶ切断面に相当する平面としてもよい。この場合は、図２３に示すように、二値化後のボリュームデータにおける腔部（例えば胆嚢内部）の重心座標を予め求めておき、分離面によって２分割される２つの部分空間の内で、腔部の重心が存在しない方の部分空間を特定し、当該部分空間に対して二値化データのマスク処理を施した上で、結果として孤立して存在する突起１２Ｂを抽出すればよい。
【００７３】
上記の実施形態においては、人体の胆嚢を診断対象としたが、それ以外の臓器についても上記同様に本発明を適用して突起の処理を行うことが可能である。また、上記実施形態においては単位球を用いて単位ベクトルの設定を行ったが、境界面における各部位の面の変化度合いを認識できる限りにおいて他の手法を用いるようにしてもよい。また境界面の形状変化をより明瞭に識別できるように、境界面については、後の表面形状評価にあたって支障がない程度に平滑化処理を施しておくのが望ましい。また突起の形態に応じてその平滑化の度合いを異ならせるようにしてもよく、先端が肥大して大きな括れを有するポリープなどについては平滑化の度合いを小さくしてもよいし、また緩やかな隆起状のポリープなどについては平滑化の度合いを高めてよりその付け根を精度良く弁別できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る突起抽出方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す突起抽出方法を説明するための概念図である。
【図３】境界面の抽出にあたって用いられるフィルタを説明するための図である。
【図４】単位ベクトルを定義するための単位球を説明するための図である。
【図５】法線ベクトルの演算を説明するための図である。
【図６】単位ベクトルにおける各成分を説明するための図である。
【図７】境界面に設定される複数の単位球を説明するための図である。
【図８】境界面における各部位ごとの単位ベクトル群のばらつき度合いの違いを説明するための図である。
【図９】領域によって異なる所定成分のばらつき度合いを説明するための図である。
【図１０】分離面による突起の分離処理を説明するための図である。
【図１１】本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示す突起処理部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１３】三次元空間内に存在するリング状の候補ボクセル群を示す図である。
【図１４】三次元空間の四分割を説明するための図である。
【図１５】図１４に示す三次元空間の投影面を示す図である。
【図１６】三次元空間の四分割を説明するための図である。
【図１７】図１６に示す三次元空間の投影面を示す図である。
【図１８】三次元空間に対する他の四分割を示す図である。
【図１９】図１８に示す三次元空間の投影面を示す図である。
【図２０】円形の分離面を説明するための図である。
【図２１】円形の分離面による突起の分離処理を説明するための図である。
【図２２】三次元空間の全体を横切る分離面を示す図である。
【図２３】図２２に示される分離面によって分離された突起を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  三次元空間、１２  組織部、１２Ａ  本体部分、１２Ｂ  突起、１４  腔部、１６  境界面、２０  フィルタ、２６  単位球、５４  ３Ｄメモリ、５６  突起処理部、５８  表示処理部、７０  二値化処理部、８０  境界面抽出部、８４  重心演算部、８８  法線演算部、９０  単位ベクトル演算部、９８，１００，１０２  標準偏差演算部、１０４  付け根判定部、１０８  分離面作成部、１１４  分離処理部、１１８  ラベリング部、１２０  代表値演算部、１２４  体積演算部、１２６  表面形状評価部。
【図１】
2006346248.tif 000003
【図２】
2006346248.tif 000004
【図３】
2006346248.tif 000005
【図４】
2006346248.tif 000006
【図５】
2006346248.tif 000007
【図６】
2006346248.tif 000008
【図７】
2006346248.tif 000009
【図８】
2006346248.tif 000010
【図９】
2006346248.tif 000011
【図１０】
2006346248.tif 000012
【図１１】
2006346248.tif 000013
【図１２】
2006346248.tif 000014
【図１３】
2006346248.tif 000015
【図１４】
2006346248.tif 000016
【図１５】
2006346248.tif 000017
【図１６】
2006346248.tif 000018
【図１７】
2006346248.tif 000019
【図１８】
2006346248.tif 000020
【図１９】
2006346248.tif 000021
【図２０】
2006346248.tif 000022
【図２１】
2006346248.tif 000023
【図２２】
2006346248.tif 000024
【図２３】
2006346248.tif 000025