(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波診断装置を用いた関節リウマチ診断において、関節リウマチの疾患活動性を包括的かつ客観的に定量評価する超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波診断装置は、測定対象部に超音波プローブ１００１を当てて得られた超音波画像から関節を構成する部位である骨表面、関節位置、関節包、関節腔領域のいずれか、あるいは複数の所定部位を特定する所定部位特定部１００６と、特定された所定部位内の特徴量を定量化する病態解析部１００７とを備える。【選択図】図１
2015039466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブを測定対象部に当て、前記測定対象部の超音波画像を得る超音波診断装置であって、
前記超音波画像から関節を構成する少なくとも１つの所定部位を特定する所定部位特定部と、
前記所定部位における特徴量を定量化する病態解析部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記所定部位は骨表面であり、
前記病態解析部は、前記骨表面の形状を定量化することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記病態解析部は、前記骨表面の軌跡の滑らかさを前記骨表面の形状として定量化することを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記病態解析部は、前記骨表面の軌跡に所定の関数をフィッティングさせたフィッティング誤差を前記骨表面の軌跡の滑らかさとして定量化することを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記病態解析部は、前記骨表面における骨びらんを抽出し、前記骨びらんの進行度を前記特徴量として定量化することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記病態解析部は、前記骨びらんの軌跡に所定の関数をフィッティングさせたフィッティング誤差を前記骨びらんの進行度として定量化することを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記病態解析部は、前記骨表面の軌跡の任意の領域における水平方向もしくは垂直方向の一階差分の符号を算出し、算出された前記符号に基づいて前記骨びらんを抽出することを特徴とする請求項５または６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記所定部位は骨表面の断裂部であり、
前記病態解析部は、前記断裂部の断裂直線距離もしくは水平距離を定量化することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記所定の部位は関節包であり、
前記病態解析部は、前記関節包の厚さ、前記関節包の幅、前記関節包の長さ、前記関節包の面積のいずれかもしくは複数を前記特徴量として定量化することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記関節包の厚さは、前記関節包の垂直方向における座標の最大値と、前記関節包の端点の垂直方向における座標位置との差であることを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記関節包の厚さは、前記関節包の垂直方向における座標の最大値から前記関節包の両端点どうしを結んだ直線に対する垂線の長さであることを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記関節包の幅は、前記関節包の両端点の水平方向における座標位置間の距離であることを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記関節包の長さは、前記関節包の両端を前記関節包のエッジに沿って結んだ曲線の長さであることを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
前記関節包の面積は、前記関節包のエッジと前記関節包の両端を結んだ直線によって囲まれた領域の面積であることを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１５】
前記所定部位は関節腔領域であり、
前記病態解析部は、前記関節腔領域の高さ、前記関節腔領域の幅、前記関節腔領域の面積、前記関節腔領域の形状のいずれかもしくは複数を前記特徴量として定量化することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項１６】
前記関節腔領域の高さは、前記関節腔領域の垂直方向における座標の最大値と最小値との差であることを特徴とする請求項１５に記載の超音波診断装置。
【請求項１７】
前記関節腔領域の幅は、前記関節腔領域の水平方向における座標の最大値と最小値との差であることを特徴とする請求項１５に記載の超音波診断装置。
【請求項１８】
前記関節腔領域の形状は、骨表面の断裂部の中心と関節包の両端をそれぞれ結んだ両直線によって形成される角度であることを特徴とする請求項１５に記載の超音波診断装置。
【請求項１９】
前記所定部位は関節腔領域であり、
前記病態解析部は、前記関節腔領域内の血流信号の総面積、前記関節腔領域内血流信号の総面積と前記関節腔領域の面積の比、前記関節腔領域において連続した領域として観測される血流信号の個数のいずれかもしくは複数を前記特徴量として定量化することを特徴とする請求項１５に記載の超音波診断装置。
【請求項２０】
前記病態解析部は、前記関節腔領域内の血流信号の総面積、前記関節腔領域内血流信号の総面積と前記関節腔領域の面積の比、前記関節腔領域において連続した領域として観測される血流信号の個数のいずれかもしくは複数と、前記関節腔領域内の血流信号の座標位置を組み合わせて定量化することを特徴とする請求項１９に記載の超音波診断装置。
【請求項２１】
超音波プローブを測定対象部に当てることによって得られた超音波画像を画像処理する方法であって、
前記超音波画像から関節を構成する少なくとも１つの所定部位を特定する所定部位特定ステップと、
前記所定部位における特徴量を定量化する定量化ステップと、
を備えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の送受信を行う超音波プローブを被検者の体表面、特に四肢関節に当接させて超音波診断を行う超音波診断装置及び画像処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年関節リウマチの疾患活動性の評価に超音波診断装置を用いることが一般的になりつつある。関節リウマチの疾患活動性の評価には、Ｂモード画像とパワードプラ画像が主に用いられており、Ｂモード画像では滑膜肥厚や滑液貯留、骨びらんを、パワードプラ画像では滑膜の炎症を観察することができる。
【０００３】
加えて、超音波画像を用いてこれらの疾患活動性をグレード別に判定する方法が提案されている。パワードプラ画像を用いて炎症の程度をグレード化する場合、観測される血流信号が肥厚した滑膜領域のうち、どれだけの割合を占めているかでグレードを判定する。その際検査者の主観で判断しているため、検査者間でグレードのばらつきが生じる。
【０００４】
上記課題を解決するために、超音波画像の所見から疾患活動性を客観的に定量化する方法が提案されている。例えば非特許文献１においては、肥厚した滑膜を含む関節腔を超音波画像上にてフリーハンドでトレースし、このトレースした領域に占める血流信号の占有率を定量評価値として算出することが提案されている。
【０００５】
しかしながら、このような方法においては、関節腔を正確にトレースすることを検査者に要求しなくてはならない。診断フローにフリーハンドトレースのステップを追加することは好ましくなく、またトレース結果が検査者に依存するため、血流信号の占有率が検査者間でばらつくことが想定される。
【０００６】
また関節リウマチの超音波画像所見は血流信号だけでなく、骨皮質の破壊、軟骨の損傷による関節の狭小化、滑膜肥厚に伴う関節包の伸展等が確認される。血流信号だけでなく、これらの画像所見を定量評価することで、関節リウマチの疾患活動性を包括的かつ客観的に評価できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】小池隆夫、「超音波検査法を用いた関節リウマチの新しい診療」、Ｐ４０−４３、メディカルレビュー社、２０１０年３月１０日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
骨皮質の破壊、軟骨の損傷による関節の狭小化、滑膜肥厚に伴う関節包の伸展、血管新生による血流信号を、画像処理を用いて自動的に計測することで、関節リウマチの疾患活動性をより客観的に定量化する。
【０００９】
本発明の目的は、包括的かつ客観的に関節リウマチの疾患活動性を評価するための特徴量を定量化する超音波診断装置および画像処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る超音波診断装置は、前記超音波画像から関節を構成する少なくとも１つの所定部位を特定する所定部位特定部と、前記所定部位における特徴量を定量化する病態解析部と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、関節超音波画像から関節リウマチの疾患活動性を定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る超音波診断装置のブロック図
【図２】関節の概略の一例を示した図
【図３】関節を撮像した超音波画像の一例を示した図
【図４】所定部位特定部１００６の詳細構成を示した図
【図５】実施形態１の超音波画像の一例を示した図
【図６】実施形態１の超音波画像の一例を示した図
【図７】実施形態１の超音波画像の一例を示した図
【図８】実施形態１の超音波画像の一例を示した図
【図９】実施形態１の超音波画像の一例を示した図
【図１０】実施形態１の超音波画像の一例を示した図
【図１１】実施形態１の超音波画像の一例を示した図
【図１２】実施形態１の超音波画像の一例を示した図
【図１３】関節包の定量化を示した図
【図１４】実施形態１の超音波画像の一例を示した図
【図１５】関節腔領域の定量化を示した図
【図１６】関節腔領域内の血流信号の定量化を示した図
【図１７】所定部位として骨表面を特定する場合のリウマチ疾患活動性評価のための特徴量定量化処理フローを示した図
【図１８】所定部位として関節位置を特定する場合のリウマチ疾患活動性評価のための特徴量定量化処理フローを示した図
【図１９】所定部位として関節包特定する場合のリウマチ疾患活動性評価のための特徴量定量化処理フローを示した図
【図２０】所定部位として関節腔領域を特定する場合のリウマチ疾患活動性評価のための特徴量定量化処理フローを示した図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図１において、本発明の超音波診断装置は、超音波送受信部１００２、超音波画像生成部１００３、記憶部１００４、外部入力取得部１００５、所定部位特定部１００６、病態解析部１００７、画面作成部１００８、から構成される。ここで、超音波プローブ１００１、外部入力部１００９、表示部１０１０は超音波診断装置外の構成としているが、必要に応じて超音波診断装置内の構成としても構わない。
【００１５】
超音波プローブ１００１は、超音波送受信部１００２で生成された送信波を放出する。放出された超音波は生体内の組織間の音響インピーダンスの差が異なる部分において反射される。この時、音響インピーダンスの差が顕著であるほど、反射される超音波のエネルギーも大きくなる。
【００１６】
反射された超音波は、超音波プローブ１００１で受信される。超音波プローブ１００１で受信された超音波は超音波受信信号として超音波送受信部１００２に入力される。超音波受信信号は超音波送受信部１００２でビームフォーミング、検波、対数圧縮などの処理を施された後に、音響線信号として超音波画像生成部１００３に入力される。
【００１７】
超音波画像生成部１００３は、超音波送受信部１００２から入力された音響線信号をまとめて、超音波画像を生成する。超音波画像生成部１００３で生成された超音波画像は記憶部１００４で一時的に記憶される。外部入力部１００９は、検査者が検査者名、患者名、超音波診断装置の設定情報を入力するための構成である。外部入力取得部１００５は、検査者が外部入力部１００９を通して入力した設定情報と、記憶部１００４に記憶されている超音波画像を対応付ける。
【００１８】
所定部位特定部１００６は、記憶部１００４に記憶されている超音波画像内の所定部位を特定する。所定部位が特定された超音波画像は、記憶部１００４に記憶される。
【００１９】
病態解析部１００７は、記憶部１００４に記憶されている所定部位が特定された超音波画像の所定部位を解析し、病態（リウマチ）の疾患活動性に係る特徴量を定量化する。
【００２０】
表示部１０１０は、超音波画像を検査者に提示する。その際には記憶部１００４から読み出した画像に対して、画面作成部１００８によって検査者名、患者名、時間情報、超音波診断装置の設定情報、疾患活動性の評価結果などが重畳された超音波画像を提示する。
【００２１】
本実施の形態における主な測定対象は関節である。関節の一例として手指関節の概略を図２に示す。図２に示すように関節は、骨２００１、骨２００２、軟骨２００３、軟骨２００４、滑膜２００５、関節包２００６からなる部位である。骨２００１と骨２００２の先端部分には軟骨２００３と２００４が付帯しており、軟骨２００３と軟骨２００４を包むように滑膜２００５が存在する。さらに滑膜２００５を囲むように関節包２００６が骨２００１と骨２００２に付着している。
【００２２】
例えば、関節リウマチが進行すると滑膜の肥厚や滑膜内の関節液の貯留、骨皮質の破壊（骨びらん）が観察される。さらには軟骨破壊により関節の隙間が狭くなり、関節が強直する。また、多くの症例では、滑膜内部での血管新生の増殖も確認される。
【００２３】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）を用いて、疾患を持たない関節と関節リウマチを罹病している関節を測定対象とした場合の超音波画像の特徴を説明する。
【００２４】
疾患を持たない関節を測定対象として撮像すると、図３（Ａ）のような画像が取得される。超音波画像には、骨表面３００１、骨表面３００２、皮膚３００３、腱３００４、関節包３００５が描画される。骨表面３００１、骨表面３００２や皮膚３００３は比較的固い組織であるため、超音波画像上でも高輝度で描画される。骨表面３００１、骨表面３００２、関節包３００５に囲まれた領域は関節腔領域３００６である。
【００２５】
超音波の大部分は骨表面で反射されるため、骨の内部は描画されず、骨表面のみが高輝度で描画される。腱３００４や関節包３００５は骨表面３００１、骨表面３００２、皮膚３００３と比較すると低輝度で描画される。また滑膜や軟骨部分はほぼ輝度値を持たない。従って、関節超音波画像で比較的高い輝度で描画される組織は、皮膚、腱、関節包、骨表面である。
【００２６】
また、関節リウマチを罹病している関節を測定対象として撮像すると、図３（Ｂ）のような画像が取得される。リウマチ疾患の活動性が進行するに従って滑膜が肥厚するため、滑膜をとり囲む関節包３００７の肥大が確認される。また、骨びらんとよばれる骨皮質の破壊３００８も超音波画像所見に現れる。さらに、関節腔領域３００６の内部では血管新生に起因する血流信号３００９が観測される。
【００２７】
本発明のリウマチ疾患活動性評価は、まず超音波診断装置の所定部位特定部１００６において所定部位を特定し、次に病態解析部１００７において所定部位のリウマチ疾患活動性評価に関わる特徴量を定量化する。
【００２８】
ここで、いずれの所定部位を特定させるかは、検査者が選択可能である。
【００２９】
また、定量化された特徴量を用いて検査者が疾患活動性を評価してもよいし、予め設定した疾患活動性の基準と特徴量を比較して超音波診断装置が疾患活動性の評価をしてもよい。
【００３０】
所定部位特定部１００６は、図３（Ａ）に代表される関節超音波画像から、骨表面、関節位置、関節包、関節腔領域のいずれかもしくは複数の所定部位を特定する。図４は所定部位特定部１００６の詳細構成を示す図である。記憶部１００４から取得した超音波画像から所定部位特定部１００６で所定部位が特定され、その超音波画像が記憶部１００４に記憶される。
【００３１】
より詳細に所定部位特定部１００６は、骨表面を特定する骨表面特定部４００１、関節位置を特定する関節位置特定部４００２、関節包を特定する関節包特定部４００３、関節腔領域を特定する関節腔領域特定部４００４、各特定部の特定結果を超音波画像と結び付ける特定結果合成部４００５から構成される。特定結果が結び付けられた超音波画像は、再び記憶部１００４に記憶され、その結果は病態解析部１００７によって利用される。
【００３２】
以降、所定部位特定部１００６および病態解析部１００７における一連の処理を、所定部位ごとに説明する。
【００３３】
（１）所定部位が骨表面である場合について説明する。
【００３４】
所定部位として骨表面を特定する場合のリウマチ疾患活動性評価のための特徴量定量化処理フローを図１７に示す。
【００３５】
［ステップＳ１０１］：骨表面特定（骨表面特定部４００１）
ステップＳ１０１では、超音波画像から、所定部位として骨表面を特定する。骨表面を特定する方法として、エッジを抽出し、抽出したエッジを各組織に分類する方法の詳細を、図５（Ａ）、図５（Ｂ）を用いて説明する。
【００３６】
図５（Ａ）の５００１と５００２は、骨表面特定部４００１において最終的に特定される骨表面である。図５（Ｂ）は超音波画像内のエッジから骨表面を特定する方法を説明する図であり、超音波画像内のエッジがいずれかの領域に分類されることを示している。すなわち、皮膚に属するエッジ５００３、腱に属するエッジ５００４、骨に属するエッジ５００５である。
【００３７】
超音波画像からエッジを抽出する方法としては、事前に設定した骨表面の輝度値の代表値、あるいは検査者が外部入力部１００９を介して入力する値を閾値として二値化処理を行う方法、Ｓｏｂｅｌオペレータ、ラプラシアンフィルタ等を用いて微分画像から強勢なエッジを取り出す方法、連続したエッジを抽出するＣａｎｎｙ法などが挙げられるが、画像中のエッジを抽出する方法であれば何でもよい。
【００３８】
上記方法により、図５（Ｂ）のように骨、皮膚、腱、関節包に起因するエッジが超音波画像から取り出される。骨表面のみを特定するためには、超音波画像内のエッジを各組織、すなわち皮膚に属するエッジ５００３、腱に属するエッジ５００４、骨に属するエッジ５００５に分類する必要がある。腱と関節包を区別して分類することは困難であるため、同じセグメントに分類しても構わない。エッジを分類するためには、例えばＫ−ｍｅａｎｓやｍｅａｎ−ｓｈｉｆｔのように、画像上で距離が近いエッジを同じセグメントに分類することが可能な方法であれば何でもよい。この分類結果の中から骨表面に分類されたエッジが骨表面特定部４００１の結果として採用される。
【００３９】
骨表面を抽出する別の方法は、例えばグラフカットや領域拡張法のように、骨を代表する画素から近距離に位置し、また近い画素値をもつ領域を抽出する方法であれば何でもよい。この時、骨表面を代表する画素は自動的に決定してもよいし、外部入力部１００９を介して検査者が入力してもよい。同様の方法を用いて骨表面以外の皮膚・腱などの各組織を特定しておいてもよい。
【００４０】
あるいは、予め保存しておいた代表的な骨表面の超音波画像をテンプレートとしてマッチング（剛体マッチングや非剛体マッチング）を行う、予め学習しておいた骨表面の特徴量を用いてＡｄａＢｏｏｓｔ、サポートベクタマシン、ニューラルネット、ランダムフォレストなどの機械学習方法により骨表面を検出する、などの方法もある。同様の方法を用いて骨表面以外の皮膚・腱などの各組織を特定しておいてもよい。なお、骨表面を特定した結果は、特定結果合成部４００５において超音波画像と関連付けられ、記憶部１００４に記憶される。
【００４１】
［ステップＳ１０２］：骨びらん抽出（病態解析部１００７）
リウマチ症状が進行するに従って、骨表面には図６のように骨びらん６００１が観測されるようになる。従って、骨表面特定部４００１で特定された骨表面の軌跡から骨びらんを抽出し、骨びらんの進行度を定量評価することが可能である。
【００４２】
Ｓステップ１０２では、骨びらんを抽出する。骨びらんは骨表面の軌跡が極値を持つ地点として抽出することが可能である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）を用いて極値から骨びらんを抽出する方法を説明する。骨びらんが存在する骨表面は、骨表面の軌跡７００１のように滑らかな骨表面が骨びらんによって凹型に変形する（図７（Ａ）参照）。この凹みを検出するためには、軌跡上の極値を検出すればよい。骨表面の軌跡７００１上の極値を検出するためには、超音波画像におけるｘ軸方向７００８とｙ軸方向７００９のそれぞれにおいて軌跡の一階差分を算出する必要がある。一階差分は骨表面の軌跡上で隣り合うｉ番目の画素７０１０と（ｉ＋１）番目の画素７０１１のｘ軸、ｙ軸それぞれの座標位置の差によって定義される（図７（Ｂ）参照）。より具体的には式［数１］により算出される。
【００４３】
【数１】
2015039466.tif 000003
【００４４】
まず、ｘ軸の原点側から骨表面の軌跡７００１の一階差分を計算する。極値７００２においては、ｘ軸方向の一階差分の符号が極値７００２の画素を境にプラスからマイナスに反転し、画素７００３にて再びプラスに反転する。あるいは、画素７００４を境にｙ軸方向の一階差分の符号がマイナスからプラスに反転し、極値７００５周辺でプラスからマイナスに再び反転する。一階差分の符号が反転する画素が局所的な領域７００６の内部に複数存在する場合、その領域内には骨びらんが存在すると判断することができる。
【００４５】
骨びらんが存在する局所的な領域を特定する方法を、図７（Ｃ）を使って説明する。第一のステップでは局所的な領域７００６内に含まれる骨表面の軌跡７００１の画素の一階差分を計算し、骨びらんが含まれているかどうかを判断する。なお、画素の一階差分は、ｘ軸、ｙ軸両方向において計算される。第二のステップでは局所的な領域７００６を骨表面の軌跡７００１に沿って一定距離移動させる。この二つのステップを逐次繰り返すことで、骨びらんが存在する局所的な領域を自動的に特定することができる。一方、骨びらんが存在しない骨表面の軌跡７００７について同様に一階差分を計算すると、ｘ軸、ｙ軸ともに一階差分の符号が反転することはなく、従って極値も持たないため、骨びらんが存在しないことが自動的に判定される。
【００４６】
［ステップＳ１０３］：骨びらんの定量化（病態解析部１００７）
ステップＳ１０３では、リウマチの疾患活動性の評価に用いられる骨びらん（骨表面）を定量化する。
【００４７】
図８を用いてステップＳ１０３の処理を説明する。図８は局所的な領域７００６内の骨表面の軌跡を示しており、骨びらんがある場合の軌跡８００１と骨びらんがない場合の軌跡８００３を示している。骨表面の滑らかさは、骨表面の軌跡に関数をフィッティングさせ、フィッティング誤差で定量化する。関数８００２と関数８００４はフィッティングの一例を示している。関数８００２は骨びらんがある場合の軌跡８００１にフィッティングした例で、関数８００４は骨びらんがない場合の軌跡８００３にフィッティングした例である。図に示されている通り、骨びらんがある場合の軌跡８００１の方が、フィッティング誤差が大きい。また、骨びらんが進行しているほどフィッティング誤差が大きくなる。従って、ステップＳ１０２で抽出した骨びらんを含んだ軌跡に対して関数をフィッティングさせ、フィッティング誤差を算出する。
【００４８】
ここで、フィッティングに使う関数は任意だが、骨びらんの部分がフィットするのは好ましくなく、次数の選択に注意が必要である。なお、骨びらんが複数存在する場合は、各骨びらんのフィッティング誤差を個別に採用してもよいし、複数の骨びらんのフィッティング誤差の最大値、最小値、合計値、平均値、中央値等の統計量を算出しても構わない。
【００４９】
また、骨表面の軌跡にフィッティングさせる関数は楕円でも構わない。図１０に示すように、骨びらんと判定された軌跡１０００１に楕円関数１０００２をフィッティングさせることができる。フィッティングの方法には最少二乗法等を用いればよい。骨びらんを定量化する指標としては、軌跡にフィッティングさせた楕円の面積、長径、短径、偏心率等楕円の幾何学的諸量ならばなんでよい。なお、骨びらんが複数存在する場合は各楕円の幾何学的諸量を個別に採用してもよいし、各楕円の幾何学的諸量の最大値、最小値、合計値、平均値、中央値等の統計量を算出しても構わない。
【００５０】
なお、先述のように、骨びらんを含んだ局所的な領域の軌跡に関数をフィッティングする方法以外に、骨表面全体の軌跡に関数をフィッティングさせる方法もある。具体的には、骨表面の最深部、あるいは断裂部（関節位置）から左右に分けて、左右それぞれの軌跡に関数をフィッティングさせる方法である。このように骨表面全体の軌跡に関数をフィッティングさせる場合は、ステップＳ１０２の骨びらんの抽出は不要である。
【００５１】
図９は、骨表面全体の軌跡に関数をフィッティングさせる方法を示す。図９には、軌跡９００１にフィッティングさせた関数９００２と、軌跡９００３にフィッティングさせた関数９００４とが描かれている。図９に示されている通り、骨びらんがある場合、フィッティングした関数９００２と軌跡９００１の誤差は大きくなるため、この場合もフィッティング誤差を定量化することで、骨びらんの存在を知ることができ、リウマチの疾患活動性の評価も可能となる。
【００５２】
なお、フィッティングに使う関数は任意だが、骨びらんの部分がフィットするのは好ましくなく、次数の選択に注意が必要である。
【００５３】
（２）所定部位が関節位置である場合について説明する。
【００５４】
所定部位として関節位置を特定する場合のリウマチ疾患活動性評価のための特徴量定量化処理フローを図１８に示す。
【００５５】
［ステップＳ２０１］：関節位置特定（関節位置特定部４００２）
ステップＳ２０１では、超音波画像から、所定部位として関節位置を特定する。関節位置とは、すなわち骨表面の断裂部である。方法として、骨表面特定部４００１で特定された骨表面の断裂部を検出する方法がある。この処理の詳細を図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）を用いて説明する。
【００５６】
図１１（Ａ）は骨表面特定部４００１で特定された骨表面１１００１と骨表面１１００２が描画されている。１１００３、１１００４、１１００５は関節位置特定部４００２で特定される関節位置を示している。
【００５７】
関節位置１１００３と関節位置１１００４は、骨表面１１００１と骨表面１１００２が連続していない断裂部を検出することで決定される。なお、予め保存しておいた関節の代表的な超音波画像をテンプレートとしてマッチング（剛体マッチングや非剛体マッチング）を行う、予め学習しておいた関節の特徴量を用いてＡｄａＢｏｏｓｔ、サポートベクタマシン、ニューラルネット、ランダムフォレストなどの機械学習方法により関節位置を特定する、などの方法もある。いずれの方法においても、図１１（Ａ）のように二つの骨表面毎に代表画像あるいは特徴量を保存しておき、二つの関節位置を特定してもよいし、図１１（Ｂ）のように関節の全体の代表画像あるいは特徴量を保存しておき、二つの骨表面を包括する関節位置１１００５を特定しても構わない。また、骨表面特定部４００１での骨表面特定結果を用いずに、直接関節位置を特定しても構わない。
【００５８】
なお、関節位置が特定された結果は、特定結果合成部４００５において超音波画像と関連付けられて記憶部１００４に記憶される。
【００５９】
［ステップＳ２０２］：関節位置間隔の定量化（病態解析部１００７）
ステップＳ２０２では、Ｓ２０１で特定された関節位置に対して、リウマチの疾患活動性評価のための定量化を行う。解剖学的には症状が進行するに従って軟骨２００３と軟骨２００４が減少していき、骨２００１と骨２００２が近接する（図２を参照）。従って、超音波画像上では関節位置の間隔が狭小化していく。この間隔を定量化し、リウマチの疾患活動性を評価することが可能である。具体的には、図１１（Ａ）に示された関節位置１１００３と関節位置１１００４の直線距離、あるいは水平距離を定量化する。
【００６０】
（３）所定部位が関節包である場合について説明する。
【００６１】
所定部位として関節包を特定する場合のリウマチ疾患活動性評価のための特徴量定量化処理フローを図１９に示す。
【００６２】
［ステップＳ３０１］：関節包特定（関節包特定部４００３）
ステップＳ＊３１では、超音波画像から、所定部位として関節包を特定する。ここでは、関節包特定部４００３が関節位置特定部４００２で特定された関節位置の上方に位置する関節包を特定する。この処理の詳細を図１２を用いて説明する。
【００６３】
図１２の１２００１と１２００４は、骨表面１２００５および骨表面１２００６よりも上方にあるエッジである。その中でもエッジ１２００４は、関節包のエッジである。骨表面特定部４００１で特定された骨表面が１２００５と１２００６であり、関節包のエッジ１２００４と骨表面１２００５、骨表面１２００６が接する地点がそれぞれ１２００２と１２００３である。
【００６４】
解剖学上、関節包２００６は骨２００３と２００４に接しているため（図２を参照）、超音波画像上での関節包のエッジも骨表面に接している。超音波画像上では関節腔領域は低輝度、関節包と骨表面は比較的高輝度に描画されるため、輝度差が顕著な境界を検出することで関節包が抽出可能である。従って、二値化方法、Ｓｏｂｅｌオペレータによる微分画像からのエッジ抽出、Ｃａｎｎｙ法等を用いて関節位置より上方に位置するエッジ１２００１を複数抽出し、そのエッジの中からエッジの両端が骨表面１２００５と骨表面１２００６上の地点１２００２と地点１２００３に接しているエッジ１２００４を選択することで超音波画像上の関節包を特定することができる。あるいは、骨表面１２００５と骨表面１２００６にエッジが接する地点１２００２と地点１２００３を抽出し、この二つの地点を結ぶエッジ１２００４を関節包として特定する方法でもよい。また、関節位置特定部４００２での関節位置特定結果を用いずに、直接関節包を特定しても構わない。
【００６５】
なお、関節位置が特定された結果は、特定結果合成部４００５において超音波画像と関連付けられて記憶部１００４に記憶される。
【００６６】
［ステップＳ３０２］：関節包の定量化（病態解析部１００７）
ステップＳ３０２では、Ｓ３０１で特定された関節包に対して、リウマチの疾患活動性評価のための定量化を行う。
【００６７】
解剖学的には症状が進行するに従って滑膜２００５が肥厚するため、滑膜を包括する関節包２００６も伸展していく（図２を参照）。従って、超音波画像上では関節包のエッジが変形していく。従って、関節包の長さ、高さ、幅、面積等を定量化し、リウマチの疾患活動性の評価をすることが可能である。
【００６８】
関節包の長さ、高さ、幅、面積等を定量化する方法を、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）を用いて説明する。
【００６９】
関節包の長さは、関節包のエッジ１３００１の長さを以って定量化する。
【００７０】
関節包の高さは、関節包のエッジの極大値を示す地点１３００２から、エッジの左端１３００３を通る水平線１３００５と右端１３００４を通る水平線１３００６のそれぞれへ垂直に下した垂直線１３００７と垂直線１３００８の距離を以て定量化する。この時、最大で二本の垂直線が在りうるが、二つの長さを個別に採用してもよいし、最大値、最小値、平均値、合計値等の統計量を算出しても構わない。あるいは関節包のエッジの極大値１３００２から左端１３００３と右端１３００４を結ぶ直線１３０１０に垂直に下した垂直線１３０１１の長さを以定量化してもよい。
【００７１】
関節包の幅は、関節包の左端１３００３と右端１３００４の水平距離１３００９、あるいは左端１３００３と右端１３００４を結ぶ直線１３０１０の長さを以て定量化する。
【００７２】
関節包の面積は、関節包のエッジ１３００１と直線１３０１０に囲まれた領域内のピクセル数を合計することで定量化する。
【００７３】
なお、関節包のエッジの極大値１３００２、左端１３００３、右端１３００４は、超音波診断装置が自動に決定してもよいし、外部入力１００９を介して、検査者が決定してもよい。
【００７４】
（４）所定部位が関節腔領域である場合について説明する。
【００７５】
所定部位として関節腔領域を特定する場合のリウマチ疾患活動性評価のための特徴量定量化処理フローを図２０に示す。
【００７６】
［ステップＳ４０１］：関節腔領域特定（関節腔領域特定部４００４）
ステップＳ４０１では、超音波画像から、所定部位として関節腔領域を特定する。関節腔領域特定部は、関節包３００５と骨表面３００１と骨表面３００２に囲まれた関節腔領域３００６を特定する（図３を参照）。関節腔領域を特定するためには、動的輪郭モデルや領域拡張法等を用いて低輝度に描画される関節腔領域３００６を直接抽出する方法がある。この場合図１４（Ａ）に示されるように、初期探索点１４００１を設定する必要があるが、これは関節位置特定部４００２で決定された関節位置から自動的に導かれる。例えば、関節位置１４００２と関節位置１４００３の中点から上方に所定の距離離れた位置に初期探索点１４００１を置くことで実現される。なお、外部入力１００９を介して検査者が初期探索点を入力しても構わない。
【００７７】
決定された初期探索点１４００１から反復的に探索領域１４００４を拡大していき（図１４（Ｂ）参照）、最終的には輝度差が顕著な領域１４００５が関節腔領域として特定される（図１４（Ｃ）参照）。なお、この方法で特定された関節腔領域のうち、関節包のエッジ部分のみを抽出し、骨表面に関しては骨表面特定部の結果を流用してもよい。また、関節位置特定部４００２での関節位置特定結果を用いずに、直接関節腔領域を特定しても構わない。
【００７８】
なお、関節腔領域が特定された結果は、特定結果合成部４００５において超音波画像と関連付けられて記憶部１００４に記憶される。
【００７９】
［ステップＳ４０２］：関節腔領域の定量化（病態解析部１００７）
ステップＳ４０２では、Ｓ４０１で特定された関節腔領域に対して、リウマチの疾患活動性評価のための定量化を行う。関節腔領域の定量化方法を、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）を用いて説明する。
【００８０】
図１５（Ａ）には関節腔領域１５００１、関節腔領域の高さ１５００２、関節腔領域の幅１５００３、超音波画像のｘ軸方向１５００４、ｙ軸方向１５００５が描かれている。図１５（Ｂ）には、関節位置特定部４００２で特定された関節位置から関節包の両端へ向かう矢印１５００６、関節腔領域の角度１５００７が描かれている。
【００８１】
関節腔領域内の定量化指標としては、関節腔領域１５００１の面積、幅、高さ、角度が挙げられる。
【００８２】
関節腔領域の面積は関節腔領域内のピクセル数をカウントすることで定量化される。
【００８３】
関節腔領域の幅は、関節腔領域１５００１のｘ軸方向１５００４の最大値と最小値の差、あるいは関節包特定部で特定された関節包の左端と右端のｘ軸上の座標差を以って定量化する。
【００８４】
関節腔領域の高さは、関節腔領域１５００１のｙ軸方向１５００５の最大値と最小値の差を以って定量化する。
【００８５】
関節腔領域の角度は、関節位置特定部４００２で特定された関節位置の中心から関節腔領域の両端へ向かう矢印１５００６が成す角１５００７の角度として定量化される。関節腔領域の両端はｘ軸方向の最大値と最小値でもよいし、関節包特定部４００３で特定された関節包の左端と右端でも構わない。
【００８６】
関節腔領域の別の定量化方法を、図１６を用いて説明する。
【００８７】
図１６には関節腔領域特定部４００４で特定された関節腔領域１６００１と血流信号１６００２と血流信号１６００３が描かれている。リウマチの疾患活動性評価のための定量化は、関節腔領域内において観測される血流信号１６００２を計測することでも可能である。なお、関節腔領域以外で観測される血流信号１６００７は計測しない。定量化の指標としては、関節腔領域内に観測される血流信号１６００２の総面積、関節腔領域１６００１の面積に対する血流信号１６００２の総面積の割合、連続した領域として計測される血流信号の個数が挙げられる。さらに、これらの指標に血流信号の位置と関連付けて定量化することも可能である。病状が進行すると血流信号は関節腔領域の上方にも観測されるからである。
【００８８】
まず、関節腔領域を横断する直線を、関節腔領域の上方と下方を区別する境界線１６００４として設定する。この境界線１６００４は関節包特定部４００３で特定された関節包の左端と右端、あるいはｘ軸方向で関節腔領域の最小値と最大値を示す点、を結ぶ直線として自動的に設定してもよいし、外部入力１００９を介して検査者が設定してもよい。
【００８９】
次に、境界線１６００４の上方に位置する血流信号１６００２と下方に位置する血流信号１６００３の二つのカテゴリに区別して、それぞれの領域において血流信号の総面積、関節腔領域１６００１の面積に対する血流信号の総面積の割合、連続した領域として計測される血流信号の個数を定量化する。
【００９０】
また、境界線１６００４の上方と下方に位置する血流のそれぞれに係数を設定し、式［数２］に従って定量評価値の重み付き平均として定量化することも可能である。
【００９１】
【数２】
2015039466.tif 000004
【００９２】
ω１は境界線１６００４の上方に位置する血流信号に付与された係数、Ｑ１は境界線の上方に位置する血流信号から導かれる定量化値、ω２は境界線１６００４の下方に位置する血流信号に付与された係数、Ｑ２は境界線１６００４の下方に位置する血流信号から導かれる定量化値である。Ｑ１とＱ２は、上方／下方それぞれに位置する血流信号の総面積、関節腔領域１６００１の面積に対する血流信号の総面積の割合、連続した領域として計測される血流信号の個数のいずれかであり、Ｑ１とＱ２には同じ種類の定量化評価値を用いることが好ましい。
【００９３】
また、境界線１６００４から血流信号の位置までの垂直距離を定量化に用いてもよい。図１６に示されているように、血流信号１６００２から境界線１６００４に垂直におろした垂直線１６００５の距離と血流信号１６００３から境界線１６００４に垂直におろした垂直線１６００６の距離を評価値とする。このとき、境界線１６００４の上方に位置する血流信号に対しては境界線１６００４から遠方に位置するほど高い評価値に、境界線１６００４の下方に位置する血流信号に対しては境界線１６００４から遠方に位置するほど低い評価値になるように予め設定しておく。そして、境界線１６００４から血流信号まで距離、すなわち評価値の合計値を以って、定量化値とする。あるいは、距離による評価値を重みとみなして個々の血流信号の評価値の重み平均を以って定量化値としてもよい。例えば、境界線１６００４から個々の血流信号まで距離による評価値をｌｎ、個々の血流信号の面積をＶｎとして、式［数３］により重み平均された血流信号の総面積が算出される。
【００９４】
【数３】
2015039466.tif 000005
【００９５】
この場合、血流の位置と面積を包括的に評価可能な定量化値を定義できる。なお、Ｖｎには関節腔領域１６００１の面積に対する血流信号の総面積の割合、連続した領域として観測される血流信号の個数を用いても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明にかかる超音波診断装置は、関節リウマチ診断における疾患活動性の評価に利用可能性がある。
【符号の説明】
【００９７】
１００１    超音波プローブ
１００２    超音波送受信部
１００３    超音波画像生成部
１００４    記憶部
１００５    外部入力取得部
１００６    所定部位特定部
１００７    病態解析部
１００８    画面作成部
１００９    外部入力部
１０１０    表示部
２００１    骨
２００２    骨
２００３    軟骨
２００４    軟骨
２００５    滑膜
２００６    関節包
３００１    骨表面
３００２    骨表面
３００３    皮膚
３００４    腱
３００５    関節包
３００６    関節腔領域
３００７    関節包
３００８    骨皮質の破壊
３００９    血流信号
４００１    骨表面特定部
４００２    関節位置特定部
４００３    関節包特定部
４００４    関節腔領域特定部
４００５    特定結果合成部
５００１    骨表面
５００２    骨表面
５００３    皮膚に属するエッジ
５００４    腱に属するエッジ
５００５    骨に属するエッジ
６００１    骨びらん
７００１    骨表面の軌跡
７００２    極値
７００３    画素
７００４    画素
７００５    極値
７００６    局所的な領域
７００７    骨表面の軌跡
７００８    ｘ軸方向
７００９    ｙ軸方向
７０１０    画素
７０１１    画素
８００１    軌跡
８００２    関数
８００３    軌跡
８００４    関数
９００１    軌跡
９００２    関数
９００３    軌跡
９００４    関数
１０００１    軌跡
１０００２    楕円関数
１１００１    骨表面
１１００２    骨表面
１１００３    関節位置
１１００４    関節位置
１１００５    関節位置
１２００１    エッジ
１２００２    関節包と骨の接地点
１２００３    関節包と骨の接地点
１２００４    関節包のエッジ
１２００５    骨表面
１２００６    骨表面
１３００１    関節包のエッジ
１３００２    極大値
１３００３    左端
１３００４    右端
１３００５    水平線
１３００６    水平線
１３００７    垂直線
１３００８    垂直線
１３００９    水平距離
１３０１０    直線
１３０１１    垂直線
１４００１    初期探索点
１４００２    関節位置
１４００３    関節位置
１４００４    探索領域
１４００５    関節腔領域
１５００１    関節腔領域
１５００２    関節腔の高さ
１５００３    関節腔領域の幅
１５００４    ｘ軸方向
１５００５    ｙ軸方向
１５００６    矢印
１５００７    関節腔領域の角度
１６００１    関節腔領域
１６００２    血流信号
１６００３    血流信号
１６００４    境界線
１６００５    垂直線
１６００６    垂直線
１６００７    血流信号
【図１】
2015039466.tif 000006
【図２】
2015039466.tif 000007
【図３】
2015039466.tif 000008
【図４】
2015039466.tif 000009
【図５】
2015039466.tif 000010
【図６】
2015039466.tif 000011
【図７】
2015039466.tif 000012
【図８】
2015039466.tif 000013
【図９】
2015039466.tif 000014
【図１０】
2015039466.tif 000015
【図１１】
2015039466.tif 000016
【図１２】
2015039466.tif 000017
【図１３】
2015039466.tif 000018
【図１４】
2015039466.tif 000019
【図１５】
2015039466.tif 000020
【図１６】
2015039466.tif 000021
【図１７】
2015039466.tif 000022
【図１８】
2015039466.tif 000023
【図１９】
2015039466.tif 000024
【図２０】
2015039466.tif 000025