(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波撮像装置の画質を定量化する画質算出装置であって、定量指標−感覚指標変換ルール作成部と、定量指標−感覚指標変換ルール適用部と、設定パラメータ値最適化部を有し、前記定量指標−感覚指標変換ルール作成部は、教師データ入力部と、ルール作成時定量指標算出部と、定量指標−感覚指標変換ルール学習部と、定量指標−感覚指標変換ルール出力部とを有し、前記定量指標−感覚指標変換ルール適用部は、定量指標−感覚指標変換ルール保持部と、被評価データ入力部と、ルール適用時定量指標算出部と、定量指標−感覚指標変換ルール実行部とを有し、前記設定パラメータ値最適化部は、目標感覚指標値設定部と、設定パラメータの最適値算出部と、最適化結果表示部とを有することを特徴とする画像算出装置。
【請求項２】
超音波撮像装置の画質を定量化する画質算出方法であって、定量指標−感覚指標変換ルール作成ステップと、定量指標−感覚指標変換ルール適用ステップと、設定パラメータ値最適化ステップを有し、前記定量指標−感覚指標変換ルール作成ステップのうち、画像、設定パラメータ値、感覚指標からなる教師データ入力ステップが、１回以上、画像と、設定パラメータ値と、感覚指標から成る教師データを入力し、ルール作成時定量指標算出ステップが画像から定量指標を算出し、定量指標−感覚指標変換ルール学習ステップが、前記定量指標と前記感覚指標を変換するルールである定量指標−感覚指標変換ルールを算出し、定量指標−感覚指標変換ルール出力ステップが前記定量指標−感覚指標変換ルールを記憶手段に出力すること、および、前記定量指標−感覚指標変換ルール適用ステップのうち、定量指標−感覚指標変換ルール保持ステップが前記定量指標−感覚指標変換ルール出力ステップが出力した定量指標−感覚指標変換ルールを保持し、被評価データ入力ステップが、 画像と設定パラメータ値から成る被評価データを入力し、ルール適用時定量指標算出ステップが前記画像から定量指標を算出し、定量指標−感覚指標変換ルール実行ステップが、前記定量指標−感覚指標変換ルール保持ステップにしたがって前記ルール適用時定量指標算出ステップが算出した前記定量指標を感覚指標に変換すること、および、前記設定パラメータ値最適化ステップのうち、目標感覚指標値設定ステップが、目標とする感覚指標の値である目標感覚指標値を設定し、設定パラメータ最適値算出ステップが、前記定量指標−感覚指標変換ルール適用ステップが算出した設定パラメータ値と感覚指標のうち、前記目標感覚指標値にもっとも近い値を与える設定パラメータ値を設定パラメータ最適値とし、最適化結果表示ステップが、設定パラメータ最適値を表示手段に出力することを特徴とする画像算出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の画質算出装置であって、前記ルール作成時定量指標算出部および前記ルール適用時定量指標算出部は、toneＮを任意の整数とし、toneN階調の超音波画像を静止画あるいは動画として入力し、超音波画像の階調の、空間方向2方向、時間方向1方向に距離dist x, dist y, dist t 離れたピクセルの階調の共起頻度行列Pを算出し、前記共起頻度行列Pの統計量を定量指標とすることを特徴とする画像算出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画質算出装置であって、前記ルール作成時定量指標算出部および前記ルール適用時定量指標算出部は、１個以上の、空間に関する定量指標と、 １個以上の、時間に関する定量指標を算出することを特徴とする画像算出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の画質算出装置であって、前記定量指標−感覚指標変換ルール学習部は、ニューラルネット型の学習ルールを実装し、ニューラルネットは入力層と、１以上の中間層と、出力層とを有し、定量指標−感覚指標変換ルールは、入力層と中間層を結ぶ経路の加算係数、中間層と出力層を結ぶ経路の加算係数、入力層の閾値、出力層の閾値で表されることを特徴とする画像算出装置。
【請求項６】
請求項４に記載の画質算出装置であって、前記ルール作成時定量指標算出部および前記ルール適用時定量指標算出部は、空間方向の１次モーメント、２次モーメント、コントラスト、自己相関、分散、平均、エントロピー、自己相関の最大値、時間方向の１次モーメント、２次モーメント、コントラスト、自己相関、分散、平均、エントロピー、自己相関の最大値、のうち１つ以上を算出することを特徴とする画像算出装置。
【請求項７】
請求項１、３、４、５または６のいずれかに記載の画質算出装置であって、前記ルール作成時定量指標算出部および前記ルール適用時定量指標算出部は、1以上の任意の整数で、前記教師データ、あるいは前記被評価データに含まれる画像の階調数N以下の階調に、前記教師データ、あるいは前記被評価データに含まれる画像の階調を変更して、前記定量指標を算出することを特徴とする画像算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波撮像装置の画質評価装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像装置は、技師の手技によって取得画像の画質が左右される、画像を見慣れた人でないと病変の見落としが避けられないなど、ＭＲＩやＣＴなど他の医用撮像装置とくらべてヒューマンファクタを０にできない装置だと言われている。超音波撮像装置メーカーの製品化の最終工程で、安定してよい画質が得られるように送波周波数、フィルタ係数、ガンマカーブなどの撮像パラメータを調整する際も、「ぎらつき」「つながりのよさ」など、感覚的な指標による画質評価を行う必要がある。「輝度分布」などの定量的な指標を機械処理する前例はあるが（特許文献１）感覚的な指標を自動計算する報告はない。また、画像の特徴を定量化する方法は報告されているが（非特許文献１）、超音波画像に適用し、さらに時間方向に拡張して動画の画質評価が可能な報告はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１７１６７
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｒ．Ｍ．Ｈｉｒｒａｒｉｃｋ  ｅｔ  ａｌ，Ｔｅｘｔｕｒａｌ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｉｍａｇｅ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ，  Ｍａｎ  ａｎｄ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ  Ｖｏｌ．ＳＭＣ−３，Ｎｏ．６，  Ｎｏｖ．１９７３，ｐｐ．６１０−６２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの画質は、画質評価に習熟した者でなければ評価できなかった。そのため画質評価のスピードは習熟者の人数が律速になっており、大量にある撮像パラメータの組み合わせをすべて評価し、真に最適な撮像パラメータの設定値を求めることは、現実的な時間では不可能であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
定量指標−感覚指標変換ルール作成部と、定量指標−感覚指標変換ルール適用部と、設定パラメータ値最適化部を有し、定量指標−感覚指標変換ルール作成部は、教師データ（画像、設定パラメータ値、感覚指標）入力部と、ルール作成時定量指標算出部と、定量指標−感覚指標変換ルール学習部と、定量指標−感覚指標変換ルール出力部とを有し、定量指標−感覚指標変換ルール適用部は、定量指標−感覚指標変換ルール保持部と、被評価データ（画像、設定パラメータ値）入力部と、ルール適用時定量指標算出部と、定量指標−感覚指標変換ルール実行部とを有し、設定パラメータ値最適化部は、目標感覚指標値設定部と、設定パラメータの最適値算出部と、最適化結果表示部とを有し、定量指標−感覚指標変換ルール作成部が１回以上、 画像と、設定パラメータ値と、感覚指標から成る教師データを入力し、定量指標−感覚指標変換ルールを作成した後は、画像と、設定パラメータ値から成る被評価データを入力して、感覚指標を算出可能にし、設定パラメータの最適値を算出する。
【発明の効果】
【０００７】
画質評価に習熟した者の画質評価知識を明文化した結果、画質評価に習熟した者を介することなく超音波画像の画質を評価できる。
【０００８】
さらに、大量にある撮像パラメータの組み合わせをすべて評価し、真に最適な撮像パラメータの設定値を現実的な時間で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の超音波画質評価装置の概念図
【図２】本発明の超音波画質評価方法のフローチャート
【図３】本発明の超音波画質評価装置における、教師データ入力部が入力する教師データの一例を示す図
【図４】本発明の超音波画質評価装置における、ルール作成時定量指標算出部およびルール適用時定量指標算出部が算出する定量指標の一例を示す図
【図５ａ】本発明の超音波画質評価装置における、ルール作成時定量指標算出部およびルール適用時定量指標算出部が定量指標を算出する手順の一例を説明する図
【図５ｂ】式１の説明図
【図６】本発明の超音波画質評価装置における、定量指標−感覚指標変換ルール学習部が学習する、定量指標−感覚指標変換ルールの一例を示す図
【図７】本発明の超音波画質評価装置における、最適化結果表示部が前記表示手段に表示する最適化結果の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１から図７を用いて、第１の実施例を説明する。図１は本発明の超音波画質評価装置の概念図である。１はキーボード、タッチパネルなどの入力手段、２はパーソナルコンピュータあるいは超音波撮像装置のＣＰＵなどの演算手段、３はパーソナルコンピュータあるいは超音波撮像装置のＲＡＭやハードディスクなどの記憶手段、４はパーソナルコンピュータあるいは超音波撮像装置のディスプレイなどの表示手段である。
【００１１】
１００は本発明の超音波画質評価装置にかかる定量指標−感覚指標変換ルール作成部、２００は本発明の超音波画質評価装置にかかる定量指標−感覚指標変換ルール適用部、３００は本発明の超音波画質評価装置にかかる設定パラメータ値最適化部で、１０１は教師データ入力部、１０２はルール作成時定量指標算出部、１０３は定量指標−感覚指標変換ルール学習部、１０４は定量指標−感覚指標変換ルール出力部、２０１は定量指標−感覚指標変換ルール保持部、２０２は被評価データ（画像、設定パラメータ値）入力部、２０３はルール適用時定量指標算出部、２０４は定量指標−感覚指標変換ルール実行部、３０１は目標感覚指標値設定部、３０２は設定パラメータの最適値算出部、３０３は最適化結果表示部である。
【００１２】
図２は本発明の超音波画質評価方法のフローチャートである。処理が開始されると、前記定量指標−感覚指標変換ルール作成部１００が定量指標−感覚指標変換ルールを作成し（Ｓ１００）、前記定量指標−感覚指標変換ルール適用部２００が、十分な範囲を十分密に設定した設定パラメータに対して前記定量指標−感覚指標変換ルールを適用し感覚指標を算出し（Ｓ２００）、前記設定パラメータ値最適化部３００が、定量指標−感覚指標変換ルール適用部２００の出力のうち目標とする感覚指標値にもっとも近い感覚指標値を与える設定パラメータ値を最適な設定パラメータ値として入力手段に表示する（Ｓ３００）。
【００１３】
より詳しくは、まず、前記教師データ入力部１０１が、図３を用いてその例を後述する教師データを入力し（Ｓ１０１）、前記ルール作成時定量指標算出部１０２が、図５を用いて例を後述する手順で、図４を用いて例を後述するような定量指標を１データごとに算出し（Ｓ１０２）、前記定量指標−感覚指標変換ルール学習部１０３が図６を用いて例を後述する形の定量指標−感覚指標変換ルールを機械学習あるいは手動設定、あるいはその両方によって学習し（Ｓ１０３）、前記定量指標−感覚指標変換ルール出力部１０４が、前記定量指標−感覚指標変換ルール保持部２０１に前記定量指標−感覚指標変換ルールを出力する（Ｓ１０４）。以上Ｓ１０１からＳ１０３の処理は、少なくとも１回実行されればよい。
【００１４】
続いて設定パラメータの最適化を行う必要が生じた時に、以下の処理を実行する。すなわち、前記定量指標−感覚指標変換ルール保持部２０１が前記定量指標−感覚指標変換ルール出力部１０４が出力した前記定量指標−感覚指標変換ルールを前記記憶手段３に保持し（Ｓ２０１）、前記被評価データ入力部２０２が、図３を用いてその例を後述する被評価データを入力し（Ｓ２０２）、前記ルール適用時定量指標算出部２０３が、前記ルール作成時定量指標算出部１０２と同様の定量指標を前記被評価データに対して算出し（Ｓ２０３）、前記定量指標−感覚指標変換ルール実行部２０４が、前記定量指標−感覚指標変換ルール保持部２０１に保持された前記定量指標−感覚指標変換ルールを用いて前記ルール適用時定量指標算出部２０３が算出した定量指標を感覚指標に変換して（Ｓ２０４）、十分な範囲および十分密な間隔で設定した設定パラメータ値に対する設定パラメータ値と感覚指標の対応を得る。最後に、前記目標感覚指標値設定部３０１が、前記入力手段１を人が操作する、あるいは前記記憶手段３に理想的な値を保持しておくなどにより、目標とする感覚指標の値を設定し（Ｓ３０１）、前記設定パラメータの最適値算出部３０２が、前記定量指標―感覚指標変換ルール適用部が作成した、十分な範囲および十分密な間隔で設定した設定パラメータ値に対する設定パラメータ値と感覚指標の対応のうち、目標とする感覚指標の値にもっとも近い値を与える設定パラメータ値を算出し（Ｓ３０２）、前記最適化結果表示部３０３が、その例を図７を用いて後述するように前記設定パラメータの最適値算出部が算出した設定パラメータ値を前記表示手段４に表示する（Ｓ３０３）。
【００１５】
図３は、本発明の超音波画質評価装置における、前記教師データ入力部１０１が入力する教師データの一例を示す図である。前記教師データは、超音波撮像装置の撮像した静止画像あるいは動画、および撮像時の設定パラメータ値、および感覚指標を１データとして、十分な範囲を設定した設定パラメータに対するデータ数のセットとする。
【００１６】
本例では、設定パラメータとして、ビデオ信号のフィルタ処理における空間方向およびフレーム方向のフィルタタップ数とガンマカーブを挙げたが、整相周波数や整相フィルタなどのフロントエンド処理の設定パラメータを含んでもよい。また本例では、感覚指標として距離分解能、コントラスト分解能、ぎらつき、つながりのよさ、時間的なめらかさを挙げたが、他の指標を含んでもよい。なお、前記被評価データ入力部２０２が入力する被評価データは、前記教師データに含まれる形の形式で、超音波撮像装置の撮像した静止画像あるいは動画、および撮像時の設定パラメータ値からなる。
【００１７】
図４は、本発明の超音波画質評価装置における、前記ルール作成時定量指標算出部１０２および前記ルール適用時定量指標算出部２０３が算出する定量指標の一例を示す図である。これらの定量指標は、空間的な指標と時間的な指標から成り、図３に例を示した静止画像あるいは動画に対して算出される。図４（ａ）は１枚の静止画あるいは１つながりの動画に対して１値の定量指標を算出した例、図４（ｂ）は１枚の静止画あるいは１つながりの動画を空間的に複数のＲＯＩに分割して、ＲＯＩごとに１値の定量指標を算出した例である。図４（ｂ）のように空間的、あるいは時間的、あるいはその両方について分割したＲＯＩを設定してＲＯＩごとに定量指標を算出すると、静止画像あるいは動画が空間的あるいは時間的に性質の異なる部位を含む場合の画質評価に活用できる。
【００１８】
図５は、本発明の超音波画質評価装置における、前記ルール作成時定量指標算出部１０２および前記ルール適用時定量指標算出部２０３が定量指標を算出する手順の一例を説明する図である。図５（ａ）は動画の概念図で、縦４ピクセル、横４ピクセル、２フレーム分の４階調のグレー画像をあらわしている。
【００１９】
前記ルール作成時定量指標算出部１０２および前記ルール適用時定量指標算出部２０３は、まず、たとえば（式１）であらわすルールにしたがって画像の階調の、空間方向2方向、時間方向1方向に距離dist x, dist y, dist t 離れたピクセルの階調の共起頻度行列Pを（式２）のように算出し、共起頻度行列Pから（式３）で定義された統計量を算出して定量指標とする。なお、統計量の定義（式３）は本例に挙げた定義に限定するものではない。
【００２０】
図６は、本発明の超音波画質評価装置における、前記定量指標−感覚指標変換ルール学習部１０３が機械学習あるいは手動設定、あるいはその両方によって学習する、定量指標−感覚指標変換ルールの一例を示す図である。本例では、Ｍ個の素子からなる中間層を１層持つニューラルネットの例を挙げた。入力は定量指標Ｆｉ（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）、出力は感覚指標ｆｊ（ｊ＝１、２、．．．、n）で、変換ルールは入力素子の閾値Θｉ（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）、出力素子の閾値θｊ（ｊ＝１、２、．．．、n）、入力素子と中間層の素子を結ぶ係数Ｃｉｍ（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ、ｍ＝１、２、．．．、Ｍ）、中間層の素子と出力素子を結ぶ係数ｃｊｍ（ｊ＝１、２、．．．、ｎ、ｍ＝１、２、．．．、Ｍ）、の形で表される。
【００２１】
これらの値はたとえばバックプロパゲーションなどの機械学習により決定する。なお、本例ではニューラルネットによりルールを表現し、バックプロパゲーションによりルールを学習する例を挙げたが、ルール表現および学習方法はこれに限定するものではない。
【００２２】
図７は、本発明の超音波画質評価装置における、前記最適化結果表示部３０３が前記表示手段４に表示する最適化結果の一例を示す図である。設定パラメータの最適値の他に、目標として設定したのく表感覚指標、および、最適化された画像など、補足情報を示してもよい。
【００２３】
以上の構成および方法によれば、画質評価に習熟した者の画質評価知識を前記定量指標−感覚指標変換ルールとして明文化することで、ヒューマンファクタによる律速がなくなり、いったん前記定量指標−感覚指標変換ルール作成部を実行して前記定量指標−感覚指標変換ルールを作成すれば、いつでもどこでも短時間で機械的に画質評価できるようになる。さらに、大量にある撮像パラメータの組み合わせをすべて評価し、真に最適な撮像パラメータの設定値を現実的な時間で求めることができる。
【００２４】
とくに、前記ルール作成時定量指標算出部および前記ルール適用時定量指標算出部が、前記教師データ、あるいは前記被評価データに含まれる画像の階調数がNの場合に、前記教師データ、あるいは前記被評価データに含まれる画像の階調をN以下の値に変更して、前記定量指標を算出することで、ROIを小さく設定でき、より細かい構造を反映した指標計算を行うことができる。
【００２５】
また、以上の構成および方法によれば、医師や技師などのユーザによる画質評価知識の違いを前記定量指標−感覚指標変換ルールとして明文化、比較可能になり、設定パラメータをユーザ別にカスタマイズ可能になる。
【００２６】
また、以上の構成および方法によれば、撮像部位や臨床目的により異なる最適画質を前記目標感覚指標設定部に設定することで、撮像部位や臨床目的別に最適な設定パラメータを求めることが可能になる。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・入力手段、２・・・演算手段、３・・・記憶手段、４・・・表示手段、１００・・・定量指標−感覚指標変換ルール作成部、２００・・・定量指標−感覚指標変換ルール適用部、３００・・・設定パラメータ値最適化部、１０１・・・教師データ入力部、１０２・・・ルール作成時定量指標算出部、１０３・・・定量指標−感覚指標変換ルール学習部、１０４・・・定量指標−感覚指標変換ルール出力部、２０１・・・定量指標−感覚指標変換ルール保持部、２０２・・・被評価データ入力部、２０３・・・ルール適用時定量指標算出部、２０４・・・定量指標−感覚指標変換ルール実行部、３０１・・・目標感覚指標値設定部、３０２・・・設定パラメータの最適値算出部、３０３・・・最適化結果表示部
【図１】
0005822756.tif 000002
【図２】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
0005822756.tif 000006
【図６】
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【図３】
0005822756.tif 000008
【図７】
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