(57)【要約】  【課題】  追跡点を適確に設定し、追跡点の動きを計測することにより、組織の動きに関する種々の情報を定量的に求め、表示する。  【解決手段】  生体の断層を撮像してなる動画像を表示する表示部２と、該表示部２に表示された前記動画像の一静止画像に対して動きを追跡したい生体組織の部位にマーク２３を設定する操作卓３と、マーク２３が設定された部位の生体組織の動きを動画像上で追跡し、動画像の動きに合せて表示部２に表示されるマーク２３を移動表示させる追跡画像を生成する追跡手段４と、心電波形を計測する心電計とを備え、心電波形と同期して、追跡画像、或いは追跡画像から得られる計測結果を表示させ、また、その計測結果を追跡画像上に数値表示させる。【選択図】      図１
2005087594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の断層を撮像してなる動画像を表示する表示部と、該表示部に表示された前記動画像の一静止画像に対して動きを追跡したい生体組織の部位にマークを設定する操作部と、前記マークが設定された部位の生体組織の動きを前記動画像上で追跡し、該動画像の動きに合せて前記表示部に表示される前記マークを移動表示させる追跡画像を生成する追跡手段と、心電波形を計測する心電計とを備え、前記心電波形と同期して、前記追跡画像、或いは前記追跡画像から得られる計測結果を表示させることを特徴とする画像診断装置。
【請求項２】
生体の断層を撮像してなる動画像を表示する表示部と、該表示部に表示された前記動画像の一静止画像に対して動きを追跡したい生体組織の部位にマークを設定する操作部と、前記マークが設定された部位の生体組織の動きを前記動画像上で追跡し、該動画像の動きに合せて前記表示部に表示される前記マークを移動表示させる追跡画像を生成する追跡手段とを備え、前記追跡画像から求められる計測結果を前記追跡画像上に数値表示させることを特徴とする画像診断装置。
【請求項３】
該追跡手段は、前記動画像及び前記追跡画像を前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１、或いは請求項２記載の画像診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断画像、磁気共鳴画像又はX線CT画像に適用される生体組織の動き追跡表示方法、その追跡表示方法を用いた画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置、磁気共鳴イメージング(MRI)装置、及びX線CT装置等の画像診断装置は、いずれも被検体の検査部位に係る断層像などをモニタに表示して診断に供するものである。例えば、心臓や血管等の循環器系及びその他の動きのある臓器の場合、それらを構成する生体組織(以下、組織と総称する)の動きを断層像により観察して、それら臓器等の機能を診断することが行なわれている。
【０００３】
そこで、パターンマッチングの演算で得られる移動ベクトルの情報を効果的に利用した3次元の時空間における関心部位の移動追跡(トラッキング)及びその表示法を併せて提供する超音波診断装置がある。この装置では、ある時相における画像(2次元の場合には、ある時相における任意断面の画像)を表示し、初期時相から終了時相までの時相期間内の全軌跡をその画像上で線を用いて表示し、或いは移動速度を表示して、位置、或いは速度を対応付けている(特許文献1)。
【特許文献１】特開2002-177273号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、追跡点を少なくとも2点以上設定し、相互の移動量、移動速度を定量的に計測するということは開示しておらず、後述するような診断情報を得ることができない。
血栓等によって心筋に血が通わなくなると、心筋の動きが低下するといわれている。したがって、心室を構成する心筋の動きや厚みの変化など、心臓の各組織の運動を定量的に計測できれば、治療法などを決定する際の有効な診断情報を提供できる。例えば、虚血の程度がわかれば、冠動脈再生術などの心臓の治療法選択及び治療部位を特定する指標として有効である。また、弁輪部の運動を定量的に計測できれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つとして研究がなされている。このような組織の運動を定量的に計測したい対象は、心臓に限らず、血管についても要望されている。つまり、頚動脈などの大血管壁の脈波を定量的に計測できれば、動脈硬化の診断に有効とされている。
【０００５】
本発明の目的は、追跡点を適確に設定し、追跡点の動きを計測することにより、組織の動きに関する種々の情報を定量的に求めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的を達成するために、生体の断層を撮像してなる動画像を表示する表示部と、該表示部に表示された前記動画像の一静止画像に対して動きを追跡したい生体組織の部位にマークを設定する操作部と、前記マークが設定された部位の生体組織の動きを前記動画像上で追跡し、該動画像の動きに合せて前記表示部に表示される前記マークを移動表示させる追跡画像を生成する追跡手段と、心電波形を計測する心電計とを備え、前記心電波形と同期して、前記追跡画像、或いは前記追跡画像から得られる計測結果を表示させた。
【０００７】
また、生体の断層を撮像してなる動画像を表示する表示部と、該表示部に表示された前記動画像の一静止画像に対して動きを追跡したい生体組織の部位にマークを設定する操作部と、前記マークが設定された部位の生体組織の動きを前記動画像上で追跡し、該動画像の動きに合せて前記表示部に表示される前記マークを移動表示させる追跡画像を生成する追跡手段とを備え、前記追跡画像から求められる計測結果を前記追跡画像上に数値表示させた。さらに該追跡手段は、前記動画像及び前記追跡画像を前記表示部に表示させた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、追跡点を適確に設定し、追跡点の動きを計測することにより、組織の動きに関する種々の情報を定量的に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の生体組織の動き追跡表示方法を適用してなる画像診断装置について、図1〜図4を用いて説明する。図1は本実施の形態の生体組織の動き追跡表示方法の手順を示し、図2は図1の生体組織の動き追跡表示方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。図2に示すように、画像診断装置は、被検体である生体の断層を撮影してなる動画像が格納される画像記憶部1と、動画像を表示可能な表示部2と、各種の指令を入力する操作卓3と、表示部2に表示される動画像の生体組織の動きを追跡する自動追跡部4と、自動追跡部4により生成される追跡画像を記憶する追跡画像記憶部5と、自動追跡部5の追跡結果に基づいて各種の計測情報を算出する運動算出部6と、これらを接続してなる信号伝送路7を含んで構成されている。
【００１０】
画像記憶部1には、破線で示した診断画像撮像装置8から被検体の断層像を撮影してなる動画像がオンライン又はオフラインで格納されるようになっている。診断画像撮像装置8としては、超音波診断装置、磁気共鳴イメージング(MRI)装置及びX線CT装置等の診断装置が適用可能である。
【００１１】
操作卓3は、表示部2に動画像の一フレーム画像(静止画像)を表示させる指令、表示部2に表示された静止画像上で動きを追跡したい生体組織の部位にマーク(目印)を重畳表示させる指令、表示部2に表示する画像の種類を選択する指令、等の各種指令を入力可能に形成されている。
【００１２】
自動追跡部4は、画像診断装置全体を制御する制御手段10と、表示部2に表示する画像を切り替え制御する表示制御手段11と、表示部2に表示された一フレーム画像のマークの位置に対応する追跡部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段12と、画像記憶部1から動画像の他のフレーム画像を読み出して、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段13と、一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差を求める移動量演算手段14と、その座標差に基づいて追跡部位の移動先座標を求める移動追跡手段15と、その移動先座標に基づいてマーク表示位置を変更した追跡画像を作成する追跡画像生成手段16とを備えて構成されている。この追跡画像生成手段16は、追跡部位(マーク)の移動先を動画像に合わせて順次記憶して動画像の追跡画像を生成し、追跡画像記憶部5に記憶させる機能を備えている。
【００１３】
また、運動算出部6は、自動追跡部4で求められた追跡部位の移動先座標に基づいて、追跡部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めるとともに、これらの計測情報の変化を線図で表示部2に表示させる機能を有して構成されている。
【００１４】
次に、本実施の形態の画像診断装置の詳細な機能構成について、図1に示した処理手順に従って動作とともに説明する。まず、生体組織の動き追跡動作は、操作卓3から組織の動き追跡モードを選択する指令が入力されることによって開始する(S1)。表示制御手段11は、画像記憶部1から動画像の最初のフレーム画像ft(t=0)を読み出して表示部2に表示させる(S2)。例えば、最初のフレーム画像f0として図3に示す心臓の心室21の断層像が表示されたものとする。図3において、操作者が動きを追跡したい生体組織の追跡部位として、心筋22の特定の部位を選択したい場合、操作者は操作卓3のマウスなどを操作してフレーム画像f0に重ねて追跡部位を設定するためのマークである追跡点23を表示させる。そして、その追跡点23を移動操作して所望の追跡部位に重畳表示させて追跡部位を入力設定する。なお、図3において、符号24は僧帽弁である。
【００１５】
追跡点23が入力設定されると、制御手段10はフレーム画像f0上の追跡点23の座標を取込み、切出し画像設定手段12に送る(S3)。切出し画像設定手段12は、図4(a)に示す様に、追跡点23の画像を中心として、縦横2(A+1)画素（但しAは自然数）のサイズの矩形領域を切出し画像25として設定する(S4)。ここで、切出し画像25のサイズは、追跡点23の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域に設定することが好ましい。
【００１６】
切出し画像追跡手段13は、画像記憶部1から動画像の次のフレーム画像f1を読み出し、切出し画像25と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する(S5)。この抽出処理は、いわゆるブロックマッチング法又は相関法と称される画像処理である。この抽出処理をフレーム画像f1の全領域について行なうと、処理時間がかかり過ぎる。そこで、抽出処理時間を短縮するため、本実施の形態では、フレーム画像f1よりも十分に小さい、図4(b)に示す検索領域26について行なうようにしている。つまり、検索領域26は、切出し画像25に対して上下左右に一定の振り幅の画素数Bを付加した矩形領域とする。この画素数Bは、追跡部位に係る組織の移動量よりも大きく、例えば3〜10画素に設定する。これは、心臓などの循環器系の動く範囲は、通常の視野において、狭い領域に限られるからである。このようにして、検索領域26内の同一サイズの局所画像27を順次ずらして切出し画像25との画像の一致度を求める。図5に、相関法による画像追跡処理の具体例を示す。同例は、説明を簡単にするために、切出し画像25のサイズを矩形の9画素領域とし、検索領域26についても矩形の25画素領域として説明する。つまり、同図(a)に示す切出し画像25は、追跡点23の画素を中心としてA=1画素に設定した例であり、同図(b)に示す検索領域26はB=1画素に設定した例である。これによれば、同図(b)に示す様に、9個の局所領域27について画像の一致度を求めることになる。画像の一致度を求める方法については、公知の種々の方法を適用できる。
【００１７】
次に、検索した複数の局所画像27の内で画像の一致度が最も高い局所画像27maxを抽出し、局所画像27maxを切出し画像25の移動先とし、局所画像27maxの座標を求める(S6)。これらの画像の座標は、中心画素の座標、あるいは矩形領域の何れかの角の座標で代表する。そして、局所画像27maxと切出し画像25の座標差を求め、これに基づいて追跡点２３の移動先座標を求めて追跡画像記憶部5に記憶する。通常、表示制御手段11は、追跡画像記憶部５から追跡画像を読み出して、表示部2のフレーム画像f1に重ねて表示する(S7)。なお、局所画像27maxと切出し画像25における追跡点23の相対位置は変化しないものとして扱っている。
【００１８】
運動算出部6は、S7で求められた追跡点23の移動先座標に基づいて、追跡点23の動き、つまり追跡部位の組織の動きに関する各種の計測情報を算出する(S8)。すなわち、移動前後の追跡部位の座標に基づいて、移動方向及び移動量を定量的に計測することができる。また、追跡部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めることができる。
このようにして求めた計測情報に基づいて、さらに運動算出部6は、追跡点23の移動に関する各種の計測情報、及びその変化をグラフで表示部に表示させる(S9)。これにより、観者は、追跡部位の動きを容易に観察することができる。
【００１９】
次に、ステップS10に進み、動画像の全てのフレーム画像について追跡点23の追跡が終了したか否か判断し、未処理のフレーム画像があれば、ステップS5に戻ってS5〜S10の処理を繰り返す。全てのフレーム画像について追跡点23の追跡が終了した場合は、追跡処理動作を終了する。このとき、追跡点23の移動履歴を示す追跡画像が追跡画像記憶部5に記憶されている。
【００２０】
ここで、生体組織の追跡部位を計測する具体例について図6を用いて説明する。図6は、心筋22の心壁を挟んで2つの追跡点23を設定し、2つの追跡点23間の距離すなわち壁厚を計測するとともに、その壁厚の変化を計測し、それらをグラフにして表示部2に表示した例である。これにより、心筋の壁厚及び壁厚の変化を定量的に把握することができる。
【００２１】
ここでは、2つの追跡点23で組織を挟み込むように指定する際、動画像で心筋の動きを確認して、設定することが望まれる。なぜならば、2つの追跡点23が、例えば、互いに共通する伸縮方向から外れた所で設定されたとしたら、方向ベクトルが異なり、観察したい心筋の壁厚及び壁厚の変化を定量的に計測することができないからである。そこで、画像記憶部1から動画像のフレーム画像を読み出して表示部2に表示させる表示制御手段11は、動画像と静止画像の表示形態を制御する。表示制御手段11は、操作卓3から入力される指令に応じて、画像記憶部1に記憶された動画像データを読み出して図7に示すような動画像と静止画像とを表示部2に表示する制御を行なうようになっている。フレーム画像を読み出して追跡点23を入力している際に、動画像を読み出し表示させるよう、操作卓3から追跡点23を指定するための静止画像とともに動画像を表示する表示モードに切替える指令を入力する。これにより、表示制御手段11が動作して、心筋22の動画像を表示して、表示部2に追跡点23を指定するための静止画像と追跡個所である心筋を判定容易にするための動画像とを同時に表示させる。その結果、心筋の位置を容易に判別でき、心筋位置に的確に追跡点23を指定することができる。なお、心臓の実時間の運動は速すぎて、その動画像を認識し難いため、動画像を観察しながら静止画像上で追跡点23を設定することが困難となる場合がある。そこで、この動画像のフレーム速度は、追跡点23を設定しやすいように操作卓3から表示制御手段11に指令を与え、任意に設定することができ、必要に応じて、スローモーション再生、コマ送り再生など表示することができる。また、表示制御手段11では、動画像と静止画像を輝度の比率を調整し、動画像上に静止画像を重ね合わせることもできる。これにより、操作者は、視点を動かさないで動画像と静止画像を認識し、追跡点23を設定することができる。
【００２２】
このように、経胸骨走査による心臓超音波動画像を取得する際、肺や肋骨によって超音波ビームがさえぎられたり、プローブの音響窓を十分に胸壁に密着できなかったりするために心筋が十分に描出できない場合や、脂肪層などにより超音波ビームが著しく減弱し心筋と他の組織との明暗差を十分に描出困難な場合、静止画だけでは心筋位置が不明瞭となり、追跡点23を置く場所の判別が困難となる。この場合には、表示モードを変えて、追跡点23を指定するための静止画に加えて、心臓動画像を同時に表示することで、心筋とそれ以外の組織とをより明確に判別でき、追跡点23を置く位置をわかりやすくすることができる。
【００２３】
ここで、図7において、心筋22に沿って複数の追跡点23を指定したとき、追跡点23と壁厚グラフとの対応がわかりにくくなる。その場合は、図8(a)に示されるような操作卓3から追跡点23と壁厚グラフとに同じラベルを表示する表示モードに切替える指令を入力する。
【００２４】
表示制御手段11を用いて、対応する追跡点23の各計測箇所と壁厚グラフの各グラフ線とに同一のラベルを付加し、表示部2にこれら付加したラベルとともに表示させる。その結果、各追跡個所と壁厚の各グラフ線との関係を明確にし、どの個所で計った壁厚が、どのグラフ線であるのかを容易に判別でき、心臓の術後等において血の巡りが悪いこと等が原因で生ずる心臓の偏った動きを的確に診断できる。
【００２５】
図8(b)は心筋の壁厚及び壁厚の変化と、心電波形との相互関係を示したものである。被検体には心電プローブが取り付けられ、この心電プローブよって得られる被検体からの心電波形は心電波変換部によって心拍に同期した時系列パルスに変換して記録する生体信号記憶部を備えている(図示しない)。その生体信号記憶部は、画像記憶部1、及び追跡画像記憶部３の記憶と同時に心電信号を記憶しており、画像記憶部1、及び追跡画像記憶部3にそれぞれ記憶される画像は心電信号との同期信号を得て記憶される。そして、心電信号から横軸を時間にとった心電波形図を形成するようになっている。この場合における時間は画像記憶部3、及び追跡画像記憶部3におけるフレームの切り替わり時間に対応させるようになっており、表示部2に表示できるようになっている。操作卓3の表示操作によって、画像記憶部1、及び追跡画像記憶部3から断層像を動画再生するとともに、心電波形および心筋の壁厚及び壁厚の変化をも同時に表示している。
【００２６】
そして、画像記憶部1、及び追跡画像記憶部3と生体信号記憶部の記憶情報から、心筋の壁厚及び壁厚の変化と、心電波形との関係をグラフ34及びグラフ35に示す。グラフ34は、心筋の壁厚及び壁厚の変化をグラフ化したものである。グラフ35は、心電波形をグラフ化したものであり、波形32はＲ波を示し、波形33はT波を示している。
【００２７】
そこで、心電波形に追従するバー30，31を生体信号記憶部に記憶させる。生体信号記憶部は、画像記憶部1、及び追跡画像記憶部3の記憶と同時に心電信号を記憶しているため、R波の始点にバー30を設けることにより、グラフ34から追跡点23の運動移動開始時に相当することがわかる。また、同様にして、T波の終点にバー31を設けることにより、グラフ34から追跡点23の移動集束時に相当することがわかる。したがって、心電波計を見なくても、心筋の壁厚及び壁厚の変化のグラフ34を心拍1週期中のどの時相を計測していることがわかる。つまり、心筋の壁厚及び壁厚の変化と、心電波形との相互関係を示すことによって、どの時相で心筋を計測しているのかを認識することができる。なお、このバー30，31を心電波計と共に横軸にスクロールさせ、例えばR波の箇所で赤、T波の箇所で青といったカラー表示させてもよい。
【００２８】
図6、或いは図8のようなグラフの値を読み取ったりすることで、計測結果を数値化し、画面上に表示したものを図8(c)に示す。具体的には、運動算出部6が追跡点23の2点間の情報から数値化し、距離、歪、歪率を画面上に表示する。操作卓3の指令に基づいて、距離、歪、歪率の表示を選択し、選択された表示形式で数値が表示される。なお、この距離、歪、歪率は、心拍1周期中の最大のものを表示するように設定してもよい。
【００２９】
ここで距離とは、追跡点23の3点間の距離である。この距離は、2つの追跡点23それぞれの位置座標から求めることができる。そして、歪(ε)は、上記追跡点23の2点間の距離の計測結果を用いて、式(1)で求められる。
ε＝ｄｘ/ｘ    ｄｘ：変化した長さ  ｘ：元の長さ      (1)
また、歪率(S)は、歪(ε)の計測結果を用いて、式(2)で求められる。
Ｓ＝ｄε/ｄｔ                                        (2)
【００３０】
数値を表示させている動画像は、操作卓3の指令により、必要に応じて、スローモーション再生、コマ送り再生などのループ再生や行ったりすることができる。また、距離、歪、歪率の数値の最大である点、特徴点を検出して、その点で動画像をストップさせ、数値を表示させた動画像の1フレームの静止画像で表示することもできる。よって、グラフの傾き、振幅から計算しなくとも、距離、歪、歪率の数値から診断情報を常時得ることができる。これらの動画像は、操作卓3からの指令に基づいて追跡画像生成手段16により作成されて追跡画像記憶部5に格納される。なお、この数値計測結果を表示する際、心拍1周期中のどの時相であるかを確認するために心電情報を表示してもよい。
【００３１】
以上説明したように、計測したい壁厚部位に追跡点23を指定し、壁厚変化をグラフとして表示し、計測個所と壁厚の各グラフ線とにラベルを付与することにより、心臓の動きに紛らされることなく、部位によって異なる心筋の壁厚の変化の違いを計測個所と壁厚グラフとを容易に対応付けて観察できる。また、心臓の各部の動きを定量的に計測することができることから、例えば心筋運動の追跡あるいは心筋壁厚の変化を定量的に計測することにより、虚血性心疾患において例えば虚血部位を特定することができる。また、心筋の壁厚及び壁厚の変化と、心電波形との相互関係を示すことによって、どの時相で心筋を計測しているのかを認識することができる。心筋運動を定量化できるから、虚血の程度がわかり、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位を特定する際の指標にできる。また、弁輪部の動きを定量的に追跡すれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つ可能性がある。
【００３２】
また、本発明は、心臓の各部位の動きを計測することに限らず、生体組織の動きを観察したい部位であれば、どのような部位の生体組織にも適用できることは明らかである。例えば、頚動脈などの大血管壁の脈波計測に適用できる。この場合、血管壁の長手方向に複数の追跡部位を設定し、それらの追跡部位の移動量を定量的に計測して比較することにより、動脈硬化の程度がわかる。
【００３３】
また、上述の実施の形態において、心筋の動きを木目細かく観察するために、追跡部位のマークである追跡点23を操作卓3から入力設定する数が多くなり、設定作業が煩雑である。そこで、心筋壁に沿って追跡点23を設定する場合、操作者の判断で組織形状が緩やかに変化するような部位については適宜間隔を空けて、組織形状が大きく変化するような部位については間隔を狭めて設定するようにしてもよい。この場合、制御手段10により追跡点23を密な間隔に自動的に補完設定するようにすることが好ましい。
【００３４】
また、上述の実施の形態では、オフラインで行なう例について説明したが、画像追跡処理に係る速度を向上すれば、オンラインあるいはリアルタイムの動画像にも適用できる。また、2次元の断層像を例に説明したが、3次元断層像にも適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の生体組織の動き追跡表示方法の一実施の形態の処理手順を示す図である。
【図２】図1の生体組織の動き追跡表示方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の生体組織の動き追跡を、心臓の断層像に適用して説明するための図である。
【図４】本発明に係る画像追跡処理法の一実施の形態を説明する図であり、(a)は切出し画像の一例を、(b)は検索領域の一例を示す図である。
【図５】相関法による画像追跡処理を、具体例を用いて説明する図である。
【図６】心壁を挟んで設定された2つのマークの距離と、その距離の変化を計測してグラフにして表示した例である。
【図７】心臓の内外壁に設定した追跡点を心臓の動画像に重ねて表示する例を示す図である。
【図８】心電と同期させグラフを表示する、及びラベル、計測結果を表示する例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  画像記憶部
２  表示部
３  操作卓
４  自動追跡部
５  追跡画像記憶部
６  運動算出部
７  信号伝送路
８  診断画像撮像装置
１０  制御手段
１１  表示制御手段
１２  切出し画像設定手段
１３  切出し画像追跡手段
１４  移動量演算手段
１５  移動追跡手段
１６  追跡画像生成手段
２３  追跡点
３２  R波
３３  T波
【図１】
2005087594.tif 000003
【図２】
2005087594.tif 000004
【図３】
2005087594.tif 000005
【図４】
2005087594.tif 000006
【図５】
2005087594.tif 000007
【図６】
2005087594.tif 000008
【図７】
2005087594.tif 000009
【図８】
2005087594.tif 000010