(57)【要約】【課題】患部が動いても誤判定が少なく、超音波造影剤が流れる血管の領域を抽出し得る、超音波画像処理プログラム及び装置を提供する。【解決手段】超音波画像処理プログラムがコンピュータにより実行されることにより、コンピュータが超音波画像処理装置１として機能する。超音波画像処理装置１は、血管に超音波造影剤を注入し超音波によって造影することで得られた時間毎の画像フレームを格納しておく記憶部４と、記憶部４に格納されている時間毎の画像フレームから患部の動きを推定する推定部１１と、推定部１１で患部の動きを推定した画像フレームを除いて造影剤を検出する造影剤検出部１２と、造影剤検出部１２で造影剤を検出した画素に基づいて血管領域を抽出する血管領域抽出部１３と推定部１１、造影剤検出部１２及び血管領域抽出部１３の各制御を行う制御部１４と、を備える。【選択図】図２
2016063976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管に超音波造影剤を注入し超音波によって造影することで得られる時間毎の画像フレームを処理し、超音波造影剤が流れる血管の領域を抽出する超音波画像処理プログラムであって、
前記時間毎の画像フレームから患部の動きを推定し、患部の動きが生じていないと判断したフレームを選択するフレーム選択工程と、
前記フレーム選択工程において選択した画像フレームから造影剤を検出する造影剤検出工程と、
前記造影剤検出工程において造影剤を検出した画像フレームから造影剤が流れる血管の領域を抽出する血管領域抽出工程と、
を含む、超音波画像処理プログラム。
【請求項２】
前記フレーム選択工程では、任意の一つの画像フレームとその周辺の画像フレームを用いて、前記患部の動きとして硬組織の動きを推定する、請求項１に記載の超音波画像処理プログラム。
【請求項３】
前記フレーム選択工程では、任意の一つの画像フレームとその周辺の画像フレームをそれぞれ平滑化して二値化処理し、平滑化及び二値化した画像フレームの画像同士の排他的論理和を求めて画像フレーム間での硬組織の位置ずれを求めることで、患部の動きを推定する、請求項１に記載の超音波画像処理プログラム。
【請求項４】
血管に超音波造影剤を注入し超音波によって造影することで得られた時間毎の画像フレームを格納しておく記憶部と、
前記記憶部に格納されている時間毎の画像フレームから患部の動きを推定する推定部と、
前記推定部で患部の動きを推定した画像フレームを除いて造影剤を検出する造影剤検出部と、
前記造影剤検出部で造影剤を検出した画素に基づいて血管領域を抽出する血管領域抽出部と、
前記推定部、前記造影剤検出部及び前記血管領域抽出部の各制御を行う制御部と、
を備える、超音波画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管に超音波造影剤を注入し超音波によって造影することで得られる画像データを処理して、超音波造影剤が流れる血管領域を特定する超音波画像データ処理プログラム及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、がんの診断においては、ＣＴ(Computed Tomography:コンピュータ断層撮影)やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging: 核磁気共鳴画像法）、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography:陽電子放出断層撮影）などによる画像データを用いて腫瘍の大きさ、発生位置、転移などが調べられている。ＣＴによる画像診断では、短時間で広い範囲にわたって検査することができるため広く用いられている。しかし、放射線被ばくによる人体内への影響が懸念されるため、繰り返し撮影することが難しく、また、直径１０ｍｍ以下のがんは正常な組織との差があまりないため、ＣＴを使っても発見が難しい。ＭＲＩやＰＥＴは、体内の組織を検査することができるが、装置が大型になってしまい、気軽に、かつ、簡単に検査で使うことができないし、そもそも解像度が低いために微小ながんを発見することが困難である。
【０００３】
一方、人体への影響が少なく、リアルタイムで腫瘍が観察できることから、超音波によるがんの診断について研究が盛んになっている。超音波に対して反射を示すマイクロバブルを主成分とする造影剤を血管に注入し、血管を強調して画像化することで、がんの診断がなされる。マイクロバブルは、直径数ミクロン程度の大きさであり、血流速に依存しないため、超音波ドップラー法で観察し難いがんの内部にある毛細血管も画像化することができる。また、マイクロバブルは、ＣＴで用いられるヨード系造影剤よりも身体へ与える影響が少ない。
【０００４】
そのなかでも、造影剤としてソナゾイドを用いた超音波造影法は、主に肝臓の腫瘍の評価・診断に使用されてきた。これは、正常肝組織に存在するクッパー細胞がソナゾイドを取り込むのに対し、肝腫瘍は取り込まないため、late phaseで腫瘍部分が欠損像となることを利用して診断しようとするものであった。最近では乳房腫瘤性病変の評価・診断にも適用拡大されている。
【０００５】
超音波造影剤の検出手法としては、画像の差分を用いる手法が提案されている。この手法では、造影剤が流れているフレームと消滅後のフレームの間の差を調べることにより、造影剤の検出を行っている（非特許文献１，非特許文献２）。非特許文献１及び２では、造影剤が流れているフレームと流れていないフレームが必要であるため、データの取得に時間を要した。また、単純な差分で造影剤を検出するため、対象の動きにより誤検出が生じたり、造影剤の輝度値と周りの組織の輝度値が近いため未検出となるおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、時空間方向の輝度値の差分を調べることにより、血管を流れる超音波造影剤を検出する手法を提案してきた（非特許文献３）。この手法の基本的な考え方は次の通りである。造影剤は血管中を絶えず移動するため、造影剤の移動が点滅しているように観察される。そのため、或る画素に注目して輝度値の時間変化を調べ、輝度変化の分散が大きい画素を血管として検出することができる。具体的には、注目画素を中心として或る大きさの画素の平均を注目画素の新しい画素値とし、現在のフレームと時間的に近傍のフレームとの差分を求め、画素の分散の大きさによって造影剤を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１０６９９０号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１０５０７号公報
【特許文献３】特開２００７−５１７５７４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】J.K.Willmann,et al. ，“Targeted contrast‐enhanced ultrasound imaging of tumor angiogenesis with contrast microbubbles conjugated to integrin-binding knottin peptides”, J. Nucl. Med., vol.51, no.3, pp.433-440, March,210
【非特許文献２】A.Lyshchik，et al. , “Molecular imaging of vascular endothelial growth factor receptor 2 expression using targeted contrast-enhanced high-frequency ultrasonography”, J. Ultrasound Med., vol.26, no.11, pp.1575-1586, Nov.2007
【非特許文献３】伊藤康一ほか、“超音波画像診断のための高精度造影剤検出手法の検討”、信学技報、vol.113, no.146, pp.61-65,July,2013
【非特許文献４】N. Otsu,”A threshold selection method from gray-level histograms”, IEEE, Trans. Systems, Man. and Cybernetics, vol.9, no.1, pp.62-66,1979
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献３に開示した本発明者らの手法によれば、非特許文献１及び２のように単純な輝度差分ではなく時空間的な差分（画素分散の差分）の変動を調べることにより、高精度に造影剤を検出することができ、またマウスを用いた実験により超音波画像からでもＣＴに匹敵する精度で造影剤を検出することを示した。しかしながら、非特許文献３での実験は、撮影時間にゲーティングをかけて、拍動に伴うブレが生じているフレームを除去することで、変動の少ない超音波画像を取得して行っている。そのため、フレーム間で変化が大きいと誤検出が大量に生じる可能性がある。また、非特許文献３の手法では、注目フレームにおける輝度値の高さ自体は考慮されておらず、画素分散の差分で造影剤を検出しているので、対象の動きが大きい場合や、注目フレームに造影剤が存在しないにもかかわらず、前後フレームに造影剤が存在する場合は、それらによって得られる大きな画素分散の差分を造影剤として誤検出する課題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決し、患部が動いても誤判定が少なく、超音波造影剤が流れる血管の領域を特定する、超音波画像処理プログラム及び装置を提供することを目的とする。
【００１１】
更に具体的に述べると、本発明者らはソナゾイド等を造影剤とした超音波造影法の頭頸部がん等の所属リンパ節への転移評価・診断への適用可能性を検討してきた。その結果、頸部リンパ節等に転移腫瘍がある場合、腫瘍による毛細血管増生に伴い、マイクロバブルの輝点が増加すること、また、この傾向は腫瘍の体積とほぼ比例しており、転移の無いリンパ節ではほとんど造影効果が無いことを見出してきた。すなわち、ソナゾイド等を造影剤とした超音波造影法により、頭頸部がん等の所属リンパ節への転移評価・診断の可能性を見出した。
【００１２】
そこで、本発明は、患部が動いても誤判定が少なく、超音波造影剤が流れる血管の領域を特定する超音波画像処理プログラム及び装置を提供するとともに、当該プログラム等を頭頸部がん等の所属リンパ節への転移評価・診断に用いることにより、所属リンパ節への微細な癌血管を正確に検出でき、その結果、正確な所属リンパ節への転移評価・診断を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じる。
［１］血管に超音波造影剤を注入し超音波によって造影することで得られる時間毎の画像フレームを処理し、超音波造影剤が流れる血管の領域を抽出する超音波画像処理プログラムであって、
前記時間毎の画像フレームから患部の動きを推定し、患部の動きが生じていないと判断したフレームを選択するフレーム選択工程と、
前記フレーム選択工程において選択した画像フレームから造影剤を検出する造影剤検出工程と、
前記造影剤検出工程において造影剤を検出した画像フレームから造影剤が流れる血管の領域を抽出する血管領域抽出工程と、
を含む、超音波画像処理プログラム。
［２］前記フレーム選択工程では、任意の一つの画像フレームとその周辺の画像フレームを用いて、前記患部の動きとして硬組織の動きを推定する、前記［１］に記載の超音波画像処理プログラム。
［３］前記フレーム選択工程では、任意の一つの画像フレームとその周辺の画像フレームをそれぞれ平滑化して二値化処理し、平滑化及び二値化した画像フレームの画像同士の排他的論理和を求めて画像フレーム間での硬組織の位置ずれを求めることで、患部の動きを推定する、前記［１］に記載の超音波画像処理プログラム。
［４］血管に超音波造影剤を注入し超音波によって造影することで得られた時間毎の画像フレームを格納しておく記憶部と、
前記記憶部に格納されている時間毎の画像フレームから患部の動きを推定する推定部と、
前記推定部で患部の動きを推定した画像フレームを除いて造影剤を検出する造影剤検出部と、
前記造影剤検出部で造影剤を検出した画素に基づいて血管領域を抽出する血管領域抽出部と、
前記推定部、前記造影剤検出部及び前記血管領域抽出部の各制御を行う制御部と、
を備える、超音波画像処理装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画像データの各フレームが患部の動きを含んでいるか否かを、そのフレームとその周辺のフレームとを用いて患部の動きが生じるかを調べ、患部の動きがないことを確認して、造影剤の検出と血管の領域を特定する。よって、超音波造影剤が流れる血管の領域を特定する際、患部が動いても誤検出が少ない。また、当該プログラム等を頭頸部がん等の所属リンパ節への転移評価・診断に用いることにより、所属リンパ節への微細な癌血管を正確に検出でき、正確な所属リンパ節への転移評価・診断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波画像処理プログラムで処理される入力画像データを模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る超音波画像処理装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る超音波画像処理プログラムの流れ図である。
【図４】図１に示す推定部での処理フローを示す図である。
【図５】図１に示す造影剤検出部での処理フローを示す図である。
【図６】実施例の結果を示し、マウスの尻尾を撮影した超音波画像シーケンスから時間軸方向の動き量の変動を求めた結果を示す図である。
【図７】実施例の結果を示し、造影剤が流れた画素と造影剤が流れていない画素での時間方向の画素の分散ｖｔ（ｎ１，ｎ２）を示す図である。
【図８】実施例として血管抽出の例を示し、（ａ）は同位置を撮影した病理解剖での血管抽出の例、（ｂ）はＣＴ画像での血管抽出の例、（ｃ）は超音波画像の血管抽出の例を示す。
【図９】造影剤の検出結果を示し、（ａ）はＣＴの場合、（ｂ）はWillmannらの手法の場合、（ｃ）はLyshchikらの手法の場合、（ｄ）は本実施形態のうち動きの推定がなしの場合、（ｅ）は本実施形態のうち動きの推定がありの場合を示している。
【図１０】ＣＴを用いて求めた真値に対する各手法の血管面積比を示す図である。
【図１１】フレーム番号に対する、動き量ｍｔと画素変動の分散ｖｔ（ｎ１，ｎ２）の総和の時間変化Sum of vt(n1，n2）を示す図であり、（ａ）が動き量ｍｔを示し、（ｂ）が画素変動の分散の総和の時間変化を示す。
【図１２】実施例に関し、ヒト頸部リンパ節データから本実施形態での造影剤を検出した結果を示す図であり、（ａ）は原画像、（ｂ）は動き推定なしの場合、（ｃ）は動き推定ありの場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態の超音波画像処理プログラムは、超音波で得られた時間毎の画像フレームを処理して超音波で検出される造影剤が流れる領域を抽出するために供される。そのため、被検体の血管に超音波造影剤を注射して血管に超音波造影剤を流し、血管中を流れる超音波造影剤を超音波によって検出する。超音波を被検体の患部に照射することによって得られる画像を処理する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る超音波画像処理プログラムで処理される入力画像データを模式的に示す図である。図１に示すように、時間ｔの画像フレームがIｔ（ｎ１，ｎ２）で示され、ｔ＝０からｔ＝Ｔ−１までＴ枚の画像フレームで入力画像シーケンスが構成される。ここで、ｔ＜Ｔである。Ｉｔ（ｎ１，ｎ２）のｎ１，ｎ２はそれぞれ縦方向と横方向の座標を示している。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に係る超音波画像処理装置のブロック構成図である。本発明の実施形態に係る超音波画像処理装置１は、コンピュータに超音波画像処理プログラムを格納して実行することにより実現される。具体的には、超音波画像処理装置１は、キーボードなどの入力部２と、ディスプレイなどの出力部３と、超音波画像処理プログラムを格納した記憶部４と、記憶部４に格納されているプログラムを読み出して実行する演算処理部５と、を備え、演算処理部５によって記憶部４に記憶されている超音波画像処理プログラムを読み出して実行することにより、超音波画像処理装置１の各部の機能が発揮される。
【００１９】
本発明の実施形態に係る超音波画像処理装置１において、演算処理部５が、推定部１１と造影剤検出部１２と血管領域抽出部１３と制御部１４として機能する。超音波画像処理装置１は超音波発振機と超音波受信機などを備えた超音波診断装置により接続され、超音波診断装置から出力された超音波画像のデータが記憶部４に記憶され、画像処理される。
【００２０】
超音波画像処理装置１の詳細について説明する。記憶部４は、血管に超音波造影剤を注入し超音波によって造影することで得られた時間毎の画像フレームを格納する。推定部１１は、記憶部４に格納されている時間毎の画像フレームから患部の動きを推定する。造影剤検出部１２は、推定部１１で患部の動きを推定した画像フレームを除いて造影剤を検出する。血管領域抽出部１３は、造影剤検出部１２で造影剤を検出した画素に基づいて血管領域を抽出する。制御部１４は、推定部１１、造影剤検出部１２及び血管領域抽出部１３の間での画像のデータの出し入れなどの制御を行うと共に、入力部２、出力部３及び記憶部４との画像のデータやプログラムの読み出し等の制御を行う。
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る超音波画像処理プログラムについて詳細に説明しながら、超音波画像処理装置１の動作についても併せて説明する。本発明の実施形態に係る超音波画像処理プログラムは次のような三つに分けられている。
【００２２】
一つ目の処理は推定部１１によりなされる処理であり、この処理では、時間ｔでのフレームＩｔ（ｎ１，ｎ２）に対し、患部の動きを推定する。その際、硬組織の動きの有無を評価する。なお、一般に、リンパ節などは非常に柔らかい組織で、撮影しながら変形する。一方、周りにある筋組織などは比較的変形が少ない組織になる。この比較的変形が少ない組織を「硬組織」と表現している。患部の動きの具体的な推定には、時間ｔのフレーム、即ち注目フレームＩｔ（ｎ１，ｎ２）とその周辺のフレームＩｔ＋ｕ（ｎ１，ｎ２）を用いる。ただし、ｕは−Δｕ≦ｕ≦＋Δｕを満たし、Δｕ≠０とする。その周辺のフレームとは周囲のフレームであり、前後フレームを含み、「近傍フレーム」とも呼ぶ。そして、複数のフレーム間で硬組織の動きを推定する。もし、注目フレームに対して周辺フレームが大きく動いていた場合には、その注目フレームでは、造影剤の検出はしないようにする。これにより、誤検出を可及的に防止することができる。この一連の処理は推定部１１によりなされる。
【００２３】
二つ目の処理は造影剤検出部１２によりなされる処理であり、この処理では、時空間領域での画素値の変動を解析することにより、注目フレーム中の造影剤を検出する。
三つ目の処理は血管領域抽出部１３によりなされる処理であり、この処理では、造影剤を検出したフレームから、血管領域を抽出する。以下、具体的に説明する。
【００２４】
図３は、本発明の実施形態に係る超音波画像処理プログラムの流れ図である。
時間ｔを０とする（ＳＴＥＰ１）。時間ｔでのフレームＩｔ（ｎ１，ｎ２）に対し、患部の動きを推定する。時間ｔのフレーム、即ち注目フレームＩｔ（ｎ１，ｎ２）とその周辺のフレームＩｔ＋ｕ（ｎ１，ｎ２）を用いる。ただし、ｕは−Δｕ≦ｕ≦＋Δｕを満たし、Δｕ≠０とする。複数のフレーム間で硬組織の動きを推定する。
【００２５】
図４は、図１に示す推定部での処理フローを示す図である。先ず、超音波画像に含まれるノイズを除去する。例えば、式（１）を用いて超音波画像を平滑化する。
【数１】
2016063976.tif 000003
【００２６】
2016063976.tif 000004
【００２７】
そして、Ｂｔ（ｎ１，ｎ２）とＢｔ＋ｕ（ｎ１，ｎ２）との排他的論理和を求め、二値化画像からフレーム間における硬組織の位置ずれを簡便に求めることができる。本発明の実施形態では、硬組織の動き量ｍｔとして、式（２）を用いて、排他的論理和の平均値として求める（ＳＴＥＰ２）。
【数２】
2016063976.tif 000005
【００２８】
硬組織の動き量ｍｔが閾値ｔｈ１を超えると（ＳＴＥＰ３でＹｅｓ）、注目フレームにより造影剤の検出を行わない。
【００２９】
2016063976.tif 000006
【数３】
2016063976.tif 000007
ここで、ｖａｒｕは、ｕに関する分散である。造影剤候補領域の中で、分散ｖｔ（ｎ１，ｎ２）が大きく変動している画素を造影剤が流れた画素として検出する。即ち、造影剤候補領域Ｂｔ（ｎ１，ｎ２）と画素の分散ｖｔ（ｎ１，ｎ２）との積を式（４）により求める。
ｖｔ（ｎ１，ｎ２）←ｖｔ（ｎ１，ｎ２）・Ｂｔ（ｎ１，ｎ２）      式（４）
式（４）で更新されたｖｔ（ｎ１，ｎ２）の中で、閾値ｔｈ２以上となる画素を造影剤として検出する。閾値ｔｈ２は、検出を開始する前に、予め求めておいたｖｔ（ｎ１，ｎ２）から決定する。
【００３０】
ＳＴＥＰ２、ＳＴＥＰ３でＮｏとなった注目フレームについてはＳＴＥＰ４にて造影剤の検出を行い、ｔ＜Ｔを満たす（ＳＴＥＰ５でＹｅｓ）まで、ｔをカウントアップ（ＳＴＥＰ６）する。これは制御部１４においてなされる。その後、ＳＴＥＰ７として、図２に示す血管領域抽出部１３にて血管領域の抽出を行う。造影剤の検出を行う全てのフレームから求めた分散ｖｔ（ｎ１，ｎ２）を用い、血管領域を抽出する。造影剤が検出されたフレームから分散ｖｔ（ｎ１，ｎ２）の平均値を式（５）で求める。
【数４】
2016063976.tif 000008
ここで、Ｍは、造影剤が検出されたフレームの数である。分散の平均値のうち、閾値ｔｈ３よりも大きい画素を血管領域とする。
【００３１】
本発明の実施形態では、拍動や呼吸などにより患部が動くことを推定し、患部の動きが生じた画像フレームを除外して造影剤の検出を行う。よって、患部が動くことで造影剤由来の輝度変化が目立たなくなることに起因する、造影剤の誤検出を可及的に防止することができる。本発明の実施形態では排他的論理和という簡便な演算を用いて患部の動きを推定するため、処理時間の大幅な増加を避けて、造影剤の検出精度を高めることができる。
【実施例】
【００３２】
図６は、実施例の結果を示し、マウスの尻尾を撮影した超音波画像シーケンスから時間軸方向の動き量の変動を求めた結果を示す図である。横軸はフレーム数であり、縦軸は、動き量ｍｔである。求めた動き量ｍｔが周期的に変化していることが分かった。マウスを台に固定して撮影しているため、拍動による動き推定により、超音波画像シーケンスの硬組織の動きを正確に推定していることが分かった。
【００３３】
図７は、実施例の結果を示し、造影剤が流れた画素と造影剤が流れていない画素での時間方向の画素の分散ｖｔ（ｎ１，ｎ２）を示す図である。右側のグラフにおいて、横軸はフレーム数、縦軸は分散の値を示す。上側のグラフは造影剤が流れていない画素に関し、下側のグラフは造影剤が流れた画素に関する結果である。造影剤が流れる画素は、他の画素に比べて分散の値が大きく変化していることが分かる。よって、造影剤候補領域の中で、分散が大きく変化している画素を造影剤が流れた画素として抽出して良いことが分かった。
【００３４】
［マウスの尻尾を用いた定量的な性能評価］
マウスの尻尾を撮影した超音波画像に対する本実施形態の有効性について説明する。週齢１８〜２０の１０匹のマウスの尻尾に流れる動脈と静脈で計４本の血管を抽出した。先ず、超音波造影剤としてソナゾイドを使用し、小型動物実験用超音波画像診断装置（VEVO770,Visual Sonics.Inc.製）を用いて、マウスの尻尾を２００フレーム撮影した。超音波トランスジューサーの中心周波数は５５ＭＨｚ，空間分解能は３０μｍとする。従来法との性能比較のために、超音波振動子を用いて造影剤を破壊して、参照フレームを撮影した。
【００３５】
本実施例では、造影剤検出を定量的に評価するために、ＣＴを用いた血管抽出を真値として用いた。図８は、実施例として血管抽出の例を示し、（ａ）は同位置を撮影した病理解剖での血管抽出の例、（ｂ）はＣＴ画像での血管抽出の例、（ｃ）は超音波画像の血管抽出の例を示す。病理解剖及びＣＴ画像では、ほぼ同じ位置に、かつ同じ大きさの血管が観察されている。一方、ＣＴ画像と超音波画像の血管抽出とは、厚さ０．３〜０．４ｍｍの関節を基準として位置合わせを行ってから比較すると、血管がほぼ同じ位置関係であった。これらの結果から、ＣＴを用いて抽出された血管密度を真値とし、本実施形態の造影剤検出手法の定量的な評価を行うことができることが分かった。もっとも、超音波画像は、焦点からずれると歪むため、ＣＴと超音波画像とで形状が大きく異なる部分が存在する。しかしながら、ＣＴと超音波画像の同じ領域の面積に対する血管の面積比は形状に依存しないので、マウスの尻尾の断面積に対する検出された血管の面積比で評価することができる。
【００３６】
造影剤の検出として、本実施形態による場合と、従来のWillmannらの手法（非特許文献１）を用いた場合及びLyshchikらの手法（非特許文献２）を用いた場合とで比較した。従来の両者の手法は、造影剤が流れているフレームと造影剤が消滅した後のフレームの間での差を調べることにより、造影剤の検出をするため、前述のように、超音波振動子を用いて造影剤を壊してから撮影した参照フレームを用いている。本実施形態による場合では、動きの推定を行った場合と行わなかった場合の双方を実施した。
【００３７】
図９は、造影剤の検出結果を示し、（ａ）はＣＴの場合、（ｂ）はWillmannらの手法の場合、（ｃ）はLyshchikらの手法の場合、（ｄ）は本実施形態のうち動きの推定がなしの場合、（ｅ）は本実施形態のうち動きの推定がありの場合を示している。精度評価に用いる断面は図９において丸で囲った領域とする。血管面積比は、ＣＴ，超音波ともにImageJを用いて算出した。このImageJはhttp://rsb.info.nih.gov/ij/により公衆に利用可能となっている。
【００３８】
図１０は、ＣＴを用いて求めた真値に対する各手法の血管面積比を示す図である。破線はＣＴの面積比１００％を示し、１００％に近いほどＣＴに近い結果となることを示す。各サンプルにおいて、左から順に、Willmannらの手法の場合、Lyshchikらの手法の場合、本実施形態のうち動きの推定がなしの場合、本実施形態のうち動きの推定がありの場合を示している。
【００３９】
面積比の平均は、Willmannらの手法の場合１９．５％、Lyshchikらの手法の場合１２.５％、本実施形態のうち動きの推定がなしの場合１２２．１２％、本実施形態のうち動きの推定がありの場合７９．８％であった。造影剤が流れているときと造影剤が消滅した後で尻尾の形状が変形したり、位置ずれが生じたりすることで、造影剤の輝度変化が目立たなくなる。その結果、従来の手法では、未検出が増加するため、面積比が真値の半分未満となる。一方、本発明の実施形態によれば、造影剤の輝度変化を正確に検出することができるため、血管位置とほぼ同じ位置に造影剤が検出され、面積比も真値に近い。さらに、動きの推定をして動きのあったと推定されるフレームを除外して処理することで誤検出も可及的に少なくなり、より真値に近い結果が得られていることが分かった。
【００４０】
マウスの尻尾を用いた定量的な性能評価により、本実施形態は、撮影対象の位置ずれや形状変化の影響を抑えて、ＣＴに近い精度で造影剤を検出できることが分かった。
【００４１】
［臨床データを用いた性能評価］
ヒトの頸部リンパ節のデータを用いて、本実施形態の臨床における有効性について説明する。前述のマウスの実施例では、麻酔を使って動かないようにしてから超音波画像を撮影した。一方、ヒトの実施例では、一般に、覚醒状態のまま超音波画像を撮影した。そのため、リンパ節を撮影した超音波画像シーケンスには、通常大きな動きや位置ずれが生じる。そこで本実施例では、動きや位置ずれなどの影響を抑えて血管領域を抽出することができたかを確認するため、動き推定をした場合としない場合とのそれぞれの場合において、血管領域の抽出をし、結果を比較した。
【００４２】
サンプル数としては三つであり、検出フレーム数は、Ｎｏ．１のサンプルが３００フレーム、Ｎｏ.２のサンプルとＮｏ.３のサンプルが２００フレームとした。画像サイズは、Ｎｏ.１のサンプルが５０６×４８２ｐｉｘｅｌ，Ｎｏ.２のサンプルが３３１×１８８ｐｉｘｅｌ，Ｎｏ.３のサンプルが４４４×４０１ｐｉｘｅｌであった。
【００４３】
図１１は、フレーム番号に対する、動き量ｍｔと画素変動の分散ｖｔ（ｎ１，ｎ２）の総和の時間変化Sum of vt(n1，n2）を示す図である。（ａ）が動き量ｍｔを示し、（ｂ）が画素変動の分散の総和の時間変化を示す。動きが大きくなると、それに伴って画素変動の分散の総和も大きくなることが分かる。超音波画像シーケンスを観察すると、造影剤の量が急激に増加していないことから、動きが大きくなったとき画素変動の分散が増加しているのは、患部の動きによる造血剤の誤検出であることが分かった。
【００４４】
図１２は、実施例に関し、ヒト頸部リンパ節データから本実施形態での造影剤を検出した結果を示す図である。（ａ）は原画像、（ｂ）は動き推定なしの場合、（ｃ）は動き推定ありの場合を示している。図中の丸で囲まれた領域が、リンパ節内であり、検出対象とした範囲である。動きの推定の有無にかかわらず、ほぼ全ての血管領域を抽出することができているように見える。検出結果の動画像シーケンスを見ると、動きの推定を行わないと、患部の動きによって誤検出が生じているが、動き推定を行うと、誤検出が多くなるフレームで造影剤の検出をしない。そのため、血管領域を正確に抽出することができていることが分かった。
【００４５】
実施例から、動き推定を行わないで、大きく動いたフレームを取り除かなければ、正確に造影剤を検出することができない。被験者があまり大きく動かなければ、造影剤の検出に影響が生じないとも考えられる。しかしながら、頸頭の場合は、つばを飲み込んだり、呼吸をするだけで、患部が大きく動いてしまう。大きく動いたフレームを取り除かないと、全画素の輝度が変化したとみなされ、フレーム全体内で撮影像を検出したことになり、不都合である。
【００４６】
ここで、計算時間について考察する。図９に示すマウスの尻尾のデータの一例と、図１２に示すＮｏ.１に示す臨床データの一例を用いて、動きの推定の有無による計算時間を比較した。検出の際に用いた閾値は、マウスの尻尾のデータではΔｕ＝５，ｗ＝５とし、臨床データではΔｕ＝１０，ｗ＝５とした。Δｕの値は、どれくらい前後のフレームを使用するかというパラメータであり、被験体がマウスであるので、動きがあまり大きくないことからΔｕは小さい値となっている。ちなみに被験体が人間である場合には、動きが大きくなるのでΔｕは大きな値とし、少し長めに解析することが好ましい。ｗの値は、分散などを求める際に利用する周辺領域の大きさになる。ｗが大きすぎずまた小さすぎずに設定する必要があり、画像の解像度などに依存して適切な値を設定する必要がある。そのため、ｗを或る範囲で変化させて処理を行い、適切な値を選択するようにするとよい。使用した計算機のＣＰＵはIntel Xeon X560 3.46GHzとし、使用した言語はMATLABとした。
【００４７】
マウスの尻尾のデータでは、動き推定なしの場合では平均０．２１(ｓ／frame)、動き推定ありの場合では平均０．２９（ｓ/frame）であった。臨床データでは、動き推定なしの場合では平均０．４０(ｓ／frame)、動き推定ありの場合では平均０．５９（ｓ/frame）であった。これらのことから、全体に占める動き推定の計算時間の割合は小さく、動きの推定によりリアルタイム処理に殆ど影響を与えないことが分かった。
【００４８】
以上、各実施例から、動きの推定を伴う超音波造影剤の検出技術によれば、患部の動きが大きいと推定された場合には、造影剤を検出しないことで、誤検出を大幅に削減できることが分かった。また、患部の動きが小さいフレームに対し、時間方向で輝度値の変化を分析することにより、造影剤を誤りなく検出することができる。また、血管造影されたＣＴと同程度の精度で血管を検出することができ、計算処理時間も殆ど増加しないで、超音波で造影剤の検出をすることができる。また、当該プログラム等を頭頸部がん等の所属リンパ節への転移評価・診断に用いることにより、所属リンパ節への微細な癌血管を正確に検出でき、正確な所属リンパ節への転移評価・診断が可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１：超音波画像処理装置
２：入力部
３：出力部
４：記憶部
５：演算処理部
１１：推定部
１２：造影剤検出部
１３：血管領域抽出部
１４：制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図１１】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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