(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管の断層像を表示する表示手段と、
前記血管の断層像上で血管を垂直に横切る関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記関心領域における画素値のプロファイルを平滑化し正規化した正規化プロファイルに基づいて血管の内径を計測する計測手段と、を具備し、
前記計測手段は、対向する血管壁に基づいて画素値の２つのレベル上昇部を有する平滑化プロファイルにおいて、前記２つのレベル上昇部の位置方向における中間点を境にした両側のプロファイルをそれぞれ正規化することにより前記正規化プロファイルを作成することを特徴とする血管計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の血管計測装置において、
前記計測手段は、対向する血管壁に基づいて正規化値の２つのレベル上昇部を有する前記正規化プロファイルにおいて、前記正規化値の２つのレベル上昇部おいて所定の正規化値を有する境界位置であって前記血管の内部に接するそれぞれの前記レベル上昇部における前記境界位置の間の距離を前記血管の内径として計測することを特徴とする血管計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血管計測方法および装置並びに医用画像装置に関し、特に、血管の断層像を利用して血管に関する寸法値を計測する血管計測方法および装置並びに医用画像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血管の断層像を利用して、例えば血管の内径や血管壁の厚み等、血管に関する寸法値を計測し、例えば動脈硬化等の診断に役立てること行なわれる。血管計測は、医用画像装置に普通に備わる距離計測機能を利用して、画像上に指定した２点間の距離を求めることにより行なわれる。
【０００３】
すなわち、例えば血管内径を計測するときは、血管の断層像上で目視により内壁の位置を確認し、互いに対向する内壁面に距離計測用の２点をカーソル(cursor)で指定して距離を算出させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように観察者の目視判定により距離計測用の２点を指定する方法は、画像のコントラスト(contrast)や観察者の個性等が位置指定の正確さに影響するので、確実な計測を行なうことが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、表示画像に基づいて確実な血管計測を行なう血管計測方法および装置並びに医用画像装置を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、血管の断層像上で血管壁を垂直に横切る関心領域における画素値のプロファイルに基づいて血管に関する寸法値を計測する、ことを特徴とする血管計測方法である。
【０００７】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、血管の断層像を表示する表示手段と、前記血管の断層像上で血管壁を垂直に横切る関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記関心領域における画素値のプロファイルに基づいて血管に関する寸法値を計測する計測手段と、を具備することを特徴とする血管計測装置である。
【０００８】
（３）上記の課題を解決する第３の発明は、被検体内の血管を含む断層像を獲得する医用画像獲得手段と、前記断層像を表示する表示手段と、前記表示手段で表示された血管の断層像上で血管壁を垂直に横切る関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記関心領域における画素値のプロファイルに基づいて血管に関する寸法値を計測する計測手段と、を具備することを特徴とする医用画像装置である。
【０００９】
第１の発明乃至第３の発明のいずれか１つにおいて、前記画素値のプロファイルを微分したプロファイルを求め、隣合うピークの間隔を計測することが、血管壁の内膜中膜厚を適切に求める点で好ましい。
【００１０】
また、第１の発明乃至第３の発明のいずれか１つにおいて、前記画素値のプロファイルの前半と後半につき各画素値をそれぞれの最大値に基づいて正規化し、共通の閾値によって血管内壁を検出して内壁間の距離を計測することが血管内径を適切に求める点で好ましい。
【００１１】
また、第１の発明乃至第３の発明のいずれか１つにおいて、前記血管の断層像は超音波画像であることがライブ状態で血管計測を行なう点で好ましい。
（作用）
本発明では、血管の断層像上に血管壁を垂直に横切る関心領域を指定し、関心領域における画素値のプロファイルに基づき、血管壁を構成する層の厚みや血管内径等、血管に関する寸法値を計測する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１に、医用画像装置のブロック(block) 図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１４】
本装置の構成を説明する。図１に示すように、本装置は、信号採取部２を有する。信号採取部２は、被検体４から医用画像生成のための信号を採取するものである。
【００１５】
信号採取部２は、医用画像装置の種類に応じて様々な形態のものが用いられる。例えば、超音波撮像装置では、被検体４内に超音波を送波してそのエコーを受信する超音波プローブ(probe) ２２と送受信部２２が用いられる。Ｘ線ＣＴ(computed tomography) 装置では、被検体４をスキャン(scan)するＸ線照射・検出系を備えたガントリ(gantry)が用いられる。ＭＲＩ(magnetic resonance imaging)装置では、磁気共鳴を利用して被検体４から信号を採取するマグネットシステム(magnet system) が用いられる。このような信号採取部２は、いずれも既存のものを利用することができる。その他の医用画像装置でも、その種類に応じてそれぞれ既存のものを用いることができる。
【００１６】
信号採取部２は画像生成部６に接続され、被検体４から採取した信号を画像生成部６に入力するようになっている。画像生成部６は、信号採取部２から入力された信号に基づいて画像を生成するようになっている。信号採取部２および画像生成部６は、本発明における医用画像獲得手段の実施の形態の一例である。
【００１７】
画像生成部６も、医用画像装置の種類に応じて様々な形態のものが用いられる。例えば、超音波撮像装置では、超音波エコーの強度に基づいてＢモード(mode)像を求める装置が用いられる。Ｘ線ＣＴ装置では、被検体４の複数ビュー(view)の投影データを逆投影して断層像を再構成する装置（コンピュータ(computer)等）が用いられる。ＭＲＩ装置では、磁気共鳴信号の逆フーリエ(Fourie)変換により画像を再構成する装置（コンピュータ等）が用いられる。これらの画像生成部６はいずれも既存のものを用いることができる。その他の医用画像装置でも、その種類に応じてそれぞれ既存のものを用いることができる。
【００１８】
画像生成部６には画像処理部８が接続されている。画像処理部８は、画像生成部６が生成した画像を取り込んで、所定の画像処理を行うようになっている。画像処理部８は、本発明における計測手段の実施の形態の一例である。画像処理部８は、例えばコンピュータ(computer)等を用いて構成される。画像処理部８についてはのちにあらためて説明する。
【００１９】
画像処理部８には表示部１０が接続され、画像処理部８から出力された画像およびその他の情報を表示するようになっている。表示部１０は、本発明における表示手段の実施の形態の一例である。表示部１０は例えばグラフィックディスプレイ(graphic display) 装置等で構成される。
【００２０】
以上の、信号採取部２、画像生成部６、画像処理部８および表示部１０は制御部１４に接続されている。制御部１４は例えばコンピュータ等を用いて構成される。制御部１４は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御するようになっている。また、各部から制御部１４に状態報知信号等が入力されるようになっている。
【００２１】
制御部１４には操作部１６が接続され、操作者により各種の指令や情報等を入力できるようになっている。操作部１６は、本発明における関心領域設定手段の実施の形態の一例である。操作部１６は、例えば、キーボード(keyboard)やその他の操作具を備えた操作卓等で構成される。画像処理部８、表示部１０、制御部１４および操作部１６は、本発明における血管計測装置の実施の形態の一例である。
【００２２】
図２に、画像処理部８のブロック図を示す。同図に示すように、画像処理部８は画像メモリ(memory)８０を有する。画像メモリ８０は、画像生成部６から入力された例えば図３に示すような画像データ３０を記憶するようになってる。画像データ３０は、被検体４の１つの断面（ｘｙ面）における複数の時相（ｔ）の断層像３２を表す画像データによって構成される。なお、複数の断層像への符号付けは１個所で全てを代表する。
【００２３】
画像メモリ８０は演算装置８２に接続されている。演算装置８２は、画像メモリ８０から画像データ３０を読み込んで、血管計測を行なうようになっている。演算装置８２による血管計測については、後にあらためて説明する。
【００２４】
演算装置８２には、フレームメモリ(frame memory)８４が接続されている。フレームメモリ８４は、演算装置８２から与えられた画像データを記憶するとともに表示部１０に出力するようになっている。
【００２５】
本装置の動作を説明する。操作部１６を通じて操作者から与えられる指令に基づき、制御部１４による制御の下で本装置の動作が進行する。以下、本装置が超音波撮像装置であり、それによって被検体４の血管を撮像し、血管に関する計測を行なう例について説明する。
【００２６】
図４に、本装置の動作のフロー(flow)図を示す。
先ず、ステップ(step)５０２で被検体４の撮像を行う。すなわち、信号採取部２により信号採取を開始し、逐次得られる信号に基づき画像生成部６によって画像を生成する。画像は、例えば図３に示したように、同一断面の複数の時相を表す複数の断層像３２として生成する。
【００２７】
超音波撮像装置はリアルタイム(real time) 画像を撮像するので、これらの画像は同一断面についてのライブ(live)画像となる。画像は逐一表示部１０に表示され、操作者が撮像の進行状況を把握するのに利用される。
【００２８】
次に、ステップ５０４で、撮像した画像を記憶する。これによって画像データ３０（ライブ画像）が画像メモリ８０に記憶される。
次に、ステップ５０６で、操作者が操作部１６を通じて、所望の時相の画像を表示部１０に呼び出す。これによって、例えば図５に示すような静止画像が表示される。同図において、画面の中央部を横切る低輝度の（黒い）帯が頸動脈の縦断面を示す断層像である。低輝度の帯の両側に沿った高輝度の（白い）縁が血管壁を表す。
【００２９】
下側の血管壁においてより明瞭なように、頸動脈壁は二重の層を有し、血管内部から見て手前側の層を内膜、その外側の層を中膜と呼んでいる。内膜と中膜の間の血管壁の厚みは例えば加齢や動脈硬化等によって肥厚するとされ、血管の健全性を診断する目安として内膜中膜厚を計測することが行なわれる。
【００３０】
そこで、次に、ステップ５０８で、このような表示画像について内膜中膜厚の計測を行なうための関心領域（ＲＯＩ：region of interest）の設定を行なう。ＲＯＩの設定は、操作者が操作部１６で表示画像の所望部位にＲＯＩを表す図形を描くことにより行う。これによって、例えば図６に示すように、計測したい部位の血管壁を垂直に横切るＲＯＩ（直線）が設定される。
【００３１】
次に、ステップ５１０で、血管計測を行う。血管計測は演算装置８２によって行なわれる。演算装置８２は、まず、ＲＯＩ上の画素値の分布すなわちＲＯＩにおける画素値のプロファイルを求める。以下、これをＲＯＩプロファイルという。ＲＯＩプロファイルは、表示画像に該当する画像メモリ８０中の画像からＲＯＩに相当するアドレス(address) の画像データを用いて形成される。
【００３２】
Ｓ／Ｎ(signal-to-noise ratio) の良いＲＯＩプロファイルを得るために、各アドレスごとにＲＯＩの左右の複数の画素に相当する画素データとの平均値を求めるのが好ましい。
【００３３】
これによって、例えば図７に示すようなＲＯＩプロファイルが得られる。このＲＯＩプロファイルでは、左側が血管内、右側が血管外であり、中央の高レベル(level) 部が血管壁部分に相当する。ＲＯＩプロファイルを左から右に見た場合の高レベル部の最初の立ち上がりが内膜の壁面に相当し、次の立ち上がりが中膜の壁面に相当する。
【００３４】
このＲＯＩプロファイルにつき、横軸に沿って例えば５点のデータを順次１つずつ入れ替えながら移動平均を行ない、図８に示すように、細かな振幅変化を取り除いた平滑プロファイルとする。この平滑プロファイルにおいても、高レベル部の最初の立ち上がりが内膜の壁面に相当し、次の立ち上がりが中膜の壁面に相当する。
【００３５】
このような平滑プロファイルについて微分値を求める。これによって、例えば図９に細線のグラフで示すように、微分プロファイルが得られる。なお、微分値に代えて差分値を求め、差分プロファイルとしても良い。微分プロファイルも差分プロファイルも実質的に均等である。
【００３６】
以下、微分プロファイルで説明する。この微分プロファイルを左から右に見た場合、最初のピーク(peak)は平滑プロファイルの最初の立ち上がりの最大傾斜部に相当する。また、次のピークは平滑プロファイルの２回目の立ち上がりの最大傾斜部に相当する。
【００３７】
これらは、それぞれ内膜を示す画像のエッジ(edge)および中膜を示す画像のエッジを示すものと考えることができ、それぞれ内膜および中膜の表面を示すものと考えることができる。そこで、微分プロファイルを左から右に見た場合の最初のピークから次のピークまでの距離を計測し、これを内膜中膜厚の計測値とする。これによって、図９の例では内膜中膜厚が例えば０．６４ｍｍと求まる。
【００３８】
この計測値は、ＲＯＩプロファイル上で数学的に判定した画像のエッジに基づいて求めたものなので、従来操作者が目視によりエッジを判定していた場合のような不確実さがない。
【００３９】
このようにして求めた内膜中膜厚の計測値を、ステップ５１２で表示部１０に表示する。これによって、例えば図１０に示すように、断層像に重畳して計測部位とその計測値が表示される。
【００４０】
次に、血管の内径を計測する場合の動作について説明する。この動作も図４に示したフロー図に従って進行する。
先ず、ステップ(step)５０２で被検体４の撮像を行う。すなわち、信号採取部２により信号採取を開始し、逐次得られる信号に基づき画像生成部６によって画像を生成する。画像は、前述と同様に、同一断面の複数の時相を表す複数の断層像３２すなわちライブ画像として生成する。ライブ画像は逐一表示部１０に表示され、操作者が撮像進行状況を把握するのに利用され、また、画像メモリ８０に記憶される（ステップ５０４）。
【００４１】
次に、ステップ５０６で、操作者が操作部１６を通じて所望の時相の画像を表示部１０に呼び出す。これによって、例えば図１１に示すような静止画像が表示される。同図には、その解説図を図１２に示すように、上腕動脈の縦断面像が示されている。
【００４２】
次に、ステップ５０８で、このような表示画像について血管内径を計測するためのＲＯＩ設定を行なう。これによって、例えば図１１（および図１２）に示すように、内径を計測したい部位の血管を垂直に横切る直線としてＲＯＩが設定される。
【００４３】
次に、ステップ５１０で、血管計測を行う。血管計測は演算装置８２によって行なわれる。演算装置８２は、まず、前述と同様にしてＲＯＩプロファイルを求める。これによって、例えば図１３に示すようなＲＯＩプロファイルが得られる。この場合も、前述と同様に近傍のデータとの平均値を利用することがＳ／Ｎを良くする点で好ましい。
【００４４】
このＲＯＩプロファイルでは、左側が体内の深部、右側が体内の浅部である。ＲＯＩプロファイルを左から右に見た場合の最初のレベル上昇部が深部側の血管壁に相当し、次のレベル上昇部が浅部側の血管壁に相当し、両者の間が血管内部に相当する。
【００４５】
このＲＯＩプロファイルを前述と同様に移動平均し、図１４に示すような平滑プロファイルとする。この平滑プロファイルにおいても、最初のレベル上昇部が体内深部側の血管壁に相当し、次のレベル上昇部が体内浅部側の血管壁に相当し、両者の間が血管内部に相当する。
【００４６】
そこで、最初のレベル上昇部の立ち下がり部から次のレベル上昇部の立ち上がり部までの距離を求めることにより血管の内径を計測することができるが、ここでは、より確実な計測値を得るために次のような処理を行なう。
【００４７】
すなわち、図１４の平滑プロファイルについて、２つのレベル上昇部の中間点を境にして、右側のプロファイルと左側のプロファイルを、それぞれのピーク値を１００としてそれぞれ正規化する。これによって、例えば図１５に示したような正規化プロファイルが得られる。
【００４８】
このような正規化プロファイルにつき、血管の内部すなわち２つのレベル上昇部の中間点を出発点として、予め設定した適宜の閾値を越える位置を、深部側および浅部側にそれぞれ探索する。そして両側において正規化プロファイルが最初に閾値を越える点をそれぞれ求め、それらの間の距離を求めて血管の内径とする。
【００４９】
閾値は、相対信号強度５０以上、例えば相対信号強度６０程度とするのが、最内壁の検出と壁面検出の確かさとのトレードオフ(trade-off) を図る点で好ましい。これによって、図１６に示すように血管の内径が例えば４．６ｍｍと求まる。この計測値がステップ５１２で表示部１０に表示される。
【００５０】
血管の内部に設定した中点を境にして、プロファイルを深部側と浅部側とにつきそれぞれ正規化したことにより、血管内壁の検出条件を両側で同一にすることができる。これにより内壁検出の確実性が増すので、血管内径の計測値の確かさが向上する。すなわち、従来操作者が目視によりエッジを判定していた場合のような不確実さは生じない。
【００５１】
このような血管内径の計測を同一部位に関する異なる時点の画像について行ない、計測値の経時的な変化をグラフ(graph) で示すようにすることができる。その例を図１７に示す。同図では、右半分に血管の断層像とその計測部位を表示す。ここでは、計測部位は３箇所としている。左半分には、各計測部位における計測値の時間変化をグラフで示す。このグラフは、血管を一旦緊縛して開放したとき内径の変化を示す。このようなグラフの変化のパターン(pattern) を観察することにより、例えば動脈硬化等の診断が行なわれる。
【００５２】
以上は、医用画像装置に血管計測機能を持たせるようにした例であるが、画像処理部８、表示部１０、制御部１４および操作部１６に相当する機能を、例えばドクターコンソール(doctor console)やワークステーション(work station)あるいはパーソナルコンピュータ(personal computer) 等により、医用画像装置とは別体に構成し、医用画像装置に接続して撮像画像を取得し、それに基づいて上記のような造影画像を生成するようにしても良いのは勿論である。この場合、ドクターコンソールやワークステーションあるいはパーソナルコンピュータ等は、本発明における血管計測装置の実施の形態の一例である。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、表示画像に基づいて確実な血管計測を行なう血管計測方法および装置並びに医用画像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態の一例の装置の一部のブロック図である。
【図３】  本発明の実施の形態の一例の装置における画像データの概念図である。
【図４】  本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図５】  本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。
【図６】  本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例の模式図である。
【図７】  本発明の実施の形態の一例の装置で求めたＲＯＩプロファイルの一例を示すグラフである。
【図８】  本発明の実施の形態の一例の装置で求めたＲＯＩプロファイルの一例を示すグラフである。
【図９】  本発明の実施の形態の一例の装置で求めたＲＯＩプロファイルおよびその微分値の一例を示すグラフである。
【図１０】  本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。
【図１１】  本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。
【図１２】  本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例の模式図である。
【図１３】  本発明の実施の形態の一例の装置で求めたＲＯＩプロファイルの一例を示すグラフである。
【図１４】  本発明の実施の形態の一例の装置で求めたＲＯＩプロファイルの一例を示すグラフである。
【図１５】  本発明の実施の形態の一例の装置で求めたＲＯＩプロファイルを正規化した一例を示すグラフである。
【図１６】  本発明の実施の形態の一例の装置で求めたＲＯＩプロファイルを正規化した一例を示すグラフである。
【図１７】  本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。
【符号の説明】
２  信号採取部
４  被検体
６  画像生成部
８  画像処理部
１０  表示部
１４  制御部
１６  操作部
８０  画像メモリ
８２  演算装置
８４  フレームメモリ
３０  画像データ
３２  断層像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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