超声波诊断装置及医用图像处理装置制作方法

佐藤俊介, 内山进, 大内启之, 川岸哲也, 桥本新一, 阿部康彦

2011年8月3日

2011年2月1日

2010年2月3日

东芝医疗系统株式会社, 株式会社东芝

A61B8/00GK102138808SQ20111003404

装置 图像处理 医用 超声波 诊断

1.一种超声波诊断装置，其特征在于，具备图像产生部，利用超声波对包含被检体的心脏的三维区域进行反复扫描而产生多个超 声波图像的数据；短轴图像生成部，根据上述超声波图像生成与心脏长轴相交的多个短轴图像； 指标计算部，根据上述短轴图像计算与心脏壁的运动功能相关的指标； 极坐标分布生成部，生成上述指标的极坐标分布；平均计算部，计算分别与划分上述极坐标分布的多个段对应的上述指标的平均值； 显示部，显示上述极坐标分布和上述短轴图像；操作部，用于进行在上述显示的短轴图像的静脉上指定关心点的操作；以及 段设定部，在与上述指定的关心点的位置对应的上述极坐标分布上的位置上设定上述 段的边界2.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，还具备时间曲线产生部，产生分别与上述多个段对应的、与上述指标的平均值相关的多个时 间曲线3.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于上述段设定部根据上述关心点的位置设定上述段所具有的、与上述极坐标分布的半径 方向相关的宽度4.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于 上述段设定部根据上述关心点的位置使上述段的角度变化5.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于 上述段设定部根据上述关心点的位置使上述段的位置偏移6.一种超声波诊断装置，其特征在于，具备图像产生部，利用超声波对包含被检体的心脏的三维区域进行反复扫描而产生多个超 声波图像的数据；短轴图像生成部，根据上述超声波图像生成与心脏长轴相交的多个短轴图像； 指标计算部，根据上述短轴图像计算与心脏壁的运动功能相关的指标； 极坐标分布生成部，生成上述指标的极坐标分布；平均计算部，计算分别与划分上述极坐标分布的多个段对应的上述指标的平均值； 位置确定部，根据上述短轴图像自动地确定静脉位置；以及段设定部，在与上述确定的静脉位置对应的上述极坐标分布上的位置上设定上述段的 边界7.根据权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于上述位置确定部使用覆盖包含静脉的局部区域的至少一个静脉图案，通过图案匹配确 定上述静脉位置8.根据权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于在上述多个静脉图案中包含与健康者相关的静脉图案和与非健康者相关的静脉图案， 从上述多个静脉图案中选择应用于上述图案匹配的一个静脉图案9.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于 上述段设定部根据上述关心点的位置使上述段的角度变化10.根据权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于 上述段设定部根据上述关心点的位置使上述段的位置偏移11.一种医用图像处理装置，其特征在于，具备图像存储部，存储与包含被检体的心脏的三维区域相关的多个医用图像的数据； 短轴图像生成部，根据上述医用图像生成与心脏长轴相交的多个短轴图像； 指标计算部，根据上述短轴图像计算与心脏壁的运动功能相关的指标； 极坐标分布生成部，生成上述指标的极坐标分布；平均计算部，计算分别与划分上述极坐标分布的多个段对应的上述指标的平均值；以及段设定部，根据上述短轴图像，在与由操作者指定的静脉位置或通过图案匹配确定的 静脉位置对应的上述极坐标分布上的位置上设定上述段的边界12.根据权利要求11所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备时间曲线产生部，产生分别与上述多个段对应的、与上述指标的平均值相关的多个时 间曲线13.根据权利要求11所述的医用图像处理装置，其特征在于上述段设定部根据上述关心点的位置设定上述段所具有的、与上述极坐标分布的半径 方向相关的宽度14.根据权利要求11所述的医用图像处理装置，其特征在于 上述段设定部使上述段的角度与上述关心点的位置对应地变化15.根据权利要求11所述的医用图像处理装置，其特征在于 上述段设定部使上述段的位置与上述关心点的位置对应地偏移16.根据权利要求11所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备 位置确定部，根据上述短轴图像自动地确定静脉位置；上述位置确定部使用覆盖包含静脉的局部区域的至少一个静脉图案，通过图案匹配确 定上述静脉位置17.根据权利要求11所述的医用图像处理装置，其特征在于在上述多个静脉图案中包括与健康者相关的静脉图案和与非健康者相关的静脉图案， 从上述多个静脉图案中选择应用于上述图案匹配的一个静脉图案

本发明涉及超声波诊断装置及医用图像诊断装置

本实施方式处理多个医用图像多个医用图像构成覆盖包括被检体心脏的区域的 多切片各切片与心脏的长轴大致正交各医用图像是心脏的短轴图像各切片对应摄影 时刻不同的、构成一连串的多个医用图像根据多个医用图像生成与心肌的运动指标相关 的极坐标映射极坐标映射被分割为多个段对每个段计算运动指标的平均值平均值的 可用性与各段覆盖的范围相关在本实施方式中使段的边界与静脉的位置相匹配由此可 以避免平均值的可用性由于静脉的影响而降低作为本实施方式的处理对象的医用图像是以通过能够满足构成多切片、而且构成一连串的摄影方法生成为条件的最典型的是由超声波诊断装置生成的三维超声波图像 但是，本实施方式也可以将基于X射线计算机断层摄影装置的CT图像、基于磁共振成像装 置(MRI)的MR图像、基于核医学诊断装置的γ射线图像和基于能够通过振动C型臂立体 摄影的X射线诊断装置的X射线图像作为其处理对象在此，以由典型的超声波诊断装置 产生的三维超声波图像为例进行说明另外，在本实施方式中，可以将该图像处理单元安装到超声波诊断装置等的图像 摄影装置上进行提供，也可以与图像摄影装置分离而作为医用图像处理装置单独构成来进 行提供图1表示与本实施方式相关的超声波诊断装置的结构该超声波诊断装置具有超 声波诊断装置主体11、超声波探头12、输入装置13和监视器14超声波探头12利用由装 置主体11的超声波发送单元21提供的驱动信号产生超声波而且，超声波探头12将来自 被检体的反射波变换为电信号因此，超声波探头12具有多个压电振子在压电振子的前 侧配置有声匹配层在压电振子的背侧配置有背衬材料，多个压电振子被排列成二维阵列 状，以实现电力的三维扫描从超声波探头12发送到被检体P的超声波在体内组织的声阻抗的不连续面逐次 被反射回波信号由超声波探头12进行接收该回波信号的振幅取决于发生了反射的不 连续面上的声阻抗的差另外，当发送的超声波脉冲在移动的血流或心脏壁等的表面被反 射时的回波由于多普勒效应，根据移动体的超声波发送方向的速度分量进行频率偏移超声波发送单元21具有脉冲发生器21A、发送延迟部21B和脉冲发送器21C脉 冲发生器21A以规定的额定频率frHz (周期Ι/fr秒)反复产生用于形成发送超声波的额 定脉冲发送延迟部21B将在每个通道中将超声波会聚成束状且确定发送指向性所需要的 延迟时间提供给各通道的速率脉冲脉冲发生器21A针对每个通道以基于额定脉冲的定时 对探头12施加驱动脉冲超声波接收单元22具有前置放大器22A、A/D转换器(未图示)、接收延迟部22B、 加法器22C等前置放大器22A使通过探头12获取的回波信号在每个通道放大接收延 迟部22B提供对放大后的回波信号确定接收指向性所需要的延迟时间，然后在加法器22C 中进行加法处理通过该加法运算，强调了来自与回波信号的接收指向性对应的方向的反 射分量，并根据接收指向性和发送指向性形成超声波发送接收的综合波束输入装置13与装置主体11连接，具有用于将来自操作者的各种指示、条件、关心 区域(ROI)的设定指示和各种画质条件设定指示等取入到装置主体11的各种开关、按钮、 轨迹球之外还有鼠标和键盘等监视器14根据来自显示控制部27的视频信号将生物体内 的形态学信息、血流信息显示为图像装置主体11具有超声波发送单元21和超声波接收单元22，并且具有控制装置整 体的动作的控制处理器26、B图案处理单元23和多普勒处理单元24B模式处理单元23根据来自接收单元22的回波信号，通过对数放大或包络线检波 处理等处理生成B模式图像的数据显示控制部25通过查询表将B模式图像数据变换为 利用显示亮度表示反射波强度的显示数据多普勒处理单元对取出从接收单元22接收的回波信号的由于多普勒效应引起的 偏移频率，作为移动体主要抽出血流分量，并对多个点分别求出平均速度、方差和功率等血流数据将得到的血流数据发送到数字扫描转换器(DSC) 25，变换为平均速度图像、方差图 像、功率图像和这些的组合图像另外，将B模式图像的数据和基于多普勒的平均速度图像 等的数据统称为超声波图像数字扫描转换器25将超声波扫描的扫描线信号列变换为电视等代表的一般视频 格式的扫描线信号列为了存储变换后的超声波图像数据，设置有图像存储部观接口部37通过网络与PACS等外部图像存储装置(未图示)连接外部图像存储 装置保管由X射线计算机断层摄影装置或磁共振影像装置等医用图像摄影装置产生的医 用图像的数据在本实施方式中，具有根据用超声波对包括被检体的特定内脏器官、在此为图2 所示的心脏区域的三维区域反复进行三维扫描得到的跨越多个心搏时相的多切片或容积 等的三维超声波图像数据，计算与心脏壁的运动功能相关的指标(心脏壁运动指标)，通过 将计算出的心脏壁运动指标分布在极坐标系而生成所谓极坐标映射的功能断面变换处理部(MPR) 30，如图3所示，从某个心搏时相的三维超声波图像数据中 抽出自动识别的左心室的心轴，生成分别与正交于该心轴的多个切片对应的多个断层图像 (短轴图像)同样地，断面变换处理部30对全部的心搏时相生成与各切片分别对应的短 轴图像图4所示的短轴图像的组织结构仅供参考心脏壁运动指标计算部31针对各切片，对如图5所示地以心轴为中心呈放射状扩 散的多个方向，分别计算与心搏时相不同的短轴图像、例如在时间轴上在相邻的短轴图像 之间的心脏壁的厚度变化相关的心脏壁运动指标心脏壁运动指标有如下种类，通过输入 装置13选择任意种类的指标·某个心搏时相的左心室的心脏壁厚度与其它心搏时相的左心室的心脏壁厚度的 厚度差的变化或者根据该厚度差得到的容积半径变化(wall motion)；·用某个心搏时相的左心室的心脏壁厚度与其它心搏时相的左心室的心脏壁厚 度的差除以其它的左心室心脏壁厚度(正规化)得到的左心室心肌壁厚度变化率(Wall Thickening)；·用某个心搏时相的左心室心肌内径的平方减去其它的心搏时相的左心室心肌内 径的平方得到容积变化、并将该容积变化除以其它的心搏时相的左心室心肌内径的平方得 到的容积变化率(RerionalEF)极坐标映射产生部32通过在如图6所示的以心轴为中心的极坐标系的极坐标映 射模板上，在作为与对应的切片编号相应的同心圆的与其中的方向对应的位置上绘制由心 脏壁运动指标计算部31计算出的心脏壁运动指标，从而生成图7例示的极坐标映射静脉抽出部33从由断面交换处理部30生成的扩张期的多个短轴图像中分别抽出 图2、图3、图4所示的静脉区域注意，也可以通过静脉抽出部33在由操作者通过输入装 置13在多个短轴图像上指定的位置抽出静脉区域另外，静脉抽出部33从由断面变换处 理部30生成的、通过心轴的长轴图像中抽出静脉区域此外，也可以通过连接由操作者经 由输入装置13在长轴图像上指定的多个位置来由静脉抽出部33抽出静脉区域在这些静 脉区域的抽出处理中，典型的是应用使用静脉图案的图案匹配处理通过静脉抽出部33，例如利用图案匹配技术，在短轴图像上，在左心室的心脏壁周 围抽出1个或2个静脉位置如图17所示，根据来自健康者及非健康者的多个心脏短轴图像，预先准备多种静脉图案操作者选择任意种类的静脉图案静脉图案是指以静脉为中 心的局部区域的局部图像或其修正图像在图案匹配中相对被检体的短轴图像移动基准图 案在各位置上计算基准图案和被检体的短轴图像的局部部分之间的相关系数确定显示 相关系数最大值的位置将被确定的位置的基准图案的中心位置确定为静脉位置另外，在静脉区域的抽出处理中，并不局限于超声波图像，也可以使用从相同的被 检体收集到的X射线CT或基于MRI的断层图像或体数据或通过网络从PACS等取得的人体 标准模型数据段平均时间曲线生成部35根据由极坐标映射生成部32生成的不同时相的多个极 坐标映射，如图9所示，生成表示心脏壁运动指标的时间变化的多个时间曲线时间曲线是 针对将极坐标映射分割的多个段的各个生成的计算各段内的多个指标值的平均值生成 该平均值的时间曲线段分割处理部34如图11所示地对于极坐标映射模板，将以心轴为中心的同心的 环状区域的各个沿圆周方向分割为多个段各环状区域沿圆周方向被分割为6个段最初， 段分割处理部34在半径方向上以相同宽度(SWl = SW2 = SW3)划分环状区域，在圆周方向 上以相同角度(Θ1= Θ2= Θ3= Θ4= Θ5= θ 6)分割环状区域当操作者通过输入 装置13输入段分割变更指示时，段分割处理部34根据被抽出的静脉位置变更段的角度和 宽度首先，如图12所示，利用静脉抽出部33例如在短轴图像上在左心室的心脏壁周围 抽出2个静脉位置段分割处理部34根据抽出的静脉位置变更段的角度和宽度以通过 心轴和被抽出的2个静脉位置的方式设定2个段边界线使2个段边界线所夹的角度范围 为相同角度(θ 1 = θ 2)地设定2个段使相反侧的大角度范围为相同角度(θ 3 = θ 4 =Θ4 = Θ5 = θ 6)地分割为4个段多数情况下，Θ1乒θ 3另外，也可以如图13所 示针对每个环状区域抽出静脉区域，根据各个静脉位置针对环状区域分别设定段角也可以如图16所示，根据一面的静脉位置，使等分割的6个段以保持等分割的状 态沿圆周方向旋转偏移操作者可以任意选择图12所示的段重设方法和图16所示的段重 设方法之一由此，通过按照静脉位置分割段，能够减轻静脉对段平均值的影响，提高与心脏壁 的运动指标的平均值相关的时间变化具有的可靠性另外，也可以如图14所示使各环状区域的段宽度SW彼此不同在段分割处理部 34中，例如如图15所示，从超声波图像或CT等基于其它医用图像装置的医用图像中抽出静 脉中心线，对静脉中心线上的多个点分别计算以心尖部为原点的向量，用相邻点间的角度 差在规定角度以上变化的点51、52划分环状区域由此确定段宽度SW，并适当变更环状区 域的数量3D图像处理部四根据存储在图像存储部28中的三维超声波图像，通过由坐标变 换、隐线处理及阴影处理构成的绘制处理，产生与监视器14的画面对应的具有立体视感的 二维图像(称为立体视图像)坐标变换部36在由断面变换部30产生的短轴图像、长轴图像及由3D图像处理部 四产生的立体视图像的正交坐标系和极坐标映射的极坐标系之间进行坐标变换处理通过 该处理，能够在短轴图像等正交坐标系和极坐标映射的极坐标系之间确定相对位置例如在极坐标映射上操作者通过输入装置13指定关心点时，将该关心点的极坐标变换为短轴 图像的正交坐标，以在与经过该变换的正交坐标对应的画面上的位置重叠点标记的方式， 由坐标变换部36产生点标记数据图8表示监视器14的显示画面例在控制处理器沈的控制下，利用显示控制部 27构成该显示画面在该显示画面中包括由断面变换处理部30生成的例如3切片的量的 短轴图像102和正交的长轴图像104与这些短轴图像102和长轴图像104 —起，被配置有 极坐标映射101而且，重叠显示与多个段相关的多个指标平均时间曲线103在指标平均 时间曲线103中，为了取得识别性而提供不同色相极坐标映射101上重叠了段分割线，为 了使段与时间曲线103建立对应，在段分割线中提供有与对应的时间曲线103相同的色相如图10所示，例如在极坐标映射101上操作者通过输入装置13指定关心点时，利 用坐标变换部36将该指定的关心点的极坐标变换为短轴图像102的正交坐标，利用坐标变 换部36产生在该正交坐标上确定位置的点标记数据点标记数据的坐标进而通过显示控 制部27变换为监视器14的画面上的短轴图像102的显示区域的对应坐标，在短轴图像102 上重叠点标记105另外，在短轴图像102上操作者通过输入装置13指定关心点时，通过坐标变换部 36将该指定的关心点的正交坐标变换为极坐标映射101的极坐标，通过坐标变换部36产生 在该极坐标上确定位置的点标记数据点标记数据的坐标进而通过显示控制部27变换为 监视器14的画面上的极坐标映射101的显示区域的对应坐标，在极坐标映射10102上重叠 点标记105另外，在长轴图像104上操作者通过输入装置13指定关心点时，通过坐标变换部 36将该指定的关心点的正交坐标变换为极坐标映射101的极坐标，通过坐标变换部36产生 在该极坐标上确定位置的点标记数据点标记数据的极坐标进而通过显示控制部27变换 为监视器14的画面上的极坐标映射101的显示区域的对应坐标，在极坐标映射101上重叠 点标记另外，通过坐标变换部36将该指定的关心点的正交坐标变换为短轴图像102的正 交坐标，通过坐标变换部36产生在该正交坐标上确定位置的点标记数据点标记数据的正 交坐标进而通过显示控制部27变换为监视器14的画面上的短轴图像102的显示区域的对 应坐标，在短轴图像102上重叠点标记由此，能够在极坐标映射、短轴图像、长轴图像这3个图像之间互相确定位置虽然对本发明的几种实施方式进行了说明，但这些实施方式仅是作为例子而示出 的，并不用于限定本发明的范围这些实施方式能够通过其它种种方式来实施，在不脱离发 明的要旨范围内，可以进行种种省略、置换、变更所附的权利要求和其等同部分旨在覆盖 落入本发明的范围和精神内的这些方式和变形