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(In Japanese)画像処理装置、およびそれを備えた超音波撮像装置、並びに画像処理方法 meetings

Patent code P120008262
Posted date Nov 19, 2012
Application number P2008-508638
Patent number P5034054
Date of filing Mar 29, 2007
Date of registration Jul 13, 2012
International application number JP2007056999
International publication number WO2007114305
Date of international filing Mar 29, 2007
Date of international publication Oct 11, 2007
Priority data
  • P2006-099123 (Mar 31, 2006) JP
Inventor
  • (In Japanese)福澤 理行
  • (In Japanese)山田 正良
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都工芸繊維大学
Title (In Japanese)画像処理装置、およびそれを備えた超音波撮像装置、並びに画像処理方法 meetings
Abstract (In Japanese)画像処理部(8)は、被検体断面を超音波ビームにて走査して得られる被検体断面の各点におけるエコー強度フレームpx,yの時系列変化px,y(ti)またはドップラ速度フレームqx,yの時系列変化qx,y(ti)を周波数解析して特定周波数成分の振幅フレームPAおよび特定周波数成分の位相フレームPPを検出する周波数解析部(12)と、検出した特定周波数成分の振幅および特定周波数成分の位相に基づく二次元画像を生成する画像生成部(13)と、を有する。これにより、被検体の二次元形状、被検体の周期的な動きの強弱、および被検体の周期的な動きの位相の空間的連続性を観察できる画像処理装置を提供する。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来、生体内の組織の運動や機能を超音波ビームを用いて画像化して観察する超音波撮像装置(超音波診断装置)が用いられている。

画像化は、超音波ビームを被検体である生体組織に照射し、反射された超音波ビームから得たエコー信号を用いて行っていた。このような超音波撮像装置におけるエコー信号の画像化方法としては、超音波ビームを電子走査してエコー強度の二次元分布を静止画像化あるいは動画像化するB(Brightness)モード、および超音波ビームを固定して所定期間中のエコー強度の時系列変化を静止画像化するM(Motion)モードが用いられてきた。

例えば心臓、肝臓、または脳などの主要組織では、医師が着目する組織動きの多くは、心拍や血流の拍動に関係しているので、周期的な組織動きの強弱分布や位相の空間的連続性を観察することが有用である。

上記のBモード静止画像およびBモード動画像は、組織の二次元形状、および組織動きの直接観察に用いられている。しかし、Bモード動画像は、時々刻々と表示が更新されるため、組織動きの周期性が観察できない。また、Bモード静止画像およびBモード動画像では、組織の二次元形状は観察できるが、組織動きの周期の強弱や位相を観察することができない。

一方、Mモード静止画像は、超音波プローブに接近離散する組織動きの履歴が得られるので、例えば心臓弁の動きのパターンなど、周期的な組織動きの強弱や位相の観察に用いられている。しかし、Mモード静止画像は、超音波ビームを走査しないため、組織の二次元形状が観察できない、という問題がある。Mモード静止画像では組織動きの周期性は観察できるが、周期的な組織動きの強弱や位相が被検体内でどのように分布し、空間的連続性を持つのかを観察することはできない。

つまり、Bモードを用いると、二次元形状は観察できるが、動きの周期性を観察することができず、一方、Mモードを用いると、動きの周期性は観察できるが、二次元形状は観察できないという問題があった。また、特許文献1に記載の超音波診断装置は、超音波ドップラ法という方法を用いて組織の瞬時速度を検出している。これにより、関心領域における組織の瞬時速度を表示している。しかし、特許文献1に記載の超音波診断装置では、組織の瞬時速度に基づいているため、動きの周期性を観察することができない。

従って、医師はBモード画像とMモード画像を頭の中に多数記憶し、解剖学的知識を用いて組織形状と組織動きの関係を組み立てなければならなかった。そこで、組織の二次元形状を観察でき、かつ、動きの周期性を観察することができる画像処理が望まれていた。

これに対して、本発明者らは、周期的な組織動きの強弱を二次元画像を用いて観察するため、Bモード動画像の複数フレーム間画像演算によって、エコー強度の特定周波数成分の強弱を抽出して画像化する方法を非特許文献1および非特許文献2において提案している。これにより、動きの周期性および二次元形状を観察することができ、上記したBモードおよびMモードの問題点を解決している。

また、特許文献2に記載の超音波診断装置は、被検体内の運動体の速度を順次求め、このそれぞれの速度を基準速度を用いて補正し、この補正された速度データを表示する装置である。これにより、血流の補正速度を2次元的または3次元的に表示することができ、拍動性を簡便且つ効果的に表示することができる。

また、特許文献3に記載の超音波画像処理装置は、組織追跡イメージング法において、体動等を原因とする並進速度成分や回転速度成分を取り除いた速度分布画像を、時相毎に生成し、この速度分布画像により、組織の所定位置に関する追跡処理を行い、運動情報画像を生成することで、より信憑性の高い診断画像を提供するものである。

また、特許文献4に記載の超音波診断装置は、2D超音波探触子を用いた3D画像の生成に関するものであり、心臓のような動きの速い人体臓器の正常な拍動および/または不整脈の拍動を3次元動画像で観察できるようにすることを目的とするものである。特許文献4に記載の超音波診断装置は、具体的には、2D探触子で心臓を走査すると、走査時間内に心臓の収縮期と拡張期とが複数含まれることの解決にあたり、心電信号を使って断層面の位相を特定する手段を有している。

また、特許文献5に記載の超音波診断画像の記録表示装置は、病状変化の様子を容易に把握することが可能な装置であり、具体的には、現在と過去とにおいて得られた超音波診断画像が切替表示され、それらの画像の動画が非同期の状態で観察される。

さらに、特許文献6に記載の発明は、周期的動きの分布を表す画像を生成する画像生成方法および周期的動きの分布を表す画像を生成し表示することが出来る超音波診断装置を提供することを課題としており、空間に分布した複数のサンプリング点から時系列データを取得し、その時系列データから周期性を求め、サンプリング点の分布と周期性の関係を表現した画像を生成している。
【特許文献1】
日本国公開特許公報「特開平8-84729号公報(公開日:平成8年4月2日)」
【特許文献2】
日本国公開特許公報「特開2003-61958号公報(公開日:平成15年3月4日)」
【特許文献3】
日本国公開特許公報「特開2005-124636号公報(公開日:平成17年5月19日)」
【特許文献4】
日本国公開特許公報「特開2002-336255号公報(公開日:平成14年11月26日)」
【特許文献5】
日本国公開特許公報「特開平3-97451号公報(公開日:平成3年4月23日)」
【特許文献6】
日本国公開特許公報「特開平8-173417号公報(公開日:平成8年7月9日)
【非特許文献1】
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34,pp.2854-2856(平成7年3月18日 公表)
【非特許文献2】
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38,pp.3385-3387(平成11年2月5日 公表)

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、エコー強度を画像化する画像処理装置、およびそれを備えた超音波撮像装置、並びに画像処理方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
被検体断面を超音波ビームにて走査して得られる被検体断面の各点におけるエコー強度またはドップラ速度の時系列変化を周波数解析して特定周波数成分の振幅および特定周波数成分の位相を検出する周波数解析手段と、
検出した特定周波数成分の振幅および特定周波数成分の位相に基づく二次元画像を生成する第1の画像生成手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。

【請求項2】
 
第1の画像生成手段は、特定周波数成分の振幅の値と特定周波数成分の位相の値との組み合わせに応じて二次元画像の色のグラデーション値が割り当てられた第1の二次元画像ルックアップテーブルを有していることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の画像処理装置。

【請求項3】
 
第1の二次元画像ルックアップテーブルには、特定周波数成分の振幅の値に応じた二次元画像の色のグラデーション値および特定周波数成分の位相の値に応じた二次元画像の色のグラデーション値がさらに割り当てられていることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の画像処理装置。

【請求項4】
 
第1の画像生成手段は、特定周波数成分の振幅の値に応じて二次元画像の色のグラデーション値が割り当てられた振幅ルックアップテーブルと、特定周波数成分の位相の値に応じて二次元画像の色のグラデーション値が割り当てられた位相ルックアップテーブルと、を有していることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の画像処理装置。

【請求項5】
 
特定周波数成分の振幅に基づき生成した二次元画像と特定周波数成分の位相に基づき生成した二次元画像とを切り替えて出力することを特徴とする請求の範囲第4項に記載の画像処理装置。

【請求項6】
 
第1の画像生成手段は、生成する二次元画像を繰り返し更新することを特徴とする請求の範囲第1項から第5項のいずれか1項に記載の画像処理装置。

【請求項7】
 
特定周波数成分の振幅および特定周波数成分の位相に基づいて、
被検体断面上の任意の曲線における画素値の時間履歴を画像化することにより、二次元画像を求める第2の画像生成手段と、をさらに備えていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の画像処理装置。

【請求項8】
 
特定周波数成分の振幅および特定周波数成分の位相に基づいて、
被検体断面上の任意の曲線における画素値群を決定し、この画素値群の時間履歴を画像化することにより二次元画像を求める第2の画像生成手段と、をさらに備えていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の画像処理装置。

【請求項9】
 
第2の画像生成手段は、特定周波数成分の振幅の値と特定周波数成分の位相の値との組み合わせに応じて二次元画像の色のグラデーション値が割り当てられた第2の二次元画像ルックアップテーブルを有していることを特徴とする請求の範囲第7項または第8項に記載の画像処理装置。

【請求項10】
 
特定周波数成分の振幅および特定周波数成分の位相に基づいて位相が連続している座標群を検出することにより任意の曲線を求める検出手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第7項から第9項のいずれか1項に記載の画像処理装置。

【請求項11】
 
任意の曲線は外部から入力可能となっていることを特徴とする請求の範囲第7項から第10項のいずれか1項に記載の画像処理装置。

【請求項12】
 
第2の画像生成手段は、生成する二次元画像を繰り返し更新することを特徴とする請求の範囲第7項から第11項のいずれか1項に記載の画像処理装置。

【請求項13】
 
周波数解析手段は、特定周波数成分の振幅および特定周波数成分の位相の検出をフーリエ変換にて行なうフーリエ変換手段を有していることを特徴とする請求の範囲第1項から第12項のいずれか1項に記載の画像処理装置。

【請求項14】
 
特定周波数成分は、心拍周期に相当する周波数成分であることを特徴とする請求の範囲第1項から第13項のいずれか1項に記載の画像処理装置。

【請求項15】
 
請求の範囲第1項から第14項のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
被検体の断面を超音波ビームで走査してエコー信号を繰り返し受信する超音波送受信手段とを有することを特徴とする超音波撮像装置。

【請求項16】
 
超音波撮像装置に用いる画像処理方法であって、
被検体断面を超音波ビームにて走査して得られる被検体断面の各点におけるエコー強度またはドップラ速度の時系列変化を周波数解析して特定周波数成分の振幅および特定周波数成分の位相を検出し、検出した特定周波数成分の振幅および特定周波数成分の位相に基づく二次元画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2008508638thum.jpg
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